JP5648378B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、固体高分子型や固体酸化物型の単位セルを用いた燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack using solid polymer type or solid oxide type unit cells.

この種の燃料電池スタックとして、特許文献1に開示された構成のものがある。
特許文献1に開示された燃料電池スタックは、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が介装されてなる接合体と前記接合体を挟持する1組のセパレータとを有する単位セルを複数個積層したものであり、前記一組のセパレータのうちの少なくとも一つは、凹部と凸部が交互に連続する部位をそれぞれ有する一組の金属板を有し、その一組の金属板の間には板ばねが介装されている。
また、上記した板ばねには、前記一組の金属板の各凸部の頂部が当接するとともに、一方の金属板の凹部と他方の金属板の凸部とが板ばねを介して対向した構成になっている。
上記構成により、燃料電池の運転中における熱膨張,電解質膜の膨潤等による単位セルの寸法の変化を、板ばねを弾性変形させることにより吸収しようとしたものである。
As this type of fuel cell stack, there is a configuration disclosed in Patent Document 1.
The fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of unit cells each having a joined body in which an electrolyte is interposed between an anode side electrode and a cathode side electrode, and a set of separators that sandwich the joined body. And at least one of the set of separators has a set of metal plates each having a portion where recesses and projections are alternately continuous, and between the set of metal plates. A leaf spring is interposed.
Further, the above-described plate spring is in contact with the top of each convex portion of the pair of metal plates, and the concave portion of one metal plate and the convex portion of the other metal plate are opposed to each other via the plate spring. It has become.
With the above configuration, it is intended to absorb the change in the unit cell dimensions due to thermal expansion, swelling of the electrolyte membrane, and the like during operation of the fuel cell by elastically deforming the leaf spring.

特開2002−367665号公報JP 2002-367665 A

しかしながら、上記従来の燃料電池スタックでは、発電性能を維持したまま、単位セルのピッチを縮小しようとすると、ガス流路のピッチとともに冷却水流路のピッチも必然的に縮まることになる。
このために、板ばねのピッチも小さくなり、板ばねの剛性が上がって所定の荷重とストロークを確保できないために単位セルの膨縮変形の吸収が難しく、単位セルのピッチを縮小することが困難であるとともに、セパレータと板ばねとが相対的に摺動してしまうという欠点がある。
However, in the conventional fuel cell stack, if the pitch of the unit cell is reduced while maintaining the power generation performance, the pitch of the cooling water passage is inevitably reduced together with the pitch of the gas passage.
For this reason, the pitch of the leaf springs is also reduced, and the rigidity of the leaf springs is increased so that a predetermined load and stroke cannot be secured, so that it is difficult to absorb the expansion / contraction deformation of the unit cells, and it is difficult to reduce the pitch of the unit cells. In addition, there is a drawback that the separator and the leaf spring slide relative to each other.

そこで本発明は、単位セルの積層ピッチを縮小したときにも単位セルの膨縮変形を吸収させることにより、小型化を図ることができる燃料電池スタックの提供を目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can be reduced in size by absorbing expansion / contraction deformation of unit cells even when the stacking pitch of unit cells is reduced.

上記目的を達成するための燃料電池スタックは、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質を接合した接合体を一対のセパレータ間に挟入した複数の単位セルを互いに積層させており、それら各単位セルの両電極に二種類の発電用ガスを互いに離隔して流接させることによる発電を行う燃料電池スタックにおいて、上記単位セルを、これらの互いに対向する2つのセパレータ間に冷却媒体を流通させるための冷却層を区画形成して積層させているとともに、前記両セパレータ間に、その単位セルの少なくとも電解質の膨縮変形を吸収するための導電性の変形吸収部材を配置し、前記変位吸収部材が、単位セルの発電エリアと同等の領域において、冷却媒体の流通方向と交差する方向に波形状の複数の弾性変形部を列設すると共に、弾性変形部の頂部を上記両セパレータに導通接触させ、かつ その変位吸収部材の少なくとも一部を、それら両セパレータに固定しており、前記両セパレータが、互いに同形同大にした矩形の凸部とし、冷却媒体の流通方向と交差する方向において一定のピッチで形成された複数の整流部を有すると共に、前記冷却層及び発電用ガスの流通層を区画形成しており、前記変位吸収部材の弾性変形部のピッチが、セパレータの整流部のピッチよりも大きく、前記変位吸収部材の弾性変形部の頂部をセパレータに固定していることを特徴としている。 In the fuel cell stack for achieving the above object, a plurality of unit cells in which a joined body in which an electrolyte is joined between an anode side electrode and a cathode side electrode are sandwiched between a pair of separators are laminated to each other. In a fuel cell stack that generates power by flowing two types of power generation gas separately from each other on both electrodes of each unit cell, the cooling fluid is circulated between the unit cells and the two separators facing each other. A cooling layer for partitioning is formed and laminated, and a conductive deformation absorbing member for absorbing at least electrolyte expansion / contraction deformation of the unit cell is disposed between the separators, and the displacement absorption is performed. In a region where the member is equivalent to the power generation area of the unit cell, a plurality of wave-shaped elastic deformation portions are arranged in a direction intersecting the flow direction of the cooling medium, and elastic The top of the shaped part is made conductive contact with the two separators, and at least a portion of the displacement absorption member, is fixed to them the separators, wherein the separators is a rectangular convex portion to each other the same shape and size , which has a plurality of rectifying portion formed at a constant pitch at the direction crossing the flow direction of the cooling medium, and then define a distribution layer of the cooling layer and the power generation gas, the displacement absorbing member The pitch of the elastic deformation part is larger than the pitch of the rectifying part of the separator, and the top part of the elastic deformation part of the displacement absorbing member is fixed to the separator.

本発明によれば、単位セルの積層ピッチを縮小したときにも単位セルの少なくとも電解質の膨潤及び乾燥による膨縮変形を吸収させることにより、小型化を図ることができる。
また、皿ばねやガス拡散層の変位吸収性を取り除いても、運転中の単位セルの増減変位を吸収し、発電に必要な積層荷重を安定して保持することができる。さらに、溶接による固定を行なうことにより、セパレータと変形吸収部材との摺動抑制と単位セルの変位に対する面圧変動を小さくすることができる。

According to the present invention, even when the stacking pitch of the unit cells is reduced, it is possible to reduce the size by absorbing at least electrolyte swelling and expansion / contraction deformation due to drying of the unit cells.
Further, even if the displacement absorbability of the disc spring or the gas diffusion layer is removed, the increase / decrease displacement of the unit cell during operation can be absorbed, and the lamination load necessary for power generation can be stably maintained. Further, by fixing by welding, it is possible to suppress sliding between the separator and the deformation absorbing member and to reduce fluctuations in the surface pressure with respect to the displacement of the unit cell.

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図である。1 is an external perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 同上の一実施形態に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the fuel cell stack which concerns on one Embodiment same as the above. 同上の燃料電池スタックの一部をなす一例に係る単位セルの概略正面図である。It is a schematic front view of the unit cell which concerns on an example which makes a part of fuel cell stack same as the above. 隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、この冷却層に介挿されている一例に係る変形吸収部材を説明するための断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view for demonstrating the cooling layer divided and formed between the unit cells which concern on an example which adjoins, and the deformation | transformation absorption member which concerns on the example inserted by this cooling layer. 隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、その単位セルの一部をなすセパレータと一例に係る変形吸収部材との固定状態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the fixed state of the cooling layer divided and formed between the unit cells which concern on an example which adjoins, the separator which makes a part of the unit cell, and the deformation | transformation absorption member which concerns on an example. 隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、この冷却層に介挿されている一例に係る変形吸収部材を説明するためのものであり、単位セルが膨張変形した状態を示す部分断面図である。It is for demonstrating the cooling layer partition-formed between the unit cells which concern on an adjacent example, and the deformation | transformation absorption member which concerns on the example inserted by this cooling layer, and shows the state which the unit cell expanded and deformed It is a fragmentary sectional view. (A)は、一例に係る変形吸収部材の側面図、(B)は、その正面図、(C)は、(A)に示す包囲線Iで示す部分を拡大して示す部分拡大図である。(A) is the side view of the deformation | transformation absorption member which concerns on an example, (B) is the front view, (C) is the elements on larger scale which expand and show the part shown by the surrounding line I shown to (A). . 第一の変形例に係る変形吸収部材と、これに接触する一例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図である。It is a partial expanded side view which expands and shows partially the deformation | transformation absorption member which concerns on a 1st modification, and the unit cell which concerns on an example which contacts this. 一例に係る変形吸収部材と、これに接触する他例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図である。It is the partial expansion side view which expands and shows partially the deformation | transformation absorption member which concerns on an example, and the unit cell which concerns on the other example which contacts this. 他例に係るセパレータと変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the fixation aspect of the separator which concerns on another example, and a deformation | transformation absorption member, and simplifies the structure. 他例に係るセパレータと一例に係る変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the fixation aspect of the separator which concerns on another example, and the deformation | transformation absorption member which concerns on an example, and simplifies and shows the structure. 他例に係るセパレータと一例に係る変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the fixation aspect of the separator which concerns on another example, and the deformation | transformation absorption member which concerns on an example, and simplifies and shows the structure. 他例に係るセパレータと一例に係る変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the fixation aspect of the separator which concerns on another example, and the deformation | transformation absorption member which concerns on an example, and simplifies and shows the structure. 第二の変形例に係る変形吸収部材と、これに接触する他例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図である。It is the partial expansion side view which expands and shows partially the deformation | transformation absorption member which concerns on a 2nd modification, and the unit cell which concerns on the other example which contacts this. 第三の変形例に係る変形吸収部材の部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of the deformation | transformation absorption member which concerns on a 3rd modification. 第三の変形例に係る変形吸収部材の正面図である。It is a front view of the deformation | transformation absorption member which concerns on a 3rd modification.

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図、図2は、その燃料電池スタックの分解斜視図、図3は、その燃料電池スタックの一部をなす一例に係る単位セルの概略正面図である。また、図4は、隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、この冷却層に介挿されている変形吸収部材を説明するための断面斜視図、図5は、隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、その単位セルの一部をなすセパレータと変形吸収部材との固定状態を示す分解斜視図である。なお、図4,5においては、一対のセパレータのうち、一方のものを省略して示している。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell stack, and FIG. 3 is a unit according to an example forming a part of the fuel cell stack. It is a schematic front view of a cell. 4 is a cross-sectional perspective view for explaining a cooling layer partitioned between unit cells according to an example adjacent to each other and a deformation absorbing member interposed in the cooling layer, and FIG. 5 is adjacent to each other. It is a disassembled perspective view which shows the fixed state of the cooling layer divided and formed between the unit cells which concern on an example, the separator which makes a part of the unit cell, and a deformation | transformation absorption member. 4 and 5, one of the pair of separators is omitted.

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックAは、図1,2に示すように、複数の一例に係る単位セル10を互いに積層した直方体形のセル積層体Bを、ケース20に収容したものである。
単位セル10は、一対のセパレータ30,31間に接合体40を挟入した構造になっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell stack A according to an embodiment of the present invention includes a case 20 in which a rectangular cell stack B in which unit cells 10 according to a plurality of examples are stacked together is accommodated in a case 20. It is.
The unit cell 10 has a structure in which a joined body 40 is sandwiched between a pair of separators 30 and 31.

図2,4,5に示すように、セパレータ30,31は正面視において長方形に形成した金属板であり、両端部間にわたり一定の幅にして形成した長辺縁部30b,30b、31b,31b間の所要の領域に、複数の整流部30a,31aを形成している。   As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the separators 30 and 31 are metal plates formed in a rectangular shape in a front view, and long side edges 30b, 30b, 31b, and 31b formed with a constant width between both ends. A plurality of rectifying units 30a and 31a are formed in a required region therebetween.

両端部近傍、すなわち、整流部30a,31aの形成領域の両端部側には、一方の発電用ガスである水素含有ガス、冷却媒体及び他方の発電用ガスである酸素含有ガスをそれぞれ流通させるための流入孔32I,33I,34I、流出孔32O,33O,34Oを方形にして開口形成している。
なお、本実施形態においては、水素含有ガスとして水素ガス、酸素含有ガスとして空気、冷却媒体として冷却水を一例として説明する。
In order to distribute the hydrogen-containing gas that is one power generation gas, the cooling medium, and the oxygen-containing gas that is the other power generation gas, in the vicinity of both ends, that is, both ends of the regions where the rectifying units 30a and 31a are formed. The inflow holes 32I, 33I, and 34I and the outflow holes 32O, 33O, and 34O are formed in a square shape.
In the present embodiment, hydrogen gas will be described as an example of hydrogen-containing gas, air as oxygen-containing gas, and cooling water as a cooling medium.

整流部30a,31aを形成した所要の領域は、詳細を後述する冷却層Sに臨む面であり、本実施形態においては、それらの整流部30a,31aを、互いに同形同大にした矩形の凸部とし、かつ、図4,5に示す流通方向αに直交する方向において一定のピッチP1で形成している。   The required region in which the rectifying units 30a and 31a are formed is a surface facing the cooling layer S, the details of which will be described later. In this embodiment, the rectifying units 30a and 31a are rectangular shapes having the same shape and the same size. The protrusions are formed at a constant pitch P1 in the direction orthogonal to the flow direction α shown in FIGS.

整流部30a,31aを矩形に形成することにより、詳細を後述する変形吸収部材50との接触面積を高めることができるが、その形状に限るものではなく、他の公知の形状にしてもよいことは勿論である。要するに、冷却層Sを流通する冷却水を整流できるものであればよい。   By forming the rectifying portions 30a and 31a in a rectangular shape, the contact area with the deformation absorbing member 50, which will be described in detail later, can be increased, but the shape is not limited to this, and other known shapes may be used. Of course. In short, what is necessary is just to be able to rectify the cooling water flowing through the cooling layer S.

流入孔32I,33I,34I、流出孔32O,33O,34Oの外周縁部には、それら流入孔32I,33I,34Iから流出孔32O,33O,34Oに向けて流通する水素ガス、空気及び冷却水を、それぞれ所要の経路に巡らせるための経路形成壁(図示しない)が突設されている。   Hydrogen gas, air, and cooling water flowing from the inflow holes 32I, 33I, and 34I toward the outflow holes 32O, 33O, and 34O are provided at the outer peripheral edges of the inflow holes 32I, 33I, and 34I and the outflow holes 32O, 33O, and 34O. A path forming wall (not shown) for projecting each of them along a required path is projected.

図4,5に示すように、接合体40は、アノード側電極41とカソード側電極42との間に電解質43を介挿接合した構造のものであり、フレーム44に取り付けられている。なお、フレーム44は必要に応じて配設すればよいものである。
この接合体40は、それらアノード側電極41とカソード側電極42に、上記した二種類の発電用ガスを互いに離隔して流接させることによる発電を行うようになっている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the joined body 40 has a structure in which an electrolyte 43 is inserted and joined between an anode side electrode 41 and a cathode side electrode 42, and is attached to a frame 44. Note that the frame 44 may be disposed as necessary.
The joined body 40 is configured to generate power by causing the anode side electrode 41 and the cathode side electrode 42 to flow in contact with the two kinds of power generation gases described above.

フレーム44は、上記したセパレータ30,31と同形同大にした長方形に形成されているとともに、これの両端部に、上記した流入孔32I,33I,34I、流出孔32O,33O,34Oがそれぞれ方形にして開口形成されている。
このフレーム44において、接合体40を配設した所要の領域を「発電エリア」とも称する。
The frame 44 is formed in a rectangular shape having the same shape and size as the separators 30 and 31, and the inflow holes 32I, 33I, and 34I and the outflow holes 32O, 33O, and 34O are provided at both ends of the frame 44, respectively. A rectangular opening is formed.
In this frame 44, a required region where the joined body 40 is disposed is also referred to as a “power generation area”.

アノード側電極41及びカソード側電極42は、カーボンクロス又はカーボンペーパー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なる電極触媒層(図示せず)とをそれぞれ有し、電極触媒層どうしが固体高分子電解質膜43を介して対向するように、その固体高分子電解質膜43に接合されている。   The anode side electrode 41 and the cathode side electrode 42 are composed of a gas diffusion layer (not shown) made of carbon cloth, carbon paper, or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. The electrode catalyst layers (not shown) are applied to the solid polymer electrolyte membrane 43 so that the electrode catalyst layers face each other with the solid polymer electrolyte membrane 43 therebetween. Yes.

固体高分子電解質膜43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てなるものである。   The solid polymer electrolyte membrane 43 is formed, for example, by impregnating water into a perfluorosulfonic acid thin film.

上記した単位セル10は、互いに隣り合うセパレータ30,31の外縁に沿って巻回されたシール材11(図4)を介して互いに気密的に積層することにより、それら互いに対向するセパレータ30,31間に上記した冷却水を流通させるための冷却層Sを区画形成している。
なお、シール材11は、単位セル10の膨縮変形に従って弾性変形可能な材質のものである。
「単位セル10の膨縮変形」とは、単位セル10の主に積層方向の膨張,収縮に伴う寸法変化をいう。
The unit cell 10 described above is hermetically stacked via the sealing material 11 (FIG. 4) wound along the outer edges of the separators 30 and 31 adjacent to each other, so that the separators 30 and 31 facing each other. The cooling layer S for circulating the cooling water described above is defined in the middle.
The sealing material 11 is made of a material that can be elastically deformed in accordance with the expansion / contraction deformation of the unit cell 10.
“Expansion / contraction deformation of the unit cell 10” refers to a dimensional change accompanying expansion and contraction of the unit cell 10 mainly in the stacking direction.

本実施形態においては、隣り合う単位セル10,10毎に区画形成された各冷却層Sに、それら単位セル10の膨縮変形を吸収するための一例に係る導電性の変形吸収部材50を両セパレータ30,31に導通接触させて介挿している。   In the present embodiment, the conductive deformation absorbing members 50 according to an example for absorbing expansion / contraction deformation of the unit cells 10 are provided in each cooling layer S partitioned for each adjacent unit cell 10, 10. The separators 30 and 31 are inserted in conductive contact.

図6は、隣り合う一例に係る単位セル間に区画形成された冷却層と、この冷却層に介挿されている一例に係る変形吸収部材を説明するためのものであり、単位セルが膨張変形した状態を示す部分断面図、図7(A)は、一例に係る変形吸収部材の側面図、(B)は、その正面図、(C)は、(A)に示す包囲線Iで示す部分の拡大図である。なお、図6,図7(A),(C)においては、図面に直交する方向がそれぞれ冷却水の流通方向である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a cooling layer partitioned between unit cells according to an example adjacent to each other and a deformation absorbing member according to an example interposed between the cooling layers. 7A is a side view of a deformation absorbing member according to an example, FIG. 7B is a front view thereof, and FIG. 7C is a portion indicated by an encircling line I shown in FIG. FIG. In FIGS. 6, 7 </ b> A and 7 </ b> C, the direction orthogonal to the drawings is the flow direction of the cooling water.

一例に係る変形吸収部材50は、図7(B)に示すように、正面視において長方形に形成した金属製のものであり、上記した冷却層S内の冷却水の流通方向αに平行な複数の弾性変形部51を、所要幅にした長辺縁部52,52間に、上記した発電エリアと同等の領域となるようにして一体に連成したものである。   As shown in FIG. 7B, the deformation absorbing member 50 according to an example is made of metal formed in a rectangular shape in a front view, and a plurality of deformation absorbing members 50 parallel to the flow direction α of the cooling water in the cooling layer S described above. The elastic deformation portion 51 is integrally coupled between the long side edge portions 52 and 52 having a required width so as to be an area equivalent to the above-described power generation area.

弾性変形部51は、上記したセパレータ30,31と導通接触しかつ単位セル10の膨縮変形に従って弾性変形するものであり、(C)に示すように、本実施形態においては略正弦波形の断面形状になっている。   The elastic deformation portion 51 is in conductive contact with the separators 30 and 31 and elastically deforms according to the expansion / contraction deformation of the unit cell 10, and as shown in FIG. It has a shape.

隣り合う弾性変形部51,51どうしは、流通方向αと直交する方向において所定のピッチで形成されており、具体的には、流通方向αと直交する方向において一定のピッチP2で突設している。   Adjacent elastic deformation portions 51 and 51 are formed at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the flow direction α, and specifically, project at a constant pitch P2 in the direction orthogonal to the flow direction α. Yes.

さらに、本実施形態においては、弾性変形部51,51のピッチP2を整流部30a,31aのピッチP1よりも大きくしている。これにより、整流部30a,31aに変形吸収部材50の弾性変形部51が嵌入して、所要のばね機能が損なわれることを防ぐことができる。   Furthermore, in this embodiment, the pitch P2 of the elastic deformation parts 51 and 51 is made larger than the pitch P1 of the rectification parts 30a and 31a. Thereby, it can prevent that the elastic deformation part 51 of the deformation | transformation absorption member 50 fits into the rectification | straightening parts 30a and 31a, and a required spring function is impaired.

上記した変形吸収部材50は、これの一部をセパレータ31と固定している。本実施形態においては、最両側部に位置する任意の一列の弾性変形部51,51をそれぞれセパレータ31に対して溶接により固定している。   A part of the deformation absorbing member 50 described above is fixed to the separator 31. In the present embodiment, arbitrary one row of elastically deforming portions 51, 51 located on the outermost side portions are fixed to the separator 31 by welding.

具体的には、セパレータ31の整流部31aの対向壁面31cに弾性変形部51の頂部を溶接固定している。なお、図5,6においては、溶接による当該固定部位を、符号「M」で示している。
溶接による固定を行なうことにより、セパレータ31と変形吸収部材50との摺動抑制と単位セル10の変位に対する面圧変動を小さくすることができる。
Specifically, the top part of the elastic deformation part 51 is fixed to the opposing wall surface 31c of the rectification part 31a of the separator 31 by welding. In FIGS. 5 and 6, the fixed portion by welding is indicated by a symbol “M”.
By performing the fixing by welding, it is possible to suppress the sliding between the separator 31 and the deformation absorbing member 50 and to reduce the surface pressure fluctuation with respect to the displacement of the unit cell 10.

本実施形態においては、両側部に位置する任意の一列の弾性変形部51、換言すると、変形吸収部材50とセパレータ31との固定部位を、単位セル10の発電エリア内に位置させている。これにより、変形吸収部材50とセパレータ31の集電性及び導電性の向上を実現できる。   In the present embodiment, an arbitrary row of elastic deformation portions 51 located on both sides, in other words, the fixing portions of the deformation absorbing member 50 and the separator 31 are positioned in the power generation area of the unit cell 10. Thereby, the improvement of the current collection property and electroconductivity of the deformation | transformation absorption member 50 and the separator 31 is realizable.

また、変形吸収部材50とセパレータ31とは、整流部31aを、これの全長にわたって直線状に溶接するライン溶接によって変形吸収部材50と溶接固定しているが、例えば、接触部を非連続的に溶接するステッチ溶接により固定してもよい。
さらに、溶接方法としては、レーザ溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接、プラズマ溶接、抵抗溶接、摩擦溶接、超音波溶接又は拡散溶接若しくはそれらの組み合わせで行なうことができる。これらの溶接態様により、変形吸収部材50とセパレータ31とをしっかりと固定することができる。
Further, the deformation absorbing member 50 and the separator 31 are welded and fixed to the deformation absorbing member 50 by line welding in which the rectifying portion 31a is linearly welded over the entire length of the rectifying portion 31a. You may fix by the stitch welding which welds.
Further, as a welding method, laser welding, electron beam welding, arc welding, plasma welding, resistance welding, friction welding, ultrasonic welding, diffusion welding, or a combination thereof can be performed. By these welding modes, the deformation absorbing member 50 and the separator 31 can be firmly fixed.

なお、本実施形態においては、任意の一列の弾性変形部51と整流部31aとを溶接固定した例について説明しているが、任意の二列以上の弾性変形部51と整流部31aとを溶接固定してもよい。   In addition, in this embodiment, although the example which weld-fixed arbitrary one line of elastic deformation parts 51 and the rectification | straightening part 31a is demonstrated, arbitrary two or more rows of elastic deformation parts 51 and the rectification | straightening part 31a are welded. It may be fixed.

ところで、弾性変形部51のピッチP2は、冷却水の流通状態を勘案して、広狭設定することができるとともに、当該ピッチを規則的に変えるようにしてもよい。
例えば両長辺縁部52,52側から中央部にかけて次第に狭いピッチとなるように、また、両長辺縁部52,52から中央部にかけて次第に広いピッチとなるように形成する等である。
なお、変形吸収部材50を全ての冷却層Sに介挿することなく、単位セル10の膨縮変形を勘案して、少なくともいずれか一つの冷却層Sに介挿していればよい。
By the way, the pitch P2 of the elastic deformation part 51 can be set wide and narrow considering the circulation state of the cooling water, and the pitch may be changed regularly.
For example, the pitch is gradually narrowed from the long edge portions 52 and 52 to the central portion, and the pitch is gradually widened from the long edge portions 52 and 52 to the central portion.
Note that the deformation absorbing member 50 may be inserted into at least one of the cooling layers S in consideration of expansion / contraction deformation of the unit cell 10 without being inserted into all the cooling layers S.

上述したように、単位セル10,10間に形成した冷却層Sに、変形吸収部材50を介挿することにより、次の効果を得ることができる。
まず、変形吸収部材50を発電エリアのみに配設することにより、発熱の多い発電エリア以外へ無駄に冷却水が流れるのを防ぐことができる。すなわち、無駄に冷却水が流れる量が多いと、単位セル10内での温度ばらつきが大きくなり、発電中にドライアウトしやすくなる。
As described above, the following effects can be obtained by inserting the deformation absorbing member 50 in the cooling layer S formed between the unit cells 10 and 10.
First, by disposing the deformation absorbing member 50 only in the power generation area, it is possible to prevent the cooling water from flowing unnecessarily outside the power generation area where much heat is generated. That is, if there is a lot of useless amount of cooling water, the temperature variation in the unit cell 10 increases, and it becomes easy to dry out during power generation.

また、燃料電池スタックAのスタッキング構造部品、及び特に発電エリアに配置される膜・電極触媒層、ガス拡散層は、積層荷重が上がりすぎると破損しやすい一方、積層荷重が低すぎるとガス拡散層との膜・電極触媒層との間、ガス拡散層とセパレータとの間、セパレータと変形吸収部材との間における接触抵抗が上がり、発電時の単位セルの抵抗が上昇して性能が低下する。
すなわち、本実施形態に示すように、発電エリアに対応して変形吸収部材50を介挿配設することにより、燃料電池スタックAの性能に重要な発電エリアの荷重管理を適切に行うことができる。
In addition, the stacking structure parts of the fuel cell stack A, and particularly the membrane / electrode catalyst layer and the gas diffusion layer disposed in the power generation area, are easily damaged when the stacking load is excessively increased. The contact resistance between the membrane and the electrode catalyst layer, between the gas diffusion layer and the separator, and between the separator and the deformation absorbing member increases, and the resistance of the unit cell at the time of power generation increases and the performance decreases.
That is, as shown in the present embodiment, the load absorption in the power generation area important for the performance of the fuel cell stack A can be appropriately performed by interposing and arranging the deformation absorbing member 50 corresponding to the power generation area. .

さらに、変形吸収部材50の一部をセパレータ31に固定しているので、変形吸収部材50が圧縮されて積層方向と直交する方向に変位しようとするときにも、固定部位によって変位量が制限され、変形吸収部材50をセパレータ31の発電エリア内の位置に留めておくことができる。   Further, since a part of the deformation absorbing member 50 is fixed to the separator 31, even when the deformation absorbing member 50 is compressed and tries to displace in the direction orthogonal to the stacking direction, the amount of displacement is limited by the fixing portion. The deformation absorbing member 50 can be kept at a position in the power generation area of the separator 31.

また、シール材11の弾性が小さければ、発電に伴うセパレータ30,31が変位したとき、シール材11が突っ張らずに変形吸収部材50を機能さられる一方、シール材11の弾性が大きかったとしても、セパレータ30,31の面剛性が低ければ、それらのセパレータ30,31が撓んでばねを機能させることも可能である。理想的には、シール材11の弾性もセパレータ30,31の面弾性も双方ともにできるだけ小さくするとよい。   Also, if the elasticity of the sealing material 11 is small, even when the separators 30 and 31 accompanying power generation are displaced, the deformation absorbing member 50 can be functioned without stretching the sealing material 11, while the elasticity of the sealing material 11 is large. If the surface rigidity of the separators 30 and 31 is low, the separators 30 and 31 can be bent and function as springs. Ideally, both the elasticity of the sealing material 11 and the surface elasticity of the separators 30 and 31 should be as small as possible.

次に、ケース20について、上記した図1,2をも参照して説明する。
図1,2に示すように、ケース20は、締結板21,21、補強板22,22及びエンドプレート23,24によってセル積層体Bを収容する内容積の直方体形に形成されている。
Next, the case 20 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the case 20 is formed in a rectangular parallelepiped shape having an internal volume that accommodates the cell stack B by fastening plates 21 and 21, reinforcing plates 22 and 22, and end plates 23 and 24.

セル積層体Bの両端面とエンドプレート23,24間には、集電板60,61が配設されているとともに、一方の集電板61とエンドプレート24との間には、スペーサ62が介設されている。なお、「a」は、ボルトである。   Current collector plates 60 and 61 are disposed between both end faces of the cell stack B and the end plates 23 and 24, and a spacer 62 is disposed between the one current collector plate 61 and the end plate 24. It is installed. “A” is a bolt.

一方のエンドプレート23には、単位セル10の流入孔32I,33I,34I、流出孔32O,33O,34Oにそれぞれ対向する位置に、それらとほぼ同形同大のプレート側流入孔23a,23b,23c、プレート側流出孔23d,23e,23fが形成されている。   One end plate 23 has plate-side inflow holes 23 a, 23 b, approximately the same shape and size as the inflow holes 32 I, 33 I, 34 I and outflow holes 32 O, 33 O, 34 O of the unit cell 10. 23c and plate side outflow holes 23d, 23e, and 23f are formed.

集電板60は、単位セル10と同形同大に形成されており、その単位セル10の流入孔32I,33I,34I、流出孔32O,33O,34Oにそれぞれ対向する位置に、それらとほぼ同形同大のプレート側流入孔60a,60b,60c、プレート側流出孔60d,60e,60fが形成されている。   The current collecting plate 60 is formed in the same shape and size as the unit cell 10, and is substantially at positions facing the inflow holes 32I, 33I, 34I and the outflow holes 32O, 33O, 34O of the unit cell 10, respectively. Plate-side inflow holes 60a, 60b and 60c and plate-side outflow holes 60d, 60e and 60f having the same shape and size are formed.

上記の構成からなる燃料電池スタックAの動作について、図4,6を参照して説明する。
図4に示す各単位セル10が熱によって膨張し、また、それらの固体高分子電解質膜43が膨潤すると、隣り合う単位セル10,10の対向するセパレータ30,31が、図4に示す間隔L1から図6に示す間隔L2に減少する。
The operation of the fuel cell stack A having the above configuration will be described with reference to FIGS.
When each unit cell 10 shown in FIG. 4 expands due to heat and the solid polymer electrolyte membrane 43 swells, the separators 30 and 31 facing each other in the adjacent unit cells 10 and 10 are separated by a distance L1 shown in FIG. To the interval L2 shown in FIG.

隣り合う単位セル10,10の対向するセパレータ30,31の間隔が減少すると、冷却層S内の変形吸収部材50が、図6に示すように弾性変形して、積層荷重が増加することを防止する。   When the interval between the separators 30 and 31 facing each other in the adjacent unit cells 10 and 10 is reduced, the deformation absorbing member 50 in the cooling layer S is elastically deformed as shown in FIG. To do.

一方、運転中の熱収縮や固体高分子電解質膜43の乾燥、構成部品のクリープ等により積層荷重が抜ける方向に変位が発生したときには、その変位に追従して変形吸収部材50が積層荷重が下がりすぎることを防止する。
「積層荷重が抜ける方向」は、換言すると、セパレータ30,31の間隔、換言すると、冷却層Sの高さ寸法が増大することと同義である。
On the other hand, when a displacement occurs in the direction in which the lamination load is removed due to heat shrinkage during operation, drying of the solid polymer electrolyte membrane 43, creep of components, etc., the deformation absorbing member 50 is lowered following the displacement. Prevent too much.
In other words, the “direction in which the stacking load is released” is synonymous with an increase in the distance between the separators 30 and 31, in other words, the height dimension of the cooling layer S.

これにより、従来の皿ばねやガス拡散層の変位吸収性を取り除いても、運転中の単位セル10の増減変位を吸収し、発電に必要な積層荷重(上限側は構成部品の強度で決まり、下限側は接触抵抗確保に必要な荷重で決まる)を安定して保持することができる。   As a result, even if the conventional disc spring or gas diffusion layer displacement absorption is removed, the unit cell 10 during operation will absorb the increase / decrease displacement, the laminating load required for power generation (the upper limit is determined by the strength of the component, The lower limit side can be stably held (determined by the load necessary to ensure contact resistance).

また、冷却層S内に変形吸収部材50を介挿することによって、水素ガス、空気を流通させる流通層と冷却層Sの高さを互いに独立して最適に設計することができる。
そのため、流通層と冷却層Sの高さ(間隔)を双方ともに減少させることができ、単位セル10の積層方向における寸法を縮小させて、燃料電池スタックA自体の小型化を実現できる。
Further, by inserting the deformation absorbing member 50 in the cooling layer S, the height of the circulating layer through which the hydrogen gas and air are circulated and the height of the cooling layer S can be optimally designed independently of each other.
Therefore, both the height (interval) of the flow layer and the cooling layer S can be reduced, and the size of the unit cell 10 in the stacking direction can be reduced, so that the fuel cell stack A itself can be downsized.

さらに、流通層と冷却層Sとを互いに独立して形成することができるので、冷却水の流通方向と空気,水素ガスの流通方向とを互いに異ならせることができ、従って設計の自由度を高めることができる。
例えば、冷却水の流入方向及び整流部30a,31aを、空気,水素ガスの流通方向と交差する方向に形成する等である。
Furthermore, since the flow layer and the cooling layer S can be formed independently of each other, the flow direction of the cooling water and the flow direction of the air and hydrogen gas can be made different from each other, thus increasing the degree of freedom in design. be able to.
For example, the inflow direction of the cooling water and the rectifying units 30a and 31a are formed in a direction intersecting with the flow direction of air and hydrogen gas.

変形吸収部材50とセパレータ31とを溶接固定しているので、その変形吸収部材50とセパレータ31との導電性を向上させられ、かつ、それらの摺動低減及び単位セルの膨縮変位に対する面圧変動を低下できる。   Since the deformation absorbing member 50 and the separator 31 are fixed by welding, the electrical conductivity between the deformation absorbing member 50 and the separator 31 can be improved, and the surface pressure against the reduction of the sliding and the expansion / contraction displacement of the unit cell can be improved. The fluctuation can be reduced.

次に、第一の変形例に係る変形吸収部材について、図8を参照して説明する。図8は、第一の変形例に係る変形吸収部材と、これに接触する一例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。   Next, the deformation | transformation absorption member which concerns on a 1st modification is demonstrated with reference to FIG. FIG. 8 is a partially enlarged side view showing the deformation absorbing member according to the first modification and the unit cell according to an example in contact with the deformation absorbing member in a partially enlarged manner. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第一の変形例に係る変形吸収部材70は、正面視において長方形に形成した金属製のものであり、上記した冷却層S内の冷却水の流通方向αに平行な複数の弾性変形部71を、長方形にした基板(図示しない)に一体に突出させて連成したものである。   The deformation absorbing member 70 according to the first modification is a metal member formed in a rectangular shape in a front view, and includes a plurality of elastic deformation portions 71 parallel to the flow direction α of the cooling water in the cooling layer S described above. , And integrally formed on a rectangular substrate (not shown).

弾性変形部71は、セパレータ30,31、図8においてはセパレータ31と導通接触しかつ単位セル10の膨縮変形に従って弾性変形するものであり、本実施形態においては、セパレータ30,31に接触する面積が大きくなるように、平坦な面接触部71aを形成した略正弦波形の断面形状になっている。   The elastic deformation portion 71 is in conductive contact with the separators 30 and 31 in FIG. 8 and elastically deforms according to the expansion / contraction deformation of the unit cell 10. In this embodiment, the elastic deformation portion 71 is in contact with the separators 30 and 31. It has a substantially sinusoidal cross-sectional shape in which a flat surface contact portion 71a is formed so as to increase the area.

隣り合う弾性変形部71,71どうしは、流通方向αと直交する方向において所定のピッチで形成され、また、流通方向αと直交する方向において一定のピッチで突設していることは上記したものと同様である。   The adjacent elastic deformation portions 71, 71 are formed at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the flow direction α, and project at a constant pitch in the direction orthogonal to the flow direction α as described above. It is the same.

本実施形態においては、セパレータ30,31側又は変形吸収部材70側の接触面の面粗度を大きくしている。すなわち、面粗度が増加すると接触面積が増えるために接触抵抗が減り、ある点を極小値として再び増加する傾向になる。   In this embodiment, the surface roughness of the contact surface on the separator 30, 31 side or the deformation absorbing member 70 side is increased. That is, when the surface roughness increases, the contact area increases, so the contact resistance decreases, and a certain point tends to increase again as a minimum value.

また、面接触部71aを平坦(平面)とすることにより面接触となって、接触面積が同様に増加して接触抵抗が下がり、従ってまた、発電性能を向上させることができる。
さらに、本例においては、面接触部71aをセパレータ31の整流部31a,31aに溶接固定している。これにより、一つの弾性変形部71に二つの整流部31a,31aを固定することができ、セパレータ31と変形吸収部材70とを強固に固定することができる。なお、一つの弾性変形部71に三つ以上の整流部を固定するようにしてもよい。
Further, by making the surface contact portion 71a flat (planar), it becomes surface contact, the contact area similarly increases and the contact resistance decreases, and therefore the power generation performance can be improved.
Furthermore, in this example, the surface contact portion 71a is fixed by welding to the rectifying portions 31a and 31a of the separator 31. Thereby, the two rectification | straightening parts 31a and 31a can be fixed to the one elastic deformation part 71, and the separator 31 and the deformation | transformation absorption member 70 can be fixed firmly. In addition, you may make it fix three or more rectification | straightening parts to the one elastic deformation part 71. FIG.

次に、図9,10を参照して、他例に係るセパレータを用いた単位セルと、一例に係る変形吸収部材との固定態様について説明する。図9は、一例に係る変形吸収部材と、これに接触する他例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図、図10は、他例に係るセパレータと変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。   Next, with reference to FIGS. 9 and 10, a fixing mode of a unit cell using the separator according to another example and the deformation absorbing member according to the example will be described. FIG. 9 is a partially enlarged side view illustrating a partially enlarged deformation absorbing member according to an example and a unit cell according to another example that contacts the deformation absorbing member, and FIG. 10 illustrates a separator and a deformation absorbing member according to another example. It is a cross-sectional perspective view which shows a fixed aspect and shows the structure in a simplified manner. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

単位セル80は、整流部を形成しない、換言すると、両面を平坦に形成したセパレータ81,81を採用したものである。
この場合、上記した変形吸収部材50の弾性変形部51のピッチP2を、整流部30a,31aのピッチに関わらずに設定することができ、また、面接触部を設けなくてもセパレータ81,81との摺動を容易に行わせることができる。
図10に示すように、弾性変形部51のうち、両側部に位置する一列の弾性変形部51,51をセパレータ81に対して、ライン溶接によってそれぞれ固定している。
The unit cell 80 employs separators 81, 81 that do not form a rectification unit, in other words, have both surfaces formed flat.
In this case, the pitch P2 of the elastic deformation portion 51 of the deformation absorbing member 50 can be set regardless of the pitch of the rectifying portions 30a and 31a, and the separators 81 and 81 can be provided without providing a surface contact portion. Can be easily slid.
As shown in FIG. 10, among the elastically deformable portions 51, one row of elastically deformable portions 51, 51 located on both sides are fixed to the separator 81 by line welding.

図11〜13を参照して、他例に係るセパレータを用いた単位セルと、一例に係る変形吸収部材との固定態様について説明する。図11〜13は、他例に係るセパレータと変形吸収部材との固定態様を示すものであり、その構造を簡略化して示す断面斜視図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。   With reference to FIGS. 11-13, the fixed aspect of the unit cell using the separator which concerns on another example, and the deformation | transformation absorption member which concerns on an example is demonstrated. FIGS. 11-13 show the fixation aspect of the separator and deformation | transformation absorption member which concern on another example, and are the cross-sectional perspective views which show the structure simply. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図11に示す固定態様は、弾性変形部51のうち、両側部に位置する一列の弾性変形部51,51を両側のセパレータ81,81に対して、それぞれライン溶接によって固定したものである。   In the fixing mode shown in FIG. 11, among the elastically deformable portions 51, one row of elastically deformable portions 51, 51 located on both sides are fixed to the separators 81, 81 on both sides by line welding, respectively.

図12に示す固定態様は、弾性変形部51のうち、最両側部に位置する一列の弾性変形部51,51を両側のセパレータ81,81に対して、それぞれライン溶接によって固定するとともに、中央部に位置する複数の弾性変形部51を、接触部を非連続的に一方のセパレータ81にステッチ溶接によって溶接固定したものである。   The fixing mode shown in FIG. 12 is to fix the elastic deformation portions 51 and 51 located on the most opposite side of the elastic deformation portion 51 to the separators 81 and 81 on both sides by line welding, respectively, The plurality of elastically deformable portions 51 positioned at the position are welded and fixed to the one separator 81 by stitch welding discontinuously.

この場合、変形吸収部材50とセパレータ81との固定部位の接触面積を、それら変形吸収部材50とセパレータ81との接触面積の10%以上にしている。これにより、導電性の向上に最低限必要な変形吸収部材50とセパレータ81の溶接面積を限定して溶接コストを抑えることができる。また、当該接触面積の10%以上の溶接面積で、変形吸収部材50とセパレータ81との間に表面処理をした場合の導電性と同等以上の導電性を確保することができる。   In this case, the contact area of the fixed part between the deformation absorbing member 50 and the separator 81 is set to 10% or more of the contact area between the deformation absorbing member 50 and the separator 81. Thereby, the welding area of the deformation | transformation absorption member 50 and the separator 81 which are the minimum required for an electroconductive improvement can be limited, and welding cost can be suppressed. In addition, it is possible to ensure conductivity equal to or higher than the conductivity when the surface treatment is performed between the deformation absorbing member 50 and the separator 81 with a weld area of 10% or more of the contact area.

図13に示す固定態様は、弾性変形部51のうち、両側部に位置する一列の弾性変形部51,51を両側のセパレータ81,81に対して、それぞれライン溶接によって固定するとともに、中央部に位置する一の弾性変形部51,51を、接触部を連続的に溶接するライン溶接によって固定したものである。   In the fixing mode shown in FIG. 13, among the elastic deformation portions 51, one row of elastic deformation portions 51, 51 located on both sides is fixed to the separators 81, 81 on both sides by line welding, respectively, and at the center portion. The one elastic deformation part 51 and 51 located is fixed by the line welding which welds a contact part continuously.

この固定形態においても、変形吸収部材50とセパレータ81との固定部位の接触面積を、それら変形吸収部材50とセパレータ81との接触面積の10%以上にしている。これにより、図12において説明したものと同等の効果を得ることができる。   Also in this fixed form, the contact area of the fixed part between the deformation absorbing member 50 and the separator 81 is 10% or more of the contact area between the deformation absorbing member 50 and the separator 81. Thereby, the effect equivalent to what was demonstrated in FIG. 12 can be acquired.

図14は、第二の変形例に係る変形吸収部材と、これに接触する他例に係る単位セルを部分的に拡大して示す部分拡大側面図である。なお、上記図9において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。   FIG. 14 is a partially enlarged side view showing the deformation absorbing member according to the second modification and the unit cell according to another example in contact with the deformation absorbing member partially enlarged. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in the said FIG. 9, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第二の変形例に係る変形吸収部材90は、正面視において長方形に形成した基板(図示しない)に、上記した冷却層S内の冷却水の流通方向αに平行な複数の弾性変形部91を一体に突出させて連成したものである。
本実施形態においては、弾性変形部91を冷却水の流通方向αに沿って等間隔に形成している。なお、図14における流通方向αは、画面に直交する方向である。
The deformation absorbing member 90 according to the second modification includes a plurality of elastic deformation portions 91 parallel to the flow direction α of the cooling water in the cooling layer S described above, on a substrate (not shown) formed in a rectangular shape in front view. It is formed by projecting together.
In the present embodiment, the elastic deformation portions 91 are formed at regular intervals along the flow direction α of the cooling water. In addition, the distribution direction α in FIG. 14 is a direction orthogonal to the screen.

弾性変形部91は、セパレータと導通接触しかつ単位セル80の膨縮変形に従って弾性変形するものであり、本実施形態においては、これに生じる応力を分散させるための応力分散部92を、接触部91aの両側に形成した略正弦波形の断面形状になっている。
応力分散部92は、上方に突出した折曲げ部分92aと、下方に突出した折曲げ部分92bとを有するものであるが、三つ以上の折曲げ部分を有するものとしてもよい。
The elastic deformation portion 91 is in conductive contact with the separator and elastically deforms according to the expansion / contraction deformation of the unit cell 80. In the present embodiment, the stress distribution portion 92 for dispersing the stress generated in the unit cell 80 is provided as a contact portion. It has a substantially sinusoidal cross-sectional shape formed on both sides of 91a.
The stress dispersion portion 92 has a bent portion 92a protruding upward and a bent portion 92b protruding downward, but may have three or more bent portions.

隣り合う弾性変形部91,91どうしは、流通方向αと直交する方向において所定のピッチで形成され、また、流通方向αと直交する方向において一定のピッチで突設していることは上記したものと同様である。
さらに、接触部91aをセパレータ81に溶接して、より強固な固定を行なっている。
The adjacent elastic deformation portions 91, 91 are formed at a predetermined pitch in the direction orthogonal to the flow direction α, and project at a constant pitch in the direction orthogonal to the flow direction α as described above. It is the same.
Further, the contact portion 91a is welded to the separator 81 to perform stronger fixation.

図15は、第三の変形例に係る変形吸収部材の部分斜視図、図16は、その変形例に係る変形吸収部材の正面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。   FIG. 15 is a partial perspective view of a deformation absorbing member according to a third modified example, and FIG. 16 is a front view of the deformation absorbing member according to the modified example. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in each embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第三の変形例に係る変形吸収部材100は、上記した単位セル10の部分的な膨縮変形に対応させて、複数の弾性変形部101を配設したものである。
本実施形態においては、一定幅にした長辺縁部102,102間に、冷却水の流通方向αと直交させて、複数の弾性変形部101を一定のピッチP2で形成した弾性帯103を、互いに一定の間隔Tをおいて架設したものである。
さらに、接触部91aをセパレータ81に溶接することにより、より強固な固定を行なえることは、上記した例と同様である。
The deformation absorbing member 100 according to the third modification is provided with a plurality of elastic deformation portions 101 corresponding to the partial expansion / contraction deformation of the unit cell 10 described above.
In the present embodiment, an elastic band 103 in which a plurality of elastically deforming portions 101 are formed at a constant pitch P2 between the long edge portions 102, 102 having a constant width and orthogonal to the circulation direction α of the cooling water, They are constructed with a certain distance T from each other.
Furthermore, it is the same as that of the above-mentioned example that it can fix more firmly by welding the contact part 91a to the separator 81. FIG.

この構成によれば、面圧のばらつきを均等にすることができるとともに、ばねの変位吸収機能として、所定の荷重とストロークを確保することができる。
「ストローク」は、単位セル10の積層方向における変位可能な寸法のことである。
また、互いに一定の間隔Tを入れることにより、その間隔Tにおける面積分(ばね山数×ばね長さ)だけ、あるストロークに対するばね反力が低下する。このため、狙っている積層荷重を低い領域にシフトさせることができる。
According to this configuration, variations in surface pressure can be made uniform, and a predetermined load and stroke can be secured as a spring displacement absorbing function.
The “stroke” is a dimension capable of being displaced in the stacking direction of the unit cells 10.
Further, by putting a constant interval T between each other, the spring reaction force for a certain stroke is reduced by the area (the number of spring peaks × the spring length) in the interval T. For this reason, the target lamination load can be shifted to a low region.

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・ 上述した実施形態においては、冷却層を区画形成する両セパレータに導通接触し、かつ、単位セルの膨縮変形を吸収するための導電性の変形吸収部材を当該冷却層に介挿して、その変形吸収部材の一部をセパレータと固定した構成について説明したが、これに限るものではない。
すなわち、その単位セルの膨縮変形を吸収するための導電性の変形吸収部材を、上記両セパレータに導通接触させ、かつ、その変形吸収部材の少なくとも一部を、それら両セパレータに固定した構成になっていればよい。すなわち、変形吸収部材を冷却層に介挿した構成に限るものではない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be made.
In the above-described embodiment, a conductive deformation absorbing member that is in conductive contact with both separators defining the cooling layer and absorbs expansion / contraction deformation of the unit cell is interposed in the cooling layer, and Although the structure which fixed a part of deformation | transformation absorption member with the separator was demonstrated, it does not restrict to this.
That is, a conductive deformation absorbing member for absorbing expansion / contraction deformation of the unit cell is brought into conductive contact with the two separators, and at least a part of the deformation absorbing member is fixed to the two separators. It only has to be. That is, it is not restricted to the structure which inserted the deformation | transformation absorption member in the cooling layer.

・変形吸収部材は、板ばね、波型ばね、コイルばね、グリットばね、皿ばね又は繊維状のもの若しくはそれらの組み合わせであってもよい。
・ 上述した実施形態においては、弾性変形部を略正弦波形のものを例として説明したが、矩形波、三角波、鋸歯形等に形成してもよい。
-A deformation | transformation absorption member may be a leaf | plate spring, a wave spring, a coil spring, a grit spring, a disc spring, a fibrous thing, or those combinations.
In the above-described embodiment, the elastic deformation portion is described as an example having a substantially sinusoidal waveform, but may be formed in a rectangular wave, a triangular wave, a sawtooth shape, or the like.

・上記図10,11に示す第四の実施形態に係る変形吸収部材90は、冷却水の流通方向αと直交させて複数の弾性変形部91を一定のピッチで形成した弾性帯93を、互いに一定の間隔Tをおいて架設したものを例として説明したが、単位セル10の部分的な膨縮変形に対応させて、弾性変形部91を配設してもよい。
例えば、冷却水の流通方向αに直交する方向において、長辺縁部92,92から中央部分に向けて、弾性変形部91,91のピッチが大きくなるようにし、また、そのピッチが小さくする。
また、冷却水の流通方向αに沿う方向において、両端部から中央部分に向けて弾性変形部91,91のピッチが大きくなるようし、また、そのピッチが小さくする。
The deformation absorbing member 90 according to the fourth embodiment shown in FIGS. 10 and 11 includes elastic bands 93 each having a plurality of elastic deformation portions 91 formed at a constant pitch so as to be orthogonal to the coolant flow direction α. Although an example in which the unit cell 10 is installed at a constant interval T has been described as an example, the elastically deformable portion 91 may be disposed in correspondence with partial expansion / contraction deformation of the unit cell 10.
For example, in the direction orthogonal to the flow direction α of the cooling water, the pitch of the elastic deformation portions 91 and 91 is increased from the long edge portions 92 and 92 toward the center portion, and the pitch is decreased.
Further, in the direction along the flow direction α of the cooling water, the pitch of the elastic deformation portions 91 and 91 is increased from both end portions toward the central portion, and the pitch is decreased.

上述した実施形態においては、変形吸収部材を、結合体が配設された発電エリアに配置した例について説明したが、その発電エリアを含む広い領域に配設するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the deformation absorbing member is disposed in the power generation area where the combined body is disposed has been described. However, the deformation absorbing member may be disposed in a wide region including the power generation area.

以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものであることを付記する。   As described above in detail, in any case, each configuration described in each of the above embodiments is not limited to being applied only to each of the above embodiments, but the configuration described in one embodiment is replaced by another embodiment. It should be noted that it can be applied mutatis mutandis or applied, and can be arbitrarily combined.

10 単位セル
30,31 セパレータ
30a,31a 整流部
40 接合体
41 アノード側電極
42 カソード側電極
43 電解質
50,100 変形吸収部材
51,91 弾性変形部
92 応力分散部
A 燃料電池スタック
S 冷却層
α 冷却媒体の流通方向
10 Unit cells 30, 31 Separator 30a, 31a Rectifier 40 Assembly 41 Anode side electrode 42 Cathode side electrode 43 Electrolyte 50, 100 Deformation absorbing member 51, 91 Elastic deformation part 92 Stress dispersion part A Fuel cell stack S Cooling layer α Cooling Media distribution direction

Claims (7)

アノード側電極とカソード側電極との間に電解質を接合した接合体を一対のセパレータ間に挟入した複数の単位セルを互いに積層させており、それら各単位セルの両電極に二種類の発電用ガスを互いに離隔して流接させることによる発電を行う燃料電池スタックにおいて、
上記単位セルを、これらの互いに対向する2つのセパレータ間に冷却媒体を流通させるための冷却層を区画形成して積層させているとともに、
前記両セパレータ間に、その単位セルの少なくとも電解質の膨縮変形を吸収するための導電性の変形吸収部材を配置し、
前記変位吸収部材が、単位セルの発電エリアと同等の領域において、冷却媒体の流通方向と交差する方向に波形状の複数の弾性変形部を列設すると共に、弾性変形部の頂部を上記両セパレータに導通接触させ、かつ その変位吸収部材の少なくとも一部を、それら両セパレータに固定しており、
前記両セパレータが、互いに同形同大にした矩形の凸部とし、冷却媒体の流通方向と交差する方向において一定のピッチで形成された複数の整流部を有すると共に、前記冷却層及び発電用ガスの流通層を区画形成しており、
前記変位吸収部材の弾性変形部のピッチが、セパレータの整流部のピッチよりも大きく、
前記変位吸収部材の弾性変形部の頂部をセパレータに固定していることを特徴とする燃料電池スタック。
A plurality of unit cells in which an electrolyte is joined between an anode side electrode and a cathode side electrode are sandwiched between a pair of separators, and two types of power generation are provided on both electrodes of each unit cell. In a fuel cell stack that generates power by flowing gas separately from each other,
The unit cell is formed by laminating and laminating a cooling layer for circulating a cooling medium between the two separators facing each other.
Between the separators, a conductive deformation absorbing member for absorbing at least electrolyte expansion / contraction deformation of the unit cell is disposed,
In the region equivalent to the power generation area of the unit cell, the displacement absorbing member has a plurality of wave-shaped elastic deformation portions arranged in a direction intersecting with the flow direction of the cooling medium, and the top portions of the elastic deformation portions are connected to the separators. And at least a part of the displacement absorbing member is fixed to both separators,
Wherein the separators is a rectangular convex portion to each other the same shape and size, and having a plurality of rectifying portion formed at a constant pitch at the direction crossing the flow direction of the cooling medium, the cooling layer and the generator The gas distribution layer is divided and formed,
The pitch of the elastically deforming portion of the displacement absorbing member is larger than the pitch of the rectifying portion of the separator,
A fuel cell stack, wherein a top portion of an elastically deforming portion of the displacement absorbing member is fixed to a separator.
変形吸収部材が上記冷却層に介挿されているとともに、
変形吸収部材は、複数の弾性変形部を、冷却媒体の流通方向と交差する方向に列設しており、それら弾性変形部のうち、両側部に位置する弾性変形部をそれぞれセパレータに固定していることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
While the deformation absorbing member is inserted in the cooling layer,
The deformation absorbing member has a plurality of elastic deformation portions arranged in a direction intersecting with the flow direction of the cooling medium, and among these elastic deformation portions, the elastic deformation portions located on both sides are respectively fixed to the separator. The fuel cell stack according to claim 1, wherein
変形吸収部材とセパレータとの固定部位を、単位セルの発電エリア内に位置させていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a fixed portion between the deformation absorbing member and the separator is positioned in the power generation area of the unit cell. 変形吸収部材とセパレータとの固定部位の接触面積を、それら変形吸収部材とセパレータとの接触面積の10%以上にしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。   The fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein a contact area of a fixed portion between the deformation absorbing member and the separator is 10% or more of a contact area between the deformation absorbing member and the separator. Battery stack. 変形吸収部材とセパレータとの固定を溶接により行っているとともに、
その溶接態様は、接触部を連続して溶接するライン溶接であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
While fixing the deformation absorbing member and the separator by welding,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4 , wherein the welding mode is line welding in which the contact portions are continuously welded.
その溶接態様は、接触部を非連続的に溶接するステッチ溶接であることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 5, wherein the welding mode is stitch welding in which the contact portions are discontinuously welded. その溶接態様は、レーザ溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接、プラズマ溶接、抵抗溶接、摩擦溶接、超音波溶接又は拡散溶接若しくはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項5又は6に記載の燃料電池スタック。   The fuel according to claim 5 or 6, wherein the welding mode is laser welding, electron beam welding, arc welding, plasma welding, resistance welding, friction welding, ultrasonic welding, diffusion welding, or a combination thereof. Battery stack.
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