JP6150040B2 - Fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell and fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP6150040B2
JP6150040B2 JP2013059949A JP2013059949A JP6150040B2 JP 6150040 B2 JP6150040 B2 JP 6150040B2 JP 2013059949 A JP2013059949 A JP 2013059949A JP 2013059949 A JP2013059949 A JP 2013059949A JP 6150040 B2 JP6150040 B2 JP 6150040B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
cathode
gas
fuel cell
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013059949A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014186823A (en
Inventor
上原 茂高
茂高 上原
和弘 影山
和弘 影山
屋 隆了
隆了 屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2013059949A priority Critical patent/JP6150040B2/en
Publication of JP2014186823A publication Critical patent/JP2014186823A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6150040B2 publication Critical patent/JP6150040B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、燃料電池及び燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell stack.

従来、燃料電池スタックを構成した際の各セルの性能の適正化と、フレームと膜電極構造体との接合部の耐久性の向上を両立させることができる燃料電池セルが提案されている(特許文献1参照。)。   Conventionally, there has been proposed a fuel cell that can achieve both optimization of the performance of each cell when a fuel cell stack is configured and improvement in durability of the joint between the frame and the membrane electrode structure (patent) Reference 1).

この燃料電池セルは、周囲にフレームを有する膜電極構造体と、フレーム及び膜電極構造体を挟持する二枚のセパレータを備えると共に、フレームと各セパレータの縁部同士の間にガスシールを設け、フレームと各セパレータとの間に反応用ガスを流通させる夫々のディフューザ部を有する燃料電池セルである。そして、燃料電池セルは、カソード側及びアノード側のいずれか一方側のディフューザ部において、フレーム及びセパレータの相対向面の少なくとも一方の面に、相手側に接する突部を設けると共に、相手側と突部の先端とを接着し、他方側のディフューザ部において、フレームとセパレータとを離間して配置している。また、他の燃料電池セルは、カソード側及びアノード側のいずれか一方側のディフューザ部において、フレーム及びセパレータの相対向面の少なくとも一方の面に、相手側に接する突部を設けると共に、他方側のディフューザ部において、フレームとセパレータの間に、双方に接する弾性体を介装している。また、更に他の燃料電池セルは、カソード側及びアノード側の両方のディフューザ部において、フレームとセパレータの間に、双方に接する弾性体を介装している。   This fuel cell includes a membrane electrode structure having a frame around it, and two separators sandwiching the frame and the membrane electrode structure, and a gas seal is provided between the frame and the edges of each separator, It is a fuel battery cell which has each diffuser part which distribute | circulates the gas for reaction between a flame | frame and each separator. In the fuel cell, in the diffuser portion on either the cathode side or the anode side, at least one of the opposing surfaces of the frame and the separator is provided with a protrusion that contacts the counterpart side, The frame is separated from the separator in the diffuser portion on the other side. In addition, in the other fuel cell, in the diffuser portion on either the cathode side or the anode side, a protrusion that contacts the mating side is provided on at least one of the opposing surfaces of the frame and the separator, and the other side In the diffuser portion, an elastic body in contact with both is interposed between the frame and the separator. In still another fuel cell, an elastic body that is in contact with both of the diffuser portions on the cathode side and the anode side is interposed between the frame and the separator.

特開2012−212560号公報JP 2012-212560 A

しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池セルにあっては、フレームやセパレータに所定サイズの凸部を設けることやフレームとセパレータとの間に所定サイズの複数の弾性体を介装させることが難しく、精度バラツキが生じていたため、膜電極接合体とセパレータとの電気的接触抵抗の低減と、ガス分配部及びガス回収部におけるフレーム破損の抑制の両立が十分ではなく、改善の余地があった。   However, in the fuel cell described in Patent Document 1, it is difficult to provide a predetermined size protrusion on the frame or the separator or to insert a plurality of elastic bodies of a predetermined size between the frame and the separator. However, since there was a variation in accuracy, it was not sufficient to reduce the electrical contact resistance between the membrane electrode assembly and the separator and to suppress the frame breakage in the gas distribution part and the gas recovery part, and there was room for improvement.

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、膜電極接合体とセパレータとの電気的接触抵抗の低減と、ガス分配部及びガス回収部におけるフレーム破損の抑制を両立し得る燃料電池及び燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a fuel cell and a fuel cell stack that can achieve both a reduction in electrical contact resistance between a membrane electrode assembly and a separator, and suppression of frame breakage in a gas distribution part and a gas recovery part. And

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、下記(1)及び)のいずれかの構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, the inventors have found that the above object can be achieved by adopting any one of the following configurations (1) and ( 2 ), and have completed the present invention.

(1)所定の燃料電池において、厚み方向におけるアノード側及びカソード側の双方のガス分配部及びガス回収部に、フレームと各セパレータの一方とに接し、かつ基部に形成され、ばね機能部を構成する複数の凸部を有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。 (1) In a predetermined fuel cell, the gas distribution part and the gas recovery part on both the anode side and the cathode side in the thickness direction are in contact with one of the frame and each separator and formed at the base part to constitute a spring function part And a displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction.

)所定の燃料電池において、厚み方向におけるアノード側及びカソード側の双方のガス分配部及びガス回収部に、フレームと各セパレータの一方とに接すると共に、基部と、該基部に形成された複数のばね機能部を有する厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えており、更に、厚み方向における少なくとも2枚のフィルム部材の間であって、かつ、少なくともガス分配部に対応する範囲及びガス回収部に対応する範囲に、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。 ( 2 ) In a predetermined fuel cell, the gas distribution part and the gas recovery part on both the anode side and the cathode side in the thickness direction are in contact with one of the frame and each separator, and a base part and a plurality of parts formed on the base part A displacement absorbing member for absorbing a displacement in the thickness direction having a spring function portion, and further between at least two film members in the thickness direction and corresponding to at least the gas distribution portion. A displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction is provided in a range corresponding to the range and the gas recovery unit.

すなわち、本発明の燃料電池は、電解質膜をアノードとカソードとで挟持する構造を有する膜電極接合体と、膜電極接合体の周囲に配設され、かつ、膜電極接合体を支持するフレームと、フレーム及びアノードとの間にアノードガス供給部からアノードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるアノード側のセパレータと、フレーム及びカソードとの間にカソードガス供給部からカソードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるカソード側のセパレータと、を備えたものである。また、この燃料電池は、フレームと各セパレータとの間であって、かつ、アノードガス供給部とアノードとの間及びカソードガス供給部とカソードとの間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が拡がるガス分配部を有し、フレームと各セパレータとの間であって、かつ、アノードとアノードガス排出部との間及びカソードとカソードガス排出部との間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が狭まるガス回収部を有する。更に、この燃料電池は、厚み方向におけるアノード側及びカソード側の双方のガス分配部及びガス回収部に、フレームと各セパレータの一方とに接し、かつ、基部と、基部に形成され、ばね機能部を構成する複数の凸部とを有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。   That is, the fuel cell of the present invention includes a membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode, and a frame disposed around the membrane electrode assembly and supporting the membrane electrode assembly. The anode side separator in the thickness direction that forms a gas flow path from the anode gas supply unit to the anode gas discharge unit between the frame and the anode, and the cathode gas supply unit from the cathode gas supply unit between the frame and the cathode And a separator on the cathode side in the thickness direction forming the gas flow path up to. In addition, the fuel cell has a gas flow along the gas flow direction between the frame and each separator, and between the anode gas supply unit and the anode and between the cathode gas supply unit and the cathode. A gas distribution section having an increased path width, in the gas flow direction between the frame and each separator, and between the anode and the anode gas discharge section and between the cathode and the cathode gas discharge section; A gas recovery section with a narrow gas flow path width is provided. Further, this fuel cell is formed in the base and the base at the gas distribution part and the gas recovery part on both the anode side and the cathode side in the thickness direction, and is in contact with one of the separators and the spring function part. A displacement absorbing member for absorbing a displacement in the thickness direction.

