JP2014120226A - Fuel battery cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of components of a fuel battery cell and enhance productivity.SOLUTION: In a fuel battery cell in which one resin frame 40 is interposed between a first separator 20 and a second separator, an adhesive agent is arranged between a first surface part 42 and a second surface part 44 of the resin frame 40, and the spaces between the first, second separators 20, 30 and the resin frame 40 are respectively jointed with the adhesive agent, the resin frame 40 includes: a first recess 42a provided on the first surface part 42 and including the adhesive agent therein; a second recess 44a provided on the second surface part 44 and including the adhesive agent therein; and a slope part 48 positioned on a circumference 46 between the first surface part 42 and the second surface part 44 and expanding toward the second surface part 44 side. Also, the fuel battery cell has positional relationship in which at least a part of a range b opposing the second separator in a flat part of a flange forming the second recess overlaps the entire range opposing the first separator in a flat part of the flange forming the first recess 42a in a surface direction.

Description

本発明は、燃料電池セルに関する。   The present invention relates to a fuel battery cell.

燃料電池の発電単位である燃料電池セルは、電解質膜を2つの電極で挟持した膜電極接合体と、反応ガスの流路を備えるセパレータとが一体に構成された構造を有する。膜電極接合体とセパレータの間には、反応ガスが電解質膜の周縁部から漏出しないように樹脂フレームが介在されている。特許文献1には、二枚の樹脂フレームで膜電極接合体を支持し、二枚の樹脂フレームを一対のセパレータで挟持する構成が記載されている。   A fuel cell that is a power generation unit of a fuel cell has a structure in which a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes and a separator having a reaction gas flow path are integrally formed. A resin frame is interposed between the membrane electrode assembly and the separator so that the reaction gas does not leak from the peripheral edge of the electrolyte membrane. Patent Document 1 describes a configuration in which a membrane electrode assembly is supported by two resin frames and the two resin frames are sandwiched between a pair of separators.

特開2006−19204号公報JP 2006-19204 A

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、二枚の樹脂フレームを用いることから、部品点数が多く、生産性の低下を招く課題があった。そのほか、燃料電池としての発電効率の向上や、低コスト化、小型化、省資源化等が望まれていた。   However, in the technique described in Patent Document 1, since two resin frames are used, there is a problem that the number of parts is large and productivity is lowered. In addition, improvement in power generation efficiency as a fuel cell, cost reduction, size reduction, and resource saving have been desired.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

本発明の一形態によれば、燃料電池セルが提供される。この燃料電池セルは、第1セパレータと第2セパレータとの間に一の樹脂フレームを介在させて、前記樹脂フレームの第1面部と前記第1面部に対応する位置にある第2面部にそれぞれ接着剤を配置することで、前記第1セパレータと前記樹脂フレームとの間、および前記第2セパレータと前記樹脂フレームとの間をそれぞれ接着したものである。前記樹脂フレームは、前記第1面部に設けられ、前記接着剤を内在させるための第1凹部と;前記第2面部に設けられ、前記接着剤を内在させるための第2凹部と;前記第1面部と前記第2面部との間の周縁に位置し、前記第2面部側に拡がる斜面部と;を備える。さらに、前記第1凹部を形成するフランジの平坦部において前記第1セパレータと対向する範囲の全体に対して、前記第2凹部を形成するフランジの平坦部において前記第2セパレータと対向する範囲の少なくとも一部が、面方向においてオーバーラップした位置関係にある。   According to one aspect of the present invention, a fuel battery cell is provided. The fuel battery cell is bonded to a first surface portion of the resin frame and a second surface portion at a position corresponding to the first surface portion with a resin frame interposed between the first separator and the second separator. By disposing an agent, the first separator and the resin frame are bonded and the second separator and the resin frame are bonded to each other. The resin frame is provided on the first surface portion and includes a first recess for containing the adhesive; and a second recess provided on the second surface portion for containing the adhesive; and the first And a slope portion that is located at a peripheral edge between the surface portion and the second surface portion and extends toward the second surface portion. Further, at least a range of the flat portion of the flange that forms the second concave portion that faces the second separator in the flat portion of the flange that forms the first concave portion of the flat portion of the flange that forms the second concave portion. Some are in a positional relationship overlapping in the surface direction.

ここで、「面方向」とは、樹脂フレームの第1面部や第2面部の面方向と一致した方向である。「オーバーラップ」とは、完全に重なった状態を意味し、一部分だけ重なる場合を含まない。この形態の燃料電池セルによれば、第1凹部を接着剤が溢れた場合に、斜面部で接着剤を保持することができる。このために、第1凹部を形成するフランジの平坦部に必ず接着剤を介在させることができる。従来、樹脂フレームを1枚とすると、フレームの積層方向の位置は成り行きになって、樹脂フレームのフランジの平坦部とセパレータの間に接着剤が介在しない場合があった。これに対して、本発明の形態では、前述したように、フランジの平坦部に必ず接着剤を介在させることができることから、樹脂フレームを1枚とすることができる。したがって、部品点数が少なくなって、低コスト化と生産性の向上とを図ることができる。   Here, the “surface direction” is a direction that coincides with the surface direction of the first surface portion and the second surface portion of the resin frame. The term “overlap” means a state where they are completely overlapped, and does not include a case where only a part overlaps. According to the fuel battery cell of this embodiment, when the adhesive overflows in the first recess, the adhesive can be held by the slope portion. For this reason, an adhesive can always be interposed in the flat portion of the flange forming the first recess. Conventionally, when the number of resin frames is one, the positions of the frames in the stacking direction are random, and the adhesive may not be interposed between the flat portion of the flange of the resin frame and the separator. On the other hand, in the embodiment of the present invention, as described above, since the adhesive can always be interposed in the flat portion of the flange, one resin frame can be provided. Therefore, the number of parts can be reduced, and cost reduction and productivity improvement can be achieved.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能である。例えば、前記形態の燃料電池セルを備える燃料電池スタック、この燃料電池スタックを搭載する車両等で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, it is realizable with a fuel cell stack provided with the fuel cell of the above-mentioned form, a vehicle carrying this fuel cell stack, and the like.

本発明の一実施形態としての燃料電池スタックの要部端面図である。It is a principal part end elevation of the fuel cell stack as one embodiment of the present invention. 樹脂フレームの外周部分とその周囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outer peripheral part of a resin frame, and its circumference | surroundings. セパレータと樹脂フレームとの間の距離が最大となるケースとその距離が最小となるケースとを比較して示す説明図である。It is explanatory drawing which compares and shows the case where the distance between a separator and a resin frame becomes the maximum, and the case where the distance becomes the minimum. 比較例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a comparative example. 第2実施形態の燃料電池セルにおける樹脂フレームの外周部分とその周囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outer peripheral part of the resin frame in the fuel cell of 2nd Embodiment, and its circumference | surroundings. 第3実施形態の燃料電池セルにおける樹脂フレームの外周部分とその周囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outer peripheral part of the resin frame in the fuel cell of 3rd Embodiment, and its periphery.

次に、本発明の実施形態を説明する。
1.第1実施形態:
(1)全体の構成:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池スタックの要部端面図である。図示するように、燃料電池スタック200は、複数の燃料電池セル100が積層された構造を有している。燃料電池セル100は、膜電極ガス拡散層接合体(以下、「MEGA」と呼ぶ)10と、MEGA10を挟持するセパレータ20,30と、セパレータ20,30の間におけるMEGA10の周縁の外側に配置された樹脂フレーム40と、を備えている。MEGAは、「Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly」の略語である。なお、以後の説明では、燃料電池セル100の積層方向(図1の上下方向)をY方向と呼び、積層方向に垂直な方向、すなわち燃料電池セル100の面方向(図1の左右方向)をX方向と呼ぶ。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
1. First embodiment:
(1) Overall configuration:
FIG. 1 is an end view of a main part of a fuel cell stack as one embodiment of the present invention. As illustrated, the fuel cell stack 200 has a structure in which a plurality of fuel cells 100 are stacked. The fuel cell 100 is disposed outside the peripheral edge of the MEGA 10 between the membrane electrode gas diffusion layer assembly (hereinafter referred to as “MEGA”) 10, the separators 20 and 30 that sandwich the MEGA 10, and the separators 20 and 30. And a resin frame 40. MEGA is an abbreviation for “Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly”. In the following description, the stacking direction of the fuel cells 100 (up and down direction in FIG. 1) is referred to as the Y direction, and the direction perpendicular to the stacking direction, that is, the surface direction of the fuel cells 100 (left and right direction in FIG. 1). Called the X direction.

