JP2013206604A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるユニットセルを備え、各ユニットセルは、それぞれ締結部材により一体化されるとともに、複数の前記ユニットセルが積層される燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, each unit cell being integrated by a fastening member, and a plurality of unit cells. The present invention relates to a fuel cell stack in which the unit cells are stacked.
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の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セル(単位セル)を備えている。この種の燃料電池では、通常、数十〜数百の単位セルが積層されて車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between separators. Power generation cells (unit cells). In this type of fuel cell, several tens to several hundreds of unit cells are usually stacked and used as an in-vehicle fuel cell stack.
上記の車載用燃料電池スタックでは、燃料電池自体及び前記燃料電池同士を正確に位置決めする必要があり、例えば、特許文献1に開示された燃料電池スタックが知られている。 In the on-vehicle fuel cell stack, it is necessary to accurately position the fuel cell itself and the fuel cells. For example, the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known.
この燃料電池スタックは、複数のセパレータを積層方向に一体に保持する接続部材と、前記接続部材により一体に保持される前記セパレータの中、少なくとも1つのセパレータの外周部に設けられ、他のセパレータの外周部より外方に突出して外部からの荷重を受けるための樹脂製ガイド部とを備えている。 The fuel cell stack is provided on an outer peripheral portion of at least one separator among the connection member that integrally holds a plurality of separators in the stacking direction and the separator that is integrally held by the connection member. And a resin guide portion that protrudes outward from the outer peripheral portion and receives a load from the outside.
これにより、燃料電池自体のずれによるシール性の低下を良好に阻止することができ、しかもセパレータの短絡を確実に阻止することが可能になる、としている。 As a result, it is possible to satisfactorily prevent a decrease in sealing performance due to deviation of the fuel cell itself, and to reliably prevent a short circuit of the separator.
ところで、燃料電池スタックでは、複数の燃料電池の積層方向両端に、エンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレート間には、積層方向に締め付け荷重が付与されている。 By the way, in the fuel cell stack, end plates are disposed at both ends of the plurality of fuel cells in the stacking direction, and a tightening load is applied between the end plates in the stacking direction.
その際、特に車載用として数百の燃料電池(ユニットセル)が積層される場合、スタック中央側に配設されている燃料電池には、締め付け荷重が十分に伝達されないおそれがある。このため、積層方向中央側の燃料電池は、シール線圧が低下し易くなり、スタックの中央側が下方に垂れ下がるように撓みが発生するという問題がある。 At that time, particularly when several hundred fuel cells (unit cells) are stacked for in-vehicle use, the tightening load may not be sufficiently transmitted to the fuel cells arranged on the center side of the stack. For this reason, the fuel cell on the center side in the stacking direction has a problem that the seal linear pressure tends to decrease, and the deflection occurs so that the center side of the stack hangs downward.
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、積層方向中央側のユニットセルが重力方向下方に垂れ下がるように撓むことを確実に阻止することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and with a simple and economical configuration, it is possible to reliably prevent the unit cell at the center in the stacking direction from bending so as to hang downward in the direction of gravity. An object is to provide a fuel cell stack.
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるユニットセルを備え、各ユニットセルは、それぞれ締結部材により一体化されるとともに、複数の前記ユニットセルが積層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 unit cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, each unit cell being integrated by a fastening member, and a plurality of unit cells. The present invention relates to a fuel cell stack in which the unit cells are stacked.
この燃料電池スタックでは、積層方向中央側に配置されるユニットセルは、積層方向両端側に配置される前記ユニットセルよりも、締結部材による締結荷重が大きく設定されている。 In this fuel cell stack, the unit cell disposed on the center side in the stacking direction is set to have a higher fastening load by the fastening member than the unit cells disposed on both ends in the stacking direction.
また、この燃料電池スタックでは、締結部材は、ユニットセルに積層方向に貫通形成された孔部に一体に挿入される樹脂製クリップを備え、前記樹脂製クリップは、前記ユニットセルの積層方向両端面に係合して該ユニットセル毎に前記締結荷重を付与する第1係止部及び第2係止部を有するとともに、前記第1係止部と前記第2係止部との距離を、前記ユニットセルの積層方向の厚さに応じて設定することにより、前記締結荷重を調整することが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, the fastening member includes a resin clip that is integrally inserted into a hole that is formed through the unit cell in the stacking direction, and the resin clip has both end surfaces in the stacking direction of the unit cell. And a first locking portion and a second locking portion that apply the fastening load for each unit cell, and the distance between the first locking portion and the second locking portion is It is preferable to adjust the fastening load by setting according to the thickness of the unit cells in the stacking direction.
さらに、この燃料電池スタックでは、積層方向中央側に配置されるユニットセルのセパレータは、積層方向両端側に配置されるユニットセルのセパレータよりも、積層方向の厚さが大きく設定されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that the unit cell separator disposed on the center side in the stacking direction has a greater thickness in the stacking direction than the unit cell separator disposed on both ends in the stacking direction. .
本発明によれば、積層方向中央側に配置されるユニットセルの締結荷重は、積層方向両端側に配置されるユニットセルの締結荷重よりも大きく設定されている。このため、積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセルは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になる。 According to the present invention, the fastening load of the unit cell arranged on the center side in the stacking direction is set larger than the fastening load of the unit cell arranged on both ends in the stacking direction. For this reason, the unit cell on the central side in the stacking direction in which the tightening load in the stacking direction is difficult to be transmitted can be reliably prevented from bending downward in the gravitational direction with a simple and economical configuration.
図1及び図2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、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される車載用燃料電池スタックを構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
燃料電池スタック10は、複数のユニットセル12が矢印A方向(水平方向)に積層されるとともに、前記ユニットセル12の積層方向一端には、ターミナルプレート14a、絶縁プレート16a及びエンドプレート18aが配設される。ユニットセル12の積層方向他端には、ターミナルプレート14b、絶縁プレート16b及びエンドプレート18bが配設される(図1参照)。
In the
エンドプレート18a、18b間は、複数本のタイロッド20及びナット22により締め付けられており、前記エンドプレート18a、18b間には、積層方向に所望の締め付け荷重が付与される。なお、タイロッド20及びナット22に代えて、エンドプレート18a、18bを端板とするケーシング内に、複数のユニットセル12を収容してもよい。
The
図2及び図3に示すように、ユニットセル12は、第1セパレータ24、第1電解質膜・電極構造体(MEA)26a、第2セパレータ28、第2電解質膜・電極構造体26b及び第3セパレータ30を設ける。
2 and 3, the
第1セパレータ24、第2セパレータ28及び第3セパレータ30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により構成される。第1セパレータ24、第2セパレータ28及び第3セパレータ30は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第1セパレータ24、第2セパレータ28及び第3セパレータ30は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
The
第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26b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32と、前記固体高分子電解質膜32を挟持するアノード電極34及びカソード電極36とを備える。
The first electrolyte membrane /
アノード電極34は、固体高分子電解質膜32及びカソード電極36よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型MEAを構成している。なお、アノード電極34とカソード電極36とは、同一の表面積を有していてもよく、又は、前記アノード電極34は、前記カソード電極36よりも大きな表面積を有していてもよい。