また、本発明の他の燃料電池は、電解質膜をアノードとカソードとで挟持する構造を有する膜電極接合体と、膜電極接合体の周囲に配設され、かつ、少なくとも2枚のフィルム部材が積層された構造を有し、かつ、膜電極接合体を支持するフレームと、フレーム及びアノードとの間にアノードガス供給部からアノードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるアノード側のセパレータと、フレーム及びカソードとの間にカソードガス供給部からカソードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるカソード側のセパレータと、を備えたものである。また、この燃料電池は、フレームと各セパレータとの間であって、かつ、アノードガス供給部とアノードとの間及びカソードガス供給部とカソードとの間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が拡がるガス分配部を有し、フレームと各セパレータとの間であって、かつ、アノードとアノードガス排出部との間及びカソードとカソードガス排出部との間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が狭まるガス回収部を有する。更に、この燃料電池は、厚み方向におけるアノード側及びカソード側の双方のガス分配部及びガス回収部に、フレームと各セパレータの一方とに接すると共に、基部と、基部に形成された複数のばね機能部を有する厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えており、厚み方向における少なくとも2枚のフィルム部材の間であって、かつ、少なくともガス分配部に対応する範囲及びガス回収部に対応する範囲に、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。 In another fuel cell of the present invention , a membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode, a membrane electrode assembly, and at least two film members are provided. The anode side in the thickness direction has a laminated structure and forms a gas flow path from the anode gas supply part to the anode gas discharge part between the frame supporting the membrane electrode assembly and the frame and the anode. The separator includes a separator on the cathode side in the thickness direction that forms a gas flow path from the cathode gas supply unit to the cathode gas discharge unit between the frame and the cathode. In addition, the fuel cell has a gas flow along the gas flow direction between the frame and each separator, and between the anode gas supply unit and the anode and between the cathode gas supply unit and the cathode. A gas distribution section having an increased path width, in the gas flow direction between the frame and each separator, and between the anode and the anode gas discharge section and between the cathode and the cathode gas discharge section; A gas recovery section with a narrow gas flow path width is provided. In addition, the fuel cell is in contact with the frame and one of the separators on the gas distribution part and the gas recovery part on both the anode side and the cathode side in the thickness direction, and has a base part and a plurality of spring functions formed on the base part. A displacement absorbing member for absorbing a displacement in the thickness direction having a portion, a range between at least two film members in the thickness direction and corresponding to at least a gas distribution portion, and a gas recovery portion A displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction is provided in a range corresponding to.

に、本発明の燃料電池スタックは、複数の燃料電池が積層された構造を有し、燃料電池の少なくとも1つが上記本発明の燃料電池である積層体と、積層体を挟持する一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを締結する一対の締結部材と、を具備したものである。 Further, the fuel cell stack of the present invention has a plurality of fuel cells are stacked, the stacked body at least one fuel cell is a fuel cell of the present invention, a pair of end for holding the laminate It comprises a plate and a pair of fastening members that fasten the pair of end plates.

本発明によれば、上記(1)及び)のいずれかの構成としたため、精度バラツキの原因となっていた所定サイズの凸部を設けたフレームやセパレータを用いる必要がなく、フレームとセパレータとの間に所定サイズの複数の弾性体を介装させる必要もない。そのため、膜電極接合体とセパレータとの電気的接触抵抗の低減と、ガス分配部及びガス回収部におけるフレーム破損の抑制を両立し得る燃料電池及び燃料電池スタックを提供することができる。 According to the present invention, since any one of the above (1) and ( 2 ) is adopted, it is not necessary to use a frame or a separator provided with a convex portion of a predetermined size, which has caused a variation in accuracy. It is not necessary to interpose a plurality of elastic bodies of a predetermined size between the two. Therefore, it is possible to provide a fuel cell and a fuel cell stack that can achieve both reduction in electrical contact resistance between the membrane electrode assembly and the separator and suppression of frame breakage in the gas distribution unit and the gas recovery unit.

図1は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを説明する分解状態の斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an assembled fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. 図3は、図1に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する分解状態の平面図である。FIG. 3 is an exploded plan view for explaining the fuel cell constituting the fuel cell stack shown in FIG. 図4は、図3に示す燃料電池を構成するセパレータを説明する分解状態の平面図である。FIG. 4 is an exploded plan view for explaining the separator that constitutes the fuel cell shown in FIG. 図5は、図1に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing the fuel cell constituting the fuel cell stack shown in FIG. 1 after assembling. 図6(a)は、図5中のA−A線に沿った燃料電池の要部を示す断面図、図6(b)は、図5中のA−A線に沿った燃料電池の要部を示す模式的な断面図である。6A is a cross-sectional view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. It is typical sectional drawing which shows a part. 図7は、従来の形態に係る燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す断面図(a)及び(b)である。FIG. 7 is a cross-sectional view (a) and (b) showing the main part of the fuel cell along a line at the same position as the AA line in FIG. 5 of the conventional fuel cell. 図8は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池におけるアノード又はカソード長さ(W)/ガス分配部長さ(L)とチャネル間分配ばらつきとの関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between anode / cathode length (W) / gas distribution section length (L) and inter-channel distribution variation in the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. is there. 図9(a)及び(b)は、本発明の第1及び第2の形態に係る燃料電池スタックを説明する組み立て後を示す模式的な断面図である。FIGS. 9A and 9B are schematic cross-sectional views showing the assembled fuel cell stack according to the first and second embodiments of the present invention. 図10(a)は、本発明の第3の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す分解状態の断面図、図10(b)は、本発明の第3の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。FIG. 10 (a) is an exploded view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10B is a sectional view of the state of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the assembly of the principal part. 図11は、本発明の第4の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention after assembling the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5. FIG. 図12(a)は、本発明の第5の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図、図12(b)及び(c)は、図12(a)中の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。FIG. 12 (a) shows the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the fifth embodiment of the present invention after assembling the main part of the fuel cell along the line at the same position as the line AA in FIG. FIG. 12B and FIG. 12C are enlarged views of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. 図13(a)は、本発明の第6の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す分解状態の断面図、図13(b)は、本発明の第6の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。FIG. 13A is an exploded view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 13B is a cross-sectional view of the state of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the sixth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the assembly of the principal part.

以下、本発明の一形態に係る燃料電池及び燃料電池スタックについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, a fuel cell and a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing quoted with the following forms is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

(第1の形態)
図1は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを説明する分解状態の斜視図である。また、図2は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。更に、図3は、図1に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する分解状態の平面図である。また、図4は、図3に示す燃料電池を構成するセパレータを説明する分解状態の平面図である。更に、図5は、図1に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。更にまた、図6(a)は、図5中のA−A線に沿った燃料電池の要部を示す断面図、図6(b)は、図5中のA−A線に沿った燃料電池の要部を示す模式的な断面図である。
(First form)
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the assembled fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is an exploded plan view for explaining the fuel cell constituting the fuel cell stack shown in FIG. FIG. 4 is a plan view of a disassembled state for explaining the separator constituting the fuel cell shown in FIG. Further, FIG. 5 is a plan view showing the assembled fuel cell that constitutes the fuel cell stack shown in FIG. 6A is a cross-sectional view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is a fuel along the line AA in FIG. It is typical sectional drawing which shows the principal part of a battery.

図1に示すように、第1の形態に係る燃料電池スタック1は、矩形板状を成す燃料電池10が積層された構造を有する積層体50に対し、積層方向の一端部(図1中で右側端部)に、集電プレート51A及びスペーサ52を介してエンドプレート53Aが設けてあると共に、他端部に、集電プレート51Bを介してエンドプレート53Bが設けてある。また、燃料電池スタック1は、積層体50に対し、燃料電池10の長辺側となる両面(図1中で上下面)に、締結部材の一例である締結板54A,54Bが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板55A,55Bが設けてある。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 according to the first embodiment has one end portion in the stacking direction (in FIG. 1) with respect to a stack 50 having a structure in which fuel cells 10 each having a rectangular plate shape are stacked. An end plate 53A is provided on the right end) via a current collecting plate 51A and a spacer 52, and an end plate 53B is provided on the other end via a current collecting plate 51B. The fuel cell stack 1 is provided with fastening plates 54A and 54B, which are examples of fastening members, on both surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 1) on the long side of the fuel cell 10 with respect to the stacked body 50. Reinforcing plates 55A and 55B are provided on both surfaces on the short side.

そして、燃料電池スタック1は、各締結板54A,54B及び補強板55A,55BをボルトBにより両エンドプレート53A,53Bに連結する。このようにして、燃料電池スタック1は、図2に示すようなケース一体型構造となり、積層体50をその積層方向に拘束・加圧して個々の燃料電池10に所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。   The fuel cell stack 1 connects the fastening plates 54A and 54B and the reinforcing plates 55A and 55B to both end plates 53A and 53B by bolts B. In this way, the fuel cell stack 1 has a case-integrated structure as shown in FIG. 2. The stack 50 is restrained and pressurized in the stacking direction to apply a predetermined contact surface pressure to each fuel cell 10. Maintains good gas sealability and conductivity.

また、燃料電池10は、燃料電池スタック1において単セルとも呼ばれるもので、図1、図3〜図6に示すように、膜電極接合体11と、アノードガスやカソードガス、冷却流体の供給部S1〜S3や排出部D1〜D3を有し、かつ、膜電極接合体11の周囲に配設されて膜電極接合体11を支持するフレーム12と、アノードガスやカソードガス、冷却流体の供給部S1〜S3や排出部D1〜D3を有し、かつ、膜電極接合体11及びフレーム12を挟持する一対のセパレータ13,13を備えている。なお、各供給部S1〜S3及び各排出部D1〜D3は、厚み方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。なお、図示しないが、供給部と排出部は、一部又は全部が逆の位置関係でも良い。   The fuel cell 10 is also referred to as a single cell in the fuel cell stack 1, and as shown in FIGS. 1 and 3 to 6, a membrane electrode assembly 11 and an anode gas / cathode gas / cooling fluid supply unit. A frame 12 having S1 to S3 and discharge parts D1 to D3 and arranged around the membrane electrode assembly 11 to support the membrane electrode assembly 11, and an anode gas, cathode gas and cooling fluid supply unit A pair of separators 13 and 13 that have S1 to S3 and discharge portions D1 to D3 and sandwich the membrane electrode assembly 11 and the frame 12 are provided. In addition, each supply part S1-S3 and each discharge part D1-D3 are mutually connected in the thickness direction, and form each flow path. Although not shown, a part or all of the supply unit and the discharge unit may have a reverse positional relationship.

更に、膜電極接合体11は、一般に、MEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、固体高分子からなる電解質膜11aをアノード11bとカソード11cとで挟持した構造を有している(図6参照。)。この膜電極接合体11は、アノード11bにアノードガス(水素含有ガス)が供給されると共に、カソード11cにカソードガス(酸素含有ガス・空気)が供給されて、電気化学反応により発電をする。なお、膜電極接合体11としては、アノード11bとカソード11cの表面に、カーボンペーパや多孔質体等から成るガス拡散層11d及び11eを備えたものも含まれる。   Furthermore, the membrane electrode assembly 11 is generally called MEA (Membrane Electrode Assembly) and has a structure in which an electrolyte membrane 11a made of a solid polymer is sandwiched between an anode 11b and a cathode 11c (see FIG. 6). In the membrane electrode assembly 11, an anode gas (hydrogen-containing gas) is supplied to the anode 11b and a cathode gas (oxygen-containing gas / air) is supplied to the cathode 11c to generate electric power through an electrochemical reaction. The membrane electrode assembly 11 includes those having gas diffusion layers 11d and 11e made of carbon paper or a porous body on the surfaces of the anode 11b and the cathode 11c.

また、フレーム12は、例えば射出成形や、PENフレームなどの他のフィルムとの熱圧着や接着剤による接着により膜電極接合体11と一体化してあり、この形態では、フィルム部材12aと膜電極接合体の電解質膜11aとが積層され、膜電極接合体11を中央にして長方形状を成している(図3参照。)。更に、フレーム12は、両端部に、各々三個ずつの供給部S1〜S3及び排出部D1〜D3が配列してあり、アノードガス供給部S1又はカソードガス供給部S3から膜電極接合体11のアノード11b又はカソード11cに至る領域がガス分配部Dとなり、膜電極接合体11のアノード11b又はカソード11cからアノードガス排出部D3又はカソードガス排出部D1に至る領域がガス回収部Cとなる。このフレーム12及び両セパレータ13,13は、いずれもほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状である。   The frame 12 is integrated with the membrane electrode assembly 11 by, for example, injection molding, thermocompression bonding with another film such as a PEN frame, or adhesion with an adhesive. In this embodiment, the film member 12a and the membrane electrode junction are integrated. The body electrolyte membrane 11a is laminated to form a rectangular shape with the membrane electrode assembly 11 in the center (see FIG. 3). Further, the frame 12 has three supply parts S1 to S3 and three discharge parts D1 to D3 arranged at both ends, and the membrane electrode assembly 11 is connected from the anode gas supply part S1 or the cathode gas supply part S3. A region reaching the anode 11b or the cathode 11c is a gas distribution part D, and a region from the anode 11b or the cathode 11c of the membrane electrode assembly 11 to the anode gas discharge part D3 or the cathode gas discharge part D1 is a gas recovery part C. Each of the frame 12 and the separators 13 and 13 has a rectangular shape having substantially the same vertical and horizontal dimensions.

