JP4545725B2 - Fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/50Fuel cells

Description

この発明は、固体高分子電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持した燃料電池に係るものであり、特に、セパレータ間で電極膜構造体を確実にシールすることができる燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane and anode-side diffusion electrodes and cathode-side diffusion electrodes on both sides thereof is sandwiched by a pair of separators. The present invention relates to a fuel cell that can reliably seal an electrode membrane structure between them.

燃料電池の中には、固体高分子電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成されたものがある。アノード側拡散電極の反応面に燃料ガス(例えば、水素ガス)を供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極においては酸化ガス(例えば、酸素を含む空気)が供給されているため、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。   Some fuel cells have a structure in which an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane and anode-side diffusion electrodes and cathode-side diffusion electrodes on both sides thereof is sandwiched between a pair of separators. When fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the reaction surface of the anode side diffusion electrode, hydrogen is ionized here and moves to the cathode electrode side through the solid polymer electrolyte membrane. Electrons generated during this time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since an oxidizing gas (for example, air containing oxygen) is supplied to the cathode electrode, hydrogen ions, electrons, and oxygen react to generate water.

この一例を図20によって説明すると、図において1は固体高分子電解質膜を示し、この固体高分子電解質膜1を両側からガス拡散電極(アノード側拡散電極とカソード側拡散電極)2,3で挟持して燃料電池セル4が構成されている。この燃料電池セル4の両面には一対のセパレータ5,5が配設され、各セパレータ5に形成された溝部6にOリング7をセットして、このOリング7により固体高分子電解質膜1を挟持し、その状態で両セパレータ5,5で燃料電池セル4を挟持している(特許文献1参照)。
特開平8−148169号公報
An example of this will be described with reference to FIG. 20. In the figure, 1 indicates a solid polymer electrolyte membrane, and the solid polymer electrolyte membrane 1 is sandwiched between gas diffusion electrodes (anode side diffusion electrode and cathode side diffusion electrode) 2 and 3 from both sides. Thus, the fuel battery cell 4 is configured. A pair of separators 5, 5 are arranged on both surfaces of the fuel cell 4, and an O-ring 7 is set in a groove 6 formed in each separator 5, and the solid polymer electrolyte membrane 1 is formed by the O-ring 7. In this state, the fuel cells 4 are sandwiched between the separators 5 and 5 (see Patent Document 1).
JP-A-8-148169

上記従来の燃料電池にあっては、前記Oリング7によりセパレータ5とガス拡散電極2,3との間の空間部分が外部と遮断されるため、燃料ガス及び酸化ガスが外部に漏れることはなく、かつ、両者が混合することもないため、無駄のない発電を行なうことができる点で優れているが、Oリング7の位置が互いに僅かでもズレると、このズレにより十分なシール反力が得られずシール性を損ねる可能性があると共に、上記ズレによって薄肉の固体高分子電解質膜1が図14において上下に引っ張られてよじれを起こすと、これが原因となって、固体高分子電解質膜1とガス拡散電極2,3との間に剥離方向の力が作用して好ましくないという問題がある。
よってこれを回避するためには、上記溝部6の寸法精度を厳密に管理しなければならずコストアップにつながるという問題がある。
そこで、この発明は、電極膜構造体とセパレータとのシール性を向上できる燃料電池を提供するものである。
In the conventional fuel cell, the space between the separator 5 and the gas diffusion electrodes 2 and 3 is blocked from the outside by the O-ring 7, so that the fuel gas and the oxidizing gas do not leak to the outside. In addition, since both of them are not mixed, it is excellent in that power generation can be performed without waste. However, when the positions of the O-rings 7 are slightly shifted from each other, a sufficient seal reaction force is obtained by this shift. In addition, there is a possibility that the sealing performance may be impaired, and when the thin solid polymer electrolyte membrane 1 is pulled up and down in FIG. There is a problem that a force in the peeling direction acts between the gas diffusion electrodes 2 and 3 and is not preferable.
Therefore, in order to avoid this, there is a problem that the dimensional accuracy of the groove 6 must be strictly managed, leading to an increase in cost.
Therefore, the present invention provides a fuel cell that can improve the sealing performance between the electrode membrane structure and the separator.

上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、固体高分子電解質膜(例えば、実施形態における固体高分子電解質膜18)とその両側のアノード側拡散電極(例えば、実施形態におけるアノード電極22及び第2ガス拡散層26)とカソード側拡散電極(例えば、実施形態におけるカソード電極20及び第1ガス拡散層24)とで構成された電極膜構造体(例えば、実施形態における燃料電池セル12)を、一対のセパレータ(例えば、実施形態における第1セパレータ14及び第2セパレータ16)で挟持して構成された燃料電池において、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極とを、いずれか一方の面が他方の面内に収まるように配置して電極膜構造体を形成し、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち大きい表面積の拡散電極の外周部分と一方のセパレータとの間に、小さい表面積の拡散電極を囲むように第1のシール(例えば、実施形態における第1のシールS1)を設け、前記一方のセパレータと他方のセパレータとの間であって、大きい表面積の拡散電極を囲むように第2のシール(例えば、実施形態における第2のシールS2)を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、第1シールと第2シールとを異なる位置で互いに独立して機能させることが可能となる。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is directed to a solid polymer electrolyte membrane (for example, the solid polymer electrolyte membrane 18 in the embodiment) and anode-side diffusion electrodes on both sides thereof (for example, the anode in the embodiment). An electrode membrane structure (for example, a fuel cell in the embodiment) composed of the electrode 22 and the second gas diffusion layer 26) and a cathode side diffusion electrode (for example, the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 in the embodiment) 12) is sandwiched between a pair of separators (for example, the first separator 14 and the second separator 16 in the embodiment), and the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode are connected to either one of them. The electrode film structure is formed so that the surface of the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode are larger than the other side surface. A first seal (for example, the first seal S1 in the embodiment) is provided between the outer peripheral portion of the product diffusion electrode and the one separator so as to surround the diffusion electrode having a small surface area. A second seal (for example, the second seal S2 in the embodiment) is provided so as to surround the diffusion electrode having a large surface area.
By comprising in this way, it becomes possible to make a 1st seal | sticker and a 2nd seal | sticker function independently from each other in a different position.

請求項2に記載した発明は、前記固体高分子電解質膜が、前記大きい表面積の拡散電極よりも小さく形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、高価な固体高分子電解質膜を小さくできる。
The invention described in claim 2 is characterized in that the solid polymer electrolyte membrane is formed smaller than the diffusion electrode having the large surface area.
By comprising in this way, an expensive solid polymer electrolyte membrane can be made small.

請求項3に記載した発明は、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のいずれかの端面に少なくとも第1のシールあるいは第2のシールが密着していることを特徴とする。
このように構成することで、上記端面に密着している第1あるいは第2のシールにより端面からの反応ガスの流出を阻止できる。
The invention described in claim 3 is characterized in that at least the first seal or the second seal is in close contact with either end face of the anode side diffusion electrode or the cathode side diffusion electrode.
By comprising in this way, the outflow of the reactive gas from an end surface can be blocked | prevented by the 1st or 2nd seal | sticker closely_contact | adhered to the said end surface.

請求項4に記載した発明は、前記第1のシールが前記小さい表面積の拡散電極の端面に密着し、更に前記大きい表面積の拡散電極と同じ面積まで広がることを特徴とする。
このように構成することで、前記端面に密着している第1のシールにより端面からの反応ガスの流出を阻止できると共に、第2のシールとの間の空間部をなくすことができ、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち大きい表面積の拡散電極を第1のシールにより確実に支持することができる。
The invention described in claim 4 is characterized in that the first seal is in close contact with an end face of the diffusion electrode having the small surface area and further spreads to the same area as the diffusion electrode having the large surface area.
By comprising in this way, while the 1st seal | sticker closely_contact | adhered to the said end surface can prevent outflow of the reactive gas from an end surface, the space part between 2nd seals can be eliminated, and anode side Of the diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode, the diffusion electrode having a large surface area can be reliably supported by the first seal.

請求項5に記載した発明は、前記第2のシールが、第1のシールと前記大きい表面積の拡散電極の両方の端面に密着していることを特徴とする。
このように構成することで、第1のシールと前記大きい表面積の拡散電極の両方の端面に密着している第2のシールにより、前記大きい表面積の拡散電極の端面からの反応ガスの流出を阻止できると共に、第1のシールとの間の空間部をなくすことができ、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち大きい表面積の拡散電極を第1のシールにより確実に支持することができる。
The invention described in claim 5 is characterized in that the second seal is in close contact with both end faces of the first seal and the diffusion electrode having a large surface area.
With this configuration, the second seal that is in close contact with both end surfaces of the first seal and the large surface area diffusion electrode prevents the reaction gas from flowing out from the end surface of the large surface area diffusion electrode. In addition, the space between the first seal and the first seal can be eliminated, and a diffusion electrode having a large surface area of the anode-side diffusion electrode and the cathode-side diffusion electrode can be reliably supported by the first seal.

