JP6778288B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発電セルを積層した燃料電池スタックに関する。
燃料電池スタックは、特許文献1に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電を行う発電セルを複数積層した積層体と、積層体を収容するスタックケースとを備える。各発電セルは、アノード電極、電解質膜、カソード電極を積層した電解質膜・電極構造体(MEA)と、MEAを挟持するバイポーラ板である一対のセパレータとを有する。
また、特許文献1に開示のセパレータは、外方に突出するタブを外周に備える。タブは、スタックケース内で積層体の積層方向に沿って延在する連結部材(サポートバー)の凹部に収容されている。これにより、衝撃時の荷重が燃料電池スタックにかかった際には、サポートバーにタブが係合して、セパレータ同士の位置ずれが防止される。
本発明は、上記の技術に関連してなされたものであり、サポートバーによりセパレータの荷重を一層良好に受けることができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、セパレータを有する複数の発電セルを積層した積層体と、前記積層体の積層方向の両端に設けられた一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレート間において前記積層方向に沿って延在し、前記セパレータの外周に係合可能なサポートバーとを備える燃料電池スタックであって、前記サポートバーは、延在方向の両端部から中央部に向かって徐々に幅が狭くなる。
上記の燃料電池スタックは、サポートバーの幅が延在方向の両端部から中央部に向かって徐々に狭くなることで、サポートバーの剛性を、延在方向の両端部から中央部に向かって徐々に低くすることができる。これにより、サポートバーは、中央部付近において曲がり易くなる。従って、燃料電池スタックが衝撃荷重を受けた際には、積層体の積層方向中央付近の発電セルの移動にサポートバーの中央部の変形が追従し易いため、サポートバーの中央部での応力集中を緩和することが可能となり、衝撃荷重を一層良好に受けることが可能となる。また、サポートバーの軽量化が図られるため、燃料電池スタック全体として軽量化を促すことができる。
以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック10は、単位燃料電池である発電セル12を複数備える。複数の発電セル12は、水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14に構成されている。燃料電池スタック10は、例えば、図示しない燃料電池自動車に搭載されて使用される。なお、積層体14は、燃料電池自動車の搭載状態で、複数の発電セル12を重力方向(矢印C方向)に積層していてもよい。
燃料電池スタック10は、燃料電池自動車に積層体14を搭載するために、積層体14を収容するスタックケース16を備える。また、スタックケース16の一端側には、燃料電池スタック10を含む図示しない燃料電池システムの配管、補機(デバイス)等が連結される。
スタックケース16は、収容空間20aを有する筒状のケース本体20と、ケース本体20の両端を閉じる一対のエンドプレート24a、24bとを備える。ケース本体20は、押出成形、鋳造等により、天板、一対の側板及び底板が連なる一体構造物として構成される。ケース本体20の軸方向(矢印A方向)両端部には、収容空間20aに連通する開放部20bが設けられている。開放部20bを囲うケース本体20の両端面には、本体側ネジ穴20cが複数形成されている。なお、ケース本体20は、別体に構成された天板、一対の側板及び底板を接合した構成でもよい。
収容空間20aにおいて、複数の発電セル12の積層方向(矢印A方向)一端側には、ターミナルプレート22a、インシュレータ23aが外方に向かって順に配置される。また複数の発電セル12の積層方向他端側には、ターミナルプレート22b、インシュレータ23bが外方に向かって順に配置される。
そして、ターミナルプレート22a、インシュレータ23a、を含む積層体14の積層方向一端部には、エンドプレート24aが配置される。ターミナルプレート22b、インシュレータ23bを含む積層体14の積層方向他端部には、エンドプレート24bが配置される。
一対のエンドプレート24a、24bの各々には、複数の締結孔25が設けられている。複数の締結孔25は、ケース本体20の複数の本体側ネジ穴20cに対向している。エンドプレート24a、24bは、燃料電池スタック10の組立時に、ボルト26が各締結孔25を通して本体側ネジ穴20cに螺合されることで、ケース本体20に固定される。ケース本体20とエンドプレート24a、24bの間には、燃料電池スタック10の組立時に、ガスの漏出を遮断するシール部材27(図4参照)が配置される。
