JP6021683B2

JP6021683B2 - Fuel cell and assembly method thereof

Info

Publication number: JP6021683B2
Application number: JP2013032543A
Authority: JP
Inventors: 真弘福田; 政孝渡辺; 堅太郎石田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: JP2014164827A

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池及びその組み付け方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and an assembling method thereof.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方にアノード電極が、前記電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持している。燃料電池は、通常、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is provided on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is provided on the other side of the electrolyte membrane. Is sandwiched between separators. A fuel cell is usually used as an in-vehicle fuel cell stack, for example, by being stacked in a predetermined number.

この燃料電池では、通常、数十〜数百の燃料電池を積層して燃料電池スタックを構成している。その際、燃料電池自体及び前記燃料電池同士を正確に位置決めする必要があり、例えば、特許文献１に開示された燃料電池が知られている。 In this fuel cell, usually, several tens to several hundreds of fuel cells are stacked to constitute a fuel cell stack. At that time, the fuel cell itself and the fuel cells need to be accurately positioned. For example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known.

この燃料電池は、図１０に示すように、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた膜電極構造体１を、アノード側セパレータ２ａｎとカソード側セパレータ２ｃａで挟んで構成されている。アノード側セパレータ２ａｎとカソード側セパレータ２ｃａの外周部の複数箇所には、ピン挿入孔３ａｎ、３ｃａが設けられ、前記ピン挿入孔３ａｎ、３ｃａに亘って樹脂製セル締結ピン４の複数の脚部４ａが一体に挿入されている。 In this fuel cell, as shown in FIG. 10, a membrane electrode structure 1 having a pair of electrodes provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode side separator 2an and a cathode side separator 2ca. . Pin insertion holes 3an and 3ca are provided in a plurality of locations on the outer peripheral portion of the anode side separator 2an and the cathode side separator 2ca, and a plurality of legs 4a of the resin cell fastening pin 4 extends across the pin insertion holes 3an and 3ca. Are integrally inserted.

脚部４ａの一端に形成されたフランジ部４ｂは、カソード側セパレータ２ｃａに係止し、脚部４ａの他端に形成されたフック部４ｃは、アノード側セパレータ２ａｎに係止して燃料電池が締結されている。 The flange portion 4b formed at one end of the leg portion 4a is engaged with the cathode side separator 2ca, and the hook portion 4c formed at the other end of the leg portion 4a is engaged with the anode side separator 2an so that the fuel cell is formed. It is concluded.

セル締結ピン４は、射出成形によりピン成形体５に一体成形されている。そして、セル締結ピン４がピン挿入孔３ａｎ、３ｃａに挿入された後、ゲート部５ａが破断され、スタンプ部５ｂが前記セル締結ピン４から分離されている。 The cell fastening pin 4 is integrally formed with the pin molded body 5 by injection molding. Then, after the cell fastening pin 4 is inserted into the pin insertion holes 3an and 3ca, the gate portion 5a is broken and the stamp portion 5b is separated from the cell fastening pin 4.

また、特許文献２に開示された燃料電池では、図１１に示すように、第１セパレータ６ａ、第２セパレータ６ｂ及び第３セパレータ６ｃが、図示しない電解質膜・電極構造体を介装して積層されている。第１セパレータ６ａには、樹脂部材７ａが設けられるとともに、前記樹脂部材７ａには、積層方向に突出して連結ピン部８が一体成形されている。第２セパレータ６ｂと第３セパレータ６ｃとには、樹脂部材７ｂと樹脂部材７ｃとが設けられている。樹脂部材７ｂと樹脂部材７ｃとには、連結ピン部８が一体に挿入される孔部９ａと孔部９ｂとが形成されている。 Further, in the fuel cell disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 11, the first separator 6a, the second separator 6b, and the third separator 6c are stacked with an electrolyte membrane / electrode structure (not shown) interposed therebetween. Has been. The first separator 6a is provided with a resin member 7a, and a connecting pin portion 8 is integrally formed on the resin member 7a so as to protrude in the laminating direction. The second separator 6b and the third separator 6c are provided with a resin member 7b and a resin member 7c. The resin member 7b and the resin member 7c are formed with a hole 9a and a hole 9b into which the connecting pin 8 is inserted integrally.

特開２００６−１４７４６０号公報JP 2006-147460 A 特開２０１０−２７２３１３号公報JP 2010-272313 A

上記の特許文献１では、セル締結ピン４がピン挿入孔３ａｎ、３ｃａに挿入された後、ゲート部５ａを破断する作業が必要になっている。この破断時には、熱等が用いられており、加熱及び冷却してスタンプ部５ｂを離脱させる設備が必要とされている。 In Patent Document 1 described above, after the cell fastening pin 4 is inserted into the pin insertion holes 3an and 3ca, an operation of breaking the gate portion 5a is required. At the time of this breakage, heat or the like is used, and equipment for separating the stamp part 5b by heating and cooling is required.

また、上記の特許文献２では、連結ピン部８が孔部９ａ、９ｂに一体に挿入された後、溶接チップｗｔを介して前記連結ピン部８の先端を熱により溶融させている。このため、溶接チップｗｔによる溶接作業が必要になっている。 Moreover, in said patent document 2, after connecting pin part 8 is inserted integrally in hole 9a, 9b, the front-end | tip of the said connecting pin part 8 is fuse | melted with the heat | fever via the welding tip wt. For this reason, a welding operation using a welding tip wt is required.

