JP6699436B2 - 発電検査用装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電検査用装置に関する。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード及びカソードを接合してなる膜電極接合体を備えた単セル（以下、セルとも称する）を、複数積層させたスタック構造（燃料電池スタック）を有するものがある。燃料電池スタックの製造の際には、燃料電池スタックを構成する各部材が積層された後、外部から押圧力（締結荷重）が加えられた状態で締結される。

この燃料電池の製造時には、一般的に、製造された燃料電池の発電性能を検査するための発電検査が行われる。例えば下記特許文献１に記載された発電検査用装置では、隣接する２枚の中間板の間にセルを挟んで保持した状態で発電検査を行う。この発電検査用装置は、複数の中間板と、該中間板及びセルを複数積層した状態を保持するための締結装置と、複数の中間板及び締結装置を貫通して中間板の積層方向に延びるシャフトとを備えている。

特開２０１４−２２９５７８号公報

上記特許文献１に記載された発電検査用装置では、中間板がシャフトに拘束された状態で、中間板及び該中間板の間に挟まれたセルに締結荷重が付与されている。ところが、このように中間板がシャフトに拘束されていると、各セルの厚みにばらつきがある場合に、各セルにかかる面圧が不均一となる問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各セルにかかる面圧の均一化を図り、発電検査精度を向上させることができる発電検査用装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る発電検査用装置は、セル及び該セルを挟持する平面視矩形状の中間板を複数積層した積層体と、該積層体の両側に配置されたエンドプレートを積層方向に押圧する締結装置とを備えた燃料電池の発電検査を行う発電検査用装置であって、一対の前記エンドプレート間に積層方向に延びて設けられ、前記エンドプレートに貫通接続される基準ガイドと、前記中間板の対角する位置において前記中間板の面方向に突出し、前記中間板と前記基準ガイドとの間を接続する中間板締結部とを備え、前記中間板締結部は、該中間板締結部と前記基準ガイドとを締結するボルトを挿通する挿通孔を有し、前記挿通孔の内周面と前記ボルトの軸の外周面との間に間隙が設けられると共に、前記ボルトの座面と前記中間板締結部表面との間に間隙が設けられた状態で、前記中間板締結部と前記基準ガイドとが前記ボルトで締結されている。

本発明に係る発電検査用装置では、中間板締結部に形成された挿通孔の内周面とボルトの軸の外周面との間に間隙が設けられると共に、ボルトの座面と中間板締結部表面との間に間隙が設けられた状態で、中間板に接続された中間板締結部と基準ガイドとがボルトで締結される。これにより、セルを挟持する中間板が基準ガイドに拘束されずに、中間板が可動する状態で中間板締結部を介して基準ガイドに接続されることとなる。そのため、各セルの厚みにばらつきが生じていても、上記した間隙により各セルの厚みばらつきを吸収することができ、各セルにかかる面圧の均一化を図ることができる。

本発明によれば、各セルにかかる面圧の均一化を図り、発電検査精度を向上させることができる発電検査用装置を提供することができる。

本実施形態における発電検査用装置の構成を模式的に示す説明図である。 図１に示すＡ−Ａ断面図である。 図２に示す円Ｗの拡大図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態としての燃料電池スタックの発電検査用装置の構成を模式的に示す説明図である。発電検査用装置１は、燃料電池セル１０（以下、セルとも称する）と、中間板２０と、エンドプレート３０と、締結装置８０と、中間板締結部材６０と、シャフト５０（基準ガイド）と、ボルト７０とを備える。

発電検査用装置１は、中間板２０を介して燃料電池セル１０の電圧や電流等の発電特性を取得して、燃料電池セル１０の発電検査を行う装置である。発電検査用装置１は、燃料電池セル１０及び該燃料電池セル１０を間に挟んだ中間板２０を複数積層させたスタック構造（積層体２）を有する。

積層体２は、端部中間板２０ｅ（複数の中間板２０のうち両端部の中間板）の外側に配設された２枚のエンドプレート３０によって挟持される。エンドプレート３０の外側には、中間板２０とセル１０とからなる積層体２を押圧し、２枚の中間板２０の間に燃料電池セル１０を挟んだ状態で保持するための締結装置８０が設けられている。つまり、積層体２は、締結装置８０によって各エンドプレート３０に結合され、各燃料電池セル１０を積層する方向（積層方向（図１では左右方向））に所定の力で押圧されている。

なお、締結装置８０は、積層体２を押圧する機能を有していればその構成が特に限定されるものではないが、例えばテンションプレートやボルト等の部材が用いられる。また、燃料電池セル１０及び中間板２０は平面視矩形状に形成されている。燃料電池セル１０は、電解質膜の両面にアノードおよびカソードを接合してなる膜電極接合体を有する。燃料電池セル１０は、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する。

シャフト５０は、各中間板２０を互いにずれることなく直列に整列された状態で連結するための軸部材である。シャフト５０は、２枚のエンドプレート３０間に積層方向に延びて設けられ、シャフト５０の両端はエンドプレート３０に貫通接続されている。本実施形態では、シャフト５０は、各中間板２０と直接締結されずに、各中間板２０に取り付けられた中間板締結部材６０を介して各中間板２０と連結される。以下では、この中間板締結部材６０の構成について説明する。

図２は、図１に示すＡ−Ａ断面図であって、中間板が中間板締結部材を介してシャフトに接続されている様子を説明するための図である。図３は、図２の円Ｗの拡大図である。

中間板締結部材６０は、中間板２０とシャフト５０との間を接続する部材である。図２に示すように、中間板締結部材６０は、平面視矩形状の中間板２０の対角する位置において、中間板２０の面に沿った方向（以下、面方向とも称する）に突出して設けられている。本実施形態では、中間板２０における互いに対角する１組の角部近傍に、平面視略Ｌ字状に形成された中間板締結部材６０が設けられている。中間板締結部材６０には、ボルト７０を挿通可能な挿通孔６１（図３参照）が複数形成され、中間板締結部材６０とシャフト５０とを締結する際には、挿通孔６１にボルト７０を挿通して締結される。詳細には、図３に示すように、シャフト５０に連結されて挿通孔６１と対応する位置に接続されたガイド部材５１の雌ねじ部（図示略）に、中間板締結部材６０の挿通孔６１を通したボルト７０の雄ねじ部（図示略）を螺合して、中間板締結部材６０とシャフト５０とを締結する。なお、ボルト７０を用いて中間板締結部材６０とシャフト５０とを締結する構成であれば図示した構成に限定されず、例えばガイド部材５１を設けずに、シャフト５０にボルト７０が螺合する部分を設けて中間板締結部材６０とシャフト５０とをボルト７０で締結するようにしても良い。その他、以下で説明する間隙Ｄ１、Ｄ２を設けてボルト７０により中間板締結部材６０とシャフト５０とを締結する機能を有していれば、他の部材を適宜採用することが可能である。

中間板締結部材６０の構成について更に説明する。本実施形態では、中間板締結部材６０に形成された挿通孔６１の内径を、ボルト７０の軸７２の外径よりも大きくしている。言い換えれば、挿通孔６１の内周面６１ａとボルト７０の軸７２の外周面７２ａとの間に間隙Ｄ１が設けられている。この間隙Ｄ１の大きさは特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ程度に設定することが好適である。

更に本実施形態では、ボルト頭部７１の座面７１ａと、中間板締結部材６０の表面（中間板締結部材６０の表面のうち座面７１ａが当接する面）との間に間隙Ｄ２が設けられている。この間隙Ｄ２の大きさは特に限定されるものではないが、０．５ｍｍ程度に設定することが好適である。このように、ボルト７０の軸方向及び径方向に間隙を設けた状態で、中間板締結部材６０とシャフト５０とがボルト７０で締結される。

以上のように本実施形態では、中間板２０をシャフト５０に直接締結するのではなく、中間板２０に取り付けられた中間板締結部材６０の挿通孔６１に挿通されたボルト７０により、中間板締結部材６０とシャフト５０とが締結される。この際、ボルト７０は、挿通孔６１に間隙Ｄ１、Ｄ２をもたせた状態、言い換えれば、ボルト７０が上下左右に１ｍｍ程度のガタをもたせた状態で挿通孔６１に挿通され、この状態で中間板締結部材６０とシャフト５０とが連結される。つまり、中間板２０がシャフト５０に完全に拘束されずに、略Ｌ字形状の中間板締結部材６０を介して中間板２０とシャフト５０とが接続されるので、各セル１０に厚みばらつきが生じていたとしても、当該厚みばらつきを上記間隙Ｄ１及び間隙Ｄ２で吸収することができる。これにより、セル１０毎にかかる面圧の均一化を図ることができる。セル１０電圧の測定誤差が生じる要因の一つとして、各セル１０の面にかかる面圧ばらつきがあるので、各セル１０にかかる面圧の均一化を図ることで、発電検査用装置１を用いた発電検査精度を向上することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１：発電検査用装置
２：積層体
１０：燃料電池セル（セル）
２０：中間板
３０：エンドプレート
５０：シャフト（基準ガイド）
６０：中間板締結部材
６１：挿通孔
７０：ボルト
７１ａ：座面
７２：軸
８０：締結装置

Claims (1)

1. セル及び前記セルを挟持する平面視矩形状の中間板を複数積層した積層体と、前記積層体の両側に配置されたエンドプレートを積層方向に押圧する締結装置とを備えた燃料電池の発電検査を行う発電検査用装置であって、
   一対の前記エンドプレート間に積層方向に延びて設けられ、前記エンドプレートに貫通接続される基準ガイドと、
   前記中間板の対角する位置において前記中間板の面方向に突出し、前記中間板と前記基準ガイドとの間を接続する中間板締結部とを備え、
   前記中間板締結部は、前記中間板締結部と前記基準ガイドとを可動に締結するボルトを挿通する挿通孔を有し、
   前記中間板締結部と前記基準ガイドとが前記ボルトによって可動に締結されたとき、前記挿通孔の深さ方向が前記積層方向と交差しており、前記ボルトは、前記挿通孔を挿通して前記基準ガイドに固定されており、前記中間板締結部は、前記ボルトを介して前記基準ガイドに接続されると共に、前記ボルトの径方向の、前記挿通孔の内周面と前記ボルトの軸の外周面との間に設けられた間隙と、前記ボルトの軸方向の、前記中間板締結部の表面と前記ボルトの前記座面及び／又は前記基準ガイドとの間に設けられた間隙とによって、前記ボルト及び前記基準ガイドに対して可動に設けられている、発電検査用装置。