JP5593937B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
[形態1]
燃料電池装置であって、
積層された複数の単セルを備えるセル積層体における前記単セルの積層方向の両端に、一対のエンドプレートを配置して成る燃料電池スタックと、
ボルト締結によって前記一対のエンドプレートのうちの一方のエンドプレートに接続され、前記燃料電池スタックに対して流体を供給・排出する配管と、
を備え、
前記セル積層体内部には、該セル積層体を貫通して前記積層方向に平行な第1の方向に延出するように設けられた前記流体の流路である積層体内マニホールドが形成され、
前記一方のエンドプレート内部には、前記積層体内マニホールドに連通し、前記第1の方向に対して傾斜した第2の方向に延出するエンドプレート内マニホールドが形成され、
前記配管内には、前記エンドプレート内マニホールドに対して接続される配管内流路が形成され、
前記一方のエンドプレートは、前記セル積層体に接する第1の面と、積層方向外側の第2の面とを有し、
前記第2の面は、前記第1の面に平行な第1の領域と、前記エンドプレート内マニホールドが開口する部位を含み、前記第1の領域に対して傾斜して設けられた第2の領域と、を有し、
前記配管内流路における前記一方のエンドプレートとの接続部を含む部分は、
当該部分における延出方向が、前記一方のエンドプレートの前記第2の面の前記第2の領域に垂直であり、
前記第2の方向の前記第1の方向に対する角度を正負のうちの正の角度としたときに、前記第2の方向が前記第1の方向に対して成す角度以下の正の角度になるように、前記第1の方向に対して傾斜している
燃料電池装置。
形態1の燃料電池装置によれば、エンドプレート内において、配管をエンドプレートに接続するためのボルトとエンドプレート内マニホールドとの干渉を抑制することができる。そのため、ボルトの長さを確保して、エンドプレートに対する配管の締結強度を高めることができる。また、エンドプレート内マニホールドを積層方向に対して傾斜させることに起因する圧力損失の上昇を抑制することができる。
燃料電池装置であって、
積層された複数の単セルを備えるセル積層体の両端に、エンドプレートを配置して成る燃料電池スタックと、
ボルト締結によって前記燃料電池スタックの前記エンドプレートに接続され、前記燃料電池スタックに対して流体を供給・排出する配管と、
を備え、
前記セル積層体内部には、該セル積層体を貫通して延出するように設けられた前記流体の流路である積層体内マニホールドが形成され、
前記エンドプレート内部には、前記積層体内マニホールドに連通し、前記積層体内マニホールドが延出する方向に対して傾斜した角度に延出するエンドプレート内マニホールドが形成され、
前記配管内には、前記エンドプレート内マニホールドに対して接続される配管内流路が形成され、
前記配管内流路における前記エンドプレートとの接続部を含む部分は、当該部分における延出方向が、前記エンドプレートの面に垂直な方向に対して、前記エンドプレート内マニホールドが傾斜する方向と同じ方向に傾斜している
燃料電池装置。
適用例1記載の燃料電池装置であって、前記配管内流路における前記接続部を含む部分は、当該部分における延出方向が、前記エンドプレートの面に垂直な方向に対して、前記エンドプレート内マニホールドが傾斜する角度以下の角度で傾斜している燃料電池装置。適用例2に記載の燃料電池装置によれば、配管流路における接続部を含む部分の延出方向が傾斜する構成を、容易に実現可能となる。
適用例1または2記載の燃料電池装置であって、前記配管内流路における前記接続部を含む部分は、当該部分における延出方向が、前記エンドプレート内マニホールドの延出方向と平行になるように形成されている燃料電池装置。適用例3に記載の燃料電池装置によれば、エンドプレート内におけるボルトとエンドプレート内マニホールドとの干渉を抑制する効果を高めることができる。また、配管内流路とエンドプレート内マニホールドとを流体が流れる際の圧力損失を、より低くすることができる。
適用例1ないし3いずれか記載の燃料電池装置であって、前記配管は、前記エンドプレートに対して前記配管をボルト締結するためのフランジを端部に備え、前記エンドプレートは、前記エンドプレートの表面の内、前記フランジが固着される領域が、前記エンドプレートの面に対して傾斜した面として形成されている燃料電池装置。適用例4に記載の燃料電池装置によれば、エンドプレート表面に傾斜面が形成される領域を設けることにより、配管内流路の延出方向を、所望の方向にすることができる。
適用例1ないし4いずれか記載の燃料電池装置であって、前記エンドプレート内マニホールドの延出方向は、前記エンドプレート内マニホールドにおける前記セル積層体内側の開口部よりも、前記エンドプレート内マニホールドにおける前記接続部側の開口部の方が、前記エンドプレートの外周から離間するように傾斜している燃料電池装置。適用例5に記載の燃料電池装置によれば、エンドプレートにおける配管との接続部側の表面において、エンドプレート内マニホールドとエンドプレート外周との間の距離を、より長く確保することができる。そのため、配管との接続部側のエンドプレート表面において、ボルトを締結するためのスペースを、より大きく確保することができる。その結果、燃料電池スタックを大型化することなく、ボルト締結の強度に対する信頼性を高めることができる。
