JP2023169737A - Fuel battery stack - Google Patents

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JP2023169737A JP2022081041A JP2022081041A JP2023169737A JP 2023169737 A JP2023169737 A JP 2023169737A JP 2022081041 A JP2022081041 A JP 2022081041A JP 2022081041 A JP2022081041 A JP 2022081041A JP 2023169737 A JP2023169737 A JP 2023169737A
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Abstract

To provide a fuel battery stack capable of improving drainage.SOLUTION: A fuel battery stack has a plurality of laminated fuel battery cells each including a generation element, a frame member 20, and a pair of separators. The frame member has an opening portion for storing the generation element, and a plurality of frame member side reaction gas manifolds in which reaction gas circulate. The separator has a reaction gas channel for flowing the reaction gas in a surface direction of the separator, and a plurality of separator side reaction gas manifolds in which the reaction gas circulate. In the adjacent fuel battery cells, the frame member side reaction gas manifold of one of the fuel battery cells has an abutting portion 25 that extends in a laminating direction so as to cover a part of a side surface inside the separator side reaction gas manifold and abuts on the frame member of the other fuel battery cell.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本願は燃料電池スタックに関する。 TECHNICAL FIELD This application relates to fuel cell stacks.

燃料電池(FC)は、1つの単セル又は単セルを積層した燃料電池スタックからなる。燃料電池は、水素等の燃料ガスと酸素、空気等の酸化剤ガスとが供給されて生じる電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。 A fuel cell (FC) consists of one single cell or a fuel cell stack in which single cells are stacked. A fuel cell is a power generation device that extracts electrical energy through an electrochemical reaction that occurs when a fuel gas such as hydrogen and an oxidant gas such as oxygen or air are supplied.

一般的に燃料電池は、発電要素として、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層が配置された膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)、或いは、MEAの両面にさらにガス拡散層が形成された膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gass Diffusion Assembly)を備えている。 In general, a fuel cell uses a membrane electrode assembly (MEA), in which a catalyst layer is arranged on both sides of an electrolyte membrane, or a membrane electrode assembly, in which a gas diffusion layer is further formed on both sides of an MEA, as a power generation element. It is equipped with an electrode gas diffusion layer assembly (MEGA).

また、燃料電池は発電要素の周囲に配置されたフレーム部材を有しており、さらにこれらを挟持するように一対のセパレータが配置されている。セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路である溝が形成された構造を有している。また、セパレータは導電性を有しており、発電した電気の集電体としても機能する。 Further, the fuel cell has a frame member disposed around the power generation element, and a pair of separators are disposed to sandwich the frame member. The separator usually has a structure in which grooves, which are reaction gas flow paths, are formed on the surface in contact with the gas diffusion layer. Furthermore, the separator has conductivity and also functions as a current collector for the generated electricity.

燃料電池の燃料極(アノード)では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素等の燃料ガスが触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極(カソード)へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素・空気等の酸化剤ガスは、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。 At the fuel electrode (anode) of a fuel cell, fuel gas such as hydrogen supplied from the gas flow path and gas diffusion layer is protonated by the catalytic action of the catalyst layer, passes through the electrolyte membrane, and is transferred to the oxidizer electrode (cathode). Moving. At the same time, the generated electrons pass through an external circuit, perform work, and move to the cathode. Oxidizing gas such as oxygen and air supplied to the cathode reacts with protons and electrons on the cathode to generate water. The generated water provides appropriate humidity to the electrolyte membrane, and excess water passes through the gas diffusion layer and is discharged to the outside of the system.

電気化学反応により生成した水は、通常、燃料電池セルに形成されたマニホールドを通って反応ガスと一緒に系外に排出されるが、適切に排出されない場合、内部に滞留する。生成水の滞留はフラッディングを引き起こし、燃料電池の動作を不安定にする問題がある。また、生成水の凍結により、流路が閉塞され、燃料電池への反応ガスの供給が滞り、ガス不足による性能低下や起動長時間化等の問題が生じる。さらに、燃料電池の発電状態によっては、部分的なガス欠により触媒層が劣化し、発電耐久性能が低下する問題も生じる。 Water produced by the electrochemical reaction is normally discharged from the system together with the reaction gas through a manifold formed in the fuel cell, but if it is not properly discharged, it remains inside. Retention of generated water causes flooding, which poses a problem of making the operation of the fuel cell unstable. In addition, due to freezing of the generated water, the flow path is blocked, and the supply of reaction gas to the fuel cell is delayed, resulting in problems such as performance deterioration and start-up time due to gas shortage. Furthermore, depending on the power generation state of the fuel cell, the catalyst layer may deteriorate due to partial gas shortage, resulting in a problem of reduced power generation durability.

このような問題を抑制するために、燃料電池の排水性向上を目的とする技術が知られている。 In order to suppress such problems, techniques aimed at improving the drainage performance of fuel cells are known.

特許文献1は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、反応ガスを前記セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔とが形成される発電セルを備え、複数の前記発電セルが重力方向に積層される燃料電池スタックであって、少なくとも反応ガス排出連通孔には、結露水を該反応ガス排出連通孔に沿って、直接、重力方向に落下させるための水ガイド部材が配設されることを特徴とする燃料電池スタックを開示している。特許文献1によれば、水ガイド部材の案内作用により燃料電池スタックの排水性能を向上させている。 Patent Document 1 discloses that an electrolyte/electrode assembly in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, a reaction gas flow path for flowing a reaction gas in the surface direction of the separator, and a reaction gas flow path for flowing the reaction gas. A fuel cell stack in which a plurality of power generating cells are stacked in the direction of gravity, comprising a power generation cell in which a reaction gas supply communication hole and a reaction gas discharge communication hole are formed to flow in the stacking direction, and at least the reaction gas discharge communication hole is formed. A fuel cell stack is disclosed in which a water guide member is disposed in the hole to cause the condensed water to fall directly in the direction of gravity along the reaction gas discharge communication hole. According to Patent Document 1, the water drainage performance of the fuel cell stack is improved by the guiding action of the water guide member.

特開2010-192291号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-192291

電気化学反応により生成した水は、上述した通り、マニホールドを通って系外に排出されるが、マニホールドの内部の側面には所定の段差が存在する。本発明者は、電気化学反応により生成した水がこのような段差に付着し、適切に排出され難いことを知見した。特に、生成水はマニホールドの側面に沿って移動しやすいため、当該段差に付着しやすい。段差に付着した生成水は滞留しやすいため、上述したフラッディングや凍結による問題を引き起こす虞がある。 As described above, the water generated by the electrochemical reaction is discharged to the outside of the system through the manifold, but there is a predetermined step on the inside side of the manifold. The present inventor found that water generated by an electrochemical reaction adheres to such a step and is difficult to be properly discharged. In particular, generated water tends to move along the side surfaces of the manifold and therefore tends to adhere to the steps. Since the generated water that adheres to the steps tends to stay, there is a risk of causing the above-mentioned problems due to flooding and freezing.

そこで本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、排水性を向上することができる燃料電池スタックを提供することである。 In view of the above circumstances, the main purpose of the present disclosure is to provide a fuel cell stack that can improve drainage performance.

本開示は上記課題を解決するための一つの態様として、発電要素と、発電要素の周囲に配置されたフレーム部材と、発電要素及びフレーム部材を挟持するようにフレーム部材に積層された一対のセパレータと、を備える燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックであって、フレーム部材は、発電要素を収納する開口部と、反応ガスが流通する複数のフレーム部材側反応ガスマニホールドと、を有し、セパレータは、反応ガスをセパレータの面方向に流す反応ガス流路と、反応ガスが流通する複数のセパレータ側反応ガスマニホールドと、を有し、複数のフレーム部材側反応ガスマニホールドと複数のセパレータ側反応ガスマニホールドとはそれぞれ位置合わせされて配置されており、これにより複数の反応ガスマニホールドが形成されており、隣接する燃料電池セルにおいて、一方の燃料電池セルのフレーム部材側反応ガスマニホールドは、セパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の一部を覆うように積層方向に延び、他方の燃料電池セルのフレーム部材に当接する当接部を有している、燃料電池スタックを提供する。 The present disclosure provides, as one aspect for solving the above problems, a power generation element, a frame member disposed around the power generation element, and a pair of separators laminated on the frame member so as to sandwich the power generation element and the frame member. A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, the frame member having an opening for accommodating a power generation element, and a plurality of frame member side reaction gas manifolds through which a reaction gas flows; The separator has a reaction gas passage through which the reaction gas flows in the surface direction of the separator, and a plurality of separator-side reaction gas manifolds through which the reaction gas flows, and includes a plurality of frame member-side reaction gas manifolds and a plurality of separator-side reaction gas manifolds. The gas manifolds are arranged in alignment with each other, thereby forming a plurality of reaction gas manifolds, and in adjacent fuel cells, the reaction gas manifold on the frame member side of one fuel cell is placed on the separator side. A fuel cell stack is provided that has a contact portion that extends in the stacking direction so as to cover a part of the inner side surface of a reaction gas manifold and that contacts a frame member of the other fuel cell.

本開示によれば、反応ガスマニホールドに生じる段差が所定の当接部により抑制されるため、燃料電池スタックの排水性を向上することができる。 According to the present disclosure, the level difference that occurs in the reaction gas manifold is suppressed by the predetermined contact portion, so that the drainage performance of the fuel cell stack can be improved.

燃料電池スタック100の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell stack 100. FIG. 燃料電池セル50の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of a fuel cell 50. FIG. フレーム部材20を積層方向から観察した概略図である。FIG. 2 is a schematic view of the frame member 20 observed from the stacking direction. アノード側セパレータ30aの発電要素10と接する面を積層方向から観察した概略図である。FIG. 3 is a schematic view of the surface of the anode-side separator 30a in contact with the power generation element 10, observed from the stacking direction. カソード側セパレータ30bの発電要素10と接する面を積層方向から観察した概略図である。FIG. 3 is a schematic view of the surface of the cathode-side separator 30b in contact with the power generation element 10, observed from the stacking direction. (a)フレーム部材20のフレーム部材側反応ガスマニホールドを拡大して示した平面図である。(b)(a)のb-bで切断した断面図であって、セパレータが2枚のフレーム部材20に挟まれた状態の図である。(a) It is a top view which expanded and showed the frame member side reaction gas manifold of the frame member 20. (b) A sectional view taken along line bb in (a), showing a state in which the separator is sandwiched between two frame members 20. 図6(b)に対応し、フレーム部材が当接部を有していない従来の燃料電池スタックの図である。FIG. 6(b) is a diagram of a conventional fuel cell stack in which the frame member does not have an abutting portion, corresponding to FIG. 6(b). (a)、(b)は、図6(a)、(b)と対応する図であって、フレーム部材120が当接部125を有する形態を示す図である。6A and 6B are diagrams corresponding to FIGS. 6A and 6B, and are diagrams showing a form in which the frame member 120 has a contact portion 125. FIG. (a)、(b)は、図6(a)、(b)と対応する図であって、フレーム部材220が別部材である当接部225を有する形態を示す図である。(a) and (b) are diagrams corresponding to FIGS. 6 (a) and (b), and are diagrams showing a form in which the frame member 220 has a contact portion 225 that is a separate member.

[燃料電池スタック100]
本開示の燃料電池スタックについて、一実施形態である燃料電池スタック100を用いて説明する。図1に燃料電池スタック100の斜視図を示した。図2に燃料電池セル50の分解斜視図を示した。
[Fuel cell stack 100]
A fuel cell stack of the present disclosure will be described using a fuel cell stack 100 that is one embodiment. FIG. 1 shows a perspective view of a fuel cell stack 100. FIG. 2 shows an exploded perspective view of the fuel cell 50.

図1に示した通り、燃料電池スタック100は、燃料電池セル50が複数積層されて形成されている。燃料電池スタック100において、セル50の積層数は特に限定されないが、典型的には2~200である。燃料電池スタック100は、積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。燃料電池スタック100は、隣接する燃料電池セル50の間にガスケットを配置してもよい。ガスケットの材料は、例えばシリコーンゴム等が挙げられる。 As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 100 is formed by stacking a plurality of fuel cells 50. In the fuel cell stack 100, the number of stacked cells 50 is not particularly limited, but is typically 2 to 200. The fuel cell stack 100 may include end plates at both ends in the stacking direction. In the fuel cell stack 100, a gasket may be arranged between adjacent fuel cells 50. Examples of the gasket material include silicone rubber.

<燃料電池セル50>
図2に示した通り、燃料電池セル50は、発電要素10と、発電要素10の周囲に配置されたフレーム部材20と、発電要素10及びフレーム部材20とを挟持するようにフレーム部材20に積層された一対のセパレータ(アノード側セパレータ30a、カソード側セパレータ30b)と、を備えている。
<Fuel cell cell 50>
As shown in FIG. 2, the fuel cell 50 includes a power generation element 10, a frame member 20 disposed around the power generation element 10, and a stacked structure on the frame member 20 so as to sandwich the power generation element 10 and the frame member 20. A pair of separators (an anode side separator 30a, a cathode side separator 30b) are provided.

(発電要素10)
発電要素10は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給されることにより生じる電気化学反応により、電気エネルギーを取り出す発電装置である。燃料ガスとは、水素や改質ガス等である。酸化剤ガスとは、酸素や空気等である。
(Power generation element 10)
The power generation element 10 is a power generation device that extracts electrical energy through an electrochemical reaction that occurs when fuel gas is supplied to the anode and oxidant gas is supplied to the cathode. The fuel gas is hydrogen, reformed gas, or the like. The oxidant gas is oxygen, air, or the like.

発電要素10は、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)、或いは、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode Gass Diffusion Assembly)である。 The power generation element 10 is a membrane electrode assembly (MEA) or a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA).

MEAは電解質膜の両面にそれぞれ触媒層(カソード触媒層、アノード触媒層)が配置されたものである。電解質膜としては、例えばフッ素系樹脂等の固体高分子型電解質膜が挙げられる。触媒層は、電気化学反応を促進する触媒金属を含む。触媒層は、さらにプロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。触媒金属としては、例えば、白金(Pt)、及び、Ptと他の金属とから成る合金(例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したPt合金)等を用いることができる。 The MEA has catalyst layers (cathode catalyst layer, anode catalyst layer) arranged on both sides of an electrolyte membrane. Examples of the electrolyte membrane include solid polymer electrolyte membranes made of fluororesin and the like. The catalyst layer contains a catalytic metal that promotes electrochemical reactions. The catalyst layer may further include an electrolyte having proton conductivity, carbon particles having electron conductivity, and the like. As the catalyst metal, for example, platinum (Pt) and an alloy of Pt and another metal (for example, a Pt alloy mixed with cobalt, nickel, etc.) can be used.

MEGAは、MEAの両面にさらにガス拡散層(カソードガス拡散層、アノードガス拡散層)がそれぞれ形成されたものである。ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。 MEGA has gas diffusion layers (cathode gas diffusion layer, anode gas diffusion layer) formed on both sides of MEA. The gas diffusion layer may be a conductive member or the like having gas permeability. Examples of the conductive member include carbon porous bodies such as carbon cloth and carbon paper, and metal porous bodies such as metal mesh and foamed metal.

なお、MEAの場合、アノード触媒層がアノードとして機能し、カソード触媒層がカソードとして機能する。MEGAの場合、アノード触媒層及びアノードガス拡散層がアノードとして機能し、カソード触媒層及びカソードガス拡散層がカソードとして機能する。 Note that in the case of MEA, the anode catalyst layer functions as an anode, and the cathode catalyst layer functions as a cathode. In the case of MEGA, an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer function as an anode, and a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer function as a cathode.

(フレーム部材20)
フレーム部材20は、発電要素10の周囲に配置される部材であり、発電要素10に供給される反応ガスのクロスリークや発電要素の触媒層同士の電気的な短絡を防止するための部材である。図3にフレーム部材20を積層方向から観察した概略図を示した。
(Frame member 20)
The frame member 20 is a member disposed around the power generation element 10, and is a member for preventing cross leakage of the reaction gas supplied to the power generation element 10 and electrical short circuit between the catalyst layers of the power generation element. . FIG. 3 shows a schematic diagram of the frame member 20 observed from the stacking direction.

フレーム部材20は、発電要素10を収納する開口部21と、反応ガスが流通する複数のフレーム部材側反応ガスマニホールドと、を有する。また、フレーム部材20は、冷媒が流通する複数のフレーム部材側冷媒マニホールドを有してもよい。ここで、反応ガスとは、燃料ガスと酸化剤ガスとを合わせた概念である。冷媒とは冷却水又は冷却空気等である。 The frame member 20 has an opening 21 that accommodates the power generation element 10 and a plurality of frame member side reaction gas manifolds through which reaction gas flows. Further, the frame member 20 may include a plurality of frame member side refrigerant manifolds through which refrigerant flows. Here, the term "reactive gas" refers to a combination of fuel gas and oxidizing gas. The refrigerant is cooling water, cooling air, or the like.

開口部21は発電要素10を収納するための貫通孔であり、発電要素10の周囲を囲うように形成されている。開口部21の大きさは発電要素10の大きさに合わせて適宜設定する。 The opening 21 is a through hole for accommodating the power generation element 10, and is formed to surround the power generation element 10. The size of the opening 21 is appropriately set according to the size of the power generation element 10.

フレーム部材側反応ガスマニホールドは、反応ガスが積層方向に流通する貫通孔である。図3に示したとおり、フレーム部材側反応ガスマニホールドは、フレーム部材側燃料ガス供給マニホールド22a、フレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22b、フレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド23a、及びフレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23bを有している。 The frame member side reaction gas manifold is a through hole through which the reaction gas flows in the stacking direction. As shown in FIG. 3, the frame member side reaction gas manifold includes a frame member side fuel gas supply manifold 22a, a frame member side fuel gas discharge manifold 22b, a frame member side oxidizing gas supply manifold 23a, and a frame member side oxidizing gas manifold. It has a discharge manifold 23b.

フレーム部材側燃料ガス供給マニホールド22a及びフレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22bは燃料ガスが流通する。燃料ガスが外部から供給される方向に流通する方をフレーム部材側燃料ガス供給マニホールド22aとし、燃料ガスが外部に排出される方向に流通する方をフレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22bとする。 Fuel gas flows through the frame member side fuel gas supply manifold 22a and the frame member side fuel gas discharge manifold 22b. The frame member-side fuel gas supply manifold 22a is the one through which the fuel gas is supplied from the outside, and the frame member-side fuel gas discharge manifold 22b is the one through which the fuel gas is discharged to the outside.

フレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド23a及びフレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23bは酸化剤ガスが流通する。酸化剤ガスが外部から供給される方向に流通する方をフレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド23aとし、酸化剤ガスが外部に排出される方向に流通する方をフレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23bとする。 Oxidizing gas flows through the frame member side oxidizing gas supply manifold 23a and the frame member side oxidizing gas discharge manifold 23b. The side through which the oxidant gas flows in the direction in which it is supplied from the outside is referred to as the frame member side oxidant gas supply manifold 23a, and the side through which the oxidant gas flows in the direction in which it is discharged to the outside is referred to as the frame member side oxidant gas discharge manifold 23b. shall be.

フレーム部材側冷媒マニホールドは、冷媒が積層方向に流通する貫通孔である。図3に示したとおり、フレーム部材側冷媒マニホールドは、フレーム部材側冷媒供給マニホールド24a及びフレーム部材側冷媒排出マニホールド24bを有している。冷媒が外部から供給される方向に流通する方をフレーム部材側冷媒供給マニホールド24aとし、冷媒が外部に排出される方向に流通する方をフレーム部材側冷媒排出マニホールド24bとする。 The frame member side refrigerant manifold is a through hole through which refrigerant flows in the stacking direction. As shown in FIG. 3, the frame member side refrigerant manifold includes a frame member side refrigerant supply manifold 24a and a frame member side refrigerant discharge manifold 24b. The side through which the refrigerant flows in the direction in which the refrigerant is supplied from the outside is referred to as the frame member side refrigerant supply manifold 24a, and the side through which the refrigerant flows in the direction in which the refrigerant is discharged to the outside is referred to as the frame member side refrigerant discharge manifold 24b.

フレーム部材20は、ガスシール性及び絶縁性を有する部材であればよく、燃料電池の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない樹脂により形成されていてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、PC(ポリカーボネート)、PPS(ポリフェニレンスルファイド)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PA(ポリアミド)、PI(ポリイミド)、PS(ポリスチレン)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、シクロオレフィン、PES(ポリエーテルサルホン)、PPSU(ポリフェニルスルホン)、LCP(液晶ポリマー)、エポキシ樹脂等の樹脂、又は、それらのアロイ樹脂であってもよく、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)、フッ素系ゴム、シリコン系ゴム等のゴム材であってもよい。 The frame member 20 may be any member that has gas-sealing properties and insulation properties, and may be made of a resin whose structure does not change even under the temperature conditions during thermocompression bonding in the fuel cell manufacturing process. For example, polyethylene, polypropylene, PC (polycarbonate), PPS (polyphenylene sulfide), PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PA (polyamide), PI (polyimide), PS (polystyrene), PPE (polyphenylene) ether), PEEK (polyether ether ketone), cycloolefin, PES (polyether sulfone), PPSU (polyphenylsulfone), LCP (liquid crystal polymer), epoxy resin, or an alloy resin thereof. Alternatively, it may be a rubber material such as EPDM (ethylene propylene diene rubber), fluorine rubber, or silicone rubber.

