JP2008077954A - Solid polymer fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell, thin, light in weight, and excellent in assembly performance, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The solid polymer fuel cell is equipped with a membrane electrode assembly with a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is interposed by a fuel electrode and an oxidizer electrode, a jointing frame for fuel electrode jointed to the fuel electrode, and a fuel electrode bag which is jointed integrally to the jointing frame for fuel electrode and installed so as to cover the fuel electrode through a fuel holding part. The fuel holding part is communicated to a fuel passage for carrying out supply and exhaust of the fuel. The fuel electrode bag is jointed integrally to the jointing frame for the fuel electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子型の燃料電池とその製造方法に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell and a method for manufacturing the same.

固体高分子を電解質膜として用いた固体高分子型燃料電池が知られている。その固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟持した構造の膜・電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ 以下、ＭＥＡという。）を有している。その固体高分子型燃料電池では、燃料極に燃料として水素やアルコール等が供給され、酸化剤極に空気又は酸素が供給されることで、燃料電池内で電気化学反応が起こる。この電気化学反応で生じた電力が取り出され、利用される。   A solid polymer fuel cell using a solid polymer as an electrolyte membrane is known. The solid polymer fuel cell has a membrane / electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode. In the polymer electrolyte fuel cell, hydrogen, alcohol, or the like is supplied as a fuel to the fuel electrode, and air or oxygen is supplied to the oxidant electrode, whereby an electrochemical reaction occurs in the fuel cell. The electric power generated by this electrochemical reaction is taken out and used.

燃料極へ燃料を供給するために、ＭＥＡの燃料極側には空間（以下、燃料保持部）が設けられることがある。その燃料保持部が燃料で満たされることで、燃料極へ燃料が供給される。   In order to supply fuel to the fuel electrode, a space (hereinafter referred to as a fuel holding portion) may be provided on the fuel electrode side of the MEA. By filling the fuel holding portion with fuel, fuel is supplied to the fuel electrode.

図５は、従来例の固体高分子型燃料電池の構造を示す斜視図、及び分解斜視図である。図５に示されるように、固体高分子型燃料電池は、ＭＥＡと、ガスケットと、流路形成枠と、底板と、カソード端子と、アノード端子と、を有している。ＭＥＡの両側には、カソード端子とアノード端子が配置されている。アノード端子側には、ガスケットを介して流路形成枠、底板が配置されている。尚、ガスケット、アノード端子、及び流路形成枠は枠状である。流路形成枠は所定の厚みを有しており、流路形成枠の内側は空間となっている。この空間が、燃料保持部である。   FIG. 5 is a perspective view and a disassembled perspective view showing the structure of a conventional polymer electrolyte fuel cell. As shown in FIG. 5, the polymer electrolyte fuel cell has an MEA, a gasket, a flow path forming frame, a bottom plate, a cathode terminal, and an anode terminal. A cathode terminal and an anode terminal are disposed on both sides of the MEA. On the anode terminal side, a flow path forming frame and a bottom plate are arranged via a gasket. Note that the gasket, the anode terminal, and the flow path forming frame have a frame shape. The flow path forming frame has a predetermined thickness, and the inside of the flow path forming frame is a space. This space is a fuel holding part.

固体高分子型燃料電池においては、燃料が流体であるため、燃料保持部から流体の漏洩しない気密な構造が求められる。流体が漏洩しないように、カソード端子から底板までの部材は、ネジ止めなどの機械的締結により密着固定されている。ガスケット７を均一に圧縮させるために、その多数のネジは設定された間隔で設けられる。   In the polymer electrolyte fuel cell, since the fuel is a fluid, an airtight structure in which no fluid leaks from the fuel holding portion is required. The members from the cathode terminal to the bottom plate are tightly fixed by mechanical fastening such as screwing so that the fluid does not leak. In order to compress the gasket 7 uniformly, its numerous screws are provided at set intervals.

燃料保持部は、流路形成枠に設けられた貫通口を介して、外部に連通している。発電に必要な燃料は、外部タンクからポンプなどにより、チューブを介して供給される。燃料保持部には流入口と流出口の複数の貫通口が設けられ、燃料はＭＥＡの燃料極面全体の燃料濃度が設定された濃度範囲になるようにコントロールされながら循環している。   The fuel holding portion communicates with the outside through a through hole provided in the flow path forming frame. Fuel required for power generation is supplied from an external tank through a tube by a pump or the like. The fuel holding portion is provided with a plurality of through-holes of an inflow port and an outflow port, and the fuel circulates while being controlled so that the fuel concentration in the entire fuel electrode surface of the MEA is within a set concentration range.

このような構成により、燃料極に水素やアルコールなどの燃料が送り込まれると、燃料は燃料極上に固定された触媒粒子の作用により分解されてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）に分離する。そのプロトンは、固体高分子電解質膜を通過して酸化剤極上で空気中の酸素と反応し、水を生成する。このとき、電子が外部負荷を通って燃料極から酸化剤極に移動することにより、電力が取り出される。 With such a configuration, when fuel such as hydrogen or alcohol is sent to the fuel electrode, the fuel is decomposed by the action of catalyst particles fixed on the fuel electrode and separated into protons (H + ) and electrons (e − ). . The protons pass through the solid polymer electrolyte membrane and react with oxygen in the air on the oxidant electrode to generate water. At this time, electric power is taken out by the electrons moving from the fuel electrode to the oxidant electrode through the external load.

ところで、このようにネジを用いた固定方式を用いると、部品点数が多いことおよび、各部品の位置決め積層が必要であることから、作業性が悪かった。また、ネジ締めに必要なタップ深さを確保するために、流路形成枠の積層方向厚みを所定の厚さ以上とする必要がある。よって、燃料電池の厚みを薄くするにあたり、限界があった。製造時の作業性が良好になり、積層方向の厚みを薄くすることのできる技術の提供が望まれていた。   By the way, when the fixing method using the screws is used as described above, the workability is poor because the number of parts is large and positioning and stacking of each part is necessary. Moreover, in order to ensure the tap depth required for screw fastening, it is necessary to set the thickness of the flow path forming frame in the stacking direction to a predetermined thickness or more. Therefore, there is a limit in reducing the thickness of the fuel cell. It has been desired to provide a technique that can improve the workability during production and reduce the thickness in the stacking direction.

上記と関連して、特許文献１、２には、ネジ止め以外の手法により電池を組み立てることが記載されている。即ち、特許文献１、２にはラミネートシートを用いることが記載されている。   In relation to the above, Patent Documents 1 and 2 describe assembling a battery by a method other than screwing. That is, Patent Documents 1 and 2 describe using a laminate sheet.

また、特許文献３には、燃料極に燃料を供給するための構造についての記載がある。即ち、特許文献３には、水素吸蔵合金によって発電を行う小型燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金を収納するタンクの側面に、水素流路を具備することが記載されている。   Patent Document 3 describes a structure for supplying fuel to the fuel electrode. That is, Patent Document 3 describes that in a small fuel cell system that generates power using a hydrogen storage alloy, a hydrogen channel is provided on a side surface of a tank that stores the hydrogen storage alloy.

また、特許文献４には、アノード触媒層とカソード触媒層の表面夫々に、保護膜が形成された固体高分子電解質燃料電池において、その保護膜の表面を酸素遮断性の高いフィルムシールで全面を覆うことが記載されている。   In Patent Document 4, in the solid polymer electrolyte fuel cell in which protective films are formed on the surfaces of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer, the entire surface of the protective film is covered with a film seal having a high oxygen barrier property. Covering is described.

また、特許文献５には、燃料極と、この燃料極に対向して配置され酸化剤ガス取り入れ口を有する酸化剤極と、その燃料極及びその酸化剤極に挟持された電解質層と、その酸化剤ガス取り入れ口を露出させるとともに、その燃料極及びその酸化剤極を覆う外装材と、その外装材から露出しその酸化剤極と電気的に接続された第１のリード端子と、その外装材から露出し、その燃料極と電気的に接続され且つ発生ガス排出孔が形成された第２の外部リード端子とを有することを特徴とする燃料電池、が開示されている。   Patent Document 5 discloses a fuel electrode, an oxidant electrode disposed opposite to the fuel electrode and having an oxidant gas inlet, the fuel electrode and an electrolyte layer sandwiched between the oxidant electrode, An exterior material covering the fuel electrode and the oxidant electrode, exposing the oxidant gas inlet, a first lead terminal exposed from the exterior material and electrically connected to the oxidant electrode, and the exterior A fuel cell is disclosed that has a second external lead terminal that is exposed from the material, is electrically connected to the fuel electrode, and has a generated gas discharge hole.

特開２００１−３２５９２６号 公報JP 2001-325926 A 特開２００１−３３８６９５号 公報JP 2001-338695 A 特開２００４−２４１２６０号 公報JP 2004-241260 A 特開２００５−２５９３６０号 公報JP-A-2005-259360 特許第３４９６９３４号 公報Japanese Patent No. 3396934

本発明の目的は、薄く・軽く、組み立て性の良い固体高分子型燃料電池及びその製造方法を提供することに有る。
本発明の他の目的は、燃料の漏洩が防止された信頼性の高い固体高分子型燃料電池及びその製造方法を提供することに有る。 An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell that is thin, light, and easy to assemble, and a method for manufacturing the same.
Another object of the present invention is to provide a highly reliable polymer electrolyte fuel cell in which fuel leakage is prevented and a method for manufacturing the same.

その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。   Means for solving the problem is expressed as follows. Technical matters appearing in the expression are appended with numbers, symbols, etc. in parentheses. The numbers, symbols, and the like are technical matters constituting at least one embodiment or a plurality of embodiments of the present invention or a plurality of embodiments, in particular, the embodiments or examples. This corresponds to the reference numbers, reference symbols, and the like attached to the technical matters expressed in the drawings corresponding to. Such reference numbers and reference symbols clarify the correspondence and bridging between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence or bridging does not mean that the technical matters described in the claims are interpreted as being limited to the technical matters of the embodiments or examples.

