JP2013120626A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部にダミーセルが配設される燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a laminate in which a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which electrodes are disposed on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, and a dummy cell is provided at at least one end in the lamination direction of the laminate. The present invention relates to a fuel cell stack.
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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)及び多孔質カーボン(ガス拡散層)を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持する発電セルを構成している。通常、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each having an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (gas diffusion layer) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( A power generation cell is formed in which the MEA is sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.
一般的に、燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起され易い発電セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている発電セル(以下、端部発電セルともいう)は、例えば、各発電セルによって発電された電流を集める電力取り出し用ターミナルプレート(集電板)や、積層された発電セルを保持するために設けられたエンドプレート等からの放熱が多く、上記の温度低下が顕著になっている。 Generally, in a fuel cell stack, there is a power generation cell in which a temperature drop is likely to be caused by heat radiation to the outside as compared with other power generation cells. For example, a power generation cell (hereinafter also referred to as an end power generation cell) disposed at the end in the stacking direction is, for example, a power extraction terminal plate (current collector plate) that collects current generated by each power generation cell, There is much heat radiation from an end plate or the like provided to hold the generated power generation cell, and the above-described temperature drop is remarkable.
この温度低下によって、端部発電セルでは、燃料電池スタックの中央部分の発電セルに比べて結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。 It has been pointed out that due to this temperature decrease, condensation is likely to occur in the end power generation cells as compared with the power generation cells in the center portion of the fuel cell stack, and the generated water discharge performance is reduced and power generation performance is reduced. .
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図9に示すように、電解質膜・電極構造体1の両側にセパレータ2、3が配置された発電セルを備えるとともに、複数の発電セルが積層されることにより、積層体が構成されている。積層体の積層方向両端には、集電板4a、4bが配置される一方、前記積層体の積層方向一端と前記集電板4bとの間には、端部セパレータ5が配設されている。
Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 9, the fuel cell stack includes power generation cells in which
各発電セルには、積層方向に貫通して燃料ガス供給内部連通孔6aと燃料ガス排出内部連通孔6bとが、一方の対角位置に形成されるとともに、酸化剤ガス供給内部連通孔7aと酸化剤ガス排出内部連通孔7bとが、他方の対角位置に配置されて形成されている。
Each power generation cell has a fuel gas supply
端部セパレータ5には、発電に寄与しない酸化剤ガスダミー流路8が、酸化剤ガス供給内部連通孔7aと酸化剤ガス排出内部連通孔7bとに連通して形成されている。
An oxidant gas
このように構成される燃料電池スタックでは、酸化剤ガス供給内部連通孔7a内で反応生成水が結露水として溜まった場合には、この結露水は、集電板4bと端部セパレータ5との間に形成された酸化剤ガスダミー流路8を流通することにより、酸化剤ガス排出内部連通孔7bに流入し易くなっている。
In the fuel cell stack configured as described above, when the reaction product water accumulates as condensed water in the oxidant gas supply
このため、酸化剤ガス供給内部連通孔7aから結露水を確実に排出することができるとともに、酸化剤ガスダミー流路8が断熱層として機能し、集電板4b側の端部発電セルの昇温遅れ等を阻止することができる、としている。
For this reason, dew condensation water can be reliably discharged from the oxidant gas supply
しかしながら、上記の特許文献1では、集電板4bに隣接して酸化剤ガスダミー流路8が形成された端部セパレータ5が専用セパレータとして配設されており、この端部セパレータ5の製造コストが高騰するという問題がある。さらに、燃料ガス供給内部連通孔6aから燃料ガス排出内部連通孔6bに結露水を排出する場合には、別の専用セパレータを用意しなければならない。
However, in Patent Document 1 described above, the
これにより、専用セパレータの数が増加し、燃料電池スタックの組立時に誤組立が発生し易くなるとともに、金型数の増加による製造費の高騰が惹起されるという問題がある。しかも、端部セパレータ5の金属面が露呈しており、水の繋がりによる腐食が発生するおそれがある。
As a result, the number of dedicated separators increases, and there is a problem that misassembly is likely to occur when the fuel cell stack is assembled, and that the manufacturing cost increases due to an increase in the number of molds. In addition, the metal surface of the
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、所望の発電性能を確実に維持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 an object thereof is to provide a fuel cell stack capable of reliably maintaining desired power generation performance with a simple and economical configuration.
本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層されるとともに、前記セパレータには、発電面に沿って少なくとも反応ガス又は冷却媒体を流す流体流路と、前記流体流路に連通し且つ積層方向に貫通する流体連通孔が形成される積層体を備え、前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部にダミーセルが配設される燃料電池スタックに関するものである。 According to the present invention, a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which electrodes are disposed on both sides of an electrolyte and a separator is laminated, and at least a reaction gas or a cooling medium flows through the separator along the power generation surface. A fuel comprising a fluid passage and a laminate in which a fluid communication hole communicating with the fluid passage and penetrating in the lamination direction is formed, and a dummy cell is disposed at at least one end in the lamination direction of the laminate It relates to a battery stack.
この燃料電池スタックでは、ダミーセルは、電解質に対応する導電性プレートを有するダミー電極構造体と、前記ダミー電極構造体を挟持するとともに、発電セルを構成するセパレータと同一のセパレータとを備えている。 In this fuel cell stack, the dummy cell includes a dummy electrode structure having a conductive plate corresponding to the electrolyte, and the same separator as the separator constituting the power generation cell while sandwiching the dummy electrode structure.
そして、ダミーセルを構成するセパレータは、流体連通孔に閉塞部材が挿入されることにより、前記流体連通孔と流体流路とが遮断されている。 In the separator constituting the dummy cell, the fluid communication hole and the fluid flow path are blocked by inserting a blocking member into the fluid communication hole.
本発明によれば、ダミーセルを構成するセパレータは、発電セルを構成するセパレータと共通に使用することができ、専用セパレータを不要にすることが可能になる。このため、セパレータ成形用の金型数を良好に削減することができ、製造コストの高騰を抑制することが可能になる。 According to the present invention, the separator that constitutes the dummy cell can be used in common with the separator that constitutes the power generation cell, and a dedicated separator can be dispensed with. For this reason, it is possible to favorably reduce the number of molds for forming the separator, and to suppress an increase in manufacturing cost.
しかも、セパレータの種類が可及的に削減されるため、燃料電池スタックの組み立て時に、前記セパレータの誤組立てが惹起することがなく、前記燃料電池スタックの組立作業全体の効率化が容易に図られる。 In addition, since the types of separators are reduced as much as possible, the assembly of the fuel cell stack is not caused during assembly of the fuel cell stack, and the efficiency of the entire assembly operation of the fuel cell stack can be easily achieved. .
さらに、所望の流体連通孔に閉塞部材を挿入するだけで、所望の流体がセパレータ面内に流入することを遮断することができる。従って、種々の流体連通孔に容易且つ確実に適用することが可能になり、汎用性が良好に向上する。 Furthermore, it is possible to prevent the desired fluid from flowing into the separator surface simply by inserting the closing member into the desired fluid communication hole. Therefore, it can be easily and reliably applied to various fluid communication holes, and versatility is improved satisfactorily.
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、複数の発電セル12が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向(矢印A方向)一端には、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bが外方に向かって配設される。積層体14の積層方向他端には、第3ダミーセル16c及び第4ダミーセル16dが外方に向かって配設される。なお、積層体14の一端と他端とでは、ダミーセルの数が異なってもよい。
As shown in FIG. 1, the
図1〜図4に示すように、第2ダミーセル16bには、ターミナルプレート20a、絶縁プレート22a及びエンドプレート24aが外方に向かって、順次、配設される一方、第4ダミーセル16dには、ターミナルプレート20b、絶縁プレート22b及びエンドプレート24bが外方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
燃料電池スタック10は、例えば、四角形に構成されるエンドプレート24a、24b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、あるいは、矢印A方向に延在する複数のタイロッド(図示せず)により一体的に締め付け保持される。
The
ターミナルプレート20a、20bの略中央には、積層方向外方に延在する端子部26a、26bが設けられる。端子部26a、26bは、絶縁性筒体28に挿入されてエンドプレート24a、24bの外部に突出する。絶縁プレート22a、22bは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート(PC)やフェノール樹脂等で形成されている。
絶縁プレート22a、22bは、中央部に矩形状の凹部30a、30bが設けられるとともに、この凹部30a、30bの略中央に孔部32a、32bが形成される。凹部30a、30bには、ターミナルプレート20a、20bが収容され、前記ターミナルプレート20a、20bの端子部26a、26bが絶縁性筒体28を介装して孔部32a、32bに挿入される。
エンドプレート24a、24bの略中央部には、孔部32a、32bと同軸的に孔部34a、34bが形成される。エンドプレート24a、24bには、後述する酸化剤ガス入口連通孔50a、冷却媒体入口連通孔52a、燃料ガス出口連通孔54b、燃料ガス入口連通孔54a、冷却媒体出口連通孔52b及び酸化剤ガス出口連通孔50bの内壁を囲繞して絶縁グロメット35が装着される。
発電セル12は、図5に示すように、電解質膜・電極構造体36と、前記電解質膜・電極構造体36を挟持する第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40とを備える。第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板で構成されるが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
As shown in FIG. 5, the
電解質膜・電極構造体36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を挟持するアノード電極44及びカソード電極46とを備える。アノード電極44は、カソード電極46及び固体高分子電解質膜42よりも小さな表面積を有している。
The electrolyte membrane /
アノード電極44及びカソード電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層(図示せず)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
発電セル12の矢印B方向(図5中、水平方向)の一端縁部には、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50a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔52a及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔54bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
One end edge of the
燃料電池スタック10の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔54a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔52b及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔50bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
第2金属セパレータ40の電解質膜・電極構造体36に向かう面40aには、例えば、矢印B方向に延在する酸化剤ガス流路56が設けられる。この酸化剤ガス流路56は、酸化剤ガス入口連通孔50aと酸化剤ガス出口連通孔50bとに連通する。
On the
図6に示すように、第1金属セパレータ38の電解質膜・電極構造体36に向かう面38aには、矢印B方向に延在する燃料ガス流路58が形成される。第1金属セパレータ38には、燃料ガス入口連通孔54aを燃料ガス流路58に連通するための複数の供給孔部59aと、前記燃料ガス流路58を燃料ガス出口連通孔54bに連通するための複数の排出孔部59bとが形成される。
As shown in FIG. 6, a fuel
図5に示すように、互いに隣接する第1金属セパレータ38の面38bと第2金属セパレータ40の面40bとの間には、冷却媒体入口連通孔52aと冷却媒体出口連通孔52bとに連通する冷却媒体流路60が形成される。この冷却媒体流路60は、例えば、矢印B方向に延在する。
As shown in FIG. 5, the cooling medium
図2〜図5に示すように、第1金属セパレータ38の面38a、38bには、この第1金属セパレータ38の外周端部を周回して、第1絶縁部材(シール部材)62が一体化されるとともに、第2金属セパレータ40の面40a、40bには、この第2金属セパレータ40の外周端部を周回して、第2絶縁部材(シール部材)64が一体化される。
As shown in FIGS. 2 to 5, the first insulating member (seal member) 62 is integrated with the
第1及び第2絶縁部材62、64には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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が用いられる。
The first and second insulating
図6に示すように、第1絶縁部材62は、第1金属セパレータ38の面38aに内側シール部66aと外側シール部66bとを一体成形する。内側シール部66aは、燃料ガス流路58と供給孔部59a及び排出孔部59bとを覆う一方、外側シール部66bは、前記面38aの外周端部を覆っている。この外側シール部66bにより酸化剤ガス入口連通孔50a及び酸化剤ガス出口連通孔50bに連通する通路68a、68bが設けられている。
As shown in FIG. 6, the first insulating
第1絶縁部材62は、図5に示すように、第1金属セパレータ38の面38bに内側シール部66cと外側シール部66dとを一体成形する。内側シール部66cは、冷却媒体流路60と冷却媒体入口連通孔52a及び冷却媒体出口連通孔52bとを覆って設けられる。冷却媒体流路60と冷却媒体入口連通孔52a及び冷却媒体出口連通孔52bとは、通路70a、70bを介して連通する。
As shown in FIG. 5, the first insulating
第2絶縁部材64は、第2金属セパレータ40の面40aに一体成形される平面状シール部72aと、面40bに一体成形される平面状シール部72bとを有する。平面状シール部72aは、酸化剤ガス入口連通孔50aと酸化剤ガス出口連通孔50bとを酸化剤ガス流路56に連通する段差74a、74bを設ける。平面状シール部72bは、冷却媒体入口連通孔52a及び冷却媒体出口連通孔52bを冷却媒体流路60に連通するための段差76a、76bを設ける。
The second insulating
図2〜図4に示すように、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dは、それぞれダミー電極構造体80と、前記ダミー電極構造体80を挟持する第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40とを備える。ダミー電極構造体80は、固体高分子電解質膜42に対応する金属プレート82と、前記金属プレート82を挟持するアノード側カーボンペーパ84及びカソード側カーボンペーパ86とを備える。アノード側カーボンペーパ84は、アノード電極44を構成するガス拡散層に対応する一方、カソード側カーボンペーパ86は、カソード電極46を構成するガス拡散層に対応する。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
第1金属セパレータ38は、発電セル12を構成する第1金属セパレータ38と同一であり、共通に使用される。第2金属セパレータ40は、発電セル12を構成する第2金属セパレータ40と同一であり、共通に使用される。
The
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック10には、酸化剤ガス入口連通孔50aの積層方向両端側に位置して絶縁性の樹脂製閉塞部材90、92が設けられる。閉塞部材90は、エンドプレート24a側に配置されており、角筒部94とこの角筒部94の一端に一体成形されるフランジ部96とを有する。なお、角筒部94の形状は、挿入される連通孔の断面形状に応じて設定され、連通孔形状によっては円筒形状等に設定される。少なくとも第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40のガス導入部が閉塞できる形状であればよい。フランジ部96から角筒部94を介して軸方向に貫通する通路98が形成されるとともに、前記フランジ部96には、複数の孔部100が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
各孔部100には、ねじ102が挿入され、前記ねじ102の先端がエンドプレート24aに形成されたねじ孔104に螺合することにより、閉塞部材90は、前記エンドプレート24aに取り付けられる。なお、閉塞部材90は、エンドプレート24aに対して、ねじ固定に代え、接着や溶着等により固定してもよい。
A
角筒部94は、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bに設けられている酸化剤ガス入口連通孔50aを閉塞して燃料電池スタックの内部に延在する。角筒部94の先端位置は、第1ダミーセル16aを構成する第2金属セパレータ40と同等位置又は前記第2金属セパレータ40よりも内方位置に設定される。
The
第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bは、酸化剤ガス入口連通孔50aを閉塞されることにより、前記酸化剤ガス入口連通孔50aから各酸化剤ガス流路56への酸化剤ガスの流入が阻止される。
The
閉塞部材92は、角柱部106とフランジ部108とが一体成形され、前記フランジ部108に孔部110が形成される。ねじ112が孔部110を通って、エンドプレート24bのねじ孔114にねじ込まれることにより、閉塞部材92が前記エンドプレート24bに取り付けられる。
In the closing
図2に示すように、閉塞部材92の角柱部106は、第3ダミーセル16c及び第4ダミーセル16dの酸化剤ガス入口連通孔50aに嵌合して、これらを酸化剤ガス流路56から遮断する。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、エンドプレート24aには、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bの燃料ガス入口連通孔54aを閉塞して、閉塞部材90が取り付けられる。エンドプレート24bには、第3ダミーセル16c及び第4ダミーセル16dの燃料ガス入口連通孔54aを閉塞して、閉塞部材92が取り付けられる。
As shown in FIG. 3, a closing
図4に示すように、エンドプレート24aには、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bの冷却媒体入口連通孔52aを閉塞して、閉塞部材90が取り付けられる。エンドプレート24bには、第3ダミーセル16c及び第4ダミーセル16dの冷却媒体入口連通孔52aを閉塞して、閉塞部材92が取り付けられる。
As shown in FIG. 4, a closing
エンドプレート24aには、図示しないが、酸化剤ガス出口連通孔50b、燃料ガス出口連通孔54b及び冷却媒体出口連通孔52bに対応して、必要に応じてそれぞれ閉塞部材90が取り付けられる。エンドプレート24bには、酸化剤ガス出口連通孔50b、燃料ガス出口連通孔54b及び冷却媒体出口連通孔52bに対応して、それぞれ閉塞部材92が取り付けられる。なお、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bに凝縮する水分を排出するために、酸化剤ガス出口連通孔50b及び燃料ガス出口連通孔54bに閉塞部材90、92を設けなくてもよい。
Although not shown in the drawings, the
なお、閉塞部材90、92は、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dにおいて、閉塞が必要な流体連通孔にのみ対応して設けられていればよい。例えば、燃料ガス入口連通孔54a及び燃料ガス出口連通孔54bには、閉塞部材90、92を不要にすることもできる。さらに、閉塞部材90、92のそれぞれの長さは、閉塞される流体連通孔の位置等によって設定可能である。
The closing
上記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
先ず、図1及び図2に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、閉塞部材90の通路98に供給されることにより、前記通路98から酸化剤ガス入口連通孔50aに供給される。図1及び図3に示すように、水素含有ガス等の燃料ガスは、閉塞部材90の通路98に供給されることにより、前記通路98から燃料ガス入口連通孔54aに供給される。さらに、図1及び図4に示すように、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、閉塞部材90の通路98に供給されることにより、前記通路98から冷却媒体入口連通孔52aに供給される。
First, as shown in FIGS. 1 and 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
酸化剤ガスは、図2及び図5に示すように、酸化剤ガス入口連通孔50aから第2金属セパレータ40の酸化剤ガス流路56に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体36のカソード電極46に供給される。
2 and 5, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
一方、燃料ガスは、図3及び図5に示すように、燃料ガス入口連通孔54aから供給孔部59aを通って第1金属セパレータ38の燃料ガス流路58に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路58に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体36のアノード電極44に供給される。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel gas is introduced into the fuel
従って、各電解質膜・電極構造体36では、カソード電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード電極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 each electrolyte membrane /
次いで、カソード電極46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50bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極44に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部59bを通り燃料ガス出口連通孔54bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔52aに供給された冷却媒体は、図4及び図5に示すように、第1金属セパレータ38と第2金属セパレータ40との間の冷却媒体流路60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36を冷却した後、冷却媒体出口連通孔52bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図2に示すように、第1ダミーセル16a及び第2ダミーセル16bの酸化剤ガス入口連通孔50aが、閉塞部材90により閉塞される一方、第3ダミーセル16c及び第4ダミーセル16dの前記酸化剤ガス入口連通孔50aが、閉塞部材92により閉塞されている。このため、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dでは、各酸化剤ガス流路56に酸化剤ガスが流れることがなく、断熱空間を形成することができる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the oxidant gas
同様に、図3に示すように、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dの燃料ガス入口連通孔54aは、閉塞部材90、92により閉塞されている。従って、各燃料ガス流路58には、燃料ガスが流れることがなく、断熱空間を形成している。
Similarly, as shown in FIG. 3, the fuel gas inlet communication holes 54 a of the
さらに、図4に示すように、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dの冷却媒体入口連通孔52aは、閉塞部材90、92により閉塞されている。これにより、各冷却媒体流路60には、冷却媒体が流れることがなく、断熱空間を形成している。このため、端部セルによる温度低下が回避され、燃料電池スタック10全体として良好な発電性能を得ることができるという利点がある。
Further, as shown in FIG. 4, the cooling medium inlet communication holes 52 a of the
さらにまた、第1の実施形態では、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dを構成する第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40は、発電セル12を構成する第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40と同一であり、それぞれ共用することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the
従って、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dでは、専用セパレータを不要にすることが可能になる。これにより、セパレータ成形用の金型数を良好に削減することができ、製造コストの高騰を抑制することが可能になるという効果が得られる。
Therefore, the
しかも、第1金属セパレータ38と第2金属セパレータ40とを用いるだけでよく、セパレータ種類が可及的に削減される。このため、燃料電池スタック10の組立時に第1金属セパレータ38及び第2金属セパレータ40の誤組立が惹起されることがなく、燃料電池スタック10の組立作業全体の効率化が容易に図られる。
In addition, only the
さらに、所望の流体連通孔に閉塞部材90、92を挿入するだけで、所望の流体がセパレータ面内に流入することを遮断することができる。従って、種々の流体連通孔に容易且つ確実に適用することが可能になり、汎用性が良好に向上するという利点がある。
Furthermore, the desired fluid can be blocked from flowing into the separator surface simply by inserting the closing
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック120の一部分解概略斜視図である。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。
FIG. 7 is a partially exploded schematic perspective view of the
燃料電池スタック120は、積層方向両端に配置されるエンドプレート122a、122bを備えるとともに、前記エンドプレート122a、122b間には、所定数の閉塞部材124が挟持される。
The
エンドプレート122a、122bには、図8に示すように、閉塞部材124が配置される位置に対応して凹部126a、126bが形成され、前記凹部126a、126bに前記閉塞部材124の両端が収容される。
As shown in FIG. 8, the
閉塞部材124は、内部が空洞な角筒形状を有し、発電セル12の積層体14の範囲に亘って矢印A方向に長尺な開口部128が形成される。開口部128の長手方向両端には、閉塞部130a、130bが構成され、第1ダミーセル16a〜第4ダミーセル16dの流体連通孔を遮蔽する。
The closing
このように構成される第2の実施形態では、第1の実施形態の閉塞部材90、92に代えて、単一の閉塞部材124を用いるだけでよい。これにより、専用セパレータを不要にして製造コストの高騰を抑制するとともに、組立作業全体の効率化が図られる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, a
なお、反応ガス供給配管から導入される水滴を排出するために、一部のダミーセルと閉塞部材内の流路とを繋いでもよい。また、ダミーセルの枚数は、必要に応じて変更可能である。 In order to discharge water droplets introduced from the reaction gas supply pipe, some dummy cells may be connected to a flow path in the closing member. The number of dummy cells can be changed as necessary.
10、120…燃料電池スタック 12…発電セル
14…積層体 16a〜16d…ダミーセル
24a、24b、122a、122b…エンドプレート
36…電解質膜・電極構造体 38、40…金属セパレータ
42…固体高分子電解質膜 44…アノード電極
46…カソード電極 50a…酸化剤ガス入口連通孔
50b…酸化剤ガス出口連通孔 52a…冷却媒体入口連通孔
52b…冷却媒体出口連通孔 54a…燃料ガス入口連通孔
54b…燃料ガス出口連通孔 56…酸化剤ガス流路
58…燃料ガス流路 60…冷却媒体流路
80…ダミー電極構造体 90、92、124…閉塞部材
94…角筒部 96、108…フランジ部
98…通路 106…角柱部
126a、126b…凹部 128…開口部
130a、130b…閉塞部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ダミーセルは、前記電解質に対応する導電性プレートを有するダミー電極構造体と、
前記ダミー電極構造体を挟持するとともに、前記発電セルを構成する前記セパレータと同一のセパレータと、
を備え、
前記ダミーセルを構成する前記セパレータは、前記流体連通孔に閉塞部材が挿入されることにより、前記流体連通孔と前記流体流路とが遮断されることを特徴とする燃料電池スタック。 A power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which electrodes are disposed on both sides of the electrolyte and a separator is laminated, and the separator has a fluid flow path for flowing at least a reaction gas or a cooling medium along the power generation surface. A fuel cell stack comprising a laminate that is formed in a fluid communication hole that communicates with the fluid flow path and penetrates in the stacking direction, and a dummy cell is disposed at at least one end of the stack in the stacking direction. And
The dummy cell includes a dummy electrode structure having a conductive plate corresponding to the electrolyte;
While sandwiching the dummy electrode structure, the same separator as the separator constituting the power generation cell,
With
In the separator constituting the dummy cell, the fluid communication hole and the fluid flow path are blocked by inserting a closing member into the fluid communication hole.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013020933A (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Hyundai Motor Co Ltd | Manifold block for fuel cell stack |
JP2015191841A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 本田技研工業株式会社 | fuel cell stack |
CN105591145A (en) * | 2014-11-10 | 2016-05-18 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell stack |
CN108258336A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell pack and pseudo- battery |
JP2019212579A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
CN111697258A (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 本田技研工业株式会社 | Method and apparatus for manufacturing dummy cell |
DE102021129527B3 (en) | 2021-11-12 | 2023-01-05 | Audi Aktiengesellschaft | Fuel cell stack and motor vehicle with such |
-
2011
- 2011-12-06 JP JP2011266516A patent/JP2013120626A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9299995B2 (en) | 2011-07-12 | 2016-03-29 | Hyundai Motor Company | Manifold block for fuel cell stack |
JP2013020933A (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Hyundai Motor Co Ltd | Manifold block for fuel cell stack |
JP2015191841A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 本田技研工業株式会社 | fuel cell stack |
US10998560B2 (en) | 2014-11-10 | 2021-05-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
CN105591145A (en) * | 2014-11-10 | 2016-05-18 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell stack |
JP2016091944A (en) * | 2014-11-10 | 2016-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell stack |
KR101837250B1 (en) * | 2014-11-10 | 2018-03-09 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | Fuel cell stack |
CN108258336A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell pack and pseudo- battery |
KR102155624B1 (en) | 2016-12-28 | 2020-09-14 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | Fuel cell stack and dummy cell |
KR20180077032A (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | Fuel cell stack and dummy cell |
CN108258336B (en) * | 2016-12-28 | 2021-08-13 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell stack and pseudo cell |
JP2019212579A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
CN111697258A (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-22 | 本田技研工业株式会社 | Method and apparatus for manufacturing dummy cell |
CN111697258B (en) * | 2019-03-13 | 2023-05-16 | 本田技研工业株式会社 | Method for manufacturing dummy unit cell and apparatus for manufacturing dummy unit cell |
DE102021129527B3 (en) | 2021-11-12 | 2023-01-05 | Audi Aktiengesellschaft | Fuel cell stack and motor vehicle with such |
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