JP2023101175A - Fuel battery cell - Google Patents

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Takahiro Sakamoto
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Abstract

To prevent elution of a medium temperature membrane by liquid water by using a resin sheet to replenish liquid water that flows back through a manifold or outside a stack in a fuel battery cell.SOLUTION: A fuel battery cell has a membrane electrode assembly, a resin sheet for fixing a peripheral part of the membrane electrode assembly, and a pair of separators for sandwiching the resin sheet. The resin sheet has a first opening formed that constitutes a portion of a manifold when the fuel battery cell is stacked. The separators have a second opening formed that constitutes the other portion of the manifold when the fuel battery cell is stacked. The size of the first opening is smaller than the size of the second opening. The resin sheet has an overhang portion that extends inwardly on the edge of the second opening. At least a portion of the overhang portion is formed in a mesh-like shape.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、樹脂シートがセパレータで挟持された構造を有する燃料電池セルの技術分野に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the technical field of fuel cells having a structure in which a resin sheet is sandwiched between separators.

この種の燃料電池セルに、作動温度100℃以上の発電膜(以下適宜「中温膜」と称する)を適用する場合、燃料電池システムの稼働停止後に冷えて液化した水(以下適宜、このような液体状態の水を「液水」と称する)がマニホールドや配管からセル内に逆流すると、中温膜が溶出してしまう。このような溶出を防止するために、以下に説明する如き各種の構造の燃料電池セルが提案されている。 When applying a power generation membrane with an operating temperature of 100° C. or higher (hereinafter referred to as a "medium temperature membrane") to this type of fuel cell, water cooled and liquefied after the fuel cell system stops operating (hereinafter referred to as such Water in a liquid state is called "liquid water") flows back into the cell from the manifold or piping, the medium-temperature film is eluted. In order to prevent such elution, fuel cells having various structures as described below have been proposed.

即ち、燃料電池スタックの出口側にある酸化剤ガス連通孔に、毛細管現象及び空気の圧力差によって水を外部に排出するための多孔質吸水管体を配置したもの(特許文献1及び2参照)、排水経路の経路断面を閉塞するように多孔質体を配置したもの(特許文献3参照)、アノード側ガス流路における燃料ガスの流れ方向の最下流部及びカソード側ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向の最下流部の少なくとも一方に、生成水を捕捉するための生成水捕捉部を備えたもの(特許文献4参照)、ガス流路形成部材とセパレータとの間に配置されると共に、その一部が排出口を覆う多孔質体であって、その内部に排出口と連通する空隙部を備える親水性の当該多孔質体を備えたもの(特許文献5参照)、或いはカソード側のガス拡散層とセパレータとの間に、親水性の多孔質体流路を備えたもの(特許文献6参照)が提案されている。 That is, a porous water absorption tube is arranged in the oxidant gas communication hole on the outlet side of the fuel cell stack to discharge water to the outside by capillary action and air pressure difference (see Patent Documents 1 and 2). , a porous body arranged so as to block the cross section of the drainage channel (see Patent Document 3), the most downstream part in the flow direction of the fuel gas in the anode side gas channel, and the oxidant gas in the cathode side gas channel provided with a generated water capturing portion for capturing generated water at least one of the most downstream portions in the flow direction (see Patent Document 4), disposed between the gas flow path forming member and the separator, A porous body part of which covers the discharge port, and includes a hydrophilic porous body having a void communicating with the discharge port (see Patent Document 5), or gas on the cathode side A proposal has been made to provide a hydrophilic porous flow path between the diffusion layer and the separator (see Patent Document 6).

特開2001―118596号公報JP-A-2001-118596 特開2009―152217号公報JP 2009-152217 A 特開2005―166545号公報JP-A-2005-166545 特開2009―218051号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-218051 特開2009―277385号公報JP-A-2009-277385 特開2010―015725号公報JP 2010-015725 A

しかしながら、上記特許文献には、以下に説明する如き各種の技術的な問題点がある。 However, the above patent documents have various technical problems as described below.

即ち、本願発明者が知るところによれば、特許文献1及び2によれば、部品点数が増えてしまう。特許文献3によれば、圧損が上がると共に部品点数が増えてしまう。特許文献4によれば、生成水補足部用のスペースがセパレータに必要となってしまう。特許文献5によれば、排水用の部品や流路、スペースが必要となり、コストが増加すると共に部品点数が増えてしまう。或いは、許文献6によれば、排水や集水に工夫がされていないため、水が膜付近に残ってしまう又はマニホールドから入り込んだ水で中温膜が溶出してしまう。 That is, according to the knowledge of the inventor of the present application, according to Patent Documents 1 and 2, the number of parts increases. According to Patent Document 3, the pressure loss increases and the number of parts increases. According to Patent Document 4, the separator needs a space for the generated water trapping section. According to Patent Document 5, parts for drainage, flow paths, and space are required, which increases the cost and the number of parts. Alternatively, according to Patent Literature 6, water remains in the vicinity of the membrane or the medium-temperature membrane is eluted by water entering from the manifold, because no devises are made for drainage and water collection.