フレーム部材20の厚さは、絶縁性を担保する観点から、5μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、100μm以下であってもよく、90μm以下であってもよい。 The thickness of the frame member 20 may be 5 μm or more, 30 μm or more from the viewpoint of ensuring insulation, and may be 100 μm or less, 90 μm or less from the viewpoint of reducing the cell thickness. It may be the following.

フレーム部材20は、セパレータと接着するための接着層を備えていてもよい。接着層は、フレーム部材20の一方の面のみに配置されていてもよく、両方の面に配置されていてもよい。接着層はセパレータと接触する部分にのみ設けられていてもよい。通常、接着層はフレーム部材20の外枠に沿って設けられている。 The frame member 20 may include an adhesive layer for adhering to the separator. The adhesive layer may be disposed on only one surface of the frame member 20, or may be disposed on both surfaces. The adhesive layer may be provided only in the portion that contacts the separator. Typically, the adhesive layer is provided along the outer frame of the frame member 20.

接着層は、フレーム部材20とセパレータとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、フレーム部材20よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。例えば、接着層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。具体的には、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、エポキシ変性ポリエチレン、エポキシ変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、及び、酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。 In order to adhere the frame member 20 and the separator to ensure sealing properties, the adhesive layer has high adhesiveness with other substances, softens under the temperature conditions during thermocompression bonding, and has a higher viscosity and lower viscosity than the frame member 20. It may have a property of having a low melting point. For example, the adhesive layer may be made of thermoplastic resin such as polyester-based and modified olefin-based resin, or may be made of thermosetting resin such as modified epoxy resin. Specific examples include maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, epoxy-modified polyethylene, epoxy-modified polypropylene, acid-modified polyethylene, and acid-modified polypropylene.

接着層の厚さは、接着性を担保する観点から、5μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、100μm以下であってもよく、40μm以下であってもよい。 The thickness of the adhesive layer may be 5 μm or more, or 30 μm or more, from the viewpoint of ensuring adhesiveness, and may be 100 μm or less, or 40 μm or less, from the viewpoint of reducing the cell thickness. It may be.

<セパレータ>
セパレータは、発電要素10及びフレーム部材20を挟持するようにフレーム部材20に積層された一対の部材である。図2に示した通り、セパレータはアノード側セパレータ30a及びカソード側セパレータ30bを有する。1対のセパレータはいずれも、発電要素10と接する面に反応ガスの流路である溝(反応ガス流路)が形成されており、反応ガスを発電要素10に供給可能な構造を有している。また、1対セパレータは導電性を有し、発電要素により発電された電気を集電する集電体としての機能を有する。
<Separator>
The separator is a pair of members laminated on the frame member 20 so as to sandwich the power generation element 10 and the frame member 20. As shown in FIG. 2, the separator includes an anode separator 30a and a cathode separator 30b. Each of the pair of separators has a groove (reactive gas flow path) that is a flow path for the reactive gas formed on the surface in contact with the power generation element 10, and has a structure that can supply the reactive gas to the power generation element 10. There is. Further, the pair of separators has conductivity and functions as a current collector that collects electricity generated by the power generation element.

セパレータは、反応ガスをセパレータの面方向に流す反応ガス流路と、反応ガスが流通する複数のセパレータ側反応ガスマニホールドと、を有する。反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとは連通しており、反応ガスが流通可能なように構成されている。すなわち、セパレータは反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとを連通する連通部を有している。また、セパレータは、冷媒をセパレータの面方向に流す冷媒流路と、冷媒が流通する複数のセパレータ側冷媒マニホールドと、を有してもよい。 The separator has a reaction gas flow path through which the reaction gas flows in a surface direction of the separator, and a plurality of separator-side reaction gas manifolds through which the reaction gas flows. The reaction gas flow path and the separator side reaction gas manifold are in communication with each other, and are configured to allow the reaction gas to flow therethrough. That is, the separator has a communication portion that communicates the reaction gas flow path with the separator side reaction gas manifold. Further, the separator may include a refrigerant flow path through which the refrigerant flows in a surface direction of the separator, and a plurality of separator-side refrigerant manifolds through which the refrigerant flows.

図4にアノード側セパレータ30aの発電要素20と接する面を積層方向から観察した概略図を示した。また、図5にカソード側セパレータ30bの発電要素10と接する面を積層方向から観察した概略図を示した。 FIG. 4 shows a schematic view of the surface of the anode side separator 30a in contact with the power generation element 20, observed from the stacking direction. Further, FIG. 5 shows a schematic view of the surface of the cathode side separator 30b in contact with the power generating element 10, observed from the stacking direction.

反応ガス流路はセパレータのうち発電要素10と接する面に設けられている。反応ガスは反応ガス流路を通り、発電要素10又はフレーム部材20とセパレータとの間を流通する。これにより、発電要素10において電気化学反応が生じる。アノード側セパレータ30aには燃料ガス流路31aが設けられており、カソード側セパレータ30bには酸化剤ガス流路31bが設けられている。 The reaction gas flow path is provided on the surface of the separator that is in contact with the power generation element 10. The reaction gas passes through the reaction gas flow path and flows between the power generation element 10 or the frame member 20 and the separator. This causes an electrochemical reaction in the power generation element 10. A fuel gas flow path 31a is provided in the anode side separator 30a, and an oxidizing gas flow path 31b is provided in the cathode side separator 30b.

セパレータ側反応ガスマニホールドは反応ガスが積層方向に流通する貫通孔であり、反応ガスが外部から供給される方向に流通する方をセパレータ側反応ガス供給マニホールドとし、反応ガスが外部に排出される方向に流通する方をセパレータ側反応ガス排出マニホールドとする。セパレータ側反応ガス供給マニホールドは、燃料ガスが流通するセパレータ側燃料ガス供給マニホールド32aと、酸化剤ガスが流通するセパレータ側酸化剤ガス供給マニホールド33aとを有する。セパレータ側反応ガス排出マニホールドは、燃料ガスが流通するセパレータ側燃料ガス排出マニホールド32bと、酸化剤ガスが流通するセパレータ側酸化剤ガス排出マニホールド33bとを有する。これらのマニホールドは、アノード側セパレータ30a及びカソード側セパレータ30bのいずれにも形成されている。 The separator side reaction gas manifold is a through hole through which the reaction gas flows in the stacking direction, and the side where the reaction gas flows in the direction in which it is supplied from the outside is called the separator side reaction gas supply manifold, and the direction in which the reaction gas is discharged to the outside. The side through which it flows is the separator side reaction gas exhaust manifold. The separator-side reaction gas supply manifold includes a separator-side fuel gas supply manifold 32a through which fuel gas flows, and a separator-side oxidant gas supply manifold 33a through which oxidant gas flows. The separator-side reaction gas discharge manifold includes a separator-side fuel gas discharge manifold 32b through which fuel gas flows, and a separator-side oxidant gas discharge manifold 33b through which oxidant gas flows. These manifolds are formed on both the anode side separator 30a and the cathode side separator 30b.

複数のフレーム部材側反応ガスマニホールドと複数のセパレータ側反応ガスマニホールドとは、それぞれ位置合わせされて配置されている。これにより、フレーム部材側反応ガスマニホールドとセパレータ側反応ガスマニホールドが積層方向に連通するように配置され、複数の反応ガスマニホールドが形成される。 The plurality of frame member side reaction gas manifolds and the plurality of separator side reaction gas manifolds are arranged in alignment with each other. Thereby, the frame member side reaction gas manifold and the separator side reaction gas manifold are arranged so as to communicate in the stacking direction, and a plurality of reaction gas manifolds are formed.

具体的には、図1~図5から分かるように、フレーム部材側燃料ガス供給マニホールド22aとセパレータ側燃料ガス供給マニホールド32a、32aとから燃料ガス供給マニホールド102aが形成される。フレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22bとセパレータ側燃料ガス排出マニホールド32b、32bとから燃料ガス排出マニホールド102bが形成される。フレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド23aとセパレータ側酸化剤ガス供給マニホールド33a、33aとから酸化剤ガス供給マニホールド103aが形成される。フレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23bとセパレータ側酸化剤ガス排出マニホールド33b、33bとから酸化剤ガス排出マニホールド103bが形成される。 Specifically, as can be seen from FIGS. 1 to 5, the fuel gas supply manifold 102a is formed from the frame member side fuel gas supply manifold 22a and the separator side fuel gas supply manifolds 32a, 32a. A fuel gas exhaust manifold 102b is formed from the frame member side fuel gas exhaust manifold 22b and the separator side fuel gas exhaust manifolds 32b, 32b. An oxidant gas supply manifold 103a is formed from the frame member side oxidant gas supply manifold 23a and the separator side oxidant gas supply manifolds 33a, 33a. An oxidant gas discharge manifold 103b is formed from the frame member side oxidant gas discharge manifold 23b and the separator side oxidant gas discharge manifolds 33b, 33b.

冷媒流路は、セパレータのうち発電要素10と接する面と反対側の面、すなわち、反応ガス流路が設けられていない側の面に設けられる。一例として、図2にアノード側セパレータ30aに設けられた冷媒流路31cを示した。図示していないが、カソード側セパレータ30bも冷媒流路を有している。冷媒は冷媒流路を通り、隣接する燃料電池セル50間を流通する。これにより、発電要素10が冷却される。 The refrigerant flow path is provided on the surface of the separator opposite to the surface in contact with the power generation element 10, that is, the surface on the side where the reaction gas flow path is not provided. As an example, FIG. 2 shows a refrigerant flow path 31c provided in the anode side separator 30a. Although not shown, the cathode side separator 30b also has a refrigerant flow path. The coolant passes through the coolant flow path and flows between adjacent fuel cells 50 . Thereby, the power generation element 10 is cooled.

セパレータ側冷媒マニホールドは冷媒が流通する貫通孔であり、冷媒が外部から供給される方向に流通する方をセパレータ側冷媒供給マニホールド34aとし、冷媒が外部に排出される方向に流通する方をセパレータ側冷媒排出マニホールド34bとする。これらのマニホールドは、アノード側セパレータ30a及びカソード側セパレータ30bのいずれにも形成されている。 The separator side refrigerant manifold is a through hole through which refrigerant flows, and the side through which the refrigerant flows in the direction in which the refrigerant is supplied from the outside is referred to as the separator side refrigerant supply manifold 34a, and the side through which the refrigerant flows in the direction in which the refrigerant is discharged to the outside is the separator side. It is referred to as a refrigerant discharge manifold 34b. These manifolds are formed on both the anode side separator 30a and the cathode side separator 30b.

複数のフレーム部材側冷媒マニホールドと複数のセパレータ側冷媒マニホールドとは、それぞれ位置合わせされて配置されている。これにより、フレーム部材側冷媒マニホールドとセパレータ側冷媒マニホールドが積層方向に連通するように配置され、複数の冷媒マニホールドが形成される。 The plurality of frame member side refrigerant manifolds and the plurality of separator side refrigerant manifolds are arranged in alignment with each other. Thereby, the frame member side refrigerant manifold and the separator side refrigerant manifold are arranged so as to communicate in the stacking direction, and a plurality of refrigerant manifolds are formed.

具体的には、図1~図5から分かるように、フレーム部材側冷媒供給マニホールド24aとセパレータ側冷媒供給マニホールド34a、34aとから冷媒供給マニホールド104aが形成される。フレーム部材側冷媒排出マニホールド24bとセパレータ側冷媒排出マニホールド34b、34bとから冷媒排出マニホールド104bが形成される。 Specifically, as can be seen from FIGS. 1 to 5, a refrigerant supply manifold 104a is formed from the frame member side refrigerant supply manifold 24a and the separator side refrigerant supply manifolds 34a, 34a. A refrigerant discharge manifold 104b is formed from the frame member side refrigerant discharge manifold 24b and the separator side refrigerant discharge manifolds 34b, 34b.

反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとは連通しており、反応ガスが流通可能なように構成されている。すなわち、セパレータは反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとを連通する連通部を有している。例えば、アノード側セパレータ30aにおいては、セパレータ側燃料ガス供給マニホールド32aと燃料ガス流路31aとの間に連通部35a、及び燃料ガス流路31aとセパレータ側燃料ガス排出マニホールド32aとの間に連通部35bが形成されている。カソード側セパレータ30bにおいては、セパレータ側酸化剤ガス供給マニホールド33aと酸化剤ガス流路31bとの間に連通部35c、及び酸化剤ガス流路31bとセパレータ側酸化剤ガス排出マニホールド33bとの間に連通部35dが形成されている。 The reaction gas flow path and the separator side reaction gas manifold are in communication with each other, and are configured to allow the reaction gas to flow therethrough. That is, the separator has a communication portion that communicates the reaction gas flow path with the separator side reaction gas manifold. For example, in the anode side separator 30a, there is a communication section 35a between the separator side fuel gas supply manifold 32a and the fuel gas flow path 31a, and a communication section between the fuel gas flow path 31a and the separator side fuel gas discharge manifold 32a. 35b is formed. In the cathode side separator 30b, there is a communication part 35c between the separator side oxidant gas supply manifold 33a and the oxidant gas flow path 31b, and between the oxidant gas flow path 31b and the separator side oxidant gas discharge manifold 33b. A communication portion 35d is formed.

このように、連通部は特定の反応ガスを反応ガスマニホールドから反応ガス流路に流通させるために配置される。従って、意図しない反応ガス又は冷媒が反応ガスマニホールド又は冷媒マニホールドから反応ガス流路に流通しないように工夫してもよい。例えば、各セパレータは所定の隔壁を有していてもよい In this manner, the communication portion is arranged to flow a specific reaction gas from the reaction gas manifold to the reaction gas flow path. Therefore, measures may be taken to prevent unintended reaction gas or refrigerant from flowing from the reaction gas manifold or refrigerant manifold to the reaction gas flow path. For example, each separator may have a predetermined partition wall.

アノード側セパレータ30aにおいては、セパレータ側酸化剤ガス供給マニホールド33a及びセパレータ側酸化剤ガス排出マニホールド33bから燃料ガス流路31a及び他のマニホールドに酸化剤ガスが流通することを阻害する隔壁36a、36bを備えていてもよい。また、セパレータ側冷媒供給マニホールド34a及びセパレータ側冷媒排出マニホールド34bから燃料ガス流路31a及び他のマニホールドに冷媒が流通することを阻害する隔壁36c、36dを備えていてもよい。 In the anode side separator 30a, there are partition walls 36a and 36b that prevent the oxidant gas from flowing from the separator side oxidant gas supply manifold 33a and the separator side oxidant gas discharge manifold 33b to the fuel gas flow path 31a and other manifolds. You may be prepared. Further, partition walls 36c and 36d may be provided to prevent the refrigerant from flowing from the separator-side refrigerant supply manifold 34a and the separator-side refrigerant discharge manifold 34b to the fuel gas flow path 31a and other manifolds.

カソード側セパレータ30bにおいては、セパレータ側燃料ガス供給マニホールド32a及びセパレータ側燃料ガス排出マニホールド32bから酸化剤ガス流路31b及び他のマニホールドに燃料ガスが流通することを阻害する隔壁36e、36fを備えていてもよい。また、セパレータ側冷媒供給マニホールド34a及びセパレータ側冷媒排出マニホールド34bから酸化剤ガス流路31b及び他のマニホールドに冷媒が流通することを阻害する隔壁36g、36hを備えていてもよい。 The cathode side separator 30b includes partition walls 36e and 36f that prevent fuel gas from flowing from the separator side fuel gas supply manifold 32a and the separator side fuel gas discharge manifold 32b to the oxidizing gas flow path 31b and other manifolds. You can. Further, partition walls 36g and 36h may be provided to prevent the refrigerant from flowing from the separator-side refrigerant supply manifold 34a and the separator-side refrigerant discharge manifold 34b to the oxidizing gas flow path 31b and other manifolds.

セパレータはその外周を囲むように形成された外周部を有していてもよい。外周部は、反応ガスを外部に漏れないようにするための部材である。アノード側セパレータ30aにおいては、外周部37aが配置される。カソード側セパレータ30bにおいて、外周部37bが配置される。また、外周部は冷媒流路が配置されている側にも設けられていてもよい。セパレータの外周部及び/又は隔壁にフレーム部材20が接着することにより、反応ガスの漏れを防止することができる。従って、セパレータの外周部及び/又は隔壁に接着層が設けられていてもよい。接着層の材料は上述のとおりである。 The separator may have an outer periphery formed to surround the outer periphery of the separator. The outer peripheral portion is a member for preventing reaction gas from leaking to the outside. An outer peripheral portion 37a is arranged in the anode side separator 30a. An outer peripheral portion 37b is arranged in the cathode side separator 30b. Further, the outer peripheral portion may also be provided on the side where the refrigerant flow path is arranged. By adhering the frame member 20 to the outer periphery of the separator and/or the partition wall, leakage of the reaction gas can be prevented. Therefore, an adhesive layer may be provided on the outer periphery of the separator and/or on the partition wall. The material of the adhesive layer is as described above.

セパレータはガス不透過の導電性部材から構成される。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属(例えば、鉄、アルミニウム、チタン及び、ステンレス等)の板等が挙げられる。 The separator is made of a gas-impermeable electrically conductive member. Examples of the conductive member include dense carbon that is made gas-impermeable by compressing carbon, a press-formed metal plate (eg, iron, aluminum, titanium, stainless steel, etc.), and the like.

<当接部25>
フレーム部材20はフレーム部材側反応ガスマニホールドに所定の当接部25を備えている。図6の(a)にフレーム部材20のフレーム部材側反応ガスマニホールドを拡大して示した平面図、(b)に(a)のb-bで切断した断面図であって、セパレータが2枚のフレーム部材20に挟まれた状態の図を示した。矢印及びGは反応ガスの流れを示している。Gは紙面奥から手前に向かう反応ガスの流れを示している。Wは生成水を示している。図7は図6(b)に対応し、フレーム部材が当接部を有していない従来の燃料電池スタックの図である。
<Contact part 25>
The frame member 20 includes a predetermined contact portion 25 on the frame member side reaction gas manifold. FIG. 6(a) is an enlarged plan view of the frame member side reaction gas manifold of the frame member 20, and FIG. 6(b) is a sectional view taken along line bb in FIG. 6(a), in which two separators are shown. The figure shows a state in which it is sandwiched between frame members 20. Arrows and G indicate the flow of reactant gas. G indicates the flow of reaction gas from the back of the paper toward the front. W indicates produced water. FIG. 7 corresponds to FIG. 6(b) and is a diagram of a conventional fuel cell stack in which the frame member does not have an abutting portion.

反応ガスマニホールドは、フレーム部材側反応ガスマニホールド及びセパレータ側反応ガスマニホールドの大きさの違いや、燃料電池セル間に配置されるガスケット等により所定の段差が生じる。 The reaction gas manifold has a predetermined level difference due to the difference in size between the frame member side reaction gas manifold and the separator side reaction gas manifold, gaskets arranged between the fuel cells, and the like.

図7に示したように、従来の燃料電池スタックにおいて、セパレータ側反応ガスマニホールドの内径はフレーム部材側反応ガスマニホールドより小さく、セパレータ側反応ガスマニホールドはフレーム部材側反応ガスマニホールドよりも内側に存在している。従って、反応ガスマニホールドには所定の段差が存在する。このような場合、電気化学反応により生成した水が段差に付着する。付着した水は適切に排出され難い。特に、生成水はマニホールドの内部側面に沿って移動しやすいため、当該段差に付着しやすい。当該段差に付着した生成水は滞留しやすいため、フラッディングや凍結による問題を引き起こす虞がある。 As shown in FIG. 7, in the conventional fuel cell stack, the inner diameter of the separator side reaction gas manifold is smaller than the frame member side reaction gas manifold, and the separator side reaction gas manifold is located inside the frame member side reaction gas manifold. ing. Therefore, a predetermined level difference exists in the reaction gas manifold. In such a case, water generated by an electrochemical reaction adheres to the step. Adhering water is difficult to drain properly. In particular, generated water tends to move along the inner side surface of the manifold and therefore tends to adhere to the level difference. The generated water that adheres to the steps tends to stay, which may cause problems due to flooding or freezing.

そこで、燃料電池スタック100では、このような段差を抑制するために、フレーム部材20のフレーム部材側反応ガスマニホールドに当接部25を設けている。これにより、反応ガスマニホールドに生じる段差が当接部25により抑制されるため、燃料電池スタック100の排水性を向上することができる。以下に詳しく説明する。 Therefore, in the fuel cell stack 100, a contact portion 25 is provided on the frame member side reaction gas manifold of the frame member 20 in order to suppress such a level difference. As a result, the contact portion 25 suppresses the level difference that occurs in the reaction gas manifold, so that the drainage performance of the fuel cell stack 100 can be improved. This will be explained in detail below.

当接部25は次のような構成である。すなわち、隣接する燃料電池セル50において、一方の燃料電池セル50のフレーム部材側反応ガスマニホールドは、セパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の一部を覆うように積層方向に延び、他方の燃料電池セル50のフレーム部材20に当接する当接部25を有している。図6(a)では当接部25が存在する部分を透過して点線で示している。 The contact portion 25 has the following configuration. That is, in adjacent fuel cells 50, the frame member side reaction gas manifold of one fuel cell 50 extends in the stacking direction so as to cover a part of the inner side surface of the separator side reaction gas manifold, and It has a contact portion 25 that contacts the frame member 20 of the cell 50. In FIG. 6A, the portion where the contact portion 25 is present is shown by a transparent dotted line.

より排水性を向上する観点から、当接部25はセパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面を覆う面積が大きくしてもよい。一方で、当接部25がセパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面を全体的に覆ってしまうと、反応ガスが反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとの間を流通することができない。従って、反応ガスの流通が完全に阻害されないように、当接部25はセパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面全体を覆わないようにする必要がある。反応ガスの流通を円滑にする観点から、当接部25はセパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面のうち連通部側を覆わないようにしてもよい。これは、当接部25が当該連通部側の少なくとも一部を覆わなければよいことを意味する。すなわち、当接部25は当該連通部側の一部を覆っていてもよいが、連通部側全体を覆わなければよい。図6(a)では、当接部25がセパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の連通部側の一部以外を覆う形態(セパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の連通部側の一部のみを覆わない形態)を示している。 From the viewpoint of further improving drainage performance, the contact portion 25 may have a larger area covering the inner side surface of the separator side reaction gas manifold. On the other hand, if the contact portion 25 completely covers the inner side surface of the separator-side reaction gas manifold, the reaction gas cannot flow between the reaction gas flow path and the separator-side reaction gas manifold. Therefore, the contact portion 25 must not cover the entire inner side surface of the separator-side reaction gas manifold so that the flow of the reaction gas is not completely obstructed. From the viewpoint of smoothing the flow of the reaction gas, the contact portion 25 may not cover the communication portion side of the inner side surface of the separator side reaction gas manifold. This means that the contact portion 25 does not need to cover at least a portion of the communication portion side. That is, the contact portion 25 may cover a part of the communication portion side, but does not need to cover the entire communication portion side. In FIG. 6(a), the contact part 25 covers only a part of the inner side surface of the separator side reaction gas manifold other than the communication part side (only a part of the inner side surface of the separator side reaction gas manifold on the communication part side). (form that does not cover) is shown.

図6(b)に示した通り、当接部25は他方の燃料電池セル50のフレーム部材20に当接している。当接部25は各フレーム部材20に設けられているため、他方の燃料電池セル50のフレーム部材20の当接部25に当接することとなる。これにより、反応ガスマニホールドの段差が抑制され、生成水Wは適切に排出される。 As shown in FIG. 6(b), the contact portion 25 is in contact with the frame member 20 of the other fuel cell 50. Since the contact portion 25 is provided on each frame member 20, it comes into contact with the contact portion 25 of the frame member 20 of the other fuel cell 50. Thereby, the level difference in the reaction gas manifold is suppressed, and the generated water W is appropriately discharged.

ここで、図6(a)、(b)では、当接部25を設けるフレーム部材側反応ガスマニホールドの種類を特定していないが、これは当接部25がいずれのフレーム部材側反応ガスマニホールドに設けられていてもよいことを意味する。例えば、当接部25はフレーム部材側燃料ガス供給マニホールド22aに配置されていてもよく、フレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22bに配置されていてもよく、フレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド23aに配置されていてもよく、フレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23bに配置されていてもよい。排水性を向上する観点から、当接部25は生成水が排出されるフレーム部材側反応ガス排出マニホールド(フレーム部材側燃料ガス排出マニホールド22b及び/又はフレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド23b)に配置されていてもよい。 Here, in FIGS. 6(a) and 6(b), the type of the frame member side reaction gas manifold in which the abutment part 25 is provided is not specified, but this is because the abutment part 25 is attached to which frame member side reaction gas manifold. This means that it may be provided in For example, the contact portion 25 may be disposed on the frame member side fuel gas supply manifold 22a, may be disposed on the frame member side fuel gas discharge manifold 22b, or may be disposed on the frame member side oxidant gas supply manifold 23a. or may be arranged in the frame member side oxidant gas discharge manifold 23b. From the viewpoint of improving drainage performance, the contact portion 25 is arranged on the frame member side reaction gas discharge manifold (frame member side fuel gas discharge manifold 22b and/or frame member side oxidant gas discharge manifold 23b) from which generated water is discharged. may have been done.

当接部25はフレーム部材20と同様の材料から構成することができる。 The abutting portion 25 can be made of the same material as the frame member 20.

(当接部の他の形態1)
他の形態であるフレーム部材120は、当接部25に替えて当接部125を有する。当接部125は、当接部25の構成に加えて、さらにセパレータ側反応ガスマニホールドの内側に向かう突出部125aを有していてもよい。図8(a)、(b)に、図6(a)、(b)と対応する図であって、フレーム部材120が当接部125を有する形態を示した。
(Other form 1 of contact part)
A frame member 120 having another form has an abutting portion 125 instead of the abutting portion 25 . In addition to the structure of the abutting part 25, the abutting part 125 may further include a protruding part 125a toward the inside of the separator side reaction gas manifold. FIGS. 8A and 8B are diagrams corresponding to FIGS. 6A and 6B, and show a form in which the frame member 120 has a contact portion 125.

当接部125は突出部125aを少なくとも1つ備えていればよい。図8では突出部125aを2つ有する形態を示した。突出部26の配置位置は特に限定されないが、排水性を向上する観点から、セパレータ側反応ガスマニホールドの連通部側以外の部分に突出部125aを配置してもよい。生成水はマニホールドの内側の側面に沿って移動しやすいためである。突出部125aの突出する方向は特に限定されないが、排水性を向上する観点から、セパレータ側反応ガスマニホールドの中心に向かう方向に設定してよい。突出部125aの形状は特に限定されないが、排水性を向上する観点から、平面視において、多角形形状であってもよい。 The contact portion 125 only needs to include at least one protrusion 125a. FIG. 8 shows a configuration having two protrusions 125a. Although the arrangement position of the protrusion 26 is not particularly limited, the protrusion 125a may be arranged in a portion other than the communication part side of the separator side reaction gas manifold from the viewpoint of improving drainage performance. This is because produced water tends to move along the inner side of the manifold. Although the direction in which the protruding portion 125a protrudes is not particularly limited, it may be set in a direction toward the center of the separator side reaction gas manifold from the viewpoint of improving drainage performance. Although the shape of the protrusion 125a is not particularly limited, it may be polygonal in plan view from the viewpoint of improving drainage performance.

図8(b)に示した通り、突出部125aは当接部125と同様に、積層方向に延び、隣接するフレーム部材120に当接している。すなわち、燃料電池スタック100の積層方向視において、反応ガスマニホールドの一部が突出している形態となる。また、突出部125aは積層方向に連続的に設けられる。これにより、突出部125aによる反応ガスマ二ホールドを流通する反応ガスの流速の低下を抑制することができるため、排水性を向上することができる。
(当接部の他の形態2)
上記では当接部がフレーム部材に設けられている形態を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、当接部とフレーム部材とは別部材であってもよい。図9(a)、(b)に、図6(a)、(b)と対応する図であって、フレーム部材220が別部材である当接部225を備える形態を示した。図9(a)の点線はフレーム部材側反応ガスマニホールドを透過して示している。
As shown in FIG. 8(b), the protruding portion 125a extends in the stacking direction and abuts on the adjacent frame member 120, similarly to the abutting portion 125. That is, when viewed in the stacking direction of the fuel cell stack 100, a portion of the reactant gas manifold protrudes. Furthermore, the protruding portions 125a are provided continuously in the stacking direction. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the flow rate of the reaction gas flowing through the reaction gas manifold due to the protruding portion 125a, and thus it is possible to improve drainage performance.
(Other form 2 of contact part)
Although the embodiment in which the contact portion is provided on the frame member has been described above, the present disclosure is not limited thereto. For example, the contact portion and the frame member may be separate members. FIGS. 9A and 9B are views corresponding to FIGS. 6A and 6B, and show an embodiment in which the frame member 220 includes a contact portion 225 that is a separate member. The dotted line in FIG. 9(a) shows the frame member side reaction gas manifold passing through it.

図9(a)、(b)に示したように、当接部225はセパレータ表面のうちセパレータ側反応ガスマニホールドの周縁に配置される周縁部225aと、周縁部225aから積層方向に延び、セパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の一部を覆い、且つ、他方の燃料電池セル50のフレーム部材220に当接する延出部225bを有している。 As shown in FIGS. 9(a) and 9(b), the contact portion 225 extends from the peripheral portion 225a in the stacking direction from the peripheral portion 225a disposed on the peripheral edge of the separator-side reaction gas manifold on the separator surface, and It has an extending portion 225b that covers a part of the inner side surface of the side reaction gas manifold and comes into contact with the frame member 220 of the other fuel cell 50.

周縁部225aは当接部225をセパレータ側反応ガスマニホールドの周縁に配置するための部材である。図9(a)、(b)に示したように、周縁部225aはフレーム部材220と密着し、一体となっていてもよい。延出部225bの構成・機能は当接部25と同様であるため、ここでは説明を省略する。 The peripheral portion 225a is a member for arranging the contact portion 225 at the peripheral edge of the separator side reaction gas manifold. As shown in FIGS. 9(a) and 9(b), the peripheral portion 225a may be in close contact with the frame member 220 and may be integral with it. The configuration and function of the extending portion 225b are the same as those of the contact portion 25, so a description thereof will be omitted here.

以上、本開示の燃料電池スタックについて、一実施形態を用いて説明した。本開示の燃料電池スタックは所定の当接部を備え、これにより排水性を向上することができる。 The fuel cell stack of the present disclosure has been described above using one embodiment. The fuel cell stack of the present disclosure includes a predetermined contact portion, which can improve drainage performance.

10 発電要素
20 フレーム部材
21 開口部
22a フレーム部材側燃料ガス供給マニホールド
22b フレーム部材側燃料ガス排出マニホールド
23a フレーム部材側酸化剤ガス供給マニホールド
23b フレーム部材側酸化剤ガス排出マニホールド
24a フレーム部材側冷媒供給マニホールド
24b フレーム部材側冷媒排出マニホールド
25 当接部
30a アノード側セパレータ
30b カソード側セパレータ
31a 燃料ガス流路
31b 酸化剤ガス流路
31c 冷媒流路
32a セパレータ側燃料ガス供給マニホールド
32b セパレータ側燃料ガス排出マニホールド
33a セパレータ側酸化剤ガス供給マニホールド
33b セパレータ側酸化剤ガス排出マニホールド
34a セパレータ側冷媒供給マニホールド
34b セパレータ側冷媒排出マニホールド
35a~35d 連通部
36a~36h 隔壁
37a、37b 外周部
50 燃料電池セル
100 燃料電池スタック
102a 燃料ガス供給マニホールド
102b 燃料ガス排出マニホールド
103a 酸化剤ガス供給マニホールド
103b 酸化剤ガス排出マニホールド
104a 冷媒供給マニホールド
104b 冷媒排出マニホールド
120 フレーム部材
125 当接部
125a 突出部
220 フレーム部材
225 当接部
225a 周縁部
225b 延出部
10 Power generation element 20 Frame member 21 Opening 22a Frame member side fuel gas supply manifold 22b Frame member side fuel gas discharge manifold 23a Frame member side oxidant gas supply manifold 23b Frame member side oxidant gas discharge manifold 24a Frame member side refrigerant supply manifold 24b Frame member side refrigerant discharge manifold 25 Contact portion 30a Anode side separator 30b Cathode side separator 31a Fuel gas passage 31b Oxidizing gas passage 31c Refrigerant passage 32a Separator side fuel gas supply manifold 32b Separator side fuel gas discharge manifold 33a Separator Side oxidant gas supply manifold 33b Separator side oxidant gas discharge manifold 34a Separator side refrigerant supply manifold 34b Separator side refrigerant discharge manifold 35a to 35d Communication portions 36a to 36h Partition walls 37a, 37b Outer peripheral portion 50 Fuel cell 100 Fuel cell stack 102a Fuel Gas supply manifold 102b Fuel gas discharge manifold 103a Oxidizing gas supply manifold 103b Oxidizing gas discharge manifold 104a Refrigerant supply manifold 104b Refrigerant discharge manifold 120 Frame member 125 Contact portion 125a Projecting portion 220 Frame member 225 Contact portion 225a Peripheral portion 225b Extension Debe

Claims (1)

発電要素と、前記発電要素の周囲に配置されたフレーム部材と、前記発電要素及び前記フレーム部材を挟持するように前記フレーム部材に積層された一対のセパレータと、を備える燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックであって、
前記フレーム部材は、前記発電要素を収納する開口部と、反応ガスが流通する複数のフレーム部材側反応ガスマニホールドと、を有し、
前記セパレータは、反応ガスを前記セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスが流通する複数のセパレータ側反応ガスマニホールドと、を有し、
複数の前記フレーム部材側反応ガスマニホールドと複数の前記セパレータ側反応ガスマニホールドとはそれぞれ位置合わせされて配置されており、これにより複数の反応ガスマニホールドが形成されており、
隣接する前記燃料電池セルにおいて、一方の前記燃料電池セルの前記フレーム部材側反応ガスマニホールドは、前記セパレータ側反応ガスマニホールドの内部の側面の一部を覆うように積層方向に延び、他方の前記燃料電池セルの前記フレーム部材に当接する当接部を有している、
燃料電池スタック。
A plurality of stacked fuel cells each including a power generation element, a frame member disposed around the power generation element, and a pair of separators stacked on the frame member so as to sandwich the power generation element and the frame member. A fuel cell stack,
The frame member has an opening that accommodates the power generation element, and a plurality of frame member side reaction gas manifolds through which reaction gas flows,
The separator has a reaction gas flow path through which the reaction gas flows in a surface direction of the separator, and a plurality of separator-side reaction gas manifolds through which the reaction gas flows,
The plurality of frame member side reaction gas manifolds and the plurality of separator side reaction gas manifolds are aligned and arranged, thereby forming a plurality of reaction gas manifolds,
In the adjacent fuel cells, the frame member side reaction gas manifold of one of the fuel cells extends in the stacking direction so as to cover a part of the inner side surface of the separator side reaction gas manifold, and having a contact portion that contacts the frame member of the battery cell;
fuel cell stack.
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