JP4197935B2

JP4197935B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP4197935B2
Application number: JP2002374852A
Authority: JP
Inventors: 保則吉本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004207042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方面にアノード電極、他方の面にカソード電極を接合して膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成し、この膜電極接合体の両側から反応ガスの流路を設けた電池プレートで挟持してセル（単位セルユニット）を構成し、このセルを複数積層し、両端部に絶縁板及び締付板を当てがってロッド等により締め付け一体化することにより燃料電池スタックを構成する。そして、アノード側に対向する電池プレートの流路に燃料ガスを流通させると共に、カソード側に対向する電池プレートの流路に酸化剤ガスを流通させ、前記固体高分子電解質膜を介して電気化学反応を生じさせることで直流電力を発電する。
【０００３】
前記電池プレートには、外周部に供給孔及び排出孔が設けられており、これら供給孔及び排出孔は燃料電池スタックの積層方向に連通している。燃料電池スタックに供給される反応ガスは、供給孔を通って各電池プレートに分配され、分配された反応ガスは各電池プレートにおいて供給孔から流路に流れ込み、流路を流通した後に余剰の反応ガスは排出孔に排出され、この排出孔を通って燃料電池スタック外部に排出される。
【０００４】
このようにして、電池プレートの流路に反応ガスを流通させて反応させるが、その際反応ガスがリークしないように電池プレートの外周部に例えば加硫ゴムのパッキンを接着してシールしている。このパッキンは通常電池プレートの外周部の内縁に形成された外枠部と、供給孔、排出孔及び流路の存在する発電部（前記電極面が流路面に対向）を囲む内枠部と、各電池プレートの役割以外の供給孔及び排出孔の周囲を囲む仕切部とから構成され、これらはいずれも凸条にパターン形成されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９４２５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池スタックに組み込まれる電池プレートのうち、例えば片面に反応ガス流路が設けられ、他面に冷却水流路が設けられたものがある。このような電池プレートが組み込まれている燃料電池スタックにおいては、反応ガスの供給孔及び排出孔の他に冷却水を供給するための供給孔及び排出孔が設けられて燃料電池スタックの積層方向に連通するように構成される。冷却水を供給するのは燃料電池スタックでの発電反応（電気化学反応）が発熱反応であるためであり、冷却水を流通させて冷却することにより燃料電池スタックを適正な運転温度に保持する必要がある。
【０００７】
冷却水流路が設けられた電池プレートにあっては、冷却水流路の設けられた面側にも、外周部にパッキンを接着してシールし冷却水の漏れ防止を図っているが、冷却水の供給孔及び排出孔の位置は反応ガスの供給孔及び排出孔の位置とは異なるため、電池プレートの表裏面でパッキンのシール用凸条の位置が互いにずれてしまう。
【０００８】
このような電池プレートを含む燃料電池スタックを前記ロッド等で締め付け一体化すると、電池プレートの表裏面で位置ずれが生じているシール用凸条によって締付圧力に差異が生じ、凸条に対向している部分が押されて変形することがある。加硫ゴムによるパッキンの凸条はある程度の弾性を有するため押し潰されて締付圧力を吸収するが、特に薄い電池プレートを使用した場合には変形の影響を受け易く、シールが破壊されることがある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術における問題を解消するためになされ、薄い電池プレートであってもパッキンのシール用凸条によって変形が生じないようにした燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１記載の燃料電池スタックは、２種類以上の電池プレートで構成する燃料電池スタックであって、前記燃料電池スタックの両端部に位置する電池プレートと絶縁板及び／又は締付板の間のシール形状において、前記電池プレートに形成された凸条シール部と、前記絶縁板及び／又は締付板に形成された凸条シール部とは前記燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置していることを特徴とする。
【００１１】
又、本発明の請求項２記載の燃料電池スタックは、２種類以上の電池プレートで構成する燃料電池スタックであって、前記燃料電池スタックの両端部に位置する電池プレートと絶縁板及び／又は締付板の間のシール構造において、前記電池プレートに形成された凸条シール部と、前記絶縁板及び／又は締付板に形成された凸条シール部とは前記燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置し、一致していない箇所に、一方の凸条シール部に対向させて他方に凸部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の請求項３記載の燃料電池スタックは、請求項１又は請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記凸条シール部と凸条が形成されるシート状材料は同一部材であり、前記凸条シール部は、その凸条が形成されるシート状材料の中央に位置して設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る燃料電池用プレートのシール形状の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、燃料電池スタックの構成部材を分解して示す斜視図である。この場合、例として２セル構造のものを示しており、右上の列は左下列プレートのそれぞれ裏面側を表示（分かりやすくするために透視して実線で表示）してある。
【００１４】
図１において、１は片面に燃料ガスを流通するためのガス流路１ａが直線状に並設され、他面に冷却水を流通させるための水流路１ｂが直線状に並設された第１電池プレートであり、四隅部には燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２がそれぞれ設けられている。この第１電池プレート１は、ガス流路１ａ面が膜電極接合体２のアノード電極２ａ側に対向するように配置される。１′は片面に燃料ガスを流通するためのガス流路１ａが直線状に並設され、他面は流路が設けられていない平坦面１ｃに形成された第３電池プレートであり、四隅部には燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２がそれぞれ設けられている。この第３電池プレート１′は、ガス流路１ａ面が膜電極接合体２のアノード電極２ａ側に対向するように配置される。
【００１５】
３は片面に酸化剤ガスを流通するためのガス流路３ａが直線状に並設され、他面は流路が設けられていない平坦面３ｂに形成された第２電池プレートであり、
四隅部には上記第１電池プレート１、第３電池プレート１′に対応させて燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２がそれぞれ設けられている。この第２電池プレート３は、ガス流路３ａ面が膜電極接合体２のカソード電極２ｂ側に対向するように配置される。
【００１６】
上記第１電池プレート１と第２電池プレート３とで膜電極接合体２を挟持することで単セル４が構成され、第３電池プレート１′と第２電池プレート３とで膜電極接合体２を挟持することで他の単セル４′が構成される。図１の場合は２セル構成であるから単セル４、４′が２つ隣接して配置される。燃料電池スタックは、通常２セル以上積層されるのが一般的である。
【００１７】
５、５′は単セル４、４′の端部に配置される絶縁板であり、四隅部に上記第２電池プレート３、第３電池プレート１′に対応させて燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２がそれぞれ設けられている。
【００１８】
６、６′は絶縁板５、５′の外側に配置される締付板であり、四隅部に上記絶縁板５、５′に対応させて燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
これらの構成部材を図１に示すような配置状態で積層し、図示を省略したロッド等で締付一体化することにより２セルの燃料電池スタックを構成することができる。
【００２０】
本実施形態においては、前記第１電池プレート１は図２（ａ）のようにガス流路１ａ側の面に前記燃料ガスの供給孔Ｇ１に連結する凹部状の供給用マニホールド１ｃが設けられてガス流路１ａの入口に連通しており、又前記燃料ガスの排出孔Ｇ２に連結する凹部状の排出用マニホールド１ｄが設けられてガス流路１ａの出口に連通している。更に、ガス流路１ａの入口にはノズル部材７、出口には薄い金属板８がそれぞれ第１電池プレート１面と同一面となるように取り付けられ、供給孔Ｇ１及び排出孔Ｇ２の近傍に薄い金属板９、１０がそれぞれ第１電池プレート１面と同一面となるように取り付けられている。
【００２１】
又、図２（ｂ）のように第１電池プレート１の水流路１ｂ側の面は、前記冷却水の供給孔Ｗ１に連結する凹部状の供給用マニホールド１ｅが設けられて水流路１ｂの入口に連通しており、又前記水の排出孔Ｗ２に連結する凹部状の排出用マニホールド１ｆが設けられて水流路１ｂの出口に連通している。更に、供給孔Ｗ１及び排出孔Ｗ２の近傍に複数のリブ１１、１２がそれぞれ設けられ、且つ排出用マニホールド１ｆには水流路１ｂの仕切り凸部に対応させて円形の小突起１３をそれぞれ設けてある。
【００２２】
図２（ｂ）において、１４は第１電池プレート１の水流路１ｂ面側の外周部に設けられた凸条シール部（太線で示す）であり、前記水の供給孔Ｗ１→供給用マニホールド１ｅ→水流路１ｂ→排出用マニホールド１ｆ→水の排出孔Ｗ２に至る冷却水の流通範囲を囲むと共に、この流通範囲とは無関係の前記燃料ガスの供給孔Ｇ１及び排出孔Ｇ２を囲むようにして設けられている。
【００２３】
前記第２電池プレート３は、図３（ａ）のように上部に凹部状の供給用マニホールド３ｃが設けられて前記各ガス流路３ａの入口に連通しており、下部には排出用流路３ｄが設けられて各ガス流路３ａの出口に連通し、ガス流路３ａの入口にはノズル部材１５、出口には薄い金属板１６がそれぞれ第２電池プレート３面と同一面となるように取り付けられている。
【００２４】
１７は第２電池プレート３のガス流路３ａ面側の外周部に設けられた凸条シール部であり、外部から供給される酸化剤ガス（この場合は空気）が流入する供給用マニホールド３ｃ→ガス流路３ａ→排出用流路３ｄに至る酸化剤ガスの流通範囲を囲むと共に、この流通範囲とは無関係の前記燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２、及び水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２をそれぞれ囲むようにして設けられている。この凸条シール部１７の上縁部は複数の切り込み１７ａを設けて外部から供給用マニホールド３ｃ内に酸化剤ガスが流入できるようにしてあり、凸条シール部１７の下縁部は排出用流路３ｄから外部に酸化剤ガスが排出できるようにしてある。
【００２５】
第２電池プレート３の他面側は図３（ｂ）に示すように平坦面３ｂに形成されている。又、前記膜電極接合体２は図３（ａ）に示すようにガス流路３ａ面に密着して配置され、その外周部は上記凸条シール部１７によりシールされている。
【００２６】
前記単セル４においては、膜電極接合体２を挟んで第１電池プレート１と第２電池プレート３とが接合されているが、第１電池プレート１の凸条シール部１４と第２電池プレート３の凸条シール部１７とは殆ど同じ形状のパターンが採用されている。従って、凸条シール部１４と凸条シール部１７とは燃料電池スタックの積層方向に沿ってほぼ同一線上に位置することとなる。これにより、第１電池プレート１と第２電池プレート３とが強い締め付け力で接合されても、プレートに変形が生じることはない。前記単セル４′においては、膜電極接合体２を挟んで第３電池プレート１′と第２電池プレート３とが接合されているが、第３電池プレート１′の平坦面１ｃ側には第２電池プレート３の凸条シール部１７と同一形状パターンの凸条シール部１４′が設けられている。従って、凸条シール部１４′と凸条シール部１７とは燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置することとなる。これにより、第３電池プレート１′と第２電池プレート３とが強い締め付け力で接合されても、プレートに変形が生じることはない。
【００２７】
又、第１電池プレート１の凸条シール部１４と第２電池プレート３の凸条シール部１７とで形状パターンが一部異なる箇所には、凸部即ち前記第１電池プレート１の水流路１ｂ面側に設けられたリブ１１、１２及び小突起１３（図２（ｂ）参照）が存在しているので、この第１電池プレート１のリブ１１、１２及び小突起１３に対応する第２電池プレート３の凸条シール部分によって第１電池プレート１のガス流路１ａ面側が強く押されても、その裏面側の水流路１ｂ面に変形が生じることはない。
【００２８】
一方、燃料電池スタックの両端部に位置する第２電池プレート３と絶縁板５及び／又は締付板６の間、第３電池プレート１′と絶縁板５′及び／又は締付板６′の間のシール構造においても上記と同様の構成が採用されている。
【００２９】
図４は、前記絶縁板５の片面を示しており、その外周部に前記第２電池プレート３と同一形状パターンの凸条シール部１８が設けられている。この絶縁板５の四隅部に設けられた前記燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２が凸条シール部１８により囲まれている。絶縁板５の他面側は図１に示すように平坦面５ａとなっている。尚、絶縁板５の片面には集電板２０が取り付けられ、外部端子接続用のタブ２０ａが側方に突出している。絶縁板５′も絶縁板５と同様の構成であるが、集電板は平坦面５ａ側に取り付けられている（図１）。
【００３０】
図５は、前記締付板６の片面を示しており、その外周部に上記絶縁板５と同一形状パターンの凸条シール部１９が設けられている。この締付板６の四隅部に設けられた前記燃料ガスの供給孔Ｇ１と排出孔Ｇ２及び冷却水の供給孔Ｗ１と排出孔Ｗ２が凸条シール部１９により囲まれている。この締付板６の他面側は図１に示すように平坦面６ａとなっている。
【００３１】
燃料電池スタック内においては、図１のように前記第２電池プレート３の平坦面３ｂに、絶縁板５の凸条シール部１８が設けられている側の面を対向させて配置し、且つ絶縁板５の平坦面５ａに、締付板６の凸条シール部１９が設けられている側の面を対向させて配置して締め付けにより接合される。もう一方の絶縁板５′は第３電池プレート１′の凸条シール部１４′が設けられている面に平坦面５ａ側を対向させて配置し、もう一方の締付板６′は絶縁板５′の凸条シール部１８が設けられている面に平坦面６ａ側を対向させて配置する。尚、この締付板６′は両面とも平坦面に形成されている。
【００３２】
この場合、絶縁板５の凸条シール部１８及び締付板６の凸条シール部１９と第２電池プレート３の凸条シール部１７とは燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置するので、絶縁板５及び締付板６と第２電池プレート３とが強い締め付け力で接合されても、各凸条シール部により平坦面側が押されても絶縁板５及び締付板６と第２電池プレート３にいずれも変形が生じることはない。絶縁板５′の凸条シール部１８と第３電池プレート１′の凸条シール部１４′とに関しても同様のことが言える。これらの凸条シール部において、燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置していない箇所が生じるパターンを採用した場合には、一方の凸条シール部に対向させて他方に凸部を設けることで対処することができる。
【００３３】
前記第１電池プレート１の凸条シール部１４、第２電池プレート３の凸条シール部１７、第３電池プレート１′の凸条シール部１４′、絶縁板５、５′の凸条シール部１８及び締付板６の凸条シール部１９は、いずれも加硫ゴム等からなるシート状材料に一体に設けてこれをプレートに接着することによりそれぞれ構成することができる。又、各凸条シール部は、図６のようにその凸条が形成されるシート状材料のほぼ中央に位置して設けられていると、変形偏り防止の上で好ましい。
【００３４】
このようにして構成された燃料電池スタックは、一方の締付板例えば締付板６の供給孔Ｇ１から燃料ガスを供給して第１電池プレート１及び第３電池プレート１′のガス流路１ａに分配して流通させ、外部から取り込んだ酸化剤ガス（空気）を第２電池プレート３のガス流路３ａにそれぞれ流通させることでその間に挟まれている膜電極接合体２の高分子電解質膜を介して単セル４、４′にて直流電力を発電することができる。又、一方の締付板例えば締付板６の供給孔Ｗ１から冷却水を供給して第１電池プレート１の水流路１ｂに流通させることにより単セル４、４′の発電部を冷却することができる。
【００３５】
燃料電池スタック内に組み込まれた各プレートは、前記締付板６′を除いてそれぞれ片面側にほぼ同形又は同一のパターンで凸条シール部が設けられ、しかも一部凸条シール部に対応しない箇所にはリブや小突起等の凸部が設けられているため、強い締付力で接合されても各プレートがいずれも隣接するプレートの凸条シール部によって変形することはなく、更に反応ガス流路面、冷却水流路面及び燃料ガスの供給孔と排出孔、並びに冷却水の供給孔と排出孔が全てほぼ完全にシールされる。これにより、燃料電池スタックの発電特性を向上させると共に、各プレートを薄く形成することが可能となるため燃料電池スタックを小型化することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の燃料電池スタックは、２種類以上の電池プレートで構成する電池スタックであって、前記燃料電池スタックの両端部に位置する電池プレートと絶縁板及び／又は締付板の間のシール形状において、前記電池プレートに形成された凸条シール部と、前記絶縁板及び／又は締付板に形成された凸条シール部とは燃料電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置しているので、締付時でのプレートの変形を防止して燃料電池スタック端部のシール性能を向上させることができる。