The
アノード電極34及びカソード電極36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(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜32の両面に形成される。
The
図3に示すように、ユニットセル12の長辺方向(矢印C方向)の上端縁部には、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(空気等)を供給するための酸化剤ガス入口連通孔40a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス(水素ガス等)を供給するための燃料ガス入口連通孔42aが設けられる。
As shown in FIG. 3, an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas (such as air) is supplied to the upper edge of the long side direction (arrow C direction) of the
ユニットセル12の長辺方向(矢印C方向)の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔42b、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40bが設けられる。
The lower end edge of the
ユニットセル12の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔44aが設けられるとともに、前記ユニットセル12の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔44bが設けられる。
A cooling medium
第1セパレータ24の第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔42aと燃料ガス出口連通孔42bとを連通する第1燃料ガス流路46が形成される。第1燃料ガス流路46は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第1燃料ガス流路46の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部48及び出口バッファ部50が設けられる。
A
第1セパレータ24の面24bには、冷却媒体入口連通孔44aと冷却媒体出口連通孔44bとを連通する冷却媒体流路52の一部が形成される。冷却媒体流路52は、第1燃料ガス流路46(及び後述する第2酸化剤ガス流路66)の裏面形状である。
A part of the cooling
第2セパレータ28の第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面28aには、図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔40aと酸化剤ガス出口連通孔40bとを連通する第1酸化剤ガス流路54が形成される。第1酸化剤ガス流路54は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第1酸化剤ガス流路54の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部56及び出口バッファ部58が設けられる。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、第2セパレータ28の第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面28bには、燃料ガス入口連通孔42aと燃料ガス出口連通孔42bとを連通する第2燃料ガス流路60が形成される。第2燃料ガス流路60は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第2燃料ガス流路60の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部62及び出口バッファ部64が設けられる。
As shown in FIG. 3, the second fuel gas flow that communicates the fuel gas
図5に示すように、第3セパレータ30の第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面30aには、酸化剤ガス入口連通孔40aと酸化剤ガス出口連通孔40bとを連通する第2酸化剤ガス流路66が形成される。
As shown in FIG. 5, the second oxidation that communicates the oxidant gas
第2酸化剤ガス流路66は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第2酸化剤ガス流路66の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部68及び出口バッファ部70が設けられる。
The second oxidant
第3セパレータ30の面30bには、図3に示すように、冷却媒体入口連通孔44aと冷却媒体出口連通孔44bとを連通する冷却媒体流路52の一部が形成される。冷却媒体流路52は、互いに隣接する第1燃料ガス流路46及び第2酸化剤ガス流路66の裏面形状(波形状)の重ね合わせにより形成される。
As shown in FIG. 3, a part of the cooling
第1セパレータ24の面24a、24bには、この第1セパレータ24の外周端縁部を周回して第1シール部材74が一体成形される。第2セパレータ28の面28a、28bには、この第2セパレータ28の外周端縁部を周回して第2シール部材76が一体成形されるとともに、第3セパレータ30の面30a、30bには、この第3セパレータ30の外周端縁部を周回して第3シール部材78が一体成形される。
A
第1シール部材74、第2シール部材76及び第3シール部材78としては、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等の弾性を有するシール材が用いられる。
Examples of the
図3に示すように、第1セパレータ24には、燃料ガス入口連通孔42aと第1燃料ガス流路46とを連通する複数の外側供給孔部80a及び複数の内側供給孔部80bとが設けられる。第1セパレータ24には、燃料ガス出口連通孔42bと第1燃料ガス流路46とを連通する複数の外側排出孔部82a及び複数の内側排出孔部82bが設けられる。
As shown in FIG. 3, the
図3及び図4に示すように、第2セパレータ28には、燃料ガス入口連通孔42aと第2燃料ガス流路60とを連通する複数の供給孔部84と、燃料ガス出口連通孔42bと前記第2燃料ガス流路60とを連通する複数の排出孔部86とが形成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
燃料電池スタック10は、図2及び図3に示すように、ユニットセル12を構成する第1セパレータ24、第2セパレータ28及び第3セパレータ30同士を、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bを介して積層方向に締結荷重を付与するための締結機構90を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
締結機構90は、第1セパレータ24の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板92aに形成される複数の第1孔部92、第2セパレータ28の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板94aに形成される複数の第2孔部94、及び第3セパレータ30の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板96aに形成される複数の第3孔部96を有する。
The
各ユニットセル12内では、第1孔部92、第2孔部94及び第3孔部96は、積層方向に対して同一位置(同軸上)に設定される。なお、隣り合うユニットセル12では、好ましくは、第1孔部92〜第3孔部96の配置位置が、積層方向に対して互いにオフセットして設けられる。
In each
図2に示すように、第3孔部96の直径は、第1孔部92及び第2孔部94の直径よりも小径に設定されるとともに、前記第1孔部92と前記第2孔部94とは、同一の直径に設定される。第1孔部92、第2孔部94及び第3孔部96には、締結部材、例えば、絶縁性樹脂製クリップ98が積層方向に一体に挿入される。
As shown in FIG. 2, the diameter of the
各樹脂製クリップ98は、円柱状の首部98aを有し、前記首部98aの一端には、頭部(第1係止部)98bが形成される一方、前記首部98aの他端には、大径なフランジ部(第2係止部)98cが設けられる。樹脂製クリップ98では、頭部98b側から首部98aの途上まで延在するスリット98dが必要に応じて形成される。樹脂製クリップ98は、首部98aの長さ、すなわち、頭部98bの端部からフランジ部98cの端部までの距離Lが設定される。
Each
樹脂製クリップ98の首部98aと頭部98bとの境界部位が、第3セパレータ30の第3孔部96に嵌合して前記第3セパレータ30の樹脂板96aの端面に係止される。さらに、樹脂製クリップ98の大径なフランジ部98cは、第1セパレータ24の樹脂板92aの端面に、第1孔部92を周回して当接することにより、第1セパレータ24、第2セパレータ28及び第3セパレータ30は、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bを介装して積層方向に一体に保持される。
The boundary portion between the
積層方向中央側に配置される少なくとも1つ(2以上でもよい)のユニットセル12aの締結機構90aは、積層方向両端側に配置されるユニットセル12の締結機構90よりも、締結荷重が大きく設定される。具体的には、締結機構90aを構成する樹脂製クリップ98midは、頭部98bの端部からフランジ部98cの端部までの距離L1が設定されるとともに、前記距離L1は、締結機構90を構成する樹脂製クリップ98の距離Lよりも短尺に設定される(L1<L)。
The
第1の実施形態では、ユニットセル12aを構成する第1セパレータ24、第2セパレータ28又は第3セパレータ30の少なくともいずれかを、ユニットセル12を構成する同一部材(第1セパレータ24、第2セパレータ28又は第3セパレータ30)よりも積層方向の厚さ(樹脂板92aの端面から第3孔部96の端面までの厚さ)が大きく設定される。なお、積層方向両端部から中央部に向かって、段階的に距離Lを大きくしてもよい。
In the first embodiment, at least one of the
また、ユニットセル12aの積層方向の厚さが、ユニットセル12の積層方向の厚さよりも十分に大きい場合には、距離L1=距離L、又は、距離L1<距離Lに設定することもできる。例えば、ユニットセル12aを構成する第1セパレータ24及び第2セパレータ28の厚さ自体を、ユニットセル12を構成する第1セパレータ24及び第2セパレータ28の厚さよりも大きく設定してもよい。
Further, when the thickness of the
さらに、締結部材は、樹脂製クリップ98に限定されるものではなく、金属製クリップでもよい。また、コ字状のクリップで外周を締結してもよい。
Further, the fastening member is not limited to the
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔40aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔42aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔44a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。
First, as shown in FIG. 3, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔40aから第2セパレータ28の第1酸化剤ガス流路54及び第3セパレータ30の第2酸化剤ガス流路66に導入される(図4及び図5参照)。この酸化剤ガスは、第1酸化剤ガス流路54に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのカソード電極36に供給されるとともに、第2酸化剤ガス流路66に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのカソード電極36に供給される(図3参照)。
Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
一方、燃料ガスは、図3に示すように、燃料ガス入口連通孔42aから第1セパレータ24の外側供給孔部80aを通って前記第1セパレータ24の面24b側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部80bから面24a側に導入され、第1燃料ガス流路46に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのアノード電極34に供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the fuel gas moves from the fuel gas
また、燃料ガスは、第2セパレータ28の供給孔部84を通って面28b側に移動する。このため、燃料ガスは、面28b側で第2燃料ガス流路60に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのアノード電極34に供給される。
Further, the fuel gas moves to the
従って、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bでは、カソード電極36に供給される酸化剤ガスと、アノード電極34に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in the first electrolyte membrane /
次いで、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各カソード電極36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40b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
第1電解質膜・電極構造体26aのアノード電極34に供給されて消費された燃料ガスは、図3に示すように、内側排出孔部82bを通って第1セパレータ24の面24b側に導出される。面24b側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部82aに導入され、再度、面24a側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部82aから燃料ガス出口連通孔42bに排出される。
The fuel gas supplied to and consumed by the
また、第2電解質膜・電極構造体26bのアノード電極34に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部86を通って面28a側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔42bに排出される。
Further, the fuel gas supplied and consumed to the
一方、冷却媒体入口連通孔44aに供給された冷却媒体は、図3に示すように、互いに隣接する第1セパレータ24と第3セパレータ30との間に形成された冷却媒体流路52に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、第1及び第2電解質膜・電極構造体26a、26bを冷却した後、冷却媒体出口連通孔44bに排出される。
On the other hand, 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、積層方向中央側に配置されるユニットセル12aの締結機構90aは、積層方向両端側に配置されるユニットセル12の締結機構90よりも、締結荷重が大きく設定されている。すなわち、締結機構90aを構成する樹脂製クリップ98midは、頭部98bの端部からフランジ部98cの端部までの距離L1が設定されるとともに、前記距離L1は、締結機構90を構成する樹脂製クリップ98の距離Lよりも短尺に設定されている(L1<L)。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
このため、ユニットセル12aには、他のユニットセル12よりも積層方向に大きな締結荷重が付与され、前記ユニットセル12a全体を、強固且つ確実に一体化することができる。従って、特に、積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセル12aは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
For this reason, the
しかも、第1の実施形態では、ユニットセル12aを構成する第1セパレータ24、第2セパレータ28又は第3セパレータ30の少なくともいずれかは、ユニットセル12を構成する同一部材(第1セパレータ24、第2セパレータ28又は第3セパレータ30)よりも、積層方向の厚さが大きく設定されている。
Moreover, in the first embodiment, at least one of the
これにより、ユニットセル12a全体の厚さ方向の圧縮量は、他のユニットセル12全体の厚さ方向の圧縮量よりも大きくなる。このため、ユニットセル12aでは、第1シール部材74、第2シール部材76及び第3シール部材78が大きく圧縮されてシール線圧が高くなり、シール線圧の低下を良好に抑制することができる。従って、ユニットセル12aが重力方向下方に撓むことを可及的に阻止することが可能になる。
As a result, the compression amount in the thickness direction of the
なお、第1の実施形態では、ユニットセル12aが樹脂製クリップ98に代えて樹脂製クリップ98midを用いるとともに、前記ユニットセル12aを構成する第1セパレータ24、第2セパレータ28又は第3セパレータ30の少なくともいずれかが、ユニットセル12を構成する同一部材よりも、積層方向の厚さを大きく設定しているが、これに限定されるものではない。
In the first embodiment, the
例えば、樹脂製クリップ98midのみを用いるとともに、ユニットセル12と同一の厚さを有するユニットセル12aを使用することも可能である。一方、ユニットセル12よりも厚さの大きなユニットセル12aを用いるとともに、樹脂製クリップ98を使用することもできる。さらに、積層方向中央側の締結機構90aの数を、両端側の締結機構90の数よりも多く設定してもよい。また、以下に説明する第2の実施形態でも、同様である。
For example, it is possible to use only the
図6及び図7に示すように、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック100を構成するユニットセル102は、第1セパレータ104及び第2セパレータ106間に電解質膜・電極構造体26を挟持する。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。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
第1セパレータ104の電解質膜・電極構造体26に向かう面104aには、燃料ガス流路108が形成されるとともに、第2セパレータ106の前記電解質膜・電極構造体26に向かう面106aには、酸化剤ガス流路110が形成される。互いに隣接する第1セパレータ104の面104bと第2セパレータ106の面106bとの間には、冷却媒体流路52が形成される。
A fuel
燃料電池スタック100は、ユニットセル102を構成する第1セパレータ104及び第2セパレータ106同士が、電解質膜・電極構造体26を介装して締結機構112により積層方向に締結荷重を付与される。
In the fuel cell stack 100, the
締結機構112は、第1セパレータ104の外周縁部に設けられた樹脂板114aに形成される複数の第1孔部114と、第2セパレータ106の外周縁部に設けられた樹脂板116aに形成される複数の第2孔部116とを有する。
The
図7に示すように、第2孔部116の直径は、第1孔部114の直径よりも小径に設定される。第1孔部114及び第2孔部116に、締結部材、例えば、絶縁性樹脂製クリップ98が挿入される。
As shown in FIG. 7, the diameter of the
樹脂製クリップ98の首部98aと頭部98bとの境界部位が、第2セパレータ106の第2孔部116に嵌合して前記第2セパレータ106の樹脂板116aの端面に係止される。樹脂製クリップ98の大径なフランジ部98cは、第1セパレータ104の樹脂板114aの端面に、第1孔部114を周回して当接することにより、第1セパレータ104及び第2セパレータ106は、電解質膜・電極構造体26を介装して積層方向に一体に保持される。
A boundary portion between the
積層方向中央側に配置されるユニットセル102aの締結機構112aは、積層方向両端側に配置されるユニットセル102の締結機構112よりも、締結荷重が大きく設定される。具体的には、第1の実施形態と同様である。
The
このように、第2の実施形態では、積層方向中央側に配置されるユニットセル102aの締結機構112aは、積層方向両端側に配置されるユニットセル102の締結機構112よりも、締結荷重が大きく設定されている。
Thus, in 2nd Embodiment, the
このため、特に積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセル102aは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
For this reason, the
10、100…燃料電池スタック 12、102…ユニットセル
24、28、30、104、106…セパレータ
26、26a、26b…電解質膜・電極構造体
32…固体高分子電解質膜 34…アノード電極
36…カソード電極 40a…酸化剤ガス入口連通孔
40b…酸化剤ガス出口連通孔 42a…燃料ガス入口連通孔
42b…燃料ガス出口連通孔 44a…冷却媒体入口連通孔
44b…冷却媒体出口連通孔 46、60…燃料ガス流路
52…冷却媒体流路 54、66…酸化剤ガス流路
74、76、78…シール部材 90、90a、112…締結機構
92、94、96、114、116…孔部
92a、94a、96a、114a、116a…樹脂板
98、98mid…樹脂製クリップ 98a…首部
98b…頭部 98c…フランジ部
98d…スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ...
Claims (3)
積層方向中央側に配置される前記ユニットセルは、積層方向両端側に配置される前記ユニットセルよりも、前記締結部材による締結荷重が大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 A unit cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, each unit cell is integrated by a fastening member, and a plurality of unit cells are A stacked fuel cell stack,
The fuel cell stack, wherein the unit cell arranged on the center side in the stacking direction is set to have a larger fastening load by the fastening member than the unit cells arranged on both ends in the stacking direction.
前記樹脂製クリップは、前記ユニットセルの積層方向両端面に係合して該ユニットセル毎に前記締結荷重を付与する第1係止部及び第2係止部を有するとともに、
前記第1係止部と前記第2係止部との距離を、前記ユニットセルの積層方向の厚さに応じて設定することにより、前記締結荷重を大きく調整す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 fastening member includes a resin clip that is integrally inserted into a hole formed through the unit cell in the stacking direction.
The resin clip has a first locking portion and a second locking portion that engage with both end surfaces of the unit cells in the stacking direction and apply the fastening load for each unit cell,
The fuel cell stack is characterized in that the fastening load is largely adjusted by setting the distance between the first locking portion and the second locking portion in accordance with the thickness of the unit cells in the stacking direction. .
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Cited By (1)
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-
2012
- 2012-03-27 JP JP2012072004A patent/JP2013206604A/en active Pending
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CN116742094A (en) * | 2022-03-10 | 2023-09-12 | 本田技研工业株式会社 | Method for manufacturing fuel cell stack |
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