JP2012133965A - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of the conventional fuel cell stacks in which the number of components is increased to obtain a structure for suppressing vibration of a laminate.SOLUTION: A fuel cell stack FS comprises: a laminate 1 formed by lamination of a plurality of rectangular plate-like unit cells FC; end plates 2 disposed on both end surfaces in the laminating direction of the cells of the laminate 1; and a pair of fastening plates 3 which, when four surfaces of the laminate 1 parallel to the laminating direction of the cells are referred to as first to fourth outer circumferential surfaces in the circumferential direction, are disposed on the second and the fourth outer circumferential surfaces. The both end plates 2 and each fastening plate 3 are coupled, and at least one of the pair of fastening plates 3 is provided with a rib 3B which is parallel to the laminating direction of the cells and presses the laminate 1. By this configuration, spring elements are mounted in the displacement direction of the laminate 1, and thereby the resonance frequency of the laminate 1 is increased and the resistance against vibration is enhanced without increasing the number of components.

Description

本発明は、例えば、車両の駆動用電源として用いられる燃料電池スタックに関し、より具体的には、膜電極構造体及びセパレータで構成した単位セルを複数積層して成る積層体を備えた燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack used as a power source for driving a vehicle, for example. More specifically, the present invention relates to a fuel cell stack including a laminated body formed by laminating a plurality of unit cells composed of a membrane electrode structure and a separator. It is about.

従来において、単位セルの積層体を備えた燃料電池スタックとしては、例えば特許文献1に記載されているものがあった。この特許文献1に記載の燃料電池スタックは、単位セルを水平方向に複数積層して成る積層体を一対のエンドプレートによって所定圧力で挟持すると共に、両エンドプレートを複数の帯板状のテンションプレートで連結して、積層体の加圧状態を維持している。そして、この燃料電池スタックは、積層体の間の適数箇所に中間プレートを介装して、各中間プレートの位置で積層体を支持する構造にすることで、支持部分の間の共振周波数を大きくして、積層体の曲げ剛性を高めるようにしていた。   Conventionally, as a fuel cell stack including a stack of unit cells, for example, there is one described in Patent Document 1. The fuel cell stack described in Patent Document 1 includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a horizontal direction and is sandwiched between a pair of end plates at a predetermined pressure. To maintain the pressurized state of the laminate. The fuel cell stack has a structure in which intermediate plates are interposed at appropriate positions between the stacked bodies to support the stacked bodies at the positions of the respective intermediate plates, thereby reducing the resonance frequency between the support portions. The bending rigidity of the laminate was increased to increase the thickness.

特開2010−27543号公報JP 2010-27543 A

しかしながら、上記したような従来の燃料電池スタックにあっては、積層体の中間に複数の中間プレートを介装する構成であったため、その分だけ部品点数が増すと共に、積層体全体の容積も増大するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。   However, since the conventional fuel cell stack as described above has a configuration in which a plurality of intermediate plates are interposed in the middle of the stack, the number of parts increases and the volume of the entire stack increases. It was a problem to solve such problems.

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、積層体の変位方向にばね要素を組み付けた構造にすることにより、部品点数や積層体全体の容積を増加させることなく、積層体の共振周波数(固有振動数)を高めることができる燃料電池スタックを提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional problems, and has a structure in which spring elements are assembled in the displacement direction of the laminate without increasing the number of parts or the overall volume of the laminate. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of increasing the resonance frequency (natural frequency) of a laminate.

本発明の燃料電池スタックは、四角形板状の単位セルを複数積層して成る積層体と、積層体のセル積層方向の両端面に配置したエンドプレートと、積層体のセル積層方向に平行な四面を周方向に第1〜第4の外周面としたときに第2及び第4の外周面に配置した一対の締結板を備えている。   The fuel cell stack of the present invention includes a laminate formed by laminating a plurality of rectangular plate-shaped unit cells, end plates disposed on both end faces of the laminate in the cell stacking direction, and four surfaces parallel to the cell stacking direction of the stack. Is provided with a pair of fastening plates arranged on the second and fourth outer peripheral surfaces when the first to fourth outer peripheral surfaces are defined in the circumferential direction.

そして、燃料電池スタックは、両エンドプレートと各締結板とを夫々連結していると共に、一対の締結板のうちの少なくとも一方の締結板が、セル積層方向に平行で且つ積層体を押えるリブを備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。   The fuel cell stack connects both end plates and the respective fastening plates, and at least one of the pair of fastening plates has a rib that is parallel to the cell stacking direction and presses the stack. The above-described configuration is used as means for solving the conventional problems.

