JP2015170398A - Solid-state polymer electrolytic fuel battery - Google Patents

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Mitsuo Yoshimura
光生 吉村
良文 田口
Yoshifumi Taguchi
良文 田口
曜子 山本
Yoko Yamamoto
曜子 山本
こずえ 国吉
Kozue Kuniyoshi
こずえ 国吉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolytic fuel battery having excellent durability in which when a polymer electrolyte membrane affecting durability is pinched by a frame body in a single battery module configured by sandwiching a membrane electrode assembly between a pair of separators through a gasket, a sub seal is disposed to prevent further increase of the gap, thereby protecting the polymer electrolyte membrane, and even when the sub seal is additionally disposed, the fastening pressure is not increased, and membrane deterioration caused by direct contact of the polymer electrolyte membrane with gas does not occur.SOLUTION: In order to prevent further increase of a gap when MEA 5 is pinched and held by two frame bodies, a sub seal 7B having small reaction force is disposed between a main seal 7A and the tip portion at the power generation area side of the frame body, thereby achieving a solid polymer electrolytic battery having excellent durability in which membrane deterioration caused by direct contact of the polymer electrolyte membrane with gas does not occur.

Description

本発明は、固体高分子電解質型燃料電池に関し、特に燃料電池の電極−膜−枠接合体の構造に関するものである。   The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to the structure of an electrode-membrane-frame assembly of a fuel cell.

固体高分子電解質型燃料電池(以下、「PEFC」という場合もある。)は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱を同時に発生させる装置である。   A solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter sometimes referred to as “PEFC”) uses a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air to react electrochemically. And a device that generates heat at the same time.

このPEFCの基本的構成要素としては、まず、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、及びその高分子電解質膜の両面に形成されたアノード電極、カソード電極がある。これらの電極は、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層、及びその触媒層の外側に配置される、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層(GDL)を有する。このように高分子電解質膜と電極とが一体的に接合されて組み立てられたものを電解質膜−電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と呼ぶ。   Basic components of the PEFC include a polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions, and an anode electrode and a cathode electrode formed on both sides of the polymer electrolyte membrane. These electrodes have a catalyst layer formed on the surface of the polymer electrolyte membrane, and a gas diffusion layer (GDL) having both air permeability and electronic conductivity disposed outside the catalyst layer. Such an assembly in which the polymer electrolyte membrane and the electrode are integrally joined together is called an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA).

また、そのMEAの外縁には枠が嵌められて電極−膜−枠接合体を構成している。他方、そのMEAの両側には、MEAを機械的に挟み込んで固定するとともに、隣接するMEAを互いに電気的に直列に接続するための、導電性のセパレータが配置される。そのセパレータのMEAと接触する部分には、それぞれの電極に反応ガスを供給し、また生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成されている。このように、MEAが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を単電池モジュール(単セル)という。   Further, a frame is fitted on the outer edge of the MEA to form an electrode-membrane-frame assembly. On the other hand, on both sides of the MEA, conductive separators are disposed for mechanically sandwiching and fixing the MEAs and electrically connecting adjacent MEAs in series. In the portion of the separator that comes into contact with the MEA, a gas flow path is formed for supplying a reaction gas to each electrode and carrying away generated water and surplus gas. A structure in which an MEA is sandwiched between a pair of separators is referred to as a single battery module (single cell).

また、反応ガスをガス流路に供給するために、セパレータの縁部にマニホールド孔を設け、反応ガスを分配する。更に、ガス流路に供給される反応ガス等が外部へリークしたり、混合したりしないように、MEAにおける電極形成部、すなわち、発電領域の外周を囲むように、一対のセパレータの間には封止部材(ガスケット)が配置される。   Further, in order to supply the reaction gas to the gas flow path, a manifold hole is provided at the edge of the separator to distribute the reaction gas. Furthermore, the electrode forming part in the MEA, that is, between the pair of separators is surrounded so as to surround the outer periphery of the power generation region so that the reaction gas supplied to the gas flow path does not leak to the outside or mix. A sealing member (gasket) is disposed.

ところで、PEFCにおける重要な課題の一つに、ガスの利用効率の向上がある。利用効率を下げる要因としては、ガスのクロスリーク、ガスの外部リーク、ガスのショートカットがある。   Incidentally, one of the important issues in PEFC is the improvement of gas utilization efficiency. Factors that reduce the utilization efficiency include gas cross leak, gas external leak, and gas shortcut.

具体的には、クロスリークとは、以下のような状態になることであり、これらが原因でガスの利用効率が低下し、PEFCの効率(発電効率)が低下するとともに膜が劣化する。   Specifically, the cross leak is a state as described below. Due to these, the gas utilization efficiency decreases, the PEFC efficiency (power generation efficiency) decreases, and the membrane deteriorates.

1)MEAに孔が開いてしまうこと。   1) A hole is opened in the MEA.

2)アノード側の燃料ガスがMEAの表面を通りMEAの端部を回りこんでカソード側に抜けること。   2) The fuel gas on the anode side passes through the surface of the MEA, wraps around the end of the MEA, and escapes to the cathode side.

3)カソード側の酸化剤ガスがMEAの表面を通りMEAの端部を回りこんでアノード側に抜けること。   3) The cathode side oxidant gas passes through the surface of the MEA, wraps around the end of the MEA, and escapes to the anode side.

ガスの外部リークとは、封止シールと当接する面の凹凸や、異材質を跨ぐなどの問題から、封止シール性が保てなくなることであり、ガスリークして利用効率が低下し、PEFCの効率(発電効率)が低下する。   Gas external leakage means that the sealing and sealing properties cannot be maintained due to problems such as unevenness of the surface in contact with the sealing seal and straddling different materials. Efficiency (power generation efficiency) decreases.

ガスのショートカットについては、MEAは、加工工程上の制約等の理由から、ガスケットの内縁と電極層の外縁との間には間隙が生じる場合がある。   As for the gas shortcut, the MEA may have a gap between the inner edge of the gasket and the outer edge of the electrode layer due to limitations in processing steps.

このような間隙が存在するような場合には、PEFC運転時において間隙に燃料ガス及び酸化剤ガスが漏出し、さらに、漏出した燃料ガス及び酸化剤ガスがMEAにほとんど曝露されないまま、外部へ排出されることになる。その結果、燃料ガス及び酸化剤ガスの利用効率が低下し、すなわち、PEFCの効率(発電効率)の低下を招く。   When such a gap exists, fuel gas and oxidant gas leak into the gap during PEFC operation, and the leaked fuel gas and oxidant gas are discharged to the outside with little exposure to the MEA. Will be. As a result, the utilization efficiency of the fuel gas and the oxidant gas is reduced, that is, the PEFC efficiency (power generation efficiency) is reduced.

また、近年、低コスト化に伴い、プロセスに射出成形を用いることが多くなってきているが、MEAに対して直接射出成形すると、過大な熱や圧力の負荷がかかり、孔が開くなどMEAの耐久時間に影響することが予想され、耐久性能の低下も招くなどの状況にある。   In recent years, with the cost reduction, injection molding is often used in the process. However, when direct injection molding is applied to the MEA, excessive heat and pressure are applied, and a hole is opened. It is expected that the durability time will be affected, leading to a decline in durability performance.

このような問題を解決するために、従来の固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体は、MEAを保持する枠体と、弾力性のあるガスケット材料を組み合わせ、又は、2色成形等の工法で一体化したものを組み合わせて、MEA一体化製品とすることで、上述の課題を解決し、MEAへの直接射出成形による過大な熱や圧力の負荷を軽減する構造が開示されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。   In order to solve such a problem, the electrode-membrane-frame assembly of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell is a combination of a frame holding MEA and an elastic gasket material, or two colors A structure that solves the above-mentioned problems and reduces excessive heat and pressure load by direct injection molding to MEA is disclosed by combining products integrated by methods such as molding into MEA integrated products. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).

図15は、特許文献1に記載の、従来の燃料電池の電極−膜−枠接合体を示す図である。図15は、特許文献1の図4に対応する。   FIG. 15 is a diagram showing an electrode-membrane-frame assembly of a conventional fuel cell described in Patent Document 1. As shown in FIG. FIG. 15 corresponds to FIG.

なお、本発明の符号と区別するために「’」を追加している。また、図15においては、それぞれ上方部分は見やすくするために、少し部材同士を離して描いている。   In addition, “′” is added to distinguish from the code of the present invention. Further, in FIG. 15, the upper portions are drawn slightly apart from each other for easy viewing.

この特許文献1の接合体では、別々に所定の樹脂材料にて作られた第1の枠体6A’と第2の枠体6B’があり、第1の枠体6A’および第2の枠体6B’の間に触媒層5Bが塗られていない高分子電解質膜5A’部を挟みこみGDLと枠体の間の触媒層5Bが塗られていない高分子電解質膜5A’部を膜用封止部剤でふさぐことでMEA一体化製品を構成している。   In the joined body of Patent Document 1, there are a first frame body 6A ′ and a second frame body 6B ′ separately made of a predetermined resin material, and the first frame body 6A ′ and the second frame body. The polymer electrolyte membrane 5A ′ portion where the catalyst layer 5B is not applied is sandwiched between the bodies 6B ′, and the polymer electrolyte membrane 5A ′ portion where the catalyst layer 5B is not applied between the GDL and the frame is sealed with the membrane The MEA integrated product is configured by blocking with a stopper.

