JP2008300266A

JP2008300266A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2008300266A
Application number: JP2007146599A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimizu; 安起良志水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP5136828B2

Abstract

【課題】歪みを抑制しつつ複数のセルを自動積層することが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂを順に重ねてなるスタック本体３を有する燃料電池１であって、奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂには、互いに積層させる際に被積層側の偶数段用セル２Ｂあるいは奇数段用セル２Ａを保持する治具３１が配置される切欠部２１Ａ，２１Ｂが形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数段のセルを順に重ねてなるスタック本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スタック本体を備えた構成とされている。
この種の燃料電池として、傾き補正手段を設け、この傾き補正手段によって厚さ方向、傾斜角度及び傾斜方向を調整して各セルの面圧を均等に分布させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６６３８６号公報

ところで、スタック本体は、自動積層によって各セルを積み上げることにより組み立てられるが、各セルの厚みのばらつき等によって積層時に歪みが生じることがある。
また、前述の傾き補正手段は、各セルを積層させた後に、厚さ方向、傾斜角度及び傾斜方向を調整するものであるので、自動積層によって各セルを積層させてスタック本体を組み立てる際の歪みを抑制することができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、歪みを抑制しつつ複数のセルを自動積層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、複数段のセルを順に重ねてなるスタック本体を有する燃料電池であって、前記セルには、互いに積層させる際に被積層側のセルを保持する治具が配置される切欠部が形成されている。

この構成によれば、複数のセルを互いに積層させる際に被積層側のセルを保持する治具が配置される切欠部をセルに形成したので、治具をセルに干渉させることなくセル同士を積層させることができる。これにより、治具を用いたセルの自動積層が可能となり、歪みなくセルが積層されたスタック本体を備えた燃料電池を得ることができる。

また、前記切欠部は、奇数段と偶数段とで異なる位置に形成されていても良い。
この構成によれば、治具をセルに干渉させることなくセル同士を積層させ得て、治具を用いたセルの自動積層が可能となる。

また、前記治具には、前記セルとの当接箇所に弾性部材が設けられていても良い。
この構成によれば、セルとの当接箇所に弾性部材を設けたので、セルを押さえる際の滑りを抑制することができるとともに、セルの表面における損傷の発生を抑制することができる。

また、前記弾性部材は、ゴムから形成されていても良い。

本発明の燃料電池によれば、歪みを抑制しつつ複数のセルを自動積層することができる。

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。
実施形態に係る燃料電池は、固体高分子型のもので、図１に示すように、基本単位であるセル２が複数積層されたスタック本体３と、スタック本体３を支持するフレーム５とを備えている。セル２の積層方向に沿うスタック本体３の一端には、ターミナルプレート７が配置され、その外側に絶縁プレート８が配置されている。さらにその外側には、フレーム５を構成するエンドプレート９ａが配置されている。

また、スタック本体３の他端には、ターミナルプレート７が配置され、その外側に絶縁プレート８が配置され、さらにその外側にはプレッシャプレート１３が配置されている。各ターミナルプレート７には、出力端子６が設けられている。プレッシャプレート１３の外側には、フレーム５を構成するエンドプレート９ｂが、プレッシャプレート１３から離間して配置されており、プレッシャプレート１３とエンドプレート９ｂとの間には、バネ部材１４が介装されている。

スタック本体３の両側に配置された２枚のエンドプレート９ａ，９ｂの間には、セル２の積層方向に沿って複数のテンションプレート１１が架設されている。各テンションプレート１１は、両方の端部を各エンドプレート９ａ，９ｂにボルト１２によってそれぞれ固定されており、２枚のエンドプレート９ａ，９ｂとともにフレーム５を構成している。

図２に示すように、セル２は、固体高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜を一対の電極である触媒層及び拡散層で挟んだＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）１５と、ＭＥＡ１５を挟む一対のセパレータ１６とを備えており、セパレータ１６の両端近傍には、酸化ガス（通常は空気）を供給するための酸化ガス流路、水素ガスを供給するための水素ガス流路及び冷媒（通常は水）を流通させるための冷媒流路となるマニホールド１７が形成されている。

ここで、スタック本体３を構成する複数のセル２は、奇数段用セル２Ａと偶数段用セル２Ｂとを有している。
奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂには、それぞれ平面視にて対角における両側部に切欠部２１Ａ，２１Ｂが形成されており、これら切欠部２１Ａ，２１Ｂは、奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂにて、両側部における反対側に形成されている。これにより、これら奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂを重ねた際に、互いの切欠部２１Ａ，２１Ｂが積層方向にて重ならないようになっている。

次に、上記の奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂによってスタック本体３を組み立てる場合について説明する。
図３に示すものは、スタック本体３を組み立てる際に用いる治具である。図３に示すように、この治具３１は、上端にて側方へ屈曲した係止部３２ａを有する金属製のアーム３２と、このアーム３２の係止部３２ａにおける下面に取り付けられた弾性部材３３とを備えている。弾性部材３３は、例えば、ゴム等の弾性を有する合成樹脂から形成されたものである。

そして、スタック本体３を組み立てる場合は、上記の治具３１を用いて奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂを自動積層する。以下、自動積層について説明する。
図４は奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂの自動積層の手順を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、まず、１段目として奇数段用セル２Ａを所定の設置個所に配置させ、この奇数段用セル２Ａの両側部を治具３１によって係止して保持する。
具体的には、奇数段用セル２Ａの側方から治具３１を近接させ、この治具３１の係止部３２ａを奇数段用セル２Ａの上面に配置させ、その後、治具３１を下降させる。このようにすると、治具３１の係止部３２ａに設けられた弾性部材３３が奇数段用セル２Ａの表面に当接し、これにより、奇数段用セル２Ａが保持される。

ここで、この治具３１による係止位置は、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂの形成位置とする。
上記のように、奇数段用セル２Ａを保持したら、この奇数段用セル２Ａの上面に、２段目として偶数段用セル２Ｂを載置させる。このとき、治具３１による奇数段用セル２Ａの係止位置が、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂの形成位置とされているので、奇数段用セル２Ａを保持している治具３１が、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂ内に配置される。言い換えると、偶数段用セル２Ｂには、積層させる際に、被積層側の奇数段用セル２Ａを保持する治具３１が配置される切欠部２１Ｂが形成されている。したがって、偶数段用セル２Ｂは治具３１に干渉することなく、奇数段用セル２Ａ上に載置される。

偶数段用セル２Ｂを奇数段用セル２Ａの上部に配置させたら、図４（ｂ）に示すように、この偶数段用セル２Ｂの両側部を治具３１によって係止して保持する。
具体的には、偶数段用セル２Ｂの側方から治具３１を近接させ、この治具３１の係止部３２ａを偶数段用セル２Ｂの上面に配置させ、その後、治具３１を下降させる。このようにすると、治具３１の係止部３２ａに設けられた弾性部材３３が偶数段用セル２Ｂの表面に当接し、これにより、偶数段用セル２Ｂが保持される。
ここで、この治具３１による係止位置は、奇数段用セル２Ａの切欠部２１Ａの形成位置とする。

上記のように、偶数段用セル２Ｂを保持したら、この偶数段用セル２Ｂの上面に、３段目として奇数段用セル２Ａを載置させる。このとき、治具３１による偶数段用セル２Ｂの係止位置が、奇数段用セル２Ａの切欠部２１Ａの形成位置とされているので、偶数段用セル２Ｂを保持している治具３１が、奇数段用セル２Ａの切欠部２１Ａ内に配置される。言い換えると、奇数段用セル２Ａには、積層させる際に、被積層側の偶数段用セル２Ｂを保持する治具３１が配置される切欠部２１Ａが形成されている。したがって、奇数段用セル２Ａは治具３１に干渉することなく、偶数段用セル２Ｂ上に載置される。

奇数段用セル２Ａを偶数段用セル２Ｂの上部に配置させたら、１段目の奇数段用セル２Ａを保持していた治具３１を僅かに上昇させて弾性部材３３による押圧を解除した状態にて側方へ移動させ、この治具３１を一旦上昇させてから３段目の奇数段用セル２Ａの側方から近接させ、この治具３１の係止部３２ａを３段目の奇数段用セル２Ａの上面に配置させ、その後、治具３１を下降させ、図４（ｃ）に示すように、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂの形成位置にて、治具３１の係止部３２ａの弾性部材３３を奇数段用セル２Ａの表面に当接させて奇数段用セル２Ａを保持させる。

上記のように、３段目の奇数段用セル２Ａを保持したら、この奇数段用セル２Ａの上面に４段目の偶数段用セル２Ｂを載置させる。このとき、治具３１による奇数段用セル２Ａの係止位置が、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂの形成位置とされているので、奇数段用セル２Ａを保持している治具３１が、偶数段用セル２Ｂの切欠部２１Ｂ内に配置され、偶数段用セル２Ｂが治具３１に干渉することなく、奇数段用セル２Ａ上に載置される。

５段目以降も上記手順にて奇数段用セル２Ａ及び偶数段用セル２Ｂを順に積層させて、図５に示すように、所定枚数のセル２を、歪みを抑制しつつ積層させることにより、スタック本体３が完成される。

このように、上記実施形態に係る燃料電池によれば、互いに積層させる際に下段のセル２を保持する治具３１が配置される切欠部２１Ａ，２１Ｂを、奇数段用セル２Ａと偶数段用セル２Ｂとで異なる位置に形成したので、治具３１をセル２に干渉させることなくセル２同士を積層させることができ、治具３１を用いたセル２の自動積層が可能となる。
これにより、図６に示すように、セル２の厚みのばらつき等によって生じる積層状態の歪みを抑制しつつ、各セル２を積層させてスタック本体３を組み立てることができ、歪みなくセル２が積層されたスタック本体３を備えた信頼性の高い燃料電池１を得ることができる。

また、治具３１のセル２との当接箇所に、ゴムからなる弾性部材３３を設けたので、セル２を押さえる際の滑りを抑制することができるとともに、セル２の表面における損傷の発生を抑制することができる。

燃料電池の構造を説明する概略側面図である。実施形態に係るセルの形状を説明する奇数段用セル及び偶数段用セルの平面図である。セルを積層してスタック本体を組み立てる際に用いる治具の側面図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれセルの積層手順を示す斜視図である。セルの積層状態を示すスタック本体の概略側面図である。積層状態に歪みを生じたスタック本体の概略側面図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…セル、２Ａ…奇数段用セル、２Ｂ…偶数段用セル、３…スタック本体、２１Ａ，２１Ｂ…切欠部、３１…治具、３３…弾性部材。

Claims

複数段のセルを順に重ねてなるスタック本体を有する燃料電池であって、
前記セルには、互いに積層させる際に被積層側のセルを保持する治具が配置される切欠部が形成されている燃料電池。
前記切欠部は、奇数段と偶数段とで異なる位置に形成されている請求項１に記載の燃料電池。
前記治具には、前記セルとの当接箇所に弾性部材が設けられている請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
前記弾性部材は、ゴムから形成されている請求項３に記載の燃料電池。