JP2009266822A - Polymer electrolyte fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack having packing structure capable of sufficiently absorbing the thickness variation of a component without causing the breakage of stack components, a short circuit or the like. <P>SOLUTION: A packing 10 has a projection having a substantially trapezoidal cross section, and a substantially trapezoidal narrow part comes in contact with a separator. The substantially trapezoidal wide part opposes the other packing, the opposed surface to the other packing formed at the tip of the packing is formed in almost parallel to the stacking direction of the stack. A bottomed groove 5 is formed in each of a pair of opposed separators, the narrow portion of the projection of the packing is arranged in the bottomed groove so that a space for the expansion of the packing is kept between the side surface of the packing and the side surface of the bottomed groove. A pair of separators 6 opposing each other through the packings 10 stacked on the opposed surface of each separator 6 is stacked, and the packings of the opposing separators 6 come in contact with each other directly or through a polymer membrane at their tips. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とする固体高分子型燃料電池スタックに関し、特に、流体シール用のパッキンに関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack using a solid polymer having ion conductivity as an electrolyte, and more particularly to a packing for fluid sealing.

電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池は、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡略なシステムで運転が可能なことから、定置用分散電源だけでなく、宇宙用や車両用などの電源としても注目されている。以下には、このタイプの燃料電池における従来の技術について、図面を参照して説明する。   A fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte can obtain a high output density with a compact structure and can be operated with a simple system. It is also attracting attention as a power source for space and vehicles. Hereinafter, a conventional technique in this type of fuel cell will be described with reference to the drawings.

高分子膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸膜などが用いられる。このような高分子膜を白金などの触媒を有する一対のガス拡散電極すなわち燃料極と酸化剤極とで高分子膜を狭持し、膜電極複合体を構成する。   A perfluorocarbon sulfonic acid film or the like is used as the polymer film. Such a polymer membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes having a catalyst such as platinum, that is, a fuel electrode and an oxidizer electrode, to form a membrane electrode assembly.

図１０は、このような膜電極複合体を用いた単位電池の構成を示す断面図である。この図１０に示すように、固体高分子膜２８と電極すなわち燃料極２９ａおよび酸化剤極２９ｂは、シート状に形成され、膜電極複合体３０を構成する。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a unit cell using such a membrane electrode assembly. As shown in FIG. 10, the solid polymer film 28 and the electrodes, that is, the fuel electrode 29 a and the oxidant electrode 29 b are formed in a sheet shape to constitute a membrane electrode assembly 30.

図１１は、膜電極複合体３０を示す平面図である。この図１１に示すように、固体高分子膜２８および電極２９ａ，２９ｂのシートの形状は、通常の場合、長方形または正方形である。固体高分子膜２８は、燃料極２９ａと酸化剤極２９ｂに供給される反応ガスの混合を防ぐ役割も担っているため、その面積は通常電極の面積より大きい。また、上記反応ガスが固体高分子膜２８を垂直方向に通過できるように、固体高分子膜２８における電極２９ａ，２９ｂの周囲には、マニホールド３１と呼ばれる幾つかの貫通孔が設けられている。   FIG. 11 is a plan view showing the membrane electrode assembly 30. As shown in FIG. 11, the sheet shape of the solid polymer film 28 and the electrodes 29a and 29b is usually rectangular or square. Since the solid polymer film 28 also plays a role of preventing the reaction gas supplied to the fuel electrode 29a and the oxidant electrode 29b from being mixed, the area thereof is usually larger than the area of the electrode. In addition, several through holes called manifolds 31 are provided around the electrodes 29a and 29b in the solid polymer film 28 so that the reaction gas can pass through the solid polymer film 28 in the vertical direction.

このような膜電極複合体３０から電流を取り出すためには、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤ガスを各電極２９ａ，２９ｂにそれぞれ供給する必要がある。また、同時に集電体としての機能を持った部品が各電極に隣接した状態で存在しなければならない。そのため、反応ガスを混合しないように各電極２９ａ，２９ｂにそれぞれ供給し、かつ集電体としての機能を持ったセパレータと呼ばれる部品が用いられている。図１０に示すように、燃料極２９ａ側と酸化剤極２９ｂ側のセパレータ３２は、通常の場合、一体化されている。   In order to extract current from such a membrane electrode assembly 30, it is necessary to supply a fuel gas and an oxidant gas, which are reaction gases, to the electrodes 29a and 29b, respectively. At the same time, a part having a function as a current collector must be present adjacent to each electrode. Therefore, parts called separators that supply the electrodes 29a and 29b so as not to mix the reaction gas and have a function as a current collector are used. As shown in FIG. 10, the separators 32 on the fuel electrode 29a side and the oxidant electrode 29b side are integrated in a normal case.

そして、図１０に示すように、通常の場合、膜電極複合体３０の燃料極２９ａと酸化剤極の外側に、上記の一体型のセパレータ３２と反応ガスシール用のパッキン３３がそれぞれ配置されることで、単位電池３４が形成されている。
また、セパレータ３２には、反応ガスを各単位電池に供給するための供給マニホールド３５ａと呼ばれる貫通孔、各単位電池から排出するための排出マニホールド３５ｂと呼ばれる貫通孔、およびそれらのマニホールド３５ａ，３５ｂを結ぶ多数の燃料ガス流路３６ａおよび酸化剤ガス流路３６ｂが形成されている。このようなセパレータ３２のマニホールド３５ａ，３５ｂおよびガス流路３６ａ，３６ｂは、前述した固体高分子膜２８のマニホールド３１と共に、燃料極２９ａおよび酸化剤極２９ｂに電池反応に必要な燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するガス流路を形成している。 As shown in FIG. 10, in the normal case, the integrated separator 32 and the reactive gas seal packing 33 are respectively arranged outside the fuel electrode 29a and the oxidant electrode of the membrane electrode assembly 30. Thus, the unit battery 34 is formed.
The separator 32 includes a through-hole called a supply manifold 35a for supplying reaction gas to each unit cell, a through-hole called a discharge manifold 35b for discharging from each unit cell, and manifolds 35a and 35b. A number of fuel gas passages 36a and oxidant gas passages 36b to be connected are formed. The manifolds 35a and 35b and the gas flow paths 36a and 36b of the separator 32 as well as the manifold 31 of the solid polymer film 28 described above and the fuel gas 29a and the oxidant electrode 29b are required for the fuel reaction and the oxidant. A gas flow path for supplying gas is formed.

さらに、１つの膜電極複合体３０が生じる起電力は小さいため、必要な起電力を確保するために、図１２に示すように、複数の単位電池３４を積層し、電気的直列に接続して固体高分子型燃料電池スタック３７を構成し、起電力を高くしている。１つまたはそれ以上の単位電池３４毎に電池を冷却するための冷却板を設ける場合もある。必要数の単位電池３４を積層した後、スタック３７は、スプリングやロッド等の締付機構を用いて積層方向に締め付けられる。
このように構成されたスタック３７には、積層された全ての単位電池３４において、積層方向の反応ガス配流や温度・湿度等の様々な条件を限りなく均等にすることが要求される。 Furthermore, since the electromotive force generated by one membrane electrode assembly 30 is small, in order to secure the necessary electromotive force, a plurality of unit cells 34 are stacked and electrically connected in series as shown in FIG. The polymer electrolyte fuel cell stack 37 is configured to increase the electromotive force. A cooling plate for cooling the battery may be provided for each of the one or more unit batteries 34. After stacking the required number of unit cells 34, the stack 37 is tightened in the stacking direction using a tightening mechanism such as a spring or a rod.
The stack 37 configured as described above is required to make the various conditions such as the reaction gas flow in the stacking direction and the temperature / humidity as uniform as possible in all the stacked unit cells 34.

一方、パッキン３３に関しては、シート状のものまたはＯリングのようにビード状のものを用いることが一般的であり、その材料は主に、フッ素ゴム等のゴム類、独立気泡を有するゴム類、またはフッ素樹脂等である。従来、パッキン３３は、隣り合うセパレータ３２間に１つまたは２つ設けられている。そして、通常の場合、隣り合うセパレータ３２間にビード状パッキンが１つといった構成、またはセパレータ３２の両面における燃料極２９ａおよび酸化剤極２９ｂの周囲にそれぞれ１つのシート状パッキンが設けられ、あるいは一方がシート状パッキン、他方がビード状パッキンといった構成が用いられている。   On the other hand, for the packing 33, it is common to use a sheet-like one or a bead-like one such as an O-ring, and the material is mainly rubber such as fluoro rubber, rubber having closed cells, Or it is a fluororesin etc. Conventionally, one or two packings 33 are provided between adjacent separators 32. In a normal case, one bead-shaped packing is provided between adjacent separators 32, or one sheet-shaped packing is provided around each of the fuel electrode 29a and the oxidant electrode 29b on both surfaces of the separator 32, or Is a sheet packing, and the other is a bead packing.

このうち、隣り合うセパレータ３２間にビード状のパッキン３２が１つ設けられる場合には、そのビード状パッキン３２の潰れによる反力のため、反応ガス等の流体がシールされる。
また、セパレータ３２の両面にそれぞれパッキン３３が設けられる場合、通常は、隣り合うセパレータ３２間にあるパッキン３３同士の少なくとも一部が直接重なり合うか、または固体高分子膜２８を介して重なり合い、それらの重なった２つのパッキンの弾性力でシールされる。 Among these, when one bead-shaped packing 32 is provided between the adjacent separators 32, a fluid such as a reaction gas is sealed due to a reaction force caused by the collapse of the bead-shaped packing 32.
In addition, when the packings 33 are provided on both surfaces of the separator 32, at least a part of the packings 33 between the adjacent separators 32 usually overlap each other directly or via the solid polymer film 28, Sealed by the elastic force of the two overlapping packings.

なお、パッキン３３の配置にあたっては、単位電池３４の積層作業性を考慮して、予めセパレータ３２または膜電極複合体３０にパッキン３３を接着する手法、あるいは、パッキンがＯリングの場合には、一般的なＯリングの使用法のように、セパレータ３２にＯリング用の溝を設けてその溝内にＯリングをセットする手法等が用いられている。   In arranging the packing 33, in consideration of the stacking workability of the unit cells 34, a method of adhering the packing 33 to the separator 32 or the membrane electrode assembly 30 in advance, or when the packing is an O-ring, A method of providing an O-ring groove in the separator 32 and setting the O-ring in the groove is used as in a typical O-ring usage.

いずれの構成、手法が用いられる場合でも、パッキン３３には、流体シール機能に加えて、スタック構成部品の厚さのバラツキを吸収する機能が要求される。また、必要に応じて各セパレータ３２間の絶縁機能が要求されることもある。
また、ガス流路３６ａ，３６ｂ上をまたがるように位置するシール部分に関しては、パッキン３３が燃料極２９ａ側もしくは酸化剤極２９ｂ側のどちらか片方しか存在しないために、片方のパッキン３３の弾性力のみでシール性が要求される。 Whichever configuration and method is used, the packing 33 is required to have a function of absorbing the thickness variation of the stack components in addition to the fluid sealing function. Moreover, the insulation function between each separator 32 may be requested | required as needed.
Further, with respect to the seal portion positioned so as to straddle the gas flow paths 36a, 36b, since only one of the packing 33 exists on the fuel electrode 29a side or the oxidant electrode 29b side, the elastic force of the one packing 33 exists. Only the sealing performance is required.

これを解決する手法として、特許文献１〜特許文献４の発明が従来から知られている。   As a technique for solving this problem, the inventions of Patent Documents 1 to 4 have been conventionally known.

特開平９−１６７６２３号公報JP-A-9-167623 特開２０００−１２０６７号公報JP 2000-12067 A 実願昭６０−１４８０４３号（実開昭６２−５７７２３号）のマイクロフィルムMicrofilm of Japanese Utility Model No. 60-148043 (Japanese Utility Model Application No. 62-57723) 特開平２−９７７７６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-97776

しかしながら、以上のような従来の固体高分子型燃料電池スタックのパッキンには、次のような問題があった。
まず、従来のシート状パッキンでは、例えば、フッ素ゴムシートパッキンを用いた場合、パッキン１枚当りの潰れ代が十分に取れないために、構成部品の厚さのバラツキを十分に吸収しきれずに、結果としてシール不良を招くといった問題があった。 However, the conventional polymer electrolyte fuel cell packing as described above has the following problems.
First, in the conventional sheet-like packing, for example, when a fluoro rubber sheet packing is used, since the crushing allowance per packing cannot be sufficiently removed, the thickness variation of the component parts cannot be sufficiently absorbed, As a result, there was a problem of causing a seal failure.

また、図１３に示すように、長方形断面のパッキンでは、その側面積が小さいために、パッキンの変形能力が小さく、所定の位置までの締付において潰れたパッキンの逃げ代が少なく、そのパッキンの反力による荷重が激増してしまう。そのため、シール不良もしくはセパレータやガス拡散電極の割れ等の問題を生じる可能性があった。
そしてまた、図１４に示すように、独立気泡を有するゴムシートパッキンを用いた場合には、パッキン１枚当りの潰れ代は十分に取れるが、応力緩和もしくは圧縮永久歪が大きいために、スタックを締め付けて発電を開始した際に短時間でシール不良を招くといった問題があった。 Further, as shown in FIG. 13, the packing having a rectangular cross section has a small side area, so that the deformation capacity of the packing is small, and the clearance of the crushed packing in tightening to a predetermined position is small. The load due to the reaction force increases drastically. Therefore, there is a possibility that problems such as poor sealing or cracks in the separator or gas diffusion electrode may occur.
Further, as shown in FIG. 14, when a rubber sheet packing having closed cells is used, the crushing allowance per packing can be sufficiently taken, but since the stress relaxation or compression set is large, the stack is formed. When power generation was started after tightening, there was a problem that a seal failure was caused in a short time.

一方、図１５に示すように、Ｏリングをパッキンとして用いた場合には、構成部品の厚さのバラツキを吸収することはできるが、単位電池積層時のパッキンのオフセット面が円弧状になっているために、単位電池積層時やスタック締付時に左右にズレやすくなり、シール不良を招きやすいといった問題があった。
さらに、パッキンの断面形状や材料がセパレータの両面で異なる場合、もしくは隣り合うセパレータの対向面のパッキンを共有化して単位電池に対し１枚のパッキンしか用いない場合には、セパレータ内のガス流路の上をまたがるように位置するシール部分において、セパレータ両面の少なくともどちらか一方でパッキンの弾性力不足によりシール不良を招く危険性もあった。
加えて、従来ではパッキンの製造や積層作業に時間を要するために、結果的にコストアップにつながっていた。 On the other hand, as shown in FIG. 15, when the O-ring is used as the packing, the thickness variation of the component parts can be absorbed, but the offset surface of the packing at the time of stacking the unit cells becomes an arc shape. For this reason, there is a problem that when unit cells are stacked or when the stack is tightened, it is easily shifted from side to side and a seal failure is likely to occur.
Furthermore, when the cross-sectional shape and material of the packing are different on both sides of the separator, or when the packing on the opposing surface of the adjacent separator is shared and only one packing is used for the unit battery, the gas flow path in the separator In the seal portion positioned so as to straddle the top, there is also a risk of causing a seal failure due to insufficient elastic force of the packing on at least one of both surfaces of the separator.
In addition, conventionally, it takes time to manufacture and stack the packing, resulting in an increase in cost.

本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するために提案されたものであり、その目的は、スタック構成部品の破損や短絡等を生じることなく、構成部品の厚さのバラツキを十分に吸収可能で、十分なシール性を有するパッキン構造を実現することにより、安定した発電が可能でしかも安価に製造可能な、優れた固体高分子型燃料電池スタックを提供することである。   The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to provide sufficient thickness variation of the component parts without causing damage or short circuit of the stack component parts. It is an object of the present invention to provide an excellent polymer electrolyte fuel cell stack that can stably generate power and can be manufactured at low cost by realizing a packing structure that can be absorbed easily.

上記の課題を解決するために、本発明は、上記の固体高分子型燃料電池スタックにおいて、積層状態において対向する一対のセパレータのそれぞれは、各セパレータの対向面に積層されるパッキンを備え、前記パッキンは、断面略台形状の凸状部を有し、その略台形状の細くなった部分が前記セパレータと接触するパッキンの基部であると共に、略台形状の広くなった部分が他のパッキンと対向するパッキンの先端部であって、このパッキンの先端部に設けられた他のパッキンとの対向面がスタックの積層方向に対して概略平行に形成され、前記対向する一対のセパレータのそれぞれには、他のセパレータとの対向面に前記パッキンの基部を装着する有底溝が設けられ、この有底溝内に前記パッキンの基部である断面略台形状の凸状部の細くなった部分が、パッキンの側面と有底溝の側面との間にパッキンの膨張用の空間を保って配置され、これら各セパレータの対向面に積層されたパッキン同士を介して対向する一対のセパレータが積層され、対向するセパレータのパッキン同士がその先端同士を直接又は前記高分子膜を介して接触した状態において、セパレータの有底溝内に配置された断面略台形状の凸状部が前記有底溝内において圧縮変形されることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides the polymer electrolyte fuel cell stack, wherein each of the pair of separators facing each other in a stacked state includes a packing stacked on the facing surface of each separator, The packing has a convex part with a substantially trapezoidal cross section, and the narrowed part of the substantially trapezoidal shape is a base part of the packing that contacts the separator, and the widened part of the substantially trapezoidal shape is different from other packings. A front end portion of the opposing packing, and a surface facing another packing provided at the front end portion of the packing is formed substantially parallel to the stacking direction of the stack, and each of the pair of opposing separators has A bottomed groove for mounting the base of the packing is provided on the surface facing the other separator, and a convex portion having a substantially trapezoidal cross section which is the base of the packing is narrowed in the bottomed groove. A pair of separators that are arranged with the space between the side surface of the packing and the side surface of the bottomed groove being maintained with the space for expansion of the packing facing each other through the packings stacked on the opposing surfaces of each separator In the state where the packings of the opposing separators are in contact with each other directly or via the polymer film, the convex portion having a substantially trapezoidal cross section disposed in the bottomed groove of the separator is provided. It is characterized by being compressed and deformed in the bottom groove.

本発明によれば、パッキンの断面台形状の凸状部においては、パッキンの側面積が増大すると共に、有底溝内に膨張用の空間を保って配置したので、パッキンの逃げ代が十分に確保でき、所定の位置までの締付においてパッキンの反力による荷重の激増を防止できる。その結果、十分なシール性が得られ、セパレータやガス拡散電極等のスタック構成部品の破損を生じることがなくなる。また、セパレータに設けた有底溝にパッキンを配置することにより、パッキンを容易に位置決めできると共に、有底溝の深さ分だけパッキンの厚さを増大させることができるため、スタック構成部品の厚さバラツキ吸収能力を向上することができる。   According to the present invention, in the convex portion having a trapezoidal cross section of the packing, the side area of the packing is increased and the space for expansion is maintained in the bottomed groove. It can be ensured, and a sudden increase in load due to the reaction force of the packing can be prevented in tightening to a predetermined position. As a result, sufficient sealing performance is obtained, and damage to the stack components such as the separator and the gas diffusion electrode does not occur. In addition, by arranging the packing in the bottomed groove provided in the separator, the packing can be easily positioned and the thickness of the packing can be increased by the depth of the bottomed groove. The unevenness absorbing ability can be improved.

さらに、積層時のオフセット面がスタックの積層方向に対して概略直角平面であることにより、単位電池積層時やスタック締付時のズレを防止できるため、ズレによるシール不良の発生を防止できる。   Furthermore, since the offset surface at the time of stacking is a substantially perpendicular plane with respect to the stacking direction of the stack, it is possible to prevent the shift at the time of stacking the unit cells or at the time of stack tightening.

本発明による実施例１に係る固体高分子型燃料電池スタックを積層方向に分解して示す断面図であり、図３および図５のＡ−Ａ線断面に対応する。It is sectional drawing which decomposes | disassembles and shows the polymer electrolyte fuel cell stack which concerns on Example 1 by this invention in the lamination direction, and respond | corresponds to the AA line cross section of FIG. 3 and FIG. 図１のスタックの構成を示す別の断面図であり、図３および図５のＢ−Ｂ線断面に対応する。FIG. 6 is another cross-sectional view showing the configuration of the stack of FIG. 1 and corresponds to a cross section taken along line BB in FIGS. 3 and 5. 図１のスタックを構成するパッキンを示す平面図である。It is a top view which shows the packing which comprises the stack | stuck of FIG. 図１のスタックの積層組み立て前において、隣り合う一対のパッキンを示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a pair of adjacent packings before stacking and assembling the stack of FIG. 1. 図１のスタックを構成するセパレータを示す平面図である。It is a top view which shows the separator which comprises the stack | stuck of FIG. 図１のスタックにおけるパッキンの変形およびその際の反力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the deformation | transformation of the packing in the stack | stuck of FIG. 1, and the reaction force in that case. 本発明による実施例２に係る固体高分子型燃料電池スタックにおいて、燃料極側に配置されるパッキンを示す平面図である。It is a top view which shows the packing arrange | positioned at the fuel electrode side in the polymer electrolyte fuel cell stack concerning Example 2 by this invention. 本発明による実施例２に係るスタックにおいて、酸化剤極側に配置されるパッキンを示す平面図である。In the stack which concerns on Example 2 by this invention, it is a top view which shows the packing arrange | positioned at the oxidizing agent electrode side. 本発明による実施例２に係るスタックの積層組み立て前において、隣り合う燃料極側と酸化剤極側の一対のパッキンを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows a pair of packing of the adjacent fuel electrode side and oxidant electrode side before the lamination | stacking assembly of the stack concerning Example 2 by this invention. 従来の固体高分子型燃料電池の単位電池を積層方向に分解して示す断面図である。It is sectional drawing which decomposes | disassembles and shows the unit cell of the conventional polymer electrolyte fuel cell in the lamination direction. 図１０の膜電極複合体を示す平面図である。It is a top view which shows the membrane electrode assembly of FIG. 図１０の単位電池を積層してなる従来の固体高分子型燃料電池スタックの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating | stacking the unit cell of FIG. 従来の固体高分子型燃料電池スタックにおける長方形断面のパッキンの変形およびその際の反力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the deformation | transformation of the packing of the rectangular cross section in the conventional polymer electrolyte fuel cell stack, and the reaction force in that case. 従来の固体高分子型燃料電池スタックにおける独立気泡を有するゴムシートパッキンの変形およびその際の反力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the deformation | transformation of the rubber sheet packing which has a closed cell in the conventional polymer electrolyte fuel cell stack, and the reaction force in that case. 従来の固体高分子型燃料電池スタックにおけるＯリングを用いたパッキンの変形およびその際の反力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the deformation | transformation of the packing using the O-ring in the conventional polymer electrolyte fuel cell stack, and the reaction force in that case.

以下には、本発明の固体高分子型燃料電池スタックを適用した実施例について、図１〜図９を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments to which the polymer electrolyte fuel cell stack of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.

（構成）
図１および図２は、本発明による実施例１に係る固体高分子型燃料電池スタックの構成を示す断面図である。また、図３は、スタックを構成するパッキンを示す平面図であり、図４は、隣り合う一対のパッキンを示す拡大断面図である。さらに、図５は、スタックを構成するセパレータを示す平面図である。ここで、図１は、図３および図５のＡ−Ａ線断面に対応する断面図であり、図２は、図３および図５のＢ−Ｂ線断面に対応する断面図である。 (Constitution)
1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of a polymer electrolyte fuel cell stack according to Example 1 of the present invention. 3 is a plan view showing the packing constituting the stack, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a pair of adjacent packings. Further, FIG. 5 is a plan view showing the separators constituting the stack. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line AA in FIGS. 3 and 5, and FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line BB in FIGS. 3 and 5.

本実施例に係る固体高分子型燃料電池スタックは、まず、図１および図５に示すように、燃料ガスマニホールド１、酸化剤ガスマニホールド２、および冷却水マニホールド３が形成されると共に、燃料ガス用および酸化剤ガス用のガス流路４ａ，４ｂが片面ずつに形成され、さらに、パッキン用の有底溝５が両面にそれぞれ形成されてなるセパレータ６を有する。このスタックはまた、固体高分子膜７を燃料極８ａおよび酸化剤極８ｂを構成するガス拡散電極で挟持した膜電極複合体９、およびセパレータ６の各面の有底溝５にそれぞれ配置されるパッキン１０を有する。図１に示すように、この固体高分子型燃料電池スタックは、以上のようなセパレータ６とその両面のパッキン１０、および膜電極複合体９から構成される単位電池１１を複数回繰り返して積層してなる構造を有するものである。   In the polymer electrolyte fuel cell stack according to this embodiment, first, as shown in FIGS. 1 and 5, a fuel gas manifold 1, an oxidant gas manifold 2, and a cooling water manifold 3 are formed, and a fuel gas is formed. The gas flow paths 4a and 4b for the oxidant gas and the oxidant gas are formed on each side, and a separator 6 having a bottomed groove 5 for packing is formed on both sides. The stack is also disposed in the membrane electrode assembly 9 in which the solid polymer membrane 7 is sandwiched between the gas diffusion electrodes constituting the fuel electrode 8a and the oxidant electrode 8b, and the bottomed groove 5 on each surface of the separator 6, respectively. A packing 10 is provided. As shown in FIG. 1, this polymer electrolyte fuel cell stack is formed by repeatedly laminating a unit cell 11 composed of the separator 6, the packing 10 on both sides thereof, and the membrane electrode assembly 9 as described above. It has the structure which becomes.

この固体高分子型燃料電池スタックにおいて、燃料極８ａおよび酸化剤極８ｂを構成するガス拡散電極は、共にほぼ同じ厚さである。図２および図４に示すように、パッキン１０は、通常の場合、直接重なり合うか、あるいは、膜電極複合体９の固体高分子膜７を介して重なり合うため、その両方の弾性力によってシールされる。
これに対して、例えば、図３および図５のＡ−Ａ線部分に対応する図１に示すように、積層時に何れかのガス流路４ａ，４ｂの上をまたがるように位置するシール部分においては、そのシール部分は片方のパッキン１０の弾性力のみでシールされることになる。本実施例においては、そのようなガス流路４ａ，４ｂ上をまたがるように位置するシール部分に、補強板９ａが配置されている。 In this polymer electrolyte fuel cell stack, the gas diffusion electrodes constituting the fuel electrode 8a and the oxidant electrode 8b are both substantially the same thickness. As shown in FIG. 2 and FIG. 4, the packing 10 usually overlaps directly, or overlaps through the solid polymer film 7 of the membrane electrode assembly 9, so that it is sealed by both elastic forces. .
On the other hand, for example, as shown in FIG. 1 corresponding to the AA line portion of FIGS. 3 and 5, in the seal portion positioned so as to straddle any of the gas flow paths 4 a and 4 b at the time of lamination. The sealing portion is sealed only by the elastic force of one packing 10. In the present embodiment, the reinforcing plate 9a is arranged at the seal portion positioned so as to straddle the gas flow paths 4a and 4b.

図３および図４に示す断面凸状のパッキン１０は、フッ素ゴムから作られており、その具体的な断面形状は、図４に示すように有底溝５の底と接する上底側が短い等脚台形である。このパッキン１０には、その等脚台形の下底に沿って厚さ２００μｍ程度の薄いラバー層１２が設けられている。このラバー層１２は、等脚台形と同じくフッ素ゴムから作られており、その外形寸法は、セパレータ６の外形寸法とほぼ等しくされている。また、本実施例においては、燃料極８ａ側と酸化剤極８ｂ側とで共通のパッキン１０を用いている。   The packing 10 having a convex cross section shown in FIGS. 3 and 4 is made of fluoro rubber, and the specific cross sectional shape thereof is such that the upper bottom side in contact with the bottom of the bottomed groove 5 is short as shown in FIG. It is a leg trapezoid. The packing 10 is provided with a thin rubber layer 12 having a thickness of about 200 μm along the bottom of the isosceles trapezoid. The rubber layer 12 is made of fluororubber like the isosceles trapezoid, and its outer dimension is substantially equal to the outer dimension of the separator 6. Further, in this embodiment, the common packing 10 is used on the fuel electrode 8a side and the oxidant electrode 8b side.

以上のような構成を有するパッキン１０が、図５に示すセパレータ６の有底溝５に配置される。図４は、このように有底溝５に配置されたパッキン１０を示している。有底溝５の断面形状は、燃料極８ａ側と酸化剤極８ｂ側とで同一であり、この有底溝５の幅は、パッキン１０の下底よりも大きい。また、有底溝５内には、パッキン１０の断面における等脚台形の上底側が収容される。そして、図４に示すように、隣り合うパッキン１０同士（この場合はラバー層１２同士も）が重なる構造となる。
また、例えば膜電極複合体９の外周のように、パッキン１０同士の間に固体高分子膜７が介在する個所もある。 The packing 10 having the above-described configuration is disposed in the bottomed groove 5 of the separator 6 shown in FIG. FIG. 4 shows the packing 10 arranged in the bottomed groove 5 in this way. The cross-sectional shape of the bottomed groove 5 is the same on the fuel electrode 8 a side and the oxidant electrode 8 b side, and the width of the bottomed groove 5 is larger than the bottom bottom of the packing 10. Further, in the bottomed groove 5, the upper base side of an isosceles trapezoid in the cross section of the packing 10 is accommodated. And as shown in FIG. 4, it becomes a structure where adjacent packings 10 (in this case also rubber layers 12) overlap.
Further, there is a portion where the solid polymer film 7 is interposed between the packings 10, for example, as in the outer periphery of the membrane electrode assembly 9.

さらに、図４に示すように、このパッキン１０において、単位電池１１を構成する際のパッキン１０と固体高分子膜６とのオフセット面、並びに、隣り合うセパレータ６の対向面にそれぞれ設けられているパッキン同士のオフセット面は、パッキン１０の断面における等脚台形の下底側であり、単位電池１１（スタック）の積層方向に対して直角平面となっている。   Further, as shown in FIG. 4, in this packing 10, the unit battery 11 is provided on the offset surface between the packing 10 and the solid polymer film 6 and the opposing surface of the adjacent separator 6 when constituting the unit battery 11. The offset surface between the packings is the lower base side of an isosceles trapezoid in the cross section of the packing 10 and is a plane perpendicular to the stacking direction of the unit cells 11 (stack).

（作用）
以上のような構成を有する本実施例においては、次のような作用が得られる。
まず、図６に示すように、パッキン１０の断面凸状部である等脚台形においては、パッキン１０の側面積が増大するので、パッキンの逃げ代が十分に確保でき、所定の位置までの締付においてパッキンの反力による荷重の激増を防止できる。その結果、十分なシール性が得られ、また、セパレータ６やガス拡散電極８ａ，８ｂ等のスタック構成部品の破損を生じることがなくなる。 (Function)
In the present embodiment having the above-described configuration, the following operation is obtained.
First, as shown in FIG. 6, in the isosceles trapezoidal shape that is a convex section of the packing 10, the side area of the packing 10 is increased, so that a sufficient clearance for the packing can be secured and tightened to a predetermined position. It is possible to prevent a sudden increase in load due to the reaction force of the packing. As a result, sufficient sealing performance can be obtained, and the stack components such as the separator 6 and the gas diffusion electrodes 8a and 8b are not damaged.

そして、セパレータに設けた有底溝５にパッキン１０を配置することにより、パッキン１０を容易に位置決めできると共に、有底溝５の深さ分だけパッキン１０の厚さを増大させることができるため、パッキン１０によるスタック構成部品の厚さバラツキ吸収能力を向上することができる。この場合、有底溝５の幅がパッキン１０の下底より大きいために、潰れたパッキン１０が外側に逃げるスペースも確保されているので、安定したシール性が得られる。   And by arranging the packing 10 in the bottomed groove 5 provided in the separator, the packing 10 can be easily positioned, and the thickness of the packing 10 can be increased by the depth of the bottomed groove 5, The ability to absorb the thickness variation of the stack components by the packing 10 can be improved. In this case, since the width of the bottomed groove 5 is larger than the bottom bottom of the packing 10, a space for the crushed packing 10 to escape to the outside is also secured, so that a stable sealing property can be obtained.

また、隣り合うセパレータ６の対向面にそれぞれ設けられているパッキン１０同士が直接あるいは固体高分子膜７を介して重なっている部分は勿論、隣り合うセパレータ６の対向面のパッキン１０同士が重ならず片側のみのパッキン１０しか存在しない部分、特に、ガス流路４ａ，４ｂの上をまたがるように位置する固体高分子膜周囲のシール部分においても、片側には弾性力のあるパッキン１０が存在しているので、シール不良を解消できる。   Further, if the packings 10 provided on the opposing surfaces of the adjacent separators 6 overlap each other directly or via the solid polymer film 7, the packings 10 on the opposing surfaces of the adjacent separators 6 overlap. Even in a portion where only one side of the packing 10 exists, particularly in a seal portion around the solid polymer film positioned so as to straddle the gas flow paths 4a and 4b, there is an elastic packing 10 on one side. As a result, the sealing failure can be eliminated.

特に、パッキン１０の断面が等脚台形をしており、パッキン１０の側面に相当する自由面積が大きく、潰れやすい形状をしている。また、燃料極８ａおよび酸化剤極８ｂのガス拡散電極は共にほぼ同じ厚さであり、上記パッキン１０の材料および断面形状、およびパッキン１０が配置される有底溝５の断面形状が、燃料極８ａ側と酸化剤極８ｂ側とで同一であるため、スタック締付の際、燃料極８ａ側と酸化剤極８ｂ側のパッキン１０はそれぞれほぼ同じ潰れ方、同じ弾性力となり、燃料極８ａ側および酸化剤極８ｂ側の両方においてガス流路４ａ、４ｂの上をまたがるように位置するシール部分でのシール不良を完全に解消できる。加えて、燃料極８ａ側および酸化剤極８ｂ側のパッキン１３を共通の１種類のパッキンで賄うことができる。   In particular, the cross-section of the packing 10 is an isosceles trapezoid, and the free area corresponding to the side surface of the packing 10 is large and easily crushed. Further, the gas diffusion electrodes of the fuel electrode 8a and the oxidant electrode 8b have substantially the same thickness, and the material and cross-sectional shape of the packing 10 and the cross-sectional shape of the bottomed groove 5 in which the packing 10 is disposed are the fuel electrode. 8a side and the oxidant electrode 8b side are the same, so when the stack is tightened, the packing 10 on the fuel electrode 8a side and the oxidant electrode 8b side has almost the same crushing method and the same elastic force, respectively, and the fuel electrode 8a side In addition, it is possible to completely eliminate the sealing failure at the seal portion positioned so as to straddle the gas flow paths 4a and 4b on both the oxidant electrode 8b side. In addition, the packing 13 on the fuel electrode 8a side and the oxidant electrode 8b side can be covered with a common type of packing.

さらに、パッキン１０のオフセット面が単位電池１１（スタック）の積層方向に対して直角平面であることにより、単位電池１１の積層時やスタック締付時のズレを防止できるため、ズレによるシール不良の発生を防止できる。また、パッキン１０同士の少なくとも一部が直接あるいは固体高分子膜７を介して接することにより、構成見かけ上のパッキン１０の厚さが増大する。その結果、スタック構成部品の厚さバラツキ吸収能力を向上することができる。   Further, since the offset surface of the packing 10 is a plane perpendicular to the stacking direction of the unit cells 11 (stack), it is possible to prevent a shift when stacking the unit cells 11 or tightening the stack. Occurrence can be prevented. Further, when at least a part of the packings 10 are in contact with each other directly or via the solid polymer film 7, the apparent thickness of the packing 10 increases. As a result, the thickness variation absorbing ability of the stack components can be improved.

一方、本実施例において、パッキン１０には、セパレータ６の外形寸法とほぼ同じ外形寸法を有するフッ素ゴム製のラバー層１２が設けられているため、このラバー層１２により、隣り合うセパレータ６同士が絶縁される。
また、本実施例においては、図１に示すように、ガス流路４ａ、４ｂ上をまたがるシール部分に補強板９ａが配置されているため、この部分のシール性をさらに補強することができる。 On the other hand, in this embodiment, the packing 10 is provided with a rubber layer 12 made of fluororubber having substantially the same outer dimensions as the separator 6. Insulated.
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the reinforcing plate 9a is disposed in the sealing portion that straddles the gas flow paths 4a and 4b, so that the sealing performance of this portion can be further reinforced.

（効果）
したがって、本実施例によれば、スタックのすべての単位電池１１において、スタック構成部品の破損や短絡等を生じることなく、構成部品の厚さのバラツキを十分に吸収可能で、十分なシール性を有するパッキン構造を実現できるため、安定した発電が可能となる。しかも、本実施例に係るスタックは、安価に製造可能である。 (effect)
Therefore, according to the present embodiment, in all the unit cells 11 of the stack, the thickness variation of the component parts can be sufficiently absorbed without causing damage or short circuit of the stack component parts, and sufficient sealing performance can be obtained. Since the packing structure can be realized, stable power generation is possible. Moreover, the stack according to this embodiment can be manufactured at low cost.

（構成）
図７〜図９は、本発明による実施例２に係る固体高分子型燃料電池スタックのパッキンを示す図であり、図７および図８は、燃料極側と酸化剤極側にそれぞれ配置されるパッキンを示す平面図であり、図９は、隣り合う燃料極側と酸化剤極側の一対のパッキンを示す拡大断面図である。なお、本実施例は、前述した実施例１に係るスタックのうち、パッキンのみを変更したものであり、パッキン以外の部分は実施例１と同様であるため、以下には、スタック構造の説明を省略し、パッキンの特徴について説明する。 (Constitution)
FIGS. 7 to 9 are views showing packings of a polymer electrolyte fuel cell stack according to Example 2 of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are arranged on the fuel electrode side and the oxidant electrode side, respectively. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a pair of packings on the adjacent fuel electrode side and oxidant electrode side. In the present embodiment, only the packing is changed in the stack according to the first embodiment described above, and the portions other than the packing are the same as those in the first embodiment. Therefore, the stack structure will be described below. Omitted and the characteristics of the packing will be described.

まず、図７に示している燃料極側のパッキン１３ａは、液状シリコンゴム射出成形により、厚さ１００μｍのエンプラフィルムの一種であるポリエーテルイミドフィルム１４に成形されている。その具体的な断面形状は、図６に示すような山状である。液状シリコンゴム射出成形では２次加硫も行っている。また、このパッキン１３ａの山状の頂点は単位電池１１（スタック）の積層方向に対して直角に面取りされている。この場合、ポリエーテルイミドフィルム１４は耐熱性および形状記憶性があり、その外形寸法はセパレータ６の外形寸法とほぼ等しくされている。
また、図８に示している酸化剤極側のパッキン１３ｂは、図７に示す燃料極側のパッキン１３ｂと材料、形状、製造方法は同じであるが、ポリエーテルイミドフィルム１４だけを除去した点が異なるものである。 First, the fuel electrode side packing 13a shown in FIG. 7 is molded into a polyetherimide film 14 which is a kind of engineering plastic film having a thickness of 100 μm by liquid silicone rubber injection molding. The specific cross-sectional shape is a mountain shape as shown in FIG. In liquid silicone rubber injection molding, secondary vulcanization is also performed. Further, the crests of the packing 13a are chamfered at right angles to the stacking direction of the unit cells 11 (stack). In this case, the polyetherimide film 14 has heat resistance and shape memory properties, and its outer dimensions are substantially equal to the outer dimensions of the separator 6.
Further, the packing 13b on the oxidizer electrode side shown in FIG. 8 has the same material, shape and manufacturing method as the packing 13b on the fuel electrode side shown in FIG. 7, but only the polyetherimide film 14 is removed. Are different.

以上のような構成を有するパッキン１３ａ，１３ｂが、図５に示すセパレータ６の有底溝５に配置される。図９は、このように有底溝５に配置されたパッキン１３ａ，１３ｂを示している。有底溝５の断面形状は、燃料極８ａ側と酸化剤極８ｂ側とで同一であり、この有底溝５内には、パッキン１３ａ，１３ｂの断面における山状の頂点方向が収容される。そして、図９に示すように、隣り合うパッキン１３ａ，１３ｂ同士（片側はポリエーテルイミドフィルム１４を含む）が重なる構造となる。
また、例えば膜電極複合体９の外周のように、パッキン１３ａ，１３ｂ同士の間に固体高分子膜７が介在する個所もある。 The packings 13a and 13b having the above-described configuration are disposed in the bottomed groove 5 of the separator 6 shown in FIG. FIG. 9 shows packings 13a and 13b arranged in the bottomed groove 5 in this way. The cross-sectional shape of the bottomed groove 5 is the same on the fuel electrode 8a side and the oxidant electrode 8b side, and in this bottomed groove 5, the mountain-shaped apex direction in the cross section of the packings 13a and 13b is accommodated. . And as shown in FIG. 9, it becomes the structure where adjacent packing 13a, 13b (one side contains the polyetherimide film 14) overlap.
Further, there is a place where the solid polymer film 7 is interposed between the packings 13a and 13b, for example, as in the outer periphery of the membrane electrode assembly 9.

さらに、図９に示すように、これらのパッキン１３ａ，１３ｂにおいて、単位電池１１を構成する際のパッキン１３と固体高分子膜７とのオフセット面、並びに、隣り合うセパレータ６の対向面にそれぞれ設けられている燃料極８ａおよび酸化剤極８ｂのパッキン１３ａ，１３ｂ同士のオフセット面は、単位電池１１（スタック）の積層方向に対して直角平面となっている。ここで、燃料極８ａ側のパッキン１３ａのオフセット面は、パッキン１３ａの断面における山状の裾側に位置するポリエーテルイミドフィルム１４であり、酸化剤極８ｂ側のパッキン１３ｂのオフセット面は、パッキン１３ｂの断面における山状の裾側である。   Further, as shown in FIG. 9, these packings 13 a and 13 b are provided on the offset surface of the packing 13 and the solid polymer film 7 when constituting the unit battery 11, and on the opposing surface of the adjacent separator 6. The offset surfaces of the packings 13a and 13b of the fuel electrode 8a and the oxidant electrode 8b are perpendicular to the stacking direction of the unit cells 11 (stack). Here, the offset surface of the packing 13a on the fuel electrode 8a side is a polyetherimide film 14 located on the mountain-shaped hem side in the cross section of the packing 13a, and the offset surface of the packing 13b on the oxidizer electrode 8b side is the packing surface. It is a mountain-shaped hem side in the cross section of 13b.

（作用・効果）
以上のような構成を有する本実施例においては、前述した実施例１と同様の作用が得られることに加えて、さらに、次のような作用が得られる。
まず、燃料極側のパッキン１３ａが有するポリエーテルイミドフィルム１４により、隣り合うセパレータ６同士が絶縁され、パッキン１３ａ，１３ｂの形状も維持されやすい。また、パッキン１３ａ，１３ｂは、若干内側に湾曲したテーパ面を有しているため、実施例１におけるパッキン１０に比べて、パッキン１３ａ，１３ｂの側面に相当する自由面積がさらに大きく、より潰れやすい形状となっており、十分な逃げ代を確保できる。 (Action / Effect)
In the present embodiment having the above-described configuration, the following operation is obtained in addition to the same operation as that of the first embodiment described above.
First, the adjacent separators 6 are insulated from each other by the polyetherimide film 14 included in the packing 13a on the fuel electrode side, and the shapes of the packings 13a and 13b are easily maintained. Further, since the packings 13a and 13b have tapered surfaces that are slightly curved inward, the free areas corresponding to the side surfaces of the packings 13a and 13b are larger than those of the packing 10 in the first embodiment, and are more easily crushed. It has a shape, and a sufficient escape allowance can be secured.

また、シリコンゴムを用いることにより、応力緩和が小さく物性の安定したパッキンを得ることができ、特に、液状シリコンゴム射出成形を用いるので、パッキン１３ａ，１３ｂのポリエーテルイミドフィルム１４上への一体成形が短時間で容易に行える。なお、燃料極８ａ側および酸化剤極８ｂ側のパッキン１３ａ，１３ｂは、ポリエーテルイミドフィルム１４の除去の有無を除けば同一の構成であるため、共通の１種類のパッキンで賄うことができる。
したがって、本実施例においても、前述した実施例１と同様の効果が得られる。 Further, by using silicon rubber, it is possible to obtain a packing having low stress relaxation and stable physical properties. In particular, since liquid silicon rubber injection molding is used, the packing 13a, 13b is integrally formed on the polyetherimide film 14. Can be easily done in a short time. Since the packings 13a and 13b on the fuel electrode 8a side and the oxidant electrode 8b side have the same configuration except for the presence or absence of removal of the polyetherimide film 14, they can be covered with one common type of packing.
Therefore, also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（他の実施例）
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、パッキンの具体的な材質や断面形状、パッキンを配置するための有底溝の断面形状、セパレータの材質や具体的な形状等は、適宜選択可能である。また、本発明は、パッキンの構成およびその配置に特徴を有するものであるため、それ以外の構成については、何ら限定されるものではなく、膜電極複合体とセパレータおよびパッキンとを交互に積層してなる固体高分子型燃料電池スタック一般に広く適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。 (Other examples)
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other variations can be implemented within the scope of the present invention. For example, the specific material and cross-sectional shape of the packing, the cross-sectional shape of the bottomed groove for arranging the packing, the material and specific shape of the separator, and the like can be selected as appropriate. In addition, the present invention is characterized by the structure of the packing and its arrangement, so the other structures are not limited in any way, and the membrane electrode assembly, the separator and the packing are alternately laminated. In general, the polymer electrolyte fuel cell stack can be widely applied, and similarly excellent effects can be obtained.

以上説明してきたように、本発明によれば、断面凸状部を有するパッキンを、セパレータに設けた有底溝に配置すると共に、パッキンのオフセット面をスタックの積層方向に対して概略直角平面とすることにより、スタック構成部品の破損や短絡等を生じることなく、構成部品の厚さのバラツキを十分に吸収可能で、十分なシール性を有するパッキン構造を実現することができるため、安定した発電が可能でしかも安価に製造可能な、優れた固体高分子型燃料電池スタックを提供することができる。   As described above, according to the present invention, the packing having the convex section in the cross section is disposed in the bottomed groove provided in the separator, and the offset surface of the packing is substantially perpendicular to the stacking direction of the stack. As a result, it is possible to realize a packing structure that can sufficiently absorb the thickness variation of the component parts and has a sufficient sealing property without causing damage or short circuit of the stack component parts. It is possible to provide an excellent polymer electrolyte fuel cell stack that can be manufactured at low cost.

１，１５…燃料ガスマニホールド
２，１６…酸化剤ガスマニホールド
３，１７…冷却水マニホールド
４ａ，４ｂ，１８ａ，１８ｂ…ガス流路
５…有底溝
６…セパレータ
７，２１…固体高分子膜
８ａ，２２ａ…燃料極
８ｂ，２２ｂ…酸化剤極
９，２３…膜電極複合体
９ａ，２３ａ…補強板
１０，１３ａ，１３ｂ，１９，２６…パッキン
１１，２４…単位電池
１２…ラバー層
１４…ポリエーテルイミドフィルム（エンプラフィルム）
２０，２５…（パッキン一体型）セパレータ
２７…シリコン層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,15 ... Fuel gas manifold 2, 16 ... Oxidant gas manifold 3, 17 ... Cooling water manifold 4a, 4b, 18a, 18b ... Gas flow path 5 ... Bottomed groove 6 ... Separator 7, 21 ... Solid polymer membrane 8a , 22a ... Fuel electrode 8b, 22b ... Oxidant electrode 9, 23 ... Membrane electrode assembly 9a, 23a ... Reinforcing plates 10, 13a, 13b, 19, 26 ... Packing 11, 24 ... Unit cell 12 ... Rubber layer 14 ... Poly Etherimide film (Engineering plastic film)
20, 25 ... (packing integrated type) separator 27 ... silicon layer

Claims (2)

高分子膜をガス拡散電極で挟持した膜電極複合体の両側に、反応ガスを前記ガス拡散電極にそれぞれ供給するためのガス流路を少なくとも片面に設けたセパレータと、反応ガスおよび水分をシールするためのパッキンが配置されるようにして、膜電極複合体とセパレータおよびパッキンとを交互に積層してなる固体高分子型燃料電池スタックにおいて、
積層状態において対向する一対のセパレータのそれぞれは、各セパレータの対向面に積層されるパッキンを備え、
前記パッキンは、断面略台形状の凸状部を有し、その略台形状の細くなった部分が前記セパレータと接触するパッキンの基部であると共に、略台形状の広くなった部分が他のパッキンと対向するパッキンの先端部であって、このパッキンの先端部に設けられた他のパッキンとの対向面がスタックの積層方向に対して概略平行に形成され、
前記対向する一対のセパレータのそれぞれには、他のセパレータとの対向面に前記パッキンの基部を装着する有底溝が設けられ、この有底溝内に前記パッキンの基部である断面略台形状の凸状部の細くなった部分が、パッキンの側面と有底溝の側面との間にパッキンの膨張用の空間を保って配置され、
これら各セパレータの対向面に積層されたパッキン同士を介して対向する一対のセパレータが積層され、対向するセパレータのパッキン同士がその先端同士を直接又は前記高分子膜を介して接触した状態において、セパレータの有底溝内に配置された断面略台形状の凸状部が前記有底溝内において圧縮変形されることを特徴とする固体高分子型燃料電池スタック。 A separator provided with a gas flow path for supplying a reaction gas to each of the gas diffusion electrodes on both sides of the membrane electrode assembly in which the polymer membrane is sandwiched between the gas diffusion electrodes, and the reaction gas and moisture are sealed. In the polymer electrolyte fuel cell stack formed by alternately laminating the membrane electrode assembly, the separator and the packing so that the packing for the
Each of the pair of separators facing each other in the stacked state includes a packing stacked on the facing surface of each separator,
The packing has a convex portion having a substantially trapezoidal cross section, and the narrowed portion of the substantially trapezoidal shape is a base portion of the packing that contacts the separator, and the widened portion of the substantially trapezoidal shape is another packing. A front end portion of the packing opposite to the other packing provided on the front end portion of the packing is formed substantially parallel to the stacking direction of the stack,
Each of the pair of separators facing each other is provided with a bottomed groove for mounting the base of the packing on the surface facing the other separator, and the bottom of the bottomed groove has a substantially trapezoidal cross section which is the base of the packing. The narrowed portion of the convex portion is disposed with a space for expansion of the packing between the side surface of the packing and the side surface of the bottomed groove,
In a state where a pair of separators facing each other through packings stacked on the facing surfaces of these separators are stacked and the packings of the facing separators are in contact with each other directly or through the polymer film, the separators are in contact with each other. A solid polymer fuel cell stack, wherein a convex portion having a substantially trapezoidal cross section disposed in the bottomed groove is compressed and deformed in the bottomed groove. 隣り合う前記セパレータの対向面にそれぞれ接する前記パッキンの前記断面凸状部の断面形状およびパッキン材料は同一であり、
前記セパレータの両面にそれぞれ設けられた前記有底溝の断面形状は同一であることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池スタック。 The cross-sectional shape and packing material of the convex section of the cross-section of the packing that is in contact with the opposing surfaces of the adjacent separators are the same,
2. The polymer electrolyte fuel cell stack according to claim 1, wherein the bottomed grooves provided on both sides of the separator have the same cross-sectional shape.
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