JP2013161550A - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP2013161550A
JP2013161550A JP2012020456A JP2012020456A JP2013161550A JP 2013161550 A JP2013161550 A JP 2013161550A JP 2012020456 A JP2012020456 A JP 2012020456A JP 2012020456 A JP2012020456 A JP 2012020456A JP 2013161550 A JP2013161550 A JP 2013161550A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
communication hole
fuel
cell stack
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012020456A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Nara
由介 奈良
Hideharu Naito
秀晴 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2012020456A priority Critical patent/JP2013161550A/en
Publication of JP2013161550A publication Critical patent/JP2013161550A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To successfully perform positioning of a fuel cell with a simple and compact constitution.SOLUTION: In a fuel cell stack 10, a plurality of fuel cells 12 are stacked. In each of the fuel cells 12, an electrolyte membrane-electrode structure 30 is held with an anode side separator 32 and a cathode side separator 34. In each of the fuel cells 12, circular projecting parts 58a and 58b projecting in a separator face direction intersecting the lamination direction are provided, and the projecting parts 58a and 58b are accommodated in circular recessed parts 62a and 62b formed in fastening members 24a and 24c.

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燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設され、前記エンドプレート間が複数の締結部材により締結される燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked. The fuel cells are stacked, and end plates are arranged at both ends in the stacking direction. The present invention relates to a fuel cell stack that is provided and is configured such that the end plates are fastened by a plurality of fastening members.

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、電極触媒と多孔質カーボン(ガス拡散層)からなるアノード電極及びカソード電極を配設して構成される電解質膜・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有している。複数の発電セルが積層された燃料電池は、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 has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) constituted by arranging an anode electrode and a cathode electrode made of an electrode catalyst and porous carbon (gas diffusion layer) on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. The power generation cell is sandwiched between separators (bipolar plates). A fuel cell in which a plurality of power generation cells are stacked is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.

燃料電池スタックでは、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔を備えている。   In a fuel cell stack, an internal manifold is often configured to supply a fuel gas and an oxidant gas, which are reaction gases, to the anode electrode and the cathode electrode of each stacked power generation cell. The internal manifold includes a reaction gas supply communication hole and a reaction gas discharge communication hole that are provided through the power generation cell in the stacking direction.

この種の燃料電池スタックでは、特に車載用として使用される際、相当に多数の発電セルを積層する必要がある。このため、各発電セル同士を正確に位置決めしなければならず、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池の組立方法が知られている。   In this type of fuel cell stack, it is necessary to stack a large number of power generation cells, particularly when used for in-vehicle use. For this reason, each electric power generation cell must be positioned correctly, for example, the assembly method of the fuel cell currently disclosed by patent document 1 is known.

この組立方法は、図8に示すように、スタック1の加圧用の加圧板2にセル組立用位置決め穴3が穿設されており、前記位置決め穴3には、端面を面取りした長いPTFE製のノックピン4が直立状態で挿入されている。次に、位置決め穴3が穿設されたセル5は、順次、それぞれの位置決め穴3がノックピン4に嵌合して積層されることにより、スタック1が構成されている。その後、スタック1は、締め付け固定されている。   As shown in FIG. 8, in this assembling method, a cell assembly positioning hole 3 is formed in a pressurizing plate 2 for pressurizing the stack 1, and the positioning hole 3 is made of a long PTFE having a chamfered end surface. The knock pin 4 is inserted in an upright state. Next, the cells 5 in which the positioning holes 3 are formed are stacked in such a manner that the positioning holes 3 are sequentially fitted to the knock pins 4 and stacked. Thereafter, the stack 1 is fastened and fixed.

特開平9−134734号公報JP-A-9-134734

上記の特許文献1では、スタック1を構成するセル5には、位置決め穴3が穿設されており、前記セル5の面内にノックピン4が貫通配置されている。このため、セル5の面内では、各連通孔のレイアウトが制約されるとともに、前記セル5自体が相当に大型化するという問題がある。   In the above-mentioned Patent Document 1, the positioning hole 3 is formed in the cell 5 constituting the stack 1, and the knock pin 4 is disposed through the cell 5. For this reason, in the plane of the cell 5, there is a problem that the layout of each communication hole is restricted and the cell 5 itself is considerably enlarged.

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、燃料電池の位置決めを良好に行う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。   An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a fuel cell stack capable of satisfactorily positioning a fuel cell with a simple and compact configuration.

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燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設され、前記エンドプレート間が複数の締結部材により締結される燃料電池スタックに関するものである。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked. The fuel cells are stacked, and end plates are arranged at both ends in the stacking direction. The present invention relates to a fuel cell stack provided between the end plates and fastened by a plurality of fastening members.

この燃料電池スタックでは、燃料電池には、積層方向に交差する方向に突出する1つ以上の突出部が設けられる一方、少なくとも1つの締結部材には、前記突出部が収容される凹状部が形成されている。   In this fuel cell stack, the fuel cell is provided with one or more projecting portions projecting in a direction intersecting the stacking direction, and at least one fastening member is formed with a concave portion that accommodates the projecting portion. Has been.

また、この燃料電池スタックでは、燃料電池には、少なくとも積層方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔及び酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔が設けられるとともに、突出部は、前記燃料ガス連通孔の近傍に配置されることが好ましい。   Further, in this fuel cell stack, the fuel cell is provided with a fuel gas communication hole through which the fuel gas flows at least along the stacking direction and an oxidant gas communication hole through which the oxidant gas flows, and the projecting portion It is preferable to arrange in the vicinity of the fuel gas communication hole.

本発明では、燃料電池には、積層方向に交差する方向に突出する突出部が設けられ、前記突出部は、締結部材に形成されている凹状部に収容されている。このため、各燃料電池は、突出部と凹状部との嵌合作用下に、容易且つ確実に位置決めされる。   In the present invention, the fuel cell is provided with a protruding portion that protrudes in a direction crossing the stacking direction, and the protruding portion is accommodated in a concave portion formed in the fastening member. For this reason, each fuel cell is easily and reliably positioned under the fitting action of the protruding portion and the concave portion.

その際、締結部材は、締結機能と位置決め機能とを兼用することができ、構成の簡素化が容易に図られる。しかも、突出部は、燃料電池の外方に突出形成されており、前記燃料電池内部の流路や連通孔のレイアウトに影響を与えることがない。   At that time, the fastening member can share both the fastening function and the positioning function, and the configuration can be easily simplified. In addition, the projecting portion is formed so as to project outward from the fuel cell, so that the layout of the flow path and the communication hole inside the fuel cell is not affected.

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の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するアノード側セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side separator which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの組み付け作業の説明図である。It is explanatory drawing of the assembly | attachment operation | work 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説明図である。It is principal part 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を構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises 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組立方法の説明図である。10 is an explanatory diagram of a method for assembling 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、立位姿勢で水平方向(矢印B方向)に積層される積層体14を備える。なお、燃料電池12は、水平姿勢で鉛直方向(矢印C方向)に積層されてもよい。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention includes a stacked body 14 in which a plurality of fuel cells 12 are stacked in a horizontal direction (arrow B direction) in a standing posture. . The fuel cell 12 may be stacked in the vertical direction (arrow C direction) in a horizontal posture.

積層体14の積層方向両端には、ターミナルプレート16a、16bと絶縁プレート18a、18bとを介装して第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bが配設される。第1エンドプレート20aの中央部からは、ターミナルプレート16aに接続された出力端子22aが延在する一方、第2エンドプレート20bの中央部からは、ターミナルプレート16bに接続された出力端子22bが延在する。   A first end plate 20a and a second end plate 20b are disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body 14 via terminal plates 16a and 16b and insulating plates 18a and 18b. An output terminal 22a connected to the terminal plate 16a extends from the center of the first end plate 20a, while an output terminal 22b connected to the terminal plate 16b extends from the center of the second end plate 20b. Exists.

第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bは、横長(縦長でもよい)の長方形状を有するとともに、各角部間には、断面略L字状を有する締結部材24a、24b、24c及び24dが配置される。各締結部材24a〜24dは、両端を第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bにボルト26を介して固定され、複数の積層された燃料電池12に積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。   The first end plate 20a and the second end plate 20b have a horizontally long (or vertically long) rectangular shape, and fastening members 24a, 24b, 24c and 24d having a substantially L-shaped cross section are provided between the corners. Be placed. Each fastening member 24a to 24d is fixed at both ends to the first end plate 20a and the second end plate 20b via bolts 26, and applies a tightening load in the stacking direction (arrow B direction) to the plurality of stacked fuel cells 12. Give.

図2及び図3に示すように、燃料電池12は、横長(又は縦長)の長方形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体30が、アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34に挟持される。アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34は、例えば、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やカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell 12 has a horizontally long (or vertically long) rectangular shape, and an electrolyte membrane / electrode structure 30 is sandwiched between an anode side separator 32 and a cathode side separator 34. The anode-side separator 32 and the cathode-side separator 34 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, or a carbon separator.

