JP2016115446A - Fuel cell stack and manufacturing method of fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack and a method for manufacturing the fuel cell stack.
複数の燃料電池単セルを含む燃料電池スタックを収容するケース本体と、燃料電池スタックが移動体に搭載されたとき上側になるケース本体の側壁、すなわち上側壁に上向きに形成された換気孔と、換気孔を覆うように配置されたガス透過膜と、ガス透過膜を覆うように配置された保護部材と、を備える燃料電池スタック用ケースが開示されている(例えば、特許文献1参照)。保護手段として、金属メッシュやナイロンメッシュ等の網目状構造体や多孔質材が挙げられている。 A case main body that houses a fuel cell stack including a plurality of single fuel cell cells, a side wall of the case main body that becomes an upper side when the fuel cell stack is mounted on a moving body, that is, a ventilation hole that is formed upward on the upper side wall; A fuel cell stack case including a gas permeable membrane disposed so as to cover a ventilation hole and a protective member disposed so as to cover the gas permeable membrane is disclosed (for example, see Patent Document 1). As protective means, a mesh structure such as a metal mesh or nylon mesh or a porous material is cited.
燃料電池スタックでは、燃料ガスである水素ガスが外部にリークすることがある。そのため、燃料電池スタックが燃料電池スタック用ケースに収容されている場合、燃料電池スタック用ケース内の水素ガス濃度が高くなるおそれがある。そこで、特許文献1では、軽量の水素ガスが拡散し易い上側壁に換気孔が設けられ、換気孔がガス透過膜で密封される。それにより、水素ガスが燃料電池スタックから燃料電池スタック用ケース内にリークした場合でも、水素ガスが換気孔からガス透過膜を介して外部に拡散するので、燃料電池スタック用ケース内の水素ガス濃度が低い濃度に保たれる。ここで、換気孔のガス透過膜は、外部からスタック用ケース内への水や埃などの侵入を防止している。ところが、換気孔が上側壁に上向きに形成されると、ガス透過膜上に水や埃などが溜まり易くなり、ガス透過膜が目詰まりし、水素ガスを換気する性能が悪化するおそれがある。そこで、特許文献1では、ガス透過膜の上側に、ガス透過膜を覆うように保護手段が設けられる。
In the fuel cell stack, hydrogen gas that is fuel gas may leak to the outside. Therefore, when the fuel cell stack is accommodated in the fuel cell stack case, the hydrogen gas concentration in the fuel cell stack case may increase. Therefore, in
ところで、特許文献1の燃料電池スタック用ケースに収容される燃料電池スタックの構成としては、特許文献1には具体的に明示されていないが、複数の燃料電池単セルを含む燃料電池本体が複数のプレートで囲まれた燃料電池スタックが考え得る。例えば燃料電池本体が直方体の場合、直方体の六面を六枚のプレートで覆う構成である。この場合、水密性の確保のためにプレート間にガスケットが挿入される。一方、本願の発明者らは、プレートの代わりに箱型のケースを用意し、そのケースに燃料電池本体を収めることで、水密性を高めつつ、製造コストの低減や生産性の向上が可能であることを見出した。この場合、燃料電池スタックの水密性が高いので、燃料電池スタックを更に特許文献1のような燃料電池スタック用ケースに収容する必要はない。
Incidentally, the configuration of the fuel cell stack accommodated in the fuel cell stack case of
しかし、この場合、燃料電池本体から水素ガスがリークして、燃料電池本体の外側のケース内に水素ガスが滞留するおそれがある。それに対処するため、発明者らは、特許文献1のような燃料電池スタック用ケースから水素ガスを外部に排気する構造を、燃料電池本体を収めるケースに適用することを検討した。その結果、金属メッシュやナイロンメッシュ等の網目状構造体や多孔質材の保護部材を用いても、詳細にみると少しずつ水や埃が保護部材を通過し、長期的にみると無視できない量の水や埃が通過する可能性があることを見出した。水や埃が保護部材を通過すると、ガス透過膜上に水や埃などが溜まり、ガス透過膜が目詰まりして、水素ガスを換気する性能が悪化するおそれがある。水や埃の影響を受けずにケース内の水素ガスを排気することが可能な技術が望まれる。
However, in this case, hydrogen gas may leak from the fuel cell body, and the hydrogen gas may stay in the case outside the fuel cell body. In order to cope with this, the inventors examined the application of a structure for exhausting hydrogen gas from the fuel cell stack case as in
