JP2007280887A - Cell laminate and fuel cell with it - Google Patents

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文武 菅内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent force in a direction separating cells from each other from acting even when a cell laminate is bent. <P>SOLUTION: This cell laminate is constrained by constraint members 9 for constraining it in a stacked state; and at least a part of each insulating frame-like member 40 interlaid between separators 20 is projected to the outside from edges 20e of the separators 20 to the extent that it contacts the constraint member 9 before the edges 20e of the separators 20 contact the constraint member 9. It is preferable that a chamfered part within the frame-like member 40 is formed into a rounded shape by cutting the corner parts thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、セル積層体およびこれを備えた燃料電池に関する。さらに詳述すると、本発明は、セル積層体を構成しているセパレータや樹脂フレーム等の部材の構造に関する。   The present invention relates to a cell stack and a fuel cell including the same. More specifically, the present invention relates to the structure of members such as a separator and a resin frame that constitute a cell laminate.

一般に、燃料電池(例えば固体高分子形燃料電池)は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。従来、このような燃料電池のセル積層体としては、セルの積層方向に垂直な表面と側面とが直角で交差するセルとなっているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−178776号公報
In general, a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell) is configured by stacking a plurality of cells each having an electrolyte sandwiched between separators. Conventionally, as such a cell stack of a fuel cell, a cell stack in which a surface perpendicular to a cell stacking direction and a side surface intersect at a right angle is known (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-177876

しかしながら、上述のような構造となっている場合、当該セル積層体が撓んだときに、拘束部材と接触して、セル間が離れる方向の力が作用する可能性があった。   However, in the case of the structure as described above, when the cell stack is bent, there is a possibility that a force in a direction in which the cells are separated from each other is brought into contact with the restraining member.

そこで、本発明は、当該セル積層体が撓んだ場合にも、セル間が離れる方向の力が作用するのを抑制できるようにした構造のセル積層体およびこれを備えた燃料電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a cell stack having a structure capable of suppressing the application of force in a direction in which the cells are separated even when the cell stack is bent, and a fuel cell including the same. For the purpose.

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。上述のごとく積層されたセルは、例えば左右一対のテンションプレート等によって積層方向への荷重をかけられることになる。このようなテンションプレートの内側面(セル積層体を向く面)には、漏電やスパークが生じるのを防止すべく例えば絶縁テープが貼られる等して絶縁膜が形成されている。ところが、メタルセパレータを採用した燃料電池の場合、打抜き加工等によって形成されたセパレータの角や縁(いわば金属エッジ)は打抜きされたままの状態となっており、発電中、このような金属エッジが絶縁膜に接触するとスタック全体への漏電が生じるおそれがある。また、傷付いた絶縁膜にメタルセパレータの金属エッジが引っ掛かり、ガスリークが生じるおそれも生じる。   In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. The cells stacked as described above can be loaded in the stacking direction by, for example, a pair of left and right tension plates. An insulating film is formed on the inner side surface (the surface facing the cell stack) of such a tension plate by, for example, attaching an insulating tape to prevent leakage or sparking. However, in the case of a fuel cell that employs a metal separator, the corners and edges (so-called metal edges) of the separator formed by punching or the like remain punched. Contact with the insulating film may cause leakage of electricity to the entire stack. In addition, the metal edge of the metal separator is caught on the damaged insulating film, which may cause a gas leak.

そこで、本発明者はこれらの問題についてさらに検討した。そもそも、上述のようにメタルセパレータとテンションプレートとが接触することについては、主として3つの理由が挙げられると考えられる。すなわち、第一に、燃料電池発電時の発熱によるセルの膨張(熱膨張)で、セル積層体の外周や厚みが大きくなる、というものである(図12参照)。図示しているように、これには面方向への膨張と、セル積層方向への膨張とがある。第二に、テンションプレートの荷重によってセル積層体に変形が生じうる、というものである(図13参照)。例えばセル積層方向に強い圧縮力が作用した場合にテンションプレートに変形を来す場合がある。第三に、セル積層時における組付け作業時、例えば手積みで行うことに起因して積載状態にばらつきが生じるというものである(図14参照)。セル積層は例えばジグに宛がう等しながら行うが、積層方向加圧時などにどうしてもばらつきが生じやすい。   Therefore, the present inventor further examined these problems. In the first place, it is considered that there are mainly three reasons for the contact between the metal separator and the tension plate as described above. That is, the first is that the outer circumference and thickness of the cell stack increase due to cell expansion (thermal expansion) due to heat generation during fuel cell power generation (see FIG. 12). As shown, this includes expansion in the surface direction and expansion in the cell stacking direction. Second, the cell stack can be deformed by the load of the tension plate (see FIG. 13). For example, the tension plate may be deformed when a strong compressive force is applied in the cell stacking direction. Third, there is a variation in the stacking state due to, for example, manual loading during assembly of the cells (see FIG. 14). Cell stacking is performed, for example, while being applied to a jig, but variations are apt to occur when pressing in the stacking direction.

このように、メタルセパレータとテンションプレートとが接触することについて検討した本発明者は、課題の解決に結び付く着想、すなわちセル積層体が撓んだときセル間が離れる方向の力が作用するのを抑制しうるという着想を得るに至った。   As described above, the inventor who examined the contact between the metal separator and the tension plate has an idea that leads to the solution of the problem, that is, when the cell stack is bent, the force in the direction of separating the cells acts. It came to the idea that it can be suppressed.

本発明はかかる着想に基づくものであり、膜−電極アッセンブリをセパレータで挟持してなるセルが積層されることによって構成されるセル積層体であって、前記セルのうち積層方向に垂直な表面と側面とのなす角が面取りされている当該セルが積層されていることを特徴とするものである。   The present invention is based on such an idea, and is a cell laminate formed by laminating cells in which a membrane-electrode assembly is sandwiched between separators, and the surface of the cells is perpendicular to the laminating direction. The cells having chamfered angles formed with the side surfaces are stacked.

このように、セルはその積層方向側部において面取りされているために、例えば当該セル積層体が撓む等して拘束部材等と接触したとしても従来のような形での面接触はせず、それよりも小さい面での接触あるいは線接触するようになる。これによれば、当該セルの側部と拘束部材等との間における摩擦力(動摩擦力)を低減させることができるから、セル積層体が撓んで拘束部材等と接触したとしてもセル間が離れる方向に作用する力を抑制することが可能となる。   As described above, since the cell is chamfered on the side portion in the stacking direction, even if the cell stack is bent and comes into contact with the restraining member or the like, surface contact in the conventional manner is not performed. , Contact on a smaller surface or line contact. According to this, since the frictional force (dynamic frictional force) between the side portion of the cell and the restraining member or the like can be reduced, the cells are separated even if the cell stack is bent and comes into contact with the restraining member or the like. It is possible to suppress the force acting in the direction.

かかるセル積層体においては、前記セルの全周が面取りされていることが好ましい。セルの全周が面取りされていることにより、当該セルの周縁のいずれの部位が拘束部材等に接触したとしてもセル間が離れる方向に作用する力を抑制することが可能となる。   In such a cell laminate, it is preferable that the entire circumference of the cell is chamfered. By chamfering the entire periphery of the cell, it is possible to suppress the force acting in the direction in which the cells are separated from each other even if any part of the periphery of the cell contacts the restraining member or the like.