請求項6に記載した発明は、前記固体高分子電解質膜と、前記大きい表面積の拡散電極との大きさが同一であることを特徴とする。
このように構成することで、固体高分子電解質膜と上記大きい表面積の拡散電極とを一体化した後その外周部を切断して面一にすることで製造できる。
The invention described in claim 6 is characterized in that the solid polymer electrolyte membrane and the large surface area diffusion electrode have the same size.
By comprising in this way, after manufacturing a solid polymer electrolyte membrane and the said large surface area diffusion electrode, it can manufacture by cut | disconnecting the outer peripheral part and making it flush | planar.

請求項7に記載した発明は、前記大きい表面積の拡散電極の触媒部分の大きさを前記小さい表面積の拡散電極の触媒部分と同じ大きさにしたことを特徴とする。
このように構成することで、反応に寄与しない高価な触媒部分を削減できる。
The invention described in claim 7 is characterized in that the size of the catalyst portion of the diffusion electrode having the large surface area is the same as the size of the catalyst portion of the diffusion electrode having the small surface area.
By comprising in this way, the expensive catalyst part which does not contribute to reaction can be reduced.

請求項8に記載した発明のように、前記セパレータが緻密質カーボン製であってもよいし、請求項9に記載した発明のように、前記セパレータ(例えば、実施形態における第1セパレータ114、第2セパレータ116)が金属薄板製であってもよい。
前記セパレータが金属薄板製である場合には、プレス成形により容易に製造することが可能となり生産性が向上する。
As in the invention described in claim 8, the separator may be made of dense carbon, or in the invention described in claim 9, the separator (for example, the first separator 114, the first separator in the embodiment, 2 separator 116) may be made of a thin metal plate.
When the separator is made of a thin metal plate, it can be easily manufactured by press molding, and the productivity is improved.

請求項10に記載した発明は、前記第1のシール(例えば、実施形態における第1のシールS11)と第2のシール(例えば、実施形態における第2のシールS12)はセパレータに一体成形されていることを特徴とする。
このように構成することで、両シールを一工程で製造することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, the first seal (for example, the first seal S11 in the embodiment) and the second seal (for example, the second seal S12 in the embodiment) are integrally formed on the separator. It is characterized by being.
By comprising in this way, both seals can be manufactured in one process.

請求項11に記載した発明は、前記第1のシールと第2のシールとが各々別のセパレータに設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、金属製の各セパレータに対して各々別の異なる材質のシールを用いることができる。
The invention described in claim 11 is characterized in that the first seal and the second seal are provided in separate separators.
By comprising in this way, the seal | sticker of a different material can each be used with respect to each metal separator.

以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、第1シールと第2シールとを異なる位置で互いに独立して機能させることが可能となるため、互いに同一位置で対向させた場合に比較して、位置ズレが原因となるシール切れ等がなくなり、確実に電極膜構造とセパレータとの間を確実にシールすることができるという効果がある。また、互いに同一位置で対向させて場合には反力を均等化させるため同一材質に限定されていたが、互いに反力を及ぼすことがなくなるため材質が自由に設定でき、材質の設定自由度が高められる効果がある。
請求項2に記載した発明によれば、高価な固体高分子電解質膜を小さくできる分だけ固体高分子電解質膜、及び全体のコストを下げることができる効果がある。
請求項3に記載した発明によれば、上記端面に密着している第1あるいは第2のシールにより端面からの反応ガスの流出を阻止できるため、反応ガスが発電面を通らず出口側まで吹き抜けてしまうことを防止して、より一層シール性を高めることができる効果がある。
請求項4に記載した発明によれば、前記端面に密着している第1のシールにより端面からの反応ガスの流出を阻止できると共に、第2のシールとの間の空間部をなくすことができるため、反応ガスが発電面を通らず出口側まで吹き抜けてしまうことを防止して、より一層シール性を高めることができると共に、第1のシールと第2のシールとの空間部をなくし、冷熱時の空間部の膨張収縮によりシール部に不必要な圧力が作用するのを防止できる効果がある。
請求項5に記載した発明によれば、上記効果に加え、第1のシールと第2のシールとにより拡散電極の両方の端面からの反応ガスの流出を阻止できるため、反応ガスが発電面を通らず出口側まで吹き抜けてしまうことを防止して、より一層シール性を高めることができる効果がある。
請求項6に記載した発明によれば、固体高分子電解質膜と大きい表面積の拡散電極とを一体化した後その外周部を切断して面一にすることで製造できるため、容易に製造することができる効果がある。
請求項7に記載した発明によれば、反応に寄与しない高価な触媒部分を削減できるため製造費を削減できる効果がある。
請求項8に記載した発明のようにセパレータが緻密質カーボン製であってもよいし請求項9に記載した発明のようにセパレータが金属薄板製であってもよい。 請求項9に記載した発明のようにセパレータが金属薄板製である場合には、プレス成形により容易に製造することが可能となるため、生産性を向上できる効果がある。
請求項10に記載した発明によれば、両シールを一工程で製造することができるため、製造工数を削減することができる効果がある。
請求項11に記載した発明によれば、金属製の各セパレータに対して、各々別の異なる材質のシールを用いることができるため、設計の自由度が高められる効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the first seal and the second seal can be made to function independently from each other at different positions, so that they face each other at the same position. Compared with the case, there is no effect such as the occurrence of seal breakage due to positional deviation, and there is an effect that the gap between the electrode film structure and the separator can be surely sealed. In addition, when facing each other at the same position, it was limited to the same material in order to equalize the reaction force, but since the reaction force is not exerted on each other, the material can be freely set, and the freedom of setting the material is There is an increased effect.
According to the second aspect of the present invention, there is an effect that the solid polymer electrolyte membrane and the overall cost can be reduced by the amount that can reduce the expensive solid polymer electrolyte membrane.
According to the invention described in claim 3, since the outflow of the reaction gas from the end surface can be prevented by the first or second seal closely adhered to the end surface, the reaction gas blows out to the outlet side without passing through the power generation surface. There is an effect that the sealing performance can be further improved.
According to the fourth aspect of the present invention, the first seal that is in close contact with the end face can prevent the reaction gas from flowing out from the end face, and the space between the second seal and the second seal can be eliminated. Therefore, it is possible to prevent the reactive gas from blowing through to the outlet side without passing through the power generation surface, and to further improve the sealing performance, and to eliminate the space between the first seal and the second seal, There is an effect that unnecessary pressure can be prevented from acting on the seal portion due to expansion and contraction of the space portion at the time.
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the above effect, the first gas and the second gas seal can prevent the reaction gas from flowing out from both end faces of the diffusion electrode. There is an effect that the sealing performance can be further improved by preventing the air from passing through to the outlet side.
According to the invention described in claim 6, since the solid polymer electrolyte membrane and the diffusion electrode having a large surface area are integrated, the outer peripheral portion can be cut to be flush with each other. There is an effect that can.
According to the invention described in claim 7, since an expensive catalyst portion that does not contribute to the reaction can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
The separator may be made of dense carbon as in the invention described in claim 8, or the separator may be made of a thin metal plate as in invention of claim 9. When the separator is made of a thin metal plate as in the invention described in claim 9, it can be easily manufactured by press molding, so that the productivity can be improved.
According to the invention described in claim 10, since both the seals can be manufactured in one step, there is an effect that the number of manufacturing steps can be reduced.
According to the eleventh aspect of the present invention, since different seals of different materials can be used for each metallic separator, there is an effect that the degree of freedom in design is increased.

