JP2007018832A

JP2007018832A - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP2007018832A
Application number: JP2005198194A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Wakahoi; 俊哉若穂囲; Manabu Tanaka; 学田中; Masaru Iguchi; 勝井口; Ken Takahashi; 謙高橋; Isato Kachi; 勇人加地
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a casing of a fuel cell stack in which not any head part of bolts is protruded from a surface thereof, capable of well improving strength thereof with a simple structure. <P>SOLUTION: Panel members 60a, 60b are fixed to an angle member 62a through fastening bolts 78. A recess part 74a having inner diameter set nearly same with outer diameter of the head part 78a of the fastening bolt 78 is formed on the panel members 60a, 60b. The head part end face 78c of the fastening bolt 78 is arranged so as to become flush with outer face of the panel members 60a, 60b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、前記発電セルが複数積層された積層体を、箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator, and a fuel in which a stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked is housed in a box-shaped casing It relates to a battery stack.

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（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されることにより燃料電池スタックが構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane includes a power generation cell sandwiched between separators, and a plurality of the power generation cells are stacked to constitute a fuel cell stack. Has been.

この種の燃料電池スタックでは、部品数を削減するとともに、軽量化を図る工夫がなされている。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックは、図７に示すように、複数の単電池が積層された積層体１を備えており、この積層体１の積層方向両端部には、エンドプレート２が設けられている。 This type of fuel cell stack is devised to reduce the number of parts and reduce the weight. For example, as shown in FIG. 7, the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 includes a stack 1 in which a plurality of single cells are stacked, and at both ends of the stack 1 in the stacking direction, An end plate 2 is provided.

積層体１の上方及び下方には、上側テンションプレート３と下側テンションプレート４とが配設され、前記上側テンションプレート３及び前記下側テンションプレート４とエンドプレート２とは、ボルト５によって固定されている。下側テンションプレート４は、外側方向へ凸部として形成される固定部６を備えており、この固定部６にボルト７が取り付けられる。このボルト７は、図示しない車輌側取り付け部材に固定されることにより、燃料電池スタックの車輌への固定が行われている。 An upper tension plate 3 and a lower tension plate 4 are disposed above and below the laminate 1, and the upper tension plate 3, the lower tension plate 4 and the end plate 2 are fixed by bolts 5. ing. The lower tension plate 4 includes a fixing portion 6 that is formed as a convex portion outward, and a bolt 7 is attached to the fixing portion 6. The bolt 7 is fixed to a vehicle-side attachment member (not shown), thereby fixing the fuel cell stack to the vehicle.

特開２００２−４２８５３号公報（図１）JP 2002-42853 A (FIG. 1)

一般に、燃料電池スタックでは、各種検出センサや計器類を搭載する場合が多い。そこで、特許文献１の燃料電池スタックに、この種の設備を搭載しようとすると、実際上、上側テンションプレート３にボルト等により固定する方法が考えられる。 In general, a fuel cell stack is often equipped with various detection sensors and instruments. Therefore, in order to mount this type of equipment on the fuel cell stack of Patent Document 1, a method of fixing to the upper tension plate 3 with bolts or the like is considered in practice.

しかしながら、上側テンションプレート３とエンドプレート２とを固定するボルト５の頭部は、この上側テンションプレート３の外面上から外部に突出し易く、設備の搭載に干渉するおそれがある。特に、積層体１を構成する各単電池の発電性能を検出するためのセル電圧モニタが、上側テンションプレート３に取り付けられる際、このセル電圧モニタのコネクタ部に着脱自在なカプラは、前記上側テンションプレート３の面方向に沿って抜き差しされる。これにより、カプラの着脱操作時に、このカプラとボルト５の頭部との干渉が発生するという問題がある。 However, the head of the bolt 5 that fixes the upper tension plate 3 and the end plate 2 easily protrudes from the outer surface of the upper tension plate 3 to the outside, which may interfere with the installation of equipment. In particular, when a cell voltage monitor for detecting the power generation performance of each unit cell constituting the laminated body 1 is attached to the upper tension plate 3, a coupler detachably attached to the connector portion of the cell voltage monitor includes the upper tension. It is inserted and removed along the surface direction of the plate 3. Thus, there is a problem that interference between the coupler and the head of the bolt 5 occurs when the coupler is attached or detached.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、ケーシング表面からボルト頭部が突出することがなく、しかも簡単な構成で、ケーシング強度を良好に向上させ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 provides a fuel cell stack in which the bolt head does not protrude from the casing surface, and the casing strength can be improved satisfactorily with a simple configuration. For the purpose.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、前記発電セルが複数積層された積層体を、箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックである。 The present invention includes a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator, and a fuel in which a stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked is housed in a box-shaped casing It is a battery stack.

ケーシングは、積層体の側部に配設され、互いに近接する端部同士が締結ボルトを介して固定される複数のパネル部材を備え、一方のパネル部材には、前記締結ボルトの頭部外径と略同一内径の凹部が形成されるとともに、前記締結ボルトの頭部端面は、前記一方のパネル部材の外面と同一面上に配設されている。 The casing includes a plurality of panel members that are disposed on the side portions of the laminated body, and end portions adjacent to each other are fixed via fastening bolts, and one panel member has a head outer diameter of the fastening bolts. And a head end surface of the fastening bolt is disposed on the same surface as the outer surface of the one panel member.

また、少なくとも１のパネル部材には、各発電セル毎又は複数の発電セル毎にセル電圧を検出するセル電圧モニタが取り付けられるとともに、前記セル電圧モニタの側部に設けられるコネクタ部には、前記１のパネル部材の面方向に離脱自在なカプラが装着されることが好ましい。 The at least one panel member is provided with a cell voltage monitor for detecting a cell voltage for each power generation cell or for each of the plurality of power generation cells, and a connector portion provided on a side portion of the cell voltage monitor has the above-mentioned It is preferable that a coupler that can be detached in the surface direction of one panel member is mounted.

さらに、締結ボルトは、円板状の頭部を有し、前記頭部には、ボルト回転用工具を係止するための複数の貫通孔部が形成されるとともに、前記締結ボルトのねじ部には、緩み防止剤が塗布されることが好ましい。 Furthermore, the fastening bolt has a disk-shaped head, and a plurality of through-hole portions for locking the bolt rotating tool are formed in the head, and the fastening bolt has a threaded portion. Is preferably applied with a loosening prevention agent.

本発明では、ケーシングを構成するパネル部材には、締結ボルトの頭部外径と略同一内径の凹部が形成されている。このため、締結ボルトの頭部がパネル部材の凹部に収容された状態で、前記頭部と前記凹部の内壁面との間にクリアランスが殆どなく、前記締結ボルトと前記パネル部材とを一体化することができる。これにより、簡単な構成で、ケーシング強度を良好に向上させることが可能になる。 In the present invention, the panel member constituting the casing is formed with a recess having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the head of the fastening bolt. For this reason, there is almost no clearance between the head and the inner wall surface of the recess in a state where the head of the fastening bolt is housed in the recess of the panel member, and the fastening bolt and the panel member are integrated. be able to. Thereby, it becomes possible to improve the casing strength satisfactorily with a simple configuration.

しかも、締結ボルトの頭部端面は、パネル部材の外面と同一面上に配設されている。従って、ケーシング表面からボルト頭部が突出することがなく、前記ケーシング表面に各種設備を容易且つ好適に搭載することができる。 And the head end surface of a fastening bolt is arrange | positioned on the same surface as the outer surface of a panel member. Accordingly, the bolt head does not protrude from the casing surface, and various facilities can be easily and suitably mounted on the casing surface.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図である。 FIG. 1 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially exploded schematic perspective view of the fuel cell stack 10.

図２に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４を備えている。 As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18a, and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 includes a casing 24 including end plates 20a and 20b each having a rectangular shape as end plates.

図３及び図４に示すように、各発電セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。 As shown in FIG. 3 and FIG. 4, each power generation cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, for example, a carbon separator may be used.

図２及び図４に示すように、エンドプレート２０ａ側に配設される所定数の発電セル１２において、第１及び第２金属セパレータ３２、３４の外周部には、矢印Ｃ方向上部一端側に位置して電解質膜・電極構造体３０で発生する電圧を検出するための第１及び第２セル電圧端子３５ａ、３５ｂが一体的に形成される。第１セル電圧端子３５ａと第２セル電圧端子３５ｂとは、矢印Ｂ方向に互いに位置をずらして設けられる。 As shown in FIGS. 2 and 4, in the predetermined number of power generation cells 12 arranged on the end plate 20a side, the outer peripheral portions of the first and second metal separators 32 and 34 are on the upper end side in the arrow C direction. First and second cell voltage terminals 35a and 35b for detecting the voltage generated at the electrolyte membrane / electrode structure 30 are integrally formed. The first cell voltage terminal 35a and the second cell voltage terminal 35b are provided with their positions shifted in the arrow B direction.

エンドプレート２０ｂ側に配設される他の所定数の発電セル１２において、第１及び第２金属セパレータ３２、３４の外周部には、矢印Ｃ方向上部他端側に位置して電解質膜・電極構造体３０で発生する電圧を検出するための第１及び第２セル電圧端子３５ａ、３５ｂが一体的に形成される。 In the other predetermined number of power generation cells 12 arranged on the end plate 20b side, the outer periphery of the first and second metal separators 32 and 34 is located on the upper other end side in the direction of arrow C, and the electrolyte membrane / electrode First and second cell voltage terminals 35a and 35b for detecting a voltage generated in the structure 30 are integrally formed.

発電セル１２の長辺方向（図４中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、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供給連通孔３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３８ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。 An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge of the power generation cell 12 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 4) in communication with the arrow A direction. A communication hole 36a, a cooling medium supply communication hole 38a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole 40b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

発電セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。 The other end edge of the power generation cell 12 in the long side direction communicates with each other in the direction of the arrow A, the fuel gas supply communication hole 40a for supplying fuel gas, and the cooling medium discharge communication hole for discharging the cooling medium. 38b and an oxidizing gas discharge communication hole 36b for discharging the oxidizing gas are provided.

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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。 The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。 A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas supply communication hole 40 a and the fuel gas discharge communication hole 40 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the arrow B direction. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium supply communication hole 38a and the cooling medium discharge communication hole 38b is formed. The cooling medium flow path 50 is configured by a plurality of grooves extending in the arrow B direction.

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。 The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with, for example, an oxidant gas flow path 52 composed of a plurality of grooves extending in the direction of arrow B, and this oxidant gas. The flow path 52 communicates with the oxidant gas supply communication hole 36a and the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。第１シール部材５４は、後述するように、第１セル電圧端子３５ａの先端部近傍まで被覆する。 A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. The first seal member 54 surrounds the fuel gas supply communication hole 40a, the fuel gas discharge communication hole 40b, and the fuel gas flow path 48 on the surface 32a so as to communicate with each other, and on the surface 32b, the cooling medium supply communication hole 38a, The medium discharge communication hole 38b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated with each other. As will be described later, the first seal member 54 covers the vicinity of the tip of the first cell voltage terminal 35a.

第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。第２シール部材５６は、後述するように、第２セル電圧端子３５ｂの先端部近傍まで被覆する。 A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34. The second seal member 56 surrounds and communicates the oxidant gas supply communication hole 36a, the oxidant gas discharge communication hole 36b, and the oxidant gas flow path 52 on the surface 34a, while the cooling medium supply communication hole on the surface 34b. 38a, the cooling medium discharge communication hole 38b, and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated. As will be described later, the second seal member 56 covers the vicinity of the tip of the second cell voltage terminal 35b.