更に、各セパレータ13は、表裏反転形状を有する金属製の板部材13aであって、例えばステンレス製であり、プレス加工や凸形状13bを利用した他の金属製の板部材13cの穴13fと嵌め合わせによって適宜形状に成形し得る。図示例のセパレータ13は、少なくとも膜電極接合体11に対応する中央部分が断面凹凸形状に形成してある。このセパレータ13は、リブ(断面凹凸形状)13dを長辺方向に連続的に有しており、膜電極接合体11との間に、波形の凹部によりアノードガス及びカソードガスのガス流路を形成する。   Furthermore, each separator 13 is a metal plate member 13a having an inverted shape, and is made of, for example, stainless steel, and is fitted with a hole 13f of another metal plate member 13c using press working or a convex shape 13b. It can be formed into a suitable shape by combination. The separator 13 in the illustrated example has at least a central portion corresponding to the membrane electrode assembly 11 formed in a concavo-convex shape. This separator 13 has ribs (cross-sectional uneven shape) 13d continuously in the long side direction, and forms a gas flow path for anode gas and cathode gas between the membrane electrode assembly 11 by corrugated recesses. To do.

また、各セパレータ13は、ガス分配部D及びガス回収部Cに、矩形状の複数の凸部13eが縦横に配列された他の板部材13cが配設されている。これらの凸部13eは、膜電極接合体11の経時変化などによって燃料電池10に厚さ方向の変位が生じた際に、フレーム12に接触して反応用ガスの流通空間を維持するものである。   Each separator 13 is provided with another plate member 13c in which a plurality of rectangular convex portions 13e are arranged vertically and horizontally in the gas distribution part D and the gas recovery part C. These convex portions 13e are intended to maintain the reaction gas flow space by contacting the frame 12 when the displacement of the fuel cell 10 in the thickness direction is caused by the change of the membrane electrode assembly 11 over time. .

なお、図示しないが、燃料電池では、カソード側及びアノード側のセパレータの凹凸が半ピッチずれている構成でも、凹凸が一致している構造でも良い。   Although not shown, the fuel cell may have a structure in which the unevenness of the separator on the cathode side and the anode side is shifted by a half pitch or a structure in which the unevenness is matched.

更に、燃料電池10は、図3〜図5に示すように、フレーム12と各セパレータ13の縁部同士の間や、供給部S1〜S3や排出部D1〜D3の周囲に、シールSが設けてある。また、燃料電池10を複数枚積層した状態では、燃料電池10同士すなわち隣接するセパレータ13同士の間にもシールSを設ける。   Further, as shown in FIGS. 3 to 5, the fuel cell 10 is provided with a seal S between the edges of the frame 12 and each separator 13 and around the supply parts S1 to S3 and the discharge parts D1 to D3. It is. In a state where a plurality of fuel cells 10 are stacked, a seal S is also provided between the fuel cells 10, that is, between adjacent separators 13.

また、シールSは、個々の層間において、カソードガス、アノードガス及び冷却液の夫々の流通域を気密的に分離すると共に、その層間に所定の流体だけが流れるように、供給部S1〜S3及び排出部D1〜D3の周縁部の適当な箇所に開口を設ける。   In addition, the seal S hermetically separates the flow areas of the cathode gas, the anode gas, and the cooling liquid between the individual layers, and supplies only the predetermined fluid between the supply parts S1 to S3 and Openings are provided at appropriate locations on the peripheral edge of the discharge portions D1 to D3.

そして、上記構成を備えた燃料電池10は、先述したように、複数枚積層して燃料電池スタック1を構成する。この燃料電池スタック1は、図6に示すように、隣接する燃料電池10同士の間に、冷却液の流通空間Fを形成する。   The fuel cell 10 having the above-described configuration constitutes the fuel cell stack 1 by stacking a plurality of fuel cells 10 as described above. As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 1 forms a coolant circulation space F between adjacent fuel cells 10.

更に、燃料電池スタック1は、ガス分配部D及びガス回収部Cに、フレーム12とセパレータ13の一方とに接し、かつ、詳しくは後述する基部に形成され、ばね機能部を構成する複数の凸部とを有する厚さ方向の変位を吸収する変位吸収部材14を備えている。   Further, the fuel cell stack 1 has a plurality of projections that form a spring function portion, which is in contact with the gas distribution portion D and the gas recovery portion C, in contact with one of the frame 12 and the separator 13 and in detail at a base portion described later. A displacement absorbing member 14 that absorbs the displacement in the thickness direction.

このような構成とすることによって、積層時に変位吸収部材が押しつぶされる構造となっている。つまり、積層後にフレームのガス分配部及びガス回収部は変位吸収部材を介して両側のセパレータから保持され、更に変位吸収部材が撓むことにより確実に膜電極接合体のアノード及びカソードにセパレータを押し当てることができる。従って、フレームのガス分配部やガス回収部、更には膜電極接合体のアノードやカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じても、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができるので、電気的な接触抵抗の増加による性能低下を防止ないし抑制することができ、かつ、ガス分配部及びガス回収部においてフレームを支持することができるので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じても、フレームばたつきによる破損を防ぐことができる。   With such a configuration, the displacement absorbing member is crushed during lamination. In other words, after stacking, the gas distribution part and the gas recovery part of the frame are held from the separators on both sides via the displacement absorbing member, and the displacement absorbing member is further bent to reliably push the separator against the anode and cathode of the membrane electrode assembly. You can guess. Therefore, even if there is a variation in accuracy in the height of the ribs (concave / convex structure) of the separator facing the anode and cathode of the gas distribution part and gas recovery part of the frame and the membrane electrode assembly, the membrane electrode is joined with an appropriate surface pressure. Since the rib can be brought into contact with the anode or the cathode of the body, it is possible to prevent or suppress performance degradation due to an increase in electrical contact resistance and to support the frame in the gas distribution part and the gas recovery part. Therefore, even if a gas differential pressure occurs between the anode side and the cathode side, damage due to flapping of the frame can be prevented.

一方、図7は、従来の形態に係る燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す断面図(a)及び(b)である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   On the other hand, FIG. 7 is a cross-sectional view (a) and (b) showing the main part of the fuel cell along the line at the same position as the AA line in FIG. 5 of the conventional fuel cell. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

従来の形態に係る燃料電池スタック1は、ガス分配部D(及び図示しないガス回収部)に、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えた構成となっていない。このような構成であるため、膜電極接合体のアノード又はカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じた場合であって、リブ高さが低い場合には、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができないので、電気的な接触抵抗の増加によって性能低下が生じてしまうことがある(図7(a)参照。)。一方、このような構成であるため、膜電極接合体のアノード又はカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じた場合であって、リブ高さが高い場合には、ガス分配部及びガス回収部でフレームを支持することができないので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じたときに、下向き矢印及び破線で示すようにフレームがばたつくことによって破損してしまうことがある(図7(b)参照。)。   The fuel cell stack 1 according to the conventional configuration does not include a displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction in the gas distribution portion D (and a gas recovery portion (not shown)). Because of this configuration, when the accuracy of the rib (uneven structure) height of the separator facing the anode or cathode of the membrane electrode assembly varies and the rib height is low, Since the rib cannot be brought into contact with the anode or the cathode of the membrane electrode assembly by the surface pressure, the performance may be deteriorated due to an increase in electrical contact resistance (see FIG. 7A). On the other hand, because of such a configuration, when the accuracy variation occurs in the rib (uneven structure) height of the separator facing the anode or cathode of the membrane electrode assembly, and the rib height is high, Since the frame cannot be supported by the gas distribution unit and the gas recovery unit, when the gas differential pressure is generated between the anode side and the cathode side, the frame is damaged by flapping as shown by the downward arrow and the broken line. (See FIG. 7B).

図8は、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池におけるアノード又はカソード長さ(W)/ガス分配部長さ(L)とチャネル間分配ばらつきとの関係を示すグラフである。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between anode / cathode length (W) / gas distribution section length (L) and inter-channel distribution variation in the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. is there.

第1の形態に係る燃料電池スタックにおいては、図3に示すように、燃料電池におけるガス分配部の長さ(L)に対するアノード又はカソードの長さ(W)(アノード又はカソードの長さ(W)/ガス分配部長さ(L))が5以下であることが好ましい。ガス分配部におけるチャネル間分配ばらつき性能は、アノード又はカソードの長さ(W)/ガス分配部長さ(L)に左右され、この値が小さいほどガス流路におけるガス分配ばらつきが小さくなり、性能が向上する。   In the fuel cell stack according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the length (W) of the anode or cathode with respect to the length (L) of the gas distribution section in the fuel cell (the length of anode or cathode (W ) / Gas distribution part length (L)) is preferably 5 or less. The distribution distribution performance between channels in the gas distribution section depends on the length of the anode or cathode (W) / the length of the gas distribution section (L). The smaller this value, the smaller the distribution distribution of gas in the gas flow path, and the performance improves.

(第1及び第2の形態)
図9(a)及び(b)は、本発明の第1及び第2の形態に係る燃料電池スタックを説明する組み立て後を示す模式的な断面図である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(First and second forms)
FIGS. 9A and 9B are schematic cross-sectional views showing the assembled fuel cell stack according to the first and second embodiments of the present invention. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図9(a)に示すように、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタック1は、エンドプレート53A,53Bと締結部材の一例である締結板54A,54Bとが直接締結されている。これは、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタック1は、積層体50内に変位吸収部材14を有するためである(図6参照。)。つまり、本発明の第1の形態に係る燃料電池スタック1は、図9(b)に示すような本発明の第2の形態に係る燃料電池スタック1における積層体50外にばね61とばね支持プレート62からなる外部ばね機構60を有する必要がないという利点がある。   As shown in FIG. 9A, in the fuel cell stack 1 according to the first embodiment of the present invention, end plates 53A and 53B and fastening plates 54A and 54B, which are examples of fastening members, are directly fastened. This is because the fuel cell stack 1 according to the first embodiment of the present invention has the displacement absorbing member 14 in the stacked body 50 (see FIG. 6). That is, the fuel cell stack 1 according to the first embodiment of the present invention has a spring 61 and a spring support outside the stacked body 50 in the fuel cell stack 1 according to the second embodiment of the present invention as shown in FIG. There is an advantage that it is not necessary to have the external spring mechanism 60 composed of the plate 62.

(第3の形態)
図10(a)は、本発明の第3の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す分解状態の断面図、図10(b)は、本発明の第3の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Third form)
FIG. 10 (a) is an exploded view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10B is a sectional view of the state of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the assembly of the principal part. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10に示すように、第3の形態に係る燃料電池スタックは、変位吸収部材14として、フレーム12とセパレータ13に接し、かつ、基部14aとしての金属基板と、基部14aに形成され、ばね機能部14bを構成する複数の凸部としての片持ち式の金属ばね片とを有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。このような変位吸収部材は、金属部材を塑性加工することによってばね弾性を有するようにして形成することができる。   As shown in FIG. 10, the fuel cell stack according to the third embodiment has a spring function as a displacement absorbing member 14, which is in contact with the frame 12 and the separator 13, and is formed on the base 14 a and a metal substrate as the base 14 a. A displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction is provided, having a plurality of cantilevered metal spring pieces as convex portions constituting the portion 14b. Such a displacement absorbing member can be formed to have spring elasticity by plastic working a metal member.

このような構成とすることによって、積層時に変位吸収部材におけるばね機能部が押しつぶされる構造となっている。つまり、積層後にフレームのガス分配部及びガス回収部は変位吸収部材を介して両側のセパレータから保持され、更に変位吸収部材のばね機能部が撓むことにより確実に膜電極接合体のアノード及びカソードにセパレータを押し当てることができる。従って、フレームのガス分配部やガス回収部、更には膜電極接合体のアノードやカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じても、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができるので、電気的な接触抵抗の増加による性能低下を防止ないし抑制することができ、かつ、ガス分配部及びガス回収部においてフレームを支持することができるので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じても、フレームばたつきによる破損を防ぐことができる。   With such a configuration, the spring function portion of the displacement absorbing member is crushed during lamination. That is, after stacking, the gas distribution part and the gas recovery part of the frame are held from the separators on both sides via the displacement absorbing member, and the spring function part of the displacement absorbing member is further bent to ensure the anode and cathode of the membrane electrode assembly. Can be pressed against the separator. Therefore, even if there is a variation in accuracy in the height of the ribs (concave / convex structure) of the separator facing the anode and cathode of the gas distribution part and gas recovery part of the frame and the membrane electrode assembly, the membrane electrode is joined with an appropriate surface pressure. Since the rib can be brought into contact with the anode or the cathode of the body, it is possible to prevent or suppress performance degradation due to an increase in electrical contact resistance and to support the frame in the gas distribution part and the gas recovery part. Therefore, even if a gas differential pressure occurs between the anode side and the cathode side, damage due to flapping of the frame can be prevented.

(第4の形態)
図11は、本発明の第4の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(4th form)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention after assembling the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5. FIG. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図11に示すように、第4の形態に係る燃料電池スタックは、変位吸収部材14として、フレーム12とセパレータ13に接し、かつ、基部14aと、基部14aに形成され、ばね機能部14bを構成する複数の凸部とを有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。この形態においては、基部14a及びばね機能部14bが樹脂材料からなる。このような変位吸収部材は、樹脂材料を射出成形することによって形成することができる。また、適当な樹脂フィルムを貼り付けることなどによって形成することができる。   As shown in FIG. 11, the fuel cell stack according to the fourth embodiment is, as the displacement absorbing member 14, in contact with the frame 12 and the separator 13, and formed on the base portion 14 a and the base portion 14 a to constitute the spring function portion 14 b. A displacement absorbing member for absorbing a displacement in the thickness direction. In this embodiment, the base portion 14a and the spring function portion 14b are made of a resin material. Such a displacement absorbing member can be formed by injection molding a resin material. Moreover, it can form by sticking a suitable resin film.

このような構成とすることによって、積層時に変位吸収部材におけるばね機能部が押しつぶされる構造となっている。つまり、積層後にフレームのガス分配部及びガス回収部は変位吸収部材を介して両側のセパレータから保持され、更に変位吸収部材のばね機能部が撓むことにより確実に膜電極接合体のアノード及びカソードにセパレータを押し当てることができる。従って、フレームのガス分配部やガス回収部、更には膜電極接合体のアノードやカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じても、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができるので、電気的な接触抵抗の増加による性能低下を防止ないし抑制することができ、かつ、ガス分配部及びガス回収部においてフレームを支持することができるので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じても、フレームばたつきによる破損を防ぐことができる。   With such a configuration, the spring function portion of the displacement absorbing member is crushed during lamination. That is, after stacking, the gas distribution part and the gas recovery part of the frame are held from the separators on both sides via the displacement absorbing member, and the spring function part of the displacement absorbing member is further bent to ensure the anode and cathode of the membrane electrode assembly. Can be pressed against the separator. Therefore, even if there is a variation in accuracy in the height of the ribs (concave / convex structure) of the separator facing the anode and cathode of the gas distribution part and gas recovery part of the frame and the membrane electrode assembly, the membrane electrode is joined with an appropriate surface pressure. Since the rib can be brought into contact with the anode or the cathode of the body, it is possible to prevent or suppress performance degradation due to an increase in electrical contact resistance and to support the frame in the gas distribution part and the gas recovery part. Therefore, even if a gas differential pressure occurs between the anode side and the cathode side, damage due to flapping of the frame can be prevented.

(第5の形態)
図12(a)は、本発明の第5の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図、図12(b)及び(c)は、図12(a)中の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(5th form)
FIG. 12 (a) shows the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the fifth embodiment of the present invention after assembling the main part of the fuel cell along the line at the same position as the line AA in FIG. FIG. 12B and FIG. 12C are enlarged views of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図12に示すように、第5の形態に係る燃料電池スタックは、セパレータ13が、ガス分配部に対応する範囲(及び図示しないがガス回収部)に対応する範囲に、フレームに接する複数の凸部13eを有する。そして、この燃料電池スタックは、厚み方向における2枚のフィルム部材12aの間であって、かつ、ガス分配部に対応する範囲(及び図示しないガス回収部)に対応する範囲に、12bで示す厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。この変位吸収部材12bは、例えば、フィルム部材12a同士を貼り合わせる接着剤であって硬化後においてもばね弾性を有する弾性部材を適用することが好ましい。   As shown in FIG. 12, the fuel cell stack according to the fifth embodiment has a plurality of protrusions in contact with the frame in a range in which the separator 13 corresponds to a gas distribution unit (and a gas recovery unit (not shown)). It has a part 13e. The fuel cell stack has a thickness indicated by 12b in a range between two film members 12a in the thickness direction and a range corresponding to the gas distribution unit (and a gas recovery unit (not shown)). A displacement absorbing member for absorbing the vertical displacement is provided. The displacement absorbing member 12b is preferably, for example, an adhesive that bonds the film members 12a together and an elastic member that has spring elasticity even after curing.

このような構成とすることによっても、積層時に変位吸収部材である弾性部材が押しつぶされる構造となっている。つまり、セパレータのガス分配部(又は図示しないガス回収部)の凸部が低い場合であっても、積層後にフレームのガス分配部(及び図示しないガス回収部)に対応する範囲における変位吸収部材の撓みの全部又は一部が解消されて、両側のセパレータから保持され(図12(b)参照。)、セパレータのガス分配部(又は図示しないガス回収部)の凸部が高い場合であっても、積層後にフレームのガス分配部(及び図示しないガス回収部)に対応する範囲における変位吸収部材が撓むことにより確実にアノード及びカソードにセパレータを押し当てることができる(図12(c)参照。)。従って、フレームのガス分配部やガス回収部、更には膜電極接合体のアノードやカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じても、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができるので、電気的な接触抵抗の増加による性能低下を防止ないし抑制することができ、かつ、ガス分配部及びガス回収部においてフレームを支持することができるので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じても、フレームばたつきによる破損を防ぐことができる。   Even with this configuration, the elastic member, which is a displacement absorbing member, is crushed during lamination. That is, even if the convex part of the gas distribution part (or a gas recovery part (not shown)) of the separator is low, the displacement absorbing member in the range corresponding to the gas distribution part (and the gas recovery part (not shown)) of the frame after stacking. Even if all or part of the bending is eliminated and held from the separators on both sides (see FIG. 12B), and the convex part of the gas distribution part (or a gas recovery part (not shown)) of the separator is high. After the lamination, the displacement absorbing member in a range corresponding to the gas distribution part (and a gas recovery part (not shown)) of the frame is bent, so that the separator can be surely pressed against the anode and the cathode (see FIG. 12C). ). Therefore, even if there is a variation in accuracy in the height of the ribs (concave / convex structure) of the separator facing the anode and cathode of the gas distribution part and gas recovery part of the frame and the membrane electrode assembly, the membrane electrode is joined with an appropriate surface pressure. Since the rib can be brought into contact with the anode or the cathode of the body, it is possible to prevent or suppress performance degradation due to an increase in electrical contact resistance and to support the frame in the gas distribution part and the gas recovery part. Therefore, even if a gas differential pressure occurs between the anode side and the cathode side, damage due to flapping of the frame can be prevented.

(第6の形態)
図13(a)は、本発明の第6の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部を示す分解状態の断面図、図13(b)は、本発明の第6の形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の図5中のA−A線と同様の位置の線に沿った燃料電池の要部の組み立て後を示す断面図である。なお、先の形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Sixth form)
FIG. 13A is an exploded view showing the main part of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 13B is a cross-sectional view of the state of the fuel cell along the line AA in FIG. 5 of the fuel cell constituting the fuel cell stack according to the sixth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the assembly of the principal part. Note that the same components as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図13に示すように、第6の形態に係る燃料電池スタックは、変位吸収部材14として、フレーム12とセパレータ13に接し、かつ、基部14aとしての金属基板と、基部14aに形成され、ばね機能部14bを構成する複数の凸部としての片持ち式の金属ばね片とを有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。更に、この燃料電池スタックは、厚み方向における2枚のフィルム部材12aの間であって、かつ、ガス分配部に対応する範囲(及び図示しないガス回収部)に対応する範囲に、12bで示す厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている。   As shown in FIG. 13, the fuel cell stack according to the sixth embodiment has a spring function as a displacement absorbing member 14 that is in contact with the frame 12 and the separator 13 and is formed on the base 14a and the base 14a. A displacement absorbing member for absorbing displacement in the thickness direction is provided, having a plurality of cantilevered metal spring pieces as convex portions constituting the portion 14b. Further, this fuel cell stack has a thickness indicated by 12b between the two film members 12a in the thickness direction and in a range corresponding to the gas distribution unit (and a gas recovery unit (not shown)). A displacement absorbing member for absorbing the vertical displacement is provided.

このような構成とすることによっても、積層時に変位吸収部材におけるばね機能部が押しつぶされる構造となっている。つまり、積層後にフレームのガス分配部及びガス回収部は変位吸収部材を介して両側のセパレータから保持され、更に変位吸収部材のばね機能部や2枚のフィルム部材の間であって、かつガス分配部に対応する範囲(及び図示しないガス回収部)に対応する範囲に配設された変位吸収部材が撓むことにより確実に膜電極接合体のアノード及びカソードにセパレータを押し当てることができる。従って、フレームのガス分配部やガス回収部、更には膜電極接合体のアノードやカソードに対向するセパレータのリブ(凹凸構造)高さに精度ばらつきが生じても、適正な面圧で膜電極接合体のアノード又はカソードにリブを接触させることができるので、電気的な接触抵抗の増加による性能低下を防止ないし抑制することができ、かつ、ガス分配部及びガス回収部においてフレームを支持することができるので、アノード側とカソード側の間にガス差圧が生じても、フレームばたつきによる破損を防ぐことができる。   Even with this configuration, the spring function portion of the displacement absorbing member is crushed during lamination. That is, after stacking, the gas distribution part and the gas recovery part of the frame are held from the separators on both sides via the displacement absorbing member, and further between the spring function part of the displacement absorbing member and the two film members, and the gas distribution When the displacement absorbing member disposed in the range corresponding to the range (and the gas recovery unit not shown) is bent, the separator can be reliably pressed against the anode and cathode of the membrane electrode assembly. Therefore, even if there is a variation in accuracy in the height of the ribs (concave / convex structure) of the separator facing the anode and cathode of the gas distribution part and gas recovery part of the frame and the membrane electrode assembly, the membrane electrode is joined with an appropriate surface pressure. Since the rib can be brought into contact with the anode or the cathode of the body, it is possible to prevent or suppress performance degradation due to an increase in electrical contact resistance and to support the frame in the gas distribution part and the gas recovery part. Therefore, even if a gas differential pressure occurs between the anode side and the cathode side, damage due to flapping of the frame can be prevented.

以上、本発明を若干の形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with some forms, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

例えば、上述した各形態の燃料電池及び燃料電池スタックに記載した構成は、各形態毎に限定されるものではなく、例えば、各形態の構成を上述した各形態以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。   For example, the configurations described in the fuel cells and fuel cell stacks of each embodiment described above are not limited to each embodiment, and for example, the configurations of each embodiment may be combined other than each embodiment described above, or the configuration details Can be changed.

S1 アノードガス供給部
S3 カソードガス供給部
D1 カソードガス供給部
D3 アノードガス排出部
D ガス分配部
C ガス回収部
1 燃料電池スタック
10 燃料電池
11 膜電極接合体
11a 電解質膜
11b アノード
11c カソード
11d,11e ガス拡散層
12 フレーム
12a フィルム部材
12b 変位吸収部材
13 セパレータ
13e 凸部
14 変位吸収部材
14a 基部
14b ばね機能部
50 積層体
53A,53B エンドプレート
54A,54B 締結部材
S1 Anode gas supply unit S3 Cathode gas supply unit D1 Cathode gas supply unit D3 Anode gas discharge unit D Gas distribution unit C Gas recovery unit 1 Fuel cell stack 10 Fuel cell 11 Membrane electrode assembly 11a Electrolyte membrane 11b Anode 11c Cathode 11d, 11e Gas diffusion layer 12 Frame 12a Film member 12b Displacement absorbing member 13 Separator 13e Convex part 14 Displacement absorbing member 14a Base part 14b Spring functional part 50 Laminate 53A, 53B End plates 54A, 54B Fastening member

Claims (9)

電解質膜をアノードとカソードとで挟持する構造を有する膜電極接合体と、
記膜電極接合体の周囲に配設され、かつ、該膜電極接合体を支持するフレームと、
上記フレーム及び上記アノードとの間にアノードガス供給部からアノードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるアノード側のセパレータと、
上記フレーム及び上記カソードとの間にカソードガス供給部からカソードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるカソード側のセパレータと、を備え、
上記フレームと上記各セパレータとの間であって、かつ、上記アノードガス供給部と上記アノードとの間及び上記カソードガス供給部と上記カソードとの間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が拡がるガス分配部を有し、
上記フレームと上記各セパレータとの間であって、かつ、上記アノードと上記アノードガス排出部との間及び上記カソードと上記カソードガス排出部との間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が狭まるガス回収部を有し、
厚み方向における上記アノード側及び上記カソード側の双方の上記ガス分配部及び上記ガス回収部に、上記フレームと上記各セパレータの一方とに接し、かつ、基部と、該基部に形成され、ばね機能部を構成する複数の凸部とを有する、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている
ことを特徴とする燃料電池。
A membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode;
Disposed around the upper Kimaku electrode assembly, and a frame supporting the membrane electrode assembly,
An anode-side separator in the thickness direction that forms a gas flow path from the anode gas supply unit to the anode gas discharge unit between the frame and the anode;
A cathode-side separator in the thickness direction that forms a gas flow path from the cathode gas supply unit to the cathode gas discharge unit between the frame and the cathode,
Gas flow paths between the frame and the separators and between the anode gas supply unit and the anode and between the cathode gas supply unit and the cathode along the gas flow direction. It has a gas distribution part that expands in width,
Gas flow paths between the frame and the separators and along the gas flow direction between the anode and the anode gas discharge unit and between the cathode and the cathode gas discharge unit, respectively. It has a gas recovery section that narrows the width,
The gas distribution part and the gas recovery part on both the anode side and the cathode side in the thickness direction are in contact with one of the frame and each of the separators, and are formed on the base part and the base part. A fuel cell comprising a displacement absorbing member for absorbing a displacement in the thickness direction, having a plurality of convex portions constituting the same.
厚み方向に垂直な平面内において、上記アノードガス供給部又は上記カソードガス供給部から上記膜電極接合体のアノード又はカソードまでの垂線の長さ(L)に対する該垂線に対して垂直な方向のアノード又はカソードの長さ(W)の比(W/L)が5以下であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   In a plane perpendicular to the thickness direction, the anode in a direction perpendicular to the perpendicular to the length (L) of the perpendicular from the anode gas supply part or the cathode gas supply part to the anode or cathode of the membrane electrode assembly 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the cathode length (W) ratio (W / L) is 5 or less. 上記基部が金属基板からなり、かつ、上記凸部が片持ち式の金属ばね片からなるか、又は上記基部及び上記凸部が樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
The base is made of a metal substrate, and the convex is made of a cantilevered metal spring piece, or the base and the convex are made of a resin material. Fuel cell.
上記フレームが、少なくとも2枚のフィルム部材が積層された構造を有しており、
記各セパレータが、上記ガス分配部に対応する範囲及び上記ガス回収部に対応する範囲に、上記フレームに接する複数の凸部を有しており
厚み方向における上記少なくとも2枚のフィルム部材の間であって、かつ、少なくとも上記ガス分配部に対応する範囲及び上記ガス回収部に対応する範囲に、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The frame has a structure in which at least two film members are laminated ,
Upper Symbol each separator, the range corresponding to the range and the gas recovery unit corresponding to the gas distribution portion has a plurality of convex portions in contact with said frame,
Displacement absorption for absorbing displacement in the thickness direction between the at least two film members in the thickness direction and at least in a range corresponding to the gas distribution part and a range corresponding to the gas recovery part The fuel cell according to claim 1, further comprising a member.
電解質膜をアノードとカソードとで挟持する構造を有する膜電極接合体と、
上記膜電極接合体の周囲に配設され、かつ、少なくとも2枚のフィルム部材が積層された構造を有し、かつ、該膜電極接合体を支持するフレームと、
上記フレーム及び上記アノードとの間にアノードガス供給部からアノードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるアノード側のセパレータと、
上記フレーム及び上記カソードとの間にカソードガス供給部からカソードガス排出部までのガス流路を形成する厚み方向におけるカソード側のセパレータと、を備え、
上記フレームと上記各セパレータとの間であって、かつ、上記アノードガス供給部と上記アノードとの間及び上記カソードガス供給部と上記カソードとの間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が拡がるガス分配部を有し、
上記フレームと上記各セパレータとの間であって、かつ、上記アノードと上記アノードガス排出部との間及び上記カソードと上記カソードガス排出部との間のそれぞれにガス流れ方向に沿ってガス流路幅が狭まるガス回収部を有し、
厚み方向における上記アノード側及び上記カソード側の双方の上記ガス分配部及び上記ガス回収部に、上記フレームと上記各セパレータの一方とに接すると共に、基部と、該基部に形成された複数のばね機能部を有する厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えており、
厚み方向における上記少なくとも2枚のフィルム部材の間であって、かつ、少なくとも上記ガス分配部に対応する範囲及び上記ガス回収部に対応する範囲に、厚さ方向の変位を吸収するための変位吸収部材を備えている
ことを特徴とする燃料電池。
A membrane electrode assembly having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode;
A frame that is disposed around the membrane electrode assembly and has a structure in which at least two film members are laminated, and a frame that supports the membrane electrode assembly;
An anode-side separator in the thickness direction that forms a gas flow path from the anode gas supply unit to the anode gas discharge unit between the frame and the anode;
A cathode-side separator in the thickness direction that forms a gas flow path from the cathode gas supply unit to the cathode gas discharge unit between the frame and the cathode,
Gas flow paths between the frame and the separators and between the anode gas supply unit and the anode and between the cathode gas supply unit and the cathode along the gas flow direction. It has a gas distribution part that expands in width,
Gas flow paths between the frame and the separators and along the gas flow direction between the anode and the anode gas discharge unit and between the cathode and the cathode gas discharge unit, respectively. It has a gas recovery section that narrows the width,
To the gas distribution portion of both the anode side and the cathode side and the gas recovery section in the thickness direction, with contact with one and the frame and the respective separators, base and a plurality of spring function formed in the base portion A displacement absorbing member for absorbing the displacement in the thickness direction having a portion,
Displacement absorption for absorbing displacement in the thickness direction between the at least two film members in the thickness direction and at least in a range corresponding to the gas distribution part and a range corresponding to the gas recovery part A fuel cell comprising a member.
厚み方向に垂直な平面内において、上記アノードガス供給部又は上記カソードガス供給部から上記膜電極接合体のアノード又はカソードまでの垂線の長さ(L)に対する該垂線に対して垂直な方向のアノード又はカソードの長さ(W)の比(W/L)が5以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料電池。   In a plane perpendicular to the thickness direction, the anode in a direction perpendicular to the perpendicular to the length (L) of the perpendicular from the anode gas supply part or the cathode gas supply part to the anode or cathode of the membrane electrode assembly 6. The fuel cell according to claim 4 or 5, wherein the ratio (W / L) of the cathode length (W) is 5 or less. 上記基部が金属基板からなり、かつ、上記ばね機能部が片持ち式の金属ばね片からなるか、又は上記基部及び上記ばね機能部が樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池。
The said base part consists of metal substrates, and the said spring function part consists of a cantilever-type metal spring piece, or the said base part and the said spring function part consist of resin materials, It is characterized by the above-mentioned. Fuel cell.
複数の燃料電池が積層された構造を有し、該燃料電池の少なくとも1つが請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の燃料電池である積層体と、
上記積層体を挟持する一対のエンドプレートと、
上記一対のエンドプレートを締結する一対の締結部材と、を具備した
ことを特徴とする燃料電池スタック。
A stack having a structure in which a plurality of fuel cells are stacked, and at least one of the fuel cells is the fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
A pair of end plates sandwiching the laminate,
A fuel cell stack comprising: a pair of fastening members that fasten the pair of end plates.
上記エンドプレートと上記締結部材とが直接締結されていることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池スタック。   9. The fuel cell stack according to claim 8, wherein the end plate and the fastening member are directly fastened.
JP2013059949A 2013-03-22 2013-03-22 Fuel cell and fuel cell stack Expired - Fee Related JP6150040B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013059949A JP6150040B2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Fuel cell and fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013059949A JP6150040B2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Fuel cell and fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014186823A JP2014186823A (en) 2014-10-02
JP6150040B2 true JP6150040B2 (en) 2017-06-21

Family

ID=51834234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013059949A Expired - Fee Related JP6150040B2 (en) 2013-03-22 2013-03-22 Fuel cell and fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6150040B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10826083B2 (en) 2014-07-10 2020-11-03 Daimler Ag Fuel cell assemblies with improved reactant flow
JP6258839B2 (en) * 2014-11-13 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell separator, fuel cell current collector, fuel cell, and fuel cell stack
JP7095378B2 (en) * 2018-04-20 2022-07-05 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell stack
JP7196773B2 (en) * 2019-05-31 2022-12-27 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196426A (en) * 2004-12-16 2006-07-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell
US8298715B2 (en) * 2006-03-08 2012-10-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cell laminate and fuel cell provided with the same
JP5683085B2 (en) * 2008-08-11 2015-03-11 大日本印刷株式会社 Electrolyte membrane-catalyst layer laminate with reinforcing sheet and polymer electrolyte fuel cell having the same
JP5349184B2 (en) * 2009-07-23 2013-11-20 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
EP2348567B1 (en) * 2009-09-16 2013-11-13 Panasonic Corporation Solid polymer fuel cell
JP5790083B2 (en) * 2011-03-31 2015-10-07 日産自動車株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014186823A (en) 2014-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5445986B2 (en) Fuel cell
JP6343638B2 (en) Fuel cell stack
JP6368807B2 (en) Manufacturing method of fuel cell stack and manufacturing method of metal separator for fuel cell
JP5790083B2 (en) Fuel cell
JP5077226B2 (en) Cell stack and fuel cell having the same
JP6112373B2 (en) Insulation structure, fuel cell and fuel cell stack
US10320009B2 (en) Deformation absorption member and fuel cell
JP5344273B2 (en) Fuel cell and separator thereof
JP2014093212A (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP5839122B2 (en) Fuel cell stack
JP6150040B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
JPWO2014080761A1 (en) Fuel cell single cell
JPWO2014103528A1 (en) Fuel cell stack
JP2015514280A (en) Fuel cell stack
WO2013161130A1 (en) Fuel cell stack
JP6090091B2 (en) Fuel cell
JP2015191802A (en) fuel cell stack
WO2012137820A1 (en) Fuel cell
JP6229874B2 (en) Membrane electrode assembly with frame, single fuel cell and fuel cell stack
JP5915971B2 (en) Fuel cell stack
JP2019186052A (en) Fuel cell separator
JP7130610B2 (en) Metal separators for fuel cells, junction separators and power generation cells
JP7111661B2 (en) Metal separators for fuel cells, junction separators and power generation cells
JP2012182029A (en) Fuel cell stack
JP2017162651A (en) Fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170426

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170509

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6150040

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees