JP2006040716A - Fuel cell stack - Google Patents

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基治 小比賀
Hiroshi Kuramasu
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reconcile conflicting functions of securing the flexural rigidity of an end plate and reducing a weight, without causing the extension of the outer diameter of the head part of a fastener and increase in the number of fastening points. <P>SOLUTION: A pair of electrodes are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a laminate is formed by laminating a plurality of unit cells formed by holding a pair of the electrodes between a pair of separators, and both ends of the laminate are held between a pair of the end plates. A pair of the end plates are mutually fastened and fixed by using an tension rod 11 provided with a shaft part 13 and a head part 15 positioned at the end part of the shaft part 13 while having an outer diameter larger than the shaft part 13. A reinforcement part 17 of a plate-like member to connect the shaft part 13 with the head part 15 is provided in the tension rod 11. Flexural rigidity of the head part 15 is increased by the reinforcement part 17, and deformation of the end plates are suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の単位電池の積層体の両端を一対のエンドプレートで挟持し、この一対のエンドプレート相互間を締結具によって締結固定する燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack in which both ends of a stack of a plurality of unit cells are sandwiched between a pair of end plates, and the pair of end plates are fastened and fixed by a fastener.

固体高分子型燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配置し、それらを一対のセパレータで挟んで構成する単位電池を複数積層して積層体を構成し、この積層体の両端を一対のエンドプレートで挟持固定している。   A polymer electrolyte fuel cell stack is configured by stacking a plurality of unit cells each having a pair of electrodes arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane and sandwiching them between a pair of separators. The both ends of the plate are clamped and fixed by a pair of end plates.

そして、この一対のエンドプレート相互間を加圧手段で加圧しつつ締結ロッドで締結固定するものが、下記特許文献1に記載されている。
特開2003−331906号公報
Patent Document 1 listed below discloses a technique in which a pair of end plates is fastened with a pressurizing means and fastened with a fastening rod.
JP 2003-331906 A

ところで、上記した積層体を両側から挟持固定するエンドプレートには、発電性能向上やガスシール性確保のため、加圧手段からの圧力をスタック内の電極やガスシール部に均等に付与できるように、積層方向への変位を抑制する曲げ剛性の確保と、燃料電池スタック単位重量あたりの出力向上のための重量低減および燃料電池スタック小型化のための厚さ低減とが、それぞれ求められる。   By the way, in order to improve the power generation performance and secure the gas sealing property, the pressure from the pressurizing means can be evenly applied to the electrodes and gas seals in the stack on the end plate that clamps and fixes the above laminate from both sides. Therefore, securing bending rigidity that suppresses displacement in the stacking direction, weight reduction for improving the output per unit weight of the fuel cell stack, and thickness reduction for reducing the size of the fuel cell stack are required.

このように、エンドプレートには、曲げ剛性の確保に伴う重量増加と、出力向上や小型化の要求に伴う重量低減の相反する機能の両立が求められる。   As described above, the end plate is required to satisfy both contradictory functions of an increase in weight associated with securing bending rigidity and a weight reduction associated with an increase in output and downsizing.

しかしながら、従来の燃料電池スタックでは、エンドプレート自体に上記の相反する機能の達成を要求してしまうため、エンドプレートの曲げ剛性の確保と、出力向上や小型化のための重量低減との双方を達成することは困難となっている。   However, since the conventional fuel cell stack requires the end plate itself to achieve the above-mentioned contradictory functions, both the securing of the bending rigidity of the end plate and the weight reduction for improving the output and miniaturization are required. It has become difficult to achieve.

また、締結ロッドのヘッド部の外径拡大や締結点数の増加によりエンドプレートの剛性を補う場合、外径拡大や部品点数増加による重量増加や組立性悪化などの問題が発生する。   Further, when the rigidity of the end plate is supplemented by increasing the outer diameter of the head portion of the fastening rod or increasing the number of fastening points, problems such as an increase in weight due to an increase in the outer diameter or an increase in the number of parts, and deterioration in assemblability occur.

そこで、本発明は、締結具のヘッド部の外径拡大や締結点数の増加を伴うことなく、エンドプレートの曲げ剛性の確保および重量低減の相反する機能を両立させることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to achieve both contradictory functions of securing the bending rigidity and weight reduction of the end plate without increasing the outer diameter of the head portion of the fastener and increasing the number of fastening points.

本発明は、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配置し、それらを一対のセパレータで挟んで構成する単位電池を複数積層して積層体を構成し、この積層体の両端を一対のエンドプレートで挟持し、この一対のエンドプレート相互間を、軸部と軸部の端部に位置して軸部より大きな外径のヘッド部とをそれぞれ備えた締結具で締結固定する燃料電池スタックにおいて、前記締結具に、前記ヘッド部の前記エンドプレートから離れる方向の曲げ剛性を高める補強部を設けたことを最も主要な特徴とする。   In the present invention, a pair of electrodes is arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a plurality of unit cells each configured by sandwiching them between a pair of separators are stacked to form a stacked body, and both ends of the stacked body are paired with a pair. A fuel cell stack that is sandwiched between end plates, and is fastened and fixed between a pair of end plates with fasteners each having a shaft portion and a head portion having an outer diameter larger than that of the shaft portion. The most important feature is that the fastener is provided with a reinforcing portion that increases bending rigidity in a direction away from the end plate of the head portion.

本発明によれば、一対のエンドプレート相互間を締結固定する締結具に、そのヘッド部の曲げ剛性を高める補強部を設けたので、この補強部がエンドプレートの変位を抑制し、締結具におけるヘッド部の外径拡大や締結点数を増加することなく、エンドプレートの剛性を補うことができ、したがってエンドプレートの曲げ剛性の確保および重量低減の相反する機能を両立させることができる。   According to the present invention, the fastener that fastens and fixes the pair of end plates is provided with the reinforcing portion that increases the bending rigidity of the head portion, so that the reinforcing portion suppresses the displacement of the end plate, The rigidity of the end plate can be supplemented without increasing the outer diameter of the head part or increasing the number of fastening points, and therefore, it is possible to achieve both contradictory functions of ensuring the bending rigidity of the end plate and reducing the weight.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の全実施形態にわたって共通するか、または類似する部分の基本となる構成および作用を、図1を用いて説明する。本発明に係わる燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池(以下、単に燃料電池とする。)であり、例えば燃料電池自動車に搭載する。ただし、自動車以外に用いてもよい。   First, the basic configuration and operation of a part that is common or similar across all the embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell according to the present invention is a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell), and is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, you may use other than a motor vehicle.

図1は燃料電池スタックの全体を示す斜視図である。この燃料電池スタックは、1V程度の起電圧を生じる単位電池1を複数積層して積層体3を形成する。積層体3を構成する複数の単位電池1は、それぞれが燃料電池として機能する。積層体3の積層方向両端には、集電板5,絶縁板7,エンドプレート9をそれぞれ順に配置し、これにより燃料電池スタックを構成する。   FIG. 1 is a perspective view showing the entire fuel cell stack. In this fuel cell stack, a stack 3 is formed by stacking a plurality of unit cells 1 that generate an electromotive voltage of about 1V. Each of the plurality of unit cells 1 constituting the stacked body 3 functions as a fuel cell. At both ends of the stack 3 in the stacking direction, current collector plates 5, insulating plates 7, and end plates 9 are arranged in this order, thereby constituting a fuel cell stack.

そして、この燃料電池スタックは、四隅に配置して内部を貫通するテンションロッド11を用いて締結する。なお、ここでテンションロッド11の本数は4本(四隅)とは限らず、所望の締結力が確保できる仕様であるならばその限りではない。   The fuel cell stack is fastened using tension rods 11 arranged at the four corners and penetrating through the inside. Here, the number of tension rods 11 is not limited to four (four corners), and is not limited as long as the specification can secure a desired fastening force.

集電板5は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成し、絶縁板7は、ゴムや樹脂などの絶縁性部材によって形成する。エンドプレート9は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成する。また、2枚の集電板5には、それぞれ出力端子5aを設けてあり、燃料電池スタックで生じた起電力を、この出力端子5aを介して出力する。   The current collector plate 5 is formed of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or copper plate, and the insulating plate 7 is formed of an insulating member such as rubber or resin. The end plate 9 is formed of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel. The two current collector plates 5 are each provided with an output terminal 5a, and the electromotive force generated in the fuel cell stack is output via the output terminal 5a.

なお、上記した燃料電池スタックの締結方法は、テンションロッド11を積層体3の内部に貫通させる必要はなく、エンドプレート9の外周縁部を積層体3の外周縁部より外側に突出させるようエンドプレート9を大きく形成し、この外側に突出したエンドプレート9同士を締結するようにしてもよい。   Note that the above-described method of fastening the fuel cell stack does not require the tension rod 11 to pass through the inside of the stacked body 3, and the end plate 9 protrudes outward from the outer peripheral edge of the stacked body 3. The plates 9 may be formed larger and the end plates 9 protruding outward may be fastened together.

(第1の実施形態)
図2に、本発明の第1の実施形態に係わるテンションロッド11を示す。図2(a)はテンションロッド11の正面図、図2(b)は図2(a)の底面図である。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a tension rod 11 according to the first embodiment of the present invention. 2A is a front view of the tension rod 11, and FIG. 2B is a bottom view of FIG. 2A.

