JP4362286B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介して複数積層された燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種の燃料電池が開発されており、例えば、固体高分子型燃料電池が知られている。この固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)をセパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより、単位セルが構成されている。
【0003】
この種の燃料電池(単位セル)において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出されることにより、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【0004】
通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、例えば、ケース内に収容されており、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士が加圧機構によって加圧保持されている。
【0005】
上記の燃料電池スタックとして、例えば、特許文献1の燃料電池が知られている。この特許文献1では、図8に示すように、ケース1内にスタック2が収容されている。このスタック2の一端に燃料等給排部3が配置されるとともに、前記スタック2の他端にプレッシャプレート4が配置されている。プレッシャプレート4には、プレートガイド5が設けられており、このプレートガイド5は、ケース1の内壁面に積層方向に延在して設けられるレール部6に係合している。プレッシャプレート4は、加圧機構7を介して燃料等給排部3に向かって加圧されている。
【0006】
このような構成において、加圧機構7を介してプレッシャプレート4が加圧される際、このプレッシャプレート4に設けられたプレートガイド5と、ケース1の内壁面に設けられたレール部6との案内作用下に、前記プレッシャプレート4が傾くことがなく、スタック2を確実に加圧することができる、としている。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−189025号公報(段落[0092]、[0093]、図16)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加圧機構7の作用下に、スタック2の端部からプレッシャプレート4を介して前記スタック2に加圧力を付与する際、前記スタック2を構成する各単位セル毎に平行度を維持することは困難である。
【0009】
例えば、各単位セルを構成するセパレータが、薄板状の金属セパレータで構成される際には、このセパレータの平行度を出すことは極めて難しい。従って、複数の単位セルが積層されたスタック2では、少なくとも一部の単位セルに作用する面圧を均一に維持することができない。これにより、スタック2内の接触抵抗が上昇するとともに、セパレータに所望のシール性を確保することができないという問題が指摘されている。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、積層される各単位セルの面圧を均一に維持するとともに、構成の簡素化を図ることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料電池スタックでは、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層されて積層体が構成されるとともに、前記積層体がケース部材内に収容されている。
【0012】
そして、積層体の積層方向両端には、ケース部材に一体に固定される一対のエンドプレートが配設される一方、前記積層体内には、積層方向の所定の位置、すなわち、所定数の単位セルに対応して中間プレートが配設されるとともに、前記中間プレートは、支持機構を介し前記ケース部材に対して前記単位セルの積層方向に進退可能にかつ前記積層方向に平行度を維持して支持されている。
【0013】
このように、積層体内は、中間プレートを介して所定数の単位セル毎に分割されているため、各単位セルの形状誤差が累積されて前記積層体が積層方向に傾くおそれがない。しかも、中間プレートは、支持機構の作用下に、積層方向に平行度を維持して進退可能である。従って、中間プレートは、積層体の膨潤や熱応力等による伸縮にも良好に追随するとともに、前記積層体が積層方向に傾くことを確実に阻止することができる。これにより、積層体の真直度を向上させて前記積層体全体の寸法の安定化を図ることが可能になる。さらに、積層体内の面圧を均一に維持することができ、簡単な構成で、積層体内の接触抵抗の低減を図るとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上が容易に可能になる。
【0014】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池スタックでは、支持機構が、中間プレートに固定されるガイド部材と、ケース部材に設けられ、前記ガイド部材を積層方向に案内するガイド溝とを備えている。このため、支持機構の構造が有効に簡素化され、前記支持構造を、小型に、しかも経済的に構成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の概略全体斜視図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の一部断面側面図である。
【0016】
燃料電池スタック10は、複数の単位セル12が矢印A方向に積層された積層体14を備え、前記積層体14の積層方向(矢印A方向)両端には、ターミナル端子板16a、16bと、インシュレータ板18a、18bと、エンドプレート20a、20bとが外方に向かって、順次、配設される。ターミナル端子板16a、16bの中央部には、積層方向に突出して柱状の端子部22a、22bが形成されるとともに、前記端子部22a、22bは、インシュレータ板18a、18bの中央部から積層方向に突出する円筒部24a、24bに挿入される。
【0017】
エンドプレート20a、20bは、ケース部材26を介して一体的に結合される。積層体14内には、積層方向の所定の位置に対応して、例えば、2枚の中間プレート28が配設される。中間プレート28は、支持機構30を介しケース部材26に対して単位セル12の積層方向(矢印A方向)に進退可能にかつ平行度を維持して支持される。
【0018】
図3に示すように、各単位セル12は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)34と、前記電解質膜・電極構造体34を挟持する第1および第2セパレータ36、38とを備える。第1および第2セパレータ36、38は、例えば、金属製の板材により構成されている。なお、第1および第2セパレータ36、38をカーボン材等により構成してもよい。
【0019】
電解質膜・電極構造体34と第1および第2セパレータ36、38の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔42a、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔44bが設けられる。
【0020】
電解質膜・電極構造体34と第1および第2セパレータ36、38の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔42b、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔40bが設けられる。
【0021】
電解質膜・電極構造体34は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜46と、該固体高分子電解質膜46を挟持するアノード側電極48およびカソード側電極50とを備える。
【0022】
アノード側電極48およびカソード側電極50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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜46の両面に接合されている。
【0023】
第1セパレータ36の電解質膜・電極構造体34に向かう面36aには、燃料ガス供給連通孔44aと燃料ガス排出連通孔44bとを連通する燃料ガス流路52が形成される。この燃料ガス流路52は、例えば、矢印B方向に延在する複数の溝部を設ける。第1セパレータ36の面36bには、冷却媒体供給連通孔42aと冷却媒体排出連通孔42bとを連通する冷却媒体流路54が形成される。この冷却媒体流路54は、矢印B方向に延在する複数の溝部を設ける。
【0024】
第2セパレータ38の電解質膜・電極構造体34に向かう面38aには、例えば、矢印B方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路56が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路56は、酸化剤ガス供給連通孔40aと酸化剤ガス排出連通孔40bとに連通する。
【0025】
図2に示すように、中間プレート28は、第1および第2セパレータ36、38と同様に金属製の板材(例えば、SUS材)で形成されている。この中間プレート28の長辺方向(矢印B方向)の両端部および/または短辺方向(矢印C方向)の両端部に、第1の実施形態では、短辺方向の両端部に、それぞれ2つのガイド部材60が所定の位置に設けられる。ガイド部材60は、矢印A方向に長尺な長方形状の板材で構成されており、中間プレート28に溶接、接着またはねじ止め等により固定される。
【0026】
中間プレート28は、積層体14内において所定数の単位セル12を仕切るようにして配設されており、この単位セル12の数は、使用状態や各種構成部材の寸法および材質等によって設定されている。
【0027】
ケース部材26は、図4に示すように、下板64a、上板64bおよび側板64c、64dを備えており、これらがボルト66を介してエンドプレート20a、20bに固定される。下板64aおよび上板64bの内面には、2枚の中間プレート28に設けられている各ガイド部材60に対応して、それぞれ4つのガイド溝68が設けられる。ガイド溝68は、矢印A方向に所定の長さにわたって設けられるとともに、矢印B方向(幅方向)の寸法がガイド部材60の幅寸法と略同一に設定される。ガイド部材60およびガイド溝68により、支持機構30が構成される。
【0028】
図1に示すように、エンドプレート20aの長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体供給連通孔42aおよび燃料ガス排出連通孔44bにそれぞれ連通する酸化剤ガス供給口80a、冷却媒体供給口82aおよび燃料ガス排出口84bが設けられる。エンドプレート20aの長辺方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体排出連通孔42bおよび酸化剤ガス排出連通孔40bにそれぞれ連通する燃料ガス供給口84a、冷却媒体排出口82bおよび酸化剤ガス排出口80bが設けられる。
【0029】
このように構成される燃料電池スタック10を組み立てる作業について、以下に説明する。
【0030】
まず、複数の単位セル12が矢印A方向に積層されるとともに、所定数、例えば、2つの中間プレート28が介装されて積層体14が得られる。この積層体14の積層方向両端には、ターミナル端子板16a、16b、インシュレータ板18a、18bおよびエンドプレート20a、20bが配設される。その際、ターミナル端子板16a、16bの端子部22a、22bは、インシュレータ板18a、18bの円筒部24a、24bに挿入されている。
【0031】
そこで、エンドプレート20a、20b間に所定の押圧荷重が付与された状態で、前記エンドプレート20a、20bにケース部材26が取り付けられる。このケース部材26では、下板64a、上板64bおよび側板64c、64dがボルト66を介してエンドプレート20a、20bの側部にねじ止め固定される。このため、積層体14には、ケース部材26を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【0032】
この場合、支持機構30では、各中間プレート28に固定されているガイド部材60が、下板64aおよび上板64bに設けられているガイド溝68に挿入される。ガイド溝68は、幅方向の寸法がガイド部材60の幅方向と略同一に設定されるとともに、前記ガイド溝68が矢印A方向に所定の長さを有している。従って、中間プレート28は、積層方向(矢印A方向)に進退可能に、かつ平行度を維持して支持機構30により支持される。
【0033】
次いで、上記のように組み立てられた燃料電池スタック10の動作について、説明する。
【0034】
まず、図1に示すように、燃料電池スタック10内には、エンドプレート20aの燃料ガス供給口84aから水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給口80aから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給口82aから純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積層体14では、矢印A方向に重ね合わされた複数の単位セル12に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が矢印A1方向に直列的に供給される。
【0035】
図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔40aから第2セパレータ38の酸化剤ガス流路56に導入され、電解質膜・電極構造体34のカソード側電極50に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔44aから第1セパレータ36の燃料ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体34のアノード側電極48に沿って移動する。
【0036】
従って、各電解質膜・電極構造体34では、カソード側電極50に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極48に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【0037】
次いで、アノード側電極48に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔44bに排出されて矢印A2方向に流動した後、エンドプレート20aの燃料ガス排出口84bから排出される。同様に、カソード側電極50に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔40bに沿って矢印A2方向に流動した後、エンドプレート20aの酸化剤ガス排出口80bから排出される。
【0038】
また、冷却媒体供給口82aに供給された冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔42aから第1セパレータ36の冷却媒体流路54に導入された後、矢印B方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体34を冷却した後、冷却媒体排出連通孔42bを矢印A2方向に移動し、エンドプレート20aの冷却媒体排出口82bから排出される。
【0039】
この場合、第1の実施形態では、積層体14内には、所定数の単位セル12に対応して中間プレート28が配設されるとともに、前記中間プレート28は、支持機構30を介しケース部材26に対して前記単位セル12の積層方向に進退可能に、かつ平行度を維持して支持されている。
【0040】
このように、積層体14内は、中間プレート28を介して所定数の単位セル12毎に分割されているため、各単位セル12の形状誤差が累積されて、前記積層体14が積層方向に傾くおそれがない。しかも、中間プレート28は、支持機構30の作用下に、積層方向に平行度を維持して進退可能である。従って、中間プレート28は、積層体14の膨潤や熱応力等による伸縮に良好に追随するとともに、前記積層体14が積層方向に傾くことを確実に阻止することができる。このため、積層体14の真直度を向上させて前記積層体14全体の寸法の安定性を良好に向上させることが可能になる。
【0041】
特に、各単位セル12を構成する第1および第2セパレータ36、38を金属製の薄板で構成する際には、この第1および第2セパレータ36、38の平行度を出すことは極めて難しい。その際、第1の実施形態では、中間プレート28が平行度を維持することにより、各単位セル12の平行度を有効に維持することができ、積層体14内を均一な面圧に確保することが可能になる。これにより、簡単な構成で、積層体14内の接触抵抗の低減を図るとともに、所望のシール性を確保することができ、発電性能の向上が容易に可能になるという効果が得られる。
【0042】
さらに、支持機構30は、中間プレート28に固定される板状のガイド部材60と、ケース部材26に設けられるガイド溝68とを備えている。このため、支持機構30の構造が有効に簡素化され、前記支持機構30を小型に、しかも経済的に構成することができる。
【0043】
なお、第1の実施形態では、中間プレート28の短辺方向の両端部にそれぞれ2つのガイド部材60が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、この中間プレート28の短辺方向一端である下端に2つのガイド部材60を設ける一方、短辺方向他端である上端に1つの前記ガイド部材60を設けてもよい。また、支持機構30は、ケース部材26の上下に設けられているが、このケース部材26の左右両側に設けてもよい。
【0044】
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90の概略斜視図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、以下に示す第3および第4の実施形態においても、同様にその詳細な説明は省略する。
【0045】
燃料電池スタック90は、支持機構92を備える。この支持機構92は、中間プレート28の長辺方向の両端部および/短辺方向の両端部に、それぞれ所定数、例えば、2つずつ設けられる円板状のガイド部材94と、ケース部材26の内面に前記ガイド部材94に対応して積層方向(矢印A方向)に長尺に設けられるガイド溝96とを備える。ガイド溝96は、ガイド部材94の直径と略同一の幅寸法に設定されており、前記ガイド部材94が前記ガイド溝96に嵌合した状態で、該ガイド部材94の矢印B方向への移動が規制される。
【0046】