本発明にかかる固体高分子型燃料電池（１）は、燃料極（１２）と酸化剤極（１３）とによって固体高分子電解質膜（１１）の挟まれた構造を有する膜・電極接合体（１０）と、燃料極（１２）に接合された燃料極用接合枠（３０−１）と、燃料極（１２）を燃料保持部（６０）を介して被覆するように設けられた燃料極バッグ（４０）と、を具備する。燃料保持部（６０）は、燃料の供給及び排出を行うための燃料流路に連通しており、燃料極用電極（３０−１）に一体に接合されている。   A polymer electrolyte fuel cell (1) according to the present invention comprises a membrane / electrode assembly having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane (11) is sandwiched between a fuel electrode (12) and an oxidant electrode (13) ( 10), a fuel electrode joint frame (30-1) joined to the fuel electrode (12), and a fuel electrode bag provided so as to cover the fuel electrode (12) via the fuel holding portion (60). (40). The fuel holding part (60) communicates with a fuel flow path for supplying and discharging fuel, and is integrally joined to the electrode for fuel electrode (30-1).

このように、燃料極バッグ（４０）を燃料極用接合枠（３０）に接合させることで燃料保持部（６０）を形成させれば、ネジなどの固定具を必要としない。ネジなどの固定具を必要としないので、部品点数を少なくすることができる。また、構成上の制約（ネジ止めするために必要な厚さ、など）も特に無く、軽薄化させることができる。   Thus, if the fuel holding part (60) is formed by joining the fuel electrode bag (40) to the fuel electrode joining frame (30), a fixing tool such as a screw is not required. Since a fixing tool such as a screw is not required, the number of parts can be reduced. In addition, there is no particular structural restriction (thickness necessary for screwing, etc.), and the thickness can be reduced.

上記の固体高分子型燃料電池（１）において、燃料極用接合枠（３０−１）は、枠状であることが好ましい。   In the polymer electrolyte fuel cell (1), the fuel electrode joint frame (30-1) is preferably frame-shaped.

また、燃料極バッグ（４０）は、一の観点から、熱溶着性の樹脂を含むことが好ましい。熱溶着性の樹脂を用いれば、加熱して圧力を加えるだけで、燃料極バッグ（４０）を燃料極用接合枠（３０−１）に接合させることができる。   Moreover, it is preferable that a fuel electrode bag (40) contains resin of heat welding property from one viewpoint. If a heat-welding resin is used, the fuel electrode bag (40) can be joined to the fuel electrode joining frame (30-1) simply by heating and applying pressure.

また、燃料極バッグ（４０）は、他の一観点から、金属シートを有していることが好ましい。金属シートは強度が強く、燃料を確実に遮断することができるので、燃料の漏洩することを防止することができる。   Moreover, it is preferable that the fuel electrode bag (40) has a metal sheet from another viewpoint. Since the metal sheet is strong and can shut off the fuel with certainty, it is possible to prevent the fuel from leaking.

また、燃料極バッグ（４０）は、柔軟性を有していることが好ましい。柔軟性を有している事により、燃料保持部に大量の燃料が流れ込んだとしても、燃料極バッグが膨らむので、燃料が流出したり、燃料電池が破損したりする事がない。   The fuel electrode bag (40) preferably has flexibility. Due to the flexibility, even if a large amount of fuel flows into the fuel holding portion, the fuel electrode bag is inflated, so that fuel does not flow out or the fuel cell is not damaged.

また、燃料極用接合枠（３０−１）は、熱溶着性の樹脂を含んでいることが好ましい。
熱溶着性の樹脂を用いれば、加熱して圧力を加えるだけで、燃料極バッグ（４０）を燃料極用接合枠（３０−１）に接合させることができる。 Moreover, it is preferable that the fuel electrode joint frame (30-1) includes a heat-welding resin.
If a heat-welding resin is used, the fuel electrode bag (40) can be joined to the fuel electrode joining frame (30-1) simply by heating and applying pressure.

上記の固体高分子型燃料電池（１）は、一の観点において、燃料流路を形成する部材（４１−１、４１−２）が、燃料極バッグ（４０）と燃料極用接合枠（３０−１）との間に挟まれており、その燃料流路を形成する部材（４１−１、４１−２）の開放端が、燃料保持部（６０）内に配置されていることが好ましい。   In one aspect, the polymer electrolyte fuel cell (1) includes a fuel electrode bag (40) and a fuel electrode joint frame (30), which are members (41-1 and 41-2) that form fuel flow paths. -1) and the open ends of the members (41-1, 41-2) forming the fuel flow path are preferably disposed in the fuel holding portion (60).

このような構成に依れば、部材（４１−１、４１−２）を挟んだ状態で、燃料極バッグ（４０）を燃料極用接合枠（３０−１）に接合させるだけでよいので、製造時における作業性を向上させることができる。燃料流路形成用の部材を、燃料保持部の開口形成のための部材として兼用できるので、部品点数を更に削減させることができる。   According to such a configuration, it is only necessary to join the fuel electrode bag (40) to the fuel electrode joining frame (30-1) with the members (41-1, 41-2) sandwiched therebetween. Workability at the time of manufacture can be improved. Since the member for forming the fuel flow path can also be used as a member for forming the opening of the fuel holding portion, the number of parts can be further reduced.

上記の固体高分子型燃料電池（１）は、更に、酸化剤極（１３）に接合された酸化剤極用接合枠（３０−２）と、酸化剤極用接合枠（３０−２）に接合され、酸化剤極（１３）を酸化剤保持部（７０）を介して被覆するように設けられた酸化剤極バッグ（５０）と、を具備し、酸化剤保持部（７０）は、酸化剤の供給及び排出を行うための酸化剤流路に連通していることが好ましい。   The polymer electrolyte fuel cell (1) further includes an oxidant electrode joint frame (30-2) joined to the oxidant electrode (13) and an oxidant electrode joint frame (30-2). And an oxidant electrode bag (50) provided so as to cover the oxidant electrode (13) via the oxidant holding part (70), and the oxidant holding part (70) is oxidized It is preferable to communicate with an oxidant flow path for supplying and discharging the agent.

このように、酸化剤極バッグ（５０）を酸化剤極用接合枠（３０−２）に接合させることで酸化剤保持部（７０）を形成させれば、酸化剤極用接合枠（３０−２）を固定させるためのネジなどを必要としない。ネジなどの固定具を必要としないので、部品点数を少なくすることができる。また、構成上の制約（ネジ止めするために必要な厚さ、など）も特に無く、小型化させることができる。   In this way, if the oxidant holding part (70) is formed by joining the oxidant electrode bag (50) to the oxidant electrode joint frame (30-2), the oxidant electrode joint frame (30-) is formed. No need for screws to fix 2). Since a fixing tool such as a screw is not required, the number of parts can be reduced. Further, there is no particular restriction on the configuration (thickness necessary for screwing, etc.), and the size can be reduced.

ここで、酸化剤極用接合枠（３０−２）は、枠状であることが好ましい。   Here, the oxidant electrode bonding frame (30-2) is preferably frame-shaped.

また、酸化剤バッグ（５０）は、一観点から、熱溶着性の樹脂を含むことが好ましく、他の一観点からは、金属シートであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that an oxidizing agent bag (50) contains a heat-welding resin from one viewpoint, and it is preferable that it is a metal sheet from another one viewpoint.

また、酸化剤バッグ（５０）は、柔軟性を有していることが好ましい。   The oxidant bag (50) preferably has flexibility.

また、酸化剤極用接合枠は、熱溶着性の樹脂を含んでいることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the joining frame for oxidant electrodes contains a heat-welding resin.

本発明にかかる固体高分子型燃料電池（１）の他の１形態は、燃料極（１２）と酸化剤極（１３）とによって固体高分子電解質膜（１１）の挟まれた構造を有する膜・電極接合体（１０）と、酸化剤極（１３）に接合された酸化剤極用接合枠（３０−２）と、酸化剤極用接合枠（３０−２）に接合され、酸化剤極（１３）を酸化剤保持部（７０）を介して被覆するように設けられた酸化剤極バッグ（５０）と、を具備する。酸化剤保持部（７０）は、燃料の供給及び排出を行うための酸化剤流路に連通している。   Another embodiment of the solid polymer fuel cell (1) according to the present invention is a membrane having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane (11) is sandwiched between a fuel electrode (12) and an oxidant electrode (13). The electrode assembly (10), the oxidant electrode joint frame (30-2) joined to the oxidant electrode (13), and the oxidant electrode joint frame (30-2) are joined to each other. An oxidant electrode bag (50) provided so as to cover (13) via an oxidant holding part (70). The oxidant holding part (70) communicates with an oxidant flow path for supplying and discharging fuel.

本発明にかかる固体高分子型燃料電池の製造方法は、固体高分子電解質膜（１１）を燃料極（１２）と酸化剤極（１３）とによって挟んで、膜・電極接合体（１０）を形成する工程（ステップＳ１０）と、膜・電極接合体（１０）に、燃料極用電極（３０−１）を配置する電極配置工程（ステップＳ２０）と、膜・電極接合体（１０）に、燃料極用電極（３０−１）を一体に接合させる電極接合工程（ステップＳ３０）と、その電極接合工程（Ｓ３０）の後に、燃料極用電極（３０−１）上に、燃料極バッグ（４０）を、燃料極（１２）が燃料保持部（６０）を介して被覆されるように配置するバッグ配置工程（ステップＳ４０）と、燃料極バッグ（４０）を、燃料極用電極（３０−１）に一体に接合させるバッグ接合工程（ステップＳＳ５０）と、を具備する。   In the method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a membrane electrode assembly (10) is formed by sandwiching a polymer electrolyte membrane (11) between a fuel electrode (12) and an oxidant electrode (13). In the step of forming (Step S10), the electrode placement step (Step S20) of placing the electrode for fuel electrode (30-1) on the membrane-electrode assembly (10), and the membrane-electrode assembly (10), After the electrode bonding step (step S30) for integrally bonding the electrode for fuel electrode (30-1) and the electrode bonding step (S30), the fuel electrode bag (40) is placed on the electrode for fuel electrode (30-1). ) Is disposed so that the fuel electrode (12) is covered via the fuel holding portion (60), and the fuel electrode bag (40) is disposed on the fuel electrode (30-1). Bag joining step (step SS5) ) And comprises a.

このように、一体化させることにより、燃料極バッグ（４０）と燃料極用接合枠（３０−１）との間の隙間を、確実になくすことができる。隙間を確実になくすことで、燃料保持部（６０）内の燃料が、隙間から漏洩することが防止される。また、各部材を配置して、これを一体化させるだけでよく、多数のネジ止めなどの工程は必要ない。即ち、組み立て性が良好である。   Thus, by integrating, the clearance gap between a fuel electrode bag (40) and the fuel electrode joining frame (30-1) can be eliminated reliably. By reliably eliminating the gap, the fuel in the fuel holding portion (60) is prevented from leaking from the gap. Moreover, it is only necessary to arrange each member and integrate them, and a number of steps such as screwing are not necessary. That is, the assemblability is good.

ここで、バッグ配置工程（Ｓ４０）において、燃料保持部（６０）を燃料流路に連通させるための連通用部材（４１）を挟むようにして、燃料極バッグ（４０）を燃料極用電極（３０−１）上に配置することが好ましい。   Here, in the bag placement step (S40), the fuel electrode bag (40) is attached to the fuel electrode (30-) so as to sandwich the communication member (41) for communicating the fuel holding portion (60) with the fuel flow path. 1) It is preferable to arrange on top.

また、燃料極バッグ（４０）と連通用部材（４１）とは、熱溶着性の樹脂を含んでおり、バッグ接合工程（Ｓ５０）において、連通用部材（４１）を、燃料極バッグ（４０）に一体化させることが好ましい。   Further, the fuel electrode bag (40) and the communication member (41) contain a heat-welding resin. In the bag joining step (S50), the communication member (41) is replaced with the fuel electrode bag (40). It is preferable to integrate them into

また、連通用部材（４１）は、燃料流路を形成する部材と同じであることが好ましい。   Further, the communication member (41) is preferably the same as the member forming the fuel flow path.

上記の固体高分子型燃料電池の製造方法において、電極配置工程（Ｓ２０）は、酸化剤極（１３）上に酸化剤用電極（３０−２）を配置する工程を有し、
バッグ配置工程（Ｓ４０）は、酸化剤極用電極（３０−２）上に、酸化剤極（１３）を酸化剤保持部（７０）を介して被覆するように、酸化剤極バッグ（５０）を配置する工程を有し、
電極接合工程（Ｓ３０）において、酸化剤極用電極（３０−２）を酸化剤極（１３）に接合させ、
バッグ接合工程（Ｓ５０）において、酸化剤極バッグ（５０）が酸化剤極用電極（３０−２）に接合させることが好ましい。 In the above method for producing a polymer electrolyte fuel cell, the electrode disposing step (S20) includes a step of disposing the oxidant electrode (30-2) on the oxidant electrode (13).
In the bag placement step (S40), the oxidant electrode bag (50) is formed such that the oxidant electrode (13) is coated on the oxidant electrode electrode (30-2) via the oxidant holding part (70). Having a step of arranging
In the electrode joining step (S30), the oxidant electrode (30-2) is joined to the oxidant electrode (13),
In the bag bonding step (S50), it is preferable that the oxidant electrode bag (50) is bonded to the oxidant electrode (30-2).

上記の固体高分子型燃料電池の製造方法は、一観点から、電極接合工程（Ｓ３０）において、加熱プレスにより一体に接合させることが好ましい。また、バッグ接合工程（Ｓ５０）においても、加熱プレスにより一体に接合させることが好ましい。また、他の一観点からは、電極接合工程（Ｓ３０）及びバッグ接合工程（Ｓ５０）において、接着剤を用いて一体に接合させることが好ましい。   From the viewpoint of the method for producing the above polymer electrolyte fuel cell, it is preferable that the electrode joining step (S30) is integrally joined by a hot press. Moreover, also in a bag joining process (S50), it is preferable to join together by a hot press. From another viewpoint, in the electrode bonding step (S30) and the bag bonding step (S50), it is preferable to integrally bond using an adhesive.

本発明に依れば、薄く・軽く、組み立て性の良い固体高分子型燃料電池及びその製造方法が提供される。
本発明に依れば、更に、燃料の漏洩が防止された信頼性の高い固体高分子型燃料電池及びその製造方法が提供される。 According to the present invention, there are provided a polymer electrolyte fuel cell that is thin, light and easy to assemble and a method for manufacturing the same.
According to the present invention, a highly reliable polymer electrolyte fuel cell in which fuel leakage is prevented and a method for manufacturing the same are further provided.

（第１の実施形態）
本発明にかかる第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 (First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図３（ａ）は、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池システム１００の構成を示す概略平面図であり、図３（ｂ）はその概略側面図である。固体高分子型燃料電池システム１００は、固体高分子型燃料電池１と、ファン１１０と、ポンプ１２０と、輸液チューブ１３０と、燃料調整部１４０と、を有している。固体高分子型燃料電池１には、酸化剤供給のための開口（酸化剤極貫通口５０−１、５０−２）と、燃料の供給排出のための開口（燃料極貫通口４０−１、４０−２）とが、２箇所づつ設けられている。尚、燃料としては、例えばメタノール水溶液が用いられる。酸化剤としては、例えば空気が用いられる。   FIG. 3A is a schematic plan view showing the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system 100 according to this embodiment, and FIG. 3B is a schematic side view thereof. The polymer electrolyte fuel cell system 100 includes the polymer electrolyte fuel cell 1, a fan 110, a pump 120, an infusion tube 130, and a fuel adjustment unit 140. The polymer electrolyte fuel cell 1 includes openings for supplying an oxidant (oxidant electrode through holes 50-1 and 50-2) and openings for supplying and discharging a fuel (fuel electrode through holes 40-1, 40-2) are provided in two places. For example, an aqueous methanol solution is used as the fuel. For example, air is used as the oxidizing agent.

ファン１１０は、酸化剤極貫通口５１−１を介して固体高分子型燃料電池１に接続されており、例えば空気などの酸化剤ガスを固体高分子型燃料電池１に供給する。固体高分子型燃料電池１で消費されなかった酸化剤ガスは、酸化剤極貫通口５１−２を介して外部へ排出される。   The fan 110 is connected to the polymer electrolyte fuel cell 1 through the oxidant electrode through-hole 51-1, and supplies an oxidant gas such as air to the polymer electrolyte fuel cell 1. The oxidant gas that has not been consumed in the polymer electrolyte fuel cell 1 is discharged to the outside through the oxidant electrode through-hole 51-2.

ポンプ１２０は、燃料の取り入れ口と排出口を有している。ポンプ１２０は、燃料の排出口側で、チューブを介して固体高分子型燃料電池１の燃料極貫通口４０−１に接続されている。また、取り入れ口側で、輸液チューブ１３０を介して燃料調整部１４０に接続されている。即ち、燃料調整部１４０から燃料を取り入れ、固体高分子型燃料電池１に送出するようになっている。燃料調整部１４０は、燃料の濃度を調整するシステムである。燃料調整部１４０は、固体高分子型燃料電池１の燃料極貫通口４０−２に接続されている。   The pump 120 has a fuel intake port and a discharge port. The pump 120 is connected to the fuel electrode through port 40-1 of the polymer electrolyte fuel cell 1 via a tube on the fuel discharge port side. Moreover, it is connected to the fuel adjustment unit 140 via the infusion tube 130 on the intake side. That is, the fuel is taken in from the fuel adjustment unit 140 and sent out to the polymer electrolyte fuel cell 1. The fuel adjustment unit 140 is a system that adjusts the concentration of fuel. The fuel adjustment unit 140 is connected to the fuel electrode through-hole 40-2 of the polymer electrolyte fuel cell 1.

このように、固体高分子型燃料電池１、燃料調整部１４０、及びポンプ１２０が直列に接続されていることにより、固体高分子型燃料電池１の燃料極貫通口４０−２から排出された燃料が、燃料調整部１４０、ポンプ１２０、燃料極貫通口４０−１を介して循環するようになっている。   Thus, the fuel discharged from the fuel electrode through-hole 40-2 of the polymer electrolyte fuel cell 1 by connecting the polymer electrolyte fuel cell 1, the fuel adjustment unit 140, and the pump 120 in series. However, it circulates through the fuel adjustment part 140, the pump 120, and the fuel electrode through-hole 40-1.

図１、図２を参照して、固体高分子型燃料電池１の構成を説明する。図１は、固体高分子型燃料電池１の分解斜視図である。図２は、（ａ）固体高分子型燃料電池１の全体断面図と、（ｂ）固体高分子電解質膜の構成を示す部分断面図、である。   The configuration of the polymer electrolyte fuel cell 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an exploded perspective view of a polymer electrolyte fuel cell 1. 2A is an overall cross-sectional view of the polymer electrolyte fuel cell 1, and FIG. 2B is a partial cross-sectional view showing the configuration of the solid polymer electrolyte membrane.

図１に示されるように、固体高分子型燃料電池１は、膜・電極接合体（以下、ＭＥＡ１０と記載する）と、接合枠３０と、燃料極バッグ４０と、酸化剤極バッグ５０とを有している。ＭＥＡ１０はシート状であり、接合枠３０は枠状である。ＭＥＡ１０の周縁部分は、両面側から、接合枠３０によって挟まれている。尚、ＭＥＡ１０の一方の面上には燃料制限膜（図１には図示されていない）が配置されており、接合枠３０はこの燃料制限膜を介してＭＥＡ１０の周縁部分を挟んでいる。   As shown in FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell 1 includes a membrane / electrode assembly (hereinafter referred to as MEA 10), a joining frame 30, a fuel electrode bag 40, and an oxidant electrode bag 50. Have. The MEA 10 has a sheet shape, and the joining frame 30 has a frame shape. The peripheral part of the MEA 10 is sandwiched between the joining frames 30 from both sides. A fuel limiting film (not shown in FIG. 1) is disposed on one surface of the MEA 10, and the joining frame 30 sandwiches the peripheral part of the MEA 10 through the fuel limiting film.

燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０は、袋状体である。燃料極バッグ４０は、ＭＥＡ１０の片面側に配置され、酸化剤極バッグ５０はＭＥＡ１０の他の片面側に配置される。燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０は、バッグの開口縁が接合枠３０に対応するように配置されている。   The fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are bag-shaped bodies. The fuel electrode bag 40 is disposed on one side of the MEA 10, and the oxidant electrode bag 50 is disposed on the other side of the MEA 10. The fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are arranged such that the opening edge of the bag corresponds to the joining frame 30.

このような構成において、接合枠３０とＭＥＡ１０は、接触部分で一体に形成されている。同様に、接合枠３０と燃料極バッグ４０も、接触部分で一体に形成されている。さらに、接合枠３０と酸化剤極バッグ５０も、接触部分で一体に形成されている。   In such a configuration, the joint frame 30 and the MEA 10 are integrally formed at the contact portion. Similarly, the joining frame 30 and the fuel electrode bag 40 are also integrally formed at the contact portion. Furthermore, the joining frame 30 and the oxidant electrode bag 50 are also integrally formed at the contact portion.

図２（ａ）、（ｂ）を参照して、より固体高分子型燃料電池１の詳細な構造を説明する。   A more detailed structure of the polymer electrolyte fuel cell 1 will be described with reference to FIGS.

ＭＥＡ１０は、固体高分子電解質膜１１と、燃料極１２と、酸化剤極１３とを有している。固体高分子電解質膜１１は、燃料極１２と酸化剤極１３とによって挟持されている。   The MEA 10 includes a solid polymer electrolyte membrane 11, a fuel electrode 12, and an oxidant electrode 13. The solid polymer electrolyte membrane 11 is sandwiched between the fuel electrode 12 and the oxidant electrode 13.

図２（ｂ）に示されるように、燃料極１２は、固体高分子電解質膜１１に設けられたアノード触媒層１２−１と、このアノード触媒層１２−１上に設けられたアノードガス拡散電極１２−２と、を有している。また、酸化剤極１３も、固体高分子電解質膜１１上に設けられたカソード触媒層１３−１と、このカソード触媒層１３−１上に設けられたカソードガス拡散電極１３−２とを有している。また、アノードガス拡散電極１２−２上には、燃料制限膜２０が密着して設けられている。   As shown in FIG. 2B, the fuel electrode 12 includes an anode catalyst layer 12-1 provided on the solid polymer electrolyte membrane 11, and an anode gas diffusion electrode provided on the anode catalyst layer 12-1. 12-2. The oxidant electrode 13 also includes a cathode catalyst layer 13-1 provided on the solid polymer electrolyte membrane 11, and a cathode gas diffusion electrode 13-2 provided on the cathode catalyst layer 13-1. ing. A fuel limiting membrane 20 is provided in close contact with the anode gas diffusion electrode 12-2.

尚、燃料極用接合枠３０−１は、アノードガス拡散電極１２−２の接合枠浸透部３１にて、ＭＥＡ１０と一体に接合している。この接合枠浸透部３１は、燃料極用接合枠３０−１の熱溶着性の樹脂成分がアノードガス拡散電極１２−２に浸透した箇所である。同様に、酸化剤極用接合枠３０−２も、カソードガス拡散電極１３−２の接合枠浸透部３２にて、ＭＥＡと一体に接合している。   The fuel electrode joining frame 30-1 is joined integrally with the MEA 10 at the joining frame permeation portion 31 of the anode gas diffusion electrode 12-2. This joining frame permeation portion 31 is a portion where the heat-welding resin component of the fuel electrode joining frame 30-1 permeates the anode gas diffusion electrode 12-2. Similarly, the oxidant electrode bonding frame 30-2 is also integrally bonded to the MEA at the bonding frame infiltration portion 32 of the cathode gas diffusion electrode 13-2.

固体高分子電解質膜１１としては、燃料に対する耐食性を有すると共に、水素イオン（プロトン）の伝導性が高く、かつ、電子伝導性をもたない高分子膜が好ましい。このような高分子膜として、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有するイオン交換樹脂がより好ましい。具体例としては、パーフルオロスルホン酸系樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸系樹脂、スルホン化ポリイミド系樹脂等が挙げられる。より具体的には、例えば、スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族系高分子を含むものを挙げることができる。   The polymer electrolyte membrane 11 is preferably a polymer membrane that has corrosion resistance to fuel, high conductivity of hydrogen ions (protons), and no electronic conductivity. As such a polymer membrane, an ion exchange resin having a polar group such as a strong acid group such as a sulfone group, a phosphate group, a phosphone group, or a phosphine group, or a weak acid group such as a carboxyl group is more preferable. Specific examples include perfluorosulfonic acid resins, sulfonated polyether sulfonic acid resins, sulfonated polyimide resins, and the like. More specifically, for example, sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene), sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, alkylsulfonated polybenzo The thing containing aromatic polymers, such as imidazole, can be mentioned.

固体高分子電解質膜１１の膜厚は、その材質や燃料電池の用途等に応じて、１０〜３００μｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。   The film thickness of the solid polymer electrolyte membrane 11 can be appropriately selected within a range of about 10 to 300 μm depending on the material and the use of the fuel cell.

アノードガス拡散電極１２−２及びカソードガス拡散電極１３−２としては、燃料分子（メタノール分子）及び酸素分子が透過可能な連続気泡（空隙）を有する導電性素材を用いる事ができる。このようなものとして、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等、導電性を有する多孔質体、金属のパンチング板、及び金属細線を有する不織シート、などが例示される。その発泡金属としては、ＳＵＳ３１６の発泡金属マットが例示される。また、１００μｍ〜３００μｍの厚みであり、気孔率が４０％〜９０％のものが好適に用いられる。   As the anode gas diffusion electrode 12-2 and the cathode gas diffusion electrode 13-2, a conductive material having open cells (voids) through which fuel molecules (methanol molecules) and oxygen molecules can pass can be used. As such, carbon paper, carbon molded body, carbon sintered body, sintered metal, foamed metal, etc., a porous body having conductivity, a metal punching plate, and a nonwoven sheet having metal fine wires, Etc. are exemplified. As the foam metal, a foam metal mat of SUS316 is exemplified. Further, a material having a thickness of 100 μm to 300 μm and a porosity of 40% to 90% is preferably used.

燃料制限膜２０は、燃料として例えばメタノール等の液体燃料を用いた場合に、気化成分のみを選択的に燃料極へ供給させるためのものである。燃料制限膜２０としては、多孔質膜等を用いる事ができる。   The fuel limiting membrane 20 is for selectively supplying only the vaporized component to the fuel electrode when a liquid fuel such as methanol is used as the fuel. As the fuel limiting membrane 20, a porous membrane or the like can be used.

図２（ａ）に戻り、説明を続ける。接合枠３０は、燃料極用接合枠３０−１と、酸化剤極用接合枠３０−１と、燃料極用接合枠３０−１及び酸化剤極用接合枠３０−２とを一体化させている抱合部３０−３と、を有している。燃料極用接合枠３０−１は、ＭＥＡ１０の燃料極１２側に、燃料制限膜２０の端部を挟むようにして配置されている。酸化剤極用接合枠３０−２は、ＭＥＡ１０の酸化剤極１３側に配置されている。燃料極用接合枠３０−１と酸化剤極用接合枠３０−２とは、少なくとも一部でＭＥＡ１０からはみ出している。抱合部３０−３は、このＭＥＡからはみ出した部分で、燃料極用接合枠３０−１と酸化剤極用接合枠３０−２とを一体化させている。   Returning to FIG. 2A, the description will be continued. The joining frame 30 is formed by integrating the joining electrode 30-1 for the fuel electrode, the joining frame 30-1 for the oxidant electrode, the joining frame 30-1 for the fuel electrode, and the joining frame 30-2 for the oxidant electrode. And a conjugating portion 30-3. The fuel electrode joint frame 30-1 is arranged on the fuel electrode 12 side of the MEA 10 so as to sandwich the end portion of the fuel limiting film 20. The oxidant electrode joint frame 30-2 is disposed on the oxidant electrode 13 side of the MEA 10. The fuel electrode joint frame 30-1 and the oxidizer electrode joint frame 30-2 protrude at least partially from the MEA 10. The conjugating portion 30-3 is a portion protruding from the MEA, and integrates the fuel electrode joint frame 30-1 and the oxidant electrode joint frame 30-2.

抱合部３０−３の内側（ＭＥＡ１０側）には、空洞が設けられており、ガス排出口１４となっている。ガス排出口１４は、燃料極１２の側部と後述する酸化剤保持部７０とを接続するように設けられている。また、ガス排出口１４の途中には、気液分離膜１４が配置されている。尚、ガス排出口１５は、接合枠３０の全周に沿って設けられている必要はなく、少なくとも一部に設けられていればよい。気液分離膜１４は、燃料制限膜２０と同じく、燃料の気体成分のみを選択的に透過させることのできるものであればよい。気液分離膜１４としては、例えば多孔質膜が用いられる。   A cavity is provided on the inner side (MEA 10 side) of the conjugating portion 30-3 and serves as a gas discharge port 14. The gas discharge port 14 is provided so as to connect a side portion of the fuel electrode 12 and an oxidant holding portion 70 described later. A gas-liquid separation membrane 14 is disposed in the middle of the gas discharge port 14. In addition, the gas exhaust port 15 does not need to be provided along the entire periphery of the joining frame 30, and may be provided at least in part. As with the fuel limiting membrane 20, the gas-liquid separation membrane 14 only needs to be able to selectively permeate only the gaseous component of the fuel. As the gas-liquid separation membrane 14, for example, a porous membrane is used.

このように、ガス排出口１５を設けておく事で、燃料電池の発電時に燃料極１２で発生する二酸化炭素を、燃料極１２の側部から酸化剤保持部７０へ排出させる事ができる。これにより、燃料極１２側の内圧が上昇して、燃料の供給が阻害される事が防止される。また、気液分離膜１４を設けておく事によって、燃料の液体成分が酸化剤保持部７０側へ流入することを防止できる。すなわち、気体成分のみを選択的に酸化剤保持部７０へ排出することができる。   Thus, by providing the gas discharge port 15, carbon dioxide generated at the fuel electrode 12 during power generation of the fuel cell can be discharged from the side of the fuel electrode 12 to the oxidant holding unit 70. As a result, the internal pressure on the fuel electrode 12 side is prevented from increasing and fuel supply is prevented from being hindered. Further, by providing the gas-liquid separation membrane 14, it is possible to prevent the liquid component of the fuel from flowing into the oxidant holding unit 70 side. That is, only the gas component can be selectively discharged to the oxidant holding unit 70.

燃料極用接合枠３０−１とアノードガス拡散電極１２−２との接合部分では、接合枠３０−１を構成する成分がアノードガス拡散電極１２−２の空隙部分に浸透しており、接合枠浸透部３１を形成している。このようにして、燃料極用接合枠３０−１は、アノードガス拡散電極１２−２に一体に接合している。   In the joining portion between the fuel electrode joining frame 30-1 and the anode gas diffusion electrode 12-2, the components constituting the joining frame 30-1 penetrate into the gap portion of the anode gas diffusion electrode 12-2. The permeation part 31 is formed. In this way, the fuel electrode bonding frame 30-1 is integrally bonded to the anode gas diffusion electrode 12-2.

酸化剤極用接合枠３０−２も、燃料極用接合枠３０−１と同様に、カソードガス拡散電極１３−２に一体に接合している。すなわち、酸化剤極用接合枠３０−２の構成成分の一部がカソードガス拡散電極１３−２に浸透して、接合枠浸透部３２を形成している。   Similarly to the fuel electrode bonding frame 30-1, the oxidant electrode bonding frame 30-2 is also integrally bonded to the cathode gas diffusion electrode 13-2. That is, a part of the components of the oxidant electrode bonding frame 30-2 penetrates the cathode gas diffusion electrode 13-2 to form the bonding frame permeation portion 32.

接合枠３０の材質としては、熱溶着性の樹脂を含んだものを用いることが好ましい。このような熱溶着性の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びアイオノマーを挙げることができる。また、接合枠３０は、燃料極と酸化剤極とがショートしないように、絶縁性である必要がある。   As a material of the joining frame 30, it is preferable to use a material containing a heat-welding resin. Examples of such heat-weldable resins include polyethylene, polypropylene, and ionomer. Further, the joining frame 30 needs to be insulative so that the fuel electrode and the oxidant electrode do not short-circuit.

接合枠３０の一辺では、ＭＥＡ１０が接合枠３０からはみ出している。そして、接合枠３０からはみ出したＭＥＡ１０には、取り出し用電極１６が接続されている。取り出し用電極１６は、燃料極１２側に接続された燃料極用取り出し電極と、酸化剤極１３側に接続された酸化剤極用取り出し電極とを有している。取り出し用電極１６は、アノードガス拡散電極１２−２又はカソードガス拡散電極に接合されている。これにより、ＭＥＡ１０で発生した電力が、取り出し用電極１６を介して外部へ取り出される。なお、取り出し用電極１６としては、例えば、ＳＵＳ３１６などの金属製のものを用いることができる。   On one side of the joint frame 30, the MEA 10 protrudes from the joint frame 30. An extraction electrode 16 is connected to the MEA 10 that protrudes from the joining frame 30. The extraction electrode 16 has a fuel electrode extraction electrode connected to the fuel electrode 12 side and an oxidant electrode extraction electrode connected to the oxidant electrode 13 side. The extraction electrode 16 is joined to the anode gas diffusion electrode 12-2 or the cathode gas diffusion electrode. As a result, the electric power generated in the MEA 10 is extracted to the outside through the extraction electrode 16. For example, a metal electrode such as SUS316 can be used as the extraction electrode 16.

燃料極用接合枠３０−１上には、燃料極バッグ４０が配置されている。燃料極バッグ４０は、袋状体であり、開口縁を燃料極用接合枠３０−１の全周に対応させて設けられている。   A fuel electrode bag 40 is disposed on the fuel electrode joint frame 30-1. The fuel electrode bag 40 is a bag-like body, and the opening edge is provided so as to correspond to the entire circumference of the fuel electrode joint frame 30-1.

燃料極バッグ４０とＭＥＡ１０（燃料制限膜２０）とで形成された空間は、燃料保持部６０となっている。燃料極バッグ４０には、２箇所に開口が設けられており、これらが既述した燃料極貫通口４０−１と４０−２とになっている。即ち、燃料は、燃料極貫通口４０−１から燃料保持部６０に導入され、燃料極貫通口４０−２から排出される。   A space formed by the fuel electrode bag 40 and the MEA 10 (fuel limiting film 20) is a fuel holding portion 60. The fuel electrode bag 40 has openings at two locations, which are the fuel electrode through holes 40-1 and 40-2 described above. That is, the fuel is introduced into the fuel holding unit 60 from the fuel electrode through hole 40-1 and discharged from the fuel electrode through hole 40-2.

燃料極バッグ４０の材質としては、燃料を保持できる物性を有し、熱溶着や接着の可能な素材が用いられる。また、燃料の沸点以上の耐熱性を有している物を用いる事が好ましい。例えば、燃料としてメタノールを用いる場合には、１００℃以上の耐熱性を有していればよい。燃料保持部や燃料流路における燃料温度は、高くても燃料の沸点近傍までであるので、燃料の沸点以上の温度に耐えられる素材を用いていれば、発電時による発熱で損傷してしまうこともない。   As the material of the fuel electrode bag 40, a material having physical properties capable of holding fuel and capable of being thermally welded or bonded is used. Moreover, it is preferable to use the thing which has heat resistance more than the boiling point of a fuel. For example, when methanol is used as the fuel, it should have heat resistance of 100 ° C. or higher. The fuel temperature in the fuel holding part and the fuel flow path is at most close to the boiling point of the fuel, so if you use a material that can withstand the temperature above the boiling point of the fuel, it will be damaged by the heat generated during power generation. Nor.

また、燃料極バッグ４０は、例えば点滴パックに用いられる素材のように、柔軟性（可とう性）を有していることが好ましい。具体的には、燃料保持部６０に急激に燃料が流れ込んだ場合に、燃料の流入量に応じて膨らむ程度に十分に柔らかい事が好ましい。燃料の流入量に応じて膨らむ事ができれば、燃料の流入量が急激に増大したとしても燃料が漏れにくくなる。また、燃料の流入量が急激に減少したとしても、容積に応じて縮小するので、気泡などが発生しづらくなる。更に、燃料電池が落下などした際に、割れやひびなどが発生する怖れがないので、耐衝撃性の観点から有利となる。   Moreover, it is preferable that the fuel electrode bag 40 has flexibility (flexibility) like the raw material used for an infusion pack, for example. Specifically, when the fuel suddenly flows into the fuel holding portion 60, it is preferable that the fuel is sufficiently soft so as to expand according to the inflow amount of the fuel. If the fuel can be inflated according to the inflow of fuel, the fuel will not leak easily even if the inflow of fuel increases rapidly. Further, even if the inflow amount of the fuel is suddenly reduced, the fuel is reduced according to the volume, so that bubbles or the like are hardly generated. Furthermore, there is no fear of cracking or cracking when the fuel cell is dropped, which is advantageous from the viewpoint of impact resistance.

上述のような性質を持つ燃料極バッグ４０の素材として、熱溶着性の樹脂と、金属シートとを含んだものが好適に用いられる。熱溶着性の樹脂フィルムを含んでいる事によって、後述するように加熱プレスするだけで燃料極バッグ４０を接合枠３０に一体化させる事ができる。また、金属シートを含んでいる事により、揮発性の燃料を用いた場合でも、燃料保持部６０内の燃料が揮発して燃料バッグ４０を透過してしまう事がない。   As the material for the fuel electrode bag 40 having the above-described properties, a material including a heat-weldable resin and a metal sheet is preferably used. By including the heat-weldable resin film, the fuel electrode bag 40 can be integrated with the joining frame 30 only by hot pressing as described later. Further, since the metal sheet is included, even when volatile fuel is used, the fuel in the fuel holding unit 60 is not volatilized and does not pass through the fuel bag 40.

熱溶着性の樹脂と金属シートとを含んだものとしては、金属シートが熱溶着性の樹脂フィルムによって挟まれた積層フィルムが挙げられる。その熱溶着性の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びアイオノマーを挙げることができる。また、その金属シートとしては、金属箔や、金属の蒸着されたフィルムが挙げられる。これらの熱溶着性樹脂や金属シートは、燃料成分や発電反応の過程で生成する成分に対する対薬品耐性の点からも、好ましい。   Examples of the film containing a heat-weldable resin and a metal sheet include a laminated film in which a metal sheet is sandwiched between heat-weldable resin films. Examples of the heat-weldable resin include polyethylene, polypropylene, and ionomer. In addition, examples of the metal sheet include metal foil and a metal-deposited film. These heat-welding resins and metal sheets are preferable from the viewpoint of resistance to chemicals against fuel components and components generated during the power generation reaction.

酸化剤極バッグ５０も、燃料極バッグ４０と同様に、袋状体である。その開口縁で、酸化剤極用接合枠３０−２に一体に接合されている。酸化剤極バッグ４０とＭＥＡ１０とで形成された空間は、酸化剤保持部７０となっている。   Similarly to the fuel electrode bag 40, the oxidant electrode bag 50 is also a bag-like body. At the opening edge, it is integrally bonded to the oxidant electrode bonding frame 30-2. A space formed by the oxidant electrode bag 40 and the MEA 10 is an oxidant holding part 70.

酸化剤極バッグ５０には、２箇所に開口が設けられており、これらが既述した酸化剤極貫通口５０−１と５０−２とになっている。即ち、酸化剤ガスは、酸化剤極貫通口５０−１から酸化剤保持部７０に導入され、酸化剤極貫通口５０−２から排出される。   The oxidant electrode bag 50 has openings at two locations, which are the oxidant electrode through holes 50-1 and 50-2 described above. That is, the oxidant gas is introduced from the oxidant electrode through-hole 50-1 to the oxidant holding unit 70 and discharged from the oxidant electrode through-hole 50-2.

酸化剤極バッグ５０の材質としては、燃料極バッグ４０と同様に、酸化剤を保持できる物性を有し、熱溶着や接着の可能な素材が用いられる。また、酸化剤極バッグ５０も柔軟性を有していることが好ましい。   As a material of the oxidant electrode bag 50, a material having physical properties capable of holding an oxidant and capable of being thermally welded and bonded is used, like the fuel electrode bag 40. Moreover, it is preferable that the oxidant electrode bag 50 also has flexibility.

尚、図１、２では、燃料極貫通口４０−２と酸化剤極貫通口５０−２とは別々の形状をしているが、貫通口であればその形状などは必要に応じて変更可能である。   In FIGS. 1 and 2, the fuel electrode through hole 40-2 and the oxidant electrode through hole 50-2 have different shapes. However, the shape of the through hole can be changed as necessary. It is.

以上説明した本実施形態にかかる固体高分子型燃料電池の構成は、燃料極バッグ４０や酸化剤極バッグ５０が、接合枠３０と一体に接合されており、ネジなどの機械的締結を行うための部材は用いられていない。従って、部品点数が少なくなっており、軽薄化されている。また、一体に接合されていることにより、燃料保持部６０内の燃料が、部材間の隙間などを介して漏洩することも防止されている。   In the configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment described above, the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are joined together with the joining frame 30, and mechanical fastening such as screws is performed. This member is not used. Therefore, the number of parts is reduced and the weight is reduced. Further, by being integrally joined, the fuel in the fuel holding portion 60 is also prevented from leaking through a gap between the members.

また、接合枠３０、燃料極バッグ４０、及び酸化剤極バッグ５０として、熱溶着性の樹脂を用いれば、加熱してプレスするだけで、接合枠３０に対して燃料極バッグ４０や酸化剤極バッグ５０を一体に接合させることができる。   Further, if a heat-welding resin is used as the joining frame 30, the fuel electrode bag 40, and the oxidant electrode bag 50, the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode can be applied to the joining frame 30 only by heating and pressing. The bag 50 can be joined together.

続いて、上述のような構成を有する固体高分子型燃料電池１の動作方法について説明する。   Subsequently, an operation method of the polymer electrolyte fuel cell 1 having the above-described configuration will be described.

図３において、ポンプ１２０が始動すると、燃料調整部１４０で濃度調整された燃料が、燃料極貫通口４０−１を介して燃料保持部６０に導入される。また。ファン１１０が始動すると酸化剤ガスが酸化剤極貫通口５１−１を介して、酸化剤保持部７０ｂに導入される。   In FIG. 3, when the pump 120 is started, the fuel whose concentration is adjusted by the fuel adjustment unit 140 is introduced into the fuel holding unit 60 through the fuel electrode through-hole 40-1. Also. When the fan 110 is started, the oxidant gas is introduced into the oxidant holding part 70b through the oxidant electrode through-hole 51-1.

図２（ａ）を参照する。燃料保持部６０に導入された燃料は、燃料制限膜２０を介して、燃料極１２に供給される。一方、酸化剤保持部７０に導入された酸化剤ガスは、直接に酸化剤極１３に供給される。燃料極１２に供給された燃料は、アノード触媒層２ａで分解されてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）に分離する。生成したプロトンは、固体高分子電解質膜１を通過してカソード触媒層１３−１上で酸化剤ガスと反応し、水を生成する。このとき、電子が外部負荷（図示せず）を通って燃料極１２から酸化剤極１３に移動することにより、電力が取り出される。尚、消費されなかった燃料や酸化剤ガスは、燃料極貫通口４０−２や酸化剤極貫通口５０−２を介して排出される。 Reference is made to FIG. The fuel introduced into the fuel holding unit 60 is supplied to the fuel electrode 12 through the fuel limiting film 20. On the other hand, the oxidant gas introduced into the oxidant holding unit 70 is directly supplied to the oxidant electrode 13. The fuel supplied to the fuel electrode 12 is decomposed by the anode catalyst layer 2a and separated into protons (H + ) and electrons (e − ). The produced protons pass through the solid polymer electrolyte membrane 1 and react with the oxidant gas on the cathode catalyst layer 13-1 to produce water. At this time, electrons move from the fuel electrode 12 to the oxidant electrode 13 through an external load (not shown), so that electric power is taken out. In addition, the fuel and oxidant gas which were not consumed are discharged | emitted via the fuel electrode through-hole 40-2 and the oxidant electrode through-hole 50-2.

続いて、上述の固体高分子型燃料電池１の製造方法について説明する。図６は、固体高分子型燃料電池１の製造方法のフローチャートである。図６に示されるステップＳ２０〜Ｓ５０までの工程によって、固体高分子型燃料電池１が製造される。各工程の動作について、以下に説明する。   Then, the manufacturing method of the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell 1 is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart of the manufacturing method of the polymer electrolyte fuel cell 1. The polymer electrolyte fuel cell 1 is manufactured through steps S20 to S50 shown in FIG. The operation of each process will be described below.

ステップＳ１０；ＭＥＡの形成
まず、固体高分子電解質膜１１を燃料極１２と酸化剤極１３とで挟んだＭＥＡ１０を形成する。ＭＥＡ１０は、公知の方法によって形成することができる。 Step S10: Formation of MEA First, the MEA 10 in which the solid polymer electrolyte membrane 11 is sandwiched between the fuel electrode 12 and the oxidant electrode 13 is formed. The MEA 10 can be formed by a known method.

ステップＳ２０；接合枠の配置
続いて、接合枠３０をＭＥＡ１０の両面に配置する。図７Ａ（ａ）は、この時の配置の様子を示す側面図である。ＭＥＡ１０の燃料極側には、燃料制限膜２０と燃料極側接合枠３０−１とが配置される。一方、ＭＥＡ１０の酸化剤極側には、酸化剤極側接合枠３０−２と気液分離膜１４とが配置される。燃料極側接合枠３０−１と酸化剤極側接合枠３０−２には、貫通口が設けられている。この貫通口は、ガス排出口１５形成用のものである。気液分離膜１４は、ＭＥＡ１０と酸化剤極側接合枠３０−２の間において、貫通口に対応する位置に配置される。 Step S20: Arrangement of Bonding Frame Subsequently, the bonding frame 30 is arranged on both surfaces of the MEA 10. FIG. 7A (a) is a side view showing an arrangement at this time. On the fuel electrode side of the MEA 10, the fuel limiting film 20 and the fuel electrode side joining frame 30-1 are arranged. On the other hand, the oxidant electrode side joining frame 30-2 and the gas-liquid separation membrane 14 are arranged on the oxidant electrode side of the MEA 10. The fuel electrode side joining frame 30-1 and the oxidant electrode side joining frame 30-2 are provided with through holes. This through-hole is for forming the gas outlet 15. The gas-liquid separation membrane 14 is disposed between the MEA 10 and the oxidant electrode side joining frame 30-2 at a position corresponding to the through hole.

ステップＳ３０；接合枠の接合
ステップＳ２０で所定の位置に配置されたＭＥＡ１０と接合枠３０との積層体を、加熱プレスする。図７Ａ（ｂ）は、加熱プレス後の接合枠付きＭＥＡ１０の構造を示す断面図である。加熱プレスにより、接合枠３０の熱溶着樹脂成分が溶融し、多孔質体であるＭＥＡ１０のアノードガス拡散電極１２−２、カソードガス拡散電極１３−２に浸透して、接合枠浸透部３１、３２を形成する。すなわち、接合枠３０がＭＥＡ１０に一体に接合される。また、燃料極側接合枠３０−１と酸化剤極側接合枠３０−２のうち、ＭＥＡ１０からはみ出した部分は、両者が一体化して抱合部３０−３となる。さらに、貫通口の部分は、気液分離膜１４の介在したガス排出口１５を形成する。 Step S30: Joining of the Joining Frame The laminated body of the MEA 10 and the joining frame 30 arranged at the predetermined positions in Step S20 is heated and pressed. FIG. 7A (b) is a cross-sectional view showing the structure of the MEA 10 with a joining frame after hot pressing. The heat welding resin component of the joining frame 30 is melted by the heating press and penetrates into the anode gas diffusion electrode 12-2 and the cathode gas diffusion electrode 13-2 of the MEA 10 which is a porous body, and the joining frame permeation portions 31, 32 are obtained. Form. That is, the joining frame 30 is integrally joined to the MEA 10. Moreover, the part which protruded from MEA10 among the fuel electrode side joining frame 30-1 and the oxidant electrode side joining frame 30-2 integrates both, and becomes the coupling | bond part 30-3. Furthermore, the portion of the through-hole forms a gas discharge port 15 with the gas-liquid separation membrane 14 interposed.

尚、固体高分子電解質膜１１と接合枠３０が仮に熱融着しない（融点が違う）場合であっても、複数の位置でＭＥＡ１０の側部を接合枠３０で抱合させるようにすれば、一体化させることができる。   Even if the solid polymer electrolyte membrane 11 and the joining frame 30 are not heat-sealed (different melting points), if the side portions of the MEA 10 are joined by the joining frame 30 at a plurality of positions, they are integrated. It can be made.

ステップＳ４０；バッグの配置
続いて、燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０を配置する。図７Ｂ（ａ）は、燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０を配置した様子を示す側面図である。燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０は、それらのバッグの開口縁が接合枠３０に一致するように配置される。ここで、燃料極バッグ４０は、その開口縁がガス排出口１５の開口を覆う様に配置される。燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０の夫々には、予め、二箇所に貫通口が形成されている。 Step S40: Arrangement of Bag Subsequently, the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are arranged. FIG. 7B (a) is a side view showing a state in which the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are arranged. The fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are arranged such that the opening edges of the bags coincide with the joining frame 30. Here, the fuel electrode bag 40 is disposed so that the opening edge covers the opening of the gas discharge port 15. Each of the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 has through holes formed in advance at two locations.

ステップＳ５０；バッグの接合
燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０の配置された積層体を、加熱プレスする。図７Ｂ（ｂ）は、バッグの接合された後の様子を示す断面図である。加熱プレスにより、燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０の熱溶着樹脂成分が溶融し、接合枠３０に接合して一体化する。 Step S50; Bag Joining The laminated body in which the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are arranged is heated and pressed. FIG. 7B (b) is a cross-sectional view showing the state after the bag is joined. The heat welding resin components of the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 are melted by the heating press, and are joined and integrated with the joining frame 30.