また、本発明は、前記セル間に設けられる流体シール用のシール部材が、弾性によって当該流体をシールするものとなっている場合に適用して特に好適である。弾性によっていわば物理的にシールする部材は、例えば接着剤などのようにいわば化学的にシールする部材に比して外力の影響を受けやすい。この点、本発明のごときセル積層体においては、セルの側部が拘束部材等と接触した場合にもセル間が離れる方向に作用する力を抑制することができるから、弾性によって流体をシールするいわば物理的なシール部材に及ぶ外力を軽減して影響を少なくすることが可能である。   The present invention is particularly suitable when applied to a case where a sealing member for fluid sealing provided between the cells seals the fluid by elasticity. A member that physically seals due to elasticity is more susceptible to external forces than a member that chemically seals such as an adhesive. In this respect, in the cell stack as in the present invention, even when the side portion of the cell comes into contact with the restraining member or the like, the force acting in the direction of separating the cells can be suppressed, so that the fluid is sealed by elasticity. In other words, it is possible to reduce the influence by reducing the external force exerted on the physical seal member.

また、本発明では、当該セル積層体を積層状態で拘束するための拘束部材、および当該セル積層体の積層方向端部付近に配置される絶縁板の少なくとも一方が設けられている場合に前記セルが面取りされているようにしている。   Further, in the present invention, when at least one of a restraining member for restraining the cell stack in a stacked state and an insulating plate arranged in the vicinity of the stacking direction end of the cell stack is provided, the cell Is chamfered.

さらに、セル積層体は、前記面取りにより、当該面取り部分が隅肉を削いで丸味が付された形状となっているものであることが好ましい。丸味が付されていわゆるR形状となっていることにより、拘束部材等と接触した場合の当該セル側部における接触領域がさらに小さくなるし、より滑らかに接触するようになる。このため、セル間が離れる方向に作用する力をさらに抑制することが可能である。   Furthermore, it is preferable that the cell laminated body has a shape in which the chamfered portion is rounded by shaving the fillet by the chamfering. By being rounded and having a so-called R shape, the contact area on the side portion of the cell when it comes into contact with the restraining member or the like is further reduced and comes into contact more smoothly. For this reason, it is possible to further suppress the force acting in the direction of separating the cells.

また、本発明にかかるセル積層体において、面取りされているのは前記セパレータ間に介在する絶縁性の枠状部材である。このような構造の場合、セル積層体が撓む等したときに当該枠状部材が拘束部材等と接触しうる。   Further, in the cell laminate according to the present invention, the chamfered portion is an insulating frame member interposed between the separators. In the case of such a structure, the frame-shaped member can come into contact with the restraining member or the like when the cell stack is bent.

ここで、検討を重ねた本発明者は更なる着想を得るに至った。すなわち、上述したように、テンションプレートの内側面には絶縁膜が形成されているが、この絶縁膜にセパレータのエッジが接触すると漏電やガスリークが生じるおそれがある。本発明者は、このような従来構造を鑑み、セル間が離れる方向に作用する力を抑制しつつ、漏電やガスリークをも効果的に抑制しうる構造に着目し、更なる着想を得るに至ったものである。   Here, the present inventor who has repeatedly studied has come to obtain further ideas. That is, as described above, an insulating film is formed on the inner side surface of the tension plate. However, if the edge of the separator comes into contact with this insulating film, there is a risk of electric leakage or gas leakage. In view of such a conventional structure, the present inventor has focused on a structure that can effectively suppress leakage and gas leakage while suppressing the force acting in the direction of separating the cells, and has obtained further ideas. It is a thing.

本発明はかかる着想に基づくものであり、膜−電極アッセンブリをセパレータで挟持してなるセルが積層されることによって構成されるセル積層体であって、当該セル積層体を積層状態で拘束するための拘束部材によって拘束されているとともに、前記セパレータ間に介在する絶縁性の枠状部材の少なくとも一部が、当該セパレータのエッジが前記拘束部材に接触するよりも先に当該拘束部材に接触する程度に前記セパレータのエッジから外側にはみ出ているというものである。前記セパレータは例えばメタルセパレータである。   The present invention is based on such an idea, and is a cell stack formed by stacking cells formed by sandwiching a membrane-electrode assembly between separators, and restrains the cell stack in a stacked state. In addition to being restrained by the restraining member, at least a part of the insulating frame-like member interposed between the separators contacts the restraining member before the edge of the separator contacts the restraining member. It protrudes outward from the edge of the separator. The separator is, for example, a metal separator.

例えば打抜き加工等によって形成されたメタルセパレータの角や縁といった金属エッジは打抜きされたままの状態となっているため、当該エッジが拘束部材の表面に接触して傷を付けてしまうと、漏電が生じたりガスリークの原因となったりするおそれがある。この点、本発明にかかるセル積層体においては、枠状部材の一部がこのようなエッジよりも外側にはみ出した構造となっているから、例えばセル積層体が撓んだ場合、当該枠状部材の一部が拘束部材に接触することになる。枠状部材は例えば樹脂フレームなどからなるものであり、拘束部材に接触したとしても金属エッジの場合のように傷を付けてしまうおそれがない。したがって、漏電やガスリークが生じるのを抑制することができるようになる。   For example, metal edges such as corners and edges of a metal separator formed by punching or the like are left in a state of being punched. May cause gas leakage. In this regard, in the cell laminated body according to the present invention, since a part of the frame-shaped member has a structure that protrudes outside the edge, for example, when the cell laminated body is bent, the frame shape A part of the member comes into contact with the restraining member. The frame member is made of, for example, a resin frame, and even if it contacts the restraining member, there is no risk of scratching as in the case of a metal edge. Therefore, it becomes possible to suppress the occurrence of leakage or gas leak.

また、例えば金属エッジが接触している場合であれば拘束部材等に引っ掛かる等して摩擦力が大きくなることがありうるが、このセル積層体においては枠状部材の一部が接触する構造であり、金属エッジのように引っ掛かることもなく、摩擦力(動摩擦力)を低減させることが可能である。このため、セル積層体が撓んで拘束部材等と接触したとしてもセル間が離れる方向に作用する力を抑制することができる。   In addition, for example, when the metal edge is in contact, the frictional force may be increased by being caught by a restraining member or the like, but in this cell laminate, a part of the frame-like member is in contact. In addition, the frictional force (dynamic frictional force) can be reduced without being caught like a metal edge. For this reason, even if a cell laminated body bends and contacts with a restraining member etc., the force which acts on the direction which leaves | separates between cells can be suppressed.

加えて、このセル積層体は、従来も利用されている例えば樹脂フレーム等の枠状部材を大型化してセパレータのエッジからはみ出させるという簡単な構造であり、また、積層等の工程も従来と大きく変わるところはない。したがって従来の構造や工程に大きな変更が不要であり、コスト等の面でも好適である。   In addition, this cell laminate has a simple structure in which a frame-like member such as a resin frame that has been conventionally used is enlarged and protrudes from the edge of the separator. There is no change. Therefore, no major changes are required in the conventional structure or process, which is preferable in terms of cost and the like.

本発明において、前記拘束部材は例えば当該セル積層体の積層方向側部に配置されているテンションプレートである。また、前記テンションプレートのうち当該セル積層体側の面には例えば絶縁膜が形成されている。このように絶縁膜が形成されたテンションプレートが用いられている場合、本発明にかかるセル積層体によれば、当該絶縁膜に傷が付くことによって漏電やスパークが生じるのを回避することが可能となる。   In the present invention, the restraining member is, for example, a tension plate disposed on a side in the stacking direction of the cell stack. Further, for example, an insulating film is formed on a surface of the tension plate on the cell stack side. When a tension plate with an insulating film formed in this way is used, according to the cell stack according to the present invention, it is possible to avoid the occurrence of electric leakage and spark due to the insulating film being scratched. It becomes.

