JP2007234436A - Fuel cell stack - Google Patents

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JP2007234436A JP2006055659A JP2006055659A JP2007234436A JP 2007234436 A JP2007234436 A JP 2007234436A JP 2006055659 A JP2006055659 A JP 2006055659A JP 2006055659 A JP2006055659 A JP 2006055659A JP 2007234436 A JP2007234436 A JP 2007234436A
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Hiroki Okabe
裕樹 岡部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress that a twist load is applied to a load sensor that is caused by rotation of a tightening load impressing screw. <P>SOLUTION: (1) This is the fuel cell stack in which a tightening load impressing part 40 is arranged at one end part of a stack in the cell laminating direction, and a bearing 43 that suppresses the twist load given to the tightening force measuring sensor is installed between the tightening force impressing screw 41 that constitutes the tightening load impressing part and a tightening force measuring sensor 42. (2) The tightening force impressing screw 41, the tightening force measuring sensor 42, and the bearing 43 are assembled to constitute single tightening load impressing part. (3) The bearing 43 comprises ball-bearings. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックに関し、とくに燃料電池スタックの締結荷重印加部に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to a fastening load application portion of a fuel cell stack.

燃料電池を複数積層し締結荷重を付与して燃料電池スタックが形成される。
特開２００２−１２４２９１号公報は、エンドプレートとプレッシャプレートとの間に締結荷重印加ネジと荷重センサ（たとえば、ロードセル）を設けてセル電極部に掛かる面圧をを調整可能とするとともに締結荷重を測定できるようにした締結荷重印加部の構造を開示している。
特開２００２−１２４２９１号公報 A fuel cell stack is formed by stacking a plurality of fuel cells and applying a fastening load.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-124291 provides a fastening load application screw and a load sensor (for example, a load cell) between an end plate and a pressure plate so that the surface pressure applied to the cell electrode portion can be adjusted and the fastening load can be adjusted. The structure of the fastening load application part which enabled it to measure is disclosed.
JP 2002-124291 A

しかし、上記の締結荷重印加部の構造には、締結荷重印加ネジの回転による捩れ負荷が荷重センサに掛かるという課題がある。
締結荷重印加ネジの回転による捩れ負荷が荷重センサに伝わることを抑制するには、図５に示すように、締結荷重印加ネジ１と荷重センサ２の間に回り止め部材３を設け、回り止め部材３の回転をエンドプレート４に固定したブラケット５で規制して、締結荷重印加ネジ１の荷重を捩れ負荷を抑制して荷重センサ２に伝える仮想構造が、考えられる。しかし、図５の構造においても、捩れ負荷は抑制できるが、ブラケット５や回り止め部材３など部品点数が増加すること、また、ブラケット５がエンドプレート４から外側に突出し、回り止め部材３の厚みが球面部３ａを設けるため厚くなって、ブラケット５の突出分および回り止め部材３の厚みが大な分、締結荷重印加部のセル積層方向の長さが長くなり、燃料電池スタックに配置スペースの問題が生じる、等の課題がある。
本発明の目的は、締結荷重印加ネジの回転による捩れ負荷が荷重センサに掛かることを抑制できる燃料電池スタックを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、締結荷重印加ネジの回転による捩れ負荷が荷重センサに掛かることを抑制できるとともに、締結荷重印加部の部品点数の増加とセル積層方向の厚みの増加を抑えることができる燃料電池スタックを提供することにある。 However, the structure of the fastening load application unit has a problem that a torsional load due to rotation of the fastening load application screw is applied to the load sensor.
In order to suppress the torsional load due to the rotation of the fastening load applying screw from being transmitted to the load sensor, as shown in FIG. 5, a rotation preventing member 3 is provided between the fastening load applying screw 1 and the load sensor 2, and the rotation preventing member is provided. A virtual structure in which the rotation of 3 is regulated by a bracket 5 fixed to the end plate 4 and the load of the fastening load applying screw 1 is transmitted to the load sensor 2 while suppressing the torsional load is conceivable. However, even in the structure of FIG. 5, the torsional load can be suppressed, but the number of parts such as the bracket 5 and the anti-rotation member 3 increases, and the bracket 5 protrudes outward from the end plate 4, so that the thickness of the anti-rotation member 3 is increased. Since the spherical portion 3a is provided, the thickness of the bracket 5 and the thickness of the anti-rotation member 3 are increased, so that the length of the fastening load applying portion in the cell stacking direction is increased, and the arrangement space of the fuel cell stack is increased. There are problems such as problems.
An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of suppressing a torsional load due to rotation of a fastening load application screw from being applied to a load sensor.
Another object of the present invention is to suppress the torsional load due to the rotation of the fastening load application screw from being applied to the load sensor, and to suppress the increase in the number of parts of the fastening load application part and the increase in the thickness in the cell stacking direction. It is to provide a fuel cell stack that can be used.

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１） スタックのセル積層方向一端部に締結荷重印加部を配置し、締結荷重印加部を構成する締結力印加ネジと締結力測定センサとの間に締結力印加ネジの回転が締結力測定センサに与える捩れ負荷を抑制するベアリングを設けた燃料電池スタック。
（２） 締結力印加ネジと締結力測定センサとベアリングがアッセンブリ化されて単一の締結荷重印加部を構成している（１）記載の燃料電池スタック。
（３） 締結力印加ネジがエンドプレートに直接螺合され、締結力印加ネジがベアリングを介して締結力測定センサに連結され、締結力測定センサはセルを含む積層体を直接押している（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（４） ベアリングはボールベアリングである（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池スタック。 The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) A fastening load application unit is arranged at one end of the stack in the cell stacking direction, and the fastening force measurement screw rotates between the fastening force application screw and the fastening force measurement sensor constituting the fastening load application unit. Cell stack with bearings to suppress torsional load on the battery.
(2) The fuel cell stack according to (1), wherein the fastening force application screw, the fastening force measurement sensor, and the bearing are assembled to form a single fastening load application unit.
(3) The fastening force application screw is directly screwed to the end plate, and the fastening force application screw is connected to the fastening force measurement sensor via the bearing, and the fastening force measurement sensor directly presses the laminate including the cells. Or the fuel cell stack according to (2).
(4) The fuel cell stack according to any one of (1) to (3), wherein the bearing is a ball bearing.

上記（１）、（４）の燃料電池スタックによれば、締結力印加ネジと締結力測定センサとの間にベアリングを設けたので、ベアリングが捩れ負荷の伝達を抑制できるため、締結力印加ネジの回転が締結力測定センサに与える捩れ負荷を抑制することができる。
上記（２）の燃料電池スタックによれば、締結力印加ネジと締結力測定センサとベアリングがアッセンブリ化されて単一の締結荷重印加部となっているので、図５の場合に比べて部品点数が減少する。
上記（３）の燃料電池スタックによれば、締結力印加ネジがエンドプレートに直接螺合され、締結力印加ネジがベアリングを介して締結力測定センサに連結され、締結力測定センサはセルを含む積層体を直接押しているので、図５の仮想の構造に比べて、ブラケットのエンドプレートからの突出を無くすとともに、回り止め部材をそれより薄いベアリングに変えることにより、締結荷重印加部の長さを短くすることができ、スペースが制限される車両などへの燃料電池スタックの搭載上、有利となる。
上記（４）の燃料電池スタックによれば、ベアリングはボールベアリングであるため、セル積層方向の荷重を伝達する能力を維持したまま、捩れ負荷を逃がすことができ、その結果、締結力印加ネジの回転が締結力測定センサに与える捩れ負荷を効果的に抑制することができる。 According to the fuel cell stacks of the above (1) and (4), since the bearing is provided between the fastening force application screw and the fastening force measurement sensor, the bearing can suppress the transmission of torsional load. The torsional load exerted on the fastening force measuring sensor by the rotation of can be suppressed.
According to the fuel cell stack of the above (2), the fastening force application screw, the fastening force measurement sensor, and the bearing are assembled into a single fastening load application unit, so that the number of parts compared to the case of FIG. Decrease.
According to the fuel cell stack of (3) above, the fastening force application screw is directly screwed to the end plate, the fastening force application screw is connected to the fastening force measurement sensor via the bearing, and the fastening force measurement sensor includes the cell. Since the laminated body is pressed directly, the length of the fastening load applying portion is reduced by eliminating the protrusion from the end plate of the bracket and changing the detent member to a thinner bearing compared to the virtual structure of FIG. This can be shortened and is advantageous in mounting the fuel cell stack in a vehicle or the like where space is limited.
According to the fuel cell stack of (4) above, since the bearing is a ball bearing, the torsional load can be released while maintaining the ability to transmit the load in the cell stacking direction. It is possible to effectively suppress the torsional load that the rotation gives to the fastening force measurement sensor.

以下に、本発明の燃料電池スタックを図１〜図４を参照して説明する。
本発明が適用される燃料電池スタック２３は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池（セルともいう）１０を積層したスタックである。燃料電池スタック１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。 Hereinafter, the fuel cell stack of the present invention will be described with reference to FIGS.
The fuel cell stack 23 to which the present invention is applied is, for example, a stack in which solid polymer electrolyte fuel cells (also referred to as cells) 10 are stacked. The fuel cell stack 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.

固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）１９とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極接合体１９は、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層（ガス拡散層ともいう）１３、１６が設けられる。
膜−電極接合体１９とセパレータ１８を重ねて構成したセル１０を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）に、締結力印加ネジでないボルト２５・ナットにて固定し、セル積層体にセル積層方向の締結荷重を付与して、燃料電池スタック２３を構成する。 The solid polymer electrolyte fuel cell 10 includes a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) 19 and a separator 18.
The membrane-electrode assembly 19 includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 made of a catalyst layer arranged on one surface of the electrolyte membrane 11, and a catalyst arranged on the other surface of the electrolyte membrane. It consists of electrodes (cathode, air electrode) 17 composed of layers. Diffusion layers (also referred to as gas diffusion layers) 13 and 16 are provided between the membrane-electrode assembly and the separator 18 on the anode side and the cathode side, respectively.
A cell 10 formed by stacking a membrane-electrode assembly 19 and a separator 18 is laminated to form a cell laminate, and terminals 20, insulators 21 and end plates 22 are arranged at both ends of the cell laminate in the cell lamination direction. 22 is fixed to a fastening member (for example, tension plate 24) extending in the cell stacking direction outside the cell stack with bolts 25 and nuts that are not fastening force application screws, and a fastening load in the cell stacking direction is applied to the cell stack. Thus, the fuel cell stack 23 is configured.

セパレータ１８には、発電領域において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８にはガス流路２７、２８と反対側の面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
セパレータ１８は、カーボンセパレータ、またはメタルセパレータ（メタルセパレータの場合は、樹脂フレームとの組み合わせであってもよい）、または導電性樹脂セパレータからなる。 The separator 18 is formed with a fuel gas passage 27 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 14 in the power generation region, and an oxidizing gas for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode 17. A flow path 28 is formed. The separator 18 is also formed with a refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water) on the surface opposite to the gas flow paths 27 and 28. In the separator 18, a fuel gas manifold 30, an oxidizing gas manifold 31, and a refrigerant manifold 29 are formed in the non-power generation region. The fuel gas manifold 30 is in communication with the fuel gas passage 27, the oxidizing gas manifold 31 is in communication with the oxidizing gas passage 28, and the refrigerant manifold 29 is in communication with the refrigerant passage 26.
The separator 18 is made of a carbon separator, a metal separator (in the case of a metal separator, a combination with a resin frame), or a conductive resin separator.

各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode 14 side of each cell 10, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane 11 to the cathode 17 side. Water is generated from ions and electrons (electrons generated at the anode of the adjacent MEA come through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit), Power generation is performed according to the following formula.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O

各種流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル１０のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材３２によってシールされており、隣接するセル１０同士の間は、第２のシール部材３３によってシールされている。セパレータがメタルセパレータからなる場合は、メタルセパレータ１８と電解質膜１１との間に、非発電領域において、樹脂フレーム（発電領域が中抜きされた樹脂製フレームで、マニホールド孔は具備しているフレーム）が介装される場合があるが、その場合は、メタルセパレータ１８と樹脂フレームとの間、および樹脂フレームと電解質膜１１との間が第１のシール部材３２によってシールされる。
第１のシール部材３２は、たとえば接着剤シール（シール接着剤）からなり、第２のシール部材３３は、たとえば、ゴムガスケットからなる。ただし、第１のシール部材３２、第２のシール部材３３とも、接着剤シール剤、またはゴムガスケットから構成されてもよい。 Various fluids (fuel gas, oxidizing gas, refrigerant) are sealed from each other and from the outside. The two separators 18 sandwiching the MEA of each cell 10 are sealed by a first sealing member 32, and the adjacent cells 10 are sealed by a second sealing member 33. In the case where the separator is a metal separator, a resin frame (a frame made of resin with a power generation region cut out and having a manifold hole) between the metal separator 18 and the electrolyte membrane 11 in a non-power generation region. In this case, between the metal separator 18 and the resin frame and between the resin frame and the electrolyte membrane 11 are sealed by the first seal member 32.
The first seal member 32 is made of, for example, an adhesive seal (seal adhesive), and the second seal member 33 is made of, for example, a rubber gasket. However, both the first seal member 32 and the second seal member 33 may be made of an adhesive sealant or a rubber gasket.

図１の例では、燃料電池スタック２３のセル積層方向一端側に、エンドプレート２２とインシュレータ２１との間に、バネ箱３４が配置されている。バネ箱３４は相対動可能な第１、第２の部材３６、３７の間に複数のバネ３５が互いに並列に配置されたものからなり、一方の部材３６（インシュレータ２１に近い側の部材）の底板はプレッシャプレート３８として働き、他方の部材３７（エンドプレート２２に近い側の部材）の底板は締結荷重印加部４０からの荷重を受ける。プレッシャプレート３８はインシュレータ２１、ターミナル２０を介してセル積層体に面圧をかける。バネ箱３４は、締結荷重印加部４０からの荷重をセル面内方向に均一に分配して、セル積層体にかける。   In the example of FIG. 1, a spring box 34 is disposed between the end plate 22 and the insulator 21 on one end side of the fuel cell stack 23 in the cell stacking direction. The spring box 34 is composed of a plurality of springs 35 arranged in parallel between first and second members 36 and 37 that can move relative to each other, and one of the members 36 (member closer to the insulator 21). The bottom plate functions as a pressure plate 38, and the bottom plate of the other member 37 (member on the side close to the end plate 22) receives a load from the fastening load application unit 40. The pressure plate 38 applies a surface pressure to the cell stack through the insulator 21 and the terminal 20. The spring box 34 uniformly distributes the load from the fastening load application unit 40 in the cell plane direction and applies it to the cell stack.

燃料電池スタック２３のセル積層方向一端側に締結荷重印加部４０が設けられる。締結荷重印加部４０は、望ましくは、図１に示すようにエンドプレート２２の中央部に配置される。ただし、締結荷重印加部４０は、エンドプレート２２の中心線に対して対称の位置に複数配置されてもよい。   A fastening load application unit 40 is provided on one end side of the fuel cell stack 23 in the cell stacking direction. The fastening load application unit 40 is desirably arranged at the center of the end plate 22 as shown in FIG. However, a plurality of fastening load application units 40 may be arranged at symmetrical positions with respect to the center line of the end plate 22.

図２に拡大して示すように、締結荷重印加部４０は、エンドプレート２２に螺合される締結力印加ネジ４１と、バネ箱３４の部材３７（エンドプレート２２に近い側の部材）に押しつけられる締結力測定センサ４２と、締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２との間で締結力印加ネジ４１の軸力方向上に設けられた、締結力印加ネジ４１の回転が締結力測定センサ４２に与える捩れ負荷（締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２の、軸芯まわりの回転モーメント）を抑制するベアリング４３とを含む。ベアリング４３は、締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２の間にセル積層方向の軸力は伝達するが、締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２の間に軸芯まわりの回転モーメントは逃がす。締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２の間にベアリング４３があるために、締結力印加ネジ４１を回転させた時に締結力測定センサ４２がつれ回りすることが防止される。   As shown in an enlarged view in FIG. 2, the fastening load application unit 40 is pressed against a fastening force application screw 41 screwed into the end plate 22 and a member 37 of the spring box 34 (a member closer to the end plate 22). The fastening force measuring screw 42 provided on the axial direction of the fastening force applying screw 41 between the fastening force measuring screw 42 and the fastening force applying screw 41 and the fastening force measuring sensor 42 is the fastening force measuring sensor. And a bearing 43 that suppresses a torsional load (a rotational moment around the axis of the fastening force application screw 41 and the fastening force measurement sensor 42) applied to the belt 42. The bearing 43 transmits the axial force in the cell stacking direction between the fastening force application screw 41 and the fastening force measurement sensor 42, but the rotational moment around the shaft center is between the fastening force application screw 41 and the fastening force measurement sensor 42. Let it go. Since there is the bearing 43 between the fastening force application screw 41 and the fastening force measurement sensor 42, the fastening force measurement sensor 42 is prevented from rotating when the fastening force application screw 41 is rotated.

締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２とベアリング４３は、アッセンブリ化されていて単一の締結荷重印加部４０を構成しているので、互いにばらばらにならない。
締結力印加ネジ４１は、外周にネジ４１ａがきってあり、エンドプレート２２の中央部に設けたネジ穴に、直接、螺合されている。締結力印加ネジ４１は、中央部に角穴４１ｂ（たとえば、四角穴や六角穴）が設けられており、そこにトルクレンチなどの角形頭部を挿入して回転させることができるようになっている。締結力印加ネジ４１は、望ましくは、エンドプレート２２の端面から外側に突出していない。 Since the fastening force application screw 41, the fastening force measurement sensor 42, and the bearing 43 are assembled to form a single fastening load application unit 40, they are not separated from each other.
The fastening force application screw 41 has a screw 41 a on the outer periphery, and is directly screwed into a screw hole provided in the center portion of the end plate 22. The fastening force application screw 41 is provided with a square hole 41b (for example, a square hole or a hexagonal hole) at the center, and a square head such as a torque wrench can be inserted there and rotated. Yes. The fastening force application screw 41 desirably does not protrude outward from the end face of the end plate 22.

締結力測定センサ４２は、たとえばロードセル４２ａを含んでおり、ロードセルの出力（通常、歪みを電気信号に変換した出力）は取り出されてケーブル４２ｂにて制御装置（図示略）に送られる。締結力測定センサ４２は、セルを含む積層体（バネ箱３４を含む）を直接押している。締結力測定センサ４２の押部４２ｃの先端面は球面であってもよいし、または平面であってもよい。ロードセル４２ａからのケーブル４２ｂはベアリング４３の内部または外部を通り、締結力印加ネジ４１を通り抜けて、燃料電池スタック外の制御装置へと接続している。   The fastening force measuring sensor 42 includes, for example, a load cell 42a, and an output of the load cell (usually an output obtained by converting strain into an electric signal) is taken out and sent to a control device (not shown) via a cable 42b. The fastening force measuring sensor 42 directly presses the laminated body (including the spring box 34) including the cells. The tip surface of the pressing portion 42c of the fastening force measuring sensor 42 may be a spherical surface or a flat surface. The cable 42b from the load cell 42a passes through the inside or outside of the bearing 43, passes through the fastening force application screw 41, and is connected to the control device outside the fuel cell stack.

ベアリング４３は、互いに隔てられかつ分離しないように連結具４３ｃにて連結された一対のレース４３ｂと、一対のレース４３ｂの間に配置されたボール４３ａを有する、ボールベアリングである。ベアリング４３は、軸力は伝達するが、軸芯まわりの回転（捩れ）は逃がす。ベアリング４３の一方のレースは締結力印加ネジ４１に連結され、ベアリング４３の他方のレースは締結力測定センサ４２に連結される。締結力印加ネジ４１はベアリング４３を介して締結力測定センサ４２に連結されている。
ベアリング４３のセル積層方向の厚さは、図５の仮想構造の回り止め部材に比べて、球面部を設ける必要がない分、小となり、締結荷重印加部４０の長さが図５の仮想構造の締結荷重印加部に比べて小である。 The bearing 43 is a ball bearing having a pair of races 43b that are separated from each other and connected by a connector 43c so as not to be separated, and balls 43a that are disposed between the pair of races 43b. The bearing 43 transmits axial force, but releases rotation (twisting) around the axis. One race of the bearing 43 is connected to the fastening force application screw 41, and the other race of the bearing 43 is connected to the fastening force measurement sensor 42. The fastening force application screw 41 is connected to a fastening force measurement sensor 42 via a bearing 43.
The thickness of the bearing 43 in the cell stacking direction is smaller than that of the anti-rotation member of the virtual structure of FIG. 5 because the spherical portion does not need to be provided, and the length of the fastening load applying unit 40 is the virtual structure of FIG. It is small compared with the fastening load application part.

テンションプレート２４のセル積層体側表面にはインシュレータとして働くことができる横荷重がかかった時にセルがテンションプレート２４に衝突、干渉するのを防止するための緩衝材４４が設けられている。
また、図１では、エンドプレート２２とテンションプレート２４とを連結するボルト２５がセル積層方向に延びているが、テンションプレート２４がエンドプレート２２側面まで延びてボルト２５がセル積層方向と直交する方向に延びていてもよい。 A buffer material 44 is provided on the surface of the tension plate 24 on the side of the cell stack to prevent the cells from colliding with and interfering with the tension plate 24 when a lateral load that can function as an insulator is applied.
In FIG. 1, the bolt 25 that connects the end plate 22 and the tension plate 24 extends in the cell stacking direction, but the tension plate 24 extends to the side surface of the end plate 22 and the bolt 25 is orthogonal to the cell stacking direction. It may extend to.

つぎに、本発明の作用、効果を説明する。
本発明の燃料電池スタック２３では、締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２との間にベアリング４３を設けたので、ベアリング４３が捩れ負荷の伝達を抑制できるため、締結力印加ネジ４１の回転が締結力測定センサ４２に与える捩れ負荷を抑制することができる。その結果、締結力印加ネジ４１を回してスタック締結荷重を調整する時に締結力測定センサ４２に捩れ負荷がかかることが抑制され、ひいては積層体に捩れ方向モーメントがかかることが抑制され、積層体構成部品間で捩れ方向のずれが生じることが抑制される。 Next, functions and effects of the present invention will be described.
In the fuel cell stack 23 of the present invention, since the bearing 43 is provided between the fastening force application screw 41 and the fastening force measurement sensor 42, the bearing 43 can suppress the transmission of torsional load. Torsional load applied to the fastening force measuring sensor 42 can be suppressed. As a result, when the fastening force application screw 41 is turned to adjust the stack fastening load, it is possible to suppress the torsional load from being applied to the fastening force measurement sensor 42 and to suppress the torsional moment from being applied to the laminate. It is possible to suppress the twist direction deviation between the parts.

締結力印加ネジ４１と締結力測定センサ４２とベアリング４３がアッセンブリ化されて単一の締結荷重印加部４０となっているので、図５の仮想構造に比べてブラケット、回り止め部材が無くなり、部品点数が減少する。   Since the fastening force application screw 41, the fastening force measurement sensor 42, and the bearing 43 are assembled into a single fastening load application unit 40, there are no brackets and anti-rotation members compared to the virtual structure of FIG. Points are reduced.

また、締結力印加ネジ４１がエンドプレート２２に直接螺合され、締結力印加ネジ４１がベアリング４３を介して締結力測定センサ４２に連結され、締結力測定センサ４２はセルを含む積層体（のバネ箱４３）を直接押しているので、図５の仮想構造に比べて、ブラケットのエンドプレートからの突出を無くすとともに、回り止め部材をそれより薄いベアリング４３に変えることにより、締結荷重印加部４０の長さを短くすることができ、スペースが制限される車両などへの、燃料電池スタック２３の搭載上、有利となる。   In addition, the fastening force application screw 41 is directly screwed to the end plate 22, the fastening force application screw 41 is connected to the fastening force measurement sensor 42 via the bearing 43, and the fastening force measurement sensor 42 is a laminate (of the laminated body). Since the spring box 43) is pressed directly, the protrusion of the bracket from the end plate is eliminated and the anti-rotation member is changed to a thinner bearing 43 as compared with the virtual structure of FIG. The length can be shortened, which is advantageous in mounting the fuel cell stack 23 on a vehicle or the like in which space is limited.

ベアリング４３はボールベアリングであるため、セル積層方向の荷重（スタック締結荷重）を伝達する能力を維持したまま、捩れ方向のモーメントを逃がすことができ、その結果、締結力印加ネジ４１の回転が締結力測定センサ４２に与える捩れ負荷を効果的に抑制することができる。したがって、締結力印加ネジ４１を回転させてスタック締結荷重を調整する時に締結力測定センサ４２が捩れ方向に回転したりセル積層体が捩れ方向に回転することがなく、スタックの部品間に捩れ方向のずれを生じさせることなく、適正な締結荷重をスタックにかけることができる。   Since the bearing 43 is a ball bearing, the moment in the torsional direction can be released while maintaining the ability to transmit the load in the cell stacking direction (stack fastening load). As a result, the rotation of the fastening force application screw 41 is fastened. The torsional load applied to the force measurement sensor 42 can be effectively suppressed. Therefore, when the fastening force application screw 41 is rotated to adjust the stack fastening load, the fastening force measurement sensor 42 does not rotate in the twisting direction and the cell stack does not rotate in the twisting direction. An appropriate fastening load can be applied to the stack without causing any deviation.

本発明の燃料電池スタックの、一部を断面にして示した、側面図である。It is the side view which showed a part of the fuel cell stack of the present invention in section. 本発明の燃料電池スタックの、締結荷重印加部の断面図である。It is sectional drawing of the fastening load application part of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池スタックの一部の断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack of the present invention. 本発明の燃料電池スタックのセル部位での正面図である。It is a front view in the cell site | part of the fuel cell stack of this invention. 締結荷重印加ネジの荷重センサへの捩れ負荷の伝達を、ブラケットと回り止め部材で抑制した仮想の燃料電池スタックの、締結荷重印加部の断面図である。It is sectional drawing of the fastening load application part of the virtual fuel cell stack which suppressed transmission of the torsional load to the load sensor of a fastening load application screw with the bracket and the rotation prevention member.

符号の説明Explanation of symbols

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１３、１６ 拡散層
１４ アノード
１７ カソード
１８ セパレータ
１９ ＭＥＡ
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ 燃料電池スタック
２４ 締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路（冷却水流路）
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
３２ 第１のシール部材
３３ 第２のシール部材
３４ バネ箱
３５ バネ
３６、３７ 第１、第２の部材
３８ プレッシャプレート
４０ 締結荷重印加部
４１ 締結力印加ネジ
４１ａ ネジ
４１ｂ 角穴
４２ 締結力測定センサ
４２ａ ロードセル
４２ｂ ケーブル
４２ｃ 押部
４３ ベアリング
４３ａ ボール
４３ｂ レース
４３ｃ 連結具
４４ 緩衝材 10 (Solid Polymer Electrolyte Type) Fuel Cell 11 Electrolyte Membranes 13 and 16 Diffusion Layer 14 Anode 17 Cathode 18 Separator 19 MEA
20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Fuel cell stack 24 Fastening member (tension plate)
25 Bolt 26 Refrigerant flow path (cooling water flow path)
27 Fuel gas channel 28 Oxidizing gas channel 29 Refrigerant manifold 30 Fuel gas manifold 31 Oxidizing gas manifold 32 First seal member 33 Second seal member 34 Spring box 35 Spring 36, 37 First, second member 38 Pressure Plate 40 Fastening load application part 41 Fastening force application screw 41a Screw 41b Square hole 42 Fastening force measurement sensor 42a Load cell 42b Cable 42c Push part 43 Bearing 43a Ball 43b Race 43c Connecting tool 44 Buffer material

Claims (4)

スタックのセル積層方向の一端側に締結荷重印加部を設け、締結荷重印加部を構成する締結力印加ネジと締結力測定センサとの間に締結力印加ネジの回転が締結力測定センサに与える捩れ負荷を抑制するベアリングを設けた燃料電池スタック。   A twist load applying portion is provided on one end side of the stack in the cell stacking direction, and a twist applied to the fastening force measuring sensor by rotation of the fastening force applying screw between the fastening force applying screw and the fastening force measuring sensor constituting the fastening load applying portion. A fuel cell stack with bearings to control the load. 締結力印加ネジと締結力測定センサとベアリングがアッセンブリ化されて単一の締結荷重印加部を構成している請求項１記載の燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the fastening force application screw, the fastening force measurement sensor, and the bearing are assembled to form a single fastening load application unit. 締結力印加ネジがエンドプレートに直接螺合され、締結力印加ネジがベアリングを介して締結力測定センサに連結され、締結力測定センサはセルを含む積層体を直接押している請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。   The fastening force application screw is directly screwed to the end plate, the fastening force application screw is connected to a fastening force measurement sensor via a bearing, and the fastening force measurement sensor directly presses the laminate including the cells. 2. The fuel cell stack according to 2. ベアリングはボールベアリングである請求項１〜請求項３の何れか一項記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the bearing is a ball bearing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014183015A (en) * 2013-03-21 2014-09-29 Toyota Motor Corp Fuel cell
US20230033261A1 (en) * 2020-04-07 2023-02-02 Lisa Draexlmaier Gmbh Force measurement module for capturing a force, and method for determining a force

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