このMEA一体化製品をアノードセパレータ2’と、カソードセパレータ3’とで挟持することで単電池10’を構成する。第1の枠体6A’には、高分子電解質膜5A’が当接する側にクロスリーク防止用の膜用封止部材(メインシール7A’)を設ける。また、第1の枠体6A’及び、アノードセパレータ2’とカソードセパレータ3’の間を封止するためのセパレータ用封止部材7D’を設ける構造が提案されている。   The MEA integrated product is sandwiched between an anode separator 2 'and a cathode separator 3' to constitute a unit cell 10 '. The first frame 6A 'is provided with a membrane sealing member (main seal 7A') for preventing cross leakage on the side where the polymer electrolyte membrane 5A 'contacts. Further, a structure in which a first frame 6A 'and a separator sealing member 7D' for sealing between the anode separator 2 'and the cathode separator 3' is proposed.

図16は、特許文献2に記載の、従来の燃料電池の一部時拡大断面図である。図16は特許文献2の図2に対応する。なお本発明の符号と区別するために「’」を追加している。   FIG. 16 is a partially enlarged sectional view of a conventional fuel cell described in Patent Document 2. FIG. 16 corresponds to FIG. Note that “′” is added to distinguish from the code of the present invention.

特許文献2の構造には、同文献の請求項1にあるように、触媒層の外縁部5Ba’は、GDL5C’の外縁部5Ca’よりも外側でガスケット(メインシール7A’)の中心部よりも内側に位置するように設けられているとある。また、同文献の請求項5にあるように、ガスケット(メインシール7A’)と発電領域の端部の間には、ガスケット(メインシール7A’)の厚さの2倍以上の距離があるとされている。   In the structure of Patent Document 2, as in Claim 1 of the same document, the outer edge portion 5Ba ′ of the catalyst layer is outside the outer edge portion 5Ca ′ of the GDL 5C ′ and from the center portion of the gasket (main seal 7A ′). Is also provided to be located inside. Further, as described in claim 5 of the same document, if there is a distance of twice or more the thickness of the gasket (main seal 7A ′) between the gasket (main seal 7A ′) and the end of the power generation region. Has been.

図17は、特許文献2に記載の、第8実施形態にかかる燃料電池の構成を模式的に示す一部拡大断面図である。図17は特許文献2の図11に対応する。なお、本発明の符号と区別するために「’」を追加している。   FIG. 17 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing the configuration of the fuel cell according to the eighth embodiment described in Patent Document 2. As shown in FIG. FIG. 17 corresponds to FIG. In addition, “′” is added to distinguish from the code of the present invention.

この特許文献2の請求項6において、図17において第1の枠体6A、第2の枠体6Bと前記セパレータ2’、3’とを密着させるため接着剤40で固定することが記されている。   In claim 6 of this Patent Document 2, it is described in FIG. 17 that the first frame body 6A, the second frame body 6B and the separators 2 ′ and 3 ′ are fixed with an adhesive 40 in order to bring them into close contact with each other. Yes.

特開2009−021217号公報JP 2009-021217 A 特許第5302481号公報Japanese Patent No. 5302481

しかしながら、上記特許文献1の従来の構成においては、触媒層は、枠体と接触する領域には存在しない。ガスケット直下の枠体と高分子電解質膜の間に弾性体があり、枠体と高分子電解質膜の間には隙間が生じる。したがって高分子電解質膜にガスが直接触れることによる膜劣化が生じ、耐久性が著しく落ちるという課題がある。   However, in the conventional configuration of Patent Document 1, the catalyst layer does not exist in a region in contact with the frame. There is an elastic body between the frame directly under the gasket and the polymer electrolyte membrane, and a gap is generated between the frame and the polymer electrolyte membrane. Accordingly, there is a problem that the membrane is deteriorated due to direct gas contact with the polymer electrolyte membrane and the durability is remarkably lowered.

また、上記特許文献2においては、触媒層の外縁部は、ガスケットと発電領域の端部の間にあり、その幅はガスケットの厚さの2倍以上の距離があることが開示され、また、その幅の間で枠体とセパレータを接着剤で固定し、枠体とセパレータとの間を密着させる手法も開示されている。このことから、ガスケットは、ガスが外部やクロスリークすることを防止するための反力が大きくなり、枠体の電極側が開くことになる。   Moreover, in the said patent document 2, the outer edge part of a catalyst layer is between a gasket and the edge part of an electric power generation area | region, It is disclosed that the width | variety has a distance more than twice the thickness of a gasket, A technique is also disclosed in which the frame and the separator are fixed with an adhesive between the widths and the frame and the separator are in close contact with each other. For this reason, the gasket has a large reaction force for preventing the gas from leaking outside or cross leak, and the electrode side of the frame is opened.

また枠体が、セパレータに接着剤により引っ張られるため、枠体と高分子電解質膜の間には隙間が生じ、高分子電解質膜にガスが直接触れることによる膜劣化が生じ、耐久性が著しく落ちるという課題も生じる。   Also, since the frame is pulled by the separator to the separator, a gap is generated between the frame and the polymer electrolyte membrane, and membrane deterioration occurs due to direct gas contact with the polymer electrolyte membrane, resulting in a significant decrease in durability. The problem also arises.

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、簡単なガスケット形状で枠体と高分子電解質膜の間に燃料電池モジュールの締結圧力を増加させることなく隙間をなくし、高分子電解質膜にガスが直接触れることによる膜劣化が生じない、耐久性に優れた固体高分子電解質型燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and eliminates a gap between the frame body and the polymer electrolyte membrane without increasing the fastening pressure of the fuel cell module with a simple gasket shape. An object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte fuel cell excellent in durability, in which membrane deterioration due to direct gas contact does not occur.

本発明の固体高分子電解質型燃料電池は、以下の特徴を有する。
〔1〕高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜のそれぞれの表面に設けられた触媒層と、前記触媒層の表面に設けられたガス拡散層と、
前記高分子電解質膜の外周を挟むように設けられた一対の枠体と、前記ガス拡散層上に設けられた一対のセパレータと、を有する点。当該〔1〕において、
〔2〕前記一対のセパレータのうち前記高分子電解質膜が配置される側の表面、かつ、前記ガス拡散層より外側に配置され、環状に設けられたメインシールと、前記枠体の内縁部よりも外側でかつ前記メインシールの中心部よりも内側に設けられるサブシールを備える点にある。
The solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention has the following characteristics.
[1] a polymer electrolyte membrane, a catalyst layer provided on each surface of the polymer electrolyte membrane, a gas diffusion layer provided on the surface of the catalyst layer,
The point which has a pair of frame provided so that the outer periphery of the said polymer electrolyte membrane might be pinched | interposed, and a pair of separator provided on the said gas diffusion layer. In [1],
[2] Of the pair of separators, on the surface on the side where the polymer electrolyte membrane is disposed and on the outer side of the gas diffusion layer, the main seal provided in an annular shape, and the inner edge of the frame Is provided with a sub seal provided on the outer side and on the inner side of the center portion of the main seal.

以上のように、本構成の簡単なガスケット形状によって、枠体と高分子電解質膜の間に燃料電池モジュールの締結圧力を増加させることなく隙間をなくすことができ、高分子電解質膜の膜劣化が抑制され、耐久性に優れた固体高分子電解質型燃料電池を提供することができる。   As described above, the simple gasket shape of this configuration can eliminate the gap between the frame and the polymer electrolyte membrane without increasing the fastening pressure of the fuel cell module, and the membrane degradation of the polymer electrolyte membrane can be prevented. A solid polymer electrolyte fuel cell which is suppressed and excellent in durability can be provided.

