JP5168755B2

JP5168755B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5168755B2
Application number: JP2005028599A
Authority: JP
Inventors: 文彦乾; 誠治佐野; ▲隆▼ 梶原; 祥宇佐美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: JP2006216424A

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に発電性能の低下を抑制可能な燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell capable of suppressing a decrease in power generation performance.

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、一般的に、電解質層の一方の表面にカソード電極層が配置され他方の表面にアノード電極層が配置された発電体と、セパレータとを交互に積層することによって構成されている。カソード電極層にはセパレータを介して酸素を含む空気が供給され、アノード電極層にはセパレータを介して水素を含む燃料ガスが供給される。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention. In general, a fuel cell is configured by alternately laminating a power generator having a cathode electrode layer disposed on one surface of an electrolyte layer and an anode electrode layer disposed on the other surface, and a separator. Air containing oxygen is supplied to the cathode electrode layer via a separator, and fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode electrode layer via the separator.

燃料電池において、カソード電極層およびアノード電極層に供給された空気および燃料ガスの漏洩を防止するためのシール部材として、発電体にガスケットを設けることがある（例えば特許文献１）。 In a fuel cell, a gasket may be provided on a power generator as a sealing member for preventing leakage of air and fuel gas supplied to a cathode electrode layer and an anode electrode layer (for example, Patent Document 1).

特開２００１−１５５７４５号公報JP 2001-155745 A 特開平６−３２５７７７号公報JP-A-6-325777 特開平６−１８８００２号公報JP-A-6-188002

発電体にガスケットを設ける場合、発電体のガスケットとの結合部分では、厚みが増加したり、ヤング率が増加したりすることがある。そのため、発電体とセパレータとを交互に積層して燃料電池を形成すると、発電体のガスケットとの結合部分にセパレータからの圧力が集中し、主に発電を行う発電体の部分におけるセパレータからの圧力が低下するため、接触抵抗が増大し、燃料電池の発電性能が低下するという問題があった。 When a gasket is provided on the power generation body, the thickness may increase or the Young's modulus may increase at the portion where the power generation body is joined to the gasket. For this reason, when a fuel cell is formed by alternately stacking power generators and separators, the pressure from the separator concentrates on the joint portion of the power generator with the gasket, and the pressure from the separator mainly at the power generator portion that generates power. As a result, the contact resistance increases and the power generation performance of the fuel cell decreases.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、気体の漏洩を抑制しつつ、発電性能の低下を抑制することを可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a technique capable of suppressing a decrease in power generation performance while suppressing gas leakage in a fuel cell. Objective.

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層の両面に配置されたガス拡散電極層と、を有する発電体と、
前記発電体の両面に配置されたセパレータと、
前記燃料電池の内部から外部への気体の漏洩と、前記発電体の前記電解質層の両面の前記ガス拡散電極層間における気体の流通とを抑制するために、前記発電体の端面の少なくとも一部に当接するように配置されたガスケットと、を備え、
前記発電体は、前記ガスケットと結合されている端部である結合部と、前記結合部よりも内側に位置し前記セパレータと直接接している部分である稼働部と、前記結合部と前記稼働部との間に位置し前記ガスケットと結合されていない中間部と、を含み、
前記発電体の前記稼働部が前記セパレータから受ける面圧の値が、前記発電体の前記結合部が前記セパレータから受ける面圧の値以上となるように、前記発電体と前記セパレータとの形状が設定されており、
前記セパレータは、前記発電体に対向する表面が平坦な形状であり、
前記発電体の前記ガス拡散電極層は、前記稼働部における厚さが前記結合部および前記中間部における厚さよりも大きくなるように、段差が外周に沿って形成された断面形状を有し、
前記発電体の稼働部における厚さは、前記発電体の前記結合部の位置における前記発電体と前記ガスケットとを合わせた厚さ以上であり、かつ、前記発電体の前記中間部における厚さより大きく、
前記発電体の前記結合部と前記稼働部と前記中間部とは、それぞれ、前記発電体の前記電解質層の一部と、前記発電体の前記電解質層の両側の前記ガス拡散電極層の一部と、を含み、
前記ガスケットは、前記発電体の前記結合部に含まれる前記電解質層の部分の最外周端面と、前記発電体の前記結合部に含まれる両側の前記ガス拡散電極層の部分の最外周端面とを覆うように、一体として形成されており、
前記セパレータは、前記ガス拡散電極層に気体を供給するための供給口と、前記ガス拡散電極層から気体を排出するための排出口とを有し、
少なくとも前記供給口と前記排出口との内の一方は、前記発電体の前記中間部に対向する前記セパレータの部分に配置されていると共に、前記稼働部に含まれる前記ガス拡散電極層の部分の最外周端面の少なくとも一部に面する空間であって、前記発電体の前記中間部に対向する空間に面している。 In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes an electrolyte layer, and a power generator having gas diffusion electrode layers disposed on both surfaces of the electrolyte layer,
Separators disposed on both sides of the power generator;
In order to suppress the leakage of gas from the inside to the outside of the fuel cell, and a flow of gas in the gas diffusion electrode layers of both surfaces of the electrolyte layer of the power generating body, at least a portion of the end surface of the generator body A gasket arranged to abut,
The power generation body includes a coupling portion that is an end portion coupled to the gasket, an operating portion that is located inside the coupling portion and is in direct contact with the separator, the coupling portion, and the operating portion. An intermediate portion located between and not coupled to the gasket ,
The value of the surface pressure which the operational portion receives from the separator of the generator body, the so said coupling of the generator body is equal to or greater than the value of the surface pressure applied from the separator, the shape of the separator and the power generating body Is set,
The separator has a flat surface facing the power generator,
The gas diffusion electrode layer of the power generation body has a cross-sectional shape in which a step is formed along the outer periphery so that the thickness in the working part is larger than the thickness in the coupling part and the intermediate part,
The thickness of the operating portion of the power generating body, the is at the position of the coupling portion of the power generating body the power generating body and the gasket and the combined thickness greater than and greater than the thickness at the middle portion of the power generating body ,
The coupling part, the operating part, and the intermediate part of the power generation body are respectively a part of the electrolyte layer of the power generation body and a part of the gas diffusion electrode layer on both sides of the electrolyte layer of the power generation body. And including
The gasket, and the outermost end surface portion of the electrolyte layer included in the coupling portion of the power generating body, and the outermost end surface of portion of the power generating body on both sides of the gas diffusion electrode layers included in the coupling portion of the It is formed as one piece to cover ,
The separator has a supply port for supplying gas to the gas diffusion electrode layer, and a discharge port for discharging gas from the gas diffusion electrode layer,
At least one of the supply port and the discharge port is disposed in a portion of the separator that faces the intermediate portion of the power generator, and a portion of the gas diffusion electrode layer included in the operating portion. It is a space that faces at least a part of the outermost peripheral end surface, and faces a space that faces the intermediate portion of the power generator .

この燃料電池では、ガスケットによって気体の漏洩を抑制することができる。また、発電体の稼働部がセパレータから受ける面圧の値が、発電体の結合部がセパレータから受ける面圧の値以上となるため、主に発電を行う稼働部における接触抵抗の増大を抑制し、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。 In this fuel cell, gas leakage can be suppressed by the gasket. In addition, since the surface pressure value received by the operating part of the power generator from the separator is equal to or greater than the surface pressure received by the coupling part of the power generator from the separator, an increase in contact resistance in the operating part that mainly generates power is suppressed. And the fall of the power generation performance of a fuel cell can be controlled.

上記燃料電池において、前記セパレータは、前記発電体に対向する表面が平坦な形状であり、
前記発電体の稼働部における厚さは、前記発電体の結合部の位置における前記発電体と前記ガスケットとを合わせた厚さ以上となっているとしてもよい。 In the fuel cell, the separator has a flat shape facing the power generator,
The thickness of the operating portion of the power generator may be equal to or greater than the combined thickness of the power generator and the gasket at the position of the coupling portion of the power generator.

この構成によれば、発電体に対向する表面が平坦な形状のセパレータを用いたときに、発電体の稼働部がセパレータから受ける面圧の値が、発電体の結合部がセパレータから受ける面圧の値以上となり、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。また、発電体の稼働部がセパレータから受ける面圧を平面方向に沿って均等にすることができ、燃料電池の発電性能のさらなる向上を図ることができると共に、荷重が集中することによる発電体の耐久性の低下を抑制することができる。また、セパレータの製造の容易化・低コスト化を図ることができる。 According to this configuration, when a separator having a flat surface facing the power generation body is used, the value of the surface pressure that the operating part of the power generation body receives from the separator is the surface pressure that the coupling part of the power generation body receives from the separator. Thus, it is possible to suppress a decrease in power generation performance of the fuel cell. In addition, the surface pressure received by the operating portion of the power generator from the separator can be made uniform along the plane direction, and the power generation performance of the fuel cell can be further improved, and the power generator due to concentration of the load can be improved. A decrease in durability can be suppressed. In addition, the manufacturing of the separator can be facilitated and the cost can be reduced.

また、上記燃料電池において、前記発電体のガス拡散電極層は、前記稼働部における厚さが前記結合部における厚さよりも大きくなるように、段差が外周に沿って形成された断面形状を有するとしてもよい。 Further, in the fuel cell, the gas diffusion electrode layer of the power generation body has a cross-sectional shape in which a step is formed along an outer periphery so that a thickness in the operating portion is larger than a thickness in the coupling portion. Also good.

この構成によれば、発電体の稼働部における厚さを、発電体の結合部の位置における発電体とガスケットとを合わせた厚さ以上とすることができる。 According to this configuration, the thickness of the operating portion of the power generation body can be equal to or greater than the combined thickness of the power generation body and the gasket at the position of the coupling portion of the power generation body.

また、上記燃料電池において、前記発電体のガス拡散電極層は、一方の表面が前記電解質層に接する第１の層と、前記第１の層の他方の表面に重ねて配置された第２の層と、を含み、
前記発電体のガス拡散電極層は、前記結合部においては前記第１の層により構成され、前記稼働部においては前記第１の層と前記第２の層とにより構成されるとしてもよい。 Further, in the fuel cell, the gas diffusion electrode layer of the power generator has a first layer whose one surface is in contact with the electrolyte layer, and a second layer disposed on the other surface of the first layer. A layer, and
The gas diffusion electrode layer of the power generator may be configured by the first layer in the coupling portion, and may be configured by the first layer and the second layer in the operating portion.

この構成によれば、容易に、発電体の稼働部における厚さが、発電体の結合部の位置における発電体とガスケットとを合わせた厚さ以上となる発電体を製造することができる。 According to this configuration, it is possible to easily manufacture a power generator in which the thickness of the operating portion of the power generator is equal to or greater than the combined thickness of the power generator and the gasket at the position of the coupling portion of the power generator.

また、上記燃料電池において、前記発電体のガス拡散電極層は、前記稼働部における厚さが前記結合部における厚さよりも大きくなるように、傾斜が外周に沿って形成された断面形状を有するとしてもよい。 Further, in the fuel cell, the gas diffusion electrode layer of the power generation body has a cross-sectional shape in which an inclination is formed along an outer periphery so that a thickness in the operating portion is larger than a thickness in the coupling portion. Also good.

この構成によっても、発電体の稼働部における厚さを、発電体の結合部の位置における発電体とガスケットとを合わせた厚さ以上とすることができる。 Also with this configuration, the thickness of the operating portion of the power generation body can be equal to or greater than the combined thickness of the power generation body and the gasket at the position of the coupling portion of the power generation body.

また、上記燃料電池において、前記セパレータは、前記ガス拡散電極層に気体を供給するための供給口と、前記ガス拡散電極層から気体を排出するための排出口とを有し、
少なくとも前記供給口と前記排出口との内の一方は、前記発電体の稼働部に対向する前記セパレータの部分よりも外側の部分に配置されていると共に、前記ガス拡散電極層の端面の少なくとも一部に面する空間に面しているとしてもよい。 In the fuel cell, the separator has a supply port for supplying gas to the gas diffusion electrode layer, and an exhaust port for discharging gas from the gas diffusion electrode layer,
At least one of the supply port and the discharge port is disposed at a portion outside the portion of the separator facing the operating portion of the power generator, and at least one of the end surfaces of the gas diffusion electrode layer. It may be facing the space facing the part.

この構成によれば、気体の供給および排出において、空間内で気体の向きを積層方向から平面方向へと変えることができ、圧力損失を低減することができる。また、面内発電量の不均一を低減することができると共に、表面に気体を流通させるための溝が無い平坦な形状のセパレータを用いても、気体を平面方向に満遍なく供給することが容易となる。さらに、ガス拡散電極層とセパレータとの接触面積を大きくとることができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 According to this configuration, in the supply and discharge of gas, the direction of gas can be changed from the stacking direction to the plane direction in the space, and pressure loss can be reduced. In addition, it is possible to reduce non-uniformity of the in-plane power generation amount and to easily supply gas evenly in the plane direction even when using a flat separator having no groove for circulating gas on the surface. Become. Furthermore, the contact area between the gas diffusion electrode layer and the separator can be increased, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、上記燃料電池において、前記発電体は、前記結合部と前記稼働部との間に、前記稼働部よりも厚さの小さい中間部を有し、
少なくとも前記供給口と前記排出口との内の一方は、前記中間部に対向する前記セパレータの部分に配置されているとしてもよい。 Further, in the fuel cell, the power generator has an intermediate portion having a thickness smaller than that of the operating portion between the coupling portion and the operating portion,
At least one of the supply port and the discharge port may be disposed in a portion of the separator facing the intermediate portion.

この構成によれば、発電体の稼働部における厚さと発電体の結合部の位置における発電体とガスケットとを合わせた厚さとの関係に関わらず、供給口および排出口を発電体の稼働部に対向するセパレータの部分よりも外側の部分に配置することができる。 According to this configuration, the supply port and the discharge port are used as the operating part of the power generator regardless of the relationship between the thickness of the operating part of the power generator and the combined thickness of the power generator and the gasket at the position of the connecting part of the power generator. It can arrange | position in the part outside the part of the opposing separator.

また、上記燃料電池において、前記ガスケットは、前記発電体の電解質層の最外周端面と、前記発電体の電解質層の両側のガス拡散電極層の最外周端面とを覆うように、一体として形成されているとしてもよい。 Further, in the fuel cell, the gasket is integrally formed so as to cover an outermost peripheral end surface of the electrolyte layer of the power generator and outermost peripheral end surfaces of the gas diffusion electrode layers on both sides of the electrolyte layer of the power generator. It may be.

この構成によれば、気体の漏洩を確実に抑制することができると共に、ガスケットの形成の容易化を図ることができる。 According to this configuration, it is possible to reliably suppress gas leakage and facilitate the formation of the gasket.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池の発電体、燃料電池のガス拡散電極層等の態様で実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved in various aspects, for example, can be implement | achieved in aspects, such as a fuel cell, the electric power generation body of a fuel cell, and the gas diffusion electrode layer of a fuel cell.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．その他の変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Other variations:

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池の構成を概略的に示す説明図である。また、図２は、本発明の第１実施例としての燃料電池に用いられるセパレータの平面を概略的に示す説明図である。図１（ａ）は、図２のＡ−Ａ切断面に沿った燃料電池１０の断面構成を表しており、図１（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ切断面に沿った燃料電池１０の断面構成を表している。燃料電池１０は、発電体１００とセパレータ２００とが交互に積層された構成を有している。なお、図１（ａ）および（ｂ）では、燃料電池１０に含まれる発電体１００およびセパレータ２００の内の一部（単セル）を抜き出して示しており、他の発電体１００およびセパレータ２００は図示を省略している。 A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell as a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the plane of the separator used in the fuel cell as the first embodiment of the present invention. 1A shows a cross-sectional configuration of the fuel cell 10 taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 1B shows the fuel cell 10 taken along the line BB in FIG. The cross-sectional structure of is represented. The fuel cell 10 has a configuration in which power generators 100 and separators 200 are alternately stacked. In FIGS. 1A and 1B, a part (single cell) of the power generator 100 and the separator 200 included in the fuel cell 10 is extracted and shown. The illustration is omitted.

発電体１００は、プロトン伝導性を有する電解質層１２０と、電解質層１２０を両面から挟むように配置されたアノード側ガス拡散電極層１１０およびカソード側ガス拡散電極層１３０とを有している。アノード側ガス拡散電極層１１０およびカソード側ガス拡散電極層１３０は、例えば金属多孔体によって形成されており、内部における気体の流通が容易となっている。なお以下の説明では、アノード側ガス拡散電極層１１０を単に「アノード電極層１１０」とも呼ぶものとし、カソード側ガス拡散電極層１３０を単に「カソード電極層１３０」とも呼ぶものとする。また、発電体１００は、一般的に、膜・電極接合体またはＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれることがある。 The power generator 100 includes an electrolyte layer 120 having proton conductivity, and an anode-side gas diffusion electrode layer 110 and a cathode-side gas diffusion electrode layer 130 disposed so as to sandwich the electrolyte layer 120 from both sides. The anode-side gas diffusion electrode layer 110 and the cathode-side gas diffusion electrode layer 130 are made of, for example, a metal porous body, which facilitates gas flow inside. In the following description, the anode side gas diffusion electrode layer 110 is also simply referred to as “anode electrode layer 110”, and the cathode side gas diffusion electrode layer 130 is also simply referred to as “cathode electrode layer 130”. Further, the power generation body 100 is generally sometimes referred to as a membrane / electrode assembly or MEA (Membrane Electrode Assembly).

セパレータ２００は、金属板を３層積層した構造であり、発電体１００に対向する表面は平坦な形状となっている。セパレータ２００には、水素リッチな燃料ガスが流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ２００の表面には、燃料ガスを供給する燃料供給路３１０（図１（ａ））が貫通する貫通口２１２と、燃料ガスを排出する燃料排出路３２０（図１（ｂ））が貫通する貫通口２２２とが形成されている。また、セパレータ２００の内部には、燃料ガスを燃料供給路３１０からセパレータ２００の内部へと導くための燃料流路２１４（図１（ａ））と、燃料ガスをセパレータ２００の内部から燃料排出路３２０へと導くための燃料流路２２４（図１（ｂ））とが形成されている。さらに、セパレータ２００の一方の表面には、燃料流路２１４および２２４と発電体１００のアノード側（図１（ａ）および（ｂ）の上側）とをそれぞれ連通する燃料供給口２１６（図１（ａ））および燃料排出口２２６（図１（ｂ））が形成されている。図１（ａ）および（ｂ）に矢印で示したように、燃料供給路３１０に供給された燃料ガスは、燃料流路２１４、燃料供給口２１６を経てアノード電極層１１０に供給され、アノード電極層１１０の内部を通過し、燃料排出口２２６、燃料流路２２４を経て燃料排出路３２０に排出される。 The separator 200 has a structure in which three layers of metal plates are stacked, and the surface facing the power generation body 100 has a flat shape. The separator 200 is formed with a flow path through which hydrogen-rich fuel gas flows. That is, on the surface of the separator 200, there are a through port 212 through which a fuel supply path 310 (FIG. 1A) for supplying fuel gas passes and a fuel discharge path 320 (FIG. 1B) for discharging fuel gas. A penetrating through hole 222 is formed. Further, inside the separator 200, a fuel flow path 214 (FIG. 1A) for guiding the fuel gas from the fuel supply path 310 to the inside of the separator 200, and a fuel discharge path from the inside of the separator 200 to the fuel gas. A fuel flow path 224 (FIG. 1B) for leading to 320 is formed. Further, on one surface of the separator 200, a fuel supply port 216 (FIG. 1 (FIG. 1)) is connected to the fuel flow paths 214 and 224 and the anode side of the power generator 100 (the upper side of FIGS. 1A and 1B). a)) and a fuel outlet 226 (FIG. 1B) are formed. As indicated by arrows in FIGS. 1A and 1B, the fuel gas supplied to the fuel supply path 310 is supplied to the anode electrode layer 110 via the fuel flow path 214 and the fuel supply port 216, and the anode electrode It passes through the inside of the layer 110 and is discharged to the fuel discharge path 320 through the fuel discharge port 226 and the fuel flow path 224.

同様に、セパレータ２００には、酸化ガスとしての空気が流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ２００の表面には、空気供給路３３０（図１（ａ））が貫通する貫通口２３２と、空気排出路３４０（図１（ｂ））が貫通する貫通口２４２とが形成され、セパレータ２００の内部には、空気を空気供給路３３０から内部へと導くための空気流路２３４（図１（ａ））と、空気を空気排出路３４０へと導くための空気流路２４４（図１（ｂ））とが形成され、セパレータ２００の燃料供給口２１６が形成された表面とは異なる他方の表面には、空気流路２３４および２４４と発電体１００のカソード側（図１（ａ）および（ｂ）の下側）とをそれぞれ連通する空気供給口２３６（図１（ａ））および空気排出口２４６（図１（ｂ））が形成されている。空気供給路３３０に供給された空気は、空気流路２３４、空気供給口２３６を経てカソード電極層１３０に供給され、カソード電極層１３０の内部を通過し、空気排出口２４６、空気流路２４４を経て空気排出路３４０に排出される。 Similarly, the separator 200 is formed with a flow path through which air as an oxidizing gas flows. That is, on the surface of the separator 200, a through hole 232 through which the air supply path 330 (FIG. 1A) passes and a through hole 242 through which the air discharge path 340 (FIG. 1B) passes are formed. Inside the separator 200, an air flow path 234 (FIG. 1A) for guiding air from the air supply path 330 to the inside and an air flow path 244 (FIG. 1A) for guiding air to the air discharge path 340. 1 (b)) is formed on the other surface different from the surface on which the fuel supply port 216 of the separator 200 is formed, on the cathode side of the power generation body 100 (FIG. 1 (a)). And an air supply port 236 (FIG. 1 (a)) and an air discharge port 246 (FIG. 1 (b)) communicating with the lower side of FIG. The air supplied to the air supply path 330 is supplied to the cathode electrode layer 130 through the air flow path 234 and the air supply port 236, passes through the inside of the cathode electrode layer 130, passes through the air discharge port 246 and the air flow path 244. After that, it is discharged to the air discharge path 340.

さらに、セパレータ２００には、冷却用の水が流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ２００の表面には、冷却水を供給する図示しない冷却水供給路が貫通する貫通口２５２（図２）と、冷却水を排出する図示しない冷却水排出路が貫通する貫通口２６２（図２）とが形成されている。また、セパレータ２００の内部には、２つの貫通口２５２および２６２を連通する冷却水流路２５４が形成されている。冷却水供給路に供給された冷却水は、冷却水流路２５４を流通し、冷却水排出路に排出される。 Further, the separator 200 is formed with a channel through which cooling water flows. That is, on the surface of the separator 200, a through-hole 252 (FIG. 2) through which a cooling water supply path (not shown) for supplying cooling water passes and a through-hole 262 (through a cooling water discharge path (not shown) for discharging cooling water pass through. FIG. 2) is formed. In addition, a cooling water channel 254 that communicates the two through holes 252 and 262 is formed inside the separator 200. The cooling water supplied to the cooling water supply passage flows through the cooling water passage 254 and is discharged to the cooling water discharge passage.

発電体１００の端部には、発電体１００の最外周の端面に当接するようにガスケット４００（図１）が設けられている。ガスケット４００は、発電体１００に供給された燃料ガスおよび空気の外部への漏洩を抑制するとともに、発電体１００の端面を介したアノード電極層１１０とカソード電極層１３０との間における燃料ガスおよび空気の流通（いわゆるクロスリーク）を抑制するために設けられている。ガスケット４００の詳細な構造については、後述する。 A gasket 400 (FIG. 1) is provided at the end of the power generation body 100 so as to abut on the outermost end face of the power generation body 100. The gasket 400 suppresses leakage of the fuel gas and air supplied to the power generation body 100 to the outside, and the fuel gas and air between the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 via the end face of the power generation body 100. It is provided to suppress the circulation (so-called cross leak). The detailed structure of the gasket 400 will be described later.

図３は、本発明の第１実施例の燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。図３では、図１（ａ）のＸ部を拡大して示している。上述したように、発電体１００の端部にはガスケット４００が設けられている。ガスケット４００は、例えばゴムを用いた射出成形により形成される。ガスケット４００は、発電体１００の電解質層１２０の最外周端面と、発電体１００のアノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の最外周端面とを覆うように、一体として形成されている。また、ガスケット４００は、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の最外周端面よりも外側に位置する凸型形状のリップ部４１０をアノード側（図３の上側）とカソード側（図３の下側）との両側に有している。ガスケット４００の形成の際には、ガスケット４００を形成するゴム材料を発電体１００の内部に含浸させ、いわゆるアンカー効果によりガスケット４００と発電体１００とを結合する。図３では、発電体１００の内部に含浸したゴム材料を、ガスケット４００を示すハッチングと同じハッチングを付して示している。なお、本実施例では、ゴム材料を発電体１００の内部に良好に含浸させるために、発電体１００の端面に向けてのみならず、発電体１００の端部表面に向けても射出を行っており、そのためガスケット４００は発電体１００の端部表面を覆う被覆部４２０を有する形状となっている。 FIG. 3 is an explanatory view showing in detail the cross-sectional configuration of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the X part of FIG. As described above, the gasket 400 is provided at the end of the power generation body 100. The gasket 400 is formed by injection molding using rubber, for example. The gasket 400 is integrally formed so as to cover the outermost peripheral end surface of the electrolyte layer 120 of the power generation body 100 and the outermost peripheral end surfaces of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 of the power generation body 100. Further, the gasket 400 includes a convex lip portion 410 positioned outside the outermost peripheral end surfaces of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 on the anode side (upper side in FIG. 3) and the cathode side (lower side in FIG. 3). ) And both sides. When the gasket 400 is formed, the power generation body 100 is impregnated with a rubber material forming the gasket 400, and the gasket 400 and the power generation body 100 are joined by a so-called anchor effect. In FIG. 3, the rubber material impregnated inside the power generation body 100 is shown with the same hatching as that of the gasket 400. In this embodiment, in order to satisfactorily impregnate the power generation body 100 with the rubber material, injection is performed not only toward the end face of the power generation body 100 but also toward the end surface of the power generation body 100. Therefore, the gasket 400 has a shape having a covering portion 420 that covers the end surface of the power generation body 100.

ガスケット４００のリップ部４１０の位置における厚さは、発電体１００の最大厚さよりも大きくなっている。そのため、発電体１００とセパレータ２００とを積層したときには、ガスケット４００のリップ部４１０がセパレータ２００により圧縮されてセパレータ２００の表面に密着する。従って、燃料電池１０内部から外部への燃料ガスおよび空気の漏洩が抑制される。また、ガスケット４００がアノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の最外周端面を覆っている上に、発電体１００の端部の内部にゴム材料が含浸しているため、クロスリークが抑制される。このように、本実施例の燃料電池１０では、ガスケット４００によって、燃料ガスや空気等の気体の漏洩が抑制される。 The thickness of the gasket 400 at the position of the lip portion 410 is larger than the maximum thickness of the power generator 100. Therefore, when the power generation body 100 and the separator 200 are stacked, the lip portion 410 of the gasket 400 is compressed by the separator 200 and is in close contact with the surface of the separator 200. Accordingly, leakage of fuel gas and air from the inside of the fuel cell 10 to the outside is suppressed. Further, since the gasket 400 covers the outermost peripheral end surfaces of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 and the rubber material is impregnated inside the end portion of the power generation body 100, cross leak is suppressed. As described above, in the fuel cell 10 according to the present embodiment, the gasket 400 suppresses leakage of gas such as fuel gas and air.

アノード電極層１１０は、電解質層１２０に接する第１のアノード層１１２と、第１のアノード層１１２の電解質層１２０側とは反対側の表面に重ねて配置された第２のアノード層１１４とから構成されている。同様に、カソード電極層１３０は、電解質層１２０に接する第１のカソード層１３２と、第１のカソード層１３２の電解質層１２０側とは反対側の表面に重ねて配置された第２のカソード層１３４とから構成されている。そして、第１のアノード層１１２と第１のカソード層１３２とは、電解質層１２０と共に、発電体１００の最外周端面に至るまで配置されている。一方、第２のアノード層１１４と第２のカソード層１３４とは、発電体１００の最外周端面よりも内側までしか配置されていない。 The anode electrode layer 110 includes a first anode layer 112 that is in contact with the electrolyte layer 120 and a second anode layer 114 that is disposed so as to overlap the surface of the first anode layer 112 opposite to the electrolyte layer 120 side. It is configured. Similarly, the cathode electrode layer 130 includes a first cathode layer 132 that is in contact with the electrolyte layer 120 and a second cathode layer that is disposed on the surface of the first cathode layer 132 opposite to the electrolyte layer 120 side. 134. The first anode layer 112 and the first cathode layer 132 are disposed together with the electrolyte layer 120 to reach the outermost peripheral end face of the power generator 100. On the other hand, the second anode layer 114 and the second cathode layer 134 are arranged only to the inner side of the outermost peripheral end face of the power generation body 100.

ここで、本明細書では、発電体１００の内、ガスケット４００と結合されている端部の部分を「結合部」と呼ぶものとする。なお、発電体１００の内、ガスケット４００と結合されている端部の部分とは、少なくとも内部にゴム材料が含浸しているか、表面が被覆部４２０により覆われているかしている部分を意味している。また、結合部よりも内側に位置し、セパレータ２００と直接接している部分を「稼働部」と呼び、残りの部分を「中間部」と呼ぶものとする。すなわち、発電体１００の稼働部は、主に発電を行う部分である。図３に示すように、本実施例では、発電体１００の稼働部は、第２のアノード層１１４および第２のカソード層１３４が配置されている部分となる。また、発電体１００の結合部および中間部は、第２のアノード層１１４および第２のカソード層１３４が配置されていない部分となる。 Here, in this specification, the part of the edge part couple | bonded with the gasket 400 among the electric power generation bodies 100 shall be called a "joint part." Note that the end portion of the power generation body 100 coupled to the gasket 400 means a portion where at least the inside is impregnated with a rubber material or the surface is covered with the covering portion 420. ing. In addition, a portion located inside the coupling portion and in direct contact with the separator 200 is referred to as an “operating portion”, and the remaining portion is referred to as an “intermediate portion”. That is, the operating part of the power generator 100 is a part that mainly generates power. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the operating part of the power generator 100 is a part where the second anode layer 114 and the second cathode layer 134 are disposed. Further, the coupling portion and the intermediate portion of the power generation body 100 are portions where the second anode layer 114 and the second cathode layer 134 are not disposed.

本実施例では、発電体１００の稼働部における厚さＴｒが、発電体１００の結合部の位置における発電体１００とガスケット４００（被覆部４２０）とを合わせた厚さＴｃよりも大きくなるように、発電体１００の各層の厚さやガスケット４００の形状が設定されている。また、発電体１００の稼働部における厚さＴｒは、中間部における厚さよりも、第２のアノード層１１４および第２のカソード層１３４の分だけ大きい。そのため、発電体１００とセパレータ２００とを積層したときに、発電体１００の稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００の結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値（本実施例ではゼロ）以上となっている。なお、発電体１００の結合部がセパレータ２００から受ける面圧は、ガスケット４００を仲介して受ける面圧を含むものとする。また、発電体１００の稼働部および結合部の面圧の値とは、発電体１００の稼働部および結合部のそれぞれにおける平均値とする。 In the present embodiment, the thickness Tr in the operating portion of the power generation body 100 is larger than the combined thickness Tc of the power generation body 100 and the gasket 400 (covering portion 420) at the position of the coupling portion of the power generation body 100. The thickness of each layer of the power generation body 100 and the shape of the gasket 400 are set. Further, the thickness Tr in the operating part of the power generation body 100 is larger than the thickness in the intermediate part by the second anode layer 114 and the second cathode layer 134. Therefore, when the power generation body 100 and the separator 200 are stacked, the value of the surface pressure that the operating portion of the power generation body 100 receives from the separator 200 is the value of the surface pressure that the coupling portion of the power generation body 100 receives from the separator 200 (this embodiment). In the example, it is zero) or more. Note that the surface pressure received from the separator 200 by the coupling portion of the power generator 100 includes the surface pressure received through the gasket 400. In addition, the value of the surface pressure of the operating part and the coupling part of the power generation body 100 is an average value in each of the operating part and the coupling part of the power generation body 100.

図４は、比較例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。比較例の燃料電池１０ａが図３に示した第１実施例の燃料電池１０と異なっている点は、比較例の燃料電池１０ａのアノード電極層１１０ａおよびカソード電極層１３０ａが全面的に単一の層によって構成されている点である。そのため、発電体１００ａの厚さＴｒは、全面にわたって一定の厚さとなっている。ここで、比較例においても第１実施例と同様に、発電体１００ａの内、ガスケット４００と結合されている部分を「結合部」と呼び、その他の部分であって主に発電を行う部分を「稼働部」と呼ぶものとする。このとき、結合部の位置における発電体１００ａとガスケット４００（被覆部４２０）とを合わせた厚さＴｃは、被覆部４２０の分だけ発電体１００ａの厚さＴｒよりも大きくなる。また、発電体１００ａの結合部は、内部にゴム材料が含浸しているため、稼働部よりもヤング率が大きくなっている。従って、発電体１００ａとセパレータ２００とを積層したときに、発電体１００ａの稼働部は、セパレータ２００と接することなくセパレータ２００から受ける面圧の値がゼロとなる。あるいは、発電体１００ａの稼働部がセパレータ２００と接するとしても、セパレータ２００から受ける面圧の値は、結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値より小さくなる。このように、発電体１００ａの稼働部における面圧が十分でないと、接触抵抗が増大し、燃料電池１０ａの発電性能が低下してしまう。なお、比較例において、ガスケット４００が被覆部４２０を有さない形状に形成されていたとしても、発電体１００ａの結合部におけるヤング率の増加によって結合部に荷重が集中し、同様に発電体１００ａの稼働部における面圧は十分ではなくなる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing in detail a cross-sectional configuration of a fuel cell as a comparative example. The fuel cell 10a of the comparative example is different from the fuel cell 10 of the first embodiment shown in FIG. 3 in that the anode electrode layer 110a and the cathode electrode layer 130a of the fuel cell 10a of the comparative example are entirely single. It is a point constituted by layers. Therefore, the thickness Tr of the power generation body 100a is constant over the entire surface. Here, also in the comparative example, as in the first embodiment, a portion of the power generation body 100a that is coupled to the gasket 400 is referred to as a “coupled portion”, and other portions that mainly generate power are included. It shall be called “operating part”. At this time, the combined thickness Tc of the power generation body 100a and the gasket 400 (covering portion 420) at the position of the coupling portion is larger than the thickness Tr of the power generation body 100a by the amount of the covering portion 420. Moreover, since the coupling | bond part of the electric power generation body 100a is impregnated with the rubber material inside, Young's modulus is larger than the operation part. Therefore, when the power generation body 100 a and the separator 200 are stacked, the operating portion of the power generation body 100 a does not contact the separator 200 and the surface pressure received from the separator 200 becomes zero. Alternatively, even if the operating portion of the power generation body 100 a is in contact with the separator 200, the surface pressure value received from the separator 200 is smaller than the surface pressure value received by the coupling portion from the separator 200. Thus, if the surface pressure in the operating part of the power generation body 100a is not sufficient, the contact resistance increases, and the power generation performance of the fuel cell 10a decreases. In the comparative example, even if the gasket 400 is formed in a shape that does not have the covering portion 420, the load is concentrated on the coupling portion due to an increase in Young's modulus in the coupling portion of the power generation body 100a, and similarly the power generation body 100a. The surface pressure in the working part of the is not sufficient.

これに対し、図３に示した第１実施例の燃料電池１０では、上述したように、発電体１００の稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００の結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値以上となっている。そのため、稼働部における接触抵抗の増大を抑制し、燃料電池１０の発電性能の低下を抑制することができる。このように、本実施例の燃料電池１０では、ガスケット４００によって気体の漏洩を抑制しつつ、発電性能の低下を抑制することができる。なお、本実施例の燃料電池１０では、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０とセパレータ２００とを、共に金属を用いて形成しているため、接触抵抗を良好に低減し、発電性能の低下を良好に抑制することができる。 On the other hand, in the fuel cell 10 of the first embodiment shown in FIG. 3, as described above, the surface pressure value received by the operating portion of the power generation body 100 from the separator 200 is the same as that of the coupling portion of the power generation body 100. The surface pressure received from Therefore, an increase in contact resistance in the operating part can be suppressed, and a decrease in power generation performance of the fuel cell 10 can be suppressed. As described above, in the fuel cell 10 of the present embodiment, the gasket 400 can suppress the leakage of gas and suppress the decrease in the power generation performance. In the fuel cell 10 of the present embodiment, since the anode electrode layer 110, the cathode electrode layer 130, and the separator 200 are all formed using metal, the contact resistance is reduced well, and the power generation performance is reduced. It can suppress well.

また、第１実施例の燃料電池１０では、発電体１００の各部における厚さの設定を、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０を２層構造にすることによって行うことができる。具体的には、例えば、厚さ一定の２枚のアノード層（カソード層）を異なる大きさに加工し、それらを積層してアノード電極層１１０（カソード電極層１３０）を形成することにより、発電体１００の各部における厚さの設定を行うことができる。そのため、発電性能の低下を抑制した燃料電池１０を容易に製造することができる。 In the fuel cell 10 of the first embodiment, the thickness of each part of the power generator 100 can be set by making the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 into a two-layer structure. Specifically, for example, by processing two anode layers (cathode layers) having a constant thickness into different sizes and stacking them to form the anode electrode layer 110 (cathode electrode layer 130), power generation The thickness of each part of the body 100 can be set. Therefore, it is possible to easily manufacture the fuel cell 10 in which a decrease in power generation performance is suppressed.

また、第１実施例の燃料電池１０では、セパレータ２００の発電体１００に対向する表面が平坦な形状となっているため、発電体１００の稼働部がセパレータ２００から受ける面圧を平面方向に沿って均等にすることができる。そのため、燃料電池１０の発電性能のさらなる向上を図ることができると共に、荷重が集中することによる発電体１００の耐久性の低下を抑制することができる。また、セパレータ２００を、金属板を３層積層することによって製造することができ、セパレータ２００の製造の容易化・低コスト化を図ることができる。 Further, in the fuel cell 10 of the first embodiment, since the surface of the separator 200 that faces the power generation body 100 is flat, the surface pressure that the operating part of the power generation body 100 receives from the separator 200 is along the plane direction. And evenly. Therefore, it is possible to further improve the power generation performance of the fuel cell 10 and to suppress a decrease in durability of the power generation body 100 due to concentration of loads. Moreover, the separator 200 can be manufactured by laminating three layers of metal plates, and the manufacturing and cost reduction of the separator 200 can be facilitated.

さらに、第１実施例の燃料電池１０では、図３に示すように、燃料供給口２１６が、発電体１００の稼働部に対向するセパレータ２００の部分よりも外側（図３の左側）で、かつガスケット４００のリップ部４１０に接しているセパレータ２００の部分よりも内側（図３の右側）の部分に配置されている。より具体的には、燃料供給口２１６は、発電体１００の中間部に対向するセパレータ２００の部分に配置されている。また、燃料供給口２１６は、アノード電極層１１０の端面の少なくとも一部に面する空間（以下「アノード電極端面当接空間」と呼ぶ）に面している。そのため、セパレータ２００の燃料流路２１４内の燃料ガスは、燃料供給口２１６を通って、発電体１００およびガスケット４００とセパレータ２００との間に形成されたアノード電極端面当接空間内に供給される。燃料ガスは、その後、アノード電極端面当接空間内において積層方向（図３の上下方向）から平面方向（図３の左右方向および奥行方向）へと向きを変え、第２のアノード層１１４の端面からアノード電極層１１０の内部に供給される。アノード電極層１１０の内部に供給された燃料ガスは、アノード電極層１１０の内部を平面方向に流通しつつ電解質層１２０に供給される。これに対し、図４に示した比較例の燃料電池１０ａでは、燃料ガスは、燃料供給口２１６を通ってアノード電極層１１０ａの表面から直接アノード電極層１１０ａ内部に供給される。その後、燃料ガスは、アノード電極層１１０ａ内部において積層方向から平面方向へと向きを変え、アノード電極層１１０ａの内部を流通しつつ電解質層１２０に供給される。 Furthermore, in the fuel cell 10 of the first embodiment, as shown in FIG. 3, the fuel supply port 216 is outside (left side in FIG. 3) outside the portion of the separator 200 that faces the operating portion of the power generator 100. The gasket 400 is disposed on the inner side (right side in FIG. 3) of the separator 200 in contact with the lip 410. More specifically, the fuel supply port 216 is disposed in the portion of the separator 200 that faces the intermediate portion of the power generator 100. The fuel supply port 216 faces a space facing at least a part of the end face of the anode electrode layer 110 (hereinafter referred to as “anode electrode end face contact space”). Therefore, the fuel gas in the fuel flow path 214 of the separator 200 passes through the fuel supply port 216 and is supplied into the anode electrode end surface abutting space formed between the power generator 100 and the gasket 400 and the separator 200. . Thereafter, the fuel gas changes its direction from the stacking direction (vertical direction in FIG. 3) to the planar direction (horizontal direction and depth direction in FIG. 3) in the anode electrode end surface contact space, and the end surface of the second anode layer 114 To the inside of the anode electrode layer 110. The fuel gas supplied to the inside of the anode electrode layer 110 is supplied to the electrolyte layer 120 while flowing inside the anode electrode layer 110 in the planar direction. On the other hand, in the fuel cell 10a of the comparative example shown in FIG. 4, the fuel gas is supplied directly from the surface of the anode electrode layer 110a into the anode electrode layer 110a through the fuel supply port 216. Thereafter, the fuel gas changes its direction from the stacking direction to the planar direction inside the anode electrode layer 110a, and is supplied to the electrolyte layer 120 while flowing through the anode electrode layer 110a.

このように、第１実施例の燃料電池１０では、アノード電極端面当接空間内で燃料ガスの向きを変えることができるため、アノード電極層１１０ａ内部で燃料ガスの向きを変える比較例の燃料電池１０ａと比較して、圧力損失を低減することができる。また、第１実施例の燃料電池１０では、燃料ガスの向きをより効果的に平面方向へと変えることができるため、燃料供給口２１６近辺の電解質層１２０に燃料ガスが集中して供給されることによって起こる面内発電量の不均一を低減することができる。また、第１実施例の燃料電池１０のように、表面にガスを流通させるための溝が無い平坦な形状のセパレータ２００を用いても、燃料ガスを平面方向に満遍なく供給することが容易となる。さらに、第１実施例の燃料電池１０では、発電体１００の稼働部に対向するセパレータ２００の部分に燃料供給口２１６を設ける必要が無いため、アノード電極層１１０とセパレータ２００との接触面積を大きくとることができ、発電効率を向上させることができる。 Thus, in the fuel cell 10 of the first embodiment, since the direction of the fuel gas can be changed in the anode electrode end face contact space, the fuel cell of the comparative example that changes the direction of the fuel gas inside the anode electrode layer 110a. Compared with 10a, pressure loss can be reduced. Further, in the fuel cell 10 of the first embodiment, since the direction of the fuel gas can be more effectively changed to the planar direction, the fuel gas is concentrated and supplied to the electrolyte layer 120 near the fuel supply port 216. The non-uniformity of the in-plane power generation amount caused by this can be reduced. Moreover, even when the separator 200 having a flat shape without a groove for flowing gas on the surface is used as in the fuel cell 10 of the first embodiment, it becomes easy to uniformly supply the fuel gas in the plane direction. . Furthermore, in the fuel cell 10 of the first embodiment, since it is not necessary to provide the fuel supply port 216 in the portion of the separator 200 that faces the operating portion of the power generator 100, the contact area between the anode electrode layer 110 and the separator 200 is increased. It is possible to improve power generation efficiency.

なお、詳細には図示していないが、燃料排出口２２６、空気供給口２３６、空気排出口２４６（図１（ａ）および（ｂ））も同様に、発電体１００の中間部に対向するセパレータ２００の部分に配置されていると共に、アノード電極層１１０またはカソード電極層１３０の端面の少なくとも一部に面する空間に面している。従って、本実施例の燃料電池１０では、燃料ガスおよび空気の供給および排出において、空間内で燃料ガスまたは空気の向きを積層方向から平面方向へと変えることができ、圧力損失を低減することができる。また、面内発電量の不均一を低減することができると共に、表面に燃料ガスまたは空気を流通させるための溝が無い平坦な形状のセパレータ２００を用いても、燃料ガスまたは空気を平面方向に満遍なく供給することが容易となる。さらに、アノード電極層１１０またはカソード電極層１３０とセパレータ２００との接触面積を大きくとることができ、発電効率を向上させることができる。 Although not shown in detail, the fuel discharge port 226, the air supply port 236, and the air discharge port 246 (FIGS. 1A and 1B) are also separators facing the intermediate portion of the power generator 100. It is disposed in the portion 200 and faces a space facing at least part of the end face of the anode electrode layer 110 or the cathode electrode layer 130. Therefore, in the fuel cell 10 of the present embodiment, in supplying and discharging the fuel gas and air, the direction of the fuel gas or air can be changed in the space from the stacking direction to the plane direction, and pressure loss can be reduced. it can. Further, non-uniformity of the in-plane power generation amount can be reduced, and even when the flat separator 200 having no groove for circulating the fuel gas or air on the surface is used, the fuel gas or air is moved in the plane direction. It becomes easy to supply evenly. Furthermore, the contact area between the anode electrode layer 110 or the cathode electrode layer 130 and the separator 200 can be increased, and the power generation efficiency can be improved.

図５は、第１実施例の第１の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。図３に示した第１実施例と異なっている点は、第１実施例の第１の変形例の燃料電池１０ｂでは、発電体１００ｂの稼働部における厚さＴｒが、結合部の位置における発電体１００ｂとガスケット４００（被覆部４２０）とを合わせた厚さＴｃと同じとなっている点である。第１実施例の第１の変形例の燃料電池１０ｂにおいては、発電体１００ｂの稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００ｂの結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値と略同一となる。そのため、第１実施例の第１の変形例の燃料電池１０ｂにおいても、燃料電池１０ｂの発電性能の低下を抑制することができる。すなわち、燃料電池の発電性能の低下を抑制するためには、発電体１００の稼働部における厚さＴｒが、発電体１００の結合部の位置における発電体１００とガスケット４００とを合わせた厚さＴｃ以上となっていればよい。 FIG. 5 is an explanatory view showing in detail a cross-sectional configuration of a fuel cell as a first modification of the first embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 3 is that, in the fuel cell 10b of the first modification of the first embodiment, the thickness Tr in the operating portion of the power generator 100b is the power generation at the position of the coupling portion. This is the same as the total thickness Tc of the body 100b and the gasket 400 (the covering portion 420). In the fuel cell 10b of the first modification of the first embodiment, the value of the surface pressure that the operating part of the power generation body 100b receives from the separator 200 is the value of the surface pressure that the coupling part of the power generation body 100b receives from the separator 200. It becomes almost the same. Therefore, also in the fuel cell 10b of the first modified example of the first embodiment, it is possible to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell 10b. That is, in order to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell, the thickness Tr in the operating portion of the power generation body 100 is equal to the thickness Tc obtained by combining the power generation body 100 and the gasket 400 at the position where the power generation body 100 is coupled. It only has to be above.

図６は、第１実施例の第２の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。図３に示した第１実施例と異なっている点は、第１実施例の第２の変形例の燃料電池１０ｃでは、発電体１００ｃが稼働部および結合部のみを有し、中間部が無い点である。すなわち、第１実施例の第２の変形例の燃料電池１０ｃでは、第２のアノード層１１４ｃおよび第２のカソード層１３４ｃが、結合部の直前まで配置されている。第１実施例の第２の変形例の燃料電池１０ｃにおいても、発電体１００ｃの稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００ｃの結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値よりも大きくなり、燃料電池１０ｃの発電性能の低下を抑制することができる。また、第１実施例の第２の変形例では、発電体１００ｃの稼働部を広くとることができるため、燃料電池の出力密度を向上させることができる。また、第１実施例の第２の変形例でも、燃料供給口２１６、燃料排出口２２６、空気供給口２３６、空気排出口２４６（以下これらをまとめて「各供給排出口」とも呼ぶ）は、発電体１００ｃの稼働部に対向するセパレータ２００の部分よりも外側で、かつガスケット４００のリップ部４１０に接しているセパレータ２００の部分よりも内側の部分に配置されていると共に、アノード電極層１１０またはカソード電極層１３０の端面の少なくとも一部に面する空間に面している。そのため、図３に示す第１実施例と同様に、空間内で燃料ガスまたは空気の向きを積層方向から平面方向へと変えることができ、圧力損失を低減することができる。また、面内発電量の不均一を低減することができると共に、表面に燃料ガスまたは空気を流通させるための溝が無い平坦な形状のセパレータ２００を用いても、燃料ガスまたは空気を平面方向に満遍なく供給することが容易となる。さらに、アノード電極層１１０またはカソード電極層１３０とセパレータ２００との接触面積を大きくとることができ、発電効率を向上させることができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing in detail a cross-sectional configuration of a fuel cell as a second modification of the first embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 3 is that, in the fuel cell 10c of the second modification of the first embodiment, the power generator 100c has only the operating part and the coupling part, and there is no intermediate part. Is a point. That is, in the fuel cell 10c according to the second modification of the first embodiment, the second anode layer 114c and the second cathode layer 134c are arranged until just before the coupling portion. Also in the fuel cell 10c of the second modification of the first embodiment, the value of the surface pressure that the operating part of the power generation body 100c receives from the separator 200 is greater than the value of the surface pressure that the coupling part of the power generation body 100c receives from the separator 200. And the reduction in power generation performance of the fuel cell 10c can be suppressed. Further, in the second modification of the first embodiment, since the operating part of the power generation body 100c can be widened, the output density of the fuel cell can be improved. In the second modification of the first embodiment, the fuel supply port 216, the fuel discharge port 226, the air supply port 236, and the air discharge port 246 (hereinafter collectively referred to as “each supply discharge port”) The anode electrode layer 110 or the anode electrode layer 110 is disposed outside the portion of the separator 200 facing the operating portion of the power generation body 100c and inside the portion of the separator 200 in contact with the lip portion 410 of the gasket 400. It faces a space facing at least a part of the end face of the cathode electrode layer 130. Therefore, as in the first embodiment shown in FIG. 3, the direction of the fuel gas or air can be changed from the stacking direction to the plane direction in the space, and the pressure loss can be reduced. Further, non-uniformity of the in-plane power generation amount can be reduced, and even when the flat separator 200 having no groove for circulating the fuel gas or air on the surface is used, the fuel gas or air is moved in the plane direction. It becomes easy to supply evenly. Furthermore, the contact area between the anode electrode layer 110 or the cathode electrode layer 130 and the separator 200 can be increased, and the power generation efficiency can be improved.

なお、図６に示した第１実施例の第２の変形例において、図５に示した第１実施例の第１の変形例のように、発電体１００の稼働部における厚さＴｒが、結合部の位置における発電体１００とガスケット４００とを合わせた厚さＴｃと同じであるとすると、各供給排出口を発電体１００ｃの稼働部に対向するセパレータ２００の部分に配置せざるを得なくなる。すなわち、各供給排出口を発電体１００ｃの稼働部に対向するセパレータ２００の部分よりも外側の部分に配置することができなくなる。これに対し、図３に示した第１実施例では、発電体１００が中間部を有するため、厚さＴｒと厚さＴｃとの関係に関わらず各供給排出口を発電体１００の稼働部に対向するセパレータ２００の部分よりも外側の部分に配置することができる。 In the second modification of the first embodiment shown in FIG. 6, as in the first modification of the first embodiment shown in FIG. If the thickness Tc is the same as the combined thickness of the power generation body 100 and the gasket 400 at the position of the coupling portion, each supply / discharge port must be disposed in the portion of the separator 200 facing the operating portion of the power generation body 100c. . That is, it becomes impossible to arrange each supply / discharge port at a portion outside the portion of the separator 200 facing the operating portion of the power generation body 100c. On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 3, since the power generation body 100 has an intermediate portion, each supply / discharge port is used as an operating portion of the power generation body 100 regardless of the relationship between the thickness Tr and the thickness Tc. It can arrange | position in the part outside the part of the separator 200 which opposes.

Ｂ．第２実施例：
図７は、本発明の第２実施例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。図３に示した第１実施例と異なっている点は、第２実施例の燃料電池１０ｄでは、アノード電極層１１０ｄおよびカソード電極層１３０ｄが、単一の層で構成されている点である。第２実施例の燃料電池１０ｄでは、アノード電極層１１０ｄおよびカソード電極層１３０ｄの断面の外形は、第１実施例における断面の外形と略同一となっている。すなわち、発電体１００ｄの稼働部における厚さＴｒが結合部における厚さよりも大きくなるように、段差がアノード電極層１１０ｄおよびカソード電極層１３０ｄの外周に沿って形成されている。また、発電体１００ｄの稼働部における厚さＴｒが、結合部の位置における発電体１００ｄとガスケット４００とを合わせた厚さＴｃ以上となっている。 B. Second embodiment:
FIG. 7 is an explanatory view showing in detail a cross-sectional configuration of a fuel cell as a second embodiment of the present invention. A difference from the first embodiment shown in FIG. 3 is that in the fuel cell 10d of the second embodiment, the anode electrode layer 110d and the cathode electrode layer 130d are formed of a single layer. In the fuel cell 10d of the second embodiment, the outer shapes of the cross sections of the anode electrode layer 110d and the cathode electrode layer 130d are substantially the same as the outer shapes of the cross sections of the first embodiment. That is, the step is formed along the outer periphery of the anode electrode layer 110d and the cathode electrode layer 130d so that the thickness Tr in the operating portion of the power generator 100d is larger than the thickness in the coupling portion. Further, the thickness Tr in the operating portion of the power generation body 100d is equal to or greater than the thickness Tc of the power generation body 100d and the gasket 400 at the position of the coupling portion.

第２実施例の燃料電池１０ｄにおいても、第１実施例と同様に、発電体１００ｄの稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００ｄの結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値以上となるため、燃料電池１０ｄの発電性能の低下を抑制することができる。 Also in the fuel cell 10d of the second embodiment, as in the first embodiment, the value of the surface pressure that the operating portion of the power generation body 100d receives from the separator 200 is the surface pressure that the coupling portion of the power generation body 100d receives from the separator 200. Since it becomes more than a value, the fall of the power generation performance of the fuel cell 10d can be suppressed.

図８は、第２実施例の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図である。図７に示した第２実施例と異なっている点は、第２実施例の変形例の燃料電池１０ｅでは、第２実施例における段差の代わりに傾斜が形成されている点である。この傾斜は、発電体１００ｅの稼働部における厚さＴｒが結合部における厚さよりも大きくなるように、アノード電極層１１０ｅおよびカソード電極層１３０ｅの外周に沿って形成されている。そして、発電体１００ｅの稼働部における厚さＴｒが、結合部の位置における発電体１００ｅとガスケット４００とを合わせた厚さＴｃ以上となっている。 FIG. 8 is an explanatory view showing in detail a cross-sectional configuration of a fuel cell as a modification of the second embodiment. The difference from the second embodiment shown in FIG. 7 is that a fuel cell 10e according to a modification of the second embodiment is formed with a slope instead of the step in the second embodiment. This inclination is formed along the outer peripheries of the anode electrode layer 110e and the cathode electrode layer 130e so that the thickness Tr in the operating portion of the power generation body 100e is larger than the thickness in the coupling portion. And thickness Tr in the operation part of power generation object 100e is more than thickness Tc which combined power generation object 100e and gasket 400 in the position of a joint part.

第２実施例の変形例の燃料電池１０ｅにおいても、発電体１００ｅの稼働部がセパレータ２００から受ける面圧の値は、発電体１００ｅの結合部がセパレータ２００から受ける面圧の値以上となるため、第２実施例と同様に、燃料電池１０ｅの発電性能の低下を抑制することができる。 Also in the fuel cell 10e of the modified example of the second embodiment, the surface pressure value received by the operating portion of the power generation body 100e from the separator 200 is equal to or greater than the surface pressure value received by the coupling portion of the power generation body 100e from the separator 200. As in the second embodiment, it is possible to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell 10e.

Ｃ．その他の変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 C. Other variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｃ−１．その他の変形例１：
上記第１実施例では、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０は、第１の層と第２の層との２層によって構成されるとしているが、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０は３つ以上の層によって構成されるとしてもよい。また、上記第２実施例では、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の断面形状は、１段の段差を有する形状としているが、２段以上の段差を有する形状としてもよい。また、上記第２実施例の変形例では、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の断面形状は、直線状の傾斜を有する形状としているが、曲線状の傾斜を有する形状としてもよい。また、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０の断面形状は、段差と傾斜とを有する形状としてもよい。 C-1. Other variations 1:
In the first embodiment, the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 are composed of two layers of the first layer and the second layer, but the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 are 3 layers. It may be constituted by two or more layers. In the second embodiment, the cross-sectional shape of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 is a shape having one step, but may be a shape having two or more steps. In the modification of the second embodiment, the cross-sectional shapes of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 have a linear inclination, but may have a curved inclination. Further, the cross-sectional shapes of the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 may have a step and a slope.

Ｃ−２．その他の変形例２：
上記各実施例では、発電体１００のアノード電極層１１０、電解質層１２０およびカソード電極層１３０の端面は、同一の平面上に位置している、すなわち発電体１００の端面が１つの平面によって形成されているが、必ずしもそうである必要は無い。発電体１００のアノード電極層１１０、電解質層１２０およびカソード電極層１３０の端面は、それぞれずれた位置にあってもよい、すなわち発電体１００の端面が複数の平面によって形成されていてもよい。 C-2. Other variations 2:
In each of the above embodiments, the end faces of the anode electrode layer 110, the electrolyte layer 120, and the cathode electrode layer 130 of the power generation body 100 are located on the same plane, that is, the end faces of the power generation body 100 are formed by one plane. But it doesn't have to be. The end faces of the anode electrode layer 110, the electrolyte layer 120, and the cathode electrode layer 130 of the power generation body 100 may be shifted from each other, that is, the end face of the power generation body 100 may be formed by a plurality of planes.

Ｃ−３．その他の変形例３：
上記各実施例では、アノード電極層１１０およびカソード電極層１３０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、上記第１実施例において、第１のアノード層１１２（または第１のカソード層１３２）と第２のアノード層１１４（または第２のカソード層１３４）とを異なる材料を用いて形成することも可能である。 C-3. Other modification 3:
In each of the above embodiments, the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 are formed using a metal porous body. However, it is also possible to form the anode electrode layer 110 and the cathode electrode layer 130 using another material such as a carbon porous body. In the first embodiment, the first anode layer 112 (or the first cathode layer 132) and the second anode layer 114 (or the second cathode layer 134) are formed using different materials. Is also possible.

Ｃ−４．その他の変形例４：
上記各実施例では、セパレータ２００は３層の金属板を積層した構成であり、その形状は表面が平坦な形状であるとしているが、セパレータ２００の構成は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ２００の形状は他の任意の形状とすることが可能である。また、上記各実施例では、セパレータ２００を金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。 C-4. Other variations 4:
In each of the embodiments described above, the separator 200 has a configuration in which three metal plates are laminated, and the shape thereof is a flat surface, but the configuration of the separator 200 can be any other configuration. The shape of the separator 200 can be any other shape. Further, in each of the above embodiments, the separator 200 is formed using metal, but other materials such as carbon may be used.

Ｃ−５．その他の変形例５：
上記各実施例では、燃料電池１０は、発電体１００とセパレータ２００とが交互に積層された構成を有しているとしているが、燃料電池１０を発電体１００とその両側に配置したセパレータ２００とによって構成（すなわち単セルとして構成）することも可能である。 C-5. Other modification 5:
In each of the above-described embodiments, the fuel cell 10 has a configuration in which the power generators 100 and the separators 200 are alternately stacked. However, the fuel cell 10 includes the power generator 100 and separators 200 disposed on both sides thereof. (Ie, configured as a single cell).

本発明の第１実施例としての燃料電池の構成を概略的に示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows roughly the structure of the fuel cell as 1st Example of this invention. 本発明の第１実施例としての燃料電池に用いられるセパレータの平面を概略的に示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows roughly the plane of the separator used for the fuel cell as 1st Example of this invention. 本発明の第１実施例の燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell of 1st Example of this invention in detail. 比較例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell as a comparative example in detail. 第１実施例の第１の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell as a 1st modification of 1st Example in detail. 第１実施例の第２の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell as a 2nd modification of 1st Example in detail. 本発明の第２実施例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell as 2nd Example of this invention in detail. 第２実施例の変形例としての燃料電池の断面構成を詳細に示す説明図。Explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the fuel cell as a modification of 2nd Example in detail.

Explanation of symbols

１０...燃料電池
１００...発電体
１１０...アノード側ガス拡散電極層
１１２...第１のアノード層
１１４...第２のアノード層
１２０...電解質層
１３０...カソード側ガス拡散電極層
１３２...第１のカソード層
１３４...第２のカソード層
２００...セパレータ
２１２...貫通口
２１４...燃料流路
２１６...燃料供給口
２２２...貫通口
２２４...燃料流路
２２６...燃料排出口
２３２...貫通口
２３４...空気流路
２３６...空気供給口
２４２...貫通口
２４４...空気流路
２４６...空気排出口
２５２...貫通口
２５４...冷却水流路
２６２...貫通口
３１０...燃料供給路
３２０...燃料排出路
３３０...空気供給路
３４０...空気排出路
４００...ガスケット
４１０...リップ部
４２０...被覆部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 100 ... Electric power generation body 110 ... Anode side gas diffusion electrode layer 112 ... 1st anode layer 114 ... 2nd anode layer 120 ... Electrolyte layer 130 ... Cathode side gas diffusion electrode layer 132 ... first cathode layer 134 ... second cathode layer 200 ... separator 212 ... through port 214 ... fuel flow path 216 ... fuel supply port 222 ... through port 224 ... fuel channel 226 ... fuel discharge port 232 ... through port 234 ... air channel 236 ... air supply port 242 ... through port 244 ... air Flow path 246 ... Air discharge port 252 ... Through port 254 ... Cooling water flow channel 262 ... Through port 310 ... Fuel supply path 320 ... Fuel discharge path 330 ... Air supply path 340 ... Air exhaust path 400 ... Gasket 410 ... Lip part 420 ... Coating part

Claims

A fuel cell,
A power generator having an electrolyte layer and a gas diffusion electrode layer disposed on both surfaces of the electrolyte layer;
Separators disposed on both sides of the power generator;
In order to suppress the leakage of gas from the inside to the outside of the fuel cell, and a flow of gas in the gas diffusion electrode layers of both surfaces of the electrolyte layer of the power generating body, at least a portion of the end surface of the generator body A gasket arranged to abut,
The power generation body includes a coupling portion that is an end portion coupled to the gasket, an operating portion that is located inside the coupling portion and is in direct contact with the separator, the coupling portion, and the operating portion. An intermediate portion located between and not coupled to the gasket ,
The value of the surface pressure which the operational portion receives from the separator of the generator body, the so said coupling of the generator body is equal to or greater than the value of the surface pressure applied from the separator, the shape of the separator and the power generating body Is set,
The separator has a flat surface facing the power generator,
The gas diffusion electrode layer of the power generation body has a cross-sectional shape in which a step is formed along the outer periphery so that the thickness in the working part is larger than the thickness in the coupling part and the intermediate part,
The thickness of the operating portion of the power generating body, the is at the position of the coupling portion of the power generating body the power generating body and the gasket and the combined thickness greater than, and, from the thickness at the middle portion of the power generating body big,
The coupling part, the operating part, and the intermediate part of the power generation body are respectively a part of the electrolyte layer of the power generation body and a part of the gas diffusion electrode layer on both sides of the electrolyte layer of the power generation body. And including
The gasket, and the outermost end surface portion of the electrolyte layer included in the coupling portion of the power generating body, and the outermost end surface of portion of the power generating body on both sides of the gas diffusion electrode layers included in the coupling portion of the It is formed as one piece to cover ,
The separator has a supply port for supplying gas to the gas diffusion electrode layer, and a discharge port for discharging gas from the gas diffusion electrode layer,
At least one of the supply port and the discharge port is disposed in a portion of the separator that faces the intermediate portion of the power generator, and a portion of the gas diffusion electrode layer included in the operating portion. A fuel cell, which is a space facing at least a part of an outermost peripheral end surface and facing a space facing the intermediate portion of the power generator .

The fuel cell according to claim 1 , wherein
The gas diffusion electrode layer of the power generating body includes a first layer one surface in contact with the electrolyte layer, and a second layer disposed to overlap the other surface of the first layer, and
The gas diffusion electrode layer of the power generating body, the at the coupling portion and the intermediate portion is constituted by the first layer composed of said said first layer a second layer in the operational portion ,Fuel cell.

A fuel cell,
A power generator having an electrolyte layer and a gas diffusion electrode layer disposed on both surfaces of the electrolyte layer;
Separators disposed on both sides of the power generator;
In order to suppress the leakage of gas from the inside to the outside of the fuel cell, and a flow of gas in the gas diffusion electrode layers of both surfaces of the electrolyte layer of the power generating body, at least a portion of the end surface of the generator body A gasket arranged to abut,
The separator has a flat surface facing the power generator,
The power generation body includes a coupling portion that is an end portion coupled to the gasket, an operating portion that is located inside the coupling portion and is in direct contact with the separator, the coupling portion, and the operating portion. An intermediate portion located between and not coupled to the gasket ,
The gas diffusion electrode layer of the power generation body has a cross-sectional shape in which a step is formed along the outer periphery so that the thickness in the working part is larger than the thickness in the coupling part and the intermediate part,
The thickness of the operating portion of the power generating body, the is at the position of the coupling portion of the power generating body the power generating body and the gasket and the combined thickness greater than, and, from the thickness at the middle portion of the power generating body big,
The coupling part, the operating part, and the intermediate part of the power generation body are respectively a part of the electrolyte layer of the power generation body and a part of the gas diffusion electrode layer on both sides of the electrolyte layer of the power generation body. And including
The gasket, and the outermost end surface portion of the electrolyte layer included in the coupling portion of the power generating body, and the outermost end surface of portion of the power generating body on both sides of the gas diffusion electrode layers included in the coupling portion of the It is formed as one piece to cover ,
The separator has a supply port for supplying gas to the gas diffusion electrode layer, and a discharge port for discharging gas from the gas diffusion electrode layer,
At least one of the supply port and the discharge port is disposed in a portion of the separator that faces the intermediate portion of the power generator, and a portion of the gas diffusion electrode layer included in the operating portion. A fuel cell, which is a space facing at least a part of an outermost peripheral end surface and facing a space facing the intermediate portion of the power generator .