本発明の一の観点によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記積層方向に沿い前記燃料電池本体を囲む四つの側壁と少なくとも一つの開口とを有し、前記燃料電池本体が収容されるケースと、を備える、燃料電池スタックであって、前記四つの側壁は、前記燃料電池スタックが移動体に搭載されたとき上側に配置される上側壁を含み、前記ケースは、前記上側壁に形成された換気部を備え、前記換気部は、前記上側壁に形成され、前記ケースの内側と外側とを連通する貫通孔と、前記貫通孔の周縁から前記ケースの外側へ立設された筒状壁部と、前記筒状壁部に形成された複数の換気孔と、前記複数の換気孔を覆うように配置されたガス透過膜と、前記筒状壁部の外端に取り付けられた蓋部と、を備える燃料電池スタックが提供される。 According to one aspect of the present invention, a fuel cell main body including a stacked body formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction, and four surrounding the fuel cell main body along the stacking direction. A fuel cell stack having at least one side wall and a case in which the fuel cell main body is accommodated, wherein the four side walls are mounted on a movable body. An upper side wall disposed on the upper side, and the case includes a ventilation part formed on the upper side wall, and the ventilation part is formed on the upper side wall and communicates with the inside and the outside of the case A hole, a cylindrical wall portion erected from the periphery of the through hole to the outside of the case, a plurality of ventilation holes formed in the cylindrical wall portion, and the plurality of ventilation holes. Gas permeable membrane and outside of the cylindrical wall Fuel cell stack comprising a lid attached, to is provided.
本発明の他の観点によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、前記積層方向に沿い前記燃料電池本体を囲む四つの側壁と少なくとも一つの開口とを有し、前記燃料電池本体が収容されるケースと、を備える、燃料電池スタックであって、前記四つの側壁は、前記燃料電池スタックが移動体に搭載されたとき上側に配置される上側壁を含み、前記ケースは、前記上側壁に形成された換気部を備え、前記換気部は、前記上側壁に形成され、前記ケースの内側と外側とを連通する貫通孔と、前記貫通孔の周縁から前記ケースの外側へ立設された筒状壁部と、前記筒状壁部に形成された複数の換気孔と、前記複数の換気孔を覆うように配置されたガス透過膜と、前記筒状壁部の外端に取り付けられた蓋部と、を備える燃料電池スタックの製造方法であって、前記貫通孔となる第1の孔と、前記第1の孔の周縁領域に形成され、前記複数の換気孔となる複数の第2の孔と、を有する板材を準備する工程と、バーリング加工により、前記第1の孔の周囲領域を前記板材から立ち上がらせて、前記複数の換気孔を有する前記筒状壁部を形成する工程と、前記板材を、前記四つの側壁と前記少なくとも一つの開口とを有するケース状に加工する工程と、前記筒状壁部の前記複数の換気孔を覆うように前記ガス透過膜を配置する工程と、前記筒状壁部の外端に前記蓋部を取り付ける工程と、を備える、燃料電池スタックの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a fuel cell main body including a stack formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction, and four surrounding the fuel cell main body along the stacking direction. A fuel cell stack having at least one side wall and a case in which the fuel cell main body is accommodated, wherein the four side walls are mounted on a movable body. An upper side wall disposed on the upper side, and the case includes a ventilation part formed on the upper side wall, and the ventilation part is formed on the upper side wall and communicates with the inside and the outside of the case A hole, a cylindrical wall portion erected from the periphery of the through hole to the outside of the case, a plurality of ventilation holes formed in the cylindrical wall portion, and the plurality of ventilation holes. Gas permeable membrane and outside of the cylindrical wall And a lid portion attached to the fuel cell stack, the first hole serving as the through hole, and the plurality of ventilation holes formed in a peripheral region of the first hole. A step of preparing a plate member having a plurality of second holes, and a surrounding region of the first hole are raised from the plate member by burring, and the cylindrical wall portion having the plurality of ventilation holes is provided. Forming the gas-permeable membrane so as to cover the plurality of ventilation holes in the cylindrical wall, and forming the plate material into a case having the four side walls and the at least one opening. There is provided a method for manufacturing a fuel cell stack, comprising a step of arranging and a step of attaching the lid to the outer end of the cylindrical wall.
