JP2008059932A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑えつつテンションプレートのセル積層体への近接あるいは接触による影響を抑制することが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】発電用のセル２１を複数積層したセル積層体２２を含む積層体２８を両端から挟持するエンドプレート１５，１６と、エンドプレート１５，１６を連結するテンションプレート１７とを備えた燃料電池１において、セル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を検出する隙間検出センサ５４，５５，５６を備える。セル積層体２２に対してテンションプレート１７を近接離間方向に移動可能に支持するスライドユニット４１と、隙間検出センサ５４，５５，５６からの検出結果に基づいてテンションプレート１７を移動させてセル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を所定範囲内に保持する駆動ユニット５１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のセルを積層させたセル積層体を備えた燃料電池に関する。

例えば燃料電池自動車等においてエネルギ源として用いられる燃料電池は、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両端に配置されたエンドプレートと、これらエンドプレート同士を連結するテンションプレートと、一方のエンドプレートの略中央に設けられたアジャストスクリュとを備えた燃料電池スタックとして構成されており、アジャストスクリュのねじ込み量を調整することにより、エンドプレート間のセル積層体に与える圧縮荷重が調整されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２―３６７６６４号公報

このような構成の燃料電池スタックは、セル積層体を構成するセル同士のずれやテンションプレート自体の撓みによってテンションプレートがセル積層体へ近接あるいは接触するおそれがある。この場合、テンションプレートとセル積層体との間隔を大きくすればテンションプレートのセル積層体への近接あるいは接触を抑制することができるが、燃料電池の大型化を招いてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大型化を抑えつつテンションプレートのセル積層体への近接あるいは接触による影響を抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、発電用のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体をその積層方向両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートを連結するテンションプレートとを備えた燃料電池であって、前記セル積層体と前記テンションプレートとの間隔を検出する距離検出装置を備えている。

この構成の燃料電池によれば、セル積層体との接触を事前に検出することができ、セル積層体への接触による影響を未然に抑制することができる。

また、前記セル積層体に対して前記テンションプレートを近接離間方向に移動可能に支持する移動機構と、前記距離検出装置からの検出結果に基づいて前記テンションプレートを移動させて前記セル積層体と前記テンションプレートとの間隔を所定範囲内に保持する駆動機構とを備えていても良い。

この構成によれば、セル積層体とテンションプレートとの間隔を所定範囲に保持することにより、セル積層体へのテンションプレートの近接あるいは接触による影響を抑制することができる。

さらに、前記テンションプレートの前記セル積層体側に絶縁シートが設けられていても良い。

この構成によれば、万一セル積層体へテンションプレートが接触しても、テンションプレートのセル積層体への接触による影響を抑制することができる。

また、前記絶縁シートは、前記セル積層体側が低摩擦性を有し、前記テンションプレート側が柔軟性を有していても良い。

この構成によれば、テンションプレートのセル積層体への接触による影響を極力抑制することができる。

また、本発明の燃料電池は、発電用のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体をその積層方向両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートを連結するテンションプレートとを備えた燃料電池であって、前記セル積層体に対して前記テンションプレートを近接離間方向に移動可能に支持する移動機構と、前記テンションプレートの前記セル積層体側に設けられた絶縁シートと、前記テンションプレートと前記セル積層体との接触時における面圧が所定値以内となるように前記テンションプレートの前記セル積層体からの反力を吸収する弾性材とを備えている。

この構成の燃料電池によれば、テンションプレートのセル積層体への接触時における面圧が所定値以内に抑えられるので、セル積層体へのテンションプレートの接触による影響を抑制することができる。

また、前記絶縁シートは、前記セル積層体側が低摩擦性を有し、前記テンションプレート側が柔軟性を有していても良い。

この構成によれば、テンションプレートのセル積層体への接触による影響を極力抑制することができる。

本発明の燃料電池によれば、大型化を抑えつつテンションプレートのセル積層体への接触による影響を抑制することができる。

次に、本発明に係る燃料電池の一実施の形態を説明する。本発明の燃料電池は、燃料電池車両の車載発電システムに限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（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への適用も可能である。

図１及び図２に示すように、燃料電池１は、ケース１０内に燃料電池スタック１１を収納した構造とされている。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。

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、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側に、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電するセル２１を所要数積層してなるセル積層体２２が配置されている。

さらに、燃料電池スタック１１は、セル積層体２２の他方のエンドプレート１６側に、セル積層体２２側から順に、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、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、複数のコイルスプリング２９が設けられており、これらのコイルスプリング２９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。そして、上記絶縁プレート１８，２６、ターミナルプレート１９，２５、カバープレート２０，２４、スプリングボックス２７及びセル積層体２２から積層体２８が構成されている。

一方のエンドプレート１６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ボックス２７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、積層体２８への荷重を調整する。

テンションプレート１７は、その両端がスライドユニット（移動機構）４１に固定されている。これらスライドユニット４１は、エンドプレート１５，１６に連結されている。これらスライドユニット４１は、移動プレート４２と、この移動プレート４２とエンドプレート１５，１６との間にて間隔をあけて配設された複数のガイド機構４３とを備えている。

このガイド機構４３は、図３に示すように、エンドプレート１５，１６に固定されたレール４４と、移動プレート４２側に固定されたブロック４５と、複数のローラ４６とを有している。

レール４４は、一対のフランジ４４ａの中間部分をウエブ４４ｂで連結した断面視エ字状に形成され、ブロック４５は、移動プレート４２に固定される固定板部４５ａと、この固定板部４５ａの両側部に立設された側板部４５ｂと、これら側板部４５ｂから互いに近接する方向に延在された係合板部４５ｃとを有している。

そして、レール４４の一方のフランジ４４ａとブロック４５の固定板部４５ａ及び係合板部４５ｃとの間に、複数のローラ４６が転動可能に配設され、移動プレート４２がレール４４に沿って移動可能とされている。これにより、スライドユニット４１に固定された各テンションプレート１７は、積層体２８のセル積層体２２に対して近接離間方向に移動可能とされている。

これらテンションプレート１７には、セル積層体２２との対向面側に、例えば、ゴム等の絶縁性を有する合成樹脂からなる絶縁シート４７が貼り付けられている。この絶縁シート４７は、セル積層体２２側が低摩擦性を有し、テンションプレート１７側が柔軟性を有している。

また、テンションプレート１７のケース１０側には、駆動ユニット（駆動機構）５１及びコントローラ５２が設けられている。駆動ユニット５１には、ケース１０から延在されたボールスクリュー５３が螺合された図示しないナットを備えており、コントローラ５２によって駆動モータ（図示略）が駆動されてナットが回転することにより、ボールスクリュー５３のねじ込み量が変えられるようになっている。

また、テンションプレート１７とセル積層体２２との間には、コントローラ５２に接続された隙間検出センサ（距離検出装置）５４，５５，５６がテンションプレート１７の移動方向に沿って間隔をあけて配置されている。これら隙間検出センサ５４，５５，５６は、光学センサからなるもので、移動するテンションプレート１７を検出し、その検出信号をコントローラ５２に送信するものである。

上記構成の燃料電池において、セル積層体２２を構成するセル２１同士のずれやテンションプレート１７自体の撓みによってテンションプレート１７がセル積層体２２側へ近接している場合、コントローラ５２が各隙間検出センサ５４，５５，５６の検出信号からテンションプレート１７の駆動ユニット５１へ駆動信号が出力される。

すると、駆動ユニット５１内の駆動モータによってナットが回転し、ボールスクリュー５３に沿ってセル積層体２２から離間する方向へ移動する。これにより、テンションプレート１７とセル積層体２２との間隔が所定の寸法以上に維持される。

このように、上記実施形態にかかる燃料電池によれば、セル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を検出する隙間検出センサ５４，５５，５６からなる距離検出装置を備えているので、セル積層体２２との接触を事前に検出することができ、セル積層体２２への近接あるいは接触による影響を未然に抑制することができる。

特に、セル積層体２２に対してテンションプレート１７を近接離間方向に移動可能に支持するスライドユニット４１と、隙間検出センサ５４，５５，５６からの検出結果に基づいてテンションプレート１７を移動させてセル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を所定範囲内に保持するコントローラ５２によって制御される駆動ユニット５１とを備えることにより、セル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を所定範囲に保持し、セル積層体２２へのテンションプレート１７の近接あるいは接触による影響を抑制することができる。

これにより、予めセル積層体２２とテンションプレート１７との間隔を大きく確保することによる大型化を招くことなく、テンションプレート１７のセル積層体２２への近接あるいは接触による影響を抑制することができる。

さらに、テンションプレート１７のセル積層体２２側に絶縁シート４７が設けられているので、万一セル積層体２２へテンションプレート１７が接触しても、テンションプレート１７のセル積層体２２への接触による影響を抑制することができる。また、絶縁シート４７は、セル積層体２２側が低摩擦性を有し、テンションプレート１７側が柔軟性を有しているので、テンションプレート１７のセル積層体２２への接触による影響を極力抑制することができる。

なお、上記実施形態では、テンションプレート１７とセル積層体２２との間隔が所定範囲内となるように、駆動ユニット５１によってテンションプレート１７を移動させたが、隙間検出センサ５４，５５，５６及び駆動ユニット５１を設けず、スプリング等の弾性材をテンションプレート１７とケース１０との間に設け、テンションプレート１７がセル積層体２２に接触した際にセル積層体２２から受ける反力を弾性材によって吸収させ、セル積層体２２への面圧が所定値以内となるように構成しても良い。

そして、この構造の燃料電池の場合も、テンションプレート１７のセル積層体２２への接触時における面圧が所定値以内に抑えられるので、セル積層体２２へのテンションプレート１７の接触による影響を抑制することができる。さらに、セル積層体２２側が低摩擦性を有し、テンションプレート１７側が柔軟性を有した絶縁シート４７がテンションプレート１７のセル積層体２２側に貼り付けられているので、テンションプレート１７のセル積層体２２への接触による影響を極力抑制することができる。

本実施形態に係る燃料電池を示す概略斜視図である。 本実施形態に係る燃料電池の一部の斜視図である。 ガイド機構の構造を説明する断面図である。

符号の説明

１…燃料電池、１１…燃料電池スタック、１５，１６…エンドプレート、１７…テンションプレート、２１…セル、２２…セル積層体、４１…スライドユニット（移動機構）、４７…絶縁シート、５１…駆動ユニット（駆動機構）、５４，５５，５６…隙間検出センサ（距離検出装置）。

Claims (6)

1. 発電用のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体をその積層方向両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートを連結するテンションプレートとを備えた燃料電池であって、
   前記セル積層体と前記テンションプレートとの間隔を検出する距離検出装置を備えた燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記セル積層体に対して前記テンションプレートを近接離間方向に移動可能に支持する移動機構と、前記距離検出装置からの検出結果に基づいて前記テンションプレートを移動させて前記セル積層体と前記テンションプレートとの間隔を所定範囲内に保持する駆動機構とを備えた燃料電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記テンションプレートの前記セル積層体側に絶縁シートが設けられた燃料電池。
4. 請求項３に記載の燃料電池であって、
   前記絶縁シートは、前記セル積層体側が低摩擦性を有し、前記テンションプレート側が柔軟性を有している燃料電池。
5. 発電用のセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体をその積層方向両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートを連結するテンションプレートとを備えた燃料電池であって、
   前記セル積層体に対して前記テンションプレートを近接離間方向に移動可能に支持する移動機構と、前記テンションプレートの前記セル積層体側に設けられた絶縁シートと、前記テンションプレートと前記セル積層体との接触時における面圧が所定値以内となるように前記テンションプレートの前記セル積層体からの反力を吸収する弾性材とを備えた燃料電池。
6. 請求項５に記載の燃料電池であって、
   前記絶縁シートは、前記セル積層体側が低摩擦性を有し、前記テンションプレート側が柔軟性を有している燃料電池。
   
   

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