JP6694913B2 - Fuel cell stack and dummy cell manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、セパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセル備える燃料電池スタック及びダミーセルの製造方法に関する。   The present invention is a laminate in which a plurality of power generation cells having an electrolyte membrane / electrode structure, a resin frame member that circulates around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure, and a separator are laminated, and at least one of the lamination direction of the laminate. The present invention relates to a fuel cell stack including a dummy cell arranged at an end portion of and a method for manufacturing the dummy cell.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）を採用している。燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード電極が配設され、他方の面にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。   Generally, a polymer electrolyte fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, also simply referred to as an electrolyte membrane) including a polymer ion exchange membrane. A fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is arranged on one surface of an electrolyte membrane and a cathode electrode is arranged on the other surface.

電解質膜・電極構造体をセパレータで挟持することにより、発電セルが構成され、複数個の発電セルを積層することにより、積層体が構成される。この積層体の積層方向両端に、各発電セルによって発電された電荷を集める電力取り出し用のターミナルプレートや、発電セルを積層状態で保持するためのエンドプレート等が設けられて燃料電池スタックが構成される。   A power generation cell is configured by sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure between separators, and a stacked body is configured by stacking a plurality of power generation cells. A fuel cell stack is configured by providing terminal plates for collecting electric power generated by each power generation cell, end plates for holding the power generation cells in a stacked state, and the like at both ends of the stack in the stacking direction. It

ところで、積層体の積層方向の端部側（以下、単に端部側ともいう）は、ターミナルプレート等を介した放熱が促されること等から、該積層体の積層方向の中央側に比べ低温となり易い。外気温等の影響を受けて積層体の端部側が低温となり結露が生じると、燃料ガス及び酸化剤ガス（反応ガス）の拡散性が低下し、燃料電池スタックの発電安定性が低下する懸念がある。   By the way, the end side of the stack in the stacking direction (hereinafter, also simply referred to as the end side) has a lower temperature than the center side of the stack in the stacking direction because heat dissipation is promoted through a terminal plate or the like. easy. When the temperature of the end portion of the stack becomes low due to the influence of the outside temperature and dew condensation occurs, the diffusibility of the fuel gas and the oxidant gas (reaction gas) may decrease, and the power generation stability of the fuel cell stack may decrease. is there.

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部側に、いわゆる、ダミーセルが配設されている。ダミーセルでは、電解質膜の代わりに金属板を用いていることから、発電を行わず、生成水も生じない。このため、ダミーセル自体が、ターミナルプレートと積層体との間で、断熱層として機能する。従って、上記のようにダミーセルを配設することで、積層体の端部側の温度低下を抑制できる。つまり、燃料電池スタックが外気温の影響を受けることを抑制して、発電安定性を向上させることができる。   Therefore, for example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, a so-called dummy cell is arranged on at least one end side in the stacking direction of the stack. In the dummy cell, since the metal plate is used instead of the electrolyte membrane, power generation is not performed and generated water is not generated. Therefore, the dummy cell itself functions as a heat insulating layer between the terminal plate and the stacked body. Therefore, by disposing the dummy cells as described above, it is possible to suppress the temperature decrease on the end side of the stacked body. That is, it is possible to suppress the fuel cell stack from being affected by the outside air temperature and improve the power generation stability.

特許第４７２７９７２号公報Japanese Patent No. 4727972

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、凍結が抑制されたダミーセルにより、発電安定性を向上させることが可能な燃料電池スタック及びダミーセルの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in relation to this type of technique, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack and a method of manufacturing a dummy cell, which can improve power generation stability by a dummy cell in which freezing is suppressed. And

上記の目的を達成するため、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備える燃料電池スタックであって、ダミーセルは、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、ダミー構造体は、電解質膜を備えず、第１導電性多孔質体と、第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体とをこの順に積層して形成され、第３導電性多孔質体の外周縁部にダミー樹脂枠部材が接合され、第１導電性多孔質体と、第２導電性多孔質体と、第３導電性多孔質体との何れか１枚に撥水処理が施されていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a gas diffusion layer made of a conductive porous body are provided on both sides of an electrolyte membrane, respectively, and an electrolyte membrane / electrode structure. A stack of a plurality of power generation cells having a resin frame member that surrounds the outer periphery of the battery and a separator that sandwiches the electrolyte membrane / electrode structure, and a dummy cell that is disposed at at least one end of the stack in the stacking direction. In the fuel cell stack including the dummy cell, the dummy cell includes a dummy structure corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure, a dummy resin frame member that surrounds the outer periphery of the dummy structure, and a dummy separator that sandwiches the dummy structure. The dummy structure does not include an electrolyte membrane, and includes a first conductive porous body, a second conductive porous body having a plane dimension larger than that of the first conductive porous body, and a second conductive porous body. A third conductive porous body having a large plane size is laminated in this order , a dummy resin frame member is joined to the outer peripheral edge of the third conductive porous body, and the first conductive porous body is formed. One of the second conductive porous body and the third conductive porous body is subjected to a water repellent treatment.

この燃料電池スタックでは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に、発電セルの電解質膜・電極構造体に代えて、ダミー構造体を備えるダミーセルが配設される。ダミーセルは、固体高分子電解質膜や電極触媒層を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、ダミーセル自体が断熱層として機能するとともに、ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。このダミーセルを、上記のように、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部側に設けることで、積層体の端部側の断熱性を高めることができる。このため、低温環境下においても、積層体の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制できる。つまり、発電安定性を向上させることができる。   In this fuel cell stack, a dummy cell including a dummy structure is provided at at least one end of the stack in the stacking direction, instead of the electrolyte membrane / electrode structure of the power generation cell. Since the dummy cell does not have a solid polymer electrolyte membrane or an electrode catalyst layer, it does not generate power and does not generate water generated by power generation. As a result, the dummy cell itself functions as a heat insulating layer, and it is possible to suppress the occurrence of dew condensation in the dummy cell. By providing the dummy cell on at least one end side in the stacking direction of the stacked body as described above, it is possible to enhance the heat insulating property on the end side of the stacked body. Therefore, even in a low temperature environment, it is possible to suppress the temperature of the end portion side of the laminated body from being lower than that of the central portion. That is, power generation stability can be improved.

また、積層体の端部側の断熱性を高めることができるため、燃料電池スタックを氷点下環境で始動する場合であっても、積層体の全体を有効に昇温させることができる。これによって、積層体の端部側で生成水等が凍結して、電圧低下が生じることを抑制できる。   Further, since the heat insulating property on the end side of the stack can be improved, even when the fuel cell stack is started in a sub-freezing environment, the temperature of the whole stack can be effectively raised. As a result, it is possible to prevent the generated water and the like from being frozen on the end side of the laminated body and causing a voltage drop.

燃料電池スタックでは、ダミー構造体を構成する３枚の導電性多孔質体の何れか一枚に撥水処理が施されているため、ダミーセルに結露水や生成水等の液水が滞留することを抑制できる。その結果、低温環境下においても、ダミーセルが凍結することを回避できる。   In the fuel cell stack, since any one of the three conductive porous bodies constituting the dummy structure is subjected to the water repellent treatment, liquid water such as dew condensation water or generated water may stay in the dummy cells. Can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the dummy cells from freezing even in a low temperature environment.

以上から、この燃料電池スタックによれば、凍結が抑制されたダミーセルにより、発電安定性を向上させることができる。   As described above, according to this fuel cell stack, the power generation stability can be improved by the dummy cell in which the freezing is suppressed.

上記の燃料電池スタックにおいて、ダミー構造体は、第１導電性多孔質体と、第２導電性多孔質体と、第３導電性多孔質体とをこの順に積層して形成され、第２導電性多孔質体及び第３導電性多孔質体の何れか一方に撥水処理が施され、セパレータ及びダミーセパレータのそれぞれには、積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とが形成され、電解質膜・電極構造体の一方の電極に対向するセパレータには、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路が設けられ、電解質膜・電極構造体の他方の電極に対向するセパレータには、燃料ガスが流通する燃料ガス流路が設けられ、ダミーセパレータと第１導電性多孔質体との間には、酸化剤ガス流路に対応する第１空間が設けられ、ダミーセパレータと第３導電性多孔質体との間には、燃料ガス流路に対応する第２空間が設けられ、酸化剤ガス連通孔と第１空間との間には、酸化剤ガスを流通可能とする連通路が設けられ、燃料ガス連通孔と第２空間との間には、燃料ガスの流通を遮断する遮断部が設けられることが好ましい。   In the above fuel cell stack, the dummy structure is formed by laminating the first conductive porous body, the second conductive porous body, and the third conductive porous body in this order, and the second conductive porous body is formed. Water-repellent treatment is applied to one of the porous porous body and the third conductive porous body, and an oxidant gas communication hole for passing an oxidant gas in the stacking direction of the stacked body is provided in each of the separator and the dummy separator. And a fuel gas communication hole that allows the fuel gas to flow in the stacking direction of the stacked body, and the separator facing the one electrode of the electrolyte membrane / electrode structure has an oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows. Is provided, a fuel gas flow path through which the fuel gas flows is provided in the separator facing the other electrode of the electrolyte membrane / electrode structure, and between the dummy separator and the first conductive porous body, A first space corresponding to the oxidant gas flow path is provided, and a second space corresponding to the fuel gas flow path is provided between the dummy separator and the third conductive porous body, and the oxidant gas communication hole is provided. And a first space, a communication passage that allows the oxidant gas to flow therethrough is provided, and a shutoff unit that shuts off the flow of the fuel gas is provided between the fuel gas communication hole and the second space. Preferably.

この場合、燃料ガスが流通しないことで断熱性が高められた第２空間が、断熱空間として機能するため、ダミーセルによる断熱性を一層向上させることができる。また、発電のための電気化学反応に寄与せずに燃料電池スタックから排出される燃料ガスを減らすことができる。   In this case, since the second space in which the heat insulating property is enhanced by the non-circulation of the fuel gas functions as a heat insulating space, the heat insulating property of the dummy cell can be further improved. In addition, the fuel gas discharged from the fuel cell stack can be reduced without contributing to the electrochemical reaction for power generation.

ところで、燃料電池スタックの酸化剤ガス連通孔の入口側には、加湿された状態の酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガス中の水が結露して、液体の結露水が生じ、該結露水が発電セルに飛び込むと、反応ガスの拡散性が低下する場合がある。そこで、この燃料電池スタックでは、酸化剤ガス連通孔とダミー構造体の積層方向の一端側に臨む第１空間とを連通路を介して連通させる。これによって、第１空間に酸化剤ガスを流通させることができるため、酸化剤ガスに結露水が含まれていた場合であっても、該結露水をダミーセルによって捕集して、発電セルに結露水が飛び込むことを抑制できる。   By the way, the humidified oxidant gas is supplied to the inlet side of the oxidant gas communication hole of the fuel cell stack. When the water in the oxidant gas condenses to form liquid dew condensation water and the condensation water jumps into the power generation cell, the diffusibility of the reaction gas may decrease. Therefore, in this fuel cell stack, the oxidant gas communication hole is communicated with the first space facing one end side of the dummy structure in the stacking direction through the communication passage. As a result, the oxidant gas can be circulated in the first space, so that even if the oxidant gas contains dew condensation water, the dew condensation water is collected by the dummy cell and condensed in the power generation cell. Water can be prevented from jumping in.

ダミーセルによって捕集された結露水等の液水は、燃料電池スタックの高負荷発電時や、停止中の乾燥処理により第１空間を流通する酸化剤ガスの流量を増大させたとき、もしくは、ダミーセルが乾燥状態になったときに、ダミーセルからの排出が促される。   The liquid water such as dew condensation water collected by the dummy cell is used when the fuel cell stack is under high load power generation or when the flow rate of the oxidant gas flowing through the first space is increased by a drying process during stoppage, or when the dummy cell is used. When the cell becomes dry, the dummy cell is prompted to eject it.

ダミー構造体では、第２空間に臨む第３導電性多孔質体又は該第３導電性多孔質体に隣接する第２導電性多孔質体に撥水処理が施されている。このため、ダミーセル内において、上記のように燃料ガスの流通が遮断された第２空間に対して、第１空間から液水が進入することを抑制できる。   In the dummy structure, the third conductive porous body facing the second space or the second conductive porous body adjacent to the third conductive porous body is subjected to the water repellent treatment. For this reason, in the dummy cell, it is possible to suppress the liquid water from entering from the first space to the second space where the flow of the fuel gas is blocked as described above.

その結果、第１空間を流れる酸化剤ガスによって、ダミーセル内の液水を一層良好に排出することが可能になるため、ダミーセル内に液水が滞留することを抑制できる。従って、ダミーセルの凍結を効果的に回避しつつ、燃料電池スタックの発電安定性のさらなる向上を図ることができる。   As a result, the oxidant gas flowing through the first space can discharge the liquid water in the dummy cell more favorably, and thus the liquid water can be prevented from staying in the dummy cell. Therefore, it is possible to further improve the power generation stability of the fuel cell stack while effectively avoiding freezing of the dummy cells.

上記の燃料電池スタックにおいて、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材とを接合する接合部は、３枚の導電性多孔質体のうち、平面寸法が最大となる導電性多孔質体の周方向に断続的に形成されていることが好ましい。この場合、発電を行わないダミーセルでは、クロスリーク等を抑制する必要がないため、上記のように断続的に接合部を形成することで、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材との接合工程を簡素化して、燃料電池スタックの製造効率を向上させることが可能になる。   In the above fuel cell stack, the joint portion that joins the dummy structure and the dummy resin frame member is intermittent in the circumferential direction of the conductive porous body having the largest planar size among the three conductive porous bodies. Is preferably formed. In this case, in a dummy cell that does not generate power, it is not necessary to suppress cross leak and the like, so by forming the joints intermittently as described above, the process of joining the dummy structure and the dummy resin frame member can be simplified. It becomes possible to improve the manufacturing efficiency of the fuel cell stack.

上記の燃料電池スタックにおいて、第２導電性多孔質体は、第１導電性多孔質体よりも平面寸法が大きく、第３導電性多孔質体は、第２導電性多孔質体よりも平面寸法が大きく、ダミー樹脂枠部材は、外周縁部と、外周縁部の内周端から第１段差面を介して全周に亘って内方に突出した棚部と、棚部の内周端から第２段差面を介して全周に亘って内方に突出した薄肉部とを有し、第３導電性多孔質体の外周縁部は、ダミー樹脂枠部材の棚部に重なり、第２導電性多孔質体の外周縁部は、ダミー樹脂枠部材の薄肉部に臨み、第１導電性多孔質体の外周端面は、ダミー樹脂枠部材の内周端面に対向することが好ましい。   In the above fuel cell stack, the second conductive porous body has a larger plane size than the first conductive porous body, and the third conductive porous body has a larger plane size than the second conductive porous body. Is large, the dummy resin frame member has an outer peripheral edge portion, a shelf portion that protrudes inward from the inner peripheral edge of the outer peripheral edge portion over the entire circumference through the first step surface, and the inner peripheral edge of the shelf portion. The third conductive porous body has an outer peripheral edge portion that overlaps with the shelf portion of the dummy resin frame member, and has a thin wall portion that protrudes inward over the entire circumference through the second step surface. It is preferable that the outer peripheral edge portion of the porous porous body faces the thin portion of the dummy resin frame member, and the outer peripheral end surface of the first conductive porous body faces the inner peripheral end surface of the dummy resin frame member.

上記の燃料電池スタックにおいて、第２導電性多孔質体の厚みは、第２段差面の高さよりも大きいことが好ましい。   In the above fuel cell stack, the thickness of the second conductive porous body is preferably larger than the height of the second step surface.

上記の燃料電池スタックにおいて、ダミー樹脂枠部材の薄肉部と、第３導電性多孔質体との間には、空間が形成されることが好ましい。   In the above fuel cell stack, it is preferable that a space be formed between the thin portion of the dummy resin frame member and the third conductive porous body.

また、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体を備える燃料電池スタックの積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルの製造方法であって、第１導電性多孔質体と、該第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、該第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体との何れか１枚に撥水処理を施す撥水処理工程と、第１導電性多孔質体と、第２導電性多孔質体と、第３導電性多孔質体とをこの順に積層して、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体を電解質膜を備えずに形成する第１積層工程と、ダミー構造体の第３導電性多孔質体の外周縁部に、該ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材を接合して樹脂枠付きダミー構造体を得る樹脂枠接合工程と、樹脂枠付きダミー構造体をダミーセパレータで挟んでダミーセルを得る第２積層工程と、を有することを特徴とする。
The present invention also provides an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a gas diffusion layer made of a conductive porous body are provided on both sides of the electrolyte membrane, and a resin that circulates around the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure. Manufacturing method of dummy cell disposed at at least one end in the stacking direction of a stack of a fuel cell stack including a stack in which a plurality of power generation cells having a frame member and a separator sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure are stacked A first conductive porous body, a second conductive porous body having a plane size larger than that of the first conductive porous body, and a third conductive porous body having a plane size larger than that of the second conductive porous body. A water repellent treatment step of subjecting any one of the conductive porous bodies to a water repellent treatment, a first conductive porous body, a second conductive porous body, and a third conductive porous body. A first stacking step of stacking in this order to form a dummy structure corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure without the electrolyte membrane, and an outer peripheral edge portion of the third conductive porous body of the dummy structure, A resin frame joining step of joining a dummy resin frame member that surrounds the outer periphery of the dummy structure to obtain a dummy structure with a resin frame, and a second stacking step of sandwiching the dummy structure with a resin frame with a dummy separator to obtain a dummy cell And are included.

このダミーセルの製造方法によれば、ダミー構造体を構成する３枚の導電性多孔質体の何れか一枚に撥水処理が施されることで、結露水や生成水等の液水が滞留することが抑制されたダミーセルを得ることができる。このダミーセルは、発電を行うことがなく、生成水も生じないため、断熱層として機能する。このようなダミーセルを、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に設けた燃料電池スタックでは、該積層体の端部側の断熱性を高めることができるため、発電安定性を向上させることができる。従って、低温環境下においても、凍結することが抑制されたダミーセルによって、燃料電池スタックの発電安定性を向上させることができる。   According to this method of manufacturing a dummy cell, the water repellent treatment is performed on any one of the three conductive porous bodies that form the dummy structure, so that liquid water such as dew condensation water or generated water is retained. It is possible to obtain a dummy cell in which this is suppressed. This dummy cell functions as a heat insulating layer because it does not generate power and does not generate water. In a fuel cell stack in which such a dummy cell is provided at at least one end of the stack in the stacking direction, the heat insulating property on the end side of the stack can be improved, and therefore the power generation stability can be improved. it can. Therefore, even in a low temperature environment, the power generation stability of the fuel cell stack can be improved by the dummy cells whose freezing is suppressed.

上記のダミーセルの製造方法において、撥水処理工程では、第１導電性多孔質体と、第２導電性多孔質体と、第３導電性多孔質体とからなる３枚の導電性多孔質体の第２導電性多孔質体及び第３導電性多孔質体の何れか一方に撥水処理を施し、第１積層工程では、第１導電性多孔質体と第２導電性多孔質体と第３導電性多孔質体とをこの順に積層してダミー構造体を形成し、第２積層工程では、樹脂枠付きダミー構造体の第１導電性多孔質体とダミーセパレータとの間に、発電セルの酸化剤ガス流路に対応するとともに酸化剤ガスが流通する第１空間を形成し、樹脂枠付きダミー構造体の第３導電性多孔質体とダミーセパレータとの間に発電セルの燃料ガス流路に対応するとともに燃料ガスの流通が遮断された第２空間を形成することが好ましい。   In the above method for manufacturing a dummy cell, in the water repellent treatment step, three conductive porous bodies including a first conductive porous body, a second conductive porous body, and a third conductive porous body are used. Water-repellent treatment is applied to one of the second conductive porous body and the third conductive porous body, and in the first laminating step, the first conductive porous body, the second conductive porous body, and the second conductive porous body 3 conductive porous bodies are stacked in this order to form a dummy structure, and in the second stacking step, a power generating cell is provided between the first conductive porous body of the dummy structure with a resin frame and the dummy separator. Corresponding to the oxidant gas flow path of the fuel cell and forming a first space through which the oxidant gas flows, and between the third conductive porous body of the dummy structure with a resin frame and the dummy separator It is preferable to form a second space corresponding to the passage and having a flow of the fuel gas blocked.

この場合、ダミーセルが断熱空間として機能する第２空間を有するため、該ダミーセルによる断熱性を向上させることができる。また、第１空間に酸化剤ガスを流通させて結露水を捕集できるため、発電セルに結露水が飛び込むことを抑制できる。さらに、第３導電性多孔質体又は第２導電性多孔質体に撥水処理が施されているため、第２空間に液水が進入することを抑制して、ダミーセル内の液水を良好に排出できる。従って、液水の滞留が抑制され凍結が効果的に回避され、しかも、燃料電池スタックの発電安定性を効果的に向上させることが可能なダミーセルを得ることができる。   In this case, since the dummy cell has the second space that functions as a heat insulating space, the heat insulating property of the dummy cell can be improved. Further, since the condensed water can be collected by circulating the oxidant gas in the first space, it is possible to suppress the condensed water from jumping into the power generation cell. Further, since the third conductive porous body or the second conductive porous body is subjected to the water repellent treatment, it is possible to suppress the liquid water from entering the second space and to improve the liquid water in the dummy cell. Can be discharged to. Therefore, it is possible to obtain a dummy cell in which the retention of liquid water is suppressed, freezing is effectively avoided, and the power generation stability of the fuel cell stack can be effectively improved.

上記のダミーセルの製造方法において、樹脂枠接合工程では、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材とを接合する接合部を、３枚の導電性多孔質体のうち、平面寸法が最大となる導電性多孔質体の周方向に断続的に形成することが好ましい。この場合、樹脂枠接合工程を簡素化して、ダミーセルの製造効率を向上させることができる。   In the method of manufacturing a dummy cell described above, in the resin frame joining step, a joining portion for joining the dummy structure and the dummy resin frame member is formed of a conductive porous body having a maximum planar dimension among the three conductive porous bodies. It is preferable to form intermittently in the circumferential direction of the body. In this case, the resin frame bonding process can be simplified and the dummy cell manufacturing efficiency can be improved.

本発明によれば、凍結が抑制されたダミーセルにより、燃料電池スタックの発電安定性を向上させることができる。   According to the present invention, the power generation stability of the fuel cell stack can be improved by the dummy cell in which freezing is suppressed.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention. 図１の燃料電池スタックのＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell stack of FIG. 1 taken along the line II-II. 発電セルの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a power generation cell. 第１セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。It is a front view of the oxidizing agent gas flow path side of a 1st separator. 第２セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。It is a front view of the oxidizing agent gas flow path side of the 2nd separator. 第３セパレータの冷却媒体流路側の正面図である。It is a front view of the cooling medium flow path side of the 3rd separator. 樹脂枠付きＭＥＡのアノード電極側の正面図である。It is a front view of the anode electrode side of MEA with a resin frame. 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 7. 樹脂枠付きダミー構造体の第３導電性多孔質体側の正面図である。It is a front view of the 3rd conductive porous body side of the dummy structure with a resin frame. 図９のＸ−Ｘ線矢視断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along the line XX of FIG. 9. ダミー構造体の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a dummy structure. ダミー第２セパレータ及びダミー第３セパレータの第２空間側の正面図である。It is a front view of the second dummy separator and the third dummy separator on the second space side.

本発明に係る燃料電池スタック及びダミーセルの製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。   A preferred embodiment of a method for manufacturing a fuel cell stack and a dummy cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, components having the same or similar functions and effects are designated by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に積層された積層体１４を備える。この燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 10 according to the present embodiment includes a stack 14 in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrows A1 and A2 directions). The fuel cell stack 10 is mounted in a fuel cell vehicle such as a fuel cell electric vehicle (not shown).

図２に示すように、積層体１４の積層方向一端側（矢印Ａ１側）には、第１端部発電ユニット１６、第１ダミーセル１８及び第２ダミーセル２０が外方に向かって配置される。また、積層体１４の積層方向他端側（矢印Ａ２側）には、第２端部発電ユニット２２及び第３ダミーセル２４が外方に向かって配置される。積層体１４の第２ダミーセル２０よりも外方側（矢印Ａ１側）には、ターミナルプレート２６ａ、インシュレータ２８ａ及びエンドプレート３０ａがこの順に積層される。積層体１４の第３ダミーセル２４よりも外方側（矢印Ａ２側）には、ターミナルプレート２６ｂ、インシュレータ２８ｂ及びエンドプレート３０ｂがこの順に積層される。   As shown in FIG. 2, the first end power generation unit 16, the first dummy cell 18, and the second dummy cell 20 are arranged outward on one end side (arrow A1 side) in the stacking direction of the stacked body 14. The second end power generation unit 22 and the third dummy cell 24 are arranged outward on the other end side (arrow A2 side) in the stacking direction of the stacked body 14. The terminal plate 26a, the insulator 28a, and the end plate 30a are stacked in this order on the outer side (arrow A1 side) of the second dummy cell 20 of the stacked body 14. The terminal plate 26b, the insulator 28b, and the end plate 30b are stacked in this order on the outer side (arrow A2 side) of the third dummy cell 24 of the stacked body 14.

図１に示すように、矩形状からなるエンドプレート３０ａ、３０ｂの各辺間には、連結バー（不図示）が配置される。各連結バーは、両端をエンドプレート３０ａ、３０ｂの内面にボルト（不図示）等を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート３０ａ、３０ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体１４等を収容するように構成してもよい。   As shown in FIG. 1, a connecting bar (not shown) is arranged between the sides of the rectangular end plates 30a and 30b. Both ends of each connecting bar are fixed to the inner surfaces of the end plates 30a, 30b via bolts (not shown) or the like, and a tightening load in the stacking direction (arrows A1, A2 directions) is applied to the plurality of stacked power generation cells 12. To do. The fuel cell stack 10 may be provided with a housing having the end plates 30a and 30b as end plates, and the stacked body 14 and the like may be housed in the housing.

図３に示すように、発電セル１２は、第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第２セパレータ３６と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第３セパレータ３８とがこの順に積層されて構成される。第１セパレータ３２、第２セパレータ３６及び第３セパレータ３８（各セパレータ）のそれぞれは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等により構成され、平面が矩形状であるとともに、プレス加工等により、断面凹凸形状に成形される。   As shown in FIG. 3, the power generation cell 12 is configured by laminating a first separator 32, a resin framed MEA 34, a second separator 36, a resin framed MEA 34, and a third separator 38 in this order. .. Each of the first separator 32, the second separator 36, and the third separator 38 (each separator) is made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or the like, and has a rectangular plane and a press work. And the like so as to form an uneven cross-section.

図１及び図３に示すように、各セパレータの長辺方向（水平方向、矢印Ｂ１、Ｂ２方向）の一端側（矢印Ｂ１側）の縁部には、それぞれ矢印Ａ１、Ａ２方向（積層方向）に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔４０（酸化剤ガス連通孔）及び燃料ガス出口連通孔４２（燃料ガス連通孔）が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４０は、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔４２は、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。これらの酸化剤ガス及び燃料ガスを総称して反応ガスともいう。   As shown in FIGS. 1 and 3, the edges on one end side (arrow B1 side) in the long side direction (horizontal direction, arrow B1 and B2 direction) of each separator have arrow A1 and A2 directions (stacking direction), respectively. An oxidant gas inlet communication hole 40 (oxidant gas communication hole) and a fuel gas outlet communication hole 42 (fuel gas communication hole) are provided separately from each other. The oxidant gas inlet communication hole 40 supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. The fuel gas outlet communication hole 42 discharges a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas. These oxidant gas and fuel gas are also collectively referred to as a reaction gas.

各セパレータの長辺方向の他端側（矢印Ｂ２側）の縁部には、それぞれ矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔４４（燃料ガス連通孔）及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔４６（酸化剤ガス連通孔）が設けられる。なお、これらの酸化剤ガス入口連通孔４０、燃料ガス出口連通孔４２、燃料ガス入口連通孔４４、酸化剤ガス出口連通孔４６を総称して反応ガス連通孔ともいう。   A fuel gas inlet communication hole 44 (fuel gas communication hole) that individually communicates in the directions of arrows A1 and A2 and supplies fuel gas to the edge portion on the other end side (arrow B2 side) in the long side direction of each separator. ) And an oxidant gas outlet communication hole 46 (oxidant gas communication hole) for discharging the oxidant gas are provided. The oxidant gas inlet communication hole 40, the fuel gas outlet communication hole 42, the fuel gas inlet communication hole 44, and the oxidant gas outlet communication hole 46 are collectively referred to as a reaction gas communication hole.

