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JP5086581B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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JP5086581B2
JP5086581B2 JP2006215358A JP2006215358A JP5086581B2 JP 5086581 B2 JP5086581 B2 JP 5086581B2 JP 2006215358 A JP2006215358 A JP 2006215358A JP 2006215358 A JP2006215358 A JP 2006215358A JP 5086581 B2 JP5086581 B2 JP 5086581B2
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Description

本発明は、電解質膜を燃料極と酸化剤極で挟持した単セル電池を複数積層し、周囲に反応ガス供給用の外部マニホールドを設けた燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack in which a plurality of single cell batteries each having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, and an external manifold for supplying a reaction gas is provided around the cell.

燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを、電池本体に供給することにより、電気化学的に反応させ、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して外部へ取り出す発電装置である。燃料電池は、発電効率が高く、汚染物質の排出および騒音が少ない環境性に優れた発電装置として評価されている。   A fuel cell is a power generator that supplies a fuel gas, such as hydrogen, and an oxidant gas, such as air, to the cell body to cause an electrochemical reaction, converting the chemical energy of the fuel directly into electrical energy and taking it out. Device. A fuel cell is highly evaluated as a power generation device that has high power generation efficiency and emits less pollutants and emits less noise.

このような燃料電池は、基本的には、電解質膜を燃料極と酸化剤極で挟持することにより構成されているが、電解質層としてプロトン伝導性を有する固体高分子膜を使用した固体高分子型燃料電池は、比較的低温で運転ができ、起動時間が短く、大きな出力密度が得られることから、定置電源用、車載電源用、携帯電源用として大きな注目を浴びている。   Such a fuel cell is basically configured by sandwiching an electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxidant electrode, but a solid polymer using a proton conductive solid polymer membrane as an electrolyte layer. Since the fuel cell can be operated at a relatively low temperature, has a short start-up time, and has a large output density, it is attracting much attention as a stationary power source, an in-vehicle power source, and a portable power source.

ここで、固体高分子型燃料電池の一例を説明する。まず、電解質膜を燃料極と酸化剤極で狭持した膜電極複合体(MEA:Membrane and Electrode Assembly)の両面に、ガス流通路を設けた電気伝導性のセパレータを配置することにより、単セル電池が形成されている。そして、この単セル電池を複数積層した積層体の両端を、エンドプレートで保持し、両エンドプレートを貫通した孔に複数のスタッドを通し、スプリングを介して積層体を締め付けることにより、燃料電池スタックが構成されている。   Here, an example of a polymer electrolyte fuel cell will be described. First, by disposing an electrically conductive separator with a gas flow path on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, a single cell A battery is formed. A fuel cell stack is obtained by holding both ends of a laminate in which a plurality of single cell batteries are laminated with end plates, passing a plurality of studs through holes penetrating both end plates, and tightening the laminate via a spring. Is configured.

燃料電池スタックの各単セル電池には、反応に必要な燃料(水素)と酸化剤(空気)及び冷却に必要な冷却水を均等に供給し、反応後はこれを回収する必要がある。このように、反応ガス・冷却水を分配・回収するマニホールドとしては、内部マニホールド方式と外部マニホールド方式がある。   It is necessary to uniformly supply the fuel (hydrogen), the oxidant (air) necessary for the reaction, and the cooling water necessary for the cooling to each single cell battery of the fuel cell stack, and recover this after the reaction. As described above, there are an internal manifold system and an external manifold system as manifolds for distributing and collecting the reaction gas / cooling water.

内部マニホールド方式では、単セル電池を構成する膜電極複合体とセパレータの周辺部には、ガスおよび冷却水供給・排出用の内部マニホールドが設けられており、セパレータのガス流通路・冷却水流通路と連通している。内部マニホールドは積層されて、分配・回収マニホールドを形成する。この分配・回収マニホールドは、集電板とエンドプレートを貫通し、エンドプレートに設けられたパイプと連通している。   In the internal manifold system, gas / cooling water supply / discharge internal manifolds are provided at the periphery of the membrane electrode assembly and separator constituting the single cell battery, and the separator gas flow path / cooling water flow path Communicate. The internal manifolds are stacked to form a distribution / recovery manifold. The distribution / recovery manifold passes through the current collector plate and the end plate, and communicates with a pipe provided on the end plate.

外部マニホールド方式では、セパレータに設けたガス流通路を、セパレータ端部まで延長して積層体側面に開口させ、別体の外部マニホールドを、積層体の4側面に配置して流通させている。このような外部マニホールド方式では、セパレータにマニホールドを含まないため、膜電極複合体の有効面積と同等の大きさとなり、セパレータをコンパクトにでき、コストダウンに有利である。   In the external manifold system, the gas flow passage provided in the separator is extended to the end of the separator and opened on the side surface of the laminated body, and separate external manifolds are arranged and distributed on the four side surfaces of the laminated body. In such an external manifold system, since the separator does not include a manifold, the size is equivalent to the effective area of the membrane electrode assembly, and the separator can be made compact, which is advantageous for cost reduction.

また、外部マニホールドには絶縁性の安価なプラスチックを用いることが可能なので、コストアップは最小限に抑えられる。外部マニホールドの容積も、セパレータの大きさの制約を受けずに設定可能であり、積層体を構成する各単セル電池のガス・冷却水流通路によって、均一にガスや冷却水を分配することが可能となる。   Further, since an inexpensive insulating plastic can be used for the external manifold, the cost increase can be minimized. The volume of the external manifold can also be set without being restricted by the size of the separator, and gas and cooling water can be evenly distributed by the gas / cooling water flow passage of each single cell battery constituting the laminate. It becomes.

特開平7−254427号JP-A-7-254427 特開2006−40807号JP 2006-40807 特開2001−93563号JP 2001-93563 A

ところで、外部マニホールド方式の場合には、外部マニホールドの寸法を積層体側面の寸法に合わせる必要があり、特に、積層体の高さに合せて設置することが難しい。また、外部マニホールドと積層体側面は、シール材によりシールする必要があり、外部マニホールドと積層体側面との確実な固定も必要となる。   By the way, in the case of the external manifold system, it is necessary to match the dimension of the external manifold with the dimension of the side surface of the laminated body, and it is particularly difficult to install according to the height of the laminated body. In addition, the external manifold and the side surface of the laminated body need to be sealed with a sealing material, and the external manifold and the side surface of the laminated body must be securely fixed.

このような外部マニホールドの固定方法としては、外部マニホールド同士をボルトで固定する方法(特許文献1参照)や、ワイヤーで締結する方法(特許文献2参照)、外部マニホールドを締付板に固定する方法(特許文献3参照)が開示されている。   Such external manifold fixing methods include a method of fixing the external manifolds with bolts (see Patent Document 1), a method of fastening with wires (see Patent Document 2), and a method of fixing the external manifold to a clamping plate. (See Patent Document 3).

外部マニホールド同士をボルトやワイヤーで固定する方法では、外部マニホールドの開口部の内寸が、積層体側面の溝開口部範囲より広く設定されていればよく、固定位置に制約はない。しかし、積層体に直接固定しないため、4側面における外部マニホールドのシール材の寸法変化を吸収することが困難である。一方、外部マニホールドを締付板に固定する方法では、外部マニホールドのシール材の寸法変化を独立して吸収できる。しかし、外部マニホールドの固定位置の調整が必要になる。   In the method of fixing the external manifolds with bolts or wires, the inner dimension of the opening of the external manifold may be set wider than the groove opening range on the side surface of the laminate, and the fixing position is not limited. However, since it is not directly fixed to the laminate, it is difficult to absorb the dimensional change of the seal material of the external manifold on the four side surfaces. On the other hand, in the method of fixing the external manifold to the fastening plate, the dimensional change of the seal material of the external manifold can be absorbed independently. However, it is necessary to adjust the fixing position of the external manifold.

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、外部マニホールドのシール材の寸法変化を確実に吸収できるとともに、積層体の高さに合わせて、外部マニホールドの固定位置を調整可能な燃料電池スタックを提供することにある。   The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to reliably absorb the dimensional change of the seal material of the external manifold, and to match the height of the laminate, An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of adjusting the fixed position of an external manifold.

上記の目的を達成するために、本発明は、電解質を一対の電極で挟持した単位電池と、前記電極に接する位置に配設され、反応ガス流通路が設けられたセパレータとによって構成される基本要素を、複数積層して積層体を構成し、前記積層体の両端を締め付け保持するエンドプレートと、前記積層体の側面に配置され、前記反応ガス流通路と連通した外部マニホールドとを備えた燃料電池スタックにおいて、前記外部マニホールドが、前記エンドプレートに固定され、前記外部マニホールド若しくは前記エンドプレートには、前記積層体の長さに合わせて固定場所を調整可能なスライド機構が設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a basic battery comprising a unit cell in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes, and a separator provided at a position in contact with the electrodes and provided with a reaction gas flow path. A fuel comprising: an end plate configured by laminating a plurality of elements to constitute a laminated body; and clamping and holding both ends of the laminated body; and an external manifold arranged on a side surface of the laminated body and communicating with the reaction gas flow passage In the battery stack, the external manifold is fixed to the end plate, and the external manifold or the end plate is provided with a slide mechanism capable of adjusting a fixing position according to the length of the stacked body. Features.

以上のような本発明では、スライド機構によって、エンドプレートに対する外部マニホールドの位置を調整できるので、シール材等が介在する場合や、積層体の高さが個体差により変化した場合であっても、寸法変化を吸収でき、外部マニホールドを確実に固定することが可能となる。   In the present invention as described above, since the position of the external manifold relative to the end plate can be adjusted by the slide mechanism, even when a sealing material or the like is interposed, or when the height of the laminated body changes due to individual differences, Dimensional changes can be absorbed and the external manifold can be securely fixed.

以上のように、本発明によれば、外部マニホールドのシール材の寸法変化を確実に吸収できるとともに、積層体の高さに合わせて、外部マニホールドの固定位置を容易に調整可能な燃料電池スタックを提供することができる。   As described above, according to the present invention, there is provided a fuel cell stack that can reliably absorb the dimensional change of the seal material of the external manifold and can easily adjust the fixing position of the external manifold according to the height of the stacked body. Can be provided.

以下、本発明の燃料電池スタックの実施の形態(以下、実施形態とする)について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the fuel cell stack of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
[構成]
図1〜3を参照して、本実施形態の構成を説明する。まず、図1に示すように、単セル電池は膜・電極複合体(MEA)1と、酸化剤セパレータ2、燃料・冷却水セパレータ3によって構成されている。酸化剤セパレータ2の表面には、酸化剤ガス流通路21が設けられており、その端部は、酸化剤セパレータ2の側面に開口している。燃料・冷却水セパレータ3の一方の表面には、燃料ガス流通路31が、もう一方の表面には冷却水流通路32が設けられており、それらの端部は、燃料・冷却水セパレータ3の側面に開口している。
[First Embodiment]
[Constitution]
The configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1, the single cell battery includes a membrane / electrode assembly (MEA) 1, an oxidant separator 2, and a fuel / cooling water separator 3. An oxidant gas flow passage 21 is provided on the surface of the oxidant separator 2, and an end thereof opens to the side surface of the oxidant separator 2. A fuel gas flow passage 31 is provided on one surface of the fuel / cooling water separator 3, and a cooling water flow passage 32 is provided on the other surface. Is open.

このような単セル電池は、複数積層されて積層体を構成している。積層体の長手方向の両端には、エンドプレート4が配置されている。このエンドプレート4は、絶縁性外部プレート41と導電性内部プレート42とで構成されている。絶縁性外部プレート41は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの耐熱性樹脂材料からなり、電池反応部分に対応する内側に凹状の窪み43が設けられている。絶縁性外部プレート41のコーナーには、突起44が設けられている。突起44の中心には孔が設けられ、この孔に締付スタッド5の両端を通し、締付スプリング51によって、積層体を挟んだエンドプレート4が締め付けられる構成となっている。   A plurality of such single cell batteries are stacked to form a stacked body. End plates 4 are arranged at both ends in the longitudinal direction of the laminate. The end plate 4 includes an insulating outer plate 41 and a conductive inner plate 42. The insulating external plate 41 is made of a heat-resistant resin material such as an epoxy resin, a vinyl ester resin, or a phenol resin, and is provided with a concave recess 43 on the inner side corresponding to the battery reaction part. Protrusions 44 are provided at the corners of the insulating external plate 41. A hole is provided at the center of the projection 44, and both ends of the fastening stud 5 are passed through the hole, and the end plate 4 sandwiching the laminated body is fastened by the fastening spring 51.

導電性内部プレート42は、ステンレスなどの導電性材料からなる1枚の平板(集電板)で、絶縁性外部プレート41の窪み43に配置されている。窪み43の中央には開口部45が設けられ、積層体の発電電流を外部に取り出す構造となっている。さらに、エンドプレート4の側面には、後述するマニホールドを固定するための固定用ネジ孔46が、複数個設けられている。   The conductive inner plate 42 is a single flat plate (current collector plate) made of a conductive material such as stainless steel, and is disposed in the recess 43 of the insulating outer plate 41. An opening 45 is provided at the center of the recess 43, and the structure is configured to extract the generated current of the laminated body to the outside. Further, a plurality of fixing screw holes 46 for fixing a manifold, which will be described later, are provided on the side surface of the end plate 4.

積層体の各側面には、図2に示すように、それぞれ酸化剤入口・冷却水出口外部マニホールド61、酸化剤出口・冷却水入口外部マニホールド62、燃料入口外部マニホールド63、燃料出口外部マニホールド64が配置されている。これらの各外部マニホールド61〜64は、酸化剤ガス流通路、燃料ガス流通路、冷却水流通路と連通していて、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜電極複合体に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行うように構成されている。なお、図中、61aは酸化剤入口、62aは酸化材出口、62bは冷却水入口、61bは冷却水出口、63aは燃料入口、64aは燃料出口である。   As shown in FIG. 2, an oxidant inlet / cooling water outlet external manifold 61, an oxidant outlet / cooling water inlet external manifold 62, a fuel inlet external manifold 63, and a fuel outlet external manifold 64 are provided on each side surface of the laminate. Has been placed. Each of these external manifolds 61 to 64 communicates with the oxidant gas flow path, the fuel gas flow path, and the cooling water flow path, and supplies and discharges fuel / oxidant gas necessary for the reaction to the membrane electrode assembly, A predetermined amount of cooling water is supplied to cool the heat generated by the reaction. In the figure, 61a is an oxidant inlet, 62a is an oxidant outlet, 62b is a cooling water inlet, 61b is a cooling water outlet, 63a is a fuel inlet, and 64a is a fuel outlet.

各外部マニホールド61〜64のエンドプレート4に対応する端部には、段差が設けられ、この段差には、図3に示すように、スライド機構用長孔65が形成されている。そして、スライド機構用長孔65を通した固定用ボルト(固定具)7が、固定用ネジ孔46にねじ込まれることにより、各外部マニホールド61〜64が、エンドプレート4に固定されている。   A step is provided at the end corresponding to the end plate 4 of each of the external manifolds 61 to 64, and a slide mechanism long hole 65 is formed in the step as shown in FIG. Then, the external bolts 61 to 64 are fixed to the end plate 4 by screwing the fixing bolt (fixing tool) 7 through the slide mechanism long hole 65 into the fixing screw hole 46.

各外部マニホールド61〜64とエンドプレート4の側面との間は、マニホールドシール材8によってシールされている。そして、固定用ボルト7と各外部マニホールド61〜64との間には、バネ座金71が挿入されており、マニホールドシール材8の経年劣化による寸法変化があっても締め付け力を維持するように構成されている。   A space between each of the external manifolds 61 to 64 and the side surface of the end plate 4 is sealed with a manifold seal material 8. A spring washer 71 is inserted between the fixing bolt 7 and each of the external manifolds 61 to 64 so that the tightening force is maintained even if the manifold seal material 8 undergoes dimensional changes due to aging. Has been.

エンドプレート4のシール幅(X)は、各外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)よりも大きく設定され、積層体を構成する単位電池Sの厚み寸法がばらつき、積層体高さが変化しても、確実にシールできようになっている。一方、エンドプレート4のマニホールドシール部分の外側に、エンドプレート4を固定する固定用ボルト7が挿入されるスライド機構用長孔65が設けられており、外部マニホールド61〜64の固定位置は、範囲(b)で示されるスライド機構用長孔65の幅の範囲で調整できる。   The seal width (X) of the end plate 4 is set to be larger than the seal width (Y) of each of the external manifolds 61 to 64, the thickness dimensions of the unit cells S constituting the laminate vary, and the laminate height changes. However, it can be sealed reliably. On the other hand, a slide mechanism long hole 65 into which a fixing bolt 7 for fixing the end plate 4 is inserted is provided outside the manifold seal portion of the end plate 4, and the fixing positions of the external manifolds 61 to 64 are within the range. It can be adjusted within the range of the width of the slide mechanism long hole 65 shown in FIG.

範囲(b)は、次式(1)の通り、エンドプレートシール位置に対するマニホールドシール位置の可動範囲(a)、すなわち、エンドプレート4のシール幅(X)と外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)の差よりも大きく設定されている。
b≧a=X−Y …式(1)
The range (b) is the movable range (a) of the manifold seal position relative to the end plate seal position, that is, the seal width (X) of the end plate 4 and the seal width ( Y) is set larger than the difference.
b ≧ a = XY (1)

さらに、次式(2)の通り、外部マニホールド61〜64のスライド範囲のうち、外側部分(d)は、エンドプレート4のシール部分の内側と外部マニホールド61〜64のシール部分の内側のクリアランス(c)よりも小さく設定されている。
c≧d …式(2)
Furthermore, as shown in the following equation (2), the outer portion (d) of the sliding range of the outer manifolds 61 to 64 is a clearance (inside the seal portion of the end plate 4 and the inner clearance of the seal portion of the outer manifolds 61 to 64). It is set smaller than c).
c ≧ d Formula (2)

[作用効果]
以上のような本実施形態によれば、式(1)の関係により、積層体の高さが個体差により変化しても、シール可動範囲(a)の範囲内で寸法変化を吸収でき、これより、外部マニホールド61〜64のスライド範囲(b)を大きくすることで、外部マニホールド61〜64を確実に固定することができる。
[Function and effect]
According to the present embodiment as described above, due to the relationship of the formula (1), even if the height of the laminate changes due to individual differences, dimensional changes can be absorbed within the range of the seal movable range (a). Thus, by increasing the slide range (b) of the external manifolds 61 to 64, the external manifolds 61 to 64 can be reliably fixed.

また、式(2)の関係により、外部マニホールド61〜64の調整範囲内において上記のクリアランスは常に正に保たれ、外部マニホールド61〜64のシール部分の内側がエンドプレート4のシール部分の内側、すなわち積層体の単位電池Sの外側に必ず位置し、積層体側面に開口したガス・冷却水流通路の溝を塞ぐことを防止できる。   Further, due to the relationship of the expression (2), the above clearance is always kept positive within the adjustment range of the external manifolds 61 to 64, and the inside of the seal portion of the external manifolds 61 to 64 is inside the seal portion of the end plate 4, That is, it is possible to prevent the groove of the gas / cooling water flow passage that is necessarily located outside the unit battery S of the laminated body and opened on the side surface of the laminated body from being blocked.

[第2の実施形態]
[構成]
図4〜6を参照して、本実施形態の構成を説明する。本実施形態の基本的な構成は、上記の第1の実施形態と同様である。但し、図4に示すように、エンドプレート4の側面に、スライド機構用長孔47が複数個設けられている。このスライド機構用長孔47は、図5に示すように、各外部マニホールド61〜64を固定するためのものであり、固定箇所は、次のような構造となっている。
[Second Embodiment]
[Constitution]
The configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, as shown in FIG. 4, a plurality of slide mechanism long holes 47 are provided on the side surface of the end plate 4. As shown in FIG. 5, the slide mechanism long hole 47 is for fixing each of the external manifolds 61 to 64, and the fixing portion has the following structure.

すなわち、図6(A)(B)に示すように、各外部マニホールド61〜64の両端には、固定用ツメ(固定用突出部)66が設けられている。この固定用ツメ66は、エンドプレート4の側面のスライド機構用長孔47に挿入されている。スライド機構用長孔47の内部には、厚みと平行な方向の鋸状の溝47aが形成されており、この溝47aに、固定用ツメ66の先鋭化した端部が係合する係合部となっていて、任意の位置で固定されるように構成されている。エンドプレート4と外部マニホールド61〜64との間には、上記の第1の実施形態と同様に、マニホールドシール材8とバネ座金71が挿入されている。エンドプレート4のシール幅(X)と外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)の設定も、第1の実施形態と同様である。   That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, fixing claws (fixing protrusions) 66 are provided at both ends of each of the external manifolds 61 to 64. The fixing claw 66 is inserted into the slide mechanism long hole 47 on the side surface of the end plate 4. A saw-like groove 47a in a direction parallel to the thickness is formed inside the long hole 47 for the slide mechanism, and an engaging portion with which the sharpened end of the fixing claw 66 engages with the groove 47a. It is configured to be fixed at an arbitrary position. A manifold seal member 8 and a spring washer 71 are inserted between the end plate 4 and the external manifolds 61 to 64 as in the first embodiment. The setting of the seal width (X) of the end plate 4 and the seal width (Y) of the external manifolds 61 to 64 is the same as in the first embodiment.

そして、外部マニホールド61〜64の固定位置は、範囲(b)で示されるスライド機構用長孔47の幅の範囲で調整できる。範囲(b)は、エンドプレートシール位置に対するマニホールドシール位置の可動範囲(a)、すなわち、エンドプレート4のシール幅(X)と外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)の差よりも大きく設定されている(式(1)と同様)。   And the fixed position of the external manifolds 61-64 can be adjusted in the range of the width | variety of the long hole 47 for slide mechanisms shown by the range (b). The range (b) is set larger than the movable range (a) of the manifold seal position relative to the end plate seal position, that is, the difference between the seal width (X) of the end plate 4 and the seal width (Y) of the external manifolds 61 to 64. (Similar to equation (1)).

さらに、外部マニホールド61〜64のスライド範囲のうち、内側部分(d)は、エンドプレート4のシール部分の内側と外部マニホールド61〜64のシール部分の内側のクリアランス(c)よりも小さく設定されている(式(2)と同様)。   Further, in the sliding range of the outer manifolds 61 to 64, the inner part (d) is set smaller than the clearance (c) between the inside of the seal part of the end plate 4 and the inside of the seal part of the outer manifolds 61 to 64. (Similar to equation (2)).

[作用効果]
以上のような本実施形態によれば、式(1)及び式(2)の関係により、上記の第1の実施形態と同様の作用効果が得られる。また、固定用ボルト7の代わりに固定用ツメ66を利用して、外部マニホールド61〜64を固定しているので、ボルト締めの必要がなく、ワンタッチで外部マニホールド61〜64の装着を実現できる。従って、外部マニホールド61〜64の装着の時間を大幅に低減でき、スタック製造コストの低減に寄与する。
[Function and effect]
According to the present embodiment as described above, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained by the relationship between the expressions (1) and (2). Further, since the external manifolds 61 to 64 are fixed using the fixing claws 66 instead of the fixing bolts 7, there is no need for bolt tightening, and the mounting of the external manifolds 61 to 64 can be realized with one touch. Therefore, the time for mounting the external manifolds 61 to 64 can be greatly reduced, which contributes to a reduction in stack manufacturing cost.

[第3の実施形態]
[構成]
図7及び図8を参照して、本実施形態の構成を説明する。本実施形態の基本的な構成は、上記の第1の実施形態と同様である。但し、図7及び図8に示すように、各外部マニホールド61〜64とエンドプレート4とは、マニホールドシール材8を介して金属製のバックル9で固定されている。バックル9にはバネ性が備わっており、マニホールドシール材8の経年劣化による寸法変化があっても、締め付け力を維持する。バックル9は、エンドプレート4の表面の突起部分に取り付けられており、ヒンジ機構により自由に回転できる構成となっている。エンドプレート4のシール幅(X)と外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)の設定も、第1の実施形態と同様である。
[Third Embodiment]
[Constitution]
The configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, as shown in FIGS. 7 and 8, the external manifolds 61 to 64 and the end plate 4 are fixed with a metal buckle 9 via a manifold seal material 8. The buckle 9 is provided with a spring property, and maintains the tightening force even if there is a dimensional change due to aging deterioration of the manifold seal material 8. The buckle 9 is attached to a protruding portion on the surface of the end plate 4 and can be freely rotated by a hinge mechanism. The setting of the seal width (X) of the end plate 4 and the seal width (Y) of the external manifolds 61 to 64 is the same as in the first embodiment.

そして、外部マニホールド61〜64の固定位置は、範囲(b)で示されるバックルの端部が接するスライド機構用窪み67の幅の範囲で調整できる。範囲(b)は、エンドプレートシール位置に対するマニホールドシール位置の可動範囲(a)、すなわち、エンドプレート4のシール幅(X)と外部マニホールド61〜64のシール幅(Y)の差よりも大きく設定されている(式(1)と同様)。   And the fixed position of the external manifolds 61-64 can be adjusted in the range of the width | variety of the hollow 67 for slide mechanisms which the edge part of the buckle shown by the range (b) contacts. The range (b) is set larger than the movable range (a) of the manifold seal position relative to the end plate seal position, that is, the difference between the seal width (X) of the end plate 4 and the seal width (Y) of the external manifolds 61 to 64. (Similar to equation (1)).

さらに、外部マニホールド61〜64のスライド範囲のうち、外側部分(d)は、エンドプレート4のシール部分の内側と外部マニホールド61〜64のシール部分の内側のクリアランス(c)よりも、小さく設定されている(式(2)と同様)。   Further, in the sliding range of the outer manifolds 61 to 64, the outer portion (d) is set to be smaller than the clearance (c) between the inside of the seal portion of the end plate 4 and the inside of the seal portion of the outer manifolds 61 to 64. (Similar to equation (2)).

[作用効果]
以上のような本実施形態によれば、式(1)及び式(2)の関係により、上記の第1の実施形態と同様の作用効果が得られる。また、固定用ボルト7の代わりに、バックル9を利用して外部マニホールド61〜64を固定しているので、ボルト締めの必要がなく、バックル9の回動により、ワンタッチで外部マニホールド61〜64の装着を実現できる。さらに、外部マニホールド61〜64の外側からバックル9によって留めるので、位置合せが容易となる。従って、外部マニホールド61〜64の装着の時間を大幅に低減でき、スタック製造コストの低減に寄与する。
[Function and effect]
According to the present embodiment as described above, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained by the relationship between the expressions (1) and (2). In addition, since the external manifolds 61 to 64 are fixed using the buckle 9 instead of the fixing bolt 7, there is no need for bolt tightening, and the rotation of the buckle 9 allows the external manifolds 61 to 64 to be touched one-touch. Mounting can be realized. Furthermore, since it fastens with the buckle 9 from the outer side of the external manifolds 61-64, alignment becomes easy. Therefore, the time for mounting the external manifolds 61 to 64 can be greatly reduced, which contributes to a reduction in stack manufacturing cost.

[他の実施形態]
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、各部材の寸法、数量、材質、形状等は自由に変更可能である。また、本発明は、固体高分子型燃料電池には限定されず、同様のマニホールドを必要とする燃料電池スタックに広く適用可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment as described above. For example, the size, quantity, material, shape, etc. of each member can be freely changed. The present invention is not limited to solid polymer fuel cells, and can be widely applied to fuel cell stacks that require similar manifolds.

本発明の第1の実施形態の燃料電池スタックの積層体を示す斜視図The perspective view which shows the laminated body of the fuel cell stack of the 1st Embodiment of this invention. 図1の実施形態の燃料電池スタックを示す斜視図The perspective view which shows the fuel cell stack of embodiment of FIG. 図1の実施形態の燃料電池スタックの断面図1 is a cross-sectional view of the fuel cell stack according to the embodiment of FIG. 本発明の第2の実施形態の燃料電池スタックの積層体を示す斜視図The perspective view which shows the laminated body of the fuel cell stack of the 2nd Embodiment of this invention. 図4の実施形態の燃料電池スタックを示す斜視図The perspective view which shows the fuel cell stack of embodiment of FIG. 図4の実施形態の燃料電池スタックの長手方向断面図(A)、これに直交する断面図(B)4A is a longitudinal sectional view of the fuel cell stack of the embodiment of FIG. 本発明の第3の実施形態の燃料電池スタックを示す斜視図The perspective view which shows the fuel cell stack of the 3rd Embodiment of this invention. 図7の実施形態の燃料電池スタックの断面図Sectional drawing of the fuel cell stack of embodiment of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…膜・電極複合体
2…酸化剤セパレータ
3…燃料・冷却水セパレータ
4…エンドプレート
5…締付スタッド
7…固定用ボルト
8…マニホールドシール材
9…バックル
21…酸化剤ガス流通路
31…燃料ガス流通路
32…冷却水流通路
41…絶縁性外部プレート
42…導電性内部プレート
43…窪み
44…突起
45…開口部
46…固定用ネジ孔
47,65…スライド機構用長孔
47a…溝
51…締付スプリング
61…酸化剤入口・冷却水出口外部マニホールド
62…酸化剤出口・冷却水入口外部マニホールド
63…燃料入口外部マニホールド
64…燃料出口外部マニホールド64
61a…酸化剤入口
62a…酸化材出口
62b…冷却水入口
61b…冷却水出口
63a…燃料入口
64a…燃料出口
66…固定用ツメ
71…バネ座金
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane electrode assembly 2 ... Oxidant separator 3 ... Fuel / cooling water separator 4 ... End plate 5 ... Tightening stud 7 ... Fixing bolt 8 ... Manifold seal material 9 ... Buckle 21 ... Oxidant gas flow passage 31 ... Fuel gas flow path 32 ... Cooling water flow path 41 ... Insulating outer plate 42 ... Conductive inner plate 43 ... Depression 44 ... Protrusion 45 ... Opening 46 ... Fixing screw holes 47, 65 ... Sliding mechanism long hole 47a ... Groove 51 ... Clamping spring 61 ... Oxidant inlet / cooling water outlet external manifold 62 ... Oxidant outlet / cooling water inlet external manifold 63 ... Fuel inlet external manifold 64 ... Fuel outlet external manifold 64
61a ... Oxidant inlet 62a ... Oxidant outlet 62b ... Cooling water inlet 61b ... Cooling water outlet 63a ... Fuel inlet 64a ... Fuel outlet 66 ... Fixing claw 71 ... Spring washer

Claims (5)

電解質を一対の電極で挟持した単位電池と、前記電極に接する位置に配設され、反応ガス流通路が設けられたセパレータとによって構成される基本要素を、複数積層して積層体を構成し、前記積層体の両端を締め付け保持するエンドプレートと、前記積層体の側面に配置され、前記反応ガス流通路と連通した外部マニホールドとを備えた燃料電池スタックにおいて、
前記外部マニホールドが、前記エンドプレートに固定され、
前記外部マニホールド若しくは前記エンドプレートには、前記積層体の長さに合わせて固定場所を調整可能なスライド機構が設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。
A plurality of basic elements constituted by a unit battery in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes and a separator provided at a position in contact with the electrodes and provided with a reaction gas flow path are laminated to form a laminate. In a fuel cell stack comprising an end plate that clamps and holds both ends of the laminate, and an external manifold that is disposed on a side surface of the laminate and communicates with the reaction gas flow path.
The external manifold is fixed to the end plate;
The fuel cell stack, wherein the external manifold or the end plate is provided with a slide mechanism capable of adjusting a fixing location in accordance with the length of the stacked body.
前記外部マニホールドを前記エンドプレートに固定する固定具を有し、
前記スライド機構は、前記外部マニホールドに設けられ、前記固定具が挿通される長孔を有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池スタック。
A fixture for fixing the outer manifold to the end plate;
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the slide mechanism has a long hole that is provided in the external manifold and through which the fixture is inserted.
前記スライド機構は、前記外部マニホールドに設けられた固定用突出部と、前記エンドプレートに設けられ、前記固定用突出部が係合する係合部とを有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池スタック。   2. The slide mechanism according to claim 1, wherein the slide mechanism includes a fixing protrusion provided on the external manifold, and an engaging portion provided on the end plate and engaged with the fixing protrusion. Fuel cell stack. 前記スライド機構は、エンドプレートに設けられたバックルを有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 1, wherein the slide mechanism has a buckle provided on an end plate. 電解質を一対の電極で挟持した単位電池と、前記電極に接する位置に配設され、反応ガス流通路が設けられたセパレータとによって構成される基本要素を、複数積層して積層体を構成し、前記積層体の両端を締め付け保持するエンドプレートと、前記積層体の側面に配置され、前記反応ガス流通路と連通した外部マニホールドとを備えた燃料電池スタックにおいて、
前記外部マニホールドが、前記エンドプレートに固定され、
前記外部マニホールドには、前記積層体の長さに合わせて固定場所を調整可能なスライド機構が設けられ、
前記外部マニホールドを前記エンドプレートに固定する固定具を有し、
前記スライド機構は、前記外部マニホールドの端部の段差により突出した部分に設けられ、前記固定具が挿通される長孔を有し、
前記エンドプレートの側面には、前記積層体の両端の前記エンドプレートを、互いに締め付け固定する締付スタッドが挿通される孔が設けられた突起が設けられ、
前記エンドプレートの側面における前記突起以外の厚みにより決定されるシール幅と、前記マニホールドにおける前記エンドプレートと重なり合う部分のうち、前記段差により突出した部分以外の肉厚部分により決定されるシール幅との差が、前記スライド機構の調整幅よりも小さく設定されていることを特徴とする燃料電池スタック。
A plurality of basic elements constituted by a unit battery in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes and a separator provided at a position in contact with the electrodes and provided with a reaction gas flow path are laminated to form a laminate. In a fuel cell stack comprising an end plate that clamps and holds both ends of the laminate, and an external manifold that is disposed on a side surface of the laminate and communicates with the reaction gas flow path.
The external manifold is fixed to the end plate;
The external manifold is provided with a slide mechanism that can adjust the fixing location according to the length of the laminate,
A fixture for fixing the outer manifold to the end plate;
The slide mechanism is provided in a portion protruding by a step at the end of the external manifold, and has a long hole through which the fixture is inserted,
On the side surface of the end plate, there is provided a protrusion provided with a hole through which a fastening stud for fastening and fixing the end plates at both ends of the laminated body to each other is provided,
The seal width determined by the thickness other than the protrusion on the side surface of the end plate, and the seal width determined by the thick portion other than the portion protruding due to the step among the portions overlapping the end plate in the manifold . The fuel cell stack is characterized in that the difference is set smaller than the adjustment width of the slide mechanism.
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