このように構成される第2の実施形態では、中間プレート28は、支持機構92の作用下に積層方向に平行度を維持して進退可能である。このため、積層体14内の面圧を均一に維持し、簡単な構成で、接触抵抗の低減を図るとともに、所望のシール性を確保することができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0047】
図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック100の概略斜視図である。
【0048】
この燃料電池スタック100は、支持機構102を備える。支持機構102を構成するガイド部材104は、中間プレート28に固定される軸部106aを有し、この軸部106aに円板部106bが設けられて前記ガイド部材104が構成される。ケース部材16には、軸部106aを矢印A方向に案内するための開口部(ガイド溝)108が形成される。ガイド部材104の円板部106bは、ケース部材26の外部に突出しており、軸部106aは、開口部108に挿入された状態で、中間プレート28に、例えば、ねじ止め等によって固定される。
【0049】
このように構成される第3の実施形態では、ガイド部材104は、軸部106aと開口部108との案内作用下に、積層方向に進退可能とするとともに、中間プレート28の平行度を維持することができる。従って、第3の実施形態では、第1および第2の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、ケース部材26には、開口部108を設けるだけでよい。これにより、ケース部材26の厚さを有効に薄肉化することができ、燃料電池スタック100全体の小型化が容易に図られるという利点が得られる。
【0050】
図7は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック110の概略斜視図である。
【0051】
この燃料電池スタック110は、支持機構112を備える。この支持機構112を構成する長方形状のガイド部材114は、中間プレート28に固定される。ケース部材26には、矢印A方向に延在して開口部116が形成され、この開口部116の幅寸法は、ガイド部材114の幅寸法と略同一寸法に設定される。ケース部材26の外面には、ガイド部材114の幅方向両端部を支持して、矢印A方向に延在するガイドバー118a、118bが固定される。
【0052】
このように構成される第4の実施形態では、中間プレート28に固定されたガイド部材114は、2本のガイドバー118a、118bの案内作用下に、矢印A方向に進退可能であるとともに、この中間プレート28は平面度を維持することができる。これにより、積層体14内の接触抵抗の低減を図り、かつ所望のシール性を確保するとともに、ケース部材26全体の薄肉化が容易に図られるという効果が得られる。
【0053】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックは、積層体内で中間プレートを介して所定数の単位セル毎に分割されているため、各単位セルの形状誤差が累積されて前記積層体が積層方向に傾くおそれがない。しかも、中間プレートは、支持機構の作用下に、積層方向に平行度を維持して進退可能である。従って、中間プレートは、積層体の膨潤や熱応力等による伸縮に良好に追随するとともに、前記積層体が積層方向に傾くことを確実に阻止することができ、前記積層体内の面圧を均一に維持することが可能になる。これにより、簡単な構成で、積層体内の接触抵抗の低減を図るとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上が容易に可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図2】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図3】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視図である。
【図4】前記燃料電池スタックを構成する中間プレート、支持機構およびケース部材の斜視説明図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図6】本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図7】本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図8】特許文献1の燃料電池の内部概略説明図である。
【符号の説明】
10、90、100、110…燃料電池スタック
12…単位セル 14…積層体
20a、20b…エンドプレート 26…ケース部材
28…中間プレート 30、92、102、112…支持機構
34…電解質膜・電極構造体 36、38…セパレータ
60、94、104、114…ガイド部材
64a…下板 64b…上板
64c、64d…側板 68、96…ガイド溝
106a…軸部 106b…円板部
108、116…開口部 118a、118b…ガイドバー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures each provided with electrodes on both sides of an electrolyte are stacked via a separator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various fuel cells have been developed. For example, solid polymer fuel cells are known. This polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). An electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) in which an anode catalyst and a cathode electrode made of an electrode catalyst and porous carbon are provided on both sides of the electrolyte membrane is sandwiched between separators (bipolar plates). Thus, a unit cell is configured.
[0003]
In this type of fuel cell (unit cell), a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is hydrogen ionized on the electrode catalyst, It moves to the cathode side electrode side through the electrolyte. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen react to produce water.
[0004]
Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number is stacked in order to obtain a desired power generation. This fuel cell stack is housed in a case, for example, and in order to prevent an increase in the internal resistance of the fuel cell and a decrease in the sealing performance of the reaction gas, the stacked fuel cells are pressurized with each other. Is held under pressure.
[0005]
As the fuel cell stack, for example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, a stack 2 is accommodated in a case 1 as shown in FIG. A fuel supply / discharge section 3 is disposed at one end of the stack 2, and a pressure plate 4 is disposed at the other end of the stack 2. The pressure plate 4 is provided with a plate guide 5, and this plate guide 5 is engaged with a rail portion 6 provided on the inner wall surface of the case 1 so as to extend in the stacking direction. The pressure plate 4 is pressurized toward the fuel supply / discharge section 3 via the pressurizing mechanism 7.
[0006]
In such a configuration, when the pressure plate 4 is pressurized via the pressurizing mechanism 7, the plate guide 5 provided on the pressure plate 4 and the rail portion 6 provided on the inner wall surface of the case 1. Under the guiding action, the pressure plate 4 does not tilt, and the stack 2 can be reliably pressurized.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-189025 (paragraphs [0092], [0093], FIG. 16)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when pressure is applied to the stack 2 from the end of the stack 2 through the pressure plate 4 under the action of the pressurizing mechanism 7, the parallelism is maintained for each unit cell constituting the stack 2. It is difficult.
[0009]
For example, when the separator constituting each unit cell is constituted by a thin plate-like metal separator, it is extremely difficult to obtain the parallelism of the separator. Therefore, in the stack 2 in which a plurality of unit cells are stacked, the surface pressure acting on at least some of the unit cells cannot be maintained uniformly. Thereby, the contact resistance in the stack 2 is increased, and a problem that a desired sealing property cannot be ensured for the separator is pointed out.
[0010]
The present invention solves this kind of problem, and aims to provide a fuel cell stack capable of maintaining the surface pressure of each unit cell to be laminated uniformly and simplifying the configuration. To do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell stack according to claim 1 of the present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte is sandwiched by separators, and a plurality of the unit cells are stacked to form a stack. In addition, the laminate is accommodated in the case member.
[0012]
A pair of end plates that are integrally fixed to the case member are disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body, while a predetermined position in the stacking direction, that is, a predetermined number of unit cells is provided in the stacked body. together with the intermediate plate are arranged corresponding to the intermediate plate is supported to maintain the parallelism to movably and the stacking direction in the stacking direction of the unit cell with respect to the case member via the supporting mechanism Has been.
[0013]
As described above, since the laminated body is divided into a predetermined number of unit cells via the intermediate plate, there is no possibility that the shape error of each unit cell is accumulated and the laminated body is inclined in the laminating direction. Moreover, the intermediate plate can advance and retreat while maintaining parallelism in the stacking direction under the action of the support mechanism. Therefore, the intermediate plate can follow the expansion and contraction due to the swelling and thermal stress of the laminated body, and can reliably prevent the laminated body from being inclined in the lamination direction. As a result, it becomes possible to improve the straightness of the laminate and stabilize the dimensions of the entire laminate. Furthermore, the surface pressure in the laminated body can be maintained uniformly, and the contact resistance in the laminated body can be reduced with a simple configuration, and a desired sealing property can be secured to easily improve the power generation performance. .
