JP2008218200A - Fuel cell stack and manufacturing method for fuel cell stack - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress decrease of a seal property due to deformation of an seal member at the time of supply of a reactant gas in a fuel cell stack. <P>SOLUTION: A fuel cell module 40 is constructed by stacking a plurality of membrane electrode assembly units with intervention of a separator 42, the membrane electrode assembly units having a seal gasket 410 around membrane electrode assemblies (411m, 411a, 411c). The separator 42 is provided with a plurality of through-holes (e.g., a through-hole 424i for hydrogen supply, a through-hole 424o for anode off-gas ejection) for flowing a reactant gas or the like made available for electric power generation in the membrane electrode assemblies in a thickness direction of the separator 42, and a seal member 428 for sealing a reactant gas or the like is bonded around the through-hole on a surface of the separator 42 by bringing it into butt-contact with the other separator 42 adjoining it across the membrane electrode assembly unit. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタック、および、燃料電池スタックの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack and a method for manufacturing the fuel cell stack.

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜の両面にガス拡散電極（アノード、および、カソード）をそれぞれ接合した膜電極接合体とセパレータとを交互に積層させた燃料電池スタックがある。   A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. This fuel cell includes a fuel cell stack in which membrane electrode assemblies each having gas diffusion electrodes (anode and cathode) bonded to both surfaces of an electrolyte membrane and separators are alternately stacked.

そして、このような燃料電池スタックに関して、従来、燃料電池スタック内部からの反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）や、排出ガス等の漏洩を防止するための種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、燃料電池スタックにおいて、膜電極接合体とセパレータとの間にシール部材を介装する構成が記載されている。この技術において、シール部材には、複数の膜電極接合体にガスを分岐して流すためのマニホールドを構成し、燃料電池スタックの積層方向にガスを流すための貫通孔が形成されている。そして、このような構成の燃料電池スタックでは、一般に、シール部材のシール性を十分に得るために、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重が加えられ、シール部材と、セパレータとの摩擦力によってシール性能が確保されていた。   With respect to such a fuel cell stack, various techniques for preventing leakage of reaction gas (fuel gas and oxidant gas) and exhaust gas from the inside of the fuel cell stack have been proposed. . For example, Patent Document 1 below describes a configuration in which a seal member is interposed between a membrane electrode assembly and a separator in a fuel cell stack. In this technique, the seal member constitutes a manifold for branching and flowing gas to a plurality of membrane electrode assemblies, and a through hole for flowing gas in the stacking direction of the fuel cell stack is formed. In the fuel cell stack having such a configuration, generally, in order to obtain sufficient sealing performance of the seal member, a fastening load is applied in the stacking direction of the fuel cell stack, and sealing is performed by the frictional force between the seal member and the separator. Performance was secured.

特開２００４−６１０４号公報JP 2004-6104 A

しかし、燃料電池スタック内部の反応ガスの流路には、ガス供給時に、例えば、２００〜３００（ｋＰａ）程度の高圧がかかる場合があるため、燃料電池スタックに上記締結荷重が加えられていても、この高圧によって、シール部材が変形して積層面に対して平行な方向に横ズレし、シール部材のシール性能が低下する場合があった。そして、このような不具合は、シール部材として、ゴム等の比較的剛性の低い材料を用いた場合に顕著だった。   However, since a high pressure of, for example, about 200 to 300 (kPa) may be applied to the reaction gas flow path inside the fuel cell stack at the time of gas supply, even if the fastening load is applied to the fuel cell stack. In some cases, the high pressure causes the seal member to be deformed and laterally displaced in a direction parallel to the laminated surface, thereby reducing the sealing performance of the seal member. Such a problem is remarkable when a relatively low rigidity material such as rubber is used as the seal member.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、反応ガス供給時のシール部材の変形によるシール性能の低下を抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration in sealing performance due to deformation of a sealing member when a reaction gas is supplied in a fuel cell stack.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。すなわち、本発明の燃料電池スタックは、電解質膜の両面にガス拡散電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、該膜電極接合体の周囲に設けられたシールガスケットと、を備える膜電極接合体ユニットを、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックであって、前記セパレータは、前記膜電極接合体における発電に供する反応ガス、または、前記発電で未消費の反応ガスであるオフガスを、前記セパレータの厚さ方向に流すための複数の貫通孔と、前記セパレータの少なくとも一方の表面における前記貫通孔の周囲に接着され、隣接して配置される他のセパレータの表面における前記貫通孔の周辺部と当接することによって、前記反応ガス、または、前記オフガスをシールするシール部材と、を備えることを要旨とする。   In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration. That is, a fuel cell stack according to the present invention includes a membrane electrode assembly unit comprising a membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane, and a seal gasket provided around the membrane electrode assembly. A fuel cell stack in which a plurality of separators are stacked with a separator interposed therebetween, wherein the separator is supplied with a reaction gas to be used for power generation in the membrane electrode assembly or an off gas which is a reaction gas not consumed in the power generation. A plurality of through-holes for flowing in the thickness direction, and a peripheral portion of the through-hole on the surface of the other separator that is bonded around and adjacent to the through-hole on at least one surface of the separator The gist of the invention is to provide a sealing member that seals the reactive gas or the off-gas by contacting.

本発明の燃料電池スタックでは、膜電極接合体ユニットが備えるシールガスケットによって、膜電極接合体のガス拡散電極中を流れる反応ガス、または、オフガスをシールする。また、セパレータに接着されたシール部材によって、セパレータに形成された上記貫通孔を流れる、すなわち、燃料電池スタックの積層方向に流れる反応ガス、または、オフガスをシールする。つまり、膜電極接合体のガス拡散電極中を流れるガスのシールと、燃料電池スタックの積層方向に流れるガスのシールとを、別部材によって行う。したがって、例えば、シール部材の剛性を、シールガスケットの剛性よりも高くする等、シールガスケットを形成するための材料と、シール部材を形成するための材料とを、両者にそれぞれ要求される性能に応じて、適宜、選択することができる。また、本発明では、シール部材は、セパレータの表面に接着されるので、燃料電池スタックの積層方向に流れるガスを、シール部材とセパレータとの摩擦力のみによってシールする場合と比較して、反応ガス供給時に、シール部材に高圧がかかったときの横ズレを抑制することができる。この結果、燃料電池スタックへの反応ガス供給時のシール部材の変形によるシール性能の低下を抑制することができる。   In the fuel cell stack of the present invention, the reaction gas or off-gas flowing in the gas diffusion electrode of the membrane electrode assembly is sealed by the seal gasket provided in the membrane electrode assembly unit. In addition, the reaction gas or off-gas flowing through the through-hole formed in the separator, that is, flowing in the stacking direction of the fuel cell stack, is sealed by a sealing member bonded to the separator. That is, the sealing of the gas flowing in the gas diffusion electrode of the membrane electrode assembly and the sealing of the gas flowing in the stacking direction of the fuel cell stack are performed by separate members. Therefore, for example, the material for forming the seal gasket and the material for forming the seal member, such as making the rigidity of the seal member higher than the rigidity of the seal gasket, depending on the performance required for both. And can be selected as appropriate. In the present invention, since the seal member is bonded to the surface of the separator, the gas flowing in the stacking direction of the fuel cell stack is compared with the case where the gas is sealed only by the frictional force between the seal member and the separator. Lateral deviation when a high pressure is applied to the seal member during supply can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the sealing performance due to the deformation of the sealing member when the reactive gas is supplied to the fuel cell stack.

なお、上記燃料電池スタックにおいて、セパレータに接着されたシール部材と、このセパレータと隣接して配置される他のセパレータとの当接部には、別部材が介在していてもよい。この場合、上記別部材は、隣接して配置される他のセパレータに含まれる。   In the fuel cell stack, a separate member may be interposed at a contact portion between the seal member bonded to the separator and another separator disposed adjacent to the separator. In this case, the separate member is included in other separators disposed adjacent to each other.

上記燃料電池スタックにおいて、前記シール部材は、前記セパレータの両面に接着されており、前記セパレータに接着されたシール部材と、前記他のセパレータに接着されたシール部材とは、互いに係合する係合部を備えるようにしてもよい。こうすることによって、複数のセパレータを積層するときの位置決め等を容易に行うことができる。   In the fuel cell stack, the seal member is bonded to both surfaces of the separator, and the seal member bonded to the separator and the seal member bonded to the other separator are engaged with each other. You may make it provide a part. By doing so, positioning and the like when stacking a plurality of separators can be easily performed.

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記シールガスケットは、該シールガスケットの表面から突出し、前記セパレータと当接するリップ部を備えており、前記膜電極接合体の周縁部は、前記シールガスケットにおける前記リップ部が配置されている領域の内部に埋設されているようにすることが好ましい。   In any one of the above fuel cell stacks, the seal gasket includes a lip portion that protrudes from a surface of the seal gasket and contacts the separator, and a peripheral edge portion of the membrane electrode assembly is formed on the lip portion of the seal gasket. It is preferable to be embedded in the region where the part is disposed.

シールガスケットがリップ部を備える上記膜電極接合体ユニットは、一般に、膜電極接合体の周囲に射出成型によってシールガスケットが形成される。このような膜電極接合体ユニットでは、シールガスケットと膜電極接合体接合体との密着性が経時的に低下し、膜電極接合体接合体とシールガスケットとの界面を介して、アノードとカソードとの間の反応ガスのクロスリークが生じるようになる場合がある。   In the membrane electrode assembly unit in which the seal gasket has a lip portion, generally, the seal gasket is formed around the membrane electrode assembly by injection molding. In such a membrane / electrode assembly unit, the adhesion between the seal gasket and the membrane / electrode assembly decreases with time, and the anode and cathode are connected via the interface between the membrane / electrode assembly and the seal gasket. In some cases, cross-leakage of the reaction gas may occur.

これに対して、本発明では、膜電極接合体の周縁部が、シールガスケットにおけるリップ部が配置されている領域の内部に埋設されているので、リップ部がセパレータと当接したときの押圧力、すなわち、燃料電池スタックに加えられる締結荷重が、膜電極接合体の周縁部とシールガスケットとの界面に加わり、シールガスケットと膜電極接合体との密着性が向上する。したがって、膜電極接合体接合体とシールガスケットとの界面を介して生じる、アノードとカソードとの間の反応ガスのクロスリークを抑制することができる。   On the other hand, in the present invention, the peripheral edge portion of the membrane electrode assembly is embedded in the region where the lip portion is disposed in the seal gasket, so that the pressing force when the lip portion contacts the separator That is, the fastening load applied to the fuel cell stack is applied to the interface between the peripheral edge of the membrane electrode assembly and the seal gasket, and the adhesion between the seal gasket and the membrane electrode assembly is improved. Therefore, it is possible to suppress the cross leak of the reaction gas between the anode and the cathode that occurs through the interface between the membrane electrode assembly assembly and the seal gasket.

なお、上記燃料電池スタックにおいて、上記リップ部は、シールガスケットに一体的に形成されているようにすることが好ましい。こうすることによって、リップ部を備えるシールガスケット、および、膜電極接合体ユニットを、射出成型によって、容易に製造することができる。   In the fuel cell stack, the lip portion is preferably formed integrally with the seal gasket. By doing so, the seal gasket provided with the lip portion and the membrane electrode assembly unit can be easily manufactured by injection molding.

本発明は、上述の燃料電池スタックとしての構成の他、燃料電池スタックの製造方法の発明として構成することもできる。すなわち、本発明の燃料電池スタックの製造方法は、電解質膜の両面にガス拡散電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、該膜電極接合体の周囲に設けられたシールガスケットと、を備える膜電極接合体ユニットを、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックの製造方法であって、前記膜電極接合体ユニットを製造する工程と、前記膜電極接合体における発電に供する反応ガス、または、前記発電で未消費の反応ガスであるオフガスを、厚さ方向に流すための複数の貫通孔を有する前記セパレータを製造する工程と、前記膜電極接合体ユニットを挟んで隣接する他のセパレータと当接することによって、前記反応ガス、または、前記オフガスをシールするシール部材を、前記セパレータの表面における前記貫通孔の周囲に接着する工程と、前記セパレータ、および、前記膜電極接合体ユニットを交互に積層する工程と、を備えることを要旨とする。こうすることによって、先に説明した本発明の燃料電池スタックを製造することができる。なお、この燃料電池スタックの製造方法においても、先に示した付加的要素を適用することが可能である。   The present invention can be configured as an invention of a method for manufacturing a fuel cell stack in addition to the above-described configuration as a fuel cell stack. That is, a method for producing a fuel cell stack according to the present invention comprises a membrane electrode assembly comprising a membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are joined to both surfaces of an electrolyte membrane, and a seal gasket provided around the membrane electrode assembly. A method of manufacturing a fuel cell stack in which a plurality of assembly units are stacked with a separator interposed therebetween, the step of manufacturing the membrane electrode assembly unit, the reaction gas used for power generation in the membrane electrode assembly, or the A step of manufacturing the separator having a plurality of through-holes for flowing off-gas, which is an unconsumed reactive gas in power generation, in the thickness direction, and abuts on another separator adjacent to the membrane electrode assembly unit Thus, the sealing member for sealing the reactive gas or the off-gas is adhered to the periphery of the through hole on the surface of the separator. A step, said separator, and is summarized in that comprising the steps of laminating the membrane electrode assembly units alternately. By doing so, the fuel cell stack of the present invention described above can be manufactured. Note that the above-described additional elements can also be applied to this method of manufacturing a fuel cell stack.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有している。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、燃料電池スタック１００における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. Fuel cell stack configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell stack 100 as an embodiment of the present invention. This fuel cell stack 100 generally has a stack structure in which a plurality of membrane electrode assemblies each bonded with an anode and a cathode are laminated on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity with a separator interposed therebetween. ing. In this example, a solid polymer membrane was used as the electrolyte membrane. Another electrolyte such as a solid oxide may be used as the electrolyte. The number of membrane electrode assemblies stacked in the fuel cell stack 100 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 100.

燃料電池スタック１００は、図示するように、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の燃料電池モジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。本実施例では、これらは、それぞれ横長の略矩形形状を有している。そして、燃料電池スタック１００内部には、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を、それぞれ各膜電極接合体に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各膜電極接合体のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。   As shown in the figure, the fuel cell stack 100 is laminated from one end in the order of an end plate 10a, an insulating plate 20a, a current collecting plate 30a, a plurality of fuel cell modules 40, a current collecting plate 30b, an insulating plate 20b, and an end plate 10b. Is made up of. In the present embodiment, these have a horizontally long and substantially rectangular shape. Then, in the fuel cell stack 100, supply manifolds (hydrogen supply manifolds, hydrogen for supplying fuel gas, air for oxidant gas, and cooling water are distributed and supplied to the respective membrane electrode assemblies. Air supply manifold, cooling water supply manifold), anode off-gas and cathode off-gas discharged from the anode and cathode of each membrane electrode assembly, and discharge for collecting and discharging cooling water to the outside of the fuel cell stack 100 Manifolds (anode offgas discharge manifold, cathode offgas discharge manifold, cooling water discharge manifold) are formed.

そして、図示するように、エンドプレート１０ａの下側長辺の内側には、下側長辺に沿って、空気供給マニホールドを構成する空気供給口１２ｉが形成されている。また、エンドプレート１０ａの上側長辺の内側には、上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出口１２ｏが形成されている。また、エンドプレート１０ａの左側短辺の内側には、水素供給マニホールドを構成する水素供給口１４ｉ、および、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給口１６ｉが、上下に互いに隣接して形成されている。また、エンドプレート１０ａの右側短辺には、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出口１６ｏ、および、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出口１４ｏが、上下に互いに隣接して形成されている。   As shown in the drawing, an air supply port 12i constituting an air supply manifold is formed along the lower long side inside the lower long side of the end plate 10a. A cathode offgas discharge port 12o constituting a cathode offgas discharge manifold is formed inside the upper long side of the end plate 10a along the upper long side. Further, inside the left short side of the end plate 10a, a hydrogen supply port 14i constituting a hydrogen supply manifold and a cooling water supply port 16i constituting a cooling water supply manifold are formed adjacent to each other vertically. Yes. Further, on the right short side of the end plate 10a, a cooling water discharge port 16o constituting a cooling water discharge manifold and an anode off gas discharge port 14o constituting an anode off gas discharge manifold are formed adjacent to each other vertically. Yes.

水素供給口１４ｉには、図示しない水素タンクから、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池スタック１００のアノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出口１４ｏから排出される。また、空気供給口１２ｉには、図示しないエアコンプレッサによって圧縮された酸化剤ガスとしての酸素を含む空気がそれぞれ供給され、燃料電池スタック１００のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出口１２ｏから排出される。また、冷却水供給口１６ｉには、図示しないラジエータによって冷却され、ポンプによって加圧された冷却水が供給され、燃料電池スタック１００の内部を流れて、冷却水排出口１６ｏから排出されて循環する。   Hydrogen as a fuel gas is supplied to the hydrogen supply port 14i from a hydrogen tank (not shown), and the anode offgas discharged from the anode of the fuel cell stack 100 is discharged from the anode offgas discharge port 14o. Further, air containing oxygen as an oxidant gas compressed by an air compressor (not shown) is supplied to the air supply port 12i, and the cathode offgas discharged from the cathode of the fuel cell stack 100 is the cathode offgas discharge port 12o. Discharged from. The cooling water supply port 16i is supplied with cooling water cooled by a radiator (not shown) and pressurized by a pump, flows through the fuel cell stack 100, is discharged from the cooling water discharge port 16o, and circulates. .

燃料電池モジュール４０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の周囲にシールガスケットを一体的に備える膜電極接合体ユニットと、セパレータとによって構成されている。この燃料電池モジュール４０については、後述する。   The fuel cell module 40 includes a membrane electrode assembly unit that is integrally provided with a seal gasket around a membrane electrode assembly (MEA) and a separator. The fuel cell module 40 will be described later.

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するために、鋼等の金属によって形成されている。また、絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。また、集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ出力端子３２ａ，３２ｂが設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。   The end plates 10a and 10b are made of metal such as steel in order to ensure rigidity. The insulating plates 20a and 20b are formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collecting plates 30a and 30b are formed of dense carbon, a gas impermeable conductive member such as a copper plate. The current collector plates 30a and 30b are provided with output terminals 32a and 32b, respectively, so that the power generated by the fuel cell stack 100 can be output.

なお、燃料電池スタック１００は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、燃料電池スタック１００の内部を流れるガスや、冷却水の漏洩を防止したりするために、スタック構造の積層方向に締結荷重が加えられ、図示しない締結部材によって締結されている。   Note that the fuel cell stack 100 suppresses deterioration of battery performance due to an increase in contact resistance at any location of the stack structure, or prevents leakage of gas flowing in the fuel cell stack 100 or cooling water. For this purpose, a fastening load is applied in the stacking direction of the stack structure, and the fastening structure is fastened by a fastening member (not shown).

Ｂ．燃料電池モジュール４０：
先に説明したように、燃料電池モジュール４０は、膜電極接合体ユニットと、セパレータとによって構成されている。以下、膜電極接合体ユニット、および、セパレータについて説明する。 B. Fuel cell module 40:
As described above, the fuel cell module 40 includes a membrane electrode assembly unit and a separator. Hereinafter, the membrane electrode assembly unit and the separator will be described.

Ｂ１．膜電極接合体ユニット：
図２は、膜電極接合体ユニット４１の概略構成を示す説明図である。図２（ａ）に、膜電極接合体ユニット４１の平面図を示した。また、図２（ｂ）に、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。 B1. Membrane electrode assembly unit:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the membrane electrode assembly unit 41. FIG. 2A shows a plan view of the membrane electrode assembly unit 41. FIG. 2B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図２（ａ）に示したように、膜電極接合体ユニット４１は、略矩形形状を有しており、矩形形状を有するＭＥＡ４１１の周囲に、シリコーンゴムからなるシールガスケット４１０を、射出成型によって一体形成したものである。ＭＥＡ４１１は、図２（ｂ）に示したように、電解質膜４１１ｍの両面に、それぞれ、ガス拡散電極として、アノード４１１ａ、および、カソード４１１ｃを接合したものである。アノード４１１ａ、および、カソード４１１ｃは、それぞれ、図示しない触媒層とガス拡散層とを含んでいる。なお、本実施例では、シールガスケット４１０として、シリコーンゴムを用いるものとしたが、これに限られず、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。   As shown in FIG. 2A, the membrane electrode assembly unit 41 has a substantially rectangular shape, and a seal gasket 410 made of silicone rubber is integrally formed around the MEA 411 having a rectangular shape by injection molding. Formed. As shown in FIG. 2B, the MEA 411 is obtained by joining an anode 411a and a cathode 411c as gas diffusion electrodes to both surfaces of the electrolyte membrane 411m. The anode 411a and the cathode 411c each include a catalyst layer and a gas diffusion layer (not shown). In this embodiment, silicone rubber is used as the seal gasket 410. However, the present invention is not limited to this, and other members having gas impermeability, elasticity, and heat resistance may be used.

シールガスケット４１０の両面には、図示するように、シールガスケット４１０の表面から突出したライン状のリップ部４１０Ｒが形成されている。そして、膜電極接合体ユニット４１と後述するセパレータ４２とを積層したときに、このリップ部４１０Ｒによってシールラインが形成され、ＭＥＡ４１１の表面を流れるガス（水素、アノードオフガス、空気、カソードオフガス）の外部へ漏洩を抑制することができる。   On both surfaces of the seal gasket 410, line-shaped lip portions 410R protruding from the surface of the seal gasket 410 are formed as shown in the figure. When the membrane electrode assembly unit 41 and a separator 42 described later are stacked, a seal line is formed by the lip portion 410R, and the gas (hydrogen, anode off gas, air, cathode off gas) flowing on the surface of the MEA 411 is external. Leakage can be suppressed.

なお、本実施例の膜電極接合体ユニット４１において、ＭＥＡ４１１の周縁部は、図示するように、シールガスケット４１０におけるリップ部４１０Ｒが形成されている領域の内部にまで埋設されている。換言すれば、シールガスケット４１０におけるリップ部４１０Ｒは、ＭＥＡ４１１の周縁部を挟む領域に形成されている。この理由については、後から詳述する。   In the membrane electrode assembly unit 41 of the present embodiment, the peripheral edge of the MEA 411 is embedded to the inside of the region where the lip 410R is formed in the seal gasket 410 as shown in the figure. In other words, the lip 410R of the seal gasket 410 is formed in a region sandwiching the peripheral edge of the MEA 411. The reason for this will be described in detail later.

Ｂ２．セパレータ：
図３は、セパレータ４２の概略構成を示す説明図である。図３（ａ）に、セパレータ４２を、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する面側から見た平面図を示した。また、図３（ｂ）に、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、セパレータ４２の内部構造は、本願発明の本質的な部分ではないため、本明細書では、セパレータ４２の内部構造についての図示、および、詳細な説明は省略しているが、セパレータ４２は、例えば、複数の貫通孔を有する複数の金属性の平板を重ね合わせることによって形成され、セパレータ４２の内部には、水素や、空気や、冷却水の流路が形成されている。 B2. Separator:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the separator 42. FIG. 3A is a plan view of the separator 42 as viewed from the side of the MEA 411 facing the cathode 411c. FIG. 3B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In addition, since the internal structure of the separator 42 is not an essential part of the present invention, illustration and detailed description of the internal structure of the separator 42 are omitted in this specification. For example, it is formed by overlapping a plurality of metallic flat plates having a plurality of through holes, and a flow path of hydrogen, air, or cooling water is formed inside the separator 42.

図３（ａ）に示したように、セパレータ４２は、略矩形形状を有しており、先に説明したエンドプレート１０ａにおける空気供給口１２ｉと、カソードオフガス排出口１２ｏと、水素供給口１４ｉと、アノードオフガス排出口１４ｏと、冷却水供給口１６ｉと、冷却水排出口１６ｏとそれぞれ対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、エンドプレート１０ａにおいて、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in FIG. 3A, the separator 42 has a substantially rectangular shape, and the air supply port 12i, the cathode offgas discharge port 12o, the hydrogen supply port 14i in the end plate 10a described above, The anode off-gas discharge port 14o, the cooling water supply port 16i, and the cooling water discharge port 16o respectively correspond to the air supply through holes 422i constituting the air supply manifold and the cathode off-gas constituting the cathode off-gas discharge manifold. Discharge through hole 422o, hydrogen supply through hole 424i constituting the hydrogen supply manifold, cooling water supply through hole 426i constituting the cooling water supply manifold, and cooling water discharge through hole constituting the cooling water discharge manifold 426o and an anode offgas discharge through hole constituting an anode offgas discharge manifold The hole 424o is formed. The shapes of these through holes are the same as the shapes of the corresponding through holes in the end plate 10a.

そして、セパレータ４２の表面における各貫通孔の周囲には、図示するように、シール部材４２８が接着されている。本実施例では、図３（ｂ）に示したように、セパレータ４２の一方の面にシール部材４２８を接着するものとした。また、シール部材４２８の剛性は、膜電極接合体ユニット４１のシールガスケット４１０の剛性よりも高いものとした。なお、図３（ａ）中に破線で示した領域は、図２に示した膜電極接合体ユニット４１が配置される領域を表しており、また、二点鎖線で示した領域は、膜電極接合体ユニット４１のＭＥＡ４１１に対応する領域を示している。したがって、燃料電池スタック１００において、セパレータ４２に接着されたシール部材４２８は、後述するように、膜電極接合体ユニット４１を挟んで隣接する他のセパレータ４２と当接し、各貫通孔を流れるガスや、冷却水をシールする。   A seal member 428 is bonded around each through hole on the surface of the separator 42 as illustrated. In this embodiment, as shown in FIG. 3B, the seal member 428 is bonded to one surface of the separator 42. The rigidity of the seal member 428 is higher than the rigidity of the seal gasket 410 of the membrane electrode assembly unit 41. In addition, the area | region shown with the broken line in Fig.3 (a) represents the area | region where the membrane electrode assembly unit 41 shown in FIG. 2 is arrange | positioned, and the area | region shown with the dashed-two dotted line is a membrane electrode. The area | region corresponding to MEA411 of the conjugate | zygote unit 41 is shown. Therefore, in the fuel cell stack 100, as will be described later, the seal member 428 adhered to the separator 42 comes into contact with other separators 42 adjacent to each other with the membrane electrode assembly unit 41 interposed therebetween, and the gas flowing through each through hole , Seal the cooling water.

セパレータ４２におけるＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する領域（二点鎖線で示した領域）の下端部には、空気供給用貫通孔４２２ｉから、セパレータ４２の内部に形成された連通流路を介して、カソード４１１ｃに空気を供給するための複数の空気供給口４２２ｈｉが形成されている。また、セパレータ４２におけるＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する領域の上端部には、カソード４１１ｃから、セパレータ４２の内部に形成された連通流路を介して、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｏにカソードオフガスを排出するためのカソードオフガス排出口４２２ｈｏが形成されている。   At the lower end portion of the separator 42 in the region facing the cathode 411c of the MEA 411 (the region indicated by the chain double-dashed line), the cathode is connected through the air supply through-hole 422i through a communication channel formed inside the separator 42. A plurality of air supply ports 422hi for supplying air to 411c are formed. In addition, the cathode offgas is discharged from the cathode 411c to the cathode offgas discharge through hole 422o at the upper end of the region of the separator 42 facing the cathode 411c of the MEA 411 through the communication channel formed inside the separator 42. A cathode off-gas discharge port 422ho is formed for this purpose.

Ｂ３．燃料電池モジュールの断面構造：
図４は、燃料電池モジュール４０の断面構造を示す説明図である。図示するように、燃料電池モジュール４０は、膜電極接合体ユニット４１（符号は図示せず）を、セパレータ４２によって挟持することによって構成される。そして、シールガスケット４１０の両面に形成されたリップ部４１０Ｒは、それぞれセパレータ４２に当接している。また、セパレータ４２に接着されたシール部材４２８は、膜電極接合体ユニット４１を挟んで隣接するセパレータ４２と当接している。 B3. Cross-sectional structure of the fuel cell module:
FIG. 4 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of the fuel cell module 40. As shown in the figure, the fuel cell module 40 is configured by sandwiching a membrane electrode assembly unit 41 (reference numeral not shown) between separators 42. The lip portions 410R formed on both surfaces of the seal gasket 410 are in contact with the separator 42, respectively. Further, the seal member 428 adhered to the separator 42 is in contact with the adjacent separator 42 with the membrane electrode assembly unit 41 interposed therebetween.

なお、図示するように、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａとセパレータ４２との間には、アノード４１１ａ、および、セパレータ４２とそれぞれ当接するように、金属多孔体４３が介装される。また、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃとセパレータ４２との間には、カソード４１１ｃ、および、セパレータ４２とそれぞれに当接するように、金属多孔体４３が介装される。これらの金属多孔体４３は、アノード４１１ａ、および、カソード４１１ｃに、反応ガスを拡散させつつ流すための流路を構成するとともに、アノード４１１ａとセパレータ４２との電気的な導通、および、カソード４１１ｃとセパレータ４２との電気的な導通を確保する機能を有している。金属多孔体４３の代わりに、ガス拡散性、および、導電性を有する他の部材を用いるようにしてもよい。   As shown in the figure, a metal porous body 43 is interposed between the anode 411a of the MEA 411 and the separator 42 so as to contact the anode 411a and the separator 42, respectively. Further, a porous metal body 43 is interposed between the cathode 411c of the MEA 411 and the separator 42 so as to come into contact with the cathode 411c and the separator 42, respectively. These metal porous bodies 43 constitute a flow path for allowing the reactant gas to flow while diffusing the anode 411a and the cathode 411c, as well as electrical conduction between the anode 411a and the separator 42, and the cathode 411c and It has a function of ensuring electrical continuity with the separator 42. Instead of the metal porous body 43, other members having gas diffusibility and conductivity may be used.

Ｃ．比較例、および、実施例の効果：
以下、上述した実施例の効果を明らかにするために、比較例としての燃料電池モジュールの構成について説明し、その後、実施例の効果について説明する。 C. Effects of Comparative Examples and Examples:
Hereinafter, in order to clarify the effect of the above-described embodiment, the configuration of a fuel cell module as a comparative example will be described, and then the effect of the embodiment will be described.

Ｃ１．比較例の膜電極接合体ユニット：
図５は、比較例の燃料電池モジュール４０Ａを構成する膜電極接合体ユニット４１Ａの概略構成を示す説明図である。図５（ａ）に、膜電極接合体ユニット４１Ａの平面図を示した。また、図５（ｂ）に、図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。 C1. Comparative membrane electrode assembly unit:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a membrane electrode assembly unit 41A constituting the fuel cell module 40A of the comparative example. FIG. 5A shows a plan view of the membrane electrode assembly unit 41A. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図５（ａ）に示したように、膜電極接合体ユニット４１Ａは、略矩形形状を有しており、矩形形状を有するＭＥＡ４１１の周囲に、シリコーンゴムからなるシールガスケット４１０Ａを、射出成型によって一体形成したものである。ＭＥＡ４１１の構成は、先に説明した実施例と同じである。ただし、比較例の膜電極接合体ユニット４１Ａは、シールガスケット４１０Ａの構造が、上記実施例におけるシールガスケット４１０の構造と異なっている。すなわち、比較例のシールガスケット４１０Ａは、図１に示したエンドプレート１０ａの外形形状とほぼ同じ外形形状を有しており、エンドプレート１０ａにおける空気供給口１２ｉと、カソードオフガス排出口１２ｏと、水素供給口１４ｉと、アノードオフガス排出口１４ｏと、冷却水供給口１６ｉと、冷却水排出口１６ｏとそれぞれ対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４１２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４１４ｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４１６ｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４１６ｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４１４ｏとが形成されている。   As shown in FIG. 5A, the membrane electrode assembly unit 41A has a substantially rectangular shape, and a seal gasket 410A made of silicone rubber is integrally formed around the MEA 411 having a rectangular shape by injection molding. Formed. The configuration of the MEA 411 is the same as the embodiment described above. However, in the membrane electrode assembly unit 41A of the comparative example, the structure of the seal gasket 410A is different from the structure of the seal gasket 410 in the above embodiment. That is, the seal gasket 410A of the comparative example has substantially the same outer shape as that of the end plate 10a shown in FIG. 1, and includes an air supply port 12i, a cathode offgas discharge port 12o, and a hydrogen gas in the end plate 10a. An air supply through hole 412i and a cathode offgas discharge manifold constituting the air supply manifold are provided at positions corresponding to the supply port 14i, the anode offgas discharge port 14o, the cooling water supply port 16i, and the cooling water discharge port 16o, respectively. The cathode off-gas discharge through-hole 412o, the hydrogen supply through-hole 414i constituting the hydrogen supply manifold, the cooling water supply through-hole 416i constituting the cooling water supply manifold, and the cooling water constituting the cooling water discharge manifold Through-hole 416o for discharge and anode off-gas discharge manifold The anode off-gas discharge through hole 414o constituting the shield is formed.

そして、シールガスケット４１０Ａの両面における、上述した各貫通孔、および、ＭＥＡ４１１の周囲には、図示するように、シールガスケット４１０Ａの表面から突出したライン状のリップ部４１０Ｒが形成されている。そして、比較例の膜電極接合体ユニット４１Ａと後述する比較例のセパレータ４２Ａとを積層したときに、このリップ部４１０Ｒによってシールラインが形成され、ＭＥＡ４１１の表面を流れるガス（水素、アノードオフガス、空気、カソードオフガス）や、上述した各貫通孔を流れるガスや、冷却水の外部へ漏洩を抑制することができる。   As shown in the drawing, a line-shaped lip portion 410R protruding from the surface of the seal gasket 410A is formed around each of the above-described through holes and the MEA 411 on both surfaces of the seal gasket 410A. When the membrane electrode assembly unit 41A of the comparative example and the separator 42A of the comparative example which will be described later are stacked, a seal line is formed by the lip portion 410R, and the gas (hydrogen, anode off gas, air flowing on the surface of the MEA 411 is formed. , Cathode off-gas), gas flowing through each of the above-described through holes, and cooling water can be prevented from leaking to the outside.

なお、比較例の膜電極接合体ユニット４１Ａにおいて、ＭＥＡ４１１の周縁部は、図示したように、先に説明した実施例の膜電極接合体ユニット４１とは異なり、シールガスケット４１０Ａにおけるリップ部４１０Ｒが形成されている領域の内部には埋設されていない。   In the membrane electrode assembly unit 41A of the comparative example, the peripheral portion of the MEA 411 is formed with a lip portion 410R in the seal gasket 410A, as shown in the figure, unlike the membrane electrode assembly unit 41 of the embodiment described above. It is not buried inside the area.

Ｃ２．比較例のセパレータ：
図６は、比較例の燃料電池モジュール４０Ａを構成するセパレータ４２Ａの構成を示す説明図である。図６（ａ）に、セパレータ４２Ａを、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する面側から見た平面図を示した。また、図６（ｂ）に、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。 C2. Comparative separator:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a separator 42A that constitutes a fuel cell module 40A of a comparative example. FIG. 6A shows a plan view of the separator 42A viewed from the side of the MEA 411 facing the cathode 411c. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図６（ａ）に示したように、セパレータ４２は、略矩形形状を有しており、膜電極接合体ユニット４１Ａと同様に、先に説明したエンドプレート１０ａにおける空気供給口１２ｉと、カソードオフガス排出口１２ｏと、水素供給口１４ｉと、アノードオフガス排出口１４ｏと、冷却水供給口１６ｉと、冷却水排出口１６ｏとそれぞれ対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｏとが形成されている。ただし、比較例のセパレータ４２Ａは、先に説明した実施例のセパレータ４２とは異なり、シール部材４２８を備えていない。   As shown in FIG. 6A, the separator 42 has a substantially rectangular shape, and, like the membrane electrode assembly unit 41A, the air supply port 12i and the cathode offgas in the end plate 10a described above. An air supply through-hole 422i constituting an air supply manifold at a position corresponding to each of the discharge port 12o, the hydrogen supply port 14i, the anode off-gas discharge port 14o, the cooling water supply port 16i, and the cooling water discharge port 16o The cathode offgas discharge through-hole 422o constituting the cathode offgas discharge manifold, the hydrogen supply through-hole 424i constituting the hydrogen supply manifold, the cooling water supply through-hole 426i constituting the cooling water supply manifold, and the cooling water discharge Cooling water discharge through hole 426o constituting the manifold and anode off-gas discharge manifold The anode off-gas discharge through hole 424o constituting is formed a. However, unlike the separator 42 of the embodiment described above, the separator 42A of the comparative example does not include the seal member 428.

なお、図６（ａ）中に破線で示した領域は、膜電極接合体ユニット４１ＡのＭＥＡ４１１に対応する領域を示しており、セパレータ４２ＡにおけるＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する領域の下端部には、空気供給用貫通孔４２２ｉから、セパレータ４２の内部に形成された連通流路を介して、カソード４１１ｃに空気を供給するための複数の空気供給口４２２ｈｉが形成されている。また、セパレータ４２におけるＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと対向する領域の上端部には、カソード４１１ｃから、セパレータ４２の内部に形成された連通流路を介して、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｏにカソードオフガスを排出するためのカソードオフガス排出口４２２ｈｏが形成されている。   In addition, the area | region shown with the broken line in Fig.6 (a) has shown the area | region corresponding to MEA411 of 41A of membrane electrode assembly units, and in the lower end part of the area | region facing the cathode 411c of MEA411 in separator 42A, A plurality of air supply ports 422hi for supplying air to the cathode 411c are formed from the air supply through holes 422i through communication channels formed inside the separator 42. In addition, the cathode offgas is discharged from the cathode 411c to the cathode offgas discharge through hole 422o at the upper end of the region of the separator 42 facing the cathode 411c of the MEA 411 through the communication channel formed inside the separator 42. A cathode off-gas discharge port 422ho is formed for this purpose.

Ｃ３．比較例の燃料電池モジュール４０の断面構造：
図７は、比較例の燃料電池モジュール４０Ａの断面構造を示す説明図である。図示するように、燃料電池モジュール４０Ａは、膜電極接合体ユニット４１Ａ（符号は図示せず）を、セパレータ４２Ａによって挟持することによって構成される。そして、シールガスケット４１０Ａの両面に形成されたリップ部４１０Ｒは、それぞれセパレータ４２Ａに当接している。なお、先に説明した実施例の燃料電池モジュール４０と同様に、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａとセパレータ４２Ａとの間、および、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃとセパレータ４２Ａとの間には、それぞれ金属多孔体４３が介装される。 C3. Cross-sectional structure of the fuel cell module 40 of the comparative example:
FIG. 7 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of a fuel cell module 40A of a comparative example. As shown in the drawing, the fuel cell module 40A is configured by sandwiching a membrane electrode assembly unit 41A (not shown) by a separator 42A. The lip portions 410R formed on both surfaces of the seal gasket 410A are in contact with the separator 42A. As in the fuel cell module 40 of the embodiment described above, the metal porous body 43 is interposed between the anode 411a of the MEA 411 and the separator 42A, and between the cathode 411c of the MEA 411 and the separator 42A, respectively. Be dressed.

Ｃ４．実施例の効果：
上述した比較例の燃料電池モジュール４０Ａでは、図５に示したように、膜電極接合体ユニット４１Ａのシールガスケット４１０Ａに、各種マニホールドを構成する複数の貫通孔が形成されており、反応ガスの供給時にかかる高圧によって、シールガスケット４１０Ａが変形し、図７中に白抜き矢印で示したように、積層面に対して平行な方向に横ズレし、シールガスケット４１０Ａのシール性能が低下する場合があった。そして、このような不具合は、シールガスケットとして、ゴム等の比較的剛性の低い材料を用いた場合に顕著だった。 C4. Effects of the embodiment:
In the fuel cell module 40A of the comparative example described above, as shown in FIG. 5, a plurality of through holes constituting various manifolds are formed in the seal gasket 410A of the membrane electrode assembly unit 41A, and the supply of reaction gas Due to the high pressure sometimes applied, the seal gasket 410A is deformed, and as shown by the white arrow in FIG. It was. Such a problem is remarkable when a relatively low rigidity material such as rubber is used as the seal gasket.

これに対して、先に説明した実施例の燃料電池モジュール４０では、膜電極接合体ユニット４１のシールガスケット４１０には、各種マニホールドを構成する貫通孔が形成されていないため、上述したシールガスケット４１０の変形によるシール性能の低下は生じない。また、上記実施例の燃料電池モジュール４０では、セパレータ４２に形成された各種マニホールドを構成する貫通孔を流れるガスは、セパレータ４２に接着されたシール部材４２８によってシールされ、このシール部材４２８は、シールガスケット４１０とは異なる材料を適宜、選択して形成することができる。したがって、上記実施例のように、シール部材４２８を、シールガスケット４１０の剛性よりも高い剛性を有する材料を用いて形成することによって、シール部材４２８の変形、および、横ズレを抑制することができる。また、上記実施例では、シール部材４２８は、セパレータ４２の表面に接着されるので、燃料電池スタック１００の積層方向に流れるガスを、シール部材４２８とセパレータ４２との摩擦力のみによってシールする場合と比較して、反応ガス供給時に、シール部材４２８に高圧がかかったときの横ズレを、さらに抑制することができる。この結果、燃料電池スタック１００への反応ガス供給時のシール部材４２８の変形によるシール性能の低下を抑制することができる。   On the other hand, in the fuel cell module 40 of the embodiment described above, the seal gasket 410 of the membrane electrode assembly unit 41 is not formed with through holes constituting various manifolds. No deterioration of the sealing performance due to the deformation of. Further, in the fuel cell module 40 of the above embodiment, the gas flowing through the through holes constituting the various manifolds formed in the separator 42 is sealed by the seal member 428 bonded to the separator 42, and the seal member 428 A material different from the gasket 410 can be appropriately selected and formed. Therefore, as in the above embodiment, the seal member 428 is formed using a material having a rigidity higher than that of the seal gasket 410, so that deformation and lateral displacement of the seal member 428 can be suppressed. . Further, in the above embodiment, the sealing member 428 is bonded to the surface of the separator 42, so that the gas flowing in the stacking direction of the fuel cell stack 100 is sealed only by the frictional force between the sealing member 428 and the separator 42. In comparison, it is possible to further suppress the lateral displacement when a high pressure is applied to the seal member 428 when the reaction gas is supplied. As a result, it is possible to suppress a decrease in sealing performance due to the deformation of the sealing member 428 when the reactive gas is supplied to the fuel cell stack 100.

図８は、実施例の他の効果を示す説明図である。図８（ａ）に、比較例の膜電極接合体ユニット４１Ａのシール構造の断面図を示した。また、図８（ｂ）に、実施例の膜電極接合体ユニット４１のシール構造の断面図を示した。   FIG. 8 is an explanatory view showing another effect of the embodiment. FIG. 8A shows a cross-sectional view of the seal structure of the membrane electrode assembly unit 41A of the comparative example. FIG. 8B is a cross-sectional view of the seal structure of the membrane electrode assembly unit 41 of the example.

先に説明したように、膜電極接合体ユニット４１，４１Ａは、それぞれＭＥＡ４１１の周囲に、シールガスケット４１０，４１０Ａを射出成型によって形成されている。このような膜電極接合体ユニット４１，４１Ａでは、シールガスケット４１０，４１０ＡとＭＥＡ４１１との密着性が経時的に低下する場合がある。そして、比較例の膜電極接合体ユニット４１Ａでは、ＭＥＡ４１１の周縁部は、シールガスケット４１０Ａにおけるリップ部４１０Ｒが形成されている領域の内部には埋設されていないため、図８（ａ）中に破線矢印で示したように、燃料電池スタック１００に加えられる締結荷重は、ＭＥＡ４１１の周縁部とシールガスケット４１０Ａとの界面には作用せず、ＭＥＡ４１１とシールガスケット４１０Ａとの界面を介して、アノードとカソードとの間の反応ガスのクロスリークが生じるようになる場合がある。   As described above, the membrane electrode assembly units 41 and 41A are formed by injection molding the seal gaskets 410 and 410A around the MEA 411, respectively. In such membrane electrode assembly units 41 and 41A, the adhesion between the seal gaskets 410 and 410A and the MEA 411 may deteriorate over time. In the membrane electrode assembly unit 41A of the comparative example, the peripheral edge portion of the MEA 411 is not embedded in the region where the lip portion 410R is formed in the seal gasket 410A. As indicated by the arrows, the fastening load applied to the fuel cell stack 100 does not act on the interface between the peripheral edge of the MEA 411 and the seal gasket 410A, and the anode and the cathode via the interface between the MEA 411 and the seal gasket 410A. In some cases, cross-leakage of the reaction gas may occur.

これに対し、実施例の膜電極接合体ユニット４１では、ＭＥＡ４１１の周縁部が、シールガスケット４１０におけるリップ部４１０Ｒが形成されている領域の内部に埋設されているので、図８（ｂ）中に実線矢印で示したように、リップ部４１０Ｒがセパレータ４２と当接したときの押圧力、すなわち、燃料電池スタック１００に加えられる締結荷重が、ＭＥＡ４１１の周縁部とシールガスケット４１０との界面に加わり、シールガスケット４１０とＭＥＡ４１１との密着性を向上させることができる。したがって、ＭＥＡ４１１とシールガスケット４１０との界面を介して生じる、アノードとカソードとの間の反応ガスのクロスリークを抑制することができる。   On the other hand, in the membrane electrode assembly unit 41 of the example, the peripheral edge of the MEA 411 is embedded in the region where the lip 410R of the seal gasket 410 is formed. As indicated by the solid line arrow, the pressing force when the lip portion 410R contacts the separator 42, that is, the fastening load applied to the fuel cell stack 100 is applied to the interface between the peripheral edge portion of the MEA 411 and the seal gasket 410, The adhesion between the seal gasket 410 and the MEA 411 can be improved. Therefore, the cross leak of the reaction gas between the anode and the cathode, which occurs through the interface between the MEA 411 and the seal gasket 410, can be suppressed.

Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。 D. Variation:
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are possible.

Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、セパレータ４２の一方の面にシール部材４２８を接着するものとしたが、本発明は、これに限られない。セパレータ４２の両面にシール部材を接着するようにしてもよい。また、セパレータ４２に接着するシール部材の形状は、図３等に示した形状に限られず、任意に設定可能である。 D1. Modification 1:
In the above embodiment, the seal member 428 is bonded to one surface of the separator 42, but the present invention is not limited to this. Sealing members may be bonded to both surfaces of the separator 42. Further, the shape of the seal member bonded to the separator 42 is not limited to the shape shown in FIG. 3 and the like, and can be arbitrarily set.

図９は、変形例としての燃料電池モジュール４０Ｂの断面構造を示す説明図である。この燃料電池モジュール４０Ｂでは、図示するように、セパレータ４２Ｂの両面における各貫通孔の周囲に、それぞれシール部材４２８ｃ、および、シール部材４２８ａが接着されている。そして、シール部材４２８ｃ、および、シール部材４２８ａは、互いに係合可能な形状を有している。こうすることによって、複数のセパレータ４２Ｂを積層するときの位置決め等を容易に行うことができる。   FIG. 9 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of a fuel cell module 40B as a modification. In the fuel cell module 40B, as shown in the drawing, a seal member 428c and a seal member 428a are bonded around the respective through holes on both surfaces of the separator 42B. The seal member 428c and the seal member 428a have shapes that can be engaged with each other. By doing so, positioning and the like when stacking the plurality of separators 42B can be easily performed.

Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、膜電極接合体ユニット４１において、ＭＥＡ４１１の周縁部は、シールガスケット４１０におけるリップ部４１０Ｒが形成されている領域の内部にまで埋設されているものとしたが、本発明は、これに限られない。ただし、上記実施例によれば、図８を用いて説明した、ＭＥＡ４１１とシールガスケット４１０との界面を介してのクロスリークを抑制することができる。 D2. Modification 2:
In the above embodiment, in the membrane electrode assembly unit 41, the peripheral edge portion of the MEA 411 is embedded up to the inside of the region where the lip portion 410R of the seal gasket 410 is formed. Not limited to. However, according to the said Example, the cross leak via the interface of MEA411 and the seal gasket 410 demonstrated using FIG. 8 can be suppressed.

Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、あるセパレータ４２に接着されたシール部材と、このセパレータと隣接して配置される他のセパレータ４２とが直接的に当接するものとしたが、本発明は、これに限られない。これらの間に別部材が介在するようにしてもよい。この場合、「別部材」は、「隣接して配置される他のセパレータ」に含まれる。 D3. Modification 3:
In the above embodiment, the seal member bonded to a certain separator 42 and the other separator 42 disposed adjacent to this separator are in direct contact, but the present invention is not limited to this. . Another member may be interposed between them. In this case, the “separate member” is included in “another separator arranged adjacent to”.

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell stack 100 as one embodiment of the present invention. 膜電極接合体ユニット４１の概略構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a membrane electrode assembly unit 41. FIG. セパレータ４２の概略構成を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a separator 42. FIG. 燃料電池モジュール４０の断面構造を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a fuel cell module 40. FIG. 比較例の燃料電池モジュール４０Ａを構成する膜電極接合体ユニット４１Ａの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the membrane electrode assembly unit 41A which comprises the fuel cell module 40A of a comparative example. 比較例の燃料電池モジュール４０Ａを構成するセパレータ４２Ａの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the separator 42A which comprises the fuel cell module 40A of a comparative example. 比較例の燃料電池モジュール４０Ａの断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-section of the fuel cell module 40A of a comparative example. 実施例の他の効果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other effect of an Example. 変形例としての燃料電池モジュール４０Ｂの断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-section of the fuel cell module 40B as a modification.

符号の説明Explanation of symbols

１００…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
１２ｉ…空気供給口
１２ｏ…カソードオフガス排出口
１４ｉ…水素供給口
１４ｏ…アノードオフガス排出口
１６ｉ…冷却水供給口
１６ｏ…冷却水排出口
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
３２ａ，３２ｂ…出力端子
４０，４０Ａ，４２Ｂ…燃料電池モジュール
４１，４１Ａ…膜電極接合体ユニット
４１０，４１０Ａ…シールガスケット
４１０Ｒ…リップ部
４１１…ＭＥＡ
４１１ａ…アノード
４１１ｃ…カソード
４１１ｍ…電解質膜
４１２ｉ…空気供給用貫通孔
４１２ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４１４ｉ…水素供給用貫通孔
４１４ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４１６ｉ…冷却水供給用貫通孔
４１６ｏ…冷却水排出用貫通孔
４２，４２Ａ…セパレータ
４２２ｉ…空気供給用貫通孔
４２２ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４２２ｈｉ…空気供給口
４２２ｈｏ…カソードオフガス排出口
４２４ｉ…水素供給用貫通孔
４２４ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４２６ｉ…冷却水供給用貫通孔
４２６ｏ…冷却水排出用貫通孔
４２８，４２８ａ，４２８ｃ…シール部材
４３…金属多孔体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 10a, 10b ... End plate 12i ... Air supply port 12o ... Cathode off gas discharge port 14i ... Hydrogen supply port 14o ... Anode off gas discharge port 16i ... Cooling water supply port 16o ... Cooling water discharge port 20a, 20b ... Insulation Plate 30a, 30b ... Current collector plate 32a, 32b ... Output terminal 40, 40A, 42B ... Fuel cell module 41, 41A ... Membrane electrode assembly unit 410, 410A ... Seal gasket 410R ... Lip part 411 ... MEA
411a ... anode 411c ... cathode 411m ... electrolyte membrane 412i ... air supply through-hole 412o ... cathode off-gas discharge through-hole 414i ... hydrogen supply through-hole 414o ... anode off-gas discharge through-hole 416i ... cooling water supply through-hole 416o ... Cooling water discharge through hole 42, 42A ... Separator 422i ... Air supply through hole 422o ... Cathode off gas discharge through hole 422hi ... Air supply port 422ho ... Cathode off gas discharge port 424i ... Hydrogen supply through hole 424o ... Anode off gas discharge Through hole 426i ... Cooling water supply through hole 426o ... Cooling water discharge through hole 428, 428a, 428c ... Seal member 43 ... Metal porous body

Claims (4)

電解質膜の両面にガス拡散電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、該膜電極接合体の周囲に設けられたシールガスケットと、を備える膜電極接合体ユニットを、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、
前記膜電極接合体における発電に供する反応ガス、または、前記発電で未消費の反応ガスであるオフガスを、前記セパレータの厚さ方向に流すための複数の貫通孔と、
前記セパレータの少なくとも一方の表面における前記貫通孔の周囲に接着され、隣接して配置される他のセパレータの表面における前記貫通孔の周辺部と当接することによって、前記反応ガス、または、前記オフガスをシールするシール部材と、
を備える燃料電池スタック。 A plurality of membrane electrode assembly units each including a membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane and a seal gasket provided around the membrane electrode assembly are stacked with a separator interposed therebetween. A fuel cell stack,
The separator is
A plurality of through-holes for flowing a reaction gas to be used for power generation in the membrane electrode assembly, or an off gas which is a reaction gas not consumed in the power generation in the thickness direction of the separator;
By adhering to the periphery of the through hole on at least one surface of the separator and contacting the periphery of the through hole on the surface of another separator disposed adjacently, the reaction gas or the off gas is A sealing member for sealing;
A fuel cell stack comprising: 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記シール部材は、前記セパレータの両面に接着されており、
前記セパレータに接着されたシール部材と、前記他のセパレータに接着されたシール部材とは、互いに係合する係合部を備える、燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein
The sealing member is bonded to both sides of the separator,
The fuel cell stack, wherein the seal member bonded to the separator and the seal member bonded to the other separator include engaging portions that engage with each other. 請求項１または２記載の燃料電池スタックであって、
前記シールガスケットは、該シールガスケットの表面から突出し、前記セパレータと当接するリップ部を備えており、
前記膜電極接合体の周縁部は、前記シールガスケットにおける前記リップ部が配置されている領域の内部に埋設されている、燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1 or 2,
The seal gasket includes a lip that protrudes from the surface of the seal gasket and contacts the separator;
The fuel cell stack, wherein a peripheral edge portion of the membrane electrode assembly is embedded in a region of the seal gasket where the lip portion is disposed. 電解質膜の両面にガス拡散電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、該膜電極接合体の周囲に設けられたシールガスケットと、を備える膜電極接合体ユニットを、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックの製造方法であって、
前記膜電極接合体ユニットを製造する工程と、
前記膜電極接合体における発電に供する反応ガス、または、前記発電で未消費の反応ガスであるオフガスを、厚さ方向に流すための複数の貫通孔を有する前記セパレータを製造する工程と、
前記セパレータの少なくとも一方の表面における前記貫通孔の周囲に、隣接して配置される他のセパレータの表面における前記貫通孔の周辺部と当接することによって、前記反応ガス、または、前記オフガスをシールするシール部材を接着する工程と、
前記セパレータ、および、前記膜電極接合体ユニットを交互に積層する工程と、
を備える製造方法。 A plurality of membrane electrode assembly units each including a membrane electrode assembly in which gas diffusion electrodes are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane and a seal gasket provided around the membrane electrode assembly are stacked with a separator interposed therebetween. A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising:
Producing the membrane electrode assembly unit;
A step of producing the separator having a plurality of through-holes for flowing a reaction gas to be used for power generation in the membrane electrode assembly or an off-gas which is a reaction gas not consumed in the power generation in the thickness direction;
The reaction gas or the off-gas is sealed by contacting the periphery of the through hole on the surface of another separator disposed adjacent to the periphery of the through hole on at least one surface of the separator. Bonding the sealing member;
Alternately laminating the separator and the membrane electrode assembly unit;
A manufacturing method comprising:

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