このように構成された燃料電池スタック10は、一対のエンドプレート24a、24b間にて積層体14を挟持して、一対のエンドプレート24a、24bを介してケース本体20から積層方向(矢印A方向)の締付荷重を積層体14に付与する。締付荷重の調整は、インシュレータ23a、23bの厚さの調整又は厚さを調整したシムの配置等により行う。この締付荷重によって、積層体14を構成する複数の発電セル12は、発電時における反応ガスの漏出等が抑制されると共に、発電面に適切な面圧が付与される。
図2に示すように、燃料電池スタック10の発電セル12は、樹脂枠付きMEA28と、樹脂枠付きMEA28を挟持する一対のセパレータ32、34とを備える(以下、2つのセパレータ32、34をまとめてセパレータ30ともいう)。具体的には、樹脂枠付きMEA28の一方面側に配置された第1セパレータ32と、樹脂枠付きMEA28の他方面側に配置された第2セパレータ34とを有する。
発電セル12の樹脂枠付きMEA28は、電解質膜・電極構造体28a(以下、「MEA28a」という)と、MEA28aの外周部に接合され当該外周部を周回する樹脂枠部材36とを備える。さらに、MEA28aは、電解質膜38と、電解質膜38の一方の面に設けられたカソード電極40と、電解質膜38の他方の面に設けられたアノード電極42とを有する。なお、MEA28aは、樹脂枠部材36を用いることなく、電解質膜38を外方に突出させてもよい。樹脂枠部材36には枠状のフィルム部材を用いてもよい。
電解質膜38は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)が適用される。なお、電解質膜38は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用することができる。また図示は省略するが、アノード電極42及びカソード電極40は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子とイオン交換成分を含むペーストをガス拡散層の表面に一様に塗布して形成され、電解質膜38に接合される電極触媒層とを有する。
樹脂枠部材36は、MEA28aの周囲に設けられることで、電解質膜38のコストの低減を促すと共に、MEA28aと第1及び第2セパレータ32、34との接触圧を適切に調整しシール性を確保する。この樹脂枠部材36は、例えば、PPS(ポリフェニレンスルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はm−PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィンで構成される。
第1セパレータ32は、一方の反応ガスである酸化剤ガス(例えば、酸素含有ガス)を流動させる酸化剤ガス流路44を、樹脂枠付きMEA28のカソード電極40に対向する面32aに備える。酸化剤ガス流路44は、第1セパレータ32の矢印B方向に延在する複数本の突条部44a間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。
第2セパレータ34は、他方の反応ガスである燃料ガス(例えば、水素含有ガス)を流動させる燃料ガス流路46を、樹脂枠付きMEA28のアノード電極42に対向する面34aに備える(図2中では、便宜的に、MEA28aのアノード電極42上に燃料ガスの流動方向を示す)。燃料ガス流路46は、第2セパレータ34の矢印B方向に延在する複数本の突条部46a間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。
また、互いに積層される第1セパレータ32の面32bと第2セパレータ34の面34bとの間には、冷媒(例えば、水)を流動させる冷媒流路48が設けられる。冷媒流路48は、第1セパレータ32の酸化剤ガス流路44の裏面形状と、第2セパレータ34の燃料ガス流路46の裏面形状とが重なり合って形成される。
第1及び第2セパレータ32、34、樹脂枠部材36の長手方向(矢印B方向)の一端部には、積層方向(矢印A方向)に連通する酸化剤ガス入口連通孔50a、冷媒入口連通孔52a及び燃料ガス出口連通孔54bがそれぞれ設けられる。酸化剤ガス入口連通孔50a、冷媒入口連通孔52a及び燃料ガス出口連通孔54bは、短手方向(矢印C方向)に配列されている。酸化剤ガス入口連通孔50aは酸化剤ガスを酸化剤ガス流路44に供給する。冷媒入口連通孔52aは冷媒を冷媒流路48に供給する。燃料ガス出口連通孔54bは燃料ガスを燃料ガス流路46から排出する。
第1及び第2セパレータ32、34、樹脂枠部材36の長手方向(矢印B方向)の他端部には、積層方向に連通する燃料ガス入口連通孔54a、冷媒出口連通孔52b及び酸化剤ガス出口連通孔50bがそれぞれ設けられる。燃料ガス入口連通孔54a、冷媒出口連通孔52b及び酸化剤ガス出口連通孔50bは、短手方向(矢印C方向)に配列されている。燃料ガス入口連通孔54aは燃料ガス流路46に燃料ガスを供給する。冷媒出口連通孔52bは冷媒流路48から冷媒を排出する。酸化剤ガス出口連通孔50bは酸化剤ガス流路44から酸化剤ガスを排出する。
