JP4197931B2 - 固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 - Google Patents
固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4197931B2 JP4197931B2 JP2002345790A JP2002345790A JP4197931B2 JP 4197931 B2 JP4197931 B2 JP 4197931B2 JP 2002345790 A JP2002345790 A JP 2002345790A JP 2002345790 A JP2002345790 A JP 2002345790A JP 4197931 B2 JP4197931 B2 JP 4197931B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell stack
- load
- tie
- fuel cell
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関するものであり、詳しくはセルを積層した固体高分子形燃料電池スタックの締付構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のセルを積層したスタックを締め付ける燃料電池の締付装置については、図1(特許文献1の第1図を引用)に示すものがある。これは、曲面部38aを設けた加圧板35a、35bを、曲面部38aが溶融塩形のスタック31の反対方向を向くようにスタック31の両側に配置し、さらに、曲面部38aを加圧板35a、35bとで挟むように曲面部38aの上方に加圧ビーム32a、32bを配置し、さらに、加圧ビーム32a、32bの両側を貫通した締付ロッド33で締め付けることにより、曲面部38aを介してスタック31を加圧固定させたものである(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、図2(特許文献2の第1図を引用)に示すように、単電池1とセパレータ2との間に介在されるスペーサ3とを交互に積層してなる平板型固体電解質燃料電池にその積層方向に圧縮加重を加える装置において、燃料電池を載置する下部架台5と、下部架台5上に燃料電池の最上面のほぼ中央部に載せた球体10と、球体10の上に載置した上部架台6と、下部架台5と上部架台6を接近させることにより両架台間に挟持された燃料電池に積層方向の圧縮加重を加えるものもある(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−259916号公報(第3頁、第1図)
【特許文献2】
特開平9−139223号公報(第3頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1(特開平9−259916号公報)の燃料電池の締付装置では、スタック31を挟んで設けられた1対の加圧ビーム32a、32bのそれぞれの両端に設けられた締付ロッド33の貫通穴と、1対の加圧ビームのそれぞれで加圧される加圧板35a、35bに設けられた曲面部38aの位置関係を見ると、締付ロッドの貫通穴同士を結ぶ方向と曲面部38a同士を結ぶ方向とが同一に設けられている。この場合、1対の加圧ビーム32a、32bの両端の締付ロッドによる締付圧に差があると、曲面部38aに加わる荷重の均衡が崩れ、締付圧の大きい締付ロッドの方向にある曲面部38aに、荷重の移動が生じることになり、スタック31を構成するセル同士の接触面での面内の接触圧の分布が不均一になってしまう。その結果、セル間で発生する反応ガスや冷却水の漏れ、応力ひずみで生じるセルの機械的破損、セル同士の接触圧が低い部分で生じる接触抵抗の増加に伴うセル間の電力伝達損失による発電効率の低下などの問題が生じる可能性がある。
【0006】
また、上記特許文献2(特開平9−139223号公報)の平板型固体電解質燃料電池では、単電池1とセパレータ2との間に介在されるスペーサ3とを交互に積層した燃料電池に、燃料電池の積層方向の両端に配置された下部架台5と球体10とで圧縮荷重が加えられている。この状態では、球体10による荷重は燃料電池の最も外側のセパレータ2の中心付近に点荷重として加えられており、点荷重を受けたセパレータ2が点荷重を単電池1の積層方向に、均一な分布の面荷重として伝達するためには、点荷重を受けたセパレータ2が自身内で点荷重を均一な分布の面荷重になるように分散することが必要である。そのためには、点荷重を受けても変形しない材料、形状などを考慮した堅牢なセパレータ2が必要となり、その結果、燃料電池の重量化、大型化が避けられない問題となる。また、容量の大きい燃料電池を実現するための手段として積層される単電池1の面積を大きくする方法があるが、単位面積当たり一定荷重を確保するためには、単電池1の面積が大きくなるにしたがって球体10による荷重の増加、及び、さらなる堅牢なセパレータ2が要求さる。従って、燃料電池の大容量化に伴って、重量化、大型化が相乗的に進行することになる。また、さらに大容量化が大きく進んだ場合には、均一分布の面荷重の確保が難しくなることも考えられ、その場合には、上記特許文献1(特開平9−259916号公報)ついて述べた問題点が生じる可能性も否定できない。
本発明は、上記問題に鑑みて創案なされたものであり、小型、軽量、高品質、低コストで、セル間の電力伝達損失を少なくして発電効率を向上させた個体高分子形燃料電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、セルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の両側に配置されたエンドプレートと、前記エンドプレートを挟んで前記セル積層体と反対側に配置され、前記エンドプレートを介して前記積層方向に圧縮荷重を加えるタイプレートとを具備し、前記タイプレートは前記セル積層体の積層方向の片側に複数設けられ、且つ、前記セル積層体を挟んで対称な位置に対称な配置で設けられると共に、前記タイプレートに、前記セル積層体を該セル積層体の積層方向と直交する面で切断した切断面の長手方向の中心線上に荷重点を設けて、且つ、前記タイプレートに、前記荷重点を結ぶ直線方向と直交する方向の中心線上にタイロッドを通す貫通穴を配設することにより、前記荷重点を結ぶ方向への荷重点の移動をなくすようにしたことを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記タイプレートに、2ヶ所の荷重点が設けられたことを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項2において、片側に配置された前記タイプレートの数は、片側に配置されたタイプレートに設けられた荷重点の総数以下であることを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図3乃至図6を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0013】
図3は、本発明に係る固体高分子形燃料電池スタックの締付構造の実施例を示す分解斜視図、図4は組立斜視図であるが、ここでは図3について説明する。この実施例の固体高分子形燃料電池のスタックモジュール30は、(図示していないが)中心となる高分子電解質膜を両側から触媒電極となる燃料極と空気極とで挟み、その外側に集電材として多孔質の支持層を、さらにその外側に水素や酸素の反応ガスの供給通路を設けたセパレータを配置し、一体化してセルが構成されている。そして、前記構成のセルを積層したスタック部20を中心に、外側に向かって順次それぞれ1対の、スタック部20で発電した電気を外部に取り出すための集電板21、電気的な絶縁を確保するためのインシュレータ23、スタック部20に面内均一な圧縮荷重を加えるためのエンドプレート24が配置され、最も外側にはエンドプレート24に荷重を加えるための片側に2枚のタイプレート25が配置されている。そして、2枚のタイプレート25のそれぞれスタック部20を挟んで対称な位置に対称に配置された1対のタイプレート25の両端部に貫通孔71が設けられ、両端部にネジ部26が設けられたタイロッド27の両端部を1対のタイプレート間を結んで貫通させて外側からナット28で締め付けることのより、スタック部20、集電板21、インシュレータ23、エンドプレート24、タイプレート25に圧縮荷重を加えた状態で一体化したものである。
【0014】
ここで、タイプレート25とエンドプレート24について詳しく説明する。タイプレート25は、スタックモジュール30の最も外側に配置されて、エンドプレート24に与えるための荷重を保持する働きと、保持した荷重をエンドプレート24に伝達し、荷重を受けたエンドプレート24がスタック部20に均一な分布の面荷重として加圧する働きを与えている。後者の働きは、タイプレート25のスタック部20方向に、スタック部20をスタック部20のセル積層方向と直交する面で切断した切断面の長手方向の中心線上に荷重点29を設け、この荷重点29でエンドプレート24に荷重を加えることによりスタック部20に面の圧縮荷重として加えるものである。点荷重を与える構成は、図5に示すように、タイプレート25の荷重点の位置に設けられたネジ孔60にスタック部の反対方向からスタック部に向けてネジ61を螺嵌し、タイプレート25のスタック部20方向に飛び出したネジ部62にカラー63を差込み、その上から皿バネ64を差込んだものである。また、エンドプレート24のタイプレート側の面には、タイプレート25の荷重点29に対応する位置にガイド穴70が設けられていおり、タイプレート25の荷重点29から飛び出したネジ部62をエンドプレート24に設けられたガイド穴70に差込み、荷重を加えることによりネジ部62に取り付けられた皿バネ64を介してエンドプレート24に荷重が伝達されるようになっている。一方前者の働きは、上述したように、片側に配置された2枚のタイプレート25のそれぞれスタック部20を挟んで対称な位置に対称に配置された1対のタイプレート25の両端部に貫通孔71を設け、両端部にネジ部26が設けられたタイロッド27の両端部を両タイプレート25間を結んで貫通させて外側からナット28で締め付けられている。そして、タイプレート25の両端面に設けられた2ヶ所の貫通穴71を結ぶ方向は、図6のようにタイプレートの荷重点29を結ぶ方向と直交する方向の中心線上に設けられている。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体高分子形燃料電池スタックの締付構造は、セルを積層したスタック部に圧縮荷重を加えるためのタイプレートが片側複数に分割された構成になっておる。これにより、必要な圧縮荷重は、分割されたタイプレートに分散され、1枚のタイプレートに求められる荷重が軽減できるため、タイプレートに要求される堅牢の度合が緩和され、スタックモジュールの小型、軽量化に寄与するものである。
【0016】
また、タイプレートを分割したことによって、一枚のタイプレートの大きさを小さくでき、製造時の公差を少なく設定できる。従って製品の組み立て精度が向上し、品質、性能が一定したものを再現よく製造することができる。
【0017】
また、タイプレートを分割したことによって 一枚のタイプレートの点荷重となるバネやタイプレートなどに取付誤差があったとしても、他のタイプレートで調整し補償して均等な荷重を確保することがでるため、余裕をもった設計、製造が可能となる。
【0018】
また、寸法の異なる複数の製品をシリーズ化して製品のラインアップを図る場合、タイプレート1枚で機能させると、製品ごとにタイプレートの設計、製造を行なわなければならない。それに対し、タイプレートが分割されたことにより小型になったため、設計条件に多少の制限はあるものの、共通部品として使用することが可能となり、設計工数の低減、多量生産によるコスト低減に結びつく。
【0019】
また、圧縮荷重の調整が1枚のタイプレートにつき2ヶ所ででるため調整が簡単になると同時に、1枚のタイプレートで3ヶ所以上の荷重調整が必要な場合に起こる調整不良からくる面のひずみによるセルの破損が防止できる。
【0020】
また、エンドプレートのタイプレート側の面にタイプレートの荷重点に対応する位置にガイド穴を設け、タイプレートの荷重点から飛び出したネジ部をエンドプレートに設けられたガイド穴に差込んでタイプレートの荷重を加えるようにしたことにより、タイプレートの荷重点をエンドプレートの決められた位置に容易に、且つ、正確に合わせることができる。従って組み立て効率が向上し、低価格化に繋がる。
【0021】
また、タイプレートのスタック部方向に、スタック部をスタック部のセル積層方向と直交する面で切断した切断面の長手方向の中心線上に荷重点を設け、この荷重点でエンドプレートに荷重を加えるようにしてあるため、荷重点を結ぶ方向に直行する方向に設けられたタイロッドの締付力の均衡が多少崩れていても、荷重点を結ぶ方向への荷重点の移動はなく、タイロッドの締め付け方向への荷重の移動もタイロッドの締め付け力の差に比較してきわめて小さい。したがって、タイロッドの締め付け調整が簡便で、セル同士の接触面での面内の接触圧の分布が不均一になってしまうことによるセル間で発生する反応ガスや冷却水の漏れ、応力ひずみで生じるセルの機械的破損、セル同士の接触圧が低い部分で生じる接触抵抗の増加に伴うセル間の電力伝達損失による発電効率の低下などの問題がなく、信頼性が高く、発電効率が良く、安定な性能が確保できると同時に、多量の生産にあたっては、簡便な荷重調整による製造コストの低減、性能にバラツキが少ないため、再現性のある製品が製造できるなど、きわめて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考文献1(特開平9−259916号公報)に第1図として記載されたものである。
【図2】参考文献2(特開平9−139223号公報)に第1図として記載されたものである。
【図3】本発明に係わる固体高分子形燃料電池スタックの締付構造の実施例を示す分解斜視図である。
【図4】本発明に係わる固体高分子形燃料電池スタックの締付構造の実施例を示す組立斜視図である。
【図5】本発明に係わる固体高分子形燃料電池スタックの締付構造の実施例の一部分を示す部分側面図である。
【図6】本発明に係わる固体高分子形燃料電池スタックの締付構造の実施例における荷重点と貫通穴との位置関係を示す参考図である。
【符号の説明】
20 スタック部
21 集電板
23 インシュレータ
24 エンドプレート
25 タイプレート
26 ネジ部
27 タイロッド
28 ナット
29 荷重点
30 スタックモジュール
70 ガイド穴
Claims (3)
- セルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の両側に配置されたエンドプレートと、前記エンドプレートを挟んで前記セル積層体と反対側に配置され、前記エンドプレートを介して前記積層方向に圧縮荷重を加えるタイプレートとを具備し、前記タイプレートは前記セル積層体の積層方向の片側に複数設けられ、且つ、前記セル積層体を挟んで対称な位置に対称な配置で設けられると共に、前記タイプレートに、前記セル積層体を該セル積層体の積層方向と直交する面で切断した切断面の長手方向の中心線上に荷重点を設けて、且つ、前記タイプレートに、前記荷重点を結ぶ直線方向と直交する方向の中心線上にタイロッドを通す貫通穴を配設することにより、前記荷重点を結ぶ方向への荷重点の移動をなくすようにしたことを特徴とする固体高分子形燃料電池スタックの締付構造。
- 前記タイプレートに、2ヶ所の荷重点が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の固体高分子形燃料電池スタックの締付構造。
- 片側に配置された前記タイプレートの数は、片側に配置されたタイプレートに設けられた荷重点の総数以下であることを特徴とする請求項2に記載の固体高分子形燃料電池スタックの締付構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002345790A JP4197931B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002345790A JP4197931B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004179057A JP2004179057A (ja) | 2004-06-24 |
JP4197931B2 true JP4197931B2 (ja) | 2008-12-17 |
Family
ID=32706882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002345790A Expired - Fee Related JP4197931B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4197931B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4235605B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2009-03-11 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
KR100709212B1 (ko) | 2005-04-20 | 2007-04-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 스택 |
CN110534786B (zh) * | 2019-09-27 | 2024-08-02 | 北京中氢绿能科技有限公司 | 燃料电池装配构件、燃料电池堆栈和燃料电池装配方法 |
JP7174789B2 (ja) * | 2021-02-24 | 2022-11-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法 |
FR3142612A1 (fr) * | 2022-11-24 | 2024-05-31 | Symbio France | Pile à combustible |
-
2002
- 2002-11-28 JP JP2002345790A patent/JP4197931B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004179057A (ja) | 2004-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3516892B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池スタック | |
US6190793B1 (en) | Electrochemical fuel cell stack with an improved compression assembly | |
US20050186462A1 (en) | PEM fuel cell stack with floating current collector plates | |
JP4031860B2 (ja) | 締め付け構造を有する燃料電池 | |
JP5256683B2 (ja) | 積層体の加圧構造 | |
US20110200862A1 (en) | Battery module | |
JP2008508688A (ja) | 締付け装置を備えた燃料電池スタック | |
WO2015098382A1 (ja) | 蓄電モジュールユニット及び蓄電モジュールユニットの製造方法 | |
US9190686B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2566757B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4197931B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池スタックの締付構造 | |
JP3870723B2 (ja) | 燃料電池収容ケース | |
JP4174022B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP4911951B2 (ja) | 燃料電池及びその製造方法 | |
JP2003151612A (ja) | 燃料電池 | |
JP4789478B2 (ja) | 燃料電池スタック及びその組み付け方法 | |
JP5372860B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
WO1995028010A1 (en) | Electrochemical fuel cell stack with compact, centrally disposed compression mechanism | |
CN2554805Y (zh) | 一种具有均匀紧固压力的燃料电池堆 | |
JP7455712B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4417204B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP2004127778A (ja) | 燃料電池 | |
JP2005235408A (ja) | 燃料電池及びセル積層体の長さ測定方法 | |
JP2000067887A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2008108485A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050201 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080415 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080612 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080902 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080930 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010 Year of fee payment: 5 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314531 |
|
S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314805 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314531 |
|
S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314805 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |