JP2015191802A - fuel cell stack - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in sealability between a fuel cell of an end and an end plate.SOLUTION: A fuel cell stack comprises a plurality of fuel cells, a first and a second end plate, and a first and a second end frame. A first separator plate includes a first convex protrusion protruding on the adjacent fuel cell side or the first end plate side. A second separator plate has a planar shape in the abutting part on which the first convex protrusion abuts. The first end plate has a planar shape in the abutting part on which the first convex protrusion abuts. The second end plate protrudes on the second separator plate side, and includes a second convex protrusion abutting on an abutting part of the second separator plate. An MEA support frame includes a first concave gap part on the rear side of the first convex protrusion of the first separator plate. The second end frame includes a second concave gap part on the rear side of the second convex protrusion of the second end plate.

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack.

特許文献１には、燃料電池が記載されている。この燃料電池の単セルのセパレータプレートは、シール部において、隣接する燃料電池（単セル）に突き出る凸部をそれぞれ備え、これらの凸部間の変形により隣接する単セル間をシールしている。   Patent Document 1 describes a fuel cell. Each separator plate of a single cell of this fuel cell is provided with convex portions protruding from adjacent fuel cells (single cells) at the seal portion, and seals between adjacent single cells by deformation between these convex portions.

特表２００６−５０４８７２号公報JP-T-2006-504872

上記技術では、単セルの積層方向の端部の端部セルに隣接するプレートの形状を各セパレータプレートの凸部と同様の形状にする場合、端部セルに隣接するプレートの凸部と、端部セルのセパレータプレートの凸部とは変形量が異なるため、端部セルに隣接するプレートと端部セルとの間のシール性が低下するおそれがある。   In the above technique, when the shape of the plate adjacent to the end cell at the end in the stacking direction of the single cells is the same shape as the convex portion of each separator plate, the convex portion of the plate adjacent to the end cell and the end Since the amount of deformation differs from the convex portion of the separator plate of the partial cell, the sealing performance between the plate adjacent to the end cell and the end cell may be reduced.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

（１）本発明の一実施形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池の積層体を挟持する第１の端部プレート及び第２の端部プレートと、前記第１の端部プレートの前記積層体と反対側に配置される第１の端部フレームと、前記第２の端部プレートの前記積層体と反対側に配置される第２の端部フレームと、を備え、各燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体を支持するＭＥＡ支持フレームと、前記膜電極接合体と前記ＭＥＡ支持フレームとを挟持する第１のセパレータプレートと第２のセパレータプレートと、を備え、前記第１のセパレータプレートは、隣接する燃料電池又は前記第１の端部プレート側に突出し、弾性変形する第１の凸状突起部を有し、前記第２のセパレータプレートは、前記第１の凸状突起部が当接する当接部において平面形状であり、前記第１の端部プレートは、前記第１の凸状突起部が当接する当接部において平面形状であり、前記第２の端部プレートは、前記第２のセパレータプレート側に突出し、前記第２のセパレータプレートの前記当接部に当接する第２の凸状突起部であって、弾性変形する第２の凸状突起部を有し、前記ＭＥＡ支持フレームは、前記第１のセパレータプレートの前記第１の凸状突起部の裏側に凹形状の第１の空隙部を有し、前記第２の端部フレームは、前記第２の端部プレートの前記第２の凸状突起部の裏側に凹形状の第２の空隙部を有している。この形態によれば、隣接する燃料電池間、燃料電池と第１の端部プレートとの間、燃料電池と第２の端部プレートとの間のシール構造が同一のため、燃料電池と、第１の端部プレートとの間、燃料電池と、第２の端部プレートと、の間のシール性の低下を抑制することが可能となる。 (1) According to one embodiment of the present invention, a fuel cell stack is provided. The fuel cell stack includes a plurality of fuel cells, a first end plate and a second end plate that sandwich the stack of the plurality of fuel cells, and the stack of the first end plates. A first end frame disposed on the opposite side, and a second end frame disposed on the opposite side of the stacked body of the second end plate, each fuel cell comprising a membrane electrode An assembly, an MEA support frame that supports the membrane electrode assembly, a first separator plate and a second separator plate that sandwich the membrane electrode assembly and the MEA support frame. The separator plate protrudes toward the adjacent fuel cell or the first end plate, and has a first convex protrusion that elastically deforms, and the second separator plate includes the first convex protrusion. In the contact part where the part contacts The first end plate has a flat shape at a contact portion with which the first convex protrusion comes into contact, and the second end plate has the second separator plate. A second convex protrusion that protrudes to the side and contacts the contact portion of the second separator plate, the second convex protrusion that elastically deforms, and the MEA support frame includes: The first separator plate has a concave first gap on the back side of the first convex protrusion, and the second end frame is formed on the second end plate. A concave second cavity is provided on the back side of the convex protrusion. According to this aspect, since the seal structures between adjacent fuel cells, between the fuel cell and the first end plate, and between the fuel cell and the second end plate are the same, the fuel cell, It is possible to suppress a decrease in the sealing performance between the fuel cell and the second end plate between the first end plate and the first end plate.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの他、燃料電池用のシール構造、燃料電池用端部プレート等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a fuel cell stack structure, a fuel cell seal structure, a fuel cell end plate, and the like.

燃料電池スタックの外観を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the external appearance of a fuel cell stack. 第１のセパレータプレートを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 1st separator plate. ＭＥＡ支持フレームと膜電極接合体とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a MEA support frame and a membrane electrode assembly. 燃料電池のシールラインの断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross section of the seal line of a fuel cell. 燃料電池をスタックに積層したが圧縮していない状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which laminated | stacked the fuel cell on the stack, but has not compressed. 燃料電池スタックを図５に示す状態から積層方向に圧縮した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which compressed the fuel cell stack from the state shown in FIG. 5 in the lamination direction. 比較例の燃料電池をスタックに積層したが圧縮していない状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which laminated | stacked the fuel cell of the comparative example on the stack, but has not compressed. 比較例の燃料電池スタックを図７に示す状態から積層方向に圧縮した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which compressed the fuel cell stack of the comparative example from the state shown in FIG. 7 in the lamination direction.

第１の実施形態：
図１は、燃料電池スタック１０の外観を模式的に示す説明図である。燃料電池スタック１０は、燃料電池１００（「単セル」とも呼ぶ）と、ターミナルプレート２００、２１０と、絶縁プレート２２０、２４０と、締結プレート２３０、２５０と、を備える。燃料電池１００は、ＭＥＡ支持フレーム１４０と、一対のセパレータプレート（第１のセパレータプレート１５０と、第２のセパレータプレート１６０）と、を備える。ＭＥＡ支持フレーム１４０は、樹脂で形成された額縁状の部材であり、内側に膜電極接合体（ＭＥＡ）を有している。第１のセパレータプレート１５０と、第２のセパレータプレート１６０とは、ＭＥＡ支持フレーム１４０を挟持している。燃料電池１００は、複数有り、積層されて積層体を形成している。ターミナルプレート２００、２１０は、燃料電池１００の積層体の積層方向の両側にそれぞれ配置されており、燃料電池１００からの電圧、電流を取り出すために用いられる。絶縁プレート２２０は、ターミナルプレート２００の外側に配置され、絶縁プレート２４０は、ターミナルプレート２１０の外側に配置されている。なお、締結プレート２３０、２５０は、燃料電池１００と、ターミナルプレート２００、２１０と、絶縁プレート２２０、２４０と、を締結するために燃料電池スタック１０の両側に配置される。 First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the appearance of the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 includes a fuel cell 100 (also referred to as “single cell”), terminal plates 200 and 210, insulating plates 220 and 240, and fastening plates 230 and 250. The fuel cell 100 includes an MEA support frame 140 and a pair of separator plates (a first separator plate 150 and a second separator plate 160). The MEA support frame 140 is a frame-shaped member made of resin, and has a membrane electrode assembly (MEA) inside. The first separator plate 150 and the second separator plate 160 sandwich the MEA support frame 140. There are a plurality of fuel cells 100 which are stacked to form a stacked body. The terminal plates 200 and 210 are respectively disposed on both sides in the stacking direction of the stacked body of the fuel cell 100 and are used for taking out voltage and current from the fuel cell 100. The insulating plate 220 is disposed outside the terminal plate 200, and the insulating plate 240 is disposed outside the terminal plate 210. The fastening plates 230 and 250 are disposed on both sides of the fuel cell stack 10 to fasten the fuel cell 100, the terminal plates 200 and 210, and the insulating plates 220 and 240.

燃料電池１００と、ターミナルプレート２００と、絶縁プレート２２０と、締結プレート２３０とは、それぞれ複数の開口部を有しており、これらの開口部が連通してマニホールド３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５が形成されている。マニホールド３１０は、燃料電池１００に酸化剤ガスを供給するために用いられるので、「酸化剤ガス供給マニホールド３１０」とも呼ぶ。以下、マニホールド３１５、３２０、３２５、３３０、３３５は、それぞれの役割から、「酸化剤ガス排出マニホールド３１５」、「燃料ガス供給マニホールド３２０」、「燃料ガス排出マニホールド３２５」、「冷媒供給マニホールド３３０」、「冷媒排出マニホールド３３５」とも呼ぶ。   The fuel cell 100, the terminal plate 200, the insulating plate 220, and the fastening plate 230 each have a plurality of openings, and these openings communicate with each other to form manifolds 310, 315, 320, 325, 330. 335 are formed. Since the manifold 310 is used to supply an oxidant gas to the fuel cell 100, it is also referred to as an “oxidant gas supply manifold 310”. Hereinafter, the manifolds 315, 320, 325, 330, and 335 have “oxidant gas discharge manifold 315”, “fuel gas supply manifold 320”, “fuel gas discharge manifold 325”, and “refrigerant supply manifold 330” because of their roles. , Also referred to as “refrigerant discharge manifold 335”.

図２は、第１のセパレータプレート１５０を示す説明図である。第１のセパレータプレート１５０は、金属で形成された略長方形の板状部材である。第１のセパレータプレート１５０の対向する辺には、開口部１５０１、１５０２、１５０３、１５０４、１５０５、１５０６が開けられており、これらの開口部１５０１、１５０２、１５０３、１５０４、１５０５、１５０６は、それぞれマニホールド３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５（図１）を形成するために用いられる。第１のセパレータプレート１５０は、中央部に、凹凸のある形状を有する流路形成部１５６を備える。流路形成部１５６の膜電極接合体側は、反応ガスが流れる領域であり、流路形成部１５６の膜電極接合体と反対側は、冷媒が流れる領域である。第１のセパレータプレート１５０は、隣接する燃料電池１００側に突き出る第１の凸状突起部１５２（以下、単に「凸状突起部１５２」とも呼ぶ）を備える。凸状突起部１５２は、開口部１５０１、１５０２、１５０３、１５０４をそれぞれ囲うものと、開口部１５０５と１５０６と流路形成部１５６の３つを囲うものとを含む。凸状突起部１５２は、隣接する燃料電池１００の第２のセパレータプレート１６０に押圧されてシールラインを形成する。   FIG. 2 is an explanatory view showing the first separator plate 150. The first separator plate 150 is a substantially rectangular plate member made of metal. Openings 1501, 1502, 1503, 1504, 1505, and 1506 are opened on opposite sides of the first separator plate 150, and these openings 1501, 1502, 1503, 1504, 1505, and 1506 are respectively opened. Used to form manifolds 310, 315, 320, 325, 330, 335 (FIG. 1). The first separator plate 150 includes a flow path forming portion 156 having an uneven shape at the center. The membrane electrode assembly side of the flow path forming unit 156 is a region where the reactive gas flows, and the side opposite to the membrane electrode assembly of the flow channel forming unit 156 is a region where the refrigerant flows. The first separator plate 150 includes first convex protrusions 152 (hereinafter also simply referred to as “convex protrusions 152”) protruding toward the adjacent fuel cell 100. The convex protrusions 152 include those that surround the openings 1501, 1502, 1503, and 1504, and those that surround the three openings 1505 and 1506 and the flow path forming part 156. The convex protrusion 152 is pressed by the second separator plate 160 of the adjacent fuel cell 100 to form a seal line.

図３は、ＭＥＡ支持フレーム１４０と膜電極接合体１１０とを示す説明図である。ＭＥＡ支持フレーム１４０は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂により形成された略長方形の額縁形状を有している。樹脂として、フェノール樹脂やエポキシ樹脂の代わりにメラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂を用いても良い。ＭＥＡ支持フレーム１４０は、膜電極接合体１１０を外縁から支持している。膜電極接合体は、プロトン伝導性を有する電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された触媒層を備える。なお、膜電極接合体１１０は、触媒層の上にさらにガス拡散層を有する膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）であってもよい。ＭＥＡ支持フレーム１４０の対向する辺には、開口部１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６が開けられており、これらの開口部１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、１４０６は、それぞれマニホールド３１０、３１５、３２０、３２５、３３０、３３５（図１）を形成するために用いられる。   FIG. 3 is an explanatory view showing the MEA support frame 140 and the membrane electrode assembly 110. The MEA support frame 140 has a substantially rectangular frame shape formed of a thermosetting resin such as a phenol resin or an epoxy resin, or a thermoplastic resin such as polypropylene, polyethylene, or polyester. As the resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, or polyimide resin may be used instead of phenol resin or epoxy resin. The MEA support frame 140 supports the membrane electrode assembly 110 from the outer edge. The membrane electrode assembly includes an electrolyte membrane having proton conductivity and a catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane. The membrane electrode assembly 110 may be a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) having a gas diffusion layer on the catalyst layer. Openings 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406 are opened on opposite sides of the MEA support frame 140, and these openings 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406 are respectively formed on the manifold 310. 315, 320, 325, 330, 335 (FIG. 1).

ＭＥＡ支持フレーム１４０は、第１のセパレータプレート１５０の凸状突起部１５２に対応する位置において、第１のセパレータプレート１５０側が第１の空隙部１４２（以下、単に「空隙部１４２」と呼ぶ）となる凹形状の凹部１４１を備える。   In the MEA support frame 140, the first separator plate 150 side is a first gap 142 (hereinafter simply referred to as “gap 142”) at a position corresponding to the convex protrusion 152 of the first separator plate 150. The concave portion 141 having a concave shape is provided.

図４は、燃料電池１００のシールラインの断面を示す説明図である。図４は、燃料電池１００を図２、図３の４Ａ−４Ｂ切断線で切ったときの一部の断面構造を示している。第１のセパレータプレート１５０と、第２のセパレータプレート１６０は、ＭＥＡ支持フレーム１４０を挟持している。第１のセパレータプレート１５０は、ＭＥＡ支持フレーム１４０と反対側（隣接する燃料電池１００側）に突出する凸状突起部１５２を備える。凸状突起部１５２の両側の、第１のセパレータプレート１５０とＭＥＡ支持フレーム１４０とが接合している接合部をバネ支点部１５３とも呼ぶ。凸状突起部１５２は、バネ支点部１５３を支点として、バネのように機能する。ＭＥＡ支持フレーム１４０は、凸状突起部１５２の裏側に対応する位置において、第１のセパレータプレート１５０側が凹んで空隙部１４２となっている凹部１４１を備える。第２のセパレータプレート１６０のＭＥＡ支持フレーム１４０と反対側には、ゴムシート１７０が配置されている。第１のセパレータプレート１５０の凸状突起部１５２が、ゴムシート１７０を挟んで第２のセパレータプレート１６０に押圧されることにより、シールラインが形成される。なお、ゴムシート１７０は、凸状突起部１５２の頂部に配置されていても良い。なお、第２のセパレータプレート１６０のうち、第１のセパレータプレート１５０の凸状突起部１５２が当接する部位を当接部１６０ａとも呼ぶ。当接部１６０ａは、凹凸のない平面形状を有する。   FIG. 4 is an explanatory view showing a cross section of the seal line of the fuel cell 100. FIG. 4 shows a partial cross-sectional structure of the fuel cell 100 taken along the cutting line 4A-4B in FIGS. The first separator plate 150 and the second separator plate 160 sandwich the MEA support frame 140. The first separator plate 150 includes a convex protrusion 152 that protrudes on the side opposite to the MEA support frame 140 (on the adjacent fuel cell 100 side). The joints on both sides of the convex protrusion 152 where the first separator plate 150 and the MEA support frame 140 are joined are also referred to as spring fulcrum parts 153. The convex protrusion 152 functions like a spring with the spring fulcrum 153 as a fulcrum. The MEA support frame 140 includes a recess 141 that is recessed on the first separator plate 150 side to form a gap 142 at a position corresponding to the back side of the convex protrusion 152. A rubber sheet 170 is disposed on the opposite side of the second separator plate 160 from the MEA support frame 140. The convex protrusion 152 of the first separator plate 150 is pressed against the second separator plate 160 with the rubber sheet 170 interposed therebetween, whereby a seal line is formed. The rubber sheet 170 may be disposed on the top of the convex protrusion 152. A portion of the second separator plate 160 where the convex protrusion 152 of the first separator plate 150 contacts is also referred to as a contact portion 160a. The contact portion 160a has a planar shape without unevenness.

図５は、燃料電池１００をスタックに積層したが、圧縮していない状態を示す説明図である。図５では、燃料電池１００に加えて、ターミナルプレート２００、２１０を図示している。ターミナルプレート２００は、第１の端部プレート２０１と、第１の端部フレーム２０４を備える。第１の端部プレート２０１は、凸状突起部１５２が当接する当接部２０１ａを有する。当接部２０１ａは、凹凸のない平面形状を有する。第１の端部フレーム２０４は、第１の端部プレート２０１の、燃料電池１００と反対側に配置されている。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the fuel cell 100 is stacked on the stack but is not compressed. FIG. 5 shows terminal plates 200 and 210 in addition to the fuel cell 100. The terminal plate 200 includes a first end plate 201 and a first end frame 204. The first end plate 201 has an abutting portion 201a with which the convex protrusion 152 abuts. The contact part 201a has a planar shape with no unevenness. The first end frame 204 is disposed on the opposite side of the first end plate 201 from the fuel cell 100.

ターミナルプレート２１０は、第２の端部プレート２１１と、第２の端部フレーム２１４を備える。第２の端部プレート２１１は、第１のセパレータプレート１５０の凸状突起部１５２と同じ形状の第２の凸状突起部２１２（以下、単に「凸状突起部２１２」とも呼ぶ）と、バネ支点部２１３とを備える。第２の端部フレーム２１４は、第２の端部プレート２１１の、燃料電池１００と反対側に配置されている。第２の端部フレーム２１４は、ＭＥＡ支持フレーム１４０の凹部１４１と同じ形状の凹部２１５と、空隙部１４２と同じ形状の第２の空隙部２１６（以下、単に「空隙部２１６」と呼ぶ）とを備える。   The terminal plate 210 includes a second end plate 211 and a second end frame 214. The second end plate 211 includes a second convex projection 212 having the same shape as the convex projection 152 of the first separator plate 150 (hereinafter, also simply referred to as “convex projection 212”), and a spring. And a fulcrum part 213. The second end frame 214 is disposed on the opposite side of the second end plate 211 from the fuel cell 100. The second end frame 214 includes a concave portion 215 having the same shape as the concave portion 141 of the MEA support frame 140 and a second gap portion 216 having the same shape as the gap portion 142 (hereinafter simply referred to as “gap portion 216”). Is provided.

図６は、燃料電池を図５に示す状態から積層方向に圧縮した状態を示す説明図である。燃料電池１００を積層して積層方向に圧縮すると、凸状突起部１５２は、ゴムシート１７０を介して、第２のセパレータプレート１６０から反力を受ける。凸状突起部１５２及び凸状突起部１５２の両側の部分は、第２のセパレータプレート１６０からの反力によって弾性変形し、ＭＥＡ支持フレーム１４０の空隙部１４２の方に曲がる。なお、バネ支点部１５３は、変形、移動しない。凸状突起部２１２及び凸状突起部２１２の両側の部分も同様に、第２のセパレータプレート１６０からの反力によって弾性変形し、第２の端部フレーム２１４の空隙部２１６の方に曲がる。このとき、凸状突起部１５２及び凸状突起部１５２の両側の部分の形状と、凸状突起部２１２及び凸状突起部２１２の両側の部分の形状とは、同じ形状であるため、凸状突起部１５２及び凸状突起部１５２の両側の部分の変形と、凸状突起部２１２及び凸状突起部２１２の両側の部分の変形は同程度である。また、凸状突起部１５２及び凸状突起部１５２の両側の部分の変形と、凸状突起部２１２及び凸状突起部２１２の両側の部分の変形は、いずれも積層方向の変形であり、積層方向と交わる方向には変形しない。その結果、第１の端部フレーム２０１と第１のセパレータプレート１５０との間のシール性は、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性とほぼ同等であり、第２の端部フレーム２１４と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性は、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性とほぼ同等である。   6 is an explanatory view showing a state in which the fuel cell is compressed in the stacking direction from the state shown in FIG. When the fuel cell 100 is stacked and compressed in the stacking direction, the convex protrusion 152 receives a reaction force from the second separator plate 160 via the rubber sheet 170. The convex protrusions 152 and portions on both sides of the convex protrusions 152 are elastically deformed by the reaction force from the second separator plate 160 and bend toward the gap 142 of the MEA support frame 140. The spring fulcrum part 153 does not deform or move. Similarly, the convex protrusion 212 and the portions on both sides of the convex protrusion 212 are elastically deformed by the reaction force from the second separator plate 160 and bend toward the gap 216 of the second end frame 214. At this time, the shape of the convex projections 152 and the portions on both sides of the convex projections 152 and the shape of the convex projections 212 and the portions on both sides of the convex projections 212 are the same shape. The deformation of the portions on both sides of the protrusion 152 and the convex protrusion 152 and the deformation of the portions on both sides of the convex protrusion 212 and the convex protrusion 212 are approximately the same. Further, the deformation of the convex protrusions 152 and the portions on both sides of the convex protrusions 152 and the deformation of the convex protrusions 212 and the portions on both sides of the convex protrusions 212 are deformations in the stacking direction. It does not deform in the direction that intersects the direction. As a result, the sealing property between the first end frame 201 and the first separator plate 150 is substantially equal to the sealing property between the first separator plate 150 and the second separator plate 160, The sealing property between the second end frame 214 and the second separator plate 160 is substantially the same as the sealing property between the first separator plate 150 and the second separator plate 160.

図７は、比較例の燃料電池をスタックに積層したが、圧縮していない状態を示す説明図である。図７では、図５と同様に、燃料電池１００ｂに加えて、ターミナルプレート２００ｂ、２１０ｂを図示している。燃料電池１００ｂは、第１のセパレータプレート１５０ｂと第２のセパレータプレート１６０ｂとを備える。なお、図７に示す断面では、第１のセパレータプレート１５０ｂと第２のセパレータプレート１６０ｂとの間のＭＥＡ支持フレームは見えていない。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the fuel cell of the comparative example is stacked on the stack but is not compressed. In FIG. 7, similarly to FIG. 5, terminal plates 200 b and 210 b are illustrated in addition to the fuel cell 100 b. The fuel cell 100b includes a first separator plate 150b and a second separator plate 160b. In the cross section shown in FIG. 7, the MEA support frame between the first separator plate 150b and the second separator plate 160b is not visible.

第１のセパレータプレート１５０ｂは、隣接する燃料電池１００ｂの第２のセパレータプレート１６０ｂ側に突出する凸状突起部１５２ｂと、凸状突起部１５２ｂの両側に配置されるバネ支点部１５３ｂとを備える。第２のセパレータプレート１６０ｂは、隣接する燃料電池１００ｂの第１のセパレータプレート１５０ｂ側に突出する凸状突起部１６２ｂと、凸状突起部１６２ｂの両側に配置されるバネ支点部１５３ｂとを備える。   The first separator plate 150b includes a convex protrusion 152b that protrudes toward the second separator plate 160b of the adjacent fuel cell 100b, and spring fulcrum portions 153b that are arranged on both sides of the convex protrusion 152b. The second separator plate 160b includes a convex protrusion 162b that protrudes toward the first separator plate 150b of the adjacent fuel cell 100b, and spring fulcrum portions 153b that are disposed on both sides of the convex protrusion 162b.

ターミナルプレート２００ｂは、第１の端部プレート２０１ｂと、第１の端部フレーム２０４ｂとを備える。第１の端部プレート２０１ｂは、隣接する燃料電池１００ｂの第１のセパレータプレート１５０ｂ側に突出する凸状突起部２０２ｂを備える。ターミナルプレート２１０ｂは、第２の端部プレート２１１ｂと、第２の端部フレーム２１４ｂを備える。第２の端部プレート２１１ｂは、隣接する燃料電池１００ｂの第２のセパレータプレート１６０ｂ側に突出する凸状突起部２１２ｂを備える。   The terminal plate 200b includes a first end plate 201b and a first end frame 204b. The first end plate 201b includes a convex protrusion 202b that protrudes toward the first separator plate 150b of the adjacent fuel cell 100b. The terminal plate 210b includes a second end plate 211b and a second end frame 214b. The second end plate 211b includes a convex protrusion 212b that protrudes toward the second separator plate 160b of the adjacent fuel cell 100b.

凸状突起部１５２ｂと凸状突起部２１２ｂは、その頂部にゴムシート１７１を備え、凸状突起部１６２ｂと凸状突起部２０２ｂは、その頂部にゴムシート１７２を備える。なお、ゴムシート１７１と１７２のいずれか一方は、無くても良い。凸状突起部１５２ｂと凸状突起部１６２ｂとは、ゴムシート１７１、１７２を挟んで当接し、凸状突起部１５２ｂと凸状突起部２０２ｂとは、ゴムシート１７１、１７２を挟んで当接し、凸状突起部１６２ｂと凸状突起部２１２ｂとは、ゴムシート１７１、１７２を挟んで当接する。   The convex protrusion 152b and the convex protrusion 212b include a rubber sheet 171 at the top thereof, and the convex protrusion 162b and the convex protrusion 202b include a rubber sheet 172 at the top thereof. Note that either one of the rubber sheets 171 and 172 may be omitted. The convex protrusion 152b and the convex protrusion 162b are in contact with each other with the rubber sheets 171 and 172 interposed therebetween, and the convex protrusion 152b and the convex protrusion 202b are in contact with each other with the rubber sheets 171 and 172 interposed therebetween. The convex protrusion 162b and the convex protrusion 212b are in contact with each other with the rubber sheets 171 and 172 interposed therebetween.

図８は、比較例の燃料電池スタックを図７に示す状態から積層方向に圧縮した状態を示す説明図である。燃料電池１００ｂを積層して積層方向に圧縮すると、端部以外の燃料電池１００ｂでは、凸状突起部１５２ｂは、ゴムシート１７１、１７２を介して、隣接する燃料電池１００ｂの第２のセパレータプレート１６０ｂから反力を受ける。同様に、凸状突起部１６２ｂは、ゴムシート１７１、１７２を介して、隣接する燃料電池１００ｂの第１のセパレータプレート１５０ｂから反力を受ける。ここで、バネ支点部１５３ｂと、バネ支点部１６３ｂとは、接触しているが、いずれも燃料電池１００ｂの外側において、積層方向と交わる方向に移動可能である。すなわち、凸状突起部１５２ｂと凸状突起部１６２ｂの高さが低くなり、バネ支点部１５３ｂとバネ支点部１６３ｂとが、燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動する。このとき、凸状突起部１５２ｂと凸状突起部１６２ｂも、燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動する。   FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which the fuel cell stack of the comparative example is compressed in the stacking direction from the state shown in FIG. When the fuel cells 100b are stacked and compressed in the stacking direction, in the fuel cells 100b other than the end portions, the convex protrusions 152b are connected to the second separator plates 160b of the adjacent fuel cells 100b via the rubber sheets 171 and 172. Receive reaction force from. Similarly, the convex protrusion 162b receives a reaction force from the first separator plate 150b of the adjacent fuel cell 100b via the rubber sheets 171 and 172. Here, although the spring fulcrum part 153b and the spring fulcrum part 163b are in contact with each other, both of them are movable outside the fuel cell 100b in a direction intersecting with the stacking direction. That is, the heights of the convex protrusions 152b and the convex protrusions 162b are lowered, and the spring fulcrum part 153b and the spring fulcrum part 163b move in a direction crossing the stacking direction of the fuel cells 100b. At this time, the convex protrusions 152b and the convex protrusions 162b also move in a direction intersecting with the stacking direction of the fuel cells 100b.

ターミナルプレート２００ｂ側の端部の燃料電池１００ｂと、ターミナルプレート２００ｂとの間では、凸状突起部１５２ｂは、ゴムシート１７１、１７２を介して、第１の端部プレート２０１ｂから反力を受ける。同様に、凸状突起部２０２ｂは、ゴムシート１７１、１７２を介して、第１のセパレータプレート１５０ｂから反力を受ける。ここで、バネ支点部２０３ｂは、第１の端部フレーム２０４ｂと固定されており、移動できない。したがって、凸状突起部２０２ｂは、変形出来ず、高さも位置も変わらない。一方、バネ支点部１５３ｂは上述したように移動可能である。その結果、凸状突起部１５２ｂの高さが低くなり、バネ支点部１５３ｂは、隣接する燃料電池１００ｂのバネ支点部１６３ｂとともに積層方向と交わる方向に移動する。このとき、凸状突起部１５２ｂは、燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動する。   Between the fuel cell 100b at the end on the terminal plate 200b side and the terminal plate 200b, the convex protrusion 152b receives a reaction force from the first end plate 201b via the rubber sheets 171 and 172. Similarly, the convex protrusion 202b receives a reaction force from the first separator plate 150b via the rubber sheets 171 and 172. Here, the spring fulcrum 203b is fixed to the first end frame 204b and cannot move. Therefore, the convex protrusion 202b cannot be deformed, and the height and position are not changed. On the other hand, the spring fulcrum part 153b is movable as described above. As a result, the height of the convex protrusion 152b is reduced, and the spring fulcrum 153b moves in a direction intersecting the stacking direction together with the spring fulcrum 163b of the adjacent fuel cell 100b. At this time, the convex protrusion 152b moves in a direction crossing the stacking direction of the fuel cells 100b.

ターミナルプレート２１０ｂ側の端部の燃料電池１００ｂと、ターミナルプレート２１０ｂとの間でも同様である。凸状突起部２１２ｂは、変形出来ず、高さも位置も変わらない。一方、凸状突起部１５２ｂの高さが低くなり、バネ支点部１６３ｂは、隣接する燃料電池１００ｂのバネ支点部１５３ｂとともに積層方向と交わる方向に移動する。このとき、凸状突起部１６２ｂは、燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動する。   The same applies between the fuel cell 100b at the end on the terminal plate 210b side and the terminal plate 210b. The convex protrusion 212b cannot be deformed, and the height and position are not changed. On the other hand, the height of the convex protrusion 152b is lowered, and the spring fulcrum 163b moves in the direction intersecting the stacking direction together with the spring fulcrum 153b of the adjacent fuel cell 100b. At this time, the convex protrusion 162b moves in a direction crossing the stacking direction of the fuel cells 100b.

以上のように、比較例では、燃料電池１００ｂ同士の境界では、凸状突起部１５２ｂと凸状突起部１６２ｂとは共に燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動する。これに対し、燃料電池１００ｂとターミナルプレート２００ｂとの境界では、凸状突起部１５２ｂは燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動するが、凸状突起部２０２ｂは、移動しない。また、燃料電池１００ｂとターミナルプレート２１０ｂとの境界では、凸状突起部１６２ｂは燃料電池１００ｂの積層方向と交わる方向に移動するが、凸状突起部２１２ｂは、移動しない。そのため、端部の燃料電池１００ｂとターミナルプレート２００ｂとの間のシール性は、端部以外における２つの燃料電池１００ｂ間のシール性と異なったものとなり、端部の燃料電池１００ｂとターミナルプレート２１０ｂとの間のシール性は、端部以外における２つの燃料電池１００ｂ間のシール性と異なったものとなる。さらに、比較例では、凸状突起部１５２ｂと凸状突起部２０２ｂとの間、凸状突起部１６２ｂと凸状突起部２１２ｂとの間がずれるため、燃料電池１００ｂとターミナルプレート２００ｂとの間のシール性あるいは燃料電池１００ｂとターミナルプレート２１０ｂとの間のシール性は、２つの燃料電池１００ｂ間のシール性よりも劣る可能性がある。これに対し、本実施形態では、上述したように、第１の端部フレーム２０１と第１のセパレータプレート１５０との間のシール性は、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性とほぼ同等であり、第２の端部フレーム２１４と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性は、第１のセパレータプレート１５０と第２のセパレータプレート１６０との間のシール性とほぼ同等である。   As described above, in the comparative example, at the boundary between the fuel cells 100b, both the convex protrusions 152b and the convex protrusions 162b move in a direction crossing the stacking direction of the fuel cells 100b. On the other hand, at the boundary between the fuel cell 100b and the terminal plate 200b, the convex protrusion 152b moves in a direction intersecting the stacking direction of the fuel cell 100b, but the convex protrusion 202b does not move. Further, at the boundary between the fuel cell 100b and the terminal plate 210b, the convex protrusion 162b moves in a direction intersecting with the stacking direction of the fuel cell 100b, but the convex protrusion 212b does not move. Therefore, the sealing property between the fuel cell 100b at the end and the terminal plate 200b is different from the sealing property between the two fuel cells 100b other than the end, and the fuel cell 100b at the end and the terminal plate 210b Is different from the sealability between the two fuel cells 100b except at the end. Further, in the comparative example, the convex projections 152b and the convex projections 202b are displaced between the convex projections 162b and the convex projections 212b. The sealing performance or the sealing performance between the fuel cell 100b and the terminal plate 210b may be inferior to the sealing performance between the two fuel cells 100b. On the other hand, in this embodiment, as described above, the sealing performance between the first end frame 201 and the first separator plate 150 is the same as that of the first separator plate 150 and the second separator plate 160. The sealing performance between the second end frame 214 and the second separator plate 160 is substantially the same as that between the first separator plate 150 and the second separator plate 160. It is almost equivalent to the sealing performance.

以上、本実施形態によれば、第１の端部プレート２０１のシールライン近傍における形状を第２のセパレータプレート１６０のシールライン近傍における形状とほぼ同じ形状とし、第２の端部プレート２１１のシールライン近傍における形状を第１のセパレータプレート１５０のシールライン近傍における形状とほぼ同じ形状とすることで、端部の燃料電池１００のシール性の悪化を抑制できる。   As described above, according to this embodiment, the shape of the first end plate 201 in the vicinity of the seal line is substantially the same as the shape of the second separator plate 160 in the vicinity of the seal line, and the second end plate 211 is sealed. By making the shape in the vicinity of the line substantially the same as the shape in the vicinity of the seal line of the first separator plate 150, deterioration of the sealing performance of the fuel cell 100 at the end can be suppressed.

また、このようなシールラインの同一の形状は、一方の第２のセパレータプレート１６０のシールライン近傍、第２の端部プレート２１１のシールライン近傍を平面とし、他方の第１のセパレータプレート１５０、第１の端部プレート２０１のみに凸状突起部１５２あるいは凸状突起部２０２（バネ構造）を持たせることで実現できる。   Further, the same shape of such a seal line is such that the vicinity of the seal line of one second separator plate 160 and the vicinity of the seal line of the second end plate 211 are planar, and the other first separator plate 150, This can be realized by providing only the first end plate 201 with the convex protrusion 152 or the convex protrusion 202 (spring structure).

また、第２の端部プレート２１１のシールライン近傍を平面とするため、凹凸を形成するための専用部品が不要であり、第２の端部プレートフレームの凹部２１５についても機械加工で形成すれば、専用のプレス型が不要となり、コストを低減できる。   In addition, since the vicinity of the seal line of the second end plate 211 is a flat surface, no dedicated parts for forming the irregularities are necessary, and the concave portion 215 of the second end plate frame can be formed by machining. This eliminates the need for a dedicated press die and reduces costs.

上記形態では、端部プレート２０１、端部フレーム２０４は、ターミナルプレート２００にあるとしたが、燃料電池１００とターミナルプレート２００との間にダミーセルを設ける場合には、端部プレート２０１、端部フレーム２０４は、ダミーセルにあっても良い。端部プレート２１１、端部フレーム２１４についても同様である。   In the above embodiment, the end plate 201 and the end frame 204 are provided on the terminal plate 200. However, when a dummy cell is provided between the fuel cell 100 and the terminal plate 200, the end plate 201 and the end frame are provided. 204 may be in a dummy cell. The same applies to the end plate 211 and the end frame 214.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

１０…燃料電池スタック
１００、１００ｂ…燃料電池
１１０…膜電極接合体
１４１…凹部
１４２…空隙部
１５０、１５０ｂ…第１のセパレータプレート
１５２、１５２ｂ…凸状突起部
１５３、１５３ｂ…バネ支点部
１５６…流路形成部
１６０、１６０ｂ…第２のセパレータプレート
１６０ａ…当接部
１６２ｂ…凸状突起部
１６３ｂ…バネ支点部
１７０、１７１、１７２…ゴムシート
２００、２００ｂ…ターミナルプレート
２０１、２０１ｂ…第１の端部プレート
２０１ａ…当接部
２０２、２０２ｂ…凸状突起部
２０３ｂ…バネ支点部
２０４、２０４ｂ…第１の端部フレーム
２１０、２１０ｂ…ターミナルプレート
２１１、２１１ｂ…第２の端部プレート
２１２、２１２ｂ…凸状突起部
２１３…バネ支点部
２１４、２１４ｂ…第２の端部フレーム
２１５…凹部
２１６…空隙部
２２０、２４０…絶縁プレート
２３０、２５０…締結プレート
３１０…酸化剤ガス供給マニホールド
３１５…酸化剤ガス排出マニホールド
３２０…燃料ガス供給マニホールド
３２５…燃料ガス排出マニホールド
３３０…冷媒供給マニホールド
３３５…冷媒排出マニホールド
１４０１〜１４０６…開口部
１５０１〜１５０６…開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 100, 100b ... Fuel cell 110 ... Membrane electrode assembly 141 ... Concave part 142 ... Cavity part 150, 150b ... First separator plate 152, 152b ... Convex protrusion part 153, 153b ... Spring fulcrum part 156 ... Flow path forming portion 160, 160b ... second separator plate 160a ... abutting portion 162b ... convex protrusion 163b ... spring fulcrum portion 170, 171, 172 ... rubber sheet 200, 200b ... terminal plate 201, 201b ... first End plate 201a ... contact part 202, 202b ... convex projection part 203b ... spring fulcrum part 204, 204b ... first end frame 210, 210b ... terminal plate 211, 211b ... second end plate 212, 212b ... convex protrusion 213 ... spring fulcrum 214, 214b ... 2 end frame 215 ... recess 216 ... gap 220, 240 ... insulating plate 230, 250 ... fastening plate 310 ... oxidant gas supply manifold 315 ... oxidant gas discharge manifold 320 ... fuel gas supply manifold 325 ... fuel gas discharge manifold 330 ... Refrigerant supply manifold 335 ... Refrigerant discharge manifold 1401-1406 ... Opening 1501-1506 ... Opening

Claims (1)

燃料電池スタックであって、
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池の積層体を挟持する第１の端部プレート及び第２の端部プレートと、
前記第１の端部プレートの前記積層体と反対側に配置される第１の端部フレームと、
前記第２の端部プレートの前記積層体と反対側に配置される第２の端部フレームと、
を備え、
各燃料電池は、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を支持するＭＥＡ支持フレームと、
前記膜電極接合体と前記ＭＥＡ支持フレームとを挟持する第１のセパレータプレートと第２のセパレータプレートと、
を備え、
前記第１のセパレータプレートは、隣接する燃料電池又は前記第１の端部プレート側に突出し、弾性変形する第１の凸状突起部を有し、
前記第２のセパレータプレートは、前記第１の凸状突起部が当接する当接部において平面形状であり、
前記第１の端部プレートは、前記第１の凸状突起部が当接する当接部において平面形状であり、
前記第２の端部プレートは、前記第２のセパレータプレート側に突出し、前記第２のセパレータプレートの前記当接部に当接する第２の凸状突起部であって、弾性変形する第２の凸状突起部を有し、
前記ＭＥＡ支持フレームは、前記第１のセパレータプレートの前記第１の凸状突起部の裏側に凹形状の第１の空隙部を有し、
前記第２の端部フレームは、前記第２の端部プレートの前記第２の凸状突起部の裏側に凹形状の第２の空隙部を有している、燃料電池スタック。 A fuel cell stack,
A plurality of fuel cells;
A first end plate and a second end plate for sandwiching the stack of the plurality of fuel cells;
A first end frame disposed on the opposite side of the laminate of the first end plate;
A second end frame disposed on the opposite side of the laminate of the second end plate;
With
Each fuel cell
A membrane electrode assembly;
An MEA support frame for supporting the membrane electrode assembly;
A first separator plate and a second separator plate that sandwich the membrane electrode assembly and the MEA support frame;
With
The first separator plate has a first convex protrusion that protrudes toward the adjacent fuel cell or the first end plate and elastically deforms,
The second separator plate has a planar shape at an abutting portion with which the first convex protruding portion abuts.
The first end plate has a planar shape at a contact portion with which the first convex protrusion comes into contact,
The second end plate is a second convex protrusion that protrudes toward the second separator plate and contacts the contact portion of the second separator plate, and is elastically deformed. Having a convex protrusion,
The MEA support frame has a concave first gap portion on the back side of the first convex protrusion of the first separator plate,
The fuel cell stack, wherein the second end frame has a concave second gap on the back side of the second convex protrusion of the second end plate.

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