燃料電池12の矢印A方向(図3中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印B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(酸化剤ガス連通孔)36a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔38a、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排出連通孔(燃料ガス連通孔)40b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 fuel cell 12 in the direction of arrow A (the horizontal direction in FIG. 3) communicates with each other in the direction of arrow B, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas Agent gas supply communication hole (oxidant gas communication hole) 36a, cooling medium supply communication hole 38a for supplying a cooling medium, and fuel gas discharge communication hole (fuel gas) for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas (Communication holes) 40b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池12の矢印A方向の他端縁部には、矢印B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供給連通孔(燃料ガス連通孔)40a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔(酸化剤ガス連通孔)36bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow A communicates with each other in the direction of arrow B, a fuel gas supply communication hole (fuel gas communication hole) 40a for supplying fuel gas, and for discharging the cooling medium. The cooling medium discharge communication holes 38b and the oxidant gas discharge communication holes (oxidant gas communication holes) 36b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

図4に示すように、アノード側セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとに連通する燃料ガス流路42が設けられる。燃料ガス流路42は、例えば、矢印A方向に延在する複数本の溝部により構成される。   As shown in FIG. 4, a fuel gas flow path 42 communicating with the fuel gas supply communication hole 40 a and the fuel gas discharge communication hole 40 b is provided on the surface 32 a of the anode side separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. It is done. The fuel gas channel 42 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the arrow A direction.

図3に示すように、アノード側セパレータ32の面32bには、冷却媒体供給連通孔38aと冷却媒体排出連通孔38bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、矢印A方向に延在する複数本の溝部により構成される。   As shown in FIG. 3, a cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium supply communication hole 38 a and the cooling medium discharge communication hole 38 b is formed on the surface 32 b of the anode side separator 32. The cooling medium flow path 44 is constituted by a plurality of grooves extending in the arrow A direction.

カソード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、酸化剤ガス供給連通孔36aと酸化剤ガス排出連通孔36bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、例えば、矢印A方向に延在する複数本の溝部により構成される。   An oxidant gas flow path 46 that communicates with the oxidant gas supply communication hole 36a and the oxidant gas discharge communication hole 36b is provided on the surface 34a of the cathode separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The oxidant gas channel 46 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the direction of arrow A.

互いに隣接する燃料電池12を構成するアノード側セパレータ32の面32bと、カソード側セパレータ34の面34bとの間には、冷却媒体供給連通孔38aと冷却媒体排出連通孔38bとを連通する冷却媒体流路44が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium supply communication hole 38a and the cooling medium discharge communication hole 38b between the surface 32b of the anode side separator 32 and the surface 34b of the cathode side separator 34 constituting the fuel cells 12 adjacent to each other. A flow path 44 is provided.

アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34には、それぞれシール部材48、50が、一体的又は個別に設けられる。シール部材48、50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。   Seal members 48 and 50 are integrally or individually provided on the anode side separator 32 and the cathode side separator 34, respectively. The seal members 48 and 50 use, for example, a seal material such as EPDM, NBR, fluoro rubber, silicon rubber, fluorosilicon rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroplane, or acrylic rubber, a cushion material, or a packing material. To do.

図2及び図3に示すように、電解質膜・電極構造体30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52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード電極54及びアノード電極56とを備える。   2 and 3, the electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane 52 sandwiched between them. The cathode electrode 54 and the anode electrode 56 are provided.

カソード電極54及びアノード電極56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52の両面に形成されている。   The cathode electrode 54 and the anode electrode 56 are an electrode catalyst formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And having a layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

燃料電池12の一方の対角位置には、具体的には、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部及び燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部には、それぞれ位置決め用突出部58a、58bが設けられる。突出部58a、58bは、アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34に、それぞれ面方向(積層方向に交差する方向)外方に突出して設けられる。なお、突出部58aのみ、又は、突出部58bのみを設けて構成することもできる。   Specifically, one diagonal position of the fuel cell 12 has a positioning protrusion 58a, a corner near the fuel gas supply passage 40a and a corner near the fuel gas discharge passage 40b, respectively. 58b is provided. The protrusions 58a and 58b are provided on the anode side separator 32 and the cathode side separator 34 so as to protrude outward in the surface direction (direction intersecting the stacking direction), respectively. It should be noted that only the protrusion 58a or only the protrusion 58b may be provided.

