JP5834059B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
[形態1]燃料電池であって、
複数の燃料電池セルが積層された構造を有する積層体と、
前記複数の燃料電池セルの積層方向に沿って延設され、前記積層体を前記積層方向に締結するための締結支持部であって、前記積層体の前記積層方向に沿った外周面の少なくとも一部を覆う外面カバーを有する締結支持部と、
ダイラタント流体を含み、前記積層体と前記締結支持部との間において、前記複数の燃料電池セルのうちの前記積層方向に沿って連続する複数の燃料電池セルに対応する位置に配置されている衝撃伝達部と、
を備え、
前記衝撃伝達部は、
前記積層方向と水平方向とが一致するように前記積層体が載置された状態において、前記積層体の底面と、前記積層方向に沿った前記積層体の2つの側面の下方側の少なくとも一部と、を連続して覆う衝撃支持フィルムと、
前記衝撃支持フィルムと前記外面カバーの内側面との間の空間に収容されている前記ダイラタント流体と、
を有し、
前記積層方向と水平方向とが一致するように前記積層体が載置された状態において、前記衝撃支持フィルムの上方の端部は、開放端として構成され、前記空間への開口を形成する、燃料電池。
図1は、本発明の第1実施形態としての燃料電池の構成を示す分解斜視図である。図2は、第1実施形態の燃料電池の断面図である。図2では、図1における1−1断面を示す。図1に示すように、燃料電池100は、積層体101と、変形吸収部102と、一対のターミナルプレート120と、4つの締結支持部材130と、4つの衝撃保護体20と、第1外面カバー161と、第2外面カバー162とを備えている。また、図2に示すように、燃料電池100は、4つの衝撃伝達部10を備えている。燃料電池100は、反応ガス(燃料ガスおよび酸化剤ガス)の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、電気自動車等に搭載されて用いられる。
図4は、第2実施形態の燃料電池の断面図である。第2実施形態の燃料電池100aは、第1外面カバー161に接合されている3つの衝撃伝達部10に代えて、第2衝撃伝達部17を備えている点において、第1実施形態の燃料電池100と異なり、他の構成は、燃料電池100と同じであるので、詳細な説明を省略する。なお、第2実施形態では、第1実施形態における衝撃伝達部10を、「第1衝撃伝達部10」と呼ぶ。
図5は、第3実施形態の燃料電池の分解斜視図である。第3実施形態の燃料電池100bは、第2外面カバー162に代えて第2外面カバー162aを備えている点と、4つの衝撃伝達部10に代えて第3衝撃伝達部10aおよび第4衝撃伝達部17aを備えている点と、4つの衝撃保護体20に代えて4つの衝撃保護体20aを備えている点とにおいて、第1実施形態の燃料電池100と異なり、他の構成は、燃料電池100と同じである。
図6は、第4実施形態の燃料電池の断面図である。第4実施形態の燃料電池100cは、4つの衝撃伝達部10に代えて、20個の衝撃伝達部10bを備えている点と、4つの衝撃保護体20に代えて、4つの衝撃保護体30を備えている点とにおいて、第1実施形態の燃料電池100と異なり、他の構成は、燃料電池100と同じであるので、詳細な説明を省略する。
図8は、第5実施形態における燃料電池の構成を示す分解斜視図である。第5実施形態の燃料電池100dは、積層体101aおよび変形吸収部102の内部に締結支持マニホールドが形成されている点と、4つの締結支持部材130に代えて2つの締結支持部材41、42を備えている点と、4つの衝撃伝達部10に代えて2つの衝撃伝達部10cを備えている点と、4つの衝撃保護体20に代えて2つの衝撃保護体31を備えている点とにおいて、第1実施形態の燃料電池100と異なり、他の構成は、燃料電池100と同じである。
F1.変形例1:
各実施形態における燃料電池100、100a〜100dの構成は、あくまでも一例であり、種々変形可能である。例えば、第1実施形態の袋体11は開口が設けられ、かかる開口が第2外面カバー162の天井面S1または第1外面カバー161の側面S2、側面S3および底面S4に接合されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、袋体11の開口が、第1外面カバー161および第2外面カバー162に代えて、積層体101の表面または衝撃保護体20に接合されていてもよい。また、例えば、予めダイラタント流体12が充填された密封された(開口を有さない)袋体を衝撃伝達部10として用い、かかる衝撃伝達部10を、積層体101(衝撃保護体20)と第1外面カバー161との間、および積層体101(衝撃保護体20)と第2外面カバー162との間に配置してもよい。この構成において、衝撃伝達部10と第1外面カバー161との間、および衝撃伝達部10と第2外面カバー162との間を接合しなくてもよい。また、この構成において、袋体11内に全く余裕がないようにダイラタント流体12を充填する構成に加えて、余裕をもってダイラタント流体12を充填する(袋体11内の体積よりも少ない体積のダイラタント流体12を充填する)構成を採用してもよい。袋体11に余裕を持ってダイラタント流体12を充填する構成においては、袋体11を、空気透過性が高く、かつ、ダイラタント流体12の透過性が低い材料により形成することにより、外部から急激な力が加えられた際に、袋体11内の空気を外部に逃がすることができる。このため、かかる袋体11を用いた衝撃保護体は、第1実施形態の衝撃保護体20と同様な作用および効果を奏することができる。
図10は、変形例における衝撃伝達部10dの外観形状を示す説明図である。第4実施形態の衝撃伝達部10bの外観形状は、図7に示すように、断面が半楕円形状の柱状の外観形状であったが、本発明はこれに限定されるものではない。図10に示すように、衝撃伝達部10dは、略円錐状の外観形状を有し、先端部は衝撃保護体30に接し、底部に形成されている開口は、第2外面カバー162の天井面S1または第1外面カバー161の側面S2、側面S3および底面S4に接合されている。なお、図10では、衝撃伝達部10d、および衝撃伝達部10dと接合されている面のみを表わし、他の部位は省略している。
各実施形態の衝撃伝達部10,10a〜10dの積層方向SDに沿った長さは、適宜変更してもよい。例えば、第1実施形態の衝撃伝達部10、第4実施形態の衝撃伝達部10b、第5実施形態の衝撃伝達部10cの積層方向SDに沿った長さを、積層体101または積層体101aの積層方向SDに沿った長さよりも短くしてもよい。この構成では、各衝撃伝達部10、10b、10cを、積層体101または積層体101aの積層方向に沿った中央部分に対応する位置に配置することが好ましい。また、図10に示す変形例の燃料電池において、衝撃伝達部10dが配置されている領域の積層方向SDに沿った長さを、積層体101の積層方向SDに沿った長さよりも短くしてもよい。この構成においても、衝撃伝達部10dが配置される領域を、積層体101の積層方向に沿った中央部分に対応する位置に配置することが好ましい。
各実施形態では、ダイラタント流体12、12a〜12dは、いずれもシリコーンオイルとホウ酸の混合物に、微量の触媒を加えて高温環境下において混練および乾燥させて得られる材料を用いていたが、本発明はこれに限定されるものではない。任意の「流体と固形粉体の混合物」を、ダイラタント流体12、12a〜12dの材料として用いることができる。流体としては、上述した「シリコーンオイルとホウ酸の混合物に、微量の触媒を加えて高温環境下において混練および乾燥させて得られる材料」の他、水を採用することもできる。また、固形粉体として、シリカや、樹脂粉体や、砂や、片栗粉などを採用することもできる。
各実施形態では、積層体101,101aの積層方向SDに沿った4つの面S10〜S40は、いずれも第1外面カバー161および第2外面カバー162により全て覆われていたが、これらの4つの面のうち、少なくとも1つの面は、第1外面カバー161または第2外面カバー162により部分的に覆われる構成を採用してもよい。このような構成においても、かかる面において、第1外面カバー161または第2外面カバー162により覆われる部分に対応して、衝撃伝達部10,10a〜10dが配置されることにより、各燃料電池セル110,110aの位置ずれを抑制できる。
第2実施形態において、衝撃支持フィルム15の端部21のZ軸方向位置は、燃料電池セル110の第4側面S40のZ軸方向の位置にほぼ等しかったが、本発明はこれに限定されるものではない。衝撃支持フィルム15の端部21のZ軸方向位置を、燃料電池セル110の第4側面S40のZ軸方向の位置よりも−Z方向にずれた位置(すなわち、鉛直下方の位置)としてもよい。すなわち一般には、衝撃支持フィルム15として、積層体101の第1側面S10と、積層体101の第2側面S20における鉛直下方側の少なくとも一部と、積層体101の第3側面S30における鉛直下方側の少なくとも一部とを連続して覆う布状部材を、本発明の燃料電池に採用してもよい。
第2実施形態において、衝撃支持フィルム15の端部21は自由端であったが、端部21を、第1外面カバー161と第2外面カバー162と積層体101とのうちのいずれかに接合させ、開口を有しない構成としてもよい。同様に、第3実施形態において、衝撃支持フィルム15aの+Z方向の端を、第1外面カバー161または第2外面カバー162に接合させ、開口22aを設けない構成としてもよい。
各実施形態では、燃料電池100、100a−100dは、電気自動車に搭載されていたが、電気自動車に代えて、ハイブリッド自動車や、船舶や、ロボットなどの各種移動体に適用することもできる。また、燃料電池100および100aを定置型電源として用いることもできる。
各実施形態では、燃料電池100、100a−100dが載置された状態において、X軸方向およびY軸方向(+Y方向および−Y方向)は、水平面と平行な方向であり、また、+Z方向は鉛直上方向を示し、−Z方向は鉛直下方向を示していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、X軸方向およびY軸方向は、水平面と交わる面と平行な方向であってもよい。また、Z軸方向は、鉛直方向からずれた方向であってもよい。換言すると、燃料電池100、100a−100dの第1側面S10および第4側面S40が水平面と平行でなくてもよい。また、燃料電池100、100a−100dの第2側面S20および第3側面S30が鉛直方向と平行でなくてもよい。
10a…第3衝撃伝達部
10b,10c,10d…衝撃伝達部
11,11a〜11d…袋体
12,12a〜12d…ダイラタント流体
15,15a…衝撃支持フィルム
16,16a…ダイラタント流体
17…第2衝撃伝達部
17a…第4衝撃伝達部
18…側壁部
19…主壁部
20,20a…衝撃保護体
21…端部
22,22a…開口
30…衝撃保護体
31…衝撃保護体
41,42…締結支持部材
57…締結支持マニホールド
100,100a〜100d…燃料電池
101,101a…積層体
102…変形吸収部
110,110a…燃料電池セル
111…膜電極接合体
112…セパレータ
120…ターミナルプレート
121…接続口
130…締結支持部材
151…酸化剤ガス供給流路
152…酸化剤ガス排出流路
153…燃料ガス供給路
154…燃料ガス排出流路
155…冷却媒体供給流路
156…冷却媒体排出流路
157,158…貫通孔
161…第1外面カバー
162,162a…第2外面カバー
163…貫通孔
190…縁部
500…サイドメンバ
S1…天井面
S2…側面
S3…側面
S4…底面
FB…応力
SD…積層方向
Fg…慣性力
S10…第1側面
S20…第2側面
S30…第3側面
S40…第4側面
Claims (3)
- 燃料電池であって、
複数の燃料電池セルが積層された構造を有する積層体と、
前記複数の燃料電池セルの積層方向に沿って延設され、前記積層体を前記積層方向に締結するための締結支持部であって、前記積層体の前記積層方向に沿った外周面の少なくとも一部を覆う外面カバーを有する締結支持部と、
ダイラタント流体を含み、前記積層体と前記締結支持部との間において、前記複数の燃料電池セルのうちの前記積層方向に沿って連続する複数の燃料電池セルに対応する位置に配置されている衝撃伝達部と、
を備え、
前記衝撃伝達部は、
前記積層方向と水平方向とが一致するように前記積層体が載置された状態において、前記積層体の底面と、前記積層方向に沿った前記積層体の2つの側面の下方側の少なくとも一部と、を連続して覆う衝撃支持フィルムと、
前記衝撃支持フィルムと前記外面カバーの内側面との間の空間に収容されている前記ダイラタント流体と、
を有し、
前記積層方向と水平方向とが一致するように前記積層体が載置された状態において、前記衝撃支持フィルムの上方の端部は、開放端として構成され、前記空間への開口を形成する、燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池において、さらに
前記衝撃伝達部と前記積層体との間に配置された衝撃保護部を備える、燃料電池。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池において、
前記衝撃伝達部は、前記積層体の前記積層方向に沿った中央部分を構成する複数の燃料電池セルに対応する位置に配置されている、燃料電池。
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