なお、上記構成において、締結板と積層体とは、互いに接触した状態、若しくは振動入力時に接触する程度に極めて微小な隙間を介して近接した状態にすることができるが、互いに接触状態にしておく方がより望ましい。   In the above configuration, the fastening plate and the laminate can be brought into contact with each other or in close proximity to each other through a very small gap to the extent that they come into contact with each other when vibration is input. Is more desirable.

本発明の燃料電池スタックによれば、部品点数や積層体全体の容積を増加させることなく、積層体の共振周波数を高めることができる。これにより、耐振動性能が向上し、構成部品の破損や発電性能の低下を防止することができると共に、製造に関わる工数やコストの低減などを実現することができる。   According to the fuel cell stack of the present invention, the resonance frequency of the multilayer body can be increased without increasing the number of parts and the volume of the entire multilayer body. As a result, vibration resistance can be improved, damage to components and power generation performance can be prevented, and man-hours and costs associated with manufacturing can be reduced.

本発明の燃料電池スタックの一実施形態を説明する斜視図(A)及びリブ部分の拡大断面図(B)である。It is the perspective view (A) explaining one Embodiment of the fuel cell stack of this invention, and the expanded sectional view (B) of a rib part. 図1に示す燃料電池スタックの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell stack shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池スタックの平面図である。It is a top view of the fuel cell stack shown in FIG. 図1に示す燃料電池スタックにおけるばね要素の原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle of the spring element in the fuel cell stack shown in FIG. 本発明の燃料電池スタックの他の実施形態におけるリブ部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the rib part in other embodiments of the fuel cell stack of the present invention. 本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態におけるリブ部分の拡大断面側面図である。It is an expanded sectional side view of the rib part in other embodiment of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における平面図である。It is a top view in further another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. 本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における平面図である。It is a top view in further another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. 本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における斜視図である。It is a perspective view in further another embodiment of the fuel cell stack of the present invention.

図1〜図4は、本発明の燃料電池スタックの一実施形態を説明する図である。
図1(A)及び図2に示す燃料電池スタックFSは、四角形板状の単位セルFCを複数積層して成る積層体1と、積層体1のセル積層方向(図中X方向)の両端面に配置した集電板5,5と、集電板5の外側に配置したエンドプレート2,2と、一方の組である一対の締結板(片側を図示)3と、他方の組である別の一対の締結板(片側を図示)4を備えている。エンドプレート2、及び締結板3,4は、その材料がとくに限定されるものではないが、金属製であることがより望ましい。
1 to 4 are diagrams illustrating an embodiment of a fuel cell stack according to the present invention.
A fuel cell stack FS shown in FIGS. 1A and 2 includes a stacked body 1 formed by stacking a plurality of rectangular plate-shaped unit cells FC, and both end surfaces of the stacked body 1 in the cell stacking direction (X direction in the figure). Current collector plates 5 and 5, end plates 2 and 2 disposed outside the current collector plate 5, a pair of fastening plates (one side is shown) 3, and another pair A pair of fastening plates (one side shown) 4 is provided. The materials of the end plate 2 and the fastening plates 3 and 4 are not particularly limited, but are preferably made of metal.

単位セルFCは、発電要素である膜電極構造体を一対のセパレータで挟持した周知の構造を有するものであり、図2に示すように、長方形板状であると共に、長辺を上下にして水平方向に積層してある。なお、単位セルFCは、基本的に四角形板状を成すものが対象であるが、積層体1を形成した際に締結板3,4の組み付けが可能な近似形状でも良い。   The unit cell FC has a known structure in which a membrane electrode structure, which is a power generation element, is sandwiched between a pair of separators. As shown in FIG. 2, the unit cell FC has a rectangular plate shape and has a long side up and down. Laminated in the direction. The unit cell FC is basically a rectangular plate, but may have an approximate shape in which the fastening plates 3 and 4 can be assembled when the laminate 1 is formed.

両エンドプレート2は、単位セルFCとほぼ同等の縦横寸法を有する長方形板状を成すものであって、積層体1にアノードガス(水素)、カソードガス(空気)及び冷却流体を供給するためのマニホールドMなどが形成してある。両集電板5は、単位セルFCの中央部(発電部)に対応し、エンドプレート2を貫通するコネクタ部5Aを有している。   Both end plates 2 have a rectangular plate shape having substantially the same vertical and horizontal dimensions as the unit cell FC, and supply anode gas (hydrogen), cathode gas (air) and cooling fluid to the laminate 1. A manifold M and the like are formed. Both current collecting plates 5 correspond to the central portion (power generation portion) of the unit cell FC and have a connector portion 5A that penetrates the end plate 2.

一方の組の各締結板3は、積層体1のセル積層方向に平行な四面を周方向に第1〜第4の外周面としたときに、第2及び第4の外周面に夫々配置してある。ここで、図1(A)中では、積層体1の右側面が第1外周面であって、上面が第2外周面、図に表れない左側面が第3外周面、及び底面が第4外周面である。   The fastening plates 3 of one set are arranged on the second and fourth outer peripheral surfaces, respectively, when the four surfaces parallel to the cell stacking direction of the laminate 1 are defined as the first to fourth outer peripheral surfaces in the circumferential direction. It is. Here, in FIG. 1A, the right side surface of the laminate 1 is the first outer peripheral surface, the upper surface is the second outer peripheral surface, the left side surface not shown in the figure is the third outer peripheral surface, and the bottom surface is the fourth. It is an outer peripheral surface.

つまり、図示例の積層体1は、長方形板状の単位セルFCを水平方向に積層しており、この状態では、単位セルFCの短辺に沿う方向(上下方向)に変位しやすい。そこで、燃料電池スタックFSは、少なくとも単位セルFCの長辺側となる外周面、すなわち上下の第2及び第4の外周面に締結板3が設けてある。そして、この実施形態では、耐振動性能をより一層高めるために、単位セルFCの短辺側の外周面である左右の第1及び第3の外周面にも、別の締結板4を設けた構成になっている。   That is, the stacked body 1 in the illustrated example has rectangular plate-shaped unit cells FC stacked in the horizontal direction, and in this state, the stacked body 1 is easily displaced in a direction along the short side (vertical direction) of the unit cell FC. Therefore, the fuel cell stack FS is provided with the fastening plates 3 on at least the outer peripheral surface that is the long side of the unit cell FC, that is, the upper and lower second and fourth outer peripheral surfaces. In this embodiment, in order to further improve the vibration resistance, another fastening plate 4 is provided on the left and right first and third outer peripheral surfaces, which are the outer peripheral surfaces on the short side of the unit cell FC. It is configured.

各締結板3,4は、夫々の両端部に、フランジ状の取付部3A,4Aが折り曲げ形成してあり、複数のボルトBにより、各取付部3A,4Aを両エンドプレート2の外面(反積層体側の面)に連結している。そして、各締結板3,4は、セル積層方向に平行で且つ積層体1を押えるリブ3B,4Bを備えており、このリブ3B,4Bが積層体1にばね要素を附与する梁構造の働きをする。   Each fastening plate 3, 4 is formed by bending flange-like attachment portions 3 A, 4 A at both ends, and each attachment portion 3 A, 4 A is attached to the outer surface (reverse side) of both end plates 2 by a plurality of bolts B. It is connected to the laminate side surface). Each of the fastening plates 3 and 4 includes ribs 3B and 4B that are parallel to the cell stacking direction and press the stack 1, and the ribs 3B and 4B have a beam structure that gives the stack 1 a spring element. Work.

ここで、この種の燃料電池スタックFSでは、両エンドプレート2,2側で支持した状態において積層体1が振動すると、積層体1の中腹部の変位が最も大きくなる。そこで、前記締結板3,4のリブ3B,4Bは、少なくとも積層体1の振動方向の中腹部である第1〜第4の外周面の中央部に設けるのがより望ましい。   Here, in this type of fuel cell stack FS, when the stacked body 1 vibrates while being supported on both end plates 2 and 2 side, the displacement of the middle part of the stacked body 1 becomes the largest. Therefore, it is more preferable that the ribs 3B and 4B of the fastening plates 3 and 4 are provided at least in the center of the first to fourth outer peripheral surfaces which are the middle portions in the vibration direction of the laminate 1.

この実施形態における締結板3,4のリブ3B,4Bは、図1(B)に示すように、プレス加工により溝型に形成してあって、第1〜第4の外周面の中央部を通過して積層体1のセル積層方向全長にわたって設けてある。また、とくに、上下の一対の締結板3は、図1(B)に示す如く積層体1との間に隙間を形成して、リブ3Bの底面が積層体1に接触している。つまり、エンドプレート2の部分にリブ3B,4Bは無い。これにより、リブ3B,4Bによる梁構造が、図3に示す積層体1の範囲(斜線部分)のみに作用することとなる。   As shown in FIG. 1B, the ribs 3B and 4B of the fastening plates 3 and 4 in this embodiment are formed into a groove shape by press work, and the central portions of the first to fourth outer peripheral surfaces are formed. It passes through the entire length of the stacked body 1 in the cell stacking direction. In particular, the pair of upper and lower fastening plates 3 form a gap with the laminate 1 as shown in FIG. 1B, and the bottom surfaces of the ribs 3B are in contact with the laminate 1. That is, there is no rib 3B, 4B in the end plate 2 portion. Thereby, the beam structure by rib 3B, 4B will act only on the range (shaded part) of the laminated body 1 shown in FIG.

上記構成を備えた燃料電池スタックFSは、一対のエンドプレート2,2によって積層体1及び集電板5をセル積層方向に所定圧力で挟持すると共に、両エンドプレート2と、各締結板3,4とを夫々連結することで、積層体1の加圧状態を維持している。   The fuel cell stack FS having the above-described configuration sandwiches the stacked body 1 and the current collector plate 5 with a predetermined pressure in the cell stacking direction by a pair of end plates 2 and 2, and both the end plates 2 and the fastening plates 3 and 3. 4 is connected to each other, so that the pressurized state of the laminate 1 is maintained.

上記の燃料電池スタックFSは、各締結板3,4のリブ3B,4Bが、積層体1に接触する梁構造を形成していることから、とくに、第2及び第4の外周面に設けた締結板3のリブ3Bにより、積層体1の振動方向(図1中で上下方向)にばね要素を組み付けたものとなる。つまり、図4に示すように、ばね定数kを有する複数のばね要素により、質量Mを有する積層体1を複数箇所で支持したものと同等の構造になる。とくに、この実施形態の場合は、セル積層方向に連続するリブ3Bにより、ばね要素がセル積層方向全長に連続して作用する構造となって、積層体1を支持している。   In the fuel cell stack FS, the ribs 3B and 4B of the respective fastening plates 3 and 4 form a beam structure in contact with the laminated body 1, and thus are provided on the second and fourth outer peripheral surfaces. With the rib 3B of the fastening plate 3, a spring element is assembled in the vibration direction of the laminate 1 (vertical direction in FIG. 1). That is, as shown in FIG. 4, a structure equivalent to a structure in which the laminated body 1 having the mass M is supported at a plurality of locations by the plurality of spring elements having the spring constant k. In particular, in the case of this embodiment, the ribs 3B continuous in the cell stacking direction provide a structure in which the spring element continuously operates in the entire length in the cell stacking direction, thereby supporting the stack 1.

このようにして、上記の燃料電池スタックFSは、とくに、リブ3Bを有する簡単な構造の上下一対の締結板3,3により、積層体1の変位を抑制するので、部品点数を増加させることなく共振周波数(固有振動数)を大きくすることができる。しかも、燃料電池スタックFSは、積層体1と締結板3の間に緩衝材を介装したり、積層体1の中間部を専用部材で支持したりする構成が一切不要であるから、積層体収容空間の容積が増すこともなく、両エンドプレート2,2側で支持した構造において、共振周波数を大きくすることができる。   As described above, the fuel cell stack FS suppresses the displacement of the stacked body 1 by the pair of upper and lower fastening plates 3 and 3 having a simple structure particularly having the ribs 3B, so that the number of parts is not increased. The resonance frequency (natural frequency) can be increased. In addition, the fuel cell stack FS does not require any configuration in which a cushioning material is interposed between the laminate 1 and the fastening plate 3 or an intermediate portion of the laminate 1 is supported by a dedicated member. The resonance frequency can be increased in the structure supported on the both end plates 2 and 2 side without increasing the volume of the accommodating space.

燃料電池スタックFSは、エンドプレート2の各マニホールドMに、反応用ガスや冷却流体を供給・排出するための配管を接続するので、上記の如く両エンドプレート2,2側で支持した構造にすれば、配管接続部分における振動を抑制し得るという利点がある。   Since the fuel cell stack FS is connected to each manifold M of the end plate 2 with piping for supplying and discharging the reaction gas and cooling fluid, the fuel cell stack FS is supported on both end plates 2 and 2 as described above. For example, there is an advantage that vibration at the pipe connection portion can be suppressed.

そして、上記の燃料電池スタックFSは、上述した積層体1の共振周波数の増大に伴って、耐振動性能が向上したものとなり、振動による構成部品の破損や発電性能の低下を防止することができるほか、製造に関わる工数やコストの低減などを実現する。   The fuel cell stack FS has improved vibration resistance as the resonance frequency of the laminate 1 increases, and can prevent damage to components and decrease in power generation performance due to vibration. In addition, it will reduce man-hours and costs related to manufacturing.

また、燃料電池スタックFSは、積層体1の左右の第1及び第3の外周面に、別の一対の締結板4を配置したので、積層体1の加圧状態を維持する機能部品であるエンドプレート2及び各締結板3,4により、ケース一体型構造を形成することができる。これにより、別の専用ケースを廃止することが可能となり、部品点数のさらなる削減や製造コストのさらなる低減に貢献することができる。   Further, the fuel cell stack FS is a functional component that maintains the pressurized state of the stacked body 1 because another pair of fastening plates 4 are disposed on the first and third outer peripheral surfaces of the left and right of the stacked body 1. The end plate 2 and the fastening plates 3 and 4 can form a case-integrated structure. Thereby, it becomes possible to abolish another special case, and it can contribute to further reduction of the number of parts and further reduction of manufacturing cost.

さらに、燃料電池スタックFSは、締結板3が、少なくとも積層体1の外周面の中央部に対応する位置にリブ3Bを備えた構成にすることで、積層体1の振動を抑制する必要最低限の構成により、積層体1の共振一次モードの腹を抑えることができる。   Furthermore, in the fuel cell stack FS, the fastening plate 3 is configured to include the rib 3B at a position corresponding to at least the central portion of the outer peripheral surface of the multilayer body 1, thereby suppressing the vibration of the multilayer body 1 to the minimum. With this configuration, the antinode of the resonance primary mode of the laminate 1 can be suppressed.

さらに、燃料電池スタックFSは、締結板3,4のリブ3B,4Bをプレス加工により形成することで、部品の重量を増すことなく、リブ3B,4Bを有する締結板3,4を極めて容易に製造することができる。   Furthermore, the fuel cell stack FS is very easy to form the fastening plates 3 and 4 having the ribs 3B and 4B without increasing the weight of the parts by forming the ribs 3B and 4B of the fastening plates 3 and 4 by press working. Can be manufactured.

さらに、燃料電池スタックFSは、締結板3,4のリブ3B,4Bを積層体1のセル積層方向全長にわたって設けることで、積層体1の振動をより確実に抑制することができると共に、締結板3,4の剛性をも高めることができる。   Furthermore, the fuel cell stack FS can more reliably suppress the vibration of the stacked body 1 by providing the ribs 3B and 4B of the fastening plates 3 and 4 over the entire length of the stacked body 1 in the cell stacking direction. The rigidity of 3 and 4 can also be increased.

さらに、燃料電池スタックFSは、車両の駆動用電源として車載することができ、この際には、積層体1における固有振動数(共振周波数)を60Hz以上とするのが望ましい。これにより、車両特有の振動等の外力による積層体1の共振現象を充分に抑制することができる。   Furthermore, the fuel cell stack FS can be mounted on the vehicle as a power source for driving the vehicle. In this case, it is desirable that the natural frequency (resonance frequency) in the laminate 1 is 60 Hz or more. Thereby, the resonance phenomenon of the laminated body 1 by external forces, such as a vibration peculiar to a vehicle, can fully be suppressed.

なお、上記の実施形態では、締結板3のリブ3Bと積層体1とを接触させた場合を説明したが、リブ3Bと積層体1とは、振動入力時に接触する程度に極めて微小な隙間を介して、近接させた状態にしても良い。この場合には、振動の入力と同時に積層体1とリブ3Bとが接触して、梁構造を形成するリブ3Bにより積層体1の振動を抑制する。   In the above embodiment, the case where the rib 3B of the fastening plate 3 and the laminated body 1 are brought into contact with each other has been described. However, the rib 3B and the laminated body 1 have a very small gap to the extent that they come into contact with each other when vibration is input. And may be brought close to each other. In this case, the laminate 1 and the rib 3B come into contact with the input of vibration, and the vibration of the laminate 1 is suppressed by the rib 3B forming the beam structure.

図5は、本発明の燃料電池スタックの他の実施形態を説明する図である。なお、以下の各実施形態において、先の実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 5 is a diagram illustrating another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. In the following embodiments, the same components as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図示の燃料電池スタックFSは、積層体1における上下の第2及び第4の外周面に一対の締結板3が配置してあると共に、締結板3の中央に、セル積層方向全長にわたるリブ3Bが形成してある。そして、締結板3におけるリブ3Bが、その中心線に沿ってスリットSを有するものとなっている。   In the illustrated fuel cell stack FS, a pair of fastening plates 3 are arranged on the upper and lower second and fourth outer peripheral surfaces of the laminate 1, and a rib 3B extending over the entire length in the cell stacking direction is provided at the center of the fastening plate 3. It is formed. And the rib 3B in the fastening plate 3 has the slit S along the centerline.

上記の燃料電池スタックFSは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、リブ3の中心線に沿ってスリットSを設けたことで、断面においてリブ3Bが二分され、スリットS側が自由端となる二つのばね(片持ち梁)として作用させることが可能になる。これにより、積層体1の振動抑制効果をより高めることができる。   The fuel cell stack FS can obtain the same operations and effects as those of the previous embodiment, and the slit 3 is provided along the center line of the rib 3, so that the rib 3B is bisected in the cross section, It becomes possible to act as two springs (cantilever beams) whose slit S side is a free end. Thereby, the vibration suppression effect of the laminated body 1 can be improved more.

図6は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。図示の燃料電池スタックFSは、図5に示すものと同様の構成を備えるほかに、締結板3が、撓んだ状態にしてエンドプレート2に連結することで、リブ3Bを積層体1に圧接させたものとしている。   FIG. 6 is a diagram for explaining still another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. The illustrated fuel cell stack FS has the same configuration as that shown in FIG. 5, and the fastening plate 3 is bent and connected to the end plate 2, so that the rib 3 </ b> B is pressed against the laminate 1. It is assumed that

上記の燃料電池スタックFSは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、締結板3のリブ3Bの押付け荷重(図中矢印F)を発生させ、リブ3Bと積層体1との接触を確実にして、リブ3Bの梁構造による振動抑制効果をさらに高めることができる。   The fuel cell stack FS can obtain the same operation and effect as those of the previous embodiment, and generates a pressing load (arrow F in the figure) of the rib 3B of the fastening plate 3, so that the rib 3B and the laminated body are generated. 1 can be ensured, and the vibration suppressing effect by the beam structure of the rib 3B can be further enhanced.

図7は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。燃料電池スタックFSは、先述したように、締結板3が、少なくとも積層体1の外周面の中央部に対応する位置にリブ3Bを備えていれば良い。そこで、図7に示す燃料電池スタックFSは、振動の上下側となる一対の締結板3において、その中央部のみにリブ3Bを設けた構成である。   FIG. 7 is a diagram illustrating still another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. As described above, in the fuel cell stack FS, it is only necessary that the fastening plate 3 includes the rib 3B at a position corresponding to at least the central portion of the outer peripheral surface of the stacked body 1. Therefore, the fuel cell stack FS shown in FIG. 7 has a configuration in which a rib 3B is provided only at the center of the pair of fastening plates 3 on the upper and lower sides of vibration.

上記の燃料電池スタックFSにあっても、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、積層体1の振動を抑制する必要最低限の構成で、積層体1の共振一次モードの腹を抑えることができる。   Even in the above fuel cell stack FS, the same operations and effects as those of the previous embodiments can be obtained, and the resonance of the stacked body 1 can be achieved with the minimum necessary configuration for suppressing the vibration of the stacked body 1. The belly of the primary mode can be suppressed.

図8及び図9は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。ここで、本発明の燃料電池スタックは、より好ましい実施形態として、締結板のリブが、複数箇所に設けてある構成にすることができる。   8 and 9 are diagrams for explaining still another embodiment of the fuel cell stack of the present invention. Here, the fuel cell stack of the present invention can be configured such that the ribs of the fastening plate are provided at a plurality of locations as a more preferred embodiment.

すなわち、図8に示す燃料電池スタックFSは、振動の上下側となる一対の締結板3において、その中央部を通過するセル積層方向の中心線に沿って、三箇所にリブ3Bを設けた構成である。また、図9に示す燃料電池スタックFSは、同じく上下一対の締結板3において、その中央部を通過するセル積層方向の中心線及びその両側である3箇所に、互いに平行で且つ積層体1のセル積層方向全長わたる3本のリブ3Bを設けた構成である。   That is, the fuel cell stack FS shown in FIG. 8 has a configuration in which ribs 3B are provided at three locations along the center line in the cell stacking direction passing through the center of the pair of fastening plates 3 on the upper and lower sides of vibration. It is. Further, in the fuel cell stack FS shown in FIG. 9, the pair of upper and lower fastening plates 3 are also parallel to each other at the center line in the cell stacking direction passing through the center portion and at three positions on both sides thereof, and the stack 1 In this configuration, three ribs 3B are provided over the entire length in the cell stacking direction.

上記の燃料電池スタックFSは、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、梁構造として機能するリブ3Bの荷重点を任意に設定することができる。つまり、燃料電池スタックFSは、例えば、積層体1の振動特性、締結板3,4の厚さ及び材質等の諸条件に応じて、リブ3Bの大きさや位置、断面形状、及び積層体1に対する接触面積などを選択することで、リブ3Bの梁構造によるばね定数kを自由に設定することができる。   The fuel cell stack FS can obtain the same operations and effects as those of the previous embodiments, and can arbitrarily set the load point of the rib 3B functioning as a beam structure. In other words, the fuel cell stack FS has, for example, the size and position of the rib 3B, the cross-sectional shape, and the stack 1 according to various conditions such as the vibration characteristics of the stack 1 and the thicknesses and materials of the fastening plates 3 and 4. By selecting the contact area or the like, the spring constant k due to the beam structure of the rib 3B can be freely set.

このように、燃料電池スタックFSは、積層体1の振幅を抑えたい箇所に応じてリブ3Bの形態を選択することにより、梁構造(リブ3B)のばね定数kを自由に設定して、積層体1の振動を効率良く抑制することができる。   As described above, the fuel cell stack FS can freely set the spring constant k of the beam structure (rib 3B) by selecting the form of the rib 3B according to the location where the amplitude of the stacked body 1 is desired to be suppressed. The vibration of the body 1 can be efficiently suppressed.

なお、本発明の燃料電池スタックFSは、必須要件として、積層体1の第1〜第4の外周面のうちの第2及び第4の外周面に締結板3,3を備え、一対の締結板3,3のうちの少なくとも一方にリブ3Bを設けた構成である。したがって、燃料電池スタックFSは、片方の締結板3がリブの無い平板である構成にしたり、図9に示す如く左右の第1及び第3の外周面に締結板が無い構成にしたりすることができる。   The fuel cell stack FS of the present invention includes, as an essential requirement, a fastening plate 3 and 3 on the second and fourth outer peripheral surfaces of the first to fourth outer peripheral surfaces of the laminate 1 and a pair of fastenings. The rib 3B is provided on at least one of the plates 3 and 3. Therefore, the fuel cell stack FS may be configured such that one fastening plate 3 is a flat plate without ribs, or has no fastening plate on the left and right first and third outer peripheral surfaces as shown in FIG. it can.

本発明の燃料電池スタックは、より好ましい実施形態として、締結板3,4の少なくとも積層体側の面に絶縁コーティングを施した構成にすることができる。これにより、上記の燃料電池スタックFSは、締結板3,4と積層体1との間に絶縁部材を挿入しなくても、内外の絶縁性を確保することができ、部品点数のさらなる削減、製造の工数やコストのさらなる低減に貢献することができる。   As a more preferred embodiment, the fuel cell stack of the present invention can have a configuration in which an insulating coating is applied to at least the surface of the fastening plates 3 and 4 on the side of the laminate. As a result, the fuel cell stack FS can secure internal and external insulation without inserting an insulating member between the fastening plates 3 and 4 and the laminate 1, further reducing the number of parts, This can contribute to further reduction in manufacturing man-hours and costs.

本発明の燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各構成部位の形態、数及び材質等々を適宜変更することが可能である。   The configuration of the fuel cell stack of the present invention is not limited to the above embodiments, and the form, number, material, and the like of each component can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. It is.

また、上記の各実施形態においては、長方形板状の単位セルFCを積層して成る積層体1を例示した。この場合には、長辺及び短辺の長さの比率にもよるが、通常、単位セルの短辺に沿う方向(図1中で上下方向)に振動が生じ易いので、少なくとも振動方向である上下の第2及び第4の外周面に締結板を設け、その締結板3にリブ3Bを設けた構成を説明した。   Further, in each of the above embodiments, the stacked body 1 formed by stacking rectangular plate-shaped unit cells FC is illustrated. In this case, although depending on the ratio of the lengths of the long side and the short side, usually, vibration is likely to occur in the direction along the short side of the unit cell (vertical direction in FIG. 1), so at least the vibration direction. The structure which provided the fastening board in the upper and lower 2nd and 4th outer peripheral surfaces and provided the rib 3B in the fastening board 3 was demonstrated.

本発明の燃料電池セルは、四角形板状の単位セルを積層して成る積層体を対象としているので、単位セルが正方形板状であっても良い。この場合には、第2及び第4の外周面に沿う方向、並びに第1及び第3の外周面に沿う方向に振動が生じる可能性がある。そこで、単位セルが正方形板状である場合には、第1〜第4の外周面に締結板を配置し、各締結板にリブを設ける構成にすることがより望ましく、これにより、二方向の振動を効果的に抑制することが可能となる。   Since the fuel battery cell of the present invention is intended for a laminate formed by stacking rectangular plate unit cells, the unit cell may be a square plate. In this case, vibration may occur in the direction along the second and fourth outer peripheral surfaces and in the direction along the first and third outer peripheral surfaces. Therefore, when the unit cell has a square plate shape, it is more desirable to arrange a fastening plate on the first to fourth outer peripheral surfaces and to provide a rib on each fastening plate. Vibration can be effectively suppressed.

FC 単位セル
FS 燃料電池スタック
1 積層体
2 エンドプレート
3 締結板
3B リブ
4 締結板
4B リブ
FC unit cell FS Fuel cell stack 1 Stack 2 End plate 3 Fastening plate 3B Rib 4 Fastening plate 4B Rib

Claims (11)

四角形板状の単位セルを複数積層して成る積層体と、
積層体のセル積層方向の両端面に配置したエンドプレートと、
積層体のセル積層方向に平行な四面を周方向に第1〜第4の外周面としたときに第2及び第4の外周面に配置した一対の締結板を備えると共に、両エンドプレートと各締結板とを夫々連結し、
一対の締結板のうちの少なくとも一方が、セル積層方向に平行で且つ積層体を押えるリブを備えていることを特徴とする燃料電池スタック。
A laminate formed by laminating a plurality of rectangular plate unit cells;
End plates arranged on both end faces in the cell stacking direction of the laminate,
The laminate includes a pair of fastening plates arranged on the second and fourth outer peripheral surfaces when the four surfaces parallel to the cell stacking direction of the laminate are defined as the first to fourth outer peripheral surfaces in the circumferential direction. Connect the fastening plates respectively.
At least one of the pair of fastening plates includes a rib that is parallel to the cell stacking direction and presses the stack.
単位セルが、長方形板状であると共に、締結板を配置する積層体の第2及び第4の外周面が、単位セルの長辺側となる外周面であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。   The unit cell has a rectangular plate shape, and the second and fourth outer peripheral surfaces of the laminate on which the fastening plate is disposed are outer peripheral surfaces that are the long sides of the unit cell. The fuel cell stack described. 積層体の第1及び第3の外周面に、両エンドプレートに連結される別の一対の締結板を配置すると共に、別の一対の締結板のうちの少なくとも一方に前記リブを設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。   Another pair of fastening plates connected to both end plates are disposed on the first and third outer peripheral surfaces of the laminate, and at least one of the other pair of fastening plates is provided with the rib. The fuel cell stack according to claim 1 or 2, characterized in that: 締結板が、撓んだ状態にしてエンドプレートに連結することでリブを積層体に圧接させていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the fastening plate is bent and connected to the end plate to press the rib against the laminated body. 締結板が、少なくとも積層体の外周面の中央部に対応する位置にリブを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4, wherein the fastening plate includes a rib at a position corresponding to at least a central portion of the outer peripheral surface of the laminate. 締結板のリブが、プレス加工により形成してあることを特徴とする1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   6. The fuel cell stack according to any one of 1 to 5, wherein a rib of the fastening plate is formed by press working. 締結板のリブが、複数箇所に設けてあることを特徴とする請求項5又は6に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 5 or 6, wherein ribs of the fastening plate are provided at a plurality of locations. 締結板のリブが、積層体のセル積層方向全長にわたって設けてあることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 5 to 7, wherein a rib of the fastening plate is provided over the entire length in the cell stacking direction of the stacked body. 締結板のリブが、その中心線に沿ってスリットを有していることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 6 to 8, wherein a rib of the fastening plate has a slit along a center line thereof. 締結板の少なくとも積層体側の面に絶縁コーティングが施してあることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 9, wherein an insulating coating is applied to at least a surface of the fastening plate on the side of the laminated body. 車両の駆動用電源として車載する燃料電池スタックであって、積層体における固有振動数が60Hz以上であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 10, wherein the fuel cell stack is mounted on a vehicle as a power source for driving a vehicle, and the natural frequency of the laminate is 60 Hz or more.
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