JP2010262908A - Fuel cell stack - Google Patents

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Takeshi Morimoto
剛 森本
Kimiharu Mizusaki
君春 水崎
Norihisa Kobayashi
紀久 小林
Seiji Suzuki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack which has an easy and compact structure, and satisfactorily mounts a resin piping member on an end plate with desired sealing properties. <P>SOLUTION: In the fuel cell stack 10, a plurality of fuel cells 12 are laminated, and a first terminal plate 14a, a first insulating plate 16a, and a first end plate 18a are laminated at one end side in the laminated direction. A communication opening 70 inserted into an oxidizer gas inlet manifold hole 56a of the end plate 18a and connections 74 connected to a pipe line 72 by projecting outside the first end plate 18a are provided on the resin piping member 64a. An O-ring 82 is interposed between an end of the communication opening 70 and the first insulating plate 16a. The O-ring 82 is arranged at an outer peripheral section of the communication opening 70, and has a sealing function by slidably coming in contact with the inner peripheral surface of an oxidizer gas inlet 50a. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される複数の燃料電池が積層され、積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも一方の前記エンドプレートには、冷却媒体又は反応ガスを流す流体供給用又は流体排出用のマニホールド孔が形成される燃料電池スタックに関する。   In the present invention, a plurality of fuel cells in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked are stacked, and a terminal plate, an insulating plate, and an end are stacked at both ends in the stacking direction. The present invention relates to a fuel cell stack in which a plate is disposed and at least one of the end plates has a fluid supply or fluid discharge manifold hole through which a cooling medium or a reaction gas flows.

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

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode side electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode side electrode are provided in the plane of the separator. . Furthermore, between the separators, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.

その際、少なくとも積層方向一端に配設されるエンドプレートには、燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給連通孔、前記燃料ガス流路から使用済みの燃料ガスを排出する燃料ガス排出連通孔、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔、前記酸化剤ガス流路から使用済みの酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出連通孔、冷却媒体流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給連通孔、及び前記冷却媒体流路から使用済みの冷却媒体を排出する冷却媒体排出連通孔が形成されている。   At that time, at least an end plate disposed at one end in the stacking direction has a fuel gas supply communication hole for supplying the fuel gas to the fuel gas passage, and a fuel gas discharge for discharging the spent fuel gas from the fuel gas passage. The communication hole, the oxidant gas supply communication hole for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow path, the oxidant gas discharge communication hole for discharging the used oxidant gas from the oxidant gas flow path, and the cooling medium flow path A cooling medium supply communication hole for supplying the cooling medium and a cooling medium discharge communication hole for discharging the used cooling medium from the cooling medium flow path are formed.

例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、図7に示すように、一方のプレッシャプレート(エンドプレート)1の一端部側に、マニホールド孔である燃料ガス供給貫通孔2a、冷却水供給貫通孔3a及び酸化剤ガス供給貫通孔4aが形成されるとともに、前記プレッシャプレート1の他端部側には、マニホールド孔である燃料ガス排出貫通孔2b、冷却水排出貫通孔3b及び酸化剤ガス排出貫通孔4bが形成されている。   For example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, a fuel gas supply through hole 2a, which is a manifold hole, is provided on one end side of one pressure plate (end plate) 1, and cooling water is supplied. A through hole 3a and an oxidant gas supply through hole 4a are formed. On the other end side of the pressure plate 1, a fuel gas discharge through hole 2b, a coolant discharge through hole 3b, and an oxidant gas, which are manifold holes, are formed. A discharge through hole 4b is formed.

プレッシャプレート1には、耐食性及び電気的絶縁性に優れる樹脂製入口孔集合導管5aと出口孔集合導管5bとが装着されている。入口孔集合導管5aは、燃料ガス供給貫通孔2aに嵌合する燃料ガス入口孔導管6a、冷却水供給貫通孔3aに嵌合する冷却水入口孔導管7a及び酸化剤ガス供給貫通孔4aに嵌合する酸化剤ガス入口孔導管8aを有し、これらが鍔部9aによって一体化されている。   The pressure plate 1 is provided with a resin inlet hole collecting conduit 5a and an outlet hole collecting conduit 5b which are excellent in corrosion resistance and electrical insulation. The inlet hole collecting conduit 5a is fitted into the fuel gas inlet hole conduit 6a fitted into the fuel gas supply through hole 2a, the cooling water inlet hole conduit 7a fitted into the cooling water supply through hole 3a, and the oxidant gas supply through hole 4a. There is an oxidant gas inlet hole conduit 8a to be combined, which are integrated by a flange 9a.

出口孔集合導管5bは、燃料ガス排出貫通孔2bに嵌合する燃料ガス出口孔導管6b、冷却水排出貫通孔3bに嵌合する冷却水出口孔導管7b及び酸化剤ガス排出貫通孔4bに嵌合する酸化剤ガス出口孔導管8bを有し、これらが鍔部9bにより一体化されている。   The outlet hole collecting conduit 5b is fitted into the fuel gas outlet hole conduit 6b fitted into the fuel gas discharge through hole 2b, the cooling water outlet hole conduit 7b fitted into the cooling water discharge through hole 3b, and the oxidant gas discharge through hole 4b. There is an oxidant gas outlet hole conduit 8b to be combined, and these are integrated by a flange 9b.

特開2000−164238号公報JP 2000-164238 A

ところで、上記の特許文献1では、プレッシャプレート1に、特に、耐食性に優れる入口孔集合導管5aと出口孔集合導管5bとが装着されるとともに、前記入口孔集合導管5a及び前記出口孔集合導管5bは、前記プレッシャプレート1の両面に配置される図示しない絶縁板及びマニホールドプレートに対して、それぞれシール部材を介して積層されている。   By the way, in the above-mentioned Patent Document 1, an inlet hole collecting conduit 5a and an outlet hole collecting conduit 5b that are particularly excellent in corrosion resistance are attached to the pressure plate 1, and the inlet hole collecting conduit 5a and the outlet hole collecting conduit 5b are mounted. Are laminated on an insulating plate and a manifold plate (not shown) arranged on both surfaces of the pressure plate 1 via seal members, respectively.

このマニホールドプレートには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水の出入口孔にそれぞれの流体を供給又は排出するためのマニホールド孔が集合されており、各マニホールド孔には、さらにシール材を介して配管が接続されている。従って、シール構造が複雑化するとともに、部品数が増加して経済的ではないという問題がある。   In this manifold plate, manifold holes for supplying or discharging the respective fluids to the inlet / outlet holes of the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water are gathered. Is connected. Therefore, there is a problem that the seal structure becomes complicated and the number of parts increases, which is not economical.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、樹脂製配管部材を所望のシール性を有してエンドプレートに良好に装着することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell stack that has a simple and compact configuration and that can be favorably attached to an end plate with a resin piping member having a desired sealing property. The purpose is to do.

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される複数の燃料電池が積層され、積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも一方の前記エンドプレートには、冷却媒体又は反応ガスを流す流体供給用又は流体排出用のマニホールド孔が形成される燃料電池スタックに関するものである。   In the present invention, a plurality of fuel cells in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked are stacked, and a terminal plate, an insulating plate, and an end are stacked at both ends in the stacking direction. The present invention relates to a fuel cell stack in which a plate is disposed, and at least one of the end plates is formed with a manifold hole for supplying a fluid or a fluid for flowing a cooling medium or a reaction gas.

この燃料電池スタックは、一方のエンドプレートに装着され、燃料電池に対して冷却媒体又は反応ガスを供給又は排出する樹脂製配管部材を備えている。そして、樹脂製配管部材は、マニホールド孔に挿入される連通口部と、一方のエンドプレートの外部に突出し、管路が接続される接続部とを一体に設けるとともに、前記連通口部の端部と絶縁プレートとの間には、シール部材が介装されている。   The fuel cell stack includes a resin piping member that is attached to one end plate and supplies or discharges a cooling medium or a reaction gas to or from the fuel cell. The resin piping member is provided integrally with a communication port portion to be inserted into the manifold hole and a connection portion that protrudes to the outside of one end plate and is connected to the pipe line, and an end portion of the communication port portion. A sealing member is interposed between the insulating plate and the insulating plate.

また、絶縁プレートには、連通口部の端部端面が当接する位置に、マニホールド孔に連通する連通孔を周回してシール部材が設けられることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the insulating plate is provided with a seal member around the communication hole communicating with the manifold hole at a position where the end face of the communication port portion contacts.

さらに、燃料電池スタックは、絶縁プレートに設けられ、マニホールド孔に連通する連通孔の内周面と、連通口部の端部周面との間には、シール部材が介装されることが好ましい。   Further, the fuel cell stack is preferably provided on the insulating plate, and a seal member is interposed between the inner peripheral surface of the communication hole communicating with the manifold hole and the end surface of the communication port. .

さらにまた、燃料電池スタックは、一方のエンドプレートのマニホールド孔の内周面と、連通口部の端部周面との間には、シール部材が介装されることが好ましい。   Furthermore, in the fuel cell stack, it is preferable that a seal member is interposed between the inner peripheral surface of the manifold hole of one end plate and the end peripheral surface of the communication opening.

本発明によれば、樹脂製配管部材は、連通口部がエンドプレートのマニホールド孔に挿入されるとともに、前記連通口部の端部と絶縁プレートとの間に介装されているシール部材により、所望のシール機能を有している。このため、樹脂製配管部材とエンドプレートとは、別体に構成することができ、例えば、前記樹脂製配管部材のみを容易に交換することが可能になる。   According to the present invention, the resin piping member has the communication port portion inserted into the manifold hole of the end plate, and the seal member interposed between the end portion of the communication port portion and the insulating plate, It has a desired sealing function. For this reason, the resin-made piping member and the end plate can be configured separately, and for example, only the resin-made piping member can be easily replaced.

しかも、樹脂製配管部材は、エンドプレートの外部に突出して管路が接続される接続部を設けている。従って、管路の接続構造及びシール構造が簡素化されるとともに、部品点数の削減が図られる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、樹脂製配管部材を所望のシール性を有してエンドプレートに良好に装着することができる。   Moreover, the resin piping member is provided with a connecting portion that protrudes to the outside of the end plate and is connected to the pipe line. Therefore, the pipe connection structure and the seal structure are simplified, and the number of parts can be reduced. Accordingly, the resin-made piping member can be mounted on the end plate with a desired sealing property with a simple and compact configuration.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。2 is an exploded perspective view of a fuel cell constituting the fuel cell stack. FIG. 前記燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。It is principal part sectional drawing of the said fuel cell stack. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 特許文献1に開示されている燃料電池の一部斜視説明図である。2 is a partial perspective explanatory view of a fuel cell disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に積層される。燃料電池12の積層方向一端には、第1ターミナルプレート14a、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aが積層される一方、積層方向他端には、第2ターミナルプレート14b、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bが積層される。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of fuel cells 12 are stacked in an arrow A direction (horizontal direction) or an arrow C direction (gravity direction). The first terminal plate 14a, the first insulating plate 16a and the first end plate 18a are stacked at one end in the stacking direction of the fuel cell 12, while the second terminal plate 14b and the second insulating plate are stacked at the other end in the stacking direction. 16b and the second end plate 18b are stacked.

長方形状に構成される第1エンドプレート18a及び第2エンドプレート18bは、矢印A方向に延在する複数のタイロッド19により一体的に締め付け保持される。なお、燃料電池スタック10は、第1エンドプレート18a及び第2エンドプレート18bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持されていてもよい。   The first end plate 18 a and the second end plate 18 b configured in a rectangular shape are integrally clamped and held by a plurality of tie rods 19 extending in the arrow A direction. The fuel cell stack 10 may be integrally held by a box-like casing (not shown) including the first end plate 18a and the second end plate 18b as end plates.

図2に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体20が、第1及び第2セパレータ22、24に挟持される。第1及び第2セパレータ22、24は、例えば、カーボンセパレータの他、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータにより構成される。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure 20 sandwiched between first and second separators 22 and 24. The first and second separators 22 and 24 are made of, for example, a metal separator such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plated steel plate, in addition to a carbon separator.

燃料電池12の矢印C方向(図2中、重力方向)の上端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔28aが、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。   An oxidation for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to the upper edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C (the gravitational direction in FIG. 2) communicates with each other in the direction of arrow A which is the stacking direction An agent gas inlet communication hole 26a and a fuel gas inlet communication hole 28a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in the arrow B direction (horizontal direction).

燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔26b、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔28bが、矢印B方向に配列して設けられる。   The lower end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, and the oxidant gas outlet communication hole 26b for discharging the oxidant gas, and the fuel gas outlet for discharging the fuel gas. The communication holes 28b are arranged in the arrow B direction.

燃料電池12の矢印B方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔30a、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔30bが、例えば、それぞれ2つずつ(又は1つずつ)設けられる。   For example, two cooling medium inlet communication holes 30a for supplying a cooling medium and two cooling medium outlet communication holes 30b for discharging the cooling medium are provided at both ends of the fuel cell 12 in the arrow B direction. One by one (or one by one).

第1セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に向かう面22aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路32が設けられる。   An oxidant gas flow path 32 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 26a and the oxidant gas outlet communication hole 26b is provided on the surface 22a of the first separator 22 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20.

第2セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔28aと燃料ガス出口連通孔28bとに連通する燃料ガス流路34が設けられる。   A fuel gas passage 34 communicating with the fuel gas inlet communication hole 28a and the fuel gas outlet communication hole 28b is provided on the surface 24a of the second separator 24 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20.

互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ22の面22bと、第2セパレータ24の面24bとの間には、冷却媒体入口連通孔30aと冷却媒体出口連通孔30bとを連通する冷却媒体流路36が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 30a and the cooling medium outlet communication hole 30b between the surface 22b of the first separator 22 and the surface 24b of the second separator 24 that constitute the fuel cells 12 adjacent to each other. A flow path 36 is provided.

第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材38が、一体的に又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ24の面24a、24bには、第2シール部材40が、一体的に又は個別に設けられる。   A first seal member 38 is integrally or individually provided on the surfaces 22 a and 22 b of the first separator 22, and a second seal member 40 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the second separator 24. Or individually.

第1及び第2シール部材38、40は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first and second sealing members 38 and 40 are, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicon rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber or the like, cushioning material, Alternatively, a packing material is used.

電解質膜・電極構造体20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するカソード側電極44及びアノード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 20 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 44 and an anode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

カソード側電極44及びアノード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成されている。   The cathode side electrode 44 and the anode side electrode 46 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. An electrode catalyst layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

図3に示すように、第1絶縁プレート16aには、酸化剤ガス入口連通孔26a及び酸化剤ガス出口連通孔26bに連通する円形状の酸化剤ガス入口50a及び酸化剤ガス出口50bと、燃料ガス入口連通孔28a及び燃料ガス出口連通孔28bに連通する燃料ガス入口52a及び燃料ガス出口52bと、冷却媒体入口連通孔30a及び冷却媒体出口連通孔30bに連通するそれぞれ2つの冷却媒体入口54a及び冷却媒体出口54bとが形成される。   As shown in FIG. 3, the first insulating plate 16a has a circular oxidant gas inlet 50a and an oxidant gas outlet 50b communicating with the oxidant gas inlet communication hole 26a and the oxidant gas outlet communication hole 26b, and a fuel. A fuel gas inlet 52a and a fuel gas outlet 52b that communicate with the gas inlet communication hole 28a and the fuel gas outlet communication hole 28b, and two cooling medium inlets 54a and 52b that communicate with the cooling medium inlet communication hole 30a and the cooling medium outlet communication hole 30b, respectively. A cooling medium outlet 54b is formed.

第1エンドプレート(一方のエンドプレート)18aには、第1絶縁プレート16aの酸化剤ガス入口50a及び酸化剤ガス出口50bに連通する酸化剤ガス入口マニホールド孔56a及び酸化剤ガス出口マニホールド孔56bと、燃料ガス入口52a及び燃料ガス出口52bに連通する燃料ガス入口マニホールド孔58a及び燃料ガス出口マニホールド孔58bと、それぞれ2つの冷却媒体入口54a及び冷却媒体出口54bに連通する冷却媒体入口マニホールド孔60a及び冷却媒体出口マニホールド孔60bとが形成される。   The first end plate (one end plate) 18a includes an oxidant gas inlet manifold hole 56a and an oxidant gas outlet manifold hole 56b communicating with the oxidant gas inlet 50a and the oxidant gas outlet 50b of the first insulating plate 16a. The fuel gas inlet manifold hole 58a and the fuel gas outlet manifold hole 58b communicating with the fuel gas inlet 52a and the fuel gas outlet 52b, and the cooling medium inlet manifold hole 60a communicating with the two cooling medium inlets 54a and the cooling medium outlet 54b, respectively. A cooling medium outlet manifold hole 60b is formed.

第1エンドプレート18aは、酸化剤ガス入口マニホールド孔56aの左右両側、燃料ガス入口マニホールド孔58aの左右両側、酸化剤ガス出口マニホールド孔56bの左右両側、燃料ガス出口マニホールド孔58bの左右両側、冷却媒体入口マニホールド孔60a、60aの上下両側、及び冷却媒体出口マニホールド孔60b、60bの上下両側に、ねじ穴62が形成される。   The first end plate 18a includes both left and right sides of the oxidant gas inlet manifold hole 56a, left and right sides of the fuel gas inlet manifold hole 58a, left and right sides of the oxidant gas outlet manifold hole 56b, left and right sides of the fuel gas outlet manifold hole 58b, and cooling. Screw holes 62 are formed on both upper and lower sides of the medium inlet manifold holes 60a and 60a and on both upper and lower sides of the cooling medium outlet manifold holes 60b and 60b.

酸化剤ガス入口マニホールド孔56aには、樹脂製配管部材64aが装着され、酸化剤ガス出口マニホールド孔56bには、樹脂製配管部材64bが装着され、燃料ガス入口マニホールド孔58aには、樹脂製配管部材66aが装着され、燃料ガス出口マニホールド孔58bには、樹脂製配管部材66bが装着され、一対の冷却媒体入口マニホールド孔60a、60aには、樹脂製配管部材68aが一体に装着され、一対の冷却媒体出口マニホールド孔60b、60bには、樹脂製配管部材68bが一体に装着される(図1参照)。樹脂製配管部材64a、64b、66a、66b、68a及び68bは、それぞれ個別の部材である。   A resin piping member 64a is attached to the oxidant gas inlet manifold hole 56a, a resin piping member 64b is attached to the oxidant gas outlet manifold hole 56b, and a resin piping is attached to the fuel gas inlet manifold hole 58a. A member 66a is attached, a resin piping member 66b is attached to the fuel gas outlet manifold hole 58b, and a resin piping member 68a is integrally attached to the pair of cooling medium inlet manifold holes 60a, 60a. A resin piping member 68b is integrally attached to the cooling medium outlet manifold holes 60b and 60b (see FIG. 1). The resin piping members 64a, 64b, 66a, 66b, 68a, and 68b are individual members.

図3及び図4に示すように、樹脂製配管部材64aは、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)又はPPE(ポリフェニレンエーテル)等で構成されており、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56aに挿入される連通口部70と、前記第1エンドプレート18aの外部に突出し、外部の管路72が接続される接続部74とを一体に設ける。   As shown in FIGS. 3 and 4, the resin piping member 64a is made of, for example, PPS (polyphenylene sulfide) or PPE (polyphenylene ether), and the oxidizing gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a. A communication port portion 70 to be inserted into the first end plate 18a and a connection portion 74 that protrudes to the outside of the first end plate 18a and is connected to the external pipe line 72 are integrally provided.

連通口部70と接続部74との間には、フランジ部76が一体成形されるとともに、前記フランジ部76には、ねじ穴62に対応して一対の孔部78が形成される。   A flange portion 76 is integrally formed between the communication port portion 70 and the connection portion 74, and a pair of hole portions 78 are formed in the flange portion 76 corresponding to the screw holes 62.

連通口部70の端部周面には、周回する溝部80が形成され、この溝部80にシール部材、例えば、Oリング82が配設される。このOリング82は、第1絶縁プレート16aの酸化剤ガス入口50aの内周面に摺接する(図4参照)。   A circumferential groove portion 80 is formed on the peripheral surface of the end portion of the communication port portion 70, and a seal member, for example, an O-ring 82 is disposed in the groove portion 80. The O-ring 82 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the oxidant gas inlet 50a of the first insulating plate 16a (see FIG. 4).

フランジ部76に形成された一対の孔部78には、ねじ83が挿入される。このねじ83の先端が第1エンドプレート18aのねじ穴62に螺合されることにより、樹脂製配管部材64aは、酸化剤ガス入口マニホールド孔56aに対応して前記第1エンドプレート18aに装着される。   A screw 83 is inserted into the pair of holes 78 formed in the flange portion 76. When the tip of the screw 83 is screwed into the screw hole 62 of the first end plate 18a, the resin piping member 64a is attached to the first end plate 18a corresponding to the oxidant gas inlet manifold hole 56a. The

なお、樹脂製配管部材64b、66a及び66bは、上記の樹脂製配管部材64aと同様に構成されており、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。   The resin piping members 64b, 66a and 66b are configured in the same manner as the resin piping member 64a described above, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. .

図3に示すように、樹脂製配管部材68aは、第1エンドプレート18aの一対の冷却媒体入口マニホールド孔60a、60aに挿入される一対の連通口部84a、84bと、前記連通口部84a、84bに一体に連通する本体部86と、前記本体部86に一体に設けられ、前記第1エンドプレート18aの外部に突出して外部の管路72が接続される接続部88とを設ける。本体部86の上下両側には、フランジ部90a、90bが設けられ、前記フランジ部90a、90bには、ねじ穴62に対応して孔部92a、92bが形成される。   As shown in FIG. 3, the resin piping member 68a includes a pair of communication port portions 84a and 84b inserted into the pair of cooling medium inlet manifold holes 60a and 60a of the first end plate 18a, and the communication port portions 84a, A main body 86 that communicates integrally with 84b, and a connection portion 88 that is provided integrally with the main body 86 and that protrudes outside the first end plate 18a and is connected to the external pipe line 72 are provided. Flange portions 90 a and 90 b are provided on both upper and lower sides of the main body 86, and holes 92 a and 92 b are formed in the flange portions 90 a and 90 b corresponding to the screw holes 62.

各連通口部84a、84bには、周回する溝部94a、94bが形成され、前記溝部94a、94bには、それぞれシール部材、例えば、Oリング96a、96bが取り付けられる。   Circulating grooves 94a and 94b are formed in the communication ports 84a and 84b, and seal members, for example, O-rings 96a and 96b are attached to the grooves 94a and 94b, respectively.

樹脂製配管部材68aの孔部92a、92bには、ねじ83が挿入され、前記ねじ83の先端が第1エンドプレート18aのねじ穴62に螺合される。これにより、樹脂製配管部材68aは、各連通口部84a、84bを冷却媒体入口マニホールド孔60a、60aに挿入して、第1エンドプレート18aに装着される。   A screw 83 is inserted into the holes 92a and 92b of the resin piping member 68a, and the tip of the screw 83 is screwed into the screw hole 62 of the first end plate 18a. As a result, the resin piping member 68a is mounted on the first end plate 18a by inserting the communication port portions 84a and 84b into the cooling medium inlet manifold holes 60a and 60a.

なお、樹脂製配管部材68bは、上記の樹脂製配管部材68aと同様に構成されており、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。   The resin piping member 68b is configured in the same manner as the resin piping member 68a described above, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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

先ず、図1に示すように、管路72を介して樹脂製配管部材64aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、樹脂製配管部材66aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、樹脂製配管部材68aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the resin piping member 64a through a pipe 72, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the resin piping member 66a. Is done. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the resin piping member 68a.

このため、図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔26aから第1セパレータ22の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガスは、矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するカソード側電極44に供給される。   For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 32 of the first separator 22 from the oxidant gas inlet communication hole 26 a. The oxidant gas is supplied to the cathode side electrode 44 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving in the arrow C direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔28aから第2セパレータ24の燃料ガス流路34に導入される。この燃料ガスは、矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するアノード側電極46に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 34 of the second separator 24 from the fuel gas inlet communication hole 28a. This fuel gas is supplied to the anode side electrode 46 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving in the direction of arrow C.

従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード側電極44に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極46に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 20, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 44 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 46 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、カソード側電極44に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔26bに沿って矢印A方向に排出される。この酸化剤ガスは、樹脂製配管部材64bを介して管路72に排出される(図1参照)。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 44 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 26b. The oxidant gas is discharged to the pipeline 72 through the resin piping member 64b (see FIG. 1).

一方、アノード側電極46に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。この燃料ガスは、樹脂製配管部材66bを介して管路72に排出される。   On the other hand, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 46 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 28b. The fuel gas is discharged to the pipeline 72 through the resin piping member 66b.

また、冷却媒体入口連通孔30aに供給された冷却媒体は、第1及び第2セパレータ22、24間の冷却媒体流路36に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔30bから樹脂製配管部材68bを介して管路72に排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 30a is introduced into the cooling medium flow path 36 between the first and second separators 22 and 24 and then flows in the direction of arrow B. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 20, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 30b to the pipe line 72 through the resin piping member 68b.

この場合、第1の実施形態では、図3及び図4に示すように、樹脂製配管部材64aは、連通口部70が第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56aに挿入されている。その際、連通口部70の端部と第1絶縁プレート16aとの間、具体的には、前記連通口部70の端部外周と前記第1絶縁プレート16aの酸化剤ガス入口50aの内周面との間に介装されるOリング(ラジアルシール)82により、所望のシール機能を有している。なお、Oリング82は、第1絶縁プレート16a側に設けられる周溝(図示せず)に設けてもよい。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the resin piping member 64a has the communication port portion 70 inserted into the oxidant gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a. . At that time, between the end of the communication port 70 and the first insulating plate 16a, specifically, the outer periphery of the end of the communication port 70 and the inner periphery of the oxidant gas inlet 50a of the first insulating plate 16a. A desired sealing function is provided by an O-ring (radial seal) 82 interposed between the surfaces. The O-ring 82 may be provided in a circumferential groove (not shown) provided on the first insulating plate 16a side.

このため、樹脂製配管部材64aと第1エンドプレート18aとは、個別に構成することができ、前記樹脂製配管部材64aのみを前記第1エンドプレート18aに対して容易に交換することが可能になる。   For this reason, the resin piping member 64a and the first end plate 18a can be configured separately, and only the resin piping member 64a can be easily replaced with the first end plate 18a. Become.

しかも、樹脂製配管部材64aは、第1エンドプレート18aの外部に突出して管路72が接続される接続部74を一体に設けている。従って、管路72の接続構造及びシール構造が簡素化されるとともに、部品点数の削減が図られる。これにより、燃料電池スタック10は、簡単且つコンパクトな構成で、樹脂製配管部材64aを所望のシール性を有して第1エンドプレート18aに良好に装着することができるという効果が得られる。   In addition, the resin piping member 64a is integrally provided with a connecting portion 74 that protrudes outside the first end plate 18a and is connected to the pipe 72. Therefore, the connection structure and the seal structure of the pipe line 72 are simplified, and the number of parts can be reduced. As a result, the fuel cell stack 10 has the simple and compact configuration, and has an effect that the resin-made piping member 64a can be favorably attached to the first end plate 18a with a desired sealing property.

なお、他の樹脂製配管部材64b、66a、66b、68a及び68bにおいても、上記の樹脂製配管部材64aと同様の効果が得られる。   The other resin piping members 64b, 66a, 66b, 68a and 68b can achieve the same effects as the resin piping member 64a.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック100の要部断面説明図である。   FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell stack 100 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック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 stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック100は、樹脂製配管部材102を備える。この樹脂製配管部材102は、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56aに挿入される連通口部104と、接続部74とを一体に設ける。連通口部104の長さは、第1エンドプレート18aの厚さと同一に設定されており、この連通口部104の端部端面104aが、第1絶縁プレート16aの面に摺接する。   The fuel cell stack 100 includes a resin piping member 102. The resin piping member 102 is integrally provided with a communication port portion 104 inserted into the oxidant gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a and a connection portion 74. The length of the communication port portion 104 is set to be equal to the thickness of the first end plate 18a, and the end surface 104a of the communication port portion 104 is in sliding contact with the surface of the first insulating plate 16a.

第1絶縁プレート16aには、連通口部104の端部端面104aが摺接する位置に、酸化剤ガス入口50aを周回してシール用溝部106が形成される。このシール用溝部106には、シール部材108が収容されるとともに、前記シール部材108は、角形の面シールを構成する。   In the first insulating plate 16a, a sealing groove 106 is formed around the oxidant gas inlet 50a at a position where the end face 104a of the communication port 104 is in sliding contact. A sealing member 108 is accommodated in the sealing groove 106, and the sealing member 108 constitutes a square surface seal.

このように構成される第2の実施形態では、樹脂製配管部材102の連通口部104が、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56aに挿入されるとともに、前記連通口部104の端部端面104aと第1絶縁プレート16aとの間には、シール部材108が介装されて所望のシール機能を有している。従って、この第2の実施形態は、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、連通孔(酸化剤ガス入口連通孔26a等)の形状が異形状であっても、良好なシール性を維持することができる。   In the second embodiment configured as described above, the communication port portion 104 of the resin piping member 102 is inserted into the oxidant gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a, and the communication port portion 104 A seal member 108 is interposed between the end face 104a and the first insulating plate 16a to have a desired sealing function. Therefore, this second embodiment can obtain the same effect as the first embodiment, and is good even if the shape of the communication hole (oxidant gas inlet communication hole 26a, etc.) is irregular. Sealability can be maintained.

図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック110の要部断面説明図である。   FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell stack 110 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池スタック110を構成する樹脂製配管部材112は、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56a及び第1絶縁プレート16aの酸化剤ガス入口50aに挿入される連通口部114と、接続部74とを一体に設ける。   The resin piping member 112 constituting the fuel cell stack 110 is connected to the communication port 114 inserted into the oxidant gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a and the oxidant gas inlet 50a of the first insulating plate 16a. The part 74 is provided integrally.

連通口部114の外周には、先端側に第1絶縁プレート16aの内周面に対応して溝部80が形成され、この溝部80にOリング82が配設される。連通口部114の後端側には、第1エンドプレート18aの内周面に対応して溝部116が形成され、この溝部116に調心用のOリング118が配設される。   On the outer periphery of the communication port portion 114, a groove portion 80 is formed on the tip side corresponding to the inner peripheral surface of the first insulating plate 16a, and an O-ring 82 is disposed in the groove portion 80. On the rear end side of the communication port portion 114, a groove portion 116 is formed corresponding to the inner peripheral surface of the first end plate 18a, and an aligning O-ring 118 is disposed in the groove portion 116.

このように構成される第3の実施形態では、樹脂製配管部材112が、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド孔56aの内周面に摺接するOリング118を備えている。このOリング118は、シール用のOリング82が第1絶縁プレート16aの酸化剤ガス入口50aの内周面で偏心することを良好に抑制することができる。これにより、Oリング82の芯ずれが抑制されて、所望のシール機能を確実に得ることが可能になるという効果が得られる。   In the third embodiment configured as described above, the resin piping member 112 includes an O-ring 118 that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the oxidant gas inlet manifold hole 56a of the first end plate 18a. The O-ring 118 can satisfactorily prevent the sealing O-ring 82 from being eccentric on the inner peripheral surface of the oxidant gas inlet 50a of the first insulating plate 16a. Thereby, the misalignment of the O-ring 82 is suppressed, and an effect that a desired sealing function can be surely obtained is obtained.

10、100、110…燃料電池スタック 12…燃料電池
14a、14b…ターミナルプレート 16a、16b…絶縁プレート
18a、18b…エンドプレート 20…電解質膜・電極構造体
22、24…セパレータ 26a…酸化剤ガス入口連通孔
26b…酸化剤ガス出口連通孔 28a…燃料ガス入口連通孔
28b…燃料ガス出口連通孔 30a…冷却媒体入口連通孔
30b…冷却媒体出口連通孔 32…酸化剤ガス流路
34…燃料ガス流路 36…冷却媒体流路
42…固体高分子電解質膜 44…カソード側電極
46…アノード側電極 50a…酸化剤ガス入口
50b…酸化剤ガス出口 52a…燃料ガス入口
52b…燃料ガス出口 54a…冷却媒体入口
54b…冷却媒体出口 56a…酸化剤ガス入口マニホールド孔
56b…酸化剤ガス出口マニホールド孔 58a…燃料ガス入口マニホールド孔
58b…燃料ガス出口マニホールド孔 60a…冷却媒体入口マニホールド孔
60b…冷却媒体出口マニホールド孔
64a、64b、66a、66b、68a、68b、102、112…樹脂製配管部材
70、84a、84b、104、114…連通口部
72…管路 74、88…接続部
76、90a、90b…フランジ部 82、96a、96b、118…Oリング
86…本体部 108…シール部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 100, 110 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell 14a, 14b ... Terminal plate 16a, 16b ... Insulating plate 18a, 18b ... End plate 20 ... Electrolyte membrane electrode structure 22, 24 ... Separator 26a ... Oxidant gas inlet Communication hole 26b ... Oxidant gas outlet communication hole 28a ... Fuel gas inlet communication hole 28b ... Fuel gas outlet communication hole 30a ... Cooling medium inlet communication hole 30b ... Cooling medium outlet communication hole 32 ... Oxidant gas flow path 34 ... Fuel gas flow Path 36 ... Cooling medium flow path 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Cathode side electrode 46 ... Anode side electrode 50a ... Oxidant gas inlet 50b ... Oxidant gas outlet 52a ... Fuel gas inlet 52b ... Fuel gas outlet 54a ... Cooling medium Inlet 54b ... Cooling medium outlet 56a ... Oxidant gas inlet manifold hole 56b ... Oxidant gas outlet manifold Hold hole 58a ... Fuel gas inlet manifold hole 58b ... Fuel gas outlet manifold hole 60a ... Cooling medium inlet manifold hole 60b ... Cooling medium outlet manifold hole 64a, 64b, 66a, 66b, 68a, 68b, 102, 112 ... Resin piping member 70, 84a, 84b, 104, 114 ... Communication port 72 ... Pipe line 74, 88 ... Connection part 76, 90a, 90b ... Flange part 82, 96a, 96b, 118 ... O-ring 86 ... Main body part 108 ... Sealing member

Claims (4)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される複数の燃料電池が積層され、積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも一方の前記エンドプレートには、冷却媒体又は反応ガスを流す流体供給用又は流体排出用のマニホールド孔が形成される燃料電池スタックであって、
一方の前記エンドプレートに装着され、前記燃料電池に対して前記冷却媒体又は前記反応ガスを供給又は排出する樹脂製配管部材を備え、
前記樹脂製配管部材は、前記マニホールド孔に挿入される連通口部と、
一方の前記エンドプレートの外部に突出し、管路が接続される接続部と、
を一体に設けるとともに、
前記連通口部の端部と前記絶縁プレートとの間には、シール部材が介装されることを特徴とする燃料電池スタック。
A plurality of fuel cells in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked are stacked, and terminal plates, insulating plates, and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. And at least one of the end plates is a fuel cell stack in which manifold holes for fluid supply or fluid discharge for flowing a cooling medium or reaction gas are formed,
A resin piping member that is attached to one of the end plates and supplies or discharges the cooling medium or the reaction gas to the fuel cell,
The resin piping member includes a communication port portion inserted into the manifold hole,
One of the end plates that protrudes to the outside, and a connecting portion to which a pipe line is connected,
As a single unit,
A fuel cell stack, wherein a seal member is interposed between an end of the communication port and the insulating plate.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記絶縁プレートには、前記連通口部の端部端面が当接する位置に、前記マニホールド孔に連通する連通孔を周回して前記シール部材が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the insulating plate is provided with the seal member around the communication hole communicating with the manifold hole at a position where the end surface of the communication port portion abuts. A fuel cell stack. 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記絶縁プレートに設けられ、前記マニホールド孔に連通する連通孔の内周面と、前記連通口部の端部周面との間には、前記シール部材が介装されることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the seal member is provided between an inner peripheral surface of a communication hole provided in the insulating plate and communicating with the manifold hole, and an end surface of the communication port portion. A fuel cell stack characterized by being interposed. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記エンドプレートの前記マニホールド孔の内周面と、前記連通口部の端部周面との間には、前記シール部材が介装されることを特徴とする燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the seal is provided between an inner peripheral surface of the manifold hole of one end plate and an end peripheral surface of the communication port portion. A fuel cell stack, wherein members are interposed.
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