各セパレータの鉛直方向の上部（矢印Ｃ１側）に酸化剤ガス入口連通孔４０及び燃料ガス入口連通孔４４が設けられ、鉛直方向の下部（矢印Ｃ２側）に燃料ガス出口連通孔４２及び酸化剤ガス出口連通孔４６が設けられる。ここでの鉛直方向は、燃料電池スタック１０を運転する際の鉛直方向である。   An oxidant gas inlet communication hole 40 and a fuel gas inlet communication hole 44 are provided in an upper portion in the vertical direction (arrow C1 side) of each separator, and a fuel gas outlet communication hole 42 and an oxidant are provided in a lower portion in the vertical direction (arrow C2 side). A gas outlet communication hole 46 is provided. The vertical direction here is the vertical direction when operating the fuel cell stack 10.

各セパレータの短辺方向（鉛直方向、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）両端縁部の矢印Ｂ１側には、矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４８がそれぞれ設けられる。各セパレータの短辺方向の両端縁部の矢印Ｂ２側には、矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔５０がそれぞれ設けられる。   A pair of cooling medium inlets for individually supplying the cooling medium to the arrow B1 side of both edges of the short side direction (vertical direction, arrow C1, C2 direction) of each separator in the arrow A1 and A2 directions. Communication holes 48 are provided respectively. A pair of cooling medium outlet communication holes 50 for discharging the cooling medium are provided respectively on both ends of each separator in the short side direction on the arrow B2 side so as to communicate with each other in the directions of the arrows A1 and A2.

図３に示すように、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａには、冷却媒体入口連通孔４８と冷却媒体出口連通孔５０とを連通する冷却媒体流路５２が形成される。冷却媒体入口連通孔４８と冷却媒体流路５２との間には、複数本の入口連結溝５４ａが形成される。冷却媒体流路５２と冷却媒体出口連通孔５０との間には、複数本の出口連結溝５４ｂが形成される。また、第１セパレータ３２の面３２ａには、冷却媒体入口連通孔４８、冷却媒体出口連通孔５０、冷却媒体流路５２、入口連結溝５４ａ、出口連結溝５４ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材５５が設けられている。   As shown in FIG. 3, a cooling medium flow path 52 that connects the cooling medium inlet communication hole 48 and the cooling medium outlet communication hole 50 is formed on the surface 32a of the first separator 32 on the arrow A1 side. A plurality of inlet connection grooves 54a are formed between the cooling medium inlet communication hole 48 and the cooling medium flow path 52. A plurality of outlet connection grooves 54b are formed between the cooling medium flow path 52 and the cooling medium outlet communication hole 50. Further, the surface 32a of the first separator 32 integrally surrounds the cooling medium inlet communication hole 48, the cooling medium outlet communication hole 50, the cooling medium flow path 52, the inlet connection groove 54a, and the outlet connection groove 54b, and the inside thereof is surrounded. A seal member 55 that seals the outside in the surface direction is provided.

図４に示すように、第１セパレータ３２の矢印Ａ２側の面３２ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する酸化剤ガス流路５６が形成される。酸化剤ガス流路５６は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）からなる。   As shown in FIG. 4, an oxidant gas flow path 56 that communicates with the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46 is formed on the surface 32b of the first separator 32 on the arrow A2 side. .. The oxidant gas flow channel 56 includes a plurality of wavy flow channel grooves (or linear flow channel grooves) arranged in parallel with each other.

酸化剤ガス流路５６の入口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス入口バッファ部５８が連なる一方、該酸化剤ガス流路５６の出口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス出口バッファ部６０が連なる。   An oxidant gas inlet buffer portion 58 is located outside the power generation region at the inlet side end portion of the oxidant gas flow channel 56, while an outlet side end portion of the oxidant gas flow channel 56 is outside the power generation region. The oxidant gas outlet buffer unit 60 is located at the position.

酸化剤ガス入口バッファ部５８と酸化剤ガス入口連通孔４０との間には、複数本の入口連結溝６２ａが形成される。酸化剤ガス出口バッファ部６０と酸化剤ガス出口連通孔４６との間には、複数本の出口連結溝６２ｂが形成される。第１セパレータ３２の面３２ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０、酸化剤ガス出口連通孔４６、酸化剤ガス流路５６、酸化剤ガス入口バッファ部５８、酸化剤ガス出口バッファ部６０、入口連結溝６２ａ、出口連結溝６２ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材６３が設けられている。第１セパレータ３２では、酸化剤ガス流路５６の裏面形状が、冷却媒体流路５２の一部を構成する（図２及び図３参照）。   A plurality of inlet connection grooves 62a are formed between the oxidant gas inlet buffer portion 58 and the oxidant gas inlet communication hole 40. A plurality of outlet connection grooves 62b are formed between the oxidizing gas outlet buffer portion 60 and the oxidizing gas outlet communication hole 46. On the surface 32b of the first separator 32, an oxidant gas inlet communication hole 40, an oxidant gas outlet communication hole 46, an oxidant gas flow path 56, an oxidant gas inlet buffer section 58, an oxidant gas outlet buffer section 60, an inlet. A sealing member 63 is provided that integrally surrounds the connection groove 62a and the outlet connection groove 62b and seals the inside of the connection groove 62a with the outside in the surface direction. In the first separator 32, the shape of the back surface of the oxidant gas flow channel 56 constitutes a part of the cooling medium flow channel 52 (see FIGS. 2 and 3).

図３に示すように、第２セパレータ３６の矢印Ａ１側の面３６ａには、燃料ガス入口連通孔４４と燃料ガス出口連通孔４２とに連通する燃料ガス流路６６が形成される。燃料ガス流路６６は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）からなる。すなわち、本実施家形態では、酸化剤ガス流路５６及び燃料ガス流路６６は何れも、いわゆる、サーペンタインタイプではなく、ストレートタイプである。   As shown in FIG. 3, a fuel gas flow passage 66 communicating with the fuel gas inlet communication hole 44 and the fuel gas outlet communication hole 42 is formed on the surface 36 a of the second separator 36 on the arrow A 1 side. The fuel gas channel 66 is composed of a plurality of wavy channel grooves (or straight channel grooves) arranged in parallel with each other. That is, in the present embodiment, the oxidizing gas passage 56 and the fuel gas passage 66 are not so-called serpentine type but straight type.

燃料ガス流路６６の入口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス入口バッファ部６８が連なる一方、該燃料ガス流路６６の出口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス出口バッファ部７０が連なる。   A fuel gas inlet buffer portion 68 is located outside the power generation region at the inlet side end of the fuel gas channel 66, while an outlet side end portion of the fuel gas channel 66 is located outside the power generation region. And the fuel gas outlet buffer unit 70 is connected.

燃料ガス入口バッファ部６８と燃料ガス入口連通孔４４との間には、第２セパレータ３６を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス供給孔部７２ａが設けられる。燃料ガス入口連通孔４４を矢印Ａ１側から矢印Ａ２側へと流通する燃料ガスは、燃料ガス供給孔部７２ａを、矢印Ａ２側から矢印Ａ１側へと流通して燃料ガス入口バッファ部６８へと流入する。   A plurality of fuel gas supply hole portions 72a penetrating the second separator 36 in the thickness direction are provided between the fuel gas inlet buffer portion 68 and the fuel gas inlet communication hole 44. The fuel gas flowing through the fuel gas inlet communication hole 44 from the arrow A1 side to the arrow A2 side flows through the fuel gas supply hole portion 72a from the arrow A2 side to the arrow A1 side to the fuel gas inlet buffer portion 68. Inflow.

燃料ガス出口バッファ部７０と燃料ガス出口連通孔４２との間には、第２セパレータ３６を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられる。燃料ガス流路６６を流通して燃料ガス出口バッファ部７０に流入した燃料ガスは、燃料ガス排出孔部７２ｂを矢印Ａ１側から矢印Ａ２側へと流通して、燃料ガス出口連通孔４２を矢印Ａ２側から矢印Ａ１側へと流通する。第２セパレータ３６の面３６ａには、燃料ガス流路６６、燃料ガス入口バッファ部６８、燃料ガス出口バッファ部７０、燃料ガス供給孔部７２ａ、燃料ガス排出孔部７２ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材７３が設けられている。   A plurality of fuel gas discharge holes 72b penetrating the second separator 36 in the thickness direction are provided between the fuel gas outlet buffer portion 70 and the fuel gas outlet communication hole 42. The fuel gas flowing through the fuel gas flow path 66 and flowing into the fuel gas outlet buffer portion 70 flows through the fuel gas discharge hole portion 72b from the arrow A1 side to the arrow A2 side, and flows through the fuel gas outlet communication hole 42 in the arrow direction. It flows from the A2 side to the arrow A1 side. The surface 36a of the second separator 36 integrally surrounds the fuel gas passage 66, the fuel gas inlet buffer portion 68, the fuel gas outlet buffer portion 70, the fuel gas supply hole portion 72a, and the fuel gas discharge hole portion 72b. A seal member 73 that seals the inside with the outside in the surface direction is provided.

図５に示すように、第２セパレータ３６の矢印Ａ２側の面３６ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていることを除いて、第１セパレータ３２の矢印Ａ２側の面３２ｂ（図４参照）と同様に構成することができる。すなわち、第２セパレータ３６の面３６ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する酸化剤ガス流路５６が設けられる。また、第２セパレータ３６の面３６ｂには、酸化剤ガス入口バッファ部５８と、酸化剤ガス出口バッファ部６０と、入口連結溝６２ａと、出口連結溝６２ｂと、シール部材６３とが形成される。第２セパレータ３６の面３６ｂ側では、燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂの各々と、酸化剤ガス入口バッファ部５８及び酸化剤ガス出口バッファ部６０とがシール部材６３、７１等によって遮断されている。   As shown in FIG. 5, the surface 36b of the second separator 36 on the arrow A2 side is provided with a fuel gas supply hole 72a and a fuel gas discharge hole 72b surrounded by a seal member 71. It can be configured in the same manner as the surface 32b (see FIG. 4) on the arrow A2 side of the first separator 32. That is, the surface 36 b of the second separator 36 is provided with the oxidant gas flow path 56 that communicates with the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46. Further, an oxidant gas inlet buffer portion 58, an oxidant gas outlet buffer portion 60, an inlet connecting groove 62a, an outlet connecting groove 62b, and a seal member 63 are formed on the surface 36b of the second separator 36. .. On the surface 36b side of the second separator 36, the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b, the oxidant gas inlet buffer portion 58, and the oxidant gas outlet buffer portion 60 are sealed by the seal members 63, 71 and the like. Is blocked by.

図３に示すように、第３セパレータ３８の矢印Ａ１側の面３８ａは、第２セパレータ３６の矢印Ａ１側の面３６ａと同様に構成することができる。すなわち、第３セパレータ３８の面３８ａには、燃料ガス入口連通孔４４と燃料ガス出口連通孔４２とに連通する燃料ガス流路６６が設けられる。また、第３セパレータ３８の面３８ａには、燃料ガス入口バッファ部６８と、燃料ガス出口バッファ部７０と、燃料ガス供給孔部７２ａと、燃料ガス排出孔部７２ｂと、シール部材７３とが形成される。   As shown in FIG. 3, the surface 38a of the third separator 38 on the arrow A1 side can be configured similarly to the surface 36a of the second separator 36 on the arrow A1 side. That is, the surface 38 a of the third separator 38 is provided with the fuel gas passage 66 that communicates with the fuel gas inlet communication hole 44 and the fuel gas outlet communication hole 42. Further, a fuel gas inlet buffer portion 68, a fuel gas outlet buffer portion 70, a fuel gas supply hole portion 72a, a fuel gas discharge hole portion 72b, and a seal member 73 are formed on the surface 38a of the third separator 38. To be done.

図６に示すように、第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていることを除いて、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａ（図３参照）と同様に構成することができる。すなわち、第３セパレータ３８の面３８ｂには、冷却媒体流路５２と、入口連結溝５４ａと、出口連結溝５４ｂと、シール部材５５とが設けられる。第３セパレータ３８の面３８ｂ側では、燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂの各々と、冷却媒体流路５２、入口連結溝５４ａ及び出口連結溝５４ｂとがシール部材５５、７１等によって遮断されている。   As shown in FIG. 6, the surface 38b on the arrow A2 side of the third separator 38 is provided with a fuel gas supply hole 72a and a fuel gas discharge hole 72b surrounded by a seal member 71, except that It can be configured in the same manner as the surface 32a (see FIG. 3) on the arrow A1 side of the first separator 32. That is, the surface 38b of the third separator 38 is provided with the cooling medium flow path 52, the inlet connection groove 54a, the outlet connection groove 54b, and the seal member 55. On the surface 38b side of the third separator 38, the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b, the cooling medium flow passage 52, the inlet connection groove 54a, and the outlet connection groove 54b are sealed by the seal members 55, 71, etc. Is blocked by.

図２に示すように、互いに隣接する第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂの冷却媒体流路５２と、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａの冷却媒体流路５２とが対向して、その内部を冷却媒体が流通可能となっている。   As shown in FIG. 2, the cooling medium channel 52 on the surface 38b on the arrow A2 side of the third separator 38 and the cooling medium channel 52 on the surface 32a on the arrow A1 side of the first separator 32 which are adjacent to each other face each other. The cooling medium can be circulated in the inside.

各セパレータの両面には、該各セパレータの外周端縁部を周回する不図示の弾性体からなるシール部材がそれぞれ一体成形される。   On both sides of each separator, a sealing member made of an elastic body (not shown) that surrounds the outer peripheral edge of each separator is integrally formed.

図３、図７及び図８に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ３４は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）８０の外周に樹脂枠部材８２が接合されて構成される。図８に示すように、電解質膜・電極構造体８０は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）８４を備える。なお、電解質膜８４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。電解質膜８４は、カソード電極８６及びアノード電極８８により挟持される。   As shown in FIGS. 3, 7 and 8, the MEA 34 with a resin frame is configured by bonding a resin frame member 82 to the outer periphery of an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 80. As shown in FIG. 8, the electrolyte membrane / electrode structure 80 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, also simply referred to as an electrolyte membrane) 84 that is a thin film of perfluorosulfonic acid containing water. The electrolyte membrane 84 may use an HC (hydrocarbon) -based electrolyte instead of a fluorine-based electrolyte. The electrolyte membrane 84 is sandwiched between the cathode electrode 86 and the anode electrode 88.

電解質膜・電極構造体８０は、カソード電極８６の平面寸法がアノード電極８８及び電解質膜８４の平面寸法よりも小さい段差型ＭＥＡを構成している。なお、カソード電極８６、アノード電極８８及び電解質膜８４は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極８８は、カソード電極８６及び電解質膜８４よりも小さな平面寸法を有してもよい。   The electrolyte membrane / electrode structure 80 constitutes a stepped MEA in which the planar dimensions of the cathode electrode 86 are smaller than the planar dimensions of the anode electrode 88 and the electrolyte membrane 84. The cathode electrode 86, the anode electrode 88, and the electrolyte membrane 84 may have the same plane size. Further, the anode electrode 88 may have a planar dimension smaller than that of the cathode electrode 86 and the electrolyte membrane 84.

カソード電極８６は、電解質膜８４の一端側（矢印Ａ１側）の面８４ａに接合される第１電極触媒層９０と、該第１電極触媒層９０に積層される第１ガス拡散層９２とを有する。第１電極触媒層９０は、第１ガス拡散層９２よりも大きな平面寸法であり、第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａから外方に突出する外周露呈部９０ａを有する。また、第１電極触媒層９０は、電解質膜８４よりも小さな平面寸法である。   The cathode electrode 86 includes a first electrode catalyst layer 90 joined to a surface 84a on one end side (arrow A1 side) of the electrolyte membrane 84, and a first gas diffusion layer 92 laminated on the first electrode catalyst layer 90. Have. The first electrode catalyst layer 90 has a plane dimension larger than that of the first gas diffusion layer 92, and has an outer peripheral exposed portion 90a protruding outward from the outer peripheral end surface 92a of the first gas diffusion layer 92. The first electrode catalyst layer 90 has a plane dimension smaller than that of the electrolyte membrane 84.

アノード電極８８は、電解質膜８４の他端側（矢印Ａ２側）の面８４ｂに接合される第２電極触媒層９４と、該第２電極触媒層９４に積層される第２ガス拡散層９６とを有する。第２電極触媒層９４及び第２ガス拡散層９６は、同一の平面寸法を有するとともに、電解質膜８４と同一（又は同一未満）の平面寸法に設定される。   The anode electrode 88 includes a second electrode catalyst layer 94 joined to the other end side (arrow A2 side) surface 84b of the electrolyte membrane 84, and a second gas diffusion layer 96 laminated on the second electrode catalyst layer 94. Have. The second electrode catalyst layer 94 and the second gas diffusion layer 96 have the same plane dimension and are set to the same plane dimension (or less than the same) as the electrolyte membrane 84.

第１電極触媒層９０は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層９２の表面に一様に塗布して形成される。第２電極触媒層９４は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層９６の表面に一様に塗布して形成される。   The first electrode catalyst layer 90 is formed, for example, by uniformly coating the surface of the first gas diffusion layer 92 with porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface together with the ion conductive polymer binder. The second electrode catalyst layer 94 is formed, for example, by uniformly coating the surface of the second gas diffusion layer 96 with porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface together with the ion conductive polymer binder.

第１ガス拡散層９２及び第２ガス拡散層９６は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等の導電性多孔質体から形成される。第２ガス拡散層９６の平面寸法は、第１ガス拡散層９２の平面寸法よりも大きく設定される。なお、第１ガス拡散層９２及び第２ガス拡散層９６を構成する導電性多孔質体には、例えば、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等からなる撥水性樹脂を含有させる撥水処理が施されていてもよい。   The first gas diffusion layer 92 and the second gas diffusion layer 96 are formed of a conductive porous body such as carbon paper or carbon cloth. The plane dimension of the second gas diffusion layer 96 is set larger than the plane dimension of the first gas diffusion layer 92. The electrically conductive porous body forming the first gas diffusion layer 92 and the second gas diffusion layer 96 contains a water repellent resin such as FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer). Water repellent treatment may be applied.

樹脂枠部材８２は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等の樹脂材から構成される。この樹脂材は、例えば、フィルム等により構成してもよい。   The resin frame member 82 is, for example, PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyether sulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), It is composed of a resin material such as silicone resin, fluororesin, m-PPE (modified polyphenylene ether resin), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate) or modified polyolefin. This resin material may be composed of, for example, a film.

図３に示すように、樹脂枠部材８２は枠形状であり、酸化剤ガス入口連通孔４０を含む連通孔４０、４２、４４、４６、４８、５０からなる連通孔群の内側に配置され、各連通孔４０、４２、４４、４６、４８、５０が形成されない。また、図８に示すように、樹脂枠部材８２は、外周端８２ａ（図７参照）からその内側に所定の長さに亘って外周縁部８２ｂが設けられ、該外周縁部８２ｂからさらに内側に内側膨出部８２ｃが設けられる。   As shown in FIG. 3, the resin frame member 82 has a frame shape and is arranged inside a communication hole group including the communication holes 40, 42, 44, 46, 48, 50 including the oxidant gas inlet communication hole 40. The communication holes 40, 42, 44, 46, 48, 50 are not formed. Further, as shown in FIG. 8, the resin frame member 82 is provided with an outer peripheral edge portion 82b over a predetermined length from the outer peripheral edge 82a (see FIG. 7), and further inside from the outer peripheral edge portion 82b. An inner bulging portion 82c is provided at the inner side.

内側膨出部８２ｃは、外周縁部８２ｂの内周端から内側に向かって第１段差面８２ｄを介して延在する棚部８２ｅと、該棚部８２ｅの内周端から内側に向かって第２段差面８２ｆを介して延在する薄肉部８２ｇとが設けられる。棚部８２ｅは、外周縁部８２ｂより薄肉であり、薄肉部８２ｇは、棚部８２ｅより薄肉である。また、第１段差面８２ｄ、棚部８２ｅ、第２段差面８２ｆ及び薄肉部８２ｇは、樹脂枠部材８２の全周に亘って設けられている。棚部８２ｅの矢印Ａ２側の面８２ｅａには、電解質膜８４の面８４ｂの外周縁部が当接する。薄肉部８２ｇの内周端には、第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａに対向する土手部８２ｈが全周に亘って設けられる。また、薄肉部８２ｇの、土手部８２ｈと第２段差面８２ｆとの間には溝部８２ｈａが設けられる。   The inner bulging portion 82c includes a shelf portion 82e that extends inward from the inner peripheral edge of the outer peripheral edge portion 82b via a first step surface 82d, and a shelf portion 82e that extends inward from the inner peripheral edge of the shelf portion 82e. A thin portion 82g extending through the two-step surface 82f is provided. The shelf portion 82e is thinner than the outer peripheral edge portion 82b, and the thin portion 82g is thinner than the shelf portion 82e. The first step surface 82d, the shelf 82e, the second step surface 82f, and the thin portion 82g are provided over the entire circumference of the resin frame member 82. The outer peripheral edge portion of the surface 84b of the electrolyte membrane 84 contacts the surface 82ea of the shelf portion 82e on the arrow A2 side. A bank portion 82h facing the outer peripheral exposed portion 90a of the first electrode catalyst layer 90 is provided at the inner peripheral end of the thin portion 82g over the entire circumference. Further, a groove portion 82ha is provided between the bank portion 82h and the second step surface 82f of the thin portion 82g.

電解質膜８４の面８４ａの溝部８２ｈａに臨む部分及び第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａには、該外周露呈部９０ａを周回するように接着剤９８ａが充填されて接着部９８が設けられる。この接着部９８は、樹脂枠部材８２の内周端面８２ｉと第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａとの間にも満たされる。接着剤９８ａとしては、例えば、フッ素樹脂系、シリコーン樹脂系、エポキシ樹脂系等を好適に用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。また、接着剤９８ａは、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されるものではない。   A portion of the surface 84a of the electrolyte membrane 84 facing the groove 82ha and the outer peripheral exposed portion 90a of the first electrode catalyst layer 90 are filled with an adhesive 98a so as to circulate the outer peripheral exposed portion 90a, and an adhesive portion 98 is provided. .. The adhesive portion 98 is also filled between the inner peripheral end surface 82i of the resin frame member 82 and the outer peripheral end surface 92a of the first gas diffusion layer 92. As the adhesive 98a, for example, a fluororesin type, a silicone resin type, an epoxy resin type and the like can be preferably used, but the adhesive 98a is not particularly limited thereto. The adhesive 98a is not limited to liquid, solid, thermoplastic, thermosetting, or the like.

樹脂枠部材８２と第２ガス拡散層９６の外周縁部とは、接着樹脂を用いた第１接合部１００により一体化される。図７に示すように、第１接合部１００は、第２ガス拡散層９６の外周縁部を周回するように設けられる。図８に示すように、第１接合部１００は、例えば、樹脂枠部材８２に対して、その外周縁部８２ｂの内側端部を周回し且つ矢印Ａ２側に突出するように一体成形された樹脂突起部１００ａを加熱変形させて構成することができる。この第１接合部１００は、第１樹脂含浸部１００ｂと、第１溶融凝固部１００ｃとから形成される。   The resin frame member 82 and the outer peripheral edge portion of the second gas diffusion layer 96 are integrated by the first joint portion 100 using an adhesive resin. As shown in FIG. 7, the first joint portion 100 is provided so as to surround the outer peripheral edge portion of the second gas diffusion layer 96. As shown in FIG. 8, for example, the first joint portion 100 is integrally molded with the resin frame member 82 so as to circulate the inner end portion of the outer peripheral edge portion 82b and project toward the arrow A2 side. The protrusion 100a can be heated and deformed. The first joining portion 100 is formed of a first resin impregnated portion 100b and a first melting and solidifying portion 100c.

第１樹脂含浸部１００ｂは、溶融した樹脂突起部１００ａを、第２ガス拡散層９６の外周縁部に含浸させることで形成される。第１溶融凝固部１００ｃは、互いに離間して配置された樹脂枠部材８２の第１段差面８２ｄと、電解質膜８４及びアノード電極８８の外周端面１０１との間に、溶融させた樹脂突起部１００ａを流入させて凝固させることで形成される。図８では、第１溶融凝固部１００ｃと一体化した棚部８２ｅの表面及び第１段差面８２ｄを二点鎖線で示す。   The first resin impregnated portion 100b is formed by impregnating the outer peripheral edge portion of the second gas diffusion layer 96 with the molten resin protrusion portion 100a. The first melting and solidifying portion 100c is formed by melting the resin protrusion 100a between the first step surface 82d of the resin frame member 82 and the outer peripheral end surface 101 of the electrolyte membrane 84 and the anode electrode 88, which are spaced apart from each other. Is formed by inflowing and solidifying. In FIG. 8, the surface of the shelf portion 82e integrated with the first melting and solidifying portion 100c and the first step surface 82d are indicated by a two-dot chain line.

第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａ及び第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａを周回するように接着部９８が設けられることや、第２ガス拡散層９６の外周縁部を周回するように第１接合部１００が設けられることにより、カソード電極８６及びアノード電極８８間のクロスリーク等が防止されている。   The adhesive portion 98 is provided so as to circulate the outer peripheral exposed portion 90a of the first electrode catalyst layer 90 and the outer peripheral end surface 92a of the first gas diffusion layer 92, and the outer peripheral edge portion of the second gas diffusion layer 96 is circulated. By providing the first bonding portion 100 in the, the cross leak between the cathode electrode 86 and the anode electrode 88 is prevented.

図３に示すように、樹脂枠部材８２のカソード電極８６側（矢印Ａ１側）の面８２ｊには、酸化剤ガス入口バッファ部１０２ａ及び酸化剤ガス出口バッファ部１０２ｂが設けられる。樹脂枠部材８２のアノード電極８８側（矢印Ａ２側）の面８２ｋには、図７に示すように、燃料ガス入口バッファ部１０４ａ及び燃料ガス出口バッファ部１０４ｂが設けられる。   As shown in FIG. 3, an oxidant gas inlet buffer portion 102a and an oxidant gas outlet buffer portion 102b are provided on a surface 82j of the resin frame member 82 on the cathode electrode 86 side (arrow A1 side). As shown in FIG. 7, a fuel gas inlet buffer portion 104a and a fuel gas outlet buffer portion 104b are provided on a surface 82k of the resin frame member 82 on the anode electrode 88 side (arrow A2 side).

図２に示すように、第１端部発電ユニット１６は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、ダミー第１セパレータ１０５と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第２セパレータ１０８と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第３セパレータ３８とが、この順に積層されて構成される。   As shown in FIG. 2, the first end power generation unit 16 includes a dummy first separator 105, a resin frame-equipped dummy structure 106, a dummy second separator 108, in the direction from the arrow A1 side to the arrow A2 side. The MEA 34 with a resin frame and the third separator 38 are laminated in this order.

図２〜図４に示すように、ダミー第１セパレータ１０５は、第１セパレータ３２と同様に構成されている。ダミー第１セパレータ１０５の一端側（矢印Ａ１側）の面１０５ａには冷却媒体流路５２が設けられる。また、ダミー第１セパレータ１０５の他端側（矢印Ａ２側）の面１０５ｂと樹脂枠付きダミー構造体１０６の一端側（矢印Ａ１側）との間には、酸化剤ガス流路５６に対応する第１空間１０９が設けられる。第１空間１０９は、入口連結溝６２ａ及び出口連結溝６２ｂ内に形成された連通路１２５を介して、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する。このため、酸化剤ガス流路５６と同様に酸化剤ガスが流通可能となっている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the dummy first separator 105 is configured similarly to the first separator 32. The cooling medium flow path 52 is provided on the surface 105a on one end side (arrow A1 side) of the first dummy separator 105. Further, between the surface 105b on the other end side (arrow A2 side) of the dummy first separator 105 and one end side (arrow A1 side) of the resin frame dummy structure 106 corresponds to the oxidant gas flow path 56. A first space 109 is provided. The first space 109 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46 via a communication passage 125 formed in the inlet connection groove 62a and the outlet connection groove 62b. Therefore, the oxidant gas can be circulated as in the oxidant gas flow path 56.

図９及び図１０に示すように、樹脂枠付きダミー構造体１０６は、ダミー構造体１１０の外周にダミー樹脂枠部材１１１が接合されて構成される。図１０及び図１１に示すように、ダミー構造体１１０は、平面寸法（表面積／外形寸法）がそれぞれ異なる３枚の第１導電性多孔質体１１２と、第２導電性多孔質体１１４と、第３導電性多孔質体１１６とを、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かってこの順に積層して構成される。   As shown in FIGS. 9 and 10, the dummy structure 106 with a resin frame is configured by bonding a dummy resin frame member 111 to the outer periphery of the dummy structure 110. As shown in FIGS. 10 and 11, the dummy structure 110 includes three first conductive porous bodies 112, two second conductive porous bodies 114 having different plane dimensions (surface area / outside dimensions). The third conductive porous body 116 is laminated in this order from the arrow A1 side toward the arrow A2 side.

