JP6090996B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向の両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, wherein a plurality of the fuel cells are stacked and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. .
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一方側にアノード電極が、前記電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。このMEAがセパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is disposed on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other side of the electrolyte membrane ( MEA). The MEA is sandwiched between separators to constitute a power generation cell. This fuel cell is usually used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
この燃料電池スタックでは、特に車載用として使用される際、揺れや振動の他、外部荷重が付与され易い。従って、燃料電池スタックを車両に対して強固に固定する必要がある。このため、例えば、特許文献1に開示されている車載用燃料電池スタックが知られている。 In this fuel cell stack, in particular, when used for in-vehicle use, an external load is easily applied in addition to shaking and vibration. Therefore, it is necessary to firmly fix the fuel cell stack to the vehicle. For this reason, for example, a vehicle-mounted fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known.
この燃料電池スタックでは、前記燃料電池スタックを車両に搭載するためのマウント構造を備えている。マウント構造は、燃料電池スタックの積層方向一端側に配設される一方のエンドプレートに設けられ、ラバーマウントを介して前記一方のエンドプレート側を車両に保持する固定支持手段を備えている。マウント構造は、燃料電池スタックの積層方向他端側に配設される他方のエンドプレートに設けられ、ラバーマウントを介して前記他方のエンドプレート側を車両に対して前記積層方向に移動可能に保持する可動支持手段を備えている。 The fuel cell stack includes a mount structure for mounting the fuel cell stack on a vehicle. The mount structure is provided on one end plate disposed on one end side in the stacking direction of the fuel cell stack, and includes a fixing support means for holding the one end plate side on the vehicle via a rubber mount. The mount structure is provided on the other end plate disposed on the other end side in the stacking direction of the fuel cell stack, and the other end plate side is held movably in the stacking direction with respect to the vehicle via a rubber mount. Movable support means is provided.
ところで、上記の特許文献1では、固定支持手段が一方のエンドプレートの外方に突出して設けられるとともに、可動支持手段が他方のエンドプレートの外方に突出して設けられている。このため、燃料電池スタックの設置部位(例えば、車両内)にマウント部材である固定支持手段及び可動支持手段を設けるためのスペースが必要になる。従って、燃料電池スタックの設置スペースが拡大するおそれがある。
By the way, in the above-mentioned Patent Document 1, the fixed support means is provided protruding outward from one end plate, and the movable support means is provided protruding outward from the other end plate. For this reason, a space for providing the fixed support means and the movable support means as the mount members at the installation site (for example, in the vehicle) of the fuel cell stack is required. Accordingly, the installation space for the fuel cell stack may be increased.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、コンパクト且つ簡単な構成で、燃料電池スタックを所望の設置部位に確実に設置させ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 capable of reliably installing a fuel cell stack at a desired installation site with a compact and simple configuration. .
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向の両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, wherein a plurality of the fuel cells are stacked and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. Is.
この燃料電池スタックは、燃料電池スタックを設置部位に装着するためのマウント構造を備えている。マウント構造は、一対のエンドプレートの底部間に設けられる2枚の重ねたプレートと、前記2枚のプレート間に介装される板部材とを備え、前記板部材には、燃料電池スタックを設置部位に固定するための締結部が設けられている。 This fuel cell stack includes a mount structure for mounting the fuel cell stack on an installation site. The mount structure includes two stacked plates provided between the bottoms of a pair of end plates, and a plate member interposed between the two plates, and a fuel cell stack is installed on the plate member A fastening portion for fixing to the site is provided.
また、この燃料電池スタックでは、エンドプレートは、矩形状を有し、板部材は、各エンドプレートの一辺に配置される第1板部材と、各エンドプレートの前記一辺の対辺に配置される第2板部材と、を備えることが好ましい。
Further, in this fuel cell stack, end plates has a rectangular shape, the plate member has first a first plate member disposed on one side of each end plate is positioned opposite side of the one side of each end plate And a two-plate member.
さらに、この燃料電池スタックでは、第1板部材には、1つ又は2つの締結部が設けられるとともに、第2板部材には、2つの前記締結部が設けられることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that one or two fastening portions are provided on the first plate member, and two fastening portions are provided on the second plate member.
さらにまた、この燃料電池スタックでは、締結部は、弾性体を有する連結部材を介して設置部位に固定されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, the fastening portion is preferably fixed to the installation site via a connecting member having an elastic body.
また、この燃料電池スタックでは、設置部位は、燃料電池搭載車両を構成する車両側フレームであることが好ましい。 In this fuel cell stack, the installation site is preferably a vehicle-side frame that constitutes a fuel cell vehicle.
本発明によれば、マウント構造は、一対のエンドプレートの底部間に2枚の重ねたプレートを設けるとともに、前記2枚のプレート間には、締結部が設けられた板部材が介装されている。このため、マウント構造は、コンパクト化されるとともに、構成が容易に簡素化される。従って、コンパクト且つ簡単な構成で、燃料電池スタックを所望の設置部位に確実に設置させることが可能になる。 According to the present invention, the mount structure is provided with two stacked plates between the bottom portions of the pair of end plates, and a plate member provided with a fastening portion is interposed between the two plates. Yes. For this reason, the mount structure is made compact and the configuration is easily simplified. Accordingly, the fuel cell stack can be reliably installed at a desired installation site with a compact and simple configuration.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、例えば、燃料電池電気自動車(燃料電池車両)12のフロントボックス(所謂、モータルーム)12fに収容される。燃料電池スタック10は、燃料電池14と、積層された複数の前記燃料電池14を収容するケーシング16とを備える(図1〜図3参照)。図2に示すように、ケーシング16は、マウント構造18を介して燃料電池電気自動車12を構成する車体フレーム(設置部位)12Sに搭載される。なお、燃料電池スタック10の収容場所は、フロントボックス12fに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池14は、図3に示すように、立位姿勢で燃料電池電気自動車12の車長方向(車両進行方向)(矢印A方向)に交差する車幅方向(矢印B方向)に積層される。燃料電池14の積層方向一端には、第1ターミナルプレート20a、第1絶縁プレート22a及び第1エンドプレート24aが、外方に向かって順次配設される。燃料電池14の積層方向他端には、第2ターミナルプレート20b、第2絶縁プレート22b及び第2エンドプレート24bが、外方に向かって順次配設される。
As shown in FIG. 3, the
横長形状(長方形状)の第1エンドプレート24aの略中央部(中央部から偏心していてもよい)からは、第1ターミナルプレート20aに接続された第1電力出力端子26aが外方に向かって延在する。横長形状(長方形状)の第2エンドプレート24bの略中央部からは、第2ターミナルプレート20bに接続された第2電力出力端子26bが外方に向かって延在する。
The first
第1エンドプレート24aと第2エンドプレート24bの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー28が配置される。連結バー28の両端は、ねじ30により固定され、複数の積層された燃料電池14に積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。
Between each side of the
図4に示すように、燃料電池14は、電解質膜・電極構造体32と、前記電解質膜・電極構造体32を挟持するカソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36とを備える。
As shown in FIG. 4, the
カソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。カソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
The cathode-
カソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向(矢印A方向)に延在し且つ短辺が重力方向(矢印C方向)に延在する。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように配置してもよい。
