JP5166982B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを有し、前記単位セルが水平方向に複数積層された積層体を備える燃料電池スタックに関する。   The present invention provides a fuel cell stack having a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a plurality of unit cells stacked in the horizontal direction. About.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator. Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation.

この場合、セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体の漏れを防止するために、気密性及び液密性が要求されている。このため、例えば、特許文献1には、セパレータにシール部材を一体成形するシリコーン樹脂−金属複合体が開示されている。   In this case, the separator is required to have air tightness and liquid tightness in order to prevent leakage of fuel gas, oxidant gas, and cooling medium. For this reason, for example, Patent Document 1 discloses a silicone resin-metal composite in which a seal member is integrally formed with a separator.

この従来技術では、図6に示すように、セパレータ1、電極2及びスペーサ3が組み合わされて単電池ユニット4が構成されている。セパレータ1は、セパレータ本体5の両面にシリコーン樹脂層からなるシール材6a、6bが一体成形されるとともに、前記シール材6aには、凸状のリブ7が形成されている。   In this prior art, as shown in FIG. 6, a unit cell 4 is configured by combining a separator 1, an electrode 2, and a spacer 3. In the separator 1, sealing materials 6 a and 6 b made of a silicone resin layer are integrally formed on both surfaces of the separator body 5, and convex ribs 7 are formed on the sealing material 6 a.

特開平11−129396号公報JP 11-129396 A

ところで、上記の単電池ユニット4は、積層方向両端にエンドプレート等の端部部材が配設されて燃料電池スタックを構成している。その際、燃料電池スタックに外部からの荷重が付与されると、各セパレータ1同士は、シール材6a、6bが変形することによって衝撃を吸収することが可能である。   By the way, the unit cell unit 4 has a fuel cell stack in which end members such as end plates are disposed at both ends in the stacking direction. At that time, when a load from the outside is applied to the fuel cell stack, the separators 1 can absorb the impact by the deformation of the sealing materials 6a and 6b.

しかしながら、積層方向端部に配置されている端部セパレータ1は、剛体である端部部材に隣接している。このため、端部セパレータ1自体では、十分な衝撃吸収機能を有することができない場合がある。これにより、端部セパレータ1は、衝撃荷重により変形した際に、シール材6a、6bによるシール性が低下するという問題がある。   However, the end separator 1 arranged at the end in the stacking direction is adjacent to the end member that is a rigid body. For this reason, the end separator 1 itself may not have a sufficient shock absorbing function. Thereby, when the edge part separator 1 deform | transforms with an impact load, there exists a problem that the sealing performance by the sealing materials 6a and 6b falls.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、端部セパレータの変形によるシール性の低下を良好に抑制することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and has an object to provide a fuel cell stack capable of satisfactorily suppressing a decrease in sealing performance due to deformation of an end separator with a simple and economical configuration. And

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを有し、前記単位セルが水平方向に複数積層された積層体を備える燃料電池スタックに関するものである。   The present invention provides a fuel cell stack having a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a plurality of unit cells stacked in the horizontal direction. It is about.

積層体の少なくとも積層方向一端部に配置される端部単位セルは、前記端部単位セルに隣接する端部部材との間に端部シール部材を設け、前記端部シール部材は、前記積層体の内方に配置される他の単位セルに設けられるシール部材よりも弾性率が小さく設定されている。   The end unit cell disposed at least at one end in the stacking direction of the laminate is provided with an end seal member between the end unit cells adjacent to the end unit cell, and the end seal member is formed of the laminate. The elastic modulus is set to be smaller than that of a seal member provided in another unit cell arranged inward.

また、端部シール部材は、端部単位セルに設けられるとともに、前記端部シール部材は、他の単位セルに設けられるシール部材よりも積層方向の寸法が大きく設定されることが好ましい。   The end seal member is preferably provided in the end unit cell, and the end seal member is preferably set to have a larger dimension in the stacking direction than seal members provided in other unit cells.

さらに、端部シール部材は、端部単位セルに設けられるシール部材と、前記端部単位セルに隣接する端部部材に設けられ、前記端部単位セルの前記シール部材が当接する弾性部材とを有することが好ましい。   Further, the end seal member includes: a seal member provided in the end unit cell; and an elastic member provided in the end member adjacent to the end unit cell and in contact with the seal member of the end unit cell. It is preferable to have.

さらにまた、端部部材は、エンドプレート又は絶縁プレートであることが好ましい。   Furthermore, the end member is preferably an end plate or an insulating plate.

