JP2016015207A - Method of manufacturing fuel battery stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a fuel battery stack that can reduce a load under compression to a sealing position when a fuel battery stack is formed.SOLUTION: A method of manufacturing a fuel battery stack comprises (i)a step of forming a pair of separator plates, at least one of the separator plates having as a spring seal portion, (ii)a step of forming a power generation unit by using the pair of separator plates, and (iii)a step of stacking the power generation units to form a fuel battery stack. A step of plastically deforming the spring seal portion simultaneously with the step (ii) or (iii) or between the steps (ii) and (iii) is provided.

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell stack.

特許文献１には、燃料電池のバイポーラプレート（セパレータプレート）に対して、プレス加工またはスタンピングにより凸部を形成し、該凸部によりばねシール構造を形成し、２つのセル（発電ユニット）間をシールする燃料電池スタックが記載されている。   In Patent Document 1, a convex portion is formed by pressing or stamping on a bipolar plate (separator plate) of a fuel cell, and a spring seal structure is formed by the convex portion, and a gap between two cells (power generation units) is formed. A fuel cell stack for sealing is described.

特開２００８−５４７１８３号公報JP 2008-547183 A

発電ユニットを構成する部品点数は多く、それぞれがスタックの積層方向の厚さに対して公差を有している。そのため、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）における厚さと、シール部における厚さは、必ずしも一致しない。その結果、発電ユニットを積層して燃料電池スタックを形成する場合、シール性能を確保したときの圧縮量がばらつくおそれがある。また、圧縮量を大きくしたときには、大きな締結荷重がかかる。大きな締結荷重に対抗するために、燃料電池スタックの締結部品の強度、体格を大きくすると、コスト、質量が大きくなる。   The number of parts constituting the power generation unit is large, and each has a tolerance with respect to the thickness in the stacking direction of the stack. Therefore, the thickness in the membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) does not necessarily match the thickness in the seal portion. As a result, when the fuel cell stack is formed by stacking the power generation units, the compression amount when the sealing performance is secured may vary. Further, when the compression amount is increased, a large fastening load is applied. Increasing the strength and physique of the fastening parts of the fuel cell stack in order to counter large fastening loads increases cost and mass.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックの製造方法が提供される。この製造方法は、（ｉ）少なくとも一方のセパレータプレートにばねシール部を有する一対のセパレータプレートを形成する工程と、（ｉｉ）前記一対のセパレータプレートを用いて発電ユニットを形成する工程と、（ｉｉｉ）前記発電ユニットを積層して燃料電池スタックを形成する工程と、を備え、前記工程（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）と同時、又は、前記工程（ｉｉ）と（ｉｉｉ）との間において、前記ばねシール部を塑性変形させる工程を有する。この形態の製造方法によれば、燃料電池スタックを形成すると同時に、又は燃料電池スタックを形成する前にばねシール部を塑性変形させるので、燃料電池スタック形成時に、シール位置まで圧縮したときにセパレータプレートにかかる荷重を、ばねシール部を塑性変形させない場合においてかかる荷重よりも、小さく出来る。その結果、燃料電池スタックの締結部品の強度、体格を大きくしなくてもよい。 (1) According to one form of this invention, the manufacturing method of a fuel cell stack is provided. The manufacturing method includes (i) a step of forming a pair of separator plates having a spring seal portion on at least one separator plate, (ii) a step of forming a power generation unit using the pair of separator plates, and (iii) ) Forming a fuel cell stack by stacking the power generation units, and at the same time as the step (ii) or (iii) or between the steps (ii) and (iii) A step of plastically deforming the seal portion. According to the manufacturing method of this aspect, since the spring seal portion is plastically deformed simultaneously with the formation of the fuel cell stack or before the formation of the fuel cell stack, when the fuel cell stack is formed, the separator plate is compressed to the seal position. Can be made smaller than the load applied when the spring seal portion is not plastically deformed. As a result, the strength and physique of the fastening parts of the fuel cell stack need not be increased.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの製造方法の他、燃料電池スタック、燃料電池用セパレータプレートの製造方法等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, in addition to a method for manufacturing a fuel cell stack, the present invention can be realized in the form of a method for manufacturing a fuel cell stack, a separator plate for a fuel cell, and the like.

燃料電池スタックの外観を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the external appearance of a fuel cell stack. 発電ユニットを積層方向の一方の側から見た図である。It is the figure which looked at the electric power generation unit from one side of the lamination direction. 燃料電池スタックの製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack. 本実施形態における燃料電池スタックの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the fuel cell stack in this embodiment. 塑性変形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows plastic deformation. 受部における変形量と荷重との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the deformation amount in a receiving part, and a load. ばねシール部の構成の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of a structure of a spring seal part.

図１は、燃料電池スタック１０の外観を模式的に示す説明図である。燃料電池スタック１０は、発電ユニット１００（「単セル」とも呼ぶ）と、ターミナルプレート２００、２１０と、絶縁プレート２２０と、エンドプレート２３０、２４０と、を備える。発電ユニット１００は、複数有り、積層されている。ターミナルプレート２００、２１０は、積層された発電ユニット１００の両側にそれぞれ配置されており、発電ユニット１００からの電圧、電流を取り出すために用いられる。絶縁プレート２２０は、ターミナルプレート２００の外側に配置されている。なお、燃料電池スタック１０と燃料電池スタック１０が搭載される車両のボディとの固定場所によっては、ターミナルプレート２１０の外側に絶縁プレートを配置する構成であってもよい。エンドプレート２３０、２４０は、発電ユニット１００と、ターミナルプレート２００、２１０と、絶縁プレート２２０と、を締結するために燃料電池スタック１０の両側に配置される。   FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the appearance of the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 includes a power generation unit 100 (also referred to as “single cell”), terminal plates 200 and 210, an insulating plate 220, and end plates 230 and 240. A plurality of power generation units 100 are provided and stacked. The terminal plates 200 and 210 are respectively arranged on both sides of the stacked power generation units 100 and are used for extracting voltage and current from the power generation units 100. The insulating plate 220 is disposed outside the terminal plate 200. Depending on the location where the fuel cell stack 10 and the body of the vehicle on which the fuel cell stack 10 is mounted are fixed, an insulating plate may be disposed outside the terminal plate 210. The end plates 230 and 240 are disposed on both sides of the fuel cell stack 10 to fasten the power generation unit 100, the terminal plates 200 and 210, and the insulating plate 220.

発電ユニット１００と、ターミナルプレート２００と、絶縁プレート２２０と、エンドプレート２３０とは、それぞれ複数の開口部を有しており、これらの開口部が連通してマニホールド３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５が形成されている。マニホールド３１０は、発電ユニット１００に酸化剤ガスを供給するために用いられるので、酸化剤ガス供給マニホールド３１０とも呼ぶ。以下、マニホールド３１５、３２０、３２５、３３０、３３５は、それぞれの役割から、「酸化剤ガス排出マニホールド３１５」、「燃料ガス排出マニホールド３２０」、「燃料ガス供給マニホールド３２５」、「冷媒供給マニホールド３３０」、「冷媒排出マニホールド３３５」とも呼ぶ。   The power generation unit 100, the terminal plate 200, the insulating plate 220, and the end plate 230 each have a plurality of openings, and these openings communicate with each other to form manifolds 310, 315, 320, 325, 330. 335 are formed. Since the manifold 310 is used to supply an oxidant gas to the power generation unit 100, it is also referred to as an oxidant gas supply manifold 310. Hereinafter, the manifolds 315, 320, 325, 330, and 335 have “oxidant gas discharge manifold 315”, “fuel gas discharge manifold 320”, “fuel gas supply manifold 325”, and “refrigerant supply manifold 330” because of their respective roles. , Also referred to as “refrigerant discharge manifold 335”.

図２は、発電ユニット１００を積層方向の一方の側から見た図である。図２においては、第１のセパレータプレート１５０が見えている。第１のセパレータプレート１５０は、マニホールド３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５を形成するための開口部１５０１〜１５０６を備えている。開口部１５０１〜１５０４の周りを囲うようにシールライン１８０が形成され、さらに、開口部１５０５、１５０６と第１のセパレーター１５０の内部を囲うようにシールライン１８２が形成されている。   FIG. 2 is a view of the power generation unit 100 as viewed from one side in the stacking direction. In FIG. 2, the first separator plate 150 is visible. The first separator plate 150 includes openings 1501 to 1506 for forming manifolds 310, 315, 320, 325, 330, and 335. A seal line 180 is formed so as to surround the openings 1501 to 1504, and a seal line 182 is formed so as to surround the openings 1505, 1506 and the inside of the first separator 150.

図３は、燃料電池スタック１０の製造工程を示す説明図である。なお、図３は、図２の３Ａ−３Ｂ切断線で切ったときの断面を示している。まず、膜電極ガス拡散層接合体１１０（「ＭＥＧＡ１１０」とも呼ぶ）と、一対のセパレータプレート１５０、１６０と、が準備される。ＭＥＧＡ１１０は、触媒層接合電解質膜１２０（Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｍｅｍｂｒａｎｅ、以下「ＣＣＭ１２０」と呼ぶ。）と、ガス拡散層１３０、１３２と、を備える。ＣＣＭ１２０は、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ塗工された触媒層とを備えている。ＣＣＭ１２０は、ＣＣＭ１２０の両面には、それぞれガス拡散層１３０、１３２と、が配置される。ガス拡散層１３０、１３２は、導電性を有する部材、例えば、カーボンペーパー、カーボン不織布により形成されている。ガス拡散層１３０、１３２は、金属製の多孔体、エキスパンドメタルを含んでいても良い。ＭＥＧＡ１１０の外縁は、樹脂製の補強フレーム１４０により囲われている。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the fuel cell stack 10. In addition, FIG. 3 has shown the cross section when it cut | disconnects by the 3A-3B cutting line of FIG. First, a membrane electrode gas diffusion layer assembly 110 (also referred to as “MEGA 110”) and a pair of separator plates 150 and 160 are prepared. The MEGA 110 includes a catalyst layer bonded electrolyte membrane 120 (Catalyst Coated Membrane, hereinafter referred to as “CCM120”) and gas diffusion layers 130 and 132. The CCM 120 includes an electrolyte membrane having proton conductivity and a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane. In the CCM 120, gas diffusion layers 130 and 132 are disposed on both sides of the CCM 120, respectively. The gas diffusion layers 130 and 132 are formed of a conductive member such as carbon paper or carbon non-woven fabric. The gas diffusion layers 130 and 132 may include a metal porous body and expanded metal. The outer edge of the MEGA 110 is surrounded by a resin reinforcing frame 140.

第１のセパレータプレート１５０は、略長方形をした金属製の板状部材であり、例えば、プレス加工により形成される。第１のセパレータプレート１５０は、シールライン形成用凸部１５２（以下、単に「凸部１５２」と呼ぶ）と、凸部１５３と、ばね支点部１５４と、流路形成部１５６と、を備える。凸部１５２と凸部１５３は、いずれも、発電ユニット１００の積層方向の外側（図４では上側）に凸となる形状を有している。凸部１５２は、凸部１５３の上に形成されている。ばね支点部１５４は、凸部１５３の両側に設けられている。ばね支点部１５４の３Ｂ側（図３の右側）には、流路形成部１５６が設けられている。ばね支点部１５４から凸部１５２の頂部までの高さは、ばね支点部１５４から流路形成部１５６の頂部までの高さよりも高い。   The first separator plate 150 is a substantially rectangular metal plate-like member, and is formed, for example, by pressing. The first separator plate 150 includes seal line forming convex portions 152 (hereinafter simply referred to as “convex portions 152”), convex portions 153, spring fulcrum portions 154, and flow path forming portions 156. Both the convex part 152 and the convex part 153 have a shape that is convex outward in the stacking direction of the power generation unit 100 (upper side in FIG. 4). The convex part 152 is formed on the convex part 153. The spring fulcrum part 154 is provided on both sides of the convex part 153. A flow path forming portion 156 is provided on the 3B side (right side in FIG. 3) of the spring fulcrum portion 154. The height from the spring fulcrum part 154 to the top part of the convex part 152 is higher than the height from the spring fulcrum part 154 to the top part of the flow path forming part 156.

第２のセパレータプレート１６０は、略長方形をした金属製の板状部材であり、例えば、プレス加工により形成される。第２のセパレータプレート１６０は、シールライン形成用受部１６２（以下、単に「受部１６２」と呼ぶ）と、ばね支点部１６４と、流路形成部１６６と、を備える。受部１６２は、発電ユニット１００の積層方向の外側（図４では下側）に凸となる形状を有している。ばね支点部１６４は、受部１６２の両側に設けられている。ばね支点部１５４の４Ｂ側（図４の右側）には、流路形成部１５６が設けられている。ばね支点部１６４から受部１６２の頂部までの高さＨ１は、ばね支点部１６４から流路形成部１６６の頂部までの高さＨ２よりも高い。または、(ぱね支点部１５４から凸部１５２の頂部までの高さＨ３)＋(ばね支点部１６４から受部１６２の頂部までの高さＨ１)＞（ばね支点部１５４から流路形成部１５６の頂部までの高さＨ４）＋（ばね支点部１６４から流路形成部１６６の頂部までの高さＨ２)の関係を満たすように、凸部１５２の頂部の高さ、流路形成部１５６の頂部の高さ、受部１６４の頂部の高さ、流路形成部１６６の頂部の高さが設定されればよい。なお、この高さの関係は圧縮前の関係である。受部１６２の頂部には、ゴムシート１７０が配置されている。   The second separator plate 160 is a substantially rectangular metal plate-like member, and is formed, for example, by pressing. The second separator plate 160 includes a seal line forming receiving portion 162 (hereinafter simply referred to as “receiving portion 162”), a spring fulcrum portion 164, and a flow path forming portion 166. The receiving part 162 has a shape that protrudes to the outside (lower side in FIG. 4) in the stacking direction of the power generation unit 100. The spring fulcrum part 164 is provided on both sides of the receiving part 162. On the 4B side (the right side in FIG. 4) of the spring fulcrum part 154, a flow path forming part 156 is provided. A height H 1 from the spring fulcrum part 164 to the top of the receiving part 162 is higher than a height H 2 from the spring fulcrum part 164 to the top of the flow path forming part 166. Or, (height H3 from the pan fulcrum part 154 to the top of the convex part 152) + (height H1 from the spring fulcrum part 164 to the top of the receiving part 162)> The height of the top portion of the convex portion 152 and the top portion of the flow path forming portion 156 so as to satisfy the relationship of the height to the top portion H4) + (the height H2 from the spring fulcrum 164 to the top portion of the flow path forming portion 166) , The height of the top of the receiving part 164, and the height of the top of the flow path forming part 166 may be set. This height relationship is a relationship before compression. A rubber sheet 170 is disposed on the top of the receiving portion 162.

ＭＥＧＡ１１０及び補強フレーム１４０に、第１、第２のセパレータプレート１５０、１６０が接合されて、発電ユニット１００が形成される。図３（Ｂ）に示すように、補強フレーム１４０と、ばね支点部１５４とが接触し、ガス拡散層１３０に流路形成部１５６が接触するように、第１のセパレータプレート１５０が配置される。このとき、凸部１５２と凸部１５３は、補強フレーム１４０から離れた状態である。凸部１５２と、凸部１５３と、補強フレーム１４０とに囲われた空間１５５は、発電ユニット１００の締結時に変形可能な変形可能空間である。流路形成部１５６と、ガス拡散層１３０との間に、第１のガス流路１９０が形成されている。   The power generation unit 100 is formed by joining the first and second separator plates 150 and 160 to the MEGA 110 and the reinforcing frame 140. As shown in FIG. 3B, the first separator plate 150 is disposed so that the reinforcing frame 140 and the spring fulcrum part 154 are in contact with each other, and the flow path forming part 156 is in contact with the gas diffusion layer 130. . At this time, the convex portion 152 and the convex portion 153 are separated from the reinforcing frame 140. A space 155 surrounded by the convex portion 152, the convex portion 153, and the reinforcing frame 140 is a deformable space that can be deformed when the power generation unit 100 is fastened. A first gas flow path 190 is formed between the flow path forming unit 156 and the gas diffusion layer 130.

また、補強フレーム１４０と、ばね支点部１６４とが接触し、ガス拡散層１３２に流路形成部１６６が接触するように、第２のセパレータプレート１６０が配置される。このとき、受部１６２は、補強フレーム１４０から離れた状態である。受部１６２と、補強フレーム１４０とに囲われた空間１６５は、発電ユニット１００の締結時に変形可能な変形可能空間である。流路形成部１６６と、ガス拡散層１３２との間に、第２のガス流路１９２が形成されている。   Further, the second separator plate 160 is disposed so that the reinforcing frame 140 and the spring fulcrum 164 are in contact with each other, and the flow path forming unit 166 is in contact with the gas diffusion layer 132. At this time, the receiving part 162 is away from the reinforcing frame 140. A space 165 surrounded by the receiving portion 162 and the reinforcing frame 140 is a deformable space that can be deformed when the power generation unit 100 is fastened. A second gas channel 192 is formed between the channel forming part 166 and the gas diffusion layer 132.

