JP6642373B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

複数の単セルの積層体を含む燃料電池スタックがケースに収容された構成を有する燃料電池が開示されている(特許文献1)。   A fuel cell having a configuration in which a fuel cell stack including a stacked body of a plurality of single cells is housed in a case is disclosed (Patent Document 1).

特開2016−12408号公報JP 2016-12408 A

特許文献1に記載の燃料電池が車両に搭載されて用いられる場合、例えば車両の衝突により、燃料電池スタックに供給される反応ガス(例えば水素ガス)が燃料電池スタックにおいて異常燃焼し、またその燃焼により生じたガスや反応ガスが燃料電池から漏れ出して、ケース内の圧力が過剰に高まるという問題が生じ得る。ケース内の圧力が過剰に高まると、燃料電池スタックを含む燃料電池全体が破損してしまうおそれがある。上述の問題は、車両に搭載される燃料電池に限らず、建物に固定配置される燃料電池など、燃料電池スタックがケースに収容される構成を有する燃料電池において共通する。そこで、燃料電池スタックがケースに収容された構成を有する燃料電池において、ケース内の圧力の上昇を抑制する技術が望まれている。   When the fuel cell described in Patent Literature 1 is used by being mounted on a vehicle, for example, a reaction gas (eg, hydrogen gas) supplied to the fuel cell stack abnormally burns in the fuel cell stack due to a collision of the vehicle, and the combustion thereof occurs. As a result, the gas or reaction gas leaked out of the fuel cell may cause a problem that the pressure in the case becomes excessively high. If the pressure in the case is excessively increased, the entire fuel cell including the fuel cell stack may be damaged. The above problem is not limited to fuel cells mounted on vehicles, but is common to fuel cells having a configuration in which a fuel cell stack is housed in a case, such as a fuel cell fixedly arranged in a building. Therefore, in a fuel cell having a configuration in which a fuel cell stack is housed in a case, a technique for suppressing an increase in pressure inside the case is desired.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following embodiments.

(1)本発明の一実施形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、積層された複数の単セルを含む積層体と;第1壁部と、前記第1壁部と交差し前記第1壁部よりも高い剛性を有する第2壁部と、を有し、前記積層体を収容するケースと;前記ケースの内部において、前記第1壁部と前記第2壁部との交差部分に対応する角部に配置されている多孔体部と;を備える。   (1) According to one embodiment of the present invention, a fuel cell is provided. The fuel cell includes a stacked body including a plurality of stacked unit cells; a first wall, and a second wall intersecting with the first wall and having higher rigidity than the first wall. A case that accommodates the stacked body; and a porous body disposed inside the case at a corner corresponding to an intersection of the first wall and the second wall. .

この形態の燃料電池によれば、ケースは、第1壁部と、第1壁部と交差し第1壁部よりも高い剛性を有する第2壁部とを有するので、積層体における反応ガスの異常燃焼により生じたガスが積層体から漏洩してケース内の圧力が過剰に上昇した場合に、交差部分の近傍において第1壁部を意図的に破壊させてケース内の圧力の圧抜きを行い、ケース内の圧力の上昇を抑制できる。また、このように第1壁部を破壊させた場合であっても、交差部分に対応する角部に多孔体部が配置されているので、ケース内の圧抜きを行いつつ、多孔体部の孔よりも大きな径の部材等がケース内に入り込むことを抑制できる。   According to the fuel cell of this aspect, the case has the first wall portion and the second wall portion that intersects the first wall portion and has higher rigidity than the first wall portion. When the gas generated by abnormal combustion leaks from the laminate and the pressure inside the case rises excessively, the first wall portion is intentionally destroyed near the intersection to release the pressure inside the case. In addition, an increase in pressure inside the case can be suppressed. Even when the first wall portion is broken in this way, since the porous body portion is disposed at the corner corresponding to the intersection, the pressure inside the case is reduced while the porous body portion is released. A member or the like having a diameter larger than the hole can be prevented from entering the case.

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池を備える燃料電池システム、その燃料電池システムを備える車両等の形態においても実現できる。   The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in a form of a fuel cell system including a fuel cell, a vehicle including the fuel cell system, or the like.

本発明の一実施形態における燃料電池の概略構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図1に示す2−2断面を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a 2-2 section shown in FIG. 1. 図1に示す領域の拡大図である。It is an enlarged view of the area | region shown in FIG. 異常燃焼発生時の燃料電池におけるケースの開口部を拡大して示す斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view showing an opening of a case in the fuel cell when abnormal combustion occurs. 異常燃焼発生時における領域を示す拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view showing a region when abnormal combustion occurs.

A.実施形態:
A1.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池100の概略構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す2−2断面を示す断面図である。図1および図2では、Z軸は鉛直方向と平行に、X軸およびY軸は水平方向と平行に、それぞれ設定されている。+Z方向は鉛直上方に、−Z方向は鉛直下方にそれぞれ相当する。なお、図1のX軸、Y軸およびZ軸は、他の図のX軸、Y軸およびZ軸に対応する。
A. Embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell 100 according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a 2-2 section shown in FIG. 1 and 2, the Z axis is set parallel to the vertical direction, and the X axis and Y axis are set parallel to the horizontal direction. The + Z direction corresponds to vertically upward and the -Z direction corresponds to vertically downward. Note that the X, Y, and Z axes in FIG. 1 correspond to the X, Y, and Z axes in other drawings.

図1および図2に示すように、燃料電池100は、燃料電池スタック90と、ケース40と、複数のボルト80と、を備えている。図1に示すように、燃料電池100は、ケース40内に燃料電池スタック90が収容された構成を有する。図1では、ケース40として、図2に示すケース蓋部40bの図示を省略し、ケース本体部40aのみを表している。図2では、説明の便宜上、図1に示す多孔体部50を破線で表し、図1と同様にハッチングを付している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 100 includes a fuel cell stack 90, a case 40, and a plurality of bolts 80. As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 has a configuration in which a fuel cell stack 90 is accommodated in a case 40. In FIG. 1, as the case 40, the illustration of the case lid 40b shown in FIG. 2 is omitted, and only the case main body 40a is shown. In FIG. 2, for convenience of explanation, the porous body portion 50 shown in FIG. 1 is represented by a broken line and hatched as in FIG.

図2に示すように、燃料電池スタック90は、積層体10と、第1のエンドプレート20aと、第2のエンドプレート20bと、プレッシャープレート30とを備える。積層体10は、X軸と略平行な方向である積層方向(以下、単に「積層方向」と呼ぶ)に沿って積層された複数の単セル11を含んで構成されている。具体的には、積層体10は、複数の単セル11と、一対のターミナルプレート12と、一対のインシュレータ13とを備える。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 90 includes the stacked body 10, a first end plate 20a, a second end plate 20b, and a pressure plate 30. The stacked body 10 is configured to include a plurality of unit cells 11 stacked in a stacking direction (hereinafter, simply referred to as a “stacking direction”) that is a direction substantially parallel to the X axis. Specifically, the multilayer body 10 includes a plurality of single cells 11, a pair of terminal plates 12, and a pair of insulators 13.

各単セル11は、本実施形態では、固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜を挟んで設けられたアノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に供給される反応ガスを用いた電気化学反応により電力を発生する。本実施形態において、アノード側の反応ガス(燃料ガス)は、水素ガスである。また、カソード側の反応ガス(酸化剤ガス)は、空気である。本実施形態において、各極の触媒電極層は、触媒としての白金(Pt)を担持したカーボン粒子および電解質を含んで構成される。   In this embodiment, each single cell 11 is a solid polymer fuel cell, and uses a reaction gas supplied to an anode-side catalyst electrode layer and a cathode-side catalyst electrode layer provided with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. Electric power is generated by the electrochemical reaction. In the present embodiment, the reaction gas (fuel gas) on the anode side is hydrogen gas. The reaction gas (oxidant gas) on the cathode side is air. In the present embodiment, the catalyst electrode layer of each electrode is configured to include carbon particles supporting platinum (Pt) as a catalyst and an electrolyte.

各単セル11において各極の触媒電極層の外側には、多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュおよび発砲金属等の金属多孔質体が用いられる。また、各極のガス拡散層の外側には、導電性を有するセパレータが配置されている。燃料電池スタック90の内部には、各単セル11に対する反応ガスの供給、各単セル11からのオフガスの排出、および各単セル11への冷却媒体の供給と排出を行うための複数のマニホールドが、積層方向と略平行に形成されている。   In each single cell 11, a gas diffusion layer formed of a porous body is disposed outside the catalyst electrode layer of each electrode. As the porous body, for example, a carbon porous body such as carbon paper and carbon cloth, and a metal porous body such as a metal mesh and a foamed metal are used. In addition, a separator having conductivity is arranged outside the gas diffusion layer of each electrode. Inside the fuel cell stack 90, a plurality of manifolds for supplying a reaction gas to each unit cell 11, discharging off-gas from each unit cell 11, and supplying and discharging a cooling medium to each unit cell 11 are provided. Are formed substantially parallel to the laminating direction.

一対のターミナルプレート12は、板状の導電性部材から成り、総合電極として機能する。各ターミナルプレート12は、複数の単セル11の積層体の積層方向の最外側の各単セル11の外側の面に隣接して配置されている。具体的には、燃料電池スタック90の+X方向側のターミナルプレート12は、複数の単セル11の積層体の+X方向の端に位置する単セル11の積層方向の外側(+X方向)に配置されている。燃料電池スタック90の−X方向側のターミナルプレート12は、複数の単セル11の積層体の−X方向の端に位置する単セル11の積層方向の外側(−X方向)に配置されている。   The pair of terminal plates 12 are made of a plate-shaped conductive member and function as integrated electrodes. Each terminal plate 12 is arranged adjacent to the outer surface of each outermost unit cell 11 in the stacking direction of the stacked body of the plurality of unit cells 11. Specifically, the terminal plate 12 on the + X direction side of the fuel cell stack 90 is disposed outside (+ X direction) in the stacking direction of the unit cells 11 located at the end in the + X direction of the stacked body of the plurality of unit cells 11. ing. The terminal plate 12 on the −X direction side of the fuel cell stack 90 is arranged outside (−X direction) in the stacking direction of the unit cells 11 located at the −X direction end of the stacked body of the plurality of unit cells 11. .

