JP6277932B2

JP6277932B2 - Manufacturing method of fuel cell stack

Info

Publication number: JP6277932B2
Application number: JP2014204148A
Authority: JP
Inventors: 達彦清水; 匡彦西川; 竹内　弘明; 弘明竹内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: JP2016076309A

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell stack.

複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面を囲むように配置されたテンションプレートと、燃料電池本体とテンションプレートとの間に配置される、低摩擦特性、緩衝特性及び絶縁特性を有する緩衝層とを備える燃料電池スタックが開示されている（例えば、特許文献１参照）。緩衝層としては、例えば発泡性の樹脂やゴムが例示されている。 A fuel cell body including a stack formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction, a tension plate arranged to surround the outer peripheral surface of the fuel cell body along the stacking direction, There has been disclosed a fuel cell stack including a buffer layer having a low friction characteristic, a buffer characteristic, and an insulation characteristic, which is disposed between the fuel cell main body and the tension plate (see, for example, Patent Document 1). Examples of the buffer layer include foamable resin and rubber.

特開２００３−２０３６７０号公報JP 2003-203670 A

特許文献１の燃料電池スタックの製造方法としては、特許文献１には具体的に明示されていないが、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面上に緩衝層を配置し、その緩衝層上にテンションプレートを配置する方法が考え得る。すなわち、燃料電池本体の外周面上にそれぞれ緩衝層を配置し、続いて、各緩衝層の上にテンションプレートを配置し、その後、各テンションプレート同士を接続する方法である。この場合、板状のテンションプレートで燃料電池本体を囲むため、水密性を確保するためにテンションプレート間に挿入するガスケットや、テンションプレート同士を接続するためのボルトのような部材が必要であり、製造コストが増加し生産性が低下する。それに対処すべく検討を行った結果、発明者らは、テンションプレートの代わりに箱型のケースを用意し、外周面に緩衝層を配置された燃料電池本体をケースに収めることで、水密性を確保しつつ、製造コストの低減や生産性の向上が可能であることを見出した。ここで、緩衝層の機能、特に緩衝特性を発揮させるためには、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で緩衝層を配置する必要がある。しかし、燃料電池本体をケースに収める形態の場合、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に圧縮状態で緩衝層を配置することは極めて困難である。燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層を配置可能な技術が望まれる。 Although the fuel cell stack manufacturing method of Patent Document 1 is not specifically disclosed in Patent Document 1, a buffer layer is disposed on the outer peripheral surface of the fuel cell body along the stacking direction, and A method of arranging a tension plate on the surface can be considered. That is, a buffer layer is disposed on the outer peripheral surface of the fuel cell main body, a tension plate is subsequently disposed on each buffer layer, and then the tension plates are connected to each other. In this case, in order to surround the fuel cell main body with a plate-like tension plate, a member such as a gasket to be inserted between the tension plates and a bolt for connecting the tension plates to each other is necessary to ensure water tightness. Manufacturing costs increase and productivity decreases. As a result of studying to cope with this, the inventors prepared a box-shaped case instead of the tension plate, and placed the fuel cell body with the buffer layer on the outer peripheral surface in the case, thereby improving water tightness. It was found that the manufacturing cost can be reduced and the productivity can be improved while securing the above. Here, in order to exhibit the function of the buffer layer, particularly the buffer characteristic, it is necessary to arrange the buffer layer in a compressed state between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case. However, in the case where the fuel cell main body is housed in the case, it is extremely difficult to dispose the buffer layer in a compressed state between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case. A technique that can appropriately dispose a buffer layer between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case is desired.

本発明によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層することにより形成される積層体を含む燃料電池本体と、積層方向に沿った燃料電池本体の外周面を囲むように配置されたケースと、前記燃料電池本体と前記ケースとの間に配置される、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力を有する緩衝層とを備える燃料電池スタックの製造方法であって、前記燃料電池本体が前記ケースに囲まれたときの、前記燃料電池本体の外周面と前記外周面に対向する前記ケースの内周面との距離よりも大きい厚みを有する前記緩衝層を準備する工程と、第１領域と前記第１領域を囲む第２領域とを有し、前記第２領域の表面は前記第１領域の表面よりも粗い下地体を準備する工程と、前記緩衝層を前記下地体の前記第１領域内に載置する工程と、前記緩衝層の厚みが前記距離よりも小さくなるように、前記下地体上で前記緩衝層を潰す工程と、前記潰された緩衝層が載置された前記下地体を前記燃料電池本体の前記外周面に配置する工程と、前記緩衝層の厚みが前記距離にまで膨らむ前に、前記燃料電池本体を前記ケースで囲む工程と、を備え、前記緩衝層と前記下地体との接触領域は、前記潰す工程により、前記第１領域よりも小さい初期領域から、前記第１領域を越えて前記第２領域まで拡大される、燃料電池スタックの製造方法が提供される。 According to the present invention, a fuel cell main body including a stacked body formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction, and disposed so as to surround the outer peripheral surface of the fuel cell main body along the stacking direction. A method of manufacturing a fuel cell stack comprising: a case formed; and a buffer layer disposed between the fuel cell body and the case and having a restoring force to return to an original dimension when deformed, Preparing the buffer layer having a thickness larger than the distance between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case facing the outer peripheral surface when the fuel cell main body is surrounded by the case; And a first region and a second region surrounding the first region, the surface of the second region having a rougher base than the surface of the first region, and the buffer layer as the base Work placed in the first region of the body And crushing the buffer layer on the base body so that the thickness of the buffer layer is smaller than the distance, and the base body on which the crushed buffer layer is placed is attached to the fuel cell main body. And a step of surrounding the fuel cell main body with the case before the thickness of the buffer layer swells to the distance, and a contact area between the buffer layer and the base body is provided. The method of manufacturing a fuel cell stack is provided in which the crushing step expands from an initial region smaller than the first region to beyond the first region to the second region.

燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層を配置することができる。 A buffer layer can be appropriately disposed between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case.

燃料電池スタックの断面図である。It is sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図である。It is sectional drawing of a fuel cell stack. 下地体上に載置された緩衝層が潰される前の状態を示す側面図及び上面図である。It is the side view and top view which show the state before the buffer layer mounted on the base body is crushed. 下地体上に載置された緩衝層が潰された後の状態を示す側面図及び上面図である。It is the side view and top view which show the state after the buffer layer mounted on the base body was crushed. 下地体上に載置され潰された緩衝層における潰れの回復度合いを示すグラフである。It is a graph which shows the recovery | restoration degree of crushing in the buffer layer laid and crushed on the base body. 下地体の構成の一例を模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically an example of a structure of a base body. 下地体上に載置され潰された緩衝層における潰れの回復度合いを示すグラフである。It is a graph which shows the recovery | restoration degree of crushing in the buffer layer laid and crushed on the base body. 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a fuel cell stack.

実施例に係る燃料電池スタックＡについて説明する。
図１及び図２は、燃料電池スタックＡの概略断面図である。ただし、図１は図２のＥ２−Ｅ２断面図であり、図２は図１のＥ１−Ｅ１断面図である。燃料電池スタックＡは、燃料電池本体１と、燃料電池本体１が収容されるケース２と、燃料電池本体１とケース２との間に配置される緩衝層３とを備える。 The fuel cell stack A according to the example will be described.
1 and 2 are schematic sectional views of the fuel cell stack A. FIG. 1 is an E2-E2 cross-sectional view of FIG. 2, and FIG. 2 is an E1-E1 cross-sectional view of FIG. The fuel cell stack A includes a fuel cell main body 1, a case 2 in which the fuel cell main body 1 is accommodated, and a buffer layer 3 disposed between the fuel cell main body 1 and the case 2.

燃料電池本体１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給され電気化学反応により電力を発生する。燃料電池本体１は、積層体１１と、ターミナルプレート１２と、エンドプレート１４と、絶縁プレート１３とを備える。積層体１１は、複数の燃料電池単セルを積層方向Ｓに沿って積層することにより形成され、ほぼ直方体である。ターミナルプレート１２は、積層体１１の積層方向Ｓの両端部に配置される。エンドプレート１４は、ターミナルプレート１２の積層方向Ｓの外側に配置される。絶縁プレート１３は、ターミナルプレート１２とエンドプレート１４との間に配置される。ターミナルプレート１２、エンドプレート１４及び絶縁プレート１３は、積層方向Ｓに垂直な断面でみると、それぞれ長方形状をなしている。そのとき、ターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３は互いにほぼ同じ大きさである。一方、エンドプレート１４はターミナルプレート１２及び絶縁プレート１３とほぼ同じ大きさか又はこれらよりもわずかに大きい。ターミナルプレート１２及びエンドプレート１４は導電性材料から形成され、絶縁プレート１３は電気絶縁性材料から形成される。 The fuel cell body 1 is supplied with a fuel gas and an oxidant gas and generates electric power by an electrochemical reaction. The fuel cell main body 1 includes a stacked body 11, a terminal plate 12, an end plate 14, and an insulating plate 13. The stacked body 11 is formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction S, and is substantially a rectangular parallelepiped. The terminal plate 12 is disposed at both ends of the stacked body 11 in the stacking direction S. The end plate 14 is disposed outside the terminal plate 12 in the stacking direction S. The insulating plate 13 is disposed between the terminal plate 12 and the end plate 14. The terminal plate 12, the end plate 14, and the insulating plate 13 each have a rectangular shape when viewed in a cross section perpendicular to the stacking direction S. At that time, the terminal plate 12 and the insulating plate 13 have substantially the same size. On the other hand, the end plate 14 is approximately the same size as or slightly larger than the terminal plate 12 and the insulating plate 13. The terminal plate 12 and the end plate 14 are made of a conductive material, and the insulating plate 13 is made of an electrically insulating material.

ケース２は、燃料電池本体１を圧縮状態で収容し、燃料電池本体１を外側から拘束する。ケース２は、ケース本体２２と、蓋プレート２１とを備える。ケース本体２２は、その内部に燃料電池本体１を収容可能である。ケース本体２２は、ほぼ直方体であり、４つの側面と底面とを有し、底面に対向して開口を有する。蓋プレート２１は、ケース本体２２の蓋であり、ケース本体２２に締結部材（図示せず）で締結される。ケース本体２２の内部における底面の広さは、燃料電池本体１の積層方向Ｓに垂直な断面よりもやや大きい。ケース本体２２の内部における積層方向Ｓの側面の長さ、すなわち深さは、燃料電池本体１が積層方向Ｓに圧縮されたときの積層方向Ｓの長さと同じかやや長い。ケース本体２２内に燃料電池本体１を収容して蓋プレート２１を閉じると、燃料電池本体１は蓋プレート２１及びケース本体２２の底面により両側から積層方向Ｓ内向きに押されて、拘束される。その結果、燃料電池本体１の両側のエンドプレート１４、１４が積層方向Ｓ内向きに互いに近づいて、積層体１１、ターミナルプレート１２、エンドプレート１４及び絶縁プレート１３が積層方向Ｓに関し互いに密着される。なお、ケース本体２２の深さが燃料電池本体１の積層方向Ｓの長さよりやや長いときには、例えば、ケース本体２２の底面の外側からボルトを締め込み、底面の内側からボルトの先端でエンドプレート１４を押すようにする。ケース本体２２及び蓋プレート２１は、ステンレスやアルミニウムのような金属で形成される。別の実施例では、燃料電池本体１がケース２に収容されると、蓋プレート２１とそれに接するエンドプレート１４とが締結部材で締結され、ケース本体２２の底面とそれに接するエンドプレート１４とが締結部材で締結されることで、ケース２と燃料電池本体１とが更に締結される。更に別の実施例では、ケース本体２２は底面を有さず筒状であり、ケース２はケース本体２２とは別に底面プレートをさらに有し、ケース本体２２と底面プレートとは締結部材で締結される。 The case 2 accommodates the fuel cell body 1 in a compressed state and restrains the fuel cell body 1 from the outside. The case 2 includes a case main body 22 and a lid plate 21. The case main body 22 can accommodate the fuel cell main body 1 therein. The case main body 22 is a substantially rectangular parallelepiped, has four side surfaces and a bottom surface, and has an opening facing the bottom surface. The lid plate 21 is a lid of the case body 22 and is fastened to the case body 22 by a fastening member (not shown). The width of the bottom surface inside the case body 22 is slightly larger than the cross section perpendicular to the stacking direction S of the fuel cell body 1. The length of the side surface in the stacking direction S inside the case body 22, that is, the depth is the same as or slightly longer than the length in the stacking direction S when the fuel cell body 1 is compressed in the stacking direction S. When the fuel cell main body 1 is accommodated in the case main body 22 and the lid plate 21 is closed, the fuel cell main body 1 is pushed inward in the stacking direction S from both sides by the bottom surface of the lid plate 21 and the case main body 22 and restrained. . As a result, the end plates 14, 14 on both sides of the fuel cell main body 1 approach each other inward in the stacking direction S, and the stacked body 11, terminal plate 12, end plate 14, and insulating plate 13 are in close contact with each other in the stacking direction S. . When the depth of the case main body 22 is slightly longer than the length of the fuel cell main body 1 in the stacking direction S, for example, a bolt is tightened from the outside of the bottom surface of the case main body 22 and the end plate 14 is inserted from the inside of the bottom surface to the tip of the bolt. Press. The case body 22 and the lid plate 21 are made of a metal such as stainless steel or aluminum. In another embodiment, when the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2, the lid plate 21 and the end plate 14 in contact therewith are fastened by a fastening member, and the bottom surface of the case main body 22 and the end plate 14 in contact therewith are fastened. The case 2 and the fuel cell main body 1 are further fastened by being fastened by the members. In still another embodiment, the case main body 22 has a bottom without a bottom, and the case 2 further includes a bottom plate separately from the case main body 22, and the case main body 22 and the bottom plate are fastened by a fastening member. The

燃料電池スタックＡの積層方向Ｓの一端に位置する蓋プレート２１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４は、これら蓋プレート２１、ターミナルプレート１２、絶縁プレート１３及びエンドプレート１４を積層方向Ｓに貫通して燃料電池スタックＡの外部から積層体１１に到る複数の流通路（図示せず）を備える。これら流通路には、水素のような燃料ガスを積層体１１に供給する供給路、燃料ガスを積層体１１から排出する排出路、空気のような酸化剤ガスを積層体１１に供給する供給路、酸化剤ガスを積層体１１から排出する排出路、冷却水を積層体１１に供給する供給路、及び冷却水を積層体１１から排出する排出路が含まれる。 The lid plate 21, the terminal plate 12, the insulating plate 13 and the end plate 14 located at one end in the stacking direction S of the fuel cell stack A are connected to the lid plate 21, the terminal plate 12, the insulating plate 13 and the end plate 14 in the stacking direction S. And a plurality of flow paths (not shown) extending from the outside of the fuel cell stack A to the stacked body 11. In these flow passages, a supply path for supplying a fuel gas such as hydrogen to the stack 11, a discharge path for discharging the fuel gas from the stack 11, and a supply path for supplying an oxidant gas such as air to the stack 11 , A discharge path for discharging the oxidant gas from the stacked body 11, a supply path for supplying cooling water to the stacked body 11, and a discharge path for discharging cooling water from the stacked body 11.

燃料電池単セルはそれぞれアノード極及びカソード極（図示せず）を有する。アノード極は、燃料電池単セルが一方の側で隣接する他の燃料電池単セルのカソード極にセパレータを介して接続される。カソード極は、燃料電池単セルが他方の側で隣接する更に他の燃料電池単セルアノード極に他のセパレータを介して接続される。すなわち、各燃料電池単セルが互いに直列に接続されることにより積層体１１が形成される。積層体１１の一端の燃料電池単セルのアノード極は一方のターミナルプレート１２に電気的に接続され、他端の燃料電池単セルのカソード極は他方のターミナルプレート１２に電気的に接続される。燃料電池単セルは、燃料電池単セルに供給された燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セルで発生した電力は、ターミナルプレート１２から燃料電池スタックＡの外部に到る複数の配線（図示せず）を介して燃料電池スタックＡの外部に取り出される。燃料電池スタックＡから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。なお、エンドプレート１４及びケース２は接地される。 Each single fuel cell has an anode electrode and a cathode electrode (not shown). The anode electrode is connected via a separator to the cathode electrode of another fuel cell unit cell adjacent to the fuel cell unit cell on one side. The cathode electrode is connected to another anode of the fuel cell unit cell adjacent to the other side of the fuel cell unit cell via another separator. That is, the laminated body 11 is formed by connecting each fuel cell single cell in series. The anode electrode of the fuel cell single cell at one end of the laminate 11 is electrically connected to one terminal plate 12, and the cathode electrode of the fuel cell single cell at the other end is electrically connected to the other terminal plate 12. The fuel cell unit cell generates electric power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell unit cell. The electric power generated in the single fuel cell is taken out from the fuel cell stack A through a plurality of wires (not shown) from the terminal plate 12 to the outside of the fuel cell stack A. The electric power taken out from the fuel cell stack A is supplied to, for example, an electric motor for driving an electric vehicle or a capacitor. The end plate 14 and the case 2 are grounded.

緩衝層３は、燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収し、燃料電池本体１の位置ずれを抑制し、燃料電池本体１とケース２とを電気的に絶縁する部材である。緩衝層３は、燃料電池本体１とケース２との間、すなわち積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の内周面２ａとの間に配置される。緩衝層３は、積層方向Ｓの断面（例えば図１）で見た場合、燃料電池本体１の外周面１ａの積層方向Ｓのほぼ全長に亘り、すなわちケース２の内周面２ａの積層方向Ｓのほぼ全長に亘って設けられる。一方、積層方向Ｓと垂直な断面（例えば図２）で見た場合、少なくとも燃料電池本体１における四つの角部Ｃｎの近傍の外周面１ａに、すなわち少なくともケース２における四つの角部の近傍の内周面２ａに設けられる。 The buffer layer 3 is a member that absorbs an impact applied to the fuel cell main body 1, suppresses displacement of the fuel cell main body 1, and electrically insulates the fuel cell main body 1 and the case 2. The buffer layer 3 is disposed between the fuel cell main body 1 and the case 2, that is, between the outer peripheral surface 1 a of the fuel cell main body 1 along the stacking direction S and the inner peripheral surface 2 a of the case 2 facing the outer peripheral surface 1 a. Is done. When viewed in a cross-section in the stacking direction S (for example, FIG. 1), the buffer layer 3 extends over almost the entire length in the stacking direction S of the outer peripheral surface 1a of the fuel cell body 1, that is, in the stacking direction S of the inner peripheral surface 2a of the case 2. Are provided over almost the entire length. On the other hand, when viewed in a cross section perpendicular to the stacking direction S (for example, FIG. 2), at least the outer peripheral surface 1a in the vicinity of the four corners Cn in the fuel cell body 1, that is, at least in the vicinity of the four corners in the case 2. Provided on the inner peripheral surface 2a.

緩衝層３を積層方向Ｓに沿って燃料電池本体１のほぼ全長に亘って設けるのは、積層方向Ｓに垂直な方向の力が加わったとき、各燃料電池単セルが位置ずれするのを抑制するためであり、特に位置ずれし易い積層体１１の中央部を確実に保持するためである。また、緩衝層３を少なくとも燃料電池本体１の四つの角部Ｃｎの近傍に設けるのは、燃料電池単セルが位置ずれしようとするとき緩衝層３に掛かる力をケース２で支持する場合、少なくとも剛性の高いケース２の角部で支持することで緩衝層３に掛かる力を安定的に支持できるからである。 The buffer layer 3 is provided along the stacking direction S over almost the entire length of the fuel cell main body 1 to suppress displacement of each fuel cell single cell when a force in a direction perpendicular to the stacking direction S is applied. This is for the purpose of reliably holding the central portion of the laminate 11 that is particularly likely to be displaced. The buffer layer 3 is provided at least in the vicinity of the four corners Cn of the fuel cell main body 1 when the case 2 supports the force applied to the buffer layer 3 when the fuel cell single cell is about to be displaced. This is because the force applied to the buffer layer 3 can be stably supported by supporting the corner 2 of the case 2 having high rigidity.

緩衝層３は、電気的絶縁性及び復元力を有する。緩衝層３は、好ましくは、さらにダイラタント特性を有する。復元力とは、外力により寸法が変化したとき、元の寸法に戻ろうとする力である。ダイラタント特性とは、ゆっくりとした入力荷重には流動性を示し、ゆっくり変形し、急激な入力荷重には固体のように振る舞い、ほとんど変形しない性質をいう。緩衝層３の材料としては、例えばシリコーンオイルとホウ酸の混合物が挙げられる。また、ダウコーニング社のダウコーニング３１７９（ダウコーニングは登録商標）や、ＷａｃｋｅｒＧｍｂＨ社のＭ４８、Ｍ４９のような製品を用いることもできる。緩衝層３の材料としては、電気的絶縁性と、復元力及び／又はダイラタント特性とを有する他の材料を用いることもできる。 The buffer layer 3 has electrical insulation and restoring force. The buffer layer 3 preferably further has dilatant characteristics. The restoring force is a force for returning to the original dimension when the dimension is changed by an external force. The dilatant characteristic is a property that exhibits fluidity when subjected to a slow input load, deforms slowly, behaves like a solid when subjected to a sudden input load, and hardly deforms. Examples of the material of the buffer layer 3 include a mixture of silicone oil and boric acid. In addition, products such as Dow Corning 3179 (Dow Corning is a registered trademark) manufactured by Dow Corning and M48 and M49 manufactured by Wacker GmbH may be used. As the material of the buffer layer 3, other materials having electrical insulation, restoring force and / or dilatant characteristics can also be used.

緩衝層３がダイラタント特性を有することが好ましい理由は以下のとおりである。
燃料電池スタックＡが車両に搭載される場合、車両の衝突などで急激な衝撃を受けることがある。燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けると、燃料電池本体１には積層方向Ｓに平行及び垂直な方向の力が加わる。このうちの積層方向Ｓに垂直な方向の力により、積層体１１の各燃料電池単セルは元の位置から力の方向にずれようとする。特に各燃料電池単セルのうち、積層方向Ｓにおける中央部に位置する燃料電池単セルは、両端のエンドプレート１４から加えられる押し付け力が弱いため、大きくずれようとする。ここで、積層体１１における積層方向Ｓに垂直な方向の側にダイラタント特性を有する緩衝層３が配置されると、各燃料電池単セルが大きくずれようとしても、緩衝層３は急激な変化を受けて固体のように振る舞うため、ほとんどずれることができない。その結果、緩衝層３は、各燃料電池単セルの位置ずれを抑制し、位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。一方、車両の衝突などではなく、例えば、積層体１１の燃料電池単セルの熱膨張などに起因して積層方向Ｓに垂直な方向に各燃料電池単セルがゆっくりと変形することがある。ここで、積層体１１における積層方向Ｓに垂直な方向の側にダイラタント特性を有する緩衝層３が配置されると、各燃料電池単セルがゆっくりと変形するとき、緩衝層３はゆっくりとした変化を受けて流動的に変化する。その結果、緩衝層３は、各燃料電池単セルの変形によって生じた隙間（燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間）を埋めるように変形する。このように、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間の発生を抑制できるので、車両の衝突時に燃料電池単セルが急激にずれようとしても、緩衝層３によりずれを抑えることができ、燃料電池単セルの位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。 The reason why the buffer layer 3 preferably has dilatant characteristics is as follows.
When the fuel cell stack A is mounted on a vehicle, a sudden impact may occur due to a vehicle collision or the like. When the fuel cell stack A receives a sudden impact, a force in a direction parallel to and perpendicular to the stacking direction S is applied to the fuel cell main body 1. Of these, each fuel cell single cell of the stacked body 11 tends to shift from the original position in the direction of the force due to the force in the direction perpendicular to the stacking direction S. In particular, among the single fuel cells, the single fuel cell located at the center in the stacking direction S tends to deviate greatly because the pressing force applied from the end plates 14 at both ends is weak. Here, when the buffer layer 3 having the dilatant characteristic is disposed on the side of the stacked body 11 in the direction perpendicular to the stacking direction S, the buffer layer 3 changes suddenly even if each single cell of the fuel cell is largely displaced. Since it behaves like a solid, it can hardly be shifted. As a result, the buffer layer 3 can suppress the positional deviation of each fuel cell single cell, and can suppress the occurrence of leakage of the reaction gas and the cooling medium due to the positional deviation. On the other hand, each fuel cell single cell may be slowly deformed in a direction perpendicular to the stacking direction S due to, for example, thermal expansion of the fuel cell single cell of the stacked body 11 instead of a vehicle collision or the like. Here, when the buffer layer 3 having a dilatant characteristic is disposed on the side of the stacked body 11 in the direction perpendicular to the stacking direction S, when each fuel cell single cell is slowly deformed, the buffer layer 3 changes slowly. In response to changes. As a result, the buffer layer 3 is deformed so as to fill a gap (gap between the fuel cell single cell and the buffer layer 3) generated by the deformation of each fuel cell single cell. As described above, since the generation of the gap between the single fuel cell and the buffer layer 3 can be suppressed, the buffer layer 3 can suppress the shift even if the single cell of the fuel cell is suddenly shifted at the time of a vehicle collision. Further, it is possible to suppress the occurrence of leakage of the reaction gas and the cooling medium due to the positional deviation of the fuel cell single cell.

また、緩衝層３としては、荷重ゼロの状態で、積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みを有するものを用いる。その理由は、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に緩衝層３を配置するとき、緩衝層３が圧縮状態になるようにするためである。緩衝層３が圧縮状態になることで、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間が無くなるので、燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収し、燃料電池本体１の位置ずれを抑制しすることができる。 The buffer layer 3 has a thickness greater than the distance D between the outer peripheral surface 1a of the fuel cell main body 1 and the inner peripheral surface 2a of the case 2 facing the outer peripheral surface 1a along the stacking direction S in a zero load state. Use what has. The reason is that when the buffer layer 3 is disposed between the outer peripheral surface 1a of the fuel cell body 1 and the inner peripheral surface 2a of the case 2, the buffer layer 3 is in a compressed state. Since the buffer layer 3 is in a compressed state, there is no gap between the single fuel cell and the buffer layer 3, so the shock applied to the fuel cell main body 1 is absorbed and the displacement of the fuel cell main body 1 is suppressed. be able to.

その場合、緩衝層３を燃料電池本体１とケース２との間に配置する配置方法としては、緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも小さくなるように緩衝層３を潰し、潰された緩衝層３を外周面１ａに配置し、緩衝層３の厚みが復元力により距離Ｄにまで膨らむ前に、燃料電池本体１をケース２に収容する方法が用いられる。この配置方法により、距離Ｄよりも大きい厚みを有する緩衝層３を用いても、緩衝層３に影響されずに容易に燃料電池本体１をケース２に収容できる。この場合、緩衝層３は、燃料電池本体１をケース２に収容した後に厚みを回復するが、元の厚みが距離Ｄよりも大きいので、元の厚みを回復できない圧縮状態で燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に配置される。 In that case, as an arrangement method for disposing the buffer layer 3 between the fuel cell main body 1 and the case 2, the buffer layer 3 is crushed so that the thickness of the buffer layer 3 is smaller than the distance D, and the crushed buffer layer is crushed. 3 is disposed on the outer peripheral surface 1a, and the method in which the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2 before the thickness of the buffer layer 3 is expanded to the distance D by the restoring force is used. With this arrangement method, even when the buffer layer 3 having a thickness larger than the distance D is used, the fuel cell body 1 can be easily accommodated in the case 2 without being affected by the buffer layer 3. In this case, the buffer layer 3 recovers its thickness after the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2, but since the original thickness is larger than the distance D, the buffer layer 3 of the fuel cell main body 1 is in a compressed state where the original thickness cannot be recovered. It arrange | positions between the outer peripheral surface 1a and the inner peripheral surface 2a of the case 2. FIG.

下地体４は、上記配置方法において緩衝層３を潰すときに下に敷く下地であり、絶縁性の薄い膜で形成される。下地体４としては、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂フィルムが例示される。上記配置方法では、緩衝層３は下地体４に載置され、下地体４の上で潰される。そして、潰された緩衝層３は下地体４と共に燃料電池本体１の外周面１ａ上に載置される。上記配置方法に対応して、下地体４は以下に説明されるような特徴を有する。 The base body 4 is a base layer which is laid down when the buffer layer 3 is crushed in the above arrangement method, and is formed of a thin insulating film. Examples of the base body 4 include a PET (PolyEthylene Terephthalate) resin film. In the above arrangement method, the buffer layer 3 is placed on the base body 4 and crushed on the base body 4. The crushed buffer layer 3 is placed on the outer peripheral surface 1 a of the fuel cell main body 1 together with the base body 4. Corresponding to the above arrangement method, the base body 4 has the following characteristics.

図３は、上記配置方法において、下地体４上に載置された緩衝層３が潰される前の状態を示す側面図及び上面図である。一方、図４は、上記配置方法において、下地体４上に載置された緩衝層３が潰された後の状態を示す側面図及び上面図である。ここでは、潰される直前・直後の緩衝層３をそれぞれ緩衝層３ａ、３ｂとも記載する。図３に示すように、緩衝層３ａは下地体４の所定の位置、例えばほぼ中央に載置される。その後、緩衝層３ａは、厚みが距離Ｄよりも小さい厚みｄ２になるように下地体４の上で潰される。その結果、図４に示すように、厚みが小さくなり、下地体４と緩衝層３とが接触する接触領域が大きくなった緩衝層３ｂが下地体４上に形成される。緩衝層３の外周部分３ｅは元の形状よりも外側に広がっている。その後、緩衝層３ｂは、下地体４に載置された状態で燃料電池本体１の外周面１ａ上に載置される。その後、緩衝層３ｂは、下地体４に接触した状態を維持しつつ、潰される前の元の形状（図３）に徐々に戻ってゆく。すなわち、下地体４に接触した状態を維持しつつ、接触領域が徐々に小さくなり、厚みが徐々に大きくなる。 FIG. 3 is a side view and a top view showing a state before the buffer layer 3 placed on the base body 4 is crushed in the above arrangement method. On the other hand, FIG. 4 is a side view and a top view showing a state after the buffer layer 3 placed on the base body 4 is crushed in the above arrangement method. Here, the buffer layers 3 immediately before and after being crushed are also referred to as buffer layers 3a and 3b, respectively. As shown in FIG. 3, the buffer layer 3 a is placed at a predetermined position of the base body 4, for example, approximately at the center. Thereafter, the buffer layer 3a is crushed on the base body 4 so that the thickness becomes a thickness d2 smaller than the distance D. As a result, as shown in FIG. 4, the buffer layer 3 b having a reduced thickness and a larger contact area where the base body 4 and the buffer layer 3 are in contact is formed on the base body 4. The outer peripheral portion 3e of the buffer layer 3 extends outward from the original shape. Thereafter, the buffer layer 3 b is placed on the outer peripheral surface 1 a of the fuel cell body 1 while being placed on the base body 4. Thereafter, the buffer layer 3b gradually returns to the original shape before being crushed (FIG. 3) while maintaining the state in contact with the base body 4. That is, while maintaining the state in contact with the base body 4, the contact area gradually decreases and the thickness gradually increases.

この状態で、燃料電池本体１をケース２に収容するとき、緩衝層３の厚み（又は形状）が元の厚み（又は形状）に戻る速度、すなわち回復速度が速かったり、燃料電池本体１の収容に時間が掛かったりすると、収容前又は収容中に緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも大きくなってしまうことがあり得る。そうなると、緩衝層３を予め潰しておく効果がなくなり、ケース２が緩衝層３に引っ掛かってしまい、燃料電池本体１をケース２に収容できなくなるおそれがある。 In this state, when the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2, the speed (recovery speed) at which the thickness (or shape) of the buffer layer 3 returns to the original thickness (or shape) is high, or the fuel cell main body 1 is accommodated. If it takes a long time, the thickness of the buffer layer 3 may become larger than the distance D before or during accommodation. In this case, the effect of crushing the buffer layer 3 in advance is lost, the case 2 is caught by the buffer layer 3, and the fuel cell main body 1 may not be accommodated in the case 2.

それに対処する方法として、下地体４の表面全体を粗くする方法が考えられる。その場合、緩衝層３の接触領域と下地体４の表面との間の摩擦力が大きくなるため、緩衝層３の回復速度を遅くすることができる。しかし、その場合、逆に、緩衝層３の接触領域と下地体４の表面との間の摩擦力が大きくなり過ぎて、緩衝層３が元の形状に完全には戻らなくなる可能性がある。そうなると、燃料電池本体１上の緩衝層３とケース２との間に隙間が生じ、緩衝層３は燃料電池本体１に加わる衝撃を吸収したり、位置ずれを抑制したりできなくなる。 As a method for coping with this, a method of roughening the entire surface of the base body 4 can be considered. In that case, since the frictional force between the contact region of the buffer layer 3 and the surface of the base body 4 is increased, the recovery speed of the buffer layer 3 can be reduced. However, in that case, conversely, the frictional force between the contact region of the buffer layer 3 and the surface of the base body 4 becomes too large, and the buffer layer 3 may not completely return to the original shape. As a result, a gap is formed between the buffer layer 3 on the fuel cell main body 1 and the case 2, and the buffer layer 3 cannot absorb the impact applied to the fuel cell main body 1 or suppress displacement.

そのことを、図５を参照して説明する。図５は、下地体４上に載置され潰された緩衝層３における潰れ率と経過時間との関係を示すグラフである。縦軸は潰れ率（％）を示し、横軸は潰した後の経過時間（分）を示す。ただし、潰れ率（％）は、（緩衝層３の潰される前の厚み−緩衝層３の潰れた後の経過時間後の厚み）／（緩衝層３の潰される前の厚み）×１００、である。このグラフは、潰されて薄くなった緩衝層３の厚みが経過時間と共にどのくらい回復するかという回復度合いを示している。曲線Ａは下地体４の表面粗さＲａが１０μｍの場合を示し、曲線Ｂは下地体４の表面粗さＲａが０．０５μｍの場合を示す。平面粗さＲａが０．０５μｍ（曲線Ｂ）の場合、約４０分後には緩衝層３の潰れ率は０％になり、緩衝層３は元の厚みに回復する。しかし、平面粗さＲａが１０μｍ（曲線Ａ）の場合、４０分後に緩衝層３の潰れ率は約２０％まで減少しているが、４０分以降では緩衝層３の潰れ率は約２０％程度のままとなり、潰れ率は飽和してしまう。言い換えれば、表面粗さを大きくすると、回復速度を遅くできるが、緩衝層３を元の形状に回復できない。一方、表面粗さを小さくすると、緩衝層３を元の形状に回復できるが、回復速度が速くなる。 This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the crush rate and the elapsed time in the buffer layer 3 placed on the base body 4 and crushed. The vertical axis represents the crushing rate (%), and the horizontal axis represents the elapsed time (minutes) after crushing. However, the crushing rate (%) is (thickness before crushing of buffer layer 3−thickness after elapsed time after crushing of buffer layer 3) / (thickness before crushing of buffer layer 3) × 100. is there. This graph shows how much the thickness of the buffer layer 3 that has been crushed and thinned recovers over time. A curve A indicates a case where the surface roughness Ra of the base body 4 is 10 μm, and a curve B indicates a case where the surface roughness Ra of the base body 4 is 0.05 μm. When the planar roughness Ra is 0.05 μm (curve B), the crushing rate of the buffer layer 3 becomes 0% after about 40 minutes, and the buffer layer 3 recovers to its original thickness. However, when the planar roughness Ra is 10 μm (curve A), the crushing rate of the buffer layer 3 decreases to about 20% after 40 minutes, but after 40 minutes, the crushing rate of the buffer layer 3 is about 20%. The crushing rate is saturated. In other words, if the surface roughness is increased, the recovery speed can be reduced, but the buffer layer 3 cannot be recovered to the original shape. On the other hand, if the surface roughness is reduced, the buffer layer 3 can be recovered to the original shape, but the recovery speed is increased.

このような回復速度の現象を検討した結果、発明者らは新たに下記の知見を見出した。
緩衝層３は、押し潰されると下地体４上に広がり、押し潰す力が無くなると形状を回復し始めるが、下地体４の表面の粗さ具合により回復速度を大きく左右される。潰れの回復は、潰れた緩衝層３が収縮しようとする力によって、緩衝層３と下地体４との接触領域に滑りが発生することにより起こる。また、緩衝層３が収縮を開始するときには緩衝層３の変形量が大きいため収縮力が大きいが、収縮が進むにつれて緩衝層３の変形量が小さくなり収縮力が低下して、接触領域での滑りが起こり難くなる。そして、収縮力が摩擦力を克服できないときに、それ以上の潰れの回復が生じない。 As a result of examining such a phenomenon of the recovery rate, the inventors have newly found the following knowledge.
The buffer layer 3 spreads on the base body 4 when crushed and begins to recover its shape when the crushing force disappears, but the recovery speed is greatly affected by the roughness of the surface of the base body 4. Crush recovery is caused by the occurrence of slippage in the contact area between the buffer layer 3 and the base body 4 due to the force of the crushed buffer layer 3 to shrink. In addition, when the buffer layer 3 starts to contract, the amount of deformation of the buffer layer 3 is large, so the contraction force is large. However, as the contraction proceeds, the amount of deformation of the buffer layer 3 decreases and the contraction force decreases, so that Slip is less likely to occur. Further, when the contraction force cannot overcome the frictional force, no further crushing recovery occurs.

そこで、図１に示す実施例では、緩衝層３が押し潰されたとき、広がった緩衝層３の外周部分に面した下地体４の表面性状を滑り難くし、外周部分の内側の中央部分に面した下地体４の表面性状を逆に滑り易くする。それにより、初期には下地体４の滑り難い表面性状の部分で緩衝層３をゆっくり滑らせながら収縮させてその潰れを回復させ、ある一定の滑り（収縮）の後に、下地体４の滑り易い表面性状の部分で緩衝層３を速やかに滑らせながら収縮させてその潰れを解消させることができる。ただし、滑り難い表面性状としては、上記のような下地体４の表面粗さを増加させる（アンカー効果）方法が例示される。滑り易い表面性状としては、上記のような表面粗さを低下させる方法が例示される。 Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the buffer layer 3 is crushed, the surface property of the base body 4 facing the outer peripheral portion of the spread buffer layer 3 is made difficult to slip, and the inner central portion of the outer peripheral portion is not slipped. On the contrary, the surface properties of the facing substrate 4 are made slippery. Thereby, the buffer layer 3 is shrunk while being slowly slid at a portion having a surface property that is difficult to slip on the base body 4 at an initial stage to recover the collapse. The buffer layer 3 can be shrunk while being slid quickly at the surface texture portion to eliminate the collapse. However, examples of the surface property that is difficult to slip include a method of increasing the surface roughness of the base body 4 as described above (anchor effect). Examples of the slippery surface property include a method for reducing the surface roughness as described above.

図６は、実施例の下地体４の構成の一例を模式的に示す上面図である。
下地体４は、第１領域５ａと第１領域５ａを囲む第２領域５ｂとを有し、第２領域５ｂの表面は第１領域５ａの表面よりも粗くなっている。すなわち、第２領域５ｂが上記の下地体４の滑り難い表面性状の部分に相当し、第１領域５ａが上記の下地体４の滑り易い表面性状の部分に相当する。緩衝層３は、下地体４の第１領域５ａ内に載置される。さらに、緩衝層３は、潰されたとき、外周部分３ｅが第２領域５ｂにまで達する。言い換えると、第１領域５ａの広さが潰される前の緩衝層３ａの広さよりも広く、潰された後の緩衝層３ｂの広さよりも狭くなるように第１領域５ａが形成される。さらに、第２領域５ｂの外周部分５ｂｅの外縁の位置が潰された後の緩衝層３ｂの外周部分３ｅの外縁の位置と概ね同じか、それよりも外側に広がるように第２領域５ｂが形成される。したがって、緩衝層３と下地体４とが互いに接触している接触領域は、緩衝層３が潰される前は第１領域５ａよりも小さい初期領域であり、緩衝層３が潰されるときには初期領域から、第１領域５ａを越えて第２領域５ｂまで拡大される。 FIG. 6 is a top view schematically showing an example of the configuration of the base body 4 of the embodiment.
The base body 4 has a first region 5a and a second region 5b surrounding the first region 5a, and the surface of the second region 5b is rougher than the surface of the first region 5a. That is, the second region 5b corresponds to a portion having a non-slip surface property of the base body 4 and the first region 5a corresponds to a surface property portion of the base body 4 to be slippery. The buffer layer 3 is placed in the first region 5 a of the base body 4. Furthermore, when the buffer layer 3 is crushed, the outer peripheral portion 3e reaches the second region 5b. In other words, the first region 5a is formed so that the width of the first region 5a is larger than the width of the buffer layer 3a before being crushed and narrower than the width of the buffer layer 3b after being crushed. Further, the second region 5b is formed so that the outer edge position of the outer peripheral portion 5be of the second region 5b is substantially the same as the outer edge position of the outer peripheral portion 3e of the buffer layer 3b after being crushed or extends outwardly. Is done. Accordingly, the contact region where the buffer layer 3 and the base body 4 are in contact with each other is an initial region smaller than the first region 5a before the buffer layer 3 is crushed, and from the initial region when the buffer layer 3 is crushed. The second region 5b is enlarged beyond the first region 5a.

図７は、実施例の下地体４上に載置され潰された緩衝層３における潰れの回復度合いを示すグラフである。ただし、縦軸、横軸及び潰れ率は図５の場合と同じである。例えば、緩衝層３ａを潰した後に１０分間は潰れ率を３０％以上にする場合、第２領域５ｂの表面粗さＲａを１０μｍとし、第２領域５ｂの範囲を、緩衝層３ａを潰した後の緩衝層３ｂのうちの外周から約３０％程度内側までの領域とし、第１領域５ａの表面粗さＲａを０．０５μｍとする。ここで、曲線Ｃ_Ａは緩衝層３の外周部分３ｅが第２領域５ｂ（Ｒａ：１０μｍ）内にある場合を示し、曲線Ｃ_Ｂは緩衝層３の外周部分が第１領域５ａ（Ｒａ：０．０５μｍ）内にある場合を示す。曲線Ａ（破線）及び曲線Ｂ（一点鎖線）は図５と同じである。この場合、最初の１０分までは、緩衝層３は曲線Ｂの場合よりもゆっくり収縮してゆく。そして、外周部分３ｅが第２領域５ｂにあるため、第２領域５ｂの表面の粗い状態が影響して、緩衝層３の潰れ率は３０％以上を保つことができる。一方、１０分以降では、緩衝層３は曲線Ａよりも速やかに収縮が進む。そして、外周部分が第１領域５ａに入るため、第１領域５ａの表面の滑らかな状態が影響して、緩衝層３の潰れ率は４０分後には０％となり、元の厚みを回復して緩衝層３ａに戻ることができる。 FIG. 7 is a graph showing the degree of recovery of crushing in the buffer layer 3 placed and crushed on the base body 4 of the example. However, the vertical axis, the horizontal axis, and the crushing rate are the same as those in FIG. For example, when the crushing rate is 30% or more for 10 minutes after crushing the buffer layer 3a, the surface roughness Ra of the second region 5b is 10 μm, and the range of the second region 5b is after crushing the buffer layer 3a The buffer layer 3b has a region extending from the outer periphery to about 30% inside, and the surface roughness Ra of the first region 5a is 0.05 μm. Here, the curve _{C A} is the outer peripheral portion 3e of the buffer layer 3 and the second region 5b: shows the case in (Ra 10 [mu] m) in the curve _{C B} is the outer peripheral portion of the buffer layer 3 is the first region 5a (Ra: 0 .05 μm). Curve A (dashed line) and curve B (dashed line) are the same as in FIG. In this case, the buffer layer 3 contracts more slowly than the curve B until the first 10 minutes. And since the outer peripheral part 3e exists in the 2nd area | region 5b, the rough state of the surface of the 2nd area | region 5b influences, and the crushing rate of the buffer layer 3 can maintain 30% or more. On the other hand, after 10 minutes, the buffer layer 3 contracts more rapidly than the curve A. And since an outer peripheral part enters into the 1st field 5a, the smooth state of the surface of the 1st field 5a influences, and the crush rate of buffer layer 3 becomes 0% after 40 minutes, and restores the original thickness. It is possible to return to the buffer layer 3a.

下地体４の表面粗さは、例えばサンドブラストにより変化させることができる。表面粗さＲａの小さい第１領域５ａにおいて、Ｒａの上限としては０．１μｍ以下が好ましく、下限としては特に制限はなく０μｍより大きければよい。また、表面粗さＲａの大きい第２領域５ｂにおいて、Ｒａの下限としては１μｍ以上が好ましく、上限としては例えば２００μｍが例示される。なお、表面粗さを実質的に小さくする方法として、界面活性剤を第２領域５ｂの表面に塗布することなく第１領域５ａの表面に塗布する方法も用い得る。 The surface roughness of the base body 4 can be changed, for example, by sandblasting. In the first region 5a having a small surface roughness Ra, the upper limit of Ra is preferably 0.1 μm or less, and the lower limit is not particularly limited and may be larger than 0 μm. In the second region 5b having a large surface roughness Ra, the lower limit of Ra is preferably 1 μm or more, and the upper limit is, for example, 200 μm. As a method for substantially reducing the surface roughness, a method of applying the surfactant to the surface of the first region 5a without applying the surfactant to the surface of the second region 5b can also be used.

上記緩衝層３の配置方法では、緩衝層３を押し潰したときに広がった緩衝層３の外周部分３ｅが接触する下地体４の第２領域５ｂの表面性状を滑り難くし、外周部分３ｅの内側の中央部分が接触する下地体４の第１領域５ａの表面性状を滑り易くする。それにより、初期には緩衝層３の潰れをゆっくり回復させられるので、燃料電池本体１をケース２に入れる時間を稼ぐことができ、その後には緩衝層３の潰れを速やかに回復させられるので、燃料電池本体１とケース２との間の隙間を緩衝層３で埋めることができ得る。また、緩衝層３を潰す工程において、初期には、滑り易い表面性状の第１領域５ａで緩衝層３を押し広げるので、緩衝層３を容易に潰すこと（広げること）ができる。 In the arrangement method of the buffer layer 3, the surface property of the second region 5b of the base body 4 that the outer peripheral portion 3e of the buffer layer 3 that has spread when the buffer layer 3 is crushed is less likely to slip, and the outer peripheral portion 3e The surface property of the first region 5a of the base body 4 with which the inner central portion contacts is made slippery. Thereby, the crushing of the buffer layer 3 can be slowly recovered in the initial stage, so that it is possible to earn time for putting the fuel cell body 1 in the case 2, and then the crushing of the buffer layer 3 can be quickly recovered. A gap between the fuel cell body 1 and the case 2 can be filled with the buffer layer 3. In the step of crushing the buffer layer 3, the buffer layer 3 is pushed and spread in the first region 5 a having a slippery surface property in the initial stage, so that the buffer layer 3 can be easily crushed (expanded).

次に、実施例に係る燃料電池スタックＡの製造方法について説明する。この製造方法は、上記緩衝層３の配置方法を用いている。図８〜図１２は、燃料電池スタックＡの各製造工程を示す概略断面図である。 Next, a method for manufacturing the fuel cell stack A according to the embodiment will be described. This manufacturing method uses the arrangement method of the buffer layer 3. 8 to 12 are schematic cross-sectional views showing each manufacturing process of the fuel cell stack A. FIG.

まず、図８に示すように、ターミナルプレート１２と絶縁プレート１３とエンドプレート１４とが積層体１１の両側にそれぞれ積層された燃料電池本体１を準備する。そして、フレーム（図示せず）で保持された蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付ける。 First, as shown in FIG. 8, a fuel cell main body 1 is prepared in which a terminal plate 12, an insulating plate 13, and an end plate 14 are stacked on both sides of a stacked body 11. Then, the fuel cell main body 1 is pressed with a load P against the lid plate 21 held by a frame (not shown).

一方、図９に示すように、燃料電池本体１がケース２に収容されたときの、積層方向Ｓに沿った燃料電池本体１の外周面１ａと外周面１ａに対向するケース２の内周面２ａとの距離Ｄよりも大きい厚みｄ１を有する緩衝層３を用意する。すなわち、厚みｄ１＞距離Ｄである。厚みｄ１は、緩衝層３に加わる厚さ方向の荷重がゼロの場合の厚みである。緩衝層３の長さは燃料電池本体１の一端から他端までの長さよりも少し短い長さである（図１）。緩衝層３の幅は少なくとも燃料電池本体１の角部Ｃｎ近傍を覆う幅である（図２）。緩衝層３の数は例えば８枚である。
そして、外部の作業台など、燃料電池本体１とは別の位置に配置された下地体４の所定の位置に緩衝層３を載置し、緩衝層３の厚みが距離Ｄよりも小さい厚みｄ２になるように、下地体４の上で緩衝層３をゆっくり潰す。緩衝層３は潰れて厚みが小さくなると共に面積が大きくなる。緩衝層３はダイラタント特性を有しているので、ゆっくり変形することで、容易に変形することができる。この場合、元の形状に戻るのもゆっくりと戻る、すなわちしばらくの間、緩衝層３は厚みの小さい状態を維持する。なお、図８の工程及び図９の工程の順番は特に限定されない。外部の作業台など、燃料電池本体１とは別の位置に配置された下地体４上で緩衝層３を潰すので、燃料電池本体１上で緩衝層３を潰す場合と比較して、燃料電池本体１へ加わる外力を小さくすることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, when the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2, the outer peripheral surface 1a of the fuel cell main body 1 along the stacking direction S and the inner peripheral surface of the case 2 facing the outer peripheral surface 1a. A buffer layer 3 having a thickness d1 larger than the distance D to 2a is prepared. That is, thickness d1> distance D. The thickness d1 is the thickness when the load in the thickness direction applied to the buffer layer 3 is zero. The length of the buffer layer 3 is slightly shorter than the length from one end of the fuel cell body 1 to the other end (FIG. 1). The buffer layer 3 has a width that covers at least the vicinity of the corner Cn of the fuel cell body 1 (FIG. 2). The number of buffer layers 3 is eight, for example.
Then, the buffer layer 3 is placed at a predetermined position of the base body 4 disposed at a position different from the fuel cell main body 1 such as an external work table, and the thickness d2 of the buffer layer 3 is smaller than the distance D. The buffer layer 3 is slowly crushed on the substrate 4 so that The buffer layer 3 is crushed to reduce the thickness and increase the area. Since the buffer layer 3 has a dilatant characteristic, it can be easily deformed by being slowly deformed. In this case, returning to the original shape also returns slowly, that is, the buffer layer 3 maintains a small thickness for a while. In addition, the order of the process of FIG. 8 and the process of FIG. 9 is not specifically limited. Since the buffer layer 3 is crushed on the base body 4 arranged at a position different from the fuel cell main body 1 such as an external work table, the fuel cell is compared with the case where the buffer layer 3 is crushed on the fuel cell main body 1. The external force applied to the main body 1 can be reduced.

続いて、図１０に示すように、蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付けた状態を維持しながら、下地体４上で潰された緩衝層３を、下地体４と共に燃料電池本体１の４つの外周面１ａの角部Ｃｎ近傍に２枚ずつ配置する。 Subsequently, as shown in FIG. 10, while maintaining the state in which the fuel cell main body 1 is pressed against the lid plate 21 with the load P, the buffer layer 3 crushed on the base body 4 is put together with the base body 4 on the fuel cell main body. Two pieces are arranged in the vicinity of the corner portion Cn of the four outer peripheral surfaces 1a.

その後、図１１に示すように、蓋プレート２１に燃料電池本体１を荷重Ｐで押し付けた状態を維持しながら、緩衝層３の厚みが距離Ｄにまで膨らむ前に、燃料電池本体１をケース本体２２に収容する。緩衝層３は、復元力により元の形状、すなわち厚みｄ１に戻ろうとするが、その速度はゆっくりであるため、この段階では厚みの小さい状態にある。そのため、緩衝層３にほとんど触れることなくケース本体２２を燃料電池本体１に被せることができる。なお、荷重Ｐはケース２の底面に設けられた開口部（配線や配管用）を介して印加することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 11, the fuel cell body 1 is attached to the case body before the thickness of the buffer layer 3 expands to the distance D while maintaining the state where the fuel cell body 1 is pressed against the lid plate 21 with the load P. 22 to accommodate. The buffer layer 3 tries to return to the original shape, that is, the thickness d1 by the restoring force, but since the speed is slow, the thickness is small at this stage. Therefore, the case main body 22 can be put on the fuel cell main body 1 with little contact with the buffer layer 3. The load P can be applied through an opening (for wiring and piping) provided on the bottom surface of the case 2.

その後、図１２に示すように、ケース本体２２をボルトのような締結部材（図示せず）で蓋プレート２１に締結する。以上により、燃料電池スタックＡが完成される。このとき、緩衝層３は厚み方向に膨らんで厚みを回復しつつ、厚み方向に垂直な方向に収縮して面積を戻しながら、燃料電池本体１の各プレートや各燃料電池単セルの凹凸に合わせてケース２との隙間を埋める。それにより、緩衝層３は、燃料電池本体１の外周面１ａとケース２の内周面２ａとの間に圧縮状態で配置される。 Then, as shown in FIG. 12, the case main body 22 is fastened to the lid plate 21 with a fastening member (not shown) such as a bolt. Thus, the fuel cell stack A is completed. At this time, the buffer layer 3 expands in the thickness direction and recovers the thickness, while shrinking in a direction perpendicular to the thickness direction to return the area, and matches the unevenness of each plate of the fuel cell body 1 and each single cell of the fuel cell. To fill the gap with case 2. Thereby, the buffer layer 3 is disposed in a compressed state between the outer peripheral surface 1 a of the fuel cell main body 1 and the inner peripheral surface 2 a of the case 2.

上記の燃料電池スタックの製造方法では、変形されたとき元の寸法に戻ろうとする復元力と、ゆっくりとした変形には流動性を示し、急激な変形には固体のようにふるまうダイラタント特性とを有する緩衝層３を利用する。そのため、燃料電池本体１とは別の位置で、燃料電池本体１とケース２との距離（隙間）Ｄ未満に緩衝層３を予め潰すことで、燃料電池本体１への設置に要する外力を削減できると共に、燃料電池本体１のケース２への挿入性を向上させることができる。加えて、燃料電池本体１がケース２内に収まった後に緩衝層３が復元することで、燃料電池本体１とケース２との間に圧縮状態で緩衝層３を容易に配置することができる。また、ケース２が水密、締結、外部拘束の機能を有するため、それら機能を実現する構成が簡略化され、燃料電池スタックＡの大きさを小さくでき、コストを低減できる。その結果、燃料電池スタックＡが急激な衝撃を受けたとき、緩衝層３は固体のように振る舞い、各燃料電池単セルの位置ずれの発生を抑制し、位置ずれに起因する反応ガスや冷却媒体の漏れの発生を抑制できる。また、燃料電池単セルが緩やかに変形したとき、緩衝層３は流動性を示し、各燃料電池単セルの変形によって生じた隙間を埋めるように変形し、燃料電池単セルと緩衝層３との間の隙間の発生を抑制できる。 In the fuel cell stack manufacturing method described above, the restoring force to return to the original dimensions when deformed, the fluidity to slow deformation, and the dilatant characteristics to behave like a solid for rapid deformation. The buffer layer 3 is used. Therefore, the external force required for installation on the fuel cell main body 1 is reduced by preliminarily crushing the buffer layer 3 at a position different from the fuel cell main body 1 and less than the distance (gap) D between the fuel cell main body 1 and the case 2. In addition, the insertion property of the fuel cell body 1 into the case 2 can be improved. In addition, since the buffer layer 3 is restored after the fuel cell main body 1 is accommodated in the case 2, the buffer layer 3 can be easily disposed in a compressed state between the fuel cell main body 1 and the case 2. Further, since the case 2 has functions of watertightness, fastening, and external restraint, the configuration for realizing these functions is simplified, the size of the fuel cell stack A can be reduced, and the cost can be reduced. As a result, when the fuel cell stack A receives a sudden impact, the buffer layer 3 behaves like a solid, suppresses the occurrence of misalignment of each fuel cell single cell, and reacts with the reaction gas and cooling medium caused by the misalignment. Occurrence of leakage can be suppressed. In addition, when the fuel cell unit cell is gently deformed, the buffer layer 3 exhibits fluidity, and is deformed so as to fill a gap generated by the deformation of each fuel cell unit cell. Generation | occurrence | production of the clearance gap between can be suppressed.

以上説明されたように、実施例の燃料電池スタックＡの製造方法は、燃料電池本体の外周面とケースの内周面との間に適切に緩衝層３を配置することができる。 As described above, in the method of manufacturing the fuel cell stack A of the embodiment, the buffer layer 3 can be appropriately disposed between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case.

１燃料電池本体
１ａ外周面
２ケース
２ａ内周面
３緩衝層
４下地体
５ａ第１領域
５ｂ第２領域
１１積層体
Ａ燃料電池スタック
Ｄ距離
ｄ１厚み
Ｓ積層方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body 1a Outer peripheral surface 2 Case 2a Inner peripheral surface 3 Buffer layer 4 Base body 5a 1st area | region 5b 2nd area | region 11 Laminated body A Fuel cell stack D Distance d1 Thickness S Lamination direction

Claims

A fuel cell main body including a stack formed by stacking a plurality of fuel cell single cells along the stacking direction, a case disposed so as to surround an outer peripheral surface of the fuel cell main body along the stacking direction, and A method of manufacturing a fuel cell stack comprising a buffer layer disposed between a fuel cell main body and the case and having a restoring force to return to its original dimensions when deformed,
Preparing the buffer layer having a thickness larger than the distance between the outer peripheral surface of the fuel cell main body and the inner peripheral surface of the case facing the outer peripheral surface when the fuel cell main body is surrounded by the case; When,
A first region and a second region surrounding the first region, a surface of the second region having a rougher body than the surface of the first region; and
Placing the buffer layer in the first region of the substrate;
Crushing the buffer layer on the substrate so that the thickness of the buffer layer is smaller than the distance;
Arranging the base body on which the crushed buffer layer is placed on the outer peripheral surface of the fuel cell main body;
Surrounding the fuel cell body with the case before the thickness of the buffer layer expands to the distance;
With
The contact area between the buffer layer and the base body is expanded from the initial area smaller than the first area to the second area beyond the first area by the crushing step ,
The surface roughness of the second region has such a roughness that the buffer layer is difficult to slip and the buffer layer can be maintained at a predetermined crush rate over a predetermined time, and the surface roughness of the first region is: The buffer layer is slippery and has a roughness capable of recovering the buffer layer to its original thickness with a crush rate of 0%.
Manufacturing method of fuel cell stack.