JP2018163752A - Terminal plate for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池用のターミナルプレートに関する。 The present disclosure relates to a terminal plate for a fuel cell.
従来、中央プレート部と端子部を有する導電性の集電プレートと、集電プレートの中央プレート部を挟持する一対のセパレータと、一対のセパレータによる集電プレートの挟持状態を維持するとともに集電プレートを保護する接着シール材と、を備える燃料電池スタック用のターミナルプレートが知られている(例えば、特許文献1)。集電プレートは、反応ガスなどを流通させるマニホールドを構成する貫通孔を有する。 Conventionally, a conductive current collecting plate having a central plate portion and a terminal portion, a pair of separators that sandwich the central plate portion of the current collecting plate, and a current collecting plate that maintains the current collecting plate sandwiched between the pair of separators There is known a terminal plate for a fuel cell stack including an adhesive seal material that protects (for example, Patent Document 1). The current collecting plate has a through hole that constitutes a manifold through which a reaction gas and the like are circulated.
しかしながら、マニホールドを流通する流体(例えば、反応ガス)は、集電プレートの腐食の原因となる。従来のターミナルプレートにおいては、集電プレートの腐食を低減するために、集電プレートおよびセパレータの一部(例えば、マニホールドを構成する貫通孔)を接着シール材によって覆っている。このため、構造が複雑化していた。構造の複雑化は、ターミナルプレートの製造に要する時間およびコストを増加させる要因となり得るため、燃料電池用のターミナルプレートにおいて、構造の複雑化を抑制できる技術が望まれている。 However, fluid (for example, reaction gas) flowing through the manifold causes corrosion of the current collecting plate. In the conventional terminal plate, in order to reduce corrosion of the current collector plate, a part of the current collector plate and the separator (for example, a through hole constituting the manifold) is covered with an adhesive seal material. For this reason, the structure is complicated. Since the complexity of the structure can be a factor that increases the time and cost required for manufacturing the terminal plate, a technology capable of suppressing the complexity of the structure in the terminal plate for the fuel cell is desired.
本開示は、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。 This indication is made in order to solve at least one part of the above-mentioned subject, and can be realized as the following forms.
本開示の一形態によれば、マニホールドを有する燃料電池用のターミナルプレートが提供される。このターミナルプレートは、中央プレート部と、中央プレート部の外縁に形成された端子部と、を有する集電プレートと、前記集電プレートの面に沿った方向において、前記中央プレート部と並んで配置されている外側部プレートであって、前記マニホールドを構成するプレート貫通孔を有する外側部プレートと、前記中央プレート部と前記外側部プレートとを前記集電プレートの面と直交する方向に挟持する一対のセパレータであって、前記マニホールドを構成するセパレータ貫通孔を有する一対のセパレータと、を備える。前記外側部プレートは、弾性部材によって形成されている。
この形態のターミナルプレートによれば、マニホールドを構成する貫通孔(プレート貫通孔やセパレータ貫通孔)が外側部プレートとセパレータとに形成されているため、集電プレートにマニホールドを構成する貫通孔を形成する必要がない。このため、集電プレートの腐食を低減するために、マニホールドを構成する貫通孔を接着シール材によって覆う必要がない。したがって、燃料電池用のターミナルプレートにおいて、構造の複雑化を抑制できる。また、構造の複雑化に起因するターミナルプレートの製造に要する時間とコストの増加を抑制できる。
According to one form of the present disclosure, a terminal plate for a fuel cell having a manifold is provided. The terminal plate is arranged side by side with the central plate portion in a direction along the surface of the current collecting plate, and a current collecting plate having a central plate portion and a terminal portion formed on an outer edge of the central plate portion. A pair of outer plates having a plate through-hole constituting the manifold, and the center plate portion and the outer plate sandwiched in a direction perpendicular to the surface of the current collecting plate. And a pair of separators having separator through holes that constitute the manifold. The outer part plate is formed of an elastic member.
According to this form of the terminal plate, since the through holes (plate through holes and separator through holes) constituting the manifold are formed in the outer plate and the separator, the through holes constituting the manifold are formed in the current collecting plate. There is no need to do. For this reason, in order to reduce corrosion of a current collection plate, it is not necessary to cover the through-hole which comprises a manifold with an adhesive sealing material. Therefore, the complexity of the structure can be suppressed in the terminal plate for the fuel cell. Further, it is possible to suppress an increase in time and cost required for manufacturing the terminal plate due to the complicated structure.
本開示は、上記のターミナルプレート以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ターミナルプレートを備えた燃料電池や燃料電池システム等の形態で実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in various forms other than the terminal plate described above. For example, the present disclosure can be realized in the form of a fuel cell or a fuel cell system including the terminal plate.
A.実施形態
図1は、実施形態に係るターミナルプレート110が用いられる燃料電池200を示す概略図である。燃料電池200は、例えば車両等の移動体に搭載され、移動体の動力源として使用される。また、燃料電池200は、定置型の家庭用電源としても使用されてもよい。燃料電池200は、一対のエンドプレート130、131と、一対の絶縁板120、121と、一対のターミナルプレート110、111と、複数の単セル100と、を備えている。燃料電池200は、スタック構造を有し、第1のエンドプレート130と、第1の絶縁板120と、第1のターミナルプレート110と、複数の単セル100と、第2のターミナルプレート111と、第2の絶縁板121と、第2のエンドプレート131とが、この順に積層されている。単セル100は、燃料ガスである水素ガス及び酸化ガスである空気の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル100において電気化学反応により発生した電力は、ターミナルプレート110、111から取り出される。絶縁板120、121は、合成樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。エンドプレート130、131は、鋼等の金属によって形成され、剛性を有している。
A. Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing a
燃料電池200は、さらに、単セル100への燃料ガス等の供給に用いられる供給マニホールドMinと、燃料ガス等の排出に用いられる排出マニホールドMoutと、を有している。供給マニホールドMinは、燃料ガス供給マニホールドM1inと、酸化ガス供給マニホールドM2inと、冷媒供給マニホールドM3inと、を含む。排出マニホールドMoutは、燃料ガス排出マニホールドM1outと、酸化ガス排出マニホールドM2outと、冷媒排出マニホールドM3outと、を含む。燃料ガス供給マニホールドM1inは、外部から単セル100へと燃料ガス、例えば水素ガスを供給する。燃料ガス排出マニホールドM1outは、単セル100の流路を通過した燃料ガスを外部へと排出する。酸化ガス供給マニホールドM2inは、単セル100へと酸化ガス、例えば空気を供給する。酸化ガス排出マニホールドM2outは、単セル100の流路を通過した酸化ガスを外部へと排出する。冷媒供給マニホールドM3inは、単セル100へと冷媒、例えば水を供給する。冷媒排出マニホールドM3outは、単セル100の流路を通過した冷媒を外部へと排出する。冷媒として用いられる水は、冷却水とも記載する。酸化ガスおよび燃料ガスは、反応ガスとも記載する。
The
ターミナルプレート110、111は、単セル100の発電電力を集電する集電板であり、端子部12、52から集電した電力を外部へ出力する。第1のターミナルプレート110は、マニホールドM1in〜M3outを構成する貫通孔Ph1〜Ph6(後述する図2)を備える。一方、第2のターミナルプレート111は、貫通孔Ph1〜Ph6を有さない。
The
図2は、第1のターミナルプレート110の概略図である。第1のターミナルプレート110(以下では、ターミナルプレート110と呼ぶ)は、積層された際にマニホールドM1in〜M3out(図1)を構成する貫通孔Ph1〜Ph6を有する。ターミナルプレート110は、集電プレート10と、一対の外側部プレート20、21と、一対のセパレータ30、31と、を備える。貫通孔Ph1〜Ph6は、外側部プレート20、21に形成されたプレート貫通孔Php1〜Php6と、セパレータ30、31に形成されたセパレータ貫通孔Phs1〜Phs6と、によって構成されている。
FIG. 2 is a schematic view of the
集電プレート10は、略矩形状の中央プレート部11と、中央プレート部11の外縁15に形成された端子部12と、を有する。集電プレート10は、ターミナルプレート110において、貫通孔Ph1〜Ph6が形成されていない中央部CAに配置されている。集電プレート10は、集電した電力を端子部12から外部へと出力する。集電プレート10が集電した電力を出力する際には、端子部12に電力が集中する。中央プレート部11より断面積が小さい端子部12は、中央プレート部11と比べて発熱しやすい。集電プレート10は、通常の使用において端子部12が高温にならない程度の導電性を有する金属によって構成されている。高温とは、例えば、端子部12と隣接する部材が劣化する温度以上の温度である。導電性が高い金属として、例えば、アルミニウムや銅を用いることができる。本実施形態において、集電プレート10は、一対のセパレータ30、31に挟持されることによってターミナルプレート110の中央部CAに固定されている。
The
外側部プレート20、21は、ターミナルプレート110において貫通孔Ph1〜Ph6が形成されている端部TA側に配置されている。外側部プレート20、21は、板状の弾性部材によって形成されており、シール性を有する。シール性は、例えば、貫通孔Ph1〜Ph6を通過する冷却水および反応ガスがターミナルプレート内部に侵入しない程度のシール性である。シール性を有する弾性部材としては、例えば、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)や、ニトリルゴム(NBR)や、フッ素ゴム(FKM)などの合成ゴムを用いることができる。外側部プレート20、21は、さらに、マニホールドM1in〜M3outを構成するプレート貫通孔Php1〜Php6を有する。
The
図3は、集電プレート10と外側部プレート20、21の模式図である。外側部プレート20、21は、集電プレート10の面に沿った方向において、中央プレート部11の両側に配置されている。具体的には、集電プレート10の厚み方向と直交する幅方向(図3の左右方向)において、外側部プレート20、中央プレート部11、外側部プレート21の順に並んで配置されている。本実施形態において、集電プレート10と中央プレート部11との境界RLは、接着されていない。なお、厚み方向と幅方向に直交する方向が、集電プレート10の高さ方向(図3の上下方向)であり、端子部12は、中央プレート部11の上側の外縁15に形成されている。また、中央プレート部11の幅方向は、ターミナルプレート110の長手方向と平行である。
FIG. 3 is a schematic diagram of the
セパレータ30、31(図2)は、略矩形状の金属板であり、長手方向の端部TAにマニホールドM1in〜M3out(図1)を構成する貫通孔Phs1〜Phs6を有する。一対のセパレータ30、31は、中央プレート部11と外側部プレート20、21とを集電プレート10の面と直交する方向(厚み方向)に挟持する。セパレータ30、31は、耐食性を有する金属によって構成されていることが好ましい。耐食性は、セパレータ30、31が冷却水等に晒され、かつ、電流を印加された場合であっても腐食による燃料電池200の性能の低下を防止または抑制できる程度の耐食性である。耐食性を有する金属としては、例えば、チタンやステンレス鋼を採用できる。セパレータ30、31による中央プレート部11の挟持状態は、外側部プレート20、21とセパレータ30、31が接着されることによって維持されている。外側部プレート20、21とセパレータ30、31との接着には、例えば、接着剤による接着や加硫による接着を用いることができる。
The
以下では、図4および図5を用いて、実施形態に係るターミナルプレート110の構造と従来例に係るターミナルプレート210の構造とを比較する。図4は、図2のターミナルプレート110の4−4部分断面図である。図5は、従来例に係るターミナルプレート210の断面図である。
Hereinafter, the structure of the
図4に示すように、実施形態に係るターミナルプレート110の貫通孔Ph1、Ph2の周辺では、弾性部材によって形成された外側部プレート20が一対のセパレータ30、31によって挟持された構造を有する。これにより、外側部プレート20によって貫通孔Ph1、Ph2の周辺の隙間がシールされている。
As shown in FIG. 4, in the periphery of the through holes Ph <b> 1 and Ph <b> 2 of the
図5に示すように、従来例に係る第1のターミナルプレート210の貫通孔ph1、ph2の周辺では、集電プレート71が一対のセパレータ80、81によって挟持された構造を有する。貫通孔ph1、ph2は、セパレータ80、81に形成されたセパレータ貫通孔phs1、phs2と、集電プレート71に形成された集電プレート貫通孔phc1、phc2と、によって構成されている。このため、従来例では、集電プレート71が反応ガス、もしくは冷媒と直接接触しないように、貫通孔ph1、ph2が、接着シール材60によってシールされている。また、接着シール材によって、セパレータ80、81による集電プレート71の挟持状態が維持されている。したがって、ターミナルプレート210は、実施形態に係るターミナルプレート110と比べて構造が複雑化する。
As shown in FIG. 5, a
以上説明した実施形態のターミナルプレート110によれば、マニホールドM1in〜M3outを構成する貫通孔Ph1〜Ph6が外側部プレート20、21とセパレータ30、31とによって形成されている。よって、集電プレート10は反応ガス等が流通する貫通孔を有さない中実の部材である。このため、集電プレート10の腐食を低減するために、貫通孔Ph1〜Ph6を接着シール材によって覆う必要がない。この結果、燃料電池用のターミナルプレート110において、構造の複雑化を抑制できる。また、構造の複雑化に起因するターミナルプレート110の製造に要する時間とコストの増加を低減できる。
According to the
また上記実施形態の集電プレート10によれば、貫通孔Ph1〜Ph6が形成されていない中央部CAに配置されている。また、中央プレート部11は、セパレータ30、31によって挟持されている。したがって、集電プレート10は、冷却水および反応ガスに直接接触しないように配置されている。これにより、集電プレート10が冷却水および反応ガスによって腐食することを抑制できる。
Moreover, according to the
また上記実施形態の集電プレート10によれば、外側部プレート20、21は、弾性部材によって構成されている。このため、外側部プレート20、21が弾性を有さない部材(例えば、ステンレス鋼)によって構成されている場合と比べて、集電プレート10が図2において矢印WDによって示す方向に膨張する際の境界RLへの応力を低減できる。したがって、集電プレート10が収縮と膨張を繰り返すことによる、外側部プレート20、21および集電プレート10の劣化を抑制できる。
Moreover, according to the
また、ターミナルプレート110では、中央プレート部11の厚みThにばらつきがある場合でも、弾性部材によって構成された外側部プレート20、21の形状が変化するため、セパレータ30、31による集電プレート10の挟持が可能である。したがって、ターミナルプレート110は、外側部プレート20、21が弾性を有していない場合と比べて、製造時における集電プレート10の厚みThの公差を大きくすることができる。
Further, in the
B.変形例
上記の実施形態において、中央プレート部11と一対の外側部プレート20、21は接触しているが、接触しないように間隔を開けて配置してもよい。本変形例によれば、実施形態と同様の効果を得られる。
B. In the above embodiment, the central plate portion 11 and the pair of
本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 This indication is not restricted to the above-mentioned embodiment and modification, and can be realized with various composition in the range which does not deviate from the meaning. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems or to achieve one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10、71…集電プレート
11…中央プレート部
12、52…端子部
15…外縁
20、21…外側部プレート
30、31、80、81…セパレータ
60…接着シール材
100…単セル
110、111、210…ターミナルプレート
120、121…絶縁板
130、131…エンドプレート
200…燃料電池
CA…中央部
TA…端部
Min、M1in〜M3in…供給マニホールド
Mout、M1out〜M3out…排出マニホールド
Ph1〜Ph6、ph1、ph2…貫通孔
Php1〜Php6…プレート貫通孔
Phs1〜Phs6、phs1、phs2…セパレータ貫通孔
phc1、phc2…集電プレート貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (1)
中央プレート部と、前記中央プレート部の外縁に形成された端子部と、を有する集電プレートと、
前記集電プレートの面に沿った方向において、前記中央プレート部と並んで配置されている外側部プレートであって、前記マニホールドを構成するプレート貫通孔を有する外側部プレートと、
前記中央プレート部と前記外側部プレートとを前記集電プレートの面と直交する方向に挟持する一対のセパレータであって、前記マニホールドを構成するセパレータ貫通孔を有する一対のセパレータと、を備え、
前記外側部プレートは、弾性部材によって形成されている、
燃料電池用のターミナルプレート。 A terminal plate for a fuel cell having a manifold,
A current collecting plate having a central plate portion and a terminal portion formed on an outer edge of the central plate portion;
In the direction along the surface of the current collecting plate, an outer part plate arranged side by side with the central plate part, the outer part plate having a plate through hole constituting the manifold,
A pair of separators sandwiching the central plate part and the outer part plate in a direction perpendicular to the surface of the current collecting plate, and a pair of separators having a separator through-hole constituting the manifold,
The outer part plate is formed by an elastic member,
Terminal plate for fuel cells.
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