また、前記枠状部材のうち面取りされた部分が隅肉を削いで丸味が付された形状となっていることが好ましい。丸味が付されてR形状となっていることにより、拘束部材等と接触した場合の当該セル側部における接触領域がさらに小さくなるし、より滑らかに接触するようになる。このため、セル間が離れる方向に作用する力をさらに抑制することが可能である。   Moreover, it is preferable that the chamfered portion of the frame-shaped member has a rounded shape by shaving the fillet. By being rounded and having an R shape, the contact area on the side portion of the cell when it comes into contact with the restraining member or the like is further reduced and comes into contact more smoothly. For this reason, it is possible to further suppress the force acting in the direction of separating the cells.

さらに、本発明にかかる燃料電池は上述のごときセル積層体を備えているというものである。   Furthermore, the fuel cell according to the present invention includes the cell stack as described above.

本発明によれば、セル積層体が撓んだ場合にも、セル間が離れる方向の力が作用するのを抑制することが可能となる。   According to the present invention, even when the cell stack is bent, it is possible to suppress the force in the direction in which the cells are separated from each other.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図1〜図10に本発明にかかるセル積層体およびこれを備えた燃料電池の実施形態を示す。本実施形態におけるセル積層体(スタック)3は、膜−電極アッセンブリ30を挟持したセパレータ20(図1においては、セル2を構成する2枚のセパレータをそれぞれ符号20a,20bで示している)を複数枚、あるいは複数組積層することによって構成されているものである。本実施形態では、各セル2のうち積層方向に垂直な表面と側面とのなす角を面取りすることとしている。   1 to 10 show an embodiment of a cell stack according to the present invention and a fuel cell including the same. The cell stack (stack) 3 in the present embodiment includes a separator 20 sandwiching the membrane-electrode assembly 30 (in FIG. 1, the two separators constituting the cell 2 are indicated by reference numerals 20a and 20b, respectively). A plurality of sheets or a plurality of sets are stacked. In the present embodiment, the angle formed between the surface perpendicular to the stacking direction and the side surface of each cell 2 is chamfered.

以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池1を構成するセル2の概略構成について説明し、その後、セル2を積層することによって構成されるセル積層体3等について説明することとする。   In the embodiment described below, first, the schematic configuration of the cell 2 constituting the fuel cell 1 will be described, and then the cell stack 3 formed by stacking the cells 2 will be described.

図1等に本実施形態における燃料電池1のセル2の概略構成を示す。図示するように構成されるセル2は、順次積層されることによってセル積層体(スタック)3を構成する(図2、図7等参照)。また、このように形成されたセル積層体3は、例えばスタック両端を一対のエンドプレート8で挟まれ、さらにこれらエンドプレート8どうしを繋ぐように拘束部材(例えばテンションプレート)9が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている(図3参照)。   FIG. 1 shows a schematic configuration of the cell 2 of the fuel cell 1 in the present embodiment. The cells 2 configured as shown in the figure constitute a cell stack (stack) 3 by being sequentially stacked (see FIGS. 2, 7, etc.). The cell stack 3 formed in this way is in a state in which, for example, both ends of the stack are sandwiched between a pair of end plates 8 and a restraining member (for example, a tension plate) 9 is disposed so as to connect the end plates 8 to each other. Thus, the load in the stacking direction is applied and fastened (see FIG. 3).

なお、このようなセル積層体(スタック)3等で構成される燃料電池1は、例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の燃料電池1のセパレータとしても用いることが可能である。   The fuel cell 1 including such a cell stack (stack) 3 or the like can be used as an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV), but is not limited thereto. However, it can be used as a power generation system mounted on various mobile bodies (for example, ships, airplanes, etc.), self-propelled devices such as robots, and also as a separator for the stationary fuel cell 1.

セル2は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ(以下MEA;Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ)30、該MEA30を挟持する一対のセパレータ20(図1においてはそれぞれ符号20a,20bを付して示している)等で構成されている(図1参照)。MEA30および各セパレータ20a,20bはおよそ矩形の板状に形成されている。また、MEA30はその外形が各セパレータ20a,20bの外形よりも小さくなるように形成されている。   The cell 2 includes an electrolyte, specifically, a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 30 and a pair of separators 20 sandwiching the MEA 30 (in FIG. 1, reference numerals 20a and 20b are attached respectively). Etc.) (see FIG. 1). The MEA 30 and the separators 20a and 20b are formed in a substantially rectangular plate shape. Further, the MEA 30 is formed so that its outer shape is smaller than the outer shape of each separator 20a, 20b.

MEA30は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)31と、電解質膜31を両面から挟んだ一対の電極(アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極)32a,32bとで構成されている(図1参照)。電解質膜31は、各電極32a,32bよりも大きく形成されている。この電解質膜31には、その周縁部33を残した状態で各電極32a,32bが例えばホットプレス法により接合されている。   The MEA 30 includes a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as an electrolyte membrane) 31 made of a polymer material ion exchange membrane, and a pair of electrodes (an anode side diffusion electrode and a cathode side diffusion electrode) sandwiching the electrolyte membrane 31 from both sides. 32a and 32b (see FIG. 1). The electrolyte membrane 31 is formed larger than the electrodes 32a and 32b. The electrodes 32a and 32b are joined to the electrolyte membrane 31 by, for example, a hot press method while leaving the peripheral edge portion 33.

MEA30を構成する電極32a,32bは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材(拡散層)で構成されている。一方の電極(アノード)32aには燃料ガス(反応ガス)としての水素ガス、他方の電極(カソード)32bには空気や酸化剤などの酸化ガス(反応ガス)が供給され、これら2種類の反応ガスによりMEA30内で電気化学反応が生じてセル2の起電力が得られるようになっている。   The electrodes 32a and 32b constituting the MEA 30 are made of, for example, a porous carbon material (diffusion layer) carrying a catalyst such as platinum attached to the surface thereof. One electrode (anode) 32a is supplied with hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas), and the other electrode (cathode) 32b is supplied with an oxidizing gas (reactive gas) such as air or an oxidant. An electrochemical reaction is generated in the MEA 30 by the gas, and the electromotive force of the cell 2 is obtained.

セパレータ20(20a,20b)はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属(メタル)が挙げられる。本実施形態のセパレータ20(20a,20b)の基材は板状のメタルで形成されているものであり(メタルセパレータ)、この基材の電極32a,32b側の面には耐食性に優れた膜(例えば金メッキで形成された皮膜)が形成されている。   The separator 20 (20a, 20b) is made of a gas impermeable conductive material. Examples of the conductive material include carbon and a hard resin having conductivity, and metals such as aluminum and stainless steel. The base material of the separator 20 (20a, 20b) of the present embodiment is formed of a plate-like metal (metal separator), and a film having excellent corrosion resistance is formed on the surface of the base material on the electrodes 32a, 32b side. (For example, a film formed by gold plating) is formed.

また、セパレータ20a,20bの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ20a,20bの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路34や水素ガスのガス流路35、あるいは冷却水流路36を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ20aの電極32a側となる内側の面には水素ガスのガス流路35が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図1参照)。同様に、セパレータ20bの電極32b側となる内側の面には酸化ガスのガス流路34が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図1参照)。例えば本実施形態の場合、セル2におけるこれらガス流路34およびガス流路35は互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する2つのセル2,2に関し、一方のセル2のセパレータ20aの外面と、これに隣接するセル2のセパレータ20bの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路36が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている(図1参照)。   Further, a groove-like flow path constituted by a plurality of concave portions is formed on both surfaces of the separators 20a and 20b. These flow paths can be formed by press molding in the case of the separators 20a and 20b of the present embodiment in which the base material is formed of, for example, a plate-like metal. The groove-shaped flow path formed in this way constitutes an oxidizing gas flow path 34, a hydrogen gas flow path 35, or a cooling water flow path 36. More specifically, a plurality of gas passages 35 for hydrogen gas are formed on the inner surface on the electrode 32a side of the separator 20a, and a plurality of cooling water passages 36 are formed on the back surface (outer surface). (See FIG. 1). Similarly, a plurality of gas channels 34 for oxidizing gas are formed on the inner surface of the separator 20b on the electrode 32b side, and a plurality of cooling water channels 36 are formed on the back surface (outer surface) (FIG. 1). reference). For example, in the case of this embodiment, the gas flow path 34 and the gas flow path 35 in the cell 2 are formed to be parallel to each other. Further, in the present embodiment, regarding the two adjacent cells 2 and 2, when the outer surface of the separator 20a of one cell 2 and the outer surface of the separator 20b of the cell 2 adjacent thereto are attached together, The water channel 36 is integrated to form a channel having a rectangular or honeycomb cross section (see FIG. 1).

