DE102015118061A1

DE102015118061A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102015118061A1
Application number: DE102015118061.8A
Authority: DE
Inventors: Makoto Takeyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CA2909882A1; CA2909882C; KR20160057312A; US10079402B2; JP2016095970A; US20160141700A1; CN105609860A; CN105609860B; JP6146395B2; KR101882562B1; DE102015118061B4

Abstract

Ein Brennstoffzellenmodul enthält eine Brennstoffzelle und ein Gehäuse, das die Brennstoffzelle aufnimmt. Die Brennstoffzelle enthält einen Zellstapel und eine Druckplatte, die an einer äußersten Position einer Stapelrichtung relativ zu dem Zellstapel angeordnet ist. Das Gehäuse enthält einen Abdeckbereich, welcher der Druckplatte gegenüberliegt und die Druckplatte bedeckt, während die Brennstoffzelle in dem Gehäuse aufgenommen ist. Der Abdeckbereich enthält einen Stiftaufnahmeabschnitt, der eine Durchgangsöffnung hat, und einen Stift, der in der Durchgangsöffnung angeordnet ist, mit dem die Druckplatte angedrückt wird. Der Stiftaufnahmeabschnitt hat ein breites Teil, das breiter als ein dünnes Teil ist, das zumindest ein Teil des Abdeckbereichs entlang des Stiftaufnahmeabschnitts ist. Der breite Teil ist in einer nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses gebildet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2014-229376 A , deren Inhalt hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul, das eine Brennstoffzelle und ein Gehäuse enthält, das die Brennstoffzelle aufnimmt.
Stand der Technik
Einige Brennstoffzellen, die einen Zellstapel als einen Stapel von mehreren Einheitszellen enthalten, werden in einem box-ähnlichem Gehäuse aufgenommen und darin verwendet. Eine Lastaufbringung auf den Zellstapel in einer Stapelrichtung wurde benötigt, um jede der Einheitszellen in einem gestapelten Zustand im Inneren des Gehäuses beizubehalten. Dies kann beispielsweise durch eine Brennstoffzelle erreicht werden, die in der JP 2013-12325 A vorgeschlagen wurde. In dieser Brennstoffzelle ist eine Druckplatte mit einer Endfläche, die im Wesentlichen die gleiche Größe wie eine Endoberfläche des Zellstapels hat, außerhalb des Zellstapels in der Stapelrichtung angeordnet, um so einer inneren Oberfläche des Gehäuses gegenüberzuliegen. Eine Last wird auf den Zellstapel in der Stapelrichtung durch die Druckplatte aufgebracht. In dieser Brennstoffzelle ist das Gehäuse mit einer Öffnung und einem Schraubenloch ausgebildet, die das Gehäuse in einer breiten Richtung bzw. Dickenrichtung durchdringen, die im Voraus in der Oberfläche des Gehäuses, die der Druckplatte gegenüberliegt, gebildet wurden. Nachdem die Brennstoffzelle in dem Gehäuse aufgenommen wurde, wird eine vorgegebene Last auf die Druckplatte mit einem Druckelement, das durch die Öffnung eingefügt wird, aufgebracht. Mit der auf die Druckplatte wirkenden Last, wird dann eine Lasteinstellschraube durch das Schraubenloch geschraubt, um in Kontakt mit der Druckplatte zu stehen, wodurch ein Zustand aufrechterhalten wird, bei dem die vorgegebene Last auf den Zellstapel wirkt.
In der zuvor beschriebenen Brennstoffzelle wird eine Reaktionskraft des Zellstapels gegen die Last auf das Gehäuse über die Lasteinstellschraube übertragen. Dies verursacht ein Problem einer Verformung des Gehäuses in der Nähe des Schraubenlochs. Zudem kann ein Abstand zwischen der Druckplatte und dem Gehäuse uneinheitlich aufgrund einer Uneinheitlichkeit der Breite der Einheitszelle werden, die beispielsweise während einem Herstellen und einem Lockern der Schraube während einem Betrieb auftritt. Dies kann durch ein Herstellen eines Kontakts der Lasteinstellschraube mit der Druckplatte gesteuert werden, indem ein Verschraubungsgrad der Lasteinstellschraube angepasst wird. Abhängig von der Länge des Schraubenlochs (Schraubengewinde), das in dem Gehäuse gebildet ist, kann die Länge der Lasteinstellschraube unzureichend werden oder das hintere Ende der Lasteinstellschraube kann von dem Gehäuse hervorstehen. Um solche Risiken zu vermeiden, müssen mehrere Arten von Lasteinstellschrauben mit verschiedenen Längen als Lasteinstellschrauben für eine Instandhaltung eines Brennstoffzellenmoduls bereitgehalten werden, wodurch steigende Betriebskosten des Brennstoffzellenmoduls verursacht werden. Auch wurde eine Verhinderung einer Steigerung des Installationsplatzes für das gesamte Brennstoffzellenmodul mit dem Gehäuse benötigt. Wie aus obigem ersichtlich wird, wird eine Technik angestrebt, die eine Verhinderung einer Verformung des Gehäuses, das die Brennstoffzelle aufnimmt, eine Verhinderung steigender Betriebskosten des Brennstoffzellenmoduls und eine Verhinderung der Steigerung der Größe des gesamten Brennstoffzellenmoduls mit dem Gehäuse ermöglicht.
KURZFASSUNG
Diese Erfindung wurde geschaffen, um zumindest einige der zuvor genannten Probleme zu lösen. Diese Erfindung kann in den folgenden Aspekten implementiert werden.

(1) Gemäß eines Aspekts dieser Erfindung wird ein Brennstoffzellenmodul vorgeschlagen, das eine Brennstoffzelle und ein Gehäuse enthält, dass die Brennstoffzelle aufnimmt. In diesem Brennstoffzellenmodul kann die Brennstoffzelle enthalten: einen Zellstapel, der eine Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen enthält, und eine Druckplatte, die an einer äußersten Position einer Stapelrichtung einer Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen relativ zu dem Zellstapel angeordnet ist. Das Gehäuse kann einen Abdeckbereich enthalten, der der Druckplatte gegenüberliegt, und die Druckplatte bedeckt, während die Brennstoffzelle in dem Gehäuse aufgenommen ist. Der Abdeckbereich kann einen Stiftaufnahmeabschnitt, der eine Durchgangsöffnung enthält, und einen Stift enthalten, der in der Durchgangsöffnung angeordnet ist, mit dem die Druckplatte angedrückt wird. Der Stiftaufnahmeabschnitt kann einen breiten Teil aufweisen, der breiter als ein dünner Teil ist, der zumindest ein Teil des Abdeckbereichs entlang des Stiftaufnahmeabschnitts ist. Der breite Teil kann in eine nach innen gerichtete Richtung des Gehäuses ausgebildet sein. Gemäß dem Brennstoffzellenmodul dieses Aspekts ist die Durchgangsöffnung, in der der Stift angeordnet ist, in dem breiten Teil gebildet, das in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses gebildet ist. Dies stellt eine Steifigkeit des Gehäuses an einer Stelle in der Nähe der Durchgangsöffnung sicher, die höher als eine Steifigkeit an einer entsprechenden Stelle einer geringen Breite bzw. kleineren Dicke ist. Dies kann eine Verformung des Gehäuses verhindern, welche durch die Reaktionskraft verursacht wird, die von dem Zellstapel über den Stift aufgenommen wird. Zudem ist die Breite bzw. Dicke des Stiftaufnahmeabschnitts in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses größer als die des dünnen Teils, so dass die Länge der Durchgangsöffnung in der Stapelrichtung vergrößert werden kann. Daher steht ein großer Spielraum zur Anpassung in einer Richtung zur Verfügung, in welcher der Stift eingeführt wird. Dies macht es unwahrscheinlich, dass die Länge des Stifts unzureichend werden kann oder das hintere Ende des Stifts von dem Gehäuse während eines Einstellens einer Anpresskraft hervorstehen wird. Daher wird nur eine kleine Anzahl an Formen von Stiften zum Einstellen benötigt, wodurch steigende Betriebskosten des Brennstoffzellenmoduls verhindert werden. Weiter enthält der Stiftaufnahmeabschnitt den breiten Teil und ist entlang des dünnen Teils gebildet. Daher kann ein Raum zwischen dem Abdeckbereich und der Druckplatte sichergestellt werden, der zumindest an zwei Seiten durch den Stiftaufnahmeabschnitt (breiten Teil) und den dünnen Teil abgeschlossen ist. Dies kann einen größeren leeren Bereich zwischen dem Abdeckbereich und der Druckplatte bilden als ein leerer Bereich, der in einer Struktur gebildet wird, in der der Stiftaufnahmeabschnitt (breite Teil) außerhalb des Gehäuses gebildet ist. Dieser leere Bereich kann verwendet werden, um ein Element aufzunehmen, das das Brennstoffzellenmodul betrifft, wodurch eine Steigerung der Größer des gesamten Brennstoffzellenmoduls mit dem Gehäuse verhindert wird.
(2) In dem Brennstoffzellenmodul des zuvor genannten Aspekts kann der Stiftaufnahmeabschnitt eine Rippe enthalten, die an dem Abdeckbereich derart angebracht ist, dass sie in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses hervorsteht und sich in einer Richtung, welche die Stapelrichtung kreuzt, erstreckt. Gemäß dem Brennstoffzellenmodul dieses Aspekts enthält der Stiftaufnahmeabschnitt die Rippe, die sich in der Richtung erstreckt, die die Stapelrichtung kreuzt. Dies kann die Steifigkeit des Gehäuses, noch genauer, des Abdeckbereichs erhöhen.
(3) In dem Brennstoffzellenmodul des zuvor genannten Aspekts kann die Durchgangsöffnung in einem äußeren Bereich des Abdeckbereichs gebildet sein und die Rippe kann eine Breite haben, die in der nach innen gerichteten Richtung festgelegt ist, die in der Richtung allmählich größer wird, in der sich die Rippe in Richtung des äußeren Bereichs erstreckt. Gemäß des Brennstoffzellenmoduls dieses Aspekts kann eine Oberfläche des Stiftaufnahmeabschnitts, die der Druckplatte gegenüberliegt, wie eine ebene Oberfläche gebildet sein. Diese Struktur vereinfacht eine Herstellung des Gehäuses im Vergleich zu einer Struktur, bei welcher diese Oberfläche eine Stufe hat. Zudem kann beispielsweise bei einem Vorkommen einer Kollision eines mobilen Objekts, wie beispielsweise einem Brennstoffzellenfahrzeug, an dem das Brennstoffzellenmodul mit dem Gehäuse installiert ist, mit einem Objekt, wie beispielsweise einem anderen Fahrzeug, diese Struktur einen Schaden an der Druckplatte unwahrscheinlichen machen, der durch eine Kante bzw. Ecke dieser Stufe verursacht wird.
(4) In dem Brennstoffzellenmodul des zuvor genannten Aspekts kann der Stift als ein Außengewinde konfiguriert sein und die Durchgangsöffnung kann eine innere umlaufende Oberfläche haben, die mit einem Schraubengewinde ausgebildet ist, um mit dem Außengewinde verschraubt zu werden. Gemäß des Brennstoffzellenmoduls dieses Aspekts ist der Stift als das Außengewinde konfiguriert und die Durchgangsöffnung hat die innere umlaufende Oberfläche, die mit dem Schraubengewinde gebildet ist, um mit dem Außengewinde verschraubt zu werden. Mit dem in die Durchgangsöffnung eingefügten Stift, kann daher die Reaktionskraft von dem Zellstapel zuverlässig auf das Gehäuse übertragen werden.

Diese Erfindung kann in verschiedenen Aspekten implementiert werden. Beispielsweise kann diese Erfindung in Aspekten implementiert werden, wie beispielsweise einem Gehäuse für eine Brennstoffzelle, einem Brennstoffzellensystem, das ein Brennstoffzellenmodul enthält, einem Herstellverfahren des Brennstoffzellenmoduls und einem Herstellverfahren des Gehäuses für eine Brennstoffzelle.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Umriss der Struktur eines Brennstoffzellenmoduls als eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
2A ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer äußeren seitlichen Oberfläche eines Abdeckbereichs, genauer, eine Oberfläche des Abdeckbereichs in einer +X-Richtung (positiven X-Richtung) im Detail darstellt;
2B ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer inneren seitlichen Oberfläche des Abdeckbereichs, genauer, einer Oberfläche des Abdeckbereichs in einer –X-Richtung (negativen X-Richtung) im Detail darstellt;
3A ist eine Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang A-A aus den 2A und 2B darstellt;
3B ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Region An1 in einer vergrößerten Weise darstellt, der durch Striche in 3A angezeigt ist;
4 ist eine Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang B-B aus 2A und 2B darstellt;
5 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines Vergleichsbeispiels im Detail darstellt;
6 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines ersten Aspekts einer Modifikation darstellt;
7 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines zweiten Aspekts der Modifikation darstellt;
8 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines dritten Aspekts der Modifikation darstellt; und
9 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Abdeckbereichs des dritten Aspekts der Modifikation zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Ausführungsform
A1. Struktur des gesamten Moduls
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Umriss der Struktur eines Brennstoffzellenmoduls als eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt. 1 ist eine Explosionsansicht eines Teils eines Brennstoffzellenmoduls 10 dieser Ausführungsform. In 1 entspricht eine X-Y-Ebene einer horizontalen Ebene. Zudem sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse in einer Weise festgelegt, dass sich die Z-Achse parallel zu einer vertikalen Richtung erstreckt. Eine +Z-Richtung entspricht einer nach oben gerichteten vertikalen Richtung. Das Brennstoffzellenmodul 10 dieser Ausführungsform ist an einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert und in diesem als eine Antriebsleistungsquelle verwendet. Wenn das Brennstoffzellenmodul 10 verwendet wird, wird es, noch genauer, mit Bolzen bzw. Schrauben an dem Unterkörper eines Brennstoffzellenfahrzeugs über Gehäusefüße 103 des Gehäuses 110 befestigt. Anstelle eines Brennstoffzellenfahrzeugs kann das Brennstoffzellenmodul 10 an einem anderen mobilen Objekt installiert und verwendet werden, das eine Leistungsquelle benötigt. In einer weiteren Alternative kann das Brennstoffzellenmodul 10 beispielsweise als eine stationäre Leistungsquelle für eine Verwendung im Innen- oder Außenbereich sein und in Büros oder Häusern installiert sein.
Das Brennstoffzellenmodul 10 enthält eine Brennstoffzelle 20 und ein Gehäuse 110, das die Brennstoffzelle 20 aufnimmt. Die Brennstoffzelle 20 ist eine sogenannte Festelektrolyt-Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle 20 enthält einen Zellstapel 102S, der aus einer Mehrzahl von Einheitszellen 102 gebildet ist, die in einer in 1 gezeigten Stapelrichtung SD gestapelt sind, eine erste Anschlussplatte 160E, eine erste Isolierplatte 165E, eine erste Endplatte 170E, eine zweite Anschlussplatte 160F, eine zweite Isolierplatte 165F, eine zweite Endplatte 170F und eine Druckplatte 200. Der Zellstapel 102S und alle dieser Platten haben im Wesentlichen rechteckige ebene Formen der im Wesentlichen gleichen Größe, wie in einer X-Achsen-Richtung, genauer, in einer +X-Richtung und einer –X-Richtung dargestellt ist.
Jede Einheitszelle 102 generiert Leistung bzw. Strom als ein Ergebnis einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff, das einer anodenseitigen Katalysator-Elektroden-Schicht als Brenngas zugeführt wird, und Sauerstoff in der Luft, der zu einer kathodenseitigen Katalysator-Elektroden-Schicht als Oxidationsgas zugeführt wird. Die anodenseitige Katalysator-Elektroden-Schicht und die kathodenseitige Katalysator-Elektroden-Schicht sind in einer Weise angeordnet, so dass eine Festelektrolyt-Folie zwischen der anodenseitigen Katalysator-Elektroden-Schicht und der kathodenseitigen Katalysator-Elektroden-Schicht angeordnet ist. Die Katalysator-Elektroden-Schicht an jeder Elektrodenseite enthält einen Katalysator, wie beispielsweise Kohlenstoffpartikel, auf welchen Platin (Pt) aufgenommen ist, und einen Elektrolyten. Gasdiffusionsschichten, die jeweils aus einem porösen Körper gebildet sind, sind außerhalb der Katalysator-Elektroden-Schichten an beiden Elektrodenseiten angeordnet. Der verwendete poröse Körper kann beispielsweise ein kohlenstoff-poröser Körper, wie beispielsweise Kohlenstoffpapier oder Kohlenstoffgewebe, oder ein metall-poröser Körper, wie beispielsweise Metallgewebe oder Metallschaum sein. Ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Sammelrohr zum Strömen des Brenngases, des Oxidationsgases und eines Kühlmittel ist im Inneren des Zellstapels 102S gebildet, um sich so in der Stapelrichtung SD zu erstrecken.
Die erste Anschlussplatte 160E, die erste Isolierplatte 165E und die erste Endplatte 170E sind in dieser Reihenfolge in der Stapelrichtung SD angeordnet, noch genauer, in der +X-Richtung derart, dass sie zueinander benachbart sind. Die zweite Anschlussplatte 160F, die zweite Isolierplatte 165F und die zweite Endplatte 170F sind in dieser Reihenfolge nach außen in der Stapelrichtung SD angeordnet, noch genauer, in der –X-Richtung zu, um zueinander benachbart zu sein. Die erste Anschlussplatte 160E ist so angeordnet, um eine Endoberfläche des Zellstapels 102S in der +X-Richtung zu berühren. Die zweite Anschlussplatte 160F ist derart angeordnet, dass sie eine Endoberfläche des Zellstapels 102S in der –X-Richtung berührt. Die zweite Anschlussplatte 160F, die zweite Isolierplatte 165F und die zweite Endplatte 170F sind jeweils mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet, die für eine Verbindung zu dem zuvor genannten Sammelrohr im Inneren des Zellstapels 102S ausgelegt ist und in einer Breiten-Richtung ausgebildet ist, genauer, in einer Richtung, die parallel zu der X-Achsen-Richtung ist.
Jede der ersten und zweiten Anschlussplatten 160E und 160F ist ein plattenähnliches leitfähiges Element, das als eine gesamt Elektrode der Brennstoffzelle 20 fungiert. Die erste Isolierplatte 165E ist ein plattenähnliches Element, das die erste Anschlussplatte 160E und die erste Endplatte 170E elektrisch isoliert. Die zweite Isolierplatte 165F ist ein plattenähnliches Element, dass die zweite Anschlussplatte 160F und die zweite Endplatte 170F elektrisch isoliert. Die erste Endplatte 170E ist ein plattenähnliches Element, das auf gegenüberliegenden Seiten flache Oberflächen hat. Die erste Endplatte 170E fungiert als eine Endteil des Sammelrohrs im Inneren des Zellstapels 102S. Die erste Endplatte 170E hat die Funktion, die Anpresskraft, die von der Druckplatte 200, die die erste Endplatte 170E berührt, erhalten wird, von außerhalb auf den Zellstapel 102S über die erste Isolierplatte 165E und die erste Anschlussplatte 160E zu übertragen. Diese Anpresskraft wird im Detail später beschrieben. Die zweite Endplatte 170F unterscheidet sich von der ersten Endplatte 170E dadurch, dass die Durchgangsöffnung zum Verbinden bzw. Anschließen des Sammelrohrs im Inneren des Zellstapels 102S in der zweiten Endplatte 170F gebildet ist. Die Struktur und die Funktion der zweiten Endplatte 170F sind in jeder anderen Hinsicht die gleichen, wie diese der ersten Endplatte 170E, so dass diese nicht im Detail beschrieben werden.
Die Druckplatte 200 ist ein wie eine Platte geformtes Element. Die Druckplatte 200 ist an einer äußersten Position der Stapelrichtung SD relativ zu dem Zellstapel 102S angeordnet. Eine Oberfläche (Oberfläche in der X-Richtung) der Druckplatte 200 ist in Kontakt mit einer äußeren Endoberfläche der ersten Endplatte 170E in der Stapelrichtung SD und eine gegenüberliegende Oberfläche (Oberfläche in der +X-Richtung) der Druckplatte 200 ist gegenüber einer inneren Oberfläche des Gehäuses 110 angeordnet (Abdeckbereich 114, der später beschrieben wird). In dieser Ausführungsform ist die Druckplatte 200 durch Aluminiumdruckgießen gebildet. Die Druckplatte 200 ist mit acht Schraubenaufnahmeabschnitten 202 und drei Druckaufnahmeabschnitte 215, 216 und 217 ausgebildet, die in der Oberfläche gebildet sind, die der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 gegenüberliegt. Alle acht Schraubenaufnahmeabschnitte 202 sind in der Nähe des äußeren Umfangs der Druckplatte 200 angeordnet. Jeder Schraubenaufnahmeabschnitt 202 hat eine im Wesentlichen säulenförmige äußere Form, die in Richtung der +X-Richtung hervorsteht. Jeder Schraubenaufnahmeabschnitt 202 berührt die Spitze eines später beschriebenen Lasteinstellstifts 120. Alle drei Druckaufnahmeabschnitte 215 bis 217 sind in der Näher des Zentrums in der Ebene der Druckplatte 200 angeordnet. Jeder Druckaufnahmeabschnitt 215 bis 217 ist in der +X-Richtung leicht angehoben. Jeder Druckaufnahmeabschnitt 215 bis 217 berührt die Spitze eines Druckelements während eines Zusammenbaus des Brennstoffzellenmoduls 10, um die Druckkraft von dem Druckelement aufzunehmen.
Das Gehäuse 110 hat eine box-ähnliche äußere Form mit einer Öffnung, die an einem Bodenoberflächenbereich in der nach unten gerichteten vertikalen Richtung angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 110 aus einem Harzmaterial hergestellt. Das Gehäuse 110 kann aus anderen metallischen Materialien als das Harzmaterial, wie beispielsweise Aluminium und Stahl hergestellt sein. Die Brennstoffzelle 20 ist in dem Gehäuse 110 über die Öffnung an der Bodenfläche des Gehäuses 110 aufgenommen, während die zuvor genannten Komponenten in der Stapelrichtung SD gestapelt bleiben. Das Gehäuse 110 hat einen Abdeckbereich 114 an dem Ende des Gehäuses 110 in der +X-Richtung. Der Abdeckbereich 114 liegt gegenüber einer Endoberfläche der Druckplatte 200 in der Stapelrichtung SD, um die Endoberfläche zu bedecken. Der Abdeckbereich 114 ist mit acht Stiftdurchgangsöffnungen 118a, 118b, 118c, 118d, 118e, 118f, 118g und 118h und drei druckaufnehmenden Durchgangsöffnungen 115, 116 und 117 ausgebildet. Alle in Summe 11 Durchgangsöffnungen durchdringen den Abdeckbereich 114 in einer Breiten-Richtung, genauer, in einer Richtung, die parallel zu der X-Achsen-Richtung ist. Der Abdeckbereich 114 ist zudem mit acht Lasteinstellstiften 120 ausgestattet, die in den acht Stiftdurchgangsöffnungen 118a bis 118h platziert werden.
Jeder Lasteinstellstift 120 wird in jeweils eine entsprechende Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h eingeführt, um sich in Richtung der Druckplatte 200 in einer Richtung zu erstrecken, die parallel zu der X-Richtung ist. Der Lasteinstellstift 120 weist im Wesentlichen eine säulenförmige äußere Form auf. In dieser Ausführungsform ist an der äußeren umlaufenden Oberfläche des Lasteinstellstifts 120 ein Schraubengewinde gebildet. Genauer ist jeder Lasteinstellstift 120 als ein Außengewinde ausgebildet. Ein Schraubengewinde, um mit dem Schraubengewinde des Lasteinstellstifts 120 verschraubt zu werden, ist an der inneren umlaufenden Oberfläche jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h, noch genauer, an der inneren umlaufenden Oberfläche des Abdeckbereichs 114 ausgebildet, wo jede der Stiftdurchgangsöffnungen 118a bis 118h ausgebildet ist. Jeder Lasteinstellstift 120 wird daher in eine entsprechende Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h geschraubt. Der Lasteinstellstift 120 entspricht einem Begriff, der einem Stift aus den Ansprüchen zugeordnet ist.
Während eines Zusammenbaus des Brennstoffzellenmoduls 10 wird das zuvor genannte Druckelement in jedes der druckaufnehmenden Durchgangsöffnungen 115 bis 117 eingeführt. Die druckaufnehmende Durchgangsöffnung 115 und der Druckaufnahmeabschnitt 215 sind an Positionen angeordnet, die einander in der X-Achsen-Richtung gegenüberliegen. Die druckaufnehmende Durchgangsöffnung 116 und der Druckaufnahmeabschnitt 216 sind an Positionen angeordnet, die einander in der X-Achsen-Richtung gegenüberliegen. Die druckaufnehmende Durchgangsöffnung 117 und der Druckaufnahmeabschnitt 217 sind an Positionen angeordnet, die einander in der X-Achsen-Richtung gegenüberliegen.
Das Nachfolgende beschreibt nur ein Vorgehen eines Zusammenbaus des Brennstoffzellenmoduls 10. Wie in 1 dargestellt ist, werden zuerst alle Komponenten der Brennstoffzelle 20 in einer Richtung gestapelt, die parallel zu der X-Achsen-Richtung ist. Diese Komponenten werden in diesem gestapelten Zustand in das Gehäuse 110 durch die Öffnung an der Bodenoberfläche des Gehäuses 110 eingeführt. Bei diesem Punkt wird das Brennstoffzellenmodul 10 auf einem Bearbeitungstisch platziert. Der zuvor genannte Schritt des Einführens der Komponenten kann daher als ein Schritt betrachtet und neuformuliert werden, in dem die Brennstoffzelle 20, die auf dem Bearbeitungstisch platziert ist, mit dem Gehäuse 110 bedeckt wird. Anschließend werden stabförmige Druckelemente, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, über die drei druckaufnehmenden Durchgangsöffnungen 115 bis 117 eingeführt, um allmählich eine Druckkraft, genauer, eine Last mit diesen Druckelementen auf die Druckplatte 200 in der Stapelrichtung SD, genauer, in der –X-Richtung, aufzubringen. Wenn diese Druckkraft ein bestimmtes Niveau erreicht, wird jeder Lasteinstellstift 120 in eine entsprechende Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h eingeführt, während die Druckkraft aufrechterhalten wird. Diese Druckkraft ist beispielsweise etwa 36,5 kN. Ein Moment, das aufgebracht wird, um den Lasteinstellstift 120 einzuschrauben, ist beispielsweise bei 1 bis zu 2,5 Nm. Wenn die Spitze des Lasteinstellstifts 120 den Schraubenaufnahmeabschnitt 202 der Druckplatte 200 berührt, wird das Verschrauben des Lasteinstellstifts 120 beendet. Anschließend wird ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Schaftelement derart platziert, um so in einer Nut 104, die sich in der Stapelrichtung SD erstreckt und in dem Zentrum der unteren Oberfläche des Zellstapels 102S gebildet ist, aufgenommen zu werden. Ein Endteil des Schaftelements wird an dem Abdeckbereich 114 befestigt und ein gegenüberliegendes Endteil des Schaftelements wird an einem Teil des Gehäuses 110 befestigt, das gegenüber des Abdeckbereichs 114 liegt. Anschließend wird die Öffnung an der Bodenoberfläche des Gehäuses 110 mit einem in den Zeichnungen nicht dargestelltem Abdeckelement bedeckt.
Die Druckkraft, die auf die Druckplatte 200 aufgebracht wird, wird auf den Zellstapel 102S über die erste Endplatte 170E, die erste Isolierplatte 165E und die erste Anschlussplatte 160E übertragen. Die auf den Zellstapel 102S übertragene Druckkraft wird weiter auf die zweite Anschlussplatte 160F, die zweite Isolierplatte 165F und die zweite Endplatte 170F in dieser Reihenfolge übertragen. Eine äußere Oberfläche der zweiten Endplatte 170F in der Stapelrichtung SD (–X-Richtung) berührt das Gehäuse 110. Die Reaktionskraft gegen die Druckkraft wird daher auf den Zellstapel 102S über die zweite Endplatte 170F, die zweite Isolierplatte 165F und die zweite Anschlussplatte 160F übertragen. Die Reaktionskraft wird weiter auf die Druckplatte 200 über die erste Anschlussplatte 160E, die erste Isolierplatte 165E und die erste Endplatte 170E übertragen. Die auf die Druckplatte 200 übertragene Reaktionskraft wird weiter auf jeden Lasteinstellstift 120 über den Schraubenaufnahmeabschnitt 202 übertragen und dann über das Schraubgewinde jedes Lasteinstellstifts 120 und das Schraubgewinde jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h auf den Abdeckbereich 114 übertragen. In dieser Ausführungsform wird eine Verformung des Abdeckbereichs 114, die durch die Reaktionskraft verursacht wird, die auf den Abdeckbereich 114 übertragen wird, durch einen später beschriebenen Stiftaufnahmeabschnitt des Abdeckbereichs 114 verhindert.
A2. Detaillierte Struktur des Abdeckbereichs
2A ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer äußeren seitlichen Oberfläche des Abdeckbereichs 114, genauer, einer Oberfläche des Abdeckbereichs 114 in der +X-Richtung im Detail darstellt. 2B ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer inneren seitlichen Oberfläche des Abdeckbereichs 114, genauer, einer Oberfläche des Abdeckbereichs 114 in der –X-Richtung im Detail darstellt. In 2A wird die Struktur eines Teil des Abdeckbereichs 114 in der –X-Richtung durch gestrichelte Linien angezeigt. Aufgrund einer angenehmen Darstellung wurden die in 1 dargestellten Rippen, die nach außen entlang der Y-Z-Ebene von einer Oberfläche des Gehäuses 110 hervorstehen, in den 2A und 2B ausgelassen. 3A ist eine Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang A-A aus 2A und 2B zeigt. 3B ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Region Ar1 in einer vergrößerten Weise darstellt, der durch Striche in 3A angezeigt wird. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang B-B aus 2A und 2B zeigt. In den 2A, 2B, 3A, 3B und 4 ist das an der äußeren umlaufenden Oberfläche jedes Lasteinstellstifts 120 gebildete Schraubengewinde und das an der inneren umlaufenden Oberfläche jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h gebildetes Schraubengewinde nicht dargestellt.
Wie in den 2A und 2B dargestellt ist, ist der Abdeckbereich 114 mit drei Stiftaufnahmeabschnitten 112a, 112c und 112d ausgestattet. Jeder der Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d hat eine äußere Form wie eine Rippe, die an einer Oberfläche des Abdeckbereichs 114 gegenüberliegend der Druckplatte 200 gebildet ist, um so in einer nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses 110, genauer, in der –X-Richtung hervorzustehen und sich parallel zu einer Z-Achsen-Richtung zu erstrecken. Die Stiftdurchgangsöffnung 118a ist in dem Stiftaufnahmeabschnitt 112a in der Nähe eines Endteils des Stiftaufnahmeabschnitts 112a in einer –Z-Richtung ausgebildet. Ebenso sind die zwei Stiftdurchgangsöffnungen 118b und 118c in dem Stiftaufnahmeabschnitt 112c in der Nähe eines Endteils des Stiftaufnahmeabschnitts 112c in der –Z-Richtung angeordnet und die Stiftdurchgangsöffnung 118d ist in dem Stiftaufnahmeabschnitt 112d in der Nähe eines Endteils des Stiftaufnahmeabschnitts 112d in der –Z-Richtung ausgebildet. Diese drei Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d haben ähnliche Strukturen. Die Struktur des Stiftaufnahmeabschnitts 112c ist daher repräsentativ beschrieben.
Wie in 3A gezeigt ist, ist die Breite, genauer, die Länge in der X-Achsen-Richtung des Stiftaufnahmeabschnitts 112c an einem Endteil desselben in der +Z-Richtung minimal bzw. am geringsten und wird allmählich in Richtung der –Z-Richtung größer. Die Stiftdurchgangsöffnung 118c ist in der Näher eines seitlichen Bereichs bzw. Umfangsbereichs des Stiftaufnahmeabschnitts 112c in der –Z-Richtung angeordnet. Der Stiftaufnahmeabschnitt 112c ist daher an einer Stelle in der Nähe der Stiftdurchgangsöffnung 118c breit, wie in der 3A dargestellt ist. Auf diese Weise wird eine Steifigkeit an der Stelle in der Nähe der Stiftdurchgangsöffnung 118c höher als eine Steifigkeit an einer entsprechenden Stelle einer Breite, die geringer als die dieser Ausführungsform ist. Dies verhindert eine Verformung des Gehäuses 110, die durch eine Reaktionskraft verursacht wird, die auf das Gehäuse 110 von dem Zellstapel 102S über den Lasteinstellstift 120 übertragen wird. Wie in der 3B gezeigt ist, ist eine Breite L1 in der Nähe der Stiftdurchgangsöffnung 118c größer als eine Länge L2 des Lasteinstellstifts 120, der in die Stiftdurchgangsöffnung 118c eingeführt wird. In dieser Struktur steht ein Grundendteil des Lasteinstellstifts 120 nicht von der Stiftdurchgangsöffnung 118c in der +-Richtung hervor. Auch wenn die Position des Lasteinstellstifts 120 in Richtung der +-Richtung durch eine Länge L3 angepasst wird, die aus einer Differenz zwischen der Breite L1 und der Länge L2 resultiert, kann zudem ein Hervorstehen des Grundendteils des Lasteinstellstifts 120 von der Stiftdurchgangsöffnung 118c in Richtung der +X-Richtung noch verhindert werden. Mit anderen Worten existiert mit dem Lasteinstellstift 120, der in die Stiftdurchgangsöffnung 118c eingeführt wird, und einem Berühren des Schraubaufnahmeabschnitts 202, ein Spielraum zum Anpassen, entsprechend der Länge L3 in der +X-Richtung in der Stiftdurchgangsöffnung 118c. Auch wenn die Länge des Zellstapels 102S in der Stapelrichtung SD zwischen den Herstelllosen aufgrund einer Ungleichheit der Breite der Einheitszelle 102, die während dem Herstellen auftritt, wodurch ein Abstand zwischen dem Gehäuse 110 und der Druckplatte 200 zwischen den Herstelllosen unterschiedlich ist, kann der Lasteinstellstift 120 noch an einer geeigneten Position platziert werden und ein Hervorstehen des Grundendteils des Lasteinstellstifts 120 in Richtung der +X-Richtung von der Stiftdurchgangsöffnung 118c kann weiterhin durch ein Anpassen eines Verschraubgrades des Lasteinstellstifts 120 verhindert werden. Auch wenn ein Abstand zwischen dem Gehäuse 110 und der Druckplatte 200 während eines Betriebs des Brennstoffzellenmoduls 10 verändert wird, kann der Lasteinstellstift 120 weiterhin ebenso zu einer geeigneten Position bewegt werden und ein Hervorstehen des Grundendteils des Lasteinstellstifts 120 in Richtung der +X-Richtung von der Stiftdurchgangsöffnung 118c kann weiterhin durch ein Anpassen eines Verschraubgrads des Lasteinstellstifts 120 verhindert werden. Ein vergleichsweise großer Spielraum eines Anpassens wird zugelassen. Daher wird nur eine geringe Anzahl von Arten des Lasteinstellstifts 120, beispielsweise nur eine Art des Lasteinstellstifts 120, für ein Einstellen benötigt. Wie durch den zuvor genannten Teil des Stiftaufnahmeabschnitts 112c in der Nähe der Stiftdurchgangsöffnung 118c repräsentiert, werden entsprechende Teile der Stiftaufnahmeabschnitts 112a, 112c und 112d in der Nähe der Stiftdurchgangsöffnungen 118a bis 118d als ein breites Teil 130a, ein breites Teil 130c und ein breites Teil 130d konfiguriert. Die breiten Teile 130a, 130c und 130d sind breiter als entsprechende Teile der Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d entfernt von den Stiftdurchgangsöffnungen 118a bis 118d. Die breiten Teile 130a, 130c und 130d sind breiter als ein später beschriebenes dünnes Teil 119.
Für eine einfachere Darstellung werden nur drei Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d in den 2A und 2B dargestellt. Der Abdeckbereich 114 ist weiter mit vier Stiftaufnahmeabschnitten ausgestattet, die für die vier Stiftdurchgangsöffnungen 118e, 118f, 118g und 118h vorbereitet sind. Diese vier Stiftaufnahmeabschnitte haben eine Struktur, die durch ein Umdrehen der Stiftaufnahmeabschnitte 112a und 112d gebildet wird.
Wie in den 2A und 2B dargestellt ist, ist der dünne Teil 119 zwischen den Stiftaufnahmeabschnitten 112a und 112c, zwischen den Stiftaufnahmeabschnitten 112c und 112d, zwischen einem Endteil des Abdeckbereichs 114 in einer –Y-Richtung und dem Stiftaufnahmeabschnitt 112a und zwischen einem Endteil des Abdeckbereichs 114 in einer +Y-Richtung und dem Stiftaufnahmeabschnitt 112d ausgebildet. Mit anderen Worten enthält der Abdeckbereich 114 den dünnen Teil 119, der sich kontinuierlich in einer Y-Achsen-Richtung, genauer, in der +Y-Richtung und der –Y-Richtung von jedem Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d erstreckt. Der dünne Teil 119 hat eine plattenähnliche äußere Form einer konstanten Breite in der X-Achsen-Richtung. Die Breite des dünnen Teils 119 in der X-Achsen-Richtung ist geringer, genauer, ist der dünne Teil 119 in der X-Achsen-Richtung dünner als jeder Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d in der X-Achsen-Richtung, noch genauer, dünner als jeder Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d an jeder Position in der Z-Achsen-Richtung. Dieser Unterschied in der Breite in der X-Achsen-Richtung zwischen dem dünnen Teil 119 und jedem Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d bildet vier Regionen 311, 312, 313 und 314, die sich in der Z-Achsen-Richtung zwischen dem Gehäuse 110 und der Druckplatte 200, wie in 4 dargestellt ist, erstrecken. Die Region 311 ist an drei Seiten durch eine innere Oberfläche des Gehäuses 110 in der –Y-Richtung, den dünnen Teil 119 und den Stiftaufnahmeabschnitt 112a abgeschlossen. Ebenso ist die Region 312 an drei Seiten durch den Stiftaufnahmeabschnitt 112a, den dünnen Teil 119 und den Stiftaufnahmeabschnitt 112c abgeschlossen. Die Region 313 ist an drei Seiten durch den Stiftaufnahmeabschnitt 112c, den dünnen Teil 119 und den Stiftaufnahmeabschnitt 112d abgeschlossen. Zudem ist die Region 314 an drei Seiten durch den Stiftaufnahmeabschnitt 112d, den dünnen Teil 119 und eine innere Oberfläche des Gehäuses 110 in der +Y-Richtung abgeschlossen. Als ein Ergebnis des Vorhandenseins dieser Regionen ist eine vergleichsweise große leere Region zischen dem Gehäuse 110 und der Druckplatte 200 gebildet. Diese leere Region kann beispielsweise verwendet werden, um einen Kabelbaum aufzunehmen, wodurch eine Erhöhung des Installationsraums für das gesamte Brennstoffzellenmodul 10 mit dem Gehäuse 110 verhindert wird.
A3. Vergleichsbeispiel
5 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs 514 eines Vergleichsbeispiels im Detail darstellt. Der Abdeckbereich 514 eines Gehäuses 510 eines Vergleichsbeispiels enthält drei Stiftaufnahmeabschnitte 512. Jeder Stiftaufnahmeabschnitt 512 weist eine äußere Form wie eine Rippe, die an einer äußeren Oberfläche des Abdeckbereichs 514 gebildet ist, um so nach außen (+X-Richtung) des Gehäuses 110 hervorzustehen und sich parallel zu der Z-Achsen-Richtung zu erstrecken. Eine Stiftdurchgangsöffnung 518 ist in dem Stiftaufnahmeabschnitt 512 in der Nähe eines Endteils des Stiftaufnahmeabschnitts 512 in der –Z-Richtung ausgebildet. Das Gehäuse 510 des Vergleichsbeispiels hat einen Umriss (das Volumen eines Teils, der durch eine äußere Oberfläche umschlossen ist) der gleichen Größe, wie das des Gehäuses 110 der zuvor genannten Ausführungsform. Die Brennstoffzelle 20, die in dem Gehäuse 510 aufgenommen ist, ist die gleiche, wie die Brennstoffzelle 20 der zuvor genannten Ausführungsform.
In dem Gehäuse 510 des Vergleichsbeispiels mit der zuvor genannten Struktur ist eine leere Region zwischen dem Gehäuse 510, noch genauer, zwischen dem Abdeckabschnitt 514 und der Druckplatte 200 vergleichsweise eng. Daher kann diese Region nicht effektiv verwendet werden, woraus eine Vergrößerung des Installationsraums für ein gesamtes Brennstoffzellenmodul mit dem Gehäuse 510 und der Brennstoffzelle 20 resultiert. Im Gegensatz dazu kann in dem Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform eine vergleichsweise große leere Region zwischen dem Gehäuse 110, noch genauer, zwischen dem Abdeckbereich 114 und der Druckplatte 200 gebildet werden. Diese leere Region kann für eine Verringerung der Größe des gesamten Brennstoffzellenmoduls 10 verwendet werden.
In dem Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform werden die Durchgangsöffnungen 118a bis 118d, in welche die Lasteinstellstifte 120 eingeführt werden, in dem Stiftaufnahmeabschnitten 112a, 112c und 112d gebildet, die in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses 110 hervorstehen. Dies schafft eine höhere Steifigkeit an einer Stelle in der Nähe jeder Durchgangsöffnung 118a bis 118d, als eine Steifigkeit an einer entsprechenden Stelle einer geringeren Breite. Auch wenn eine Reaktionskraft an dem Gehäuse 110 von dem Zellstapel 102S über die Lasteinstellstifte 120 aufgenommen wird, kann daher eine Verformung des Gehäuses 110 aufgrund dieser Reaktionskraft verhindert werden. Zudem ist die Breite jedes Stiftaufnahmeabschnitts 112a, 112c und 112d in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses 110, genauer, in einer Richtung, in der der Lasteinstellstift 120 eingeführt wird, größer als die Breite des dünnen Teils 119. Dadurch kann die Länge der Stiftdurchgangsöffnung 118c in der Einführrichtung vergrößert werden. Daher wird ein großer Spielraum eines Anpassens in der Einführrichtung des Lasteinstellstifts 120 zugelassen. Dies macht es unwahrscheinlich, dass die Länge einer Lasteinstellschraube unzureichend wird oder das hintere Ende der Lasteinstellschraube von einem Gehäuse hervorstehen wird. Falls ein Abstand zwischen dem Gehäuse 110 und der Druckplatte 200 ungleichmäßig wird und falls sich dieser Abstand verändert, ist es zudem wahrscheinlich, dass eine solche Ungleichmäßigkeit und eine solche Veränderung durch ein Anpassen eines Verschraubens des Lasteinstellstifts 120 ausgeglichen werden kann. Daher ist nur eine geringe Anzahl von Arten von Lasteinstellstiften 120, beispielsweise nur eine Art von Lasteinstellstiften 120 für die Anpassung notwendig. Dies nimmt die Notwendigkeit eines Herstellens mehrere Arten von Lasteinstellschrauben mit unterschiedlichen Längen, wodurch eine Erhöhung der Betriebskosten des Brennstoffzellenmoduls 10 verhindert wird.
Jeder der Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d ist derart ausgebildet, um in Richtung des Inneren des Gehäuses 110 hervorzustehen. Dies lässt eine Bildung der Regionen 311 und 314 zwischen dem Abdeckbereich 114 und der Druckplatte 200, von denen jede an drei Seiten durch die innere Oberfläche des Gehäuses 110, den dünnen Teil 119 und den Stiftaufnahmeabschnitt abgeschlossen ist und eine Bildung der Region 312 und 313 zwischen dem Abdeckbereich 114 und der Druckplatte 200 zu, von denen jede an drei Seiten durch den dünnen Teil 119 und zwei Stiftaufnahmeabschnitten abgeschlossen ist. Daher kann eine vergleichsweise große leere Region zwischen dem Abdeckbereich 114 und der Druckplatte 200 gebildet werden. Diese leere Region kann für eine Aufnahme eines Elements verwendet werden, das das Brennstoffzellenmodul 10 betrifft, wie beispielsweise einen Kabelbaum, wodurch ein Anstieg des Installationsraums für das gesamte Brennstoffzellenmodul 10 mit dem Gehäuse 110 verhindert wird.
Jeder Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d hat eine äußere Form ähnlich einer Rippe, die in die nach innen gerichtete Richtung des Gehäuses 110 hervorsteht und sich parallel zu der Z-Achsen-Richtung erstreckt. Daher kann die Steifigkeit des Gehäuses 110, noch genauer, des Abdeckbereichs 114 verbessert werden.
Die Breite jedes Stiftaufnahmeabschnitts 112a, 112c und 112d ist an dem Endteil desselben in der +Z-Richtung minimal bzw. am geringsten und wird in Richtung der –Z-Richtung allmählich größer. Daher kann eine Oberfläche jedes Stiftaufnahmeabschnitts 112a, 112c und 112d, die der Druckplatte 200 gegenüberliegt, ähnlich einer ebenen Oberfläche gebildet werden. Diese Struktur vereinfacht ein Herstellen des Gehäuses 110 im Vergleich zu einer Struktur, bei der diese Oberfläche einen Schritt aufweist. Bei dem Auftreten einer Kollision eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit beispielsweise einem Objekt kann diese Struktur zudem die Wahrscheinlichkeit für einen Schaden an der Druckplatte 200 gering halten, welcher durch einen Kontakt einer Ecke dieser Stufe mit der Druckplatte 200 verursacht wird.
Der Lasteinstellstift 120 ist als ein Außengewinde konfiguriert und das Schraubengewinde ist an der inneren umlaufenden Oberfläche der Durchgangsöffnung gebildet, um mit dem Außengewinde verschraubt zu werden. Daher kann eine Reaktionskraft von dem Brennstoffzellenstapel 102S auf das Gehäuse 110 zuverlässig mit dem Lasteinstellstift 120, der in eine entsprechende Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h eingeführt wird, übertragen werden.
B. Modifikationen
B1. Erste Modifikation
In der zuvor genannten Ausführungsform ist die Breite der Stiftaufnahmeabschnitte 112c (die Länge in der X-Achsen-Richtung) an dem Endteil desselben in der +Z-Richtung minimal und wird in Richtung der –Z-Richtung allmählich größer, worauf diese Erfindung nicht beschränkt ist.
6 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines ersten Aspekts einer Modifikation darstellt. Ein Brennstoffzellenmodul des ersten Aspekts der Modifikation unterscheidet sich von dem Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es ein Gehäuse 110a anstatt des Gehäuses 110 enthält. Das Brennstoffzellenmodul des ersten Aspekts der Modifikation ist in jeder anderen Hinsicht das gleiche wie das Brennstoffzellenmodul 10. Korrespondierende Komponenten sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht im Detail beschrieben. In dem Brennstoffzellenmodul des ersten Aspekts der Modifikation unterscheidet sich das Gehäuse 110a von dem Gehäuse 110 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es einen Abdeckbereich 114a anstatt des Abdeckbereichs 114 enthält, während es in jeder anderen Hinsicht das gleiche wie das Gehäuse 110 ist.
Der Abdeckbereich 114a unterscheidet sich von dem Abdeckbereich 114 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es einen Stiftaufnahmeabschnitt 112x anstatt des Stiftaufnahmeabschnitts 112c enthält. Der Stiftaufnahmeabschnitt 112x enthält einen Vorsprung 113, der breiter, genauer, in der X-Achsen-Richtung länger als andere Teile des Stiftaufnahmeabschnitts 112x ist. Der Vorsprung 113 ist mit der Stiftdurchgangsöffnung 118c vorgesehen. Ein Teil des Stiftaufnahmeabschnitts 112x, das näher an der +Z-Richtung als der Vorsprung 113 ist, und ein Teil des Stiftaufnahmeabschnitts 112x, der näher an der –Z-Richtung als der Vorsprung 113 ist, sind jeweils dünner als der Vorsprung 113. Zudem ist die Breite des Teils des Stiftaufnahmeabschnitts 112x, der näher an der +Z-Richtung als der Vorsprung 113 ist, und des Teils des Stiftaufnahmeabschnitts 112x, das näher an der –Z-Richtung als der Vorsprung 113 ist, an jeder Stelle in der Z-Achsen-Richtung konstant. Sogar diese Struktur macht den Stiftaufnahmeabschnitt 112x noch breiter als den dünnen Teil 119, der dem Stiftaufnahmeabschnitt 112x in der Y-Achsen-Richtung benachbart ist. Das Brennstoffzellenmodul des ersten Aspekts der Modifikation erzielt daher Effekte, die vergleichbar zu diesen sind, die durch das Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform erreicht werden. Zudem kann das Volumen des Stiftaufnahmeabschnitts 112x reduziert werden, um eine Verringerung des Gewichts des Gehäuses 110a zu erreichen. Bei diesem ersten Aspekt entspricht der Vorsprung 113 einem Begriff bzw. Konzept das einem breiten Teil der Ansprüche zugeordnet ist.
7 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines zweiten Bereichs der Modifikation zeigt. Ein Brennstoffzellenmodul des zweiten Aspekts der Modifikation unterscheidet sich von dem Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es ein Gehäuse 110b anstelle des Gehäuses 110 enthält. Das Brennstoffzellenmodul des zweiten Aspekts der Modifikation ist in jeder anderen Hinsicht das gleiche wie das Brennstoffzellenmodul 10. Entsprechende Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht im Detail beschrieben. Das Gehäuse 110b unterscheidet sich von dem Gehäuse 110 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es einen Abdeckbereich 114b anstelle des Abdeckbereichs 114 enthält, während es in jeder anderen Hinsicht das gleiche wie das Gehäuse 110 ist.
Der Abdeckbereich 114b unterscheidet sich von dem Abdeckbereich 114 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass es einen Stiftaufnahmeabschnitt 112y anstelle des Stiftaufnahmeabschnitts 112c enthält. Die Breite des Stiftaufnahmeabschnitts 112y ist an jeder Stelle in der Z-Achsen-Richtung konstant. Die Breite des Stiftaufnahmeabschnitts 112y ist im Wesentlichen die gleiche wie die Breite eines Teils des Abdeckbereichs 114 der Ausführungsform, wo die Stiftdurchgangsöffnung 118c gebildet ist. Sogar diese Struktur macht den Stiftaufnahmeabschnitt 112y breiter als den dünnen Teil 119, der dem Stiftaufnahmeabschnitt 112y in der Y-Achsen-Richtung benachbart ist. Das Brennstoffzellenmodul des zweiten Aspekts der Modifikation erreicht daher einen Effekt, der vergleichbar zu diesem ist, der durch das Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform erreicht wird. Bei diesem zweiten Aspekt der Modifikation entspricht der Stiftaufnahmeabschnitt 112y einem Begriff bzw. Konzept das einem Stiftaufnahmeabschnitt und dem breiten Teil der Ansprüche zugeordnet ist.
B2. Zweite Modifikation
In der zuvor genannten Ausführungsform ist der dünne Teil 119 derart angeordnet, dass er zu jedem Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d benachbart ist mit anderen Worten entlang dieser in der Y-Achsen-Richtung angeordnet ist, auf was diese Erfindung nicht beschränkt ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Abdeckbereichs eines dritten Aspekts der Modifikation darstellt. 9 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Abdeckbereichs gemäß des dritten Aspekts der Modifikation darstellt. Ähnlich zu 2 ist die Struktur eines Teils eines Abdeckbereichs 114c in der –X-Richtung des dritten Aspekts der Modifikation durch gestrichelte Linien in 8 angezeigt. Wie in 8 dargestellt ist, unterscheidet sich der Abdeckbereich 114c des dritten Aspekts des Modifikation von dem Abdeckbereich 114 der zuvor genannten Ausführungsform darin, dass er zwei Stiftaufnahmeabschnitte 108a und 108b anstelle von mehreren Stiftaufnahmeabschnitten enthält, welche die Stiftaufnahmeabschnitte 112a, 112c und 112d enthalten. Der Abdeckbereich 114c des dritten Aspekts der Modifikation ist in jeder anderen Hinsicht, außer dem Abdeckbereich 114, der gleiche. Korrespondierende Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.
Der Stiftaufnahmeabschnitt 108a hat eine äußere Form ähnlich einer Rippe, die auf einer Oberfläche des Abdeckbereichs 114c gebildet ist, die der Druckplatte 200 gegenüberliegt, so dass sie in einer nach innen gerichteten Richtung eines Gehäuses 110c, genauer, in der –X-Richtung hervorsteht und sich parallel zu der Y-Achsen-Richtung erstreckt. Die Breite des Stiftaufnahmeabschnitts 108a, genauer, die Länge dieser in der X-Achsen-Richtung ist an jeder Stelle in der Y-Achsen-Richtung konstant. Der Stiftaufnahmeabschnitt 108a ist an einem äußeren seitlichen Bereich des Abdeckbereichs 114c in der –Z-Richtung angeordnet. Die vier Stiftdurchgangsöffnungen 118a, 118b, 118c und 118d sind in dem Stiftaufnahmeabschnitt 108a gebildet. Der Stiftaufnahmeabschnitt 108b ist an einem äußeren seitlichem Bereich des Abdeckbereichs 114c in der +Z-Richtung angeordnet. Die vier Stiftaufnahmeöffnungen 118e, 118f, 118g und 118h sind in dem Stiftaufnahmeabschnitt 108b gebildet.
Wie in den 8 und 9 dargestellt ist, ist ein dünner Teil 119a derart gebildet, um so benachbart zu dem Stiftaufnahmeabschnitt 108a, mit anderen Worten entlang des Stiftaufnahmeabschnitts 108a an jeweils der Seite der –Z-Richtung und der +Z-Richtung zu verlaufen. Der dünne Teil 119a ist auch derart gebildet, um so benachbart zu dem Stiftaufnahmeabschnitt 108b, mit anderen Worten, entlang des Stiftaufnahmeabschnitts 108b an jeweils der Seite der –Z-Richtung und der +Z-Richtung zu sein. Wie der dünne Teil 119 der zuvor genannten Ausführungsform hat der dünne Teil 119a eine plattenähnliche äußere Form einer konstanten Breite in der X-Achsen Richtung. Die Breite des dünnen Teils 119a in der X-Achsen-Richtung ist geringer, genauer, ist der dünne Teil 119a in der X-Achsen-Richtung dünner als jeder der Stiftaufnahmeabschnitte 108a und 108b in der X-Achsen-Richtung, noch genauer, dünner als jeder Stiftaufnahmeabschnitt 108a und 108b an jeder Stelle in der Y-Achsen-Richtung. Sogar diese Struktur macht den Stiftaufnahmeabschnitt 108a und 108b noch breiter als den dünnen Teil 119a, der dem Stiftaufnahmeabschnitten 108a und 108b in der Z-Achsen-Richtung benachbart ist. Ein Brennstoffzellenmodul des dritten Aspekts der Modifikation erreicht daher einen Effekt, der vergleichbar zu dem ist, der durch das Brennstoffzellenmodul 10 der zuvor genannten Ausführungsform erreicht wird.
In dem zuvor genannten dritten Aspekt der Modifikation kann der dünne Teil 119a, der unter dem Stiftaufnahmeabschnitt 108a ist, genauer, an der Seite der –Z-Richtung relativ zu dem Stiftaufnahmeabschnitt 108a ist, weggelassen werden. Genauer kann sich der Stiftaufnahmeabschnitt 108a bis zu dem Boden des Gehäuses 110c erstrecken. In dieser Struktur verläuft der Stiftaufnahmeabschnitt 108a nur an der Seite der +Z-Richtung entlang dem dünnen Teil 119a.
In dem zuvor genannten dritten Aspekt der Modifikation weist der Stiftaufnahmeabschnitt 108a eine Breite auf, die an jeder Stelle in der Y-Achsen-Richtung konstant ist. Alternativ kann der Stiftaufnahmeabschnitt 108a in der –X-Richtung nur in der Nähe einer Stelle hervorstehen, an der jede Stiftdurchgangsöffnung 118a, 118b, 118c und 118d ausgebildet ist, und kann an jeder anderen Stelle eine gleiche Breite haben, wie diese des dünnen Teils 119a. Genauer kann ein Stiftaufnahmeabschnitt wie eine quadratische Stange geformt sein, die eine Höhe hat, die sich in der X-Achsen-Richtung von jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a, 118b, 118c und 118d erstreckt. Bei dieser Struktur verläuft jeder Stiftaufnahmeabschnitt entlang dem dünnen Teil 119a in der Y-Achsen-Richtung und verläuft entlang dem dünnen Teil 119a in der Z-Achsen-Richtung. Wie aus der zuvor genannten Ausführungsform und der zuvor genannten Modifikation ersichtlich wird, kann ein Stiftaufnahmeabschnitt, der einen breiten Teil hat, der breiter als ein dünner Teil ist, der zumindest ein Teil eines entlang dem Stiftaufnahmeabschnitt verlaufenden Abdeckbereichs ist, in dem Brennstoffzellenmodul dieser Erfindung angewendet werden.
B3. Dritte Modifikation
In der zuvor genannten Ausführungsform erstreckt sich jeder Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d in der Z-Achsen Richtung. In dem dritten Aspekt der Modifikation erstreckt sich jeder der Stiftaufnahmeabschnitte 108a und 108b in der Y-Achsen-Richtung. Bei einer Struktur, bei der jeder Stiftaufnahmeabschnitt eine äußere Form wie eine Rippe hat, ist jedoch eine Richtung, in der sich jeder Stiftaufnahmeabschnitt erstreckt, nicht auf die Z-Achsen-Richtung oder die Y-Achsen-Richtung beschränkt, sondern jeder Stiftaufnahmeabschnitt kann sich in irgendeine Richtung erstrecken, die die Stapelrichtung SD kreuzt.
B4. Vierte Modifikation
In der zuvor genannten Ausführungsform ist der Lasteinstellstift 120 als ein Außengewinde konfiguriert und ist mit dem Schraubengewinde, das an der inneren umlaufenden Oberfläche jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h gebildet ist, verschraubt, worauf diese Erfindung nicht beschränkt ist. Das Schraubengewinde kann von der äußere umlaufenden Oberfläche des Lasteinstellstifts 120 weggelassen werden und das Schraubengewinde kann von der inneren umlaufenden Oberfläche jeder Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h weggelassen werden. Bei dieser Struktur kann der Lasteinstellstift 120 in eine entsprechende Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h mit einer vorgegebenen Last eingedrückt werden und die Position des Lasteinstellstifts 120 kann durch eine Reibkraft, die zwischen der äußeren umlaufenden Oberfläche des Lasteinstellstifts 120 und der inneren umlaufenden Oberfläche einer entsprechenden Stiftdurchgangsöffnung wirkt, befestigt werden. Genauer ist jeder Stift, der in einer entsprechenden Stiftdurchgangsöffnung 118a bis 118h platziert ist, mit welchem die Druckplatte 200 angedrückt wird, generell in dem Brennstoffzellenmodul dieser Erfindung anwendbar.
B5. Fünfte Modifikation
Die Struktur des Brennstoffzellenmoduls der zuvor genannten Ausführungsform wird nur als Beispiel gegeben und kann in verschiedenen Formen verändert werden. Der dünne Teil 119 des Abdeckbereichs 114 der Ausführungsform kann mit einer Rippe ohne eine Stiftdurchgangsöffnung, die sich in der Z-Achsen-Richtung parallel zu dem Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d erstreckt, ausgestattet sein. Sogar bei dieser Struktur ist der dünne Teil 119 zumindest noch in einem Teil, der entlang jedes Stiftaufnahmeabschnitt 112a, 112c und 112d in der Y-Achsen Richtung verläuft, wodurch ein vergleichbarer Effekt, wie der durch die zuvor genannte Ausführungsform erzielte, erzielt wird. Die drei Druckaufnahmeabschnitte 215, 216 und 217 können von der Druckplatte 200 weggelassen werden. Die Schraubenaufnahmeabschnitte 202 können von der Druckplatte 200 weggelassen werden. Die Anzahl der Druckaufnahmeabschnitte, die an der Druckplatte 200 ausgebildet sind, kann beliebig bestimmt werden. Ähnlich kann die Anzahl der Schraubenaufnahmeabschnitte, die an der Druckplatte 200 ausgebildet sind, beliebig bestimmt werden. Zudem können die Anzahl der Lasteinstellstifte 120 und diese der Stiftdurchgangsöffnungen beliebig bestimmt werden. Ein Verhältnis der Lage des Brennstoffzellenmoduls 10, wenn es installiert wird, mit der horizontalen Ebene und der vertikalen Richtung ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt. Zudem ist jede Einheitszelle 102 als eine Einheitszelle für eine Festelektrolyt-Brennstoffzelle beschrieben. Alternativ kann jede Einheitszelle 102 als eine Einheitszelle für verschiedene Brennstoffzellen, wie beispielsweise eine phosphorsaure Brennstoffzelle, eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle und eine Festoxid-Brennstoffzelle, konfiguriert sein.
Die Erfindung ist nicht auf eine der Ausführungsformen beschränkt und ihre oben beschriebenen Modifikationen können durch eine Verschiedenheit von Konfigurationen implementiert werden ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmal jeder Ausführungsform sowie deren Modifikationen, den technischen Merkmalen der jeweiligen Aspekte entsprechen, die in der „KURZFASSUNG” beschrieben sind, angemessen ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Jedes technische Merkmal kann angemessen ausgelassen werden, wenn das technische Merkmal nicht als wesentliches hierin beschrieben wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-229376 A [0001]
JP 2013-12325 A [0003]

Claims

Brennstoffzellenmodul, aufweisend: eine Brennstoffzelle und ein Gehäuse, das die Brennstoffzelle aufnimmt, wobei die Brennstoffzelle einen Zellstapel, der eine Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen enthält, und eine Druckplatte enthält, die an einer äußersten Position einer Stapelrichtung der Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen relativ zu dem Zellstapel angeordnet ist, das Gehäuse einen Abdeckbereich enthält, der der Druckplatte gegenüberliegt und die Druckplatte bedeckt, während die Brennstoffzelle in dem Gehäuse aufgenommen ist, der Abdeckbereich einen Stiftaufnahmeabschnitt, der eine Durchgangsöffnung enthält, und einen Stift enthält, der in der Durchgangsöffnung angeordnet ist, mit dem die Druckplatte angedrückt wird, der Stiftaufnahmeabschnitt einen breiten Teil aufweist, der breiter als ein dünner Teil ist, der zumindest ein Teil des Abdeckbereichs entlang des Stiftaufnahmeabschnitts ist, und der breite Teil in eine nach innen gerichtete Richtung des Gehäuses ausgebildet ist.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, wobei der Stiftaufnahmeabschnitt eine Rippe enthält, die an dem Abdeckbereich derart angebracht ist, dass sie in der nach innen gerichteten Richtung des Gehäuses hervorsteht und sich in einer Richtung erstreckt, welche die Stapelrichtung kreuzt.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 2, wobei die Durchgangsöffnung in einem äußeren Bereich des Abdeckbereichs gebildet ist, und die Rippe eine Breite aufweist, die in der nach innen gerichteten Richtung festgelegt ist, die in der Richtung allmählich größer wird, in der sich die Rippe in Richtung des äußeren Bereichs erstreckt.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stift als ein Außengewinde konfiguriert ist, und die Durchgangsöffnung eine innen umlaufende Oberfläche hat, die mit einem Schraubengewinde ausgebildet ist, um mit dem Außengewinde verschraubt zu werden.