図３に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が、直接、ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール５５が介装される。 As shown in FIG. 3, a seal 55 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24. Is done.

図１〜図３に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの面内中央から上方に所定距離だけ離間する位置には、積層方向外方に延在する端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。 As shown in FIGS. 1 to 3, terminal portions 58 a and 58 b extending outward in the stacking direction are provided at positions spaced a predetermined distance upward from the in-plane centers of the terminal plates 16 a and 16 b. For example, a load such as a traveling motor is connected to the terminal portions 58a and 58b.

端子部５８ａ、５８ｂは、絶縁性筒体５７に挿入されて絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂの孔部５９ａ、５９ｂを貫通して外部に突出する。絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。 The terminal portions 58a and 58b are inserted into the insulating cylinder 57, penetrate through the holes 59a and 59b of the insulating plates 18a and 18b and the end plates 20a and 20b, and protrude to the outside. The insulating plates 18a and 18b are formed of an insulating material such as polycarbonate (PC) or phenol resin.

ケーシング２４は、図２に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数のパネル部材６０ａ〜６０ｄと、前記パネル部材６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材６２ａ〜６２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記パネル部材６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン６４ａ、６４ｂとを備える。パネル部材６０ａ〜６０ｄは、薄板金属製プレートで構成される。 As shown in FIG. 2, the casing 24 includes end plates 20 a and 20 b that are end plates, a plurality of panel members 60 a to 60 d disposed on the side of the laminated body 14, and the panel members 60 a to 60 d close to each other. Angle members 62a to 62d for connecting end portions to be connected to each other, and connection pins 64a and 64b having different lengths for connecting the end plates 20a and 20b and the panel members 60a to 60d. Panel members 60a-60d are formed of thin metal plates.

エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの円筒状第１連結部６６ａ、６６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部６６ａ、６６ｂが突出形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部６８ａ、６８ｂが形成される。このボス部６８ａ、６８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。 Two cylindrical first connecting portions 66a and 66b are formed to protrude from the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, respectively, and one first connecting portion 66a and 66b is protruded from each side of each side. It is formed. Mount bosses 68a and 68b are formed at the lower ends of the respective sides of the end plates 20a and 20b. The boss portions 68a and 68b are fixed to mounting portions (not shown) via bolts or the like, so that the fuel cell stack 10 is mounted on, for example, a vehicle.

積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置されるパネル部材６０ａ、６０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２連結部７０ａ、７０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置されるパネル部材６０ｂ、６０ｄの長手方向両端には、第２連結部７２ａ、７２ｂが３つずつ形成される。 Two second connecting portions 70a and 70b are formed at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the panel members 60a and 60c arranged on both sides in the arrow B direction of the laminate 14. Three second connecting portions 72a and 72b are formed at both ends in the longitudinal direction of the panel members 60b and 60d disposed on the upper and lower sides of the laminate 14 respectively.

パネル部材６０ａ、６０ｃの各第２連結部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部６６ａ、６６ｂが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン６４ａが一体的に挿入されて、前記パネル部材６０ａ、６０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。 Between the second connecting portions 70a and 70b of the panel members 60a and 60c, first connecting portions 66a and 66b on both sides of the end plates 20a and 20b are disposed, and a short connecting pin 64a is provided on these sides. The panel members 60a and 60c are attached integrally to the end plates 20a and 20b.

同様に、パネル部材６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部６６ａ、６６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン６４ｂが一体的に挿入されて、前記パネル部材６０ｂ、６０ｄが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。 Similarly, the second connecting portions 72a and 72b of the panel members 60b and 60d are alternately arranged with the first connecting portions 66a and 66b on the upper side and the lower side of the end plates 20a and 20b, and the long connecting pins 64b are connected thereto. Are integrally inserted, and the panel members 60b and 60d are attached to the end plates 20a and 20b.