さらに、上述したように各セパレータ20a,20bは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ20aにおいては、水素ガスのガス流路35を形成する凸形状(凸リブ)の裏面が冷却水流路36を形成する凹形状(凹溝)であり、ガス流路35を形成する凹形状(凹溝)の裏面が冷却水流路36を形成する凸形状(凸リブ)である。さらに、セパレータ20bにおいては、酸化ガスのガス流路34を形成する凸形状(凸リブ)の裏面が冷却水流路36を形成する凹形状(凹溝)であり、ガス流路34を形成する凹形状(凹溝)の裏面が冷却水流路36を形成する凸形状(凸リブ)である。   Furthermore, as described above, the separators 20a and 20b have a relationship in which at least the uneven shape for forming a fluid flow path is reversed between the front surface and the back surface. More specifically, in the separator 20a, the back surface of the convex shape (convex rib) forming the hydrogen gas gas flow path 35 is a concave shape (concave groove) forming the cooling water flow path 36, and the gas flow path The back surface of the concave shape (concave groove) forming 35 is a convex shape (convex rib) forming the cooling water channel 36. Furthermore, in the separator 20b, the back surface of the convex shape (convex rib) that forms the gas flow path 34 of the oxidizing gas has a concave shape (concave groove) that forms the cooling water flow path 36, and the concave that forms the gas flow path 34. The back surface of the shape (concave groove) is a convex shape (convex rib) forming the cooling water flow path 36.

また、セパレータ20a,20bの長手方向の端部付近(本実施形態の場合であれば、図1中向かって左側に示す一端部の近傍)には、酸化ガスの入口側のマニホールド15a、水素ガスの出口側のマニホールド16b、および冷却水の出口側のマニホールド17bが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド15a,16b,17bは各セパレータ20a,20bに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている(図1参照)。さらに、セパレータ20a,20bのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド15b、水素ガスの入口側のマニホールド16a、および冷却水の入口側のマニホールド17aが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド15b,16a,17aも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている(図1参照)。なお、図3、図4等においてはa,bの添字を省略した形で各マニホールドの符号を示している。   Further, in the vicinity of the longitudinal ends of the separators 20a and 20b (in the case of this embodiment, in the vicinity of one end shown on the left side in FIG. 1), the manifold 15a on the inlet side of the oxidizing gas, hydrogen gas An outlet side manifold 16b and a cooling water outlet side manifold 17b are formed. For example, in the case of this embodiment, these manifolds 15a, 16b, and 17b are formed by substantially rectangular or trapezoidal through holes provided in the separators 20a and 20b (see FIG. 1). Further, an oxidant gas outlet side manifold 15b, a hydrogen gas inlet side manifold 16a, and a cooling water inlet side manifold 17a are formed at opposite ends of the separators 20a and 20b. In the case of this embodiment, these manifolds 15b, 16a, and 17a are also formed by substantially rectangular or trapezoidal through holes (see FIG. 1). In FIG. 3, FIG. 4, etc., the signs of the manifolds are shown in a form in which the suffixes a and b are omitted.

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ20aにおける水素ガス用の入口側マニホールド16aと出口側マニホールド16bは、セパレータ20aに溝状に形成されている入口側の連絡通路61および出口側の連絡通路62を介してそれぞれが水素ガスのガス流路35に連通している。同様に、セパレータ20bにおける酸化ガス用の入口側マニホールド15aと出口側マニホールド15bは、セパレータ20bに溝状に形成されている入口側の連絡通路63および出口側の連絡通路64を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路34に連通している(図1参照)。さらに、各セパレータ20a,20bにおける冷却水の入口側マニホールド17aと出口側マニホールド17bは、各セパレータ20a,20bに溝状に形成されている入口側の連絡通路65および出口側の連絡通路66を介してそれぞれが冷却水流路36に連通している。ここまで説明したような各セパレータ20a,20bの構成により、セル2には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル2が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ20aの入口側マニホールド16aから連絡通路61を通り抜けてガス流路35に流入し、MEA30の発電に供された後、連絡通路62を通り抜けて出口側マニホールド16bに流出することになる。   Among the manifolds as described above, the inlet side manifold 16a and the outlet side manifold 16b for the hydrogen gas in the separator 20a are connected to the inlet side communication passage 61 and the outlet side communication passage 62 formed in the separator 20a in a groove shape. Each communicates with a gas flow path 35 of hydrogen gas. Similarly, the inlet side manifold 15a and the outlet side manifold 15b for the oxidizing gas in the separator 20b are oxidized via the inlet side communication passage 63 and the outlet side communication passage 64 formed in the separator 20b in a groove shape. The gas communicates with the gas flow path 34 (see FIG. 1). Further, the inlet side manifold 17a and the outlet side manifold 17b of the cooling water in each separator 20a, 20b are connected to each separator 20a, 20b through an inlet side communication passage 65 and an outlet side communication passage 66 formed in a groove shape. Each communicates with the cooling water passage 36. With the configuration of the separators 20a and 20b as described above, the cell 2 is supplied with oxidizing gas, hydrogen gas, and cooling water. As a specific example, when the cells 2 are stacked, for example, hydrogen gas passes from the inlet side manifold 16a of the separator 20a through the communication passage 61 and flows into the gas flow path 35, and is supplied to the power generation of the MEA 30. After that, the fluid passes through the communication passage 62 and flows out to the outlet side manifold 16b.

第1シール部材13a、第2シール部材13bは、ともに複数の部材(例えば小型の4つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体)で形成されているものである(図1参照)。これらのうち、第1シール部材13aはMEA30とセパレータ20aとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜31の周縁部33と、セパレータ20aのうちガス流路35の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第2シール部材13bは、MEA30とセパレータ20bとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜31の周縁部33と、セパレータ20bのうちガス流路34の周囲の部分との間に介在するように設けられる。   The first seal member 13a and the second seal member 13b are both formed of a plurality of members (for example, four small rectangular frames and a large frame for forming a fluid flow path) (FIG. 1). Among these, the first seal member 13a is provided between the MEA 30 and the separator 20a. More specifically, a part of the first seal member 13a is a peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31 and a gas flow path 35 of the separator 20a. It is provided so that it may interpose between the surrounding parts. The second seal member 13b is provided between the MEA 30 and the separator 20b. More specifically, a part of the second seal member 13b is a peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31 and the gas channel 34 of the separator 20b. It is provided so as to be interposed between the surrounding portions.

さらに、隣接するセル2,2のセパレータ20bとセパレータ20aとの間には、複数の部材(例えば小型の4つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体)で形成された第3シール部材13cが設けられている(図1参照)。この第3シール部材13cは、セパレータ20bにおける冷却水流路36の周囲の部分と、セパレータ20aにおける冷却水流路36の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。   Furthermore, a plurality of members (for example, four small rectangular frames and a large frame for forming a fluid flow path) are formed between the separators 20b and 20a of the adjacent cells 2 and 2. A third seal member 13c is provided (see FIG. 1). The third seal member 13c is provided so as to be interposed between a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20b and a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20a, and seals between them. It is.

