JP6926981B2

JP6926981B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP6926981B2
Application number: JP2017221184A
Authority: JP
Inventors: 公聖吉田; 荒木　康; 康荒木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: JP2019091661A

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack.

膜電極接合体の一方側に位置した第１セパレータと、第１セパレータに接触したガスケットと、ガスケットに接触した凹状の溝部を有した第２セパレータと、を備えた燃料電池スタックが知られている（例えば特許文献１参照）。 A fuel cell stack including a first separator located on one side of a membrane electrode assembly, a gasket in contact with the first separator, and a second separator having a concave groove in contact with the gasket is known. (See, for example, Patent Document 1).

特開２０１０−１２３３４３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-123343

燃料電池スタックは、上記の部材が積層されて形成される。上記の部材が積層される際に、第２セパレータの溝部に対するガスケットの位置が所望の位置からずれた状態で積層される場合がある。これにより、ガスケットのシール性が低下する可能性がある。 The fuel cell stack is formed by laminating the above members. When the above members are laminated, the gasket may be laminated in a state where the position of the gasket with respect to the groove of the second separator deviates from a desired position. This may reduce the sealing performance of the gasket.

そこで本発明は、ガスケットの位置ずれが抑制された燃料電池スタックを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack in which the displacement of the gasket is suppressed.

上記目的は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方側に位置した第１セパレータと、前記膜電極接合体を支持した支持フレーム及び前記第１セパレータの一方に接合された支持部を介して接続されたガスケットと、前記ガスケットに接触した凹状の溝部を有した第２セパレータと、前記溝部に対する前記ガスケットの位置を矯正する矯正部と、を備え、前記溝部は、前記ガスケットに接触した底面と、前記底面に連続した側面と、を有し、前記底面と前記側面との間の前記溝部の内側の角度は、鈍角であり、前記矯正部は、前記支持部と、前記支持部に連結され前記ガスケットの一部を保持した保持部と、を有し、前記支持部は、前記側面に接触し前記側面に沿って傾倒している、燃料電池スタックによって達成できる。 The above purpose is to provide a membrane electrode assembly, a first separator located on one side of the membrane electrode assembly, a support frame supporting the membrane electrode assembly, and a support portion bonded to one of the first separators. A gasket connected via the gasket, a second separator having a concave groove in contact with the gasket, and a straightening portion for correcting the position of the gasket with respect to the groove are provided, and the groove is in contact with the gasket. It has a bottom surface and a side surface continuous with the bottom surface, and the angle inside the groove portion between the bottom surface and the side surface is an blunt angle, and the straightening portion is formed on the support portion and the support portion. It can be achieved by a fuel cell stack that has a holding portion that is connected and holds a portion of the gasket, the support portion that is in contact with the side surface and tilted along the side surface.

ガスケットの位置ずれが抑制された燃料電池スタックを提供できる。 It is possible to provide a fuel cell stack in which the displacement of the gasket is suppressed.

図１は、燃料電池の単セルの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a single cell of a fuel cell. 図２Ａは、矯正部の説明図であり、図２Ｂは、溝部の湾曲部周辺を示したセパレータの部分拡大図である。FIG. 2A is an explanatory view of the straightening portion, and FIG. 2B is a partially enlarged view of the separator showing the periphery of the curved portion of the groove portion. 図３Ａ〜図３Ｃは、矯正部によるガスケットの位置の矯正の説明図である。3A to 3C are explanatory views of straightening the position of the gasket by the straightening portion. 図４は、変形例の単セルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a single cell of a modified example.

図１は、燃料電池スタック１の単セル２の分解斜視図である。燃料電池スタック１は、単セル２が複数積層されることで構成される。図１では、一つの単セル２のみを示し、その他の単セルについては省略してある。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a single cell 2 of the fuel cell stack 1. The fuel cell stack 1 is configured by stacking a plurality of single cells 2. In FIG. 1, only one single cell 2 is shown, and the other single cells are omitted.