本発明は、例えば上述した技術的問題点に鑑みなされたものであり、部品点数の増大を抑えつつ、スタック外部やマニホールドを逆流してくる液水を樹脂シートで補水することにより該液水による中温膜の溶出を防止し得る燃料電池セルを提供することを課題とする。 The present invention has been devised, for example, in view of the above-mentioned technical problems. An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of preventing elution of a medium temperature membrane.

本発明に係る燃料電池セルの一態様は上記課題を解決するために、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の周縁部を固定する樹脂シートと、前記樹脂シートを挟み込む一対のセパレータとを有する燃料電池セルであって、前記樹脂シートには、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの一部を構成する第1開口が形成されており、前記一対のセパレータの各々には、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの他の一部を構成する第2開口が形成されており、前記第1開口の大きさは、前記第2開口の大きさより小さく、前記樹脂シートは、前記第1開口と前記第2開口との大きさの違いに起因して、前記第2開口の縁部から前記第2開口の内側にはみ出したはみ出し部分を有し、前記はみ出し部分の少なくとも一部はメッシュ状に形成されていることを特徴とする。 In one aspect of the fuel cell according to the present invention, in order to solve the above problems, a membrane electrode assembly, a resin sheet for fixing the peripheral portion of the membrane electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the resin sheet are provided. wherein the resin sheet is formed with a first opening that constitutes a part of a manifold when the fuel cells are stacked, and each of the pair of separators is provided with the A second opening is formed that forms another part of the manifold when the fuel cells are stacked, the size of the first opening is smaller than the size of the second opening, and the resin sheet is: At least a portion of the protruding portion has a protruding portion that protrudes from the edge of the second opening to the inside of the second opening due to a difference in size between the first opening and the second opening. is formed in a mesh shape.

本発明に係る燃料電池セルの一態様によれば、スタック外部やマニホールドを逆流してくる液水を樹脂シートで補水することができる。これにより、該液水による中温膜の溶出を防止或いは低減し得る。しかも、樹脂シートは、燃料電池セルの必須構成部材であるので、このような補水のために部品点数を増大させることはない。 According to one aspect of the fuel cell according to the present invention, it is possible to replenish the liquid water flowing back through the outside of the stack and the manifold with the resin sheet. This can prevent or reduce the elution of the intermediate temperature film by the liquid water. Moreover, since the resin sheet is an essential constituent member of the fuel cell, the number of parts is not increased for such water replenishment.

本発明によるこのような作用効果は、以下に説明する発明の実施形態により、より明らかにされる。 Such functions and effects of the present invention will be made clearer by the embodiments of the invention described below.

実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment; FIG. 実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施形態に係るマニホールドの一部を平面視して拡大して示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which expand and show a part of manifold which concerns on embodiment by planarly viewing.

燃料電池セルを複数含んで構成される燃料電池に係る実施形態について図1乃至図3を参照して説明する。 An embodiment of a fuel cell comprising a plurality of fuel cells will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

(燃料電池システムの概略構成)
図1において、燃料電池システム100は、電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック30と、燃料電池スタック30に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス系機器10と、燃料電池スタック30に燃料ガスを供給する燃料ガス系機器20と、燃料電池スタック30を冷却する冷却系機器50と、燃料電池システム100を制御する制御ユニット90とを備える。
(Schematic configuration of fuel cell system)
In FIG. 1, a fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 30 that generates power through an electrochemical reaction, an oxidizing gas system device 10 that supplies an oxidizing gas to the fuel cell stack 30, and a fuel gas to the fuel cell stack 30. A fuel gas system device 20 for supplying fuel gas, a cooling system device 50 for cooling the fuel cell stack 30 , and a control unit 90 for controlling the fuel cell system 100 are provided.

燃料電池スタック30は、アノード、カソード、電解質膜、セパレータ等を備える燃料電池セル31(図2参照)が複数個積層されることにより構成される積層体を含む。燃料電池スタック30の詳細については後述する。 The fuel cell stack 30 includes a laminate formed by stacking a plurality of fuel cells 31 (see FIG. 2) each having an anode, a cathode, an electrolyte membrane, a separator, and the like. Details of the fuel cell stack 30 will be described later.

酸化剤ガス系機器10は、エアクリーナ11、エアコンプレッサ12、弁13、吸気管14及び排気管15を備える。エアクリーナ11から吸入された空気は、エアコンプレッサ12によって圧縮され、燃料電池スタック30のカソードに酸化剤ガスとして供給される。カソードからの排ガス(以降、適宜“カソードオフガス”とも称する)は、排気管15を介して希釈器25に導入される。尚、吸気管14には、例えば脱水装置、ヒータ等が設けられていてよい。 The oxidizing gas system equipment 10 includes an air cleaner 11 , an air compressor 12 , a valve 13 , an intake pipe 14 and an exhaust pipe 15 . Air sucked from the air cleaner 11 is compressed by the air compressor 12 and supplied to the cathode of the fuel cell stack 30 as an oxidant gas. Exhaust gas from the cathode (hereinafter also referred to as “cathode offgas” as appropriate) is introduced into the diluter 25 via the exhaust pipe 15 . Incidentally, the intake pipe 14 may be provided with, for example, a dehydrator, a heater, and the like.

燃料ガス系機器20は、燃料タンク21、弁22、吸気管23、排気管24及び希釈器25を備える。燃料タンク21に貯蔵された高圧水素は、燃料電池スタック30のアノードに燃料ガスとして供給される。燃料電池スタック30に供給される水素の圧力及び供給量は、例えば弁22により調整される。アノードからの排ガス(以降、適宜“アノードオフガス”とも称する)は、排気管24を介して希釈器25に導入される。希釈器25は、カソードオフガスとアノードオフガスとを混合することによって、アノードオフガスに含まれる水素の濃度を希釈する。希釈器25から排出された排出ガスは、燃料電池システム100の系外へ排出される。 The fuel gas system equipment 20 includes a fuel tank 21 , a valve 22 , an intake pipe 23 , an exhaust pipe 24 and a diluter 25 . High-pressure hydrogen stored in the fuel tank 21 is supplied to the anode of the fuel cell stack 30 as fuel gas. The pressure and amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 30 are adjusted by the valve 22, for example. Exhaust gas from the anode (hereinafter also referred to as “anode off-gas” as appropriate) is introduced into a diluter 25 via an exhaust pipe 24 . The diluter 25 dilutes the concentration of hydrogen contained in the anode off-gas by mixing the cathode off-gas and the anode off-gas. The exhaust gas discharged from the diluter 25 is discharged outside the fuel cell system 100 .

尚、燃料ガス系機器20は、アノードオフガスを再度吸気管23に導いて、燃料電池スタック30で循環使用する構成であってもよい。また、燃料ガス系機器20は、アノードオフガスの排出経路を有しない、いわゆるアノードデッドエンドの構成であってもよい。或いは、酸化剤ガス系機器10と燃料ガス系機器20は、夫々個別的にオフガスの排出経路を有していてよい。 The fuel gas system device 20 may be configured to lead the anode off-gas to the intake pipe 23 again and circulate it in the fuel cell stack 30 . Further, the fuel gas system device 20 may have a so-called anode dead end configuration that does not have an anode off-gas discharge path. Alternatively, the oxidant gas system device 10 and the fuel gas system device 20 may each have an off-gas discharge route individually.

冷却系機器50は、ラジエータ51、循環ポンプ52、配管53を備えている。冷却水は、配管53を介して循環ポンプ52によって燃料電池スタック30とラジエータ51との間を循環する。 The cooling system device 50 includes a radiator 51 , a circulation pump 52 and piping 53 . Cooling water is circulated between the fuel cell stack 30 and the radiator 51 via a pipe 53 by a circulation pump 52 .

上述の各構成機器(例えばコンプレッサ12、弁13、弁22、循環ポンプ52等)は、制御ユニット90により制御される。制御ユニット90は、内部にCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット90は、例えばROMに記憶されたプログラムをRAMに展開して実行することで、燃料電池システム100の運転全般を制御する。 Each component described above (for example, the compressor 12 , the valve 13 , the valve 22 , the circulation pump 52 , etc.) is controlled by the control unit 90 . The control unit 90 is configured as a microcomputer internally provided with a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory). The control unit 90 controls overall operation of the fuel cell system 100, for example, by loading a program stored in ROM into RAM and executing the program.

(燃料電池スタックの概略構成)
燃料電池スタック30の構成について、図2を参照して説明を加える。燃料電池スタック30は、電解質膜・電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)61、ガス拡散層63並びにセパレータ71及び72を有する燃料電池セル31が複数積層された積層体を備える。該積層体は、その両端から図示しないターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持されている。尚、燃料電池スタック30は、燃料電池セル31を複数積層した構成に限らず、単一の燃料電池セル31で構成されてもよい。
(Schematic configuration of fuel cell stack)
The configuration of the fuel cell stack 30 will be explained with reference to FIG. The fuel cell stack 30 includes a stack of a plurality of fuel cells 31 each having a membrane electrode assembly (MEA) 61 , a gas diffusion layer 63 , and separators 71 and 72 . The laminate is sandwiched by terminals, insulators and end plates (not shown) from both ends thereof. Note that the fuel cell stack 30 is not limited to a configuration in which a plurality of fuel cells 31 are stacked, and may be configured with a single fuel cell 31 .

電解質膜・電極接合体61は、燃料電池の電気化学反応が行われる部位であり、図示しないアノード、電解質膜及びカソードを有する。アノード及びカソードは、導電性を有する担体上に触媒を担持させることによって形成され、触媒、電解質及び反応ガス(燃料ガス又は酸化剤ガス)の三相界面を形成する。ガス拡散層63は、電解質膜・電極接合体61での電気化学反応に供される反応ガスの流路になると共に、集電を行なうものである。
尚、電解質膜・電極接合体61と2つのガス拡散層63とが一体となった構造は、電解質膜・電極・ガス拡散層接合体(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly:MEGA)と称される。
The electrolyte membrane-electrode assembly 61 is a part where an electrochemical reaction of the fuel cell takes place, and has an anode, an electrolyte membrane and a cathode (not shown). The anode and cathode are formed by supporting a catalyst on a conductive carrier to form a three-phase interface of catalyst, electrolyte and reaction gas (fuel gas or oxidant gas). The gas diffusion layer 63 serves as a flow path for the reaction gas to be subjected to the electrochemical reaction in the electrolyte membrane-electrode assembly 61, and also collects current.
The structure in which the electrolyte membrane/electrode assembly 61 and the two gas diffusion layers 63 are integrated is called an electrolyte membrane/electrode/gas diffusion layer assembly (Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly: MEGA). .

電解質膜・電極接合体61及びガス拡散層63の外周部には、ガス拡散層63によって形成される反応ガスの流路のシール性を確保するためにシール部62が設けられている。シール部62には、図示するとおり、いくつかの貫通孔が設けられている。該貫通孔は、セパレータ71及び72にも同様に設けられている。 A sealing portion 62 is provided on the outer periphery of the electrolyte membrane-electrode assembly 61 and the gas diffusion layer 63 in order to ensure the sealing performance of the reactant gas flow path formed by the gas diffusion layer 63 . The seal portion 62 is provided with several through holes as shown. The through holes are also provided in the separators 71 and 72 in the same manner.

セパレータ71及び72は、反応ガスの流路となるガス拡散層63の壁面を成す部位である。上述したように、セパレータ71及び72並びにシール部62には、その外周部にいくつかの貫通孔が設けられている。これらの貫通孔が連通することで、燃料ガスの流路としての燃料ガス供給マニホールド73及び燃料ガス排出マニホールド74、酸化剤ガスの流路としての酸化剤ガス供給マニホールド75及び酸化剤ガス排出マニホールド76、並びに、冷却水の流路としての冷却水供給マニホールド77及び冷却水排出マニホールド78が形成される。 The separators 71 and 72 are parts forming a wall surface of the gas diffusion layer 63 which serves as a channel for reaction gas. As described above, the separators 71 and 72 and the seal portion 62 are provided with several through-holes in their outer peripheral portions. By connecting these through-holes, a fuel gas supply manifold 73 and a fuel gas discharge manifold 74 as fuel gas flow paths, an oxidant gas supply manifold 75 and an oxidant gas discharge manifold 76 as oxidant gas flow paths. , and a cooling water supply manifold 77 and a cooling water discharge manifold 78 as cooling water flow paths are formed.

酸化剤ガス系機器10の吸気管14から酸化剤ガス供給マニホールド75に供給された酸化剤ガスは、セパレータ72の内部に形成されたガス流路及び孔部(図示せず)を介して、ガス拡散層63に供給され、ガス拡散層63からカソードに供給される。そして、カソードオフガスは、ガス拡散層63からセパレータ72の孔部及び内部に形成されたガス流路(図示せず)を介して、酸化剤ガス排出マニホールド76に排出され、酸化剤ガス系機器10の排気管15に導かれる。 The oxidant gas supplied from the intake pipe 14 of the oxidant gas system device 10 to the oxidant gas supply manifold 75 passes through gas flow paths and holes (not shown) formed inside the separator 72, and passes through the separator 72. It is supplied to the diffusion layer 63 and from the gas diffusion layer 63 to the cathode. Then, the cathode off-gas is discharged from the gas diffusion layer 63 to the oxidizing gas discharge manifold 76 through the holes of the separator 72 and the gas flow paths (not shown) formed inside the separator 72 . is led to the exhaust pipe 15 of the

燃料ガス系機器20の吸気管23から燃料ガス供給マニホールド73に供給された燃料ガスは、セパレータ71の内部に形成されたガス流路及び孔部(図示せず)を介して、ガス拡散層63に供給され、ガス拡散層63からアノードに供給される。そして、アノードオフガスは、ガス拡散層63からセパレータ71の孔部及び内部に形成されたガス流路(図示せず)を介して、燃料ガス排出マニホールド74に排出され、燃料ガス系機器20の排気管24に導かれる。 The fuel gas supplied from the intake pipe 23 of the fuel gas system device 20 to the fuel gas supply manifold 73 passes through the gas flow path and holes (not shown) formed inside the separator 71 to the gas diffusion layer 63. , and from the gas diffusion layer 63 to the anode. Then, the anode off-gas is discharged from the gas diffusion layer 63 to the fuel gas discharge manifold 74 through the holes of the separator 71 and the gas passages (not shown) formed therein, and is discharged from the fuel gas system equipment 20. It is led to tube 24 .

冷却系機器50から冷却水供給マニホールド77に供給された冷却水は、セパレータ71及び72の内部に形成された流路(図示せず)を介して、冷却水排出マニホールド78に排出され、再び、冷却系機器50に導かれる。 Cooling water supplied from the cooling system device 50 to the cooling water supply manifold 77 is discharged to the cooling water discharge manifold 78 through flow paths (not shown) formed inside the separators 71 and 72, and again, It is guided to the cooling system equipment 50 .

燃料電池システム100は、中温域(例えば100℃~200℃)での運転が可能である。つまり、燃料電池スタック30の動作温度は100℃以上である。言い換えれば、本実施形態では、電解質膜・電極接合体61は、作動温度100℃以上の発電膜である「中温膜」として構成されている。燃料電池システム100の運転時には、電気化学反応の過程で、燃料電池セル31のカソード側(即ち、セパレータ72側)に水が生成される。燃料電池スタック30の動作温度は100℃以上であるので、電気化学反応の過程で生成された水の状態は気体である。 The fuel cell system 100 can operate in a medium temperature range (eg, 100° C. to 200° C.). That is, the operating temperature of the fuel cell stack 30 is 100° C. or higher. In other words, in the present embodiment, the electrolyte membrane-electrode assembly 61 is configured as a "medium temperature membrane" which is a power generation membrane with an operating temperature of 100° C. or higher. During operation of the fuel cell system 100, water is generated on the cathode side of the fuel cell 31 (that is, on the separator 72 side) in the course of the electrochemical reaction. Since the operating temperature of the fuel cell stack 30 is 100° C. or higher, the water produced during the electrochemical reaction is gaseous.

燃料電池システム100の運転中は、電気化学反応の過程で生成された水は、カソードオフガスの一部として、燃料電池スタック30の外部に排出される。一方で、燃料電池システム100の運転が停止されると、電気化学反応の過程で生成された水は、燃料電池スタック30の温度が低下することに起因して、燃料電池スタック30内で結露し液体、即ち「液水」となる。 During operation of the fuel cell system 100, water produced during the electrochemical reaction is discharged to the outside of the fuel cell stack 30 as part of the cathode off-gas. On the other hand, when the operation of the fuel cell system 100 is stopped, the water produced in the course of the electrochemical reaction condenses inside the fuel cell stack 30 due to the temperature drop of the fuel cell stack 30. It becomes a liquid, or "liquid water".

例えば酸化剤ガス排出マニホールド76内の液水が、燃料電池セル31内に逆流すると、仮に何らの対策も施していないとすれば、中温膜の一例を構成する電解質膜・電極接合体61が、液水で溶出してしまうなど、劣化するおそれがある。しかるに本実施形態では、次に図3を参照して詳述する如く、導電を防ぐための構成要素である樹脂シートが、少なくとも部分的にメッシュ状に形成されており、このような電解質膜・電極接合体61の液水による劣化を防止する。 For example, if the liquid water in the oxidizing gas discharge manifold 76 flows back into the fuel cell 31, if no countermeasures are taken, the electrolyte membrane-electrode assembly 61, which constitutes an example of the intermediate temperature membrane, There is a risk of deterioration such as elution with liquid water. However, in this embodiment, as will be described in detail below with reference to FIG. This prevents deterioration of the electrode assembly 61 due to liquid water.

