JP4959980B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

この発明は、複数の単位電池を積層して構成した固体高分子型燃料電池に関し、特に、セパレータおよび電解質膜を小さくすることによってコストを抑制できる固体高分子型燃料電池に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell configured by laminating a plurality of unit cells, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell capable of suppressing cost by reducing a separator and an electrolyte membrane.

電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタックは、電解質膜を燃料極と酸化剤極で狭持した膜・電極複合体（ＭＥＡ）の両面に、ガス流通路を設けた電気伝導性のセパレータを配置して単セル電池を構成し、単セル電池（単位電池）を複数積層した積層体の側面に、反応に必要な燃料（水素）と酸化剤（空気）および冷却に必要な冷却水を分配・回収するマニホールドを配置して構成される。   The fuel cell stack using a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte is provided with gas flow passages on both sides of a membrane / electrode assembly (MEA) in which the electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidizer electrode. A single-cell battery is constructed by arranging electrically conductive separators, and the fuel (hydrogen), oxidant (air), and cooling required for the reaction are formed on the side surface of the laminated body in which a plurality of single-cell batteries (unit batteries) are stacked. It is configured with a manifold that distributes and collects the cooling water required for the operation.

一般的に単セル電池を構成するセパレータと電解質膜は概略同じ大きさである。一方、燃料極と酸化剤極を構成するガス拡散電極は、ガス拡散層と触媒層から構成され、触媒層の大きさはセパレータや電解質膜よりも一回り小さく構成され、触媒層の周囲には燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐためのエッジシール材が用いられる。エッジシール材は、ガス拡散層をセパレータや電解質膜よりも一回り小さくし、ガス拡散層の周囲に配置される構造、およびガス拡散層をセパレータや電解質膜と同じ構造とし、触媒層の周囲のガス拡散層内の気孔に充填される構造などが考案されている。   In general, a separator and an electrolyte membrane constituting a single cell battery are approximately the same size. On the other hand, the gas diffusion electrode that constitutes the fuel electrode and the oxidant electrode is composed of a gas diffusion layer and a catalyst layer, and the size of the catalyst layer is slightly smaller than that of the separator or the electrolyte membrane. An edge seal material is used to prevent mixing of fuel gas and oxidant gas. The edge seal material has a gas diffusion layer that is slightly smaller than the separator and electrolyte membrane, and is arranged around the gas diffusion layer, and the gas diffusion layer has the same structure as the separator and electrolyte membrane. A structure that fills the pores in the gas diffusion layer has been devised.

上記構造では反応に寄与する「有効部分」は触媒層の大きさに相当する。一方、単セル電池を構成するセパレータや電解質膜は「有効部分」よりも大きく、コストアップの原因となっていた。一方、エッジシールの幅はガスシールに必要な幅だけでなく、セパレータ端部とガス流通路端部の間の幅にも制限を受ける。セパレータ端部とガス流通路端部の間の幅は、ガスマニホールドの壁の厚さよりも大きくなるのが通例であり、ガスマニホールドの壁の厚さがエッジシールの幅の制限となる課題がある。   In the above structure, the “effective part” contributing to the reaction corresponds to the size of the catalyst layer. On the other hand, the separator and the electrolyte membrane constituting the single cell battery are larger than the “effective portion”, which causes a cost increase. On the other hand, the width of the edge seal is limited not only by the width necessary for the gas seal but also by the width between the separator end and the gas flow passage end. The width between the end of the separator and the end of the gas flow passage is usually larger than the thickness of the wall of the gas manifold, and there is a problem that the thickness of the wall of the gas manifold limits the width of the edge seal. .

エッジシールの幅を短縮する方法に関して、特許文献１では、ガス流路を設けた「ガス供給領域」よりも「触媒塗布領域」を広げ、組立ての際に誤差を含んでもガス供給領域が確実に触媒塗布領域に含まれる構造が提案されている。
特開２００２−３７３６８０号公報 Regarding the method for shortening the width of the edge seal, in Patent Document 1, the “catalyst application region” is expanded more than the “gas supply region” provided with the gas flow path, and the gas supply region is surely secured even if there is an error during assembly. A structure included in the catalyst application region has been proposed.
JP 2002-373680 A

特許文献１による方法では、触媒塗布領域がガス供給領域よりも広くとられ、エッジシールの幅が短縮されているが、エッジシール幅の制限については記述されておらず、マニホールドとの位置関係が明確ではない。またガス拡散層が触媒塗布領域よりも広く、電解質膜が露出する領域が存在し、膜の破損を加速させる恐れがある。   In the method according to Patent Document 1, the catalyst application area is wider than the gas supply area and the width of the edge seal is shortened. However, the limitation on the edge seal width is not described, and the positional relationship with the manifold is not described. Not clear. Further, the gas diffusion layer is wider than the catalyst application region, and there is a region where the electrolyte membrane is exposed, which may accelerate the breakage of the membrane.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池のセパレータおよび電解質膜の必要な大きさを最小限にしてコストを抑えることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to minimize the required size of the separator and the electrolyte membrane of the fuel cell and to suppress the cost.

