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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle, die einen aus einer
Vielzahl von gestapelten Einheitszellen hergestellten Brennstoffstapel
hat und die durch die Verwendung von Reaktionsgasen eine elektrische
Energie elektrochemisch erzeugt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf eine Struktur in der Brennstoffzelle, die den Brennstoffstapel
fixiert.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift
2004-335336 (
JP-A-2004-335336 )
offenbart eine Brennstoffzelle, die eine Struktur zum Befestigen
eines Zellenstapels hat, wie nachstehend beschrieben ist. In dieser
Brennstoffzelle sind ein Paar Endplatten, die zwei gegenüberliegende
Enden eines Zellenstapels in der Stapelrichtung berühren, und
ein Seitenbauteil, das zwischen den zwei Endplatten angeordnet ist,
durch eine Schraubenaxialkraft verbunden, die im Wesentlichen in
der Stapelrichtung des Zellenstapels wirkt.
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In
der vorstehenden Brennstoffzelle ist die Reaktions- oder Widerstandskraft,
die erforderlich ist, um eine Relativverschiebung zwischen den Endplatten
und dem Seitenbauteil aufgrund einer Last aus einer sich mit der
Stapelrichtung des Zellenstapels schneidenden Richtung zu verhindern,
abhängig von der Axialkraft der Verbindungsschrauben, die
die Endplatten und das Seitenbauteil verbinden. Daher müssen
die Verbindungsschrauben hinsichtlich ihrer Größe
groß sein, um die Festigkeit der Brennstoffzelle ausreichend
sicherzustellen. Dies hat ein Problem zur Folge, dass sich die Größe
der Brennstoffzelle erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle und eine Befestigungsvorrichtung
für die Brennstoffzelle bereit zu stellen, die in der Lage sind,
die Festigkeit einer Struktur zu verbessern, die einen Zellenstapel
fixiert.
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Ein
erster Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle
mit einem Zellenstapel, in dem eine Vielzahl von Zellen gestapelt
sind; zwei Endplatten, die entsprechend zwei Enden des Zellenstapels
in einer Stapelrichtung der Zellen berühren; einem Seitenbauteil,
das zwischen den zwei Endplatten angeordnet ist und einen Abstand
zwischen den zwei Endplatten definiert; und einem Verbindungsschraubabschnitt,
der die Endplatten und das Seitenbauteil durch eine Schraubenaxialkraft verbindet,
die im Wesentlichen in der Stapelrichtung wirkt. Die Endplatte hat
einen Anschlagsabschnitt, der eine Fläche des Seitenbauteils
berührt, die sich in der Stapelrichtung erstreckt und die
im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem Zellenstapel angeordnet ist.
Gemäß dieser Brennstoffzelle wird verhindert,
da der Anschlagsabschnitt, der an der Endplatte vorgesehen ist,
das Seitenbauteil berührt, dass sich das Seitenbauteil
in eine Richtung bewegt, die sich mit der Stapelrichtung schneidet
und die zu einer Seite im Wesentlichen gegenüber gerichtet
ist. Das heißt, der Anschlagsabschnitt kann verhindern,
dass sich das Seitenbauteil von dem Zellenstapel weg in eine Richtung
bewegt, die sich mit der Stapelrichtung schneidet. Als Ergebnis
können die Endplatten und das Seitenbauteil durch eine
Schraubenaxialkraft verbunden sein, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung
wirkt, und kann die Festigkeit der Befestigungsstruktur verbessert
werden, die den Zellenstapel befestigt. Die Schraubenaxialkraft
ist nachstehend die Kraft, die bewirkt, dass der Verbindungsschraubabschnitt
die Endplatten und das Seitenbauteil aneinander befestigt.
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Die
vorstehende Brennstoffzelle kann des Weiteren folgende Konstruktionen
umfassen. Zum Beispiel kann das Anschlagsbauteil einstückig
mit der Endplatte ausgebildet sein. Außerdem kann die Endplatte
einen Endplattenkörper und den Anschlagsabschnitt aufweisen,
der mit dem Endplattenkörper verbunden ist (das heißt,
der Endplattenkörper und das Anschlagsbauteil sind separate
Bauteile). Daher kann durch Verbinden des Endplattenkörpers
und des Seitenbauteils durch eine Schraubenaxialkraft und dann durch
Verbinden des Anschlagsabschnitts mit dem Endplattenkörper
der Prozess zum Montieren der Endplatte und des Seitenbauteils an
dem Zellenstapel einfach ausgeführt werden.
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Außerdem
kann das Seitenbauteil einen vorstehenden Abschnitt haben, der im
Wesentlichen in der Stapelrichtung vorsteht, und kann der Anschlagsabschnitt
einen ausgehöhlten Abschnitt haben, der zu dem vorstehenden
Abschnitt passt. Daher kann das Positionieren des Seitenbauteils
in Bezug auf die Endplatte einfach ausgeführt werden.
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Außerdem
kann das Seitenbauteil einen ausgehöhlten Abschnitt haben,
der im Wesentlichen in der Stapelrichtung ausgehöhlt ist,
und kann der Anschlagsabschnitt einen vorstehenden Abschnitt haben,
der in den ausgehöhlten Abschnitt passt. Daher kann das
Positionieren des Seitenbauteils in Bezug auf die Endplatte einfach
ausgeführt werden.
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Der
Verbindungsschraubabschnitt kann einen Außengewindeabschnitt,
der an dem Seitenbauteil vorgesehen ist, und einen Innengewindeabschnitt haben,
der über die Endplatte mit dem Außengewindeabschnitt
verschraubt ist.
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Ein
zweiter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung
für eine Brennstoffzelle, die Folgendes aufweist: zwei
Endplatten, die zwei Enden eines Zellenstapels entsprechend berühren,
in dem eine Vielzahl von Zellen gestapelt sind, wobei die zwei Enden
in einer Stapelrichtung der Zellen angeordnet sind; ein Seitenbauteil,
das zwischen den zwei Endplatten angeordnet ist und einen Abstand
zwischen den zwei Endplatten definiert; und einen Verbindungsschraubabschnitt,
der durch Verschrauben mit einer Schraubenwelle, die sich im Wesentlichen
in der Stapelrichtung erstreckt, gekoppelt ist, um die Endplatte
und das Seitenbauteil zu verbinden. Die Endplatte hat einen Anschlagsabschnitt,
der eine Fläche des Seitenbauteils berührt, die
sich in der Stapelrichtung erstreckt und die im Wesentlichen gegenüberliegend
zu dem Zellenstapel angeordnet ist.
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Ein
dritter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle,
die folgendes aufweist: einen Zellenstapel, in dem eine Vielzahl
von Zellen gestapelt sind; zwei Endplatten, die zwei Enden eines
Zellenstapels in einer Stapelrichtung der Zellen entsprechend berühren;
ein Seitenbauteil, das zwischen den zwei Endplatten angeordnet ist
und einen Abstand zwischen den zwei Endplatten definiert; und einen
Verbindungsschraubabschnitt, der die Endplatten und das Seitenbauteil
durch eine Schraubenaxialkraft verbindet, die im Wesentlichen in
der Stapelrichtung wirkt. Die Endplatte hat einen Anschlagsabschnitt,
wobei ein Abschnitt des Seitenbauteils zwischen dem Anschlagsabschnitt
und dem Zellenstapel angeordnet ist.
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Ein
vierter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung
für eine Brennstoffzelle, die Folgendes aufweist: zwei
Endplatten, die zwei Enden eines Zellenstapels entsprechend berühren,
in dem eine Vielzahl von Zellen gestapelt sind, wobei die zwei Enden
in einer Stapelrichtung der Zellen angeordnet sind; ein Seitenbauteil,
das zwischen den zwei Endplatten angeordnet ist und einen Abstand
zwischen den zwei Endplatten definiert; und einen Verbindungsschraubabschnitt,
der durch ein Verschrauben mit einer Schraubenwelle, die sich im
Wesentlichen in der Stapelrichtung erstreckt, gekoppelt ist, um
die Endplatte und das Seitenbauteil zu verbinden. Die Endplatte
hat einen Anschlagsabschnitt, wobei ein Abschnitt des Seitenbauteils
zwischen dem Anschlagsabschnitt und dem Zellenstapel angeordnet
ist.
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Die
Ausführungsformen der Erfindung sind nicht alleinig auf
eine Brennstoffzelle beschränk, sondern können
auch auf verschiedene Ausführungsformen angewandt werden,
zum Beispiel, ein Fahrzeug, das mittels einer elektrischen Energie
von einer Brennstoffzelle betrieben wird, ein Brennstoffzellensystem,
das eine Brennstoffzelle betreibt, eine Befestigungsvorrichtung,
die einen Zellenstapel befestigt, ein Verfahren zum Befestigen eines
Zellenstapels, und so weiter. Außerdem sollte es ersichtlich
sein, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen
beschränkt ist, sondern sie kann in verschiedenen Ausführungsformen
ausgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind aus der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele
in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in
denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente
darzustellen, und in denen:
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1 eine
Perspektivansicht ist, die eine Gesamtkonstruktion einer Brennstoffzelle 10 zeigt;
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2 eine
Explosionsperspektivansicht ist, die eine Gesamtkonstruktion der
Brennstoffzelle 10 zeigt;
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3 eine
Schnittansicht ist, die einen Querschnitt der Brennstoffzelle 10 entlang
einer Ebene III-III in 1 zeigt;
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4 ein
illustratives Schaubild ist, das die Konstruktion des Zellenstapels 50 im
Detail zeigt;
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5 eine
Schnittansicht ist, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610a und einem Seitenbauteil 620a in
einer ersten Modifikation zeigt;
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6 eine
Perspektivteilansicht ist, die einen Abschnitt des Seitenbauteils 620a in
der ersten Modifikation zeigt;
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7 eine
Perspektivteilansicht ist, die einen Teilabschnitt eines Seitenbauteils 620b in
einer zweiten Modifikation zeigt;
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8 eine
Schnittansicht ist, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610c und einem Seitenbauteil 620c in
einer dritten Modifikation zeigt;
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9 eine
Schnittansicht ist, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610d und einem Seitenbauteil 620 in
einer vierten Modifikation zeigt; und
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10 eine
Perspektivteilansicht ist, die die Verbindungsstruktur zwischen
der Endplatte 610d und dem Seitenbauteil 620 in
der vierten Modifikation zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Um
die Konstruktion und den Betrieb der vorstehenden Erfindung besser
ersichtlich zu machen, ist eine Brennstoffzelle, bei der die Erfindung
angewandt wird, nachstehend beschrieben.
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A-1. KONSTRUKTION DER BRENNSTOFFZELLE 10:
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Wie
in den 1, 2 und 3 gezeigt ist,
hat die Brennstoffzelle 10 einen Zellenstapel 50, der
aus einer Vielzahl von gestapelten Einheitszellen hergestellt ist,
und eine Befestigungsvorrichtung 60, die den Zellenstapel
befestigt (fixiert). Die Brennstoffzelle 10 erzeugt eine
elektrische Energie durch die elektrochemische Reaktion von Reaktionsgasen,
die von außerhalb zu der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzelle 10 eine
Polymerelektrolytbrennstoffzelle und sind die Reaktionsgase, die
in der Brennstoffzelle 10 verwendet werden, ein Brenngas,
das Wasserstoff beinhaltet, und ein Oxidationsgas, das Sauerstoff
beinhaltet. Das Brenngas, das in der Brennstoffzelle 10 verwendet
wird, kann auch ein Wasserstoffgas sein, das in einem Wasserstofftank
oder einer Wasserstoffspeicherlegierung gespeichert ist, oder kann
auch ein Wasserstoffgas sein, das durch Reformieren eines auf Kohlenwasserstoff
basierenden Brennstoffs erhalten wird. Das Oxidationsgas, das in der
Brennstoffzelle verwendet wird, kann zum Beispiel Luft sein, die
von außerhalb entnommen wird. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Brennstoffzelle 10 eine Brennstoffzelle der Zirkulationsbauart,
in der das Brenngas zirkuliert und wieder verwendet wird. Insbesondere
ist das Brenngas, das zu der Brennstoffzelle 10 zugeführt
wird, Verringerungen in der Wasserstoffkonzentration anhand des
Ablaufs von elektrochemischen Reaktionen ausgesetzt und wird als
ein Anodenabgas zu der Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben.
Dann wird das Anodenabgas als ein Brenngas wieder verwendet. Das
Oxidationsgas, das zu der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird,
ist Verminderungen in der Sauerstoffkonzentration anhand des Ablaufs
der elektrochemischen Reaktionen ausgesetzt und wird als ein Kathodenabgas zu
der Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben.
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4 ist
ein illustratives Schaubild, das die Konstruktion der Brennstoffzelle 50 im
Detail zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, wird die Brennstoffzelle 50 durch Stapeln
einer Vielzahl von flachen Bauteilen, die im Wesentlichen in identischen
Formen ausgebildet sind, ausgebildet, so dass der Zellenstapel 50 eine
säulenartige Struktur aufweist, deren Querschnitt die Form
der flachen Bauteile aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel
hat, wie in 2 und 4 gezeigt
ist, der Zellenstapel 50 eine Form, die durch Heraustrennen
von vier Eckabschnitten aus dem aufrechten und vierkantigen Parallelepiped
erhalten wird, wobei sich die vier Abschnitte von einer oberen Fläche
zu einer unteren Fläche des Parallelepipeds erstrecken
und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der Zellenstapel 50 der
Brennstoffzelle 10 hat Energieerzeugungsplatten 300,
die jeweils eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) 320 haben,
in der die elektrochemischen Reaktionen der Reaktionsgase ausgeführt
werden, und Separatoren 200, die die Reaktionsgase zu den
Energieerzeugungsplatten 300 zuführen. Die Energieerzeugungsplatten 300 und
die Separatoren 200 sind wechselweise nacheinander gestapelt.
Daher hat der Zellenstapel 50 eine Vielzahl von Einheitszellen,
wobei in jeder von diesen Zellen eine Energieerzeugungsplatte 300 zwischen
zwei Separatoren 200 angeordnet ist. Der Zellenstapel 50 hat
ein Paar von Anschlüssen 120, 420 an
gegenüberliegenden Seiten, zwischen denen eine Stapelstruktur
angeordnet ist, die durch wechselweises Stapeln der Separatoren 200 und
der Energieerzeugungsplatten 300 ausgebildet ist, und die den
Strom abnehmen, der durch die Einheitszellen erzeugt wird, und ein
Paar von Isolatoren 110, 410 an gegenüberliegenden
Seiten, zwischen denen die Stapelstruktur angeordnet ist, die zwischen
den Anschlüssen 120, 420 angeordnet ist,
und die eine elektrische Isolierung verwirklichen.
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Wie
in den 1, 2 und 3 gezeigt ist,
hat die Brennstoffzelle 10 in diesem Ausführungsbeispiel
eine Beschränkungsplatte 510, die den Zellenstapel 50 schützt.
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Die
Seitenflächen des Zellenstapels 50, die sich in
der Stapelrichtung Ds erstrecken, sind in die Beschränkungsplatte 510 eingehüllt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beschränkungsplatte 510 ein plattenartiges
Bauteil, das aus Gummi oder Polyurethan hergestellt ist.
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Wie
in den 1, 2 und 3 gezeigt ist,
hat die Brennstoffzelle 10 als Bauteile, die die Befestigungsvorrichtung 60 bilden,
ein Paar von Endplatten 610, 630, die den Zellenstapel
von beiden Seiten in der Stapelrichtung Ds anordnen, Seitenbauteile 620,
die den Abstand zwischen den den Zellenstapel 50 anordnenden
Endplatten 610, 630 definieren, Verbindungsschrauben 640,
die die Endplatte 610 und die Seitenbauteile 620 verbinden,
und Verbindungsschrauben 650, die die Endplatte 630 und die
Seitenbauteile 620 verbinden.
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Die
Endplatte 610 der Befestigungsvorrichtung 60 ist
ein aus Metall hergestelltes, flaches Bauteil, dessen Querschnittsform
in allen seinen Abmessungen ein wenig größer ist
als die Querschnittsform des Zellenstapels 50. Die Endplatte 610 hat
Anschlagsabschnitte 612, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung
Ds des Zellenstapels 50 vorstehen und die Seitenflächen
der Seitenbauteile 620 berühren, Durchdringungslochabschnitte 614,
die an Positionen korrespondierend zu den Seitenbauteilen 620 vorgesehen
sind, um von den Verbindungsschrauben 640 durchdrungen
zu werden, und Durchdringungslochabschnitte 618, die mit
Kanälen verbunden sind, die in dem Zellenstapel 50 zum
Zuführen und Abgeben der Reaktionsgase und des Kühlwassers vorgesehen
sind. In diesem Ausführungsbeispiel berührt, wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, jeder der Anschlagsabschnitte 612 der
Endplatte 610 zwei der Flächen eines Seitenbauteils 620, die
sich in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 erstreckt
und die zu einer Seite zugewandt ist, die im Wesentlichen gegenüberliegend
zu dem Zellenstapel 50 ist. Daher verhindern die Anschlagsabschnitte 612,
dass sich die Seitenbauteile 620 in Richtungen bewegen,
die sich mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu einer Seite gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind.
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Die
Endplatte 630 der Befestigungsvorrichtung 60 ist
aus einem aus Metall hergestellten, flachen Bauteil hergestellt,
dessen Querschnittsform in allen seinen Abmessungen größer
ist als die Querschnittsform des Zellenstapels 50. Die
Endplatte 640 hat Anschlagsabschnitte 630, die
im Wesentlichen in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 vorstehen
und die Seitenflächen der Seitenbauteile 620 berühren,
und Durchdringungslochabschnitte 634, die an Positionen
korrespondierend zu den Seitenbauteilen 620 vorgesehen
sind, um von den Verbindungsschrauben 650 durchdrungen
zu werden. In diesem Ausführungsbeispiel berührt,
wie in den 2 und 3 gezeigt
ist, jeder der Anschlagsabschnitte 632 der Endplatte 630 zwei
der Flächen eines Seitenbauteils 620, die sich
in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 erstrecken
und die im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem Zellenstapel 50 angeordnet sind.
Daher verhindern die Anschlagsabschnitte 632, dass sich
die Seitenbauteile 620 in Richtungen bewegen, die sich
mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu einer Seite gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind (in Richtungen, die sich von dem Zellenstapel 50 entfernen).
Die Seitenbauteile 620 der Befestigungsvorrichtung 60 sind aus
Metall hergestellte, säulenförmige Bauteile. Jedes
der Seitenbauteile 620 hat einen Schraubenlochabschnitt 624,
der in einer ihrer Endflächen vorgesehen ist, die die Endplatte 610 berührt,
und der durch Verschrauben mit einer Verbindungsschraube 640 gekoppelt
werden kann, und einen Schraubenlochabschnitt 625, der
in der anderen Fläche von ihren Endflächen vorgesehen
ist, die die Endplatte 630 berührt, und der durch
Verschrauben mit einer Verbindungsschraube 650 gekoppelt
werden kann. In dem Ausführungsbeispiel hat die Brennstoffzelle 10 vier Seitenbauteile 620,
die eine Prismenform aufweisen. Diese vier Seitenbauteile 620 sind
in Kontakt mit den vier Ecken des Zellenstapels 50 passend
angeordnet, wobei die Beschränkungsplatte 510 zwischen diesen
angeordnet ist.
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Die
Verbindungsschrauben 640 der Befestigungsvorrichtung 60 sind
aus Metall hergestellte Schrauben und werden im Wesentlichen in
der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 durch die Durchdringungslochabschnitte 624 der
Endplatte 610 eingesetzt und in die Schraubenlochabschnitte 624 der Seitenbauteile 620 geschraubt.
Somit sind die Endplatte 610 und die Seitenbauteile 620 durch
eine Schraubenaxialkraft verbunden, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung
Ds des Zellenstapels 50 wirkt.
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Die
Verbindungsschrauben 650 der Befestigungsvorrichtung 60 sind
aus Metall hergestellte Schrauben und werden im Wesentlichen in
der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 durch die Durchdringungslochabschnitte 634 der
Endplatten 630 eingesetzt und in die Schraubenlochabschnitte 625 der Seitenbauteile 620 geschraubt.
Somit sind die Endplatte 630 und die Seitenbauteile 620 durch
eine Schraubenaxialkraft verbunden, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung
Ds des Zellenstapels 50 wirkt.
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A-2. BETRIEB UND WIRKUNGEN:
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Gemäß der
vorstehenden Brennstoffzelle 10 verhindern die Anschlagsabschnitte 612, 632,
die an den Endplatten 610, 630 vorgesehen sind,
die die Seitenbauteile 620 berühren, dass sich
die Seitenbauteile 620 in Richtungen bewegen, die sich
mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden und
die zu einer Seite gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind. Als Ergebnis können die Endplatten 610, 630 und
die Seitenbauteile 620 durch eine Schraubenaxialkraft verbunden
sein, die in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 wirkt,
und kann die Festigkeit der Befestigungsstruktur verbessert werden,
die den Zellenstapel 50 befestigt (fixiert).
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Während
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vorstehend beschrieben
ist, ist die Erfindung nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel
beschränkt. Im Gegensatz dazu ist es ersichtlich, dass die
Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt
werden kann, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel sind die nachstehenden Modifikationen möglich.
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B-1. ERSTE MODIFIKATION:
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5 ist
eine Schnittansicht, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610a und einem Seitenbauteil 620a in
einer ersten Modifikation zeigt. 6 ist eine
Perspektivteilansicht, die einen Abschnitt eines Seitenbauteils 620a in
der ersten Modifikation zeigt. Der Aufbau der Brennstoffzelle in
der ersten Modifikation ist im Wesentlichen derselbe wie der der
Brennstoffzelle 10 in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
außer, dass die Endplatte 610 und die Seitenbauteile 620 in
dem Ausführungsbeispiel durch die Endplatte 610a und
die Seitenbauteile 620a ersetzt sind.
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Der
Aufbau der Seitenbauteile 620a in der ersten Modifikation
ist im Wesentlichen derselbe wie der der Seitenbauteile 620 in
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass
eine Fläche von jedem Seitenbauteil 620a, die sich
im Wesentlichen in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Stapelrichtung
Ds des Zellenstapels 50 schneidet, und die Endplatte 610a berührt,
mit vorstehenden Seitenabschnitten 622a vorgesehen ist,
die im Wesentlichen in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 vorstehen.
Wie in 6 gezeigt ist, sind in dieser Modifikation die. vier
vorstehenden Seitenabschnitte 622a jedes Seitenbauteils 620a rechteckige
Parallelepipedvorsprünge, die nahe dem Schraubenlochabschnitt 624 des
Seitenbauteils 620a vorgesehen sind.
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Der
Aufbau der Endplatte 610a in der ersten Modifikation ist
im Wesentlichen gleich wie der der Endplatte 610 in dem
vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass die
Anschlagsabschnitte 612 der Endplatte 610 in dem
Ausführungsbeispiel durch ausgehöhlte Endabschnitte 612a ersetzt
sind, die zu den vorstehenden Seitenabschnitten 622a der
Seitenbauteile 620a passen. Wie in 5 gezeigt
ist, definieren in dieser Modifikation die ausgehöhlten Endabschnitte 612a der
Endplatte 610a jeweils einen ausgehöhlten Raum,
dessen Tiefe größer als die Länge der
vorstehenden Seitenabschnitte 622a der Seitenbauteile 620a ist,
und Berührungsflächen der vorstehenden Seitenabschnitte 622a der
Seitenbauteile 620a an allen ihren Flächen, die
sich in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 erstrecken
und die im Wesentlichen gegenüberliegend zu dem Zellenstapel 50 angeordnet
sind. Daher verhindern die ausgehöhlten Endabschnitte 612a,
dass sich die Seitenbauteile 620a in Richtungen bewegen,
die sich mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu einer Seite gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind.
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Gemäß der
vorstehenden Brennstoffzelle der ersten Modifikation wird verhindert,
da die ausgehöhlten Endabschnitte 612a, die in
der Endplatte 610 vorgesehen sind, zu den vorstehenden
Seitenabschnitten 622a der Seitenbauteile 620a passen,
dass sich die Seitenbauteile 620a in den Richtungen bewegen,
die sich mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu einer Seite gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind. Als Ergebnis können die Endplatte 610a und
die Seitenbauteile 620a mit einer Schraubenaxialkraft verbunden
werden, die in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 wirkt,
und kann die Festigkeit der Befestigungsstruktur verbessert werden,
die den Zellenstapel 50 befestigt (fixiert).
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B-2. ZWEITE MODIFIKATION:
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7 ist
eine Perspektivteilansicht, die einen Abschnitt eines Seitenbauteils 620b in
einer zweiten Modifikation zeigt. Das Seitenbauteil 620b unterscheidet
sich von dem Seitenbauteil 620a in der ersten Modifikation
darin, dass während das Seitenbauteil 620a vier
vorstehende Seitenabschnitte 622a hat, die rechteckige
parallelepipedförmige Vorsprünge sind, die nahe
dem Schraubenlochabschnitt 624 des Seitenbauteils 620a vorgesehen
sind, das Seitenbauteil 620b in der zweiten Modifikation
einen vorstehenden Seitenabschnitt 622b hat, der ein kreisförmiger
Hohlzylindervorsprung ist, der den Schraubenlochabschnitt 624 des
Seitenbauteils 620b umgibt. Diese Konstruktion verbessert
wie in der ersten Modifikation auch die Festigkeit der Befestigungsstruktur,
die den Zellenstapel 50 befestigt (fixiert).
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B-3. DRITTE MODIFIKATION:
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8 ist
eine Schnittansicht, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610c und einem Seitenbauteil 620c in
einer dritten Modifikation zeigt. Der Aufbau der Brennstoffzelle
der dritten Modifikation ist im Wesentlichen gleich wie der der Brennstoffzelle 10 in
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass
die Endplatte 610 und die Seitenbauteile 620 in
dem Ausführungsbeispiel durch die Endplatte 610c und
die Seitenbauteile 620c ersetzt sind.
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Der
Aufbau der Endplatte 610c in der dritten Modifikation ist
im Wesentlichen gleich wie der der Endplatte 610 in dem
vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass die
Anschlagsabschnitte 612 der Endplatte 610 in dem
Ausführungsbeispiel durch vorstehende Endabschnitte 612c ersetzt
sind, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 von
einer Fläche der Endplatte 610c vorstehen, die
sich im Wesentlichen in einer Richtung erstreckt, die sich mit der
Stapelrichtung Ds schneidet, und die die Seitenbauteile 620c berührt.
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Der
Aufbau der Seitenbauteile 620c in der dritten Modifikation
ist im Wesentlichen gleich wie der der Seitenbauteile 620 in
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass
jedes Seitenbauteil 620c in der dritten Modifikation ausgehöhlte
Seitenabschnitte 622c hat, in die die vorstehenden Endabschnitte 612c der
Endplatte 610c passen. Wie vorstehend in 8 gezeigt
ist, definieren in dieser Modifikation die ausgehöhlten
Seitenabschnitte 622c der Seitenbauteile 620c jeweils
einen ausgehöhlten Raum, dessen Tiefe größer
als die Länge der vorstehenden Endabschnitte 612c der
Endplatte 610c ist, und berühren die vorstehenden
Endabschnitte 612c der Endplatte 610c Flächen
der ausgehöhlten Seitenabschnitte 622c der Seitenbauteile 620c an
allen ihren Flächen, die sich in der Stapelrichtung Ds
des Zellenstapels 50 erstrecken und die im Wesentlichen gegenüber
dem Zellenstapel 50 angeordnet sind. Daher verhindern die
vorstehenden Endabschnitte 612c, dass sich die Seitenbauteile 620c in
Richtungen bewegen, die sich mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu Seiten gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind.
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Gemäß der
vorstehenden Brennstoffzelle der dritten Modifikation wird verhindert,
da die vorstehenden Endabschnitte 612c, die in der Endplatte 610c vorgesehen
sind, in die ausgehöhlten Seitenabschnitte 622c der
Seitenbauteile 620c passen, dass sich die Seitenbauteile 620c in
den Richtungen bewegen, die sich mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu Seiten gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind. Als Ergebnis können die Endplatte 610c und
die Seitenbauteile 620c durch eine Schraubenaxialkraft
verbunden werden, die in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 wirkt,
und kann die Festigkeit der Befestigungsstruktur verbessert werden,
die den Zellenstapel 50 befestigt (fixiert).
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B-4. VIERTE MODIFIKATION:
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9 ist
eine Schnittansicht, die eine Verbindungsstruktur zwischen einer
Endplatte 610d und einem Seitenbauteil 620 in
einer vierten Modifikation zeigt. 10 ist
eine Perspektivteilansicht, die die Verbindungsstruktur zwischen
der Endplatte 610d und dem Seitenbauteil 620 in
der vierten Modifikation zeigt. Der Aufbau der Brennstoffzelle der
vierten Modifikation ist im Wesentlichen gleich wie der der Brennstoffzelle 10 in
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel außer, dass
die Endplatte 610 in dem Ausführungsbeispiel durch
die Endplatte 610d ersetzt ist.
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Die
Endplatte 610d in der vierten Modifikation hat einen Endplattenhauptkörperabschnitt 611d, der
die Seitenbauteile 620 sowie den Zellenstapel 50 berührt,
separate Anschlagsabschnitte 612d, die getrennt von dem
Endplattenhauptkörperabschnitt 611d ausgebildet
sind, und Verbindungsschrauben 618d, die die separaten Anschlagsabschnitte 612d mit
dem Endplattenhauptkörperabschnitt 611d verbinden.
Der Endplattenhauptkörperabschnitt 611d der Endplatte 610d hat
Durchdringungslochabschnitte 614, die an Positionen korrespondierend
zu den Seitenbauteilen 620 vorgesehen sind, um von den Verbindungsschrauben 640 durchdrungen
zu werden, und Schraubenlochabschnitte 617d, die durch Verschrauben
mit den Verbindungsschrauben 618d gekoppelt werden können.
Jeder der separaten Anschlagsabschnitte 612d der Endplatte 610d hat
einen Durchdringungslochabschnitt 616d, der eine Beeinträchtigung
zwischen dem separaten Anschlagsabschnitt 612d und der
Verbindungsschraube 640 verhindert, die an dem Endplattenhauptkörperabschnitt 611d montiert
ist, und einen Durchdringungslochabschnitt 619d, der von
einer Verbindungsschraube 618d durchdrungen werden kann.
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Die
Verbindungsschrauben 618d der Endplatte 610d sind
aus Metall hergestellte Schrauben und werden in der Stapelrichtung
Ds des Zellenstapels 50 durch die Durchdringungslochabschnitte 616d der
separaten Anschlagsabschnitte 612d eingesetzt und in die
Schraubenlochabschnitte 617d des Endplattenhauptkörperabschnitts 611d geschraubt.
Somit sind die separaten Anschlagsabschnitte 612d mit dem
Endplattenhauptkörperabschnitt 611d verbunden
und stehen im Wesentlichen in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 vor
und berühren Seitenflächen des Seitenbauteiles 620.
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Gemäß der
Brennstoffzelle der vierten Modifikation wird verhindert, da die
separaten Anschlagsabschnitte 612d, die mit dem Endplattenhauptkörperabschnitt 611d verbunden
sind, die Seitenbauteile 620 berühren, dass sich
die Seitenbauteile 620 in Richtungen bewegen, die sich
mit der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 schneiden
und die zu Seiten gegenüber dem Zellenstapel 50 gerichtet
sind. Als Ergebnis können die Endplatte 610d und
die Seitenbauteile 620 durch eine Schraubenaxialkraft verbunden
sein, die in der Stapelrichtung Ds des Zellenstapels 50 wirkt,
und kann die Festigkeit der Befestigungsstruktur verbessert werden,
die den Zellenstapel 50 befestigt (fixiert). Außerdem
kann durch Verbinden des Endplattenhauptkörperabschnitts 611d und
der Seitenbauteile 620 durch eine Schraubenaxialkraft und
dann durch Verbinden der separaten Anschlagsabschnitte 612d mit
dem Endplattenhauptkörperabschnitt 611d der Prozess
zum Montieren der Endplatte 612d und der Seitenbauteile 620 an
dem Zellenstapel 50 einfach ausgeführt werden.
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In
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und der ersten bis
vierten Modifikation ist ein Abschnitt des Seitenbauteils 620, 620a, 620b oder 620c zwischen
dem Anschlagsabschnitt 612, dem ausgehöhlten Endabschnitt 612a,
dem vorstehenden Endabschnitt 612c oder dem separaten Anschlagsabschnitt 612d und
dem Zellenstapel 50 angeordnet. Der Anschlagsabschnitt 612,
der ausgehöhlte Endabschnitt 612a, der vorstehende
Endabschnitt 612c und der separate Anschlagsabschnitt 612d können als
der Anschlagsabschnitt der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
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B-5. WEITERE MODIFIKATIONEN:
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Obwohl
die Brennstoffzellen der Zirkulationsbauart in Zusammenhang mit
den vorstehenden Ausführungsbeispielen und Modifikationen
beschrieben sind, kann die Erfindung auch auf eine sogenannte Brennstoffzelle
der Bauart mit totem Ende, in der das Brenngas, das zu der Brennstoffzelle
zugeführt wird, vollständig verwendet wird, als
ein weiteres Ausführungsbeispiel angewandt werden. Außerdem
kann, obwohl die Anschlagsabschnitte 612 der Endplatte 610 in
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel entsprechend den Positionen
der Seitenbauteile 620 vorstehen, ein vorstehender Anschlagsabschnitt,
der sich entlang des gesamten Umfangs der Endplatte 610 erstreckt,
auch geeignet sein. Obwohl sich in der ersten bis vierten Modifikation
der Aufbau von einer der Endplatten von ihrem Aufbau in dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel verändert hat, kann auch der
Aufbau der anderen Endplatte ähnlich verändert werden,
und die Konstruktionen des vorstehenden Ausführungsbeispiels
und der ersten bis vierten Modifikation können geeignet
kombiniert werden. Obwohl in dem Ausführungsbeispiel die
Endplatten 610, 630 und die Seitenbauteile 620 durch
die Verbindungsschrauben 640, 650 verbunden sind,
können diese Bauteile auch durch Ausbilden von Außengewinden
an Endabschnitten der Seitenbauteile 620 und durch Verschrauben
von Muttern von der Seite der Endplatten 610, 630 verbunden
werden.
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Zusammenfassung
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Eine
Brennstoffzelle (10) hat zwei Endplatten (610, 630),
die einen Zellenstapel (50) an seinen beiden Enden in einer
Stapelrichtung (Ds) anordnen; ein Seitenbauteil (620),
das einen Abstand zwischen den Endplatten (610, 630)
definiert; eine Verbindungsschraube (640), die die Endplatten
(610) und das Seitenbauteil (620) durch eine Schraubenaxialkraft
verbindet, die im Wesentlichen in der Stapelrichtung (Ds) wirkt;
und einen Anschlagsabschnitt (612), der an zumindest einer
der Endplatten (610) vorgesehen ist und der eine Fläche
des Seitenbauteils (620) berührt, die sich in
der Stapelrichtung (Ds) erstreckt und die im Wesentlichen gegenüberliegend
zu dem Zellenstapel (50) angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-335336 [0002]
- - JP 2004-335336 A [0002]