JP2012003858A - Fuel battery - Google Patents

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Takeshi Nagasawa
武史 長澤
Mikio Wada
三喜男 和田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a uniform distribution property of reaction gas while reducing the thickness of a fuel battery cell.SOLUTION: First and second separators of a fuel battery cell each have an opening which forms a reaction gas channel at a location outward from the position facing a membrane electrode assembly. The first separator comprises: a first communication hole which communicates the reaction gas channel on the first separator side with a first internal channel space communicating to an end face of a porous channel layer on the first separator side; and a second communication hole which communicates the reaction gas channel on the second separator side with a second internal channel space communicating to a grooved internal channel space extending along an outer edge of at least one of the upstream and the downstream of a reaction gas flow direction in a porous channel layer on the second separator side. At least one of the first and second separators comprises: a sealing part for sealing between the first and second separators; and a rib extending along the grooved internal channel space at a boundary with the grooved internal channel space.

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが設けられ他方の面にカソードが設けられた構成の膜電極接合体を含む発電モジュールとセパレータとが交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス(燃料ガスおよび酸化剤ガス)を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。   In general, a fuel cell has a stack structure in which a power generation module including a membrane electrode assembly having a structure in which an anode is provided on one surface of an electrolyte membrane and a cathode is provided on the other surface and separators are alternately stacked. Used. A fuel cell directly converts chemical energy of a substance into electrical energy by causing an electrochemical reaction using a reaction gas (fuel gas and oxidant gas) supplied to the membrane electrode assembly.

発電モジュールが膜電極接合体と多孔体により形成されたガス拡散プレートとを含むように構成された燃料電池において、ガス拡散プレートにおける反応ガスの流れ方向上流側および下流側の外縁に沿って伸びる空隙部を設けて、反応ガスの均一分配性を向上させる技術が知られている(例えば特許文献1参照)。   In the fuel cell in which the power generation module includes a membrane electrode assembly and a gas diffusion plate formed of a porous body, a gap extending along the upstream and downstream outer edges of the reaction gas in the gas diffusion plate A technique for improving the uniform distribution of the reaction gas by providing a portion is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−186788号公報JP 2008-186788 A

上記従来の燃料電池では、反応ガスは、マニホールドからセパレータ内部に設けられた流路空間に流入し、セパレータのガス拡散プレートに対向する面に設けられた供給口を通ってガス拡散プレートの上流側空隙部に供給され、上流側空隙部から下流側空隙部に向けてガス拡散プレート内を流動し、セパレータのガス拡散プレートに対向する面に設けられた排出口を通ってセパレータ内部に設けられた流路空間に排出され、当該流路空間を通ってマニホールドへと排出される。そのため、従来の燃料電池は、燃料電池セルの厚さが比較的厚くなってしまうという課題があった。   In the conventional fuel cell, the reaction gas flows from the manifold into the flow path space provided inside the separator, and passes through the supply port provided on the surface of the separator facing the gas diffusion plate, upstream of the gas diffusion plate. Supplied in the gap, flows in the gas diffusion plate from the upstream gap toward the downstream gap, and is provided in the separator through the discharge port provided on the surface of the separator facing the gas diffusion plate. It is discharged to the flow path space and discharged to the manifold through the flow path space. For this reason, the conventional fuel cell has a problem that the thickness of the fuel cell becomes relatively thick.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、燃料電池セルの厚さを低減しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the uniform distribution of the reaction gas while reducing the thickness of the fuel cell in the fuel cell.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   In order to solve at least a part of the above problems, the present invention can be realized as the following forms or application examples.

[適用例1]燃料電池であって、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルの積層方向に略平行であり、各前記燃料電池セルにおいて使用される反応ガスを流通させる複数の反応ガス流路と、を備え、
各前記燃料電池セルは、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
多孔体により形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された一対の多孔体流路層と、
金属板を加工することにより形成され、前記一対の多孔体流路層を挟むように配置された第1および第2のセパレータと、を含み、
前記第1および第2のセパレータは、前記膜電極接合体および前記多孔体流路層に対向する位置より面方向外側の位置に、前記反応ガス流路を構成する開口を有し、
前記第1のセパレータは、前記第1のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記第1のセパレータ側の前記多孔体流路層の端面に連通する第1の内部流路空間とを連通する第1の連通孔と、前記第2のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層における反応ガス流れ方向上流側および下流側の少なくとも一方の外縁に沿って伸びる溝型内部流路空間に連通する第2の内部流路空間とを連通する第2の連通孔と、を有し、
前記第1および第2のセパレータの少なくとも一方は、前記第1および第2のセパレータ間をシールするシール部と前記溝型内部流路空間との境界の位置に、前記溝型内部流路空間に沿って伸びるリブを有する、燃料電池。
Application Example 1 A fuel cell,
A plurality of stacked fuel cells; and
A plurality of reaction gas passages that are substantially parallel to the stacking direction of the fuel cells and circulate the reaction gas used in each fuel cell, and
Each of the fuel cells is
A membrane electrode assembly comprising an electrolyte membrane and electrode layers disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A pair of porous channel layers formed of a porous material and disposed so as to sandwich the membrane electrode assembly;
A first separator and a second separator formed by processing a metal plate and disposed so as to sandwich the pair of porous channel layers,
The first and second separators have openings constituting the reaction gas flow channel at positions outside the surface direction from positions facing the membrane electrode assembly and the porous flow channel layer,
The first separator communicates with an end surface of the reaction gas channel for the reaction gas used in the electrode layer on the first separator side and an end surface of the porous channel layer on the first separator side. A first communication hole communicating with one internal flow path space, the reaction gas flow path for the reaction gas used in the electrode layer on the second separator side, and the porosity on the second separator side. A second communication hole that communicates with a second internal flow path space that communicates with a groove-type internal flow path space that extends along at least one outer edge on the upstream side and the downstream side in the reaction gas flow direction in the body flow path layer; Have
At least one of the first and second separators is located at a position of a boundary between the seal portion that seals between the first and second separators and the groove-type internal flow space, and the groove-type internal flow space. A fuel cell having ribs extending along.

この燃料電池では、第1のセパレータ側については、第1のセパレータに形成された第1の連通孔を介して、反応ガス流路と多孔体流路層の端面に連通する第1の内部流路空間とが連通し、第2のセパレータ側については、第1のセパレータに形成された第2の連通孔を介して、反応ガス流路と多孔体流路層の端面に連通する溝型内部流路空間に連通する第2の内部流路空間とが連通するため、従来の燃料電池と比較して燃料電池セルの厚さを低減することができる。また、この燃料電池では、第1および第2のセパレータ間をシールするシール部と溝型内部流路空間との境界の位置に溝型内部流路空間に沿って伸びるリブが形成されているため、シール材の溝型内部流路空間内への流入が阻止され、溝型内部流路空間がコモンレールとして機能して反応ガスの均一分配性が向上する。従って、この燃料電池では、燃料電池セルの厚さを低減しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることができる。   In this fuel cell, on the first separator side, the first internal flow that communicates with the reaction gas flow path and the end face of the porous flow path layer through the first communication hole formed in the first separator. A groove-type interior that communicates with the end space of the reaction gas channel and the porous channel layer through the second communication hole formed in the first separator on the second separator side. Since the second internal flow path space communicating with the flow path space communicates, the thickness of the fuel cell can be reduced as compared with the conventional fuel cell. Further, in this fuel cell, a rib extending along the groove-type internal flow path space is formed at the boundary between the seal portion that seals between the first and second separators and the groove-type internal flow path space. The inflow of the sealing material into the groove-type internal flow path space is prevented, and the groove-type internal flow path space functions as a common rail, improving the uniform distribution of the reaction gas. Therefore, in this fuel cell, the uniform distribution of the reaction gas can be improved while reducing the thickness of the fuel cell.

[適用例2]適用例1に記載の燃料電池であって、
前記第1のセパレータは、前記第1のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路を構成する前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された第1の折り返し部分と、前記第2のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路を構成する前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された第2の折り返し部分と、を有し、
前記第1の内部流路空間は、前記第1の折り返し部分と前記第1のセパレータとの間に形成され、
前記第2の内部流路空間は、前記第2の折り返し部分と前記第1のセパレータとの間に形成され、
前記第1の連通孔は、前記第1の折り返し部分に形成され、
前記第2の連通孔は、前記第2の折り返し部分に形成される、燃料電池。
[Application Example 2] The fuel cell according to Application Example 1,
The first separator has at least a part of the metal plate at a position where the opening constituting the reaction gas flow path for the reaction gas used in the electrode layer on the first separator side is formed. A first folded portion formed by folding the side of the opening on the membrane electrode assembly side as a folding line to the membrane electrode assembly side, and a reactive gas used in the electrode layer on the second separator side At least a part of the metal plate at a position where the opening constituting the reaction gas flow path is formed is formed by folding the side of the opening on the membrane electrode assembly side to the membrane electrode assembly side. A second folded portion,
The first internal channel space is formed between the first folded portion and the first separator,
The second internal channel space is formed between the second folded portion and the first separator,
The first communication hole is formed in the first folded portion,
The second communication hole is a fuel cell formed in the second folded portion.

この燃料電池では、燃料電池セルの厚さを低減しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることができる上に、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図りつつ反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。   This fuel cell can improve the uniform distribution of the reaction gas while reducing the thickness of the fuel cell. In addition, the reaction gas can be derived while reducing the number of parts, simplifying the processing process, and reducing the cost. It is possible to achieve both the securing of the gas flow path at the entrance and the securing of the gas sealing property.

[適用例3]適用例1または適用例2に記載の燃料電池であって、
各前記燃料電池セルは、さらに、
前記第1のセパレータ側および前記第2のセパレータ側のそれぞれにおいて、前記電極層と前記多孔体流路層との間に配置された拡散層を含み、
前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層の長さは、少なくとも前記多孔体流路層における反応ガス流れ方向上流側および下流側の前記外縁の位置において、前記第2のセパレータ側の前記拡散層の長さより短く、
前記溝型内部流路空間は、前記第2のセパレータと前記第2のセパレータ側の前記拡散層との間に形成された空間である、燃料電池。
[Application Example 3] The fuel cell according to Application Example 1 or Application Example 2,
Each fuel cell further comprises:
In each of the first separator side and the second separator side, including a diffusion layer disposed between the electrode layer and the porous channel layer,
The length of the porous channel layer on the second separator side is such that at least the position of the outer edge on the upstream side and the downstream side in the reaction gas flow direction in the porous channel layer is the length on the second separator side. Shorter than the length of the diffusion layer,
The groove-type internal flow path space is a fuel cell, which is a space formed between the second separator and the diffusion layer on the second separator side.

この燃料電池では、第2のセパレータと第2のセパレータ側の拡散層との間に形成された空間を溝型内部流路空間として利用することができるため、燃料電池セルのサイズの増大を抑制しつつ、反応ガスの均一分配性を向上させることができる。   In this fuel cell, since the space formed between the second separator and the diffusion layer on the second separator side can be used as a groove-type internal flow path space, an increase in the size of the fuel cell is suppressed. However, the uniform distribution of the reaction gas can be improved.

[適用例4]適用例3に記載の燃料電池であって、
前記第2のセパレータは、前記溝型内部流路空間に対向する部分に、前記膜電極接合体の方向に凸な複数の凸部を有する、燃料電池。
[Application Example 4] The fuel cell according to Application Example 3,
The second separator has a plurality of convex portions protruding in the direction of the membrane electrode assembly at a portion facing the groove-type internal flow path space.

この燃料電池では、複数の凸部により第2のセパレータ側の拡散層を支持することができ、第2のセパレータと第2のセパレータ側の拡散層との間に溝型内部流路空間を確実に確保することができる。   In this fuel cell, the second separator-side diffusion layer can be supported by a plurality of convex portions, and a groove-type internal flow path space is ensured between the second separator and the second separator-side diffusion layer. Can be secured.

[適用例5]適用例4に記載の燃料電池であって、
前記複数の凸部の少なくとも一つは、前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層の外縁近辺に配置されている、燃料電池。
[Application Example 5] The fuel cell according to Application Example 4,
At least one of the plurality of convex portions is a fuel cell arranged near an outer edge of the porous channel layer on the second separator side.

この燃料電池では、第2のセパレータ側の多孔体流路層の外縁近辺に配置された凸部が多孔体流路層を配置する際の位置決め基準として機能するため、燃料電池セルの製造工程の容易化、精度の向上を図ることができる。   In this fuel cell, the convex portion disposed near the outer edge of the porous body flow path layer on the second separator side functions as a positioning reference when the porous flow path layer is disposed. Simplification and improvement in accuracy can be achieved.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various modes, and can be realized in the form of, for example, a fuel cell, a separator for a fuel cell, a fuel cell system, a method for manufacturing these devices or systems, and the like. .

