JP7615885B2 - Frame - Google Patents
Frame Download PDFInfo
- Publication number
- JP7615885B2 JP7615885B2 JP2021087657A JP2021087657A JP7615885B2 JP 7615885 B2 JP7615885 B2 JP 7615885B2 JP 2021087657 A JP2021087657 A JP 2021087657A JP 2021087657 A JP2021087657 A JP 2021087657A JP 7615885 B2 JP7615885 B2 JP 7615885B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- side portion
- adhesive
- oxidant gas
- fuel cell
- electrode assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 54
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 54
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 52
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 52
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 44
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 43
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 12
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 67
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 29
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 15
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 15
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池の膜電極接合体を支持する枠体に関する。 The present invention relates to a frame that supports a membrane electrode assembly of a fuel cell.
従来、燃料電池として、例えば、特許文献1に示すものが知られている。こうした燃料電池は、複数積層されて例えば車載用燃料電池スタックを構成する。燃料電池は、段差電解質膜・電極構造体を支持した樹脂製枠部材と、これらを挟持する第1セパレータ及び第2セパレータと、を備えている。段差電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟持するアノード電極及びカソード電極と、を備えている。 Conventionally, a fuel cell such as that shown in Patent Document 1 is known. A plurality of such fuel cells are stacked to form, for example, a fuel cell stack for use in a vehicle. The fuel cell comprises a resin frame member that supports a stepped electrolyte membrane/electrode structure, and a first separator and a second separator that sandwich the stepped electrolyte membrane/electrode structure. The stepped electrolyte membrane/electrode structure comprises a solid polymer electrolyte membrane, and an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the solid polymer electrolyte membrane.
樹脂製枠部材は、段部を介して最外周部よりも薄肉に形成されて内側に突出する内周突部を有している。段差電解質膜・電極構造体は、外周縁部に段差部を有している。そして、樹脂製枠部材の内周突部の内側平面に接着剤を塗布した後、樹脂製枠部材の段部に段差電解質膜・電極構造体の段差部を重ね合わせることにより、樹脂製枠部材に段差電解質膜・電極構造体が接着される。 The resin frame member has an inner peripheral protrusion that is formed thinner than the outermost peripheral portion via a step and protrudes inward. The stepped electrolyte membrane/electrode structure has a step on the outer peripheral edge. Then, an adhesive is applied to the inner flat surface of the inner peripheral protrusion of the resin frame member, and the stepped electrolyte membrane/electrode structure is bonded to the resin frame member by overlapping the stepped portion of the stepped electrolyte membrane/electrode structure on the stepped portion of the resin frame member.
ところで、上述のような樹脂製枠部材では、接着剤を塗布する内周突部の内側平面と、段部とのなす角度が直角になっている。このため、内周突部の内側平面にスクリーン印刷によって接着剤を塗布する場合には、印刷版を樹脂製枠部材に対して沿わせることが困難になる。したがって、樹脂製枠部材の内周突部の内側平面にスクリーン印刷によって接着剤を塗布することが困難になる。すなわち、樹脂製枠部材の内周突部の内側平面に対して接着剤をスクリーン印刷によって精度よく塗布することができないという問題がある。 However, in the resin frame member described above, the angle between the inner flat surface of the inner peripheral protrusion to which the adhesive is applied and the step portion is a right angle. Therefore, when applying adhesive to the inner flat surface of the inner peripheral protrusion by screen printing, it is difficult to align the printing plate with the resin frame member. This makes it difficult to apply adhesive to the inner flat surface of the inner peripheral protrusion of the resin frame member by screen printing. In other words, there is a problem in that adhesive cannot be applied with high precision to the inner flat surface of the inner peripheral protrusion of the resin frame member by screen printing.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する枠体は、燃料電池の四角板状をなす膜電極接合体の周縁を支持する合成樹脂製の枠体であって、中央部に形成された四角形状の開口部と、前記開口部の周縁部を構成し、且つ前記膜電極接合体の周縁を接着可能な四角環状の接着部と、前記接着部よりも外周側に配置されて一対のセパレータによって挟まれ、且つ前記接着部よりも厚肉に形成された四角環状の外周部と、を備え、前記接着部を構成する四つの辺部のうちの少なくとも一つには、前記外周部側に向かうに連れて厚肉に形成された傾斜部が設けられていることを要旨とする。
The means for solving the above problems and their effects will be described below.
The frame that solves the above problem is a frame made of synthetic resin that supports the periphery of a rectangular plate-shaped membrane electrode assembly of a fuel cell, and comprises a rectangular opening formed in the center, a rectangular annular adhesive portion that forms the periphery of the opening and is capable of adhering the periphery of the membrane electrode assembly, and a rectangular annular outer periphery that is positioned closer to the outer periphery than the adhesive portion, is sandwiched between a pair of separators, and is formed to be thicker than the adhesive portion, and at least one of the four sides that form the adhesive portion is provided with an inclined portion that is thicker toward the outer periphery.
この構成によれば、スクリーン印刷によって接着剤を接着部に塗布する場合に、スクリーン版を枠体に対して容易に沿わせることができる。このため、接着部に対して接着剤をスクリーン印刷によって精度よく塗布することができる。 With this configuration, when applying adhesive to the adhesive portion by screen printing, the screen plate can be easily aligned with the frame body. This allows the adhesive to be applied to the adhesive portion with high precision by screen printing.
