JP2007005215A - Seal structure of fuel cell - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent reduction of performance of a seal part due to a gasket. <P>SOLUTION: In a seal structure of a fuel cell in which sealing is carried out between laminated plate-like members by means that a plurality of the plate-like members including separators 11, 12 and an MEA 55 which is a membrane electrode assembly are laminated and gaskets 21-23 are interposed at required positions between the laminated plate-like members and that the gaskets are crimped at the plate-like members opposing to each other, adhesives 41-43 are made to be interposed between the gaskets 21-23 and at least one plate-like member to which the gaskets are crimped. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のシール構造に関し、詳細には、セパレーターや膜電極接合体などの燃料電池構成部材間のシール構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell seal structure, and more particularly to a seal structure between fuel cell components such as a separator and a membrane electrode assembly.

例えば、固体高分子型燃料電池の単セルは、主として膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electorode Assembly）とセパレータの積層体から構成されている。単セルは、セパレータ−ＭＥＡ−セパレータという積層構造を持っており、この単セルを複数積層させることで、燃料電池スタックを構成する。このように単セルを積層させたときにできるセパレータとセパレータとの間には、一般的に冷却用流路が設けられる。   For example, a single cell of a solid polymer fuel cell is mainly composed of a laminate of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator. The single cell has a stacked structure of separator-MEA-separator, and a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of the single cells. A cooling channel is generally provided between the separators formed when the single cells are stacked in this way.

ＭＥＡとセパレータとの間には、それぞれ、燃料ガス（水素等）と酸化ガス（酸素等、通常は空気）が供給される。また、単セルを積層した場合のセパレータとセパレータとの間には冷却水が供給される。従って、各ガスおよび冷却水が漏れないように、単セルの積層部材間、および、スタックを構成した場合の単セル間にはシールを施す必要がある。   A fuel gas (hydrogen or the like) and an oxidizing gas (oxygen or the like, usually air) are supplied between the MEA and the separator, respectively. Further, cooling water is supplied between the separators when the single cells are stacked. Therefore, it is necessary to provide a seal between the laminated members of the single cells and between the single cells when the stack is configured so that each gas and the cooling water do not leak.

特許文献１では、セパレータ−樹脂フレーム−ＭＥＡ−樹脂フレーム−セパレータという積層構造をシールするために、セパレータと樹脂フレーム間、および、樹脂フレームとＭＥＡ間で接着を行っている。この場合、接着剤にガラスビーズ等を混入して、接着層の厚さ管理を行う例も示されている。   In Patent Document 1, in order to seal the laminated structure of separator-resin frame-MEA-resin frame-separator, bonding is performed between the separator and the resin frame, and between the resin frame and the MEA. In this case, an example is also shown in which glass beads or the like are mixed into the adhesive to manage the thickness of the adhesive layer.

また、セパレータ間をシールする部材としてガスケットを設け、そのガスケットの積層方向下に位置する樹脂フレームを他部位より厚くすることにより、接着層を薄くして、樹脂フレームや接着層のクリープによるガスケットの面圧低下を防ぐ方法や、積層方向でガスケットと接着層が重ならないようにした構造により、接着層のクリープによるガスケットの面圧低下を防ぐ方法が提案されている。
特開２００４−１６５１２５号公報（図６、図７、図１０、図１１） Also, a gasket is provided as a member for sealing between the separators, and the resin frame located below the lamination direction of the gasket is made thicker than other parts, so that the adhesive layer is thinned, and the gasket of the gasket by creeping the resin frame or the adhesive layer is provided. There have been proposed a method for preventing a reduction in surface pressure and a method for preventing a decrease in the surface pressure of the gasket due to creep of the adhesive layer by a structure in which the gasket and the adhesive layer do not overlap in the stacking direction.
JP 2004-165125 A (FIGS. 6, 7, 10, and 11)

ところで、特許文献１に記載された方法においても、樹脂フレームがクリープした場合のガスケットの面圧低下によるシール機能の低下をなくすことはできず、シール性に問題があった。また、通常は、スタック（積層）時にガスケットの面圧低下を考慮した締め付け荷重を加えるので、必要以上に部材を厚くしておく必要があり、その点から寸法が大きくなってしまい、重量を増加させる冗長性があった。さらに、ガスケット自体がクリープを起こして面圧低下を来たし、その結果、シール機能が低下することもあった。   By the way, even in the method described in Patent Document 1, it is impossible to eliminate the deterioration of the sealing function due to the reduction of the surface pressure of the gasket when the resin frame creeps, and there is a problem in the sealing performance. In addition, since a tightening load is applied in consideration of a decrease in gasket surface pressure during stacking (stacking), it is necessary to make the member thicker than necessary, which increases the dimensions and increases the weight. There was redundancy to make. In addition, the gasket itself creeps, resulting in a reduction in surface pressure. As a result, the sealing function may be reduced.

本発明は、上記事情を考慮し、特にガスケットによるシール部の性能低下を防止できるようにした燃料電池のシール構造を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fuel cell seal structure that can prevent a deterioration in performance of a seal portion due to a gasket.

