JP5231083B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されてボックス内に収容される燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack including a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked and accommodated in a box.

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固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ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(電解質・電極構造体)を、セパレータによって挟持して構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, respectively. ) Is sandwiched between separators.

この種の燃料電池では、例えば、車載用として構成するために、通常、数十〜数百の燃料電池を積層してボックス内に収容する燃料電池スタックが採用されている。その際、燃料電池スタックでは、燃料電池の積層方向と交差する方向の衝撃(外部荷重)が付与される際、前記燃料電池に横ずれが惹起するおそれがある。   In this type of fuel cell, for example, a fuel cell stack in which several tens to several hundreds of fuel cells are stacked and accommodated in a box is generally employed in order to configure the fuel cell. At that time, in the fuel cell stack, when an impact (external load) in a direction intersecting with the stacking direction of the fuel cells is applied, there is a possibility that a lateral shift occurs in the fuel cell.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、MEAをセパレータで挟んだ単セルを用意し、複数の単セル同士を接着剤により接着した多セル集合体とモジュール枠とから多セルモジュールが構成されている。そして、多セルモジュールのセル積層方向両端には、ターミナル、インシュレーター及びエンドプレートが配設された状態で、前記多セルモジュールの外側には、外部拘束部材を介装してケーシング(外側部材)が配設されている。さらに、ケーシングが、ボルト・ナットにより固定されることにより、燃料電池スタックが構成されている。   Therefore, for example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, a single cell in which an MEA is sandwiched between separators is prepared, and a multi-cell assembly and a module frame in which a plurality of single cells are bonded to each other by an adhesive. The module is configured. A terminal (insulator) and an end plate are disposed at both ends of the multi-cell module in the cell stacking direction, and a casing (outer member) is provided outside the multi-cell module with an external restraining member interposed therebetween. It is arranged. Furthermore, the fuel cell stack is configured by fixing the casing with bolts and nuts.

特開2005−56814号公報JP 2005-56814 A

しかしながら、上記の従来技術では、複数の単セルが接着剤により接着された多セル集合体を保持する複数のモジュール枠と、前記モジュール枠を受ける外部拘束部材と、前記外部拘束部材を受けるケーシングとを備えており、構造が相当に複雑化してしまう。   However, in the above-described prior art, a plurality of module frames holding a multi-cell assembly in which a plurality of single cells are bonded with an adhesive, an external restraining member that receives the module frame, and a casing that receives the external restraining member The structure is considerably complicated.

しかも、燃料電池スタックの組み立て性が低下するとともに、排気や排水が困難になるという問題がある。その上、燃料電池スタック全体の外径寸法が大型化して容積が拡大するとともに、重量物となるという問題がある。   In addition, there are problems that the assemblability of the fuel cell stack is lowered and exhaust and drainage are difficult. In addition, there is a problem that the outer diameter of the entire fuel cell stack is increased to increase the volume and become heavy.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、外部からの荷重、又は燃料電池自体の慣性力に対して前記燃料電池の横ずれを確実に阻止するとともに、簡単な構成で、スタック全体の小型化及び軽量化を図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 with a simple configuration, the lateral displacement of the fuel cell is reliably prevented against an external load or the inertial force of the fuel cell itself, and with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of reducing the overall size and weight of the stack.

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されてボックス内に収容される燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack including a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked and accommodated in a box It is.

この燃料電池スタックは、燃料電池の外周部に設けられるとともに、セパレータの側部から外方に突出するガイド部と、前記ボックス内に突出して設けられ、前記ガイド部が当接して外部からの荷重を受けるガイド受け部とを備えている。   The fuel cell stack is provided on the outer peripheral portion of the fuel cell, and is provided with a guide portion that protrudes outward from the side portion of the separator, and a protrusion that protrudes into the box. And a guide receiving part for receiving.

また、ボックス内の少なくとも1つの角部には、セパレータの角部が当接することにより荷重を受ける受圧部が設けられることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the pressure receiving part which receives a load when the corner | angular part of a separator contact | abuts is provided in the at least 1 corner | angular part in a box.

さらに、受圧部は、セパレータの角部形状に対応して湾曲乃至屈曲する支持形状部を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the pressure receiving portion includes a support shape portion that is curved or bent corresponding to the corner shape of the separator.

さらにまた、受圧部又はガイド受け部は、ボックスを構成するパネル部材同士を連結するための連結部を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the pressure receiving portion or the guide receiving portion includes a connecting portion for connecting panel members constituting the box.

また、連結部は、一方のパネル部材の端部に設けられ、燃料電池の積層方向に交差し且つパネル外面に沿う方向に突出する凸形状部と、前記一方のパネル部材に隣接する他方のパネル部材の端部に設けられ、前記凸形状部が挿入される凹形状部と、前記凸形状部が前記凹形状部に挿入された状態で、前記一方のパネル部材と前記他方のパネル部材とを一体に固定する受け部とを備えることが好ましい。   The connecting portion is provided at an end of one panel member, and protrudes in a direction that intersects the stacking direction of the fuel cell and extends along the outer surface of the panel, and the other panel adjacent to the one panel member. A concave portion provided at an end of the member, into which the convex portion is inserted, and the one panel member and the other panel member in a state where the convex portion is inserted into the concave portion. It is preferable to provide the receiving part fixed integrally.

さらに、一方のパネル部材は、第1の凸形状部と第1の凹形状部とを積層方向に沿って交互に設けるとともに、他方のパネル部材は、前記第1の凸形状部が挿入される第2の凹形状部と第1の凹形状部に挿入される第2の凸形状部とを前記積層方向に沿って交互に設けることが好ましい。   Furthermore, one panel member is provided with the first convex shape portion and the first concave shape portion alternately along the stacking direction, and the other panel member is inserted with the first convex shape portion. It is preferable that the second concave shape portion and the second convex shape portion inserted into the first concave shape portion are alternately provided along the stacking direction.

さらにまた、本発明に係る燃料電池スタックは、燃料電池の外周部に設けられるガイド部と、ボックス内に設けられ、前記ガイド部が当接して外部からの荷重を受けるとともに、前記燃料電池の積層方向に分割されるガイド受け部とを備えている。そして、ガイド受け部は、ボックスを構成するパネル部材同士を連結するための連結部を備えるとともに、前記連結部は、積層方向に分割された複数の受け部と、前記受け部を介装して前記パネル部材同士を固定する結合部材とを備えている。   Furthermore, a fuel cell stack according to the present invention is provided with a guide portion provided in an outer peripheral portion of the fuel cell and a box, the guide portion contacts and receives a load from the outside, and the fuel cell stack is stacked. And a guide receiving portion that is divided in a direction. The guide receiving portion includes a connecting portion for connecting the panel members constituting the box, and the connecting portion includes a plurality of receiving portions divided in the stacking direction and the receiving portion. And a coupling member for fixing the panel members to each other.

また、ボックス内の少なくとも1つの角部には、セパレータの角部が当接することにより荷重を受ける受圧部が設けられることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the pressure receiving part which receives a load when the corner | angular part of a separator contact | abuts is provided in the at least 1 corner | angular part in a box.

さらに、受圧部は、セパレータの角部形状に対応して湾曲乃至屈曲する支持形状部を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the pressure receiving portion includes a support shape portion that is curved or bent corresponding to the corner shape of the separator.

さらにまた、一方のパネル部材の端部には、燃料電池の積層方向に交差し且つパネル外面に沿う方向に突出する凸形状部が設けられるとともに、前記一方のパネル部材に隣接する他方のパネル部材の端部には、前記凸形状部が挿入される凹形状部が設けられることが好ましい。   Furthermore, the other panel member adjacent to the one panel member is provided at the end of the one panel member with a convex portion that intersects with the stacking direction of the fuel cells and projects in a direction along the outer surface of the panel. It is preferable that a concave shape portion into which the convex shape portion is inserted is provided at the end portion.

また、一方のパネル部材は、第1の凸形状部と第1の凹形状部とを積層方向に沿って交互に設けるとともに、他方のパネル部材は、前記第1の凸形状部が挿入される第2の凹形状部と第1の凹形状部に挿入される第2の凸形状部とを前記積層方向に沿って交互に設けることが好ましい。   One panel member is provided with the first convex shape portion and the first concave shape portion alternately along the stacking direction, and the other panel member is inserted with the first convex shape portion. It is preferable that the second concave shape portion and the second convex shape portion inserted into the first concave shape portion are alternately provided along the stacking direction.

本発明によれば、燃料電池の積層方向に交差する方向から外部荷重が付与されると、前記燃料電池の外周部に設けられているガイド部が、ボックス内のガイド受け部に当接する。このため、外部荷重を良好に分散させることができ、燃料電池の局部面圧が低減されて前記燃料電池の損傷を有効に阻止することが可能になる。   According to the present invention, when an external load is applied from a direction crossing the stacking direction of the fuel cells, the guide portion provided on the outer peripheral portion of the fuel cell contacts the guide receiving portion in the box. For this reason, the external load can be dispersed well, the local surface pressure of the fuel cell can be reduced, and damage to the fuel cell can be effectively prevented.

これにより、簡単な構成で、外部からの荷重に対して燃料電池の横ずれを確実に阻止するとともに、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化を図ることができる。しかも、部品数の削減が図られるため、組み立て作業性、換気性及び排水性の向上が容易に遂行可能になる。   Thus, with a simple configuration, it is possible to reliably prevent the lateral displacement of the fuel cell against an external load, and to reduce the size and weight of the entire fuel cell stack. In addition, since the number of parts can be reduced, it is possible to easily improve the assembly workability, ventilation performance, and drainage performance.

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の概略斜視説明図である。   FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention.

燃料電池スタック10は、複数の燃料電池ユニット12を矢印A方向に積層してボックス14内に収容している。ボックス14は、燃料電池ユニット12の積層方向両端に配置されるエンドプレート16a、16bと、前記燃料電池ユニット12の側部に配置される4枚の側部パネル(パネル部材)18a〜18dと、前記エンドプレート16a、16b及び前記側部パネル18a〜18dを互いに連結するヒンジ機構20とを備える。側部パネル18a〜18dは、ステンレス鋼(SUS304等)、その他の金属材又はカーボン材で構成される。   The fuel cell stack 10 has a plurality of fuel cell units 12 stacked in the direction of arrow A and accommodated in a box 14. The box 14 includes end plates 16a and 16b disposed at both ends of the fuel cell unit 12 in the stacking direction, four side panels (panel members) 18a to 18d disposed on the side of the fuel cell unit 12, And a hinge mechanism 20 for connecting the end plates 16a and 16b and the side panels 18a to 18d to each other. Side panel 18a-18d is comprised with stainless steel (SUS304 etc.), another metal material, or carbon material.

図2に示すように、燃料電池ユニット12は、第1電解質膜(電解質)・電極構造体22a及び第2電解質膜・電極構造体22bと、第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28とを備える。第1セパレータ24及び第2セパレータ26の間で、第1電解質膜・電極構造体22aを挟持する一方、前記第2セパレータ26及び第3セパレータ28の間で、第2電解質膜・電極構造体22bを挟持する。   As shown in FIG. 2, the fuel cell unit 12 includes a first electrolyte membrane (electrolyte) / electrode structure 22a and a second electrolyte membrane / electrode structure 22b, a first separator 24, a second separator 26, and a third separator. 28. The first electrolyte membrane / electrode structure 22a is sandwiched between the first separator 24 and the second separator 26, while the second electrolyte membrane / electrode structure 22b is sandwiched between the second separator 26 and the third separator 28. Pinch.

第1〜第3セパレータ24、26及び28は、それぞれの四隅にR部(角部形状)29が形成される。なお、第1〜第3セパレータ24、26及び28は、金属セパレータで構成されているが、例えば、カーボンセパレータを採用してもよい。   The first to third separators 24, 26, and 28 are formed with R portions (corner shape) 29 at the four corners. In addition, although the 1st-3rd separators 24, 26, and 28 are comprised by the metal separator, you may employ | adopt a carbon separator, for example.

燃料電池ユニット12の長辺方向(図2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入口連通孔30aと、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入口連通孔32aとが設けられる。   An oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas is supplied to one end edge (upper edge) in the long side direction (the arrow C direction in FIG. 2) of the fuel cell unit 12 so as to communicate with each other in the arrow A direction. An oxidant gas inlet communication hole 30a for supplying the fuel gas, for example, a fuel gas inlet communication hole 32a for supplying a hydrogen-containing gas is provided.

燃料電池ユニット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出口連通孔32bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔30bとが設けられる。   The other end edge (lower end edge) of the long side direction of the fuel cell unit 12 communicates with each other in the direction of arrow A, and the fuel gas outlet communication hole 32b for discharging the fuel gas and the oxidant gas are discharged. An oxidant gas outlet communication hole 30b is provided.

燃料電池ユニット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2つの冷却媒体入口連通孔34aが設けられるとともに、前記燃料電池ユニット12の短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体出口連通孔34bが設けられる。   Two cooling medium inlet communication holes 34a for supplying a cooling medium are provided at one end edge of the fuel cell unit 12 in the short side direction (arrow B direction), and in the short side direction of the fuel cell unit 12 Two cooling medium outlet communication holes 34b for discharging the cooling medium are provided at the other end edge.

第1電解質膜・電極構造体22a及び第2電解質膜・電極構造体22b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36と、前記固体高分子電解質膜36を挟持するアノード側電極38及びカソード側電極40とを備える。   The first electrolyte membrane / electrode structure 22a and the second electrolyte membrane / electrode structure 22b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane 36. The anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 are provided.

アノード側電極38及びカソード側電極40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36の両面に形成される。   The anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer 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. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36.

第1セパレータ24の第1電解質膜・電極構造体22aに向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第1燃料ガス流路42が形成される。この第1燃料ガス流路42は、例えば、矢印C方向に延在する複数の溝部により構成される。第1セパレータ24の面24bには、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。この冷却媒体流路44は、矢印B方向に延在する複数の溝部により構成される。   A first fuel gas flow path 42 that connects the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b is formed on the surface 24a of the first separator 24 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 22a. The first fuel gas channel 42 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the direction of arrow C. A cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium inlet communication hole 34 a and the cooling medium outlet communication hole 34 b is formed on the surface 24 b of the first separator 24. The cooling medium flow path 44 is configured by a plurality of grooves extending in the arrow B direction.

第2セパレータ26の第1電解質膜・電極構造体22aに向かう面26aには、例えば、矢印C方向に延在する複数の溝部からなる第1酸化剤ガス流路46が設けられるとともに、この第1酸化剤ガス流路46は、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する。第2セパレータ26の第2電解質膜・電極構造体22bに向かう面26bには、燃料ガス入口連通孔32aと燃料ガス出口連通孔32bとを連通する第2燃料ガス流路48が形成される。   The surface 26a of the second separator 26 facing the first electrolyte membrane / electrode structure 22a is provided with, for example, a first oxidant gas channel 46 composed of a plurality of grooves extending in the direction of arrow C. The one oxidant gas passage 46 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b. A second fuel gas channel 48 that connects the fuel gas inlet communication hole 32a and the fuel gas outlet communication hole 32b is formed on the surface 26b of the second separator 26 that faces the second electrolyte membrane / electrode structure 22b.

第3セパレータ28の第2電解質膜・電極構造体22bに向かう面28aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bと連通する第2酸化剤ガス流路50が設けられる。第3セパレータ28の面28bには、第1セパレータ24の面24bと重なり合って冷却媒体流路44が一体的に形成される。   A second oxidant gas flow path 50 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is provided on a surface 28a of the third separator 28 facing the second electrolyte membrane / electrode structure 22b. . A cooling medium flow path 44 is integrally formed on the surface 28 b of the third separator 28 so as to overlap the surface 24 b of the first separator 24.

第1セパレータ24の面24a、24bには、この第1セパレータ24の外周端縁部を周回して第1シール部材52が一体成形される。第2セパレータ26の面26a、26bには、この第2セパレータ26の外周端縁部を周回して第2シール部材54が一体成形されるとともに、第3セパレータ28の面28a、28bには、この第3セパレータ28の外周端縁部を周回して第3シール部材56が一体成形される。   A first seal member 52 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the first separator 24 around the outer peripheral edge of the first separator 24. On the surfaces 26a and 26b of the second separator 26, the second seal member 54 is integrally formed around the outer peripheral edge of the second separator 26, and on the surfaces 28a and 28b of the third separator 28, A third seal member 56 is integrally formed around the outer peripheral edge of the third separator 28.

図2に示すように、第1セパレータ24の外周部には、複数の樹脂製荷重受け部60が一体化される。各荷重受け部60には、孔部62a、62bが互いに並列して設けられる。   As shown in FIG. 2, a plurality of resin load receivers 60 are integrated with the outer periphery of the first separator 24. Each load receiving portion 60 is provided with holes 62a and 62b in parallel with each other.

第2セパレータ26及び第3セパレータ28には、それぞれ第1セパレータ24の各荷重受け部60と矢印A方向に重ね合う位置に対応して、複数の樹脂製荷重受け部64、66が一体化される。各荷重受け部64、66には、荷重受け部60の孔部62a、62bと矢印A方向に連通して孔部68a、68b及び70a、70bが形成される。   A plurality of resin load receiving portions 64 and 66 are integrated with the second separator 26 and the third separator 28 in correspondence with positions where the load receiving portions 60 of the first separator 24 overlap with the arrow A direction, respectively. . Holes 68a, 68b and 70a, 70b are formed in the load receiving parts 64, 66 so as to communicate with the holes 62a, 62b of the load receiving part 60 in the direction of arrow A.

図3に示すように、孔部62a、62bの直径は、孔部68a、68b及び70a、70bの直径よりも小径に設定されるとともに、荷重受け部60、64及び66の中、少なくとも前記荷重受け部64は、他の荷重受け部60、66よりも外方に突出する。この荷重受け部64は、後述するように、ボックス14を介して外部から付与される荷重(外部荷重)を受けるとともに、各燃料電池ユニット12の積層時にガイド機能を有する樹脂製ガイド部を構成する。   As shown in FIG. 3, the diameters of the holes 62a, 62b are set to be smaller than the diameters of the holes 68a, 68b and 70a, 70b, and at least the load among the load receiving parts 60, 64, 66 is shown. The receiving portion 64 protrudes outward from the other load receiving portions 60 and 66. As will be described later, the load receiving portion 64 receives a load (external load) applied from the outside via the box 14 and constitutes a resin guide portion having a guide function when the fuel cell units 12 are stacked. .

なお、荷重受け部60、64及び66の全てが外方に突出して、全てにより荷重を受けるように構成してもよい。また、第2セパレータ26にのみ荷重受け部64を設け、第1セパレータ24及び第3セパレータ28に荷重受け部60、66を設けなくてもよい。   In addition, all of the load receiving portions 60, 64, and 66 may protrude outward and receive the load by all. Further, the load receiving portion 64 may be provided only in the second separator 26, and the load receiving portions 60 and 66 may not be provided in the first separator 24 and the third separator 28.

積層方向に対して一つ置きに配置される燃料電池ユニット12では、孔部62a、68a及び70aに、接続部材、例えば、絶縁性樹脂クリップ72が挿入されるとともに、他の一つ置きに配置される燃料電池ユニット12では、各孔部62b、68b及び70bに、同様に接続部材である樹脂クリップ72が挿入される。   In the fuel cell units 12 that are arranged alternately with respect to the stacking direction, the connecting members, for example, the insulating resin clips 72 are inserted into the holes 62a, 68a, and 70a, and are arranged every other place. In the fuel cell unit 12, the resin clip 72, which is a connection member, is similarly inserted into each of the holes 62b, 68b, and 70b.

各樹脂クリップ72は、首部72aが、第1セパレータ24に係止する一方、大径なフランジ部72bが、第3セパレータ28に当接することにより、第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28が、積層方向に一体に保持される。   Each of the resin clips 72 has a neck portion 72a that engages with the first separator 24, and a large-diameter flange portion 72b that contacts the third separator 28, whereby the first separator 24, the second separator 26, and the third separator The separator 28 is integrally held in the stacking direction.

図4に示すように、ボックス14を構成する側部パネル18a〜18dには、それぞれ荷重受け部64に当接して、外部荷重を受けるためのガイド受け部80a〜80dが設けられる。ガイド受け部80a、80cは、荷重受け部64に対応して3ヶ所に設けられるとともに、ガイド受け部80b、80dは、前記荷重受け部64に対応して1ヶ所に配置される。ガイド受け部80a〜80dは、側部パネル18a〜18dの内面側に一体に膨出されるリブにより構成され、燃料電池ユニット12の積層方向(矢印A方向)に延在している(図1参照)。   As shown in FIG. 4, the side panels 18 a to 18 d constituting the box 14 are provided with guide receiving portions 80 a to 80 d for contacting the load receiving portion 64 and receiving external loads, respectively. The guide receiving portions 80 a and 80 c are provided at three locations corresponding to the load receiving portion 64, and the guide receiving portions 80 b and 80 d are disposed at one location corresponding to the load receiving portion 64. The guide receiving portions 80a to 80d are configured by ribs that are integrally bulged on the inner surface sides of the side panels 18a to 18d, and extend in the stacking direction (arrow A direction) of the fuel cell unit 12 (see FIG. 1). ).

側部パネル18a〜18dの各連結部には、受圧部82が設けられる。図4及び図5に示すように、側部パネル18a、18dの連結部は、前記側部パネル18dの一方の立ち上がり部に、矢印A方向に所定間隔ずつ離間して配置されるボルト部材84を備える。各ボルト部材84は、側部パネル18dの立ち上がり部に対しスポット等の溶接によって固定されており、前記ボルト部材84のねじ部86は、前記側部パネル18dから外方に突出する。   A pressure receiving portion 82 is provided at each connecting portion of the side panels 18a to 18d. As shown in FIGS. 4 and 5, the connecting portion of the side panels 18a and 18d has bolt members 84 arranged at predetermined intervals in the direction of arrow A at one rising portion of the side panel 18d. Prepare. Each bolt member 84 is fixed to the rising portion of the side panel 18d by welding such as a spot, and the threaded portion 86 of the bolt member 84 projects outward from the side panel 18d.

側部パネル18aの下端縁部には、ねじ部86を挿通するための孔部88が、矢印A方向に沿って所定の間隔ずつ離間して形成される。側部パネル18dの立ち上がり部には、ボルト部材84で分割されて樹脂製受け部90が貼り付けられる。なお、樹脂製受け部90に代えて、金属製受け部やゴム製受け部を用いてもよい。   A hole 88 for inserting the threaded portion 86 is formed in the lower edge portion of the side panel 18a at a predetermined interval along the arrow A direction. A resin receiving portion 90 is attached to the rising portion of the side panel 18d by being divided by a bolt member 84. Instead of the resin receiving part 90, a metal receiving part or a rubber receiving part may be used.

ボルト部材84のねじ部86は、側部パネル18aの孔部88に挿入される。この孔部88から外部に露呈するねじ部86の先端部には、ナット92が螺合されることにより、側部パネル18aと側部パネル18dとが連結される。側部パネル18a、18b間、側部パネル18b、18c間及び側部パネル18c、18d間の連結部は、上記の側部パネル18d、18a間の連結部と同様に構成されている。   The screw portion 86 of the bolt member 84 is inserted into the hole 88 of the side panel 18a. The side panel 18a and the side panel 18d are connected to each other by screwing the nut 92 to the tip of the screw part 86 exposed to the outside from the hole 88. Connection portions between the side panels 18a and 18b, between the side panels 18b and 18c, and between the side panels 18c and 18d are configured similarly to the connection portion between the side panels 18d and 18a.

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.

先ず、図1に示すように、燃料電池スタック10では、酸化剤ガス入口連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガス(空気)が供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔32aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、2つの冷却媒体入口連通孔34aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, in the fuel cell stack 10, an oxidant gas (air) such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 32a. Etc. are supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the two cooling medium inlet communication holes 34a.

図2に示すように、酸化剤ガスは、燃料電池ユニット12の酸化剤ガス入口連通孔30aに供給されて矢印A方向に移動し、第2セパレータ26の第1酸化剤ガス流路46及び第3セパレータ28の第2酸化剤ガス流路50に導入される。第1酸化剤ガス流路46に導入された酸化剤ガスは、第1電解質膜・電極構造体22aのカソード側電極40に沿って移動する一方、第2酸化剤ガス流路50に導入された酸化剤ガスは、第2電解質膜・電極構造体22bのカソード側電極40に沿って移動する。   As shown in FIG. 2, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30 a of the fuel cell unit 12 and moves in the direction of arrow A, and the first oxidant gas flow path 46 and the second oxidant gas flow path 46 of the second separator 26. 3 is introduced into the second oxidant gas flow path 50 of the separator 28. The oxidant gas introduced into the first oxidant gas flow path 46 moves along the cathode side electrode 40 of the first electrolyte membrane / electrode structure 22a, while being introduced into the second oxidant gas flow path 50. The oxidant gas moves along the cathode side electrode 40 of the second electrolyte membrane / electrode structure 22b.

燃料ガスは、燃料電池ユニット12の燃料ガス入口連通孔32aから第1セパレータ24の第1燃料ガス流路42及び第2セパレータ26の第2燃料ガス流路48に導入される。このため、燃料ガスは、第1電解質膜・電極構造体22a及び第2電解質膜・電極構造体22bの各アノード側電極38に沿って移動する。   The fuel gas is introduced into the first fuel gas channel 42 of the first separator 24 and the second fuel gas channel 48 of the second separator 26 from the fuel gas inlet communication hole 32 a of the fuel cell unit 12. Therefore, the fuel gas moves along the anode side electrodes 38 of the first electrolyte membrane / electrode structure 22a and the second electrolyte membrane / electrode structure 22b.

従って、第1電解質膜・電極構造体22a及び第2電解質膜・電極構造体22bでは、各カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、各アノード側電極38に供給される燃料ガスとが、図示しない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 the first electrolyte membrane / electrode structure 22a and the second electrolyte membrane / electrode structure 22b, the oxidant gas supplied to each cathode side electrode 40 and the fuel gas supplied to each anode side electrode 38 are Then, it is consumed by an electrochemical reaction in an electrode catalyst layer (not shown) and power is generated.

次いで、各カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って流動した後、燃料電池スタック10から排出される。同様に、各アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔32bに排出されて流動し、燃料電池スタック10から排出される。   Next, the oxidant gas supplied to and consumed by each cathode side electrode 40 flows along the oxidant gas outlet communication hole 30 b and is then discharged from the fuel cell stack 10. Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by each anode side electrode 38 is discharged to the fuel gas outlet communication hole 32 b, flows, and is discharged from the fuel cell stack 10.

また、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔34aから燃料電池ユニット12間の冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、第1電解質膜・電極構造体22a及び第2電解質膜・電極構造体22bを間引き冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bを移動して燃料電池スタック10から排出される。   The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 44 between the fuel cell units 12 from the cooling medium inlet communication hole 34a. After the first electrolyte membrane / electrode structure 22a and the second electrolyte membrane / electrode structure 22b are thinned and cooled, the cooling medium moves through the cooling medium outlet communication hole 34b and is discharged from the fuel cell stack 10.

