JP2014175115A - 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両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The 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 is laminated, and a terminal plate, an insulator, and an insulator on both sides in the lamination direction of the laminate The present invention relates to a fuel cell stack provided with an end plate.
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。発電セルを所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 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). By stacking a predetermined number of power generation cells, for example, it is used as an in-vehicle fuel cell stack.
通常、燃料電池は、所望の発電力を得るために、発電セルを所定数(例えば、数十〜数百)だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。このため、燃料電池スタック内では、各発電セルに反応ガス(燃料ガス及び酸化剤ガス)を均等に分配することが困難となっている。 Normally, a fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) of power generation cells are stacked in order to obtain a desired power generation. For this reason, it is difficult to evenly distribute the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) to each power generation cell in the fuel cell stack.
そこで、各発電セルに反応ガスを均等に分配することを目的として、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提案されている。この燃料電池スタックでは、複数の燃料電池セルを積層して構成され、積層された燃料電池セルの周縁部に積層方向に配列された入口マニホールドから燃料ガス、酸化剤ガス若しくは冷却媒体を各燃料電池セルに形成したガス流路若しくは冷却媒体流路にそれぞれ流入させ、各ガス流路若しくは冷却媒体流路から同じく燃料電池セルの周縁部に積層方向に配列された出口マニホールドにそれぞれ排出させるように構成されている。 Thus, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 has been proposed for the purpose of evenly distributing the reaction gas to each power generation cell. In this fuel cell stack, a plurality of fuel cells are stacked, and each fuel cell receives fuel gas, oxidant gas or cooling medium from an inlet manifold arranged in the stacking direction at the peripheral portion of the stacked fuel cells. It is configured to flow into the gas flow path or cooling medium flow path formed in the cell, and to discharge from each gas flow path or cooling medium flow path to the outlet manifold arranged in the stacking direction on the periphery of the fuel cell. Has been.
そして、燃料電池スタックは、燃料ガス、酸化剤ガス若しくは冷却媒体の少なくとも一つの出口マニホールドを、上流域から下流域に亘り、各燃料電池セルに形成したガス流路若しくは冷却媒体流路の出口に臨んでそれらに連通する第1室と、前記燃料電池スタックの外部への排出口に連なる第2室と、に分割する間仕切り手段と、前記間仕切り手段に設けられて前記第1室と前記第2室とを連通口により連通させる連通手段と、を備えている。 The fuel cell stack has at least one outlet manifold of fuel gas, oxidant gas or cooling medium at the outlet of the gas channel or cooling medium channel formed in each fuel cell from the upstream region to the downstream region. Partitioning means to be divided into a first chamber facing and communicating with the second chamber and a second chamber communicating with the discharge port to the outside of the fuel cell stack, the first chamber and the second chamber provided in the partitioning means And communication means for communicating with the chamber through the communication port.
このため、積層方向の流れにより生じる上下流間の圧力差が大きい出口マニホールドにおいても、前記出口マニホールド内における各燃料電池セルの流路からの流出部近傍での積層方向圧力分布が緩和され、各燃料電池セルへの流体の分配を均一化することができる、としている。 For this reason, even in the outlet manifold where the pressure difference between the upstream and downstream generated by the flow in the stacking direction is large, the stacking direction pressure distribution in the vicinity of the outflow part from the flow path of each fuel cell in the outlet manifold is relaxed, and each The fluid distribution to the fuel cells can be made uniform.
しかしながら、上記の燃料電池スタックでは、出口マニホールドを第1室と第2室とに分割する間仕切り手段が、前記出口マニホールドに配設されている。このため、出口マニホールドは、相当に大きな開口形状を有しており、燃料電池スタック全体が大型化するという問題がある。 However, in the above fuel cell stack, partition means for dividing the outlet manifold into the first chamber and the second chamber is disposed in the outlet manifold. For this reason, the outlet manifold has a considerably large opening shape, and there is a problem that the entire fuel cell stack is enlarged.
