JP2008103215A - Assembling method of fuel cell stack - Google Patents

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哲矢 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an assembling method of a fuel cell stack in which a required seal load is surely given and deformation of a separator is well controlled and defects such as damage and deterioration of an electrolyte-electrode assembly and a short circuit between separators can be prevented. <P>SOLUTION: The separator is provided with a first fuel gas supplying part 36 as well as a second fuel gas supplying part 60, a first pinching part 40 as well as a second pinching part 64 which are connected with the first fuel gas supplying part 36 and the second fuel gas supplying part 60 through first bridging parts 38, 64, and a first case 44 as well as a second case 68 which are connected with the first pinching part 40 and the second pinching part 64 through second bridging parts 42, 66. To begin with, after a first surface pressure F1 is generated near a fuel gas supplying communication hole 30, a second surface pressure F2 smaller than the first surface pressure F1 is generated near an oxidant gas supplying communication hole 54, and a third surface pressure F3 smaller than the second surface pressure F2 is generated at the electrolyte-electrode assembly 26. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法に関する。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode, and a separator, and a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked. Regarding the method.

通常、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as an electrolyte, and an electrolyte / electrode assembly in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the electrolyte. And sandwiched by separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

上記の燃料電池では、電解質・電極接合体を構成するアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス(例えば、水素ガス)及び酸化剤ガス(例えば、空気)を供給するために、セパレータの面方向に沿って燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が形成されている。   In the above fuel cell, in order to supply fuel gas (for example, hydrogen gas) and oxidant gas (for example, air) to the anode electrode and the cathode electrode constituting the electrolyte-electrode assembly, respectively, A fuel gas passage and an oxidant gas passage are formed along the same.

例えば、特許文献1に開示されている平板積層型燃料電池は、図19に示すように、発電セル(図示せず)に積層されるセパレータ1を備えている。セパレータ1は、左右のマニホールド部分2a、2aと、中央の発電セルを配置する部分2bとが、連結部分2c、2cにより連結されており、この連結部分2cが可撓性を有している。   For example, as shown in FIG. 19, a flat plate stacked fuel cell disclosed in Patent Document 1 includes a separator 1 that is stacked on a power generation cell (not shown). In the separator 1, left and right manifold portions 2a and 2a and a portion 2b in which a central power generation cell is disposed are connected by connecting portions 2c and 2c, and the connecting portion 2c has flexibility.

マニホールド部分2a、2aには、ガス孔3、4が設けられており、一方のガス孔3は、燃料ガス通路3aに連通するとともに、他方のガス孔4は、酸化剤ガス通路4aに連通している。燃料ガス通路3a及び酸化剤ガス通路4aは、部分2b内にらせん状に延在しており、この部分2bの中央部近傍で、図示しない燃料極集電体及び空気極集電体に開放されている。   The manifold portions 2a and 2a are provided with gas holes 3 and 4. One gas hole 3 communicates with the fuel gas passage 3a, and the other gas hole 4 communicates with the oxidant gas passage 4a. ing. The fuel gas passage 3a and the oxidant gas passage 4a extend spirally in the portion 2b, and are opened to a fuel electrode current collector and an air electrode current collector (not shown) near the center of the portion 2b. ing.

特開2006−120589号公報(図4)JP 2006-120589 A (FIG. 4)

ところで、上記の特許文献1では、マニホールド部分2a、2aのシール性と発電部である部分2bの接触性とを両立させることが望まれている。その際、特に燃料ガスの漏れを確実に防止する必要があり、マニホールド部分2a、2aのシール性の向上を図るために、大きな荷重のシール荷重を付与することが行われている。   By the way, in said patent document 1, it is desired to make compatible the sealing performance of the manifold parts 2a and 2a, and the contactability of the part 2b which is an electric power generation part. At that time, it is particularly necessary to surely prevent leakage of the fuel gas. In order to improve the sealing performance of the manifold portions 2a and 2a, a large seal load is applied.

しかしながら、連結部分2c、2cは、発電部である部分2bを囲むように形成されており、マニホールド部分2a、2aに大きな荷重が付与されると、前記各連結部分2c同士が近接し易い。これにより、部分2bの周縁から排ガスが排出されることを阻害するおそれがある。従って、電解質・電極接合体に温度勾配が生じ易くなり、電解質・電極接合体に損傷や劣化等の不良が生じたり、効率的且つ確実な発電反応の遂行が困難になるおそれがある。   However, the connecting portions 2c and 2c are formed so as to surround the portion 2b which is the power generation unit, and when a large load is applied to the manifold portions 2a and 2a, the connecting portions 2c are likely to approach each other. Thereby, there exists a possibility of inhibiting exhaust gas being discharged | emitted from the periphery of the part 2b. Therefore, a temperature gradient is likely to be generated in the electrolyte / electrode assembly, and the electrolyte / electrode assembly may be defective such as damage or deterioration, or it may be difficult to perform an efficient and reliable power generation reaction.

また、燃料電池全体の小型化及び軽量化を図ることが望まれており、このため、特にセパレータ1を可及的に薄肉状に構成する必要がある。ところが、薄肉状のセパレータ1では、部分2bに比較的小さな荷重が付与される一方、マニホールド部分2a、2aに大きな荷重が付与されると、前記セパレータ1に皺等の変形が惹起され易いという問題がある。これによって、電解質・電極接合体に損傷や劣化等の不良が生じたり、セパレータ間に短絡が生じ、効率的且つ確実な発電反応の遂行が困難になるおそれがある。   In addition, it is desired to reduce the size and weight of the entire fuel cell. For this reason, it is particularly necessary to configure the separator 1 as thin as possible. However, in the thin-walled separator 1, a relatively small load is applied to the portion 2 b, whereas when a large load is applied to the manifold portions 2 a and 2 a, deformation such as wrinkles easily occurs on the separator 1. There is. As a result, the electrolyte / electrode assembly may be damaged or deteriorated, or a short circuit may occur between the separators, making it difficult to perform an efficient and reliable power generation reaction.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、所望のシール荷重を確実に付与するとともに、セパレータの変形を良好に抑制し、電解質・電極接合体の損傷や劣化等の不良や、セパレータ間の短絡を阻止することが可能な燃料電池スタックの組み立て方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, reliably imparts a desired sealing load, suppresses the deformation of the separator well, and causes defects such as damage and deterioration of the electrolyte / electrode assembly, and between the separators. It is an object of the present invention to provide a method for assembling a fuel cell stack capable of preventing short circuit.

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔又は前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔が設けられる挟持部と、前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第1反応ガス供給通路が形成される第1橋架部と、前記第1橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第1反応ガス供給通路に供給するための第1反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第1反応ガス供給部と、前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第2反応ガス供給通路が形成される第2橋架部と、前記第2橋架部に連結され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第2反応ガス供給通路に供給するための第2反応ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される第2反応ガス供給部とを備えるとともに、前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法に関するものである。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly formed by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode, and a separator, and the separator sandwiches the electrolyte / electrode assembly. A sandwiching portion provided with at least a fuel gas supply hole for supplying fuel gas along the electrode surface of the anode electrode or an oxidant gas supply hole for supplying oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode And a first bridge part connected to the clamping part and forming a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas supply hole or supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole And a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the first reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. 1 reaction gas supply part and a second reaction gas supply passage connected to the sandwiching part for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole or the fuel gas to the fuel gas supply hole are formed. A second bridge portion connected to the second bridge portion, and a second reaction gas supply passage for supplying the oxidant gas or the fuel gas to the second reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. And a second reaction gas supply unit, and a method for assembling a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked.

そこで、本発明では、第1反応ガス供給部に積層方向に第1面圧(単位面積あたりの荷重)を発生させる第1荷重付与工程と、前記第1荷重付与工程の後、第2反応ガス供給部に前記積層方向に前記第1面圧よりも小さな第2面圧を発生させる第2荷重付与工程とを有している。   Therefore, in the present invention, the first reaction gas supply unit generates a first surface pressure (load per unit area) in the stacking direction, and the second reaction gas after the first load application step. And a second load applying step of generating a second surface pressure smaller than the first surface pressure in the stacking direction in the supply unit.

また、本発明では、第1反応ガス供給部に対して積層方向に第1荷重を付与する第1荷重付与工程と、前記第1荷重付与工程の後、第2反応ガス供給部に対して前記積層方向に第2荷重を付与する第2荷重付与工程とを有し、且つ、前記第1荷重を前記積層方向に受ける第1荷重受け部材の第1ヤング率は、前記第2荷重を前記積層方向に受ける第2荷重受け部材の第2ヤング率よりも大きい。   In the present invention, the first load applying step for applying a first load in the stacking direction to the first reactive gas supply unit, and the second reactive gas supply unit after the first load applying step, A second load applying step of applying a second load in the stacking direction, and the first Young's modulus of the first load receiving member receiving the first load in the stacking direction is the second load applied to the stack It is larger than the second Young's modulus of the second load receiving member received in the direction.

さらに、本発明では、第1反応ガス供給部に積層方向に第1面圧を発生させる第1荷重付与工程と、前記第1荷重付与工程の後、第2反応ガス供給部に前記積層方向に前記第1面圧よりも小さな第2面圧を発生させる第2荷重付与工程と、前記第2荷重付与工程の後、挟持部に前記積層方向に前記第2面圧よりも小さな第3面圧を発生させる第3荷重付与工程とを有している。   Further, in the present invention, after the first load applying step for generating the first surface pressure in the stacking direction in the first reaction gas supply unit, and after the first load applying step, the second reaction gas supply unit in the stacking direction. After the second load applying step for generating a second surface pressure smaller than the first surface pressure, and the second load applying step, a third surface pressure smaller than the second surface pressure in the stacking direction in the sandwiching portion. And a third load applying step for generating.

さらにまた、本発明では、第1反応ガス供給部に対して積層方向に第1荷重を付与する第1荷重付与工程と、前記第1荷重付与工程の後、第2反応ガス供給部に対して前記積層方向に第2荷重を付与する第2荷重付与工程と、前記第2荷重付与工程の後、挟持部に対して前記積層方向に第3荷重を付与する第3荷重付与工程とを有し、且つ、前記第1荷重を前記積層方向に受ける第1荷重受け部材の第1ヤング率、前記第2荷重を前記積層方向に受ける第2荷重受け部材の第2ヤング率、及び前記第3荷重を前記積層方向に受ける第3荷重受け部材の第3ヤング率は、第1ヤング率>第2ヤング率>第3ヤング率の関係を有している。   Furthermore, in the present invention, a first load applying step for applying a first load in the stacking direction to the first reactive gas supply unit, and a second reactive gas supply unit after the first load applying step. A second load applying step of applying a second load in the stacking direction; and a third load applying step of applying a third load in the stacking direction to the sandwiching portion after the second load applying step. And a first Young's modulus of a first load receiving member that receives the first load in the stacking direction, a second Young's modulus of a second load receiving member that receives the second load in the stacking direction, and the third load. The third Young's modulus of the third load receiving member receiving in the laminating direction has a relationship of first Young's modulus> second Young's modulus> third Young's modulus.

また、第1反応ガス供給部は、燃料ガス供給部である一方、第2反応ガス供給部は、酸化剤ガス供給部であることが好ましい。   The first reaction gas supply unit is preferably a fuel gas supply unit, while the second reaction gas supply unit is preferably an oxidant gas supply unit.

本発明では、先ず、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)である第1面圧が第1反応ガス供給部に発生した後、比較的小さな面圧(単位面積あたりの荷重)である第2面圧が第2反応ガス供給部に発生している。このため、最もシール荷重が要求される部位から順に、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)を発生させることができる。   In the present invention, first, after a first surface pressure that is a large surface pressure (load per unit area) is generated in the first reactive gas supply unit, a second surface pressure that is relatively small (load per unit area). A surface pressure is generated in the second reaction gas supply unit. For this reason, it is possible to generate a large surface pressure (a load per unit area) in order from the portion where the seal load is most required.

従って、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)の発生によりセパレータに歪みが発生しても、この歪みが第1橋架部や第2橋架部の他、小さな面圧(単位面積あたりの荷重)の発生する側の部位に分散吸収され、該歪みが残存することがない。これにより、特に薄肉状のセパレータであっても、歪み等による変形が惹起することを良好に阻止して、セパレータ間に短絡が生じるのを阻止するとともに、所望の大きな面圧(単位面積あたりの荷重)を確実に発生させることができ、ガスシール性の向上が容易に図られる。   Therefore, even if the separator is distorted due to the generation of a large surface pressure (load per unit area), this distortion is caused by a small surface pressure (load per unit area) in addition to the first and second bridge portions. It is dispersed and absorbed at the site where it is generated, and the strain does not remain. As a result, even in the case of a thin-walled separator, it is possible to satisfactorily prevent the occurrence of deformation due to distortion and the like, thereby preventing a short circuit between the separators, and a desired large surface pressure (per unit area). Load) can be reliably generated, and the gas sealing property can be easily improved.

