JP2011065869A - Fuel cell stack - Google Patents

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Hideharu Naito
秀晴 内藤
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Honda Motor Co Ltd
本田技研工業株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack having a simple structure, wherein a resin manifold can be reliably fractured at a desired portion by an external load and a power extraction terminal can be prevented from being covered by water as much as possible. <P>SOLUTION: A first end plate 18a constituting a fuel cell stack 10 includes a piping connection structure 50. The piping connection structure 50 includes a supply-side resin manifold 52a communicating with a coolant supply communicating hole 30a. In the supply side resin manifold 52a, a supply-side piping connection part 56a to which supply-side external piping 54a is connected is formed. The supply-side piping connection part 56a is constituted such that an axis thereof is inclined downward. A fracturing part 58a preferentially fractured by an external load is provided at a position below a terminal 46a projecting from the first end plate 18a to the outside between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side piping connection part 56a. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The invention, together with and the separator and the electrolyte electrode structure is provided with a pair of electrodes are stacked on either side of the electrolyte, at opposite ends in the stacking direction relates to a fuel cell stack end plates are arranged.

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、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。 For example, a solid polymer electrolyte fuel cell, on both sides of the electrolyte membrane is a polymer ion exchange membrane, the membrane electrode assembly was interposed between an anode and a cathode, respectively (MEA), a pair of separators and a clamping unit cells. 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、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 The fuel cell for generating, by laminating the unit cells of predetermined number, for example, have been used as a vehicle-mounted fuel cell stack.

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。 In the fuel cell described above, in the plane of one of the separators, the fuel gas flow field for supplying a fuel gas to face the anode electrode is provided, in the plane of the other separator, opposite to the cathode oxygen-containing gas flow field for supplying an oxygen-containing gas Te is provided. また、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。 Further, between the separator, a coolant flow field for supplying a coolant is provided along surfaces of the separators.

さらに、この種の燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。 Further, in the fuel cell of this type, the fuel gas supply passage and the fuel gas discharge passage for supplying a fuel gas to penetrate the stacking direction of the unit cell, the oxygen-containing gas supply passage for supplying an oxygen-containing gas and the oxygen-containing gas discharge passage, and a cooling medium supply passage and the coolant discharge passage for flowing a cooling medium therein, so-called, often constituting the internal manifold type fuel cell.

内部マニホールド型燃料電池に関連する技術として、例えば、特許文献1の燃料電池が知られている。 As a technique related to the internal manifold type fuel cell, for example, it is known fuel cell of Patent Document 1. この特許文献1では、図7に示すように、積層体1を備えており、前記積層体1は、電解質膜と、電解質膜を挟持するガス拡散電極と、このガス拡散電極をシール部材2と共に挟持する集電極3とを複数積層して構成されている。 In Patent Document 1, as shown in FIG. 7, comprises a laminate 1, the laminate 1 has an electrolyte membrane, and gas diffusion electrodes that sandwich the electrolyte membrane, the gas diffusion electrode together with the sealing member 2 It is configured and the collector electrode 3 for clamping by stacking a plurality. 集電極3には、積層方向に貫通する複数の貫通孔が形成されており、この貫通孔により積層体1内に積層方向の燃料の給排用流路が形成されている。 The collector electrode 3, a plurality of through holes are formed to penetrate in the stacking direction, the supply and discharge passage in the stacking direction of the fuel is formed in the laminate 1 by the through holes.

積層体1の両積層端には、エンドプレート4が設置され、前記積層体1の積層方向に沿った4つの側面は、ゴムにより形成された被覆層5により覆われている。 Both lamination end of the laminated body 1 is placed the end plate 4, the four sides along the stacking direction of the laminate 1 is covered by a coating layer 5 formed of a rubber. エンドプレート4は、樹脂により正方形の板状に形成されており、4つの辺のうち隣接する2つの辺の縁付近の中央に円形の貫通孔6、7が形成されている。 The end plate 4 is formed in a square plate shape by a resin, circular through holes 6 and 7 in the center near the edge of two adjacent sides of the four sides are formed. 一方のエンドプレート4の貫通孔6は、積層体に形成される酸化ガスの給排用流路と連絡しており、貫通孔7は、燃料ガスの給排用流路と連絡している。 Through hole 6 of one end plate 4 is in communication with the supply and discharge passage of the oxidizing gas formed in the laminate, the through hole 7 is in communication with the supply and discharge passage of the fuel gas.