なお、第1〜第3シール部材13a〜13cとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体(ガスケット)や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材13a〜13cとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが(図8等参照)、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。   In addition, as the first to third seal members 13a to 13c, an elastic body (gasket) that seals a fluid by physical contact with an adjacent member, or an adhesive that is bonded by chemical bonding with an adjacent member. An agent or the like can be used. For example, in this embodiment, a member that is physically sealed by elasticity is employed as each of the seal members 13a to 13c (see FIG. 8 and the like). Instead, a member that is sealed by a chemical bond such as the above-described adhesive is used. It can also be adopted.

枠状部材40(図1中では符号40a,40bで示す)は、MEA30とともにセパレータ20a,20b間に挟持される例えば樹脂からなる部材(以下、樹脂フレームともいう)である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム40(40a,40b)をセパレータ20a,20b間に介在させ、当該樹脂フレーム40によってMEA30の少なくとも一部、例えば周縁部33に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている(図6等参照)。このように設けられる樹脂フレーム40は、締結力を支持するセパレータ20(20a,20b)間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ20(20a,20b)の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。   The frame-like member 40 (indicated by reference numerals 40a and 40b in FIG. 1) is a member made of, for example, resin (hereinafter also referred to as a resin frame) sandwiched between the separators 20a and 20b together with the MEA 30. For example, in the present embodiment, a thin frame-shaped resin frame 40 (40a, 40b) is interposed between the separators 20a, 20b, and at least a part of the MEA 30 such as a portion along the peripheral edge 33 is defined as the front side by the resin frame 40. It is made to clamp from the back side (refer FIG. 6 etc.). The resin frame 40 provided in this way functions as a spacer between the separators 20 (20a, 20b) that supports the fastening force, functions as an insulating member, and as a reinforcing member that reinforces the rigidity of the separator 20 (20a, 20b). Demonstrate the function.

続いて、燃料電池1の構成について簡単に説明する(図2、図3等参照)。本実施形態における燃料電池1は、複数の単セル2を積層したセル積層体(スタック)3を有し、セル積層体3の両端に位置する単セル2,2の外側に順次、出力端子5付きの集電板6、絶縁板7およびエンドプレート8が各々配置された構造となっている(図2参照)。また、セル積層体3は拘束部材(以下、テンションプレートともいう)9によって積層状態で拘束されている。テンションプレート9は両エンドプレート8,8間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対がセル積層体3の両側に対向するように配置される(図7等参照)。テンションプレート9は、各エンドプレート8,8にボルト等で固定され、単セル2の積層方向に所定の締結力(圧縮力)を作用させた状態を維持する。   Next, the configuration of the fuel cell 1 will be briefly described (see FIGS. 2 and 3). The fuel cell 1 in the present embodiment includes a cell stack (stack) 3 in which a plurality of single cells 2 are stacked, and the output terminals 5 are sequentially placed outside the single cells 2 and 2 located at both ends of the cell stack 3. The attached current collector plate 6, insulating plate 7 and end plate 8 are arranged (see FIG. 2). The cell stack 3 is constrained in a stacked state by a constraining member (hereinafter also referred to as a tension plate) 9. The tension plate 9 is provided so as to bridge between both the end plates 8 and 8 and is disposed, for example, so that a pair is opposed to both sides of the cell stack 3 (see FIG. 7 and the like). The tension plate 9 is fixed to the end plates 8 and 8 with bolts or the like, and maintains a state in which a predetermined fastening force (compression force) is applied in the stacking direction of the single cells 2.

さらに、上述したテンションプレート9の内側面(セル積層体3を向く面)には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜9aが形成されている(図8等参照)。絶縁膜9aは、具体的には例えば当該テンションプレート9の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。   Furthermore, an insulating film 9a is formed on the inner side surface (the surface facing the cell stack 3) of the tension plate 9 to prevent leakage or sparks (see FIG. 8 and the like). Specifically, the insulating film 9a is formed by, for example, an insulating tape attached to the inner surface of the tension plate 9, or a resin coating applied so as to cover the surface.

また、セル積層体3に締結力(圧縮力)を作用させる部材(弾性モジュール)の一例を挙げれば以下のとおりである。すなわち、互いに並列に配置されたコイルスプリング等の弾性体11と、これら複数の弾性体11を積層方向にて挟持する一対の板状部材12とがセル積層体3の一端に配置されているものである(図7参照)。また、板状部材12とエンドプレート8との間には接続部材13が介在しており、当該接続部材13自体の可撓性またはピボット状に接触する構成などによって首振り可能な構造を実現している(図7参照)。多数(例えば200〜400程度)のセル2を積層した結果、セル積層体3が例えば台形に近似した状態になるなど側方への偏りが生じて歪んだとしても、このような支持構造によれば、当該接続部材13を中心として首を振る動きをすることにより、偏りに応じた分だけ適宜角度を変えて歪みを矯正することが可能である。さらには、当該接続部材13がねじ部を備えていることも好ましい。ねじ部付きの接続部材13によれば、当該位置において回転することにより板状部材12とエンドプレート8との間隔を変化させることが可能となるから、セル積層時、積層厚みに固体毎のばらつきが生じた場合にもねじ部付き接続部材13を相対的に回転させて軸方向長さを変えることによりセル積層体3の全体厚み(全体長さ)を微調整することができる。このため、セル積層体3に作用する締結力の微調整も行いやすい。以上のようなねじ部付き接続部材13としては、「いもねじ」等と呼ばれるねじ(一例として、すりわり付き止めねじ等)を利用することが可能である。   An example of a member (elastic module) that applies a fastening force (compression force) to the cell laminate 3 is as follows. That is, an elastic body 11 such as a coil spring disposed in parallel with each other and a pair of plate-like members 12 that sandwich the plurality of elastic bodies 11 in the stacking direction are disposed at one end of the cell stack 3. (See FIG. 7). Further, a connecting member 13 is interposed between the plate-like member 12 and the end plate 8, and a structure capable of swinging is realized by a configuration in which the connecting member 13 itself contacts in a flexible or pivot shape. (See FIG. 7). As a result of stacking a large number of cells 2 (for example, about 200 to 400), even if the cell stack 3 is distorted due to lateral deviation such as a trapezoidal shape, such a support structure is used. For example, by swinging the head around the connection member 13, it is possible to correct the distortion by appropriately changing the angle corresponding to the deviation. Furthermore, it is also preferable that the connection member 13 includes a screw portion. According to the connecting member 13 with the threaded portion, it is possible to change the interval between the plate-like member 12 and the end plate 8 by rotating at the position, and therefore, when the cells are stacked, the stacking thickness varies from one solid to another. Even in the case of the occurrence of the problem, the overall thickness (total length) of the cell stack 3 can be finely adjusted by changing the axial length by relatively rotating the connecting member 13 with the threaded portion. For this reason, it is easy to finely adjust the fastening force acting on the cell stack 3. As the connection member 13 with the screw part as described above, a screw called “potato screw” or the like (for example, a set screw with a slot) can be used.

続いて、本発明にかかるセル積層体3の特徴的な構造、より具体的にはセパレータ20や樹脂フレーム(枠状部材)40の特に周縁部分における構造について説明する。上述したように、セル積層体3は、積層方向に垂直な表面と側面とのなす角が面取りされているセル2が積層された構造となっているもので、拘束部材(テンションプレート)9によって積層状態で拘束された状態となっている(図8等参照)。   Next, the characteristic structure of the cell stack 3 according to the present invention, more specifically, the structure of the separator 20 and the resin frame (frame member) 40, particularly the peripheral portion will be described. As described above, the cell laminate 3 has a structure in which the cells 2 having chamfered angles formed by the surface and the side surface perpendicular to the stacking direction are stacked, and the restraint member (tension plate) 9 It is in a state of being restrained in a stacked state (see FIG. 8 and the like).

例えば本実施形態においては、セパレータ20(20a,20b)間に介在する絶縁性の樹脂フレーム40の少なくとも一部が、当該セパレータ20のエッジ(図8中において符号20eで示す)が拘束部材(テンションプレート)9に接触するよりも先に当該拘束部材9に接触する程度にセパレータ20のエッジ20eから外側にはみ出した構造となっている(図8等参照)。上述したように、拘束部材9の内側面には絶縁膜9aが形成されており(図8参照)、この絶縁膜9aにセパレータ(例えばメタルセパレータ)20のエッジ20eが接触すると漏電やガスリークが生じるおそれがある。これに対し、上述したような本実施形態のセル積層体3によれば、樹脂フレーム40の方がセパレータ20のエッジ20eよりも先に絶縁膜9aに接触し、当該エッジ20eが絶縁膜9aに接触しないように機能する。   For example, in this embodiment, at least a part of the insulating resin frame 40 interposed between the separators 20 (20a, 20b) is formed by the edge of the separator 20 (indicated by reference numeral 20e in FIG. 8) as a restraining member (tension). (Plate) 9 has a structure that protrudes outward from the edge 20e of the separator 20 to the extent that it contacts the restraining member 9 before it contacts the plate 9 (see FIG. 8 and the like). As described above, the insulating film 9a is formed on the inner side surface of the restraining member 9 (see FIG. 8). When the edge 20e of the separator (for example, a metal separator) 20 comes into contact with the insulating film 9a, electric leakage or gas leakage occurs. There is a fear. In contrast, according to the cell laminate 3 of the present embodiment as described above, the resin frame 40 contacts the insulating film 9a before the edge 20e of the separator 20, and the edge 20e contacts the insulating film 9a. It functions so as not to touch.

また、樹脂フレーム40のはみ出した縁部は、セル積層方向に垂直な表面と側面とのなす角が面取りされている状態となっている。ここでいう面取りとは、面と面との交わりの角に斜面または丸味を付すことであり、例えば本実施形態では、当該縁部の隅肉を削いで丸味を付した形状としている(図6、図8等参照)。このように樹脂フレーム40の縁部に丸味を付してR形状とした場合、拘束部材(テンションプレート)9と接触した場合における接触領域が小さく尚かつ滑らかになり、摺接する際の摩擦力(動摩擦力)を低下させることが可能となる。したがって、セル積層他3が撓んでその一部が拘束部材9に接触したとしても、セル2どうしが離れるようにセル間に作用する力を抑制することが可能である。   Further, the protruding edge portion of the resin frame 40 is in a state where the angle formed between the surface perpendicular to the cell stacking direction and the side surface is chamfered. The chamfering referred to here is to add a slope or roundness to the corner of the intersection between the faces. For example, in this embodiment, the fillet of the edge is shaved and rounded (FIG. 6). , See FIG. When the edge of the resin frame 40 is rounded to have an R shape in this way, the contact area when contacting the restraining member (tension plate) 9 is small and smooth, and the frictional force ( (Dynamic friction force) can be reduced. Therefore, even if the cell stack 3 is bent and a part thereof contacts the restraining member 9, it is possible to suppress the force acting between the cells so that the cells 2 are separated from each other.

しかも、このような端面形状の樹脂フレーム40によれば、当該周縁が接触しても拘束部材(テンションプレート)9自体あるいはその表面に形成されている絶縁膜9aに傷を付けるようなおそれがない。したがって、漏電やガスリークが生じるのを抑制することもできる。   Moreover, according to the resin frame 40 having such an end face shape, there is no risk that the restraining member (tension plate) 9 itself or the insulating film 9a formed on the surface thereof will be damaged even if the peripheral edge contacts. . Therefore, it is possible to suppress the occurrence of electric leakage or gas leak.

加えて、本実施形態におけるセル積層体3は、従来も利用されている枠状部材(例えば本実施形態における樹脂フレーム40)を大型化してセパレータ20のエッジ20eからはみ出させるという簡単な構造のものである。また、積層等の工程も従来と大きく変わるところはない。したがって従来の構造や工程に大きな変更が不要であり、コスト等の面でも好適なものである。   In addition, the cell stack 3 in the present embodiment has a simple structure in which a conventionally used frame-like member (for example, the resin frame 40 in the present embodiment) is enlarged to protrude from the edge 20e of the separator 20. It is. Also, there is no significant change in the process of lamination and the like. Therefore, it is not necessary to make a major change to the conventional structure or process, which is preferable in terms of cost.

また、本実施形態においては拘束部材9の片面(セル積層体3を向く面)の全体に絶縁膜9aが形成されている場合について説明したが、この絶縁膜9aが一部形成されていない場合においても本実施形態のセル積層体3は適用可能である。例示すれば、絶縁膜9aに所定どおり形成されていない部分があって拘束部材9の一部が露出しているような場合(図10参照)、従来の構造であればセル2間が離れる方向の力が作用したり漏電などが生じたりするおそれがあったが、本実施形態のセル積層体3によればこれらを効果的に抑制することが可能である。すなわち、樹脂フレーム40の周縁が拘束部材9の露出した表面上をも滑らかに摺接することによってセル2間が離れる方向の力が作用するのを抑制することができ、また、はみ出した形状の樹脂フレーム40が当該拘束部材9とセパレータ20のエッジ20aとを一定距離以上離れさせることによって電気的に絶縁する。   In the present embodiment, the case where the insulating film 9a is formed on the entire one surface of the restraining member 9 (the surface facing the cell stack 3) has been described. However, the insulating film 9a is not partially formed. The cell stack 3 of the present embodiment is also applicable. For example, when there is a portion that is not formed as prescribed in the insulating film 9a and a part of the restraining member 9 is exposed (see FIG. 10), the cell 2 is separated in the conventional structure. However, according to the cell laminate 3 of the present embodiment, these can be effectively suppressed. That is, the peripheral edge of the resin frame 40 can be smoothly slidably contacted on the exposed surface of the restraining member 9 to prevent the force in the direction of separating the cells 2 from acting, and the protruding resin The frame 40 is electrically insulated by separating the restraining member 9 and the edge 20a of the separator 20 by a certain distance or more.

また、本実施形態によれば、セル積層体3がさらに大きな外力を受ける等して傾いた場合にも所望の作用効果が得られる。すなわち、外力等の影響によって複数のセルが例えばθ度傾斜したとしても、拘束部材9あるいはその表面に形成されている絶縁膜9aに接触するのは樹脂フレーム40の周縁部分であり、これにより、セパレータ20のエッジ20eが拘束部材9あるいは絶縁膜9aに接触するのを回避することができる(図9参照)。   Further, according to the present embodiment, a desired effect can be obtained even when the cell stack 3 is tilted by receiving a larger external force or the like. That is, even if the plurality of cells are inclined by, for example, θ degrees due to the influence of an external force or the like, it is the peripheral portion of the resin frame 40 that contacts the restraining member 9 or the insulating film 9a formed on the surface thereof. It is possible to avoid the edge 20e of the separator 20 from coming into contact with the restraining member 9 or the insulating film 9a (see FIG. 9).