また、本発明では、大きなヤング率である第1ヤング率の第1荷重受け部材に第1荷重が付与された後、小さなヤング率である第2ヤング率の第2荷重受け部材に第2荷重が付与されている。このため、最もシール荷重が要求される部位から順に、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)を発生させることができ、第2荷重受け部材による荷重吸収作用等を介してセパレータの変形を有効に抑制して、セパレータ間に短絡が生じるのを阻止するとともに、ガスシール性を良好に向上させることが可能になる。   Further, in the present invention, after the first load is applied to the first load receiving member having the first Young's modulus having a large Young's modulus, the second load is applied to the second load receiving member having the second Young's modulus having a small Young's modulus. Is granted. For this reason, it is possible to generate a large surface pressure (a load per unit area) in order from the part where the seal load is most required, and the deformation of the separator is effectively performed through the load absorbing action by the second load receiving member. It is possible to suppress the short circuit between the separators and improve the gas sealing performance.

さらに、本発明では、先ず、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)である第1面圧が第1反応ガス供給部に発生した後、比較的小さな面圧(単位面積あたりの荷重)である第2面圧が第2反応ガス供給部に発生し、さらに小さな面圧(単位面積あたりの荷重)である第3面圧が挟持部に発生している。このため、最もシール面圧が要求される部位から順に、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)を発生させることができるとともに、発電部分である電解質・電極接合体の電気的接触性を確実に維持し、しかも前記電解質・電極接合体の損傷や劣化を有効に阻止することが可能になる。従って、セパレータの変形を抑制し、セパレータ間に短絡が生じるのを阻止して、反応ガスの漏れを確実に阻止するとともに、効率的且つ確実な発電反応が遂行可能になる。   Furthermore, in the present invention, first, after the first surface pressure, which is a large surface pressure (load per unit area), is generated in the first reaction gas supply unit, the surface pressure is relatively small (load per unit area). A second surface pressure is generated in the second reaction gas supply unit, and a third surface pressure, which is a smaller surface pressure (load per unit area), is generated in the clamping unit. For this reason, it is possible to generate a large surface pressure (load per unit area) in order from the part where the seal surface pressure is most required, and to ensure the electrical contact of the electrolyte / electrode assembly that is the power generation part. In addition, it is possible to effectively prevent damage and deterioration of the electrolyte / electrode assembly. Therefore, the deformation of the separator is suppressed, the occurrence of a short circuit between the separators is prevented, the reaction gas is surely prevented from leaking, and an efficient and reliable power generation reaction can be performed.

さらにまた、本発明では、大きなヤング率である第1ヤング率の第1荷重受け部材に第1荷重が付与された後、小さなヤング率である第2ヤング率の第2荷重受け部材に第2荷重が付与され、さらに小さなヤング率である第3ヤング率の第3荷重受け部材に第3荷重が付与されている。   Furthermore, in the present invention, after the first load is applied to the first load receiving member having the first Young's modulus having a large Young's modulus, the second load receiving member having the second Young's modulus having a small Young's modulus is applied to the second load receiving member. A load is applied, and a third load is applied to a third load receiving member having a third Young's modulus, which is a smaller Young's modulus.

このため、最もシール面圧が要求される部位から順に、大きな面圧(単位面積あたりの荷重)を発生させることができるとともに、電解質・電極接合体の電気的接触性を確実に維持し、しかも前記電解質・電極接合体の損傷や劣化を有効に阻止することが可能になる。これにより、セパレータの変形を有効に抑制して、セパレータ間に短絡が生じるのを阻止するとともに、ガスシール性を良好に向上させ、効率的且つ確実な発電反応を行うことができる。   For this reason, it is possible to generate a large surface pressure (load per unit area) in order from the part where the seal surface pressure is most required, and to reliably maintain the electrical contact property of the electrolyte / electrode assembly. It is possible to effectively prevent damage and deterioration of the electrolyte / electrode assembly. Thereby, deformation of the separator can be effectively suppressed to prevent a short circuit between the separators, and the gas sealing property can be improved satisfactorily, and an efficient and reliable power generation reaction can be performed.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る組み立て方法が採用される燃料電池スタック12の概略斜視説明図であり、図2は、前記燃料電池スタック12の、図1中、II−II線断面図である。   FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 12 in which the assembly method according to the first embodiment of the present invention is adopted, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack 12 in FIG. It is line sectional drawing.

燃料電池スタック12は、複数の燃料電池10が矢印A方向に積層されている。燃料電池10は、固体電解質型燃料電池であり、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。   In the fuel cell stack 12, a plurality of fuel cells 10 are stacked in the direction of arrow A. The fuel cell 10 is a solid oxide fuel cell and is used for various purposes such as in-vehicle use as well as stationary use.

燃料電池10は、図3及び図4に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)20の両面に、カソード電極22及びアノード電極24が設けられた電解質・電極接合体26を備える。電解質・電極接合体26は、円板状に形成される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel cell 10 is provided with a cathode electrode 22 and an anode electrode 24 on both surfaces of an electrolyte (electrolyte plate) 20 made of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia, for example. The electrolyte / electrode assembly 26 is provided. The electrolyte / electrode assembly 26 is formed in a disc shape.

燃料電池10は、図3に示すように、一対のセパレータ28間に複数(例えば、4個)の電解質・電極接合体26を挟んで構成される。セパレータ28間には、このセパレータ28の中心部である燃料ガス供給連通孔30を中心にして等角度間隔ずつ離間し且つ前記燃料ガス供給連通孔30と同心円上に4個の電解質・電極接合体26が配置される。   As shown in FIG. 3, the fuel cell 10 includes a plurality of (for example, four) electrolyte / electrode assemblies 26 sandwiched between a pair of separators 28. Between the separators 28, four electrolyte / electrode assemblies are spaced apart at equal angular intervals around the fuel gas supply communication hole 30, which is the center of the separator 28, and concentrically with the fuel gas supply communication hole 30. 26 is arranged.

セパレータ28は、例えば、ステンレス等の板金で構成される第1プレート32及び第2プレート34を有する。第1プレート32及び第2プレート34は、薄肉状に形成されている。第1プレート32及び第2プレート34は、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。第1プレート32及び第2プレート34は、金属プレートに代えて、例えば、カーボンプレート等(接合方法は省略する)で構成してもよい。   Separator 28 has the 1st plate 32 and the 2nd plate 34 which consist of sheet metal, such as stainless steel, for example. The first plate 32 and the second plate 34 are formed in a thin shape. The first plate 32 and the second plate 34 are joined to each other by diffusion bonding, laser welding, brazing, or the like. The first plate 32 and the second plate 34 may be constituted by, for example, a carbon plate or the like (the bonding method is omitted) instead of the metal plate.

図3及び図5に示すように、第1プレート32は、中央部に積層方向(矢印A方向)に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔(第1反応ガス供給連通孔)30が形成される第1燃料ガス供給部(第1反応ガス供給部)36を有する。この第1燃料ガス供給部36から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する4つの第1橋架部38を介し、比較的大径な第1挟持部40が一体に設けられる。第1挟持部40は、電解質・電極接合体26と略同一寸法に設定されるとともに、各第1挟持部40には、短尺な第2橋架部42を介して環状の第1筐体部44が一体に設けられる。   As shown in FIGS. 3 and 5, the first plate 32 has a fuel gas supply communication hole (first reaction gas supply communication hole) for supplying fuel gas along the stacking direction (arrow A direction) to the center portion. 30 includes a first fuel gas supply unit (first reaction gas supply unit) 36 formed therein. A relatively large-diameter first sandwiching portion 40 is integrally provided via four first bridge portions 38 that extend radially away from the first fuel gas supply portion 36 at equal angular intervals. The first clamping part 40 is set to have substantially the same dimensions as the electrolyte / electrode assembly 26, and each first clamping part 40 has an annular first housing part 44 via a short second bridge part 42. Are provided integrally.

第1挟持部40のアノード電極24に接触する面には、前記アノード電極24の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路46を形成する複数の突起部48が設けられる。突起部48は、集電部を構成する。第1挟持部40の略中央には、燃料ガス供給連通孔30側に偏心しアノード電極24の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔52が形成される。   A plurality of protrusions 48 that form fuel gas passages 46 for supplying fuel gas along the electrode surface of the anode electrode 24 are provided on the surface of the first sandwiching portion 40 that contacts the anode electrode 24. The protrusion 48 constitutes a current collector. A fuel gas supply hole 52 that is eccentric to the fuel gas supply communication hole 30 side and that supplies fuel gas toward the substantially central part of the anode electrode 24 is formed at the approximate center of the first clamping part 40.

第1筐体部44は、酸化剤ガスを後述する酸化剤ガス供給通路78に供給するための酸化剤ガス供給連通孔(第2反応ガス供給連通孔)54が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部(第2反応ガス供給部)56を有する。第1筐体部44には、複数のボルト挿入用孔部58が所定角度間隔ずつ離間して設けられる。燃料ガス供給連通孔30、第1橋架部38、第1挟持部40、第2橋架部42及び酸化剤ガス供給連通孔54は、セパレータ面方向に沿って直線上に配置される。   The first casing portion 44 has an oxidant gas supply communication hole (second reaction gas supply communication hole) 54 for supplying an oxidant gas to an oxidant gas supply passage 78 to be described later. A gas supply unit (second reaction gas supply unit) 56 is provided. The first housing portion 44 is provided with a plurality of bolt insertion holes 58 spaced apart by a predetermined angular interval. The fuel gas supply communication hole 30, the first bridge part 38, the first clamping part 40, the second bridge part 42, and the oxidant gas supply communication hole 54 are arranged on a straight line along the separator surface direction.

図3及び図6に示すように、第2プレート34は、中央部に燃料ガス供給連通孔30が形成される第2燃料ガス供給部(第1反応ガス供給部)60を有する。この第2燃料ガス供給部60から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する4つの第1橋架部62を介して比較的大径な第2挟持部64が一体に設けられる。第2挟持部64は、第1挟持部40と同様に、電解質・電極接合体26と略同一寸法に設定されるとともに、各第2挟持部64には、短尺な第2橋架部66を介して環状の第2筐体部68が一体に設けられる。   As shown in FIGS. 3 and 6, the second plate 34 has a second fuel gas supply part (first reaction gas supply part) 60 in which the fuel gas supply communication hole 30 is formed in the center. A second sandwiching portion 64 having a relatively large diameter is integrally provided via four first bridge portions 62 that extend radially away from the second fuel gas supply portion 60 at equal angular intervals. Similar to the first clamping unit 40, the second clamping unit 64 is set to have substantially the same dimensions as the electrolyte / electrode assembly 26, and each second clamping unit 64 is provided with a short second bridge 66. The annular second casing 68 is integrally provided.

第2燃料ガス供給部60の第1燃料ガス供給部36と接合される面には、燃料ガス供給連通孔30に連通する複数の溝部70が、前記燃料ガス供給連通孔30を中心にして放射状に形成される。各溝部70は、周溝72に一体に連通するとともに、前記周溝72には、4本の燃料ガス供給通路(第1反応ガス供給通路)74が連通する。各燃料ガス供給通路74は、各第1橋架部62から各第2挟持部64の中央部近傍に延在し、第1プレート32の燃料ガス供給孔52に対応して終端する。   A plurality of grooves 70 communicating with the fuel gas supply communication hole 30 are radially formed on the surface of the second fuel gas supply part 60 joined to the first fuel gas supply part 36 with the fuel gas supply communication hole 30 as a center. Formed. Each groove portion 70 communicates integrally with the circumferential groove 72, and four fuel gas supply passages (first reaction gas supply passages) 74 communicate with the circumferential groove 72. Each fuel gas supply passage 74 extends from each first bridge portion 62 to the vicinity of the center portion of each second clamping portion 64 and ends corresponding to the fuel gas supply hole 52 of the first plate 32.

第2筐体部68には、酸化剤ガス供給連通孔54が積層方向に形成される酸化剤ガス供給部56と、ボルト挿入用孔部58とが設けられる。この第2筐体部68の第1筐体部44に接合される面には、酸化剤ガス供給連通孔54から供給される酸化剤ガスを充填するための充填室76が形成される。   The second casing 68 is provided with an oxidant gas supply part 56 in which an oxidant gas supply communication hole 54 is formed in the stacking direction, and a bolt insertion hole 58. A filling chamber 76 for filling the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply communication hole 54 is formed on the surface joined to the first case 44 of the second case 68.

充填室76は、各第2橋架部66から各第2挟持部64の中央部近傍まで延在する酸化剤ガス供給通路(第2反応ガス供給通路)78に連通する。酸化剤ガス供給通路78の先端には、第2挟持部64を貫通する酸化剤ガス供給孔80が連通する。   The filling chambers 76 communicate with oxidant gas supply passages (second reaction gas supply passages) 78 extending from the second bridge portions 66 to the vicinity of the central portion of the second holding portions 64. An oxidant gas supply hole 80 penetrating the second clamping part 64 communicates with the tip of the oxidant gas supply passage 78.

第1プレート32には、複数の突起部48が、例えば、エッチングにより形成されるとともに、第2プレート34には、溝部70、周溝72、燃料ガス供給通路74、充填室76及び酸化剤ガス供給通路78が、例えば、エッチングにより形成される。   The first plate 32 has a plurality of protrusions 48 formed by, for example, etching, and the second plate 34 has a groove 70, a circumferential groove 72, a fuel gas supply passage 74, a filling chamber 76, and an oxidant gas. The supply passage 78 is formed by etching, for example.

図3に示すように、第2プレート34のカソード電極22に向かう面には、変形可能な弾性通路部、例えば、金属フェルト等の導電性不織布である導電性フェルト部材(第3荷重受け部材)84が配設される。このフェルト部材84により、第2挟持部64とカソード電極22との間には、酸化剤ガス通路86が形成される。なお、フェルト部材84に代えて、メッシュ部材(金属メッシュ等の導電性織布)、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル又はプレスエンボスメタル等を採用してもよい。電解質・電極接合体26の外周部には、反応後の燃料ガス及び酸化剤ガスを排ガスとして排出するための排ガス通路88が設けられる。   As shown in FIG. 3, the surface of the second plate 34 facing the cathode electrode 22 has a deformable elastic passage portion, for example, a conductive felt member (third load receiving member) that is a conductive nonwoven fabric such as metal felt. 84 is disposed. The felt member 84 forms an oxidant gas passage 86 between the second sandwiching portion 64 and the cathode electrode 22. Instead of the felt member 84, a mesh member (conductive woven fabric such as a metal mesh), foam metal, expanded metal, punching metal, press embossed metal, or the like may be employed. An exhaust gas passage 88 for discharging the reacted fuel gas and oxidant gas as exhaust gas is provided on the outer periphery of the electrolyte / electrode assembly 26.

図7に示すように、各セパレータ28間には、燃料ガス供給連通孔30をシールするための第1絶縁シール(第1荷重受け部材)90と、酸化剤ガス供給連通孔54をシールするための第2絶縁シール(第2荷重受け部材)92とが設けられる。第1絶縁シール90及び第2絶縁シール92は、シール性が高く、硬質で潰れ難い、例えば、地殻成分系素材、硝子系素材、粘土とプラスチックの複合素材等が使用される。また、第2絶縁シール92は、熱エネルギの拡散を阻止する断熱部材であることが好ましい。第2絶縁シール92は、第1筐体部44及び第2筐体部68に対応して略リング状に形成される。   As shown in FIG. 7, between each separator 28, a first insulating seal (first load receiving member) 90 for sealing the fuel gas supply communication hole 30 and an oxidant gas supply communication hole 54 are sealed. The second insulating seal (second load receiving member) 92 is provided. The first insulating seal 90 and the second insulating seal 92 have high sealing properties and are hard and not easily crushed. For example, a crust component material, a glass material, a composite material of clay and plastic, or the like is used. The second insulating seal 92 is preferably a heat insulating member that prevents diffusion of thermal energy. The second insulating seal 92 is formed in a substantially ring shape corresponding to the first casing portion 44 and the second casing portion 68.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタック12は、複数の燃料電池10の積層方向一端に、略円板状の第1エンドプレート94aが配置されるとともに、積層方向他端に、隔壁95を介装して小径且つ略円板状の複数の第2エンドプレート94bと、大径且つ略リング状の固定リング94cとが配置される。隔壁95は、排ガスが燃料電池10の外部に拡散することを阻止する機能を有する一方、第2エンドプレート94bは、各電解質・電極接合体26の積層位置に対応して4つ配設される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 12 has a substantially disc-shaped first end plate 94 a disposed at one end in the stacking direction of the plurality of fuel cells 10, and a partition wall at the other end in the stacking direction. A plurality of second end plates 94b each having a small diameter and a substantially disk shape with a large number 95 interposed, and a fixing ring 94c having a large diameter and a substantially ring shape. The partition walls 95 have a function of preventing the exhaust gas from diffusing to the outside of the fuel cell 10, while four second end plates 94 b are arranged corresponding to the stack positions of the electrolyte / electrode assemblies 26. .

第1エンドプレート94a及び固定リング94cは、セパレータ28のボルト挿入用孔部58に連通する複数の孔部96を有する。孔部96からボルト挿入用孔部58に挿入されるボルト98及び前記ボルト98に螺合するナット100を介し、セパレータ28の第1筐体部44及び第2筐体部68が第1エンドプレート94aに締め付け固定される。   The first end plate 94 a and the fixing ring 94 c have a plurality of holes 96 that communicate with the bolt insertion holes 58 of the separator 28. The first housing 44 and the second housing 68 of the separator 28 are connected to the first end plate via the bolt 98 inserted into the bolt insertion hole 58 from the hole 96 and the nut 100 screwed into the bolt 98. Fastened to 94a.

第1エンドプレート94aには、燃料ガス供給連通孔30に連通する単一の燃料ガス供給パイプ102と、各酸化剤ガス供給連通孔54に連通する4本の酸化剤ガス供給パイプ104と、排ガス通路88に連通する4本の排ガス排出パイプ105とが設けられる。   The first end plate 94a includes a single fuel gas supply pipe 102 communicating with the fuel gas supply communication hole 30, four oxidant gas supply pipes 104 communicating with the respective oxidant gas supply communication holes 54, and exhaust gas. Four exhaust gas discharge pipes 105 communicating with the passage 88 are provided.

第1エンドプレート94aは、複数のボルト98、ナット108a、108b及び板状カラー部材110を介して支持プレート112が固定される。支持プレート112と第1エンドプレート94aとの間には、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60(第1反応ガス供給部)に対して積層方向に第1締め付け荷重T1を付与する第1荷重付与機構114と、酸化剤ガス供給部56(第2反応ガス供給部)に対して前記積層方向に第2締め付け荷重T2を付与する第2荷重付与機構116と、第1挟持部40及び第2挟持部64を介し各電解質・電極接合体26に対して前記積層方向に第3締め付け荷重T3を付与する第3荷重付与機構118とが設けられる。   The support plate 112 is fixed to the first end plate 94 a via a plurality of bolts 98, nuts 108 a and 108 b and a plate-like collar member 110. Between the support plate 112 and the first end plate 94a, a first tightening load T1 is applied in the stacking direction with respect to the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60 (first reaction gas supply unit). A first load applying mechanism 114 to be applied; a second load applying mechanism 116 for applying a second tightening load T2 in the stacking direction to the oxidant gas supply unit 56 (second reaction gas supply unit); A third load application mechanism 118 that applies a third tightening load T3 in the stacking direction to each electrolyte / electrode assembly 26 via the part 40 and the second clamping part 64 is provided.

第1の実施形態では、第1締め付け荷重T1が付与されることにより第1反応ガス供給部に発生する第1面圧(単位面積あたりの荷重)F1、第2締め付け荷重T2が付与されることにより第2反応ガス供給部に発生する第2面圧(単位面積あたりの荷重)F2、及び第3締め付け荷重T3が付与されることにより挟持部に発生する第3面圧(単位面積あたりの荷重)F3は、第1面圧F1>第2面圧F2>第3面圧F3の関係に設定される。第1締め付け荷重T1を積層方向に受ける第1絶縁シール90の第1ヤング率E1、第2締め付け荷重T2を前記積層方向に受ける第2絶縁シール92の第2ヤング率E2、及び第3締め付け荷重T3を前記積層方向に受けるフェルト部材84の第3ヤング率E3は、第1ヤング率E1>第2ヤング率E2>第3ヤング率E3の関係に設定される。   In the first embodiment, the first contact pressure (load per unit area) F1 and the second tightening load T2 generated in the first reaction gas supply unit by applying the first tightening load T1 are applied. The second surface pressure (load per unit area) F2 generated in the second reaction gas supply unit and the third surface pressure (load per unit area) generated in the clamping unit by applying the third tightening load T3. ) F3 is set such that the first surface pressure F1> the second surface pressure F2> the third surface pressure F3. The first Young's modulus E1 of the first insulating seal 90 that receives the first tightening load T1 in the stacking direction, the second Young's modulus E2 of the second insulating seal 92 that receives the second tightening load T2 in the stacking direction, and the third tightening load The third Young's modulus E3 of the felt member 84 that receives T3 in the stacking direction is set such that the first Young's modulus E1> the second Young's modulus E2> the third Young's modulus E3.

具体的には、ステンレス等の金属製セパレータ28のヤング率が約200GPaであるのに対して、第1ヤング率E1が約1GPa〜約20GPa、第2ヤング率E2が約100MPa〜約1GPa、及び第3ヤング率E3が約100MPa以下であることが好ましい。   Specifically, while the Young's modulus of the metallic separator 28 such as stainless steel is about 200 GPa, the first Young's modulus E1 is about 1 GPa to about 20 GPa, the second Young's modulus E2 is about 100 MPa to about 1 GPa, and The third Young's modulus E3 is preferably about 100 MPa or less.

第1荷重付与機構114は、図2に示すように、燃料ガス供給連通孔30から燃料ガスが漏れることを阻止するために燃料電池10の中央部(第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60の中央部)に配置される押圧部材120を備え、この押圧部材120は、4つの第2エンドプレート94bの配列中心近傍に位置して前記燃料電池10に隔壁95を介して押圧する。押圧部材120には、第1受け部材122a及び第2受け部材122bを介して第1スプリング124が配置される。第2受け部材122bには、第1押圧ボルト126の先端が当接する。第1押圧ボルト126は、支持プレート112に形成された第1ねじ孔128に螺合するとともに、第1ナット130を介して位置調整可能に固定される。   As shown in FIG. 2, the first load applying mechanism 114 is configured to prevent the fuel gas from leaking from the fuel gas supply communication hole 30 (the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas). A pressing member 120 disposed in the central portion of the gas supply unit 60, and the pressing member 120 is positioned near the arrangement center of the four second end plates 94 b and presses the fuel cell 10 via the partition wall 95. To do. A first spring 124 is disposed on the pressing member 120 via a first receiving member 122a and a second receiving member 122b. The tip of the first pressing bolt 126 abuts on the second receiving member 122b. The first pressing bolt 126 is screwed into a first screw hole 128 formed in the support plate 112 and is fixed through a first nut 130 so that the position can be adjusted.

第2荷重付与機構116は、孔部96からボルト挿入用孔部58に挿入されるボルト98と、前記ボルト98に螺合するナット100とを備え、酸化剤ガス供給部56から酸化剤ガスが漏れることを阻止する機能を有する。   The second load applying mechanism 116 includes a bolt 98 inserted into the bolt insertion hole 58 from the hole 96 and a nut 100 screwed into the bolt 98, and an oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply unit 56. It has a function to prevent leakage.

第3荷重付与機構118は、第2エンドプレート94bに各電解質・電極接合体26に対応して配置される第3受け部材132aを備える。第3受け部材132aは、ピン134を介して第2エンドプレート94bに位置決め支持される。第3受け部材132aに第2スプリング136の一端が当接する一方、前記第2スプリング136の他端が第4受け部材132bに当接する。第4受け部材132bには、第2押圧ボルト138の先端が当接する。第2押圧ボルト138は、支持プレート112に形成された第2ねじ孔140に螺合するとともに、第2ナット142を介して位置調整可能に固定される。   The third load applying mechanism 118 includes a third receiving member 132 a disposed on the second end plate 94 b corresponding to each electrolyte / electrode assembly 26. The third receiving member 132a is positioned and supported by the second end plate 94b via the pins 134. One end of the second spring 136 contacts the third receiving member 132a, while the other end of the second spring 136 contacts the fourth receiving member 132b. The tip of the second pressing bolt 138 contacts the fourth receiving member 132b. The second pressing bolt 138 is screwed into a second screw hole 140 formed in the support plate 112 and is fixed via a second nut 142 so that the position can be adjusted.

このように構成される燃料電池スタック12の動作について、第1の実施形態に係る組み立て方法との関連で、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 12 configured as described above will be described below in relation to the assembling method according to the first embodiment.

先ず、第1エンドプレート94aに対して、4個の電解質・電極接合体26を挟んだ一対のセパレータ28が所定数だけ積層された後、隔壁95、押圧部材120、固定リング94c及び各電解質・電極接合体26の積層位置に対応して4つの第2エンドプレート94bが配置される。次いで、第1荷重付与機構114及び第3荷重付与機構118が配置されるとともに、支持プレート112がボルト98、ナット108a、108b及び板状カラー部材110を介して第1エンドプレート94aに固定される。この状態で、第1荷重付与機構114が操作される。   First, after a predetermined number of separators 28 sandwiching the four electrolyte / electrode assemblies 26 are stacked on the first end plate 94a, the partition wall 95, the pressing member 120, the fixing ring 94c, and each electrolyte / electrode Four second end plates 94b are arranged corresponding to the position where the electrode assembly 26 is stacked. Next, the first load applying mechanism 114 and the third load applying mechanism 118 are disposed, and the support plate 112 is fixed to the first end plate 94a via the bolts 98, nuts 108a and 108b, and the plate-like collar member 110. . In this state, the first load applying mechanism 114 is operated.

この第1荷重付与機構114では、第1押圧ボルト126が支持プレート112の第1ねじ孔128にねじ込まれることにより、前記第1押圧ボルト126の先端が、第2受け部材122bを押圧部材120側に押圧する。このため、第1反応ガス供給部である第1燃料ガス供給部36、及び第2燃料ガス供給部60には、第1スプリング124を介して積層方向に第1締め付け荷重T1が付与され、第1面圧F1が発生する。   In the first load applying mechanism 114, the first pressing bolt 126 is screwed into the first screw hole 128 of the support plate 112, so that the tip of the first pressing bolt 126 pushes the second receiving member 122b to the pressing member 120 side. Press on. For this reason, the first tightening load T1 is applied to the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60, which are the first reaction gas supply units, in the stacking direction via the first spring 124, and One surface pressure F1 is generated.

次に、第2荷重付与機構116を構成するナット100をボルト98にねじ込むことにより、第1エンドプレート94a及び固定リング94c間に積層方向に締め付け力が付与される。これにより、第2反応ガス供給部である酸化剤ガス供給部56には、積層方向に第2締め付け荷重T2が付与され、第2面圧F2が発生する。   Next, the nut 100 constituting the second load applying mechanism 116 is screwed into the bolt 98, whereby a tightening force is applied in the stacking direction between the first end plate 94a and the fixing ring 94c. As a result, the second tightening load T2 is applied to the oxidant gas supply unit 56, which is the second reaction gas supply unit, in the stacking direction, and a second surface pressure F2 is generated.

さらに、第3荷重付与機構118を構成する第2押圧ボルト138が、支持プレート112の第2ねじ孔140にねじ込まれる。このため、第2押圧ボルト138の先端は、第4受け部材132bを第3受け部材132a側に押圧する。従って、各第2エンドプレート94bには、第2スプリング136を介して押圧力が付与され、第1挟持部40及び第2挟持部64を介して各電解質・電極接合体26には、積層方向に第3締め付け荷重T3が付与され、第3面圧F3が発生する。その際、第1面圧F1>第2面圧F2>第3面圧F3の関係を有している。   Further, the second pressing bolt 138 constituting the third load applying mechanism 118 is screwed into the second screw hole 140 of the support plate 112. For this reason, the tip of the second pressing bolt 138 presses the fourth receiving member 132b toward the third receiving member 132a. Therefore, a pressing force is applied to each second end plate 94b via the second spring 136, and each electrolyte / electrode assembly 26 is stacked in the stacking direction via the first clamping part 40 and the second clamping part 64. The third tightening load T3 is applied to the third surface pressure F3. In that case, it has the relationship of 1st surface pressure F1> 2nd surface pressure F2> 3rd surface pressure F3.

一方、最初に付与される第1締め付け荷重T1を積層方向に受ける第1絶縁シール90の第1ヤング率E1と、次に付与される第2締め付け荷重T2を前記積層方向に受ける第2絶縁シール92の第2ヤング率E2と、最後に付与される第3締め付け荷重T3を前記積層方向に受けるフェルト部材84の第3ヤング率E3とは、第1ヤング率E1>第2ヤング率E2>第3ヤング率E3の関係を有している。   On the other hand, the first Young's modulus E1 of the first insulating seal 90 that receives the first tightening load T1 applied first in the stacking direction and the second insulating seal that receives the second tightening load T2 applied next in the stacking direction. The second Young's modulus E2 of 92 and the third Young's modulus E3 of the felt member 84 that receives the last applied third tightening load T3 in the laminating direction are: first Young's modulus E1> second Young's modulus E2> first It has a relationship of 3 Young's modulus E3.

上記のように組み付けられた燃料電池スタック12では、図1に示すように、第1エンドプレート94aに接続されている燃料ガス供給パイプ102から燃料ガス供給連通孔30には、燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給パイプ104から酸化剤ガス供給連通孔54には、酸素含有ガスである空気が供給される。   In the fuel cell stack 12 assembled as described above, fuel gas is supplied from the fuel gas supply pipe 102 connected to the first end plate 94a to the fuel gas supply communication hole 30, as shown in FIG. At the same time, air, which is an oxygen-containing gas, is supplied from the oxidant gas supply pipe 104 to the oxidant gas supply communication hole 54.

燃料ガス供給連通孔30に供給された燃料ガスは、図4及び図7に示すように、積層方向(矢印A方向)に移動しながら、各燃料電池10を構成するセパレータ28の第2プレート34に形成された溝部70から周溝72を介して各燃料ガス供給通路74に供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路74に沿って移動した後、第1プレート32に形成された燃料ガス供給孔52から燃料ガス通路46に導入される。   As shown in FIGS. 4 and 7, the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication hole 30 moves in the stacking direction (arrow A direction), and the second plate 34 of the separator 28 constituting each fuel cell 10. The fuel gas is supplied to each fuel gas supply passage 74 through a circumferential groove 72 from the groove portion 70 formed in the above. The fuel gas moves along the fuel gas supply passage 74 and is then introduced into the fuel gas passage 46 from the fuel gas supply hole 52 formed in the first plate 32.

燃料ガス供給孔52は、各電解質・電極接合体26のアノード電極24の略中心位置に対応して設けられている。従って、燃料ガスは、燃料ガス供給孔52からアノード電極24に供給され、このアノード電極24の略中心部から外周部に向かって燃料ガス通路46を流動する。   The fuel gas supply hole 52 is provided corresponding to the approximate center position of the anode electrode 24 of each electrolyte / electrode assembly 26. Accordingly, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply hole 52 to the anode electrode 24 and flows through the fuel gas passage 46 from the substantially central portion of the anode electrode 24 toward the outer peripheral portion.

一方、酸化剤ガス供給部56に供給される空気は、第1プレート32の第1筐体部44と第2プレート34の第2筐体部68との間に設けられる充填室76に一旦充填される。この充填室76には、酸化剤ガス供給通路78が連通しており、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス供給通路78に沿って第1挟持部40及び第2挟持部64の中心側に移動する。   On the other hand, the air supplied to the oxidant gas supply unit 56 is once filled into a filling chamber 76 provided between the first housing unit 44 of the first plate 32 and the second housing unit 68 of the second plate 34. Is done. An oxidant gas supply passage 78 communicates with the filling chamber 76, and the oxidant gas moves along the respective oxidant gas supply passages 78 to the center side of the first sandwiching portion 40 and the second sandwiching portion 64. To do.

第2挟持部64の中心近傍には、酸化剤ガス供給孔80が連通するとともに、前記酸化剤ガス供給孔80は、電解質・電極接合体26のカソード電極22の略中心位置に対応して設けられている。これにより、空気は、図7に示すように、酸化剤ガス供給孔80からカソード電極22に供給され、このカソード電極22の略中心部から外周部に向かってフェルト部材84に形成された酸化剤ガス通路86を流動する。   An oxidant gas supply hole 80 communicates in the vicinity of the center of the second sandwiching portion 64, and the oxidant gas supply hole 80 is provided corresponding to a substantially central position of the cathode electrode 22 of the electrolyte / electrode assembly 26. It has been. As a result, as shown in FIG. 7, air is supplied from the oxidant gas supply hole 80 to the cathode electrode 22, and the oxidant formed on the felt member 84 from the substantially central portion of the cathode electrode 22 toward the outer peripheral portion. The gas passage 86 flows.

従って、各電解質・電極接合体26では、アノード電極24の略中心部から外周部に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極22の略中心部から外周部に向かって空気が供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び空気は、排ガスとして各電解質・電極接合体26の外周部から排ガス通路88に排気される。   Accordingly, in each electrolyte / electrode assembly 26, fuel gas is supplied from the substantially central portion of the anode electrode 24 toward the outer peripheral portion, and air is supplied from the substantially central portion of the cathode electrode 22 toward the outer peripheral portion, Power generation is performed. The fuel gas and air used for power generation are exhausted from the outer periphery of each electrolyte / electrode assembly 26 to the exhaust gas passage 88 as exhaust gas.

この場合、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60は、燃料ガスの漏れを可及的に阻止する必要があり、高精度なガスシール性が求められている。また、酸化剤ガス供給部56は、同様に、酸化剤ガスの漏れを有効に阻止するために、所望のガスシール性を確保する必要があるものの、燃料ガスに比べてガス漏れに対するシール性の要求は比較的低い。さらに、電解質・電極接合体26では、セパレータ28との電気的接触性を確保する必要がある一方、必要以上の荷重の付与によって前記電解質・電極接合体26が損傷することを防止する必要がある。   In this case, the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60 need to prevent leakage of the fuel gas as much as possible, and are required to have highly accurate gas sealing properties. Similarly, the oxidant gas supply unit 56 needs to ensure a desired gas sealing property in order to effectively prevent leakage of the oxidant gas, but has a sealing property against gas leakage as compared with the fuel gas. The demand is relatively low. Further, in the electrolyte / electrode assembly 26, it is necessary to ensure electrical contact with the separator 28, while it is necessary to prevent the electrolyte / electrode assembly 26 from being damaged by applying an excessive load. .

このため、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に積層方向に発生する第1面圧F1と、酸化剤ガス供給部56に前記積層方向に発生する第2面圧F2と、第1挟持部40及び第2挟持部64に前記積層方向に発生する第3面圧F3とは、第1面圧F1>第2面圧F2>第3面圧F3の関係を有している。   Therefore, the first surface pressure F1 generated in the stacking direction in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60, and the second surface pressure F2 generated in the stacking direction in the oxidant gas supply unit 56 The third surface pressure F3 generated in the laminating direction in the first sandwiching portion 40 and the second sandwiching portion 64 has a relationship of first surface pressure F1> second surface pressure F2> third surface pressure F3. Yes.

一方、第1絶縁シール90の第1ヤング率E1、第2絶縁シール92の第2ヤング率E2、及びフェルト部材84の第3ヤング率E3は、第1ヤング率E1>第2ヤング率E2>第3ヤング率E3の関係を有している。   On the other hand, the first Young's modulus E1 of the first insulating seal 90, the second Young's modulus E2 of the second insulating seal 92, and the third Young's modulus E3 of the felt member 84 are first Young's modulus E1> second Young's modulus E2>. The relationship is the third Young's modulus E3.

そこで、第1の実施形態では、先ず、第1荷重付与機構114を介して第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に第1面圧F1が発生した後、第2荷重付与機構116を介して酸化剤ガス供給部56に第2面圧F2が発生し、さらに、第3荷重付与機構118を介して第1挟持部40及び第2挟持部64に第3面圧F3が発生している。   Therefore, in the first embodiment, first, after the first surface pressure F1 is generated in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60 via the first load application mechanism 114, the second load application is performed. A second surface pressure F2 is generated in the oxidant gas supply unit 56 via the mechanism 116, and a third surface pressure F3 is applied to the first clamping unit 40 and the second clamping unit 64 via the third load applying mechanism 118. It has occurred.

従って、最大面圧である第1面圧F1が、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に発生する際、セパレータ28に歪みが発生しても、第1橋架部38、62や第2橋架部42、66の他、第2面圧F2が発生する第2絶縁シール92の積層方向の追随性(荷重吸収機能)や、第3面圧F3が発生するフェルト部材84の積層方向の追随性(荷重吸収機能)等によって、前記セパレータ28の歪みを有効に吸収することができる。   Accordingly, when the first surface pressure F1, which is the maximum surface pressure, is generated in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60, the first bridge portion 38, 62, the second bridge portions 42 and 66, the followability (load absorbing function) in the stacking direction of the second insulating seal 92 that generates the second surface pressure F2, and the felt member 84 that generates the third surface pressure F3. The strain of the separator 28 can be effectively absorbed by the followability (load absorbing function) in the stacking direction.

さらに、第2締め付け荷重T2が酸化剤ガス供給部56に付与される際、セパレータ28に発生する歪みは、同様に第2橋架部42、66や第1橋架部38、62の他、フェルト部材84の積層方向の追随性(荷重吸収機能)等によって良好に吸収することが可能になる。これにより、特に薄肉状のセパレータ28に対して第1締め付け荷重T1や第2締め付け荷重T2を有する際に、このセパレータ28に発生する歪みを確実に吸収することができ、前記セパレータ28に変形が残ることを良好に阻止することが可能になり、セパレータ28間に短絡が生じるのを阻止するという効果が得られる。しかも、第1燃料ガス供給部36、第2燃料ガス供給部60及び酸化剤ガス供給部56のガスシール性と、各電解質・電極接合体26の電気的接触性との両立を図ることができるとともに、該電解質・電極接合体26の損傷を確実に阻止することが可能になる。   Furthermore, when the second tightening load T2 is applied to the oxidant gas supply unit 56, the distortion generated in the separator 28 is similarly felt in addition to the second bridge portions 42 and 66 and the first bridge portions 38 and 62, and the felt member. 84 can be absorbed well by the followability in the stacking direction (load absorbing function). Thereby, particularly when the first clamping load T1 and the second clamping load T2 are applied to the thin-walled separator 28, the distortion generated in the separator 28 can be reliably absorbed, and the separator 28 is not deformed. It becomes possible to prevent remaining, and the effect of preventing a short circuit between the separators 28 can be obtained. In addition, the gas sealability of the first fuel gas supply unit 36, the second fuel gas supply unit 60, and the oxidant gas supply unit 56 and the electrical contact properties of each electrolyte / electrode assembly 26 can be achieved. In addition, it is possible to reliably prevent damage to the electrolyte / electrode assembly 26.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池160の分解斜視図であり、図9は、前記燃料電池160の動作を説明する概略断面説明図である。   FIG. 8 is an exploded perspective view of the fuel cell 160 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic cross-sectional explanatory diagram for explaining the operation of the fuel cell 160.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3〜第6の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third to sixth embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池160を構成するセパレータ162は、第1プレート164と第2プレート166とを備える。第1プレート164を構成する第1挟持部40は、電解質・電極接合体26に接触する面を平坦面に構成するとともに、この面には、アノード電極24の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路46を形成し且つ前記アノード電極24に密着する導電性フェルト部材(金属フェルト等の導電性不織布)167が配設される(図8及び図9参照)。   The separator 162 constituting the fuel cell 160 includes a first plate 164 and a second plate 166. The first clamping portion 40 constituting the first plate 164 has a flat surface in contact with the electrolyte / electrode assembly 26, and fuel gas is supplied to the surface along the electrode surface of the anode electrode 24. A conductive felt member (conductive non-woven fabric such as metal felt) 167 that forms a fuel gas passage 46 for close contact with the anode electrode 24 is disposed (see FIGS. 8 and 9).

なお、導電性フェルト部材に代えて、メッシュ部材(金属メッシュ等の導電性織布)、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル又はプレスエンボスメタル等を採用してもよい。   In place of the conductive felt member, a mesh member (conductive woven fabric such as a metal mesh), a foam metal, an expanded metal, a punching metal, or a press embossed metal may be employed.

第2プレート166を構成する第2挟持部64は、カソード電極22に接触する面に、酸化剤ガス通路86を形成する複数の突起部168が設けられる。突起部168は、例えば、エッチングにより形成される。   The second sandwiching portion 64 constituting the second plate 166 is provided with a plurality of protrusions 168 that form the oxidant gas passage 86 on the surface that contacts the cathode electrode 22. The protrusion 168 is formed by etching, for example.

この第2の実施形態では、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に積層方向に発生する第1面圧F1と、酸化剤ガス供給部56に前記積層方向に発生する第2面圧F2と、第1挟持部40及び第2挟持部64を介して各電解質・電極接合体26に前記積層方向に発生する第3面圧F3とは、第1面圧F1>第2面圧F2>第3面圧F3の関係に設定されている。   In the second embodiment, the first surface pressure F1 generated in the stacking direction in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60, and the first surface pressure F1 generated in the stacking direction in the oxidant gas supply unit 56. The second surface pressure F2 and the third surface pressure F3 generated in the stacking direction in each electrolyte / electrode assembly 26 via the first sandwiching portion 40 and the second sandwiching portion 64 are: first surface pressure F1> second The surface pressure F2> the third surface pressure F3 is set.

さらに、第1締め付け荷重T1を積層方向に受ける第1絶縁シール90の第1ヤング率E1、第2締め付け荷重T2を前記積層方向に受ける第2絶縁シール92の第2ヤング率E2、及び第3締め付け荷重T3を前記積層方向に受けるフェルト部材167の第3ヤング率E3は、第1ヤング率E1>第2ヤング率E2>第3ヤング率E3の関係に設定されている。   Further, the first Young's modulus E1 of the first insulating seal 90 that receives the first tightening load T1 in the stacking direction, the second Young's modulus E2 of the second insulating seal 92 that receives the second tightening load T2 in the stacking direction, and the third The third Young's modulus E3 of the felt member 167 that receives the tightening load T3 in the stacking direction is set such that the first Young's modulus E1> the second Young's modulus E2> the third Young's modulus E3.

そして、第2の実施形態では、第1面圧F1が発生した後、第2面圧F2が発生し、さらに第3面圧F3が発生している。従って、セパレータ162に歪みが残存することを良好に阻止することができる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the second embodiment, after the first surface pressure F1 is generated, the second surface pressure F2 is generated, and further the third surface pressure F3 is generated. Therefore, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, for example, it is possible to satisfactorily prevent the separator 162 from remaining strain.

図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック170の側面説明図である。   FIG. 10 is an explanatory side view of a fuel cell stack 170 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池スタック170は、複数の燃料電池10を第1エンドプレート94aと第2エンドプレート94dとにより挟持する。第2エンドプレート94dは、略ドーナツ形状を有しており、実質的に、第1の実施形態で用いられている第2エンドプレート94b及び固定リング94cを一体化した構成に設定される。第2エンドプレート94d側には、第1荷重付与機構114と第2荷重付与機構116とが設けられている。   The fuel cell stack 170 holds the plurality of fuel cells 10 between the first end plate 94a and the second end plate 94d. The second end plate 94d has a substantially donut shape, and is substantially set to a configuration in which the second end plate 94b and the fixing ring 94c used in the first embodiment are integrated. A first load applying mechanism 114 and a second load applying mechanism 116 are provided on the second end plate 94d side.

この第3の実施形態では、先ず、第1荷重付与機構114を介して第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に積層方向に第1面圧F1が発生した後、第2荷重付与機構116を介して酸化剤ガス供給部56に前記積層方向に第2面圧F2が発生している。   In the third embodiment, first, after the first surface pressure F1 is generated in the stacking direction in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60 via the first load applying mechanism 114, the second pressure is applied. A second surface pressure F <b> 2 is generated in the oxidant gas supply unit 56 in the stacking direction via the load applying mechanism 116.

その際、第2荷重付与機構116は、第1エンドプレート94a及び第2エンドプレート94d間をボルト98で締め付けることにより、酸化剤ガス供給部56に積層方向に第2面圧F2を発生させるとともに、各電解質・電極接合体26に前記積層方向に第3面圧F3を発生させている。   At that time, the second load applying mechanism 116 generates the second surface pressure F2 in the stacking direction in the oxidant gas supply unit 56 by tightening the bolt 98 between the first end plate 94a and the second end plate 94d. The third surface pressure F3 is generated in each of the electrolyte / electrode assemblies 26 in the stacking direction.

従って、第3の実施形態では、先ず、第1荷重付与機構114を介して最大面圧である第1面圧F1を発生させるため、この第1面圧F1によって発生する歪みは、第1橋架部38、62や第2橋架部42、66の他、前記第1面圧F1よりも小さな面圧が発生する部分に確実に吸収される。これにより、燃料電池スタック170では、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   Therefore, in the third embodiment, first, since the first surface pressure F1 that is the maximum surface pressure is generated via the first load applying mechanism 114, the strain generated by the first surface pressure F1 is the first bridge. In addition to the portions 38 and 62 and the second bridge portions 42 and 66, the portion is surely absorbed by a portion where a surface pressure smaller than the first surface pressure F1 is generated. Thereby, in the fuel cell stack 170, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

図11は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック180の側面説明図である。   FIG. 11 is an explanatory side view of a fuel cell stack 180 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池スタック180を構成する複数の燃料電池10は、第1エンドプレート94aと第2エンドプレート94eとの間に挟持される。第1エンドプレート94aと第2エンドプレート94eとの間には、第1荷重付与機構182と第2荷重付与機構116とが設けられる。   The plurality of fuel cells 10 constituting the fuel cell stack 180 are sandwiched between the first end plate 94a and the second end plate 94e. A first load applying mechanism 182 and a second load applying mechanism 116 are provided between the first end plate 94a and the second end plate 94e.

第1荷重付与機構182は、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に近接して設けられており、複数のボルト184とナット186とを有する。第1エンドプレート94a及び第2エンドプレート94eには、燃料ガス供給連通孔30を周回して、例えば、第1橋架部38、62の間に対応してボルト184を挿通させるための孔部188が形成される。   The first load applying mechanism 182 is provided in the vicinity of the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60 and includes a plurality of bolts 184 and nuts 186. The first end plate 94a and the second end plate 94e circulate around the fuel gas supply communication hole 30, for example, a hole 188 for inserting a bolt 184 correspondingly between the first bridge portions 38 and 62. Is formed.

このように構成される第4の実施形態では、先ず、第1荷重付与機構182により燃料ガス供給連通孔30の近傍に締め付け荷重が付与された後、第2荷重付与機構116を介して酸化剤ガス供給連通孔54の近傍に締め付け荷重が付与されている。   In the fourth embodiment configured as described above, first, after a tightening load is applied in the vicinity of the fuel gas supply communication hole 30 by the first load applying mechanism 182, the oxidant is passed through the second load applying mechanism 116. A tightening load is applied in the vicinity of the gas supply communication hole 54.

このため、各燃料電池10では、第1燃料ガス供給部36及び第2燃料ガス供給部60に第1面圧F1が発生した後、酸化剤ガス供給部56に第2面圧F2が発生するとともに、各電解質・電極接合体26に第3面圧F3が発生している。従って、燃料電池スタック180では、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。   For this reason, in each fuel cell 10, after the first surface pressure F1 is generated in the first fuel gas supply unit 36 and the second fuel gas supply unit 60, the second surface pressure F2 is generated in the oxidant gas supply unit 56. At the same time, a third surface pressure F3 is generated in each electrolyte / electrode assembly 26. Therefore, in the fuel cell stack 180, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.

図12は、燃料電池190が矢印A方向に複数積層された本発明の第5の実施形態に係る燃料電池スタック192の概略斜視説明図ある。   FIG. 12 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 192 according to the fifth embodiment of the present invention in which a plurality of fuel cells 190 are stacked in the direction of arrow A. FIG.

燃料電池190は、図13に示すように、一組のセパレータ194間に電解質・電極接合体26を挟んで構成される。セパレータ194は、第1及び第2プレート196、198と、前記第1及び第2プレート196、198間に配設される第3プレート200とを備える。第1〜第3プレート196、198及び200は、例えば、ステンレス合金等の薄肉状板金で構成され、前記第3プレート200の両面に、前記第1プレート196と前記第2プレート198とが、例えば、ろう付けにより接合される。   As shown in FIG. 13, the fuel cell 190 is configured by sandwiching an electrolyte / electrode assembly 26 between a pair of separators 194. The separator 194 includes first and second plates 196 and 198 and a third plate 200 disposed between the first and second plates 196 and 198. The first to third plates 196, 198 and 200 are made of, for example, a thin sheet metal such as a stainless alloy, and the first plate 196 and the second plate 198 are formed on both surfaces of the third plate 200, for example. And joined by brazing.

第1プレート196は、積層方向(矢印A方向)に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔30が形成される第1燃料ガス供給部202を備え、この第1燃料ガス供給部202には、幅狭な第1橋架部204を介して比較的大径な第1挟持部206が一体的に設けられる。第1挟持部206は、電解質・電極接合体26のアノード電極24と略同一寸法に設定されている。   The first plate 196 includes a first fuel gas supply unit 202 in which a fuel gas supply communication hole 30 for supplying fuel gas along the stacking direction (arrow A direction) is formed, and the first fuel gas supply unit A first sandwiching portion 206 having a relatively large diameter is integrally provided at 202 via a narrow first bridge portion 204. The first clamping part 206 is set to have substantially the same dimensions as the anode electrode 24 of the electrolyte / electrode assembly 26.

第1挟持部206のアノード電極24に接触する面には、燃料ガス通路46を形成する多数の第1凸部208が外周縁部近傍から中心部にわたって設けられるとともに、前記第1挟持部206の外周縁部には、略リング状凸部210が設けられる。第1凸部208及び略リング状凸部210は、集電部を構成する。第1挟持部206の中央部には、アノード電極24の中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔52が形成される(図13及び図14参照)。なお、第1凸部208は、略リング状凸部210と同一平面内に複数の凹部を形成することによって構成してもよい。   A number of first convex portions 208 that form the fuel gas passage 46 are provided from the vicinity of the outer peripheral edge portion to the central portion on the surface of the first sandwiching portion 206 that contacts the anode electrode 24. A substantially ring-shaped convex portion 210 is provided on the outer peripheral edge. The 1st convex part 208 and the substantially ring-shaped convex part 210 comprise a current collection part. A fuel gas supply hole 52 for supplying fuel gas toward the central portion of the anode electrode 24 is formed in the central portion of the first sandwiching portion 206 (see FIGS. 13 and 14). In addition, you may comprise the 1st convex part 208 by forming a several recessed part in the same plane as the substantially ring-shaped convex part 210. FIG.

第2プレート198は、積層方向(矢印A方向)に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔54が形成される第1酸化剤ガス供給部212を備える。この第1酸化剤ガス供給部212には、幅狭な第2橋架部214を介して比較的大径な第2挟持部216が一体的に設けられる。   The second plate 198 includes a first oxidant gas supply unit 212 in which an oxidant gas supply communication hole 54 for supplying an oxidant gas along the stacking direction (arrow A direction) is formed. The first oxidant gas supply part 212 is integrally provided with a second sandwiching part 216 having a relatively large diameter via a narrow second bridge part 214.

第2挟持部216のカソード電極22に接する面には、酸化剤ガス通路86を形成するための複数の第2凸部217が面内全体にわたって設けられる。第2挟持部216の中央部には、酸化剤ガスをカソード電極22の中央部に向かって供給するための酸化剤ガス供給孔80が形成される。   A plurality of second convex portions 217 for forming the oxidant gas passage 86 are provided over the entire surface of the second sandwiching portion 216 on the surface in contact with the cathode electrode 22. An oxidant gas supply hole 80 for supplying an oxidant gas toward the center of the cathode electrode 22 is formed at the center of the second sandwiching part 216.

第3プレート200は、燃料ガス供給連通孔30が形成される第2燃料ガス供給部218と、酸化剤ガス供給連通孔54が形成される第2酸化剤ガス供給部220とを備える。第2燃料ガス供給部218及び第2酸化剤ガス供給部220は、幅狭な第1橋架部224及び第2橋架部226を介して比較的大径な第3挟持部228と一体的に構成される。第3挟持部228は、第1及び第2挟持部206、216と同一直径に設定される。   The third plate 200 includes a second fuel gas supply unit 218 in which the fuel gas supply communication hole 30 is formed, and a second oxidant gas supply unit 220 in which the oxidant gas supply communication hole 54 is formed. The second fuel gas supply unit 218 and the second oxidant gas supply unit 220 are configured integrally with a relatively large-diameter third sandwiching unit 228 via a narrow first bridge unit 224 and second bridge unit 226. Is done. The 3rd clamping part 228 is set to the same diameter as the 1st and 2nd clamping parts 206 and 216. FIG.

第3プレート200の第1プレート196に向かう面において、第2燃料ガス供給部218には、燃料ガス供給連通孔30に連通する複数のスリット230が放射状に形成され、このスリット230には、前記第2燃料ガス供給部218を周回して凹部232が連通する。燃料ガス供給連通孔30からスリット230を介して第1橋架部204、224間に燃料ガス供給通路233が形成され、この燃料ガス供給通路233は、第1挟持部206及び第3挟持部228間に延在する。第3挟持部228には、複数の第3凸部234が形成され、この第3凸部234は、燃料ガス供給通路233の一部を構成する。   On the surface of the third plate 200 facing the first plate 196, the second fuel gas supply unit 218 is formed with a plurality of slits 230 communicating with the fuel gas supply communication hole 30, and the slit 230 includes the slits 230. The recess 232 communicates around the second fuel gas supply unit 218. A fuel gas supply passage 233 is formed between the first bridge portions 204 and 224 through the slit 230 from the fuel gas supply communication hole 30, and this fuel gas supply passage 233 is formed between the first sandwiching portion 206 and the third sandwiching portion 228. Extend to. A plurality of third convex portions 234 are formed in the third clamping portion 228, and the third convex portions 234 constitute a part of the fuel gas supply passage 233.

第3プレート200の第2プレート198に接する面において、第2酸化剤ガス供給部220には、酸化剤ガス供給連通孔54に連通する複数のスリット236が放射状に形成されるとともに、前記スリット236には、凹部238が連通する。酸化剤ガス供給連通孔54からスリット236を介して第2橋架部214、226間に酸化剤ガス供給通路240が形成され、この酸化剤ガス供給通路240は、第2挟持部216及び第3挟持部228間に延在する。   On the surface of the third plate 200 that contacts the second plate 198, the second oxidant gas supply unit 220 is formed with a plurality of slits 236 communicating with the oxidant gas supply communication hole 54 in a radial manner. A recess 238 communicates with the first and second recesses 238. An oxidant gas supply passage 240 is formed between the oxidant gas supply communication hole 54 and the second bridge portions 214 and 226 through the slit 236, and the oxidant gas supply passage 240 is connected to the second sandwiching portion 216 and the third sandwiching portion. Extending between the sections 228.

第1プレート196が第3プレート200の一方の面にろう付けされることにより、第1及び第3プレート196、200間には、燃料ガス供給連通孔30に連通する燃料ガス供給通路233が設けられる。この燃料ガス供給通路233は、第1及び第3挟持部206、228間に該第1挟持部206を挟んでアノード電極24の電極面を覆い、且つ燃料ガスが供給されることにより前記第1挟持部206を前記アノード電極24に圧接可能な燃料ガス圧力室242を構成する(図15参照)。   By brazing the first plate 196 to one surface of the third plate 200, a fuel gas supply passage 233 communicating with the fuel gas supply communication hole 30 is provided between the first and third plates 196, 200. It is done. The fuel gas supply passage 233 covers the electrode surface of the anode electrode 24 with the first sandwiching portion 206 sandwiched between the first and third sandwiching portions 206 and 228, and the fuel gas is supplied to supply the first gas. A fuel gas pressure chamber 242 capable of press-contacting the sandwiching portion 206 to the anode electrode 24 is configured (see FIG. 15).

第2プレート198が第3プレート200にろう付けされることにより、第2及び第3プレート198、200間には、酸化剤ガス供給連通孔54に連通する酸化剤ガス供給通路240が形成される。この酸化剤ガス供給通路240は、第2及び第3挟持部216、228間に該第2挟持部216を挟んでカソード電極22の電極面を覆い、且つ酸化剤ガスが供給されることにより前記第2挟持部216を前記カソード電極22に圧接可能な酸化剤ガス圧力室244を構成する(図15参照)。   By brazing the second plate 198 to the third plate 200, an oxidant gas supply passage 240 communicating with the oxidant gas supply communication hole 54 is formed between the second and third plates 198, 200. . The oxidant gas supply passage 240 covers the electrode surface of the cathode electrode 22 with the second sandwiching part 216 sandwiched between the second and third sandwiching parts 216 and 228, and is supplied with the oxidant gas. An oxidant gas pressure chamber 244 that can press-contact the second sandwiching portion 216 to the cathode electrode 22 is configured (see FIG. 15).

各セパレータ194間には、燃料ガス供給連通孔30をシールするための第1絶縁シール246が設けられるとともに、酸化剤ガス供給連通孔54をシールするための第2絶縁シール248が設けられる。第1絶縁シール246は、第1絶縁シール90と同一材料で形成されるとともに、第2絶縁シール248は、第2絶縁シール92と同一材料で形成される。   Between each separator 194, a first insulating seal 246 for sealing the fuel gas supply communication hole 30 and a second insulating seal 248 for sealing the oxidant gas supply communication hole 54 are provided. The first insulating seal 246 is formed of the same material as the first insulating seal 90, and the second insulating seal 248 is formed of the same material as the second insulating seal 92.

図12に示すように、燃料電池スタック192は、複数の燃料電池190の積層方向両端に第1及び第2エンドプレート250a、250bを配置する。第1エンドプレート250aと第2エンドプレート250bとの間には、第1反応ガス供給部である第1燃料ガス供給部202及び第2燃料ガス供給部218に積層方向に第1面圧F1を発生させる第1荷重付与機構252と、第2反応ガス供給部である第1酸化剤ガス供給部212及び第2酸化剤ガス供給部220に前記積層方向に第2面圧F2を発生させる第2荷重付与機構254とが設けられる。   As shown in FIG. 12, in the fuel cell stack 192, first and second end plates 250a and 250b are disposed at both ends of the plurality of fuel cells 190 in the stacking direction. Between the first end plate 250a and the second end plate 250b, a first surface pressure F1 is applied to the first fuel gas supply unit 202 and the second fuel gas supply unit 218, which are first reaction gas supply units, in the stacking direction. The second load generating mechanism 252 to be generated, and the second oxidant gas supply unit 212 and the second oxidant gas supply unit 220, which are second reaction gas supply units, generate a second surface pressure F2 in the stacking direction. A load application mechanism 254 is provided.

第1荷重付与機構252は、燃料ガス供給連通孔30に近接する位置に配置される一対の締め付けボルト256を備え、前記締め付けボルト256は、第1エンドプレート250a及び第2エンドプレート250bに形成されたボルト孔258に挿入される。各締め付けボルト256の先端には、ナット260が螺合される。   The first load applying mechanism 252 includes a pair of tightening bolts 256 disposed at positions close to the fuel gas supply communication hole 30, and the tightening bolts 256 are formed on the first end plate 250a and the second end plate 250b. The bolt hole 258 is inserted. A nut 260 is screwed to the tip of each fastening bolt 256.

第2荷重付与機構254は、同様に、酸化剤ガス供給連通孔54に近接して配置される一対の締め付けボルト262を備え、前記締め付けボルト262は、第1エンドプレート250a及び第2エンドプレート250bに形成されたボルト孔264に挿入される。各締め付けボルト262の先端には、ナット266が螺合される。   Similarly, the second load applying mechanism 254 includes a pair of tightening bolts 262 disposed close to the oxidizing gas supply communication hole 54, and the tightening bolts 262 include the first end plate 250a and the second end plate 250b. Is inserted into the bolt hole 264. A nut 266 is screwed to the tip of each fastening bolt 262.

なお、締め付けボルト256には、必要に応じて第1エンドプレート250aと第2エンドプレート250bとの間隔を調整する円筒部268が外装される。第1エンドプレート250aには、燃料ガス供給連通孔30に連通する第1配管270と、酸化剤ガス供給連通孔54に連通する第2配管272とが接続される。   The fastening bolt 256 is externally provided with a cylindrical portion 268 that adjusts the distance between the first end plate 250a and the second end plate 250b as necessary. A first pipe 270 that communicates with the fuel gas supply communication hole 30 and a second pipe 272 that communicates with the oxidant gas supply communication hole 54 are connected to the first end plate 250a.

そこで、燃料電池190を組み付ける際には、図13に示すように、先ず、セパレータ194を構成する第1プレート196が第3プレート200の一方の面に接合されるとともに、第2プレート198が前記第3プレート200の他方の面に接合される。このため、セパレータ194内には、第3プレート200に仕切られて燃料ガス供給通路233と、酸化剤ガス供給通路240とが独立して形成される(図14参照)。   Therefore, when assembling the fuel cell 190, as shown in FIG. 13, first, the first plate 196 constituting the separator 194 is joined to one surface of the third plate 200, and the second plate 198 is connected to the first plate 198. It is joined to the other surface of the third plate 200. Therefore, in the separator 194, the fuel gas supply passage 233 and the oxidant gas supply passage 240 are formed independently by being partitioned by the third plate 200 (see FIG. 14).

さらに、第1及び第3挟持部206、228間には、燃料ガス圧力室242が形成される一方、第2及び第3挟持部216、228間には、酸化剤ガス圧力室244が形成される(図15参照)。   Further, a fuel gas pressure chamber 242 is formed between the first and third sandwiching portions 206 and 228, while an oxidant gas pressure chamber 244 is formed between the second and third sandwiching portions 216 and 228. (See FIG. 15).

次いで、図12に示すように、セパレータ194と電解質・電極接合体26とが交互に積層され、積層方向両端に第1及び第2エンドプレート250a、250bが配置される。そして、先ず、第1荷重付与機構252を構成する締め付けボルト256とナット260との螺合作用下に、第1燃料ガス供給部202及び第2燃料ガス供給部218に積層方向に第1面圧F1が発生される。   Next, as shown in FIG. 12, separators 194 and electrolyte / electrode assemblies 26 are alternately stacked, and first and second end plates 250a and 250b are disposed at both ends in the stacking direction. First, the first surface pressure is applied to the first fuel gas supply unit 202 and the second fuel gas supply unit 218 in the stacking direction under the screwing action of the tightening bolt 256 and the nut 260 constituting the first load applying mechanism 252. F1 is generated.

第1荷重付与機構252による締め付け作業が終了した後、第2荷重付与機構254を構成する締め付けボルト262及びナット266の螺合作用下に、第2酸化剤ガス供給部220及び第1酸化剤ガス供給部212に積層方向に第2面圧F2が発生される。   After the tightening operation by the first load applying mechanism 252 is completed, the second oxidant gas supply unit 220 and the first oxidant gas are engaged under the screwing action of the tightening bolt 262 and the nut 266 constituting the second load applying mechanism 254. A second surface pressure F2 is generated in the supply unit 212 in the stacking direction.

なお、第1荷重付与機構252及び第2荷重付与機構254は、第1エンドプレート250aと第2エンドプレート250bとに締め付け荷重を付与しており、第1挟持部206、第2挟持部216及び第3挟持部228には、第3面圧F3が発生される。これにより、第5の実施形態では、上記の第1〜第4の実施形態と同様の効果が得られる。   The first load applying mechanism 252 and the second load applying mechanism 254 apply a tightening load to the first end plate 250a and the second end plate 250b, and the first holding unit 206, the second holding unit 216, and the like. A third surface pressure F3 is generated in the third clamping unit 228. Thereby, in 5th Embodiment, the effect similar to said 1st-4th embodiment is acquired.

次に、燃料電池スタック192の動作について説明すると、第1エンドプレート250aに接続されている第1配管270から燃料ガス供給連通孔30に燃料ガスが供給されるとともに、前記第1エンドプレート250aに接続されている第2配管272から酸化剤ガス供給連通孔54に酸化剤ガスが供給される。   Next, the operation of the fuel cell stack 192 will be described. Fuel gas is supplied from the first pipe 270 connected to the first end plate 250a to the fuel gas supply communication hole 30, and the first end plate 250a is also supplied to the first end plate 250a. Oxidant gas is supplied from the connected second pipe 272 to the oxidant gas supply communication hole 54.

燃料ガス供給連通孔30に供給された燃料ガスは、図15に示すように、積層方向(矢印A方向)に移動しながら、各燃料電池190を構成するセパレータ194内の燃料ガス供給通路233に供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路233に沿って第1及び第3挟持部206、228間に形成された燃料ガス圧力室242に導入され、複数の第3凸部234間を移動して第1挟持部206の中央部に形成される燃料ガス供給孔52に導入される。   As shown in FIG. 15, the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication hole 30 moves in the fuel gas supply passage 233 in the separator 194 constituting each fuel cell 190 while moving in the stacking direction (arrow A direction). Supplied. The fuel gas is introduced into the fuel gas pressure chamber 242 formed between the first and third sandwiching portions 206 and 228 along the fuel gas supply passage 233, and moves between the plurality of third convex portions 234 to move to the first. It is introduced into the fuel gas supply hole 52 formed at the center of the sandwiching portion 206.

燃料ガス供給孔52は、各電解質・電極接合体26のアノード電極24の中心位置に対応して設けられている。このため、燃料ガスは、燃料ガス供給孔52からアノード電極24に供給され、該アノード電極24内を中心部から外周部に向かって流動する。   The fuel gas supply hole 52 is provided corresponding to the center position of the anode electrode 24 of each electrolyte / electrode assembly 26. Therefore, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply hole 52 to the anode electrode 24 and flows in the anode electrode 24 from the central portion toward the outer peripheral portion.

一方、酸化剤ガス供給連通孔54に供給される酸化剤ガスは、セパレータ194内の酸化剤ガス供給通路240を移動し、第2及び第3挟持部216、228間の酸化剤ガス圧力室244に供給される。さらに、酸化剤ガスは、第2挟持部216の中心位置に設けられる酸化剤ガス供給孔80に導入される。   On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant gas supply communication hole 54 moves through the oxidant gas supply passage 240 in the separator 194, and the oxidant gas pressure chamber 244 between the second and third sandwiching portions 216 and 228. To be supplied. Further, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas supply hole 80 provided at the center position of the second sandwiching portion 216.

酸化剤ガス供給孔80は、各電解質・電極接合体26のカソード電極22の中心位置に対応して設けられている。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給孔80からカソード電極22に供給され、該カソード電極22の中心部から外周部に向かって流動する。   The oxidant gas supply hole 80 is provided corresponding to the center position of the cathode electrode 22 of each electrolyte / electrode assembly 26. Therefore, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply hole 80 to the cathode electrode 22 and flows from the center part of the cathode electrode 22 toward the outer peripheral part.

従って、各電解質・電極接合体26では、アノード電極24の中心部から外周部に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極22の中心部から外周部に向かって酸化剤ガスが供給され、発電が行われる。そして、発電に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、排ガスとして第1〜第3挟持部206、216及び228の外周部から排気される。   Accordingly, in each electrolyte / electrode assembly 26, fuel gas is supplied from the central portion of the anode electrode 24 toward the outer peripheral portion, and oxidant gas is supplied from the central portion of the cathode electrode 22 toward the outer peripheral portion. Power generation is performed. And the fuel gas and oxidant gas which were used for electric power generation are exhausted from the outer peripheral part of the 1st-3rd clamping parts 206, 216, and 228 as waste gas.

図16は、燃料電池300が矢印A方向に複数積層された本発明の第6の実施形態に係る燃料電池スタック302の概略斜視説明図あり、図17は、前記燃料電池300の分解斜視説明図である。   FIG. 16 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 302 according to a sixth embodiment of the present invention in which a plurality of fuel cells 300 are stacked in the direction of arrow A, and FIG. 17 is an exploded perspective explanatory view of the fuel cell 300. It is.

燃料電池300は、一組のセパレータ308間に複数、例えば、15個の電解質・電極接合体26を挟んで構成される。セパレータ308は、互いに積層される第1及び第2プレート310、312と、前記第1及び第2プレート310、312間に配設される第3プレート314とを備える。第1〜第3プレート310、312及び314は、例えば、ステンレス合金等の薄肉状板金で構成されている。   The fuel cell 300 includes a plurality of, for example, 15 electrolyte / electrode assemblies 26 sandwiched between a pair of separators 308. The separator 308 includes first and second plates 310 and 312 that are stacked on each other, and a third plate 314 that is disposed between the first and second plates 310 and 312. The first to third plates 310, 312 and 314 are made of a thin sheet metal such as a stainless alloy, for example.

第1プレート310は、燃料ガス供給連通孔30を形成する第1燃料ガス供給部315を備え、この第1燃料ガス供給部315には、幅狭な第1橋架部316を介して第1挟持部318が一体的に設けられる。第1挟持部318は、積層方向である矢印A方向に直行する矢印B方向及び矢印C方向にそれぞれ3個及び5個ずつ、合計で15個設けられており、前記第1挟持部318同士が第3橋架部320により連結されている。   The first plate 310 includes a first fuel gas supply part 315 that forms the fuel gas supply communication hole 30, and the first fuel gas supply part 315 is first sandwiched via a narrow first bridge part 316. A portion 318 is provided integrally. The first sandwiching portions 318 are provided in a total of fifteen, three and five in the direction of the arrow B and the direction of the arrow C, respectively, which are orthogonal to the direction of the arrow A that is the stacking direction. The third bridge 320 is connected.

なお、矢印B方向両端部の第1挟持部318は、矢印B方向中央部の第1挟持部318に対して第3橋架部320のみにより連結されているが、例えば、矢印C方向に隣り合う第1挟持部318同士を前記第3橋架部320により連結してもよい。   In addition, although the 1st clamping part 318 of the arrow B direction both ends is connected with the 1st clamping part 318 of the arrow B direction center part only by the 3rd bridge part 320, for example, it adjoins to the arrow C direction. The first clamping parts 318 may be connected to each other by the third bridge part 320.

各第1挟持部318の電解質・電極接合体26のアノード電極24に接する面には、複数の第1凸部208と、略リング状凸部210とが形成されるとともに、面内中央部に燃料ガス供給孔52が形成される。   A plurality of first convex portions 208 and substantially ring-shaped convex portions 210 are formed on the surface of each first sandwiching portion 318 in contact with the anode electrode 24 of the electrolyte / electrode assembly 26, and at the central portion in the surface. A fuel gas supply hole 52 is formed.

第2プレート312は、酸化剤ガス供給連通孔54が形成される第1酸化剤ガス供給部322を備え、前記第1酸化剤ガス供給部322には、第2橋架部324を介して第2挟持部326が一体的に設けられる。   The second plate 312 includes a first oxidant gas supply part 322 in which an oxidant gas supply communication hole 54 is formed, and the second oxidant gas supply part 322 is connected to the second oxidant gas supply part 322 via a second bridge part 324. The clamping part 326 is provided integrally.

第2挟持部326は、第4橋架部328を介して互いに一体的に設けられており、前記第2挟持部326は、第1挟持部318と同様に矢印B方向に3個で且つ矢印C方向に5個の、合計15個設けられている。第2挟持部326のカソード電極22に接する面内には、複数の第2凸部217が形成されるとともに、面内中央部には、酸化剤ガス供給孔80が形成される。   The second holding portions 326 are provided integrally with each other via the fourth bridge portion 328, and the number of the second holding portions 326 is three in the direction of the arrow B and the arrow C similarly to the first holding portion 318. There are a total of 15 in the direction. A plurality of second convex portions 217 are formed in the surface in contact with the cathode electrode 22 of the second sandwiching portion 326, and an oxidant gas supply hole 80 is formed in the central portion of the surface.

第3プレート314は、燃料ガス供給連通孔30が形成される第2燃料ガス供給部330と、酸化剤ガス供給連通孔54が形成される第2酸化剤ガス供給部332とを備えるとともに、前記第2燃料ガス供給部330及び第2酸化剤ガス供給部332に第1橋架部334及び第2橋架部336を介して第3挟持部338が連結される。   The third plate 314 includes a second fuel gas supply part 330 in which the fuel gas supply communication hole 30 is formed, and a second oxidant gas supply part 332 in which the oxidant gas supply communication hole 54 is formed, and A third clamping unit 338 is connected to the second fuel gas supply unit 330 and the second oxidant gas supply unit 332 via the first bridge unit 334 and the second bridge unit 336.

第3挟持部338は、矢印B方向に3個で且つ矢印C方向に5個の、合計15個設けられ、各第3挟持部338同士が第5橋架部340を介して連結される。各第3挟持部338には、第1プレート310に向かう面に複数の第3凸部234が形成される。   There are a total of 15 third sandwiching portions 338, 3 in the direction of arrow B and 5 in the direction of arrow C, and the third sandwiching portions 338 are connected to each other via the fifth bridge portion 340. A plurality of third convex portions 234 are formed on the surface facing the first plate 310 in each third sandwiching portion 338.

第1プレート310が第3プレート314に、例えば、ろう付けにより接合されることにより、これらの間に燃料ガス供給通路233が形成される。この燃料ガス供給通路233は、第1橋架部316、334間から第1及び第3挟持部318、338間に形成される燃料ガス圧力室242を有する(図18参照)。   The first plate 310 is joined to the third plate 314 by, for example, brazing, so that a fuel gas supply passage 233 is formed therebetween. The fuel gas supply passage 233 includes a fuel gas pressure chamber 242 formed between the first bridge portions 316 and 334 and between the first and third sandwiching portions 318 and 338 (see FIG. 18).

第2プレート312が第3プレート314に、例えば、ろう付けにより接合されることにより、これらの間に酸化剤ガス供給通路240が形成される。この酸化剤ガス供給通路240は、第2橋架部324、336間から第2及び第3挟持部326、338間に形成される酸化剤ガス圧力室244を有する(図18参照)。   The second plate 312 is joined to the third plate 314 by, for example, brazing, thereby forming an oxidant gas supply passage 240 therebetween. The oxidant gas supply passage 240 has an oxidant gas pressure chamber 244 formed between the second bridge portions 324 and 336 and the second and third sandwiching portions 326 and 338 (see FIG. 18).

図16に示すように、燃料電池スタック302は、複数の燃料電池300の積層方向両端に略長方形状の第1及び第2エンドプレート342a、342bを配置する。第1エンドプレート342aには、燃料ガス供給連通孔30に連通する第1配管344が接続されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔54に連通する第2配管346が接続される。第1エンドプレート342aと第2エンドプレート324bとには、燃料ガス供給連通孔30に近接して第1荷重付与機構252が設けられるとともに、酸化剤ガス供給連通孔54に近接して第2荷重付与機構254が設けられる。   As shown in FIG. 16, in the fuel cell stack 302, first and second end plates 342a and 342b having a substantially rectangular shape are arranged at both ends of the plurality of fuel cells 300 in the stacking direction. A first pipe 344 communicating with the fuel gas supply communication hole 30 and a second pipe 346 communicating with the oxidant gas supply communication hole 54 are connected to the first end plate 342a. The first end plate 342a and the second end plate 324b are provided with a first load applying mechanism 252 in the vicinity of the fuel gas supply communication hole 30 and a second load in the vicinity of the oxidant gas supply communication hole 54. An application mechanism 254 is provided.

そして、先ず、第1荷重付与機構252を介して第1燃料ガス供給部315、及び第2燃料ガス供給部330に第1面圧F1が発生した後、第2荷重付与機構254を介して第1酸化剤ガス供給部322及び第2酸化剤ガス供給部332に前記第1面圧F1よりも小さな第2面圧F2が発生する。これにより、第6の実施形態では、上記の第5の実施形態と同様の効果が得られる。   First, after the first surface pressure F1 is generated in the first fuel gas supply unit 315 and the second fuel gas supply unit 330 via the first load application mechanism 252, the first load application mechanism 254 performs the first A second surface pressure F2 smaller than the first surface pressure F1 is generated in the first oxidant gas supply unit 322 and the second oxidant gas supply unit 332. Thereby, in 6th Embodiment, the effect similar to said 5th Embodiment is acquired.

燃料電池が複数積層された本発明の第1の実施の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 a first embodiment of the present invention in which a plurality of fuel cells are stacked. FIG. 前記燃料電池スタックの、図1中、II−II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池の分解斜視説明図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell. 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view showing the gas flow state of the fuel cell. セパレータを構成する第1プレートの説明図である。It is explanatory drawing of the 1st plate which comprises a separator. 前記セパレータを構成する第2プレートの説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd plate which comprises the said separator. 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory drawing explaining operation | movement of the said fuel cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the fuel cell which comprises the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory drawing explaining operation | movement of the said fuel cell. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの側面説明図である。It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックの側面説明図である。It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 燃料電池が矢印A方向に複数積層された本発明の第5の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図ある。FIG. 9 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a fifth embodiment of the present invention in which a plurality of fuel cells are stacked in the direction of arrow A. 前記燃料電池の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the said fuel cell. 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図ある。FIG. 3 is a partially exploded perspective view illustrating a gas flow state of the fuel cell. 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory drawing explaining operation | movement of the said fuel cell. 燃料電池が矢印A方向に複数積層された本発明の第6の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図ある。FIG. 10 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a sixth embodiment of the present invention in which a plurality of fuel cells are stacked in the direction of arrow A. 前記燃料電池の分解斜視説明図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell. 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory drawing explaining operation | movement of the said fuel cell. 特許文献1の燃料電池の断面説明図である。2 is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell of Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10、160、190、300…燃料電池
12、170、180、192、302…燃料電池スタック
20…電解質 22…カソード電極
24…アノード電極 26…電解質・電極接合体
28、162、194、308…セパレータ
30…燃料ガス供給連通孔
32、34、164、166、196、198、200、310、312、314…プレート
36、60、202、218、315、330…燃料ガス供給部
38、42、62、66、204、214、224、226、316、320、324、328、334、336、340…橋架部
40、64、206、216、228、318、326、338…挟持部
44、68…筐体部 46…燃料ガス通路
52…燃料ガス供給孔 54…酸化剤ガス供給連通孔
56、212、220、322、332…酸化剤ガス供給部
74、233…燃料ガス供給通路 76…充填室
78、240…酸化剤ガス供給通路 80…酸化剤ガス供給孔
84、167…フェルト部材 86…酸化剤ガス通路
88…排ガス通路 90、92…絶縁シール
94a、94b、94d、94e、250a、250b、342a、342b…エンドプレート
94c…固定リング 98、184…ボルト
112…支持プレート
114、116、118、182、252、254…荷重付与機構
124、136…スプリング 126、138…押圧ボルト
256、262…締め付けボルト
10, 160, 190, 300 ... Fuel cells 12, 170, 180, 192, 302 ... Fuel cell stack 20 ... Electrolyte 22 ... Cathode electrode 24 ... Anode electrode 26 ... Electrolyte / electrode assembly 28, 162, 194, 308 ... Separator 30 ... Fuel gas supply communication holes 32, 34, 164, 166, 196, 198, 200, 310, 312, 314 ... Plates 36, 60, 202, 218, 315, 330 ... Fuel gas supply sections 38, 42, 62, 66, 204, 214, 224, 226, 316, 320, 324, 328, 334, 336, 340 ... Bridge part 40, 64, 206, 216, 228, 318, 326, 338 ... Clamping part 44, 68 ... Case Portion 46 ... Fuel gas passage 52 ... Fuel gas supply hole 54 ... Oxidant gas supply communication hole 56, 212, 220, 322 332 ... Oxidant gas supply part 74, 233 ... Fuel gas supply passage 76 ... Filling chamber 78, 240 ... Oxidant gas supply passage 80 ... Oxidant gas supply hole 84, 167 ... Felt member 86 ... Oxidant gas passage 88 ... Exhaust gas passages 90, 92 ... insulating seals 94a, 94b, 94d, 94e, 250a, 250b, 342a, 342b ... end plate 94c ... fixing ring 98, 184 ... bolt 112 ... support plates 114, 116, 118, 182, 252, 254 ... Load application mechanism 124, 136 ... Springs 126, 138 ... Pressing bolts 256, 262 ... Tightening bolts

Claims (5)

電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔又は前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔が設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第1反応ガス供給通路が形成される第1橋架部と、
前記第1橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第1反応ガス供給通路に供給するための第1反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第1反応ガス供給部と、
前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第2反応ガス供給通路が形成される第2橋架部と、
前記第2橋架部に連結され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第2反応ガス供給通路に供給するための第2反応ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される第2反応ガス供給部と、
を備えるとともに、
前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記第1反応ガス供給部に前記積層方向に第1面圧を発生させる第1荷重付与工程と、
前記第1荷重付与工程の後、前記第2反応ガス供給部に前記積層方向に前記第1面圧よりも小さな第2面圧を発生させる第2荷重付与工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
A fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are laminated,
The separator sandwiches the electrolyte-electrode assembly, and at least supplies a fuel gas supply hole for supplying a fuel gas along the electrode surface of the anode electrode or an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. A sandwiching portion provided with an oxidant gas supply hole for supplying;
A first bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas supply hole or supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole;
A first reaction gas supply unit that is connected to the first bridge portion and has a first reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the first reaction gas supply passage. When,
A second bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a second reaction gas supply passage for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole or the fuel gas to the fuel gas supply hole;
Second reaction gas supply connected to the second bridge portion and having a second reaction gas supply communication hole for supplying the oxidant gas or the fuel gas to the second reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. And
With
A method of assembling a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
A first load applying step of generating a first surface pressure in the stacking direction in the first reactive gas supply unit;
After the first load application step, the second load application step of generating a second surface pressure smaller than the first surface pressure in the stacking direction in the second reaction gas supply unit;
A method for assembling a fuel cell stack, comprising:
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔又は前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔が設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第1反応ガス供給通路が形成される第1橋架部と、
前記第1橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第1反応ガス供給通路に供給するための第1反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第1反応ガス供給部と、
前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第2反応ガス供給通路が形成される第2橋架部と、
前記第2橋架部に連結され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第2反応ガス供給通路に供給するための第2反応ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される第2反応ガス供給部と、
を備えるとともに、
前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記第1反応ガス供給部に対して前記積層方向に第1荷重を付与する第1荷重付与工程と、
前記第1荷重付与工程の後、前記第2反応ガス供給部に対して前記積層方向に第2荷重を付与する第2荷重付与工程と、
を有し、且つ、
前記第1荷重を前記積層方向に受ける第1荷重受け部材の第1ヤング率は、前記第2荷重を前記積層方向に受ける第2荷重受け部材の第2ヤング率よりも大きいことを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
A fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are laminated,
The separator sandwiches the electrolyte-electrode assembly, and at least supplies a fuel gas supply hole for supplying a fuel gas along the electrode surface of the anode electrode or an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. A sandwiching portion provided with an oxidant gas supply hole for supplying;
A first bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas supply hole or supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole;
A first reaction gas supply unit that is connected to the first bridge portion and has a first reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the first reaction gas supply passage. When,
A second bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a second reaction gas supply passage for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole or the fuel gas to the fuel gas supply hole;
Second reaction gas supply connected to the second bridge portion and having a second reaction gas supply communication hole for supplying the oxidant gas or the fuel gas to the second reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. And
With
A method of assembling a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
A first load applying step of applying a first load in the stacking direction to the first reactive gas supply unit;
After the first load application step, a second load application step of applying a second load in the stacking direction to the second reaction gas supply unit;
And
The first Young's modulus of the first load receiving member that receives the first load in the stacking direction is greater than the second Young's modulus of the second load receiving member that receives the second load in the stacking direction. How to assemble a fuel cell stack.
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔又は前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔が設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第1反応ガス供給通路が形成される第1橋架部と、
前記第1橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第1反応ガス供給通路に供給するための第1反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第1反応ガス供給部と、
前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第2反応ガス供給通路が形成される第2橋架部と、
前記第2橋架部に連結され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第2反応ガス供給通路に供給するための第2反応ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される第2反応ガス供給部と、
を備えるとともに、
前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記第1反応ガス供給部に前記積層方向に第1面圧を発生させる第1荷重付与工程と、
前記第1荷重付与工程の後、前記第2反応ガス供給部に前記積層方向に前記第1面圧よりも小さな第2面圧を発生させる第2荷重付与工程と、
前記第2荷重付与工程の後、前記挟持部に前記積層方向に前記第2面圧よりも小さな第3面圧を発生させる第3荷重付与工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
A fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are laminated,
The separator sandwiches the electrolyte-electrode assembly, and at least supplies a fuel gas supply hole for supplying a fuel gas along the electrode surface of the anode electrode or an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. A sandwiching portion provided with an oxidant gas supply hole for supplying;
A first bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas supply hole or supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole;
A first reaction gas supply unit that is connected to the first bridge portion and has a first reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the first reaction gas supply passage. When,
A second bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a second reaction gas supply passage for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole or the fuel gas to the fuel gas supply hole;
Second reaction gas supply connected to the second bridge portion and having a second reaction gas supply communication hole for supplying the oxidant gas or the fuel gas to the second reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. And
With
A method of assembling a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
A first load applying step of generating a first surface pressure in the stacking direction in the first reactive gas supply unit;
After the first load application step, the second load application step of generating a second surface pressure smaller than the first surface pressure in the stacking direction in the second reaction gas supply unit;
After the second load applying step, a third load applying step of generating a third surface pressure smaller than the second surface pressure in the stacking direction in the sandwiching portion;
A method for assembling a fuel cell stack, comprising:
電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、少なくとも前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔又は前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔が設けられる挟持部と、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に供給するための第1反応ガス供給通路が形成される第1橋架部と、
前記第1橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記第1反応ガス供給通路に供給するための第1反応ガス供給連通孔が積層方向に形成される第1反応ガス供給部と、
前記挟持部に連結され、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給孔に又は前記燃料ガスを前記燃料ガス供給孔に供給するための第2反応ガス供給通路が形成される第2橋架部と、
前記第2橋架部に連結され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスを前記第2反応ガス供給通路に供給するための第2反応ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される第2反応ガス供給部と、
を備えるとともに、
前記燃料電池が複数積層される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記第1反応ガス供給部に対して前記積層方向に第1荷重を付与する第1荷重付与工程と、
前記第1荷重付与工程の後、前記第2反応ガス供給部に対して前記積層方向に第2荷重を付与する第2荷重付与工程と、
前記第2荷重付与工程の後、前記挟持部に対して前記積層方向に第3荷重を付与する第3荷重付与工程と、
を有し、且つ、
前記第1荷重を前記積層方向に受ける第1荷重受け部材の第1ヤング率、前記第2荷重を前記積層方向に受ける第2荷重受け部材の第2ヤング率、及び前記第3荷重を前記積層方向に受ける第3荷重受け部材の第3ヤング率は、第1ヤング率>第2ヤング率>第3ヤング率の関係を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
A fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode and a separator are laminated,
The separator sandwiches the electrolyte-electrode assembly, and at least supplies a fuel gas supply hole for supplying a fuel gas along the electrode surface of the anode electrode or an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. A sandwiching portion provided with an oxidant gas supply hole for supplying;
A first bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a first reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas supply hole or supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole;
A first reaction gas supply unit that is connected to the first bridge portion and has a first reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the first reaction gas supply passage. When,
A second bridge portion connected to the sandwiching portion and forming a second reaction gas supply passage for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply hole or the fuel gas to the fuel gas supply hole;
Second reaction gas supply connected to the second bridge portion and having a second reaction gas supply communication hole for supplying the oxidant gas or the fuel gas to the second reaction gas supply passage is formed in the stacking direction. And
With
A method of assembling a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked,
A first load applying step of applying a first load in the stacking direction to the first reactive gas supply unit;
After the first load application step, a second load application step of applying a second load in the stacking direction to the second reaction gas supply unit;
After the second load applying step, a third load applying step of applying a third load in the stacking direction to the clamping portion;
And
The first Young's modulus of the first load receiving member that receives the first load in the stacking direction, the second Young's modulus of the second load receiving member that receives the second load in the stacking direction, and the third load. 3. A method of assembling a fuel cell stack, characterized in that the third Young's modulus of the third load receiving member received in the direction has a relationship of first Young's modulus> second Young's modulus> third Young's modulus.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の組み立て方法において、前記第1反応ガス供給部は、燃料ガス供給部である一方、前記第2反応ガス供給部は、酸化剤ガス供給部であることを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。   5. The assembly method according to claim 1, wherein the first reaction gas supply unit is a fuel gas supply unit, while the second reaction gas supply unit is an oxidant gas supply unit. A method for assembling a fuel cell stack.
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