以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1はこの発明の実施形態の燃料電池を示す分解斜視図である。この燃料電池10は燃料電池セル(電極膜構造体)12とこれを挟持する緻密質カーボン製の第1及び第2セパレータ14,16を備え、これらが複数組積層されて車両用の燃料電池スタックが構成されるものである。
燃料電池セル12は、固体高分子電解質膜18と、この固体高分子電解質膜18を挟んで配設されるカソード電極20及びアノード電極22とを有するとともに、前記カソード電極20及び前記アノード電極22には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンクロス又は多孔質カーボンペーパーからなる第1ガス拡散層24及び第2ガス拡散層26が配設されている。ここで、固体高分子電解質膜18としては、ペルフルオロスルホン酸ポリマーを用いている。また、カソード電極20、アノード電極22はPtを主体とした触媒である。尚、上記カソード電極20と第1ガス拡散層24とでカソード側拡散電極が構成され、上記アノード電極22と第2ガス拡散層26とでアノード側拡散電極が構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 10 includes a fuel cell (electrode membrane structure) 12 and first and second separators 14 and 16 made of dense carbon that sandwich the fuel cell 10, and a plurality of these are laminated to form a fuel cell stack for a vehicle. Is constituted.
The fuel cell 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 18 and a cathode electrode 20 and an anode electrode 22 that are disposed with the solid polymer electrolyte membrane 18 interposed therebetween. For example, a first gas diffusion layer 24 and a second gas diffusion layer 26 made of porous carbon cloth or porous carbon paper, which are porous layers, are disposed. Here, a perfluorosulfonic acid polymer is used as the solid polymer electrolyte membrane 18. The cathode electrode 20 and the anode electrode 22 are catalysts mainly composed of Pt. The cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 constitute a cathode side diffusion electrode, and the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 constitute an anode side diffusion electrode.

固体高分子電解質膜18は、図6に示すように、これを挟んで配設されるカソード電極20と第1ガス拡散層24及びアノード電極22と第2ガス拡散層26の外周から僅かにはみ出す大きさのもので、アノード電極22と第2ガス拡散層26は固体高分子電解質膜18よりも表面積が小さく、更にカソード電極20と第1ガス拡散層24はアノード電極22と第2ガス拡散層26よりも表面積が小さく形成されている。そして、これら固体高分子電解質膜18、カソード電極20と第1ガス拡散層24及びアノード電極22と第2ガス拡散層26は、中央部が一致し図6における上下方向と左右方向の寸法格差の割合が均等になる様に設定されている。
図3に示すように、第1セパレータ14は、その平面内であって外周縁部に位置する横方向両端上部側に、水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるための入口側燃料ガス連通孔36aと、酸素含有ガス又は空気である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガス連通孔38aとを備えている。
As shown in FIG. 6, the solid polymer electrolyte membrane 18 slightly protrudes from the outer periphery of the cathode electrode 20, the first gas diffusion layer 24, the anode electrode 22, and the second gas diffusion layer 26 disposed therebetween. The anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 have a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane 18, and the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 have the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer. The surface area is smaller than 26. The solid polymer electrolyte membrane 18, the cathode electrode 20, the first gas diffusion layer 24, the anode electrode 22, and the second gas diffusion layer 26 coincide with each other in the center portion, and have a dimensional difference in the vertical direction and the horizontal direction in FIG. The ratio is set to be equal.
As shown in FIG. 3, the first separator 14 has an inlet-side fuel gas communication hole for allowing a fuel gas such as a hydrogen-containing gas to pass through the upper ends of both lateral ends located in the outer peripheral edge within the plane. 36a and an inlet side oxidant gas communication hole 38a for allowing an oxidant gas, which is an oxygen-containing gas or air, to pass therethrough.

第1セパレータ14の横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連通孔40aと、使用後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷却媒体連通孔40bとが設けられている。また、第1セパレータ14の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端下部側に、燃料ガスを通過させるための出口側燃料ガス連通孔36bと、酸化剤ガスを通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔38bとが、入口側燃料ガス連通孔36a及び入口側酸化剤ガス連通孔38aと対角位置になるように設けられている。   An inlet-side cooling medium communication hole 40a for passing a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil, and an outlet for allowing the used cooling medium to pass through are provided at the center of both lateral ends of the first separator 14. A side cooling medium communication hole 40b is provided. Further, an outlet-side fuel gas communication hole 36b for allowing the fuel gas to pass therethrough and an outlet for allowing the oxidant gas to pass to the lower portions of both ends in the lateral direction located in the outer peripheral edge portion within the plane of the first separator 14 The side oxidant gas communication hole 38b is provided so as to be diagonal to the inlet side fuel gas communication hole 36a and the inlet side oxidant gas communication hole 38a.

図1に示すように、第1セパレータ14のカソード電極20に対向する面14aには、入口側酸化剤ガス連通孔38aに近接して複数本、例えば、6本のそれぞれ独立した第1酸化剤ガス流路溝42が、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。第1酸化剤ガス流路溝42は、3本の第2酸化剤ガス流路溝44に合流し、この第2酸化剤ガス流路溝44が出口側酸化剤ガス連通孔38bに近接して終端している。   As shown in FIG. 1, on the surface 14a of the first separator 14 facing the cathode electrode 20, a plurality of, for example, six independent first oxidizers are provided in the vicinity of the inlet-side oxidant gas communication hole 38a. The gas flow path groove 42 is provided in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction. The first oxidant gas flow channel 42 joins the three second oxidant gas flow channels 44, and the second oxidant gas flow channel 44 is adjacent to the outlet side oxidant gas communication hole 38b. It is terminated.

図3に示すように、第1セパレータ14には、この第1セパレータ14を貫通するとともに、一端が面14aとは反対側の面14bで入口側酸化剤ガス連通孔38aに連通する一方、他端が前記面14a側で第1酸化剤ガス流路溝42に連通する第1酸化剤ガス連結流路46と、一端が前記面14b側で出口側酸化剤ガス連通孔38bに連通する一方、他端が前記面14a側で第2酸化剤ガス流路溝44に連通する第2酸化剤ガス連結流路48とが、前記第1セパレータ14を貫通して設けられている。   As shown in FIG. 3, the first separator 14 penetrates through the first separator 14, and one end thereof communicates with the inlet-side oxidant gas communication hole 38a on the surface 14b opposite to the surface 14a. A first oxidant gas connection channel 46 whose end communicates with the first oxidant gas channel groove 42 on the surface 14a side, and one end communicates with the outlet side oxidant gas communication hole 38b on the surface 14b side, A second oxidant gas connection channel 48, the other end of which communicates with the second oxidant gas channel groove 44 on the surface 14a side, is provided through the first separator 14.

図4、図5に示すように、第2セパレータ16の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側には、第1セパレータ14と同様に、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bが形成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the inlet-side fuel gas communication hole 36 a and the inlet are formed on both ends in the lateral direction within the plane of the second separator 16 and located on the outer peripheral edge, as with the first separator 14. A side oxidant gas communication hole 38a, an inlet side cooling medium communication hole 40a, an outlet side cooling medium communication hole 40b, an outlet side fuel gas communication hole 36b, and an outlet side oxidant gas communication hole 38b are formed.

前記第2セパレータ16の面16aには、入口側燃料ガス連通孔36aに近接して複数本、例えば、6本の第1燃料ガス流路溝60が形成される。この第1燃料ガス流路溝60は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在し、3本の第2燃料ガス流路溝62に合流してこの第2燃料ガス流路溝62が出口側燃料ガス連通孔36bの近傍で終端している。
また、第2セパレータ16には、入口側燃料ガス連通孔36aを面16b側から第1燃料ガス流路溝60に連通する第1燃料ガス連結流路64と、出口側燃料ガス連通孔36bを前記面16b側から第2燃料ガス流路溝62に連通する第2燃料ガス連結流路66とが、前記第2セパレータ16を貫通して設けられている。
In the surface 16a of the second separator 16, a plurality of, for example, six first fuel gas passage grooves 60 are formed in the vicinity of the inlet side fuel gas communication hole 36a. The first fuel gas flow channel 60 extends in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction, and merges with the three second fuel gas flow channels 62 to form the second fuel gas flow channel 62. Terminates in the vicinity of the outlet side fuel gas communication hole 36b.
The second separator 16 includes a first fuel gas connection channel 64 that communicates the inlet side fuel gas communication hole 36a from the surface 16b side to the first fuel gas channel groove 60, and an outlet side fuel gas communication hole 36b. A second fuel gas connection channel 66 communicating with the second fuel gas channel groove 62 from the surface 16 b side is provided through the second separator 16.

図2、図5に示すように、第2セパレータ16の面16bには、後述するシールSで囲まれる範囲内に、入口側冷却媒体連通孔40a及び出口側冷却媒体連通孔40bに近接して冷却媒体流路を構成する複数本の主流路溝72a、72bが形成されている。主流路溝72a、72b間には、それぞれ複数本に分岐する分岐流路溝74が水平方向に延在して設けられている。
第2セパレータ16には、入口側冷却媒体連通孔40aと主流路溝72aとを連通する第1冷却媒体連結流路76と、出口側冷却媒体連通孔40bと主流路溝72bとを連通する第2冷却媒体連結流路78とが、前記第2セパレータ16を貫通して設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 5, the surface 16 b of the second separator 16 is close to the inlet side cooling medium communication hole 40 a and the outlet side cooling medium communication hole 40 b within a range surrounded by a seal S described later. A plurality of main flow path grooves 72a and 72b constituting the cooling medium flow path are formed. Between the main flow path grooves 72a and 72b, branch flow path grooves 74 that branch into a plurality of lines are provided extending in the horizontal direction.
The second separator 16 has a first cooling medium connection channel 76 that communicates the inlet side cooling medium communication hole 40a and the main channel groove 72a, and an outlet side cooling medium communication hole 40b and the main channel groove 72b that communicates with each other. A second cooling medium connection channel 78 is provided through the second separator 16.