なお、樹脂フレーム40の周縁を面取りするにあたっては、セル2(あるいはセル2を構成している当該樹脂フレーム40)の全周にわたって当該面取りが施されていることが好ましい。このようにセル2の全周に亘って面取りされていることにより、当該セル2の周縁のいずれの部位(本実施形態の場合、樹脂フレーム40の周縁のいずれの部位)が拘束部材9に接触したとしてもセル2間が離れる方向の力が作用するのを抑制し、尚かつ漏電やガスリークが生じるのを抑制することができる。   In addition, in chamfering the periphery of the resin frame 40, it is preferable that the chamfering is performed over the entire circumference of the cell 2 (or the resin frame 40 constituting the cell 2). In this way, by chamfering the entire circumference of the cell 2, any part of the peripheral edge of the cell 2 (in this embodiment, any part of the peripheral edge of the resin frame 40) contacts the restraining member 9. Even if it does, it can suppress that the force of the direction which leaves | separates between cells 2 acts, and can suppress that electric leakage and gas leak arise.

以上のようなセル積層体3においては、例えば燃料電池1の発電時の発熱によるセル2の熱膨張(図12参照)、拘束部材(テンションプレート)9の荷重による影響(図13参照)、組付け作業時に例えば手積みで行うことに起因して生じうるばらつき(図14参照)、等によって当該セル積層体3が撓んだ場合に、セパレータ20のエッジ20eではなく樹脂フレーム40の端部が拘束部材9に接触する構造となっている。しかもこの場合、樹脂フレーム40は拘束部材9(またはその表面の絶縁膜9a)に対して滑らかに、かつ摩擦力の少ない状態で摺接しうる。このような本実施形態のセル積層体3によれば、当該セル積層体3が撓んだ場合にも、セル2間が離れる方向の力が作用するのを抑制し、尚かつ漏電やガスリークが生じるのを抑制することができる。   In the cell stack 3 as described above, for example, the thermal expansion of the cell 2 due to heat generation during power generation of the fuel cell 1 (see FIG. 12), the influence of the load of the restraining member (tension plate) 9 (see FIG. 13), the assembly For example, when the cell stack 3 is bent due to a variation (see FIG. 14) that may occur due to, for example, manual loading during the attaching operation, the end of the resin frame 40 is not the edge 20e of the separator 20 The structure is in contact with the restraining member 9. In addition, in this case, the resin frame 40 can be in sliding contact with the restraining member 9 (or the insulating film 9a on the surface) smoothly and with a small frictional force. According to such a cell laminate 3 of the present embodiment, even when the cell laminate 3 is bent, it is possible to suppress a force acting in a direction in which the cells 2 are separated from each other, and to prevent electric leakage and gas leak. It can be suppressed from occurring.

上述のごときセル積層体3は、セル2間に設けられる流体シール用のシール部材が、弾性によって当該流体をシールするものとなっている場合に特に好適である。弾性によっていわば物理的にシールする部材は、例えば接着剤などのようにいわば化学的にシールする部材に比して外力の影響を受けやすい。この点、上述したようなセル積層体3においては、樹脂フレーム40の周縁部が拘束部材9と接触した場合、セル2間が離れる方向に作用する力を抑制することができるから、弾性によって流体をシールするいわば物理的なシール部材に及ぶ外力を軽減して影響を少なくすることが可能となる。例えば本実施形態の場合、上述した第3シール部材13cは例えばゴム製であって弾性により流体(冷却水)をシールするガスケットであり、当該第3シール部材に及ぶ外力を軽減して影響を少なくすることが可能となっている。なお、ここでは第3シール部材13cがいわば物理的なシール(ガスケット)である場合を例示したがこれは一例にすぎない。シール部材が例えば接着剤といったように化学結合によってシールする部材である場合であっても本実施形態にかかる構造を適用することが可能である。   The cell laminate 3 as described above is particularly suitable when the fluid sealing seal member provided between the cells 2 seals the fluid by elasticity. A member that physically seals due to elasticity is more susceptible to external forces than a member that chemically seals such as an adhesive. In this respect, in the cell laminate 3 as described above, when the peripheral portion of the resin frame 40 comes into contact with the restraining member 9, the force acting in the direction in which the cells 2 are separated can be suppressed. In other words, the external force exerted on the physical seal member can be reduced to reduce the influence. For example, in the case of the present embodiment, the above-described third seal member 13c is made of, for example, rubber and is a gasket that seals fluid (cooling water) by elasticity, and reduces the external force exerted on the third seal member to reduce the influence. It is possible to do. In addition, although the case where the 3rd seal member 13c was a physical seal (gasket) was illustrated here, this is only an example. Even when the sealing member is a member that is sealed by chemical bonding, such as an adhesive, the structure according to the present embodiment can be applied.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では樹脂フレーム40に対する面取りの一例として丸味を付したものを例示したが(図8等参照)、面と面との交わりの角にこのように丸味を付すばかりでなく、先述のように斜面を付すことも可能である。例示すれば、詳しくは図示していないが面取りの幅を僅かとすることも可能である(図10参照)。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, a rounded surface is illustrated as an example of chamfering on the resin frame 40 (see FIG. 8 and the like). In addition to rounding the corner of the intersection between the surface in this way, It is also possible to attach a slope. For example, although not shown in detail, the width of the chamfer can be made slightly (see FIG. 10).

また、上述した実施形態では、セル積層体3を積層状態で拘束するための拘束部材9、および当該セル積層体3の積層方向端部付近に配置される絶縁板7の両方が設けられている燃料電池1に適用した場合について例示したが対象がこれに限られることはない。例えば、拘束部材9と絶縁板7のいずれか一方のみが設けられている場合にも、セル2の一部(樹脂フレーム40の周縁)を面取りして本発明を適用することが可能である。   Moreover, in embodiment mentioned above, both the restraint member 9 for restraining the cell laminated body 3 in a lamination | stacking state, and the insulating board 7 arrange | positioned in the stacking direction edge part vicinity of the said cell laminated body 3 are provided. Although the case where it applied to the fuel cell 1 was illustrated, object is not restricted to this. For example, even when only one of the restraining member 9 and the insulating plate 7 is provided, it is possible to apply the present invention by chamfering a part of the cell 2 (periphery of the resin frame 40).

さらに、本実施形態においてはセル2の一部として樹脂フレーム40の周縁を面取りした場合について説明したがこれも好適な一例に過ぎない。他の例を示せば、セル電圧を検出するためのセルモニタ(図示省略)がセパレータ20の周縁において面内方向で突出した凸部に設けられているような場合を挙げることができる。この場合、当該セルモニタあるいは突出した凸部を、本実施形態でみ出すように設けられていた樹脂フレーム40と同様に機能させることが可能である。   Furthermore, in the present embodiment, the case where the periphery of the resin frame 40 is chamfered as a part of the cell 2 has been described, but this is also only a preferred example. As another example, there may be mentioned a case where a cell monitor (not shown) for detecting a cell voltage is provided on a protrusion protruding in the in-plane direction at the periphery of the separator 20. In this case, it is possible to make the cell monitor or the protruding convex portion function in the same manner as the resin frame 40 provided so as to protrude from the present embodiment.

