JP2010113884A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】集電板と電流ケーブルとの接続部において集電板が破損し難い構造を有する燃料電池を提供する。
【解決手段】導電性の集電板２を燃料電池積層体１の両端に設置し、集電板２の両端に締付板３を設置し、燃料電池積層体１と集電板２を互いに近接する方向に締め付けて保持する。電流ケーブル９を集電板２に接続し、燃料電池積層体１で生じた電流を電流ケーブル９により燃料電池積層体１の外部に導通させる。電流ケーブル９の先端部には接続端子１０を設ける。締付板３または締付板３と集電板２の間に、集電板２の表面に向かって押圧し、接続端子１０を固定する固定用部材を配置する。固定用部材と集電板２との間に接続端子１０を配置し、固定用部材が接続端子１０を集電板２に押し付けることにより、電流ケーブル９と集電板２とが固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池における、電流ケーブルの接続部を改良することにより、燃料電池での集電板の破損を防止するための技術に関する。

従来の燃料電池は、一般的に集電板と電流ケーブルの接続手段として、集電板に設置したネジ穴を使用して電流ケーブルを集電板にネジ止めするものや、集電板の一部に突き出し部を設けて電流ケーブルを接続するものが知られている。しかし、集電板の材質としては導電性に優れ機械的強度の高い金属材料が使用されているが、集電板を金属板で構成した場合には、金属イオンの溶出や金属部の腐食により電池性能が低下する場合がある。このため、燃料電池積層体の各単セルに供給される燃料ガスや酸化剤ガスまたは冷却水が金属の集電板と接触しないようにシール部を設ける手段が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００７−１７９９９２号公報 特開２００５−４４５２７号公報

しかしながら、集電板を金属板で構成し、燃料ガスや酸化剤ガスまたは冷却水が金属と接触しないようにシール部を設置する構成では、シール部からの微量リークにより燃料ガスや酸化剤ガスまたは冷却水が部分的に金属の集電板と接触したり、大気中の水分の影響により金属の集電板に腐食が発生したりしてしまう問題があった。

そこで、集電板の材質としては耐食性と電気伝導性にすぐれた炭素板や黒鉛板あるいは炭素質か黒鉛質を主体とする成型品などの非金属材料を採用することが望まれている。この集電板を金属以外の導電性材料で構成した場合でも、図７に示すように集電板と電流ケーブルの接続手段として、集電板に設置したネジ穴を使用して電流ケーブルを集電板にネジ止めする手段がとられている。

すなわち、図７において、符号１は燃料電池積層体であり、２は導電性の集電板であり、３は電気絶縁性の締付板、４は締付板３を互いに近接する方向に締め付けているタイロッドである。６は締付板３に設けられた集電板２が外部に露出する形に形成された開口部であり、９は電流ケーブルであり、１０は電流ケーブルの接続端子１０であり、１２は電流ケーブル９を集電板２に固定するケーブル固定ネジである。

締付板３は電気絶縁性の材料で構成されているが、締付板３を導電性の材料で構成する場合には起電部の露出を防止するために集電板２と締付板３の間に絶縁物を挿入することが望ましい。また、締付板３には集電板２が外部に露出する形に形成された開口部６が設けられている。集電板２には、ネジ穴が設置されており、ネジ穴にはケーブル固定ネジ１２がねじ込まれている。電流ケーブル９の先端には接続端子１０が固定されており、接続端子１０はケーブル固定ネジ１２により集電板２に固定される。

しかし、集電板２を炭素板や黒鉛板あるいは炭素質か黒鉛質を主体とする成型品などの非金属材料で構成した場合に、これらの材料は一般的に圧縮方向の強度に比べ引っ張り方向や曲げ方向の強度が弱い。そのため、従来技術のように、集電板に設置したネジ穴を使用して電流ケーブルを集電板にネジ止めする手段や、集電板の一部に突き出し部を設けて電流ケーブルを接続する手段では、電流ケーブルと集電板の接続部に発生する引っ張り方向や曲げ方向の外力により集電板が容易に破損してしまう問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、集電板と電流ケーブルとの接続部において集電板が破損し難い構造を有する燃料電池を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の燃料電池は、単位電池を複数個積層して構成された燃料電池積層体と、前記燃料電池積層体の両端に設置した導電性の集電板と、前記燃料電池積層体と前記集電板を互いに近接する方向に締め付けて保持する締付板と、前記集電板に接続された電流ケーブルを備え、前記締付板または前記締付板と前記集電板の間に
固定用部材が配置され、前記固定用部材と前記集電板との間に前記電流ケーブル先端の接続部が配置され、前記固定用部材により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板の表面に押圧されて前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記固定用部材が前記締付板に設置された固定ネジであり、この固定ネジを締め付けることにより、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧されて、前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする
。

