JP3380264B2 - 燃料電池エンドプレート - Google Patents
燃料電池エンドプレートInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セルスタックを挟持加
圧して組み立てられる燃料電池のエンドプレートに関
し、特にエンドプレートの締付け手段とエンドプレート
内のマニホールド部の構造に関する。
圧して組み立てられる燃料電池のエンドプレートに関
し、特にエンドプレートの締付け手段とエンドプレート
内のマニホールド部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】２種類の反応ガスを用いる平面方形状の
燃料電池Ａは、反応ガスとして燃料ガスに水素ガスＨ2
を、酸化剤ガスに酸素Ｏ2または空気を採用しており、
図３に示すように、燃料ガス側マニホールド板０２と酸
化剤ガス側マニホールド板０３とをシール材０５を介し
て重ね合わせ、図示しない集電体とＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏ
ｎＥｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を内蔵した単
位電池０１を複数個シール材０５とセパレータ０６とを
介装して積層しセルスタック０７を形成しており、その
上下からマニホールド部１０を有する１組のエンドプレ
ート０９、０９でボルト（図示せず）などの締付具によ
り加圧挟持して構成している。なお、０４はマニホール
ド板０２、０３およびシール材０５の四周縁にそれぞれ
穿設されたガス流通孔で、単位電池０１が積層されるこ
とによりセルスタック０７のガス流通路０８を形成す
る。また、ここで、ＰＥＭとは、２個の電極で高分子固
体電解質膜を挟持したものである。
燃料電池Ａは、反応ガスとして燃料ガスに水素ガスＨ2
を、酸化剤ガスに酸素Ｏ2または空気を採用しており、
図３に示すように、燃料ガス側マニホールド板０２と酸
化剤ガス側マニホールド板０３とをシール材０５を介し
て重ね合わせ、図示しない集電体とＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏ
ｎＥｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を内蔵した単
位電池０１を複数個シール材０５とセパレータ０６とを
介装して積層しセルスタック０７を形成しており、その
上下からマニホールド部１０を有する１組のエンドプレ
ート０９、０９でボルト（図示せず）などの締付具によ
り加圧挟持して構成している。なお、０４はマニホール
ド板０２、０３およびシール材０５の四周縁にそれぞれ
穿設されたガス流通孔で、単位電池０１が積層されるこ
とによりセルスタック０７のガス流通路０８を形成す
る。また、ここで、ＰＥＭとは、２個の電極で高分子固
体電解質膜を挟持したものである。
【０００３】また、エンドプレート０９のマニホールド
部１０は、配管１４から送入される反応ガスを側面に設
けられたガス導入口１１から受け入れて方向変換させセ
ルスタック０７に当接する面に開口するガス排出口１２
から前記ガス流通路０８へ送り出すものである。エンド
プレートの締付け手段としては、通常、図２に示すよう
に、エンドプレート４１の角部４２を含めて四周縁４３
全般にわたりボルト４４を配設して用い、セルスタック
０７を締め付けて燃料電池４０を組み立てている。
部１０は、配管１４から送入される反応ガスを側面に設
けられたガス導入口１１から受け入れて方向変換させセ
ルスタック０７に当接する面に開口するガス排出口１２
から前記ガス流通路０８へ送り出すものである。エンド
プレートの締付け手段としては、通常、図２に示すよう
に、エンドプレート４１の角部４２を含めて四周縁４３
全般にわたりボルト４４を配設して用い、セルスタック
０７を締め付けて燃料電池４０を組み立てている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のエン
ドプレートの締付構造では、角の部分のボルトの緊締度
合いが過度となり易く、そのため単位電池に対する加圧
が均一性を欠きマニホールドのシールが不十分となるば
かりか、電極と高分子固体電解質膜、また電極と集電体
との接触に大きなむらが生じて単位電池内の接触電気抵
抗が高まるという不具合がある。
ドプレートの締付構造では、角の部分のボルトの緊締度
合いが過度となり易く、そのため単位電池に対する加圧
が均一性を欠きマニホールドのシールが不十分となるば
かりか、電極と高分子固体電解質膜、また電極と集電体
との接触に大きなむらが生じて単位電池内の接触電気抵
抗が高まるという不具合がある。
【０００５】また、従来のマニホールド部のガス流路で
は図３に示すように、ガス流路が同じ内径のまま直角に
曲がる場合、送入されて来た反応ガスの流速が単位電池
内で不均一となり、その結果、単位電池内の発電量分布
の不均一を招き性能低下の原因となる。ただし、上記の
原因は図３に見られるように、燃料電池０１の外部にヘ
ッダー１６を増設することにより解消できるが、部品点
数が増し設置場所も必要なため、燃料電池全体として大
型になるという不都合もあり好ましくない。
は図３に示すように、ガス流路が同じ内径のまま直角に
曲がる場合、送入されて来た反応ガスの流速が単位電池
内で不均一となり、その結果、単位電池内の発電量分布
の不均一を招き性能低下の原因となる。ただし、上記の
原因は図３に見られるように、燃料電池０１の外部にヘ
ッダー１６を増設することにより解消できるが、部品点
数が増し設置場所も必要なため、燃料電池全体として大
型になるという不都合もあり好ましくない。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点を
背景になされたもので、セルスタックを均等な押圧力で
締付けることができて、単位電池内の均一締付分布によ
る内部接触電気抵抗の減少と、均一ガス流量分布による
単位電池の性能を向上させる小型軽量の燃料電池エンド
プレートを提供することを目的とする。
背景になされたもので、セルスタックを均等な押圧力で
締付けることができて、単位電池内の均一締付分布によ
る内部接触電気抵抗の減少と、均一ガス流量分布による
単位電池の性能を向上させる小型軽量の燃料電池エンド
プレートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、２種類の反応
ガスを用いる単位電池を積層してなるセルスタックをマ
ニホールドを兼ねる１組のエンドプレートで挟持し、そ
のエンドプレートを複数の締付ボルトを用いて加圧し組
み立てる燃料電池において、単位電池の角に対応する部
分を除くそれぞれの周縁に複数の締付ボルトを配置する
構造を提供するものである。なお、上記単位電池の角に
対応する部分は、切除されていることが好ましい。
ガスを用いる単位電池を積層してなるセルスタックをマ
ニホールドを兼ねる１組のエンドプレートで挟持し、そ
のエンドプレートを複数の締付ボルトを用いて加圧し組
み立てる燃料電池において、単位電池の角に対応する部
分を除くそれぞれの周縁に複数の締付ボルトを配置する
構造を提供するものである。なお、上記単位電池の角に
対応する部分は、切除されていることが好ましい。
【０００８】また、本発明は、反応ガスのガス導入口お
よびセルスタックのガス流通路へのガス排出口を備えた
燃料電池のエンドプレートであって、前記ガス導入口か
らガス排出口までのガス導入路にガス流入時の緩衝空所
を設け、かつ、この緩衝空所へのガス導入方向と前記ガ
ス排出口から前記ガス流通路への送入方向とが異方向で
あるマニホールド部を設けた構造を提供するものであ
る。
よびセルスタックのガス流通路へのガス排出口を備えた
燃料電池のエンドプレートであって、前記ガス導入口か
らガス排出口までのガス導入路にガス流入時の緩衝空所
を設け、かつ、この緩衝空所へのガス導入方向と前記ガ
ス排出口から前記ガス流通路への送入方向とが異方向で
あるマニホールド部を設けた構造を提供するものであ
る。
【０００９】
【作用】このように構成してあるので、セルスタックを
エンドプレートの締付けにより加圧挟持する場合、単位
電池に加わる圧力分布が均一化されてむらを生じない。
また、エンドプレートのマニホールド部へ送入されて来
る反応ガスは、流路内の緩衝空所でその壁面に衝突して
運動量を分散させられることにより流速分布も均一化し
てセルスタックのガス流通路へ送りこまれることとなる
ため、単位電池内の発電量分布も均一となる。すなわ
ち、本発明の燃料電池エンドプレートによれば、プレー
ト自体が四隅を切除されることとなるので軽量小型とな
り、組み立て時の締付け圧力の均一化から内部接触電気
抵抗の低減とガス流量分布の均一化とあいまって単位電
池の発電機能を著しく向上させる。
エンドプレートの締付けにより加圧挟持する場合、単位
電池に加わる圧力分布が均一化されてむらを生じない。
また、エンドプレートのマニホールド部へ送入されて来
る反応ガスは、流路内の緩衝空所でその壁面に衝突して
運動量を分散させられることにより流速分布も均一化し
てセルスタックのガス流通路へ送りこまれることとなる
ため、単位電池内の発電量分布も均一となる。すなわ
ち、本発明の燃料電池エンドプレートによれば、プレー
ト自体が四隅を切除されることとなるので軽量小型とな
り、組み立て時の締付け圧力の均一化から内部接触電気
抵抗の低減とガス流量分布の均一化とあいまって単位電
池の発電機能を著しく向上させる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、従来例と同一の部材などは同一の符
号を用い、その説明は省略する。本発明の実施例の燃料
電池エンドプレート２１、２１は、図１（ａ）に示すよ
うに、正方形の平板の四隅を切除して八角形に形成した
ものである。そして、切除した角部２２以外の四周縁２
３に３本ずつのボルト２４を配置しセルスタック０７を
締付けエンドプレート２１、２１により加圧挟持して燃
料電池２０を構成している。一方、エンドプレート２１
のマニホールド２５は、同図１（ｂ）に示すようにエン
ドプレート２１の側面に配管１５を接続するように設け
たガス導入口２６と、エンドプレート２１のセルスタッ
ク０７に当接する面２７にセルスタック０７のガス流通
路０８に合致するように開口しガス排出口２８を有する
緩衝空所２９と、その緩衝空所２９と前記ガス導入口２
６とを連通するガス導入路３０とからなる。
に説明する。なお、従来例と同一の部材などは同一の符
号を用い、その説明は省略する。本発明の実施例の燃料
電池エンドプレート２１、２１は、図１（ａ）に示すよ
うに、正方形の平板の四隅を切除して八角形に形成した
ものである。そして、切除した角部２２以外の四周縁２
３に３本ずつのボルト２４を配置しセルスタック０７を
締付けエンドプレート２１、２１により加圧挟持して燃
料電池２０を構成している。一方、エンドプレート２１
のマニホールド２５は、同図１（ｂ）に示すようにエン
ドプレート２１の側面に配管１５を接続するように設け
たガス導入口２６と、エンドプレート２１のセルスタッ
ク０７に当接する面２７にセルスタック０７のガス流通
路０８に合致するように開口しガス排出口２８を有する
緩衝空所２９と、その緩衝空所２９と前記ガス導入口２
６とを連通するガス導入路３０とからなる。
【００１１】上記構成となっているので、本実施例の燃
料電池２０においては、エンドプレート２１の角部２２
には締付ボルト２４を配置することはできず、角部２２
を除いた四周縁２３を合計１２本の締付ボルト２４で締
付けている。ところが、従来の燃料電池４０において
は、角部４２を含めて周縁４３全般にわたり２０本の締
付ボルト４４を用いてエンドプレート４１、４１を締め
付けている。
料電池２０においては、エンドプレート２１の角部２２
には締付ボルト２４を配置することはできず、角部２２
を除いた四周縁２３を合計１２本の締付ボルト２４で締
付けている。ところが、従来の燃料電池４０において
は、角部４２を含めて周縁４３全般にわたり２０本の締
付ボルト４４を用いてエンドプレート４１、４１を締め
付けている。
【００１２】なお、本実施例のエンドプレート２１の、
角部２２を除外しない場合の外形は、従来例のエンドプ
レート４１と同大であり、また締付ボルト２４と締付ボ
ルト４４とは直径が同じであるにかかわらず、面圧分布
の状態を調べてみたところ、図４〜図５に示すような成
果を得ている。実測値では、本実施例（図４）の場合、
細かい点網目で示す加圧部分は、ほぼ全域にわたって平
均的に分布しているが、従来例（図５）では使用ボルト
数が本実施例の倍近くであるのに却って中央寄りとなっ
ていて均一性に欠けている。ただし、本実施例と従来例
との平均面圧はほとんど同等である。面圧分布が過大な
部分は単位電池構成材、特に集電体などは変形、破損を
生ずるが、従来例のように過小であれば、単位電池０１
の内部接触電気抵抗が大となり好ましくない。なお、内
部接触電気抵抗を実測した結果では、従来例は一単位電
池当たり０．７３ミリオームであった抵抗値は、本実施
例では０．５９６ミリオームで約１８％の減少が認めら
れた。
角部２２を除外しない場合の外形は、従来例のエンドプ
レート４１と同大であり、また締付ボルト２４と締付ボ
ルト４４とは直径が同じであるにかかわらず、面圧分布
の状態を調べてみたところ、図４〜図５に示すような成
果を得ている。実測値では、本実施例（図４）の場合、
細かい点網目で示す加圧部分は、ほぼ全域にわたって平
均的に分布しているが、従来例（図５）では使用ボルト
数が本実施例の倍近くであるのに却って中央寄りとなっ
ていて均一性に欠けている。ただし、本実施例と従来例
との平均面圧はほとんど同等である。面圧分布が過大な
部分は単位電池構成材、特に集電体などは変形、破損を
生ずるが、従来例のように過小であれば、単位電池０１
の内部接触電気抵抗が大となり好ましくない。なお、内
部接触電気抵抗を実測した結果では、従来例は一単位電
池当たり０．７３ミリオームであった抵抗値は、本実施
例では０．５９６ミリオームで約１８％の減少が認めら
れた。
【００１３】一方、エンドプレート２１のマニホールド
部２５においては、配管１５からガス導入口２６へ送入
された反応ガスは、ガス導入路３０から真っ直ぐに飛び
出し緩衝空所２９の内壁面に衝突してその運動量を分散
させ、これによって流速分布を均一化し流れ方向を変換
してセルスタック０７のガス流通路０８へ送り出され
る。この均一化した流速分布のため、単位電池０１内の
発電量分布も均一となり単位電池０１の性能が良好な状
態に維持される。すなわち、外部にヘッダー１６を増設
しなくてもマニホールド部２５に緩衝空所２９を設ける
ことにより同様の効果が得られるので本実施例の燃料電
池２０は小型軽量化することができる。
部２５においては、配管１５からガス導入口２６へ送入
された反応ガスは、ガス導入路３０から真っ直ぐに飛び
出し緩衝空所２９の内壁面に衝突してその運動量を分散
させ、これによって流速分布を均一化し流れ方向を変換
してセルスタック０７のガス流通路０８へ送り出され
る。この均一化した流速分布のため、単位電池０１内の
発電量分布も均一となり単位電池０１の性能が良好な状
態に維持される。すなわち、外部にヘッダー１６を増設
しなくてもマニホールド部２５に緩衝空所２９を設ける
ことにより同様の効果が得られるので本実施例の燃料電
池２０は小型軽量化することができる。
【００１４】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこの実施例に必ずしも限定されることはなく、要旨
を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発明に
含まれる。
明はこの実施例に必ずしも限定されることはなく、要旨
を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発明に
含まれる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の燃料電池エンドプレートは、こ
のように角部を切除して他の四周縁のそれぞれにそれぞ
れ複数の締付ボルトを配置してセルスタックを加圧挟持
する構成としたため、少ないボルト数にもかかわらずセ
ルスタックの面圧分布が均一化して単位電池の内部接触
電気抵抗が減少する。また、そのマニホールド部にセル
スタックのガス流通路に臨むガス排出口を有する緩衝空
所を設け、ガス導入口から送入されて来る反応ガスの導
入方向とガス排出口からガス流通路への送出方向とを異
なる方向としたため単位電池内のガス流量分布も均一と
なり、発電機能が著しく向上した。さらに、上記構成に
より燃料電池の小型軽量化も可能となった。
のように角部を切除して他の四周縁のそれぞれにそれぞ
れ複数の締付ボルトを配置してセルスタックを加圧挟持
する構成としたため、少ないボルト数にもかかわらずセ
ルスタックの面圧分布が均一化して単位電池の内部接触
電気抵抗が減少する。また、そのマニホールド部にセル
スタックのガス流通路に臨むガス排出口を有する緩衝空
所を設け、ガス導入口から送入されて来る反応ガスの導
入方向とガス排出口からガス流通路への送出方向とを異
なる方向としたため単位電池内のガス流量分布も均一と
なり、発電機能が著しく向上した。さらに、上記構成に
より燃料電池の小型軽量化も可能となった。
【図１】本発明の実施例の燃料電池エンドプレートを示
す図で、同図（ａ）はこのエンドプレートを用いた燃料
電池の全体を示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ
部分を拡大して内方から仰ぎ見る斜視図である。
す図で、同図（ａ）はこのエンドプレートを用いた燃料
電池の全体を示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ
部分を拡大して内方から仰ぎ見る斜視図である。
【図２】従来の燃料電池の全体を示す斜視図である。
【図３】従来の燃料電池の全体の構成を示す部分分解斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明の実施例の燃料電池組み立て時における
面圧分布の実験成果を示す説明図である。
面圧分布の実験成果を示す説明図である。
【図５】従来の燃料電池組み立て時における面圧分布の
実験成果を示す説明図である。
実験成果を示す説明図である。
０１ 単位電池
０７ セルスタック
０８ ガス流通路
２０ 燃料電池
２１ エンドプレート
２２ 角部
２３ 角部を除いた四周縁
２４ 締付ボルト
２５ マニホールド部
２６ ガス導入口
２８ ガス排出口
２９ 緩衝空所
３０ ガス導入路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 加藤 英男
埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式
会社本田技術研究所内
(56)参考文献 特開 平２−49360（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−236273（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−248368（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−135356（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭63−63960（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 ２種類の反応ガスを用いる単位電池を積
層してなるセルスタックをマニホールドを兼ねる１組の
エンドプレートで挟持し、そのエンドプレートを複数の
締付ボルトを用いて加圧し組み立てる燃料電池におい
て、単位電池の角に対応する部分を除くそれぞれの周縁
に複数の締付ボルトを配置することを特徴とした燃料電
池エンドプレート。 - 【請求項２】 単位電池の角に対応する部分が切除され
てなる請求項１記載の燃料電池エンドプレート。 - 【請求項３】 反応ガスのガス導入口およびセルスタッ
クのガス流通路へのガス排出口を備えた燃料電池のエン
ドプレートであって、前記ガス導入口からガス排出口ま
でのガス導入路にガス流入時の緩衝空所を設け、かつこ
の緩衝空所へのガス導入方向と前記ガス排出口から前記
ガス流通路への送入方向とが異方向であるマニホールド
部を設けた請求項１または２記載の燃料電池エンドプレ
ート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35805491A JP3380264B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池エンドプレート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35805491A JP3380264B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池エンドプレート |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05182684A JPH05182684A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3380264B2 true JP3380264B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=18457301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35805491A Expired - Fee Related JP3380264B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池エンドプレート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3380264B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5547777A (en) * | 1994-02-23 | 1996-08-20 | Richards Engineering | Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area |
| US6159629A (en) * | 1998-12-17 | 2000-12-12 | Ballard Power Systems Inc. | Volume effecient layered manifold assembly for electrochemical fuel cell stacks |
| US7163761B2 (en) | 2002-11-14 | 2007-01-16 | 3M Innovative Properties Company | Fuel cell stack |
| JP5086586B2 (ja) * | 2006-08-11 | 2012-11-28 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池、その製造方法および分解方法 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP35805491A patent/JP3380264B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05182684A (ja) | 1993-07-23 |
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