本発明では、端部単位セルと端部部材との間に設けられる端部シール部材は、他の単位セルに設けられるシール部材よりも弾性率が小さく設定されるため、外部からの荷重が付与された際、前記端部シール部材の変形量が比較的大きくなって衝撃荷重を容易に吸収することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、端部セパレータの変形によるシール性の低下を良好に抑制することが可能になる。   In the present invention, the end seal member provided between the end unit cell and the end member is set to have a smaller elastic modulus than the seal member provided in the other unit cell, so that an external load is applied. When this is done, the deformation amount of the end seal member becomes relatively large, and the impact load can be easily absorbed. As a result, it is possible to satisfactorily suppress a reduction in sealing performance due to the deformation of the end separator with a simple and economical configuration.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の一部分解概略斜視図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の一部断面側面図である。   FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional side view of the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック10は、複数の単位セル12が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、ターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック10は、縦長の長方形状に構成されるエンドプレート20a、20bを端板として含む箱状のケーシング24により一体的に保持される。   The fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18a, and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a box-shaped casing 24 including end plates 20a and 20b configured as vertically long rectangles as end plates.

図2及び図3に示すように、各単位セル12は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)30と、前記電解質膜・電極構造体30を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ32、34とを備える。電解質膜・電極構造体30と第1及び第2金属セパレータ32、34とは、縦長の長方形状に構成される。なお、第1及び第2金属セパレータ32、34に代えて、カーボンセパレータを用いてもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. The electrolyte membrane / electrode structure 30 and the first and second metal separators 32 and 34 are configured in a vertically long rectangular shape. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, carbon separators may be used.

単位セル12の長辺方向(図3中、矢印C方向)の一端縁部(上端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔36a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔38aが設けられる。   In order to supply an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge (upper edge) in the long side direction (the arrow C direction in FIG. 3) of the unit cell 12 in communication with each other in the arrow A direction. The oxidant gas supply communication hole 36a and a fuel gas supply communication hole 38a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル12の長辺方向の他端縁部(下端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔36bが設けられる。   The other end edge (lower end edge) of the unit cell 12 in the long side direction communicates with each other in the direction of arrow A, and discharges the fuel gas discharge communication hole 38b for discharging the fuel gas and the oxidant gas. For this purpose, an oxidant gas discharge communication hole 36b is provided.

単位セル12の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔40aが設けられるとともに、前記単位セル12の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔40bが設けられる。   A cooling medium supply communication hole 40a for supplying a cooling medium is provided at one end edge of the unit cell 12 in the short side direction (arrow B direction), and the other end edge of the unit cell 12 in the short side direction. Is provided with a cooling medium discharge communication hole 40b for discharging the cooling medium.

電解質膜・電極構造体30は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するアノード側電極44及びカソード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極44及びカソード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成される。   The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第1金属セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス供給連通孔38aと燃料ガス排出連通孔38bとを連通する燃料ガス流路48が矢印C方向に沿って形成される。第1金属セパレータ32の面32bには、冷却媒体供給連通孔40aと冷却媒体排出連通孔40bとを連通する冷却媒体流路50が矢印B方向に沿って形成される。   On the surface 32a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30, a fuel gas flow channel 48 that communicates the fuel gas supply communication hole 38a and the fuel gas discharge communication hole 38b is formed along the arrow C direction. Is done. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that communicates the cooling medium supply communication hole 40a and the cooling medium discharge communication hole 40b is formed along the arrow B direction.

第2金属セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、矢印C方向に沿って酸化剤ガス流路52が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路52は、酸化剤ガス供給連通孔36aと酸化剤ガス排出連通孔36bとに連通する。第2金属セパレータ34の面34bには、第1金属セパレータ32の面32bと重なり合って冷却媒体流路50が一体的に形成される。   The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with an oxidant gas flow path 52 along the direction of arrow C. The oxidant gas flow path 52 is provided with an oxidant gas supply. The communication hole 36a communicates with the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第1金属セパレータ32の面32a、32bには、この第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して第1シール部材54が一体成形される。第2金属セパレータ34の面34a、34bには、この第2金属セパレータ34の外周端縁部を周回して第2シール部材56が一体成形される。   A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34.

図2に示すように、積層体14の積層方向一端部(エンドプレート20a側)に配置される端部単位セル12aは、第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して端部シール部材54aを設ける。端部シール部材54aは、ターミナルプレート16a(又は絶縁プレート18a)に接着されることが好ましい。衝撃が付与された際にずれを防止することができ、燃料ガスや酸化剤ガスの漏れを阻止することが可能になるからである。   As shown in FIG. 2, the end unit cell 12 a disposed at one end (on the end plate 20 a side) in the stacking direction of the stacked body 14 wraps around the outer peripheral edge of the first metal separator 32 and is an end seal member. 54a is provided. The end seal member 54a is preferably bonded to the terminal plate 16a (or the insulating plate 18a). This is because deviation can be prevented when an impact is applied, and leakage of fuel gas or oxidant gas can be prevented.

端部シール部材54aは、積層体14の内方に配置される単位セル12に設けられる第1シール部材54よりも弾性率が小さく設定される。すなわち、端部シール部材54aは、第1シール部材54よりも大きな変形量を有する。   The end seal member 54 a is set to have a smaller elastic modulus than the first seal member 54 provided in the unit cell 12 disposed inside the stacked body 14. That is, the end seal member 54 a has a larger deformation amount than the first seal member 54.

第1の実施形態では、端部シール部材54aは、第1シール部材54と同一の材質で構成されるとともに、前記端部シール部材54aの積層方向(矢印A方向)の厚さt1は、単位セル12に設けられる第1シール部材54の積層方向の厚さt2よりも大きく設定される(t1>t2)。   In the first embodiment, the end seal member 54a is made of the same material as the first seal member 54, and the thickness t1 in the stacking direction (arrow A direction) of the end seal member 54a is a unit. It is set larger than the thickness t2 in the stacking direction of the first seal member 54 provided in the cell 12 (t1> t2).

なお、積層体14の積層方向他端部に配置される端部単位セル12bは、上記の端部単位セル12aと同様に構成してもよい。また、端部シール部材54aは、第1シール部材54と異なる材質で構成されることにより、同一厚さで且つ前記第1シール部材54よりも小さな弾性率に設定することができる。   In addition, you may comprise the edge part unit cell 12b arrange | positioned in the lamination direction other end part of the laminated body 14 similarly to said edge part unit cell 12a. Further, the end seal member 54 a is made of a material different from that of the first seal member 54, so that it can be set to have the same thickness and a smaller elastic modulus than the first seal member 54.

第1及び第2シール部材54、56間には、固体高分子電解質膜42の外周が、直接、ケーシング24に接触することを阻止するために、シール57が介装される。   A seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24.

図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの中央部側には、積層方向に突出する棒状の端子部58a、58bが設けられる。端子部58a、58bは、エンドプレート20a、20bの長手方向及び短手方向の中央部に形成された孔部59a、59bを通って外部に突出するとともに、前記端子部58a、58bには、例えば、車両走行用モータ等の負荷が接続される。   As shown in FIG. 1, rod-shaped terminal portions 58a and 58b projecting in the stacking direction are provided on the center side of the terminal plates 16a and 16b. The terminal portions 58a and 58b protrude to the outside through holes 59a and 59b formed in the center portions of the end plates 20a and 20b in the longitudinal direction and the short direction, and the terminal portions 58a and 58b include, for example, A load such as a vehicle driving motor is connected.

ケーシング24は、端板であるエンドプレート20a、20bと、積層体14の側部に配置される複数の側板60a〜60dと、前記側板60a〜60dの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材62a〜62dと、前記エンドプレート20a、20bと前記側板60a〜60dとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン64a、64bとを備える。   The casing 24 is an angle member that connects end plates 20a and 20b, which are end plates, a plurality of side plates 60a to 60d disposed on the side of the laminated body 14, and end portions of the side plates 60a to 60d that are close to each other. 62a to 62d, and connecting pins 64a and 64b having different lengths for connecting the end plates 20a and 20b and the side plates 60a to 60d.

側板60a〜60dは、例えば、薄板金属製プレートで構成される。側板60a〜60dは、アングル部材62a〜62d及びボルト65を介して互いに固定され、ケーシング24が構成される(図4参照)。   The side plates 60a to 60d are made of, for example, a thin metal plate. The side plates 60a to 60d are fixed to each other via angle members 62a to 62d and bolts 65, and the casing 24 is configured (see FIG. 4).

エンドプレート20a、20bの上下各辺(短辺)には、それぞれ1つの第1支持部66a、66bが突出形成されるとともに、両側の各辺(長辺)には、それぞれ2つの第1支持部66c、66dが突出形成される。   On the upper and lower sides (short sides) of the end plates 20a and 20b, one first support portion 66a and 66b is formed to protrude, and on each side (long side) on both sides, two first supports are provided. Portions 66c and 66d are formed to protrude.

積層体14の矢印B方向両側に配置される側板60a、60cの長手方向(矢印A方向)両端には、第2支持部70a、70bが3つずつ形成される。積層体14の上下両側に配置される側板60b、60dの長手方向両端には、第2支持部72a、72bが2つずつ形成される。   Three second support portions 70a and 70b are formed at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the side plates 60a and 60c arranged on both sides in the arrow B direction of the laminated body 14, respectively. Two second support portions 72a and 72b are formed at both ends in the longitudinal direction of the side plates 60b and 60d disposed on the upper and lower sides of the laminated body 14, respectively.

図4に示すように、側板60a、60cの各第2支持部70a、70b間には、エンドプレート20a、20bの両側の各辺の第1支持部66c、66dが配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン64aが一体的に挿入される。   As shown in FIG. 4, between the second support portions 70a, 70b of the side plates 60a, 60c, first support portions 66c, 66d on both sides of the end plates 20a, 20b are arranged. A long connecting pin 64a is integrally inserted.

同様に、側板60b、60dの第2支持部72a、72bは、エンドプレート20a、20bの上辺及び下辺の第1支持部66a、66bと交互に配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン64bが一体的に挿入される。   Similarly, the second support portions 72a and 72b of the side plates 60b and 60d are alternately arranged with the first support portions 66a and 66b on the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, and a short connecting pin 64b is provided on these. Inserted integrally.

図1に示すように、エンドプレート20aには、酸化剤ガス供給連通孔36aに連通する酸化剤ガス入口76a、燃料ガス供給連通孔38aに連通する燃料ガス入口78a、酸化剤ガス排出連通孔36bに連通する酸化剤ガス出口76b及び燃料ガス排出連通孔38bに連通する燃料ガス出口78bが設けられる。   As shown in FIG. 1, the end plate 20a has an oxidant gas inlet 76a communicating with the oxidant gas supply communication hole 36a, a fuel gas inlet 78a communicated with the fuel gas supply communication hole 38a, and an oxidant gas discharge communication hole 36b. An oxidant gas outlet 76b communicating with the fuel gas and a fuel gas outlet 78b communicating with the fuel gas discharge communicating hole 38b are provided.

エンドプレート20bには、冷却媒体供給連通孔40aに連通する冷却媒体入口80aと、冷却媒体排出連通孔40bに連通する冷却媒体出口80bとが設けられる。   The end plate 20b is provided with a cooling medium inlet 80a that communicates with the cooling medium supply communication hole 40a and a cooling medium outlet 80b that communicates with the cooling medium discharge communication hole 40b.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

図4に示すように、エンドプレート20aの酸化剤ガス入口76aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口78aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、エンドプレート20bの冷却媒体入口80aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   As shown in FIG. 4, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet 76a of the end plate 20a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet 78a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet 80a of the end plate 20b.

このため、積層体14では、矢印A方向に重ね合わされた複数の単位セル12に対し、酸化剤ガス供給連通孔36a、燃料ガス供給連通孔38a及び冷却媒体供給連通孔40aに、それぞれ酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印A方向に供給される。   Therefore, in the stacked body 14, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 36a, the fuel gas supply communication hole 38a, and the cooling medium supply communication hole 40a with respect to the plurality of unit cells 12 stacked in the arrow A direction. The fuel gas and the cooling medium are supplied in the direction of arrow A.

図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔36aから第2金属セパレータ34の酸化剤ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体30のカソード側電極46に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔38aから第1金属セパレータ32の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体30のアノード側電極44に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas channel 48 of the first metal separator 32 from the fuel gas supply communication hole 38 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極46に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔36bに沿って流動した後、エンドプレート20aの酸化剤ガス出口76bから外部に排出される(図4参照)。同様に、アノード側電極44に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔38bに排出されて流動し、エンドプレート20aの燃料ガス出口78bから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and is then discharged to the outside from the oxidant gas outlet 76b of the end plate 20a (FIG. 4). reference). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 38b and flows, and is discharged to the outside from the fuel gas outlet 78b of the end plate 20a.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔40aから第1及び第2金属セパレータ32、34間の冷却媒体流路50に導入され、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体排出連通孔40bを移動してエンドプレート20bの冷却媒体出口80bから排出される(図1参照)。   The cooling medium is introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 40a, and flows along the arrow B direction. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 30, the cooling medium moves through the cooling medium discharge communication hole 40b and is discharged from the cooling medium outlet 80b of the end plate 20b (see FIG. 1).