本発明の第1実施例における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池100の単セル140の平面構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a planar configuration of a single cell 140 of the fuel cell 100. FIG. 単セル140の平面構成をより詳細に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the planar structure of the single cell 140 in detail. 単セル140の断面構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a single cell 140. FIG. 単セル140の断面構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a single cell 140. FIG. カソード側セパレータ320の開口323付近の構成を示す斜視図である。3 is a perspective view showing a configuration near an opening 323 of a cathode side separator 320. FIG. 第1実施例における単セル140の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the single cell 140 in 1st Example. カソード側セパレータ320の成形工程を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a forming process of a cathode side separator 320. カソード側セパレータ320の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ320の状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a state of the cathode side separator 320 at each stage in the molding process of the cathode side separator 320. カソード側セパレータ320の成形工程におけるプレス成形の様子を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of press molding in the molding process of the cathode-side separator 320. 第2実施例における単セル140aの断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the single cell 140a in 2nd Example. 第2実施例のアノード側セパレータ310aにおけるアノード側多孔体流路層短縮部分に対向する領域の形状を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematically the shape of the area | region facing the anode side porous body flow path layer shortening part in the anode side separator 310a of 2nd Example.

次に、本発明の実施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実施例:
B.第2実施例:
C.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Variations:

A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池100を備えている。燃料電池100は、エンドプレート110と、絶縁板120と、集電板130と、複数の単セル(燃料電池セル)140と、集電板130と、絶縁板120と、エンドプレート110と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100. The fuel cell 100 includes an end plate 110, an insulating plate 120, a current collecting plate 130, a plurality of single cells (fuel cell) 140, a current collecting plate 130, an insulating plate 120, and an end plate 110. The stack structure is stacked in this order.

燃料電池100には、高圧水素を貯蔵した水素タンク50から、シャットバルブ51、レギュレータ52、配管53を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池100において利用されなかった燃料ガス(アノードオフガス)は、排出配管63を介して燃料電池100の外部に排出される。なお、燃料電池システム10は、アノードオフガスを配管53側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池100には、また、エアポンプ60および配管61を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池100において利用されなかった酸化剤ガス(カソードオフガス)は、排出配管54を介して燃料電池100の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。   Hydrogen as fuel gas is supplied to the fuel cell 100 from a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen via a shut valve 51, a regulator 52, and a pipe 53. The fuel gas (anode off gas) that has not been used in the fuel cell 100 is discharged to the outside of the fuel cell 100 through the discharge pipe 63. The fuel cell system 10 may have a recirculation mechanism that recirculates the anode off gas to the pipe 53 side. The fuel cell 100 is also supplied with air as an oxidant gas via an air pump 60 and a pipe 61. The oxidant gas (cathode off-gas) that has not been used in the fuel cell 100 is discharged to the outside of the fuel cell 100 via the discharge pipe 54. The fuel gas and the oxidant gas are also called reaction gas.

さらに、燃料電池100には、燃料電池100を冷却するため、ウォーターポンプ71および配管72を介して、ラジエータ70により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池100から排出された冷却媒体は、配管73を介してラジエータ70に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。   Further, the cooling medium cooled by the radiator 70 is supplied to the fuel cell 100 via the water pump 71 and the pipe 72 in order to cool the fuel cell 100. The cooling medium discharged from the fuel cell 100 is circulated to the radiator 70 via the pipe 73. As the cooling medium, for example, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like is used.

図2は、燃料電池100の単セル140の平面構成を示す説明図である。図示するように、単セル140の平面形状は略長方形である。単セル140は、後述するように、電解質膜のそれぞれの面にアノード(アノード電極層)、カソード(カソード電極層)が配置された膜電極接合体(MEA)を含む発電モジュール200を、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a planar configuration of the single cell 140 of the fuel cell 100. As shown in the figure, the planar shape of the single cell 140 is substantially rectangular. As will be described later, the unit cell 140 includes a pair of power generation modules 200 including a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode (anode electrode layer) and a cathode (cathode electrode layer) are arranged on each surface of an electrolyte membrane. The structure is sandwiched between separators.

燃料電池100の内部には、図2に示すように、燃料電池100に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル140に分配する燃料ガス供給マニホールド162と、燃料電池100に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル140に分配する酸化剤ガス供給マニホールド152と、各単セル140において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池100の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド164と、各単セル140において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池100の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド154と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池100の単セル140の積層方向に略平行な方向(すなわち膜電極接合体の面方向に略垂直な方向)に伸びる形状の反応ガス流路である。燃料電池100の内部には、さらに、冷却媒体を単セル140に分配する冷却媒体供給マニホールド172と、各単セル140から排出される冷却媒体を集めて燃料電池100の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド174と、が形成されている。   Inside the fuel cell 100, as shown in FIG. 2, a fuel gas supply manifold 162 that distributes hydrogen as fuel gas supplied to the fuel cell 100 to each single cell 140, and an oxidation supplied to the fuel cell 100 An oxidant gas supply manifold 152 that distributes air as an agent gas to each unit cell 140, a fuel gas discharge manifold 164 that collects fuel gas that has not been used in each unit cell 140, and discharges the fuel gas to the outside of the fuel cell 100, An oxidant gas discharge manifold 154 that collects oxidant gas that has not been used in each single cell 140 and discharges it to the outside of the fuel cell 100 is formed. Each of the manifolds is a reaction gas flow channel having a shape extending in a direction substantially parallel to the stacking direction of the single cells 140 of the fuel cell 100 (that is, a direction substantially perpendicular to the surface direction of the membrane electrode assembly). Further inside the fuel cell 100, a cooling medium supply manifold 172 that distributes the cooling medium to the single cells 140, and a cooling medium discharge that collects the cooling media discharged from each single cell 140 and discharges them to the outside of the fuel cell 100. A manifold 174 is formed.

図2に示すように、単セル140の平面における各マニホールドの位置は、単セル140の周縁部となっている。具体的には、燃料ガス供給マニホールド162の位置は単セル140の平面における発電モジュール200の一方の短辺(図2における右側の短辺)の一方の端部(同、上側の端部)に隣接した位置であり、燃料ガス排出マニホールド164の位置は発電モジュール200の他方の短辺(同、左側の短辺)の他方の端部(同、下側の端部)に隣接した位置である。また、酸化剤ガス供給マニホールド152の位置は発電モジュール200の一方の長辺(同、上側の長辺)の全体に隣接した位置であり、酸化剤ガス排出マニホールド154の位置は発電モジュール200の他方の長辺(同、下側の長辺)の全体に隣接した位置である。また、冷却媒体供給マニホールド172の位置は発電モジュール200の一方の短辺(同、左側の短辺)に隣接した位置であり、冷却媒体排出マニホールド174の位置は発電モジュール200の他方の短辺(同、右側の短辺)に隣接した位置である。   As shown in FIG. 2, the position of each manifold in the plane of the single cell 140 is the peripheral edge of the single cell 140. Specifically, the position of the fuel gas supply manifold 162 is at one end (the same as the upper end) of one short side (the right short side in FIG. 2) of the power generation module 200 in the plane of the single cell 140. The fuel gas discharge manifold 164 is located adjacent to the other end (the lower end) of the other short side (the left short side) of the power generation module 200. . Further, the position of the oxidant gas supply manifold 152 is a position adjacent to the entire one long side of the power generation module 200 (the upper long side), and the position of the oxidant gas discharge manifold 154 is the other side of the power generation module 200. This is a position adjacent to the entire long side (the same as the lower long side). In addition, the position of the cooling medium supply manifold 172 is a position adjacent to one short side (the same short side on the left side) of the power generation module 200, and the position of the cooling medium discharge manifold 174 is the other short side of the power generation module 200 ( This is a position adjacent to the right short side.

なお、以下の説明では、燃料電池100において単セル140を積層する方向を「積層方向」と呼ぶものとし、発電モジュール200を構成する各層の主表面に平行な方向(すなわち積層方向と略垂直な方向)を「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、発電モジュール200の短辺に平行な方向をY方向と呼び、発電モジュール200の長辺に平行な方向(Y方向に略垂直な方向)をX方向と呼ぶものとする。   In the following description, the direction in which the single cells 140 are stacked in the fuel cell 100 is referred to as the “stacking direction”, and the direction parallel to the main surface of each layer constituting the power generation module 200 (that is, substantially perpendicular to the stacking direction). Direction) is referred to as “plane direction”. Of the surface directions, a direction parallel to the short side of the power generation module 200 is referred to as a Y direction, and a direction parallel to the long side of the power generation module 200 (a direction substantially perpendicular to the Y direction) is referred to as an X direction. .

図3は、単セル140の平面構成をより詳細に示す説明図である。図3(a)には、単セル140における燃料ガス供給マニホールド162付近の部分(図2のX1部)の平面構成を拡大して示しており、図3(b)には、単セル140における酸化剤ガス供給マニホールド152付近の部分(図2のX2部)の平面構成を拡大して示している。また、図4および図5は、単セル140の断面構成を示す説明図である。図4(a)には図3(b)のC1−C1断面を示しており、図4(b)には図3(b)のD1−D1断面を示しており、図5(a)には図3(a)のA1−A1断面を示しており、図5(b)には図3(a)のB1−B1断面を示している。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the planar configuration of the single cell 140 in more detail. 3A shows an enlarged plan view of a portion (X1 portion in FIG. 2) in the vicinity of the fuel gas supply manifold 162 in the single cell 140, and FIG. The plane structure of the part (X2 part of FIG. 2) vicinity of the oxidizing gas supply manifold 152 is expanded and shown. 4 and 5 are explanatory diagrams showing a cross-sectional configuration of the single cell 140. FIG. 4A shows a C1-C1 cross section of FIG. 3B, FIG. 4B shows a D1-D1 cross section of FIG. 3B, and FIG. Shows the A1-A1 cross section of FIG. 3 (a), and FIG. 5 (b) shows the B1-B1 cross section of FIG. 3 (a).

図4および図5に示すように、単セル140は、発電モジュール200と、発電モジュール200を挟持する一対のセパレータ(カソード側セパレータ320およびアノード側セパレータ310)と、を有している。発電モジュール200は、カソード側多孔体流路層230と、カソード側拡散層217と、膜電極接合体210と、アノード側拡散層216と、アノード側多孔体流路層220と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体210は、電解質膜212と、電解質膜212の一方の側に配置(塗布)されたカソード(カソード電極層)215と、電解質膜212の他方の側に配置(塗布)されたアノード(アノード電極層)214と、から構成されている。図2および図3には、単セル140の平面における発電モジュール200の概略位置をハッチングにより示している。   As shown in FIGS. 4 and 5, the single cell 140 has a power generation module 200 and a pair of separators (cathode side separator 320 and anode side separator 310) that sandwich the power generation module 200. The power generation module 200 includes a cathode side porous body flow path layer 230, a cathode side diffusion layer 217, a membrane electrode assembly 210, an anode side diffusion layer 216, and an anode side porous body flow path layer 220 in this order. It has a stacked configuration. The membrane electrode assembly 210 includes an electrolyte membrane 212, a cathode (cathode electrode layer) 215 disposed (coated) on one side of the electrolyte membrane 212, and an anode disposed (coated) on the other side of the electrolyte membrane 212. (Anode electrode layer) 214. 2 and 3, the approximate position of the power generation module 200 in the plane of the single cell 140 is indicated by hatching.

電解質膜212は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード215およびアノード214は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層217およびアノード側拡散層216は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層230およびアノード側多孔体流路層220は、金属多孔体(例えばエキスパンドメタル)などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層230およびアノード側多孔体流路層220は、カソード側拡散層217およびアノード側拡散層216より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、反応ガスが流動する流路として機能する。   The electrolyte membrane 212 is a solid polymer membrane formed of a fluorine resin material or a hydrocarbon resin material, and has good proton conductivity in a wet state. The cathode 215 and the anode 214 include, for example, platinum as a catalyst or an alloy made of platinum and another metal. The cathode side diffusion layer 217 and the anode side diffusion layer 216 are made of, for example, carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt. The cathode-side porous flow path layer 230 and the anode-side porous flow path layer 220 are formed of a porous material having gas diffusibility and conductivity such as a metal porous body (for example, expanded metal). Since the cathode-side porous channel layer 230 and the anode-side porous channel layer 220 have a higher porosity than the cathode-side diffusion layer 217 and the anode-side diffusion layer 216, the flow resistance of the gas inside is low, and the reaction gas Functions as a flow path.