本発明により、水や埃の影響を受けずにケース内の水素ガスを排気することが可能となる。 According to the present invention, hydrogen gas in the case can be exhausted without being affected by water or dust.
実施例に係る燃料電池スタックAについて説明する。図1は燃料電池スタックAの構成例の概略斜視図である。燃料電池スタックAは、燃料電池本体1と、燃料電池本体1を収容するケース2とを備えている。ケース2には、ケース2内の換気用の換気部4が設けられている。
The fuel cell stack A according to the example will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view of a configuration example of the fuel cell stack A. FIG. The fuel cell stack A includes a fuel cell
図2及び図3は燃料電池スタックAの構成例の概略断面図である。ただし、図2は図1のE2−E2断面図であり、図3は図1のE3−E3断面図である。燃料電池本体1は、水素ガスのような燃料ガスと空気のような酸化剤ガスとを供給され電気化学反応により電力を発生する。燃料電池本体1は、積層体11と、ターミナルプレート12と、エンドプレート14と、絶縁プレート13とを備えている。積層体11は、複数の燃料電池単セルを積層方向Sに沿って積層することにより形成される。ターミナルプレート12は、積層体11の積層方向Sの両端部に配置される。エンドプレート14は、ターミナルプレート12の積層方向Sの外側に配置される。絶縁プレート13は、ターミナルプレート12とエンドプレート14との間に配置される。ターミナルプレート12、エンドプレート14及び絶縁プレート13は、積層方向Sに垂直な断面でみると、それぞれ長方形状をなしている。そのとき、ターミナルプレート12及び絶縁プレート13は互いにほぼ同じ大きさである。一方、エンドプレート14はターミナルプレート12及び絶縁プレート13とほぼ同じ大きさか又はこれらよりもわずかに大きい。ターミナルプレート12及びエンドプレート14は導電性材料から形成され、絶縁プレート13は電気絶縁性材料から形成される。
2 and 3 are schematic cross-sectional views of configuration examples of the fuel cell stack A. FIG. 2 is an E2-E2 cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is an E3-E3 cross-sectional view of FIG. The
ケース2は、緩衝層3を介して燃料電池本体1を圧縮状態で収容し、燃料電池本体1を拘束する。ケース2は、ケース本体22と、蓋プレート21とを備えている。ケース本体22は、その内部に燃料電池本体1を収容する。ケース本体22は、ほぼ直方体であり、積層方向Sに沿い燃料電池本体1を囲む四つの側壁22aと底壁22bとを有し、底壁22bに対向して開口を有する。ケース本体22の内部における底面の広さは、燃料電池本体1の積層方向Sに垂直な断面よりもやや大きい。ケース本体22の内部における積層方向Sの長さ、すなわち深さは、燃料電池本体1が積層方向Sに圧縮されたときの積層方向Sの長さと同じかやや長い。蓋プレート21は、ケース本体22の蓋であり、ケース本体22の開口を塞ぐようにケース本体22に締結部材(図示せず)で締結される。ケース本体22及び蓋プレート21は、ステンレスやアルミニウムのような金属で形成される。なお、図2及び図3に示す実施例では側壁22a及び底壁22bは略平板状の側壁であるが、図示しない他の実施例では側壁22a及び底壁22bの少なくとも一方は一部又は全部に曲面を有する側壁である。
The
ケース本体22の四つの側壁22aは、燃料電池スタックAが車両のような移動体に搭載されるとき上側に配置される上側壁22a1と、下側に配置される下側壁22a2と、上側壁22a1と下側壁22a2とをつなぐ横側壁22a3、22a4と、を含んでいる。換気部4は上側壁22a1に形成される。換気部4は、水素ガスや空気のような気体は流通するが水は流通しないようにケース2の内部と外部とを連通する。図2に示す実施例では、上側壁22a1に2個の換気部4が積層方向Sに沿って並んで配置されている。図示しない他の実施例では、上側壁22a1の任意の位置に1個又は3個以上の換気部4が配置される。
The four
ケース本体22内に燃料電池本体1が収容されて、開口が蓋プレート21で塞がれ、ケース本体22と蓋プレート21とが締結部材で締結されると、燃料電池本体1は蓋プレート21とケース本体22の底壁22bとにより両側から積層方向S内向きに押されて、拘束される。その結果、燃料電池本体1の両側のエンドプレート14、14が積層方向S内向きに互いに近づく。したがって、積層体11、ターミナルプレート12、絶縁プレート13及びエンドプレート14が積層方向Sに関し互いに密着される。このとき、積層方向Sに沿った燃料電池本体1の外周面1aと外周面1aに対向するケース2の側壁22aの内周面2aとの間に距離Dの隙間Gが形成される。なお、ケース本体22の深さが圧縮状態の燃料電池本体1の積層方向Sの長さよりやや長いときには、ケース本体22の底壁22bの外側からボルトが締め込まれ、底壁22bの内側から突き出したボルトが燃料電池本体1のエンドプレート14を押して燃料電池本体1を拘束する。
When the
緩衝層3は、燃料電池本体1に加わる衝撃を吸収し、燃料電池本体1の位置ずれを抑制し、燃料電池本体1とケース2とを電気的に絶縁し、外力により変化した寸法を元の寸法に戻そうとする復元力を有する部材である。緩衝層3は、好ましくは、ゆっくりとした入力荷重には流動性を示し、ゆっくり変形し、急激な入力荷重には固体のように振る舞い、ほとんど変形しないダイラタント的特性を更に有する。緩衝層3は、燃料電池本体1とケース2との間、すなわち隙間G内に配置される。図2及び図3に示す実施例では、緩衝層3は、積層方向Sで見ると(図2)、積層方向Sに沿って燃料電池本体1の一端から他端に亘って設けられ、積層方向Sと垂直な方向で見ると(図3)、少なくとも燃料電池本体1の四つの角部Cnの近傍に設けられる。緩衝層3の材料としては、例えばシリコーンオイルとホウ酸の混合物や、シリコーン樹脂とシリカとの混合物のような樹脂と固形物との混合物が挙げられる。
The
燃料電池スタックAの積層方向Sの一端に位置する蓋プレート21、ターミナルプレート12、絶縁プレート13及びエンドプレート14は、これらプレートを積層方向Sに貫通して燃料電池スタックAの外部から積層体11に到る複数の流通路(図示せず)を備えている。これら流通路には、燃料ガスを積層体11に供給する供給路、燃料ガスを積層体11から排出する排出路、酸化剤ガスを積層体11に供給する供給路、酸化剤ガスを積層体11から排出する排出路、冷却水を積層体11に供給する供給路、及び冷却水を積層体11から排出する排出路が含まれる。
The
燃料電池単セルはそれぞれアノード極及びカソード極(図示せず)を有し、アノード極は一側に隣接する燃料電池単セルのカソード極に電気的に接続され、カソード極は他側に隣接する燃料電池単セルのアノード極に電気的に接続される。積層体11の一端のアノード極は一方のターミナルプレート12に電気的に接続され、他端のカソード極は他方のターミナルプレート12に電気的に接続される。燃料電池単セルで発生した電力は、ターミナルプレート12から燃料電池スタックAの外部に到る複数の配線を介して燃料電池スタックAの外部に取り出される。燃料電池スタックAから取り出された電力は例えば車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。エンドプレート14及びケース2は接地されている。なお、これら電気的な構成については、図示を省略している。
Each single fuel cell has an anode electrode and a cathode electrode (not shown), and the anode electrode is electrically connected to the cathode electrode of the fuel cell unit cell adjacent to one side, and the cathode electrode is adjacent to the other side. It is electrically connected to the anode electrode of the single fuel cell. The anode electrode at one end of the laminate 11 is electrically connected to one
