JP2013171694A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単且つ経済的な構成で、非円形状の絶縁性カラー部材とシール部材との位相を確実に合わせるとともに、所望のシール性を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック10は、エンドプレート18bの酸化剤ガス供給マニホールド孔80aに配設される絶縁性カラー部材84aを備え、前記絶縁性カラー部材84aは、酸化剤ガス供給マニホールド100の内周面に挿入される断面非円形状の筒状部88を有する。筒状部88の外周面には、内周面に摺接する第1Oリング92a及び第2Oリング92bが装着されるとともに、前記第1Oリング92a及び前記第2Oリング92bと前記外周面とは、位相決め機構93を介して相対的な位相合わせを行う。
【選択図】図6A non-circular insulating collar member and a sealing member can be reliably aligned with each other with a simple and economical configuration, and a desired sealing property can be ensured.
A fuel cell stack (10) includes an insulating collar member (84a) disposed in an oxidant gas supply manifold hole (80a) of an end plate (18b), and the insulating collar member (84a) is included in an oxidant gas supply manifold (100). A cylindrical portion 88 having a non-circular cross section is inserted into the peripheral surface. A first O-ring 92a and a second O-ring 92b that are in sliding contact with the inner peripheral surface are attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 88, and the first O-ring 92a, the second O-ring 92b, and the outer peripheral surface are in phase with each other. Relative phase alignment is performed via a determination mechanism 93.
[Selection] Figure 6
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る燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and at both ends in the stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked. Relates to a fuel cell stack in which a terminal plate, an insulating plate and an end plate are disposed.
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、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。燃料電池は、通常、所定の数(例えば、数百)の発電セルを積層することにより、例えば、車載用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 is a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has. A fuel cell is usually used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number (for example, several hundreds) of power generation cells.
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各発電セル間又は所定数の発電セル間には、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 flow channel for flowing fuel gas to the anode electrode is provided in the surface of one separator, and an oxidant gas is flowed to the cathode electrode in the surface of the other separator. An oxidant gas flow path is provided. Furthermore, between each power generation cell or between a predetermined number of power generation cells, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium is provided along the surface direction of the separator.
その際、燃料電池の内部には、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、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、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、それぞれ積層方向に貫通して形成されることにより、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。 At that time, the fuel cell has a fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the fuel gas passage, a fuel gas discharge passage for discharging used fuel gas from the fuel gas passage, an oxidant gas flow. An oxidant gas supply communication hole for supplying an oxidant gas to the passage, an oxidant gas discharge communication hole for discharging the used oxidant gas from the oxidant gas flow path, and a cooling medium for supplying a cooling medium to the cooling medium flow path The supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole for discharging the used cooling medium from the cooling medium flow path may be formed so as to penetrate in the stacking direction, thereby forming a so-called internal manifold.
この種の内部マニホールド型燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各連通孔を外部マニホールド部材に連通するための連結構造が採用されている。例えば、特許文献1に開示されている燃料電池は、図9に示すように、セル1を含む積層体を備えている。セル1の一方の積層端部には、ターミナル2、インシュレータ3及びプレッシャプレート4が配設されている。
In this type of internal manifold fuel cell, at least one end plate employs a connection structure for communicating each communication hole with an external manifold member. For example, a fuel cell disclosed in
