JP4598883B2 - 高分子電解質型燃料電池スタック - Google Patents
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Description
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも1つの第1連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第2連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第1連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第2連結部とを組み合わせた状態で、前記第1連結部と前記第2連結部とを、前記積層体の積層方向に1本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタックを提供する。
図3A及び図3Bに、本実施形態の第1実施例及びその変形例における燃料電池スタック1の断面平面図を示す。セル積層体7の上下面に集電板3をそれぞれ配置し、セル積層体7の下側の一方の集電板3付近に配管5を配置して端板4Aで押さえ、上側のもう一方の集電板3の上には多数の内側バネ6を配置して、上下の端板4A,4Bにより挟まれている。セル2と同じ幅のバンド本体部8c,8dを有する2枚のバンド8A,8Bで締結対象部材の全体を覆い、一例として、2本のピン10でバンド8A,8Bを連結することにより締結される構造としている。バンド8A,8Bとピン10で組立完了時に、集電板3上の多数の内側バネ6がセル積層体7と端板4Bとの間で圧縮され、一例として、セル積層体7に例えば10kN前後の荷重が負荷される構造としている。ここで、端板4A,4Bは、バンド8A,8Bで締結時にセル2の平面内に均等に荷重が負荷されるように、セル2側は平坦部4aとし、バンド8A,8B側は、中央部分のバンド8A,8Bのバンド本体部8c,8dと密着する部分は平坦部4bとし、その両側のバンド8A,8Bの後述する側板部8e,8fと接触する部分は弧を描くような湾曲面部4cとするような形状とし、ポリフェニレンサルファイド樹脂で成形している。平坦部4bの両側の湾曲面部4cの曲率は同じとし、平坦部4aと平坦部4bとは平行に配置されて、バンド8A,8Bから端板4A,4Bを介して均等な締め付け力をセル積層体7に付加するように構成している。特に、両方の端板4A,4Bの角部に対応する部分を湾曲面部4cとし、かつ、後述するように、バンド8A,8Bの側板部8e,8fが湾曲面部4cに沿うように配置可能としているので、湾曲面部ではなく、2つの平面が交わって角が立つような端板では、角の存在により、バンドからの均等な締結力がセル積層体7に付加しにくいといった課題を確実に解消することができる。本第1実施例では、絶縁も兼ねた端板4A,4Bの材料として熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を使用しているが、熱硬化樹脂であるフェノール樹脂、又は、アルミニウムなどの金属板などと絶縁用の樹脂板とを併用して、端板4A,4Bとして用いても良い。また、本第1実施例では、片側の集電板3上にバネ6を配置したが、両側の集電板3上にバネ6を配置してもよい。
ピン10の断面形状は、第1実施例の円形に限らず、任意の形状でもよく、以下、円形以外の形状の例について説明する。例えば、図8の(1)は、比較のため、図6の(1)と同じであって、第1実施例の円形断面形状を有するピン10Aを使用して連結部9を連結する状態の断面平面図である。
図8の(4)は、前記実施形態の第3実施例におけるバンド8の連結部9付近の拡大断面平面図を示している。バンド8の連結部9を締結するために、同じ種類のピン10Gを数本使用することで、締結荷重を調節することができる。本第3実施例では、セル積層体7の厚みが薄い場合にピン10Gを連結部9と連結部9との連結部分の一箇所に、すなわち、連結部9の1つの貫通穴9aに2本挿入して、ピン10Gの直径長さ分だけのセル積層体7の厚みばらつきに対応して、締結荷重を調節させることができる。スタック3の体積は増加せず、さらに、直径及び断面形状が異なる種類のピン10を準備する必要もなく、スタック組立を完成することが出来るために、有効である。複数種類のピン10を準備する必要もないため、少ない部品数で製造することができ、組立性も向上するという効果がある。
Claims (8)
- 高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、
前記積層体を、U字状に湾曲した板状の一対の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記一対の締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、
前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも1つの第1連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第2連結部とを有し、
前記一方の締結部材に形成された前記第1連結部と前記他方の締結部材に形成された前記複数の第2連結部とを組み合わせた状態で、前記第1連結部と前記第2連結部とを、前記積層体の積層方向と直交する方向に1本のピン部材で連結して前記一対の締結部材を連結する高分子電解質型燃料電池スタック。 - 各一端部の前記第1連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第2連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
- 各連結部は、前記ピン部材を貫通させる穴を形成する、両端が互いに固定された帯状部材で構成される、請求項2に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
- 前記一対の締結部材のそれぞれの前記一端部での前記連結部の配置位置は同じであり、前記一対の締結部材のそれぞれの前記他端部での前記連結部の配置位置も同じでかつ前記一端部での前記連結部の配置位置とは互い違いに異なる、請求項1〜3のいずれか1つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
- 前記ピン部材は、長手方向に対して直交する断面形状が円形もしくは長丸の形状を有する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
- 前記締結部材の連結箇所1つにつき、前記ピン部材として複数本を用いる、請求項1〜2のいずれか1つに記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
- 高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極層を、一対のセパレータにより挟んだ単電池モジュールを複数層積層させて積層体とし、
前記積層体を、U字状に湾曲した板状の締結部材を含む少なくとも3個の板状の締結部材内に収容する燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の両端には一対の端板が配置され、前記締結部材のそれぞれは、前記端板の平坦部の外面と密着可能でかつ前記端板の外面のうち前記積層体の積層方向に形成されるベース板と、前記ベース板から前記積層体の両側方に連続的に延出する側板とで構成され、
前記側板の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された少なくとも1つの第1連結部と、前記側板の他端部の縁部であり、かつ、前記積層体の積層方向に配置された複数の第2連結部とを有し、
前記締結部材の連結箇所は3箇所であり、前記3個の締結部材のうち隣接する2つの締結部材において、一方の締結部材に形成された前記第1連結部と他方の締結部材に形成された前記複数の第2連結部とを組み合わせた状態で、前記第1連結部と前記第2連結部とを、前記積層体の積層方向と直交する方向に1本のピン部材で連結して前記2つの締結部材を連結することにより、各連結箇所で締結している、高分子電解質型燃料電池スタック。 - 各一端部の前記第1連結部の貫通穴と前記他端部の前記複数の第2連結部の貫通穴との重なり合った部分に前記ピン部材を貫通させて、前記ピン部材により、各締結部材の各一端部と各他端部とを互いに連結する、請求項7に記載の高分子電解質型燃料電池スタック。
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