JP5109277B2 - Multi-cell module and fuel cell stack - Google Patents
Multi-cell module and fuel cell stack Download PDFInfo
- Publication number
- JP5109277B2 JP5109277B2 JP2006093799A JP2006093799A JP5109277B2 JP 5109277 B2 JP5109277 B2 JP 5109277B2 JP 2006093799 A JP2006093799 A JP 2006093799A JP 2006093799 A JP2006093799 A JP 2006093799A JP 5109277 B2 JP5109277 B2 JP 5109277B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- stack
- module
- stacking direction
- pair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、複数のセルを積層したモジュール(マルチセルモジュール)と、積層したマルチセルモジュールを含む燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a module (multi-cell module) in which a plurality of cells are stacked, and a fuel cell stack including the stacked multi-cell modules.
特開2004−207074号公報に開示されているように、燃料電池(セル)は、MEA(膜電極接合体、membrane-electrode assembly )をセパレータで挟んだものを含む。MEAとセパレータとの間にはガス拡散層が介装される。セルは積層されて燃料電池スタックを構成する。
セパレータは薄板で流路等が形成されるため、また、特にメタルセパレータは剛性が低いため、製作された時、またはセル化されて拡散層から面圧を受けて、反りやセル中央部が太鼓状に膨らんだ変形が生じていることが多い。変形したセルを積層してスタック化した場合には、反りや変形が累積される。その結果、スタック締結荷重がかかった時に、セルにかかる面圧が不均一となり、面圧が小さい部位では接触抵抗が増加し、出力性能が低下する、シール性の確保が困難になる、等の問題が生じる。
セパレータ、セルの反りや変形を抑制するために、特開2002−151136号公報に開示されているように、セルの所定数単位毎に、金属製またはカーボン性の矯正プレートを介在させる場合がある(たとえば、特開2002−151136号公報)。
Since separators are thin plates and flow paths are formed, especially metal separators are low in rigidity. In many cases, a bulging deformation is generated. When the deformed cells are stacked to form a stack, warpage and deformation are accumulated. As a result, when the stack fastening load is applied, the surface pressure applied to the cell becomes non-uniform, the contact resistance increases at the portion where the surface pressure is small, the output performance decreases, and it becomes difficult to ensure the sealing performance, etc. Problems arise.
In order to suppress the warpage and deformation of the separator and the cell, as disclosed in JP 2002-151136 A, a metal or carbon correction plate may be interposed for each predetermined number of cells. (For example, JP 2002-151136 A).
しかし、セルの所定数単位毎に金属製またはカーボン性の矯正プレートを介在させるだけでは、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決することは困難である。
そこで、セルの所定数単位毎に金属製またはカーボン性の矯正プレートを介在させ、セル積層方向に締め付け荷重を付与し、矯正プレート間を外枠で拘束してモジュール化(ユニット化)すると、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題は抑制されるが、他方、モジュールの両端の矯正プレートが、セル中央部で拡散層からの面圧によって、互いに離れる方向の荷重を受けた時に矯正プレートと外枠との結合部(たとえば、接着部)に高い応力が加わる、耐久性に影響する(接着の場合は剥がれる)という問題が生じる。
However, it is difficult to solve the problem of uneven surface pressure between the central portion and the outer portion of the cell only by interposing a metal or carbon correction plate for each predetermined number of cells.
Therefore, a metal or carbon correction plate is interposed for each predetermined number of cells, a clamping load is applied in the cell stacking direction, and the correction plates are constrained by an outer frame to be modularized (unitized). The problem of uneven surface pressure between the central part and the outer part is suppressed, but on the other hand, when the correction plates at both ends of the module are subjected to loads away from each other due to the surface pressure from the diffusion layer in the central part of the cell. There arises a problem that a high stress is applied to a joint portion (for example, a bonding portion) between the correction plate and the outer frame, and the durability is affected (peeling in the case of bonding).
本発明の第1の目的は、複数のセルを積層し締結荷重を付与したセル積層体における、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決できるマルチセルモジュールおよび該マルチセルモジュールを含む燃料電池スタックを提供することにある。
本発明の第2の目的は、マルチセルモジュールの両端のプレートとそれを連結する外枠との連結部を損傷させることなく、第1の目的を達成できるマルチセルモジュールおよび該マルチセルモジュールを含む燃料電池スタックを提供することにある。
A first object of the present invention includes a multi-cell module capable of solving the problem of non-uniform surface pressure between a cell central portion and an outer portion in a cell laminate in which a plurality of cells are laminated and a fastening load is applied, and the multi-cell module. It is to provide a fuel cell stack.
A second object of the present invention is to provide a multi-cell module that can achieve the first object without damaging the connecting portion between the plates at both ends of the multi-cell module and the outer frame that connects the plates, and a fuel cell stack including the multi-cell module. Is to provide.
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
(1) (a)複数積層されて燃料電池スタックのモジュール積層体を構成するマルチセルモジュールであって、
(b)前記マルチセルモジュールが、
積層された複数のセルを含むセル積層体と、
セル積層体の積層端面の外側部をセル積層方向に挟む第1の挟持部材と、
セル積層体の積層端面の内側部をセル積層方向に挟む、前記第1の挟持部材に対してセル積層方向に移動可能な、第2の挟持部材と、
を含み、
(c)第1の挟持部材は剛体でセル積層体のセル積層方向両面の各面に1つ、両面で一対あり、該一対の第1の挟持部材は連結用側板を介して互いに連結されていて前記セル積層体に対してセル積層方向に移動不能であり、第2の挟持部材は剛体でセル積層体のセル積層方向両面の各面に1つ、両面で一対あり、
(d)マルチセルモジュールの自由状態では前記一対の第2の挟持部材の間隔D2は前記一対の第1の挟持部材の間隔D1よりも大であり、マルチセルモジュールにスタック締結荷重がかかった状態では前記一対の第2の挟持部材の間隔は前記マルチセルモジュールの自由状態での前記一対の第2の挟持部材の間隔D2より減少しているマルチセルモジュール。
(2) 前記セルはメタルセパレータを含む(1)記載のマルチセルモジュール。
(3) (1)または(2)記載の前記マルチセルモジュールを、複数、積層し、スタック締結荷重を付与した燃料電池スタック。
(4) セル積層方向での曲げ剛性がセルよりも大な1枚以上の、前記第1、第2の挟持部材からなる、板状部材がセル間に介在する(3)記載の燃料電池スタック。
(5) 前記板状部材の一方の面に接触するセルと他方の面に接触するセルとは、互いに逆方向に撓み、前記板状部材は撓まない(4)記載の燃料電池スタック。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) (a) A multi-cell module in which a plurality of layers are stacked to form a module stack of a fuel cell stack,
(B) The multi-cell module is
A cell stack including a plurality of stacked cells; and
A first clamping member that sandwiches the outer side of the stacking end face of the cell stack in the cell stacking direction;
A second sandwiching member that is movable in the cell stacking direction with respect to the first sandwiching member, sandwiching the inner side of the stack end face of the cell stack in the cell stacking direction;
Including
(C) The first sandwiching member is a rigid body, one on each surface of the cell stack in the cell stacking direction, and a pair of both surfaces, and the pair of first sandwiching members are connected to each other via a connecting side plate. The second sandwiching member is a rigid body, one on each side of the cell stacking direction of the cell stack, and a pair on both sides.
(D) In the free state of the multi-cell module, the distance D2 between the pair of second clamping members is larger than the distance D1 between the pair of first clamping members, and when the stack fastening load is applied to the multi-cell module, The multi-cell module, wherein a distance between the pair of second clamping members is smaller than a distance D2 between the pair of second clamping members in a free state of the multi-cell module.
(2) multi-cell module of the cell containing the metal separator (1) Symbol placement.
(3) (1) or (2) Symbol mounting the multi-cell module, a plurality, laminated, a fuel cell stack granted stack fastening load of.
( 4 ) The fuel cell stack according to ( 3 ) , wherein one or more plate-shaped members made of the first and second clamping members having a bending rigidity in the cell stacking direction larger than those of the cells are interposed between the cells. .
( 5 ) The fuel cell stack according to ( 4 ), wherein the cell that contacts one surface of the plate member and the cell that contacts the other surface bend in opposite directions, and the plate member does not bend.
上記(1)のマルチセルモジュールによれば、マルチセルモジュールは複数積層されて燃料電池スタックのモジュール積層体を構成するものであるので、各マルチセルモジュールでセル変形を吸収でき、スタック全体にわたるセル変形の累積を防止できる。
また、第2の挟持部材が第1の挟持部材に対してセル積層方向に移動可能であり、マルチセルモジュールの自由状態では一対の第2の挟持部材の間隔D2は一対の第1の挟持部材の間隔D1よりも大であるため、マルチセルモジュールの両端の第2の挟持部材が拡散層からの面圧を受けた時に、互いに離れる方向に移動し、セル積層体の太鼓状の変形を吸収できる。
また、マルチセルモジュールにスタック締結荷重がかかった状態では一対の第2の挟持部材の間隔はマルチセルモジュールの自由状態での一対の第2の挟持部材の間隔D2より減少しているので、各マルチセルモジュールの両端の第2の挟持部材は互いに近接する方向に移動して、第1の挟持部材とほぼ同位置になり、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決できる。
According to the multi- cell module of (1) above, a plurality of multi-cell modules are stacked to form a module stack of a fuel cell stack. Therefore, each multi-cell module can absorb cell deformation and accumulate cell deformation over the entire stack. Can be prevented.
Further, the second holding member is movable in the cell stacking direction with respect to the first holding member, and in the free state of the multi-cell module, the distance D2 between the pair of second holding members is the distance between the pair of first holding members. Since the distance is larger than the distance D1 , when the second clamping members at both ends of the multi-cell module receive a surface pressure from the diffusion layer, they move away from each other and can absorb the drum-like deformation of the cell stack .
Further, when the stack fastening load is applied to the multi-cell module, the distance between the pair of second clamping members is smaller than the distance D2 between the pair of second clamping members in the free state of the multi-cell module. the second clamping member at both ends of the moving toward each other, becomes substantially the same position as the first clamping member, can solve the surface圧不uniformity problems with cell central portion and the outer portion.
また、上記(1)のマルチセルモジュールによれば、第2の挟持部材が第1の挟持部材に対してセル積層方向に移動可能なため、マルチセルモジュールの両端の第2の挟持部材が拡散層からの面圧を受けた時に、互いに離れる方向に移動できる。その結果、モジュール化した時に、第2の挟持部材から第1の挟持部材に大きな荷重がかかることがなく、第1の挟持部材と連結用側板の連結部に損傷が生じない。
上記(2)のマルチセルモジュールによれば、セルはメタルセパレータを含み、メタルセパレータは剛性が低いため、拡散層から面圧を受けた場合に、セル積層体が太鼓状に変形しやすいので、本発明による上記(1)による問題解決がとくに効果的となる。
Further , according to the multi-cell module of ( 1 ), since the second clamping member is movable in the cell stacking direction with respect to the first clamping member, the second clamping members at both ends of the multi-cell module are separated from the diffusion layer. Can be moved away from each other when the surface pressure is received. As a result, when modularized, a large load is not applied from the second clamping member to the first clamping member, and the connecting portion between the first clamping member and the connecting side plate is not damaged.
According to the multi-cell module of ( 2 ) above, since the cell includes a metal separator and the metal separator has low rigidity, the cell stack is easily deformed into a drum shape when subjected to surface pressure from the diffusion layer. The problem solving according to the above (1) according to the invention is particularly effective.
上記(3)の燃料電池スタックによれば、上記(1)または(2)のマルチセルモジュールを、複数、積層し、スタック締結荷重を付与してスタックとしたので、スタックの全セルにわたって変形が累積することがなく各マルチセルモジュールでセル積層体の太鼓状変形を吸収でき、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決でき、かつ各マルチセルモジュールでマルチセルモジュールの両端の第1の挟持部材とそれを連結する外枠との連結部の損傷を防止することができる。
上記(4)の燃料電池スタックによれば、セル積層方向での曲げ剛性がセルよりも大な1枚以上の板状部材(第1、第2の挟持部材)がセル間に介在するので、各マルチセルモジュールのセル積層方向両端で平面度と垂直度(マルチセルモジュールの両端面のセル積層方向に対する垂直度)が出される。
上記(5)の燃料電池スタックに記載によれば、板状部材の一方の面に接触するセルと他方の面に接触するセルとは、互いに逆方向に撓み、板状部材は撓まない。
According to the fuel cell stack of ( 3 ) above, a plurality of the multi-cell modules of (1) or ( 2 ) are stacked and a stack fastening load is applied to form a stack, so that deformation accumulates over all cells of the stack. Each multi-cell module can absorb the drum-like deformation of the cell stack, can solve the problem of non-uniform surface pressure between the cell central portion and the outer portion, and each multi-cell module can solve the first problem at both ends of the multi-cell module. It is possible to prevent damage to the connecting portion between the holding member and the outer frame connecting the holding member.
According to the fuel cell stack of ( 4 ) above, since one or more plate-like members (first and second clamping members) having a bending rigidity in the cell stacking direction larger than that of the cells are interposed between the cells, Flatness and perpendicularity (perpendicularity with respect to the cell stacking direction of both end faces of the multicell module) are output at both ends of each multicell module in the cell stacking direction.
According to the description of the fuel cell stack of ( 5 ) above, the cell that contacts one surface of the plate member and the cell that contacts the other surface bend in opposite directions, and the plate member does not bend .
以下に、本発明のマルチセルモジュールとそれを積層した燃料電池スタックを図1〜図5を参照して説明する。
まず、本発明のマルチセルモジュールとそれを積層した燃料電池スタックに含まれる燃料電池(セル)は、低温型燃料電池であり、たとえば固体高分子電解質型燃料電池10である。燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池10は、図4に示すように、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )19とセパレータ18との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリ19は、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜11の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜11の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリ19とセパレータ18との間には、アノード側、カソード側にそれぞれガス拡散層(単に、拡散層ともいう)13、16が設けられる。
図1に示すように、膜−電極アッセンブリ19とセパレータ18を重ねてセル10を構成し、セル10を複数積層してセル積層体1としセル積層体1のセル積層方向両端にセル積層体1を挟持する挟持部材2を配置してマルチセルモジュール(複数のセルで取扱の1単位であるモジュールを構成したもの)3を構成する。
Hereinafter, a multi-cell module of the present invention and a fuel cell stack in which the multi-cell module is laminated will be described with reference to FIGS.
First, the fuel cell (cell) included in the multi-cell module of the present invention and the fuel cell stack in which the multi-cell module is laminated is a low-temperature fuel cell, for example, a solid polymer
As shown in FIG. 4, the solid polymer
The membrane-
As shown in FIG. 1, a
図3に示すように、マルチセルモジュール3を、複数、セル積層方向に重ねてモジュール積層体とし、モジュール積層体のセル積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置し、両端エンドプレート22をセル積層方向に延びる締結部材24(たとえば、通しボルト)、ナット25にて固定し、モジュール積層体をセル積層方向に締め付けてスタック締結荷重を付与し燃料電池スタック23を構成する。スタック締結荷重の付与は、たとえばスタック一端側のエンドプレート22の内側にプレッシャプレート37を配置し、エンドプレート22とプレッシャプレート37の間にバネ35(たとえば、皿バネ)を配置してバネ力でスタック締結力を出すことにより行うことができる(他の方法でも可)。
As shown in FIG. 3, a plurality of
図4、図5に示すように、セパレータ18には、発電領域51において、アノード14に燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路27が形成され、カソード17に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路28が形成されている。また、セパレータ18には冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路26も形成されている。セパレータ18には、非発電領域52において、燃料ガスマニホールド30、酸化ガスマニホールド31、冷媒マニホールド29が形成されている。燃料ガスマニホールド30は燃料ガス流路27と連通しており、酸化ガスマニホールド31は酸化ガス流路28と連通しており、冷媒マニホールド29は冷媒流路26と連通している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
各セル19の、アノード14側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜11中をカソード17側に移動し、カソード17側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
セパレータ18は、メタルセパレータ(樹脂フレームとの組み合わせである場合を含む)、またはカーボンセパレータからなる。図4は、セパレータ18がメタルセパレータである場合を示している。
The
図5、図1に示すように、各種流体は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル10のMEA19を挟む2つのセパレータ18間は、第1のシール部材32によってシールされており、隣接するセル19同士の間は、第2のシール部材32によってシールされており、マルチセルモジュール間は第3のシール部材32によってシールされている。メタルセパレータ18と電解質膜11との間には、非発電領域52において、樹脂フレーム(発電領域51が中抜きされた樹脂製フレームで、マニホールド孔は具備しているフレーム))が介装される場合があるが、その場合は、メタルセパレータ18と樹脂フレームとの間、および樹脂フレームと電解質膜11との間が第1のシール部材32によってシールされる。
As shown in FIGS. 5 and 1, various fluids are sealed from each other and from the outside. Between the two
第1のシール部材32、第2のシール部材32、第3のシール部材32は、たとえば接着剤、ゴムなどのガスケットから構成される。第1のシール部材32、第2のシール部材32、第3のシール部材32は同じシール部材から構成されてもよいし、互いに異なるシール部材から構成されてもよい。 The 1st seal member 32, the 2nd seal member 32, and the 3rd seal member 32 are constituted from gaskets, such as adhesives and rubber, for example. The 1st seal member 32, the 2nd seal member 32, and the 3rd seal member 32 may be constituted from the same seal member, and may be constituted from mutually different seal members.
図1、図2に示すように、マルチセルモジュール3は、積層された複数のセル10を含むセル積層体1と、セル積層体1をセル積層方向に挟持する挟持部材2を含む。
挟持部材2は、セル積層体1の積層端面の外側部(たとえば、非発電領域52)をセル積層方向に定寸で挟む第1の挟持部材4と、セル積層体1の積層端面の内側部(たとえば、発電領域51)をセル積層方向に挟む、第1の挟持部材4に対してセル積層方向に移動可能な、第2の挟持部材5と、を含む。第2の挟持部材5は、第1の挟持部材4の内側にある。第2の挟持部材5の第1の挟持部材4に対する可動構造は、たとえば、第2の挟持部材5と第1の挟持部材4の一方にピン7を設け、他方に溝8を設けて、ピン7を溝8内で摺動可能とすることにより達成できる。ただし、他の可動構造としてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The sandwiching
第1の挟持部材4は、剛体で、セル積層体1のセル積層方向両面部位に一対ある(各面に1枚、両面で一対)。一対の第1の挟持部材4は、セル積層体1の外周面に沿って設けられた連結用側板6(外枠板といってもよい)を介して互いに連結されており、セル積層体1に対してセル積層方向に移動不能である。図1、図2において、第1の挟持部材4と連結用側板6とは、たとえばネジ9により連結され固定されている。第1の挟持部材4には、スタックの連結ボルト24が挿通する孔36もあいている。
第2の挟持部材5は、剛体で、セル積層体1のセル積層方向両面部位に一対ある(各面に1枚、両面で一対)。第2の挟持部材5は導電性であり、たとえば金属製である。第1の挟持部材4は導電性(たとえば、金属製)であってもよいし絶縁性(たとえば、樹脂製)であってもよい。
連結用側板6は絶縁性であり、たとえば、樹脂製である。第1の挟持部材4と第2の挟持部材5は、セル10に比べて十分大な曲げ剛性を有する。
The
The
The connecting side plate 6 is insulative and is made of resin, for example. The
マルチセルモジュール3は、セル面内方向において複数の挟持部材4、5を有する。該複数の挟持部材4、5は、マルチセルモジュール3にスタック締結荷重がかかっていないフリーの状態において、互いに異なる間隔D1、D2でセル積層体1をセル積層方向に挟持している。
挟持部材2(第1の挟持部材4、第2の挟持部材5を含む)は、マルチセルモジュール3にスタック締結荷重がかかっていないフリーの状態で、セルの中央よりもセルの外周端部側ほど、短い間隔でセル積層体1をセル積層方向に挟持している。
挟持部材2のうち、第1の挟持部材4はセル積層方向に移動不能であり、第2の挟持部材5はセル積層方向に移動可能である。第2の挟持部材5は、第1の挟持部材4に移動可能に連結されている。
The
The sandwiching member 2 (including the
Of the
マルチセルモジュール3は、複数、セル積層方向に積層され、ばね35によりスタック締結荷重を付与されて、燃料電池スタック23を構成する。
燃料電池スタック23において、セル積層方向での曲げ剛性がセル10よりも大な1枚以上の板状部材4、5が、隣接するマルチセルモジュール3の間に、一つのマルチセルモジュール3のセルと、隣接するマルチセルモジュール3のセルとの間に介在する。
燃料電池スタック23において、板状部材4、5の一方の面に接触するセルと他方の面に接触するセルとは、互いに逆方向に撓み、板状部材4、5は撓まない。
燃料電池スタック23において、セルはメタルセパレータを含む。
A plurality of
In the fuel cell stack 23, one or more plate-
In the fuel cell stack 23, the cells that contact one surface of the plate-
In the fuel cell stack 23, the cell includes a metal separator.
つぎに、本発明の作用、効果を説明する。
本発明のマルチセルモジュール3では、第2の挟持部材5が第1の挟持部材4に対してセル積層方向に移動可能なため、マルチセルモジュール3の両端の第2の挟持部材5は、拡散層13、16から面圧を受けた時に、互いに離れる方向に移動し、セル積層体1の太鼓状の変形を吸収できる。また、第1、第2の挟持部材4、5がマルチセルモジュール3の両端面を構成しているので、セル10の太鼓状変形と無関係に平面度とセル積層方向との垂直度が出ている。また、各マルチセルモジュール3で両端面の平面度とセル積層方向との垂直度が出ているので、スタック化してもセル10の変形が累積することはない。スタック化した場合は、スタック締結荷重が付与されるので、各マルチセルモジュール3の両端の第2の挟持部材5が互いに近接する方向に移動して、セル積層方向において第1の挟持部材4とほぼ同位置になっており、セル10は全域にわたって第1の挟持部材4と第2の挟持部材5で同量(ほぼ均一に)圧縮されて、セル10の中央部と外側部との面圧不均一の問題が解決される。
Next, functions and effects of the present invention will be described.
In the
第2の挟持部材5が第1の挟持部材4に対してセル積層方向に移動可能なため、マルチセルモジュール3の両端の第2の挟持部材5が拡散層13、16の圧縮の反力である面圧を受けた時に、互いに離れる方向に移動できる。その結果、モジュール化した時に、第2の挟持部材5から第1の挟持部材1にセル積層方向に大きな荷重がかかることがなく、第1の挟持部材4と連結用側板6の連結部に損傷(ネジ9の破損、ネジ9のかわりに第1の挟持部材4と連結用側板6とを接着剤で接着した場合は接着部位の剥がれ)が生じることが防止される。
Since the
セル面内方向において複数の挟持部材4、5を有し、該複数の挟持部材4、5はフリー状態において互いに異なる間隔D1、Dでセル積層体をセル積層方向に挟持するので、マルチセルモジュール3の両端の、中央の挟持部材5がセル積層方向に互いに離れる方向に移動し、セル積層体の太鼓状の変形を吸収できる。マルチセルモジュール3を複数積層してスタック締結荷重を付与しスタック化した時には、各マルチセルモジュール3の両端の、中央の挟持部材5がセル積層方向に互いに近接する方向に移動して、外周の挟持部材4とセル積層方向にほぼ同位置になり、従来の単にセルを積層した場合の、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決できる。
The plurality of sandwiching
挟持部材4、5は(マルチセルモジュール3の自由状態において)、セルの中央よりもセルの端部側ほど短い間隔でセル積層体をセル積層方向に挟持するので、中央の挟持部材から外周の挟持部材に大きな荷重がかかることがなく、外周の挟持部材が連結用側板によって連結されていても、外周の挟持部材と連結用側板の連結部に損傷が生じない。
挟持部材4、5が、連結用側板6によって連結されることによりセル積層方向に移動不能とされている第1の挟持部材4と、セル積層方向に移動可能に第1の挟持部材4に連結された第2の挟持部材5とを含むので、マルチセルモジュール3の両端の第2の挟持部材5が拡散層13、16からの面圧を受けた時に、互いに離れる方向に移動できる。その結果、モジュール化した時に、第2の挟持部材5から第1の挟持部材4にセル積層方向に大きな荷重がかかることがなく、第1の挟持部材4と連結用側板6の連結部(ネジ8による連結や接着剤による接着部)に損傷が生じない。
The sandwiching
The sandwiching
セル10のセパレータ18がメタルセパレータである場合は、メタルセパレータは剛性が低いため、拡散層13、16から面圧を受けた場合に、セル積層体が太鼓状に変形しやすいので、上記のセル積層体1の太鼓状変形吸収効果がとくに発揮される。
When the
燃料電池スタック23において、上記のマルチセルモジュール3を、複数、積層してスタックを構成したので、従来のようなスタック23の全セルにわたって変形が累積するという問題が解決され、各マルチセルモジュール3でセル積層体1の太鼓状変形を吸収できる。その結果、セル中央部と外側部との面圧不均一の問題を解決でき、かつ各マルチセルモジュール3でマルチセルモジュールの両端の第1の挟持部材4とそれを連結する外枠6との連結部の損傷を防止することができる。
In the fuel cell stack 23, a plurality of the above-described
燃料電池スタック23において、セル積層方向での曲げ剛性がセルよりも大な1枚以上の板状部材4、5(第1、第2の挟持部材4、5)がセル間に介在するので、各マルチセルモジュール3の両端部で平面度とセル積層方向に対する垂直度が出される。
この場合、板状部材4、5の一方の面に接触するセルと他方の面に接触するセルとは、互いに逆方向に撓み、板状部材4、5は剛体のため撓まない。
セル10がメタルセパレータを含む場合は、メタルセパレータは剛性が低いため、拡散層13、16から面圧を受けた場合に、セル積層体1が太鼓状に変形しやすいので、上記のセル積層体1の太鼓状変形吸収効果がとくに発揮される。
In the fuel cell stack 23, since one or more plate-
In this case, the cell that contacts one surface of the plate-
When the
1 マルチセルモジュールのセル積層体
2 挟持部材
3 マルチセルモジュール
4 第1の挟持部材
5 第2の挟持部材
6 連結用側板(外枠板)
7 ピン
8 溝
9 ネジ
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
13、16 拡散層
14 アノード
17 カソード
18 セパレータ
19 MEA
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 燃料電池スタック
24 締結部材(たとえば、通しボルト)
25 ナット
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 第1、第2、第3のシール部材
35 バネ
36 孔
37 プレッシャプレート
51 発電領域
52 非発電領域
DESCRIPTION OF
7
20
25
27 Fuel gas channel 28
Claims (5)
(b)前記マルチセルモジュールが、
積層された複数のセルを含むセル積層体と、
セル積層体の積層端面の外側部をセル積層方向に挟む第1の挟持部材と、
セル積層体の積層端面の内側部をセル積層方向に挟む、前記第1の挟持部材に対してセル積層方向に移動可能な、第2の挟持部材と、
を含み、
(c)第1の挟持部材は剛体でセル積層体のセル積層方向両面の各面に1つ、両面で一対あり、該一対の第1の挟持部材は連結用側板を介して互いに連結されていて前記セル積層体に対してセル積層方向に移動不能であり、第2の挟持部材は剛体でセル積層体のセル積層方向両面の各面に1つ、両面で一対あり、
(d)マルチセルモジュールの自由状態では前記一対の第2の挟持部材の間隔D2は前記一対の第1の挟持部材の間隔D1よりも大であり、マルチセルモジュールにスタック締結荷重がかかった状態では前記一対の第2の挟持部材の間隔は前記マルチセルモジュールの自由状態での前記一対の第2の挟持部材の間隔D2より減少しているマルチセルモジュール。 (A) a multi-cell module in which a plurality of stacked modules constitute a fuel cell stack module stack,
(B) The multi-cell module is
A cell stack including a plurality of stacked cells; and
A first clamping member that sandwiches the outer side of the stacking end face of the cell stack in the cell stacking direction;
A second sandwiching member that is movable in the cell stacking direction with respect to the first sandwiching member, sandwiching the inner side of the stack end face of the cell stack in the cell stacking direction;
Including
(C) The first sandwiching member is a rigid body, one on each surface of the cell stack in the cell stacking direction, and a pair of both surfaces, and the pair of first sandwiching members are connected to each other via a connecting side plate. The second sandwiching member is a rigid body, one on each side of the cell stacking direction of the cell stack, and a pair on both sides.
(D) In the free state of the multi-cell module, the distance D2 between the pair of second clamping members is larger than the distance D1 between the pair of first clamping members, and when the stack fastening load is applied to the multi-cell module, The multi-cell module, wherein a distance between the pair of second clamping members is smaller than a distance D2 between the pair of second clamping members in a free state of the multi-cell module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006093799A JP5109277B2 (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Multi-cell module and fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006093799A JP5109277B2 (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Multi-cell module and fuel cell stack |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007273113A JP2007273113A (en) | 2007-10-18 |
JP5109277B2 true JP5109277B2 (en) | 2012-12-26 |
Family
ID=38675731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006093799A Expired - Fee Related JP5109277B2 (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Multi-cell module and fuel cell stack |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5109277B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2869376B1 (en) * | 2012-07-02 | 2016-09-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
JP5708614B2 (en) * | 2012-11-02 | 2015-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | Cell module and fuel cell stack |
EP2988355B1 (en) * | 2013-04-15 | 2018-09-05 | Nissan Motor Co., Ltd | Fuel-cell-stack manufacturing method and manufacturing device |
DE102018212715A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell stack and method for producing a fuel cell stack |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60205972A (en) * | 1984-03-29 | 1985-10-17 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Fuel cell |
JPS6158176A (en) * | 1984-08-30 | 1986-03-25 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Fuel cell |
JP3570669B2 (en) * | 1998-04-17 | 2004-09-29 | 松下電器産業株式会社 | Solid polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method thereof |
JP2000012068A (en) * | 1998-06-22 | 2000-01-14 | Mitsubishi Electric Corp | Fuel cell device |
JP4510267B2 (en) * | 2000-11-07 | 2010-07-21 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
JP2004185845A (en) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Suzuki Motor Corp | Fuel cell stack fastening structure |
JP4450553B2 (en) * | 2002-12-25 | 2010-04-14 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell |
JP2004362940A (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Yuasa Corp | Fuel cell stack |
JP2005149849A (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
JP4402438B2 (en) * | 2003-11-27 | 2010-01-20 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell manufacturing method and fuel cell manufacturing apparatus |
JP2005243282A (en) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Honda Motor Co Ltd | Assembly method of fuel cell stack |
-
2006
- 2006-03-30 JP JP2006093799A patent/JP5109277B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007273113A (en) | 2007-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4747486B2 (en) | Fuel cell | |
CN103730679B (en) | Fuel cell unit | |
CA2549555C (en) | Fuel cell stack structure with an adhesive layer | |
JPWO2007105740A1 (en) | Cell stack and fuel cell having the same | |
JP2007250353A (en) | Fuel cell | |
JP4510267B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP5375940B2 (en) | Fuel cell | |
WO2014007182A1 (en) | Fuel cell stack | |
JP5034273B2 (en) | Fuel cell | |
JP5109277B2 (en) | Multi-cell module and fuel cell stack | |
JP5879239B2 (en) | In-vehicle fuel cell system | |
JP4592927B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell stack | |
JP2007194124A (en) | Fuel cell | |
JP4569084B2 (en) | Fuel cell stack structure | |
JP2003086229A (en) | Stack structure of fuel cell | |
JP4581702B2 (en) | Fuel cell | |
JP4539069B2 (en) | Fuel cell | |
JP4765594B2 (en) | Fuel cell | |
JP3636126B2 (en) | Fuel cell seal structure | |
JP2007242373A (en) | Fuel cell and manufacturing method thereof | |
JP5181572B2 (en) | Fuel cell separator, separator manufacturing method, and fuel cell manufacturing method | |
JP2008108485A (en) | Fuel cell | |
JP4507650B2 (en) | Fuel cell | |
JP4851722B2 (en) | Fuel cell | |
JP2007042510A (en) | Gasket for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090112 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111220 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120911 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120924 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5109277 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |