JP2008004306A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる長さの荷重調整ネジを用意することなく、セル積層体の長さあるいはエンドプレートなどの厚さの違いに対応してセル積層体へ荷重を付与す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の積層方向の外側に配置されたエンドプレート１６に、セル積層体２２の積層方向に沿って移動してセル積層体２２に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジ４１を設ける。エンドプレート１６に、荷重調整ネジ４１が螺合する雌ネジ３４がセル積層体２２側に突出するまで形成してなるストッパ３１を、エンドプレート１６のエンドプレート本体３０に対して軸回りの回動が規制された状態に設ける。
【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の圧縮荷重を調整する荷重調整ネジ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。

また、この種の燃料電池としては、雌ネジが形成された板状の部材をエンドプレートに形成された孔部にはめ込み、この板状部材の雌ネジにねじ込んだ荷重調整ネジのねじ込み量を調整することにより、セル積層体側に設けた加圧部材のセル積層体への押し付け力を調整するものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１７１９２６号公報

ところで、燃料電池スタックを構成するセル積層体は、セルの厚さや積層量によって、その積層長さが異なる。このため、荷重調整ネジとしては、セル積層体の長さに合わせて、エンドプレートあるいはエンドプレートにはめ込まれた板状部材の雌ネジのネジ山にかかる長さのものを複数種類設定する必要があった。

また、エンドプレートあるいは板状部材の厚さの違いによっても、その厚さに応じてネジ山数が異なるため、この場合も、雌ネジのネジ山にかかる長さの荷重調整ネジを複数種類用意する必要があった。

そこで、本発明は、異なる長さの荷重調整ネジを用意することなく、セル積層体の長さあるいはエンドプレートなどの厚さの違いに対応してセル積層体へ荷重を付与す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を有し、該エンドプレートに前記セル積層体の積層方向に沿って移動して前記セル積層体に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジが設けられた燃料電池であって、前記エンドプレートには、前記荷重調整ネジが螺合する雌ネジを前記セル積層体側に突出するまで形成してなる雌ネジ部材が、前記エンドプレートに対して軸回りの回動が規制された状態に設けられている。

この構成によれば、荷重調整ネジが螺合可能なネジ山のレンジを十分に確保することができ、これにより、セルの厚さや積層量によって変化するセル積層体の積層長さあるいはエンドプレートなどの厚さなどに対応して異なる長さの各種の荷重調整ネジを用意することなく、所定長さの荷重調整ネジによってセル積層体へ圧縮荷重を付与することができる。

前記雌ネジ部材としては、例えば、内側に雌ネジが形成され前記エンドプレートを貫通するボス部と、このボス部の軸線方向の途中位置から半径方向外側に延出し前記エンドプレートに当接するフランジ部とを有し、前記フランジ部を、前記ボス部から離れるほど厚さが薄くなるように傾斜する形状としたものを採用することができる。

本発明の燃料電池によれば、異なる長さの荷重調整ネジを用意することなく、セル積層体の長さあるいはエンドプレートなどの厚さの違いに対応してセル積層体へ荷重を付与することができる。

次に、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、燃料電池１０を示すものである。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スタックケース１２とを有している。なお、スタックケース１２は、合成樹脂等の絶縁材料で被覆された金属からなる場合もある。

燃料電池スタック１１は、一対の矩形状のエンドプレート１５，１６同士を互いの外縁部同士をテンションプレート１７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１５，１６及びテンションプレート１７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には、一方のエンドプレート１５の他方のエンドプレート１６側に、一方のエンドプレート１５側から順に、矩形状の絶縁プレート１８、ターミナルプレート１９及びカバープレート２０が配置され、このカバープレート２０の他方のエンドプレート１６の側に、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がセル２１の積層方向をエンドプレート１５，１６同士を結ぶ方向にして配置されている。

さらに、燃料電池スタック１１には、セル積層体２２の他方のエンドプレート１６の側に、セル積層体２２側から順に、矩形状のカバープレート２４、ターミナルプレート２５及び絶縁プレート２６が配置され、この絶縁プレート２６の他方のエンドプレート１６側に、平面視矩形状のスプリングボックス２７が配置されている。

スプリングボックス２７には、図示略の複数のコイルスプリングが設けられており、これらのコイルスプリングを介して絶縁プレート２６つまりセル積層体２２を積層方向に押圧するようになっている。また、スプリングボックス２７には、その中央位置に、球面状をなしてセル積層体２２とは反対側に突出する突起部２８が形成されている。

そして、上記実施形態においては、他方のエンドプレート１６が、テンションプレート１７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１７への連結位置よりも内側の範囲に設けられるストッパ（雌ネジ部材）３１とで構成されている。

エンドプレート本体３０には、その中央部に、厚さ方向に貫通する貫通穴３２が形成されている。

また、エンドプレート本体３０には、セル積層体２２側に、貫通穴３２と平行に回転規制穴部３３が形成されている。この回転規制穴部３３は、軸線方向から見て円形状をなしている。

ストッパ３１は、エンドプレート本体３０のスプリングボックス２７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１６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の軸線方向の略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から軸線方向一方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に当接されている。このとき、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。

また、ストッパ３１の他方の円筒部３８は、セル積層体２２側へ向かって突出されている。フランジ部３６は、円筒部３８から離れるほど厚さが薄くなるようになだらかに傾斜する形状をなしている。なお、フランジ部３６を補強するために円筒部３８から放射状にリブを形成しても良い。

また、ストッパ３１には、フランジ部３６から軸線方向の円筒部３７側に、これと平行に突出する円柱状の回転規制ピン部４０が形成されている。ボス部３５の中心と回転規制ピン部４０の中心との距離は、エンドプレート本体３０における貫通穴３２の中心と回転規制穴部３３の中心との距離と等しくされている。

このようなストッパ３１がエンドプレート本体３０に、ボス部３５の一方の円筒部３７を貫通穴３２に挿入しつつ、回転規制ピン部４０を回転規制穴部３３に挿入することで、ストッパ３１が、エンドプレート本体３０に対して回転が規制された状態に設置される。

そして、エンドプレート１６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がスプリングボックス２７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、その軸線方向に沿って移動して、セル積層体２２への荷重を調整する。

ここで、この荷重調整ネジ４１の回転時に、ストッパ３１も連れ回りしようとするが、回転規制ピン部４０がエンドプレート本体３０の回転規制穴部３３の内壁面に当接することでエンドプレート本体３０に対する回転が規制されることになり、スプリングボックス２７の荷重が高くなると、エンドプレート本体３０とフランジ部３６との摩擦でも回転が規制されることになって、荷重調整ネジ４１のみがエンドプレート本体３０に対して回転する。

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池によれば、荷重調整ネジ４１が螺合可能な雌ネジ３４を有し、セル積層体２２側へ突出するストッパ３１をエンドプレート１６に設けたので、荷重調整ネジ４１が螺合可能なネジ山のレンジを十分に確保することができる。

これにより、セル２１の厚さや積層量によって変化するセル積層体２２の積層長さやエンドプレート１６の厚さなどに対応して、異なる長さの各種の荷重調整ネジ４１を用意することなく、所定長さの荷重調整ネジ４１によってスプリングボックス２７を押圧してセル積層体２２へ圧縮荷重を付与することができ、特に、エンドプレート１６の厚さが薄く、雌ネジの形成が困難な場合に有効である。

しかも、エンドプレート１６に対してストッパ３１の回転が規制されているため、ストッパ３１が荷重調整ネジ４１と連れ回りしてしまうことがなく、良好に荷重調整ネジ４１を軸線方向に移動させることができる。

また、ストッパ３１をエンドプレート１６側に係合させたことにより、荷重調整ネジ４１を回動させることによる捻れをエンドプレート１６側へ逃がしてテンションプレート１７にて吸収させ、セル積層体２２への捻れの作用を抑えることができ、捻れによるセル積層体２２への影響を極力抑えることができる。

また、ストッパ３１の円筒部３８は、セル積層体２２側へ向かって突出されており、フランジ部３６は、円筒部３８から離れるほど厚さが薄くなるようになだらかに傾斜する形状をなしているので、例えば、荷重調整ネジ４１によって押圧されるスプリングボックス２７が傾斜していたとしても、ストッパ３１との干渉を抑制することができる。

なお、エンドプレート本体３０に回転規制ピン部を形成し、ストッパ３１のフランジ部３６にこれを挿通させる回転規制穴部を形成しても良い。

図２に示すものは、他の実施形態を示すもので、図２に示すように、この例では、貫通穴３２が円筒部３８よりも大径で、回転規制穴部３３が回転規制ピン部４０よりも大径となっている。これにより、ストッパ３１は、エンドプレート本体３０に対して、雌ネジ３４の径方向つまりこれに螺合する荷重調整ネジ４１の径方向に移動可能な遊びを有しており、しかも３６０度全ての径方向に移動可能となっている。その結果、これに螺合する荷重調整ネジ４１も、エンドプレート１６に対して径方向に移動可能となっており、しかも３６０度全ての径方向に移動可能となっている。

そして、このような構造とすれば、エンドプレート１６に対して荷重調整ネジ４１が径方向に移動可能であり、その結果、互いに荷重調整ネジ４１の径方向における位置を合わせて係合する荷重調整ネジ４１の凹部４３とスプリングボックス２７の突起部２８とが、エンドプレート１６に対して荷重調整ネジ４１の径方向に移動可能であるため、荷重調整ネジ４１の径方向つまりセル積層体２２の積層方向に直交する方向においてエンドプレート１６とスプリングボックス２７との位置合わせが可能となり、組み立て精度を向上できる。

なお、エンドプレート本体３０にストッパ３１のフランジ部３６よりも大径の座ぐり穴部を形成し、この座ぐり穴部内にストッパ３１のフランジ部３６を挿入しても良い。

本発明に係る燃料電池の実施形態を示す正断面図である。 燃料電池の他の実施形態を示す正断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１６…エンドプレート、２１…セル、２２…セル積層体、３１…ストッパ（雌ネジ部材）、３４…雌ネジ、４１…荷重調整ネジ。

Claims (2)

1. 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を有し、該エンドプレートに前記セル積層体の積層方向に沿って移動して前記セル積層体に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジが設けられた燃料電池であって、
   前記エンドプレートには、前記荷重調整ネジが螺合する雌ネジを前記セル積層体側に突出するまで形成してなる雌ネジ部材が、前記エンドプレートに対して軸回りの回動が規制された状態に設けられている燃料電池。
2. 前記雌ネジ部材は、内側に雌ネジが形成され前記エンドプレートを貫通するボス部と、このボス部の軸線方向の途中位置から半径方向外側に延出し前記エンドプレートに当接するフランジ部とを有してなり、
   前記フランジ部は、前記ボス部から離れるほど厚さが薄くなるように傾斜する形状とされた請求項１に記載の燃料電池。

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