ここで、図4に示すように、第2セパレータ16の面16aの入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲には溝部30が形成され、この溝部30にシールSが取り付けられている。ここで、前記入口側冷却媒体連通孔40aと出口側冷却媒体連通孔40bとの周囲の溝部30は、各々第1冷却媒体連結流路76、第2冷却媒体連結流路78を囲むように形成されている。   Here, as shown in FIG. 4, the inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium communication hole 40a, and the outlet side cooling medium communication hole 40b of the surface 16a of the second separator 16 are provided. A groove 30 is formed around the outlet side fuel gas communication hole 36 b and the outlet side oxidant gas communication hole 38 b, and a seal S is attached to the groove 30. Here, the grooves 30 around the inlet side cooling medium communication hole 40a and the outlet side cooling medium communication hole 40b are formed so as to surround the first cooling medium connection channel 76 and the second cooling medium connection channel 78, respectively. Has been.

また、図5に示すように、第2セパレータ16の面16bの入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲にも溝部35が形成され、この溝部35にもシールSが取り付けられている。ここで、前記入口側燃料ガス連通孔36aと出口側燃料ガス連通孔36bとの周囲の溝部35は、各々第1燃料ガス連結流路64、第2燃料ガス連結流路66を囲むように形成されている。また、入口側酸化剤ガス連通孔38aと出口側酸化剤ガス連通孔38bとの周囲の溝部35は前記第1セパレータ14の面14bの入口側酸化剤ガス連通孔38aと出口側酸化剤ガス連通孔38bとを囲むように設けられている。   5, the inlet-side fuel gas communication hole 36a, the inlet-side oxidant gas communication hole 38a, the inlet-side cooling medium communication hole 40a, the outlet-side cooling medium communication hole 40b, the surface 16b of the second separator 16, A groove 35 is also formed around the outlet-side fuel gas communication hole 36 b and the outlet-side oxidant gas communication hole 38 b, and a seal S is also attached to the groove 35. Here, the grooves 35 around the inlet side fuel gas communication hole 36a and the outlet side fuel gas communication hole 36b are formed so as to surround the first fuel gas connection channel 64 and the second fuel gas connection channel 66, respectively. Has been. A groove 35 around the inlet-side oxidant gas communication hole 38a and the outlet-side oxidant gas communication hole 38b is connected to the inlet-side oxidant gas communication hole 38a and the outlet-side oxidant gas communication hole of the surface 14b of the first separator 14. It is provided so as to surround the hole 38b.

そして、図2、図3に示すように、第1セパレータ14の面14aには、第1酸化剤ガス連通流路溝42と第2酸化剤ガス連通流路溝44を囲み、かつ、固体高分子電解質膜18に密接しカソード電極20囲むように第1のシールS1が取り付けられている。
また、第1セパレータ14の面14aには、上記第1のシールS1の周囲に、第2のシールS2が取り付けられ、この第2のシールS2が第2セパレータ16の面16aに密接し、アノード電極22を囲むようになっている。
2 and 3, the surface 14a of the first separator 14 surrounds the first oxidant gas communication channel groove 42 and the second oxidant gas communication channel groove 44, and has a solid height. A first seal S <b> 1 is attached so as to be in close contact with the molecular electrolyte membrane 18 and surround the cathode electrode 20.
A second seal S2 is attached to the surface 14a of the first separator 14 around the first seal S1. The second seal S2 is in close contact with the surface 16a of the second separator 16, and the anode The electrode 22 is surrounded.

したがって、図2、図7に示すように、第1セパレータ14と第2セパレータ16とにより、燃料電池セル12を挟持した状態では、第1セパレータ14の面14aと第2セパレータ16の面16aに設けられた入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲の溝部30の各シールSが密接して、上記入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲をシールすると共に、前述した第1のシールS1及び第2のシールS2により燃料電池セル12の周囲を確実にシールすることができる。   Therefore, as shown in FIGS. 2 and 7, when the fuel cell 12 is sandwiched between the first separator 14 and the second separator 16, the surface 14a of the first separator 14 and the surface 16a of the second separator 16 are The provided inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium communication hole 40a, the outlet side cooling medium communication hole 40b, the outlet side fuel gas communication hole 36b, and the outlet side oxidant gas communication The seals S of the grooves 30 around the hole 38b are in close contact with each other so that the inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium communication hole 40a, the outlet side cooling medium communication hole 40b, The periphery of the outlet-side fuel gas communication hole 36b and the outlet-side oxidant gas communication hole 38b is sealed, and the fuel cell is provided by the first seal S1 and the second seal S2. It can be reliably sealed around the 2.

また、図5に示すように、前記第2セパレータ16の面16bには、複数の燃料電池10を積層した際に前記第1セパレータ14の面14bに対向する位置であって、分岐流路溝74の周囲を取り囲む溝部34が設けられ、この溝部34にシールSが取り付けられている。   Also, as shown in FIG. 5, the surface 16b of the second separator 16 is a position facing the surface 14b of the first separator 14 when a plurality of fuel cells 10 are stacked, A groove 34 surrounding the periphery of 74 is provided, and a seal S is attached to the groove 34.

このようにして、燃料電池10を積層した場合に、第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとを重合すると、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲と分岐流路溝74の周囲で第2セパレータ16側のシールSが第1セパレータ14の面14bに密着することで、第1セパレータ14と第2セパレータ16との水密性を確保している。   In this way, when the fuel cells 10 are stacked, if the surface 14b of the first separator 14 and the surface 16b of the second separator 16 are polymerized, the inlet-side fuel gas communication hole 36a and the inlet-side oxidant gas communication hole 38a. The inlet side cooling medium communication hole 40a, the outlet side cooling medium communication hole 40b, the outlet side fuel gas communication hole 36b, the outlet side oxidant gas communication hole 38b, and the branch flow path groove 74 are arranged on the second separator 16 side. Since the seal S is in close contact with the surface 14 b of the first separator 14, water tightness between the first separator 14 and the second separator 16 is ensured.

ここで前記シールS、第1のシールS1、第2のシールS2はシリコンゴム(例えば、硬度50°程度)から成形され、非接着性、接着性のいずれをも使用可能である。尚、メインテナンス等で交換の必要がある部分、例えば第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間のシールSは非接着性のものを使用することが望ましい。   Here, the seal S, the first seal S1, and the second seal S2 are molded from silicon rubber (for example, hardness of about 50 °), and any of non-adhesiveness and adhesiveness can be used. It should be noted that it is desirable to use a non-adhesive seal S for a portion that needs to be replaced for maintenance, for example, the surface 14b of the first separator 14 and the surface 16b of the second separator 16.

このように構成される第1の実施形態に係る燃料電池10の動作について、以下に説明する。
燃料電池10には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス(以下、単に空気ともいう)が供給され、さらにその発電面を冷却するために、冷却媒体が供給される。燃料電池10の入口側燃料ガス連通孔36aに供給された燃料ガスは、図2に示すように、第1燃料ガス連結流路64を介して面16b側から面16a側に移動し、この面16a側に形成されている第1燃料ガス流路溝60に供給される。
The operation of the fuel cell 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.
The fuel cell 10 is supplied with a fuel gas, for example, a gas containing hydrogen obtained by reforming hydrocarbons, and is supplied with air or an oxygen-containing gas (hereinafter also simply referred to as air) as an oxidant gas. A cooling medium is supplied to cool the power generation surface. The fuel gas supplied to the inlet-side fuel gas communication hole 36a of the fuel cell 10 moves from the surface 16b side to the surface 16a side via the first fuel gas connection channel 64, as shown in FIG. The first fuel gas channel groove 60 formed on the 16a side is supplied.

第1燃料ガス流路溝60に供給された燃料ガスは、第2セパレータ16の面16aに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガス中の水素含有ガスは、第2ガス拡散層26を通って単位燃料電池セル12のアノード側電極22に供給される。そして、未使用の燃料ガスは、第1燃料ガス流路溝60に沿って移動しながらアノード側電極22に供給される一方、未使用の燃料ガスが第2燃料ガス流路溝62を介して第2燃料ガス連結流路66に導入され、面16b側に移動した後に図1に示す出口側燃料ガス連通孔36bに排出される。   The fuel gas supplied to the first fuel gas channel groove 60 moves in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction along the surface 16a of the second separator 16. At that time, the hydrogen-containing gas in the fuel gas is supplied to the anode-side electrode 22 of the unit fuel cell 12 through the second gas diffusion layer 26. Unused fuel gas is supplied to the anode-side electrode 22 while moving along the first fuel gas channel groove 60, while unused fuel gas passes through the second fuel gas channel groove 62. After being introduced into the second fuel gas connection channel 66 and moving to the surface 16b side, it is discharged to the outlet side fuel gas communication hole 36b shown in FIG.

また、燃料電池スタック10内の入口側酸化剤ガス連通孔38aに供給された空気は、第1セパレータ14の入口側酸化剤ガス連通孔38aに連通する第1酸化剤ガス連結流路46を介して第1酸化剤ガス流路溝42に導入される。第1酸化剤ガス流路溝42に供給された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する間、この空気中の酸素含有ガスが第1ガス拡散層24からカソード側電極20に供給される。一方、未使用の空気は、第2酸化剤ガス流路溝44を介して第2酸化剤ガス連結流路48から図1に示す出口側酸化剤ガス連通孔38bに排出される。これにより、燃料電池10で発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。   The air supplied to the inlet-side oxidant gas communication hole 38a in the fuel cell stack 10 passes through the first oxidant gas connection channel 46 that communicates with the inlet-side oxidant gas communication hole 38a of the first separator 14. Are introduced into the first oxidant gas channel groove 42. While the air supplied to the first oxidant gas flow channel 42 moves in the gravity direction while meandering in the horizontal direction, the oxygen-containing gas in the air is supplied from the first gas diffusion layer 24 to the cathode side electrode 20. Is done. On the other hand, unused air is discharged from the second oxidant gas connection channel 48 through the second oxidant gas channel groove 44 to the outlet side oxidant gas communication hole 38b shown in FIG. As a result, the fuel cell 10 generates power, and for example, power is supplied to a motor (not shown).

さらにまた、燃料電池10に供給された冷却媒体は、図1に示す入口側冷却媒体連通孔40aに導入された後、図5に示すように、第2セパレータ16の第1冷却媒体連結流路76を介して面16b側の主流路溝72aに供給される。冷却媒体は、主流路溝72aから分岐する複数本の分岐流路溝74を通って単位燃料電池セル12の発電面を冷却した後、主流路溝72bに合流する。そして、使用後の冷却媒体は、第2冷却媒体連結流路78を通って出口側冷却媒体連通孔40bから排出される。   Furthermore, after the cooling medium supplied to the fuel cell 10 is introduced into the inlet side cooling medium communication hole 40a shown in FIG. 1, as shown in FIG. 5, the first cooling medium connection flow path of the second separator 16 is used. It is supplied to the main flow path groove 72a on the surface 16b side through 76. The cooling medium cools the power generation surface of the unit fuel cell 12 through a plurality of branch channel grooves 74 branched from the main channel groove 72a, and then merges with the main channel groove 72b. Then, the used cooling medium is discharged from the outlet side cooling medium communication hole 40 b through the second cooling medium connection channel 78.

上記実施形態によれば、前記第1セパレータ14の面14aとアノード電極22との間に固体高分子電解質膜18を介して介装された第1のシールS1によりカソード電極20及び第1ガス拡散層24の周囲を確実にシールすることができ、また、前記第1セパレータ14の面14aと第2セパレータ16の面16aとの間に介装された第2のシールS2によりアノード電極22及び第2ガス拡散層26の周囲を確実にシールすることができるため、第1のシールS1、第2のシールS2を互いに独立して機能させることができる。したがって、Oリングを対向させた状態で互いに押圧してシールを行なう場合に比較して、位置ズレが原因となるシール切れ等がなくなり、確実にシールを行なうことができる。
また、互いに同一位置で対向させた場合には反力を均等化させるため同一材質に限定されていたが、互いに反力を及ぼすことがなくなるため材質が自由に設定でき、材質の設定自由度が高められる。
According to the above embodiment, the cathode electrode 20 and the first gas diffusion are achieved by the first seal S1 interposed between the surface 14a of the first separator 14 and the anode electrode 22 via the solid polymer electrolyte membrane 18. The periphery of the layer 24 can be surely sealed, and the anode electrode 22 and the second electrode S2 are provided by the second seal S2 interposed between the surface 14a of the first separator 14 and the surface 16a of the second separator 16. Since the periphery of the two-gas diffusion layer 26 can be reliably sealed, the first seal S1 and the second seal S2 can function independently of each other. Therefore, as compared with a case where sealing is performed by pressing each other with the O-rings facing each other, there is no longer any seal breakage due to positional deviation, and sealing can be performed reliably.
Also, when facing each other at the same position, it was limited to the same material in order to equalize the reaction force, but since the reaction force is not exerted on each other, the material can be freely set, and the freedom of setting the material is Enhanced.

そして、第1のシールS1は、固体高分子電解質膜18によじれを起こすような力を作用させることはなく、また、第2のシールS2も燃料電池セル12に対して接触しない構造となっているため、固体高分子電解質膜18に対して剥離方向の力が作用することもない。
更に、第1のシールS1,第2のシールS2の配置位置を一致させる必要がない分だけ、寸法精度管理が容易となり、作業も行ない易くコストダウンを図ることができる。
また、第2のシールS2の断面積を大きくとることができるため、弾性変形量が増加し、シール性を向上することができる。
The first seal S1 does not apply a force that causes kinking by the solid polymer electrolyte membrane 18, and the second seal S2 does not contact the fuel cell 12. Therefore, the force in the peeling direction does not act on the solid polymer electrolyte membrane 18.
Furthermore, since it is not necessary to match the arrangement positions of the first seal S1 and the second seal S2, dimensional accuracy management is facilitated, work can be easily performed, and costs can be reduced.
Further, since the cross-sectional area of the second seal S2 can be increased, the amount of elastic deformation can be increased and the sealing performance can be improved.

次に、図8はこの発明の第2実施形態を示すものである。
この実施形態は、固体高分子電解質膜18の表面積よりもアノード電極22及び第2ガス拡散層26の表面積のほうが大きい点、つまり固体高分子電解質膜18がアノード電極22及び第2ガス拡散層26(アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち大きい表面積の拡散電極)よりも小さい表面積で形成されている点が異なるものである。この実施形態においても前述第1実施形態と同様に第1のシールS1,第2のシールS2により確実にシールすることができる効果がある。尚、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。この実施形態においては第2ガス拡散層26からはみ出した固体高分子電解質膜18の一部が必要なくなるので高価な固体高分子電解質膜18を小さくでき、したがって、固体高分子電解質膜18のコストを下げることができる。
Next, FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the surface area of the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 is larger than the surface area of the solid polymer electrolyte membrane 18, that is, the solid polymer electrolyte membrane 18 is the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26. It is different in that it is formed with a smaller surface area than (a diffusion electrode having a larger surface area among the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode). This embodiment also has an effect that can be surely sealed by the first seal S1 and the second seal S2 as in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. In this embodiment, a part of the solid polymer electrolyte membrane 18 that protrudes from the second gas diffusion layer 26 is not necessary, so that the expensive solid polymer electrolyte membrane 18 can be made small. Therefore, the cost of the solid polymer electrolyte membrane 18 is reduced. Can be lowered.

次に、図9はこの発明の第3実施形態を示すものである。
この実施形態は前記第1セパレータ14の面14aとアノード電極22との間に固体高分子電解質膜18を介して介装された第1のシールS1が、カソード電極20及び第1ガス拡散層24との端面に密着して配置されたものである。この実施形態によれば、カソード電極20及び第1ガス拡散層24との端面からの反応ガスの流出を阻止でき、反応ガスが発電面を通らず出口側まで吹き抜けてしまうのを防止しより一層シール性を高めることができる効果がある。
Next, FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the first seal S1 interposed between the surface 14a of the first separator 14 and the anode electrode 22 via the solid polymer electrolyte membrane 18 is used for the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24. It is arranged in close contact with the end face. According to this embodiment, the outflow of the reaction gas from the end surfaces of the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 can be prevented, and the reaction gas is prevented from blowing through to the outlet side without passing through the power generation surface. There is an effect of improving the sealing performance.

