JP2010086871A

JP2010086871A - Fuel-cell stack case and fixing method of fuel-cell stack

Info

Publication number: JP2010086871A
Application number: JP2008256664A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hirano; 晋一平野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP5434033B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel-cell stack case having an excellent volumetric efficiency and being capable of suppressing the rise of a manufacturing cost, and to provide a method for fitting the fuel-cell stack. SOLUTION: A fuel-cell stack 100 stacking an assembly 10 constituting a unit cell in a plurality of layers has a displacement-absorbing mechanism 150 for absorbing a geometric variation in the stacking direction of the assembly, and for uniformly maintaining the planar pressure of a stack-constituting material. The displacement-absorbing mechanism 150 is integrally formed in a stack case 110, and has blade springs 170, 180 elastically deformable in the stacking direction of the assembly. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックケースおよび燃料電池スタックの固定方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack case and a fuel cell stack fixing method.

燃料電池スタックは、単セルを構成するアセンブリが複数積層されてなり、アセンブリ積層方向の形状変化を吸収しかつスタック構成部品の面圧を均一に維持するための変位吸収機構を有し、温度変化による変形や生成水による反応膜の膨潤変形による影響を排除している（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開平０６−１５０９４６号公報特開２００２−２６０７１１号公報 The fuel cell stack is composed of a plurality of assemblies that constitute a single cell, and has a displacement absorption mechanism for absorbing the shape change in the assembly stacking direction and maintaining the uniform surface pressure of the stack components. The influence by the deformation | transformation by this and the swelling deformation | transformation of the reaction membrane by produced | generated water is excluded (for example, refer patent document 1 and 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 06-150946 JP 2002-260711 A

しかし、変位吸収機構は、燃料電池の発電に直接寄与しない構成部品であり、かつ、スタック構造に組み込まれている。そのため、高密度の電気エネルギーを出力するために複数のスタックによるモジュール化を図る場合、非反応部である変位吸収機構は、各モジュールに配置する必要があり、体積効率の悪化および製造コストの増加を引き起こす問題を有している。 However, the displacement absorbing mechanism is a component that does not directly contribute to the power generation of the fuel cell and is incorporated in the stack structure. Therefore, when modularizing with multiple stacks in order to output high-density electrical energy, the displacement absorbing mechanism, which is a non-reactive part, must be placed in each module, resulting in poor volumetric efficiency and increased manufacturing costs. Have problems that cause

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な体積効率を有しかつ製造コストの上昇を抑制し得る燃料電池スタックケースおよび燃料電池スタックの固定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and provides a fuel cell stack case and a fuel cell stack fixing method that have good volumetric efficiency and can suppress an increase in manufacturing cost. The purpose is to do.

上記目的を達成するための本発明の一様相は、単セルを構成するアセンブリが複数積層されてなる燃料電池スタックが収容されるスタックケースである。前記スタックケースは、前記燃料電池スタックにおけるアセンブリ積層方向の形状変化を吸収し、スタック構成部品の面圧を均一に維持するための変位吸収機構を有する。前記変位吸収機構は、前記スタックケースに一体化されており、かつ、前記アセンブリ積層方向に弾性変形自在の板ばねを有する。前記スタックケースは、スタックケース部として、アセンブリ積層方向に直列および／又はセンブリ積層方向と交差する方向に並列に、複数配置して、組み合わせることも可能である。 In order to achieve the above object, a uniform phase of the present invention is a stack case in which a fuel cell stack in which a plurality of assemblies constituting a single cell are stacked is accommodated. The stack case has a displacement absorbing mechanism for absorbing a shape change in the assembly stacking direction in the fuel cell stack and maintaining a uniform surface pressure of the stack components. The displacement absorbing mechanism is integrated with the stack case and includes a leaf spring that is elastically deformable in the assembly stacking direction. A plurality of the stack cases may be arranged and combined as a stack case portion in series in the assembly stacking direction and / or in parallel in a direction crossing the assembly stacking direction.

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、単セルを構成するアセンブリが複数積層されてなる燃料電池スタックを、スタックケースに固定するための方法である。前記方法においては、前記燃料電池スタックが収容された前記スタックケースに、変位吸収機構を取り付けて一体化して、前記燃料電池スタックを固定している。そして、前記変位吸収機構は、前記燃料電池スタックにおけるアセンブリ積層方向に弾性変形自在の板ばねを有しており、前記燃料電池スタックにおける前記アセンブリ積層方向の形状変化を吸収し、スタック構成部品の面圧を均一に維持する。 Another aspect of the present invention for achieving the above object is a method for fixing a fuel cell stack in which a plurality of assemblies constituting a single cell are stacked to a stack case. In the method, a displacement absorbing mechanism is attached to and integrated with the stack case in which the fuel cell stack is accommodated to fix the fuel cell stack. The displacement absorbing mechanism includes a leaf spring that is elastically deformable in the assembly stacking direction in the fuel cell stack, absorbs a shape change in the assembly stacking direction in the fuel cell stack, and Maintain a uniform pressure.

本発明によれば、変位吸収機構がスタックケースに一体化されており、燃料電池スタックから独立しているため、非反応部である変位吸収機構を、燃料電池スタックの各モジュールに配置する必要はなく、体積効率の向上および製造コストの低減を図ることが可能である。また、変位吸収機構が有する板ばねは、弾性変形方向以外の方向においては、良好な剛性を有するため、例えば、積載や固定のために必要とされるスタックケースの剛性を確保することが可能である。したがって、良好な体積効率を有しかつ製造コストの上昇を抑制し得る燃料電池スタックケースおよび燃料電池スタックの固定方法を提供すること可能である。 According to the present invention, since the displacement absorbing mechanism is integrated with the stack case and independent of the fuel cell stack, it is necessary to dispose the displacement absorbing mechanism that is a non-reactive part in each module of the fuel cell stack. Therefore, it is possible to improve volumetric efficiency and reduce manufacturing costs. In addition, since the leaf spring of the displacement absorbing mechanism has good rigidity in directions other than the elastic deformation direction, for example, it is possible to ensure the rigidity of the stack case required for loading and fixing. is there. Therefore, it is possible to provide a fuel cell stack case and a method for fixing the fuel cell stack that have good volumetric efficiency and can suppress an increase in manufacturing cost.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、実施形態１に係る燃料電池スタックケースを説明するための断面図、図２は、図１に示される燃料電池スタックを説明するための断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a fuel cell stack case according to Embodiment 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell stack shown in FIG.

実施形態１に係る燃料電池スタック１００のスタックケース１１０は、略矩形であり、蓋部（押圧部）１２０、基部（押圧部）１３０および変位吸収機構１５０を有する。燃料電池スタック１００は、単セルを構成するアセンブリが複数積層されてなるスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、燃料電池スタック１００の用途として好ましい。 The stack case 110 of the fuel cell stack 100 according to the first embodiment is substantially rectangular and includes a lid (pressing portion) 120, a base (pressing portion) 130, and a displacement absorbing mechanism 150. The fuel cell stack 100 has a stack portion 20 in which a plurality of assemblies constituting a single cell are stacked, and is used as a power source. Applications of the power source include, for example, stationary devices, consumer portable devices such as mobile phones, emergency devices, outdoor devices such as leisure and construction power sources, and mobile objects such as automobiles with limited mounting space. In particular, the power source for the mobile body is preferable as an application of the fuel cell stack 100 because a high output voltage is required after the operation is stopped for a relatively long time.

蓋部１２０および基部１３０は、その間に燃料電池スタック１００が配置され、燃料電池スタック１００のアセンブリ積層方向の端面を支持しており、燃料電池スタック１００に所定の締付荷重（セパレータ１５，１７間の膜電極接合体１４を押し付ける面圧）を均一に付与するために使用される。 The lid 120 and the base 130 are disposed with the fuel cell stack 100 therebetween, and support the end surface of the fuel cell stack 100 in the assembly stacking direction. The fuel cell stack 100 has a predetermined tightening load (between the separators 15 and 17). The surface pressure for pressing the membrane electrode assembly 14 is uniformly applied.

変位吸収機構１５０は、アセンブリ積層方向の形状変化を吸収し、スタック構成部品の面圧を均一に維持するために使用され、剛性を有しかつアセンブリ積層方向Ｚに延長する中間プレート１６０と、アセンブリ積層方向に弾性変形自在の板ばね（第１板ばねと第２板ばね）１７０，１８０を有する。中間プレート１６０は、スタックケース１１０の側壁を構成しており、蓋部１２０および基部１３０の外周の４辺に対応して４個配置されている。なお、変位吸収機構１５０は、スタックケース１１０の各辺の側壁に複数配置することも可能である。 The displacement absorbing mechanism 150 is used to absorb a change in shape in the assembly stacking direction and maintain a uniform surface pressure of the stack components, and has an intermediate plate 160 that is rigid and extends in the assembly stacking direction Z. Plate springs (first and second leaf springs) 170 and 180 that are elastically deformable in the stacking direction are provided. The intermediate plate 160 constitutes the side wall of the stack case 110, and four intermediate plates 160 are arranged corresponding to the four sides of the outer periphery of the lid portion 120 and the base portion 130. Note that a plurality of the displacement absorbing mechanisms 150 can be arranged on the side wall of each side of the stack case 110.

板ばね１７０は、中間プレート１６０の上端部から水平方向（アセンブリ積層方向と交差する方向）に延長し、上方の蓋部１２０の外周の１辺と連結している。板ばね１８０は、中間プレート１６０の下端部から水平方向に延長し、下方の基部１３０の外周の１辺と連結している。したがって、変位吸収機構１５０は、片持ちはり構造の直列と並列の組み合わせ（片持ちはり構造の４個直列が２個並列された組み合わせ）を有している。 The leaf spring 170 extends from the upper end of the intermediate plate 160 in the horizontal direction (direction intersecting the assembly stacking direction) and is connected to one side of the outer periphery of the upper lid 120. The leaf spring 180 extends in the horizontal direction from the lower end portion of the intermediate plate 160 and is connected to one side of the outer periphery of the lower base portion 130. Therefore, the displacement absorbing mechanism 150 has a combination of series and parallel cantilever structures (a combination of two series of four cantilever structures arranged in parallel).

変位吸収機構１５０は、上記のように、燃料電池スタック１００が収容されたスタックケース１１０に取り付けて一体化されて、燃料電池スタック１００を固定しており、燃料電池スタック１００におけるアセンブリ積層方向の形状変化を吸収し、スタック構成部品の面圧を均一に維持している。したがって、変位吸収機構１５０は、燃料電池スタック１００から独立しているため、非反応部である変位吸収機構１５０を、燃料電池スタック１００の各モジュールに配置する必要はなく、体積効率の向上および製造コストの低減を図ることが可能である。また、変位吸収機構１５０が有する板ばねは、弾性変形方向以外の方向においては、良好な剛性を有するため、例えば、積載や固定のために必要とされるスタックケース１１０の剛性を確保することが可能である。 As described above, the displacement absorbing mechanism 150 is attached to and integrated with the stack case 110 in which the fuel cell stack 100 is accommodated to fix the fuel cell stack 100, and the shape of the fuel cell stack 100 in the assembly stacking direction. Absorbs changes and maintains uniform surface pressure of stack components. Therefore, since the displacement absorbing mechanism 150 is independent of the fuel cell stack 100, it is not necessary to dispose the displacement absorbing mechanism 150, which is a non-reactive part, in each module of the fuel cell stack 100. Cost can be reduced. In addition, since the leaf spring included in the displacement absorbing mechanism 150 has good rigidity in directions other than the elastic deformation direction, for example, the rigidity of the stack case 110 required for loading and fixing can be ensured. Is possible.

また、板ばね１７０，１８０が連結される中間プレート１６０は、剛性を有するため、アセンブリ積層方向と交差する水平方向の変形を抑制することができる。また、中間プレート１６０は、スタックケース１１０の側壁を構成しており、変位吸収機構１５０とスタックケース１１０とを高度に一体化することができる。 Moreover, since the intermediate plate 160 to which the leaf springs 170 and 180 are connected has rigidity, it is possible to suppress deformation in the horizontal direction intersecting the assembly stacking direction. Further, the intermediate plate 160 forms a side wall of the stack case 110, and the displacement absorbing mechanism 150 and the stack case 110 can be highly integrated.

さらに、変位吸収機構１５０は、スタックケース１１０の各辺の側壁に少なくとも１つ配置されているため、スタックケース１１０が水平方向に変形しようする場合、当該変形は、隣接する変位吸収機構１５０の剛性が互いに補完し合うことで抑制される。つまり、スタックケースの水平ずれ変形を防止することができる。 Furthermore, since at least one displacement absorbing mechanism 150 is disposed on the side wall of each side of the stack case 110, when the stack case 110 is deformed in the horizontal direction, the deformation is caused by the rigidity of the adjacent displacement absorbing mechanism 150. Are suppressed by complementing each other. That is, the horizontal displacement of the stack case can be prevented.

なお、燃料電池スタック１００のスタック部２０の両側には、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０が配置される。集電板３０，４０は、緻密質カーボンや銅板等のガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部２０で生じた起電力を出力するための出力端子が設けられている。絶縁板５０，６０は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。 Note that current collector plates 30, 40, insulating plates 50, 60 and end plates 70, 80 are disposed on both sides of the stack portion 20 of the fuel cell stack 100. The current collecting plates 30 and 40 are formed of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or copper plate, and are provided with output terminals for outputting electromotive force generated in the stack portion 20. The insulating plates 50 and 60 are formed from an insulating member such as rubber or resin.

エンドプレート７０，８０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート７０は、燃料ガスである水素を流通させるため水素導入口および水素排出口、酸化剤ガスである空気（酸素）を流通させるための空気導入口および空気排出口、冷却液を流通させるための冷却液導入口および冷却液排出口を有する。 The end plates 70 and 80 are made of a material having rigidity, for example, a metal material such as steel. The end plate 70 has a hydrogen inlet and a hydrogen outlet for circulating hydrogen as a fuel gas, an air inlet and an air outlet for circulating air (oxygen) as an oxidant gas, and a coolant. A coolant inlet and a coolant outlet.

図２は、図１に示される燃料電池スタックを説明するための断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell stack shown in FIG.

スタック部２０は、単セルを構成するアセンブリ１０を複数積層した積層体を有する。アセンブリ１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：ｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｓｓｅｍｂｌｙ）１４を一対のセパレータ１５，１７によって挟持してなる。膜電極接合体１４、セパレータ１５およびセパレータ１７の間における外周縁部には、シール材（不図示）が配置されている。 The stack unit 20 includes a stacked body in which a plurality of assemblies 10 constituting a single cell are stacked. The assembly 10 is formed by sandwiching a membrane electrode assembly (MEA) 14 by a pair of separators 15 and 17. A sealing material (not shown) is disposed on the outer peripheral edge between the membrane electrode assembly 14, the separator 15 and the separator 17.

膜電極接合体１４は、セパレータ１５，１７と略同一形状であり、電解質膜１１、電解質膜１１を挟んで配置されるカソード電極（空気極）１２およびアノード電極（燃料極）１３を有する。カソード電極１２は、カソード触媒層およびガス拡散層を有し、アノード電極１３は、アノード触媒層およびガス拡散層を有する。電解質膜１１は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。 The membrane electrode assembly 14 has substantially the same shape as the separators 15 and 17, and includes an electrolyte membrane 11, a cathode electrode (air electrode) 12 and an anode electrode (fuel electrode) 13 disposed with the electrolyte membrane 11 interposed therebetween. The cathode electrode 12 has a cathode catalyst layer and a gas diffusion layer, and the anode electrode 13 has an anode catalyst layer and a gas diffusion layer. The electrolyte membrane 11 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state.

セパレータ１５，１７は、略矩形であり、ステンレス鋼鈑にプレス加工を施すことで形成されている。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。また、セパレータ１５，１７の素材として、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。 The separators 15 and 17 are substantially rectangular and are formed by pressing a stainless steel plate. The stainless steel plate is preferable in that it can be easily subjected to complicated machining and has good conductivity, and can be coated with a corrosion-resistant coating as necessary. Further, as a material for the separators 15 and 17, a metal material other than the stainless steel plate, for example, an aluminum plate or a clad material can be applied.

セパレータ１５は、カソード用であり、別のアセンブリ１０のセパレータ１７に隣接しており、凹凸部と、水素用、空気用および冷却液用のマニホールド部とを有し、カソード電極１２に相対して配置される。 The separator 15 is for the cathode and is adjacent to the separator 17 of another assembly 10. The separator 15 has a concavo-convex portion and manifold portions for hydrogen, air, and coolant, and is opposed to the cathode electrode 12. Be placed.

カソード電極１２に相対する凹凸部の内面と、カソード電極の表面により形成される空間Ｓ_１は、空気を流通させるための流路を構成し、空気用マニホールド部を経由し、エンドプレート７０に配置される空気導入口および空気排出口に、接続されている。 And the inner surface of the opposed concave and convex portion on the cathode electrode 12, the space S ₁ formed by the surface of the cathode electrode constitute a flow path for circulating air, via an air manifold portions, arranged on the end plate 70 Connected to the air inlet and the air outlet.

セパレータ１７は、アノード用であり、セパレータ１５と略同一形状であり、別のアセンブリ１０のセパレータ１５に隣接しており、凹凸部と、水素用、空気用および冷却液用のマニホールド部とを有し、アノード電極１３に相対して配置される。 The separator 17 is for the anode, has substantially the same shape as the separator 15, is adjacent to the separator 15 of another assembly 10, and has an uneven portion and manifold portions for hydrogen, air, and coolant. And disposed relative to the anode electrode 13.

アノード電極１３に相対する凹凸部の内面と、アノード電極１３の表面により形成される空間Ｓ_２は、水素を流通させるための流路を構成し、水素用マニホールド部を経由し、エンドプレート７０に配置される水素導入口および水素排出口に、接続されている。 And the inner surface of the opposed concave and convex portion on the anode electrode 13, the space S ₂ formed by the surface of the anode electrode 13 constitutes a flow path for circulating the hydrogen, through the manifold for hydrogen, the end plate 70 It is connected to the hydrogen inlet and the hydrogen outlet arranged.

アノード電極１３に相対する凹凸部の外面と、隣接する別のアセンブリ１０のセパレータ１５の外面により形成される空間Ｓ_３は、冷却液を流通させるための流路（冷却液循環経路）を構成し、冷却液用マニホールド部を経由し、エンドプレート７０に配置される冷却液導入口および冷却液排出口に、接続されている。 And the outer surface of the opposed concave and convex portion on the anode electrode 13, the space S ₃ formed by the outer surface of the separator 15 of another assembly 10 adjacent constitutes a flow path for circulating a cooling liquid (coolant circulation path) The coolant is connected to a coolant inlet and a coolant outlet disposed in the end plate 70 via the coolant manifold.

次に、変位吸収機構１５０を詳述する。 Next, the displacement absorbing mechanism 150 will be described in detail.

図３は、図１に示される燃料電池スタックの変形方向を説明するための斜視図、図４は、図１に示される変位吸収機構における板ばねの変形方向を説明するための斜視図である。 3 is a perspective view for explaining the deformation direction of the fuel cell stack shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view for explaining the deformation direction of the leaf spring in the displacement absorbing mechanism shown in FIG. .

変位吸収機構１５０の板ばね１７０，１８０は、剛性に方向性を有する。例えば、図４に示されるように、幅方向Ｗおよび長さ方向Ｌに関しては、良好な剛性を有するが、厚さ方向Ｄに関しては、剛性が相対的に弱く、変形（屈曲）し易い。したがって、板ばね１７０，１８０の厚さ方向Ｄ、幅方向Ｗおよび長さ方向Ｌが、燃料電池スタック１００のアセンブリ積層方向Ｚ、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）と一致するように、変位吸収機構１５０の板ばね１７０，１８０は、配置されている。つまり、板ばね１７０，１８０の弾性変形方向を、アセンブリ積層方向Ｚと一致させている。 The leaf springs 170 and 180 of the displacement absorbing mechanism 150 have directionality in rigidity. For example, as shown in FIG. 4, the width direction W and the length direction L have good rigidity, but the thickness direction D is relatively weak and easily deformed (bent). Accordingly, the displacement absorbing mechanism is arranged so that the thickness direction D, the width direction W, and the length direction L of the leaf springs 170 and 180 coincide with the assembly stacking direction Z and the horizontal direction (X, Y direction) of the fuel cell stack 100. 150 leaf springs 170 and 180 are arranged. That is, the elastic deformation direction of the leaf springs 170 and 180 is made to coincide with the assembly stacking direction Z.

したがって、図３に示されるように、燃料電池スタック１００の温度が、例えば、使用環境に応じて変化する場合、セパレータ１５，１７などの構成部品の熱膨張あるいは熱収縮に基づいて、アセンブリ積層方向Ｚに伸縮するが、板ばね１７０，１８０によって変位が吸収されるため、締付荷重（セパレータ１５，１７間の膜電極接合体１４を押し付ける面圧）が維持され、伸縮の影響は排除される。一方、アセンブリ積層方向Ｚと交差する水平方向は、板ばね１７０，１８０が良好な剛性を有する方向であるため、水平方向の変形は、抑制され、積層ズレなどの発生によるシール不良等の燃料電池の劣化が防止される。 Therefore, as shown in FIG. 3, when the temperature of the fuel cell stack 100 changes depending on the use environment, for example, the assembly stacking direction is based on the thermal expansion or contraction of the components such as the separators 15 and 17. Although it expands and contracts to Z, since the displacement is absorbed by the leaf springs 170 and 180, the tightening load (the surface pressure that presses the membrane electrode assembly 14 between the separators 15 and 17) is maintained, and the influence of the expansion and contraction is eliminated. . On the other hand, since the horizontal direction intersecting the assembly stacking direction Z is a direction in which the leaf springs 170 and 180 have good rigidity, deformation in the horizontal direction is suppressed and a fuel cell such as a seal failure due to occurrence of stacking misalignment or the like. Deterioration is prevented.

図５は、図１に示される変位吸収機構を説明するための断面図、図６、図７および図８は、図５に示される変位吸収機構における回転方向の剛性向上を説明するための概念図であり、板ばねの変形、中間プレートの機能およびを回転方向の抑制を示している。 FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the displacement absorbing mechanism shown in FIG. 1, and FIGS. 6, 7 and 8 are concepts for explaining the improvement in rigidity in the rotational direction of the displacement absorbing mechanism shown in FIG. It is a figure and shows the deformation | transformation of a leaf | plate spring, the function of an intermediate | middle plate, and suppression of a rotation direction.

図６に示されるように、板ばね１７０が変形する場合、中間プレート１６０は、アセンブリ積層方向Ｚおよび水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動しようとする（図６参照）。しかし、中間プレート１６０の上端部および下端部は、板ばね１７０および板ばね１８０が連結されているため、アセンブリ積層方向Ｚの移動を許容するが、積層ズレなどを発生させる水平方向の移動が抑制される（図７参照）。また、板ばね連結構造が２重になっているため、回転方向Ｒの移動が抑制され、回転方向Ｒの剛性が向上することとなる（図８参照）。 As shown in FIG. 6, when the leaf spring 170 is deformed, the intermediate plate 160 tends to move in the assembly stacking direction Z and the horizontal direction (X, Y direction) (see FIG. 6). However, since the leaf spring 170 and the leaf spring 180 are connected to the upper end and the lower end of the intermediate plate 160, the movement in the assembly stacking direction Z is allowed, but the horizontal movement that causes stacking misalignment is suppressed. (See FIG. 7). Further, since the leaf spring coupling structure is doubled, the movement in the rotation direction R is suppressed, and the rigidity in the rotation direction R is improved (see FIG. 8).

図９は、片持ちはりのたわみ量を説明するための概念図、図１０は、板ばねのたわみ量を説明するための断面図、図１１は、変位吸収機構のたわみ量を説明するための断面図、図１２は、板ばねの固定方法を説明するための断面図である。 9 is a conceptual diagram for explaining the amount of deflection of a cantilever beam, FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the amount of deflection of a leaf spring, and FIG. 11 is a diagram for explaining the amount of deflection of a displacement absorbing mechanism. Sectional drawing and FIG. 12 are sectional drawings for demonstrating the fixing method of a leaf | plate spring.

図９に示される片持ちはりのように、棒の一方を固定し、棒の他方に荷重を付加する場合、荷重は全て棒の先端にかかると仮定される。そのため、棒の長さをａ、断面２次モーメントをＩ、ヤング率をＥ、荷重（力）をＰで表すと、たわみ量ｖは、式ｖ＝（Ｐ・ａ^３）／（３・Ｅ・Ｉ）で表される。また、断面２次モーメントＩは、棒の断面形状により決定される。一方、変位吸収機構に係る板ばねは、断面が矩形状であり、図１０に示されるように、板ばねの幅をｂ、板ばねの厚さをｈで表すと、板ばねの断面２次モーメントＩは、式Ｉ＝（ｂ・ｈ^３）／１２で表される。 When one of the bars is fixed and a load is applied to the other of the bars, such as the cantilever shown in FIG. 9, it is assumed that all the load is applied to the tip of the bar. Therefore, when the length of the rod is represented by a, the moment of inertia of the cross section is represented by I, the Young's modulus is represented by E, and the load (force) is represented by P, the deflection amount v is expressed by the equation v = (P · a ³ ) / (3 · E -It is represented by I). The cross-sectional secondary moment I is determined by the cross-sectional shape of the bar. On the other hand, the leaf spring according to the displacement absorbing mechanism has a rectangular cross section. As shown in FIG. 10, when the width of the leaf spring is represented by b and the thickness of the leaf spring is represented by h, the leaf spring has a secondary cross section. The moment I is represented by the formula I = (b · h ³ ) / 12.

変位吸収機構１５０は、片持ちはり構造の４個直列が２個並列された組み合わせに相当しており、その変位量ｖ’は、構成要素である片持ちはり構造のたわみ量ｖの２倍である。つまり、直列に注目すると、片持ちはり構造が４個に相当し、ばね定数の４分の１となるため、変位量ｖ’’は、４・ｖによって算出される。並列に注目すると、ばね定数の２倍となるため、変位吸収機構の変位量ｖ’は、変位量ｖ’’の２分の１となる。つまり、変位量ｖ’は、式ｖ’＝ｖ’’／２＝２・ｖで表される。なお、ばね定数は、ばねに負荷（荷重）を加えたときの、荷重を伸び（変位量）で割った比例定数である。 The displacement absorbing mechanism 150 corresponds to a combination of four series of four cantilever beam structures arranged in parallel, and the displacement amount v ′ is twice the deflection amount v of the cantilever beam structure as a component. is there. That is, when attention is paid to the series, the number of cantilever structures is equivalent to four, which is a quarter of the spring constant, so the displacement amount v ″ is calculated by 4 · v. When attention is paid to the parallelism, since the spring constant is twice, the displacement amount v ′ of the displacement absorbing mechanism is ½ of the displacement amount v ″. That is, the displacement amount v ′ is expressed by the equation v ′ = v ″ / 2 = 2 · v. The spring constant is a proportional constant obtained by dividing the load by the elongation (displacement amount) when a load (load) is applied to the spring.

アセンブリ積層方向Ｚに関する変位吸収機構１５０の変位量ｖ’は、例えば、常温時を基準として、２ｍｍ（動作時）〜−２ｍｍ（寒冷地）の範囲に収まるように設定される。したがって、荷重Ｐ（図１１参照）として、所定の締付荷重（セパレータ１５，１７間の膜電極接合体１４を押し付ける面圧）を代入することで、板ばね１７０，１８０の仕様を特定することが可能である。 The displacement amount v ′ of the displacement absorbing mechanism 150 with respect to the assembly stacking direction Z is set to fall within a range of 2 mm (during operation) to −2 mm (cold region), for example, at a normal temperature. Therefore, the specification of the leaf springs 170 and 180 is specified by substituting a predetermined tightening load (surface pressure pressing the membrane electrode assembly 14 between the separators 15 and 17) as the load P (see FIG. 11). Is possible.

また、変位吸収機構１５０による締付荷重およびたわみ量を正確に管理するためには、板ばね１７０，１８０の端部は、例えば、図１２に示されるように、ピン１９０を圧入することで、被連結部材（蓋部１２０、基部１３０および中間プレート１６０）に連結することが好ましい。この場合、板ばね１７０，１８０は、そのばね定数を正確に発揮することができる。なお、連結はボルト締結を適用することも可能である。 Further, in order to accurately manage the tightening load and the deflection amount by the displacement absorbing mechanism 150, the end portions of the leaf springs 170 and 180 are, for example, as shown in FIG. It is preferable to connect to the members to be connected (the lid 120, the base 130, and the intermediate plate 160). In this case, the leaf springs 170 and 180 can accurately exhibit the spring constant. In addition, a bolt fastening can also be applied for the connection.

図１３および図１４は、実施形態１に係る変形例１および２を説明するための断面図である。 FIGS. 13 and 14 are cross-sectional views for explaining the first and second modifications according to the first embodiment.

スタックケース１１０は、単独で使用する形態に限定されず、複数のスタックケースを、アセンブリ積層方向に直列および／又はセンブリ積層方向と交差する方向に並列に配置することも可能である。 The stack case 110 is not limited to a form used alone, and a plurality of stack cases can be arranged in series in the assembly stacking direction and / or in parallel in a direction crossing the assembly stacking direction.

例えば、図１３に示されるように、スタックケース（スタックケース部）１１０Ａを、連結部１４０を介してアセンブリ積層方向に直列連結することも可能である。この場合、アセンブリ数量に対応して柔軟な設計が可能となり、例えば、アセンブリ数が少ない場合や多い場合であっても、容易に対応することが可能となる。なお、連結部１４０は、下方のスタックケース（スタックケース部）１１０Ａの蓋部と、隣接する上方のスタックケース（スタックケース部）１１０Ａの基部とを兼用（共有）しているが、直列連結のための構成は、特に、この形態に限定されない。 For example, as shown in FIG. 13, the stack cases (stack case portions) 110 A can be connected in series in the assembly stacking direction via the connecting portions 140. In this case, a flexible design corresponding to the assembly quantity is possible. For example, even when the number of assemblies is small or large, it is possible to easily cope with the design. The connecting portion 140 serves as a lid portion of the lower stack case (stack case portion) 110A and the base portion of the adjacent upper stack case (stack case portion) 110A. The configuration for this is not particularly limited to this form.

また、図１４に示されるように、スタックケース（スタックケース部）１１０Ｂを水平方向に並列連結することも可能である。この場合も、図１３に示される変形例１の場合と同様に、アセンブリ数量に対応して柔軟な設計が可能となる。なお、蓋部１２０Ａおよび基部１３０Ａは、隣接するスタックケース１１０Ｂ同士で、共有しているが、並列連結のための構成は、特に、この形態に限定されない。 Further, as shown in FIG. 14, the stack cases (stack case portions) 110B can be connected in parallel in the horizontal direction. Also in this case, as in the case of the first modification shown in FIG. 13, a flexible design corresponding to the assembly quantity is possible. The lid 120A and the base 130A are shared by the adjacent stack cases 110B, but the configuration for parallel connection is not particularly limited to this configuration.

以上のように、実施形態１においては、変位吸収機構１５０がスタックケース１１０に一体化されており、燃料電池スタック１００から独立しているため、非反応部である変位吸収機構１５０を、燃料電池スタック１００の各モジュールに配置する必要はなく、体積効率の向上および製造コストの低減を図ることが可能である。また、変位吸収機構１５０が有する板ばねは、弾性変形方向以外の方向においては、良好な剛性を有するため、例えば、積載や固定のために必要とされるスタックケース１１０の剛性を確保することが可能である。したがって、良好な体積効率を有しかつ製造コストの上昇を抑制し得る燃料電池スタックケースおよび燃料電池スタックの固定方法を提供すること可能である。 As described above, in the first embodiment, since the displacement absorbing mechanism 150 is integrated with the stack case 110 and is independent of the fuel cell stack 100, the displacement absorbing mechanism 150 that is a non-reactive part is replaced with a fuel cell. There is no need to arrange each module in the stack 100, and volume efficiency can be improved and manufacturing costs can be reduced. In addition, since the leaf spring included in the displacement absorbing mechanism 150 has good rigidity in directions other than the elastic deformation direction, for example, the rigidity of the stack case 110 required for loading and fixing can be ensured. Is possible. Therefore, it is possible to provide a fuel cell stack case and a method for fixing the fuel cell stack that have good volumetric efficiency and can suppress an increase in manufacturing cost.

また、ばね１７０，１８０が連結される中間プレート１６０は、剛性を有するため、アセンブリ積層方向Ｚと交差する水平方向（ＸＹ方向）の変形を抑制することができる。また、中間プレート１６０は、スタックケース１１０の側壁を構成しており、変位吸収機構１５０とスタックケース１１０とを高度に一体化することができる。 Moreover, since the intermediate plate 160 to which the springs 170 and 180 are connected has rigidity, deformation in the horizontal direction (XY direction) intersecting the assembly stacking direction Z can be suppressed. Further, the intermediate plate 160 forms a side wall of the stack case 110, and the displacement absorbing mechanism 150 and the stack case 110 can be highly integrated.

一方、スタックケース１１０は、単独で使用する形態に限定されず、複数のスタックケースを、アセンブリ積層方向に直列および／又はセンブリ積層方向と交差する方向に並列に配置することができる。例えば、変形例１のように、スタックケース（スタックケース部）１１０をアセンブリ積層方向に直列連結したり、変形例２のように、水平方向に並列連結したりすることも可能である。この場合、アセンブリ数量に対応して柔軟な設計が可能となり、例えば、アセンブリ数が少ない場合や多い場合であっても、容易に対応することができる。 On the other hand, the stack case 110 is not limited to a form used alone, and a plurality of stack cases may be arranged in series in the assembly stacking direction and / or in parallel in a direction crossing the assembly stacking direction. For example, the stack cases (stack case portions) 110 may be connected in series in the assembly stacking direction as in Modification 1 or may be connected in parallel in the horizontal direction as in Modification 2. In this case, a flexible design corresponding to the assembly quantity is possible. For example, even when the number of assemblies is small or large, it can be easily handled.

次に、実施形態２を説明する。 Next, Embodiment 2 will be described.

図１５は、実施形態２に係る燃料電池スタックケースを説明するための断面図、図１６は、図１５に示される燃料電池スタックケースを説明するための斜視図である。なお、以下において、実施形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。 FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell stack case according to Embodiment 2, and FIG. 16 is a perspective view for explaining the fuel cell stack case shown in FIG. In the following, members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by similar reference numerals, and the description thereof is omitted to avoid duplication.

実施形態２に係るスタックケース２１０は、変位吸収機構の中間プレートの構成に関し、実施形態１に係るスタックケース１１０と概して異なり、図１６に示されるように、蓋部（押圧部）２２０の外周から下方に延長する外壁部２２２、および、基部（押圧部）２３０の外周から上方に延長する外壁部２３２を有する。 The stack case 210 according to the second embodiment is generally different from the stack case 110 according to the first embodiment with respect to the configuration of the intermediate plate of the displacement absorbing mechanism, and from the outer periphery of the lid portion (pressing portion) 220 as shown in FIG. It has an outer wall portion 222 that extends downward, and an outer wall portion 232 that extends upward from the outer periphery of the base (pressing portion) 230.

上方に位置する外壁部２２２の端部２３３には、板ばね２７０が連結されており、板ばね２７０は、水平方向に延長し、中間プレート２６０の上端部と連結している。下方に位置する外壁部２３２の端部２３３には、板ばね２８０が連結されており、板ばね２８０は、水平方向に延長し、中間プレート２６０の下端部と連結している。 A leaf spring 270 is connected to the end portion 233 of the outer wall portion 222 located above, and the leaf spring 270 extends in the horizontal direction and is connected to the upper end portion of the intermediate plate 260. A leaf spring 280 is connected to the end portion 233 of the outer wall portion 232 located below, and the leaf spring 280 extends in the horizontal direction and is connected to the lower end portion of the intermediate plate 260.

スタックケース２１０の側壁は、上記のように、中間プレート２６０および外壁部２２２，２３２からなり、中間プレート２６０は、側壁の一部のみを構成しており、スタックケース２１０の剛性に対する変位吸収機構２５０の影響を抑制することができる。また、変位吸収機構２５０の小型化が容易であり、その配置位置の自由度が向上するため、例えば、車両に積載する際における固定方法の選択の幅を広げることができる。また、外壁部２２２，２３２は、変形しないため、固定部として活用することが容易である。 As described above, the side wall of the stack case 210 includes the intermediate plate 260 and the outer wall portions 222 and 232, and the intermediate plate 260 constitutes only a part of the side wall, and the displacement absorbing mechanism 250 for the rigidity of the stack case 210. The influence of can be suppressed. Further, since the displacement absorbing mechanism 250 can be easily downsized and the degree of freedom of its arrangement position is improved, for example, the range of selection of the fixing method when loading on the vehicle can be widened. Moreover, since the outer wall parts 222 and 232 are not deformed, they can be easily used as a fixing part.

なお、変位吸収機構２５０は、片持ちはり構造が４個並列された構成に相当し、その変位量ｖ’は、実施形態１と同様に、例えば、２ｍｍ〜−２ｍｍの範囲に収まるように設定される。 The displacement absorbing mechanism 250 corresponds to a configuration in which four cantilever structures are arranged in parallel, and the displacement amount v ′ is set to fall within a range of 2 mm to −2 mm, for example, as in the first embodiment. Is done.

図１７は、図１５に示される燃料電池スタックケースの剛性を説明するための斜視図である（図中における遠位に位置する２辺に配置されている板ばね２７０，２８０および中間プレート２６０は不図示）。 FIG. 17 is a perspective view for explaining the rigidity of the fuel cell stack case shown in FIG. 15 (the leaf springs 270 and 280 and the intermediate plate 260 arranged on the two sides located at the distal end in the drawing are shown in FIG. Not shown).

変位吸収機構２５０は、蓋部２２０および基部２３０の外周の４辺に対応して４個配置されており、隣接する変位吸収機構２５０は、直角に交差する方向に配置されている。したがって、スタックケース２１０が水平方向（ＸＹ方向）に変形しようする場合、当該変形は、隣接する変位吸収機構２５０の剛性が互いに補完し合うことで抑制される。つまり、スタックケース２１０の水平ずれ変形が防止される。 Four displacement absorbing mechanisms 250 are arranged corresponding to the four sides of the outer periphery of the lid part 220 and the base part 230, and the adjacent displacement absorbing mechanisms 250 are arranged in a direction intersecting at a right angle. Therefore, when the stack case 210 is to be deformed in the horizontal direction (XY direction), the deformation is suppressed by complementing the rigidity of the adjacent displacement absorbing mechanisms 250 with each other. That is, the horizontal deviation deformation of the stack case 210 is prevented.

図１８は、実施形態２に係る変形例１を説明するための断面図である（図中における遠位に位置する２辺に配置されている板ばね２７０，２８０および中間プレート２６０は不図示）。 FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining the first modification according to the second embodiment (the leaf springs 270 and 280 and the intermediate plate 260 arranged on the two sides located distally in the drawing are not shown). .

例えば、図１８に示されるように、スタックケース２１０Ａのコーナー部を介して隣接する変位吸収機構２５０の中間プレート２６０同士を、連結板２９５によって連結することも可能であり、例えば、中間プレート２６０にスリット２６５を形成し、当該スリット２６５に山形状の連結板２９５が挿入される。この場合、蓋部２２０（スタックケース２１０）がスイングしようする場合、当該動きは、連結板２９５の剛性および隣接する変位吸収機構２５０が補完し合うことで、抑制される。つまり、スタックケース２１０Ａのスイング変形が防止される。 For example, as shown in FIG. 18, the intermediate plates 260 of the adjacent displacement absorbing mechanisms 250 can be connected to each other by a connecting plate 295 via the corner portion of the stack case 210 A. A slit 265 is formed, and a mountain-shaped connecting plate 295 is inserted into the slit 265. In this case, when the lid portion 220 (stack case 210) tries to swing, the movement is suppressed by the rigidity of the connecting plate 295 and the adjacent displacement absorbing mechanism 250 complementing each other. That is, the swing deformation of the stack case 210A is prevented.

図１９は、実施形態２に係る変形例２を説明するための断面図、図２０および図２１は、実施形態２に係る変形例３を説明するための断面図であり、脱落防止機能および変形許容機能を示している。 FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the second modification according to the second embodiment, and FIGS. 20 and 21 are cross-sectional views for explaining the third modification according to the second embodiment. Indicates an acceptable function.

変位吸収機構２５０は、別体の中間プレート２６０および板ばね２７０，２８０を連結して構成する形態に限定されず、図１９に示される略コ字状の変位吸収機構２５０Ａのように、中間プレート２６０Ａおよび板ばね２７０Ａ，２８０Ａを一体化することも可能である。この場合、変位吸収機構２５０Ａは、外壁部２２２，２３２の端部２２３，２３３から側方へ突出するフランジ部２２４，２３４に、板ばね２７０Ａ，２８０Ａを弾性的に嵌合させることで、外壁部２２２，２３２に連結させることが可能である。 The displacement absorbing mechanism 250 is not limited to a configuration in which the separate intermediate plate 260 and the leaf springs 270 and 280 are connected, and an intermediate plate like the substantially U-shaped displacement absorbing mechanism 250A shown in FIG. It is also possible to integrate 260A and leaf springs 270A and 280A. In this case, the displacement absorbing mechanism 250A is configured such that the leaf springs 270A and 280A are elastically fitted to the flange portions 224 and 234 protruding sideways from the end portions 223 and 233 of the outer wall portions 222 and 232, thereby 222 and 232 can be connected.

つまり、一体化された中間プレート２６０Ａおよび板ばね２７０Ａ，２８０Ａを、板ばね２７０Ａ，２８０Ａの弾性力によって、外壁部２２２，２３２（スタックケース２１０）に取り付けることにより、例えば、ボルト締結やピン圧入などの作業が不要となる。したがって、変位吸収機構２５０Ａの構造を単純化しかつ作業性（生産性）を向上させることが可能である。 That is, by attaching the integrated intermediate plate 260A and the leaf springs 270A and 280A to the outer wall portions 222 and 232 (stack case 210) by the elastic force of the leaf springs 270A and 280A, for example, bolt fastening, pin press-fitting, etc. Is no longer necessary. Therefore, it is possible to simplify the structure of the displacement absorbing mechanism 250A and improve workability (productivity).

また、変位吸収機構２５０Ａの板ばね２７０Ａ，２８０Ａが外壁部２２２，２３２のフランジ部２２４，２３４から脱落することを防止するための機構（脱落防止手段）を設けことも好ましい。例えば、外壁部２２２，２３２のフランジ部２２４，２３４における板ばね２７０Ａ，２８０Ａと相対する面に、半球状の凸部２２６を配置し、板ばね２７０Ａ，２８０Ａに、凸部２２６の形状に対応しかつ凸部２２６と当接自在の凹部２７６を配置することが可能であるである。 It is also preferable to provide a mechanism (drop-off prevention means) for preventing the leaf springs 270A and 280A of the displacement absorbing mechanism 250A from dropping from the flange portions 224 and 234 of the outer wall portions 222 and 232. For example, hemispherical convex portions 226 are arranged on the surfaces of the flange portions 224 and 234 of the outer wall portions 222 and 232 facing the leaf springs 270A and 280A, and the leaf springs 270A and 280A correspond to the shape of the convex portion 226. In addition, it is possible to arrange a concave portion 276 that can come into contact with the convex portion 226.

この場合、スタックケース側に配置される半球状の凸部２２６と、ばね側に配置される凹部２７６とを嵌合せることにより、フランジ部２２４，２３４（スタックケース２１０）から板ばね２７０Ａ，２８０Ａが脱落することが防止される（図２０参照）。 In this case, the leaf springs 270A and 280A are removed from the flange portions 224 and 234 (stack case 210) by fitting the hemispherical convex portion 226 disposed on the stack case side and the concave portion 276 disposed on the spring side. It is prevented from falling off (see FIG. 20).

一方、凸部２２６と凹部２７６との嵌合面は、球面状であるため、嵌合した状態でも、板ばね２７０Ａ，２８０Ａは変形し、アセンブリ積層方向の形状変化を吸収することが可能であり、変位吸収機構２５０Ａの機能に対する影響は排除されている（図２１参照）。つまり、凸部２２６および凹部２７６は、板ばね２７０Ａ，２８０Ａのアセンブリ積層方向の変形に干渉しない。なお、中間プレート２６０Ａは、剛性を確保するため、板ばね２７０Ａ，２８０Ａに比較し、厚肉化されている。 On the other hand, since the fitting surface between the convex portion 226 and the concave portion 276 is spherical, the leaf springs 270A and 280A are deformed even in the fitted state, and the shape change in the assembly stacking direction can be absorbed. The influence on the function of the displacement absorbing mechanism 250A is eliminated (see FIG. 21). That is, the convex portion 226 and the concave portion 276 do not interfere with the deformation of the leaf springs 270A and 280A in the assembly stacking direction. The intermediate plate 260A is thicker than the leaf springs 270A and 280A in order to ensure rigidity.

以上のように、実施形態２においては、スタックケース２１０の側壁は、中間プレート２６０および外壁部２２２，２３２からなり、中間プレート２６０は、側壁の一部のみを構成している。そのため、スタックケース２１０の剛性に対する変位吸収機構２５０の影響を抑制することができる。また、変位吸収機構２５０の小型化が容易であり、その配置位置の自由度が向上するため、例えば、車両に積載する際における固定方法の選択の幅を広げることができる。 As described above, in the second embodiment, the side wall of the stack case 210 includes the intermediate plate 260 and the outer wall portions 222 and 232, and the intermediate plate 260 constitutes only a part of the side wall. Therefore, the influence of the displacement absorbing mechanism 250 on the rigidity of the stack case 210 can be suppressed. Further, since the displacement absorbing mechanism 250 can be easily downsized and the degree of freedom of its arrangement position is improved, for example, the range of selection of the fixing method when loading on the vehicle can be widened.

実施形態２に係る変形例１においては、、スタックケース２１０Ａのコーナー部を介して隣接する変位吸収機構２５０Ａの中間プレート２６０同士が、連結板２９５によって連結されているため、スタックケースがスイングしようする場合、当該動きは、連結板の剛性および隣接する変位吸収機構が補完し合うことで、抑制される。つまり、スタックケースのスイング変形を防止することができる。 In the first modification according to the second embodiment, since the intermediate plates 260 of the displacement absorbing mechanisms 250A adjacent to each other through the corner portions of the stack case 210A are connected by the connecting plate 295, the stack case tends to swing. In this case, the movement is suppressed by complementing the rigidity of the connecting plate and the adjacent displacement absorbing mechanism. That is, the swing deformation of the stack case can be prevented.

実施形態２に係る変形例２においては、一体化された中間プレート２６０Ａおよび板ばね２７０Ａ，２８０Ａを、板ばね２７０Ａ，２８０Ａの弾性力によって、外壁部２２２，２３２（スタックケース２１０）に取り付けることにより、例えば、ボルト締結やピン圧入などの作業が不要となる。したがって、変位吸収機構２５０の構造を単純化しかつ作業性（生産性）を向上させることが可能である。 In the second modification according to the second embodiment, the integrated intermediate plate 260A and leaf springs 270A and 280A are attached to the outer wall portions 222 and 232 (stack case 210) by the elastic force of the leaf springs 270A and 280A. For example, work such as bolt fastening and pin press-fitting becomes unnecessary. Therefore, the structure of the displacement absorbing mechanism 250 can be simplified and workability (productivity) can be improved.

実施形態２に係る変形例３においては、スタックケース側に配置される半球状の凸部２２６と、ばね側に配置される凹部２７６とを嵌合せることにより、フランジ部２２４，２３４（スタックケース２１０）から板ばね２７０Ａ，２８０Ａが脱落することを防止することをことができる。一方、凸部２２６と凹部２７６との嵌合面は、球面状であるため、板ばね２７０Ａ，２８０Ａのアセンブリ積層方向の変形に干渉しない。 In the third modification according to the second embodiment, the flanges 224, 234 (stack case 210) are fitted by fitting the hemispherical convex portion 226 disposed on the stack case side and the concave portion 276 disposed on the spring side. ) From the leaf springs 270A and 280A can be prevented. On the other hand, since the fitting surface of the convex part 226 and the concave part 276 is spherical, it does not interfere with the deformation of the leaf springs 270A and 280A in the assembly stacking direction.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、実施形態１と実施形態２に係る変形例１とを組み合わせたり、実施形態１に係る変形例１および２と、実施形態２やその変形例１〜３とを組み合わせたりすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, it is possible to combine the first embodiment and the first modification according to the second embodiment, or the first and second modifications according to the first embodiment, and the second embodiment and the first to third modifications. is there.

実施形態１に係る燃料電池スタックケースを説明するための断面図である。2 is a cross-sectional view for explaining a fuel cell stack case according to Embodiment 1. FIG. 図１に示される燃料電池スタックを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the fuel cell stack shown by FIG. 図１に示される燃料電池スタックの変形方向を説明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining a deformation direction of the fuel cell stack shown in FIG. 1. 図１に示される変位吸収機構における板ばねの変形方向を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the deformation | transformation direction of the leaf | plate spring in the displacement absorption mechanism shown by FIG. 図１に示される変位吸収機構を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the displacement absorption mechanism shown by FIG. 図５に示される変位吸収機構における回転方向の剛性向上を説明するための概念図であり、板ばねの変形を示している。It is a conceptual diagram for demonstrating the rigidity improvement of the rotation direction in the displacement absorption mechanism shown by FIG. 5, and has shown the deformation | transformation of a leaf | plate spring. 図５に示される変位吸収機構における回転方向の剛性向上を説明するための概念図であり、中間プレートの機能を示している。It is a conceptual diagram for demonstrating the rigidity improvement of the rotation direction in the displacement absorption mechanism shown by FIG. 5, and has shown the function of the intermediate | middle plate. 図５に示される変位吸収機構における回転方向の剛性向上を説明するための概念図であり、回転方向の抑制を示している。It is a conceptual diagram for demonstrating the rigidity improvement of the rotation direction in the displacement absorption mechanism shown by FIG. 5, and has shown suppression of the rotation direction. 片持ちはりのたわみ量を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the deflection amount of a cantilever. 板ばねのたわみ量を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the deflection amount of a leaf | plate spring. 変位吸収機構のたわみ量を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the deflection amount of a displacement absorption mechanism. 板ばねの固定方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the fixing method of a leaf | plate spring. 実施形態１に係る変形例１を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a first modification according to the first embodiment. 実施形態１に係る変形例２を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a second modification according to the first embodiment. 実施形態２に係る燃料電池スタックケースを説明するための断面図である。5 is a cross-sectional view for explaining a fuel cell stack case according to Embodiment 2. FIG. 図１５に示される燃料電池スタックケースを説明するための斜視図である。FIG. 16 is a perspective view for explaining the fuel cell stack case shown in FIG. 15. 図１５に示される燃料電池スタックケースの剛性を説明するための斜視図である。FIG. 16 is a perspective view for explaining the rigidity of the fuel cell stack case shown in FIG. 15. 実施形態２に係る変形例１を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a first modification according to the second embodiment. 実施形態２に係る変形例２を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a second modification according to the second embodiment. 実施形態２に係る変形例３を説明するための断面図であり、脱落防止機能を示している。It is sectional drawing for demonstrating the modification 3 which concerns on Embodiment 2, and has shown the drop-off prevention function. 実施形態２に係る変形例３を説明するための断面図であり、変形許容機能を示している。It is sectional drawing for demonstrating the modification 3 which concerns on Embodiment 2, and has shown the deformation | transformation permission function.

Explanation of symbols

１０アセンブリ、
１１電解質膜、
１２カソード電極、
１３アノード電極、
１４膜電極接合体、
１５，１７セパレータ、
２０スタック部、
３０，４０集電板、
５０，６０絶縁板、
７０，８０エンドプレート、
７０エンドプレート、
１００燃料電池スタック、
１１０スタックケース、
１１０Ａ，１１０Ｂスタックケース（スタックケース部）、
１２０，１２０Ａ蓋部（押圧部）、
１３０，１３０Ａ基部（押圧部）、
１４０連結部、
１５０変位吸収機構、
１６０中間プレート、
１７０，１８０板ばね、
１９０ピン、
２１０，２１０Ａスタックケース、
２２０蓋部、
２２２外壁部、
２２３端部、
２２４，２３４フランジ部、
２２６凸部、
２３０基部、
２３２外壁部、
２３３端部、
２５０，２５０Ａ変位吸収機構、
２６０，２６０Ａ中間プレート、
２６５スリット、
２７０，２７０Ａ，２８０，２８０Ａ板ばね、
２７６凹部、
２９５連結板、
Ｄ厚さ方向、
Ｌ長さ方向、
Ｐ荷重、
Ｒ回転方向、
Ｓ_１空間、
Ｓ_２空間、
Ｓ_３空間、
Ｗ幅方向、
Ｘ，Ｙ水平方向、
Ｚアセンブリ積層方向。 10 assembly,
11 electrolyte membrane,
12 cathode electrode,
13 Anode electrode,
14 membrane electrode assembly,
15, 17 separator,
20 stacks,
30, 40 current collector plate,
50, 60 insulation plate,
70,80 end plate,
70 end plate,
100 fuel cell stack,
110 stack case,
110A, 110B stack case (stack case part),
120, 120A lid (pressing part),
130, 130A base (pressing portion),
140 connecting part,
150 displacement absorbing mechanism,
160 intermediate plate,
170,180 leaf spring,
190 pins,
210, 210A stack case,
220 lid,
222 outer wall,
223 end,
224, 234 flange part,
226 convex part,
230 base,
232 outer wall,
233 end,
250, 250A displacement absorbing mechanism,
260, 260A intermediate plate,
265 slits,
270, 270A, 280, 280A leaf spring,
276 recess,
295 connecting plate,
D thickness direction,
L length direction,
P load,
R direction of rotation,
S ₁ space,
S ₂ space,
S ₃ space,
W width direction,
X, Y horizontal direction,
Z Assembly stacking direction.

Claims

A stack case that accommodates a fuel cell stack in which a plurality of assemblies constituting a single cell are stacked;
A displacement absorbing mechanism for absorbing a shape change in the assembly stacking direction in the fuel cell stack and maintaining a uniform surface pressure of the stack components;
The displacement absorbing mechanism is integrated with the stack case, and has a leaf spring that is elastically deformable in the assembly stacking direction.

The displacement absorbing mechanism has an intermediate plate having rigidity and extending in the assembly stacking direction,
The said leaf | plate spring consists of the 1st leaf | plate spring connected with one edge part of the said assembly lamination direction in the said intermediate | middle plate, and the 2nd leaf | plate spring connected with the other edge part. The stack case according to 1.

The stack case according to claim 2, wherein the intermediate plate constitutes a part of a side wall of the stack case.

The intermediate plate, the first plate spring, and the second plate spring are integrated, and are attached to the stack case by the elastic force of the first plate spring and the second plate spring. The stack case according to claim 3.

A drop prevention means for preventing the first plate spring and the second plate spring from dropping from the stack case;
The drop-off prevention means has a hemispherical convex portion arranged on the stack case side, and a concave portion arranged on the spring side and corresponding to the convex portion,
The stack case according to claim 4, wherein the convex portion and the concave portion are arranged to be freely fitted.

The stack case is substantially rectangular,
The stack case according to any one of claims 3 to 5, wherein at least one displacement absorbing mechanism is disposed on a side wall of each side of the stack case.

The stack case according to claim 6, further comprising a connecting plate for connecting the intermediate plates of the displacement absorbing mechanisms adjacent to each other through a corner portion of the stack case.

The stack case according to claim 2, wherein the intermediate plate constitutes a side wall of the stack case.

A stack case having a plurality of stack case portions in which a fuel cell stack formed by stacking a plurality of assemblies constituting a single cell is accommodated,
The stack case portion is
Arranged in series in the assembly stacking direction in the fuel cell stack, and
The fuel cell stack has a pressing portion supporting the end surface in the assembly stacking direction, and a displacement absorbing mechanism for absorbing a change in shape in the assembly stacking direction and maintaining a uniform surface pressure of the stack components. And
The displacement absorbing mechanism includes a leaf spring that is integrated with the stack case portion and is elastically deformable in the assembly stacking direction, and an intermediate plate that has rigidity and extends in the assembly stacking direction. ,
The leaf spring comprises a first leaf spring coupled to one end of the intermediate plate in the assembly stacking direction, and a second leaf spring coupled to the other end.
The intermediate plate constitutes a side wall of the stack case,
The stack case, wherein the pressing portion is shared by the adjacent stack case portions.

A stack case having a plurality of stack case portions in which a fuel cell stack formed by stacking a plurality of assemblies constituting a single cell is accommodated,
The stack case portion is
Arranged in parallel in a direction intersecting the assembly stacking direction in the fuel cell stack, and
The fuel cell stack has a pressing portion supporting the end surface in the assembly stacking direction, and a displacement absorbing mechanism for absorbing a change in shape in the assembly stacking direction and maintaining a uniform surface pressure of the stack components. And
The displacement absorbing mechanism includes a leaf spring that is integrated with the stack case portion and is elastically deformable in the assembly stacking direction, and an intermediate plate that has rigidity and extends in the assembly stacking direction. ,
The leaf spring comprises a first leaf spring coupled to one end of the intermediate plate in the assembly stacking direction, and a second leaf spring coupled to the other end.
The intermediate plate constitutes a side wall of the stack case,
The stack case, wherein the pressing portion is shared by the adjacent stack case portions.

A method for fixing a fuel cell stack formed by stacking a plurality of assemblies constituting a single cell to a stack case,
The stack case containing the fuel cell stack is integrated with a displacement absorbing mechanism, and the fuel cell stack is fixed.
The displacement absorbing mechanism has a leaf spring that is elastically deformable in the assembly stacking direction in the fuel cell stack, absorbs the shape change in the assembly stacking direction in the fuel cell stack, and reduces the surface pressure of the stack components. A method characterized by maintaining uniformity.

The displacement absorbing mechanism has an intermediate plate having rigidity and extending in the assembly stacking direction,
The said leaf | plate spring consists of the 1st leaf | plate spring connected with one edge part of the said assembly lamination direction in the said intermediate | middle plate, and the 2nd leaf | plate spring connected with the other edge part. 11. The method according to 11.

The method of claim 12, wherein the intermediate plate forms part of a side wall of the stack case.

The integrated intermediate plate, the first leaf spring, and the second leaf spring are attached to the stack case by the elastic force of the first leaf spring and the second leaf spring. The method described in 1.

The first leaf spring and the second leaf spring from the stack case are fitted by fitting a hemispherical convex portion arranged on the stack case side and a concave portion arranged on the spring side and corresponding to the convex portion. The method according to claim 14, wherein falling of the liquid is prevented.

The stack case is substantially rectangular,
The method according to any one of claims 13 to 15, wherein at least one displacement absorbing mechanism is disposed on a side wall of each side of the stack case.

The method according to claim 16, wherein the intermediate plates of the displacement absorbing mechanism adjacent to each other through a corner portion of the stack case are connected by a connecting plate.

The stack case includes a plurality of stack cases, and the stack cases to which the fuel cell stack is fixed are arranged in series in the assembly stacking direction and / or in parallel in a direction crossing the assembly stacking direction. The method according to any one of 11 to 17.