この燃料電池では、積層体1に荷重が作用し、燃料の給排用流路の形成部に割れ等が生じても、被覆層5が前記積層体1内と外部とを遮断するので、燃料の給排用流路から燃料が漏れるのを防止することができる、としている。 In this fuel cell, a load acts on the laminate 1, even such crack formation portion of the supply and discharge passage of the fuel occurs, since the coating layer 5 is cut off and the outer and the inner laminate 1, the fuel it is possible to prevent the the fuel from the supply and discharge flow path leaks, is set to.

特開平8−162143号公報 JP-8-162143 discloses

ところで、上記の特許文献1では、通常、貫通孔6、7に外部配管を接続するために、燃料ガスの樹脂製マニホールド及び酸化剤ガスの樹脂製マニホールドが、エンドプレート4に設けられる場合がある。 Incidentally, Patent Document 1 described above, usually, in order to connect the external piping into the through-holes 6 and 7, the resin manifold resin manifold and the oxidizing gas of the fuel gas, which may be provided in the end plate 4 . 従って、例えば、燃料電池に外部からの荷重が付与されると、外部配管に過大な荷重が作用し、接続されている樹脂製マニホールドに応力が発生して前記樹脂製マニホールドが損傷を受け易い。 Thus, for example, when the external load to the fuel cell is applied, acts excessive load to external piping, the resin manifold stress in the resin manifold connected occurs and susceptible to damage.

その際、特に冷却媒体の樹脂製マニホールドが破損して前記冷却媒体が外部に導出されると、エンドプレート4から外部に露呈する電力取り出し用ターミナル端子(図示せず)が被水し、液絡を惹起するおそれがある。 At that time, the the cooling medium is led to the outside, the power extraction terminal pins which is exposed from the end plate 4 to the outside (not shown) is Himizu particularly damaged plastic manifold cooling medium, liquid junction there is a possibility to elicit.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、外部からの荷重により樹脂マニホールドを所望の部位で確実に破断させることができ、電力取り出し用ターミナル端子が被水することを可及的に阻止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 has been made to solve this kind of problem, with a simple configuration, it is possible to resin manifold by an external load is reliably broken at the desired site, that terminal pins for power extraction are exposed to water and an object thereof is to provide a fuel cell stack which can prevented as much as possible.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが配設される燃料電池スタックに関するものである。 The invention, together with and the separator and the electrolyte electrode structure is provided with a pair of electrodes are stacked on either side of the electrolyte, at opposite ends in the stacking direction is related to a fuel cell stack end plates are arranged.

この燃料電池スタックは、電解質・電極構造体とセパレータとの積層方向に冷却媒体又は反応ガスである流体を流通させる流体連通孔を、外部配管に接続するための配管接続構造を備えている。 The fuel cell stack, the electrolyte electrode assembly and the separator and the fluid passage for circulating the fluid is a cooling medium or reaction gas in the stacking direction of, and a pipe connecting structure for connection to external piping.

そして、配管接続構造は、少なくとも一方のエンドプレートに設けられ、流体連通孔に連通する樹脂マニホールドと、前記樹脂マニホールドに形成され、外部配管が接続される配管接続部とを有するとともに、前記樹脂マニホールドと前記配管接続部との間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位が、前記エンドプレートから外部に突出する電力取り出し用ターミナル端子よりも下方に位置して設けられている。 The pipe connection structure is provided on at least one end plate, and a resin manifold communicating with the fluid passage, is formed on the resin manifold, which has a pipe connecting portion external pipe is connected, the resin manifold and the pipe between the connecting portion, breaking portion that preferentially broken by an external load is provided positioned below the power terminal pin for taking out which projects to the outside from the end plate.

また、破断部位は、樹脂マニホールドに設けられる膨出部の軸線に対して、前記膨出部に一体形成される配管接続部の軸線をずらすことにより構成されることが好ましい。 Also, fracture site, with respect to the axis of the bulging portion provided on the resin manifold, is preferably configured by shifting the axis of the pipe connection portion which is integrally formed on the bulging portion.

さらに、破断部位は、配管接続部の外周に切り欠き又は凹部を設けることにより構成されることが好ましい。 Furthermore, fracture site is preferably configured by providing a notch or recess on the outer circumference of the pipe connection portion.

さらにまた、配管接続部は、軸線が下方に傾斜することが好ましい。 Furthermore, the pipe connecting portion is preferably the axis is inclined downward.

本発明によれば、配管接続構造に外部からの荷重が付与されると、外部配管に加わる過剰な荷重により、樹脂マニホールドと前記配管接続部との間に設けられた偏心する破断部位が、応力の集中により優先的に破断する。 According to the present invention, when the external load is applied to the pipe connection structure, the excessive load applied to the external piping, fracture site eccentrically provided between the resin manifold and the pipe connecting portion, stress concentration by breaking preferentially of. ここで、破断部位は、エンドプレートから外部に突出する電力取り出し用ターミナル端子よりも下方に位置しており、前記破断部位から導出される流体は、前記電力取り出し用ターミナル端子よりも下方を確実に流れることができる。 Here, fracture site, than the power terminal pin for taking out projecting from the end plate to the outside is located below the fluid derived from the fracture site, reliably below the terminal pin for the power take-out it can flow.

このため、簡単な構成で、外部からの荷重により樹脂マニホールドを所望の切断部位で確実に破断させることが可能になり、電力取り出し用ターミナル端子が被水することを可及的に阻止することができる。 Therefore, with a simple configuration, it is possible to reliably break the resin manifold by an external load at the desired cleavage site, is that the terminal pin for power extraction prevents as much as possible to the water it can.

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。 Is a perspective view schematically showing a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの、図1中、II−II線断面図である。 Of the fuel cell stack, in FIG. 1 is a sectional view taken along line II-II. 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。 It is an exploded perspective view showing a fuel cell of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する配管接続構造の正面説明図である。 It is a front view showing a pipe connecting structure of the 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概略斜視説明図である。 Is a perspective view schematically showing a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する配管接続構造の一部側面説明図である。 It is part side view of a pipe connection structure of the fuel cell stack. 特許文献1に開示された燃料電池の斜視説明図である。 It is a perspective view showing a fuel cell disclosed in Patent Document 1.

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、燃料電池12を備え、複数の前記燃料電池12を水平方向(矢印A方向)に沿って互いに積層して構成される。 As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention includes a fuel cell 12, are laminated to each other along a plurality of the fuel cells 12 in a horizontal direction (arrow A direction) constructed. この燃料電池スタック10は、例えば、車載用として使用される。 The fuel cell stack 10 is used, for example, for automotive.

図1及び図2に示すように、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 FIGS. 1 and 2, the stacking direction end of the fuel cell 12, while the first terminal plate 14a, the first insulating plate 16a and the first end plate 18a are stacked, the stacking direction and the other end, the second terminal plate 14b, the second insulating plate 16b and the second end plate 18b is 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。 The first end plate 18a and the second end plate 18b formed in a rectangular shape is held clamped integrally by a plurality of tie rods 19 extending in the arrow A direction. 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もよい。 The fuel cell stack 10, the box-shaped casing containing the first end plate 18a and the second end plate 18b as an end plate (not shown) may be integrally held.

図3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。 As shown in FIG. 3, the fuel cell 12 includes a membrane electrode assembly 20 is sandwiched between the first and second separators 22, 24. 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で構成されるが、その他、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してもよい。 First and second separators 22 and 24, for example, is composed of carbon separators, other steel, stainless steel, aluminum plate, or may be composed of a metal separator such as plated steel sheets. 第1及び第2セパレータ22、24は、長方形セパレータを構成しており、長辺方向が、例えば、鉛直方向(矢印C方向)に延在する。 First and second separators 22 and 24 constitute a rectangular separator in the wide side direction, for example, it extends in a vertical direction (arrow C).

燃料電池12の矢印C方向(図3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供給連通孔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供給連通孔28aが、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。 (In FIG. 3, the direction of gravity) direction C of the fuel cell 12 to the upper end of the communication with each other in the arrow A direction is the stacking direction, oxidizing gas, for example, oxidation to supply oxygen-containing gas containing gas supply passage 26a, and the fuel gas, for example, a fuel gas supply passage 28a for supplying a hydrogen-containing gas is provided and arranged in the direction of arrow B (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排出連通孔26b、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔28bが、矢印B方向に配列して設けられる。 The bottom end portion of the arrow C direction of the fuel cell 12, communicate with each other in the direction of the arrow A, the oxygen-containing gas discharge passage 26b for discharging the oxygen-containing gas, and fuel gas discharge for discharging the fuel gas communication holes 28b are provided and arranged in the direction of arrow B.

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供給連通孔30a、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔30bが設けられる。 At both edges of the arrow B direction of the fuel cell 12, the coolant supply passage 30a for supplying, and a coolant discharge passage 30b for discharging the coolant is provided a cooling medium. 冷却媒体供給連通孔30a及び冷却媒体排出連通孔30bは、第1及び第2セパレータ22、24の長辺方向(矢印C方向)に長尺な長方形開口部で構成される。 Coolant supply passage 30a and the coolant discharge passage 30b is composed of elongated rectangular openings in the long side direction of the first and second separators 22, 24 (arrow C).

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、酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路32が設けられる。 The membrane electrode assembly 20 to the facing surface 22a of the first separator 22, the oxidizing gas channel 32 which communicates with the oxygen-containing gas supply passage 26a oxygen-containing gas discharge passage 26b is provided.

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、燃料ガス供給連通孔28aと燃料ガス排出連通孔28bとに連通する燃料ガス流路34が設けられる。 The surface 24a facing the membrane electrode assembly 20 of the second separator 24, the fuel gas flow path 34 communicating with the fuel gas supply passage 28a and the fuel gas discharge passage 28b is provided. 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、冷却媒体供給連通孔30aと冷却媒体排出連通孔30bとを連通する冷却媒体流路36が設けられる。 And the surface 22b of the first separator 22 constituting the fuel cell 12 adjacent to each other, between the surface 24b of the second separator 24, the cooling medium that communicates with the coolant supply passage 30a and the coolant discharge passage 30b the flow channel 36 is provided.

第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材38aが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38bが設けられる。 Surface 22a of the first separator 22, the 22b, together with the first seal member 38a is provided, the surface 24a of the second separator 24, the 24b, the second seal member 38b is provided.

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40と、前記固体高分子電解質膜40を挟持するカソード側電極42及びアノード側電極44とを備える。 Membrane electrode assembly 20 is, for example, a solid polymer electrolyte membrane 40 where water is impregnated in a thin film of perfluorosulfonic acid, the cathode 42 and the anode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 40 44 provided with a door.

カソード側電極42及びアノード側電極44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。 The cathode 42 and the anode 44 has a gas diffusion layer such as a carbon paper, a porous carbon particles of platinum alloy supported on the surface are deposited uniformly on the surface of the gas diffusion layer and an electrode catalyst layer. 電極触媒層は、固体高分子電解質膜40の両面に形成されている。 Electrode catalyst layer is formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 40.

図1及び図2に示すように、第1ターミナルプレート14aの中央上部側には、積層方向外方(第1エンドプレート18a側)に突出して電力取り出し用ターミナル端子46aが一体に設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the center upper portion of the first terminal plate 14a is laminated outward (the first end plate 18a side) protrudes power extraction terminal pin 46a is provided integrally. このターミナル端子46aは、絶縁筒体48aに嵌合した状態で、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aを貫通して外部に露呈する。 The terminal pin 46a is in a state fitted to the insulating cylinder 48a, is exposed to the outside through the first insulating plate 16a and the first end plate 18a.

第2ターミナルプレート14bの中央上部側には、同様に電力取り出し用ターミナル端子46bが一体に設けられる。 The central upper portion of the second terminal plate 14b, likewise power extraction terminal pin 46b is provided integrally. ターミナル端子46bは、絶縁筒体48aに嵌合した状態で、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bを貫通して外部に露呈する。 Terminal pin 46b is in a state fitted to the insulating cylinder 48a, is exposed to the outside through the second insulating plate 16b and the second end plate 18b.

第1エンドプレート18aの外面側には、配管接続構造50が設けられる。 The outer surface of the first end plate 18a, a pipe connecting structure 50 is provided. 配管接続構造50は、第1エンドプレート18aに設けられ、冷却媒体供給連通孔30aに連通する供給側樹脂マニホールド52aと、冷却媒体排出連通孔30bに連通する排出側樹脂マニホールド52bとを備える。 Pipe connection structure 50 includes provided on the first end plate 18a, a supply-side resin manifold 52a which communicates with the coolant supply passage 30a, and a discharge-side resin manifold 52b which communicates with the coolant discharge passage 30b. 供給側樹脂マニホールド52a及び排出側樹脂マニホールド52bは、対向する長辺に沿って縦長形状を有する。 Supply-side resin manifold 52a and the discharge-side resin manifold 52b has a vertically long shape along the opposite long sides.

供給側樹脂マニホールド52aには、供給側外部配管54aを接続するための供給側配管接続部56aが形成されるとともに、排出側樹脂マニホールド52bには、排出側外部配管54bを接続するための排出側配管接続部56bが形成される。 The supply-side resin manifold 52a has a feed-side pipe connecting portion 56a for connecting the supply-side external pipe 54a is formed, on the discharge side resin manifold 52b is discharge side for connecting the discharge side outer pipe 54b pipe connecting portion 56b is formed. 供給側配管接続部56a及び排出側配管接続部56bは、円筒状を有するとともに、各軸線が下方に傾斜して構成される。 Supply-side pipe connecting portion 56a and the discharge-side pipe connecting portion 56b, as well as having a cylindrical, and each axis inclined downward.

供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位58aが、第1エンドプレート18aから外部に突出するターミナル端子46aよりも下方に距離Lだけ離間して設けられる(図2参照)。 Between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a is broken portion 58a which preferentially broken by a load from the outside, below the terminal pin 46a projecting outside from the first end plate 18a distance L is provided at a distance (see FIG. 2).

図2及び図4に示すように、破断部位58aは、供給側樹脂マニホールド52aに設けられる膨出部60aの軸線O1に対して、前記膨出部60aに一体成形される供給側配管接続部56aの軸線O2を距離Hだけずらすことにより構成される。 As shown in FIGS. 2 and 4, fracture site 58a, relative to the axis O1 of the bulging portion 60a provided on the supply side resin manifold 52a, the supply-side pipe connecting portion 56a which is integrally formed with the bulging portion 60a It constituted by shifting the axis O2 of the distance H only. 破断部位58aは、膨出部60aに対して肉厚が段状に変化する部位であり、前記膨出部60aと供給側配管接続部56aとが偏心して接続される部分、すなわち、応力が集中し易い部分である。 Fracture site 58a is a portion the wall thickness with respect to the bulging portion 60a is changed stepwise, the portion between the bulging portion 60a and the supply-side pipe connecting portion 56a is connected eccentrically, i.e., stress is concentrated it is an easy part to.

排出側樹脂マニホールド52bと排出側配管接続部56bとの間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位58bが、ターミナル端子46bよりも下方に位置して設けられる。 Between the discharge-side resin manifold 52b and the discharge-side pipe connecting portion 56b is broken portion 58b which preferentially broken by an external load is provided located lower than the terminal pin 46b. 図4に示すように、破断部位58bは、排出側樹脂マニホールド52bに設けられる膨出部60bの軸線O1に対して、前記膨出部60bに一体成形される排出側配管接続部56bの軸線O2を距離Hだけずらすことにより構成される。 As shown in FIG. 4, fracture site 58b is relative to the axis O1 of the bulging portion 60b provided on the discharge side resin manifold 52 b, the axis of the discharge pipe connecting portion 56b which is integrally formed with the bulging portion 60b O2 It constituted by shifting the distance H only.

第2エンドプレート18bには、図示しないが、酸化剤ガス供給連通孔26a、燃料ガス供給連通孔28a、酸化剤ガス排出連通孔26b及び燃料ガス排出連通孔28bに連通してそれぞれ樹脂マニホールドが設けられる。 The second end plate 18b, although not shown, the oxygen-containing gas supply passage 26a, the fuel gas supply passage 28a, each communicating with the oxygen-containing gas discharge passage 26b and the fuel gas discharge passage 28b resins manifold provided It is.

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。 Operation of the fuel cell stack 10 will be described below.

先ず、第2エンドプレート18bの樹脂マニホールド(図示せず)から酸化剤ガス供給連通孔26aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、樹脂マニホールド(図示せず)から燃料ガス供給連通孔28aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。 First, with an oxidant gas such as oxygen-containing gas is supplied to the second end plate 18b of the resin manifold oxidant gas supply passage 26a (not shown), the fuel gas supply passage from the resin manifold (not shown) a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied into the hole 28a.

さらに、図1に示すように、第1エンドプレート18a側では、供給側外部配管54aから供給側配管接続部56aを介して供給側樹脂マニホールド52aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 Furthermore, as shown in FIG. 1, the first end plate 18a side, pure water and ethylene glycol on the supply side resin manifold 52a through the supply-side pipe connecting portion 56a from the supply-side external pipe 54a, a cooling medium such as oil It is supplied. この冷却媒体は、供給側樹脂マニホールド52aから冷却媒体供給連通孔30aに供給される。 The cooling medium is supplied from the supply side resin manifold 52a to the coolant supply passage 30a.

このため、酸化剤ガスは、図3に示すように、酸化剤ガス供給連通孔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。 Thus, the oxygen-containing gas, as shown in FIG. 3, is introduced from the oxygen-containing gas supply passage 26a to the oxygen-containing gas flow field 32 of the first separator 22. この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路32に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、電解質膜・電極構造体20のカソード側電極42に供給される。 The oxidant gas along the oxygen-containing gas flow field 32 moves in the arrow C direction (gravitational direction), is supplied to the cathode 42 of the membrane electrode assembly 20.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔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。 On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas supply passage 28a into the fuel gas flow field 34 of the second separator 24. この燃料ガスは、燃料ガス流路34に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、電解質膜・電極構造体20のアノード側電極44に供給される。 The fuel gas along the fuel gas flow path 34 moves in the direction of gravity (arrow C), is supplied to the anode 44 of the membrane electrode assembly 20.

従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード側電極42に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in the membrane electrode assembly 20, the oxygen-containing gas supplied to the cathode 42, and the fuel gas supplied to the anode 44, is consumed in the electrochemical reactions at catalyst layers of the power It is carried out.

次いで、電解質膜・電極構造体20のカソード側電極42に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔26bに沿って矢印A方向に排出される。 Then, the oxygen-containing gas consumed is supplied to the cathode 42 of the membrane electrode assembly 20 is discharged in the direction of arrow A along the oxygen-containing gas discharge passage 26b. 電解質膜・電極構造体20のアノード側電極44に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。 Fuel gas consumed is supplied to the anode 44 of the membrane electrode assembly 20 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge passage 28b.

一方、冷却媒体供給連通孔30aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ22と第2セパレータ24との間に形成された冷却媒体流路36に導入される。 On the other hand, supplied cooling medium to the coolant supply passage 30a is introduced into the coolant flow field 36 formed between the first separator 22 and second separator 24. この冷却媒体は、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体排出連通孔30bに排出される。 After the coolant has cooled the membrane electrode assembly 20 to move in the direction of arrow B, and is discharged to the coolant discharge passage 30b. 冷却媒体は、図1に示すように、第1エンドプレート18aに設けられた排出側樹脂マニホールド52bに導入され、排出側配管接続部56bから排出側外部配管54bを介して外部に排出される。 Cooling medium, as shown in FIG. 1, it is introduced into the discharge-side resin manifold 52b provided on the first end plate 18a, and is discharged to the outside through the discharge-side external pipe 54b from the discharge-side pipe connecting portion 56b.

この場合、第1の実施形態では、配管接続構造50は、第1エンドプレート18aに設けられ、冷却媒体供給連通孔30aに連通する供給側樹脂マニホールド52aと、前記供給側樹脂マニホールド52aに形成され、供給側外部配管54aが接続される供給側配管接続部56aとを備えている。 In this case, in the first embodiment, the pipe connecting structure 50 is provided on the first end plate 18a, a supply-side resin manifold 52a which communicates with the coolant supply passage 30a, it is formed on the supply-side resin manifold 52a , and a supply-side pipe connecting portion 56a of the supply-side external pipe 54a is connected.

そして、供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位58aが、ターミナル端子46aよりも下方に位置して設けられている。 Then, between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a is broken portion 58a which preferentially broken by an external load is provided located lower than the terminal pin 46a.

具体的には、図2及び図4に示すように、破断部位58aは、供給側樹脂マニホールド52aに設けられる膨出部60aの軸線O1に対して、前記膨出部60aに一体成形される供給側配管接続部56aの軸線O2を距離Hだけずらすことにより構成されている。 Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4 supply, breaking site 58a, relative to the axis O1 of the bulging portion 60a provided on the supply side resin manifold 52a, which is integrally molded on the bulging portion 60a It is constituted by shifting the axis O2 of the side pipe connection portion 56a distance H only. 破断部位58aは、膨出部60aと供給側配管接続部56aとが偏心して接続される部分、すなわち、応力が集中し易い部分である。 Fracture site 58a, the portion where the bulging portion 60a and the supply-side pipe connecting portion 56a is connected eccentrically, i.e., an easy part stress is concentrated.

このため、配管接続構造50に外部からの荷重が付与されると、供給側外部配管54aに加わる過剰な荷重により、供給側樹脂マニホールド52aに応力が発生する。 Therefore, when external load is applied to the pipe connection structure 50, due to excessive load applied to the supply-side external pipe 54a, a stress is generated in the supply-side resin manifold 52a. その際、供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの間に設けられた偏心する破断部位58aは、応力が集中することにより優先的に破断することができる。 At that time, the breaking site 58a eccentrically provided between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a can be preferentially broken by stress concentration.

ここで、破断部位58aは、第1エンドプレート18aから外部に突出するターミナル端子46aよりも下方に距離Lだけ離間している(図2参照)。 Here, the breaking parts 58a is spaced downwardly by a distance L than the terminal pin 46a projecting outside from the first end plate 18a (see FIG. 2). 従って、破断部位58aから導出される冷却媒体(流体)は、ターミナル端子46aよりも下方に流れ、前記ターミナル端子46aの被水が抑制される。 Thus, the cooling medium is derived from fracture site 58a (fluid) flows below the terminal pin 46a, the water in the terminal pin 46a is suppressed.

しかも、供給側配管接続部56aは、軸線が水平姿勢から下方に傾斜して構成されている。 Moreover, the supply-side pipe connection portion 56a is the axis is configured to be inclined from the horizontal position downwardly. これにより、水平方向に荷重が付与された際に、破断部位58aに応力を集中させることができ、前記破断部位58aを確実に破断させることが可能になる。 Thus, when a load is applied in the horizontal direction, the stress can be concentrated on the break site 58a, it is possible to reliably break the rupture site 58a. このため、供給側樹脂マニホールド52a自体に破損が惹起されることを良好に抑制することができる。 Therefore, it is possible to satisfactorily suppress the damage to the supply side resin manifold 52a itself is induced. その上、供給側配管接続部56aが水平方向に突出する構成に比べて、水平方向の専有スペースが有効に削減され、特に車載性の向上を図ることが可能になるという利点がある。 Moreover, as compared with the configuration which the supply-side pipe connecting portion 56a protrudes in the horizontal direction, is reduced horizontal occupied space efficiently, there is an advantage that especially becomes possible to improve the vehicle mountability.

従って、第1の実施形態では、簡単な構成で、外部からの荷重により供給側樹脂マニホールド52aを破断部位58aで確実に破断させることができ、ターミナル端子46aが被水することによる液絡を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。 Thus, in the first embodiment, with a simple configuration, it is possible to reliably break the supply-side resin manifold 52a at fracture site 58a by an external load, allowed to liquid junction due to terminal pin 46a is exposed to water effect is obtained that it becomes possible to prevent retroactively.

なお、排出側樹脂マニホールド52bにおいても、上記の供給側樹脂マニホールド52aと同様の効果が得られる。 Also in the discharge-side resin manifold 52 b, the same effect as the supply-side resin manifold 52a described above can be obtained.

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70の概略斜視説明図である。 Figure 5 is a schematic perspective view showing a fuel cell stack 70 according to a 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。 Incidentally, the fuel cell stack 10 same components as those of the first embodiment are denoted by identical reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

燃料電池スタック70を構成する第1エンドプレート18aには、配管接続構造72が設けられる。 The first end plate 18a of the fuel cell stack 70, the pipe connecting structure 72 is provided. 配管接続構造72は、第1エンドプレート18aに設けられ、冷却媒体供給連通孔30aに連通する供給側樹脂マニホールド52aと、冷却媒体排出連通孔30bに連通する排出側樹脂マニホールド52bとを備える。 Pipe connection structure 72 includes provided on the first end plate 18a, a supply-side resin manifold 52a which communicates with the coolant supply passage 30a, and a discharge-side resin manifold 52b which communicates with the coolant discharge passage 30b.

供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位74aが、第1エンドプレート18aから外部に突出するターミナル端子46aよりも下方に位置して設けられる。 Between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a is broken portion 74a which preferentially broken by a load from the outside, below the terminal pin 46a projecting outside from the first end plate 18a It provided in position.

図5及び図6に示すように、破断部位74aは、供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの境界部位に周回する切り欠きを設けることにより構成される。 As shown in FIGS. 5 and 6, the breaking portion 74a is constituted by providing a notch circling the boundary portion between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a. 切り欠きを設けることにより、破断部位74aの厚さt1は、供給側配管接続部56aの厚さtよりも肉薄に設定されることが好ましい(t1<t)。 By providing the notches, the thickness t1 of the fracture site 74a is preferably set thinner than the thickness t of the supply-side pipe connecting portion 56a (t1 <t).

排出側樹脂マニホールド52bと排出側配管接続部56bとの間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位74bが、ターミナル端子46bよりも下方に位置して設けられる。 Between the discharge-side resin manifold 52b and the discharge-side pipe connecting portion 56b is broken portion 74b which preferentially broken by an external load is provided located lower than the terminal pin 46b. 破断部位74bは、上記の破断部位74aと同様に構成される。 Fracture site 74b is configured in the same manner as the above-mentioned breaking portion 74a.

このように構成される第2の実施形態では、破断部位74aは、供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの境界部位に周回する切り欠きを設けることにより構成されている。 In thus configured second embodiment, the breaking portion 74a is constituted by providing a notch circling the boundary portion between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connecting portion 56a. 従って、破断部位74aは、応力が集中し易い部分であり、前記破断部位74aで優先的に破断させることができる。 Therefore, fracture site 74a is likely part stress is concentrated, can be preferentially broken at the fracture site 74a. これにより、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。 Thus, the same effects as in the first embodiment are obtained.

なお、第2の実施形態では、供給側樹脂マニホールド52aと供給側配管接続部56aとの境界部位に周回する切り欠きを設けることにより、破断部位74aを設けているが、これに代えて、例えば、凹部や部分的な切り欠き等を設けても同様の効果が得られる。 In the second embodiment, by providing the notch circling the boundary portion between the supply-side resin manifold 52a and the supply-side pipe connection portion 56a, is provided with the fracture site 74a, instead of this, for example, , the same effect can be obtained by providing a recess or partial cutout or the like.

10、70…燃料電池スタック 12…燃料電池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…酸化剤ガス供給連通孔26b…酸化剤ガス排出連通孔 28a…燃料ガス供給連通孔28b…燃料ガス排出連通孔 30a…冷却媒体供給連通孔30b…冷却媒体排出連通孔 32…酸化剤ガス流路34…燃料ガス流路 36…冷却媒体流路40…固体高分子電解質膜 42…カソード側電極44…アノード側電極 46a、46b…ターミナル端子50、72…配管接続構造 52a…供給側樹脂マニホールド52b…排出側樹脂マニホールド 54a…供給側外部配管54b…排出側外部配管 56a…供給側配管接続部56b…排出側配管接続部 58a、58b、74a、74b…破断部位60a、60 10, 70 ... Fuel cell stack 12: fuel cell 18a, 18b ... end plate 20 ... membrane electrode assembly 22, 24 ... separator 26a ... oxidant gas supply passage 26b ... oxygen-containing gas discharge passage 28a ... fuel gas supply hole 28b: fuel gas discharge passage 30a ... coolant supply passage 30b ... coolant discharge passage 32 ... oxygen-containing gas flow field 34 ... fuel gas flow 36 ... coolant flow 40 ... solid polymer electrolyte membrane 42 ... cathode 44 ... anode 46a, 46b ... terminal pin 50, 72 ... pipe connection structure 52a ... supply side resin manifold 52 b ... discharge side resin manifold 54a ... supply-side external pipe 54b ... discharge side outer pipe 56a ... supply side pipe connecting portion 56b ... discharge side pipe connecting portion 58a, 58b, 74a, 74b ... fracture site 60a, 60 b…膨出部 b ... bulging portion

Claims (4)

  1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが配設される燃料電池スタックであって、 Together and the separator and the electrolyte electrode structure is provided with a pair of electrodes are stacked on either side of the electrolyte, at opposite ends in the stacking direction is a fuel cell stack end plates are arranged,
    前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に冷却媒体又は反応ガスである流体を流通させる流体連通孔を、外部配管に接続するための配管接続構造を備え、 Said electrolyte electrode assembly and the separator and the fluid passage for circulating the fluid is a stacking direction to the cooling medium or reaction gases, comprising a pipe connection structure for connection to external piping,
    前記配管接続構造は、少なくとも一方の前記エンドプレートに設けられ、前記流体連通孔に連通する樹脂マニホールドと、 The pipe connection structure is provided on at least one of said end plate, and a resin manifold communicating with said fluid passage,
    前記樹脂マニホールドに形成され、前記外部配管が接続される配管接続部と、 Is formed on the resin manifold, a pipe connection portion to which the external pipe is connected,
    を有するとともに、 And it has a,
    前記樹脂マニホールドと前記配管接続部との間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位が、前記エンドプレートから外部に突出する電力取り出し用ターミナル端子よりも下方に位置して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 Wherein between the resin manifold and the pipe connecting portion, breaking portion that preferentially broken by an external load is provided located lower than the power terminal pin for taking out which projects to the outside from the end plate fuel cell stack, characterized in that.
  2. 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記破断部位は、前記樹脂マニホールドに設けられる膨出部の軸線に対して、前記膨出部に一体成形される前記配管接続部の軸線をずらすことにより構成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 claim 1, wherein the fracture site is configured with respect to the axis of the bulging portion provided on the resin manifold, by shifting the axis of the pipe connection portion which is integrally formed with the bulging portion fuel cell stack, characterized in that it is.
  3. 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記破断部位は、前記配管接続部の外周に切り欠き又は凹部を設けることにより構成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 claim 1, wherein the rupture site, the fuel cell stack, characterized in that it is constituted by providing a notch or recess on the outer circumference of the pipe connection portion.
  4. 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、前記配管接続部は、軸線が下方に傾斜することを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein the pipe connection section, the fuel cell stack, wherein the axis is inclined downward.
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