JP2006108009A - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize light weight and small size while keeping good stiffness of a casing. <P>SOLUTION: The fuel cell stack 10 has a casing 24 holding a stacked member 14. The stacked member 14 has recesses 56a to 56d formed in the four sides of the periphery thereof. The side plates 70b and 70d forming the casing 24 have libs 88a and 88b formed protruded in the recesses 56a and 56b. The side plates 70c and 70a forming the casing 24 has libs 90a and 90a formed protruded in the recesses 56c and 56d. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.

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（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

この燃料電池において、アノード側電極には、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）が供給される一方、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。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜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は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。   In this fuel cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。   Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation. In this fuel cell stack, the stacked fuel cells need to be reliably pressurized and held in order to prevent an increase in the internal resistance of the fuel cell and a decrease in the sealing performance of the reaction gas.

そこで、例えば、特許文献１の燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図６に示すように、複数の単位セル１を積層した積層体２を備えるとともに、この積層体２の積層方向両端にエンドプレート３、３を介装して補助プレート４ａ、４ｂが配設されている。   Therefore, for example, a fuel cell stack of Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 6, the fuel cell stack includes a stacked body 2 in which a plurality of unit cells 1 are stacked, and auxiliary plates 4 a with end plates 3 and 3 interposed at both ends in the stacking direction of the stacked body 2. 4b are arranged.

積層体２の両側部に沿って、一対の締結バンド５、５が配置されている。締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂの端部には、円筒状の連結部６がそれぞれの孔部が一直線上に並ぶように設けられている。そして、各連結部６に金属ピン７が挿入されることにより、締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂが一体的に連結されている。   A pair of fastening bands 5 and 5 are disposed along both side portions of the laminate 2. Cylindrical connecting portions 6 are provided at the ends of the fastening bands 5 and 5 and the auxiliary plates 4a and 4b so that the respective holes are aligned in a straight line. The fastening bands 5 and 5 and the auxiliary plates 4a and 4b are integrally connected by inserting the metal pin 7 into each connecting portion 6.

補助プレート４ａには、複数のボルト８が螺合する一方、補助プレート４ｂには、複数の皿ばね９が配設されている。従って、ボルト８が螺入されると、エンドプレート３が下方に押圧されるとともに、補助プレート４ｂに配置された皿ばね９が圧縮され、一対のエンドプレート３を介して積層体２に必要な締結圧が付与される、としている。   A plurality of bolts 8 are screwed onto the auxiliary plate 4a, while a plurality of disc springs 9 are disposed on the auxiliary plate 4b. Therefore, when the bolt 8 is screwed in, the end plate 3 is pressed downward, and the disc spring 9 disposed on the auxiliary plate 4b is compressed, which is necessary for the laminated body 2 via the pair of end plates 3. The fastening pressure is applied.

上記の特許文献１では、締結バンド５、５の各連結部６と補助プレート４ａ、４ｂの連結部６とに金属ピン７が一体的に嵌合しており、前記補助プレート４ａ、４ｂ間の距離が固定されている。このため、経時変化等によって燃料電池スタックの締め付け荷重が低下した際には、複数のボルト８を締め付けることにより、所望の締め付け荷重を維持する必要がある。   In said patent document 1, the metal pin 7 is integrally fitted by each connection part 6 of the fastening bands 5 and 5 and the connection part 6 of auxiliary plate 4a, 4b, Between the said auxiliary plates 4a, 4b. The distance is fixed. For this reason, when the tightening load of the fuel cell stack is reduced due to a change over time or the like, it is necessary to maintain a desired tightening load by tightening the plurality of bolts 8.

しかしながら、特許文献１では、燃料電池スタックの締め付け荷重を調整するために、専用部品である複数のボルト８を備えている。従って、専用部品の追加によって燃料電池スタックの重量が増加するとともに、前記燃料電池スタックは、単位セル１の積層方向に大型化するという問題がある。   However, in patent document 1, in order to adjust the fastening load of the fuel cell stack, a plurality of bolts 8 which are dedicated parts are provided. Accordingly, there is a problem that the weight of the fuel cell stack increases due to the addition of the dedicated parts, and the fuel cell stack increases in size in the stacking direction of the unit cells 1.

そこで、例えば、特許文献２に開示されている燃料電池スタックでは、所定数の単セルを積層した積層体の外側に集電用電極（ターミナルプレート）を介装してエンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレートがヒンジ機構によってケースに連結されている。ケースは、エンドプレート間に上下及び左右に配設されるパネルを備えている。   Thus, for example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 2, an end plate is disposed outside a stacked body in which a predetermined number of single cells are stacked with a current collecting electrode (terminal plate) interposed therebetween. In addition, the end plate is connected to the case by a hinge mechanism. The case includes panels that are disposed vertically and horizontally between the end plates.

これにより、特許文献２では、特許文献１のボルト８が不要になるとともに、薄肉状のエンドプレートを用いることができ、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化が容易に図られる。   Thereby, in patent document 2, while the volt | bolt 8 of patent document 1 becomes unnecessary, a thin end plate can be used, and size reduction and weight reduction of the whole fuel cell stack are achieved easily.

特開２００１−１３５３４４号公報（図５）JP 2001-135344 A (FIG. 5) 特開２００２−２９８９０１号公報（図１）JP 2002-298901 A (FIG. 1)

ところで、上記の特許文献２では、ケースを構成する各パネルが平板状に構成されており、例えば、燃料電池スタックに捻れ方向に荷重が作用したり、振動が発生したりすると、前記パネルに変形が生じるおそれがある。このため、積層体が積層方向に対してずれてしまい、例えば、シール性が低下する場合がある。   By the way, in said patent document 2, each panel which comprises a case is comprised by flat form, for example, when a load acts in a twist direction or vibration generate | occur | produces in a fuel cell stack, it will deform | transform into the said panel. May occur. For this reason, a laminated body will shift | deviate with respect to the lamination direction, for example, a sealing performance may fall.

その際、パネルの剛性を向上させるために、例えば、このパネルにリブを設けたリブ付きパネルを採用することが考えられる。ところが、リブ付きパネルでは、積層体の積層方向に荷重が付与される際に曲げ変形が発生することを阻止する必要がある。このため、パネルの両側（積層体側及び反対側）に、それぞれリブが設けられる場合がある。   In that case, in order to improve the rigidity of a panel, it is possible to employ | adopt the panel with a rib which provided the rib in this panel, for example. However, in the panel with ribs, it is necessary to prevent the bending deformation from occurring when a load is applied in the stacking direction of the stacked body. For this reason, ribs may be provided on both sides (laminated body side and opposite side) of the panel.

しかしながら、リブが積層体側に突出すると、前記リブと前記積層体とが干渉するおそれがある。従って、リブ付きパネルと積層体との間には、リブから逃げるための隙間を設ける必要があり、燃料電池スタック全体が相当に大型化するという問題がある。   However, if the rib protrudes toward the laminate, the rib and the laminate may interfere with each other. Therefore, it is necessary to provide a gap for escaping from the rib between the ribbed panel and the laminate, and there is a problem that the entire fuel cell stack is considerably increased in size.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、ケーシングの剛性を良好に維持するとともに、軽量化及び小型化が容易に遂行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 an object thereof is to provide a fuel cell stack that can maintain the rigidity of the casing satisfactorily and can be easily reduced in weight and size.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックである。   The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It is a battery stack.

セパレータは、外周部に少なくとも１つの凹部を設けるとともに、ケーシングは、積層体の少なくとも１つの側部に配置される側板に、前記凹部に突出するリブ部を設けている。   The separator is provided with at least one concave portion on the outer peripheral portion, and the casing is provided with a rib portion protruding from the concave portion on a side plate disposed on at least one side portion of the laminate.

また、積層体は、一方の電極に供給される燃料ガスを積層方向に流す燃料ガス入口連通孔と、前記一方の電極から排出される前記燃料ガスを前記積層方向に流すとともに、前記燃料ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる燃料ガス出口連通孔と、他方の電極に供給される酸化剤ガスを前記積層方向に流す酸化剤ガス入口連通孔と、前記他方の電極から排出される前記酸化剤ガスを前記積層方向に流すとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる酸化剤ガス出口連通孔とを有する内部マニホールドを構成している。   The stacked body has a fuel gas inlet communication hole for flowing fuel gas supplied to one electrode in the stacking direction, and the fuel gas discharged from the one electrode flows in the stacking direction, and the fuel gas inlet The communication hole is a fuel gas outlet communication hole provided at a facing position, an oxidant gas inlet communication hole for flowing an oxidant gas supplied to the other electrode in the stacking direction, and the oxidation exhausted from the other electrode. In addition to flowing the oxidizing gas in the stacking direction, an internal manifold having an oxidizing gas outlet communicating hole provided at a position opposed to the oxidizing gas inlet communicating hole is constituted.

そして、凹部は、酸化剤ガス入口連通孔又は酸化剤ガス出口連通孔よりも燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔に近接して設けられることが好ましい。燃料ガスマニホールド（燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔）は、酸化剤ガスマニホールド（酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔）よりも開口面積が小さいため、燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔側のスペースに凹部を設けることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの吸排気の効率を良好に維持することができる。   The recess is preferably provided closer to the fuel gas inlet communication hole or the fuel gas outlet communication hole than to the oxidant gas inlet communication hole or the oxidant gas outlet communication hole. The fuel gas manifold (fuel gas inlet communication hole and fuel gas outlet communication hole) has a smaller opening area than the oxidant gas manifold (oxidant gas inlet communication hole and oxidant gas outlet communication hole), so the fuel gas inlet communication hole Alternatively, by providing the recess in the space on the fuel gas outlet communication hole side, the efficiency of intake and exhaust of the fuel gas and the oxidant gas can be maintained satisfactorily.

さらに、セパレータは、矩形状に構成されるとともに、四隅に面取り部が設けられることが好ましい。例えば、ケーシングを構成する側板同士がボルト及びナットにより連結される際、面取り部によって前記ボルト及び前記ナットを逃げることが可能になり、燃料電池スタック全体の小型化が容易に図られる。   Furthermore, the separator is preferably configured in a rectangular shape, and chamfered portions are provided at the four corners. For example, when the side plates constituting the casing are connected to each other by a bolt and a nut, the bolt and the nut can be escaped by the chamfered portion, and the entire fuel cell stack can be easily reduced in size.

さらにまた、少なくとも酸化剤ガス入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔の内壁面は、セパレータの面取り部に対応して面取り形状部を有することが好ましい。マニホールド内に生成水が生じた際に、面取り形状部の傾斜に沿って前記生成水を円滑に集めることができ、排水性を有効に向上させることが可能になる。   Furthermore, at least the inner wall surface of the oxidant gas inlet communication hole, the oxidant gas outlet communication hole, the fuel gas inlet communication hole, or the fuel gas outlet communication hole preferably has a chamfered portion corresponding to the chamfered portion of the separator. . When generated water is generated in the manifold, the generated water can be smoothly collected along the inclination of the chamfered portion, and the drainage can be effectively improved.

本発明では、ケーシングを構成する側板がリブ付きパネルを構成するため、平面状パネルに比べて剛性が向上する。従って、ケーシングに積層方向とは異なる方向、例えば、捻れ方向に荷重が付与されても、リブを介して良好に形状を保持するとともに、外部からの振動等にも影響されることがない。   In this invention, since the side plate which comprises a casing comprises a panel with a rib, rigidity improves compared with a planar panel. Therefore, even if a load is applied to the casing in a direction different from the stacking direction, for example, a twisting direction, the shape is satisfactorily maintained via the ribs and is not affected by external vibrations or the like.

しかも、セパレータの外周部には、側板のリブ部に対応して凹部が形成されるため、燃料電池スタックに衝撃が付与される際、前記リブ部と前記凹部との係合作用下に、積層体の平面内でのずれを有効に阻止することができる。   Moreover, since a recess is formed in the outer peripheral portion of the separator corresponding to the rib portion of the side plate, when the impact is applied to the fuel cell stack, lamination is performed under the engaging action of the rib portion and the recess. The displacement in the plane of the body can be effectively prevented.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。   FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack 10.

図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４により一体的に保持される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18 and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating spacer member 22 and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a casing 24 including end plates 20a and 20b each having a rectangular shape as end plates.

図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。   As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided.

単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、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入口連通孔３６ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂとが設けられる。   An oxidant gas inlet for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge of the unit cell 12 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 3) communicates with each other in the arrow A direction. A communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂは、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂよりも開口面積が大きく設定されている。   The other end edge of the unit cell 12 in the long side direction communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas inlet communication hole 38a for supplying fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. An outlet communication hole 36b is provided. The oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b have a larger opening area than the fuel gas inlet communication hole 38a and the fuel gas outlet communication hole 38b.

単位セル１２の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａ、４０ａが設けられるとともに、前記単位セル１２の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂ、４０ｂが設けられる。   Cooling medium inlet communication holes 40a and 40a for supplying a cooling medium are provided at the upper edge of the unit cell 12, and a cooling medium for discharging the cooling medium is provided at the lower edge of the unit cell 12. Outlet communication holes 40b and 40b are provided.

電解質膜・電極構造体３０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を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。   The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部により構成される。   A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas inlet communication hole 38 a and the fuel gas outlet communication hole 38 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by a plurality of grooves extending in the direction of arrow B, for example. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b is formed. This cooling medium flow path 50 is configured by a plurality of grooves extending in the direction of arrow C.

第１金属セパレータ３２は、矩形状に構成されるとともに、例えば、四隅に面取り部５２が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂの各内壁面は、各面取り部５２に対応して面取り形状部５４を有する。   The first metal separator 32 is configured in a rectangular shape, and for example, chamfered portions 52 are provided at four corners. The inner wall surfaces of the oxidant gas inlet communication hole 36 a, the oxidant gas outlet communication hole 36 b, the fuel gas inlet communication hole 38 a, and the fuel gas outlet communication hole 38 b have a chamfered shape portion 54 corresponding to each chamfered portion 52.

第１金属セパレータ３２の少なくとも外周部一辺に、本実施形態では、外周部四辺に、それぞれ凹部５６ａ〜５６ｄが設けられる。凹部５６ａ、５６ｂは、第１金属セパレータ３２の長辺（上辺及び下辺）の略中間位置に設けられる一方、凹部５６ｃ、５６ｄは、短辺（両側辺）にそれぞれ酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂよりも燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａに近接して設けられる。   Concave portions 56a to 56d are provided on at least one side of the outer peripheral portion of the first metal separator 32, and on the four sides of the outer peripheral portion in the present embodiment. The recesses 56a and 56b are provided at approximately the middle position of the long side (upper side and lower side) of the first metal separator 32, while the recesses 56c and 56d are provided on the short side (both sides) with the oxidizing gas inlet communication holes 36a and 36a, respectively. It is provided closer to the fuel gas outlet communication hole 38b and the fuel gas inlet communication hole 38a than the oxidant gas outlet communication hole 36b.

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路５８が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５８は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。   On the surface 34 a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30, for example, an oxidant gas flow path 58 including a plurality of grooves extending in the direction of arrow B is provided. The path 58 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端部を周回して第１シール部材６０が一体成形される。第１シール部材６０は、面３２ａで燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。   A first seal member 60 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral end of the first metal separator 32. The first seal member 60 surrounds and communicates the fuel gas inlet communication hole 38a, the fuel gas outlet communication hole 38b, and the fuel gas passage 48 with the surface 32a, while the surface 32b communicates with the cooling medium inlet communication hole 40a. The medium outlet communication hole 40b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated with each other.

第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端部を周回して第２シール部材６２が一体成形される。第２シール部材６２は、面３４ａで酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。   A second seal member 62 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral end of the second metal separator 34. The second seal member 62 surrounds and communicates the oxidant gas inlet communication hole 36a, the oxidant gas outlet communication hole 36b, and the oxidant gas flow path 58 on the surface 34a, while the surface 34b communicates with the cooling medium inlet communication hole. The cooling medium outlet communication hole 40b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated with each other.

図２に示すように、第１及び第２シール部材６０、６２間には、固体高分子電解質膜４２の外周が直接ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール６４が介装される。   As shown in FIG. 2, a seal 64 is interposed between the first and second seal members 60 and 62 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24. .

図１及び図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部６８ａ、６８ｂが形成される。端子部６８ａ、６８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。   As shown in FIGS. 1 and 2, plate-like terminal portions 68a and 68b projecting in the surface direction are formed at the ends of the terminal plates 16a and 16b. For example, a load such as a traveling motor is connected to the terminal portions 68a and 68b.

ケーシング２４は、図１に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板７０ａ〜７０ｄと、前記側板７０ａ〜７０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）７２ａ〜７２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板７０ａ〜７０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン７４ａ、７４ｂとを備える。側板７０ａ〜７０ｄは、薄板金属製プレートで構成される。   As shown in FIG. 1, the casing 24 includes end plates 20 a and 20 b that are end plates, a plurality of side plates 70 a to 70 d disposed on the side of the laminated body 14, and end portions of the side plates 70 a to 70 d that are close to each other. Angle members (for example, L angles) 72a to 72d that connect the portions, and connecting pins 74a and 74b that connect the end plates 20a and 20b and the side plates 70a to 70d, respectively, having different lengths. The side plates 70a to 70d are constituted by thin metal plates.

エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの第１連結部７６ａ、７６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部７６ｃ、７６ｄが突出形成される。第１連結部７６ａ〜７６ｄには、孔７７ａ〜７７ｄが貫通形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部７８ａ、７８ｂが形成される。このボス部７８ａ、７８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。   Two first connecting portions 76a and 76b are formed on the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, respectively, and one first connecting portion 76c and 76d is formed on the both sides. The Holes 77a to 77d are formed through the first connecting portions 76a to 76d. Mount boss portions 78a and 78b are formed at the lower ends of the sides of the end plates 20a and 20b. The boss portions 78a and 78b are fixed to mounting portions (not shown) via bolts or the like, so that the fuel cell stack 10 is mounted on, for example, a vehicle.

積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板７０ａ、７０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２連結部８０ａ、８０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板７０ｂ、７０ｄの長手方向両端には、第２連結部８２ａ、８２ｂが３つずつ形成される。第２連結部８０ａ、８０ｂには、孔８１ａ、８１ｂが形成されるとともに、第２連結部８２ａ、８２ｂには、孔８３ａ、８３ｂが形成される。   Two second connecting portions 80a and 80b are formed at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the side plates 70a and 70c arranged on both sides in the arrow B direction of the laminate 14. Three second connecting portions 82a and 82b are formed at both ends in the longitudinal direction of the side plates 70b and 70d disposed on both the upper and lower sides of the laminated body 14, respectively. Holes 81a and 81b are formed in the second connecting portions 80a and 80b, and holes 83a and 83b are formed in the second connecting portions 82a and 82b.

側板７０ａ、７０ｃの各第２連結部８０ａ、８０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部７６ｃ、７６ｄが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン７４ａが一体的に挿入されて、前記側板７０ａ、７０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。   Between the second connecting portions 80a and 80b of the side plates 70a and 70c, first connecting portions 76c and 76d on both sides of the end plates 20a and 20b are disposed, and a short connecting pin 74a is integrally formed therewith. The side plates 70a and 70c are attached to the end plates 20a and 20b.

同様に、側板７０ｂ、７０ｄの第２連結部８２ａ、８２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部７６ａ、７６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン７４ｂが一体的に挿入されて、前記側板７０ｂ、７０ｄが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。   Similarly, the second connecting portions 82a and 82b of the side plates 70b and 70d are alternately arranged with the first connecting portions 76a and 76b on the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, and a long connecting pin 74b is provided on these. The side plates 70b and 70d are attached integrally to the end plates 20a and 20b.

側板７０ａ〜７０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔８４が形成される一方、アングル部材７２ａ〜７２ｄの各辺には、前記ねじ孔８４に対応して孔部８６が形成される。各孔部８６に挿入される各ねじ８７がねじ孔８４に螺合することにより、アングル部材７２ａ〜７２ｄを介して側板７０ａ〜７０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図４参照）。   In the side plates 70a to 70d, a plurality of screw holes 84 are formed at both edges in the short direction, respectively, while holes 86 are formed on the sides of the angle members 72a to 72d corresponding to the screw holes 84, respectively. Is done. The screws 87 inserted into the holes 86 are screwed into the screw holes 84, whereby the side plates 70a to 70d are fixed to each other via the angle members 72a to 72d. Thereby, the casing 24 is configured (see FIG. 4).

なお、アングル部材７２ａ〜７２ｄにねじ孔を形成する一方、側板７０ａ〜７０ｄに孔部を形成し、前記アングル部材７２ａ〜７２ｄを前記側板７０ａ〜７０ｄの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。また、側板７０ａ〜７０ｄの内側面にナット又はねじ８７を固着して前記ナットにねじ８７又は前記ねじ８７にナットを螺合してもよい。   While the screw holes are formed in the angle members 72a to 72d, the holes are formed in the side plates 70a to 70d, and the angle members 72a to 72d are disposed inward of the side plates 70a to 70d, and these are integrated. Alternatively, it may be screwed. Further, nuts or screws 87 may be fixed to the inner side surfaces of the side plates 70a to 70d, and the nuts may be screwed onto the nuts 87 or the screws 87.

図１及び図５に示すように、側板７０ｂ、７０ｄには、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在して１つのリブ部８８ａと、前記リブ部８８ａの両側に配置される２つのリブ部８８ｂとが一体成形され、リブ付きパネルが構成される。１つのリブ部８８ａは、積層体１４側に、すなわち、凹部５６ａ、５６ｂ側に突出する一方、２つのリブ部８８ｂは、前記積層体１４から離間する側に突出する。   As shown in FIGS. 1 and 5, the side plates 70 b and 70 d extend in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14, and are disposed on one side of the rib portion 88 a. Two rib portions 88b are integrally formed to form a ribbed panel. One rib portion 88a protrudes toward the laminated body 14, that is, toward the concave portions 56a and 56b, while the two rib portions 88b protrude toward the side away from the laminated body 14.

１つのリブ部８８ａの突出量と、２つのリブ部８８ｂの突出量とが同等に設定されることにより、側板７０ｂ、７０ｄの中立面ＮＳ上に前記側板７０ｂ、７０ｄの板厚中心ＰＣが配設される（図２参照）。第２連結部８２ａ、８２ｂに挿入される連結ピン７４ｂの中心Ｏは、側板７０ｂ、７０ｄの板厚中心ＰＣ及び中立面ＮＳ上に配設される。   By setting the protruding amount of one rib portion 88a and the protruding amount of two rib portions 88b to be equal, the plate thickness center PC of the side plates 70b and 70d is formed on the neutral surface NS of the side plates 70b and 70d. Arranged (see FIG. 2). The center O of the connecting pin 74b inserted into the second connecting portions 82a and 82b is disposed on the plate thickness center PC and the neutral plane NS of the side plates 70b and 70d.

ここで、側板７０ｂ、７０ｄの中立面とは、パネル断面の変形が微少であると仮定した場合に、この側板７０ｂ、７０ｄに曲げ応力が作用する際、理論的に応力及び歪みが０となると推定される面（伸縮が発生しない面）をいう。なお、側板７０ｂ、７０ｄの中立面ＮＳ上に連結ピン７４ｂの中心Ｏが配設されるとは、前記側板７０ｂ、７０ｄの中立軸（中立面が断面と交わる直線）と前記連結ピン７４ｂの軸芯とが同一平面上にあると換言することができる。   Here, the neutral planes of the side plates 70b and 70d mean that when bending stress acts on the side plates 70b and 70d, assuming that the deformation of the panel cross section is very small, the stress and strain are theoretically zero. This is the surface that is estimated to be (surface that does not expand or contract). Note that the center O of the connecting pin 74b is disposed on the neutral surface NS of the side plates 70b and 70d means that the neutral axis (a straight line where the neutral surface intersects the cross section) of the side plates 70b and 70d and the connecting pin 74b. In other words, it can be said that the axial center of each other is on the same plane.

側板７０ａ、７０ｃには、図１及び図５に示すように、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在してそれぞれ１つのリブ部９０ａ、９０ｂが一体成形され、リブ付きパネルが構成される。リブ部９０ａは、積層体１４側に、すなわち、凹部５６ｄ、５６ｃ側に突出する一方、リブ部９０ｂは、前記積層体１４から離間する側に突出する。   As shown in FIGS. 1 and 5, the ribs 90 a and 90 b are integrally formed on the side plates 70 a and 70 c so as to extend in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14, respectively. Composed. The rib portion 90a protrudes toward the laminated body 14, that is, toward the concave portions 56d and 56c, while the rib portion 90b protrudes toward the side away from the laminated body 14.

リブ部９０ａ、９０ｂの突出量が同等に設定されることにより、側板７０ａ、７０ｃの中立面上に前記側板７０ａ、７０ｃの板厚中心が配設される。第２連結部８０ａ、８０ｂに挿入される連結ピン７４ａの中心は、側板７０ａ、７０ｃの板厚中心及び中立面上に配設される。   By setting the protruding amounts of the rib portions 90a and 90b to be equal, the thickness centers of the side plates 70a and 70c are disposed on the neutral surfaces of the side plates 70a and 70c. The centers of the connecting pins 74a inserted into the second connecting portions 80a and 80b are disposed on the plate thickness centers and neutral surfaces of the side plates 70a and 70c.

図１及び図４に示すように、エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向一端には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連結される酸化剤ガス供給配管９２ａと、燃料ガス出口連通孔３８ｂに連結される燃料ガス排出配管９４ｂとが設けられる。エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向他端には、燃料ガス入口連通孔３８ａに連結される燃料ガス供給配管９４ａと、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連結される酸化剤ガス排出配管９２ｂとが設けられる。   As shown in FIGS. 1 and 4, one end of the end plate 20a in the direction of arrow B is connected to an oxidant gas supply pipe 92a connected to the oxidant gas inlet communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b. A fuel gas discharge pipe 94b is provided. At the other end in the arrow B direction of the end plate 20a, a fuel gas supply pipe 94a connected to the fuel gas inlet communication hole 38a and an oxidant gas discharge pipe 92b connected to the oxidant gas outlet communication hole 36b are provided. .

エンドプレート２０ａの上端部には、冷却媒体入口連通孔４０ａに連結される冷却媒体供給配管９６ａが設けられるとともに、前記エンドプレート２０ａの下端部には、冷却媒体出口連通孔４０ｂに連結される冷却媒体排出配管９６ｂが設けられる。   A cooling medium supply pipe 96a connected to the cooling medium inlet communication hole 40a is provided at the upper end of the end plate 20a, and a cooling connected to the cooling medium outlet communication hole 40b is provided at the lower end of the end plate 20a. A medium discharge pipe 96b is provided.

図１及び図２に示すように、スペーサ部材２２は、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２２は、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体１４の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２２を用いなくてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the spacer member 22 has a rectangular shape set to a predetermined size so as to be positioned on the inner periphery of the casing 24. The spacer member 22 is adjusted in thickness in order to absorb a variation in the length of the stacked body 14 in the stacking direction and to apply a desired tightening load to the stacked body 14. Note that the spacer member 22 may not be used if the variation in the length of the stacked body 14 in the stacking direction can be absorbed by the elasticity of the first and second metal separators 32 and 34 themselves.

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

この燃料電池スタック１０では、先ず、図４に示すように、エンドプレート２０ａにおいて、酸化剤ガス供給配管９２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガス（空気）が供給されるとともに、燃料ガス供給配管９４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給配管９６ａ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。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。   In the fuel cell stack 10, first, as shown in FIG. 4, in the end plate 20a, an oxidant gas (air) such as an oxygen-containing gas is supplied to an oxidant gas supply pipe 92a, and a fuel gas supply pipe 94a. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply pipe 96a. For this reason, in the stacked body 14, the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied in the arrow A direction to the plurality of unit cells 12 stacked in the arrow A direction.

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 36 a into the oxidant gas flow path 58 of the second metal separator 34, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas inlet communication hole 38 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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 each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出配管９２ｂから外部に排出される（図４参照）。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａの燃料ガス排出配管９４ｂから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas outlet communication hole 36b, and is then discharged to the outside from the oxidant gas discharge pipe 92b of the end plate 20a (see FIG. 4). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged and flows into the fuel gas outlet communication hole 38b, and is discharged to the outside from the fuel gas discharge pipe 94b of the end plate 20a.

また、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｃ方向に沿って流動する（図３参照）。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂを移動してエンドプレート２０ａの冷却媒体排出配管９６ｂから排出される（図４参照）。   The cooling medium flows in the direction of arrow C after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium inlet communication hole 40a (see FIG. 3). The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, and then moves through the cooling medium outlet communication hole 40b and is discharged from the cooling medium discharge pipe 96b of the end plate 20a (see FIG. 4).

この場合、本実施形態では、図１及び図５に示すように、側板７０ｂ、７０ｄは、両面側に突出するリブ部８８ａ、８８ｂを設けるとともに、側板７０ａ、７０ｃは、同様に両面側に突出するリブ部９０ａ、９０ｂを設けることにより、リブ付きパネルが構成されている。このため、側板７０ａ〜７０ｄは、平面状パネルに比べて剛性が有効に向上し、外部からの振動等にも影響されることがない。   In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the side plates 70b and 70d are provided with rib portions 88a and 88b that protrude on both sides, and the side plates 70a and 70c similarly protrude on both sides. By providing the rib portions 90a and 90b, a ribbed panel is configured. For this reason, the side plates 70a to 70d are effectively improved in rigidity as compared with the flat panel, and are not affected by external vibration or the like.

さらに、図５に示すように、単位セル１２の外周部には、四辺に凹部５６ａ〜５６ｄが形成されている。そして、凹部５６ａ、５６ｂには、側板７０ｂ、７０ｄのリブ部８８ａ、８８ａが配設される一方、凹部５６ｃ、５６ｄには、側板７０ｃ、７０ａのリブ部９０ａ、９０ａが配設されている。これにより、燃料電池スタック１０に衝撃が付与される際、リブ部８８ａ、９０ａと凹部５６ａ〜５６ｄとの係合作用下に、積層体１４の平面内でのずれを有効に阻止することができるという効果が得られる。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the outer peripheral part of the unit cell 12 is formed with recesses 56a to 56d on four sides. The ribs 88a and 88a of the side plates 70b and 70d are disposed in the recesses 56a and 56b, while the ribs 90a and 90a of the side plates 70c and 70a are disposed in the recesses 56c and 56d. As a result, when an impact is applied to the fuel cell stack 10, it is possible to effectively prevent displacement of the stacked body 14 in the plane under the engaging action of the rib portions 88 a and 90 a and the concave portions 56 a to 56 d. The effect is obtained.

さらに、単位セル１２では、矢印Ｂ方向一端に酸化剤ガス入口連通孔３６ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとが設けられるとともに、矢印Ｂ方向他端側に燃料ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとが設けられ、凹部５６ｃ、５６ｄは、前記燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記燃料ガス入口連通孔３８ａとに近接して形成されている。   Further, in the unit cell 12, an oxidant gas inlet communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b are provided at one end in the arrow B direction, and a fuel gas inlet communication hole 38a and an oxidant gas outlet are provided at the other end in the arrow B direction. A communication hole 36b is provided, and the recesses 56c and 56d are formed close to the fuel gas outlet communication hole 38b and the fuel gas inlet communication hole 38a.

燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂよりも開口面積が小さい。従って、凹部５６ｃ、５６ｄを燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａ側のスペースに設けることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの給排気の効率を良好に維持することが可能になる。   The fuel gas outlet communication hole 38b and the fuel gas inlet communication hole 38a have smaller opening areas than the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b. Therefore, by providing the recesses 56c and 56d in the space on the fuel gas outlet communication hole 38b and fuel gas inlet communication hole 38a side, it is possible to maintain the fuel gas and oxidant gas supply and exhaust efficiency satisfactorily.

さらにまた、単位セル１２は、四隅に面取り部５２が設けられている。このため、図５に示すように、ケーシング２４をねじ８７により固定する際、面取り部５２によって前記ねじ８７を逃げることができ、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。   Furthermore, the unit cell 12 is provided with chamfered portions 52 at four corners. Therefore, as shown in FIG. 5, when the casing 24 is fixed with the screw 87, the screw 87 can be escaped by the chamfered portion 52, and the entire fuel cell stack 10 can be easily downsized.

また、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの各内壁面には、各面取り部５２に対応して面取り形状部５４が設けられている。従って、特に、生成水や結露水が発生し易い酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂでは、面取り形状部５４の傾斜に沿って水分を円滑に集めることが可能になり、排水性が有効に向上するという利点がある。   Further, the inner wall surfaces of the oxidant gas inlet communication hole 36a, the fuel gas outlet communication hole 38b, the fuel gas inlet communication hole 38a, and the oxidant gas outlet communication hole 36b have chamfered shape portions 54 corresponding to the chamfered portions 52, respectively. Is provided. Therefore, in particular, in the oxidant gas outlet communication hole 36b and the fuel gas outlet communication hole 38b in which generated water and dew condensation water are likely to be generated, water can be collected smoothly along the inclination of the chamfered shape portion 54. There is an advantage that the efficiency is effectively improved.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの断面側面図である。2 is a cross-sectional side view of the fuel cell stack. FIG. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. ケーシングを構成する側板と前記単位セルとの係合状態を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the engagement state of the side plate which comprises a casing, and the said unit cell. 特許文献１の燃料電池スタックの概略説明図である。2 is a schematic explanatory diagram of a fuel cell stack of Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池スタック １２…単位セル
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…スペーサ部材 ２４…ケーシング
３０…電解質膜・電極構造体 ３２、３４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜 ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極 ４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路 ５２…面取り部
５４…面取り形状部 ５６ａ〜５６ｄ…凹部
５８…酸化剤ガス流路 ６０、６２…シール部材
７０ａ〜７０ｄ…側板 ７２ａ〜７２ｄ…アングル部材
７４ａ、７４ｂ…連結ピン ８８ａ、８８ｂ、９０ａ、９０ｂ…リブ部
９２ａ…酸化剤ガス供給配管 ９２ｂ…酸化剤ガス排出配管
９４ａ…燃料ガス供給配管 ９４ｂ…燃料ガス排出配管
９６ａ…冷却媒体供給配管 ９６ｂ…冷却媒体排出配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18 ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 22 ... Spacer member 24 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52 ... Chamfering part 54 ... Chamfering shape part 56a-56d ... Recessed part 58 ... Oxidant gas flow path 60, 62 ... Seal members 70a-70d ... Side plates 72a-72d ... Angle members 74a, 74b ... Connecting pins 88a, 88b, 90a, 90b ... Ribs 92a ... Oxidant gas supply pipes 92b ... Oxidant gas discharge pipes 94a ... Fuel Gas supply pipe 94b ... Fuel gas discharge pipe 96a ... Cooling medium supply pipe 96b ... Cooling Body discharge pipe

Claims (4)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、外周部に少なくとも１つの凹部を設けるとともに、
前記ケーシングは、前記積層体の少なくとも１つの側部に配置される側板に、前記凹部に突出するリブ部を設けることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a unit cell in which a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
The separator is provided with at least one recess on the outer periphery,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the casing is provided with a rib portion protruding from the concave portion on a side plate disposed on at least one side portion of the stacked body. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体は、一方の電極に供給される燃料ガスを積層方向に流す燃料ガス入口連通孔と、
前記一方の電極から排出される前記燃料ガスを前記積層方向に流すとともに、前記燃料ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる燃料ガス出口連通孔と、
他方の電極に供給される酸化剤ガスを前記積層方向に流す酸化剤ガス入口連通孔と、
前記他方の電極から排出される前記酸化剤ガスを前記積層方向に流すとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる酸化剤ガス出口連通孔と、
を有する内部マニホールドを構成し、
前記凹部は、前記酸化剤ガス入口連通孔又は前記酸化剤ガス出口連通孔よりも前記燃料ガス入口連通孔又は前記燃料ガス出口連通孔に近接して設けられ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 stacked body includes a fuel gas inlet communication hole for flowing a fuel gas supplied to one electrode in a stacking direction;
A flow of the fuel gas discharged from the one electrode in the stacking direction, and a fuel gas outlet communication hole provided at a position opposed to the fuel gas inlet communication hole;
An oxidant gas inlet communication hole for flowing an oxidant gas supplied to the other electrode in the stacking direction;
The oxidant gas discharged from the other electrode is allowed to flow in the stacking direction, and the oxidant gas inlet communication hole is provided at an opposed position to the oxidant gas inlet communication hole;
Comprises an internal manifold with
The fuel cell stack, wherein the recess is provided closer to the fuel gas inlet communication hole or the fuel gas outlet communication hole than the oxidant gas inlet communication hole or the oxidant gas outlet communication hole. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータは、矩形状に構成されるとともに、四隅に面取り部が設けられ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 the separator is configured in a rectangular shape, and chamfered portions are provided at four corners. 4. 請求項３記載の燃料電池スタックにおいて、少なくとも前記酸化剤ガス入口連通孔、前記酸化剤ガス出口連通孔、前記燃料ガス入口連通孔又は前記燃料ガス出口連通孔の内壁面は、前記セパレータの前記面取り部に対応して面取り形状部を有することを特徴とする燃料電池スタック。

4. The fuel cell stack according to claim 3, wherein at least an inner wall surface of the oxidant gas inlet communication hole, the oxidant gas outlet communication hole, the fuel gas inlet communication hole, or the fuel gas outlet communication hole is formed by the chamfering of the separator. A fuel cell stack having a chamfered shape portion corresponding to the portion.

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