JP2019129032A - Fuel battery and assembling method of the fuel battery - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池と断熱材との隙間の発生を抑制可能な燃料電池を提供する。【解決手段】本実施形態によれば、燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の酸化剤極に面した酸化剤極流路が設けられている酸化剤極流路板と、電解質膜の燃料極に面した燃料極流路が設けられている燃料極流路板と、を有する複数の燃料電池セルが積層されたセル積層体と、セル積層体の積層方向の両端面側からセル積層体を締め付ける2つの締付板と、2つの締付板を連結させる複数の連結具と、2つの締付板の表面、及び裏面の少なくとも一部を覆う自己接着性の断熱材部と、を備える。【選択図】図9PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of suppressing the generation of a gap between a fuel cell and a heat insulating material. According to the present embodiment, a fuel cell includes an electrolyte membrane, an oxidant electrode channel plate provided with an oxidant electrode channel facing an oxidant electrode of the electrolyte membrane, and a fuel of the electrolyte membrane. A fuel cell flow channel plate provided with a fuel electrode flow channel facing the electrode, and a cell stack body in which a plurality of fuel cells are stacked, and a cell stack body from both end surfaces in the stacking direction of the cell stack body. And a plurality of connectors for connecting the two tightening plates, and a self-adhesive heat insulating material portion that covers at least a part of the front surface and the back surface of the two tightening plates. .. [Selection diagram] Fig. 9
Description
本発明の実施形態は、燃料電池、及び燃料電池の組み立て方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a fuel cell and a method for assembling the fuel cell.
燃料電池は、燃料極ガスと、酸化剤極ガスとの電解質膜における電気化学的反応により発電する。この燃料電池は、他のエネルギ機関と比べエネルギ回収効率が高く、またnoxやsox等の排出がほとんど無いので、地球環境に与える影響をより小さくすることが可能である。このため、家庭用、車載用などの燃料電池の開発が進められている。 The fuel cell generates electricity by the electrochemical reaction in the electrolyte membrane of the fuel electrode gas and the oxidant electrode gas. The fuel cell has a high energy recovery efficiency compared to other energy agencies, and because there is almost no discharge of no x and so x, it is possible to further reduce the impact on the global environment. For this reason, development of fuel cells for home use and in-vehicle use is underway.
この燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の燃料極に沿った流路が設けられている燃料極流路板と、電解質膜の酸化剤極に沿った流路が設けられている酸化剤極流路板とを有する燃料電池セルが積層されたセル積層体を用いて発電する。また、セル積層体は発電時に熱を発生させ、この熱を回収して利用することが出来る。セル積層体の熱回収効率を維持するために、セル積層体の放熱を防止する必要がある。 The fuel cell includes an electrolyte membrane, a fuel electrode channel plate provided with a channel along the fuel electrode of the electrolyte membrane, and an oxidant electrode provided with a channel along the oxidant electrode of the electrolyte membrane. Power is generated using a cell stack in which fuel cells having a flow path plate are stacked. In addition, the cell stack can generate heat during power generation, and this heat can be recovered and used. In order to maintain the heat recovery efficiency of the cell stack, it is necessary to prevent the heat dissipation of the cell stack.
ところが、この燃料電池は、一般にセル積層体を締め付ける締付板、この締付板を連結させる連結具などを有している。このため、柔軟性を有する断熱材などで燃料電池を覆おうとしても、連結具などにより隙間が生じ、断熱性能が低下してしまう恐れがある。 However, this fuel cell generally has a clamping plate for clamping the cell stack, a connector for coupling the clamping plate, and the like. For this reason, even if it is going to cover a fuel cell with the heat insulating material which has a softness | flexibility etc., there exists a possibility that a clearance gap may arise with a connector etc. and heat insulation performance may fall.
また、セル積層体を構成する燃料電池セル各々は発電時に発熱することから、セル積層体の両端部は中央部よりも放熱性が高く、中央部よりも低温になる。このため、両端部の燃料電池セルの熱回収効率が低下してしまう。 In addition, since each of the fuel cells forming the cell stack generates heat during power generation, both ends of the cell stack have higher heat dissipation than the central portion and a lower temperature than the central portion. For this reason, the heat recovery efficiency of the fuel cells at both ends is lowered.
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の所定の表面に対して隙間なく断熱材を配置可能な燃料電池を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell in which the heat insulating material can be disposed without any gap on a predetermined surface of the fuel cell.
本実施形態によれば、燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の酸化剤極に面した酸化剤極流路が設けられている酸化剤極流路板と、前記電解質膜の燃料極に面した燃料極流路が設けられている燃料極流路板と、を有する複数の燃料電池セルが積層されたセル積層体と、セル積層体の積層方向の両端面側から前記セル積層体を締め付ける2つの締付板と、2つの締付板を連結させる複数の連結具と、前記2つの締付板の表面、及び裏面の少なくとも一部を覆う自己接着性の断熱材部と、を備える。 According to the present embodiment, the fuel cell includes an electrolyte membrane, an oxidant electrode channel plate provided with an oxidant electrode channel facing the oxidant electrode of the electrolyte membrane, and a fuel electrode of the electrolyte membrane. A fuel cell stack having a plurality of fuel cells stacked thereon, and a fuel cell flow plate having a facing fuel cell flow path, and the cell stack from both end sides in the cell lamination direction. Two fastening plates to be fastened, a plurality of couplers for connecting the two fastening plates, and a self-adhesive heat insulating material portion covering at least a part of the front surface and the back surface of the two fastening plates. .
本発明によれば、燃料電池の所定の表面に対して隙間なく断熱材を配置することができる。 According to the present invention, the heat insulating material can be disposed without any gap with respect to the predetermined surface of the fuel cell.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of easy illustration and understanding, the scale, the dimensional ratio in the vertical and horizontal directions, etc. are appropriately changed from those of the actual one and exaggerated.
(一実施形態)
図1は、マニホールドを外した燃料電池1の構造を示す斜視図である。図2は、マニホールドを装着した状態の燃料電池1の構造を示す斜視図である。図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る燃料電池1は、燃料電池セルにおける電気化学反応により発電する構造体である。すなわち、燃料電池1は、セル積層体10と、2つの集電板20と、2つの絶縁板25と、燃料電池締付構造体30と、第1マニホールド40と、第2マニホールド42と、第3マニホールド44と、第4マニホールド46と、を備えて構成されている。セル積層体10は、複数の燃料電池セル10aを積層したものである。燃料電池セル10aは、水素を含む燃料極ガスと酸素を含む酸化剤極ガスとの電気化学反応により発電する。すなわち、セル積層体10は、複数の燃料電池セル10aを直列に接続した構造体である。燃料電池セル10aの詳細な構成は後述する。図1及び図2は、セル積層体10の積層方向に平行なZ方向と、Z方向に垂直で互いに平行なX方向およびY方向を示している。本実施形態の燃料電池1を水平面上に設置する場合、Z方向は重力方向に平行となる。
(One embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the fuel cell 1 with the manifold removed. FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the fuel cell 1 in a state where the manifold is mounted. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 1 according to the first embodiment is a structure that generates electric power by an electrochemical reaction in a fuel cell. That is, the fuel cell 1 includes a cell stack 10, two current collector plates 20, two insulating plates 25, a fuel cell fastening structure 30, a first manifold 40, a second manifold 42, The third manifold 44 and the fourth manifold 46 are provided. The cell stack 10 is a stack of a plurality of fuel cells 10a. The fuel cell 10a generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel electrode gas containing hydrogen and an oxidant electrode gas containing oxygen. That is, the cell stack 10 is a structure in which a plurality of fuel cells 10a are connected in series. The detailed configuration of the fuel cell 10a will be described later. 1 and 2 show a Z direction parallel to the stacking direction of the cell stack 10, and an X direction and a Y direction perpendicular to the Z direction and parallel to each other. When the fuel cell 1 of the present embodiment is installed on a horizontal surface, the Z direction is parallel to the gravity direction.
セル積層体10の積層方向の両側には、2つの集電板20が配置されている。2つの集電板20は、板状の導電体であり、セル積層体10の両端面のそれぞれに配置されている。2つの絶縁板25は、板状の絶縁体であり、2つの集電板20と、2つの締付板100との間にそれぞれ配置されている。このように、セル積層体10の積層方向の両側には、2つの集電板20と2つの絶縁板25が順に配置されており、これらを一体的に積層方向の両側から2つの締付板100で締め付けることで、燃料電池1が得られる。 Two current collectors 20 are disposed on both sides of the cell stack 10 in the stacking direction. The two current collectors 20 are plate-like conductors and are disposed on each of both end surfaces of the cell stack 10. The two insulating plates 25 are plate-like insulators and are respectively disposed between the two current collecting plates 20 and the two fastening plates 100. As described above, the two current collector plates 20 and the two insulating plates 25 are sequentially arranged on both sides in the stacking direction of the cell stack 10, and these two fastening plates are integrally formed from both sides in the stacking direction. By fastening with 100, the fuel cell 1 is obtained.
燃料電池締付構造体30は、セル積層体10に面圧を加える構造体であり、2つの締付板100と、複数の連結具200と、を備えて構成されている。2つの締付板100は、複数の燃料電池セルが積層されたセル積層体10の積層方向の両側からセル積層体10を締め付ける部材である。締付板100は、押圧部110と、梁部120とを有している。これら押圧部110と、梁部120とは一体形成されている。なお、押圧部110と、梁部120とをそれぞれ分離して構成してもよい。 The fuel cell clamp structure 30 is a structure that applies a surface pressure to the cell stack 10, and includes two clamp plates 100 and a plurality of connectors 200. The two clamping plates 100 are members that clamp the cell stack 10 from both sides in the stacking direction of the cell stack 10 in which a plurality of fuel cells are stacked. The clamping plate 100 has a pressing portion 110 and a beam portion 120. The pressing part 110 and the beam part 120 are integrally formed. The pressing portion 110 and the beam portion 120 may be separately configured.
連結具200は、2つの締付板100を連結させる部材である。すなわち、本実施形態における連結具200は、タイロッド202と、二つの座金204と、二つのナット206と、を有している。図1に示すように、2つの締付板100に設けられた対向する孔部にタイロッド202を通した状態で、座金204を介してナット206が締め付けられ、2つの締付板100が連結されている。 The connection tool 200 is a member that connects the two fastening plates 100. That is, the connector 200 in the present embodiment includes the tie rod 202, the two washers 204, and the two nuts 206. As shown in FIG. 1, a nut 206 is tightened via a washer 204 in a state where tie rods 202 are passed through opposing holes provided in the two tightening plates 100, and the two tightening plates 100 are connected. ing.
図2に示すように、燃料電池1におけるセル積層体10の積層方向に沿った側面にはマニホールド40、42、44、46が装着される。マニホールドとは、燃料極ガス、酸化剤極ガスなどの反応ガス、冷却水などを供給する空間領域を備えた部材である。 As shown in FIG. 2, manifolds 40, 42, 44, 46 are mounted on the side surfaces along the stacking direction of the cell stack 10 in the fuel cell 1. The manifold is a member having a space region for supplying a reaction gas such as a fuel electrode gas and an oxidant electrode gas, cooling water, and the like.
第1マニホールド40は、冷却水マニホールドと酸化剤極マニホールドとを有している。第2マニホールド42は、燃料極マニホールドである。第3マニホールド44は、第1マニホールド40に対向するマニホールドであり、冷却水マニホールドと酸化剤極マニホールドとを有している。すなわち、第1マニホールド40と第3マニホールド44とは、セル積層体10の対向する側面にそれぞれ配置されている。 The first manifold 40 has a cooling water manifold and an oxidant electrode manifold. The second manifold 42 is a fuel electrode manifold. The third manifold 44 is a manifold facing the first manifold 40, and includes a cooling water manifold and an oxidant electrode manifold. That is, the first manifold 40 and the third manifold 44 are respectively disposed on opposite side surfaces of the cell stack 10.
第4マニホールド46は、第2マニホールド42に対向するマニホールドであり、燃料極マニホールドである。すなわち、第2マニホールド42と第4マニホールド46とは、セル積層体10の対向する側面にそれぞれ配置されている。 The fourth manifold 46 is a manifold facing the second manifold 42 and is a fuel electrode manifold. That is, the second manifold 42 and the fourth manifold 46 are respectively disposed on opposite side surfaces of the cell stack 10.
配管継ぎ手部40aから導入された冷却水は、セル積層体10の側面から供給され、燃料電池セル10aの冷却水流路溝を介して配管継ぎ手部44aから排出される。一方で、配管継ぎ手部40bから酸化剤極ガスが導入され、セル積層体10内の電気化学反応によって消費されなかった酸化剤極ガスが配管継ぎ手部40cから排出される。また、配管継ぎ手部42aから燃料極ガスが導入され、セル積層体10内の電気化学反応によって消費されなかった燃料極ガスが配管継ぎ手部42bから排出される。 The cooling water introduced from the pipe joint portion 40a is supplied from the side surface of the cell stack 10, and is discharged from the pipe joint portion 44a via the cooling water flow channel groove of the fuel cell 10a. On the other hand, the oxidant electrode gas is introduced from the pipe joint part 40b, and the oxidant electrode gas that has not been consumed by the electrochemical reaction in the cell stack 10 is discharged from the pipe joint part 40c. In addition, the fuel electrode gas is introduced from the piping joint portion 42a, and the fuel electrode gas not consumed by the electrochemical reaction in the cell stack 10 is discharged from the piping joint portion 42b.
マニホールド40、42、44、42には、ガス不透過性が求められる。また、マニホールド内部は、マニホールド外部より圧力が高くなる。このため、マニホールド40、42、44、42は、一般的にマニホールド内部と外部の圧力差に耐えうる剛性樹脂又は金属の成型品として構成されている。 The manifolds 40, 42, 44, and 42 are required to have gas impermeability. Also, the pressure inside the manifold is higher than the outside of the manifold. For this reason, the manifolds 40, 42, 44, 42 are generally configured as molded articles of rigid resin or metal that can withstand pressure differences between the inside and the outside of the manifold.
図3乃至図5に基づき、第1の実施形態に係る燃料電池セル10aの詳細な構成について説明する。図3は、一実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す分解斜視図である。図3に示すように、燃料電池セル10aは、電解質膜12と、燃料極流路板14と、酸化剤極流路板16と、を備えて構成されている。この電解質膜12は、一方の主面12aに燃料極が形成され、他方の主面12bに酸化剤極が形成されている。電解質膜12は、例えば高分子型の電解質膜である。 The detailed configuration of the fuel cell unit 10 a according to the first embodiment will be described based on FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of a fuel cell according to one embodiment. As shown in FIG. 3, the fuel battery cell 10 a includes an electrolyte membrane 12, a fuel electrode flow path plate 14, and an oxidant electrode flow path plate 16. In the electrolyte membrane 12, a fuel electrode is formed on one main surface 12a, and an oxidant electrode is formed on the other main surface 12b. The electrolyte membrane 12 is, for example, a polymer electrolyte membrane.
図4は、燃料極流路板14の構成を示す図であり、図4(a)は、燃料極流路板14の主面14a側の形状を示す図であり、図4(b)は、燃料極流路板14の主面14b側の形状を示す図である。この図4(a)に示すように、燃料極流路板14の主面14aは、電解質膜12の燃料極と反対側であり、平坦な面を形成している。 FIG. 4 is a view showing the configuration of the fuel electrode flow path plate 14, and FIG. 4 (a) is a view showing the shape of the fuel flow path plate 14 on the main surface 14 a side, and FIG. FIG. 4 is a view showing the shape of the main surface 14b side of the fuel electrode flow path plate 14; As shown in FIG. 4A, the major surface 14a of the fuel electrode channel plate 14 is on the opposite side of the fuel electrode of the electrolyte membrane 12, and forms a flat surface.
図4(b)に示すように、燃料極流路板14は、電解質膜12の燃料極側の主面14bに、燃料極に沿った燃料極ガス流路溝140bを形成している。また、燃料極ガス流路溝140bは、第1入口部14cと、第1出口部14dと、第2入口部14eと、第2出口部14fと、を有する。第1入口部14cから導入され燃料極ガスは、燃料極ガス流路溝140bに沿って流れ第1出口部14dから排出される。また、第2入口部14eから導入された燃料極ガスは、燃料極ガス流路溝140bに沿って流れ第2出口部14fから排出される。 As shown in FIG. 4B, the fuel electrode channel plate 14 forms a fuel electrode gas channel groove 140b along the fuel electrode on the main surface 14b of the electrolyte membrane 12 on the fuel electrode side. In addition, the fuel electrode gas flow channel 140b has a first inlet 14c, a first outlet 14d, a second inlet 14e, and a second outlet 14f. The fuel electrode gas introduced from the first inlet portion 14c flows along the fuel electrode gas flow channel 140b and is discharged from the first outlet portion 14d. Also, the fuel electrode gas introduced from the second inlet portion 14e flows along the fuel electrode gas flow channel 140b and is discharged from the second outlet portion 14f.
図5は、酸化剤極流路板16の構成を示す図であり、図5(a)は、酸化剤極流路板16の主面16aの形状を示す図であり、図5(b)は、酸化剤極流路板16の主面16aの反対側の主面16bの形状を示す図である。この図5(a)に示すように、酸化剤極流路板16は、電解質膜12の酸化剤極側の主面16aに、酸化剤極に沿った酸化剤ガス流路溝160aを形成している。また、燃料極ガス流路溝160aは、第1入口部16cと、第1出口部16dと、第2入口部16eと、第2出口部16fと、を有する。第1入口部16cから導入され酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路溝160bに沿って流れ第1出口部16dから排出される。また、第2入口部16eから導入され酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路溝160bに沿って流れ第2出口部16fから排出される。 FIG. 5 is a view showing the structure of the oxidant electrode flow channel plate 16, and FIG. 5 (a) is a view showing the shape of the main surface 16a of the oxidant electrode flow channel plate 16, and FIG. These are figures which show the shape of the main surface 16b on the opposite side to the main surface 16a of the oxidizing agent electrode flow-path board 16. FIG. As shown in FIG. 5A, the oxidant electrode channel plate 16 forms an oxidant gas channel groove 160a along the oxidant electrode on the main surface 16a of the electrolyte membrane 12 on the oxidant electrode side. ing. Further, the fuel electrode gas flow channel 160a has a first inlet 16c, a first outlet 16d, a second inlet 16e, and a second outlet 16f. The oxidant gas introduced from the first inlet 16c flows along the oxidant gas flow channel 160b and is discharged from the first outlet 16d. The oxidant gas introduced from the second inlet portion 16e flows along the oxidant gas flow channel 160b and is discharged from the second outlet portion 16f.
図5(b)に示すように、酸化剤極側と反対側の主面16bに、冷却水流路溝160bを形成している。冷却水流路溝160bは、第1入口部16hと、第1出口部16gと、を有する。第1入口部16hから導入され冷却水は、冷却水流路溝160bに沿って流れ第1出口部16gから排出される。酸化剤極流路板16は、例えば微細孔を有する導電性多孔質板で構成されている。また、冷却水流路溝160bは、冷却水をその表面から蒸発し、燃料電池セルを加湿する。なお、冷却水流路溝160bを有しない酸化剤極流路板16を用いてもよい。冷却水流路溝160bを有しない酸化剤極流路板16を用いる場合には、第1マニホールド40及び第4マニホールド46は、酸化剤極マニホールドのみで構成してもよい。 As shown in FIG. 5B, the cooling water flow channel 160b is formed on the main surface 16b opposite to the oxidant electrode side. The cooling water flow channel 160b has a first inlet 16h and a first outlet 16g. The cooling water introduced from the first inlet 16h flows along the cooling water flow channel 160b and flows out from the first outlet 16g. The oxidant electrode channel plate 16 is made of, for example, a conductive porous plate having fine pores. Further, the cooling water flow channel 160b evaporates the cooling water from the surface thereof and humidifies the fuel cell. In addition, you may use the oxidizing agent electrode flow-path plate 16 which does not have the cooling water flow-path groove | channel 160b. In the case of using the oxidant electrode channel plate 16 without the cooling water channel groove 160b, the first manifold 40 and the fourth manifold 46 may be configured only by the oxidant electrode manifold.
これら複数の燃料電池セル10aは、化学式1で示す反応により発電する。より詳細には、燃料極ガスは例えば水素含有ガスである。燃料極ガスは、燃料極流路板14の燃料極ガス流路溝140bに沿って流れ、燃料極反応をおこす。酸化剤ガスは例えば酸素含有ガスである。酸化剤ガスは、酸化剤極流路板16の酸化剤ガス流路溝160aを沿って流れ、酸化剤極反応をおこす。燃料電池スタックは、これらの電気化学反応を利用して、集電板20(図1)に設けられた電極から電気エネルギを取り出す。 The plurality of fuel cells 10a generate power by the reaction represented by Chemical Formula 1. More specifically, the fuel electrode gas is, for example, a hydrogen-containing gas. The fuel electrode gas flows along the fuel electrode gas channel groove 140b of the fuel electrode channel plate 14 and causes a fuel electrode reaction. The oxidant gas is, for example, an oxygen-containing gas. The oxidant gas flows along the oxidant gas channel groove 160 a of the oxidant electrode channel plate 16 to cause an oxidant electrode reaction. The fuel cell stack utilizes these electrochemical reactions to extract electrical energy from the electrodes provided on the collector plate 20 (FIG. 1).
(化学式1)
燃料極反応:H2 → 2H+ + 2e
酸化剤極反応:1/2O2 + 2H+ +2e- → H2O
(Chemical formula 1)
Fuel electrode reaction: H 2 → 2H + + 2e
Oxidizer electrode reaction: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O
図6乃至図8に基づき、締付板100の裏面へ配置される断熱材部400について説明する。図6は、締付板100の表側の構成と端子300を示す図である。この図6に示すように締付板100には、端子300と端子カバー310が装着される。この端子300は、集電板20に電気的に接続されている。 The heat insulating material part 400 arrange | positioned to the back surface of the clamping plate 100 is demonstrated based on FIG. 6 thru | or FIG. FIG. 6 is a view showing the configuration of the front side of the clamping plate 100 and the terminals 300. As shown in FIG. As shown in FIG. 6, the terminal 300 and the terminal cover 310 are attached to the clamping plate 100. The terminal 300 is electrically connected to the current collector plate 20.
図7は、締付板100の裏面の構成を示す図である。図7に示すように、梁部120(図1)の内部は中空状の締付板100の形状をしている。すなわち、締付板100の裏面は、押圧部100を除き、積層方向に凹部状の形状を有している。このように、締付板100は、セル積層体10(図1)に対向する面に中空状の構造を有している。上述のように、開口部340には、端子300と端子カバー310(図6)とが装着される。 FIG. 7 is a view showing the configuration of the back surface of the fastening plate 100. As shown in FIG. 7, the inside of the beam portion 120 (FIG. 1) has a hollow fastening plate 100 shape. That is, the back surface of the fastening plate 100 has a concave shape in the stacking direction except for the pressing portion 100. Thus, the fastening plate 100 has a hollow structure on the surface facing the cell stack 10 (FIG. 1). As described above, the terminal 300 and the terminal cover 310 (FIG. 6) are attached to the opening 340.
図8は、締付板100の中空状の構造内に配置された断熱材部400を示す図である。この図8に示すように、締付板100における中空状の構造内に断熱材部400が配置される。断熱材部400は、自己接着性の絶縁材であり、例えば難燃性硬質ウレタンフォームである。すなわち、難燃性硬質ウレタンフォームは、燃料電池の運転時の温度では難燃性であり、絶縁性である。より具体的には、断熱材部400を構成する自己接着性の断熱材の難燃性は、例えばUL94、HF−1の規格を満たす。この断熱材部400を構成する断熱材の絶縁性は、例えば100MΩm以上であり、断熱材の耐熱温度は、例えば80℃以上であり、熱伝導率は例えば0.034W/mK以下である。 FIG. 8 is a view showing the heat insulating material portion 400 arranged in the hollow structure of the fastening plate 100. As shown in FIG. 8, the heat insulating material portion 400 is disposed in the hollow structure of the fastening plate 100. The heat insulating material part 400 is a self-adhesive insulating material, for example, a flame-retardant rigid urethane foam. That is, the flame retardant rigid urethane foam is flame retardant and insulative at the temperature during operation of the fuel cell. More specifically, the flame retardancy of the self-adhesive heat insulating material constituting the heat insulating material portion 400 satisfies the standards of UL94 and HF-1, for example. The insulation of the heat insulating material constituting the heat insulating material part 400 is, for example, 100 MΩm or more, the heat resistant temperature of the heat insulating material is, for example, 80 ° C. or more, and the thermal conductivity is, for example, 0.034 W / mK or less.
締付板100の中空状の構造内に配置された断熱材部400を構成する場合には、図1又は図2に示すように、締付板100をセル積層体100に装着し、端子300を配置した後に、開口部340及ぶ締付板100の端部側から液状又はシェービングクリーム状の自己接着性の絶縁材を注入する。これにより、液状又はシェービングクリーム状の自己接着性の絶縁材は、締付板100における中空状の構造内において発泡する。そして、発泡した自己接着性の絶縁材は、硬化して、断熱材部400が構成される。このように、締付板100の中空状の構造内に断熱材部400が構成される際に、締付板100と絶縁板25(図1)の間の隙間や小さな穴などが埋められる。これにより、締付板100の断熱性がより向上する。すなわち、積層セル100の両端側の断熱性がより向上する。 When the heat insulating member 400 disposed in the hollow structure of the fastening plate 100 is configured, the fastening plate 100 is attached to the cell laminate 100 as shown in FIG. Then, a liquid or shaving cream-like self-adhesive insulating material is injected from the end of the fastening plate 100 extending over the opening 340. As a result, the liquid or shaving cream self-adhesive insulating material foams in the hollow structure of the clamping plate 100. Then, the foamed self-adhesive insulating material is cured to form the heat insulating material portion 400. Thus, when the heat insulating material part 400 is configured in the hollow structure of the fastening plate 100, gaps or small holes between the fastening plate 100 and the insulating plate 25 (FIG. 1) are filled. Thereby, the heat insulation of the clamping board 100 improves more. That is, the heat insulation properties at both ends of the stacked cell 100 are further improved.
また、締付板100をセル積層体10へ装着した後に断熱材部400を構成可能である。これにより、締付板100のセル積層体10へ装着、及び締め付け圧の調整が阻害されることが回避される。 In addition, the heat insulating material portion 400 can be configured after the fastening plate 100 is attached to the cell stack 10. Thereby, it is avoided that the attachment of the fastening plate 100 to the cell laminate 10 and the adjustment of the fastening pressure are hindered.
締付板100の中空状の構造内に断熱材部400を配置した場合のセル積層体10は、両端部の燃料電池セルの放熱が抑制される。締付板100の中空状の構造内に断熱材部400を配置しない場合は、セル積層体10の両端部の燃料電池セルは、発熱しても締付板100側で放熱することで温度が低下し、セル積層体10の中央部と両端部で温度差が生じて、熱回収効率が低下する。しかし、締付板100の中空状の構造内に断熱材部400を配置した場合のセル積層体10は、断熱材部400によって保温されることで両端部の燃料電池セルの放熱が抑制されることで温度が低下せず、セル積層体10の中央部と両端部で温度が均一となり、熱回収効率は向上する。 In the cell stack 10 in the case where the heat insulating member 400 is disposed in the hollow structure of the fastening plate 100, the heat radiation of the fuel cell at both ends is suppressed. When the heat insulating material part 400 is not arranged in the hollow structure of the fastening plate 100, the temperature of the fuel cell at both ends of the cell stack 10 is increased by radiating heat on the fastening plate 100 side even if heat is generated. As a result, a temperature difference occurs between the central portion and both end portions of the cell stack 10 to reduce the heat recovery efficiency. However, when the heat insulating material part 400 is disposed in the hollow structure of the fastening plate 100, the heat dissipation of the fuel battery cells at both ends is suppressed by keeping the temperature of the cell stack 10 by the heat insulating material part 400. Thus, the temperature does not decrease, the temperature becomes uniform at the center and both ends of the cell stack 10, and the heat recovery efficiency is improved.
図9は、締付板100の表面、及び端子300と電流ケーブル350との接続部を含む領域を断熱材部400で覆った図である。この図9に示すように、断熱材部400は、電流ケーブル350との接続部を含む領域を絶縁性の断熱材部400で覆っているので、水漏れ等が生じても漏電が抑制される。また、締付板100の表面も含め一体的に断熱材で覆うため、更にセル積層体10の端部側の断熱性が向上する。 FIG. 9 is a view in which a region including the surface of the clamping plate 100 and the connection portion between the terminal 300 and the current cable 350 is covered with the heat insulating material 400. As shown in FIG. 9, since the heat insulating material portion 400 covers the region including the connection portion with the current cable 350 with the insulating heat insulating material portion 400, the leakage is suppressed even if water leakage or the like occurs. . In addition, since the heat insulating material integrally covers the surface of the clamping plate 100 as well, the heat insulating property on the end side of the cell stack 10 is further improved.
図10は、マニホールド40、42、44、42の背面を断熱材部400で覆った図である。この図10に示すように、マニホールド40、42、44、42の背面も断熱材部400で覆うことにより、マニホールド40、42、44、42からの放熱も抑制される。また、配管継ぎ手部40a、40b、40c、42a、42b、44a、タイロッド202の両端部、座金204、ナット206を除き燃料電池全体を断熱材部400で覆うことにより、放熱をより抑制することが可能となる。なお、タイロッド202の両端部、座金204、ナット206も断熱材部400で覆ってもよい。 FIG. 10 is a view in which the back surfaces of the manifolds 40, 42, 44, 42 are covered with a heat insulating material part 400. As shown in FIG. 10, by covering the back surfaces of the manifolds 40, 42, 44, 42 with the heat insulating material portion 400, the heat radiation from the manifolds 40, 42, 44, 42 is also suppressed. Further, by covering the entire fuel cell with the heat insulating material portion 400 except for the pipe joint portions 40a, 40b, 40c, 42a, 42b, 44a, both ends of the tie rod 202, the washer 204, and the nut 206, heat dissipation can be further suppressed. It becomes possible. Note that both ends of the tie rod 202, the washer 204, and the nut 206 may be covered with the heat insulating material 400.
このように、セル積層体10に、セル積層体10の積層方向の両端面側からセル積層体10を締め付ける2つの締付板を連結させ、マニホールド40、42、44、42を装着して、自己接着性の発泡断熱材により断熱材部400を構成する。これにより、燃料電池1を組み立てた後にも、自己接着性の発泡断熱材により断熱材部400を構成することが可能となる。また、燃料電池1を組み立てた後でも、燃料電池1と断熱材部400との隙間の発生を断熱材部400自体により抑制できる。 In this way, the cell stack 10 is connected to the two clamp plates that clamp the cell stack 10 from both end surfaces in the stacking direction of the cell stack 10, and the manifolds 40, 42, 44, 42 are attached, The heat insulating material part 400 is constituted by a self-adhesive foam heat insulating material. Thereby, even after the fuel cell 1 is assembled, the heat insulating material part 400 can be configured by the self-adhesive foam heat insulating material. Further, even after the fuel cell 1 is assembled, the generation of a gap between the fuel cell 1 and the heat insulating material part 400 can be suppressed by the heat insulating material part 400 itself.
以上のように、本実施形態によれば、自己接着性の断熱材部により、2つの締付板100の表面、及び裏面の少なくとも一部を覆うこととした。これにより、セル積層体10の端部と中央部との温度差が減少し、燃料電池セル10aの発電効率がセル積層体10内でより均一化することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, at least a part of the front surface and the back surface of the two fastening plates 100 is covered with the self-adhesive heat insulating material portion. Thereby, the temperature difference between the end portion and the center portion of the cell stack 10 is reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell 10a can be made more uniform in the cell stack 10.
また、自己接着性の発泡断熱材により断熱材部400を構成するので、燃料電池1の所定の表面に対して隙間なく断熱材部400を配置できる。 In addition, since the heat insulating material part 400 is constituted by the self-adhesive foam heat insulating material, the heat insulating material part 400 can be arranged without a gap with respect to a predetermined surface of the fuel cell 1.
1:燃料電池、10:セル積層体、10a:燃料電池セル、20:集電板、25:絶縁板、40:第1マニホールド、42:第2マニホールド、44:第3マニホールド、46:第4マニホールド、100:締付板、200:連結具、300:端子、400:断熱材部 1: fuel cell, 10: cell stack, 10a: fuel cell, 20: current collector plate, 25: insulating plate, 40: first manifold, 42: second manifold, 44: third manifold, 46: fourth Manifold, 100: Clamping plate, 200: Connector, 300: Terminal, 400: Thermal insulation part
Claims (6)
前記セル積層体の積層方向の両端面側から前記セル積層体を締め付ける2つの締付板と、
前記2つの締付板を連結させる連結具と、
前記2つの締付板の表面、及び裏面の少なくとも一部を覆う自己接着性の断熱材部と、
を備える、燃料電池。 An electrolyte membrane, an oxidant electrode channel plate provided with an oxidant electrode channel facing the oxidant electrode of the electrolyte membrane, and a fuel electrode channel facing the fuel electrode of the electrolyte membrane are provided. A cell laminate in which a plurality of fuel cells having a fuel electrode flow path plate are laminated,
Two clamping plates for clamping the cell stack from both end sides in the stacking direction of the cell stack;
A connector for connecting the two fastening plates;
A self-adhesive thermal insulation part covering at least a part of the front surface and the back surface of the two clamping plates;
, A fuel cell.
前記断熱材部は、前記中空状の形状内に充填されている、請求項1に記載の燃料電池。 The two clamping plates have a hollow shape between the surface facing the cell stack and
The fuel cell according to claim 1, wherein the heat insulating material portion is filled in the hollow shape.
前記断熱材部は、前記マニホールドの少なくとも一部を覆う、請求項1又は2に記載の燃料電池。 The fuel cell further includes a manifold disposed on a side surface along the stacking direction of the cell stack and supplying a reaction gas to the fuel electrode channel plate in the cell stack or the oxidant electrode channel plate.
The fuel cell according to claim 1, wherein the heat insulator covers at least a part of the manifold.
前記集電板に接続される端子と、を更に備え、
前記断熱材部は、前記端子に接続される電流ケーブルと前記端子との接続部を覆う、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池。 Current collectors disposed at both ends of the cell stack;
A terminal connected to the current collector plate,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat insulating material portion covers a connection portion between a current cable connected to the terminal and the terminal.
前記セル積層体に連結された前記2つの締付板の表面、及び裏面の少なくとも一部を覆う自己接着性の断熱材を吹き付ける工程と、
を備える、燃料電池の組み立て方法。 An electrolyte membrane, an oxidant electrode channel plate provided with an oxidant electrode channel facing the oxidant electrode of the electrolyte membrane, and a fuel electrode channel facing the fuel electrode of the electrolyte membrane are provided. And a step of connecting two clamping plates for clamping the cell stack from both end surfaces in the stacking direction of the cell stack to a cell stack in which a plurality of fuel cells having a fuel electrode flow path plate are stacked. When,
Spraying a self-adhesive insulation covering at least a portion of the front and back surfaces of the two clamping plates connected to the cell stack;
A method for assembling a fuel cell.
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