本発明は、セパレータおよび膜電極接合体（ＭＥＡ）を含む複数の板状部材を積層し、積層した板状部材間の必要箇所にガスケットを介在させ、該ガスケットを、互いに対向する板状部材に圧接させることで、積層した板状部材間をシールする燃料電池のシール構造において、前記ガスケットと、該ガスケットが圧接する少なくとも一方の板状部材との間に接着剤を介在させたことを特徴とする。   In the present invention, a plurality of plate-like members including a separator and a membrane electrode assembly (MEA) are laminated, a gasket is interposed at a necessary portion between the laminated plate-like members, and the gasket is attached to the plate-like members facing each other. In a fuel cell sealing structure that seals between laminated plate-like members by press-contacting, an adhesive is interposed between the gasket and at least one plate-like member to which the gasket is press-contacted. To do.

請求項１に記載の発明によれば、ガスケットと、該ガスケットが圧接する少なくとも一方の板状部材との間に接着剤を介在させたので、ガスケットのクリープによりシール部の面圧が低下した場合でも、接着剤に備わっているシール機能がそれを補うことにより、シール性能の低下を防ぐことができる。   According to the first aspect of the present invention, since the adhesive is interposed between the gasket and at least one plate-like member to which the gasket is pressed, the surface pressure of the seal portion is reduced due to the creep of the gasket. However, since the sealing function provided in the adhesive supplements it, a decrease in sealing performance can be prevented.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

「第１実施形態」
図１は第１実施形態の燃料電池スタックの一部分における断面構造を示している。 “First Embodiment”
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a part of the fuel cell stack according to the first embodiment.

この燃料電池スタックは、いずれも板状部材であるセパレータ１１、１２と膜電極接合体であるＭＥＡ５５を多数枚、所定の順番で積層し、積層した板状部材間、つまり、一方のセパレータ１１とＭＥＡ５５間、他方のセパレータ１２とＭＥＡ５５間、セパレータ１１、１２同士間の外周部にガスケット２２、２３、２１をそれぞれ介在させ、各ガスケット２２、２３、２１を、スタック組立による締結力によって、互いに対向するセパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５の表面に対し圧接させることで、積層したセパレータ１１、１２、ＭＥＡ５５の隣り合うもの同士間をシールしたものである。   In this fuel cell stack, a large number of separators 11 and 12 that are plate-like members and MEA 55 that is a membrane electrode assembly are laminated in a predetermined order, and between the laminated plate-like members, that is, one separator 11 and Gaskets 22, 23, and 21 are interposed between the MEAs 55, between the other separator 12 and the MEA 55, and between the separators 11 and 12, respectively. The gaskets 22, 23, and 21 are opposed to each other by a fastening force by stack assembly. The separators 11, 12 and MEA 55 that are stacked are sealed with each other by being pressed against the surfaces of the separators 11, 12 and the MEA 55.

ここで、セパレータ１１−ＭＥＡ５５−セパレータ１２の積層体が単セルを構成し、単セルの積層体が燃料電池スタックを構成している。   Here, the laminate of separator 11-MEA55-separator 12 constitutes a single cell, and the laminate of single cells constitutes a fuel cell stack.

この燃料電池スタックにおいて特徴的なことは、ガスケット２１、２２、２３と、これら各ガスケット２１、２２、２３が圧接する少なくとも一方の板状部材であるセパレータ１１、ＭＥＡ５５、セパレータ１２との間に接着剤４１、４２、４３を介在させたことである。接着剤４１はガスケット２２とＭＥＡ５５を接着し、接着剤４２はガスケット２３とＭＥＡ５５を接着し、接着剤４３はガスケット２１とセパレータ１２を接着している。   What is characteristic about this fuel cell stack is that it is bonded between the gaskets 21, 22, and 23 and the separators 11, MEA 55, and separators 12, which are at least one plate-like members to which the gaskets 21, 22, and 23 are pressed. That is, the agents 41, 42, and 43 are interposed. The adhesive 41 bonds the gasket 22 and the MEA 55, the adhesive 42 bonds the gasket 23 and the MEA 55, and the adhesive 43 bonds the gasket 21 and the separator 12.

酸化ガス側のセパレータ（以下、カソードセパレータという）１１とＭＥＡ５５の間には、ガスケット２２と接着剤４１でシールされた酸化ガス流路が確保され、燃料ガス側のセパレータ（以下、アノードセパレータという）１２とＭＥＡ５５の間には、ガスケット２３と接着剤４２でシールされた燃料ガス流路が確保され、隣接する単セルのカソードセパレータ１１とアノードセパレータ１２の間には、ガスケット２１と接着剤４３でシールされた冷却水流路が確保されている。   Between the oxidizing gas side separator (hereinafter referred to as cathode separator) 11 and the MEA 55, an oxidizing gas flow path sealed with the gasket 22 and the adhesive 41 is secured, and the fuel gas side separator (hereinafter referred to as anode separator). A fuel gas flow path sealed with a gasket 23 and an adhesive 42 is secured between the ME 12 and the MEA 55, and between the cathode separator 11 and the anode separator 12 of the adjacent single cell, a gasket 21 and an adhesive 43 are provided. A sealed cooling water flow path is secured.

図２はＭＥＡ５５の構成を示している。   FIG. 2 shows the configuration of the MEA 55.

積層方向において順に拡散層５１Ａ、触媒層（電極層）５２Ａ、電解質膜５３、触媒層（電極層）５２Ｃ、拡散層５１Ｃを貼り合わせた部位が発電部５０となり、シール部（ガスケット２１〜２３および接着剤４１〜４３）は、発電部５０の外周に位置するシールキャリア５４の位置に配置される。なお、発電部５０とシールキャリア５４は気密性を保って結合されている。   The site where the diffusion layer 51A, the catalyst layer (electrode layer) 52A, the electrolyte membrane 53, the catalyst layer (electrode layer) 52C, and the diffusion layer 51C are bonded together in the stacking direction becomes the power generation unit 50, and the seal unit (gaskets 21 to 23 and The adhesives 41 to 43) are arranged at the position of the seal carrier 54 located on the outer periphery of the power generation unit 50. The power generation unit 50 and the seal carrier 54 are coupled with each other while maintaining airtightness.

接着剤４１、４２、４３の介在のさせ方としては、本実施形態では、ガスケット２２、２３、２１の、板状部材（ＭＥＡ５５、セパレータ１２）に対する圧接面に断面略コ字状をなす環状の切欠を設けておき、その切欠に接着剤４１、４２、４３を収容する構造を採用している。しかしそれ以外に、ガスケット２２、２３、２１と該ガスケット２２、２３、２１の圧接する板状部材（ＭＥＡ５５、セパレータ１２）の表面との間に、全面に亘って層状に接着剤４１、４２、４３を介在させることも可能である。前者の切欠に接着剤を収容する場合は、接着剤を設けた部分を「接着部」と言うのが適切であり、後者の層状に介在させる場合は、接着剤を設けた部分を「接着層」と言うのが適切である。   In the present embodiment, the adhesives 41, 42, 43 are interposed in an annular shape having a substantially U-shaped cross section on the pressure contact surface of the gaskets 22, 23, 21 with respect to the plate-like member (MEA 55, separator 12). The structure which accommodates the adhesive agents 41, 42, and 43 in the notch is provided. However, other than that, the adhesives 41, 42, 21 are layered over the entire surface between the gaskets 22, 23, 21 and the surface of the plate-like member (MEA 55, separator 12) to which the gaskets 22, 23, 21 are pressed. It is also possible to interpose 43. When accommodating the adhesive in the former notch, it is appropriate to refer to the portion provided with the adhesive as the “adhesive portion”, and when interposing the latter in the form of a layer, the portion provided with the adhesive is referred to as the “adhesive layer”. "Is appropriate.

図３は、接着剤４０（４１、４２、４３）の介在のさせ方の具体例を示している。   FIG. 3 shows a specific example of how the adhesive 40 (41, 42, 43) is interposed.

この図では、セパレータ１１とＭＥＡ５５の間に挿入するガスケット２２（２２Ａ〜２２Ｅ）と接着剤４０の関係を代表例として示しているが、他のガスケット２１、２３の介在する部位についても同様である。   In this figure, the relationship between the gasket 22 (22A to 22E) inserted between the separator 11 and the MEA 55 and the adhesive 40 is shown as a representative example, but the same applies to the portions where the other gaskets 21 and 23 are interposed. .

（ａ）の例では、ガスケット２２ＡのＭＥＡ５５と対向する面に環状の切欠２２ａを設けることで、ガスケット２２Ａの断面形状を凹形に形成しており、前記切欠２２ａに接着剤４０を収容している。   In the example of (a), by providing an annular notch 22a on the surface of the gasket 22A facing the MEA 55, the sectional shape of the gasket 22A is formed in a concave shape, and the adhesive 40 is accommodated in the notch 22a. Yes.

（ｂ）の例では、ガスケット２２ＢのＭＥＡ５５と対向する面に環状の切欠２２ｂを設けることで、ガスケット２２Ｂの断面形状をＬ字形に形成しており、前記切欠２２ｂに接着剤４０を収容している。   In the example of (b), by providing an annular notch 22b on the surface of the gasket 22B facing the MEA 55, the cross-sectional shape of the gasket 22B is formed in an L shape, and the adhesive 40 is accommodated in the notch 22b. Yes.

（ｃ）の例では、ガスケット２２ＣのＭＥＡ５５と対向する面に環状の切欠２２ｃを設けることで、ガスケット２２Ｃの断面形状をＴ字形に形成しており、前記切欠２２ｃに接着剤４０を収容している。   In the example of (c), by providing an annular notch 22c on the surface of the gasket 22C facing the MEA 55, the sectional shape of the gasket 22C is formed in a T shape, and the adhesive 40 is accommodated in the notch 22c. Yes.

（ｄ）の例では、ガスケット２２ＤのＭＥＡ５５およびセパレータ１１と対向する両面にそれぞれ環状の切欠２２ｄを設けることで、ガスケット２２Ｄの断面形状をＨ字形に形成しており、前記両面の切欠２２ｄに接着剤４０を収容している。   In the example of (d), by providing annular notches 22d on both surfaces of the gasket 22D facing the MEA 55 and the separator 11, the cross-sectional shape of the gasket 22D is formed in an H shape, and is bonded to the notches 22d on both sides. The agent 40 is accommodated.

このように、切欠２２ａ〜２２ｄに接着剤４０を収容することで、接着剤４０が介在する側のガスケット２２Ａ〜２２Ｄの面の一部（切欠２２ａ〜２２ｄを設けない部分）を、直接、ＭＥＡ５５やセパレータ１１の面に圧接させている。また、ガスケット２２Ａ〜２２Ｄは、ＭＥＡ５５の面方向の中央部に配された触媒層５２Ａ、５２Ｃ（図２参照）の外周を取り囲むように配されており、触媒層側となるガスケット２２Ａ〜２２Ｄの内周側にＭＥＡ５５と直接圧接する部分が設けられ、それよりも外周側に、切欠２２ａ〜２２ｄを有する部分が設けられている。   Thus, by accommodating the adhesive 40 in the notches 22a to 22d, part of the surfaces of the gaskets 22A to 22D on the side where the adhesive 40 is interposed (portions where the notches 22a to 22d are not provided) are directly connected to the MEA 55. Further, it is pressed against the surface of the separator 11. Further, the gaskets 22A to 22D are arranged so as to surround the outer periphery of the catalyst layers 52A and 52C (see FIG. 2) arranged in the center portion in the surface direction of the MEA 55, and the gaskets 22A to 22D on the catalyst layer side are arranged. A portion in direct contact with the MEA 55 is provided on the inner peripheral side, and portions having notches 22a to 22d are provided further on the outer peripheral side.

図３（ｂ）を例にとると、Ｌ字形断面に形成されたガスケット２２Ｂの内周側が厚さ寸法Ｈ２の肉厚部分とされ、その外周側が、切欠２２ｂを形成することで厚さ寸法Ｈ１の肉薄部分とされている。そして、肉薄部分に隣接する切欠２２ｂに接着剤４０を収容することで、肉厚部分をＭＥＡ５５の表面に直接圧接させている。   Taking FIG. 3B as an example, the inner peripheral side of the gasket 22B formed in an L-shaped cross section is a thick portion having a thickness dimension H2, and the outer peripheral side is formed with a notch 22b, thereby forming a thickness dimension H1. It is considered a thin part. The thick portion is directly pressed against the surface of the MEA 55 by accommodating the adhesive 40 in the notch 22b adjacent to the thin portion.

（ａ）〜（ｄ）の構成は、他のガスケット２１、２３に対しても同様に採用可能である。   The configurations (a) to (d) can be similarly applied to the other gaskets 21 and 23.

また、図３の（ｅ）の例では、ガスケット２２Ｅに切欠を設けずに、ガスケット２２ＥとＭＥＡ５５の対向平面間に全面に亘って層状に接着剤４０を介在させて、接着層４４としている。   Further, in the example of FIG. 3E, the adhesive layer 44 is formed by interposing the adhesive 40 across the entire surface between the opposed surfaces of the gasket 22E and the MEA 55 without providing a cutout in the gasket 22E.

また、本実施形態では、ガスケット２１〜２３の硬度よりも接着剤４１〜４３の硬度が高くなるように、ガスケット２１〜２３と接着剤４１〜４３の材料の組み合わせを選定している。また、ガスケット２１〜２３のヤング率よりも接着剤４１〜４３のヤング率が大きくなるように、ガスケット２１〜２３と接着剤４１〜４３の材料組み合わせを選定している。   Moreover, in this embodiment, the combination of the material of the gaskets 21-23 and the adhesives 41-43 is selected so that the hardness of the adhesives 41-43 may become higher than the hardness of the gaskets 21-23. Moreover, the material combination of the gaskets 21-23 and the adhesives 41-43 is selected so that the Young's modulus of the adhesives 41-43 may become larger than the Young's modulus of the gaskets 21-23.

次に作用を説明する。   Next, the operation will be described.

図４はガスケット２２、２３がクリープを起こして、面圧が低下した状態の単セルの断面を示している。   FIG. 4 shows a cross section of a single cell in a state where the gaskets 22 and 23 are creeped and the surface pressure is lowered.

この図に示すように、ガスケット２２、２３が長い時間を経てクリープを起こし、ＭＥＡ５５から離れてＭＥＡ５５との間に隙間１０１が生じた場合にも、接着剤４１、４２が、それ自身でシール機能を持っているので、依然として十分な気密性を保持することができる。   As shown in this figure, even when the gaskets 22 and 23 have creeped over a long period of time and a gap 101 has been formed between the MEA 55 and the MEA 55, the adhesives 41 and 42 have their own sealing function. Therefore, sufficient airtightness can still be maintained.

以上説明したように、本実施形態によれば、ガスケット２１〜２３と、該ガスケット２１〜２３が圧接する少なくとも一方の板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）との間に接着剤４１〜４３を介在させているので、ガスケット２１〜２３のクリープによりシール部の面圧が低下した場合でも、接着剤４１〜４３に備わっているシール機能がそれを補うことによって、シール性能の低下を防ぐことができる。   As described above, according to the present embodiment, the adhesives 41 to 43 are provided between the gaskets 21 to 23 and at least one plate-like member (separators 11 and 12 and MEA 55) to which the gaskets 21 to 23 are pressed. Therefore, even when the surface pressure of the seal portion is reduced due to the creep of the gaskets 21 to 23, the sealing function provided in the adhesives 41 to 43 compensates for it, thereby preventing the deterioration of the sealing performance. Can do.

また、上述したように、ガスケット２１〜２３よりも接着剤４１〜４３の硬度を高く設定した場合は、ガスケット２１〜２３が変形した場合でも、接着剤４１〜４３の変形が起こり難くなる。従って、接着剤４１〜４３によってガスケット２１〜２３のシール機能の低下を補うことができ、シール部の性能低下を防止することができる。   Moreover, as mentioned above, when the hardness of the adhesives 41-43 is set higher than the gaskets 21-23, even if the gaskets 21-23 deform | transform, the deformation | transformation of the adhesives 41-43 becomes difficult to occur. Therefore, the adhesives 41 to 43 can compensate for the deterioration of the sealing function of the gaskets 21 to 23, and the performance of the seal portion can be prevented from being deteriorated.