図3及び図4に示すように、アノード側セパレータ32において、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部には、例えば、樹脂製の基台部60aが一体成形されるとともに、前記基台部60aには、正面視で円形状の突出部58aが一体に設けられる。燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部には、例えば、樹脂製の基台部60bが一体成形されるとともに、前記基台部60bには、正面視で円形状の突出部58bが一体に設けられる。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the anode separator 32, for example, a resin base 60 a is integrally formed at a corner near the fuel gas supply communication hole 40 a, and the base 60a is integrally provided with a circular protrusion 58a in front view. For example, a resin base portion 60b is integrally formed at a corner portion close to the fuel gas discharge communication hole 40b, and a circular protrusion 58b is integrally formed with the base portion 60b in a front view. Provided.

図3に示すように、カソード側セパレータ34では、上記のアノード側セパレータ32と同様に、燃料ガス供給連通孔40aの近傍及び燃料ガス排出連通孔40bの近傍には、それぞれ樹脂製の基台部60a、60bを介して正面視で円形状の突出部58a、58bが一体に設けられる。なお、突出部58a、58bは、アノード側セパレータ32のみに、又は、カソード側セパレータ34のみに、設けられていてもよい。   As shown in FIG. 3, in the cathode-side separator 34, like the anode-side separator 32, a resin base portion is provided in the vicinity of the fuel gas supply communication hole 40a and in the vicinity of the fuel gas discharge communication hole 40b, respectively. Circular protrusions 58a and 58b are integrally provided in a front view through 60a and 60b. The protrusions 58a and 58b may be provided only on the anode side separator 32 or only on the cathode side separator 34.

図1に示すように、締結部材24aは、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部に、締結部材24bは、酸化剤ガス供給連通孔36aに近接する角部に、締結部材24cは、燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部に、締結部材24dは、酸化剤ガス排出連通孔36bに近接する角部に、それぞれ配置される。   As shown in FIG. 1, the fastening member 24a is at the corner near the fuel gas supply communication hole 40a, the fastening member 24b is at the corner near the oxidant gas supply communication hole 36a, and the fastening member 24c is at the fuel. The fastening members 24d are disposed at the corners close to the gas discharge communication hole 40b and at the corners close to the oxidant gas discharge communication hole 36b, respectively.

図3及び図4に示すように、締結部材24aの内側角部には、突出部58aを嵌合するための円形状凹状部62aが形成される。締結部材24cの内側角部には、突出部58bを嵌合するための円形状凹状部62bが形成される。   As shown in FIGS. 3 and 4, a circular concave portion 62a for fitting the protruding portion 58a is formed at the inner corner of the fastening member 24a. A circular concave portion 62b for fitting the protruding portion 58b is formed at the inner corner of the fastening member 24c.

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

先ず、図5に示すように、例えば、第2エンドプレート20bの角部の中、少なくとも燃料ガス供給連通孔40a及び燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部には、締結部材24a、24cの一端部がボルト26を介して固定される。なお、全ての締結部材24a〜24dの一端部を第2エンドプレート20bに固定してもよい。一方、燃料電池12では、電解質膜・電極構造体30が、アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34に挟持された状態で、保持される。   First, as shown in FIG. 5, for example, at least corner portions of the second end plate 20b adjacent to the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b are connected to the fastening members 24a and 24c. One end is fixed via a bolt 26. In addition, you may fix the one end part of all the fastening members 24a-24d to the 2nd end plate 20b. On the other hand, in the fuel cell 12, the electrolyte membrane / electrode structure 30 is held while being sandwiched between the anode-side separator 32 and the cathode-side separator 34.

次いで、各燃料電池12は、各突出部58aを締結部材24aの凹状部62aに嵌合するとともに、各突出部58bを締結部材24cの凹状部62bに嵌合して第2エンドプレート20b上に積層される。なお、第2エンドプレート20b上には、図示しないが、予め絶縁プレート18b及びターミナルプレート16bが積層されている。   Next, each fuel cell 12 fits each protrusion 58a to the concave portion 62a of the fastening member 24a, and fits each protrusion 58b to the concave portion 62b of the fastening member 24c to be on the second end plate 20b. Laminated. In addition, although not shown in figure, the insulating plate 18b and the terminal plate 16b are laminated | stacked previously on the 2nd end plate 20b.

所定数の燃料電池12が、突出部58a、58bと凹状部62a、62bとの案内作用下に第2エンドプレート20b上に積層された後、前記燃料電池12上には、ターミナルプレート16a及び絶縁プレート18aが積層される。さらに、絶縁プレート18a上には、第1エンドプレート20aが配置される。   After a predetermined number of fuel cells 12 are stacked on the second end plate 20b under the guiding action of the protrusions 58a and 58b and the concave portions 62a and 62b, the terminal plate 16a and the insulation are formed on the fuel cell 12. Plates 18a are stacked. Further, a first end plate 20a is disposed on the insulating plate 18a.

そして、第1エンドプレート20aには、締結部材24a、24bの他端部がボルト26により固定されるとともに、締結部材24b、24dの両端部は、前記ボルト26を介して第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bに固定される。これにより、燃料電池スタック10が組み付けられる。   The other end portions of the fastening members 24a and 24b are fixed to the first end plate 20a by bolts 26, and both end portions of the fastening members 24b and 24d are connected to the first end plate 20a and the first end plate 20a via the bolts 26. It is fixed to the second end plate 20b. Thereby, the fuel cell stack 10 is assembled.

次に、燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   Next, the operation of the fuel cell stack 10 will be described below.

図3に示すように、酸化剤ガス供給連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔40aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔38a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。   As shown in FIG. 3, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 36a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 40a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply communication hole 38a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔36aからカソード側セパレータ34の酸化剤ガス流路46に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路46に沿って矢印A方向に流通しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するカソード電極54に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 46 of the cathode-side separator 34 from the oxidant gas supply communication hole 36a. The oxidant gas is supplied to the cathode electrode 54 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while flowing in the direction of arrow A along the oxidant gas flow path 46.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aからアノード側セパレータ32の燃料ガス流路42に導入される。この燃料ガスは、燃料ガス流路42に沿って矢印A方向に流通しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するアノード電極56に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 42 of the anode separator 32 from the fuel gas supply communication hole 40a. The fuel gas is supplied to the anode electrode 56 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while flowing in the arrow A direction along the fuel gas flow path 42.

従って、電解質膜・電極構造体30では、カソード電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード電極56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 30, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 54 and the fuel gas supplied to the anode electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called.

次いで、カソード電極54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36bに沿って矢印B方向に排出される。一方、アノード電極56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40bに沿って矢印B方向に排出される。   Subsequently, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 54 is discharged in the direction of arrow B along the oxidant gas discharge communication hole 36b. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 56 is discharged in the direction of arrow B along the fuel gas discharge communication hole 40b.

また、冷却媒体供給連通孔38aに供給された冷却媒体は、アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34間の冷却媒体流路44に導入された後、矢印A方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体排出連通孔38bから排出される。   Further, the cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 38 a is introduced into the cooling medium flow path 44 between the anode side separator 32 and the cathode side separator 34 and then circulates in the direction of arrow A. The cooling medium is discharged from the cooling medium discharge communication hole 38b after the electrolyte membrane / electrode structure 30 is cooled.

この場合、第1の実施形態では、燃料電池12(具体的には、アノード側セパレータ32及びカソード側セパレータ34)には、積層方向に交差するセパレータ面方向に突出する円形状の突出部58a、58bが設けられている。そして、突出部58a、58bは、締結部材24a、24cに形成されている円形状の凹状部62a、62bに収容されている。このため、各燃料電池12は、突出部58a、58bと凹状部62a、62bとの嵌合作用下に、容易且つ確実に位置決めされるという効果が得られる。   In this case, in the first embodiment, the fuel cell 12 (specifically, the anode-side separator 32 and the cathode-side separator 34) has a circular protrusion 58a that protrudes in the separator surface direction intersecting the stacking direction, 58b is provided. And the protrusion parts 58a and 58b are accommodated in the circular recessed parts 62a and 62b formed in the fastening members 24a and 24c. For this reason, the effect that each fuel cell 12 is easily and reliably positioned under the fitting action of the projecting portions 58a and 58b and the recessed portions 62a and 62b is obtained.

その際、締結部材24a、24cは、締結機能と位置決め機能とを兼用することができ、構成の簡素化が容易に図られる。しかも、突出部58a、58bは、燃料電池12のセパレータ面方向外方に突出形成されており、前記燃料電池12の内部の流路や連通孔のレイアウトに影響を与えることがない。   At that time, the fastening members 24a and 24c can share both the fastening function and the positioning function, and the configuration can be easily simplified. In addition, the protrusions 58a and 58b are formed so as to protrude outward in the separator surface direction of the fuel cell 12, and do not affect the layout of the flow paths and communication holes inside the fuel cell 12.

さらに、突出部58a、58bは、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部及び燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部に設けられている。従って、燃料ガス供給連通孔40a及び燃料ガス排出連通孔40bの位置決めが容易且つ確実に遂行され、位置ずれを可及的に抑制することができる。これにより、燃料ガス供給連通孔40a及び燃料ガス排出連通孔40bを高精度に位置決め保持するとともに、シール幅を狭く設定することが可能になる。   Furthermore, the protrusions 58a and 58b are provided at a corner near the fuel gas supply communication hole 40a and a corner near the fuel gas discharge communication hole 40b. Accordingly, the positioning of the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b can be easily and reliably performed, and the displacement can be suppressed as much as possible. As a result, the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b can be positioned and held with high accuracy and the seal width can be set narrow.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック80の要部説明図である。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。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。   FIG. 6 is an explanatory view of a main part of a fuel cell stack 80 according to the second embodiment of the present invention. 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80は、複数の燃料電池82を積層するとともに、締結部材84a〜84dにより前記燃料電池82に積層方向の締め付け力を付与する。締結部材84aは、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部に、締結部材84bは、酸化剤ガス供給連通孔36aに近接する角部に、締結部材84cは、燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部に、締結部材84dは、酸化剤ガス排出連通孔36bに近接する角部に、それぞれ配置される。   The fuel cell stack 80 stacks a plurality of fuel cells 82 and applies a tightening force in the stacking direction to the fuel cells 82 by fastening members 84a to 84d. The fastening member 84a is near the corner near the fuel gas supply passage 40a, the fastening member 84b is near the corner near the oxidant gas supply passage 36a, and the fastening member 84c is near the fuel gas discharge passage 40b. The fastening members 84d are respectively disposed at the corners close to the oxidizing gas discharge communication hole 36b.

燃料電池82は、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部及び燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部は、それぞれ位置決め用突出部86a、86bが設けられる。突出部86a、86bは、正面視で略三角形状を有するとともに、基台部60a、60bに一体に設けられる。   In the fuel cell 82, positioning protrusions 86a and 86b are provided at corners close to the fuel gas supply communication hole 40a and corners close to the fuel gas discharge communication hole 40b, respectively. The protrusions 86a and 86b have a substantially triangular shape when viewed from the front, and are provided integrally with the base portions 60a and 60b.

締結部材84aの内側角部には、突出部86aを嵌合するための三角形状凹状部88aが形成される。締結部材84cの内側角部には、突出部86bを嵌合するための三角形状凹状部88bが形成される。   A triangular concave portion 88a for fitting the protruding portion 86a is formed at the inner corner of the fastening member 84a. A triangular concave portion 88b for fitting the protruding portion 86b is formed at the inner corner of the fastening member 84c.

このように構成される第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、三角形状を有する突出部86a、86bと凹状部88a、88bとの係合作用下に、燃料電池82の位置ずれが可及的に抑制されるという利点がある。   In the second embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and under the engaging action of the projecting portions 86a and 86b having a triangular shape and the concave portions 88a and 88b. In addition, there is an advantage that the displacement of the fuel cell 82 is suppressed as much as possible.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック90を構成する燃料電池92の要部分解斜視説明図である。   FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 92 constituting a fuel cell stack 90 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池92は、縦長の長方形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体94が、アノード側セパレータ96及びカソード側セパレータ98に挟持される。燃料電池92の矢印C方向(鉛直方向)の上端縁部には、積層方向である矢印B方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔36a、冷却媒体供給連通孔38a及び燃料ガス供給連通孔40aが、矢印A方向に配列して設けられる。燃料電池92の矢印C方向の下端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガス排出連通孔40b、冷却媒体排出連通孔38b及び酸化剤ガス排出連通孔36bが、矢印A方向に配列して設けられる。   The fuel cell 92 has a vertically long rectangular shape, and an electrolyte membrane / electrode structure 94 is sandwiched between an anode side separator 96 and a cathode side separator 98. The upper end edge of the fuel cell 92 in the arrow C direction (vertical direction) communicates with each other in the direction of arrow B, which is the stacking direction, and the oxidant gas supply communication hole 36a, the cooling medium supply communication hole 38a, and the fuel gas supply communication. The holes 40a are arranged in the direction of arrow A. A fuel gas discharge communication hole 40b, a cooling medium discharge communication hole 38b, and an oxidant gas discharge communication hole 36b communicate with each other in the arrow B direction at the lower edge of the fuel cell 92 in the arrow C direction. Arranged and provided.

アノード側セパレータ96の電解質膜・電極構造体94に向かう面96aには、鉛直方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス流路42が形成される。カソード側セパレータ98の電解質膜・電極構造体94に向かう面98aには、鉛直方向に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路46が形成される。アノード側セパレータ96の面96bとカソード側セパレータ98の面98bとの間には、冷却媒体を鉛直方向に沿って流通させる冷却媒体流路44が形成される。   A fuel gas passage 42 through which fuel gas flows along the vertical direction is formed on a surface 96 a of the anode separator 96 facing the electrolyte membrane / electrode structure 94. An oxidant gas passage 46 through which an oxidant gas flows along the vertical direction is formed on the surface 98a of the cathode side separator 98 facing the electrolyte membrane / electrode structure 94. Between the surface 96b of the anode-side separator 96 and the surface 98b of the cathode-side separator 98, a cooling medium flow path 44 that allows the cooling medium to flow along the vertical direction is formed.

電解質膜・電極構造体94は、MEA本体部100と樹脂製枠部材102とを備える。MEA本体部100は、固体高分子電解質膜52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード電極54及びアノード電極56とを備える。樹脂製枠部材102は、MEA本体部100の外周部に接合されて一体化される。   The electrolyte membrane / electrode structure 94 includes an MEA main body 100 and a resin frame member 102. The MEA main body 100 includes a solid polymer electrolyte membrane 52, and a cathode electrode 54 and an anode electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. The resin frame member 102 is joined to and integrated with the outer peripheral portion of the MEA main body 100.

樹脂製枠部材102は、例えば、PP(ポリプロピレン)やABS(アクリルニトリルブタジエンスチレン)等により構成される。樹脂製枠部材102の角部には、具体的には、燃料ガス供給連通孔40aに近接する角部及び燃料ガス排出連通孔40bに近接する角部には、それぞれ位置決め用突出部104a、104bが一体に設けられる。突出部104a、104bは、締結部材24a、24cの凹状部62a、62bに嵌合する。   The resin frame member 102 is made of, for example, PP (polypropylene), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), or the like. Specifically, positioning protrusions 104a and 104b are provided at corners of the resin frame member 102, specifically at corners close to the fuel gas supply communication hole 40a and corners close to the fuel gas discharge communication hole 40b, respectively. Are provided integrally. The protrusions 104a and 104b are fitted into the concave portions 62a and 62b of the fastening members 24a and 24c.

このように構成される燃料電池スタック90では、電解質膜・電極構造体94を構成する樹脂製枠部材102に突出部104a、104bが設けられている。そして、突出部104a、104bが、締結部材24a、24cの凹状部62a、62bに嵌合することにより、各燃料電池92が位置決め保持されている。   In the fuel cell stack 90 configured as described above, the protrusions 104 a and 104 b are provided on the resin frame member 102 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 94. The protrusions 104a and 104b are fitted into the recessed portions 62a and 62b of the fastening members 24a and 24c, so that the fuel cells 92 are positioned and held.

このため、第3の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。なお、突出部104a、104b及び凹状部62a、62bに代えて、第2の実施形態の突出部86a、86b及び凹状部88a、88bを採用することができる。   For this reason, in 3rd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired. Note that the protruding portions 86a and 86b and the recessed portions 88a and 88b of the second embodiment can be employed instead of the protruding portions 104a and 104b and the recessed portions 62a and 62b.

10、80、90…燃料電池スタック 12、82、92…燃料電池
14…積層体 20a、20b…エンドプレート
24a〜24d、84a〜84d…締結部材
30、94…電解質膜・電極構造体 32、34、96、98…セパレータ
36a…酸化剤ガス供給連通孔 36b…酸化剤ガス排出連通孔
38a…冷却媒体供給連通孔 38b…冷却媒体排出連通孔
40a…燃料ガス供給連通孔 40b…燃料ガス排出連通孔
42…燃料ガス流路 44…冷却媒体流路
46…酸化剤ガス流路 52…固体高分子電解質膜
54…カソード電極 56…アノード電極
58a、58b、86a、86b、104a、104b…突出部
60a、60b…基台部 62a、62b、88a、88b…凹状部
100…MEA本体部 102…樹脂製枠部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 90 ... Fuel cell stack 12, 82, 92 ... Fuel cell 14 ... Laminated body 20a, 20b ... End plate 24a-24d, 84a-84d ... Fastening member 30, 94 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 96, 98 ... separator 36a ... oxidant gas supply communication hole 36b ... oxidant gas discharge communication hole 38a ... cooling medium supply communication hole 38b ... cooling medium discharge communication hole 40a ... fuel gas supply communication hole 40b ... fuel gas discharge communication hole DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Fuel gas flow path 44 ... Cooling medium flow path 46 ... Oxidant gas flow path 52 ... Solid polymer electrolyte membrane 54 ... Cathode electrode 56 ... Anode electrode 58a, 58b, 86a, 86b, 104a, 104b ... Projection part 60a, 60b ... Base part 62a, 62b, 88a, 88b ... Concave part 100 ... MEA main body part 102 ... Resin frame member

Claims (2)

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燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設され、前記エンドプレート間が複数の締結部材により締結される燃料電池スタックであって、
前記燃料電池には、積層方向に交差する方向に突出する1つ以上の突出部が設けられる一方、
少なくとも1つの前記締結部材には、前記突出部が収容される凹状部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked, and end plates are disposed at both ends in the stacking direction, A fuel cell stack in which end plates are fastened by a plurality of fastening members,
The fuel cell is provided with one or more protrusions protruding in a direction intersecting the stacking direction,
The fuel cell stack, wherein the at least one fastening member is formed with a concave portion in which the protruding portion is accommodated.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池には、少なくとも前記積層方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔及び酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔が設けられるとともに、
前記突出部は、前記燃料ガス連通孔の近傍に配置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 fuel cell is provided with a fuel gas communication hole through which fuel gas flows at least along the stacking direction and an oxidant gas communication hole through which oxidant gas flows.
The fuel cell stack, wherein the protrusion is disposed in the vicinity of the fuel gas communication hole.
JP2012020456A 2012-02-02 2012-02-02 Fuel cell stack Pending JP2013161550A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012020456A JP2013161550A (en) 2012-02-02 2012-02-02 Fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012020456A JP2013161550A (en) 2012-02-02 2012-02-02 Fuel cell stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013161550A true JP2013161550A (en) 2013-08-19

Family

ID=49173667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012020456A Pending JP2013161550A (en) 2012-02-02 2012-02-02 Fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013161550A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058391A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー Fuel cell stack assembly-datum design for fuel cell stacking and collision protection
CN106025321A (en) * 2015-03-27 2016-10-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Datum design for fuel cell stack and collision protection
DE102016223975A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fuel cell for a fuel cell stack and fuel cell stack
CN110098414A (en) * 2019-06-06 2019-08-06 新源动力股份有限公司 A kind of encapsulating structure of fuel battery double plates and fuel cell pile

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058391A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー Fuel cell stack assembly-datum design for fuel cell stacking and collision protection
CN106025321A (en) * 2015-03-27 2016-10-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Datum design for fuel cell stack and collision protection
JP2016189328A (en) * 2015-03-27 2016-11-04 ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー Fuel cell stack assembly-datum design for fuel cell stacking and collision protection
DE102016223975A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fuel cell for a fuel cell stack and fuel cell stack
CN110098414A (en) * 2019-06-06 2019-08-06 新源动力股份有限公司 A kind of encapsulating structure of fuel battery double plates and fuel cell pile
CN110098414B (en) * 2019-06-06 2024-04-02 新源动力股份有限公司 Fuel cell bipolar plate and packaging structure of fuel cell stack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7531265B2 (en) Fuel cell
JP2009009837A (en) Fuel cell
JP2006120562A (en) Fuel cell stack
JP2004265824A (en) Fuel cell
JP2013161550A (en) Fuel cell stack
JP2009043665A (en) Fuel cell
JP2015076385A (en) Fuel cell
JP4109569B2 (en) Fuel cell
JP2014078428A (en) Fuel cell stack
JP5653867B2 (en) Fuel cell
JP4773055B2 (en) FUEL CELL STACK, SEPARATOR INTERMEDIATE AND SEPARATOR MANUFACTURING METHOD
JP2010153175A (en) Fuel battery
JP2013098154A (en) Fuel cell stack
JP2014038723A (en) Fuel cell stack
JP5366793B2 (en) Fuel cell system
JP2005268150A (en) Fuel cell
JP2008186736A (en) Fuel cell stack
JP2005251635A (en) Fuel cell stack
JP2013161549A (en) Fuel cell stack
KR102685577B1 (en) Fuel cell stack assembly using spring
JP4701304B2 (en) Fuel cell
JP2017162651A (en) Fuel cell stack
JP4851478B2 (en) Fuel cell
JP2005268075A (en) Sealing structure of fuel cell
JP2015103296A (en) Fuel cell stack