本発明はこの種の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成及び工程で、燃料電池を確実且つ迅速に組み付けることが可能な燃料電池及びその組み付け方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with this kind of technology, and an object of the present invention is to provide a fuel cell and a method for assembling the fuel cell that can be assembled reliably and quickly with a simple configuration and process. .

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池及びその組み付け方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, and an assembling method thereof.

この燃料電池では、複数のセパレータの外周縁部又は複数の電解質膜・電極構造体の外周縁部には、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材とが個別に設けられるとともに、前記第１の樹脂部材には、積層方向に突出して複数の樹脂製係止部が一体に設けられる一方、前記第１の樹脂部材に前記積層方向に隣接して配列される前記第２の樹脂部材には、前記樹脂製係止部が挿入される複数の係止部挿入孔が形成されている。 In this fuel cell, the first resin member and the second resin member are individually provided on the outer peripheral edge of the plurality of separators or the outer peripheral edge of the plurality of electrolyte membrane / electrode structures, and the first The resin member is protruded in the laminating direction and integrally provided with a plurality of resin locking portions, while the second resin member arranged adjacent to the first resin member in the laminating direction A plurality of locking portion insertion holes into which the resin locking portions are inserted are formed.

そして、各樹脂製係止部は、先端側に拡縮自在な分割部位を有し、各分割部位の分割面は、セパレータ又は電解質膜・電極構造体の面方向中心に対して対称形状に構成されている。 Each resin locking portion has a split part that can be expanded and contracted on the tip side, and the split surface of each split part is configured symmetrically with respect to the center in the surface direction of the separator or the electrolyte membrane / electrode structure. ing.

また、この燃料電池では、分割部位は、積層方向に延在する２本以上のスリットを有し、前記スリットが面方向中心に対して対称に設けられることが好ましい。 Further, in this fuel cell, it is preferable that the divided portion has two or more slits extending in the stacking direction, and the slits are provided symmetrically with respect to the center in the plane direction.

さらにこの組み付け方法は、電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層された積層体を組み付け治具に配置する工程と、前記積層体の面内中心部に荷重を付与することにより、複数の樹脂製係止部を複数の係止部挿入孔に同時に挿入する工程と、を有している。 Furthermore, this assembly method includes a step of placing a laminate in which an electrolyte membrane / electrode structure and a separator are laminated on an assembly jig, and applying a load to an in-plane central portion of the laminate, thereby providing a plurality of resins. And a step of simultaneously inserting the manufactured locking portion into the plurality of locking portion insertion holes.

本発明によれば、各樹脂製係止部の先端側には、拡縮自在な分割部位が設けられるとともに、各分割部位の分割面は、セパレータ又は電解質膜・電極構造体の面方向中心に対して対称形状に構成されている。このため、電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層された積層体の面内中心部に荷重が付与されると、各樹脂製係止部の各分割部位には、同一の条件で、すなわち、各分割面に均等方向に、荷重を加えることができる。 According to the present invention, the distal end side of each resin locking portion is provided with a division part that can be expanded and contracted, and the division surface of each division part is relative to the center in the surface direction of the separator or the electrolyte membrane / electrode structure. Are configured symmetrically. For this reason, when a load is applied to the central portion in the plane of the laminate in which the electrolyte membrane / electrode structure and the separator are laminated, each divided portion of each resin locking portion has the same condition, that is, A load can be applied to each divided surface in a uniform direction.

従って、複数の樹脂製係止部は、各係止部挿入孔に確実に挿入されるとともに、係止状態が均等になって燃料電池を良好に保持することが可能になる。これにより、簡単な構成及び工程で、燃料電池を確実且つ迅速に組み付けることが可能になる。 Therefore, the plurality of resin locking portions are securely inserted into the respective locking portion insertion holes, and the locked state is made uniform, so that the fuel cell can be satisfactorily held. As a result, the fuel cell can be reliably and quickly assembled with a simple configuration and process.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記発電ユニットの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 1 of the said electric power generation unit. 前記発電ユニットを構成する第１セパレータの一方の面側の説明図である。It is explanatory drawing of the one surface side of the 1st separator which comprises the said electric power generation unit. 前記第１セパレータを構成する連結ピン部の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the connecting pin part which constitutes the 1st separator. 前記発電ユニットを組み付ける組み付け装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the assembling apparatus which assembles | assembles the said electric power generation unit. 前記第１セパレータに荷重が付与された際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when a load is provided to the said 1st separator. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記発電ユニットの、図７中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。It is the VIII-VIII sectional view taken on the line of the said electric power generation unit in FIG. 他の連結ピンの斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of other connecting pins. 特許文献１に開示された燃料電池の断面説明図である。2 is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell disclosed in Patent Document 1. FIG. 特許文献２に開示された燃料電池の断面説明図である。4 is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell disclosed in Patent Document 2. FIG.

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数の発電ユニット１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成される。発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention has a plurality of power generation units 12 stacked in the horizontal direction (arrow A direction) or the gravity direction (arrow C direction). Composed. The power generation unit 12 includes a first separator 14, a first electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 16 a, a second separator 18, a second electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 16 b, and a third separator 20.

第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属セパレータに換えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。 The 1st separator 14, the 2nd separator 18, and the 3rd separator 20 are comprised, for example with the steel plate, the stainless steel plate, the aluminum plate, the plating treatment steel plate, or the metal plate which gave the surface treatment for anticorrosion to the metal surface. The 1st separator 14, the 2nd separator 18, and the 3rd separator 20 have cross-sectional uneven | corrugated shape by pressing a metal thin plate into a waveform. The first separator 14, the second separator 18, and the third separator 20 may be carbon separators instead of metal separators.

第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、それぞれ、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード電極２４及びカソード電極２６とを備える。 The first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte, respectively. An anode electrode 24 and a cathode electrode 26 sandwiching the membrane 22 are provided.

アノード電極２４は、カソード電極２６よりも小さな表面寸法（平面寸法）を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、アノード電極２４は、カソード電極２６よりも大きな表面寸法に設定されてもよく、また、前記アノード電極２４と前記カソード電極２６とは、同一の表面寸法に設定されてもよい。固体高分子電解質膜２２、アノード電極２４及びカソード電極２６は、それぞれ矢印Ｂ方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面寸法が縮小されているが、前記切り欠きを設けない構成を採用してもよい。 The anode electrode 24 constitutes a so-called step type MEA having a smaller surface dimension (planar dimension) than the cathode electrode 26. The anode electrode 24 may be set to have a larger surface dimension than the cathode electrode 26, and the anode electrode 24 and the cathode electrode 26 may be set to the same surface dimension. The solid polymer electrolyte membrane 22, the anode electrode 24, and the cathode electrode 26 have notches provided at the upper and lower ends in the direction of arrow B to reduce the surface dimensions, but adopt a configuration in which the notches are not provided. Also good.

アノード電極２４及びカソード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。 The anode electrode 24 and the cathode electrode 26 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer (not shown) to be formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。 As shown in FIG. 1, the upper end edge of the power generation unit 12 in the long side direction (arrow C direction) communicates with each other in the direction of arrow A to oxidize for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. An agent gas inlet communication hole 30a and a fuel gas inlet communication hole 32a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。 The lower end edge of the long side direction (arrow C direction) of the power generation unit 12 communicates with each other in the arrow A direction, and the fuel gas outlet communication hole 32b for discharging the fuel gas and the oxidant gas are discharged. The oxidant gas outlet communication hole 30b is provided.

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられる。発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。 A cooling medium inlet communication hole 34 a for communicating with each other in the direction of arrow A and for supplying a cooling medium is provided at one end edge of the power generation unit 12 in the short side direction (arrow B direction). A cooling medium outlet communication hole 34 b for discharging the cooling medium is provided at the other end edge in the short side direction of the power generation unit 12.

図３に示すように、第１セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８ａ及び出口バッファ部３８ｂが設けられる。 As shown in FIG. 3, the first fuel gas flow that communicates the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b to the surface 14a of the first separator 14 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 16a. A path 36 is formed. The first fuel gas passage 36 has a plurality of wave-like passage grooves (or straight passage grooves) extending in the direction of arrow C, and an inlet (upper end portion) and an outlet of the first fuel gas passage 36. In the vicinity of the (lower end), an inlet buffer 38a and an outlet buffer 38b each having a plurality of embosses are provided.

燃料ガス入口連通孔３２ａと入口バッファ部３８ａとは、複数本の入口連結通路４０ａにより連通するとともに、前記入口連結通路４０ａは、ブリッジ部である蓋体４１ａにより覆われている。燃料ガス出口連通孔３２ｂと出口バッファ部３８ｂとは、複数本の出口連結通路４０ｂにより連通するとともに、前記出口連結通路４０ｂは、ブリッジ部である蓋体４１ｂにより覆われている。 The fuel gas inlet communication hole 32a and the inlet buffer portion 38a communicate with each other by a plurality of inlet connection passages 40a, and the inlet connection passage 40a is covered with a lid body 41a that is a bridge portion. The fuel gas outlet communication hole 32b and the outlet buffer portion 38b communicate with each other by a plurality of outlet connection passages 40b, and the outlet connection passage 40b is covered with a lid body 41b that is a bridge portion.

図１及び図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である。 As shown in FIGS. 1 and 3, a cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium inlet communication hole 34 a and the cooling medium outlet communication hole 34 b is formed on the surface 14 b of the first separator 14. The cooling medium flow path 44 has a back surface shape of the first fuel gas flow path 36.

図１に示すように、第２セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部５２ａ及び出口バッファ部５２ｂが設けられる。 As shown in FIG. 1, the surface 18a of the second separator 18 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 16a is connected to the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b. An agent gas flow path 50 is formed. The first oxidant gas flow channel 50 has a plurality of wavy flow channel grooves (or linear flow channel grooves) extending in the direction of arrow C. In the vicinity of the inlet (upper end) and outlet (lower end) of the first oxidant gas channel 50, an inlet buffer 52a and an outlet buffer 52b are provided.

第２セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。 A second fuel gas flow path 58 that connects the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b is formed on the surface 18b of the second separator 18 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 16b. The second fuel gas channel 58 has a plurality of wave-like channel grooves (or straight channel grooves) extending in the direction of arrow C, and an inlet (upper end) and an outlet of the second fuel gas channel 58. In the vicinity of the (lower end), an inlet buffer 60a and an outlet buffer 60b are provided.

燃料ガス入口連通孔３２ａと入口バッファ部６０ａとは、複数本の入口連結通路６２ａにより連通するとともに、前記入口連結通路６２ａは、ブリッジ部である蓋体６４ａにより覆われている。燃料ガス出口連通孔３２ｂと出口バッファ部６０ｂとは、複数本の出口連結通路６２ｂにより連通するとともに、前記出口連結通路６２ｂは、ブリッジ部である蓋体６４ｂにより覆われている。 The fuel gas inlet communication hole 32a and the inlet buffer portion 60a communicate with each other through a plurality of inlet connection passages 62a, and the inlet connection passage 62a is covered with a lid body 64a that is a bridge portion. The fuel gas outlet communication hole 32b and the outlet buffer portion 60b communicate with each other by a plurality of outlet connection passages 62b, and the outlet connection passage 62b is covered with a lid body 64b that is a bridge portion.

第３セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。 A second oxidant gas flow channel 66 that connects the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is formed on the surface 20a of the third separator 20 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 16b. Is done.

第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部６８ａ及び出口バッファ部６８ｂが設けられる。 The second oxidant gas channel 66 has a plurality of wave-like channel grooves (or linear channel grooves) extending in the direction of arrow C. In the vicinity of the inlet (upper end) and outlet (lower end) of the second oxidant gas channel 66, an inlet buffer portion 68a and an outlet buffer portion 68b are provided.

第３セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状の重ね合わせにより形成される。 A cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium inlet communication hole 34 a and the cooling medium outlet communication hole 34 b is formed on the surface 20 b of the third separator 20. The cooling medium flow path 44 is formed by overlapping the back surface shapes of the first fuel gas flow path 36 and the second oxidant gas flow path 66.

第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形される。第３セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。 A first seal member 74 is integrally formed on the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14 around the outer peripheral edge of the first separator 14. A second seal member 76 is integrally formed on the surfaces 18 a and 18 b of the second separator 18 around the outer peripheral edge of the second separator 18. A third seal member 78 is integrally formed on the surfaces 20 a and 20 b of the third separator 20 around the outer peripheral edge of the third separator 20.

第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。 Examples of the first seal member 74, the second seal member 76, and the third seal member 78 include EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber. A sealing member having elasticity such as a sealing material, a cushioning material, or a packing material is used.

第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０の外周縁部には、樹脂部材１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃがそれぞれ複数設けられる。樹脂部材１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ポリイミド又はＡＢＳ樹脂や、スーパーエンジニアリングプラスチック、ガラス入り強化繊維等で構成される。 A plurality of resin members 110a, 110b, and 110c are provided on the outer peripheral edges of the first separator 14, the second separator 18, and the third separator 20, respectively. Resin members 110a, 110b and 110c are made of PPS (polyphenylene sulfide), POM (polyacetal), PBT (polybutylene terephthalate), PEEK (polyether ether ketone), LCP (liquid crystal polymer), polyimide or ABS resin, super engineering plastic It is composed of glass-reinforced fibers.

樹脂部材１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは、予め、絶縁樹脂で成形した成形品を、かしめや接着等によって第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０を構成する金属プレートに設けられた切り欠き部に固定し、あるいは、前記金属プレートの前記切り欠き部に絶縁樹脂を一体で射出成形してもよい。 The resin members 110a, 110b, and 110c are notches provided in metal plates constituting the first separator 14, the second separator 18, and the third separator 20 by caulking or bonding a molded product that has been molded in advance with an insulating resin. Alternatively, the insulating resin may be integrally injection-molded into the notch of the metal plate.

第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、樹脂部材１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃが設けられた後、第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８を射出成形等により一体成形することが好ましい。 The first separator 14, the second separator 18, and the third separator 20 are provided with the resin members 110a, 110b, and 110c, and then the first seal member 74, the second seal member 76, and the third seal member 78 are injection-molded or the like. It is preferable to integrally form.

図１〜図３に示すように、第１セパレータ１４に設けられる樹脂部材１１０ａは、面１４ａ側に突出する連結ピン部（樹脂製係止部）１１２を一体成形する。連結ピン部１１２は、図２に示すように、基底板部１１６を有する。基底板部１１６は、樹脂部材１１０ａの面１４ｂ側に凹部１１４を設けることにより形成される。基底板部１１６から４本の脚部（分割部位）１１８が膨出するとともに、各脚部１１８の先端には、係止部（フック部）１２０が拡径形成される（図２及び図４参照）。 As shown in FIGS. 1-3, the resin member 110a provided in the 1st separator 14 integrally molds the connection pin part (resin-made latching | locking part) 112 which protrudes in the surface 14a side. The connection pin part 112 has the baseplate part 116, as shown in FIG. The base plate portion 116 is formed by providing a recess 114 on the surface 14b side of the resin member 110a. Four leg portions (divided portions) 118 bulge from the base plate portion 116, and a locking portion (hook portion) 120 is formed with an enlarged diameter at the tip of each leg portion 118 (FIGS. 2 and 4). reference).

各脚部１１８の基端部は、基底板部１１６と同一面上すなわち、樹脂部材１１０ａの平垣面である基準面１１０ａｓと同一面上に位置する底面１１８ａを有する（図２参照）。基底板部１１６を構成する凹部１１４の深さは、発電ユニット１２が組み付けられた際、前記発電ユニット１２に隣接する他の発電ユニット１２に設けられた連結ピン部１１２の先端部が干渉しない寸法に設定される。 The base end part of each leg part 118 has the bottom face 118a located on the same surface as the baseplate part 116, ie, the same surface as the reference plane 110as which is a flat fence surface of the resin member 110a (refer FIG. 2). The depth of the recess 114 constituting the base plate portion 116 is such that when the power generation unit 12 is assembled, the distal end portion of the connecting pin portion 112 provided in another power generation unit 12 adjacent to the power generation unit 12 does not interfere. Set to

係止部１２０は、先端に湾曲面（又はテーパ面）１２０ａが設けられる。係止部１２０の内面側、すなわち、脚部１１８の内面先端側には、先端に向かって外方に傾斜する傾斜面１２０ｂが形成される。 The locking portion 120 is provided with a curved surface (or tapered surface) 120a at the tip. On the inner surface side of the locking portion 120, that is, on the inner surface front end side of the leg portion 118, an inclined surface 120 b that is inclined outward toward the front end is formed.

図４に示すように、連結ピン部１１２は、直径方向を通過し且つ互いに直交する２つのスリット１２２ａ、１２２ｂにより周方向に４分割される。スリット１２２ａは、第１分割面Ｄ１を有するとともに、スリット１２２ｂは、前記第１分割面Ｄ１に直交する第２分割面Ｄ２を有する。図３に示すように、各連結ピン部１１２は、係止部１２０の第１分割面Ｄ１同士及び第２分割面Ｄ２同士が、第１セパレータ１４の面方向中心Ｏに対して対称形状に構成される。 As shown in FIG. 4, the connecting pin portion 112 is divided into four in the circumferential direction by two slits 122 a and 122 b that pass through the diameter direction and are orthogonal to each other. The slit 122a has a first divided surface D1, and the slit 122b has a second divided surface D2 orthogonal to the first divided surface D1. As shown in FIG. 3, the connecting pin portions 112 are configured such that the first divided surfaces D <b> 1 and the second divided surfaces D <b> 2 of the locking portion 120 are symmetrical with respect to the center O in the surface direction of the first separator 14. Is done.

図１及び図２に示すように、樹脂部材１１０ｂ及び１１０ｃには、連結ピン部１１２が挿入される第１挿入孔部（係止部挿入孔）１２４ａ及び第２挿入孔部（係止部挿入孔）１２４ｂが形成される。図２に示すように、第２挿入孔部１２４ｂは、第１挿入孔部１２４ａよりも開口径が小径に構成される。第１挿入孔部１２４ａの内径は、係止部１２０の外径寸法と同等に設定される一方、第２挿入孔部１２４ｂの内径は、前記係止部１２０の外径寸法よりも小径に且つ脚部１１８の外径寸法よりも大径に設定される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the resin members 110b and 110c have a first insertion hole (locking portion insertion hole) 124a and a second insertion hole (locking portion insertion) into which the connecting pin portion 112 is inserted. Hole) 124b is formed. As shown in FIG. 2, the opening diameter of the second insertion hole 124b is smaller than that of the first insertion hole 124a. The inner diameter of the first insertion hole 124 a is set to be equal to the outer diameter of the locking part 120, while the inner diameter of the second insertion hole 124 b is smaller than the outer diameter of the locking part 120 and The diameter is set larger than the outer diameter of the leg 118.

このように構成される燃料電池１０を組み付ける方法について、以下に説明する。 A method for assembling the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

各発電ユニット１２を組み付ける際には、図５に示すように、組み付け装置１３０が使用される。組み付け装置１３０は、基台治具１３２と可動治具１３４とを備えるとともに、前記可動治具１３４は、例えば、４本のガイドバー１３６に沿って前記基台治具１３２に対して進退自在である。 When assembling each power generation unit 12, an assembling apparatus 130 is used as shown in FIG. The assembling apparatus 130 includes a base jig 132 and a movable jig 134, and the movable jig 134 can move forward and backward with respect to the base jig 132 along, for example, four guide bars 136. is there.

可動治具１３４の押圧面１３４ａ側は、発電ユニット１２に当接する。可動治具１３４は、好ましくは、可撓性を有し、その中央部が発電ユニット１２のセパレータ面方向中心Ｏをメインに、全面及び係止部周辺に亘って押圧力を付与する。また、組み付け装置１３０では、単一の発電ユニット１２を組み付ける場合について説明するが、複数の発電ユニット１２を積層して同時に組み付け処理を行うことも可能である。 The pressing surface 134 a side of the movable jig 134 contacts the power generation unit 12. The movable jig 134 preferably has flexibility, and a central portion thereof applies a pressing force mainly on the separator surface direction center O of the power generation unit 12 over the entire surface and the periphery of the locking portion. In the assembling apparatus 130, a case where a single power generation unit 12 is assembled will be described. However, it is also possible to stack a plurality of power generation units 12 and perform the assembling process simultaneously.

先ず、基台治具１３２上には、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０の順に積層されて、積層体１２ａが得られる。そして、可動治具１３４が下降されると、前記可動治具１３４は、積層体１２ａのセパレータ面方向中心Ｏに荷重を付与する。 First, the first separator 14, the first electrolyte membrane / electrode structure 16 a, the second separator 18, the second electrolyte membrane / electrode structure 16 b, and the third separator 20 are stacked in this order on the base jig 132. A laminated body 12a is obtained. When the movable jig 134 is lowered, the movable jig 134 applies a load to the separator surface direction center O of the laminate 12a.

その際、第１の実施形態では、図３に示すように、各連結ピン部１１２は、係止部１２０の第１分割面Ｄ１同士及び第２分割面Ｄ２同士が、第１セパレータ１４の面方向中心Ｏに対して対称形状に構成されている。このため、図６に示すように、面方向中心Ｏに付与された荷重が外方に放射状に伝達されると、各連結ピン部１１２の各係止部１２０には、同一の条件で、すなわち、各第１分割面Ｄ１及び第２分割面Ｄ２に均等方向に荷重が加えられる。従って、各係止部１２０は、第１挿入孔部１２４ａ及び第２挿入孔部１２４ｂに確実に挿入される。 At that time, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, each of the connecting pin portions 112 has the first divided surfaces D <b> 1 and the second divided surfaces D <b> 2 of the locking portion 120 facing each other. A symmetric shape is formed with respect to the direction center O. For this reason, as shown in FIG. 6, when the load applied to the center O in the plane direction is transmitted radially outward, each locking portion 120 of each connecting pin portion 112 has the same condition, that is, A load is applied to each first divided surface D1 and second divided surface D2 in a uniform direction. Accordingly, each locking portion 120 is reliably inserted into the first insertion hole portion 124a and the second insertion hole portion 124b.

さらに、各係止部１２０の分割方向は、面方向中心Ｏに対して対称となっている。これにより、発電ユニット１２が組み付けられた際、各係止部１２０に作用する抵抗（係止部１２０が第３セパレータ２０の第２挿入孔部１２４ｂの周縁部に引っかかっている状態の抵抗）が均等化される。このため、いずれかの係止部１２０が第３セパレータ２０から外れることがなく、発電ユニット１２を良好に保持することが可能になる。 Further, the dividing direction of each locking portion 120 is symmetric with respect to the center O in the surface direction. Thereby, when the power generation unit 12 is assembled, resistance acting on each locking portion 120 (resistance in a state where the locking portion 120 is caught on the peripheral edge portion of the second insertion hole portion 124b of the third separator 20). Equalized. For this reason, any of the locking portions 120 does not come off from the third separator 20, and the power generation unit 12 can be satisfactorily held.

従って、第１の実施形態では、簡単な構成及び工程で、発電ユニット１２を、さらには燃料電池１０を、確実且つ迅速に組み付けることが可能になるという効果が得られる。 Therefore, in the first embodiment, it is possible to reliably and quickly assemble the power generation unit 12 and further the fuel cell 10 with a simple configuration and process.

次に、燃料電池１０の動作について、以下に説明する。 Next, the operation of the fuel cell 10 will be described below.

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 34a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給される。 Therefore, the oxidant gas is introduced into the first oxidant gas channel 50 of the second separator 18 and the second oxidant gas channel 66 of the third separator 20 from the oxidant gas inlet communication hole 30a. This oxidant gas moves in the direction of arrow C (the direction of gravity) along the first oxidant gas flow path 50, and is supplied to the cathode electrode 26 of the first electrolyte membrane / electrode structure 16a, and also the second oxidant gas. It moves in the direction of arrow C along the agent gas flow channel 66 and is supplied to the cathode electrode 26 of the second electrolyte membrane / electrode structure 16b.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１セパレータ１４の第１燃料ガス流路３６及び第２セパレータ１８の第２燃料ガス流路５８に導入される。この燃料ガスは、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極２４に供給されるとともに、第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給される。 On the other hand, the fuel gas is introduced into the first fuel gas channel 36 of the first separator 14 and the second fuel gas channel 58 of the second separator 18 from the fuel gas inlet communication hole 32a. This fuel gas moves in the direction of gravity (arrow C direction) along the first fuel gas flow path 36 and is supplied to the anode electrode 24 of the first electrolyte membrane / electrode structure 16a. It moves in the direction of arrow C along the path 58 and is supplied to the anode electrode 24 of the second electrolyte membrane / electrode structure 16b.

従って、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in the first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode electrode 24 serve as the electrode catalyst layer. Power is generated by being consumed by electrochemical reaction.

次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 Subsequently, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrodes 26 of the first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b is moved along the arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Discharged in the direction.

第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各アノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 The fuel gas supplied to and consumed by each anode electrode 24 of the first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 32b. The

一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第３セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。 On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 34 a is introduced into the cooling medium flow path 44 formed between the first separator 14 and the third separator 20 and then flows in the direction of arrow B. The cooling medium cools the first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b, and then is discharged to the cooling medium outlet communication hole 34b.

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１４０を構成する発電ユニット１４２の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of the power generation unit 142 constituting the fuel cell 140 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

発電ユニット１４２は、第１電解質膜・電極構造体１４４ａ、第１金属セパレータ１４６ａ、第２電解質膜・電極構造体１４４ｂ及び第２金属セパレータ１４６ｂを矢印Ａ方向に積層して構成される。 The power generation unit 142 is configured by stacking a first electrolyte membrane / electrode structure 144a, a first metal separator 146a, a second electrolyte membrane / electrode structure 144b, and a second metal separator 146b in the direction of arrow A.

図８に示すように、第１電解質膜・電極構造体１４４ａ及び第２電解質膜・電極構造体１４４ｂを構成する固体高分子電解質膜２２は、アノード電極２４及びカソード電極２６と同一の表面寸法、又はこれらよりも大きな表面寸法に設定される。第１電解質膜・電極構造体１４４ａは、固体高分子電解質膜２２の外周端縁部に樹脂製の第１額縁部（樹脂部材）１４８ａが、例えば、射出成形により一体成形される。第２電解質膜・電極構造体１４４ｂは、固体高分子電解質膜２２の外周端縁部に樹脂製の第２額縁部（樹脂部材）１４８ｂが、例えば、射出成形により一体成形される。樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック、強化繊維等が採用される。 As shown in FIG. 8, the solid polymer electrolyte membrane 22 constituting the first electrolyte membrane / electrode structure 144a and the second electrolyte membrane / electrode structure 144b has the same surface dimensions as the anode electrode 24 and the cathode electrode 26, Alternatively, the surface dimension is set larger than these. In the first electrolyte membrane / electrode structure 144a, a first frame portion (resin member) 148a made of resin is integrally formed on the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane 22 by, for example, injection molding. In the second electrolyte membrane / electrode structure 144b, a resin-made second frame portion (resin member) 148b is integrally formed on the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 22 by, for example, injection molding. As the resin material, for example, engineering plastics, super engineering plastics, reinforced fibers and the like are adopted in addition to general-purpose plastics.

図７に示すように、第１額縁部１４８ａ及び第２額縁部１４８ｂの矢印Ｃ方向の一端縁部（上端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。 As shown in FIG. 7, the one end edge portion (upper edge portion) in the arrow C direction of the first frame portion 148a and the second frame portion 148b communicates with each other in the arrow A direction, and the oxidant gas inlet communication hole 30a. The cooling medium inlet communication holes 34a and the fuel gas inlet communication holes 32a are arranged in the arrow B direction (horizontal direction).

第１額縁部１４８ａ及び第２額縁部１４８ｂの矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス出口連通孔３２ｂ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。 The other end edge (lower end edge) of the first frame portion 148a and the second frame portion 148b in the direction of arrow C communicate with each other in the direction of arrow A, and the fuel gas outlet communication hole 32b and the cooling medium outlet communication hole 34b. The oxidant gas outlet communication holes 30b are arranged in the direction of arrow B.

第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂの外周部は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、燃料ガス出口連通孔３２ｂ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内側に配置される。 The outer periphery of the first metal separator 146a and the second metal separator 146b has an oxidant gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 34a, a fuel gas inlet communication hole 32a, a fuel gas outlet communication hole 32b, and a cooling medium outlet communication hole. 34b and the oxidant gas outlet communication hole 30b.

第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂは、同一に構成されており、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状の金属板を折り返して構成される。 The first metal separator 146a and the second metal separator 146b are configured in the same manner, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a thin plate-like surface that has been subjected to a surface treatment for corrosion protection. Constructed by folding a metal plate.

第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂのアノード電極２４に対向する面には、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する燃料ガス流路１５０が形成される。第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂのカソード電極２６に対向する面には、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する酸化剤ガス流路１５２が形成される。第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂには、酸化剤ガス流路１５２の上下両側に、それぞれ複数の冷却媒体供給孔部１５４ａと冷却媒体排出孔部１５４ｂとが形成される。 On the surfaces of the first metal separator 146a and the second metal separator 146b facing the anode electrode 24, a fuel gas flow path 150 having a corrugated cross section is formed by pressing into a wave shape. On the surface of the first metal separator 146a and the second metal separator 146b facing the cathode electrode 26, an oxidant gas flow path 152 having a corrugated cross section is formed by pressing into a wave shape. In the first metal separator 146a and the second metal separator 146b, a plurality of cooling medium supply holes 154a and cooling medium discharge holes 154b are formed on both the upper and lower sides of the oxidant gas flow path 152, respectively.

第１金属セパレータ１４６ａ及び第２金属セパレータ１４６ｂの内部には、冷却媒体供給孔部１５４ａ及び冷却媒体排出孔部１５４ｂに連通して冷却媒体を矢印Ｃ方向に流通させる冷却媒体流路１５６が形成される。冷却媒体流路１５６は、燃料ガス流路１５０の裏面形状と酸化剤ガス流路１５２の裏面形状との重なり形状により構成される。 Inside the first metal separator 146a and the second metal separator 146b, a cooling medium flow path 156 that communicates with the cooling medium supply hole 154a and the cooling medium discharge hole 154b and distributes the cooling medium in the direction of arrow C is formed. The The cooling medium channel 156 is configured by an overlapping shape of the back surface shape of the fuel gas channel 150 and the back surface shape of the oxidant gas channel 152.

第１額縁部１４８ａには、第１シール部材１５８ａが一体成形されるとともに、第２額縁部１４８ｂには、第２シール部材１５８ｂが一体成形される。第１シール部材１５８ａ及び第２シール部材１５８ｂとしては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。 A first seal member 158a is integrally formed with the first frame portion 148a, and a second seal member 158b is integrally formed with the second frame portion 148b. As the first seal member 158a and the second seal member 158b, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, acrylic rubber, or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

図７及び図８に示すように、第１額縁部１４８ａには、複数の連結ピン部１１２が一体成形される。第２額縁部１４８ｂには、各連結ピン部１１２が挿入される複数の挿入孔部（係止部挿入孔）１２４が形成される。各連結ピン部１１２の分割面（第１分割面Ｄ１及び第２分割面Ｄ２）は、第１電解質膜・電極構造体１４４ａの面方向中心に対して対称形状に構成される。 As shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of connecting pin portions 112 are formed integrally with the first frame portion 148a. The second frame portion 148b is formed with a plurality of insertion hole portions (locking portion insertion holes) 124 into which the connecting pin portions 112 are inserted. The dividing surfaces (the first dividing surface D1 and the second dividing surface D2) of each connecting pin portion 112 are configured symmetrically with respect to the center in the surface direction of the first electrolyte membrane / electrode structure 144a.

連結ピン部１１２は、第１電解質膜・電極構造体１４４ａと第２電解質膜・電極構造体１４４ｂとの間に、第１金属セパレータ１４６ａが介装された状態で、前記第２電解質膜・電極構造体１４４ｂの挿入孔部１２４に挿入される。このため、第１電解質膜・電極構造体１４４ａ、第１金属セパレータ１４６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１４４ｂは、一体に保持される。 The connecting pin portion 112 has the second electrolyte membrane / electrode in a state where the first metal separator 146a is interposed between the first electrolyte membrane / electrode structure 144a and the second electrolyte membrane / electrode structure 144b. It is inserted into the insertion hole 124 of the structure 144b. Therefore, the first electrolyte membrane / electrode structure 144a, the first metal separator 146a, and the second electrolyte membrane / electrode structure 144b are held together.

この第２の実施形態では、簡単な構成及び工程で、発電ユニット１４２を、さらには燃料電池１４０を、確実且つ迅速に組み付けることが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment, it is possible to assemble the power generation unit 142 and the fuel cell 140 reliably and quickly with a simple configuration and process, and the same effects as the first embodiment described above. Is obtained.

なお、第１及び第２の実施形態では、連結ピン部１１２が２本のスリット１２２ａ、１２２ｂにより周方向に４分割されているが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、連結ピン部１６０を採用してもよい。連結ピン部１６０は、中心から径方向外方に３本のスリット１６２ａ、１６２ｂ及び１６２ｃが等角度間隔ずつ離間して形成されることにより、３本の脚部（分割部位）１６４ａ、１６４ｂ及び１６４ｃを有する。 In the first and second embodiments, the connecting pin portion 112 is divided into four in the circumferential direction by the two slits 122a and 122b. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a connecting pin portion 160 may be employed. The connecting pin part 160 is formed of three legs 162a, 164b and 164c by forming three slits 162a, 162b and 162c radially outward from the center at equal angular intervals. Have

連結ピン部１６０は、３本のスリット１６２ａ、１６２ｂ及び１６２ｃにより３つの分割面を有する。図示しないセパレータには、複数個の連結ピン部１６０が設けられるとともに、各連結ピン部１６０の任意の分割面同士が、前記セパレータの面方向中心Ｏに対して対称形状に構成される。これにより、連結ピン部１６０は、上記の連結ピン部１１２と同様の効果が得られる。 The connection pin part 160 has three division surfaces by three slits 162a, 162b, and 162c. A separator (not shown) is provided with a plurality of connecting pin portions 160, and arbitrary divided surfaces of each connecting pin portion 160 are configured symmetrically with respect to the center O in the surface direction of the separator. Thereby, the connection pin part 160 has the same effect as the connection pin part 112 described above.

１０、１４０…燃料電池１２、１４２…発電ユニット
１４、１８、２０…セパレータ
１６ａ、１６ｂ、１４４ａ、１４４ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜２４…アノード電極
２６…カソード電極３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔３６、５８、１５０…燃料ガス流路
４４、１５６…冷却媒体流路５０、６６、１５２…酸化剤ガス流路
７４、７６、７８、１５８ａ、１５８ｂ…シール部材
１１０ａ〜１１０ｃ…樹脂部材１１２、１６０…連結ピン部
１１４…凹部１１６…基底板部
１１８、１６４ａ〜１６４ｃ…脚部１１８ａ…底面
１２０…係止部１２０ａ…湾曲面
１２０ｂ…傾斜面
１２２ａ、１２２ｂ、１６２ａ〜１６２ｃ…スリット
１２４、１２４ａ、１２４ｂ…挿入孔部
１４６ａ、１４６ｂ…金属セパレータ
１４８ａ、１４８ｂ…額縁部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,140 ... Fuel cell 12, 142 ... Electric power generation unit 14, 18, 20 ... Separator 16a, 16b, 144a, 144b ... Electrolyte membrane and electrode structure 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Anode electrode 26 ... Cathode electrode 30a ... Oxidant gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Fuel gas inlet communication hole 32b ... Fuel gas outlet communication hole 34a ... Cooling medium inlet communication hole 34b ... Cooling medium outlet communication hole 36, 58, 150 ... Fuel gas Flow paths 44, 156 ... Cooling medium flow paths 50, 66, 152 ... Oxidant gas flow paths 74, 76, 78, 158a, 158b ... Seal members 110a to 110c ... Resin members 112, 160 ... Connecting pin portions 114 ... Recesses 116 ... base plate part 118, 164a to 164c ... leg part 118a ... bottom face 120 ... locking part 120a ... curved face 120b Inclined surfaces 122a, 122b, 162a~162c ... slit 124,124a, 124b ... insertion holes 146a, 146b ... metal separator 148a, 148b ... frame portion

Claims

A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated,
A first resin member and a second resin member are individually provided on the outer peripheral edge of the plurality of separators or the outer peripheral edge of the plurality of electrolyte membrane / electrode structures,
The first resin member protrudes in the stacking direction and is integrally provided with a plurality of resin locking portions, while the second resin is arranged adjacent to the first resin member in the stacking direction. The member is formed with a plurality of locking portion insertion holes into which the resin locking portion is inserted,
Each resin locking portion has a split part that can be expanded and contracted on the tip side, and a split surface of each split part is configured symmetrically with respect to the center in the surface direction of the separator or the electrolyte membrane / electrode structure. A fuel cell.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the divided portion has two or more slits extending in the stacking direction, and the slits are provided symmetrically with respect to the center in the plane direction. battery.

An assembly method of a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated,
A first resin member and a second resin member are individually provided on the outer peripheral edge of the plurality of separators or on the outer peripheral edge of the plurality of electrolyte membrane / electrode structures,
The first resin member protrudes in the stacking direction and is integrally provided with a plurality of resin locking portions, while the second resin is arranged adjacent to the first resin member in the stacking direction. The member is formed with a plurality of locking portion insertion holes into which the resin locking portion is inserted,
Each resin locking portion has a split part that can be expanded and contracted on the tip side, and a split surface of each split part is configured symmetrically with respect to the center in the surface direction of the separator or the electrolyte membrane / electrode structure. And
The assembly method includes a step of arranging a laminate in which the electrolyte membrane / electrode structure and the separator are laminated in an assembly jig;
A step of simultaneously inserting a plurality of the locking portions made of resin into the plurality of locking portion insertion holes by applying a load to an in-plane central portion of the laminate; and
A method for assembling a fuel cell, comprising: