JP2008004299A

JP2008004299A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2008004299A
Application number: JP2006170421A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Inagaki; 敏幸稲垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】押圧装置にて生じた磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】複数のセル２１が積層されてなるセル積層体２２と、セル積層体２２の積層方向の外側に配置されたエンドプレート１２と、セル積層体２２とエンドプレート１２との間に設けられてセル積層体２２への圧縮荷重を調整するスプリングモジュール２３とを設ける。スプリングモジュール２３は、アッパプレート５１とロアプレート５２との間に配置されて弾性力によってアッパプレート５１及びロアプレート５２を互いに離間させるコイルスプリング５３を備え、このコイルスプリング５３の周囲を囲うようにアッパプレート５１とロアプレート５２との間にスポンジ５４を設け、このスポンジ５４とアッパプレート５１及びロアプレート５２との間をシールするビードガスケットを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電セルを積層させたセル積層体を有する燃料電池に関する。

近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。

このような燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体と、このセル積層体の積層方向の外側に配置されるとともに荷重調整ネジで調整された圧縮荷重をセル積層体に与えるエンドプレートとを備えた燃料電池スタックとして構成されている。

そして、この燃料電池では、セル積層体への圧縮荷重の均一化及び圧縮荷重の変動の低減のため、プレート間に複数のスプリングを配置したスプリングモジュールをセル積層体とエンドプレートとの間に介在させている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２８８６１８号公報

しかしながら、上記スプリングモジュールでは、スプリングとアルミ材などからなるプレートとの接触箇所にて金属磨耗粉が生じ、この磨耗粉が燃料電池の発電部や結露水に混入すると、絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合原因となる恐れがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、押圧装置にて生じた磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、該弾性部材の周囲を囲うように前記板体間に設けられたシール材とを備える。

かかる構成とすることにより、板体同士の間に設けられた弾性部材の配設空間と外部とがシール材によって遮断されるので、弾性部材と板体との接触箇所にて磨耗粉が生じたとしても、この磨耗粉が外部に漏れ出すことがなく、したがって、この磨耗粉が外部に漏れ出すことによる絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合を抑制することができる。

また、弾性部材と板体との接触箇所に塗布したグリスなどの潤滑剤の外部への漏出も抑制することができる。

この場合、前記シール材は、弾性変形可能なスポンジと、このスポンジと前記板体との間に設けられたビードガスケットとから構成しても良い。この弾性変形可能なスポンジに代えて、弾性部材の弾性特性に対する影響が実質的に無い又は少ない弾性体を採用することも可能である。

また、前記弾性部材が前記板体間に複数配置され、前記スポンジには、前記弾性部材が収容可能な保持孔が形成されていることが好ましい。

本発明の燃料電池によれば、押圧装置にて生じる磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることができる。

次に、本発明に係る燃料電池の第１実施形態を図１〜図３を参照しつつ説明する。

図１は、燃料電池１０の一部を示す断面図である。この燃料電池１０は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。

燃料電池１０は、燃料電池スタック１１と、この燃料電池スタック１１の外側を覆う合成樹脂等の絶縁材料からなる図示しないスタックケースとを有している。燃料電池スタック１１は、一対の矩形状のエンドプレート１２（一方は図示略）を、互いの外縁部同士をテンションプレート１３で連結して外側部分が構成されており、これらエンドプレート１２及びテンションプレート１３は例えばジュラルミン等で形成されている。

また、燃料電池スタック１１は、エンドプレート１２同士の間に燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する平面視矩形状のセル２１を所要数積層してなるセル積層体２２が設けられている。そして、一方のエンドプレート１２とセル積層体２２との間には、エンドプレート１２側から順に、スプリングモジュール（押圧装置）２３、絶縁プレート２４、ターミナルプレート２５及びカバープレート２６が配置されている。なお、カバープレート２６は省略することも可能である。

なお、図示はしないが他方のエンドプレート１２とセル積層体２２との間には、エンドプレート１２側から順に、絶縁プレート２４、ターミナルプレート２５及びカバープレート２６が配置されている。

そして、スプリングモジュール２３が設けられた側のエンドプレート１２は、テンションプレート１３に連結される矩形状のエンドプレート本体３０と、このエンドプレート本体３０のテンションプレート１３への連結位置よりも内側の範囲に設けられたストッパ３１とを備えて構成されている。

エンドプレート本体３０には、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴３２が形成されている。ストッパ３１は、エンドプレート本体３０のスプリングモジュール２３側に当接することで、エンドプレート本体３０を含むエンドプレート１２を補強する。このストッパ３１は、内側に雌ネジ３４が形成された円筒状のボス部３５と、このボス部３５の軸線方向の中間位置から全周にわたって半径方向外側に延出する、ボス部３５と同軸の一定厚の略円板状のフランジ部３６とを有している。

そして、ストッパ３１は、ボス部３５のうちフランジ部３６から軸線方向一側に突出する一方の円筒部３７においてエンドプレート本体３０の貫通穴３２に挿入され、フランジ部３６の全面がエンドプレート本体３０当接されている。なお、ストッパ３１の一方の円筒部３７の軸方向長は、エンドプレート本体３０の貫通穴３２の軸方向長と同等とされており、円筒部３７の端面がエンドプレート本体３０の外側の端面と面一となっている。

そして、エンドプレート１２は、上記ストッパ３１の雌ネジ３４に螺合される荷重調整ネジ４１を有しており、この荷重調整ネジ４１がスプリングモジュール２３のエンドプレート１２側に形成された球面状の突起部２８に当接する。ここで、荷重調整ネジ４１には、突起部２８側に凹部４３が形成され、この凹部４３が突起部２８に係合するようになっている。

また、荷重調整ネジ４１には突起部２８とは反対側に六角ボルト等の工具を嵌合させる工具嵌合部４２が形成されており、荷重調整ネジ４１は、この工具嵌合部４２に嵌合する工具を介して回転させられることで、エンドプレート１２とセル積層体２２の端部との距離を調整してセル積層体２２に作用する圧縮荷重を調整する。

図２にも示すように、スプリングモジュール２３は、エンドプレート１２側のアッパプレート（板体）５１と、セル積層体２２側のロアプレート（板体）５２とを有し、これらアッパプレート５１とロアプレート５２の間に、複数のコイルスプリング（弾性部材）５３が配設されている。

アッパプレート５１及びロアプレート５２は、例えば、アルミニウムなどの比重の小さい金属材料から形成されており、アッパプレート５１に、荷重調整ネジ４１が当接される突起部２８が形成されている。

また、アッパプレート５１とロアプレート５２との間には、コイルスプリング５３の弾性特性に対して実質的に影響の無い低反発タイプの弾性材であるスポンジ（シール材）５４が設けられている。このスポンジ５４には、表裏に貫通する複数の保持孔５５が形成されており、これら保持孔５５内にコイルスプリング５３が配置されている。

このスポンジ５４には、複数の保持孔５５の外周を囲うように、周縁部における表裏面に、ビードガスケット（シール材）５６が設けられている。そして、このビードガスケット５６が、アッパプレート５１及びロアプレート５２に密着されている。これにより、スプリングモジュール２３では、コイルスプリング５３が保持された空間が、アッパプレート５１、ロアプレート５２、スポンジ５４及びビードガスケット５６によって外部と遮断されている。

また、スプリングモジュール２３は、図１に示すように、アッパプレート５１に設けられた目盛板５７及びロアプレート５２に設けられた指針板５８を有しており、目盛板５７によって指針板５８の端部位置を読み取ることにより、スプリングモジュール２３を介してセル積層体２２に付与される圧縮荷重を把握することができるようになっている。

そして、上記燃料電池１０では、荷重調整ネジ４１によってセル積層体２２へ付与される圧縮荷重が、複数のコイルスプリング５３を有するスプリングモジュール２３によって面方向に均一化され、また、発電時の膨張または収縮による圧縮荷重の変動が吸収される。

しかも、アッパプレート５１とロアプレート５２との間に設けられたコイルスプリング５３の配設空間を外部と遮断するスポンジ５４及びビードガスケット５６を設けたので、コイルスプリング５３の端部とアッパプレート５１及びロアプレート５２との接触箇所にて金属粉である磨耗粉が生じたとしても、この磨耗粉が燃料電池１０の発電部や結露水に混入する等、外部に漏れ出すことがなく、したがって、この磨耗粉が外部に漏れ出すことによる絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合を抑制することができる。

また、コイルスプリング５３のばね特性を安定化させるためにコイルスプリング５３の端部とアッパプレート５１及びロアプレート５２との接触箇所に塗布したグリスの外部への漏出も抑制することができる。さらに、スポンジ５４には、コイルスプリング５３が収容可能な保持孔５５が形成されているので、組み立て時におけるコイルスプリング５３の設置の容易化を図ることができる。

なお、スポンジ５４としては、内部をくり貫くことにより、複数のコイルスプリング５３の全ての周囲を囲うような額縁形状であっても良い。また、スポンジ５４を設けずに、蛇腹状のビードガスケット５６をアッパプレート５１及びロアプレート５２に気密的に固着させることにより、複数のコイルスプリング５３の全周をビードガスケット５６によって囲っても良い。

本実施形態に係る燃料電池の一部の断面図である。燃料電池に設けられたスプリングモジュールの構造を説明する断面図である。スプリングモジュールを構成するスポンジ及びビードガスケットを説明する斜視図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１２…エンドプレート、２１…セル、２２…セル積層体、２３…スプリングモジュール（押圧装置）、５１…アッパプレート（板体）、５２…ロアプレート（板体）、５３…コイルスプリング（弾性部材）、５４…スポンジ（シール材）、５５…保持孔、５６…ビードガスケット（シール材）。

Claims

複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、
前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、該弾性部材の周囲を囲うように前記板体間に設けられたシール材とを備える燃料電池。
前記シール材は、弾性変形可能なスポンジと、このスポンジと前記板体との間に設けられたビードガスケットとからなる請求項１に記載の燃料電池。
前記弾性部材が前記板体間に複数配置され、前記スポンジには、前記弾性部材が収容可能な保持孔が形成されている請求項２に記載の燃料電池。