しかも、専用の間仕切り手段を用いている。従って、部品点数が増加するとともに、組み立て作業が煩雑化するという問題がある。さらに、間仕切り手段を用いても、積層方向の最端部に配置されている燃料電池セルには、流体が円滑に供給されないおそれがある。 In addition, dedicated partition means are used. Therefore, there are problems that the number of parts increases and the assembly work becomes complicated. Furthermore, even if the partitioning means is used, there is a possibility that the fluid may not be smoothly supplied to the fuel cells arranged at the extreme end in the stacking direction.
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、端部セルへの反応ガスの分配性を向上させることができ、しかも前記端部セルの発電性能を良好に確保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 can improve the distribution of the reaction gas to the end cells with a simple and compact configuration, and further improve the power generation performance of the end cells. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can be secured.
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両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを、電極面に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路の入口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔と、前記反応ガス流路の出口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス排出連通孔とが設けられる燃料電池スタックに関するものである。 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 is laminated, and a terminal plate, an insulator, and an insulator on both sides in the lamination direction of the laminate An end plate is disposed, and at least a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas is circulated along an electrode surface, and communicated with an inlet side of the reaction gas channel, and the reaction gas A reaction gas supply communication hole through which the reaction gas flows in the stacking direction and a reaction gas discharge communication hole through which the reaction gas flows in the stacking direction. It is.
この燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、反応ガス供給連通孔に連通する反応ガス入口と、反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス出口とが形成されるとともに、他方のエンドプレート側に隣接するインシュレータには、少なくとも前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されている。 In this fuel cell stack, one end plate is formed with a reaction gas inlet communicating with the reaction gas supply communication hole and a reaction gas outlet communicating with the reaction gas discharge communication hole, and on the other end plate side. The adjacent insulator is formed with a recess that communicates with at least the reaction gas supply passage.
また、この燃料電池スタックでは、凹部の開口断面形状は、少なくとも反応ガス供給連通孔の開口断面形状と同一形状に設定されることが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, it is preferable that the opening cross-sectional shape of the recess is set to at least the same shape as the opening cross-sectional shape of the reaction gas supply communication hole.
さらに、この燃料電池スタックでは、凹部の重力方向底面には、少なくとも反応ガス供給連通孔の底面に向かって下方に傾斜する傾斜面が形成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that an inclined surface inclined downward at least toward the bottom surface of the reaction gas supply communication hole is formed on the bottom surface in the gravity direction of the recess.
さらにまた、この燃料電池スタックでは、インシュレータは、積層体に対向する面に凹状収容部を設けるとともに、前記凹状収容部には、断熱部材及びターミナルプレートが収容されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that the insulator is provided with a concave accommodating portion on a surface facing the laminated body, and a heat insulating member and a terminal plate are accommodated in the concave accommodating portion.
本発明によれば、反応ガス供給連通孔の奥側に配置されたインシュレータには、前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されている。このため、インシュレータは、反応ガス供給連通孔に連なるチャンバ(凹部)を有することができる。従って、凹部を有するインシュレータに隣接する発電セル、すなわち、端部セルには、反応ガスを円滑且つ確実に導入することが可能になる。 According to the present invention, the insulator disposed on the deep side of the reaction gas supply communication hole is formed with a recess communicating with the reaction gas supply communication hole. For this reason, the insulator can have a chamber (concave portion) that continues to the reaction gas supply communication hole. Therefore, the reaction gas can be smoothly and reliably introduced into the power generation cell adjacent to the insulator having the recess, that is, the end cell.
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの反応ガスの分配性を向上させることができ、しかも前記端部セルの発電性能を良好に確保することが可能になる。 Thereby, it is possible to improve the distribution of the reaction gas to the end cells with a simple and compact configuration, and to secure the power generation performance of the end cells.