本発明の実施の形態における固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体の模式的な構造を示す一部分解斜視図1 is a partially exploded perspective view showing a schematic structure of an electrode-membrane-frame assembly of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図1のセルを構成する固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体をアノードセパレータ側表面から見た正面図The front view which looked at the electrode-membrane-frame assembly of the polymer electrolyte fuel cell which comprises the cell of FIG. 1 from the anode separator side surface 図1のセルを構成する固体高分子電解質型燃料電池の電極―膜―枠接合体をカソードセパレータ側表面から見た正面図1 is a front view of the electrode-membrane-frame assembly of the solid polymer electrolyte fuel cell constituting the cell of FIG. 1 as viewed from the cathode separator side surface. 図2の電極−膜−枠接合体の矢視A‐Aにおける一部分解断面図FIG. 2 is a partially exploded sectional view of the electrode-membrane-frame assembly in FIG. 図2の電極−膜−枠接合体の矢視B‐Bにおける一部分解断面図2 is a partially exploded cross-sectional view of the electrode-membrane-frame assembly in FIG. 実施の形態1における図1のアノードセパレータをアノード側表面から見た正面図The front view which looked at the anode separator of FIG. 1 in Embodiment 1 from the anode side surface 実施の形態1における図1のカソードセパレータをカソード側表面から見た正面図The front view which looked at the cathode separator of FIG. 1 in Embodiment 1 from the cathode side surface 実施の形態1における図6の矢視C−Cにおける部分断面図Partial sectional view taken along the line CC of FIG. 6 in the first embodiment. 実施の形態2における図1のアノードセパレータをアノード側表面から見た正面図The front view which looked at the anode separator of FIG. 1 in Embodiment 2 from the anode side surface 実施の形態2における図9の矢視D−Dにおける部分断面図Partial sectional view taken along arrow DD in FIG. 9 in the second embodiment. 実施の形態2における図9の矢視E−Eにおける部分断面図Partial sectional view taken along line EE of FIG. 9 in the second embodiment. 実施の形態2における図9の矢視E’−E’における部分断面図Partial sectional view taken along arrow E'-E 'in FIG. 実施の形態2における図1のカソードセパレータをカソード側表面から見た正面図The front view which looked at the cathode separator of FIG. 1 in Embodiment 2 from the cathode side surface 実施の形態2における図2の固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体をアノードセパレータ側表面から見た正面図の矢視F−F部分で、セル10を断面した断面図Sectional drawing which cut | disconnected cell 10 in the arrow FF part of the front view which looked at the electrode-membrane-frame assembly of the solid polymer electrolyte fuel cell of FIG. 特許文献1に記載された従来の固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体の実施の形態1を示す図The figure which shows Embodiment 1 of the electrode-membrane-frame assembly of the conventional solid polymer electrolyte fuel cell described in patent document 1 特許文献2に記載された従来の燃料電池の一部時拡大断面図Partially enlarged sectional view of a conventional fuel cell described in Patent Document 2 特許文献2に記載された第8実施形態にかかる燃料電池の構成を模式的に示す一部拡大断面図Partially enlarged sectional view schematically showing the structure of the fuel cell according to the eighth embodiment described in Patent Document 2.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1に係るPEFCの構造を、一部を分解して模式的に示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a part of the structure of the PEFC according to Embodiment 1 of the present invention in an exploded manner.

図2は、電極−膜−枠接合体1のアノードセパレータ2側から見た正面図であり、図3は、その電極−膜−枠接合体1のカソードセパレータ3側から見た正面図である。また、図4は、図2の矢視A−Aの一部断面図であり、図5は、図2の矢視B−Bの断面図である。図4、図5においては、右半分は若干、分解して表示している。   2 is a front view of the electrode-membrane-frame assembly 1 viewed from the anode separator 2 side, and FIG. 3 is a front view of the electrode-membrane-frame assembly 1 viewed from the cathode separator 3 side. . 4 is a partial cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In FIG. 4 and FIG. 5, the right half is slightly disassembled and displayed.

更に、以下の図面は、電極−膜−枠接合体1をアノード側及びカソード側から挟みこむセパレータ部材の図面である。すなわち、図6は、図1のアノードセパレータをアノード側表面から見た正面図であり、メインシール7Aおよびサブシール7Bが一体化された場合の図である。   Further, the following drawings are drawings of a separator member that sandwiches the electrode-membrane-frame assembly 1 from the anode side and the cathode side. That is, FIG. 6 is a front view of the anode separator of FIG. 1 as viewed from the anode side surface, and is a view when the main seal 7A and the sub seal 7B are integrated.

図7は、図1のカソードセパレータをカソード側表面から見た正面図であり、メインシール7Aおよびサブシール7Bが一体化された場合の図である。   FIG. 7 is a front view of the cathode separator of FIG. 1 as viewed from the cathode side surface, and is a view when the main seal 7A and the sub seal 7B are integrated.

図1に示すようにPEFC100は、複数のセル(単電池モジュール)10を積層させて構成されている。なお、図示しないが、積層された複数のセル10の両端側に位置する最外のセル10には、集電板,絶縁板,エンドプレート(端板)が取り付けられ、複数のセル10は両側から、ボルト穴4を挿通する締結ボルトとナット(ともに図示なし)とで締結されている。   As shown in FIG. 1, the PEFC 100 is configured by stacking a plurality of cells (single battery modules) 10. Although not shown, a current collector plate, an insulating plate, and an end plate (end plate) are attached to the outermost cell 10 positioned on both ends of the plurality of stacked cells 10, and the plurality of cells 10 are arranged on both sides. From the above, it is fastened by a fastening bolt and a nut (both not shown) that pass through the bolt hole 4.

本実施の形態1では、セル10は60個積層されて、ボルト穴4に挿通されるボルトとナットによって締結力10kNで締結されている。なお、本実施の形態1においては、複数のセル10が積層された構造を例として説明するが、1個のセルによりPEFCが構成されるような場合であっても良い。   In the first embodiment, 60 cells 10 are stacked and fastened with a fastening force of 10 kN by bolts and nuts inserted through the bolt holes 4. In the first embodiment, a structure in which a plurality of cells 10 are stacked will be described as an example. However, a PEFC may be configured by one cell.

セル10は、電極−膜−枠接合体1を、一対の導電性セパレータである、アノードセパレータ2とカソードセパレータ3により挟んで構成されている。より具体的には、電極−膜−枠接合体1の周縁部に位置する枠体6の両面が、その両面に配置された封止部材の一例であるガスケット(メインシール7Aおよびサブシール7B)を介して、一対のセパレータ2、3により挟まれることで、セル10が構成されている(図4、図5参照)。   The cell 10 is configured such that the electrode-membrane-frame assembly 1 is sandwiched between an anode separator 2 and a cathode separator 3 which are a pair of conductive separators. More specifically, gaskets (main seal 7A and sub-seal 7B), which are examples of sealing members, are disposed on both surfaces of the frame 6 positioned at the peripheral edge of the electrode-membrane-frame assembly 1. Thus, the cell 10 is configured by being sandwiched between the pair of separators 2 and 3 (see FIGS. 4 and 5).

これにより、電極と電解質膜との接合体である膜電極接合体(MEA)5の拡散層5C(図4参照)が、セパレータ2、3の表面と当接し、アノードセパレータ2の燃料ガス流路溝21の拡散層当接部21A及びカソードセパレータ3の酸化剤ガス流路溝31の拡散層当接部31Aと、それぞれの拡散層5Cとによって、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が画定される。   Thereby, the diffusion layer 5C (see FIG. 4) of the membrane electrode assembly (MEA) 5 which is a joined body of the electrode and the electrolyte membrane is in contact with the surfaces of the separators 2 and 3, and the fuel gas flow path of the anode separator 2 The fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel are defined by the diffusion layer contact portion 21A of the groove 21, the diffusion layer contact portion 31A of the oxidant gas flow channel groove 31 of the cathode separator 3, and the respective diffusion layers 5C. Is done.

これにより、拡散層当接部21Aを流通する燃料ガスは、アノードセパレータ2側の拡散層5Cに接触して、PEFC100の電気化学反応を生じさせる。また、積層されたセル10においては、隣接したMEA5が互いに電気的に直列、又は並列に接続される。セパレータ2,3及び電極−膜−枠接合体1の周縁部にある枠体6には、燃料ガス及び酸化剤ガスが流通するそれぞれ一対の貫通孔、すなわち、燃料ガスマニホールド孔12,22,32及び、酸化剤マニホールド孔13,23,33が設けられている。セル10が積層された状態では、これら貫通孔が積層して、燃料ガスマニホールド及び酸化剤マニホールドを形成する。   As a result, the fuel gas flowing through the diffusion layer abutting portion 21A comes into contact with the diffusion layer 5C on the anode separator 2 side to cause an electrochemical reaction of the PEFC 100. In the stacked cells 10, adjacent MEAs 5 are electrically connected to each other in series or in parallel. A pair of through-holes through which fuel gas and oxidant gas circulate, that is, fuel gas manifold holes 12, 22, and 32, are formed in the frame 6 at the periphery of the separators 2 and 3 and the electrode-membrane-frame assembly 1. In addition, oxidant manifold holes 13, 23, and 33 are provided. In the state where the cells 10 are stacked, these through holes are stacked to form a fuel gas manifold and an oxidant manifold.

上述のとおり、アノードセパレータ2の内側の主面には、一対の燃料ガスマニホールド孔22、22間を結ぶようにして燃料ガス流路溝21が設けられている。カソードセパレータ3の内側の主面には、一対の酸化剤ガスマニホールド孔33,33間を結ぶようにして酸化剤ガス流路溝31が形成されている。つまり、酸化剤ガス及び燃料ガスが、それぞれ一方のマニホールド、すなわち供給側のマニホールドから、流路溝21,31に分岐して、それぞれの他方のマニホールド、すなわち、排出側のマニホールドに流通するように構成される。   As described above, the fuel gas passage groove 21 is provided on the inner main surface of the anode separator 2 so as to connect the pair of fuel gas manifold holes 22, 22. An oxidant gas passage groove 31 is formed on the inner main surface of the cathode separator 3 so as to connect the pair of oxidant gas manifold holes 33 and 33. That is, the oxidant gas and the fuel gas are branched from the one manifold, that is, the supply-side manifold, to the flow channel grooves 21 and 31, respectively, and flow to the other manifold, that is, the discharge-side manifold. Composed.

そして、燃料ガス流路溝21は、セル10の組立状態において拡散層5Cと当接する表面部分に形成されている拡散層当接部21A及び連絡用流路溝である一対の連絡部21Bを有する。この連絡部21Bは、拡散層5Cに当接する部分と拡散層5Cの周囲に対向する部分との間が繋がるように形成されている。   The fuel gas channel groove 21 has a diffusion layer contact portion 21A formed on a surface portion that contacts the diffusion layer 5C in the assembled state of the cell 10 and a pair of connection portions 21B that are communication channel grooves. . The connecting portion 21B is formed so that a portion that contacts the diffusion layer 5C is connected to a portion that faces the periphery of the diffusion layer 5C.

同様にして、酸化剤ガス流路溝31は、セル10の組立状態において拡散層5Cと当接する表面部分に形成されている拡散層当接部31A及び連絡用流路溝である一対の連絡部31Bを有する。この連絡部31Bは、拡散層5Cに当接する部分と拡散層5Cの周囲に対向する部分との間を繋ぐように形成されている。ここでは、連絡部21B、31Bは、一対のマニホールド孔22,33と拡散層当接部21A,31Aとを結ぶように形成されている。   Similarly, the oxidant gas flow channel groove 31 includes a diffusion layer contact portion 31A formed on a surface portion that contacts the diffusion layer 5C in the assembled state of the cell 10 and a pair of communication portions that are communication flow channel grooves. 31B. The connecting portion 31B is formed so as to connect between a portion in contact with the diffusion layer 5C and a portion facing the periphery of the diffusion layer 5C. Here, the communication portions 21B and 31B are formed so as to connect the pair of manifold holes 22 and 33 and the diffusion layer contact portions 21A and 31A.

これによって、酸化剤ガスと燃料ガスとは、それぞれ供給側の燃料ガスマニホールド孔22及び酸化剤ガスマニホールド孔33から連絡部21B、31Bに分岐して流入し、それぞれ拡散層当接部21A、31Aにおいてそれぞれの拡散層5Cに接触し、電気化学反応を起こす。そして、それらの余剰のガスや反応生成成分は、排出側の燃料ガスマニホールド孔22及び酸化剤ガスニホールド孔33に接続されている連絡部21B、31Bを経由して排出側の燃料ガスマニホールド孔22及び酸化剤ガスマニホールド孔33に排出される。   As a result, the oxidant gas and the fuel gas branch from the supply-side fuel gas manifold hole 22 and the oxidant gas manifold hole 33 to the connecting portions 21B and 31B, respectively, and flow into the connecting portions 21A and 31A, respectively. In contact with each diffusion layer 5C, an electrochemical reaction occurs. The surplus gas and reaction product components are discharged to the exhaust-side fuel gas manifold hole via the connecting portions 21B and 31B connected to the discharge-side fuel gas manifold hole 22 and the oxidant gas manifold hole 33. 22 and the oxidant gas manifold hole 33 are discharged.

電極−膜−枠接合体1の枠体6の両側主面にはメインシール7A、サブシール7Bが配設されている。メインシール7Aは、酸化剤ガスと燃料ガスとが、所定の流路溝21,31から流出しないように配設されている。すなわち、メインシール7Aは、マニホールド孔12,13,14の周囲及び枠の周囲を包囲するようにして配設されている。また、ここでは、アノードセパレータ2側では、セル10の組立状態において、燃料ガス流路溝21の連絡部21Bが当接する位置には、メインシール7A、サブシール7Bが配設されていない。   A main seal 7A and a sub-seal 7B are disposed on both main surfaces of the frame 6 of the electrode-membrane-frame assembly 1. The main seal 7A is disposed so that the oxidant gas and the fuel gas do not flow out from the predetermined flow path grooves 21 and 31. That is, the main seal 7A is disposed so as to surround the periphery of the manifold holes 12, 13, and 14 and the periphery of the frame. Here, on the anode separator 2 side, in the assembled state of the cell 10, the main seal 7A and the sub seal 7B are not disposed at the position where the connecting portion 21B of the fuel gas flow channel 21 abuts.

また、燃料ガスマニホールド孔12とMEA5とが一体的に包囲されるように、メインシール7A,及び,サブシール7Bが配設されている。同様に、カソードセパレータ3側では(図3参照)、セル10の組立状態において、酸化剤ガス流路溝31の連絡部31Bが当接する位置Pには、メインシール7A,サブシール7Bは配設されていない。   In addition, a main seal 7A and a sub seal 7B are disposed so that the fuel gas manifold hole 12 and the MEA 5 are integrally surrounded. Similarly, on the cathode separator 3 side (see FIG. 3), in the assembled state of the cell 10, the main seal 7A and the sub seal 7B are disposed at a position P where the connecting portion 31B of the oxidant gas flow channel 31 abuts. Not.

また、燃料ガスマニホールド孔22とMEA5との間を流通する燃料ガス、及び、酸化剤ガスマニホールド孔33とMEA5との間を流通する酸化剤ガスの流通が阻害されないようにしながら、メインシール7Aによって、燃料ガス流路21及び酸化剤ガス流路31外への燃料ガス及び酸化剤ガスの漏出が防止される。   Further, the main seal 7A prevents the flow of the fuel gas flowing between the fuel gas manifold hole 22 and the MEA 5 and the flow of the oxidizing gas flowing between the oxidant gas manifold hole 33 and the MEA 5 from being disturbed. The fuel gas and the oxidant gas are prevented from leaking out of the fuel gas channel 21 and the oxidant gas channel 31.

なお、図1においては、メインシール7A、サブシール7B、セパレータ2,3の拡散層当接部21A,31Aの流路溝21,31の蛇行構造については概略構成として示している。   In FIG. 1, the meander structure of the flow grooves 21 and 31 of the diffusion layer contact portions 21A and 31A of the main seal 7A, the sub seal 7B, and the separators 2 and 3 is shown as a schematic configuration.

なお、実施の形態1のPEFC100においては、マニホールド孔をセパレータの貫通孔により形成されるような場合について説明するが、このような場合に代えて、所謂、外部マニホールド、すなわち、セパレータの外側に形成されるマニホールドによる構成もある。なお、PEFC100のコンパクト化、及び外観状の構成の簡素さという観点からは、マニホールドがセパレータの貫通孔により形成されることが好ましい。   In the PEFC 100 of the first embodiment, the case where the manifold holes are formed by the through holes of the separator will be described. Instead of this, the so-called external manifold, that is, the outside of the separator is formed. There is also a configuration with manifolds. From the viewpoint of downsizing the PEFC 100 and simplicity of the external configuration, it is preferable that the manifold is formed by a through hole of the separator.

また、セパレータ2,3及び電極−膜−枠接合体1の周縁部に、燃料ガスマニホールド孔12,22,32及び酸化剤ガスマニホールド孔13,23,33と同様に、水が流通する二対のマニホールドを形成する水マニホールド孔14,24,34が設けられている。これによって、セル10が積層された状態では、これらマニホールド孔はそれぞれ積層して二対の水マニホールド孔が形成される。   Further, two pairs in which water circulates in the peripheral portions of the separators 2 and 3 and the electrode-membrane-frame assembly 1 like the fuel gas manifold holes 12, 22, 32 and the oxidant gas manifold holes 13, 23, 33. Water manifold holes 14, 24, and 34 that form the manifolds are provided. Thus, in the state where the cells 10 are stacked, these manifold holes are stacked to form two pairs of water manifold holes.

ここで、電極−膜−枠接合体1の模式平面図を図2に示し、図2の電極−膜−枠接合体1における矢視AーA断面図を図4に示すとともに、矢視BーB断面図を図5に示す。図5での燃料ガスマニホールド孔12は少し小さめに描画している。また、図4、図5においては右半分は少し分解して描画している。   Here, a schematic plan view of the electrode-membrane-frame assembly 1 is shown in FIG. 2, a cross-sectional view taken along the line AA in the electrode-membrane-frame assembly 1 of FIG. 2 is shown in FIG. -B sectional view is shown in FIG. The fuel gas manifold hole 12 in FIG. 5 is drawn slightly smaller. Also, in FIGS. 4 and 5, the right half is drawn slightly apart.

図4及び図5に示すように、MEA5は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜5Aと、高分子電解質膜5Aの両面に形成された一対の電極層5D(アノードとカソードの電極層)とを備えている。電極層5Dは、通常、白金触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜5Aの表面に形成される触媒層5Bと、この触媒層5Bの外面に形成される通気性及び導電性を併せ持つ拡散層5Cを備えている。なお、触媒層5Bは、図示しない撥水カーボン層と白金カーボン層との2層構造となっていてもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, the MEA 5 includes a polymer electrolyte membrane 5A that selectively transports hydrogen ions, and a pair of electrode layers 5D (anode and cathode electrodes) formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 5A. Layer). The electrode layer 5D is mainly composed of carbon powder carrying a platinum catalyst as a main component, and a catalyst layer 5B formed on the surface of the polymer electrolyte membrane 5A, and air permeability and conductivity formed on the outer surface of the catalyst layer 5B. A diffusion layer 5C having both of the above. The catalyst layer 5B may have a two-layer structure of a water repellent carbon layer and a platinum carbon layer (not shown).

アノードセパレータ2及びカソードセパレータ3は、平板状であって、電極−膜−枠接合体1と接触する側の面、すなわち、内面は、電極−膜−枠接合体1の形状、より具体的には、枠体6の厚みとMEA5の厚みとの違いにより生じている段差に応じて、中央部が台形状に突出するように段差2a、3aを有している。   The anode separator 2 and the cathode separator 3 have a flat plate shape, and the surface in contact with the electrode-membrane-frame assembly 1, that is, the inner surface is more specifically the shape of the electrode-membrane-frame assembly 1. Has steps 2a and 3a so that the central portion protrudes in a trapezoidal shape according to the step generated by the difference between the thickness of the frame 6 and the thickness of the MEA 5.

すなわち、高分子電解質膜5A、触媒層5B、拡散層5Cの合計厚さよりも、枠体6の厚さが大きく、そのため段差が生じており、その段差の形に応じてセパレータの厚みに段差2a、3aをつけているが、完全に勘合しているのではなく、図5の左部分のように、隙間が残っている。その隙間にガスケット(メインシール7A、サブシール7B)が挟み込まれている。   That is, the thickness of the frame body 6 is larger than the total thickness of the polymer electrolyte membrane 5A, the catalyst layer 5B, and the diffusion layer 5C, and thus a step is formed. 3a is attached, but it is not completely fitted, and a gap remains as shown in the left part of FIG. Gaskets (main seal 7A, sub seal 7B) are sandwiched between the gaps.

ここで、アノードセパレータ2及びカソードセパレータ3は、例えば、東海カーボン株式会社製グラッシーカーボン(厚さ3mm)を用いている。セパレータ2,3では、各種マニホールド孔22,23,32,33,34、並びにボルト穴4がセパレータ2,3の厚み方向に貫通している。   Here, for example, glassy carbon (thickness 3 mm) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. is used for the anode separator 2 and the cathode separator 3. In the separators 2 and 3, various manifold holes 22, 23, 32, 33, 34 and bolt holes 4 penetrate through the separators 2 and 3 in the thickness direction.

また、セパレータ2,3の内面には、燃料ガス流路溝21、酸化剤ガス流路31が形成されて、セパレータ2,3の背面には、図示しない水流路溝が形成されている。各種マニホールド孔22,23,24,32,33,34、ボルト穴4、燃料ガス流路溝31,水流路溝50などは、切削加工あるいは成形加工により形成される。   A fuel gas channel groove 21 and an oxidant gas channel 31 are formed on the inner surfaces of the separators 2 and 3, and a water channel groove (not shown) is formed on the back surfaces of the separators 2 and 3. Various manifold holes 22, 23, 24, 32, 33, 34, bolt holes 4, fuel gas flow channel 31, water flow channel 50 and the like are formed by cutting or molding.

ここで、水流路溝は、二対の水マニホールド孔24,34間を結ぶようにして形成される。すなわち、水がそれぞれ一方のマニホールド孔、すなわち供給側のマニホールド孔から水流路溝に分岐して、それぞれ他方のマニホールド孔、すなわち、排水側のマニホールド孔に流通するように構成される。これによって、水の伝熱能力によりセル10を電気化学反応に適した所定の温度に保つことができる。   Here, the water channel groove is formed so as to connect the two pairs of water manifold holes 24 and 34. That is, each of the water branches from one manifold hole, that is, the supply-side manifold hole, to the water flow channel groove, and flows to the other manifold hole, that is, the drain-side manifold hole. Thereby, the cell 10 can be maintained at a predetermined temperature suitable for the electrochemical reaction by the heat transfer capability of water.

なお、燃料ガス及び酸化剤ガスと同様にして、セパレータ2,3及び電極−膜−枠接合体1の周縁部に水マニホールド孔14,24,34を形成せずに、冷却する給排路を外部マニホールド構造にしてもよい。更には、セパレータ2,3の背面に水流路溝を形成せずに隣接するセルの間に、冷却水が循環する冷却ユニットを挿入してセル10を積層するように構成してもよい。   Similarly to the fuel gas and the oxidant gas, the water supply / discharge passage for cooling is formed without forming the water manifold holes 14, 24, 34 in the peripheral portions of the separators 2, 3 and the electrode-membrane-frame assembly 1. An external manifold structure may be used. Furthermore, the cell 10 may be stacked by inserting a cooling unit in which cooling water circulates between adjacent cells without forming a water flow channel groove on the back of the separators 2 and 3.

図4及び図5に示すように、枠体6は、第1の枠体6Aと第2の枠体6Bと第3の枠体6C、6C−1、6C−2で構成されている。他方、MEA5においては、高分子電解質膜5Aの大きさは、その両面に形成された触媒層5Bや拡散層5Cの大きさより大きい寸法であるため、高分子電解質膜5Aの周縁部のみが外側へ飛びだし露出している形状をしている。そして、第1の枠体6Aと第2の枠体6Bとの間に、高分子電解質膜5Aの飛び出し露出している周縁部が配置されて、両枠体6A,6Bにより挟み込まれることにより、MEA5が枠体6により保持された構成が実現されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the frame body 6 includes a first frame body 6A, a second frame body 6B, and third frame bodies 6C, 6C-1, and 6C-2. On the other hand, in the MEA 5, since the size of the polymer electrolyte membrane 5A is larger than the size of the catalyst layer 5B and the diffusion layer 5C formed on both surfaces thereof, only the peripheral portion of the polymer electrolyte membrane 5A is outward. It has a shape that protrudes and is exposed. Then, between the first frame body 6A and the second frame body 6B, the exposed peripheral portion of the polymer electrolyte membrane 5A is disposed and sandwiched between the both frame bodies 6A and 6B. A configuration in which the MEA 5 is held by the frame 6 is realized.

更に、第1の枠体6Aと、第2の枠体6Bを一体化するための第3の枠体6C,6C−1,6C−2が形成されており、第1の枠体6Aと第2の枠体6Bが勘合されてできる、つなぎ目を跨ぐように第3の枠体6C、6C−1、6C−2が溶着部15において溶着されている。これによって第1の枠体6A、第2の枠体6B及び第3の枠体6C,6C−1,6C−2が機械的に一体化されMEA5は保持される。   Further, third frames 6C, 6C-1, and 6C-2 for integrating the first frame body 6A and the second frame body 6B are formed. The third frames 6C, 6C-1, and 6C-2 are welded at the welded portion 15 so as to straddle the joints formed by fitting the second frame 6B. Accordingly, the first frame body 6A, the second frame body 6B, and the third frame bodies 6C, 6C-1, and 6C-2 are mechanically integrated, and the MEA 5 is held.

第1の枠体6A第2の枠体6Bは、熱可塑性樹脂材料を用いて、射出成形により予め形成される。このような枠体6A、6Bにより、保持されているMEA5とメインシール7A,サブシール7Bとの関係を説明する。   The first frame 6A and the second frame 6B are formed in advance by injection molding using a thermoplastic resin material. The relationship between the MEA 5 held by the frames 6A and 6B, the main seal 7A, and the sub seal 7B will be described.

図4は、図2の電極−膜−枠接合体の矢視A‐Aにおける一部分解断面図である。同図のように、MEA5を2つの枠体で挟んで保持する場合、燃料ガスが枠体とMEA5の間を抜けて、酸化剤ガス側に又は酸化剤ガスが燃料ガス側に抜けるのを防止する必要がある。また、枠体とMEA5の間を抜けるガスは、触媒層5Bの中を通って移動するため高分子電解質膜5Aの部分をメインシール7A直下で押さえなければならないため、枠体の発電エリア側の先端から3〜7mm外側に離れたところにメインシール7Aの中心は配置される。   4 is a partially exploded cross-sectional view of the electrode-membrane-frame assembly of FIG. As shown in the figure, when the MEA 5 is held between two frames, the fuel gas is prevented from passing between the frame and the MEA 5 and the oxidant gas is prevented from escaping to the fuel gas side. There is a need to. Further, since the gas passing between the frame body and the MEA 5 moves through the catalyst layer 5B, the polymer electrolyte membrane 5A portion must be pressed directly under the main seal 7A. The center of the main seal 7A is arranged at a position 3 to 7 mm away from the tip.

また、このメインシール7Aは外部リークを防止するための両方を兼ねているため、ガスケットの反力が2〜10N/mm必要である。セル10を積層した際、アノードセパレータ2とカソードセパレータ3がずれて配置されること想定し、枠体の発電エリア側の先端部が開かないように、メインシール7Aと枠体の発電エリア側の先端部の間にサブシール7Bを配置する。   Moreover, since this main seal 7A serves as both for preventing an external leak, the reaction force of a gasket needs 2-10 N / mm. When the cells 10 are stacked, it is assumed that the anode separator 2 and the cathode separator 3 are displaced from each other, and the main seal 7A and the power generation area side of the frame body are not opened so that the tip of the power generation area side of the frame body is not opened. The sub seal 7B is disposed between the tip portions.

このサブシール7Bは、枠体が開かないようにするためだけなので、反力はメインシール7Aほどかける必要がない。メインシール7Aは、外部リークを止める必要があるので必ず閉じていなければならないが、サブシール7Bは、枠体が開かない程度で配置すればよいので閉じている必要はない。メインシール7Aとサブシール7Bは、部分的に接続されている方が望ましい。   Since the sub seal 7B is only for preventing the frame from opening, the reaction force does not need to be applied as much as the main seal 7A. The main seal 7A must be closed because it is necessary to stop external leakage, but the sub-seal 7B does not need to be closed because the sub seal 7B may be disposed so as not to open the frame. It is desirable that the main seal 7A and the sub seal 7B are partially connected.