図4は、換気部の構成を示す概略断面図である。換気部4は、ケース2の外部から内部への水の進入を防止しつつ、ケース2の内部で燃料電池本体1から水素ガスが漏洩したとき、漏えいした水素ガスがケース2の内部に滞留することなく、ケース2の外部へ拡散するための流路を形成する。換気部4は、上側壁22a1に形成され、ケース2の内側と外側とを連通する貫通孔40と、貫通孔40の周縁から外側へ略垂直に立設された筒状壁部41と、筒状壁部41を貫通するように形成された複数の換気孔44と、複数の換気孔44を覆うように配置されたガス透過膜43と、筒状壁部41の頂端41pに取り付けられた蓋部42と、を備えている。蓋部42は、複数の換気孔44の周りに拡がる筒状の外周部42aを備えている。すなわち外周部42aは、筒状壁部41の頂端41pから筒状壁部41の周りの領域へ延び、外周部42aの底端42apの高さ位置が筒状壁部の頂端41pの高さ位置よりも低い。ただし、底端42apは上側壁22a1から離れている。外周部42aは筒状壁部41から離れている、筒状壁部41及び蓋部42は、ケース2と同じ材料、すなわちステンレスやアルミニウムのような金属で形成される。ガス透過膜43は、水素ガスや空気のような気体は透過するが水は透過しない材料で形成され、例えば住友電気工業株式会社製のポアフロン(登録商標)を用いることができる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the ventilation unit. When the hydrogen gas leaks from the fuel cell
図4の実施例では、円形の貫通孔40の周縁に沿って、円筒状の筒状壁部41が立設されている。また、筒状壁部41に沿って、円形の複数の換気孔44が概ね等間隔で形成されている。また、筒状壁部41の円筒状の壁の外側に、円環状のガス透過膜43が配置され、それにより、複数の換気孔44が円環状の膜で覆われている。また、図示しない更に別の実施例では、貫通孔40の形状はバーリング加工が可能な他の形状、例えば楕円形又は多角形である。また、図示しない更に別の実施例では、複数の換気孔44の形状は楕円形、多角形又は星形である。また、図示しない更に別の実施例では、ガス透過膜43は、換気孔44ごとに形成される。
In the embodiment of FIG. 4, a cylindrical
水素ガスが燃料電池本体1からケース2の内部にリークしたとき、図5に示すように、水素ガスは主に隙間Gを流通しつつケース2の上方へ拡散し、貫通孔40から換気部4に進入する。換気部4では、水素ガスは換気孔44を通り、換気孔44の外側に配置されたガス透過膜43を経由して、ケース2の外部へ拡散する。それにより、水素ガスがケース2の内部に滞留せず、ケース2の内部の水素ガス濃度が低い濃度に保たれる。このように、軽量な水素ガスが集まり易いケース2の上側壁22a1に換気部4が配置されているので、換気部4を介して効率的で確実に水素ガスをケース2の外部に排気できる。
When the hydrogen gas leaks from the fuel cell
また、図4に示す実施例では、蓋部42の外周部42aがガス透過膜43を覆うように形成されている。そのため、図6に示すように、車両に搭載された燃料電池スタックAが、その車両の高圧洗車により高圧噴流Qに曝されたときでも、外周部42aが高圧噴流Qを遮断して、ガス透過膜43を保護する。それにより、ガス透過膜43に水が付着したり、ガス透過膜43が破損して水がケース2の内部に進入することを防止できる。また、周囲からの水52や埃51がガス透過膜43へ向かってきても、外周部42aが水52や埃51を遮断して、水52や埃51をガス透過膜43に到達し難くする。その結果、ガス透過膜43には水52や埃51が付着し難くなり、水素ガスの排気を良好に行うことができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, the outer
また、図4に示す実施例では、ガス透過膜43は上側壁22a1に対して略垂直に立つように配置されている。そのため、図7に示すように、水52や埃51が付着し難く、付着したとしてもすぐ落下して溜まり難くなっている。それにより、水52や埃51がガス透過膜43に付着したり溜まったりすることが抑制され、水素ガスの排気が良好に行われる。また、埃が膜面に付着したとしても、水で容易に洗い流すことができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, the gas
次に、実施例に係る燃料電池スタックAの製造方法について説明する。図8〜図16は、燃料電池スタックAの各製造工程を示す概略断面図である。 Next, a method for manufacturing the fuel cell stack A according to the embodiment will be described. 8 to 16 are schematic cross-sectional views showing each manufacturing process of the fuel cell stack A.
まず、図8に示すように、ケース本体22成形前の板材22sに、プレス加工を行い、貫通孔40となる第1の孔40aと、複数の換気孔44となる複数の第2の孔44aとを形成する。第1の孔40aは、板材22sの上側壁となる部分に、複数の第2の孔44aは第1の孔40aの周縁領域40asにそれぞれ形成される。図8に示す実施例では、円形の第1の孔40aが2個形成され、円形の複数の第2の孔44aが12個形成される。
First, as shown in FIG. 8, press processing is performed on the
次に、図9に示すように、第1の孔40aと複数の第2の孔44aとを形成した板材22sに、バーリング加工を行い、第1の孔40aの周縁領域40asを板材22sから略垂直に筒状に立ち上がらせて筒状壁部41を形成する。第1の孔40aは孔径が広がり貫通孔40となり、複数の第2の孔44aは筒状壁部41の複数の換気孔44となる。バーリング加工を用いることにより低コストで筒状壁部41を形成できる。図示しない別の実施例では、筒状壁部41を別途形成して板材に溶接で接合する。
Next, as shown in FIG. 9, burring is performed on the
次に、図10に示すように、板材22sを成形して、四つの側壁22aと底壁22bとを有し、底壁22bに対向して開口22cを有するケース状に加工する。これにより、ケース本体22が形成される。側壁22aのうち上側壁22a1には筒状壁部41が形成されている。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図11に示すように、筒状壁部41の複数の換気孔44を塞ぐようにガス透過膜43を筒状壁部41の外側表面に配置する。このとき、図11の実施例では、ガス透過膜43と筒状壁部41とが接する箇所のガス透過膜43側の面及び筒状壁部41側の面の少なくとも一方には接着剤が塗布される。したがって、ガス透過膜43と筒状壁部41とは接着剤で結着される。
Next, as shown in FIG. 11, the gas
次に、図12に示すように、筒状壁部41の頂端41pに蓋部42を取り付ける。このとき、図12に示す実施例では、筒状壁部41の頂端41pに蓋部42を摩擦圧接で取り付ける。摩擦圧接では、蓋部42を高速で回転させながら蓋部42の裏面42rを筒状壁部41の頂端41pに擦り合わせ、そのときに発生する摩擦熱によって少なくとも一方の部材を軟化させつつ、圧力を加えて両部材を接合する。摩擦圧接を用いることにより、通常のTIG溶接を用いる場合と比較して低コストで蓋部42を筒状壁部41に取り付けられる。図示しない別の実施例では、筒状壁部41の頂端41pに蓋部42を接着剤で取り付ける。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、ケース2の蓋プレート21を固定治具(図示せず)に保持する。そして、図13に示すように、保持された蓋プレート21に燃料電池本体1を荷重Pで押し付ける。それにより、燃料電池本体1は、蓋プレート21に接する側、すなわち蓋プレート21側と、蓋プレート21側の反対側とから荷重Pで圧縮される。これ以降、燃料電池本体1は、蓋プレート21とケース本体22とが締結されるまで荷重Pで圧縮され続ける。
Next, the
次に、緩衝層3を用意する。緩衝層3の厚みは、燃料電池本体1がケース2に収容されたときの、燃料電池本体1の外周面1aとケース2の内周面2aとの距離Dよりも大きい厚みd1である。厚みd1は、緩衝層3に加わる厚さ方向の荷重がゼロのときの厚みである。そして、図14に示すように、緩衝層3を、燃料電池本体1の四つの外周面1aに二枚ずつ配置する。
Next, the
続いて、図15に示すように、緩衝層3を距離Dよりも小さい厚みd2に押し潰す。緩衝層3はゆっくりと元の形状に戻るので、緩衝層3の厚みが距離Dにまで膨らむ前に、ケース本体22に燃料電池本体1を収容する。その後、ケース本体22をボルトのような締結部材(図示せず)で蓋プレート21に締結する。なお、荷重Pはケース2の底壁22bに設けられた開口部(配線や配管用)を介して印加することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 15, the
その後、図16に示すように、緩衝層3は、復元力により元の形状、すなわち厚みd1に戻ってゆく。しかし、外周面1aと内周面2aとの隙間が距離Dしかないため、緩衝層3は、厚みDまで戻った後に圧縮された状態で外周面1aと内周面2aとの間に保持される。
Thereafter, as shown in FIG. 16, the
以上により、燃料電池スタックAが完成される。このとき、緩衝層3が膨らみながら厚みを回復しつつ、燃料電池本体1の各プレートや各燃料電池単セルの凹凸に合わせてケース2との隙間を埋め、燃料電池本体1の外周面1aとケース2の内周面2aとの間に圧縮状態で配置される。
Thus, the fuel cell stack A is completed. At this time, the
上記燃料電池スタックAの製造方法では、複数の換気孔44を有する筒状壁部41がバーリング加工で形成され、蓋部42が筒状壁部41に摩擦圧接で取り付けられるので、製造コストを低減することができる。
In the manufacturing method of the fuel cell stack A, the
次に、図17を参照して、別の実施例について説明する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