[0014]
In the fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, the support mechanism includes a guide member that is fixed to the intermediate plate, and a guide groove that is provided on the case member and guides the guide member in the stacking direction. Yes. For this reason, the structure of the support mechanism is effectively simplified, and the support structure can be configured in a small size and economically.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
As shown in FIG. 3, each
[0019]
One end edge in the long side direction (arrow B direction) of the electrolyte membrane /
[0020]
Fuel gas supply communication holes for supplying fuel gas to the other end edges in the long side direction of the electrolyte membrane /
[0021]
The electrolyte membrane /
[0022]
The
[0023]
A fuel
[0024]
The
[0025]
As shown in FIG. 2, the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIG. 4, the
[0028]
As shown in FIG. 1, at one edge of the
[0029]
The operation of assembling the
[0030]
First, a plurality of
[0031]
Therefore, the
[0032]
In this case, in the
[0033]
Next, the operation of the
[0034]
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the fuel
[0035]
As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant
[0036]
Therefore, in each electrolyte membrane /
[0037]
Next, the fuel gas consumed by being supplied to the
[0038]
The cooling medium supplied to the cooling
[0039]
In this case, in the first embodiment, an
[0040]
As described above, since the inside of the stacked
[0041]
In particular, when the first and
[0042]
Further, the
[0043]
In the first embodiment, two
[0044]
FIG. 5 is a schematic perspective view of a
[0045]
The
[0046]
In the second embodiment configured as described above, the
[0047]
FIG. 6 is a schematic perspective view of a
[0048]
The
[0049]
In the third embodiment configured as described above, the guide member 104 can advance and retreat in the stacking direction under the guiding action of the
[0050]
FIG. 7 is a schematic perspective view of a
[0051]
The
[0052]
In the fourth embodiment configured as described above, the
[0053]
【The invention's effect】
Since the fuel cell stack according to the present invention is divided into a predetermined number of unit cells via the intermediate plate in the stacked body, there is a possibility that the shape error of each unit cell is accumulated and the stacked body is inclined in the stacking direction. Absent. Moreover, the intermediate plate can advance and retreat while maintaining parallelism in the stacking direction under the action of the support mechanism. Therefore, the intermediate plate can follow the expansion and contraction due to the swelling and thermal stress of the laminated body, and can reliably prevent the laminated body from being inclined in the laminating direction, and the surface pressure in the laminated body can be made uniform. It becomes possible to maintain. Accordingly, the contact resistance in the laminate can be reduced with a simple configuration, and a desired sealing property can be ensured to easily improve the power generation performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an exploded perspective view of unit cells constituting the fuel cell stack.
FIG. 4 is a perspective explanatory view of an intermediate plate, a support mechanism, and a case member constituting the fuel cell stack.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is an internal schematic explanatory diagram of a fuel cell of Patent Document 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記積層体の積層方向両端に配設され、前記ケース部材に一体に固定される一対のエンドプレートと、
前記積層体内に、積層方向の所定の位置に対応して配設される中間プレートと、
前記中間プレートを、前記ケース部材に対して前記単位セルの積層方向に進退可能にかつ前記積層方向に平行度を維持して支持する支持機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。A unit cell in which an electrolyte / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte is sandwiched by separators is provided, and a plurality of the unit cells are stacked to form a stack, and the stack is accommodated in a case member. A fuel cell stack,
A pair of end plates disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body and fixed integrally to the case member;
In the laminated body, an intermediate plate disposed corresponding to a predetermined position in the laminating direction;
A support mechanism for supporting the intermediate plate with respect to the case member so as to be movable back and forth in the stacking direction of the unit cells and maintaining parallelism in the stacking direction;
A fuel cell stack comprising:
前記ケース部材に設けられ、前記ガイド部材を前記積層方向に案内するガイド溝と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。The fuel cell stack according to claim 1, wherein the support mechanism includes a guide member fixed to the intermediate plate;
A guide groove provided in the case member for guiding the guide member in the stacking direction;
A fuel cell stack comprising:
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