JP2019036443A - 燃料電池スタックのセル構造および燃料電池セルのたわみ規制方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、実施形態の燃料電池スタック100を示す斜視図である。図2は、図1の燃料電池スタック100から上部エンドプレート110、上部集電板108、複数のセルモジュール100Qを積層して構成したスタック100P、下部集電板107、下部エンドプレート109および外部マニホールド111に分解した状態を示す斜視図である。図3は、図2のセルモジュール100Qを分解して示す斜視図である。図4は、図3のユニット100Rを分解して示す斜視図である。図5Aは、図4のメタルサポートセルアッセンブリー101を分解して示す斜視図である。図5Bは、図4のメタルサポートセルアッセンブリー101を断面で示す側面図である。
実施形態の変形例1〜3の燃料電池スタックは、図10〜図12に示し、集電補助層の構成や接合方法が、上述した実施形態の燃料電池スタック100のセル構造と相違する。
100P スタック、
100Q セルモジュール、
100R ユニット、
101 メタルサポートセルアッセンブリー、
101M 発電セル、
101N メタルサポートセル、
101S 電解質、
101T アノード(燃料極)、
101U カソード(酸化剤極)、
101V サポートメタル(支持部材)、
101W セルフレーム、
101e 開口部、
102 セパレータ、
102L 流路部、
102h 平坦部、
102i アノード側突起、
102j カソード側突起、
103,203,213,223,303 集電補助層、
103a,303a,303b,303c 支持部、
103b,303d,303e,303f 開口部、
104 シール部材、
104A アノード側外縁シール部材、
104B アノード側マニホールドシール部材、
104C カソード側外縁シール部材、
104D カソード側マニホールドシール部材、
105 モジュールエンド、
106 マニホールドシール部材、
107 下部集電板、
107f 端子、
108 上部集電板、
108f 端子、
109 下部エンドプレート、
110 上部エンドプレート、
111 外部マニホールド、
101a,102a,105a,107a,109a,111a,202a アノード側流入口、
101b,102b,105b,107b,109b,111b アノード側流出口、
101c,102c,105c,107c,109c,111c,302c カソード側流入口、
101d,102d,105d,107d,109d,111d カソード側流出口、
AG アノードガス、
CG カソードガス、
T1,T2,T3,U1,V1,V2,V3,V4,V5,V6 接合部(固定部)、
X (燃料電池スタック100の)短手方向、
Y (燃料電池スタック100の)長手方向、
Z (燃料電池スタック100の)高さ方向。
Claims (12)
- 電解質を燃料極と酸化剤極とで挟んでなり供給されたガスによって発電する発電セルと、
前記発電セルと前記発電セルとの間に積層し、隣り合う前記発電セルを隔てて前記ガスを流す流路部を備えたセパレータと、
前記流路部に積層し、前記流路部と面接触する集電補助層と、
前記セパレータの熱膨張率を前記集電補助層の熱膨張率より大きく設定し、前記集電補助層を引張して前記集電補助層のたわみを規制する変位規制手段と、を有する燃料電池スタックのセル構造。 - 前記発電セルに積層し、導電性を備えた多孔質からなり前記発電セルを支持する支持部材を、さらに有し、
前記変位規制手段は、前記支持部材と前記セパレータ間の第1の固定部と、前記セパレータと前記集電補助層とを前記第1の固定部に対して対称に少なくとも2箇所で固定する第2の固定部とで形成した、請求項1に記載の燃料電池スタックのセル構造。 - 前記変位規制手段は、前記集電補助層と、前記集電補助層よりも加熱された場合の変形量が大きい前記セパレータと、を積層方向と交差する方向に沿って2箇所以上で接合して構成した、請求項1または2に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記変位規制手段は、前記流路部と前記集電補助層とを接合して構成した、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記変位規制手段は、前記流路部と前記集電補助層とを前記ガスの流れる方向に沿って2箇所以上で接合して構成した、請求項4に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記流路部の熱膨張率は、前記集電補助層の熱膨張率よりも大きい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記支持部材の熱膨張率は、前記セパレータの熱膨張率よりも大きいか等しい、請求項2に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記集電補助層は、積層方向と交差する方向に沿って格子状に伸ばした支持部と隣り合う前記支持部の間において積層方向に沿って貫通した開口部とを備え、
各々の前記支持部は、菱形形状に形成され、菱形形状の対角線に沿った方向を前記ガスが流れる方向に沿わせた、請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。 - 前記集電補助層を複数備え、
相対的に温度が高い部位に位置する一の前記集電補助層の熱膨張率は、相対的に温度が低い部位に位置する他の前記集電補助層の熱膨張率よりも大きい、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。 - 前記変位規制手段は、相対的に温度が高い部位に位置する前記セパレータと前記集電補助層との一の接合部の面積を、相対的に温度が低い部位に位置する前記セパレータと前記集電補助層との他の接合部の面積よりも小さく構成した、請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。
- 前記集電補助層は、積層方向と交差する方向に沿って格子状に伸ばした支持部と隣り合う前記支持部の間において積層方向に沿って貫通した開口部とを備え、
前記支持部は、相対的に温度が高い部位に位置する部分の積層方向に沿った断面積を、相対的に温度が低い部位に位置する部分の積層方向に沿った断面積よりも小さくした、請求項1〜10のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのセル構造。 - 発電セルを挟持する一対のセパレータの一方に集電補助層を積層し、
積層した前記集電補助層を前記セパレータに連結し、
相互に連結された前記集電補助層と前記セパレータとの熱膨張率を前記セパレータ側が大きくなるよう異なる値に設定し、
熱膨張率差により加熱時に前記セパレータと前記集電補助層との間で引張力を発生させる、燃料電池セルのたわみ規制方法。
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