次に、図３（Ｃ）に示すように、第１のセパレータプレート１５０の凸部１５２と第２のセパレータプレート１６０の受部１６２とが対向し、第１のセパレータプレート１５０の流路形成部１５６と、第２のセパレータプレート１６０の流路形成部１６６とが対向するように、発電ユニット１００が積層配置される。このとき、流路形成部１５６と、流路形成部１６６と、が接触し、流路形成部１５６と流路形成部１６６との間に冷媒流路１９４が形成される。また、第１のセパレータプレート１５０の凸部１５２と第２のセパレータプレート１６０の受部１６２とが接触する。この状態で締結荷重が掛けられると、図３（Ｃ）に示すように、凸部１５２、１５３は、受部１６２によって押され、ばね支点部１５４を支点として、補強フレーム１４０の方に変形する。また、受部１６２は、凸部１５２、１５３によって押され、ばね支点部１６４を支点として、補強フレーム１４０の方に変形する。この状態では、凸部１５２は、ゴムシート１７０を挟んで受部１６２に押されており、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間にシールライン１８２を形成する。なお、締結荷重がかけられなくなると、凸部１５２、１５３と、受部１６２は、図３（Ｂ）に示す状態に戻る。このように、凸部１５２、１５３は、ばね支点部１５４を支点としたばねのように振る舞うので、ばねシール部とも呼ぶ。また、受部１６２は、ばね支点部１６４を支点としたばねのように振る舞うので、ばねシール部とも呼ぶ。   Next, as shown in FIG. 3C, the convex portion 152 of the first separator plate 150 and the receiving portion 162 of the second separator plate 160 face each other, and the flow path forming portion of the first separator plate 150. The power generation units 100 are stacked so that 156 and the flow path forming portion 166 of the second separator plate 160 face each other. At this time, the flow path forming part 156 and the flow path forming part 166 are in contact with each other, and the refrigerant flow path 194 is formed between the flow path forming part 156 and the flow path forming part 166. Moreover, the convex part 152 of the 1st separator plate 150 and the receiving part 162 of the 2nd separator plate 160 contact. When a fastening load is applied in this state, as shown in FIG. 3C, the convex portions 152 and 153 are pushed by the receiving portion 162 and deformed toward the reinforcing frame 140 with the spring fulcrum portion 154 as a fulcrum. . The receiving part 162 is pushed by the convex parts 152 and 153 and is deformed toward the reinforcing frame 140 with the spring fulcrum part 164 as a fulcrum. In this state, the convex portion 152 is pushed by the receiving portion 162 with the rubber sheet 170 interposed therebetween, and a seal line 182 is formed between the first separator plate 150 and the second separator plate 160. When the fastening load can no longer be applied, the convex portions 152 and 153 and the receiving portion 162 return to the state shown in FIG. Thus, since the convex parts 152 and 153 behave like a spring with the spring fulcrum part 154 as a fulcrum, they are also called spring seal parts. Further, the receiving part 162 behaves like a spring with the spring fulcrum part 164 as a fulcrum, and is also called a spring seal part.

図４は、本実施形態における燃料電池スタックの製造工程を示すフローチャートである。本実施形態では、発電ユニット１００の形成後、ばねシール部（凸部１５２、１５３、あるいは受部１６２）少なくとも一方を塑性変形させる。   FIG. 4 is a flowchart showing the manufacturing process of the fuel cell stack in the present embodiment. In the present embodiment, after the power generation unit 100 is formed, at least one of the spring seal portions (the convex portions 152 and 153 or the receiving portion 162) is plastically deformed.

ステップＳ１００では、補強フレーム１４０を有するＭＥＧＡ１１０と、第１、第２のセパレータプレート１５０、１６０と、が準備される。このステップＳ１００は、図３（Ａ）で説明したように行われる。ステップＳ１１０では、補強フレーム１４０を有するＭＥＧＡ１１０と、第１、第２のセパレータプレート１５０、１６０と、が接合される。このステップＳ１１０は、図３（Ｂ）で説明したように行われる。   In step S100, the MEGA 110 having the reinforcing frame 140 and the first and second separator plates 150 and 160 are prepared. This step S100 is performed as described with reference to FIG. In step S110, the MEGA 110 having the reinforcing frame 140 and the first and second separator plates 150 and 160 are joined. This step S110 is performed as described in FIG.

ステップＳ１２０では、第１、２のセパレータプレート１５０、１６０の少なくとも一方を塑性変形させる。なお、塑性変形させる部位は、第１のセパレータプレート１５０では、凸部１５２と凸部１５３のいずれか、または両方であり、第２のセパレータプレート１６０では、受部１６２である。図３（Ｃ）に示すのと同様に、発電ユニット１００を積層し、圧縮して荷重をかける。このとき、燃料電池スタック１０を形成するときと同等又はそれよりも圧縮量を多くし、降伏点を越えて圧縮することで、塑性変形させる。   In step S120, at least one of the first and second separator plates 150 and 160 is plastically deformed. In the first separator plate 150, the plastic deformation portion is one or both of the convex portion 152 and the convex portion 153, and the second separator plate 160 is the receiving portion 162. In the same manner as shown in FIG. 3C, the power generation units 100 are stacked, compressed, and loaded. At this time, the amount of compression is equal to or greater than that when the fuel cell stack 10 is formed, and is compressed beyond the yield point to be plastically deformed.