テンションロッド11は、前記図1に示した積層体3,集電板5,絶縁板7,エンドプレート9の内部を貫通した貫通孔に挿入する軸部13と、軸部13の端部に位置して軸部13より大径で一方のエンドプレート9に締結荷重を伝達するヘッド部15と、軸部13とヘッド部15とを連結する三角形状の板状部材からなる補強部17とを、それぞれ備えている。   The tension rod 11 is positioned at an end portion of the shaft portion 13 and a shaft portion 13 inserted into a through-hole penetrating the laminated body 3, the current collector plate 5, the insulating plate 7 and the end plate 9 shown in FIG. Then, a head portion 15 having a diameter larger than that of the shaft portion 13 and transmitting a fastening load to one end plate 9, and a reinforcing portion 17 made of a triangular plate-like member connecting the shaft portion 13 and the head portion 15 are provided. Each has.

補強部17は、軸部13を間に挟んで互いに対向する位置に一対設け、ヘッド部接合端面17aがヘッド部15のエンドプレート9に対向する面15aに接合し、軸部接合端面17bが軸部13のヘッド部15近傍の外周面13aに接合している。この補強部17は軸部13およびヘッド部15と一体化したものでも、また軸部13およびヘッド部15に対して溶接などで後から取り付けてもよい。   A pair of reinforcing portions 17 are provided at positions facing each other with the shaft portion 13 interposed therebetween, the head portion joining end surface 17a is joined to the surface 15a facing the end plate 9 of the head portion 15, and the shaft portion joining end surface 17b is the shaft. The portion 13 is joined to the outer peripheral surface 13 a in the vicinity of the head portion 15. The reinforcing portion 17 may be integrated with the shaft portion 13 and the head portion 15 or may be attached to the shaft portion 13 and the head portion 15 later by welding or the like.

軸部13のヘッド部15と反対側の端部には、ねじ部13bを形成し、ねじ部13bを図1に示してあるヘッド部15と反対側のエンドプレート9から外部に突出させ、この突出させたねじ部13bに図示しないナットを螺合させる。   A threaded portion 13b is formed at the end of the shaft portion 13 opposite to the head portion 15, and the threaded portion 13b is projected outward from the end plate 9 opposite to the head portion 15 shown in FIG. A nut (not shown) is screwed into the protruded screw portion 13b.

この図示しないナットは、前記したヘッド部15と同様に、軸部13より大きな外径のヘッド部を構成しており、したがって、前記した軸部13,ヘッド部15および補強部17を備えたテンションロッド11と、上記したナットとで、軸部と軸部の端部に位置して軸部より大きな外径のヘッド部とをそれぞれ備えた締結具を構成している。   This nut (not shown) constitutes a head portion having an outer diameter larger than that of the shaft portion 13, similarly to the head portion 15 described above. Therefore, the tension including the shaft portion 13, the head portion 15, and the reinforcing portion 17 described above. The rod 11 and the nut described above constitute a fastener having a shaft portion and a head portion having an outer diameter larger than that of the shaft portion located at the end of the shaft portion.

上記したテンションロッド11は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成し、単位電池1同士の電気的短絡を防止するため、表面には絶縁処理を施す。また、テンションロッド11による締結区間内には、例えばバネ鋼などの荷重付与手段を介在させる場合がある。   The tension rod 11 described above is formed of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel, and the surface is subjected to insulation treatment in order to prevent an electrical short circuit between the unit cells 1. Moreover, in the fastening section by the tension rod 11, for example, a load applying means such as spring steel may be interposed.

次に、本実施形態におけるエンドプレート9の変位抑制原理について説明する。   Next, the principle of suppressing the displacement of the end plate 9 in this embodiment will be described.

図3は、燃料電池スタックに所定の荷重を付与した際の変位動作説明図で、(a)はエンドプレート9の変位に伴うテンションロッド11の変形を示し、(b)はテンションロッド11近傍位置Pでのエンドプレート9の変位を示す。一方図4は、本実施形態のテンションロッド11に対して補強部17を備えていない従来のテンションロッド110を用いた場合の図3と同様の変位動作説明図である。   FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the displacement operation when a predetermined load is applied to the fuel cell stack. FIG. 3A shows the deformation of the tension rod 11 accompanying the displacement of the end plate 9, and FIG. The displacement of the end plate 9 at P is shown. On the other hand, FIG. 4 is a displacement operation explanatory view similar to FIG. 3 in the case of using a conventional tension rod 110 that does not include the reinforcing portion 17 with respect to the tension rod 11 of the present embodiment.

