JP6112828B2 - 燃料電池スタック用マニホールドブロック - Google Patents
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Description
車両を駆動させる電力供給源となる燃料電池として、高電力密度を有する高分子電解質膜燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell、PEMFC)に対する研究が最も盛んである。
燃料電池車両に複数のスタックモジュールが搭載される場合、スタックモジュールの外側に設けられたマニホールドブロックは、各スタックモジュールに対して反応気体(空気及び水素)と冷却水とを供給する役割をする。
このようなマニホールドブロックを製造する従来の方法として、アルミニウム鋳造工法によりブロックを成形した後、冷却水流路に絶縁コーティングして製造する方法がある。
図1に示すように、スタックモジュール30の最外郭にエンドプレート31が組み立てられ、エンドプレート31の外側にはガスケット32を介在した状態のマニホールドブロック10が設けられる。
このようなインターフェース部14は、絶縁材質のプラスチックを素材として製作されてもよい。
図1に示すマニホールドブロック10で、冷却水流路11は所定角度で折曲した直線状であり、その内部には常に冷却水が満たされている。
また、製造初期には絶縁性が維持されるが、時間が経つにつれてコーティングが劣化して絶縁性が徐々に低下し、絶縁コーティングが破壊された後には電気的な腐食が発生するという問題点がある。
図2に示すように、このような問題点を改善するための、冷却水流路に別途の絶縁部材を装着したマニホールドブロック10が開示されている。
図2に示した従来のマニホールドブロック10は、絶縁シーリングのために冷却水流路11に流路形状と同じ形態の絶縁部材21を組み入れ、絶縁部材21を固定、保護するための2分割されているプラスチック絶縁カバー23を流路の両側に挿入して冷却水流路の絶縁することによって、既存のマニホールドブロックに実施してきた絶縁コーティング工程を省略した(例えば特許文献1を参照)。
前記冷却水インターフェースのフランジには、反応気体インターフェースの反応気体流路に連結されて流路の役割をする流路孔が形成されたことを特徴とする。
前記反応気体インターフェースのフランジには、冷却水インターフェースのフランジとの間にインターフェースガスケットを装着するためのガスケット装着溝が形成されたことを特徴とする。
前記反応気体インターフェースのフランジには、冷却水インターフェース110の流路形状部を挿入可能な開口部が形成されることを特徴とする。
前記冷却水インターフェースは、予め成形された反応気体インターフェースをインサートとして用いたインサート射出成形により、反応気体インターフェースと一体に形成されることを特徴とする。
更に、冷却水インターフェースと反応気体インターフェースとはインサート射出工法を適用することにより、スタックモジュール200に装着される前に、一体型に構成することができる。
本発明では絶縁素材を用いて冷却水流路を形成する。
図3は本発明の実施例によるマニホールドブロックを示す分解斜視図である。
図3に示すように、本発明の燃料電池スタック用マニホールドブロック100は、絶縁性能に優れた高分子絶縁素材を用いて冷却水流路122、123を有するように射出成形された冷却水インターフェース110と、成形性に優れた金属素材を用いて反応気体流路137、138を有するように鋳造成形された反応気体インターフェース130と、を含んで構成され、冷却水インターフェース110と反応気体インターフェース130とがスタックモジュール200(図示しない)に装着されると共に、相互に接合された形態に固定されて一体化される。
図3及び図4に示すように、冷却水インターフェース110は、スタックモジュール200に冷却水を供給するための冷却水流入部111と、スタックモジュール200をから冷却水を排出するための冷却水排出部112と、を含んで構成される。
冷却水流入部111及び冷却水排出部112は、スタックモジュール200との装着及び反応気体インターフェース130との接合のために、各冷却水流路122、123の末端にスタックモジュール200の相対面と対応するフランジ113、114を有する。
また、冷却水流入部111と排出部112とは、それぞれ冷却水流路122、123を形成するための流路形状部120、121を有する。
図5に示すように、反応気体インターフェース130は、複雑に形成された反応気体流路137、138を有し、反応気体流路137、138の末端に冷却水インターフェース110のフランジ113、114に対応するフランジ131、132を有する。フランジ131、132は、反応気体流路137、138の一端から外側方向に延伸されて板状に形成される。
図6に示すように、反応気体インターフェース130がスタックモジュール200に装着される時、反応気体インターフェース130のフランジ131、132は、スタックモジュール200との間に介在する冷却水インターフェース110のフランジ113、114に接合されてマニホールドブロック100と一体型に構成される。
図7に示すように、反応気体インターフェース130のフランジ131、132には、冷却水インターフェース110のフランジ113、114との間に、インターフェースガスケット139を装着するためのガスケット装着溝133、134が形成される。
また、反応気体インターフェース130のフランジ131、132には、冷却水インターフェース110の流路形状部120、121が貫通可能な開口部135、136が形成される。
具体的には、冷却水インターフェース110のフランジ113、114及び反応気体インターフェース130のフランジ131、132には、スタックモジュール200と結合するための複数のボルト孔124、140が形成され、冷却水インターフェース110及び反応気体インターフェース130は、スタックモジュール200に結合される時、ボルト孔124、140を貫通してスタックモジュール200に螺止される締結ボルトによりスタックモジュール200の相対面に固定される。
110 冷却水インターフェース
111 冷却水流入部
112 冷却水排出部
113、114 フランジ
115、116 ガスケット装着溝
117、118 流路孔
119 モジュールガスケット
120、121 流路形状部
122、123 冷却水流路
124 ボルト孔
130 反応気体インターフェース
131、132 フランジ
133、134 ガスケット装着溝
135、136 開口部
137、138 反応気体流路
139 インターフェースガスケット
140 ボルト孔
200 スタックモジュール
Claims (8)
- 絶縁性能に優れた高分子絶縁素材で成形され、冷却水流路(122、123)を有する冷却水インターフェース(110)と、成形性に優れた金属素材を用いて成形され、反応気体流路(137、138)を有する反応気体インターフェース(130)とを含んで構成され、
前記冷却水インターフェース(110)と、前記反応気体インターフェース(130)と、がスタックモジュールに装着されると共に相互に接合状態で一体型となっており、
前記冷却水インターフェース(110)は、前記スタックモジュールに冷却水を供給する冷却水流入部(111)と、前記スタックモジュールから冷却水を排出する冷却水排出部(112)と、を含んで構成され、前記冷却水流入部(111)及び前記冷却水排出部(112)は、各流路の末端に前記スタックモジュールの相対面に接合される板状のフランジ(113、114)を有することを特徴とする燃料電池スタック用マニホールドブロック。 - 前記冷却水インターフェース(110)の前記フランジ(113、114)には、前記スタックモジュールとの間にモジュールガスケット(119)を装着するためのガスケット装着溝(115、116)が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記冷却水インターフェースのフランジ(113、114)には、前記反応気体インターフェース(130)の前記反応気体流路(137、138)に連結されて流路の役割をする流路孔(117、118)が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記反応気体インターフェース(130)は、前記反応気体流路(137、138)の末端に前記冷却水インターフェースのフランジ(113、114)に接合する板状のフランジ(131、132)を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記反応気体インターフェース(130)の前記フランジ(131、132)には、前記冷却水インターフェースのフランジ(113、114)との間にインターフェースガスケット(139)を装着するためのガスケット装着溝(133、134)が形成されたことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記反応気体インターフェースのフランジ(131、132)には、前記冷却水インターフェース(110)の流路形状部(120、121)を挿入可能な開口部(135、136)が形成されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記冷却水インターフェースのフランジ(113、114)及び前記反応気体インターフェースのフランジ(131、132)は、相互に接合した状態で前記スタックモジュールに装着されるための複数のボルト孔(124、140)を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
- 前記冷却水インターフェース(110)は、前記反応気体インターフェース(130)と一体であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック用マニホールドブロック。
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