図4に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド152に対向する位置において、電解質膜212とアノード側の各層(アノード214、アノード側拡散層216、アノード側多孔体流路層220)の面方向(Y方向)に沿った長さは、発電モジュール200を構成する他の層(カソード215、カソード側拡散層217、カソード側多孔体流路層230)の長さより長い。すなわち、燃料電池100の積層方向から発電モジュール200を見ると、電解質膜212およびアノード側の各層は他の層より突出している。電解質膜212の突出部分のカソード側表面には、耐久性やハンドリング性の向上のために、PEN等による保護層が設けられているとしてもよい。   As shown in FIG. 4, at the position facing the oxidant gas supply manifold 152, the surface direction of the electrolyte membrane 212 and the anode-side layers (the anode 214, the anode-side diffusion layer 216, and the anode-side porous channel layer 220) ( The length along the Y direction is longer than the lengths of the other layers (cathode 215, cathode side diffusion layer 217, cathode side porous channel layer 230) constituting the power generation module 200. That is, when the power generation module 200 is viewed from the stacking direction of the fuel cell 100, each layer on the electrolyte membrane 212 and the anode side protrudes from the other layers. A protective layer made of PEN or the like may be provided on the cathode side surface of the protruding portion of the electrolyte membrane 212 in order to improve durability and handling properties.

カソード側セパレータ320およびアノード側セパレータ310は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ320には、図4(a)および図4(b)に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド152を構成する開口323が形成されていると共に、図5(a)および図5(b)に示すように、燃料ガス供給マニホールド162を構成する開口321が形成されている。   The cathode side separator 320 and the anode side separator 310 are formed by processing a metal plate. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the cathode-side separator 320 is formed with an opening 323 constituting an oxidant gas supply manifold 152, and FIGS. 5 (a) and 5 (b). As shown in b), an opening 321 constituting the fuel gas supply manifold 162 is formed.

図6は、カソード側セパレータ320の開口323付近の構成を示す斜視図である。図4および図6に示すように、カソード側セパレータ320の酸化剤ガス供給マニホールド152を構成するための開口323に隣接した位置には、折り返し部分325が形成されている。折り返し部分325は、後に詳述するように、カソード側セパレータ320の材料としての金属板における開口323が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口323の膜電極接合体210側の辺を折り曲げ線として、単セル140の積層方向に沿った内側方向(アノード側セパレータ310に向かう方向)で、かつ、Y方向に沿った内側方向(膜電極接合体210に向かう方向)に折り返されることにより、形成される。   FIG. 6 is a perspective view showing a configuration near the opening 323 of the cathode separator 320. As shown in FIGS. 4 and 6, a folded portion 325 is formed at a position adjacent to the opening 323 for constituting the oxidant gas supply manifold 152 of the cathode side separator 320. As will be described in detail later, the folded portion 325 is such that at least a part of the position where the opening 323 is formed in the metal plate as the material of the cathode side separator 320 is the side of the opening 323 on the membrane electrode assembly 210 side. As a fold line, it is folded in the inner direction along the stacking direction of the single cells 140 (the direction toward the anode-side separator 310) and in the inner direction along the Y direction (the direction toward the membrane electrode assembly 210). ,It is formed.

図4(a)および図4(b)に示すように、折り返し部分325は、面方向に略垂直な(積層方向に略平行な)垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分325の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜212の位置よりわずかにカソード側よりの位置である。折り返し部分325の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分325の平行部分に対向するカソード側セパレータ320の部分と、の間には、内部流路空間360が形成されている(図4(b)参照)。また、折り返し部分325の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド152と内部流路空間360とを連通するための複数の連通孔326が形成されている。複数の連通孔326は、X方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている(図6参照)。内部流路空間360は、本発明における第1の内部流路空間に相当する。また、酸化剤ガス側折り返し部分325は、本発明における第1の折り返し部分に相当し、酸化剤ガス側折り返し部分325に形成された連通孔326は、本発明における第1の連通孔に相当する。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the folded portion 325 includes a vertical portion that is substantially perpendicular to the plane direction (substantially parallel to the stacking direction) and a parallel portion that is substantially parallel to the plane direction. ing. The position along the stacking direction of the parallel portion of the folded portion 325 is slightly closer to the cathode side than the position of the electrolyte membrane 212. An internal channel space 360 is formed between the parallel part of the folded part 325 and the part of the cathode separator 320 facing the parallel part of the folded part 325 along the stacking direction (FIG. 4B). )reference). A plurality of communication holes 326 for communicating the oxidant gas supply manifold 152 and the internal flow path space 360 are formed in the vertical portion of the folded portion 325. The plurality of communication holes 326 are arranged side by side at predetermined intervals along the X direction (see FIG. 6). The internal flow path space 360 corresponds to the first internal flow path space in the present invention. The oxidizing gas side folded portion 325 corresponds to the first folded portion in the present invention, and the communication hole 326 formed in the oxidant gas side folded portion 325 corresponds to the first communicating hole in the present invention. .

積層方向に沿って折り返し部分325の平行部分に対向するカソード側セパレータ320の位置には、アノード側セパレータ310に向かう方向に凸な形状(すなわち内部流路空間360に突出する形状)の凸部324が複数形成されている。複数の凸部324は、X方向に沿った位置が連通孔326と重ならないように、X方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている(図3(b)および図6参照)。各凸部324は、Y方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部324の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分325の平行部分に隣接するような位置である(図4(a)参照)。   A convex portion 324 having a convex shape in the direction toward the anode separator 310 (that is, a shape projecting into the internal channel space 360) is located at the position of the cathode side separator 320 facing the parallel portion of the folded portion 325 along the stacking direction. A plurality of are formed. The plurality of convex portions 324 are arranged side by side at predetermined intervals along the X direction so that positions along the X direction do not overlap with the communication holes 326 (see FIG. 3B and FIG. 6). ). Each convex portion 324 has a substantially rectangular plane extending in the Y direction. The position along the stacking direction of the portion substantially parallel to the surface direction of each convex portion 324 is a position adjacent to the parallel portion of the folded portion 325 (see FIG. 4A).

同様に、図5(a)および図5(b)に示すように、カソード側セパレータ320における燃料ガス供給マニホールド162を構成するための開口321に隣接した位置には、折り返し部分322が形成されている。折り返し部分322は、カソード側セパレータ320の材料としての金属板における開口321が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口321の膜電極接合体210側の辺を折り曲げ線として、単セル140の積層方向に沿った内側方向で、かつ、X方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分322は、面方向に略垂直な垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分322の平行部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分325と同様に、電解質膜212の位置よりわずかにカソード側よりの位置である。折り返し部分322の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分322の平行部分に対向するカソード側セパレータ320の部分と、の間には、内部流路空間350が形成されている(図5(b)参照)。折り返し部分322の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド162と内部流路空間350とを連通するための複数の連通孔326が形成されている。複数の連通孔326は、Y方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。内部流路空間350は、本発明における第2の内部流路空間に相当する。また、燃料ガス側折り返し部分322は、本発明における第2の折り返し部分に相当し、燃料ガス側折り返し部分322に形成された連通孔326は、本発明における第2の連通孔に相当する。   Similarly, as shown in FIGS. 5A and 5B, a folded portion 322 is formed at a position adjacent to the opening 321 for constituting the fuel gas supply manifold 162 in the cathode separator 320. Yes. In the folded portion 322, at least a part of the portion where the opening 321 is formed in the metal plate as the material of the cathode-side separator 320 is a single cell 140 with the side of the opening 321 on the membrane electrode assembly 210 side being a folding line. It is formed by being folded back in the inner direction along the stacking direction and in the inner direction along the X direction. The folded portion 322 includes a vertical portion substantially perpendicular to the surface direction and a parallel portion substantially parallel to the surface direction. The position along the stacking direction of the parallel portion of the folded portion 322 is slightly closer to the cathode side than the position of the electrolyte membrane 212, similarly to the folded portion 325. An internal channel space 350 is formed between the parallel portion of the folded portion 322 and the portion of the cathode separator 320 facing the parallel portion of the folded portion 322 along the stacking direction (FIG. 5B). )reference). A plurality of communication holes 326 for communicating the fuel gas supply manifold 162 and the internal flow path space 350 are formed in the vertical portion of the folded portion 322. The plurality of communication holes 326 are arranged side by side at predetermined intervals along the Y direction. The internal flow path space 350 corresponds to the second internal flow path space in the present invention. The fuel gas side folded portion 322 corresponds to the second folded portion in the present invention, and the communication hole 326 formed in the fuel gas side folded portion 322 corresponds to the second communication hole in the present invention.

積層方向に沿って折り返し部分322の平行部分に対向するカソード側セパレータ320の位置には、アノード側セパレータ310に向かう方向に凸な形状(すなわち内部流路空間350に突出する形状)の凸部324が複数形成されている(図3(a)参照)。複数の凸部324は、Y方向に沿った位置が連通孔326と重ならないように、Y方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部324は、X方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部324の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分322の平行部分に隣接するような位置である(図5(a)参照)。   A convex portion 324 having a convex shape in the direction toward the anode-side separator 310 (that is, a shape projecting into the internal channel space 350) is located at the position of the cathode-side separator 320 facing the parallel portion of the folded portion 322 along the stacking direction. Are formed (see FIG. 3A). The plurality of convex portions 324 are arranged side by side at a predetermined interval along the Y direction so that positions along the Y direction do not overlap with the communication holes 326. Each convex portion 324 has a substantially rectangular plane extending in the X direction. The position along the stacking direction of the portion substantially parallel to the surface direction of each convex portion 324 is a position adjacent to the parallel portion of the folded portion 322 (see FIG. 5A).

なお、以下の説明では、カソード側セパレータ320における燃料ガス供給マニホールド162を構成するための開口321に隣接する折り返し部分322を、燃料ガス側折り返し部分322とも呼び、カソード側セパレータ320における酸化剤ガス供給マニホールド152を構成するための開口323に隣接する折り返し部分325を、酸化剤ガス側折り返し部分325とも呼ぶ。   In the following description, the folded portion 322 adjacent to the opening 321 for constituting the fuel gas supply manifold 162 in the cathode side separator 320 is also referred to as the fuel gas side folded portion 322, and the oxidant gas supply in the cathode side separator 320 is referred to. The folded portion 325 adjacent to the opening 323 for configuring the manifold 152 is also referred to as an oxidizing gas side folded portion 325.

図5(a)および図5(b)に示すように、燃料ガス側折り返し部分322の平行部分の面方向(X方向)に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜212とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図4(a)および図4(b)に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分の面方向(Y方向)に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜212と重なるような長さとなっている。図3(a)および図3(b)には、単セル140の平面における燃料ガス側折り返し部分322の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。   As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the length along the plane direction (X direction) of the parallel portion of the fuel gas side folded portion 322 is different from that of the electrolyte membrane 212 along the stacking direction. The length is too long. On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 4B, the length along the plane direction (Y direction) of the parallel portion of the oxidizing gas side folded portion 325 is along the stacking direction. The length overlaps with the electrolyte membrane 212. 3A and 3B, the positions of the parallel portions of the fuel gas side folded portion 322 and the oxidant gas side folded portion 325 in the plane of the single cell 140 are indicated by hatching.

カソード側セパレータ320には、その他に、酸化剤ガス供給マニホールド152の近辺に、アノード側セパレータ310に向かう方向に凸な凸部336が形成されている(図4(a)参照)。凸部336は、酸化剤ガス側折り返し部分325が形成されている部分の内の凸部324に対向する位置に形成されている。凸部336のアノード側セパレータ310側の表面は、酸化剤ガス側折り返し部分325のカソード側セパレータ320側の表面に接触している。また、カソード側セパレータ320には、燃料ガス供給マニホールド162の近辺に、アノード側セパレータ310に向かう方向に凸な凸部327が形成されている(図5(a)および図5(b)参照)。   In addition, a convex portion 336 that protrudes in the direction toward the anode-side separator 310 is formed in the vicinity of the oxidant gas supply manifold 152 in the cathode-side separator 320 (see FIG. 4A). The convex portion 336 is formed at a position facing the convex portion 324 in the portion where the oxidizing gas side folded portion 325 is formed. The surface of the convex portion 336 on the anode side separator 310 side is in contact with the surface of the oxidant gas side folded portion 325 on the cathode side separator 320 side. The cathode-side separator 320 is formed with a convex portion 327 that protrudes in the direction toward the anode-side separator 310 in the vicinity of the fuel gas supply manifold 162 (see FIGS. 5A and 5B). .

また、図3ないし図5に示すように、カソード側セパレータ320には、開口321の燃料ガス側折り返し部分322が形成されている側以外の三方を囲む位置、および、開口323の酸化剤ガス側折り返し部分325が形成されている側以外の三方を囲む位置に、アノード側セパレータ310に向かう方向に凸な凸部329が形成されている。凸部329の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分322および325の平行部分とほぼ同じ位置である。   As shown in FIGS. 3 to 5, the cathode-side separator 320 includes a position surrounding three sides other than the side where the fuel gas-side folded portion 322 of the opening 321 is formed, and the oxidant gas side of the opening 323. A convex portion 329 that protrudes in the direction toward the anode separator 310 is formed at a position surrounding three sides other than the side where the folded portion 325 is formed. The position along the stacking direction of the portion substantially parallel to the surface direction of the convex portion 329 is substantially the same as the parallel portion of the folded portions 322 and 325.

また、図4(a)および図4(b)に示すように、カソード側セパレータ320のカソード側多孔体流路層230に対向する領域には、複数のディンプル319が形成されている。ディンプル319の積層方向に沿った最外側の位置は、カソード側セパレータ320の他の部分(凸部324や凸部336を除く部分)の位置と同一である。カソード側セパレータ320のカソード側多孔体流路層230に対向する領域の内、ディンプル319が形成されている部分以外の部分は、カソード側多孔体流路層230の表面に接している。   Also, as shown in FIGS. 4A and 4B, a plurality of dimples 319 are formed in a region facing the cathode-side porous flow path layer 230 of the cathode-side separator 320. The outermost position along the stacking direction of the dimples 319 is the same as the position of the other part of the cathode separator 320 (the part excluding the convex part 324 and the convex part 336). Of the region facing the cathode-side porous channel layer 230 of the cathode-side separator 320, the portion other than the portion where the dimple 319 is formed is in contact with the surface of the cathode-side porous channel layer 230.

図4および図5に示すように、アノード側セパレータ310には、カソード側セパレータ320と同様に、燃料ガス供給マニホールド162を構成する開口311が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド152を構成する開口313が形成されている。また、図5に示すように、アノード側セパレータ310において、カソード側セパレータ320の燃料ガス側折り返し部分322の平行部分に対向する位置および凸部329に対向する位置には、カソード側セパレータ320に向かう方向に凸な凸部312が形成されている。凸部312の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分322および凸部329の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、図4に示すように、アノード側セパレータ310において、カソード側セパレータ320の酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分の酸化剤ガス供給マニホールド152に近い部分に対向する位置および凸部329に対向する位置には、カソード側セパレータ320に向かう方向に凸な凸部315が形成されている。凸部315の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分325および凸部329の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。なお、図4に示すように、アノード側セパレータ310の酸化剤ガス側折り返し部分325に対向する位置に形成された凸部315の面方向最内側部分の位置は、電解質膜212およびアノード側の各層(アノード214、アノード側拡散層216、アノード側多孔体流路層220)の外縁(端面)から所定の長さL1だけ外側の位置となっている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the anode side separator 310 is provided with an opening 311 that constitutes a fuel gas supply manifold 162 and an oxidant gas supply manifold 152, similarly to the cathode side separator 320. An opening 313 is formed. Further, as shown in FIG. 5, in the anode side separator 310, the cathode side separator 320 faces the cathode side separator 320 at a position facing the parallel portion of the fuel gas side folded portion 322 and a position facing the convex portion 329. A convex portion 312 that is convex in the direction is formed. The position along the stacking direction of the portion substantially parallel to the surface direction of the convex portion 312 is such that a slight space for sealing is provided between the fuel gas side folded portion 322 and the portion substantially parallel to the surface direction of the convex portion 329. It is a position to be secured. Further, as shown in FIG. 4, in the anode side separator 310, the position facing the portion near the oxidant gas supply manifold 152 in the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 of the cathode side separator 320 and the convex portion 329 are opposed. A protruding portion 315 that protrudes in the direction toward the cathode-side separator 320 is formed at the position. The position along the stacking direction of the portion substantially parallel to the surface direction of the convex portion 315 is a slight space for sealing between the oxidant gas side folded portion 325 and the portion substantially parallel to the surface direction of the convex portion 329. It is a position where is secured. As shown in FIG. 4, the position of the innermost portion in the surface direction of the convex portion 315 formed at the position facing the oxidant gas side folded portion 325 of the anode side separator 310 is the electrolyte membrane 212 and each layer on the anode side. It is a position outside the outer edge (end surface) of the (anode 214, anode side diffusion layer 216, anode side porous channel layer 220) by a predetermined length L1.

なお、アノード側セパレータ310には、カソード側セパレータ320のように、折り返し部分322および325は形成されていない。第1実施例におけるカソード側セパレータ320は、本発明における第1のセパレータに相当し、第1実施例におけるアノード側セパレータ310は、本発明における第2のセパレータに相当する。   Note that the folded portions 322 and 325 are not formed in the anode side separator 310 unlike the cathode side separator 320. The cathode side separator 320 in the first embodiment corresponds to the first separator in the present invention, and the anode side separator 310 in the first embodiment corresponds to the second separator in the present invention.

図5(a)および図5(b)に示すように、カソード側セパレータ320の燃料ガス側折り返し部分322の平行部分とアノード側セパレータ310の凸部312との間、および、カソード側セパレータ320の凸部329とアノード側セパレータ310の凸部312との間は、シール材420によりシールされている。また、図4(a)および図4(b)に示すように、カソード側セパレータ320の酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分とアノード側セパレータ310の凸部315との間、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と電解質膜212との間、および、カソード側セパレータ320の凸部329とアノード側セパレータ310の凸部315との間は、シール材420によりシールされている。各シール材は、シール箇所におけるシール機能と短絡防止機能とを発揮する。シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂が用いられる。各シール材420の積層方向に沿った位置は、略同一となっている。   As shown in FIGS. 5A and 5B, between the parallel portion of the fuel gas side folded portion 322 of the cathode side separator 320 and the convex portion 312 of the anode side separator 310, and the cathode side separator 320 of FIG. A space between the convex portion 329 and the convex portion 312 of the anode separator 310 is sealed with a sealing material 420. Also, as shown in FIGS. 4A and 4B, the gap between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 of the cathode side separator 320 and the convex portion 315 of the anode side separator 310 is on the oxidant gas side. A seal material 420 seals between the parallel portion of the folded portion 325 and the electrolyte membrane 212 and between the convex portion 329 of the cathode side separator 320 and the convex portion 315 of the anode side separator 310. Each sealing material exhibits a sealing function and a short-circuit prevention function at the seal location. As the sealing material, for example, an adhesive or a thermoplastic resin is used. The positions along the stacking direction of the sealing materials 420 are substantially the same.

図4(a)および図4(b)に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分325には、アノード側セパレータ310に向かう方向へ突出したリブ372が形成されている。リブ372は、電解質膜212およびアノード側の各層(アノード214、アノード側拡散層216、アノード側多孔体流路層220)の外縁(端面)に隣接する位置と、酸化剤ガス側折り返し部分325に対向する凸部315の面方向最内側部分に隣接する位置と、の2箇所に位置するように設けられており、各リブ372は発電モジュール200の平面の長辺に平行な方向(X方向)に沿って伸びている。電解質膜212およびアノード側の各層の外縁に隣接する位置のリブ372の形状は、例えば、電解質膜212等の外縁に近接し積層方向に略平行な垂直板状部分と垂直板状部分の先端から当該外縁から離れる斜め方向に伸びる斜め板状部分とから構成される形状である。また、凸部315に隣接する位置のリブ372の形状は、例えば、凸部315に近接し積層方向に略平行な垂直板状部分と垂直板状部分の先端から凸部315から離れる斜め方向に伸びる斜め板状部分とから構成される形状である。これらのリブ372の存在により、例えば単セル140の製造の際に、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と凸部315との間に配置されたシール材420が面方向内側に向かって移動することが阻止されると共に、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と電解質膜212との間に配置されたシール材420が面方向外側に向かって移動することが阻止される。従って、電解質膜212およびアノード側の各層の外縁と酸化剤ガス側折り返し部分325に対向する凸部315の面方向最内側部分との間には、幅略L1で、発電モジュール200の平面の長辺と平行な方向に伸びる溝型内部流路空間CRが確保される。溝型内部流路空間CRは、酸化剤ガス側折り返し部分325とアノード側セパレータ310とに挟まれた空間である(図5(b)参照)。図2および図3には、単セル140の平面における溝型内部流路空間CRの概略位置を破線で示している。   As shown in FIGS. 4A and 4B, a rib 372 protruding in the direction toward the anode side separator 310 is formed in the oxidant gas side folded portion 325. The ribs 372 are located at positions adjacent to the outer edge (end surface) of the electrolyte membrane 212 and each layer on the anode side (the anode 214, the anode side diffusion layer 216, and the anode side porous body flow path layer 220), and the oxidant gas side folded portion 325. The ribs 372 are provided at two locations, the position adjacent to the innermost surface portion of the convex portion 315 facing each other, and each rib 372 is parallel to the long side of the plane of the power generation module 200 (X direction). It extends along. The shape of the rib 372 adjacent to the outer edge of each layer on the electrolyte membrane 212 and the anode side is, for example, close to the outer edge of the electrolyte membrane 212 etc. It is a shape comprised from the diagonal plate-shaped part extended in the diagonal direction which leaves | separates from the said outer edge. Further, the shape of the rib 372 at a position adjacent to the convex portion 315 is, for example, a vertical plate portion close to the convex portion 315 and substantially parallel to the stacking direction, and an oblique direction away from the convex portion 315 from the tip of the vertical plate portion. It is the shape comprised from the slanting plate-shaped part extended. Due to the presence of these ribs 372, for example, when the single cell 140 is manufactured, the sealant 420 arranged between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the convex portion 315 moves inward in the plane direction. In addition, the sealing material 420 disposed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the electrolyte membrane 212 is prevented from moving outward in the surface direction. Therefore, between the outer edge of each layer on the electrolyte membrane 212 and the anode side and the innermost portion in the surface direction of the convex portion 315 facing the oxidant gas side folded portion 325, the width of the plane of the power generation module 200 is approximately L1. A groove-type internal channel space CR extending in a direction parallel to the side is secured. The groove-type internal channel space CR is a space sandwiched between the oxidant gas side folded portion 325 and the anode side separator 310 (see FIG. 5B). 2 and 3, the approximate position of the groove-type internal channel space CR in the plane of the single cell 140 is indicated by a broken line.

図3ないし図5には、単セル140における燃料ガス供給マニホールド162および酸化剤ガス供給マニホールド152付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド164および酸化剤ガス排出マニホールド154付近の構成も同様である。すなわち、単セル140における燃料ガス排出マニホールド164付近には、図5に示した燃料ガス供給マニホールド162付近と同様に、カソード側セパレータ320に燃料ガス排出マニホールド164を構成する開口321が形成されており、当該開口321の隣には金属板の一部が膜電極接合体210の方向に折り返された折り返し部分322が形成されている。折り返し部分322には、折り返し部分322とカソード側セパレータ320との間に形成された内部流路空間350と燃料ガス排出マニホールド164とを連通する連通孔326が形成されている。また、単セル140における酸化剤ガス排出マニホールド154付近には、図4に示した酸化剤ガス供給マニホールド152付近と同様に、カソード側セパレータ320に酸化剤ガス排出マニホールド154を構成する開口323が形成されており、当該開口323の隣には金属板の一部が膜電極接合体210の方向に折り返された折り返し部分325が形成されている。折り返し部分325には、折り返し部分325とカソード側セパレータ320との間に形成された内部流路空間360と酸化剤ガス排出マニホールド154とを連通する連通孔326が形成されている。また、酸化剤ガス排出マニホールド154に隣接して形成された折り返し部分325にも、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と凸部315との間に配置されたシール材420が面方向内側に向かって移動することを阻止すると共に、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と電解質膜212との間に配置されたシール材420が面方向外側に向かって移動することを阻止するためのリブ372が形成されている。従って、酸化剤ガス排出マニホールド154に隣接して形成された折り返し部分325付近にも、電解質膜212およびアノード側の各層の外縁と酸化剤ガス側折り返し部分325に対向する凸部315の面方向最内側部分との間に、幅略L1で、発電モジュール200の平面の長辺と平行な方向に伸びる溝型内部流路空間CRが確保される(図2参照)。   3 to 5 show the configuration in the vicinity of the fuel gas supply manifold 162 and the oxidant gas supply manifold 152 in the single cell 140, but the configurations in the vicinity of the fuel gas discharge manifold 164 and the oxidant gas discharge manifold 154 are the same. is there. That is, an opening 321 constituting the fuel gas discharge manifold 164 is formed in the cathode side separator 320 in the vicinity of the fuel gas discharge manifold 164 in the single cell 140, similarly to the vicinity of the fuel gas supply manifold 162 shown in FIG. Next to the opening 321, a folded portion 322 in which a part of the metal plate is folded in the direction of the membrane electrode assembly 210 is formed. The folded portion 322 is formed with a communication hole 326 that communicates the internal flow path space 350 formed between the folded portion 322 and the cathode separator 320 and the fuel gas discharge manifold 164. Further, in the vicinity of the oxidant gas discharge manifold 154 in the single cell 140, an opening 323 constituting the oxidant gas discharge manifold 154 is formed in the cathode side separator 320 in the same manner as the vicinity of the oxidant gas supply manifold 152 shown in FIG. Next, a folded portion 325 in which a part of the metal plate is folded in the direction of the membrane electrode assembly 210 is formed next to the opening 323. In the folded portion 325, a communication hole 326 is formed to communicate the internal flow path space 360 formed between the folded portion 325 and the cathode side separator 320 and the oxidizing gas discharge manifold 154. In addition, a sealing material 420 disposed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the convex portion 315 is also provided on the inner side in the surface direction at the folded portion 325 formed adjacent to the oxidant gas discharge manifold 154. A rib for preventing the sealant 420 disposed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the electrolyte membrane 212 from moving toward the outside in the surface direction. 372 is formed. Therefore, in the vicinity of the folded portion 325 formed adjacent to the oxidant gas discharge manifold 154, the outermost edge of each layer on the electrolyte membrane 212 and the anode side and the convex portion 315 facing the oxidant gas side folded portion 325 are arranged in the surface direction. Between the inner portion, a groove-type internal flow path space CR having a width of approximately L1 and extending in a direction parallel to the long side of the plane of the power generation module 200 is secured (see FIG. 2).

図4および図5に示すように、単セル140には、複数の単セル140を積層した際に、図2および図3に示す発電モジュール200および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインSLを形成するために、ガスケット500が配置されている。ガスケット500は、射出成形により形成される。ガスケット500は、凸部502を有している。ある単セル140に配置されたガスケット500の凸部502は、複数の単セル140を積層した際に、隣接する他の単セル140のアノード側セパレータ310の凸部312および凸部315の表面に密着してシールラインSLを形成する。単セル140の平面におけるガスケット500および凸部502の配置は、図2および図3に示すシールラインSLが形成されるような配置となっており、図4および図5に示す断面においては、凸部324および凸部329と重なる配置となっている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the single cell 140 has a seal line that surrounds the power generation module 200 and the manifold openings shown in FIGS. 2 and 3 in the surface direction when a plurality of single cells 140 are stacked. In order to form SL, a gasket 500 is arranged. The gasket 500 is formed by injection molding. The gasket 500 has a convex portion 502. The convex portions 502 of the gasket 500 arranged in a single cell 140 are formed on the surfaces of the convex portions 312 and 315 of the anode-side separator 310 of another adjacent single cell 140 when the plurality of single cells 140 are stacked. The seal line SL is formed in close contact. The arrangement of the gasket 500 and the convex portion 502 in the plane of the single cell 140 is such that the seal line SL shown in FIGS. 2 and 3 is formed. In the cross section shown in FIGS. The arrangement overlaps the portion 324 and the convex portion 329.

また、複数の単セル140を積層した際に、ディンプル319の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル140のアノード側セパレータ310の表面に接触する。これにより、2つの単セル140間(すなわち、カソード側セパレータ320と当該カソード側セパレータ320に膜電極接合体210を挟まずに隣接するアノード側セパレータ310との間)には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図2に示した冷却媒体供給マニホールド172および冷却媒体排出マニホールド174に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。   Further, when the plurality of single cells 140 are stacked, the outermost surface in the stacking direction of the dimples 319 contacts the surface of the anode-side separator 310 of another single cell 140 adjacent along the stacking direction. Thus, between the two single cells 140 (that is, between the cathode side separator 320 and the anode side separator 310 adjacent to the cathode side separator 320 without sandwiching the membrane electrode assembly 210) along the surface direction. A continuous space is formed. This space communicates with the cooling medium supply manifold 172 and the cooling medium discharge manifold 174 shown in FIG. 2, and is used as a flow path for the cooling medium.

図4(a)および図4(b)において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド152に供給された酸化剤ガスとしての空気は、燃料ガス側折り返し部分322に形成された連通孔326を介して内部流路空間360に導かれる。内部流路空間360は、発電モジュール200のカソード側の各層(カソード215、カソード側拡散層217、カソード側多孔体流路層230)の端面に連通している。そのため、内部流路空間360に導かれた酸化剤ガスは、発電モジュール200のカソード側端面に達し、最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層230内に進入する。その後、酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層230内を排出側に向かって流動しつつカソード側拡散層217およびカソード215に供給される。発電モジュール200において利用されなかった酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層230から酸化剤ガス排出マニホールド154側に形成された内部流路空間360に排出され、酸化剤ガス排出マニホールド154側に形成された連通孔326を介して酸化剤ガス排出マニホールド154に排出される。   As shown by arrows in FIGS. 4A and 4B, the air as the oxidant gas supplied to the oxidant gas supply manifold 152 passes through the communication hole 326 formed in the fuel gas side folded portion 322. To the internal flow path space 360. The internal channel space 360 communicates with the end face of each layer on the cathode side of the power generation module 200 (cathode 215, cathode side diffusion layer 217, cathode side porous channel layer 230). Therefore, the oxidant gas guided to the internal channel space 360 reaches the cathode side end surface of the power generation module 200 and enters the cathode side porous channel layer 230 having the smallest internal channel resistance. Thereafter, the oxidant gas is supplied to the cathode side diffusion layer 217 and the cathode 215 while flowing in the cathode side porous channel layer 230 toward the discharge side. The oxidant gas that has not been used in the power generation module 200 is discharged from the cathode-side porous flow path layer 230 to the internal flow path space 360 formed on the oxidant gas discharge manifold 154 side, and to the oxidant gas discharge manifold 154 side. It is discharged to the oxidant gas discharge manifold 154 through the formed communication hole 326.

また、図5(a)および図5(b)において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド162に供給された燃料ガスとしての水素は、酸化剤ガス側折り返し部分325に形成された連通孔326を介して内部流路空間350に導かれる。ここで、内部流路空間350は、溝型内部流路空間CRに連通している(図3(a)および図5(b)参照)。また、溝型内部流路空間CRは、発電モジュール200のアノード側多孔体流路層220の端面に面している(図4参照)。そのため、内部流路空間350に導かれた燃料ガスは、溝型内部流路空間CR内に進入して溝型内部流路空間CR内を発電モジュール200の平面の長辺と平行な方向(X方向)に沿って拡散しつつアノード側多孔体流路層220内に進入する。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体流路層220内を排出側に向かって流動しつつアノード側拡散層216およびアノード214に供給される。発電モジュール200において利用されなかった燃料ガスは、下流側の溝型内部流路空間CR内に排出され、溝型内部流路空間CRを通って燃料ガス排出マニホールド164側に形成された内部流路空間350に導かれ、さらに燃料ガス排出マニホールド164に形成された連通孔326を介して燃料ガス排出マニホールド164に排出される。   5A and 5B, hydrogen as the fuel gas supplied to the fuel gas supply manifold 162 is communicated with a communication hole 326 formed in the oxidant gas side folded portion 325. To the internal flow path space 350. Here, the internal flow path space 350 communicates with the groove-type internal flow path space CR (see FIGS. 3A and 5B). Further, the groove-type internal channel space CR faces the end surface of the anode-side porous channel layer 220 of the power generation module 200 (see FIG. 4). Therefore, the fuel gas introduced into the internal flow path space 350 enters the groove-type internal flow path space CR and passes through the groove-type internal flow path space CR in a direction parallel to the long side of the plane of the power generation module 200 (X The anode-side porous flow path layer 220 while diffusing along the direction. Thereafter, the fuel gas is supplied to the anode-side diffusion layer 216 and the anode 214 while flowing in the anode-side porous channel layer 220 toward the discharge side. The fuel gas that has not been used in the power generation module 200 is discharged into the groove-type internal flow path space CR on the downstream side, and the internal flow path formed on the fuel gas discharge manifold 164 side through the groove-type internal flow path space CR. It is guided to the space 350 and further discharged to the fuel gas discharge manifold 164 through a communication hole 326 formed in the fuel gas discharge manifold 164.

図2には、単セル140の平面における上述した燃料ガスの流通経路を矢印で示している。図2からもわかるように、本実施例では、溝型内部流路空間CRは、アノード側多孔体流路層220における燃料ガス流れ方向の上流側および下流側の外縁に沿って伸びるように形成されている。そのため、溝型内部流路空間CRは、燃料ガスの均一分配性を向上させる、いわゆるコモンレールとして機能する。   In FIG. 2, the above-described fuel gas flow path in the plane of the single cell 140 is indicated by arrows. As can be seen from FIG. 2, in this embodiment, the groove-type internal flow path space CR is formed so as to extend along the upstream and downstream outer edges of the anode-side porous flow path layer 220 in the fuel gas flow direction. Has been. Therefore, the groove-type internal flow path space CR functions as a so-called common rail that improves the uniform distribution of the fuel gas.

図7は、第1実施例における単セル140の製造工程を示すフローチャートである。単セル140の製造工程のステップS110では、カソード側セパレータ320の成形が実行される。図8は、カソード側セパレータ320の成形工程を示すフローチャートである。また、図9は、カソード側セパレータ320の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ320の状態を示す説明図である。図9には、成形工程の各段階におけるカソード側セパレータ320の酸化剤ガス供給マニホールド152を構成する開口323付近の部分の状態を示している。   FIG. 7 is a flowchart showing manufacturing steps of the single cell 140 in the first embodiment. In step S110 of the manufacturing process of the single cell 140, the cathode-side separator 320 is formed. FIG. 8 is a flowchart showing a forming process of the cathode-side separator 320. FIG. 9 is an explanatory view showing the state of the cathode separator 320 at each stage in the molding process of the cathode separator 320. FIG. 9 shows the state of the portion in the vicinity of the opening 323 constituting the oxidant gas supply manifold 152 of the cathode-side separator 320 at each stage of the molding process.

カソード側セパレータ320の成形工程のステップS210では、カソード側セパレータ320の材料としての金属板にプレス成形加工が施される。このプレス成形加工では、凸部324が形成される。図10(a)には、カソード側セパレータ320の材料としての金属板がプレス機Pでプレスされ、凸部324が形成された様子を示している。なお、金属板における凸部324が形成されない部分は、内部流路空間360(または内部流路空間350)となる。凸部324は、図9(a)に示すように、金属板における開口323(または開口321)が形成される位置より面方向内側(膜電極接合体210側)の位置に形成される。プレス成形加工では、また、図9(a)に示すように、開口323が形成される位置(すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分325となる位置)に、リブ372が形成される。図10(b)には、カソード側セパレータ320の材料としての金属板が別のプレス機Pでプレスされ、リブ372が形成された様子を示している。なお、このプレス成型加工では、凸部324およびリブ372の他に、凸部327や凸部329、凸部336、ディンプル319等も形成される。   In step S <b> 210 of the forming process of the cathode side separator 320, press forming is performed on the metal plate as the material of the cathode side separator 320. In this press molding process, the convex portion 324 is formed. FIG. 10A shows a state in which a convex portion 324 is formed by pressing a metal plate as a material of the cathode-side separator 320 with the press P. In addition, the part in which the convex part 324 in a metal plate is not formed becomes the internal flow path space 360 (or internal flow path space 350). As shown in FIG. 9A, the convex portion 324 is formed at a position on the inner side in the surface direction (on the membrane electrode assembly 210 side) from a position where the opening 323 (or the opening 321) is formed in the metal plate. In the press forming process, as shown in FIG. 9A, ribs 372 are formed at positions where the openings 323 are formed (that is, positions where the oxidant gas side folded-back portions 325 are formed). FIG. 10B shows a state in which a rib 372 is formed by pressing a metal plate as a material of the cathode side separator 320 with another press P. In this press molding process, in addition to the convex portions 324 and the ribs 372, convex portions 327, convex portions 329, convex portions 336, dimples 319, and the like are also formed.

カソード側セパレータ320の成形工程のステップS220では、カソード側セパレータ320の材料としての金属板に孔空け加工が施され、連通孔326が形成される。連通孔326は、図9(b)に示すように、開口323(または開口321)の折り曲げ線付近に並ぶように、かつ、凸部324と対向しないような位置に、形成される。   In step S <b> 220 of the forming process of the cathode-side separator 320, the metal plate as the material of the cathode-side separator 320 is drilled to form the communication hole 326. As shown in FIG. 9B, the communication hole 326 is formed in a position so as to be aligned near the fold line of the opening 323 (or the opening 321) and not to face the convex portion 324.