これによれば、従来のテンションロッド110に対し、本実施形態のテンションロッド11においては、補強部17が、ヘッド部15のエンドプレート9から離れる方向の曲げ変形を抑制(θ1>θ2)する。その結果、図5に示すように、エンドプレート9の最大変位δを、従来のδ1に対してδ2と低減(δ1>δ2)できる。   According to this, in contrast to the conventional tension rod 110, in the tension rod 11 of the present embodiment, the reinforcing portion 17 suppresses bending deformation in the direction away from the end plate 9 of the head portion 15 (θ1> θ2). As a result, as shown in FIG. 5, the maximum displacement δ of the end plate 9 can be reduced to δ2 (δ1> δ2) with respect to the conventional δ1.

次に、図6(a)を用いて、第1の実施形態によるテンションロッド11のエンドプレート9上への配置例を示す。図6中に一点鎖線で示したエンドプレート9の変位を抑制したい方向に対し、テンションロッド11に設けた補強部17の向きを合わせている。すなわち、テンションロッド11の配置位置を支時点としたエンドプレート11の積層方向への曲げ作用に対抗する位置に補強部17が位置するようテンションロッド11を締結する。これにより、補強部17によるヘッド部15の曲げ変形抑制効果、ひいてエンドプレート9の変位抑制効果を得ることができる。   Next, an arrangement example of the tension rod 11 according to the first embodiment on the end plate 9 will be described with reference to FIG. The direction of the reinforcing portion 17 provided on the tension rod 11 is aligned with the direction in which the displacement of the end plate 9 indicated by the one-dot chain line in FIG. That is, the tension rod 11 is fastened so that the reinforcing portion 17 is positioned at a position that opposes the bending action of the end plate 11 in the stacking direction with the arrangement position of the tension rod 11 as a supporting point. Thereby, the bending deformation suppression effect of the head part 15 by the reinforcement part 17, and the displacement suppression effect of the end plate 9 by extension can be acquired.

図6(b)は、図6(a)に対しテンションロッド11の位置を変化させた場合である。また、図7(a)は円形のエンドプレート11A、図7(b)は三角形状のエンドプレート11Bを使用した例を示す。いずれも、エンドプレート9,9A,9Bの一点鎖線で示した変位を抑制したい方向に対して、テンションロッド11の補強部17の向きを合わせている。   FIG. 6B shows a case where the position of the tension rod 11 is changed with respect to FIG. 7A shows an example in which a circular end plate 11A is used, and FIG. 7B shows an example in which a triangular end plate 11B is used. In either case, the direction of the reinforcing portion 17 of the tension rod 11 is aligned with the direction in which the displacement indicated by the one-dot chain line of the end plates 9, 9A, 9B is desired to be suppressed.

次に、図8を用いてテンションロッド11の位置決め機能について説明する。図8(a)は図6におけるエンドプレート9およびテンションロッド11のA−A断面図、図8(b)は図6における同B−B断面図である。   Next, the positioning function of the tension rod 11 will be described with reference to FIG. 8A is an AA cross-sectional view of the end plate 9 and the tension rod 11 in FIG. 6, and FIG. 8B is a BB cross-sectional view of FIG.

これら図8(a),(b)に示すように、エンドプレート9には、補強部17が入り込んでエンドプレート9との干渉を回避する凹部としての溝19を形成する。溝19aは、図8(b)に示すように、その幅を板状の補強部17の厚さより僅かに大きくすることで、補強部17と溝19とがキーとキー溝との関係となり、テンションロッド11のエンドプレート9に対する回転自由度を無くして位置決めを容易に行える。すなわち、溝19の側面19aは、図示しないナットのねじ部13bへの螺合時に補強部17が当接してテンションロッド11の回転を規制する回転規制部となる。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the end plate 9 is provided with a groove 19 as a concave portion in which the reinforcing portion 17 enters and avoids interference with the end plate 9. As shown in FIG. 8B, the groove 19a has a width slightly larger than the thickness of the plate-like reinforcing portion 17, whereby the reinforcing portion 17 and the groove 19 are in a relationship between the key and the key groove. Positioning can be easily performed by eliminating the degree of freedom of rotation of the tension rod 11 with respect to the end plate 9. That is, the side surface 19a of the groove 19 serves as a rotation restricting portion that restricts the rotation of the tension rod 11 when the reinforcing portion 17 comes into contact with the screw portion 13b of a nut (not shown).

ここで、上記した溝19aを、前記図6,図7に示したエンドプレート9,9A,9Bの一点鎖線で示した変位を抑制したい方向に合わせよう形成することで、補強部17の向きを、エンドプレート9,9A,9Bの一点鎖線で示した変位を抑制したい方向に容易に合わせることができる。   Here, the groove 19a is formed so as to be aligned with the direction in which the displacement shown by the one-dot chain line shown in the end plates 9, 9A, 9B shown in FIGS. The end plate 9, 9A, 9B can be easily adjusted in the direction in which the displacement indicated by the one-dot chain line is desired to be suppressed.

また、補強部17が溝19内に入り込むことで、テンションロッド11は、エンドプレート9に締結したときに、エンドプレート9への片当たりを防止し、面圧分布の均一化を図ることができる。   Further, since the reinforcing portion 17 enters the groove 19, the tension rod 11 can be prevented from coming into contact with the end plate 9 when fastened to the end plate 9, and the surface pressure distribution can be made uniform. .

なお、図9,図10に示すように、テンションロッド11に設けた補強部17の配置数や配置位置は、エンドプレート9の変位を抑制したい方向に合わせ自由に設定できる。   As shown in FIGS. 9 and 10, the number and position of the reinforcing portions 17 provided on the tension rod 11 can be freely set according to the direction in which the displacement of the end plate 9 is desired to be suppressed.

(第2の実施形態)
図11に、本発明の第2の実施形態に係わるテンションロッド11を示す。図11(a)はテンションロッド11の正面図、図11(b)は図11(a)の底面図である。このテンションロッド11は、前記した第1の実施形態によるテンションロッド11における板状の補強部17に代えて、軸部13とヘッド部15とを連結するテーパ部21を設けている。テーパ部21は、ヘッド部15のエンドプレート対向面から軸部13の先端側に向けて細くなる円錐形状を呈しており、例えばテンションロッド11を機械加工にて製造する際に意図的に残すことで容易に設けることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 11 shows a tension rod 11 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11A is a front view of the tension rod 11, and FIG. 11B is a bottom view of FIG. 11A. The tension rod 11 is provided with a tapered portion 21 that connects the shaft portion 13 and the head portion 15 in place of the plate-like reinforcing portion 17 in the tension rod 11 according to the first embodiment. The taper portion 21 has a conical shape that becomes narrower from the end plate facing surface of the head portion 15 toward the tip end side of the shaft portion 13, and is intentionally left when, for example, the tension rod 11 is manufactured by machining. Can be easily provided.

次に、図12を用いて図11のテンションロッド11とエンドプレート9との嵌め合い構造について説明する。エンドプレート9には、テンションロッド11のテーパ部21が入り込んで接触する凹部としての凹状のテーパ面23を形成する。これにより、テンションロッド11は、エンドプレート9に締結したときに、テンションロッド11とエンドプレート9との接触面積が増加してエンドプレート9への片当たりを防止し、面圧分布の均一化を図ることができる。また、テンションロッド11のエンドプレート9に対する回転方向の位置の制限がないことから組立性が向上する。   Next, the fitting structure between the tension rod 11 and the end plate 9 in FIG. 11 will be described with reference to FIG. A concave tapered surface 23 is formed on the end plate 9 as a concave portion into which the tapered portion 21 of the tension rod 11 enters and contacts. As a result, when the tension rod 11 is fastened to the end plate 9, the contact area between the tension rod 11 and the end plate 9 increases to prevent the end plate 9 from coming into contact with each other, and the surface pressure distribution is made uniform. Can be planned. Moreover, since there is no restriction | limiting of the position of the rotation direction with respect to the end plate 9 of the tension rod 11, assembly property improves.

図13,図14は、上記図11に示したテーパ部21の変形例を示す。図13のテーパ部21Aは、軸部13からヘッド部15の外周側の端部との間を、凹状の曲面に形成している。この場合、エンドプレート9側には、テーパ部21Aが入り込む凹部を設け、この凹部の内面形状を、テーパ部21Aの凹状の曲面に対応する凸状の曲面とする。この凸状の曲面は、テーパ部21Aの凹状の曲面に全面が接触してもよく、凹状の曲面に沿った一部が全周にわたり接触してもよい。   13 and 14 show a modification of the tapered portion 21 shown in FIG. The tapered portion 21A in FIG. 13 is formed in a concave curved surface between the shaft portion 13 and the end portion on the outer peripheral side of the head portion 15. In this case, a concave portion into which the tapered portion 21A enters is provided on the end plate 9 side, and the inner surface shape of the concave portion is a convex curved surface corresponding to the concave curved surface of the tapered portion 21A. The entire surface of the convex curved surface may contact the concave curved surface of the tapered portion 21A, or a part along the concave curved surface may contact the entire circumference.

一方図14のテーパ部21Bは、ヘッド部15側の端部21Baをヘッド部15の外周側端部より中心側として、ヘッド部15の外周側にエンドプレート9に対向する面15bを形成している。この場合、テーパ部21Bが入り込むテーパ状の凹部をエンドプレート9に設け、テーパ部21Bをこの凹部内の全面またはテーパ部の傾斜に沿った一部の全周に接触させるとともに、面15bをエンドプレート9の表面に接触させる。あるいは、面15bをエンドプレート9に接触させず、テーパ部21Bを凹部内の全面またはテーパ部の傾斜に沿った一部の全周に接触させてもよい。   On the other hand, the taper portion 21B of FIG. 14 has a surface 15b facing the end plate 9 on the outer peripheral side of the head portion 15 with the end portion 21Ba on the head portion 15 side being the center side from the outer peripheral side end portion of the head portion 15. Yes. In this case, a tapered concave portion into which the tapered portion 21B enters is provided in the end plate 9, and the tapered portion 21B is brought into contact with the entire surface in the concave portion or a part of the entire circumference along the inclination of the tapered portion, and the surface 15b is disposed on the end Contact the surface of the plate 9. Alternatively, the surface 15b may not be in contact with the end plate 9, and the tapered portion 21B may be brought into contact with the entire surface in the concave portion or a part of the entire circumference along the inclination of the tapered portion.

このように、テンションロッド11に設けるテーパ部21は、ヘッド部15の剛性を補助できる形状であればどのような形状でも構わない。   As described above, the tapered portion 21 provided on the tension rod 11 may have any shape as long as it can assist the rigidity of the head portion 15.

(第3の実施形態)
図15に、本発明の第3の実施形態に係わる締結具を示す。この締結具は、前記図4に示した従来のテンションロッド110を使用し、テンションロッド110のねじ部13bに螺合するナット25に、前記図11に示した第2の実施形態おけるテンションロッド11のテーパ部21と同様のテーパ部27を補強部として設けている。このテーパ部27に対応してエンドプレート9に、前記図12に示したテーパ面23と同様なテーパ面を設ける。これにより、ナット25を設けた側のエンドプレート9に対しても、変位抑制効果を発揮することができる。
(Third embodiment)
FIG. 15 shows a fastener according to the third embodiment of the present invention. This fastener uses the conventional tension rod 110 shown in FIG. 4, and the tension rod 11 in the second embodiment shown in FIG. 11 is attached to the nut 25 screwed into the threaded portion 13b of the tension rod 110. A tapered portion 27 similar to the tapered portion 21 is provided as a reinforcing portion. Corresponding to the tapered portion 27, the end plate 9 is provided with a tapered surface similar to the tapered surface 23 shown in FIG. Thereby, the displacement suppression effect can be exhibited also to the end plate 9 on the side where the nut 25 is provided.

なお、上記したナット25のテーパ部27に代えて、図2に示した第1の実施形態のような板状部材からなる補強部を設けてもよい。   Instead of the tapered portion 27 of the nut 25 described above, a reinforcing portion made of a plate-like member as in the first embodiment shown in FIG. 2 may be provided.

また、テンションロッド11に補強部を設ける構成と、ナット25に補強部を設ける構成とを、互いに組み合わせることで、両端のエンドプレート9の変位抑制効果を期待できる。ただし、この場合、テンションロッド11およびナット25の各補強部を、図2に示した第1の実施形態のように板状部材とした場合には、テンションロッド11とナット25のいずれか一方の補強部が、エンドプレート9に対して回転可能となるように、エンドプレート9に対する回転規制部を設定しないようにする必要がある。   Moreover, the displacement suppression effect of the end plates 9 at both ends can be expected by combining the configuration in which the tension rod 11 is provided with the reinforcing portion and the configuration in which the nut 25 is provided with the reinforcing portion. However, in this case, when each reinforcing portion of the tension rod 11 and the nut 25 is a plate-like member as in the first embodiment shown in FIG. 2, one of the tension rod 11 and the nut 25 is used. It is necessary not to set a rotation restricting portion for the end plate 9 so that the reinforcing portion can rotate with respect to the end plate 9.

本発明によれば、前記補強部は前記締結具の軸部とヘッド部とを連結する構成としたので、エンドプレートの変位を抑制するための機能を、締結具に容易に持たせることができる。   According to the present invention, since the reinforcing portion connects the shaft portion and the head portion of the fastener, the fastener can easily have a function for suppressing the displacement of the end plate. .

前記補強部を板状部材で構成することで、この板状部材がエンドプレートの剛性を補うことができる。   By configuring the reinforcing portion with a plate-like member, the plate-like member can supplement the rigidity of the end plate.

前記締結具の配置位置を支時点とした前記エンドプレートの積層方向への曲げ作用に対抗する位置に前記補強部が位置するよう前記締結具を締結することで、エンドプレートの変形抑制をより一層期待できる。   By fastening the fastener so that the reinforcing portion is positioned at a position that opposes the bending action of the end plate in the stacking direction with the arrangement position of the fastener as a supporting point, the deformation of the end plate is further suppressed. I can expect.

前記エンドプレートに前記補強部が入り込む凹部を設けたので、補強部とエンドプレートとの干渉を回避できて、締結具のエンドプレートへの片当たりを防ぐことができ、面圧分布の均一化を図ることができる。   Since the concave portion into which the reinforcing portion enters the end plate is provided, it is possible to avoid interference between the reinforcing portion and the end plate, to prevent the fastener from hitting the end plate, and to uniform the surface pressure distribution. Can be planned.

前記凹部は、前記補強部が当接して前記締結具の回転を規制する回転規制部を備えているので、補強部のエンドプレートに対する位置決めが行え、補強部の向きを、エンドプレートの変位を抑制したい方向に合わせた状態を確保することができ、補強部のエンドプレートに対する変形抑制効果を継続して維持することができる。   Since the concave portion includes a rotation restricting portion that abuts on the reinforcing portion and restricts the rotation of the fastener, the reinforcing portion can be positioned with respect to the end plate, and the direction of the reinforcing portion can be suppressed and the displacement of the end plate can be suppressed. It is possible to ensure a state that matches the desired direction, and to continuously maintain the deformation suppressing effect of the reinforcing portion on the end plate.

前記補強部は、前記ヘッド部の前記エンドプレート対向面から前記軸部の先端側に向けて細くなる円錐形状のテーパ部を備えているので、補強部の加工を、締結具の生産時に容易に行え、しかも締結具のエンドプレートに対する回転方向の位置の制限がないことから組立性が向上する。   Since the reinforcing portion includes a conical taper portion that narrows from the end plate facing surface of the head portion toward the tip end side of the shaft portion, the processing of the reinforcing portion can be easily performed at the time of production of a fastener. This is possible, and the position of the fastener in the rotational direction with respect to the end plate is not limited, so that the assemblability is improved.

前記エンドプレートに前記テーパ部が入り込む凹部を設け、この凹部は、前記テーパ部が接触する凹状のテーパ面を備えているので、締結具とエンドプレートとの接触面積が増加して締結具のエンドプレートへの片当たりを防止し、面圧分布の均一化を図ることができる。また、締結具のエンドプレートに対する回転方向の位置の制限がないことから組立性が向上する。   The end plate is provided with a concave portion into which the tapered portion enters, and the concave portion has a concave tapered surface with which the tapered portion comes into contact, so that a contact area between the fastener and the end plate is increased and the end of the fastener is increased. The contact with the plate can be prevented and the surface pressure distribution can be made uniform. Moreover, since there is no restriction | limiting of the position of the rotation direction with respect to the end plate of a fastener, assembly property improves.

前記ヘッド部を、前記軸部の先端側に形成したねじ部に螺合するナットとすることで、このナットを設けた側のエンドプレートに対しても、変位抑制効果が期待できる。   By making the head portion a nut that is screwed into a screw portion formed on the tip end side of the shaft portion, a displacement suppressing effect can be expected for the end plate on the side where the nut is provided.

本発明の燃料電池スタックの基本構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the basic structure of the fuel cell stack of this invention. (a)は本発明の第1の実施形態に係わるテンションロッドの正面図、(b)は(a)の底面図である。(A) is a front view of the tension rod concerning the 1st Embodiment of this invention, (b) is a bottom view of (a). 燃料電池スタックに所定の荷重を付与した際の変形動作説明図で、(a)はエンドプレートの変位に伴うテンションロッドの変形を示し、(b)はテンションロッド近傍でのエンドプレートの変位を示す。FIG. 6 is an explanatory diagram of deformation operation when a predetermined load is applied to the fuel cell stack, where (a) shows deformation of the tension rod accompanying displacement of the end plate, and (b) shows displacement of the end plate near the tension rod. . 従来の燃料電池スタックに所定の荷重を付与した際の変形動作説明図で、(a)はエンドプレートの変位に伴うテンションロッドの変形を示し、(b)はテンションロッド近傍でのエンドプレートの変位を示す。FIG. 6 is a diagram illustrating a deformation operation when a predetermined load is applied to a conventional fuel cell stack, where (a) shows the deformation of the tension rod accompanying the displacement of the end plate, and (b) the displacement of the end plate near the tension rod. Indicates. エンドプレートの変形抑制原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the deformation | transformation suppression principle of an end plate. 第1の実施形態によるテンションロッドのエンドプレート上への配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of arrangement | positioning on the end plate of the tension rod by 1st Embodiment. 図6に対しエンドプレートの形状の変更した場合のテンションロッドのエンドプレート上への配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of arrangement | positioning on the end plate of the tension rod at the time of changing the shape of an end plate with respect to FIG. (a)は図6のA−A断面図、(b)は図6のB−B断面図である。(A) is AA sectional drawing of FIG. 6, (b) is BB sectional drawing of FIG. (a)は図2のテンションロッドの変形例を示す正面図、(b)は(a)の底面図である。(A) is a front view which shows the modification of the tension rod of FIG. 2, (b) is a bottom view of (a). 図9のテンションロッドによるエンドプレート上への配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of arrangement | positioning on the end plate by the tension rod of FIG. (a)は本発明の第2の実施形態に係わるテンションロッドの正面図、(b)は(a)の底面図である。(A) is a front view of the tension rod concerning the 2nd Embodiment of this invention, (b) is a bottom view of (a). 第2の実施形態におけるテンションロッドとエンドプレートとの嵌め合い構造図である。It is fitting structure figure of the tension rod and end plate in 2nd Embodiment. (a)は図11のテンションロッドの変形例を示す正面図、(b)は(a)の底面図である。(A) is a front view which shows the modification of the tension rod of FIG. 11, (b) is a bottom view of (a). (a)は図11のテンションロッドの他の変形例を示す正面図、(b)は(a)の底面図である。(A) is a front view which shows the other modification of the tension rod of FIG. 11, (b) is a bottom view of (a). 本発明の第3の実施形態に係わるテンションロッドおよびナットの正面図である。It is a front view of the tension rod and nut concerning the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 単位電池
3 単位電池の積層体
9 エンドプレート
11 テンションロッド(締結具)
13 軸部
13b ねじ部
15 ヘッド部
17 板状部材からなる補強部
19 溝(凹部)
19a 溝の側面(回転規制部)
21,21A,21B,27 テーパ部(補強部)
23 凹状のテーパ面(凹部)
25 ナット(締結具,ヘッド部)
1 unit cell 3 unit cell stack 9 end plate 11 tension rod (fastener)
13 Shaft portion 13b Screw portion 15 Head portion 17 Reinforcing portion made of plate-like member 19 Groove (concave portion)
19a Side surface of groove (rotation restricting part)
21, 21A, 21B, 27 Taper (Reinforcement)
23 Concave taper surface (concave)
25 Nut (fastener, head)

Claims (9)

固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配置し、それらを一対のセパレータで挟んで構成する単位電池を複数積層して積層体を構成し、この積層体の両端を一対のエンドプレートで挟持し、この一対のエンドプレート相互間を、軸部と軸部の端部に位置して軸部より大きな外径のヘッド部とをそれぞれ備えた締結具で締結固定する燃料電池スタックにおいて、前記締結具に、前記ヘッド部の前記エンドプレートから離れる方向の曲げ剛性を高める補強部を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。   A pair of electrodes are arranged on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and a unit body is formed by laminating a plurality of unit cells that are sandwiched between a pair of separators, and both ends of the layered body are sandwiched between a pair of end plates. In the fuel cell stack in which the pair of end plates is fastened and fixed by a fastener having a shaft portion and a head portion having an outer diameter larger than that of the shaft portion. A fuel cell stack, characterized in that a reinforcing portion is provided on the tool to increase bending rigidity in a direction away from the end plate of the head portion. 請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、前記補強部は前記締結具の軸部とヘッド部とを連結す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 reinforcing portion connects a shaft portion and a head portion of the fastener. 3. 請求項2に記載の燃料電池スタックにおいて、前記補強部を板状部材で構成したことを特徴とする燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 2, wherein the reinforcing portion is formed of a plate-like member. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記締結具の配置位置を支持点とした前記エンドプレートの積層方向への曲げ作用に対抗する位置に、前記補強部が位置するよう前記締結具を締結することを特徴とする燃料電池スタック。   4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the reinforcing portion is positioned at a position that opposes the bending action of the end plate in the stacking direction with the arrangement position of the fastener as a support point. 5. A fuel cell stack, wherein the fastener is fastened. 請求項2ないし4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートに前記補強部が入り込む凹部を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。   5. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the end plate is provided with a recess into which the reinforcing portion is inserted. 6. 請求項5に記載の燃料電池スタックにおいて、前記凹部は、前記補強部が当接して前記締結具の回転を規制する回転規制部を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。   6. The fuel cell stack according to claim 5, wherein the recess includes a rotation restricting portion that restricts rotation of the fastener by contacting the reinforcing portion. 請求項2に記載の燃料電池スタックにおいて、前記補強部は、前記ヘッド部の前記エンドプレート対向面から前記軸部の先端側に向けて細くなる円錐形状のテーパ部を備えてい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 2, wherein the reinforcing portion includes a conical tapered portion that narrows from a surface facing the end plate of the head portion toward a tip side of the shaft portion. Fuel cell stack. 請求項7に記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートに前記テーパ部が入り込む凹部を設け、この凹部は、前記テーパ部が接触する凹状のテーパ面を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。   8. The fuel cell stack according to claim 7, wherein a concave portion into which the tapered portion enters the end plate is provided, and the concave portion has a concave tapered surface with which the tapered portion contacts. . 請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、前記ヘッド部は、前記軸部の先端側に形成したねじ部に螺合するナットであ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 head portion is a nut that is screwed into a screw portion formed on a distal end side of the shaft portion. 3.
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