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JP2015103322A - Fuel battery - Google Patents

Fuel battery Download PDF

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JP2015103322A
JP2015103322A JP2013241442A JP2013241442A JP2015103322A JP 2015103322 A JP2015103322 A JP 2015103322A JP 2013241442 A JP2013241442 A JP 2013241442A JP 2013241442 A JP2013241442 A JP 2013241442A JP 2015103322 A JP2015103322 A JP 2015103322A
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JP
Japan
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metal separator
load receiving
fuel cell
separator
electrolyte membrane
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Pending
Application number
JP2013241442A
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Japanese (ja)
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秀忠 小嶋
Hidetada Kojima
秀忠 小嶋
秀晴 内藤
Hideharu Naito
秀晴 内藤
由介 奈良
Yusuke Nara
由介 奈良
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery which is simple in structure, and is arranged to be able to suppress the displacement in a laminating direction and a separator plane direction orthogonal to the laminating direction as far as possible to ensure a desired seal function even if an impact or the like is given to the fuel battery from the outside.SOLUTION: A fuel battery 10 comprises: power generation units 12 each including a first metal separator 24, a first electrolytic film-electrode structure 26a, a second metal separator 28, a second electrolytic film-electrode structure 26b, and a third metal separator 30; and an upper load-receiving member 78a. The upper load-receiving member has a four-teeth pectinate strip-like receiving part 82at arranged to be able to hold an outer periphery protrusion 70b of the first metal separator 24, an outer periphery protrusion 72b of the second metal separator 28, and an outer periphery protrusion 74b of the third metal separator 30 between its teeth.

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外形寸法よりも大きな外形寸法を有する金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータの外周には、弾性シール部材が一体に設けられる燃料電池に関する。   In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane, and a metal separator having an outer dimension larger than the outer dimension of the electrolyte membrane / electrode structure are laminated, The present invention relates to a fuel cell in which an elastic seal member is integrally provided on the outer periphery of a metal separator.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気車両に組み込まれている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is disposed on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface side ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell by being sandwiched between separators. A fuel cell is usually incorporated in a fuel cell electric vehicle as an in-vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells.

燃料電池内では、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を、それぞれ専用の流路に沿って気密(液密)に流通させる必要がある。従って、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとの間には、種々のシール部材が介装されている。ところが、車載用燃料電池スタックを構成する際には、走行時の振動や急停止時又は急発進時の衝撃、外部からの衝撃荷重を受けた際に、シール部材が大きく変形してしまうおそれがある。   In the fuel cell, it is necessary to distribute the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium in an airtight (liquid-tight) manner along respective dedicated flow paths. Therefore, various sealing members are usually interposed between the electrolyte membrane / electrode structure and the separator. However, when configuring an on-vehicle fuel cell stack, there is a risk that the seal member will be greatly deformed when subjected to vibration during travel, impact during sudden stop or sudden start, or impact load from the outside. is there.

このため、シール部材は、良好な接触面積を確保することができず、所望のシール性を維持することが困難になる場合がある。特に、セパレータとして金属セパレータが使用される際には、前記金属セパレータ自体の変形等に起因し、シール部材とセパレータ表面とのシール面圧を良好に確保することができないという問題がある。   For this reason, a sealing member cannot ensure a favorable contact area, and it may become difficult to maintain desired sealing performance. In particular, when a metal separator is used as the separator, there is a problem that a good seal surface pressure between the seal member and the separator surface cannot be secured due to deformation of the metal separator itself.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池では、金属セパレータには、少なくともシール部材又は前記金属セパレータの変形量を規制するために、該金属セパレータを両面から挟んでその外周端部を周回して荷重受け部材が設けられている。荷重受け部材は、平坦な上面を有する形状であるとともに、隣り合う荷重受け部材の上面同士が所定の隙間を有して対向するように配置されている。   Thus, for example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell, the metal separator is provided with a load receiving member around the outer peripheral end portion of the metal separator so as to restrict at least the seal member or the deformation amount of the metal separator. . The load receiving member has a shape having a flat upper surface, and is disposed so that the upper surfaces of adjacent load receiving members face each other with a predetermined gap.

従って、燃料電池内部のガス圧力による金属セパレータの変動が発生した際や燃料電池外部からの振動及び衝撃による前記金属セパレータの変動が発生した際、隣り合う荷重受け部材の上面同士が接触している。これにより、金属セパレータやシール部材に過剰な変形が発生することを阻止し、良好なシール性を発揮することが可能になる、としている。   Therefore, when the metal separator fluctuates due to the gas pressure inside the fuel cell or when the metal separator fluctuates due to vibration and impact from the outside of the fuel cell, the upper surfaces of the adjacent load receiving members are in contact with each other. . This prevents excessive deformation of the metal separator and the seal member, and makes it possible to exhibit good sealing performance.

特許第4450553号公報Japanese Patent No. 4450553

本発明は、この種の燃料電池スタックに関連してなされたものであり、外部から衝撃等が付与された際、積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向のずれを可及的に抑制し、簡単な構成で、所望のシール機能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in connection with this type of fuel cell stack. When an impact is applied from the outside, the displacement in the stacking direction and the separator surface direction perpendicular to the stacking direction is suppressed as much as possible. It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of ensuring a desired sealing function with a simple configuration.

本発明に係る燃料電池では、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外形寸法よりも大きな外形寸法を有する金属セパレータとが積層されている。そして、金属セパレータの外周には、弾性シール部材が一体に設けられている。   In the fuel cell according to the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a metal separator having an outer dimension larger than the outer dimension of the electrolyte membrane / electrode structure are laminated. ing. An elastic seal member is integrally provided on the outer periphery of the metal separator.

燃料電池は、複数の金属セパレータの外周に沿って配設される荷重受け部材を備え、前記荷重受け部材は、互いに隣接する前記金属セパレータの各弾性シール部材間に配置される櫛歯状の板状受け部を備えている。   The fuel cell includes a load receiving member disposed along the outer periphery of a plurality of metal separators, and the load receiving member is a comb-like plate disposed between the elastic seal members of the metal separators adjacent to each other. A shape receiving part is provided.

また、この燃料電池では、金属セパレータは、多角形状を有するとともに、荷重受け部材は、前記金属セパレータの辺毎に分割して設けられることが好ましい。   In this fuel cell, the metal separator preferably has a polygonal shape, and the load receiving member is preferably provided separately for each side of the metal separator.

さらに、この燃料電池では、金属セパレータの積層方向に複数の荷重受け部材が配列されるとともに、互いに隣接する前記荷重受け部材同士を位置決め保持するために係止部材を備えることが好ましい。   Further, in this fuel cell, it is preferable that a plurality of load receiving members are arranged in the stacking direction of the metal separators, and a locking member is provided for positioning and holding the load receiving members adjacent to each other.

