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JP2012054125A - Fuel cell stack - Google Patents

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JP2012054125A
JP2012054125A JP2010196347A JP2010196347A JP2012054125A JP 2012054125 A JP2012054125 A JP 2012054125A JP 2010196347 A JP2010196347 A JP 2010196347A JP 2010196347 A JP2010196347 A JP 2010196347A JP 2012054125 A JP2012054125 A JP 2012054125A
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君春 水崎
Tadashi Nishiyama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To excellently inhibit heat dissipation from a terminal plate to prevent fuel cells, especially at the ends of the lamination, from decreasing in power generating capacity to the extent possible.SOLUTION: In a fuel cell stack 10, a plurality of fuel cells 12 is laminated, and a terminal plate 14a, an insulation plate 16a, and an end plate 18a are disposed at one end of the lamination of the fuel cells 12. The terminal plate 14a contains a single internal cavity 52a. The cavity 52a extends through the terminal plate 14a from one end to the other end of the terminal plate 14a facing each other. The center of a plate face 54a of the terminal plate 14a facing the insulation plate 16a is provided with a connecting terminal 56a projecting outward in the lamination direction and exposed at the end plate 18a.

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層された積層体を備えるとともに、前記積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが積層される燃料電池スタックに関する。   The present invention provides a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and includes a stacked body in which a plurality of the fuel cells are stacked. The present invention relates to a fuel cell stack in which a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are stacked at both ends of the body in the stacking direction.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した発電ユニットを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数(例えば、数百)の発電ユニットを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The power generation unit is sandwiched. This type of fuel cell is usually used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number (for example, several hundreds) of power generation units.

燃料電池スタックは、複数の発電ユニットが積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが積層されている。その際、ターミナルプレートやエンドプレートは、放熱量が大きいため、特に積層体の積層方向両端側に配置されている発電ユニットの温度が低下し易く、前記発電ユニットの発電性能が低下するという問題がある。   The fuel cell stack includes a stacked body in which a plurality of power generation units are stacked, and a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are stacked at both ends in the stacking direction of the stacked body. At that time, since the terminal plate and the end plate have a large amount of heat radiation, the temperature of the power generation units arranged at both ends in the stacking direction of the laminate is likely to decrease, and the power generation performance of the power generation unit is deteriorated. is there.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている固体高分子型燃料電池スタックが知られている。この固体高分子型燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜を一対の電極で挟持し、その外側を一対のセパレータで挟持した発電ユニットを、水平方向に複数個積層して構成されている。そして、積層方向の少なくとも一方の端部に位置する発電ユニットと、その外側に配設されるターミナルプレートとの間には、断熱層が介在されている。   Therefore, for example, a polymer electrolyte fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. This polymer electrolyte fuel cell stack is configured by laminating a plurality of power generation units in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes and the outside is sandwiched between a pair of separators in the horizontal direction. And the heat insulation layer is interposed between the electric power generation unit located in the at least one edge part of the lamination direction, and the terminal plate arrange | positioned on the outer side.

特開2002−184449号公報JP 2002-184449 A

ところで、上記の固体高分子型燃料電池スタックでは、積層方向端部の発電ユニットとターミナルプレートとの間に断熱層が設けられているが、前記ターミナルプレート自体から放熱が惹起し易い。特に、ターミナルプレートから積層方向に突出する電力取り出し用の端子部(接続端子)からの放熱量が多くなる。これにより、スタック端部の温度が低下してしまい、積層方向端部の発電ユニットの発電性能が低下するおそれがある。   By the way, in the polymer electrolyte fuel cell stack described above, a heat insulating layer is provided between the power generation unit at the end in the stacking direction and the terminal plate, but heat radiation is likely to be caused from the terminal plate itself. In particular, the amount of heat released from the terminal portion (connection terminal) for power extraction protruding from the terminal plate in the stacking direction increases. As a result, the temperature at the stack end decreases, and the power generation performance of the power generation unit at the end in the stacking direction may decrease.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、ターミナルプレートからの放熱を良好に抑制することができ、特に積層方向端部に配置される燃料電池の発電性能の低下を可及的に阻止することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can effectively suppress the heat radiation from the terminal plate, and in particular prevents the deterioration of the power generation performance of the fuel cell disposed at the end in the stacking direction. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can be used.

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層された積層体を備えるとともに、前記積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが積層される燃料電池スタックに関するものである。   The present invention provides a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and includes a stacked body in which a plurality of the fuel cells are stacked. The present invention relates to a fuel cell stack in which a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are stacked at both ends in the stacking direction of the body.

この燃料電池スタックでは、ターミナルプレートは、内部に単一の空間部を有するとともに、絶縁プレートに対面するプレート面の中央部には、積層方向外方に突出してエンドプレートから露呈する接続端子が設けられている。   In this fuel cell stack, the terminal plate has a single space inside, and a connection terminal that protrudes outward in the stacking direction and is exposed from the end plate is provided at the center of the plate surface facing the insulating plate. It has been.

また、この燃料電池スタックでは、空間部は、ターミナルプレートの互いに対向する一端部から他端部に向かって該ターミナルプレートを貫通することが好ましい。   Moreover, in this fuel cell stack, it is preferable that the space portion penetrates the terminal plate from one end portion to the other end portion of the terminal plate.

さらに、この燃料電池スタックでは、接続端子は、プレート面を、長方形状の短辺側の一端を残して切り欠いた後、積層方向に折り曲げることにより成形されることが好ましい。   Further, in this fuel cell stack, it is preferable that the connection terminal is formed by cutting out the plate surface leaving one end on the short side of the rectangular shape and then bending it in the stacking direction.

さらにまた、この燃料電池スタックでは、空間部には、ブロック部材が配設されることが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that a block member is disposed in the space portion.

本発明によれば、ターミナルプレートの内部には、空間部が形成されるため、前記空間部が断熱層として機能する。従って、ターミナルプレートからの放熱を良好に抑制することができる。   According to the present invention, since the space portion is formed inside the terminal plate, the space portion functions as a heat insulating layer. Therefore, heat dissipation from the terminal plate can be satisfactorily suppressed.

しかも、ターミナルプレートには、プレート面の中央部に、積層方向外方に突出して接続端子が設けられている。このため、積層方向端部に配置されている燃料電池から接続端子に至る熱の移動経路が長尺化され、前記接続端子からの放熱が有効に抑制される。これにより、特に積層方向端部に配置される燃料電池は、温度低下による発電性能の低下を可及的に阻止することが可能になる。   Moreover, the terminal plate is provided with a connection terminal at the center of the plate surface so as to protrude outward in the stacking direction. For this reason, the heat transfer path from the fuel cell arranged at the end in the stacking direction to the connection terminal is lengthened, and heat radiation from the connection terminal is effectively suppressed. Thereby, especially the fuel cell arrange | positioned at the lamination direction edge part can prevent the fall of the power generation performance by a temperature fall as much as possible.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。1 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの、図1中、II−II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するターミナルプレートの斜視説明図である。It is a perspective view of a terminal plate constituting the fuel cell stack. 前記ターミナルプレートによる熱経路の説明図である。It is explanatory drawing of the heat path by the said terminal plate. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するターミナルプレートの側面説明図である。It is side surface explanatory drawing of the terminal plate which comprises the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するターミナルプレートの斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a terminal plate which constitutes a fuel cell stack concerning a 3rd embodiment of the present invention.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の燃料電池(発電ユニット)12が矢印A方向(水平方向又は鉛直方向)に積層された積層体13を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention has a plurality of fuel cells (power generation units) 12 stacked in the direction of arrow A (horizontal direction or vertical direction). A laminate 13 is provided.

積層体13の積層方向一端には、ターミナルプレート14a、絶縁プレート16a及びエンドプレート18aが配設される。積層体13の積層方向他端には、ターミナルプレート14b、絶縁プレート16b及びエンドプレート18bが配設される。   A terminal plate 14a, an insulating plate 16a, and an end plate 18a are disposed at one end of the stacked body 13 in the stacking direction. A terminal plate 14b, an insulating plate 16b, and an end plate 18b are disposed at the other end of the stacked body 13 in the stacking direction.

図2及び図3に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体(MEA)20が、第1及び第2セパレータ22、24に挟持される。第1及び第2セパレータ22、24は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。第1及び第2セパレータ22、24は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第1及び第2セパレータ22、24は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the fuel cell 12, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 20 is sandwiched between first and second separators 22 and 24. The first and second separators 22 and 24 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a vertically long metal plate that has been subjected to a surface treatment for anticorrosion on its metal surface. The first and second separators 22 and 24 have a rectangular planar shape, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape. In addition, you may comprise the 1st and 2nd separators 22 and 24 with a carbon separator, for example.

燃料電池12の矢印C方向(図3中、鉛直方向)の上端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔26a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔28a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔30aが、矢印B方向に配列して設けられる。   At the upper edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C (vertical direction in FIG. 3), an oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An agent gas inlet communication hole 26a, a cooling medium inlet communication hole 28a for supplying a cooling medium, and a fuel gas inlet communication hole 30a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in the arrow B direction. Provided.

燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔30b、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔28b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔26bが、矢印B方向に配列して設けられる。   The lower end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, a fuel gas outlet communication hole 30b for discharging fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole 28b for discharging cooling medium. , And oxidant gas outlet communication holes 26b for discharging the oxidant gas are arranged in the arrow B direction.

第1セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に向かう面22aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路32が、鉛直方向に沿って設けられる。   An oxidant gas flow path 32 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 26a and the oxidant gas outlet communication hole 26b is formed on the surface 22a of the first separator 22 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20 along the vertical direction. Provided.

第2セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとに連通する燃料ガス流路34が、鉛直方向に沿って設けられる。   A fuel gas channel 34 communicating with the fuel gas inlet communication hole 30a and the fuel gas outlet communication hole 30b is provided along the vertical direction on the surface 24a of the second separator 24 facing the electrolyte membrane / electrode structure 20. .

互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ22の面22bと、第2セパレータ24の面24bとの間には、冷却媒体入口連通孔28aと冷却媒体出口連通孔28bとを連通する冷却媒体流路36が、鉛直方向に沿って設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 28a and the cooling medium outlet communication hole 28b between the surface 22b of the first separator 22 and the surface 24b of the second separator 24 that constitute the fuel cells 12 adjacent to each other. A flow path 36 is provided along the vertical direction.

第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材38が、一体的又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ24の面24a、24bには、第2シール部材40が、一体的に又は個別に設けられる。第1及び第2シール部材38、40は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first seal member 38 is integrally or individually provided on the surfaces 22 a and 22 b of the first separator 22, and the second seal member 40 is integrally formed on the surfaces 24 a and 24 b of the second separator 24. Or it is provided separately. The first and second sealing members 38 and 40 are, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicon rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber or the like, cushioning material, Alternatively, a packing material is used.

電解質膜・電極構造体20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するカソード側電極44及びアノード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 20 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 44 and an anode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

カソード側電極44及びアノード側電極46は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜42の両面に形成されている。   The cathode side electrode 44 and the anode side electrode 46 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. An electrode catalyst layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

図2に示すように、絶縁プレート16a、16bには、凹部48a、48bが形成され、前記凹部48a、48bにターミナルプレート14a、14bが収容される。   As shown in FIG. 2, recesses 48a and 48b are formed in the insulating plates 16a and 16b, and the terminal plates 14a and 14b are accommodated in the recesses 48a and 48b.

図2及び図4に示すように、ターミナルプレート14aは、導電性金属材料、例えば、アルミニウムや銅等で構成されるとともに、内部に単一の空間部52aを有する。空間部52aは、ターミナルプレート14aの互いに対向する一端部から他端部に向かって(図4中、矢印C方向)前記ターミナルプレート14aを貫通する。ターミナルプレート14aは、角筒形状を有する。   As shown in FIGS. 2 and 4, the terminal plate 14a is made of a conductive metal material, such as aluminum or copper, and has a single space 52a inside. The space 52a penetrates the terminal plate 14a from one end of the terminal plate 14a facing each other toward the other end (in the direction of arrow C in FIG. 4). The terminal plate 14a has a rectangular tube shape.

ターミナルプレート14aの絶縁プレート16aに対面するプレート面54aの中央部には、積層方向(矢印A方向)外方に突出してエンドプレート18aから露呈する接続端子(電力取り出し端子)56aが設けられる。   A connection terminal (power extraction terminal) 56a that protrudes outward in the stacking direction (arrow A direction) and is exposed from the end plate 18a is provided at the center of the plate surface 54a facing the insulating plate 16a of the terminal plate 14a.

接続端子56aは、円柱状を有するとともに、プレート面54aに摩擦撹拌接合(FSW)や摩擦溶接(FW)等により固着され、絶縁筒体58aを外装してエンドプレート18aに挿入される。なお、接続端子56aは、角柱状やL字状等、種々の形状に設定可能である。   The connection terminal 56a has a columnar shape, is fixed to the plate surface 54a by friction stir welding (FSW), friction welding (FW), or the like, and is inserted into the end plate 18a with the insulating cylinder 58a mounted on the exterior. The connection terminal 56a can be set in various shapes such as a prismatic shape and an L shape.

また、ターミナルプレート14bは、上記のターミナルプレート14aと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字にaに代えてbを付すとともに、その詳細な説明は省略する。   Further, the terminal plate 14b is configured in the same manner as the terminal plate 14a described above, and the same components are denoted by the same reference numerals with b instead of a, and detailed description thereof is omitted.

図1に示すように、エンドプレート18aとエンドプレート18bとの間には、複数本の連結部材60が架け渡される。連結部材60は、長尺な板状を有し、燃料電池スタック10の長辺側に2本ずつで、且つ、前記燃料電池スタック10の短辺側に1本ずつ配設される。連結部材60の矢印A方向の両端部は、ボルト62を介してエンドプレート18a及びエンドプレート18bの側部に固定され、前記エンドプレート18a、18b間には、積層方向に所定の締め付け荷重が付与される。   As shown in FIG. 1, a plurality of connecting members 60 are bridged between the end plate 18a and the end plate 18b. The connecting members 60 have a long plate shape, and two connecting members 60 are disposed on the long side of the fuel cell stack 10 and one on the short side of the fuel cell stack 10. Both ends of the connecting member 60 in the direction of arrow A are fixed to the side portions of the end plate 18a and the end plate 18b via bolts 62, and a predetermined tightening load is applied between the end plates 18a and 18b in the stacking direction. Is done.

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

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔26aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔30aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔28aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 26a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 30a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 28a.

このため、図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔26aから第1セパレータ22の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガスは、矢印C方向下方に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するカソード側電極44に供給される。   For this reason, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 32 of the first separator 22 from the oxidant gas inlet communication hole 26a. The oxidant gas is supplied to the cathode side electrode 44 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving downward in the direction of arrow C.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔30aから第2セパレータ24の燃料ガス流路34に導入される。この燃料ガスは、矢印C方向下方に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するアノード側電極46に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 34 of the second separator 24 from the fuel gas inlet communication hole 30a. The fuel gas is supplied to the anode side electrode 46 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 20 while moving downward in the arrow C direction.

従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード側電極44に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極46に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。各燃料電池12は、電気的に直列に接続されており、前記燃料電池12の積層方向両端に配置されているターミナルプレート14a、14bに設けられた接続端子56a、56bから外部に電力が取り出され、例えば、図示しない走行用モータが駆動される。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 20, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 44 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 46 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is done. The fuel cells 12 are electrically connected in series, and electric power is taken out from the connection terminals 56a and 56b provided on the terminal plates 14a and 14b disposed at both ends of the fuel cells 12 in the stacking direction. For example, a travel motor (not shown) is driven.

次いで、カソード側電極44に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔26bに沿って矢印A方向に排出される。一方、アノード側電極46に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 44 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 26b. On the other hand, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 46 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 30b.

また、冷却媒体入口連通孔28aに供給された冷却媒体は、第1及び第2セパレータ22、24間の冷却媒体流路36に導入され、矢印C方向下方に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔28bに排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 28a is introduced into the cooling medium flow path 36 between the first and second separators 22 and 24, and flows downward in the direction of arrow C. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 20 and then is discharged to the cooling medium outlet communication hole 28b.

この場合、第1の実施形態では、図2及び図4に示すように、ターミナルプレート14aの内部には、空間部52aが形成されている。従って、ターミナルプレート14aでは、空間部52aが断熱層として機能することができ、前記ターミナルプレート14aからの放熱を良好に抑制することが可能になる。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, a space 52a is formed inside the terminal plate 14a. Therefore, in the terminal plate 14a, the space part 52a can function as a heat insulation layer, and it becomes possible to suppress the heat radiation from the terminal plate 14a satisfactorily.

しかも、ターミナルプレート14aの絶縁プレート16aに対面するプレート面54aには、中央部に積層方向外方に突出して接続端子56aが設けられている。このため、図5に示すように、積層体13の端部に配置されている燃料電池12から接続端子56aに至る熱の移動経路(熱経路)は、相当に長尺化されている。   In addition, the plate surface 54a of the terminal plate 14a facing the insulating plate 16a is provided with a connection terminal 56a that protrudes outward in the stacking direction at the center. For this reason, as shown in FIG. 5, the heat transfer path (heat path) from the fuel cell 12 disposed at the end of the stacked body 13 to the connection terminal 56a is considerably elongated.

これにより、接続端子56aからの放熱が有効に抑制され、特に積層方向端部に配置される燃料電池12は、温度低下による発電性能の低下を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。   As a result, heat dissipation from the connection terminal 56a is effectively suppressed, and particularly the fuel cell 12 disposed at the end portion in the stacking direction can prevent a decrease in power generation performance due to a temperature decrease as much as possible. Is obtained.

さらに、ターミナルプレート14aでは、空間部52aは、前記ターミナルプレート14aの互いに対向する一端部から他端部(図4中、矢印C方向)に向かって貫通しており、前記ターミナルプレート14aは、角筒形状を有している。   Further, in the terminal plate 14a, the space 52a penetrates from one end of the terminal plate 14a facing each other toward the other end (in the direction of arrow C in FIG. 4). It has a cylindrical shape.

従って、ターミナルプレート14aは、押し出し成形又は引き抜き成形により空間部52aを作成することができ、前記ターミナルプレート14aの加工費が良好に削減されて経済的であるという利点が得られる。   Therefore, the terminal plate 14a can produce the space part 52a by extrusion molding or pultrusion molding, and it is advantageous that the processing cost of the terminal plate 14a is reduced well and is economical.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するターミナルプレート100の側面説明図である。   FIG. 6 is an explanatory side view of the terminal plate 100 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10を構成するターミナルプレート14aと同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   Note that the same components as those of the terminal plate 14a constituting the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

ターミナルプレート100の内部には、空間部102が形成されるとともに、前記ターミナルプレート100は、角筒形状を有する。ターミナルプレート100の絶縁プレート16aに対面するプレート面104の中央部には、積層方向(矢印A方向)外方に突出してエンドプレート18aから露呈する接続端子(電力取り出し端子)106が設けられる。   A space 102 is formed in the terminal plate 100, and the terminal plate 100 has a rectangular tube shape. At the center of the plate surface 104 facing the insulating plate 16a of the terminal plate 100, a connection terminal (power extraction terminal) 106 that protrudes outward in the stacking direction (arrow A direction) and is exposed from the end plate 18a is provided.

ターミナルプレート100の空間部102には、接続端子106の裏受け機能を有するブロック部材108a、108bが配設される。ターミナルプレート100には、空間部102に突出して位置決めガイド110a、110bと位置決めガイド112a、112bとが形成される。   Block members 108 a and 108 b having a function of backing the connection terminals 106 are disposed in the space 102 of the terminal plate 100. Positioning guides 110 a and 110 b and positioning guides 112 a and 112 b are formed on the terminal plate 100 so as to protrude into the space 102.

位置決めガイド110a、110b、112a及び112bは、ターミナルプレート100を、例えば、押し出し成形する際に、一体成形される。位置決めガイド110a、110bは、ブロック部材108aを位置決めする一方、位置決めガイド112a、112bは、ブロック部材108bを位置決めする。ブロック部材108aは、熱伝導性が低い材料、例えば、高分子材料等からなる。   The positioning guides 110a, 110b, 112a, and 112b are integrally formed when the terminal plate 100 is extruded, for example. The positioning guides 110a and 110b position the block member 108a, while the positioning guides 112a and 112b position the block member 108b. The block member 108a is made of a material having low thermal conductivity, such as a polymer material.

このように構成される第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、接続端子106の裏受け部材としてブロック部材108a、108bが配置されており、前記接続端子106を一層強固に保持することが可能になる。   In the second embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and the block members 108a and 108b are arranged as the backing members of the connection terminal 106. It becomes possible to hold the terminal 106 more firmly.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するターミナルプレート120の斜視説明図である。   FIG. 7 is a perspective explanatory view of a terminal plate 120 constituting a fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention.

ターミナルプレート120の内部には、空間部124が形成されるとともに、前記ターミナルプレート120は、角筒形状を有する。ターミナルプレート120の絶縁プレート16aに対面するプレート面126の中央部には、積層方向(矢印A方向)外方に突出してエンドプレート18aから露呈する接続端子(電力取り出し端子)128が設けられる。   A space 124 is formed in the terminal plate 120, and the terminal plate 120 has a rectangular tube shape. A connection terminal (power extraction terminal) 128 that protrudes outward in the stacking direction (in the direction of arrow A) and is exposed from the end plate 18a is provided at the center of the plate surface 126 facing the insulating plate 16a of the terminal plate 120.

接続端子128は、プレート面126を、長方形状の短辺側の一端を残して切り欠いた後、積層方向に折り曲げることにより成形される。プレート面126には、接続端子128の形状に対応する開口部130が形成される。   The connection terminal 128 is formed by cutting out the plate surface 126 except for one end on the short side of the rectangular shape and then bending it in the stacking direction. In the plate surface 126, an opening 130 corresponding to the shape of the connection terminal 128 is formed.

ターミナルプレート120の空間部124には、図示しないが、第2の実施形態と同様に、接続端子128を受けるためのブロック部材が、必要に応じて配設される。なお、ターミナルプレート120には、空間部124に突出して位置決めガイド(図示せず)が形成されることが好ましい。   Although not shown, a block member for receiving the connection terminal 128 is disposed in the space 124 of the terminal plate 120 as necessary, as in the second embodiment. The terminal plate 120 preferably has a positioning guide (not shown) that protrudes into the space 124.

このように構成される第3の実施形態では、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   In the third embodiment configured as described above, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

10…燃料電池スタック 12…燃料電池
13…積層体
14a、14b、100、120…ターミナルプレート
16a、16b…絶縁プレート 18a、18b…エンドプレート
20…電解質膜・電極構造体 22、24…セパレータ
26a…酸化剤ガス入口連通孔 26b…酸化剤ガス出口連通孔
28a…冷却媒体入口連通孔 28b…冷却媒体出口連通孔
30a…燃料ガス入口連通孔 30b…燃料ガス出口連通孔
32…酸化剤ガス流路 34…燃料ガス流路
36…冷却媒体流路 42…固体高分子電解質膜
44…カソード側電極 46…アノード側電極
52a、102、124…空間部 54a、104、126…プレート面
56a、106、128…接続端子 60…連結部材
108a、108b…ブロック部材
110a、110b、112a、112b…位置決めガイド
130…開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell 13 ... Laminated body 14a, 14b, 100, 120 ... Terminal plate 16a, 16b ... Insulating plate 18a, 18b ... End plate 20 ... Electrolyte membrane and electrode structure 22, 24 ... Separator 26a ... Oxidant gas inlet communication hole 26b ... Oxidant gas outlet communication hole 28a ... Cooling medium inlet communication hole 28b ... Cooling medium outlet communication hole 30a ... Fuel gas inlet communication hole 30b ... Fuel gas outlet communication hole 32 ... Oxidant gas flow path 34 ... Fuel gas flow path 36 ... Cooling medium flow path 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Cathode side electrode 46 ... Anode side electrodes 52a, 102, 124 ... Space portions 54a, 104, 126 ... Plate surfaces 56a, 106, 128 ... Connection terminal 60 ... connecting member 108a, 108b ... block member
110a, 110b, 112a, 112b ... positioning guide 130 ... opening

Claims (4)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層された積層体を備えるとともに、前記積層体の積層方向両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが積層される燃料電池スタックであって、
前記ターミナルプレートは、内部に単一の空間部を有するとともに、
前記絶縁プレートに対面するプレート面の中央部には、積層方向外方に突出して前記エンドプレートから露呈する接続端子が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
Provided is a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and includes a stack in which a plurality of the fuel cells are stacked, and the stacking direction of the stack A fuel cell stack in which a terminal plate, an insulating plate and an end plate are laminated at both ends,
The terminal plate has a single space inside, and
A fuel cell stack, wherein a connection terminal that protrudes outward in the stacking direction and is exposed from the end plate is provided at a central portion of the plate surface facing the insulating plate.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記空間部は、前記ターミナルプレートの互いに対向する一端部から他端部に向かって該ターミナルプレートを貫通することを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the space portion passes through the terminal plate from one end portion to the other end portion of the terminal plate facing each other. 請求項1又は2記載の燃料電池スタックにおいて、前記接続端子は、前記プレート面を、長方形状の短辺側の一端を残して切り欠いた後、前記積層方向に折り曲げることにより成形されることを特徴とする燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the connection terminal is formed by bending the plate surface in the stacking direction after notching one end of a rectangular short side. A fuel cell stack. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記空間部には、ブロック部材が配設されることを特徴とする燃料電池スタック。   4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a block member is disposed in the space portion. 5.
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