JP6696852B2

JP6696852B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP6696852B2
Application number: JP2016140627A
Authority: JP
Inventors: 三好　新二; 新二三好; 竹内　弘明; 弘明竹内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: JP2018010839A

Description

本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to fuel cells.

例えば固体高分子型燃料電池（以下、燃料電池）は、発電機能を発揮する複数の単セル（以下、セルとも称する）が積層された構造を有する。当該単セルは、高分子電解質膜の両端に一対（アノード、カソード）の触媒層が配設された膜電極接合体（ＭＥＡ）と、当該膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有する。燃料電池は、通常、複数のセルを積層した燃料電池スタックとして、例えば燃料電池車両に搭載される。 For example, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell) has a structure in which a plurality of single cells (hereinafter also referred to as cells) having a power generation function are stacked. The unit cell has a membrane electrode assembly (MEA) in which a pair of (anode, cathode) catalyst layers are arranged at both ends of a polymer electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly. A fuel cell is usually mounted in, for example, a fuel cell vehicle as a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked.

燃料電池スタックは、特に車載用として使用される際、揺れや振動の他、外部荷重が付与され易い。また、車両の衝突時において、燃料電池スタックを確実に保護する必要がある。そこで、例えば下記特許文献１のような、燃料電池スタックを保護するための構造が提案されている。 When used in a vehicle, the fuel cell stack is apt to be subject to external loads in addition to shaking and vibration. In addition, it is necessary to reliably protect the fuel cell stack in the event of a vehicle collision. Therefore, a structure for protecting the fuel cell stack has been proposed, for example, as disclosed in Patent Document 1 below.

下記特許文献１には、複数のセルを積層した積層体をケースに収容し、積層体とケースとを一対の連結バーにより接続した燃料電池が開示されている。この一対の連結バーは、ケースと積層体との間であって、積層体のセル積層方向（セルを積層する方向）に沿う側面の略中央側に配置されている。このような連結バーが開示された下記特許文献１によれば、簡単且つ経済的な構成で、燃料電池スタックを確実に保護することができる、とされている。 Patent Document 1 below discloses a fuel cell in which a laminated body in which a plurality of cells are laminated is housed in a case, and the laminated body and the case are connected by a pair of connecting bars. The pair of connecting bars is arranged between the case and the stacked body, and is located on the substantially center side of the side surface along the cell stacking direction of the stacked body (direction in which cells are stacked). According to the following Patent Document 1 which discloses such a connecting bar, it is said that the fuel cell stack can be reliably protected with a simple and economical structure.

特開２０１５−２２５８０９号公報JP, 2015-225809, A

ところで、積層体のセル間のずれは、セル積層方向に対して垂直な方向に発生しやすい。このずれの要因は、燃料電池スタックに振動が加えられた場合に、セル積層方向に対して垂直な断面でみたときのセルの重心を中心とする搖動モーメントの発生によるものである。上記特許文献１の燃料電池では、ケースとセル積層体との間に連結バー（衝撃保護体）を設けて燃料電池スタックを保護する工夫がなされているものの、上述した搖動モーメントについて何ら考慮されていなく、セル間のずれが生じるおそれがあった。 By the way, the displacement between the cells of the stacked body is likely to occur in the direction perpendicular to the cell stacking direction. The cause of this shift is due to the occurrence of a swinging moment centered on the center of gravity of the cell when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction when vibration is applied to the fuel cell stack. In the fuel cell of the above-mentioned Patent Document 1, a connecting bar (impact protector) is provided between the case and the cell stack to protect the fuel cell stack, but the swinging moment described above is not considered at all. However, there is a possibility that a shift between cells may occur.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層体のセル間のずれの発生を抑制することができる燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of suppressing the occurrence of the displacement between the cells of the stacked body.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池は、矩形状のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するケースとを備える燃料電池であって、前記セル積層体のセル積層方向に沿う側面と前記ケースとの間に配置される、第１衝撃保護体及び第２衝撃保護体を備え、前記第１衝撃保護体及び前記第２衝撃保護体は、前記セル積層方向に垂直な断面でみたときに、前記セルの角部を間に挟んで配置されており、前記第１衝撃保護体を通り、前記セルにおける第１衝撃保護体が配置された一辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１延長線と、前記セルの重心を通り、前記一辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１重心延長線との間の距離をａとし、前記第２衝撃保護体を通り、前記セルにおける前記第２衝撃保護体が配置された他辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２延長線と、前記セルの重心を通り、前記他辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２重心延長線との間の距離をｂと定義した場合に、前記第１衝撃保護体の弾性率Ｅａと、前記第２衝撃保護体の弾性率Ｅｂとの弾性率の比は、Ｅａ／Ｅｂ＝ｂ／ａの関係を満たす。 In order to solve the above problems, the fuel cell according to the present invention is a fuel cell including a cell stack in which a plurality of rectangular cells are stacked, and a case that houses the cell stack, wherein A first impact protector and a second impact protector are disposed between a side surface along the cell stacking direction and the case, wherein the first impact protector and the second impact protector are in the cell stacking direction. When viewed in a cross section perpendicular to, the cells are arranged with the corners of the cell sandwiched therebetween, pass through the first impact protector, and extend in a direction along one side of the cell where the first impact protector is disposed. The distance between the first extension line extending in the direction perpendicular to the first line and the first extension line extending through the center of gravity of the cell in the direction perpendicular to the direction along the one side is defined as a, and the second line A second extension line that passes through the impact protector and extends in a direction perpendicular to the direction along the other side of the cell in which the second impact protector is disposed, and passes through the center of gravity of the cell and extends along the other side. The elastic modulus Ea of the first impact protector and the elastic modulus Eb of the second impact protector when the distance between the second center of gravity extension line extending in the direction perpendicular to the direction is defined as b. The elastic modulus ratio satisfies the relationship of Ea / Eb = b / a.

本発明に係る燃料電池では、Ｅａ／Ｅｂ＝ｂ／ａの関係を満たすように第１衝撃の弾性率及び第２衝撃保護体の弾性率を設定している。これにより、セル積層方向に対して垂直な断面でみたときに、セルの重心を中心として発生する互いに逆方向の搖動モーメントを同じ値にすることができ、逆方向の搖動モーメントが互いに相殺されることとなる。その結果、セル積層体の搖動が抑制され、セル積層体の単セル間のずれの発生を抑制することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the elastic modulus of the first impact and the elastic modulus of the second impact protector are set so as to satisfy the relationship of Ea / Eb = b / a. As a result, when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction, the swinging moments in the opposite directions generated around the center of gravity of the cell can be set to the same value, and the swinging moments in the opposite directions cancel each other out. It will be. As a result, the swing of the cell stack is suppressed, and it is possible to suppress the occurrence of displacement between the unit cells of the cell stack.

本発明によれば、積層体のセル間のずれの発生を抑制することができる燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell capable of suppressing the occurrence of displacement between cells of a laminated body.

本実施形態に係る燃料電池スタックのセル積層方向に沿った断面を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the cross section along the cell stacking direction of the fuel cell stack which concerns on this embodiment. 図１のＡ−Ａ断面図である。It is an AA sectional view of FIG. （Ａ）第１変形例に係る燃料電池スタックを説明するための図である。（Ｂ）第２変形例に係る燃料電池スタックを説明するための図である。(A) It is a figure for demonstrating the fuel cell stack which concerns on a 1st modification. (B) It is a figure for demonstrating the fuel cell stack which concerns on a 2nd modification. （Ａ）衝撃保護体の弾性率、硬度と衝撃反力の関係を示すグラフである。（Ｂ）衝撃保護体の厚さ、予圧縮率と衝撃反力の関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the elastic modulus and hardness of the impact protector and the impact reaction force. (B) is a graph showing the relationship between the thickness and precompression rate of the impact protector and the impact reaction force.

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the following description of the preferred embodiments is merely an example, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

まず、本発明の実施形態における燃料電池の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態における燃料電池スタック（燃料電池）の、セル積層方向に沿った断面を示す概略断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図であって、全体として略直方体形状を成す燃料電池スタックの略中央近傍において、セル積層方向に垂直な断面（平板状を成す単セルに沿った断面）を示すものである。 First, the configuration of the fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a cross section along a cell stacking direction of a fuel cell stack (fuel cell) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and shows a cross section perpendicular to the cell stacking direction (a cross section along a unit cell having a flat plate shape) in the vicinity of substantially the center of a fuel cell stack having a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole. ) Is shown.

燃料電池スタック１は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する。図１に示すように、燃料電池スタック１は、矩形状の単セル２０を複数積層したセル積層体２と、ケース３と、第１の衝撃保護体４と、第２の衝撃保護体５とを備える。 The fuel cell stack 1 generates electric power by the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 includes a cell stack body 2 in which a plurality of rectangular unit cells 20 are stacked, a case 3, a first impact protector 4, and a second impact protector 5. Equipped with.

単セル２０（図２参照）は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。なお、燃料電池スタック１における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１に要求される出力に応じて任意に設定可能である。複数の単セル２０は、セル積層方向Ｓ（図１）に沿って積層され、セル積層体２を構成している。 The unit cell 20 (see FIG. 2) is configured by sandwiching a membrane electrode assembly formed by joining an anode and a cathode on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity with separators. The number of stacked membrane electrode assemblies in the fuel cell stack 1 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 1. The plurality of unit cells 20 are stacked along the cell stacking direction S (FIG. 1) to form the cell stack 2.

ケース３は、略直方体形状の容器であり、セル積層体２と、第１の衝撃保護体４と、第２の衝撃保護体５と、を少なくとも収容する。ケース３は、セル積層体２と所定間隔の隙間をあけた状態でセル積層体２を覆うように設けられている。 The case 3 is a substantially rectangular parallelepiped-shaped container and houses at least the cell stack body 2, the first impact protection body 4, and the second impact protection body 5. The case 3 is provided so as to cover the cell stack 2 with a predetermined gap left between the case 3 and the cell stack 2.

ケース３とセル積層体２のセル積層方向Ｓに沿う側面との間には、衝撃保護体（第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５）が配置されている。この第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５は、セル積層方向Ｓに垂直な断面でみたときに、図２に示すように、単セル２０の角部２０ｃを間に挟むように配置されている。 An impact protector (first impact protector 4 and second impact protector 5) is arranged between the case 3 and the side surface of the cell stack 2 along the cell stacking direction S. When viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction S, the first impact protector 4 and the second impact protector 5 are arranged so as to sandwich the corner portion 20c of the single cell 20 therebetween as shown in FIG. Has been done.

第１衝撃保護体４は、略長方形断面を成すセル積層体２のセル積層方向Ｓに沿う側面のうち短面側の側面（図１に示す短面２Ａ）に沿って、セル積層方向Ｓに延在して配置される。セル積層方向Ｓに対して垂直な断面でみたときには、図２に示すように、第１衝撃保護体４は、単セル２０の短辺２０ａの両端側（言い換えれば、単セル２０の角部２０ｃ近傍）に配置されている。本実施形態では、第１衝撃保護体４は、略四角断面を成す棒状部材で構成される。しかしながらこの例に限定されず、本実施形態における第１衝撃保護体４は、セル積層体２の単セル２０間のずれの発生を抑制可能な機能を有していれば、その形状や個数等を適宜変更することが可能である。 The first impact protector 4 extends in the cell stacking direction S along a side surface (shorter surface 2A shown in FIG. 1) on the short side of the side surfaces of the cell stack 2 having a substantially rectangular cross section along the cell stacking direction S. It is extended and arranged. When viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction S, as shown in FIG. 2, the first impact protector 4 has both ends of the short side 20a of the unit cell 20 (in other words, the corner portion 20c of the unit cell 20). It is located in the vicinity). In this embodiment, the first impact protection body 4 is composed of a rod-shaped member having a substantially rectangular cross section. However, the first impact protector 4 in the present embodiment is not limited to this example, and the first impact protector 4 in the present embodiment may have a shape, number, and the like as long as it has a function of suppressing the occurrence of displacement between the single cells 20 of the cell stack 2. Can be changed as appropriate.

第２衝撃保護体５は、セル積層体２のセル積層方向Ｓに沿う側面のうち長面側の側面（図１に示す長面２Ｂ）に沿って、セル積層方向Ｓに延在して配置される。セル積層方向Ｓに対して垂直な断面でみたときには、図２に示すように、第２衝撃保護体５は、単セル２０の長辺２０ｂの両端側（言い換えれば、単セル２０の角部２０ｃ近傍）に配置されている。本実施形態では、第２衝撃保護体５は、略四角断面を成す棒状部材で構成される。しかしながら、この例に限定されず、本実施形態における第２衝撃保護体５は、セル積層体２の単セル２０間のずれの発生を抑制可能な機能を有していれば、その形状や個数等を適宜変更することが可能である。 The second impact protector 5 is arranged so as to extend in the cell stacking direction S along the long side surface (long surface 2B shown in FIG. 1) of the side surfaces of the cell stack 2 along the cell stacking direction S. To be done. When viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction S, as shown in FIG. 2, the second impact protector 5 has both ends of the long side 20b of the unit cell 20 (in other words, the corner portion 20c of the unit cell 20). It is located in the vicinity). In the present embodiment, the second impact protection body 5 is composed of a rod-shaped member having a substantially square cross section. However, the present invention is not limited to this example, and the second impact protector 5 in the present embodiment may have any shape or number as long as it has a function capable of suppressing the occurrence of displacement between the unit cells 20 of the cell stack 2. And the like can be changed as appropriate.

ところで、セル積層体２の単セル２０間のずれは、セル積層方向Ｓ（図１参照）に対して垂直な方向（図２では上下方向（矢印Ｐ方向））で発生しやすい。図２の矢印Ｐは、振動の衝撃加速度が加わる方向を示す。図２の矢印Ｐ方向に振動に起因する衝撃加速度が加わると、第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５は衝撃加速度を受け止め、衝撃反力Ｆａ、Ｆｂとそれに伴う搖動モーメントＭａ、Ｍｂ（搖動モーメントＭａ、Ｍｂは、図２に示す距離ａ、ｂを用いて、Ｍａ＝Ｆａ×ａ、Ｍｂ＝Ｆｂ×ｂと示される。距離ａ、ｂの詳細は後述）が発生する。この搖動モーメントＭａと、搖動モーメントＭｂは相互に逆回転方向であり、これら搖動モーメントの大きさが異なる場合には、セル積層体２の単セル２０間にずれが生じるおそれがある。つまり、燃料電池スタック１におけるセル積層体２の単セル２０間のずれの発生を抑制するためには、搖動モーメントを抑制することが好ましい By the way, the displacement between the unit cells 20 of the cell stack 2 is likely to occur in the direction perpendicular to the cell stacking direction S (see FIG. 1) (the vertical direction (arrow P direction in FIG. 2)). The arrow P in FIG. 2 indicates the direction in which the impact acceleration of vibration is applied. When impact acceleration due to vibration is applied in the direction of arrow P in FIG. 2, the first impact protection body 4 and the second impact protection body 5 receive the impact acceleration, and the impact reaction forces Fa and Fb and the associated swing moments Ma and Mb. (The swing moments Ma and Mb are expressed as Ma = Fa × a and Mb = Fb × b by using the distances a and b shown in FIG. 2. Details of the distances a and b will be described later). The swinging moment Ma and the swinging moment Mb are in mutually opposite rotational directions, and when the magnitudes of these swinging moments are different, a deviation may occur between the unit cells 20 of the cell stack 2. That is, in order to suppress the occurrence of displacement between the unit cells 20 of the cell stack 2 in the fuel cell stack 1, it is preferable to suppress the swinging moment.

そこで、搖動モーメントを抑制する方法として、ケース３とセル積層体２との間に配置する複数の衝撃保護体のそれぞれの弾性率を同じにし、当該衝撃保護体の強度を上げることで（部材を厚くすることで）、搖動モーメントを抑制するという考え方がある。しかしながら、この手法では、衝撃保護体の厚さを大きくしているため、燃料電池スタックの体格が大きくなるという問題が発生してしまう。このような燃料電池スタックの体格が大きくなる問題を解決することを意図して、衝撃保護体の厚みを薄くした場合、各々の衝撃保護体が同じ弾性率であると搖動モーメントが抑制できなくなってしまう。 Therefore, as a method of suppressing the swinging moment, by making the elastic moduli of a plurality of impact protectors arranged between the case 3 and the cell stack 2 the same, the strength of the impact protector can be increased ( There is an idea to suppress the swinging moment by increasing the thickness. However, in this method, since the thickness of the impact protector is increased, there is a problem that the size of the fuel cell stack is increased. When the thickness of the impact protector is reduced in order to solve the problem that the physical size of the fuel cell stack becomes large, if the impact protectors have the same elastic modulus, the swinging moment cannot be suppressed. I will end up.

以上に鑑みて、本発明者らは種々の実験を重ねた結果、次のように衝撃保護体の弾性率を設定すれば、衝撃保護体の厚みを薄くしながら搖動モーメントを抑制できるという知見を見出した。この知見に基づき本実施形態では、第１衝撃保護体４の弾性率Ｅａと、第２衝撃保護体５の弾性率Ｅｂとの比は、図２に示す距離ａ、距離ｂを用いた場合、下記式（１）の関係を満たすように設定される。
Ｅａ／Ｅｂ＝ｂ／ａ・・・（１）
（ｂ／ａ≒（長辺２０ｂの幅Ｄｂ）／（短辺２０ａの幅Ｄａ）） In view of the above, the inventors of the present invention have conducted various experiments, and as a result, by setting the elastic modulus of the impact protector as described below, it was found that the swing moment can be suppressed while reducing the thickness of the impact protector. I found it. Based on this finding, in the present embodiment, the ratio of the elastic modulus Ea of the first impact protector 4 and the elastic modulus Eb of the second impact protector 5 is the distance a and the distance b shown in FIG. It is set so as to satisfy the relationship of the following expression (1).
Ea / Eb = b / a (1)
(B / a≈ (width Db of long side 20b) / (width Da of short side 20a))

上記式（１）における距離ａは、次のように設定されている。すなわち、図２に示すセル積層方向に垂直な断面でみたときに、第１衝撃保護体４を通り、単セル２０における第１衝撃保護体４が配置された一辺（図２に示す短辺２０ａ）に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１延長線Ｌ１と、単セル２０の重心Ｇを通り、上記短辺２０ａに沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１重心延長線Ｌ１ｇとの間の距離を、距離ａと設定する。 The distance a in the above equation (1) is set as follows. That is, when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction shown in FIG. 2, one side of the unit cell 20 on which the first shock protector 4 is arranged (the short side 20a shown in FIG. 2) passes through the first shock protector 4. ) With a first extension line L1 extending in a direction perpendicular to the direction, and a first centroid extension line L1g passing through the center of gravity G of the unit cell 20 and extending in a direction perpendicular to the direction along the short side 20a. The distance between them is set as the distance a.

上記式（１）における距離ｂは、次のように設定されている。すなわち、図２に示すセル積層方向に垂直な断面でみたときに、第２衝撃保護体５を通り、単セル２０における第２衝撃保護体５が配置された他辺（図２に示す長辺２０ｂ）に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２延長線Ｌ２と、単セル２０の重心Ｇを通り、長辺２０ｂに沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２重心延長線Ｌ２ｇとの間の距離を、距離ｂと設定する。 The distance b in the above equation (1) is set as follows. That is, when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction shown in FIG. 2, the other side of the single cell 20 on which the second shock protector 5 is arranged (the long side shown in FIG. 2) passes through the second shock protector 5. 20b) and a second extension line L2 extending in a direction perpendicular to the direction, and a second center-of-gravity extension line L2g passing through the center of gravity G of the unit cell 20 and extending in a direction perpendicular to the direction along the long side 20b. The distance between them is set as the distance b.

以上のように本実施形態では、上記式（１）に示す関係に基づき、第１衝撃保護体４の弾性率と第２衝撃保護体５との弾性率とを設定している。これにより、図２に示す、単セル２０の重心Ｇを中心として発生する互いに逆方向の搖動モーメント（Ｍａ、Ｍｂ）を同じ値にすることができ、逆方向の搖動モーメントが互いに相殺されることとなる。そのため、セル積層体２の搖動が抑制され、セル積層体２の単セル２０間のずれの発生を抑制することができる。 As described above, in the present embodiment, the elastic moduli of the first impact protection body 4 and the elastic moduli of the second impact protection body 5 are set based on the relationship shown in the above equation (1). As a result, the swinging moments (Ma, Mb) in the opposite directions generated around the center of gravity G of the unit cell 20 shown in FIG. 2 can be set to the same value, and the swinging moments in the opposite directions cancel each other. Becomes Therefore, the swing of the cell stack 2 is suppressed, and the occurrence of the displacement between the unit cells 20 of the cell stack 2 can be suppressed.

なお、燃料電池スタック１の長辺方向（図２では左右方向）の両端部には、セル積層方向に連通した連通孔３０が複数形成されている。両端部のうち一方側の３つの連通孔３０は、酸化剤ガス供給連通孔、燃料ガス供給連通孔、冷却媒体供給連通孔のいずれかを構成するものである。この酸化剤ガス供給連通孔は、酸化剤ガス（例えば酸素含有ガス）を供給する一方、燃料ガス供給連通孔は、燃料ガス（例えば水素含有ガス）を供給し、冷却媒体供給連通孔は冷却媒体を供給するものである。両端部のうちの他方側の３つの連通孔３０は、酸化剤ガス排出連通孔、燃料ガス排出連通孔、冷却媒体排出連通孔のいずれかを構成するものである。この酸化剤ガス排出連通孔は、酸化剤ガスを排出するためのものであり、燃料ガス排出連通孔は燃料ガスを排出するためのものであり、冷却媒体排出連通孔は冷却媒体を排出するためのものである。 A plurality of communication holes 30 communicating with each other in the cell stacking direction are formed at both ends of the fuel cell stack 1 in the long side direction (left and right direction in FIG. 2). The three communication holes 30 on one side of the both ends constitute one of an oxidant gas supply communication hole, a fuel gas supply communication hole, and a cooling medium supply communication hole. The oxidant gas supply communication hole supplies an oxidant gas (for example, an oxygen-containing gas), the fuel gas supply communication hole supplies a fuel gas (for example, a hydrogen-containing gas), and the cooling medium supply communication hole serves as a cooling medium. To supply. The three communication holes 30 on the other side of both ends constitute any one of an oxidant gas discharge communication hole, a fuel gas discharge communication hole, and a cooling medium discharge communication hole. The oxidant gas discharge communication hole is for discharging the oxidant gas, the fuel gas discharge communication hole is for discharging the fuel gas, and the cooling medium discharge communication hole is for discharging the cooling medium. belongs to.

続いて変形例について説明する。図３（Ａ）は第１変形例における燃料電池スタックのセル積層方向に垂直な断面を示す。図３（Ｂ）は、第２変形例における燃料電池スタックのセル積層方向に垂直な断面を示す。図３に示す変形例における燃料電池スタックは、図１及び図２で示した第１衝撃保護体及び第２衝撃保護体の個数や形状等を変化させたもので、それ以外の構成や機能は同じである。従って、既に説明した構成や機能と同じ部分についてはその説明を省略する。 Next, a modified example will be described. FIG. 3A shows a cross section perpendicular to the cell stacking direction of the fuel cell stack in the first modification. FIG. 3B shows a cross section perpendicular to the cell stacking direction of the fuel cell stack in the second modification. The fuel cell stack according to the modified example shown in FIG. 3 is obtained by changing the numbers and shapes of the first impact protector and the second impact protector shown in FIGS. 1 and 2, and has other configurations and functions. Is the same. Therefore, description of the same parts as those already described will be omitted.

第１変形例における燃料電池スタック１では、図３（Ａ）に示すように、第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５は、単セル２０の長辺２０ｂ及び短辺２０ａに沿って断続的に配置されている。詳細には、セル積層方向に対して垂直な断面でみたときに、第１衝撃保護体４は、単セル２０の短辺２０ａの両端側（言い換えれば、角部２０ｃ近傍）に配置されると共に、短辺２０ａの中央側に１つ配置、すなわち計６個配置されている。第２衝撃保護体５は、単セル２０の長辺２０ｂの両端側（言い換えれば、角部２０ｃ近傍）に配置されると共に、単セル２０の長辺２０ｂの中央側に１つ配置、すなわち計６個配置されている。 In the fuel cell stack 1 according to the first modification, as shown in FIG. 3A, the first impact protector 4 and the second impact protector 5 are arranged along the long side 20b and the short side 20a of the unit cell 20. It is arranged intermittently. Specifically, when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction, the first impact protector 4 is arranged on both end sides of the short side 20a of the single cell 20 (in other words, in the vicinity of the corner 20c). , One on the center side of the short side 20a, that is, six in total. The second impact protector 5 is arranged on both ends of the long side 20b of the single cell 20 (in other words, near the corner 20c), and one second shock protector 5 is arranged on the center side of the long side 20b of the single cell 20, that is, in total. Six are arranged.

第２変形例における燃料電池スタック１では、第１衝撃保護体４の厚さｔａと、第２衝撃保護体５の厚さｔｂとを異ならせている。例えば図３（Ｂ）に示すように、第１衝撃保護体４により大きい衝撃反力が発生するように、第１衝撃保護体４の厚さｔａを第２衝撃保護体５の厚さｔｂよりも薄くすることが好適である。なお、第１衝撃保護体４の厚さｔａとは、セル積層方向に対して垂直な断面でみたときの、第１衝撃保護体４の厚さ方向（図３では左右方向）の大きさ（幅）を意味する。第２衝撃保護体５の厚さｔｂとは、セル積層方向に対して垂直な断面でみたときの、第２衝撃保護体５の厚さ方向（図３では上下方向）の大きさ（幅）を意味する。 In the fuel cell stack 1 of the second modified example, the thickness ta of the first impact protection body 4 and the thickness tb of the second impact protection body 5 are different. For example, as shown in FIG. 3B, the thickness ta of the first impact protector 4 is set to be smaller than the thickness tb of the second impact protector 5 so that a larger impact reaction force is generated in the first impact protector 4. It is also preferable to make it thinner. The thickness ta of the first impact protection body 4 is the size of the first impact protection body 4 in the thickness direction (left and right direction in FIG. 3) when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction ( Means width). The thickness tb of the second impact protection body 5 refers to the size (width) in the thickness direction (vertical direction in FIG. 3) of the second impact protection body 5 when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction. Means

以上説明した本実施形態では、第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５のそれぞれは、図２に示したように、単セル２０の４つの角部２０ｃを挟むように配置されているが（言い換えれば、第１衝撃保護体４を角部２０ｃ近傍に４個、第２衝撃保護体５を角部２０ｃ近傍に４個）、この例に限定されない。例えば、単セル２０における対向する一対の角部近傍（すなわち、２つの角部２０ｃ近傍）のみに第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５を配置しても良い。この場合、第１衝撃保護体４は２個、第２衝撃保護体５は２個配置されることとなる。その他、第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５としての機能を有していれば、第１衝撃保護体４及び第２衝撃保護体５の個数や形状等を適宜変更することが可能である。 In the present embodiment described above, each of the first impact protector 4 and the second impact protector 5 is arranged so as to sandwich the four corners 20c of the unit cell 20, as shown in FIG. (In other words, four first impact protectors 4 near the corners 20c and four second impact protectors 5 near the corners 20c) are not limited to this example. For example, the first shock protector 4 and the second shock protector 5 may be arranged only in the vicinity of a pair of opposite corners of the unit cell 20 (that is, in the vicinity of two corners 20c). In this case, two first impact protectors 4 and two second impact protectors 5 are arranged. In addition, as long as it has the functions of the first impact protector 4 and the second impact protector 5, the number and shape of the first impact protector 4 and the second impact protector 5 can be appropriately changed. Is.

他の変形例として、第１衝撃保護体４の材料の硬度Ｋａと、第２衝撃保護体の材料の硬度Ｋｂとの比は、図２に示す距離ａ、距離ｂを用いた場合、下記式（２）の関係を満たすように設定しても良い（図４（Ａ）参照）。
Ｋａ／Ｋｂ＝ｂ／ａ・・・（２） As another modified example, the ratio of the hardness Ka of the material of the first impact protector 4 to the hardness Kb of the material of the second impact protector is expressed by the following equation when the distance a and the distance b shown in FIG. You may set so that the relationship of (2) may be satisfy | filled (refer FIG. 4 (A)).
Ka / Kb = b / a (2)

また、第１衝撃保護体４をケース３内に収容するときの予圧縮率Ｒａと、第２衝撃保護体５をケース３内に収容するときの予圧縮率Ｒｂとを異ならせてもよい。予圧縮率は，予圧縮による保護体の厚さの変形量Δｔを予圧縮前の厚さｔで除した値である。振動に起因する衝撃加速度が燃料電池スタックに加わった場合に生じる衝撃反力Ｆａ、Ｆｂ（図２参照）を仮定した場合に、衝撃反力Ｆａ、Ｆｂと予圧縮率Ｒａ、Ｒｂとの関係を、図４（Ｂ）に示す関係に基づき設定しても良い。より詳しくには，第１衝撃保護体４と第２衝撃保護体５の横弾性係数をＧとすると，予圧縮率Ｒａと衝撃反力Ｆａの関係はＦａ＝Ｇ｛（Ｒａ−１）＋１／（Ｒａ−１）²｝，予圧縮率Ｒｂと衝撃反力Ｆｂの関係はＦｂ＝Ｇ｛（Ｒｂ−１）＋１／（Ｒｂ−１）²｝となる。したがって図２に示す距離ａ、距離ｂを用いた場合、予圧縮率Ｒａ，Ｒｂは，下記式（３）の関係を満たすように設定される。
｛（Ｒａ−１）＋１／（Ｒａ−１）²｝／｛（Ｒｂ−１）＋１／（Ｒｂ−１
）²｝＝ｂ／ａ・・・（３） Further, the precompression rate Ra when the first impact protection body 4 is housed in the case 3 and the precompression rate Rb when the second impact protection body 5 is housed in the case 3 may be different. The precompression rate is a value obtained by dividing the deformation amount Δt of the thickness of the protective body due to precompression by the thickness t before precompression. Assuming the impact reaction forces Fa and Fb (see FIG. 2) generated when the impact acceleration due to vibration is applied to the fuel cell stack, the relationship between the impact reaction forces Fa and Fb and the precompression rates Ra and Rb is shown. , May be set based on the relationship shown in FIG. More specifically, when the lateral elastic modulus of the first impact protector 4 and the second impact protector 5 is G, the relationship between the precompression rate Ra and the impact reaction force Fa is Fa = G {(Ra-1) + 1 / (Ra-1) ² }, the relationship between the precompression rate Rb and the impact reaction force Fb is Fb = G {(Rb-1) + 1 / (Rb-1) ² }. Therefore, when the distances a and b shown in FIG. 2 are used, the precompression rates Ra and Rb are set so as to satisfy the relationship of the following expression (3).
{(Ra-1) + 1 / (Ra-1) ² } / {(Rb-1) + 1 / (Rb-1
) ² } = b / a (3)

また、第１衝撃保護体４の予圧縮前の厚さｔａと、第２衝撃保護体５の予圧縮前の厚さｔｂとを異なる厚さとする場合には、次のように設定することが好適である。すなわち、振動に起因する衝撃加速度が燃料電池スタックに加わった場合に生じる衝撃反力Ｆａ、Ｆｂ（図２参照）を仮定した場合に、衝撃反力Ｆａ、Ｆｂと厚さの逆数１／ｔａ、１／ｔｂとの関係を、図４（Ｂ）に示す関係に基づき設定することが好適である。より詳しくには、第１衝撃保護体４と第２衝撃保護体５について、横弾性係数Ｇ、予圧縮による厚さの変形量Δｔの場合，厚さｔａと衝撃反力Ｆａの関係はＦａ＝ＧΔｔ｛（１／ｔａ−１／Δｔ）＋１／（１／ｔａ−１／Δｔ）²｝，厚さｔｂと衝撃反力Ｆｂの関係はＦｂ＝ＧΔｔ｛（１／ｔｂ−１／Δｔ）＋１／（１／ｔｂ−１／Δｔ）²｝となる。したがって図２に示す距離ａ、距離ｂを用いた場合、厚さｔａ，ｔｂは，下記式（４）の関係を満たすように設定される。
｛（１／ｔａ−１／Δｔ）＋１／（１／ｔａ−１／Δｔ）²｝／｛（１／ｔｂ−１／Δｔ）＋１／（１／ｔｂ−１／Δｔ）²｝＝ｂ／ａ・・・（４）
予圧縮による厚さの変形量Δｔが大きい場合は，簡易的に下記式（５）の関係を満たすように設定してもよい。
｛（１／ｔａ−１）＋１／（１／ｔａ−１）²｝／｛（１／ｔｂ−１）＋１／（１／ｔｂ−１）²｝＝ｂ／ａ・・・（５） When the thickness ta of the first impact protection body 4 before precompression is different from the thickness tb of the second impact protection body 5 before precompression, the following settings may be made. It is suitable. That is, assuming the impact reaction forces Fa and Fb (see FIG. 2) generated when the impact acceleration due to vibration is applied to the fuel cell stack, the impact reaction forces Fa and Fb and the reciprocal 1 / ta of the thickness, It is preferable to set the relationship with 1 / tb based on the relationship shown in FIG. More specifically, regarding the first impact protector 4 and the second impact protector 5, when the lateral elastic modulus G and the amount of deformation Δt of the thickness due to precompression, the relationship between the thickness ta and the impact reaction force Fa is Fa = GΔt {(1 / ta-1 / Δt) + 1 / (1 / ta-1 / Δt) ² }, and the relationship between the thickness tb and the impact reaction force Fb is Fb = GΔt {(1 / tb-1 / Δt) +1. / (1 / tb-1 / Δt) ² }. Therefore, when the distances a and b shown in FIG. 2 are used, the thicknesses ta and tb are set so as to satisfy the relationship of the following expression (4).
{(1 / ta-1 / Δt) + 1 / (1 / ta-1 / Δt) ² } / {(1 / tb-1 / Δt) + 1 / (1 / tb-1 / Δt) ² } = b / a ・・・ (4)
When the deformation amount Δt of the thickness due to the precompression is large, it may be simply set so as to satisfy the relationship of the following expression (5).
{(1 / ta-1) + 1 / (1 / ta-1) ² } / {(1 / tb-1) + 1 / (1 / tb-1) ² } = b / a (5)

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. That is, those obtained by appropriately modifying the design of these specific examples by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. The elements and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like included in each of the specific examples described above are not limited to those illustrated, but can be appropriately changed.

１：燃料電池スタック
２：セル積層体
２Ａ：短面
２Ｂ：長面
３：ケース
４：第１衝撃保護体
５：第２衝撃保護体
２０：単セル（セル）
２０ａ：短辺
２０ｂ：長辺
２０ｃ：角部
３０：連通孔
Ｄａ：セル短辺の幅
Ｄｂ：セル長辺の幅
Ｅａ：第１衝撃保護体の弾性率
Ｅｂ：第２衝撃保護体の弾性率
Ｇ：重心
Ｌ１：第１延長線
Ｌ１ｇ：第１重心延長線
Ｌ２：第２延長線
Ｌ２ｇ：第２重心延長線
Ｍａ、Ｍｂ：搖動モーメント
Ｓ：セル積層方向 1: Fuel cell stack 2: Cell stack 2A: Short side 2B: Long side 3: Case 4: First impact protector 5: Second impact protector 20: Single cell (cell)
20a: Short side 20b: Long side 20c: Corner portion 30: Communication hole Da: Cell short side width Db: Cell long side width Ea: Elastic modulus of first impact protector Eb: Elastic modulus of second impact protector G: Center of gravity L1: First extension line L1g: First extension line of center of gravity L2: Second extension line L2g: Second extension of center of gravity Ma, Mb: Swing moment S: Cell stacking direction

Claims

矩形状のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体を収容するケースとを備える燃料電池であって、
前記セル積層体のセル積層方向に沿う側面と前記ケースとの間に配置される、第１衝撃保護体及び第２衝撃保護体を備え、
前記第１衝撃保護体及び前記第２衝撃保護体は、前記セル積層方向に垂直な断面でみたときに、前記セルの角部を間に挟んで配置されており、
前記第１衝撃保護体を通り、前記セルにおける第１衝撃保護体が配置された一辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１延長線と、前記セルの重心を通り、前記一辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第１重心延長線との間の距離をａとし、
前記第２衝撃保護体を通り、前記セルにおける前記第２衝撃保護体が配置された他辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２延長線と、前記セルの重心を通り、前記他辺に沿う方向に対して垂直な方向に延びる第２重心延長線との間の距離をｂと定義した場合に、
前記第１衝撃保護体の弾性率Ｅａと、前記第２衝撃保護体の弾性率Ｅｂとの弾性率の比は、Ｅａ／Ｅｂ＝ｂ／ａの関係を満たす、燃料電池。 A fuel cell comprising a cell stack in which a plurality of rectangular cells are stacked, and a case for housing the cell stack,
A first impact protection body and a second impact protection body disposed between a side surface of the cell stack body along the cell stacking direction and the case;
The first impact protector and the second impact protector are arranged with the corners of the cell sandwiched therebetween when viewed in a cross section perpendicular to the cell stacking direction,
A first extension line passing through the first impact protector and extending in a direction perpendicular to a direction along which the first impact protector of the cell is arranged, and a center of gravity of the cell and extending along the one side. The distance between the first center of gravity extension line extending in the direction perpendicular to the direction is a,
A second extension line that passes through the second impact protector and extends in a direction perpendicular to a direction along the other side of the cell where the second impact protector is disposed, and a second extension line that passes through the center of gravity of the cell and When the distance between the second center of gravity extension line extending in the direction perpendicular to the direction along the side is defined as b,
The fuel cell, wherein the ratio of the elastic modulus Ea of the first impact protector and the elastic modulus Eb of the second impact protector satisfies the relationship of Ea / Eb = b / a.