JP6070515B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、このスタック構造を維持するために外部から燃料電池セル積層方向に押圧力を及ぼす必要がある。こうした押圧力をスタック構造に直接及ぼすことは、燃料電池セルの不用意な変形を招きかねないので、プレッシャープレートを介して押圧力を及ぼす手法が提案されている（例えば、特許文献１等）。

特開２０１３−１２３２５号公報 特開２０１３−４４７１号公報

これら特許文献で提案された押圧力付与手法によれば、燃料電池セルの不用意な変形を招くことなく押圧力によりスタック構造を維持できる上、特に特許文献２によれば、複数の凹部を設けることでプレッシャープレートの軽量化も可能となる。しかしながら、押圧力の及ぼし方を考慮した上での、プレッシャープレートの更なる軽量化が要請されるに到った。この他、プレッシャープレートをその強度を保ちつつ軽量化することや、燃料電池或いはその製造コストの低減等を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造のセルスタックと、該セルスタックの一端の側に装着され、外部から燃料電池セル積層方向に加えられる押圧力を前記セルスタックに及ぼすプレッシャープレートとを備える。そして、プレッシャープレートは、プレート周縁に複数設けられ、前記外部からの押圧力を受けて該押圧力を前記セルスタックにスタック周縁で及ぼすセル周縁押圧部と、プレート面内において前記外部からの押圧力を受けて該押圧力を前記セルスタックに前記燃料電池セルのセル面内で及ぼすセル面内押圧部とを有し、前記セル周縁押圧部同士を繋ぐ第１繋ぎ領域と、前記セル面内押圧部と該押圧部の周囲に位置する前記セル周縁押圧部とを繋ぐ第２繋ぎ領域の少なくとも一方の繋ぎ領域は、前記セル面内押圧部および前記セル周縁押圧部を有しない残余のプレート部位よりプレート肉厚が厚くされている。

上記形態の燃料電池によれば、第１繋ぎ領域と第２繋ぎ領域の少なくとも一方の繋ぎ領域をプレート肉厚を厚くすることで、セルスタックに外部からの押圧力を及ぼすプレッシャープレートに求められる強度の確保が可能とできる。この他、上記形態の燃料電池によれば、それぞれのセル周縁押圧部が外部から受けた押圧力および／またはセル面内押圧部が外部から受けた押圧力を、それぞれの押圧部でセルスタックに及ぼしつつ、第１、第２の繋ぎ箇所においてもセルスタックに及ぼすことが可能となるので、セルスタックのスタック一端面での不均衡な押圧力の及び方を抑制できる。その上で、第１繋ぎ領域と第２繋ぎ領域の少なくとも一方の繋ぎ領域以外の部位であって、セル面内押圧部およびセル周縁押圧部を有しない残余のプレート部位のプレート肉厚を薄くできるので、プレート肉厚の薄い箇所の拡大を通して、プレッシャープレートの軽量化をより進めることが可能となる。

（２）上記形態の燃料電池において、前記セル面内押圧部は、前記プレート面内に複数設けられ、前記セル面内押圧部同士を繋ぐ第３繋ぎ領域と、前記第１繋ぎ領域と、前記第２繋ぎ領域の少なくとも一つの繋ぎ領域は、前記残余のプレート部位よりプレート肉厚が厚くされているようにできる。こうすれば、セル面内押圧部をプレート面内に複数有するプレッシャープレートについても、強度を確保した上で、更なる軽量化が可能となる。

（３）上記したいずれかの形態の燃料電池において、前記プレッシャープレートは、前記残余のプレート部位に、前記プレッシャープレートの前記セルスタックの側のプレート面において複数の凹部を備え、該複数の凹部は、前記繋ぎ領域が凹部間リブとして残るよう点在形成されているようにできる。こうすれば、上記の繋ぎ領域は残余のプレート部位より厚いプレート肉厚の凹部間リブとして残るので、こうして残った繋ぎ箇所で繋がれたセル周縁押圧部やセル面内押圧部を補強でき、強度確保の実効性が高まる。しかも、複数の凹部を繋ぎ領域が凹部間リブとして残るよう点在形成すればよく、凹部の形成範囲の拡大も可能となるので、プレッシャープレートの更なる軽量化に簡便に対処できる。

（４）上記したいずれかの形態の燃料電池において、前記セル面内押圧部と前記セル周縁押圧部とは、前記プレッシャープレートの前記セルスタックの側のプレート面において凹部を備え、該凹部の開口周縁の前記プレート面にて前記押圧力を前記セルスタックに及ぼすようにできる。こうすれば、セル面内押圧部とセル周縁押圧部においても、プレッシャープレートの軽量化に寄与できる。

（５）上記したいずれかの形態の燃料電池において、前記セル周縁押圧部は、前記プレッシャープレートのプレート面から突出した凸部とされ、前記外部からの押圧力を、前記凸部の頂上面に当接する荷重調整ネジから受けるようにできる。こうすれば、凸部とされたセル周縁押圧部の頂上面とプレッシャープレートのプレート面との隔たりに相当する分だけ、荷重調整ネジがネジ単独で延びる長さを短くできるので、荷重調整ネジ自体の軽量化に加え、外部からの衝撃等による荷重調整ネジの座屈や曲がり等を抑制でき、押圧力付与の上から好適となる。また、上記の隔たりを、燃料電池に必要な付属機器、例えばリレーやワイヤーハーネス等の配設領域に利用できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池のプレッシャープレートや、燃料電池セルを複数積層したスタック構造のセルスタックを有する燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池１０の概略構成を示す概略斜視図である。 プレッシャープレート２００を正面視してその概略構成を示す説明図である。 プレッシャープレート２００を背面視してその概略構成を示す説明図である。 断面箇所を明示するための説明図である。 図４における５−５線に沿って断面視した概略端面図である。 図４における６−６線に沿って断面視した概略端面図である。 図４における７−７線に沿って断面視した概略端面図である。 図４における８−８線に沿って断面視した概略端面図である。 図４における９−９線に沿って断面視した概略端面図である。 図４における１０−１０線に沿って断面視した概略端面図である。 電池ケース１１０へのセルスタック１０２Ｓの収容の様子と押圧状況をセル面内押圧受け部２０６ｃの回りにて概略的に示す説明図である。 図１０において隣り合う繋ぎリブ２０７の間に残余リブ２０７ａを形成した様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０の概略構成を示す概略斜視図である。燃料電池１０は、燃料電池セルたるユニットセル１０２を複数積層したスタック状のセルスタック１０２Ｓを備え、当該スタックを、一対のエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅで挟持する。そして、燃料電池１０は、セル中央下端や各セルコーナー部において、図示しない締結ボルトにてセル積層方向に締結され、こうして締結されたまま、電池ケース１１０に収容されて、ケース脚１１２を介して例えば車両のアンダーボディーの下方に横置き搭載される。

この燃料電池１０は、前端側のエンドプレート１７０Ｆとセルスタック１０２Ｓとの間に、前端側の絶縁板１６５Ｆを介在させて前端側のターミナルプレート１６０Ｆを有する。燃料電池１０は、後端側のエンドプレート１７０Ｅとセルスタック１０２Ｓとの間にも、同様に、後端側の絶縁板１６５Ｅを介在させて後端側のターミナルプレート１６０Ｅを有する。ユニットセル１０２で構成されるセルスタック１０２Ｓと、ターミナルプレート１６０Ｆ，１６０Ｅおよび絶縁板１６５Ｆ，１６５Ｅは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺が水平方向で、短辺が垂直方向（鉛直方向）に沿うように配置されている。