平面寸法の大きさの関係は、第１導電性多孔質体１１２＜第２導電性多孔質体１１４＜第３導電性多孔質体１１６となっている。このため、図１０に示すように、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部には、全周に亘って第２導電性多孔質体１１４の外周端面１１４ａよりも外方に突出する外周露呈部１１６ａが設けられる。第２導電性多孔質体１１４の外周縁部には、全周に亘って第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａよりも外方に突出する外周露呈部１１４ｂが設けられる。   The relationship of the plane dimensions is as follows: first conductive porous body 112 <second conductive porous body 114 <third conductive porous body 116. For this reason, as shown in FIG. 10, the outer peripheral edge of the third conductive porous body 116 has an outer periphery that projects outwardly beyond the outer peripheral end surface 114a of the second conductive porous body 114 over the entire periphery. The exposed portion 116a is provided. The outer peripheral edge portion of the second conductive porous body 114 is provided with an outer peripheral exposed portion 114b that projects outward from the outer peripheral end surface 112a of the first conductive porous body 112 over the entire circumference.

ダミー構造体１１０のうち、第２導電性多孔質体１１４又は第３導電性多孔質体１１６には、上記の撥水処理が施されている。この撥水処理を除いて、第１導電性多孔質体１１２と第２導電性多孔質体１１４と第３導電性多孔質体１１６は同じ材料からなるとともに、第１ガス拡散層９２又は第２ガス拡散層９６を構成する導電性多孔質体と同一の材料を用いて構成することができる。   In the dummy structure 110, the second conductive porous body 114 or the third conductive porous body 116 is subjected to the above water repellent treatment. Except for this water repellent treatment, the first conductive porous body 112, the second conductive porous body 114, and the third conductive porous body 116 are made of the same material, and the first gas diffusion layer 92 or the second conductive porous body is used. The gas diffusion layer 96 can be made of the same material as the conductive porous body.

また、本実施形態では、第１導電性多孔質体１１２、第２導電性多孔質体１１４、第３導電性多孔質体１１６のそれぞれの厚さを、第２ガス拡散層９６を構成する導電性多孔質体と同一の厚さに設定した。これによって、該導電性多孔質体の平面寸法を上記のように調整することで、ダミー構造体１１０をさらに容易に得ることができる。   In addition, in the present embodiment, the thickness of each of the first conductive porous body 112, the second conductive porous body 114, and the third conductive porous body 116 is set to the conductivity that constitutes the second gas diffusion layer 96. The thickness was set to be the same as that of the porous body. Thus, the dummy structure 110 can be obtained more easily by adjusting the plane size of the conductive porous body as described above.

図１０に示すように、積層された第１導電性多孔質体１１２と第２導電性多孔質体１１４は接着剤層１１８ａにより接合され、第２導電性多孔質体１１４と第３導電性多孔質体１１６は接着剤層１１８ｂにより接合されている。接着剤層１１８ａ、１１８ｂは、接着剤部９８と同様に、接着剤９８ａを使用してもよい。   As shown in FIG. 10, the stacked first conductive porous body 112 and second conductive porous body 114 are bonded by an adhesive layer 118a, and the second conductive porous body 114 and the third conductive porous body are joined together. The body 116 is joined by the adhesive layer 118b. For the adhesive layers 118a and 118b, the adhesive 98a may be used similarly to the adhesive portion 98.

図９及び図１０に示すように、ダミー樹脂枠部材１１１は、図７及び図８の樹脂枠付きＭＥＡ３４を構成する樹脂枠部材８２と同一の構成からなり、外周縁部８２ｂと、内側膨出部８２ｃとを有する。図１０に示すように、内側膨出部８２ｃの棚部８２ｅには、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａの矢印Ａ１側が当接する。溝部８２ｈａには、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａの矢印Ａ１側の一部と、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂの矢印Ａ１側の一部が臨む。土手部８２ｈの突出端面には、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂの矢印Ａ１側が当接する。   As shown in FIGS. 9 and 10, the dummy resin frame member 111 has the same configuration as the resin frame member 82 that configures the MEA 34 with a resin frame in FIGS. 7 and 8, and has an outer peripheral edge portion 82b and an inner bulge. And a portion 82c. As shown in FIG. 10, the arrow A1 side of the outer peripheral exposed portion 116a of the third conductive porous body 116 is in contact with the shelf portion 82e of the inner bulging portion 82c. A part of the outer peripheral exposed portion 116a of the third conductive porous body 116 on the arrow A1 side and a part of the outer peripheral exposed portion 114b of the second conductive porous body 114 on the arrow A1 side face the groove portion 82ha. The protruding end surface of the bank portion 82h is in contact with the arrow A1 side of the outer peripheral exposed portion 114b of the second conductive porous body 114.

矢印Ａ１、Ａ２方向において、第２導電性多孔質体１１４の外周端面１１４ａは、第３導電性多孔質体１１６と溝部８２ｈａとの間に配置される。ダミー樹脂枠部材１１１の内周端面８２ｉは、積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と垂直な方向において、第２導電性多孔質体１１４の外周端面１１４ａと、第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａとの間に位置する。ダミー樹脂枠部材１１１の内周端面８２ｉに、第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａが間隔を置いて臨む。第２段差面８２ｆの高さは、第２導電性多孔質体１１４の厚さよりも小さい。   The outer peripheral end surface 114a of the second conductive porous body 114 is arranged between the third conductive porous body 116 and the groove portion 82ha in the directions of the arrows A1 and A2. The inner peripheral end surface 82i of the dummy resin frame member 111 has the outer peripheral end surface 114a of the second conductive porous body 114 and the first conductive porous body 112 in the direction perpendicular to the stacking direction (arrows A1 and A2 directions). It is located between the outer peripheral end surface 112a. The outer peripheral end surface 112a of the first conductive porous body 112 faces the inner peripheral end surface 82i of the dummy resin frame member 111 with a space. The height of the second step surface 82f is smaller than the thickness of the second conductive porous body 114.

ダミー構造体１１０のうち、平面寸法が最大となる第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａと、ダミー樹脂枠部材１１１の棚部８２ｅの矢印Ａ２側の面８２ｅａとが第２接合部１２０（接合部）を介して接合されることで、樹脂枠付きダミー構造体１０６が構成される。図９に示すように、第２接合部１２０は、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部に対して、周方向に断続的に設けられる。なお、第２接合部１２０は、ダミー構造体１１０を周回するように形成されてもよい。   In the dummy structure 110, the outer peripheral exposed portion 116a of the third conductive porous body 116 having the largest planar dimension and the surface 82ea of the shelf 82e of the dummy resin frame member 111 on the arrow A2 side are the second joint portions. The dummy structure 106 with a resin frame is configured by being joined via 120 (joint portion). As shown in FIG. 9, the second joint portion 120 is intermittently provided in the circumferential direction with respect to the outer peripheral edge portion of the third conductive porous body 116. The second joint 120 may be formed so as to surround the dummy structure 110.

図１０に示すように、第２接合部１２０は、例えば、ダミー樹脂枠部材１１１に一体成形される樹脂突起部１２０ａを部分的に加熱変形させて構成することができる。この場合、第２接合部１２０は、第２樹脂含浸部１２０ｂと、第２溶融凝固部１２０ｃとから形成される。なお、樹脂突起部１２０ａのうち、第２接合部１２０を構成しない部分、換言すると、加熱変形させずに残存した部分は、機械加工等により除去してもよい。   As shown in FIG. 10, the second joint portion 120 can be formed by, for example, partially heating and deforming a resin protrusion 120a integrally formed with the dummy resin frame member 111. In this case, the 2nd junction part 120 is formed from the 2nd resin impregnation part 120b and the 2nd fusion solidification part 120c. It should be noted that a portion of the resin protrusion 120a that does not form the second joint portion 120, in other words, a portion that remains without being deformed by heating may be removed by machining or the like.

第２樹脂含浸部１２０ｂは、溶融した樹脂突起部１２０ａを、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部に含浸させることで形成される。第２溶融凝固部１２０ｃは、互いに離間して配置されたダミー樹脂枠部材１１１の第１段差面８２ｄと、第３導電性多孔質体１１６の外周端面１１６ｂとの間に、溶融させた樹脂突起部１２０ａを流入させて凝固させることで形成される。図１０では、第２溶融凝固部１２０ｃと一体化した棚部８２ｅの表面及び第１段差面８２ｄを二点鎖線で示す。なお、第１接合部１００及び第２接合部１２０は、接着部９８と同様に、接着剤９８ａを使用してもよい。   The second resin impregnated portion 120b is formed by impregnating the molten resin protrusion 120a into the outer peripheral edge of the third conductive porous body 116. The second melting and solidifying portion 120c is a resin protrusion that is melted between the first step surface 82d of the dummy resin frame member 111 and the outer peripheral end surface 116b of the third conductive porous body 116 that are arranged apart from each other. It is formed by allowing the portion 120a to flow in and solidify. In FIG. 10, the surface of the shelf portion 82e integrated with the second melting and solidifying portion 120c and the first step surface 82d are indicated by a two-dot chain line. Note that the first bonding portion 100 and the second bonding portion 120 may use the adhesive agent 98 a as in the bonding portion 98.

図２、図３及び図１２に示すように、ダミー第２セパレータ１０８は、燃料ガス供給孔部７２ａに代えて入口遮断部１２２ａが設けられ、燃料ガス排出孔部７２ｂに代えて出口遮断部１２２ｂが設けられていることを除いて第２セパレータ３６と同様に構成されている。つまり、ダミー第２セパレータ１０８の他端側（矢印Ａ２側）の面１０８ｂは、図４に示す第１セパレータ３２の他端側（矢印Ａ２側）の面３２ｂと同様に構成される。   As shown in FIGS. 2, 3 and 12, the dummy second separator 108 is provided with an inlet blocking portion 122a in place of the fuel gas supply hole portion 72a and an outlet blocking portion 122b in place of the fuel gas discharge hole portion 72b. The second separator 36 has the same structure as that of the second separator 36 except that is provided. That is, the surface 108b on the other end side (arrow A2 side) of the dummy second separator 108 is configured similarly to the surface 32b on the other end side (arrow A2 side) of the first separator 32 shown in FIG.

図２及び図４に示すように、ダミー第２セパレータ１０８の他端側（矢印Ａ２側）の面１０８ｂと樹脂枠付きＭＥＡ３４のカソード電極８６側（矢印Ａ１側）との間には、酸化剤ガス流路５６が設けられる。   As shown in FIGS. 2 and 4, an oxidizing agent is provided between the surface 108b on the other end side (arrow A2 side) of the dummy second separator 108 and the cathode electrode 86 side (arrow A1 side) of the MEA 34 with a resin frame. A gas flow path 56 is provided.

図２及び図１２に示すように、ダミー第２セパレータ１０８の一端側（矢印Ａ１側）の面１０８ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の他端側（第３導電性多孔質体１１６側、矢印Ａ２側）との間には、燃料ガス流路６６に対応する第２空間１２６が設けられる。第２空間１２６は、入口遮断部１２２ａにより、燃料ガス入口連通孔４４と遮断されるとともに、出口遮断部１２２ｂにより、燃料ガス出口連通孔４２とを遮断される。つまり、入口遮断部１２２ａ及び出口遮断部１２２ｂ（以下、これらを総称して遮断部ともいう）により、第２空間１２６に燃料ガスが流れることが規制されるため、該第２空間１２６の内部には断熱空間が形成される。   As shown in FIGS. 2 and 12, one end side (arrow A1 side) surface 108a of the dummy second separator 108 and the other end side (third conductive porous body 116 side, arrow) of the resin frame dummy structure 106. A second space 126 corresponding to the fuel gas passage 66 is provided between the second space 126 and the A2 side). The second space 126 is blocked from the fuel gas inlet communication hole 44 by the inlet blocking portion 122a, and is blocked from the fuel gas outlet communication hole 42 by the outlet blocking portion 122b. That is, the flow of the fuel gas into the second space 126 is restricted by the inlet blocking portion 122a and the outlet blocking portion 122b (hereinafter, these are also collectively referred to as a blocking portion). A heat insulating space is formed.

なお、入口遮断部１２２ａ及び出口遮断部１２２ｂの何れか一方のみを設けることによって、第２空間１２６に燃料ガスが流れることを規制し、断熱空間を形成してもよい。また、遮断部は、例えば、燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂ（図３参照）を、予めダミー第２セパレータ１０８に貫通形成しないことで構成することや、貫通形成した後に閉塞することで構成することが可能である。ダミー第２セパレータ１０８の面１０８ａには、第２空間１２６を囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材１２７が設けられている。   In addition, by providing only one of the inlet blocking section 122a and the outlet blocking section 122b, it is possible to regulate the flow of the fuel gas into the second space 126 and form the heat insulating space. In addition, the cutoff portion may be formed by, for example, not forming the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b (see FIG. 3) in the dummy second separator 108 in advance, or blocking after forming the through hole. It is possible to configure by doing. The surface 108a of the dummy second separator 108 is provided with a seal member 127 that surrounds the second space 126 and seals the inside thereof with the outside in the surface direction.

上記のようにダミー第１セパレータ１０５とダミー第２セパレータ１０８とで挟まれたダミー構造体１１０（樹脂枠付きダミー構造体１０６）では、その第１導電性多孔質体１１２側に第１空間１０９が設けられ、第３導電性多孔質体１１６側に第２空間１２６が設けられている。   In the dummy structure 110 (dummy structure 106 with a resin frame) sandwiched between the dummy first separator 105 and the dummy second separator 108 as described above, the first space 109 is provided on the first conductive porous body 112 side. And the second space 126 is provided on the third conductive porous body 116 side.

図２に示すように、第１ダミーセル１８は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、ダミー第１セパレータ１０５（ダミーセパレータ）と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第２セパレータ１０８（ダミーセパレータ）と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第３セパレータ１３０（ダミーセパレータ）とが、この順に積層されて構成される。   As shown in FIG. 2, the first dummy cell 18 includes a dummy first separator 105 (dummy separator), a resin frame dummy structure 106, and a dummy second separator 108 (from the arrow A1 side to the arrow A2 side). The dummy separator), the dummy structure 106 with a resin frame, and the dummy third separator 130 (dummy separator) are stacked in this order.