酸化剤ガス入口連通孔50a、酸化剤ガス出口連通孔50b、燃料ガス入口連通孔54a、燃料ガス出口連通孔54b、冷媒入口連通孔52a及び冷媒出口連通孔52bは、積層体14の積層方向一端側の構造部(ターミナルプレート22a、インシュレータ23a及びエンドプレート24a)を貫通し、エンドプレート24aに接続される図示しない配管に連通する。なお酸化剤ガス入口連通孔50a、酸化剤ガス出口連通孔50b、燃料ガス入口連通孔54a、燃料ガス出口連通孔54b、冷媒入口連通孔52a、冷媒出口連通孔52bの配置や形状は、図示例に限定されず、燃料電池スタック10の仕様に応じて適宜設計し得る。
また、第1セパレータ32の面32aには、樹脂枠付きMEA28に向かって突出し、樹脂枠部材36に接触してシール(ビードシール)を形成する第1ビード部56がプレス成形されている。第1ビード部56は、酸化剤ガス流路44の外周側を周回すると共に、燃料ガス入口連通孔54a、燃料ガス出口連通孔54b、冷媒入口連通孔52a及び冷媒出口連通孔52bの周囲をそれぞれ囲み、酸化剤ガス流路44への燃料ガスや冷媒の流入を防止する。
第2セパレータ34の面34aには、樹脂枠付きMEA28に向かって突出し、樹脂枠部材36に接触してシール(ビードシール)を形成する第2ビード部58がプレス成形されている。第2ビード部58は、燃料ガス流路46の外周側を周回すると共に、酸化剤ガス入口連通孔50a、酸化剤ガス出口連通孔50b、冷媒入口連通孔52a及び冷媒出口連通孔52bの周囲をそれぞれ囲み、燃料ガス流路46への酸化剤ガスや冷媒の流入を防止する。
セパレータ30(第1及び第2セパレータ32、34)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、或いは金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形することで導電性を有する金属セパレータに構成される。なお、セパレータ30は、カーボン材料又はカーボンと樹脂の混合材料により構成されたカーボンセパレータを適用してもよい。また、第1及び第2セパレータ32、34の外周33、35には、絶縁性樹脂材料が設けられていてもよい。さらに、第1及び第2セパレータ32、34は、ビードシールの代わりに弾性を有するゴムシールを用いてもよい。
第1セパレータ32と第2セパレータ34は、溶接、ろう付け、かしめ等の接合方法により、相互に接合されて接合セパレータに構成される。複数の発電セル12は、製造時に接合セパレータと樹脂枠付きMEA28を交互に積層することで積層体14に形成される。これにより積層体14は、第1セパレータ32と樹脂枠付きMEA28間の酸化剤ガス流路44、樹脂枠付きMEA28と第2セパレータ34間の燃料ガス流路46、及び第1セパレータ32と第2セパレータ34間の冷媒流路48を順に繰り返した構造を呈する。
また図1〜図2に示すように、発電セル12のセパレータ30(第1及び第2セパレータ32、34)の各外周33、35には、複数のタブ(突出片)60(例えば、一対のタブ60)がそれぞれ設けられている。複数のタブ60は、第1及び第2セパレータ32、34の長辺である上辺と下辺に設けられる。上辺側のタブ60は、矢印B方向中央部に対して他端側に寄った位置にあり、下辺側のタブ60は、矢印B方向中央部に対し一端側に寄った位置にある。なお、各外周33、35上におけるタブ60の位置は特に限定されるものではない。また、一方のセパレータ30のみにタブ60を設け、他方のセパレータ30にタブ60を設けなくてもよい。
各タブ60は、支持部62、荷重受け部64及びリブ65を有する。支持部62は、台形状を呈し、プレス成形によりセパレータ30の外周33、35から外方(矢印C方向)に向かって突出するように一体成形される。リブ65は、支持部62に形成され、積層方向に突出すると共に支持部62の幅方向(矢印B方向)に沿って延在している。
荷重受け部64は、接合部63を介して支持部62に接合される。荷重受け部64は、その幅方向両側の各々が略三角形状に形成され、幅方向(矢印B方向)中心線を基準に対称形状を呈している。荷重受け部64の中央部には、位置決め孔66が形成されている。位置決め孔66には、燃料電池スタック10の製造時に複数の発電セル12を位置決めするためのロッド(不図示)が挿通される。
荷重受け部64は、金属薄板により構成され、外周及び位置決め孔66の内周が絶縁性樹脂材料により構成される。荷重受け部64を構成する樹脂材料は、電気的な絶縁性能を備えていれば特に限定されず、例えば、ポリカーボネイト、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルフォン、フッ素樹脂等、又はインシュレータ23a、23bと同様の材料を適用することができる。なお、タブ60の構成は、特に限定されず、例えば、支持部62と荷重受け部64が一体成形されていてもよい。荷重受け部64の形状も、矩形状、台形状等に形成されていてもよい。この荷重受け部64は、ろう付け、溶接等によって支持部62に接合される。
以上のタブ60は、図1に示すように、複数の発電セル12(セパレータ30)の積層状態で、矢印A方向に沿って一列に並ぶタブ列68を構成する。本実施形態においてタブ列68は、積層体14の外周である上面と下面の各々に形成される。燃料電池スタック10は、このタブ列68(複数のタブ60)を収容する凹部72を有し、セパレータ30の外周33、35に係合可能なサポートバー70を備える。
図1、図3A及び図3Bに示すように、サポートバー70は、各タブ列68に対応して設けられる。すなわち、サポートバー70は、矩形状のセパレータ30の4辺のうち一対の長辺(矢印C方向に位置する上辺と下辺)に1つずつ配置される。なお、タブ60及びサポートバー70の設置位置は、燃料電池自動車が受ける荷重の方向に応じて任意に設計してよい。例えば、サポートバー70は、セパレータ30の一対の長辺のうちいずれか1つに設けられるだけでもよい。或いは、セパレータ30の上辺や下辺が短辺に構成されている場合はこの短辺に設けられてもよい。またサポートバー70は、セパレータ30の4辺全てに設けられてもよい。さらにサポートバー70は、セパレータ30の一辺に対し複数設けられてもよい。
サポートバー70は、ケース本体20の矢印A方向(発電セル12の積層方向)の長さに略一致する全長に設定されている。このサポートバー70は、タブ列68(セパレータ30のタブ60)を収容する凹部72を積層体14と対向する面に備える。凹部72は、断面視で、底の角部にR形状を有する横長の溝であり、サポートバー70の底部74と一対の側部76とで構成されている。凹部72は、サポートバー70の延在方向(矢印A方向)全長にわたって形成される。
サポートバー70は、タブ60の幅方向(矢印B方向)の荷重を受けることが可能な適宜の剛性を有していれば、構成材料については特に限定されない。例えば、サポートバー70の構成材料としては、アルミニウム、鉄、チタン等の金属材料を適用し得る。なお、サポートバー70は、絶縁性樹脂材料により構成してもよく、又は金属製の本体に絶縁性樹脂部材を被覆して構成してもよい。この場合、タブ60の外周を樹脂材料で覆うことなく金属材料だけで構成することも可能となる。
また図4に示すように、本実施形態において、サポートバー70の積層体14の積層方向に沿った一端部70aは、エンドプレート24aに接合される。その一方で、サポートバー70の積層体14の積層方向に沿った他端部70bは、締付荷重を付与しないようにエンドプレート24bに支持される。すなわち、燃料電池スタック10は、サポートバー70から積層体14に締付荷重を付与しない構造となっている。
具体的には、サポートバー70の一端部70aには、一対の接合用穴部78が形成される一方で、エンドプレート24aには、各接合用穴部78に対応して一対の孔部80が形成される。そして、一対の接合用穴部78及び一対の孔部80に対し一対の中空ノックピン82及び一対の締結ボルト84が挿入され、締結ボルト84の挿入方向先端の雄ネジ部が接合用穴部78の雌ネジ部に螺合される。これによりサポートバー70の一端部70aとエンドプレート24aとが強固に締結される。なお、サポートバー70の一端部70aに設けられる締結ボルト84(及び接合用穴部78)の数は、2つに限定されるものでない。
また、サポートバー70の他端部70bには、一対の第1穴86が形成される一方で、エンドプレート24bには、各第1穴86に対応して一対の第2穴88が形成される。第1穴86と第2穴88は、相互に対向し合うことで袋形状の空間を形成する。そして、一対の第1穴86及び一対の第2穴88に対し一対の中実ピン90(又は中空のピン)が挿入される。これによりサポートバー70の他端部70bは、積層体14に対し締付荷重を付与せずに、エンドプレート24bに支持される。中実ピン90に支持されたサポートバー70の他端部70bの端面とエンドプレート24bとの間には、微小な隙間がある。つまり、本明細書における「支持」とは、サポートバー70が中実ピン90の軸方向に移動可能、且つ半径方向に移動不能であることを言う。
また、本実施形態に係るサポートバー70は、図3Aに示す平面視で、両端部(一端部70a、他端部70b)に幅広部92(幅広部92a、92b)をそれぞれ有すると共に、一対の幅広部92の間に当該幅広部92に連なる幅変化部94とを有する。
幅広部92は、凹部72を囲う一対の側部76の矢印B方向の肉厚が大きく形成されることで、その全体の矢印B方向の幅が広く設定されている。また幅広部92の矢印B方向の幅は、矢印A方向に沿って一定である。サポートバー70における幅広部92の形成範囲(矢印A方向に沿った長さ)は、例えば、サポートバー70の全長に対し1/10〜1/3程度に設定される。
これら一対の幅広部92は、図5Aに示すサポートバー70の矢印B方向に沿った断面視で、積層体14の積層方向両端部付近のタブ60(タブ列68)を収容する。また、一端部70a側の幅広部92a(一対の側部76)内には、上述した一対の接合用穴部78が形成されている。つまり幅広部92aはエンドプレート24aとの締結構造を構成する。さらに、他端部70b側の幅広部92b(一対の側部76)内には、上述した一対の第1穴86が形成されている。つまり幅広部92bはエンドプレート24bとの支持構造を構成する。
一方、幅変化部94は、一対の幅広部92a、92bからサポートバー70の矢印A方向の中央部70cに向かって矢印B方向の幅が徐々に狭くなる括れた形状に形成されている。すなわち、幅変化部94の矢印B方向の両側面には、中央部70cに向かって幅方向内側に傾斜する一対の傾斜面96がそれぞれ形成されている。
一対の傾斜面96は、直線状且つ滑らかに延在しており、また中央部70cにおいて180°よりも若干小さい広角θを形成している。なお傾斜面96は、直線状に延在することに限らず、湾曲しながら延在していてもよい。幅広部92a、92bに対する傾斜面96の傾斜角度αは、特に限定されるものではないが、例えば、幅広部92の側面に対して1°〜10°の範囲に設定されるとよい。幅変化部94において凹部72の形状は一定であり、側部76の矢印B方向の肉厚が変化している。例えば、矢印A方向の中央部70c(幅変化部94)における側部76の肉厚Wcは、矢印A方向の両端部(幅広部92a、92b)における側部76の肉厚Weに対して1/2以下程度に設定されることが好ましい。
幅変化部94の中央部70c付近の凹部72は、図5Bに示すサポートバー70の矢印B方向に沿った断面視で、積層体14を構成する発電セル12のうち積層方向中央部に位置する複数の発電セル12のタブ60(タブ列68)を収容する。この幅変化部94は、凹部72の形状が変わらない一方で、傾斜面96により外形側のみが括れ形状となっていることで、両端部(幅広部92)から中央部70cに向かってサポートバー70の剛性を徐々に低くしている。
本実施形態に係る燃料電池スタック10は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その作用について説明する。
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック10は、エンドプレート24aに連結された配管(不図示)を介して、酸化剤ガス入口連通孔50aに酸化剤ガスが供給され、燃料ガス入口連通孔54aに燃料ガスが供給され、冷媒入口連通孔52aに冷媒が供給され、発電が行われる。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔50aから第1セパレータ32の酸化剤ガス流路44に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路44に沿って矢印B方向に移動し、MEA28aのカソード電極40に供給される。
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔54aから第2セパレータ34の燃料ガス流路46に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路46に沿って矢印B方向に移動し、MEA28aのアノード電極42に供給される。
各MEA28aは、カソード電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード電極42に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電が行われる。カソード電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路44から酸化剤ガス出口連通孔50bへと流動し、酸化剤ガス出口連通孔50bに沿って排出される。同様に、アノード電極42に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス流路46から燃料ガス出口連通孔54bへと流動し、燃料ガス出口連通孔54bに沿って排出される。
また、冷媒入口連通孔52aに供給された冷媒は、第1セパレータ32と第2セパレータ34との間に形成された冷媒流路48に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷媒は、MEA28aを冷却した後、冷媒出口連通孔52bから排出される。
そして、燃料電池スタック10は、図1、図5A及び図5Bに示すように、各発電セル12のタブ60がサポートバー70の凹部72に配置されている。これにより例えば、燃料電池自動車が前方(矢印B方向)から衝撃を受けて燃料電池スタック10に衝撃荷重がかかった場合でも、サポートバー70の凹部72にタブ60が係合することで、各発電セル12の横ずれが防止される。
ここで、矢印B方向の衝撃荷重がかかった際には、サポートバー70は、積層体14の積層方向両端部側の発電セル12に対し、積層方向中央部側における複数の発電セル12から受ける応力が大きい。これに対し、本実施形態に係るサポートバー70では、幅変化部94によりその延在方向(矢印A方向)の中央部70cが括れていることで、剛性が低くなっている。このため、サポートバー70は、積層方向中央部側の発電セル12の移動に応じて容易にしなるように追従し、発電セル12から受ける応力をサポートバー70全体に良好に分散させる(中央部70cの応力集中を緩和する)ことができる。
なお、本発明に係る燃料電池スタック10は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、積層体14の締付荷重は、ケース本体20、及びエンドプレート24a、24bを適用したものに限定されない。例えば、一対のエンドプレート24a、24bの各々にサポートバー70を連結する(つまりサポートバー70の他端部70bを支持構造とせずに締結構造とする)ことで、サポートバー70を用いて積層体14に締付荷重を付与する構成でもよい。
上述の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。
燃料電池スタック10は、サポートバー70の幅が延在方向の両端部(一端部70a、他端部70b)から中央部70cに向かって徐々に狭くなることで、サポートバー70の剛性を、延在方向の両端部から中央部70cに向かって徐々に低くすることができる。これにより、サポートバー70は、中央部70c付近において曲がり易くなる。従って、燃料電池スタック10が衝撃荷重を受けた際には、積層体14の積層方向中央付近の発電セル12の移動にサポートバー70の中央部70cの変形が追従し易いため、サポートバー70の中央部70cでの応力集中を緩和することが可能となり、衝撃荷重を一層良好に受けることが可能となる。また、サポートバー70の軽量化が図られるため、燃料電池スタック10全体として軽量化を促すことができる。
また、セパレータ30の外周33、35には、外側に突出するタブ60が設けられ、サポートバー70は、セパレータ30に対向する面にタブ60を収容可能な凹部72を有する。このように、サポートバー70は、凹部72にタブ60を収容することで、セパレータ30の外周33、35を強固に係合して、セパレータ30の横ずれをより確実に抑制することができる。
また、凹部72は、延在方向に沿って同一形状で連続している。これにより、サポートバー70は、幅が狭くなっても凹部72の幅が変わらないので、延在方向に沿ってサポートバー70の剛性を低下させつつ、タブ60を安定的に収容することができる。
また、サポートバー70は、矩形状のセパレータ30の外周33、35のうち上辺と下辺の各々に1つ設けられる。このように上辺と下辺に設けられたサポートバー70により、燃料電池スタック10は、燃料電池自動車の前方から衝撃荷重を受けた際に、発電セル12の上下において発電セル12の横ずれを良好に抑制することができる。またサポートバー70の設置数が少なくなるため、燃料電池スタック10自体の軽量化をより促進することができる。
10…燃料電池スタック 12…発電セル
14…積層体 24a、24b…エンドプレート
30…セパレータ 32…第1セパレータ
34…第2セパレータ 60…タブ
70…サポートバー 70a…一端部
70b…他端部 70c…中央部
72…凹部 92、92a、92b…幅広部
94…幅変化部 96…傾斜面
14…積層体 24a、24b…エンドプレート
30…セパレータ 32…第1セパレータ
34…第2セパレータ 60…タブ
70…サポートバー 70a…一端部
70b…他端部 70c…中央部
72…凹部 92、92a、92b…幅広部
94…幅変化部 96…傾斜面
Claims (4)
- セパレータを有する複数の発電セルを積層した積層体と、
前記積層体の積層方向の両端に設けられた一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレート間において前記積層方向に沿って延在し、前記セパレータの外周に係合可能なサポートバーとを備える燃料電池スタックであって、
前記サポートバーは、延在方向の両端部から中央部に向かって徐々に幅が狭くなる
燃料電池スタック。 - 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、
前記セパレータの外周には、外側に突出するタブが設けられ、
前記サポートバーは、前記セパレータに対向する面に前記タブを収容可能な凹部を有する
燃料電池スタック。 - 請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、
前記凹部は、前記延在方向に沿って同一形状で連続している
燃料電池スタック。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記サポートバーは、矩形状の前記セパレータの前記外周のうち上辺と下辺の各々に1つ設けられる
燃料電池スタック。
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