セルスタック１０２Ｓを構成するそれぞれのユニットセル１０２および前端側における絶縁板１６５Ｆとターミナルプレート１６０Ｆは、図における上下左右端の側に、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の図示しない給排孔を有する。なお、これら給排孔は、複数個の孔に分けられて形成されていてもよい。その一方、後端側におけるエンドプレート１７０Ｅと絶縁板１６５Ｅとターミナルプレート１６０Ｅには、これらの給排孔は設けられていない。これは、反応ガス（燃料ガス，酸化剤ガス）および冷却水を前端側のエンドプレート１７０Ｆからそれぞれのユニットセル１０２に対して供給マニホールドを介して供給しつつ、それぞれのユニットセル１０２からの排出ガスおよび排出水を前端側のエンドプレート１７０Ｆから外部に対して排出マニホールドを介して排出するタイプの燃料電池であることによる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、前端側のエンドプレート１７０Ｆから反応ガスおよび冷却水を供給し、後端側のエンドプレート１７０Ｅから排出ガスおよび排出水が外部へ排出されるタイプ等の種々のタイプとすることができる。

前端側のターミナルプレート１６０Ｆおよび後端側のターミナルプレート１６０Ｅは、各ユニットセル１０２の発電電力の集電板であり、図示しない端子から集電した電力を外部へ出力する。

燃料電池１０は、上記したセルスタック１０２Ｓを前後端のエンドプレート等とともに電池ケース１１０に収容するに当たり、プレッシャープレート２００をセルスタック１０２Ｓの後端側に装着して備える。電池ケース１１０は、セルスタック１０２Ｓをプレッシャープレート２００の装着済みの状態で収容する。そして、電池ケース１１０は、スタック収容時には、ケース端部プレート１１４に穿孔したプレス用貫通孔１１５〜１１７に後述のプレスシャフトＰｓ（図１１参照）を挿入して、プレッシャープレート２００をセル積層方向に沿って押圧する。プレスシャフトＰｓからの押圧力は、プレッシャープレート２００を介して後述するようにセルスタック１０２Ｓにセル面内において及ぶ。燃料電池１０は、電池ケース１１０へのセルスタック１０２Ｓの収容後においても、上記した押圧状態を維持すべく、ケース端部プレート１１４の雌ネジ孔１１８に螺合させた荷重調整ネジ１２０にて、そのネジ押圧力を、プレッシャープレート２００を介して後述するようにセルスタック１０２Ｓにスタック周縁で及ぼす。以下、プレッシャープレート２００について説明する。

図２はプレッシャープレート２００を正面視してその概略構成を示す説明図である。プレッシャープレート２００は、アルミダイキャスト品であり、正面視において矩形形状をなすプレート部２０２と、セル周縁凸部２０４と、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃとを有する。セル周縁凸部２０４は、プレート部２０２の上下端のプレート周縁に複数設けられ、プレート部２０２から突出している。セル周縁凸部２０４の配設位置は、電池ケース１１０における荷重調整ネジ１２０の螺合位置と合致している。よって、このセル周縁凸部２０４は、荷重調整ネジ１２０から加えられた押圧力を受けて、その押圧力をセルスタック１０２Ｓにスタック周縁で及ぼす。この様子については、後述する。

セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃは、プレート部２０２のプレート面から若干隆起しているので、図２に示すように、これら受け部の位置を視認させる。セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの配設位置は、電池ケース１１０におけるプレス用貫通孔１１５〜１１７の穿孔位置と合致している。よって、このセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃは、プレス用貫通孔１１５〜１１７に挿入された後述のプレスシャフトＰｓから加えられた押圧力を受けて、その押圧力をセルスタック１０２Ｓにセル面内で及ぼす。この様子については、後述する。なお、本実施形態では、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃをプレート部２０２のプレート面から若干隆起させたが、プレート部２０２のプレート面といわゆる面一としてもよい。

図３はプレッシャープレート２００を背面視してその概略構成を示す説明図、図４は断面箇所を明示するための説明図、図５は図４における５−５線に沿って断面視した概略端面図、図６は図４における６−６線に沿って断面視した概略端面図、図７は図４における７−７線に沿って断面視した概略端面図、図８は図４における８−８線に沿って断面視した概略端面図、図９は図４における９−９線に沿って断面視した概略端面図、図１０は図４における１０−１０線に沿って断面視した概略端面図である。図示するように、プレッシャープレート２００は、プレート部２０２の裏面に、複数の第１凹部２０５と第２凹部２０８を有する。なお、図３では、これら凹部は下線を付して示されている。

セル面内押圧受け部２０６ａとセル面内押圧受け部２０６ｂおよびセル周縁凸部２０４は、プレート部２０２の裏面側で開口した第２凹部２０８を備え、この凹部開口周縁をセルスタック１０２Ｓ、詳しくはエンドプレート１７０Ｅに押し当てる。よって、セル面内押圧受け部２０６ａとセル面内押圧受け部２０６ｂおよびセル周縁凸部２０４は、該当する第２凹部２０８の開口周縁のプレート部２０２のプレート裏面にて、既述した押圧力をセルスタック１０２Ｓに及ぼす。セル面内押圧受け部２０６ｃは、プレート部２０２の裏面側で開口した複数の第２凹部２０８をリブ２０９を介在して点在配置して備え、リブ２０９の上面およびそれぞれの第２凹部２０８の開口周縁をセルスタック１０２Ｓ、詳しくはエンドプレート１７０Ｅに押し当てる。よって、セル面内押圧受け部２０６ｃは、点在配置した第２凹部２０８の開口周縁およびリブ２０９の上面に当たるプレート部２０２のプレート裏面にて、既述した押圧力をセルスタック１０２Ｓに及ぼす。

第１凹部２０５は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの第２凹部２０８を取り囲むよう、プレート部２０２のプレート裏面に配設され、隣り合う第１凹部２０５を仕切るリブ２０７を形成する。このリブ２０７は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの第２凹部２０８から放射状に延び、一部のリブ２０７は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃとその周囲に位置するセル周縁凸部２０４とをプレート部２０２のプレート裏面において繋ぐ。より詳しくは、一部のリブ２０７は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの第２凹部２０８とその周囲のセル周縁凸部２０４の第２凹部２０８とをプレート部２０２のプレート裏面において繋ぎ、これらリブ２０７は、本願における第２繋ぎ領域を形成する。この他、一部のリブ２０７は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの第２凹部２０８をプレート部２０２のプレート裏面において繋いでセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃ同士を繋ぎ、これらのリブ２０７は、本願における第３繋ぎ領域を形成する。また、一部のリブ２０７は、図３において上下に位置するセル周縁凸部２０４の第２凹部２０８をプレート部２０２のプレート裏面において繋いでセル周縁凸部２０４同士を繋ぎ、これらのリブ２０７は、本願における第１繋ぎ領域を形成する。

セル周縁凸部２０４等の第２凹部２０８を繋ぐリブ２０７（以下、繋ぎリブ２０７と称する）のリブ上面は、プレート部２０２のプレート裏面と一致する。よって、繋ぎリブ２０７は、図７や図１０に示すように、そのプレート肉厚（リブ肉厚２０７ｔ）が、セル周縁凸部２０４やセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃを有しない残余のプレート部位のプレート肉厚、即ちプレート部２０２に形成された第１凹部２０５の底面壁のプレート肉厚２０２ｔより大きくされている。本実施形態では、第２凹部２０８を開口側で取り囲む開口周縁の上面にあっても、プレート部２０２のプレート裏面と一致させている。この他、プレート部２０２の上端に位置するセル周縁凸部２０４と下端に位置するセル周縁凸部２０４とを繋いで第１凹部２０５を取り囲むプレート部２０２のプレート裏面周縁領域にあっても、セル周縁凸部２０４やセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃを有しない残余のプレート部位の上記プレート肉厚２０２ｔより大きくされている。

セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃは、既述したようにプレート部２０２のプレート面から隆起している都合上、それぞれの押圧受け部でのプレート肉厚２０６ａｔ〜２０６ｃｔは、リブ肉厚２０７ｔより若干大きい。そして、セル面内押圧受け部２０６ａとセル面内押圧受け部２０６ｂとは、第２凹部２０８の開口周縁で支えられ、後述するプレスシャフトＰｓによる押圧に耐えうる。セル面内押圧受け部２０６ｃにあっては、第２凹部２０８の間のリブ２０９および第２凹部２０８の開口周縁で支えられ、後述するプレスシャフトＰｓによる押圧に耐えうる。

セル周縁凸部２０４は、その凸部頂上面２０４ｔを図１の荷重調整ネジ１２０の受け面とし、当該頂上面を環状壁２０４ａにて取り囲む。よって、この環状壁２０４ａにより、荷重調整ネジ１２０の不用意なズレは抑制される。そして、このセル周縁凸部２０４は、第２凹部２０８の開口周縁で支えられ、後述する荷重調整ネジ１２０からの押圧に耐えうる。セル周縁凸部２０４は、図２〜図３に示すように、プレッシャープレート２００の上下端周縁に並んでおり、上端側で並んだセル周縁凸部２０４は、下端側で並んだセル周縁凸部２０４より、その突出高さ、詳しくはプレート部２０２のプレート面からの凸部頂上面２０４ｔの高さが大きくされている。この高さの相違については、後述する。

次に、セルスタック１０２Ｓの電池ケース１１０への収容の様子と、収容後のセルスタック１０２Ｓの押圧の様子について説明する。図１１は電池ケース１１０へのセルスタック１０２Ｓの収容の様子と押圧状況をセル面内押圧受け部２０６ｃの回りにて概略的に示す説明図である。電池ケース１１０へのセルスタック１０２Ｓの収容前には、図示するプレスシャフトＰｓは、ケース端部プレート１１４のプレス用貫通孔１１７に未挿入であり、荷重調整ネジ１２０についても未装着、或いは締め付け前とされている。この状態で、電池ケース１１０にセルスタック１０２Ｓを、プレッシャープレート２００と共に収容する。その後、プレスシャフトＰｓをプレス用貫通孔１１７に挿入して、プレスシャフトＰｓにてセル面内押圧受け部２０６ｃを押圧する。セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｂについても同様である。

こうしてプレスシャフトＰｓによる押圧を受けるセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃは、その押圧力をセルスタック１０２Ｓにその積層方向に及ぼす。これにより、セルスタック１０２Ｓは、予め規定された積層方向寸法を採る。この場合、プレスシャフトＰｓからの押圧力は、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃ同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７を介しても、セルスタック１０２Ｓに及ぶことになる。

セルスタック１０２Ｓが上記の様に規定の積層方向寸法となると、荷重調整ネジ１２０がケース端部プレート１１４の雌ネジ孔１１８（図１参照）において締め込まれる。これにより、荷重調整ネジ１２０は、そのネジヘッドをセル周縁凸部２０４の凸部頂上面２０４ｔに押し当てて、セル周縁凸部２０４にその凸部頂上面２０４ｔの側から押圧力を掛ける。こうして荷重調整ネジ１２０による押圧を受けるセル周縁凸部２０４は、その押圧力をセルスタック１０２Ｓにその積層方向に及ぼす。これにより、セルスタック１０２Ｓは、プレスシャフトＰｓによる押圧力が解放されても、規定の積層方向寸法のままとなるので、プレスシャフトＰｓについては、プレス用貫通孔１１７から退避される。こうなると、セルスタック１０２Ｓは、荷重調整ネジ１２０による押圧力により規定の積層方向寸法を維持して電池ケース１１０に収容される。この場合、荷重調整ネジ１２０からの押圧力は、セル周縁凸部２０４からのみならず、セル周縁凸部２０４同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７や、セル周縁凸部２０４とセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃのいずれかを繋ぐ繋ぎリブ２０７を介しても、セルスタック１０２Ｓに及ぶことになる。この他、荷重調整ネジ１２０からの押圧力は、既述したプレート裏面周縁領域を介しても、セルスタック１０２Ｓに及ぶ。