燃料電池スタック１は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル２は、膜電極ガス拡散層接合体１０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、ＭＥＧＡ１０を支持する支持フレーム１８と、ＭＥＧＡ１０を挟持するカソードセパレータ２０及びアノードセパレータ４０（以下、セパレータと称する）とを含む。ＭＥＧＡ１０は、カソードガス拡散層１６ｃ及びアノードガス拡散層１６ａ（以下、拡散層と称する）を有している。支持フレーム１８は、樹脂製であり、略枠状であって内周側がＭＥＧＡ１０の周縁領域に接合されている。 The fuel cell stack 1 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by receiving a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, oxygen) as reaction gases. The single cell 2 includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly 10 (hereinafter referred to as MEGA (Membrane Electrode Gas diffusion layer assembly)), a support frame 18 that supports the MEGA 10, a cathode separator 20 that sandwiches the MEGA 10, and an anode separator 40. (Hereinafter referred to as a separator) and. MEGA10 has a cathode gas diffusion layer 16c and an anode gas diffusion layer 16a (hereinafter, referred to as a diffusion layer). The support frame 18 is made of resin, has a substantially frame shape, and the inner peripheral side is joined to the peripheral region of MEGA 10.

セパレータ２０の２つの短辺の一方側には孔ｃ１〜ｃ３が形成され、他方側には孔ｃ４〜ｃ６が形成されている。同様に、支持フレーム１８の２つの短辺の一方側には孔ｓ１〜ｓ３が形成され、他方側には孔ｓ４〜ｓ６が形成されている。同様に、セパレータ４０の２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。孔ｃ１、ｓ１、及びａ１は連通してカソード入口マニホールドを画定する。同様に、孔ｃ２、ｓ２、及びａ２は、冷媒入口マニホールドを、孔ｃ３、ｓ３、及びａ３はアノード出口マニホールドを、孔ｃ４、ｓ４、及びａ４はアノード入口マニホールドを、孔ｃ５、ｓ５、及びａ５は冷媒出口マニホールドを、孔ｃ６、ｓ６、及びａ６はカソード出口マニホールドを画定する。 Holes c1 to c3 are formed on one side of the two short sides of the separator 20, and holes c4 to c6 are formed on the other side. Similarly, holes s1 to s3 are formed on one side of the two short sides of the support frame 18, and holes s4 to s6 are formed on the other side. Similarly, holes a1 to a3 are formed on one side of the two short sides of the separator 40, and holes a4 to a6 are formed on the other side. The holes c1, s1, and a1 communicate with each other to define the cathode inlet manifold. Similarly, holes c2, s2, and a2 are refrigerant inlet manifolds, holes c3, s3, and a3 are anode outlet manifolds, holes c4, s4, and a4 are anode inlet manifolds, holes c5, s5, and a5. Defines the refrigerant outlet manifold, and holes c6, s6, and a6 define the anode outlet manifold.

ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ４０の面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通して燃料ガスが流れるアノード流路溝４０Ａ（以下、流路溝と称する）が形成されている。ＭＥＧＡ１０に対向するセパレータ２０の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通して酸化剤ガスが流れるカソード流路溝２０Ａ（以下、流路溝と称する）が形成されている。セパレータ４０の流路溝４０Ａとは反対側の面、及びセパレータ２０の流路溝２０Ａとは反対側の面には、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒流路溝２０Ｂ及び４０Ｂ（以下、流路溝と称する）がそれぞれ形成されている。流路溝２０Ａ及び２０Ｂはセパレータ２０の長手方向に延びている。流路溝４０Ａ及び４０Ｂも同様に、セパレータ４０の長手方向に延びている。 An anode flow path groove 40A (hereinafter, referred to as a flow path groove) is formed on the surface of the separator 40 facing the MEGA 10 so that the anode inlet manifold and the anode outlet manifold communicate with each other and the fuel gas flows. A cathode flow path groove 20A (hereinafter referred to as a flow path groove) is formed on the surface of the separator 20 facing the MEGA 10 so that the cathode inlet manifold and the cathode outlet manifold communicate with each other and the oxidant gas flows. Refrigerant flow path groove 20B in which the refrigerant flows through the refrigerant inlet manifold and the refrigerant outlet manifold on the surface of the separator 40 opposite to the flow path groove 40A and the surface of the separator 20 opposite to the flow path groove 20A. And 40B (hereinafter, referred to as a flow path groove) are formed respectively. The flow path grooves 20A and 20B extend in the longitudinal direction of the separator 20. Similarly, the flow path grooves 40A and 40B extend in the longitudinal direction of the separator 40.

セパレータ２０及び４０は、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材、又は緻密質カーボン等のカーボン製部材によって形成してもよい。 The separators 20 and 40 are made of a gas-blocking and conductive material, and are a thin plate-shaped member formed of press-formed stainless steel, a metal such as titanium or a titanium alloy, or a carbon member such as dense carbon. May be formed by.

ＭＥＧＡ１０は、拡散層１６ａ及び１６ｃと、不図示の膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）とを有している。ＭＥＡは、電解質膜と、電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれに形成されたアノード触媒層及びカソード触媒層（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。触媒層は、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜に塗布することにより形成される。拡散層１６ａ及び１６ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層１６ａ及び１６ｃは、２つの触媒層のそれぞれに接合されている。 The MEGA 10 has diffusion layers 16a and 16c and a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly)) (not shown). The MEA includes an electrolyte membrane and an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer (hereinafter referred to as catalyst layers) formed on one surface and the other surface of the electrolyte membrane, respectively. The electrolyte membrane is a solid polymer thin film that exhibits good proton conductivity in a wet state, and is, for example, a fluorine-based ion exchange membrane. The catalyst layer is formed by applying a catalyst ink containing, for example, a carbon carrier carrying platinum (Pt) or the like and ionomer having proton conductivity to an electrolyte membrane. The diffusion layers 16a and 16c are formed of a gas-permeable and conductive material, for example, a porous fiber base material such as carbon fiber or graphite fiber. The diffusion layers 16a and 16c are bonded to each of the two catalyst layers.

支持フレーム１８のセパレータ４０と反対側の面には、ガスケット５０、及び複数のガスケット６０が設けられている。ガスケット５０は、孔ｓ１、孔ｓ６、及びＭＥＧＡ１０を含む全体を包囲している。ガスケット６０は、孔ｓ２〜ｓ５のそれぞれを包囲している。図１に示した単セル２の上方側に隣接する他の単セルのセパレータ２０には、支持フレーム１８と対向する側の面に、ガスケット５０及び６０のそれぞれに対応するように、周回状に連続した凹状の溝部が複数形成されている。ガスケット５０は、複数の湾曲部５１〜５８を有し、湾曲部５１〜５８にはそれぞれ後述する矯正部７０が設けられている。矯正部７０は、複数の単セル２の積層工程において発生し得るガスケット５０の位置ずれを矯正する。以下では、湾曲部５１に配置された矯正部７０を例示して説明する。 A gasket 50 and a plurality of gaskets 60 are provided on the surface of the support frame 18 opposite to the separator 40. The gasket 50 surrounds the entire area including the holes s1, holes s6, and MEGA10. The gasket 60 surrounds each of the holes s2 to s5. The separator 20 of the other single cell adjacent to the upper side of the single cell 2 shown in FIG. 1 has a circular shape on the surface of the side facing the support frame 18 so as to correspond to the gaskets 50 and 60, respectively. A plurality of continuous concave grooves are formed. The gasket 50 has a plurality of curved portions 51 to 58, and each of the curved portions 51 to 58 is provided with a straightening portion 70, which will be described later. The straightening unit 70 corrects the misalignment of the gasket 50 that may occur in the laminating process of the plurality of single cells 2. Hereinafter, the straightening portion 70 arranged on the curved portion 51 will be described as an example.

図２Ａは、矯正部７０の説明図である。図２Ａは、ガスケット５０が延びた方向に垂直な断面図である。図２Ａは、複数の他の単セルが積層される前の単セル２を示している。矯正部７０は、支持フレーム１８のセパレータ４０とは反対側の面に設けられており、ガスケット５０の湾曲部５１を保持している。ガスケット５０は、矯正部７０により保持されているが、支持フレーム１８には固定されていない。支持フレーム１８とセパレータ４０とは、熱可塑性又は熱硬化性の接着剤１００により接合されている。また、セパレータ４０とセパレータ２０とは、不図示の接着剤または溶接等により接合されている。 FIG. 2A is an explanatory view of the straightening section 70. FIG. 2A is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the gasket 50. FIG. 2A shows a single cell 2 before a plurality of other single cells are stacked. The straightening portion 70 is provided on the surface of the support frame 18 opposite to the separator 40, and holds the curved portion 51 of the gasket 50. The gasket 50 is held by the straightening portion 70, but is not fixed to the support frame 18. The support frame 18 and the separator 40 are joined by a thermoplastic or thermosetting adhesive 100. Further, the separator 40 and the separator 20 are joined by an adhesive (not shown), welding, or the like.

