JP2008146955A - Seal member, fuel battery cell, and fuel battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for preventing leakage of a reaction gas due to deformation of a through hole formed in a seal member. <P>SOLUTION: The seal member 420A is constituted of a seal part 421A formed at the outer periphery of an MEA part 44, a connecting part 428A, and a reinforcing membrane 43A in order to reinforce the seal part 421A. In the seal part 421A, throughholes such as a hydrogen supply throughhole 422i and a hydrogen discharge throughhole 422o are formed, and the connecting parts 428A are formed one by one in the respective throughholes so as to connect the respective opposing long sides of the air supply throughhole 434i and the air discharge throughhole 434o formed in the reinforcing membrane 43A. Then, by forming the seal part 421A and the reinforcing membrane 43A integrally with each other, the connecting parts 428A play a role of cross-linking the hydrogen supply throughhole 422i and the hydrogen discharge throughhole 422o, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関するものであり、特に、燃料電池セルを複数積層したスタック構造を有する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell having a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked.

従来の高分子電解質型燃料電池の中には、高分子電解質膜の両面に、アノードおよびカソードが、それぞれ形成された膜電極接合体（以下、ＭＥＡともいう。）を、１対のセパレータで挟持して成る燃料電池セルを、複数積層した積層構造を有するものがある(以下、燃料電池スタックともいう。)。この１対のセパレータには、それぞれ、燃料ガスおよび酸化剤ガスのガス流路、および、これら反応ガスを流通させるためのマニホールドを構成する貫通孔が設けられている。すなわち、燃料電池セルを複数積層して燃料電池スタックを構成した際に、燃料電池スタックを積層方向に貫通するマニホールドが形成される。そして、反応ガスは、各マニホールドを通って、各燃料電池セルの各電極に供給される。   In a conventional polymer electrolyte fuel cell, a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA) in which an anode and a cathode are formed on both sides of a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of separators. In some cases, a plurality of fuel cell units are stacked (hereinafter, also referred to as a fuel cell stack). Each of the pair of separators is provided with gas passages for fuel gas and oxidant gas, and through-holes constituting a manifold for circulating these reaction gases. That is, when a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cells, a manifold that penetrates the fuel cell stack in the stacking direction is formed. The reaction gas is supplied to each electrode of each fuel cell through each manifold.

ここで、反応ガスの漏洩を防止するために、ＭＥＡとセパレータの間にシール部材を設けている。そして、反応ガスを加圧した場合の反応ガスの漏洩を防止するために、ＭＥＡとシール部材とを一体的に形成する技術が提案されている (例えば、特許文献１。) 。ここで、シール部材には、セパレータと同様に貫通孔が設けられ、セパレータに設けられた貫通孔と共に、マニホールドを構成している。   Here, a seal member is provided between the MEA and the separator in order to prevent leakage of the reaction gas. In order to prevent leakage of the reaction gas when the reaction gas is pressurized, a technique for integrally forming the MEA and the seal member has been proposed (for example, Patent Document 1). Here, the seal member is provided with a through hole in the same manner as the separator, and constitutes a manifold together with the through hole provided in the separator.

特開平８−４５５１７号広報JP-A-8-45517

従来の燃料電池スタックにおける燃料電池セル４０Ｐを空気供給用マニホールドを横断するように切断した断面図を図９（ａ）に、シール部材の端部が、押し出される様子を表す説明図を図９（ｂ）に、それぞれ示す。図９(ａ)に示すように、燃料電池セル４０Ｐは、アノード側セパレータ４１ａと、カソード側セパレータ４１ｃと、電極一体ガスケットシール４２Ｐとによって構成されている。電極一体ガスケットシール４２Ｐは、ＭＥＡ４４とシール部材４２０Ｐとを一体的に形成して成るものである。なお、シール部材４２０Ｐには、シール部材４２０Ｐを補強するための補強フィルム４３Ｐが挿入されている。   FIG. 9A is a cross-sectional view of the fuel cell 40P in the conventional fuel cell stack cut across the air supply manifold, and FIG. 9A is an explanatory diagram showing how the end of the seal member is pushed out. Each is shown in b). As shown in FIG. 9A, the fuel cell 40P includes an anode side separator 41a, a cathode side separator 41c, and an electrode integrated gasket seal 42P. The electrode-integrated gasket seal 42P is formed by integrally forming the MEA 44 and the seal member 420P. A reinforcing film 43P for reinforcing the sealing member 420P is inserted into the sealing member 420P.

酸化剤ガスとしての空気が燃料電池に供給される際に加圧されていると、空気供給用マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４１４ｉ、４２４ｉを押し広げるように、圧力がかかる(図９（ａ）)。シール部材４２０Ｐには、シール性能を得るために、剛性が低く、柔らかい（すなわち、ヤング率の低い）材料（例えば、ゴム等）を用いることが多い。一方、セパレータ４１ａ、４１ｃは、金属やカーボン等の比較的剛性の高い材料を用いて作られている。そのため、上記の圧力が空気供給用貫通孔４１４ｉ、４２４ｉにかかった場合に、セパレータ４１ａ、４１ｃに設けられた空気供給用貫通孔４１４ｉは変形しないが、シール部材４２０Ｐに設けられた空気供給用貫通孔４２４ｉは押し広げられるため、図９（ｂ）に示すように、シール部材４２０Ｐの端部がセパレータ４１ａ、４１ｃより外側へ押し出されて、空気が外部へ漏洩する可能性がある（図９（ｂ）中の矢印）。空気排出用貫通孔、水素供給用貫通孔、水素排出用貫通孔についても、同様に、これらの反応ガスが外部へ漏洩する可能性がある。  When air as an oxidant gas is pressurized when supplied to the fuel cell, pressure is applied to expand the air supply through holes 414i and 424i constituting the air supply manifold (FIG. 9 ( a)). In order to obtain sealing performance, the seal member 420P is often made of a material having low rigidity and soft (that is, low Young's modulus) (for example, rubber). On the other hand, the separators 41a and 41c are made using a relatively rigid material such as metal or carbon. Therefore, when the pressure is applied to the air supply through holes 414i and 424i, the air supply through holes 414i provided in the separators 41a and 41c are not deformed, but the air supply through holes provided in the seal member 420P are not deformed. Since the hole 424i is expanded, as shown in FIG. 9B, the end of the seal member 420P is pushed outward from the separators 41a and 41c, and air may leak to the outside (FIG. 9 ( b) Arrow in the middle). Similarly, there is a possibility that these reaction gases leak to the outside with respect to the air discharge through hole, the hydrogen supply through hole, and the hydrogen discharge through hole.

従って、本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し、シール部材に形成された貫通孔の変形による反応ガスの漏洩を防止する技術を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a technique for preventing leakage of a reaction gas due to deformation of a through hole formed in a seal member.

上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明におけるシール部材は、
電解質膜および電極を有する膜電極接合体を、１対のセパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層して成る燃料電池において、前記セパレータの外周部に設けられたセパレータマニホールド孔によって形成されるマニホールドを流通する反応ガスが漏洩するのを防止するために、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に配置されるシール部材であって、
前記セパレータマニホールド孔と略同一の形状を成すシール部材マニホールド孔が設けられたシール部と、
少なくとも１つの前記シール部材マニホールド孔において、前記シール部の外周側に、その一端が接続され、前記シール部材マニホールド孔に架橋する接続部と、
を備えることを要旨とする。 In order to solve at least a part of the above-described problems, a seal member in the present invention is
A fuel cell in which a plurality of fuel cells each having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and an electrode sandwiched by a pair of separators are stacked, and a manifold formed by separator manifold holes provided in an outer peripheral portion of the separator. A seal member disposed between the membrane electrode assembly and the separator in order to prevent leakage of the flowing reaction gas,
A seal portion provided with a seal member manifold hole having substantially the same shape as the separator manifold hole;
In at least one of the seal member manifold holes, one end thereof is connected to the outer peripheral side of the seal part, and a connection part that bridges the seal member manifold hole;
It is a summary to provide.

本発明のシール部材では、シール部材マニホールド孔に架橋する接続部を備える。そのため、シール部材マニホールド孔を流通する反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）によって、シール部材マニホールド孔を押し広げるような力がシール部材マニホールド孔にかかったとしても、接続部によってシール部材マニホールド孔の変形を防止することができる。そして、その接続部は、一端がシール部の外周側に接続されているため、シール部材の外周側が、セパレータより外側に押し出されて、反応ガスが外部へ漏洩することを防止することができる。   The seal member of the present invention includes a connecting portion that bridges the seal member manifold hole. Therefore, even if a force that expands the seal member manifold hole is applied to the seal member manifold hole by the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) flowing through the seal member manifold hole, Deformation can be prevented. And since the one end of the connection part is connected to the outer peripheral side of the seal part, the outer peripheral side of the seal member can be pushed out of the separator to prevent the reaction gas from leaking to the outside.

また、セパレータに形成されたセパレータマニホールド孔自体を小さくする場合と比べると、反応ガスの流通を妨げるものが接続部材だけであるため、反応ガスがマニホールドから各流路に分配される際の分配効率の低下を小さく抑えることができる。   In addition, compared with the case where the separator manifold hole itself formed in the separator is made smaller, only the connecting member prevents the reaction gas from flowing, so that the distribution efficiency when the reaction gas is distributed from the manifold to each flow path. Can be kept small.

上記したシール部材において、
前記シール部より剛性の高い高剛性材料より成り、前記シール部内に挿入されて、前記シール部を補強するための補強フレームをさらに備え、
前記接続部は、
前記高剛性材料より成り、前記補強フレームと一体的に形成されていることが好ましい。 In the sealing member described above,
It is made of a high-rigidity material having a higher rigidity than the seal part, and further includes a reinforcing frame inserted into the seal part to reinforce the seal part,
The connecting portion is
It is preferable that it is made of the highly rigid material and formed integrally with the reinforcing frame.

このようにすることによって、接続部の本数を少なくしたり、接続部を細く形成することができる。また、補強フレーム自体によっても、シール部材マニホールド孔の変形を防止することができるため、好適である。   By doing in this way, the number of connection parts can be reduced or a connection part can be formed thinly. Further, the reinforcing frame itself is also preferable because the deformation of the seal member manifold hole can be prevented.

上記したシール部材において、
前記接続部は、
前記シール部と同一材料を用いて、一体的に形成されていてもよい。 In the sealing member described above,
The connecting portion is
It may be integrally formed using the same material as the seal part.

このようにすることによって、シール部を形成する際に、接続部を一緒に形成することが可能となり、接続部を別部材として構成する場合に比べ、部品点数を減らすことができる。   By doing in this way, when forming a seal part, it becomes possible to form a connection part together and a number of parts can be reduced compared with the case where a connection part is constituted as another member.

上記したシール部材において、
前記膜電極接合体と一体的に形成されていることが好ましい。 In the sealing member described above,
It is preferable to be formed integrally with the membrane electrode assembly.

このようにすることによって、シール部材と膜電極接合体とを別々に構成する場合と比べると、部品点数を減らすことができるため、燃料電池スタックを構成する際の組み付けが容易になり、好適である。   By doing so, it is possible to reduce the number of parts as compared with the case where the seal member and the membrane electrode assembly are separately configured, which facilitates assembly when configuring the fuel cell stack. is there.

なお、本発明は、上記したシール部材が配置された燃料電池セル、または燃料電池スタックとして実現することもできる。   In addition, this invention can also be implement | achieved as a fuel cell by which the above-mentioned sealing member is arrange | positioned, or a fuel cell stack.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
Ａ２．燃料電池セルの構成：
Ａ２．１．セパレータの構成：
Ａ２．２．電極一体ガスケットシールの構成：
Ａ３．効果
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ１．電極一体ガスケットシールの構成：
Ｂ２．効果
Ｃ：変形例 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A1. Fuel cell stack configuration:
A2. Fuel cell configuration:
A2.1. Separator configuration:
A2.2. Electrode integrated gasket seal configuration:
A3. Effect B. Second embodiment:
B1. Electrode integrated gasket seal configuration:
B2. Effect C: Modification

Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、燃料ガスとしての水素と、酸化剤ガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。燃料電池スタック１００は、図示する通り、燃料電池セル４０を所定数積層して形成される。燃料電池セル４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。本実施例では、各燃料電池セル４０は、それぞれ固体高分子型燃料電池として形成されているものとする。 A. First embodiment:
A1. Fuel cell stack configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell stack 100 as a first embodiment of the present invention. In the fuel cell stack 100, an electromotive force is obtained by causing an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen in the air as an oxidant gas at each electrode. As shown in the figure, the fuel cell stack 100 is formed by stacking a predetermined number of fuel cells 40. The number of stacked fuel cells 40 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 100. In this embodiment, each fuel cell 40 is formed as a solid polymer fuel cell.

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０、絶縁板２０、集電板３０、複数の燃料電池セル４０、集電板５０、絶縁板６０、エンドプレート７０の順に積層することによって構成されている。燃料電池スタック１００内には、燃料ガスとしての水素、酸化剤ガスとしての空気、および冷却水が供給される。そして、上記した燃料電池スタック１００を構成する各構成部品には、これらの反応ガス等を流すための、図示しない供給口、排出口、および流路等が設けられている。水素は、図示しない水素タンクから供給される。また、空気や冷却水は、図示しないポンプによって加圧されて供給される。なお、冷却水を流すための冷却水流路が形成された冷却水セパレータが、燃料電池セル４０を所定数積層した毎に１つ配設されている(図示しない)。燃料電池セル４０は、ＭＥＡおよびシールガスケットを一体的に備える電極一体ガスケットシール４２Ａと、１対のセパレータ４１ａ、４１ｃと、によって構成されている。この電極一体ガスケットシール４２Ａ、およびセパレータ４１ａ、４１ｃについては、後述する。   The fuel cell stack 100 is configured by stacking an end plate 10, an insulating plate 20, a current collecting plate 30, a plurality of fuel battery cells 40, a current collecting plate 50, an insulating plate 60, and an end plate 70 in this order from one end. Yes. In the fuel cell stack 100, hydrogen as fuel gas, air as oxidant gas, and cooling water are supplied. Each component constituting the fuel cell stack 100 is provided with a supply port, a discharge port, a flow path, and the like (not shown) through which these reaction gases flow. Hydrogen is supplied from a hydrogen tank (not shown). Air and cooling water are pressurized and supplied by a pump (not shown). A cooling water separator in which a cooling water channel for flowing cooling water is formed is provided for every predetermined number of fuel cells 40 stacked (not shown). The fuel cell 40 includes an electrode-integrated gasket seal 42A that integrally includes an MEA and a seal gasket, and a pair of separators 41a and 41c. The electrode-integrated gasket seal 42A and the separators 41a and 41c will be described later.

燃料電池スタック１００には、また、図示するように、テンションプレート８０が備えられている。燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００内における接触不良による電池性能の低下を抑制し、また、電極一体ガスケットシール４２Ａのシール性能を十分に得るために、テンションプレート８０をボルト８２によって燃料電池スタック１００の両端のエンドプレート１０、７０に固定することによって、各燃料電池セル４０は、積層方向に所定の締結力で締結されている。   The fuel cell stack 100 is also provided with a tension plate 80 as shown. In the fuel cell stack 100, the tension plate 80 is attached to the fuel cell by the bolt 82 in order to suppress deterioration of the cell performance due to poor contact in the fuel cell stack 100 and to obtain sufficient sealing performance of the electrode-integrated gasket seal 42 </ b> A. By fixing to the end plates 10 and 70 at both ends of the stack 100, each fuel cell 40 is fastened with a predetermined fastening force in the stacking direction.

なお、エンドプレート１０、７０、および、テンションプレート８０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０、６０は、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０、５０は、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０、５０には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。   Note that the end plates 10 and 70 and the tension plate 80 are made of metal such as steel in order to ensure rigidity. The insulating plates 20 and 60 are formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collecting plates 30 and 50 are formed of dense carbon or a gas impermeable conductive member such as a copper plate. The current collector plates 30 and 50 are each provided with an output terminal (not shown) so that the power generated by the fuel cell stack 100 can be output.

Ａ２．燃料電池セルの構成：
先に説明したように、燃料電池セル４０は、セパレータ４１ａ、４１ｃと、電極一体ガスケットシール４２Ａとによって構成されている。以下、セパレータ４１ａ、４１ｃおよび、電極一体ガスケットシール４２Ａについて説明する。 A2. Fuel cell configuration:
As described above, the fuel cell 40 is constituted by the separators 41a and 41c and the electrode integrated gasket seal 42A. Hereinafter, the separators 41a and 41c and the electrode integrated gasket seal 42A will be described.

Ａ２．１．セパレータの構成：
図２（ａ）は、アノード側セパレータ４１ａの、アノード用拡散層４８ａと当接する面を示す平面図である。図示するように、アノード側セパレータ４１ａは、平面略長方形状を成す平板であり、その外周部に、平面略長方形状を成す貫通孔である水素供給用貫通孔４１２ｉ、水素排出用貫通孔４１２ｏ、空気供給用貫通孔４１４ｉ、空気排出用貫通孔４１４ｏ、冷却水供給用貫通孔４１６ｉ、および冷却水排出用貫通孔４１６ｏが形成されている。なお、空気供給用貫通孔４１４ｉおよび空気排出用貫通孔４１４ｏは、略同一の形状を成している。また、水素供給用貫通孔４１２ｉ、水素排出用貫通孔４１２ｏ、冷却水供給用貫通孔４１６ｉおよび冷却水排出用貫通孔４１６ｏは略同一の形状を成している。そして、空気供給用貫通孔４１４ｉおよび空気排出用貫通孔４１４ｏは、水素供給用貫通孔４１２ｉ等に比べて、細長い長方形状を成している。 A2.1. Separator configuration:
FIG. 2A is a plan view showing a surface of the anode-side separator 41a that comes into contact with the anode diffusion layer 48a. As shown in the figure, the anode-side separator 41a is a flat plate having a substantially rectangular plane shape, and a hydrogen supply through hole 412i, a hydrogen discharge through hole 412o, which are through holes having a substantially rectangular plane shape, are formed on the outer periphery thereof. An air supply through hole 414i, an air discharge through hole 414o, a cooling water supply through hole 416i, and a cooling water discharge through hole 416o are formed. The air supply through-hole 414i and the air discharge through-hole 414o have substantially the same shape. The hydrogen supply through-hole 412i, the hydrogen discharge through-hole 412o, the cooling water supply through-hole 416i and the cooling water discharge through-hole 416o have substantially the same shape. The air supply through-hole 414i and the air discharge through-hole 414o have an elongated rectangular shape as compared with the hydrogen supply through-hole 412i and the like.

そして、水素供給用貫通孔４１２ｉおよび水素排出用貫通孔４１２ｏと連通し、溝状を成す水素流路４１２ｐが形成されている。   Then, a hydrogen flow path 412p having a groove shape is formed in communication with the hydrogen supply through hole 412i and the hydrogen discharge through hole 412o.

図２（ｂ）は、カソード側セパレータ４１ｃの、カソード側拡散層４７ｃと当接する面を示す平面図である。図示するように、カソード側セパレータ４１ｃも、上記したアノード側セパレータと同様の平面略長方形状を成す平板であり、その外周部には、平面略長方形状を成す貫通孔である水素供給用貫通孔４１２ｉ、水素排出用貫通孔４１２ｏ、空気供給用貫通孔４１４ｉ、空気排出用貫通孔４１４ｏ、冷却水供給用貫通孔４１６ｉ、および冷却水排出用貫通孔４１６ｏが形成されている。なお、アノード側セパレータ４１ａと同様に、空気供給用貫通孔４１４ｉおよび空気排出用貫通孔４１４ｏは、水素供給用貫通孔４１２ｉ等に比べて、細長い長方形状を成している。   FIG. 2B is a plan view showing a surface of the cathode side separator 41c that comes into contact with the cathode side diffusion layer 47c. As shown in the figure, the cathode side separator 41c is also a flat plate having a substantially rectangular shape similar to the anode side separator described above, and a hydrogen supply through-hole which is a through hole having a substantially rectangular shape on the outer periphery thereof. 412i, a hydrogen discharge through hole 412o, an air supply through hole 414i, an air discharge through hole 414o, a cooling water supply through hole 416i, and a cooling water discharge through hole 416o are formed. As with the anode-side separator 41a, the air supply through-hole 414i and the air discharge through-hole 414o have an elongated rectangular shape compared to the hydrogen supply through-hole 412i and the like.

そして、上記したセパレータ４１ａと同様に、空気供給用貫通孔４１４ｉ、空気排出用貫通孔４１４ｏと連通し、溝状を成す空気流路４１４ｐが形成されている。   In the same manner as the separator 41a described above, an air flow path 414p having a groove shape is formed in communication with the air supply through hole 414i and the air discharge through hole 414o.

本明細書中においてセパレータ４１ａ、４１ｃに形成されている各貫通孔が、本請求項におけるセパレータマニホールド孔に相当する。   In the present specification, the through holes formed in the separators 41a and 41c correspond to the separator manifold holes in the present claims.

なお、本実施例において、セパレータ４１ａ、４１ｃはステンレス鋼製の平板を用いるものとするが、チタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いるものとしてもよいし、カーボン製の平板を用いるものとしてもよい。さらに、プレスメタルを用いてもよい。   In this embodiment, the separators 41a and 41c use stainless steel flat plates, but other metal flat plates such as titanium and aluminum may also be used, and carbon flat plates may be used. It is good. Further, press metal may be used.

Ａ２．２．電極一体ガスケットシールの構成：
図３は、電極一体ガスケットシール４２Ａをカソード側から見た平面図である。図４は、電極一体ガスケットシール４２Ａに挿入されている補強フィルム４３Ａの平面図である。また、図５（ａ）は、図３におけるＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 A2.2. Electrode integrated gasket seal configuration:
FIG. 3 is a plan view of the electrode-integrated gasket seal 42A viewed from the cathode side. FIG. 4 is a plan view of the reinforcing film 43A inserted into the electrode-integrated gasket seal 42A. 5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

電極一体ガスケットシール４２Ａは、図３に示すように、平面略長方形状を成すＭＥＡ部４４と、ＭＥＡ部４４の外周に形成されたシール部材４２０Ａとから構成される。   As shown in FIG. 3, the electrode-integrated gasket seal 42 </ b> A includes an MEA portion 44 having a substantially rectangular plane shape, and a seal member 420 </ b> A formed on the outer periphery of the MEA portion 44.

ＭＥＡ部４４は、図３に示すように、平面略長方形状を成し、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、電解質膜４６の一方の面に、カソード４７ｃと、カソード用拡散層４８ｃとをこの順に積層させ、他方の面に、アノード４７ａと、アノード用拡散層４８ａとを、この順にそれぞれ積層させた膜電極接合体である。本実施例では、電解質膜４６のみを大きく形成し、電解質膜４６に対して他の膜を積層する際に、他の膜の外周より外側に、電解質膜４６の周縁部が露出するように構成している。   The MEA portion 44 has a substantially rectangular shape as shown in FIG. 3, and as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), a cathode 47c and a cathode diffusion are formed on one surface of the electrolyte membrane 46. This is a membrane electrode assembly in which the layer 48c is laminated in this order, and the anode 47a and the anode diffusion layer 48a are laminated in this order on the other surface. In the present embodiment, only the electrolyte membrane 46 is formed large, and when the other membrane is laminated on the electrolyte membrane 46, the periphery of the electrolyte membrane 46 is exposed outside the outer circumference of the other membrane. is doing.

本実施例において、電解質膜４６としては、フッ素系樹脂により形成された高分子電解質膜を、アノード４７ａおよびカソード４７ｃとしては、触媒として白金および白金合金を担持したカーボンクロスより形成された触媒電極を、それぞれ用いるものとした。拡散層４８ａ、４８ｃとしてはカーボンクロスを用いるものとした。このような拡散層４８ａ、４８ｃを用いることにより、アノード４７ａおよびカソード４７ｃの全面に効率よく拡散させてガスを供給することができる。なお、電解質膜として、炭化水素系樹脂により形成された高分子電解質膜を用いてもよい。また、触媒電極および拡散層は、炭素繊維からなるカーボンペーパーまたは高クッションペーパーにより形成してもよい。   In this embodiment, the electrolyte membrane 46 is a polymer electrolyte membrane formed of a fluorine-based resin, and the anode 47a and the cathode 47c are catalyst electrodes formed of carbon cloth carrying platinum and a platinum alloy as a catalyst. , Respectively. As the diffusion layers 48a and 48c, carbon cloth is used. By using such diffusion layers 48a and 48c, gas can be supplied by efficiently diffusing over the entire surfaces of the anode 47a and the cathode 47c. As the electrolyte membrane, a polymer electrolyte membrane formed of a hydrocarbon resin may be used. The catalyst electrode and the diffusion layer may be formed of carbon paper made of carbon fiber or high cushion paper.

シール部材４２０Ａは、ＭＥＡ部４４の外周に平面略長方形の枠状に形成されたシール部４２１Ａと、接続部４２８Ａと、シール部４２１Ａの間に挿入され、シール部４２１Ａを補強するための補強フィルム４３Ａとから構成される。   The seal member 420A is inserted between the seal part 421A, the connection part 428A, and the seal part 421A formed in a substantially rectangular frame shape on the outer periphery of the MEA part 44, and a reinforcing film for reinforcing the seal part 421A 43A.

シール部４２１Ａには、上記したセパレータ４１ａ、４１ｃと同様に、水素供給用貫通孔４２２ｉ、水素排出用貫通孔４２２ｏ、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏ、冷却水供給用貫通孔４２６ｉ、冷却水排出用貫通孔４２６ｏが形成され、その周囲およびＭＥＡ部４４の周囲を囲むように凸状にシールラインＳＬが形成されている。本実施例では、シール部４２１Ａとして、シリコーンゴムを用いるものとしたが、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。   Similarly to the separators 41a and 41c, the seal portion 421A includes a hydrogen supply through hole 422i, a hydrogen discharge through hole 422o, an air supply through hole 424i, an air discharge through hole 424o, and a cooling water supply through hole. A through hole 426o for cooling water discharge is formed 426i, and a seal line SL is formed in a convex shape so as to surround the periphery and the periphery of the MEA portion 44. In this embodiment, silicone rubber is used as the seal portion 421A, but a thermoplastic elastomer may be used.

補強フィルム４３Ａは、図４に示すように、シール部４２１Ａと同様の平面略長方形の枠状を成す。なお、外周はシール部４２１Ａより若干小さめに、内周はシール部４２１Ａより若干大きめに形成されている。また、シール部４２１Ａと同様に、水素供給用貫通孔４３２ｉ、水素排出用貫通孔４３２ｏ、空気供給用貫通孔４３４ｉ、空気排出用貫通孔４３４ｏ、冷却水供給用貫通孔４３６ｉ、冷却水排出用貫通孔４３６ｏが形成されている。   As shown in FIG. 4, the reinforcing film 43A has a substantially rectangular frame shape similar to that of the seal portion 421A. The outer periphery is formed slightly smaller than the seal portion 421A, and the inner periphery is formed slightly larger than the seal portion 421A. Similarly to the seal portion 421A, the hydrogen supply through hole 432i, the hydrogen discharge through hole 432o, the air supply through hole 434i, the air discharge through hole 434o, the cooling water supply through hole 436i, and the cooling water discharge through hole A hole 436o is formed.

接続部４２８Ａは、補強フィルム４３Ａに形成されている空気供給用貫通孔４３４ｉの対向する長辺をつなぐように、両辺に垂直に各貫通孔に１本ずつ形成されている。また、同様に、空気排出用貫通孔４３４ｏの対向する長辺をつなぐように、両辺に垂直に各貫通孔に１本ずつ形成されている。なお、本実施例において、接続部４２８Ａは、図４に示すように、補強フィルム４３Ａの一部を成すように補強フィルム４３Ａと一体的に形成されている。   One connecting portion 428A is formed in each through hole perpendicular to both sides so as to connect the opposing long sides of the air supply through hole 434i formed in the reinforcing film 43A. Similarly, one through hole is formed perpendicular to both sides so as to connect opposing long sides of the air discharge through hole 434o. In the present embodiment, the connection portion 428A is integrally formed with the reinforcing film 43A so as to form a part of the reinforcing film 43A as shown in FIG.

なお、本実施例において、補強フィルム４３Ａおよび接続部４２８Ａは、常温においてヤング率が約６０ＧＰａのＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を用いるものとするが、例えば、一般に、高剛性材料と呼ばれているエポキシ樹脂、フェノール、アクリル等の熱硬化性樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＩ(ポリイミド)等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。   In this embodiment, the reinforcing film 43A and the connecting portion 428A use PEN (polyethylene naphthalate) having a Young's modulus of about 60 GPa at room temperature. For example, an epoxy generally called a high-rigidity material is used. Thermosetting resins such as resin, phenol and acrylic, and thermoplastic resins such as PET (polyethylene terephthalate), PEEK (polyether ether ketone), PES (polyether sulfone), and PI (polyimide) can also be used.

本明細書中において、シール部４２１Ａに形成されている各貫通孔が、本請求項におけるシール部材マニホールド孔に相当する。また、補強フィルム４３Ａが本請求項における補強フレームに相当する。   In the present specification, each through hole formed in the seal portion 421A corresponds to a seal member manifold hole in the present claims. The reinforcing film 43A corresponds to the reinforcing frame in the claims.

本実施例では、シリコーンゴムを用い、射出成型によりシール部４２１ＡをＭＥＡ部４４および補強フィルム４３Ａと一体的に形成している。具体的には、２枚の補強フィルム４３Ａで、ＭＥＡ部４４の露出している電解質膜４６の周縁部を挟持するように（図４に、ＭＥＡ部４４を破線で示す。）、補強フィルム４３、ＭＥＡ部４４、補強フィルム４３の順に重ねて、金型にセットし、型締めする。続いて、金型のキャビティーにシリコーンゴムを注入する。ここで、キャビティーは、シリコーンゴムを注入すると、シリコーンゴムがＭＥＡ部４４の周縁部を覆うような形状に形成されている。そして、シリコーンゴムを硬化させた後、型開きすることにより、図３に示す電極一体ガスケットシール４２Ａを得る。なお、電解質膜４６と補強フィルム４３Ａおよび、補強フィルム４３Ａとシール部４２１Ａとの間の接着性を向上させるために、これらの部分には、プライマーが塗布されている。そして、このような工程によって電極一体ガスケットシール４２Ａが形成されると、シリコーンゴムが硬化する際の加硫(架橋)反応により、ＭＥＡ部４４と補強フィルム４３Ａは、それぞれシール部４２１Ａと接着される。   In this embodiment, silicone rubber is used, and the seal portion 421A is integrally formed with the MEA portion 44 and the reinforcing film 43A by injection molding. Specifically, the reinforcing film 43A is sandwiched between two reinforcing films 43A so as to sandwich the peripheral edge of the electrolyte membrane 46 where the MEA portion 44 is exposed (in FIG. 4, the MEA portion 44 is indicated by a broken line). The MEA portion 44 and the reinforcing film 43 are stacked in this order, set in a mold, and clamped. Subsequently, silicone rubber is injected into the cavity of the mold. Here, the cavity is formed in such a shape that the silicone rubber covers the peripheral edge of the MEA portion 44 when silicone rubber is injected. Then, after the silicone rubber is cured, the mold is opened to obtain an electrode-integrated gasket seal 42A shown in FIG. In addition, in order to improve the adhesiveness between the electrolyte membrane 46 and the reinforcing film 43A and between the reinforcing film 43A and the seal portion 421A, a primer is applied to these portions. When the electrode-integrated gasket seal 42A is formed by such a process, the MEA portion 44 and the reinforcing film 43A are respectively bonded to the seal portion 421A by a vulcanization (crosslinking) reaction when the silicone rubber is cured. .

なお、セパレータ４１ａ、４１ｃは、図２（ａ）に示すセパレータ４１ａの下辺と、図２（ｂ）に示すセパレータ４１ｃの上辺とが重なり、セパレータ４１ａの上辺と、セパレータ４１ｃの下辺とが重なるように、間に図３に示す電極一体ガスケットシール４２Ａを挟んで、燃料電池セル４０を構成している。   The separators 41a and 41c are arranged such that the lower side of the separator 41a shown in FIG. 2A and the upper side of the separator 41c shown in FIG. 2B overlap, and the upper side of the separator 41a and the lower side of the separator 41c overlap. In addition, a fuel cell 40 is configured with an electrode-integrated gasket seal 42A shown in FIG.

Ａ３．効果：
以上説明したように、本実施例の燃料電池スタック１００では、燃料電池スタック１００を構成する燃料電池セル４０において、電極一体ガスケットシール４２Ａの接続部４２８Ａが、補強フィルム４３Ａの一部を成すように、空気供給用貫通孔４３４ｉ、空気排出用貫通孔４３４ｏの対向する長辺をそれぞれつないでいる。そして、補強フィルム４３Ａがシール部４２１Ａに挿入された状態で接着されることにより、接続部４２８Ａはシール部４２１Ａに形成された空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺をつなぐ役割を果たす。 A3. effect:
As described above, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, in the fuel cell 40 constituting the fuel cell stack 100, the connection part 428A of the electrode integrated gasket seal 42A forms part of the reinforcing film 43A. The opposing long sides of the air supply through hole 434i and the air discharge through hole 434o are connected to each other. Then, the reinforcing film 43A is bonded in a state of being inserted into the seal portion 421A, so that the connecting portion 428A has long sides facing the air supply through hole 424i and the air discharge through hole 424o formed in the seal portion 421A. Play a role to connect.

燃料電池スタック１００の発電時には、ポンプによって加圧された空気が、空気供給用マニホールドを通るため、シール部４２１Ａに形成された空気供給用貫通孔４２４ｉを押し広げるような力が働くが、高剛性材料によって形成されている接続部４２８Ａによって、空気供給用貫通孔４２４ｉの対向する長辺が接続されているため、空気供給用貫通孔４２４ｉが変形するのを防止することができる。同様に、カソード４７ｃで反応した残りの空気が空気排出用マニホールドを通って排出される際には、シール部４２１Ａに形成された空気排出用貫通孔４２４ｏを押し広げるような力が働くが、高剛性材料によって形成されている接続部４２８Ａによって、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺が接続されているため、空気排出用貫通孔４２４ｏが変形するのを防止することができる。したがって、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏがマニホールド内を流通する空気の圧力によって変形して、シール部４２１Ａの一部がセパレータ４１ａ、４１ｃより外側へ押し出されることにより、外部に空気が漏洩するのを防止することができる。   At the time of power generation of the fuel cell stack 100, since the air pressurized by the pump passes through the air supply manifold, a force that pushes the air supply through-hole 424i formed in the seal portion 421A works. Since the opposing long sides of the air supply through hole 424i are connected by the connection portion 428A formed of a material, the air supply through hole 424i can be prevented from being deformed. Similarly, when the remaining air reacted at the cathode 47c is discharged through the air discharge manifold, a force that pushes the air discharge through hole 424o formed in the seal portion 421A works. Since the opposing long sides of the air discharge through hole 424o are connected by the connection portion 428A formed of a rigid material, the air discharge through hole 424o can be prevented from being deformed. Accordingly, the air supply through-hole 424i and the air discharge through-hole 424o are deformed by the pressure of the air flowing through the manifold, and a part of the seal portion 421A is pushed outward from the separators 41a and 41c. Air can be prevented from leaking.

また、シール部４２１Ａの一部がセパレータ４１ａ、４１ｃより外側へ押し出されることにより、外部に空気が漏洩するのを防止するためには、セパレータ４１ａ、４１ｃに設けられている空気供給用貫通孔４１４ｉ、空気排出用貫通孔４１４ｏを小さく形成すると共に（例えば、横幅が本実施例の約１／２の貫通孔を、それぞれ、４つずつ形成する。）、シール部４２１Ａに設けられている空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏを同様に小さく形成することも考えられる（すなわち、マニホールド自体を小さく形成する）。しかしながら、マニホールド自体を小さく形成すると、空気の流れを阻害する部分が大きくなるため、マニホールドから空気流路４１４ｐへの空気の分配性が損なわれる。一方、本実施例では、マニホールド自体の形状は変更せず、シール部４２１Ａの空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏに、接続部４２８Ａが設けられているだけであるため、空気の流れを阻害する部分は、微小であり、マニホールド自体を小さく形成する場合と比べて、マニホールドから空気流路４１４ｐへの空気の分配性を、損なわない。したがって、空気の流れをほとんど阻害することなく、燃料電池スタックの外部へ空気が漏洩するのを防止することができる。   In addition, in order to prevent air from leaking to the outside when a part of the seal portion 421A is pushed out of the separators 41a and 41c, air supply through holes 414i provided in the separators 41a and 41c. In addition, the air discharge through-holes 414o are formed small (for example, four through-holes each having a width of about ½ of the present embodiment are formed four by four), and the air supply provided in the seal portion 421A It is also conceivable that the through hole 424i and the air exhaust through hole 424o are similarly formed small (that is, the manifold itself is formed small). However, if the manifold itself is made small, the portion that inhibits the flow of air becomes large, so the air distribution from the manifold to the air flow path 414p is impaired. On the other hand, in this embodiment, the shape of the manifold itself is not changed, and only the connection portion 428A is provided in the air supply through hole 424i and the air discharge through hole 424o of the seal portion 421A. The portion that inhibits the flow is minute, and does not impair the air distribution from the manifold to the air flow path 414p as compared to the case where the manifold itself is formed small. Therefore, it is possible to prevent the air from leaking to the outside of the fuel cell stack without substantially obstructing the air flow.

Ｂ．第２の実施例：
続いて、本発明の第２の実施例としての燃料電池スタックについて説明する。本実施例における燃料電池スタックの構成は、電極一体ガスケットシール４２Ｂを除いて、第１の実施例と同様であるため、燃料電池スタックの概略構成の説明、およびセパレータの説明は省略する。 B. Second embodiment:
Next, a fuel cell stack as a second embodiment of the present invention will be described. Since the configuration of the fuel cell stack in this embodiment is the same as that of the first embodiment except for the electrode integrated gasket seal 42B, the description of the schematic configuration of the fuel cell stack and the description of the separator are omitted.

Ｂ１．電極一体ガスケットシールの構成：
図６は、電極一体ガスケットシール４２Ｂをカソード側から見た平面図である。図７は、電極一体ガスケットシール４２Ｂに挿入されている補強フィルム４３Ｂの平面図である。また、図８（ａ）は、図６におけるＡ−Ａ断面図、図８（ｂ）は図６におけるＢ−Ｂ断面図である。本実施例における電極一体ガスケットシール４２Ｂは、第１の実施例と異なり、接続部４２８Ｂは、シール部４２１Ｂと同一の材料により、シール部４２１Ｂの一部を成すように一体的に形成されている（後に詳述する）。 B1. Electrode integrated gasket seal configuration:
FIG. 6 is a plan view of the electrode-integrated gasket seal 42B as viewed from the cathode side. FIG. 7 is a plan view of the reinforcing film 43B inserted into the electrode-integrated gasket seal 42B. 8A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Unlike the first embodiment, the electrode-integrated gasket seal 42B in the present embodiment is formed integrally with the connection portion 428B so as to form a part of the seal portion 421B using the same material as the seal portion 421B. (It will be described in detail later).

電極一体ガスケットシール４２Ｂは、図６に示すように、平面略長方形状を成すＭＥＡ部４４と、ＭＥＡ部４４の外周に形成されたシール部材４２０Ｂとから構成される。本実施例におけるＭＥＡ部４４の構成は、第１の実施例のＭＥＡ４４の構成と同様であるため、説明を省略する。   As shown in FIG. 6, the electrode-integrated gasket seal 42 </ b> B includes an MEA portion 44 having a substantially rectangular plane shape, and a seal member 420 </ b> B formed on the outer periphery of the MEA portion 44. The configuration of the MEA unit 44 in the present embodiment is the same as the configuration of the MEA 44 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

シール部材４２０Ｂは、ＭＥＡ部４４の外周に枠状に形成されたシール部４２１Ｂと、接続部４２８Ｂと、シール部４２１Ｂの間に挿入され、シール部４２１Ｂを補強するための補強フィルム４３Ｂとから構成される。   The seal member 420B includes a seal portion 421B formed in a frame shape on the outer periphery of the MEA portion 44, a connection portion 428B, and a reinforcing film 43B that is inserted between the seal portions 421B and reinforces the seal portion 421B. Is done.

シール部４２１Ｂには、第１の実施例と同様に、水素供給用貫通孔４２２ｉ、水素排出用貫通孔４２２ｏ、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏ、冷却水供給用貫通孔４２６ｉ、冷却水排出用貫通孔４２６ｏが形成され、その周囲およびＭＥＡ部４４の周囲を囲むように凸状にシールラインＳＬが形成されている。   Similarly to the first embodiment, the seal portion 421B includes a hydrogen supply through hole 422i, a hydrogen discharge through hole 422o, an air supply through hole 424i, an air discharge through hole 424o, and a cooling water supply through hole 426i. The cooling water discharge through hole 426o is formed, and the seal line SL is formed in a convex shape so as to surround the periphery and the periphery of the MEA portion 44.

接続部４２８Ｂは、シール部４２１Ｂに形成されている空気供給用貫通孔４２４ｉの対向する長辺をつなぐように、両辺に垂直に各貫通孔に２本ずつ形成されている。また、同様に、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺をつなぐように、両辺に垂直に各貫通孔に２本ずつ形成されている。なお、本実施例において、接続部４２８Ｂは、第１の実施例とは異なり、シール部４２１Ｂの一部を成すようにシール部４２１Ｂと一体的に形成されている(図８)。また、接続部４２８Ｂは、後述する補強フィルム４３Ｂと同じ高さになるように形成されている(図８)。   Two connecting portions 428B are formed in each through hole perpendicular to both sides so as to connect the opposing long sides of the air supply through hole 424i formed in the seal portion 421B. Similarly, two through holes are formed perpendicular to both sides so as to connect the opposing long sides of the air discharge through hole 424o. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the connection portion 428B is formed integrally with the seal portion 421B so as to form a part of the seal portion 421B (FIG. 8). Moreover, the connection part 428B is formed so that it may become the same height as the reinforcement film 43B mentioned later (FIG. 8).

補強フィルム４３Ｂは、図７に示すように、シール部４２１Ｂと同様の平面略長方形の枠状を成す。なお、外周はシール部４２１Ｂより若干小さめに、内周はシール部４２１Ｂより若干大きめに形成されている。また、シール部４２１Ｂと同様に、水素供給用貫通孔４３２ｉ、水素排出用貫通孔４３２ｏ、空気供給用貫通孔４３４ｉ、空気排出用貫通孔４３４ｏ、冷却水供給用貫通孔４３６ｉ、冷却水排出用貫通孔４３６ｏが形成されている。   As shown in FIG. 7, the reinforcing film 43B has a substantially rectangular frame shape similar to that of the seal portion 421B. The outer periphery is formed slightly smaller than the seal portion 421B, and the inner periphery is formed slightly larger than the seal portion 421B. Similarly to the seal portion 421B, the hydrogen supply through hole 432i, the hydrogen discharge through hole 432o, the air supply through hole 434i, the air discharge through hole 434o, the cooling water supply through hole 436i, and the cooling water discharge through hole A hole 436o is formed.

本実施例においても、第１の実施例と同様に、シリコーンゴムを用い、射出成型によりシール部４２１ＢをＭＥＡ部４４および補強フィルム４３Ｂと一体的に形成している。具体的には、２枚の補強フィルム４３Ｂで、ＭＥＡ部４４の露出している電解質膜４６の周縁部を挟持するように（図７に、ＭＥＡ部４４を破線で示す。）、補強フィルム４３、ＭＥＡ部４４、補強フィルム４３の順に重ねて、金型にセットし、型締めする。続いて、金型のキャビティーにシリコーンゴムを注入する。ここで、キャビティーは、シリコーンゴムを注入すると、シリコーンゴムがＭＥＡ部４４の周縁部を覆うような形状に形成されている。また、空気供給用貫通孔４２４ｉおよび空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺をつなぐ接続部４２８Ｂが形成されるような溝が、各貫通孔ごとに２本ずつ形成されている。そして、シリコーンゴムを硬化させた後、型開きすることにより、図６に示す電極一体ガスケットシール４２Ｂを得る。なお、電解質膜４６と補強フィルム４３Ｂおよび、補強フィルムとシール部４２１Ｂとの間の接着性を向上するために、これらの部分には、プライマーが塗布されている。そして、このような工程によって電極一体ガスケットシール４２Ｂが形成されると、シリコーンゴムが硬化する際の加硫(架橋)反応により、ＭＥＡ部４４と補強フィルム４３Ｂは、それぞれシール部４２１Ｂと接着される。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, silicone rubber is used, and the seal portion 421B is formed integrally with the MEA portion 44 and the reinforcing film 43B by injection molding. Specifically, the reinforcing film 43 is sandwiched between two reinforcing films 43B so as to sandwich the peripheral edge of the electrolyte membrane 46 where the MEA portion 44 is exposed (in FIG. 7, the MEA portion 44 is indicated by a broken line). The MEA portion 44 and the reinforcing film 43 are stacked in this order, set in a mold, and clamped. Subsequently, silicone rubber is injected into the cavity of the mold. Here, the cavity is formed in such a shape that the silicone rubber covers the peripheral edge of the MEA portion 44 when silicone rubber is injected. Further, two grooves are formed for each through hole so as to form a connecting portion 428B that connects the opposing long sides of the air supply through hole 424i and the air discharge through hole 424o. Then, after the silicone rubber is cured, the mold is opened to obtain an electrode-integrated gasket seal 42B shown in FIG. In order to improve the adhesion between the electrolyte membrane 46 and the reinforcing film 43B and between the reinforcing film and the seal portion 421B, a primer is applied to these portions. When the electrode-integrated gasket seal 42B is formed by such a process, the MEA portion 44 and the reinforcing film 43B are bonded to the seal portion 421B, respectively, by a vulcanization (crosslinking) reaction when the silicone rubber is cured. .

なお、第１の実施例と同様に、１対のセパレータの間に図６に示す電極一体ガスケットシール４２Ｂを挟んで、燃料電池セル４０を構成している。   As in the first embodiment, the fuel cell 40 is configured by sandwiching the electrode-integrated gasket seal 42B shown in FIG. 6 between a pair of separators.

Ｂ２．効果：
以上説明したように、本実施例の燃料電池スタック１００では、燃料電池スタック１００を構成する燃料電池セル４０において、電極一体ガスケットシール４２Ｂの接続部４２８Ｂが、シール部４２１Ｂの一部を成すように、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺をそれぞれつないでいる。 B2. effect:
As described above, in the fuel cell stack 100 of this embodiment, in the fuel cell 40 constituting the fuel cell stack 100, the connection part 428B of the electrode integrated gasket seal 42B forms a part of the seal part 421B. The opposing long sides of the air supply through hole 424i and the air discharge through hole 424o are connected to each other.

燃料電池スタック１００の発電時には、ポンプによって加圧された空気が、空気供給用マニホールドを通るため、シール部４２１Ｂに形成された空気供給用貫通孔４２４ｉを押し広げるような力が働くが、接続部４２８Ｂによって、空気供給用貫通孔４２４ｉの対向する長辺が接続されているため、空気供給用貫通孔４２４ｉが変形するのを防止することができる。同様に、カソード４７ｃで反応した残りの空気が空気排出用マニホールドを通って排出される際には、シール部４２１Ｂに形成された空気排出用貫通孔４２４ｏを押し広げるような力が働くが、接続部４２８Ｂによって、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺が接続されているため、空気排出用貫通孔４２４ｏが変形するのを防止することができる。したがって、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏがマニホールド内を流通する空気の圧力によって変形して、シール部４２１Ａの一部がセパレータ４１ａ、４１ｃより外側へ押し出されることにより、外部に空気が漏洩するのを防止することができる。   During power generation of the fuel cell stack 100, the air pressurized by the pump passes through the air supply manifold, so that a force that pushes the air supply through-hole 424i formed in the seal portion 421B works. Since the opposite long sides of the air supply through hole 424i are connected by 428B, the air supply through hole 424i can be prevented from being deformed. Similarly, when the remaining air reacted at the cathode 47c is discharged through the air discharge manifold, a force is exerted to expand the air discharge through hole 424o formed in the seal portion 421B. Since the opposing long sides of the air discharge through hole 424o are connected by the portion 428B, the air discharge through hole 424o can be prevented from being deformed. Accordingly, the air supply through-hole 424i and the air discharge through-hole 424o are deformed by the pressure of the air flowing through the manifold, and a part of the seal portion 421A is pushed outward from the separators 41a and 41c. Air can be prevented from leaking.

また、第１の実施例と同様に、マニホールド自体の形状は変更していないため、マニホールドから空気流路への空気の分配をほとんど阻害することなく、空気が燃料電池スタック１００外へ漏洩するのを防止することができる。   Further, as in the first embodiment, since the shape of the manifold itself is not changed, the air leaks out of the fuel cell stack 100 without substantially disturbing the air distribution from the manifold to the air flow path. Can be prevented.

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 C. Variation:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

（１）上記した実施例において、シール部材４２０がＭＥＡ部４４と一体的に形成された電極一体ガスケットシール４２を示したが、ＭＥＡ部４４とは別体とし、独立してシール部材を形成してもよい。独立してシール部材を形成した場合でも、上記した実施例と同様に、空気供給用貫通孔４２４ｉ、空気排出用貫通孔４２４ｏの対向する長辺を接続することによって、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。   (1) In the above-described embodiment, the electrode-integrated gasket seal 42 in which the seal member 420 is formed integrally with the MEA portion 44 is shown. However, the seal member 420 is separated from the MEA portion 44 and independently forms a seal member. May be. Even in the case where the seal member is formed independently, similarly to the above-described embodiment, by connecting the opposing long sides of the air supply through-hole 424i and the air discharge through-hole 424o, the same as in the above-described embodiment. An effect can be obtained.

（２）上記した第２の実施例において、図８に示すように、接続部４２８Ｂは、シール部材４２０Ｂの厚さ方向の略中央の位置に形成されているが、接続部４２８Ｂを形成する位置はこの位置に限定されない。例えば、空気供給用貫通孔４２４ｉに接続部４２８Ｂを設ける場合に、カソード側セパレータ寄りに接続部４２８を設けてもよい。このようにすることによって、空気供給用マニホールドを流通する空気が、接続部４２８Ｂに当たって、空気流路に入りやすくなる可能性がある。   (2) In the second embodiment described above, as shown in FIG. 8, the connection portion 428B is formed at a substantially central position in the thickness direction of the seal member 420B, but the position where the connection portion 428B is formed. Is not limited to this position. For example, when the connection portion 428B is provided in the air supply through hole 424i, the connection portion 428 may be provided near the cathode separator. By doing so, there is a possibility that the air flowing through the air supply manifold hits the connection portion 428B and easily enters the air flow path.

（３）上記した実施例において、接続部４２８は、各貫通孔の対向する長辺を略垂直につなぐ直線形状を成しているが、本発明は、この形状に限定されるものではない。例えば、２本の接続部がＶ字になるように、各貫通孔の長辺をつないでもよい。さらに、接続部４２８の本数も上記した実施例に限定されない。但し、接続部４２８の本数が多くなると、マニホールドから流路へのガスの分配が妨げられるため、本数は少ない方が好ましい。   (3) In the above-described embodiment, the connecting portion 428 has a linear shape that connects the opposing long sides of each through hole substantially perpendicularly, but the present invention is not limited to this shape. For example, you may connect the long side of each through-hole so that two connection parts may become V shape. Further, the number of connection portions 428 is not limited to the above-described embodiment. However, if the number of connection portions 428 increases, the distribution of gas from the manifold to the flow path is hindered.

（４）上記した実施例において、空気供給用貫通孔４２４ｉおよび空気排出用貫通孔４２４ｏに対して、接続部４２８を設けるものを示したが、例えば、水素供給用貫通孔４２２ｉおよび水素排出用貫通孔４２２ｏに対して、接続部４２８を設けるようにしてもよい。水素供給用貫通孔４２２ｉおよび水素排出用貫通孔４２２ｏに対して、接続部４２８を設けた場合も、同様の効果を得ることができる。すなわち、シール部材がセパレータの外部に押し出されることによって、水素が外部に漏洩するのを防止することができる。   (4) In the above-described embodiment, the connection portion 428 is provided for the air supply through hole 424i and the air discharge through hole 424o. For example, the hydrogen supply through hole 422i and the hydrogen discharge through hole are provided. A connecting portion 428 may be provided for the hole 422o. The same effect can be obtained when the connecting portion 428 is provided for the hydrogen supply through hole 422i and the hydrogen discharge through hole 422o. That is, hydrogen can be prevented from leaking to the outside by the seal member being pushed out of the separator.

（５）上記した実施例において、ＭＥＡ部４４は、電解質膜４６を他の膜に比べて大きく形成し、電解質膜４６に対して他の膜を積層する際に、他の膜の外周より外側に、電解質膜４６の周縁部が露出するように構成しているが、電解質膜４６を他の膜と同一の大きさに形成してもよい。このようにＭＥＡ部４４を構成した場合は、補強フィルム４３でＭＥＡ部４４の周縁部を挟持するようにして、電極一体ガスケットシール４２を形成すると、ＭＥＡ部４４と補強フィルム４３との接着を確保することができる。   (5) In the above-described embodiment, the MEA portion 44 is formed so that the electrolyte membrane 46 is larger than other membranes, and when other membranes are stacked on the electrolyte membrane 46, the MEA portion 44 is outside the outer periphery of the other membranes. In addition, although the periphery of the electrolyte membrane 46 is exposed, the electrolyte membrane 46 may be formed in the same size as other membranes. When the MEA part 44 is configured in this way, the adhesion between the MEA part 44 and the reinforcing film 43 is ensured by forming the electrode-integrated gasket seal 42 so that the peripheral part of the MEA part 44 is sandwiched by the reinforcing film 43. can do.

（６）また、電解質膜４６がシール部材４２０の端部にまで亘るように形成してもよい。このようにすることによって、電解質膜４６によって接続部４２８を形成することもできる。   (6) Alternatively, the electrolyte membrane 46 may be formed to extend to the end of the seal member 420. By doing so, the connection portion 428 can also be formed by the electrolyte membrane 46.

（７）上記した第１の実施例において、接続部４２８Ａは、補強フィルム４３Ａの一部を成すように補強フィルム４３Ａと一体的に形成され、第２の実施例において、接続部４２８Ｂは、シール部４２１Ｂの一部を成すようにシール部４２１Ｂと一体的に形成されているが、本発明は、この構成に限定されるものではない。接続部を、補強フィルムやシール部と異なる材料で、独立して形成してもよい。例えば、棒状を成す接続部の両端に接着剤を塗布して、シール部４２１の空気供給用貫通孔４２４ｉの対抗する長辺をつなぐように挿入しても、空気供給用貫通孔４２４ｉの変形を防止することができるため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。   (7) In the first embodiment described above, the connecting portion 428A is formed integrally with the reinforcing film 43A so as to form a part of the reinforcing film 43A. In the second embodiment, the connecting portion 428B is a seal. Although formed integrally with the seal part 421B so as to form a part of the part 421B, the present invention is not limited to this configuration. You may form a connection part independently with a material different from a reinforcement film or a seal | sticker part. For example, even if an adhesive is applied to both ends of a connecting portion having a rod shape and the long side of the seal portion 421 is connected to the opposite long side of the air supply through hole 424i, the air supply through hole 424i is deformed. Since it can prevent, the same effect as an above-mentioned example can be acquired.

本発明の第１の実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell stack 100 as a first embodiment of the present invention. セパレータ４１ａ、４１ｃを示す平面図である。It is a top view which shows separator 41a, 41c. 電極一体ガスケットシール４２Ａをカソード側から見た平面図である。It is the top view which looked at the electrode integral gasket seal 42A from the cathode side. 電極一体ガスケットシール４２Ａに挿入されている補強フィルム４３Ａの平面図である。It is a top view of reinforcement film 43A inserted in electrode integral gasket seal 42A. 電極一体ガスケットシール４２Ａを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode integral gasket seal 42A. 電極一体ガスケットシール４２Ｂをカソード側から見た平面図である。It is the top view which looked at the electrode integral gasket seal 42B from the cathode side. 電極一体ガスケットシール４２Ｂに挿入されている補強フィルム４３Ｂの平面図である。It is a top view of the reinforcement film 43B inserted in the electrode integral gasket seal 42B. 電極一体ガスケットシール４２Ｂを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode integral gasket seal 42B. 従来の燃料電池スタックにおける燃料電池セル４０Ｐを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fuel cell 40P in the conventional fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

１０...エンドプレート
２０...絶縁板
３０...集電板
４０...燃料電池セル
４０Ｐ...燃料電池セル
４１ａ...アノード側セパレータ
４１ｃ...カソード側セパレータ
４２Ａ...電極一体ガスケットシール
４２Ｂ...電極一体ガスケットシール
４３Ａ...補強フィルム
４３Ｂ...補強フィルム
４６...電解質膜
４７ａ...アノード
４７ｃ...カソード
４７ｃ...カソード側拡散層
４８ａ...アノード用拡散層
４８ｃ...カソード用拡散層
５０...集電板
６０...絶縁板
７０...エンドプレート
８０...テンションプレート
８２...ボルト
１００...燃料電池スタック
４１２ｉ...水素供給用貫通孔
４１２ｏ...水素排出用貫通孔
４１２ｐ...水素流路
４１４ｉ...空気供給用貫通孔
４１４ｏ...空気排出用貫通孔
４１４ｐ...空気流路
４１６ｉ...冷却水供給用貫通孔
４１６ｏ...冷却水排出用貫通孔
４２０Ａ...シール部材
４２０Ｂ...シール部材
４２１Ａ...シール部
４２１Ｂ...シール部
４２２ｉ...水素供給用貫通孔
４２２ｏ...水素排出用貫通孔
４２４ｉ...空気供給用貫通孔
４２４ｏ...空気排出用貫通孔
４２６ｉ...冷却水供給用貫通孔
４２６ｏ...冷却水排出用貫通孔
４２８Ａ...接続部
４２８Ｂ...接続部
４３２ｉ...水素供給用貫通孔
４３２ｏ...水素排出用貫通孔
４３４ｉ...空気供給用貫通孔
４３４ｏ...空気排出用貫通孔
４３６ｉ...冷却水供給用貫通孔
４３６ｏ...冷却水排出用貫通孔
ＳＬ...シールライン 10 ... End plate 20 ... Insulating plate 30 ... Current collector plate 40 ... Fuel cell 40P ... Fuel cell 41a ... Anode side separator 41c ... Cathode side separator 42A ... Electrode integrated gasket seal 42B ... Electrode integrated gasket seal 43A ... Reinforcing film 43B ... Reinforcing film 46 ... Electrolyte membrane 47a ... Anode 47c ... Cathode 47c ... Cathode side diffusion layer 48a ... Anode diffusion layer 48c ... Cathode diffusion layer 50 ... Current collector plate 60 ... Insulating plate 70 ... End plate 80 ... Tension plate 82 ... Bolt 100 ... Fuel Battery stack 412i ... Hydrogen supply through hole 412o ... Hydrogen discharge through hole 412p ... Hydrogen flow path 414i ... Air supply through hole 414o ... Air discharge through hole 414p ... Air Flow path 416i ... Cooling water supply through hole 416o ... Cooling Through hole for discharge 420A ... Seal member 420B ... Seal member 421A ... Seal part 421B ... Seal part 422i ... Through hole for hydrogen supply 422o ... Through hole for hydrogen discharge 424i ... Air supply through hole 424o ... Air discharge through hole 426i ... Cooling water supply through hole 426o ... Cooling water discharge through hole 428A ... Connection portion 428B ... Connection portion 432i ... Through hole for supplying hydrogen 432o ... Through hole for discharging hydrogen 434i ... Through hole for supplying air 434o ... Through hole for discharging air 436i ... Through hole for supplying cooling water 436o ... For discharging cooling water Through hole SL ... Seal line

Claims (6)

電解質膜および電極を有する膜電極接合体を、１対のセパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層して成る燃料電池において、前記セパレータの外周部に設けられたセパレータマニホールド孔によって形成されるマニホールドを流通する反応ガスが漏洩するのを防止するために、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に配置されるシール部材であって、
前記セパレータマニホールド孔と略同一の形状を成すシール部材マニホールド孔が設けられたシール部と、
少なくとも１つの前記シール部材マニホールド孔において、前記シール部の外周側に、その一端が接続され、前記シール部材マニホールド孔に架橋する接続部と、
を備えることを特徴とするシール部材。 In a fuel cell in which a plurality of fuel cells each having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and an electrode sandwiched by a pair of separators are stacked, a manifold formed by separator manifold holes provided in an outer peripheral portion of the separator A seal member disposed between the membrane electrode assembly and the separator in order to prevent leakage of the flowing reaction gas,
A seal portion provided with a seal member manifold hole having substantially the same shape as the separator manifold hole;
In at least one of the seal member manifold holes, one end thereof is connected to the outer peripheral side of the seal part, and a connection part that bridges the seal member manifold hole;
A seal member comprising: 請求項１に記載のシール部材であって、
前記シール部より剛性の高い高剛性材料より成り、前記シール部内に挿入されて、前記シール部を補強するための補強フレームをさらに備え、
前記接続部は、
前記高剛性材料より成り、前記補強フレームと一体的に形成されていることを特徴とするシール部材。 The seal member according to claim 1,
It is made of a high-rigidity material having a higher rigidity than the seal part, and further includes a reinforcing frame inserted into the seal part to reinforce the seal part,
The connecting portion is
A seal member made of the high-rigidity material and formed integrally with the reinforcing frame. 請求項１に記載のシール部材であって、
前記接続部は、
前記シール部と同一材料を用いて、一体的に形成されていることを特徴とするシール部材。 The seal member according to claim 1,
The connecting portion is
A seal member formed integrally using the same material as the seal portion. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のシール部材であって、
前記膜電極接合体と一体的に形成されていることを特徴とするシール部材。 The seal member according to any one of claims 1 to 3,
A seal member formed integrally with the membrane electrode assembly. 電解質膜および電極を有する膜電極接合体を、１対のセパレータで挟持した燃料電池セルであって、
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載のシール部材を、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に配置して成ることを特徴とする燃料電池セル。 A fuel cell unit in which a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and an electrode is sandwiched between a pair of separators,
A fuel cell comprising the seal member according to any one of claims 1 to 4 disposed between the membrane electrode assembly and the separator. 請求項５に記載の燃料電池セルを複数積層したスタック構造を有する燃料電池。   A fuel cell having a stack structure in which a plurality of the fuel cells according to claim 5 are stacked.
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