JP5430518B2 - Fuel cell stack - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、締結部材により固定される燃料電池スタックに関する。  The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and a stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked A pair of end plates are disposed at both ends, and the long sides of the pair of end plates relate to a fuel cell stack fixed by a fastening member.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）が、セパレータによって挟持された単位セル（発電セル）を備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタック等として使用されている。  For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. Unit cell (power generation cell). This type of fuel cell is usually used as an in-vehicle fuel cell stack or the like by stacking a predetermined number of unit cells.

この種の燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るとともに、シール機能を発揮させるために、積層方向に対して良好な締め付け荷重を付与する必要がある。しかも、特に車載用燃料電池スタックでは、走行時等に外部から荷重（衝撃力）が付与される場合があり、単位セルの積層方向に交差する方向への位置ずれを阻止する必要がある。  In this type of fuel cell stack, it is necessary to apply a good tightening load to the stacking direction in order to obtain a desired power generation performance and to exert a sealing function. In addition, particularly in a fuel cell stack for in-vehicle use, a load (impact force) may be applied from the outside during traveling or the like, and it is necessary to prevent positional deviation in a direction intersecting the stacking direction of unit cells.

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図７に示すように、一端から、エンドプレート１ａ、絶縁プレート２ａ、集電プレート３ａ、複数の単位セル４、集電プレート３ｂ、絶縁プレート２ｂ及びエンドプレート１ｂの順に積層されている。エンドプレート１ａ、１ｂの四隅には、前記エンドプレート１ａ、１ｂ間に積層方向の荷重を付与するために、四角柱状の締結部材５が固定されている。  Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 7, this fuel cell stack has anend plate 1a, aninsulating plate 2a, acurrent collecting plate 3a, a plurality of unit cells 4, acurrent collecting plate 3b, aninsulating plate 2b, and anend plate 1b in this order. Has been. In order to apply a load in the stacking direction between theend plates 1a and 1b, square columnar fasteningmembers 5 are fixed to the four corners of theend plates 1a and 1b.

燃料電池スタックは、積層方向に延在する４本の外部拘束部材６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを備えている。エンドプレート１ａ、１ｂ、絶縁プレート２ａ、２ｂ、集電プレート３ａ、３ｂ及び積層された複数の単位セル４の各上側長辺、下側長辺、左側短辺及び右側短辺の中央部には、外部拘束部材６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄが嵌合する凹部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが形成されている。  The fuel cell stack includes fourexternal restraining members 6a, 6b, 6c and 6d extending in the stacking direction. At the center of each of the upper long side, the lower long side, the left short side, and the right short side of theend plates 1a, 1b,insulating plates 2a, 2b,current collecting plates 3a, 3b and the stacked unit cells 4Recesses 7a, 7b, 7c and 7d into which theexternal restraining members 6a, 6b, 6c and 6d are fitted are formed.

特開２００９−７０６７４号公報JP 2009-70674 A

上記の特許文献１では、エンドプレート１ａ、１ｂ間に、４本の締結部材５が固定されるとともに、４本の外部拘束部材６ａ〜６ｄが前記エンドプレート１ａ、１ｂに固定されている。このため、部品点数が相当に増加するとともに、コストが高騰するという問題がある。しかも、燃料電池スタックの組み立て作業が煩雑化するという問題がある。  In Patent Document 1, fourfastening members 5 are fixed betweenend plates 1a and 1b, and fourexternal restraining members 6a to 6d are fixed to theend plates 1a and 1b. For this reason, there is a problem that the number of parts considerably increases and the cost increases. Moreover, there is a problem that the assembly work of the fuel cell stack becomes complicated.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成且つ少ない部品点数で、燃料電池に付与される外部荷重を確実に受けることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。  The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell stack that can reliably receive an external load applied to the fuel cell with a simple configuration and a small number of parts. .

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、それぞれ締結部材により固定される燃料電池スタックに関するものである。  The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and a stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked A pair of end plates are disposed at both ends, and the long sides of the pair of end plates relate to a fuel cell stack fixed by a fastening member.

この燃料電池スタックでは、各締結部材が配置される積層体の積層方向両側面には、それぞれ凸部が形成される一方、前記締結部材には、前記凸部に嵌め合う嵌合部が設けられ、前記嵌合部によりエンドプレートの長辺方向の荷重を受けている。In this fuel cell stack, convexportions are respectively formed on both side surfaces in the stacking direction of the laminate on which the respective fastening members are arranged, and the fastening members are provided with fitting portions that fit into the convexportions.The fitting portion receives a load in the long side direction of the end plate .

