JP6897394B2

JP6897394B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP6897394B2
Application number: JP2017145589A
Authority: JP
Inventors: 公聖吉田; 荒木　康; 康荒木; 彰太前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: JP2019029134A

Description

本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.

例えば特許文献１には、燃料電池の各単セルにおいて、樹脂により構成されたガスケット構造体上に、ガスなどをシールするための凸部（リップ）が設けられた構成が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which each single cell of a fuel cell is provided with a convex portion (lip) for sealing gas or the like on a gasket structure made of resin.

特開２００７−６６７６６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-666766

上記の構成によると、ガスケット構造体が凸部から押圧されることにより圧縮永久歪みを生じ、シール性能が不十分となるおそれがある。 According to the above configuration, the gasket structure is pressed from the convex portion to cause compression set, which may result in insufficient sealing performance.

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、シール性能が改善された燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell having improved sealing performance.

本発明の燃料電池は、開口、及び流体が流通する貫通孔を有する樹脂シートと、前記樹脂シートの一方の面上で前記開口の縁に端部が接着された膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する一対の拡散層と、前記樹脂シートの他方の面に接着されたセパレータと、前記開口内で前記一対の拡散層の一方と前記セパレータの間に積層され、前記貫通孔と前記一対の拡散層の一方の間で前記流体を流通させる多孔体と、前記貫通孔を包囲するように前記一方の面上に設けられたシール部材とを有し、前記流体は、前記多孔体から前記一対の拡散層の一方を介し前記膜電極接合体に供給され、記シール部材は、前記一方の面から突出し、前記セパレータと、前記セパレータに隣接する他のセパレータとの間で圧縮されることにより前記貫通孔の周囲をシールし、前記樹脂シートは、前記シール部材と接触する部位に沿って架橋構造を有する。
The fuel cell of the present invention comprises a resin sheet having an opening and a through hole through which a fluid flows, a film electrode joint having an end bonded to the edge of the opening on one surface of the resin sheet, and the film. A pair of diffusion layers that sandwich the electrode joint, a separator adhered to the other surface of the resin sheet, and a through hole that is laminated between one of the pair of diffusion layers and the separator in the opening. It has a porous body that allows the fluid to flow between one of the pair of diffusion layers, and a sealing member provided on the one surface so as to surround the through hole, and the fluid is the porous body. Is supplied to the film electrode joint body via one of the pair of diffusion layers, and the sealing member projects from the one surface and is compressed between the separator and another separator adjacent to the separator. This seals the periphery of the through hole, and the resin sheet has a crosslinked structure along a portion in contact with the sealing member.

本発明によれば、燃料電池のシール性能を改善することができる。 According to the present invention, the sealing performance of the fuel cell can be improved.

燃料電池の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a fuel cell. 単セルの一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows an example of a single cell. 単セルの断面図である。It is sectional drawing of a single cell. 比較例における樹脂シートの圧縮永久歪みの発生の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of occurrence of compression set of a resin sheet in a comparative example. 比較例における樹脂シートの圧縮永久歪みの発生のメカニズムを示す図である。It is a figure which shows the mechanism of the occurrence of compression set of the resin sheet in the comparative example. 第１実施例における樹脂シートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resin sheet in 1st Example. 第１実施例における樹脂シートの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the resin sheet in 1st Example. 第２実施例における樹脂シートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resin sheet in 2nd Example. 第２実施例における樹脂シートの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the resin sheet in 2nd Example. 第３実施例における樹脂シートを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resin sheet in 3rd Example. 第３実施例における樹脂シートの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the resin sheet in 3rd Example.

図１は、燃料電池１の一例を示す斜視図である。燃料電池１は、例えば燃料電池車に用いられるが、その用途に限定はない。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of the fuel cell 1. The fuel cell 1 is used, for example, in a fuel cell vehicle, but its use is not limited.

燃料電池１は、例えば固体高分子形であり、複数の単セル２が積層された積層体３と、一対のエンドプレート８と、テンションプレート９と、一対のプレッシャプレート１２とを有する。単セル２は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）が供給され、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により発電する。なお、単セル２の構成は後述する。 The fuel cell 1 is, for example, a solid polymer type, and has a laminate 3 in which a plurality of single cells 2 are laminated, a pair of end plates 8, a tension plate 9, and a pair of pressure plates 12. A fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, oxygen in the air) are supplied to the single cell 2, and power is generated by a chemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. The configuration of the single cell 2 will be described later.

一対のエンドプレート８は、積層体３をその積層方向の両端において締結する。一端のエンドプレート８には、カソード側入口マニホルド１５ａ、カソード側出口マニホルド１５ｂ、アノード側入口マニホルド１６ａ、アノード側出口マニホルド１６ｂ、冷却媒体入口マニホルド１７ａ、及び冷却媒体出口マニホルド１７ｂが開口している。 The pair of end plates 8 fasten the laminated body 3 at both ends in the laminated direction. The end plate 8 at one end is opened with a cathode side inlet manifold 15a, a cathode side outlet manifold 15b, an anode side inlet manifold 16a, an anode side outlet manifold 16b, a cooling medium inlet manifold 17a, and a cooling medium outlet manifold 17b.

