CN107171013B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使收容燃料电池堆的堆壳体的对合面具有复杂的形状，也能够对所述堆壳体内进行可靠地密封的燃料电池系统。燃料电池系统(10)具备燃料电池堆(16)和堆壳体(18)。在第一端板(24a)的角部形成有弯曲部位(64f)，另一方面，在上板(76)上形成有与所述弯曲部位(64f)对置的弯曲形状部(94f)。在第一端板(24a)的弯曲部位(64f)与上板(76)的弯曲形状部(94f)之间夹装有上密封构件(110u)的一部分。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，其具备层叠有多个发电单元的燃料电池堆和收容所述燃料电池堆的堆壳体。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，其在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一侧的面配设有阳极电极，且在另一侧的面配设有阴极电极。电解质膜-电极结构体通过由隔板夹持而构成发电单元。燃料电池通常层叠有规定个数的发电单元，从而例如作为车载用燃料电池堆而组装于燃料电池车辆(燃料电池电动机动车等)。
在车载用燃料电池堆中，除了摇晃、振动以外，还容易被施加外部载荷。因此，为了确保燃料电池堆整体的刚性，采用将所述燃料电池堆收容在箱内的结构。并且，为了能够容易实现轻量化，并可靠地承受外部载荷，且能够良好地保护燃料电池堆，提供车载用燃料电池系统(日本特开2014-096285号公报)。
该车载用燃料电池系统具备燃料电池堆和收容所述燃料电池堆的箱。箱具有两张侧板、上板、下板及一对端板。至少上板或下板具有矩形形状，且构成一方的对角的一对角部与一对端板结合，并且构成另一方的对角的一对角部与一对侧板结合。
发明内容
本发明与这种技术关联而提出，其目的特别是在于，提供一种即使收容燃料电池堆的堆壳体的对合面具有复杂的形状，也能够对所述堆壳体内进行可靠地密封的燃料电池系统。
本发明的燃料电池系统具备燃料电池堆和堆壳体，所述燃料电池堆具有通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电的发电单元，且层叠有多个所述发电单元，所述堆壳体收容所述燃料电池堆。
堆壳体包括一对端板、沿着发电单元的侧面配置的一对侧板、在所述发电单元的上方配置的上板及在所述发电单元的下方配置的下板。一对端板配置于发电单元的层叠方向两端。
在上板或下板与端板接合的对合面的至少一个角部形成有弯曲部位，另一方面，在所述上板或所述下板上形成有与所述弯曲部位对置的弯曲形状部。并且，在上板或下板与端板之间，以夹装于弯曲部位与弯曲形状部之间的状态配设有密封构件。
另外，在该燃料电池系统中，优选的是，上板或下板中将两张板接合，并且在两张所述板之间沿着角部夹装有壁厚比该板厚的厚板构件。
而且，优选的是，在厚板构件的朝向端板的面上设有沿着弯曲部位的形状而倾斜的倾斜部，所述倾斜部与上板或下板的弯曲形状部相接而按压密封构件。
根据本发明，在彼此对置的端板的弯曲部位与上板或下板的弯曲形状部之间夹装有密封构件的一部分。因此，即使端板与上板或下板的对合面具有复杂的形状，也能够将密封构件可靠地夹装于所述对合面。因此，能够对堆壳体内进行气密及液密地密封。
另外，本发明的目的在于提供一种能够以简单的结构可靠地获得所期望的密封性的燃料电池系统。
本发明的燃料电池系统具备燃料电池堆和堆壳体，所述燃料电池堆具有通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电的发电单元，且层叠有多个所述发电单元，所述堆壳体收容所述燃料电池堆。
堆壳体具备在发电单元的层叠方向两端配置的一对端板。堆壳体还具备沿着发电单元的侧面配置的一对侧板、在所述发电单元的上方配置的上板及在所述发电单元的下方配置的下板。
在该燃料电池系统中，在端板及侧板与上板及下板上设有彼此接合的第一接合面和第二接合面。第一接合面与第二接合面以彼此重合的状态通过紧固构件而接合为一体。并且，在第一接合面上设有向远离第二接合面的方向进行切口来供密封构件配设的台阶部，并且，在所述密封构件的外侧配置有紧固构件。
另外，在该燃料电池系统中，优选的是，台阶部延伸至端板及侧板的燃料电池堆侧的内表面。
而且，在该燃料电池系统中，优选的是，紧固构件的座面配置于密封构件的外侧。
上述的目的、特征及优点根据参照附图而说明的以下的实施方式的说明变得容易理解。
附图说明
图1是搭载本发明的第一实施方式的燃料电池系统的燃料电池电动机动车的简要俯视说明图。
图2是构成所述燃料电池系统的堆壳体的局部分解立体说明图。
图3是将所述燃料电池系统的所述堆壳体的一部分省略后的主要部分分解立体说明图。
图4是构成燃料电池堆的发电单元的主要部分分解立体说明图。
图5是使构成所述燃料电池堆的第一端板与上板及下板分离后的状态的主视说明图。
图6是使构成所述堆壳体的上板进行了上下翻转的状态的分解立体说明图。
图7是所述堆壳体的俯视说明图。
图8是所述第一端板和所述上板的局部放大剖视图。
图9是构成本发明的第二实施方式的燃料电池系统的堆壳体的局部分解立体说明图。
图10是将图9所示的所述燃料电池系统的所述堆壳体的一部分省略后的主要部分分解立体说明图。
图11是所述堆壳体的图9中的XI-XI线的剖视图。
图12是将所述堆壳体的一部分省略后的所述燃料电池堆的俯视说明图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的第一实施方式的燃料电池系统10搭载于燃料电池电动机动车(燃料电池车辆)12的前箱(所谓的发动机室)12f。需要说明的是，燃料电池系统10的收容场所并不限定于前箱12f，例如也可以是车辆中央部地板下、后部行李箱附近。
如图2及图3所示，燃料电池系统10具备层叠有多个发电单元14的燃料电池堆16和收容所述燃料电池堆16的堆壳体18。发电单元14以使电极面成为立位姿势的方式沿着与燃料电池电动机动车12的车长方向(车辆前后方向)(箭头A方向)交叉的车宽方向(箭头B方向)层叠。需要说明的是，发电单元14也可以沿着铅垂方向(车高方向)(箭头C方向)层叠。
多个发电单元14沿着箭头B方向层叠而构成层叠体14as。在层叠体14as的层叠方向一端，朝向外侧而依次配设有第一接线板20a、第一绝缘板22a及第一端板24a。在层叠体14as的层叠方向另一端，朝向外侧而依次配设有第二接线板20b、第二绝缘板22b及第二端板24b。
与第一接线板20a连接的第一电力输出端子26a从横长形状(长方形形状)的第一端板24a的大致中央部(也可以从中央部偏心)朝向外侧延伸。与第二接线板20b连接的第二电力输出端子26b从横长形状(长方形形状)的第二端板24b的大致中央部朝向外侧延伸(参照图2)。
在第一端板24a与第二端板24b的各边之间，分别与各边的中央位置对应而配置具有一定长度的连结杆28。连结杆28的两端通过螺钉30而固定于第一端板24a和第二端板24b，对层叠有多个的发电单元14施加层叠方向(箭头B方向)的紧固载荷。
如图4所示，发电单元14具备电解质膜-电极结构体(MEA)32和夹持所述电解质膜-电极结构体32的阴极隔板34及阳极隔板36。发电单元14的四个角部分别具有弯曲形状。阴极隔板34及阳极隔板36具有横长形状，并且长边沿着水平方向(箭头A方向)延伸且短边沿着重力方向(箭头C方向)延伸。
阴极隔板34及阳极隔板36例如由钢板、不锈钢钢板、钛板、铝板、镀敷处理钢板、或者在其金属表面实施了防蚀用的表面处理的金属制薄板构成。阴极隔板34及阳极隔板36的平面具有矩形形状，并且通过将金属制薄板冲压加工成波形状而成形为截面凹凸形状。需要说明的是，阴极隔板34及阳极隔板36例如也可以使用碳隔板来代替金属隔板。
在发电单元14的长边方向(箭头A方向)的一端缘部，设有分别沿着箭头B方向独立连通的氧化剂气体供给连通孔38a及燃料气体供给连通孔40a。氧化剂气体供给连通孔38a供给氧化剂气体、例如含氧气体，另一方面，燃料气体供给连通孔40a供给燃料气体、例如含氢气体。
在发电单元14的长边方向的另一端缘部，设有分别沿着箭头B方向独立连通的用于排出燃料气体的燃料气体排出连通孔40b和用于排出氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔38b。
在发电单元14的箭头C方向的两端缘部，在水平方向一端侧，即在氧化剂气体供给连通孔38a及燃料气体供给连通孔40a侧设有两个冷却介质供给连通孔42a。两个冷却介质供给连通孔42a为了供给冷却介质而分别沿着箭头B方向独立连通，且上下地设置于对置的边上。
在发电单元14的箭头C方向的两端缘部，在水平方向另一端侧，即在燃料气体排出连通孔40b及氧化剂气体排出连通孔38b侧设有两个冷却介质排出连通孔42b。两个冷却介质排出连通孔42b为了排出冷却介质而分别沿着箭头B方向独立连通，且上下地设置于对置的边上。
电解质膜-电极结构体32例如具备含有水分的全氟磺酸的薄膜即固体高分子电解质膜44和夹持所述固体高分子电解质膜44的阴极电极46及阳极电极48。
阴极电极46及阳极电极48具有由碳纸等构成的气体扩散层(未图示)、及将在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子均匀地涂敷在所述气体扩散层的表面而形成的电极催化剂层(未图示)。电极催化剂层形成于固体高分子电解质膜44的两面。
在阴极隔板34的朝向电解质膜-电极结构体32的面34a上形成有将氧化剂气体供给连通孔38a与氧化剂气体排出连通孔38b连通的氧化剂气体流路50。氧化剂气体流路50由沿着箭头A方向延伸的多条波状流路槽(或直线状流路槽)形成。
在阳极隔板36的朝向电解质膜-电极结构体32的面36a上形成有将燃料气体供给连通孔40a与燃料气体排出连通孔40b连通的燃料气体流路52。燃料气体流路52由沿着箭头A方向延伸的多条波状流路槽(或直线状流路槽)形成。需要说明的是，氧化剂气体流路50与燃料气体流路52构成彼此具有相同的流动方向的并行流，但并不限定于此，也可以构成彼此具有不同的流动方向的相向流。
在彼此相邻的阳极隔板36的面36b与阴极隔板34的面34b之间，形成有与一对冷却介质供给连通孔42a及一对冷却介质排出连通孔42b连通的冷却介质流路54。冷却介质流路54沿着水平方向延伸，使冷却介质在电解质膜-电极结构体32的整个电极范围流通。
在阴极隔板34的面34a、34b上，以环绕该阴极隔板34的外周端缘部的方式一体成形有第一密封构件56。在阳极隔板36的面36a、36b上，以环绕该阳极隔板36的外周端缘部的方式一体成形有第二密封构件58。
作为第一密封构件56及第二密封构件58，例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等密封件、缓冲件、或填密件等具有弹性的密封构件。
如图2及图3所示，在第一端板24a上安装有氧化剂气体供给歧管构件60a、氧化剂气体排出歧管构件60b、燃料气体供给歧管构件62a及燃料气体排出歧管构件62b。
氧化剂气体供给歧管构件60a及氧化剂气体排出歧管构件60b与氧化剂气体供给连通孔38a及氧化剂气体排出连通孔38b连通。燃料气体供给歧管构件62a及燃料气体排出歧管构件62b与燃料气体供给连通孔40a及燃料气体排出连通孔40b连通。
如图1所示，在第二端板24b上安装有与一对冷却介质供给连通孔42a连通的冷却介质供给歧管构件63a。在第二端板24b上安装有与一对冷却介质排出连通孔42b连通的冷却介质排出歧管构件63b。
如图2、图3及图5所示，在第一端板24a的车长方向前端部，在上下的各角部分别形成有向内侧弯曲的弯曲部位64f。上方的弯曲部位64f形成于与后述的上板76接合的上表面66u的一个角部。下方的弯曲部位64f形成于与后述的下板78接合的下表面66d的一个角部。各弯曲部位64f在中央具有直线部64ft(参照图5)。
在第一端板24a的车长方向后端部，在上下的各角部分别形成有向内侧弯曲的弯曲部位64b。上方的弯曲部位64b形成于与后述的上板76接合的上表面66u的一个角部。下方的弯曲部位64b形成于与后述的下板78接合的下表面66d的一个角部。各弯曲部位64b在中央具有直线部64bt(参照图5)。
需要说明的是，弯曲部位64f与弯曲部位64b分别设定为不同的大小，但也可以设定为相同的大小。另外，虽然设置了两个弯曲部位64f和两个弯曲部位64b，但也可以仅设置至少一个弯曲部位。
在第一端板24a的上表面66u的内侧(层叠体14as侧)，切口至规定的深度而在箭头A方向整面形成有上槽部68u。在第一端板24a的下表面66d的内侧(层叠体14as侧)，切口至规定的深度而在箭头A方向整面形成有下槽部68d。在第一端板24a的外周面形成有多个螺纹孔70。
需要说明的是，第二端板24b与上述的第一端板24a同样地构成，对于同一构成要素，标注相同的参照符号并省略其详细的说明。
如图2及图3所示，堆壳体18的车宽方向(箭头B方向)两端的两个面由第一端板24a及第二端板24b构成。堆壳体18的车长方向(箭头A方向)两端的两个面由横长板形状的前方侧板72及后方侧板74构成。堆壳体18的车高方向(箭头C方向)两端的两个面由上板76及下板78构成。上板76及下板78具有横长板形状。
需要说明的是，堆壳体18也可以使用由与第一端板24a及第二端板24b不同的构件构成的一对端板。此时，配置于最外位置的一对端板与第一端板24a及第二端板24b同样地构成。
前方侧板72及后方侧板74例如通过挤压成形、铸造或机械加工等而形成。前方侧板72具有沿着铅垂方向配置的横长板形状，且上下地形成有向堆壳体18的内侧鼓出的内侧鼓出部72a、72b。
在前方侧板72的上表面82u的内侧(层叠体14as侧)，在箭头B方向整面形成有上槽部80u。上槽部80u通过将上表面82u的内侧切口至规定的深度而形成。在上槽部80u的箭头B方向两端设有宽度宽的平坦面80us。在前方侧板72的下表面82d的内侧(层叠体14as侧)，在箭头B方向整面形成有下槽部80d。下槽部80d通过将下表面82d的内侧切口至规定的深度而形成。在下槽部80d的箭头B方向两端设有宽度宽的平坦面80ds。
在前方侧板72的上表面82u及下表面82d形成有多个螺纹孔70。在前方侧板72的垂直面上，在箭头B方向两端缘部分别上下地形成有孔部84。插入到孔部84的螺栓86与在第一端板24a及第二端板24b的侧面设置的螺纹孔70螺合。
如图2所示，第一端板24a及第二端板24b的上表面66u配置在比前方侧板72的上表面82u高的位置(不同的高度)。第一端板24a及第二端板24b的下表面66d配置在比前方侧板72的下表面82d低的位置(不同的高度)。
如图3所示，后方侧板74具有沿着铅垂方向配置的横长板形状，且上下地形成有向堆壳体18的内侧鼓出的内侧鼓出部74a、74b。需要说明的是，后方侧板74与上述的前方侧板72同样地构成，对于同一构成要素，标注相同的参照符号并省略其详细的说明。
如图2所示，上板76具备彼此接合的两张冲压板(冲压成形板)即外侧板88和内侧板90。外侧板88构成堆壳体18的外表面且具有薄板状，并且内侧板90构成堆壳体18的内表面且具有薄板状。
在外侧板88与内侧板90之间，与沿着层叠方向(箭头B方向)延伸的板两端部(箭头A方向的两端部)对应而夹装有具有棱柱形状的厚板构件92a、92b。厚板构件92a与厚板构件92b相比，在箭头A方向上宽度宽地构成，但也可以构成为同一宽度尺寸。
图6示出了上板76被分解且被上下翻转后的状态。如图6所示，内侧板90在箭头A方向两端形成有向燃料电池堆16侧(内侧)弯曲的弯曲形状部94f、94b。弯曲形状部94f在中央具有直线部94ft，并且弯曲形状部94b在中央具有直线部94bt。
如图5所示，弯曲形状部94f与第一端板24a的弯曲部位64f对置且被设定为与所述弯曲部位64f相同的形状。弯曲形状部94b与第一端板24a的弯曲部位64b对置且被设定为与所述弯曲部位64b相同的形状。
厚板构件92a在与内侧板90对置的面(朝向第一端板24a的面)上，设有沿着第一端板24a的弯曲部位64f的形状而倾斜的倾斜部96a。倾斜部96a沿着内侧板90的弯曲形状部94f而进行抵接。
厚板构件92b在与内侧板90对置的面(朝向第一端板24a的面)上，设有沿着第一端板24a的弯曲部位64b的形状而倾斜的倾斜部96b。倾斜部96b沿着内侧板90的弯曲形状部94b而进行抵接。
外侧板88与内侧板90通过MIG焊接、TIG焊接等而接合。厚板构件92a、92b通过MIG焊接、TIG焊接等而固定于外侧板88及内侧板90。
如图2所示，下板78具备彼此接合的一对冲压板(冲压成形板)即外侧板98和内侧板100。在外侧板98与内侧板100之间，与沿着层叠方向(箭头B方向)延伸的板两端部(箭头A方向的两端部)对应而夹装有具有棱柱形状的厚板构件102a、102b。厚板构件102a与厚板构件102b相比，在箭头A方向上宽度宽地构成，但也可以构成为同一宽度尺寸。
内侧板100在箭头A方向两端形成向燃料电池堆16侧(内侧)弯曲的弯曲形状部104f、104b。如图5所示，弯曲形状部104f在中央具有直线部104ft，并且弯曲形状部104b在中央具有直线部104bt。弯曲形状部104f与第一端板24a的弯曲部位64f对置且被设定为与所述弯曲部位64f相同的形状。弯曲形状部104b与第一端板24a的弯曲部位64b对置且被设定为与所述弯曲部位64b相同的形状。
厚板构件102a在与内侧板100对置的面(朝向第一端板24a的面)上，设有沿着第一端板24a的弯曲部位64f的形状而倾斜的倾斜部106a。倾斜部106a沿着内侧板100的弯曲形状部104f而进行抵接。
厚板构件102b在与内侧板100对置的面(朝向第一端板24a的面)上，设有沿着第一端板24a的弯曲部位64b的形状而倾斜的倾斜部106b。倾斜部106b沿着内侧板100的弯曲形状部104b而进行抵接。
外侧板98与内侧板100通过MIG焊接、TIG焊接等而接合。厚板构件102a、102b通过MIG焊接、TIG焊接等而与外侧板98及内侧板100接合。
在上板76与第一端板24a、第二端板24b、前方侧板72及后方侧板74之间，以压缩了的状态夹装有矩形环形状的上密封构件110u。
如图2、图6及图7所示，上密封构件110u具有配置于第一端板24a及第二端板24b的各上槽部68u的两个边110ua、110ub。上密封构件110u具有配置于前方侧板72及后方侧板74的各上槽部80u的两个边110uc、110ud。两个边110uc、110ud配置在比两个边110ua、110ub低的位置(不同的高度)(参照图2及图6)。
上密封构件110u具有截面四方形状(或截面圆形状)，在四个角部中的各角部分别设有长度调整用的延长部112fR、112fL、112bR及112bL。延长部112fR、112fL、112bR及112bL在各角部处形成为向外周侧突出的环形状。延长部112fR、112fL、112bR及112bL分别具有不同的形状，但也可以具有同一形状。
需要说明的是，也可以根据密封部位的形状而仅设置延长部112fR、112fL、112bR及112bL中的至少一个。另外，也可以在一方的对角位置例如仅设置延长部112fR及112bL。在后述的下密封构件110d中，也可以适当选择延长部的设置位置、设置个数。而且，也可以仅在上密封构件110u或下密封构件110d中的一方设置延长部。
延长部112fL、112fR设置在箭头Af方向前端侧，且配置在第一端板24a及第二端板24b的箭头Af方向前端侧的各平坦面80us上。延长部112bL、112bR设置在箭头Ab方向前端侧，且配置在第一端板24a及第二端板24b的箭头Ab方向前端侧的各平坦面80us上。
如图2所示，在下板78与第一端板24a、第二端板24b、前方侧板72及后方侧板74之间，以压缩了的状态夹装有矩形环形状的下密封构件110d。
下密封构件110d具有配置于第一端板24a及第二端板24b的各下槽部68d的两个边110da、110db。下密封构件110d具有配置于前方侧板72及后方侧板74的各下槽部80d的两个边110dc、110dd。两个边110dc、110dd配置在比两个边110da、110db高的位置(不同的高度)。
下密封构件110d具有截面四方形状(或截面圆形状)，在四个角部中的各角部分别设有长度调整用的延长部114fR、114fL、114bR及114bL。延长部114fR、114fL、114bR及114bL在各角部处形成为向外周侧突出的环形状。延长部114fR、114fL、114bR及114bL分别具有不同的形状，但也可以具有同一形状。
延长部114fL、114fR设置在箭头Af方向前端侧，且配置在第一端板24a及第二端板24b的箭头Af方向前端侧的各平坦面80ds上。延长部114bL、114bR设置在箭头Ab方向前端侧，且配置在第一端板24a及第二端板24b的箭头Ab方向前端侧的各平坦面80ds上。
在上板76及下板78上分别形成有螺栓插入用的孔部114。通过使插入到各孔部114的螺栓116与螺纹孔70螺合，从而将堆壳体18的各构成部件彼此固定，并且固定于第一端板24a及第二端板24b。
以下说明这样构成的燃料电池系统10的动作。
首先，如图2及图3所示，从第一端板24a的氧化剂气体供给歧管构件60a向氧化剂气体供给连通孔38a供给含氧气体等氧化剂气体。从第一端板24a的燃料气体供给歧管构件62a向燃料气体供给连通孔40a供给含氢气体等燃料气体。
而且，在第二端板24b处，如图1所示，从冷却介质供给歧管构件63a向一对冷却介质供给连通孔42a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此，如图4所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给连通孔38a向阴极隔板34的氧化剂气体流路50导入。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路50向箭头A方向移动，被向电解质膜-电极结构体32的阴极电极46供给。
另一方面，燃料气体从燃料气体供给连通孔40a向阳极隔板36的燃料气体流路52供给。燃料气体沿着燃料气体流路52向箭头A方向移动，被向电解质膜-电极结构体32的阳极电极48供给。
因此，在电解质膜-电极结构体32中，向阴极电极46供给的氧化剂气体与向阳极电极48供给的燃料气体在电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，从而进行发电。由此，燃料电池电动机动车12通过来自燃料电池系统10的电力而进行行驶。
接下来，向电解质膜-电极结构体32的阴极电极46供给而一部分被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体排出连通孔38b向箭头B方向排出。另一方面，向电解质膜-电极结构体32的阳极电极48供给而一部分被消耗了的燃料气体沿着燃料气体排出连通孔40b向箭头B方向排出。
另外，供给到一对冷却介质供给连通孔42a中的冷却介质被向阴极隔板34与阳极隔板36之间的冷却介质流路54导入。冷却介质在暂且沿着箭头C方向向内侧流动后，向箭头A方向移动而对电解质膜-电极结构体32进行冷却。该冷却介质在向箭头C方向外侧移动之后，沿着一对冷却介质排出连通孔42b向箭头B方向排出。
在该情况下，在本实施方式中，如图2及图5所示，第一端板24a及第二端板24b的四角形成为弯曲形状。另一方面，上板76及下板78的箭头A方向的两端部形成为沿着第一端板24a及第二端板24b的弯曲形状的形状。
具体而言，如图5及图8所示，在第一端板24a的一个角部形成有弯曲部位64f。弯曲部位64f在中央具有直线部64ft。在构成上板76的内侧板90上形成有与弯曲部位64f对置的弯曲形状部94f。弯曲形状部94f在中央具有直线部94ft。
并且，第一端板24a的弯曲部位64f与上板76的弯曲形状部94f彼此对置而抵接，并且在它们之间，在所述第一端板24a上设置的上槽部68u中以压缩了的状态夹装有上密封构件110u的一部分。因此，即使第一端板24a与上板76的对合面具有复杂的形状，也能够将上密封构件110u可靠地夹装于所述对合面。
而且，厚板构件92a在与内侧板90对置的面(朝向第一端板24a的面)上设有沿着第一端板24a的弯曲部位64f的形状而倾斜的倾斜部96a。因此，倾斜部96a沿着内侧板90的弯曲形状部94f进行抵接，能够经由所述弯曲形状部94f将上密封构件110u沿着上槽部68u的倾斜可靠地按压。
同样，在弯曲部位64b与弯曲形状部94b之间，也能够可靠地夹装上密封构件110u。而且，在第一端板24a的两侧设有弯曲部位64f、64b，在上板76的两侧设有弯曲形状部94f、94b。由此，即使两个弯曲部位64f、64b之间的距离因制造误差而错动，也能够在两侧均密接且可靠地密封。
需要说明的是，在弯曲部位64f与下板78的弯曲形状部104f之间、以及在弯曲部位64b与所述下板78的弯曲形状部104b之间，以压缩了的状态夹装有下密封构件110d。
另外，第二端板24b侧也与第一端板24a同样地构成。由此，可得到能够对堆壳体18内进行气密及液密地密封这一效果。
接着，说明图9所示的本发明的第二实施方式的燃料电池系统10a。需要说明的是，在第二实施方式中，对于与第一实施方式同样的结构，标注同一符号并省略重复的说明。
与燃料电池系统10(图1)同样，燃料电池系统10a搭载于燃料电池电动机动车(燃料电池车辆)12的前箱(所谓的发动机室)12f。需要说明的是，燃料电池系统10a的收容场所并不限定于前箱12f，例如也可以是车辆中央部地板下、后部行李箱附近。
如图9及图10所示，燃料电池系统10a具备层叠有多个发电单元14的燃料电池堆16和收容所述燃料电池堆16的堆壳体18a。
多个发电单元14沿箭头B方向层叠而构成层叠体14as。在层叠体14as的层叠方向一端，朝向外侧而依次配设有第一接线板20a、第一绝缘板22a及第一端板24c。在层叠体14as的层叠方向另一端，朝向外侧而依次配设有第二接线板20b、第二绝缘板22b及第二端板24d。
与第一接线板20a连接的第一电力输出端子26a从横长形状(长方形形状)的第一端板24c的大致中央部(也可以从中央部偏心)朝向外侧延伸。与第二接线板20b连接的第二电力输出端子26b从横长形状(长方形形状)的第二端板24d的大致中央部朝向外侧延伸(参照图9)。
在第一端板24c与第二端板24d的各边之间，分别在各边的中央位置配置具有一定长度的连结杆28。连结杆28的两端通过螺钉30而固定于第一端板24c和第二端板24d，对层叠有多个的发电单元14(层叠体14as)施加层叠方向(箭头B方向)的紧固载荷。
如图9及图10所示，在第一端板24c上安装有氧化剂气体供给歧管构件60a、氧化剂气体排出歧管构件60b、燃料气体供给歧管构件62a及燃料气体排出歧管构件62b。
在第二端板24d上安装有与一对冷却介质供给连通孔42a连通的冷却介质供给歧管构件63a(图1)。在第二端板24d上安装有与一对冷却介质排出连通孔42b连通的冷却介质排出歧管构件63b(图1)。
如图9及图10所示，在第一端板24c及第二端板24d的上部设有与后述的上板76a接合的第一上接合面64us。在第一上接合面64us的车长方向两端部，在各角部分别形成有向内侧弯曲的弯曲面64uf、64ub。
在第一上接合面64us上，向远离上板76a的方向(下方向)对层叠体14as侧的上表面切去规定的深度，从而在箭头A方向整面设置上台阶部66us。上台阶部66us形成为延伸至第一端板24c及第二端板24d的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。如图9、图10及图11所示，在第一上接合面64us上，位于上台阶部66us的外侧而形成有规定数量的座面68，在各座面68上设有螺纹孔68a。
在第一端板24c及第二端板24d的下部设有与后述的下板78a接合的第一下接合面64ds。在第一下接合面64ds的车长方向两端部，在各角部分别形成有向内侧弯曲的弯曲面64df、64db。
在第一下接合面64ds上，向远离下板78a的方向(上方向)对层叠体14as侧的下表面切去规定的深度，从而在箭头A方向整面设置下台阶部66ds。如图11所示，下台阶部66ds形成为延伸至第一端板24c及第二端板24d的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。
在第一下接合面64ds上，与上台阶部66us同样，位于下台阶部66ds的外侧而形成有规定数量的座面68，在各座面68上设有螺纹孔68a。需要说明的是，弯曲面64uf、64df与弯曲面64ub、64db分别被设定为不同的曲率半径，但也可以具有同一曲率半径。
如图9及图10所示，在第一端板24c及第二端板24d的箭头A方向两端(两短边)，分别形成有向外侧突出的薄壁的突起部67。在突起部67的内侧(层叠体14as侧)形成有密封面70a。密封面70a与后述的前方侧板72c及后方侧板74c对置，且沿上下方向呈平坦状延伸。在第一端板24c及第二端板24d的外周面形成有多个座面68，在各座面68上形成有螺纹孔68a。
堆壳体18a的车宽方向(箭头B方向)两端的两个面由第一端板24c及第二端板24d构成。堆壳体18a的车长方向(箭头A方向)两端的两个面由横长板形状的前方侧板72c及后方侧板74c构成。堆壳体18a的车高方向(箭头C方向)两端的两个面由上板76a及下板78a构成。上板76a及下板78a具有横长板形状。
需要说明的是，堆壳体18a也可以使用由与第一端板24c及第二端板24d不同的构件构成的一对端板。此时，配置在最外位置的一对端板的外周部与第一端板24c及第二端板24d的外周部同样地构成。
前方侧板72c及后方侧板74c例如通过挤压成形、铸造或机械加工等而形成。前方侧板72c及后方侧板74c具有沿着铅垂方向配置的横长板形状，且上下彼此平行地形成有向堆壳体18a的内侧鼓出的上鼓出部79u及下鼓出部79d。
在上鼓出部79u上设有与上板76a接合的第一上接合面80us。在第一上接合面80us上，向远离上板76a的方向(下方向)对层叠体14as侧的上表面切去规定深度，从而在箭头B方向整面设置上台阶部82us。
上台阶部82us形成为延伸至前方侧板72c及后方侧板74c的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。在第一上接合面80us上，位于上台阶部82us的外侧而形成有规定数量的座面68，在各座面68上设有螺纹孔68a。
在下鼓出部79d上设有与下板78a接合的第一下接合面80ds。在第一下接合面80ds上，向远离下板78a的方向(上方向)对层叠体14as侧的下表面切去规定深度，从而在箭头B方向整面设置下台阶部82ds。下台阶部82ds形成为延伸至前方侧板72c及后方侧板74c的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。
在第一下接合面80ds上，虽然未图示，但与上台阶部82us同样，位于下台阶部82ds的外侧而形成有规定数量的座面，在各座面上设有螺纹孔。
在前方侧板72c及后方侧板74c的箭头B方向两端(两短边)分别形成有薄壁部84u，并且所述薄壁部84u构成与层叠体14as对置的密封面。在薄壁部84u上设有凸起部86b，并且所述凸起部86b与在第一端板24c及第二端板24d的短边上形成的座面68抵接。在凸起部86b上设置的孔部86a与座面68的螺纹孔68a配置于同轴上。
第一端板24c及第二端板24d的密封面70a与前方侧板72c及后方侧板74c的薄壁部84u彼此对置而构成对合面。在各对合面配设有沿着上下方向延伸的密封构件88s。密封构件88s具备截面长方形形状(或正方形形状)，并且在上部一体地设有T形端部88t。
将螺栓91向在前方侧板72c及后方侧板74c的薄壁部84u上形成的孔部86a插入。螺栓91与在第一端板24c及第二端板24d的侧面设置的螺纹孔68a螺合。
如图9所示，上板76a具备彼此接合的一对冲压板(冲压成形板)即外侧板92和内侧板94。在外侧板92与内侧板94之间，与沿着层叠方向(箭头B方向)延伸的板两端部(箭头A方向的两端部)对应而夹装有棱柱构件95a、95b。棱柱构件95a与棱柱构件95b相比，在箭头A方向上宽度宽地构成，但也可以具有同一宽度尺寸。
内侧板94构成堆壳体18a的内周面且具有薄板状，并且沿着发电单元14的外周形状而具有弯曲形状或弯折形状、或者两者的形状。外侧板92与内侧板94通过MIG焊接、TIG焊接等而接合。
在内侧板94的与发电单元14对置的面上，在箭头B方向两端设有第二上接合面96u，并且在箭头A方向两端设有第二上接合面98u。如图9及图11所示，第二上接合面96u与第一端板24c及第二端板24d的第一上接合面64us接合。如图9所示，第二上接合面98u与前方侧板72c及后方侧板74c的第一上接合面80us接合。
下板78a具备彼此接合的一对冲压板(冲压成形板)即外侧板101和内侧板102。在外侧板101与内侧板102之间，与沿着层叠方向(箭头B方向)延伸的板两端部(箭头A方向的两端部)对应而夹装有棱柱构件104a、104c。棱柱构件104a与棱柱构件104c相比，在箭头A方向上宽度宽地构成，但也可以具有同一宽度尺寸。
内侧板102构成堆壳体18a的内周面且具有薄板状，并且沿着发电单元14的外周形状而具有弯曲形状或弯折形状、或者两者的形状。外侧板101与内侧板102通过MIG焊接、TIG焊接等而接合。
在内侧板102的与发电单元14对置的面上，在箭头B方向两端设有第二下接合面96d，并且在箭头A方向两端设有第二下接合面98d。如图9及图11所示，第二下接合面96d与第一端板24c及第二端板24d的第一下接合面64ds接合。如图9所示，第二下接合面98d与前方侧板72c及后方侧板74c的第一下接合面80ds接合。需要说明的是，上板76a及下板78a通过将三张构件重叠而构成，但并不限定于此，例如也可以是两张对合或一体结构。
在上板76a与第一端板24c、第二端板24d、前方侧板72c及后方侧板74c之间夹装有具有矩形的环形状的上密封构件(矩形密封构件)106u。
如图9及图12所示，上密封构件106u配置于第一端板24c及第二端板24d的各上台阶部66us、以及前方侧板72c及后方侧板74c的各上台阶部82us。上密封构件106u具有截面四方形状(或截面圆形状)，在四个角部中的各角部分别设有长度调整用的延长部108fR、108fL、108bR及108bL。上密封构件106u配置于第一端板24c、第二端板24d、前方侧板72c及后方侧板74c的各座面68的内侧。如图11所示，上密封构件106u的外侧端部以与螺栓91的内侧端部相距距离S的方式配置于内侧。
延长部108fR、108fL、108bR及108bL在各角部处形成为向外周侧突出的环形状。延长部108fR、108fL、108bR及108bL分别具有不同的形状，但也可以具有同一形状。
需要说明的是，也可以根据密封部位的形状而仅设置延长部108fR、108fL、108bR及108bL中的至少一个。另外，也可以在一方的对角位置例如仅设置延长部108fR及108bL。在后述的下密封构件106d中，也可以适当选择延长部的设置位置、设置个数。而且，也可以仅在上密封构件106u或下密封构件106d中的一方设置延长部。
如图9所示，在下板78a与第一端板24c、第二端板24d、前方侧板72c及后方侧板74c之间夹装有具有矩形的环形状的下密封构件(矩形密封构件)106d。
如图12所示，下密封构件106d配置于第一端板24c及第二端板24d的各下台阶部66ds、以及前方侧板72c及后方侧板74c的各下台阶部82ds。下密封构件106d具有截面四方形状(或截面圆形状)，在四个角部中的各角部分别设有长度调整用的延长部110fR、110fL、110bR及110bL。下密封构件106d配置于第一端板24c、第二端板24d、前方侧板72c及后方侧板74c的各座面68的内侧。如图11所示，下密封构件106d的外侧端部以与螺栓91的内侧端部相距距离S的方式配置于内侧。
延长部110fR、110fL、110bR及110bL在各角部处形成为向外周侧突出的环形状。延长部110fR、110fL、110bR及110bL分别具有不同的形状，但也可以具有同一形状。
如图9所示，在上板76a及下板78a上分别形成有多个螺栓插入用的孔部86a。通过使插入到各孔部86a的螺栓(紧同构件)91与螺纹孔68a螺合，从而将堆壳体18a的各构成部件彼此固定，并且固定于第一端板24c及第二端板24d。
这样构成的燃料电池系统10a与上述的燃料电池系统10同样地动作。
在该情况下，在第二实施方式中，如图9及图11所示，在第一端板24c及第二端板24d的上部设有第一上接合面64us。另一方面，在上板76a上设有第二上接合面96u。并且，第一上接合面64us与第二上接合面96u以彼此重合的状态通过作为紧固构件的螺栓91而接合为一体。
此时，在第一上接合面64us上形成有上台阶部66us，在所述上台阶部66us上配设有上密封构件106u，并且在所述上密封构件106u的外侧配置有螺栓91。
而且，在第一端板24c及第二端板24d的下部设有第一下接合面64ds。另一方面，在下板78a上设有第二下接合面96d。并且，第一下接合面64ds与第二下接合面96d以彼此重合的状态通过作为紧固构件的螺栓91而接合为一体。
此时，在第一下接合面64ds上形成有下台阶部66ds，在所述下台阶部66ds上配设有下密封构件106d，并且在所述下密封构件106d的外侧配置有螺栓91。
另外，如图9及图10所示，在前方侧板72c及后方侧板74c的上部设有第一上接合面80us。另一方面，在上板76a上设有第二上接合面96u。并且，第一上接合面80us与第二上接合面96u以彼此重合的状态通过作为紧固构件的螺栓91而接合为一体。
此时，在第一上接合面80us上形成有上台阶部82us，在所述上台阶部82us上配设有上密封构件106u，并且在所述上密封构件106u的外侧配置有螺栓91。
而且，在前方侧板72c及后方侧板74c的下部设有第一下接合面80ds。另一方面，在下板78a上设有第二下接合面98d。并且，第一下接合面80ds与第二下接合面98d以彼此重合的状态通过作为紧固构件的螺栓91而接合为一体。
此时，在第一下接合面80ds上形成有下台阶部82ds，在所述下台阶部82ds上配设有下密封构件106d，并且在所述下密封构件106d的外侧配置有螺栓91。
因此，能够将气体、尤其是燃料气体气密地保持于上密封构件106u及下密封构件106d的内侧，能够尽量抑制所述燃料气体从螺栓紧固部(螺纹孔68a等)向外侧泄漏的情况。因此，可得到能够以简单的结构可靠地获得所期望的密封性这一效果。
另外，如图9、图10及图11所示，上台阶部66us及下台阶部66ds形成为延伸至第一端板24c及第二端板24d的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。同样，上台阶部82us及下台阶部82ds形成为延伸至前方侧板72c及后方侧板74c的燃料电池堆16侧的内表面，即具有单侧槽形状。
由此，具有如下这样的优点：在加工上台阶部66us、下台阶部66ds、上台阶部82us及下台阶部82ds时，能够使用较大径的工具，生产率有效地提高。
另外，上密封构件106u及下密封构件106d配置于第一端板24c、第二端板24d、前方侧板72c及后方侧板74c的各座面68的内侧。因此，能够向第一上接合面64us、80us和第二上接合面96u、98u、以及第一下接合面64ds、80ds和第二下接合面96d、98d分别可靠地施加所期望的结合力。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，其具备燃料电池堆和堆壳体，所述燃料电池堆具有通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电的发电单元，且层叠有多个所述发电单元，所述堆壳体收容所述燃料电池堆，
所述燃料电池系统的特征在于，
所述堆壳体包括在所述发电单元的层叠方向两端配置的一对端板、沿着所述发电单元的侧面配置的一对侧板、在所述发电单元的上方配置的上板及在所述发电单元的下方配置的下板，并且，
在所述端板的与所述上板或所述下板接合的面的至少一个角部形成有弯曲部位，另一方面，
在所述上板或所述下板形成有与所述弯曲部位对置的弯曲形状部，
在所述上板或所述下板与所述端板之间，以夹装于所述弯曲部位与所述弯曲形状部之间的状态配设有密封构件，
所述密封构件在所述至少一个角部设有长度调整用的延长部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述上板或所述下板具备彼此接合的两张板，并且，
在两张所述板之间沿着所述角部而夹装有壁厚比该板厚的厚板构件。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述厚板构件的朝向所述端板的面上设有沿着所述弯曲部位的形状而倾斜的倾斜部，
所述倾斜部与所述上板或所述下板的所述弯曲形状部相接而按压所述密封构件。
4.一种燃料电池系统，其具备燃料电池堆和堆壳体，所述燃料电池堆具有通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电的发电单元，且层叠有多个所述发电单元，所述堆壳体收容所述燃料电池堆，
所述燃料电池系统的特征在于，
所述堆壳体包括在所述发电单元的层叠方向两端配置的一对端板、沿着所述发电单元的侧面配置的一对侧板、在所述发电单元的上方配置的上板及在所述发电单元的下方配置的下板，
在所述端板及所述侧板与所述上板及所述下板上设有彼此接合的第一接合面和第二接合面，
所述第一接合面与所述第二接合面以彼此重合的状态通过紧固构件而接合为一体，并且，
在所述第一接合面上设有向远离所述第二接合面的方向进行切口来供密封构件配设的台阶部，并且，在所述密封构件的外侧配置有所述紧固构件，
所述密封构件在所述第一接合面和所述第二接合面的至少一个角部设有长度调整用的延长部。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述台阶部延伸至所述端板及所述侧板的所述燃料电池堆侧的内表面。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述紧固构件的座面配置在所述密封构件的外侧。
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