パネル部材６０ａ〜６０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のリング状凹部７４ａが形成されるとともに、前記凹部７４ａには、小径な孔部７４ｂが同軸上に連通する（図５参照）。 Each of the panel members 60a to 60d is formed with a plurality of ring-shaped recesses 74a at both lateral edges, and a small-diameter hole 74b communicates coaxially with the recess 74a (see FIG. 5). .

アングル部材６２ａ〜６２ｄは、湾曲する角部を挟んで各片に薄肉部７５が形成されるとともに、各薄肉部７５には、各孔部７４ｂに対応してねじ孔７６が形成される。薄肉部７５の厚さは、図５に示すように、例えば、前記薄肉部７５にパネル部材６０ａ、６０ｂが重ね合わされた際、前記パネル部材６０ａ、６０ｂの外面がアングル部材６２ａの外面と面一になる厚さに設定される。 Each of the angle members 62a to 62d is formed with a thin portion 75 in each piece across a curved corner portion, and each thin portion 75 is formed with a screw hole 76 corresponding to each hole portion 74b. As shown in FIG. 5, for example, when the panel members 60a and 60b are superimposed on the thin portion 75, the outer surface of the panel members 60a and 60b is flush with the outer surface of the angle member 62a. Is set to a thickness of

各凹部７４ａに締結ボルト７８の頭部７８ａが挿入されるとともに、前記締結ボルト７８のねじ部７８ｂが、孔部７４ｂを通ってねじ孔７６に螺合する。これにより、アングル部材６２ａ〜６２ｄを介してパネル部材６０ａ〜６０ｄが固定され、ケーシング２４が構成される（図１参照）。 The head portion 78a of the fastening bolt 78 is inserted into each recess 74a, and the screw portion 78b of the fastening bolt 78 is screwed into the screw hole 76 through the hole portion 74b. Thereby, panel members 60a-60d are fixed via angle members 62a-62d, and casing 24 is constituted (refer to Drawing 1).

図５に示すように、締結ボルト７８の頭部７８ａの外径は、凹部７４ａの内径と略同一寸法に設定されるとともに、前記締結ボルト７８の頭部端面７８ｃは、パネル部材６０ａ〜６０ｄの外面と同一面上に配設される。 As shown in FIG. 5, the outer diameter of the head 78a of the fastening bolt 78 is set to be approximately the same as the inner diameter of the recess 74a, and the head end face 78c of the fastening bolt 78 is formed by the panel members 60a to 60d. It is disposed on the same surface as the outer surface.

図６に示すように、締結ボルト７８の頭部７８ａには、ボルト回転用工具（図示せず）を係止するための、複数、例えば、３つの貫通孔部７９が、等角度間隔ずつ離間して形成される。各締結ボルト７８のねじ部７８ｂには、このねじ部７８ｂの緩みを防止し、且つ、防水機能を有する緩み防止剤（図示せず）が塗布される。 As shown in FIG. 6, a plurality of, for example, three through-hole portions 79 for locking a bolt rotating tool (not shown) are spaced apart at equal angular intervals on the head portion 78 a of the fastening bolt 78. Formed. A loosening preventive agent (not shown) having a waterproof function is applied to the screw portions 78b of the fastening bolts 78 to prevent the screw portions 78b from loosening.

図２に示すように、パネル部材６０ｂには、各発電セル１２毎又は複数の発電セル１２毎にセル電圧を検出するために、所望の第１セル電圧端子３５ａ又は第２セル電圧端子３５ｂに対応する開口部８０ａ、８０ｂが、前記発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに平行して設けられる。パネル部材６０ｂには、開口部８０ａ、８０ｂの周囲に位置してそれぞれ円柱状のボス部８２ａ、８２ｂが、例えば、４つずつ取り付けられる。 As shown in FIG. 2, the panel member 60b has a desired first cell voltage terminal 35a or second cell voltage terminal 35b in order to detect the cell voltage for each power generation cell 12 or for each of the plurality of power generation cells 12. Corresponding openings 80a and 80b are provided in parallel to each other along the stacking direction (arrow A direction) of the power generation cells 12. For example, four columnar boss portions 82a and 82b are attached to the panel member 60b around the openings 80a and 80b, respectively.

パネル部材６０ｂには、開口部８０ａ、８０ｂを覆ってセル電圧モニタ９０ａ、９０ｂが取り付けられる（図１参照）。セル電圧モニタ９０ａ、９０ｂは、各発電セル１２毎又は複数の前記発電セル１２毎にセル電圧を検出するため、第１セル電圧端子３５ａ及び／又は第２セル電圧端子３５ｂに電気的に接続される。セル電圧モニタ９０ａ、９０ｂの側部には、コネクタ部９２ａ、９２ｂが設けられ、このコネクタ部９２ａ、９２ｂには、パネル部材６０ｂの面方向（矢印Ｂ方向）に離脱自在なカプラ９４ａ、９４ｂが装着される。 Cell voltage monitors 90a and 90b are attached to the panel member 60b so as to cover the openings 80a and 80b (see FIG. 1). The cell voltage monitors 90a and 90b are electrically connected to the first cell voltage terminal 35a and / or the second cell voltage terminal 35b in order to detect the cell voltage for each power generation cell 12 or for each of the plurality of power generation cells 12. The Connector portions 92a and 92b are provided on the side portions of the cell voltage monitors 90a and 90b, and couplers 94a and 94b which are detachable in the surface direction (arrow B direction) of the panel member 60b are provided on the connector portions 92a and 92b. Installed.

図２及び図３に示すように、絶縁プレート１８ｂは、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。この絶縁プレート１８ｂは、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the insulating plate 18 b has a rectangular shape set to a predetermined size so as to be positioned on the inner periphery of the casing 24. The insulating plate 18b is adjusted in thickness in order to absorb a variation in the length of the stacked body 14 in the stacking direction and to apply a desired tightening load to the stacked body 14.

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 the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

この燃料電池スタック１０では、先ず、図１に示すように、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔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、燃料ガス供給連通孔４０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の発電セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。 In this fuel cell stack 10, first, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 36a of the end plate 20a, and hydrogen is supplied to the fuel gas supply communication hole 40a. Fuel gas such as contained gas is supplied. Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 38a. For this reason, in the laminated body 14, oxidant gas, fuel gas, and a cooling medium are supplied to the several electric power generation cell 12 piled up by the arrow A direction in the arrow A direction.

図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。 As shown in FIG. 4, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas supply communication hole 40 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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 each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａから外部に排出される。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａから外部に排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and then is discharged to the outside from the end plate 20a. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 40b, flows, and is discharged from the end plate 20a to the outside.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３８ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３８ｂを移動してエンドプレート２０ａから排出される。 The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 38a. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, and then moves through the cooling medium discharge communication hole 38b and is discharged from the end plate 20a.

この場合、本実施形態では、パネル部材６０ａ〜６０ｄとアングル部材６２ａ〜６２ｄとを固定する締結ボルト７８を備えるとともに、この締結ボルト７８の頭部７８ａの外径と前記パネル部材６０ａ〜６０ｄに設けられる凹部７４ａの内径とは、略同一寸法に設定されている。 In this case, in the present embodiment, a fastening bolt 78 for fixing the panel members 60a to 60d and the angle members 62a to 62d is provided, and the outer diameter of the head 78a of the fastening bolt 78 and the panel members 60a to 60d are provided. The inner diameter of the recessed portion 74a is set to be approximately the same size.

このため、締結ボルト７８の頭部７８ａが、パネル部材６０ａ〜６０ｄの各凹部７４ａに収容された状態で、前記頭部７８ａと前記凹部７４ａの内壁面との間にクリアランスが殆どない。これにより、締結ボルト７８とパネル部材６０ａ〜６０ｄとを一体化することができ、簡単な構成で、ケーシング２４全体の強度を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。 For this reason, there is almost no clearance between the head part 78a and the inner wall surface of the recessed part 74a in the state where the head part 78a of the fastening bolt 78 is accommodated in each recessed part 74a of the panel members 60a-60d. Thereby, the fastening bolt 78 and the panel members 60a-60d can be integrated, and the effect that it becomes possible to improve the intensity | strength of the casing 24 whole favorably with a simple structure is acquired.

しかも、図５に示すように、締結ボルト７８の頭部端面７８ｃは、パネル部材６０ａ〜６０ｄの外面と同一面上に配設されている。従って、ケーシング２４の表面から締結ボルト７８の頭部７８ａが突出することがなく、前記ケーシング２４の表面に各種設備を容易且つ好適に搭載することができる。 Moreover, as shown in FIG. 5, the head end surface 78c of the fastening bolt 78 is disposed on the same surface as the outer surfaces of the panel members 60a to 60d. Therefore, the head 78a of the fastening bolt 78 does not protrude from the surface of the casing 24, and various facilities can be easily and suitably mounted on the surface of the casing 24.

本実施形態では、パネル部材６０ｂにセル電圧モニタ９０ａ、９０ｂが取り付けられており、前記セル電圧モニタ９０ａ、９０ｂの側部に設けられたコネクタ部９２ａ、９２ｂには、カプラ９４ａ、９４ｂが離脱自在に装着されている。その際、カプラ９４ａ、９４ｂは、パネル部材６０ｂの面方向、すなわち、矢印Ｂ方向に着脱操作されている。従って、パネル部材６０ｂの表面から締結ボルト７８の頭部７８ａが突出することがなく、簡単な構成で、カプラ９４ａ、９４ｂの着脱操作が容易且つ確実に遂行されるという利点がある。 In the present embodiment, cell voltage monitors 90a and 90b are attached to the panel member 60b, and couplers 94a and 94b are detachable from connector portions 92a and 92b provided on the side portions of the cell voltage monitors 90a and 90b. It is attached to. At that time, the couplers 94a and 94b are attached and detached in the surface direction of the panel member 60b, that is, in the arrow B direction. Therefore, there is an advantage that the heads 78a of the fastening bolts 78 do not protrude from the surface of the panel member 60b, and the couplers 94a and 94b can be easily attached and detached with a simple configuration.

さらにまた、本実施形態では、パネル部材６０ａ〜６０ｄとアングル部材６２ａ〜６２ｄとが、締結ボルト７８により固定される際、前記締結ボルト７８の頭部７８ａに形成される３つの貫通孔部７９が使用される。具体的には、貫通孔部７９に図示しない工具が係合されて、前記締結ボルト７８がねじ孔７６に締め付けられる。このため、締結ボルト７８の頭部７８ａは、凹部７４ａに確実に収容される。 Furthermore, in this embodiment, when the panel members 60a to 60d and the angle members 62a to 62d are fixed by the fastening bolt 78, the three through-hole portions 79 formed in the head portion 78a of the fastening bolt 78 are provided. used. Specifically, a tool (not shown) is engaged with the through hole 79, and the fastening bolt 78 is fastened to the screw hole 76. For this reason, the head part 78a of the fastening bolt 78 is reliably accommodated in the recessed part 74a.

一方、締結ボルト７８を取り外す際には、貫通孔部７９に工具（図示せず）を係合して、この締結ボルト７８を締め付け方向とは逆方向に螺回させるだけよい。これにより、締結ボルト７８の取り外し作業が容易且つ確実に遂行される。 On the other hand, when removing the fastening bolt 78, it is only necessary to engage a tool (not shown) with the through hole 79 and screw the fastening bolt 78 in a direction opposite to the fastening direction. Thereby, the removal operation | work of the fastening bolt 78 is performed easily and reliably.