図５は、塑性変形を示す説明図である。本実施形態では、燃料電池スタック１０を形成するときと同等またはそれよりも多く発電ユニット１００を圧縮することにより、塑性変形を実現する。図５（Ａ）は、複数の発電ユニット１００が配置された状態を示している。図５（Ｂ）では、燃料電池スタック１０を形成するときと同等またはそれよりも多く発電ユニット１００を圧縮する。このとき、受部１６２は、凸部１５２により押され、弓状に変形する。このときの受部１６２の変形量が境界（Ｌ３）を超えると、受部１６２は、塑性変形する。変形量が境界を超える点を降伏点とも呼ぶ。なお、Ｌ３の値は、受部１６２の大きさ、形状に依存する。一旦塑性変形すると、荷重を抜いても、受部１６２は、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ａ）と図５（Ｂ）の中間の状態（Ｌ２だけ変形した状態）までしか戻らず、図５（Ａ）に示す元の状態には戻らない。また、凸部１５２、１５３についても、受部１６２に押され、補強フレーム１４０側に変形する。このときの受部１６２の変形量が境界を超えると、凸部１５２、１５３は、塑性変形する。凸部１５２、１５３は、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ａ）と図５（Ｂ）の中間の状態にしか戻らず、図５（Ａ）に示す元の状態には戻らない。   FIG. 5 is an explanatory view showing plastic deformation. In the present embodiment, plastic deformation is realized by compressing the power generation unit 100 equivalent to or more than when the fuel cell stack 10 is formed. FIG. 5A shows a state where a plurality of power generation units 100 are arranged. In FIG. 5B, the power generation unit 100 is compressed as much as or more than when the fuel cell stack 10 is formed. At this time, the receiving part 162 is pushed by the convex part 152 and deformed into an arcuate shape. When the deformation amount of the receiving part 162 at this time exceeds the boundary (L3), the receiving part 162 is plastically deformed. The point where the deformation exceeds the boundary is also called the yield point. Note that the value of L3 depends on the size and shape of the receiving portion 162. Once plastically deformed, even if the load is removed, as shown in FIG. 5 (C), the receiving portion 162 can only reach the intermediate state between FIGS. 5 (A) and 5 (B) (the state deformed by L2). It does not return and does not return to the original state shown in FIG. Further, the convex portions 152 and 153 are also pushed by the receiving portion 162 and deformed to the reinforcing frame 140 side. When the deformation amount of the receiving portion 162 at this time exceeds the boundary, the convex portions 152 and 153 are plastically deformed. As shown in FIG. 5C, the convex portions 152 and 153 return only to an intermediate state between FIG. 5A and FIG. 5B, and return to the original state shown in FIG. Absent.

図６は、受部１６２における変形量と、荷重との関係を示す説明図である。横軸は、受部１６２の変形量であり、図５（Ａ）に示す状態における変形量を０としている。縦軸は、受部１６２にかかる荷重である。塑性変形前では、変形量を０のときの荷重は０であり、変形量がＬ３までは、変形量に比例した荷重がかかる。この間の変形は、弾性変形である。変形量が大きくなってＬ３に達すると、受部１６２は、降伏し、塑性変形する。一旦Ｌ１まで変形させ塑性変形すると、荷重を０に戻しても、元の形状には戻らず、Ｌ２の変形が残る。ただし、塑性変形後であっても、変形量がＬ２からＬ１までの間では、変形量に比例して荷重が増加する弾性変形する。図６では、第２のセパレータプレート１６０の受部１６２における変形量と、荷重との関係を説明したが、第１のセパレータプレート１５０の凸部１５２、１５３における変形量と、荷重との関係についても同様である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of deformation in the receiving portion 162 and the load. The horizontal axis represents the deformation amount of the receiving portion 162, and the deformation amount in the state shown in FIG. The vertical axis represents the load applied to the receiving part 162. Before plastic deformation, the load when the deformation amount is 0 is 0, and a load proportional to the deformation amount is applied until the deformation amount is L3. The deformation during this time is elastic deformation. When the amount of deformation increases and reaches L3, the receiving portion 162 yields and plastically deforms. Once deformed to L1 and plastically deformed, even if the load is returned to 0, the original shape does not return and the deformation of L2 remains. However, even after plastic deformation, elastic deformation occurs in which the load increases in proportion to the deformation amount when the deformation amount is between L2 and L1. In FIG. 6, the relationship between the deformation amount in the receiving portion 162 of the second separator plate 160 and the load has been described. However, the relationship between the deformation amount in the convex portions 152 and 153 of the first separator plate 150 and the load. Is the same.

図４のステップＳ１３０では、燃料電池スタックを締結する。具体的には、発電ユニット１００を積層し、受部１６２の変形量がＬ２〜Ｌ１の間のＬ４（図６）となるように圧縮する。このときの荷重は、Ｆ２であり、シールに必要な最低荷重Ｆｍｉｎよりも大きな荷重がかかっている。そのため、ガスや冷媒がリークすることはない。また、荷重Ｆ２は、塑性変形前においてＬ４まで圧縮したときにかかる荷重Ｆ３よりも小さい。したがって、受部１６２を塑性変形することにより、燃料電池スタック１０の形成時に受部１６２を同じＬ２だけ変形（圧縮）しても、荷重が小さくて済む。その結果、燃料電池スタック１０の締結部品の強度、体格を大きくする必要がなくなり、燃料電池スタック１０の製造コストを低減し、燃料電池スタック１０の質量を低減できる。凸部１５２、１５３についても同様に、塑性変形させることにより、凸部１５２、１５３を同じだけ変形（圧縮）しても、荷重が小さくて済む。   In step S130 of FIG. 4, the fuel cell stack is fastened. Specifically, the power generation units 100 are stacked and compressed so that the deformation amount of the receiving portion 162 is L4 (FIG. 6) between L2 and L1. The load at this time is F2, and a load larger than the minimum load Fmin necessary for sealing is applied. Therefore, gas and refrigerant will not leak. Moreover, the load F2 is smaller than the load F3 applied when it compresses to L4 before plastic deformation. Therefore, by plastically deforming the receiving portion 162, even if the receiving portion 162 is deformed (compressed) by the same L2 when the fuel cell stack 10 is formed, the load can be reduced. As a result, there is no need to increase the strength and physique of the fastening parts of the fuel cell stack 10, the manufacturing cost of the fuel cell stack 10 can be reduced, and the mass of the fuel cell stack 10 can be reduced. Similarly, even if the convex portions 152 and 153 are deformed (compressed) by the same amount by plastically deforming the convex portions 152 and 153, the load may be small.

図７は、ばねシール部の構成の変形例を示す説明図である。図７（Ａ）の構成は、第２のセパレータプレートの受部１６２をばね支点部１６４と同一平面としたものである。この構成では、第２のセパレータプレート１６０の受部１６２は、補強フレーム１４０と接しており、凸部１５２により押圧されても変形しない。そのため、第１のセパレータプレート１５０の凸部１５２、１５３を塑性変形させ、受部１６２を塑性変形させないようにできる。なお、受部１６２が凸形状で無くなった分、凸部１５２、１５３の高さを高くしても良い。   FIG. 7 is an explanatory view showing a modification of the configuration of the spring seal portion. The configuration of FIG. 7A is such that the receiving portion 162 of the second separator plate is flush with the spring fulcrum portion 164. In this configuration, the receiving portion 162 of the second separator plate 160 is in contact with the reinforcing frame 140 and does not deform even when pressed by the convex portion 152. Therefore, the convex portions 152 and 153 of the first separator plate 150 can be plastically deformed, and the receiving portion 162 can be prevented from being plastically deformed. Note that the height of the convex portions 152 and 153 may be increased by the amount that the receiving portion 162 is no longer convex.

図７（Ｂ）の構成は、第１のセパレータプレート１５０の凸部１５３を設けずに、ばね支点部１５４を凸部１５２側に広げている。そのため、凸部１５２の両側にばね支点部１５４が配置されている。この構成の場合、凸部１５３がないため、第１のセパレータプレート１５０は変形し難く、第２のセパレータプレート１６０の受部１６２のみが変形し、塑性変形する。このように、セパレータプレート１５０、１６０の形状により、いずれか一方のセパレータプレートのみを塑性変形させても良く、本実施形態で説明したように、両方のセパレータプレート１５０、１６０を塑性変形させても良い。   In the configuration of FIG. 7B, the spring fulcrum part 154 is widened toward the convex part 152 without providing the convex part 153 of the first separator plate 150. Therefore, spring fulcrum portions 154 are disposed on both sides of the convex portion 152. In the case of this configuration, since there is no convex portion 153, the first separator plate 150 is hardly deformed, and only the receiving portion 162 of the second separator plate 160 is deformed and plastically deformed. As described above, depending on the shape of the separator plates 150 and 160, only one of the separator plates may be plastically deformed. As described in the present embodiment, both the separator plates 150 and 160 may be plastically deformed. good.

図７（Ｃ）の構成は、凸部１５２の頂部にゴムシート１７２を設け、受部１６２のゴムシート１７０を無くした構成である。このような構成であっても、凸部１５２は、ゴムシート１７２を挟んで受部１６２に押圧されており、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間にシールライン１８２が形成される。   The configuration of FIG. 7C is a configuration in which a rubber sheet 172 is provided on the top of the convex portion 152 and the rubber sheet 170 of the receiving portion 162 is eliminated. Even in such a configuration, the convex portion 152 is pressed against the receiving portion 162 with the rubber sheet 172 interposed therebetween, and the seal line 182 is provided between the first separator plate 150 and the second separator plate 160. It is formed.

図７（Ｄ）の構成は、受部１６２にゴムシート１７０を設けることに加え、凸部１５２の頂部にゴムシート１７２を設けた構成である。このような構成であっても、凸部１５２は、ゴムシート１７０、１７２を挟んで受部１６２に押圧されており、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間にシールライン１８２が形成される。このように、ゴムシートは、凸部１５２と受部１６２の少なくとも一方にあればよい。   The configuration of FIG. 7D is a configuration in which a rubber sheet 172 is provided on the top of the convex portion 152 in addition to the rubber sheet 170 provided on the receiving portion 162. Even in such a configuration, the convex portion 152 is pressed against the receiving portion 162 with the rubber sheets 170 and 172 interposed therebetween, and the seal line is interposed between the first separator plate 150 and the second separator plate 160. 182 is formed. As described above, the rubber sheet may be on at least one of the convex portion 152 and the receiving portion 162.

