JP2019121431A - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

To maintain power generation performance for a fuel battery cell in a situation in which the fuel battery stack inclines.SOLUTION: In at least part of an area of a bottom edge of a gas manifold formed, via a stack of fuel battery cells, by a separator-side manifold hole of both separators sandwiching, in an outer edge area of a film electrode joined body, the film electrode joined body, surrounded by a frame-like resin sheet, together with the resin sheet and a sheet-side manifold hole of the resin sheet, the leading end of the resin sheet is located further inside the gas manifold than the leading ends of both the separators. Both the separators define a clearance recess in at least one sheet surface of the resin sheet on the bottom edge side of the gas manifold. The resin sheet has a gas supply/discharge passage for supplying/discharging gas from the clearance recess to the film electrode joined body. At least either both the separators surrounding the clearance recess or the resin sheet is hydrophilic in an area surrounding the clearance recess.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

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

燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層して構成され、それぞれの燃料電池セルは、膜電極接合体をカソードセパレータとアノードセパレータで挟持する。セパレータによる膜電極接合体の挟持に当たっては、膜電極接合体を枠状の樹脂シートで取り囲んだ上で、膜電極接合体を樹脂シートごとカソード・アノードの両セパレータで挟持する手法が提案されている(例えば特許文献1)。   The fuel cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cells, and each fuel cell sandwiches the membrane electrode assembly between the cathode separator and the anode separator. In sandwiching a membrane electrode assembly with a separator, a method has been proposed in which the membrane electrode assembly is sandwiched between a cathode sheet and an anode sheet separator together with a resin sheet after the membrane electrode assembly is surrounded by a frame-shaped resin sheet. (For example, patent document 1).

特開2015−88293号公報JP, 2015-88293, A

燃料電池スタックは、燃料電池セルの積層方向が水平な水平姿勢となるよう設置されるが、常時、水平姿勢にあるとは限らない。例えば、車両等の移動体に搭載された燃料電池では、傾斜道路での車両の走行過程や、傾斜した駐車路面での駐車過程において、セル積層方向の一端側、例えば燃料電池スタック前端が下で、セル積層方向の他端側の燃料電池スタック後端が上となるように傾斜する場合がある。こうした傾斜姿勢では、膜電極接合体の外縁領域で燃料電池スタックをセル積層方向に貫く燃料ガス・酸化ガスの給排用のマニホールドも傾斜するため、マニホールドに達した水、具体的には生成水や電解質膜を透過した水(詳しくは、水蒸気)、或いはガス混入水がマニホールドを伝わって傾斜下方側に貯まってしまうことが有り得る。こうしてマニホールドにおいて水が貯まると、水が貯まった傾斜下方側の燃料電池セルにおけるマニホールドを介したガス給排が阻害され、燃料電池セルの発電性能が維持できなくなる事態が起き得る。燃料電池スタック後端が下で燃料電池前端が上となるように傾斜する場合も同様である。こうしたことから、燃料電池スタックが傾斜した状況下における燃料電池セルの発電性能の維持を図ることが要請されるに到った。   The fuel cell stack is installed so that the stacking direction of the fuel cells is in a horizontal posture, but the fuel cell stack is not always in the horizontal posture. For example, in a fuel cell mounted on a moving object such as a vehicle, one end side in the cell stacking direction, for example, the front end of the fuel cell stack is lower in the traveling process of the vehicle on an inclined road or the parking process on an inclined parking road. The fuel cell stack may be inclined such that the rear end of the fuel cell stack on the other end side in the cell stacking direction is up. In such an inclined posture, since the manifold for supplying / discharging fuel gas / oxidizing gas which penetrates the fuel cell stack in the cell stacking direction in the outer edge region of the membrane electrode assembly is also inclined, water reaching the manifold, specifically, generated water Also, water (specifically, water vapor) that has permeated through the electrolyte membrane or gas-containing water may be stored along the manifold at the lower side of the slope. Thus, if water is stored in the manifold, gas supply and discharge through the manifold in the fuel cell on the lower side of the slope where water is stored may be inhibited, and the power generation performance of the fuel cell may not be maintained. The same applies to the case where the fuel cell stack is inclined so that the rear end of the fuel cell stack is at the bottom and the front end of the fuel cell is at the top. For these reasons, it has been required to maintain the power generation performance of the fuel cell under the condition where the fuel cell stack is inclined.

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。   The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following modes.

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、枠状の樹脂シートで取り囲んだ膜電極接合体を前記樹脂シートごと前記膜電極接合体の外縁領域でカソード側とアノード側の両セパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、前記両セパレータの前記外縁領域に設けられたセパレータ側マニホールド孔と、前記樹脂シートの前記外縁領域に設けられたシート側マニホールド孔とが、前記燃料電池セルの積層によりガス用マニホールドを形成し、該ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域において、前記樹脂シートの先端が前記両セパレータの先端より前記ガス用マニホールドの内側に位置する。そして、前記両セパレータは、前記ガス用マニホールドの前記底辺の側で前記樹脂シートの少なくとも一方のシート面に、間隙凹所を形成し、前記樹脂シートは、前記間隙凹所から前記膜電極接合体へのガス給排用のガス給排路を有し、前記間隙凹所を取り囲む前記両セパレータと前記樹脂シートの少なくとも一方は、前記間隙凹所の取り囲み領域において親水性を有する。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell stack is provided. In this fuel cell stack, a plurality of fuel cells are formed by sandwiching a membrane electrode assembly surrounded by a frame-shaped resin sheet together with the resin sheet between the cathode side and anode side separators in the outer edge region of the membrane electrode assembly. Fuel cell stack, wherein a separator side manifold hole provided in the outer edge area of the two separators and a sheet side manifold hole provided in the outer edge area of the resin sheet are stacked layers of the fuel cells Thus, the gas manifold is formed, and in at least a partial region of the bottom side of the gas manifold, the front end of the resin sheet is positioned inside the gas manifold from the front ends of the two separators. Then, both separators form a gap recess in at least one sheet surface of the resin sheet on the bottom side of the gas manifold, and the resin sheet is formed from the gap recess into the membrane electrode assembly And at least one of the separators and the resin sheet surrounding the gap recess has hydrophilicity in the surrounding area of the gap recess.

この形態の燃料電池スタックでは、シート側マニホールド孔とセパレータ側マニホールド孔で形成されたガス用マニホールドに仮に水が到達しても、この水は、ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域で樹脂シートのシート面における間隙凹所に保水され、この保水状態は、ガス用マニホールドの内側に先端が位置する樹脂シートで保たれる。こうして保水された水は、樹脂シートのガス給排路を介して膜電極接合体に導かれる。そして、この形態の燃料電池スタックでは、積層したそれぞれの燃料電池セルにおいて上記した保水が行われるので、燃料電池セルの積層方向に対して垂直なセル高さ方向に対して燃料電池スタック前端が下で燃料電池スタック後端が上となるように傾斜しても、燃料電池スタック前端の側に水が過多に貯まってしまうような事態が起きることを抑制できる。燃料電池スタック後端が下で燃料電池スタック前端が上となるように傾斜する場合も同様である。よって、この形態の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタックが傾斜した状況下においても燃料電池セルの発電性能の維持を図ることが可能となる。   In the fuel cell stack of this embodiment, even if water reaches the gas manifold formed by the sheet side manifold hole and the separator side manifold hole, this water is a resin sheet in at least a partial region of the bottom of the gas manifold. The water is retained in the gap recess in the sheet surface of the sheet, and this water retention state is maintained by the resin sheet whose tip is located inside the gas manifold. The water thus retained is introduced to the membrane electrode assembly through the gas supply / discharge passage of the resin sheet. In the fuel cell stack of this embodiment, the above-described water retention is performed in each of the stacked fuel cells, so the front end of the fuel cell stack is lower in the cell height direction perpendicular to the fuel cell stacking direction. Even if the fuel cell stack is inclined so that the rear end of the fuel cell stack is at the top, it is possible to suppress the occurrence of a situation where excessive water is accumulated on the side of the front end of the fuel cell stack. The same applies to the case where the fuel cell stack is inclined so that the rear end of the fuel cell stack is below and the front end of the fuel cell stack is above. Therefore, according to the fuel cell stack of this aspect, it is possible to maintain the power generation performance of the fuel cell even under a situation where the fuel cell stack is inclined.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの製造方法や燃料電池セル、或いはその製造方法等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various aspects. For example, it can be realized in the form of a method of manufacturing a fuel cell stack, a fuel cell, or a method of manufacturing the same.

本発明の実施形態に係る燃料電池セルから構成される燃料電池の概略構成を示す説明図である。It is an explanatory view showing a schematic structure of a fuel cell comprised from a fuel cell concerning an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における燃料電池セルを分解して示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a fuel cell in an embodiment of the present invention in a disassembled state. 燃料電池セルにおけるエアーアウト側のマニホールドの要部を拡大して示す説明図である。It is an explanatory view expanding and showing the important section of the manifold by the side of air out in a fuel cell. 燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図3の4−4線に沿って断面視して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the manifold in cross section along line 4-4 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells are stacked; 燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図3の5−5線に沿って断面視して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the manifold in cross section along line 5-5 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells are stacked; 燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図3の6−6線に沿って断面視して示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing the manifold in cross section along line 6-6 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells are stacked; 燃料電池の燃料電池前端が鉛直下方となるように燃料電池が傾斜した状況を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the condition where the fuel cell inclined so that the fuel cell front end of a fuel cell might become a perpendicular downward. 第1変形例の燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図4相当に断面視して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a cross section of a manifold corresponding to FIG. 4 in a state where a plurality of fuel cells of the first modification are stacked. 第2変形例の燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図4相当に断面視して示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the manifold as viewed in a section corresponding to FIG. 4 in a state where a plurality of fuel cells of the second modification are stacked.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池セル110から構成される燃料電池100の概略構成を示す説明図である。燃料電池100は、燃料電池セル110を複数積層した燃料電池スタックを、一対のエンドプレート170F,170Eで挟持して構成される。燃料電池100は、その一端側のエンドプレート170Fと燃料電池セル110との間に、絶縁板165Fを介在させてターミナルプレート160Fを有する。以下、エンドプレート170Fが配設された燃料電池100の一端側を、便宜上、前端側と称し、図における紙面右側の他端側を後端側と称する。   FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a fuel cell 100 configured from a fuel cell 110 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 100 is configured by sandwiching a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells 110 are stacked, between a pair of end plates 170F and 170E. The fuel cell 100 has a terminal plate 160F with an insulating plate 165F interposed between the end plate 170F on one end side thereof and the fuel cell 110. Hereinafter, for convenience, one end side of the fuel cell 100 in which the end plate 170F is disposed is referred to as a front end side, and the other end side on the right side of the drawing in the drawing is referred to as a rear end side.

燃料電池100は、後端側のエンドプレート170Eと燃料電池セル110との間にも、同様に、後端側の絶縁板165Eを介在させて後端側のターミナルプレート160Eを有する。燃料電池セル110と、ターミナルプレート160F,160Eと、絶縁板165F,165Eおよびエンドプレート170F,170Eは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がx軸方向(水平方向)で短辺がy軸方向(垂直方向、鉛直方向)に沿うように配置されている。燃料電池セル110は、前端側と後端側のエンドプレート間にz軸方向に沿って積層され、燃料電池100は、図示するように、燃料電池セル110の積層方向(z軸方向)が水平方向に重なる水平姿勢となるよう、車両等に設置される。   Similarly, between the end plate 170E on the rear end side and the fuel cell 110, the fuel cell 100 also has a terminal plate 160E on the rear end side with the insulating plate 165E on the rear end side interposed. The fuel cells 110, the terminal plates 160F and 160E, the insulating plates 165F and 165E, and the end plates 170F and 170E each have a plate structure having a substantially rectangular outer shape, and the long side is in the x-axis direction ( In the horizontal direction, the short side is disposed along the y-axis direction (vertical direction, vertical direction). The fuel cell 110 is stacked along the z-axis direction between end plates on the front end side and the rear end side, and the fuel cell 100 has a horizontal stacking direction (z-axis direction) of the fuel cell 110 as illustrated. It is installed in a vehicle etc. so that it will become a horizontal posture which overlaps in direction.

燃料電池100は、後端側のエンドプレート170Eの側に、酸素含有の酸化ガスであるエアーの供給用マニホールド116と排出用マニホールド117を備える。また、それぞれの燃料電池セル110は、供給用マニホールド116から送り込まれたエアーをセル内と隣接セルに導くと共に、セル内を通過した余剰のエアーを排出用マニホールド117に排出する。つまり、エアーは、エンドプレート170Eの側から送り込まれて各セルに供給された後、エンドプレート170Fの側の燃料電池セル110からリターンされて、余剰分がエンドプレート170Eの排出用マニホールド117から生成水と共に排出される。   The fuel cell 100 includes an air supply manifold 116 and an exhaust manifold 117, which are oxidizing gases containing oxygen, on the side of the end plate 170E on the rear end side. Further, each of the fuel cells 110 guides the air sent from the supply manifold 116 to the inside of the cell and the adjacent cells, and discharges the excess air having passed through the inside of the cell to the discharge manifold 117. That is, air is fed from the end plate 170E side and supplied to each cell, and then returned from the fuel cell 110 on the end plate 170F side, and the surplus is generated from the exhaust manifold 117 of the end plate 170E. Discharged with water.

燃料電池100は、前端側のエンドプレート170Fの側に、燃料ガスである水素ガスの供給用マニホールド118と排出用マニホールド119とを備える。そして、それぞれの燃料電池セル110は、供給用マニホールド118から送り込まれた水素ガスをセル内と隣接セルに導くと共に、セル内を通過した余剰の水素ガスを排出用マニホールド119に排出する。よって、水素ガスは、エンドプレート170Fの側から送り込まれ、エンドプレート170Eの側の燃料電池100からリターンされて、余剰分がエンドプレート170Fの排出用マニホールド119から排出される。エンドプレート170F或いはエンドプレート170Eの一方側にのみ給排用マニホールドを設け、反応ガス(水素ガス、エアー)および冷却水を例えばエンドプレート170Fからそれぞれの燃料電池セル110に対して供給しつつ、それぞれの燃料電池セル110からの排出ガスおよび排出水を、エンドプレート170E或いはエンドプレート170Fに排出させるマニホールド構成としてもよい。上記した供給用マニホールド116等は、セル外のマニホールドであり、後述のセル内のガス用マニホールド30と連通する。なお、燃料電池100は、冷却水の給排マニホールドも有するが、この冷却水給排マニホールドは本発明の要旨と直接関係しないので、図1においては、その図示は省略されている。   The fuel cell 100 includes a supply manifold 118 for supplying hydrogen gas as a fuel gas and a discharge manifold 119 on the side of the end plate 170F on the front end side. Then, each fuel cell 110 guides the hydrogen gas sent from the supply manifold 118 to the inside of the cell and the adjacent cells, and discharges the excess hydrogen gas that has passed through the cell to the discharge manifold 119. Therefore, hydrogen gas is fed from the end plate 170F side, returned from the fuel cell 100 on the end plate 170E side, and the surplus is discharged from the exhaust manifold 119 of the end plate 170F. A supply / discharge manifold is provided only on one side of the end plate 170F or end plate 170E, and reaction gas (hydrogen gas, air) and cooling water are supplied from the end plate 170F to the respective fuel cells 110, respectively. The exhaust gas and the exhaust water from the fuel cells 110 of the fuel cell may be discharged to the end plate 170E or the end plate 170F. The above-mentioned supply manifold 116 and the like are manifolds outside the cell and communicate with the gas manifold 30 in the cell described later. Although the fuel cell 100 also has a cooling water supply / discharge manifold, this cooling water supply / discharge manifold is not directly related to the subject matter of the present invention, and therefore, the illustration thereof is omitted in FIG.

前端側のターミナルプレート160Fおよび後端側のターミナルプレート160Eは、各燃料電池セル110の発電電力の集電板であり、図示しない集電端子から集電した電力を外部へ出力する。   The terminal plate 160F on the front end side and the terminal plate 160E on the rear end are current collector plates of the generated power of each fuel cell 110, and output the power collected from a current collector terminal (not shown) to the outside.

図2は、本発明の一実施形態における燃料電池セル110を分解して示す説明図である。燃料電池セル110は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形の燃料電池セルである。燃料電池セル110は、発電体10と、樹脂シート20と、カソード側のセパレータ40aと、アノード側のセパレータ40bとを備える。   FIG. 2 is an explanatory view showing the fuel cell 110 in an embodiment of the present invention in a disassembled state. The fuel cell 110 is a solid polymer fuel cell that receives supply of hydrogen and oxygen to generate electric power. The fuel cell 110 includes the power generation body 10, the resin sheet 20, the separator 40a on the cathode side, and the separator 40b on the anode side.

発電体10は、電解質膜(図示せず)と、電解質膜の両面にそれぞれ隣接して形成された触媒層(図示せず)と、ガス拡散層(図示せず)とを備える。電解質膜は湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。電解質膜は、例えば、フッ素系樹脂のイオン交換膜によって構成される。触媒層は水素と酸素の化学反応を促進する触媒と、触媒を担持したカーボン粒子とを備える。そして、電解質膜の両膜面に触媒層を形成することで、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)が得られる。   The power generation body 10 includes an electrolyte membrane (not shown), a catalyst layer (not shown) formed adjacent to both sides of the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer (not shown). The electrolyte membrane is a solid polymer thin film showing good proton conductivity in the wet state. The electrolyte membrane is constituted of, for example, an ion exchange membrane of fluorine resin. The catalyst layer comprises a catalyst that promotes a chemical reaction of hydrogen and oxygen, and carbon particles supporting the catalyst. And a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) is obtained by forming a catalyst layer on both membrane surfaces of an electrolyte membrane.

ガス拡散層は、それぞれ触媒層側の面に隣接して設けられている。ガス拡散層は、電極反応に用いられる反応ガスを電解質膜の面方向に沿って拡散させる層であり、多孔質の拡散層用基材により構成されている。拡散層用基材としては、炭素繊維基材や黒鉛繊維基材、発泡金属など、導電性及びガス拡散性を有する多孔質の基材が用いられる。この電解質膜、触媒層、ガス拡散層を合わせて、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gass−diffusion−layer Assembly)ともいう。   The gas diffusion layers are respectively provided adjacent to the surface on the catalyst layer side. The gas diffusion layer is a layer for diffusing the reaction gas used for the electrode reaction along the surface direction of the electrolyte membrane, and is made of a porous diffusion layer base material. As a base material for the diffusion layer, a porous base material having conductivity and gas diffusivity, such as a carbon fiber base material, a graphite fiber base material, a foam metal, etc., is used. The electrolyte membrane, the catalyst layer, and the gas diffusion layer are collectively referred to as a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA: Membrane Electrode Gas-diffusion-layer Assembly).

樹脂シート20は、膜電極接合体を含む発電体10の周囲全域を取り囲む枠状の樹脂部材である。樹脂部材として、本実施形態では、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)が用いられる。ただし、樹脂部材として、ポリプロピレン、ポリエチレン等の他の種々の熱可塑性樹脂部材も利用可能である。樹脂シート20は、中央域に発電体10を取り囲んで収納する開口部21を備え、この開口部21の両側、詳しくはx軸方向に沿った開口部21の両側にシート側マニホールド孔30aと冷却マニホールド孔31とを有する。シート側マニホールド孔30aは、y軸方向に上下に並んで形成され、それぞれのシート側マニホールド孔30aは、反応ガス(水素ガス、エアー)についての既述した供給用マニホールド116、排出用マニホールド117、供給用マニホールド118、排出用マニホールド119の1つと重なり、樹脂シート20を貫く方向(z軸方向)に反応ガスを流す。冷却マニホールド孔31は、図1において図示を省略した冷却水の給排マニホールドと重なり、樹脂シート20を貫く方向(z軸方向)に冷却水を流す。   The resin sheet 20 is a frame-shaped resin member that surrounds the entire area around the power generation body 10 including the membrane electrode assembly. In the present embodiment, for example, polyethylene terephthalate (PET) is used as the resin member. However, various other thermoplastic resin members such as polypropylene and polyethylene can also be used as the resin member. The resin sheet 20 is provided with an opening 21 surrounding the power generation body 10 in the central region and housed therein. The sheet side manifold holes 30 a and the cooling are provided on both sides of the opening 21, specifically, on both sides of the opening 21 along the x-axis direction. And a manifold hole 31. The sheet side manifold holes 30a are formed side by side vertically in the y-axis direction, and the sheet side manifold holes 30a are the aforementioned supply manifold 116 and discharge manifold 117 for the reaction gas (hydrogen gas, air). It overlaps with one of the supply manifold 118 and the discharge manifold 119, and the reaction gas flows in the direction (z-axis direction) that penetrates the resin sheet 20. The cooling manifold hole 31 overlaps with a cooling water supply / discharge manifold (not shown in FIG. 1), and the cooling water flows in a direction (z-axis direction) which penetrates the resin sheet 20.

樹脂シート20は、シート側マニホールド孔30aと開口部21との間に複数のガス給排路50を備えている。ガス給排路50は、x軸方向に沿った直線経路の長径のシート貫通孔として形成され、シート側マニホールド孔30aから発電体10の膜電極接合体へのガス給排用のガス通過路である。このガス給排路50を、凹溝状の長径のガス給排路としてもよい。この場合、ガス給排路50をシート貫通孔として形成することで、凹溝状のガス給排路とするよりも、樹脂シート20の厚み、延いては、燃料電池セル110の厚みを薄くすることができる。   The resin sheet 20 is provided with a plurality of gas supply and discharge paths 50 between the sheet side manifold hole 30 a and the opening 21. The gas supply / discharge passage 50 is formed as a sheet through hole of a long diameter of a linear path along the x-axis direction, and is a gas passage for gas supply / discharge from the sheet side manifold hole 30a to the membrane electrode assembly of the power generation body 10. is there. The gas supply and discharge passage 50 may be a groove-shaped gas supply and discharge passage having a long groove shape. In this case, by forming the gas supply / discharge passage 50 as a sheet through hole, the thickness of the resin sheet 20, and in other words, the thickness of the fuel cell 110, is made thinner than that of the grooved gas supply / discharge passage. be able to.

また、樹脂シート20は、シート側マニホールド孔30aが形成された領域、即ち発電体10の外縁領域のシート表面に親水性を有する。つまり、樹脂シート20は、発電体10の外縁領域において、既述した樹脂部材の表面にプラズマ照射や化学蒸着、紫外線照射、或いはエッチングといった親水性付与処理を受け、少なくとも外縁領域のシート表面に親水性を有する。なお、樹脂シート20の製造過程において、樹脂シート20のシート表面全域に親水性付与処理を施してもよい。この他、樹脂シート20自体を、親水性を有する樹脂部材を用いて型成形してもよい。   In addition, the resin sheet 20 has hydrophilicity in the area where the sheet-side manifold holes 30 a are formed, that is, the sheet surface in the outer edge area of the power generation body 10. That is, the resin sheet 20 is subjected to hydrophilicity-imparting treatment such as plasma irradiation, chemical vapor deposition, ultraviolet irradiation, or etching on the surface of the resin member described above in the outer edge region of the power generation body 10 and is hydrophilic on the sheet surface of at least the outer edge region. Have sex. In the process of manufacturing the resin sheet 20, the entire surface of the resin sheet 20 may be subjected to hydrophilicity imparting treatment. Besides, the resin sheet 20 itself may be molded using a hydrophilic resin member.

一対のセパレータ40a、40bは、膜電極接合体を含む発電体10を樹脂シート20ごと発電体10の外縁領域で挟持するように樹脂シート20に積層されている。セパレータ40a、40bの両セパレータは、例えば、ステンレス鋼やチタン、あるいはそれらの合金からなる金属板をプレス成型することによって形成されている。よって、セパレータ40a、40bは、その表面に親水性を備える。   The pair of separators 40a and 40b are laminated on the resin sheet 20 so as to sandwich the resin sheet 20 and the power generating body 10 including the membrane electrode assembly in the outer edge region of the power generating body 10. The two separators of the separators 40a and 40b are formed, for example, by press-forming a metal plate made of stainless steel, titanium, or an alloy thereof. Therefore, the separators 40a and 40b have hydrophilicity on their surfaces.

本実施形態において、セパレータ40aは、カソード側のセパレータであり、セパレータ40bは、アノード側のセパレータである。そして、セパレータ40a、40bの両セパレータは、発電体10の外縁領域に、セパレータ側マニホールド孔30bと冷却マニホールド孔31とを有する。冷却マニホールド孔31は、樹脂シート20の冷却マニホールド孔31と重なり、セパレータ40a、40bの両セパレータを貫く方向(z軸方向)に冷却水を流す。なお、セパレータ40a、40bは、重なり合った燃料電池セル110の間においてセル間冷却流路を形成するが、セル間冷却流路は本発明の要旨と直接関係しないので、図2においては、その図示は省略されている。   In the present embodiment, the separator 40 a is a cathode side separator, and the separator 40 b is an anode side separator. Then, both separators of the separators 40 a and 40 b have separator-side manifold holes 30 b and cooling manifold holes 31 in the outer edge region of the power generation body 10. The cooling manifold holes 31 overlap the cooling manifold holes 31 of the resin sheet 20, and the cooling water flows in a direction (z-axis direction) passing through both the separators 40a and 40b. Although the separators 40a and 40b form an inter-cell cooling flow passage between the overlapping fuel cells 110, the inter-cell cooling flow passage is not directly related to the subject matter of the present invention. Is omitted.

セパレータ側マニホールド孔30bは、発電体10の膜電極接合体への反応ガス(水素ガス、エアー)の給排に用いられ、樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aにそれぞれ重なる。本実施形態では、シート側マニホールド孔30aの開口面積は、セパレータ側マニホールド孔30bの開口面積よりも小さい。本実施形態では、以下、シート側マニホールド孔30aとセパレータ側マニホールド孔30bとが重なった形成されたマニホールドをガス用マニホールド30と称する。   The separator side manifold holes 30 b are used for supplying and discharging the reaction gas (hydrogen gas, air) to the membrane electrode assembly of the power generation body 10, and overlap with the sheet side manifold holes 30 a of the resin sheet 20. In the present embodiment, the opening area of the sheet side manifold hole 30a is smaller than the opening area of the separator side manifold hole 30b. In the present embodiment, hereinafter, a manifold formed by overlapping the sheet side manifold hole 30 a and the separator side manifold hole 30 b is referred to as a gas manifold 30.

セパレータ40a、40bの両セパレータは、反応ガス(水素ガス、エアー)のイン側のセパレータ側マニホールド孔30bからアウト側のセパレータ側マニホールド孔30bに掛けて流路41を備える。この流路41は、セパレータ40a、40bの凹凸により形成され、イン側のセパレータ側マニホールド孔30bの近傍において分配流路42から分岐した複数筋の流路構成を有する。そして、流路41は、アウト側のセパレータ側マニホールド孔30bの近傍において合流して合流流路43をなす。分配流路42は、イン側のセパレータ側マニホールド孔30bの近傍において樹脂シート20のガス給排路50と重なって連通し、合流流路43は、アウト側のセパレータ側マニホールド孔30bの近傍において樹脂シート20のガス給排路50と重なって連通する。これにより、イン側のセパレータ側マニホールド孔30bとこれに重なる樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aに流れ込んだ反応ガス(水素ガス、エアー)は、樹脂シート20のガス給排路50から分配流路42を通過して複数筋の流路41を流れ、発電体10に供給される。流路41を通過した反応ガス(水素ガス、エアー)は、合流流路43からガス給排路50を通過して、アウト側のセパレータ側マニホールド孔30bとこれに重なる樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aから排出される。   Both separators of the separators 40a and 40b are provided with a flow path 41 by passing from the separator side manifold hole 30b on the in side of the reaction gas (hydrogen gas, air) to the separator side manifold hole 30b on the out side. The flow path 41 is formed by the unevenness of the separators 40a and 40b, and has a plurality of flow path configurations branched from the distribution flow path 42 in the vicinity of the in-side separator side manifold hole 30b. And the flow path 41 merges in the vicinity of the separator side manifold hole 30b of the out side, and makes the merging flow path 43. As shown in FIG. The distribution flow path 42 overlaps and communicates with the gas supply / discharge path 50 of the resin sheet 20 in the vicinity of the separator side manifold hole 30b on the in side, and the merging flow path 43 is a resin in the vicinity of the separator side manifold hole 30b on the out side It overlaps and communicates with the gas supply and discharge passage 50 of the sheet 20. As a result, the reaction gas (hydrogen gas, air) that has flowed into the in-side separator side manifold hole 30 b and the sheet side manifold hole 30 a of the resin sheet 20 overlapping it is distributed from the gas supply / discharge passage 50 of the resin sheet 20 The flow passes through a plurality of flow paths 41 passing through 42 and supplied to the power generation body 10. The reaction gas (hydrogen gas, air) that has passed through the flow path 41 passes through the gas supply and discharge path 50 from the merging flow path 43, and the separator side manifold hole 30b on the out side and the sheet side manifold of the resin sheet 20 overlapping this. It is discharged from the hole 30a.

図3は、燃料電池セル110におけるエアーアウト側のガス用マニホールド30の要部を拡大して示す説明図である。この要部は、図2に示すセパレータ40a、40bのセパレータ側マニホールド孔30bと樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aについて、図中に符合Aを付して示した領域である。図4は、燃料電池セル110を複数積層した状況においてガス用マニホールド30を図3の4−4線に沿って断面視して示す説明図である。図5は、燃料電池セル110を複数積層した状況においてガス用マニホールド30を図3の5−5線に沿って断面視して示す説明図である。図6は、燃料電池セル110を複数積層した状況においてガス用マニホールド30を図3の6−6線に沿って断面視して示す説明図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the main part of the gas manifold 30 on the air-out side of the fuel cell 110. This main part is an area indicated by an A in the figure with respect to the separator side manifold holes 30b of the separators 40a and 40b shown in FIG. 2 and the sheet side manifold holes 30a of the resin sheet 20. FIG. 4 is an explanatory view showing the gas manifold 30 in cross section along line 4-4 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells 110 are stacked. FIG. 5 is an explanatory view showing the gas manifold 30 in cross section along line 5-5 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells 110 are stacked. 6 is an explanatory view showing the gas manifold 30 in cross section along line 6-6 in FIG. 3 in a state where a plurality of fuel cells 110 are stacked.

図3に示すように、樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aとセパレータ40a、40bのセパレータ側マニホールド孔30bとは重なってガス用マニホールド30を構成し、マニホールド周囲においては、紙面上面側から、カソード側のセパレータ40aと樹脂シート20とアノード側のセパレータ40bとが積層状態にある。そして、樹脂シート20のシート側マニホールド孔30aは、既述したように、その開口面積がセパレータ側マニホールド孔30bの開口面積よりも小さいことから、ガス用マニホールド30の底辺において、樹脂シート20の先端がアノード側・カソード側の両セパレータの先端よりガス用マニホールド30の内側に位置する。つまり、シート側マニホールド孔30aの底辺壁面30atは、図4に示すように、セル積層方向に対して垂直なセル高さ方向(y軸方向)にセパレータ側マニホールド孔30bの底辺壁面30btより突出して高くなる。また、シート側マニホールド孔30aの側方壁面30asは、図5と図6に示すように、水平方向(x軸方向)に沿ってセパレータ側マニホールド孔30bの側方壁面30bsより突出する。   As shown in FIG. 3, the sheet-side manifold hole 30a of the resin sheet 20 and the separator-side manifold holes 30b of the separators 40a and 40b overlap to form a gas manifold 30, and around the manifold, the cathode is viewed from the top of the drawing The separator 40a on the side, the resin sheet 20, and the separator 40b on the anode are in a stacked state. Further, as described above, since the opening area of the sheet side manifold hole 30a of the resin sheet 20 is smaller than the opening area of the separator side manifold hole 30b, the tip end of the resin sheet 20 at the bottom of the gas manifold 30 Are located on the inner side of the gas manifold 30 from the tips of the separators on the anode side and the cathode side. That is, as shown in FIG. 4, the bottom wall surface 30at of the sheet side manifold hole 30a protrudes from the bottom wall surface 30bt of the separator side manifold hole 30b in the cell height direction (y axis direction) perpendicular to the cell stacking direction. Get higher. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the side wall surface 30as of the sheet side manifold hole 30a protrudes from the side wall surface 30bs of the separator side manifold hole 30b along the horizontal direction (x-axis direction).

セパレータ40a、40bは、セパレータ側マニホールド孔30bの孔周壁回りにおいて樹脂シート20から遠ざかるよう屈曲して、図4に示すように、シート側マニホールド孔30aの底辺壁面30atの側および側方壁面30asの側で樹脂シート20の表裏シート面に間隙凹所23を形成する。この間隙凹所23は、凹所底部側が傾斜した凹所であって、単体の燃料電池セル110では、セパレータ40a、40bの底辺壁面30bt或いは側方壁面30bsまでの凹所となる。その一方、燃料電池セル110が積層された状態においては、樹脂シート20の底辺壁面30at或いは側方壁面30asまでの凹所として形成される。本実施形態の燃料電池セル110は、間隙凹所23での液水の保水を図るべく、間隙凹所23を、約1.2mmとし、樹脂シート20の突出を約0.8mmの深さとすることで、燃料電池セル110が積層された状態において、約2.0mmの保水空間を間隙凹所23として設けることができる。この間隙凹所23を形成するセパレータ40a、40bが表面に親水性を有すること、およびシート面に間隙凹所23を有する樹脂シート20が親水性付与処理を経て親水性を備えることから、燃料電池セル110は、間隙凹所23の取り囲み領域において、親水性を発揮することになる。なお、上記した間隙凹所23の深さ寸法は、セル間ピッチやガス用マニホールド30の大きさ、或いは反応ガスの最大ガス給排量に応じて適宜設定すればよく、上記の寸法数値に限るわけではない。   The separators 40a and 40b are bent around the hole peripheral wall of the separator side manifold hole 30b away from the resin sheet 20, and as shown in FIG. 4, the side wall surface 30as of the bottom wall surface 30at of the sheet side manifold hole 30a A gap recess 23 is formed on the front and back sheet surfaces of the resin sheet 20 on the side. The gap recess 23 is a recess in which the bottom side of the recess is inclined, and in the single fuel cell 110, it is a recess to the bottom wall surface 30bt or the side wall surface 30bs of the separators 40a and 40b. On the other hand, when the fuel cells 110 are stacked, they are formed as a recess to the bottom wall surface 30 at or the side wall surface 30 as of the resin sheet 20. In the fuel cell 110 of this embodiment, the gap recess 23 is about 1.2 mm, and the protrusion of the resin sheet 20 is about 0.8 mm in depth, in order to maintain the liquid water in the gap recess 23. Thus, it is possible to provide a water retention space of about 2.0 mm as the gap recess 23 in a state where the fuel cells 110 are stacked. Since the separators 40a and 40b forming the space recess 23 have hydrophilicity on the surface, and the resin sheet 20 having the space recess 23 on the sheet surface has hydrophilicity through the hydrophilicity imparting treatment, the fuel cell The cell 110 will exhibit hydrophilicity in the surrounding area of the recess 23. The depth dimension of the above-described gap recess 23 may be appropriately set according to the inter-cell pitch, the size of the gas manifold 30, or the maximum gas supply / discharge amount of the reaction gas, and is limited to the above-mentioned dimension numerical value. Do not mean.

