JP4783562B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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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 includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.
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対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備え、前記単位セルが複数積層されることにより燃料電池スタックが構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane includes a unit cell sandwiched between separators, and a plurality of the unit cells are stacked to constitute a fuel cell stack. Has been.
この単位セルにおいて、アノード側電極には、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)が供給される一方、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。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜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、直流の電気エネルギとして利用される。 In this unit cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.
燃料電池スタックでは、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、通常、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置に接続して、発電時の各単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。 In the fuel cell stack, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. For this reason, the operation | work which detects the cell voltage for every unit cell at the time of electric power generation is normally performed by connecting the cell voltage terminal provided in the separator to the voltage detection apparatus.
例えば、特許文献1では、複数のセル電圧モニターが燃料電池スタックに取り付けられており、各セル電圧モニターは、燃料電池スタックに固定される1つのハウジングとそのハウジングで保持された1以上の端子を有し、各セル電圧モニターの1つ以上の端子は、そのセル電圧モニターのハウジング内で端子同士互いに並列に且つ燃料電池スタックのセル積層方向に列状に配置されており、各セル電圧モニターに1つずつ設けられた複数のハウジングは、燃料電池スタックの側面に千鳥状に配置されている。
For example, in
最近、燃料電池スタックは、エンドプレート間をタイロッドで締め付け保持する構造の他、箱状のケーシング内に複数の単位セルを収容保持する構造が採用されている。ところが、ケーシングでは、積層されている複数の単位セルの各側面を側板で覆うため、前記側板には、複数のセル電圧モニターを前記複数の単位セルに取り付け可能にする工夫が必要になっている。 Recently, in addition to a structure in which the end plates are clamped and held between end plates, a structure in which a plurality of unit cells are accommodated in a box-shaped casing has been adopted for the fuel cell stack. However, in the casing, each side surface of the stacked unit cells is covered with a side plate. Therefore, the side plate needs to be devised so that a plurality of cell voltage monitors can be attached to the plurality of unit cells. .
例えば、図10に示すように、燃料電池スタック1は、複数の単位セル2を矢印X方向に積層した積層体3を備え、この積層体3がケーシング4内に収容されている。ケーシング4を構成する少なくとも1つの側板5には、矢印X方向に千鳥状に配設されるセル電圧モニター6を避けるように、積層方向に長尺な開口部7が形成されている。しかしながら、側板5に積層方向に長尺な開口部7が形成されるため、この側板5自体の剛性が著しく低下するという問題がある。
For example, as shown in FIG. 10, the
そこで、例えば、図11に示すように、1つの側板8にセル電圧モニター(図示せず)に対応して、矢印X方向に千鳥状の複数の開口部9a、9bを形成することが考えられる。ところが、複数の単位セル(図示せず)を矢印X方向に積層すると、各単位セルの寸法公差や組立公差により、積層数の増加に伴って寸法のばらつきが累積されてしまう。
Therefore, for example, as shown in FIG. 11, it is conceivable to form a plurality of staggered
このため、例えば、矢印X1方向に単位セルが積層される場合、矢印X1方向先端側に配置される単位セルに比較的大きな位置ずれが惹起し、この単位セルに対して開口部9a又は9bからセル電圧モニター(図示せず)を取り付けることができないという問題が指摘される。 For this reason, for example, when unit cells are stacked in the direction of the arrow X1, a relatively large displacement occurs in the unit cell arranged on the tip side in the direction of the arrow X1, and the opening 9a or 9b with respect to the unit cell. A problem is pointed out that a cell voltage monitor (not shown) cannot be installed.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、積層された複数の単位セルのセル電圧を容易且つ確実に検出するとともに、ケーシング自体の剛性を有効に維持す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 provides a fuel cell stack capable of easily and reliably detecting cell voltages of a plurality of stacked unit cells and effectively maintaining the rigidity of the casing itself. The purpose is to provide.
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る。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It is a battery stack.
ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、前記複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることが好ましい。単位セルが積層方向一端側から他端側に、順次、積層される際、前記他端側の単位セルに寸法公差や組立公差が累積される。このため、積層方向他端側の開口面積が大きく設定されることにより、単位セルに累積される寸法のばらつきを吸収することができ、前記単位セルのセル電圧を容易に検出することが可能になる。 In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided along the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. The plurality of openings are preferably set so that the opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction. When unit cells are sequentially stacked from one end side to the other end side in the stacking direction, dimensional tolerances and assembly tolerances are accumulated in the unit cells on the other end side. For this reason, by setting a large opening area on the other end side in the stacking direction, it is possible to absorb variations in dimensions accumulated in the unit cell and to easily detect the cell voltage of the unit cell. Become.
