JP5430518B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータと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た積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、締結部材により固定される燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and a stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked A pair of end plates are disposed at both ends, and the long sides of the pair of end plates relate to a fuel cell stack fixed by a fastening member.

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(MEA)が、セパレータによって挟持された単位セル(発電セル)を備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタック等として使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. Unit cell (power generation cell). This type of fuel cell is usually used as an in-vehicle fuel cell stack or the like by stacking a predetermined number of unit cells.

この種の燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るとともに、シール機能を発揮させるために、積層方向に対して良好な締め付け荷重を付与する必要がある。しかも、特に車載用燃料電池スタックでは、走行時等に外部から荷重(衝撃力)が付与される場合があり、単位セルの積層方向に交差する方向への位置ずれを阻止する必要がある。   In this type of fuel cell stack, it is necessary to apply a good tightening load to the stacking direction in order to obtain a desired power generation performance and to exert a sealing function. In addition, particularly in a fuel cell stack for in-vehicle use, a load (impact force) may be applied from the outside during traveling or the like, and it is necessary to prevent positional deviation in a direction intersecting the stacking direction of unit cells.

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が知られている。この燃料電池スタックは、図7に示すように、一端から、エンドプレート1a、絶縁プレート2a、集電プレート3a、複数の単位セル4、集電プレート3b、絶縁プレート2b及びエンドプレート1bの順に積層されている。エンドプレート1a、1bの四隅には、前記エンドプレート1a、1b間に積層方向の荷重を付与するために、四角柱状の締結部材5が固定されている。   Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 7, this fuel cell stack has an end plate 1a, an insulating plate 2a, a current collecting plate 3a, a plurality of unit cells 4, a current collecting plate 3b, an insulating plate 2b, and an end plate 1b in this order. Has been. In order to apply a load in the stacking direction between the end plates 1a and 1b, square columnar fastening members 5 are fixed to the four corners of the end plates 1a and 1b.

燃料電池スタックは、積層方向に延在する4本の外部拘束部材6a、6b、6c及び6dを備えている。エンドプレート1a、1b、絶縁プレート2a、2b、集電プレート3a、3b及び積層された複数の単位セル4の各上側長辺、下側長辺、左側短辺及び右側短辺の中央部には、外部拘束部材6a、6b、6c及び6dが嵌合する凹部7a、7b、7c及び7dが形成されている。   The fuel cell stack includes four external restraining members 6a, 6b, 6c and 6d extending in the stacking direction. At the center of each of the upper long side, the lower long side, the left short side, and the right short side of the end plates 1a, 1b, insulating plates 2a, 2b, current collecting plates 3a, 3b and the stacked unit cells 4 Recesses 7a, 7b, 7c and 7d into which the external restraining members 6a, 6b, 6c and 6d are fitted are formed.

特開2009−70674号公報JP 2009-70674 A

上記の特許文献1では、エンドプレート1a、1b間に、4本の締結部材5が固定されるとともに、4本の外部拘束部材6a〜6dが前記エンドプレート1a、1bに固定されている。このため、部品点数が相当に増加するとともに、コストが高騰するという問題がある。しかも、燃料電池スタックの組み立て作業が煩雑化するという問題がある。   In Patent Document 1, four fastening members 5 are fixed between end plates 1a and 1b, and four external restraining members 6a to 6d are fixed to the end plates 1a and 1b. For this reason, there is a problem that the number of parts considerably increases and the cost increases. Moreover, there is a problem that the assembly work of the fuel cell stack becomes complicated.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成且つ少ない部品点数で、燃料電池に付与される外部荷重を確実に受け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 an object thereof is to provide a fuel cell stack that can reliably receive an external load applied to the fuel cell with a simple configuration and a small number of parts. .

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータと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た積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、それぞれ締結部材により固定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 fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and a stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked A pair of end plates are disposed at both ends, and the long sides of the pair of end plates relate to a fuel cell stack fixed by a fastening member.

この燃料電池スタックでは、各締結部材が配置される積層体の積層方向両側面には、それぞれ凸部が形成される一方、前記締結部材には、前記凸部に嵌め合う嵌合部が設けられ、前記嵌合部によりエンドプレートの長辺方向の荷重を受けている。 In this fuel cell stack, convex portions are respectively formed on both side surfaces in the stacking direction of the laminate on which the respective fastening members are arranged, and the fastening members are provided with fitting portions that fit into the convex portions. The fitting portion receives a load in the long side direction of the end plate .

また、この燃料電池スタックでは、締結部材には、嵌合部に隣接し積層方向に延在して補強用リブが設けられることが好ましい。   In this fuel cell stack, it is preferable that the fastening member is provided with a reinforcing rib adjacent to the fitting portion and extending in the stacking direction.

さらに、この燃料電池スタックでは、締結部材は、一方のエンドプレート側の一端部に、前記一方のエンドプレートの面方向に屈曲する折り曲げ部を設けるとともに、他方のエンドプレート側の他端部に、前記他方のエンドプレートの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部を設けることが好ましい。   Further, in this fuel cell stack, the fastening member is provided at one end portion on one end plate side with a bent portion that bends in the surface direction of the one end plate, and on the other end portion on the other end plate side, It is preferable to provide a wide portion whose width is increased toward the long side of the other end plate.

本発明によれば、一対のエンドプレートの各長辺同士を連結する各締結部材には、積層体の積層方向両側面に形成された凸部に嵌め合う嵌合部が設けられている。このため、各締結部材が積層方向の荷重を受ける一方、嵌合部が前記積層方向に交差する発電面方向の荷重を受けることができる。 According to the present invention, the fastening members that connect the long sides of the pair of end plates are provided with fitting portions that fit into the convex portions formed on both side surfaces in the stacking direction of the stack. For this reason, while each fastening member receives the load of a lamination direction, a fitting part can receive the load of the electric power generation surface direction which cross | intersects the said lamination direction.

しかも、部品点数が有効に削減され、簡単な構成で、燃料電池に付与される外部荷重を確実に受けることが可能になる。   In addition, the number of parts is effectively reduced, and an external load applied to the fuel cell can be reliably received with a simple configuration.

本発明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 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要部分解斜視説明図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図3中、IV−IV線断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line IV-IV in FIG. 3. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図1中、VI−VI線断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line VI-VI in FIG. 1. 特許文献1の燃料電池セルスタックの斜視説明図である。6 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack of Patent Document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック10では、複数の燃料電池12が矢印A方向(鉛直方向)に積層されることにより積層体14が構成される。積層体14の積層方向下端(一端)には、第1ターミナルプレート16a、第1絶縁プレート18a及び第1エンドプレート(他方のエンドプレート)20aが積層される。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the fuel cell stack 10 according to the embodiment of the present invention, a stacked body 14 is configured by stacking a plurality of fuel cells 12 in the direction of arrow A (vertical direction). A first terminal plate 16a, a first insulating plate 18a, and a first end plate (the other end plate) 20a are stacked on the lower end (one end) of the stacked body 14 in the stacking direction.

図1〜図3に示すように、積層体14の積層方向上端(他端)には、第2ターミナルプレート16b、第2絶縁プレート18b、第2エンドプレート(一方のエンドプレート)20b及び加圧調整装置22が積層される。加圧調整装置22は、荷重測定機構24と加圧機構26とを備える。なお、積層体14は、複数の燃料電池12を水平方向(矢印B方向又は矢印C方向)に積層して構成してもよい。   As shown in FIGS. 1 to 3, a second terminal plate 16 b, a second insulating plate 18 b, a second end plate (one end plate) 20 b, and a pressurization are provided at the upper end (the other end) of the stacked body 14. The adjusting device 22 is stacked. The pressure adjusting device 22 includes a load measuring mechanism 24 and a pressure mechanism 26. The stacked body 14 may be configured by stacking a plurality of fuel cells 12 in the horizontal direction (arrow B direction or arrow C direction).

図5に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体30が、長方形状の第1及び第2セパレータ32、34に挟持される。第1及び第2セパレータ32、34は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータ等により構成される。   As shown in FIG. 5, in the fuel cell 12, the electrolyte membrane / electrode structure 30 is sandwiched between rectangular first and second separators 32 and 34. The first and second separators 32 and 34 are made of, for example, a metal separator such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plated steel plate, a carbon separator, or the like.

燃料電池12の矢印B方向(図5中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印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入口連通孔38aが、矢印C方向(水平方向)に配列して設けられる。   One end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B (the horizontal direction in FIG. 5) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas An agent gas inlet communication hole 36a and a fuel gas inlet communication hole 38a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow C direction (horizontal direction).

燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、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38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔36bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. The outlet communication holes 36b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池12の矢印C方向の両端縁部には、すなわち、各長辺には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔40a、及び前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔40bが設けられる。   A pair of cooling medium inlet communication holes 40a for supplying a cooling medium and a pair of cooling for discharging the cooling medium are provided at both ends of the fuel cell 12 in the direction of arrow C, that is, on each long side. A medium outlet communication hole 40b is provided.

第1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、酸化剤ガス入口連通孔36aと酸化剤ガス出口連通孔36bとに連通する酸化剤ガス流路42が設けられる。   An oxidant gas flow path 42 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b is provided on the surface 32a of the first separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30.

第2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、燃料ガス入口連通孔38aと燃料ガス出口連通孔38bとに連通する燃料ガス流路44が設けられる。   A fuel gas passage 44 communicating with the fuel gas inlet communication hole 38a and the fuel gas outlet communication hole 38b is provided on the surface 34a of the second separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30.

互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ32の面32bと、第2セパレータ34の面34bとの間には、冷却媒体入口連通孔40aと冷却媒体出口連通孔40bとを連通する冷却媒体流路46が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b between the surface 32b of the first separator 32 and the surface 34b of the second separator 34 that constitute the fuel cells 12 adjacent to each other. A flow path 46 is provided.

第1セパレータ32の面32a、32bには、第1シール部材48が、一体的又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ34の面34a、34bには、第2シール部材50が、一体的に又は個別に設けられる。   A first seal member 48 is integrally or individually provided on the surfaces 32 a and 32 b of the first separator 32, and a second seal member 50 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second separator 34. Or it is provided separately.

第1及び第2シール部材48、50は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first and second seal members 48 and 50 are, for example, EPDM, NBR, fluoro rubber, silicon rubber, fluorosilicon rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber or the like, cushion material, Alternatively, a packing material is used.

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52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード側電極54及びアノード側電極56とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 54 and an anode side electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. With.

カソード側電極54及びアノード側電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成されている。   The cathode side electrode 54 and the anode side electrode 56 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. An electrode catalyst layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

第1セパレータ32は、各長辺の中央部に一対の冷却媒体入口連通孔40aの間及び一対の冷却媒体出口連通孔40bの間に位置して、すなわち、前記第1セパレータ32の長辺方向の略中央部に位置して、それぞれ外方に突出する凸部57a、57bが形成される。第2セパレータ34は、各長辺の中央部に一対の冷却媒体入口連通孔40aの間及び一対の冷却媒体出口連通孔40bの間に位置して、すなわち、前記第2セパレータ34の長辺方向の略中央部に位置して、それぞれ外方に突出する凸部57c、57dが形成される。凸部57a〜57dは、例えば、樹脂材料により第1及び第2セパレータ32、34と一体に成形してもよく、又は別体に接合してもよい。   The first separator 32 is located between the pair of cooling medium inlet communication holes 40a and the pair of cooling medium outlet communication holes 40b at the center of each long side, that is, in the long side direction of the first separator 32. Convex portions 57a and 57b are formed, which are located substantially at the center of each of the projections and project outward. The second separator 34 is located between the pair of cooling medium inlet communication holes 40a and the pair of cooling medium outlet communication holes 40b at the center of each long side, that is, in the long side direction of the second separator 34 Convex portions 57c and 57d projecting outward are formed at substantially the center of each. The convex portions 57a to 57d may be formed integrally with the first and second separators 32 and 34 by a resin material, or may be joined separately.

図1及び図2に示すように、例えば、アルミニウム製の第1及び第2エンドプレート20a、20b間には、一対の締結部材60が架けわたされ、前記第1及び第2エンドプレート20a、20b間の距離が一定に保持される。締結部材60は、例えば、アルミニウム製の長尺な板状を有し、燃料電池スタック10の各長辺側(第1及び第2エンドプレート20a、20bの長辺側)に1本ずつ配設される。締結部材60は、左右対称形状に構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, for example, a pair of fastening members 60 are bridged between first and second end plates 20a, 20b made of aluminum, and the first and second end plates 20a, 20b are laid. The distance between them is kept constant. For example, the fastening member 60 has a long plate shape made of aluminum, and one fastening member 60 is disposed on each long side of the fuel cell stack 10 (long side of the first and second end plates 20a and 20b). Is done. The fastening member 60 is configured in a bilaterally symmetric shape.

締結部材60は、第2エンドプレート20b側の一端部に、前記第2エンドプレート20bの面方向に屈曲して加圧調整装置22、具体的には、加圧機構26に連結される折り曲げ部62を設けるとともに、第1エンドプレート20a側の他端部に、前記第1エンドプレート20aの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部64を設ける。   The fastening member 60 is bent at one end portion on the second end plate 20b side in the surface direction of the second end plate 20b and is connected to the pressure adjusting device 22, specifically, the pressure mechanism 26. 62 is provided, and a wide portion 64 whose width dimension is enlarged toward the long side of the first end plate 20a is provided at the other end of the first end plate 20a.

締結部材60は、第1及び第2エンドプレート20a、20bの各長辺間に同一の幅寸法で延在する本体部66を備えるとともに、前記本体部66の他端部側には、それぞれ第1エンドプレート20aの長辺両端部に向かって互いに離間する方向に延在することにより、幅広部64を構成する一対の補強板部68が設けられる。本体部66は、第1及び第2エンドプレート20a、20bの長辺寸法よりも小さな幅寸法に設定され、且つ前記第1及び第2エンドプレート20a、20bの長辺中心に幅中心が略一致する。   The fastening member 60 includes a main body portion 66 extending with the same width dimension between the long sides of the first and second end plates 20a and 20b. A pair of reinforcing plate portions 68 constituting the wide portion 64 are provided by extending in a direction away from each other toward both ends of the long side of the one end plate 20a. The main body 66 is set to a width dimension smaller than the long side dimension of the first and second end plates 20a, 20b, and the width center substantially coincides with the long side center of the first and second end plates 20a, 20b. To do.

一対の補強板部68は、本体部66の下端縁部から下方に向かって互いに離間する方向に傾斜しており、前記補強板部68の下端部は、横架板部70を介して前記本体部66の下端部に一体に連結される。本体部66及び一対の補強板部68には、少なくとも1以上の補強用リブ72が設けられる。   The pair of reinforcing plate portions 68 are inclined in a direction away from each other downward from the lower end edge of the main body portion 66, and the lower end portion of the reinforcing plate portion 68 is interposed between the main plate portion 70 and the horizontal plate portion 70. The lower end portion of the portion 66 is integrally connected. The main body portion 66 and the pair of reinforcing plate portions 68 are provided with at least one reinforcing rib 72.

本体部66には、補強用リブ72と平行して、すなわち、積層方向(矢印A方向)に延在して嵌合部73が形成される。嵌合部73は、燃料電池12の外方に膨出形成される。図6に示すように、一方の締結部材60では、嵌合部73に燃料電池12の凸部57a、57cが嵌め合うとともに、他方の締結部材60では、前記嵌合部73に前記燃料電池12の凸部57b、57dが嵌め合う。   A fitting portion 73 is formed in the main body portion 66 in parallel with the reinforcing rib 72, that is, extending in the stacking direction (arrow A direction). The fitting portion 73 is formed to bulge outward from the fuel cell 12. As shown in FIG. 6, in one fastening member 60, the protrusions 57 a and 57 c of the fuel cell 12 are fitted in the fitting portion 73, and in the other fastening member 60, the fuel cell 12 is placed in the fitting portion 73. The convex portions 57b and 57d are fitted together.

なお、上記とは反対に、燃料電池12の凸部57a〜57dを凹部に構成する一方、締結部材60の嵌合部73を凸部に構成してもよい。   Contrary to the above, the convex portions 57a to 57d of the fuel cell 12 may be configured as concave portions, while the fitting portion 73 of the fastening member 60 may be configured as convex portions.

本体部66及び一対の補強板部68は、図2に示すように、第1エンドプレート20aの長辺側に形成された孔部74に挿入されるねじ76がねじ込まれるねじ孔78を設け、前記ねじ76を介して前記第1エンドプレート20aに固定される。   As shown in FIG. 2, the main body portion 66 and the pair of reinforcing plate portions 68 are provided with screw holes 78 into which screws 76 to be inserted into holes 74 formed on the long side of the first end plate 20a are screwed. It is fixed to the first end plate 20a via the screw 76.

折り曲げ部62は、鉛直方向に延在する一対(3つ以上でもよい)の雌ねじ部80を備える。各雌ねじ部80は、所定の間隔だけ離間しており、鉛直方向に延在してねじ孔80aが貫通形成される。   The bent portion 62 includes a pair (three or more) of female screw portions 80 extending in the vertical direction. The female screw portions 80 are spaced apart from each other by a predetermined interval, and extend in the vertical direction so that a screw hole 80a is formed therethrough.

図2に示すように、第1エンドプレート20aには、酸化剤ガス入口連通孔36a、燃料ガス入口連通孔38a、冷却媒体入口連通孔40a、酸化剤ガス出口連通孔36b、燃料ガス出口連通孔38b及び冷却媒体出口連通孔40bに連通し、外部に延在するマニホールド82a〜82fが設けられる。   As shown in FIG. 2, the first end plate 20a has an oxidant gas inlet communication hole 36a, a fuel gas inlet communication hole 38a, a cooling medium inlet communication hole 40a, an oxidant gas outlet communication hole 36b, and a fuel gas outlet communication hole. There are provided manifolds 82a to 82f communicating with 38b and the cooling medium outlet communication hole 40b and extending to the outside.

図3に示すように、第2エンドプレート20bは、平板状に構成されるとともに、この第2エンドプレート20bには、例えば、4箇所にそれぞれ円柱状の凹部84が形成される。   As shown in FIG. 3, the second end plate 20b is configured in a flat plate shape, and the second end plate 20b has, for example, four cylindrical recesses 84 formed at four locations.

図3及び図4に示すように、荷重測定機構24は、一対の連結部材86と、凹部84に収容される荷重センサ、例えば、ロードセル88とを備える。なお、一対の連結部材86に代えて、例えば、一対の連結部材同士を結合して枠形状に一体に構成される連結部材(図示せず)を用いてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, the load measuring mechanism 24 includes a pair of connecting members 86 and a load sensor accommodated in the recess 84, for example, a load cell 88. Instead of the pair of connecting members 86, for example, a connecting member (not shown) configured by integrally joining a pair of connecting members into a frame shape may be used.

ロードセル88には、押圧部材90が装着されるとともに、前記押圧部材90は、凹部84に配置される。ロードセル88上には、球面受け部92が設けられる。連結部材86の両端には、各球面受け部92に対応する位置(同軸上の位置)に、底面が球面を有する球面状凹部94が設けられる。   A pressing member 90 is attached to the load cell 88, and the pressing member 90 is disposed in the recess 84. A spherical receiving portion 92 is provided on the load cell 88. At both ends of the connecting member 86, spherical concave portions 94 having a spherical bottom surface are provided at positions corresponding to the spherical receiving portions 92 (coaxial positions).

加圧機構26は、複数、例えば、4つの荷重調整ボルト96を備える。各荷重調整ボルト96は、締結部材60の雌ねじ部80に形成されたねじ孔80aにねじ込まれるとともに、各々の球面状先端部96aは、連結部材86の各球面状凹部94に配置される。各荷重調整ボルト96の中心と、各ロードセル88の中心とは、互いに同軸上の位置に配置される。荷重調整ボルト96には、回り止めナット98が螺合する。   The pressurizing mechanism 26 includes a plurality of, for example, four load adjustment bolts 96. Each load adjustment bolt 96 is screwed into a screw hole 80 a formed in the female thread portion 80 of the fastening member 60, and each spherical tip portion 96 a is disposed in each spherical recess 94 of the connecting member 86. The center of each load adjustment bolt 96 and the center of each load cell 88 are arranged at coaxial positions. A lock nut 98 is screwed onto the load adjustment bolt 96.

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5に示すように、酸化剤ガス入口連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔38aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔40aに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. 5, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 38a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 40a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔36aから第1セパレータ32の酸化剤ガス流路42に導入される。酸化剤ガスは、矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するカソード側電極54に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 42 of the first separator 32 from the oxidant gas inlet communication hole 36a. The oxidant gas is supplied to the cathode side electrode 54 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while moving in the arrow B direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔38aから第2セパレータ34の燃料ガス流路44に導入される。この燃料ガスは、矢印B方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するアノード側電極56に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 44 of the second separator 34 from the fuel gas inlet communication hole 38a. The fuel gas is supplied to the anode side electrode 56 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while moving in the direction of arrow B.

従って、電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極56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 the electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 54 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done.

次いで、カソード側電極54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36bに沿って矢印A方向に排出される。一方、アノード側電極56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38bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 54 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 36b. On the other hand, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 56 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 38b.

また、冷却媒体入口連通孔40aに供給された冷却媒体は、第1及び第2セパレータ32、34間の冷却媒体流路46に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体出口連通孔40bから排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 40a is introduced into the cooling medium flow path 46 between the first and second separators 32 and 34, and then flows in the direction of arrow C. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 40b after the electrolyte membrane / electrode structure 30 is cooled.

この場合、本実施形態では、第1及び第2エンドプレート20a、20b間には、一対の締結部材60が架けわたされており、燃料電池スタック10に積層方向の荷重が付与された際、前記荷重を前記一対の締結部材60により良好に受けることができる。   In this case, in the present embodiment, a pair of fastening members 60 are spanned between the first and second end plates 20a, 20b, and when the load in the stacking direction is applied to the fuel cell stack 10, The load can be favorably received by the pair of fastening members 60.

しかも、締結部材60には、積層体14の積層方向両側面、具体的には、燃料電池12の両長辺側に形成された凸部57a、57c又は57b、57dに嵌め合う嵌合部73が設けられている。   In addition, the fastening member 60 is fitted with fitting portions 73 that fit into convex portions 57a, 57c or 57b, 57d formed on both side surfaces of the laminate 14 in the stacking direction, specifically, both long sides of the fuel cell 12. Is provided.

このため、図6に示すように、燃料電池スタック10に長辺方向一方(矢印B1方向)に荷重(衝撃)G1が付与される際、一方の締結部材60の嵌合部73と凸部57a、57cとが、及び他方の締結部材60の嵌合部73と凸部57b、57dとが、前記荷重G1を良好に受けることが可能になる。   For this reason, as shown in FIG. 6, when a load (impact) G1 is applied to the fuel cell stack 10 in one of the long side directions (arrow B1 direction), the fitting portion 73 and the convex portion 57a of one fastening member 60 are provided. 57c and the fitting part 73 of the other fastening member 60 and the convex parts 57b, 57d can receive the load G1 satisfactorily.

さらに、燃料電池スタック10に長辺方向他方(矢印B2方向)に荷重(衝撃)G2が付与される際には、同様に、各嵌合部73と凸部57a、57c及び凸部57b、57dとの作用下に、前記荷重G2を良好に受けることができる。   Further, when a load (impact) G2 is applied to the fuel cell stack 10 in the other long side direction (arrow B2 direction), similarly, each fitting portion 73 and the convex portions 57a and 57c and the convex portions 57b and 57d. Thus, the load G2 can be received well.

さらにまた、燃料電池スタック10の短辺方向に荷重(衝撃)G3が付与される際には、一対の締結部材60の当接作用下に、前記荷重G3を良好に受けることができる。   Furthermore, when a load (impact) G3 is applied in the short side direction of the fuel cell stack 10, the load G3 can be satisfactorily received under the contact action of the pair of fastening members 60.

なお、燃料電池スタック10では、前記燃料電池スタック10の各長辺側に締結部材60が1本ずつ配設されているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池スタック10の各短辺側にも、同様に締結部材60を1本ずつ配設してもよい。   In the fuel cell stack 10, one fastening member 60 is disposed on each long side of the fuel cell stack 10, but the present invention is not limited to this. For example, one fastening member 60 may be similarly disposed on each short side of the fuel cell stack 10.

従って、本実施形態では、部品点数が有効に削減され、簡単な構成で、燃料電池12に付与される外部荷重を確実に受けることが可能になる。これにより、衝突時の積層体14を良好に保持するとともに、シール性の低下を阻止することができるという利点がある。   Therefore, in the present embodiment, the number of parts is effectively reduced, and the external load applied to the fuel cell 12 can be reliably received with a simple configuration. Thereby, there is an advantage that the laminated body 14 can be satisfactorily held at the time of collision, and the deterioration of the sealing performance can be prevented.

10…燃料電池スタック 12…燃料電池
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
22…加圧調整装置 24…荷重測定機構
26…加圧機構 30…電解質膜・電極構造体
32、34…セパレータ 36a…酸化剤ガス入口連通孔
36b…酸化剤ガス出口連通孔 38a…燃料ガス入口連通孔
38b…燃料ガス出口連通孔 40a…冷却媒体入口連通孔
40b…冷却媒体出口連通孔 42…酸化剤ガス流路
44…燃料ガス流路 46…冷却媒体流路
52…固体高分子電解質膜 54…カソード側電極
56…アノード側電極 57a〜57d…凸部
60…締結部材 62…折り曲げ部
64…幅広部 66…本体部
68…補強板部 70…横架板部
72…リブ 73…嵌合部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18a, 18b ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 22 ... Pressure adjusting device 24 ... Load measuring mechanism 26 ... Pressure mechanism 30 ... Electrolyte Membrane / electrode structure 32, 34 ... Separator 36a ... Oxidant gas inlet communication hole 36b ... Oxidant gas outlet communication hole 38a ... Fuel gas inlet communication hole 38b ... Fuel gas outlet communication hole 40a ... Cooling medium inlet communication hole 40b ... Cooling Medium outlet communication hole 42 ... Oxidant gas flow path 44 ... Fuel gas flow path 46 ... Cooling medium flow path 52 ... Solid polymer electrolyte membrane 54 ... Cathode side electrode 56 ... Anode side electrode 57a-57d ... Projection 60 ... Fastening member 62 ... Bending part 64 ... Wide part 66 ... Main body part 68 ... Reinforcing plate part 70 ... Horizontal plate part 72 ... Rib 73 ... Fitting part

Claims (3)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と長方形状のセパレータと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た積層体の積層方向両端には、一対のエンドプレートが配設されるとともに、前記一対のエンドプレートの各長辺同士は、それぞれ締結部材により固定される燃料電池スタックであって、
各締結部材が配置される前記積層体の積層方向両側面には、それぞれ凸部が形成される一方、
前記締結部材には、前記凸部に嵌め合う嵌合部が設けられ、前記嵌合部により前記エンドプレートの長辺方向の荷重を受けることを特徴とする燃料電池スタック。
Provided with a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a rectangular separator are stacked, and at both ends in the stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked, A pair of end plates are disposed, and the long sides of the pair of end plates are each a fuel cell stack fixed by a fastening member,
On both side surfaces in the stacking direction of the laminate in which each fastening member is disposed, a convex portion is formed,
Wherein the fastening member, the fitting portion mating with the convex portion is provided, a fuel cell stack according to claim Rukoto under load in the long side direction of the end plate by the fitting portion.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記締結部材には、前記嵌合部に隣接し前記積層方向に延在して補強用リブが設けられ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 fastening member is provided with a reinforcing rib adjacent to the fitting portion and extending in the stacking direction. 請求項1又は2記載の燃料電池スタックにおいて、前記締結部材は、一方のエンドプレート側の一端部に、前記一方のエンドプレートの面方向に屈曲する折り曲げ部を設けるとともに、
他方のエンドプレート側の他端部に、前記他方のエンドプレートの長辺側に向かって幅寸法が拡大される幅広部を設けることを特徴とする燃料電池スタック。
3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fastening member is provided with a bent portion that bends in the surface direction of the one end plate at one end portion on the one end plate side,
A fuel cell stack, characterized in that a wide portion whose width dimension is enlarged toward the long side of the other end plate is provided at the other end portion on the other end plate side.
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