本発明によれば、荷重受け部材は、互いに隣接する金属セパレータの各弾性シール部材間に配置される櫛歯状の板状受け部を備えている。このため、燃料電池に外部から衝撃等が付与された際、各金属セパレータが積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向にずれることを阻止することができる。これにより、簡単な構成で、外部からの衝撃等による積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向へのずれを可及的に抑制し、所望のシール機能を確保することが可能になる。   According to the present invention, the load receiving member includes a comb-like plate-shaped receiving portion disposed between the elastic seal members of the metal separators adjacent to each other. For this reason, when an impact or the like is applied to the fuel cell from the outside, each metal separator can be prevented from shifting in the stacking direction and the separator surface direction orthogonal to the stacking direction. Thereby, with a simple configuration, it is possible to suppress as much as possible a shift in the stacking direction and the separator surface direction perpendicular to the stacking direction due to external impacts, and to secure a desired sealing function.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する荷重受け構造の分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the load receiving structure which comprises the said fuel cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する荷重受け構造の一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of a load receiving structure constituting a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池の一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory view of the fuel cell. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation unit which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池の、図8中、IX−IX線断面説明図である。FIG. 9 is a sectional view of the fuel cell taken along line IX-IX in FIG. 8.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池10は、複数の発電ユニット12が電極面を立位姿勢にして水平方向(矢印B方向)に積層される。なお、複数の発電ユニット12を重力方向に積層して燃料電池10を構成してもよい。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the fuel cell 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention is mounted in the fuel cell electric vehicle which is not shown in figure, for example. In the fuel cell 10, a plurality of power generation units 12 are stacked in the horizontal direction (arrow B direction) with the electrode surface in a standing posture. The fuel cell 10 may be configured by stacking a plurality of power generation units 12 in the direction of gravity.

発電ユニット12の積層方向一端には、図2に示すように、第1ターミナルプレート14a、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aが、外方に向かって、順次、配設される。発電ユニット12の積層方向他端には、第2ターミナルプレート14b、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bが、外方に向かって、順次、配設される。   As shown in FIG. 2, a first terminal plate 14a, a first insulating plate 16a, and a first end plate 18a are sequentially disposed at one end in the stacking direction of the power generation unit 12 toward the outside. At the other end of the power generation unit 12 in the stacking direction, the second terminal plate 14b, the second insulating plate 16b, and the second end plate 18b are sequentially disposed outward.

横長形状の第1エンドプレート18aの中央部からは、第1ターミナルプレート14aに接続された第1電力出力端子20aが外方に向かって延在する。横長形状の第2エンドプレート18bの中央部からは、第2ターミナルプレート14bに接続された第2電力出力端子20bが外方に向かって延在する。図1に示すように、第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bの各長辺間には、連結バー(連結部材)21の両端がねじ22により固定される。第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bの各短辺間には、連結バー21の両端がねじ22により固定される。   A first power output terminal 20a connected to the first terminal plate 14a extends outward from the center portion of the horizontally long first end plate 18a. A second power output terminal 20b connected to the second terminal plate 14b extends outward from the center portion of the horizontally long second end plate 18b. As shown in FIG. 1, both ends of a connecting bar (connecting member) 21 are fixed by screws 22 between the long sides of the first end plate 18 a and the second end plate 18 b. Both ends of the connecting bar 21 are fixed by screws 22 between the short sides of the first end plate 18a and the second end plate 18b.

図2及び図3に示すように、発電ユニット12は、第1金属セパレータ24、第1電解質膜・電極構造体(MEA)26a、第2金属セパレータ28、第2電解質膜・電極構造体(MEA)26b及び第3金属セパレータ30を有する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the power generation unit 12 includes a first metal separator 24, a first electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 26a, a second metal separator 28, a second electrolyte membrane / electrode structure (MEA). ) 26b and the third metal separator 30.

第1金属セパレータ24、第2金属セパレータ28及び第3金属セパレータ30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、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1金属セパレータ24、第2金属セパレータ28及び第3金属セパレータ30は、平面が矩形の横長形状(多角形状)を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。   The 1st metal separator 24, the 2nd metal separator 28, and the 3rd metal separator 30 are constituted by, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface has been subjected to anticorrosion treatment. Is done. The first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 have a horizontally long shape (polygonal shape) with a rectangular plane, and are pressed into a corrugated shape by pressing a metal thin plate into a wave shape. Molded.

第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)32を備える。固体高分子電解質膜32は、アノード電極34及びカソード電極36に挟持される。アノード電極34は、カソード電極36よりも小さな平面寸法を有する段差MEAを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極34は、カソード電極36よりも大きな平面寸法を有してもよく、又は、前記カソード電極36と同一の平面寸法を有してもよい。   The first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane) 32 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water. The solid polymer electrolyte membrane 32 is sandwiched between the anode electrode 34 and the cathode electrode 36. The anode electrode 34 constitutes a step MEA having a smaller planar dimension than the cathode electrode 36, but is not limited to this. For example, the anode electrode 34 may have a larger planar dimension than the cathode electrode 36, or may have the same planar dimension as the cathode electrode 36.

アノード電極34及びカソード電極36は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜32の両面に形成される。   The anode electrode 34 and the cathode electrode 36 have a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer (not shown) to be formed. The electrode catalyst layer is formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 32, for example.

図3に示すように、発電ユニット12の長辺方向(矢印A方向)の一端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔40bが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔38aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス排出連通孔40bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。   As shown in FIG. 3, one end edge portion in the long side direction (arrow A direction) of the power generation unit 12 communicates with each other in the arrow B direction, and has an oxidant gas supply communication hole 38 a and a fuel gas discharge communication hole 40 b. Provided. The oxidant gas supply communication hole 38a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. The fuel gas discharge communication hole 40b discharges fuel gas, for example, hydrogen-containing gas.

発電ユニット12の長辺方向(矢印A方向)の他端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔40a及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔38bが設けられる。   The other end edge of the power generation unit 12 in the long side direction (arrow A direction) communicates with each other in the arrow B direction to discharge the fuel gas supply communication hole 40a for supplying fuel gas and the oxidant gas. The oxidant gas discharge communication hole 38b is provided.

発電ユニット12の互いに対向する長辺の両端縁部一方には、矢印B方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体供給連通孔42aが設けられる。発電ユニット12の互いに対向する長辺の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体排出連通孔42bが設けられる。   A pair of cooling medium supply communication holes 42 a for supplying a cooling medium to each other in the direction of arrow B is provided at one end of both ends of the long side of the power generation unit 12 facing each other. A pair of cooling medium discharge communication holes 42b for discharging the cooling medium is provided on the other end of both ends of the long sides of the power generation unit 12 facing each other.

各冷却媒体供給連通孔42a、42aは、酸化剤ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔40bに近接し、且つそれぞれ矢印C方向両側の各長辺に振り分けられる。各冷却媒体排出連通孔42b、42bは、酸化剤ガス排出連通孔38b及び燃料ガス供給連通孔40aにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印C方向両側の各長辺に振り分けられる。   The cooling medium supply communication holes 42a and 42a are distributed to the long sides on both sides in the direction of arrow C, close to the oxidant gas supply communication hole 38a and the fuel gas discharge communication hole 40b. Each of the cooling medium discharge communication holes 42b and 42b is arranged close to the oxidant gas discharge communication hole 38b and the fuel gas supply communication hole 40a, respectively, and is distributed to the respective long sides on both sides in the direction of arrow C.

第1金属セパレータ24の第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面24aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを連通する波形状(又は直線状)の第1燃料ガス流路44が形成される。第1燃料ガス流路44は、矢印A方向に延在し、その入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部46a及び出口バッファ部46bが設けられる。   The surface 24a of the first metal separator 24 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a has a wave-shaped (or linear) first fuel that communicates the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b. A gas flow path 44 is formed. The first fuel gas channel 44 extends in the direction of arrow A, and an inlet buffer portion 46a and an outlet buffer portion 46b each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet.

第1金属セパレータ24の面24bには、冷却媒体供給連通孔42aと冷却媒体排出連通孔42bとを連通する冷却媒体流路48の一部が形成される。冷却媒体流路48の一部は、第1燃料ガス流路44の裏面形状として形成される。冷却媒体流路48は、矢印A方向に沿って延在する。   A part of the cooling medium flow path 48 that connects the cooling medium supply communication hole 42 a and the cooling medium discharge communication hole 42 b is formed on the surface 24 b of the first metal separator 24. A part of the cooling medium flow path 48 is formed as a back surface shape of the first fuel gas flow path 44. The cooling medium flow path 48 extends along the arrow A direction.

第2金属セパレータ28の第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面28aには、酸化剤ガス供給連通孔38aと酸化剤ガス排出連通孔38bとを連通する波形状(又は直線状)の第1酸化剤ガス流路50が形成される。第1酸化剤ガス流路50の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部52a及び出口バッファ部52bが設けられる。   The surface 28a of the second metal separator 28 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a has a wave-shaped (or linear) first shape that communicates the oxidant gas supply communication hole 38a and the oxidant gas discharge communication hole 38b. A single oxidant gas flow path 50 is formed. An inlet buffer portion 52a and an outlet buffer portion 52b are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the first oxidizing gas channel 50.

第2金属セパレータ28の第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面28bには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを連通する波形状(又は直線状)の第2燃料ガス流路54が形成される。第2燃料ガス流路54の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部56a及び出口バッファ部56bが設けられる。   On the surface 28b of the second metal separator 28 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 26b, a wave-shaped (or linear) second fuel that communicates the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b. A gas flow path 54 is formed. In the vicinity of the inlet and the outlet of the second fuel gas channel 54, an inlet buffer portion 56a and an outlet buffer portion 56b are provided.

第3金属セパレータ30の第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面30aには、酸化剤ガス供給連通孔38aと酸化剤ガス排出連通孔38bとを連通する波形状(又は直線状)の第2酸化剤ガス流路58が形成される。第2酸化剤ガス流路58の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部60a及び出口バッファ部60bが設けられる。   The surface 30a of the third metal separator 30 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 26b has a wave-shaped (or linear) first shape that communicates the oxidant gas supply communication hole 38a and the oxidant gas discharge communication hole 38b. A dioxidant gas flow path 58 is formed. In the vicinity of the inlet and the outlet of the second oxidizing gas channel 58, an inlet buffer 60a and an outlet buffer 60b are provided.

第3金属セパレータ30の面30bには、冷却媒体流路48の一部が形成される。冷却媒体流路48の入口側には、前記冷却媒体流路48を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体供給連通孔42aが設けられる。冷却媒体流路48の出口側には、前記冷却媒体流路48を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体排出連通孔42bが設けられる。   A part of the cooling medium flow path 48 is formed on the surface 30 b of the third metal separator 30. A pair of cooling medium supply communication holes 42 a are provided on the inlet side of the cooling medium flow path 48 so as to sandwich the cooling medium flow path 48 in the flow path width direction. On the outlet side of the cooling medium flow path 48, a pair of cooling medium discharge communication holes 42b are provided with the cooling medium flow path 48 sandwiched in the flow path width direction.

第1金属セパレータ24は、燃料ガス供給連通孔40aと第1燃料ガス流路44とを連通する複数の供給連結路62a、及び、燃料ガス排出連通孔40bと前記第1燃料ガス流路44とを連通する複数の排出連結路62bを有する。第2金属セパレータ28は、燃料ガス供給連通孔40aと第2燃料ガス流路54とを連通する複数の供給連結路64a、及び、燃料ガス排出連通孔40bと前記第2燃料ガス流路54とを連通する複数の排出連結路64bを有する。   The first metal separator 24 includes a plurality of supply connection passages 62 a that connect the fuel gas supply communication holes 40 a and the first fuel gas flow channel 44, and a fuel gas discharge communication hole 40 b and the first fuel gas flow channel 44. A plurality of discharge connection paths 62b communicating with each other. The second metal separator 28 includes a plurality of supply connection passages 64 a that connect the fuel gas supply communication holes 40 a and the second fuel gas flow passage 54, and a fuel gas discharge communication hole 40 b and the second fuel gas flow passage 54. A plurality of discharge connection paths 64b communicating with each other.

供給連結路62a及び排出連結路62bには、蓋体66a、66bが配置される。供給連結路64a及び排出連結路64bには、蓋体68a、68bが配置される。   Lids 66a and 66b are disposed on the supply connection path 62a and the discharge connection path 62b. Lids 68a and 68b are disposed in the supply connection path 64a and the discharge connection path 64b.

第1金属セパレータ24の面24a、24bには、この第1金属セパレータ24の外周端縁部を周回して第1シール部材(弾性シール部材)70が一体成形される。第2金属セパレータ28の面28a、28bには、この第2金属セパレータ28の外周端縁部を周回して第2シール部材(弾性シール部材)72が一体成形される。第3金属セパレータ30の面30a、30bには、この第3金属セパレータ30の外周端縁部を周回して第3シール部材(弾性シール部材)74が一体成形される。   A first seal member (elastic seal member) 70 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the first metal separator 24 around the outer edge of the first metal separator 24. A second seal member (elastic seal member) 72 is integrally formed on the surfaces 28 a and 28 b of the second metal separator 28 around the outer peripheral edge of the second metal separator 28. A third seal member (elastic seal member) 74 is integrally formed on the surfaces 30 a and 30 b of the third metal separator 30 around the outer peripheral edge of the third metal separator 30.

第1シール部材70、第2シール部材72及び第3シール部材74としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   Examples of the first seal member 70, the second seal member 72, and the third seal member 74 include EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber. A sealing member having elasticity such as a sealing material, a cushioning material, or a packing material is used.

図2及び図3に示すように、第1シール部材70は、第1金属セパレータ24のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール70aを有する。ベースシール70aには、第1金属セパレータ24の外周形状に沿って肉厚な外周凸部70bが一体成形される。ベースシール70aには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部70cが一体成形される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the first seal member 70 has a base seal 70 a extending at a uniform thickness along the separator surface of the first metal separator 24. A thick outer peripheral convex portion 70 b is integrally formed on the base seal 70 a along the outer peripheral shape of the first metal separator 24. The base seal 70a is integrally formed with a seal projection 70c for hermetically and liquid-tightly sealing the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium.

第2シール部材72は、第2金属セパレータ28のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール72aを有する。ベースシール72aには、第2金属セパレータ28の外周形状に沿って肉厚な外周凸部72bが一体成形される。ベースシール72aには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部72cが一体成形される。   The second seal member 72 has a base seal 72 a extending with a uniform thickness along the separator surface of the second metal separator 28. A thick outer peripheral convex portion 72b is integrally formed on the base seal 72a along the outer peripheral shape of the second metal separator 28. The base seal 72a is integrally formed with a seal projection 72c for sealing the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium in an airtight and liquid tight manner.

第3シール部材74は、第3金属セパレータ30のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール74aを有する。ベースシール74aには、第3金属セパレータ30の外周形状に沿って肉厚な外周凸部74bが一体成形される。ベースシール74aには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部74cが一体成形される。   The third seal member 74 has a base seal 74 a that extends with a uniform thickness along the separator surface of the third metal separator 30. A thick outer peripheral convex portion 74 b is integrally formed on the base seal 74 a along the outer peripheral shape of the third metal separator 30. The base seal 74a is integrally formed with a seal projection 74c for hermetically and liquid-tightly sealing the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium.

図1に示すように、第1エンドプレート18aには、酸化剤ガス供給連通孔38a、酸化剤ガス排出連通孔38b、燃料ガス供給連通孔40a及び燃料ガス排出連通孔40bが形成される。第2エンドプレート18bには、図示しないが、一対の冷却媒体供給連通孔42a及び一対の冷却媒体排出連通孔42bが設けられる。   As shown in FIG. 1, the first end plate 18a is formed with an oxidant gas supply communication hole 38a, an oxidant gas discharge communication hole 38b, a fuel gas supply communication hole 40a, and a fuel gas discharge communication hole 40b. Although not shown, the second end plate 18b is provided with a pair of cooling medium supply communication holes 42a and a pair of cooling medium discharge communication holes 42b.

第1の実施形態では、燃料電池10は、各発電ユニット12を構成する第1金属セパレータ24、第2金属セパレータ28及び第3金属セパレータ30の外周(単に、セパレータ外周ともいう)に沿って配置される荷重受け構造76を備える。荷重受け構造76は、第1金属セパレータ24、第2金属セパレータ28及び第3金属セパレータ30の辺毎に4分割して設けられ、電気絶縁性を有する樹脂で形成される。   In the first embodiment, the fuel cell 10 is disposed along the outer periphery (also simply referred to as the separator outer periphery) of the first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30 that constitute each power generation unit 12. The load receiving structure 76 is provided. The load receiving structure 76 is divided into four parts for each side of the first metal separator 24, the second metal separator 28, and the third metal separator 30, and is made of an electrically insulating resin.

具体的には、図4に示すように、荷重受け構造76は、セパレータ外周の上側長辺に沿って配設される複数個の上部荷重受け部材78aと、前記セパレータ外周の下側長辺に沿って配設される複数個の下部荷重受け部材78bとを設ける。荷重受け構造76は、さらにセパレータ外周の一方の側部短辺に沿って配設される複数個の側部荷重受け部材80aと、前記セパレータ外周の他方の側部短辺に沿って配設される複数個の側部荷重受け部材80bとを設ける。   Specifically, as shown in FIG. 4, the load receiving structure 76 includes a plurality of upper load receiving members 78a disposed along the upper long side of the separator outer periphery, and the lower long side of the separator outer periphery. A plurality of lower load receiving members 78b are provided along the same. The load receiving structure 76 is further disposed along a plurality of side load receiving members 80a disposed along one short side of the outer periphery of the separator and along the other short side of the outer periphery of the separator. And a plurality of side load receiving members 80b.

上部荷重受け部材78aは、図2及び図4に示すように、下方に突出して第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bが挟持される4枚の櫛歯状の板状受け部82atを一体に備える。各板状受け部82at間には、空間部82aが形成され、前記空間部82aに外周凸部70b、72b及び74bが配置される。すなわち、互いに隣接する外周凸部70bと外周凸部72bとの間、及び外周凸部72bと外周凸部74bとの間に、それぞれ1枚の板状受け部82atが配置される(図2参照)。板状受け部82atは、第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bと範囲tに亘って重なり部位を有する。   As shown in FIGS. 2 and 4, the upper load receiving member 78 a protrudes downward, and the outer peripheral convex portion 70 b of the first metal separator 24, the outer peripheral convex portion 72 b of the second metal separator 28, and the outer periphery of the third metal separator 30. Four comb-shaped plate-shaped receiving portions 82at on which the convex portions 74b are sandwiched are integrally provided. A space portion 82a is formed between the plate-like receiving portions 82at, and outer peripheral convex portions 70b, 72b, and 74b are arranged in the space portion 82a. That is, one plate-shaped receiving portion 82at is disposed between the outer peripheral convex portion 70b and the outer peripheral convex portion 72b adjacent to each other and between the outer peripheral convex portion 72b and the outer peripheral convex portion 74b (see FIG. 2). ). The plate-shaped receiving portion 82at has an overlapping portion over the range t with the outer peripheral convex portion 70b of the first metal separator 24, the outer peripheral convex portion 72b of the second metal separator 28, and the outer peripheral convex portion 74b of the third metal separator 30.

上部荷重受け部材78aの一方の側部には、1以上、例えば、2つのピン部材(係止部材)84aが一体に、又は別部材を固着して設けられる。上部荷重受け部材78aの他方の側部には、ピン部材84aが挿入される穴部86aが、前記ピン部材84aと積層方向(矢印B方向)に同軸上に形成される。隣り合う上部荷重受け部材78aは、一方のピン部材84aが他方の穴部86aに挿入(嵌合)されることにより、互いに隣接する前記上部荷重受け部材78a同士が連結される。   One or more, for example, two pin members (locking members) 84a are provided on one side of the upper load receiving member 78a integrally or with another member fixed thereto. On the other side of the upper load receiving member 78a, a hole 86a into which the pin member 84a is inserted is formed coaxially with the pin member 84a in the stacking direction (arrow B direction). The adjacent upper load receiving members 78a are connected to each other by inserting (fitting) one pin member 84a into the other hole 86a.

下部荷重受け部材78bは、図4に示すように、上方に突出して第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bが挟持される4枚の櫛歯状の板状受け部82btを一体に備える。各板状受け部82bt間には、空間部82bが形成され、前記空間部82bに外周凸部70b、72b及び74bが配置される。   As shown in FIG. 4, the lower load receiving member 78 b protrudes upward, and the outer peripheral convex portion 70 b of the first metal separator 24, the outer peripheral convex portion 72 b of the second metal separator 28, and the outer peripheral convex portion 74 b of the third metal separator 30. Are integrally provided with four comb-like plate-shaped receiving portions 82bt. A space portion 82b is formed between the plate-shaped receiving portions 82bt, and outer peripheral convex portions 70b, 72b, and 74b are disposed in the space portion 82b.

下部荷重受け部材78bの一方の側部には、1以上、例えば、2つのピン部材(係止部材)84bが一体に、又は別部材を固着して設けられる。下部荷重受け部材78bの他方の側部には、ピン部材84bが挿入される穴部86bが、前記ピン部材84bと積層方向(矢印B方向)に同軸上に形成される。隣り合う下部荷重受け部材78bは、一方のピン部材84bが他方の穴部86bに挿入(嵌合)されることにより、互いに隣接する前記下部荷重受け部材78b同士が連結される。   On one side of the lower load receiving member 78b, one or more, for example, two pin members (locking members) 84b are provided integrally or with another member fixed thereto. On the other side of the lower load receiving member 78b, a hole 86b into which the pin member 84b is inserted is formed coaxially with the pin member 84b in the stacking direction (arrow B direction). The adjacent lower load receiving members 78b are connected to each other by inserting (fitting) one pin member 84b into the other hole 86b.

側部荷重受け部材80aは、側方に突出して第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bが挟持される4枚の櫛歯状の板状受け部88atを一体に備える。各板状受け部88at間には、空間部88aが形成され、前記空間部88aに外周凸部70b、72b及び74bが配置される。   The side load receiving member 80a protrudes laterally, and the outer peripheral convex portion 70b of the first metal separator 24, the outer peripheral convex portion 72b of the second metal separator 28, and the outer peripheral convex portion 74b of the third metal separator 30 are sandwiched therebetween 4 A sheet-like comb-shaped receiving portion 88at is integrally provided. A space portion 88a is formed between the plate-shaped receiving portions 88at, and outer peripheral convex portions 70b, 72b, and 74b are disposed in the space portion 88a.

側部荷重受け部材80aの一方の側部には、1以上、例えば、2つのピン部材(係止部材)90aが一体に、又は別部材を固着して設けられる。側部荷重受け部材80aの他方の側部には、ピン部材90aが挿入される穴部92aが、前記ピン部材90aと積層方向(矢印B方向)に同軸上に形成される。隣り合う側部荷重受け部材80aは、一方のピン部材90aが他方の穴部92aに挿入(嵌合)されることにより、互いに隣接する前記側部荷重受け部材80a同士が連結される。   At one side of the side load receiving member 80a, one or more, for example, two pin members (locking members) 90a are provided integrally or with another member fixed thereto. On the other side portion of the side load receiving member 80a, a hole portion 92a into which the pin member 90a is inserted is formed coaxially with the pin member 90a in the stacking direction (arrow B direction). The side load receiving members 80a adjacent to each other are connected to each other by inserting (fitting) one pin member 90a into the other hole 92a.

側部荷重受け部材80bは、側方に突出して第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bが挟持される4枚の櫛歯状の板状受け部88btを一体に備える。各板状受け部88bt間には、空間部88bが形成され、前記空間部88bに外周凸部70b、72b及び74bが配置される。   The side load receiving member 80b protrudes laterally, and the outer peripheral convex portion 70b of the first metal separator 24, the outer peripheral convex portion 72b of the second metal separator 28, and the outer peripheral convex portion 74b of the third metal separator 30 are sandwiched therebetween 4 A sheet-like comb-shaped receiving portion 88bt is integrally provided. A space 88b is formed between the plate-shaped receiving portions 88bt, and outer peripheral convex portions 70b, 72b, and 74b are disposed in the space 88b.

側部荷重受け部材80bの一方の側部には、1以上、例えば、2つのピン部材(係止部材)90bが一体に、又は別部材を固着して設けられる。側部荷重受け部材80bの他方の側部には、ピン部材90bが挿入される穴部92bが、前記ピン部材90bと積層方向(矢印B方向)に同軸上に形成される。隣り合う側部荷重受け部材80bは、一方のピン部材90bが他方の穴部92bに挿入(嵌合)されることにより、互いに隣接する前記側部荷重受け部材80b同士が連結される。   One or more, for example, two pin members (locking members) 90b are provided on one side of the side load receiving member 80b integrally or with another member fixed thereto. A hole portion 92b into which the pin member 90b is inserted is formed coaxially with the pin member 90b in the stacking direction (arrow B direction) on the other side portion of the side load receiving member 80b. The side load receiving members 80b adjacent to each other are connected to each other by inserting (fitting) one pin member 90b into the other hole 92b.

複数個の上部荷重受け部材78a、下部荷重受け部材78b、側部荷重受け部材80a及び80bは、第1絶縁プレート16aと第2絶縁プレート16bとの間に、又は、第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bとの間に、挟持されて固定される。   The plurality of upper load receiving members 78a, lower load receiving members 78b, and side load receiving members 80a and 80b are provided between the first insulating plate 16a and the second insulating plate 16b, or between the first end plate 18a and the first end plate 18a. It is clamped and fixed between the two end plates 18b.

このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス供給連通孔38aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔40aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、図示しないが、第2エンドプレート18bの一対の冷却媒体供給連通孔42aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas supply communication hole 38 a of the first end plate 18 a is supplied with an oxidant gas such as an oxygen-containing gas, and the fuel gas supply communication hole 40 a contains hydrogen. Fuel gas such as gas is supplied. On the other hand, although not shown, a coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pair of coolant supply passages 42a of the second end plate 18b.

図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔38aから第2金属セパレータ28の第1酸化剤ガス流路50及び第3金属セパレータ30の第2酸化剤ガス流路58に導入される。酸化剤ガスは、第1酸化剤ガス流路50に沿って矢印A方向(水平方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのカソード電極36に供給される。さらに、残余の酸化剤ガスは、第2酸化剤ガス流路58に沿って矢印A方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのカソード電極36に供給される。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas flows from the oxidant gas supply communication hole 38 a to the first oxidant gas channel 50 of the second metal separator 28 and the second oxidant gas channel 58 of the third metal separator 30. be introduced. The oxidant gas moves in the direction of arrow A (horizontal direction) along the first oxidant gas flow path 50 and is supplied to the cathode electrode 36 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. Further, the remaining oxidant gas moves in the direction of arrow A along the second oxidant gas flow path 58 and is supplied to the cathode electrode 36 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aから第1金属セパレータ24の第1燃料ガス流路44に沿って水平方向(矢印A方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのアノード電極34に供給される。また、残余の燃料ガスは、第2金属セパレータ28の第2燃料ガス流路54に沿って矢印A方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのアノード電極34に供給される。   On the other hand, the fuel gas moves in the horizontal direction (in the direction of arrow A) along the first fuel gas flow path 44 of the first metal separator 24 from the fuel gas supply communication hole 40a, and the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. It is supplied to the anode electrode 34. The remaining fuel gas moves in the direction of arrow A along the second fuel gas flow path 54 of the second metal separator 28 and is supplied to the anode electrode 34 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

従って、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bでは、カソード電極36に供給される酸化剤ガスと、アノード電極34に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, in the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 36 and the fuel gas supplied to the anode electrode 34 are converted into the electrode catalyst layer. Power is generated by being consumed by electrochemical reaction.

次いで、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各カソード電極36に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔38bに沿って矢印B方向に流通する。第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各アノード電極34に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔40bに沿って矢印B方向に流通する。   Next, the oxidant gas supplied and consumed to each cathode electrode 36 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b is moved along the arrow B along the oxidant gas discharge passage 38b. Circulate in the direction. The fuel gas supplied to and consumed by the anode electrodes 34 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b flows in the direction of arrow B along the fuel gas discharge communication hole 40b. .

一方、上下一対の冷却媒体供給連通孔42aに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット12を構成する第1金属セパレータ24と、他方の発電ユニット12を構成する第3金属セパレータ30との間に形成された冷却媒体流路48に導入される。   On the other hand, the cooling medium supplied to the pair of upper and lower cooling medium supply communication holes 42 a is between the first metal separator 24 constituting one power generation unit 12 and the third metal separator 30 constituting the other power generation unit 12. Is introduced into the cooling medium flow path 48 formed in the above.

各冷却媒体供給連通孔42aから冷却媒体流路48に供給される冷却媒体は、一旦矢印C方向内方に沿って流動した後、矢印A方向に移動して第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bを冷却する。この冷却媒体は、さらに矢印C方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔42bに排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium flow path 48 from each cooling medium supply communication hole 42a once flows along the inside of the arrow C direction, and then moves in the direction of the arrow A to move to the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. Then, the second electrolyte membrane / electrode structure 26b is cooled. The cooling medium further moves outward in the direction of arrow C, and is then discharged to the pair of cooling medium discharge communication holes 42b.

この場合、第1の実施形態では、荷重受け構造76は、図2及び図4に示すように、セパレータ外周の上側長辺に沿って配設される複数個の上部荷重受け部材78aを備えている。上部荷重受け部材78aは、互いに隣接する外周凸部70bと外周凸部72bとの間、及び外周凸部72bと外周凸部74bとの間に配置される櫛歯状の複数の板状受け部82atを有している。   In this case, in the first embodiment, the load receiving structure 76 includes a plurality of upper load receiving members 78a disposed along the upper long side of the outer periphery of the separator, as shown in FIGS. Yes. The upper load receiving member 78a includes a plurality of comb-like plate-shaped receiving portions disposed between the outer peripheral convex portion 70b and the outer peripheral convex portion 72b adjacent to each other and between the outer peripheral convex portion 72b and the outer peripheral convex portion 74b. 82 at.

荷重受け構造76は、さらにセパレータ外周の下側長辺に沿って配設される複数個の下部荷重受け部材78bと、セパレータ外周の両方の側部短辺に沿って配設される複数個の側部荷重受け部材80a、80bとを有している。そして、下部荷重受け部材78b及び側部荷重受け部材80a、80bは、上部荷重受け部材78aと同様に構成されている。   The load receiving structure 76 further includes a plurality of lower load receiving members 78b disposed along the lower long side of the outer periphery of the separator, and a plurality of members disposed along the short side of both sides of the outer periphery of the separator. Side load receiving members 80a and 80b are provided. The lower load receiving member 78b and the side load receiving members 80a and 80b are configured in the same manner as the upper load receiving member 78a.

このため、燃料電池10に外部から衝撃等が付与された際、各発電ユニット12を構成する第1金属セパレータ24〜第3金属セパレータ30は、積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向にずれることを阻止することができる。しかも、上部荷重受け部材78a同士は、ピン部材84aと穴部86aとの嵌合作用下に、互いに積層方向に位置決め保持されている。一方、下部荷重受け部材78b同士及び側部荷重受け部材80a、80b同士は、同様に互いに位置決め保持されている。   For this reason, when an impact or the like is applied to the fuel cell 10 from the outside, the first metal separator 24 to the third metal separator 30 constituting each power generation unit 12 are arranged in the stacking direction and the separator surface direction orthogonal to the stacking direction. It is possible to prevent deviation. Moreover, the upper load receiving members 78a are positioned and held in the stacking direction with each other under the fitting action of the pin member 84a and the hole 86a. On the other hand, the lower load receiving members 78b and the side load receiving members 80a and 80b are similarly positioned and held with each other.

従って、燃料電池10では、簡単な構成で、外部からの衝撃等による積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向へのずれを可及的に抑制することができる。これにより、燃料電池10全体として所望のシール機能を確保することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in the fuel cell 10, the displacement in the stacking direction and the separator surface direction perpendicular to the stacking direction due to an external impact or the like can be suppressed as much as possible with a simple configuration. Thereby, the effect that it becomes possible to ensure a desired sealing function as the fuel cell 10 whole is acquired.

なお、第1の実施形態では、荷重受け構造76は、単一の発電ユニット12毎に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、2組又は3組以上の発電ユニット12を一体に位置決め保持する荷重受け構造を用いてもよい。また、以下に説明する第2以降の実施形態でも、同様である。   In addition, in 1st Embodiment, although the load receiving structure 76 is provided for every single electric power generation unit 12, it is not limited to this. For example, a load receiving structure that positions and holds two or three or more power generation units 12 integrally may be used. The same applies to the second and subsequent embodiments described below.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池100を構成する荷重受け構造102の一部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a partially exploded perspective view of the load receiving structure 102 constituting the fuel cell 100 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

荷重受け構造102は、セパレータ外周の上側長辺に沿って配設される複数個の上部荷重受け部材104を備える。上部荷重受け部材104は、下方に突出して第1金属セパレータ24の外周凸部70b、第2金属セパレータ28の外周凸部72b及び第3金属セパレータ30の外周凸部74bが挟持される3枚の櫛歯状の板状受け部106tを備える。上部荷重受け部材104は、水平方向に突出する板状部108を有する。板状部108は、実質的に、第1の実施形態の端部の板状受け部82atを削除することにより設けられる。   The load receiving structure 102 includes a plurality of upper load receiving members 104 disposed along the upper long side of the outer periphery of the separator. The upper load receiving member 104 protrudes downward and includes three outer peripheral convex portions 70b of the first metal separator 24, an outer peripheral convex portion 72b of the second metal separator 28, and an outer peripheral convex portion 74b of the third metal separator 30. A comb-like plate-shaped receiving portion 106t is provided. The upper load receiving member 104 has a plate-like portion 108 protruding in the horizontal direction. The plate-like portion 108 is provided by substantially removing the plate-like receiving portion 82at at the end of the first embodiment.

各板状受け部106t間には、空間部106が形成されるとともに、互いに隣接する上部荷重受け部材104間には、板状部108を介して空間部106が形成される。板状部108の先端には、1以上、例えば、2つのピン部材(係止部材)109aが一体に、又は別部材を固着して設けられる。上部荷重受け部材104の側部には、ピン部材109aが挿入される1以上、例えば、2つの穴部109bが形成される。   A space portion 106 is formed between the plate-like receiving portions 106t, and a space portion 106 is formed between the upper load receiving members 104 adjacent to each other via the plate-like portion 108. One or more, for example, two pin members (locking members) 109a are provided at the tip of the plate-like portion 108 integrally or with another member fixed thereto. In the side portion of the upper load receiving member 104, one or more, for example, two holes 109b into which the pin member 109a is inserted are formed.

このように構成される第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、各上部荷重受け部材104同士の接合部位の厚さが薄肉化される。すなわち、1枚の板状受け部82atの厚さ分が削減される。従って、燃料電池100全体の積層方向の寸法が一層短尺化されるという効果がある。   In the second embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the thickness of the joint portion between the upper load receiving members 104 can be reduced. That is, the thickness of one plate-like receiving portion 82at is reduced. Therefore, there is an effect that the dimension in the stacking direction of the entire fuel cell 100 is further shortened.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池110の概略斜視説明図である。燃料電池110は、複数の発電ユニット112が電極面を立位姿勢にして水平方向(矢印B方向)に、又は、前記電極面を水平姿勢にして鉛直方向(矢印C方向)に積層される。   FIG. 7 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell 110 according to the third embodiment of the present invention. In the fuel cell 110, a plurality of power generation units 112 are stacked in the horizontal direction (arrow B direction) with the electrode surface in a standing posture, or in the vertical direction (arrow C direction) with the electrode surface in a horizontal posture.

図8に示すように、発電ユニット112は、第1金属セパレータ114、電解質膜・電極構造体26及び第2金属セパレータ116が矢印B方向に積層される。発電ユニット112の長辺方向(矢印A方向)の一端縁部には、矢印B方向に互いに連通して酸化剤ガス供給連通孔38a、冷却媒体供給連通孔42a及び燃料ガス排出連通孔40bが設けられる。発電ユニット112の長辺方向の他端縁部には、矢印B方向に互い連通して燃料ガス供給連通孔40a、冷却媒体排出連通孔42b及び酸化剤ガス排出連通孔38bが設けられる。   As shown in FIG. 8, in the power generation unit 112, the first metal separator 114, the electrolyte membrane / electrode structure 26, and the second metal separator 116 are stacked in the arrow B direction. An oxidant gas supply communication hole 38a, a cooling medium supply communication hole 42a, and a fuel gas discharge communication hole 40b communicate with each other in the arrow B direction at one end edge in the long side direction (arrow A direction) of the power generation unit 112. It is done. A fuel gas supply communication hole 40a, a cooling medium discharge communication hole 42b, and an oxidant gas discharge communication hole 38b are provided at the other end edge in the long side direction of the power generation unit 112 so as to communicate with each other in the arrow B direction.

第1金属セパレータ114の電解質膜・電極構造体26に向かう面114aには、燃料ガス流路44aが形成される。燃料ガス流路44aは、複数個の供給連通孔117aを介して燃料ガス供給連通孔40aに連通するとともに、複数個の排出連通孔117bを介して燃料ガス排出連通孔40bに連通する。第2金属セパレータ116の電解質膜・電極構造体26に向かう面116aには、酸化剤ガス流路50aが形成される。第1金属セパレータ114の面114bと第2金属セパレータ116の面116bとの間には、冷却媒体流路48が形成される。   A fuel gas passage 44 a is formed on the surface 114 a of the first metal separator 114 facing the electrolyte membrane / electrode structure 26. The fuel gas passage 44a communicates with the fuel gas supply communication hole 40a through a plurality of supply communication holes 117a, and communicates with the fuel gas discharge communication hole 40b through a plurality of discharge communication holes 117b. An oxidant gas flow path 50a is formed on the surface 116a of the second metal separator 116 facing the electrolyte membrane / electrode structure 26. A cooling medium flow path 48 is formed between the surface 114 b of the first metal separator 114 and the surface 116 b of the second metal separator 116.

第1金属セパレータ114には、第1シール部材(弾性シール部材)118が一体成形される。第2金属セパレータ116には、第2シール部材(弾性シール部材)120が一体成形される。第1シール部材118は、ベースシール118aを有するとともに、前記ベースシール118aには、外周凸部118b及びシール凸部118cが一体成形される。第2シール部材120は、ベースシール120aを有するとともに、前記ベースシール120aには、外周凸部120b及びシール凸部120cが一体成形される。   A first seal member (elastic seal member) 118 is integrally formed with the first metal separator 114. A second seal member (elastic seal member) 120 is integrally formed on the second metal separator 116. The first seal member 118 has a base seal 118a, and an outer peripheral convex portion 118b and a seal convex portion 118c are integrally formed on the base seal 118a. The second seal member 120 includes a base seal 120a, and an outer peripheral convex portion 120b and a seal convex portion 120c are integrally formed on the base seal 120a.

燃料電池110は、図7に示すように、各発電ユニット112を構成する第1金属セパレータ114及び第2金属セパレータ116の外周(単に、セパレータ外周ともいう)に沿って配置される荷重受け構造122を備える。   As shown in FIG. 7, the fuel cell 110 includes a load receiving structure 122 that is disposed along the outer periphery (also simply referred to as the separator outer periphery) of the first metal separator 114 and the second metal separator 116 that constitute each power generation unit 112. Is provided.

荷重受け構造122は、セパレータ外周の上側長辺に沿って配設される複数個の上部荷重受け部材124aと、前記セパレータ外周の下側長辺に沿って配設される複数個の下部荷重受け部材124bとを設ける。荷重受け構造122は、さらにセパレータ外周の一方の側部短辺に沿って配設される複数個の側部荷重受け部材126aと、前記セパレータ外周の他方の側部短辺に沿って配設される複数個の側部荷重受け部材126bとを設ける。   The load receiving structure 122 includes a plurality of upper load receiving members 124a disposed along the upper long side of the outer periphery of the separator and a plurality of lower load receivers disposed along the lower long side of the outer periphery of the separator. A member 124b is provided. The load receiving structure 122 is further disposed along a plurality of side load receiving members 126a disposed along one short side of the outer periphery of the separator and along the other short side of the outer periphery of the separator. And a plurality of side load receiving members 126b.

図7及び図9に示すように、上部荷重受け部材124aは、下方に突出して第1金属セパレータ114の外周凸部118b及び第2金属セパレータ116の外周凸部120bが挟持される3枚の櫛歯状の板状受け部128tを一体に備える。各板状受け部128t間には、空間部128が形成され、前記空間部128に外周凸部118b及び120bが配置される。すなわち、互いに隣接する外周凸部118bと外周凸部120bとの間に、1枚の板状受け部128tが配置される。   As shown in FIGS. 7 and 9, the upper load receiving member 124 a has three combs that protrude downward and sandwich the outer peripheral convex portion 118 b of the first metal separator 114 and the outer peripheral convex portion 120 b of the second metal separator 116. A tooth-shaped plate-shaped receiving portion 128t is integrally provided. A space portion 128 is formed between the plate-shaped receiving portions 128t, and outer peripheral convex portions 118b and 120b are disposed in the space portion 128. That is, one plate-shaped receiving portion 128t is disposed between the outer peripheral convex portion 118b and the outer peripheral convex portion 120b adjacent to each other.

上部荷重受け部材124aの一方の側部には、例えば、2つのピン部材(係止部材)130aが一体に、又は別部材を固着して設けられる。上部荷重受け部材124aの他方の側部には、ピン部材130aが挿入される穴部130bが、例えば、2つ設けられる。   On one side of the upper load receiving member 124a, for example, two pin members (locking members) 130a are provided integrally or with another member fixed thereto. For example, two holes 130b into which the pin member 130a is inserted are provided on the other side of the upper load receiving member 124a.

なお、下部荷重受け部材124b及び側部荷重受け部材126a、126bは、上部荷重受け部材124aと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   The lower load receiving member 124b and the side load receiving members 126a and 126b are configured in the same manner as the upper load receiving member 124a, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. Description is omitted.

燃料電池110では、外部から衝撃等が付与された際、各発電ユニット112を構成する第1金属セパレータ114及び第2金属セパレータ116が積層方向及び該積層方向に直交するセパレータ面方向にずれることを阻止することができる。これにより、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第3の実施形態では、上記の第2の実施形態と同様に構成することが可能である。   In the fuel cell 110, when an impact or the like is applied from the outside, the first metal separator 114 and the second metal separator 116 constituting each power generation unit 112 are displaced in the stacking direction and the separator surface direction orthogonal to the stacking direction. Can be blocked. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Note that the third embodiment can be configured similarly to the second embodiment.

10、100、110…燃料電池 12、112…発電ユニット
18a、18b…エンドプレート
24、28、30、114、116…金属セパレータ
26、26a、26b…電解質膜・電極構造体
32…固体高分子電解質膜 34…アノード電極
36…カソード電極 38a…酸化剤ガス供給連通孔
38b…酸化剤ガス排出連通孔 40a…燃料ガス供給連通孔
40b…燃料ガス排出連通孔 42a…冷却媒体供給連通孔
42b…冷却媒体排出連通孔 44、44a、54…燃料ガス流路
48…冷却媒体流路 50、50a、58…酸化剤ガス流路
70、72、74、118、120…シール部材
76、102、122…荷重受け構造
78a、104、124a…上部荷重受け部材
78b、124b…下部荷重受け部材
80a、80b、126a、126b…側部荷重受け部材
82a、82b、88a、88b、106、128…空間部
82at、82bt、88at、88bt、106t、128t…板状受け部
84a、84b、90a、90b、109a、130a…ピン部材
86a、86b、92a、92b、109b、130b…穴部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 100, 110 ... Fuel cell 12, 112 ... Electric power generation unit 18a, 18b ... End plate 24, 28, 30, 114, 116 ... Metal separator 26, 26a, 26b ... Electrolyte membrane and electrode structure 32 ... Solid polymer electrolyte Membrane 34 ... Anode electrode 36 ... Cathode electrode 38a ... Oxidant gas supply communication hole 38b ... Oxidant gas discharge communication hole 40a ... Fuel gas supply communication hole 40b ... Fuel gas discharge communication hole 42a ... Cooling medium supply communication hole 42b ... Cooling medium Discharge communication hole 44, 44a, 54 ... Fuel gas flow path 48 ... Cooling medium flow path 50, 50a, 58 ... Oxidant gas flow path 70, 72, 74, 118, 120 ... Seal members 76, 102, 122 ... Load receiver Structure 78a, 104, 124a ... Upper load receiving member 78b, 124b ... Lower load receiving member 80a, 80b, 126a, 1 26b: Side load receiving members 82a, 82b, 88a, 88b, 106, 128 ... Space portions 82at, 82bt, 88at, 88bt, 106t, 128t ... Plate-shaped receiving portions 84a, 84b, 90a, 90b, 109a, 130a ... Pins Member 86a, 86b, 92a, 92b, 109b, 130b ... hole

Claims (3)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外形寸法よりも大きな外形寸法を有する金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータの外周には、弾性シール部材が一体に設けられる燃料電池であって、
複数の前記金属セパレータの外周に沿って配設される荷重受け部材を備え、
前記荷重受け部材は、互いに隣接する前記金属セパレータの各弾性シール部材間に配置される櫛歯状の板状受け部を備えることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a metal separator having an outer dimension larger than the outer dimension of the electrolyte membrane / electrode structure are laminated, and an outer periphery of the metal separator Is a fuel cell in which an elastic seal member is integrally provided,
A load receiving member disposed along the outer periphery of the plurality of metal separators;
The fuel cell according to claim 1, wherein the load receiving member includes a comb-like plate-shaped receiving portion disposed between the elastic seal members of the metal separators adjacent to each other.
請求項1記載の燃料電池において、前記金属セパレータは、多角形状を有するとともに、
前記荷重受け部材は、該金属セパレータの辺毎に分割して設けられることを特徴とする燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the metal separator has a polygonal shape.
The fuel cell according to claim 1, wherein the load receiving member is provided separately for each side of the metal separator.
請求項1又は2記載の燃料電池において、前記金属セパレータの積層方向に複数の前記荷重受け部材が配列されるとともに、
互いに隣接する前記荷重受け部材同士を位置決め保持するために係止部材を備えることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the load receiving members are arranged in the stacking direction of the metal separator,
A fuel cell comprising a locking member for positioning and holding the load receiving members adjacent to each other.
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