さらに、複数の開口部は、積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることが好ましい。予め単位セルが所定数ずつ積層された2つの積層体を用意し、この2つの積層体が、それぞれの積層開始側単位セル同士を重ね合わせて燃料電池スタックを構成する際、積層方向中央側に比べて積層方向両端側の単位セルに寸法のばらつきが累積されている。従って、積層方向両端側の開口面積が大きく設定されることにより、単位セルに累積される寸法のばらつきを確実に吸収することが可能になり、前記単位セルのセル電圧を容易に検出することができる。 Furthermore, the plurality of openings are preferably set so that the opening area increases from the center in the stacking direction toward both ends. Prepare two stacked bodies in which a predetermined number of unit cells are stacked in advance, and when these two stacked bodies form a fuel cell stack by stacking the respective stack start side unit cells, Compared with the unit cells at both ends in the stacking direction, the dimensional variation is accumulated. Therefore, by setting the opening area at both ends in the stacking direction to be large, it is possible to reliably absorb the variation in dimensions accumulated in the unit cell, and to easily detect the cell voltage of the unit cell. it can.
さらにまた、ケーシングの他の面には、前記複数の開口部とは積層方向に位置をずらしてセル電圧端子に対応する複数の開口部が設けられることが好ましい。互いに近接する各単位セル毎に、セル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になるからである。 Furthermore, it is preferable that the other surface of the casing is provided with a plurality of openings corresponding to the cell voltage terminals by shifting positions in the stacking direction from the plurality of openings. This is because the cell voltage can be easily and accurately detected for each unit cell adjacent to each other.
本発明では、ケーシングの少なくとも一面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が設けられるため、積層方向に延在する長尺状開口部を設ける構成に比べて、前記ケーシング自体の剛性が良好に向上する。 In the present invention, at least one surface of the casing is provided with a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each of a plurality of unit cells. The rigidity of the casing itself is improved better than the configuration in which the elongated opening that extends is provided.
しかも、複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように、又は積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されており、積層方向の寸法のばらつきを吸収することができる。これにより、単位セルの積層方向のずれに影響されることがなく、前記単位セルのセル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になる。 Moreover, the plurality of openings are set so that the opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction, or the opening area increases from the center side in the stacking direction to both end sides , Variations in dimensions in the stacking direction can be absorbed. As a result, the cell voltage of the unit cell can be easily and accurately detected without being affected by the deviation in the stacking direction of the unit cells.
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。
FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a
図1に示すように、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を備えている。
As shown in FIG. 1, the
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
第1金属セパレータ32及び/又は第2金属セパレータ34の外周部には、具体的に第1の実施形態では、前記第2金属セパレータ34の外周部には、矢印B方向一端側に位置して電解質膜・電極構造体30で発生する電圧を検出するためのセル電圧端子35が一体的に形成される。
Specifically, in the first embodiment, the outer periphery of the
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
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
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 /
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
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とを連通する燃料ガス流路48が形成される。この燃料ガス流路48は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部により構成される。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とを連通する冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、矢印B方向に延在する複数本の溝部により構成される。
A fuel
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、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路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
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1シール部材54は、面32aで燃料ガス供給連通孔40a、燃料ガス排出連通孔40b及び燃料ガス流路48を囲繞してこれらを連通させる一方、面32bで冷却媒体供給連通孔38a、冷却媒体排出連通孔38b及び冷却媒体流路50を囲繞してこれらを連通させる。
A
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。第2シール部材56は、面34aで酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b及び酸化剤ガス流路52を囲繞してこれらを連通させる一方、面34bで冷却媒体供給連通孔38a、冷却媒体排出連通孔38b及び冷却媒体流路50を囲繞してこれらを連通させる。第2シール部材56は、セル電圧端子35から剥離されており、このセル電圧端子35が外部に露呈している。
A
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
図1及び図2に示すように、ターミナルプレート16a、16bの端部には、面方向に突出する板状の端子部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 FIGS. 1 and 2, plate-
ケーシング24は、図1に示すように、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(例えば、Lアングル)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、薄板金属製プレートで構成される。
As shown in FIG. 1, the
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連結部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1つの第1連結部66c、66dが突出形成される。第1連結部66a〜66dには、孔67a〜67dが貫通形成される。エンドプレート20a、20bの両側の各辺下端には、マウント用ボス部68a、68bが形成される。このボス部68a、68bが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック10を、例えば、車両に搭載する。
Two
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連結部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連結部72a、72bが3つずつ形成される。第2連結部70a、70bには、孔71a、71bが形成されるとともに、第2連結部72a、72bには、孔73a、73bが形成される。
Two second connecting
側板60a、60cの各第2連結部70a、70b間には、エンドプレート20a、20bの両側の各辺の第1連結部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て、前記側板60a、60cが前記エンドプレート20a、20bに取り付けられる。
Between the
同様に、側板60b、60dの第2連結部72a、72bがエンドプレート20a、20bの上辺及び下辺の第1連結部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て、前記側板60b、60dが前記エンドプレート20a、20bに取り付けられる。
Similarly, the second connecting
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78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)。
The
なお、アングル部材62a〜62dにねじ孔を形成する一方、側板60a〜60dに孔部を形成し、前記アングル部材62a〜62dを前記側板60a〜60dの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。
In addition, while forming screw holes in the
図1及び図4に示すように、側板(ケーシング24の一の面)60aには、各単位セル12毎又は複数の単位セル12毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子35に対応する複数の開口部80a〜80nが前記単位セル12の積層方向(矢印A方向)に沿って設けられる。開口部80a〜80nには、所定数のセル電圧端子35に一体的に接続されてセル電圧検出器82が配設される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the side plate (one surface of the casing 24) 60 a has a desired
開口部80a〜80nは、少なくとも2種類の異なる開口面積に設定されている。第1の実施形態では、エンドプレート20a側(積層方向一端側)からエンドプレート20b側(積層方向他端側)に向かって開口面積が、順次、大きくなるように、すなわち、開口部80aの開口面積<開口部80bの開口面積<…<開口部80n−1の開口面積<開口部80nの開口面積という関係に設定される。
The
図1及び図2に示すように、スペーサ部材22は、ケーシング24の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材22は、積層体14の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体14に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体14の積層方向の長さの変動が、第1及び第2金属セパレータ32、34自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材22を用いなくてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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
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
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
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 /
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
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
この場合、第1の実施形態では、図1及び図4に示すように、ケーシング24を構成する側板60aには、積層される単位セル12の所望のセル電圧端子35に対応する複数の開口部80a〜80nが積層方向に沿って設けられるとともに、前記開口部80aから前記開口部80nに向かって、各々の開口面積が、順次、大きくなるように設定されている。このため、ケーシング24自体の剛性が良好に向上するとともに、積層体14の積層方向の寸法のばらつきを確実に吸収することができる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the
すなわち、複数の単位セル12を矢印A方向に積層して積層体14を組み立てる際、前記単位セル12は、例えば、エンドプレート20a側から、順次、積層されている。ここで、単位セル12を構成する各部品の寸法公差や組立公差等により、積層体14は積層方向に対して寸法のばらつきが発生し易い。特に単位セル12の積層数が増加するのに伴って、寸法のばらつきが累積され、エンドプレート20b側では、比較的大きなばらつきが発生する。
That is, when assembling the
そこで、第1の実施形態では、積層開始側の開口部80aから寸法のばらつきが累積される開口部80nに向かって、各々の開口面積が、順次、大きくなっている。従って、積層方向の寸法のばらつきを確実に吸収することが可能になり、セル電圧検出器82の取り付け不良や配線の長尺化等を良好に防止することができるという効果が得られる。これより、各単位セル12毎又は複数の単位セル12毎に、セル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になる。
Therefore, in the first embodiment, each opening area gradually increases from the
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の一部分解概略斜視図であり、図6は、前記燃料電池スタック90の斜視説明図である。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. 5 is a partially exploded schematic perspective view of a
燃料電池スタック90を構成する単位セル92は、第1及び第2金属セパレータ32、34を備えるとともに、前記第1金属セパレータ32の外周部には、矢印C方向一端側(上端側)に位置してセル電圧端子35aが一体的に形成される。
The
燃料電池スタック90を構成するケーシング94では、側板(他の面)60bに、複数の単位セル92の所望のセル電圧端子35aに対応する複数の開口部96a〜96nが矢印A方向に沿って設けられる。開口部96a〜96nには、所定数のセル電圧端子35aに一体的に接続されたセル電圧検出器98が配設される。
In the
開口部96a〜96nは、開口部80a〜80nと同様に、エンドプレート20a側からエンドプレート20b側に向かって開口面積が、順次、大きくなるように設定されるとともに、前記開口部80a〜80nとは積層方向に位置をずらして設けられる。
Similarly to the
このように構成される第2の実施形態では、矢印A方向に積層されている単位セル92のセル電圧を、側板60a側からセル電圧端子35に取り付けられるセル電圧検出器82と、側板60b側からセル電圧端子35aに取り付けられるセル電圧検出器98とを介して検出している。このため、各単位セル92同士が相当に近接して配置されていても、各単位セル92毎又は複数の単位セル92毎に、セル電圧を容易且つ確実に検出することが可能になるという効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the cell voltage of the
しかも、側板60a、60bは、各々所定の間隔ずつ離間して開口部80a〜80n及び96a〜96nを形成することができる。これにより、側板60a、60bの剛性を良好に維持することが可能になる。
Moreover, the
なお、第2の実施形態では、第1金属セパレータ32の上端部にセル電圧端子35aを設ける一方、側板60bに開口部96a〜96nを形成しているが、これに限定されるものではない。例えば、第1金属セパレータ32の矢印B方向他端側にセル電圧端子を設けるとともに、側板60cに複数の開口部を形成してもよく、あるいは、前記第1金属セパレータ32の下端部にセル電圧端子を設けるとともに、側板60dに複数の開口部を設けてもよい。
In the second embodiment, the
さらに、単位セル92では、2つの異なるセル電圧端子35、35aを設けているが、例えば、3つのセル電圧端子あるいは4つのセル電圧端子を設けるとともに、側板60a〜60d中、任意の3つあるいは全てに開口部を形成してもよい。
Further, in the
図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する側板100の正面説明図である。
FIG. 7 is an explanatory front view of the
側板100には、複数の開口部102a〜102nが矢印A方向に沿って設けられる。開口部102a〜102nは、各々2つずつ設けられており、エンドプレート20a側からエンドプレート20b側に向かって各々の開口面積が、順次、大きくなるように設定される。
The
なお、第3の実施形態では、各々2つの開口部102a〜102nが設けられているが、前記開口部102a〜102nは、各々の個数が異なっていてもよい。また、エンドプレート20a側から側板100の略中央部まで同一の開口部102aを複数設ける一方、該中央部からエンドプレート20b側まで前記開口部102aよりも開口面積の大きな同一の開口部102nを複数設けてもよい。
In the third embodiment, two
図8は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する側板110の正面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory front view of the
側板110には、矢印A方向略中央部に最小開口面積を有する開口部102aが設けられ、前記開口部102aからエンドプレート20a、20b側に向かって各々の開口面積が、順次、(あるいは所定数毎)大きくなる開口部112b〜112nが形成される。
The
この第4の実施形態では、予め単位セル(図示せず)が所定数ずつ積層された2つの積層体を用意し、この2つの積層体が各々の積層開始側単位セル同士を重ね合わせて燃料電池スタックを構成する際に好適である。すなわち、積層方向中央側に比べて、積層方向両端側であるエンドプレート20a、20b側に寸法のばらつきが大きくなり易い。このため、エンドプレート20a、20b側の開口部112nの開口面積を最大に設定することによって、寸法のばらつきを確実に吸収することができる。
In the fourth embodiment, two stacked bodies in which a predetermined number of unit cells (not shown) are stacked in advance are prepared, and the two stacked bodies overlap each other from the stacking start side unit cells. It is suitable when configuring a battery stack. That is, as compared with the central side in the stacking direction, the dimensional variation tends to increase on the
しかも、第4の実施形態では、側板110の中央部から両端に向かって開口部102a〜102nが設けられており、前記開口部112nの開口面積は、第1及び第2の実施形態で使用される開口部80n、102nの開口面積よりも小さく設定することが可能になる。
In addition, in the fourth embodiment,
図9は、本発明に関連する燃料電池スタック120の斜視説明図である。
Figure 9 is a perspective view showing a
燃料電池スタック120を構成するケーシング24の少なくとも一面は、単位セル12の積層方向に交差する方向(矢印C方向)に並列される第1及び第2側板122、124を備える。第1及び第2側板122、124間には、各単位セル12毎又は複数の単位セル12毎にセル電圧を検出するセル電圧端子35に対応する間隙126が、前記単位セル12の積層方向に沿って設けられる。
At least one surface of the
このように構成される燃料電池スタック120では、第1及び第2側板122、124間に所定の間隙126を設けるだけでよい。これにより、第1及び第2側板122、124の形状自由度が向上し、前記第1及び第2側板122、124の剛性が容易に高められるとともに、形状が簡素化して経済的であるという効果が得られる。
In the
10、90、120…燃料電池スタック
12…単位セル 14…積層体
16a、16b…ターミナルプレート
18…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
22…スペーサ部材 24、94…ケーシング
30…電解質膜・電極構造体 32、34…金属セパレータ
35、35a…セル電圧端子 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
60a〜60d、100、110、122、124…側板
62a〜62d…アングル部材 64a、64b…連結ピン
80a〜80n、96a〜96n、102a〜102n、112a〜112n…開口部
82、98…セル電圧検出器 126…間隙
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、
前記複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a unit cell in which a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided in the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. Along the line,
The fuel cell stack, wherein the plurality of openings are set so that an opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction .
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、
前記複数の開口部は、積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 A pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte electrolyte electrode assembly, comprising a unit cell is sandwiched by a separator, Oh in the fuel cell stack to accommodate a stack of the unit cells are stacked in a box-shaped casing in Tsu,
In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided in the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. Along the line,
The fuel cell stack, wherein the plurality of openings are set so that an opening area increases from a center side in a stacking direction toward both end sides.
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