本発明は上記目的を達成するものであって、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、を特徴とする。   The present invention achieves the above-described object, and includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and the plurality of units. An oxidant inlet manifold for delivering oxidant gas to each of the cells; a fuel outlet manifold for discharging fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold for discharging oxidant gas from each of the plurality of unit cells; A fuel cell in which the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold, and the oxidant outlet manifold are arranged so as to extend in the stacking direction in contact with side surfaces of the stacked body at a manifold seal portion, respectively, Each of the unit cells has a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between two gas diffusion electrodes. And a separator that is disposed in contact with the gas diffusion electrode and that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path at positions in contact with the gas diffusion electrode, respectively, in the stacking direction. The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is oxidized. An oxidant gas inlet is connected to the oxidant inlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet, and an edge seal material is disposed at least along the outer periphery of the gas diffusion electrode. At least one widthwise outer edge of the fuel gas inlet, the fuel gas outlet, the oxidant gas inlet, and the oxidant gas outlet It is inside than the widthwise outer edge of the diffusion electrode, characterized by.

また、本発明の他の態様では、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体から構成され、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとの各マニホールドが前記積層体内の外周部近くの内部マニホールド部で前記積層方向に延びるように形成された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドとを形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドの第１辺に接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドの第１辺に接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドの第１辺に接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドの第１辺に接続され、少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあり、前記内部マニホールド部の厚みは、他のマニホールドを介さないで前記セパレータの端部から前記マニホールドの第１辺に交わる第２辺までの最短距離を表す長さであり、前記エッジシール材の幅が前記内部マニホールド部の厚さよりも小さいこと、を特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a fuel inlet manifold that is configured by a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, and distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and the plurality of unit cells. An oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each, a fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells, and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells . In the fuel cell in which each manifold is formed so as to extend in the stacking direction at an internal manifold near the outer periphery of the stack, each unit cell has a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between two gas diffusion electrodes. And the membrane / electrode composite and the gas diffusion electrode arranged in contact with the gas diffusion electrode. A fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and a separator that forms the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold, and the oxidant outlet manifold in the stacking direction; The gas flow passage is connected to the first side of the fuel inlet manifold at the fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the first side of the fuel outlet manifold at the fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is oxidized. The oxidant gas inlet is connected to the first side of the oxidant inlet manifold , the oxidant gas flow passage is connected to the first side of the oxidant outlet manifold at the oxidant gas outlet, and at least on the outer periphery of the gas diffusion electrode along which is arranged an edge sealant, the fuel gas inlet, a fuel gas outlet, an oxidant gas inlet and the oxidant gas outlet Ri inside near than the widthwise outer edge of at least one widthwise edge is the gas diffusion electrode, the thickness of the inner manifold portion, the first side of the manifold from an end portion of the separator without passing through the other manifold Is a length representing the shortest distance to the second side that intersects, and the width of the edge seal material is smaller than the thickness of the internal manifold portion .

この発明によれば、燃料電池のセパレータおよび電解質膜の必要な大きさを最小限にしてコストを抑えることができる。   According to the present invention, the required size of the separator and electrolyte membrane of the fuel cell can be minimized to reduce the cost.

以下、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１の実施形態］
図１ないし図５を用いて第１の実施形態の固体高分子型燃料電池を説明する。第１の実施形態は、燃料電池スタックの外側にマニホールドを配置したいわゆる外部マニホールド型燃料電池である。 [First Embodiment]
The polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The first embodiment is a so-called external manifold type fuel cell in which a manifold is disposed outside the fuel cell stack.

単セル電池（単位電池）１は、膜・電極複合体（ＭＥＡ）２と、燃料セパレータ３と、酸化剤・冷却水セパレータ４とが積層されて構成されている。燃料セパレータ３の表面には溝によって燃料ガス流通路５が形成されており、その端部は燃料セパレータ３の側面に開口している。酸化剤・冷却水セパレータ４の一方の表面には酸化剤ガス流通路６が、もう一方の表面には冷却水流通路７がそれぞれ溝によって形成されており、それらの端部は酸化剤・冷却水セパレータ４の側面に開口している。単セル電池１は複数積層されて積層体８を構成する。   The single cell battery (unit battery) 1 is configured by laminating a membrane / electrode assembly (MEA) 2, a fuel separator 3, and an oxidant / cooling water separator 4. A fuel gas flow passage 5 is formed by a groove on the surface of the fuel separator 3, and an end thereof opens to the side surface of the fuel separator 3. An oxidant gas flow path 6 is formed on one surface of the oxidant / cooling water separator 4, and a cooling water flow path 7 is formed on the other surface by grooves, the ends of which are oxidant / cooling water. Opened on the side surface of the separator 4. A plurality of unit cell batteries 1 are stacked to form a stacked body 8.

積層体８の側面には、酸化剤入口マニホールド１０、冷却水出口マニホールド１１、酸化剤（空気）出口マニホールド１２、冷却水入口マニホールド１３、燃料入口マニホールド１４、燃料出口マニホールド１５が積層方向に延びるように配置され、酸化剤ガス流通路６、燃料ガス流通路５、冷却水流通路７のいずれかと連通している。各マニホールド１０〜１５の外壁を形成する板材の端部が積層体8の側面と接合してシール部４０を形成している。   An oxidant inlet manifold 10, a cooling water outlet manifold 11, an oxidant (air) outlet manifold 12, a cooling water inlet manifold 13, a fuel inlet manifold 14, and a fuel outlet manifold 15 extend in the stacking direction on the side surface of the stacked body 8. And communicates with any one of the oxidant gas flow path 6, the fuel gas flow path 5, and the cooling water flow path 7. The end portions of the plate material forming the outer walls of the manifolds 10 to 15 are joined to the side surfaces of the laminate 8 to form the seal portion 40.

これらにより、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜・電極複合体２に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行なう。   As a result, the fuel / oxidant gas necessary for the reaction is supplied to and discharged from the membrane / electrode assembly 2, cooling water at a predetermined flow rate is supplied, and the heat generated by the reaction is cooled.

膜・電極複合体２は電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９をそれぞれ配置し、さらに外側にはガス拡散層２０、２１を配置して構成される。アノード触媒層１８およびガス拡散層２０によりアノード電極３０が構成され、カソード触媒層１９およびガス拡散層２１によりカソード電極３１が構成されている。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４と同じ大きさまで延長されている。アノード触媒層１８およびカソード触媒層１９はセパレータ３、４や電解質膜１７よりも一回り小さく、その周囲には反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。エッジシール材２２は、燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６の端部の溝よりも外側に配置されている。   The membrane / electrode composite 2 is configured by disposing an anode catalyst layer 18 and a cathode catalyst layer 19 on both sides of the electrolyte membrane 17 and further disposing gas diffusion layers 20 and 21 on the outside. The anode catalyst layer 18 and the gas diffusion layer 20 constitute an anode electrode 30, and the cathode catalyst layer 19 and the gas diffusion layer 21 constitute a cathode electrode 31. The electrolyte membrane 17 needs to have gas barrier properties as well as ionic conductivity, and is extended to the same size as the fuel separator 3 and the oxidizer / cooling water separator 4 in order to prevent mixing of the reaction gas. The anode catalyst layer 18 and the cathode catalyst layer 19 are slightly smaller than the separators 3, 4 and the electrolyte membrane 17, and an edge seal material 22 for sealing the reaction gas is disposed around the anode catalyst layer 18 and the cathode catalyst layer 19. The edge seal material 22 is disposed outside the grooves at the ends of the fuel gas flow passage 5 and the oxidant gas flow passage 6.

アノード触媒層１８、カソード触媒層１９およびガス拡散層２０、２１の範囲がガス拡散電極有効部３３（図１参照）である。ガス拡散電極有効部３３の幅Ｌ１は、両側のエッジ幅Ｌ２の分だけ燃料セパレータ幅Ｌ３よりも小さい。燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４は燃料セパレータ幅Ｌ３に等しい。また、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部幅Ｌ５は、燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４から両側のマニホールド壁厚さ（マニホールドシール部厚さ）Ｌ６分を差し引いた長さになる。この開口部幅Ｌ５はガス拡散電極有効部幅Ｌ１よりも小さく、燃料ガス流通路５よりも内側に位置している。   The range of the anode catalyst layer 18, the cathode catalyst layer 19, and the gas diffusion layers 20 and 21 is the gas diffusion electrode effective portion 33 (see FIG. 1). The width L1 of the gas diffusion electrode effective portion 33 is smaller than the fuel separator width L3 by the edge width L2 on both sides. The width L4 of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 is equal to the fuel separator width L3. The opening width L5 of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 is a length obtained by subtracting the manifold wall thickness (manifold seal portion thickness) L6 on both sides from the width L4 of the fuel outlet manifold 15. The opening width L5 is smaller than the gas diffusion electrode effective portion width L1, and is located inside the fuel gas flow passage 5.

図３に酸化剤・冷却水セパレータ４の平面図を、図４に酸化剤・冷却水セパレータ４の底面図を、図５に燃料セパレータ３の平面図を示す。図３の実線は酸化剤ガス流通路６の溝を表し、図４の実線は冷却水流通路７の溝を表し、図５の実線は燃料ガス流通路５の溝を表している。   FIG. 3 is a plan view of the oxidizer / cooling water separator 4, FIG. 4 is a bottom view of the oxidizer / cooling water separator 4, and FIG. 5 is a plan view of the fuel separator 3. 3 represents the groove of the oxidant gas flow passage 6, the solid line of FIG. 4 represents the groove of the cooling water flow passage 7, and the solid line of FIG. 5 represents the groove of the fuel gas flow passage 5.

燃料ガス流通路５、酸化剤ガス流通路６、冷却水流通路７は、それぞれが互いにほぼ平行な複数本の流通路からなり、各流通路が各々の入口マニホールド１４、１０、１３および出口マニホールド１５、１２、１１と連通している。図３〜図５の破線６０は触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界（すなわち、ガス拡散電極有効部３３（図２参照）の外縁）を表している。図１に示したように、内部のエッジシール材２２のエッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路５、６、７の溝がエッジ近傍まで設置されている。マニホールドへの開口部近くでは、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。   The fuel gas flow passage 5, the oxidant gas flow passage 6, and the cooling water flow passage 7 are each composed of a plurality of flow passages that are substantially parallel to each other, and each flow passage includes an inlet manifold 14, 10, 13 and an outlet manifold 15. , 12, 11 are communicated. The broken line 60 in FIGS. 3 to 5 represents the boundary between the catalyst layers 18 and 19 and the edge seal material 22 (that is, the outer edge of the gas diffusion electrode effective portion 33 (see FIG. 2)). As shown in FIG. 1, the edge width L2 of the inner edge seal material 22 is set to be thinner than the manifold thickness L6, and the grooves of the flow passages 5, 6, and 7 are installed to the vicinity of the edge. Near the opening to the manifold, several flow passage grooves from the outermost are in a crank shape, and the reaction gas is sufficiently supplied to the outermost grooves.

図６〜図８には、酸化剤・冷却水セパレータ４および燃料セパレータ３の変形例を示す。図３〜図５の場合と同様に、エッジシール幅Ｌ２がマニホールド厚さＬ６よりも薄く設定されている。エッジシール材２２近傍の最外部から数本の流通路溝は、マニホールド開口部にて隣接する流通路溝に分岐・合流し、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。   6 to 8 show modifications of the oxidizer / cooling water separator 4 and the fuel separator 3. As in the case of FIGS. 3 to 5, the edge seal width L2 is set to be thinner than the manifold thickness L6. Several flow passage grooves from the outermost part in the vicinity of the edge seal material 22 branch and merge into adjacent flow passage grooves at the manifold opening, and the reaction gas is sufficiently supplied to the outermost groove.

図９には、従来の燃料電池スタックと第１の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックではエッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の１０ｍｍと同じである。第１の実施形態ではエッジシール幅Ｌ２を６ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１、幅（長さ）Ｌ１’ともに拡大し、有効面積は２５ｃｍ２（１１％）増加した。以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。 FIG. 9 shows a comparison of separator size, edge seal width, and catalyst layer size between the conventional fuel cell stack and the fuel cell stack of the first embodiment. In the conventional fuel cell stack, the edge seal width L2 is the same as the manifold thickness L6 of 10 mm. In the first embodiment, the edge seal width L2 is reduced to 6 mm, and a gas flow passage groove is provided in the vicinity thereof, whereby both the width L1 and the width (length) L1 ′ of the catalyst layer are expanded, and the effective area is 25 cm 2. (11%) increased. With the above configuration, the edge seal width L2 can be made smaller than the gas manifold thickness L6, that is, the reaction effective portion can be expanded to the maximum, and the output of the fuel cell is improved.

［第２の実施形態］
図１０〜図１３を用いて第２の実施形態の固体高分子型燃料電池を説明する。ここで、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。第２の実施形態は、燃料電池スタック内にマニホールドを形成したいわゆる内部マニホールド型燃料電池である。 [Second Embodiment]
The polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Here, the same or similar parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The second embodiment is a so-called internal manifold type fuel cell in which a manifold is formed in a fuel cell stack.

燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４それぞれの外周近くの対応する位置に、酸化剤入口マニホールド１０、冷却水出口マニホールド１１、酸化剤出口マニホールド１２、冷却水入口マニホールド１３、燃料入口マニホールド１４、燃料出口マニホールド１５の各開口が形成されている。膜・電極複合体２（図１参照）と燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４を積層したときに各マニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の開口がそれぞれ連通して積層方向に延びるマニホールドが形成される。   At corresponding positions near the outer peripheries of the fuel separator 3 and the oxidant / cooling water separator 4, an oxidant inlet manifold 10, a cooling water outlet manifold 11, an oxidant outlet manifold 12, a cooling water inlet manifold 13, a fuel inlet manifold 14, Each opening of the fuel outlet manifold 15 is formed. When the membrane / electrode assembly 2 (see FIG. 1), the fuel separator 3 and the oxidant / cooling water separator 4 are laminated, the openings of the manifolds 10, 11, 12, 13, 14, and 15 communicate with each other in the lamination direction. Is formed.

燃料セパレータ３のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分に燃料ガス流通路５が形成され、各燃料ガス流通路５は燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５に連通している。同様に、酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分に酸化剤ガス流通路６が形成され、各酸化剤ガス流通路６は酸化剤入口マニホールド１０および酸化剤出口マニホールド１２に連通している。   A fuel gas flow passage 5 is formed in an inner portion of the fuel separator 3 at positions of the manifolds 10, 11, 12, 13, 14, 15, and each fuel gas flow passage 5 communicates with the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15. ing. Similarly, an oxidant gas flow passage 6 is formed in an inner portion of the oxidant / cooling water separator 4 at the positions of the manifolds 10, 11, 12, 13, 14, and 15, and each oxidant gas flow passage 6 is an oxidant inlet. The manifold 10 and the oxidant outlet manifold 12 are in communication.

酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分の酸化剤ガス流通路６の裏面に冷却水流通路７が形成され、各冷却水流通路７は冷却水入口マニホールド１４および冷却水出口マニホールド１５に連通している。酸化剤ガス流通路６、燃料ガス流通路５、冷却水流通路７を通じて、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜・電極複合体２に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行なう。   A cooling water flow passage 7 is formed on the back surface of the oxidant gas flow passage 6 inside the manifold 10, 11, 12, 13, 14, 15 of the oxidant / cooling water separator 4, and each cooling water flow passage 7 is cooled. The water inlet manifold 14 and the cooling water outlet manifold 15 communicate with each other. Fuel / oxidant gas required for the reaction is supplied to and discharged from the membrane / electrode assembly 2 through the oxidant gas flow path 6, the fuel gas flow path 5, and the cooling water flow path 7, and a predetermined amount of cooling water is supplied. Cooling of the heat generated by the reaction.

燃料電池スタックの断面形状はほぼ長方形であり、マニホールドに囲まれた中央部に、電池反応を行なう起電部が配置されている。   The cross-sectional shape of the fuel cell stack is substantially rectangular, and an electromotive portion that performs a cell reaction is disposed in a central portion surrounded by the manifold.

図１１〜図１３の破線６０は、触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界を表している。図１に示したのと同様に、内部のエッジシール材２２のエッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路５、６、７の溝がエッジ近傍まで設置されている。マニホールドに開口している付近では、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスまたは冷却水が十分に供給される。   A broken line 60 in FIGS. 11 to 13 represents a boundary between the catalyst layers 18 and 19 and the edge seal material 22. As shown in FIG. 1, the edge width L2 of the inner edge seal material 22 is set to be thinner than the manifold thickness L6, and the grooves of the flow passages 5, 6, and 7 are installed to the vicinity of the edge. In the vicinity of the opening to the manifold, several flow passage grooves are formed in a crank shape from the outermost part, and the reaction gas or the cooling water is sufficiently supplied also to the outermost groove.

図１４には、従来の燃料電池スタックと第２の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅Ｌ２、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックでは、エッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の５０ｍｍと同じである。第２の実施形態では、エッジシール幅Ｌ２を４６ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１、幅（長さ）Ｌ１’ともに拡大し、有効面積は２５ｃｍ２（１１％）増加した。以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。 FIG. 14 shows a comparison of separator size, edge seal width L2, and catalyst layer size between the conventional fuel cell stack and the fuel cell stack of the second embodiment. In the conventional fuel cell stack, the edge seal width L2 is the same as the manifold thickness L6 of 50 mm. In the second embodiment, by reducing the edge seal width L2 to 46 mm and providing a gas flow passage groove in the vicinity thereof, both the width L1 and width (length) L1 ′ of the catalyst layer are expanded, and the effective area is 25 cm. 2 (11%) increase. With the above configuration, the edge seal width L2 can be made smaller than the gas manifold thickness L6, that is, the reaction effective portion can be expanded to the maximum, and the output of the fuel cell is improved.

［第３の実施形態］
図１５〜図１９を用いて第３の実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。第３の実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。第３の実施形態は、第１の実施形態と同様に外部マニホールド型燃料電池である。 [Third Embodiment]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell stack according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. The third embodiment is a modification of the first embodiment, and parts that are the same as or similar to those in the first embodiment are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted. The third embodiment is an external manifold type fuel cell as in the first embodiment.

この実施形態では、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部が積層体８の幅よりも広く、燃料入口マニホールド１４は酸化剤ガス入口マニホールド１０および冷却水入口マニホールド１３の側面と接し、燃料出口マニホールド１５は冷却水出口マニホールド１３および酸化剤ガス出口マニホールド１０の側面と接している。これにより、ガス拡散電極有効部３３（図１６参照）の燃料流通路５幅方向寸法をさらに拡大することができ、セパレータ幅と同等としている。   In this embodiment, the openings of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 are wider than the width of the stacked body 8, and the fuel inlet manifold 14 is in contact with the side surfaces of the oxidant gas inlet manifold 10 and the coolant inlet manifold 13. The outlet manifold 15 is in contact with the side surfaces of the cooling water outlet manifold 13 and the oxidant gas outlet manifold 10. Thereby, the fuel flow path 5 width direction dimension of the gas diffusion electrode effective part 33 (refer FIG. 16) can further be expanded, and it is equivalent to the separator width.

図１５は、燃料電池スタックの断面図（燃料流通路幅方向）を示す。膜・電極複合体２は電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９を配置し、さらに外側にはガス拡散層２１、２２を配置して構成される。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、セパレータ３、４と同じ大きさまで延長されている。この実施形態では、触媒層２１、２２もセパレータ３、４や電解質膜１７と同じ大きさとしている。   FIG. 15 is a sectional view of the fuel cell stack (in the fuel flow passage width direction). The membrane / electrode assembly 2 is configured by disposing an anode catalyst layer 18 and a cathode catalyst layer 19 on both sides of the electrolyte membrane 17 and further disposing gas diffusion layers 21 and 22 on the outside. The electrolyte membrane 17 needs to have gas barrier properties as well as ion conductivity, and is extended to the same size as the separators 3 and 4 in order to prevent mixing of reaction gases. In this embodiment, the catalyst layers 21 and 22 are also the same size as the separators 3 and 4 and the electrolyte membrane 17.