即ち図3において、酸化剤ガス排出マニホールド76の内壁(即ち流路部を形成する内壁)は、樹脂シート80により覆われている。この樹脂シート80は、燃料電池スタック30における短絡或いは導電を防止するために、一の燃料電池セル31と他の燃料電池セル31との間に積層される絶縁体層の一部を構成している。 That is, in FIG. 3, the inner wall of the oxidizing gas discharge manifold 76 (that is, the inner wall forming the flow path portion) is covered with a resin sheet 80 . This resin sheet 80 forms part of an insulator layer laminated between one fuel cell 31 and another fuel cell 31 in order to prevent short circuits or electrical conduction in the fuel cell stack 30. there is

樹脂シート80には、燃料電池セル31が積層されたときに酸化剤ガス排出マニホールド76の各々の一部を構成する、高さ=H1且つ幅=W1の第1開口が形成されている。セパレータ71、72の各々には、燃料電池セル31が積層されたときに酸化剤ガス排出マニホールド76の他の一部を構成する、高さ=H2且つ幅=W2の第2開口が形成されている。ここで、第1開口の大きさは、第2開口の大きさより小さく、より具体的には本実施形態では、高さH及び幅W共に第1開口は第2開口より小さく(即ち、H1<H2且つW1<W2と)なるように構成されている。 The resin sheet 80 is formed with a first opening having a height of H1 and a width of W1, which constitutes a part of each of the oxidizing gas discharge manifolds 76 when the fuel cells 31 are stacked. Each of the separators 71 and 72 is formed with a second opening having a height of H2 and a width of W2, which constitutes another part of the oxidizing gas discharge manifold 76 when the fuel cells 31 are stacked. there is Here, the size of the first opening is smaller than the size of the second opening. H2 and W1<W2).

このため、樹脂シート80は、第1開口と第2開口との大きさの違いに起因して、図3上で明らかなように第2開口の内側縁部から第2開口の内側にはみ出した「はみ出し部分」(図3でメッシュ状の部分)を有する。本実施形態では特に、このような「はみ出し部分」は、メッシュ状に形成されている。ここに「メッシュ状」とは、前述の如き燃料電池システム100の稼働停止後に冷えて液化した液水200(図3の水玉参照)を、毛管現象で捕獲できる微細な穴が開いている3次元的な微細格子構造を有することを意味する。樹脂シート80は、そのような構造を有する限り、既存の樹脂から構築しても今後開発される樹脂から構築しても、本願発明独自の作用効果は相応に得られる。よって、この限りにおいて、樹脂シート80の材料となる樹脂の種類及び構造の種類を問わない。 Therefore, due to the difference in size between the first opening and the second opening, the resin sheet 80 protrudes from the inner edge of the second opening to the inside of the second opening, as is apparent in FIG. It has a "protruding part" (a mesh-like part in FIG. 3). Especially in this embodiment, such a "protruding portion" is formed in a mesh shape. Here, the term "mesh" refers to a three-dimensional mesh having fine holes that can capture the liquid water 200 (see polka dots in FIG. 3) that cools and liquefies after the fuel cell system 100 stops operating as described above. It means that it has a typical fine lattice structure. As long as the resin sheet 80 has such a structure, the effects unique to the present invention can be obtained regardless of whether the resin sheet 80 is constructed from an existing resin or a resin that will be developed in the future. Therefore, as far as this is concerned, the type of resin that is the material of the resin sheet 80 and the type of structure do not matter.

樹脂シート80の3次元的な微細格子構造の一具体例としては、流路形成要素をガス或いは空気の流れ方向に沿って複数連設した、凹部及び凸部で形成された網目状の流路を有する。この際、凹部及び凸部の形成壁が図3におけるXY平面に対して一定の勾配をもって連設された形状として構成されてもよい。このような樹脂の構造を、その特性からして「3Dファインメッシュ」或いは「3Dファインメッシュ流路」と呼ぶこともできる。このような3次元的な微細格子構造の一具体例の詳細については、例えば本願出願人による特開2012-243570号公報の開示の通りである。なお、上述の如き「はみ出し部分」を除く樹脂シート80の他の部分については、同じくメッシュ状に形成されてもよいし、メッシュ状でなく専ら短絡或いは導電を防止するための単純なシート状に形成されてもよい。 As a specific example of the three-dimensional fine lattice structure of the resin sheet 80, a plurality of channel forming elements are continuously arranged along the flow direction of the gas or air, and a mesh channel formed of concave portions and convex portions. have In this case, the forming walls of the concave portion and the convex portion may be configured to have a shape continuously provided with a constant gradient with respect to the XY plane in FIG. Such a resin structure can also be referred to as a "3D fine mesh" or a "3D fine mesh channel" in view of its characteristics. Details of a specific example of such a three-dimensional fine lattice structure are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-243570 filed by the applicant of the present application. It should be noted that other portions of the resin sheet 80 excluding the above-mentioned "protruding portion" may be similarly formed in a mesh shape, or may be formed in a simple sheet shape exclusively for preventing short circuits or conduction instead of the mesh shape. may be formed.

上述の如き「はみ出し部分」を有する樹脂シート80は、図3に一例として示した酸化剤ガス排出マニホールド76に対してのみならず、図2に示された酸化剤ガス供給マニホールド75などの他の各種マニホールドの内壁に対しても、同様に設けられてよい。 The resin sheet 80 having the "protruding portion" as described above is used not only for the oxidant gas discharge manifold 76 shown as an example in FIG. The inner walls of various manifolds may be similarly provided.

以上詳細に説明したように、上記実施形態に係る燃料電池セルによれば、スタック外部や酸化剤ガス排出マニホールド76を逆流してくる液水200を、メッシュ状の樹脂シート80で補水することができる。これにより、液水200による電解質膜・電極接合体61の溶出を防止或いは低減し得る。しかも、樹脂シート80は、短絡或いは導電を防ぐための構成要素として、既存の燃料電池セルにおける必須構成部材であるので、このような補水のために部品点数を増大させることはない。 As explained in detail above, according to the fuel cell according to the above embodiment, the liquid water 200 flowing backward through the outside of the stack and the oxidant gas discharge manifold 76 can be replenished with the mesh-like resin sheet 80 . can. This can prevent or reduce the elution of the electrolyte membrane-electrode assembly 61 by the liquid water 200 . Moreover, since the resin sheet 80 is an essential component in the existing fuel cell as a component for preventing short circuits or electrical conduction, the number of parts does not increase for such water replenishment.

付記
以上説明した実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
Additional Notes The following additional notes are disclosed with respect to the above-described embodiments.

[付記1]
本発明に係る付記1に記載の燃料電池セルは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の周縁部を固定する樹脂シートと、前記樹脂シートを挟み込む一対のセパレータとを有する燃料電池セルであって、前記樹脂シートには、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの一部を構成する第1開口が形成されており、前記一対のセパレータの各々には、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの他の一部を構成する第2開口が形成されており、前記第1開口の大きさは、前記第2開口の大きさより小さく、前記樹脂シートは、前記第1開口と前記第2開口との大きさの違いに起因して、前記第2開口の縁部から前記第2開口の内側にはみ出したはみ出し部分を有し、前記はみ出し部分の少なくとも一部はメッシュ状に形成されていることを特徴とする。
[Appendix 1]
The fuel cell according to Supplementary Note 1 according to the present invention is a fuel cell having a membrane electrode assembly, a resin sheet for fixing a peripheral portion of the membrane electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the resin sheet. The resin sheet is formed with a first opening that constitutes a part of a manifold when the fuel cells are stacked, and the fuel cells are stacked on each of the pair of separators. A second opening is formed which constitutes another part of the manifold when it is closed, the size of the first opening is smaller than the size of the second opening, and the resin sheet and the first opening are formed. Due to the difference in size from the second opening, there is a protruding portion protruding from the edge of the second opening to the inside of the second opening, and at least part of the protruding portion is formed in a mesh shape. It is characterized by being

付記1記載の燃料電池セルによれば、燃料電池システムの稼働停止後に冷えて液化してスタック外部やマニホールドを逆流してくる液水を樹脂シートで補水することができる。これにより、該液水による中温膜の溶出を防止或いは低減し得る。しかも、樹脂シートは、燃料電池セルの必須構成部材であるので、このような補水のために部品点数を増大させることはない。 According to the fuel cell described in Supplementary Note 1, the resin sheet can replenish the liquid water that cools and liquefies after the operation of the fuel cell system is stopped and flows backward through the outside of the stack and the manifold. This can prevent or reduce the elution of the intermediate temperature film by the liquid water. Moreover, since the resin sheet is an essential constituent member of the fuel cell, the number of parts is not increased for such water replenishment.