また、この燃料電池スタックでは、締結部材には、嵌合部に隣接し積層方向に延在して補強用リブが設けられることが好ましい。  In this fuel cell stack, it is preferable that the fastening member is provided with a reinforcing rib adjacent to the fitting portion and extending in the stacking direction.

さらに、この燃料電池スタックでは、締結部材は、一方のエンドプレート側の一端部に、前記一方のエンドプレートの面方向に屈曲する折り曲げ部を設けるとともに、他方のエンドプレート側の他端部に、前記他方のエンドプレートの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部を設けることが好ましい。  Further, in this fuel cell stack, the fastening member is provided at one end portion on one end plate side with a bent portion that bends in the surface direction of the one end plate, and on the other end portion on the other end plate side, It is preferable to provide a wide portion whose width is increased toward the long side of the other end plate.

本発明によれば、一対のエンドプレートの各長辺同士を連結する各締結部材には、積層体の積層方向両側面に形成された凸部に嵌め合う嵌合部が設けられている。このため、各締結部材が積層方向の荷重を受ける一方、嵌合部が前記積層方向に交差する発電面方向の荷重を受けることができる。According to the present invention, the fastening members that connect the long sides of the pair of end plates are provided with fitting portions that fit into the convexportions formed on both side surfaces in the stacking direction of the stack. For this reason, while each fastening member receives the load of a lamination direction, a fitting part can receive the load of the electric power generation surface direction which cross | intersects the said lamination direction.

しかも、部品点数が有効に削減され、簡単な構成で、燃料電池に付与される外部荷重を確実に受けることが可能になる。  In addition, the number of parts is effectively reduced, and an external load applied to the fuel cell can be reliably received with a simple configuration.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.前記燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack.前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack.前記燃料電池スタックの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line IV-IV in FIG. 3.前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack.前記燃料電池スタックの、図１中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line VI-VI in FIG. 1.特許文献１の燃料電池セルスタックの斜視説明図である。6 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack of Patent Document 1. FIG.

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０では、複数の燃料電池１２が矢印Ａ方向（鉛直方向）に積層されることにより積層体１４が構成される。積層体１４の積層方向下端（一端）には、第１ターミナルプレート１６ａ、第１絶縁プレート１８ａ及び第１エンドプレート（他方のエンドプレート）２０ａが積層される。  As shown in FIGS. 1 and 2, in thefuel cell stack 10 according to the embodiment of the present invention, astacked body 14 is configured by stacking a plurality offuel cells 12 in the direction of arrow A (vertical direction). Afirst terminal plate 16a, a firstinsulating plate 18a, and a first end plate (the other end plate) 20a are stacked on the lower end (one end) of thestacked body 14 in the stacking direction.

図１〜図３に示すように、積層体１４の積層方向上端（他端）には、第２ターミナルプレート１６ｂ、第２絶縁プレート１８ｂ、第２エンドプレート（一方のエンドプレート）２０ｂ及び加圧調整装置２２が積層される。加圧調整装置２２は、荷重測定機構２４と加圧機構２６とを備える。なお、積層体１４は、複数の燃料電池１２を水平方向（矢印Ｂ方向又は矢印Ｃ方向）に積層して構成してもよい。  As shown in FIGS. 1 to 3, asecond terminal plate 16 b, a secondinsulating plate 18 b, a second end plate (one end plate) 20 b, and a pressurization are provided at the upper end (the other end) of thestacked body 14. The adjustingdevice 22 is stacked. Thepressure adjusting device 22 includes aload measuring mechanism 24 and apressure mechanism 26. The stackedbody 14 may be configured by stacking a plurality offuel cells 12 in the horizontal direction (arrow B direction or arrow C direction).

図５に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体３０が、長方形状の第１及び第２セパレータ３２、３４に挟持される。第１及び第２セパレータ３２、３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータ等により構成される。  As shown in FIG. 5, in thefuel cell 12, the electrolyte membrane /electrode structure 30 is sandwiched between rectangular first andsecond separators 32 and 34. The first andsecond separators 32 and 34 are made of, for example, a metal separator such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plated steel plate, a carbon separator, or the like.

燃料電池１２の矢印Ｂ方向（図５中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａが、矢印Ｃ方向（水平方向）に配列して設けられる。  One end edge of thefuel cell 12 in the direction of arrow B (the horizontal direction in FIG. 5) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas An agent gasinlet communication hole 36a and a fuel gasinlet communication hole 38a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow C direction (horizontal direction).

燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。  The other end edge of thefuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, a fuel gasoutlet communication hole 38b for discharging fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. Theoutlet communication holes 36b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池１２の矢印Ｃ方向の両端縁部には、すなわち、各長辺には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ、及び前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。  A pair of cooling mediuminlet communication holes 40a for supplying a cooling medium and a pair of cooling for discharging the cooling medium are provided at both ends of thefuel cell 12 in the direction of arrow C, that is, on each long side. A mediumoutlet communication hole 40b is provided.

第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。  An oxidantgas flow path 42 communicating with the oxidant gasinlet communication hole 36a and the oxidant gasoutlet communication hole 36b is provided on thesurface 32a of thefirst separator 32 facing the electrolyte membrane /electrode structure 30.

第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４４が設けられる。  Afuel gas passage 44 communicating with the fuel gasinlet communication hole 38a and the fuel gasoutlet communication hole 38b is provided on thesurface 34a of thesecond separator 34 facing the electrolyte membrane /electrode structure 30.

互いに隣接する燃料電池１２を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。  A cooling medium that connects the cooling mediuminlet communication hole 40a and the cooling mediumoutlet communication hole 40b between thesurface 32b of thefirst separator 32 and thesurface 34b of thesecond separator 34 that constitute thefuel cells 12 adjacent to each other. Aflow path 46 is provided.

第１セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、第１シール部材４８が、一体的又は個別に設けられるとともに、第２セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、第２シール部材５０が、一体的に又は個別に設けられる。  Afirst seal member 48 is integrally or individually provided on thesurfaces 32 a and 32 b of thefirst separator 32, and asecond seal member 50 is integrally formed on thesurfaces 34 a and 34 b of thesecond separator 34. Or it is provided separately.

第１及び第２シール部材４８、５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。  The first andsecond seal members 48 and 50 are, for example, EPDM, NBR, fluoro rubber, silicon rubber, fluorosilicon rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber or the like, cushion material, Alternatively, a packing material is used.

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード側電極５４及びアノード側電極５６とを備える。  The electrolyte membrane /electrode structure 30 includes, for example, a solidpolymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and acathode side electrode 54 and ananode side electrode 56 that sandwich the solidpolymer electrolyte membrane 52. With.

カソード側電極５４及びアノード側電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成されている。  Thecathode side electrode 54 and theanode side electrode 56 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. An electrode catalyst layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solidpolymer electrolyte membrane 52.

第１セパレータ３２は、各長辺の中央部に一対の冷却媒体入口連通孔４０ａの間及び一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂの間に位置して、すなわち、前記第１セパレータ３２の長辺方向の略中央部に位置して、それぞれ外方に突出する凸部５７ａ、５７ｂが形成される。第２セパレータ３４は、各長辺の中央部に一対の冷却媒体入口連通孔４０ａの間及び一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂの間に位置して、すなわち、前記第２セパレータ３４の長辺方向の略中央部に位置して、それぞれ外方に突出する凸部５７ｃ、５７ｄが形成される。凸部５７ａ〜５７ｄは、例えば、樹脂材料により第１及び第２セパレータ３２、３４と一体に成形してもよく、又は別体に接合してもよい。  Thefirst separator 32 is located between the pair of cooling mediuminlet communication holes 40a and the pair of cooling mediumoutlet communication holes 40b at the center of each long side, that is, in the long side direction of thefirst separator 32.Convex portions 57a and 57b are formed, which are located substantially at the center of each of the projections and project outward. Thesecond separator 34 is located between the pair of cooling mediuminlet communication holes 40a and the pair of cooling mediumoutlet communication holes 40b at the center of each long side, that is, in the long side direction of thesecond separator 34 Convexportions 57c and 57d projecting outward are formed at substantially the center of each. Theconvex portions 57a to 57d may be formed integrally with the first andsecond separators 32 and 34 by a resin material, or may be joined separately.

図１及び図２に示すように、例えば、アルミニウム製の第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、一対の締結部材６０が架けわたされ、前記第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂ間の距離が一定に保持される。締結部材６０は、例えば、アルミニウム製の長尺な板状を有し、燃料電池スタック１０の各長辺側（第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂの長辺側）に１本ずつ配設される。締結部材６０は、左右対称形状に構成される。  As shown in FIGS. 1 and 2, for example, a pair of fasteningmembers 60 are bridged between first andsecond end plates 20a, 20b made of aluminum, and the first andsecond end plates 20a, 20b are laid. The distance between them is kept constant. For example, thefastening member 60 has a long plate shape made of aluminum, and onefastening member 60 is disposed on each long side of the fuel cell stack 10 (long side of the first andsecond end plates 20a and 20b). Is done. Thefastening member 60 is configured in a bilaterally symmetric shape.

締結部材６０は、第２エンドプレート２０ｂ側の一端部に、前記第２エンドプレート２０ｂの面方向に屈曲して加圧調整装置２２、具体的には、加圧機構２６に連結される折り曲げ部６２を設けるとともに、第１エンドプレート２０ａ側の他端部に、前記第１エンドプレート２０ａの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部６４を設ける。  Thefastening member 60 is bent at one end portion on thesecond end plate 20b side in the surface direction of thesecond end plate 20b and is connected to thepressure adjusting device 22, specifically, thepressure mechanism 26. 62 is provided, and awide portion 64 whose width dimension is enlarged toward the long side of thefirst end plate 20a is provided at the other end of thefirst end plate 20a.

締結部材６０は、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂの各長辺間に同一の幅寸法で延在する本体部６６を備えるとともに、前記本体部６６の他端部側には、それぞれ第１エンドプレート２０ａの長辺両端部に向かって互いに離間する方向に延在することにより、幅広部６４を構成する一対の補強板部６８が設けられる。本体部６６は、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂの長辺寸法よりも小さな幅寸法に設定され、且つ前記第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂの長辺中心に幅中心が略一致する。  Thefastening member 60 includes amain body portion 66 extending with the same width dimension between the long sides of the first andsecond end plates 20a and 20b. A pair of reinforcingplate portions 68 constituting thewide portion 64 are provided by extending in a direction away from each other toward both ends of the long side of the oneend plate 20a. Themain body 66 is set to a width dimension smaller than the long side dimension of the first andsecond end plates 20a, 20b, and the width center substantially coincides with the long side center of the first andsecond end plates 20a, 20b. To do.

一対の補強板部６８は、本体部６６の下端縁部から下方に向かって互いに離間する方向に傾斜しており、前記補強板部６８の下端部は、横架板部７０を介して前記本体部６６の下端部に一体に連結される。本体部６６及び一対の補強板部６８には、少なくとも１以上の補強用リブ７２が設けられる。  The pair of reinforcingplate portions 68 are inclined in a direction away from each other downward from the lower end edge of themain body portion 66, and the lower end portion of the reinforcingplate portion 68 is interposed between themain plate portion 70 and thehorizontal plate portion 70. The lower end portion of theportion 66 is integrally connected. Themain body portion 66 and the pair of reinforcingplate portions 68 are provided with at least one reinforcingrib 72.

本体部６６には、補強用リブ７２と平行して、すなわち、積層方向（矢印Ａ方向）に延在して嵌合部７３が形成される。嵌合部７３は、燃料電池１２の外方に膨出形成される。図６に示すように、一方の締結部材６０では、嵌合部７３に燃料電池１２の凸部５７ａ、５７ｃが嵌め合うとともに、他方の締結部材６０では、前記嵌合部７３に前記燃料電池１２の凸部５７ｂ、５７ｄが嵌め合う。  Afitting portion 73 is formed in themain body portion 66 in parallel with the reinforcingrib 72, that is, extending in the stacking direction (arrow A direction). Thefitting portion 73 is formed to bulge outward from thefuel cell 12. As shown in FIG. 6, in onefastening member 60, theprotrusions 57 a and 57 c of thefuel cell 12 are fitted in thefitting portion 73, and in theother fastening member 60, thefuel cell 12 is placed in thefitting portion 73. Theconvex portions 57b and 57d are fitted together.