本発明の他の態様は、前記固定用部材が、前記締付板と前記電流ケーブルとに挟持される弾性体からなる固定バネであり、この固定バネの弾性変形の復元力により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧されて、前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする。

本発明の他の態様のは、前記固定用部材が、前記締付板に設置された固定ネジとこの固定ネジの先端に隣接して設置された固定バネであり、前記固定ネジを締め付けることと前記固定バネの弾性変形の復元力により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧され前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記電流ケーブル先端の接続部が、電流ケーブル先端の接続部に固定された端子または、この端子を固定した接続金具であることを特徴とする。

以上のような構成を有する本発明によれば、固定用部材により、電流ケーブル先端の接続部が集電板に押圧されて電流ケーブルと集電板とが固定されるので、集電板には圧縮方向の外力しか加わることが無いため、集電板の破損を防止することができる。さらに、電流ケーブルを容易に燃料電池本体に着脱することが可能となり、組立て性に優れ高信頼性の燃料電池を提供することができる。

以下、本発明に係る燃料電池の実施形態を図面を参照して説明する。ここで、各実施形態で、同一または類似の構成部分には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
［構成］
まず、図１、図２を用いて第１の実施形態の構成を説明する。図１は、本発明による第１の実施形態を示す斜視図であり、図２は、その断面図である。

図１において、符号１は燃料電池積層体であり、電解質の両側にそれぞれ配置されたアノード電極とカソード電極が配置される。前記アノード電極と前記カソード電極とにそれぞれ接し、燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路と冷却水流通路とを有するセパレータとからなる単位電池を複数枚積層して配置される。

この燃料電池積層体１の両端には、導電性の集電板２と、集電板２の両端に設置された電気絶縁性の締付板３と、締付板３を互いに近接する方向に締め付けているタイロッド４とが設置されている。締付板３は電気絶縁性の材料で構成されているが、締付板３を導電性の材料で構成する場合には起電部の露出を防止するために集電板２と締付板３の間に絶縁物を挿入することが望ましい。

燃料電池積層体１の側面には、ガスマニホールド５が設置されている。このガスマニホールド５は、燃料電池積層体１に対向した面に開口部を有する箱型の構造物であって、各単位電池のセパレータの燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路と冷却水流通路とに燃料と酸化剤と冷却水を供給するためのガス室および冷却水室を構成する。

また、図２に示すように、締付板３には集電板２が外部に露出する形に形成された開口部６と、この開口部６に面して設置されたネジ穴７が設置されており、ネジ穴７には電流ケーブルの固定ネジ８がねじ込まれている。この電流ケーブル９の先端には接続端子１０が固定されており、接続端子１０は固定ネジ８の先端と集電板２の表面とに挟持されている。

上記の構成を有する第１の実施形態における作用について説明する。この第１の実施形態では、固定ネジ８を締め付けることで接続端子１０が集電板２の表面に押圧される。この押圧力により、接続端子１０と集電板２とが固定され、両者の導通が確保される。その結果、集電板２には圧縮方向の外力しか加わることが無い。

また、固定ネジ８で締め付ける強さを調整することができるので、適切な押圧力で接続端子１０を固定することができる。さらに、固定ネジ８を緩めることにより、電流ケーブル９は容易に燃料電池本体に着脱することが可能となる。

以上説明したように、第１の実施形態では、集電板２には圧縮方向の外力しか作用しないため、集電板２を炭素板や黒鉛板あるいは炭素質か黒鉛質を主体とする成型品などの非金属材料で構成した場合でも集電板２が容易に破損してしまうことが無い。また、固定ネジ８により接続端子１０を集電板２に押圧する力を加減することができる。よって、接続端子１０と集電板２の接触抵抗が低下することによる電気抵抗の増大を防止できる。さらに、電流ケーブル９を容易に燃料電池本体に着脱することが可能となり、組立て性に優れた燃料電池を提供することができる。

［第２の実施形態］
図３を用いて第２の実施形態の構成を説明する。図３は本発明による第２の実施形態における燃料電池の断面図である。

第２の実施形態の燃料電池においては、締付板３には集電板２が外部に露出する形で開口部６が形成されており、締付板３と接続端子１０に挟持されて固定バネ１１が設置されるとともに、接続端子１０は固定バネ１１と集電板２との間に挟持されている。ここで、固定バネ１１はバネ鋼を折り曲げて形成した板バネであり、バネの復元力により接続端子１０を集電板２に押し付けるように予め変形した状態で設置されている。

上記の構成を有する第２の実施形態における作用について説明する。この第２の実施形態では、弾性体からなる固定バネ１１の復元力により接続端子１０が集電板２に押圧され、接続端子１０と集電板２とが固定されると共に両者の導通が確保される。その結果、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態の構成でも集電板２には圧縮方向の外力しか加わることが無い。

また、固定バネ１１の弾性変形の復元力により電流ケーブル９が集電板２に押し付けられているため、ネジで固定している場合に比べて挟持する力が緩むことがない。さらに、固定バネ１１を取り外すか、固定バネ１１と集電板２に挟持された接続端子１０を引き抜くことにより、電流ケーブル９は容易に燃料電池本体に着脱することが可能となる。

以上説明したように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、集電板２には圧縮方向の外力しか作用しないため、集電板２を炭素板や黒鉛板あるいは炭素質か黒鉛質を主体とする成型品などの非金属材料で構成した場合でも集電板２が容易に破損してしまうことが無い。また、固定バネ１１の弾性変形の復元力を利用しているために、長期間挟持する力を持続可能である。よって、燃料電池の長期の運転において接続端子１０と集電板２の接触抵抗が低下することによる電気抵抗の増大を防止できる。さらに、電流ケーブル９を容易に燃料電池本体に着脱することが可能となり、組立て性に優れた燃料電池を提供することができる。

［第３の実施形態］
図４を用いて第３の実施形態の構成を説明する。第３の実施形態は、前記第１と第２の実施形態を組み合わせたもので、固定ネジ８の押圧力と固定バネ１１の復元力より接続端子１０を集電板２の表面に固定するものである。図４は本発明による第３の実施形態における燃料電池の断面図である。

第３の実施形態においては、締付板３には集電板２が外部に露出する形に形成された開口部６と開口部に面して設置されたネジ穴７が設置されており、ネジ穴７には固定ネジ８がねじ込まれている。さらに、電流ケーブル９の先端には接続端子１０が設置されており、固定ネジ８と接続端子１０に挟持されて固定バネ１１が設置される。すなわち、接続端子１０は固定バネ１１と集電板２との間に挟持されている。

上記の構成を有する第３の実施形態における作用について説明する。この第３の実施形態では、固定ネジ８は、固定ネジ８と集電板２の間のスペースを調整することになり、固定バネ１２がそのスペースに挟まる。固定ネジ８と集電板２の間にできたスペースに、配置された固定バネ１２の復元力により、接続端子１０が集電板２の表面に押圧される。この押圧力により、接続端子１０と集電板２とが固定され、両者の導通が確保される。その結果、第１，２の実施形態と同様に、第３の実施形態の構成でも集電板２には圧縮方向の外力しか加わることが無い。

また、固定バネ１１の弾性変形の復元力により接続端子１０が集電板２に押し付けられているため、長期間にわたり挟持する力が緩むことがない。さらに、固定バネ１１を取り外すか、固定バネ１１と集電板２に挟持された接続端子１０を引き抜くことにより、電流ケーブル９は容易に燃料電池本体に着脱することが可能となる。

以上説明したように、第３の実施形態では、第１，２の実施形態と同様に、集電板２には主に圧縮方向の外力しか作用しないため、集電板２を炭素板や黒鉛板あるいは炭素質か黒鉛質を主体とする成型品などの非金属材料で構成した場合でも集電板２が容易に破損してしまうことが無い。

また、固定ネジ８と固定バネ１０の両方を利用しているので、接続端子１０を集電板２に押圧する力を調整することが容易になる。例えば、固定ネジ８を捻じ込みすぎて集電板２に必要以上の力を加えることがなくなる。また、固定ネジ８により、固定ネジ８と集電板２の間のスペースは自由に調整することが可能になる。このため、固定バネ１０が開口部６と集電板２との間で復元力を加えられる大きさである必要がない。すなわち、固定バネ１０としては、開口部６と集電板２との間に入る大きさであるならば、様々な大きさのバネを利用することができるようになる。さらに、固定ネジ８が緩んだ場合でも、固定バネ１０の復元力により接続端子１０を集電板２との間に挟持しておくことが可能になる。そのため、長期の運転でも電流ケーブル９と集電板２の電気抵抗が増大しない高信頼性の燃料電池を提供することができる。

［他の実施形態］
以上で説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

（ａ）図２や図４における締付板３のネジ穴７は、締付板３に直接加工されたネジ穴でなくとも良い。例えば、ネジ穴を有する部品を締付板３に取り付けた構成としたりすることもできる。また、図３や図４における固定バネ１１も、バネ鋼を折り曲げて形成した板バネでなく、圧縮コイルやブロック状の弾性体で構成することも可能である。
（ｂ）本発明の実施形態では、図２〜４において、開口部６が締付板３の中央に設けられ、固定バネ１０または固定ネジ８により接続端子１０が集電板２の中央に固定されている。しかし、開口部６の位置や接続端子１０が固定させる場所は、例示であってこれらに限定されるものではない。例えば、開口部６の位置は、締付板３の中央である必要は無く、集電板２に接続端子１０を固定できる場所ならば、自由に設置することもできる。さらに、開口部６の向きも、図２〜４に示すように集電板に対して垂直で無くてもよく、図５に示すように集電板２に対して平行に設けることも可能である。

（ｃ）前記の実施形態では、電流ケーブル９と集電板２とを導通させるために、固定用部材により、電流ケーブル９に固定した接続端子１０を前記集電板２に押圧するとしているが、固定用部材により集電板２に押圧するものは、電流ケーブル９に固定した接続端子１０でなくともよい。例えば、図６に示すように、接続用の金具１３を集電板２に押圧するとすることもできる。すなわち、図６では接続用の金具１３は金属製のＬ字型の金物とし、電流ケーブル９に固定した接続端子１０と接続用の金具１３はネジや半田などで接続してもよい。

第１の実施形態にかかる燃料電池全体の斜視図 第１の実施形態にかかる燃料電池の締付板の開口部６付近の断面図 第２の実施形態にかかる燃料電池の締付板の開口部６付近の断面図 第３の実施形態にかかる燃料電池の締付板の開口部６付近の断面図 締付板の開口部６を締付板３の側面に設けた場合の実施形態の断面図 接続端子１０を接続用部材に固定する場合の実施形態の断面図 従来の燃料電池の締付板の開口部６付近の断面図

符号の説明

１…燃料電池積層体
２…集電板
３…締付板
４…タイロッド
５…ガスマニホールド
６…締付板の開口部
７…締付板のネジ穴
８…固定ネジ
９…電流ケーブル
１０…接続端子
１１…固定バネ
１２…止めネジ

Claims (5)

1. 単位電池を複数個積層することにより構成された燃料電池積層体と、
   前記燃料電池積層体の両端に設置した導電性の集電板と、
   前記燃料電池積層体と前記集電板を互いに近接する方向に締め付けて保持する締付板と、
   前記集電板に接続された電流ケーブルを備えた燃料電池において、
   前記締付板または前記締付板と前記集電板の間に固定用部材が配置され、
   前記固定用部材と前記集電板との間に前記電流ケーブル先端の接続部が配置され、
   前記固定用部材により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板の表面に押圧されて前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記固定用部材が前記締付板に設置された固定ネジであり、
   この固定ネジを締め付けることにより、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧されて、前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記固定用部材が、前記締付板と前記電流ケーブルとに挟持される弾性体からなる固定バネであり、
   この固定バネの弾性変形の復元力により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧されて、前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
4. 前記固定用部材が、前記締付板に設置された固定ネジとこの固定ネジの先端に隣接して設置された固定バネであり、
   前記固定ネジを締め付けることと前記固定バネの弾性変形の復元力により、前記電流ケーブル先端の接続部が前記集電板に押圧され前記電流ケーブルと前記集電板とが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
5. 前記電流ケーブル先端の接続部が、
   電流ケーブル先端に固定された端子または、この端子を固定した接続金具であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。

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