カソード側入口マニホルド１５ａには、各単セル２に供給される酸化剤ガスが流通する。カソード側出口マニホルド１５ｂには、各単セル２から排出された酸化剤オフガスが流通する。アノード側入口マニホルド１６ａには、各単セル２に供給される燃料ガスが流通する。アノード側出口マニホルド１６ｂには、各単セル２から排出された燃料オフガスが流通する。冷却媒体入口マニホルド１７ａには、各単セル２に供給される冷却水などの冷却媒体が流通する。冷却媒体出口マニホルド１７ｂには、各単セル２から排出された冷却媒体が流通する。 The oxidant gas supplied to each single cell 2 flows through the cathode side inlet manifold 15a. Oxidizing agent off gas discharged from each single cell 2 flows through the cathode side outlet manifold 15b. The fuel gas supplied to each single cell 2 flows through the anode side inlet manifold 16a. The fuel off gas discharged from each single cell 2 flows through the anode side outlet manifold 16b. A cooling medium such as cooling water supplied to each single cell 2 flows through the cooling medium inlet manifold 17a. The cooling medium discharged from each single cell 2 flows through the cooling medium outlet manifold 17b.

テンションプレート９は、一対のエンドプレート８の間を結合する。一対のプレッシャプレート１２は、不図示の複数の弾性体を積層体３の積層方向において挟持する。 The tension plate 9 connects between the pair of end plates 8. The pair of pressure plates 12 sandwich a plurality of elastic bodies (not shown) in the stacking direction of the laminated body 3.

図２は、単セル２の一例を示す分解斜視図であり、図３は単セル２の断面図である。より具体的には、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面を示す。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the single cell 2, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the single cell 2. More specifically, FIG. 3 shows a cross section along line AA of FIG.

単セル２は、積層体３の積層方向に沿って配置されたＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly）２０、樹脂シート２１、多孔体流路２２、及びセパレータ２３，２４を有する。 The single cell 2 has a MEGA (Membrane-Electrode-Gas diffusion layer assembly) 20, a resin sheet 21, a porous flow path 22, and separators 23 and 24 arranged along the stacking direction of the laminated body 3.

セパレータ２３，２４は、例えば金属板などにより構成され、矩形状の外形を有する。セパレータ２３，２４は、接着層２４９により互いに接着され、セパレータ２３は、接着層２３９により樹脂シート２１に接着されている。このため、積層体３内において、セパレータ２３は、隣接する単セル２のＭＥＧＡ２０のアノード側に配置され、セパレータ２４は、同一の単セル２のＭＥＧＡ２０のカソード側に配置される。 The separators 23 and 24 are made of, for example, a metal plate and have a rectangular outer shape. The separators 23 and 24 are adhered to each other by the adhesive layer 249, and the separator 23 is adhered to the resin sheet 21 by the adhesive layer 239. Therefore, in the laminated body 3, the separator 23 is arranged on the anode side of the MEGA 20 of the adjacent single cell 2, and the separator 24 is arranged on the cathode side of the MEGA 20 of the same single cell 2.

セパレータ２３は、厚み方向に貫通する貫通孔２３１〜２３６を有する。貫通孔２３１，２３５，２３４はセパレータ２３の一方の端部に設けられ、貫通孔２３３，２３６，２３２はセパレータ２３の他方の端部に設けられている。 The separator 23 has through holes 231 to 236 penetrating in the thickness direction. Through holes 231, 235, and 234 are provided at one end of the separator 23, and through holes 233, 236, 232 are provided at the other end of the separator 23.

また、セパレータ２４は、貫通孔２４１〜２４６と、波板形状の流路部２４０を有する。貫通孔２４１，２４５，２４４はセパレータ２４の一方の端部に設けられ、貫通孔２４３，２４６，２４２はセパレータ２４の他方の端部に設けられている。 Further, the separator 24 has through holes 241 to 246 and a corrugated iron-shaped flow path portion 240. Through holes 241, 245, 244 are provided at one end of the separator 24, and through holes 243, 246, 242 are provided at the other end of the separator 24.

流路部２４０の一方の面には、冷却媒体が流通する溝状の冷却媒体流路２４０ａが形成され、流路部２４０の他方の面には、燃料ガスが流通する溝状の燃料ガス流路２４０ｂが形成されている。流路部２４０は、例えばプレス金型による曲げ加工により形成される。冷却媒体流路２４０ａ及び燃料ガス流路２４０ｂは、例えば直線状に形成されてもよいし、蛇行するように形成されてもよい。なお、セパレータ２４は、金属に限定されず、例えばカーボン成型により形成されてもよい。 A groove-shaped cooling medium flow path 240a through which the cooling medium flows is formed on one surface of the flow path portion 240, and a groove-shaped fuel gas flow through which the fuel gas flows is formed on the other surface of the flow path portion 240. Road 240b is formed. The flow path portion 240 is formed, for example, by bending with a press die. The cooling medium flow path 240a and the fuel gas flow path 240b may be formed, for example, linearly or meanderingly. The separator 24 is not limited to metal, and may be formed by, for example, carbon molding.