MEGA10は、電解質膜(電解質層)12を含んでおり、電解質膜12の一方の面には、触媒電極層(アノード)14とガス拡散層15とがこの順に形成されており、電解質膜12の他方の面には、触媒電極層(カソード)16とガス拡散層17とがこの順に形成されている。なお、電解質膜12としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜、例えばナフィオン(登録商標)を用いることができる。また、触媒電極層14、16としては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。ガス拡散層15、17は、カーボンクロスや、カーボンペーパなどのガス透過性および導電性を有する材料で形成されている。   The MEGA 10 includes an electrolyte membrane (electrolyte layer) 12, and a catalyst electrode layer (anode) 14 and a gas diffusion layer 15 are formed in this order on one surface of the electrolyte membrane 12. On the other surface, a catalyst electrode layer (cathode) 16 and a gas diffusion layer 17 are formed in this order. As the electrolyte membrane 12, a membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine resin, for example, Nafion (registered trademark) can be used. As the catalyst electrode layers 14 and 16, a catalyst layer in which a catalyst such as platinum is supported on carbon particles can be used. The gas diffusion layers 15 and 17 are made of a material having gas permeability and conductivity such as carbon cloth or carbon paper.

セパレータ20は、MEGA10におけるアノード側ガス拡散層15の表面に積層される。そして、セパレータ20において、MEGA10におけるアノード側ガス拡散層15との当接面には、アノード側ガス拡散層15の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流すための燃料ガス流路22が形成されている。また、セパレータ30は、MEGA10におけるカソード側ガス拡散層17の表面に積層される。そして、セパレータ30において、MEGA10におけるカソード側ガス拡散層17との当接面には、カソード側ガス拡散層17の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流すための酸化剤ガス流路(図示せず)が形成されている。本実施例では、セパレータ20,30として、金属プレートを用いるものとした。セパレータ20,30として、ガス不透過で導電性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。また、セパレータ30の樹脂フレーム40とは反対側の表面には、ガスケット60が形成されている。   The separator 20 is laminated on the surface of the anode side gas diffusion layer 15 in the MEGA 10. In the separator 20, a fuel gas flow path 22 for flowing hydrogen as a fuel gas is formed along the surface of the anode side gas diffusion layer 15 on the contact surface of the MEGA 10 with the anode side gas diffusion layer 15. ing. The separator 30 is laminated on the surface of the cathode side gas diffusion layer 17 in the MEGA 10. In the separator 30, an oxidant gas flow path for flowing air as an oxidant gas along the surface of the cathode side gas diffusion layer 17 on the contact surface of the MEGA 10 with the cathode side gas diffusion layer 17 (see FIG. (Not shown) is formed. In the present embodiment, metal plates are used as the separators 20 and 30. As the separators 20 and 30, other members having gas impermeability and conductivity may be used. A gasket 60 is formed on the surface of the separator 30 opposite to the resin frame 40.

樹脂フレーム40は、板状であり、セパレータ20とセパレータ30との間に配置される。樹脂フレーム40のX方向における中央部分は中抜きされており、この中抜きされた部分にMEGA10が配設される。すなわち、樹脂フレーム40は、セパレータ20とセパレータ30との間におけるMEGA10の外周部に設けられている。MEGA10は、X方向において、触媒電極層14,16やガス拡散層15,17よりも電解質膜12が外側に露出した形状をしており、樹脂フレーム40は、この電解質膜12の露出部分を挟持する。樹脂フレーム40は、エポキシ、ナイロン、フェノールなどの熱硬化性樹脂、もしくは、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂製である。   The resin frame 40 has a plate shape and is disposed between the separator 20 and the separator 30. A central portion in the X direction of the resin frame 40 is hollowed out, and the MEGA 10 is disposed in the hollowed portion. That is, the resin frame 40 is provided on the outer peripheral portion of the MEGA 10 between the separator 20 and the separator 30. The MEGA 10 has a shape in which the electrolyte membrane 12 is exposed to the outside of the catalyst electrode layers 14 and 16 and the gas diffusion layers 15 and 17 in the X direction, and the resin frame 40 sandwiches the exposed portion of the electrolyte membrane 12. To do. The resin frame 40 is made of a thermosetting resin such as epoxy, nylon, or phenol, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene.

樹脂フレーム40とセパレータ20,30との間は、樹脂フレーム40の上面部における外周部分に配置された接着層52と、樹脂フレーム40の下面部における外周部分に配置された接着層54とによって接着される。この樹脂フレーム40の外周部分の構成は、本発明の特徴部分であり、後ほど詳述する。接着層52,54としては、接着性を付与した熱可塑性接着樹脂、例えば、シランカップリング剤を配合したり、カルボン酸などの極性基を導入した、ポリプロピレンやポリエチレンなどの変性ポリオレフィンや、熱硬化性の接着樹脂、例えば、シリコーン、ポリイソブチレン、エポキシ、ウレタンなどを用いることができる。   The resin frame 40 and the separators 20 and 30 are bonded to each other by an adhesive layer 52 disposed on the outer peripheral portion of the upper surface portion of the resin frame 40 and an adhesive layer 54 disposed on the outer peripheral portion of the lower surface portion of the resin frame 40. Is done. The configuration of the outer peripheral portion of the resin frame 40 is a characteristic portion of the present invention and will be described in detail later. As the adhesive layers 52 and 54, a thermoplastic adhesive resin imparted with adhesiveness, for example, a modified polyolefin such as polypropylene or polyethylene, which contains a silane coupling agent or a polar group such as carboxylic acid, or thermosetting Adhesive resin such as silicone, polyisobutylene, epoxy, urethane, and the like can be used.

また、樹脂フレーム40における接着層52,54よりもX方向における内側部分には、燃料ガス用、酸化剤ガス用、および冷却媒体用の各マニホールドを構成するための孔部70が設けられている。セパレータ20,30にも、孔部70に対応する位置に孔部24,34が設けられており、セパレータ20の孔部24、樹脂フレーム40の孔部70,およびセパレータ30の孔部34によって、燃料電池スタック200の積層方向、すなわちX方向に延びるマニホールドが構成される。各マニホールドを流れる、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体は、各MEGA10に分配される。   Further, holes 70 for constituting manifolds for fuel gas, oxidant gas, and cooling medium are provided in an inner portion of the resin frame 40 in the X direction from the adhesive layers 52 and 54. . The separators 20 and 30 are also provided with holes 24 and 34 at positions corresponding to the holes 70, and the holes 24 of the separator 20, the holes 70 of the resin frame 40, and the holes 34 of the separator 30, A manifold extending in the stacking direction of the fuel cell stack 200, that is, the X direction is configured. Fuel gas, oxidant gas, and cooling medium flowing through each manifold are distributed to each MEGA 10.

(2)特徴部分の構成:
図2は、樹脂フレーム40の外周部分とその周囲を示す説明図である。図示するように、樹脂フレーム40の上面部42の外周部分には上側凹部42aが形成されており、樹脂フレーム40の下面部44の外周部分には下側凹部44aが形成されている。セパレータ20を接着させるための接着層52は、上側凹部42aを含む領域に配置される。セパレータ30を接着させるための接着層54は、下側凹部44aを含む領域に配置される。樹脂フレーム40の上面部42と下面部44との間の周縁部46は、下面部44側に徐々に拡がる傾斜面を構成する。また、マニホールドとしての孔部70を構成するための壁面48も、下面部44側に徐々に拡がる傾斜面を構成する。
(2) Structure of characteristic part:
FIG. 2 is an explanatory view showing the outer peripheral portion of the resin frame 40 and its periphery. As shown in the drawing, an upper concave portion 42 a is formed on the outer peripheral portion of the upper surface portion 42 of the resin frame 40, and a lower concave portion 44 a is formed on the outer peripheral portion of the lower surface portion 44 of the resin frame 40. The adhesive layer 52 for adhering the separator 20 is disposed in a region including the upper concave portion 42a. The adhesive layer 54 for adhering the separator 30 is disposed in a region including the lower concave portion 44a. A peripheral edge portion 46 between the upper surface portion 42 and the lower surface portion 44 of the resin frame 40 constitutes an inclined surface that gradually expands toward the lower surface portion 44 side. Further, the wall surface 48 for forming the hole portion 70 as a manifold also forms an inclined surface that gradually expands toward the lower surface portion 44 side.

一般に、工業製品を構成する部品は寸法公差を有する。このため、上側のセパレータ20と樹脂フレーム40との間の距離は、その寸法誤差によって変化する。図3は、セパレータ20と樹脂フレーム40との間の距離が最大となるケースと、その距離が最小となるケースとを比較して示す説明図である。図中、破線で示したセパレータ20Xの位置が前記最大ケース時を示し、実線で示したセパレータ20の位置が前記最小ケース時を示す。いま、接着層52を形成する接着剤の塗布量を一定としたとすると、その最小ケース時から最大ケース時までの間のセパレータ20の位置によって、接着層52の範囲が変化する。本実施形態では、最大ケース時には、図中の破線で囲んだ領域BAが接着層52の範囲となるように、セル断面の設計を行う。すなわち、最大ケース時には、接着剤は、上側凹部42aを溢れ出て、上側凹部42aを形成するフランジ42b、42cの平坦部T1、T2の範囲で留まるようにする。一方、最小ケース時には、実線で示した接着層52となるように、セル断面の設計を行う。すなわち、最小ケース時には、接着剤は、上側凹部42aを溢れ出て、フランジ42b、42cの平坦部T1、T2を超え、周縁部46、壁面48の傾斜面を伝って、その傾斜面の範囲で留まるようにする。   In general, parts constituting industrial products have dimensional tolerances. For this reason, the distance between the upper separator 20 and the resin frame 40 varies depending on the dimensional error. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a comparison between a case where the distance between the separator 20 and the resin frame 40 is maximum and a case where the distance is minimum. In the figure, the position of the separator 20X indicated by a broken line indicates the maximum case, and the position of the separator 20 indicated by a solid line indicates the minimum case. Assuming that the amount of adhesive applied to form the adhesive layer 52 is constant, the range of the adhesive layer 52 changes depending on the position of the separator 20 between the minimum case and the maximum case. In the present embodiment, in the maximum case, the cell cross section is designed so that the area BA surrounded by the broken line in the drawing is within the range of the adhesive layer 52. That is, in the maximum case, the adhesive overflows the upper concave portion 42a and stays in the range of the flat portions T1 and T2 of the flanges 42b and 42c forming the upper concave portion 42a. On the other hand, in the minimum case, the cell cross section is designed so that the adhesive layer 52 indicated by the solid line is obtained. That is, in the minimum case, the adhesive overflows the upper concave portion 42a, exceeds the flat portions T1 and T2 of the flanges 42b and 42c, travels along the inclined surfaces of the peripheral edge 46 and the wall surface 48, and within the range of the inclined surface. Try to stay.

すなわち、本実施形態の燃料電池スタック200では、セパレータ20と樹脂フレーム40との間の距離が最大となるケース時であっても、接着剤は、フランジ42b、42cの平坦部T1、T2の範囲を満たす。一方、その距離が最小となるケース時であっても、接着剤は、壁面48の範囲に留まり、壁面48の範囲をはみ出することはない。したがって、燃料電池スタック200に備えられる燃料電池セル100によれば、樹脂フレーム40とセパレータ20、30との間を強固に接着することができる。また、この接着に用いられる接着剤が、予定している範囲からはみ出すことを防止することができることから、流路の閉塞や、作業性の悪化を防止することができる。   That is, in the fuel cell stack 200 of the present embodiment, the adhesive is in the range of the flat portions T1 and T2 of the flanges 42b and 42c even when the distance between the separator 20 and the resin frame 40 is maximum. Meet. On the other hand, even when the distance is minimum, the adhesive stays in the range of the wall surface 48 and does not protrude from the wall surface 48. Therefore, according to the fuel cell 100 provided in the fuel cell stack 200, the resin frame 40 and the separators 20 and 30 can be firmly bonded. Moreover, since it can prevent that the adhesive agent used for this adhesion sticks out from the planned range, the obstruction | occlusion of a flow path and the deterioration of workability | operativity can be prevented.

図2に戻って、樹脂フレーム40の上側凹部42aを形成する外側フランジ42bおよび内側フランジ42cと、樹脂フレーム40の下側凹部44aを形成する外側フランジ44bおよび内側フランジ44cとの間には、次の位置関係がある。まず、外側におけるフランジ42bとフランジ44bの位置関係について説明する。   Returning to FIG. 2, the outer flange 42b and the inner flange 42c that form the upper concave portion 42a of the resin frame 40 and the outer flange 44b and the inner flange 44c that form the lower concave portion 44a of the resin frame 40 are as follows. There is a positional relationship. First, the positional relationship between the flange 42b and the flange 44b on the outside will be described.

図2に示すように、外側フランジ42bの平坦部T1の全体が、セパレータ20と対向している。すなわち、X方向において、外側フランジ42bの平坦部T1の全体と、セパレータ20の一部とが重複している。この重複している部分は、図中の範囲aとなる。一方、外側フランジ44bの平坦部T3の一部が、セパレータ30と対向している。すなわち、X方向においては、外側フランジ44bの平坦部T3の一部とセパレータ30の一部とが重複している。この重複している部分は、図中の範囲bとなる。そして、X方向において、範囲aの全体は、範囲bの少なくとも一部とオーバーラップした位置関係にある。ここで、「オーバーラップ」とは、完全に重なった状態を意味し、一部分だけ重なる場合を含まない。   As shown in FIG. 2, the entire flat portion T <b> 1 of the outer flange 42 b faces the separator 20. That is, in the X direction, the entire flat portion T1 of the outer flange 42b and a part of the separator 20 overlap. This overlapping portion is a range a in the figure. On the other hand, a part of the flat portion T3 of the outer flange 44b faces the separator 30. That is, in the X direction, a part of the flat portion T3 of the outer flange 44b and a part of the separator 30 overlap. This overlapping portion is a range b in the figure. In the X direction, the entire range a is in a positional relationship overlapping with at least a part of the range b. Here, “overlap” means a state in which they are completely overlapped, and does not include a case in which only a part overlaps.

なお、内側におけるフランジ42cとフランジ44cとの間にも、外側のフランジ42bとフランジ44bのとの間の位置関係と同様に、内側フランジ42cの平坦部T2においてセパレータ20と対向する範囲の全体に対して、内側フランジ44cの平坦部T4においてセパレータ30と対向する範囲の少なくとも一部が、X方向においてオーバーラップした位置関係にある。   Note that, similarly to the positional relationship between the outer flange 42b and the flange 44b, the entire range facing the separator 20 in the flat portion T2 of the inner flange 42c is also provided between the inner flange 42c and the flange 44c. On the other hand, at least a part of the range facing the separator 30 in the flat portion T4 of the inner flange 44c is in a positional relationship overlapping in the X direction.

セパレータ20における樹脂フレーム40の上側凹部42aと対向する位置には、凹部26が設けられている。この凹部26には、上側に隣接する燃料電池セル100に備えられるガスケット60が介在する。ガスケット60によってシール性が高められる。   A recess 26 is provided at a position facing the upper recess 42 a of the resin frame 40 in the separator 20. A gasket 60 provided in the fuel cell 100 adjacent to the upper side is interposed in the recess 26. Sealing performance is enhanced by the gasket 60.

以上のように構成された燃料電池セル10では、上面部42が[発明の概要]の欄に記載した「第1面部」に対応し、下面部44が[発明の概要]の欄に記載した「第2面部」に対応し、上側凹部42aが[発明の概要]の欄に記載した「第1凹部」に対応し、下側凹部44aが[発明の概要]の欄に記載した「第2凹部」に対応し、周縁部46または壁面48が[発明の概要]の欄に記載した「斜面部」に対応する。   In the fuel cell 10 configured as described above, the upper surface portion 42 corresponds to the “first surface portion” described in the “Summary of the invention” column, and the lower surface portion 44 described in the “Summary of the invention” column. Corresponding to the “second surface portion”, the upper concave portion 42a corresponds to the “first concave portion” described in the “Summary of the invention” column, and the lower concave portion 44a corresponds to the “second outline” described in the “Summary of the invention” column. Corresponding to the “concave portion”, the peripheral edge 46 or the wall surface 48 corresponds to the “slope portion” described in the “Summary of Invention” column.

(3)作用、効果:
以上のように構成された本実施形態の燃料電池セル100によれば、上側凹部42aを接着剤が溢れた場合に、斜面となっている周縁部46で接着剤を保持することができる。このために、上側凹部42aを形成するフランジ42bの平坦部T1に必ず接着剤を介在させることができる。従来、樹脂フレームを1枚とすると、フレームの積層方向の位置は成り行きになって、樹脂フレームのフランジの平坦部とセパレータの間に接着剤が介在しない場合があった。このため、従来、燃料電池セルを複数積層した際にセパレータが傾いて、燃料電池セルが変形するなどしてガスケットクリアランスが不安定となり、シール性が低下していた。これに対して、本実施形態では、前述したように、フランジ42bの平坦部T1に必ず接着剤を介在させることができることから、燃料電池セル100を積層した際に、隣り合うセルのフランジ42b同士で確実に締結荷重を伝達することができ、セルの変形を抑制でき、ガスケットクリアランスを一定にすることができる。この結果、樹脂フレーム40を1枚とすることができる。したがって、部品点数が少なくなって、低コスト化と生産性の向上とを図ることができる。
(3) Action and effect:
According to the fuel battery cell 100 of the present embodiment configured as described above, when the adhesive overflows in the upper concave portion 42a, the adhesive can be held by the peripheral edge portion 46 that is an inclined surface. For this reason, an adhesive can always be interposed in the flat portion T1 of the flange 42b that forms the upper concave portion 42a. Conventionally, when the number of resin frames is one, the positions of the frames in the stacking direction are random, and the adhesive may not be interposed between the flat portion of the flange of the resin frame and the separator. For this reason, conventionally, when a plurality of fuel cells are stacked, the separator is inclined, the fuel cells are deformed, and the gasket clearance becomes unstable and the sealing performance is lowered. On the other hand, in this embodiment, as described above, since the adhesive can always be interposed in the flat portion T1 of the flange 42b, when the fuel cells 100 are stacked, the flanges 42b of adjacent cells are connected to each other. Thus, the fastening load can be reliably transmitted, the cell deformation can be suppressed, and the gasket clearance can be made constant. As a result, one resin frame 40 can be provided. Therefore, the number of parts can be reduced, and cost reduction and productivity improvement can be achieved.

また、本実施形態の燃料電池セル100では、図2を用いて説明したように、X方向において、範囲aの全体は、範囲bの少なくとも一部とオーバーラップした位置関係にあることから、次の効果がある。図4は、樹脂フレームの形状が好ましくない比較例を示す説明図である。この比較例では、範囲aの全体は、範囲bxに対してオーバーラップしていない。このために、比較例では、図中の破線の○印の部分でせん断方向に大きな加重がかかり、フレーム割れの虞があった。これに対して、本実施形態では、範囲aの全体は、範囲bの少なくとも一部とオーバーラップした位置関係にあることから、前述したような大きな加重がかかることがない。したがって、燃料電池セル100は、フレーム割れを防止することができる。   Further, in the fuel cell 100 of the present embodiment, as described with reference to FIG. 2, the entire range a is in a positional relationship overlapping with at least a part of the range b in the X direction. There is an effect. FIG. 4 is an explanatory view showing a comparative example in which the shape of the resin frame is not preferable. In this comparative example, the entire range a does not overlap the range bx. For this reason, in the comparative example, a large load was applied in the shearing direction at the portion marked with a broken line in the figure, and there was a risk of frame cracking. On the other hand, in the present embodiment, the entire range a is in a positional relationship that overlaps at least a part of the range b, so that the large weight as described above is not applied. Therefore, the fuel battery cell 100 can prevent frame cracking.

2.第2実施形態:
図5は、第2実施形態の燃料電池セルにおける樹脂フレーム1040の外周部分とその周囲を示す説明図である。第2実施形態の燃料電池セルは、樹脂フレーム1040の外周部分が第1実施形態のそれと相違するだけであり、残余の構成は第1実施形態と同一である。この構成においては、範囲a2の全体は、範囲b2の全体とオーバーラップした位置関係にある。したがって、第2実施形態の燃料電池セルは、第1実施形態の燃料電池セル100と同様に、部品点数を少なくして低コスト化と生産性の向上を図ることができ、また、フレーム割れを防止することができる。
2. Second embodiment:
FIG. 5 is an explanatory view showing an outer peripheral portion of the resin frame 1040 and its periphery in the fuel battery cell of the second embodiment. The fuel cell of the second embodiment is different from that of the first embodiment only in the outer peripheral portion of the resin frame 1040, and the remaining configuration is the same as that of the first embodiment. In this configuration, the entire range a2 is in a positional relationship overlapping the entire range b2. Therefore, the fuel cell of the second embodiment can reduce the number of parts and reduce the cost and improve the productivity, as well as the fuel cell 100 of the first embodiment. Can be prevented.

3.第3実施形態:
図6は、第3実施形態の燃料電池セルにおける樹脂フレーム2040の外周部分とその周囲を示す説明図である。第3実施形態の燃料電池セルは、第2実施形態の燃料電池セルと比較して、セパレータ2030の形状が相違するだけで、残余の構成は第2実施形態と同一である。セパレータ2030は、対向するセパレータ20を水平方向に反転した形状であり、ガスケット60の配設部位に下側凹部2036を備える。こうした構成の第3実施形態の燃料電池セルは、第1および第2実施形態の燃料電池セルと同様に、部品点数を少なくして低コスト化と生産性の向上を図ることができ、また、フレーム割れを防止することができる。
3. Third embodiment:
FIG. 6 is an explanatory view showing the outer peripheral portion of the resin frame 2040 and the periphery thereof in the fuel battery cell of the third embodiment. The fuel cell of the third embodiment is the same as that of the second embodiment except that the shape of the separator 2030 is different from that of the fuel cell of the second embodiment. The separator 2030 has a shape obtained by inverting the opposing separator 20 in the horizontal direction, and includes a lower concave portion 2036 at a portion where the gasket 60 is disposed. As with the fuel cells of the first and second embodiments, the fuel cell of the third embodiment having such a configuration can reduce the number of parts to reduce costs and improve productivity. Frame cracking can be prevented.

4.変形例:
この発明は上記の実施形態や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様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。
4). Variations:
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

前記各実施形態および各変形例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に本発明を適用してもよい。   In each of the above-described embodiments and modifications, the polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell, but various fuel cells such as a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a solid oxide fuel cell are used. The present invention may be applied.

なお、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。   It should be noted that elements other than those described in the independent claims among the constituent elements in the above-described embodiment and each modification are additional elements and can be omitted as appropriate.

10…膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)
12…電解質膜
14…触媒電極層
15…ガス拡散層
17…ガス拡散層
20…セパレータ
22…燃料ガス流路
24…孔部
26…凹部
30…セパレータ
34…孔部
40…樹脂フレーム
42…上面部
42a…上側凹部
42b…フランジ
42c…フランジ
44…下面部
44a…下側凹部
44b…フランジ
44c…フランジ
46…周縁部
48…壁面
52…接着層
54…接着層
60…ガスケット
70…孔部
100…燃料電池セル
200…燃料電池スタック
1040…樹脂フレーム
2030…セパレータ
2036…下側凹部
2040…樹脂フレーム
T1…平坦部
T2…平坦部
T3…平坦部
T4…平坦部
10 ... Membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Electrolyte membrane 14 ... Catalyst electrode layer 15 ... Gas diffusion layer 17 ... Gas diffusion layer 20 ... Separator 22 ... Fuel gas flow path 24 ... Hole part 26 ... Recessed part 30 ... Separator 34 ... Hole part 40 ... Resin frame 42 ... Upper surface part 42a ... Upper concave portion 42b ... Flange 42c ... Flange 44 ... Lower surface portion 44a ... Lower concave portion 44b ... Flange 44c ... Flange 46 ... Peripheral portion 48 ... Wall surface 52 ... Adhesive layer 54 ... Adhesive layer 60 ... Gasket 70 ... Hole 100 ... Fuel Battery cell 200 ... Fuel cell stack 1040 ... Resin frame 2030 ... Separator 2036 ... Lower recess 2040 ... Resin frame T1 ... Flat part T2 ... Flat part T3 ... Flat part T4 ... Flat part

Claims (1)

第1セパレータと第2セパレータとの間に一の樹脂フレームを介在させて、前記樹脂フレームの第1面部と前記第1面部に対応する位置にある第2面部にそれぞれ接着剤を配置することで、前記第1セパレータと前記樹脂フレームとの間、および前記第2セパレータと前記樹脂フレームとの間をそれぞれ接着した燃料電池セルであって、
前記樹脂フレームは、
前記第1面部に設けられ、前記接着剤を内在させるための第1凹部と、
前記第2面部に設けられ、前記接着剤を内在させるための第2凹部と、
前記第1面部と前記第2面部との間の周縁に位置し、前記第2面部側に拡がる斜面部と
を備え、
前記第1凹部を形成するフランジの平坦部において前記第1セパレータと対向する範囲の全体に対して、前記第2凹部を形成するフランジの平坦部において前記第2セパレータと対向する範囲の少なくとも一部が、面方向においてオーバーラップした位置関係にある、燃料電池セル。
By placing one resin frame between the first separator and the second separator and disposing the adhesive on the first surface portion of the resin frame and the second surface portion at a position corresponding to the first surface portion, respectively. A fuel battery cell in which the first separator and the resin frame, and the second separator and the resin frame are bonded to each other;
The resin frame is
A first recess provided in the first surface portion for containing the adhesive;
A second recess provided in the second surface portion for allowing the adhesive to reside;
A sloped portion located on the periphery between the first surface portion and the second surface portion and extending toward the second surface portion;
At least a part of the range facing the second separator in the flat portion of the flange forming the second recess, with respect to the entire range facing the first separator in the flat portion of the flange forming the first recess. However, the fuel cell unit is in an overlapping positional relationship in the plane direction.
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