JP2001325985A - Fuel cell stack - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain power generation characteristics effectively with easy composition by giving desired cramping and fixing power certainly to a whole fuel cell stack. SOLUTION: Cramping bots 18 which are prepared in end plates 16a and 16b arranged to a direction of both ends of laminating of power generation cells 14 to clamp and fix the above power generation cells 14, an axial force detection means 32 to detect an axial force of the above cramping bolt 18, and a cramping power adjustment means 38 to adjust a cramping power of the above cramping bolt 18, based on the above detected axial force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質をアノード
側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を
有し、前記接合体をセパレータで挟持した発電セルを備
えた燃料電池スタックに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack having a joined body formed by sandwiching an electrolyte between an anode and a cathode, and a power generation cell having the joined body sandwiched by a separator. .

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）
は、炭化珪素多孔質（マトリックス）に濃厚リン酸を含
浸させた電解質層の両側に、それぞれカーボンを主体と
するアノード側電極およびカソード側電極を対設して構
成される接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セルを備えてお
り、通常、この発電セルを所定数だけ積層して燃料電池
スタックとして使用されている。2. Description of the Related Art For example, a phosphoric acid fuel cell (PAFC)
Is a method in which a bonded body composed of an anode electrode and a cathode electrode mainly composed of carbon is provided on both sides of an electrolyte layer in which concentrated phosphoric acid is impregnated in porous silicon carbide (matrix), and a separator ( A power generation cell constituted by being sandwiched by bipolar plates) is provided, and usually, a predetermined number of the power generation cells are stacked and used as a fuel cell stack.

【０００３】一方、固体高分子型燃料電池（ＳＰＦＣ）
は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質膜を採用しており、同様に前記電解質膜により構成
される接合体とセパレータとを備える発電セルを所定数
だけ積層して燃料電池スタックとして用いられている。On the other hand, a solid polymer fuel cell (SPFC)
Employs an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). Similarly, by stacking a predetermined number of power generation cells each having a joined body composed of the electrolyte membrane and separators, a fuel cell Used as a stack.

【０００４】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒
電極上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード
側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路
に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に
酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガス
ともいう）が供給されているために、このカソード側電
極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水
が生成される。[0004] In this type of fuel cell stack, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized on the catalyst electrode. It moves to the cathode side via the electrolyte. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy.
Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.

【０００５】ところで、発電セル内の接触抵抗が増大す
ると、内部抵抗損失が増大して端子電圧が低下してしま
う。このため、接触抵抗を低減させるべく電極面に付与
される面圧が適正かつ均一になるように、各発電セルに
所望の締め付け力を付与する必要がある。When the contact resistance in the power generation cell increases, the internal resistance loss increases and the terminal voltage decreases. For this reason, it is necessary to apply a desired tightening force to each power generation cell so that the surface pressure applied to the electrode surface in order to reduce the contact resistance becomes appropriate and uniform.

【０００６】そこで、例えば、特開平８−４５５３５号
公報に開示されている燃料電池締付装置が知られてい
る。図２に示すように、この燃料電池締付装置１は、上
下ボルスタ２ａ、２ｂ間に中間ホルダ３を挟んで燃料電
池スタック４が積層されるとともに、前記上下ボルスタ
２ａ、２ｂに配置される締め付けボルト５およびナット
６の締め付け作用下に、前記燃料電池スタック４が挟持
されている。その際、上ボルスタ２ａと燃料電池スタッ
ク４との間には、複数のばね７とベローズ８とが介装さ
れており、前記燃料電池スタック４に対して所定の締め
付け力を付与するように構成されている。Therefore, for example, a fuel cell tightening device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45535 is known. As shown in FIG. 2, the fuel cell tightening device 1 includes a fuel cell stack 4 stacked with an intermediate holder 3 interposed between upper and lower bolsters 2a and 2b, and a tightening device arranged on the upper and lower bolsters 2a and 2b. The fuel cell stack 4 is held under the action of tightening the bolts 5 and the nuts 6. At this time, a plurality of springs 7 and bellows 8 are interposed between the upper bolster 2a and the fuel cell stack 4 so as to apply a predetermined tightening force to the fuel cell stack 4. Have been.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発電セ
ルの運転に伴って、燃料電池スタック４内では、発電セ
ルの積層方向および発電面方向に温度分布が生じ、前記
燃料電池スタック４内には種々の方向に熱膨張差に起因
する変形が惹起され易い。特に、リン酸型燃料電池で
は、作動温度が１５０℃〜２５０℃と比較的高温であ
り、燃料電池スタック４内での変形量が相当に大きなも
のとなってしまう。However, with the operation of the power generation cells, a temperature distribution occurs in the fuel cell stack 4 in the direction in which the power generation cells are stacked and in the direction of the power generation surface. Is likely to be caused in the direction due to the difference in thermal expansion. Particularly, in the case of the phosphoric acid type fuel cell, the operating temperature is relatively high at 150 ° C. to 250 ° C., and the amount of deformation in the fuel cell stack 4 becomes considerably large.

【０００８】このため、上記の従来技術のようなばね７
とベローズ８とによる締め付け方法では、燃料電池スタ
ック４内の種々の方向および大きさの変形に追随するこ
とができない。これにより、燃料電池スタック４の締め
付け状態を適正かつ均一に維持することが困難になると
いう問題が指摘されている。For this reason, the spring 7 as in the above prior art is used.
With the fastening method using the bellows 8 and the bellows 8, deformation in various directions and sizes in the fuel cell stack 4 cannot be followed. As a result, it has been pointed out that it is difficult to maintain the tightened state of the fuel cell stack 4 properly and uniformly.

【０００９】しかも、各締め付けボルト５毎に締め付け
状態を調整することができず、実際に締め付け力の付与
に供せられない締め付けボルト５が存在してしまう。従
って、各発電セル間の面圧にばらつきが生じたり、適正
締め付け面圧以下になると、ガス漏れや発電セル間の接
触抵抗の増加等が発生し、燃料電池スタック４全体の発
電性能が低下するという問題がある。Moreover, the tightening state cannot be adjusted for each of the tightening bolts 5, and there are some tightening bolts 5 that are not actually used for applying the tightening force. Therefore, if the surface pressure between the power generation cells varies, or if the surface pressure becomes lower than the appropriate tightening surface pressure, gas leakage, an increase in contact resistance between the power generation cells, and the like occur, and the power generation performance of the entire fuel cell stack 4 decreases. There is a problem.

【００１０】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、積層される各発電セルに所望の締め付け力を確実に
付与するとともに、構成を有効に簡素化することが可能
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 kind of problem, and provides a fuel cell stack capable of reliably applying a desired tightening force to each of the stacked power generation cells and effectively simplifying the configuration. The purpose is to provide.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、発電セルの積層方向両端にエン
ドプレートが配置され、このエンドプレートに設けられ
た締め付けボルトの締め付け作用下に、積層された前記
発電セルが一体的に締め付け固定されるとともに、前記
締め付けボルトの軸力が軸力検出手段を介して検出され
ている。そして、検出された軸力に基づいて、締め付け
力調整手段の作用下に締め付けボルトの締め付け力が調
整される。In the fuel cell stack according to the first aspect of the present invention, end plates are disposed at both ends in the stacking direction of the power generation cells, and under the action of a tightening bolt provided on the end plate, The stacked power generation cells are integrally fastened and fixed, and the axial force of the tightening bolt is detected via axial force detecting means. Then, based on the detected axial force, the tightening force of the tightening bolt is adjusted under the action of the tightening force adjusting means.

【００１２】このように、締め付けボルトの軸力をリア
ルタイムで検出することにより、発電セルの締め付け状
態が確実に検出され、締め付け力調整手段を介して燃料
電池スタック内の各発電セルの面圧が最適状態に維持さ
れる。しかも、締め付けボルトの締め付け力が調整され
るため、特に、リン酸型燃料電池のように、運転に伴っ
て発電セルの積層方向および発電面方向に比較的大きな
変化が惹起される際にも、この変化に容易に追随するこ
とができる。これにより、発電セル間の面圧を維持して
ガス漏れや接触抵抗の増加を確実に阻止し、発電性能を
有効に向上させることが可能になる。As described above, by detecting the axial force of the tightening bolt in real time, the tightening state of the power generating cells is reliably detected, and the surface pressure of each power generating cell in the fuel cell stack is reduced via the tightening force adjusting means. Maintained in optimal condition. Moreover, since the tightening force of the tightening bolt is adjusted, especially when a relatively large change is caused in the stacking direction of the power generation cells and the power generation surface direction during operation, such as in a phosphoric acid type fuel cell, This change can be easily followed. As a result, it is possible to reliably prevent gas leakage and increase in contact resistance by maintaining the surface pressure between the power generation cells, and to effectively improve power generation performance.

【００１３】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、軸力検出手段が、締め付けボルトの歪み量
を検出する歪みゲージと、前記歪み量の温度補正を行う
ための温度センサとを備えている。従って、軸力検出手
段全体の構成が簡素化および小型化されるとともに、締
め付けボルトの軸力が高精度に検出される。[0013] In the fuel cell stack according to a second aspect of the present invention, the axial force detecting means includes a strain gauge for detecting a distortion amount of the tightening bolt, and a temperature sensor for performing temperature correction of the distortion amount. Have. Accordingly, the configuration of the entire axial force detecting means is simplified and downsized, and the axial force of the tightening bolt is detected with high accuracy.

【００１４】さらにまた、本発明の請求項３に係る燃料
電池スタックでは、締め付け力調整手段が、締め付けボ
ルトに螺合するナットを回転させるための電動アクチュ
エータを備えている。これにより、ナットを螺回させる
ために、電動アクチュエータとして、例えば、ステッピ
ングモータを用いることができ、簡単な構成で長ストロ
ークの調整が可能になり、特に、リン酸型燃料電池の締
め付け構造として有効に機能することができる。Further, in the fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, the tightening force adjusting means includes an electric actuator for rotating a nut screwed to the tightening bolt. As a result, for example, a stepping motor can be used as an electric actuator to screw the nut, and a long stroke can be adjusted with a simple configuration, which is particularly effective as a fastening structure for a phosphoric acid type fuel cell. Can function.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池スタック１０が組み込まれる燃料電池システム
１２の概略構成説明図である。FIG. 1 is a schematic structural explanatory view of a fuel cell system 12 incorporating a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention.

【００１６】燃料電池スタック１０は発電セル１４を備
え、この発電セル１４が矢印Ａ方向に所定数だけ積層さ
れており、その積層方向両端側にエンドプレート１６
ａ、１６ｂが配置される。エンドプレート１６ａ、１６
ｂが締め付けボルト１８とナット２０とにより締め付け
られることにより、複数の発電セル１４が一体的に矢印
Ａ方向に締め付け保持される。The fuel cell stack 10 includes power generation cells 14, and a predetermined number of the power generation cells 14 are stacked in the direction of arrow A, and end plates 16 are provided at both ends in the stacking direction.
a and 16b are arranged. End plates 16a, 16
By b being tightened by the fastening bolt 18 and the nut 20, the plurality of power generation cells 14 are integrally tightened and held in the direction of arrow A.

【００１７】発電セル１４は、炭化珪素多孔質、また
は、塩基性ポリマー、例えば、ポリベンズイミダゾール
にリン酸を含浸させた電解質層２２を挟んでカソード側
電極２４およびアノード側電極２６が配設される接合体
２８を有するとともに、前記カソード側電極２４および
前記アノード側電極２６には、例えば、多孔質層である
多孔質カーボンペーパ等からなるガス拡散層が配設され
る。接合体２８の両側にバイポーラ板として一対のセパ
レータ３０が配置されることにより、発電セル１４が構
成される。The power generation cell 14 includes a cathode electrode 24 and an anode electrode 26 sandwiching an electrolyte layer 22 made of porous silicon carbide or a basic polymer, for example, polybenzimidazole impregnated with phosphoric acid. The cathode electrode 24 and the anode electrode 26 are provided with a gas diffusion layer made of, for example, porous carbon paper, which is a porous layer. The power generation cell 14 is configured by disposing a pair of separators 30 as bipolar plates on both sides of the joined body 28.

【００１８】各締め付けボルト１８には、前記締め付け
ボルト１８の軸力を検出する軸力検出手段３２が組み込
まれる。この軸力検出手段３２は、締め付けボルト１８
に貼り付けられた、例えば、歪みゲージ３４と、前記歪
みゲージ３４により検出される歪み量の温度補正を行う
ための温度センサ３６とを備える。An axial force detecting means 32 for detecting the axial force of the tightening bolt 18 is incorporated in each tightening bolt 18. The axial force detecting means 32 is provided with the fastening bolt 18.
And a temperature sensor 36 for performing temperature correction of the amount of strain detected by the strain gauge 34, for example.

【００１９】ナット２０には、軸力検出手段３２により
検出される軸力（歪み量）に基づいて、締め付けボルト
１８の締め付け力を調整する締め付け力調整手段３８が
設けられる。この締め付け力調整手段３８は、ナット２
０を締め付けボルト１８に対して締め付け方向および弛
緩方向に回転させるために、例えば、ステッピングモー
タ等の電動アクチュエータ４０を備えている。The nut 20 is provided with a tightening force adjusting means 38 for adjusting the tightening force of the tightening bolt 18 based on the axial force (distortion amount) detected by the axial force detecting means 32. The tightening force adjusting means 38 includes a nut 2
An electric actuator 40 such as, for example, a stepping motor is provided to rotate 0 in the tightening direction and the loosening direction with respect to the tightening bolt 18.

【００２０】歪みゲージ３４は、動歪測定回路４２に接
続されており、動歪測定回路４２により測定された各締
め付けボルト１８の歪み量が電気信号として軸力演算回
路４４に送られる。この軸力演算回路４４に、各温度セ
ンサ３６から締め付けボルト１８の温度情報が電気信号
として入力される。軸力演算回路４４に比較回路４６が
接続されており、この軸力演算回路４４で検出された歪
み量が温度情報に基づいて温度補正された後、前記軸力
演算回路４４から前記比較回路４６に温度補正済みの電
気信号が送られる。The strain gauge 34 is connected to a dynamic strain measuring circuit 42, and the amount of distortion of each of the tightening bolts 18 measured by the dynamic strain measuring circuit 42 is sent to the axial force calculating circuit 44 as an electric signal. Temperature information of the fastening bolt 18 is input as an electric signal from each temperature sensor 36 to the axial force calculation circuit 44. A comparison circuit 46 is connected to the axial force calculating circuit 44. After the amount of distortion detected by the axial force calculating circuit 44 is temperature-corrected based on the temperature information, the axial force calculating circuit 44 outputs a signal from the comparing circuit 46 to the axial force calculating circuit 44. Is sent a temperature-corrected electrical signal.

【００２１】比較回路４６は、予め燃料電池スタック１
０に対応して設定された軸力の適正値が記憶されてお
り、この設定値と検出された歪み量の大小を比較して電
動アクチュエータ制御回路４８に軸力を増大または減少
させるための電気信号を送る。電動アクチュエータ制御
回路４８は、電動アクチュエータ４０を駆動制御すると
ともに、前記電動アクチュエータ４０が電源５０に接続
されている。The comparison circuit 46 is provided in advance in the fuel cell stack 1
An appropriate value of the axial force set corresponding to 0 is stored, and the electric actuator control circuit 48 compares the set value with the magnitude of the detected amount of distortion to increase or decrease the axial force. Send a signal. The electric actuator control circuit 48 controls the driving of the electric actuator 40, and the electric actuator 40 is connected to a power supply 50.

【００２２】このように構成される燃料電池システム１
２の動作について、以下に説明する。The fuel cell system 1 configured as described above
Operation 2 will be described below.

【００２３】まず、燃料電池スタック１０では、セパレ
ータ３０を介してアノード側電極２６に燃料ガスとして
水素含有ガスが供給される一方、カソード側電極２４側
には酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガスが供給さ
れる。これにより、各発電セル１４で発電が行われ、モ
ータ等の負荷に電力が供給されることになる。First, in the fuel cell stack 10, a hydrogen-containing gas is supplied as a fuel gas to the anode 26 via the separator 30, while air or oxygen-containing gas is supplied as an oxidant gas to the cathode 24. Supplied. Thus, power is generated in each power generation cell 14, and power is supplied to a load such as a motor.

【００２４】上記のように発電セル１４が作動すること
により、燃料電池スタック１０内では、前記発電セル１
４の積層方向および発電面方向に温度分布が発生し、前
記燃料電池スタック１０が種々の方向に変形し易い。The operation of the power generation cell 14 as described above causes the power generation cell 1 in the fuel cell stack 10.
Temperature distribution occurs in the stacking direction and the power generation surface direction of the fuel cell stack 4, and the fuel cell stack 10 is easily deformed in various directions.

【００２５】この場合、本実施形態では、矢印Ａ方向に
積層されている発電セル１４をエンドプレート１６ａ、
１６ｂを介して一体的に締め付け固定している各締め付
けボルト１８に、軸力検出手段３２および締め付け力調
整手段３８が設けられている。このため、各締め付けボ
ルト１８毎に、軸力検出手段３２を構成する歪みゲージ
３４を介してそれぞれの軸力である歪み信号が得られ、
この歪み信号が動歪測定回路４２に送られる。In this case, in this embodiment, the power generation cells 14 stacked in the direction of arrow A are connected to the end plates 16a,
Axial force detecting means 32 and tightening force adjusting means 38 are provided on each of the tightening bolts 18 which are integrally tightened and fixed via 16b. For this reason, for each of the tightening bolts 18, a strain signal as the axial force is obtained via the strain gauge 34 constituting the axial force detecting means 32,
This distortion signal is sent to the dynamic distortion measurement circuit 42.

【００２６】動歪測定回路４２では、測定された歪み量
を電気信号として軸力演算回路４４に送る一方、この軸
力演算回路４４には、各締め付けボルト１８の温度情報
が温度センサ３６を介して入力される。従って、軸力演
算回路４４は、各温度センサ３６からの温度情報に基づ
いて歪みの電気信号を温度補正した後、この温度補正さ
れた歪みの電気信号が比較回路４６に送られる。比較回
路４６では、予め燃料電池スタック１０に対応して設定
された軸力の適正値である歪み量基準値と、軸力演算回
路４４から入力された歪み量とが比較される。The dynamic strain measuring circuit 42 sends the measured strain amount as an electric signal to the axial force calculating circuit 44, and the axial force calculating circuit 44 receives the temperature information of each fastening bolt 18 via the temperature sensor 36. Is entered. Therefore, after the axial force calculating circuit 44 temperature-corrects the electric signal of the distortion based on the temperature information from each temperature sensor 36, the electric signal of the temperature-corrected distortion is sent to the comparing circuit 46. The comparison circuit 46 compares the distortion amount reference value, which is an appropriate value of the axial force set in advance for the fuel cell stack 10, with the distortion amount input from the axial force calculation circuit 44.

【００２７】比較回路４６では、検出された歪み量が歪
み量基準値よりも小さい場合には、軸力を増大させるよ
うに電動アクチュエータ制御回路４８に電気信号を送る
一方、前記検出された歪み量が前記歪み量基準値よりも
大きい場合には、前記軸力を減少させるように前記電動
アクチュエータ制御回路４８に電気信号を送る。電動ア
クチュエータ制御回路４８では、電動アクチュエータ４
０を駆動制御し、軸力を増大させる際にはナット２０が
締め付けボルト１８に対してねじ込む方向に回転する一
方、軸力を減少させる際には前記ナット２０が前記締め
付けボルト１８に対して弛緩する方向に回転する。When the detected amount of distortion is smaller than the distortion amount reference value, the comparing circuit 46 sends an electric signal to the electric actuator control circuit 48 so as to increase the axial force, while the detected amount of distortion is Is larger than the distortion reference value, an electric signal is sent to the electric actuator control circuit 48 so as to reduce the axial force. In the electric actuator control circuit 48, the electric actuator 4
When the axial force is increased and the axial force is increased, the nut 20 rotates in a direction in which the nut 20 is screwed into the tightening bolt 18, while when the axial force is reduced, the nut 20 relaxes with respect to the tightening bolt 18. Rotate in the direction you want.

【００２８】これにより、本実施形態では、燃料電池ス
タック１０の締め付け固定を行っている各締め付けボル
ト１８毎に、適正かつ有効な締め付け状態を確実に維持
することができるという効果が得られる。このため、ガ
ス漏れを阻止するとともに、各発電セル１４間の面当た
り状態が均一になり、接触抵抗が有効に低減されて燃料
電池スタック１０全体の発電性能が有効に向上すること
になる。As a result, in the present embodiment, an effect is obtained that an appropriate and effective tightening state can be reliably maintained for each of the tightening bolts 18 for tightening and fixing the fuel cell stack 10. For this reason, gas leakage is prevented, the surface contact state between the power generation cells 14 becomes uniform, the contact resistance is effectively reduced, and the power generation performance of the entire fuel cell stack 10 is effectively improved.

【００２９】しかも、本実施形態では、各締め付けボル
ト１８毎に軸力を検出し、その検出信号に基づいてナッ
ト２０を所定の方向に回転させることによって、前記締
め付けボルト１８の締め付け力を調整している。従っ
て、特に、燃料電池スタック１０がリン酸型燃料電池の
ように作動温度が比較的高温（１５０℃〜２５０℃）と
なって前記燃料電池スタック１０全体の変形量が大きい
場合であっても、この変形量に容易かつ確実に追随する
ことができ、前記燃料電池スタック１０全体に所望の締
め付け力を有効に付与することが可能になるという利点
がある。Further, in the present embodiment, the axial force is detected for each of the tightening bolts 18 and the nut 20 is rotated in a predetermined direction based on the detection signal, thereby adjusting the tightening force of the tightening bolts 18. ing. Therefore, in particular, even when the operating temperature of the fuel cell stack 10 is relatively high (150 ° C. to 250 ° C.) as in the case of the phosphoric acid type fuel cell and the amount of deformation of the entire fuel cell stack 10 is large, There is an advantage that the amount of deformation can be easily and reliably followed, and a desired tightening force can be effectively applied to the entire fuel cell stack 10.

【００３０】さらにまた、軸力検出手段３２が各締め付
けボルト１８に貼り付けられた歪みゲージ３４と、歪み
信号の温度補正をするために前記締め付けボルト１８に
設けられた温度センサ３６とを備えている。これによ
り、温度変化に対応して高精度な軸力検出作業が確実に
遂行されるとともに、軸力検出手段３２全体の構成が有
効に簡素化かつ小型化される。Further, the axial force detecting means 32 includes a strain gauge 34 attached to each tightening bolt 18, and a temperature sensor 36 provided on the tightening bolt 18 for correcting the temperature of the strain signal. I have. Thereby, the highly accurate axial force detecting operation is reliably performed in response to the temperature change, and the entire configuration of the axial force detecting means 32 is effectively simplified and downsized.

【００３１】[0031]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、積
層された発電セルを一体的に締め付け固定する締め付け
ボルトの軸力を検出し、この検出された軸力に基づいて
前記締め付けボルトの締め付け力が調整されるため、全
ての締め付けボルトを介して各発電セルに適正かつ有効
な締め付け力が確実に付与される。これにより、本発明
に係る燃料電池スタックによれば、簡単な構成で、変形
量の大小にも容易に対応することができ、ガス漏れ等が
少なく、しかも所望の発電性能を確実に維持することが
可能になる。In the fuel cell stack according to the present invention, the axial force of the tightening bolt for integrally tightening and fixing the stacked power generation cells is detected, and the tightening force of the tightening bolt is determined based on the detected axial force. Is adjusted, an appropriate and effective tightening force is reliably applied to each power generation cell via all the tightening bolts. Thus, according to the fuel cell stack of the present invention, it is possible to easily cope with the magnitude of deformation with a simple configuration, to reduce gas leakage and the like, and to reliably maintain desired power generation performance. Becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが組
み込まれる燃料電池システムの概略構成説明図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in which a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention is incorporated.

【図２】従来技術に係る燃料電池締付装置の概略構成説
明図である。FIG. 2 is a schematic configuration explanatory view of a fuel cell fastening device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池シス
テム １４…発電セル １６ａ、１６ｂ…エ
ンドプレート １８…締め付けボルト ２０…ナット ２２…電解質層 ２４…カソード側電
極 ２６…アノード側電極 ２８…接合体 ３０…セパレータ ３２…軸力検出手段 ３４…歪みゲージ ３６…温度センサ ３８…締め付け力調整手段 ４０…電動アクチュ
エータ ４２…動歪測定回路 ４４…軸力演算回路 ４６…比較回路 ４８…電動アクチュ
エータ制御回路 ５０…電源DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell system 14 ... Power generation cell 16a, 16b ... End plate 18 ... Tightening bolt 20 ... Nut 22 ... Electrolyte layer 24 ... Cathode side electrode 26 ... Anode side electrode 28 ... Joint body 30 ... Separator 32 ... Axial force detection means 34 Strain gauge 36 Temperature sensor 38 Tightening force adjustment means 40 Electric actuator 42 Dynamic strain measurement circuit 44 Axial force calculation circuit 46 Comparison circuit 48 Electric actuator control circuit 50 Power supply

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】電解質をアノード側電極とカソード側電極
とで挟んで構成される接合体を有し、前記接合体をセパ
レータにより挟持した発電セルと、 所定数の前記発電セルを積層した状態で、該発電セルの
積層方向両端に配置されるエンドプレートと、 前記エンドプレートに設けられ、積層された前記発電セ
ルを一体的に締め付け固定する締め付けボルトと、 前記締め付けボルトの軸力を検出する軸力検出手段と、 検出された前記軸力に基づいて、前記締め付けボルトの
締め付け力を調整する締め付け力調整手段と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。1. A power generation cell comprising an electrolyte sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, wherein said power generation cell is sandwiched between separators and a predetermined number of said power generation cells are stacked. An end plate disposed at both ends of the power generation cell in the stacking direction; a tightening bolt provided on the end plate for integrally tightening and fixing the stacked power generation cells; and an axis for detecting an axial force of the tightening bolt. A fuel cell stack, comprising: force detection means; and tightening force adjusting means for adjusting a tightening force of the tightening bolt based on the detected axial force. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
て、前記軸力検出手段は、前記締め付けボルトの歪み量
を検出する歪みゲージと、 前記歪み量の温度補正を行うための温度センサと、 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 axial force detecting means includes: a strain gauge for detecting an amount of distortion of the fastening bolt; and a temperature sensor for performing temperature correction of the amount of distortion. A fuel cell stack, comprising: 【請求項３】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
て、前記締め付け力調整手段は、前記締め付けボルトに
螺合するナットを回転させる電動アクチュエータを備え
ることを特徴とする燃料電池スタック。3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein said tightening force adjusting means includes an electric actuator for rotating a nut screwed into said tightening bolt.