ところで、燃料電池スタック10は、車載用として図示しない車両に搭載されており、その積層方向(矢印A方向)が車長方向に向かって配置されている。そして、燃料電池スタック10に対し、側方から外部荷重Fが付与されると(図3参照)、ボックス14内で燃料電池ユニット12が矢印B方向に移動する。   By the way, the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle (not shown) for in-vehicle use, and the stacking direction (arrow A direction) is arranged in the vehicle length direction. When an external load F is applied to the fuel cell stack 10 from the side (see FIG. 3), the fuel cell unit 12 moves in the direction of arrow B within the box 14.

その際、各燃料電池ユニット12では、第2セパレータ26の外周部に、外方に突出して荷重受け部64が設けられている。このため、外部荷重Fを介して各燃料電池ユニット12が、例えば、側部パネル18a側に移動すると、荷重受け部64は、前記側部パネル18aに設けられているガイド受け部80aに当接支持される(図4参照)。   At that time, in each fuel cell unit 12, a load receiving portion 64 is provided on the outer peripheral portion of the second separator 26 so as to protrude outward. For this reason, when each fuel cell unit 12 moves to the side panel 18a side through the external load F, for example, the load receiving portion 64 abuts on the guide receiving portion 80a provided on the side panel 18a. Supported (see FIG. 4).

一方、側部パネル18aと側部パネル18b、18dとの連結部には、それぞれ受圧部82が設けられている。従って、各燃料電池ユニット12が側部パネル18a側に移動する際、各荷重受け部64がガイド受け部80aに当接支持されるとともに、前記燃料電池ユニット12の上下両方のR部29は、各受圧部82を構成する樹脂製受け部90に当接する。   On the other hand, a pressure receiving portion 82 is provided at each connecting portion between the side panel 18a and the side panels 18b and 18d. Therefore, when each fuel cell unit 12 moves to the side panel 18a side, each load receiving portion 64 is abutted and supported by the guide receiving portion 80a, and both the upper and lower R portions 29 of the fuel cell unit 12 are It abuts on a resin receiving part 90 constituting each pressure receiving part 82.

これにより、外部荷重Fは、荷重受け部64とガイド受け部80a及びR部29と樹脂製受け部90とによって受けられる。このため、外部荷重Fを良好に分散させることができ、各燃料電池ユニット12の局部面圧が低減されて前記燃料電池ユニット12の損傷を有効に阻止することが可能になる。   Thus, the external load F is received by the load receiving portion 64, the guide receiving portion 80a, the R portion 29, and the resin receiving portion 90. For this reason, the external load F can be dispersed well, the local surface pressure of each fuel cell unit 12 is reduced, and damage to the fuel cell unit 12 can be effectively prevented.

従って、燃料電池スタック10では、外部重Fに対して燃料電池ユニット12の横ずれを確実に阻止するとともに、簡単な構成で、前記燃料電池スタック10全体の小型化及び軽量化を図ることができるという効果が得られる。 Therefore, in the fuel cell stack 10, can thereby reliably prevent lateral slippage of the fuel cell unit 12 to an external load weight F, with a simple configuration, reduce the size and weight of the entire fuel cell stack 10 The effect is obtained.

しかも、燃料電池スタック10は、従来構成に比べて部品数の削減が容易に図られる。このため、燃料電池スタック10の組み立て作業性の他、この燃料電池スタック10内での換気性や排水性の向上が容易に遂行可能になる。   In addition, the fuel cell stack 10 can easily reduce the number of parts compared to the conventional configuration. For this reason, in addition to the workability of assembling the fuel cell stack 10, it is possible to easily improve ventilation and drainage within the fuel cell stack 10.

なお、第1の実施形態では、燃料電池ユニット12が、2枚の電解質膜・電極構造体(第1及び第2電解質膜・電極構造体22a、22b)と3枚のセパレータ(第1〜第3セパレータ24、26及び28)とにより構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、1枚の電解質膜・電極構造体と2枚のセパレータとで燃料電池ユニットを構成してもよい。また、以下の第2の実施形態以降においても、同様である。   In the first embodiment, the fuel cell unit 12 includes two electrolyte membrane / electrode structures (first and second electrolyte membrane / electrode structures 22a and 22b) and three separators (first to first). 3 separators 24, 26 and 28), but is not limited to this. For example, the fuel cell unit may be composed of one electrolyte membrane / electrode structure and two separators. The same applies to the following second and subsequent embodiments.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック100の概略斜視説明図であり、図7は、前記燃料電池スタック100の断面説明図である。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. 6 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 100 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell stack 100. 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100は、複数の燃料電池ユニット102を矢印A方向に積層してボックス104内に収容している。ボックス104は、燃料電池ユニット102の側部に配置される4枚の側部パネル(パネル部材)106a〜106dを備える。側部パネル106a、106cは平板状に構成される一方、側部パネル106b、106dは、矢印B方向両端部に燃料電池ユニット102のR部29に対応して湾曲する受圧部108を設ける。この受圧部108は、断面円弧状の支持形状部を構成するとともに、R部29が当接することにより外部荷重を受ける機能を有する。   The fuel cell stack 100 has a plurality of fuel cell units 102 stacked in the direction of arrow A and accommodated in a box 104. The box 104 includes four side panels (panel members) 106 a to 106 d disposed on the side of the fuel cell unit 102. While the side panels 106a and 106c are configured in a flat plate shape, the side panels 106b and 106d are provided with pressure receiving portions 108 that are curved corresponding to the R portions 29 of the fuel cell unit 102 at both ends in the direction of arrow B. The pressure receiving portion 108 constitutes a support shape portion having an arcuate cross section and has a function of receiving an external load when the R portion 29 comes into contact therewith.

図7に示すように、各燃料電池ユニット102は、矢印B方向両側部にそれぞれ2つの荷重受け部64を設けるとともに、矢印C方向両端(上端及び下端)には、それぞれ1つの荷重受け部64を設ける。   As shown in FIG. 7, each fuel cell unit 102 is provided with two load receiving portions 64 on both sides in the direction of arrow B, and one load receiving portion 64 at both ends (upper and lower ends) in the direction of arrow C. Is provided.

ボックス104を構成する側部パネル106a〜106dの各連結部には、矢印B方向両端に配置される荷重受け部64に対応してガイド受け部110が設けられる。連結部の変形により衝撃荷重が吸収し易くなるからである。   Guide receiving portions 110 are provided at the connecting portions of the side panels 106 a to 106 d constituting the box 104 in correspondence with the load receiving portions 64 arranged at both ends in the direction of arrow B. This is because the impact load is easily absorbed by the deformation of the connecting portion.

図8に示すように、側部パネル106a、106d間及び側部パネル106c、106d間の連結部は、前記側部パネル106a、106cに対し矢印A方向に沿って所定間隔ずつ離間して一体化されるナット部112と、各ナット部112間に2つずつ設けられるダボ、ピン又はバーリング等の突起部114とを備える。   As shown in FIG. 8, the connecting portions between the side panels 106a and 106d and between the side panels 106c and 106d are integrated with the side panels 106a and 106c at a predetermined interval along the arrow A direction. And two protrusions 114 such as dowels, pins or burrings provided between the nut portions 112.

側部パネル106a、106cの下端部には、断面U字状に成形された樹脂製受け部116が装着される。樹脂製受け部116は、積層方向(矢印A方向)に分割されており、各樹脂製受け部116は、突起部114により抜け止めされる。なお、樹脂製受け部116に代えて、金属製受け部やゴム製受け部を用いてもよい。   A resin receiving portion 116 having a U-shaped cross section is attached to the lower ends of the side panels 106a and 106c. The resin receiving portions 116 are divided in the stacking direction (arrow A direction), and each resin receiving portion 116 is prevented from being detached by the protrusion 114. Instead of the resin receiving part 116, a metal receiving part or a rubber receiving part may be used.

側部パネル106dの矢印B方向両端部には、ナット部112の位置に対応して複数の孔部118が形成される。孔部118には、ボルト部材120が挿入されるとともに、このボルト部材120がナット部112に螺合する。   A plurality of holes 118 are formed at both ends of the side panel 106d in the direction of arrow B corresponding to the positions of the nuts 112. A bolt member 120 is inserted into the hole portion 118, and the bolt member 120 is screwed into the nut portion 112.

このように構成される第2の実施形態では、燃料電池スタック100の側部側から外部荷重が付与されると、各燃料電池ユニット102は、例えば、側部パネル106a側に移動する。   In the second embodiment configured as described above, when an external load is applied from the side of the fuel cell stack 100, each fuel cell unit 102 moves to the side panel 106a, for example.

このため、先ず、各燃料電池ユニット102に設けられている荷重受け部64が、ガイド受け部110を構成する樹脂製受け部116に当接支持された後、R部29が側部パネル106b、106dの受圧部108に当接支持される。従って、燃料電池スタック100に側方から付与される外部荷重は、荷重受け部64と樹脂製受け部116及びR部29と受圧部108とにより良好に分散される。   For this reason, first, after the load receiving portion 64 provided in each fuel cell unit 102 is abutted and supported by the resin receiving portion 116 constituting the guide receiving portion 110, the R portion 29 is changed to the side panel 106b, Abuttingly supported by the pressure receiving portion 108 of 106d. Accordingly, the external load applied to the fuel cell stack 100 from the side is well dispersed by the load receiving portion 64, the resin receiving portion 116, the R portion 29, and the pressure receiving portion 108.

これにより、第2の実施形態では、燃料電池ユニット102の横ずれを確実に阻止するとともに、簡単な構成で、燃料電池スタック100全体の小型化及び軽量化を図ることができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thus, in the second embodiment, the lateral displacement of the fuel cell unit 102 is reliably prevented, and the entire fuel cell stack 100 can be reduced in size and weight with a simple configuration. The same effect as the form can be obtained.

さらに、樹脂製受け部116は、積層方向である矢印A方向に沿って複数に分割構成されている。このため、燃料電池ユニット102が樹脂製受け部116に当接する際、この樹脂製受け部116が不要に破損することを抑制することが可能になる。   Furthermore, the resin receiving part 116 is divided into a plurality of parts along the direction of arrow A, which is the stacking direction. For this reason, when the fuel cell unit 102 abuts on the resin receiving portion 116, it is possible to prevent the resin receiving portion 116 from being damaged unnecessarily.

図9は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック130の断面説明図である。なお、第2の実施形態に係る燃料電池スタック100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。また、以下に説明する第4の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell stack 130 according to the third embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell stack 100 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the fourth embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック130は、複数の燃料電池ユニット102を積層してボックス132内に収容する。ボックス132は、側部パネル134a〜134dを備え、前記側部パネル134a、134cの内壁面には、荷重受け部64が当接するガイド受け部80a、80cが設けられる。側部パネル134b、134dの内壁面は、平滑化処理することにより、直接、荷重受け部64が摺接自在に配置される。   The fuel cell stack 130 stacks a plurality of fuel cell units 102 and accommodates them in a box 132. The box 132 includes side panels 134a to 134d, and guide receiving portions 80a and 80c with which the load receiving portion 64 abuts are provided on the inner wall surfaces of the side panels 134a and 134c. By subjecting the inner wall surfaces of the side panels 134b and 134d to a smoothing process, the load receiving portion 64 is directly slidably disposed.

側部パネル134a〜134dの各連結部136は、側部パネル134b、134dに一体に固着されるボルト部138を備える。ボルト部138は、側部パネル134a、134cを貫通して外部に露呈するとともに、前記ボルト部138の先端部にナット140が螺合する。   Each connecting portion 136 of the side panels 134a to 134d includes a bolt portion 138 that is integrally fixed to the side panels 134b and 134d. The bolt part 138 penetrates the side panels 134 a and 134 c and is exposed to the outside, and the nut 140 is screwed into the tip part of the bolt part 138.

このように構成される第3の実施形態では、燃料電池ユニット102とボックス132とは、荷重受け部64とガイド受け部80a、80c及びR部29と受圧部108によって外部荷重を分散させることができ、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   In the third embodiment configured as described above, the fuel cell unit 102 and the box 132 can distribute the external load by the load receiving portion 64, the guide receiving portions 80a and 80c, the R portion 29, and the pressure receiving portion 108. The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

図10は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック150の概略斜視説明図であり、図11は、前記燃料電池スタック150の断面説明図である。   FIG. 10 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 150 according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell stack 150.

燃料電池スタック150は、複数の燃料電池ユニット102を矢印A方向に積層してボックス152内に収容している。ボックス152は、燃料電池ユニット102の側部に配置される4枚の側部パネル(パネル部材)154a〜154dを備える。   The fuel cell stack 150 has a plurality of fuel cell units 102 stacked in the direction of arrow A and accommodated in a box 152. The box 152 includes four side panels (panel members) 154a to 154d disposed on the side of the fuel cell unit 102.

ボックス152を構成する側部パネル154a〜154dの各連結部には、矢印B方向両端に配置される荷重受け部64に対応してガイド受け部156が設けられる。   Guide receiving portions 156 are provided at the connecting portions of the side panels 154a to 154d constituting the box 152 so as to correspond to the load receiving portions 64 arranged at both ends in the arrow B direction.

側部パネル154a(一方のパネル部材)は、矢印C方向の両端面に、第1の凸形状部158aと第1の凹形状部160aとを、燃料電池ユニット102の積層方向(矢印A方向)に沿って交互に設ける。側部パネル154b(他方のパネル部材)は、第1の凸形状部158aが挿入される第2の凹形状部160bと、第1の凹形状部160aに挿入される第2の凸形状部158bとを、積層方向に沿って交互に設ける。   The side panel 154a (one panel member) has a first convex shape portion 158a and a first concave shape portion 160a on both end faces in the arrow C direction, and the stacking direction of the fuel cell units 102 (arrow A direction). Are provided alternately. The side panel 154b (the other panel member) includes a second concave shape portion 160b into which the first convex shape portion 158a is inserted and a second convex shape portion 158b into which the first concave shape portion 160a is inserted. Are alternately provided along the stacking direction.

側部パネル154a、154b間の連結部では、第1及び第2の凹形状部160a、160bに第1及び第2の凸形状部158a、158bが挿入された状態で、前記側部パネル154aと前記側部パネル154bとが、受け部162を介して一体に固定される。   In the connection part between the side panels 154a and 154b, the first and second convex shaped parts 158a and 158b are inserted into the first and second concave shaped parts 160a and 160b, and the side panel 154a and The side panel 154b is fixed integrally with the receiving portion 162.

受け部162は、樹脂、金属又はゴムにより構成されており、積層方向に沿って複数に分割される。図12に示すように、側部パネル154aは、第1の凸形状部158aにボルト挿通用の孔部164が設けられる一方、側部パネル154bの第2の凸形状部158bには、溶接用の孔部166が形成される。受け部162には、ボルト168が、かしめ、溶接、FSW(摩擦攪拌接合)、接着又は圧入等によって固定される。 The receiving portion 162 is made of resin, metal, or rubber, and is divided into a plurality along the stacking direction. As shown in FIG. 12, the side panels 154a, while the first hole portion 16 4 of the bolt inserted through the convex portion 158a is provided, the second convex portion 158b of the side panels 154b, welding A hole 166 is formed. A bolt 168 is fixed to the receiving portion 162 by caulking, welding, FSW (friction stir welding), adhesion, press fitting, or the like.

ボルト168の両側には、第2の凸形状部158bに設けられる孔部166に対応して凸部170が設けられる。凸部170は、受け部162が金属である場合には、例えば、プロジェクション溶接に用いられる一方、この受け部162が樹脂である場合には、位置決め用ダボとして機能する。受け部162の内面(燃料電池ユニット102側)の面には、R部172(又は、平坦部)が形成される。   On both sides of the bolt 168, convex portions 170 are provided corresponding to the hole portions 166 provided in the second convex shape portion 158b. When the receiving portion 162 is made of metal, the convex portion 170 is used, for example, for projection welding. When the receiving portion 162 is made of resin, the protruding portion 170 functions as a positioning dowel. An R portion 172 (or a flat portion) is formed on the inner surface of the receiving portion 162 (on the fuel cell unit 102 side).

受け部162は、側部パネル154bの内側に配設されるとともに、凸部170が第2の凸形状部158bに形成された孔部166に挿入され、例えば、プロジェクション溶接される。このため、受け部162は、側部パネル154bに、予め固定される。   The receiving portion 162 is disposed inside the side panel 154b, and the convex portion 170 is inserted into the hole portion 166 formed in the second convex shape portion 158b, and, for example, projection welding is performed. For this reason, the receiving part 162 is fixed to the side panel 154b in advance.

側部パネル154aは、各第1の凸形状部158aが第2の凹形状部160bに挿入された状態で、各第1の凸形状部158aに形成された孔部164にボルト168が挿入される。そして、このボルト168にワッシャ174及びナット176が取り付けられることにより、側部パネル154aが側部パネル154bに一体に固定される。   In the side panel 154a, a bolt 168 is inserted into a hole 164 formed in each first convex shape portion 158a in a state in which each first convex shape portion 158a is inserted into the second concave shape portion 160b. The Then, by attaching a washer 174 and a nut 176 to the bolt 168, the side panel 154a is integrally fixed to the side panel 154b.

その際、側部パネル154a、154bの連結部は、平坦状に構成され、ボックス152の外表面に、例えば、側部パネル154aの端面角部が突出することがない。   In that case, the connection part of side panel 154a, 154b is comprised flatly, and the end surface corner | angular part of side panel 154a does not protrude from the outer surface of the box 152, for example.

なお、側部パネル154b、154c間、側部パネル154c、154d間及び側部パネル154d、154a間の各連結部は、上記の側部パネル154a、154b間の連結部と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照数字に符号b〜dを付して、その詳細な説明は省略する。   In addition, each connection part between the side panels 154b and 154c, between the side panels 154c and 154d, and between the side panels 154d and 154a is comprised similarly to the connection part between said side panels 154a and 154b. The same reference numerals are assigned to the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.

このように構成される第4の実施形態では、側部パネル154a〜154dの各連結部は、ボックス152の外表面から外部に突出することがない。このため、例えば、ボックス152の外面に近接してハーネス等のラインが配置される際に、このラインの断線等を良好に回避することが可能になる。   In the fourth embodiment configured as described above, the connecting portions of the side panels 154 a to 154 d do not protrude from the outer surface of the box 152 to the outside. For this reason, for example, when a line such as a harness is arranged close to the outer surface of the box 152, it is possible to favorably avoid disconnection of the line.

しかも、ボックス152全体の寸法を、可及的に燃料電池ユニット102の外形寸法に近似させることができる。従って、燃料電池スタック150全体の小型化を図るとともに、ボックス152全体の軽量化が可能になるという効果が得られる。   Moreover, the overall dimensions of the box 152 can be approximated to the external dimensions of the fuel cell unit 102 as much as possible. Therefore, the fuel cell stack 150 as a whole can be reduced in size and the box 152 as a whole can be reduced in weight.

さらに、受け部162は、積層方向(矢印A方向)に分割されるとともに、側部パネル154a〜154dの各連結部は、互いの端部同士を重ね合わせて接合することがない。これにより、図13に示すように、外部荷重Fが、燃料電池スタック150の側方から付与されたり、セパレータ(図示せず)の慣性力が前記外部荷重Fと同じ方向に付加された場合、複数の受け部162を介してパネル変形を吸収するとともに、例えば、側部パネル154aに部分的な応力集中が惹起することを良好に抑制することが可能になる。   Furthermore, the receiving part 162 is divided in the stacking direction (arrow A direction), and the connecting parts of the side panels 154a to 154d do not overlap each other and join each other. Thereby, as shown in FIG. 13, when the external load F is applied from the side of the fuel cell stack 150 or the inertial force of the separator (not shown) is applied in the same direction as the external load F, While absorbing panel deformation via the plurality of receiving portions 162, for example, it is possible to satisfactorily suppress the occurrence of partial stress concentration on the side panel 154a.

なお、第4の実施形態では、ガイド受け部156に適応しているが、例えば、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10を構成する受圧部82に適応することも可能である。   In addition, in 4th Embodiment, although it adapts to the guide receiving part 156, it is also possible to adapt to the pressure receiving part 82 which comprises the fuel cell stack 10 which concerns on 1st Embodiment, for example.

また、受け部162に代えて、図14に示す樹脂製受け部180を用いることができる。この樹脂製受け部180は、中央部に金属製ナット部材182が、かしめ、圧入、はめ込み等によって埋設される。ナット部材182の両側には、樹脂クリップ184が装着される。樹脂クリップ184は、側部パネル154bの孔部166に挿入される一方、側部パネル154aの外部からワッシャ185を介装してボルト186が孔部164に挿入される。このボルト186がナット部材182に螺合されることにより、側部パネル154a、154bは、樹脂製受け部180を介して一体に固定される。   Moreover, it replaces with the receiving part 162 and the resin-made receiving parts 180 shown in FIG. 14 can be used. The resin receiving portion 180 has a metal nut member 182 embedded in the center thereof by caulking, press-fitting, fitting, or the like. Resin clips 184 are attached to both sides of the nut member 182. The resin clip 184 is inserted into the hole 166 of the side panel 154b, while the bolt 186 is inserted into the hole 164 via a washer 185 from the outside of the side panel 154a. When the bolt 186 is screwed into the nut member 182, the side panels 154 a and 154 b are integrally fixed via the resin receiving portion 180.

なお、第1〜第4の実施形態では、セパレータ角部形状としてR部29を用いているが、このR部29に代えて略直線部を用いることができる。その際、受圧部108は、支持形状部として湾曲形状に代えて略直線形状に設定される。   In the first to fourth embodiments, the R portion 29 is used as the separator corner portion shape, but a substantially linear portion can be used instead of the R portion 29. At that time, the pressure receiving portion 108 is set to a substantially linear shape instead of a curved shape as a support shape portion.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。1 is a schematic perspective explanatory 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を構成する燃料電池ユニットの分解斜視説明図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a fuel cell unit constituting the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するボックスの一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of the box constituting 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概略斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するボックスの一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of the box constituting the fuel cell stack. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view of the fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する側部パネルと受け部との分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the side panel and receiving part which comprise the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックに外部荷重が付与された際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when the external load is provided to the said fuel cell stack. 前記側部パネルと他の受け部との分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the said side panel and another receiving part.

符号の説明Explanation of symbols

10、100、130、150…燃料電池スタック
12、102…燃料電池ユニット 14、104、132、152…ボックス 16a、16b…エンドプレート
18a〜18d、106a〜106d、134a〜134d、154a〜154d…側部パネル
20…ヒンジ機構 22a、22b…電解質膜・電極構造体
24、26、28…セパレータ 29、172…R部
36…固体高分子電解質膜 38…アノード側電極
40…カソード側電極 42、48…燃料ガス流路
44…冷却媒体流路 46、50…酸化剤ガス流路
60、64、66…荷重受け部 72…樹脂クリップ
80a〜80d、110、156…ガイド受け部
82、108…受圧部 84、120…ボルト部材
90、116、180…樹脂製受け部 92、140、176…ナット
112…ナット部 114…突起部
136…連結部 138…ボルト部
158a、158b…凸形状部 160a、160b…凹形状部
162…受け部
10, 100, 130, 150 ... Fuel cell stack 12, 102 ... Fuel cell unit 14, 104, 132, 152 ... Box 16a, 16b ... End plates 18a-18d, 106a-106d, 134a-134d, 154a-154d ... side Panel 20 ... Hinge mechanism 22a, 22b ... Electrolyte membrane / electrode structure 24, 26, 28 ... Separator 29, 172 ... R part 36 ... Solid polymer electrolyte membrane 38 ... Anode side electrode 40 ... Cathode side electrode 42, 48 ... Fuel gas flow path 44 ... Cooling medium flow path 46, 50 ... Oxidant gas flow path 60, 64, 66 ... Load receiving portion 72 ... Resin clips 80a to 80d, 110, 156 ... Guide receiving portions 82, 108 ... Pressure receiving portion 84 120 ... Bolt members 90, 116, 180 ... Resin receiving portions 92, 140, 176 ... Nuts 11 2 ... Nut part 114 ... Projection part 136 ... Connecting part 138 ... Bolt part 158a, 158b ... Convex shape part 160a, 160b ... Concave shape part 162 ... Receiving part

Claims (4)

電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されてボックス内に収容される燃料電池スタックであって、
前記燃料電池の外周部に設けられるとともに、前記セパレータの側部から外方に突出するガイド部と、
前記ボックス内に突出して設けられ、前記ガイド部が当接して外部からの荷重を受けるガイド受け部と、
を備え
前記ボックス内の少なくとも1つの角部には、前記セパレータの角部が当接することにより前記荷重を受ける受圧部が設けられ、
前記受圧部は、前記セパレータの角部形状に対応して湾曲乃至屈曲する支持形状部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack comprising a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked and accommodated in a box,
A guide portion provided on an outer peripheral portion of the fuel cell and projecting outward from a side portion of the separator;
A guide receiving portion provided in a protruding manner in the box, the guide portion contacting and receiving a load from the outside;
Equipped with a,
At least one corner in the box is provided with a pressure receiving portion that receives the load when the corner of the separator contacts.
The pressure receiving portion, the fuel cell stack, wherein Rukoto a support shaped portion which is curved or bent to correspond to the corner shape of the separator.
請求項記載の燃料電池スタックにおいて、前記受圧部又は前記ガイド受け部は、前記ボックスを構成するパネル部材同士を連結するための連結部を備え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 pressure receiving portion or the guide receiving portion includes a connection portion for connecting panel members constituting the box. 請求項記載の燃料電池スタックにおいて、前記連結部は、一方のパネル部材の端部に設けられ、前記燃料電池の積層方向に交差し且つパネル外面に沿う方向に突出する凸形状部と、
前記一方のパネル部材に隣接する他方のパネル部材の端部に設けられ、前記凸形状部が挿入される凹形状部と、
前記凸形状部が前記凹形状部に挿入された状態で、前記一方のパネル部材と前記他方のパネル部材とを一体に固定する受け部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 2 , wherein the connecting portion is provided at an end of one of the panel members, and protrudes in a direction that intersects the stacking direction of the fuel cells and extends along the outer surface of the panel.
A concave shaped portion provided at an end of the other panel member adjacent to the one panel member, and into which the convex shaped portion is inserted;
A receiving portion that integrally fixes the one panel member and the other panel member in a state where the convex shape portion is inserted into the concave shape portion,
A fuel cell stack comprising:
請求項記載の燃料電池スタックにおいて、前記一方のパネル部材は、第1の凸形状部と第1の凹形状部とを前記積層方向に沿って交互に設けるとともに、
前記他方のパネル部材は、前記第1の凸形状部が挿入される第2の凹形状部と第1の凹形状部に挿入される第2の凸形状部とを前記積層方向に沿って交互に設けることを特徴とする燃料電池スタック。
4. The fuel cell stack according to claim 3 , wherein the one panel member is provided with first convex portions and first concave portions alternately along the stacking direction,
In the other panel member, a second concave shape portion into which the first convex shape portion is inserted and a second convex shape portion to be inserted into the first concave shape portion are alternately arranged along the stacking direction. A fuel cell stack characterized in that the fuel cell stack is provided.
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