JP2018129214A - Fuel cell stack - Google Patents

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研二 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack that suppresses gaps between unit cells due to thickness tolerance of resin frames.SOLUTION: In a fuel cell stack in which a plurality of single cells 140 and a gasket GK5 sandwiched between any two adjacent single cells are stacked, a peripheral edge portion 31R of a resin frame 31 extends outward beyond the outer periphery of a first separator 50, and on the first surface of the resin frame, the peripheral edge portion of the resin frame has a plurality of first protrusions 34 protruding in the stacking direction of the unit cells, and on the second surface of the resin frame, the peripheral edge portion of the resin frame has a second protrusion 35 protruding in the stacking direction at a position between the two adjacent first protrusions, and an outer peripheral portion 42 of a second separator 40 is pressed by the plurality of first protrusions of one of the two adjacent single cells and the second protrusion of the other single cell.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack.

特許文献1には、複数の単セルが積層された燃料電池スタックが開示されている。隣り合う2つの単セルの間に、各単セルを流れる反応ガス及び冷却媒体の漏洩を防止するためのガスケットが配置されている。このガスケットは、単セルのセパレータとは別途に形成されてセパレータに配置され、隣り合う2つの単セルの押圧によって2つの単セルの間をシールする。   Patent Document 1 discloses a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked. Between two adjacent single cells, a gasket for preventing leakage of reaction gas and cooling medium flowing through each single cell is disposed. The gasket is formed separately from the single cell separator and is disposed on the separator, and seals between the two single cells by pressing the two adjacent single cells.

特開2006−004851号公報JP 2006-004851 A

一般に、単セルは、膜電極ガス拡散層接合体(Membrane−Electrode Gas−diffusion−layer Assembly:以降「MEGA」と呼ぶ)とMEGAの周囲に接合された樹脂フレームとを有するMEGAプレートが一対のセパレータ、すなわち、アノード側セパレータとカソード側セパレータに挟まれることによって構成される。ガスケットは、積層方向において樹脂フレームと重なる領域に配置される。   In general, a single cell has a membrane electrode gas diffusion layer assembly (hereinafter referred to as “MEGA”) and a MEGA plate having a resin frame joined around the MEGA. That is, it is configured by being sandwiched between the anode side separator and the cathode side separator. The gasket is disposed in a region overlapping the resin frame in the stacking direction.

単セルの樹脂フレームの厚さには公差がある。複数の単セルを積層する際、樹脂フレームの厚さの公差が積み重なると、単セルの間に大きな隙間が生じてガスケットが外側に飛び出してしまうという問題があった。   There is tolerance in the thickness of the resin frame of a single cell. When stacking a plurality of single cells, if the tolerance of the thickness of the resin frame is stacked, there is a problem that a large gap is generated between the single cells and the gasket protrudes to the outside.

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.

(1)本発明の一形態によれば、複数の単セルと、任意の隣り合う2つの前記単セルの間に挟まれたガスケットとが積層された燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックにおいて、前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合された樹脂フレームと、前記樹脂フレームの第1面と接する第1セパレータと、前記樹脂フレームの第2面と接する第2セパレータと、を備える。前記ガスケットは、前記第1セパレータと前記第2セパレータとの間に配置され、少なくとも一部が前記第1セパレータの外周を並走しており、前記樹脂フレームの周縁部分は、前記第1セパレータの前記外周よりも外側に延びており、前記樹脂フレームの前記第1面において、前記樹脂フレームの前記周縁部分は、前記単セルの積層方向に突出した複数の第1凸部を有し、前記樹脂フレームの前記第2面において、前記樹脂フレームの前記周縁部分は、隣り合う2つの前記第1凸部の間の位置に、前記積層方向に突出した第2凸部を有し、前記第2セパレータの外周部分は、隣り合う2つの前記単セルのうちで一方の前記単セルの前記複数の第1凸部と、他方の前記単セルの前記第2凸部とによって押圧されている。
この形態の燃料電池スタックによれば、第2セパレータの外周部分が隣り合う2つの単セルのうちで一方の単セルの複数の第1凸部と、他方の単セルの第2凸部によって押圧されているので、第2セパレータの外周部分がばね構造として働く。この結果、樹脂フレームの厚さの公差が積み重なった場合にも、第2セパレータの外周部分の反発力によって、隣り合う樹脂フレームの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、ガスケットが外側に飛び出すことを抑制できる。
(1) According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack in which a plurality of single cells and a gasket sandwiched between any two adjacent single cells are stacked. In the fuel cell stack, the single cell includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly, a resin frame bonded around the membrane electrode gas diffusion layer assembly, and a first separator in contact with the first surface of the resin frame. And a second separator in contact with the second surface of the resin frame. The gasket is disposed between the first separator and the second separator, and at least a part of the gasket runs along the outer periphery of the first separator, and the peripheral portion of the resin frame is formed on the first separator. The resin frame extends outward from the outer periphery, and on the first surface of the resin frame, the peripheral portion of the resin frame has a plurality of first protrusions protruding in the stacking direction of the single cells, and the resin In the second surface of the frame, the peripheral portion of the resin frame has a second protrusion protruding in the stacking direction at a position between two adjacent first protrusions, and the second separator. The outer peripheral portion is pressed by the plurality of first convex portions of one of the two single cells and the second convex portion of the other single cell.
According to the fuel cell stack of this embodiment, the outer peripheral portion of the second separator is pressed by the plurality of first convex portions of one single cell and the second convex portion of the other single cell among two adjacent single cells. Therefore, the outer peripheral portion of the second separator functions as a spring structure. As a result, even when the tolerance of the thickness of the resin frame is piled up, it is possible to suppress a large gap between adjacent resin frames due to the repulsive force of the outer peripheral portion of the second separator, and the gasket pops out to the outside. Can be suppressed.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池スタックの製造方法、燃料電池単セル、燃料電池用樹脂フレーム等の形態で実現することができる。   The present invention can be implemented in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of a fuel cell stack manufacturing method, a fuel cell single cell, a fuel cell resin frame, or the like.

本発明の一実施形態における燃料電池スタックの分解斜視図。The disassembled perspective view of the fuel cell stack in one Embodiment of this invention. アノード側セパレータ側から見た燃料電池スタックの概略図。The schematic of the fuel cell stack seen from the anode side separator side. 燃料電池スタックの一部の斜視図。The perspective view of a part of fuel cell stack. 燃料電池スタックの一部の断面図。Sectional drawing of a part of fuel cell stack. 燃料電池スタックの一部の断面図。Sectional drawing of a part of fuel cell stack. 燃料電池スタックの側面図。The side view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの側面図。The side view of a fuel cell stack. 参考例1における燃料電池スタックの一部の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the fuel cell stack in Reference Example 1. 参考例1における燃料電池スタックの一部の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the fuel cell stack in Reference Example 1. 参考例2における燃料電池スタックの一部の断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack in Reference Example 2. 参考例2における燃料電池スタックの一部の断面図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack in Reference Example 2.

図1は、本発明の一実施形態における燃料電池スタック100の分解斜視図である。燃料電池スタック100は、複数の単セル140が、図1に示すZ軸方向に積層されて締め付けられることによって形成されている。図中で、Z軸及びX軸は水平面と平行であり、+Y方向は鉛直上方向を示し、−Y方向は鉛直下方を示す。単セル140は、MEGA32とMEGA32の周囲に接合された樹脂フレーム31とを有するMEGAプレート30と、MEGAプレート30を挟んで配置された2つのセパレータ40,50、すなわち、アノード側セパレータ50(第1セパレータ)とカソード側セパレータ40(第2セパレータ)と、を備える。燃料電池スタック100は、いわゆる固体高分子形燃料電池であり、反応ガス(酸化剤ガス及び燃料ガス)の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、車両等に搭載される。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell stack 100 is formed by stacking a plurality of single cells 140 in the Z-axis direction shown in FIG. In the figure, the Z axis and the X axis are parallel to the horizontal plane, the + Y direction indicates a vertically upward direction, and the −Y direction indicates a vertically downward direction. The single cell 140 includes a MEGA plate 30 having a MEGA 32 and a resin frame 31 bonded around the MEGA 32, and two separators 40 and 50 arranged with the MEGA plate 30 interposed therebetween, that is, an anode-side separator 50 (first Separator) and a cathode-side separator 40 (second separator). The fuel cell stack 100 is a so-called polymer electrolyte fuel cell, and constitutes a fuel cell system together with a reaction gas (oxidant gas and fuel gas) supply unit, a cooling medium supply unit, and the like. Such a fuel cell system is mounted on a vehicle or the like as a system for supplying driving power, for example.

図2は、アノード側セパレータ50の面から+Z方向に沿って見た燃料電池スタック100の概略図である。図示の便宜上、MEGAプレート30(図1)の樹脂フレーム31の周縁部分31Rをハッチングしている。樹脂フレーム31の周縁部分31Rは、アノード側セパレータ50の外周よりも外側に延びている。周縁部分31Rには、アノード側セパレータ50の外周を囲むように周縁凸部33が形成されている。周縁凸部33は、図2に示す平面視で矩形状の形状を有している。但し、周縁凸部33を省略してもよい。   FIG. 2 is a schematic view of the fuel cell stack 100 as viewed along the + Z direction from the surface of the anode-side separator 50. For convenience of illustration, the peripheral portion 31R of the resin frame 31 of the MEGA plate 30 (FIG. 1) is hatched. A peripheral portion 31 </ b> R of the resin frame 31 extends outward from the outer periphery of the anode separator 50. A peripheral convex portion 33 is formed on the peripheral portion 31 </ b> R so as to surround the outer periphery of the anode separator 50. The peripheral convex portion 33 has a rectangular shape in plan view shown in FIG. However, the peripheral convex portion 33 may be omitted.

アノード側セパレータ50の長手方向の一端縁部には、燃料ガス入口マニホールド孔62と、冷却媒体出口マニホールド孔84と、酸化剤ガス入口マニホールド孔72と、が上から下へと順に並んで設けられている。これに対して、他端縁部には、酸化剤ガス出口マニホールド孔74と、冷却媒体入口マニホールド孔82と、燃料ガス出口マニホールド孔64と、が上から下へと順に並んで設けられている。アノード側セパレータ50の中央部分には、複数の筋状の冷却媒体流路溝54が形成されている。なお、セパレータ40,50は、例えばステンレス鋼やチタンなどの金属部材をプレス成形したプレス成形板が採用される。但し、プレス成形板以外に、弾性と導電性及びガス不透過性を有するセパレータを使用してもよい。   A fuel gas inlet manifold hole 62, a cooling medium outlet manifold hole 84, and an oxidant gas inlet manifold hole 72 are arranged in this order from the top to the bottom at one end edge in the longitudinal direction of the anode separator 50. ing. On the other hand, an oxidant gas outlet manifold hole 74, a cooling medium inlet manifold hole 82, and a fuel gas outlet manifold hole 64 are provided in order from the top to the bottom at the other end edge. . A plurality of streaky coolant passage grooves 54 are formed in the central portion of the anode-side separator 50. For the separators 40 and 50, for example, a press-formed plate obtained by press-forming a metal member such as stainless steel or titanium is employed. However, in addition to the press-formed plate, a separator having elasticity, conductivity, and gas impermeability may be used.

燃料ガス入口マニホールド孔62から供給された燃料ガスのうち、利用されなかった燃料ガスは燃料ガス出口マニホールド孔64によって集められ、燃料電池スタック100(図1)の外部に排出される。また、酸化剤ガス入口マニホールド孔72から供給された酸化剤ガスのうち、利用されなかった酸化剤ガスは酸化剤ガス出口マニホールド孔74によって集められ、燃料電池スタック100の外部に排出される。さらに、冷却媒体入口マニホールド孔82から供給された冷却媒体は、冷却媒体流路溝54を流れて、冷却媒体出口マニホールド孔84によって集められ、燃料電池スタック100の外部に排出される。   Of the fuel gas supplied from the fuel gas inlet manifold hole 62, the unused fuel gas is collected by the fuel gas outlet manifold hole 64 and discharged to the outside of the fuel cell stack 100 (FIG. 1). Of the oxidant gas supplied from the oxidant gas inlet manifold hole 72, the oxidant gas that has not been used is collected by the oxidant gas outlet manifold hole 74 and discharged to the outside of the fuel cell stack 100. Further, the cooling medium supplied from the cooling medium inlet manifold hole 82 flows through the cooling medium flow channel groove 54, is collected by the cooling medium outlet manifold hole 84, and is discharged to the outside of the fuel cell stack 100.

