JP5313548B2 - 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備え、前記単位セルが複数積層された積層体を一対の長方形状エンドプレート間に挟持して構成される燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a laminate in which a plurality of the unit cells are stacked is interposed between a pair of rectangular end plates. The present invention relates to a fuel cell stack configured to be sandwiched.

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。   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.

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。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。   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. In this fuel cell stack, the stacked fuel cells need to be reliably pressurized and held in order to prevent an increase in the internal resistance of the fuel cell and a decrease in the sealing performance of the reaction gas.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックの締結構造が知られている。この従来技術では、図6に示すように、膜電極アセンブリ及び分離板が交互に積層された燃料電池スタック1を設けるとともに、この燃料電池スタック1の両端には、エンドプレート2a、2bが配置されている。   Therefore, for example, a fastening structure of a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. In this prior art, as shown in FIG. 6, a fuel cell stack 1 in which membrane electrode assemblies and separator plates are alternately stacked is provided, and end plates 2 a and 2 b are disposed at both ends of the fuel cell stack 1. ing.

燃料電池スタック1には、第1締結バンド3及び第2締結バンド4が装着されている。第1締結バンド3は、燃料電池スタック1の平行な2つの側面に沿って延在する一方、第2締結バンド4は、前記燃料電池スタック1の平行な他の2つの側面に沿って延在している。第1締結バンド3の両端は、エンドプレート2aに図示しないボルトを介して固定されるとともに、第2締結バンド4の両端は、エンドプレート2bに図示しないボルトを介して固定されている。   A first fastening band 3 and a second fastening band 4 are attached to the fuel cell stack 1. The first fastening band 3 extends along two parallel side surfaces of the fuel cell stack 1, while the second fastening band 4 extends along the other two parallel side surfaces of the fuel cell stack 1. doing. Both ends of the first fastening band 3 are fixed to the end plate 2a via bolts (not shown), and both ends of the second fastening band 4 are fixed to the end plate 2b via bolts (not shown).

特開2005−142145号公報JP 2005-142145 A

ところで、上記の燃料電池スタック1では、軽量化を図るためにエンドプレート2a、2bを薄肉状に構成することが望まれている。しかしながら、特に、長方形状(縦長形状)のエンドプレート2a、2bでは、第1締結バンド3及び第2締結バンド4により積層方向に締め付け荷重を付与する際、前記エンドプレート2a、2bが長手方向に沿って撓み易くなるという問題がある。   By the way, in the fuel cell stack 1 described above, it is desired that the end plates 2a and 2b be formed thin in order to reduce the weight. However, particularly in the case of rectangular (vertically long) end plates 2a and 2b, when the tightening load is applied in the stacking direction by the first fastening band 3 and the second fastening band 4, the end plates 2a and 2b are in the longitudinal direction. There is a problem that it becomes easy to bend along.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、エンドプレートの軽量化を図るとともに、締め付け荷重による長方形状の前記エンドプレートの変形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 provides a fuel cell stack capable of reducing the weight of the end plate and satisfactorily suppressing the deformation of the rectangular end plate due to a tightening load. With the goal.

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備え、前記単位セルが複数積層された積層体を一対の長方形状エンドプレート間に挟持して構成される燃料電池スタックに関するものである。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a laminate in which a plurality of the unit cells are stacked is interposed between a pair of rectangular end plates. The present invention relates to a fuel cell stack configured to be sandwiched.

少なくとも一方の長方形状エンドプレートは、反応ガス又は冷却媒体を導入又は導出する連通口を厚さ方向に貫通して設け、且つ、前記厚さ方向に切り欠いて肉抜き部を設けるとともに、前記肉抜き部は、前記長方形状エンドプレートの長辺方向の中央部から長辺方向両端側に向かって前記厚さ方向の深さが連続的又は断続的に大きく設定されている。 At least one of the rectangular end plates is provided with a communication port through which the reaction gas or the cooling medium is introduced or led out in the thickness direction, and is cut out in the thickness direction to provide a lightening portion. vent section, the long side direction of the thickness direction of the depth I suited from a central portion in the long side direction end sides of the rectangular end plates is set continuously or intermittently increased.

さらに、燃料電池スタックは、エンドプレートを端板とし、複数の側板を積層体の側部に配置するとともに、前記端板及び前記側板が連結ピンにより連結される箱状ケーシングを備えることが好ましい。   Furthermore, the fuel cell stack preferably includes a box-shaped casing in which an end plate is an end plate, a plurality of side plates are disposed on a side portion of the laminate, and the end plate and the side plate are connected by a connecting pin.

本発明では、長方形状エンドプレートに、厚さ方向に切り欠いて肉抜き部が設けられるため、前記長方形状エンドプレート自体の剛性を維持するとともに、軽量化を図ることができる。   In the present invention, the rectangular end plate is notched in the thickness direction and is provided with a thinned portion, so that the rigidity of the rectangular end plate itself can be maintained and the weight can be reduced.

しかも、肉抜き部は、長方形状エンドプレートの長辺方向に沿って厚さ方向の深さが異なっている。従って、長方形状エンドプレートは、締め付け荷重が付与される際に変形し難い部分を、変形し易い部分に比べて薄肉状に構成することが可能になる。これにより、長方形状エンドプレートは、簡単な構成で、全体として一層の軽量化が確実に図られる。   Moreover, the thickness of the thinned portion varies along the long side direction of the rectangular end plate. Accordingly, the rectangular end plate can be configured such that a portion that is not easily deformed when a tightening load is applied is thinner than a portion that is easily deformed. As a result, the rectangular end plate has a simple configuration and can be further reduced in weight as a whole.

図1は、本発明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 an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-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18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、絶縁性スペーサ部材22(絶縁プレート18を用いてもよい)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(長方形状エンドプレート)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 18 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 spacer member 22 (the insulating plate 18 may be used) 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 (rectangular end plates) 20a and 20b configured in a vertically long rectangular shape 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。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. 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、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。   As shown in FIG. 2, 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. Is done.

図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの中央部上方側には、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 above the center portions 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.

図4及び図5に示すように、少なくともエンドプレート20aの外方に向かう面には、厚さ方向に切り欠いてそれぞれ複数の第1肉抜き部82a、第2肉抜き部82b、第3肉抜き部82c及び第4肉抜き部82dが設けられる。   As shown in FIG. 4 and FIG. 5, at least the outwardly facing surface of the end plate 20a is notched in the thickness direction, and a plurality of first cutout portions 82a, second cutout portions 82b, and third cutouts are respectively provided. A punched portion 82c and a fourth cutout portion 82d are provided.

第1肉抜き部82aは、エンドプレート20aの略中央に孔部59aを囲繞する範囲に設けられるとともに、前記第1肉抜き部82aの上下両外方には、第2肉抜き部82bが形成される。第2肉抜き部82bの上下両外方には、酸化剤ガス入口76a及び燃料ガス入口78aの間と、酸化剤ガス出口76b及び燃料ガス出口78bの間とに、それぞれ第3肉抜き部82cが2つずつ形成される。第3肉抜き部82cの幅方向(矢印B方向)外方には、第4肉抜き部82dが形成される。   The first lightening part 82a is provided in the range surrounding the hole 59a at the approximate center of the end plate 20a, and the second lightening part 82b is formed on both upper and lower sides of the first lightening part 82a. Is done. On the upper and lower sides of the second cutout portion 82b, a third cutout portion 82c is provided between the oxidant gas inlet 76a and the fuel gas inlet 78a and between the oxidant gas outlet 76b and the fuel gas outlet 78b, respectively. Are formed two by two. A fourth lightening part 82d is formed outside the third lightening part 82c in the width direction (arrow B direction).

図5に示すように、第1肉抜き部82aの厚さ方向の深さt1、第2肉抜き部82bの厚さ方向の深さt2、第3肉抜き部82cの厚さ方向の深さt3及び第4肉抜き部82dの厚さ方向の深さt4は、t1<t2<t3<t4の関係に設定される。なお、第1肉抜き部82a〜第4肉抜き部82dは、厚さ方向の深さt1〜t4が断続的に大きくなるように設定されているが、例えば、連続的に大きくなるように設定してもよい。また、短手方向については、一定の深さに設定されている。短手方向の肉抜きは、リブにより複数の領域に分けられている。   As shown in FIG. 5, the depth t1 in the thickness direction of the first cutout portion 82a, the depth t2 in the thickness direction of the second cutout portion 82b, and the depth in the thickness direction of the third cutout portion 82c. The thickness t4 and the depth t4 in the thickness direction of the fourth cutout portion 82d are set to have a relationship of t1 <t2 <t3 <t4. In addition, although the 1st thickness reduction part 82a-the 4th thickness reduction part 82d are set so that depth t1-t4 of thickness direction may become large intermittently, it sets so that it may become large continuously, for example May be. The short direction is set to a certain depth. The lightening in the short direction is divided into a plurality of regions by ribs.

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(図1参照)。   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 (see FIG. 1).

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、本実施形態では、図4及び図5に示すように、エンドプレート20aに厚さ方向に切り欠いて第1肉抜き部82a〜第4肉抜き部82dがそれぞれ複数設けられている。そして、エンドプレート20aの中央部分に配置されている第1肉抜き部82aは、厚さ方向の深さt1が比較的浅溝に構成されている。   In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the end plate 20 a is notched in the thickness direction, and a plurality of first to fourth cutout portions 82 a to 82 d are provided. And the 1st thinning part 82a arrange | positioned in the center part of the end plate 20a is comprised by the depth t1 of the thickness direction at a comparatively shallow groove | channel.

このため、長方形状のエンドプレート20aに締め付け荷重が付与される際、特に変形し易い中央部分の剛性を維持することができる。従って、エンドプレート20aの長辺方向(矢印C方向)の変形を規定値以下に抑制することが可能になるとともに、軽量化を図ることができる。   For this reason, when a tightening load is applied to the rectangular end plate 20a, it is possible to maintain the rigidity of the central portion that is particularly easily deformed. Therefore, it is possible to suppress the deformation of the end plate 20a in the long side direction (arrow C direction) to a specified value or less and to reduce the weight.

しかも、エンドプレート20aでは、締め付け荷重により変形し難い部分に向かうのに従って、すなわち、第2肉抜き部82b、第3肉抜き部82c及び第4肉抜き部82dの順に、それぞれの厚さ方向の深さt2、t3及びt4は、t1<t2<t3<t4の関係に設定されている。これにより、エンドプレート20a全体として、軽量化が一層確実に図られるという効果が得られる。   Moreover, in the end plate 20a, as it goes to the portion that is difficult to be deformed by the tightening load, that is, in the order of the second lightening part 82b, the third lightening part 82c, and the fourth lightening part 82d, The depths t2, t3, and t4 are set to have a relationship of t1 <t2 <t3 <t4. Thereby, the effect that weight reduction can be achieved more reliably as the whole end plate 20a is acquired.

さらに、エンドプレート20aの厚さは、平面全体にわたって一定に維持されている。このため、燃料電池スタック10全体の小型化及び軽量化が、簡単な構成で容易に遂行されるという利点がある。   Furthermore, the thickness of the end plate 20a is kept constant over the entire plane. For this reason, there exists an advantage that size reduction and weight reduction of the fuel cell stack 10 whole are easily performed with a simple structure.

なお、エンドプレート20bは、上記のエンドプレート20aと同様に構成することができる。また、燃料電池スタック10は、箱状のケーシング24内に積層体14を収容して構成しているが、例えば、エンドプレート20a、20b間を図示しないタイロッドにより締め付け保持する構成を採用することも可能である。   The end plate 20b can be configured in the same manner as the above end plate 20a. In addition, the fuel cell stack 10 is configured by housing the laminate 14 in a box-shaped casing 24. For example, a configuration in which the end plates 20a and 20b are clamped and held by a tie rod (not shown) may be employed. Is possible.

また、エンドプレート20a、20bの肉抜きは、ターミナルプレート16a、16bに対向する面側(実施形態とは反対の面側)に行ってもよい。これにより、エンドプレート20a、20bの外側は、平面に形成される。   Further, the end plates 20a and 20b may be thinned on the surface side facing the terminal plates 16a and 16b (surface side opposite to the embodiment). Thereby, the outer side of the end plates 20a and 20b is formed in a plane.

本発明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 an 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. 前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートの、図4中、V−V線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the end plate constituting the fuel cell stack, taken along line VV in FIG. 4. 特許文献1に開示されている燃料電池スタックの締結構造の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the fastening structure of the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池スタック 12…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
22…スペーサ部材 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
60a〜60d…側板 64a、64b…連結ピン
82a〜82d…肉抜き部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18 ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 22 ... Spacer member 24 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52 ... Oxidant gas flow path 60a-60d ... Side plate 64a, 64b ... Connecting pin 82a-82d ... Meat removal part

Claims (3)

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備え、前記単位セルが複数積層された積層体を一対の長方形状エンドプレート間に挟持して構成される燃料電池スタックであって、
少なくとも一方の前記長方形状エンドプレートは、反応ガス又は冷却媒体を導入又は導出する連通口を厚さ方向に貫通して設け、且つ、前記厚さ方向に切り欠いて肉抜き部を設けるとともに、
前記肉抜き部は、前記長方形状エンドプレートの長辺方向の中央部から長辺方向両端側に向かって前記厚さ方向の深さが連続的又は断続的に大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
A unit cell in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and an electrolyte / electrode structure is sandwiched between separators, and a laminate in which a plurality of the unit cells are stacked is sandwiched between a pair of rectangular end plates. A fuel cell stack,
At least one of the rectangular end plates is provided with a communication port through which the reaction gas or the cooling medium is introduced or led out in the thickness direction, and is cut out in the thickness direction to provide a lightening portion,
The lightening portion, said rectangular end plate longitudinal direction from the central portion of the thickness direction I suited to the long side direction end sides depth is set continuously or intermittently increased characterized Rukoto And fuel cell stack.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、前記長方形状エンドプレートを端板とし、複数の側板を前記積層体の側部に配置するとともに、前記端板及び前記側板が連結ピンにより連結される箱状ケーシング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 1 Symbol placement, the fuel cell stack, wherein the rectangular end plates end plates, as well as arranging a plurality of side plates on the side of the laminate, the end plate and the side plate is coupled A fuel cell stack comprising a box-shaped casing connected by pins. 請求項1又は2記載の燃料電池スタックにおいて、前記連通口は、複数個設けられるとともに、
前記連通口の間に、前記肉抜き部が形成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 or 2 , wherein a plurality of the communication ports are provided,
The fuel cell stack is characterized in that the lightening portion is formed between the communication ports.
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