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、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、ターミナルプレート16a、インシュレータ(絶縁プレート)18a及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される(図2参照)。積層体14の積層方向他端には、ターミナルプレート16b、インシュレータ(絶縁プレート)18b及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、エンドプレート20a、20bは、横長(縦長でもよい)の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー24が配置される。各連結バー24は、両端をエンドプレート20a、20bの内面にボルト26を介して固定され、複数の積層された発電セル12に積層方向(矢印A方向)の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック10では、エンドプレート20a、20bを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体14を収容するように構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
発電セル12は、図3及び図4に示すように、電解質膜・電極構造体30が、第1セパレータ32及び第2セパレータ34に挟持される。第1セパレータ32及び第2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、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薄板を波形にプレス成形して構成される金属セパレータを採用しているが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
発電セル12の矢印B方向(図4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供給連通孔(反応ガス供給連通孔)36a、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(反応ガス排出連通孔)38b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
発電セル12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供給連通孔(反応ガス供給連通孔)38a、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(反応ガス排出連通孔)36bが、矢印C方向に配列して設けられる。
A fuel gas supply communication hole (reactive gas supply communication hole) 38a for communicating with each other in the direction of arrow A to supply fuel gas and an oxidant gas are connected to the other end edge of the
発電セル12の矢印C方向の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔40aが設けられる。発電セル12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔40bが設けられる。
A cooling medium
第1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、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(反応ガス流路)42が設けられる。酸化剤ガス流路42は、水平方向(矢印B方向)に延在する複数本の流路溝を有する。
An oxidant gas flow path (reactive gas flow path) 42 communicating with the oxidant gas
第2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、燃料ガス供給連通孔38aと燃料ガス排出連通孔38bとに連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)44が設けられる。燃料ガス流路44は、水平方向(矢印B方向)に延在する複数本の流路溝を有する。
A
互いに隣接する発電セル12を構成する第1セパレータ32の面32bと、第2セパレータ34の面34bとの間には、冷却媒体供給連通孔40aと冷却媒体排出連通孔40bとを連通する冷却媒体流路46が設けられる。
A cooling medium that connects the cooling medium
第1セパレータ32及び第2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部材が使用される。
The
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(又は炭化水素系膜)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。
The electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜52は、カソード電極54及びアノード電極56よりも大きな平面寸法(表面寸法)を有している。なお、電解質膜・電極構造体30は、カソード電極54とアノード電極56とが互いに異なる平面寸法(表面寸法)に設定される段差MEAを構成してもよい。
The solid
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
図2に示すように、ターミナルプレート16a、16bの略中央には、積層方向外方に延在する端子部58a、58bが設けられる。端子部58a、58bは、絶縁性筒体60に挿入されて、インシュレータ18a、18bの孔部62a、62b及びエンドプレート20a、20bの孔部64a、64bを貫通して前記エンドプレート20a、20bの外部に突出する。
As shown in FIG. 2,
エンドプレート20aには、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bが形成される。エンドプレート20bには、冷却媒体供給連通孔40a及び冷却媒体排出連通孔40bが形成される。エンドプレート20aには、図示しないが、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bの内周に、例えば、絶縁グロメット等による絶縁被膜が設けられ、絶縁性が確保されている。エンドプレート20bには、冷却媒体供給連通孔40a及び冷却媒体排出連通孔40bの内周に、例えば、絶縁グロメット等による絶縁被膜が設けられ、絶縁性が確保されている。
An oxidant gas
インシュレータ18a、18b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。インシュレータ18a、18bの中央部には、積層体14側の端部が開口される凹状収容部66a、66bが形成される。凹状収容部66a、66bを構成する底面68a、68bの略中央には、孔部62a、62bが連通する。
The
図2及び図3に示すように、凹状収容部66aには、断熱部材70a及びターミナルプレート16aが収容される。凹状収容部66bには、断熱部材70b及びターミナルプレート16bが収容される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the recessed
