(57)【要約】【課題】本発明の目的は、エンドプレートの配管口周りのシール性を確保し、エンドプレートの腐食を防止することができる燃料電池スタックを提供することにある。【解決手段】本発明の燃料電池スタックは、複数のセルが積層されたセル積層体と、冷却媒体又は反応ガスが通過する配管口が設けられ、セル積層方向端部に配置されるエンドプレートと、前記配管口に差し込まれる配管部が設けられ、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に配置される絶縁プレートと、前記配管口と前記配管部間への水の侵入を防止するシール部材と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層されたセル積層体と、
冷却媒体又は反応ガスが通過する配管口が設けられ、セル積層方向端部に配置されるエンドプレートと、
前記配管口に差し込まれる配管部が設けられ、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に配置される絶縁プレートと、
前記配管口と前記配管部間への水の侵入を防止するシール部材と、を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、前記配管口に、前記エンドプレートと前記絶縁プレートの配管部に当接するフランジ部を有する配管が接続され、
前記シール部材は、前記フランジ部と前記エンドプレート間、及び前記フランジ部と前記配管部間に配設されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、前記シール部材は、前記配管口と前記配管部間に配設されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池スタックであって、前記配管口と前記配管部間がテーパ状になっていることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料ガス（水素）と酸化ガス（空気）との電気化学反応を利用して発電を行うセルを複数積層した燃料電池積層体を備える燃料電池スタックが知られている。
【０００３】
燃料電池スタックにおいて、セル積層方向の端部には、セル積層体をセル積層方向に押圧保持するためのエンドプレートが設けられ、セル積層体とエンドプレート間には、セル積層体とエンドプレートとを絶縁するための絶縁プレート（絶縁プレート）が設けられる。
【０００４】
燃料電池スタック内には、セル積層方向に貫通する冷却媒体マニホールド及び反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）マニホールドが形成されており、エンドプレートには、冷却媒体マニホールド、反応ガスマニホールドに連通する配管口が形成されている。また、エンドプレートの配管口には、冷却媒体が流れる冷却媒体配管、反応ガスが流れる反応ガス配管が接続される。
【０００５】
ところで、このような燃料電池スタックには、エンドプレートと絶縁プレートとの間、セル間、マニホールド周り等のシール構造が、従来から様々提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４９１２９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２０４５号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８０８０号公報
【特許文献４】特開２００７−１８４４２８号公報
【特許文献５】特開２００９−２５９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、エンドプレートの配管口周りのシール性を確保し、エンドプレートの腐食を防止することができる燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の燃料電池スタックは、複数のセルが積層されたセル積層体と、冷却媒体又は反応ガスが通過する配管口が設けられ、セル積層方向端部に配置されるエンドプレートと、前記配管口に差し込まれる配管部が設けられ、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に配置される絶縁プレートと、前記配管口と前記配管部間への水の侵入を防止するシール部材と、を備える。
【０００９】
また、前記燃料電池スタックにおいて、前記配管口に、前記エンドプレートと前記絶縁プレートの配管部に当接するフランジ部を有する配管が接続され、前記シール部材は、前記フランジ部と前記エンドプレート間、及び前記フランジ部と前記配管部間に配設されることが好ましい。
【００１０】
また、前記燃料電池スタックにおいて、前記シール部材は、前記配管口と前記配管部間に配設されることが好ましい。
【００１１】