[付記2]
付記2記載の燃料電池セルは、前記はみ出し部分の少なくとも一部は、液水を毛管現象で捕獲できる微細な穴が開いている3次元的な微細格子構造を有するものとして、前記メッシュ状に形成されていることを特徴とする付記1に記載の燃料電池セルである。
[Appendix 2]
In the fuel cell according to Appendix 2, at least a part of the protruding portion has a three-dimensional fine lattice structure with fine holes that can capture liquid water by capillary action, and is formed in the mesh shape. The fuel cell according to appendix 1, characterized in that

付記2記載の燃料電池セルによれば、燃料電池セル内で温度低下により結露した液水を、樹脂シートが有する微細な穴或いは孔による毛管現象で、効率良く捕獲可能となり、比較的部品点数が削減されており構造が簡単である観点からも、実用上大変有利である。 According to the fuel cell described in Supplementary Note 2, the liquid water condensed inside the fuel cell due to a drop in temperature can be efficiently captured by capillary action due to the fine holes or pores of the resin sheet, and the number of parts is relatively small. It is practically very advantageous from the viewpoint of being reduced and having a simple structure.

[付記3]
付記3記載の燃料電池は、上述した付記1又は2記載の燃料電池セルを有することを特徴とする燃料電池である。
[Appendix 3]
The fuel cell according to Appendix 3 is a fuel cell characterized by having the fuel cell according to Appendix 1 or 2 above.

付記3記載の燃料電池によれば、燃料電池セル内における液水の発生による劣化が低減されており、全体として長寿命であり、しかも比較的部品点数が削減されており且つ比較的簡単な構造を有する、コスト面でも優れた燃料電池が実現可能となる。 According to the fuel cell described in Supplementary Note 3, the deterioration due to the generation of liquid water in the fuel cell is reduced, the life as a whole is long, the number of parts is relatively reduced, and the structure is relatively simple. It is possible to realize a fuel cell that is excellent in terms of cost.

本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う燃料電池セルもまた本発明の技術思想に含まれる。 The present invention can be modified as appropriate without departing from the gist or idea of the invention that can be read from the scope of claims and the entire specification, and fuel cells with such modifications are also included in the technical concept of the present invention. .

10…酸化剤ガス系機器、11…エアクリーナ、12…コンプレッサ、13、22…弁、14、23…吸気管、15、24…排気管、20…燃料ガス系機器、21…燃料タンク、25…希釈器、30…燃料電池スタック、31…燃料電池セル、50…冷却系機器、51…ラジエータ、52…循環ポンプ、53…配管、61…電解質膜・電極接合体、62…シール部、63…ガス拡散層、71、72…セパレータ、73…燃料ガス供給マニホールド、74…燃料ガス排出マニホールド、75…酸化剤ガス供給マニホールド、76…酸化剤ガス排出マニホールド、77…冷却水供給マニホールド、78…冷却水排出マニホールド、80…樹脂シート、200…液水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Oxidant gas system apparatus 11... Air cleaner 12... Compressor 13, 22... Valves 14, 23... Intake pipe 15, 24... Exhaust pipe 20... Fuel gas system apparatus 21... Fuel tank 25... Diluter 30 Fuel cell stack 31 Fuel cell 50 Cooling system equipment 51 Radiator 52 Circulation pump 53 Piping 61 Electrolyte membrane/electrode assembly 62 Sealing part 63 Gas diffusion layer 71, 72 Separator 73 Fuel gas supply manifold 74 Fuel gas discharge manifold 75 Oxidant gas supply manifold 76 Oxidant gas discharge manifold 77 Cooling water supply manifold 78 Cooling Water discharge manifold, 80... resin sheet, 200... liquid water

Claims (1)

膜電極接合体と、前記膜電極接合体の周縁部を固定する樹脂シートと、前記樹脂シートを挟み込む一対のセパレータとを有する燃料電池セルであって、
前記樹脂シートには、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの一部を構成する第1開口が形成されており、
前記一対のセパレータの各々には、当該燃料電池セルが積層されたときにマニホールドの他の一部を構成する第2開口が形成されており、
前記第1開口の大きさは、前記第2開口の大きさより小さく、
前記樹脂シートは、前記第1開口と前記第2開口との大きさの違いに起因して、前記第2開口の縁部から前記第2開口の内側にはみ出したはみ出し部分を有し、前記はみ出し部分の少なくとも一部はメッシュ状に形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
A fuel cell comprising a membrane electrode assembly, a resin sheet for fixing a peripheral portion of the membrane electrode assembly, and a pair of separators sandwiching the resin sheet,
The resin sheet is formed with a first opening that constitutes a part of a manifold when the fuel cells are stacked,
Each of the pair of separators is formed with a second opening that constitutes another part of the manifold when the fuel cells are stacked,
the size of the first opening is smaller than the size of the second opening;
The resin sheet has a protruding portion protruding from the edge of the second opening to the inside of the second opening due to a difference in size between the first opening and the second opening, and the protruding portion A fuel cell, wherein at least part of the portion is formed in a mesh shape.
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