JP5194439B2 - Fuel cell and assembly constituting the fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池、および、燃料電池を構成するアッセンブリに関する。 The present invention relates to a fuel cell, and relates to Assenbu Li of a fuel cell.

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する2つの電極(燃料極と酸素極)にそれぞれ反応ガス(水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス)を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む積層部材とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。   In a fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, a reactive gas (a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen) is respectively applied to two electrodes (a fuel electrode and an oxygen electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. By supplying and causing an electrochemical reaction, the chemical energy of the substance is directly converted into electrical energy. As a main structure of such a fuel cell, a so-called stack structure is known in which laminated members including substantially flat electrolyte membranes and separators are alternately laminated and fastened in the lamination direction.

ところで、上記スタック構造の燃料電池として、膜電極接合体を両面からガス拡散層で挟んでなる積層部材の端部にシール部材を一体成形する技術が知られている(例えば、特許文献1)。   By the way, as a fuel cell having the above-described stack structure, a technique is known in which a seal member is integrally formed at the end of a laminated member in which a membrane electrode assembly is sandwiched between gas diffusion layers from both sides (for example, Patent Document 1).

特開2002−42836号公報JP 2002-42836 A 国際公開WO02/001658号公報International Publication WO02 / 001658 特開2002−124276号公報JP 2002-124276 A 特開2006−216424号公報JP 2006-216424 A 特開2003−68319号公報JP 2003-68319 A 特開2005−327514号公報JP 2005-327514 A

しかしながら、上記従来技術では、一方の反応ガス(例えば、酸化ガス)が、電解質膜とシール部材との間を通って、他方の反応ガス(例えば、燃料ガス)と混合してしまう現象、いわゆるクロスリークを抑制する機能が十分であるとは言えなかった。   However, in the above prior art, one reaction gas (for example, oxidizing gas) passes between the electrolyte membrane and the seal member and mixes with the other reaction gas (for example, fuel gas), so-called cross. It could not be said that the function of suppressing leakage was sufficient.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、スタック構造の燃料電池においてクロスリークを抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress cross leak in a fuel cell having a stack structure.

上記課題を解決するために本発明の第1の態様は、複数個積層されることにより燃料電池を構成するアッセンブリを提供する。第1の態様に係るアッセンブリは、セパレータと、前記セパレータの一の側に配置されると共に両面に触媒層を有する電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置された第1の拡散層と、前記電解質膜の前記第1の拡散層とは反対側に配置された第2の拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、前記セパレータの一の側の面における前記積層部材が配置された領域を囲む周囲領域に接着または密着していると共に前記積層部材の端部と一体化している支持部と、前記支持部上に前記支持部から積層方向に突出するように形成され、積層されたときに積層方向に押圧されるリブと、を有するシール部材と、を備え、前記支持部と一体化している前記積層部材の端部において、前記電解質膜と、前記第1の拡散層および前記第2の拡散層のうちのいずれか一つが、前記リブと積層方向に重なり合い、前記第1の拡散層および前記第2の拡散層のうちの他の一つが前記リブと積層方向に重なり合わない。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides an assembly that constitutes a fuel cell by stacking a plurality of layers. The assembly according to the first aspect includes a separator, an electrolyte membrane disposed on one side of the separator and having a catalyst layer on both sides, and a first diffusion disposed between the electrolyte membrane and the separator. A laminated member including at least a layer and a second diffusion layer disposed on the opposite side of the electrolyte membrane from the first diffusion layer, and the laminated member on the one side surface of the separator is disposed. A support portion that is bonded or closely adhered to a surrounding region surrounding the region and integrated with an end portion of the laminated member, and is formed and laminated on the support portion so as to protrude from the support portion in the laminating direction. A sealing member having a rib that is pressed in the laminating direction, and at the end of the laminating member integrated with the support portion, the electrolyte membrane, the first diffusion layer, and the Second expansion And a any one of the layers, the ribs and overlapping in the lamination direction, the other one of said first diffusion layer and said second diffusion layer do not overlap in the stacking direction as the rib.

第1の態様に係るアッセンブリによれば、積層時にリブに加えられる押圧力によりシール部材と拡散層との間、拡散層と電解質膜との間のシール性がそれぞれ確保される。この結果、上述したクロスリークを抑制することができる。また、シール部材成型時に拡散層が電解質膜を支持するので、精度良くシール材を成型できる。また、リブに加えられる押圧力により拡散層が電解質膜に突き刺さって第1の拡散層と第2の拡散層が短絡してしまうことを抑制することができる。 According to the assembly according to the first aspect, the sealing properties between the sealing member and the diffusion layer and between the diffusion layer and the electrolyte membrane are ensured by the pressing force applied to the ribs at the time of lamination. As a result, the above-described cross leak can be suppressed. In addition, since the diffusion layer supports the electrolyte membrane when the seal member is molded, the seal material can be molded with high accuracy. In addition, it is possible to prevent the first diffusion layer and the second diffusion layer from being short-circuited due to the diffusion layer piercing the electrolyte membrane due to the pressing force applied to the rib.

第1の態様に係るアッセンブリにおいて、前記支持部と一体化している前記積層部材の端部において、前記第1の拡散層が前記リブと積層方向に重なり合い、前記第2の拡散層が前記リブと積層方向に重なり合わなくても良い。こうすれば、リブ下のシール部材の量を確保してリブの変形量の低下を抑制できる。この結果、リブのシール性を向上することができる。   In the assembly according to the first aspect, at the end of the laminated member integrated with the support portion, the first diffusion layer overlaps with the rib in the lamination direction, and the second diffusion layer and the rib. It is not necessary to overlap in the stacking direction. If it carries out like this, the quantity of the sealing member under a rib can be ensured and the fall of the deformation amount of a rib can be suppressed. As a result, the sealing performance of the rib can be improved.

本発明は、この他にも、上記第1の態様に係るアッセンブリを複数個積層して構成された燃料電池を始めとして、種々の態様にて実現され得る。 The present invention, this addition to, including the fuel cells which is configured by stacking a plurality of assemblies according to the first aspect may be realized in various aspects.

以下、燃料電池、燃料電池を構成するアッセンブリ、および、燃料電池を構成するシール一体部材について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, a fuel cell, an assembly constituting the fuel cell, and a seal integrated member constituting the fuel cell will be described based on examples with reference to the drawings.

A.第1実施例:
・燃料電池の構成
本発明の第1実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図1および図2は、第1実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図3は第1実施例における燃料電池の製造ステップを示すフローチャートである。
A. First embodiment:
-Configuration of Fuel Cell A schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are explanatory views showing the structure of the fuel cell in the first embodiment. FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the fuel cell in the first embodiment.

図1および図2に示すように、燃料電池100は、アッセンブリ200が複数個積層された構造(いわゆるスタック構造)を有している。図3に示すように、燃料電池100は、アッセンブリ200を所定枚数積層し(ステップS102)、積層されたアッセンブリ200を積層方向に所定の締結力を負荷するように締結する(ステップS104)ことにより、製造される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 100 has a structure in which a plurality of assemblies 200 are stacked (so-called stack structure). As shown in FIG. 3, the fuel cell 100 stacks a predetermined number of assemblies 200 (step S102), and fastens the stacked assemblies 200 so as to apply a predetermined fastening force in the stacking direction (step S104). Manufactured.

図1に示すように、燃料電池100には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド110と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド120と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド130と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド140と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド150と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド160と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 includes an oxidizing gas supply manifold 110 that is supplied with oxidizing gas, an oxidizing gas discharge manifold 120 that discharges oxidizing gas, and a fuel gas supply manifold 130 that is supplied with fuel gas. A fuel gas discharge manifold 140 for discharging the fuel gas, a cooling medium supply manifold 150 for supplying the cooling medium, and a cooling medium discharge manifold 160 for discharging the cooling medium are provided. Note that air is generally used as the oxidizing gas, and hydrogen is generally used as the fuel gas. Further, both the oxidizing gas and the fuel gas are also called reaction gases. As the cooling medium, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like can be used.

図2に加えて、図4および図5を参照しながら、アッセンブリ200の構成について説明する。図2には、アッセンブリ200の側面図が示されている。図4は、アッセンブリ200の正面図(図2における右側から見た図)を示す図である。図5は、図4におけるA−A断面を示す断面図である。   The configuration of the assembly 200 will be described with reference to FIGS. 4 and 5 in addition to FIG. A side view of the assembly 200 is shown in FIG. 4 is a front view of the assembly 200 (viewed from the right side in FIG. 2). FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図2、図4、図5に示すように、アッセンブリ200は、セパレータ600と、積層部材800と、シール部材700とから構成されている。   As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the assembly 200 includes a separator 600, a laminated member 800, and a seal member 700.

先ず、セパレータ600の構成を簡単に説明する。セパレータ600は、アノードプレート300と、カソードプレート400と、中間プレート500から構成されている。   First, the configuration of the separator 600 will be briefly described. The separator 600 includes an anode plate 300, a cathode plate 400, and an intermediate plate 500.

図6〜図8は、カソードプレート400(図6)、アノードプレート300(図7)、中間プレート500(図8)の形状をそれぞれ示す説明図である。図6、図7、図8は、各プレート400、300、500を図2の右側から見た様子を示している。図6〜図8において、各プレート300、400、500の中央部に破線で示す領域DAは、アッセンブリ200において、上述した積層部材800のうち最も小さな部材である多孔体840、850(後述)に対応する領域であり、実際に発電が行われる領域(以下、発電領域DAという。)である。   6-8 is explanatory drawing which shows the shape of the cathode plate 400 (FIG. 6), the anode plate 300 (FIG. 7), and the intermediate | middle plate 500 (FIG. 8), respectively. 6, 7, and 8 show the respective plates 400, 300, and 500 as viewed from the right side of FIG. 2. 6 to 8, a region DA indicated by a broken line at the center of each of the plates 300, 400, 500 is a porous body 840, 850 (described later) which is the smallest member among the above-described laminated members 800 in the assembly 200. This is a corresponding area and is an area where power is actually generated (hereinafter referred to as a power generation area DA).

カソードプレート400は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート400は、6個のマニホールド形成部422〜432と、酸化ガス供給スリット440と、酸化ガス排出スリット444と、を備えている。マニホールド形成部422〜432は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット440は、発電領域DAの端部(図6における上端部)に配置されている。酸化ガス排出スリット444は、発電領域DAの端部(図6における下端部)に、並んで配置されている。   The cathode plate 400 is made of stainless steel, for example. The cathode plate 400 includes six manifold forming portions 422 to 432, an oxidizing gas supply slit 440, and an oxidizing gas discharge slit 444. The manifold forming portions 422 to 432 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are respectively provided outside the power generation area DA. The oxidizing gas supply slit 440 is disposed at the end portion (the upper end portion in FIG. 6) of the power generation area DA. The oxidizing gas discharge slit 444 is arranged side by side at the end of the power generation area DA (lower end in FIG. 6).

アノードプレート300は、カソードプレート400同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート300は、カソードプレート400同様、6個のマニホールド形成部322〜332と、燃料ガス供給スリット350と、燃料ガス排出スリット354と、を備えている。マニホールド形成部322〜332は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート400と同様に、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット350は、発電領域DAの端部(図7における下端部)に、セパレータ600を構成した際にカソードプレート400における上述した酸化ガス排出スリット444と重ならないように配置されている。燃料ガス排出スリット354は、発電領域DAの端部(図7における上端部)に、セパレータ600を構成した際にカソードプレート400における上述した酸化ガス供給スリット440と重ならないように配置されている。   The anode plate 300 is formed of stainless steel, for example, like the cathode plate 400. Similar to the cathode plate 400, the anode plate 300 includes six manifold forming portions 322 to 332, a fuel gas supply slit 350, and a fuel gas discharge slit 354. The manifold forming portions 322 to 332 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the power generation area DA, similarly to the cathode plate 400. The fuel gas supply slit 350 is arranged at the end (the lower end in FIG. 7) of the power generation area DA so as not to overlap the above-described oxidizing gas discharge slit 444 in the cathode plate 400 when the separator 600 is configured. The fuel gas discharge slit 354 is arranged at the end (the upper end in FIG. 7) of the power generation area DA so as not to overlap the above-described oxidizing gas supply slit 440 in the cathode plate 400 when the separator 600 is configured.

中間プレート500は、上述の各プレート300、400同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート500は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス(酸化ガスまたは燃料ガス)を供給/排出のための4つのマニホールド形成部522〜528と、供給流路形成部542、546および排出流路形成部544、548を備えている。中間プレート500は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部550を備えている。マニホールド形成部522〜528は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート400、アノードプレート300と同様に、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。   The intermediate plate 500 is made of, for example, stainless steel, like the above-described plates 300 and 400. The intermediate plate 500 has four manifold forming portions 522 to 528 for supplying / discharging the reaction gas (oxidizing gas or fuel gas) as feed-through portions penetrating in the thickness direction, supply flow path forming portions 542 and 546, and Discharge flow path forming portions 544 and 548 are provided. The intermediate plate 500 further includes a plurality of cooling medium flow path forming portions 550. The manifold forming portions 522 to 528 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the power generation area DA, similarly to the cathode plate 400 and the anode plate 300. ing.

各冷却媒体流路形成部550は、発電領域DAを図8における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域DAの外側に至っている。冷却媒体流路形成部550は、図8における上下方向に、所定間隔をあけて並設されている。   Each cooling medium flow path forming portion 550 has an elongated hole shape that crosses the power generation area DA in the left-right direction in FIG. 8, and both ends thereof reach the outside of the power generation area DA. The cooling medium flow path forming portions 550 are arranged in parallel in the vertical direction in FIG.

反応ガスの供給流路形成部542、546と排出流路形成部544、548は、それぞれ対応するマニホールド形成部522〜528と一端が連通している。これらの流路形成部542〜548の他端は、3つのプレートを接合した際に、それぞれ対応するガス供給/排出スリット350、354、440、444と連通する。   Reactive gas supply flow path forming portions 542 and 546 and discharge flow path forming portions 544 and 548 are respectively connected at one end to corresponding manifold forming portions 522 to 528. The other ends of these flow path forming portions 542 to 548 communicate with the corresponding gas supply / discharge slits 350, 354, 440, and 444 when the three plates are joined.

図9は、セパレータの正面図である。セパレータ600は、上述したアノードプレート300およびカソードプレート400を、中間プレート500を挟持するように中間プレート500の両側にそれぞれ接合し、中間プレート500における冷却媒体供給マニホールド150および冷却媒体排出マニホールド160に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。3枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。この結果、図9においてハッチングで示す貫通部である6つのマニホールド110〜160と、酸化ガス供給流路650と、酸化ガス排出流路660と、燃料ガス供給流路630と、燃料ガス排出流路640と、冷却媒体流路670とを備えたセパレータ600が得られる。   FIG. 9 is a front view of the separator. The separator 600 joins the above-described anode plate 300 and cathode plate 400 to both sides of the intermediate plate 500 so as to sandwich the intermediate plate 500, and corresponds to the cooling medium supply manifold 150 and the cooling medium discharge manifold 160 in the intermediate plate 500. This is produced by punching the exposed part in the area to be processed. As a method of joining the three plates, for example, thermocompression bonding, brazing, welding, or the like can be used. As a result, the six manifolds 110 to 160, which are through portions indicated by hatching in FIG. 9, the oxidizing gas supply flow path 650, the oxidizing gas discharge flow path 660, the fuel gas supply flow path 630, and the fuel gas discharge flow path Separator 600 provided with 640 and cooling medium flow path 670 is obtained.

図2、図4、図5に戻って、アッセンブリ200の説明を続ける。図2に示すように、上述したセパレータ600のカソードプレート400側の面における発電領域DAに、カソード側多孔体850が重なるように、積層部材800が配置され、同じ面における発電領域DAを囲む外側の領域(以下、周囲領域という。)にシール部材700が配置されている。積層部材800は、図5に示すように、電解質膜810と、電解質膜810のアノード側の面に接して配置されたアノード側拡散層820と、電解質膜810のカソード側の面に接して配置されたカソード側拡散層830と、アノード側多孔体840と、カソード側多孔体850と、から構成されている。アノード側多孔体840は、電解質膜810のアノード側にアノード側拡散層820を挟んで配置され、カソード側多孔体850は、電解質膜810のカソード側にカソード側拡散層830を挟んで配置されている。カソード側多孔体850は、セパレータ600の発電領域DAに接触している。アノード側多孔体840は、複数のアッセンブリ200を積層して燃料電池100を構成した際に、他のアッセンブリ200のセパレータ600のアノードプレート300側の面に接触する。   Returning to FIGS. 2, 4, and 5, the description of the assembly 200 will be continued. As shown in FIG. 2, the laminated member 800 is disposed so that the cathode-side porous body 850 overlaps the power generation area DA on the surface of the separator 600 on the cathode plate 400 side, and the outer side surrounding the power generation area DA on the same surface. The seal member 700 is disposed in this area (hereinafter referred to as the surrounding area). As shown in FIG. 5, the laminated member 800 is disposed in contact with the electrolyte membrane 810, the anode-side diffusion layer 820 disposed in contact with the anode-side surface of the electrolyte membrane 810, and the cathode-side surface of the electrolyte membrane 810. The cathode side diffusion layer 830, the anode side porous body 840, and the cathode side porous body 850 are configured. The anode-side porous body 840 is disposed on the anode side of the electrolyte membrane 810 with the anode-side diffusion layer 820 interposed therebetween, and the cathode-side porous body 850 is disposed on the cathode side of the electrolyte membrane 810 with the cathode-side diffusion layer 830 interposed therebetween. Yes. The cathode-side porous body 850 is in contact with the power generation area DA of the separator 600. The anode-side porous body 840 contacts the surface of the separator 600 of the other assembly 200 on the anode plate 300 side when the plurality of assemblies 200 are stacked to constitute the fuel cell 100.

アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、上述したアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、上述した発電領域DAに対応した大きさを有している。   The anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 are formed of a porous material having gas diffusibility and conductivity such as a metal porous body. The anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850 have a higher porosity than the anode-side diffusion layer 820 and the cathode-side diffusion layer 830 described above, and the gas flow resistance therein is the anode-side diffusion layer 820 and the cathode-side diffusion layer. Those below 830 are used and function as a flow path for the reaction gas to flow as will be described later. The anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 have a size corresponding to the power generation area DA described above.

アノード側拡散層820およびカソード側拡散層830は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。図4に示すように、アノード側拡散層820は、アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850より、上下方向、左右方向ともに大きい。カソード側拡散層830は、アノード側拡散層820より、上下方向、左右方向ともに、さらに僅かに大きい。図4には、アノード側拡散層820およびカソード側拡散層830の外周端が破線でそれぞれ示されている。   The anode side diffusion layer 820 and the cathode side diffusion layer 830 are formed of, for example, carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt. As shown in FIG. 4, the anode-side diffusion layer 820 is larger in both the vertical direction and the horizontal direction than the anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850. The cathode-side diffusion layer 830 is slightly larger than the anode-side diffusion layer 820 in both the vertical direction and the horizontal direction. In FIG. 4, the outer peripheral ends of the anode side diffusion layer 820 and the cathode side diffusion layer 830 are indicated by broken lines, respectively.

電解質膜810は、図4においてその外周端を破線で示すようにカソード側拡散層830と、ほぼ同じ大きさを有している。以上説明したように、アノード側拡散層820、カソード側拡散層830、電解質膜810は、アノード側多孔体840、カソード側多孔体850より、上下方向、左右方向ともに大きい。そのため、アノード側拡散層820、カソード側拡散層830、電解質膜810は、多孔体840、850と積層されたときに、その外周端近傍が多孔体840、850の外周端より外側にはみ出している(図4、5)。アノード側拡散層820、カソード側拡散層830、電解質膜810において、多孔体840、850の外周端より外側にはみ出している部分を、それぞれの周縁部と呼ぶ。   The electrolyte membrane 810 has substantially the same size as the cathode side diffusion layer 830 as shown by the broken line in FIG. As described above, the anode-side diffusion layer 820, the cathode-side diffusion layer 830, and the electrolyte membrane 810 are larger in both the vertical direction and the left-right direction than the anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850. Therefore, when the anode side diffusion layer 820, the cathode side diffusion layer 830, and the electrolyte membrane 810 are laminated with the porous bodies 840 and 850, the vicinity of the outer peripheral ends thereof protrudes outside the outer peripheral ends of the porous bodies 840 and 850. (FIGS. 4, 5). In the anode-side diffusion layer 820, the cathode-side diffusion layer 830, and the electrolyte membrane 810, portions that protrude outward from the outer peripheral ends of the porous bodies 840 and 850 are referred to as respective peripheral portions.

電解質膜810は、例えばフッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質膜810は、上述したセパレータ600の発電領域DAに対応する領域、すなわち、上述した周縁部より内側の領域の両側の表面に触媒層が塗布されている(触媒層の図示は省略)。触媒層は、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。   The electrolyte membrane 810 is an ion exchange membrane formed of, for example, a fluorine resin material or a hydrocarbon resin material and having good ionic conductivity in a wet state. The electrolyte membrane 810 is coated with a catalyst layer on the surface corresponding to the power generation region DA of the separator 600 described above, that is, on the surfaces on both sides of the region on the inner side from the peripheral edge described above (illustration of the catalyst layer is omitted). The catalyst layer includes, for example, platinum or an alloy made of platinum and another metal.

シール部材700は、支持部710と支持部710の上部に形成されたリブ720a、700bとを備えている。シール部材700は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性部材よって形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。   The seal member 700 includes a support portion 710 and ribs 720a and 700b formed on the support portion 710. The seal member 700 is formed of a material having gas impermeability, elasticity, and heat resistance in the operating temperature range of the fuel cell, for example, an elastic member such as rubber or elastomer. Specifically, silicon rubber, butyl rubber, acrylic rubber, natural rubber, fluorine rubber, ethylene / propylene rubber, styrene elastomer, fluorine elastomer and the like can be used.

シール部材700の支持部710は、セパレータ600のカソードプレート400側の面における上述した周囲領域の全体に接触している(図4、図5)。シール部材700の支持部710とセパレータ600のカソードプレート400側の面との接触面SU(図5:太線)は、所定の結合力で接着されている。   The support portion 710 of the seal member 700 is in contact with the entire surrounding area on the surface of the separator 600 on the cathode plate 400 side (FIGS. 4 and 5). A contact surface SU (FIG. 5: bold line) between the support portion 710 of the seal member 700 and the surface of the separator 600 on the cathode plate 400 side is bonded with a predetermined bonding force.

ここで所定の結合力は、アッセンブリ200が積層・締結されていない状態、すなわち、積層方向の負荷がかけられていない状態における結合力である。所定の結合力は、図5において細い矢印で示すように燃料電池の運転中に想定される流体の圧力がシール部材700に負荷された場合に、シール部材700がセパレータ600のカソードプレート400側の面に対して、接触面SUに沿った方向にずれない結合力である。燃料電池の運転中に想定される流体の圧力としては、マニホールド110〜160内における燃料ガス圧、酸化ガス圧、冷却媒体の圧力、および、カソード側拡散層830およびカソード側多孔体850に供給された酸化ガスの圧力、アノード側拡散層820およびアノード側多孔体840に供給された燃料ガスの圧力がある。   Here, the predetermined bonding force is a bonding force in a state where the assembly 200 is not stacked and fastened, that is, a state where no load in the stacking direction is applied. As shown by the thin arrows in FIG. 5, the predetermined bonding force is such that when the fluid pressure assumed during the operation of the fuel cell is loaded on the seal member 700, the seal member 700 on the cathode plate 400 side of the separator 600. The coupling force does not deviate in the direction along the contact surface SU with respect to the surface. The fluid pressure assumed during the operation of the fuel cell is supplied to the fuel gas pressure, the oxidizing gas pressure, the cooling medium pressure in the manifolds 110 to 160, and the cathode side diffusion layer 830 and the cathode side porous body 850. The pressure of the oxidizing gas and the pressure of the fuel gas supplied to the anode side diffusion layer 820 and the anode side porous body 840 are provided.

所定の結合力は、想定される最大の流体の圧力を基準に決定されることが好ましい。例えば、燃料電池が高負荷で運転されているときほど、酸化ガス、燃料ガス、冷却媒体ともに圧力が大きくなる。また、流体が流動すると、圧力損失が発生するので、流動経路の上流側(入口側)のほうが、下流側(出口側)より圧力が高い。また、酸化ガスに空気を使用する場合は、電気化学反応に用いられる酸素は空気内に約20%しか含まれていないことから、十分な酸素をカソードに供給するために酸化ガスを高圧で供給する場合が多い。さらに、酸化ガスの流れを利用して生成水を外部に排出しようとする場合にも、効率良く生成水を排出するために酸化ガスを高圧で供給する場合が多い。したがって、かかる場合には、高負荷運転時における酸化ガスの流動経路の上流側(酸化ガス供給マニホールド110近傍)の圧力を基準として、かかる圧力に対してずれが生じないように接触面SUの結合力が決定される。   The predetermined binding force is preferably determined based on the maximum fluid pressure assumed. For example, the pressure of the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling medium increases as the fuel cell is operated at a higher load. Further, when the fluid flows, pressure loss occurs, so that the pressure on the upstream side (inlet side) of the flow path is higher than that on the downstream side (outlet side). When air is used as the oxidizing gas, only about 20% of the oxygen used in the electrochemical reaction is contained in the air, so the oxidizing gas is supplied at a high pressure to supply sufficient oxygen to the cathode. There are many cases to do. Further, when the generated water is to be discharged outside using the flow of the oxidizing gas, the oxidizing gas is often supplied at a high pressure in order to efficiently discharge the generated water. Therefore, in such a case, the contact surface SU is coupled so that there is no deviation with respect to the pressure on the upstream side (near the oxidizing gas supply manifold 110) of the oxidizing gas flow path during high-load operation. The power is determined.

具体的には、接触面SUの結合力は、シールラインの単位長さあたり0.01N/mm(ニュートン毎ミリメートル)以上であることが好ましく、0.6N/mm以上であることがさらに好ましい。   Specifically, the bonding force of the contact surface SU is preferably 0.01 N / mm (Newtons per millimeter) or more, more preferably 0.6 N / mm or more per unit length of the seal line.

リブ720a、720bは、図4に示すように、発電領域DA(図4では、アノード側多孔体840が配置されている領域に対応)の全周を取り囲むと共に、各マニホールド110〜160の全周を取り囲むように形成されている。リブ720a、720bは、アッセンブリ200が積層・締結され、燃料電池100が構成されるときに、他のアッセンブリ200のセパレータ600のアノード側の面に接触し、積層方向に押圧される(図5:黒塗りおよび白抜きの太い矢印)。リブ720aとリブ720bは、図4に示すように、互いに分離しているわけではなく、互いに繋がっているが、本明細書では、リブ全体のうち、発電領域DAの全周を取り囲む部分をリブ720aとし、それ以外の部分、すなわち、各マニホールド110〜160のみを取り囲む部分をリブ720bとする。以下、本明細書において、明確に区別するため、発電領域DAの全周を取り囲む部分を第1のリブ720aと呼び、それ以外の部分を第2のリブ720bと呼ぶ。   As shown in FIG. 4, the ribs 720a and 720b surround the entire circumference of the power generation area DA (corresponding to the area in which the anode-side porous body 840 is arranged) in FIG. It is formed so as to surround. When the assembly 200 is stacked and fastened and the fuel cell 100 is configured, the ribs 720a and 720b contact the anode side surface of the separator 600 of the other assembly 200 and are pressed in the stacking direction (FIG. 5: Black and white thick arrows). As shown in FIG. 4, the rib 720a and the rib 720b are not separated from each other and are connected to each other. However, in the present specification, a portion surrounding the entire circumference of the power generation area DA is defined as a rib. The other portion, that is, the portion surrounding only the manifolds 110 to 160 is referred to as a rib 720b. Hereinafter, in order to distinguish clearly in this specification, the part surrounding the perimeter of electric power generation area | region DA is called the 1st rib 720a, and a part other than that is called the 2nd rib 720b.

支持部710は、図4および図5において符号BBで示すように、積層部材800の端部に含浸して一体化されている。より具体的に説明すると、積層部材800のうちアノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、外周端の僅かな部分に、支持部710の成形材料(上述)が含浸している(図5)。一方、積層部材800のうち、電解質膜810およびカソード側拡散層830およびアノード側拡散層820は、それぞれの周縁部が、支持部710の内部において、第1のリブ720aの下を超えて延在している(図4、図5)。この結果、電解質膜810およびカソード側拡散層830およびアノード側拡散層820のそれぞれの周縁部は、積層方向(図5における上下方向)から見て、第1のリブ720aと重なり合う(図4、5)。そして、カソード側拡散層830およびアノード側拡散層820の周縁部には、支持部710の成型材料が含浸している。この結果、積層・締結されて燃料電池が構成される際、第1のリブ720aによる加えられた押圧力により、支持部710の内部において、支持部710とアノード側拡散層820との間、アノード側拡散層820と電解質膜810との間、電解質膜810とカソード側拡散層830との間、カソード側拡散層830と支持部710との間のシール性がそれぞれ確保される。   As shown by reference numeral BB in FIGS. 4 and 5, the support portion 710 is integrated by impregnating the end portion of the laminated member 800. More specifically, the anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850 of the laminated member 800 are impregnated with the molding material (described above) of the support portion 710 in a small portion of the outer peripheral end (FIG. 5). ). On the other hand, in the laminated member 800, the electrolyte membrane 810, the cathode side diffusion layer 830, and the anode side diffusion layer 820 have their respective peripheral portions extending beyond the bottom of the first rib 720a inside the support portion 710. (FIGS. 4 and 5). As a result, the peripheral portions of the electrolyte membrane 810, the cathode side diffusion layer 830, and the anode side diffusion layer 820 overlap with the first rib 720a when viewed from the stacking direction (vertical direction in FIG. 5) (FIGS. 4, 5). ). Then, the molding material of the support portion 710 is impregnated in the peripheral portions of the cathode side diffusion layer 830 and the anode side diffusion layer 820. As a result, when the fuel cell is configured by being stacked and fastened, the anode 720 a and the anode-side diffusion layer 820 are formed inside the support portion 710 by the pressing force applied by the first rib 720 a. Sealing properties are ensured between the side diffusion layer 820 and the electrolyte membrane 810, between the electrolyte membrane 810 and the cathode side diffusion layer 830, and between the cathode side diffusion layer 830 and the support portion 710, respectively.

さらに、図5に示すように、支持部710の内部において、アノード側拡散層820の周縁部の端は、カソード側拡散層830および電解質膜810の周縁部の端より、長さWだけ内側にされている。ここで、長さWは、例えば、1mm程度である。これは、電解質膜810の端をまわりこんで、アノード側拡散層820の炭素繊維とカソード側拡散層830の炭素繊維とが接触して短絡してしまうことを抑制するためである。   Further, as shown in FIG. 5, the end of the peripheral portion of the anode side diffusion layer 820 is inside the support portion 710 by a length W from the ends of the peripheral portions of the cathode side diffusion layer 830 and the electrolyte membrane 810. Has been. Here, the length W is, for example, about 1 mm. This is to prevent the carbon fiber of the anode side diffusion layer 820 and the carbon fiber of the cathode side diffusion layer 830 from coming into contact with each other and short-circuiting around the end of the electrolyte membrane 810.

以上の説明から解るように、シール部材700は、アッセンブリ200が積層され燃料電池100を構成する際、そのアッセンブリ200のセパレータ600との間を支持部710の接触面SUによってシールすると共に、隣接するアッセンブリ200のセパレータ600との間を第1および第2のリブ720a、720bによってシールする。これにより、燃料ガス、酸化ガス、冷却媒体が燃料電池の外部に漏洩したり、互いに混合してしまうことを抑制している。   As can be understood from the above description, when the assembly 200 is stacked and the fuel cell 100 is configured, the seal member 700 seals the space between the assembly 200 and the separator 600 by the contact surface SU of the support portion 710 and is adjacent thereto. The gap between the assembly 200 and the separator 600 is sealed by the first and second ribs 720a and 720b. Thereby, it is suppressed that fuel gas, oxidizing gas, and a cooling medium leak to the exterior of a fuel cell, or mix mutually.

・燃料電池の動作
図10を参照して、実施例に係る燃料電池100の動作について説明する。図10は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図10においては、2つのアッセンブリ200が積層された様子を図示している。図10(a)は、図9におけるB−B断面に対応する断面図を示している。図10(b)は、右側の半分が図9におけるD−D断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図9におけるC−C断面に対応する断面図を示している。
-Operation | movement of fuel cell With reference to FIG. 10, operation | movement of the fuel cell 100 which concerns on an Example is demonstrated. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of the reaction gas in the fuel cell. In order to make the figure easy to see, FIG. 10 shows a state in which two assemblies 200 are stacked. FIG. 10A shows a cross-sectional view corresponding to the BB cross section in FIG. 10B, the right half shows a cross-sectional view corresponding to the DD cross section in FIG. 9, and the left half shows a cross sectional view corresponding to the CC cross section in FIG.

燃料電池100は、酸化ガス供給マニホールド110に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド130に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池100には、発電に伴う発熱による燃料電池100の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド150に冷却媒体が供給される。   The fuel cell 100 generates power by supplying the oxidizing gas to the oxidizing gas supply manifold 110 and supplying the fuel gas to the fuel gas supply manifold 130. In addition, the cooling medium is supplied to the cooling medium supply manifold 150 in order to suppress the temperature rise of the fuel cell 100 due to heat generated by power generation.

酸化ガス供給マニホールド110に供給された酸化ガスは、図10(a)において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド110から酸化ガス供給流路650を通って、カソード側多孔体850に供給される。酸化ガス供給流路650は、上述した中間プレート500に形成された酸化ガスの供給流路形成部542(図8)とカソードプレート400に形成された酸化ガス供給スリット440(図6)によって形成される。カソード側多孔体850に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体850の内部を図4、9における上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路660を通って、酸化ガス排出マニホールド120へ排出される。酸化ガス排出流路660は、上述した中間プレート500に形成された酸化ガスの排出流路形成部544(図8)とカソードプレート400に形成された酸化ガス排出スリット444(図6)によって形成される。カソード側多孔体850を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体850に当接しているカソード側拡散層830の全体に亘って拡散し、カソード反応(例えば、2H++2e-+(1/2)O2→H2O)に供される。 The oxidant gas supplied to the oxidant gas supply manifold 110 is supplied from the oxidant gas supply manifold 110 to the cathode-side porous body 850 through the oxidant gas supply channel 650 as indicated by arrows in FIG. . The oxidizing gas supply channel 650 is formed by the oxidizing gas supply channel forming portion 542 (FIG. 8) formed in the intermediate plate 500 and the oxidizing gas supply slit 440 (FIG. 6) formed in the cathode plate 400. The The oxidizing gas supplied to the cathode side porous body 850 flows from the upper side to the lower side in FIGS. 4 and 9 inside the cathode side porous body 850 that functions as a flow path for the oxidizing gas. Then, the oxidizing gas is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 120 through the oxidizing gas discharge channel 660. The oxidizing gas discharge channel 660 is formed by the oxidizing gas discharge channel forming part 544 (FIG. 8) formed in the intermediate plate 500 and the oxidizing gas discharge slit 444 (FIG. 6) formed in the cathode plate 400. The A part of the oxidizing gas flowing through the cathode side porous body 850 diffuses over the entire cathode side diffusion layer 830 in contact with the cathode side porous body 850 and causes a cathode reaction (for example, 2H + + 2e + (1 / 2) Used for O 2 → H 2 O).

燃料ガス供給マニホールド130に供給された燃料ガスは、図10(b)において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド130から燃料ガス供給流路630を通って、アノード側多孔体840に供給される。燃料ガス供給流路630は、上述した中間プレート500に形成された燃料ガスの供給流路形成部546(図8)とアノードプレート300に形成された燃料ガス供給スリット350(図7)によって形成される。アノード側多孔体840に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体840の内部を図4、9における下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路640を通って、燃料ガス排出マニホールド140に排出される。燃料ガス排出流路640は、上述した中間プレート500に形成された燃料ガスの排出流路形成部548(図8)とアノードプレート300に形成された燃料ガス排出スリット354(図7)によって形成される。アノード側多孔体840を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体840に当接しているアノード側拡散層820の全体に亘って拡散し、アノード反応(例えば、H2→2H++2e-)に供される。 The fuel gas supplied to the fuel gas supply manifold 130 is supplied from the fuel gas supply manifold 130 to the anode side porous body 840 through the fuel gas supply flow path 630 as indicated by an arrow in FIG. . The fuel gas supply channel 630 is formed by the fuel gas supply channel forming part 546 (FIG. 8) formed in the intermediate plate 500 and the fuel gas supply slit 350 (FIG. 7) formed in the anode plate 300. The The fuel gas supplied to the anode side porous body 840 flows from the lower side to the upper side in FIGS. 4 and 9 in the anode side porous body 840 functioning as a fuel gas flow path. Then, the fuel gas is discharged to the fuel gas discharge manifold 140 through the fuel gas discharge channel 640. The fuel gas discharge flow path 640 is formed by the fuel gas discharge flow path forming portion 548 (FIG. 8) formed in the intermediate plate 500 and the fuel gas discharge slit 354 (FIG. 7) formed in the anode plate 300. The A part of the oxidizing gas flowing through the anode-side porous body 840 diffuses over the entire anode-side diffusion layer 820 in contact with the anode-side porous body 840, and the anode reaction (for example, H 2 → 2H + + 2e ).

冷却媒体供給マニホールド150に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド150から冷却媒体流路670に供給される。冷却媒体流路670は、図9に示すように、上述した中間プレート500に形成された冷却媒体流路形成部550(図8)によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド150に、他端が冷却媒体排出マニホールド160に連通している。冷却媒体流路670に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路670の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド160に排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium supply manifold 150 is supplied from the cooling medium supply manifold 150 to the cooling medium flow path 670. As shown in FIG. 9, the cooling medium flow path 670 is formed by the cooling medium flow path forming portion 550 (FIG. 8) formed in the above-described intermediate plate 500, one end being the cooling medium supply manifold 150 and the other end being the other end. It communicates with the cooling medium discharge manifold 160. The cooling medium supplied to the cooling medium flow path 670 flows from one end of the cooling medium flow path 670 to the other end, and is discharged to the cooling medium discharge manifold 160.

・アッセンブリの製造方法:
図11および図12を参照して、上述した構成を有するアッセンブリ200の製造方法を説明する。図11は、アッセンブリの製造ステップを示すフローチャートである。図12は、アッセンブリの製造を説明するための図である。図13は、成形型を示す図である。図12は、図13におけるF−F断面に対応している。
・ Production method of assembly:
With reference to FIGS. 11 and 12, a method of manufacturing assembly 200 having the above-described configuration will be described. FIG. 11 is a flowchart showing assembly manufacturing steps. FIG. 12 is a diagram for explaining the manufacture of the assembly. FIG. 13 is a view showing a mold. FIG. 12 corresponds to the FF cross section in FIG.

先ず、一体化成型用の成形型を準備する(ステップS202)。成形型は、図12(a)に示すように、上型910と下型920を有している。下型920には、図12、図13に示すように、セパレータ600を配置できるように、セパレータ600の外形に合致する形状を有している。また、下型920には、図12、図13に示すように、セパレータ600を配置したときに、セパレータ600の各マニホールド110〜160に嵌り込む突状部PJが形成されている。上型910には、下型920の突状部PJの上方に成形材料の投入口SHが形成されている。   First, a mold for integral molding is prepared (step S202). The mold has an upper mold 910 and a lower mold 920 as shown in FIG. As shown in FIGS. 12 and 13, the lower die 920 has a shape that matches the outer shape of the separator 600 so that the separator 600 can be disposed. Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the lower mold 920 is formed with a protruding portion PJ that fits into the manifolds 110 to 160 of the separator 600 when the separator 600 is disposed. The upper mold 910 has a molding material inlet SH formed above the protrusion PJ of the lower mold 920.

次いで、下型920に、セパレータ600を配置する(ステップS204)。本実施例では、セパレータ600は、アノードプレート300側を下方に、カソードプレート400側を上方にして、下型920に配置される。   Next, the separator 600 is disposed on the lower mold 920 (step S204). In this embodiment, the separator 600 is disposed in the lower mold 920 with the anode plate 300 side facing downward and the cathode plate 400 side facing upward.

次いで、下型920に配置されたセパレータ600にカソード側多孔体850が配置される(ステップS206)。カソード側多孔体850は、セパレータ600のカソードプレート400側の面における発電領域DA(図6等)に配置される。   Next, the cathode-side porous body 850 is disposed on the separator 600 disposed on the lower mold 920 (step S206). The cathode-side porous body 850 is disposed in the power generation area DA (FIG. 6, etc.) on the surface of the separator 600 on the cathode plate 400 side.

配置されたカソード側多孔体850に重ねて、MEGA860が配置される(ステップS208)。MEGA860は、上述した電解質膜810の両面にアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830を予めホットプレスによって接着して一体化したものである。カソード側拡散層830は、電解質膜810のカソード側の面にぴったりと重なるようにホットプレスされる。アノード側拡散層820は、電解質膜810のアノード側の面に、その外周端が、長さWだけ電解質膜810の外周端より内側に位置するようにホットプレスされる(図4、5)。MEGA860は、その周縁部がカソード側多孔体850の外側にはみ出すように位置決めされて、カソード側多孔体850上に配置される。   The MEGA 860 is placed over the placed cathode-side porous body 850 (step S208). The MEGA 860 is obtained by integrating the anode side diffusion layer 820 and the cathode side diffusion layer 830 in advance by hot pressing on both surfaces of the above-described electrolyte membrane 810. The cathode side diffusion layer 830 is hot-pressed so as to exactly overlap the cathode side surface of the electrolyte membrane 810. The anode-side diffusion layer 820 is hot-pressed on the anode-side surface of the electrolyte membrane 810 so that the outer peripheral end thereof is located inside the outer peripheral end of the electrolyte membrane 810 by a length W (FIGS. 4 and 5). The MEGA 860 is positioned on the cathode side porous body 850 so that the peripheral edge thereof protrudes outside the cathode side porous body 850.

配置されたMEGA860に重ねて、アノード側多孔体840が配置される(ステップS210)。アノード側多孔体840は、MEGA860の周縁部の内側の領域、すなわち、発電領域DAに対応する領域に配置される。   An anode-side porous body 840 is placed over the placed MEGA 860 (step S210). The anode-side porous body 840 is disposed in a region inside the peripheral edge of the MEGA 860, that is, a region corresponding to the power generation region DA.

こうして、セパレータ600上に、積層部材800が全て配置されると、所定の型圧で型締めし、射出成形が行われる(ステップS212)。図12(b)には、下型920と上型910とが型締めされた状態が示されている。型締めされた状態において、セパレータ600のカソード側の面における周囲領域(発電領域DAの外側を囲む領域)の上方には、上述したアッセンブリ200のシール部材700の形状を有する空間SPが形成される。この空間SPは、図12(b)に示すように、セパレータ600のカソード側の面と、下型920および上型910の内壁面と、積層部材800の端部(アノード側多孔体840とカソード側多孔体850の端面と、MEGA860の周縁部)とによって区画される。この空間SPにおいて射出成形が行われる。具体的には、シール部材700の成形材料としての液状ゴムが上述した投入口SHから空間SPに投入された後、加硫工程が行われる。   Thus, when all the laminated members 800 are arranged on the separator 600, the mold is clamped with a predetermined mold pressure, and injection molding is performed (step S212). FIG. 12B shows a state where the lower mold 920 and the upper mold 910 are clamped. In the clamped state, a space SP having the shape of the seal member 700 of the assembly 200 described above is formed above the peripheral region (region surrounding the outside of the power generation region DA) on the cathode side surface of the separator 600. . As shown in FIG. 12B, the space SP includes the cathode-side surface of the separator 600, the inner wall surfaces of the lower mold 920 and the upper mold 910, and the end portions of the laminated member 800 (the anode-side porous body 840 and the cathode). It is demarcated by the end surface of the side porous body 850 and the peripheral portion of the MEGA 860. Injection molding is performed in this space SP. Specifically, after the liquid rubber as the molding material of the seal member 700 is introduced into the space SP from the above-described inlet SH, the vulcanization process is performed.

この射出成形において、成形材料が積層部材800の端部に含浸する(図4および図5の領域BB)ことにより、積層部材800とシール部材700が一体化するように、成形材料の投入圧力が制御される。また、成形材料にシランカップリング剤を添加することにより、シール部材700とセパレータ600の接触面SU(図5)の結合力が確保される。射出成形後、型開きしてアッセンブリ200が得られる。   In this injection molding, when the molding material is impregnated into the end of the laminated member 800 (region BB in FIGS. 4 and 5), the injection pressure of the molding material is set so that the laminated member 800 and the seal member 700 are integrated. Be controlled. Further, by adding a silane coupling agent to the molding material, a bonding force between the contact surface SU (FIG. 5) of the seal member 700 and the separator 600 is ensured. After injection molding, the mold 200 is opened to obtain the assembly 200.

以上説明した本実施例によれば、図5に示すように、MEGA860(電解質膜810とアノード側拡散層820とカソード側拡散層830)の周縁部が積層方向から見て第1のリブ720aと重なっている。この結果、積層・締結されて燃料電池が構成される際、第1のリブ720aに加えられた押圧力により、支持部710の内部において、支持部710とアノード側拡散層820との間、アノード側拡散層820と電解質膜810との間、電解質膜810とカソード側拡散層830との間、カソード側拡散層830と支持部710との間のシール性がそれぞれ確保される。この結果、上述したクロスリークを抑制することができる。   According to the embodiment described above, as shown in FIG. 5, the peripheral portion of MEGA 860 (electrolyte membrane 810, anode side diffusion layer 820, and cathode side diffusion layer 830) has the first rib 720a as viewed from the stacking direction. overlapping. As a result, when the fuel cell is configured by being stacked and fastened, the anode diffusing layer 820 between the support portion 710 and the anode side diffusion layer 820 is formed inside the support portion 710 by the pressing force applied to the first rib 720a. Sealing properties are ensured between the side diffusion layer 820 and the electrolyte membrane 810, between the electrolyte membrane 810 and the cathode side diffusion layer 830, and between the cathode side diffusion layer 830 and the support portion 710, respectively. As a result, the above-described cross leak can be suppressed.

さらに、電解質膜810だけが、シール部材700の支持部710の内部に延在しているのではなく、MEGA860(電解質膜810とアノード側拡散層820とカソード側拡散層830)全体が支持部710の内部に延在している。電解質膜810のみを支持部710の内部に延在させる構成では、電解質膜810は薄く剛性も低いので、シール部材700を射出成形するときに、電解質膜810の変形などが生じ、シール部材700と電解質膜810の間を確実にシールすることが困難であった。しかし、本実施例では、MEGA860(電解質膜810とアノード側拡散層820とカソード側拡散層830)全体をシール部材700の内部に延在させることで、射出成形時のMEGA860の周縁部の変形を抑制し、所望の形状にMEGA860の周縁部とシール部材700を一体化することができ、クロスリークをより確実に抑制することができる。   Furthermore, not only the electrolyte membrane 810 extends inside the support portion 710 of the seal member 700, but the entire MEGA 860 (the electrolyte membrane 810, the anode side diffusion layer 820, and the cathode side diffusion layer 830) is supported by the support portion 710. Extends inside. In the configuration in which only the electrolyte membrane 810 extends inside the support portion 710, the electrolyte membrane 810 is thin and has low rigidity. Therefore, when the seal member 700 is injection-molded, deformation of the electrolyte membrane 810 occurs, and the seal member 700 and It was difficult to reliably seal between the electrolyte membranes 810. However, in this embodiment, the entire MEGA 860 (the electrolyte membrane 810, the anode side diffusion layer 820, and the cathode side diffusion layer 830) is extended inside the seal member 700, thereby deforming the peripheral portion of the MEGA 860 during injection molding. The peripheral portion of the MEGA 860 and the seal member 700 can be integrated into a desired shape, and cross leak can be more reliably suppressed.

さらに、シール部材700とセパレータ600と積層部材800とが一体となったアッセンブリ200を作製し、アッセンブリ200を積層・締結することにより、燃料電池100を製造するので、燃料電池100の組み付け性が向上するとともに、製造工程の削減を図ることができる。   Furthermore, the assembly 200 of the fuel cell 100 is improved because the assembly 200 in which the seal member 700, the separator 600, and the laminated member 800 are integrated and the assembly 200 is laminated and fastened to manufacture the fuel cell 100. In addition, the manufacturing process can be reduced.

例えば、セパレータ600と、積層部材800とを別々のアセンブリにして、組み付ける場合には、例えば、100枚のMEGAを含む燃料電池を構成しようとすると、セパレータ600と、積層部材800をそれぞれ100枚ずつ、合計200枚の部材を積層する必要がある。しかし、上述した本実施例では、100枚のアッセンブリ200を積層するだけで良いため製造工程が削減される。また、シール部材には、シール性を確保するため、燃料電池のたわみに追従できるように、比較的柔らかく弾性のある材料が用いられるため、従来は、積層・締結を行う際にシール部材の変形が生じ、精度の良い組み付けが困難であった。しかし、上述した本実施例では、シール部材700は、剛性の高いセパレータ600に面接触してその形状を支持されているので、積層・締結時などにおけるシール部材700の変形が抑制され、精度の良い組み付けが実現される。 For example, when the separator 600 and the laminated member 800 are assembled in separate assemblies, for example, if a fuel cell including 100 MEGAs is to be configured, 100 separators 600 and 100 laminated members 800 each. It is necessary to laminate a total of 200 members. However, in the present embodiment described above, it is only necessary to stack 100 assemblies 200, so that the manufacturing process is reduced. In order to ensure sealing performance, the seal member is made of a relatively soft and elastic material so that it can follow the deflection of the fuel cell. As a result, accurate assembly was difficult. However, in the present embodiment described above, since the seal member 700 is in surface contact with the highly rigid separator 600 and supported in its shape, deformation of the seal member 700 at the time of stacking and fastening is suppressed, and accuracy is improved. Good assembly is realized.

さらに本実施例によれば、燃料電池100の積層方向の締結力を低減することができる。この結果、燃料電池100を積層方向に締結する締結部材の小型化、セパレータ600の薄肉化、および燃料電池100の超寿命化が実現される。   Furthermore, according to the present embodiment, the fastening force in the stacking direction of the fuel cell 100 can be reduced. As a result, the fastening member that fastens the fuel cell 100 in the stacking direction can be reduced in size, the separator 600 can be thinned, and the fuel cell 100 can have a long life.

従来は、燃料電池の運転中に想定される流体の圧力がシール部材に負荷されたときに、かかる負荷に抗する力はリブとセパレータ間の静止摩擦力のみである。静止摩擦力の大きさは、積層方向に負荷される締結力に比例するため、燃料電池の運転中に想定される流体の圧力によるシール部材のずれを抑制するためには、比較的高い締結力を負荷する必要があった。燃料電池の運転中に想定される流体の圧力によるシール部材のずれは、シール不良をもたらすため、抑制する必要がある。   Conventionally, when the fluid pressure assumed during operation of the fuel cell is loaded on the seal member, the only force that resists the load is the static friction force between the rib and the separator. Since the magnitude of the static frictional force is proportional to the fastening force loaded in the stacking direction, a relatively high fastening force is required to suppress the displacement of the seal member due to the fluid pressure assumed during operation of the fuel cell. There was a need to load. Since the displacement of the seal member due to the fluid pressure assumed during the operation of the fuel cell causes a seal failure, it needs to be suppressed.

しかし、本実施例では、シール部材700とセパレータ600の接触面SUは、上述したように、積層方向に力を負荷されていない状態で、燃料電池の運転中に想定される流体の圧力に耐えられる結合力を有している。したがって、燃料電池100の積層方向の締結力は、シール部材700のずれの抑制を考慮することなく、リブ720a、720bとセパレータ600間におけるシール性を確保することさえ考慮して決定されれば良い。この結果、燃料電池100の積層方向の締結力を従来より大幅に低減することができる。   However, in this embodiment, the contact surface SU between the seal member 700 and the separator 600 can withstand the fluid pressure assumed during operation of the fuel cell in a state where no force is applied in the stacking direction as described above. It has a binding force. Therefore, the fastening force in the stacking direction of the fuel cell 100 may be determined in consideration of ensuring the sealing performance between the ribs 720a and 720b and the separator 600 without considering the suppression of the displacement of the seal member 700. . As a result, the fastening force in the stacking direction of the fuel cell 100 can be significantly reduced as compared with the conventional case.

・第1実施例の変形例1:
図14および図15を参照して、第1実施例の変形例1について説明する。図14は、第1実施例の変形例1におけるアッセンブリの断面図である。図15は、第1実施例の変形例1におけるMGEAの正面図である。なお、図14は、第1実施例を説明する際に参照した図5に対応する部分の断面を示している。また、図15において、破線は、シール部材700と一体化されたときに、第1のリブ720aが形成される部位を示している。そして、図15において、一点破線G−Gは、図14に示す断面図に対応する部位を示している。
Modification 1 of the first embodiment 1:
A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a cross-sectional view of the assembly in Modification 1 of the first embodiment. FIG. 15 is a front view of MGEA in the first modification of the first embodiment. FIG. 14 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 5 referred to when explaining the first embodiment. Further, in FIG. 15, a broken line indicates a portion where the first rib 720 a is formed when the seal member 700 is integrated. And in FIG. 15, the dashed-dotted line GG has shown the site | part corresponding to sectional drawing shown in FIG.

本変形例が、上述した第1実施例と異なる点は、MEGAの構成のみであるので、他の構成については第1実施例と同一の符号を付してその説明を省略し、MEGAの構成についてのみ説明する。本変形例におけるMEGA860bは、アノード側拡散層820bの構成が、第1実施例におけるMEGA860と異なっている。本変形例におけるMEGA860bのアノード側拡散層820bは、図15における上下方向および左右方向の大きさが、第1実施例におけるMEGA860のアノード側拡散層820より、わずかに小さくされている。その結果、アノード側拡散層820bの周縁部の外周端は、第1のリブ720aと重なり合わないように配置される(図14、図15)。本変形例におけるMEGA860bのその他の構成は、第1実施例におけるMEGA860と同一であるので、説明を省略する。   Since the present modification is different from the first embodiment described above only in the configuration of the MEGA, the other components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted. The configuration of the MEGA Only will be described. The MEGA 860b in this modification is different from the MEGA 860 in the first embodiment in the configuration of the anode side diffusion layer 820b. The anode side diffusion layer 820b of the MEGA 860b in this modification is slightly smaller in the vertical and horizontal directions in FIG. 15 than the anode side diffusion layer 820 of the MEGA 860 in the first embodiment. As a result, the outer peripheral edge of the peripheral edge portion of the anode-side diffusion layer 820b is arranged so as not to overlap the first rib 720a (FIGS. 14 and 15). The other configuration of the MEGA 860b in this modification is the same as that of the MEGA 860 in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本変形例によれば、上述した第1実施例と同様の作用・効果を得ることができる。例えば、積層方向から見て、アノード側拡散層820bの周縁部は第1のリブ720aと重なっていないものの、電解質膜810とカソード側拡散層830の周縁部は第1のリブ720aと重なっている。この結果、積層・締結されて燃料電池が構成される際、第1のリブ720aを介して加えられた押圧力により、支持部710の内部において、支持部710と電解質膜810との間、電解質膜810とカソード側拡散層830との間、カソード側拡散層830と支持部710との間のシール性がそれぞれ確保される。この結果、第1実施例と同様に、クロスリークを抑制することができる。   According to this modification, it is possible to obtain the same operations and effects as the first embodiment described above. For example, as viewed from the stacking direction, the peripheral portion of the anode-side diffusion layer 820b does not overlap the first rib 720a, but the peripheral portion of the electrolyte membrane 810 and the cathode-side diffusion layer 830 overlaps the first rib 720a. . As a result, when the fuel cell is configured by being stacked and fastened, the electrolyte between the support portion 710 and the electrolyte membrane 810 is formed inside the support portion 710 by the pressing force applied through the first rib 720a. Sealing properties between the membrane 810 and the cathode side diffusion layer 830 and between the cathode side diffusion layer 830 and the support portion 710 are ensured, respectively. As a result, the cross leak can be suppressed as in the first embodiment.

また、電解質膜810と共にカソード側拡散層830が支持部710の内部に延在しているので、第1変形例と同様に、射出成形時のMEGA860bの周縁部の変形を抑制し、所望の形状にMEGA860の周縁部とシール部材700を一体化することができ、クロスリークをより確実に抑制することができる。   In addition, since the cathode side diffusion layer 830 extends inside the support portion 710 together with the electrolyte membrane 810, the deformation of the peripheral portion of the MEGA 860b at the time of injection molding is suppressed and the desired shape is formed as in the first modification. In addition, the peripheral edge portion of the MEGA 860 and the seal member 700 can be integrated, and the cross leak can be more reliably suppressed.

さらに、本変形例によれば、第1実施例と同様の作用・効果に加えて以下の効果を奏する。さらに、本変形例では、積層方向から見て、アノード側拡散層820が第1のリブ720aと重なっていないため、第1のリブ720aのリブの下方(図14において符号Zで示す領域)の成形材料(実施例ではゴム)の量が増大する。この結果、本変形例では、押圧力を受けたときの第1のリブ720aの変形量が、第1実施例より増大する。この結果、積層・締結されて燃料電池100が構成された際に、燃料電池のたわみなどの変形に対する追従性が増大し、シール性が向上する。   Furthermore, according to this modification, in addition to the same operations and effects as those of the first embodiment, the following effects can be obtained. Furthermore, in the present modification, the anode-side diffusion layer 820 does not overlap the first rib 720a when viewed from the stacking direction, so that the region below the rib of the first rib 720a (the region indicated by Z in FIG. 14). The amount of molding material (rubber in the examples) increases. As a result, in the present modification, the deformation amount of the first rib 720a when receiving a pressing force is greater than that in the first embodiment. As a result, when the fuel cell 100 is configured by being stacked and fastened, the followability to deformation such as deflection of the fuel cell is increased, and the sealing performance is improved.

また、下方が成形材料(実施例ではゴム)しかない第2のリブ720bと、下方にMEGAが埋め込まれている第1のリブ720aとでは、同じ押圧力を受けたときの変形量や、同じ変形が生じたときの反力などの特性が異なってくる。本変形例では、第1のリブ720aの下方にアノード側拡散層820bを延在させないことにより、第1のリブ720aの下方の成形材料の量を増大させることにより、第1のリブ720aと第2のリブ720bとの間の特性の差を小さくすることができる。この結果、第1のリブ720aおよび第2のリブ720bと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性を向上することができる。   In addition, the second rib 720b having only the molding material (rubber in the embodiment) below and the first rib 720a having MEGA embedded below the deformation amount when the same pressing force is applied, and the same Characteristics such as reaction force when deformation occurs are different. In the present modification, the anode-side diffusion layer 820b does not extend below the first rib 720a, and the amount of molding material below the first rib 720a is increased, so that the first rib 720a and the first rib 720a The difference in characteristics between the two ribs 720b can be reduced. As a result, the sealing performance between the first rib 720a and the second rib 720b and the separator 600 in contact with these ribs can be improved.

さらに、第1のリブ720aの下方にアノード側拡散層820bを延在させないことにより、第1のリブ720aの押圧力により、アノード側拡散層の炭素繊維およびカソード側拡散層830の炭素繊維が電解質膜810に突き刺さって接触して短絡が発生することを防止することができる。   Further, the anode-side diffusion layer 820b does not extend below the first rib 720a, so that the carbon fiber of the anode-side diffusion layer and the carbon fiber of the cathode-side diffusion layer 830 are electrolyted by the pressing force of the first rib 720a. It is possible to prevent a short circuit from occurring by being stuck into and in contact with the film 810.

・第1参考例の変形例
図16および図17を参照して、第1参考例の変形例について説明する。図16は、第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。図17は、第1参考例の変形例におけるMGEAの正面図である。なお、図16は、第1実施例を説明する際に参照した図5に対応する部分の断面を示している。また、図17において、破線は、シール部材700と一体化されたときに、第1のリブ720aが形成される部位を示している。そして、図17において、一点破線H−Hは、図16に示す断面図に対応する部位を示している。
Modification of the first Reference Example 1:
A first modification of the first reference example will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a cross-sectional view of the assembly in Modification 1 of the first reference example. FIG. 17 is a front view of MGEA in Modification 1 of the first reference example. FIG. 16 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 5 referred to when explaining the first embodiment. Moreover, in FIG. 17, the broken line has shown the site | part in which the 1st rib 720a is formed when integrated with the sealing member 700. FIG. In FIG. 17, a dashed line HH indicates a portion corresponding to the cross-sectional view shown in FIG.

本変形例が、上述した第1実施例と異なる点は、MEGAの構成のみであるので、他の構成については第1実施例と同一の符号を付してその説明を省略し、MEGAの構成についてのみ説明する。本変形例におけるMEGA860cは、アノード側拡散層820cの構成が、第1実施例におけるMEGA860と異なっている。本変形例におけるMEGA860cのアノード側拡散層820cは、第1実施例におけるMEGA860のアノード側拡散層820と同じ大きさにされている。そして、アノード側拡散層820cの周縁部において、積層方向から見て、第1のリブ720aと重なり合う部分に貫通孔HLcが設けられている(図16、図17)。貫通孔HLcは、図17に示すように、積層方向から見て、第1のリブ720aと重なり合う部分の全体に亘って、すなわち、アノード側拡散層820cの周縁部に全周に亘って、所定の間隔で設けられている。貫通孔HLcは、例えば、アノード側拡散層820cを電解質膜810にホットプレスにより接着する前に、アノード側拡散層820cにパンチ加工により形成される。貫通孔HLcの内部は、射出成形によりシール部材700を一体成形するときに、成形材料で埋められる。本変形例におけるMEGA860cのその他の構成は、第1実施例におけるMEGA860と同一であるので、説明を省略する。   Since the present modification is different from the first embodiment described above only in the configuration of the MEGA, the other components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted. The configuration of the MEGA Only will be described. The MEGA 860c in this modification is different from the MEGA 860 in the first embodiment in the configuration of the anode side diffusion layer 820c. The anode side diffusion layer 820c of the MEGA 860c in this modification is the same size as the anode side diffusion layer 820 of the MEGA 860 in the first embodiment. A through hole HLc is provided in the peripheral portion of the anode diffusion layer 820c in a portion overlapping with the first rib 720a when viewed from the stacking direction (FIGS. 16 and 17). As shown in FIG. 17, the through-hole HLc has a predetermined length over the entire portion overlapping the first rib 720a, that is, the entire periphery of the peripheral portion of the anode-side diffusion layer 820c as viewed from the stacking direction. Are provided at intervals. The through hole HLc is formed, for example, in the anode side diffusion layer 820c by punching before the anode side diffusion layer 820c is bonded to the electrolyte membrane 810 by hot pressing. The inside of the through hole HLc is filled with a molding material when the seal member 700 is integrally formed by injection molding. Other configurations of the MEGA 860c in the present modification are the same as those of the MEGA 860 in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

本変形例によれば、上述した第1実施例と同様の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を奏する。上述したように、本変形例では、アノード側拡散層820cの周縁部において、第1のリブ720aと重なり合う部分に貫通孔HLcが設けられ、貫通孔HLcは成形材料で充填されている。この結果、第1のリブ720aのリブの下方の成形材料(例えば、ゴム)の量が増大する。この結果、本変形例では、押圧力を受けたときの第1のリブ720aの変形量が、第1実施例より増大する。この結果、積層・締結されて燃料電池100が構成された際に、燃料電池のたわみなどの変形に対する追従性が増大し、シール性が向上する。   According to this modification, in addition to the same operations and effects as the first embodiment described above, the following operations and effects are achieved. As described above, in this modification, the through hole HLc is provided in the peripheral portion of the anode-side diffusion layer 820c in the portion overlapping the first rib 720a, and the through hole HLc is filled with the molding material. As a result, the amount of the molding material (for example, rubber) below the ribs of the first rib 720a increases. As a result, in the present modification, the deformation amount of the first rib 720a when receiving a pressing force is greater than that in the first embodiment. As a result, when the fuel cell 100 is configured by being stacked and fastened, the followability to deformation such as deflection of the fuel cell is increased, and the sealing performance is improved.

また、下方が成形材料(実施例ではゴム)しかない第2のリブ720bと、下方にMEGAが埋め込まれている第1のリブ720aとでは、同じ押圧力を受けたときの変形量や、同じ変形が生じたときの反力などの特性が異なってくる。本変形例では、第1のリブ720aの下方のアノード側拡散層820cに貫通孔HLcを設けて第1のリブ720aの下方の成形材料の量を増大させることにより、第1のリブ720aと第2のリブ720bとの間の特性の差を小さくすることができる。この結果、第1のリブ720aおよび第2のリブ720bと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性を向上することができる。
・第1参考例の変形例
図18を参照して、第1参考例の変形例について説明する。図18は、第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。図18は、第1実施例を説明する際に参照した図5に対応する部分の断面を示している。
In addition, the second rib 720b having only the molding material (rubber in the embodiment) below and the first rib 720a having MEGA embedded below the deformation amount when the same pressing force is applied, and the same Characteristics such as reaction force when deformation occurs are different. In the present modification, the anode-side diffusion layer 820c below the first rib 720a is provided with a through hole HLc to increase the amount of the molding material below the first rib 720a, whereby the first rib 720a and the first rib 720a The difference in characteristics between the two ribs 720b can be reduced. As a result, the sealing performance between the first rib 720a and the second rib 720b and the separator 600 in contact with these ribs can be improved.
-Modification 2 of the first reference example:
A modification 2 of the first reference example will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view of the assembly in the second modification of the first reference example. FIG. 18 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 5 referred to when explaining the first embodiment.

本変形例が、上述した第1参考例の変形例と異なる点は、MEGAの構成のみであるので、他の構成については第1参考例の変形例(図16)と同一の符号を付してその説明を省略し、MEGAの構成についてのみ説明する。本変形例におけるMEGA860dは、カソード側拡散層830dの構成が、第1参考例の変形例におけるMEGA860cと異なっている。本変形例におけるMEGA860dのカソード側拡散層830dの周縁部に貫通孔HLdが設けられている(図18)。カソード側拡散層830dの貫通孔HLdは、アノード側拡散層820cの貫通孔HLc(図16、図17)と同じ形状・大きさを有している。また、カソード側拡散層830dの貫通孔HLdは、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcと、積層方向からみて同じ位置に設けられている。カソード側拡散層830dの貫通孔HLdは、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcと同様に、例えば、カソード側拡散層830dを電解質膜810にホットプレスにより接着する前に、カソード側拡散層830dにパンチ加工により形成される。カソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内部は、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcと同様に、射出成形によりシール部材700を一体成形するときに、成形材料で埋められる。本変形例におけるMEGA860dのその他の構成は、第1参考例の変形例におけるMEGA860cと同一であるので、説明を省略する。 This modification, the first modification differs from the first reference example described above, since it is only the configuration of the MEGA, Other components the same reference numerals as modification 1 (FIG. 16) of the first reference example A description thereof will be omitted, and only the configuration of the MEGA will be described. The MEGA 860d in this modification is different from the MEGA 860c in the modification 1 of the first reference example in the configuration of the cathode side diffusion layer 830d. A through hole HLd is provided at the peripheral edge of the cathode side diffusion layer 830d of the MEGA 860d in this modification (FIG. 18). The through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d has the same shape and size as the through hole HLc (FIGS. 16 and 17) of the anode side diffusion layer 820c. Further, the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d is provided at the same position as the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c when viewed from the stacking direction. The through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d is similar to the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c, for example, before the cathode side diffusion layer 830d is bonded to the electrolyte membrane 810 by hot pressing. It is formed by punching. The inside of the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d is filled with a molding material when the seal member 700 is integrally formed by injection molding, similarly to the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c. The other configuration of the MEGA 860d in the present modification is the same as that of the MEGA 860c in the first modification of the first reference example, and thus the description thereof is omitted.

本変形例によれば、上述した第1参考例の変形例と同様の作用・効果を奏する。なお、上述した第1参考例の変形例と比較して、カソード側拡散層830dの周縁部にも貫通孔が設けられている分、第1のリブ720aのリブの下方の成形材料の量がさらに増大している。この結果、第1のリブ720aと第2のリブ720bとの間の特性の差をさらに小さくすることができる。この結果、第1のリブ720aおよび第2のリブ720bと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性をさらに向上することができる。 According to this modification, it provides the first same effects as the first modification of the reference example described above. Note that the amount of molding material below the ribs of the first rib 720a is equivalent to the amount of the through holes provided in the peripheral portion of the cathode-side diffusion layer 830d as compared with the first modification of the first reference example described above. Has increased further. As a result, the difference in characteristics between the first rib 720a and the second rib 720b can be further reduced. As a result, the sealing performance between the first rib 720a and the second rib 720b and the separator 600 in contact with these ribs can be further improved.

・第1参考例の変形例
図19および図20を参照して、第1参考例の変形例について説明する。図19は、第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。図20は、第1参考例の変形例における第1のリブ周辺を拡大して示す図である。図19は、第1実施例を説明する際に参照した図5に対応する部分の断面を示している。
-Modification 3 of the first reference example:
A modification 3 of the first reference example will be described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 is a cross-sectional view of an assembly according to Modification 3 of the first reference example. FIG. 20 is an enlarged view showing the vicinity of the first rib in Modification 3 of the first reference example. FIG. 19 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 5 referred to when explaining the first embodiment.

本変形例が、上述した第1参考例の変形例と異なる点は、MEGAの構成のみであるので、他の構成については第1参考例の変形例(図18)と同一の符号を付してその説明を省略し、MEGAの構成についてのみ説明する。本変形例におけるMEGA860eは、電解質膜810eの構成が、第1参考例の変形例におけるMEGA860dと異なっている。本変形例におけるMEGA860eの電解質膜810eの周縁部には貫通孔HLeが設けられている(図19、図20)。貫通孔HLeは、アノード側拡散層820cの貫通孔HLc、および、カソード側拡散層830dの貫通孔HLdと同じ円筒形状を有している。また、電解質膜810eの貫通孔HLeは、アノード側拡散層820の貫通孔HLc、および、カソード側拡散層830dの貫通孔HLcと、積層方向から見て中心が重なる位置、すなわち、積層方向からみて同心円状に設けられている。 Since this modification is different from Modification 2 of the first reference example described above only in the configuration of the MEGA, the other components have the same reference numerals as those of Modification 2 (FIG. 18) of the first reference example. A description thereof will be omitted, and only the configuration of the MEGA will be described. The MEGA 860e in this modification is different from the MEGA 860d in the modification 2 of the first reference example in the configuration of the electrolyte membrane 810e. A through hole HLe is provided in the peripheral portion of the electrolyte membrane 810e of the MEGA 860e in this modification (FIGS. 19 and 20). The through hole HLe has the same cylindrical shape as the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d. Further, the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is located at a position where the center overlaps with the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820 and the through hole HLc of the cathode side diffusion layer 830d as viewed from the stacking direction, that is, viewed from the stacking direction. It is provided concentrically.

電解質膜810eの貫通孔HLeの内径r1は、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内径r2より小さい(図20)。この結果、電解質膜810eの貫通孔HLeの内壁は、全周において、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内壁より内側にはみ出している(図20)。図20に示されているはみ出し量ncは、例えば、0.1mm程度にされる。例えば、内径r2が1mm、内径r1が0.8mmとされる。   The inner diameter r1 of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is smaller than the inner diameter r2 of the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d (FIG. 20). As a result, the inner wall of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e protrudes inward from the inner wall of the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d (FIG. 20). The protrusion amount nc shown in FIG. 20 is, for example, about 0.1 mm. For example, the inner diameter r2 is 1 mm and the inner diameter r1 is 0.8 mm.

電解質膜810eの貫通孔HLeは、例えば、カソード側拡散層830dおよびアノード側拡散層820cを電解質膜810eにホットプレスにより接着する前に、電解質膜810eにパンチ加工により形成される。貫通孔HLeの内部は、貫通孔HLc、HLdと同様に、射出成形によりシール部材700を一体成形するときに、成形材料で埋められる。本変形例におけるMEGA860eのその他の構成は、第1参考例の変形例におけるMEGA860dと同一であるので、説明を省略する。 The through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is formed, for example, by punching the electrolyte membrane 810e before the cathode side diffusion layer 830d and the anode side diffusion layer 820c are bonded to the electrolyte membrane 810e by hot pressing. Similar to the through holes HLc and HLd, the inside of the through hole HLe is filled with a molding material when the seal member 700 is integrally formed by injection molding. Other configurations of the MEGA 860e in this modification are the same as those of the MEGA 860d in the modification 2 of the first reference example, and thus the description thereof is omitted.

本変形例によれば、上述した第1参考例の変形例および第1参考例の変形例と同様の作用・効果を奏する。なお、上述した第1参考例の変形例および第1参考例の変形例と比較して、電解質膜810eにも貫通孔が設けられている分、第1のリブ720aのリブの下方の成形材料の量がさらに増大している。この結果、第1のリブ720aと第2のリブ720bとの間の特性の差をさらに小さくすることができる。この結果、第1のリブ720aおよび第2のリブ720bと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性をさらに向上することができる。 According to this modification, the same operations and effects as those of Modification 1 of the first reference example and Modification 2 of the first reference example described above can be achieved. Incidentally, as compared with the second modification of the first modification and the first reference example of the first reference example described above, minute even through hole in the electrolyte membrane 810e are provided, the ribs below the first rib 720a The amount of molding material is further increased. As a result, the difference in characteristics between the first rib 720a and the second rib 720b can be further reduced. As a result, the sealing performance between the first rib 720a and the second rib 720b and the separator 600 in contact with these ribs can be further improved.

さらに、本変形例では、図20に示すように、電解質膜810eの貫通孔HLeの内壁は、全周において、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内壁より内側にはみ出しているので、アノード側拡散層820cの炭素繊維とカソード側拡散層830dの炭素繊維とが接触して短絡してしまうことを抑制することができる。   Furthermore, in the present modification, as shown in FIG. 20, the inner wall of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is formed along the entire wall of the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d. Since it protrudes more inside, it can suppress that the carbon fiber of the anode side diffusion layer 820c and the carbon fiber of the cathode side diffusion layer 830d contact and short-circuit.

なお、以上の説明から解るように、本変形例ではアノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdが、請求項における第1の貫通孔に対応し、電解質膜810eの貫通孔HLeが、請求項における第2の貫通孔に対応する。   As can be understood from the above description, in this modification, the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d correspond to the first through hole in the claims, and the electrolyte membrane 810e. The through hole HLe corresponds to the second through hole in the claims.

・第1実施例のその他の変形例:
1.上記第1実施例およびその変形例では、セパレータ600のカソードプレート400側の面に積層部材800とシール部材700を一体化したアッセンブリ200を用いているが、これに代えて、セパレータ600のアノードプレート300側の面に積層部材800とシール部材700を一体化しても良い。かかる場合は、シール部材700とセパレータ600のアノードプレート300側の面との間が接触面SUによってシールされ、シール部材700とカソードプレート400側の面との間がリブ720a、720bによってシールされることになる。セパレータ600のどちらの面に積層部材800およびシール部材700を一体化するかは、酸化ガスと燃料ガスのガス圧などの燃料電池の運転条件や、設計思想などに応じて適宜に選択可能である。例えば、上記実施例では、カソード側を接触面SUでシールすることにより、ガス圧が高くなりがちなカソード側において、シール材の変形などを抑制し、シール不良を向上している。一方、例えば、設計思想として、水素のシール不良を抑制することを優先する場合には、アノード側を接触面SUでシールすることにより、水素に関するシール不良を抑制しても良い。
-Other modifications of the first embodiment:
1. In the first embodiment and the modification thereof, the assembly 200 in which the laminated member 800 and the seal member 700 are integrated is used on the surface of the separator 600 on the cathode plate 400 side, but instead, the anode plate of the separator 600 is used. The laminated member 800 and the seal member 700 may be integrated on the surface on the 300 side. In such a case, the seal member 700 and the surface of the separator 600 on the anode plate 300 side are sealed by the contact surface SU, and the seal member 700 and the cathode plate 400 side surface are sealed by the ribs 720a and 720b. It will be. Which surface of the separator 600 is integrated with the laminated member 800 and the seal member 700 can be selected as appropriate according to the operating conditions of the fuel cell, such as the gas pressure of the oxidizing gas and the fuel gas, and the design concept. . For example, in the above embodiment, sealing the cathode side with the contact surface SU suppresses deformation of the sealing material on the cathode side, where the gas pressure tends to be high, and improves sealing failure. On the other hand, for example, as a design philosophy, when priority is given to suppressing hydrogen sealing failure, sealing failure relating to hydrogen may be suppressed by sealing the anode side with the contact surface SU.

2.上記第1実施例およびその変形例では、シール部材700にシランカップリング剤を添加することにより、シール部材700の支持部710とセパレータ600との接触面の結合力を確保しているが、かかる接触面における結合力は、他の様々な手法によって確保しても良い。例えば、分子間力、共有結合、水素結合などの化学結合、機械的な結合などの物理結合を利用しても良い。より具体的には、化学結合としては、実施例におけるシランカップリング剤による他、プライマー処理、エポキシ系などの各種接着剤が用いられ得る。プライマー処理や接着剤は、成形材料に添加する他、セパレータ600側に塗布していても良い。物理結合としては、シール部材700とセパレータ600の接触面を密着させて真空とすることによる吸盤効果を用いた結合や、セパレータ600の接触面に突起、溝、孔などの形状を設ける、いわゆるアンカー効果による結合などを用いることができる。 2. In the first embodiment and the modifications thereof, the silane coupling agent is added to the seal member 700 to ensure the bonding force of the contact surface between the support portion 710 of the seal member 700 and the separator 600. The coupling force at the contact surface may be secured by various other methods. For example, intermolecular forces, chemical bonds such as covalent bonds and hydrogen bonds, and physical bonds such as mechanical bonds may be used. More specifically, as the chemical bond, various adhesives such as a primer treatment and an epoxy type can be used in addition to the silane coupling agent in the embodiment. The primer treatment and the adhesive may be applied to the separator 600 in addition to being added to the molding material. As the physical coupling, a so-called anchor in which the contact surface between the seal member 700 and the separator 600 is brought into close contact with the suction cup effect by creating a vacuum, or the contact surface of the separator 600 is provided with a shape such as a protrusion, a groove, or a hole. Bonding by effect can be used.

3.上記第1実施例およびその変形例では、射出成形によってシール部材700を形成しているが、これに代えて、圧縮成形によってシール部材700を形成しても良い。例えば、成形型の空間SPに固形の未加硫ゴムを充填し、成形型を型締めして加熱することにより、形状を成形することと加硫を同時に行う熱加硫圧縮成形などが用いられ得る。 3. In the first embodiment and the modification thereof, the seal member 700 is formed by injection molding, but instead, the seal member 700 may be formed by compression molding. For example, heat vulcanization compression molding is used in which a solid unvulcanized rubber is filled in the mold space SP, the mold is clamped and heated, and the shape is molded and vulcanized simultaneously. obtain.

B.第2参考例:
図21および図22を参照して第2参考例について説明する。図21は、第2参考例における燃料電池の構成を示す図である。図22は、第2参考例における燃料電池の断面図である。図22は、第1実施例における図5に対応する部位の断面図である。
B. Second reference example:
A second reference example will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the fuel cell in the second reference example. FIG. 22 is a cross-sectional view of the fuel cell in the second reference example. FIG. 22 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 5 in the first embodiment.

第2参考例における燃料電池100bは、第1実施例における燃料電池100と異なり、アッセンブリ200を積層するのではなく、それぞれ別体として作製されたシール一体型部材200bとセパレータ600とを交互に積層・締結することにより製造される。セパレータ600の構成は、第1実施例におけるセパレータ600と同一であるので、その説明を省略する。 Unlike the fuel cell 100 in the first embodiment, the fuel cell 100b in the second reference example does not stack the assembly 200, but alternately stacks the seal-integrated members 200b and the separators 600, which are separately manufactured.・ Manufactured by fastening. Since the configuration of the separator 600 is the same as that of the separator 600 in the first embodiment, the description thereof is omitted.

シール一体型部材200bは、図22に示すように、第1実施例と同一の積層部材800(MEGA860と、アノード側多孔体840と、カソード側多孔体850)の端部に、シール部材700fを一体に成形したものである。シール一体型部材200bは、例えば、成形型のキャビティに積層部材の端部を臨ませて、射出成形を行うことによって作製される。   As shown in FIG. 22, the seal-integrated member 200b has a seal member 700f at the end of the same laminated member 800 (MEGA 860, anode-side porous body 840, and cathode-side porous body 850) as in the first embodiment. It is molded integrally. The seal-integrated member 200b is manufactured, for example, by performing injection molding with the end of the laminated member facing the cavity of the mold.

シール部材700fは、第1実施例におけるシール部材700と異なり、セパレータ600とは一体とされていない。シール部材700fは、支持部710fとリブ720f、720gとから構成されている。リブ720f、720gのシールラインは、第1実施例と同様に、発電領域DAの全周と、各マニホールド110〜160の全周である(図示省略)。第1実施例と同様に、発電領域DAの全周を取り囲む部分を第1のリブ720fと呼び、それ以外の部分を第2のリブ720gと呼ぶ。   Unlike the seal member 700 in the first embodiment, the seal member 700f is not integrated with the separator 600. The seal member 700f includes a support portion 710f and ribs 720f and 720g. The seal lines of the ribs 720f and 720g are the entire circumference of the power generation area DA and the entire circumferences of the manifolds 110 to 160, as in the first embodiment (not shown). As in the first embodiment, the portion surrounding the entire circumference of the power generation area DA is called a first rib 720f, and the other portion is called a second rib 720g.

シール部材700fにおいて、第1実施例におけるシール部材700と異なり、支持部710fには、電解質膜810に対して対称に、アノード側とカソード側の両側に、リブ720f、720gが形成されている(図22)。シール一体型部材200bとセパレータ600とが交互に積層・締結されたときに、アノード側のリブは、アノード側に配置されたセパレータ600と接触して当該セパレータとの間をシールし、カソード側のリブは、カソード側に配置されたセパレータ600と接触して当該セパレータとの間をシールする。   In the seal member 700f, unlike the seal member 700 in the first embodiment, ribs 720f and 720g are formed on the support portion 710f symmetrically with respect to the electrolyte membrane 810 on both the anode side and the cathode side ( FIG. 22). When the seal-integrated member 200b and the separator 600 are alternately laminated and fastened, the rib on the anode side comes into contact with the separator 600 disposed on the anode side to seal between the separator, A rib contacts the separator 600 arrange | positioned at the cathode side, and seals between the said separators.

支持部710fは、第1実施例における支持部710と同様に、その成形材料が図22において符号BBで示す部分に含浸して、積層部材800の端部に一体化されている。すなわち、積層部材800のうちアノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、外周端の僅かな部分に、支持部710fの成形材料が含浸している。そして、積層部材800のうち、電解質膜810およびカソード側拡散層830およびアノード側拡散層820は、それぞれの周縁部が、積層方向から見て、第1のリブ720fと重なり合うように、支持部710fの内部において、第1のリブ720fの下を超えて延在している(図22)。   Similarly to the support portion 710 in the first embodiment, the support portion 710f is integrated with the end portion of the laminated member 800 by impregnating the portion indicated by reference numeral BB in FIG. That is, in the laminated member 800, the anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 are impregnated with the molding material of the support portion 710f in a slight portion of the outer peripheral end. Of the laminated member 800, the electrolyte membrane 810, the cathode-side diffusion layer 830, and the anode-side diffusion layer 820 have a support portion 710f such that the peripheral portions thereof overlap the first rib 720f when viewed from the lamination direction. , And extends beyond below the first rib 720f (FIG. 22).

燃料電池100bの動作については、第1実施例と同一であるのでその説明を省略する。   Since the operation of the fuel cell 100b is the same as that of the first embodiment, its description is omitted.

以上説明した第2参考例によれば、第1実施例と同様に、MEGA860の周縁部が積層方向から見て第1のリブ720fと重なっている。この結果、積層・締結されて燃料電池が構成される際、第1のリブ720fによる加えられた押圧力により、支持部710fの内部において、支持部710fとアノード側拡散層820との間、アノード側拡散層820と電解質膜810との間、電解質膜810とカソード側拡散層830との間、カソード側拡散層830と支持部710との間のシール性がそれぞれ確保される。この結果、上述したクロスリークを抑制することができる。 According to the second reference example described above, the peripheral portion of the MEGA 860 overlaps with the first rib 720f when viewed from the stacking direction, as in the first embodiment. As a result, when the fuel cell is configured by being stacked and fastened, the anode 720f is interposed between the support portion 710f and the anode side diffusion layer 820 by the pressing force applied by the first rib 720f. Sealing properties are ensured between the side diffusion layer 820 and the electrolyte membrane 810, between the electrolyte membrane 810 and the cathode side diffusion layer 830, and between the cathode side diffusion layer 830 and the support portion 710, respectively. As a result, the above-described cross leak can be suppressed.

さらに第1実施例と同様に、電解質膜810だけが、支持部710fの内部に延在しているのではなく、MEGA860全体が支持部710fの内部に延在している。この結果、第1実施例と同様に、射出成形時のMEGA860の周縁部の変形を抑制し、所望の形状にMEGA860の周縁部とシール部材700を一体化することができ、クロスリークをより確実に抑制することができる。   Further, as in the first embodiment, not only the electrolyte membrane 810 extends into the support portion 710f but the entire MEGA 860 extends into the support portion 710f. As a result, similar to the first embodiment, the deformation of the peripheral portion of the MEGA 860 at the time of injection molding can be suppressed, and the peripheral portion of the MEGA 860 and the seal member 700 can be integrated into a desired shape. Can be suppressed.

・第2参考例の変形例1:
図23を参照して、第2参考例の変形例1について説明する。図23は、第2参考例の変形例1における燃料電池の断面図である。図23は、第2参考例を説明する際に参照した図22に対応する部分の断面を示している。
-Modification 1 of the second reference example 1:
A modification 1 of the second reference example will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a cross-sectional view of a fuel cell according to Modification 1 of the second reference example. FIG. 23 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 22 referred to when describing the second reference example.

本変形例が、上述した第2参考例と異なる点は、MEGA860に代えて、第1参考例の変形例に採用されているMEGA860d(図18)が採用されている点である。その他の構成は、上述した第2参考例と同一であるので、同一の構成については、図23において、図22と同一の符号を付しその説明を省略する。 This modification is different from the above-described second reference example in that MEGA 860d (FIG. 18) employed in Modification 2 of the first reference example is employed instead of MEGA 860. Since other configurations are the same as those of the second reference example described above, the same configurations are denoted by the same reference numerals in FIG.

本変形例によれば、上述した第2参考例と同様の作用・効果に加えて、第1参考例の変形例2と同様な以下の作用・効果を奏する。すなわち、本変形例では、アノード側拡散層820cおよびカソード側拡散層830dの周縁部において、第1のリブ720fと重なり合う部分に貫通孔HLc、HLdがそれぞれ設けられ、これらの貫通孔は成形材料で充填されている。この結果、第1のリブ720fのリブの下方の成形材料の量が増大し、押圧力を受けたときの第1のリブ720fの変形量が、第2参考例より増大する。したがって、積層・締結されて燃料電池100bが構成された際に、燃料電池のたわみなどの変形に対する追従性が増大し、シール性が向上する。また、第1のリブ720fの下方の成形材料の量を増大させることにより、第1のリブ720fと第2のリブ720gとの間の特性の差を小さくすることができる。したがって、第1のリブ720fおよび第2のリブ720gと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性を向上することができる。 According to this modification, in addition to the same operations and effects as those of the second reference example described above, the following operations and effects similar to those of Modification 2 of the first reference example are exhibited. That is, in this modification, through holes HLc and HLd are provided in the peripheral portions of the anode-side diffusion layer 820c and the cathode-side diffusion layer 830d in the portions overlapping the first ribs 720f, and these through-holes are made of a molding material. Filled. As a result, the amount of the molding material below the ribs of the first rib 720f increases, and the amount of deformation of the first ribs 720f when receiving a pressing force is greater than that in the second reference example. Therefore, when the fuel cell 100b is configured by being stacked and fastened, the followability to deformation such as the deflection of the fuel cell is increased, and the sealing performance is improved. In addition, by increasing the amount of the molding material below the first rib 720f, the difference in characteristics between the first rib 720f and the second rib 720g can be reduced. Therefore, the sealing performance between the first rib 720f and the second rib 720g and the separator 600 in contact with these ribs can be improved.

・第2参考例の変形例2:
図24を参照して、第2参考例の変形例2について説明する。図24は、第2参考例の変形例2における燃料電池の断面図である。図24は、第2参考例を説明する際に参照した図22に対応する部分の断面を示している。
-Modification 2 of the second reference example:
A modification 2 of the second reference example will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a cross-sectional view of a fuel cell according to Modification 2 of the second reference example. FIG. 24 shows a cross section of a portion corresponding to FIG. 22 referred to when describing the second reference example.

本変形例が、上述した第2参考例と異なる点は、MEGA860に代えて、第1参考例の変形例に採用されているMEGA860e(図19、図20)が採用されている点である。その他の構成は、上述した第2参考例と同一であるので、同一の構成については、図24において、図22と同一の符号を付しその説明を省略する。 This modification differs from the second reference example described above in that MEGA 860e (FIGS. 19 and 20) employed in modification 3 of the first reference example is employed instead of MEGA 860. . Since other configurations are the same as those of the second reference example described above, the same components are denoted by the same reference numerals in FIG. 24 as those in FIG.

本変形例によれば、上述した第2参考例の変形例1と同様の作用・効果を奏する。なお、上述した第2参考例の変形例1と比較して、電解質膜810eにも貫通孔が設けられている分、第1のリブ720fのリブの下方の成形材料の量がさらに増大し、第1のリブ720fと第2のリブ720gとの間の特性の差をさらに小さくすることができる。したがって、第1のリブ720fおよび第2のリブ720gと、これらのリブと接触するセパレータ600との間のシール性をさらに向上することができる。 According to this modification, the same operations and effects as those of Modification 1 of the second reference example described above are achieved. Note that, compared to the first modification of the second reference example described above, the amount of molding material below the ribs of the first rib 720f is further increased by the amount of the through holes provided in the electrolyte membrane 810e, The difference in characteristics between the first rib 720f and the second rib 720g can be further reduced. Therefore, the sealing performance between the first rib 720f and the second rib 720g and the separator 600 in contact with these ribs can be further improved.

さらに、本変形例では、第1参考例の変形例と同様に、電解質膜810eの貫通孔HLeの内壁は、全周において、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内壁より内側にはみ出しているので、アノード側拡散層820cの炭素繊維とカソード側拡散層830dの炭素繊維とが接触して短絡してしまうことを抑制することができる。 Further, in the present modification, as in Modification 3 of the first reference example, the inner wall of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is formed around the entire circumference of the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the cathode side diffusion layer 830d. Since it protrudes inward from the inner wall of the through-hole HLd, it is possible to prevent the carbon fiber of the anode side diffusion layer 820c and the carbon fiber of the cathode side diffusion layer 830d from coming into contact and short-circuiting.

C.第1参考例および第2参考例に共通の変形例:
1.第1参考例の変形例および第2参考例の変形例2〜3における貫通孔HLc、HLd、HLeの配置および形状は、一例であり、その他の形状や配置を採用しても良い。例えば、これらの貫通孔は、積層方向からみた形状が正方形、長方形などの四角型であっても良いし、他の多角形であっても良い。ただし、第1参考例の変形例および第2参考例の変形例3において、他の形状を採用する場合において、電解質膜810eの貫通孔HLeの内壁は、全周において、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの内壁より内側にはみ出していることが好ましい。例えば、電解質膜810eの貫通孔HLeの形状を、アノード側拡散層820cの貫通孔HLcおよびカソード側拡散層830dの貫通孔HLdの形状の若干小さい相似形としても良い。
C. Modifications common to the first reference example and the second reference example:
1. The arrangements and shapes of the through holes HLc, HLd, and HLe in the first to third modifications of the first reference example and the second to third modification examples of the second reference example are merely examples, and other shapes and arrangements may be employed. . For example, these through holes may have a square shape such as a square or a rectangle as viewed from the stacking direction, or may be another polygonal shape. However, in the third modification example of the first reference example and the third modification example of the second reference example, when other shapes are adopted, the inner wall of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e is disposed around the anode side diffusion layer 820c. The through holes HLc and the inner walls of the through holes HLd of the cathode side diffusion layer 830d are preferably protruded to the inner side. For example, the shape of the through hole HLe of the electrolyte membrane 810e may be a slightly similar shape to the shape of the through hole HLc of the anode side diffusion layer 820c and the shape of the through hole HLd of the cathode side diffusion layer 830d.

D.第1実施例のその他の変形例2:
上記各実施例および変形例では、積層部材800の各部材やセパレータ600の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ600は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
D. Other modification 2 of the first embodiment:
In each of the above embodiments and modifications, the material of each member of the laminated member 800 and each member of the separator 600 is specified, but is not limited to these materials, and various appropriate materials can be used. it can. For example, the anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850 are formed using a metal porous body, but may be formed using other materials such as a carbon porous body. In addition, the separator 600 is formed using a metal, but other materials such as carbon may be used.

上記各実施例では、セパレータ600は3層の金属板を積層した構成であり、その発電領域DAに対応する部分が平坦な形状であるとしているが、セパレータ600の構成は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ600の形状は他の任意の形状とすることが可能である。   In each of the above embodiments, the separator 600 has a configuration in which three metal plates are laminated, and the portion corresponding to the power generation area DA has a flat shape. However, the configuration of the separator 600 is different from any other configuration. The shape of the separator 600 can be any other shape.

以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。   As mentioned above, although the Example and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these Example and modification at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is.

第1実施例における燃料電池の構成を示す第1の説明図である。It is the 1st explanatory view showing the composition of the fuel cell in the 1st example. 第1実施例における燃料電池の構成を示す第2の説明図である。It is the 2nd explanatory view showing the composition of the fuel cell in the 1st example. 第1実施例における燃料電池の製造ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing step of the fuel cell in 1st Example. アッセンブリ200の正面図を示す図である。2 is a front view of the assembly 200. FIG. 図4におけるA−A断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the AA cross section in FIG. カソードプレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a cathode plate. アノードプレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of an anode plate. 中間プレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of an intermediate | middle plate. セパレータの正面図である。It is a front view of a separator. 燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the reactive gas of a fuel cell. アッセンブリの製造ステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing step of an assembly. アッセンブリの製造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating manufacture of an assembly. 成形型を示す図である。It is a figure which shows a shaping | molding die. 第1実施例の変形例1におけるアッセンブリの断面図である。It is sectional drawing of the assembly in the modification 1 of 1st Example. 第1実施例の変形例1におけるMGEAの正面図である。It is a front view of MGEA in the modification 1 of 1st Example. 第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。It is sectional drawing of the assembly in the modification 1 of a 1st reference example. 第1参考例の変形例におけるMGEAの正面図である。It is a front view of MGEA in the modification 1 of a 1st reference example. 第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。It is sectional drawing of the assembly in the modification 2 of a 1st reference example. 第1参考例の変形例におけるアッセンブリの断面図である。It is sectional drawing of the assembly in the modification 3 of a 1st reference example. 第1参考例の変形例における第1のリブ周辺を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the 1st rib periphery in the modification 3 of a 1st reference example. 第2参考例における燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell in a 2nd reference example. 第2参考例における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell in a 2nd reference example. 第2参考例の変形例1における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell in the modification 1 of a 2nd reference example. 第2参考例の変形例2における燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell in the modification 2 of a 2nd reference example.

符号の説明Explanation of symbols

100、100b…燃料電池
100b…燃料電池
110…酸化ガス供給マニホールド
120…酸化ガス排出マニホールド
130…燃料ガス供給マニホールド
140…燃料ガス排出マニホールド
150…冷却媒体供給マニホールド
160…冷却媒体排出マニホールド
200…アッセンブリ
200b…シール一体型部材
300…アノードプレート
322〜332…マニホールド形成部
350…燃料ガス供給スリット
354…燃料ガス排出スリット
400…カソードプレート
422〜432…マニホールド形成部
440…酸化ガス供給スリット
444…酸化ガス排出スリット
500…中間プレート
522〜532…マニホールド形成部
542〜548…反応ガス供給/排出流路形成部
550…冷却媒体流路形成部
600…セパレータ
630…燃料ガス供給流路
640…燃料ガス排出流路
650…酸化ガス供給流路
660…酸化ガス排出流路
670…冷却媒体流路
700、700f…シール部材
710、710f…支持部
720a、720b、720f、720g…リブ
800…積層部材
810、810e…電解質膜
820、820b、820c…アノード側拡散層
830、830d…カソード側拡散層
840…アノード側多孔体
850…カソード側多孔体
860、860b、860c、860d、860e…MEGA
910…上型
920…下型
HLc、HLd、HLe…貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 100b ... Fuel cell 100b ... Fuel cell 110 ... Oxidation gas supply manifold 120 ... Oxidation gas discharge manifold 130 ... Fuel gas supply manifold 140 ... Fuel gas discharge manifold 150 ... Coolant supply manifold 160 ... Coolant discharge manifold 200 ... Assembly 200b ... Seal-integrated member 300 ... Anode plate 322 to 332 ... Manifold formation part 350 ... Fuel gas supply slit 354 ... Fuel gas discharge slit 400 ... Cathode plate 422 to 432 ... Manifold formation part 440 ... Oxidation gas supply slit 444 ... Oxidation gas discharge Slit 500 ... Intermediate plate 522 to 532 ... Manifold forming part 542 to 548 ... Reactive gas supply / discharge flow path forming part 550 ... Cooling medium flow path forming part 600 ... Separator 630 ... Fuel gas supply flow path 640 ... Fuel gas discharge flow path 650 ... Oxidation gas supply flow path 660 ... Oxidation gas discharge flow path 670 ... Cooling medium flow path 700, 700f ... Seal members 710, 710f ... Support portions 720a, 720b, 720f, 720g ... rib 800 ... laminated member 810, 810e ... electrolyte membrane 820, 820b, 820c ... anode side diffusion layer 830, 830d ... cathode side diffusion layer 840 ... anode side porous body 850 ... cathode side porous body 860, 860b, 860c 860d, 860e ... MEGA
910 ... Upper mold 920 ... Lower mold HLc, HLd, HLe ... Through hole

Claims (3)

複数個積層されることにより燃料電池を構成するアッセンブリであって、
セパレータと、
前記セパレータの一の側に配置されると共に両面に触媒層を有する電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置された第1の拡散層と、前記電解質膜の前記第1の拡散層とは反対側に配置された第2の拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、
前記セパレータの一の側の面における前記積層部材が配置された領域を囲む周囲領域に接着または密着していると共に前記積層部材の端部と一体化している支持部と、前記支持部上に前記支持部から積層方向に突出するように形成され、積層されたときに積層方向に押圧されるリブと、を有するシール部材と、
を備え、
前記支持部と一体化している前記積層部材の端部において、前記電解質膜と、前記第1の拡散層および前記第2の拡散層のうちのいずれか一つが、前記リブと積層方向に重なり合い、前記第1の拡散層および前記第2の拡散層のうちの他の一つが前記リブと積層方向に重なり合わない、アッセンブリ。
It is an assembly that constitutes a fuel cell by laminating a plurality,
A separator;
An electrolyte membrane disposed on one side of the separator and having a catalyst layer on both sides thereof, a first diffusion layer disposed between the electrolyte membrane and the separator, and the first diffusion of the electrolyte membrane A laminated member including at least a second diffusion layer disposed on the opposite side of the layer;
A support portion that is bonded or closely attached to a peripheral region surrounding the region where the laminated member is disposed on a surface on one side of the separator and that is integrated with an end portion of the laminated member; A seal member having a rib formed so as to protrude from the support portion in the stacking direction and pressed in the stacking direction when stacked.
With
At the end of the lamination members are integral with said supporting portion, said electrolyte membrane, and any one of said first diffusion layer and said second diffusion layer, in the rib to the stacking direction An assembly that overlaps and the other of the first diffusion layer and the second diffusion layer does not overlap the rib in the stacking direction.
請求項1に記載のアッセンブリにおいて、
前記支持部と一体化している前記積層部材の端部において、前記第1の拡散層が前記リブと積層方向に重なり合い、前記第2の拡散層が前記リブと積層方向に重なり合わない、アッセンブリ。
The assembly of claim 1, wherein
The assembly in which the first diffusion layer overlaps the rib in the stacking direction and the second diffusion layer does not overlap the rib in the stacking direction at the end of the laminated member integrated with the support portion.
請求項1または請求項2に記載のアッセンブリを複数個積層して構成された燃料電池。   A fuel cell comprising a plurality of the assemblies according to claim 1 or 2 stacked thereon.
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