The
燃料電池14の長辺方向(矢印A方向)の一端縁部には、矢印B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38aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔40aとが設けられる。
An oxidant gas
燃料電池14の長辺方向の他端縁部には、矢印B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40bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔38bとが設けられる。
The other end edge in the long side direction of the
燃料電池14の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔38a及び燃料ガス供給連通孔40a側には、矢印B方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための2つの冷却媒体供給連通孔42aが、対向する辺に設けられる。燃料電池14の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス排出連通孔40b及び酸化剤ガス排出連通孔38b側には、矢印B方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための2つの冷却媒体排出連通孔42bが、対向する辺に設けられる。
The
電解質膜・電極構造体32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44と、前記固体高分子電解質膜44を挟持するカソード電極46及びアノード電極48とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード電極46及びアノード電極48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、例えば、固体高分子電解質膜44の両面に形成される。
The cathode electrode 46 and the
カソード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、酸化剤ガス供給連通孔38aと酸化剤ガス排出連通孔38bとを連通する酸化剤ガス流路50が形成される。酸化剤ガス流路50は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
An oxidant
アノード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを連通する燃料ガス流路52が形成される。燃料ガス流路52は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
A fuel
アノード側セパレータ36の面36bと隣接するカソード側セパレータ34の面34bとの間には、冷却媒体供給連通孔42a、42aと冷却媒体排出連通孔42b、42bとに連通する冷却媒体流路54が形成される。この冷却媒体流路54は、電解質膜・電極構造体32の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
Between the
カソード側セパレータ34の面34a、34bには、このカソード側セパレータ34の外周端縁部を周回して第1シール部材56が一体成形される。アノード側セパレータ36の面36a、36bには、このアノード側セパレータ36の外周端縁部を周回して第2シール部材58が一体成形される。
A
第1シール部材56及び第2シール部材58としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
As the
図3に示すように、第1エンドプレート24aには、酸化剤ガス供給連通孔38a、酸化剤ガス排出連通孔38b、燃料ガス供給連通孔40a及び燃料ガス排出連通孔40bに連通する酸化剤ガス供給マニホールド60a、酸化剤ガス排出マニホールド60b、燃料ガス供給マニホールド62a及び燃料ガス排出マニホールド62bが取り付けられる。
As shown in FIG. 3, the oxidant gas communicating with the oxidant gas
第2エンドプレート24bには、図1に示すように、一対の冷却媒体供給連通孔42a及び一対の冷却媒体排出連通孔42bに連通する冷却媒体供給マニホールド64a及び冷却媒体排出マニホールド64bが取り付けられる。
As shown in FIG. 1, a cooling
ケーシング16は、車幅方向(矢印B方向)両端の2辺(面)が第1エンドプレート24a及び第2エンドプレート24bにより構成される。図3及び図5に示すように、ケーシング16の車長方向(矢印A方向)両端の2辺(面)は、前方サイドパネル66及び後方サイドパネル68により構成される。ケーシング16の車高方向(矢印C方向)両端の2辺(面)は、上方サイドパネル70及び下方サイドパネル72により構成される。
The
前方サイドパネル66及び後方サイドパネル68は、例えば、押し出し成形や鋳造、又は機械加工等により形成される。前方サイドパネル66は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング16の内方に膨出する内側膨出部66a、66bが上下に形成される。内側膨出部66a、66bは、外部からの荷重(前方からの荷重)を上方サイドパネル70及び下方サイドパネル72に伝える機能を有する。上方サイドパネル70及び下方サイドパネル72は、上方及び下方からの荷重に対して燃料電池スタック10を保護する機能を有する。
The
後方サイドパネル68は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング16の内方に膨出する内側膨出部68a、68bが上下に形成される。なお、前方サイドパネル66及び後方サイドパネル68は、後述する上方サイドパネル70と同様に、一対のプレス板と前記プレス板間に配置される平板部材とにより構成してもよい。
The
上方サイドパネル70は、図5及び図6に示すように、互いに接合される一対のプレス板(プレス成形板)である外側プレート74と内側プレート76とを備える。外側プレート74及び内側プレート76は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート74及び内側プレート76間には、積層方向(矢印B方向)に沿って延在するプレート両端部(矢印A方向の両端部)に対応して平板部材78a、78bが介装される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
外側プレート74は、ケーシング16の上面を構成し、薄板状を有する。外側プレート74の表面には、対角位置を挟んで(又は対角位置と対辺位置とを結んで)リブ部80a、80bが設けられる。リブ部80a、80bの表面位置は、外側プレート74の他の表面位置とは厚さ方向に異なる、すなわち、高さ方向に高い位置(上方に膨出する位置)に設定される。
The
内側プレート76は、ケーシング16の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池14の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート76には、燃料電池14の角部の湾曲形状に沿って湾曲部76a、76bが矢印A方向両端縁部に設けられる。内側プレート76の矢印A方向中央側には、燃料電池スタック10の外周形状に沿って、例えば、連結バー28に沿って上方に湾曲(又は屈曲)する変形部76cが設けられる。
The
平板部材78a、78bは、矢印B方向に長尺な略角棒状を有し、外側プレート74及び内側プレート76よりも肉厚に形成される。図5に示すように、平板部材78a、78bの厚さtaは、内側膨出部66a、68aの厚さtbと略同一寸法に設定されることが好ましい。
The
平板部材78a、78bは、外側プレート74及び内側プレート76にMIG溶接やTIG溶接(又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい)により固定される。外側プレート74及び内側プレート76の矢印A方向両端には、それぞれ矢印B方向に延在する、例えば、2本のライン状溶接部位WP1が設けられる。平板部材78a、78bには、溶接部位WP1に対応するそれぞれ2本のライン状溶接部位WP2が設けられる。溶接部位WP1、WP2は、接合されている。
The
外側プレート74と内側プレート76とは、同様にMIG溶接やTIG溶接等により固定される。外側プレート74には、矢印B方向に沿って対向する2つの矩形状溶接部位WP3が設けられる。内側プレート76には、矢印B方向に沿って対向する2つの矩形状溶接部位WP4が設けられる。溶接部位WP3、WP4は、接合されている。外側プレート74、内側プレート76及び平板部材78a、78bには、所望の位置にボルト挿入用の孔部82が形成される。
Similarly, the
下方サイドパネル72は、マウント構造18を構成し、図5及び図7に示すように、互いに接合される一対のプレス板(プレート成形板)である外側プレート84と内側プレート86とを備える。外側プレート84及び内側プレート86は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート84及び内側プレート86間には、積層方向(矢印B方向)に沿って延在するプレート両端部(矢印A方向の両端部)に対応して第1板部材88a及び第2板部材88bが介装される。
The
図5に示すように、第1板部材88a及び第2板部材88bの厚さtcは、内側膨出部66b、68bの厚さtbよりも大きな幅寸法(厚さ)に設定されることが好ましい。外側プレート84及び内側プレート86は、上記の外側プレート74及び内側プレート76と同様に構成される。
As shown in FIG. 5, the thickness tc of the
外側プレート84は、ケーシング16の下面を構成し、薄板状を有する。外側プレート84の表面には、対角位置を結んで(又は対角位置と対辺位置とを結んで)リブ部90a、90bが設けられる。リブ部90a、90bの表面位置は、外側プレート84の他の表面位置よりも高さ方向に低い位置(下方に膨出する位置)に設定される。
The
内側プレート86は、ケーシング16の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池14の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート86には、燃料電池14の角部の湾曲形状に沿って湾曲部86a、86bが矢印A方向両端縁部に設けられる。内側プレート86の矢印A方向中央側には、燃料電池スタック10の外周形状に沿って、例えば、連結バー28に沿って下方に湾曲(又は屈曲)する変形部86cが設けられる。
The
図7に示すように、第1板部材88a及び第2板部材88bは、矢印B方向に延在するとともに、外側プレート84及び内側プレート86よりも肉厚に形成される。車長方向前方(矢印Af方向)に配置される第1板部材88aは、略平板形状を有し、長さ方向の両端縁部に一対の第1締結部92を設ける。
As shown in FIG. 7, the
第1締結部92は、3つ(2つ又は4つでもよい)の取り付けボス部92aを設ける。各取り付けボス部92aには、ねじ孔94が形成される(図8参照)。取り付けボス部92aにより雌ねじ部の長さを大きく設定することができる。取り付けボス部92aは、第1板部材88aと一体でもよく、又は、別部品を接合してもよい。なお、ねじ孔94に代えて、例えば、スタッドボルトを設けてもよい。
The
車長方向後方(矢印Ab方向)に配置される第2板部材88bは、略平板形状を有し、長さ方向の両端縁部に一対の第2締結部98を設ける。第2締結部98は、3つ(2つ又は4つでもよい)の取り付けボス部98aを有する。各取り付けボス部98aには、ねじ孔102が形成される。取り付けボス部98aにより雌ねじ部の長さを大きく設定することができる。取り付けボス部98aは、第2板部材88bと一体でもよく、又は、別部品を接合してもよい。
The
外側プレート84には、矢印A方向の両端部に、それぞれ各取り付けボス部92a、98aを挿入するための一対の開口部(又は孔部)106a、106bが形成される。
The
第1板部材88a及び第2板部材88bは、外側プレート84及び内側プレート86にMIG溶接やTIG溶接(又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい)により固定される。外側プレート84及び内側プレート86の矢印A方向両端には、それぞれ矢印B方向に延在する、例えば、2本のライン状溶接部位WP5が設けられる一方、第1板部材88a及び第2板部材部材88bには、溶接部位WP5に対応するそれぞれ2本のライン状溶接部位WP6が設けられる。溶接部位WP5、WP6は、接合されている。
The
外側プレート84と内側プレート86とは、同様にMIG溶接やTIG溶接等により固定される。外側プレート84には、矢印B方向に沿って対向する2つの矩形状溶接部位WP7が設けられる。内側プレート86には、矢印B方向に沿って対向する2つの矩形状溶接部位WP8が設けられる。溶接部位WP7、WP8は、接合されている。外側プレート84、内側プレート86及び第1板部材88a及び第2板部材部材88bには、所望の位置にボルト挿入用の孔部82が形成される。
The
図2に示すように、マウント構造18は、略矩形状のフレーム110を備える。フレーム110では、それぞれ所定の長さに設定された4本の脚部112が燃料電池電気自動車12の車体フレーム12Sに固定される。フレーム110には、車長方向前方(矢印Af方向)の両端位置と車長方向後方(矢印Ab方向)の両端位置とに、それぞれ取り付け部124が設けられる。
As shown in FIG. 2, the
図9及び図10に示すように、取り付け部124は、フレーム110上にねじ止めされる2枚のプレート126、128を備える。プレート126は、断面略U字状を有し、弾性体、例えば、ゴム部材130に埋設されて雌ねじ部材132が設けられる。プレート128は、プレート126の上方を覆って門状に配置される。プレート128の内面には、弾性体、例えば、ゴム部材134が設けられる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
プレート128の上部には、雌ねじ部材132の雌ねじと同軸的に孔部136が形成される。孔部136からねじ138が挿入され、前記ねじ138を介して連結部材140が取り付け部124に装着される。連結部材140は、一端部140aがプレート126、128間に配置されるとともに、前記一端部140aに形成された孔部142にねじ138が挿入され、前記ねじ138が雌ねじ部材132に螺合する。一端部140aは、ゴム部材130、134の弾性により保持され、前記一端部140aの上面は、前記ゴム部材134の下面に隙間なく接している。
A
連結部材140の他端部140bには、例えば、3つ(数は適宜設定される)の孔部144が形成される。各孔部144には、ねじ146が挿入される。それぞれのねじ146は、各取り付けボス部92aのねじ孔94及び各取り付けボス部98aのねじ孔102に螺合する。連結部材140は、一端部140aと他端部140bとの間に、屈曲部140cを有する。
In the
図2及び図3に示すように、上方サイドパネル70は、前方サイドパネル66及び後方サイドパネル68の上部に、ねじ148を介して固定される。下方サイドパネル72は、前方サイドパネル66、後方サイドパネル68、第1エンドプレート24a及び第2エンドプレート24bの下部に、ねじ148を介して固定される。上方サイドパネル70、下方サイドパネル72、前方サイドパネル66及び後方サイドパネル68は、第1エンドプレート24a及び第2エンドプレート24bにねじ148を介して固定される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
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
先ず、図2に示すように、第1エンドプレート24aの酸化剤ガス供給マニホールド60aから酸化剤ガス供給連通孔38aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第1エンドプレート24aの燃料ガス供給マニホールド62aから燃料ガス供給連通孔40aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、図1に示すように、第2エンドプレート24bでは、冷却媒体供給マニホールド64aから一対の冷却媒体供給連通孔42aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant
このため、図4に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔38aからカソード側セパレータ34の酸化剤ガス流路50に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路50に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体32のカソード電極46に供給される。
Therefore, as shown in FIG. 4, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aからアノード側セパレータ36の燃料ガス流路52に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路52に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体32のアノード電極48に供給される。
On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel
従って、電解質膜・電極構造体32では、カソード電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード電極48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て発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体32のカソード電極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38bに沿って矢印B方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体32のアノード電極48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40bに沿って矢印B方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 46 of the electrolyte membrane /
また、一対の冷却媒体供給連通孔42aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ34及びアノード側セパレータ36間の冷却媒体流路54に導入される。冷却媒体は、一旦矢印C方向内方に沿って流動した後、矢印A方向に移動して電解質膜・電極構造体32を冷却する。この冷却媒体は、矢印C方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔42bに沿って矢印B方向に排出される。
The cooling medium supplied to the pair of cooling medium supply communication holes 42 a is introduced into the cooling
この場合、第1の実施形態では、マウント構造18は、ケーシング16を構成する下方サイドパネル72を備えている。下方サイドパネル72は、第1エンドプレート24aと第2エンドプレート24bとの間に配置される外側プレート84及び内側プレート86と、前記外側プレート84及び前記内側プレート86間に介装される第1板部材88a及び第2板部材88bとを備えている。
In this case, in the first embodiment, the
そして、第1板部材88aには、燃料電池スタック10を車体フレーム12Sに固定するための一対の第1締結部92が設けられている。一方、第2板部材88bには、燃料電池スタック10を車体フレーム12Sに固定するための一対の第2締結部98が設けられている。
The
このため、マウント構造18は、燃料電池スタック10の下方に配置され、前記燃料電池スタック10の水平方向外方に大きく突出することがない。従って、マウント構造18全体がコンパクト化されるとともに、構成が容易に簡素化され、燃料電池スタック10を所望の設置部位(例えば、車体フレーム12S)に確実に設置させることが可能になるという効果が得られる。
For this reason, the
また、マウント構造18は、図9及び図10に示すように、下方サイドパネル72をフレーム110に固定するために、ゴム部材130、134を設ける取り付け部124と、前記取り付け部124に装着される連結部材140とを備えている。これにより、燃料電池スタック10全体は、フレーム110に対して、さらに車体フレーム12Sに対して、弾性を有して保持され、防振性及び耐衝撃性の向上を図ることができる。
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the
さらに、第1板部材88aには、2つの締結部である第1締結部92が設けられるとともに、第2板部材88bには、2つの締結部である第2締結部98が設けられている。このため、燃料電池スタック10は、フレーム110に対して良好に保持される。
Further, the
図11は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック150の概略斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 11 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池スタック150を構成するマウント構造152は、フレーム110の車長方向前方の両端位置と車長方向後方の両端位置とに、それぞれ取り付け部164が設けられる。取り付け部164は、フレーム110上に固定されるプレート166を備え、前記プレート166は、上方に屈曲するとともに、先端部側には、2本のねじ146が挿入される。
The mounting
図12に示すように、第1板部材88aに設けられる一対の第1締結部92は、2つの取り付けボス部92aを有する一方、第2板部材88bに設けられる一対の第2締結部98は、2つの取り付けボス部98aを有する。図12及び図13に示すように、ねじ146は、各取り付けボス部92aのねじ孔94及び各取り付けボス部98aのねじ孔102に螺合してケーシング16をフレーム110に固定する。
As shown in FIG. 12, the pair of
このように構成される第2の実施形態では、マウント構造152の構成が一層簡素化され、前記マウント構造152のコンパクト化及び省スペース化が図られるという効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the structure of the
図14は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック170の概略斜視説明図である。
FIG. 14 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池スタック170を構成するマウント構造172は、フレーム110の車長方向前方の略中央位置と車長方向後方の両端位置とに、それぞれ取り付け部124が設けられる。図15に示すように、第1板部材88aの長さ方向の略中央付近に第1締結部92が設けられる。外側プレート84には、各取り付けボス部92aを挿入するための3つの孔部174が形成される。
The mounting
このように構成される第3の実施形態では、マウント箇所が3カ所であるため、マウント構造172が一層簡素化されるとともに、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, since there are three mounting locations, the mounting
10、150、170…燃料電池スタック
12…燃料電池電気自動車
12f…フロントボックス 14…燃料電池
16…ケーシング 18、152、172…マウント構造
24a、24b…エンドプレート 28…連結バー
32…電解質膜・電極構造体 34…カソード側セパレータ
36…アノード側セパレータ 38a…酸化剤ガス供給連通孔
38b…酸化剤ガス排出連通孔 40a…燃料ガス供給連通孔
40b…燃料ガス排出連通孔 42a…冷却媒体供給連通孔
42b…冷却媒体排出連通孔 44…固体高分子電解質膜
46…カソード電極 48…アノード電極
50…酸化剤ガス流路 52…燃料ガス流路
54…冷却媒体流路 66…前方サイドパネル
66a、66b、68a、68b…内側膨出部
68…後方サイドパネル 70…上方サイドパネル
72…下方サイドパネル 74、84…外側プレート
76、86…内側プレート
76a、76b、86a、86b…湾曲部
76c、86c…変形部
78a、78b、88a、88b…平板部材
80a、80b、90a、90b…リブ部
92、98…締結部 92a、98a…取り付けボス部
110…フレーム 112…脚部
124、164…取り付け部 126、128、166…プレート
130、134…ゴム部材 132…雌ねじ部材
138、146、148…ねじ 140…連結部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池スタックを設置部位に装着するためのマウント構造を備え、
前記マウント構造は、一対の前記エンドプレートの底部間に設けられる2枚の重ねたプレートと、
前記2枚のプレート間に介装される板部材と、
を備え、
前記板部材には、前記燃料電池スタックを前記設置部位に固定するための締結部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, wherein a plurality of the fuel cells are stacked, and end plates are disposed at both ends in the stacking direction,
A mounting structure for mounting the fuel cell stack on an installation site;
The mount structure includes two stacked plates provided between the bottoms of the pair of end plates;
A plate member interposed between the two plates;
With
The plate member is provided with a fastening portion for fixing the fuel cell stack to the installation site.
前記板部材は、各エンドプレートの一辺に配置される第1板部材と、
各エンドプレートの前記一辺の対辺に配置される第2板部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end plate has a rectangular shape,
The plate member is a first plate member disposed on one side of each end plate;
A second plate member disposed on the opposite side of the one side of each end plate;
A fuel cell stack comprising:
前記第2板部材には、2つの前記締結部が設けら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 2, wherein the first plate member is provided with one or two fastening portions,
The fuel cell stack, wherein the second plate member is provided with two fastening portions.
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