また、前記燃料電池スタックにおいて、前記配管口と前記配管部間がテーパ状になっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エンドプレートの配管口周りのシール性を確保し、エンドプレートの腐食を防止することができる燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る燃料電池スタックの構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態で用いられるエンドプレート及び絶縁プレートの一例を示す一部模式斜視図である。
【図３】本実施形態で用いられるエンドプレート及び絶縁プレートの一例を示す一部模式正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線におけるエンドプレート及び絶縁プレートの一部模式断面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線におけるエンドプレート及び絶縁プレートの一部模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る燃料電池スタックの構成の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行うセル１０が複数積層されたセル積層体１２と、セル積層方向の両端に、セル積層体１２側から順に配置される、集電板としてのターミナルプレート１４、絶縁板としての絶縁プレート１６、セル積層体１２をセル積層方向に押圧保持するためのエンドプレート１８と、を備える。図での説明は省略するが、セル積層体１２内には、セル積層方向に、反応ガス供給用マニホールド、反応ガス排出用マニホールド、冷却媒体供給用マニホールド及び冷却媒体排出用マニホールドが形成されている。ここで、反応ガスとは、燃料ガス又は酸化ガスである。
【００１６】
図２は、本実施形態で用いられるエンドプレート及び絶縁プレートの一例を示す一部模式斜視図である。図３は、本実施形態で用いられるエンドプレート及び絶縁プレートの一例を示す一部模式正面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線におけるエンドプレート及び絶縁プレートの一部模式断面図である。
【００１７】
図２に示すように、エンドプレート１８には、反応ガスが通過する反応ガス供給側配管口２０及び反応ガス排出側配管口２２、冷却媒体が通過する冷却媒体配管口２４が形成されている。そして、図２〜４に示すように、隣接する絶縁プレート１６には、エンドプレート１８の反応ガス供給側配管口２０に差し込まれる反応ガス供給側配管部２６が設けられている。また、同様に、エンドプレート１８の反応ガス排出側配管口２２及び冷却媒体配管口２４に差し込まれる反応ガス排出側配管部２８、冷却媒体供給側配管部３０及び冷却媒体排出側配管部３２が、絶縁プレート１６に設けられている。これらの配管部は、絶縁プレート１６と一体形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。
【００１８】
図４に示すように、エンドプレート１８の反応ガス供給側配管口２０には、フランジ部３４が形成された反応ガス供給配管３６が接続される。フランジ部３４は、絶縁プレート１６の反応ガス供給側配管部２６からエンドプレート１８まで延びている。反応ガス供給配管３６は、フランジ部３４を介してエンドプレート１８に螺合されるボルト等の固定具（不図示）により、エンドプレート１８に固定される。
【００１９】
上記のように、絶縁プレート１６の反応ガス供給側配管部２６をエンドプレート１８の反応ガス供給側配管口２０に差し込む構造では、両者の公差の関係上、配管部と配管口との間に隙間Ｘが生じる。そのため、反応ガス供給配管３６等の配管をボルト等の固定具でエンドプレート１８に固定しただけでは、燃料電池スタック１外部からの水、配管を通る水等が、配管部と配管口との間の隙間Ｘに侵入し、エンドプレート１８を腐食させる等の事象を引き起こす場合がある。
【００２０】
そこで、本実施形態では、配管部と配管口間への水の侵入を防止するシール部材が設けられている。本実施形態のシール部材３８は、図４に示すように、フランジ部３４とエンドプレート１８間に反応ガス供給側配管口２０を周回するシール部３８ａ、及びフランジ部３４と反応ガス供給側配管部２６間に配設され、反応ガス供給側配管部２６を周回するシール部３８ｂである。また、フランジ部３４や反応ガス供給側配管部２６やエンドプレート１８には、シール部（３８ａ，３８ｂ）を固定する溝等を形成することが好ましい。なお、本実施形態では、これらのシール部（３８ａ，３８ｂ）が一体成型（すなわち反応ガス供給側配管部２６からエンドプレート１８に渡って形成）されているが、これに制限されるものではなく、シール部（３８ａ，３８ｂ）が別体となっていてもよい。以上反応ガス供給側を例に説明したが、反応ガス排出側も同様である。
【００２１】
また、本実施形態では、図１に示すように、冷却媒体供給側配管部３０及び冷却媒体排出側配管部３２は、円筒状であって、エンドプレート１８から突き出た構造となっており、これらの配管部に直接冷却媒体供給配管、冷却媒体排出配管が接続される。なお、冷却媒体の配管部の構造は、必ずしもこれに制限されるものではない。また、このような構造の配管部と配管口間の水の侵入を防止するためには、以下で説明するような、配管部と配管口間に配設され、配管口を周回するシール部材が必要である。
【００２２】
図５（Ａ），（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線におけるエンドプレート及び絶縁プレートの一部模式断面図である。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、シール部材４０は、エンドプレート１８の反応ガス供給側配管口２０と絶縁プレート１６の反応ガス供給側配管部２６との間に配設され、反応ガス供給側配管口２０を周回している。このような構造のシール部材４０によっても、配管部と配管口間への水の侵入を防止することができる。
【００２３】
また、図５（Ｂ）に示すように、反応ガス供給側配管口２０と反応ガス供給側配管部２６間が、絶縁プレート１６側のエンドプレート１８の面から反対側のエンドプレート１８の面に向かって広がるようなテーパであることが好ましい。本実施形態では、エンドプレート１８側を傾斜させて反応ガス供給側配管口２０と反応ガス供給側配管部２６間をテーパ状としているが、絶縁プレート１６の反応ガス供給側配管部２６側を傾斜又は両方を傾斜させてテーパ状としてもよい。このようなテーパ状の反応ガス供給側配管口２０と反応ガス供給側配管部２６間にシール部材４０を配設することにより、反応ガス供給側配管口２０と反応ガス供給側配管部２６間のシール性を向上させることができる。また、テーパ方向は上記に制限されるものではない。すなわち、反応ガス供給側配管口２０と反応ガス供給側配管部２６間が、絶縁プレート１６側のエンドプレート１８の面から反対側のエンドプレート１８の面に向かって狭くなるようなテーパであってもよい。以上反応ガス供給側を例に説明したが、反応ガス排出側も同様のシール構造を採用することができる。また、冷却媒体供給側配管部３０及び冷却媒体排出側配管部３２のように、エンドプレート１８から突き出た構造の配管部では、エンドプレート１８の配管口と絶縁プレート１６の配管部との間に配設され、配管口を周回するシール部材４０を採用する必要がある。
【００２４】
シール部材の材質は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００２５】
以下に、燃料電池スタック１のその他の構成について説明する。
【００２６】
また、ターミナルプレート１４には、反応ガス供給用マニホールド、反応ガス排出用マニホールド、冷却媒体供給用マニホールド及び冷却媒体排出用マニホールドとそれぞれ連通する開口部が設けられている。そして、該開口部及び各マニホールドは、絶縁プレート１６の配管部（エンドプレート１８の配管口）に連通している。
【００２７】
このような燃料電池スタック１の反応ガス及び冷却媒体の流れを、以下に説明する。まず、反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）が反応ガス供給配管３６から、絶縁プレート１６の反応ガス供給側配管部２６を通り、ターミナルプレート１４の開口部（不図示）を介して反応ガス供給用マニホールド（不図示）を通り、各セル１０に分配され、セル１０の発電に利用される。また、冷却媒体が冷却媒体供給配管（不図示）から、絶縁プレート１６の冷却媒体供給側配管部３０を通り、ターミナルプレート１４の開口部（不図示）を介して、冷却媒体供給用マニホールド（不図示）を通り、各セル１０に分配され、セル１０の冷却に利用される。そして、セル１０から排出された反応ガス（燃料ガスや酸化ガスのオフガス）が反応ガス排出用マニホールド（不図示）を通り、ターミナルプレート１４の開口部（不図示）、絶縁プレート１６の反応ガス排出側配管部２８を介して、反応ガス排出配管（不図示）に流れる。また、各セル１０の冷却に利用された冷却媒体は、冷却媒体排出用マニホールド（不図示）を通り、ターミナルプレート１４の開口部（不図示）、絶縁プレート１６の冷却媒体排出側配管部３２を介して、冷却媒体排出管（不図示）に流れる。
【符号の説明】
【００２８】
１  燃料電池スタック、１０  セル、１２  セル積層体、１４  ターミナルプレート、１６  絶縁プレート、１８  エンドプレート、２０  反応ガス供給側配管口、２２  反応ガス排出側配管口、２４  冷却媒体配管口、２６  反応ガス供給側配管部、２８  反応ガス排出側配管部、３０  冷却媒体供給側配管部、３２  冷却媒体排出側配管部、３４  フランジ部、３６  反応ガス供給配管、３８，４０  シール部材、３８ａ，３８ｂ  シール部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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