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JP5318461B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To excellently suppress deformation due to buckling of a casing at the time of application of an external force in lamination direction of the stack to the fuel cell stack; and to simplify the structure. <P>SOLUTION: The fuel cell stack 10 includes a laminate 14 and is supported integrally by a casing 24 including end plates 20a, 20b as an end plate. Side plates 60a-60d to constitute the casing 24 include bumper structures 82a-82d for absorbing an impact when an external force is applied in a lamination direction of the laminate 14. The bumper structures 82a-82d respectively have a plurality of circular apertures 84a-84d provided in the side plates 60a-60d. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack in which a stacked body in which a plurality of electrolyte / electrode structures in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a plurality of separators are stacked is housed in a box-shaped casing.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子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アノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)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、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を確実に加圧保持する必要がある。   Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation. In this fuel cell stack, the stacked fuel cells need to be reliably pressurized and held 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.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、図9に示すように、電解質膜と該電解質膜を挟持する電極とを有する単電池2を積層した積層体3を備えている。積層体3の積層方向両側には、エンドプレート4、5が設けられるとともに、前記エンドプレート5と前記積層体3との間には、皿ばね6が設けられている。   Thus, for example, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 9, the fuel cell includes a laminate 3 in which unit cells 2 each having an electrolyte membrane and electrodes sandwiching the electrolyte membrane are laminated. End plates 4 and 5 are provided on both sides in the stacking direction of the laminate 3, and a disc spring 6 is provided between the end plate 5 and the laminate 3.

積層体3の積層方向に沿う各側面には、前記積層体3に面圧を作用させるとともに、その面圧を保持する金属製のテンションプレート7が設けられている。   On each side surface along the stacking direction of the laminate 3, a metal tension plate 7 is provided that applies a surface pressure to the laminate 3 and holds the surface pressure.

特開2003−203670号公報JP 2003-203670 A

ところで、上記の燃料電池では、特に、車載用として用いられる場合、外部からの荷重を受け易い。その際、燃料電池に対して単電池2の積層方向に圧縮荷重が付与されると、エンドプレート4、5に比べて強度の低いテンションプレート7に座屈が発生するおそれがある。これにより、テンションプレート7は、積層体3側(内側)又は前記積層体3から離間する側(外側)に変形し、単電池2の損傷や外部のハーネスや周辺部品の損傷が惹起されるという問題がある。   By the way, in the above fuel cell, in particular, when used for in-vehicle use, it is easy to receive a load from the outside. At this time, if a compressive load is applied to the fuel cell in the stacking direction of the single cells 2, the tension plate 7 having a lower strength than the end plates 4 and 5 may be buckled. Thereby, the tension plate 7 is deformed to the laminated body 3 side (inner side) or the side away from the laminated body 3 (outer side), and damage of the unit cell 2 or external harness and peripheral parts is caused. There's a problem.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックに対して積層体の積層方向に外力が付与された際、ケーシングの座屈による変形を良好に抑制するとともに、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。   The present invention solves this type of problem, and when an external force is applied to the fuel cell stack in the stacking direction of the stack, the deformation due to the buckling of the casing is well suppressed and the configuration is simplified. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of achieving the above.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack in which a laminated body in which a plurality of electrolyte / electrode structures each having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte and a plurality of separators are stacked is housed in a box-shaped casing.

ケーシングは、積層体の積層方向両端部に配置される端板と、前記積層体の側部に配置される複数の側板と、前記端板と前記側板とを連結する連結ピンと、前記連結ピンを挿入するヒンジ部とを備えている。そして、全ての側板には、該側板よりも剛性の低い緩衝構造が設けられるとともに、前記緩衝構造は、ケーシングに積層体の積層方向に外力が付与される際、集中して変形することにより衝撃を吸収し、前記側板の座屈による変形を抑制している。 The casing includes an end plate disposed at both ends in the stacking direction of the laminate, a plurality of side plates disposed at a side of the laminate, a connection pin that connects the end plate and the side plate, and the connection pin. And a hinge part to be inserted. All the side plates are provided with a buffer structure having rigidity lower than that of the side plates, and the buffer structures are shocked by being concentratedly deformed when an external force is applied to the casing in the stacking direction of the stacked body. And the deformation due to the buckling of the side plate is suppressed .

また、緩衝構造は、側板に設けられる開口部を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that a buffer structure has an opening part provided in a side plate.

さらに、緩衝構造は、側板を積層方向に分割するとともに、分割部位に配設され、前記側板よりも剛性の低い緩衝部材を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the buffer structure has a buffer member that divides the side plate in the stacking direction and that is disposed in the divided portion and has rigidity lower than that of the side plate.

本発明では、燃料電池スタックに積層方向に外力(圧縮力)が付与されると、側板に設けられている緩衝構造を介して衝撃を吸収することができる。このため、側板の座屈による変形等を良好に抑制するとともに、構成の簡素化を図ることが可能になる。   In the present invention, when an external force (compression force) is applied to the fuel cell stack in the stacking direction, an impact can be absorbed via the buffer structure provided on the side plate. For this reason, it is possible to satisfactorily suppress deformation due to buckling of the side plate and simplify the configuration.

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の一部分解概略斜視図であり、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。燃料電池スタック10は、好適には、車載用燃料電池スタックとして使用可能である。   FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional side view of the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 can be preferably used as an in-vehicle fuel cell stack.

燃料電池スタック10は、複数の単位セル12が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、ターミナルプレート16b、絶縁性スペーサ部材22(絶縁プレート18を用いてもよい)及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック10は、四角形に構成されるエンドプレート20a、20bを端板として含むケーシング24により一体的に保持される。   The fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18 and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating spacer member 22 (the insulating plate 18 may be used) and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a casing 24 including end plates 20a and 20b each having a rectangular shape as end plates.

図2及び図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)30と、前記電解質膜・電極構造体30を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ32、34とを備える。なお、第1及び第2金属セパレータ32、34に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, for example, a carbon separator may be used.

単位セル12の長辺方向(図3中、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36a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔38a、及び燃料ガス、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40bが設けられる。   An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge of the unit cell 12 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 3). A communication hole 36a, a cooling medium supply communication hole 38a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole 40b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル12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40a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔36bが設けられる。   The other end edge in the long side direction of the unit cell 12 communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas supply communication hole 40a for supplying fuel gas, and a cooling medium discharge communication hole for discharging the cooling medium. 38b and an oxidizing gas discharge communication hole 36b for discharging the oxidizing gas are provided.

電解質膜・電極構造体30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42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するアノード側電極44及びカソード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極44及びカソード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)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て形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成される。   The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第1金属セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを連通し矢印B方向に延在する燃料ガス流路48が形成される。第1金属セパレータ32の面32bには、冷却媒体供給連通孔38aと冷却媒体排出連通孔38bとを連通し矢印B方向に延在する冷却媒体流路50が形成される。   On the surface 32a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30, there is a fuel gas channel 48 that communicates with the fuel gas supply communication hole 40a and the fuel gas discharge communication hole 40b and extends in the arrow B direction. It is formed. On the surface 32b of the first metal separator 32, there is formed a cooling medium flow path 50 that communicates with the cooling medium supply communication hole 38a and the cooling medium discharge communication hole 38b and extends in the arrow B direction.

第2金属セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、矢印B方向に延在する酸化剤ガス流路52が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路52は、酸化剤ガス供給連通孔36aと酸化剤ガス排出連通孔36bとに連通する。第2金属セパレータ34の面34bには、第1金属セパレータ32の面32bと重なり合って冷却媒体流路50が一体的に形成される。   The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with an oxidant gas flow path 52 extending in the direction of arrow B. The oxidant gas flow path 52 is formed of an oxidant gas. The supply communication hole 36a communicates with the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第1金属セパレータ32の面32a、32bには、この第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して第1シール部材54が一体成形される。第2金属セパレータ34の面34a、34bには、この第2金属セパレータ34の外周端縁部を周回して第2シール部材56が一体成形される。   A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34.

図2に示すように、第1及び第2シール部材54、56間には、固体高分子電解質膜42の外周が、直接、ケーシング24に接触することを阻止するために、シール57が介装される。   As shown in FIG. 2, a seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24. Is done.

図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの略中央部には、積層方向に突出する棒状の端子部58a、58bが形成される。端子部58a、58bには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。   As shown in FIG. 1, rod-shaped terminal portions 58a and 58b projecting in the stacking direction are formed at substantially the center portions of the terminal plates 16a and 16b. For example, a load such as a traveling motor is connected to the terminal portions 58a and 58b.

ケーシング24は、端板であるエンドプレート20a、20bと、積層体14の側部に配置される複数の側板60a〜60dと、前記側板60a〜60dの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材62a〜62dと、前記エンドプレート20a、20bと前記側板60a〜60dとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン64a、64bとを備える。側板60a〜60dは、例えば、薄板金属製プレートで構成される。   The casing 24 is an angle member that connects end plates 20a and 20b, which are end plates, a plurality of side plates 60a to 60d disposed on the side of the laminated body 14, and end portions of the side plates 60a to 60d that are close to each other. 62a to 62d, and connecting pins 64a and 64b having different lengths for connecting the end plates 20a and 20b and the side plates 60a to 60d. The side plates 60a to 60d are made of, for example, a thin metal plate.

エンドプレート20a、20bの上下各辺には、それぞれ2つの第1ヒンジ部66a、66bが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ2つの第1ヒンジ部66c、66dが突出形成される。第1ヒンジ部66a〜66dには、孔67a〜67dが貫通形成される。   Two first hinge portions 66a and 66b project from the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, respectively, and two first hinge portions 66c and 66d project from the both sides. The Holes 67a to 67d are formed through the first hinge portions 66a to 66d.

積層体14の矢印B方向両側に配置される側板60a、60cの長手方向(矢印A方向)両端には、第2ヒンジ部70a、70bが2つずつ形成される。積層体14の上下両側に配置される側板60b、60dの長手方向両端には、第2ヒンジ部72a、72bが3つずつ形成される。第2ヒンジ部70a、70bには、孔部71a、71bが形成されるとともに、第2ヒンジ部72a、72bには、孔部73a、73bが形成される。   Two second hinge portions 70a and 70b are formed at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the side plates 60a and 60c arranged on both sides in the arrow B direction of the laminate 14. Three second hinge portions 72a and 72b are formed at both ends in the longitudinal direction of the side plates 60b and 60d arranged on the upper and lower sides of the laminate 14 respectively. Holes 71a and 71b are formed in the second hinge portions 70a and 70b, and holes 73a and 73b are formed in the second hinge portions 72a and 72b.

側板60a、60cの各第2ヒンジ部70a、70b間には、エンドプレート20a、20bの両側の各辺の第1ヒンジ部66c、66dが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン64aが一体的に挿入される。   Between the second hinge portions 70a and 70b of the side plates 60a and 60c, first hinge portions 66c and 66d on both sides of the end plates 20a and 20b are arranged, and a short connecting pin 64a is integrally formed therewith. Inserted.

同様に、側板60b、60dの第2ヒンジ部72a、72bがエンドプレート20a、20bの上辺及び下辺の第1ヒンジ部66a、66bと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン64bが一体的に挿入される。   Similarly, the second hinge portions 72a and 72b of the side plates 60b and 60d are alternately arranged with the first hinge portions 66a and 66b on the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, and a long connecting pin 64b is provided on these. Inserted integrally.

図1に示すように、側板60a〜60dには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔74が形成される一方、アングル部材62a〜62dの各辺には、前記ねじ孔74に対応して孔部76が形成される。各孔部76に挿入される各ねじ77がねじ孔74に螺合することにより、アングル部材62a〜62dを介して側板60a〜60d同士が固定される。これにより、ケーシング24が構成される(図4参照)。   As shown in FIG. 1, the side plates 60 a to 60 d are formed with a plurality of screw holes 74 at both edges in the short direction, and the sides of the angle members 62 a to 62 d correspond to the screw holes 74. Thus, the hole 76 is formed. When the screws 77 inserted into the holes 76 are screwed into the screw holes 74, the side plates 60a to 60d are fixed to each other via the angle members 62a to 62d. Thereby, the casing 24 is configured (see FIG. 4).

図1及び図4に示すように、側板60bの矢印A方向両端には、取り付け板部材80が固着されるとともに、前記取り付け板部材80には、連結ピン64bを挿入するための3つの第2ヒンジ部72aが接合される。なお、接合強度や形状等を維持可能であれば、第2ヒンジ部72aを側板60bに直接接合してもよい。   As shown in FIGS. 1 and 4, attachment plate members 80 are fixed to both ends of the side plate 60 b in the direction of arrow A, and three second pins for inserting connection pins 64 b are inserted into the attachment plate member 80. The hinge part 72a is joined. Note that the second hinge portion 72a may be directly joined to the side plate 60b as long as the joining strength and shape can be maintained.

側板60a、60c及び60dは、図1に示すように、上記の側板60bと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。また、エンドプレート20a、20bは、必要に応じて上記の側板60bと同様に構成してもよい。   As shown in FIG. 1, the side plates 60a, 60c, and 60d are configured in the same manner as the side plate 60b described above, and a detailed description thereof is omitted. Further, the end plates 20a and 20b may be configured similarly to the side plate 60b as necessary.

側板60a〜60dは、積層体14の積層方向(矢印A方向)に外力が付与される際、衝撃を吸収するための緩衝構造82a〜82dを設ける。緩衝構造82a〜82dは、側板60a〜60dに設けられるそれぞれ複数の円形状開口部84a〜84dを有する。開口部84a〜84dは、側板60a〜60dの面積や厚さ等に応じてそれぞれの個数、寸法及び配置位置等が設定される。   The side plates 60 a to 60 d are provided with buffer structures 82 a to 82 d for absorbing an impact when an external force is applied in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14. The buffer structures 82a to 82d have a plurality of circular openings 84a to 84d provided in the side plates 60a to 60d, respectively. The numbers, dimensions, arrangement positions, etc. of the openings 84a to 84d are set in accordance with the area and thickness of the side plates 60a to 60d.

なお、開口部84a〜84dの形状は、円形状の他、矩形状、長円状、楕円状、三角形状又は多角形状等、種々の形状に設定することが可能である。   The shapes of the openings 84a to 84d can be set to various shapes such as a rectangular shape, an oval shape, an elliptical shape, a triangular shape, or a polygonal shape in addition to a circular shape.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

この燃料電池スタック10では、先ず、図4に示すように、エンドプレート20aの酸化剤ガス供給連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔40aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔38aに純水やエチレングリコー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、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印A方向に供給される。   In the fuel cell stack 10, first, as shown in FIG. 4, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 36a of the end plate 20a, and hydrogen is supplied to the fuel gas supply communication hole 40a. Fuel gas such as contained gas is supplied. Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 38a. For this reason, in the stacked body 14, the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied in the arrow A direction to the plurality of unit cells 12 stacked in the arrow A direction.

図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔36aから第2金属セパレータ34の酸化剤ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体30のカソード側電極46に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aから第1金属セパレータ32の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体30のアノード側電極44に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas supply communication hole 40 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44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。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極46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36bに沿って流動した後、エンドプレート20aから外部に排出される。同様に、アノード側電極44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40bに排出されて流動し、エンドプレート20aから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and then is discharged to the outside from the end plate 20a. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 40b, flows, and is discharged from the end plate 20a to the outside.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔38aから第1及び第2金属セパレータ32、34間の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体排出連通孔38bを移動してエンドプレート20aから排出される。   The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 38a. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, and then moves through the cooling medium discharge communication hole 38b and is discharged from the end plate 20a.

この場合、第1の実施形態では、図1に示すように、側板60a〜60dは、緩衝構造82a〜82dを設けるとともに、前記緩衝構造82a〜82dは、前記側板60a〜60dに設けられるそれぞれ複数の開口部84a〜84dを有している。このため、側板60a〜60dは、開口部84a〜84dが設けられる部位近傍の強度(剛性)が、他の部位の強度(剛性)よりも低下している。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the side plates 60 a to 60 d are provided with buffer structures 82 a to 82 d, and the buffer structures 82 a to 82 d are each provided in a plurality of side plates 60 a to 60 d. Have openings 84a to 84d. For this reason, as for side plate 60a-60d, the intensity | strength (rigidity) vicinity of the site | part in which opening part 84a-84d is provided is falling rather than the intensity | strength (rigidity) of another site | part.

従って、燃料電池スタック10では、例えば、車載用として使用される際に、積層方向(矢印A方向)に荷重(外力)Fが付与されると、図5に示すように、開口部84a〜84dが潰れるようにして、特にヒンジ構造に近い位置に配置されている前記開口部84a〜84dの近傍が集中して変形し易い。力を受け易いからである。   Therefore, in the fuel cell stack 10, for example, when used for in-vehicle use, when a load (external force) F is applied in the stacking direction (arrow A direction), as shown in FIG. In particular, the vicinity of the openings 84a to 84d arranged at positions close to the hinge structure is concentrated and easily deformed. It is because it is easy to receive power.

これにより、燃料電池スタック10に付与される積層方向の荷重は、緩衝構造82a〜82dを介して吸収することができ、特に、薄板状の側板60a〜60dの座屈による変形を良好に抑制するとともに、構成の簡素化を図ることが可能になるという効果が得られる。従って、側板60a〜60dが内方に変形して単位セル12が損傷したり、前記側板60a〜60dが外方に変形して、図示しないハーネスや周辺部品を損傷したりすることを、有効に阻止することが可能になる。   As a result, the load in the stacking direction applied to the fuel cell stack 10 can be absorbed via the buffer structures 82a to 82d, and in particular, deformation due to buckling of the thin plate-like side plates 60a to 60d is satisfactorily suppressed. At the same time, it is possible to simplify the configuration. Therefore, it is effective that the side plates 60a to 60d are deformed inward and the unit cell 12 is damaged, or the side plates 60a to 60d are deformed outward to damage unillustrated harnesses and peripheral parts. It becomes possible to stop.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90の一部分解概略斜視図であり、図7は、前記燃料電池スタック90の一部概略斜視説明図である。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。   FIG. 6 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 90 according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a partial schematic perspective view of the fuel cell stack 90. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック90は、ケーシング92を備えるとともに、前記ケーシング92は、エンドプレート20a、20bと側板94a〜94dとを備える。側板94a〜94dは、積層体14の積層方向(矢印A方向)に外力が付与される際、衝撃を吸収するための緩衝構造96a〜96dを設ける。   The fuel cell stack 90 includes a casing 92, and the casing 92 includes end plates 20a and 20b and side plates 94a to 94d. The side plates 94 a to 94 d are provided with buffer structures 96 a to 96 d for absorbing an impact when an external force is applied in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14.

緩衝構造96a〜96dは、側板94a〜94dをそれぞれ積層方向に複数枚のプレート部98a〜98dに分割するとともに、各分割部位に配設される緩衝部材100a〜100dを有する。緩衝部材100a〜100dは、板厚、素材及び形状等を選択することにより、プレート部98a〜98dよりも低い剛性に設定される。緩衝部材100a〜100dとしては、例えば、ゴム材や樹脂材が用いられる。   The buffer structures 96a to 96d each have side plates 94a to 94d divided into a plurality of plate portions 98a to 98d in the stacking direction, and buffer members 100a to 100d disposed at the respective divided portions. The buffer members 100a to 100d are set to be lower in rigidity than the plate portions 98a to 98d by selecting the plate thickness, material, shape, and the like. As the buffer members 100a to 100d, for example, a rubber material or a resin material is used.

このように構成される第2の実施形態では、燃料電池スタック90に積層方向の荷重Fが付与されると、図8に示すように、プレート部98a〜98dよりも剛性の低い緩衝部材100a〜100dが収縮変形する。このため、燃料電池スタック90に付与される積層方向の荷重は、緩衝構造96a〜96dを介して吸収することができる。   In the second embodiment configured as described above, when a load F in the stacking direction is applied to the fuel cell stack 90, as shown in FIG. 8, the cushioning members 100a to 100a are less rigid than the plate portions 98a to 98d. 100d contracts and deforms. For this reason, the load in the stacking direction applied to the fuel cell stack 90 can be absorbed via the buffer structures 96a to 96d.

これにより、第2の実施形態では、薄板状の側板94a〜94dの座屈による変形を良好に抑制するとともに、構成の簡素化を図ることが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   As a result, in the second embodiment, the deformation due to buckling of the thin plate-like side plates 94a to 94d can be satisfactorily suppressed, and the configuration can be simplified. Similar effects can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックに積層方向の荷重が付与された際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when the load of the lamination direction is provided to the said fuel cell stack. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。FIG. 4 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部斜視説明図である。It is a partial perspective explanatory view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックに積層方向の荷重が付与された際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when the load of the lamination direction is provided to the said fuel cell stack. 特許文献1に開示されている燃料電池の説明図である。2 is an explanatory diagram of a fuel cell disclosed in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10、90…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
24、92…ケーシング 30…電解質膜・電極構造体
32、34…金属セパレータ 42…固体高分子電解質膜
44…アノード側電極 46…カソード側電極
48…燃料ガス流路 50…冷却媒体流路
52…酸化剤ガス流路 54、56…シール部材
60a〜60d、94a〜94d…側板
64a、64b…連結ピン
66a〜66d、70a、70b、72a、72b…ヒンジ部
82a〜82d、96a〜96d…緩衝構造
84a〜84d…開口部 98a〜98d…プレート部
100a〜100d…緩衝部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 20a, 20b ... End plate 24, 92 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane electrode structure 32, 34 ... Metal separator 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode Side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52 ... Oxidant gas flow path 54, 56 ... Seal members 60a-60d, 94a-94d ... Side plates 64a, 64b ... Connecting pins 66a-66d , 70a, 70b, 72a, 72b ... hinges 82a to 82d, 96a to 96d ... buffer structures 84a to 84d ... openings 98a to 98d ... plate parts 100a to 100d ... buffer members

Claims (4)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックであって、
前記ケーシングは、前記積層体の積層方向両端部に配置される端板と、
前記積層体の側部に配置される複数の側板と、
前記端板と前記側板とを連結する連結ピンと、
前記連結ピンを挿入するヒンジ部と、
を備え、
全ての前記側板には、該側板よりも剛性の低い緩衝構造が設けられるとともに、
前記緩衝構造は、前記ケーシングに前記積層体の積層方向に外力が付与される際、集中して変形することにより衝撃を吸収し、前記側板の座屈による変形を抑制することを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack in which a stacked body in which a plurality of separators are stacked in an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is housed in a box-shaped casing,
The casing includes end plates disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body,
A plurality of side plates disposed on the side of the laminate;
A connecting pin for connecting the end plate and the side plate;
A hinge part for inserting the connecting pin;
With
All the side plates are provided with a buffer structure having rigidity lower than that of the side plates,
The buffer structure, when an external force is applied to the laminating direction of the laminated body to the casing, absorb the shock by deforming focused and characterized that you suppress deformation due to buckling of the side plates Fuel cell stack.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記緩衝構造は、前記側板に設けられる開口部を有することを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the buffer structure has an opening provided in the side plate. 請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記開口部は、円形状であることを特徴とする燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the opening has a circular shape. 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記緩衝構造は、前記側板を前記積層方向に分割するとともに、分割部位に配設され、前記側板よりも剛性の低い緩衝部材を有することを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the buffer structure divides the side plate in the stacking direction, and has a buffer member disposed in the divided portion and having rigidity lower than that of the side plate. Battery stack.
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