一対のインシュレータ13は、板状の絶縁性部材から成り、一方のターミナルプレート12と第1のエンドプレート20aとの間、他方のターミナルプレート12と第2のエンドプレート20bとの間を、それぞれ電気的に絶縁する。各インシュレータ13は、各ターミナルプレート12の積層方向の外側の面に隣接して配置されている。具体的には、燃料電池スタック90の+X方向側のインシュレータ13は、+X方向側のターミナルプレート12の積層方向の2つの面のうちの一方の面(+X方向の面)に対し、積層方向の外側(+X方向)に配置されている。燃料電池スタック90の−X方向側のインシュレータ13は、−X方向側のターミナルプレート12の積層方向の2つの面のうちの一方の面(−X方向の面)に対し、積層方向の外側(−X方向)に配置されている。   The pair of insulators 13 is made of a plate-shaped insulating member, and electrically connects between one terminal plate 12 and the first end plate 20a and between the other terminal plate 12 and the second end plate 20b. Insulation. Each insulator 13 is disposed adjacent to an outer surface of each terminal plate 12 in the stacking direction. More specifically, the insulator 13 on the + X direction side of the fuel cell stack 90 is arranged such that one of the two surfaces in the stacking direction of the terminal plate 12 on the + X direction side (the surface in the + X direction) is in the stacking direction. It is arranged outside (+ X direction). The insulator 13 on the −X direction side of the fuel cell stack 90 is located outside (in the −X direction) of one of the two surfaces in the stacking direction of the terminal plate 12 on the −X direction side (outside in the stacking direction). -X direction).

第1のエンドプレート20aは、積層体10の積層方向の2つの面のうちの一方の面(+X方向の面)に対し、積層方向の外側(+X方向)に位置する。具体的には、第1のエンドプレート20aは、積層体10の+X方向の端に位置するインシュレータ13の積層方向の外側(+X方向)に配置されている。第1のエンドプレート20aは、板状の部材である。第1のエンドプレート20aは、後述の第2のエンドプレート20bおよび後述のプレッシャープレート30と共に、所定の圧縮力で積層体10を挟み込み、積層体10の積層状態を保持する。本実施形態では、第1のエンドプレート20aは、アルミニウムにより形成されている。なお、アルミニウムに代えて、鋼、チタン等の金属や合金によって形成されていてもよい。第1のエンドプレート20aの平面視形状(−X方向に見たときの輪郭形状)は、略矩形である。   The first end plate 20a is located outside (in the + X direction) in the stacking direction with respect to one of the two surfaces (the surface in the + X direction) of the stack 10 in the stacking direction. Specifically, the first end plate 20a is arranged outside (the + X direction) of the insulator 13 located at the end of the laminate 10 in the + X direction in the lamination direction. The first end plate 20a is a plate-shaped member. The first end plate 20a, together with a later-described second end plate 20b and a later-described pressure plate 30, sandwiches the laminated body 10 with a predetermined compressive force, and holds the laminated state of the laminated body 10. In the present embodiment, the first end plate 20a is formed of aluminum. In addition, instead of aluminum, it may be formed of a metal or alloy such as steel or titanium. The planar shape (contour shape when viewed in the −X direction) of the first end plate 20a is substantially rectangular.

第1のエンドプレート20aには、厚さ方向(X軸方向)に貫通する図示しない複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔は、積層体10の内部に形成されている図示しない複数のマニホールドと連通し、積層体10への反応ガスおよび冷却媒体の供給、積層体10からのオフガスおよび冷却媒体の排出に用いられる。   The first end plate 20a has a plurality of through holes (not shown) that penetrate in the thickness direction (X-axis direction). The plurality of through holes communicate with a plurality of manifolds (not shown) formed inside the multilayer body 10 to supply the reaction gas and the cooling medium to the multilayer body 10 and to discharge the off gas and the cooling medium from the multilayer body 10. Used for

第2のエンドプレート20bは、積層体10の積層方向の2つの面のうち、第1のエンドプレート20aが配置された側とは反対側(−X方向)の面に対し、積層方向の外側(−X方向)に位置する。具体的には、積層体10の−X方向の端に位置するインシュレータ13の積層方向の外側(−X方向)に配置されている。第2のエンドプレート20bは、第1のエンドプレート20aと同様の形状を有し、第1のエンドプレート20aと同様の材料から成る。   The second end plate 20b is located on the outer side in the stacking direction with respect to the surface (−X direction) opposite to the side on which the first end plate 20a is arranged, of the two surfaces of the stack 10 in the stacking direction. (-X direction). Specifically, the insulator 13 located at the end of the laminate 10 in the −X direction is disposed outside (−X direction) in the laminating direction. The second end plate 20b has the same shape as the first end plate 20a, and is made of the same material as the first end plate 20a.

プレッシャープレート30は、第2のエンドプレート20bの積層方向の2つの面のうちの一方の面(−X方向の面)に対し、積層方向の外側(−X方向)に隣接して配置されている。プレッシャープレート30は、第1のエンドプレート20aと同様の形状を有し、第1のエンドプレート20aと同様の材料から成る。プレッシャープレート30は、ケース40と複数のボルト80により接合される。プレッシャープレート30とケース40とが接合された状態で、燃料電池スタック90に締結荷重が加えられる。   The pressure plate 30 is disposed adjacent to one of the two surfaces of the second end plate 20b in the stacking direction (the surface in the -X direction) outside (the -X direction) in the stacking direction. I have. The pressure plate 30 has the same shape as the first end plate 20a, and is made of the same material as the first end plate 20a. The pressure plate 30 is joined to the case 40 by a plurality of bolts 80. A fastening load is applied to the fuel cell stack 90 in a state where the pressure plate 30 and the case 40 are joined.

図2に示すように、ケース40は、ケース本体部40aと、ケース蓋部40bとから成る。図1および図2に示すように、ケース本体部40aは、+X方向側の端部に開口が形成され反対側(−X方向側)の端部が閉塞されている有底筒状の外観形状を有する。図2に示すように、ケース蓋部40bは、ケース本体部40aの開口を覆うようにして、ケース本体部40aと締結される。より具体的には、ケース本体部40aは、ケース本体部40aの開口の周囲に、開口の中心から開口の縁に向かう方向に沿って延びるフランジ部を有する。フランジ部は、ケース蓋部40bの−X方向の面と接しており、複数のボルト80によりケース蓋部40bの周縁部と接続されている。ケース40は、防水性、防塵性、耐衝撃性に優れており、本実施形態では、アルミニウムにより形成されている。   As shown in FIG. 2, the case 40 includes a case main body 40a and a case lid 40b. As shown in FIGS. 1 and 2, the case body 40 a has a bottomed cylindrical external shape in which an opening is formed at an end on the + X direction side and an end on the opposite side (−X direction side) is closed. Having. As shown in FIG. 2, the case cover 40b is fastened to the case body 40a so as to cover the opening of the case body 40a. More specifically, the case body 40a has a flange around the opening of the case body 40a, extending along the direction from the center of the opening toward the edge of the opening. The flange portion is in contact with the surface of the case cover 40b in the −X direction, and is connected to the peripheral edge of the case cover 40b by a plurality of bolts 80. The case 40 is excellent in waterproofness, dustproofness, and impact resistance, and is made of aluminum in the present embodiment.

図1に示すように、ケース本体部40aは、上述のフランジ部と、複数の壁部とから形成されている。上述の複数の壁部は、第1壁部41Bと、第2壁部41Rと、第3壁部41Eと、第4壁部41Lと、第5壁部41Tとから成る。   As shown in FIG. 1, the case main body 40a is formed from the above-described flange and a plurality of walls. The above-described plurality of wall portions includes a first wall portion 41B, a second wall portion 41R, a third wall portion 41E, a fourth wall portion 41L, and a fifth wall portion 41T.

第1壁部41Bは、第2壁部41Rと第4壁部41Lとそれぞれ交差して、ケース本体部40aの底壁を形成する。第2壁部41Rは、第1壁部41Bと第3壁部41Eと第5壁部41Tとそれぞれ交差して、−X方向に見て、ケース本体部40aの右側壁部を形成する。第3壁部41Eは、第1壁部41Bと第2壁部41Rと第4壁部41Lと第5壁部41Tとそれぞれ交差して、−X方向に見て、ケース本体部40aの後方壁部を形成する。第4壁部41Lは、第1壁部41Bと第3壁部41Eと第5壁部41Tとそれぞれ交差して、−X方向に見て、ケース本体部40aの左側壁部を形成する。第5壁部41Tは、第2壁部41Rと第3壁部41Eと第4壁部41Lとそれぞれ交差して、ケース本体部40aの天井壁部を形成する。図1に示すように、第1壁部41Bと、第2壁部41Rと、第3壁部41Eと、第4壁部41Lと、第5壁部41Tとにより画定されるケース40(ケース本体部40a)の内部空間に、燃料電池スタック90が配置される。   The first wall 41B intersects the second wall 41R and the fourth wall 41L, respectively, and forms a bottom wall of the case body 40a. The second wall 41R intersects the first wall 41B, the third wall 41E, and the fifth wall 41T, respectively, and forms the right wall of the case body 40a when viewed in the −X direction. The third wall portion 41E intersects the first wall portion 41B, the second wall portion 41R, the fourth wall portion 41L, and the fifth wall portion 41T, respectively, and is a rear wall of the case body 40a when viewed in the −X direction. Form a part. The fourth wall portion 41L intersects the first wall portion 41B, the third wall portion 41E, and the fifth wall portion 41T, respectively, and forms a left side wall portion of the case main body portion 40a when viewed in the −X direction. The fifth wall 41T intersects the second wall 41R, the third wall 41E, and the fourth wall 41L, respectively, and forms a ceiling wall of the case body 40a. As shown in FIG. 1, a case 40 (case body) defined by a first wall portion 41B, a second wall portion 41R, a third wall portion 41E, a fourth wall portion 41L, and a fifth wall portion 41T. The fuel cell stack 90 is arranged in the internal space of the part 40a).

図1に示すように、ケース本体部40aの内部の2つの角部42a、42bにそれぞれ多孔体部50が配置されている。角部42aは、第1壁部41Bと第4壁部41Lとの交差部分に対応する領域である。角部42bは、第1壁部41Bと第2壁部41Rとの交差部分に対応する領域である。ここで、「壁部と壁部との交差部分に対応する領域」とは、壁部と壁部との交差部分近傍の領域であって、それぞれの壁部から所定の距離内の領域を意味する。したがって、角部の一部が、少なくとも一方の壁部と接していてもよいし、少なくとも一方の壁部から所定の距離内で離れていてもよい。   As shown in FIG. 1, a porous body 50 is disposed at each of two corners 42a and 42b inside the case body 40a. The corner 42a is an area corresponding to the intersection of the first wall 41B and the fourth wall 41L. The corner 42b is a region corresponding to the intersection of the first wall 41B and the second wall 41R. Here, the “region corresponding to the intersection between the wall portion and the wall portion” is a region near the intersection portion between the wall portion and the wall portion, and means a region within a predetermined distance from each wall portion. I do. Therefore, a part of the corner may be in contact with at least one of the walls, or may be separated from at least one of the walls within a predetermined distance.

図3は、図1に示す領域Ar1の拡大図である。領域Ar1は、ケース本体部40aの開口部近傍の角部42bを含む領域である。図3では、ケース40内に収容された燃料電池スタック90の図示を省略している。図2および図3に示すように、多孔体部50は、三角柱状の外観形状を有し、ケース本体部40aの開口部から第3壁部41Eまでに亘って積層方向に沿って配置されている。図2および図3に示すように、多孔体部50は、第1壁部41Bと第2壁部41Rとに接してケース40内部の角部42bに配置されている。多孔体部50のX−Y平面と平行な面、Y−Z平面と平行な面の断面形状は、それぞれ略矩形である。多孔体部50は、多数の孔が形成された網目形状を有する。なお、図2および図3では、多孔体部50に形成されている孔を模式的に表している。多孔体部50の剛性は、燃料電池スタック90内において反応ガスの異常燃焼が発生して(以下、「異常燃焼発生時」と呼ぶ)、かかる異常燃焼により生じたガスや反応ガスが燃料電池スタック90から漏洩し、ケース40内の圧力が急激に上昇した際に破損しない程度の剛性に設定されている。かかる剛性の制御は、例えば、多孔体部50に形成されている孔の大きさ、数、形状等を調整することにより実現できる。本実施形態において、多孔体部50は、メッシュ形状のパンチング部材を組み合わせて形成されている。なお、パンチング部材に代えて、金属メッシュなど、反応ガスを透過可能な孔が形成された部材であれば、他の任意の部材を用いてもよい。なお、角部42a近傍の構成も同様であるので、説明を省略する。   FIG. 3 is an enlarged view of the region Ar1 shown in FIG. The region Ar1 is a region including the corner 42b near the opening of the case body 40a. 3, illustration of the fuel cell stack 90 housed in the case 40 is omitted. As shown in FIGS. 2 and 3, the porous body portion 50 has a triangular prism shape and is arranged along the stacking direction from the opening of the case body 40a to the third wall 41E. I have. As shown in FIGS. 2 and 3, the porous body portion 50 is disposed in the corner portion 42 b inside the case 40 in contact with the first wall portion 41B and the second wall portion 41R. The cross-sectional shapes of a plane parallel to the XY plane and a plane parallel to the YZ plane of the porous body 50 are substantially rectangular. The porous body 50 has a mesh shape in which a large number of holes are formed. 2 and 3 schematically show the holes formed in the porous body 50. The rigidity of the porous body portion 50 is such that abnormal combustion of the reaction gas occurs in the fuel cell stack 90 (hereinafter, referred to as “abnormal combustion occurrence”), and the gas and the reaction gas generated by the abnormal combustion are generated by the fuel cell stack 90. The rigidity is set to such a degree as not to be damaged when the pressure leaks from the case 90 and the pressure in the case 40 rises sharply. Such rigidity control can be realized, for example, by adjusting the size, number, shape, and the like of the holes formed in the porous body 50. In the present embodiment, the porous body portion 50 is formed by combining a mesh-shaped punching member. Note that, in place of the punching member, any other member such as a metal mesh having a hole through which a reaction gas can pass may be used. Note that the configuration in the vicinity of the corner 42a is the same, and a description thereof will be omitted.

図3に示すように、第1壁部41Bの厚みt1(Z軸方向の長さ)は、第2壁部41Rの厚みt2(Y軸方向の長さ)よりも小さい。なお、本実施形態において、厚みt1、t2は、それぞれの壁部41B、41Rの平均的な厚みを意味する。上述のように、各壁部(ケース40)は、同一の部材(アルミニウム)により形成されているので、第1壁部41Bと第2壁部41Rとでは、厚みによる剛性差が設けられている。すなわち、第2壁部41Rは、第1壁部41Bよりも高い剛性を有している。図示は省略するが、本実施形態において、第3壁部41E、第4壁部41Lおよび第5壁部41Tのそれぞれの厚みは、第2壁部41Rの厚みt2と同じである。   As shown in FIG. 3, the thickness t1 (length in the Z-axis direction) of the first wall portion 41B is smaller than the thickness t2 (length in the Y-axis direction) of the second wall portion 41R. In the present embodiment, the thicknesses t1 and t2 mean the average thicknesses of the respective wall portions 41B and 41R. As described above, since each wall (case 40) is formed of the same member (aluminum), there is a rigidity difference between the first wall 41B and the second wall 41R due to the thickness. . That is, the second wall 41R has higher rigidity than the first wall 41B. Although not shown, in the present embodiment, the thickness of each of the third wall portion 41E, the fourth wall portion 41L, and the fifth wall portion 41T is the same as the thickness t2 of the second wall portion 41R.

A2.異常燃焼発生時の燃料電池100の状態:
図4は、異常燃焼発生時の燃料電池100におけるケース40の開口部を拡大して示す斜視図である。ケース40に収容された燃料電池スタック90内において、異常燃焼が発生し、かかる異常燃焼により生じたガスや反応ガスが燃料電池スタック90から漏洩し、ケース40内の圧力が上昇する。このとき、剛性が低く、より脆弱な第1壁部41Bが破壊される。特に第1壁部41Bのうち、第1壁部41Bよりも高い剛性を有する第2壁部41R、第4壁部41Lとの接続部分において破壊されやすい。したがって、角部42a、42bにおいて第1壁部41Bが破壊されて空隙70が形成される。
A2. State of fuel cell 100 when abnormal combustion occurs:
FIG. 4 is an enlarged perspective view showing an opening of the case 40 in the fuel cell 100 when abnormal combustion occurs. Abnormal combustion occurs in the fuel cell stack 90 accommodated in the case 40, and the gas and reaction gas generated by the abnormal combustion leak from the fuel cell stack 90, and the pressure in the case 40 increases. At this time, the weaker first wall portion 41B having low rigidity is broken. In particular, the first wall portion 41B is easily broken at a connection portion with the second wall portion 41R and the fourth wall portion 41L having higher rigidity than the first wall portion 41B. Therefore, the first wall 41B is broken at the corners 42a and 42b, and the gap 70 is formed.

図5は、異常燃焼発生時における領域Ar1を示す拡大図である。図5では、図3と同様に、ケース40内に収容された燃料電池スタック90の図示を省略している。図5に示すように、第1壁部41Bの−Y方向の端部は破壊されて、ケース40に空隙70が形成されている。この空隙70は、多孔体部50によりふさがれている。しかし、多孔体部50には多数の孔が形成されているので、ケース40内の気体(水素ガス等)は、多孔体部50の孔および空隙70を通って燃料電池100の外部へと排出される。したがって、ケース40内の圧力が上昇することが抑制される。また、上述のように、多孔体部50は角部42bに配置されている、すなわち、角部42bに形成された空隙70を覆うようにして配置されているので、多孔体部50の孔の径よりも大きな径の物体が外部からケース40内に入り込むことを防ぐことができる。このような物体としては、各種ネジや、ワイヤーハーネスや、メンテナンス作業者の指などが該当する。なお、角部42a近傍において同様に、第1壁部41Bが破壊されても、ケース40内の圧力の上昇を抑制でき、ケース40内に異物が入り込むことを抑制できる。   FIG. 5 is an enlarged view showing the region Ar1 when abnormal combustion occurs. 5, illustration of the fuel cell stack 90 housed in the case 40 is omitted as in FIG. As shown in FIG. 5, the end of the first wall 41 </ b> B in the −Y direction is broken, so that a gap 70 is formed in the case 40. The void 70 is closed by the porous body 50. However, since a large number of holes are formed in the porous body 50, the gas (hydrogen gas or the like) in the case 40 is discharged to the outside of the fuel cell 100 through the holes of the porous body 50 and the gap 70. Is done. Therefore, an increase in the pressure in the case 40 is suppressed. Further, as described above, the porous body 50 is disposed at the corner 42b, that is, is disposed so as to cover the void 70 formed at the corner 42b. An object having a diameter larger than the diameter can be prevented from entering the case 40 from outside. Such objects include various screws, wire harnesses, fingers of maintenance workers, and the like. Similarly, even if the first wall portion 41B is broken near the corner 42a, an increase in the pressure in the case 40 can be suppressed, and the entry of foreign matter into the case 40 can be suppressed.

以上の構成を有する燃料電池100によれば、ケース40は、第1壁部41Bと、第1壁部41Bと交差し第1壁部41Bよりも高い剛性を有する第2壁部41R、第4壁部41Lとを有するので、積層体10における反応ガスの異常燃焼により生じたガスが積層体10から漏洩してケース40内の圧力が過剰に上昇した場合に、交差部分の近傍において第1壁部41Bを意図的に破壊させてケース40内の圧力の圧抜きを行い、ケース40内の圧力の上昇を抑制できる。また、このように第1壁部41Bを破壊させた場合であっても、交差部分に対応する角部42a、42bに多孔体部50が配置されているので、ケース40内の圧抜きを行いつつ、多孔体部50の孔よりも大きな径の部材等がケース40内に入り込むことを抑制できる。   According to the fuel cell 100 having the above configuration, the case 40 includes the first wall portion 41B, the second wall portion 41R that intersects with the first wall portion 41B and has a higher rigidity than the first wall portion 41B, and the fourth wall portion 41R. With the wall portion 41L, when gas generated by abnormal combustion of the reaction gas in the laminate 10 leaks from the laminate 10 and the pressure inside the case 40 rises excessively, the first wall near the intersection is formed. The pressure in the case 40 is released by intentionally destroying the portion 41 </ b> B, so that an increase in the pressure in the case 40 can be suppressed. Even when the first wall portion 41B is broken in this way, since the porous body portions 50 are arranged at the corner portions 42a and 42b corresponding to the intersections, the pressure in the case 40 is released. In addition, it is possible to prevent a member or the like having a larger diameter than the hole of the porous body portion 50 from entering the case 40.

B.変形例:
B1.変形例1:
上記実施形態において、第1壁部41Bと、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lとの剛性差は、平均的な厚みの違いにより設けられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1壁部41Bの角部42a、42bに積層方向に沿って所定の間隔ごとに切り欠きを設け、第4壁部41Lの角部42aおよび第2壁部41Rの角部42bにはかかる切り欠きを設けないことにより、第1壁部41Bと、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lとの剛性差を設けてもよい。この場合、第1壁部41Bにおいて切り欠きを形成した箇所に多孔体部50を配置することにより、上記実施形態と同様な効果を奏する。また、第4壁部41Lの角部42aおよび第2壁部41Rの角部42bの内側面にリブを設け、第1壁部41Bにはかかるリブを設けないことにより、第1壁部41Bと、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lとの剛性差を設けてもよい。
B. Modification:
B1. Modification 1
In the above embodiment, the difference in rigidity between the first wall portion 41B, the second wall portion 41R, and the fourth wall portion 41L is provided by an average difference in thickness, but the present invention is not limited to this. For example, the corners 42a and 42b of the first wall 41B are provided with cutouts at predetermined intervals along the stacking direction, and the corners 42a of the fourth wall 41L and the corners 42b of the second wall 41R are provided. By not providing such a notch, a difference in rigidity between the first wall portion 41B and the second wall portion 41R and the fourth wall portion 41L may be provided. In this case, by arranging the porous body portion 50 at the location where the notch is formed in the first wall portion 41B, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. Also, ribs are provided on the inner side surfaces of the corner 42a of the fourth wall 41L and the corner 42b of the second wall 41R, and the rib is not provided on the first wall 41B. The rigidity difference between the second wall portion 41R and the fourth wall portion 41L may be provided.

更に、第1壁部41Bの材料と、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lの材料と、を異ならせることにより、第1壁部41Bと、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lとの剛性差を設けてもよい。例えば、第1壁部41Bをアルミニウムにより形成し、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lを鉄により形成してもよいし、第1壁部41Bと第2壁部41Rと第4壁部41Lとを同一の金属部材により形成した上で、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lを他の金属との合金にすることによって第1壁部41Bよりも剛性を高めてもよいし、第2壁部41Rおよび第4壁部41Lに焼き入れをすることによって第1壁部41Bよりも剛性を高めてもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。   Furthermore, by making the material of the first wall 41B different from the material of the second wall 41R and the fourth wall 41L, the first wall 41B, the second wall 41R and the fourth wall 41L are formed. May be provided. For example, the first wall 41B may be formed of aluminum, the second wall 41R and the fourth wall 41L may be formed of iron, or the first wall 41B, the second wall 41R, and the fourth wall may be formed. 41L may be formed of the same metal member, and then the second wall portion 41R and the fourth wall portion 41L may be made of an alloy with another metal so as to have higher rigidity than the first wall portion 41B, By quenching the second wall portion 41R and the fourth wall portion 41L, the rigidity may be higher than that of the first wall portion 41B. Even in such a configuration, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

B2.変形例2:
上記実施形態において、多孔体部50は、ケース本体部40aの開口部から第3壁部41Eまでに亘って積層方向に沿って配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、
多孔体部50の積層方向(X軸方向)に沿った長さを短く構成した上で、そのような多孔体部50を積層方向に沿って所定の間隔ごとに配置してもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
B2. Modification Example 2:
In the above embodiment, the porous body portion 50 is arranged along the stacking direction from the opening of the case main body portion 40a to the third wall portion 41E, but the present invention is not limited to this. For example,
The length of the porous body 50 in the stacking direction (X-axis direction) may be shortened, and such porous bodies 50 may be arranged at predetermined intervals along the stacking direction. Even in such a configuration, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

B3.変形例3:
上記実施形態において、多孔体部50の水平面と平行な面による断面形状は、略矩形であったが、矩形に代えて台形や、円形等の任意の形状であってもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
B3. Modification 3:
In the above embodiment, the cross-sectional shape of the porous body portion 50 by a plane parallel to the horizontal plane is substantially rectangular, but may be an arbitrary shape such as a trapezoid or a circle instead of the rectangle. Even in such a configuration, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

B4.変形例4:
上記実施形態において、多孔体部50は、三角柱状の外観形状を有していたが、三角柱状に代えて円柱状であってもよいし、柱状に代えて板状であってもよい。例えば、多数の孔が設けられた断面L字状のアングル部材として構成してもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
B4. Modification 4:
In the above embodiment, the porous body portion 50 has a triangular prism shape, but may have a cylindrical shape instead of the triangular prism shape, or a plate shape instead of the column shape. For example, it may be configured as an angle member having an L-shaped cross section provided with a large number of holes. Even in such a configuration, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

B5.変形例5:
上記実施形態において、第3壁部41E、第4壁部41Lおよび第5壁部41Tのそれぞれの厚みは、第2壁部41Rの厚みt2と同じであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、第5壁部41Tの厚みを第1壁部41Bの厚みt1と同じに設定してもよい。この場合、ケース40内において、第5壁部41Tと第2壁部41Rとの交差部分に対応する角部、第5壁部41Tと第4壁部41Lとの交差部分に対応する角部のそれぞれに多孔体部50を配置することにより、本実施形態と同様な効果を奏する。
B5. Modification 5:
In the above embodiment, the thickness of each of the third wall portion 41E, the fourth wall portion 41L, and the fifth wall portion 41T is the same as the thickness t2 of the second wall portion 41R, but the present invention is not limited to this. . For example, the thickness of the fifth wall portion 41T may be set to be the same as the thickness t1 of the first wall portion 41B. In this case, in the case 40, the corner corresponding to the intersection between the fifth wall 41T and the second wall 41R, and the corner corresponding to the intersection between the fifth wall 41T and the fourth wall 41L. By arranging the porous body portions 50 in each case, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

B6.変形例6:
上記実施形態において、第1のエンドプレート20aがケース40(ケース本体部40a)に収容される構成であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、ケース蓋部40bを省略し、第1のエンドプレート20aがケース蓋部40bとしての機能を有する構成でもよい。このような構成においても、本実施形態と同様の効果を奏する。
B6. Modification 6:
In the above embodiment, the first end plate 20a is configured to be housed in the case 40 (the case body 40a), but the present invention is not limited to this. For example, the case lid 40b may be omitted, and the first end plate 20a may have a function as the case lid 40b. Even in such a configuration, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the embodiments corresponding to the technical features in the respective embodiments described in the summary of the invention, the technical features in the modified examples may be used to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve some or all of the effects, replacement and combination can be performed as appropriate. Unless the technical features are described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.

10…積層体
11…単セル
12…ターミナルプレート
13…インシュレータ
20a…第1のエンドプレート
20b…第2のエンドプレート
30…プレッシャープレート
40…ケース
40a…ケース本体部
40b…ケース蓋部
41B…第1壁部
41E…第3壁部
41L…第4壁部
41R…第2壁部
41T…第5壁部
42a、42b…角部
50…多孔体部
70…空隙
80…ボルト
90…燃料電池スタック
100…燃料電池
Ar1…領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laminated body 11 ... Single cell 12 ... Terminal plate 13 ... Insulator 20a ... First end plate 20b ... Second end plate 30 ... Pressure plate 40 ... Case 40a ... Case body part 40b ... Case lid part 41B ... First Wall part 41E Third wall part 41L Fourth wall part 41R Second wall part 41T Fifth wall part 42a, 42b Corner part 50 Porous body part 70 Void 80 Bolt 90 Fuel cell stack 100 Fuel cell Ar1 area

Claims (1)

燃料電池であって、
積層された複数の単セルを含む積層体と、
第1壁部と、前記第1壁部と交差し前記第1壁部よりも高い剛性を有する第2壁部と、を有し、前記積層体を収容するケースと、
前記ケースの内部において、前記第1壁部と前記第2壁部との交差部分に対応する角部に配置されている多孔体部と、
を備える、燃料電池。
A fuel cell,
A stacked body including a plurality of unit cells stacked,
A case that includes a first wall portion, a second wall portion that intersects the first wall portion and has higher rigidity than the first wall portion, and accommodates the stacked body;
Inside the case, a porous body disposed at a corner corresponding to an intersection of the first wall and the second wall;
A fuel cell comprising:
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