また、本実施形態においては拘束部材9あるいはその表面に形成されている絶縁膜9aと樹脂フレーム40との間にある程度のクリアランスを設けるようにしていたが(図8等参照)、このクリアランスをなくす、つまり通常時において樹脂フレーム40の周縁が拘束部材9あるいは絶縁膜9aに当接した状態とすることも可能である(図11参照)。この場合、当該樹脂フレーム40のはみ出し量を大きくすればその分だけ拘束部材9(あるいは絶縁膜9a)とセパレータ20のエッジ20eとを離すことができるから、更なる絶縁性を確保することができるようになる。この場合、積層時に生じることのあるセル2間のばらつきをなくすべく、当該拘束部材(テンションプレート)9上にてセル2を積層することも可能である。ただし、熱膨張による変形を考慮し、両者を当接した状態とするのは片側のみとし、反対側においては上述した実施形態と同様にクリアランスを設けておくことが好ましい(図11参照)。   In the present embodiment, a certain amount of clearance is provided between the restraining member 9 or the insulating film 9a formed on the surface thereof and the resin frame 40 (see FIG. 8 and the like), but this clearance is eliminated. In other words, it is possible to make the peripheral edge of the resin frame 40 abut on the restraining member 9 or the insulating film 9a in a normal state (see FIG. 11). In this case, if the amount of protrusion of the resin frame 40 is increased, the restraining member 9 (or the insulating film 9a) and the edge 20e of the separator 20 can be separated from each other, so that further insulation can be ensured. It becomes like this. In this case, the cells 2 can be stacked on the restraining member (tension plate) 9 in order to eliminate the variation between the cells 2 that may occur at the time of stacking. However, in consideration of deformation due to thermal expansion, it is preferable that only one side be in contact with both, and a clearance is provided on the opposite side as in the above-described embodiment (see FIG. 11).

本実施形態におけるセルの構造例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structural example of the cell in this embodiment. セル積層体の構造例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of a cell laminated body. セル積層体の別の構造例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another structural example of a cell laminated body. セル積層体を構成するセルの構成を分解して示す図である。It is a figure which decomposes | disassembles and shows the structure of the cell which comprises a cell laminated body. 本実施形態におけるセルの構造例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the cell in this embodiment. 図5におけるVI-VI線におけるセルの断面図である。It is sectional drawing of the cell in the VI-VI line in FIG. 締結力(圧縮力)を作用させるための弾性モジュールが併設されたセル積層体の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the cell laminated body in which the elastic module for making a fastening force (compression force) act was attached. 図7中の丸印部分の構造を詳細に示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure of the circled part in FIG. 7 in detail. セル積層体がさらに大きな外力を受ける等して複数のセルが傾斜した場合の様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when a some cell inclines because a cell laminated body receives a still larger external force. 拘束部材9の一部が露出しており、尚かつ面取りの幅を僅かとした場合の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure when a part of restraint member 9 is exposed and the width | variety of chamfering was made small. 本発明の他の実施形態を示す図であり、(A)樹脂フレームの周縁を拘束部材あるいは絶縁膜に当接させるようにした場合の構造例と、(B)当該部分の拡大図である。It is a figure which shows other embodiment of this invention, (A) The structural example at the time of making the periphery of a resin frame contact | abut to a restraining member or an insulating film, and (B) The enlarged view of the said part. メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第一の理由を簡潔に表す概略図である。It is the schematic showing the 1st reason that a metal separator and a tension plate contact briefly. メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第二の理由を簡潔に表す概略図である。It is the schematic showing the 2nd reason that a metal separator and a tension plate contact briefly. メタルセパレータとテンションプレートとが接触することの第三の理由を簡潔に表す概略図であり、(A)はばらつきを生じたセル積層体、(B)は当該セル積層体におけるメタルセパレータとテンションプレートの部分拡大図である。It is the schematic showing the 3rd reason that a metal separator and a tension plate contact, and (A) is a cell laminated body which produced variation, and (B) is a metal separator and tension plate in the cell laminated body. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、2…セル、3…スタック(セル積層体)、7…絶縁板、9…テンションプレート(拘束部材)、9a…絶縁膜、13c…第3シール部材(流体シール用のシール部材)、20(20a,20b)…セパレータ、20a…セパレータのエッジ、30…MEA(膜−電極アッセンブリ)、40…樹脂フレーム(枠状部材) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Cell, 3 ... Stack (cell laminated body), 7 ... Insulating plate, 9 ... Tension plate (restraint member), 9a ... Insulating film, 13c ... 3rd seal member (seal member for fluid seals) ), 20 (20a, 20b) ... Separator, 20a ... Edge of separator, 30 ... MEA (membrane-electrode assembly), 40 ... Resin frame (frame-like member)

Claims (12)

膜−電極アッセンブリをセパレータで挟持してなるセルが積層されることによって構成されるセル積層体であって、
前記セルのうち積層方向に垂直な表面と側面とのなす角が面取りされている当該セルが積層されていることを特徴とするセル積層体。
A cell laminate constituted by laminating cells formed by sandwiching a membrane-electrode assembly with a separator,
A cell laminate, wherein the cells are chamfered at an angle formed by a surface and a side surface perpendicular to the stacking direction of the cells.
前記セルの全周が面取りされていることを特徴とする請求項1に記載のセル積層体。   The cell laminate according to claim 1, wherein the entire circumference of the cell is chamfered. 前記セル間に設けられる流体シール用のシール部材が、弾性によって当該流体をシールするものであることを特徴とする請求項1または2に記載のセル積層体。   The cell stack according to claim 1 or 2, wherein a sealing member for fluid sealing provided between the cells seals the fluid by elasticity. 当該セル積層体を積層状態で拘束するための拘束部材、および当該セル積層体の積層方向端部付近に配置される絶縁板の少なくとも一方が設けられている場合に前記セルが面取りされていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のセル積層体。   The cell is chamfered when at least one of a restraining member for restraining the cell stack in a stacked state and an insulating plate arranged near the stacking direction end of the cell stack is provided. The cell laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記面取りにより、当該面取り部分が隅肉を削いで丸味が付された形状となっていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のセル積層体。   The cell stack according to any one of claims 1 to 4, wherein the chamfered portion has a rounded shape by shaving the fillet by the chamfering. 面取りされているのは前記セパレータ間に介在する絶縁性の枠状部材であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のセル積層体。   6. The cell laminate according to claim 1, wherein the chamfered portion is an insulating frame member interposed between the separators. 膜−電極アッセンブリをセパレータで挟持してなるセルが積層されることによって構成されるセル積層体であって、
当該セル積層体を積層状態で拘束するための拘束部材によって拘束されているとともに、
前記セパレータ間に介在する絶縁性の枠状部材の少なくとも一部が、当該セパレータのエッジが前記拘束部材に接触するよりも先に当該拘束部材に接触する程度に前記セパレータのエッジから外側にはみ出ている
ことを特徴とするセル積層体。
A cell laminate constituted by laminating cells formed by sandwiching a membrane-electrode assembly with a separator,
While being restrained by a restraining member for restraining the cell laminate in a laminated state,
At least a part of the insulating frame member interposed between the separators protrudes outward from the edge of the separator to the extent that the edge of the separator contacts the restraining member before contacting the restraining member. A cell laminate characterized by comprising:
前記セパレータがメタルセパレータであることを特徴とする請求項7に記載のセル積層体。   The cell laminate according to claim 7, wherein the separator is a metal separator. 前記拘束部材は、当該セル積層体の積層方向側部に配置されているテンションプレートであることを特徴とする請求項7または8に記載のセル積層体。   The cell stack according to claim 7 or 8, wherein the restraining member is a tension plate disposed on a side portion in the stacking direction of the cell stack. 前記テンションプレートのうち当該セル積層体側の面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項9に記載のセル積層体。   The cell stack according to claim 9, wherein an insulating film is formed on a surface of the tension plate on the cell stack side. 前記枠状部材のうち面取りされた部分が隅肉を削いで丸味が付された形状となっていることを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載のセル積層体。   The cell laminate according to any one of claims 7 to 10, wherein a chamfered portion of the frame-shaped member has a rounded shape by shaving the fillet. 請求項1から11のいずれかに記載のセル積層体を備えていることを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the cell stack according to any one of claims 1 to 11.
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