本実施形態では、ケース端部プレート１１４、詳しくはケース端部プレート１１４を一端に有する電池ケース１１０をアルミダイキャスト製としている。このため、ケース端部プレート１１４は、プレート部２０２の側のプレート面を、型抜きのための抜き勾配の傾斜面としている。こうしたことから、本実施例のプレッシャープレート２００は、図１１に示すように、プレート部２０２の上端側で並んだセル周縁凸部２０４を、下端側で並んだセル周縁凸部２０４より大きく突出させている。そして、この突出高の差は、上記した抜き勾配と上下のセル周縁凸部２０４の隔たりを考慮して定められ、ケース端部プレート１１４の傾斜プレート面と凸部頂上面２０４ｔとの間隔がほぼ同じとなるようにされている。

本実施形態の燃料電池１０は、発電単位となるユニットセル１０２を複数積層したスタック構造のセルスタック１０２Ｓの一端の側にプレッシャープレート２００を装着して備え、このセルスタック１０２Ｓをプレッシャープレート２００と共に電池ケース１１０に収容する。こうしてセルスタック１０２Ｓを電池ケース１１０に収容した燃料電池１０は、プレート部２０２のプレート周縁のセル周縁凸部２０４同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７と、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃのいずれかとその周囲に位置するセル周縁凸部２０４とを繋ぐ繋ぎリブ２０７とを、プレート部２０２のプレート裏面に設けた複数の第１凹部２０５にて形成する。そして、本実施形態の燃料電池１０は、これら繋ぎリブ２０７のリブ肉厚２０７ｔを第１凹部２０５の底面壁の肉厚たるプレート肉厚２０２ｔより厚くすることで、セルスタック１０２ＳにプレスシャフトＰｓや荷重調整ネジ１２０からの押圧力を及ぼすプレッシャープレート２００に求められる強度を確保する。

この他、本実施形態の燃料電池１０によれば、それぞれのセル周縁凸部２０４が荷重調整ネジ１２０から受けた押圧力および／またはセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃがプレスシャフトＰｓから受けた押圧力を、それぞれのセル周縁凸部２０４とセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃでセルスタック１０２Ｓに及ぼしつつ、上記の各繋ぎリブ２０７においてもセルスタック１０２Ｓに及ぼすので、セルスタック１０２Ｓのスタック一端面での不均衡な押圧力の及び方を抑制できる。その上で、本実施形態の燃料電池１０は、上記の各繋ぎリブ２０７以外の部位であって、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃおよびセル周縁凸部２０４を有しない残余のプレート部位にあっても、第１凹部２０５によりプレート肉厚を薄くする。この結果、本実施形態の燃料電池１０によれば、プレッシャープレート２００の強度確保を図った上で、プレート肉厚の薄い箇所の拡大を通した軽量化を促進できる。本実施形態のプレッシャープレート２００によれば、第１凹部２０５を仮に格子状に形成したに過ぎないプレッシャープレートに比して、約１５％を超える質量軽減を図ることができた。

本実施形態の燃料電池１０は、プレッシャープレート２００のプレート部２０２にセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃを備え、セル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃ同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７にあっても、そのリブ肉厚２０７ｔを第１凹部２０５の底面壁の肉厚たるプレート肉厚２０２ｔより厚くしている。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、複数のセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃをプレート部２０２に複数有するプレッシャープレート２００についても、強度を確保した上で、更なる軽量化を達成する。

本実施形態の燃料電池１０は、上記した各繋ぎリブ２０７を第１凹部２０５にて容易に形成できるので、簡便であると共に、プレート肉厚の厚い繋ぎリブ２０７にて、セル周縁凸部２０４やセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃをより高い実効性で補強できる。しかも、複数の第１凹部２０５を上記の各繋ぎリブ２０７が残るよう点在形成すればよいので、第１凹部２０５の形成範囲の拡大を通して、プレッシャープレート２００をより軽量化できる。

本実施形態の燃料電池１０は、セル周縁凸部２０４とセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃとを、プレート部２０２のプレート裏面側に第２凹部２０８を有するものとし、この第２凹部２０８の開口周縁のプレート面にてプレスシャフトＰｓや荷重調整ネジ１２０の押圧力をセルスタック１０２Ｓに及ぼすようにした。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、セル周縁凸部２０４とセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃとについても軽量となり、プレッシャープレート２００をより一層と軽量化できる。

本実施形態の燃料電池１０は、セル周縁凸部２０４を、プレート部２０２のプレート面から突出した凸部とし、荷重調整ネジ１２０からの押圧力を、セル周縁凸部２０４の凸部頂上面２０４ｔで受ける。仮に、セル周縁凸部２０４がプレート部２０２のプレート面から突出していない形態であれば、図１１から判るように、荷重調整ネジ１２０は、図示する状態より長くならざるを得ない。これに対し、プレート部２０２のプレート面から突出したセル周縁凸部２０４であれば、凸部頂上面２０４ｔとプレート部２０２のプレート面との隔たりに相当する分だけ、荷重調整ネジ１２０がネジ単独で延びる長さを短くできる。この結果、本実施形態の燃料電池１０によれば、荷重調整ネジ１２０自体の軽量化に加え、外部からの衝撃等による荷重調整ネジ１２０の座屈や曲がり等を抑制できると共に、荷重調整ネジ１２０の押圧力の安定した付与を図る点から好ましい。また、本実施形態の燃料電池１０によれば、凸部頂上面２０４ｔとプレート部２０２のプレート面との隔たりを、燃料電池１０に必要なリレーやワイヤーハーネス等の付属機器の配設領域に有効利用できる。この他、本実施形態では、プレート部２０２の上端側で並んだセル周縁凸部２０４の突出高と下端側で並んだセル周縁凸部２０４の突出高とを、ケース端部プレート１１４の抜き勾配を考慮して差を持たせて、ケース端部プレート１１４の傾斜プレート面と凸部頂上面２０４ｔとの間隔をほぼ同じとした。これにより、荷重調整ネジ１２０がケース端部プレート１１４の傾斜プレート面からネジ単独で延びる長さをプレート上下端でほぼ同じにして、荷重調整ネジ１２０の押圧のためのネジ締め回転程度についても、これをプレート上下でほぼ同じにできる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

例えば、セル周縁凸部２０４とセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃとを繋ぐ繋ぎリブ２０７、セル周縁凸部２０４同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７、およびセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃの押圧受け部同士を繋ぐ繋ぎリブ２０７に加え、残余リブ２０７ａを備えるようにしてもよい。この残余リブ２０７ａは、図３におけるセル面内押圧受け部２０６ａ〜２０６ｃを取り囲む第１凹部２０５や、図３に示す繋ぎリブ２０７で囲まれた第１凹部２０５を、より細分化した凹部とすることで、図３の繋ぎリブ２０７に並んで容易に形成できる。図１２は図１０において隣り合う繋ぎリブ２０７の間に残余リブ２０７ａを形成した様子を示す説明図である。図示するように、残余リブ２０７ａにあっては、そのリブ上面がプレート部２０２のプレート裏面と一致したリブとできるほか、繋ぎリブ２０７より立ち上がり高さが低くいリブとしてもよい。リブ上面がプレート部２０２のプレート裏面と一致した残余リブ２０７ａとすれば、この残余リブ２０７を介しても、プレスシャフトＰｓからの押圧力をセルスタック１０２Ｓに及ぶようにできる。また、立ち上がり高さが低くい残余リブ２０７ａとすれば、立ち上がり高さが低いとはいえ、残余リブ２０７にてプレート部２０２の強度は確保できるので、プレッシャープレート２００の軽量化をより進めることができる。

本実施形態では、ケース端部プレート１１４を傾斜プレート面を有するものとしたが、同じ厚みの平板状のプレートとしてもよい。平板状のケース端部プレート１１４であれば、プレート上下端周縁のセル周縁凸部２０４をほぼ同じ突出高さとすることで、荷重調整ネジ１２０がケース端部プレート１１４のプレート面からネジ単独で延びる長さをプレート上下端でほぼ同じにできる。

１０…燃料電池
１０２…ユニットセル
１０２Ｓ…セルスタック
１１０…電池ケース
１１２…ケース脚
１１４…ケース端部プレート
１１５〜１１７…プレス用貫通孔
１１８…雌ネジ孔
１２０…荷重調整ネジ
１６０Ｅ…ターミナルプレート
１６０Ｆ…ターミナルプレート
１６５Ｅ…絶縁板
１６５Ｆ…絶縁板
１７０Ｅ…エンドプレート
１７０Ｆ…エンドプレート
１７２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１７２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１７４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１７４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１７６ＩＮ…冷却水供給孔
１７６ＯＴ…冷却水排出孔
２００…プレッシャープレート
２０２…プレート部
２０２ｔ…プレート肉厚
２０４…セル周縁凸部
２０４ａ…環状壁
２０４ｔ…凸部頂上面
２０５…第１凹部
２０６ａ〜２０６ｃ…セル面内押圧受け部
２０６ａｔ〜２０６ｃｔ…プレート肉厚
２０７…繋ぎリブ
２０７ａ…残余リブ
２０７ｔ…リブ肉厚
２０８…第２凹部
２０９…リブ
Ｐｓ…プレスシャフト

Claims (5)

1. 燃料電池であって、
   発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造のセルスタックと、
   該セルスタックの一端の側に装着され、外部から燃料電池セル積層方向に加えられる押圧力を前記セルスタックに及ぼすプレッシャープレートとを備え、
   該プレッシャープレートは、
   プレート周縁に複数設けられ、前記外部からの押圧力を受けて該押圧力を前記セルスタックにスタック周縁で及ぼすセル周縁押圧部と、
   プレート面内において前記外部からの押圧力を受けて該押圧力を前記セルスタックに前記燃料電池セルのセル面内で及ぼすセル面内押圧部とを有し、
   前記セル周縁押圧部同士を繋ぐ第１繋ぎ領域と、前記セル面内押圧部と該押圧部の周囲に位置する前記セル周縁押圧部とを繋ぐ第２繋ぎ領域の少なくとも一方の繋ぎ領域は、前記セル面内押圧部および前記セル周縁押圧部を有しない残余のプレート部位よりプレート肉厚が厚くされている
   燃料電池。
2. 前記セル面内押圧部は、前記プレート面内に複数設けられて前記セル面内押圧部同士を繋ぐ第３繋ぎ領域を備え、該第３繋ぎ領域と、前記第１繋ぎ領域と、前記第２繋ぎ領域の少なくとも一つの繋ぎ領域は、前記残余のプレート部位よりプレート肉厚が厚くされている請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記プレッシャープレートは、前記残余のプレート部位に、前記プレッシャープレートの前記セルスタックの側のプレート面において複数の凹部を備え、該複数の凹部は、前記繋ぎ領域が凹部間リブとして残るよう点在形成されている請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記セル面内押圧部と前記セル周縁押圧部とは、前記プレッシャープレートの前記セルスタックの側のプレート面において凹部を備え、該凹部の開口周縁の前記プレート面にて前記押圧力を前記セルスタックに及ぼす請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
5. 前記セル周縁押圧部は、前記プレッシャープレートのプレート面から突出した凸部とされ、前記外部からの押圧力を、前記凸部の頂上面に当接する荷重調整ネジから受ける請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池。

Images