JP6756294B2 - 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents
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Description
この形態の燃料電池スタックによれば、一方のセパレータにおいて、非締結状態では第2凹部がフレーム部材と接触せずにフレーム部材との間に隙間を形成しているので、非締結状態から締結状態に移行する際に第1凸部に付与された締結荷重が当該隙間によって緩和される。この結果、非締結状態で第2凹部がフレーム部材と接触している場合と比べて、第1凸部に付与された締結荷重により第1凹部に生じる応力を減少でき、フレーム部材に接着されている第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
この形態の燃料電池スタックによれば、一方のセパレータにおいて、非締結状態では第2凹部がフレーム部材と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に第1凸部に付与された締結荷重により第1凹部に生じる応力を抑制でき、第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
この形態の燃料電池スタックによれば、両方のセパレータにおいて、非締結状態では第2凹部がフレーム部材と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に第1凸部に付与された締結荷重により第1凹部に生じる応力を抑制でき、第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、一方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第2凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第1凹部に生じる応力を抑制でき、第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、一方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第2凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第1凹部に生じる応力を抑制でき、第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、両方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第2凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第1凹部に生じる応力を抑制でき、第1凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
図1は、本発明の第1実施形態における複数の単セル140が積層された燃料電池スタック100の側面図及び単セル140の分解図である。図1において、水平方向はX方向であり、垂直方向はY方向であり、単セル140の積層方向はX,Y方向と垂直のZ方向である。燃料電池スタック100は、いわゆる固体高分子形燃料電池であり、反応ガス(酸化剤ガス及び燃料ガス)の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、車両等に搭載される。
N×G≦ΔL …(1)
G=G1+G2,ΔL=L2−L1
N:単セルの数
G:非締結状態における第2凹部13,23とフレーム部材31との間の距離
ΔL:燃料電池スタックの圧縮量
G1:非締結状態における第2凹部23とフレーム部材31との間の隙間(図3)
G2:非締結状態における第2凹部13とフレーム部材31との間の隙間(図3)
L1:締結状態における燃料電池スタック100の両端のエンドプレート110の間の距離(図1)
L2:非締結状態における燃料電池スタック100の両端のエンドプレート110の間の距離
図8は、第2実施形態における非締結状態の単セル140aの一部断面図であり、図3に対応した図である。図8において、アノード側セパレータ50aは、第1凹部21aと、第1凹部21aに隣接する第1凸部22aと、第1凸部22aを挟んで第1凹部21aと反対側に設けられた第2凹部23aとを有する。第1凹部21aは接着剤層90によってフレーム部材31に接着されている。第2凹部23aとフレーム部材31との間の隙間はG1である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
以上の実施形態では、ガスケットGK5が配置された凹部21,21aを第1凹部としたが、他のフレーム部材31と接着された凹部を第1凹部としてもよい。
12…第1凸部
13…第2凹部
15…凹部
16…凸部
17…凹部
21,21a…第1凹部
22,22a…第1凸部
23,23a…第2凹部
30…MEGAプレート
31…フレーム部材
32…膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)
40,40a…カソード側セパレータ
50,50a…アノード側セパレータ
54…冷却媒体流路溝
62…燃料ガス入口マニホールド孔
64…燃料ガス出口マニホールド孔
72…酸化剤ガス入口マニホールド孔
74…酸化剤ガス出口マニホールド孔
82…冷却媒体入口マニホールド孔
84…冷却媒体出口マニホールド孔
90…接着剤層
100…燃料電池スタック
110…エンドプレート
120…絶縁板
131…ボルト
132…ナット
140,140a…単セル
400…単セル
GK1〜GK5…ガスケット
Claims (6)
- 燃料電池スタックであって、
積層された複数の単セルと、
前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを締結する締結部材と、
を備え、
前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するMEGAプレートと、前記MEGAプレートを挟持する2つのセパレータと、を有し、
前記2つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、
前記凹凸のうち、前記MEGAプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、
前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第1凹部と、前記第1凹部に隣接する第1凸部と、前記第1凸部を挟んで前記第1凹部と反対側に設けられた第2凹部と、を有し、
前記燃料電池スタックは、前記複数の単セルに前記締結部材により締結荷重が付与された締結状態と、前記締結荷重が付与されない非締結状態と、を採ることが可能であり、
前記単セルは、前記締結状態では前記第2凹部が前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記第2凹部が前記フレーム部材と接触しないように構成されている、
燃料電池スタック。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記一方のセパレータは、前記第1凸部が前記第1凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第2凹部が前記第1凸部よりも内側に設けられているように構成されている、
燃料電池スタック。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記2つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第1凹部と前記第1凸部と前記第2凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第1凹部と、前記第1凹部に隣接する第1凸部と、前記第1凸部を挟んで前記第1凹部と反対側に設けられた第2凹部と、を有し、
前記単セルは、前記締結状態では前記一方のセパレータの前記第2凹部と前記他方のセパレータの前記第2凹部とが前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記一方のセパレータの前記第2凹部と前記他方のセパレータの前記第2凹部とが前記フレーム部材と接触しないように構成されている、
燃料電池スタック。 - 燃料電池スタックの製造方法であって、
(a)複数の単セルと、前記複数の単セルを締結するための締結部材と、を準備する工程と、
(b)前記複数の単セルを積層するとともに、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを前記締結部材によって締結する工程と、
を備え、
前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するMEGAプレートと、前記MEGAプレートを挟持する2つのセパレータと、を有し、
前記2つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、
前記凹凸のうち、前記MEGAプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、
前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第1凹部と、前記第1凹部に隣接する第1凸部と、前記第1凸部を挟んで前記第1凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第2凹部と、を有し、
前記工程(b)は、前記締結部材によって前記複数の単セルに締結荷重を付与することによって、前記一方のセパレータの前記第2凹部を前記フレーム部材と接触させる工程を含む、
燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項4に記載の燃料電池スタックの製造方法において、
前記一方のセパレータは、前記第1凸部が前記第1凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第2凹部が前記第1凸部よりも内側に設けられているように構成されている、
燃料電池スタックの製造方法。 - 請求項4又は請求項5に記載の燃料電池スタックの製造方法において、
前記2つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第1凹部と前記第1凸部と前記第2凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第1凹部と、前記第1凹部に隣接する第1凸部と、前記第1凸部を挟んで前記第1凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第2凹部と、を有する、
燃料電池スタックの製造方法。
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