カソード側セパレータ320の成形工程のステップS230では、カソード側セパレータ320の材料としての金属板に折り曲げ加工が施され、酸化剤ガス側折り返し部分325および燃料ガス側折り返し部分322が形成される。折り曲げ加工では、図9(c)に示すように、金属板に開口323(または開口321)が形成されると共に、開口323が形成される位置の部分の一部が面方向内側に向かって折り曲げられる。これにより、カソード側セパレータ320には、酸化剤ガス供給マニホールド152および酸化剤ガス排出マニホールド154を構成する開口323と燃料ガス供給マニホールド162および燃料ガス排出マニホールド164を構成する開口321とが形成されると共に、酸化剤ガス側折り返し部分325および燃料ガス側折り返し部分322が形成される。   In step S230 of the forming process of the cathode side separator 320, the metal plate as the material of the cathode side separator 320 is bent to form the oxidant gas side folded portion 325 and the fuel gas side folded portion 322. In the bending process, as shown in FIG. 9C, the opening 323 (or opening 321) is formed in the metal plate, and a part of the portion where the opening 323 is formed is bent inward in the surface direction. It is done. As a result, the cathode side separator 320 is formed with an opening 323 constituting the oxidant gas supply manifold 152 and the oxidant gas discharge manifold 154 and an opening 321 constituting the fuel gas supply manifold 162 and the fuel gas discharge manifold 164. At the same time, an oxidant gas side folded portion 325 and a fuel gas side folded portion 322 are formed.

単セル140の製造工程(図7)のステップS120では、アノード側セパレータ310の成形が実行される。アノード側セパレータ310の成形では、材料としての金属板にプレス成型加工が施され、開口311および開口313や、凸部312および凸部315が形成される。ステップS130では、カソード側セパレータ320にシール材420が配置される。シール材420は、上述した位置に配置される。ステップS140では、カソード側セパレータ320に発電モジュール200を構成する各層が積層され、さらに、アノード側セパレータ310が積層される。ステップS160では、積層状態で熱圧着による接合が行われ、単セル140の製造が完了する。   In step S120 of the manufacturing process (FIG. 7) of the single cell 140, the anode-side separator 310 is molded. In the formation of the anode side separator 310, the metal plate as a material is subjected to press molding to form the opening 311 and the opening 313, and the convex portion 312 and the convex portion 315. In step S <b> 130, the sealing material 420 is disposed on the cathode side separator 320. The sealing material 420 is disposed at the position described above. In step S140, the layers constituting the power generation module 200 are stacked on the cathode side separator 320, and the anode side separator 310 is further stacked. In step S160, joining by thermocompression bonding is performed in the laminated state, and the manufacture of the single cell 140 is completed.

以上説明したように、第1実施例の燃料電池100では、カソード側セパレータ320に、各マニホールド(燃料ガス供給マニホールド162、燃料ガス排出マニホールド164、酸化剤ガス供給マニホールド152、酸化剤ガス排出マニホールド154)を構成する開口321および開口323が形成されており、アノード側セパレータ310にも、各マニホールドを構成する開口311および開口313が形成されている。また、単セル140内には、カソード側多孔体流路層230の端面に連通する内部流路空間360と、溝型内部流路空間CRに連通する内部流路空間350と、が形成されており、カソード側セパレータ320には、酸化剤ガス供給マニホールド152および酸化剤ガス排出マニホールド154と内部流路空間360とを連通する連通孔326と、燃料ガス供給マニホールド162および燃料ガス排出マニホールド164と内部流路空間350とを連通する連通孔326と、が形成されている。そのため、第1実施例の燃料電池100では、アノード側およびカソード側共に、カソード側セパレータ320の側に形成された流路空間を介して、反応ガスマニホールドと発電モジュール200端面との間で反応ガスのやり取りが行われる。従って、第1実施例の燃料電池100では、セパレータにおける多孔体流路層に対向する面に設けられた供給口および排出口を介してセパレータ内部に設けられた反応ガス流路空間と多孔体流路層との間での反応ガスのやり取りを行う従来の燃料電池と比較して、単セル140の厚さを低減することができる。   As described above, in the fuel cell 100 of the first embodiment, each cathode (the fuel gas supply manifold 162, the fuel gas discharge manifold 164, the oxidant gas supply manifold 152, the oxidant gas discharge manifold 154) is connected to the cathode separator 320. Are formed, and the anode separator 310 is also formed with openings 311 and 313 that constitute each manifold. In the single cell 140, an internal flow path space 360 communicating with the end face of the cathode-side porous flow path layer 230 and an internal flow path space 350 communicating with the groove-type internal flow path space CR are formed. The cathode separator 320 includes a communication hole 326 that connects the oxidant gas supply manifold 152, the oxidant gas discharge manifold 154, and the internal flow space 360, and a fuel gas supply manifold 162, a fuel gas discharge manifold 164, and an internal A communication hole 326 communicating with the flow path space 350 is formed. Therefore, in the fuel cell 100 of the first embodiment, the reaction gas is formed between the reaction gas manifold and the end face of the power generation module 200 via the flow path space formed on the cathode side separator 320 on both the anode side and the cathode side. Is exchanged. Therefore, in the fuel cell 100 of the first embodiment, the reactive gas flow path space and the porous body flow provided in the separator via the supply port and the discharge port provided on the surface of the separator facing the porous body flow layer. The thickness of the unit cell 140 can be reduced as compared with a conventional fuel cell that exchanges reaction gas with the road layer.

さらに、第1実施例の燃料電池100では、カソード側セパレータ320の酸化剤ガス側折り返し部分325が、カソード側セパレータ320とアノード側セパレータ310との間をシールするシール材420と溝型内部流路空間CRとの境界の位置に形成され溝型内部流路空間CRに沿って伸びるリブ372を有している。そのため、カソード側セパレータ320とアノード側セパレータ310との間(酸化剤ガス側折り返し部分325と凸部315との間)に配置されたシール材420が面方向内側に向かって移動することが阻止され、アノード側多孔体流路層220における燃料ガス流れ方向の上流側および下流側の外縁に溝型内部流路空間CRが確保される。そのため、第1実施例の燃料電池100では、単セル140の内部に燃料ガスの均一分配性を向上させる、いわゆるコモンレールを形成することができる上、例えば単セル140の外部に同様の溝型内部流路空間を設ける場合と比較して単セル140の厚さを増大させることもない。従って、第1実施例の燃料電池100では、単セル140の厚さを低減しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることができる。   Further, in the fuel cell 100 of the first embodiment, the oxidizing gas side folded portion 325 of the cathode side separator 320 has a sealing material 420 that seals between the cathode side separator 320 and the anode side separator 310, and a groove-type internal flow path. A rib 372 is formed at a boundary with the space CR and extends along the groove-type internal flow path space CR. Therefore, the sealing material 420 disposed between the cathode side separator 320 and the anode side separator 310 (between the oxidant gas side folded portion 325 and the convex portion 315) is prevented from moving inward in the surface direction. The groove-type internal flow path space CR is secured at the upstream and downstream outer edges of the anode-side porous flow path layer 220 in the fuel gas flow direction. Therefore, in the fuel cell 100 according to the first embodiment, a so-called common rail can be formed in the single cell 140 to improve the uniform distribution of the fuel gas. The thickness of the single cell 140 is not increased compared to the case where the flow path space is provided. Therefore, in the fuel cell 100 of the first embodiment, the uniform distribution of the reaction gas can be improved while reducing the thickness of the single cell 140.

なお、第1実施例の燃料電池100では、酸化剤ガス側折り返し部分325に、酸化剤ガス側折り返し部分325と電解質膜212との間をシールするシール材420と溝型内部流路空間CRとの境界の位置にも溝型内部流路空間CRに沿って伸びるリブ372が形成されているため、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と電解質膜212との間に配置されたシール材420が面方向外側に向かって移動することが阻止され、より確実に溝型内部流路空間CRが確保される。また、第1実施例の燃料電池100では、リブ372によってシール材420の移動が阻止されるため、シール材420の使用量を低減することができる。   In the fuel cell 100 of the first embodiment, the oxidant gas side folded portion 325 includes a seal material 420 that seals between the oxidant gas side folded portion 325 and the electrolyte membrane 212, and a groove-type internal flow path space CR. Since the rib 372 extending along the groove-type internal flow path space CR is also formed at the boundary position, the sealing material 420 disposed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the electrolyte membrane 212. Is prevented from moving outward in the surface direction, and the groove-type internal flow path space CR is more reliably secured. Further, in the fuel cell 100 of the first embodiment, since the movement of the sealing material 420 is prevented by the ribs 372, the amount of the sealing material 420 used can be reduced.

また、第1実施例の燃料電池100では、単セル140の内部にいわゆるコモンレールを形成するために単セル140の表面に段差が設けられることもないため、単セル140製造の際の熱圧着工程用の治具としてワーク側表面に必要最小限の凹凸のみを有する平坦性の高い形状の治具を使用することができ、結果として、製造される単セル140の精度を向上させることができる。   Further, in the fuel cell 100 of the first embodiment, a step is not provided on the surface of the single cell 140 in order to form a so-called common rail inside the single cell 140, so that the thermocompression bonding process at the time of manufacturing the single cell 140 is performed. As a jig for use, a jig with a high flatness having only the minimum necessary unevenness on the workpiece side surface can be used, and as a result, the accuracy of the manufactured single cell 140 can be improved.

また、第1実施例の燃料電池100では、カソード側セパレータ320に、カソード側セパレータ320の材料としての金属板における開口321が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口321の膜電極接合体210側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体210側に折り返されて形成された折り返し部分322と、金属板における開口323が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口323の膜電極接合体210側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体210側に折り返されて形成された折り返し部分325と、を有する。そして、内部流路空間360は、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分とカソード側セパレータ320との間に形成され、酸化剤ガス供給マニホールド152および酸化剤ガス排出マニホールド154と内部流路空間360とを連通する連通孔326は、酸化剤ガス側折り返し部分325に形成される。また、内部流路空間350は、燃料ガス側折り返し部分322の平行部分とカソード側セパレータ320との間に形成され、燃料ガス供給マニホールド162および燃料ガス排出マニホールド164と内部流路空間350とを連通する連通孔326は、燃料ガス側折り返し部分322に形成される。そのため、第1実施例の燃料電池100では、カソード側セパレータ320およびアノード側セパレータ310の両方に折り返し部分を形成する場合と比較して加工工程の煩雑化を抑制できると共に、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第1実施例の燃料電池100では、ガス流路を施した樹脂フレームや樹脂フィルム等の別部品を用いて反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。   Further, in the fuel cell 100 of the first embodiment, a membrane electrode assembly in which at least a part of the position where the opening 321 is formed in the metal plate as the material of the cathode side separator 320 is formed in the cathode side separator 320. A membrane electrode assembly in which at least a part of a position where the opening 323 is formed in the metal plate and a folded portion 322 formed by folding back to the membrane electrode assembly 210 side with the side on the 210 side as a fold line is formed. And a folded portion 325 formed by being folded back to the membrane electrode assembly 210 side with the side on the 210 side as a folding line. The internal flow space 360 is formed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the cathode separator 320, and the oxidant gas supply manifold 152, the oxidant gas discharge manifold 154, and the internal flow space 360. Are formed in the oxidant gas side folded portion 325. The internal channel space 350 is formed between the parallel portion of the fuel gas side folded portion 322 and the cathode side separator 320, and communicates the fuel gas supply manifold 162 and the fuel gas discharge manifold 164 with the internal channel space 350. The communicating hole 326 is formed in the fuel gas side folded portion 322. Therefore, in the fuel cell 100 of the first embodiment, complication of the processing steps can be suppressed as compared with the case where the folded portions are formed on both the cathode side separator 320 and the anode side separator 310, and the gas in the reaction gas lead-in / out portion is reduced. It is possible to achieve both the securing of the flow path and the gas sealing property. In addition, in the fuel cell 100 of the first embodiment, it is possible to achieve both the securing of the gas flow path and the securing of the gas sealing performance in the reaction gas lead-in / out section by using another part such as a resin frame or a resin film provided with the gas flow path. Compared with the case where it implement | achieves, reduction of a number of parts, simplification of a manufacturing process, and cost reduction can be aimed at.

また、第1実施例の燃料電池100では、反応ガス導出入部において反応ガスが発電モジュール200の端面を介して導出入されるため、反応ガスを発電モジュール200の積層面(面方向に平行な面)を介して導出入させることによりガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、電極利用率を向上させることができると共に、ガス溜まりによる排水性能の低下を抑制することができる。さらに、第1実施例の燃料電池100では、ガスケット500のバックアップ機能を電極ではなく金属製のセパレータにもたせることができるため、ガスケット500のバックアップ機能を電極にもたせる場合と比較して、電極の耐久性を向上させることができる。   Further, in the fuel cell 100 according to the first embodiment, since the reaction gas is led in / out through the end face of the power generation module 200 in the reaction gas lead-in / out section, the reaction gas is placed on the stacked surface of the power generation module 200 (surface parallel to the surface direction) ), The electrode utilization rate can be improved and the drainage performance is reduced due to gas accumulation, compared with the case where both the gas flow path and the gas sealability are ensured. Can be suppressed. Furthermore, in the fuel cell 100 of the first embodiment, the backup function of the gasket 500 can be provided not on the electrode but on a metal separator, so that the durability of the electrode can be improved compared to the case where the backup function of the gasket 500 is provided on the electrode. Can be improved.