なお、上記とは反対に、燃料電池１２の凸部５７ａ〜５７ｄを凹部に構成する一方、締結部材６０の嵌合部７３を凸部に構成してもよい。  Contrary to the above, theconvex portions 57a to 57d of thefuel cell 12 may be configured as concave portions, while thefitting portion 73 of thefastening member 60 may be configured as convex portions.

本体部６６及び一対の補強板部６８は、図２に示すように、第１エンドプレート２０ａの長辺側に形成された孔部７４に挿入されるねじ７６がねじ込まれるねじ孔７８を設け、前記ねじ７６を介して前記第１エンドプレート２０ａに固定される。  As shown in FIG. 2, themain body portion 66 and the pair of reinforcingplate portions 68 are provided with screw holes 78 into which screws 76 to be inserted intoholes 74 formed on the long side of thefirst end plate 20a are screwed. It is fixed to thefirst end plate 20a via thescrew 76.

折り曲げ部６２は、鉛直方向に延在する一対（３つ以上でもよい）の雌ねじ部８０を備える。各雌ねじ部８０は、所定の間隔だけ離間しており、鉛直方向に延在してねじ孔８０ａが貫通形成される。  Thebent portion 62 includes a pair (three or more) offemale screw portions 80 extending in the vertical direction. Thefemale screw portions 80 are spaced apart from each other by a predetermined interval, and extend in the vertical direction so that ascrew hole 80a is formed therethrough.

図２に示すように、第１エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂに連通し、外部に延在するマニホールド８２ａ〜８２ｆが設けられる。  As shown in FIG. 2, thefirst end plate 20a has an oxidant gasinlet communication hole 36a, a fuel gasinlet communication hole 38a, a cooling mediuminlet communication hole 40a, an oxidant gasoutlet communication hole 36b, and a fuel gas outlet communication hole. There are providedmanifolds 82a to 82f communicating with 38b and the cooling mediumoutlet communication hole 40b and extending to the outside.

図３に示すように、第２エンドプレート２０ｂは、平板状に構成されるとともに、この第２エンドプレート２０ｂには、例えば、４箇所にそれぞれ円柱状の凹部８４が形成される。  As shown in FIG. 3, thesecond end plate 20b is configured in a flat plate shape, and thesecond end plate 20b has, for example, fourcylindrical recesses 84 formed at four locations.

図３及び図４に示すように、荷重測定機構２４は、一対の連結部材８６と、凹部８４に収容される荷重センサ、例えば、ロードセル８８とを備える。なお、一対の連結部材８６に代えて、例えば、一対の連結部材同士を結合して枠形状に一体に構成される連結部材（図示せず）を用いてもよい。  As shown in FIGS. 3 and 4, theload measuring mechanism 24 includes a pair of connectingmembers 86 and a load sensor accommodated in therecess 84, for example, aload cell 88. Instead of the pair of connectingmembers 86, for example, a connecting member (not shown) configured by integrally joining a pair of connecting members into a frame shape may be used.

ロードセル８８には、押圧部材９０が装着されるとともに、前記押圧部材９０は、凹部８４に配置される。ロードセル８８上には、球面受け部９２が設けられる。連結部材８６の両端には、各球面受け部９２に対応する位置（同軸上の位置）に、底面が球面を有する球面状凹部９４が設けられる。  A pressingmember 90 is attached to theload cell 88, and the pressingmember 90 is disposed in therecess 84. Aspherical receiving portion 92 is provided on theload cell 88. At both ends of the connectingmember 86, sphericalconcave portions 94 having a spherical bottom surface are provided at positions corresponding to the spherical receiving portions 92 (coaxial positions).

加圧機構２６は、複数、例えば、４つの荷重調整ボルト９６を備える。各荷重調整ボルト９６は、締結部材６０の雌ねじ部８０に形成されたねじ孔８０ａにねじ込まれるとともに、各々の球面状先端部９６ａは、連結部材８６の各球面状凹部９４に配置される。各荷重調整ボルト９６の中心と、各ロードセル８８の中心とは、互いに同軸上の位置に配置される。荷重調整ボルト９６には、回り止めナット９８が螺合する。  Thepressurizing mechanism 26 includes a plurality of, for example, fourload adjustment bolts 96. Eachload adjustment bolt 96 is screwed into ascrew hole 80 a formed in thefemale thread portion 80 of thefastening member 60, and eachspherical tip portion 96 a is disposed in eachspherical recess 94 of the connectingmember 86. The center of eachload adjustment bolt 96 and the center of eachload cell 88 are arranged at coaxial positions. Alock nut 98 is screwed onto theload adjustment bolt 96.

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

先ず、図５に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔４０ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。  First, as shown in FIG. 5, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gasinlet communication hole 36a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gasinlet communication hole 38a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling mediuminlet communication hole 40a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するカソード側電極５４に供給される。  Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidantgas flow path 42 of thefirst separator 32 from the oxidant gasinlet communication hole 36a. The oxidant gas is supplied to thecathode side electrode 54 constituting the electrolyte membrane /electrode structure 30 while moving in the arrow B direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４４に導入される。この燃料ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するアノード側電極５６に供給される。  On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuelgas flow path 44 of thesecond separator 34 from the fuel gasinlet communication hole 38a. The fuel gas is supplied to theanode side electrode 56 constituting the electrolyte membrane /electrode structure 30 while moving in the direction of arrow B.

従って、電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極５６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。  Therefore, in the electrolyte membrane /electrode structure 30, the oxidant gas supplied to thecathode side electrode 54 and the fuel gas supplied to theanode side electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、カソード側電極５４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、アノード側電極５６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。  Next, the oxidant gas consumed by being supplied to thecathode side electrode 54 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gasoutlet communication hole 36b. On the other hand, the fuel gas consumed by being supplied to theanode side electrode 56 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gasoutlet communication hole 38b.

また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。  The cooling medium supplied to the cooling mediuminlet communication hole 40a is introduced into the coolingmedium flow path 46 between the first andsecond separators 32 and 34, and then flows in the direction of arrow C. The cooling medium is discharged from the cooling mediumoutlet communication hole 40b after the electrolyte membrane /electrode structure 30 is cooled.

この場合、本実施形態では、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、一対の締結部材６０が架けわたされており、燃料電池スタック１０に積層方向の荷重が付与された際、前記荷重を前記一対の締結部材６０により良好に受けることができる。  In this case, in the present embodiment, a pair offastening members 60 are spanned between the first andsecond end plates 20a, 20b, and when the load in the stacking direction is applied to thefuel cell stack 10, The load can be favorably received by the pair offastening members 60.

しかも、締結部材６０には、積層体１４の積層方向両側面、具体的には、燃料電池１２の両長辺側に形成された凸部５７ａ、５７ｃ又は５７ｂ、５７ｄに嵌め合う嵌合部７３が設けられている。  In addition, thefastening member 60 is fitted withfitting portions 73 that fit intoconvex portions 57a, 57c or 57b, 57d formed on both side surfaces of the laminate 14 in the stacking direction, specifically, both long sides of thefuel cell 12. Is provided.

このため、図６に示すように、燃料電池スタック１０に長辺方向一方（矢印Ｂ１方向）に荷重（衝撃）Ｇ１が付与される際、一方の締結部材６０の嵌合部７３と凸部５７ａ、５７ｃとが、及び他方の締結部材６０の嵌合部７３と凸部５７ｂ、５７ｄとが、前記荷重Ｇ１を良好に受けることが可能になる。  For this reason, as shown in FIG. 6, when a load (impact) G1 is applied to thefuel cell stack 10 in one of the long side directions (arrow B1 direction), thefitting portion 73 and theconvex portion 57a of onefastening member 60 are provided. 57c and thefitting part 73 of theother fastening member 60 and theconvex parts 57b, 57d can receive the load G1 satisfactorily.

さらに、燃料電池スタック１０に長辺方向他方（矢印Ｂ２方向）に荷重（衝撃）Ｇ２が付与される際には、同様に、各嵌合部７３と凸部５７ａ、５７ｃ及び凸部５７ｂ、５７ｄとの作用下に、前記荷重Ｇ２を良好に受けることができる。  Further, when a load (impact) G2 is applied to thefuel cell stack 10 in the other long side direction (arrow B2 direction), similarly, eachfitting portion 73 and theconvex portions 57a and 57c and theconvex portions 57b and 57d. Thus, the load G2 can be received well.

さらにまた、燃料電池スタック１０の短辺方向に荷重（衝撃）Ｇ３が付与される際には、一対の締結部材６０の当接作用下に、前記荷重Ｇ３を良好に受けることができる。  Furthermore, when a load (impact) G3 is applied in the short side direction of thefuel cell stack 10, the load G3 can be satisfactorily received under the contact action of the pair offastening members 60.

なお、燃料電池スタック１０では、前記燃料電池スタック１０の各長辺側に締結部材６０が１本ずつ配設されているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池スタック１０の各短辺側にも、同様に締結部材６０を１本ずつ配設してもよい。  In thefuel cell stack 10, onefastening member 60 is disposed on each long side of thefuel cell stack 10, but the present invention is not limited to this. For example, onefastening member 60 may be similarly disposed on each short side of thefuel cell stack 10.

従って、本実施形態では、部品点数が有効に削減され、簡単な構成で、燃料電池１２に付与される外部荷重を確実に受けることが可能になる。これにより、衝突時の積層体１４を良好に保持するとともに、シール性の低下を阻止することができるという利点がある。  Therefore, in the present embodiment, the number of parts is effectively reduced, and the external load applied to thefuel cell 12 can be reliably received with a simple configuration. Thereby, there is an advantage that thelaminated body 14 can be satisfactorily held at the time of collision, and the deterioration of the sealing performance can be prevented.

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…加圧調整装置 ２４…荷重測定機構
２６…加圧機構 ３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔 ４０ａ…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ…冷却媒体出口連通孔 ４２…酸化剤ガス流路
４４…燃料ガス流路 ４６…冷却媒体流路
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード側電極
５６…アノード側電極 ５７ａ〜５７ｄ…凸部
６０…締結部材 ６２…折り曲げ部
６４…幅広部 ６６…本体部
６８…補強板部 ７０…横架板部
７２…リブ ７３…嵌合部DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 ...Fuel cell stack 12 ...Fuel cell 14 ...Laminated body 16a, 16b ...Terminal plate 18a, 18b ... Insulatingplate 20a, 20b ...End plate 22 ...Pressure adjusting device 24 ...Load measuring mechanism 26 ...Pressure mechanism 30 ... Electrolyte Membrane /electrode structure 32, 34 ...Separator 36a ... Oxidant gasinlet communication hole 36b ... Oxidant gasoutlet communication hole 38a ... Fuel gasinlet communication hole 38b ... Fuel gasoutlet communication hole 40a ... Cooling mediuminlet communication hole 40b ... Cooling Mediumoutlet communication hole 42 ... Oxidantgas flow path 44 ... Fuelgas flow path 46 ... Coolingmedium flow path 52 ... Solidpolymer electrolyte membrane 54 ... Cathode side electrode 56 ...Anode side electrode 57a-57d ...Projection 60 ... Fasteningmember 62 ... Bendingpart 64 ...Wide part 66 ...Main body part 68 ... Reinforcingplate part 70 ...Horizontal plate part 72 ...Rib 73 ... Fitting part

Claims (3)

Translated fromJapanese

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、それぞれ締結部材により固定される燃料電池スタックであって、
各締結部材が配置される前記積層体の積層方向両側面には、それぞれ凸部が形成される一方、
前記締結部材には、前記凸部に嵌め合う嵌合部が設けられ、前記嵌合部により前記エンドプレートの長辺方向の荷重を受けることを特徴とする燃料電池スタック。Provided with a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and at both ends in the stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked, A pair of end plates are disposed, and the long sides of the pair of end plates are each a fuel cell stack fixed by a fastening member,
On both side surfaces in the stacking direction of the laminate in which each fastening member is disposed, a convexportion is formed,
Wherein the fastening member, the fitting portion matingwith the convexportion isprovided, a fuel cell stack according to claim Rukotounder load in the long side direction of the end plate by the fitting portion. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記締結部材には、前記嵌合部に隣接し前記積層方向に延在して補強用リブが設けられることを特徴とする燃料電池スタック。  2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fastening member is provided with a reinforcing rib adjacent to the fitting portion and extending in the stacking direction. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記締結部材は、一方のエンドプレート側の一端部に、前記一方のエンドプレートの面方向に屈曲する折り曲げ部を設けるとともに、
他方のエンドプレート側の他端部に、前記他方のエンドプレートの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部を設けることを特徴とする燃料電池スタック。3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fastening member is provided with a bent portion that bends in the surface direction of the one end plate at one end portion on the one end plate side,
A fuel cell stack, characterized in that a wide portion whose width dimension is enlarged toward the long side of the other end plate is provided at the other end portion on the other end plate side.

Images