JP4224439B2

JP4224439B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4224439B2
Application number: JP2004212000A
Authority: JP
Inventors: 誠治杉浦; 実基彦木村; 龍吾鈴木; 昌弘毛里; 尊基中川; 洋森川; 弘道吉田; 丈夫阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP2005100950A

Description

本発明は、電解質膜の両側に第１の電極と第２の電極とを配設した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を第１及び第２のセパレータ間に配設するとともに、前記第１及び第２のセパレータには、それぞれ所定の反応ガスを前記第１及び第２の電極に沿って供給する反応ガス流路が形成される燃料電池に関する。 The present invention includes an electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and the electrolyte membrane / electrode structure is disposed between first and second separators. In addition, the present invention relates to a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a predetermined reaction gas along the first and second electrodes is formed in each of the first and second separators.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are respectively provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). Is provided with a power generation cell sandwiched between separators. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

この発電セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。 In this power generation cell, the fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and the cathode passes through the electrolyte membrane. Move to the side electrode side. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen reacts to produce water.

上記の発電セルでは、燃料ガス及び酸化剤ガスを気密に保持するために、種々のシール構造が採用されている。例えば、特許文献１には、電解質膜・電極構造体とセパレータとのシール性を向上させることが可能な燃料電池が開示されている。 In the power generation cell described above, various seal structures are employed in order to keep the fuel gas and the oxidant gas airtight. For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell capable of improving the sealing performance between an electrolyte membrane / electrode structure and a separator.

この燃料電池は、図１５に示すように、電解質膜・電極構造体１が第１及び第２セパレータ２ａ、２ｂにより挟持された発電セルを備えている。電解質膜・電極構造体１は、固体高分子電解質膜３と、この固体高分子電解質膜３を挟持するアノード側電極４ａ及びカソード側電極４ｂとを備えており、前記アノード側電極４ａが前記カソード側電極４ｂよりも大きな表面積に設定されている。すなわち、電解質膜・電極構造体１は、いわゆる、段差ＭＥＡを構成している。 As shown in FIG. 15, this fuel cell includes a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure 1 is sandwiched between first and second separators 2a and 2b. The electrolyte membrane / electrode structure 1 includes a solid polymer electrolyte membrane 3, and an anode side electrode 4 a and a cathode side electrode 4 b that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 3, and the anode side electrode 4 a is the cathode The surface area is set larger than that of the side electrode 4b. That is, the electrolyte membrane / electrode structure 1 constitutes a so-called step MEA.

第２セパレータ２ｂの内面側には、カソード側電極４ｂを囲むようにして固体高分子電解質膜３に密接する第１シール５ａが取り付けられている。さらに、第１及び第２セパレータ２ａ、２ｂ間には、第１シール５ａを囲むようにして第２シール５ｂが取り付けられている。 A first seal 5a that is in close contact with the solid polymer electrolyte membrane 3 is attached to the inner surface side of the second separator 2b so as to surround the cathode side electrode 4b. Further, a second seal 5b is attached between the first and second separators 2a and 2b so as to surround the first seal 5a.

特開２００２−２５５８７号公報（段落［００１７］、図７）Japanese Patent Laying-Open No. 2002-25587 (paragraph [0017], FIG. 7)

ところで、上記の特許文献１では、カソード側電極４ｂと第１シール５ａとの間に隙間６が形成され易い。特に、第２セパレータ２ｂが金属セパレータで構成されている場合、この第２セパレータ２ｂに第１シール５ａを一体的に成形する際に、前記第２セパレータ２ｂを金型（図示せず）で押さえる型押さえ面（平面部）が必要になる。このため、カソード側電極４ｂと第１シール５ａとの間には、上記の型押さえ面に対応して比較的幅広な隙間６が形成されてしまう。 By the way, in said patent document 1, the clearance gap 6 is easy to be formed between the cathode side electrode 4b and the 1st seal | sticker 5a. In particular, when the second separator 2b is formed of a metal separator, the second separator 2b is pressed by a mold (not shown) when the first seal 5a is integrally formed on the second separator 2b. A mold pressing surface (flat surface) is required. For this reason, a relatively wide gap 6 is formed between the cathode side electrode 4b and the first seal 5a in correspondence with the above-described pressing surface.

従って、隙間６に反応ガスが洩れ易く、この反応ガスが反応ガス流路（図示せず）に沿って流れずにカソード側電極４ｂの外周部分を通過してしまうおそれがある。いわゆる、反応ガスのショートカットの発生である。これにより、反応ガスを電極反応面に確実に供給することができず、良好な発電性能が維持されないという問題がある。 Accordingly, the reaction gas easily leaks into the gap 6, and this reaction gas may not pass along the reaction gas flow path (not shown) and pass through the outer peripheral portion of the cathode side electrode 4 b. This is the generation of a so-called reactive gas shortcut. As a result, there is a problem that the reaction gas cannot be reliably supplied to the electrode reaction surface, and good power generation performance is not maintained.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを確実に阻止することができ、所望の発電性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 solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of reliably preventing a reactive gas shortcut with a simple configuration and ensuring a desired power generation performance. Objective.

本発明に係る燃料電池は、電解質膜の両側に第１の電極と第２の電極とを配設した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を第１及び第２のセパレータ間に配設するとともに、前記第１及び第２のセパレータには、それぞれ所定の反応ガスを前記第１及び第２の電極に沿って供給する反応ガス流路が形成されている。 A fuel cell according to the present invention includes an electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane, and the electrolyte membrane / electrode structure is provided with first and second electrolyte membranes. In addition to being disposed between the separators, the first and second separators are formed with reaction gas flow paths for supplying predetermined reaction gases along the first and second electrodes, respectively.

そして、少なくとも第１のセパレータには、該第１のセパレータの外周縁部を覆ってシール部材が設けられるとともに、前記シール部材は、電解質膜・電極構造体の第１の電極側に対向する額縁状シール面を有し、前記額縁状シール面の内周端部と、前記内周端部に隣接する反応ガス流路の凸部との間隙には、該間隙に沿って反応ガスが流通することを阻止する複数の閉塞シールが設けられている。 At least the first separator is provided with a seal member that covers the outer peripheral edge of the first separator, and the seal member is a frame facing the first electrode side of the electrolyte membrane / electrode structure. The reaction gas flows along the gap between the inner peripheral end of the frame-shaped seal surface and the convex portion of the reaction gas channel adjacent to the inner peripheral end. A plurality of closure seals are provided to prevent this.

閉塞シールの数、形状（幅寸法）及び配置位置は、反応ガスが実際に洩れ易い部位に対応して種々設定されている。閉塞シールは、間隙を完全に閉塞するものに限定されるものではなく、反応ガスの流通が有効に制限される程度に閉塞されていればよい。 The number, shape (width dimension), and arrangement position of the closing seal are variously set corresponding to the site where the reaction gas is actually likely to leak. The closing seal is not limited to the one that completely closes the gap, and may be closed to such an extent that the flow of the reaction gas is effectively limited.

また、閉塞シールは、額縁状シール面の内周端部に一体的に形成され、第１のセパレータから離間する方向に傾斜して突出することが好ましい。 Further, the closing seal is preferably formed integrally with the inner peripheral end of the frame-shaped sealing surface, and protrudes in an inclined direction away from the first separator.

さらに、閉塞シールは、額縁状シール面の内周端部と反応ガス流路の凸部との隙間に充填される複数の液状シールであることが好ましい。 Further, the closing seal is preferably a plurality of liquid seals filled in the gap between the inner peripheral end portion of the frame-shaped sealing surface and the convex portion of the reaction gas channel.

さらにまた、閉塞シールは、額縁状シール面の内周端部と反応ガス流路の凸部との間隙に配設される複数の固形シールであることが好ましい。 Furthermore, the closing seal is preferably a plurality of solid seals disposed in the gap between the inner peripheral end of the frame-shaped sealing surface and the convex portion of the reaction gas channel.

また、第１及び第２のセパレータは、第１及び第２の電極にそれぞれ反応ガスを供給するための反応ガス流路を面方向に沿って設けるとともに、前記反応ガス流路は、折り返し部を有する蛇行流路を構成することが好ましい。 Further, the first and second separators are provided with a reaction gas channel for supplying a reaction gas to the first and second electrodes, respectively, along the surface direction, and the reaction gas channel has a folded portion. It is preferable to constitute the meandering flow path.

本発明によれば、シール部材は、電解質膜・電極構造体の第１の電極側に対向する額縁状シール面の内周端部と、前記内周端部に隣接する反応ガス流路の凸部との間隙に、複数の閉塞シールを設けており、この閉塞シールの作用下に、前記間隙に短絡ガス通路が形成されることはない。このため、燃料電池内に供給された反応ガスが、電極反応面の外周を通過して、いわゆる、ショートカットを発生することを確実に阻止することができる。これにより、発電に利用されない反応ガスを良好に削減することが可能になり、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行される。 According to the present invention, the seal member includes the inner peripheral end of the frame-shaped seal surface facing the first electrode side of the electrolyte membrane / electrode structure, and the convex of the reaction gas channel adjacent to the inner peripheral end. A plurality of closing seals are provided in the gap with the portion, and no short-circuit gas passage is formed in the gap under the action of the closing seal. For this reason, it is possible to reliably prevent the reaction gas supplied into the fuel cell from passing through the outer periphery of the electrode reaction surface and generating a so-called shortcut. Thereby, it is possible to satisfactorily reduce the reactive gas that is not used for power generation, and efficient and economical power generation is performed with a simple configuration.

また、閉塞シールは、額縁状シール面の内周端部に一体的に形成されて第１のセパレータから離間する方向に突出しており、シール成形時に型押さえ部が前記第１のセパレータに接触する部位（型押さえ面）を、前記閉塞シールによって確実に閉塞することができる。すなわち、閉塞シールを有するシール部材が第１のセパレータに一体化された後、燃料電池全体が締め付け保持される際に、前記閉塞シールが前記第１のセパレータ側に変形して型押さえ面を閉塞する。これにより、シール部材全体の製造作業が簡素化されるとともに、短絡ガス流路を良好に閉塞することが可能になる。 The closing seal is formed integrally with the inner peripheral end of the frame-shaped sealing surface and protrudes in a direction away from the first separator, and the mold pressing portion comes into contact with the first separator at the time of seal molding. The part (mold pressing surface) can be reliably closed by the closing seal. That is, after the sealing member having the closing seal is integrated with the first separator, when the entire fuel cell is clamped and held, the closing seal is deformed to the first separator side to close the mold holding surface. To do. This simplifies the manufacturing operation of the entire seal member, and can favorably close the short-circuit gas flow path.

さらに、閉塞シールは、額縁状シール面の内周端部と反応ガス流路の凸部との隙間に充填される複数の液状シール、又は、複数の固形シールであり、前記間隙の任意の個所を確実に閉塞することができる。 Further, the closing seal is a plurality of liquid seals or a plurality of solid seals filled in a gap between the inner peripheral end of the frame-shaped seal surface and the convex portion of the reaction gas flow path, and an arbitrary portion of the gap. Can be reliably closed.

さらにまた、反応ガス流路は、折り返し部を有する蛇行流路を構成している。このため、圧力差が大きくなる折り返し部においても、閉塞シールを介して反応ガスの洩れ、すなわち、ショートカットを良好に阻止することが可能になり、発電効率を向上させることができる。 Furthermore, the reactive gas flow path constitutes a meandering flow path having a folded portion. For this reason, it is possible to satisfactorily prevent leakage of reaction gas, that is, a shortcut, through the closing seal even in the folded portion where the pressure difference becomes large, and the power generation efficiency can be improved.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の要部分解斜視説明図であり、図２は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層してスタック化された前記燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a power generation cell 12 constituting the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in the direction of arrow A. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view taken along the line II-II in FIG. 1 of the stacked fuel cell 10.

燃料電池１０は、図２に示すように、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１４ａ、１４ｂが配置される。エンドプレート１４ａ、１４ｂは、図示しないタイロッドを介して固定されることにより、積層されている発電セル１２には、矢印Ａ方向に所定の締め付け荷重が付与される。 As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 has a plurality of power generation cells 12 stacked in the direction of arrow A, and end plates 14 a and 14 b are disposed at both ends in the stacking direction. The end plates 14a and 14b are fixed via tie rods (not shown), whereby a predetermined tightening load is applied to the stacked power generation cells 12 in the arrow A direction.

図１に示すように、発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１６が、アノード側金属セパレータ（第１のセパレータ）１８とカソード側金属セパレータ（第２のセパレータ）２０とに挟持されている。アノード側金属セパレータ１８及びカソード側金属セパレータ２０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ており、厚さが、例えば、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定されている。 As shown in FIG. 1, in the power generation cell 12, the electrolyte membrane / electrode structure 16 is sandwiched between an anode side metal separator (first separator) 18 and a cathode side metal separator (second separator) 20. . The anode-side metal separator 18 and the cathode-side metal separator 20 are made of, 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 set within a range of 0.05 mm to 1.0 mm, for example.

発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）上方に向かって配列して設けられる。 One end edge of the power generation cell 12 in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and discharges an oxidant gas (reactive gas), for example, an oxygen-containing gas. An oxidant gas outlet communication hole 30b for discharging the cooling medium, a cooling medium outlet communication hole 32b for discharging the cooling medium, and a fuel gas (reactive gas), for example, a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying a hydrogen-containing gas, Arranged upward in the direction of arrow C (vertical direction).

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａが、矢印Ｃ方向上方に向かって配列して設けられる。 The other end edge of the power generation cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, the fuel gas outlet communication hole 34b for discharging the fuel gas, and the cooling medium inlet communication hole for supplying the cooling medium. 32a and an oxidant gas inlet communication hole 30a for supplying the oxidant gas are arranged in an upward direction in the direction of arrow C.

電解質膜・電極構造体１６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３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極（第１の電極）３８及びカソード側電極（第２の電極）４０とを備える。アノード側電極３８は、カソード側電極４０よりも小さな表面積を有している。 The electrolyte membrane / electrode structure 16 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode (first electrode) sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36. 38 and a cathode side electrode (second electrode) 40. The anode side electrode 38 has a smaller surface area than the cathode side electrode 40.

アノード側電極３８及びカソード側電極４０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、固体高分子電解質膜３６の両面に形成されている。 The anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36.

図１及び図３に示すように、カソード側金属セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６に対向する面２０ａには、例えば、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に向かう酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４２が設けられる。この酸化剤ガス流路４２は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する。 As shown in FIGS. 1 and 3, on the surface 20a of the cathode-side metal separator 20 that faces the electrolyte membrane / electrode structure 16, for example, an oxidant gas flow path that goes vertically downward while meandering in the arrow B direction. (Reactive gas flow path) 42 is provided. The oxidant gas channel 42 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b.

図４に示すように、アノード側金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に対向する面１８ａには、後述するように、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向（矢印Ｃ方向）に向かう燃料ガス流路（反応ガス流路）４４が形成される。 As shown in FIG. 4, the surface 18a of the anode side metal separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16 communicates with a fuel gas inlet communication hole 34a and a fuel gas outlet communication hole 34b, as will be described later. Then, a fuel gas flow path (reactive gas flow path) 44 is formed in the vertical downward direction (arrow C direction) while meandering in the direction of arrow B.

図１及び図２に示すように、アノード側金属セパレータ１８の面１８ｂとカソード側金属セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。この冷却媒体流路４６は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 18b of the anode side metal separator 18 and the surface 20b of the cathode side metal separator 20 communicate with the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b. A cooling medium flow path 46 is formed. The cooling medium flow path 46 extends linearly in the direction of arrow B.

図１及び図３に示すように、カソード側金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、このカソード側金属セパレータ２０の外周端部を周回して、第１シール部材５０が一体化される。第１シール部材５０には、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が用いられる。 As shown in FIGS. 1 and 3, the first seal member 50 is integrated with the surfaces 20 a and 20 b of the cathode side metal separator 20 around the outer peripheral end of the cathode side metal separator 20. For the first seal member 50, for example, a seal material such as EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroplane or acrylic rubber, a cushion material, or a packing material is used. It is done.

第１シール部材５０は、図２及び図３に示すように、カソード側金属セパレータ２０の面２０ａに一体化される第１平面部５２と、前記カソード側金属セパレータ２０の面２０ｂに一体化される第２平面部５４とを備える。第２平面部５４は、第１平面部５２よりも長尺に構成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first seal member 50 is integrated with the first flat portion 52 integrated with the surface 20 a of the cathode side metal separator 20 and the surface 20 b of the cathode side metal separator 20. A second flat surface portion 54. The second plane part 54 is configured to be longer than the first plane part 52.

図２に示すように、第１平面部５２は、電解質膜・電極構造体１６の外周端部から外部に離間した位置を周回する一方、第２平面部５４は、カソード側電極４０の外周部分を所定の範囲にわたって重合する位置を周回する。図３に示すように、第１平面部５２は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを酸化剤ガス流路４２に連通して形成される一方、第２平面部５４は、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとを連通して形成される。 As shown in FIG. 2, the first flat portion 52 circulates at a position spaced outside from the outer peripheral end of the electrolyte membrane / electrode structure 16, while the second flat portion 54 is an outer peripheral portion of the cathode-side electrode 40. Around the position where the polymerization is carried out over a predetermined range. As shown in FIG. 3, the first flat portion 52 is formed by connecting the oxidant gas inlet communication hole 30 a and the oxidant gas outlet communication hole 30 b to the oxidant gas flow path 42, while the second flat portion 54. Is formed by communicating the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b.

アノード側金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、図１、図２及び図４に示すように、このアノード側金属セパレータ１８の外周端部を周回して、第２シール部材５６が一体化される。この第２シール部材５６は、アノード側金属セパレータ１８の外周端部に近接して面１８ａに設けられる外側シール５８ａを備え、この外側シール５８ａから内方に所定の距離だけ離間して内側シール５８ｂが設けられる。第２シール部材５６において、外側シール５８ａ及び内側シール５８ｂは、アノード側電極３８側に対向する額縁状シール面を構成する。 As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the second seal member 56 is integrated with the surfaces 18 a and 18 b of the anode side metal separator 18 around the outer peripheral end of the anode side metal separator 18. The The second seal member 56 includes an outer seal 58a provided on the surface 18a in the vicinity of the outer peripheral end of the anode side metal separator 18, and the inner seal 58b is spaced inward from the outer seal 58a by a predetermined distance. Is provided. In the second seal member 56, the outer seal 58a and the inner seal 58b constitute a frame-shaped seal surface facing the anode side electrode 38 side .

外側シール５８ａ及び内側シール５８ｂは、先端先細り形状、台形状又は蒲鉾形状等、種々の断面形状が選択可能である。外側シール５８ａは、カソード側金属セパレータ２０に設けられている第１平面部５２に接触する一方、内側シール５８ｂは、電解質膜・電極構造体１６を構成する固体高分子電解質膜３６に直接接触する。 The outer seal 58a and the inner seal 58b can be selected from various cross-sectional shapes such as a tapered tip shape, a trapezoidal shape, or a bowl shape. The outer seal 58a is in contact with the first flat portion 52 provided on the cathode side metal separator 20, while the inner seal 58b is in direct contact with the solid polymer electrolyte membrane 36 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 16. .

図４に示すように、外側シール５８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを囲繞する。内側シール５８ｂは、燃料ガス流路４４を囲繞するとともに、前記内側シール５８ｂと外側シール５８ａとの間には、電解質膜・電極構造体１６の外周端部が配置される。 As shown in FIG. 4, the outer seal 58a includes an oxidant gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 32a, a fuel gas outlet communication hole 34b, a fuel gas inlet communication hole 34a, a cooling medium outlet communication hole 32b, and an oxidant. The gas outlet communication hole 30b is surrounded. The inner seal 58b surrounds the fuel gas flow path 44, and an outer peripheral end portion of the electrolyte membrane / electrode structure 16 is disposed between the inner seal 58b and the outer seal 58a.

図２に示すように、内側シール５８ｂの内周端部と、前記内周端部に隣接する燃料ガス流路４４の凸部４４ａとの間隙には、複数の閉塞シール６０が形成される。閉塞シール６０は、後述するように、内側シール５８ｂの内周端部に一体的に形成されてアノード側金属セパレータ１８から離間する方向に傾斜して突出するとともに、長手方向両端と中央とに突起部６０ａが形成される（図４参照）。 As shown in FIG. 2, a plurality of closing seals 60 are formed in the gap between the inner peripheral end portion of the inner seal 58b and the convex portion 44a of the fuel gas channel 44 adjacent to the inner peripheral end portion. As will be described later, the closing seal 60 is formed integrally with the inner peripheral end of the inner seal 58b and protrudes in a direction away from the anode-side metal separator 18, and protrudes at both ends and the center in the longitudinal direction. A portion 60a is formed (see FIG. 4).

閉塞シール６０は、燃料ガスが蛇行する燃料ガス流路４４を流れずにアノード側電極３８の外周を通過すること、いわゆる、ショートカットを阻止する機能を有している。各閉塞シール６０の数、形状（幅寸法）及び配置位置は、燃料ガスが実際に洩れ易い部位に対応して種々設定されている。 The closing seal 60 has a function of preventing a so-called shortcut that the fuel gas passes through the outer periphery of the anode side electrode 38 without flowing through the meandering fuel gas flow path 44. Various numbers, shapes (width dimensions), and arrangement positions of the respective sealing seals 60 are set in accordance with portions where the fuel gas is actually likely to leak.

アノード側金属セパレータ１８の面１８ｂには、外側シール５８ａに対応する外側シール５８ｃと、内側シール５８ｂに対応する内側シール５８ｄとが設けられる（図１及び図２参照）。外側シール５８ｃ及び内側シール５８ｄは、上記の外側シール５８ａ及び内側シール５８ｂと同様の形状を有している。 An outer seal 58c corresponding to the outer seal 58a and an inner seal 58d corresponding to the inner seal 58b are provided on the surface 18b of the anode side metal separator 18 (see FIGS. 1 and 2). The outer seal 58c and the inner seal 58d have the same shape as the outer seal 58a and the inner seal 58b.

図４に示すように、外側シール５８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス流路４２とを連通する連通路形成用の複数の受部６４と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと前記酸化剤ガス流路４２とを連通する連通路形成用の複数の受部６６とを設ける。 As shown in FIG. 4, the outer seal 58 a includes a plurality of receiving portions 64 for forming a communication path that communicates the oxidant gas inlet communication hole 30 a and the oxidant gas flow path 42, and an oxidant gas outlet communication hole 30 b. A plurality of receiving portions 66 for forming a communication path communicating with the oxidant gas flow path 42 are provided.

図１及び図４示すように、アノード側金属セパレータ１８の面１８ｂには、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体流路４６とを連通する連通路形成用の複数の受部６８と、冷却媒体出口連通孔３２ｂと前記冷却媒体流路４６とを連通する連通路形成用の複数の受部７０とが設けられる。面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂの近傍に、それぞれ複数の受部７２、７４が設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 4, the surface 18b of the anode-side metal separator 18 has a plurality of receiving portions 68 for forming a communication path that communicates the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium flow path 46, and the cooling medium. A plurality of receiving portions 70 for forming a communication path that communicates the outlet communication hole 32b and the cooling medium flow path 46 are provided. A plurality of receiving portions 72 and 74 are provided on the surface 18b in the vicinity of the fuel gas inlet communication hole 34a and the fuel gas outlet communication hole 34b, respectively.

図１に示すように、受部７２、７４の近傍には、内側シール５８ｄの外方に位置して、それぞれ複数の供給孔部７６及び排出孔部７８が形成される。供給孔部７６と排出孔部７８は、アノード側金属セパレータ１８の面１８ａで内側シール５８ｂの内方に且つ燃料ガス流路４４の入口側と出口側とに対応して貫通形成される（図４参照）。 As shown in FIG. 1, a plurality of supply hole portions 76 and discharge hole portions 78 are formed in the vicinity of the receiving portions 72 and 74, respectively, outside the inner seal 58 d. The supply hole portion 76 and the discharge hole portion 78 are formed through the surface 18a of the anode side metal separator 18 inward of the inner seal 58b and corresponding to the inlet side and the outlet side of the fuel gas passage 44 (see FIG. 4).

次いで、燃料電池１０を組み付ける作業について、以下に説明する。 Next, the operation of assembling the fuel cell 10 will be described below.

アノード側金属セパレータ１８に第２シール部材５６が一体化される一方、カソード側金属セパレータ２０に第１シール部材５０が一体化される。その際、アノード側金属セパレータ１８では、プレス加工によって両方の面１８ａ、１８ｂに燃料ガス流路４４及び冷却媒体流路４６が形成されている。 The second seal member 56 is integrated with the anode side metal separator 18, while the first seal member 50 is integrated with the cathode side metal separator 20. In that case, in the anode side metal separator 18, the fuel gas flow path 44 and the cooling medium flow path 46 are formed in both surfaces 18a and 18b by press work.

先ず、図５に示すように、アノード側金属セパレータ１８は、シール成形用金型８０内に配置される。金型８０は、第１型８２と第２型８４とを備え、前記第１及び第２型８２、８４間には、キャビティ８６と逃げ８８とが形成される。この逃げ８８は、燃料ガス流路４４及び冷却媒体流路４６を構成する波形状部分を収容する。逃げ８８とキャビティ８６との間には、アノード側金属セパレータ１８に接触する型押さえ部８２ａ、８４ａが距離Ｈ１にわたって設けられる。 First, as shown in FIG. 5, the anode side metal separator 18 is disposed in a seal molding die 80. The mold 80 includes a first mold 82 and a second mold 84, and a cavity 86 and a relief 88 are formed between the first and second molds 82 and 84. The escape 88 accommodates the wave-shaped portions constituting the fuel gas flow path 44 and the cooling medium flow path 46. Between the relief 88 and the cavity 86, mold pressing portions 82a and 84a that are in contact with the anode-side metal separator 18 are provided over a distance H1.

キャビティ８６は、第２シール部材５６の形状に対応しており、このキャビティ８６の内側（凸部４４ａ側）端部には、閉塞シール６０の形状に対応する突起状キャビティ８６ａが連通する。キャビティ８６ａは、第２型８４に設けられており、アノード側金属セパレータ１８の面１８ａから離間する方向に角度θ°（３０°＜θ°＜６０°）だけ傾斜する。このキャビティ８６ａの長さＨ２は、閉塞シール６０が凸部４４ａの近傍まで覆って所望の閉塞機能を有する寸法に設定される。 The cavity 86 corresponds to the shape of the second seal member 56, and a protruding cavity 86 a corresponding to the shape of the closing seal 60 communicates with the inner end (projection 44 a side) end of the cavity 86. The cavity 86a is provided in the second mold 84 and is inclined by an angle θ ° (30 ° <θ ° <60 °) in a direction away from the surface 18a of the anode side metal separator 18. The length H2 of the cavity 86a is set to a dimension having a desired closing function with the closing seal 60 covering the vicinity of the convex portion 44a.

そこで、第１及び第２型８２、８４がアノード側金属セパレータ１８を挟持して型締めされた状態で、キャビティ８６、８６ａに溶融ゴムが充填される。このため、所定の時間だけ経過すると、アノード側金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、第２シール部材５６が一体化されるとともに、前記第２シール部材５６を構成する内側シール５８ｂの内周端部には、アノード側金属セパレータ１８から離間する方向に傾斜して閉塞シール６０が一体的に突出形成される。 Therefore, the molten rubber is filled into the cavities 86 and 86a in a state where the first and second molds 82 and 84 are clamped with the anode-side metal separator 18 interposed therebetween. Therefore, after a predetermined time has elapsed, the second seal member 56 is integrated with the surfaces 18 a and 18 b of the anode side metal separator 18, and the inner periphery of the inner seal 58 b that constitutes the second seal member 56. A closing seal 60 is integrally formed at the end so as to incline in a direction away from the anode-side metal separator 18.

さらに、第１及び第２型８２、８４が型開きされ、アノード側金属セパレータ１８が金型８０から離型される。一方、カソード側金属セパレータ２０では、図示しないシール成形用金型を介してこのカソード側金属セパレータ２０の両方の面２０ａ、２０ｂに第１シール部材５０が一体化される。 Further, the first and second molds 82 and 84 are opened, and the anode side metal separator 18 is released from the mold 80. On the other hand, in the cathode side metal separator 20, the first seal member 50 is integrated with both surfaces 20 a and 20 b of the cathode side metal separator 20 through a seal molding die (not shown).

次いで、電解質膜・電極構造体１６を挟んでアノード側金属セパレータ１８及びカソード側金属セパレータ２０が配置され、積層方向（矢印Ａ方向）にプレスされる。従って、図２に示すように、閉塞シール６０は、アノード側金属セパレータ１８の面１８ａ側に揺動し、内側シール５８ｂの内周端部と、前記内周端部に隣接する燃料ガス流路４４の凸部４４ａとの間隙を閉塞する。これにより、発電セル１２が構成され、前記発電セル１２が所定数だけ積層されるとともに、積層方向に締め付け保持されることによって、燃料電池１０が組み付けられる。 Next, the anode-side metal separator 18 and the cathode-side metal separator 20 are disposed with the electrolyte membrane / electrode structure 16 therebetween, and are pressed in the stacking direction (arrow A direction). Therefore, as shown in FIG. 2, the closing seal 60 swings toward the surface 18a side of the anode side metal separator 18, and the fuel gas flow path adjacent to the inner peripheral end of the inner seal 58b and the inner peripheral end. The gap between the convex portion 44a of 44 is closed. As a result, the power generation cell 12 is configured, and the fuel cell 10 is assembled by being stacked in a predetermined direction and being clamped and held in the stacking direction.

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、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに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 such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａからカソード側金属セパレータ２０の酸化剤ガス流路４２に導入され（図１及び図３参照）、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動して電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極４０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部７６を通ってアノード側金属セパレータ１８の燃料ガス流路４４に導入される（図４参照）。燃料ガスは、燃料ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極３８に供給される（図１参照）。 Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 30a into the oxidant gas flow path 42 of the cathode-side metal separator 20 (see FIGS. 1 and 3), and vertically downward while meandering in the arrow B direction. To the cathode side electrode 40 of the electrolyte membrane / electrode structure 16. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 34a through the supply hole 76 into the fuel gas flow path 44 of the anode side metal separator 18 (see FIG. 4). The fuel gas moves vertically downward while meandering in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 44, and is supplied to the anode side electrode 38 of the electrolyte membrane / electrode structure 16 (see FIG. 1).

従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８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。 Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 16, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 40 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 38 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部７８を通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 38 passes through the discharge hole 78 and is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b.

また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、アノード側金属セパレータ１８とカソード側金属セパレータ２０との間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される（図１参照）。 The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32 a is introduced into the cooling medium flow path 46 between the anode side metal separator 18 and the cathode side metal separator 20 and then flows in the direction of arrow B. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b after the electrolyte membrane / electrode structure 16 is cooled (see FIG. 1).

この場合、第１の実施形態では、アノード側金属セパレータ１８に設けられている第２シール部材５６が、内側シール５８ｂの内周端部に一体化される複数の閉塞シール６０を有している。そして、この閉塞シール６０は、内側シール５８ｂの内周端部と、該内周端部に隣接する燃料ガス流路４４の凸部４４ａとの間隙を閉塞している。 In this case, in the first embodiment, the second seal member 56 provided on the anode side metal separator 18 has a plurality of closing seals 60 integrated with the inner peripheral end of the inner seal 58b. . The closing seal 60 closes the gap between the inner peripheral end portion of the inner seal 58b and the convex portion 44a of the fuel gas channel 44 adjacent to the inner peripheral end portion.

このため、内側シール５８ｂと凸部４４ａとの間隙には、短絡ガス通路が形成されることがない。従って、燃料電池１０内に供給された反応ガスである燃料ガスは、電極反応面の外周を通過してショートカットが発生することを確実に阻止される。これにより、発電に利用されない燃料ガスを良好に削減することが可能になり、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行されるという効果が得られる。 For this reason, a short-circuit gas passage is not formed in the gap between the inner seal 58b and the convex portion 44a. Therefore, the fuel gas that is the reaction gas supplied into the fuel cell 10 is reliably prevented from passing through the outer periphery of the electrode reaction surface and generating a shortcut. As a result, it is possible to favorably reduce the fuel gas that is not used for power generation, and the effect is achieved that efficient and economical power generation is performed with a simple configuration.

また、閉塞シール６０は、内側シール５８ｂの内周端部に一体的に形成されている。すなわち、第２シール部材５６を製造する際に、内側シール５８ｂ及び外側シール５８ａと閉塞シール６０とを同時に成形することができ、前記第２シール部材５６全体の製造作業が有効に簡素化される。 Further, the closing seal 60 is formed integrally with the inner peripheral end of the inner seal 58b. That is, when the second seal member 56 is manufactured, the inner seal 58b, the outer seal 58a, and the closing seal 60 can be formed at the same time, and the manufacturing operation of the entire second seal member 56 is effectively simplified. .

さらにまた、燃料ガス流路４４は、折り返し部を有する蛇行流路を構成している。このため、圧力差が大きくなる折り返し部においても、閉塞シール６０を介して燃料ガスの洩れ、すなわち、ショートカットを良好に阻止することが可能になる。 Furthermore, the fuel gas channel 44 constitutes a meandering channel having a folded portion. For this reason, it is possible to satisfactorily prevent the fuel gas from leaking, that is, the shortcut, through the closing seal 60 even in the folded portion where the pressure difference becomes large.

また、閉塞シール６０は、内側シール５８ｂの内周端部に一体的に形成されてアノード側金属セパレータ１８の面１８ａから離間する方向に突出している。従って、図５に示すように、シール成形時に型押さえ部８４ａが前記アノード側金属セパレータ１８に接触する型押さえ面を、前記閉塞シール６０によって確実に閉塞することができる。 The closing seal 60 is formed integrally with the inner peripheral end of the inner seal 58b and protrudes away from the surface 18a of the anode side metal separator 18. Therefore, as shown in FIG. 5, the mold pressing surface where the mold pressing portion 84 a contacts the anode-side metal separator 18 at the time of seal molding can be reliably closed by the closing seal 60.

すなわち、閉塞シール６０を有する第２シール部材５６がアノード側金属セパレータ１８に一体化された後、燃料電池１０全体が締め付け保持される際に、前記閉塞シール６０が前記アノード側金属セパレータ１８の面１８ａ側に変形して型押さえ面を閉塞する。これにより、第２シール部材５６全体の製造作業が簡素化されるとともに、短絡ガス流路を良好に閉塞することが可能になる。 That is, after the second seal member 56 having the closing seal 60 is integrated with the anode side metal separator 18, the closing seal 60 is attached to the surface of the anode side metal separator 18 when the entire fuel cell 10 is clamped and held. The mold pressing surface is closed by deforming to the 18a side. This simplifies the manufacturing operation of the entire second seal member 56 and can close the short-circuit gas flow path satisfactorily.

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池９０の断面説明図である。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及び第４の実施形態でも同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell 90 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, detailed descriptions of third and fourth embodiments described below are omitted.

燃料電池９０を構成する各発電セル９２は、アノード側金属セパレータ９４を備え、このアノード側金属セパレータ９４の面９４ａ、９４ｂには、第２シール部材９６が一体化される。第２シール部材９６は、面９４ａに設けられる外側シール５８ａと内側シール５８ｂとを備え、前記内側シール５８ｂの内周端部と凸部４４ａとの間隙には、複数の閉塞シール９８が所定の位置に配置される（図６及び図７参照）。閉塞シール９８は、第２シール部材９６とは別体に構成されており、予めライン状に成形されるとともに、好ましくは、前記第２シール部材９６と同一の材質で形成される。 Each power generation cell 92 constituting the fuel cell 90 includes an anode side metal separator 94, and a second seal member 96 is integrated with the surfaces 94 a and 94 b of the anode side metal separator 94. The second seal member 96 includes an outer seal 58a and an inner seal 58b provided on the surface 94a, and a plurality of closing seals 98 are provided in a gap between the inner peripheral end of the inner seal 58b and the convex portion 44a. (See FIGS. 6 and 7). The closing seal 98 is configured separately from the second seal member 96, and is formed in advance in a line shape, and is preferably formed of the same material as the second seal member 96.

このように構成される第２の実施形態では、燃料電池９０内に供給された燃料ガスが燃料ガス流路４４をショートカットして電極反応面の外周を通過することを確実に阻止することができ、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured as described above, the fuel gas supplied into the fuel cell 90 can be reliably prevented from passing through the outer periphery of the electrode reaction surface by shortcutting the fuel gas passage 44. The same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as efficient and economical power generation with a simple configuration.

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００の断面説明図である。 FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell 100 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池１００を構成する各発電セル１０２は、アノード側金属セパレータ１０４を備え、このアノード側金属セパレータ１０４の面１０４ａ、１０４ｂには、第２シール部材１０６が一体化される。第２シール部材１０６は、面１０４ａに設けられる外側シール５８ａと内側シール５８ｂとを備え、前記内側シール５８ｂと凸部４４ａとの間隙には、複数の液状シール（閉塞シール）１０８が所定の位置に設けられる（図８及び図９参照）。 Each power generation cell 102 constituting the fuel cell 100 includes an anode side metal separator 104, and a second seal member 106 is integrated with the surfaces 104 a and 104 b of the anode side metal separator 104. The second seal member 106 includes an outer seal 58a and an inner seal 58b provided on the surface 104a, and a plurality of liquid seals (blocking seals) 108 are located at predetermined positions in the gap between the inner seal 58b and the convex portion 44a. (See FIG. 8 and FIG. 9).

液状シール１０８を設ける際には、先ず、図１０に示すように、アノード側金属セパレータ１０４とカソード側金属セパレータ２０とが離間して配置された状態で、内側シール５８ｂと凸部４４ａとの間に前記液状シール１０８が塗布される。次いで、図１１に示すように、アノード側金属セパレータ１０４とカソード側金属セパレータ２０とが、互いに近接する方向に移動した後、燃料電池１００には、積層方向に向かってプレス処理が施される。 When providing the liquid seal 108, first, as shown in FIG. 10, the anode-side metal separator 104 and the cathode-side metal separator 20 are arranged apart from each other, and the gap between the inner seal 58b and the convex portion 44a. The liquid seal 108 is applied to the surface. Next, as shown in FIG. 11, after the anode-side metal separator 104 and the cathode-side metal separator 20 have moved in directions close to each other, the fuel cell 100 is subjected to a pressing process in the stacking direction.

その際、図８に示すように、燃料電池１０に使用時の荷重が付与された状態での液状シール１０８の断面積Ｓ１は、前記燃料電池１０の組み付け前の前記液状シール１０８の塗布断面積Ｓ２（図９参照）よりも小さく設定される（Ｓ１＜Ｓ２）。 At this time, as shown in FIG. 8, the cross-sectional area S1 of the liquid seal 108 in a state where a load during use is applied to the fuel cell 10 is the application cross-sectional area of the liquid seal 108 before the fuel cell 10 is assembled. It is set smaller than S2 (see FIG. 9) (S1 <S2).

これにより、液状シール１０８は、使用時の荷重に相当するプレス荷重が付与された状態で硬化するため、前記液状シール１０８は、内側シール５８ｂと凸部４４ａとの間隙に確実に充填されて閉塞率の高い閉塞シールが構成される（図８参照）。従って、第３の実施形態では、簡単な構成で、効率的な発電が遂行される等、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。 As a result, the liquid seal 108 is cured in a state where a press load corresponding to the load during use is applied, so that the liquid seal 108 is reliably filled in the gap between the inner seal 58b and the convex portion 44a and closed. A high-rate closure seal is constructed (see FIG. 8). Therefore, in the third embodiment, the same effects as in the first and second embodiments can be obtained, such as efficient power generation with a simple configuration.

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１２０を構成する発電セル１２２の要部分解斜視説明図である。 FIG. 12 is an exploded perspective view of the main part of the power generation cell 122 constituting the fuel cell 120 according to the fourth embodiment of the present invention.

発電セル１２２には、電解質膜・電極構造体１２４とアノード側金属セパレータ１２６及びカソード側金属セパレータ１２８とを備える。電解質膜・電極構造体１２４は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ等の連通孔が設けられた固体高分子電解質膜３６ａと、前記固体高分子電解質膜３６ａを挟持するアノード側電極３８ａ及びカソード側電極４０ａとを有する。アノード側電極３８ａとカソード側電極４０ａとは、略同一の表面積に設定される（図１３参照）。 The power generation cell 122 includes an electrolyte membrane / electrode structure 124, an anode side metal separator 126, and a cathode side metal separator 128. The electrolyte membrane / electrode structure 124 includes a solid polymer electrolyte membrane 36a provided with communication holes such as an oxidant gas inlet communication hole 30a, an anode side electrode 38a and a cathode side electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36a. 40a. The anode side electrode 38a and the cathode side electrode 40a are set to have substantially the same surface area (see FIG. 13).

カソード側金属セパレータ１２８の面１２８ａ、１２８ｂには、このカソード側金属セパレータ１２８の外周端部を周回して、第１シール部材１３０が一体化される。この第１シール部材１３０は、面１２８ａ側に設けられて固体高分子電解質膜３６ａに直接接触する額縁状シール面１３２を備える。額縁状シール面１３２の内周端部と、前記内周端部に隣接する酸化剤ガス流路４２の凸部４２ａとの間隙には、複数の閉塞シール６０が形成される。 The first seal member 130 is integrated with the surfaces 128 a and 128 b of the cathode side metal separator 128 around the outer peripheral end of the cathode side metal separator 128. The first seal member 130 includes a frame-shaped seal surface 132 provided on the surface 128a side and in direct contact with the solid polymer electrolyte membrane 36a. A plurality of closing seals 60 are formed in the gap between the inner peripheral end portion of the frame-shaped seal surface 132 and the convex portion 42a of the oxidant gas channel 42 adjacent to the inner peripheral end portion.

アノード側金属セパレータ１２６の面１２６ａ、１２６ｂには、このアノード側金属セパレータ１２６の外周端部を周回して、第２シール部材１３４が一体化される。この第２シール部材１３４は、面１２６ａに設けられて固体高分子電解質膜３６ａに直接接触する第１額縁状シール面１３６と、面１２６ｂに設けられてカソード側金属セパレータ１２８の第１シール部材１３０に接触する第２額縁状シール面１３８とを備える。第１額縁状シール面１３６の内周端部と、前記内周端部に隣接する燃料ガス流路４４の凸部４４ａとの間隙には、複数の閉塞シール６０が形成される。 The second seal member 134 is integrated with the surfaces 126 a and 126 b of the anode side metal separator 126 around the outer peripheral end of the anode side metal separator 126. The second seal member 134 is provided on the surface 126a and directly contacts the solid polymer electrolyte membrane 36a, and the first seal member 130 of the cathode side metal separator 128 is provided on the surface 126b. And a second frame-like sealing surface 138 in contact with. A plurality of closing seals 60 are formed in the gap between the inner peripheral end portion of the first frame-shaped seal surface 136 and the convex portion 44a of the fuel gas channel 44 adjacent to the inner peripheral end portion.

このように構成される第４の実施形態では、アノード側金属セパレータ１２６とカソード側金属セパレータ１２８とで電解質膜・電極構造体１２４を挟持する。その際、第１及び第２シール部材１３０、１３４の額縁状シール面１３２と第１額縁状シール面１３６とは、電解質膜・電極構造体１２４の固体高分子電解質膜３６ａを挟持するとともに、前記第１及び第２シール部材１３０、１３４には、それぞれ複数の閉塞シール６０が設けられている。 In the fourth embodiment configured as described above, the electrolyte membrane / electrode structure 124 is sandwiched between the anode side metal separator 126 and the cathode side metal separator 128. At that time, the frame-shaped seal surface 132 and the first frame-shaped seal surface 136 of the first and second seal members 130 and 134 sandwich the solid polymer electrolyte membrane 36a of the electrolyte membrane / electrode structure 124, and Each of the first and second seal members 130 and 134 is provided with a plurality of closing seals 60.

ここで、閉塞シール６０は、額縁状シール面１３２の内周端部と、内周端部に隣接する酸化剤ガス流路４２の凸部４２ａとの隙間、及び第１額縁状シール面１３６の内周端部と、該内周端部に隣接する燃料ガス流路４４の凸部４４ａとの隙間を各々閉塞している（図１３参照）。 Here, the closing seal 60 includes a gap between the inner peripheral end of the frame-shaped seal surface 132 and the convex portion 42a of the oxidant gas flow path 42 adjacent to the inner peripheral end, and the first frame-shaped seal surface 136. The gaps between the inner peripheral end and the convex portion 44a of the fuel gas channel 44 adjacent to the inner peripheral end are closed (see FIG. 13).

従って、燃料電池１２０内に供給された反応ガスである酸化剤ガス及び燃料ガスは、電極反応面の外周を通過してショートカットが発生することを確実に阻止され、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行される等、第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。 Therefore, the oxidant gas and the fuel gas, which are the reaction gases supplied into the fuel cell 120, are reliably prevented from passing through the outer periphery of the electrode reaction surface and a shortcut is generated. The same effects as those of the first to third embodiments are obtained, such as economical power generation.

なお、第４の実施形態では、第１の実施形態と同様の閉塞シール６０を用いているが、これに限定されるものではなく、第２の実施形態の閉塞シール９８や第３の実施形態の液状シール１０８等を用いてもよい。 In the fourth embodiment, the same closing seal 60 as that in the first embodiment is used. However, the present invention is not limited to this, and the closing seal 98 in the second embodiment and the third embodiment are not limited thereto. Alternatively, the liquid seal 108 or the like may be used.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル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 cell which comprises the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this 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カソード側金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the cathode side metal separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池を構成するアノード側金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side metal separator which comprises the said fuel cell. 前記アノード側金属セパレータに第２シール部材を一体化する金型の説明図である。It is explanatory drawing of the metal mold | die which integrates a 2nd sealing member with the said anode side metal separator. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池を構成するアノード側金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side metal separator which comprises the said fuel cell. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。It is a section explanatory view of a fuel cell concerning a 3rd embodiment of the present invention. 前記燃料電池を構成するアノード側金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side metal separator which comprises the said fuel cell. 前記アノード側金属セパレータとカソード側金属セパレータとの間に液状シールを塗布する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of apply | coating a liquid seal between the said anode side metal separator and a cathode side metal separator. 前記液状シールを前記アノード側金属セパレータと前記カソード側金属セパレータとで挟持する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of clamping the said liquid seal with the said anode side metal separator and the said cathode side metal separator. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the electric power generation cell which constitutes the fuel cell concerning a 4th embodiment of the present invention. 前記燃料電池の図１２中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面説明図である。It is XIII-XIII sectional view explanatory drawing in FIG. 12 of the said fuel cell. 前記燃料電池を構成するアノード側金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side metal separator which comprises the said fuel cell. 特許文献１に開示されたシール構造の説明図である。It is explanatory drawing of the seal structure disclosed by patent document 1. FIG.

Explanation of symbols

１０、９０、１００、１２０…燃料電池
１２、９２、１０２、１２２…発電セル
１６、１２４…電解質膜・電極構造体
１８、９４、１０４、１２６…アノード側金属セパレータ
２０、１２８…カソード側金属セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６、３６ａ…固体高分子電解質膜
３８、３８ａ…アノード側電極４０、４０ａ…カソード側電極
４２…酸化剤ガス流路４４…燃料ガス流路
４６…冷却媒体流路
５０、５６、９６、１０６、１３０、１３４…シール部材
５２、５４…平面部５８ａ、５８ｃ…外側シール
５８ｂ、５８ｄ…内側シール６０、９８…閉塞シール
６４、６６、６８、７０、７２、７４…受部
７６…供給孔部７８…排出孔部
８０…金型８２、８４…型
８６、８６ａ…キャビティ１０８…液状シール
１３２、１３６、１３８…額縁状シール面 10, 90, 100, 120 ... Fuel cells 12, 92, 102, 122 ... Power generation cells 16, 124 ... Electrolyte membrane / electrode structures 18, 94, 104, 126 ... Anode-side metal separators 20, 128 ... Cathode-side metal separators 30a ... Oxidant gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet communication hole 34a ... Fuel gas inlet communication hole 34b ... Fuel gas outlet communication hole 36, 36a ... Solid height Molecular electrolyte membrane 38, 38a ... anode side electrode 40, 40a ... cathode side electrode 42 ... oxidant gas passage 44 ... fuel gas passage 46 ... cooling medium passage 50, 56, 96, 106, 130, 134 ... sealing member 52, 54 ... flat portions 58a, 58c ... outer seals 58b, 58d ... inner seals 60, 98 ... closure seals 64, 66, 68, 70, 72, 74 ... receiving part 76 ... supply hole part 78 ... discharge hole part 80 ... mold 82, 84 ... mold 86, 86a ... cavity 108 ... liquid seal 132, 136, 138 ... frame-like seal surface

Claims

An electrolyte membrane / electrode structure having a first electrode and a second electrode disposed on both sides of the electrolyte membrane, the electrolyte membrane / electrode structure being disposed between the first and second separators; The first and second separators are fuel cells in which a reaction gas flow path for supplying a predetermined reaction gas along the first and second electrodes is formed, respectively.
At least the first separator is provided with a seal member covering the outer peripheral edge of the first separator, and the seal member is opposed to the first electrode side of the electrolyte membrane / electrode structure. Having a frame-like sealing surface,
In the gap between the inner peripheral end of the frame-shaped sealing surface and the convex portion of the reaction gas flow channel adjacent to the inner peripheral end, a plurality of reaction gases are prevented from flowing along the gap. A fuel cell, characterized in that a closure seal is provided.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the closing seal is integrally formed at an inner peripheral end of the frame-shaped sealing surface and protrudes in an inclined direction away from the first separator. Fuel cell.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the closing seal is a plurality of liquid seals filled in a gap between an inner peripheral end portion of the frame-shaped seal surface and a convex portion of the reaction gas flow path. Fuel cell.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the closing seal is a plurality of solid seals disposed in a gap between an inner peripheral end portion of the frame-shaped seal surface and a convex portion of the reaction gas flow path. A fuel cell.

5. The fuel cell according to claim 1, wherein the first and second separators face a reaction gas flow path for supplying a reaction gas to the first and second electrodes, respectively. 6. Along the direction,
The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas flow path constitutes a meandering flow path having a folded portion.