図17は、別の実施例の換気部4の構成例を示す断面図である。この換気部4では、蓋部42の外周部42aの底端42apの高さ位置が複数の換気孔44の底端44pの高さ位置よりもDxだけ低い。すなわち、換気孔44全体が外周部42aにより覆われる。この場合にも、図4の場合と同様の効果を奏することができる。それに加えて、ガス透過膜43を外周部42aによってより確実に覆うことができ、水や埃や高圧噴流からガス透過膜43をより確実に保護することができる。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
次に、図18を参照して、別の実施例について説明する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
図18は、別の実施例の換気部4の構成例を示す断面図である。この換気部4では、蓋部42が外周部42aを備えていない。この場合、高圧噴流や水や埃を遮断できないが、ガス透過膜43は上側壁22a1に対して略垂直に立つように配置されているので、水52や埃51が付着し難く、付着したとしてもすぐ落下して溜まり難い(図7)。それにより、水52や埃51がガス透過膜43に付着したり溜まったりすることが抑制され、水素ガスの排気が良好に行われる。また、埃が膜面に付着したとしても、水で容易に洗い流すことができる。それに加えて、構造が簡単になるため、製造コストを低減できる。
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
次に、図19を参照して、別の実施例について説明する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
図19は、別の実施例の換気部4の構成例を示す断面図である。この換気部4は、ガス透過膜43が筒状壁部41の内側に配置されている。この場合、換気孔44に若干の水や埃が溜まるおそれがあるが、その量は非常に少ないため、図4の場合と概ね同様の効果を奏することができる。また、換気孔44に、外側に向かって孔径が大きくなるようにテーパを設ければ、水や埃が溜まることを抑制できる。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
1 燃料電池本体
2 ケース
4 換気部
11 積層体
22a 側壁
22a1 上側壁
22c 開口
40 貫通孔
41 筒状壁部
44 換気孔
43 ガス透過膜
42 蓋部
A 燃料電池スタック
S 積層方向
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記積層方向に沿い前記燃料電池本体を囲む四つの側壁と少なくとも一つの開口とを有し、前記燃料電池本体が収容されるケースと、
を備える、燃料電池スタックであって、
前記四つの側壁は、前記燃料電池スタックが移動体に搭載されたとき上側に配置される上側壁を含み、
前記ケースは、前記上側壁に形成された換気部を備え、
前記換気部は、
前記上側壁に形成され、前記ケースの内側と外側とを連通する貫通孔と、
前記貫通孔の周縁から前記ケースの外側へ立設された筒状壁部と、
前記筒状壁部に形成された複数の換気孔と、
前記複数の換気孔を覆うように配置されたガス透過膜と、
前記筒状壁部の外端に取り付けられた蓋部と、
を備える、
燃料電池スタック。 A fuel cell main body including a laminate formed by laminating a plurality of fuel cell single cells along the lamination direction;
A case having four side walls and at least one opening surrounding the fuel cell main body along the stacking direction;
A fuel cell stack comprising:
The four side walls include an upper side wall disposed on the upper side when the fuel cell stack is mounted on a moving body,
The case includes a ventilation part formed on the upper side wall,
The ventilation section is
A through hole formed in the upper side wall and communicating between the inside and the outside of the case;
A cylindrical wall portion erected from the periphery of the through hole to the outside of the case;
A plurality of ventilation holes formed in the tubular wall;
A gas permeable membrane disposed so as to cover the plurality of ventilation holes;
A lid attached to the outer end of the cylindrical wall,
Comprising
Fuel cell stack.
請求項1に記載の燃料電池スタック。 The lid portion includes a cylindrical outer peripheral portion extending around the plurality of ventilation holes.
The fuel cell stack according to claim 1.
請求項2に記載の燃料電池スタック。 The height position of the bottom end of the outer peripheral portion of the lid portion is lower than the height position of the bottom ends of the plurality of ventilation holes,
The fuel cell stack according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。 The gas permeable membrane is disposed outside the cylindrical wall portion,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3.
前記貫通孔となる第1の孔と、前記第1の孔の周縁領域に形成され、前記複数の換気孔となる複数の第2の孔と、を有する板材を準備する工程と、
バーリング加工により、前記第1の孔の周囲領域を前記板材から立ち上がらせて、前記複数の換気孔を有する前記筒状壁部を形成する工程と、
前記板材を、前記四つの側壁と前記少なくとも一つの開口とを有するケース状に加工する工程と、
前記筒状壁部の前記複数の換気孔を覆うように前記ガス透過膜を配置する工程と、
前記筒状壁部の外端に前記蓋部を取り付ける工程と、
を備える、
燃料電池スタックの製造方法。 A fuel cell main body including a stack formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction; four side walls surrounding the fuel cell main body along the stacking direction; and at least one opening. A fuel cell stack including a case in which the fuel cell main body is housed, wherein the four side walls include an upper side wall disposed on the upper side when the fuel cell stack is mounted on a moving body. The case includes a ventilation part formed on the upper side wall, and the ventilation part is formed on the upper side wall and communicates with an inner side and an outer side of the case from the periphery of the through hole. A cylindrical wall portion erected to the outside of the case, a plurality of ventilation holes formed in the cylindrical wall portion, a gas permeable membrane disposed so as to cover the plurality of ventilation holes, and the cylindrical wall A lid part attached to the outer end of the part; A method of manufacturing a fuel cell stack comprising,
Preparing a plate having a first hole to be the through hole and a plurality of second holes to be formed in a peripheral region of the first hole and to be the plurality of ventilation holes;
A step of raising a peripheral region of the first hole from the plate material by burring to form the cylindrical wall portion having the plurality of ventilation holes;
Processing the plate material into a case having the four side walls and the at least one opening;
Arranging the gas permeable membrane so as to cover the plurality of ventilation holes of the cylindrical wall portion;
Attaching the lid to the outer end of the cylindrical wall;
Comprising
Manufacturing method of fuel cell stack.
請求項5に記載の燃料電池スタックの製造方法。 The lid portion includes a cylindrical outer peripheral portion extending around the plurality of ventilation holes.
The method for producing a fuel cell stack according to claim 5.
請求項6に記載の燃料電池スタックの製造方法。 The height position of the bottom end of the outer peripheral portion of the lid portion is lower than the height position of the bottom ends of the plurality of ventilation holes,
The manufacturing method of the fuel cell stack according to claim 6.
請求項5乃至7のいずれか一項に記載の燃料電池スタックの製造方法。 The gas permeable membrane is disposed outside the cylindrical wall portion.
The method for manufacturing a fuel cell stack according to any one of claims 5 to 7.
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