断熱部材70aは、発電セル12(積層体14)を構成する第1セパレータ32の外周部を枠状に切断した波板状の金属製のプレート32Pと、第2セパレータ34の外周部を枠状に切断した波板状の金属製のプレート34Pとを交互に、例えば、2組積層して構成される。断熱部材70aでは、プレート32P、34Pが当接することにより、これらの間に断熱用空間が形成される。プレート32P、34Pの外周寸法は、インシュレータ18aの凹状収容部66aの内周寸法と同等に設定される。
The
なお、発電セル12が3種類の異なるセパレータから構成される場合には、3枚のセパレータを交互に積層してもよい。また、断熱部材70aは、プレート32P、34Pを1組、又は3組以上で構成してもよく、単一のプレート32Pを複数枚積層してもよく、あるいは、単一のプレート34Pを複数枚積層してもよい。さらに、発電セル用の金属セパレータではなく、端部専用の金属セパレータでもよい。
In addition, when the
また、断熱部材70aは、空孔を保持し且つ通電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属(ハニカム部材)、又は多孔質カーボン(例えば、カーボンペーパ)のいずれかにより構成してもよい。断熱部材70aは、1枚でもよく、又は、複数枚を重ねてもよい。なお、断熱部材70bは、上記の断熱部材70aと同様に構成されており、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。
The
図2に示すように、エンドプレート20b(他方のエンドプレート)に隣接するインシュレータ18bには、積層体14側の面(凹状収容部66bが設けられる面)に、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bに連通する凹部72a、72b、74a及び74bがそれぞれ所定の深さに形成される。凹部72a、72b、74a及び74bの開口断面形状は、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bの開口断面形状と同一形状に設定される。
As shown in FIG. 2, the
なお、インシュレータ18bには、少なくとも酸化剤ガス供給連通孔36a及び燃料ガス供給連通孔38aに対向する凹部72a及び凹部74aを設ければよい。酸化剤ガス排出連通孔36b及び燃料ガス排出連通孔38bに対向する凹部72b凹部74bは、必要に応じて設けることができる。
The
図3に示すように、積層体14のインシュレータ18a側の積層方向端部に配置される第2セパレータ34は、シール部材50が前記インシュレータ18aの額縁状の端面に当接する。積層体14のインシュレータ18b側の積層方向端部に配置される第1セパレータ32は、シール部材48が前記インシュレータ18bの額縁状の端面に当接する。
As shown in FIG. 3, in 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1に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート20aの酸化剤ガス供給連通孔36aに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート20aの燃料ガス供給連通孔38aに供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート20bの冷却媒体供給連通孔40aに供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant
酸化剤ガスは、図4に示すように、酸化剤ガス供給連通孔36aから第1セパレータ32の酸化剤ガス流路42に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路42に沿って水平方向(矢印B方向)に流動しながら、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。
As shown in FIG. 4, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔38aから第2セパレータ34の燃料ガス流路44に導入される。この燃料ガスは、燃料ガス流路44に沿って水平方向(矢印B方向)に流動しながら、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
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 /
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A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38bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied and consumed to the
また、冷却媒体供給連通孔40aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ32及び第2セパレータ34間の冷却媒体流路46に導入された後、矢印C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40b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3に示すように、インシュレータ18bの積層体14側の面には、燃料ガス供給連通孔38aに連通する凹部74aが形成されている。このため、エンドプレート20a側から燃料ガス供給連通孔38aに沿って積層方向に流通する燃料ガスは、積層体14を通過してチャンバとしての凹部74aに導入される。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, a
従って、積層体14のインシュレータ18b側の積層方向端部に配置される発電セル12、すなわち、端部セルでは、燃料ガスが燃料ガス供給連通孔38aから燃料ガス流路44に円滑且つ確実に供給される。
Therefore, in the
さらに、インシュレータ18bには、酸化剤ガス供給連通孔36aに連通する凹部72aが形成されている。これにより、エンドプレート20a側から酸化剤ガス供給連通孔36aに沿って積層方向に流通する酸化剤ガスは、積層体14を通過してチャンバとしての凹部72aに導入される。
Further, the
このため、積層体14のインシュレータ18b側の積層方向端部に配置される発電セル12、すなわち、端部セルでは、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給連通孔36aから酸化剤ガス流路42に円滑且つ確実に供給される。
For this reason, in the
従って、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの燃料ガス及び酸化剤ガスの分配性を向上させることができる。しかも、端部セルの発電性能を良好に確保することが可能になるという効果が得られる。 Therefore, the distribution of the fuel gas and the oxidant gas to the end cells can be improved with a simple and compact configuration. And the effect that it becomes possible to ensure the electric power generation performance of an edge part cell favorably is acquired.
また、インシュレータ18aの凹状収容部66aには、断熱部材70a及びターミナルプレート16aが収容されている。一方、インシュレータ18bの凹状収容部66bには、断熱部材70b及びターミナルプレート16bが収容されている。これにより、断熱部材70a、70b及びターミナルプレート16a、16bの外周部からの放熱を良好に抑制することができ、端部セルの温度低下を確実に阻止することが可能になる。
Moreover, the
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック80の一部分解概略斜視図を示す。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以降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. 5 is a partially exploded schematic perspective view of a
燃料電池スタック80は、インシュレータ18bに代えてインシュレータ82を備える。インシュレータ82には、積層体14側の面(凹状収容部66bが設けられる面)に、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bに連通する凹部84a、84b、86a及び86bがそれぞれ所定の深さに形成される。
The
凹部84a、84b、86a及び86bの開口断面形状は、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bの開口断面形状と同一形状に設定される。凹部84a、84b、86a及び86bの重力方向底面には、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bの底面に向かって下方に傾斜する傾斜面88a、88b、90a及び90bが形成される。
The opening cross-sectional shapes of the
図6に示すように、凹部86aの重力方向底面に形成される傾斜面90aは、燃料ガス供給連通孔38aの流れ方向(矢印B方向)に対して、前記凹部86aの内方に向かって上方に角度α゜だけ傾斜する。他の傾斜面88a、88b及び90bも、同様である。
As shown in FIG. 6, the
このように構成される第2の実施形態では、凹部84a、84b、86a及び86bの重力方向底面には、傾斜面88a、88b、90a及び90bが形成されている。このため、図6に示すように、例えば、凹部86aに水分が滞留した際、この水分が凝縮して結露水92が発生すると、前記結露水92は、重力により傾斜面90aに沿って積層体14側に移動する。従って、凹部86aには、結露水92が滞留することがなく、燃料ガスの円滑な供給が遂行可能になるという効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above,
さらに、凹部84a、84b、86a及び86bを有するインシュレータ82が使用されており、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの燃料ガス及び酸化剤ガスの分配性を向上させることができる。しかも、端部セルの発電性能を良好に確保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。
Further, the
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100の要部断面説明図を示す。
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a
燃料電池スタック100は、上記の断熱部材70a、70bに代えて断熱部材102a、102bを備える。断熱部材102a、102bは、それぞれ材質の異なる少なくとも第1断熱部材104と第2断熱部材106とを備え、前記第1断熱部材104と前記第2断熱部材106とが交互に積層される。
The
第1断熱部材104は、例えば、金属プレートで構成され、上記のプレート32P、34Pの少なくともいずれかを使用することができる。第2断熱部材106は、断熱機構を有する部材であればよく、例えば、カーボンプレートを使用することが可能である。第2断熱部材106は、第1断熱部材104よりも小さな外形寸法に設定される。
The 1st
インシュレータ18aの凹状収容部66aには、断熱部材102a及びターミナルプレート16aが収容されるとともに、インシュレータ18bの凹状収容部66bには、断熱部材102b及びターミナルプレート16bが収容される。
The
なお、第3の実施形態では、第1の実施形態のインシュレータ18bを使用したが、これに限定されるものではなく、第2の実施形態のインシュレータ82を採用してもよい。
In the third embodiment, the
このように構成される第3の実施形態では、異種部材である第1断熱部材104と第2断熱部材106との接触面には、界面熱抵抗が惹起し、断熱性が良好に向上する。従って、第1断熱部材104及び第2断熱部材106は、薄肉形状に構成されても、所望の通電性及び所望の断熱性を確保することが可能になる。
In the third embodiment configured as described above, interfacial thermal resistance is induced on the contact surface between the first
さらに、インシュレータ18bが使用されており、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの燃料ガス及び酸化剤ガスの分配性を向上させることができる。しかも、端部セルの発電性能を良好に確保することが可能になる等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
Further, the
なお、第1断熱部材104と第2断熱部材106とは、それぞれ材質が異なっていれば、種々の組み合わせが可能である。また、第1断熱部材104及び第2断熱部材106の積層数は、任意、設定することができる。さらに、第2断熱部材106は、平板状ではなく、波板状であってもよい。
The first
図8は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック110の一部分解概略斜視図を示す。
FIG. 8 is a partially exploded schematic perspective view of a
燃料電池スタック110は、インシュレータ18bに代えてインシュレータ112を備えるとともに、エンドプレート20bに代えてエンドプレート114を備える。インシュレータ112には、積層体14側の面に、酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b、燃料ガス供給連通孔38a及び燃料ガス排出連通孔38bに連通する開口部116a、116b、118a及び118bがそれぞれ貫通形成される。
The
エンドプレート114には、インシュレータ112側の面に、開口部116a、116b、118a及び118bに連通する凹部120a、120b、122a及び122bがそれぞれ所定の深さに形成される(図9参照)。エンドプレート114には、図示しないが、凹部120a、120b、122a及び122bの内周に、例えば、絶縁グロメット等による絶縁被膜が設けられ、絶縁性が確保されている。インシュレータ112の内側の面には、開口部116a、116b、118a及び118bと凹部120a、120b、122a及び122bとを周回してシール部材124が設けられ、シール性を確保している。
In the
このように構成される第4の実施形態では、特にインシュレータ112からエンドプレート114に亘って開口部116a、116b、118a及び118bと凹部120a、120b、122a及び122bとが、互いに連通して形成されている。従って、端部セルの近傍には、酸化剤ガス及び燃料ガスのチャンバが深さ方向に大きく形成されている。これにより、端部セルに対して酸化剤ガス及び燃料ガスを一層円滑に供給することが可能になるとともに、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。
In the fourth embodiment configured as above, the
なお、第4の実施形態では、インシュレータ112は、例えば、インシュレータ18bに比べて相当に薄肉状に構成することができる。その際、断熱部材70bを不要にしてもよい。
In the fourth embodiment, the
10、80、100、110…燃料電池スタック
12…発電セル 14…積層体
16a、16b…ターミナルプレート
18a、18b、82、112…インシュレータ
20a、20b、114…エンドプレート
30…電解質膜・電極構造体 32、34…セパレータ
32P、34P…プレート 36a…酸化剤ガス供給連通孔
36b…酸化剤ガス排出連通孔 38a…燃料ガス供給連通孔
38b…燃料ガス排出連通孔 40a…冷却媒体供給連通孔
40b…冷却媒体排出連通孔 42…酸化剤ガス流路
44…燃料ガス流路 46…冷却媒体流路
48、50、124…シール部材 52…固体高分子電解質膜
54…カソード電極 56…アノード電極
66a、66b…凹状収容部
70a、70b、102a、102b、104、106…断熱部材
72a、72b、74a、74b、84a、84b、86a、86b、120a、120b、122a、122b…凹部
88a、88b、90a、90b…傾斜面
116a、116b、118a、118b…開口部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
一方の前記エンドプレートには、前記反応ガス供給連通孔に連通する反応ガス入口と、前記反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス出口とが形成されるとともに、
他方の前記エンドプレート側に隣接する前記インシュレータには、少なくとも前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 A power source cell having an electrolyte / electrode structure in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte and a separator is laminated, and a terminal plate, an insulator, and an end plate are arranged on both sides of the laminate in the laminating direction. And at least a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas is allowed to flow along the electrode surface, and communicates with an inlet side of the reaction gas channel, and the reaction gas is disposed in the stacking direction. A fuel cell stack provided with a reaction gas supply communication hole that circulates in the reaction gas, and a reaction gas discharge communication hole that communicates with the outlet side of the reaction gas flow path and circulates the reaction gas in the stacking direction,
One end plate is formed with a reaction gas inlet communicating with the reaction gas supply communication hole and a reaction gas outlet communicating with the reaction gas discharge communication hole,
The fuel cell stack, wherein the insulator adjacent to the other end plate side has at least a recess communicating with the reaction gas supply communication hole.
前記凹状収容部には、断熱部材及び前記ターミナルプレートが収容されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulator is provided with a concave accommodating portion on a surface facing the stacked body,
The fuel cell stack, wherein the concave accommodating portion accommodates a heat insulating member and the terminal plate.
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