この場合、例えば、燃料電池スタック10に積層方向に外部荷重(衝撃)が付与されると、各単位セル12は、それぞれの第1及び第2シール部材54、56自体の変形や隣接する他の単位セル12の第1及び第2シール部材54、56の変形により、衝撃を吸収することができる。一方、積層体14の積層方向一端部に配置される端部単位セル12aは、剛体であるターミナルプレート(端部部材)16aに直接接しており、他の単位セル12による十分な緩衝効果を得ることができない。   In this case, for example, when an external load (impact) is applied to the fuel cell stack 10 in the stacking direction, each unit cell 12 deforms the first and second seal members 54 and 56 themselves or other adjacent cells. The impact can be absorbed by the deformation of the first and second sealing members 54 and 56 of the unit cell 12. On the other hand, the end unit cell 12a disposed at one end in the stacking direction of the stacked body 14 is in direct contact with a rigid terminal plate (end member) 16a, and a sufficient buffering effect by the other unit cells 12 is obtained. I can't.

そこで、第1の実施形態では、端部単位セル12aを構成する第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して、端部シール部材54aが設けられている。その際、端部シール部材54aの積層方向の厚さt1は、単位セル12に設けられる第1シール部材54の積層方向の厚さt2よりも大きく設定されている(図2参照)。   Therefore, in the first embodiment, the end seal member 54a is provided around the outer peripheral edge of the first metal separator 32 constituting the end unit cell 12a. At that time, the thickness t1 of the end seal member 54a in the stacking direction is set to be larger than the thickness t2 of the first seal member 54 provided in the unit cell 12 in the stacking direction (see FIG. 2).

従って、燃料電池スタック10に積層方向に衝撃が付与されると、端部単位セル12aでは、第1金属セパレータ32に設けられている端部シール部材54aが、ターミナルプレート16aに対向して比較的大きく変形することができる。これにより、端部シール部材54aは、衝撃荷重を有効に吸収することが可能になり、簡単且つ経済的な構成で、第1金属セパレータ32の変形によるシール性の低下を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, when an impact is applied to the fuel cell stack 10 in the stacking direction, in the end unit cell 12a, the end seal member 54a provided in the first metal separator 32 is relatively opposed to the terminal plate 16a. It can be greatly deformed. As a result, the end seal member 54a can effectively absorb the impact load, and with a simple and economical configuration, it is possible to satisfactorily suppress the deterioration of the sealing performance due to the deformation of the first metal separator 32. The effect that it becomes possible is obtained.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90の一部断面側面図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a partial cross-sectional side view of a fuel cell stack 90 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック90を構成する絶縁プレート92a、92bは、それぞれの内面側に凹部94a、94bを有するとともに、前記凹部94a、94bには、ターミナルプレート16a、16bが収容されている。   The insulating plates 92a and 92b constituting the fuel cell stack 90 have recesses 94a and 94b on the inner surfaces thereof, and terminal plates 16a and 16b are accommodated in the recesses 94a and 94b.

積層体14の積層方向一端部(エンドプレート20a側)に配置される端部単位セル12cは、第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して端部シール部材である第1シール部材54を設ける。絶縁プレート(端部部材)92aは、第1シール部材54が当接する弾性部材、例えば、ゴム部材96を設ける。第1シール部材54及びゴム部材96により、端部シール部材98が構成される。   The end unit cell 12c disposed at one end portion (on the end plate 20a side) in the stacking direction of the stacked body 14 circulates around the outer peripheral edge of the first metal separator 32 and is a first seal member 54 that is an end seal member. Is provided. The insulating plate (end member) 92a is provided with an elastic member, for example, a rubber member 96, with which the first seal member 54 abuts. The first seal member 54 and the rubber member 96 constitute an end seal member 98.

このように構成される第2の実施形態では、端部単位セル12cは、他の単位セル12の第1及び第2シール部材54、56と同一の第1及び第2シール部材54、56を設けるとともに、前記第1シール部材54は、ゴム部材96に当接して端部シール部材98が構成されている。   In the second embodiment configured as described above, the end unit cell 12c includes the same first and second seal members 54, 56 as the first and second seal members 54, 56 of the other unit cells 12. The first seal member 54 is in contact with the rubber member 96 to form an end seal member 98.

従って、第1シール部材54は、剛体である絶縁プレート92aに直接接触することがなく、燃料電池スタック90に積層方向に衝撃が付与された際、前記第1シール部材54及びゴム部材96の変形作用下に、衝撃を有効に吸収することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、第1金属セパレータ32の変形によるシール性の低下を良好に抑制することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Therefore, the first seal member 54 does not directly contact the rigid insulating plate 92a, and when the fuel cell stack 90 is subjected to an impact in the stacking direction, the first seal member 54 and the rubber member 96 are deformed. Under the action, the shock can be absorbed effectively. Thereby, with the simple and economical configuration, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, for example, it is possible to satisfactorily suppress the deterioration of the sealing performance due to the deformation of the first metal separator 32.

なお、第1の実施形態では、絶縁プレート18a、18bに代えて、絶縁プレート92a、92bを用いてもよい。   In the first embodiment, insulating plates 92a and 92b may be used instead of the insulating plates 18a and 18b.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the fuel cell stack concerning the 2nd Embodiment of the present invention. 従来技術の単電池ユニットの説明図である。It is explanatory drawing of the cell unit of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10、90…燃料電池スタック 12…単位セル
12a〜12c…端部単位セル 14…積層体
16a、16b…ターミナルプレート
18a、18b…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
24…ケーシング 30…電解質膜・電極構造体
32、34…金属セパレータ 42…固体高分子電解質膜
44…アノード側電極 46…カソード側電極
48…燃料ガス流路 50…冷却媒体流路
52…酸化剤ガス流路 54、56…シール部材
54a、98…端部シール部材 60a〜60d…側板
64a、64b…連結ピン 92a、92b…絶縁プレート
96…ゴム部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 12a-12c ... End unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18b ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 24 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane electrode Structures 32, 34 ... Metal separator 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas passage 50 ... Cooling medium passage 52 ... Oxidant gas passage 54, 56 ... Seal member 54a, 98 ... end seal members 60a-60d ... side plates 64a, 64b ... connecting pins 92a, 92b ... insulating plates 96 ... rubber members

Claims (4)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを有し、前記単位セルが水平方向に複数積層された積層体を備える燃料電池スタックであって、
前記積層体の少なくとも積層方向一端部に配置される端部単位セルは、前記端部単位セルに隣接する端部部材との間に端部シール部材を設け、
前記端部シール部材は、前記積層体の内方に配置される他の単位セルに設けられるシール部材よりも弾性率が小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack comprising a unit cell in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte, and a unit cell sandwiched by separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked in a horizontal direction,
The end unit cell disposed at least at one end in the stacking direction of the laminate is provided with an end seal member between the end unit cells adjacent to the end unit cell,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end seal member is set to have a smaller elastic modulus than a seal member provided in another unit cell disposed inside the stacked body.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記端部シール部材は、前記端部単位セルに設けられるとともに、
前記端部シール部材は、前記他の単位セルに設けられるシール部材よりも前記積層方向の寸法が大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end seal member is provided in the end unit cell,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end seal member is set to have a larger dimension in the stacking direction than a seal member provided in the other unit cell.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記端部シール部材は、前記端部単位セルに設けられるシール部材と、
前記端部単位セルに隣接する前記端部部材に設けられ、前記端部単位セルの前記シール部材が当接する弾性部材と、
を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end seal member is a seal member provided in the end unit cell.
An elastic member provided on the end member adjacent to the end unit cell, and in contact with the seal member of the end unit cell;
A fuel cell stack comprising:
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記端部部材は、エンドプレート又は絶縁プレートであることを特徴とする燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the end member is an end plate or an insulating plate.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5291613B2 (en) * 2009-12-28 2013-09-18 三菱重工業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP7129373B2 (en) * 2019-04-16 2022-09-01 本田技研工業株式会社 FUEL CELL STACK AND METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL STACK

Family Cites Families (6)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3535865B2 (en) * 2001-09-11 2004-06-07 松下電器産業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP4776886B2 (en) * 2004-03-22 2011-09-21 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack structure
JP4727972B2 (en) * 2004-11-25 2011-07-20 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
JP2006179238A (en) * 2004-12-21 2006-07-06 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2007317428A (en) * 2006-05-24 2007-12-06 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2009252617A (en) * 2008-04-09 2009-10-29 Toyota Motor Corp Fuel cell

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