JP2020198201A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack.
燃料電池スタックは、複数の単セルが積層されて構成される。各単セルでは、セパレータに形成されたビード部と、膜電極ガス拡散層接合体を支持するフレームと間に弾性体が配置され、ビード部とフレームとの間のシール性が確保されている(例えば特許文献1参照)。 The fuel cell stack is composed of a plurality of single cells stacked together. In each single cell, an elastic body is arranged between the bead portion formed on the separator and the frame supporting the membrane electrode gas diffusion layer joint body, and the sealing property between the bead portion and the frame is ensured ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、複数の単セルが締結された状態では、積層方向で圧縮荷重が作用して、弾性体に当接するビード部の頂部の中央部がフレームから離れるように湾曲する場合がある。このように変形すると、ビード部の頂部の面圧が幅方向で低い部位が発生し、ビード部とフレームとの間のシール性が低下する場合がある。 However, in a state where a plurality of single cells are fastened, a compressive load acts in the stacking direction, and the central portion of the top of the bead portion in contact with the elastic body may be curved so as to be separated from the frame. When deformed in this way, a portion where the surface pressure of the top portion of the bead portion is low in the width direction is generated, and the sealing property between the bead portion and the frame may be deteriorated.
そこで本発明は、ビード部とフレームとの間のシール性が向上した燃料電池スタックを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack having an improved sealing property between the bead portion and the frame.
上記目的は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックにおいて、前記複数の単セルの少なくとも一つは、第1膜電極ガス拡散層接合体、前記第1膜電極ガス拡散層接合体を支持する第1フレーム、及び前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームに対向した第1セパレータ、を含み、前記第1セパレータは、第1基部、及び前記第1基部から前記第1フレームに向けて突出して第1方向に沿った幅を有した第1ビード部、を含み、前記第1ビード部は、前記第1基部よりも前記第1フレームに近い位置にある第1頂部、前記第1方向での前記第1頂部の一端と前記第1基部との間で連続した第1側部、及び前記第1方向での前記第1頂部の他端と前記第1基部との間で連続した第2側部、を含み、前記第1頂部と前記第1フレームとの間には、第1弾性部が設けられており、前記第1弾性部は、前記第1頂部の一端と前記第1頂部の他端とにそれぞれ当接する第1及び第2端領域、及び前記第1及び第2端領域の間に位置する第1中央領域、を含み、前記第1中央領域の弾性率は、前記第1及び第2端領域の各弾性率よりも大きい、燃料電池スタックによって達成できる。 For the above purpose, in a fuel cell stack in which a plurality of single cells are laminated, at least one of the plurality of single cells supports a first film electrode gas diffusion layer junction and the first membrane electrode gas diffusion layer junction. The first frame includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the first separator facing the first frame, and the first separator is the first base portion and the first frame from the first base portion. The first bead portion includes a first bead portion that protrudes toward the surface and has a width along the first direction, and the first bead portion is a first top portion that is closer to the first frame than the first base portion. Between one end of the first apex in the first direction and a continuous first side portion between the first base, and between the other end of the first apex and the first base in the first direction. A first elastic portion is provided between the first top portion and the first frame, including a continuous second side portion, and the first elastic portion is one end of the first top portion and the said. The elastic coefficient of the first central region includes a first and second end region that abuts on the other end of the first top, respectively, and a first central region that is located between the first and second end regions. Can be achieved with a fuel cell stack that is greater than each of the first and second end regions.
また、上記目的は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックにおいて、前記複数の単セルの少なくとも一つは、第1膜電極ガス拡散層接合体、前記第1膜電極ガス拡散層接合体を支持する第1フレーム、及び前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームに対向した第1セパレータ、を含み、前記第1セパレータは、第1基部、及び前記第1基部から前記第1フレームに向けて突出して第1方向に沿った幅を有した第1ビード部、を含み、前記第1ビード部は、前記第1基部よりも前記第1フレームに近い位置にある第1頂部、前記第1方向での前記第1頂部の一端と前記第1基部との間で連続した第1側部、及び前記第1方向での前記第1頂部の他端と前記第1基部との間で連続した第2側部、を含み、前記第1頂部と前記第1フレームとの間には、第1弾性部が設けられており、前記第1弾性部は、前記第1頂部の一端と前記第1頂部の他端とにそれぞれ当接する第1及び第2端領域、及び前記第1及び第2端領域の間に位置する第1中央領域、を含み、前記第1中央領域の弾性率は、前記第1及び第2端領域の各弾性率よりも小さい、燃料電池スタックによって達成できる。 Further, the above object is in a fuel cell stack in which a plurality of single cells are laminated, and at least one of the plurality of single cells is a first film electrode gas diffusion layer junction and the first membrane electrode gas diffusion layer junction. The first frame includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the first separator facing the first frame, and the first separator is the first base portion and the first to the first base portion. The first bead portion includes a first bead portion that protrudes toward one frame and has a width along the first direction, and the first bead portion is a first top portion located closer to the first frame than the first base portion. , The first side portion continuous between one end of the first top portion in the first direction and the first base portion, and the other end of the first top portion in the first direction and the first base portion. A first elastic portion is provided between the first top portion and the first frame, including a second side portion continuous between the first elastic portions, and the first elastic portion is one end of the first top portion. The elasticity of the first central region, including the first and second end regions abutting the other end of the first top and the first central region located between the first and second end regions, respectively. The rate can be achieved by a fuel cell stack that is less than each elastic rate in the first and second end regions.
前記第1中央領域の幅は、前記第1及び第2端領域の合計の幅よりも狭くてもよい。 The width of the first central region may be narrower than the total width of the first and second end regions.
前記第1中央領域の幅は、前記第1及び第2端領域の合計の幅よりも広くてもよい。 The width of the first central region may be wider than the total width of the first and second end regions.
前記第1弾性部は、前記第1フレームに予め一体に形成されていてもよい。 The first elastic portion may be integrally formed with the first frame in advance.
前記第1弾性部は、前記第1端領域に連続的に形成され前記第1頂部から離間した第1離間領域を含んでもよい。 The first elastic portion may include a first separation region that is continuously formed in the first end region and is separated from the first top portion.
前記第1離間領域の幅は、前記第1及び第2端領域と前記第1中央領域との合計の幅よりも広くてもよい。 The width of the first separation region may be wider than the total width of the first and second end regions and the first central region.
前記第1離間領域は、前記第1端領域と同一の材料により形成されていてもよい。 The first separation region may be formed of the same material as the first end region.
前記第1離間領域は、前記第1中央領域と同一の材料により形成されていてもよい。 The first separation region may be formed of the same material as the first central region.
前記第1弾性部は、前記第2端領域に連続的に形成され前記第1頂部から離間した第2離間領域を含んでもよい。 The first elastic portion may include a second separated region that is continuously formed in the second end region and separated from the first top portion.
前記第2離間領域の幅は、前記第1及び第2端領域と前記第1中央領域との合計の幅よりも広くてもよい。 The width of the second separation region may be wider than the total width of the first and second end regions and the first central region.
前記第2離間領域は、前記第2端領域と同一の材料により形成されていてもよい。 The second separation region may be formed of the same material as the second end region.
前記第2離間領域は、前記第1中央領域と同一の材料により形成されていてもよい。 The second separation region may be formed of the same material as the first central region.
前記複数の単セルの前記少なくとも一つは、前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームとは反対側で前記第1セパレータに対向した第2セパレータを含み、前記複数の単セルの前記少なくとも一つに隣接した他の単セルは、第2膜電極ガス拡散層接合体、及び前記第2膜電極ガス拡散層接合体を支持する第2フレーム、を含み、前記第2膜電極ガス拡散層接合体及び第2フレームは、前記第2セパレータに対向し、前記第2セパレータは、前記第1基部に当接する第2基部、及び前記第2基部から前記第2フレームに向けて突出して前記第1方向に沿った幅を有した第2ビード部、を含み、前記第2ビード部は、前記第2基部よりも前記第2フレームに近い位置にある第2頂部、前記第1方向での前記第2頂部の一端と前記第2基部との間で連続した第3側部、及び前記第1方向での前記第2頂部の他端と前記第2基部との間で連続した第4側部、を含み、前記第2頂部と前記第2フレームとの間には、第2弾性部が設けられており、前記第2弾性部は、前記第2頂部の一端と前記第2頂部の他端とにそれぞれ当接する第3及び第4端領域、及び前記第3及び第4端領域の間に位置する第2中央領域、を含み、前記第2中央領域の弾性率は、前記第3及び第4端領域の各弾性率よりも大きくてもよい。 The at least one of the plurality of single cells includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the second separator facing the first separator on the side opposite to the first frame, and the plurality of single cells. The other single cell adjacent to the at least one includes the second membrane electrode gas diffusion layer junction and the second frame supporting the second membrane electrode gas diffusion layer junction, and the second membrane electrode gas. The diffusion layer joint and the second frame face the second separator, and the second separator projects from the second base portion abutting the first base portion and the second base portion toward the second frame. The second bead portion includes a second bead portion having a width along the first direction, and the second bead portion is a second top portion located closer to the second frame than the second base portion, in the first direction. A third side portion continuous between one end of the second apex and the second base portion, and a fourth continuous portion between the other end of the second apex portion in the first direction and the second base portion. A second elastic portion is provided between the second top portion and the second frame, including a side portion, and the second elastic portion is formed on one end of the second top portion and the second top portion. The elastic coefficient of the second central region includes the third and fourth end regions that come into contact with the other ends and the second central region located between the third and fourth end regions, respectively. And may be larger than each elastic coefficient of the fourth end region.
前記複数の単セルの前記少なくとも一つは、前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームとは反対側で前記第1セパレータに対向した第2セパレータを含み、前記複数の単セルの前記少なくとも一つに隣接した他の単セルは、第2膜電極ガス拡散層接合体、及び前記第2膜電極ガス拡散層接合体を支持する第2フレーム、を含み、前記第2膜電極ガス拡散層接合体及び第2フレームは、前記第2セパレータに対向し、前記第2セパレータは、前記第1基部に当接する第2基部、及び前記第2基部から前記第2フレームに向けて突出して前記第1方向に沿った幅を有した第2ビード部、を含み、前記第2ビード部は、前記第2基部よりも前記第2フレームに近い位置にある第2頂部、前記第1方向での前記第2頂部の一端と前記第2基部との間で連続した第3側部、及び前記第1方向での前記第2頂部の他端と前記第2基部との間で連続した第4側部、を含み、前記第2頂部と前記第2フレームとの間には、第2弾性部が設けられており、前記第2弾性部は、前記第2頂部の一端と前記第2頂部の他端とにそれぞれ当接する第3及び第4端領域、及び前記第3及び第4端領域の間に位置する第2中央領域、を含み、前記第2中央領域の弾性率は、前記第3及び第4端領域の各弾性率よりも小さくてもよい。 The at least one of the plurality of single cells includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the second separator facing the first separator on the side opposite to the first frame, and the plurality of single cells. The other single cell adjacent to the at least one includes the second membrane electrode gas diffusion layer junction and the second frame supporting the second membrane electrode gas diffusion layer junction, and the second membrane electrode gas. The diffusion layer joint and the second frame face the second separator, and the second separator projects from the second base portion abutting the first base portion and the second base portion toward the second frame. The second bead portion includes a second bead portion having a width along the first direction, and the second bead portion is a second top portion located closer to the second frame than the second base portion, in the first direction. A third side portion continuous between one end of the second apex and the second base portion, and a fourth continuous portion between the other end of the second apex portion in the first direction and the second base portion. A second elastic portion is provided between the second top portion and the second frame, including a side portion, and the second elastic portion is formed on one end of the second top portion and the second top portion. The elastic coefficient of the second central region includes the third and fourth end regions that come into contact with the other ends and the second central region located between the third and fourth end regions, respectively. And may be smaller than each elastic coefficient of the fourth end region.
前記第2中央領域の幅は、前記第3及び第4端領域の合計の幅よりも狭くてもよい。 The width of the second central region may be narrower than the total width of the third and fourth end regions.
前記第2中央領域の幅は、前記第3及び第4端領域の合計の幅よりも広くてもよい。 The width of the second central region may be wider than the total width of the third and fourth end regions.
前記第2弾性部は、前記第2フレームに予め一体に形成されていてもよい。 The second elastic portion may be integrally formed with the second frame in advance.
前記第2弾性部は、前記第3端領域に連続的に形成され前記第2頂部から離間した第3離間領域を含んでもよい。 The second elastic portion may include a third separated region that is continuously formed in the third end region and separated from the second top portion.
前記第2弾性部は、前記第4端領域に連続的に形成され前記第2頂部から離間した第4離間領域を含んでもよい。 The second elastic portion may include a fourth separated region that is continuously formed in the fourth end region and separated from the second top portion.
ビード部とフレームとの間のシール性が向上した燃料電池スタックを提供できる。 It is possible to provide a fuel cell stack with improved sealing performance between the bead portion and the frame.
[燃料電池スタックの概略構成]
図1は、燃料電池スタック1の単セル2の分解斜視図である。燃料電池スタック1は、単セル2が複数積層されることで構成される。図1では、一つの単セル2のみを示し、その他の単セルについては省略してある。尚、図1には、互いに直交するX方向、Y方向、及びZ方向を示している。X方向及びY方向は、略矩形状に形成された単セル2の短手方向及び長手方向に相当する。Z方向は、複数の単セル2が積層される方向に相当する。
[Outline configuration of fuel cell stack]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
燃料電池スタック1は、反応ガスとしてアノードガス(例えば水素)とカソードガス(例えば酸素)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2は、膜電極ガス拡散層接合体10(以下、MEGA(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)と称する)、枠状のフレーム50、及びアノードセパレータ20及びカソードセパレータ40(以下、セパレータと称する)を含む。セパレータ20は、MEGA10及びフレーム50よりも+Z方向側に配置されてこれらと対向している。セパレータ40は、セパレータ20よりも+Z方向側に配置されてこれと対向している。フレーム50は、絶縁性を有しており、内周部がMEGA10の外周部に接合された枠状の部材である。MEGA10は、第1膜電極ガス拡散層接合体の一例である。フレーム50は、第1フレームの一例である。セパレータ20は、第1セパレータの一例である。セパレータ40は、第2セパレータの一例である。
The
MEGA10は、アノードガス拡散層16a及びカソードガス拡散層16c(以下、拡散層と称する)を有している。また、MEGA10は、拡散層16a及び16cに挟持された膜電極接合体(以下、MEA(Membrane Electrode Assembly)と称する)を含む。MEAは、電解質膜、及びアノード触媒層及びカソード触媒層を含む。アノード触媒層は、電解質膜のセパレータ20側の面に形成されており、拡散層16aが接合されている。カソード触媒層は、電解質膜のセパレータ20とは反対側の面に形成されており、拡散層16cが接合されている。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。触媒層は、例えば白金(Pt)などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜に塗布することにより形成される。拡散層16a及び16cは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。
MEGA10 has an anode
セパレータ20及び40、及びフレーム50には、孔a1〜a6が貫通するように形成されている。セパレータ20及び40、及びフレーム50の2つの短辺の一方側には孔a1〜a3が形成され、他方側には孔a4〜a6が形成されている。孔a1は、カソード入口マニホールドを画定する。孔a2は、冷却水入口マニホールドを画定する。孔a3は、アノード出口マニホールドを画定する。孔a4は、アノード入口マニホールドを画定する。孔a5は、冷却水出口マニホールドを画定する。孔a6は、カソード出口マニホールドを画定する。
The
MEGA10に対向するセパレータ20の面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通してアノードガスが流れるアノード流路部20A(以下、流路部と称する)が形成されている。MEGA10に対向するセパレータ20の面とは反対側の面には、冷却水入口マニホールドと冷却水出口マニホールドとを連通して冷却水が流れる冷却水流路部20B(以下、流路部と称する)が形成されている。セパレータ20に対向するセパレータ40の面には、流路部20Bと共に、冷却水入口マニホールドと冷却水出口マニホールドとを連通して冷却水が流れる冷却水流路部40B(以下、流路部と称する)が形成されている。セパレータ20に対向するセパレータ40の面とは反対側の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通してカソードガスが流れるカソード流路部40A(以下、流路部と称する)が形成されている。流路部20A及び20Bは、セパレータ20の長手方向であるY方向に延びX方向に並設された複数の溝部により構成されている。流路部40A及び40Bも同様である。
On the surface of the
流路部20B及び40Bは、それぞれ、流路部20A及び40Aと表裏一体に形成されている。セパレータ20及び40は、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状の部材である。
The
セパレータ20には、詳しくは後述するが、外周縁に沿って周回したビード部24が形成されている。セパレータ40にも同様に、ビード部44が形成されている。ビード部24は、流路部20A及び20Bや孔a1〜a6を包囲し、ビード部44は、流路部40A及び40Bや孔a1〜a6を包囲している。ビード部24及び44は、セパレータ20及び40を積層した状態で、Z方向で互いに対向する。また、セパレータ20には、孔a1〜a6のそれぞれを包囲するビード部291〜296が形成されており、同様に、セパレータ40には、孔a1〜a6のそれぞれを包囲するビード部491〜496が形成されている。ビード部291〜296もそれぞれビード部491〜496にZ方向で互いに対向する。これらビード部24、44、291〜296、及び491〜496により、アノードガスやカソードガス、及び冷却水の漏れを防止する。
The
図2は、セパレータ40の正面図である。図2は、セパレータ40を+Z方向側から見た場合を示している。図2には、セパレータ40とセパレータ20との溶接ラインL1、L3、L4、L6、及びL10を点線で示している。溶接ラインL1、L3、L4、及びL6は、それぞれビード部491、493、494、及び496を包囲している。溶接ラインL10は、ビード部44を包囲している。セパレータ20及び40は、複数の単セル2が積層される前に、これらの溶接ラインに沿って溶接されている。尚、セパレータ20及び40の接合方法は溶接に限定されず、接着剤を用いてもよい。
FIG. 2 is a front view of the
[締結前の状態]
図3は、図2に示したA−A線に対応する単セル2の断面図である。図3には、単セル2に+Z方向側で隣接した他の単セル2−1と、単セル2−1に+Z方向で隣接した他の単セルのフレーム50−2とを示している。尚、単セル2−1は、単セル2と同一の部材であるが、説明の便宜上、異なる符号を付している。従って、セパレータ20及び20−1は同一の部材であり、セパレータ40及び40−1も同一の部材であり、フレーム50、50−1、及び50−2も同一の部材である。また、詳しくは後述する弾性部60、60−1、70−1、及び70−2は同一の部材である。尚、セパレータ20−1及び40−1、フレーム50−1、弾性部60−1及び70−1は、単セル2−1に含まれる。弾性部70−2、フレーム50−2は、単セル2−1に+Z方向側で隣接した他の単セルに含まれる。
[State before fastening]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
上述したようにセパレータ20及び40は溶接されており、セパレータ20−1及び40−1も同様に溶接されている。図3は、積層された複数の単セル2、2−1等が締結される前であって、セパレータ20及び40とセパレータ20−1及び40−1とがX方向で位置がずれている状態を示している。締結前の状態では、積層された複数の単セル2、2−1等には、積層方向であるZ方向に圧縮荷重は作用していない。尚、締結作業は、複数の単セル2、2−1等から構成される積層体の一端側及び他端側のそれぞれに、積層体側から順にターミナルプレート、インシュレータ、エンドプレートを積層し、両端に配置されたエンドプレート同士を複数のテンションプレートで連結することにより行われる。
As described above, the
[ビード部24及び44の構造]
ビード部24の構造について説明する。セパレータ20のビード部24は、基部21から−Z方向に、即ちフレーム50に向けて突出している。ビード部24は、図3ではX方向の幅を有してY方向に延びている。基部21は、XY平面と略平行に延びた平板状である。ビード部24は、頂部25、及び側部26及び27を含む。頂部25は、基部21よりもフレーム50に近い位置にあり、XY平面に対して略平行である。側部26は、基部21と+X方向での頂部25の一端との間で連続しており、基部21に対して傾斜している。詳細には、側部26は、フレーム50側での基部21と間の角度が90度よりも大きい角度で傾斜している。側部27は、基部21と+X方向での頂部25の他端との間で連続しており、基部21に対して傾斜している。側部27についても、フレーム50側での基部21との間の角度は90度よりも大きい角度で傾斜している。側部26及び27は、X方向で互いに対向している。
[Structure of
The structure of the
ビード部24は第1ビード部の一例である。基部21は、第1基部の一例である。頂部25は、第1頂部の一例である。側部26及び27は、それぞれ第1及び第2側部の一例である。尚、流路部20A及び20Bを表裏一体に構成する複数の溝部や他のビード部も、ビード部24と同様に基部21から−Z方向に突出するように設けられている。
The
次にビード部44について説明する。セパレータ40のビード部44は、基部41から+Z方向に、即ちフレーム50−1に向けて突出している。ビード部44も、セパレータ20のビード部24と同様に図3ではX方向の幅を有してY方向に延びている。基部41は、基部21に略平行に延びた平板状であり、上述した溶接ラインに従って基部21と溶接されている。ビード部44は、頂部45、及び側部46及び47を含む。頂部45は、基部41よりもフレーム50−1に近い位置にある。側部46は、基部41と+X方向での頂部45の一端との間で連続しており、基部41に対して傾斜している。側部47は、基部41と+X方向での頂部45の他端との間で連続しており、基部41に対して傾斜している。側部46及び47は、それぞれセパレータ20のビード部24の側部26及び27とY方向で対向している。
Next, the
図3は締結前の状態を示しているため、頂部25及び45は略XY平面に平行な状態となっている。ビード部44は、第2ビード部の一例である。基部41は、第2基部の一例である。頂部45は、第2頂部の一例である。側部46及び47は、それぞれ第3及び第4側部の一例である。尚、流路部40A及び40Bを表裏一体に構成する複数の溝部や他のビード部も、ビード部44と同様に基部41から+Z方向に突出して設けられている。
Since FIG. 3 shows the state before fastening, the tops 25 and 45 are in a state substantially parallel to the XY plane. The
[弾性部60及び70−1の概略構成]
単セル2のビード部24の頂部25とフレーム50との間には、弾性部60が配置されている。弾性部60は、頂部25と略同じ幅を有して頂部25と同様にY方向に延びている。弾性部60は、セパレータ20の頂部25に予め接着されているがこれに限定されない。同様に、単セル2のセパレータ40のビード部44の頂部45と単セル2−1のフレーム50−1との間には、弾性部70−1が配置されている。弾性部70−1は、頂部45と略同じ幅を有して頂部45と同様にY方向に延びている。弾性部70−1についても弾性部60と同様に、セパレータ40の頂部45に予め接着されているがこれに限定されない。弾性部60−1及び70−2についても同様である。これらの弾性部は、発泡ゴムや、未発泡ゴム、熱可塑エラストマー、又はゴムと熱可塑性エラストマーとを混合したものの何れでもよい。また、弾性部60は、詳しくは後述するが、弾性率が異なる端領域61及び62と中央領域63とを含む。他の弾性部60−1、70−1、及び70−2も同様である。
[Rough configuration of
An
尚、フレーム50は、これら弾性部よりも弾性率が大きい材料により形成され、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等の合成樹脂製である。弾性部60は、第1弾性部の一例である。弾性部70−1は、第2弾性部の一例である。単セル2−1は、単セル2に隣接した他の単セルの一例である。フレーム50−1は、第2フレームの一例であり、不図示のMEGAを支持している。フレーム50―1に支持されるMEGAは、第2膜電極ガス拡散層接合体の一例である。
The
図3に示したような位置ずれが生じていない状態で複数の単セルが締結されることが望ましいが、締結作業時の各単セルの位置決めの精度や、寸法誤差等によっては、位置ずれが生じることが考えられる。このように位置ずれが生じた状態で複数の単セル等が締結されると、以下に説明する比較例のような問題が生じる場合がある。 It is desirable that a plurality of single cells are fastened without the misalignment as shown in FIG. 3, but the misalignment may occur depending on the positioning accuracy of each single cell during the fastening work, dimensional error, and the like. It is possible that it will occur. When a plurality of single cells or the like are fastened in a state where the misalignment occurs in this way, problems such as the comparative example described below may occur.
[比較例の締結後の状態]
図4Aは、比較例の説明図である。図4Aは、セパレータ20及び40とセパレータ20−1及び40−1との位置がX方向でずれた状態で、単セル2x、2x−1等の締結後の状態を示している。比較例の燃料電池スタック1xの単セル2x及び2x−1では、弾性部60x、60x−1、70x−1、及び70x−2が用いられる。これら弾性部は、上述した本実施例と異なり、弾性率が同じである単一の材料により形成されている。
[State after conclusion of comparative example]
FIG. 4A is an explanatory diagram of a comparative example. FIG. 4A shows a state in which the
単セル2x、2x−1が締結されてZ方向に圧縮荷重が作用すると、セパレータ20のビード部24が潰れるように変形する。具体的には、側部26及び27が倒れるように変形して、頂部25の中央部がフレーム50から離間するように湾曲する。これにより、弾性部60xも頂部25に追従して変形し、弾性部60xの中央部とフレーム50との間に隙間が生じる。セパレータ40のビード部44も同様に変形し、弾性部70x−1の中央部とフレーム50−1との間に隙間が生じる。弾性部60x−1及び70x−2も同様である。
When the
図4Bは、比較例のセパレータ20及び20−1の各頂部25に作用する+X方向での面圧分布を示したグラフである。セパレータ20の頂部25の面圧は、頂部25の両端部で相対的に高くなり中央部で相対的に小さくなる。頂部25と同様に弾性部60xが変形して、弾性部60xの中央部がフレーム50から離間しているからである。セパレータ20−1の頂部25の面圧も同様である。尚、セパレータ40の頂部45の面圧分布は、セパレータ20の頂部25の面圧分布と略同じであり、セパレータ40−1の頂部45の面圧分布は、セパレータ20−1の頂部25の面圧分布と略同じである。
FIG. 4B is a graph showing the surface pressure distribution in the + X direction acting on each top 25 of the
上述したようにセパレータ20及び40とセパレータ20−1及び40−1との位置がX方向でずれているため、図4Bに示すように、セパレータ20の頂部25の面圧の高い両端部の位置と、セパレータ20−1の頂部25の面圧が高い両端部の位置とがZ方向で重ならない場合がある。このため、セパレータ20の頂部25とフレーム50との間や、セパレータ40の頂部45とフレーム50−1との間、セパレータ20−1の頂部25とフレーム50−1との間、セパレータ40−1の頂部45とフレーム50−2との間のシール性が低下する可能性がある。
As described above, the positions of the
[本実施例の締結後の状態]
図5Aは、本実施例の説明図である。図5Aは、セパレータ20及び40とセパレータ20−1及び40−1との位置がX方向でずれた状態で、単セル2、2−1等の締結後の状態を示している。本実施例でも比較例と同様に頂部25及び45は弾性変形するが、弾性部60及び70−1等の変形の仕方が上述した比較例とは異なっている。例えば弾性部60は、中央部の厚みが増すように変形して、フレーム50から離間することなく密着している。弾性部60−1、70−1、及び70−2も同様である。
[State after conclusion of this embodiment]
FIG. 5A is an explanatory diagram of this embodiment. FIG. 5A shows a state after fastening the
図5Bは、本実施例のセパレータ20及び20−1のそれぞれの頂部25に作用する+X方向での面圧分布を示したグラフである。弾性部60は、頂部25とフレーム50との双方に密着するように変形している、頂部25の面圧は、略均等になる。セパレータ20−1の頂部25に作用する面圧も同様である。このため、セパレータの位置ずれが生じていても、セパレータ20の頂部25の面圧が高い部位の位置と、セパレータ20−1の頂部25の面圧が高い部位の位置との、Z方向での重なり量を確保することができる。このため、互いに対向するビード部とフレームと間のシール性が向上している。
FIG. 5B is a graph showing the surface pressure distribution in the + X direction acting on the top 25 of each of the
尚、ビード部の頂部の面圧は、上述した位置ずれが生じていない場合であっても均一であることが望ましい。例えば図4Aに示したようにセパレータ20の頂部25の面圧が不均一であると、弾性部60xとフレーム50との間に密着が不十分な部位が生じ、シール性が低下する可能性があるからである。
It is desirable that the surface pressure at the top of the bead portion is uniform even when the above-mentioned misalignment does not occur. For example, if the surface pressure of the top 25 of the
[弾性部60及び70−1の詳細]
弾性部60及び70−1について詳細に説明する。図6Aは、締結前の単セル2のビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図6Bは、締結後の単セル2のビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図6Cは、締結後のビード部24の頂部25の面圧分布を示したグラフである。
[Details of
The
弾性部60は、端領域61及び62、及び中央領域63を含む。端領域61及び62は、ビード部24の幅方向である+X方向の一端と他端とに位置している。中央領域63は、端領域61及び62の間に位置している。中央領域63の弾性率は、端領域61及び62の各弾性率よりも大きい。弾性率は、変形のし難さを表す物性値である。従って、中央領域63は、端領域61及び62よりも弾性変形し難い。端領域61及び62は、同一の材料により形成され、中央領域63は、端領域61及び62とは異なる材料により形成されている。例えば、端領域61及び62の材料は、スチレン系又はオレフィン系の熱可塑性エラストマーであり、中央領域63の材料は、ウレタン系、エステル系、又はアミド系の熱可塑性エラストマーである。
The
端領域61及び62と中央領域63とのZ方向の厚みは、締結前の状態では略同じである。端領域61、端領域62、及び中央領域63のそれぞれの幅W1、W2、及びW3についても、締結前の状態では略同じ大きさである。また、締結前の状態では、中央領域63の幅W3は、端領域61の幅W1及び端領域62の幅W2の合計よりも狭い。同様に、弾性部70−1は、端領域71及び72、及び中央領域73を含み、それぞれ端領域61及び62、中央領域63と、材料、大きさ、及び形状が同じである。端領域61及び62は、それぞれ第1及び第2端領域の一例である。中央領域63は、第1中央領域の一例である。端領域71及び72は、それぞれ第3及び第4端領域の一例である。中央領域73は、第2中央領域の一例である。
The thicknesses of the
図6Bに示すように締結後の状態では、端領域61及び62には、ビード部24の頂部25の+X方向での一端及び他端のそれぞれから大きな圧縮荷重が作用し、頂部25は中央領域63から離れるように湾曲する。端領域61及び62に大きな圧縮荷重が作用することにより、端領域61及び62は、X方向に伸びるように弾性変形しようとする。ここで、端領域61の中央領域63近傍の部位は、端領域61よりも弾性変形し難い中央領域63により+X方向に伸びることが規制され、端領域62の中央領域63近傍の部位は、端領域62よりも弾性変形し難い中央領域63により−X方向に伸びることが規制される。この結果、端領域61の中央領域63近傍の部位、及び端領域62の中央領域63近傍の部位は、中央領域63を乗り越えて中央領域63と湾曲した頂部25の中央部との間に入り込む。
As shown in FIG. 6B, in the state after fastening, a large compressive load acts on the
以上のように弾性部60は、ビード部24の頂部25が湾曲しても、頂部25の形状に追従して、頂部25とフレーム50との間で隙間が生じないように変形する。従って、弾性部60が頂部25とフレーム50との間で両者に密着し、図6Cに示すように頂部25の面圧は均一となる。同様に、弾性部70−1も、端領域71及び72も中央領域73と湾曲した頂部45の中央部との間に入り込むように変形し、頂部45の面圧は均一となる。このようにして、ビード部24とフレーム50との間のシール性、及びビード部44とフレーム50−1との間のシール性が向上している。
As described above, even if the top 25 of the
上述したように、中央領域63の幅W3は、端領域61の幅W1及び端領域62の幅W2の合計よりも狭いことが望ましい。端領域61及び62に圧縮荷重が作用した場合に、中央領域63と頂部25との間の隙間を埋めるように伸びるために必要となる端領域61及び62の体積を確保することができるからである。尚、図6Bに示すように、締結後の状態であっても、中央領域63の幅は、端領域61の幅及び端領域62の幅の合計よりも狭い。
As described above, it is desirable that the width W3 of the
弾性部60はビード部24の頂部25に接着されているため、中央領域63と頂部25との接着力は、強すぎないことが望ましい。具体的には、図6Bに示したように、締結による圧縮荷重が弾性部60に作用することにより、中央領域63と頂部25との間に端領域61及び62の一部が入り込み、中央領域63が頂部25から剥離される程度の接着力で接着されていることが好ましい。弾性部70−1についても同様である。
Since the
弾性部60は、頂部25に接着されておらずに、フレーム50に予め一体に形成されていてもよい。この場合、フレーム50の弾性部60が形成された側の面と反対側の面にも同様の弾性部が予め一体に形成されていてもよい。この場合も、ビード部の面圧を均一にできシール性を向上させることができる。また、このような弾性部60がフレーム50に予め一体に形成されていることにより、弾性部60をセパレータ20に接着する作業が不要となり、組み立て工程を簡略化できる。同様に、弾性部70−1も、セパレータ40の頂部45には接着されておらずに、フレーム50−1に予め一体に形成されていてもよい。
The
尚、例えば図3に示したフレーム50−1に弾性部60―1及び70−1が予め一体に形成されている場合には、図3に示したようにセパレータの位置ずれに伴って弾性部60−1及び70−1の位置がずれることはないと考えられる。しかしながら、上述したようにセパレータの位置ずれが生じていなくてもビード部の面圧を均一にすることによりシール性を向上させることができるため、フレームと一体に形成される弾性部についても本実施例のような弾性部を採用することが好ましい。 For example, when the elastic portions 60-1 and 70-1 are integrally formed in advance on the frame 50-1 shown in FIG. 3, the elastic portions are formed as the separator is displaced as shown in FIG. It is considered that the positions of 60-1 and 70-1 do not shift. However, as described above, even if the separator is not misaligned, the sealing performance can be improved by making the surface pressure of the bead portion uniform. Therefore, the elastic portion formed integrally with the frame is also carried out. It is preferable to use an elastic portion as in the example.
端領域61及び62の弾性率は同じであるがこれに限定されず、中央領域63の弾性率よりも小さければ、端領域61及び62の弾性率は異なっていてもよい。従って、端領域61及び62の材料は異なっていてもよい。
The elastic moduli of the
端領域61及び62と中央領域63との厚みは、略同じであるがこれに限定されない。ビード部24の頂部25の変形に追従するように、端領域61及び62が中央領域63と頂部25との間に入り込むように伸びればよいため、端領域61及び62、中央領域63の厚みは異なっていてもよい。
The thicknesses of the
図6A等に示したように、ビード部24及び44の形状は、基部21及び41の当接面を通過するXY平面に対して略対称であるが、これに限定されない。例えば、ビード部24の基部21からの−Z方向での突出高さと、ビード部44の基部41からの+Z方向での突出高さとは異なっていてもよい。
As shown in FIGS. 6A and the like, the shapes of the
上記の説明では、セパレータ20の外周縁に沿って周回するビード部24とフレーム50との間に配置される弾性部60について説明したが、孔a1〜a6をそれぞれ包囲するビード部291〜296の何れかとフレーム50との間に弾性部60を設けてもよい。同様に、ビード部491〜496の何れかとフレーム50−1との間に弾性部70を設けてもよい。
In the above description, the
[第1変形例]
次に、複数の変形例について説明する。変形例については、上述した本実施例と同一の構成については同一の符号を用いて説明する。図7Aは、第1変形例での、締結前の単セル2aのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図7Bは、第1変形例での、締結後の単セル2aのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図7Cは、第1変形例での、締結後の単セル2の頂部25の面圧分布を示したグラフである。
[First modification]
Next, a plurality of modified examples will be described. The modified example will be described with reference to the same reference numerals for the same configuration as that of the present embodiment described above. FIG. 7A is a partial cross-sectional view showing the periphery of the
第1変形例での燃料電池スタック1aでは、弾性部60a及び70a―1が採用されている。弾性部60aは、端領域61a及び62a、及び中央領域63aを含む。上述した本実施例とは異なり、中央領域63aの弾性率は、端領域61a及び62aの各弾性率よりも小さい。例えば、中央領域63aの材料は、スチレン系又はオレフィン系の熱可塑性エラストマーであり、端領域61a及び62aの材料は、ウレタン系、エステル系、又はアミド系の熱可塑性エラストマーである。
In the
締結前の状態において、中央領域63aの幅W3aは、端領域61aの幅W1a及び端領域62aの幅W2aの合計よりも大きい。第1変形例では、幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の約8分の1であり、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の約4分の3である。同様に、弾性部70a−1は、端領域71a及び72a、及び中央領域73aを含み、それぞれ端領域61a及び62a、及び中央領域63aと材料、大きさ、及び形状が同じである。尚、図7Bに示すように、締結後の状態であっても、中央領域63aの幅は、端領域61aの幅及び端領域62aの幅の合計よりも大きい。
In the state before fastening, the width W3a of the
弾性部60aに圧縮荷重が作用すると、弾性率の大きい端領域61a及び62aは変形し難いが、弾性率が小さい中央領域63aはX方向に伸びるように変形しようとする。しかしながら、このような中央領域63aの変形は端領域61a及び62aにより規制され、中央領域63aはビード部24の頂部25の中央部に向けて隆起するように変形する。このようにして頂部25とフレーム50との間に隙間が生じないように弾性部60aが変形するため、頂部25の面圧を均一にすることができる。同様に、中央領域73aも湾曲した頂部45の中央部に向けて隆起するように伸び、頂部45の面圧が均一となる。このようにして、シール性が向上している。
When a compressive load is applied to the
幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の4分の1未満であり、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の2分の1以上であってもよい。好ましくは、幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の5分の1未満であり、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の5分の3以上であってもよい。更に好ましくは、幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の6分の1未満であり、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の3分の2以上であってもよい。更に好ましくは、幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の7分の1未満であり、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の7分の5以上であってもよい。幅W3aが狭すぎると、ビード部24の頂部25の中央部とフレーム50との間の隙間を埋めるための中央領域63aの体積を確保することができないからである。
Each of the widths W1a and W2a is less than one-fourth of the total width of the
また、幅W1a及びW2aのそれぞれは、弾性部60aの全体の幅の16分の1より大きく、幅W3aは、弾性部60aの全体の幅の8分の7未満であってもよい。幅W1a及びW2aが狭すぎると、端領域61a及び62aの剛性を確保することができずに、中央領域63aのX方向に伸びようとする変形を端領域61a及び62aにより規制することが困難となるからである。
Further, each of the widths W1a and W2a may be larger than 1/16 of the total width of the
端領域61a及び62aの弾性率は同じであるが、中央領域63aの弾性率よりも大きければ、端領域61a及び62aの弾性率は異なっていてもよい。弾性部60aは、フレーム50とは別体に設けられてビード部24の頂部25に接着されていてもよいし、フレーム50に予め一体に形成されていてもよい。弾性部70a−1も同様である。第1変形例で示した弾性部60aと上述した本実施例で示した弾性部70−1とを用いてもよいし、第1変形例で示した弾性部70a―1と上述した本実施例で示した弾性部60とを用いてもよい。
The elastic moduli of the
[第2変形例]
図8Aは、第2変形例での、締結前の単セル2bのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図8Bは、第2変形例での、締結後の単セル2bのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図8Cは、第2変形例での、締結後の単セル2bの頂部25の面圧分布を示したグラフである。
[Second modification]
FIG. 8A is a partial cross-sectional view showing the periphery of the
第2変形例の燃料電池スタック1bの単セル2bのフレーム50の一方の面には、全面に亘って弾性部60bが予め一体に形成されている。弾性部60bは、端領域61b及び62b、及び中央領域63を含む。端領域61b及び62bは、本実施例の端領域61及び62と同じ材料により形成されており、弾性率も同じである。端領域61b及び62bは、頂部25から離間して接触しない領域にまで延びている。端領域61b及び62bのそれぞれの、頂部25から離間して接触しない領域は、頂部25に接触する領域の幅よりも大きい。同様に、弾性部70b−1は、端領域71b及び72b、及び中央領域73を含み、それぞれ端領域61b及び62b、及び中央領域63と、材料、形状、及び大きさが同じである。尚、フレーム50の弾性部60bが設けられた面とは反対側の面にも、弾性部60bと同様の弾性部が予め一体に形成されている。
An
端領域61bの、頂部25の一端に対向する領域は第1端領域の一例であり、端領域61bの頂部25とは接触しない領域は、第1端領域に連続的に形成された第1離間領域の一例である。端領域62bの、頂部25の他端に対向する領域は第2端領域の一例であり、端領域62bの頂部25とは接触しない領域は、第2端領域に連続的に形成された第2離間領域の一例である。端領域71bの、頂部45の一端に対向する領域は第3端領域の一例であり、端領域71bの頂部45とは接触しない領域は、第3端領域に連続的に形成された第3離間領域の一例である。端領域72bの、頂部45の他端に対向する領域は第4端領域の一例であり、端領域72bの頂部45とは接触しない領域は、第4端領域に連続的に形成された第4離間領域の一例である。
The region of the
弾性部60bに圧縮荷重が作用すると、端領域61b及び62bが圧縮されて、図6Bに示した本実施例と同様に、端領域61b及び62bの中央領域63近傍の部位が中央領域63と頂部25との間に入り込むように変形し、頂部25の面圧を均一にすることができる。弾性部70b−1も同様である。これによりシール性が向上する。
When a compressive load acts on the
上述したように、端領域61b及び62bのそれぞれの、頂部25から離間して接触しない領域は、頂部25に接触する領域の幅よりも大きいため、フレーム50及び弾性部60bの全体の剛性が確保されている。従って、締結後の状態でフレーム50及び弾性部60bの全体が撓むことが抑制され、シール性を確保することができる。尚、フレーム50の一方の面の全面に亘って弾性部60bが予め一体に形成されていてもよい。これにより、更にフレーム50及び弾性部60bの全体の剛性を確保することができる。
As described above, since the regions of the
また、第2変形例では、図示は省略してあるがフレーム50の他方の面にも弾性部60bと同様の弾性部が一体に形成されている。ここで、フレーム50の一方の面にのみ弾性部60bが一体に形成されフレーム50の他方の面にはフレーム50とは別体の弾性部が設けられている場合には、フレーム50と弾性部60bとの熱膨張率の相違に起因して温度変化に応じて反りが発生する可能性がある。第2変形例では、このような問題の発生を抑制できる。
Further, in the second modification, although not shown, an elastic portion similar to the
端領域61b及び62bは、頂部25から離間して接触しない領域にまで延びているため、例えば頂部25の中心から中央領域63の中心が僅かにずれた状態で締結されても、頂部25の一端及び他端の間に中央領域63が位置していれば、頂部25の一端及び他端はそれぞれ端領域61b及び62bに接触する。従って、このような状態でも端領域61b及び62bの中央領域63近傍の部位が中央領域63と頂部25との間に入り込むように伸び、シール性が向上している。
Since the
また、端領域61bは、頂部25に接触する領域も接触しない領域も同じ材料により形成されているため、材料費の増大を抑制でき、製造コストの増大が抑制されている。端領域62b、71b、及び72bも同様である。
Further, since the
尚、弾性部60bは、フレーム50の一方の面に全面に亘って形成されていてもよいし、ビード部24から離れた部位でフレーム50の一方の面を露出するように弾性部60bが設けられていない部位があってもよい。
The
[第3変形例]
図9Aは、第3変形例での、締結前の単セル2cのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図9Bは、第3変形例での、締結後の単セル2cのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図9Cは、第3変形例での、締結後の単セル2cの頂部25の面圧分布を示したグラフである。
[Third variant]
FIG. 9A is a partial cross-sectional view showing the periphery of the
第3変形例の燃料電池スタック1cの単セル2cのフレーム50の一方の面に、全面に亘って弾性部60cが予めフレーム50と一体に形成されている。弾性部60cは、端領域61a及び62a、中央領域63a、及び離間領域64c及び65cを含む。離間領域64c及び65cは、中央領域63aと同じ材料により形成されており、離間領域64c及び65cの各弾性率は、中央領域63aの弾性率と同じである。離間領域64c及び65cのそれぞれは、頂部25に対向せずに、中央領域63a及び端領域61a及び62aの合計の幅よりも広く形成されている。同様に、弾性部70c−1は、端領域71a及び72a、中央領域73a、及び離間領域74c及び75cを含み、それぞれ端領域61a及び62a、中央領域63a、及び離間領域64c及び65cと、材料、大きさ、及び形状が同じである。離間領域64c及び65cは、それぞれ第1及び第2離間領域の一例である。離間領域74c及び75cは、それぞれ第3及び第4離間領域の一例である。
An
第3変形例においても、第1変形例と同様に、端領域61a及び62aにより中央領域63aのX方向に伸びようとする変形を規制して、中央領域63aがビード部24の頂部25の中央部に向けて隆起するように変形するため、シール性が向上している。弾性部70c−1についても同様である。
In the third modification as well, as in the first modification, the
第3変形例でも、頂部25に接触しない離間領域64c及び65cが幅広に形成されているため、フレーム50及び弾性部60c全体の剛性を確保できる。また、図示は省略してあるがフレーム50の他方の面にも弾性部60cと同様の弾性部が形成されているため、第2変形例と同様に反りの発生を抑制できる。
Also in the third modification, since the
また、離間領域64c及び65cは、中央領域63aと同じ材料により形成されているため、材料費の増大を抑制でき、製造コストの増大が抑制されている。離間領域74c及び75cも同様である。
Further, since the
尚、弾性部60cは、フレーム50の一方の面に全面に亘って形成されていてもよいし、ビード部24から離れた部位でフレーム50の一方の面を露出するように弾性部60cが設けられていない部位があってもよい。
The
第3変形例で示した弾性部60cと第2変形例で示した弾性部70b―1とを用いてもよいし、第3変形例で示した弾性部70c−1と第2変形例で示した弾性部60bとを用いてもよい。
The
[第4変形例]
図10Aは、第4変形例での、締結前の単セル2dのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図10Bは、第4変形例での、締結後の単セル2dのビード部24及び44周辺を示した部分断面図である。図10Cは、第4変形例での、締結後の単セル2dの頂部25の面圧分布を示したグラフである。
[Fourth variant]
FIG. 10A is a partial cross-sectional view showing the periphery of the
第4変形例の燃料電池スタック1dの単セル2dのフレーム50の一方の面に、全面に亘って弾性部60dが予めフレーム50と一体に形成されている。弾性部60dは、端領域61d及び62d、及び中央領域63aを含む。端領域61dの一端、ビード部24の頂部25の一端に当接し、端領域62dの一端はビード部24の頂部25の他端に当接するが、端領域61d及び62dはそれぞれビード部24の頂部25から離間して接触しない領域にまで延びている。端領域61d及び62dのそれぞれの、頂部25に接触しない領域は、頂部25に接触する領域よりも幅が広く形成されている。同様に、弾性部70d−1は、端領域71d及び72d、及び中央領域73aを含み、それぞれ端領域61d及び62d、及び中央領域63aと、材料、大きさ、及び形状が同じである。
An
端領域61dの、頂部25の一端に対向する領域は第1端領域の一例であり、端領域61dの頂部25とは接触しない領域は、第1離間領域の一例である。端領域62dの、頂部25の他端に対向する領域は第2端領域の一例であり、端領域62dの頂部25とは接触しない領域は、第2離間領域の一例である。端領域71dの、頂部45の一端に対向する領域は第3端領域の一例であり、端領域71dの頂部45とは接触しない領域は、第3離間領域の一例である。端領域72dの、頂部45の他端に対向する領域は第4端領域の一例であり、端領域72dの頂部45とは接触しない領域は、第4離間領域の一例である。
The region of the
第4変形例においても、第1変形例と同様に、端領域61d及び62dにより中央領域63aのX方向に伸びようとする変形を規制して、中央領域63aがビード部24の頂部25の中央部に向けて突出するように変形するため、シール性が向上している。弾性部70d−1についても同様である。
In the fourth modification as well, as in the first modification, the
中央領域63aよりも弾性率が大きい端領域61d及び62dが、幅広に形成されているため、フレーム50及び弾性部60d全体の剛性を確保することができる。また、図示は省略してあるがフレーム50の他方の面にも弾性部60dと同様の弾性部が形成されている。このため、第2変形例と同様に反りの発生を抑制できる。
Since the
また、端領域61dは、頂部25に接触する領域も接触しない領域も同じ材料により形成されているため、材料費の増大を抑制でき、製造コストの増大が抑制されている。端領域62d、71d、及び72dも同様である。
Further, since the
尚、弾性部60dは、フレーム50の一方の面に全面に亘って形成されていてもよいし、ビード部24から離れた部位でフレーム50の一方の面を露出するように弾性部60dが設けられていない部位があってもよい。
The
第4変形例で示した弾性部60dと、第2変形例で示した弾性部70b―1又は第3変形例で示した弾性部70c―1とを用いてもよい。第4変形例で示した弾性部70d−1と、第2変形例で示した弾性部60b又は第3変形例で示した弾性部60cとを用いてもよい。
The
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
1、1a、1b、1c、1d 燃料電池スタック
2、2a、2b、2c、2d 単セル
2−1 単セル(他の単セル)
10 膜電極ガス拡散層接合体(第1膜電極ガス拡散層接合体)
20 アノードセパレータ(第1セパレータ)
40 カソードセパレータ(第2セパレータ)
21 基部(第1基部)
41 基部(第2基部)
24 ビード部(第1ビード部)
44 ビード部(第2ビード部)
25 頂部(第1頂部)
45 頂部(第2頂部)
26 側部(第1側部)
27 側部(第2側部)
46 側部(第3側部)
47 側部(第4側部)
50 フレーム(第1フレーム)
50−1 フレーム(第2フレーム)
60、60a、60b、60c、60d 弾性部(第1弾性部)
70−1、70a―1、70b−1、70c−1、70d−1 弾性部(第2弾性部)
61、61a 端領域(第1端領域)
62、62a 端領域(第2端領域)
71、71a 端領域(第3端領域)
72、72a 端領域(第4端領域)
61b、61d 端領域(第1端領域、第1離間領域)
62b、62d 端領域(第2端領域、第2離間領域)
71b、71d 端領域(第3端領域、第3離間領域)
72b、72d 端領域(第4端領域、第4離間領域)
64c 離間領域(第1離間領域)
65c 離間領域(第2離間領域)
74c 離間領域(第3離間領域)
75c 離間領域(第4離間領域)
63、63a 中央領域(第1中央領域)
73、73a 中央領域(第2中央領域)
1,1a, 1b, 1c, 1d
10 Membrane electrode gas diffusion layer joint body (first membrane electrode gas diffusion layer joint body)
20 Anode separator (first separator)
40 Cathode separator (second separator)
21 base (1st base)
41 base (second base)
24 bead part (1st bead part)
44 bead part (second bead part)
25 Top (1st top)
45 Top (2nd top)
26 Side (1st side)
27 side (second side)
46 side (third side)
47 side (4th side)
50 frames (1st frame)
50-1 frame (second frame)
60, 60a, 60b, 60c, 60d Elastic part (first elastic part)
70-1, 70a-1, 70b-1, 70c-1, 70d-1 Elastic part (second elastic part)
61, 61a end area (first end area)
62, 62a end area (second end area)
71, 71a end area (third end area)
72, 72a end area (fourth end area)
61b, 61d end region (first end region, first separation region)
62b, 62d end region (second end region, second separation region)
71b, 71d end regions (third end region, third separation region)
72b, 72d end region (4th end region, 4th separation region)
64c separation area (first separation area)
65c separation area (second separation area)
74c separation area (third separation area)
75c separation area (fourth separation area)
63, 63a Central area (first central area)
73, 73a Central region (second central region)
Claims (20)
前記複数の単セルの少なくとも一つは、第1膜電極ガス拡散層接合体、前記第1膜電極ガス拡散層接合体を支持する第1フレーム、及び前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームに対向した第1セパレータ、を含み、
前記第1セパレータは、第1基部、及び前記第1基部から前記第1フレームに向けて突出して第1方向に沿った幅を有した第1ビード部、を含み、
前記第1ビード部は、前記第1基部よりも前記第1フレームに近い位置にある第1頂部、前記第1方向での前記第1頂部の一端と前記第1基部との間で連続した第1側部、及び前記第1方向での前記第1頂部の他端と前記第1基部との間で連続した第2側部、を含み、
前記第1頂部と前記第1フレームとの間には、第1弾性部が設けられており、
前記第1弾性部は、前記第1頂部の一端と前記第1頂部の他端とにそれぞれ当接する第1及び第2端領域、及び前記第1及び第2端領域の間に位置する第1中央領域、を含み、
前記第1中央領域の弾性率は、前記第1及び第2端領域の各弾性率よりも大きい、燃料電池スタック。 In a fuel cell stack in which multiple single cells are stacked
At least one of the plurality of single cells includes a first membrane electrode gas diffusion layer junction, a first frame supporting the first membrane electrode gas diffusion layer junction, and the first membrane electrode gas diffusion layer junction. Includes a first separator, which faces the first frame,
The first separator includes a first base portion and a first bead portion that protrudes from the first base portion toward the first frame and has a width along the first direction.
The first bead portion is a first top portion located closer to the first frame than the first base portion, and a continuous first portion between one end of the first top portion in the first direction and the first base portion. Includes one side and a second side that is continuous between the other end of the first apex in the first direction and the first base.
A first elastic portion is provided between the first top portion and the first frame.
The first elastic portion is located between the first and second end regions and the first and second end regions that abut one end of the first top portion and the other end of the first top portion, respectively. Including the central area,
A fuel cell stack in which the elastic modulus of the first central region is larger than the elastic modulus of each of the first and second end regions.
前記複数の単セルの少なくとも一つは、第1膜電極ガス拡散層接合体、前記第1膜電極ガス拡散層接合体を支持する第1フレーム、及び前記第1膜電極ガス拡散層接合体及び第1フレームに対向した第1セパレータ、を含み、
前記第1セパレータは、第1基部、及び前記第1基部から前記第1フレームに向けて突出して第1方向に沿った幅を有した第1ビード部、を含み、
前記第1ビード部は、前記第1基部よりも前記第1フレームに近い位置にある第1頂部、前記第1方向での前記第1頂部の一端と前記第1基部との間で連続した第1側部、及び前記第1方向での前記第1頂部の他端と前記第1基部との間で連続した第2側部、を含み、
前記第1頂部と前記第1フレームとの間には、第1弾性部が設けられており、
前記第1弾性部は、前記第1頂部の一端と前記第1頂部の他端とにそれぞれ当接する第1及び第2端領域、及び前記第1及び第2端領域の間に位置する第1中央領域、を含み、
前記第1中央領域の弾性率は、前記第1及び第2端領域の各弾性率よりも小さい、燃料電池スタック。 In a fuel cell stack in which multiple single cells are stacked
At least one of the plurality of single cells includes a first membrane electrode gas diffusion layer junction, a first frame supporting the first membrane electrode gas diffusion layer junction, and the first membrane electrode gas diffusion layer junction. Includes a first separator, which faces the first frame,
The first separator includes a first base portion and a first bead portion that protrudes from the first base portion toward the first frame and has a width along the first direction.
The first bead portion is a first top portion located closer to the first frame than the first base portion, and a continuous first portion between one end of the first top portion in the first direction and the first base portion. Includes one side and a second side that is continuous between the other end of the first apex in the first direction and the first base.
A first elastic portion is provided between the first top portion and the first frame.
The first elastic portion is located between the first and second end regions and the first and second end regions that abut one end of the first top portion and the other end of the first top portion, respectively. Including the central area,
A fuel cell stack in which the elastic modulus of the first central region is smaller than the elastic modulus of each of the first and second end regions.
前記複数の単セルの前記少なくとも一つに隣接した他の単セルは、第2膜電極ガス拡散層接合体、及び前記第2膜電極ガス拡散層接合体を支持する第2フレーム、を含み、
前記第2膜電極ガス拡散層接合体及び第2フレームは、前記第2セパレータに対向し、
前記第2セパレータは、前記第1基部に当接する第2基部、及び前記第2基部から前記第2フレームに向けて突出して前記第1方向に沿った幅を有した第2ビード部、を含み、
前記第2ビード部は、前記第2基部よりも前記第2フレームに近い位置にある第2頂部、前記第1方向での前記第2頂部の一端と前記第2基部との間で連続した第3側部、及び前記第1方向での前記第2頂部の他端と前記第2基部との間で連続した第4側部、を含み、
前記第2頂部と前記第2フレームとの間には、第2弾性部が設けられており、
前記第2弾性部は、前記第2頂部の一端と前記第2頂部の他端とにそれぞれ当接する第3及び第4端領域、及び前記第3及び第4端領域の間に位置する第2中央領域、を含み、
前記第2中央領域の弾性率は、前記第3及び第4端領域の各弾性率よりも大きい、請求項1乃至13の何れかの燃料電池スタック。 The at least one of the plurality of single cells includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the second separator facing the first separator on the opposite side of the first frame.
The other single cell adjacent to the at least one of the plurality of single cells includes a second film electrode gas diffusion layer junction and a second frame supporting the second membrane electrode gas diffusion layer junction.
The second film electrode gas diffusion layer joint and the second frame face the second separator.
The second separator includes a second base portion that abuts on the first base portion, and a second bead portion that protrudes from the second base portion toward the second frame and has a width along the first direction. ,
The second bead portion is a second top portion located closer to the second frame than the second base portion, and a continuous second portion between one end of the second top portion in the first direction and the second base portion. Includes three side portions and a fourth side portion that is continuous between the other end of the second apex in the first direction and the second base.
A second elastic portion is provided between the second top portion and the second frame.
The second elastic portion is located between the third and fourth end regions and the third and fourth end regions, which are in contact with one end of the second top and the other end of the second top, respectively. Including the central area,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 13, wherein the elastic modulus of the second central region is larger than the elastic modulus of each of the third and fourth end regions.
前記複数の単セルの前記少なくとも一つに隣接した他の単セルは、第2膜電極ガス拡散層接合体、及び前記第2膜電極ガス拡散層接合体を支持する第2フレーム、を含み、
前記第2膜電極ガス拡散層接合体及び第2フレームは、前記第2セパレータに対向し、
前記第2セパレータは、前記第1基部に当接する第2基部、及び前記第2基部から前記第2フレームに向けて突出して前記第1方向に沿った幅を有した第2ビード部、を含み、
前記第2ビード部は、前記第2基部よりも前記第2フレームに近い位置にある第2頂部、前記第1方向での前記第2頂部の一端と前記第2基部との間で連続した第3側部、及び前記第1方向での前記第2頂部の他端と前記第2基部との間で連続した第4側部、を含み、
前記第2頂部と前記第2フレームとの間には、第2弾性部が設けられており、
前記第2弾性部は、前記第2頂部の一端と前記第2頂部の他端とにそれぞれ当接する第3及び第4端領域、及び前記第3及び第4端領域の間に位置する第2中央領域、を含み、
前記第2中央領域の弾性率は、前記第3及び第4端領域の各弾性率よりも小さい、請求項1乃至13の何れかの燃料電池スタック。 The at least one of the plurality of single cells includes the first film electrode gas diffusion layer junction and the second separator facing the first separator on the opposite side of the first frame.
The other single cell adjacent to the at least one of the plurality of single cells includes a second film electrode gas diffusion layer junction and a second frame supporting the second membrane electrode gas diffusion layer junction.
The second film electrode gas diffusion layer joint and the second frame face the second separator.
The second separator includes a second base portion that abuts on the first base portion, and a second bead portion that protrudes from the second base portion toward the second frame and has a width along the first direction. ,
The second bead portion is a second top portion located closer to the second frame than the second base portion, and a continuous second portion between one end of the second top portion in the first direction and the second base portion. Includes three side portions and a fourth side portion that is continuous between the other end of the second apex in the first direction and the second base.
A second elastic portion is provided between the second top portion and the second frame.
The second elastic portion is located between the third and fourth end regions and the third and fourth end regions, which are in contact with one end of the second top and the other end of the second top, respectively. Including the central area,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 13, wherein the elastic modulus of the second central region is smaller than the elastic modulus of each of the third and fourth end regions.
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