JP2008041367A

JP2008041367A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2008041367A
Application number: JP2006212440A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Suzuki; 秀和鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】押圧装置を構成する板体同士の傾きを許容しつつ面方向への位置ずれを抑制し、セル積層体へ良好に圧縮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】セル積層体２０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２０とエンドプレート１２との間に設けられてセル積層体２０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。アッパプレート４１とロアプレート４２との間にコイルスプリング４３を配置させてスプリングモジュール２３を構成する。ロアプレート４２に円弧状のガイド部５１ａを有するガイド棒５１を設け、ガイド棒５１のガイド部５１ａをアッパプレート４１の摺動駒５３に形成された摺動孔５４に摺動可能に挿通し、ガイド部５１ａの円弧の中心点Ｏを中心としてロアプレート４２に対してアッパプレート４１を揺動可能とする。
【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２００５−１８３３５８号公報

ところで、上記スプリングモジュールでは、スプリングが軸方向以外にも変形することより、プレート同士の傾きを許容することができるが、これらプレート同士の面方向への相対的な位置ずれが生じてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、押圧装置を構成する板体同士の傾きを許容しつつ面方向への位置ずれを抑制し、セル積層体へ良好に圧縮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、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を備え、一方の板体に円弧状のガイド部を有するガイド部材が設けられ、該ガイド部材のガイド部が他方の板体に摺動可能とされている。

かかる構成とすることにより、板体同士の面方向への相対的な位置ずれを規制しつつ、一方の板体に対して他方の板体を揺動可能し、板体同士の傾きを許容することができる。これにより、押圧装置では、板体同士の傾きを許容しつつ面方向への位置ずれを抑制し、弾性部材による弾性力を円滑に発揮させることができ、セル積層体へ良好に圧縮荷重を付与することができる。

また、前記ガイド部材が複数設けられ、これらガイド部材の前記ガイド部が同一円周上に配置されていても良い。

この構成によれば、同一円周上に配置された複数のガイド部の摺動方向に沿って一方の板体に対して他方の板体を揺動可能とすることができる。

さらに、前記ガイド部材が複数設けられ、これらガイド部材の前記ガイド部が同一球面上に配置されていても良い。

この構成によれば、同一球面上に配置された複数のガイド部の摺動方向に沿って一方の板体に対して他方の板体を揺動可能とすることができる。

そして、前記ガイド部の円弧の中心点が前記押圧装置と前記セル積層体との境界部分に配置されていても良い。

この構成によれば、押圧装置とセル積層体との境界部分の中心点を中心として互いの板体を揺動可能とすることができる。

本発明の燃料電池によれば、押圧装置を構成する板体同士の傾きを許容しつつ面方向への位置ずれを抑制し、セル積層体へ良好に圧縮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部２２を有している。そして、一方のエンドプレート１２とセル積層部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。

また、図示はしないが他方のエンドプレート１２とセル積層部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、これらセル積層部２２、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からセル積層体２０が構成されている。

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、その略中央部にメネジ３１が形成されており、このメネジ３１には、芋ネジからなるアジャストスクリュ３２が螺合され、その先端部がスプリングモジュール２３に当接されている。ここで、アジャストスクリュ３２には、後端側に六角ボルト等の工具を嵌合させる工具嵌合部３３が形成されており、アジャストスクリュ３２は、この工具嵌合部３３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２０への荷重を調整する。

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）４１と、セル積層体２０側のロアプレート（板体）４２とを有し、これらアッパプレート４１とロアプレート４２との間に、複数のコイルスプリング（弾性部材）４３が配設されている。アッパプレート４１及びロアプレート４２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４１に、荷重調整ネジ３２が当接される。

ロアプレート４２には、円弧状に湾曲したガイド部５１ａを有する複数のガイド棒（ガイド部材）５１が立設されている。これらガイド棒５１は、耐衝撃性に優れた鉄系材料から形成されたもので、スプリングモジュール２３とセル積層体２０との境界における中心点Ｏを中心とした半球面上に配置されている。

また、アッパプレート４１には、一部がロアプレート４２側に開口する複数の収容凹部５２がエンドプレート１２側に形成されており、これら収容凹部５２には、摺動駒５３が摺動可能に収容され、エンドプレート１２側へ出没可能とされている。これら摺動駒５３には、円弧状の摺動孔５４が形成されており、この摺動孔５４には、ガイド棒５１のガイド部５１ａが摺動可能に挿通されている。

そして、上記燃料電池１０では、荷重調整ネジ３２によってセル積層体２０へ付与される圧縮荷重が、複数のコイルスプリング４３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（調整）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。

このとき、図２に示すように、アッパプレート４１の摺動駒５３は、摺動孔５４にガイド棒５１が挿入されて位置が規制されるので、ロアプレート４２に対するアッパプレート４１の近接により、収容凹部５２から摺動しながら突出する。これにより、荷重調整ネジ３２による圧縮荷重が円滑にセル積層体２０に付与される。

ここで、上記のスプリングモジュール２３は、ガイド棒５１がロアプレート４２に立設され、このガイド棒５１の中心点Ｏを中心とした半球面に沿う円弧状のガイド部５１ａが、アッパプレート４１の摺動駒５３の摺動孔５４に摺動可能に挿通されているので、図３に示すように、ロアプレート４２に対してアッパプレート４１が、中心点Ｏを中心として揺動可能とされる。

したがって、スプリングモジュール２３は、アッパプレート４１に対するロアプレート４２の傾斜を許容しつつ、荷重調整ネジ３２による圧縮荷重をセル積層体２０へ付与させることができる。

また、このとき、アッパプレート４１の摺動駒５３の摺動孔５４にロアプレート４２のガイド棒５１が挿入されているので、アッパプレート４１とロアプレート４２との横方向への相対移動が規制され、スプリングモジュール２３では、コイルスプリング４３による弾性力を円滑に発揮させることができる。

しかも、摺動駒５３がアッパプレート４１に対して出没することにより、ロアプレート４２とアッパプレート４１との間の距離が変化しても、アッパプレート４１の揺動中心を常に中心点Ｏに維持することができる。

つまり、本実施形態に係る燃料電池１０によれば、アッパプレート４１及びロアプレート４２の相対的な傾きを許容しつつ、これらアッパプレート４１及びロアプレート４２の面方向への位置ずれを抑制し、セル積層体２０へ良好に圧縮荷重を付与することができる。

なお、上記実施形態では、複数のガイド棒５１のガイド部５１ａを同一球面上に配置したが、同一円周上に配置しても良く、このようにすれば、ロアプレート４２に対してアッパプレート４１を、中心点Ｏを中心とした円周に沿って揺動可能とすることができる。また、ガイド棒５１としては、その一部を円弧状に湾曲させてガイド部５１ａとしても良い。

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動きを説明する断面図である。燃料電池に設けられたスプリングモジュールの動きを説明する断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１２…エンドプレート、２０…セル積層体、２１…セル、２３…スプリングモジュール（押圧装置）、４１…アッパプレート（板体）、４２…ロアプレート（板体）、４３…コイルスプリング（弾性部材）、５１…ガイド棒（ガイド部材）、５１ａ…ガイド部、Ｏ…中心点。

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を備え、一方の板体に円弧状のガイド部を有するガイド部材が設けられ、該ガイド部材のガイド部が他方の板体に摺動可能とされている燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記ガイド部材が複数設けられ、これらガイド部材の前記ガイド部が同一円周上に配置されている燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記ガイド部材が複数設けられ、これらガイド部材の前記ガイド部が同一球面上に配置されている燃料電池。
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記ガイド部の円弧の中心点が前記押圧装置と前記セル積層体との境界部分に配置されている燃料電池。