JP2020149788A - Fastening mechanism of fuel cell laminate - Google Patents

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Abstract

To provide a fastening mechanism ensuring strength, and capable of suppressing dimensions of a fastened fuel cell laminate.SOLUTION: A fastening mechanism for fastening a fuel cell laminate in the lamination direction has an end plate, a fastening band and a coupling member placed at both ends in the lamination direction. The coupling member has a fastening band coupling part and an end plate coupling part, the end plate coupling part has a female screw, thickness of the fastening band coupling part is smaller than the thickness of the end plate coupling part, one or both ends of the fastening band are wound around the fastening band coupling part and coupled, and further coupled with the end plate via the coupling member, and a male screw mating with a female screw of the end plate coupling part, so that the fastening band imparts a fastening pressure to the fuel cell laminate via the end plate.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、積層されている複数の単セルを含む燃料電池積層体を積層方向に締結する締結機構に関する。 The present disclosure relates to a fastening mechanism for fastening a fuel cell laminate including a plurality of stacked single cells in the stacking direction.

燃料電池が、エネルギー源として注目されている。燃料電池は、電気的に接続された２つの電極に、それぞれ、水素ガスのような燃料ガス（アノード供給ガス）と酸素のような酸化剤ガス（カソード供給ガス）を供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。燃料電池は、固定式の電源として用いられるだけでなく、電気自動車の動力源として用いられている。燃料電池は、一般に、複数の単セルを積層させて構成される燃料電池積層体の形態で、利用される。 Fuel cells are attracting attention as an energy source. The fuel cell supplies fuel gas such as hydrogen gas (anode supply gas) and oxidant gas such as oxygen (cathode supply gas) to two electrically connected electrodes, respectively, and electrochemically By causing the oxidation of fuel, chemical energy is directly converted into electrical energy. Fuel cells are used not only as a fixed power source, but also as a power source for electric vehicles. The fuel cell is generally used in the form of a fuel cell laminate composed of a plurality of single cells laminated.

燃料電池積層体は、単セルの積層状態の維持、燃料ガス及び酸化剤ガス等の漏洩防止、並びに構成部材間における接触抵抗の低減などを目的として、積層方向に締結圧が加えられた状態で、締結される。このような締結のために、締結機構が用いられる。 The fuel cell laminate is in a state where fastening pressure is applied in the lamination direction for the purpose of maintaining the laminated state of single cells, preventing leakage of fuel gas, oxidant gas, etc., and reducing contact resistance between constituent members. , To be concluded. A fastening mechanism is used for such fastening.

特許文献１は、複数の単セルを積層して形成された積層体を備えている燃料電池積層体を開示している。当該文献は、積層体、この積層体の両端に積層されている一対の端板、並びに積層体及び一対の端板を積層方向に締め付ける締付部材、を有している燃料電池スタックについて記載している。 Patent Document 1 discloses a fuel cell laminate including a laminate formed by laminating a plurality of single cells. The document describes a fuel cell stack having a laminate, a pair of end plates laminated on both ends of the laminate, and a tightening member that tightens the laminate and the pair of end plates in the stacking direction. ing.

特許文献２は、荷重付与機構を備えている燃料電池積層体を開示している。当該文献によれば、この荷重付与機構によって、単セルによって構成される積層体に対して、積層方向に沿った荷重が付与される。当該文献によれば、締結バンドの一端が、保持部を介して、エンドプレートに保持される。当該保持部が、締結バンドの一端のロール部中に配置された丸棒状のナット部材と、ナット部材のネジ穴にエンドプレートの貫通孔を介して螺入される締結ネジから構成されることが、記載されている。 Patent Document 2 discloses a fuel cell laminate provided with a load applying mechanism. According to the document, this load applying mechanism applies a load along the stacking direction to a laminated body composed of a single cell. According to the document, one end of the fastening band is held by the end plate via a holding portion. The holding portion may consist of a round bar-shaped nut member arranged in the roll portion at one end of the fastening band and a fastening screw screwed into a screw hole of the nut member through a through hole of an end plate. ,Are listed.

また、上記特許文献２は、幅方向の長さが締結バンドの幅よりも長く、かつ締結バンドよりも外側の位置にネジ穴が形成されているナット部材についても、記載している。この構成では、エンドプレートへの締結バンドの一端の固定が、締結ネジを介して、締結バンドの外側において行われることが、記載されている。 Further, Patent Document 2 also describes a nut member whose length in the width direction is longer than the width of the fastening band and in which a screw hole is formed at a position outside the fastening band. In this configuration, it is described that the fixing of one end of the fastening band to the end plate is performed outside the fastening band via the fastening screw.

特開２０１０−００９８４４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-09844 特開２０１６−０２７５４３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-027543

締結バンドをエンドプレートに結合させるためのナット部材に雌ネジが設けられるため、ナット部材が、強度確保のために十分な肉厚を有している必要がある。従来技術によれば、このナット部材に、さらに締結バンドが巻き付けられるため、締結された燃料電池積層体の全体としての体格が増大するおそれがあった。 Since the nut member for connecting the fastening band to the end plate is provided with a female screw, the nut member needs to have a sufficient wall thickness to ensure strength. According to the prior art, since the fastening band is further wound around the nut member, there is a possibility that the overall physique of the fastened fuel cell laminate may increase.

本開示に係る発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、強度が確保されており、かつ締結された燃料電池積層体の寸法を抑制することができる締結機構を提供することを、目的とする。 The invention according to the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fastening mechanism capable of ensuring strength and suppressing the dimensions of the fastened fuel cell laminate. And.

本開示は、以下の手段によって上記の目的を達成するものである。 The present disclosure achieves the above object by the following means.

積層された複数の単セルを含む燃料電池積層体を積層方向に締結する締結機構であって、
この締結機構が、前記燃料電池積層体の前記積層方向の両端に配置されている第一エンドプレート及び第二エンドプレート、締結バンド、並びに連結部材を有しており、
前記連結部材が、締結バンド連結部及びエンドプレート連結部を有しており、前記エンドプレート連結部が、雌ネジを有しており、かつ前記締結バンド連結部の厚みが、前記エンドプレート連結部の厚みよりも小さくなっており、かつ
前記締結バンドの１又は両方の端部が、前記締結バンド連結部に巻き付いて連結しており、かつ前記連結部材、及び前記エンドプレート連結部の前記雌ネジに螺合された雄ネジを介して、前記第一エンドプレート又は前記第二エンドプレートに連結しており、それにより、前記締結バンドが、前記第一エンドプレート及び前記第二エンドプレートを介して前記燃料電池積層体に対して締結圧を付与するようになっている、
締結機構。 A fastening mechanism for fastening a fuel cell laminate including a plurality of stacked single cells in the stacking direction.
This fastening mechanism has a first end plate and a second end plate, a fastening band, and a connecting member arranged at both ends of the fuel cell laminate in the stacking direction.
The connecting member has a fastening band connecting portion and an end plate connecting portion, the end plate connecting portion has a female screw, and the thickness of the fastening band connecting portion is the thickness of the end plate connecting portion. One or both ends of the fastening band are wound around and connected to the fastening band connecting portion, and the connecting member and the female screw of the end plate connecting portion are connected to each other. It is connected to the first end plate or the second end plate via a male screw screwed into the first end plate, whereby the fastening band is connected to the first end plate and the second end plate. A fastening pressure is applied to the fuel cell laminate.
Fastening mechanism.

本開示によれば、強度が確保されており、かつ締結された燃料電池積層体の寸法を抑制することができる締結機構を、提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a fastening mechanism in which strength is ensured and the dimensions of the fastened fuel cell laminate can be suppressed.

図１は、本開示の１つの実施態様に係る締結機構を有している燃料電池積層体の断面概略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell laminate having a fastening mechanism according to one embodiment of the present disclosure. 図２は、本開示の別の実施態様に係る締結機構を有している燃料電池積層体の断面概略図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell laminate having a fastening mechanism according to another embodiment of the present disclosure. 図３は、本開示に係る締結機構の１つの実施態様の部分の概略的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a portion of one embodiment of the fastening mechanism according to the present disclosure. 図４は、図３のＡＡ′における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 図５は、本開示に係る締結機構の別の実施態様の部分の概略的な斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a portion of another embodiment of the fastening mechanism according to the present disclosure.

以下、図面を参照しながら、本開示に係る締結機構の実施の形態を説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。図面に示されている形態は、本開示の例示であり、本開示を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the fastening mechanism according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist of the present disclosure. The forms shown in the drawings are exemplary of the present disclosure and are not intended to limit the present disclosure.

本開示に係る締結機構は、
積層された複数の単セルを含む燃料電池積層体を積層方向に締結するものであり、
燃料電池積層体の積層方向の両端に配置されている第一エンドプレート及び第二エンドプレート、締結バンド、並びに連結部材を有しており、
連結部材が、締結バンド連結部及びエンドプレート連結部を有しており、エンドプレート連結部が、雌ネジを有しており、かつ締結バンド連結部の厚みが、エンドプレート連結部の厚みよりも小さくなっており、かつ
締結バンドの１又は両方の端部が、締結バンド連結部に巻き付いて連結しており、かつ連結部材、及びエンドプレート連結部の雌ネジに螺合された雄ネジを介して、第一エンドプレート又は第二エンドプレートに連結しており、それにより、締結バンドが、第一エンドプレート及び第二エンドプレートを介して燃料電池積層体に対して締結圧を付与するようになっている。 The fastening mechanism according to the present disclosure is
A fuel cell laminate containing a plurality of stacked single cells is fastened in the stacking direction.
It has a first end plate and a second end plate, a fastening band, and a connecting member arranged at both ends of the fuel cell laminate in the stacking direction.
The connecting member has a fastening band connecting portion and an end plate connecting portion, the end plate connecting portion has a female screw, and the thickness of the fastening band connecting portion is larger than the thickness of the end plate connecting portion. It is smaller and one or both ends of the fastening band are wound around the fastening band connecting portion and connected, and via a male screw screwed into the connecting member and the female screw of the end plate connecting portion. Thus, it is connected to the first end plate or the second end plate so that the fastening band applies fastening pressure to the fuel cell laminate via the first end plate and the second end plate. It has become.

図１〜図５を参照して、本開示に係る締結機構の実施態様について、以下で詳細に説明する。 An embodiment of the fastening mechanism according to the present disclosure will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5.

図１に示す実施態様では、締結バンド１１が、積層されている単セル１８を含んでいる燃料電池積層体１０の、積層方向Ｓに沿う１つの側面部に沿って延在し、第二エンドプレート１２４の、燃料電池積層体１０の反対側に向いている表面にわたって延在し、かつ燃料電池積層体１０の、上記側面部の反対側に位置している別の側面部に沿って、積層方向Ｓに延在している。締結バンド１１の両方の端部が、連結部材１３ａ及び１３ｂに、それぞれ連結している。雄ネジ１４ａ及び１４ｂが、第一エンドプレート１２２の、燃料電池積層体１０の反対側に向いている表面から、第一エンドプレート１２２に設けられている貫通孔を通って、連結部材１３ａ及び１３ｂに、それぞれ、連結している。燃料電池積層体１０が、積層されている単セル１８に加えて、ターミナル１６２，１６４及びインシュレータ１５２，１５４を有している。なお、図１に示す実施態様では、燃料電池積層体１０と第二エンドプレート１２４との間に、プレッシャプレート１７及びバネ１９が配置されている。 In the embodiment shown in FIG. 1, the fastening band 11 extends along one side surface portion of the fuel cell laminate 10 including the stacked single cells 18 along the stacking direction S, and the second end. Laminates along another side surface of the plate 124 that extends over the opposite side of the fuel cell laminate 10 and is located on the opposite side of the fuel cell laminate 10. It extends in the direction S. Both ends of the fastening band 11 are connected to the connecting members 13a and 13b, respectively. The male screws 14a and 14b pass through the through holes provided in the first end plate 122 from the surface of the first end plate 122 facing the opposite side of the fuel cell laminate 10, and the connecting members 13a and 13b. They are connected to each other. The fuel cell laminate 10 has terminals 162, 164 and insulators 152, 154 in addition to the stacked single cells 18. In the embodiment shown in FIG. 1, the pressure plate 17 and the spring 19 are arranged between the fuel cell laminate 10 and the second end plate 124.

締結バンドが、図１のように延在する場合には、第二エンドプレートと締結バンドとの接触領域の全体にわたって締結圧を加えることが可能であり、バランスよく締結圧を付与することが可能となる。さらに、このような構成では、締結圧の調節を容易に行うことができる。 When the fastening band extends as shown in FIG. 1, it is possible to apply the fastening pressure over the entire contact area between the second end plate and the fastening band, and it is possible to apply the fastening pressure in a well-balanced manner. Will be. Further, in such a configuration, the fastening pressure can be easily adjusted.

代替的には、図２に示すように、２つの締結バンド２１ａ及び２１ｂが、燃料電池積層体１０の、積層方向Ｓに沿う側面部のみに沿って、それぞれ、延在していてもよい。すなわち、一方で、１つの締結バンド２１ａが、燃料電池積層体１０の、積層方向Ｓに沿う１つの側面部のみに沿って延在し、その両端部において、第一エンドプレート１２２及び第二エンドプレート１２４に、それぞれ連結されていてよい。他方で、もう１つの締結バンド２１ｂが、燃料電池積層体１０の、上記側面部の反対側に位置している別の１つの側面部に沿って、積層方向Ｓに延在し、その両端部において、第一エンドプレート１２２及び第二エンドプレート１２４に、それぞれ連結されていてよい。 Alternatively, as shown in FIG. 2, the two fastening bands 21a and 21b may extend along only the side surface portion of the fuel cell laminate 10 along the stacking direction S, respectively. That is, on the other hand, one fastening band 21a extends along only one side surface portion of the fuel cell laminate 10 along the stacking direction S, and at both ends thereof, the first end plate 122 and the second end. Each may be connected to the plate 124. On the other hand, another fastening band 21b extends in the stacking direction S along another side surface portion of the fuel cell laminate 10 located on the opposite side of the side surface portion, and both ends thereof. May be connected to the first end plate 122 and the second end plate 124, respectively.

図２に示すように、締結バンド２１ａ及び２１ｂのそれぞれの一端が、それぞれ、連結部材２３ａ、２３ｂに接続されていてよく、かつ締結バンド２１ａ及び２１ｂのそれぞれの他端が、それぞれ、第二エンドプレート１２４に、連結部材を介さずに、直接に連結されていてよい。このような構成によって、簡便な締結圧の付与及び調節を可能としつつ、安定性がさらに向上した締結圧の付与を実現することが、可能となる。 As shown in FIG. 2, one end of each of the fastening bands 21a and 21b may be connected to the connecting members 23a and 23b, respectively, and the other ends of the fastening bands 21a and 21b are the second ends, respectively. It may be directly connected to the plate 124 without using a connecting member. With such a configuration, it is possible to apply and adjust the fastening pressure easily, and at the same time, it is possible to apply the fastening pressure with further improved stability.

連結部材を介さない締結バンドの連結は、例えば、図２で見られるように、締結バンド２１ａ、２１ｂの一端を、座金２６ａ、２６ｂと第二エンドプレート１２４の積層体側表面との間に挟み、ボルト２４ｃ、２４ｄ及びナット２８ａ、２８ｂでこれを固定することによって、行ってよい。 In the connection of the fastening band without the connecting member, for example, as seen in FIG. 2, one end of the fastening band 21a, 21b is sandwiched between the washer 26a, 26b and the laminated body side surface of the second end plate 124. This may be done by fixing them with bolts 24c, 24d and nuts 28a, 28b.

本開示に係る別の代替的な実施態様では、締結バンドが、締結バンドの一端において連結部材に連結し、図１に示すような態様で積層体の２つの側面部及び第二エンドプレートを周回し、かつ締結バンドの他端において、連結部材を介さずに、直接に第二エンドプレートに連結されていてよい。このような構成によって、締結圧の簡便な付与及び調節を可能としつつ、比較的単純な締結機構を実現することができる。 In another alternative embodiment of the present disclosure, the fastening band is connected to the connecting member at one end of the fastening band and orbits the two side surfaces and the second end plate of the laminate in a manner as shown in FIG. However, the other end of the fastening band may be directly connected to the second end plate without a connecting member. With such a configuration, a relatively simple fastening mechanism can be realized while enabling simple application and adjustment of the fastening pressure.

図３は、本開示に係る締結機構の１つの実施態様の部分の概略的な斜視図である。図３は、図１の一部に対応しており、連結部材１３ａとその周囲の拡大図の斜視図である。図３の実施態様では、連結部材１３ａが、枠形状を有しているバックル部材である。締結バンド連結部１３２ａが、この枠形状の一端を構成しており、ここに、締結バンド１１の端部が巻き付いて連結している。エンドプレート連結部１３４ａが、枠形状を有しているバックル部材の、締結バンド連結部１３２ａに対向している他端を、構成している。エンドプレート連結部１３４ａに、雌ネジ１３６ａが設けられている。雌ネジ１３６ａが、締結バンドの締結方向に沿って平行に延在している。雄ネジ１４ａが、第一エンドプレート１２２に設けられた貫通孔を通って、この雌ネジ１３６ａに螺合しており、それによって、エンドプレート連結部１３４ａと、第一エンドプレート１２２とが連結されている。 FIG. 3 is a schematic perspective view of a portion of one embodiment of the fastening mechanism according to the present disclosure. FIG. 3 corresponds to a part of FIG. 1, and is a perspective view of an enlarged view of the connecting member 13a and its surroundings. In the embodiment of FIG. 3, the connecting member 13a is a buckle member having a frame shape. The fastening band connecting portion 132a constitutes one end of this frame shape, and the end portion of the fastening band 11 is wound around and connected to the one end. The end plate connecting portion 134a constitutes the other end of the frame-shaped buckle member facing the fastening band connecting portion 132a. A female screw 136a is provided on the end plate connecting portion 134a. Female threads 136a extend in parallel along the fastening direction of the fastening band. A male screw 14a is screwed into the female screw 136a through a through hole provided in the first end plate 122, whereby the end plate connecting portion 134a and the first end plate 122 are connected. ing.

以上のような構成によって、締結バンドが、第一エンドプレート及び第二エンドプレートを介して、燃料電池積層体に対して、積層方向に締結圧を付与するようになっている。 With the above configuration, the fastening band applies a fastening pressure to the fuel cell laminate in the stacking direction via the first end plate and the second end plate.

また、連結部材に対する雄ネジの締め込みの程度を調節することによって、連結部材及び締結バンドの端部を、積層方向に沿って移動させることができる。このようにして、積層方向における、積層体に対する締結圧の大きさを、調節することが可能となっている。 Further, by adjusting the degree of tightening of the male screw to the connecting member, the end portions of the connecting member and the fastening band can be moved along the stacking direction. In this way, it is possible to adjust the magnitude of the fastening pressure with respect to the laminated body in the stacking direction.

本開示に係る締結機構では、図３において見られるように、連結部材の、締結バンド連結部における厚みＤ１が、エンドプレート連結部における厚みＤ２よりも、小さくなっている。 In the fastening mechanism according to the present disclosure, as seen in FIG. 3, the thickness D1 of the fastening band connecting portion of the connecting member is smaller than the thickness D2 of the end plate connecting portion.

図４は、図３のＡＡ′における断面図である。説明のために、図４では、雄ネジ１４ａの描写を省略している。上述したように、連結部材の、雌ネジ１３６ａが設けられているエンドプレート連結部１３４ａが、厚みＤ２を有しており、一方で、締結バンド１１が巻き付けられている締結バンド連結部１３２ａが、Ｄ２よりも小さい厚みＤ１を有している。なお図４において、雌ネジ１３６ａはエンドプレート連結部１３４ａの左方から途中まで形成されているが、これに限定されない。図４におけるエンドプレート連結部１３４ａを左右方向に貫通するように、雌ネジ１３６ａを形成しても良い。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. For the sake of explanation, the description of the male screw 14a is omitted in FIG. As described above, the end plate connecting portion 134a of the connecting member provided with the female screw 136a has a thickness D2, while the fastening band connecting portion 132a around which the fastening band 11 is wound is formed. It has a thickness D1 smaller than D2. In FIG. 4, the female screw 136a is formed from the left side to the middle of the end plate connecting portion 134a, but is not limited thereto. A female screw 136a may be formed so as to penetrate the end plate connecting portion 134a in FIG. 4 in the left-right direction.

本開示のこのような構成によれば、エンドプレート連結部１３４ａにおける強度を確保することができる一方で、締結バンド連結部１３２ａに締結バンドが巻き付けられることによる全体としての体格の増大を、比較的小さくすることができる。 According to such a configuration of the present disclosure, while it is possible to secure the strength at the end plate connecting portion 134a, the increase in the overall physique due to the fastening band being wound around the fastening band connecting portion 132a is relatively increased. It can be made smaller.

なお、本開示に関して、締結バンド連結部及びエンドプレート連結部の「厚み」は、締結バンドの締結方向に対して垂直な方向であって、締結バンドの、ロール部の外に位置している面に対する法線方向における、最大の長さ、を意味している。なお、「ロール部」は、締結バンド連結部に巻き付いている締結バンドの端部を指す。この「厚み」方向を、図１〜図５において、Ｗで表している。 Regarding the present disclosure, the "thickness" of the fastening band connecting portion and the end plate connecting portion is a direction perpendicular to the fastening direction of the fastening band, and is a surface of the fastening band located outside the roll portion. It means the maximum length in the direction normal to. The "roll portion" refers to the end portion of the fastening band wound around the fastening band connecting portion. This "thickness" direction is represented by W in FIGS. 1 to 5.

連結部材の形状を、図３に示すように、枠形状のバックル部材にする場合には、締結バンド連結部とエンドプレート連結部とを対向させることが可能となり、締結バンドの締結方向と雄ネジの螺入方向とを一直線上にそろえることができる。それにより、１つの雄ネジのみで積層方向における均等な締結を行うことができ、積層方向に沿った締結圧の付与及び調節を、比較的簡便に行うことが可能となる。 As shown in FIG. 3, when the shape of the connecting member is a frame-shaped buckle member, the fastening band connecting portion and the end plate connecting portion can face each other, and the fastening direction of the fastening band and the male screw Can be aligned with the screwing direction of. As a result, uniform fastening in the stacking direction can be performed with only one male screw, and it becomes possible to relatively easily apply and adjust the fastening pressure along the stacking direction.

代替的には、連結部材が、図５において見られるように、丸棒形状を有しているナット部材であってよい。この場合には、ナット部材としての連結部材５３の、締結バンド５１の端部が巻き付けられる部位が、締結バンド連結部５３２である。一方で、連結部材５３の、締結バンド連結部５３２の外側に位置しておりかつ雄ネジ５４ａ、５４ｂを受け入れるための雌ネジ（図示せず）が設けられている部位が、エンドプレート連結部５３４ａ、５３４ｂである。雌ネジが、締結バンドの締結方向に沿って平行に延在している。エンドプレート連結部５３４ａ及び５３４ｂが、厚みＤ２を有しており、一方で、締結バンド連結部５３２が、Ｄ２よりも小さい厚みＤ１を有している。図５に示す実施形態では、２つのエンドプレート連結部５３４ａ、５３４ｂが、締結バンド５１の、積層方向Ｓに沿った幅方向における中心軸に対して対称に配置されている。このような構成では、２本の雄ネジ５４ａ、５４ｂを介してエンドプレート５２への連結を行うことができるため、締結荷重を分散して支持することができる。その結果、それぞれの雄ネジを比較的細くすることが可能となる。また、雌ネジを、締結バンド５１の、積層方向Ｓに沿った幅方向における中心軸に対して対称に配置することによって、燃料電池積層体に対して、積層方向に平行な締結圧を均等に付与することが、比較的容易に可能となる。なお本開示に関して「幅方向」は、積層方向及び厚み方向に直交している方向を意味する。 Alternatively, the connecting member may be a nut member having a round bar shape, as seen in FIG. In this case, the portion of the connecting member 53 as the nut member around which the end portion of the fastening band 51 is wound is the fastening band connecting portion 532. On the other hand, the portion of the connecting member 53 that is located outside the fastening band connecting portion 532 and is provided with the female screw (not shown) for receiving the male screws 54a and 54b is the end plate connecting portion 534a. 534b. Female threads extend parallel to the fastening direction of the fastening band. The end plate connecting portions 534a and 534b have a thickness D2, while the fastening band connecting portion 532 has a thickness D1 smaller than D2. In the embodiment shown in FIG. 5, the two end plate connecting portions 534a and 534b are arranged symmetrically with respect to the central axis of the fastening band 51 in the width direction along the stacking direction S. In such a configuration, since the connection to the end plate 52 can be performed via the two male screws 54a and 54b, the fastening load can be distributed and supported. As a result, each male screw can be made relatively thin. Further, by arranging the female screws symmetrically with respect to the central axis of the fastening band 51 in the width direction along the stacking direction S, the fastening pressure parallel to the stacking direction is evenly applied to the fuel cell laminate. Granting is relatively easy. In the present disclosure, the "width direction" means a direction orthogonal to the stacking direction and the thickness direction.

以上のように、本開示によれば、強度が確保されており、かつ締結された燃料電池積層体の寸法を抑制することができる締結機構を、提供することができる。 As described above, according to the present disclosure, it is possible to provide a fastening mechanism that can secure the strength and suppress the dimensions of the fastened fuel cell laminate.

また、本開示の締結機構では、連結部材の異なる部位において、それぞれ、締結バンドへの連結、及びエンドプレートへの連結が、行われる。これにより、雄ネジを通すための貫通孔を締結バンドに設ける必要がなくなり、締結バンドの強度の確保が比較的容易になる。結果として、締結機構の強度が、さらに向上する。 Further, in the fastening mechanism of the present disclosure, connection to the fastening band and connection to the end plate are performed at different parts of the connecting member, respectively. As a result, it is not necessary to provide a through hole for passing the male screw in the fastening band, and it becomes relatively easy to secure the strength of the fastening band. As a result, the strength of the fastening mechanism is further improved.

≪締結機構≫
本開示に係る締結機構は、積層された複数の単セルを含む燃料電池積層体を積層方向に締結する。本開示に係る締結機構は、燃料電池積層体の積層方向の両端に配置されている第一エンドプレート及び第二エンドプレート、締結バンド、並びに連結部材を有している。 ≪Fasting mechanism≫
The fastening mechanism according to the present disclosure fastens a fuel cell laminate including a plurality of stacked single cells in the stacking direction. The fastening mechanism according to the present disclosure includes a first end plate and a second end plate, a fastening band, and a connecting member arranged at both ends in the stacking direction of the fuel cell laminate.

燃料電池積層体については、後述する。燃料電池積層体は、公知のものであってよい。 The fuel cell laminate will be described later. The fuel cell laminate may be a known one.

〈エンドプレート〉
本開示に係る第一エンドプレート及び第二エンドプレートは、それぞれ、燃料電池積層体の、積層方向の両端に配置されている。これらのエンドプレートは、締結機構による積層方向の力を、燃料電池積層体に均等に伝える機能を有している。 <end plate>
The first end plate and the second end plate according to the present disclosure are respectively arranged at both ends of the fuel cell laminate in the lamination direction. These end plates have a function of evenly transmitting the force in the stacking direction by the fastening mechanism to the fuel cell laminate.

エンドプレートは、特に限定されず、公知のものから構成されてよい。例えば、エンドプレートは、剛性を確保するために、金属又は繊維強化プラスチックなどから構成されてよい。金属としてはステンレス鋼を挙げることができる。繊維強化プラスチックとしては、例えば、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチックなどが用いられるが、これらに限定されない。エンドプレートが、アルミニウム等の金属、又は、十分な剛性を有している樹脂等からなる板材であってよい。 The end plate is not particularly limited and may be made of a known one. For example, the end plate may be made of metal, fiber reinforced plastic, or the like in order to ensure rigidity. Examples of the metal include stainless steel. As the fiber reinforced plastic, for example, carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic and the like are used, but the present invention is not limited thereto. The end plate may be a plate material made of a metal such as aluminum or a resin having sufficient rigidity.

〈連結部材〉
本開示に係る締結機構が、連結部材を有している。この連結部材を介して、後述する締結バンドの１又は両方の端部が、第一エンドプレート又は第二エンドプレートに連結される。連結部材が、締結バンド連結部、及びエンドプレート連結部を、有している。 <Connecting member>
The fastening mechanism according to the present disclosure has a connecting member. Through this connecting member, one or both ends of the fastening band described later are connected to the first end plate or the second end plate. The connecting member has a fastening band connecting portion and an end plate connecting portion.

連結部材としては、引張強度及び剛性に関して優れた特性を有している金属製部材を使用してよい。連結部材は、エンドプレートに関して上述したのと同様なものから構成されていてもよい。連結部材は、図３で示されているような、円形の断面を有している枠形状のバックル部材であってよいが、このような形状に限定されない。連結部材が、図５に示すような、丸棒形状を有しているナット部材であってもよい。 As the connecting member, a metal member having excellent properties in terms of tensile strength and rigidity may be used. The connecting member may be composed of the same as described above with respect to the end plate. The connecting member may be a frame-shaped buckle member having a circular cross section as shown in FIG. 3, but is not limited to such a shape. The connecting member may be a nut member having a round bar shape as shown in FIG.

（締結バンド連結部）
連結部材が、締結バンド連結部を有している。連結部材の、締結バンドの端部が巻き付けられる部位が、締結バンド連結部である。この締結バンド連結部に、締結バンドの１又は両方の端部が、巻き付いて連結している。 (Fastening band connection part)
The connecting member has a fastening band connecting portion. The portion of the connecting member around which the end of the fastening band is wound is the fastening band connecting portion. One or both ends of the fastening band are wound and connected to the fastening band connecting portion.

締結バンド連結部における締結バンドの連結は、例えば、図３及び図５において見られるように、締結バンドの端部を締結バンド連結部にロール状に巻きつけ、これを溶接することによって、実施してよい。ロール状に形成されたこのような締結バンドの端部が、ロール部として言及される。 The connection of the fastening band at the fastening band connecting portion is carried out by, for example, as seen in FIGS. 3 and 5, the end portion of the fastening band is wound around the fastening band connecting portion in a roll shape and welded thereto. You can do it. The end of such a fastening band formed in a roll shape is referred to as a roll portion.

図３及び図５で示しているように、締結バンド連結部の厚みＤ１が、エンドプレート連結部の厚みＤ２よりも小さい。締結バンド連結部の厚みＤ１は、好ましくは、締結圧の下でも連結部材が変形しないような大きさである。締結バンド連結部は、その幅にわたって一定の厚みを有していてもよく、又は、締結バンド連結部の異なる部位において種々の厚みを有していてもよい。締結バンド連結部がその幅にわたって種々の厚みを有している場合には、厚みＤ１は、幅方向における最大の厚みを意味している。 As shown in FIGS. 3 and 5, the thickness D1 of the fastening band connecting portion is smaller than the thickness D2 of the end plate connecting portion. The thickness D1 of the fastening band connecting portion is preferably a size such that the connecting member is not deformed even under the fastening pressure. The fastening band connecting portion may have a constant thickness over the width thereof, or may have various thicknesses at different portions of the fastening band connecting portion. When the fastening band connecting portion has various thicknesses over the width, the thickness D1 means the maximum thickness in the width direction.

（エンドプレート連結部）
連結部材が、エンドプレート連結部を有している。連結部材の、締結バンド連結部の外側に位置しておりかつ雄ネジを受け入れるための雌ネジが設けられている部位が、エンドプレート連結部である。エンドプレート連結部が、雌ネジを有しており、この雌ネジに螺合された雄ネジを介して、エンドプレート連結部が、第一エンドプレート又は第二エンドプレートに連結している。雄ネジは、エンドプレートの、積層体の反対側に向いている表面から、エンドプレートに設けられた貫通孔を通って、エンドプレート連結部に設けられた雌ネジに螺合してよい。 (End plate connection part)
The connecting member has an end plate connecting portion. The portion of the connecting member located outside the fastening band connecting portion and provided with the female screw for receiving the male screw is the end plate connecting portion. The end plate connecting portion has a female screw, and the end plate connecting portion is connected to the first end plate or the second end plate via a male screw screwed into the female screw. The male screw may be screwed from the surface of the end plate facing the opposite side of the laminate through the through hole provided in the end plate to the female screw provided in the end plate connecting portion.

本開示に係る１つの実施態様では、エンドプレート連結部における雌ネジが、好ましくは、雌ネジの形成方向すなわち雄ネジの螺入方向が積層方向に沿った締結バンド５１の幅方向における中心軸の延長線に一致するように、形成される。そのようにして、積層方向における均一な締結圧の付与が、１つの雄ネジによって、簡便に実現される。 In one embodiment of the present disclosure, the female screw at the end plate connecting portion is preferably the central axis in the width direction of the fastening band 51 in which the female screw forming direction, that is, the male screw screwing direction is along the stacking direction. It is formed so as to match the extension line. In this way, uniform fastening pressure in the stacking direction can be easily realized by one male screw.

図３及び図５で示しているように、エンドプレート連結部の厚みＤ２が、締結バンド連結部の厚みＤ１よりも大きい。エンドプレート連結部は、その幅にわたって一定の厚みを有していてもよく、又は、エンドプレート連結部の異なる部位において種々の厚みを有していてもよい。エンドプレート連結部がその幅にわたって種々の厚みを有している場合には、厚みＤ２は、幅方向における最大の厚みを意味している。 As shown in FIGS. 3 and 5, the thickness D2 of the end plate connecting portion is larger than the thickness D1 of the fastening band connecting portion. The end plate connecting portion may have a constant thickness over its width, or may have various thicknesses at different portions of the end plate connecting portion. When the end plate connecting portion has various thicknesses over the width, the thickness D2 means the maximum thickness in the width direction.

有利には、エンドプレート連結部の厚みＤ２と締結バンド連結部の厚みＤ１との差異が、締結バンドの厚みの２倍に等しい。このようにして、エンドプレート連結部の厚みが、締結バンドが巻き付けられている締結バンド連結部の全体としての厚みと、実質的に等しくなる。 Advantageously, the difference between the thickness D2 of the end plate connecting portion and the thickness D1 of the fastening band connecting portion is equal to twice the thickness of the fastening band. In this way, the thickness of the end plate connecting portion is substantially equal to the overall thickness of the fastening band connecting portion around which the fastening band is wound.

〈締結バンド〉
本開示の締結機構が、締結バンドを有している。 <Fastening band>
The fastening mechanism of the present disclosure has a fastening band.

締結バンドの１又は両方の端部が、上述の締結バンド連結部に巻き付いて連結しており、かつ連結部材、及び上述のエンドプレート連結部の雌ネジに螺合された雄ネジを介して、第一エンドプレート又は第二エンドプレートに連結しており、それにより、締結バンドが、第一エンドプレート及び第二エンドプレートを介して燃料電池積層体に対して締結圧を付与するようになっている。 One or both ends of the fastening band are wound and connected to the fastening band connecting portion described above, and via a connecting member and a male screw screwed into the female screw of the end plate connecting portion described above. It is connected to the first end plate or the second end plate so that the fastening band applies fastening pressure to the fuel cell laminate via the first end plate and the second end plate. There is.

すなわち、締結バンドによって、第一エンドプレートと第二エンドプレートとの間に位置している積層体に対して積層方向の締結圧が加えられ、かつ締結圧が加えられた状態が、維持される。 That is, the fastening band applies the fastening pressure in the stacking direction to the laminated body located between the first end plate and the second end plate, and maintains the state in which the fastening pressure is applied. ..

締結バンドは、特に限定されず、公知のものから構成されてよい。例えば、締結バンドとして、引張強度に優れた部材、例えば金属製バンド部材を使用してよい。締結バンドは、薄い板状の形状であってよく、好ましくは、金属製の薄板であってよい。 The fastening band is not particularly limited and may be made of a known one. For example, as the fastening band, a member having excellent tensile strength, for example, a metal band member may be used. The fastening band may have a thin plate-like shape, preferably a thin metal plate.

≪燃料電池積層体≫
燃料電池積層体が、図１に示すように、積層されている複数の単セル１８を含んでいる。単セル１８は、同形状であってよく、例えば板状であってよい。ここで、「複数」とは、２以上を意味する。すなわち、本開示の燃料電池積層体は、２以上の積層されている単セルを有していればよい。本開示において、複数の単セルの数の上限は、特に限定されず、燃料電池積層体の使用用途及び／又は使用目的に応じて設定してよい。 ≪Fuel cell laminate≫
As shown in FIG. 1, the fuel cell laminate includes a plurality of stacked single cells 18. The single cell 18 may have the same shape, for example, a plate shape. Here, "plurality" means two or more. That is, the fuel cell laminate of the present disclosure may have two or more stacked single cells. In the present disclosure, the upper limit of the number of a plurality of single cells is not particularly limited, and may be set according to the intended use and / or intended use of the fuel cell laminate.

燃料電池積層体が、単セル以外に、図１において見られるように、ターミナル１６２、１６４、及びインシュレータ１５２、１５４を含んでいてよい。 In addition to the single cell, the fuel cell laminate may include terminals 162, 164, and insulators 152, 154, as seen in FIG.

〈単セル〉
燃料電池積層体は、積層された複数の単セルを含んでいる。単セルは、一対のセパレータ、及び一対のセパレータの間に挟持されている膜電極接合体（ＭＥＡ，Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有している。膜電極接合体は、アノード側電極（燃料極）とカソード側電極（空気極）との間に電解質膜を有している発電体である。それぞれの電極は、触媒層及びガス拡散層から構成されている。 <Single cell>
The fuel cell laminate includes a plurality of stacked single cells. The single cell has a pair of separators and a membrane electrode assembly (MEA, Membrane Electrode Assembly) sandwiched between the pair of separators. The membrane electrode assembly is a power generator having an electrolyte membrane between the anode side electrode (fuel electrode) and the cathode side electrode (air electrode). Each electrode is composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer.

〈ターミナル〉
ターミナルは、燃料積層体において発電された電力を集電して外部に出力する機能を有している。ターミナルが、例えば、緻密質カーボン製、又は、銅若しくはアルミニウム製の、ガス不透過な導電性部材によって形成されていてよい。ターミナルに、燃料電池積層体において発電された電力を出力するための出力端子を、設けてよい。図１において見られるように、ターミナル１６２、１６４を、燃料電池積層体１０の、積層方向Ｓにおける両端において、第一エンドプレート１２２と積層されている単セル１８との間、及び第二エンドプレート１２４と積層されている単セル１８との間に、それぞれ、配置してよい。 <Terminal>
The terminal has a function of collecting the electric power generated in the fuel laminate and outputting it to the outside. The terminal may be formed of, for example, a gas-impermeable conductive member made of dense carbon or copper or aluminum. The terminal may be provided with an output terminal for outputting the electric power generated in the fuel cell laminate. As can be seen in FIG. 1, terminals 162 and 164 are placed between the first end plate 122 and the stacked single cell 18 at both ends of the fuel cell laminate 10 in the stacking direction S, and the second end plate. Each may be arranged between 124 and the stacked single cell 18.

〈インシュレータ〉
インシュレータは、漏電を防止する絶縁機能を有している。インシュレータが、ゴム、又は樹脂によって形成されていてよい。図１において見られるように、インシュレータ１５２、１５４を、燃料電池積層体１０の、積層方向Ｓにおける両端において、第一エンドプレート１２２とターミナル１６２との間、及びターミナル１６４と第二エンドプレート１２４との間に、それぞれ、配置してよい。 <Insulator>
The insulator has an insulating function to prevent electric leakage. The insulator may be made of rubber or resin. As can be seen in FIG. 1, the insulators 152 and 154 are placed between the first end plate 122 and the terminal 162, and between the terminal 164 and the second end plate 124 at both ends of the fuel cell laminate 10 in the stacking direction S. Each of them may be placed between.

〈プレッシャプレート〉
本開示に係る１つの実施態様では、締結機構が、随意に、プレッシャプレートを有していてよい。プレッシャプレートは、積層体に締結圧を付与することによって、積層体の積層状態を維持する役割を有している。図１において見られるように、プレッシャプレート１７を、燃料電池積層体１０と、第一エンドプレート１２２又は第二エンドプレート１２４との間に配置してよい。 <Pressure plate>
In one embodiment according to the present disclosure, the fastening mechanism may optionally have a pressure plate. The pressure plate has a role of maintaining the laminated state of the laminated body by applying a fastening pressure to the laminated body. As seen in FIG. 1, the pressure plate 17 may be placed between the fuel cell laminate 10 and the first end plate 122 or the second end plate 124.

図１において見られるように、プレッシャプレート１７と、これに隣接している第二エンドプレート１２４との間に、バネ１９を配置してもよい。このバネ１９は、締結機構からの力を弾性的に燃料電池積層体１０に伝える機能を有している。特には、燃料電池積層体がこのようなバネを備えることによって、燃料電池積層体に付与される締結圧の変動幅を比較的小さくすることが可能となる。また、バネは、その反発力に起因して、締結バンドのゆるみを防止する役割も有しうる。 As seen in FIG. 1, a spring 19 may be arranged between the pressure plate 17 and the second end plate 124 adjacent thereto. The spring 19 has a function of elastically transmitting the force from the fastening mechanism to the fuel cell laminate 10. In particular, when the fuel cell laminate is provided with such a spring, it is possible to make the fluctuation range of the fastening pressure applied to the fuel cell laminate relatively small. The spring may also have a role of preventing loosening of the fastening band due to its repulsive force.

１０ 燃料電池積層体
１１、２１ａ、２１ｂ、５１ 締結バンド
１２２ 第一エンドプレート
１２４ 第二エンドプレート
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、５３ 連結部材
１３２ａ、５３２ 締結バンド連結部
１３４ａ、５３４ａ、５３４ｂ エンドプレート連結部
１３６ａ 雌ネジ
１４ａ、１４ｂ、５４ａ、５４ｂ 雄ネジ
１５２、１５４ インシュレータ
１６２、１６４ ターミナル
１７ プレッシャプレート
１８ 単セル
１９ バネ
５２ エンドプレート
２４ｃ、２４ｄ ボルト
２６ａ、２６ｂ 座金
２８ａ、２８ｂ ナット
Ｄ１ 締結バンド連結部における厚み
Ｄ２ エンドプレート連結部における厚み
Ｓ 積層方向
Ｗ 厚み方向 10 Fuel cell laminate 11, 21a, 21b, 51 Fastening band 122 First end plate 124 Second end plate 13a, 13b, 23a, 23b, 53 Connecting member 132a, 532 Fastening band connecting part 134a, 534a, 534b End plate connection Part 136a Female Thread 14a, 14b, 54a, 54b Male Thread 152, 154 Insulator 162, 164 Terminal 17 Pressure Plate 18 Single Cell 19 Spring 52 End Plate 24c, 24d Bolt 26a, 26b Washer 28a, 28b Nut D1 Fastening Band Thickness D2 Thickness at end plate connection S Lamination direction W Thickness direction

Claims (1)

積層された複数の単セルを含む燃料電池積層体を積層方向に締結する締結機構であって、
この締結機構が、前記燃料電池積層体の前記積層方向の両端に配置されている第一エンドプレート及び第二エンドプレート、締結バンド、並びに連結部材を有しており、
前記連結部材が、締結バンド連結部及びエンドプレート連結部を有しており、前記エンドプレート連結部が、雌ネジを有しており、かつ前記締結バンド連結部の厚みが、前記エンドプレート連結部の厚みよりも小さくなっており、かつ
前記締結バンドの１又は両方の端部が、前記締結バンド連結部に巻き付いて連結しており、かつ前記連結部材、及び前記エンドプレート連結部の前記雌ネジに螺合された雄ネジを介して、前記第一エンドプレート又は前記第二エンドプレートに連結しており、それにより、前記締結バンドが、前記第一エンドプレート及び前記第二エンドプレートを介して前記燃料電池積層体に対して締結圧を付与するようになっている、
締結機構。 A fastening mechanism for fastening a fuel cell laminate including a plurality of stacked single cells in the stacking direction.
This fastening mechanism has a first end plate and a second end plate, a fastening band, and a connecting member arranged at both ends of the fuel cell laminate in the stacking direction.
The connecting member has a fastening band connecting portion and an end plate connecting portion, the end plate connecting portion has a female screw, and the thickness of the fastening band connecting portion is the thickness of the end plate connecting portion. One or both ends of the fastening band are wound around and connected to the fastening band connecting portion, and the connecting member and the female screw of the end plate connecting portion are connected to each other. It is connected to the first end plate or the second end plate via a male screw screwed into the first end plate, whereby the fastening band is connected to the first end plate and the second end plate. A fastening pressure is applied to the fuel cell laminate.
Fastening mechanism.
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