以下、枠体の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、燃料電池11は、矩形板状をなし、複数積層されて燃料電池スタックを構成するものである。なお、以下の説明においては、燃料電池11の長辺方向をX方向、燃料電池11の短辺方向をY方向、燃料電池11の厚さ方向をZ方向とする。X方向、Y方向、及びZ方向は、互いに直交する方向である。
An embodiment of the frame will now be described with reference to the drawings.
1, the fuel cell 11 has a rectangular plate shape, and a plurality of fuel cells 11 are stacked to form a fuel cell stack. In the following description, the long side direction of the fuel cell 11 is defined as the X direction, the short side direction of the fuel cell 11 is defined as the Y direction, and the thickness direction of the fuel cell 11 is defined as the Z direction. The X direction, Y direction, and Z direction are perpendicular to each other.
燃料電池11は、矩形板状の発電ユニット12と、発電ユニット12を挟む矩形板状をなす一対のガス拡散層13と、発電ユニット12及び一対のガス拡散層13を挟む矩形板状をなす一対の金属製のセパレータ14と、を備えている。すなわち、燃料電池11は、一対のガス拡散層13と、発電ユニット12と、一対のセパレータ14とを積層した構造になっている。 The fuel cell 11 includes a rectangular plate-shaped power generation unit 12, a pair of rectangular plate-shaped gas diffusion layers 13 that sandwich the power generation unit 12, and a pair of rectangular plate-shaped metal separators 14 that sandwich the power generation unit 12 and the pair of gas diffusion layers 13. In other words, the fuel cell 11 has a structure in which the pair of gas diffusion layers 13, the power generation unit 12, and the pair of separators 14 are stacked.
一対のガス拡散層13のうち、一方(カソード側)は第1ガス拡散層15とされ、他方(アノード側)は第2ガス拡散層16とされている。一対のセパレータ14のうち、一方(カソード側)は第1セパレータ17とされ、他方(アノード側)は第2セパレータ18とされている。 Of the pair of gas diffusion layers 13, one (cathode side) is a first gas diffusion layer 15, and the other (anode side) is a second gas diffusion layer 16. Of the pair of separators 14, one (cathode side) is a first separator 17, and the other (anode side) is a second separator 18.
図1及び図2に示すように、発電ユニット12は、矩形板状をなす合成樹脂製の枠体19と、枠体19に支持される矩形板状(四角板状)をなす膜電極接合体20(MEA:Membrane Electrode Assembly)とを備えている。枠体19の中央部には、矩形状(四角形状)の開口部22が形成されている。 As shown in Figures 1 and 2, the power generation unit 12 includes a rectangular plate-shaped synthetic resin frame 19 and a rectangular plate-shaped membrane electrode assembly 20 (MEA: Membrane Electrode Assembly) supported by the frame 19. A rectangular (quadrangular) opening 22 is formed in the center of the frame 19.
枠体19の第1ガス拡散層15側の面における開口部22の周縁部には、他の部位よりも薄肉に形成されて膜電極接合体20の周縁を支持した状態で接着可能な矩形環状(四角環状)の接着部23が形成されている。すなわち、接着部23は、開口部22の周縁部を構成して膜電極接合体20の周縁を支持している。 A rectangular annular (quadratic annular) adhesive portion 23 is formed on the periphery of the opening 22 on the surface of the frame 19 facing the first gas diffusion layer 15, and is thinner than other portions so that it can be bonded while supporting the periphery of the membrane electrode assembly 20. In other words, the adhesive portion 23 constitutes the periphery of the opening 22 and supports the periphery of the membrane electrode assembly 20.
枠体19は、接着部23よりも外周側に、接着部23よりも厚肉に形成された矩形環状の外周部21を備えている。すなわち、外周部21は、枠体19における接着部23よりも外周側に配置されて一対のセパレータ14によって挟まれている。 The frame body 19 has a rectangular ring-shaped outer peripheral portion 21 that is thicker than the adhesive portion 23 and is located on the outer periphery side of the adhesive portion 23. In other words, the outer peripheral portion 21 is located on the outer periphery side of the adhesive portion 23 of the frame body 19 and is sandwiched between a pair of separators 14.
図1~図4に示すように、第1ガス拡散層15は、X方向及びY方向の長さが開口部22よりも若干長くなっている。第2ガス拡散層16は、X方向及びY方向の長さが開口部22と同じになっている。一対のセパレータ14は、一対のガス拡散層13の外側から発電ユニット12をZ方向に挟んでいる。 As shown in Figures 1 to 4, the first gas diffusion layer 15 is slightly longer in the X and Y directions than the opening 22. The second gas diffusion layer 16 is the same length in the X and Y directions as the opening 22. The pair of separators 14 sandwich the power generation unit 12 in the Z direction from the outside of the pair of gas diffusion layers 13.
燃料電池11は、膜電極接合体20のZ方向の一方側(カソード側)の部分に酸素を含む発電用のガスの一例としての酸化剤ガスが供給され且つ膜電極接合体20のZ方向の他方側(アノード側)の部分に水素を含む燃料ガスが供給される。これにより、燃料電池11は、酸化剤ガス及び燃料ガスの膜電極接合体20での電気化学反応に基づき発電を行う。 The fuel cell 11 is supplied with an oxidant gas, which is an example of a power generation gas containing oxygen, to one side (cathode side) of the membrane electrode assembly 20 in the Z direction, and a fuel gas containing hydrogen is supplied to the other side (anode side) of the membrane electrode assembly 20 in the Z direction. As a result, the fuel cell 11 generates electricity based on an electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas in the membrane electrode assembly 20.
燃料電池11におけるY方向の両端部、すなわち枠体19及び一対のセパレータ14における開口部22をY方向に挟んだ両端部には、酸化剤ガス孔26がX方向に並んで2つずつ貫通して形成されている。燃料電池11におけるY方向の両端部のうち、一方の端部に形成された酸化剤ガス孔26は酸化剤ガス供給孔27とされ、他方の端部に形成された酸化剤ガス孔26は酸化剤ガス排出孔28とされている。 At both ends of the fuel cell 11 in the Y direction, i.e., at both ends sandwiching the openings 22 in the frame 19 and the pair of separators 14 in the Y direction, two oxidant gas holes 26 are formed side by side in the X direction, penetrating the fuel cell 11. Of the two ends of the fuel cell 11 in the Y direction, the oxidant gas hole 26 formed at one end is an oxidant gas supply hole 27, and the oxidant gas hole 26 formed at the other end is an oxidant gas discharge hole 28.
発電ユニット12と第1セパレータ17との間には、酸化剤ガス供給孔27から供給された酸化剤ガスを、開口部22を通過させて酸化剤ガス排出孔28へ流す酸化剤ガス流路29が形成されている。酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路29は、Y方向に延びている。すなわち、酸化剤ガス流路29における酸化剤ガスの流れ方向は、Y方向における酸化剤ガス供給孔27から酸化剤ガス排出孔28へ向かう方向となる。 Between the power generation unit 12 and the first separator 17, an oxidant gas flow path 29 is formed, which allows the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply hole 27 to pass through the opening 22 and flow to the oxidant gas discharge hole 28. The oxidant gas flow path 29 through which the oxidant gas flows extends in the Y direction. That is, the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path 29 is from the oxidant gas supply hole 27 to the oxidant gas discharge hole 28 in the Y direction.
燃料電池11におけるX方向の両端部、すなわち枠体19及び一対のセパレータ14における開口部22をX方向に挟んだ両端部には、燃料ガス孔30及び冷却媒体孔31がY方向に並んで貫通して形成されている。つまり、燃料電池11における開口部22をX方向に挟んだ両端部のうち、一方の端部には1つの燃料ガス孔30及び1つの冷却媒体孔31がY方向に並んで形成され、他方の端部には1つの燃料ガス孔30及び1つの冷却媒体孔31がY方向に並んで形成されている。 At both ends of the fuel cell 11 in the X direction, i.e., at both ends sandwiching the opening 22 in the frame 19 and the pair of separators 14 in the X direction, a fuel gas hole 30 and a cooling medium hole 31 are formed side by side in the Y direction and penetrate the fuel cell 11. In other words, of both ends sandwiching the opening 22 in the fuel cell 11 in the X direction, one end has one fuel gas hole 30 and one cooling medium hole 31 formed side by side in the Y direction, and the other end has one fuel gas hole 30 and one cooling medium hole 31 formed side by side in the Y direction.
燃料電池11における開口部22をX方向に挟んだ両端部において、燃料ガス孔30と冷却媒体孔31とのY方向における並び順は互いに逆になっている。燃料電池11におけるX方向の両端部のうち、一方の端部に形成された燃料ガス孔30及び冷却媒体孔31はそれぞれ燃料ガス供給孔32及び冷却媒体供給孔33とされ、他方の端部に形成された燃料ガス孔30及び冷却媒体孔31はそれぞれ燃料ガス排出孔34及び冷却媒体排出孔35とされている。 At both ends of the fuel cell 11 sandwiching the opening 22 in the X direction, the arrangement order of the fuel gas holes 30 and the cooling medium holes 31 in the Y direction is reversed. Of the two ends of the fuel cell 11 in the X direction, the fuel gas holes 30 and the cooling medium holes 31 formed at one end are respectively fuel gas supply holes 32 and cooling medium supply holes 33, and the fuel gas holes 30 and the cooling medium holes 31 formed at the other end are respectively fuel gas exhaust holes 34 and cooling medium exhaust holes 35.
発電ユニット12と第2セパレータ18との間には、燃料ガス供給孔32から供給された燃料ガスを、開口部22を通過させて燃料ガス排出孔34へ流す燃料ガス流路36が形成されている。燃料電池11を複数積層した場合における第1セパレータ17と第2セパレータ18との間には、冷却媒体供給孔33から供給された冷却媒体を冷却媒体排出孔35へ流す冷却媒体流路(図示略)が形成される。なお、枠体19における酸化剤ガス孔26、燃料ガス孔30、及び冷却媒体孔31は、全て外周部21に形成されている。 Between the power generation unit 12 and the second separator 18, a fuel gas flow path 36 is formed, which allows the fuel gas supplied from the fuel gas supply hole 32 to pass through the opening 22 and flow to the fuel gas discharge hole 34. When multiple fuel cells 11 are stacked, a cooling medium flow path (not shown) is formed between the first separator 17 and the second separator 18, which allows the cooling medium supplied from the cooling medium supply hole 33 to flow to the cooling medium discharge hole 35. The oxidant gas hole 26, the fuel gas hole 30, and the cooling medium hole 31 in the frame 19 are all formed in the outer periphery 21.
図2~図4に示すように、枠体19における接着部23は、矩形環状をなしているため、四つの辺部によって構成されている。これら四つの辺部は、第1辺部37、第2辺部38、第3辺部39、及び第4辺部40とされている。第1辺部37は、酸化剤ガス供給孔27側に位置してX方向に延びている。第2辺部38は、酸化剤ガス排出孔28側に位置してX方向に延びている。 As shown in Figures 2 to 4, the adhesive portion 23 of the frame 19 has a rectangular ring shape and is therefore composed of four sides. These four sides are a first side 37, a second side 38, a third side 39, and a fourth side 40. The first side 37 is located on the oxidant gas supply hole 27 side and extends in the X direction. The second side 38 is located on the oxidant gas exhaust hole 28 side and extends in the X direction.
第3辺部39は、燃料ガス供給孔32及び冷却媒体供給孔33側に位置してY方向に延びている。第4辺部40は、燃料ガス排出孔34及び冷却媒体排出孔35側に位置してY方向に延びている。第1辺部37と第2辺部38とは、対をなしており、開口部22を挟んでY方向で互いに対向している。第3辺部39と第4辺部40とは、対をなしており、開口部22を挟んでX方向で互いに対向している。 The third side 39 is located on the fuel gas supply hole 32 and the cooling medium supply hole 33 side and extends in the Y direction. The fourth side 40 is located on the fuel gas exhaust hole 34 and the cooling medium exhaust hole 35 side and extends in the Y direction. The first side 37 and the second side 38 form a pair and face each other in the Y direction with the opening 22 in between. The third side 39 and the fourth side 40 form a pair and face each other in the X direction with the opening 22 in between.
したがって、接着部23は、互いに異なる方向で対向する二対の辺部によって構成されている。そして、本実施形態では、第1辺部37と第2辺部38とが対向する方向であるY方向が酸化剤ガスの流れ方向となっている。第1辺部37及び第2辺部38には、外周部21側に向かうに連れて厚肉に形成された傾斜部41がそれぞれ設けられている。 The adhesive portion 23 is therefore composed of two pairs of sides that face each other in different directions. In this embodiment, the Y direction in which the first side portion 37 and the second side portion 38 face each other is the flow direction of the oxidant gas. The first side portion 37 and the second side portion 38 each have an inclined portion 41 that is thicker as it approaches the outer periphery 21.
すなわち、傾斜部41は、第1辺部37及び第2辺部38のそれぞれにおける外周部21側の端部に設けられている。つまり、傾斜部41は、第1辺部37と外周部21との間と、第2辺部38と外周部21との間と、にそれぞれ配置されている。傾斜部41は、接着部23からの高さが外周部21側に向かうに連れて高くなる傾斜面42を有している。 That is, the inclined portion 41 is provided at the end portion on the outer periphery 21 side of each of the first side portion 37 and the second side portion 38. That is, the inclined portion 41 is disposed between the first side portion 37 and the outer periphery 21, and between the second side portion 38 and the outer periphery 21. The inclined portion 41 has an inclined surface 42 whose height from the adhesive portion 23 increases toward the outer periphery 21 side.
第1辺部37と傾斜面42とのなす角度Aは、鈍角になっている。第2辺部38と傾斜面42とのなす角度も角度Aと同じになっている。本実施形態における角度Aは、一例として、135°程度に設定されている。第3辺部39及び第4辺部40には、傾斜部41が設けられていない。 The angle A between the first side portion 37 and the inclined surface 42 is an obtuse angle. The angle between the second side portion 38 and the inclined surface 42 is also the same as angle A. In this embodiment, angle A is set to approximately 135°, as an example. The third side portion 39 and the fourth side portion 40 do not have an inclined portion 41.
膜電極接合体20の周縁は、第1辺部37、第2辺部38、第3辺部39、及び第4辺部40によって支持された状態で、第1辺部37及び第2辺部38に対して接着剤Sによって接合されている。この場合、接着剤Sは、第1辺部37及び第2辺部38に対してスクリーン印刷によって塗布される。 The periphery of the membrane electrode assembly 20 is supported by the first side portion 37, the second side portion 38, the third side portion 39, and the fourth side portion 40, and is bonded to the first side portion 37 and the second side portion 38 by adhesive S. In this case, the adhesive S is applied to the first side portion 37 and the second side portion 38 by screen printing.
次に、第1辺部37及び第2辺部38に対して接着剤Sをスクリーン印刷によって塗布する際の作用について説明する。
図5(a)に示すように、第1辺部37及び第2辺部38に対して接着剤Sをスクリーン印刷によって塗布する場合には、枠体19の真上にスクリーン版43を張った状態で枠体19に対向して配置する。スクリーン版43は、例えば合成樹脂製の糸をメッシュ状に編んだものによって構成される。スクリーン版43は、第1辺部37及び第2辺部38と対応する領域以外の網目が塞がれている。
Next, the action when applying the adhesive S to the first side portion 37 and the second side portion 38 by screen printing will be described.
5A, when applying the adhesive S to the first side portion 37 and the second side portion 38 by screen printing, a screen plate 43 is placed facing the frame body 19 in a state where it is stretched directly above the frame body 19. The screen plate 43 is made of, for example, synthetic resin thread woven into a mesh shape. The mesh of the screen plate 43 is closed except for the areas corresponding to the first side portion 37 and the second side portion 38.
そして、スクリーン版43の上面に接着剤Sを供給した後、スキージ(へら)をスクリーン版43の上面に押し付けながら移動させる。すると、スクリーン版43における第1辺部37及び第2辺部38と対応する領域の網目のみを接着剤Sが通過するため、第1辺部37及び第2辺部38にのみ接着剤Sが塗布される。 After supplying adhesive S to the top surface of the screen plate 43, a squeegee (spatula) is moved while being pressed against the top surface of the screen plate 43. Then, the adhesive S passes only through the mesh in the areas of the screen plate 43 that correspond to the first side portion 37 and the second side portion 38, so that the adhesive S is applied only to the first side portion 37 and the second side portion 38.
このとき、図5(a)に示すように、上述した実施例(本実施形態)の枠体19の第1辺部37及び第2辺部38のそれぞれには、傾斜部41が設けられている。このため、スキージ(へら)をスクリーン版43の上面に押し付けながら移動させる際には、スクリーン版43が第1辺部37、第2辺部38、傾斜部41、及び外周部21のそれぞれの形状に対して追従する。 At this time, as shown in FIG. 5(a), the first side 37 and the second side 38 of the frame 19 of the above-mentioned embodiment (present embodiment) are each provided with an inclined portion 41. Therefore, when the squeegee (spatula) is moved while being pressed against the upper surface of the screen plate 43, the screen plate 43 follows the respective shapes of the first side 37, the second side 38, the inclined portion 41, and the outer periphery 21.
したがって、枠体19の第1辺部37及び第2辺部38に対して接着剤Sが確実且つ精度よく塗布される。この結果、実施例の枠体19では、第1辺部37及び第2辺部38に対して膜電極接合体20の周縁を接着剤Sによって接合した際における第1辺部37及び第2辺部38のそれぞれと膜電極接合体20の周縁との間のシール性が十分に確保される。 Therefore, the adhesive S is applied reliably and accurately to the first side portion 37 and the second side portion 38 of the frame body 19. As a result, in the frame body 19 of the embodiment, sufficient sealing is ensured between the first side portion 37 and the second side portion 38 and the periphery of the membrane electrode assembly 20 when the periphery of the membrane electrode assembly 20 is joined to the first side portion 37 and the second side portion 38 with the adhesive S.
因みに、実施例(本実施形態)の枠体19から傾斜部41を省略した構成である比較例の枠体では、図5(b)に示すように、傾斜部41が存在しないため、第1辺部37及び第2辺部38と、外周部21と、のそれぞれの間に直角の段差44が形成される。このため、上述した実施例の枠体19と同様にして比較例の枠体の第1辺部37及び第2辺部38にスクリーン印刷によって接着剤Sを塗布しようとしても、直角の段差44の存在によりスクリーン版43が第1辺部37及び第2辺部38に対して追従できなくなる。 Incidentally, in the frame of the comparative example, which is configured by omitting the inclined portion 41 from the frame 19 of the example (present embodiment), as shown in FIG. 5(b), since the inclined portion 41 does not exist, a right-angle step 44 is formed between each of the first and second sides 37 and 38 and the outer periphery 21. Therefore, even if adhesive S is applied to the first and second sides 37 and 38 of the frame of the comparative example by screen printing in the same manner as the frame 19 of the example described above, the presence of the right-angle step 44 prevents the screen plate 43 from following the first and second sides 37 and 38.
したがって、比較例の枠体では、スクリーン印刷によって第1辺部37及び第2辺部38に対して接着剤Sを塗布することが困難になる。この結果、比較例の枠体では、第1辺部37及び第2辺部38に対して膜電極接合体20の周縁を接着剤Sによって接合した際における第1辺部37及び第2辺部38のそれぞれと膜電極接合体20の周縁との間のシール性が十分に確保されなくなってしまう。 Therefore, in the frame of the comparative example, it is difficult to apply adhesive S to the first side portion 37 and the second side portion 38 by screen printing. As a result, in the frame of the comparative example, when the periphery of the membrane electrode assembly 20 is joined to the first side portion 37 and the second side portion 38 with adhesive S, sufficient sealing is not ensured between the first side portion 37 and the second side portion 38 and the periphery of the membrane electrode assembly 20.
次に、燃料電池11の作用について説明する。
図1~図4に示すように、燃料電池11によって発電が行われる場合には、酸化剤ガス供給孔27から酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給孔32から燃料ガスが供給される。
Next, the operation of the fuel cell 11 will be described.
As shown in FIGS. 1 to 4, when power is generated by the fuel cell 11 , an oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply hole 27 and a fuel gas is supplied from the fuel gas supply hole 32 .
燃料電池11において酸化剤ガス供給孔27から酸化剤ガスが供給されると、当該酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路29を通って酸化剤ガス排出孔28へ流れる過程で第1ガス拡散層15によって拡散されながら膜電極接合体20のカソード側の面に供給される。このとき、枠体19における第3辺部39及び第4辺部40には、傾斜部41が設けられていない。 When oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply hole 27 in the fuel cell 11, the oxidant gas is supplied to the cathode side surface of the membrane electrode assembly 20 while being diffused by the first gas diffusion layer 15 as it flows through the oxidant gas flow path 29 to the oxidant gas discharge hole 28. At this time, the third side portion 39 and the fourth side portion 40 of the frame 19 are not provided with the inclined portion 41.
このため、膜電極接合体20における酸化剤ガスの流れ方向(図3における上から下に向かう方向)の両側部(図3における左右の両端部)と、外周部21との間に隙間が形成されない。このため、酸化剤ガス流路29を流れる酸化剤ガスが膜電極接合体20の脇を流れることがなくなる。すなわち、酸化剤ガス流路29を流れる酸化剤ガスは、膜電極接合体20の存在しない領域を流れることなく酸化剤ガス排出孔28へ向かって流れる。 As a result, no gaps are formed between the outer periphery 21 and both sides (both left and right ends in FIG. 3) of the membrane electrode assembly 20 in the direction of oxidant gas flow (from top to bottom in FIG. 3). As a result, the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow passage 29 does not flow beside the membrane electrode assembly 20. In other words, the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow passage 29 flows toward the oxidant gas exhaust hole 28 without flowing through an area where the membrane electrode assembly 20 does not exist.
一方、燃料電池11において燃料ガス供給孔32から燃料ガスが供給されると、当該燃料ガスは、燃料ガス流路36を通って燃料ガス排出孔34へ流れる過程で第2ガス拡散層16によって拡散されながら膜電極接合体20のアノード側の面に供給される。 On the other hand, when fuel gas is supplied from the fuel gas supply hole 32 in the fuel cell 11, the fuel gas is supplied to the anode side surface of the membrane electrode assembly 20 while being diffused by the second gas diffusion layer 16 as it flows through the fuel gas flow passage 36 to the fuel gas exhaust hole 34.
そして、燃料電池11では、膜電極接合体20におけるカソード側の面に供給された酸化剤ガスと、膜電極接合体20におけるアノード側の面に供給された燃料ガスとの膜電極接合体20での電気化学反応に基づいて発電される。この場合、上述したように、酸化剤ガス流路29を流れる酸化剤ガスが膜電極接合体20から外れて流れることがないので、燃料電池11によって効率よく発電がなされる。 The fuel cell 11 generates electricity based on an electrochemical reaction in the membrane electrode assembly 20 between the oxidant gas supplied to the cathode side of the membrane electrode assembly 20 and the fuel gas supplied to the anode side of the membrane electrode assembly 20. In this case, as described above, the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow passage 29 does not flow outside the membrane electrode assembly 20, so that the fuel cell 11 generates electricity efficiently.
因みに、枠体19における第3辺部39及び第4辺部40に傾斜部41を設けると、次のようになる。すなわち、膜電極接合体20における酸化剤ガスの流れ方向(図3における上から下に向かう方向)の両側部(図3における左右の両端部)と、第3辺部39及び第4辺部40に設けたそれぞれの傾斜部41(傾斜面42)との間に隙間ができてしまう。 Incidentally, if the inclined portions 41 are provided on the third side 39 and the fourth side 40 of the frame 19, the following occurs. That is, gaps are created between both sides (both left and right ends in FIG. 3) of the membrane electrode assembly 20 in the flow direction of the oxidant gas (the direction from top to bottom in FIG. 3) and the inclined portions 41 (inclined surfaces 42) provided on the third side 39 and the fourth side 40.
このため、酸化剤ガス流路29を流れる酸化剤ガスの一部は、膜電極接合体20の存在しない上記隙間を流れる。上記隙間を流れる酸化剤ガスは燃料電池11の発電に寄与しないので、燃料電池11の発電効率が低下してしまう。 As a result, some of the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow passage 29 flows through the gap where the membrane electrode assembly 20 is not present. Since the oxidant gas flowing through the gap does not contribute to the power generation of the fuel cell 11, the power generation efficiency of the fuel cell 11 decreases.
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
(1)枠体19は、燃料電池11の矩形板状をなす膜電極接合体20の周縁を支持するとともに合成樹脂によって構成されている。枠体19は、中央部に形成された矩形状の開口部22と、開口部22の周縁部を構成し且つ膜電極接合体20の周縁を接着可能な矩形環状の接着部23と、矩形環状の外周部21と、を備えている。外周部21は、接着部23よりも外周側に配置されて一対のセパレータ14によって挟まれ且つ接着部23よりも厚肉に形成されている。接着部23を構成する第1辺部37、第2辺部38、第3辺部39、及び第4辺部40のうちの少なくとも一つには、外周部21側に向かうに連れて厚肉に形成された傾斜部41が設けられている。
According to the embodiment described above in detail, the following effects are achieved.
(1) The frame 19 supports the periphery of the membrane electrode assembly 20 of the fuel cell 11, which is a rectangular plate. The frame 19 has a rectangular opening 22 formed in the center, a rectangular annular adhesive portion 23 that constitutes the periphery of the opening 22 and can adhere the periphery of the membrane electrode assembly 20, and a rectangular annular outer periphery 21. The outer periphery 21 is disposed on the outer periphery side of the adhesive portion 23, is sandwiched between a pair of separators 14, and is formed to be thicker than the adhesive portion 23. At least one of the first side portion 37, the second side portion 38, the third side portion 39, and the fourth side portion 40 that constitute the adhesive portion 23 has an inclined portion 41 that is formed to be thicker toward the outer periphery 21.
この構成によれば、スクリーン印刷によって接着剤Sを接着部23に塗布する場合に、スクリーン版43を枠体19に対して容易に沿わせることができる。このため、接着部23に対して接着剤Sをスクリーン印刷によって精度よく塗布することができる。 With this configuration, when applying adhesive S to the adhesive portion 23 by screen printing, the screen plate 43 can be easily aligned with the frame body 19. Therefore, adhesive S can be applied to the adhesive portion 23 with high precision by screen printing.
(2)枠体19は、第1辺部37及び第2辺部38が互いに対向するY方向が燃料電池11の酸化剤ガスの流れ方向である場合、互いにX方向で対向する第3辺部39及び第4辺部40に傾斜部41を設けない。 (2) When the Y direction in which the first side portion 37 and the second side portion 38 of the frame body 19 face each other is the flow direction of the oxidant gas in the fuel cell 11, the frame body 19 does not have an inclined portion 41 on the third side portion 39 and the fourth side portion 40 that face each other in the X direction.
この構成によれば、膜電極接合体20における酸化剤ガスの流れ方向の両側部(X方向の両端部)と傾斜部41との間に隙間が形成されないので、酸化剤ガスが膜電極接合体20の脇を流れることを抑制できる。このため、酸化剤ガスが膜電極接合体20の脇を流れることに起因する燃料電池11の発電効率の低下を抑制できる。 With this configuration, no gaps are formed between the inclined portion 41 and both sides (both ends in the X direction) of the membrane electrode assembly 20 in the oxidant gas flow direction, so that the oxidant gas can be prevented from flowing beside the membrane electrode assembly 20. This makes it possible to prevent a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell 11 caused by the oxidant gas flowing beside the membrane electrode assembly 20.
(3)枠体19において、傾斜部41は、互いに対向する第1辺部37及び第2辺部38にそれぞれ設けられている。
この構成によれば、第1辺部37及び第2辺部38に対してスクリーン印刷によってそれぞれ接着剤Sを精度よく塗布できるので、接着部23に対して膜電極接合体20をバランスよく接合することができる。
(3) In the frame 19 , the inclined portions 41 are provided on the first side portion 37 and the second side portion 38 that face each other.
According to this configuration, the adhesive S can be applied with high precision to each of the first side portion 37 and the second side portion 38 by screen printing, so that the membrane electrode assembly 20 can be joined to the adhesive portion 23 in a well-balanced manner.
(変更例)
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
(Example of change)
The above embodiment can be modified as follows: The above embodiment and the following modifications can be combined with each other as long as they are not technically inconsistent.
・傾斜部41は、必ずしも接着部23を構成する四つの辺部における互いに異なる方向で対向する二対の辺部のうちのいずれか一方の一対の辺部に設けられている必要はない。すなわち、傾斜部41は、互いに対向せずに隣り合う二つの辺部に設けるようにしてもよい。例えば、傾斜部41は、第1辺部37及び第4辺部40にそれぞれ設けるようにしてもよいし、第2辺部38及び第3辺部39にそれぞれ設けるようにしてもよい。 The inclined portion 41 does not necessarily have to be provided on one of two pairs of sides that face each other in different directions on the four sides that make up the adhesive portion 23. In other words, the inclined portion 41 may be provided on two adjacent sides that do not face each other. For example, the inclined portion 41 may be provided on each of the first side 37 and the fourth side 40, or on each of the second side 38 and the third side 39.
・第1辺部37及び第2辺部38が互いに対向するY方向が燃料電池11の酸化剤ガスの流れ方向である場合に、互いにX方向で対向する第3辺部39及び第4辺部40に傾斜部41を設けるようにしてもよい。あるいは、例えば、第3辺部39及び第4辺部40が互いに対向するX方向が燃料電池11の酸化剤ガスの流れ方向である場合に、互いにY方向で対向する第1辺部37及び第2辺部38に傾斜部41を設けるようにしてもよい。 - When the Y direction in which the first side portion 37 and the second side portion 38 face each other is the flow direction of the oxidant gas in the fuel cell 11, the third side portion 39 and the fourth side portion 40 that face each other in the X direction may be provided with an inclined portion 41. Alternatively, for example, when the X direction in which the third side portion 39 and the fourth side portion 40 face each other is the flow direction of the oxidant gas in the fuel cell 11, the first side portion 37 and the second side portion 38 that face each other in the Y direction may be provided with an inclined portion 41.
・傾斜部41は、第1辺部37及び第2辺部38に設けずに、第3辺部39及び第4辺部40に設けるようにしてもよい。
・傾斜部41は、第1辺部37、第2辺部38、第3辺部39、及び第4辺部40のうち、全てに設けるようにしてもよいし、いずれか三つに設けるようにしてもよいし、いずれか二つに設けるようにしてもよいし、いずれか一つに設けるようにしてもよい。
The inclined portions 41 may be provided on the third side portion 39 and the fourth side portion 40 instead of on the first side portion 37 and the second side portion 38 .
The inclined portion 41 may be provided on all, any three, any two, or any one of the first side portion 37, the second side portion 38, the third side portion 39, and the fourth side portion 40.
11…燃料電池
12…発電ユニット
13…ガス拡散層
14…セパレータ
15…第1ガス拡散層
16…第2ガス拡散層
17…第1セパレータ
18…第2セパレータ
19…枠体
20…膜電極接合体
21…外周部
22…開口部
23…接着部
26…酸化剤ガス孔
27…酸化剤ガス供給孔
28…酸化剤ガス排出孔
29…酸化剤ガス流路
30…燃料ガス孔
31…冷却媒体孔
32…燃料ガス供給孔
33…冷却媒体供給孔
34…燃料ガス排出孔
35…冷却媒体排出孔
36…燃料ガス流路
37…第1辺部
38…第2辺部
39…第3辺部
40…第4辺部
41…傾斜部
42…傾斜面
43…スクリーン版
44…段差
A…角度
S…接着剤
REFERENCE SIGNS LIST 11 fuel cell 12 power generation unit 13 gas diffusion layer 14 separator 15 first gas diffusion layer 16 second gas diffusion layer 17 first separator 18 second separator 19 frame 20 membrane electrode assembly 21 outer periphery 22 opening 23 adhesive portion 26 oxidant gas hole 27 oxidant gas supply hole 28 oxidant gas exhaust hole 29 oxidant gas flow path 30 fuel gas hole 31 cooling medium hole 32 fuel gas supply hole 33 cooling medium supply hole 34 fuel gas exhaust hole 35 cooling medium exhaust hole 36 fuel gas flow path 37 first side 38 second side 39 third side 40 fourth side 41 inclined portion 42 inclined surface 43 screen plate 44 step A angle S adhesive
Claims (1)
中央部に形成された四角形状の開口部と、
前記開口部の周縁部を構成し、且つ前記膜電極接合体の周縁を接着可能な四角環状の接着部と、
前記接着部よりも外周側に配置されて一対のセパレータによって挟まれ、且つ前記接着部よりも厚肉に形成された四角環状の外周部と、を備え、
前記接着部を構成する四つの辺部のうちの少なくとも一つには、前記外周部側に向かうに連れて厚肉に形成された傾斜部が設けられ、
四つの前記辺部における互いに異なる方向で対向する二対の前記辺部のうちの一方の一対の前記辺部同士が対向する方向が前記燃料電池の酸化剤ガスの流れ方向である場合には、他方の一対の前記辺部に前記傾斜部を設けないことを特徴とする枠体。 A frame made of synthetic resin that supports the periphery of a rectangular plate-shaped membrane electrode assembly of a fuel cell,
A rectangular opening formed in the center;
a rectangular annular adhesive portion that constitutes a peripheral portion of the opening and that is capable of adhering a peripheral portion of the membrane electrode assembly;
a rectangular ring-shaped outer periphery that is disposed on the outer periphery side of the adhesive portion, is sandwiched between a pair of separators, and is formed to be thicker than the adhesive portion;
At least one of the four sides constituting the adhesive portion is provided with an inclined portion that is thicker toward the outer periphery ,
A frame body characterized in that, when the direction in which one pair of sides of two pairs of sides that face each other in different directions among the four sides faces each other is the flow direction of oxidant gas in the fuel cell, the inclined portion is not provided on the other pair of sides .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021087657A JP7615885B2 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Frame |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021087657A JP7615885B2 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Frame |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022180898A JP2022180898A (en) | 2022-12-07 |
| JP7615885B2 true JP7615885B2 (en) | 2025-01-17 |
Family
ID=84327758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021087657A Active JP7615885B2 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Frame |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7615885B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015115131A (en) | 2013-12-10 | 2015-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Power generation body |
| JP2016152109A (en) | 2015-02-17 | 2016-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel battery cell and manufacturing method for the same |
-
2021
- 2021-05-25 JP JP2021087657A patent/JP7615885B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015115131A (en) | 2013-12-10 | 2015-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Power generation body |
| JP2016152109A (en) | 2015-02-17 | 2016-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel battery cell and manufacturing method for the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022180898A (en) | 2022-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3830766B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| JP5227543B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2019079736A (en) | Power generation cell | |
| EP2991148B1 (en) | Insulating structure, fuel cell and fuel cell stack | |
| JP2019114509A (en) | Power generation cell | |
| JP2019117721A (en) | Power generation cell | |
| JP6997630B2 (en) | Power generation cell | |
| US20230378506A1 (en) | Membrane-electrode unit for an electrochemical cell, and method for manufacturing a membrane-electrode unit | |
| JP5741920B2 (en) | Fuel cell | |
| JP5786419B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2018181661A (en) | Fuel cell | |
| JP7615885B2 (en) | Frame | |
| JP2009123596A (en) | Fuel cell | |
| JP2011150853A (en) | Solid polymer fuel cell | |
| JP2004335179A (en) | Fuel cell | |
| JP7771852B2 (en) | fuel cell | |
| JP7552441B2 (en) | Joint structure | |
| JP2010015939A (en) | Fuel cell | |
| JP7706494B2 (en) | Electrochemical Equipment | |
| US20260066313A1 (en) | Single cell for fuel cell | |
| CN113363522B (en) | Fuel cell stack | |
| JP2024103082A (en) | Fuel Cell Stack | |
| JP2022125748A (en) | fuel cell | |
| JP7070291B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP2023077628A (en) | Fuel battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231012 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240624 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240702 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240823 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241203 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241216 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7615885 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |