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JP2019133894A - Fuel cell - Google Patents

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JP2019133894A
JP2019133894A JP2018017233A JP2018017233A JP2019133894A JP 2019133894 A JP2019133894 A JP 2019133894A JP 2018017233 A JP2018017233 A JP 2018017233A JP 2018017233 A JP2018017233 A JP 2018017233A JP 2019133894 A JP2019133894 A JP 2019133894A
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Hiroaki Takeuchi
弘明 竹内
辰弥 徳増
Tatsuya Tokumasu
辰弥 徳増
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Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】燃料電池の分解時にセル積層体に加わる負荷を低減する燃料電池を提供する。【解決手段】セル積層体9の底部26bと対向する位置に、挿入方向で視たときの面積がセル積層体9より大きいエンドプレート11が設けられ、エンドプレート11の外周端面11aに、底部26b側とは逆方向に向けて先細となるテーパ面11sが設けられる。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which reduces a load applied to a cell stack when the fuel cell is disassembled. An end plate 11 having an area larger than the area of the cell stack 9 when viewed in the insertion direction is provided at a position facing a bottom part 26b of the cell stack 9. A tapered surface 11s is provided which is tapered in the direction opposite to the side. [Selection diagram] Fig. 5

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

例えば、固体高分子型燃料電池のセル(燃料電池セルや単セル、単電池ということもある)は、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層(電極層)およびカソード側触媒層(電極層)とからなる膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を備えている。MEAの両側には、燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)が形成されている。GDLが両側に配置されたMEAは、MEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)と称され、MEGAは、一対のセパレータにより挟持されている。ここで、MEGAが燃料電池の発電部であり、ガス拡散層がない場合には、MEAが燃料電池の発電部となる。   For example, a polymer electrolyte fuel cell (sometimes referred to as a fuel cell, a single cell, or a single cell) includes an ion-permeable electrolyte membrane, an anode-side catalyst layer (electrode layer) that sandwiches the electrolyte membrane, and A membrane electrode assembly (MEA) comprising a cathode catalyst layer (electrode layer) is provided. On both sides of the MEA, a gas diffusion layer (GDL) is provided for supplying fuel gas or oxidant gas and collecting electricity generated by an electrochemical reaction. The MEA in which the GDL is arranged on both sides is referred to as MEGA (Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly), and the MEGA is sandwiched between a pair of separators. Here, when the MEGA is a power generation part of the fuel cell and there is no gas diffusion layer, the MEA becomes the power generation part of the fuel cell.

燃料電池(燃料電池スタックということもある)は、前記した如くの構成を有するセルを複数枚重ね合わせて積層し、そのセル積層体の両端に位置するセルの外側に一対のエンドプレート(プレッシャプレートやターミナルプレート、締結板などともいう)を配置し、セル積層体を一対のエンドプレートで加圧・締結し、その加圧・締結されたセル積層体(以下、燃料電池本体ということがある)をスタックケースに収容して構成される。   A fuel cell (sometimes referred to as a fuel cell stack) is formed by stacking a plurality of cells having the structure as described above, and a pair of end plates (pressure plates) outside the cells located at both ends of the cell stack. Or a terminal plate, a fastening plate, etc.), the cell stack is pressed and fastened with a pair of end plates, and the pressed and fastened cell stack (hereinafter sometimes referred to as a fuel cell body) Is housed in a stack case.

この種の燃料電池において、近年では、耐振動性や耐衝撃性を向上させつつ、燃料電池本体を構成するセルの位置ずれ(セルずれ)を防止するために、例えば、燃料電池本体と、燃料電池本体を内側に収容するスタックケースとの間に、介在層(以下、フィリングということがある)としてシリコンゴムやウレタンゴム等の弾性材料を介在させ、この介在層によって燃料電池本体をスタックケースに拘束するものが提案されている。   In this type of fuel cell, in recent years, for example, in order to prevent displacement of cells constituting the fuel cell body (cell displacement) while improving vibration resistance and impact resistance, An elastic material such as silicon rubber or urethane rubber is interposed as an intervening layer (hereinafter sometimes referred to as a filling) between the stack case and the fuel cell main body. A restraint is proposed.

また、前記した如くの燃料電池本体とスタックケースとの間に介在層を有する燃料電池は、例えば、燃料電池本体(セル積層体)の側面に介在層を配置し、その後、介在層を潰しながらスタックケースに燃料電池本体を挿入する方法などで製造される(例えば、下記特許文献1参照)。   Further, in the fuel cell having the intervening layer between the fuel cell main body and the stack case as described above, for example, the intervening layer is disposed on the side surface of the fuel cell main body (cell stack), and then the intervening layer is crushed. It is manufactured by a method of inserting a fuel cell main body into a stack case (see, for example, Patent Document 1 below).

特開2016−012408号公報JP 2006-012408 A

ところで、この種の燃料電池においては、前記したセル積層体を加圧・挟持するエンドプレートとして、当該セル積層体より平面方向の面積(積層方向で視たときの投影面積)が大きいエンドプレートを設ける場合がある。また、製造上の要件などにより、上記特許文献1に所載のものとは異なり、予めスタックケースの内面にフィリング(介在層)を貼り付けることが想定される。この場合、燃料電池の分解時に、エンドプレートがフィリングに引っ掛り、セル積層体に大きな応力が加わるおそれがある。   By the way, in this type of fuel cell, an end plate having a larger area in the plane direction (projected area when viewed in the stacking direction) than the cell stack is used as an end plate for pressurizing and sandwiching the cell stack. May be provided. Also, due to manufacturing requirements and the like, unlike the one described in Patent Document 1, it is assumed that a filling (intervening layer) is pasted on the inner surface of the stack case in advance. In this case, when the fuel cell is disassembled, the end plate may be caught by the filling and a large stress may be applied to the cell stack.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の分解時にセル積層体に加わる負荷を低減する燃料電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The place made into the objective is to provide the fuel cell which reduces the load added to a cell laminated body at the time of decomposition | disassembly of a fuel cell.

前記課題を解決すべく、本発明による燃料電池は、底部を有する筒状のスタックケースと、前記スタックケースに挿入されるセル積層体と、前記スタックケースの内周面に設けられ、前記スタックケースに挿入された前記セル積層体を加圧するフィリングと、を備え、前記セル積層体の前記底部と対向する位置には、挿入方向で視たときの面積が前記セル積層体より大きいエンドプレートが設けられ、前記エンドプレートの外周端面には、前記底部側とは逆方向に向けて先細となるテーパ面が設けられていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes a cylindrical stack case having a bottom, a cell stack inserted into the stack case, and an inner peripheral surface of the stack case. And a filling for pressurizing the cell stack inserted into the cell stack, and an end plate larger in area when viewed in the insertion direction than the cell stack is provided at a position facing the bottom of the cell stack. The end plate is provided with a tapered surface that tapers in a direction opposite to the bottom side on the outer peripheral end surface of the end plate.

本発明によれば、エンドプレートの外周端面に設けられたテーパ面によって、セル積層体を加圧するフィリングを徐々に潰しながらセル積層体をスタックケースから引き抜くことができ、燃料電池の分解時にセル積層体に加わる負荷を低減することができる。   According to the present invention, the cell stack can be pulled out from the stack case while the filling for pressurizing the cell stack is gradually crushed by the taper surface provided on the outer peripheral end surface of the end plate. The load applied to the body can be reduced.

本発明による燃焼電池の一実施形態の断面図である。1 is a cross-sectional view of one embodiment of a combustion battery according to the present invention. 図1に示される燃料電池(燃料電池スタック)の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the fuel cell (fuel cell stack) shown by FIG. 図1に示される燃料電池の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示される燃料電池の製造時の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view at the time of manufacture of the fuel cell shown by FIG. 図1に示される燃料電池の分解時の要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part when the fuel cell shown in FIG. 1 is disassembled.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態の一例に基づいて詳細に説明する。以下では、一例として、燃料電池車に搭載される燃料電池またはこれを含む燃料電池システムに本発明を適用した場合を例示して説明するが、適用範囲がこのような例に限られることはない。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings. Hereinafter, as an example, a case where the present invention is applied to a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or a fuel cell system including the fuel cell will be described as an example. However, the scope of application is not limited to such an example. .

[燃料電池(燃料電池スタック)の構成]
図1は、本発明による燃焼電池の一実施形態の断面図である。また、図2は、図1に示される燃料電池(燃料電池スタック)の要部断面図である。
[Configuration of fuel cell (fuel cell stack)]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a combustion battery according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the fuel cell (fuel cell stack) shown in FIG.

図示実施形態の燃料電池100は、基本的に、燃料電池本体10と、燃料電池本体10を内側に収容するスタックケース25と、燃料電池本体10とスタックケース25との間に配在される介在層としてのフィリング30とを備える。   The fuel cell 100 of the illustrated embodiment basically includes a fuel cell main body 10, a stack case 25 that accommodates the fuel cell main body 10 inside, and an interposition disposed between the fuel cell main body 10 and the stack case 25. And a filling 30 as a layer.

まず、本発明による燃料電池(燃料電池スタック)100として固体高分子型燃料電池を例にとり、図2を参照してその内部構成を概説する。   First, taking a solid polymer fuel cell as an example of the fuel cell (fuel cell stack) 100 according to the present invention, the internal configuration thereof will be outlined with reference to FIG.

図2は、燃料電池(燃料電池スタック)100の燃料電池本体10の要部を断面視した図である。図2に示すように、燃料電池本体10には、基本単位であるセル(単電池)1が複数積層されている(セル積層体9)。各セル1は、酸化剤ガス(例えば空気)と、燃料ガス(例えば水素)と、の電気化学反応により起電力を発生する固体高分子型燃料電池である。セル1は、MEGA2と、MEGA2を区画するように、MEGA2に接触するセパレータ(燃料電池用セパレータ)3とを備えている。なお、本実施形態では、MEGA2は、一対のセパレータ3、3により、挟持されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the fuel cell main body 10 of the fuel cell (fuel cell stack) 100. As shown in FIG. 2, a plurality of cells (unit cells) 1 that are basic units are stacked in a fuel cell body 10 (cell stack 9). Each cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell that generates an electromotive force by an electrochemical reaction between an oxidant gas (for example, air) and a fuel gas (for example, hydrogen). The cell 1 includes a MEGA 2 and a separator (fuel cell separator) 3 that contacts the MEGA 2 so as to partition the MEGA 2. In the present embodiment, the MEGA 2 is sandwiched between a pair of separators 3 and 3.

MEGA2は、膜電極接合体(MEA)4と、この両面に配置されたガス拡散層7、7とが、一体化されたものである。膜電極接合体4は、電解質膜5と、電解質膜5を挟むように接合された一対の電極6、6と、からなる。電解質膜5は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜からなり、電極6は、たとえば、白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材により形成される。電解質膜5の一方側に配置された電極6がアノードとなり、他方側の電極6がカソードとなる。ガス拡散層7は、例えばカーボンペーパ若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュ若しくは発泡金属等の金属多孔質体などのガス透過性を有する導電性部材によって形成される。   The MEGA 2 is obtained by integrating a membrane electrode assembly (MEA) 4 and gas diffusion layers 7 and 7 disposed on both sides thereof. The membrane electrode assembly 4 includes an electrolyte membrane 5 and a pair of electrodes 6 and 6 joined so as to sandwich the electrolyte membrane 5. The electrolyte membrane 5 is made of a proton-conductive ion exchange membrane made of a solid polymer material, and the electrode 6 is made of, for example, a porous carbon material carrying a catalyst such as platinum. The electrode 6 disposed on one side of the electrolyte membrane 5 is an anode, and the electrode 6 on the other side is a cathode. The gas diffusion layer 7 is formed of a conductive member having gas permeability, such as a carbon porous body such as carbon paper or carbon cloth, or a metal porous body such as a metal mesh or foam metal.

本実施形態では、MEGA2が、燃料電池100(の燃料電池本体10)の発電部であり、セパレータ3は、MEGA2のガス拡散層7に接触している。また、ガス拡散層7が省略されている場合には、膜電極接合体4が発電部であり、この場合には、セパレータ3は、膜電極接合体4に接触している。したがって、燃料電池100(の燃料電池本体10)の発電部は、膜電極接合体4を含むものであり、セパレータ3に接触する。   In the present embodiment, the MEGA 2 is a power generation unit of the fuel cell 100 (the fuel cell main body 10 thereof), and the separator 3 is in contact with the gas diffusion layer 7 of the MEGA 2. When the gas diffusion layer 7 is omitted, the membrane electrode assembly 4 is a power generation unit, and in this case, the separator 3 is in contact with the membrane electrode assembly 4. Therefore, the power generation unit of the fuel cell 100 (the fuel cell main body 10 thereof) includes the membrane electrode assembly 4 and contacts the separator 3.

セパレータ3は、導電性やガス不透過性などに優れた金属を基材とする板状の部材であって、その一面側がMEGA2のガス拡散層7と当接し、他面側が隣接する他のセパレータ3の他面側と当接している。   The separator 3 is a plate-like member based on a metal having excellent conductivity and gas impermeability, and one side of the separator 3 is in contact with the gas diffusion layer 7 of the MEGA 2 and the other side is adjacent to another separator. 3 is in contact with the other surface side.

本実施形態では、各セパレータ3は、波形状ないし凹凸状に形成されている。セパレータ3の形状は、波の形状が等脚台形をなし、かつ波の頂部が平坦で、この頂部の両端が等しい角度をなして角張っている。つまり、各セパレータ3は、表側から見ても裏側から見ても、ほぼ同じ形状である。MEGA2の一方のガス拡散層7には、セパレータ3の頂部が面接触し、MEGA2の他方のガス拡散層7には、セパレータ3の頂部が面接触している。   In this embodiment, each separator 3 is formed in a wave shape or an uneven shape. The shape of the separator 3 is such that the wave shape is an isosceles trapezoid and the top of the wave is flat, and both ends of the top are angular with equal angles. That is, each separator 3 has substantially the same shape when viewed from the front side and from the back side. The top of the separator 3 is in surface contact with one gas diffusion layer 7 of the MEGA 2, and the top of the separator 3 is in surface contact with the other gas diffusion layer 7 of the MEGA 2.

一方の電極(すなわちアノード)6側のガス拡散層7とセパレータ3との間に画成されるガス流路21は、燃料ガスが流通する流路であり、他方の電極(すなわちカソード)6側のガス拡散層7とセパレータ3との間に画成されるガス流路22は、酸化剤ガスが流通する流路である。セル1を介して対向する一方のガス流路21に燃料ガスが供給され、ガス流路22に酸化剤ガスが供給されると、セル1内で電気化学反応が生じて起電力が生じる。   The gas flow path 21 defined between the gas diffusion layer 7 on the one electrode (ie, anode) 6 side and the separator 3 is a flow path through which the fuel gas flows, and the other electrode (ie, cathode) 6 side. The gas flow path 22 defined between the gas diffusion layer 7 and the separator 3 is a flow path through which the oxidant gas flows. When the fuel gas is supplied to one gas flow path 21 facing through the cell 1 and the oxidant gas is supplied to the gas flow path 22, an electrochemical reaction occurs in the cell 1 to generate an electromotive force.

さらに、あるセル1と、それに隣接するもうひとつのセル1とは、アノードとなる電極6とカソードとなる電極6とを向き合わせて配置されている。また、あるセル1のアノードとなる電極6に沿って配置されたセパレータ3の背面側の頂部と、もうひとつのセル1のカソードとなる電極6に沿って配置されたセパレータ3の背面側の頂部とが、面接触している。隣接する2つのセル1間で面接触するセパレータ3、3の間に画成される空間23には、セル1を冷却する冷媒としての水が流通する。   Further, a certain cell 1 and another cell 1 adjacent thereto are arranged such that an electrode 6 serving as an anode and an electrode 6 serving as a cathode face each other. Further, the top on the back side of the separator 3 disposed along the electrode 6 serving as the anode of a certain cell 1 and the top of the back side of the separator 3 disposed along the electrode 6 serving as the cathode of another cell 1. Are in surface contact. In a space 23 defined between the separators 3 and 3 in surface contact between two adjacent cells 1, water as a coolant for cooling the cells 1 flows.

また、隣接する2つのセル1の端部間には、燃料ガス(例えば水素)または酸化剤ガス(例えば空気)や冷却用の水をシールするシール部材としてのガスケット(不図示)が挟圧保持されている。   In addition, a gasket (not shown) as a sealing member that seals fuel gas (for example, hydrogen) or oxidant gas (for example, air) or cooling water is held between the ends of two adjacent cells 1. Has been.

燃料電池本体10は、図1に示すように、主に、前記したセル積層体9と一対のエンドプレート11、12とを備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell main body 10 mainly includes the cell stack 9 and a pair of end plates 11 and 12.

一対のエンドプレート11、12は、セル積層体9の両端(セル積層方向両端)に位置するセル1の外側に配置され、前記燃料電池本体10は、セル積層体9を一対のエンドプレート11、12で所定面圧で挟まれ(拘束され)、さらにこれらエンドプレート11、12同士を繋ぐようにテンションプレート(図示省略)からなる拘束部材が配置された状態で積層方向への荷重が付与(加圧)されて締結される。セル積層体9等を積層状態で拘束するテンションプレートは、両エンドプレート11、12間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対が当該燃料電池本体10の両側に対向するように配置される。テンションプレートは、各エンドプレート11、12に接続され、セル積層体9の積層方向に所定の締結力(圧縮荷重)を作用させた状態を維持する。   The pair of end plates 11 and 12 are disposed outside the cell 1 located at both ends (both ends in the cell stacking direction) of the cell stack 9, and the fuel cell main body 10 includes the cell stack 9 and the pair of end plates 11, 12. 12 is sandwiched (restrained) at a predetermined surface pressure, and a load in the stacking direction is applied (applied) with a restraining member made of a tension plate (not shown) arranged so as to connect the end plates 11 and 12 to each other. Pressure) and fastened. The tension plate that restrains the cell stack 9 and the like in a stacked state is provided so as to bridge between the end plates 11 and 12. For example, a pair is opposed to both sides of the fuel cell main body 10. Be placed. The tension plate is connected to each end plate 11, 12 and maintains a state in which a predetermined fastening force (compression load) is applied in the stacking direction of the cell stack 9.

本例では、セル積層方向(後述するスタックケース25への挿入方向)に垂直な方向において、スタックケース25への挿入側(スタックケース25の底部26bと対向する位置)に配置されたエンドプレート11の幅がセル積層体9の最大幅より大きく、かつ、挿入方向で視たときのエンドプレート11の面積(外形)がセル積層体9の面積(外形)より大きく設計されている。また、そのエンドプレート11のスタックケース25への挿入側の端部外周(言い換えれば、エンドプレート11の外周端面11aにおけるスタックケース25の底部26b側)に、先端側(スタックケース25への挿入方向)に向けて先細(幅狭)となる円錐台面からなるテーパ面11tが設けられるともに、エンドプレート11の外周端面11aにおけるセル積層体9側に、底部26b側とは逆方向に向けて先細(幅狭)となる円錐台面からなるテーパ面11sが設けられている(後で詳述)。   In this example, the end plate 11 disposed on the insertion side to the stack case 25 (position facing the bottom portion 26b of the stack case 25) in the direction perpendicular to the cell stacking direction (insertion direction to the stack case 25 described later). Is larger than the maximum width of the cell stack 9, and the area (outer shape) of the end plate 11 when viewed in the insertion direction is designed to be larger than the area (outer shape) of the cell stack 9. Further, the outer periphery of the end portion of the end plate 11 on the insertion side into the stack case 25 (in other words, the bottom portion 26b side of the stack case 25 on the outer peripheral end surface 11a of the end plate 11), the tip end side (insertion direction into the stack case 25). ) Is provided with a tapered surface 11t that is tapered (narrow) toward the cell stack 9 side on the outer peripheral end surface 11a of the end plate 11, and is tapered in the direction opposite to the bottom 26b side ( A tapered surface 11s made of a truncated cone surface having a narrow width is provided (detailed later).

スタックケース25は、ケース本体26と蓋体27とを備える。なお、本例では、前記した一対のエンドプレート11のうちスタックケース25への挿入側とは反対側に配置されたエンドプレート12に蓋体27が一体に形成されている。言い換えれば、エンドプレート12が蓋体27を兼ねている。   The stack case 25 includes a case body 26 and a lid body 27. In this example, a lid 27 is integrally formed on the end plate 12 disposed on the opposite side of the pair of end plates 11 from the side inserted into the stack case 25. In other words, the end plate 12 also serves as the lid 27.

ケース本体26は、一端が開口した底部26b付きの角筒状を有する。詳しくは、燃料電池本体10を内側に収容するための空隙を有する概略矩形状ないし箱状の外観形状を備え、ケース本体26を構成する一面が開口(挿入開口)26aとなっており、その開口26aがエンドプレート12と一体とされた蓋体27で閉塞・封止されて、前記燃料電池本体10を圧縮状態で収容する。   The case body 26 has a rectangular tube shape with a bottom portion 26b that is open at one end. Specifically, it has a substantially rectangular or box-like appearance having a gap for accommodating the fuel cell body 10 inside, and one surface constituting the case body 26 is an opening (insertion opening) 26a. 26a is closed and sealed with a lid 27 integrated with the end plate 12, and the fuel cell body 10 is accommodated in a compressed state.

フィリング30は、燃料電池本体10(のセル積層体9)におけるセル積層方向に沿った側面(外周面)とスタックケース25(のケース本体26の側壁)の内周面との間に配置されている。   The filling 30 is disposed between the side surface (outer peripheral surface) along the cell stacking direction in the fuel cell main body 10 (the cell stack 9) and the inner peripheral surface of the stack case 25 (the side wall of the case main body 26). Yes.

本例では、前記フィリング30は、例えば略矩形状を有し、セル積層方向の断面(図1に示される断面)で視たときに、燃料電池本体10の側面(セル積層方向に沿った側面)およびスタック25の内周面の対向する位置に配設されるとともに、燃料電池本体10の側面(セル積層方向に沿った側面)に沿って間隔をあけて複数個(図示例では、3個)に分けて配列されている。このように、フィリング30が二つ以上かつ各々対向して設置されることで、燃料電池本体10(のセル積層体9)に作用する剪断歪みや回転モーメントを抑制することができる。   In this example, the filling 30 has, for example, a substantially rectangular shape, and when viewed in a cross section in the cell stacking direction (the cross section shown in FIG. 1), the side surface of the fuel cell body 10 (the side surface along the cell stacking direction). ) And a plurality of (three in the illustrated example) at intervals along the side surface (side surface along the cell stacking direction) of the fuel cell body 10. ) Are arranged separately. In this way, by providing two or more fillings 30 so as to face each other, shear strain and rotational moment acting on the fuel cell main body 10 (cell stack 9 thereof) can be suppressed.

なお、前記フィリング30は、スタックケース25(のケース本体26の側壁)の内周面の対向する位置に配設されていれば、その形状や大きさ、配置箇所等は、図示例に限られないことは勿論である。例えば、セル積層方向の断面で視たときに、燃料電池本体10におけるセル積層方向に沿った側面の一端から他端に亘って(つまり、間隔をあけずに連続的に)配置してもよい。   If the filling 30 is disposed at a position facing the inner peripheral surface of the stack case 25 (the side wall of the case body 26), the shape, size, placement location, and the like are limited to the illustrated example. Of course not. For example, when viewed in a cross section in the cell stacking direction, the fuel cell main body 10 may be arranged from one end to the other end of the side surface along the cell stacking direction (that is, continuously without any interval). .

前記フィリング30は、シリコンゴムやウレタンゴム等の柔軟性および絶縁性を有する弾性材料で形成され、スタックケース25(のケース本体26の側壁)の対向する内周面に付設されており、燃料電池本体10がスタックケース25に収容(挿入)される前の状態において(すなわち、フィリング30に対する荷重ゼロの状態において)、前記対向するフィリング30同士の最小間隔は、当該フィリング30に対向する燃料電池本体10のセル積層体9の最大幅より小さく設計されている。燃料電池本体10がスタックケース25に収容(挿入)されたときに、前記フィリング30は燃料電池本体10(のエンドプレート11)で弾性的に圧縮変形され(潰され)(図4参照)、その後、前記フィリング30が弾性的に(言い換えれば、その復元力により)膨らんで燃料電池本体10の各セル1の凹凸等に合わせて燃料電池本体10との隙間を埋め、燃料電池本体10の側面とスタックケース25(のケース本体26の側壁)の内周面との間で圧縮状態で狭圧保持される。このフィリング30の弾性によって、燃料電池本体10のセル積層体9がスタックケース25に拘束され、耐振動性や耐衝撃性が向上するとともに、燃料電池本体10を構成するセル1の位置ずれ(特に、積層方向に垂直な方向の位置ずれ)が抑止される。   The filling 30 is formed of a flexible and insulating elastic material such as silicon rubber or urethane rubber, and is attached to the opposing inner peripheral surface of the stack case 25 (the side wall of the case body 26). In a state before the main body 10 is accommodated (inserted) in the stack case 25 (that is, in a state where the load with respect to the filling 30 is zero), the minimum distance between the opposing fillings 30 is the fuel cell main body facing the filling 30. It is designed to be smaller than the maximum width of ten cell stacks 9. When the fuel cell body 10 is accommodated (inserted) in the stack case 25, the filling 30 is elastically compressed and deformed (collapsed) by the fuel cell body 10 (end plate 11 thereof) (see FIG. 4). The filling 30 is elastically expanded (in other words, due to its restoring force) to fill the gap between the fuel cell main body 10 according to the unevenness of each cell 1 of the fuel cell main body 10, and the side surface of the fuel cell main body 10. Narrow pressure is held in a compressed state between the inner peripheral surface of the stack case 25 (the side wall of the case body 26). Due to the elasticity of the filling 30, the cell stack 9 of the fuel cell main body 10 is restrained by the stack case 25, and vibration resistance and impact resistance are improved. In addition, the displacement of the cells 1 constituting the fuel cell main body 10 (particularly, , Positional deviation in a direction perpendicular to the stacking direction) is suppressed.

なお、前記フィリング30は、ポロプロピレン等の袋体に封入され、充填後にその袋体の内部で硬化して、前記した拘束機能等を発揮し得るものでもよい。   The filling 30 may be sealed in a bag made of polypropylene or the like and cured inside the bag after filling to exhibit the above-described restraining function or the like.

[燃料電池(燃料電池スタック)の製造方法および分解方法]
前記した燃料電池(燃料電池スタック)100を製造するに当たっては、まず、前記したセル1を所定間隔(例えば、約2mmピッチ)で複数枚積層するとともに、隣接する2つのセル1間に、シール用のガスケットを配置して、セル積層体9を形成する。
[Manufacturing method and disassembling method of fuel cell (fuel cell stack)]
In manufacturing the above-described fuel cell (fuel cell stack) 100, first, a plurality of the cells 1 described above are stacked at a predetermined interval (for example, about 2 mm pitch), and a seal is used between two adjacent cells 1 The cell laminate 9 is formed by arranging the gaskets.

次に、セル積層体9の両端に位置するセル1の外側に前記一対のエンドプレート11、12を配置し、前記エンドプレート11、12およびテンションプレート等を利用して、前記セル積層体9を(セル1の)積層方向に加圧(荷重を付与)し、各セル1のガス拡散層7、7を圧縮変形させ、各セル1間の間隔を(例えば、約2mmピッチから約1mmピッチまで)狭めて、燃料電池本体10を形成する。   Next, the pair of end plates 11 and 12 are disposed outside the cell 1 located at both ends of the cell stack 9, and the cell stack 9 is attached using the end plates 11 and 12 and a tension plate. Pressurize (apply a load) in the stacking direction (of cell 1), compressively deform gas diffusion layers 7 and 7 of each cell 1, and change the interval between cells 1 (for example, from about 2 mm pitch to about 1 mm pitch) The fuel cell body 10 is formed by narrowing.

次いで、前記したフィリング30を(例えば接着等により)配置固定したケース本体26を用意し、前記エンドプレート11、12およびテンションプレート等により加圧されて保持された燃料電池本体10を、前記エンドプレート11(のテーパ面11t)側からケース本体26の開口(挿入開口)26aを通してその内部に内挿し(図3参照)、エンドプレート12と一体とされた蓋体27をケース本体26の開口26aに締結して、前記燃料電池本体10をスタックケース25に封入する。   Next, a case main body 26 in which the above-described filling 30 is arranged and fixed (for example, by bonding) is prepared, and the fuel cell main body 10 pressed and held by the end plates 11 and 12 and the tension plate is used as the end plate. 11 (the taper surface 11t) side through the opening (insertion opening) 26a of the case body 26 (see FIG. 3), and the lid 27 integrated with the end plate 12 is inserted into the opening 26a of the case body 26. The fuel cell body 10 is sealed in the stack case 25 by fastening.

ここで、前記したように、燃料電池本体10のスタックケース25への挿入前の状態において、スタックケース25の対向する内周面に付設されたフィリング30同士の最小間隔、セル積層体9の最大幅、およびエンドプレート11の幅は、その順で大きくなるように設計されているので、燃料電池本体10をスタックケース25のケース本体26に挿入する(押し込む)と、エンドプレート11(のテーパ面11t)がフィリング30に衝接し、そのフィリング30を潰しながら(圧縮弾性変形させながら)燃料電池本体10がケース本体26に内挿されていく(図4参照)。エンドプレート11(のテーパ面11t)がフィリング30を潰しながら通過した後、フィリング30は、その後にその復元力(弾性力)により徐々に膨らんで初期厚みに戻っていくが、初期厚さを回復することなく圧縮状態で燃料電池本体10(のセル積層体9)の側面とスタックケース25(のケース本体26の側壁)の内周面との間に配置される。   Here, as described above, in the state before the fuel cell body 10 is inserted into the stack case 25, the minimum interval between the fillings 30 attached to the inner peripheral surfaces facing each other of the stack case 25, Since the end plate 11 and the width of the end plate 11 are designed to increase in that order, when the fuel cell main body 10 is inserted (pushed) into the case main body 26 of the stack case 25, the tapered surface of the end plate 11 ( 11t) contacts the filling 30 and the fuel cell main body 10 is inserted into the case main body 26 while the filling 30 is crushed (compressed and elastically deformed) (see FIG. 4). After the end plate 11 (the tapered surface 11t) passes while crushing the filling 30, the filling 30 is gradually expanded by its restoring force (elastic force) and then returns to the initial thickness, but the initial thickness is restored. Without being compressed, the fuel cell body 10 is disposed between the side surface of the fuel cell main body 10 (the cell stack 9) and the inner peripheral surface of the stack case 25 (the side wall of the case main body 26).

これにより、前記したセル拘束用のフィリング30が設けられた燃料電池100が製造されることになる。   As a result, the fuel cell 100 provided with the cell-constrained filling 30 is manufactured.

また、前記した燃料電池(燃料電池スタック)100を分解するに当たっては、蓋体27の締結を解いて、燃料電池本体10をケース本体26の開口(挿入開口)26aを通して引き抜く。このとき、エンドプレート11の外周端面11aに設けられたテーパ面(底部26b側とは反対側のセル積層体9側に設けられたテーパ面)11sが(圧縮状態の)フィリング30に衝接し、そのフィリング30を潰しながら燃料電池本体10がケース本体26から取り出されることになる(図5参照)。   In disassembling the fuel cell (fuel cell stack) 100, the lid 27 is unfastened and the fuel cell main body 10 is pulled out through the opening (insertion opening) 26a of the case main body 26. At this time, a taper surface (taper surface provided on the cell laminate 9 side opposite to the bottom 26b side) 11s provided on the outer peripheral end surface 11a of the end plate 11 abuts on the filling 30 (in a compressed state), The fuel cell body 10 is taken out from the case body 26 while the filling 30 is crushed (see FIG. 5).

なお、この場合、スタックケース25(のケース本体26)への挿入時の送り速度は、工程のサイクルタイムにより決まっているが、分解時の送り速度は特に制約がないため、テーパ面11sの(セル積層方向に対する)テーパ角θsを、テーパ面11tの(セル積層方向(挿入方向)に対する)テーパ角θtより大きく設定することができる。例えば、そのテーパ角θsを、テーパ角θtより大きく、45°以下に設定することができる(特に、図4および図5参照)。   In this case, the feed speed at the time of insertion into the stack case 25 (the case body 26) is determined by the cycle time of the process, but the feed speed at the time of disassembly is not particularly limited, so the ( The taper angle θs (with respect to the cell stacking direction) can be set larger than the taper angle θt (with respect to the cell stacking direction (insertion direction)) of the tapered surface 11t. For example, the taper angle θs can be set larger than the taper angle θt and not more than 45 ° (particularly, refer to FIGS. 4 and 5).

このように、本実施形態では、エンドプレート11の外周端面11aに設けられたテーパ面11sによって、燃料電池本体10のセル積層体9を加圧するフィリング30を徐々に潰しながら燃料電池本体10のセル積層体9をスタックケース25から引き抜くことができ、燃料電池100の分解時にフィリング30とエンドプレート11との引っ掛かりを回避して燃料電池本体10のセル積層体9に加わる負荷を低減することができる。   As described above, in the present embodiment, the cells 30 of the fuel cell main body 10 are gradually crushed by the tapered surface 11s provided on the outer peripheral end surface 11a of the end plate 11 while gradually crushing the filling 30 that pressurizes the cell stack 9 of the fuel cell main body 10. The stack 9 can be pulled out from the stack case 25, and the load applied to the cell stack 9 of the fuel cell body 10 can be reduced by avoiding the catching between the filling 30 and the end plate 11 when the fuel cell 100 is disassembled. .

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…セル(燃料電池セル)、2…MEGA、3…セパレータ、4…膜電極接合体(MEA)、5…電解質膜、6…電極、7…ガス拡散層、8…ガスケット、9…セル積層体、10…燃料電池本体、11…エンドプレート(挿入側、底部側)、11a…外周端面、11s…テーパ面(挿入側、底部側とは反対側)、11t…テーパ面(挿入側、底部側)、12…エンドプレート(挿入側、底部側とは反対側)、21、22…ガス流路、23…水が流通する空間、25…スタックケース、26…ケース本体、26a…開口(挿入開口)、26b…底部、27…蓋体、30…フィリング、100…燃料電池(燃料電池スタック) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell (fuel cell), 2 ... MEGA, 3 ... Separator, 4 ... Membrane electrode assembly (MEA), 5 ... Electrolyte membrane, 6 ... Electrode, 7 ... Gas diffusion layer, 8 ... Gasket, 9 ... Cell lamination 10, fuel cell main body, 11, end plate (insertion side, bottom side), 11 a, outer peripheral end surface, 11 s, taper surface (on the side opposite to the insertion side and bottom side), 11 t, taper surface (insertion side, bottom portion) Side), 12 ... end plate (insertion side, opposite to the bottom side), 21, 22 ... gas flow path, 23 ... space through which water flows, 25 ... stack case, 26 ... case body, 26a ... opening (insertion) Opening), 26b ... bottom, 27 ... lid, 30 ... filling, 100 ... fuel cell (fuel cell stack)

Claims (1)

底部を有する筒状のスタックケースと、
前記スタックケースに挿入されるセル積層体と、
前記スタックケースの内周面に設けられ、前記スタックケースに挿入された前記セル積層体を加圧するフィリングと、を備え、
前記セル積層体の前記底部と対向する位置には、挿入方向で視たときの面積が前記セル積層体より大きいエンドプレートが設けられ、
前記エンドプレートの外周端面には、前記底部側とは逆方向に向けて先細となるテーパ面が設けられている、燃料電池。
A cylindrical stack case having a bottom, and
A cell stack inserted into the stack case;
A filling provided on the inner peripheral surface of the stack case and pressurizing the cell stack inserted into the stack case,
At a position facing the bottom of the cell stack, an end plate larger in area when viewed in the insertion direction than the cell stack is provided,
A fuel cell in which an outer peripheral end surface of the end plate is provided with a tapered surface that tapers in a direction opposite to the bottom side.
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