上記説明では、シールライン１８２を例にとり説明したが、シールライン１８０についても同様の構成であってもよい。   In the above description, the seal line 182 has been described as an example, but the seal line 180 may have the same configuration.

上記説明では、複数の発電ユニット１００を積層し、通常よりも多く圧縮することで、第１、第２のセパレータプレート１５０、１６０のばねシール部（凸部１５２、１５３、受部１６２）を塑性変形させていたが、燃料電池スタック１０を組み立てる前に、発電ユニット１００を、例えば圧縮装置を用いて圧縮し、塑性変形させても良い。この場合、流路形成部１５６、１６６の部分は圧縮せず、ばねシール部（凸部１５２、１５３、受部１６２）に対応する部分のみを圧縮しても良い。   In the above description, the plurality of power generation units 100 are stacked and compressed more than usual so that the spring seal portions (the convex portions 152 and 153 and the receiving portion 162) of the first and second separator plates 150 and 160 are plasticized. Although deformed, before the fuel cell stack 10 is assembled, the power generation unit 100 may be compressed and plastically deformed using, for example, a compression device. In this case, the portions of the flow path forming portions 156 and 166 may not be compressed, and only the portions corresponding to the spring seal portions (the convex portions 152 and 153 and the receiving portion 162) may be compressed.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

１０…燃料電池スタック
１００…発電ユニット
１１０…膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）
１２０…触媒層接合電解質膜（ＣＣＭ）
１３０、１３２…ガス拡散層
１４０…補強フレーム
１５０…第１のセパレータプレート
１５２…シールライン形成用凸部（凸部）
１５３…凸部
１５４…ばね支点部
１５５…空間
１５６…流路形成部
１６０…第２のセパレータプレート
１６２…シールライン形成用受部（受部）
１６４…ばね支点部
１６５…空間
１６６…流路形成部
１７０、１７２…ゴムシート
１８０、１８２…シールライン
１９０…第１のガス流路
１９２…第２のガス流路
１９４…冷媒流路
２００、２１０…ターミナルプレート
２２０…絶縁プレート
２３０…エンドプレート
３１０…酸化剤ガス供給マニホールド
３１５…酸化剤ガス排出マニホールド
３２０…燃料ガス排出マニホールド
３２５…燃料ガス供給マニホールド
３３０…冷媒供給マニホールド
３３５…冷媒排出マニホールド
１５０１〜１５０６…開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 100 ... Power generation unit 110 ... Membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA)
120 ... Catalyst layer bonding electrolyte membrane (CCM)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 130, 132 ... Gas diffusion layer 140 ... Reinforcement frame 150 ... 1st separator plate 152 ... Convex part for forming a seal line (convex part)
153 ... convex part 154 ... spring fulcrum part 155 ... space 156 ... flow path forming part 160 ... second separator plate 162 ... receiving part for receiving seal line (receiving part)
164 ... Spring fulcrum 165 ... Space 166 ... Flow path forming part 170, 172 ... Rubber sheet 180, 182 ... Seal line 190 ... First gas flow path 192 ... Second gas flow path 194 ... Refrigerant flow path 200, 210 ... Terminal plate 220 ... Insulating plate 230 ... End plate 310 ... Oxidant gas supply manifold 315 ... Oxidant gas discharge manifold 320 ... Fuel gas discharge manifold 325 ... Fuel gas supply manifold 330 ... Refrigerant supply manifold 335 ... Refrigerant discharge manifold 1501-1506 …Aperture

Claims (1)

燃料電池スタックの製造方法であって、
（ｉ）少なくとも一方のセパレータプレートにばねシール部を有する一対のセパレータプレートを形成する工程と、
（ｉｉ）前記一対のセパレータプレートを用いて発電ユニットを形成する工程と、
（ｉｉｉ）前記発電ユニットを積層して燃料電池スタックを形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）と同時、又は、前記工程（ｉｉ）と（ｉｉｉ）との間において、前記ばねシール部を塑性変形させる工程を有する、燃料電池スタックの製造方法。 A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising:
(I) forming a pair of separator plates having a spring seal portion on at least one separator plate;
(Ii) forming a power generation unit using the pair of separator plates;
(Iii) stacking the power generation units to form a fuel cell stack;
With
A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising the step of plastically deforming the spring seal portion at the same time as the step (ii) or (iii) or between the steps (ii) and (iii).
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