また、上述したように、ガスケット２１〜２３よりも接着剤４１〜４３のヤング率を大きく設定した場合は、ガスケット２１〜２３の変形により、板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）の積層体（セルやスタック）の変形を吸収することができる。また、ガスケット２１〜２３が変形した場合でも、接着剤４１〜４３の変形が起こり難くなるため、接着剤４１〜４３によってガスケット２１〜４３のシール機能の低下を補うことができ、シール部の性能低下を防止することができる。   Further, as described above, when the Young's modulus of the adhesives 41 to 43 is set to be larger than that of the gaskets 21 to 23, a laminate of plate-like members (separators 11, 12 and MEA 55) due to the deformation of the gaskets 21 to 23. (Cells and stacks) can be absorbed. In addition, even when the gaskets 21 to 23 are deformed, the adhesives 41 to 43 are less likely to be deformed. Therefore, the adhesives 41 to 43 can compensate for the deterioration of the sealing function of the gaskets 21 to 43, and the performance of the seal portion. A decrease can be prevented.

また、図４（ａ）〜（ｄ）のいずれかの構造を採用した場合は、ガスケット２１〜２３（２２Ａ〜２２Ｄ）の板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）に対向する面に環状の切欠２２ａ〜２２ｄを設け、その切欠２２ａ〜２２ｄに接着剤４０（４１〜４３）を収容すると共に、切欠２２ａ〜２２ｄを設けない部分であるガスケット２１〜２３の一部を直接板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）に圧接させたので、その直接圧接させた部分があることにより、板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）の面方向における接着剤４０（４１〜４３）の存在領域（接着剤の幅）を容易に管理することができる。   When any one of the structures shown in FIGS. 4A to 4D is adopted, the gaskets 21 to 23 (22A to 22D) have an annular shape on the surface facing the plate-like members (separators 11, 12 and MEA 55). Notches 22a to 22d are provided, adhesives 40 (41 to 43) are accommodated in the notches 22a to 22d, and portions of the gaskets 21 to 23, which are not provided with the notches 22a to 22d, are directly plate-shaped members (separators). 11, 12 and MEA 55), the presence of the adhesive 40 (41-43) in the surface direction of the plate-like members (separators 11, 12 and MEA 55) is due to the presence of the directly pressed portion ( The width of the adhesive can be easily managed.

従って、シール機能を確保する上で不要となる部分に接着剤４０（４１〜４３）が介在するのを防ぐことができ、板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）の積層方向の寸法の冗長化を避けることができる。また、切欠２２ａ〜２２ｄの内面の面積の増加分だけ、接着剤４０（４１〜４３）の接触面積の増加を図ることができる。その結果、接着剤４０（４１〜４３）の界面剥離強度を高めることができ、いっそうシール性能の低下を防止することができる。   Therefore, it is possible to prevent the adhesive 40 (41 to 43) from intervening in a portion that is not necessary for securing the sealing function, and the redundant dimensions in the stacking direction of the plate-like members (separators 11, 12 and MEA 55). Can be avoided. Further, the contact area of the adhesive 40 (41-43) can be increased by the increase in the area of the inner surface of the notches 22a-22d. As a result, the interfacial peel strength of the adhesive 40 (41-43) can be increased, and the deterioration of the sealing performance can be further prevented.

また、触媒層５２Ａ、５２Ｂ側となるガスケット２１〜２３の内周側に板状部材（セパレータ１１、１２およびＭＥＡ５５）と直接圧接する部分を設け、それよりも外周側に切欠２２ａ〜２２ｄを有する部分を設け、その切欠２２ａ〜２２ｄに接着剤４０（４１〜４３）を収容したので、その板状部材と直接圧接する部分によって接着剤４０が堰き止められ、前記触媒層５２Ａ、５２Ｂが設けられる部位に当該接着剤４０が流れるのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、触媒層５２Ａ、５２Ｂに悪影響を及ぼすのを防止できる。   Moreover, the part which press-contacts directly with a plate-shaped member (Separator 11, 12 and MEA55) is provided in the inner peripheral side of the gaskets 21-23 used as the catalyst layer 52A, 52B side, and it has notches 22a-22d rather than that. Since the adhesive 40 (41 to 43) is accommodated in the notches 22a to 22d, the adhesive 40 is dammed by the portion that is in direct pressure contact with the plate member, and the catalyst layers 52A and 52B are provided. It is possible to prevent the adhesive 40 from flowing to the site. Therefore, according to this embodiment, it is possible to prevent the catalyst layers 52A and 52B from being adversely affected.

「第２実施形態」
図５は第２実施形態の燃料電池スタックの一部分における断面構造を示している。 “Second Embodiment”
FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a part of the fuel cell stack according to the second embodiment.

この燃料電池スタックは、いずれも板状部材であるセパレータ６１、６２とＭＥＡ５７を多数枚、所定の順番で積層し、積層した板状部材間、つまり、一方のセパレータ６１とＭＥＡ５７間、他方のセパレータ６２とＭＥＡ５７間、セパレータ６１、６２同士間の外周部にガスケット７２、７３、７１をそれぞれ介在させ、各ガスケット７２、７３、７１を、スタック組立による締結力によって、互いに対向するセパレータ６１、６２およびＭＥＡ５７の表面に対し圧接させることで、積層したセパレータ６１、６２、ＭＥＡ５７の隣り合うもの同士間をシールしたものである。ここで、セパレータ６１−ＭＥＡ５７−セパレータ６２の積層体が単セルを構成し、単セルの積層体が燃料電池スタックを構成している。   In this fuel cell stack, a large number of separators 61, 62 and MEA 57, each of which is a plate member, are laminated in a predetermined order, and between the laminated plate members, that is, between one separator 61 and MEA 57, the other separator. 62 and MEA 57, gaskets 72, 73, 71 are interposed on the outer periphery between separators 61, 62, respectively, and the gaskets 72, 73, 71 are separated from each other by separators 61, 62, and By being pressed against the surface of the MEA 57, the adjacent separators 61 and 62 and the MEA 57 that are adjacent to each other are sealed. Here, the laminate of separator 61-MEA57-separator 62 constitutes a single cell, and the laminate of single cells constitutes a fuel cell stack.

この燃料電池スタックにおいて特徴的なことは、ガスケット７１、７２、７３と、これら各ガスケット７１、７２、７３が圧接する少なくとも一方の板状部材であるセパレータ６１、ＭＥＡ５７、セパレータ６２との間に接着剤９１、９２、９３を介在させたこと、および、特にその中で、接着剤９１、９２を、ＭＥＡ５７に形成した環状の溝（後述）に収容しながら配置したことである。ここで、接着剤９１はガスケット７２とＭＥＡ５７を接着し、接着剤９２はガスケット７３とＭＥＡ５７を接着し、接着剤９３はガスケット７１とセパレータ６２を接着している。   What is characteristic about this fuel cell stack is that it is bonded between the gaskets 71, 72, 73 and the separator 61, MEA 57, and separator 62, which are at least one plate-like member to which the gaskets 71, 72, 73 are pressed. That is, the adhesives 91, 92, 93 are interposed, and in particular, the adhesives 91, 92 are arranged while being accommodated in an annular groove (described later) formed in the MEA 57. Here, the adhesive 91 bonds the gasket 72 and the MEA 57, the adhesive 92 bonds the gasket 73 and the MEA 57, and the adhesive 93 bonds the gasket 71 and the separator 62.

酸化ガス側のセパレータ（以下、カソードセパレータという）６１とＭＥＡ５７の間には、ガスケット７２と接着剤９１でシールされた酸化ガス流路が確保され、燃料ガス側のセパレータ（以下、アノードセパレータという）６２とＭＥＡ５７の間には、ガスケット７３と接着剤９２でシールされた燃料ガス流路が確保され、隣接する単セルのカソードセパレータ６１とアノードセパレータ６２の間には、ガスケット７１と接着剤９３でシールされた冷却水流路が確保されている。   An oxidizing gas flow path sealed with a gasket 72 and an adhesive 91 is secured between the oxidizing gas side separator (hereinafter referred to as a cathode separator) 61 and the MEA 57, and a fuel gas side separator (hereinafter referred to as an anode separator). A fuel gas flow path sealed with gasket 73 and adhesive 92 is secured between 62 and MEA 57, and gasket 71 and adhesive 93 are interposed between cathode separator 61 and anode separator 62 of adjacent single cells. A sealed cooling water flow path is secured.

図６はＭＥＡ５７の構成を示している。   FIG. 6 shows the configuration of the MEA 57.

積層方向において順に拡散層５１Ａ、触媒層（電極層）５２Ａ、電解質膜５３、触媒層（電極層）５２Ｃ、拡散層５１Ｃを貼り合わせた部位が発電部５０となり、シール部（ガスケット７１〜７３および接着剤９１〜９３）は、発電部５０の外周に位置するシールキャリア５４の位置に配置される。シールキャリア５４の両面のシール部を形成する位置には、前記接着剤９１、９２を収容するための環状の溝５６を設けている。なお、発電部５０とシールキャリア５４は気密性を保って結合されている。   The site where the diffusion layer 51A, the catalyst layer (electrode layer) 52A, the electrolyte membrane 53, the catalyst layer (electrode layer) 52C, and the diffusion layer 51C are bonded together in the stacking direction becomes the power generation unit 50, and the seal portions (gaskets 71 to 73 and The adhesives 91 to 93) are disposed at the position of the seal carrier 54 located on the outer periphery of the power generation unit 50. An annular groove 56 for accommodating the adhesives 91 and 92 is provided at a position where the seal portions on both sides of the seal carrier 54 are formed. The power generation unit 50 and the seal carrier 54 are coupled with each other while maintaining airtightness.

接着剤９１、９２の介在のさせ方としては、本実施形態では、前述したように基本的に、ＭＥＡ５７のシールキャリア５４に環状の溝５６が設け、その溝５６に接着剤９１、９２を収容する構造を採用している。この場合も環状の溝５６に接着剤９１、９２を収容するので、その接着剤９１、９２を設けた部分は「接着部」と言うのが適切である。   In the present embodiment, as described above, the annular grooves 56 are basically provided in the seal carrier 54 of the MEA 57, and the adhesives 91 and 92 are accommodated in the grooves 56. The structure to be adopted is adopted. Also in this case, since the adhesives 91 and 92 are accommodated in the annular groove 56, the portion provided with the adhesives 91 and 92 is appropriately referred to as an “adhesive part”.

図７は、接着剤４０（９１、９２）の介在のさせ方の具体例を示している。   FIG. 7 shows a specific example of how the adhesive 40 (91, 92) is interposed.

この図では、他方のセパレータ６２とＭＥＡ５７の間に挿入するガスケット７３（７３ＡＡ〜７３Ｃ）と接着剤４０（９１、９２に相当）の関係を代表例として示しているが、ガスケット７２側についても同様である。   In this figure, the relationship between the gasket 73 (73AA to 73C) inserted between the other separator 62 and the MEA 57 and the adhesive 40 (corresponding to 91 and 92) is shown as a representative example, but the same applies to the gasket 72 side. It is.

（ａ）の例では、ＭＥＡ５７側の環状の溝５６に対応させて、ガスケット７３ＡのＭＥＡ５５と対向する面にも断面コ字状をなす環状の溝７３ａを設けてあり、それにより、ガスケット７３Ａの断面形状が凹形になっている。そして、ＭＥＡ５７とガスケット７３Ａを合わせたときに合体する溝５６、７３ａに接着剤４０を収容している。   In the example of (a), an annular groove 73a having a U-shaped cross section is provided on the surface facing the MEA 55 of the gasket 73A so as to correspond to the annular groove 56 on the MEA 57 side. The cross-sectional shape is concave. And the adhesive agent 40 is accommodated in the groove | channels 56 and 73a united when MEA57 and the gasket 73A are match | combined.

（ｂ）の例では、ガスケット７３Ｂ側には溝７３を設けておらず、ＭＥＡ５７側の環状の溝５６に接着剤４０を収容している。   In the example of (b), the groove 73 is not provided on the gasket 73B side, and the adhesive 40 is accommodated in the annular groove 56 on the MEA 57 side.

（ｃ）の例では、ＭＥＡ５７側の環状の溝５６に対応させて、ガスケット７３ＡのＭＥＡ５５と対向する面およびセパレータ６２と対向する面に環状の溝７３ｃをそれぞれ設けてあり、それにより、ガスケット７３Ｃの断面形状がＨ字状になっている。そして、ＭＥＡ５７とガスケット７３Ｃを合わせたときに合体する溝５６、７３ｃに接着剤４０を収容し、さらに、ガスケット７３Ｃにセパレータ６２を合わせたときに閉じられるガスケット７３Ｃ側の溝７３ｃに接着剤４０を収容している。   In the example of (c), an annular groove 73c is provided on the surface facing the MEA 55 of the gasket 73A and the surface facing the separator 62 in correspondence with the annular groove 56 on the MEA 57 side. The cross-sectional shape is an H-shape. Then, the adhesive 40 is accommodated in the grooves 56 and 73c that are merged when the MEA 57 and the gasket 73C are combined, and the adhesive 40 is added to the groove 73c on the gasket 73C side that is closed when the separator 62 is combined with the gasket 73C. Contained.

なお、隣接する単セルのセパレータ６１、６２間に介在されるガスケット７１および接着剤９３の構成は、前記第１実施形態と同様であるので、ここでは説明しない。   In addition, since the structure of the gasket 71 and the adhesive agent 93 interposed between the separators 61 and 62 of adjacent single cell is the same as that of the said 1st Embodiment, it is not demonstrated here.

図８はガスケット７２、７３がクリープを起こして、面圧が低下した状態の単セルの断面を示している。   FIG. 8 shows a cross section of a single cell in a state where the gaskets 72 and 73 are creeped and the surface pressure is lowered.

この図に示すように、ガスケット７２、７３が長い時間を経てクリープを起こし、ＭＥＡ５７から離れてＭＥＡ５７との間に隙間１０２が生じた場合にも、接着剤９１、９２が、それ自身でシール機能を持っているので、依然として十分な気密性を保持することができる。   As shown in this figure, even when the gaskets 72 and 73 are creeped after a long time and a gap 102 is formed between the MEA 57 and the MEA 57, the adhesives 91 and 92 themselves have a sealing function. Therefore, sufficient airtightness can still be maintained.

また、図７（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構造、つまり、ガスケット７２、７３（７３Ａ〜７３Ｃ）と圧接するＭＥＡ５７の面に環状の溝５６を設け、その溝５６に接着剤４０を収容したことにより、シール機能を確保する上で不要となる部分に接着剤４０が介在するのを防ぐことができ、単セルおよび燃料電池スタックの積層方向の寸法の冗長化を避けることができる。また、単なる平面同士の間に接着剤が層状に介在するのと違って、溝５６に接着剤４０が収容されているので、溝５６の内面の面積の増加分だけ接着剤４０の接触面積の増加を図ることができる。その結果、接着剤４０の界面剥離強度を高めることができ、いっそうシール性能の低下を防止することができる。   7A to 7C, that is, an annular groove 56 is provided on the surface of the MEA 57 which is in pressure contact with the gaskets 72 and 73 (73A to 73C), and the adhesive 40 is applied to the groove 56. By accommodating, it is possible to prevent the adhesive 40 from intervening in a portion which is not necessary for securing the sealing function, and it is possible to avoid redundancy of dimensions in the stacking direction of the single cell and the fuel cell stack. Further, unlike the case where the adhesive is interposed between the flat surfaces in layers, the adhesive 40 is accommodated in the groove 56, so that the contact area of the adhesive 40 is increased by the increase in the area of the inner surface of the groove 56. An increase can be aimed at. As a result, the interfacial peel strength of the adhesive 40 can be increased, and the deterioration of the sealing performance can be further prevented.

第１実施形態の燃料電池スタックの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the fuel cell stack of 1st Embodiment. 図１のＭＥＡの詳細断面図である。2 is a detailed cross-sectional view of the MEA of FIG. （ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態における接着剤の設け方の具体例をそれぞれ示す部分図である。(A)-(e) is a partial figure which shows the specific example of how to provide the adhesive agent in 1st Embodiment, respectively. 同実施形態においてガスケットにクリープが生じたときの接着剤の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of an adhesive agent when creep arises in the gasket in the same embodiment. 第２実施形態の燃料電池スタックの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the fuel cell stack of 2nd Embodiment. 図５のＭＥＡの詳細断面図である。FIG. 6 is a detailed cross-sectional view of the MEA of FIG. 5. （ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態における接着剤の設け方の具体例をそれぞれ示す部分図である。(A)-(c) is a partial view which shows the specific example of how to provide the adhesive agent in 2nd Embodiment, respectively. 同実施形態においてガスケットにクリープが生じたときの接着剤の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of an adhesive agent when creep arises in the gasket in the same embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１１，１２，６１，６２…セパレータ（板状部材）
５５，５７…ＭＥＡ（板状部材）
５２Ａ，５２Ｃ…触媒層
２１，２２，２３，２２Ａ〜２２Ｅ…ガスケット
２２ａ〜２２ｄ…切欠
４０，４１，４２，４３…接着剤
５６…溝
７１，７２，７３，７３Ａ〜７３Ｃ…ガスケット
７３ａ〜７３ｃ…溝 11, 12, 61, 62 ... separator (plate-like member)
55, 57 ... MEA (plate-like member)
52A, 52C ... Catalyst layer 21, 22, 23, 22A-22E ... Gasket 22a-22d ... Notch 40, 41, 42, 43 ... Adhesive 56 ... Groove 71, 72, 73, 73A-73C ... Gasket 73a-73c ... groove

Claims (8)

セパレータおよび膜電極接合体を含む複数の板状部材を積層し、積層した板状部材間の必要箇所にガスケットを介在させ、該ガスケットを、互いに対向する板状部材に圧接させることで、積層した板状部材間をシールする燃料電池のシール構造において、
前記ガスケットと、該ガスケットが圧接する少なくとも一方の板状部材との間に接着剤を介在させた
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 A plurality of plate-like members including a separator and a membrane electrode assembly were laminated, a gasket was interposed at a necessary portion between the laminated plate-like members, and the gaskets were laminated by being pressed against plate members facing each other. In a fuel cell seal structure that seals between plate-like members,
A fuel cell seal structure, wherein an adhesive is interposed between the gasket and at least one plate-like member in pressure contact with the gasket. 請求項１に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記ガスケットの硬度よりも前記接着剤の硬度を高くした
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 1,
The fuel cell seal structure, wherein the hardness of the adhesive is higher than the hardness of the gasket. 請求項１に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記ガスケットのヤング率より前記接着剤のヤング率を大きくした
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 1,
A fuel cell seal structure, wherein the Young's modulus of the adhesive is larger than the Young's modulus of the gasket. 少なくとも請求項１〜３の何れか一つに記載の燃料電池のシール構造であって、
前記接着剤を介在させる側のガスケットの前記板状部材に対向する面に環状の切欠を設け、その切欠に前記接着剤を収容することで、接着剤が介在する側のガスケットの面の一部を直接前記板状部材に圧接させた
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 A fuel cell seal structure according to any one of claims 1 to 3,
A part of the surface of the gasket on which the adhesive is interposed is provided by providing an annular notch on the surface facing the plate-like member of the gasket on the side where the adhesive is interposed, and accommodating the adhesive in the notch The fuel cell seal structure is characterized in that is directly pressed against the plate-like member. 請求項４に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記ガスケットと圧接する前記板状部材の面方向の中央部に触媒層が設けられ、その触媒層の外周を取り囲むように前記ガスケットが配置されている場合に、その触媒層側となる前記ガスケットの内周側に前記板状部材と直接圧接する部分を設け、それよりも外周側に前記切欠を有する部分を設け、その切欠に接着剤を収容した
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 4,
When the catalyst layer is provided in the center of the plate member in pressure contact with the gasket and the gasket is disposed so as to surround the outer periphery of the catalyst layer, the gasket layer on the catalyst layer side A fuel cell seal structure characterized in that a portion in direct contact with the plate-like member is provided on the inner peripheral side, a portion having the cutout is provided on the outer peripheral side, and an adhesive is accommodated in the cutout. 請求項１に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記ガスケットと圧接する前記板状部材の面に環状の溝を設け、その溝に前記接着剤を収容した
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 1,
An annular groove is provided on a surface of the plate-like member that is in pressure contact with the gasket, and the adhesive is accommodated in the groove. 請求項６に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記板状部材の溝と向き合うように前記ガスケットの表面に溝を設け、これら両溝に前記接着剤を収容した
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 6,
A fuel cell seal structure, wherein grooves are provided on the surface of the gasket so as to face the grooves of the plate-like member, and the adhesive is accommodated in both grooves. 請求項６または請求項７に記載の燃料電池のシール構造であって、
前記ガスケットの両面に圧接する２枚の前記板状部材の、前記ガスケットと圧接する面に、前記環状の溝を設け、その溝に前記接着剤を収容した
ことを特徴とする燃料電池のシール構造。 A fuel cell seal structure according to claim 6 or 7,
2. A fuel cell sealing structure, wherein the annular groove is provided on a surface of the two plate-like members pressed against both surfaces of the gasket, and the adhesive is accommodated in the groove. .

Images