矯正部７０は、低剛性部７１ａ及び７１ｂ、高剛性部７３ａ及び７３ｂ、保持部７５を有している。低剛性部７１ａ及び７１ｂは、互いに所定の間隔を空けて、支持フレーム１８のセパレータ４０とは反対側の面に接着されている。低剛性部７１ａ及び７１ｂのそれぞれの先端に高剛性部７３ａ及び７３ｂが接合されている。高剛性部７３ａ及び７３ｂは、上端面が半球状に形成されている。低剛性部７１ａ及び７１ｂと高剛性部７３ａ及び７３ｂとは、支持フレーム１８に設けられた支持部の一例である。 The straightening portion 70 has low-rigidity portions 71a and 71b, high-rigidity portions 73a and 73b, and a holding portion 75. The low-rigidity portions 71a and 71b are adhered to the surface of the support frame 18 opposite to the separator 40 at predetermined intervals. High-rigidity portions 73a and 73b are joined to the tips of the low-rigidity portions 71a and 71b, respectively. The upper end surfaces of the high-rigidity portions 73a and 73b are formed in a hemispherical shape. The low-rigidity portions 71a and 71b and the high-rigidity portions 73a and 73b are examples of the support portions provided on the support frame 18.

高剛性部７３ａ及び７３ｂは、棒状の保持部７５を、支持フレーム１８のセパレータ４０とは反対側の面と略平行な状態となるように支持している。具体的には、高剛性部７３ａのガスケット５０側の側面には、保持部７５の一端が遊嵌した孔部が形成されており、同様に、高剛性部７３ｂのガスケット５０側の側面には、保持部７５の他端が遊嵌した孔部が形成されている。低剛性部７１ａ及び７１ｂは、高剛性部７３ａ及び７３ｂや保持部７５よりも剛性が低く形成されている。例えば低剛性部７１ａ及び７１ｂは弾性を有したゴム製であり、高剛性部７３ａ及び７３ｂと保持部７５とは樹脂製である。保持部７５は、ガスケット５０の湾曲部５１を貫通しており、保持部７５の支持フレーム１８からの高さ位置は、燃料電池スタック１の積層する前の単セル２の状態において、ガスケット５０の湾曲部５１が支持フレーム１８の面に接触しない程度に設定されている。 The high-rigidity portions 73a and 73b support the rod-shaped holding portion 75 so as to be substantially parallel to the surface of the support frame 18 opposite to the separator 40. Specifically, a hole in which one end of the holding portion 75 is loosely fitted is formed on the side surface of the high-rigidity portion 73a on the gasket 50 side, and similarly, the side surface of the high-rigidity portion 73b on the gasket 50 side is formed. , A hole is formed in which the other end of the holding portion 75 is loosely fitted. The low-rigidity portions 71a and 71b are formed to have lower rigidity than the high-rigidity portions 73a and 73b and the holding portion 75. For example, the low-rigidity portions 71a and 71b are made of elastic rubber, and the high-rigidity portions 73a and 73b and the holding portion 75 are made of resin. The holding portion 75 penetrates the curved portion 51 of the gasket 50, and the height position of the holding portion 75 from the support frame 18 is the state of the single cell 2 before stacking the fuel cell stack 1 of the gasket 50. The curved portion 51 is set so as not to come into contact with the surface of the support frame 18.

セパレータ２０に形成された溝部２５には、積層方向でガスケット５０の湾曲部５１に対応した位置に湾曲部２５１が形成されている。図２Ｂは、溝部２５の湾曲部２５１周辺を示したセパレータ２０の部分拡大図である。溝部２５は、直線状に延びた部分の幅Ｗよりも、湾曲部２５１の幅Ｗａの方が大きく形成されている。幅Ｗａは、矯正部７０を収容できる程度の大きさに設定されている。尚、溝部２５のその他の湾曲部も同様に幅広に設定されており、矯正部７０を収容可能な大きさの幅に設定されている。 In the groove 25 formed in the separator 20, the curved portion 251 is formed at a position corresponding to the curved portion 51 of the gasket 50 in the stacking direction. FIG. 2B is a partially enlarged view of the separator 20 showing the periphery of the curved portion 251 of the groove portion 25. The groove portion 25 is formed so that the width Wa of the curved portion 251 is larger than the width W of the linearly extending portion. The width Wa is set to a size capable of accommodating the straightening portion 70. The other curved portions of the groove portion 25 are also set to be wide in the same manner, and are set to a width large enough to accommodate the straightening portion 70.