樹脂シート20が有するガス給排路50は、シート側マニホールド孔30aの近傍のガス導入部51を残してセパレータ40a、40bと重なる。このセパレータ40a、40bのうち、カソード側のセパレータ40aは、図2に示すように、セパレータ側マニホールド孔30bの近傍に合流流路43を有し、この合流流路43は、図6に示すように、ガス給排路50と重なる。よって、ガス給排路50は、カソード側のセパレータ40aと樹脂シート20との間において、図3に示すエアーアウト側のガス用マニホールド30では、燃料電池セル110におけるエアー排出に関与する。これに対して、アノード側のセパレータ40bは、セパレータ側マニホールド孔30bの近傍に合流流路43を有しないので、ガス給排路50は、ガス給排に関与しない。こうしたガス給排路50のガス給排への関与は、エアーについてのイン側のガス用マニホールド30、および水素ガスについてのイン・アウト側のガス用マニホールド30でも同様である。そして、ガス給排路50のガス給排の関与によって、イン側のガス用マニホールド30に流れ込んだ水素ガスは、アノード側のセパレータ40bが有する流路41を通過して発電体10の膜電極接合体に供給され、アウト側のガス用マニホールド30から排出される。また、イン側のガス用マニホールド30流れ込んだエアーは、カソード側のセパレータ40aが有する流路41を通過して発電体10の膜電極接合体に供給され、アウト側のガス用マニホールド30から排出される。本実施形態の樹脂シート20は、既述したようにガス給排に関与するガス給排路50を、図3に示すように、セパレータ側マニホールド孔30bの底辺壁面30btよりもセル高さ方向(y軸方向)において低い位置まで備えている。   The gas supply / discharge path 50 of the resin sheet 20 overlaps the separators 40a and 40b except for the gas introduction portion 51 in the vicinity of the sheet-side manifold hole 30a. Among the separators 40a and 40b, as shown in FIG. 2, the separator 40a on the cathode side has a merging channel 43 near the separator-side manifold hole 30b, and this merging channel 43 is as shown in FIG. And the gas supply and discharge passage 50. Therefore, the gas supply / discharge passage 50 participates in the air discharge in the fuel cell 110 in the air-out gas manifold 30 shown in FIG. 3 between the cathode side separator 40 a and the resin sheet 20. On the other hand, since the separator 40b on the anode side does not have the merging passage 43 in the vicinity of the separator-side manifold hole 30b, the gas supply / discharge passage 50 does not participate in the gas supply / discharge. The involvement of the gas supply and discharge path 50 in the gas supply and discharge is the same as in the in-side gas manifold 30 for air and the in-out gas manifold 30 for hydrogen gas. The hydrogen gas flowing into the in-side gas manifold 30 by the involvement of the gas supply / discharge path of the gas supply / discharge path 50 passes through the flow path 41 of the anode side separator 40 b to join the membrane electrode of the power generation body 10 It is supplied to the body and discharged from the out-side gas manifold 30. Further, the air flowing into the in-side gas manifold 30 passes through the flow path 41 of the cathode side separator 40a, is supplied to the membrane electrode assembly of the power generation body 10, and is discharged from the out-side gas manifold 30. Ru. As described above, the resin sheet 20 according to the present embodiment has the gas supply / discharge passage 50 involved in the gas supply / discharge in the cell height direction (the bottom wall surface 30bt of the separator side manifold hole 30b) as shown in FIG. In the y-axis direction), the lower position is provided.

隣り合う燃料電池セル110の間において、一方の燃料電池セル110のセパレータ40aと、他方の燃料電池セル110のセパレータ40bとの間には、ガス用マニホールド30を取り囲むガスケット60が設けられている。このガスケット60は、セパレータ40aに接着され、燃料電池100の積層により、セル間においてガス用マニホールド30をシールする。ガスケット60は、例えばシリコーンゴムにより形成される。隣り合う燃料電池セル110の間には冷却マニホールド孔31から冷却水が流通する冷却流路が形成されており、この冷却流路にあっても、ガスケット60によってシールされている。   A gasket 60 surrounding the gas manifold 30 is provided between the adjacent fuel cell 110 between the separator 40 a of one fuel cell 110 and the separator 40 b of the other fuel cell 110. The gasket 60 is bonded to the separator 40 a and seals the gas manifold 30 between the cells by stacking the fuel cells 100. The gasket 60 is formed of, for example, silicone rubber. A cooling flow passage through which the cooling water flows from the cooling manifold hole 31 is formed between the adjacent fuel cells 110, and even in this cooling flow passage, the cooling passage is sealed by the gasket 60.

以上説明した本実施形態の燃料電池セル110は、ガス用マニホールド30を構成するよう重なり合うシート側マニホールド孔30aとセパレータ側マニホールド孔30bに仮に水Wが到達しても、この水Wを、ガス用マニホールド30の底辺において、樹脂シート20の表裏シート面の間隙凹所23に保水する。そして、この保水状態を、ガス用マニホールド30の底辺において内側に先端が位置する樹脂シート20で保つ。これに加え、本実施形態の燃料電池セル110は、間隙凹所23を取り囲む樹脂シート20とセパレータ40a、40bとを親水性とするので、間隙凹所23における水Wの保水状態をより確実に保持する。その上で、本実施形態の燃料電池セル110は、間隙凹所23に保水した水Wを、図3に示す鉛直方向下方側(−y軸方向)のガス給排路50を経て、図6に示す合流流路43および流路41から発電体10の膜電極接合体に導く。燃料電池セル110を積層した燃料電池100は、それぞれの燃料電池セル110において水Wの個別的な保水と保水状態の保持を行うので、以下に説明する効果を奏する。   The fuel cells 110 according to the present embodiment described above use the water W for the gas even if the water W temporarily reaches the overlapping sheet side manifold hole 30a and separator side manifold hole 30b so as to constitute the gas manifold 30. At the bottom side of the manifold 30, water is retained in the gap recess 23 in the front and back sheet surfaces of the resin sheet 20. Then, the water retention state is maintained by the resin sheet 20 whose front end is positioned at the bottom of the gas manifold 30. In addition to this, since the fuel cell 110 of the present embodiment makes the resin sheet 20 surrounding the gap recess 23 and the separators 40a and 40b hydrophilic, the water retention state of the water W in the gap recess 23 can be made more reliably. Hold. Then, the fuel cell 110 of the present embodiment passes the water W held in the gap recess 23 through the gas supply / discharge passage 50 on the lower side (−y-axis direction) in the vertical direction shown in FIG. It leads to the membrane electrode assembly of electric power generation body 10 from the confluence | merging flow path 43 and the flow path 41 which are shown to. Since the fuel cells 100 in which the fuel cells 110 are stacked perform individual water holding and holding of the water holding state in each of the fuel cells 110, the effects described below are exhibited.

図7は、燃料電池100の燃料電池前端が鉛直下方となるように燃料電池100が傾斜した状況を模式的に示す説明図である。図示する燃料電池100の傾斜姿勢は、燃料電池100の搭載車両が傾斜道路を走行していたり、傾斜路面で駐車している過程に起きえ、燃料電池100がこうした傾斜姿勢となると、ガス用マニホールド30も傾斜する。こうした傾斜姿勢においても、本実施形態の燃料電池セル110で構成される燃料電池100は、それぞれの燃料電池セル110での間隙凹所23での水Wの保水と、間隙凹所23を取り囲む樹脂シート20とセパレータ40a、40bを親水性としたことによる間隙凹所23における水Wの保水状態の保持とを図ることから、図7に示すように燃料電池100が傾斜しても、燃料電池前端の側に水Wが傾斜に沿って流れ落ちて貯まってしまうような事態が起きることを抑制できる。この結果、本実施形態の燃料電池セル110によれば、燃料電池100が図7に示すように傾斜した状況下においても傾斜下方側の燃料電池セル110におけるガス用マニホールド30を介したガス給排を阻害しないので、燃料電池セル110の発電性能の維持を図ることができる。   FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a state where the fuel cell 100 is inclined such that the front end of the fuel cell 100 is vertically downward. The inclination attitude of the fuel cell 100 shown in the figure may occur in a process where a vehicle equipped with the fuel cell 100 is traveling on an inclined road or parked on an inclined road surface, and when the fuel cell 100 becomes such an inclination attitude 30 also inclines. Even in such an inclined posture, the fuel cell 100 configured by the fuel cell 110 of the present embodiment holds the water W in the gap recess 23 in each fuel cell 110 and the resin surrounding the gap recess 23. Since the retention of the water retention state of the water W in the gap recess 23 by making the sheet 20 and the separators 40a and 40b hydrophilic, as shown in FIG. 7, even if the fuel cell 100 is inclined, the front end of the fuel cell It is possible to suppress the occurrence of a situation where water W flows down along the slope and is accumulated on the side of the As a result, according to the fuel cell 110 of the present embodiment, even when the fuel cell 100 is inclined as shown in FIG. 7, the gas supply / discharge through the gas manifold 30 in the fuel cell 110 on the lower side of the inclination is Therefore, the power generation performance of the fuel cell 110 can be maintained.

本実施形態の燃料電池セル110は、ガス給排路50を、図3に示すように、セル高さ方向(y軸方向)においてセパレータ側マニホールド孔30bの底辺壁面30btよりも低い位置に備えるので、間隙凹所23に保水された水Wを、確実にガス給排路50を経て発電体10に導くことができる。   The fuel cell 110 according to the present embodiment includes the gas supply / discharge passage 50 at a position lower than the bottom wall surface 30bt of the separator-side manifold hole 30b in the cell height direction (y-axis direction) as shown in FIG. The water W held in the gap recess 23 can be reliably guided to the power generation body 10 through the gas supply / discharge passage 50.

本実施形態の燃料電池セル110は、図5と図6に示すように、間隙凹所23を、ガス用マニホールド30における側方壁面30asにも有する。よって、この側方壁面30asにおける間隙凹所23でも、樹脂シート20やセパレータ40a、40bの親水性により、および、狭小なセル間で働く毛管力により、水Wを保水できる。よって、この点からも、本実施形態の燃料電池セル110によれば、燃料電池100が既述したように傾斜した際の傾斜下方側の燃料電池セル110におけるガス用マニホールド30を介したガス給排を阻害しないので、燃料電池セル110の発電性能の維持に寄与できる。なお、底辺壁面30atに対向したシート側マニホールド孔30aの天井壁面においても同様である。   As shown in FIGS. 5 and 6, the fuel cell 110 of the present embodiment has a gap recess 23 also on the side wall 30 as of the gas manifold 30. Therefore, even in the gap recess 23 in the side wall 30as, the water W can be retained by the hydrophilicity of the resin sheet 20 and the separators 40a and 40b and the capillary force acting between narrow cells. Therefore, also from this point, according to the fuel cell 110 of the present embodiment, the gas supply via the gas manifold 30 in the fuel cell 110 on the lower side of the inclination when the fuel cell 100 is inclined as described above Since the exhaust is not inhibited, it can contribute to the maintenance of the power generation performance of the fuel cell 110. The same applies to the ceiling wall surface of the sheet side manifold hole 30a facing the bottom wall surface 30at.

本実施形態の燃料電池セル110は、間隙凹所23に保水した水Wをガス給排路50を経て発電体10の膜電極接合体に導くものの、その量は、間隙凹所23に保水された少量の水量に限られる。よって、本実施形態の燃料電池セル110によれば、間隙凹所23に保水した水Wによる発電体10の加湿を過多とすることはなく、燃料電池セル110の発電性能の不用意な低下を来さない。   Although the fuel cell 110 of the present embodiment guides the water W held in the gap recess 23 to the membrane electrode assembly of the power generation body 10 through the gas supply / discharge passage 50, the amount is held in the gap recess 23 Limited to a small amount of water. Therefore, according to the fuel cell 110 of the present embodiment, excessive humidification of the power generation body 10 by the water W retained in the gap recess 23 is not excessive, and the power generation performance of the fuel cell 110 is inadvertently lowered. I will not come.

図8は、第1変形例の燃料電池セル110Aを複数積層した状況においてガス用マニホールド30を図4相当に断面視して示す説明図である。この第1変形例の燃料電池セル110Aは、単一厚みの樹脂シート20に代えて厚みに凹凸を持つ樹脂シート20を用いて、燃料電池セル110Aが積層された状態において間隙凹所23を樹脂シート20とセパレータ40a、40bで形成する点に特徴がある。この第1変形例の燃料電池セル110Aによっても、それぞれの燃料電池セル110Aでの間隙凹所23での水Wの保水と、間隙凹所23を取り囲む樹脂シート20とセパレータ40a、40bを親水性としたことによる間隙凹所23における水Wの保水状態の保持とにより、既述した効果を奏することができる。   FIG. 8 is an explanatory view showing the gas manifold 30 in a sectional view equivalent to FIG. 4 in a state where a plurality of fuel cells 110A of the first modification are stacked. In the fuel cell 110A of the first modification, instead of using a resin sheet 20 having a single thickness, a resin sheet 20 having irregularities in thickness is used to resin the space recess 23 in a state where the fuel cell 110A is stacked. It is characterized in that it is formed of the sheet 20 and the separators 40a and 40b. Also according to the fuel cell 110A of the first modification, the water retention of the water W in the gap recess 23 in each fuel cell 110A, the resin sheet 20 surrounding the gap recess 23, and the separators 40a and 40b are hydrophilic. By the retention of the water retention state of the water W in the gap recess 23 due to the above, it is possible to achieve the effects described above.

図9は、第2変形例の燃料電池セル110Bを複数積層した状況においてガス用マニホールド30を図4相当に断面視して示す説明図である。この第2変形例の燃料電池セル110Bは、間隙凹所23を燃料電池セル110Aが積層された状態で形成する点に特徴がある。この第2変形例の燃料電池セル110Bによっても、それぞれの燃料電池セル110Bでの間隙凹所23での水Wの保水と、間隙凹所23を取り囲む樹脂シート20とセパレータ40a、40bを親水性としたことによる間隙凹所23における水Wの保水状態の保持とにより、既述した効果を奏することができる。   FIG. 9 is an explanatory view showing the gas manifold 30 in a sectional view equivalent to FIG. 4 in a state where a plurality of fuel cells 110B of the second modification are stacked. The fuel cell unit 110B of the second modification is characterized in that the gap recess 23 is formed in a state where the fuel cell unit 110A is stacked. Also in the fuel cell 110B of the second modification, the water retention of the water W in the gap recess 23 in each fuel cell 110B, and the resin sheet 20 surrounding the gap recess 23 and the separators 40a and 40b are made hydrophilic. By the retention of the water retention state of the water W in the gap recess 23 due to the above, it is possible to achieve the effects described above.

本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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, examples, and modifications, and can be implemented with various configurations without departing from the scope of the invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in the respective forms described in the section of the summary of the invention are for solving some or all of the problems described above, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacements or combinations can be made as appropriate. Also, if the technical features are not described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.

既述した実施形態では、間隙凹所23の取り囲み領域において、樹脂シート20とセパレータ40a、40bのいずれにも親水性を有するようにしたが、これに限らない。例えば、間隙凹所23の取り囲み領域における樹脂シート20の側だけに親水性を付与したり、セパレータ40a、40bの側だけに親水性を付与してもよい。   In the embodiment described above, although the resin sheet 20 and the separators 40a and 40b are made hydrophilic in the surrounding area of the gap recess 23, the present invention is not limited to this. For example, hydrophilicity may be imparted only to the side of the resin sheet 20 in the encircling region of the gap recess 23, or hydrophilicity may be imparted to only the side of the separators 40a and 40b.

既述した実施形態では、エアーアウト側のガス用マニホールド30の底辺において間隙凹所23を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート20とセパレータ40a、40bに親水性を有するようにしたが、これに限らない。例えば、エアーイン側のガス用マニホールド30の他、水素ガスについてのアウト側・イン側のガス用マニホールド30のいずれか一方に、或いはエアーについてのアウト側・イン側の両ガス用マニホールド30に、水素ガスについてのアウト側・イン側のガス用マニホールド30のいずれか一方、若しくは両ガス用マニホールド30において間隙凹所23を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート20とセパレータ40a、40bに親水性を付与してもよい。この他、エアーと水素ガスについてのアウト側・イン側の総てのガス用マニホールド30において間隙凹所23を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート20とセパレータ40a、40bに親水性を付与してもよい。   In the embodiment described above, the gap recess 23 is formed on the bottom of the gas manifold 30 on the air-out side, and the resin sheet 20 and the separators 40a and 40b have hydrophilicity in the surrounding region. Not exclusively. For example, in addition to the gas manifold 30 on the air-in side, either one of the out-side or in-side gas manifolds 30 for hydrogen gas, or both the gas manifold 30 on the out-side and in-side of air, A gap recess 23 is formed in either or both of the out-side and in-side gas manifolds 30 for hydrogen gas, and the resin sheet 20 and the separators 40a and 40b are made hydrophilic in the surrounding area. You may give it. In addition, the gap recess 23 is formed in all the gas manifolds 30 on the outside and in the side for air and hydrogen gas, and the resin sheet 20 and the separators 40a and 40b are rendered hydrophilic in the surrounding area thereof. It is also good.

既述した実施形態では、ガス用マニホールド30の底辺の全域において間隙凹所23を形成したが、ガス用マニホールド30の底辺の少なくとも一部領域、例えば、ガス用マニホールド30の底辺の中央領域や、底辺の両端領域において間隙凹所23を形成してもよい。このように底辺の一部領域に間隙凹所23を形成する際には、間隙凹所23の形成領域をガス用マニホールド30の底辺全域の70〜90%としたりできる。   In the embodiment described above, the gap recess 23 is formed in the entire area of the bottom of the gas manifold 30, but at least a partial area of the bottom of the gas manifold 30, for example, the central area of the bottom of the gas manifold 30, The gap recess 23 may be formed in both end regions of the bottom side. As described above, when the gap recess 23 is formed in a partial region of the bottom side, the formation region of the gap recess 23 can be 70 to 90% of the entire bottom surface of the gas manifold 30.

既述した実施形態では、ガス用マニホールド30の側方壁や天井壁にも間隙凹所23を形成したが、側方壁と天井壁の間隙凹所23を省略してもよい。   In the embodiment described above, the gap recess 23 is formed in the side wall and the ceiling wall of the gas manifold 30, but the gap recess 23 between the side wall and the ceiling wall may be omitted.

既述した実施形態では、エンドプレート170Fとエンドプレート170Eとの間に積層された総ての燃料電池セル110を、間隙凹所23を有するセルとしたがこれに限らない。例えば、エンドプレート側の所定範囲(セル積層範囲の5〜10%)を除く燃料電池セル110を、間隙凹所23を有する燃料電池セルとし、エンドプレート側の所定範囲の燃料電池セル110については、間隙凹所23を有しない燃料電池セルとしてもよい。   In the embodiment described above, all the fuel cells 110 stacked between the end plate 170F and the end plate 170E are the cells having the gap recess 23, but the invention is not limited thereto. For example, the fuel cell 110 excluding the predetermined range on the end plate side (5 to 10% of the cell stacking range) is a fuel cell having the gap recess 23 and the fuel cell 110 in the predetermined range on the end plate side The fuel cell may not have the gap recess 23.

10…発電体
20…樹脂シート
21…開口部
23…間隙凹所
30…ガス用マニホールド
30a…シート側マニホールド孔
30as…側方壁面
30at…底辺壁面
30b…セパレータ側マニホールド孔
30bs…側方壁面
30bt…底辺壁面
31…冷却マニホールド孔
40a…セパレータ
40b…セパレータ
41…流路
42…分配流路
43…合流流路
50…ガス給排路
51…ガス導入部
60…ガスケット
100…燃料電池
110、110A、110B…燃料電池セル
116…供給用マニホールド
117…排出用マニホールド
118…供給用マニホールド
119…排出用マニホールド
160E…ターミナルプレート
160F…ターミナルプレート
165E…絶縁板
165F…絶縁板
170F…エンドプレート
170E…エンドプレート
D…差分
W…水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation body 20 ... Resin sheet 21 ... Opening part 23 ... Gap recess 30 ... Gas manifold 30a ... Sheet side manifold hole 30as ... Side wall 30at ... Bottom wall 30b ... Separator side manifold hole 30bs ... Side wall 30 bt ... Bottom wall surface 31 ... cooling manifold hole 40a ... separator 40b ... separator 41 ... channel 42 ... distribution channel 43 ... merging channel 50 ... gas supply / discharge channel 51 ... gas introduction part 60 ... gasket 100 ... fuel cell 110, 110A, 110B ... Fuel cell 116 ... Supply manifold 117 ... Discharge manifold 118 ... Supply manifold 119 ... Discharge manifold 160 E ... Terminal plate 160 F ... Terminal plate 165 E ... Insulating plate 165 F ... Insulating plate 170 F ... End plate 170 E ... En Plateau D ... difference W ... water

Claims (1)

枠状の樹脂シートで取り囲んだ膜電極接合体を前記樹脂シートごと前記膜電極接合体の外縁領域でカソード側とアノード側の両セパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、
前記両セパレータの前記外縁領域に設けられたセパレータ側マニホールド孔と、前記樹脂シートの前記外縁領域に設けられたシート側マニホールド孔とが、前記燃料電池セルの積層によりガス用マニホールドを形成し、
該ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域において、前記樹脂シートの先端が前記両セパレータの先端より前記ガス用マニホールドの内側に位置し、
前記両セパレータは、前記ガス用マニホールドの前記底辺の側で前記樹脂シートの少なくとも一方のシート面に、間隙凹所を形成し、
前記樹脂シートは、前記間隙凹所から前記膜電極接合体へのガス給排用のガス給排路を有し、
前記間隙凹所を取り囲む前記両セパレータと前記樹脂シートの少なくとも一方は、前記間隙凹所の取り囲み領域において親水性を有する、
燃料電池スタック。
A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells stacked with a membrane electrode assembly surrounded by a frame-like resin sheet, and the resin sheet being sandwiched between the cathode side and anode side separators in the outer edge region of the membrane electrode assembly. There,
The separator manifold holes provided in the outer edge area of the both separators and the sheet manifold holes provided in the outer edge area of the resin sheet form a gas manifold by stacking the fuel cells.
In at least a partial area of the bottom side of the gas manifold, the front end of the resin sheet is located more inward of the gas manifold than the front ends of the two separators,
The two separators form a space recess in at least one of the sheet surfaces of the resin sheet on the side of the bottom of the gas manifold,
The resin sheet has a gas supply and discharge path for gas supply and discharge from the gap recess to the membrane electrode assembly,
At least one of the both separators surrounding the gap recess and the resin sheet is hydrophilic in the surrounding area of the gap recess,
Fuel cell stack.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223131A (en) * 1999-02-01 2000-08-11 Toyota Motor Corp Fuel cell, separator used therefor and their manufacture
JP2007042538A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2017117780A (en) * 2015-12-17 2017-06-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel battery module

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223131A (en) * 1999-02-01 2000-08-11 Toyota Motor Corp Fuel cell, separator used therefor and their manufacture
JP2007042538A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2017117780A (en) * 2015-12-17 2017-06-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel battery module

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