B.第2実施例:
図11は、第2実施例における単セル140aの断面構成を示す説明図である。図11(a)には図3(b)のC1−C1断面を示しており、図11(b)には図3(b)のD1−D1断面を示している。第2実施例の単セル140aの構成は、溝型内部流路空間CR周辺の構成の点で、図4に示した第1実施例の単セル140の構成とは異なっており、その他の点は第1実施例の単セル140の構成と同様である。
B. Second embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the single cell 140a in the second embodiment. FIG. 11A shows a C1-C1 cross section of FIG. 3B, and FIG. 11B shows a D1-D1 cross section of FIG. 3B. The configuration of the single cell 140a of the second embodiment is different from the configuration of the single cell 140 of the first embodiment shown in FIG. Is the same as the configuration of the single cell 140 of the first embodiment.

図11に示すように、第2実施例の単セル140aでは、アノード側多孔体流路層220aの長さが、他のアノード側の各層(アノード214、アノード側拡散層216)の長さよりも略長さL2だけ短くなっている。より詳細には、アノード側多孔体流路層220aの長さは、カソード側の各層の長さと略同一となっている。以下、このアノード側多孔体流路層220aがアノード側拡散層216より短くなっている部分を、アノード側多孔体流路層短縮部分と呼ぶ。   As shown in FIG. 11, in the single cell 140a of the second embodiment, the length of the anode-side porous channel layer 220a is longer than the length of each of the other anode-side layers (the anode 214 and the anode-side diffusion layer 216). The length is shortened by approximately L2. More specifically, the length of the anode-side porous channel layer 220a is substantially the same as the length of each layer on the cathode side. Hereinafter, a portion where the anode-side porous flow path layer 220a is shorter than the anode-side diffusion layer 216 is referred to as an anode-side porous flow path layer shortened portion.

図12は、第2実施例のアノード側セパレータ310aにおけるアノード側多孔体流路層短縮部分に対向する領域の形状を概略的に示す説明図である。図11および図12に示すように、アノード側セパレータ310aのアノード側多孔体流路層短縮部分と対向する領域には、リブ386と複数の凸部382,384とが形成されている。リブ386は、発電モジュール200の平面の長辺に平行な方向(X方向)に沿って伸びる連続した凸形状(カソード側セパレータ320側に凸な凸形状)に形成されている。リブ386の位置は、アノード側拡散層216の外縁の位置と略同一である。凸部382,384は、アノード側セパレータ310aにおけるアノード側多孔体流路層短縮部分に離散的に配置され、カソード側セパレータ320側に凸な形状に形成されている。複数の凸部382は、アノード側多孔体流路層220aの外縁近辺に並んで配置されている。また、複数の凸部384は、リブ386のラインと複数の凸部382が配置されたラインとの略中間のラインに沿って並んで配置されている。リブ386および凸部382,384の積層方向に沿った最内側の表面は、アノード側拡散層216の表面に接触している。   FIG. 12 is an explanatory view schematically showing the shape of the region facing the anode-side porous channel layer shortened portion in the anode-side separator 310a of the second embodiment. As shown in FIGS. 11 and 12, ribs 386 and a plurality of convex portions 382 and 384 are formed in a region facing the anode side porous body flow path layer shortened portion of the anode side separator 310a. The ribs 386 are formed in a continuous convex shape (convex shape convex toward the cathode separator 320 side) extending along a direction (X direction) parallel to the long side of the plane of the power generation module 200. The position of the rib 386 is substantially the same as the position of the outer edge of the anode side diffusion layer 216. The convex portions 382 and 384 are discretely arranged on the anode-side porous body flow path layer shortened portion in the anode-side separator 310a, and are formed in a convex shape toward the cathode-side separator 320 side. The plurality of convex portions 382 are arranged side by side in the vicinity of the outer edge of the anode-side porous channel layer 220a. Further, the plurality of convex portions 384 are arranged side by side along a substantially intermediate line between the line of the rib 386 and the line where the plurality of convex portions 382 are arranged. The innermost surface along the stacking direction of the ribs 386 and the convex portions 382 and 384 is in contact with the surface of the anode side diffusion layer 216.

第2実施例の単セル140aでは、カソード側セパレータ320の酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分とアノード側セパレータ310aの凸部315との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と電解質膜212との間が、シール材420によりシールされている。   In the single cell 140a of the second embodiment, between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 of the cathode side separator 320 and the convex portion 315 of the anode side separator 310a, and the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325. And the electrolyte membrane 212 are sealed with a sealing material 420.

第2実施例の単セル140aでは、リブ386の存在により、酸化剤ガス側折り返し部分325の平行部分と凸部315および電解質膜212との間に配置されたシール材420が面方向内側に向かって移動することが阻止される。そのため、従って、酸化剤ガス供給マニホールド152に隣接して形成された折り返し部分325付近には、アノード側多孔体流路層220aの外縁とリブ386との間に、幅略L2で、発電モジュール200の平面の長辺と平行な方向に伸びる溝型内部流路空間CRが確保される。なお、図11には示していないが、酸化剤ガス排出マニホールド154に隣接して形成された折り返し部分325付近にも、同様に、溝型内部流路空間CRが確保される。   In the single cell 140a of the second embodiment, due to the presence of the rib 386, the sealing material 420 disposed between the parallel portion of the oxidant gas side folded portion 325 and the convex portion 315 and the electrolyte membrane 212 faces inward in the plane direction. Is prevented from moving. Therefore, in the vicinity of the folded portion 325 formed adjacent to the oxidant gas supply manifold 152, the power generation module 200 has a width of approximately L2 between the outer edge of the anode-side porous channel layer 220a and the rib 386. A groove-type internal channel space CR extending in a direction parallel to the long side of the flat surface is secured. Although not shown in FIG. 11, a groove-type internal flow path space CR is similarly secured in the vicinity of the folded portion 325 formed adjacent to the oxidant gas discharge manifold 154.

溝型内部流路空間CRは、カソード側セパレータ320の折り返し部分322の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分322の平行部分に対向するカソード側セパレータ320の部分と、の間に形成された内部流路空間350に連通している(図5参照)。従って、第2実施例の燃料電池100では、第1実施例と同様に、燃料ガス供給マニホールド162に供給された燃料ガスとしての水素は、酸化剤ガス側折り返し部分325に形成された連通孔326を介して内部流路空間350に導かれ、溝型内部流路空間CR内に進入して溝型内部流路空間CR内を発電モジュール200の平面の長辺と平行な方向(X方向)に沿って拡散しつつアノード側多孔体流路層220a内に進入する。なお、燃料ガスは、凸部382と凸部382との間の隙間を介して溝型内部流路空間CRからアノード側多孔体流路層220aへと移動する(図12参照)。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体流路層220a内を排出側に向かって流動しつつアノード側拡散層216およびアノード214に供給される。発電モジュール200において利用されなかった燃料ガスは、下流側の溝型内部流路空間CR内に排出され、溝型内部流路空間CRを通って燃料ガス排出マニホールド164側に形成された内部流路空間350に導かれ、さらに燃料ガス排出マニホールド164に形成された連通孔326を介して燃料ガス排出マニホールド164に排出される。   The groove-type internal channel space CR is formed between the parallel part of the folded part 322 of the cathode side separator 320 and the part of the cathode side separator 320 facing the parallel part of the folded part 322 along the stacking direction. It communicates with the internal flow path space 350 (see FIG. 5). Accordingly, in the fuel cell 100 of the second embodiment, as in the first embodiment, hydrogen as the fuel gas supplied to the fuel gas supply manifold 162 is communicated with the communication hole 326 formed in the oxidant gas side folded portion 325. Is guided to the internal channel space 350, enters the groove-type internal channel space CR, and passes through the groove-type internal channel space CR in a direction (X direction) parallel to the long side of the plane of the power generation module 200. It enters the anode-side porous channel layer 220a while diffusing along. The fuel gas moves from the groove-type internal channel space CR to the anode-side porous channel layer 220a through the gap between the projections 382 and 382 (see FIG. 12). Thereafter, the fuel gas is supplied to the anode-side diffusion layer 216 and the anode 214 while flowing in the anode-side porous channel layer 220a toward the discharge side. The fuel gas that has not been used in the power generation module 200 is discharged into the groove-type internal flow path space CR on the downstream side, and the internal flow path formed on the fuel gas discharge manifold 164 side through the groove-type internal flow path space CR. It is guided to the space 350 and further discharged to the fuel gas discharge manifold 164 through a communication hole 326 formed in the fuel gas discharge manifold 164.

以上説明したように、第2実施例の燃料電池100では、アノード側多孔体流路層220aの長さがアノード側拡散層216の長さよりも略長さL2だけ短くなっており、アノード側多孔体流路層短縮部分に溝型内部流路空間CRが形成されている。また、アノード側セパレータ310aにリブ386が形成されているため、カソード側セパレータ320とアノード側セパレータ310aとの間に配置されたシール材420が面方向内側に向かって移動することが阻止される。そのため、アノード側多孔体流路層220aにおける燃料ガス流れ方向の上流側および下流側の外縁に溝型内部流路空間CRが確保される。そのため、第2実施例の燃料電池100では、単セル140aの内部に燃料ガスの均一分配性を向上させる、いわゆるコモンレールを形成することができる上、例えば単セル140aの外部に同様の溝型内部流路空間を設ける場合と比較して単セル140aの厚さを増大させることもない。従って、第2実施例の燃料電池100では、単セル140aの厚さを低減しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることができる。   As described above, in the fuel cell 100 of the second embodiment, the length of the anode-side porous flow path layer 220a is shorter than the length of the anode-side diffusion layer 216 by approximately the length L2, and the anode-side porous A groove-type internal channel space CR is formed in the body channel layer shortened portion. Further, since the rib 386 is formed on the anode side separator 310a, the seal member 420 disposed between the cathode side separator 320 and the anode side separator 310a is prevented from moving inward in the surface direction. Therefore, a groove-type internal flow path space CR is secured at the upstream and downstream outer edges of the anode-side porous flow path layer 220a in the fuel gas flow direction. Therefore, in the fuel cell 100 of the second embodiment, a so-called common rail can be formed inside the single cell 140a so as to improve the uniform distribution of the fuel gas. The thickness of the single cell 140a is not increased compared to the case where the flow path space is provided. Therefore, in the fuel cell 100 of the second embodiment, the uniform distribution of the reaction gas can be improved while reducing the thickness of the single cell 140a.

また、第2実施例の燃料電池100では、アノード側多孔体流路層220aの長さがアノード側拡散層216の長さよりも短くなった部分を溝型内部流路空間CRとして利用することができるため、単セル140aのサイズの増大を抑制しつつ反応ガスの均一分配性を向上させることができる。   Further, in the fuel cell 100 of the second embodiment, a portion where the length of the anode-side porous channel layer 220a is shorter than the length of the anode-side diffusion layer 216 can be used as the groove-type internal channel space CR. Therefore, the uniform distribution of the reaction gas can be improved while suppressing an increase in the size of the single cell 140a.

また、第2実施例の燃料電池100では、アノード側セパレータ310aに凸部382,384が形成されているため、アノード側拡散層216が凸部382,384にも支持され、アノード側セパレータ310aとアノード側拡散層216との間に溝型内部流路空間CRが確実に確保される。また、複数の凸部382は、アノード側多孔体流路層220aの外縁近辺に並んで配置されているため、アノード側セパレータ310aにアノード側多孔体流路層220aを配置する際の位置決め基準として使用することができ、単セル140aの製造工程の容易化、精度の向上を図ることができる。   Further, in the fuel cell 100 of the second embodiment, since the convex portions 382 and 384 are formed on the anode side separator 310a, the anode side diffusion layer 216 is also supported by the convex portions 382 and 384, and the anode side separator 310a and A groove-type internal channel space CR is ensured between the anode-side diffusion layer 216 and the anode-side diffusion layer 216. Further, since the plurality of convex portions 382 are arranged in the vicinity of the outer edge of the anode-side porous channel layer 220a, as a positioning reference when the anode-side porous channel layer 220a is arranged on the anode-side separator 310a. It can be used, and the manufacturing process of the single cell 140a can be facilitated and the accuracy can be improved.