セパレータ２３の貫通孔２３１〜２３６は、セパレータ２４の貫通孔２４１〜２４６にそれぞれ重なる。貫通孔２３１，２４１は、アノード側入口マニホルド１６ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料ガスが流通する。貫通孔２３２，２４２は、アノード側出口マニホルド１６ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料オフガスが流通する。 The through holes 231 to 236 of the separator 23 overlap the through holes 241 to 246 of the separator 24, respectively. The through holes 231 and 241 are a part of the anode side inlet manifold 16a, and the fuel gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 232 and 242 are a part of the anode side outlet manifold 16b, and the fuel off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２４１，２４２は燃料ガス流路２４０ｂに接続されている。燃料ガスは、貫通孔２４１から燃料ガス流路２４０ｂを経由してＭＥＧＡ２０に供給される。また、燃料オフガスは、ＭＥＧＡ２０から燃料ガス流路２４０ｂを経由して貫通孔２４２に排出される。 Through holes 241,242 are connected to the fuel gas flow path 240b. The fuel gas is supplied to the MEGA 20 from the through hole 241 via the fuel gas flow path 240b. Further, the fuel off gas is discharged from the MEGA 20 to the through hole 242 via the fuel gas flow path 240b.

貫通孔２３３，２４３は、カソード側入口マニホルド１５ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤ガスが流通する。貫通孔２３４，２４４は、カソード側出口マニホルド１５ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤オフガスが流通する。 The through holes 233 and 243 are a part of the cathode side inlet manifold 15a, and the oxidant gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 234 and 244 are a part of the cathode side outlet manifold 15b, and the oxidant off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

酸化剤ガスは、貫通孔２３３から多孔体流路２２を経由してＭＥＧＡ２０に供給される。また、酸化剤オフガスは、ＭＥＧＡ２０から多孔体流路２２を経由して貫通孔２３４に排出される。 The oxidant gas is supplied from the through hole 233 to the MEGA 20 via the porous flow path 22. Further, the oxidant off gas is discharged from the MEGA 20 to the through hole 234 via the porous body flow path 22.

貫通孔２３６，２４６は、冷却媒体入口マニホルド１７ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。貫通孔２３５，２４５は、冷却媒体出口マニホルド１７ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。 The through holes 236 and 246 are a part of the cooling medium inlet manifold 17a, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through holes 235 and 245 are a part of the cooling medium outlet manifold 17b, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3.

冷却媒体は、貫通孔２４６から冷却媒体流路２４０ａを経由して貫通孔２４５に流れ込む。これにより、冷却媒体は燃料電池１を冷却する。 The cooling medium flows from the through hole 246 into the through hole 245 via the cooling medium flow path 240a. As a result, the cooling medium cools the fuel cell 1.

ＭＥＧＡ２０には、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）２００と、ＭＥＡ２００を挟持する一対のガス拡散層（GDL: Gas Diffusion Layer）２０１，２０２とが含まれる。ＭＥＡ２００には、図示を省略するが、電解質膜と、電解質膜を挟持するアノード電極及びカソード電極とが含まれる。
The MEGA 20 includes a MEA (Membrane Electrode Assembly) 200 and a pair of gas diffusion layers (GDL) 201 and 202 sandwiching the MEA 200. Although not shown, the MEA 200 includes an electrolyte membrane, and an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte membrane.

電解質膜は、例えば、湿潤状態で良好なプロトン電導性を示すイオン交換樹脂膜により構成される。このようなイオン交換樹脂膜としては、例えば、ナフィオン（登録商標）などの、イオン交換基としてスルホン酸基を有するフッ素樹脂系のものが挙げられる。 The electrolyte membrane is composed of, for example, an ion exchange resin membrane that exhibits good proton conductivity in a wet state. Examples of such an ion exchange resin membrane include fluororesin-based membranes having a sulfonic acid group as an ion exchange group, such as Nafion (registered trademark).

アノード電極及びカソード電極は、それぞれ、触媒電極層であり、触媒担持導電性粒子により構成された、ガス拡散性を有する多孔質層として形成されている。例えば、アノード電極及びカソード電極は、白金担持カーボンの分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。 The anode electrode and the cathode electrode are each a catalyst electrode layer, and are formed as a gas-diffusive porous layer composed of catalyst-supporting conductive particles. For example, the anode electrode and the cathode electrode are formed as a dry coating film of a catalyst ink which is a dispersion solution of platinum-supported carbon.

アノード電極には一方のガス拡散層２０１を介し燃料ガスが供給され、カソード電極には他方のガス拡散層２０２を介し酸化剤ガスが供給される。ガス拡散層２０１，２０２は、例えば、カーボンペーパーなどの基材に撥水性のマイクロポーラス層を積層することにより形成される。なお、マイクロポーラス層としては、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料から形成される。ＭＥＡ２００は、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する。 Fuel gas is supplied to the anode electrode via one gas diffusion layer 201, and oxidant gas is supplied to the cathode electrode via the other gas diffusion layer 202. The gas diffusion layers 201 and 202 are formed by laminating a water-repellent microporous layer on a base material such as carbon paper. The microporous layer is formed of, for example, a water-repellent resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and a conductive material such as carbon black. The MEA200 generates electricity by an electrochemical reaction using an oxidant gas and a fuel gas.

樹脂シート２１は一例として矩形状の外形を有し、中央部には開口２１０が設けられ、端部には、厚み方向に貫通する貫通孔２１１〜２１６が設けられている。開口２１０は、ＭＥＧＡ２０に対応する位置に設けられ、その縁にはＭＥＡ２００の端部が接着層２０３を介し接着される。つまり、ＭＥＡ２００の端部は、樹脂シート２１の一方の面２１ｓに接着されている。これにより、ＭＥＡ２００は樹脂シート２１に固定される。 As an example, the resin sheet 21 has a rectangular outer shape, an opening 210 is provided in the central portion, and through holes 211 to 216 penetrating in the thickness direction are provided at the end portion. The opening 210 is provided at a position corresponding to the MEGA 20, and the end portion of the MEA 200 is adhered to the edge thereof via the adhesive layer 203. That is, the end portion of the MEA 200 is adhered to one surface 21s of the resin sheet 21. As a result, the MEA 200 is fixed to the resin sheet 21.

また、開口２１０内では、ガス拡散層２０２に多孔体流路２２が積層されている。多孔体流路２２としては、例えば発泡焼結体や３Ｄファインメッシュなどの三次元的な微細格子構造を備える素材が用いられる。多孔体流路２２には酸化剤ガス及び酸化剤オフガスが流通する。酸化剤ガスは多孔体流路２２からガス拡散層２０２に流れ、酸化剤オフガスはガス拡散層２０２から多孔体流路２２に流れる。 Further, in the opening 210, the porous body flow path 22 is laminated on the gas diffusion layer 202. As the porous flow path 22, a material having a three-dimensional fine lattice structure such as a foam sintered body or a 3D fine mesh is used. Oxidizing agent gas and oxidizing agent off gas flow through the porous body flow path 22. The oxidant gas flows from the porous body flow path 22 to the gas diffusion layer 202, and the oxidant off gas flows from the gas diffusion layer 202 to the porous body flow path 22.

貫通孔２１１，２１５，２１４は、樹脂シート２１の一方の端部に設けられ、貫通孔２１３，２１６，２１２は、樹脂シート２１の他方の端部に設けられている。貫通孔２１１〜２１６は、セパレータ２３，２４の貫通孔２３１〜２３６，２４１〜２４６にそれぞれ重なる。 The through holes 211, 215, 214 are provided at one end of the resin sheet 21, and the through holes 213, 216, 212 are provided at the other end of the resin sheet 21. The through holes 211 to 216 overlap the through holes 231 to 236 and 241 to 246 of the separators 23 and 24, respectively.

貫通孔２１１は、アノード側入口マニホルド１６ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料ガスが流通する。貫通孔２１２は、アノード側出口マニホルド１６ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って燃料オフガスが流通する。 The through hole 211 is a part of the anode side inlet manifold 16a, and the fuel gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 212 is a part of the anode side outlet manifold 16b, and the fuel off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２１３は、カソード側入口マニホルド１５ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤ガスが流通する。貫通孔２１４は、カソード側出口マニホルド１５ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って酸化剤オフガスが流通する。 The through hole 213 is a part of the cathode side inlet manifold 15a, and the oxidant gas flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 214 is a part of the cathode side outlet manifold 15b, and the oxidant off gas flows along the stacking direction of the laminated body 3.

貫通孔２１６は、冷却媒体入口マニホルド１７ａの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。貫通孔２１５は、冷却媒体出口マニホルド１７ｂの一部であり、積層体３の積層方向に沿って冷却媒体が流通する。 The through hole 216 is a part of the cooling medium inlet manifold 17a, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3. The through hole 215 is a part of the cooling medium outlet manifold 17b, and the cooling medium flows along the stacking direction of the laminated body 3.

このように、貫通孔２１１〜２１６には、流体の一例である燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却媒体が流通する。このため、貫通孔２１１〜２１６を包囲するように、樹脂シート２１の一方の面２１ｓ上には、ガスケット２５０，２５３〜２５６が設けられている。ガスケット２５０，２５３〜２５６は、シール部材の一例であり、貫通孔２１１〜２１６の周囲の空間をシールする。 In this way, the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium, which are examples of the fluid, flow through the through holes 211 to 216. Therefore, gaskets 250, 253 to 256 are provided on one surface 21s of the resin sheet 21 so as to surround the through holes 211 to 216. Gaskets 250, 253 to 256 are examples of sealing members and seal the space around the through holes 211-216.

ガスケット２５０，２５３〜２５６は、隣接する単セル２に向かって突出した突起状の断面を有するフレーム状の部材である。ガスケット２５０，２５３〜２５６は、例えばゴムにより構成され、その底部は樹脂シート２１の一方の面２１ｓに接着されている。つまり、ガスケット２５０，２５３〜２５６は、ＭＥＡ２００の端部が接着された面２１ｓ上に設けられている。このため、ガスケット２５０，２５３〜２５６は、積層体３内において、隣接する単セル２のセパレータ２４と接触することにより圧縮されてシール性能を発揮する。 Gaskets 250, 253 to 256 are frame-shaped members having a protruding cross section protruding toward the adjacent single cell 2. The gaskets 250, 253 to 256 are made of, for example, rubber, and the bottom thereof is adhered to one surface 21s of the resin sheet 21. That is, the gaskets 250, 253 to 256 are provided on the surface 21s to which the ends of the MEA 200 are bonded. Therefore, the gaskets 250, 253 to 256 are compressed by coming into contact with the separator 24 of the adjacent single cell 2 in the laminated body 3 to exhibit the sealing performance.

ガスケット２５０は、面２１ｓを正面視したとき、貫通孔２１１，２１２及びＭＥＧＡ２０を取り囲む。このため、貫通孔２１１，２１２及びＭＥＧＡ２０から燃料ガス及び燃料オフガスが積層体３の外部に漏れることが抑制される。 The gasket 250 surrounds the through holes 211 and 212 and the MEGA 20 when the surface 21s is viewed from the front. Therefore, it is possible to prevent the fuel gas and the fuel off gas from leaking to the outside of the laminate 3 from the through holes 211 and 212 and the MEGA 20.

ガスケット２５３は、面２１ｓを正面視したとき、貫通孔２１３を取り囲む。このため、貫通孔２１３から酸化剤ガスが積層体３の外部に漏れることが抑制される。 The gasket 253 surrounds the through hole 213 when the surface 21s is viewed from the front. Therefore, it is possible to prevent the oxidant gas from leaking from the through hole 213 to the outside of the laminated body 3.

ガスケット２５４は、面２１ｓを正面視したとき、貫通孔２１４を取り囲む。このため、貫通孔２１４から酸化剤オフガスが積層体３の外部に漏れることが抑制される。 The gasket 254 surrounds the through hole 214 when the surface 21s is viewed from the front. Therefore, it is possible to prevent the oxidant off gas from leaking from the through hole 214 to the outside of the laminated body 3.

ガスケット２５５は、面２１ｓを正面視したとき、貫通孔２１５を取り囲む。このため、貫通孔２１５から冷却媒体が積層体３の外部に漏れることが抑制される。 The gasket 255 surrounds the through hole 215 when the surface 21s is viewed from the front. Therefore, the cooling medium is prevented from leaking to the outside of the laminated body 3 from the through hole 215.

ガスケット２５６は、面２１ｓを正面視したとき、貫通孔２１６を取り囲む。このため、貫通孔２１６から冷却媒体が積層体３の外部に漏れることが抑制される。 The gasket 256 surrounds the through hole 216 when the surface 21s is viewed from the front. Therefore, it is possible to prevent the cooling medium from leaking to the outside of the laminated body 3 from the through hole 216.

しかし、仮に、樹脂シート２１がガスケット２５０，２５３〜２５６から押圧されることにより圧縮永久歪みが生ずると、ガスケット２５０，２５３〜２５６のシール線圧が低下するため、燃料電池１のシール性能が不十分となるおそれがある。 However, if the resin sheet 21 is pressed from the gaskets 250, 253 to 256 to cause compression permanent strain, the sealing linear pressure of the gaskets 250, 253 to 256 decreases, so that the sealing performance of the fuel cell 1 is poor. May be sufficient.

図４は、比較例における樹脂シート２１の圧縮永久歪みの発生の様子を示す図である。符号Ｇａ〜Ｇｅは、時系列に従った樹脂シート２１及びガスケット２５０のＡ−Ａ線（図２参照）の断面の写真を示す。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which compression set of the resin sheet 21 is generated in the comparative example. Reference numerals Ga to Ge indicate photographs of cross sections of the resin sheet 21 and the gasket 250 along the AA line (see FIG. 2) in chronological order.

符号Ｇａ〜Ｇｅの写真を見ると、ガスケット２５０の下部の樹脂シート２１が、押圧により基準線Ｌの左側から右側に流動する様子がわかる。なお、このような現象は、全てのガスケット２５０，２５３〜２５６と樹脂シート２１の間にみられる。 Looking at the photographs of the symbols Ga to Ge, it can be seen that the resin sheet 21 at the lower part of the gasket 250 flows from the left side to the right side of the reference line L by pressing. It should be noted that such a phenomenon is observed between all the gaskets 250, 253 to 256 and the resin sheet 21.

図５は、比較例における樹脂シート２１の圧縮永久歪みの発生のメカニズムを示す図である。より具体的には、図５は、図２のＡ−Ａ線の断面を示す。 FIG. 5 is a diagram showing a mechanism of generation of compression set of the resin sheet 21 in the comparative example. More specifically, FIG. 5 shows a cross section of line AA of FIG.

ガスケット２５０の上部には、隣接する単セル２のセパレータ２４からシール線圧Ｓが加えられるため、ガスケット２５０の下部から樹脂シート２１に圧力Ｐが加えられる。このため、樹脂シート２１は、符号ｄで示されるように、ガスケット２５０と接触する部位２１ａが圧力Ｐに応じて左右に流動することにより、圧縮永久歪みが生ずる。つまり、樹脂シート２１のうち、ガスケット２５０下の部分が左右に逃げることにより、その部分の肉厚が薄くなる（つまり、樹脂シート２１がへたってしまう）。なお、これは、各ガスケット２５０，２５３〜２５６において同様に発生する。 Since the seal linear pressure S is applied to the upper part of the gasket 250 from the separator 24 of the adjacent single cell 2, the pressure P is applied to the resin sheet 21 from the lower part of the gasket 250. Therefore, as indicated by the reference numeral d, the resin sheet 21 causes compression set due to the portion 21a in contact with the gasket 250 flowing left and right according to the pressure P. That is, in the resin sheet 21, the portion under the gasket 250 escapes to the left and right, so that the wall thickness of that portion becomes thin (that is, the resin sheet 21 is worn out). This also occurs in each of the gaskets 250, 253 to 256.

ガスケット２５０，２５３〜２５６は、樹脂シート２１の圧縮永久歪みによりシール線圧が低下するため、貫通孔２１１〜２１６の周囲の空間を十分にシールすることができなくなるおそれがある。これに対し、実施例では、樹脂シート２１に流動を抑制するための架橋構造が形成されている。 Since the sealing linear pressure of the gaskets 250, 253 to 256 decreases due to the compression set of the resin sheet 21, the space around the through holes 211 to 216 may not be sufficiently sealed. On the other hand, in the embodiment, a crosslinked structure for suppressing the flow is formed on the resin sheet 21.

（第１実施例）
図６は、第１実施例における樹脂シート２１を示す断面図である。また、図７は、第１実施例における樹脂シート２１の一例を示す平面図である。なお、図６において、図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。 (First Example)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the resin sheet 21 in the first embodiment. Further, FIG. 7 is a plan view showing an example of the resin sheet 21 in the first embodiment. In FIG. 6, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.

樹脂シート２１は、ガスケット２５０と接触する部位２１ａ（以下、「接触部」と表記）に沿って架橋構造を有する。より具体的には、樹脂シート２１の接触部２１ａの両側に、厚み方向の全体にわたって架橋構造を有する架橋部２１ｂが設けられている。 The resin sheet 21 has a crosslinked structure along a portion 21a (hereinafter, referred to as a “contact portion”) that comes into contact with the gasket 250. More specifically, cross-linking portions 21b having a cross-linking structure over the entire thickness direction are provided on both sides of the contact portion 21a of the resin sheet 21.

架橋部２１ｂは、例えば紫外線硬化樹脂または熱硬化性樹脂などから形成された樹脂シート２１に対し、紫外線または熱を樹脂シート２１の該当部分に十分に照射することにより得られる。例えば紫外線硬化樹脂の場合、紫外線を照射された部分において、水素ラジカルとポリマー側にラジカルが発生し、ポリマー側のラジカルが二重結合を形成することにより架橋される。 The crosslinked portion 21b is obtained by sufficiently irradiating the corresponding portion of the resin sheet 21 with ultraviolet rays or heat to the resin sheet 21 formed of, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin. For example, in the case of an ultraviolet curable resin, hydrogen radicals and radicals on the polymer side are generated in the portion irradiated with ultraviolet rays, and the radicals on the polymer side are crosslinked by forming a double bond.

紫外線硬化樹脂としては、例えばウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート、及びエポキシアクリレートなどが挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル、及びポリウレタンなどが挙げられる。 Examples of the ultraviolet curable resin include urethane acrylate, acrylic resin acrylate, and epoxy acrylate. Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melanin resin, epoxy resin, silicon resin, unsaturated polyester, polyurethane and the like.

接触部２１ａでは、符号Ｘａで示されるように、ポリマーが架橋されていないが、架橋部２１ｂでは、符号Ｘｂで示されるように、ポリマーが三次元的に網状に架橋されている。このため、接触部２１ａは、ガスケット２５０の圧力Ｐを受けて左右に流動しようとしても、その両側の架橋部２１ｂによって阻まれるため、流動が抑制される。 In the contact portion 21a, the polymer is not crosslinked as indicated by the reference numeral Xa, but in the crosslinked portion 21b, the polymer is three-dimensionally crosslinked in a network as shown by the reference numeral Xb. Therefore, even if the contact portion 21a receives the pressure P of the gasket 250 and tries to flow to the left or right, the contact portion 21a is blocked by the crosslinked portions 21b on both sides thereof, so that the flow is suppressed.

この架橋部２１ｂは、全てのガスケット２５０，２５３〜２５６との接触部２１ａに沿って、その両側に設けられている。このため、各ガスケット２５０，２５３〜２５６からの圧力Ｐによる接触部２１ａの左右への流動が、その両側の架橋部２１ｂにより効果的に抑制される。 The crosslinked portions 21b are provided on both sides of the contact portions 21a with all the gaskets 250, 253 to 256. Therefore, the flow of the contact portion 21a to the left and right due to the pressure P from each gasket 250, 253 to 256 is effectively suppressed by the cross-linking portions 21b on both sides thereof.

したがって、接触部２１ａの圧縮永久歪みの発生が抑制され、ガスケット２５０のシール線圧Ｓが低下することが抑制されるため、燃料電池１のシール性能が改善される。なお、架橋部２１ｂの幅は、例えばガスケット２５０，２５３〜２５６のサイズなどに応じて適切に決定される。また、架橋部２１ｂの厚さは、樹脂シート２１の厚さと同一である必要がなく、接触部２１ａの流動を抑制できれば、樹脂シート２１の厚さより薄くてもよい。 Therefore, the occurrence of compression set of the contact portion 21a is suppressed, and the decrease in the sealing linear pressure S of the gasket 250 is suppressed, so that the sealing performance of the fuel cell 1 is improved. The width of the crosslinked portion 21b is appropriately determined according to, for example, the size of the gaskets 250, 253 to 256. Further, the thickness of the crosslinked portion 21b does not have to be the same as the thickness of the resin sheet 21, and may be thinner than the thickness of the resin sheet 21 as long as the flow of the contact portion 21a can be suppressed.

（第２実施例）
図８は、第２実施例における樹脂シート２１を示す断面図である。図９は、第２実施例における樹脂シート２１の一例を示す平面図である。なお、図８及び図９において、図６及び図７と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。 (Second Example)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the resin sheet 21 in the second embodiment. FIG. 9 is a plan view showing an example of the resin sheet 21 in the second embodiment. In FIGS. 8 and 9, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIGS. 6 and 7, and the description thereof will be omitted.

本例の架橋部２１ｃは、ガスケット２５０の下部に形成されている。より具体的には、本例では、第１実施例の接触部２１ａに相当する部分である架橋部２１ｃが架橋され、他部分は架橋されていない。架橋部２１ｃには、樹脂シート２１の厚み方向の全体にわたって、ポリマーが三次元的に網状に架橋された架橋構造が形成されている。このため、架橋部２１ｃは、樹脂シート２１の他部分より硬く、ガスケット２５０の圧力Ｐを受けても流動しにくい。これにより、圧縮永久歪みの発生が抑制されるため、ガスケット２５０のシール線圧Ｓが低下することが抑制される。 The crosslinked portion 21c of this example is formed in the lower part of the gasket 250. More specifically, in this example, the crosslinked portion 21c, which is a portion corresponding to the contact portion 21a of the first embodiment, is crosslinked, and the other portions are not crosslinked. The crosslinked portion 21c is formed with a crosslinked structure in which the polymer is three-dimensionally crosslinked in a network over the entire thickness direction of the resin sheet 21. Therefore, the crosslinked portion 21c is harder than the other portions of the resin sheet 21, and does not easily flow even when subjected to the pressure P of the gasket 250. As a result, the occurrence of compression set is suppressed, so that the seal linear pressure S of the gasket 250 is suppressed from decreasing.

この架橋部２１ｃは、樹脂シート２１において、全てのガスケット２５０，２５３〜２５６と接触する接触部２１ａに沿って設けられている。このため、接触部２１ａは、各ガスケット２５０，２５３〜２５６から圧力Ｐにより流動することがない。 The crosslinked portion 21c is provided along the contact portion 21a in contact with all the gaskets 250, 253 to 256 in the resin sheet 21. Therefore, the contact portion 21a does not flow from the gaskets 250, 253 to 256 due to the pressure P.

したがって、接触部２１ａの圧縮永久歪みの発生が抑制され、ガスケット２５０のシール線圧Ｓが低下することが抑制されるため、燃料電池１のシール性能が改善される。なお、架橋部２１ｃの幅は、例えばガスケット２５０，２５３〜２５６のサイズなどに応じて適切に決定される。また、架橋部２１ｃの厚さは、樹脂シート２１の厚さと同一である必要がなく、接触部２１ａの流動を抑制できれば、樹脂シート２１の厚さより薄くてもよい。 Therefore, the occurrence of compression set of the contact portion 21a is suppressed, and the decrease in the sealing linear pressure S of the gasket 250 is suppressed, so that the sealing performance of the fuel cell 1 is improved. The width of the crosslinked portion 21c is appropriately determined according to, for example, the size of the gaskets 250, 253 to 256. Further, the thickness of the crosslinked portion 21c does not have to be the same as the thickness of the resin sheet 21, and may be thinner than the thickness of the resin sheet 21 as long as the flow of the contact portion 21a can be suppressed.

（第３実施例）
図１０は、第３実施例における樹脂シート２１を示す断面図である。また、図１１は、第３実施例における樹脂シート２１の一例を示す平面図である。より具体的には、図１０には、セパレータ２３，２４間にガスケット２５０が圧縮されたときの図２のＡ−Ａ線の断面が示されている。なお、図１１において、図７と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。 (Third Example)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the resin sheet 21 in the third embodiment. Further, FIG. 11 is a plan view showing an example of the resin sheet 21 in the third embodiment. More specifically, FIG. 10 shows a cross section of the line AA of FIG. 2 when the gasket 250 is compressed between the separators 23 and 24. In FIG. 11, the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIG. 7, and the description thereof will be omitted.

積層体３において、ガスケット２５０によりシールされた内側の領域、つまり貫通孔２１１，２１２が設けられた領域の圧力Ｐｉｎは、外側の領域が受ける大気圧より高い。このため、符号ｄで示されるように、接触部２１ａが内側に向かって流動しようとしても、圧力Ｐｉｎによる樹脂シート２１の圧縮による力Ｆが流動方向とは反対方向に作用することにより抑制される場合が考えられる。 In the laminated body 3, the pressure Pin of the inner region sealed by the gasket 250, that is, the region provided with the through holes 211 and 212 is higher than the atmospheric pressure received by the outer region. Therefore, as shown by the reference numeral d, even if the contact portion 21a tries to flow inward, the force F due to the compression of the resin sheet 21 by the pressure Pin acts in the direction opposite to the flow direction and is suppressed. There are cases.

このような場合、第１実施例のように接触部２１ａの両側に架橋部２１ｂを設けると、接触部２１ａの流動を無駄に抑制することになる。そこで、本例では、樹脂シート２１の接触部２１ａの外側だけに、上記の架橋部２１ｂ，２１ｃと同様の架橋構造の架橋部２１ｄが形成されている。このため、燃料電池１の製造において、架橋部２１ｄの形成工程を第１実施例より簡単化することが可能となる。 In such a case, if the cross-linked portions 21b are provided on both sides of the contact portion 21a as in the first embodiment, the flow of the contact portion 21a is unnecessarily suppressed. Therefore, in this example, the cross-linked portion 21d having the same cross-linked structure as the above-mentioned cross-linked portions 21b and 21c is formed only on the outside of the contact portion 21a of the resin sheet 21. Therefore, in the production of the fuel cell 1, the step of forming the crosslinked portion 21d can be simplified as compared with the first embodiment.

この架橋部２１ｄは、全てのガスケット２５０，２５３〜２５６との接触部２１ａに沿って、その外側、つまり、ガスケット２５０，２５３〜２５６から見て貫通孔２１１〜２１６とは反対側に設けられている。このため、各ガスケット２５０，２５３〜２５６からの圧力Ｐによる接触部２１ａの外側への流動が架橋部２１ｄにより効果的に抑制される。 The cross-linked portion 21d is provided along the contact portion 21a with all the gaskets 250, 253 to 256, on the outside thereof, that is, on the side opposite to the through holes 211-216 when viewed from the gaskets 250, 253 to 256. There is. Therefore, the flow of the contact portion 21a to the outside due to the pressure P from each gasket 250, 253 to 256 is effectively suppressed by the cross-linking portion 21d.

したがって、接触部２１ａの圧縮永久歪みの発生が抑制され、ガスケット２５０のシール線圧Ｓが低下することが抑制されるため、燃料電池１のシール性能が改善される。なお、架橋部２１ｄの幅は、例えばガスケット２５０，２５３〜２５６のサイズなどに応じて適切に決定される。また、架橋部２１ｄの厚さは、樹脂シート２１の厚さと同一である必要がなく、接触部２１ａの流動を抑制できれば、樹脂シート２１の厚さより薄くてもよい。 Therefore, the occurrence of compression set of the contact portion 21a is suppressed, and the decrease in the sealing linear pressure S of the gasket 250 is suppressed, so that the sealing performance of the fuel cell 1 is improved. The width of the crosslinked portion 21d is appropriately determined according to, for example, the size of the gaskets 250, 253 to 256. Further, the thickness of the crosslinked portion 21d does not have to be the same as the thickness of the resin sheet 21, and may be thinner than the thickness of the resin sheet 21 as long as the flow of the contact portion 21a can be suppressed.

このように、樹脂シート２１は、ガスケット２５０，２５３〜２５６と接触する接触部２１ａに沿った架橋構造を有する。このため、ガスケット２５０，２５３〜２５６からの圧力を受けて樹脂シート２１に圧縮永久歪みが生ずることが抑制され、ガスケット２５０，２５３〜２５６のシール線圧を十分に維持することができる。したがって、燃料電池１のシール性能が改善される。 As described above, the resin sheet 21 has a crosslinked structure along the contact portion 21a that comes into contact with the gaskets 250, 253 to 256. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of compression set in the resin sheet 21 due to the pressure from the gaskets 250, 253 to 256, and to sufficiently maintain the seal linear pressure of the gaskets 250, 253 to 256. Therefore, the sealing performance of the fuel cell 1 is improved.

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The embodiments described above are examples of preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

１燃料電池
２１樹脂シート
２１ａ接触部
２１ｂ〜２１ｃ架橋部
２００ＭＥＡ
２１１〜２１６貫通孔
２５０，２５３〜２５６ガスケット 1 Fuel cell 21 Resin sheet 21a Contact part 21b-21c Cross-linking part 200 MEA
211-216 Through Holes 250, 253-256 Gaskets

Claims

A resin sheet having an opening and a through hole through which a fluid flows,
A membrane electrode assembly having an end bonded to the edge of the opening on one surface of the resin sheet.
A pair of diffusion layers sandwiching the membrane electrode assembly,
A separator adhered to the other surface of the resin sheet and
A porous body that is laminated between one of the pair of diffusion layers and the separator in the opening and allows the fluid to flow between the through hole and one of the pair of diffusion layers.
It has a sealing member provided on one of the surfaces so as to surround the through hole.
The fluid is supplied from the porous body to the membrane electrode assembly via one of the pair of diffusion layers.
The sealing member projects from one surface and is compressed between the separator and another separator adjacent to the separator to seal the periphery of the through hole.
The resin sheet is a fuel cell having a crosslinked structure along a portion of contact with the seal member.