セル1は、MEA(Membrane Electrode Assembly)5を有するとともに、前記MEA5の両外側には、第1セパレータ6と第2セパレータ7とが配置されている。導管部材8は、プレッシャプレート4の出入口孔を挿通する管部8bを有し、前記プレッシャプレート4のセル積層体側に鍔部8aを有している。鍔部8aは、ターミナル2及びインシュレータ3の収容部に収容され、端面シール9を介してセル1の積層体に対し流路として接続されている。
The
ところで、上記の燃料電池では、導管部材8と外部マニホールド部材との気密性(液密性)を確保する必要があり、通常、部材同士の接触部位にシール部材(図示せず)が介装されている。
By the way, in the fuel cell described above, it is necessary to ensure airtightness (liquid tightness) between the
その際、燃料電池では、各反応ガス流路の形状や連通孔の配置位置等に起因して、前記連通孔の開口形状が、非円形状、例えば、楕円形状、長円形状、矩形状又は多角形状等に設定される場合がある。このため、導管部材8とシール部材との位相がずれるおそれがあり、所望のシール性能を確保することができないという問題がある。
In that case, in the fuel cell, due to the shape of each reaction gas flow path, the arrangement position of the communication holes, etc., the opening shape of the communication holes is non-circular, for example, elliptical, oval, rectangular or It may be set to a polygonal shape or the like. For this reason, there exists a possibility that the phase of the conduit |
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、非円形状の導管部材(絶縁性カラー部材)とシール部材との位相を確実に合わせることができ、所望のシール性を確保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 with a simple and economical configuration, the phase of the noncircular conduit member (insulating collar member) and the seal member can be reliably matched, and is desired. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of ensuring the sealing performance of
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る燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも一方の前記エンドプレートには、積層方向に流通する冷却媒体又は反応ガスである流体を外部マニホールド部材に対して供給又は排出させる流体マニホールド孔が形成される燃料電池スタックに関するものである。 The present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and at both ends in the stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked. Includes a terminal plate, an insulating plate, and an end plate, and at least one of the end plates supplies or discharges a fluid that is a cooling medium or a reactive gas flowing in the stacking direction to or from the external manifold member. The present invention relates to a fuel cell stack in which fluid manifold holes are formed.
この燃料電池スタックでは、流体マニホールド孔に配設される絶縁性カラー部材を備え、前記絶縁性カラー部材は、外部マニホールド部材の内周面に挿入される断面非円形状の筒状部を有している。そして、筒状部の外周面には、内周面に摺接するシール部材が装着されるとともに、前記シール部材と前記外周面とは、位相決め機構を介して相対的な位相合わせが行われている。 The fuel cell stack includes an insulating collar member disposed in a fluid manifold hole, and the insulating collar member has a cylindrical portion having a non-circular cross section that is inserted into an inner peripheral surface of an external manifold member. ing. A seal member that is in sliding contact with the inner peripheral surface is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion, and the relative phase alignment between the seal member and the outer peripheral surface is performed via a phase determining mechanism. Yes.
また、この燃料電池スタックでは、位相決め機構は、シール部材に、外周面の周方向に交差する方向に延在して設けられる突起部と、前記外周面に形成され、前記突起部が配置される溝部とを備えることが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, the phasing mechanism is formed on the seal member so as to extend in a direction intersecting the circumferential direction of the outer circumferential surface, and is formed on the outer circumferential surface, and the protruding portion is disposed. It is preferable to provide a groove portion.
さらに、この燃料電池スタックでは、シール部材は、外周面に装着される第1シール部及び第2シール部を備えるとともに、位相決め機構は、前記第1シール部と前記第2シール部とを連結する突起部と、前記外周面に形成され、前記突起部が配置される溝部とを備えることが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, the seal member includes a first seal portion and a second seal portion mounted on the outer peripheral surface, and the phasing mechanism connects the first seal portion and the second seal portion. It is preferable to include a protruding portion that is formed and a groove portion that is formed on the outer peripheral surface and in which the protruding portion is disposed.
さらにまた、この燃料電池スタックでは、突起部は、積層方向に延在して設けられることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that the protrusions are provided extending in the stacking direction.
本発明によれば、絶縁性カラー部材は、断面非円形状の筒状部を有するとともに、前記筒状部の外周面には、位相決め機構を介してシール部材が装着されている。このため、筒状部の外周面とシール部材とは、良好に位相合わせされており、これらの間に隙間が形成されることはない。これにより、簡単且つ経済的な構成で、非円形状の絶縁性カラー部材とシール部材との位相を確実に合わせることができ、所望のシール性を確保することが可能になる。 According to the present invention, the insulating collar member has a cylindrical portion having a non-circular cross section, and a seal member is mounted on the outer peripheral surface of the cylindrical portion via a phasing mechanism. For this reason, the outer peripheral surface of the cylindrical portion and the seal member are phase-matched well, and no gap is formed between them. Accordingly, the phase of the non-circular insulating collar member and the sealing member can be reliably matched with a simple and economical configuration, and a desired sealing property can be ensured.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される車載用燃料電池スタックを構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が矢印A方向(水平方向)に積層されて積層体13を構成する。なお、複数の燃料電池12は、矢印C方向(鉛直方向)に積層してもよい。図2に示すように、積層体13の積層方向一端には、ターミナルプレート14a、絶縁プレート16a及びエンドプレート18aが配設される。積層体13の積層方向他端には、ターミナルプレート14b、絶縁プレート16b及びエンドプレート18bが配設される。
In the
絶縁プレート16a、16bには、凹部16au、16buが形成され、前記凹部16au、16buにターミナルプレート14a、14bが収容される。ターミナルプレート14a、14bから積層方向に端子17a、17bが延在するとともに、前記端子17a、17bは、エンドプレート18a、18bから外部に露呈する(図1参照)。エンドプレート18aと絶縁プレート16aとの間には、積層体13への積層方向の締め付け力を調整するための厚さ調整用スペーサ部材(シム部材)19が介装される(図2参照)。
The
図3に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体(MEA)20が、第1セパレータ22及び第2セパレータ24に挟持される。第1セパレータ22及び第2セパレータ24は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。第1セパレータ22及び第2セパレータ24は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第1セパレータ22及び第2セパレータ24は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
As shown in FIG. 3, in the
燃料電池12の矢印C方向(図3中、鉛直方向)の上端縁部には、積層方向である矢印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、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。
At the upper edge of the
燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔26b、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔28bが、矢印B方向に配列して設けられる。酸化剤ガス供給連通孔26a、酸化剤ガス排出連通孔26b、燃料ガス供給連通孔28a及び燃料ガス排出連通孔28bは、開口形状が略三角形状(略台形状)を有しているが、これに限定されるものではなく、例えば、長方形状、多角形状、長円形状又は楕円形状等を有していてもよい。
The lower end edge of the
燃料電池12の矢印B方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔30a、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔30bが、例えば、それぞれ上下に設けられる。一対の冷却媒体供給連通孔30a及び一対の冷却媒体排出連通孔30bは、開口形状が長方形状を有しているが、これに限定されるものではなく、例えば、長円形状や楕円形状等を有していてもよい。
A cooling medium
第1セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に向かう面22a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とに連通する酸化剤ガス流路32が設けられる。酸化剤ガス流路32は、酸化剤ガスを矢印C方向下方に流通させる。
An oxidant
第2セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に向かう面24aには、燃料ガス供給連通孔28aと燃料ガス排出連通孔28bとに連通する燃料ガス流路34が設けられる。燃料ガス流路34は、燃料ガスを矢印C方向下方に流通させる。
A
互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ22の面22bと、第2セパレータ24の面24b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とを連通する冷却媒体流路36が設けられる。冷却媒体流路36は、冷却媒体を矢印C方向下方に流通させるとともに、前記冷却媒体流路36の上下(上流及び下流)には、バッファ部(エンボス形状)38a、38bが設けられる。
A cooling medium that connects the cooling medium
第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材40aが、一体的に又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ24の面24a、24bには、第2シール部材40bが、一体的に又は個別に設けられる。第1シール部材40a及び第2シール部材40bは、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
The
電解質膜・電極構造体20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を挟持するカソード電極44及びアノード電極46とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード電極44及びアノード電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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の両面に形成されている。
The
図1に示すように、エンドプレート18aとエンドプレート18bとの間には、複数本の連結部材50が架け渡される。連結部材50は、長尺な板状を有し、燃料電池スタック10の長辺側に2本ずつで、且つ、前記燃料電池スタック10の短辺側に1本ずつ配設される。連結部材50の矢印A方向の両端部は、ボルト52を介してエンドプレート18a及びエンドプレート18bの側部に固定される。
As shown in FIG. 1, a plurality of connecting
エンドプレート18a、18b間には、積層方向に所定の締め付け荷重が付与されるとともに、前記エンドプレート18a、18b間の距離が一定に保持される。
A predetermined tightening load is applied between the
図4に示すように、エンドプレート18aには、一対の冷却媒体供給連通孔30aに連通する冷却媒体供給マニホールド孔(流体マニホールド孔)54aと、一対の冷却媒体排出連通孔30bに連通する冷却媒体排出マニホールド孔(流体マニホールド孔)54bとが形成される。スペーサ部材19には、同様に一対の冷却媒体供給マニホールド孔56aと一対の冷却媒体排出マニホールド孔56bとが形成される。
As shown in FIG. 4, the
エンドプレート18aには、図1及び図4に示すように、冷却媒体供給マニホールド孔54a、56aに一体に挿入されて絶縁性カラー部材58aが配設されるとともに、冷却媒体排出マニホールド孔54b、56bに一体に挿入されて絶縁性カラー部材58bが配置される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
図4及び図5に示すように、絶縁性カラー部材58aは、冷却媒体供給マニホールド孔54a、56aに挿入される筒状部60と前記筒状部60の一端に設けられる大径なフランジ部62とを一体に有する。フランジ部62と絶縁プレート16aとの間には、端面シール63が介装される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the insulating
筒状部60は、冷却媒体供給マニホールド孔54a、56aの形状に対応して長円形状又は楕円形状を有するとともに、前記冷却媒体供給マニホールド孔54a、56a内に隙間を設けて配設される。なお、隙間は無くてもよい。
The
筒状部60の先端60aは、エンドプレート18aの端面から外部に露呈しており、前記先端60aの外周には、ラジアルシールであるOリング(シール部材)64が周溝60adに配置され、位相決め機構65を介して装着される。Oリング64は、長円形状又は楕円形状を有する。
The
位相決め機構65は、筒状部60の外周面とOリング64との相対的な位相を合わせる機能を有する。この位相決め機構65は、図1に示すように、Oリング64に筒状部60の外周面の周方向に交差する方向、第1の実施形態では、積層方向に延在して設けられる一対(又は、3以上)の突起部64tと、前記筒状部60の外周面に形成され、前記突起部64tが配置される溝部60aeとを備える。一対の突起部64tは、任意の位置に設定可能である。
The
フランジ部62には、1つ以上、例えば、2つの位置決め孔部66が形成される。位置決め孔部66には、位置決めピン68が挿入されるとともに、前記位置決めピン68は、スペーサ部材19からエンドプレート18aに形成された位置決め孔部70a及び位置決め穴部70bに一体に挿入される。
One or more, for example, two
図5に示すように、絶縁性カラー部材58aのフランジ部62は、スペーサ部材19の端面に当接するとともに、前記フランジ部62は、例えば、第2セパレータ24の第2シール部材40bにより絶縁プレート16aに押圧保持される。
As shown in FIG. 5, the
絶縁性カラー部材58bは、上記の絶縁性カラー部材58a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。
The insulating
図1に示すように、エンドプレート18aには、冷却媒体供給マニホールド(外部マニホールド部材)72と冷却媒体排出マニホールド(外部マニホールド部材)74とが、上下に取り付けられる。
As shown in FIG. 1, a cooling medium supply manifold (external manifold member) 72 and a cooling medium discharge manifold (external manifold member) 74 are vertically attached to the
冷却媒体供給マニホールド72は、下向きのコ字状を有し、左右両端には、絶縁性カラー部材58aに設けられる筒状部60の先端60aが嵌合する連結孔部72aを設ける。連結孔部72aは、開口断面長円形状又は楕円形状を有し、内周面にOリング64が当接することにより、筒状部60が摺動可能に配置される(図5参照)。
The cooling
冷却媒体供給マニホールド72は、外周に設けられるフランジ部72bに形成された孔部72cにねじ76が挿入されるとともに、前記ねじ76の先端は、エンドプレート18aに形成されたねじ穴78に螺合する(図4及び図5参照)。
In the cooling
図1に示すように、冷却媒体排出マニホールド74は、冷却媒体供給マニホールド72と同様に、絶縁性カラー部材58bに設けられる筒状部60の先端60aが嵌合する連結孔部74aを設ける。冷却媒体排出マニホールド74は、外周に設けられるフランジ部74bに形成された孔部74cにねじ76が挿入されるとともに、前記ねじ76の先端は、エンドプレート18aに形成されたねじ穴78に螺合する。
As shown in FIG. 1, like the cooling
図6に示すように、エンドプレート18bには、酸化剤ガス供給連通孔26aに連通する酸化剤ガス供給マニホールド孔(流体マニホールド孔)80a、酸化剤ガス排出連通孔26bに連通する酸化剤ガス排出マニホールド孔(流体マニホールド孔)80b、燃料ガス供給連通孔28aに連通する燃料ガス供給マニホールド孔(流体マニホールド孔)82a及び燃料ガス排出連通孔28bに連通する燃料ガス排出マニホールド孔(流体マニホールド孔)82bが形成される。
As shown in FIG. 6, the
酸化剤ガス供給マニホールド孔80a、酸化剤ガス排出マニホールド孔80b、燃料ガス供給マニホールド孔82a及び燃料ガス排出マニホールド孔82bは、それぞれ略三角形状(略台形状)を有する。
The oxidant gas
エンドプレート18bには、酸化剤ガス供給マニホールド孔80a、酸化剤ガス排出マニホールド孔80bに挿入されて絶縁性カラー部材84a、84bが配設されるとともに、燃料ガス供給マニホールド孔82a、燃料ガス排出マニホールド孔82bに挿入されて絶縁性カラー部材86a、86bが配置される。
The
図6及び図7に示すように、絶縁性カラー部材84aは、酸化剤ガス供給マニホールド孔80aに挿入される筒状部88と前記筒状部88の一端に設けられる大径なフランジ部90とを一体に有する。筒状部88は、酸化剤ガス供給マニホールド孔80aの形状に対応して略三角形状(略台形状)を有するとともに、前記酸化剤ガス供給マニホールド孔80a内に隙間を設けて配設される。なお、隙間は無くてもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the insulating
筒状部88の先端88aは、エンドプレート18bの端面から外部に露呈しており、前記先端88aの外周には、ラジアルシールである第1Oリング(第1シール部)92a及び第2Oリング(第2シール部)92bが周溝88ad1、88ad2に配置され、位相決め機構93を介して装着される。第1Oリング92a及び第2Oリング92bは、略三角形状又は略台形状を有する。なお、3以上のOリングを用いてもよい。
The
位相決め機構93は、筒状部88の外周面と第1Oリング92a及び第2Oリング92bとの相対的な位相を合わせる機能を有する。この位相決め機構93は、図6に示すように、第1Oリング92aと第2Oリング92bとを連結する複数の突起部92tと、筒状部88の外周面に形成され、前記突起部92tが配置される複数の溝部88aeとを備える。突起部92tは、任意の位置に設定可能であるとともに、溝部88aeの両端は、周溝88ad1、88ad2に連通する。
The
フランジ部90には、1つ以上、例えば、2つの位置決め孔部94が形成される。位置決め孔部94には、位置決めピン96が挿入されるとともに、前記位置決めピン96は、エンドプレート18bに形成された位置決め穴部98に挿入される。図7に示すように、絶縁性カラー部材84aのフランジ部90は、エンドプレート18bの端面に当接するとともに、前記フランジ部90は、例えば、第1セパレータ22の第1シール部材40aにより押圧保持される。
One or more, for example, two
絶縁性カラー部材84b、86a及び86bは、上記の絶縁性カラー部材84a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。
The insulating
エンドプレート18bには、酸化剤ガス供給マニホールド(外部マニホールド部材)100、酸化剤ガス排出マニホールド(外部マニホールド部材)102、燃料ガス供給マニホールド(外部マニホールド部材)104及び燃料ガス排出マニホールド(外部マニホールド部材)106が取り付けられる。
The
酸化剤ガス供給マニホールド100は、図7に示すように、絶縁性カラー部材84aに設けられる筒状部88の先端88aが嵌合する連結孔部100aを設ける。連結孔部100aは、開口断面略三角形状(略台形状)を有し、内周面に第1Oリング92a及び第2Oリング92bが当接することにより、筒状部88が摺動可能に配置される。
As shown in FIG. 7, the oxidant
酸化剤ガス供給マニホールド100は、外周に設けられるフランジ部100bに形成された孔部100cにねじ76が挿入されるとともに、前記ねじ76の先端は、エンドプレート18bに形成されたねじ穴78に螺合する。
In the oxidant
酸化剤ガス排出マニホールド102、燃料ガス供給マニホールド104及び燃料ガス排出マニホールド106は、上記の酸化剤ガス供給マニホールド100と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
The oxidant
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
先ず、図6及び図7に示すように、エンドプレート18bの酸化剤ガス供給マニホールド100には、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、図6に示すように、燃料ガス供給マニホールド104には、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、図1に示すように、エンドプレート18aの冷却媒体供給マニホールド72には、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIGS. 6 and 7, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant
このため、図7に示すように、酸化剤ガスは、絶縁性カラー部材84aから酸化剤ガス供給連通孔26aを通って第1セパレータ22の酸化剤ガス流路32に導入される。図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路32に沿って矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するカソード電極44に供給される。
Therefore, as shown in FIG. 7, the oxidant gas is introduced from the insulating
一方、燃料ガスは、図6に示すように、絶縁性カラー部材86aから燃料ガス供給連通孔28aを通って第2セパレータ24の燃料ガス流路34に導入される(図3参照)。この燃料ガスは、燃料ガス流路34に沿って矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するアノード電極46に供給される。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the fuel gas is introduced from the insulating
従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード電極44に供給される酸化剤ガスと、アノード電極46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 the electrolyte membrane /
次いで、カソード電極44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に沿って矢印A方向に排出される。一方、アノード電極46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に沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the
また、冷却媒体は、図1及び図3に示すように、絶縁性カラー部材58aから冷却媒体供給連通孔30aに供給され、第1セパレータ22及び第2セパレータ24間の冷却媒体流路36に導入され、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体排出連通孔30bに排出される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the cooling medium is supplied from the insulating
この場合、第1の実施形態では、図6に示すように、例えば、酸化剤ガス供給マニホールド孔80aに絶縁性カラー部材84aが挿入されるとともに、前記絶縁性カラー部材84aを構成する筒状部88は、略三角形状(略台形状)を有している。そして、筒状部88の外周面には、位相決め機構93を介して第1Oリング92a及び第2Oリング92bが装着されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 6, for example, the insulating
具体的には、位相決め機構93は、第1Oリング92a及び第2Oリング92bを互いに連結して積層方向に延在する突起部92tと、筒状部88の外周面に形成され、前記突起部92tが配置される溝部88aeとを備えている。
Specifically, the
このため、筒状部88の外周面と第1Oリング92a及び第2Oリング92bとは、相対的な位相合わせが容易且つ正確に行われ、前記筒状部88の外周面と前記第1Oリング92a及び前記第2Oリング92bとの間に隙間が形成されることはない。
Therefore, the outer peripheral surface of the
これにより、簡単且つ経済的な構成で、非円形状の絶縁性カラー部材84aと第1Oリング92a及び第2Oリング92bとの位相を確実に合わせることができ、所望のシール性を確保することが可能になるという効果が得られる。
Accordingly, the phases of the non-circular insulating
なお、他の絶縁性カラー部材58a、58b、84b、86a及び86bでは、上記の絶縁性カラー部材84aと同様の効果が得られる。また、シール部材としては、Oリングに限定されるものではなく、しめ代を有する弾性シールであればよい。
The other insulating
図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する絶縁性カラー部材120の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view of an insulating
絶縁性カラー部材120は、筒状部122と前記筒状部122の一端に設けられる大径なフランジ部123とを一体に有する。筒状部122は、断面略三角形状を有する。
The insulating
筒状部122の先端122aの外周には、周溝122adが形成されるとともに、前記周溝122adには、ラジアルシールである略三角形状のOリング(シール部材)124が位相決め機構126を介して装着される。
A circumferential groove 122ad is formed on the outer periphery of the
位相決め機構126は、筒状部122の外周面とOリング124との相対的な位相を合わせる機能を有する。この位相決め機構126は、Oリング124に一端が設けられる複数の突起部124a、124b、124c及び124dと、筒状部122の外周面に形成され、前記突起部124a〜124dが配置される複数の溝部122aeとを備える。突起部124a〜124dは、任意の位置に設定可能であるとともに、前記突起部124a〜124dの他端が一体に連結される。
The
このように構成される第2の実施形態では、絶縁性カラー部材120の筒状部122に、Oリング124が位相決め機構126を介して外装されている。このため、上記の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the O-
なお、第1及び第2の実施形態では、非円形状の絶縁性カラー部材として、楕円形状の絶縁性カラー部材58a、58b、略三角形状の絶縁性カラー部材84a、84b、86a、86b及び120を用いているが、この形状に限定されるものではない。例えば、四角形状や菱形形状等の多角形状の絶縁性カラー部材が使用可能である。
In the first and second embodiments, as the non-circular insulating collar members, the elliptical insulating
10…燃料電池スタック 12…燃料電池
13…積層体
18a、18b…エンドプレート
19…スペーサ部材 20…電解質膜・電極構造体
22、24…セパレータ 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 32…酸化剤ガス流路
34…燃料ガス流路 36…冷却媒体流路
40a、40b…シール部材 42…固体高分子電解質膜
44…カソード電極 46…アノード電極
50…連結部材
54a、56a…冷却媒体供給マニホールド孔
54b、56b…冷却媒体排出マニホールド孔
58a、58b、84a、84b、86a、86b、120…絶縁性カラー部材
60、88、122…筒状部 60a…先端
60ae、88ae、122ae…溝部
62、90、123…フランジ部
64、92a、92b、124…Oリング
64t、92t、124a〜124d…突起部
65、93、126…位相決め機構
72…冷却媒体供給マニホールド 74…冷却媒体排出マニホールド
80a…酸化剤ガス供給マニホールド孔
80b…酸化剤ガス排出マニホールド孔
82a…燃料ガス供給マニホールド孔 82b…燃料ガス排出マニホールド孔
100…酸化剤ガス供給マニホールド 102…酸化剤ガス排出マニホールド
104…燃料ガス供給マニホールド 106…燃料ガス排出マニホールド
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記流体マニホールド孔に配設される絶縁性カラー部材を備え、
前記絶縁性カラー部材は、前記外部マニホールド部材の内周面に挿入される断面非円形状の筒状部を有し、
前記筒状部の外周面には、前記内周面に摺接するシール部材が装着されるとともに、前記シール部材と前記外周面とは、位相決め機構を介して相対的な位相合わせが行われることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a terminal plate at both ends in the stacking direction of the stack in which a plurality of the fuel cells are stacked In addition, an insulating plate and an end plate are disposed, and at least one of the end plates has a fluid manifold hole for supplying or discharging a fluid that is a cooling medium or a reaction gas flowing in the stacking direction to or from the external manifold member. A fuel cell stack formed of
An insulating collar member disposed in the fluid manifold hole;
The insulating collar member has a non-circular cylindrical portion inserted into the inner peripheral surface of the outer manifold member,
A seal member that is in sliding contact with the inner peripheral surface is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion, and the relative phase alignment between the seal member and the outer peripheral surface is performed via a phasing mechanism. A fuel cell stack characterized by
前記外周面に形成され、前記突起部が配置される溝部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the phasing mechanism includes a protrusion provided on the seal member so as to extend in a direction intersecting a circumferential direction of the outer peripheral surface;
A groove portion formed on the outer peripheral surface and in which the protrusion is disposed;
A fuel cell stack comprising:
前記位相決め機構は、前記第1シール部と前記第2シール部とを連結する突起部と、
前記外周面に形成され、前記突起部が配置される溝部と、
を備え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 seal member includes a first seal portion and a second seal portion attached to the outer peripheral surface,
The phasing mechanism includes a protrusion that connects the first seal portion and the second seal portion;
A groove portion formed on the outer peripheral surface and in which the protrusion is disposed;
A fuel cell stack comprising:
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| JP2023515719A (en) * | 2020-04-28 | 2023-04-13 | 北京朔景▲新▼能源科技有限公司 | Fuel cells, bipolar plates and bipolar plate assemblies for fuel cells |
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