次に、図10はこの発明の第4実施形態を示すものである。
この実施形態は第3実施形態と同様の位置に第1のシールS1を配置すると共に第2のシールS2をこの第1のシールS1とアノード電極22及び第2ガス拡散層26との端面に当接して配置されたものである。この実施形態によれば、カソード電極20及び第1ガス拡散層24との端面、及び、アノード電極22及び第2ガス拡散層26との端面からのガスの流出を確実に阻止でき、反応ガスが発電面を通らず出口側まで吹き抜けてしまうのを防止し更にシール性を高めることができる効果がある。
Next, FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the first seal S1 is disposed at the same position as in the third embodiment, and the second seal S2 is brought into contact with the end faces of the first seal S1, the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26. It is arranged in contact. According to this embodiment, the outflow of gas from the end surfaces of the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 and the end surfaces of the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 can be reliably prevented, and the reaction gas can be prevented. There is an effect that it is possible to prevent blowing through to the exit side without passing through the power generation surface and to further improve the sealing performance.

次に、図11はこの発明の第5実施形態を示すものである。
この実施形態は第1のシールS1をカソード電極20及び第1ガス拡散層24との面方向に延長してアノード電極22及び第2ガス拡散層26と同じ面積まで広がるようにし、第1のシールS1と第2のシールS2との間の空間を無くすことにより、冷熱時の空間部の膨張収縮によるシール部への不必要な圧力がかかることをなくすために、第1のシールS1と第2のシールS2とが積層時に接触するようにしたものである。
したがって、この実施形態によれば上記第4実施形態と同様にカソード電極20及び第1ガス拡散層24との端面、及び、アノード電極22及び第2ガス拡散層26との端面からのガスの流出を確実に阻止できシール性を高めることができる。また、第1のシールS1と第2のシールS2との間の空間を無くすことにより、冷熱時の空間部の膨張収縮によるシール部への不必要な圧力がかかることをなくすことができると共にアノード電極22及び第2ガス拡散層26を第1のシールS1により確実に支持することができる効果がある。
Next, FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the first seal S1 is extended in the surface direction of the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 so as to extend to the same area as the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26, and the first seal S1 is expanded. By eliminating the space between S1 and the second seal S2, the first seal S1 and the second seal S2 are not subjected to unnecessary pressure applied to the seal portion due to expansion and contraction of the space portion during cooling. The seal S2 is in contact with each other during lamination.
Therefore, according to this embodiment, the outflow of gas from the end surfaces of the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 and the end surfaces of the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 as in the fourth embodiment. Can be reliably prevented and the sealing performance can be improved. Further, by eliminating the space between the first seal S1 and the second seal S2, unnecessary pressure is not applied to the seal portion due to expansion and contraction of the space portion during cooling, and the anode There is an effect that the electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 can be reliably supported by the first seal S1.

次に、図12はこの発明の第6実施形態を示すものである。
この実施形態は、図7に示す第1実施形態の固体高分子電解質膜18の大きさとアノード電極22及び第2ガス拡散層26とを同じ大きさにしたものである。
同じ大きさの両者を位置決めすることでこのような構成にすることは困難であるが、製造に際して固体高分子電解質膜18とアノード電極22及び第2ガス拡散層26とを一体化した後その端部を面一で切断することで、少しくらい位置がズレていても、両者の位置をそろえて製造できるため、製造上有利である。また、このように正確に固体高分子電解質膜18とアノード電極22及び第2ガス拡散層26を位置決めできるため、燃料電池を小型化できる。
Next, FIG. 12 shows a sixth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the size of the solid polymer electrolyte membrane 18 of the first embodiment shown in FIG. 7, the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 are made the same size.
Although it is difficult to make such a configuration by positioning both of the same size, after the solid polymer electrolyte membrane 18 is integrated with the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 in the manufacturing process, the end thereof is integrated. By cutting the part flush with each other, even if the position is slightly shifted, it is possible to manufacture the parts with the same position, which is advantageous in manufacturing. Further, since the solid polymer electrolyte membrane 18, the anode electrode 22, and the second gas diffusion layer 26 can be accurately positioned as described above, the fuel cell can be reduced in size.

次に、図13はこの発明の第7実施形態を示すものである。
この実施形態は、図8に示す第2実施形態において、アノード電極22をカソード電極20と同じ大きさにしたものである。これにより、反応に寄与しない高価な触媒を削減できるため、製造費を削減できる。
また、この実施形態では削減したアノード電極22の部分に接着剤50を配置して、固体高分子電解質膜18を接着剤50により第2ガス拡散層26に接着する構造となっている。よって、接着剤50によりアノード電極22を除去した部分とそうでない部分との段差を解消でき、固体高分子電解質膜18が段差部分で曲がるのを防止してこの部分から固体高分子電解質膜18がはがれるのを防止できる。
Next, FIG. 13 shows a seventh embodiment of the present invention.
In this embodiment, the anode electrode 22 is made the same size as the cathode electrode 20 in the second embodiment shown in FIG. Thereby, since the expensive catalyst which does not contribute to reaction can be reduced, manufacturing cost can be reduced.
In this embodiment, the adhesive 50 is disposed on the portion of the anode electrode 22 that has been reduced, and the solid polymer electrolyte membrane 18 is adhered to the second gas diffusion layer 26 by the adhesive 50. Accordingly, the step between the portion where the anode electrode 22 is removed by the adhesive 50 and the portion where the anode electrode 22 is not removed can be eliminated, and the solid polymer electrolyte membrane 18 is prevented from bending at the step portion, and the solid polymer electrolyte membrane 18 is formed from this portion. It can prevent peeling.

次に、図14はこの発明の第8実施形態を示すものである。
この実施形態の燃料電池は、燃料電池セル(電極膜構造体)12とこれを挟持するステンレススチールなどの金属薄板製の第1及び第2セパレータ114,116を備え、これらが複数組積層されて車両用の燃料電池スタックが構成されるものである。尚、以下に説明する第9〜第11実施形態の燃料電池も金属製のセパレータを備えている。
Next, FIG. 14 shows an eighth embodiment of the present invention.
The fuel cell of this embodiment includes a fuel cell (electrode membrane structure) 12 and first and second separators 114 and 116 made of a thin metal plate such as stainless steel that sandwiches the fuel cell (electrode membrane structure). A fuel cell stack for a vehicle is configured. The fuel cells of the ninth to eleventh embodiments described below also include a metal separator.

同図において、燃料電池セル12は、固体高分子電解質膜18を挟んでカソード電極20及びアノード電極22を備えている。前記カソード電極20及び前記アノード電極22には、上述した実施形態と同様に、多孔質層である多孔質カーボンクロス又は多孔質カーボンペーパーからなる第1ガス拡散層24及び第2ガス拡散層26が配設されている。ここで、固体高分子電解質膜18としては、ペルフルオロスルホン酸ポリマーを用いている。また、カソード電極20とアノード電極22はPtを主体とした触媒である。
固体高分子電解質膜18は、アノード電極22と第2ガス拡散層26と同じ大きさに成形され、更にカソード電極20と第1ガス拡散層24はアノード電極22と第2ガス拡散層26よりも表面積が小さく形成されている。
In the figure, a fuel cell 12 includes a cathode electrode 20 and an anode electrode 22 with a solid polymer electrolyte membrane 18 interposed therebetween. The cathode electrode 20 and the anode electrode 22 have a first gas diffusion layer 24 and a second gas diffusion layer 26 made of porous carbon cloth or porous carbon paper, which are porous layers, as in the above-described embodiment. It is arranged. Here, a perfluorosulfonic acid polymer is used as the solid polymer electrolyte membrane 18. The cathode electrode 20 and the anode electrode 22 are catalysts mainly composed of Pt.
The solid polymer electrolyte membrane 18 is formed in the same size as the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26, and the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 are more than the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26. The surface area is small.

このように構成された、燃料電池セル12の第1ガス拡散層24の外側に第1セパレータ114が、第2ガス拡散層26の外側に第2セパレータ116が各々配置されている。ここで、前記第1セパレータ114には、反応ガス導入のためのブリッジ部(セパレータ)151が形成され、このブリッジ部151には内周側の第1のシールS11と外周側の第2のシールS12が一体成形されている。ここで、第1のシールS11と第2のシールS12はベース部152を共通にして一体成形されている。
尚、上記ブリッジ部151は図示都上第1セパレータ114と離れて記載されているが、両者は一体となっている。前記第1のシール部S11は固体高分子電解質膜18を介して、アノード電極22及び第2ガス拡散層26に密着し、第2のシールS12は第2セパレータ116に密着している。
The first separator 114 is arranged outside the first gas diffusion layer 24 of the fuel battery cell 12 and the second separator 116 is arranged outside the second gas diffusion layer 26 thus configured. Here, a bridge portion (separator) 151 for introducing a reaction gas is formed in the first separator 114, and the bridge portion 151 has a first seal S11 on the inner peripheral side and a second seal on the outer peripheral side. S12 is integrally formed. Here, the first seal S <b> 11 and the second seal S <b> 12 are integrally formed with a common base portion 152.
In addition, although the said bridge | bridging part 151 is described apart from the 1st separator 114 on the illustrated city, both are united. The first seal portion S11 is in close contact with the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 via the solid polymer electrolyte membrane 18, and the second seal S12 is in close contact with the second separator 116.

したがって、この実施形態においても、第1のシールS11と第2のシールS12とによりアノード電極22及び第2ガス拡散層26の周囲を確実にシールすることができるため、第1のシールS11、第2のシールS12を互いに独立して機能させることができる。したがって、Oリングを対向させた状態で互いに押圧してシールを行なう場合に比較して、位置ズレが原因となるシール切れ等がなくなり、確実にシールを行なうことができる。   Therefore, also in this embodiment, since the periphery of the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 can be reliably sealed by the first seal S11 and the second seal S12, the first seal S11, the second seal S12, The two seals S12 can function independently of each other. Therefore, as compared with a case where sealing is performed by pressing each other with the O-rings facing each other, there is no longer any seal breakage due to positional deviation, and sealing can be performed reliably.

そして、第1のシールS11は、固体高分子電解質膜18によじれを起こすような力を作用させることはなく、また、第2のシールS12も燃料電池セル12に対して接触しない構造となっているため、固体高分子電解質膜18に対して剥離方向の力が作用することもない。また、第1のシールS11,第2のシールS12の配置位置を一致させる必要がない分だけ、寸法精度管理が容易となり、作業も行ない易くコストダウンを図ることができる。
更に、この実施形態では両セパレータ114,116が金属で成形されているため、プレス成形により容易に成形することができ製造コストを低減できる。また、第1シールS11及び第2シールS12が同じ側で一体成形されているため、その点でも容易に製造でき、製造工数も少なくて済む。
The first seal S11 does not apply a force that causes the solid polymer electrolyte membrane 18 to be kinked, and the second seal S12 does not contact the fuel cell 12. Therefore, the force in the peeling direction does not act on the solid polymer electrolyte membrane 18. Further, since it is not necessary to match the arrangement positions of the first seal S11 and the second seal S12, the dimensional accuracy management is facilitated, the work can be easily performed, and the cost can be reduced.
Furthermore, in this embodiment, since both separators 114 and 116 are formed of metal, they can be easily formed by press molding, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the first seal S11 and the second seal S12 are integrally formed on the same side, it can be easily manufactured in that respect, and the number of manufacturing steps can be reduced.

次に、図15はこの発明の第9実施形態を示すものである。この実施形態において前記実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明は省略する(以下の実施形態において同様)。
この実施形態は、第8実施形態における第2のシールS12を第1のシールS11と分離して、第2セパレータ116側に取り付け、この第2のシールS12を前記第1セパレータ114のブリッジ部151に密着したものである。
したがって、この実施形態によれば、前記実施形態の基本的効果に加え、第1のシールS11と第2のシールS12との各々を別の異なる材質で成形でき設計の自由度を高められる。
Next, FIG. 15 shows a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments).
In this embodiment, the second seal S12 in the eighth embodiment is separated from the first seal S11 and attached to the second separator 116 side, and the second seal S12 is attached to the bridge portion 151 of the first separator 114. It is closely attached to.
Therefore, according to this embodiment, in addition to the basic effects of the above-described embodiment, each of the first seal S11 and the second seal S12 can be molded from different materials, and the degree of freedom in design can be increased.

次に、図16は参考例を示すものである。
この参考例は、アノード電極22及び第2ガス拡散層26と、カソード電極20及び第1ガス拡散層24との外周に、第1のシールS11と第2のシールS12とを、内側と外側とに位置をずらして2重に配置したものである。
具体的には、第8実施形態におけるカソード電極20及び第1ガス拡散層24とが、アノード電極22及び第2ガス拡散層26とが同じ大きさに成形され、第1ガス拡散層24と第2ガス拡散層26よりも固体高分子電解質膜18の方が大きく形成されている。また、カソード電極20と第1ガス拡散層24、アノード電極22と第2ガス拡散層26とに挟持された固体高分子電解質膜18が第2セパレータ116上に配置されている。そして、ブリッジ部151に形成された内周側の第1のシールS11と外周側の第2のシールS12とが同じ大きさでベース部152に一体成形され、第1のシールS11が固体高分子電解質膜18に密着し、第2のシールS12が第2セパレータ116に密着している。
この参考例によれば、第8実施形態の基本的効果に加え、第1ガス拡散層24、第2ガス拡散層26が小さくて済む分、製造コストを低減でき効果がある。また、第1のシールの内側の反応ガスに対して2重のシールを設けることができ、反応ガスの漏れに対する安全性が向上する。
Next, FIG. 16 shows a reference example.
In this reference example, the first seal S11 and the second seal S12 are provided on the outer periphery of the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26, the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24, and the inner side and the outer side. The positions are shifted in a double manner.
Specifically, the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24 in the eighth embodiment are formed in the same size as the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26, and the first gas diffusion layer 24 and the first gas diffusion layer 24 are The solid polymer electrolyte membrane 18 is formed larger than the two-gas diffusion layer 26. A solid polymer electrolyte membrane 18 sandwiched between the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24, the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26 is disposed on the second separator 116. And the 1st seal | sticker S11 of the inner peripheral side formed in the bridge part 151 and the 2nd seal | sticker S12 of the outer peripheral side are integrally molded by the base part 152 by the same magnitude | size, and 1st seal | sticker S11 is a solid polymer. The second seal S12 is in close contact with the second separator 116 and is in close contact with the electrolyte membrane 18.
According to this reference example, in addition to the basic effect of the eighth embodiment, the manufacturing cost can be reduced because the first gas diffusion layer 24 and the second gas diffusion layer 26 are small. In addition, a double seal can be provided for the reaction gas inside the first seal, and the safety against leakage of the reaction gas is improved.

次に図17は他の参考例を示すものである。
この参考例では、カソード電極20及び第1ガス拡散層24と、アノード電極22及び第2ガス拡散層26と、固体高分子電解質膜18とが同じ大きさに成形されている。また、第2ガス拡散層26の周縁近傍に固体高分子電解質膜18が露出するように溝153が形成されている。つまり、第2ガス拡散層26には、外周部分を残して固体高分子電解質膜18を露出させる溝153が形成されている。そして、ブリッジ部151にベース部152を介して一体成形された内側の第1のシールS11と外側の第2のシールS12とが設けられ、第1のシールS11は前記溝153内に挿入されて固体高分子電解質膜18に密着している。第2のシールS12は第2セパレータ116に密着している。
この参考例によれば、固体高分子電解質膜18の前面を両側から押圧することができるため、固体高分子電解質膜18の水分含有量が変化しても伸び縮みして固体高分子電解質膜18にクラックが入るのを防止できる。
Next, FIG. 17 shows another reference example.
In this reference example, the cathode electrode 20 and the first gas diffusion layer 24, the anode electrode 22 and the second gas diffusion layer 26, and the solid polymer electrolyte membrane 18 are formed in the same size. A groove 153 is formed in the vicinity of the periphery of the second gas diffusion layer 26 so that the solid polymer electrolyte membrane 18 is exposed. That is, the second gas diffusion layer 26 is formed with a groove 153 that exposes the solid polymer electrolyte membrane 18 leaving an outer peripheral portion. The bridge portion 151 is provided with an inner first seal S11 and an outer second seal S12 which are integrally formed through the base portion 152. The first seal S11 is inserted into the groove 153. It is in close contact with the solid polymer electrolyte membrane 18. The second seal S12 is in close contact with the second separator 116.
According to this reference example, since the front surface of the solid polymer electrolyte membrane 18 can be pressed from both sides, the solid polymer electrolyte membrane 18 expands and contracts even if the water content of the solid polymer electrolyte membrane 18 changes. It is possible to prevent cracks from entering.