セパレータ３、４や電解質膜１７、触媒層１８、１９、ガス拡散層２１、２２の外側側面には、反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。このようなシール材２２としては、絶縁性がありガス気密性があれば良く、熱可塑性の溶融シートや、絶縁性接着剤、絶縁性接着テープなどが用いられる。具体的な材質として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）といったフッ素系材料や、ポリエチレンやポリオレフィン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などが好適である。   On the outer side surfaces of the separators 3 and 4, the electrolyte membrane 17, the catalyst layers 18 and 19, and the gas diffusion layers 21 and 22, an edge seal material 22 that seals the reaction gas is disposed. As such a sealing material 22, what is necessary is just to have insulation and gas tightness, and a thermoplastic molten sheet, an insulating adhesive, an insulating adhesive tape, etc. are used. As specific materials, fluorine-based materials such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), polyethylene, polyolefin, PVDF (polyvinylidene fluoride), and the like are preferable. .

燃料ガスマニホールドの開口部は図１５の破線６２で示された位置にあり、セパレータ３、４よりも外側に位置し、図１６に示すように空気・冷却水マニホールドに固定され、さらに拡大されたガス流通路をカバーする。   The opening of the fuel gas manifold is located at the position indicated by the broken line 62 in FIG. 15, located outside the separators 3 and 4, and fixed to the air / cooling water manifold as shown in FIG. Cover the gas flow path.

図１７に酸化剤・冷却水セパレータ４の平面図を、図１８に酸化剤・冷却水セパレータ４の底面図を、図１９に燃料セパレータ３の平面図を示す。図１７〜図１９の破線６０は触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界を表している。図１５に示すように、内部のエッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路溝がエッジ近傍まで設置されている。酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールドに開口している付近では、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。燃料セパレータ３のガス流通路５は直線状で良く、セパレータ幅よりも広いマニホールドでカバーされている。   17 is a plan view of the oxidizer / cooling water separator 4, FIG. 18 is a bottom view of the oxidizer / cooling water separator 4, and FIG. 19 is a plan view of the fuel separator 3. A broken line 60 in FIGS. 17 to 19 represents a boundary between the catalyst layers 18 and 19 and the edge seal material 22. As shown in FIG. 15, the inner edge seal width L2 is set to be thinner than the manifold thickness L6, and the flow path groove is installed to the vicinity of the edge. In the vicinity of the opening of the manifold of the oxidant / cooling water separator 4, several flow passage grooves are formed in a crank shape from the outermost part, and the reaction gas is sufficiently supplied also to the outermost groove. The gas flow path 5 of the fuel separator 3 may be linear and is covered with a manifold wider than the separator width.

図２０には、従来の燃料電池スタックと第３の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅Ｌ２、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックでは燃料エッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の１０ｍｍに端部溝山幅Ｌ７（図１５）の２ｍｍを加えた１２ｍｍである。第３の実施形態では燃料エッジ幅Ｌ２を１ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１をさらに拡大し、有効面積は４７ｃｍ２（２２％）増加した。 FIG. 20 shows a comparison of separator size, edge seal width L2, and catalyst layer size between the conventional fuel cell stack and the fuel cell stack of the third embodiment. In the conventional fuel cell stack, the fuel edge width L2 is 12 mm, which is 10 mm of the manifold thickness L6 plus 2 mm of the end groove crest width L7 (FIG. 15). In the third embodiment, the fuel edge width L2 is reduced to 1 mm and a gas flow passage groove is provided in the vicinity thereof, thereby further expanding the width L1 of the catalyst layer and increasing the effective area by 47 cm 2 (22%).

以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。また、燃料セパレータは平板に直線状の流通路溝を繰り返し設けたシンプルな構造でよく、溝間の溝山幅Ｌ７よりもエッジ幅Ｌ２が短いことから、より大きなサイズのセパレータを溝山で切断して大量に効率良く製作が可能となり、製作コストを抑えることができる。また、膜・電極複合体２の形状も、触媒層１８、１９の周囲に電解質膜１７が額縁状に飛び出した形状から左右のみ飛び出した形状となり、膜・電極複合体２をロール状に製造後、ロール長さ方向で切断することで無駄なく使うことが可能となり、膜・電極複合体２のコストも抑えることができる。   With the above configuration, the edge seal width L2 can be made smaller than the gas manifold thickness L6, that is, the reaction effective portion can be expanded to the maximum, and the output of the fuel cell is improved. The fuel separator may have a simple structure in which a straight flow passage groove is repeatedly provided on a flat plate, and the edge width L2 is shorter than the groove width L7 between the grooves, so that a separator having a larger size is cut at the groove. Thus, a large amount can be efficiently manufactured, and the manufacturing cost can be reduced. Further, the shape of the membrane / electrode assembly 2 is also a shape in which the electrolyte membrane 17 protrudes from the shape of the frame shape around the catalyst layers 18 and 19 only to the left and right, after the membrane / electrode assembly 2 is manufactured in a roll shape. By cutting in the roll length direction, it can be used without waste, and the cost of the membrane-electrode assembly 2 can be reduced.

本発明に係る燃料電池の第１の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図２のＡ−Ａ線縦断面図である。It is a figure which shows the fuel cell laminated body of 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention, Comprising: It is the AA longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態を示す模式的平断面図である。1 is a schematic plan sectional view showing a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。1 is a plan view of an oxidizer / cooling water separator in a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 図４の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。It is a bottom view of the oxidizing agent / cooling water separator of FIG. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における燃料セパレータの平面図である。1 is a plan view of a fuel separator in a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the oxidizing agent and cooling water separator in 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 図６の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。FIG. 7 is a bottom view of the oxidizer / cooling water separator of FIG. 6. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における燃料セパレータの変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the fuel separator in 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。It is a table | surface which shows specifications, such as an effective area in 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention compared with a prior art example. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態を示す模式的平断面図である。It is a typical plane sectional view showing a 2nd embodiment of a fuel cell concerning the present invention. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。It is a top view of the oxidizing agent and cooling water separator in 2nd Embodiment of the fuel cell concerning this invention. 図１１の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。FIG. 12 is a bottom view of the oxidizer / cooling water separator of FIG. 11. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における燃料セパレータの平面図である。It is a top view of the fuel separator in 2nd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。It is a table | surface which shows specifications, such as an effective area in 2nd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention compared with a prior art example. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図２のＡ−Ａ線縦断面図である。It is a figure which shows the fuel cell laminated body of 3rd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention, Comprising: It is the AA longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態を示す模式的平断面図である。It is a typical plane sectional view showing a 3rd embodiment of a fuel cell concerning the present invention. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。It is a top view of the oxidizing agent and cooling water separator in 3rd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 図１７の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。It is a bottom view of the oxidizing agent / cooling water separator of FIG. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における燃料セパレータの平面図である。It is a top view of the fuel separator in 3rd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。It is a table | surface which shows specifications, such as an effective area in 3rd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention compared with a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１…単セル電池（単位電池）、２…膜・電極複合体（ＭＥＡ）、３…燃料セパレータ、４…酸化剤・冷却水セパレータ、５…燃料ガス流通路、６…酸化剤ガス流通路、７…冷却水流通路、８…積層体、１０…酸化剤入口マニホールド、１１…冷却水出口マニホールド、１２…酸化剤（空気）出口マニホールド、１３…冷却水入口マニホールド、１４…燃料入口マニホールド、１５…燃料出口マニホールド、１７…電解質膜、１８…アノード触媒層、１９…カソード触媒層、２０，２１…ガス拡散層、２２…エッジシール材、３０…アノード電極（ガス拡散電極）、３１…カソード電極（ガス拡散電極）、３３…ガス拡散電極有効部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single cell battery (unit battery), 2 ... Membrane electrode assembly (MEA), 3 ... Fuel separator, 4 ... Oxidant / cooling water separator, 5 ... Fuel gas flow path, 6 ... Oxidant gas flow path, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Coolant flow path, 8 ... Laminate body, 10 ... Oxidant inlet manifold, 11 ... Coolant outlet manifold, 12 ... Oxidant (air) outlet manifold, 13 ... Coolant inlet manifold, 14 ... Fuel inlet manifold, 15 ... Fuel outlet manifold, 17 ... electrolyte membrane, 18 ... anode catalyst layer, 19 ... cathode catalyst layer, 20, 21 ... gas diffusion layer, 22 ... edge seal material, 30 ... anode electrode (gas diffusion electrode), 31 ... cathode electrode ( Gas diffusion electrode), 33 ... Gas diffusion electrode effective part

Claims (7)

複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、
少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする燃料電池。 A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and an oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells. A fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells. In the fuel cell, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are respectively arranged so as to extend in the stacking direction in contact with the side surfaces of the stack with a manifold seal portion.
Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and is configured to overlap in the stacking direction,
The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the oxidation gas at the oxidant gas inlet. Connected to the oxidant outlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet,
An edge seal material is disposed along at least the outer periphery of the gas diffusion electrode,
At least one widthwise outer edge of the fuel gas inlet, fuel gas outlet, oxidant gas inlet, and oxidant gas outlet is inside the widthwise outer edge of the gas diffusion electrode;
A fuel cell. 前記エッジシール材の幅が前記マニホールドシール部の厚さよりも小さい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 a width of the edge seal material is smaller than a thickness of the manifold seal portion. 前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路がそれぞれ複数の互いにほぼ平行なガス流通路を有し、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口または酸化剤ガス出口の幅方向外縁よりも外側を通過する前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路の一部が、隣接する他の燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路と合流するように構成されていること、
を特徴とする請求項1または２に記載の燃料電池。 The fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage each have a plurality of substantially parallel gas flow passages;
The fuel gas inlet passage, the fuel gas outlet, the oxidant gas inlet or the fuel gas flow passage that passes outside the outer edge in the width direction of the oxidant gas outlet and a part of the oxidant gas flow passage are adjacent to another fuel. Configured to merge with a gas flow path or an oxidant gas flow path,
The fuel cell according to claim 1, wherein: 前記セパレータの少なくとも一部に冷却水流通路が形成され、
前記冷却水流通路に冷却水を供給する冷却水入口マニホールドと、前記冷却水流通路から冷却水を排出する冷却水出口マニホールドとを有し、
前記冷却水入口マニホールドおよび冷却水出口マニホールドは、前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置され、
前記冷却水流通路は冷却水入口で前記冷却水入口マニホールドに接続され、冷却水出口で前記冷却水出口マニホールドに接続され、
前記冷却水入口および冷却水出口の幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池。 A cooling water flow passage is formed in at least a part of the separator,
A cooling water inlet manifold for supplying cooling water to the cooling water flow passage, and a cooling water outlet manifold for discharging cooling water from the cooling water flow passage,
The cooling water inlet manifold and the cooling water outlet manifold are disposed so as to extend in the stacking direction in contact with a side surface of the stacked body at a manifold seal portion,
The cooling water flow passage is connected to the cooling water inlet manifold at a cooling water inlet, and connected to the cooling water outlet manifold at a cooling water outlet;
The widthwise outer edges of the cooling water inlet and the cooling water outlet are inside the widthwise outer edge of the gas diffusion electrode;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記燃料ガス流通路は、前記セパレータに形成された互いにほぼ平行な複数の溝からなり、前記セパレータ端部と前記複数の溝の端部の間のエッジ幅が前記複数の溝同士の間に形成された溝山の幅と同等以下であり、かつ、前記燃料ガス入口および燃料ガス出口の幅が前記セパレータの幅よりも大きいこと、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel gas flow passage includes a plurality of substantially parallel grooves formed in the separator, and an edge width between the separator end and the ends of the plurality of grooves is formed between the plurality of grooves. A width equal to or less than the width of the groove groove formed, and the width of the fuel gas inlet and the fuel gas outlet is larger than the width of the separator,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein: 複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体から構成され、
前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとの各マニホールドが前記積層体内の外周部近くの内部マニホールド部で前記積層方向に延びるように形成された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドとを形成するセパレータと、
を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドの第１辺に接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドの第１辺に接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドの第１辺に接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドの第１辺に接続され、
少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあり、
前記内部マニホールド部の厚みは、他のマニホールドを介さないで前記セパレータの端部から前記マニホールドの第１辺に交わる第２辺までの最短距離を表す長さであり、
前記エッジシール材の幅が前記内部マニホールド部の厚さよりも小さいこと、
を特徴とする燃料電池。
It is composed of a laminate in which a plurality of unit cells are laminated in a predetermined lamination direction,
A fuel inlet manifold for delivering fuel gas to each of the plurality of unit cells; an oxidant inlet manifold for delivering oxidant gas to each of the plurality of unit cells; and a fuel outlet for discharging fuel gas from each of the plurality of unit cells. and manifold, in a fuel cell each manifold is formed so as to extend in the stacking direction inside the manifold portion near the outer peripheral portion of the laminated body and an oxidant outlet manifold for discharging the oxidizing gas from each of the plurality of unit batteries ,
Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator forming a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold;
Are stacked in the stacking direction,
The fuel gas flow passage is connected to a first side of the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to a first side of the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage. Is connected to the first side of the oxidant inlet manifold at the oxidant gas inlet, the oxidant gas flow passage is connected to the first side of the oxidant outlet manifold at the oxidant gas outlet,
An edge seal material is disposed along at least the outer periphery of the gas diffusion electrode,
The fuel gas inlet, a fuel gas outlet, the inner near than the widthwise outer edge of at least one widthwise edge of the oxidizing gas inlet and the oxidant gas outlet the gas diffusion electrode is,
The thickness of the internal manifold portion is a length representing the shortest distance from the end of the separator to the second side that intersects the first side of the manifold without passing through another manifold,
The width of the edge seal material is smaller than the thickness of the internal manifold portion;
A fuel cell.
前記セパレータの少なくとも一部に冷却水流通路が形成され、
冷却水入口で前記冷却水流通路に接続されてその冷却水流通路に冷却水を供給する冷却水入口マニホールドと、冷却水出口で前記冷却水流通路に接続されてその冷却水流通路から冷却水を排出する冷却水出口マニホールドとが前記積層体内の外周部近くで前記積層方向に延びるように形成され、
前記冷却水入口および冷却水出口の幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする請求項６に記載の燃料電池。 A cooling water flow passage is formed in at least a part of the separator,
A cooling water inlet manifold connected to the cooling water flow passage at the cooling water inlet and supplying cooling water to the cooling water flow passage, and a cooling water outlet connected to the cooling water flow passage and discharged from the cooling water flow passage. A cooling water outlet manifold is formed to extend in the stacking direction near the outer periphery of the stack,
The widthwise outer edges of the cooling water inlet and the cooling water outlet are inside the widthwise outer edge of the gas diffusion electrode;
The fuel cell according to claim 6.
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