適用例1ないし5いずれか記載の燃料電池装置であって、前記流体は、水素を含有してアノードに供給される燃料ガス、酸素を含有してカソードに供給される酸化ガス、燃料電池を冷却する冷媒、から選択される流体である燃料電池装置。適用例6に記載の燃料電池装置によれば、燃料ガス、酸化ガス、冷媒から選択される流体の流路をエンドプレートに接続する際に、燃料電池スタックの大型化を抑えつつ、接続強度を充分に確保することが可能になる。
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池を構成する単セル10の構成の概略を表わす分解斜視図である。また、図2は、単セル10を積層して成る燃料電池スタック15の外観を表わす斜視図である。本実施例の燃料電池装置は、燃料電池スタック15と、燃料電池スタック15に対して流体を供給・排出する装置とを備えている。最初に、燃料電池スタック15の構成について説明する。
既述したように、燃料電池スタック15では、エンドプレート36に形成された孔部41〜46を介して、ガスあるいは冷媒の供給・排出が行なわれる。燃料ガス、酸化ガス、冷媒を供給・排出する装置は、各々、各流体を供給・排出するための配管を備え、各配管の先端部には、エンドプレート36に接続するための構造であるフランジが設けられている。図3は、図2に示す燃料電池スタック15における孔部41の近傍領域を拡大して示すと共に、孔部41に接続される冷媒供給装置が備える冷媒供給配管51の先端部分の構造を拡大して示す説明図である。
図2では、垂直方向をA方向、水平方向をB方向として表わしている。エンドプレート36において、孔部41,45あるいは孔部42,46の近傍の辺は、垂直方向の辺であり、孔部41〜43あるいは孔部44の近傍の辺は、水平方向の辺である。既述した第1実施例では、エンドプレート36において、孔部41〜43に対応するエンドプレート内マニホールド61を、積層体内マニホールド60に対して垂直方向下向きに傾斜させている。また、エンドプレート36において、孔部44に対応するエンドプレート内マニホールド61を、積層体内マニホールド60に対して垂直方向上向きに傾斜させている。これにより、燃料電池スタック15において、垂直方向の大型化を抑制している。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
エンドプレートに設けるボルト穴47の配置を、既述した第1ないし第3実施例とは異ならせても、同様の効果が得られる。図9(A)は、ボルト穴47を、第1ないし第3実施例と同様に配置した様子を表わす説明図である。また図9(B)は、ボルト穴47を、第1ないし第3実施例とは異なる配置とした様子を表わす説明図である。既述したように、傾斜領域を設けると共に、エンドプレート内マニホールドを傾斜させることによって、孔部(図9では孔部41)とエンドプレート外周(図9では辺Eと示す)との間の距離(図9では距離Gと示す)を確保して、ボルト穴47を設けるスペースを確保することができる。第1ないし第3実施例では、辺Eに近いボルト穴の中心を通る垂直方向の線(図9では線Fと示す)が、孔部41の中心を通っており、上記した距離Gを確保することによる効果が顕著に得られる。しかしながら、図9(B)のように、辺Eに近いボルト穴の中心を通る垂直方向の線(図9では線Fと示す)が、孔部41の中心を通っていなくても良い。ボルト穴47が、辺Eから距離Gの範囲内にあれば、同様の効果が得られる。
第1ないし第3実施例では、燃料電池スタックの一方の端部に配置されたエンドプレートにおいて、流体の供給・排出装置との間の接続を全て行なったが、異なる構成としても良い。燃料電池スタック内のマニホールドの内の少なくとも一部は、他方のエンドプレート側で開口することとしても良い。その場合には、双方のエンドプレートにおいて、エンドプレート外周からの距離を確保するように、エンドプレート内マニホールおよび傾斜領域を形成すればよい。
第1ないし第3実施例では、エンドプレート内マニホールド61と配管内流路62とは、一直線上に重なることとしたが、異なる構成としても良い。接続部近傍における配管内流路62の延出方向と積層体内マニホールド60の延出方向が成す角が、エンドプレート内マニホールド61の延出方向と積層体内マニホールド60の延出方向がなす角に近づくように、エンドプレートに傾斜面が設けられていればよい。例えば、接続部近傍における配管内流路62の延出方向を、積層方向に対して、エンドプレート内マニホールドの延出方向が傾斜する方向と同じ方向に傾斜させると共に、接続部近傍における配管内流路62の延出方向が積層方向との間に成す角度を、エンドプレート内マニホールドの延出方向が積層方向との間に成す角度以下とすれば良い。このような構成とすれば、ボルト55とエンドプレート内マニホールド61との干渉を避けることによりボルトの締結強度を高める同様の効果を得ることができる。
第1ないし第3実施例では、集電板30、絶縁板34、エンドプレート36に設けた孔部41〜46と、流体供給・排出装置の配管内の流路とは、断面の大きさが同じであって、互いに重なり合う形状としたが、異なる構成としても良い。流路の延出方向が、実施例と同様に傾斜するように各流路を形成するならば、同様の効果が得られる。ただし、流路内での圧力損失の上昇を抑えるためには、流路断面積を一様に形成することが望ましい。
第1ないし第3実施例では、ボルト締結の強度を確保するために、エンドプレート内マニホールドを、セル面の中心部よりに傾斜させることとしたが、異なる構成としても良い。いずれかの方向にエンドプレート内マニホールドを傾斜させる必要があるときに、配管との接続部において本願発明を適用し、エンドプレートに傾斜領域を設けるならば、エンドプレート内マニホールドとボルト穴との干渉を抑えることによる同様の効果が得られる。また、流路が折れ曲がることに起因する流体の圧損を抑える同様の効果が得られる。
15,215…燃料電池スタック
20…MEA
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
30,31…集電板
32,33…出力端子
34,35…絶縁板
36,37,136,236,336…エンドプレート
36a,36b,36c,36d,36e…傾斜領域
38…テンションプレート
39…ボルト
41〜46…孔部
47…ボルト穴
50…フランジ
51…冷媒供給配管
52…開口部
53…ボルト穴
54…Oリング溝
55…ボルト
60…積層体内マニホールド
61…エンドプレート内マニホールド
62…配管内流路
81〜86…孔部
87…凹部
88,89…溝
Claims (6)
- 燃料電池装置であって、
積層された複数の単セルを備えるセル積層体における前記単セルの積層方向の両端に、一対のエンドプレートを配置して成る燃料電池スタックと、
ボルト締結によって前記一対のエンドプレートのうちの一方のエンドプレートに接続され、前記燃料電池スタックに対して流体を供給・排出する配管と、
を備え、
前記セル積層体内部には、該セル積層体を貫通して前記積層方向に平行な第1の方向に延出するように設けられた前記流体の流路である積層体内マニホールドが形成され、
前記一方のエンドプレート内部には、前記積層体内マニホールドに連通し、前記第1の方向に対して傾斜した第2の方向に延出するエンドプレート内マニホールドが形成され、
前記配管内には、前記エンドプレート内マニホールドに対して接続される配管内流路が形成され、
前記一方のエンドプレートは、前記セル積層体に接する第1の面と、積層方向外側の第2の面とを有し、
前記第2の面は、前記第1の面に平行な第1の領域と、前記エンドプレート内マニホールドが開口する部位を含み、前記第1の領域に対して傾斜して設けられた第2の領域と、を有し、
前記配管内流路における前記一方のエンドプレートとの接続部を含む部分は、
当該部分における延出方向が、前記一方のエンドプレートの前記第2の面の前記第2の領域に垂直であり、
前記第2の方向の前記第1の方向に対する角度を正負のうちの正の角度としたときに、前記第2の方向が前記第1の方向に対して成す角度以下の正の角度になるように、前記第1の方向に対して傾斜している
燃料電池装置。 - 請求項1に記載の燃料電池装置であって、
前記配管内流路における前記接続部を含む部分は、当該部分における延出方向が、前記エンドプレート内マニホールドの延出方向と一致するように形成されている
燃料電池装置。 - 請求項1または2に記載の燃料電池装置であって、
前記配管は、前記一方のエンドプレートに対して前記配管をボルト締結するためのフランジを端部に備え、
前記フランジは、前記一方のエンドプレートの前記第2の面の前記第2の領域に固着される
燃料電池装置。 - 請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池装置であって、
前記エンドプレート内マニホールドの延出方向は、前記エンドプレート内マニホールドにおける前記セル積層体側の開口部よりも、前記エンドプレート内マニホールドにおける前記接続部側の開口部の方が、前記一方のエンドプレートの外周から離間するように傾斜している
燃料電池装置。 - 請求項1ないし4いずれか記載の燃料電池装置であって、
前記流体は、水素を含有してアノードに供給される燃料ガス、酸素を含有してカソードに供給される酸化ガス、燃料電池を冷却する冷媒、から選択される流体である
燃料電池装置。 - 積層された複数の単セルを備えるセル積層体の端部であって、前記単セルの積層方向両端のうちの一方の端部に配置される燃料電池用エンドプレートであって、
前記エンドプレートの内部に、前記エンドプレートを貫通すると共に、前記エンドプレートにおける前記セル積層体と接する第1の面に垂直な第1の方向に対して傾斜した第2の方向に延出するエンドプレート内マニホールドが形成され、
前記エンドプレートにおける前記積層方向外側に位置する第2の面は、前記第1の面に平行な第1の領域と、前記エンドプレート内マニホールドが開口する部位を含み、前記第1の領域に対して傾斜して設けられた第2の領域と、を有し、
前記第2の領域に垂直な第3の方向は、前記第1の方向に対する角度が、前記第2の方向の前記第1の方向に対する角度を正負のうちの正の角度としたときに、前記第2の方向が前記第1の方向に対して成す角度以下の正の角度になるように、前記第1の方向に対して傾斜している
エンドプレート。
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