図2において、アノード側セパレータ50の表面に、各反応ガスマニホールド孔62,64,72,74を囲むようにガスケットGK1〜GK4が配置されている。また、冷却媒体用マニホールド孔82,84及び冷却媒体流路溝54を囲むようにガスケットGK5が配置されている。各ガスケットGK1〜GK5それぞれのアノード側セパレータ50の外周に一番近い部分は、アノード側セパレータ50の外周と並走している。   In FIG. 2, gaskets GK <b> 1 to GK <b> 4 are arranged on the surface of the anode separator 50 so as to surround the reaction gas manifold holes 62, 64, 72, and 74. Further, a gasket GK5 is disposed so as to surround the cooling medium manifold holes 82 and 84 and the cooling medium flow channel 54. The portion closest to the outer periphery of the anode separator 50 of each of the gaskets GK1 to GK5 is running in parallel with the outer periphery of the anode separator 50.

ガスケットGK1〜GK5は、複数の単セル140が積層された際に、隣り合う2つの単セル140の表面に当接し、2つの単セル140の間を密封する機能を有する。具体的には、ガスケットGK1,GK2が燃料ガスの漏洩を防止するためのものであり、ガスケットGK3,GK4が酸化剤ガスの漏洩を防止するためのものであり、ガスケットGK5が冷却媒体の漏洩を防止するためのものである。これらのガスケットGK1〜GK5は、アノード側セパレータ50とは別途に形成され、隣り合う2つの単セル140の間に挟まれて配置されている。ガスケットGK1〜GK5としては、例えばゴムや樹脂などの弾性部材を含む軟質ガスケットを使用することができる。なお、これらのガスケットGK1〜GK5は、非接着性を有することが好ましい。   The gaskets GK <b> 1 to GK <b> 5 have a function of contacting the surface of two adjacent single cells 140 when the plurality of single cells 140 are stacked, and sealing between the two single cells 140. Specifically, the gaskets GK1 and GK2 are for preventing leakage of fuel gas, the gaskets GK3 and GK4 are for preventing leakage of oxidant gas, and the gasket GK5 is for leakage of cooling medium. It is for preventing. These gaskets GK <b> 1 to GK <b> 5 are formed separately from the anode-side separator 50 and are sandwiched between two adjacent single cells 140. As the gaskets GK1 to GK5, for example, soft gaskets including elastic members such as rubber and resin can be used. In addition, it is preferable that these gaskets GK1 to GK5 have non-adhesiveness.

図3は、図2に示す破線で囲まれた範囲IIIの拡大斜視図であり、複数の単セル140が締め付けられる前の図である。図示の便宜上、2つの単セル140のみ描かれており、ガスケットGK5がハッチングされている。また、ガスケットGK5の断面形状は簡略化されている。図3において、アノード側セパレータ50は単セル140の樹脂フレーム31の第1面S1(上面)と接しており、カソード側セパレータ40は単セル140の樹脂フレーム31の第2面S2(下面)と接している。ガスケットGK5は、アノード側セパレータ50の外周と並走している。   FIG. 3 is an enlarged perspective view of a range III surrounded by a broken line shown in FIG. 2, and is a view before a plurality of single cells 140 are tightened. For convenience of illustration, only two single cells 140 are shown, and the gasket GK5 is hatched. Moreover, the cross-sectional shape of the gasket GK5 is simplified. In FIG. 3, the anode side separator 50 is in contact with the first surface S1 (upper surface) of the resin frame 31 of the single cell 140, and the cathode side separator 40 is connected to the second surface S2 (lower surface) of the resin frame 31 of the single cell 140. It touches. The gasket GK5 is running in parallel with the outer periphery of the anode side separator 50.

図3では、樹脂フレーム31の第1面S1において、樹脂フレーム31の周縁部分31Rと一体に形成されて筋状に延びる1つの周縁凸部33と2つの第1凸部34とが形成されている。周縁凸部33は、アノード側セパレータ50の外周を囲んでY方向に延び、積層方向(−Z方向)に突出している。第1凸部34は、周縁凸部33よりも外側の位置において、周縁凸部33と一体に形成されてX方向に延び、積層方向(−Z方向)に突出している。なお、第1凸部34は、3つ以上形成してもよい。   In FIG. 3, on the first surface S <b> 1 of the resin frame 31, one peripheral convex portion 33 and two first convex portions 34 that are integrally formed with the peripheral portion 31 </ b> R of the resin frame 31 and extend in a line shape are formed. Yes. The peripheral convex portion 33 surrounds the outer periphery of the anode-side separator 50, extends in the Y direction, and protrudes in the stacking direction (−Z direction). The first convex portion 34 is formed integrally with the peripheral convex portion 33 at a position outside the peripheral convex portion 33, extends in the X direction, and protrudes in the stacking direction (−Z direction). Note that three or more first protrusions 34 may be formed.

樹脂フレーム31の第2面S2において、樹脂フレーム31の周縁部分31Rは、筋状の第2凸部35を有する。第2凸部35は、周縁部分31Rと一体に形成され、隣り合う2つの第1凸部34の間の位置において積層方向(+Z方向)に突出している。なお、第1凸部34と第2凸部35は、筋状でなく他の形状(例えば円柱形)を有してもよい。また、周縁凸部33と第1凸部34と第2凸部35は、周縁部分31Rと一体に形成せず、別途に形成して周縁部分31Rに接着されてもよい。   On the second surface S <b> 2 of the resin frame 31, the peripheral portion 31 </ b> R of the resin frame 31 has a streaky second convex portion 35. The second convex portion 35 is formed integrally with the peripheral portion 31R, and protrudes in the stacking direction (+ Z direction) at a position between two adjacent first convex portions 34. In addition, the 1st convex part 34 and the 2nd convex part 35 may have another shape (for example, cylindrical shape) instead of a streak shape. Moreover, the peripheral convex part 33, the 1st convex part 34, and the 2nd convex part 35 may not be formed integrally with the peripheral part 31R, but may be formed separately and adhered to the peripheral part 31R.

カソード側セパレータ40の外周部分42は、アノード側セパレータ50の外周よりも外側に延びており、段差部41を有する。段差部41は、カソード側セパレータ40と樹脂フレーム31の周縁部分31Rとの間に隙間G1を形成させる。隙間G1の中には、周縁部分31Rの第2凸部35が形成されている。   The outer peripheral portion 42 of the cathode side separator 40 extends outward from the outer periphery of the anode side separator 50 and has a step portion 41. The step portion 41 forms a gap G <b> 1 between the cathode separator 40 and the peripheral portion 31 </ b> R of the resin frame 31. In the gap G1, the second convex portion 35 of the peripheral edge portion 31R is formed.

図4は、図3に示す第2凸部35の中央を貫通する断面IVの説明図である。樹脂フレーム31の第2凸部35は、カソード側セパレータ40の外周部分42と接している。外周部分42の段差部41は、隣り合う他の単セル140の樹脂フレーム31の周縁凸部33と僅かに接している。複数の単セル140を締め付ける際、段差部41は当該周縁凸部33によって押圧される。また、周縁凸部33は、積層方向において整列されており、ガスケットGK5が外側に飛び出すことを抑制する機能を有する。   FIG. 4 is an explanatory diagram of a cross section IV that passes through the center of the second convex portion 35 shown in FIG. 3. The second convex portion 35 of the resin frame 31 is in contact with the outer peripheral portion 42 of the cathode side separator 40. The step portion 41 of the outer peripheral portion 42 is slightly in contact with the peripheral convex portion 33 of the resin frame 31 of another adjacent unit cell 140. When the plurality of single cells 140 are tightened, the stepped portion 41 is pressed by the peripheral convex portion 33. Moreover, the peripheral convex part 33 is aligned in the lamination direction, and has a function of suppressing the gasket GK5 from jumping out.

図5は、図3に示す第1凸部34の中央を貫通する断面Vの説明図である。樹脂フレーム31の第1凸部34は、隣り合う他の単セル140のカソード側セパレータ40の外周部分42と接している。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a cross section V that passes through the center of the first convex portion 34 shown in FIG. 3. The first convex portion 34 of the resin frame 31 is in contact with the outer peripheral portion 42 of the cathode separator 40 of another adjacent unit cell 140.

図6は、図3に示す複数の単セル140を−X方向に沿って見た側面図である。図示の便宜上、下方の単セル140のカソード側セパレータ40を省略している。また、説明の便宜上、上方の単セル140の構成の符号には「u」を付しており、下方の単セル140の構成の符号には「d」を付している。   FIG. 6 is a side view of the plurality of single cells 140 shown in FIG. 3 as viewed along the −X direction. For convenience of illustration, the cathode separator 40 of the lower unit cell 140 is omitted. For convenience of explanation, “u” is attached to the reference numeral of the upper unit cell 140, and “d” is attached to the lower part of the unit cell 140.

図6において、単セル140uのカソード側セパレータ40uの外周部分42uは、単セル140dの2つの第1凸部34dと接し、樹脂フレーム31dとの間に隙間G2が形成されている。単セル140dの2つの第1凸部34dの間の位置には、単セル140uの第2凸部35uがカソード側セパレータ40uの外周部分42uと接している。また、外周部分42uと単セル140uの樹脂フレーム31uとの間には、隙間G1が形成されている。   In FIG. 6, the outer peripheral portion 42u of the cathode separator 40u of the single cell 140u is in contact with the two first protrusions 34d of the single cell 140d, and a gap G2 is formed between the resin frame 31d. The second convex portion 35u of the single cell 140u is in contact with the outer peripheral portion 42u of the cathode side separator 40u at a position between the two first convex portions 34d of the single cell 140d. Further, a gap G1 is formed between the outer peripheral portion 42u and the resin frame 31u of the single cell 140u.

図7は、図6の単セル140u,140dを締め付ける様子を示す図である。単セル140u,140dを締め付けると、カソード側セパレータ40uの外周部分42uは、単セル140dの2つの第1凸部34dと、単セル140uの第2凸部35uとによって押圧される。この結果、外周部分42uの第2凸部35uと接触している部分が単セル140d側に湾曲するとともに、隙間G1,G2が縮小する。ここで、カソード側セパレータ40uは弾性があるので、隙間G1,G2の大きさが多少変化してもばね弾性で吸収できる。こうすれば、樹脂フレーム31u,31dの厚さの公差を隙間G1,G2の大きさで補うことができ、この公差が積み重なって隣り合う樹脂フレーム31u,31dの間に大きな隙間が生じてガスケットGK5が外側に飛び出すことを抑制できる。   FIG. 7 is a diagram showing how the single cells 140u and 140d of FIG. 6 are tightened. When the single cells 140u and 140d are tightened, the outer peripheral portion 42u of the cathode separator 40u is pressed by the two first convex portions 34d of the single cell 140d and the second convex portion 35u of the single cell 140u. As a result, the portion of the outer peripheral portion 42u that is in contact with the second convex portion 35u is curved toward the single cell 140d, and the gaps G1 and G2 are reduced. Here, since the cathode-side separator 40u has elasticity, even if the sizes of the gaps G1 and G2 slightly change, they can be absorbed by spring elasticity. In this way, the tolerance of the thickness of the resin frames 31u and 31d can be compensated by the size of the gaps G1 and G2, and the tolerances are stacked to create a large gap between the adjacent resin frames 31u and 31d, thereby causing the gasket GK5. Can be prevented from jumping out.

以上説明したように、実施形態では、カソード側セパレータ40の外周部分42が隣り合う2つの単セル140u,140dのうちで一方の単セル140dの2つの第1凸部34dと、他方の単セル140uの第2凸部35uによって押圧されているので、カソード側セパレータ40の外周部分42がばね構造として働く。この結果、樹脂フレーム31u,31dの厚さの公差が積み重なった場合にも、カソード側セパレータ40の外周部分42の反発力によって、隣り合う樹脂フレーム31u,31dの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、ガスケットGK5が外側に飛び出すことを抑制できる。   As described above, in the embodiment, the two first protrusions 34d of one unit cell 140d and the other unit cell of two unit cells 140u and 140d adjacent to each other on the outer peripheral portion 42 of the cathode-side separator 40. Since it is pressed by the 140u 2nd convex part 35u, the outer peripheral part 42 of the cathode side separator 40 acts as a spring structure. As a result, even when the thickness tolerances of the resin frames 31u and 31d are stacked, it is possible to prevent a large gap from being generated between the adjacent resin frames 31u and 31d due to the repulsive force of the outer peripheral portion 42 of the cathode separator 40. It is possible to suppress the gasket GK5 from jumping out.

・参考例1:
図8は、参考例1における複数の単セル140aの断面図であり、図4に対応した図である。図8において、樹脂フレーム31aは、第1凸部34と第2凸部35を有しない。
樹脂フレーム31aの周縁凸部33aは、弾性材料、例えばエラストマ、によって形成されている。カソード側セパレータ40aは、外周部分を有せず、周縁凸部33aと隣接している。
Reference example 1:
FIG. 8 is a cross-sectional view of the plurality of single cells 140a in Reference Example 1, and corresponds to FIG. In FIG. 8, the resin frame 31 a does not have the first convex portion 34 and the second convex portion 35.
The peripheral convex portion 33a of the resin frame 31a is formed of an elastic material such as an elastomer. The cathode side separator 40a does not have an outer peripheral portion and is adjacent to the peripheral convex portion 33a.

図9は、図8の複数の単セル140aを締め付ける様子を示す図である。樹脂フレーム31aの周縁凸部33aは、隣接のカソード側セパレータ40aに押圧されて変形する。参考例1において、周縁凸部33aの反発力によって、樹脂フレーム31aの厚さの公差が積み重なって隣り合う樹脂フレーム31aの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、ガスケットGK5が外側に飛び出すことを抑制できる。   FIG. 9 is a diagram showing how the plurality of single cells 140a in FIG. 8 are fastened. The peripheral convex portion 33a of the resin frame 31a is pressed and deformed by the adjacent cathode side separator 40a. In Reference Example 1, the repulsive force of the peripheral convex portion 33a can suppress the occurrence of a large gap between adjacent resin frames 31a due to the thickness tolerances of the resin frames 31a being stacked, and the gasket GK5 can be prevented from popping outward. Can be suppressed.

・参考例2:
図10は、参考例2における複数の単セル140bの断面図であり、図8に対応した図である。図10において、樹脂フレーム31bの周縁凸部33bは、樹脂フレーム31bと同一材料で形成されており、図8の周縁凸部33aよりもサイズが小さい。ガスケットGK5bには、弾性を有する付属弾性部GK51が一体に形成されている。付属弾性部GK51は、カソード側セパレータ40aと隣接する周縁凸部33bの間に配置されている。なお、付属弾性部GK51と周縁凸部33bの全体を一つの「凸部」と考えることも可能である。
Reference example 2:
FIG. 10 is a cross-sectional view of the plurality of single cells 140b in Reference Example 2, and corresponds to FIG. 10, the peripheral convex portion 33b of the resin frame 31b is formed of the same material as the resin frame 31b, and is smaller in size than the peripheral convex portion 33a of FIG. An attached elastic portion GK51 having elasticity is integrally formed with the gasket GK5b. The attached elastic part GK51 is arranged between the cathode side separator 40a and the adjacent peripheral convex part 33b. Note that it is also possible to consider the entire attached elastic portion GK51 and the peripheral convex portion 33b as one “convex portion”.

図11は、図10の複数の単セル140bを締め付ける様子を示す図である。ガスケットGK5bの付属弾性部GK51は、カソード側セパレータ40aと隣接する周縁凸部33bに押圧されて変形する。参考例2において、付属弾性部GK51の反発力によって、樹脂フレーム31bの厚さの公差が積み重なって隣り合う樹脂フレーム31bの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、ガスケットGK5bが外側に飛び出すことを抑制できる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the plurality of single cells 140b in FIG. 10 are fastened. The attached elastic part GK51 of the gasket GK5b is pressed and deformed by the peripheral convex part 33b adjacent to the cathode side separator 40a. In Reference Example 2, the repulsive force of the attached elastic portion GK51 can suppress the occurrence of a large gap between adjacent resin frames 31b due to the thickness tolerances of the resin frames 31b being stacked, and the gasket GK5b can be prevented from popping outward. Can be suppressed.

以上の説明から理解できるように、参考例1と参考例2は、第1セパレータの外周を走る凸部の少なくとも一部が弾性部材で形成されている点で共通している。この弾性材の反発力によって、樹脂フレームの厚さの公差が積み重なって隣り合う樹脂フレームの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、ガスケットが外側に飛び出すことを抑制できる。   As can be understood from the above description, Reference Example 1 and Reference Example 2 are common in that at least a part of the convex portion running on the outer periphery of the first separator is formed of an elastic member. Due to the repulsive force of the elastic material, it is possible to suppress the tolerances of the thickness of the resin frames from being accumulated and to generate a large gap between the adjacent resin frames, and it is possible to suppress the gasket from jumping to the outside.

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

・変形例1:
以上の実施形態では、アノード側セパレータ50を第1セパレータとし、カソード側セパレータ40を第2セパレータとして説明したが、カソード側セパレータを第1セパレータとし、アノード側セパレータを第2セパレータとしてもよい。
・ Modification 1:
In the above embodiment, the anode side separator 50 is the first separator and the cathode side separator 40 is the second separator. However, the cathode side separator may be the first separator and the anode side separator may be the second separator.

本発明は、上述の実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

30…MEGAプレート
31,31a,31b,31u,31d…樹脂フレーム
31R…周縁部分
32…膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)
33,33a,33b…周縁凸部
34,34d…第1凸部
35,35u…第2凸部
40,40a,40u…カソード側セパレータ
41…段差部
42,42u…外周部分
50…アノード側セパレータ
54…冷却媒体流路溝
62…燃料ガス入口マニホールド孔
64…燃料ガス出口マニホールド孔
72…酸化剤ガス入口マニホールド孔
74…酸化剤ガス出口マニホールド孔
82…冷却媒体入口マニホールド孔
84…冷却媒体出口マニホールド孔
100…燃料電池スタック
140,140a,140b,140u,140d…単セル
GK1〜GK5…ガスケット
GK51…付属弾性部
GK5b…ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... MEGA plate 31, 31a, 31b, 31u, 31d ... Resin frame 31R ... Peripheral part 32 ... Membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA)
33, 33a, 33b ... Peripheral convex part 34, 34d ... First convex part 35, 35u ... Second convex part 40, 40a, 40u ... Cathode side separator 41 ... Step part 42, 42u ... Peripheral part 50 ... Anode side separator 54 ... Cooling medium passage groove 62 ... Fuel gas inlet manifold hole 64 ... Fuel gas outlet manifold hole 72 ... Oxidant gas inlet manifold hole 74 ... Oxidant gas outlet manifold hole 82 ... Coolant inlet manifold hole 84 ... Coolant outlet manifold hole DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 140,140a, 140b, 140u, 140d ... Single cell GK1-GK5 ... Gasket GK51 ... Attached elastic part GK5b ... Gasket

Claims (1)

複数の単セルと、任意の隣り合う2つの前記単セルの間に挟まれたガスケットとが積層された燃料電池スタックであって、
前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合された樹脂フレームと、前記樹脂フレームの第1面と接する第1セパレータと、前記樹脂フレームの第2面と接する第2セパレータと、を備え、
前記ガスケットは、前記第1セパレータと前記第2セパレータとの間に配置され、少なくとも一部が前記第1セパレータの外周を並走しており、
前記樹脂フレームの周縁部分は、前記第1セパレータの前記外周よりも外側に延びており、
前記樹脂フレームの前記第1面において、前記樹脂フレームの前記周縁部分は、前記単セルの積層方向に突出した複数の第1凸部を有し、
前記樹脂フレームの前記第2面において、前記樹脂フレームの前記周縁部分は、隣り合う2つの前記第1凸部の間の位置に、前記積層方向に突出した第2凸部を有し、
前記第2セパレータの外周部分は、隣り合う2つの前記単セルのうちで一方の前記単セルの前記複数の第1凸部と、他方の前記単セルの前記第2凸部とによって押圧されている、
燃料電池スタック。
A fuel cell stack in which a plurality of single cells and a gasket sandwiched between any two adjacent single cells are laminated,
The single cell includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly, a resin frame bonded around the membrane electrode gas diffusion layer assembly, a first separator in contact with the first surface of the resin frame, and the resin frame. A second separator in contact with the second surface,
The gasket is disposed between the first separator and the second separator, and at least a part of the gasket runs along the outer periphery of the first separator,
A peripheral portion of the resin frame extends outward from the outer periphery of the first separator;
In the first surface of the resin frame, the peripheral portion of the resin frame has a plurality of first protrusions protruding in the stacking direction of the single cells,
In the second surface of the resin frame, the peripheral portion of the resin frame has a second protrusion protruding in the stacking direction at a position between the two adjacent first protrusions,
An outer peripheral portion of the second separator is pressed by the plurality of first convex portions of one of the two single cells and the second convex portion of the other single cell. Yes,
Fuel cell stack.
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