さらに、締結ボルト７８のねじ部７８ｂには、緩み防止剤が塗布されている。このため、締結ボルト７８を介してパネル部材６０ａ〜６０ｄとアングル部材６２ａ〜６２ｄとを締め付けた後、貫通孔部７９から緩み防止剤の充填状態を容易に視認することができる。従って、緩み防止剤が充填されたか否かを確実に確認することができ、締結ボルト７８の緩みを防止するとともに、所望の防水性を確保することが可能になる。 Further, a loosening preventive agent is applied to the threaded portion 78 b of the fastening bolt 78. For this reason, after the panel members 60 a to 60 d and the angle members 62 a to 62 d are fastened via the fastening bolts 78, it is possible to easily visually check the state of filling of the loosening prevention agent from the through hole portion 79. Therefore, it is possible to reliably check whether or not the loosening prevention agent is filled, and it is possible to prevent the fastening bolt 78 from loosening and to secure a desired waterproof property.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the fuel cell stack concerning the embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。FIG. 2 is a partially exploded schematic perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの断面側面図である。2 is a cross-sectional side view of the fuel cell stack. FIG. 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの一部拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する締結ボルトの斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a fastening bolt which constitutes the fuel cell stack. 特許文献１のセル電圧モニタの燃料電池スタックへの組り付け構造説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an assembly structure of a cell voltage monitor of Patent Document 1 to a fuel cell stack.

Explanation of symbols

１０…燃料電池スタック１２…発電セル
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
２４…ケーシング３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…金属セパレータ３５、３５ａ…セル電圧端子
４２…固体高分子電解質膜４４…アノード側電極
４６…カソード側電極４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路５２…酸化剤ガス流路
６０ａ〜６０ｄ…パネル部材６２ａ〜６２ｄ…アングル部材
６４ａ、６４ｂ…連結ピン７４ａ…凹部
７４ｂ…孔部７５…薄肉部
７６…ねじ孔７８…締結ボルト
７８ａ…頭部７８ｂ…ねじ部
７８ｃ…頭部端部８０ａ、８０ｂ…開口部
９０ａ、９０ｂ…セル電圧モニタ９２ａ、９２ｂ…コネクタ部
９４ａ、９４ｂ…カプラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Power generation cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18b ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 24 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator 35, 35a ... cell voltage terminal 42 ... solid polymer electrolyte membrane 44 ... anode side electrode 46 ... cathode side electrode 48 ... fuel gas passage 50 ... cooling medium passage 52 ... oxidant gas passage 60a-60d ... panel members 62a-62d ... Angle members 64a, 64b ... Connecting pin 74a ... Recess 74b ... Hole 75 ... Thin wall 76 ... Screw hole 78 ... Fastening bolt 78a ... Head 78b ... Screw part 78c ... Head end 80a, 80b ... Opening 90a, 90b ... Cell voltage monitor 92a, 92b ... Connector portion 94a, 94b ... Coupler

Claims

A fuel cell stack comprising a power generation cell having an electrolyte / electrode structure and a separator each having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte, and a stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
The casing includes a plurality of panel members that are disposed on the side of the laminated body, and end portions adjacent to each other are fixed via fastening bolts,
One panel member is formed with a recess having substantially the same inner diameter as the head outer diameter of the fastening bolt,
The fuel cell stack is characterized in that a head end surface of the fastening bolt is disposed on the same surface as an outer surface of the one panel member.

In the fuel cell stack according to claim 1, a cell voltage monitor for detecting a cell voltage for each power generation cell or for each of a plurality of power generation cells is attached to at least one panel member,
A fuel cell stack, wherein a connector that is detachable in a surface direction of the one panel member is attached to a connector portion provided on a side portion of the cell voltage monitor.

The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fastening bolt has a disk-shaped head,
The head is formed with a plurality of through holes for locking the bolt rotating tool,
A fuel cell stack, wherein a loosening preventive agent is applied to a thread portion of the fastening bolt.