次に、図18はリークテスト装置を示すものである。このリークテスト装置によるテストは、第1セパレータ14と第2セパレータ16とを、燃料電池セル12を挟持した状態でボルトで締め付けて、第1セパレータ14の中央部にヘリウムボンベHBからヘリウムガスを反応ガス流路に供給し、流量計Fによりシール部から外部へのヘリウムの漏れ量を確認したものである。テスト条件は締結荷重1N/mm、測定雰囲気温度20〜24℃、ガス圧力200kPaで行なった。
使用サンプルは、第1のシールS1及び第2のシールS2を用いて固体高分子電解質膜18を挟持した構造のもの、サンプル1(図1〜7に示す第1実施形態の構造)、サンプル2(図8に示す第2実施形態の構造)、サンプル3(図9に示す第3実施形態の構造)、サンプル4(図10に示す第4実施形態の構造)を用いた。尚、図18はサンプル2のテストを行なっている様子を示す。また、サンプル1〜サンプル4においては実験の都合上ステンレス製のセパレータを用いた。
リークテストはテスト初期と冷熱サイクル(−40℃/1hr〜90℃/1hr)と高温耐熱(90℃)で行なった。その結果を表1に示す。
Next, FIG. 18 shows a leak test apparatus. In the test using the leak test apparatus, the first separator 14 and the second separator 16 are fastened with bolts with the fuel cell 12 sandwiched therebetween, and helium gas is reacted from the helium cylinder HB to the center of the first separator 14. The gas was supplied to the gas flow path, and the leak amount of helium from the seal portion to the outside was confirmed by the flow meter F. The test conditions were a fastening load of 1 N / mm, a measurement atmosphere temperature of 20 to 24 ° C., and a gas pressure of 200 kPa.
The samples used have a structure in which the solid polymer electrolyte membrane 18 is sandwiched using the first seal S1 and the second seal S2, Sample 1 (the structure of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7), Sample 2 (Structure of the second embodiment shown in FIG. 8), Sample 3 (structure of the third embodiment shown in FIG. 9), and Sample 4 (structure of the fourth embodiment shown in FIG. 10) were used. FIG. 18 shows a state in which the test of sample 2 is being performed. In Samples 1 to 4, a stainless steel separator was used for the convenience of the experiment.
The leak test was conducted at the initial stage of the test, at a cooling / heating cycle (−40 ° C./1 hr to 90 ° C./1 hr), and at high temperature heat resistance (90 ° C.). The results are shown in Table 1.

Figure 0004545725
Figure 0004545725

テスト結果から、サンプル1〜サンプル4はテスト初期、冷熱サイクル、高温耐熱の全てにおいて漏れが生じなかった。
したがって、第1のシールS1、第2のシールS2のズレ許容範囲を大きくとれ、上下のシールの位置合わせの許容値を大きく取れるという点で生産技術上有利である。
From the test results, samples 1 to 4 did not leak in the initial test, the cooling cycle, and the high temperature heat resistance.
Therefore, it is advantageous in terms of production technology in that the allowable deviation range between the first seal S1 and the second seal S2 can be increased, and the allowable value for the alignment of the upper and lower seals can be increased.

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、図19に示すように、第1のシールS1、第2のシールS2を溝部6内にセットする構造としてもよい。このように構成することにより、第1のシールS1、第2のシールS2の位置決めを容易に行なうことができ、シール断面積を大きく取れることができる。また、上記第1のシールS1を予め第1セパレータ14に取り付けたり、上記第2のシールS2を第1セパレータ14あるいは第2セパレータ16のいずれかに取り付けたりするなど、種々の態様が採用可能である。
また、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲の溝部30の各シールSの溝をなくしたりすることは可能である。
そして、各シールS、第1のシールS1、第2のシールS2として熱硬化型の液状シールを用いても良い。
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, For example, as shown in FIG. 19, it is good also as a structure which sets 1st seal | sticker S1 and 2nd seal | sticker S2 in the groove part 6. As shown in FIG. By comprising in this way, positioning of 1st seal | sticker S1 and 2nd seal | sticker S2 can be performed easily, and a seal | sticker cross-sectional area can be taken large. Various modes such as attaching the first seal S1 to the first separator 14 in advance or attaching the second seal S2 to either the first separator 14 or the second separator 16 can be adopted. is there.
The inlet side fuel gas communication hole 36a, the inlet side oxidant gas communication hole 38a, the inlet side cooling medium communication hole 40a, the outlet side cooling medium communication hole 40b, the outlet side fuel gas communication hole 36b, and the outlet side oxidant gas communication hole. It is possible to eliminate the groove of each seal S in the groove portion 30 around 38b.
A thermosetting liquid seal may be used as each seal S, first seal S1, and second seal S2.

この発明の第1実施形態の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of 1st Embodiment of this invention. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. この発明の実施形態の第1セパレータの図1のB矢視図である。It is a B arrow directional view of FIG. 1 of the 1st separator of embodiment of this invention. この発明の実施形態の第2セパレータの図1のC矢視図である。It is C arrow line view of FIG. 1 of the 2nd separator of embodiment of this invention. この発明の実施形態の第2セパレータの図1のD矢視図である。It is the D arrow line view of Drawing 2 of the 2nd separator of an embodiment of this invention. この発明の第1実施形態の燃料電池セルの平面図である。It is a top view of the fuel cell of a 1st embodiment of this invention. この発明の第1実施形態の図2の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of FIG. 2 of 1st Embodiment of this invention. この発明の第2実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 4th Embodiment of this invention. この発明の第5実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 5th Embodiment of this invention. この発明の第6実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 6th Embodiment of this invention. この発明の第7実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 7th Embodiment of this invention. この発明の第8実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 8th Embodiment of this invention. この発明の第9実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of 9th Embodiment of this invention. 参考例の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of a reference example. 他の参考例の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 7 of another reference example. この発明のリークテスト装置の説明図である。It is explanatory drawing of the leak test apparatus of this invention. この発明の他の実施形態の図7に相当する断面図である。It is sectional drawing corresponded in FIG. 7 of other Embodiment of this invention. 従来技術の断面図である。It is sectional drawing of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

12 燃料電池セル(電極膜構造体)
14、114 第1セパレータ
16、116 第2セパレータ
18 固体高分子電解質膜
20 カソード電極
22 アノード電極
24 第1ガス拡散層
26 第2ガス拡散層
S1、S11 シール(第1のシール)
S2、S12 シール(第2のシール)
153 溝
12 Fuel cell (electrode membrane structure)
14, 114 First separator 16, 116 Second separator 18 Solid polymer electrolyte membrane 20 Cathode electrode 22 Anode electrode 24 First gas diffusion layer 26 Second gas diffusion layer S1, S11 Seal (first seal)
S2, S12 Seal (second seal)
153 groove

Claims (11)

固体高分子電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成された燃料電池において、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極とを、いずれか一方の面が他方の面内に収まるように配置して電極膜構造体を形成し、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち大きい表面積の拡散電極の外周部分と一方のセパレータとの間に、小さい表面積の拡散電極を囲むように第1のシールを設け、前記一方のセパレータと他方のセパレータとの間であって、大きい表面積の拡散電極を囲むように第2のシールを設けたことを特徴とする燃料電池。   In a fuel cell constructed by sandwiching an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane and anode-side diffusion electrodes and cathode-side diffusion electrodes on both sides thereof with a pair of separators, the anode-side diffusion electrode and cathode side An electrode film structure is formed by disposing a diffusion electrode so that one of the surfaces is within the other surface, and an outer peripheral portion of the diffusion electrode having a large surface area among the anode-side diffusion electrode and the cathode-side diffusion electrode; A first seal is provided so as to surround a diffusion electrode having a small surface area between one separator and a second seal so as to surround the diffusion electrode having a large surface area between the one separator and the other separator. A fuel cell provided with a seal. 前記固体高分子電解質膜が、前記大きい表面積の拡散電極よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the solid polymer electrolyte membrane is formed smaller than the diffusion electrode having the large surface area. アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のいずれかの端面に少なくとも第1のシールあるいは第2のシールが密着していることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein at least the first seal or the second seal is in close contact with one end face of the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode. 前記第1のシールが前記小さい表面積の拡散電極の端面に密着し、更に前記大きい表面積の拡散電極と同じ面積まで広がることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the first seal is in close contact with an end face of the diffusion electrode having the small surface area and further extends to the same area as the diffusion electrode having the large surface area. 前記第2のシールが、第1のシールと前記大きい表面積の拡散電極の両方の端面に密着していることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 4, wherein the second seal is in close contact with both end faces of the first seal and the diffusion electrode having the large surface area. 前記固体高分子電解質膜と、前記大きい表面積の拡散電極との大きさが同一であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the solid polymer electrolyte membrane and the diffusion electrode having the large surface area are the same in size. 前記大きい表面積の拡散電極の触媒部分の大きさを前記小さい表面積の拡散電極の触媒部分と同じ大きさにしたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the size of the catalyst portion of the diffusion electrode having the large surface area is the same as the size of the catalyst portion of the diffusion electrode having the small surface area. 前記セパレータが緻密質カーボン製であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is made of dense carbon. 前記セパレータが金属薄板製であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is made of a thin metal plate. 前記第1のシールと第2のシールはセパレータに一体成形されていることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 9, wherein the first seal and the second seal are integrally formed with a separator. 前記第1のシールと第2のシールとが各々別のセパレータに設けられていることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 10, wherein the first seal and the second seal are provided in different separators.
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