溝部２５の具体的な形状について説明する。図２Ａに示すように、湾曲部２５１は、底面２５１ｃと、底面２５１ｃに連続して挟む側面２５１ａ及び２５１ｂとを含む。側面２５１ａ及び２５１ｂは、底面２５１ｃに対して垂直ではなく、側面２５１ａと底面２５１ｃとの間の湾曲部２５１の内側の角度、側面２５１ｂと底面２５１ｃとの間の湾曲部２５１の内側の角度が、それぞれ鈍角に設定されている。側面２５１ａ及び２５１ｂ間の距離は、底面２５１ｃの中心に位置した状態でセパレータ２０、支持フレーム１８、セパレータ４０を積層した場合に、側面２５１ａ及び２５１ｂがそれぞれ高剛性部７３ａ及び７３ｂに接触しない程度に設定されている。尚、図２Ａには、溝部２５の直線状の部分での側面２５ａ及び２５ｂの位置を点線で示しており、側面２５ａ及び２５ｂは側面２５１ａ及び２５１ｂよりも内側に位置していることがわかる。 The specific shape of the groove 25 will be described. As shown in FIG. 2A, the curved portion 251 includes a bottom surface 251c and side surfaces 251a and 251b that are continuously sandwiched between the bottom surface 251c. The side surfaces 251a and 251b are not perpendicular to the bottom surface 251c, and the angle inside the curved portion 251 between the side surface 251a and the bottom surface 251c and the angle inside the curved portion 251 between the side surface 251b and the bottom surface 251c are Each is set to an obtuse angle. The distance between the side surfaces 251a and 251b is such that the side surfaces 251a and 251b do not come into contact with the high-rigidity portions 73a and 73b, respectively, when the separator 20, the support frame 18, and the separator 40 are laminated while being located at the center of the bottom surface 251c. It is set. In addition, in FIG. 2A, the positions of the side surfaces 25a and 25b in the linear portion of the groove portion 25 are shown by dotted lines, and it can be seen that the side surfaces 25a and 25b are located inside the side surfaces 251a and 251b.

上述したように、支持フレーム１８とセパレータ４０とは、熱可塑性又は熱硬化性の接着剤１００により接合されている。即ち、支持フレーム１８とセパレータ４０との接合の際には、接着剤１００を含めて支持フレーム１８も加熱される。ここで、支持フレーム１８は絶縁性を確保するために上述したように樹脂材料により形成されているため、この加熱により熱変形する可能性がある。これにより、支持フレーム１８が平面方向で伸縮する可能性がある。ここで、例えば支持フレーム１８の面上に予めガスケット５０が接合されている場合には、支持フレーム１８の熱変形に伴ってガスケット５０が所望の位置からずれ、この状態で各部材が積層される可能性がある。また、支持フレーム１８が熱変形しない場合であっても、各部材の寸法精度のばらつきや、積層時での各部材の位置決めの精度等の影響により、ガスケット５０が所望の位置からずれた状態で各部材が積層される可能性がある。これにより、ガスケット５０のシール性が低下する可能性があり、また、複数の単セル間での積層方向でのガスケット５０による反力にばらつきができ、複数の単セルが積層された積層体に対して湾曲するような力が作用する可能性もある。従って本実施例では、矯正部７０によりガスケット５０の位置を矯正することにより、燃料電池スタック１のガスケット５０の位置ずれを抑制する。以下に、矯正部７０によるガスケット５０の位置の矯正について説明する。 As described above, the support frame 18 and the separator 40 are joined by a thermoplastic or thermosetting adhesive 100. That is, when the support frame 18 and the separator 40 are joined, the support frame 18 including the adhesive 100 is also heated. Here, since the support frame 18 is made of a resin material as described above in order to secure the insulating property, there is a possibility of thermal deformation due to this heating. As a result, the support frame 18 may expand and contract in the plane direction. Here, for example, when the gasket 50 is bonded in advance on the surface of the support frame 18, the gasket 50 is displaced from a desired position due to thermal deformation of the support frame 18, and each member is laminated in this state. there is a possibility. Further, even when the support frame 18 is not thermally deformed, the gasket 50 is deviated from the desired position due to the influence of the variation in the dimensional accuracy of each member, the positioning accuracy of each member at the time of laminating, and the like. Each member may be laminated. As a result, the sealing property of the gasket 50 may be deteriorated, and the reaction force due to the gasket 50 in the stacking direction may vary among the plurality of single cells, resulting in a laminated body in which the plurality of single cells are laminated. On the other hand, a bending force may act. Therefore, in this embodiment, the position of the gasket 50 is corrected by the straightening portion 70 to suppress the misalignment of the gasket 50 of the fuel cell stack 1. The correction of the position of the gasket 50 by the straightening portion 70 will be described below.

図３Ａ〜図３Ｃは、矯正部７０によるガスケット５０の位置の矯正の説明図である。ガスケット５０の位置の矯正は、単セル２が複数積層される工程において実現される。従って、図３Ａ〜図３Ｃでは、単セル２とこれに上方側に隣接した他の単セルのセパレータ２０及び４０を示し、他の単セルのそのほかの部材については図示を省略している。図３Ａには、上述したように支持フレーム１８の熱変形により、矯正部７０と共にガスケット５０の湾曲部５１が底面２５１ｃの中心を通過する中心線ＣＬから側面２５１ｂ側にずれた場合を示している。 3A to 3C are explanatory views of straightening the position of the gasket 50 by the straightening portion 70. The correction of the position of the gasket 50 is realized in the process of laminating a plurality of single cells 2. Therefore, in FIGS. 3A to 3C, the single cell 2 and the separators 20 and 40 of the other single cell adjacent to the single cell 2 are shown, and the other members of the other single cell are not shown. FIG. 3A shows a case where the curved portion 51 of the gasket 50 together with the straightening portion 70 is displaced from the center line CL passing through the center of the bottom surface 251c to the side surface 251b side due to the thermal deformation of the support frame 18 as described above. ..

この状態で単セル２に対して他の単セルが積層されると、図３Ｂに示すように、高剛性部７３ｂが他の単セルのセパレータ２０の側面２５１ｂに接触する。更に単セル２に対して他の単セルが接近すると、高剛性部７３ｂが他の単セルのセパレータ２０の側面２５１ｂに先に接触して押圧され、側面２５１ｂに沿って高剛性部７３ｂが湾曲部２５１の内側に傾く。具体的には、上述したように低剛性部７１ｂは高剛性部７３ｂよりも剛性が低いため、低剛性部７１ｂが潰れながら湾曲する。これにより高剛性部７３ｂが傾倒し、高剛性部７３ｂは保持部７５を高剛性部７３ａ側に押圧して、保持部７５は高剛性部７３ａ側に移動し、高剛性部７３ａは高剛性部７３ｂと同様に傾倒し、低剛性部７１ａは低剛性部７１ｂと同様に変形する。ここで、上述したように保持部７５の一端と他端とはそれぞれ高剛性部７３ａ及び７３ｂにそれぞれ形成された孔部に遊嵌しているため、高剛性部７３ａ及び７３ｂが同一方向に傾いた状態でも保持部７５を保持できる。これにより、図３Ｃに示すように、保持部７５が貫通したガスケット５０の湾曲部５１も、中心線ＣＬ側に移動させることができ、位置が矯正される。上記と同様に、ガスケット５０のその他の湾曲部５２〜５８のそれぞれに設けられている矯正部７０によってもガスケット５０の位置が矯正される。これにより、ガスケット５０全体が平面方向に移動して、位置ずれが矯正される。 When another single cell is laminated on the single cell 2 in this state, the high-rigidity portion 73b comes into contact with the side surface 251b of the separator 20 of the other single cell, as shown in FIG. 3B. Further, when another single cell approaches the single cell 2, the high-rigidity portion 73b first contacts and is pressed against the side surface 251b of the separator 20 of the other single cell, and the high-rigidity portion 73b is curved along the side surface 251b. Tilt inward of portion 251. Specifically, as described above, the low-rigidity portion 71b has a lower rigidity than the high-rigidity portion 73b, so that the low-rigidity portion 71b bends while being crushed. As a result, the high-rigidity portion 73b is tilted, the high-rigidity portion 73b presses the holding portion 75 toward the high-rigidity portion 73a, the holding portion 75 moves toward the high-rigidity portion 73a, and the high-rigidity portion 73a is a high-rigidity portion. It tilts in the same manner as the 73b, and the low-rigidity portion 71a deforms in the same manner as the low-rigidity portion 71b. Here, as described above, since one end and the other end of the holding portion 75 are loosely fitted in the holes formed in the high-rigidity portions 73a and 73b, respectively, the high-rigidity portions 73a and 73b are tilted in the same direction. The holding portion 75 can be held even in the standing state. As a result, as shown in FIG. 3C, the curved portion 51 of the gasket 50 through which the holding portion 75 penetrates can also be moved to the center line CL side, and the position is corrected. Similar to the above, the position of the gasket 50 is also corrected by the straightening portions 70 provided in each of the other curved portions 52 to 58 of the gasket 50. As a result, the entire gasket 50 moves in the plane direction, and the misalignment is corrected.

図３Ｃにおいては、単セル２のセパレータ４０は、ＭＥＡ及び支持フレーム１８の一方側に位置した第１セパレータの一例である。他の単セルのセパレータ２０は、ガスケット５０に接触した凹状の溝部２５を有した第２セパレータの一例である。 In FIG. 3C, the separator 40 of the single cell 2 is an example of the first separator located on one side of the MEA and the support frame 18. The other single-cell separator 20 is an example of a second separator having a concave groove 25 in contact with the gasket 50.

尚、ガスケット５０が図３Ａにおいて中心線ＣＬよりも左側に位置ずれが生じていた場合には、高剛性部７３ａが側面２５１ａに先に接触して側面２５１ａに沿うように傾倒して、保持部７５は高剛性部７３ｂ側に移動して高剛性部７３ｂは高剛性部７３ａと同様に傾倒する。このようにして、ガスケット５０の位置ずれが矯正される。 When the gasket 50 is displaced to the left side of the center line CL in FIG. 3A, the high-rigidity portion 73a first contacts the side surface 251a and tilts along the side surface 251a to tilt the holding portion. The 75 moves to the high-rigidity portion 73b side, and the high-rigidity portion 73b tilts in the same manner as the high-rigidity portion 73a. In this way, the misalignment of the gasket 50 is corrected.

また、ガスケット５０の位置ずれが発生していない場合では、積層時に高剛性部７３ａ及び７３ｂが略同時に他のセルの底面２５１ｃに接触し、低剛性部７１ａ及び７１ｂが垂直方向に潰れると共に保持部７５は支持フレーム１８側に移動し、湾曲部５１は支持フレーム１８と底面２５１ｃとの間で押圧される。 Further, when the position of the gasket 50 is not displaced, the high-rigidity portions 73a and 73b come into contact with the bottom surface 251c of other cells at substantially the same time during lamination, and the low-rigidity portions 71a and 71b are crushed in the vertical direction and the holding portion. The 75 moves toward the support frame 18, and the curved portion 51 is pressed between the support frame 18 and the bottom surface 251c.

図２Ｂに示したように、矯正部７０が設けられた位置に対応して、溝部２５に幅広の部分が設けられている。このため、セパレータ２０全体に対する溝部２５の専有面積の増大が抑制されている。図２Ｂに示すように、湾曲部ではガスケットの溝幅を広く設定しやすいため、矯正部７０をガスケット５の湾曲部５１〜５８に配置することが効果的である。また、ガスケット５０の湾曲部５１の位置を矯正することにより、湾曲部５１を挟むように連続したガスケット５０の２つの直線状の部分の位置も矯正できる。 As shown in FIG. 2B, a wide portion is provided in the groove portion 25 corresponding to the position where the straightening portion 70 is provided. Therefore, an increase in the area occupied by the groove 25 with respect to the entire separator 20 is suppressed. As shown in FIG. 2B, since it is easy to set a wide groove width of the gasket in the curved portion, it is effective to arrange the straightening portion 70 in the curved portions 51 to 58 of the gasket 5. Further, by correcting the position of the curved portion 51 of the gasket 50, the positions of the two linear portions of the gasket 50 that are continuous so as to sandwich the curved portion 51 can also be corrected.

保持部７５の一端及び他端の少なくとも一方が、ヒンジ機構により高剛性部７３ａ又は７３ｂの一方に回転可能に連結されていてもよい。保持部７５は、インサート成形によりガスケット５０と一体に設けられているが、これに限定されない。例えば２つの棒体によりガスケット５０を両側から挟むようにしてガスケット５０を保持したものであってもよい。保持部７５は、棒状に限定されず、単セルの積層方向の厚みが薄い板状であってもよい。 At least one end and the other end of the holding portion 75 may be rotatably connected to one of the high-rigidity portions 73a or 73b by a hinge mechanism. The holding portion 75 is provided integrally with the gasket 50 by insert molding, but is not limited thereto. For example, the gasket 50 may be held by sandwiching the gasket 50 from both sides by two rods. The holding portion 75 is not limited to a rod shape, and may be a plate shape having a thin thickness in the stacking direction of a single cell.

上述した矯正部７０は、ガスケット５０の湾曲部５１〜５８のそれぞれの位置に設けられているが、何れかの湾曲部に設けられていてもよいし、湾曲部以外に設けられていてもよい。 The straightening portion 70 described above is provided at each position of the curved portions 51 to 58 of the gasket 50, but may be provided at any of the curved portions or may be provided at a position other than the curved portion. ..

図４は、変形例の単セル２´の説明図である。単セル２´の矯正部７０´は、ガスケット５０の湾曲部５１を片持ち状に保持している。具体的には、上述した低剛性部７１ｂ、高剛性部７３ｂは設けられていない。また、保持部７５´は、上述した保持部７５よりも短く形成されている。セパレータ２０´の溝部２５´の湾曲部２５１´の側面２５１ｂ´は、側面２５ｂと略同じ位置に設けられている。低剛性部７１ｂ及び高剛性部７３ｂが設けられていないためである。このように、ガスケット５０の位置ずれの方向が予め予想できる場合には、本変形例のように片側にのみ低剛性部７１ａ及び高剛性部７３ａを設けてもよい。本変形例では、矯正部７０´は小型化されており、それに対応する溝部２５´の湾曲部２５１´での幅の増大を抑制できる。このため、狭い領域にも矯正部７０´を設けることができる。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the single cell 2'of the modified example. The straightening portion 70'of the single cell 2'holds the curved portion 51 of the gasket 50 in a cantilever shape. Specifically, the low-rigidity portion 71b and the high-rigidity portion 73b described above are not provided. Further, the holding portion 75'is formed shorter than the holding portion 75 described above. The side surface 251b ′ of the curved portion 251 ′ of the groove portion 25 ′ of the separator 20 ′ is provided at substantially the same position as the side surface 25b. This is because the low-rigidity portion 71b and the high-rigidity portion 73b are not provided. As described above, when the direction of the displacement of the gasket 50 can be predicted in advance, the low-rigidity portion 71a and the high-rigidity portion 73a may be provided on only one side as in this modification. In this modification, the straightening portion 70'is miniaturized, and an increase in the width of the corresponding groove portion 25'at the curved portion 251' can be suppressed. Therefore, the straightening portion 70'can be provided even in a narrow area.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

例えば、支持フレーム１８の一方側にセパレータ４０が接着剤１００により接着され、セパレータ４０上にガスケット５０及び矯正部７０又は矯正部７０´が設けられていてもよい。また、支持フレーム１８を備えずに、膜電極接合体をセパレータ２０およびセパレータ４０により両側から挟持し、膜電極接合体の周囲のセパレータ２０とセパレータ４０との間にゴムまたは接着剤で充填して接合され、セパレータ４０上にガスケット５０及び矯正部７０又は矯正部７０´が設けられていてもよい。この場合においても、各部材の寸法精度のばらつきなどにより、ガスケット５０の位置が所望の位置からずれる可能性があるからである。 For example, the separator 40 may be adhered to one side of the support frame 18 with an adhesive 100, and the gasket 50 and the straightening portion 70 or the straightening portion 70'may be provided on the separator 40. Further, the membrane electrode assembly is sandwiched from both sides by the separator 20 and the separator 40 without the support frame 18, and the separator 20 and the separator 40 around the membrane electrode assembly are filled with rubber or an adhesive. The gasket 50 and the straightening portion 70 or the straightening portion 70'may be provided on the separator 40 after being joined. This is because even in this case, the position of the gasket 50 may deviate from the desired position due to variations in the dimensional accuracy of each member.

１０ＭＥＧＡ
１８支持フレーム
２０カソードセパレータ（第２セパレータ）
２５溝部
２５１ａ、２５１ｂ側面
２５１ｃ底面
４０アノードセパレータ（第１セパレータ）
５０ガスケット
７０矯正部
７１ａ、７１ｂ低剛性部（支持部）
７３ａ、７３ｂ高剛性部（支持部）
７５保持部
１００接着剤 10 MEGA
18 Support frame 20 Cathode separator (second separator)
25 Grooves 251a, 251b Sides 251c Bottoms 40 Anode separator (first separator)
50 Gasket 70 Straightening part 71a, 71b Low rigidity part (support part)
73a, 73b High rigidity part (support part)
75 Retaining part 100 Adhesive

Claims

Membrane electrode assembly and
The first separator located on one side of the membrane electrode assembly and
A support frame that supports the membrane electrode assembly and a gasket that is connected via a support portion that is joined to one of the first separators.
A second separator having a concave groove in contact with the gasket,
A straightening portion for correcting the position of the gasket with respect to the groove portion is provided.
The groove has a bottom surface in contact with the gasket and a side surface continuous with the bottom surface.
The inner angle of the groove between the bottom surface and the side surface is an obtuse angle.
The straightening portion has the support portion and a holding portion connected to the support portion and holding a part of the gasket.
A fuel cell stack in which the support portion is in contact with the side surface and is tilted along the side surface.