図２、図３、図６に示すように、ダミー第３セパレータ１３０の他端側（矢印Ａ２側）の面１３０ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていないことを除いて、第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂと同様に構成することができる。換言すると、ダミー第３セパレータ１３０の面１３０ｂは、第１セパレータ３２の一端側（矢印Ａ１側）の面３２ａと同様に構成される。また、図２及び図１２に示すように、ダミー第３セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａは、ダミー第２セパレータ１０８の矢印Ａ１側の面１０８ａと同様に構成される。   As shown in FIGS. 2, 3, and 6, the surface 130b of the dummy third separator 130 on the other end side (arrow A2 side) has a fuel gas supply hole 72a and a fuel gas discharge hole surrounded by a seal member 71. It can be configured in the same manner as the surface 38b on the arrow A2 side of the third separator 38, except that the portion 72b is not provided. In other words, the surface 130b of the dummy third separator 130 is configured similarly to the surface 32a of the first separator 32 on the one end side (arrow A1 side). Further, as shown in FIGS. 2 and 12, the surface 130a of the dummy third separator 130 on the arrow A1 side is configured in the same manner as the surface 108a of the dummy second separator 108 on the arrow A1 side.

図２に示すように、ダミー第３セパレータ１３０の矢印Ａ２側の面１３０ｂと第１端部発電ユニット１６のダミー第１セパレータ１０５との間に、冷却媒体流路５２が設けられる。図２及び図１２に示すように、ダミー第３セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間に、燃料ガス流路６６に対応する第２空間１２６が設けられる。さらに、第１ダミーセル１８では、ダミー第２セパレータ１０８の矢印Ａ１側の面１０８ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側との間にも第２空間１２６が設けられている。   As shown in FIG. 2, the cooling medium passage 52 is provided between the surface 130b of the dummy third separator 130 on the arrow A2 side and the dummy first separator 105 of the first end power generation unit 16. As shown in FIGS. 2 and 12, between the surface 130a of the dummy third separator 130 on the arrow A1 side and the third conductive porous body 116 side of the resin frame dummy structure 106 (arrow A2 side), A second space 126 corresponding to the fuel gas passage 66 is provided. Further, in the first dummy cell 18, the second space 126 is also provided between the surface 108 a of the dummy second separator 108 on the arrow A 1 side and the third conductive porous body 116 side of the resin frame dummy structure 106. ing.

また、第１ダミーセル１８では、ダミー第１セパレータ１０５の矢印Ａ２側の面１０５ｂと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第１導電性多孔質体１１２側との間、及びダミー第２セパレータ１０８の矢印Ａ２側の面１０８ｂと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第１導電性多孔質体１１２側との間にそれぞれ第１空間１０９が形成されている。   Further, in the first dummy cell 18, between the surface 105b of the dummy first separator 105 on the arrow A2 side and the first conductive porous body 112 side of the resin frame dummy structure 106, and the arrow of the dummy second separator 108. A first space 109 is formed between the surface 108b on the A2 side and the first conductive porous body 112 side of the dummy structure 106 with a resin frame.

第２ダミーセル２０は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、ダミー第１セパレータ１０５、樹脂枠付きダミー構造体１０６、ダミー第３セパレータ１３０の順に積層される。このため、第２ダミーセル２０では、ダミー第１セパレータ１０５の矢印Ａ２側の面１０５ｂと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第１導電性多孔質体１１２側（矢印Ａ１側）との間に第１空間１０９が設けられる。また、ダミー第３セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間に第２空間１２６が設けられる。第３ダミーセル２４は、第２ダミーセル２０と同様に構成される。   In the second dummy cell 20, the dummy first separator 105, the resin frame-equipped dummy structure 106, and the dummy third separator 130 are sequentially stacked from the arrow A1 side toward the arrow A2 side. Therefore, in the second dummy cell 20, the first dummy separator 105 has a first surface 105b on the arrow A2 side and a first conductive porous body 112 side (arrow A1 side) on the resin frame dummy structure 106. A space 109 is provided. Further, the second space 126 is provided between the surface 130a of the dummy third separator 130 on the arrow A1 side and the third conductive porous body 116 side of the resin frame-equipped dummy structure 106 (arrow A2 side). The third dummy cell 24 is configured similarly to the second dummy cell 20.

第２端部発電ユニット２２は、矢印Ａ１側からＡ２側に向かって、第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、ダミー第２セパレータ１０８と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第３セパレータ１３０とが、この順に積層されて構成される。このため、第２端部発電ユニット２２では、ダミー第２セパレータ１０８の矢印Ａ２側の面１０８ｂと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第１導電性多孔質体１１２側との間に第１空間１０９が形成される。   The second end power generation unit 22 includes a first separator 32, a resin frame-equipped MEA 34, a dummy second separator 108, a resin frame-equipped dummy structure 106, and a dummy third unit 32 from the arrow A1 side toward the A2 side. The separator 130 is laminated in this order. Therefore, in the second end power generation unit 22, the first space 109 is provided between the surface 108b of the dummy second separator 108 on the arrow A2 side and the resin frame-equipped dummy structure 106 on the first conductive porous body 112 side. Is formed.

また、ダミー第３セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側との間に第２空間１２６が形成される。   In addition, the second space 126 is formed between the surface 130a of the dummy third separator 130 on the arrow A1 side and the third conductive porous body 116 side of the resin frame dummy structure 106.

ターミナルプレート２６ａ、２６ｂは、電気導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。図１に示すように、ターミナルプレート２６ａ、２６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部１３２ａ、１３２ｂがそれぞれ設けられる。   The terminal plates 26a and 26b are made of a material having electrical conductivity, and are made of a metal such as copper, aluminum or stainless steel. As shown in FIG. 1, terminal portions 132a and 132b that extend outward in the stacking direction are provided at approximately the center of the terminal plates 26a and 26b, respectively.

端子部１３２ａは、絶縁性筒体１３４ａに挿入されてインシュレータ２８ａの孔部１３６ａ及びエンドプレート３０ａの孔部１３８ａを貫通し、該エンドプレート３０ａの外部に突出する。端子部１３２ｂは、絶縁性筒体１３４ｂに挿入されてインシュレータ２８ｂの孔部１３６ｂ及びエンドプレート３０ｂの孔部１３８ｂを貫通し、該エンドプレート３０ｂの外部に突出する。   The terminal portion 132a is inserted into the insulating cylindrical body 134a, penetrates the hole portion 136a of the insulator 28a and the hole portion 138a of the end plate 30a, and projects to the outside of the end plate 30a. The terminal portion 132b is inserted into the insulating cylindrical body 134b, penetrates the hole portion 136b of the insulator 28b and the hole portion 138b of the end plate 30b, and projects to the outside of the end plate 30b.

インシュレータ２８ａ、２８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。インシュレータ２８ａ、２８ｂの中央部には、積層体１４に向かって開口される凹部１４０ａ、１４０ｂが形成され、該凹部１４０ａ、１４０ｂは、孔部１３６ａ、１３６ｂに連通する。   The insulators 28a and 28b are made of an insulating material such as polycarbonate (PC) or phenol resin. Recesses 140a and 140b opened toward the laminated body 14 are formed in the central portions of the insulators 28a and 28b, and the recesses 140a and 140b communicate with the holes 136a and 136b.

インシュレータ２８ａ及びエンドプレート３０ａには、反応ガス連通孔が設けられる。一方、インシュレータ２８ｂ及びエンドプレート３０ｂには、冷却媒体入口連通孔４８及び冷却媒体出口連通孔５０が設けられる。   A reaction gas communication hole is provided in the insulator 28a and the end plate 30a. On the other hand, a cooling medium inlet communication hole 48 and a cooling medium outlet communication hole 50 are provided in the insulator 28b and the end plate 30b.

凹部１４０ａには、ターミナルプレート２６ａ及び断熱体１４２が収容され、凹部１４０ｂには、ターミナルプレート２６ｂ及び断熱体１４２が収容される。断熱体１４２は、一対の電気伝導性を有する断熱プレート１４４間に電気伝導性を有する断熱部材１４６が挟持されて構成される。断熱プレート１４４は、例えば、平坦な形状を有する多孔性カーボンプレートで構成されるとともに、断熱部材１４６は、断面波板状の金属製のプレートで構成される。   The recess 140a accommodates the terminal plate 26a and the heat insulator 142, and the recess 140b accommodates the terminal plate 26b and the heat insulator 142. The heat insulator 142 is configured by sandwiching an electrically conductive heat insulating member 146 between a pair of electrically conductive heat insulating plates 144. The heat insulating plate 144 is, for example, a porous carbon plate having a flat shape, and the heat insulating member 146 is a metal plate having a corrugated cross section.

なお、断熱プレート１４４は、断熱部材１４６と同一の材料で構成してもよい。また、断熱体１４２は、１枚の断熱プレート１４４と１枚の断熱部材１４６とを備えてもよい。さらに、ターミナルプレート２６ａ、２６ｂと、インシュレータ２８ａ、２８ｂの凹部１４０ａ、１４０ｂの底部との間に、樹脂製スペーサ（不図示）を介装してもよい。   The heat insulating plate 144 may be made of the same material as the heat insulating member 146. Further, the heat insulating body 142 may include one heat insulating plate 144 and one heat insulating member 146. Further, a resin spacer (not shown) may be interposed between the terminal plates 26a, 26b and the bottoms of the recesses 140a, 140b of the insulators 28a, 28b.

燃料電池スタック１０は、基本的には上記のように構成される。以下、本実施形態に係るダミーセルの製造方法について、燃料電池スタック１０の第１ダミーセル１８を得る場合を例に挙げて説明する。   The fuel cell stack 10 is basically configured as described above. Hereinafter, the method for manufacturing the dummy cell according to the present embodiment will be described by taking the case of obtaining the first dummy cell 18 of the fuel cell stack 10 as an example.

先ず、第２導電性多孔質体１１４又は第３導電性多孔質体１１６に撥水処理を施す撥水処理工程を行う。撥水処理は、例えば、ＦＥＰの分散液に第２導電性多孔質体１１４又は第３導電性多孔質体１１６を含浸させた後、１２０℃で３０分間乾燥させることによって行うことができる。   First, a water repellent treatment step of performing a water repellent treatment on the second conductive porous body 114 or the third conductive porous body 116 is performed. The water repellent treatment can be performed, for example, by impregnating the FEP dispersion liquid with the second conductive porous body 114 or the third conductive porous body 116 and then drying at 120 ° C. for 30 minutes.

次に、図１１に示すように、第１導電性多孔質体１１２と、第２導電性多孔質体１１４と、第３導電性多孔質体１１６とを、各層間にスポット状に接着剤層１１８ａ又は接着剤層１１８ｂを設けつつ積層する第１積層工程を行う。これによってダミー構造体１１０を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 11, the first conductive porous body 112, the second conductive porous body 114, and the third conductive porous body 116 are spotted between respective layers in an adhesive layer. The first laminating step of laminating while providing 118a or the adhesive layer 118b is performed. Thereby, the dummy structure 110 can be obtained.

次に、図９及び図１０に示す通り、ダミー構造体１１０の外周を周回するようにダミー樹脂枠部材１１１を設けて、樹脂枠付きダミー構造体１０６を得る樹脂枠接合工程を行う。   Next, as shown in FIGS. 9 and 10, a dummy resin frame member 111 is provided so as to circulate around the outer periphery of the dummy structure 110, and a resin frame bonding step of obtaining the dummy structure with a resin frame 106 is performed.

具体的には、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａの矢印Ａ１側を、ダミー樹脂枠部材１１１の棚部８２ｅに重ね、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂをダミー樹脂枠部材１１１の溝部８２ｈａに臨ませ、第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａをダミー樹脂枠部材１１１の内周端面８２ｉに対向させる。この際、土手部８２ｈの突出端面には、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂの矢印Ａ１側が当接する。   Specifically, the arrow A1 side of the outer peripheral exposed portion 116a of the third conductive porous body 116 is overlapped with the shelf portion 82e of the dummy resin frame member 111, and the outer peripheral exposed portion 114b of the second conductive porous body 114 is formed. The outer peripheral end surface 112a of the first conductive porous body 112 is opposed to the inner peripheral end surface 82i of the dummy resin frame member 111 so as to face the groove portion 82ha of the dummy resin frame member 111. At this time, the protruding end surface of the bank portion 82h is in contact with the arrow A1 side of the outer peripheral exposed portion 114b of the second conductive porous body 114.

そして、ダミー樹脂枠部材１１１に設けられた樹脂突起部１２０ａを不図示の加熱装置により加熱しつつ荷重を付与して溶融変形させることで、第２樹脂含浸部１２０ｂ及び第２溶融凝固部１２０ｃからなる第２接合部１２０を上記の通り断続的に形成する。これによって、ダミー樹脂枠部材１１１の棚部８２ｅと、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部とを接合して樹脂枠付きダミー構造体１０６を得ることができる。   Then, the resin projection 120a provided on the dummy resin frame member 111 is heated by a heating device (not shown) and is melted and deformed by applying a load, so that the second resin-impregnated part 120b and the second melt-solidified part 120c are removed. The second joint portion 120 is formed intermittently as described above. Thereby, the shelf portion 82e of the dummy resin frame member 111 and the outer peripheral edge portion of the third conductive porous body 116 can be joined to each other to obtain the resin frame-equipped dummy structure 106.

上記のようにして２個の樹脂枠付きダミー構造体１０６を得た後、図２に示すように、ダミー第１セパレータ１０５、樹脂枠付きダミー構造体１０６、ダミー第２セパレータ１０８、樹脂枠付きダミー構造体１０６、ダミー第３セパレータ１３０をこの順に積層する第２積層工程を行う。これによって、第１ダミーセル１８を得ることができる。   After the two dummy structures 106 with a resin frame are obtained as described above, as shown in FIG. 2, the dummy first separator 105, the dummy structure 106 with a resin frame, the second dummy separator 108, and the resin frame A second stacking step of stacking the dummy structure 106 and the dummy third separator 130 in this order is performed. As a result, the first dummy cell 18 can be obtained.

なお、第２ダミーセル２０及び第３ダミーセル２４は、樹脂枠付きダミー構造体１０６をダミー第１セパレータ１０５とダミー第３セパレータ１３０で挟持することにより得ることができる。   The second dummy cell 20 and the third dummy cell 24 can be obtained by sandwiching the resin frame dummy structure 106 between the dummy first separator 105 and the dummy third separator 130.

上記のようにして得られる第１ダミーセル１８、第２ダミーセル２０及び第３ダミーセル２４を備える燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。先ず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート３０ａの酸化剤ガス入口連通孔４０に供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート３０ａの燃料ガス入口連通孔４４に供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート３０ｂの冷却媒体入口連通孔４８にそれぞれ供給される。   The operation of the fuel cell stack 10 including the first dummy cell 18, the second dummy cell 20, and the third dummy cell 24 obtained as described above will be described below. First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 of the end plate 30a. Fuel gas such as hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 44 of the end plate 30a. A cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 48 of the end plate 30b.

酸化剤ガス入口連通孔４０に供給された酸化剤ガスは、図４及び図５に示すように、入口連結溝６２ａの内部に形成された連通路１２５を介して酸化剤ガス流路５６及び第１空間１０９に流入する。これによって、酸化剤ガスが、各セパレータ及び各ダミーセパレータ（ダミー第１セパレータ１０５、ダミー第２セパレータ１０８、ダミー第３セパレータ１３０）の長手方向の矢印Ｂ１側からＢ２側に向かって移動しながら、電解質膜・電極構造体８０のカソード電極８６と、ダミー構造体１１０に供給される。   As shown in FIGS. 4 and 5, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 passes through the communication passage 125 formed inside the inlet connection groove 62a and the oxidant gas flow path 56 and the oxidant gas flow passage 56. It flows into one space 109. As a result, the oxidant gas moves from the arrow B1 side in the longitudinal direction of each separator and each dummy separator (dummy first separator 105, dummy second separator 108, dummy third separator 130) toward the B2 side, It is supplied to the cathode electrode 86 of the electrolyte membrane / electrode structure 80 and the dummy structure 110.

図３に示すように、燃料ガス入口連通孔４４に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給孔部７２ａを介して、第２セパレータ３６及び第３セパレータ３８の燃料ガス流路６６にそれぞれ流入する。これによって、燃料ガスが、各セパレータの長手方向の矢印Ｂ２側から１側に向かって移動しながら、電解質膜・電極構造体８０のアノード電極８８に供給される。一方、図１２に示すように、ダミー第２セパレータ１０８及びダミー第３セパレータ１３０の第２空間１２６は、入口遮断部１２２ａによって燃料ガスの流入が遮断される。   As shown in FIG. 3, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 44 flows into the fuel gas flow passages 66 of the second separator 36 and the third separator 38 via the fuel gas supply hole portion 72a. .. As a result, the fuel gas is supplied to the anode electrode 88 of the electrolyte membrane / electrode structure 80 while moving from the arrow B2 side in the longitudinal direction of each separator to the 1 side. On the other hand, as shown in FIG. 12, the inflow of the fuel gas in the second space 126 of the dummy second separator 108 and the dummy third separator 130 is blocked by the inlet blocking portion 122a.

上記のようにして反応ガスが供給された電解質膜・電極構造体８０では、各カソード電極８６に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極８８に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層９０及び第２電極触媒層９４内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   In the electrolyte membrane / electrode structure 80 supplied with the reaction gas as described above, the oxidant gas supplied to each cathode electrode 86 and the fuel gas supplied to each anode electrode 88 are the first electrode catalyst. Electric power is generated by being consumed by the electrochemical reaction in the layer 90 and the second electrode catalyst layer 94.

次いで、各カソード電極８６に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５６及び第１空間１０９のそれぞれから出口連結溝６２ｂの内部に形成された連通路１２５を介して酸化剤ガス出口連通孔４６に排出される。そして、エンドプレート３０ａの酸化剤ガス出口連通孔４６を介して燃料電池スタック１０の外部に排出される。   Next, the oxidant gas that is supplied to each cathode electrode 86 and partially consumed is passed from each of the oxidant gas flow path 56 and the first space 109 through the communication passage 125 formed inside the outlet connection groove 62b. And is discharged to the oxidant gas outlet communication hole 46. Then, the gas is discharged to the outside of the fuel cell stack 10 through the oxidant gas outlet communication hole 46 of the end plate 30a.

同様に、各アノード電極８８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス流路６６から燃料ガス排出孔部７２ｂの内部を介して燃料ガス出口連通孔４２に排出される。そして、エンドプレート３０ａの燃料ガス出口連通孔４２を介して燃料電池スタック１０の外部に排出される。   Similarly, the fuel gas supplied to each anode electrode 88 and partially consumed is discharged from the fuel gas passage 66 to the fuel gas outlet communication hole 42 through the inside of the fuel gas discharge hole portion 72b. Then, the gas is discharged to the outside of the fuel cell stack 10 through the fuel gas outlet communication hole 42 of the end plate 30a.

この際、第２空間１２６は、出口遮断部１２２ｂによって燃料ガス出口連通孔４２と遮断されている。このため、第２空間１２６には、上記の通り、入口遮断部１２２ａによって燃料ガスの流入が遮断されることに加えて、燃料ガス出口連通孔４２から燃料ガスが進入することも回避されている。その結果、第２空間１２６は、遮断部によって燃料ガスの流通が遮断され、これによって、断熱空間として機能する。   At this time, the second space 126 is blocked from the fuel gas outlet communication hole 42 by the outlet blocking portion 122b. For this reason, as described above, in addition to the inflow of the fuel gas being blocked by the inlet blocking portion 122a, the second space 126 is also prevented from entering the fuel gas from the fuel gas outlet communication hole 42. .. As a result, in the second space 126, the flow of the fuel gas is blocked by the blocking portion, and thus the second space 126 functions as a heat insulating space.

また、各冷却媒体入口連通孔４８に供給された冷却媒体は、互いに隣接するダミー第３セパレータ１３０と第１セパレータ３２間の冷却媒体流路５２、及び互いに隣接する第３セパレータ３８と第１セパレータ３２との間の冷却媒体流路５２に導入される。矢印Ｃ１側の各冷却媒体入口連通孔４８から導入された冷却媒体と、矢印Ｃ２側の冷却媒体入口連通孔４８から導入された冷却媒体は、互いに接近するように矢印Ｃ１、Ｃ２方向に沿って流通してから、矢印Ｂ２側に向かって流通し、電解質膜・電極構造体８０を冷却しながら、互いに離間するように矢印Ｃ１、Ｃ２方向に沿って流通し、各冷却媒体出口連通孔５０から排出される。   Further, the cooling medium supplied to each cooling medium inlet communication hole 48 includes the cooling medium flow path 52 between the dummy third separator 130 and the first separator 32 adjacent to each other, and the third separator 38 and the first separator adjacent to each other. It is introduced into the cooling medium flow path 52 between 32 and 32. The cooling medium introduced from each cooling medium inlet communication hole 48 on the arrow C1 side and the cooling medium introduced from the cooling medium inlet communication hole 48 on the arrow C2 side along the directions of the arrows C1 and C2 so as to approach each other. After flowing, it flows toward the arrow B2 side, cools the electrolyte membrane / electrode structure 80, flows along the directions of the arrows C1 and C2 so as to be separated from each other, and from each cooling medium outlet communication hole 50. Is discharged.

上記の通り、本実施形態に係る燃料電池スタック１０の各ダミーセルは、発電セル１２の電解質膜・電極構造体８０に対応してダミー構造体１１０を備える。つまり、各ダミーセルは、電解質膜８４や第１電極触媒層９０及び第２電極触媒層９４を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、各ダミーセル自体が断熱層として機能するとともに、各ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。   As described above, each dummy cell of the fuel cell stack 10 according to this embodiment includes the dummy structure 110 corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure 80 of the power generation cell 12. That is, since each dummy cell does not include the electrolyte membrane 84, the first electrode catalyst layer 90, and the second electrode catalyst layer 94, it does not generate power and water generated by power generation does not occur. Thereby, each dummy cell itself functions as a heat insulating layer, and it is possible to suppress the occurrence of dew condensation in each dummy cell.

このような第１ダミーセル１８及び第２ダミーセル２０を積層体１４の矢印Ａ１側の端部に配設し、第３ダミーセル２４を積層体１４の矢印Ａ２側の端部に配設することで、積層体１４の端部側の断熱性を高めることができる。このため、低温環境下においても、積層体１４の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制できる。   By disposing the first dummy cell 18 and the second dummy cell 20 as described above at the end of the stacked body 14 on the arrow A1 side and disposing the third dummy cell 24 at the end of the stacked body 14 on the arrow A2 side, The heat insulating property of the end portion side of the laminated body 14 can be improved. Therefore, even in a low temperature environment, the temperature of the end portion side of the laminated body 14 can be suppressed from being lower than that of the center side.

さらに、積層体１４の端部側の断熱性を高めることができるため、燃料電池スタック１０を氷点下環境で始動する場合であっても、積層体１４の全体を有効に昇温させることができる。これによって、積層体１４の端部側で生成水等が凍結して、電圧低下が生じることを抑制できる。   Further, since the heat insulating property on the end portion side of the stack 14 can be improved, the temperature of the stack 14 as a whole can be effectively raised even when the fuel cell stack 10 is started in a sub-freezing environment. As a result, it is possible to prevent the generated water and the like from being frozen on the end side of the laminated body 14 and causing a voltage drop.

燃料電池スタック１０では、第２導電性多孔質体１１４又は第３導電性多孔質体１１６に撥水処理が施されているため、各ダミーセルに結露水や生成水等の液水が滞留することを抑制できる。その結果、低温環境下においても、各ダミーセルが凍結することを回避できる。   In the fuel cell stack 10, since the second conductive porous body 114 or the third conductive porous body 116 is subjected to the water repellent treatment, liquid water such as dew condensation water or generated water may stay in each dummy cell. Can be suppressed. As a result, each dummy cell can be prevented from freezing even in a low temperature environment.

以上から、この燃料電池スタック１０によれば、凍結が抑制された各ダミーセルにより、発電安定性を向上させることができる。   As described above, according to the fuel cell stack 10, the power generation stability can be improved by each dummy cell in which freezing is suppressed.

また、燃料電池スタック１０では、樹脂枠付きダミー構造体１０６の積層方向の第３導電性多孔質体１１６側と、ダミー第２セパレータ１０８及びダミー第３セパレータ１３０の各々との間に、入口遮断部１２２ａ及び出口遮断部１２２ｂが設けられることとした。これによって、上記の通り、第２空間１２６が断熱空間として機能するため、各ダミーセルによる断熱性を一層向上させることができる。また、第２空間１２６への燃料ガスの流通が遮断されることで、発電のための電気化学反応に寄与せずに燃料電池スタック１０から排出される燃料ガスを減らすことができる。   Further, in the fuel cell stack 10, the inlet is blocked between the third conductive porous body 116 side in the stacking direction of the resin frame dummy structure 106 and each of the dummy second separator 108 and the dummy third separator 130. The part 122a and the outlet blocking part 122b are provided. Thereby, as described above, the second space 126 functions as a heat insulating space, so that the heat insulating property of each dummy cell can be further improved. Further, since the flow of the fuel gas to the second space 126 is blocked, the fuel gas discharged from the fuel cell stack 10 can be reduced without contributing to the electrochemical reaction for power generation.

ところで、特に、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４０に、その矢印Ａ１側から、加湿された状態で供給される。この酸化剤ガス中の水が結露して、液体の結露水が生じ、該結露水が発電セル１２に飛び込むと、反応ガスの拡散性が低下する場合がある。   By the way, in particular, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 from the arrow A1 side thereof in a humidified state. When the water in the oxidant gas is condensed, liquid condensed water is generated, and when the condensed water jumps into the power generation cell 12, the diffusivity of the reaction gas may be reduced.

そこで、燃料電池スタック１０では、上記の通り、樹脂枠付きダミー構造体１０６の積層方向の第１導電性多孔質体１１２と、ダミー第１セパレータ１０５及びダミー第２セパレータ１０８の各々との間に連通路１２５を設けることとした。これによって、各ダミーセルの酸化剤ガス入口連通孔４０に供給された酸化剤ガスは、連通路１２５を介して第１空間１０９を流通する。このため、酸化剤ガスに結露水が含まれていた場合であっても、該結露水を各ダミーセルによって捕集して、発電セル１２に結露水が飛び込むことを抑制できる。   Therefore, in the fuel cell stack 10, as described above, between the first conductive porous body 112 in the stacking direction of the resin frame dummy structure 106 and each of the dummy first separator 105 and the dummy second separator 108. A communication passage 125 is provided. As a result, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 of each dummy cell flows through the communication space 125 in the first space 109. Therefore, even if the oxidant gas contains dew condensation water, it is possible to prevent the dew condensation water from jumping into the power generation cell 12 by collecting the dew condensation water by each dummy cell.

各ダミーセルによって捕集された結露水等の液水は、燃料電池スタック１０の高負荷発電時や、停止中の乾燥処理により第１空間１０９を流通する酸化剤ガスの流量を増大させたとき、もしくは、各ダミーセルが乾燥状態になったときに、該各ダミーセルからの排出が促される。   The liquid water such as dew condensation water collected by each dummy cell increases the flow rate of the oxidant gas flowing through the first space 109 during high-load power generation of the fuel cell stack 10 or during a drying process while the fuel cell stack 10 is stopped. Alternatively, when each dummy cell is in a dry state, discharge from each dummy cell is prompted.

ダミー構造体１１０では、第２空間１２６に臨む第３導電性多孔質体１１６又は該第３導電性多孔質体１１６に隣接する第２導電性多孔質体１１４に撥水処理が施されている。このため、各ダミーセル内において、上記のように燃料ガスの流通が遮断された第２空間１２６に対して、第１空間１０９から液水が進入することを抑制できる。   In the dummy structure 110, the third conductive porous body 116 facing the second space 126 or the second conductive porous body 114 adjacent to the third conductive porous body 116 is subjected to the water repellent treatment. . Therefore, in each dummy cell, it is possible to suppress the liquid water from entering from the first space 109 to the second space 126 in which the flow of the fuel gas is blocked as described above.

その結果、第１空間１０９を流れる酸化剤ガスによって、各ダミーセル内の液水を一層良好に排出することが可能になるため、各ダミーセル内に液水が滞留することを抑制できる。従って、各ダミーセルの凍結を効果的に回避しつつ、燃料電池スタック１０の発電安定性のさらなる向上を図ることができる。   As a result, the oxidant gas flowing through the first space 109 can more effectively discharge the liquid water in each dummy cell, so that the liquid water can be prevented from staying in each dummy cell. Therefore, the power generation stability of the fuel cell stack 10 can be further improved while effectively avoiding freezing of each dummy cell.

上記のように、発電を行わない各ダミーセルでは、クロスリーク等を抑制する必要がない。このため、ダミー構造体１１０の第３導電性多孔質体１１６の外周の周方向に断続的に第２接合部１２０を設けることでダミー構造体１１０とダミー樹脂枠部材１１１との接合工程を簡素化して、効率的に各ダミーセルを得ることが可能になる。ひいては、燃料電池スタック１０の製造効率を向上させることが可能になる。   As described above, it is not necessary to suppress cross leak or the like in each dummy cell that does not generate power. Therefore, the second bonding portion 120 is intermittently provided in the circumferential direction of the outer periphery of the third conductive porous body 116 of the dummy structure 110 to simplify the bonding process between the dummy structure 110 and the dummy resin frame member 111. It becomes possible to efficiently obtain each dummy cell. As a result, the manufacturing efficiency of the fuel cell stack 10 can be improved.

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。   The present invention is not particularly limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、上記の実施形態では、第３導電性多孔質体１１６又は第２導電性多孔質体１１４に撥水処理が施されることとした。第２空間１２６への液水の進入を効果的に回避する観点からは、該第２空間１２６に近い第３導電性多孔質体１１６に撥水処理を施すことが最も好ましい。また、第３導電性多孔質体１１６に隣接する第２導電性多孔質体１１４に撥水処理を施した場合も第２空間１２６への液水の進入を効果的に抑制することができる。しかしながら、特にこれらに限定されるものではなく、第１導電性多孔質体１１２に撥水処理が施されてもよい。   For example, in the above embodiment, the water repellent treatment is applied to the third conductive porous body 116 or the second conductive porous body 114. From the viewpoint of effectively preventing the liquid water from entering the second space 126, it is most preferable to subject the third conductive porous body 116 near the second space 126 to water repellent treatment. Further, even when the second conductive porous body 114 adjacent to the third conductive porous body 116 is subjected to the water repellent treatment, it is possible to effectively prevent the liquid water from entering the second space 126. However, the water-repellent treatment may be applied to the first conductive porous body 112 without being limited thereto.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック１０では、積層体１４の矢印Ａ１側に第１端部発電ユニット１６と、第１ダミーセル１８と、第２ダミーセル２０とを積層し、積層体１４の矢印Ａ２側に第２端部発電ユニット２２と、第３ダミーセル２４とを積層することとした。   In the fuel cell stack 10 according to the above-described embodiment, the first end power generation unit 16, the first dummy cell 18, and the second dummy cell 20 are laminated on the arrow A1 side of the laminated body 14, and the laminated body 14 has an arrow A2. The second end power generation unit 22 and the third dummy cell 24 are stacked on the side.

このように、積層体１４の矢印Ａ１側、換言すると、酸化剤ガスの入口側に対して、積層体１４の矢印Ａ２側、換言すると、酸化剤ガスの出口側よりも多数のダミーセルを配設することで、発電セル１２に結露水が進入することをより効果的に抑制することを可能とした。しかしながら、燃料電池スタック１０は、積層体１４の積層方向の少なくとも一端側にダミーセルを備えていればよく、該ダミーセルの個数も特に限定されるものではない。   In this way, a larger number of dummy cells are arranged on the side of the arrow A1 of the laminated body 14, in other words, on the side of the arrow A2 of the laminated body 14, in other words, on the side of the inlet of the oxidizing gas, that is, on the side of the outlet of the oxidizing gas. By doing so, it has become possible to more effectively suppress the entry of dew condensation water into the power generation cell 12. However, the fuel cell stack 10 only needs to include the dummy cells on at least one end side in the stacking direction of the stacked body 14, and the number of the dummy cells is not particularly limited.

また、発電セル１２と第１ダミーセル１８又は第３ダミーセル２４との間に第１端部発電ユニット１６又は第２端部発電ユニット２２を介在させることで、積層体１４の積層方向の両端部で発電を行う第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２内の電解質膜・電極構造体８０を、他の電解質膜・電極構造体８０と同様の条件で冷却することを可能とした。その結果、積層体１４全体における発熱と冷却のバランスを同等とすることができるため、発電性能及び発電安定性のさらなる向上を図ることができる。   Further, by interposing the first end power generation unit 16 or the second end power generation unit 22 between the power generation cell 12 and the first dummy cell 18 or the third dummy cell 24, both ends of the stacked body 14 in the stacking direction are stacked. It is possible to cool the electrolyte membrane / electrode structure 80 in the first end power generation unit 16 and the second end power generation unit 22 that generate power under the same conditions as other electrolyte membrane / electrode structures 80. . As a result, the balance of heat generation and cooling in the entire laminated body 14 can be made equal, so that the power generation performance and power generation stability can be further improved.

しかしながら、第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２は必須の構成要素ではなく、燃料電池スタック１０は、第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２の何れか一方のみを備えてもよいし、何れも備えていなくてもよい。   However, the first end power generation unit 16 and the second end power generation unit 22 are not essential components, and the fuel cell stack 10 includes one of the first end power generation unit 16 and the second end power generation unit 22. Only one may be provided, or neither may be provided.

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 １８…第１ダミーセル
２０…第２ダミーセル ２４…第３ダミーセル
４６…酸化剤ガス出口連通孔 ５６…酸化剤ガス流路
６６…燃料ガス流路 １０６…樹脂枠付きダミー構造体
１０９…第１空間 １１０…ダミー構造体
１１１…ダミー樹脂枠部材 １２５…連通路
１２６…第２空間 10 ... Fuel cell stack 12 ... Power generation cell 14 ... Laminated body 18 ... First dummy cell 20 ... Second dummy cell 24 ... Third dummy cell 46 ... Oxidant gas outlet communication hole 56 ... Oxidant gas flow path 66 ... Fuel gas flow path 106 ... Dummy structure with resin frame 109 ... First space 110 ... Dummy structure 111 ... Dummy resin frame member 125 ... Communication path 126 ... Second space

Claims (9)

電解質膜の両側に導電性多孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、前記電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備える燃料電池スタックであって、
前記ダミーセルは、前記電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、前記ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、前記ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、
前記ダミー構造体は、前記電解質膜を備えず、第１導電性多孔質体と、該第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、該第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体とをこの順に積層して形成され、
前記第３導電性多孔質体の外周縁部に前記ダミー樹脂枠部材が接合され、
前記第１導電性多孔質体と、前記第２導電性多孔質体と、前記第３導電性多孔質体との何れか１枚に撥水処理が施されていることを特徴とする燃料電池スタック。 An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a gas diffusion layer made of a conductive porous body are disposed on both sides of the electrolyte membrane, respectively, and a resin frame member that surrounds the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure, and A fuel cell stack comprising: a stack of a plurality of power generation cells having a separator sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure, and a dummy cell disposed at at least one end of the stack in the stacking direction,
The dummy cell includes a dummy structure corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure, a dummy resin frame member that surrounds the outer periphery of the dummy structure, and a dummy separator that sandwiches the dummy structure,
The dummy structure does not include the electrolyte membrane, the first conductive porous body, the second conductive porous body having a plane size larger than that of the first conductive porous body, and the second conductive porous body. And a third conductive porous body having a plane dimension larger than that of the porous body, stacked in this order ,
The dummy resin frame member is joined to the outer peripheral edge of the third conductive porous body,
A fuel cell , wherein any one of the first conductive porous body, the second conductive porous body, and the third conductive porous body is subjected to water repellent treatment. stack. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第２導電性多孔質体及び前記第３導電性多孔質体の何れか一方に前記撥水処理が施され、
前記セパレータ及び前記ダミーセパレータのそれぞれには、前記積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、前記積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とが形成され、
前記電解質膜・電極構造体の一方の前記電極に対向する前記セパレータには、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路が設けられ、
前記電解質膜・電極構造体の他方の前記電極に対向する前記セパレータには、燃料ガスが流通する燃料ガス流路が設けられ、
前記ダミーセパレータと前記第１導電性多孔質体との間には、前記酸化剤ガス流路に対応する第１空間が設けられ、
前記ダミーセパレータと前記第３導電性多孔質体との間には、前記燃料ガス流路に対応する第２空間が設けられ、
前記酸化剤ガス連通孔と前記第１空間との間には、前記酸化剤ガスを流通可能とする連通路が設けられ、
前記燃料ガス連通孔と前記第２空間との間には、前記燃料ガスの流通を遮断する遮断部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1 ,
The water-repellent treatment to either of the previous SL second conductive porous body and the third conductive porous body is subjected,
In each of the separator and the dummy separator, an oxidant gas communication hole that allows an oxidant gas to flow in the stacking direction of the stack and a fuel gas communication hole that allows a fuel gas to flow in the stacking direction of the stack are formed. Was
The separator facing one of the electrodes of the electrolyte membrane / electrode structure is provided with an oxidant gas passage through which an oxidant gas flows,
The separator facing the other electrode of the electrolyte membrane / electrode structure is provided with a fuel gas passage through which a fuel gas flows,
A first space corresponding to the oxidant gas flow path is provided between the dummy separator and the first conductive porous body,
A second space corresponding to the fuel gas passage is provided between the dummy separator and the third conductive porous body,
A communication passage that allows the oxidant gas to flow is provided between the oxidant gas communication hole and the first space,
The fuel cell stack is characterized in that a shutoff unit for shutting off the flow of the fuel gas is provided between the fuel gas communication hole and the second space. 請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー構造体と前記ダミー樹脂枠部材とを接合する接合部は、前記第３導電性多孔質体の周方向に断続的に形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 2,
The fuel cell stack, wherein a joint portion for joining the dummy structure and the dummy resin frame member is intermittently formed in the circumferential direction of the third conductive porous body. 請求項２又は３記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材は、外周縁部と、前記外周縁部の内周端から第１段差面を介して全周に亘って内方に突出した棚部と、前記棚部の内周端から第２段差面を介して全周に亘って内方に突出した薄肉部とを有し、
前記第３導電性多孔質体の外周縁部は、前記ダミー樹脂枠部材の前記棚部に重なり、
前記第２導電性多孔質体の外周縁部は、前記ダミー樹脂枠部材の前記薄肉部に臨み、
前記第１導電性多孔質体の外周端面は、前記ダミー樹脂枠部材の内周端面に対向することを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 2 or 3 ,
Before SL dummy resin frame member has a peripheral edge portion, a ledge projecting from the inner peripheral end of the outer peripheral edge inwardly over the entire circumference via the first stepped surface, the inner peripheral end of the shelf Has a thin wall portion projecting inward over the entire circumference through the second step surface,
An outer peripheral edge portion of the third conductive porous body overlaps the shelf portion of the dummy resin frame member,
The outer peripheral edge of the second conductive porous body faces the thin portion of the dummy resin frame member,
A fuel cell stack, wherein an outer peripheral end surface of the first conductive porous body faces an inner peripheral end surface of the dummy resin frame member. 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第２導電性多孔質体の厚みは、前記第２段差面の高さよりも大きいことを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 4,
The fuel cell stack, wherein the thickness of the second conductive porous body is larger than the height of the second step surface. 請求項４又は５記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材の前記薄肉部と、前記第３導電性多孔質体との間には、空間が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 4 or 5,
A fuel cell stack, wherein a space is formed between the thin portion of the dummy resin frame member and the third conductive porous body. 電解質膜の両側に導電性多孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、前記電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体を備える燃料電池スタックの前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルの製造方法であって、
第１導電性多孔質体と、該第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、該第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体との何れか１枚に撥水処理を施す撥水処理工程と、
前記第１導電性多孔質体と、前記第２導電性多孔質体と、前記第３導電性多孔質体とをこの順に積層して、前記電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体を前記電解質膜を備えずに形成する第１積層工程と、
前記ダミー構造体の前記第３導電性多孔質体の外周縁部に、該ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材を接合して樹脂枠付きダミー構造体を得る樹脂枠接合工程と、
前記樹脂枠付きダミー構造体をダミーセパレータで挟んで前記ダミーセルを得る第２積層工程と、
を有することを特徴とするダミーセルの製造方法。 An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a gas diffusion layer made of a conductive porous body are disposed on both sides of the electrolyte membrane, respectively, and a resin frame member that surrounds the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structure, and A method of manufacturing a dummy cell, which is disposed at at least one end of a stack of a fuel cell stack including a stack of a plurality of power generation cells each having a separator sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure, the stack comprising: ,
A first conductive porous body, a second conductive porous body having a plane size larger than that of the first conductive porous body, and a third conductive porous body having a plane size larger than that of the second conductive porous body. A water repellent treatment step of applying water repellent treatment to any one of the body ,
The first conductive porous body, the second conductive porous body, and the third conductive porous body are laminated in this order to form a dummy structure corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure. A first stacking step of forming without the electrolyte membrane ;
The outer peripheral edge portion of the third conductive porous body of the dummy structure, a resin frame joining step of joining the dummy resin frame member obtain coated resin frame dummy structures orbiting the periphery of the dummy structure,
A second stacking step of obtaining the dummy cell by sandwiching the dummy structure with a resin frame between dummy separators;
A method of manufacturing a dummy cell, comprising: 請求項７記載のダミーセルの製造方法において、
前記撥水処理工程では、前記第２導電性多孔質体及び前記第３導電性多孔質体の何れか一方に前記撥水処理を施し、
前記第２積層工程では、前記樹脂枠付きダミー構造体の前記第１導電性多孔質体と前記ダミーセパレータとの間に、前記発電セルの酸化剤ガス流路に対応するとともに酸化剤ガスが流通する第１空間を形成し、前記樹脂枠付きダミー構造体の前記第３導電性多孔質体と前記ダミーセパレータとの間に前記発電セルの燃料ガス流路に対応するとともに燃料ガスの流通が遮断された第２空間を形成することを特徴とするダミーセルの製造方法。 The method of manufacturing a dummy cell according to claim 7,
In the water-repellent treatment step, pre-Symbol the water-repellent treatment applied to either one of the second conductive porous body and the third conductive porous body,
In the previous SL second laminating step, between the dummy separator and the first conductive porous material of the resin frame with the dummy structure, the oxygen-containing gas with corresponding to the oxidant gas flow path of the power generation cell is A first space that circulates is formed to correspond to the fuel gas flow path of the power generation cell between the third conductive porous body of the dummy structure with a resin frame and the dummy separator, and the flow of fuel gas A method of manufacturing a dummy cell, which comprises forming a blocked second space. 請求項７又は８記載のダミーセルの製造方法において、
前記樹脂枠接合工程では、前記ダミー構造体と前記ダミー樹脂枠部材とを接合する接合部を、前記第３導電性多孔質体の周方向に断続的に形成することを特徴とするダミーセルの製造方法。 The method of manufacturing a dummy cell according to claim 7,
In the resin frame bonding step, a bonding part for bonding the dummy structure and the dummy resin frame member is intermittently formed in the circumferential direction of the third conductive porous body, and the dummy cell is manufactured. Method.
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