【００３７】
本発明に係る請求項２記載の燃料電池スタックは、２種類以上の電池プレートで構成する燃料電池スタックであって、前記燃料電池スタックの両端部に位置する電池プレートと絶縁板及び／又は締付板の間のシール形状において、前記電池プレートに形成された凸条シール部と、前記絶縁板及び／又は締付板に形成された凸条シール部とは電池スタックの積層方向に沿って同一線上に位置し、一致していない箇所に、一方の凸条シール部に対向させて他方に凸部が設けられているので、締付時でのプレートの変形を防止して燃料電池スタック端部のシール性能を確保することができる。
【００３８】
本発明に係る請求項３記載の燃料電池スタックは、請求項１又は請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、燃料電池用プレートのシール形状における前記凸条シール部は、その凸条が形成されるシート状材料の中央に位置して設けられていることを特徴とし、これによりプレート締付時における変形偏りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池スタックの構成部材を分解して示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る第１電池プレートのガス流路面を示す側面図、（ｂ）はその他面側を透視して示す側面図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る第２電池プレートのガス流路面を示す側面図、（ｂ）はその他面側を透視して示す側面図である。
【図４】本発明に係る絶縁板の片面を示す側面図である。
【図５】本発明に係る一方の締付板の片面を示す側面図である。
【図６】本発明に係る凸条シール部がシート状材料の中央部に設けられている状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…第１電池プレート
１ａ…ガス流路
１ｂ…水流路
１′…第３電池プレート
２…膜電極接合体
２ａ…アノード電極
２ｂ…カソード電極
３…第２電池プレート
３ａ…ガス流路
４、４′…単セル
５、５′…絶縁板
６、６′…締付板
１１、１２…リブ
１３…小突起
１４、１４′、１７、１８、１９…凸条シール部
２０…集電板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell stack .
[0002]
[Prior art]
In a polymer electrolyte fuel cell, a membrane electrode assembly (MEA) is formed by joining an anode electrode on one surface of a polymer electrolyte membrane and a cathode electrode on the other surface, and reacts from both sides of the membrane electrode assembly. A cell (unit cell unit) is formed by sandwiching it with a battery plate provided with a gas flow path. A plurality of cells are stacked, and an insulating plate and a clamping plate are applied to both ends and tightened with a rod or the like. By doing so, a fuel cell stack is configured. Then, the fuel gas is circulated through the flow path of the battery plate facing the anode side, and the oxidant gas is circulated through the flow path of the battery plate facing the cathode side, and the electrochemical reaction is performed through the solid polymer electrolyte membrane. To generate DC power.
[0003]
The battery plate is provided with a supply hole and a discharge hole on the outer periphery, and the supply hole and the discharge hole communicate with each other in the stacking direction of the fuel cell stack. The reaction gas supplied to the fuel cell stack is distributed to each battery plate through the supply hole, and the distributed reaction gas flows into the flow path from the supply hole in each battery plate, and surplus reaction after flowing through the flow path. The gas is discharged to the discharge hole, and is discharged to the outside of the fuel cell stack through the discharge hole.
[0004]
In this way, the reaction gas is allowed to flow through the flow path of the battery plate to cause the reaction, and at this time, for example, vulcanized rubber packing is adhered and sealed to the outer periphery of the battery plate so that the reaction gas does not leak. . This packing is usually an outer frame part formed on the inner edge of the outer peripheral part of the battery plate, an inner frame part surrounding a power generation part (the electrode surface faces the flow path surface) in which supply holes, discharge holes and flow paths exist, Each of the battery plates has a partition portion surrounding the periphery of the supply hole and the discharge hole other than the role of each battery plate, and both of them are patterned on a convex line (Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-294254 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
Among the battery plates incorporated in the fuel cell stack, for example, there is one in which a reaction gas channel is provided on one side and a cooling water channel is provided on the other side. In such a fuel cell stack cell plate is incorporated, in the stacking direction in addition to the supply hole and discharge hole are provided a fuel cell stack for supplying cooling water supply hole and the discharge hole of the reaction gas Configured to communicate. The cooling water is supplied because the power generation reaction (electrochemical reaction) in the fuel cell stack is an exothermic reaction, and it is necessary to maintain the fuel cell stack at an appropriate operating temperature by cooling it by circulating the cooling water. There is.
[0007]
In the battery plate provided with the cooling water channel, the surface of the battery plate provided with the cooling water channel is sealed by adhering packing to the outer peripheral portion to prevent leakage of the cooling water. Since the positions of the supply holes and the discharge holes are different from the positions of the supply holes and the discharge holes for the reaction gas, the positions of the sealing protrusions of the packing are shifted from each other on the front and back surfaces of the battery plate.
[0008]
When a fuel cell stack including such a battery plate is tightened and integrated with the rod or the like, a difference in tightening pressure occurs due to the protruding protrusions for sealing that are misaligned on the front and back surfaces of the battery plate. The pressed part may be pushed and deformed. The ridges of the packing made of vulcanized rubber are crushed and absorb the tightening pressure because they have a certain degree of elasticity, but they are particularly susceptible to deformation when using a thin battery plate, and the seal is broken. There is.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem in the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack in which even a thin battery plate is prevented from being deformed by a sealing protrusion of a packing. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, a fuel cell stack according to claim 1 of the present invention is a fuel cell stack composed of two or more batteries plate, located at both ends of the fuel cell stack In the seal shape between the battery plate and the insulating plate and / or the clamping plate, the protruding strip seal portion formed on the battery plate and the protruding strip seal portion formed on the insulating plate and / or clamping plate are the fuel. It is located on the same line along the stacking direction of the battery stack.
[0011]
The fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, two or more of a fuel cell stack that constitutes the battery plates, the battery plates and insulating plates and / or clamping positioned at both ends of the fuel cell stack In the sealing structure between the attachment plates, the protruding strip seal portion formed on the battery plate and the protruding strip seal portion formed on the insulating plate and / or the clamping plate are the same along the stacking direction of the fuel cell stack. It is characterized in that a convex portion is provided on the other side of the line that is located on the line and is not coincident with one convex seal portion.
[0012]
The fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, in claim 1 or a fuel cell stack according to claim 2, wherein the sheet-like material in which the ridge seal portion and the projections are formed are the same member, The ridge seal portion is provided at the center of the sheet-like material on which the ridge is formed.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a seal shape of a fuel cell plate according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing components of a fuel cell stack. In this case, a two-cell structure is shown as an example, and the upper right column displays the back side of each of the lower left column plates (shown as a solid line for clarity).
[0014]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first gas flow path 1a for flowing fuel gas on one side arranged in a straight line, and a water flow path 1b for flowing cooling water on the other side arranged in a straight line. The battery plate is provided with fuel gas supply holes G1 and discharge holes G2 and cooling water supply holes W1 and discharge holes W2 at the four corners, respectively. The first battery plate 1 is arranged such that the surface of the gas flow path 1a faces the anode electrode 2a side of the membrane electrode assembly 2. Reference numeral 1 'denotes a third battery plate formed on a flat surface 1c in which gas flow paths 1a for circulating fuel gas are linearly arranged on one side and the other side is not provided with flow paths. Are provided with a fuel gas supply hole G1 and a discharge hole G2, and a cooling water supply hole W1 and a discharge hole W2, respectively. The third battery plate 1 ′ is arranged so that the surface of the gas flow path 1 a faces the anode electrode 2 a side of the membrane electrode assembly 2.
[0015]
3 is a second battery plate formed on a flat surface 3b in which gas flow paths 3a for circulating an oxidant gas on one side are linearly arranged and the other side is not provided with a flow path,
In the four corners, fuel gas supply holes G1 and discharge holes G2 and cooling water supply holes W1 and discharge holes W2 are respectively provided corresponding to the first battery plate 1 and the third battery plate 1 ′. The second battery plate 3 is disposed such that the surface of the gas flow path 3a faces the cathode electrode 2b side of the membrane electrode assembly 2.
[0016]
A single cell 4 is formed by sandwiching the membrane electrode assembly 2 between the first battery plate 1 and the second battery plate 3, and the membrane electrode assembly 2 is composed of the third battery plate 1 ′ and the second battery plate 3. The other single cell 4 'is configured by sandwiching the. In the case of FIG. 1, since it has a two-cell configuration, two single cells 4, 4 'are arranged adjacent to each other. In general, the fuel cell stack is usually laminated in two or more cells.
[0017]
Reference numerals 5 and 5 'denote insulating plates disposed at the end portions of the single cells 4 and 4', and fuel gas supply holes G1 and four corners respectively corresponding to the second battery plate 3 and the third battery plate 1 '. A discharge hole G2, a cooling water supply hole W1, and a discharge hole W2 are provided.
[0018]
Reference numerals 6 and 6 'denote fastening plates disposed outside the insulating plates 5 and 5', and the fuel gas supply holes G1 and the discharge holes G2 and the cooling water are provided at the four corners corresponding to the insulating plates 5 and 5 '. Supply holes W1 and discharge holes W2 are respectively provided.
[0019]
A two-cell fuel cell stack can be configured by stacking these constituent members in an arrangement state as shown in FIG. 1 and fastening and integrating them with a rod or the like (not shown).
[0020]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the first battery plate 1 is provided with a concave supply manifold 1c connected to the fuel gas supply hole G1 on the surface on the gas flow path 1a side. A recess-shaped discharge manifold 1d connected to the fuel gas discharge hole G2 is provided so as to communicate with the outlet of the gas flow path 1a. Further, a nozzle member 7 is attached to the inlet of the gas flow path 1a, and a thin metal plate 8 is attached to the outlet so as to be flush with the surface of the first battery plate 1, and is thin in the vicinity of the supply hole G1 and the discharge hole G2. Metal plates 9 and 10 are attached so as to be flush with the first battery plate 1 surface.
[0021]
Further, as shown in FIG. 2B, the surface of the first battery plate 1 on the side of the water flow path 1b is provided with a concave supply manifold 1e connected to the cooling water supply hole W1, so that the inlet of the water flow path 1b is provided. A concave discharge manifold 1f connected to the water discharge hole W2 is provided to communicate with the outlet of the water flow path 1b. Further, a plurality of ribs 11 and 12 are provided in the vicinity of the supply hole W1 and the discharge hole W2, respectively, and a circular small protrusion 13 is provided on the discharge manifold 1f in correspondence with the partition convex portion of the water channel 1b. is there.
[0022]
In FIG. 2 (b), reference numeral 14 denotes a ridge seal portion (shown by a thick line) provided on the outer peripheral portion of the first battery plate 1 on the surface of the water flow path 1b. The water supply hole W1 → the supply manifold 1e. It is provided so as to surround the flow range of the cooling water from the water flow path 1b to the discharge manifold 1f to the water discharge hole W2, and to surround the fuel gas supply hole G1 and the discharge hole G2 unrelated to this flow range. Yes.
[0023]
As shown in FIG. 3 (a), the second battery plate 3 is provided with a concave supply manifold 3c at the top thereof, and communicates with the inlets of the gas passages 3a, and at the bottom is a discharge passage. 3d is provided to communicate with the outlet of each gas flow path 3a, so that the nozzle member 15 is at the inlet of the gas flow path 3a, and the thin metal plate 16 is at the same face as the second battery plate 3 at the outlet. It is attached.
[0024]
Reference numeral 17 denotes a ridge seal portion provided on the outer peripheral portion of the second battery plate 3 on the gas flow path 3a surface side, and a supply manifold 3c into which an oxidant gas (air in this case) supplied from the outside flows in. The fuel gas supply hole G1 and the discharge hole G2, and the water supply hole W1 and the discharge hole are surrounded by the oxidant gas flow range extending from the gas flow path 3a to the discharge flow path 3d. W2 is provided so as to surround each. The upper edge portion of the ridge seal portion 17 is provided with a plurality of cuts 17a so that an oxidant gas can flow into the supply manifold 3c from the outside. The oxidant gas can be discharged from the passage 3d to the outside.
[0025]
The other surface side of the second battery plate 3 is formed on a flat surface 3b as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3A, the membrane electrode assembly 2 is disposed in close contact with the surface of the gas flow path 3a, and its outer peripheral portion is sealed by the convex seal portion 17.
[0026]
In the single cell 4, the first battery plate 1 and the second battery plate 3 are joined with the membrane electrode assembly 2 interposed therebetween, but the protruding strip seal portion 14 of the first battery plate 1 and the second battery plate 1 are joined. A pattern having almost the same shape as that of the three ridge seal portions 17 is employed. Therefore, the ridge seal portion 14 and the ridge seal portion 17 are located on substantially the same line along the stacking direction of the fuel cell stack. Thereby, even if the 1st battery plate 1 and the 2nd battery plate 3 are joined by strong clamping force, a plate does not deform | transform. In the single cell 4 ′, the third battery plate 1 ′ and the second battery plate 3 are joined with the membrane electrode assembly 2 interposed therebetween. 2 A ridge seal portion 14 ′ having the same shape pattern as the ridge seal portion 17 of the battery plate 3 is provided. Accordingly, the ridge seal portion 14 ′ and the ridge seal portion 17 are located on the same line along the stacking direction of the fuel cell stack. Thereby, even if 3rd battery plate 1 'and 2nd battery plate 3 are joined by strong clamping force, a plate does not deform | transform.
[0027]
Further, at a portion where the shape pattern is partially different between the convex seal part 14 of the first battery plate 1 and the convex seal part 17 of the second battery plate 3, the convex part, that is, the water flow path 1b of the first battery plate 1 is provided. Since the ribs 11 and 12 and the small protrusions 13 (see FIG. 2B) provided on the surface side exist, the second battery corresponding to the ribs 11 and 12 and the small protrusions 13 of the first battery plate 1 is present. Even if the gas channel 1a surface side of the first battery plate 1 is strongly pressed by the convex seal portion of the plate 3, the surface of the water channel 1b on the back surface side is not deformed.
[0028]
On the other hand, between the second battery plate 3 and the insulating plate 5 and / or the clamping plate 6 positioned at both ends of the fuel cell stack, the third battery plate 1 ′, the insulating plate 5 ′ and / or the clamping plate 6 ′. The same structure as described above is also employed in the intermediate seal structure.
[0029]
FIG. 4 shows one side of the insulating plate 5, and a protruding strip seal portion 18 having the same shape pattern as that of the second battery plate 3 is provided on the outer peripheral portion thereof. The fuel gas supply hole G1 and the discharge hole G2 and the cooling water supply hole W1 and the discharge hole W2 provided at the four corners of the insulating plate 5 are surrounded by the ridge seal portion 18. The other surface side of the insulating plate 5 is a flat surface 5a as shown in FIG. A current collecting plate 20 is attached to one surface of the insulating plate 5, and a tab 20a for connecting an external terminal projects sideways. The insulating plate 5 'has the same configuration as that of the insulating plate 5, but the current collecting plate is attached to the flat surface 5a side (FIG. 1).
[0030]
FIG. 5 shows one side of the fastening plate 6, and a ridge seal portion 19 having the same shape pattern as that of the insulating plate 5 is provided on the outer peripheral portion thereof. The fuel gas supply hole G1 and the discharge hole G2 and the cooling water supply hole W1 and the discharge hole W2 provided at the four corners of the fastening plate 6 are surrounded by the ridge seal portion 19. The other surface side of the fastening plate 6 is a flat surface 6a as shown in FIG.
[0031]
In the fuel cell stack, as shown in FIG. 1, the flat surface 3b of the second battery plate 3 is disposed so that the surface of the insulating plate 5 on the side where the ridge seal portion 18 is provided, and is insulated. The flat surface 5a of the plate 5 is disposed so that the surface of the fastening plate 6 on the side where the ridge seal portion 19 is provided is opposed to the flat plate 5a and joined by tightening. The other insulating plate 5 ′ is arranged with the flat surface 5 a facing the surface of the third battery plate 1 ′ on which the convex seal part 14 ′ is provided, and the other clamping plate 6 ′ is an insulating plate. The flat surface 6a side is opposed to the surface on which the 5 'convex seal part 18 is provided. The fastening plate 6 'is formed on a flat surface on both sides.
[0032]
In this case, the ridge seal portion 18 of the insulating plate 5 and the ridge seal portion 19 of the fastening plate 6 and the ridge seal portion 17 of the second battery plate 3 are located on the same line along the stacking direction of the fuel cell stack. Therefore, even if the insulating plate 5 and the clamping plate 6 and the second battery plate 3 are joined with a strong clamping force, even if the flat surface side is pushed by each protruding strip seal portion, the insulating plate 5 and the clamping plate 6 None of the second battery plates 3 is deformed. The same can be said for the ridge seal portion 18 of the insulating plate 5 'and the ridge seal portion 14' of the third battery plate 1 '. In these ridge seal portions, when adopting a pattern in which a location that is not located on the same line along the stacking direction of the fuel cell stack is adopted, the ridge seal portion is opposed to one ridge seal portion. This can be dealt with.
[0033]
The ridge seal portion 14 of the first battery plate 1, the ridge seal portion 17 of the second battery plate 3, the ridge seal portion 14 'of the third battery plate 1', and the ridge seal portions of the insulating plates 5, 5 '. 18 and the ridge seal portion 19 of the fastening plate 6 can be respectively configured by providing them integrally with a sheet-like material made of vulcanized rubber and bonding them to the plate. Further, it is preferable for each protrusion seal portion to be provided at the approximate center of the sheet-like material on which the protrusion is formed as shown in FIG.
[0034]
The fuel cell stack configured as described above supplies fuel gas from one supply plate G1 of one clamping plate, for example, the clamping plate 6 to supply gas flow paths 1a between the first battery plate 1 and the third battery plate 1 ′. The polymer electrolyte membrane of the membrane electrode assembly 2 sandwiched between the oxidant gas (air) taken from the outside and circulated through the gas flow paths 3a of the second battery plate 3 by being distributed to each other. The DC power can be generated in the single cells 4 and 4 'through the. In addition, cooling water is supplied from the supply hole W1 of one of the clamping plates, for example, the clamping plate 6, and is allowed to flow through the water flow path 1b of the first battery plate 1, thereby cooling the power generation section of the single cells 4, 4 '. Can do.
[0035]
Each plate incorporated in the fuel cell stack is provided with a ridge seal portion with substantially the same shape or the same pattern on one side except for the clamping plate 6 ', and partly does not correspond to the ridge seal portion. Since the projections such as ribs and small projections are provided at the locations, none of the plates will be deformed by the protruding strip seals of the adjacent plates even if they are joined with a strong clamping force. The flow path surface, the cooling water flow path surface, the fuel gas supply hole and discharge hole, and the cooling water supply hole and discharge hole are all almost completely sealed. As a result, the power generation characteristics of the fuel cell stack can be improved, and each plate can be formed thin, so that the fuel cell stack can be reduced in size.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the fuel cell stack according to claim 1 of the present invention is a battery stack composed of two or more types of battery plates, and the battery plate and the insulating plate located at both ends of the fuel cell stack. And / or in the shape of the seal between the clamping plates, the ridge seal portion formed on the battery plate and the ridge seal portion formed on the insulating plate and / or the clamping plate are arranged in the stacking direction of the fuel cell stack. Therefore, the deformation of the plate at the time of tightening can be prevented and the sealing performance of the end portion of the fuel cell stack can be improved.
[0037]
The fuel cell stack according to claim 2, wherein according to the present invention, two or more of a fuel cell stack that constitutes the battery plates, the battery plates and insulating plates and / or fastening which is located at both ends of the fuel cell stack In the seal shape between the plates, the ridge seal portion formed on the battery plate and the ridge seal portion formed on the insulating plate and / or the clamping plate are located on the same line along the stacking direction of the battery stack. In addition, since the convex portion is provided on the other side of the non-coincident part so as to face one convex seal portion, the deformation performance of the plate at the time of tightening is prevented, and the sealing performance of the end portion of the fuel cell stack Can be secured.
[0038]
The fuel cell stack according to claim 3, wherein according to the present invention is the fuel cell stack according to claim 1 or claim 2, wherein the ridge seal portion definitive the sealing shape of the fuel cell plates, the ridges are formed It is characterized in that it is provided at the center of the sheet-like material, which can prevent deformation bias when the plate is tightened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing components of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2A is a side view showing a gas flow path surface of a first battery plate according to the present invention, and FIG. 2B is a side view showing the other surface side transparently.
3A is a side view showing a gas flow path surface of a second battery plate according to the present invention, and FIG. 3B is a side view showing the other surface side in a transparent manner.
FIG. 4 is a side view showing one side of an insulating plate according to the present invention.
FIG. 5 is a side view showing one side of one fastening plate according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where a ridge seal portion according to the present invention is provided in the central portion of a sheet-like material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st battery plate 1a ... Gas flow path 1b ... Water flow path 1 '... 3rd battery plate 2 ... Membrane electrode assembly 2a ... Anode electrode 2b ... Cathode electrode 3 ... 2nd battery plate 3a ... Gas flow path 4, 4 '... Single cell 5, 5' ... Insulating plate 6, 6 '... Clamping plate 11, 12 ... Rib 13 ... Small protrusions 14, 14', 17, 18, 19 ... Round seal portion 20 ... Current collector plate

Claims

A fuel cell stack composed of two or more types of battery plates, wherein a convex shape formed on the battery plate in a seal shape between a battery plate and an insulating plate and / or a clamping plate located at both ends of the fuel cell stack. The fuel cell stack, wherein the strip seal portion and the convex seal portion formed on the insulating plate and / or the clamping plate are located on the same line along the stacking direction of the fuel cell stack .

A fuel cell stack composed of two or more types of battery plates, wherein a convex shape formed on the battery plate in a seal shape between a battery plate and an insulating plate and / or a clamping plate located at both ends of the fuel cell stack. The strip seal portion and the convex seal portion formed on the insulating plate and / or the clamping plate are located on the same line along the stacking direction of the fuel cell stack, and one convex portion A fuel cell stack , characterized in that a convex portion is provided on the other side facing the strip seal portion.

The sheet-like material on which the ridge seal portion and the ridge are formed is the same material, and the ridge seal portion is provided at the center of the sheet-like material on which the ridge is formed. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fuel cell stack is characterized by the following .