以上のステップＳ１０〜５０の工程により、ＭＥＡ１０、接合枠３０、燃料極バッグ４０、酸化剤極バッグ５０が一体に接合した固体高分子型燃料電池１が製造される。尚、取り出し用電極１６は、ＭＥＡ１０のうち、接合枠３０からはみ出した部分に接合される。取り出し用電極１６の接合のタイミングは特に限定されず、接合枠３０やバッグ４０がＭＥＡ１０に接合される前後のどちらでもよい。   The polymer electrolyte fuel cell 1 in which the MEA 10, the joining frame 30, the fuel electrode bag 40, and the oxidant electrode bag 50 are integrally joined is manufactured by the steps S 10 to 50 described above. The extraction electrode 16 is bonded to a portion of the MEA 10 that protrudes from the bonding frame 30. The timing of joining the extraction electrode 16 is not particularly limited, and may be before or after the joining frame 30 or the bag 40 is joined to the MEA 10.

以上説明してきたように、本実施の形態に依れば、ＭＥＡ１０、接合枠、燃料極バッグ４０、及び酸化剤極バッグ４０を一体に接合させることで、ネジなどの機構部品を用いずに済む。これにより、固体高分子型燃料電池１を軽薄化できる。これは、機構部品に必要な締結部材が不要となることによって、部品点数が削減できるからである。   As described above, according to the present embodiment, the MEA 10, the joining frame, the fuel electrode bag 40, and the oxidant electrode bag 40 are joined together, so that it is not necessary to use mechanical parts such as screws. . Thereby, the polymer electrolyte fuel cell 1 can be reduced in thickness. This is because the number of parts can be reduced by eliminating the need for fastening members required for the mechanical parts.

また、部品点数が少なくできるので、作業工数も削減できる。また、接合にあたり、熱溶着性の樹脂による溶着を用いれば、接合部位を確実に一体化させることができ、燃料や酸化剤ガスなどの漏洩を防止することができる。   Moreover, since the number of parts can be reduced, the number of work steps can be reduced. In addition, if welding with a heat-weldable resin is used for joining, the joining parts can be reliably integrated, and leakage of fuel, oxidant gas, and the like can be prevented.

尚、本実施形態では、燃料極バッグ４０及び酸化剤極バッグ５０に、予め貫通口が形成されている場合について説明したが、予めバッグに貫通口が形成されていなくても、バッグを接合枠３０に接合させる際に連通用部材を介在させ、燃料極貫通口４０−１、４０−２や酸化剤極貫通口５０−１、５０−２を形成してもよい。図８は、燃料極貫通口４０−１、４０−２を連通用部材によって形成する際の各部材の配置を示す斜視図である。図８に示されるように、円筒状の連通用部材を、燃料極バッグ４０と接合枠３０との間の少なくとも二箇所に配置しておき、この状態で加熱プレスを行えば、燃料極貫通口４０−１、４０−２が形成される。ここで、連通用部材４１の素材としては、加熱プレス時に接合枠３０及び燃料極バッグ４０に一体化するように、熱溶着性の樹脂を含んでいることが好ましい。酸化剤極バッグ５０についても同様である。   In the present embodiment, the fuel electrode bag 40 and the oxidant electrode bag 50 have been described with a case where a through-hole is formed in advance. The fuel electrode through holes 40-1 and 40-2 and the oxidant electrode through holes 50-1 and 50-2 may be formed by interposing a communication member when bonding to 30. FIG. 8 is a perspective view showing the arrangement of each member when the fuel electrode through-holes 40-1 and 40-2 are formed by a communication member. As shown in FIG. 8, if the cylindrical communication member is disposed at least in two places between the fuel electrode bag 40 and the joining frame 30, and the heating press is performed in this state, the fuel electrode through hole is formed. 40-1 and 40-2 are formed. Here, it is preferable that the material of the communication member 41 includes a heat-weldable resin so as to be integrated with the joining frame 30 and the fuel electrode bag 40 at the time of hot pressing. The same applies to the oxidant electrode bag 50.

また、本実施形態では、各部材を一体に接合させるにあたり、熱溶着を用いた場合について説明したが、一体化できる工法であれば、例えば接着などの他の手法でも構わない。   Further, in the present embodiment, the case where heat welding is used to join the members together is described, but other methods such as adhesion may be used as long as they can be integrated.

また、本実施形態では、接合枠の接合（Ｓ３０）とバッグの接合（Ｓ５０）とを別工程で行う場合について説明したが、接合枠とバッグとを同時に配置し、接合枠とバッグとを同一工程で接合させる事で、ＭＥＡ、接合枠、及びバッグを一体化させてもよい。   Moreover, although this embodiment demonstrated the case where joining of a joining frame (S30) and joining of a bag (S50) were performed by another process, a joining frame and a bag are arrange | positioned simultaneously, and a joining frame and a bag are the same. By joining in the process, the MEA, the joining frame, and the bag may be integrated.

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と比較して、燃料極貫通口４０−１、４０−２の構成が更に工夫されている。燃料極貫通口４０−１、４０−２以外の点については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 (Second Embodiment)
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration of the fuel electrode through-holes 40-1 and 40-2 is further devised compared to the first embodiment. Since points other than the fuel electrode through holes 40-1 and 40-2 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

図４は、固体高分子型燃料電池１の燃料極１２側の構成を示す分解斜視図である。本実施形態では、ポンプ１２０と燃料保持部７０とを接続する燃料流路が、弾性を有するチューブ４１−１により形成されている。また、燃料保持部７０から燃料調整部１４０までの燃料流路も、チューブ４１−２によって形成されている。チューブ４１−１、４１−２は、燃料極バッグ４０と接合枠３０とによって挟まれている。そして、チューブ４１−１、４１−２の開放端は接合枠３０の内側、即ち燃料保持部７０内、に配置されている。   FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the polymer electrolyte fuel cell 1 on the fuel electrode 12 side. In the present embodiment, the fuel flow path connecting the pump 120 and the fuel holding unit 70 is formed by an elastic tube 41-1. The fuel flow path from the fuel holding unit 70 to the fuel adjustment unit 140 is also formed by the tube 41-2. The tubes 41-1 and 41-2 are sandwiched between the fuel electrode bag 40 and the joining frame 30. The open ends of the tubes 41-1 and 41-2 are arranged inside the joining frame 30, that is, in the fuel holding unit 70.

このような構成とすれば、燃料流路形成用の部材と、貫通口形成用の部材とを別部品にする必要が無いので、部品点数を更に少なくすることができる。   With such a configuration, it is not necessary to separate the fuel flow path forming member and the through hole forming member from separate parts, so that the number of parts can be further reduced.

以上、第１と第２の実施形態について説明した。但し、これらの実施形態の工夫は、必要に応じて組み合わせて使用することもできる。また、燃料極１２側で例示した構成の工夫を、酸化剤極１３側の構成に適用することも、当業者にとっては自明的であろう。   The first and second embodiments have been described above. However, the devices of these embodiments can be used in combination as necessary. In addition, it would be obvious to those skilled in the art to apply the device of the configuration illustrated on the fuel electrode 12 side to the configuration on the oxidant electrode 13 side.

第１の実施形態にかかる固体高分子型燃料電池の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment. 第１の実施形態にかかる固体高分子型燃料電池の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment. 本発明にかかる固体高分子型燃料電池システムの模式図である。1 is a schematic diagram of a polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention. 第２の実施形態にかかる固体高分子型燃料電池の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the polymer electrolyte fuel cell concerning 2nd Embodiment. 従来の固体高分子型燃料電池の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the conventional polymer electrolyte fuel cell. 固体高分子型燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of a polymer electrolyte fuel cell. 接合枠を配置する際の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode at the time of arrange | positioning a joining frame. バッグを配置する際の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode at the time of arrange | positioning a bag. 連通用部材の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the member for a communication.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体高分子型燃料電池
１０ ＭＥＡ
１１ 固体高分子電解質膜
１２ 燃料極
１２−１ アノード触媒層
１２−２ アノードガス拡散電極
１３ 酸化剤極
１３−１ カソード触媒層
１３−２ カソードガス拡散電極
１４ 気液分離膜
１５ ガス排出口
１６ 取出用電極
２０ 燃料制限膜
３０ 接合枠
３０−１ 燃料極用接合枠
３０−２ 酸化剤極用接合枠
３０−３ 抱合部
３１ 接合枠浸透部
３２ 接合枠浸透部
４０ 燃料極バッグ
４０−１ 燃料極貫通口
４０−２ 燃料極貫通口
４１ 連通用部材
４１−１ チューブ
４１−２ チューブ
５０ 酸化剤極バッグ
５０−１ 酸化剤極貫通口
５０−２ 酸化剤極貫通口
５１ 連通用部材
６０ 燃料保持部
７０ 酸化剤保持部
１００ 燃料電池システム
１１０ ファン
１２０ ポンプ
１３０ 輸液チューブ
１４０ 燃料調整部 1 Polymer electrolyte fuel cell 10 MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Solid polymer electrolyte membrane 12 Fuel electrode 12-1 Anode catalyst layer 12-2 Anode gas diffusion electrode 13 Oxidant electrode 13-1 Cathode catalyst layer 13-2 Cathode gas diffusion electrode 14 Gas-liquid separation membrane 15 Gas discharge port 16 Take-out Electrode for use 20 Fuel limiting membrane 30 Joining frame 30-1 Joining frame for fuel electrode 30-2 Joining frame for oxidant electrode 30-3 Conjugation part 31 Joining frame penetration part 32 Joining frame penetration part 40 Fuel electrode bag 40-1 Fuel electrode Through port 40-2 Fuel electrode through port 41 Communication member 41-1 Tube 41-2 Tube 50 Oxidant electrode bag 50-1 Oxidant electrode through port 50-2 Oxidant electrode through port 51 Communication member 60 Fuel holding portion 70 Oxidant Holding Unit 100 Fuel Cell System 110 Fan 120 Pump 130 Infusion Tube 140 Fuel Adjustment Unit

Claims (25)

燃料極と酸化剤極とによって固体高分子電解質膜が挟まれた構造を有する膜・電極接合体と、
前記燃料極に一体に接合された燃料極用接合枠と、
前記燃料極を、燃料保持部を介して被覆するように設けられた燃料極バッグと、
を具備し、
前記燃料保持部は、燃料の供給及び排出を行うための燃料流路に連通し、
前記燃料極バッグは、前記燃料極用接合枠に一体に接合されている
固体高分子型燃料電池。 A membrane / electrode assembly having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode;
A fuel electrode joint frame integrally joined to the fuel electrode;
A fuel electrode bag provided so as to cover the fuel electrode via a fuel holding portion;
Comprising
The fuel holding portion communicates with a fuel flow path for supplying and discharging fuel,
The fuel electrode bag is a polymer electrolyte fuel cell integrally joined to the fuel electrode joining frame. 請求項１に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料極用接合枠は、枠状である
固体高分子型燃料電池。 The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1,
The fuel electrode joining frame is a solid polymer fuel cell having a frame shape. 請求項１又は２に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料極バッグは、熱溶着性の樹脂を含んでいる
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2,
The fuel electrode bag is a polymer electrolyte fuel cell containing a heat-welding resin. 請求項１乃至３のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料極バッグは、柔軟性を有している
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel electrode bag is a polymer electrolyte fuel cell having flexibility. 請求項１乃至４のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料極バッグは、金属シートを含んでいる
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
The fuel electrode bag is a polymer electrolyte fuel cell including a metal sheet. 請求項１乃至５のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料極用接合枠は、熱溶着性の樹脂を含んでいる
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The fuel electrode joint frame is a solid polymer fuel cell containing a heat-weldable resin. 請求項１乃至６のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記燃料流路を形成する部材が、前記燃料極バッグと前記燃料極用接合枠との間に挟まれており、
前記燃料流路を形成する部材の開放端が、前記燃料保持部内に配置されている
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The member forming the fuel flow path is sandwiched between the fuel electrode bag and the fuel electrode joint frame,
A polymer electrolyte fuel cell, wherein an open end of a member forming the fuel flow path is disposed in the fuel holding portion. 請求項１乃至７のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
更に、
前記酸化剤極に接合された酸化剤極用接合枠と、
前記酸化剤極用接合枠に接合され、前記酸化剤極を酸化剤保持部を介して被覆するように設けられた酸化剤極バッグと、
を具備し、
前記酸化剤保持部は、酸化剤の供給及び排出を行うための酸化剤流路に連通している
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
Furthermore,
An oxidant electrode joint frame joined to the oxidant electrode;
An oxidant electrode bag which is joined to the oxidant electrode joint frame and is provided so as to cover the oxidant electrode via an oxidant holding part;
Comprising
The oxidant holding part is a polymer electrolyte fuel cell that communicates with an oxidant flow path for supplying and discharging an oxidant. 請求項８に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤極用接合枠は、枠状である
固体高分子型燃料電池。 The polymer electrolyte fuel cell according to claim 8,
The oxidant electrode joining frame is a solid polymer fuel cell having a frame shape. 請求項８又は９に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤バッグは、熱溶着性の樹脂を含んでいる
固体高分子型燃料電池。 The polymer electrolyte fuel cell according to claim 8 or 9,
The oxidizer bag is a polymer electrolyte fuel cell containing a heat-welding resin. 請求高８乃至１０のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤バッグは、柔軟性を有している
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 8 to 10,
The oxidizer bag is a polymer electrolyte fuel cell having flexibility. 請求項８乃至１１のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤バッグは、金属シートを含んでいる
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 8 to 11,
The oxidizer bag is a polymer electrolyte fuel cell including a metal sheet. 請求項８乃至１２のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤極用接合枠は、熱溶着性の樹脂を含んでいる
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 8 to 12,
The oxidant electrode joining frame is a polymer electrolyte fuel cell containing a heat-weldable resin. 請求項８乃至１３のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
更に、
前記燃料極の側部を、前記酸化剤保持部に連通させるように設けられたガス排出口
を具備し、
前記膜・電極接合体の側部の少なくとも一部は、前記ガス排出口を挟んで、前記燃料極用接合枠と前記酸化剤極用接合枠とにより覆われている
固体高分子型燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 8 to 13,
Furthermore,
A gas discharge port provided to communicate a side portion of the fuel electrode with the oxidant holding unit;
At least a part of the side portion of the membrane / electrode assembly is covered with the fuel electrode joint frame and the oxidant electrode joint frame with the gas exhaust port interposed therebetween. 請求項１３に記載された固体高分子方燃料電池であって、
前記ガス排出口には、気液分離膜が設けられている
固体高分子型燃料電池。 The solid polymer fuel cell according to claim 13,
A polymer electrolyte fuel cell, wherein a gas-liquid separation membrane is provided at the gas outlet. 燃料極と酸化剤極とによって固体高分子電解質膜の挟まれた構造を有する膜・電極接合体と、
前記酸化剤極に接合された酸化剤極用接合枠と、
前記酸化剤極用接合枠に接合され、前記酸化剤極を酸化剤保持部を介して被覆するように設けられた酸化剤極バッグと、
を具備し、
前記酸化剤保持部は、燃料の供給及び排出を行うための酸化剤流路に連通している
固体高分子型燃料電池。 A membrane / electrode assembly having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode;
An oxidant electrode joint frame joined to the oxidant electrode;
An oxidant electrode bag which is joined to the oxidant electrode joint frame and is provided so as to cover the oxidant electrode via an oxidant holding part;
Comprising
The oxidant holding part is a polymer electrolyte fuel cell that communicates with an oxidant flow path for supplying and discharging fuel. 燃料極と酸化剤極とによって固体高分子電解質膜が挟まれた構造を有する膜・電極接合体と、
前記燃料極に一体に接合された燃料極用接合枠と、
前記燃料極を、燃料保持部を介して被覆するように設けられた燃料極バッグと、
を具備し、
前記燃料保持部は、燃料の供給及び排出を行うための燃料流路に連通し、
前記燃料極バッグは、柔軟性を有している
固体高分子型燃料電池。 A membrane / electrode assembly having a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode;
A fuel electrode joint frame integrally joined to the fuel electrode;
A fuel electrode bag provided so as to cover the fuel electrode via a fuel holding portion;
Comprising
The fuel holding portion communicates with a fuel flow path for supplying and discharging fuel,
The fuel electrode bag is a polymer electrolyte fuel cell having flexibility. 固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とによって挟んで、膜・電極接合体を形成する工程と、
前記膜・電極接合体に、燃料極用電極を配置する電極配置工程と、
前記膜・電極接合体に、前記燃料極用電極を一体に接合させる電極接合工程と、
前記電極接合工程の後に、前記燃料極用電極上に、燃料極バッグを、前記燃料極が燃料保持部を介して被覆されるように配置するバッグ配置工程と、
前記燃料極バッグを、前記燃料極用電極に一体に接合させるバッグ接合工程と、
を具備する
固体高分子型燃料電池の製造方法。 Forming a membrane / electrode assembly by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxidant electrode;
An electrode arrangement step of arranging an electrode for a fuel electrode on the membrane-electrode assembly;
An electrode joining step for integrally joining the electrode for fuel electrode to the membrane-electrode assembly;
After the electrode joining step, a bag placement step of placing a fuel electrode bag on the fuel electrode so that the fuel electrode is covered via a fuel holding portion;
A bag joining step for integrally joining the fuel electrode bag to the fuel electrode;
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell comprising: 請求項１８に記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記バッグ配置工程において、前記燃料保持部を燃料流路に連通させるための連通用部材を挟むようにして、前記燃料極バッグを前記燃料極用電極上に配置する
固体高分子型燃料電池の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to claim 18, comprising:
A method of manufacturing a polymer electrolyte fuel cell, wherein, in the bag placement step, the fuel electrode bag is placed on the fuel electrode so as to sandwich a communication member for communicating the fuel holding portion with a fuel flow path. 請求項１９に記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記燃料極バッグと前記連通用部材とは、熱溶着性の樹脂を含んでおり、
前記バッグ接合工程において、前記連通用部材を、前記燃料極バッグに一体化させる
固体高分子電解質型燃料電池の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to claim 19,
The fuel electrode bag and the communication member include a heat-welding resin,
A method for producing a solid polymer electrolyte fuel cell, wherein in the bag joining step, the communicating member is integrated with the fuel electrode bag. 請求項１９又は２０に記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記連通用部材の材質は、前記燃料流路を形成する部材と同じである
固体高分子型燃料電池。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to claim 19 or 20,
The material of the communicating member is a polymer electrolyte fuel cell that is the same as the member forming the fuel flow path. 請求項１８乃至２１のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記電極配置工程は、前記酸化剤極上に酸化剤用電極を配置する工程を有し、
前記バッグ配置工程は、前記酸化剤極用電極上に、前記酸化剤極を酸化剤保持部を介して被覆するように、酸化剤極バッグを配置する工程を有し、
前記電極接合工程において、前記酸化剤極用電極を前記酸化剤極に接合させ、
前記バッグ接合工程において、前記酸化剤極バッグを前記酸化剤極用電極に接合させる
固体高分子型燃料電池の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 18 to 21,
The electrode arrangement step includes a step of arranging an oxidant electrode on the oxidant electrode,
The bag placement step has a step of placing an oxidant electrode bag on the oxidant electrode electrode so as to cover the oxidant electrode via an oxidant holding part,
In the electrode joining step, the oxidant electrode electrode is joined to the oxidant electrode,
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell, wherein, in the bag joining step, the oxidant electrode bag is joined to the oxidant electrode electrode. 請求項１８乃至２２のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記電極接合工程において、加熱プレスにより一体に接合させる
固体高分子型燃料電池の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 18 to 22,
In the electrode joining step, a solid polymer fuel cell manufacturing method in which the electrodes are integrally joined by a hot press. 請求項１８乃至２３のいずれかに記載された固体項分子型燃料電池の製造方法であって、
前記バッグ接合工程において、加熱プレスにより一体に接合させる
固体高分子型燃料電池の製造方法。 A method for producing a solid molecular fuel cell according to any one of claims 18 to 23,
In the bag joining step, a method for producing a polymer electrolyte fuel cell that is integrally joined by a hot press. 請求項１８乃至２２のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池の製造方法であって、
前記電極接合工程及び前記バッグ接合工程において、接着剤を用いて一体化に接合させる
固体高分子型燃料電池の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 18 to 22,
In the electrode bonding step and the bag bonding step, a solid polymer fuel cell manufacturing method in which bonding is integrally performed using an adhesive.
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