図4は圧縮率を小さくして反力を低くした例である。   FIG. 4 shows an example in which the reaction rate is lowered by reducing the compression rate.

図5は、電極−膜−枠接合体1をアノード側表面から見た正面図である図2において、矢視BーBで断面した図である。図5の通り、流路部についてはメインシール7A、サブシール7Bを配置することができないため、メインシール7A,サブシール7Bがある部分には枠体側からリブ8Bを立てて反力を受けて枠体が開かないようにできる。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2, which is a front view of the electrode-membrane-frame assembly 1 as viewed from the anode side surface. As shown in FIG. 5, the main seal 7A and the sub-seal 7B cannot be disposed in the flow path portion. Therefore, a rib 8B is raised from the frame body side to receive the reaction force in the portion where the main seal 7A and the sub-seal 7B are present. Can be prevented from opening.

セパレータ上には、封止部材の一例であるメインシール7A、サブシール7Bが配置されている。メインシール7A,サブシール7Bは、第1の枠体6A、第2の枠体6Bに一体化されていてもされていなくても良い。また、セパレータに対しても一体化されていてもされていなくても良い。   On the separator, a main seal 7A and a sub seal 7B, which are examples of a sealing member, are arranged. The main seal 7A and the sub seal 7B may or may not be integrated with the first frame 6A and the second frame 6B. Further, it may or may not be integrated with the separator.

メインシール7A,サブシール7Bは弾性体で構成され、一対のセパレータ2,3間に電極−膜−枠接合体1が配置されて押圧されることによって変形され、図2に示すように、MEA5の周囲(すなわち、MEA5とセパレータ2,3との間)、及び、マニホールド孔の周囲が封止(シール)される。また、燃料ガスマニホールド孔12及び酸化剤マニホールド孔13においても同様にして、メインシール7Aによって、それぞれのマニホールド孔の周囲がシールされる。   The main seal 7A and the sub seal 7B are made of an elastic body, and are deformed by placing and pressing the electrode-membrane-frame assembly 1 between a pair of separators 2 and 3, and as shown in FIG. The periphery (that is, between the MEA 5 and the separators 2 and 3) and the periphery of the manifold hole are sealed (sealed). Similarly, in the fuel gas manifold hole 12 and the oxidant manifold hole 13, the periphery of each manifold hole is sealed by the main seal 7A.

以下に、メインシール7A,サブシール7Bの形状について詳しく説明する。   Hereinafter, the shapes of the main seal 7A and the sub seal 7B will be described in detail.

図6は、図1のアノードセパレータをアノード側表面から見た正面図である。図中の発電エリア内の燃料ガス流路溝21Aの周囲にメインシール7Aとサブシール7Bが複合された複合ガスケット部7が配置されている。サブシール7Bは、図のとおり流路部には存在しないため閉じていない。   FIG. 6 is a front view of the anode separator of FIG. 1 as viewed from the anode side surface. A composite gasket portion 7 in which a main seal 7A and a sub seal 7B are combined is disposed around a fuel gas passage groove 21A in the power generation area in the figure. The sub seal 7B is not closed because it does not exist in the flow path as shown in the figure.

図8に実施の形態1における図6の矢視C−Cにおける部分断面図を示す。メインシール7Aの高さをHA、先端RをRAとしサブシール7Bの高さをHB、先端RをRBとする。また、HPの寸法をシールの圧縮後の寸法とすると、以下のことが言える。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 6 in the first embodiment. The height of the main seal 7A is HA, the tip R is RA, the height of the sub seal 7B is HB, and the tip R is RB. Moreover, the following can be said when the dimension of HP is the dimension after compression of the seal.

メインシール7Aの反力よりもサブシール7Bの反力を小さく設計する例を以下に挙げる。   An example in which the reaction force of the sub seal 7B is designed to be smaller than the reaction force of the main seal 7A will be described below.

HA=HBの場合、圧縮率は、等しいのでRA>RBとすることで反力を小さくすることができる。   When HA = HB, the compression ratios are equal, so the reaction force can be reduced by setting RA> RB.

HA>HBの場合、RA=RBでも反力は小さくすることは可能であるが、この場合、圧縮率が小さくなりすぎると部品の公差、組立上の公差の関係でサブシール7Bが機能しない場合があるため注意が必要である。   When HA> HB, the reaction force can be reduced even if RA = RB. However, in this case, if the compression ratio becomes too small, the sub seal 7B may not function due to component tolerance and assembly tolerance. Because there is, attention is necessary.

枠体6(第1の枠体6A、第2の枠体6B,第3の枠体6C、6C−1、6C−2)は、熱可塑性樹脂により形成される。この熱可塑性樹脂は、PEFC100の運転温度以下において、化学的に清浄かつ安定であって、適度の弾性率と比較的高い加重たわみ温度を有する。   The frame body 6 (the first frame body 6A, the second frame body 6B, the third frame bodies 6C, 6C-1, and 6C-2) is formed of a thermoplastic resin. This thermoplastic resin is chemically clean and stable below the operating temperature of PEFC 100, and has a moderate elastic modulus and a relatively high weight deflection temperature.

例えば、セパレータ2,3の燃料ガス流路21及び酸化剤ガス流路31の幅が1〜2mm程度、かつ枠体6の厚みが略1mm以下である場合、枠体6の圧縮弾性率は少なくとも2000MPa以上であることが好ましい。ここで、弾性率とは、JIS−K7181に定める圧縮弾性率測定法によって計測された圧縮弾性率をいう。   For example, when the width of the fuel gas channel 21 and the oxidant gas channel 31 of the separators 2 and 3 is about 1 to 2 mm and the thickness of the frame 6 is about 1 mm or less, the compression elastic modulus of the frame 6 is at least It is preferable that it is 2000 MPa or more. Here, the elastic modulus refers to a compressive elastic modulus measured by a compressive elastic modulus measuring method defined in JIS-K7181.

また、PEFC100の運転温度は一般的には90℃以下であるので、枠体6のたわみ荷重温度は120℃以上であることが好ましい。また、枠体6は機械的強度が大きくかつ耐熱性の高い材料が好ましい。   Moreover, since the operating temperature of PEFC100 is generally 90 ° C. or lower, the deflection load temperature of the frame 6 is preferably 120 ° C. or higher. The frame 6 is preferably made of a material having high mechanical strength and high heat resistance.

例えば、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックグレードのものが好適であり、変性ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、結晶ポリマー(LCP)ポリエーテルニトリル(PEN)などが例示できる。   For example, a so-called super engineering plastic grade is suitable, and examples thereof include modified polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), crystalline polymer (LCP) polyether nitrile (PEN) and the like. .

これらは、数千から数万MPaの圧縮弾性率と、120℃以上のたわみ荷重温度を有しており好適な材料である。また、汎用されている樹脂材料であっても、例えば、ガラスフィラーが充填されたポリプロピレン(GFPP)などは、ガラスフィラーが高分子電解質膜に突き刺さる可能性があり適さない。本実施の形態1においては、熱可塑性樹脂である変性PPE(旭化成ケミカルズ株式会社 ザイロン500H)が用いられている。   These are suitable materials having a compression modulus of several thousand to several tens of thousands of MPa and a deflection load temperature of 120 ° C. or more. Further, even a widely used resin material is not suitable, for example, polypropylene (GFPP) filled with a glass filler because the glass filler may pierce the polymer electrolyte membrane. In the first embodiment, modified PPE (Asahi Kasei Chemicals Corporation Zylon 500H), which is a thermoplastic resin, is used.

また、メインシール7A、サブシール7Bは、弾性体としてフッ素ゴムやEPDM、AEMなどのゴムや、可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーから構成される。このメインシール7A、サブシール7Bは、PEFC100の運転条件下において化学的に安定で、特に加水分解をおこさないなど耐熱水性と高分子電解質膜由来の耐酸性を有する。   The main seal 7A and the sub seal 7B are made of rubber such as fluoro rubber, EPDM, or AEM, a plastic resin, or a thermoplastic elastomer as an elastic body. The main seal 7A and the sub-seal 7B are chemically stable under the operating conditions of the PEFC 100, and have particularly hot water resistance and acid resistance derived from the polymer electrolyte membrane, such as not causing hydrolysis.

例えば、ガスケット7の圧縮弾性率は200MPa以下であることが好ましい。PEFC100の締結荷重において良好なシール性を確保するために本実施の形態1においては、フッ素ゴムを用いている。   For example, the compression elastic modulus of the gasket 7 is preferably 200 MPa or less. In the first embodiment, fluororubber is used in order to ensure good sealing performance at the fastening load of PEFC100.

アノードセパレータ2及びカソードセパレータ3の背面には、各種マニホールド孔の周囲に、耐熱性の材料からなるスクイーズドパッキンなどの一般的なシール部材9が配設されている。これによって、隣接するセル10の間において、各種マニホールド孔22,23,24,32,33,34のセル10間の連接部からの燃料ガス、酸化剤ガス及び水の流出が防止される。   A general sealing member 9 such as a squeezed packing made of a heat-resistant material is disposed around the various manifold holes on the back surfaces of the anode separator 2 and the cathode separator 3. This prevents the fuel gas, the oxidant gas, and the water from flowing out from the connection portion between the cells 10 of the various manifold holes 22, 23, 24, 32, 33, 34 between the adjacent cells 10.

次に、本実施の形態1の電極−膜−枠接合体1の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the electrode-membrane-frame assembly 1 of the first embodiment will be described.

まず、図4や図5に示すように、高分子電解質膜5Aの中央部の両面に、周縁部を露出させる、つまり、覆わないようにしながら、触媒層5Bをそれぞれ形成する。触媒層5Bの端部は、枠体の電極側端部とメインシール7Aラインの間とする。次に、拡散層5Cを形成するが、拡散層5Cは、枠体6では挟んでから高分子電解質膜5Aに形成された触媒層5Bに貼り付けて形成しても、枠体6ではさむ前に触媒層5Bに貼り付けて形成しても良い。   First, as shown in FIGS. 4 and 5, the catalyst layer 5B is formed on both surfaces of the central portion of the polymer electrolyte membrane 5A while exposing the peripheral edge, that is, not covering it. The end of the catalyst layer 5B is between the electrode side end of the frame and the main seal 7A line. Next, the diffusion layer 5C is formed. Even if the diffusion layer 5C is sandwiched by the frame body 6 and then attached to the catalyst layer 5B formed on the polymer electrolyte membrane 5A, the diffusion layer 5C is not yet sandwiched by the frame body 6. Alternatively, it may be formed by being attached to the catalyst layer 5B.

具体的には触媒層5Bは、例えば、以下のようにして形成する。ケッチェンブラックECに白金を重量比が1:1で担持させた触媒粉末10gに水35g及び水素イオン伝導性高分子電解質のアルコール分散液(旭硝子株式会社製、9%FSS)59gを混合攪拌して触媒層インクを作製する。   Specifically, the catalyst layer 5B is formed as follows, for example. 35 g of water and 59 g of an alcohol dispersion of hydrogen ion conductive polymer electrolyte (9% FSS, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) are mixed and stirred in 10 g of catalyst powder in which platinum is supported on Ketjen Black EC at a weight ratio of 1: 1. To prepare a catalyst layer ink.

次にこの触媒層インクを高分子電解質膜5Aの両主面にスプレー塗工、スクリーン塗工等の一般的な塗布技術を用いて、20μmの厚みに塗工乾燥して触媒層5Bが形成される。ここで、高分子電解質膜5Aには、パーフルオロカーボンスルホン酸膜(DUPONT Nafion117(登録商標))が用いられている。また、図では高分子電解質膜5Aを第1の枠体6Aの段部6D上に精度よく配置することや、仮固定するための構造は省略している。   Next, the catalyst layer 5B is formed by coating and drying the catalyst layer ink to a thickness of 20 μm on both main surfaces of the polymer electrolyte membrane 5A using a general coating technique such as spray coating or screen coating. The Here, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (DUPONT Nafion 117 (registered trademark)) is used for the polymer electrolyte membrane 5A. Further, in the drawing, the structure for accurately disposing and temporarily fixing the polymer electrolyte membrane 5A on the step portion 6D of the first frame 6A is omitted.

次いで、触媒層5Bの上に拡散層5Cを形成する。拡散層5Cは、微細な孔部を多数有する多孔質体によって構成されている。これによって、燃料ガスあるいは酸化剤ガスが孔部に侵入することによって、それらガスが拡散して、触媒層5Bに到達しやすくなる。   Next, a diffusion layer 5C is formed on the catalyst layer 5B. The diffusion layer 5C is configured by a porous body having a large number of fine pores. As a result, when the fuel gas or the oxidant gas enters the hole, the gas diffuses and easily reaches the catalyst layer 5B.

本実施の形態1においては、例えば日本ゴア社製Carbel CL400、厚み400μm)を触媒層5Bが付されている高分子電解質膜5Aの両主面に被せる。そして、この炭素繊維布をホットプレスすることによって、高分子電解質膜5Aの両主面の触媒層5Bの上に、拡散層5Cが形成される。   In the first embodiment, for example, Carbel CL400 manufactured by Nippon Gore Co., Ltd., having a thickness of 400 μm) is placed on both main surfaces of the polymer electrolyte membrane 5A provided with the catalyst layer 5B. Then, the carbon fiber cloth is hot-pressed to form a diffusion layer 5C on the catalyst layer 5B on both main surfaces of the polymer electrolyte membrane 5A.

他方、図2〜図5に示すように、第1の枠体6Aは、熱可塑性樹脂材料を用いて、射出成形により予め形成される。MEA5の発電部は、第1の枠体6Aの開口部である。また、第2の枠体6Bも、熱可塑性樹脂材料を用いて、予め射出成形により形成される。MEA5の発電部は第2の枠体6Bの開口部である。   On the other hand, as shown in FIGS. 2 to 5, the first frame 6 </ b> A is formed in advance by injection molding using a thermoplastic resin material. The power generation unit of the MEA 5 is an opening of the first frame 6A. The second frame 6B is also formed in advance by injection molding using a thermoplastic resin material. The power generation unit of the MEA 5 is an opening of the second frame 6B.

このように予め、MEA5、第1の枠体6A、及び第2の枠体6Bを準備する。その後、第1の枠体6Aの段部6D上に、MEA5の周縁部を配置する。その際、MEA5の最外端縁が、ガスケットラインとリブ8Bよりも外側に配置されるようにアライメントされる。また、このとき、この状態で第1の枠体6AとMEA5を仮固定してもよい。   In this way, the MEA 5, the first frame body 6A, and the second frame body 6B are prepared in advance. Then, the peripheral part of MEA5 is arrange | positioned on the step part 6D of 6 A of 1st frames. At that time, the alignment is performed so that the outermost edge of the MEA 5 is disposed outside the gasket line and the rib 8B. At this time, the first frame 6A and the MEA 5 may be temporarily fixed in this state.

次にMEA5を配置した第1の枠体6Aに、第2の枠体6Bを嵌合させる。MEA5の周縁部が第1及び第2の枠体6A、6Bにより挟まれて保持され、第3の枠体6C、6C−1、6C−2を形成するための金型に入れて、第3の枠体6C、6C−1、6C−2の形状を射出成形により成形し、最終的に電極−膜−枠接合体1が作られる。この電極−膜−枠接合体1をそれぞれのセパレータ2,3により挟み込むことで、セル10が完成する。   Next, the second frame 6B is fitted to the first frame 6A in which the MEA 5 is disposed. The peripheral edge of the MEA 5 is held between the first and second frame bodies 6A and 6B, and is inserted into a mold for forming the third frame bodies 6C, 6C-1 and 6C-2. The shapes of the frame bodies 6C, 6C-1, and 6C-2 are formed by injection molding, and the electrode-membrane-frame assembly 1 is finally formed. The cell 10 is completed by sandwiching the electrode-membrane-frame assembly 1 between the separators 2 and 3.

(実施の形態2)
図9は、本発明の実施の形態2の図1のアノードセパレータをアノード側表面から見た正面図である。図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a front view of the anode separator of FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention as viewed from the anode side surface. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図9の発電エリア内の燃料ガス流路溝21Aの周囲にメインシール7Aとサブシール7Bが複合された複合ガスケット部7が配置されている。サブシール7Bは、同図の通り、流路部には存在しないため閉じていない。また、図中のサブシール7Bは、周方向に積極的に連続しないように配置されている。このことにより、枠体を押さえる部分が減少し、反力が低下する。押さえない範囲は、枠体の剛性とサブシール7Bにより押さえる反力により最適な配置を解析により設定できる。   A composite gasket portion 7 in which the main seal 7A and the sub seal 7B are combined is disposed around the fuel gas passage groove 21A in the power generation area of FIG. As shown in the figure, the sub seal 7B is not closed because it does not exist in the flow path. Further, the sub-seal 7B in the figure is arranged so as not to continue actively in the circumferential direction. Thereby, the part which presses a frame body reduces, and reaction force falls. The range that is not pressed can be set by analysis based on the rigidity of the frame and the reaction force pressed by the sub seal 7B.

図10は、実施の形態2における図9の矢視D−Dにおける部分断面図である。前述の実施の形態1と同様に、メインシール7Aの高さをHA、先端RをRAとしサブシール7Bの高さをHB、先端RをRBとする。また、HPの寸法をシールの圧縮後の寸法とすると、以下のことが言える。   FIG. 10 is a partial cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 9 in the second embodiment. As in the first embodiment, the height of the main seal 7A is HA, the tip R is RA, the height of the sub seal 7B is HB, and the tip R is RB. Moreover, the following can be said when the dimension of HP is the dimension after compression of the seal.

メインシール7Aの反力よりもサブシール7Bの反力を小さく設計する例を以下に挙げる。   An example in which the reaction force of the sub seal 7B is designed to be smaller than the reaction force of the main seal 7A will be described below.

HA=HBの場合、圧縮率は、等しいのでRA>RBとすることで反力を小さくすることができる。   When HA = HB, the compression ratios are equal, so the reaction force can be reduced by setting RA> RB.

HA>HBの場合、RA=RBでも反力は小さくすることは可能であるが、この場合、圧縮率が小さくなりすぎると、部品の公差、組立上の公差の関係でサブシール7Bが機能しない場合があるため注意が必要である。   When HA> HB, the reaction force can be reduced even when RA = RB, but in this case, if the compression ratio becomes too small, the sub seal 7B does not function due to the tolerance of parts and the tolerance of assembly. There is a need for caution.

更に、図11、図12に実施の形態2における図9のサブシール7Bのない部分の矢視E−Eにおける部分断面図を示す。   Further, FIGS. 11 and 12 are partial cross-sectional views taken along arrow EE of the portion without the sub seal 7B of FIG. 9 in the second embodiment.

図11は、E−Eと図12はE’−E’とする。   In FIG. 11, EE and FIG. 12 are E′-E ′.

図11では、メインシール7Aのみであり、サブシール7B部分とメインシール7Aをつなぐ形状はない。材料の削減の観点から有効な手段といえるが形状がより複雑になることと、サブシール7Bの成形性に影響が出る。   In FIG. 11, only the main seal 7A is provided, and there is no shape connecting the sub seal 7B and the main seal 7A. Although it can be said that it is an effective means from the viewpoint of material reduction, the shape becomes more complicated and the formability of the sub seal 7B is affected.

図12は、上記成形性の影響を考慮し、サブシール7B部分とメインシール7Aをつなぐ形状を残すことで成形性を向上させた例を示す。   FIG. 12 shows an example in which the formability is improved by leaving the shape connecting the sub seal 7B and the main seal 7A in consideration of the influence of the formability.

図13は、実施の形態2における図1のカソードセパレータをカソード側表面から見た正面図であり、アノードセパレータと同様に図13の発電エリア内の燃料ガス流路溝31Aの周囲にメインシール7Aとサブシール7Bが複合された複合ガスケット部7が配置されている。   FIG. 13 is a front view of the cathode separator of FIG. 1 according to the second embodiment as viewed from the cathode side surface. Similar to the anode separator, the main seal 7A is provided around the fuel gas passage groove 31A in the power generation area of FIG. And a composite gasket portion 7 in which the sub seal 7B is combined.

サブシール7Bは、図13の通り、流路部には存在しないため閉じていない。また、図中のサブシール7Bは、周方向に積極的に連続しないように配置されている。このことにより、枠体を押さえる部分が減少し、反力が低下する。押さえない範囲は、枠体の剛性とサブシール7Bにより押さえる反力により最適な配置を解析により設定できる。   As shown in FIG. 13, the sub seal 7B is not closed because it does not exist in the flow path. Further, the sub-seal 7B in the figure is arranged so as not to continue actively in the circumferential direction. Thereby, the part which presses a frame body reduces, and reaction force falls. The range that is not pressed can be set by analysis based on the rigidity of the frame and the reaction force pressed by the sub seal 7B.

図14は、実施の形態2における図2の固体高分子電解質型燃料電池の電極−膜−枠接合体をアノードセパレータ側表面から見た正面図の矢視F−F部分で、セル10を断面した断面図である。   14 is a cross-sectional view of the cell 10 taken along the line F-F in the front view of the electrode-membrane-frame assembly of the solid polymer electrolyte fuel cell of FIG. FIG.

このときアノードセパレータ2に配置されたサブシール7Bとカソードセパレータ3に配置されたサブシール7Bの押さえない部分が重ならないように配置される。すなわち、電極−膜−枠接合体1の枠体6の部分は、アノードセパレータ2のサブシール7B、カソードセパレータ3のサブシール7Bのいずれかで必ず押さえられている。また、サブシール7Bのない部分には、別の目的を持った形状、例えば回りこみ防止形状や位置決め形状を挿入することも可能である。   At this time, the sub seal 7B arranged on the anode separator 2 and the sub seal 7B arranged on the cathode separator 3 are arranged so that the non-pressing portions do not overlap. That is, the portion of the frame 6 of the electrode-membrane-frame assembly 1 is always pressed by either the sub seal 7B of the anode separator 2 or the sub seal 7B of the cathode separator 3. Moreover, it is also possible to insert a shape having another purpose, for example, a wrap-around prevention shape or a positioning shape, in a portion without the sub seal 7B.

なお、上述の実施の形態では、メインシール7Aとサブシール7Bとが一体化された形態を示したが、それぞれが独立した形態、すなわち、メインシール7Aとサブシール7Bとが接続されていない形態でも良い。   In the above-described embodiment, the main seal 7A and the sub seal 7B are integrated. However, the main seal 7A and the sub seal 7B may be independent from each other, that is, the main seal 7A and the sub seal 7B may not be connected. .

また、上記様々な実施の形態のうち、任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。   In addition, among the various embodiments described above, any of the embodiments can be combined as appropriate to achieve the respective effects.

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、種々の変形や修正は可能である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。   Although the present invention has been fully described in connection with the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various changes and modifications can be made. Such changes and modifications are to be understood as being included therein, so long as they do not depart from the scope of the present invention according to the appended claims.

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの利用効率を高めることができるとともに、製造における歩留まりを高めることができるため、コージェネレーションシステムや電気自動車などに用いられる燃料電池として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can increase the utilization efficiency of fuel gas and oxidant gas, and can increase the yield in manufacturing, and thus is useful as a fuel cell used in a cogeneration system, an electric vehicle, and the like.

1 電極−膜−枠接合体
2,2’ アノードセパレータ
3,3’ カソードセパレータ
4 ボルト穴
5 MEA(膜電極接合体)
5A 高分子電解質膜
5B 触媒層
5C 拡散層
5D 電極層
6A,6A’ 第1の枠体
6B,6B’ 第2の枠体
6C 第3の枠体
7A’ 膜用封止部材
7A メインシール
7B サブシール
10 セル
10’単電池
15 溶着部
1 Electrode-membrane-frame assembly 2, 2 ′ anode separator 3, 3 ′ cathode separator 4 bolt hole 5 MEA (membrane electrode assembly)
5A Polymer electrolyte membrane 5B Catalyst layer 5C Diffusion layer 5D Electrode layer 6A, 6A ′ First frame 6B, 6B ′ Second frame 6C Third frame 7A ′ Film sealing member 7A Main seal 7B Sub seal 10 cell 10 'cell 15 welded part

Claims (8)

高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜のそれぞれの表面に設けられた触媒層と、
前記触媒層の表面に設けられたガス拡散層と、
前記高分子電解質膜の外周を挟むように設けられた一対の枠体と、
前記ガス拡散層の上に設けられた一対のセパレータと、を有し、
前記一対のセパレータのうち前記高分子電解質膜が配置される側の表面、かつ、前記ガス拡散層より外側に配置され、環状に設けられたメインシールと、
前記枠体の内縁部よりも外側でかつ前記メインシールの中心部よりも内側に設けられるサブシールを備えること、
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
A polymer electrolyte membrane;
A catalyst layer provided on each surface of the polymer electrolyte membrane;
A gas diffusion layer provided on the surface of the catalyst layer;
A pair of frames provided so as to sandwich the outer periphery of the polymer electrolyte membrane;
A pair of separators provided on the gas diffusion layer,
A main seal provided in an annular shape on the surface of the pair of separators on the side where the polymer electrolyte membrane is disposed, and on the outer side of the gas diffusion layer;
A sub seal provided outside the inner edge of the frame and inside the center of the main seal;
A solid polymer electrolyte fuel cell.
前記メインシールと前記サブシールとは、部分的に接続した複合ガスケット部材である、請求項1記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the main seal and the sub-seal are partially connected composite gasket members. 前記メインシールの底面からの最大高さは、前記サブシールの底面からの最大高さよりも高い、請求項1または2に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a maximum height from a bottom surface of the main seal is higher than a maximum height from a bottom surface of the sub seal. 前記サブシールが前記枠体を押す反力は、前記メインシールが前記枠体を押す反力よりも小さく圧縮率が小さい、
請求項1〜3の何れか一項に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
The reaction force by which the sub seal pushes the frame is smaller than the reaction force by which the main seal pushes the frame, and the compression rate is small.
The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記サブシール部が前記枠体を押す反力は、前記メインシール部が前記枠体を押す反力よりも小さく、前記サブシール部は環状かつ間欠に構成されてなる、
請求項1〜4の何れか一項に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
The reaction force by which the sub seal part pushes the frame is smaller than the reaction force by which the main seal part pushes the frame, and the sub seal part is configured to be annular and intermittent.
The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
前記メインシールおよび前記サブシールは、フッ素系ゴムを含んで構成される、請求項1〜5の何れか一項に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the main seal and the sub seal include a fluorine-based rubber. 前記セパレータと、前記メインシールおよび前記サブシールとは、一体に形成された接合体である、請求項1〜6の何れか一項に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the separator, the main seal, and the sub-seal are integrally formed joined bodies. 前記サブシールは、前記枠体で挟む前記高分子電解質膜の縁部分上のみに配置される、請求項1〜7の何れか一項に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the sub seal is disposed only on an edge portion of the polymer electrolyte membrane sandwiched between the frames.
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