CN101473486A - 燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的燃料电池(10)设置有：将多个单电池(21)层叠而成的单电池层叠体(22)，配置在单电池层叠体(22)的层叠方向的外侧的端板(12)，和设置在单电池层叠体(22)与端板(12)之间而调整作用在单电池层叠体(22)上的压缩载荷的弹簧模块(23)。弹簧模块(23)包括配置在上板(51)与下板(52)之间而通过弹性力使上板(51)以及下板(52)互相分离的螺旋弹簧(53)，端板(12)包括多个载荷调整螺栓(41)。通过载荷调整螺栓(41)而在多个载荷输入部(28a)对弹簧模块(23)赋予载荷。
Description
技术领域
本发明涉及具有将发电单电池层叠而成的层叠体的燃料电池。
背景技术
近年来，以通过燃料气体与氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池为能量源的燃料电池汽车等受到瞩目。
这样的燃料电池通常构成为燃料电池组，其中包括：层叠所需数目的通过燃料气体与氧化气体的电化学反应进行发电的单电池而成的单电池层叠体，和配置在该单电池层叠体的层叠方向的外侧并且向单电池层叠体赋予由载荷调整螺栓调整的压缩载荷的端板。
而且，在该燃料电池中，为了实现向单电池层叠体赋予的压缩载荷的均匀化以及压缩载荷的变动的降低，在单电池层叠体与端板之间存在有在板间配置有多个弹簧的弹簧模块(例如，参照特开2004-288618号公报)
发明内容
但是，在上述弹簧模块中，是通过设置在端板的中央的一根载荷调整螺栓向一方的板的一点赋予载荷的构造，所以会有向板施加载荷变得不稳定、向单电池层叠体赋予的压缩载荷变得不均匀的危险。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够稳定地向按压装置赋予载荷、均匀地向单电池层叠体赋予压缩载荷的燃料电池。
为了达成上述目的，本发明的燃料电池，该燃料电池包括：将多个单电池层叠而成的单电池层叠体，配置在该单电池层叠体的层叠方向的外侧的端板，和设置在所述单电池层叠体与所述端板之间而调整作用在所述单电池层叠体上的压缩载荷的按压装置；其中：所述端板包括多个载荷赋予部；所述按压装置包括：一对板体，配置在这些板体之间而通过弹性力使所述板体彼此互相分离的弹性构件，和通过所述载荷赋予部赋予载荷的多个载荷输入部。
根据该结构，由于由多个载荷赋予部在多个载荷输入部对按压装置赋予载荷，所以能够稳定地对按压装置的板体赋予载荷，由此，能够抑制按压装置的板体彼此的表面方向上的相对错位、倾斜，所以能够使弹性构件平滑地发挥弹性力而稳定地对单电池层叠体赋予均匀的压缩载荷。
也可以设置成：所述按压装置具有沿着一个方向(长度方向)比另一个方向长的俯视形状；将所述多个载荷输入部沿着该按压装置的长度方向配置。
由此，能够实现在多个载荷输入部对按压装置的板体赋予的载荷的稳定化。
也可以设置成：使由多个所述载荷输入部赋予的载荷的输入中心与所述按压装置的弹性力中心一致，其中所述按压装置的弹性力中心与所述单电池层叠体的反作用力中心一致。
根据该结构，能够对单电池层叠体均匀地赋予压缩载荷，而且能够抑制在单电池层叠体上产生不需要的力矩。
所述单电池层叠体的反作用力中心也可以考虑下述条件中的至少一个而确定：构成所述单电池的隔片的外型，形成在所述隔片的至少一面侧的流体流道(例如，燃料气体流道、氧化气体流道、制冷剂流道)的位置、形状，向所述流体流道给排燃料气体、氧化气体、制冷剂等流体的歧管的位置、形状，将所述隔片之间粘接的粘接剂的特性(例如，弹簧常数)、位置，对所述隔片和与所述隔片一起构成所述单电池的膜电极组件之间进行密封的密封构件的特性(例如，弹簧常数)、位置。
根据本发明的燃料电池，能够稳定地向按压装置赋予载荷、均匀地向单电池层叠体赋予压缩载荷。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的燃料电池的局部的剖视图。
图2是表示单电池层叠体的反作用力中心的图，是图1中的A-A剖视图。
图3是表示弹簧模块的弹性力中心的图，是图1中的B-B剖视图。
图4是表示与弹簧模块相对的载荷输入中心的图，是图1中的C-C剖视图。
图5是表示与弹簧模块相对的载荷输入中心的图，是图4之外的剖视图。
具体实施方式
接下来，参照图1～图5对本发明所涉及的燃料电池的第一实施方式进行说明。
图1表示燃料电池10。该燃料电池10能够应用于燃料电池汽车的车载发电系统或者船舶、飞机、电力列车、移动机器人等所有的移动体用的发电系统，还能够应用于作为建筑物(住宅、写字楼等)用的发电设备而使用的固定用发电系统等，但具体地说为汽车用。
燃料电池10具有：燃料电池组11，和覆盖该燃料电池组11的外侧的由合成树脂等绝缘材料构成的未图示的电池组壳体。对于燃料电池组11，通过张力板13将一对矩形状的端板12(一方的端板的图示省略)互相的外边缘部彼此连结而构成外侧部分，这些端板12以及张力板13由例如硬铝等形成。
另外，燃料电池组11在端板12彼此之间设有单电池层叠体22，其中该单电池层叠体是层叠所需要的数目的接受燃料气体以及氧化气体的供给而发电的俯视矩形状的单电池21而成的。而且，在一方的端板12与单电池层叠体22之间，从端板12侧开始按顺序配置有弹簧模块(按压装置)23、绝缘板24、接线板25以及盖板26。另外，盖板26也可以省略。
另外，虽然未图示，但在另一方的端板12与单电池层叠体22之间，从端板12侧开始按顺序配置有绝缘板24、接线板25以及盖板26。
而且，设置有弹簧模块23的一侧的端板12包括：连结在张力板13上的矩形状的端板主体30，和设置在比该端板主体30的连结到张力板13上的连结位置更靠内侧的范围内的档块31。
在端板主体30上，形成有在厚度方向上贯通的多个贯通孔32。档块31抵接于端板主体30的弹簧模块23一侧，由此对包含端板主体30的端板12进行加强。该档块31具有：在内侧形成有阴螺纹34的圆筒状的凸起部35，和从该凸起部35的轴线方向的中间位置遍及整个圆周地向半径方向外侧延伸的、与凸起部35同轴的一定厚度的大致圆板状的法兰部36。
而且，档块31在凸起部35中从法兰部36向轴线方向一侧突出的一方的圆筒部37被插入端板主体30的贯通孔32，法兰部36的整个面抵接于端板主体30。另外，档块31的一方的圆筒部37的轴方向长度被设为与端板主体30的贯通孔32的轴方向长度相同，圆筒部37的端面与端板主体30的外侧的端面位于同一平面上。
而且，端板12具有与所述档块31的阴螺纹34螺纹结合的多个载荷调整螺栓(载荷赋予部)41，该载荷调整螺栓41抵接于弹簧模块23的形成在端板12一侧的球面状的突起部28。在这里，在载荷调整螺栓41上，在突起部28一侧形成有凹部43，该凹部43与突起部28配合。
另外，在载荷调整螺栓41上在与突起部28相反一侧形成有使六角螺栓等工具嵌合的工具嵌合部42，载荷调整螺栓41经由嵌合在该工具嵌合部42上的工具而旋转，由此调整端板12与单电池层叠体22的距离而调整作用在单电池层叠体22上的压缩载荷。
弹簧模块23，具有端板12一侧的上板(板体)51和单电池层叠体22一侧的下板(板体)52，形成为沿着一个方向(长度方向)比另一个方向长的俯视长方形状，在这些上板51与下板52之间，配设有多个螺旋弹簧(弹性构件)53。
上板51以及下板52由例如铝等比重较小的金属材料形成，在上板51上形成有载荷调整螺栓41抵接的突起部28。
另外，弹簧模块23具有设置在上板51上的刻度板57以及设置在下板52上的指针板58，经由刻度板57读取指针板58的端部位置，由此能够把握经由弹簧模块23赋予单电池层叠体22的压缩载荷。
在这里，图2表示弹簧模块23受到的单电池层叠体22的反作用力中心A。该单电池层叠体22的反作用力中心A的位置由下述条件而确定：构成单电池21的隔片的形状(例如，隔片的外型，形成在隔片的至少一面侧的流体流道(例如，燃料气体流道、氧化气体流道、制冷剂流道)或者向该流体流道给排燃料气体、氧化气体、制冷剂等流体的歧管的位置、形状等)，将隔片之间粘接的粘接剂或者对隔片和与隔片一起构成单电池21的MEA(Membrane Electrode Assembly：膜电极组件)之间进行密封的密封构件的弹簧常数(杨氏模量)、位置等；并通过模拟、计算等求得。
另外，图3表示弹簧模块23中的弹性力中心B。例如如果在上板51与下板52之间均等地配置弹性构件53，则该弹性力中心B变为弹簧模块23的几何中心，但由该几何中心构成的弹性力中心B并不一定与单电池层叠体22的反作用力中心A一直一致。
因此，在该弹簧模块23中，将螺旋弹簧53的位置或者各螺旋弹簧53的弹簧常数设定为使弹性力中心B与单电池层叠体22的反作用力中心A一致。
图4以及图5表示向弹簧模块23输入载荷的载荷输入中心C。该载荷输入中心C是向弹簧模块23赋予(输入)的载荷的中心位置，在本实施方式中，是由设置在端板12上的两个载荷调整螺栓41在两个突起部28处赋予的载荷的中心位置。具体地说，该载荷输入中心C为连结由突起部28的中心点构成的载荷输入部28a的直线上的中点。
而且，在所述弹簧模块23中，使该载荷输入中心C与单电池层叠体22的反作用力中心A以及弹性力中心B一致。另外，当在一个场所赋予载荷时，赋予该载荷的载荷输入部变为载荷输入中心C，当在三个以上场所赋予载荷时，变为连结各载荷输入部而成的多边形的重心位置。另外，也能够通过改变弹簧模块23的各螺旋弹簧53等的弹簧常数，来设定载荷输入中心C。
如上所述，作为使反作用力中心A、弹性力中心B以及载荷输入中心C一致的过程，首先通过模拟、机上计算等求得单电池层叠体22的反作用力中心A，接下来通过调整螺旋弹簧53的位置或者各螺旋弹簧53的弹簧常数，使弹簧模块23的弹性力中心B与单电池层叠体22的反作用力中心A一致。
然后，调整由赋予载荷的突起部28的中心点构成的载荷输入部28a的位置，并且通过载荷调整螺栓41调整载荷，使向弹簧模块23赋予的载荷中心位置C与反作用力中心A以及弹性力中心B一致。
而且，在所述燃料电池10，由载荷调整螺栓41向单电池层叠体22赋予的压缩载荷通过具有多个螺旋弹簧53的弹簧模块23而在表面方向上均匀化，另外通过螺旋弹簧53吸收由发电时的膨胀收缩引起的压缩载荷的变动。
此时，根据所述燃料电池10，由于通过多个载荷调整螺栓41在多个载荷输入部28a对弹簧模块23赋予载荷，所以能够稳定地对弹簧模块23的上板51赋予载荷。
特别，由于对于沿着一个方向(长度方向)比另一个方向长的俯视长方形状的弹簧模块23沿着其长度方向配置由载荷调整螺栓41赋予载荷的载荷输入部28a，所以能够实现在多个载荷输入部28a对弹簧模块23的上板51赋予的载荷的稳定化。
由此，能够抑制弹簧模块23的上板51以及下板52的表面方向上的相对错位、倾斜，能够使螺旋弹簧53平滑地发挥弹性力而稳定地对单电池层叠体22赋予均匀的压缩载荷。
而且，由于使由多个载荷输入部28a赋予的载荷输入中心C与弹簧模块23的弹性力中心B一致，其中所述弹簧模块23的弹性力中心B与单电池层叠体22的反作用力中心A一致，所以能够相对于单电池层叠体22均匀地赋予载荷，而且能够抑制在单电池层叠体22上产生不需要的力矩。
另外，作为弹簧模块23，并不局限于具备多个螺旋弹簧53的类型，也可以是具备一个螺旋弹簧的类型，或者也可以代替螺旋弹簧而具备碟形弹簧。
Claims (4)
1.一种燃料电池，该燃料电池包括：将多个单电池层叠而成的单电池层叠体，配置在该单电池层叠体的层叠方向的外侧的端板，和设置在所述单电池层叠体与所述端板之间而调整作用在所述单电池层叠体上的压缩载荷的按压装置；其中：
所述端板包括多个载荷赋予部；
所述按压装置包括：一对板体，配置在这些板体之间而通过弹性力使所述板体彼此互相分离的弹性构件，和通过所述载荷赋予部赋予载荷的多个载荷输入部。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述按压装置具有沿着一个方向比另一个方向长的俯视形状；
将所述多个载荷输入部沿着该按压装置的长度方向配置。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池，其中：使由多个所述载荷输入部赋予的载荷的输入中心与所述按压装置的弹性力中心一致，其中所述按压装置的弹性力中心与所述单电池层叠体的反作用力中心一致。
4.如权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的燃料电池，其中，所述单电池层叠体的反作用力中心是考虑下述条件中的至少一个而确定的：构成所述单电池的隔片的外型，形成在所述隔片的至少一面侧的流体流道的位置、形状，向所述流体流道给排燃料气体、氧化气体、制冷剂等流体的歧管的位置、形状，将所述隔片之间粘接的粘接剂的特性、位置，对所述隔片和与所述隔片一起构成所述单电池的膜电极组件之间进行密封的密封构件的特性、位置。
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