C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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において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. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

上記各実施例における燃料電池システム10の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム10の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施例では、溝型内部流路空間CRがアノード側多孔体流路層220における反応ガス流れ方向の上流側および下流側の外縁に沿って形成されているが、溝型内部流路空間CRがアノード側多孔体流路層220における反応ガス流れ方向の上流側および下流側の一方のみの外縁に沿って形成されているとしてもよい。   The configuration of the fuel cell system 10 in each of the above embodiments is merely an example, and the configuration of the fuel cell system 10 can be variously changed. For example, in each of the above embodiments, the groove-type internal channel space CR is formed along the upstream and downstream outer edges of the anode-side porous channel layer 220 in the reaction gas flow direction. The passage space CR may be formed along the outer edge of only one of the upstream side and the downstream side in the reaction gas flow direction in the anode-side porous channel layer 220.

また、上記各実施例では、燃料電池100を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体流路層230およびアノード側多孔体流路層220は、金属多孔体を用いて形成されるとしているが、カーボン多孔体といった他の材料を用いて形成されるとしてもよい。   In the above embodiments, the material of each part constituting the fuel cell 100 is specified. However, the material is not limited to these materials, and various appropriate materials can be used. For example, the cathode-side porous flow path layer 230 and the anode-side porous flow path layer 220 are formed using a metal porous body, but may be formed using other materials such as a carbon porous body. .

また、上記各実施例では、発電モジュール200がアノード側拡散層216およびカソード側拡散層217を含んでいるとしているが、発電モジュール200がアノード側拡散層216およびカソード側拡散層217の一方または両方を含まないものとしてもよい。   In the above embodiments, the power generation module 200 includes the anode side diffusion layer 216 and the cathode side diffusion layer 217. However, the power generation module 200 includes one or both of the anode side diffusion layer 216 and the cathode side diffusion layer 217. May not be included.

また、上記各実施例では、カソード側セパレータ320の一部を折り返して燃料ガス側折り返し部分322および酸化剤ガス側折り返し部分325を形成することにより反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成しているが、燃料ガス側折り返し部分322および酸化剤ガス側折り返し部分325を形成せず、内部に反応ガス流路空間を施した樹脂フレームや樹脂フィルム等の別部品をセパレータの一部として用いて反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現するものとしてもよい。この場合にも、樹脂フレームや樹脂フィルム等の別部品に各マニホールドと内部流路空間を連通する連通孔を設けると共に、セパレータ間のシール部と溝型内部流路空間CRとの境界にリブを設ければよい。   Further, in each of the above embodiments, a part of the cathode separator 320 is folded to form the fuel gas side folded portion 322 and the oxidant gas side folded portion 325, thereby ensuring a gas flow path and a gas seal in the reaction gas lead-in / out portion. However, the fuel gas side folded portion 322 and the oxidant gas side folded portion 325 are not formed, and a reaction frame such as a resin frame or a resin film provided with a reaction gas passage space is provided. It is good also as what implement | achieves coexistence with ensuring of the gas flow path in the reaction gas inflow / outflow part and ensuring of gas-seal property, using components as a part of separator. Also in this case, a communication hole for communicating each manifold and the internal flow path space is provided in another part such as a resin frame or a resin film, and a rib is provided at the boundary between the separator between the separator and the groove type internal flow path space CR. What is necessary is just to provide.

また、上記各実施例の単セル140において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、上記各実施例の単セル140の構成では、アノード側多孔体流路層220の端面に連通する溝型内部流路空間CRが設けられているが、反対に、カソード側多孔体流路層230の端面に連通する溝型内部流路空間CRが設けられるとしてもよい。   Further, in the single cell 140 of each of the above embodiments, the cathode side and the anode side may be reversed. That is, in the configuration of the unit cell 140 of each of the above-described embodiments, the groove-type internal channel space CR that communicates with the end surface of the anode-side porous channel layer 220 is provided. A groove-type internal channel space CR that communicates with the end face of the layer 230 may be provided.

また、上記各実施例では、マニホールド(酸化剤ガス供給マニホールド152、燃料ガス供給マニホールド162、酸化剤ガス排出マニホールド154、燃料ガス排出マニホールド164)を構成する開口のすべてに隣接して折り返し部分が形成されているとしているが、一部の開口のみに隣接して折り返し部分が形成されているとしてもよい。   In each of the above embodiments, the folded portion is formed adjacent to all of the openings constituting the manifolds (oxidant gas supply manifold 152, fuel gas supply manifold 162, oxidant gas discharge manifold 154, fuel gas discharge manifold 164). However, the folded portion may be formed adjacent to only some of the openings.

10…燃料電池システム
50…水素タンク
51…シャットバルブ
52…レギュレータ
53…配管
54…排出配管
60…エアポンプ
61…配管
63…排出配管
70…ラジエータ
71…ウォーターポンプ
72…配管
73…配管
100…燃料電池
110…エンドプレート
120…絶縁板
130…集電板
140…単セル
152…酸化剤ガス供給マニホールド
154…酸化剤ガス排出マニホールド
162…燃料ガス供給マニホールド
164…燃料ガス排出マニホールド
172…冷却媒体供給マニホールド
174…冷却媒体排出マニホールド
200…発電モジュール
210…膜電極接合体
212…電解質膜
214…アノード
215…カソード
216…アノード側拡散層
217…カソード側拡散層
220…アノード側多孔体流路層
230…カソード側多孔体流路層
310…アノード側セパレータ
311…開口
312…凸部
313…開口
315…凸部
319…ディンプル
320…カソード側セパレータ
321…開口
322…燃料ガス側折り返し部分
323…開口
324…凸部
325…酸化剤ガス側折り返し部分
326…連通孔
327…凸部
329…凸部
336…凸部
350…内部流路空間
360…内部流路空間
372…リブ
382…凸部
384…凸部
386…リブ
420…シール材
500…ガスケット
502…凸部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 50 ... Hydrogen tank 51 ... Shut valve 52 ... Regulator 53 ... Piping 54 ... Discharge piping 60 ... Air pump 61 ... Piping 63 ... Discharge piping 70 ... Radiator 71 ... Water pump 72 ... Piping 73 ... Piping 100 ... Fuel cell 110 ... End plate 120 ... Insulating plate 130 ... Current collecting plate 140 ... Single cell 152 ... Oxidant gas supply manifold 154 ... Oxidant gas discharge manifold 162 ... Fuel gas supply manifold 164 ... Fuel gas discharge manifold 172 ... Cooling medium supply manifold 174 ... cooling medium discharge manifold 200 ... power generation module 210 ... membrane electrode assembly 212 ... electrolyte membrane 214 ... anode 215 ... cathode 216 ... anode side diffusion layer 217 ... cathode side diffusion layer 220 ... anode side porous body flow path layer 2 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Cathode side porous body flow path layer 310 ... Anode side separator 311 ... Opening 312 ... Convex part 313 ... Opening 315 ... Convex part 319 ... Dimple 320 ... Cathode side separator 321 ... Opening 322 ... Fuel gas side return part 323 ... Opening 324 ... convex part 325 ... oxidant gas side folded part 326 ... communication hole 327 ... convex part 329 ... convex part 336 ... convex part 350 ... internal flow path space 360 ... internal flow path space 372 ... rib 382 ... convex part 384 ... convex part 386 ... Rib 420 ... Sealing material 500 ... Gasket 502 ... Projection

Claims (5)

燃料電池であって、
積層された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルの積層方向に略平行であり、各前記燃料電池セルにおいて使用される反応ガスを流通させる複数の反応ガス流路と、を備え、
各前記燃料電池セルは、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
多孔体により形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された一対の多孔体流路層と、
金属板を加工することにより形成され、前記一対の多孔体流路層を挟むように配置された第1および第2のセパレータと、を含み、
前記第1および第2のセパレータは、前記膜電極接合体および前記多孔体流路層に対向する位置より面方向外側の位置に、前記反応ガス流路を構成する開口を有し、
前記第1のセパレータは、前記第1のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記第1のセパレータ側の前記多孔体流路層の端面に連通する第1の内部流路空間とを連通する第1の連通孔と、前記第2のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層における反応ガス流れ方向上流側および下流側の少なくとも一方の外縁に沿って伸びる溝型内部流路空間に連通する第2の内部流路空間とを連通する第2の連通孔と、を有し、
前記第1および第2のセパレータの少なくとも一方は、前記第1および第2のセパレータ間をシールするシール部と前記溝型内部流路空間との境界の位置に、前記溝型内部流路空間に沿って伸びるリブを有する、燃料電池。
A fuel cell,
A plurality of stacked fuel cells; and
A plurality of reaction gas passages that are substantially parallel to the stacking direction of the fuel cells and circulate the reaction gas used in each of the fuel cells, and
Each of the fuel cells is
A membrane electrode assembly comprising an electrolyte membrane and electrode layers disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A pair of porous channel layers formed of a porous material and disposed so as to sandwich the membrane electrode assembly;
A first separator and a second separator formed by processing a metal plate and disposed so as to sandwich the pair of porous channel layers,
The first and second separators have openings constituting the reaction gas flow channel at positions outside the surface direction from positions facing the membrane electrode assembly and the porous flow channel layer,
The first separator communicates with an end surface of the reaction gas channel for the reaction gas used in the electrode layer on the first separator side and an end surface of the porous channel layer on the first separator side. A first communication hole communicating with one internal flow path space, the reaction gas flow path for the reaction gas used in the electrode layer on the second separator side, and the porosity on the second separator side. A second communication hole that communicates with a second internal flow path space that communicates with a groove-type internal flow path space that extends along at least one outer edge on the upstream side and the downstream side in the reaction gas flow direction in the body flow path layer; Have
At least one of the first and second separators is located at a position of a boundary between the seal portion that seals between the first and second separators and the groove-type internal flow space, and the groove-type internal flow space. A fuel cell having ribs extending along.
請求項1に記載の燃料電池であって、
前記第1のセパレータは、前記第1のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路を構成する前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された第1の折り返し部分と、前記第2のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路を構成する前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された第2の折り返し部分と、を有し、
前記第1の内部流路空間は、前記第1の折り返し部分と前記第1のセパレータとの間に形成され、
前記第2の内部流路空間は、前記第2の折り返し部分と前記第1のセパレータとの間に形成され、
前記第1の連通孔は、前記第1の折り返し部分に形成され、
前記第2の連通孔は、前記第2の折り返し部分に形成される、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1,
The first separator has at least a part of the metal plate at a position where the opening constituting the reaction gas flow path for the reaction gas used in the electrode layer on the first separator side is formed. A first folded portion formed by folding the side of the opening on the membrane electrode assembly side as a folding line to the membrane electrode assembly side, and a reactive gas used in the electrode layer on the second separator side At least a part of the metal plate at a position where the opening constituting the reaction gas flow path is formed is formed by folding the side of the opening on the membrane electrode assembly side to the membrane electrode assembly side. A second folded portion,
The first internal channel space is formed between the first folded portion and the first separator,
The second internal channel space is formed between the second folded portion and the first separator,
The first communication hole is formed in the first folded portion,
The second communication hole is a fuel cell formed in the second folded portion.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池であって、
各前記燃料電池セルは、さらに、
前記第1のセパレータ側および前記第2のセパレータ側のそれぞれにおいて、前記電極層と前記多孔体流路層との間に配置された拡散層を含み、
前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層の長さは、少なくとも前記多孔体流路層における反応ガス流れ方向上流側および下流側の前記外縁の位置において、前記第2のセパレータ側の前記拡散層の長さより短く、
前記溝型内部流路空間は、前記第2のセパレータと前記第2のセパレータ側の前記拡散層との間に形成された空間である、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
Each fuel cell further comprises:
In each of the first separator side and the second separator side, including a diffusion layer disposed between the electrode layer and the porous channel layer,
The length of the porous channel layer on the second separator side is such that at least the position of the outer edge on the upstream side and the downstream side in the reaction gas flow direction in the porous channel layer is the length on the second separator side. Shorter than the length of the diffusion layer,
The groove-type internal flow path space is a fuel cell, which is a space formed between the second separator and the diffusion layer on the second separator side.
請求項3に記載の燃料電池であって、
前記第2のセパレータは、前記溝型内部流路空間に対向する部分に、前記膜電極接合体の方向に凸な複数の凸部を有する、燃料電池。
The fuel cell according to claim 3, wherein
The second separator has a plurality of convex portions protruding in the direction of the membrane electrode assembly at a portion facing the groove-type internal flow path space.
請求項4に記載の燃料電池であって、
前記複数の凸部の少なくとも一つは、前記第2のセパレータ側の前記多孔体流路層の外縁近辺に配置されている、燃料電池。
The fuel cell according to claim 4, wherein
At least one of the plurality of convex portions is a fuel cell arranged near an outer edge of the porous channel layer on the second separator side.
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