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JP5214297B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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JP5214297B2
JP5214297B2 JP2008080198A JP2008080198A JP5214297B2 JP 5214297 B2 JP5214297 B2 JP 5214297B2 JP 2008080198 A JP2008080198 A JP 2008080198A JP 2008080198 A JP2008080198 A JP 2008080198A JP 5214297 B2 JP5214297 B2 JP 5214297B2
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  • Fuel Cell (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、積層方向に冷却媒体又は反応ガスを流す少なくとも流体供給用又は流体排出用の連通孔が形成される車載用の燃料電池スタックに関する。   In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, end plates are disposed at both ends of the lamination direction, and a cooling medium or The present invention relates to an in-vehicle fuel cell stack in which a communication hole for at least fluid supply or fluid discharge for flowing a reaction gas is formed.

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の両側に、それぞれ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した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層するとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設された燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell has a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. I have. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked and end plates are disposed at both ends in the stacking direction.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、発電セル間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode side electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode side electrode are provided in the plane of the separator. . Furthermore, between the power generation cells, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.

その際、例えば、積層方向一端に配設されるエンドプレートには、少なくとも燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給連通孔、前記燃料ガス流路から使用済みの燃料ガスを排出する燃料ガス排出連通孔、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔、及び前記酸化剤ガス流路から使用済みの酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出連通孔が形成されており、積層方向他端に配設されるエンドプレートには、冷却媒体流路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給連通孔、及び前記冷却媒体流路から使用済みの冷却媒体を排出する冷却媒体排出連通孔が形成されている。   At this time, for example, an end plate disposed at one end in the stacking direction has at least a fuel gas supply communication hole for supplying fuel gas to the fuel gas passage, and a fuel for discharging used fuel gas from the fuel gas passage. A gas discharge communication hole, an oxidant gas supply communication hole for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow path, and an oxidant gas discharge communication hole for discharging used oxidant gas from the oxidant gas flow path are formed. The end plate disposed at the other end in the stacking direction has a cooling medium supply communication hole for supplying the cooling medium to the cooling medium flow path, and a cooling medium for discharging the used cooling medium from the cooling medium flow path. A discharge communication hole is formed.

例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックでは、図9に示すように、複数の単セル1が積層されるとともに、積層方向両端には、フロントプレート2とリアプレート3とが配置されている。フロントプレート2とリアプレート3とは、ボルト4により締結されている。フロントプレート2には、合成樹脂製の冷媒供給マニホールド5a及び冷媒排出マニホールド5bが成形されている。   For example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 9, a plurality of single cells 1 are stacked, and a front plate 2 and a rear plate 3 are disposed at both ends in the stacking direction. ing. The front plate 2 and the rear plate 3 are fastened by bolts 4. The front plate 2 is formed with a refrigerant supply manifold 5a and a refrigerant discharge manifold 5b made of synthetic resin.

特開2007−273447号公報JP 2007-273447 A

ところで、上記の燃料電池スタックは、車載用として使用される場合が多く、車体内に配置されている。その際、外部荷重等によって車体側の壁部に変形が惹起すると、この壁部が冷媒供給マニホールド5aや冷媒排出マニホールド5bに当接し易い。このため、合成樹脂製の冷媒供給マニホールド5aや冷媒排出マニホールド5bに損傷が発生するおそれがある。   By the way, the fuel cell stack is often used for in-vehicle use and is disposed in the vehicle body. At this time, if deformation is caused in the wall portion on the vehicle body side due to an external load or the like, the wall portion is likely to come into contact with the refrigerant supply manifold 5a or the refrigerant discharge manifold 5b. For this reason, there is a possibility that the synthetic resin refrigerant supply manifold 5a and the refrigerant discharge manifold 5b may be damaged.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、車体内の壁部が変形した際に、エンドプレートに設けられた樹脂製マニホールド部材が前記壁部に干渉して損傷することを確実に阻止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 reliably prevents resin manifold members provided on the end plate from interfering with and damaging the wall when the wall in the vehicle body is deformed. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can be used.

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、積層方向に冷却媒体又は反応ガスを流す少なくとも流体供給用又は流体排出用の連通孔が形成され、車体に搭載される車載用の燃料電池スタックに関するものである。 In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are laminated, end plates are disposed at both ends of the lamination direction, and a cooling medium or communication holes for at least a fluid supply or fluid discharge flow reaction gas is formed, it relates to a fuel cell stack for vehicle that will be mounted on the vehicle body.

この燃料電池スタックは、一方のエンドプレートには、連通孔に連通する樹脂製マニホールド部材と、前記樹脂製マニホールド部材を保護するブラケット部材とが装着されている。   In this fuel cell stack, a resin manifold member communicating with the communication hole and a bracket member protecting the resin manifold member are mounted on one end plate.

また、この燃料電池スタックは、樹脂製マニホールド部材の長手方向の少なくとも一方の開口端部に装着される蓋部材を有し、ブラケット部材は、車体内の壁部に対して前記樹脂製マニホールド部材よりも近接して配置されるとともに、前記蓋部材を保護することが好ましい。   The fuel cell stack further includes a lid member attached to at least one opening end in the longitudinal direction of the resin manifold member, and the bracket member is formed from the resin manifold member with respect to the wall portion in the vehicle body. Are also arranged close to each other and preferably protect the lid member.

さらに、この燃料電池スタックは、車体内に収容されるとともに、前記車体は、前記燃料電池スタックの樹脂製マニホールド部材に対向して傾斜する傾斜壁面を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the fuel cell stack is housed in a vehicle body, and the vehicle body has an inclined wall surface that is inclined to face the resin manifold member of the fuel cell stack.

さらにまた、燃料電池スタックは、車体内のセンターコンソールに収容されるとともに、前記センターコンソールは、傾斜壁面を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the fuel cell stack is accommodated in a center console in the vehicle body, and the center console has an inclined wall surface.

本発明によれば、外部荷重等により、車体内の壁部が樹脂製マニホールド部材側に変形した際に、前記壁部は、ブラケット部材に当接して前記樹脂製マニホールド部材に干渉することがない。従って、車体内の壁部の変形により、樹脂製マニホールド部材が損傷することを確実に阻止することができる。   According to the present invention, when the wall portion in the vehicle body is deformed to the resin manifold member side due to an external load or the like, the wall portion does not contact the bracket member and interfere with the resin manifold member. . Therefore, it is possible to reliably prevent the resin-made manifold member from being damaged due to the deformation of the wall portion in the vehicle body.

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が搭載される車両12の一部平面説明図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の概略斜視説明図である。   FIG. 1 is a partial plan explanatory view of a vehicle 12 on which the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention is mounted, and FIG. 2 is a schematic perspective explanatory view of the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック10は、車両12の車長方向(矢印L方向)略中央部に位置して、例えば、センターコンソール14内に配置される。センターコンソール14は、車両12の前進方向(矢印L1方向)前方に、燃料電池スタック10に対向して鉛直方向前方(矢印L1方向)に傾斜する傾斜壁面14aを有する。   The fuel cell stack 10 is located in a substantially central part of the vehicle 12 in the vehicle length direction (arrow L direction), and is disposed, for example, in the center console 14. The center console 14 has an inclined wall surface 14a that is inclined forward in the vertical direction (arrow L1 direction) facing the fuel cell stack 10 in the forward direction of the vehicle 12 (arrow L1 direction).

燃料電池スタック10は、図3に示すように、電解質膜・電極構造体16と、前記電解質膜・電極構造体16を挟持する第1セパレータ18及び第2セパレータ20とを有する単位セル(燃料電池)21備え、前記単位セル21が矢印A方向に積層されて構成される。第1セパレータ18及び第2セパレータ20は、カーボンセパレータにより構成されているが、金属セパレータを用いてもよい。   As shown in FIG. 3, the fuel cell stack 10 includes a unit cell (fuel cell) having an electrolyte membrane / electrode structure 16 and a first separator 18 and a second separator 20 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 16. ) 21 and the unit cells 21 are stacked in the direction of arrow A. Although the 1st separator 18 and the 2nd separator 20 are comprised by the carbon separator, you may use a metal separator.

図2に示すように、単位セル21の積層方向両端には、ターミナルプレート22a、22b、絶縁プレート23a、23b及びエンドプレート24a、24bが外方に向かって配設される。エンドプレート24a、24bは、例えば、アルミニウムやマグネシウム等の軽金属で構成される。   As shown in FIG. 2, terminal plates 22a and 22b, insulating plates 23a and 23b, and end plates 24a and 24b are disposed outward at both ends of the unit cell 21 in the stacking direction. The end plates 24a and 24b are made of a light metal such as aluminum or magnesium, for example.

燃料電池スタック10では、例えば、長方形状に構成されるエンドプレート24a、24bが、矢印A方向に延在する複数のタイロッド25により一体的に締め付け保持される。なお、燃料電池スタック10は、エンドプレート24a、24bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持してもよい。   In the fuel cell stack 10, for example, rectangular end plates 24 a and 24 b are integrally clamped and held by a plurality of tie rods 25 extending in the arrow A direction. The fuel cell stack 10 may be integrally held by a box-like casing (not shown) including the end plates 24a and 24b as end plates.

図3に示すように、第1セパレータ18及び第2セパレータ20は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向(矢印C方向)に向かい且つ短辺が水平方向(矢印B方向)に向かうように構成される。   As shown in FIG. 3, the first separator 18 and the second separator 20 have a vertically long shape, and the long sides are directed in the direction of gravity (arrow C direction) and the short sides are directed in the horizontal direction (arrow B direction). Configured.

単位セル21の長辺方向の上端縁部には、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26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔28aが設けられる。   The upper end edge of the unit cell 21 in the long side direction communicates with each other in the direction of arrow A, and an oxidant gas supply communication hole 26a for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, and a fuel gas, for example, A fuel gas supply passage 28a for supplying a hydrogen-containing gas is provided.

単位セル21の長辺方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔28b、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26bが設けられる。   The lower end edge of the unit cell 21 in the long side direction communicates with each other in the direction of the arrow A, the fuel gas discharge communication hole 28b for discharging the fuel gas, and the oxidant gas discharge for discharging the oxidant gas. A communication hole 26b is provided.

単位セル21の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための4つの冷却媒体供給連通孔30aが設けられるとともに、前記単位セル21の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための4つの冷却媒体排出連通孔30bが設けられる。   At one end edge of the unit cell 21 in the short side direction (arrow B direction), there are provided four cooling medium supply communication holes 30a communicating with each other in the arrow A direction for supplying the cooling medium. Four cooling medium discharge communication holes 30b for discharging the cooling medium are provided at the other end edge of the cell 21 in the short side direction.

電解質膜・電極構造体16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34と、前記固体高分子電解質膜34を挟持するカソード側電極36及びアノード側電極38とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 16 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 34 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 36 and an anode side electrode 38 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 34. With.

カソード側電極36及びアノード側電極38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し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34の両面に形成される。   The cathode side electrode 36 and the anode side electrode 38 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer 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. An electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 34.

第1セパレータ18の電解質膜・電極構造体16に向かう面18aには、酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとを連通する酸化剤ガス流路40が形成される。酸化剤ガス流路40は、矢印C方向(鉛直方向)に延在する。   An oxidant gas flow path 40 that connects the oxidant gas supply communication hole 26 a and the oxidant gas discharge communication hole 26 b is formed on the surface 18 a of the first separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16. The oxidizing gas channel 40 extends in the direction of arrow C (vertical direction).

第2セパレータ20の電解質膜・電極構造体16に向かう面20aには、燃料ガス供給連通孔28aと燃料ガス排出連通孔28bとを連通する燃料ガス流路42が形成される。燃料ガス流路42は、矢印C方向に延在する。   A fuel gas flow path 42 that connects the fuel gas supply communication hole 28 a and the fuel gas discharge communication hole 28 b is formed on the surface 20 a of the second separator 20 facing the electrolyte membrane / electrode structure 16. The fuel gas channel 42 extends in the direction of arrow C.

第2セパレータ20の面20bと、第1セパレータ18の面18bとの間には、冷却媒体供給連通孔30aと冷却媒体排出連通孔30bとに連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、矢印B方向に延在する。   Between the surface 20b of the second separator 20 and the surface 18b of the first separator 18, a cooling medium flow path 44 that communicates with the cooling medium supply communication hole 30a and the cooling medium discharge communication hole 30b is formed. The cooling medium flow path 44 extends in the arrow B direction.

電解質膜・電極構造体16と第1セパレータ18及び第2セパレータ20との間、並びに互いに隣接する前記第1セパレータ18と前記第2セパレータ20との間(隣接する単位セル21間)には、図示しないが、シール部材が配設される。   Between the electrolyte membrane / electrode structure 16 and the first separator 18 and the second separator 20, and between the first separator 18 and the second separator 20 adjacent to each other (between adjacent unit cells 21), Although not shown, a seal member is provided.

図2及び図4に示すように、エンドプレート24aの左右両端縁部には、各冷却媒体供給連通孔30aに連通する冷却媒体入口マニホールド50aと、各冷却媒体排出連通孔30bに連通する冷却媒体出口マニホールド50bとが、一体成形される。冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bは、樹脂製マニホールド部材であり、矢印C方向に沿って前記エンドプレート24aの幅方向両側に設けられるとともに、それぞれの中央部に管路52a、52bを一体に設けている。   As shown in FIGS. 2 and 4, at the left and right edge portions of the end plate 24a, a cooling medium inlet manifold 50a that communicates with each cooling medium supply communication hole 30a and a cooling medium that communicates with each cooling medium discharge communication hole 30b. The outlet manifold 50b is integrally formed. The cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b are resin manifold members and are provided on both sides of the end plate 24a in the width direction along the arrow C direction, and pipes 52a and 52b are provided at the respective central portions. Provided integrally.

エンドプレート24bの上下両端縁部には、図示しないが、酸化剤ガス供給連通孔26aに連通する酸化剤ガス入口マニホールド、燃料ガス供給連通孔28aに連通する燃料ガス入口マニホールド、酸化剤ガス排出連通孔26bに連通する酸化剤ガス出口マニホールド、及び燃料ガス排出連通孔28bに連通する燃料ガス出口マニホールドが、一体成形される。   Although not shown, the upper and lower end edges of the end plate 24b are connected to the oxidant gas supply communication hole 26a, the oxidant gas inlet manifold, the fuel gas supply manifold connected to the fuel gas supply communication hole 28a, and the oxidant gas discharge communication. The oxidant gas outlet manifold that communicates with the hole 26b and the fuel gas outlet manifold that communicates with the fuel gas discharge communication hole 28b are integrally formed.

冷却媒体入口マニホールド50aは、図4に示すように、複数の冷却媒体供給連通孔30aに一体に連通し、長辺方向に沿って延在する単一のマニホールド室54aを有する。冷却媒体入口マニホールド50aの長手方向両端には、マニホールド室54aを外部に開放する開口端部56aが設けられ、前記開口端部56aには、蓋部材(プラグ)58aがシール60aを介装して装着される(図4及び図5参照)。   As shown in FIG. 4, the cooling medium inlet manifold 50 a has a single manifold chamber 54 a that integrally communicates with the plurality of cooling medium supply communication holes 30 a and extends along the long side direction. Opening end portions 56a that open the manifold chamber 54a to the outside are provided at both ends in the longitudinal direction of the cooling medium inlet manifold 50a. A lid member (plug) 58a is interposed in the opening end portion 56a with a seal 60a. It is mounted (see FIGS. 4 and 5).

冷却媒体出口マニホールド50bは、上記の冷却媒体入口マニホールド50aと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号にbを付して、その詳細な説明は省略する。   The cooling medium outlet manifold 50b is configured in the same manner as the cooling medium inlet manifold 50a described above. The same reference numerals are assigned to the same constituent elements, and detailed description thereof is omitted.

図2に示すように、エンドプレート24aには、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの長手方向の一方の端部(上端部)に装着される蓋部材58a、58bを保持する上側ブラケット部材62aと、前記冷却媒体入口マニホールド50a及び前記冷却媒体出口マニホールド50bの長手方向の他方の端部(下端部)に装着される蓋部材58a、58bを保持する下側ブラケット部材62bとが装着される。   As shown in FIG. 2, the end plate 24a has an upper bracket for holding lid members 58a and 58b attached to one end (upper end) in the longitudinal direction of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b. A member 62a and a lower bracket member 62b for holding lid members 58a and 58b attached to the other end portions (lower end portions) in the longitudinal direction of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b are attached. The

上側ブラケット部材62a及び下側ブラケット部材62bは、樹脂よりも高強度の材料で構成され、金属製、例えば、アルミニウムや鉄合金で構成される。上側ブラケット部材62a及び下側ブラケット部材62bは、それぞれ一対のボルト64を介してエンドプレート24aに固定される。   The upper bracket member 62a and the lower bracket member 62b are made of a material having a strength higher than that of resin, and are made of metal, for example, aluminum or iron alloy. The upper bracket member 62a and the lower bracket member 62b are fixed to the end plate 24a via a pair of bolts 64, respectively.

上側ブラケット部材62aは、冷却媒体入口マニホールド50aの蓋部材58aを保持する保持板部68aと、冷却媒体出口マニホールド50bの蓋部材58bを保持する保持板部68bとを備える。保持板部68a、68bは、橋架板部70を介して一体に連結されるとともに、補強板部72a、72bが屈曲形成される。保持板部68a、68bは、蓋部材58a、58bに設けられたボス部74a、74bが挿入される開口部76a、76bを有する。   The upper bracket member 62a includes a holding plate portion 68a that holds the lid member 58a of the cooling medium inlet manifold 50a, and a holding plate portion 68b that holds the lid member 58b of the cooling medium outlet manifold 50b. The holding plate portions 68a and 68b are integrally connected via the bridge plate portion 70, and the reinforcing plate portions 72a and 72b are bent. The holding plate portions 68a and 68b have openings 76a and 76b into which boss portions 74a and 74b provided on the lid members 58a and 58b are inserted.

なお、下側ブラケット部材62bは、上記の上側ブラケット部材62aと同様に構成されており、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。   Note that the lower bracket member 62b is configured in the same manner as the upper bracket member 62a described above, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図4に示すように、少なくとも上側ブラケット部材62aは、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bよりもセンターコンソール14の傾斜壁面14aに近接して配置される。具体的には、上側ブラケット部材62aを構成する補強板部72a、72bの角部と傾斜壁面14aとの距離H1は、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの角部と前記傾斜壁面14aとの距離H2よりも短尺に構成される(H1<H2)。   As shown in FIG. 4, at least the upper bracket member 62a is disposed closer to the inclined wall surface 14a of the center console 14 than the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b. Specifically, the distance H1 between the corners of the reinforcing plate portions 72a and 72b constituting the upper bracket member 62a and the inclined wall surface 14a is equal to the corners of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b and the inclined wall surface 14a. The distance H2 is shorter than the distance H2 (H1 <H2).

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.

先ず、図2に示すように、燃料電池スタック10では、エンドプレート24b側から酸素含有ガス等の酸化剤ガスと、水素含有ガス等の燃料ガスとが供給される一方、エンドプレート24a側から冷却媒体入口マニホールド50aを介して純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 2, in the fuel cell stack 10, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas are supplied from the end plate 24b side, and cooled from the end plate 24a side. A cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied through the medium inlet manifold 50a.

図3に示すように、酸化剤ガスは、各単位セル21を構成する酸化剤ガス供給連通孔26aから第1セパレータ18の酸化剤ガス流路40に導入され、電解質膜・電極構造体16のカソード側電極36に沿って鉛直下方向に移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 40 of the first separator 18 from the oxidant gas supply communication hole 26 a constituting each unit cell 21, and the electrolyte membrane / electrode structure 16 It moves vertically downward along the cathode side electrode 36.

一方、燃料ガスは、各単位セル21を構成する燃料ガス供給連通孔28aから第2セパレータ20の燃料ガス流路42に導入され、電解質膜・電極構造体16のアノード側電極38に沿って鉛直下方向に移動する。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 42 of the second separator 20 from the fuel gas supply communication hole 28 a constituting each unit cell 21, and vertically along the anode side electrode 38 of the electrolyte membrane / electrode structure 16. Move down.

上記のように、各電解質膜・電極構造体16では、カソード側電極36に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38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。   As described above, in each electrolyte membrane / electrode structure 16, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 36 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 38 are electrochemically reacted in the electrode catalyst layer. It is consumed and power is generated.

次いで、カソード側電極36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26bからエンドプレート24b側に排出される(図2参照)。同様に、アノード側電極38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28bからエンドプレート24b側に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 36 is discharged from the oxidant gas discharge communication hole 26b to the end plate 24b side (see FIG. 2). Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 38 is discharged from the fuel gas discharge communication hole 28b to the end plate 24b side.

また、冷却媒体は、図4に示すように、冷却媒体入口マニホールド50a内のマニホールド室54aに供給された後、4つの冷却媒体供給連通孔30aに分流される。各冷却媒体供給連通孔30aに供給された冷却媒体は、図3に示すように、第1及び第2セパレータ18、20間の冷却媒体流路44に導入される。   As shown in FIG. 4, the cooling medium is supplied to the manifold chamber 54a in the cooling medium inlet manifold 50a, and then is divided into the four cooling medium supply communication holes 30a. The cooling medium supplied to each cooling medium supply communication hole 30a is introduced into the cooling medium flow path 44 between the first and second separators 18 and 20, as shown in FIG.

冷却媒体は、矢印B方向(水平方向)に沿って流動し、電解質膜・電極構造体16を冷却した後、冷却媒体排出連通孔30bから冷却媒体出口マニホールド50b内のマニホールド室54bに排出される(図4参照)。   The cooling medium flows along the arrow B direction (horizontal direction), cools the electrolyte membrane / electrode structure 16, and then is discharged from the cooling medium discharge communication hole 30b to the manifold chamber 54b in the cooling medium outlet manifold 50b. (See FIG. 4).

この場合、第1の実施形態では、図2に示すように、エンドプレート24aに上側ブラケット部材62aがボルト64を介して固定されるとともに、前記上側ブラケット部材62aは、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの蓋部材58a、58bを保持する保持板部68a、68bを備えている。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the upper bracket member 62a is fixed to the end plate 24a via the bolts 64, and the upper bracket member 62a includes the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium. Holding plate portions 68a and 68b for holding the cover members 58a and 58b of the medium outlet manifold 50b are provided.

さらに、上側ブラケット部材62aを構成する補強板部72a、72bは、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bよりもセンターコンソール14の傾斜壁面14aに近接して配置されている(図4参照)。   Further, the reinforcing plate portions 72a and 72b constituting the upper bracket member 62a are disposed closer to the inclined wall surface 14a of the center console 14 than the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b (see FIG. 4). .

このため、外部荷重等によりセンターコンソール14の傾斜壁面14aが冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50b側に変形した際に、前記傾斜壁面14aは、上側ブラケット部材62aに当接して前記冷却媒体入口マニホールド50a及び前記冷却媒体出口マニホールド50bに干渉することがない。従って、センターコンソール14の傾斜壁面14aの変形により、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bが損傷することを確実に阻止することができるという効果が得られる。   For this reason, when the inclined wall surface 14a of the center console 14 is deformed to the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b side due to an external load or the like, the inclined wall surface 14a comes into contact with the upper bracket member 62a to contact the cooling medium. There is no interference with the inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b. Therefore, it is possible to reliably prevent the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b from being damaged by the deformation of the inclined wall surface 14a of the center console 14.

しかも、上側ブラケット部材62aは、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bに装着される蓋部材58a、58bを保持する機能と、センターコンソール14の傾斜壁面14aの変形による前記冷却媒体入口マニホールド50a及び前記冷却媒体出口マニホールド50bの損傷を阻止する機能とを有している。これにより、構成が有効に簡素化されるとともに、コストの削減及び軽量化が可能であるという利点がある。   Moreover, the upper bracket member 62a has a function of holding the cover members 58a and 58b attached to the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b, and the cooling medium inlet manifold 50a due to the deformation of the inclined wall surface 14a of the center console 14. And a function of preventing damage to the cooling medium outlet manifold 50b. Thereby, there is an advantage that the configuration is effectively simplified and the cost can be reduced and the weight can be reduced.

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 schematic perspective view of a fuel cell stack 90 according to the second embodiment of the present invention. 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を構成するエンドプレート24aには、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの長手方向の一方の端部に装着される蓋部材58a、58bを保持する上側ブラケット部材92aと、前記冷却媒体入口マニホールド50a及び前記冷却媒体出口マニホールド50bの長手方向の他方の端部に装着される蓋部材58a、58bを保持する下側ブラケット部材92bとが装着される。   The end plate 24a constituting the fuel cell stack 90 includes an upper bracket member 92a that holds lid members 58a and 58b attached to one end in the longitudinal direction of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b, A lower bracket member 92b that holds lid members 58a and 58b attached to the other ends in the longitudinal direction of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b is attached.

上側ブラケット部材92aは、保持板部68a、68bの先端に、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの上端側角部を覆って保護板部94a、94bを設ける(図6及び図7参照)。   The upper bracket member 92a is provided with protective plate portions 94a and 94b at the tips of the holding plate portions 68a and 68b so as to cover the upper corners of the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b (see FIGS. 6 and 7). ).

これにより、第2の実施形態では、上側ブラケット部材92aの保護板部94a、94bを介して冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bの上端側角部を確実に保護することができる。従って、センターコンソール14の傾斜壁面14aの変形により、冷却媒体入口マニホールド50a及び冷却媒体出口マニホールド50bが損傷することを、一層確実に阻止することが可能になる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, in 2nd Embodiment, the upper end side corner | angular part of the cooling-medium inlet manifold 50a and the cooling-medium outlet manifold 50b can be reliably protected via the protection board parts 94a and 94b of the upper side bracket member 92a. Therefore, the deformation of the inclined wall surface 14a of the center console 14 can more reliably prevent the cooling medium inlet manifold 50a and the cooling medium outlet manifold 50b from being damaged, and the like, as in the first embodiment. An effect is obtained.

なお、第1及び第2の実施形態では、燃料電池スタック10、90は、図1に示すように、車両12aのセンターコンソール14内に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、ボンネット100内に配置されていてもよい。また、その他、トランク側等、適宜配置することができる。   In the first and second embodiments, the fuel cell stacks 10 and 90 are disposed in the center console 14 of the vehicle 12a as shown in FIG. 1, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. In addition, it can be appropriately arranged on the trunk side or the like.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックが搭載される車両の一部平面説明図である。1 is a partial plan view of a vehicle on which a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention is mounted. 前記燃料電池スタックの概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの要部分解概略斜視図である。It is a principal part disassembled schematic perspective view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するエンドプレート及び冷却媒体入口マニホールドの断面説明図である。FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of an end plate and a cooling medium inlet manifold constituting the fuel cell stack. 冷却媒体入口マニホールドと上側ブラケット部材との分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory view of a cooling medium inlet manifold and an upper bracket member. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic perspective explanatory 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を構成するエンドプレート及び冷却媒体入口マニホールドの断面説明図である。FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of an end plate and a cooling medium inlet manifold constituting the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックが搭載される他の車両の一部平面説明図である。FIG. 5 is a partial plan view of another vehicle on which the fuel cell stack is mounted. 特許文献1に開示されている燃料電池の一部斜視説明図である。2 is a partial perspective explanatory view 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、12a…車両
14…センターコンソール 14a…傾斜壁面
16…電解質膜・電極構造体 18、20…セパレータ
21…単位セル 24a、24b…エンドプレート
26a…酸化剤ガス供給連通孔 26b…酸化剤ガス排出連通孔
28a…燃料ガス供給連通孔 28b…燃料ガス排出連通孔
30a…冷却媒体供給連通孔 30b…冷却媒体排出連通孔
34…固体高分子電解質膜 36…カソード側電極
38…アノード側電極 40…酸化剤ガス流路
42…燃料ガス流路 44…冷却媒体流路
50a…冷却媒体入口マニホールド 50b…冷却媒体出口マニホールド
58a、58b…蓋部材 62a、92a…上側ブラケット部材
62b、92b…下側ブラケット部材 68a、68b…保持板部
72a、72b…補強板部 94a、94b…保護板部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90 ... Fuel cell stack 12, 12a ... Vehicle 14 ... Center console 14a ... Inclined wall surface 16 ... Electrolyte membrane and electrode structure 18, 20 ... Separator 21 ... Unit cell 24a, 24b ... End plate 26a ... Oxidant gas supply communication Hole 26b ... Oxidant gas discharge communication hole 28a ... Fuel gas supply communication hole 28b ... Fuel gas discharge communication hole 30a ... Cooling medium supply communication hole 30b ... Cooling medium discharge communication hole 34 ... Solid polymer electrolyte membrane 36 ... Cathode side electrode 38 ... Anode side electrode 40 ... Oxidant gas flow path 42 ... Fuel gas flow path 44 ... Cooling medium flow path 50a ... Cooling medium inlet manifold 50b ... Cooling medium outlet manifolds 58a, 58b ... Cover members 62a, 92a ... Upper bracket member 62b, 92b ... Lower bracket members 68a, 68b ... Holding plate portions 72a, 72b ... Reinforcing plates 94a, 94b ... Protective plate

Claims (4)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、積層方向に冷却媒体又は反応ガスを流す少なくとも流体供給用又は流体排出用の連通孔が形成され、車体に搭載される車載用の燃料電池スタックであって、
一方の前記エンドプレートには、前記連通孔に連通する樹脂製マニホールド部材と、
前記樹脂製マニホールド部材を保護するブラケット部材と、
が装着されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are laminated, end plates are disposed at both ends of the lamination direction, and a cooling medium or a reactive gas is allowed to flow in the lamination direction. at least the fluid passage of the supply or fluid discharge is formed, a fuel cell stack for vehicle that will be mounted on the body,
One end plate has a resin manifold member communicating with the communication hole,
A bracket member for protecting the resin manifold member;
Is a fuel cell stack.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記樹脂製マニホールド部材の長手方向の少なくとも一方の開口端部に装着される蓋部材を有し、
前記ブラケット部材は、前記車体内の壁部に対して前記樹脂製マニホールド部材よりも近接して配置されるとともに、前記蓋部材を保護することを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a lid member attached to at least one opening end in the longitudinal direction of the resin manifold member,
It said bracket member, a fuel cell stack, characterized in that while being disposed close than the resin manifold member to the wall portion of the inner body, to protect the lid member.
請求項1又は2記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、前記車体内に収容されるとともに、
前記車体は、前記燃料電池スタックの前記樹脂製マニホールド部材に対向して傾斜する傾斜壁面を有することを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell stack is accommodated in the vehicle body,
The fuel cell stack, wherein the vehicle body has an inclined wall surface that is inclined to face the resin manifold member of the fuel cell stack.
請求項3記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、前記車体内のセンターコンソールに収容されるとともに、
前記センターコンソールは、前記傾斜壁面を有することを特徴とする燃料電池スタック。
The fuel cell stack according to claim 3, wherein the fuel cell stack is accommodated in a center console in the vehicle body,
The fuel cell stack, wherein the center console has the inclined wall surface.
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