JP6776969B2 - 燃料電池スタックのエンドプレート - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともにセル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するエンドプレートに関する。

燃料電池は、板状をなす複数の電池セル（単セル）が厚さ方向に積層されてなるセル積層体、セル積層体を積層方向に挟む一対のエンドプレートと、エンドプレートに接続された複数の接続配管とを備える燃料電池スタックを備えている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のエンドプレートには、セル積層体に形成された複数の流路との間で、アノードガス、カソードガス、及び冷却媒体（以下、流体と総称する。）をそれぞれ流通させる複数の流通孔が形成されている。同文献に記載のエンドプレートは、複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の被覆部とを備えている。こうした被覆部は、成形型内にプレート本体をインサートした状態にて溶融樹脂を射出することにより一体成形される。

同文献の図３には、プレート本体の両端面に貫通孔の両端部を拡径した一対の凹部が形成されており、一対の凹部には、被覆部の一部を構成する外側フランジ部及び内側フランジ部がそれぞれ充填されているエンドプレートが開示されている。こうしたフランジ部により、プレート本体からの被覆部の抜け出しが規制されている。

また、同文献の図４には、外側フランジ部の外周縁部から折り返されて内側に向けて延在する折り返し部を有する被覆部が開示されている。
また、同文献の図５には、プレート本体の一対の凹部の外周部同士を連通する複数の連通孔が形成され、同複数の連通孔内に被覆部の一部を構成する連結部が充填されているエンドプレートが開示されている。

特開２０１６−１３４３３５号公報

ところで、特許文献１に記載のエンドプレートでは、以下の不都合が生じるおそれがある。すなわち、同文献の図４に記載のエンドプレートでは、図６に二点鎖線にて示すように、成形後に被覆部１４０が熱収縮することにより、外側フランジ部１４２や折り返し部１４４とプレート本体１３０との間に隙間が生じやすい。そのため、当該エンドプレート１２０が車載燃料電池に対して適用された場合、沿岸地域などの走行の際に、塩水が上記隙間に侵入し、プレート本体１３０の腐食を引き起こしたり、上記隙間にてプレート本体１３０の表面に析出した塩によって被覆部１４０が押し上げられることで同被覆部１４０が変形したりするおそれがある。また、こうした問題は、同文献の図３に記載のエンドプレートにおいても同様にして生じる。

これに対して、同文献の図５に記載のエンドプレートによれば、外側フランジ部と内側フランジ部とが連結部により連結されていることから、同文献の図３や図４に記載のものに比べて、成形後の被覆部の熱収縮に起因して外側フランジ部とプレート本体との間に隙間が生じることを抑制できると考えられる。しかしながら、この場合、プレート本体の厚さ方向全体にわたって複数の連結部を設けることによって樹脂量が増大するという別の問題が生じる。

本発明の目的は、プレート本体と被覆部との間を通じた液体の流入を簡単な構成により抑制できる燃料電池スタックのエンドプレートを提供することにある。

上記目的を達成するための燃料電池スタックのエンドプレートは、燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともに前記セル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するものにおいて、前記複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、前記複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の被覆部と、を備え、前記プレート本体の厚さ方向における前記セル積層体に近接する側を内側とするとともに、前記セル積層体から離間する側を外側とするとき、前記被覆部は、前記貫通孔の内周面を被覆する本体部、前記本体部の外側の端部から外周側に向けて突出するフランジ部、前記フランジ部から折り返されて内側に向けて延在する環状の折り返し部、及び前記本体部の外周面と前記折り返し部の内周面とを連結する連結リブを有しており、前記プレート本体の外側の端面には、前記フランジ部、前記折り返し部、及び前記連結リブが充填された凹部が形成されている。

同構成によれば、成形型内にプレート本体をインサートして被覆部を成形する際に、プレート本体の貫通孔の内周面に被覆部の本体部が成形されるとともに、プレート本体の凹部にフランジ部、折り返し部、及び連結リブが成形される。

ここで、本体部の外周面と折り返し部の内周面とが連結リブにより連結されているため、成形後に被覆部が冷えて熱収縮しようとすると、折り返し部の外側（基端側）の部分に加えて内側（先端側）の部分が連結リブを介して内周側に向けて引っ張られるようになる。これにより、折り返し部の内周面とプレート本体との密着性が高められる。

本発明によれば、プレート本体と被覆部との間を通じた液体の流入を簡単な構成により抑制できる。

燃料電池スタックのエンドプレートの一実施形態について、当該エンドプレート、セル積層体、及び他のエンドプレートを互いに離間して示す分解斜視図。 同実施形態の流通孔を外側から視た平面図。 図２の３−３線に沿った断面図。 図２の４−４線に沿った断面図。 同実施形態の作用を説明するための図であって、図３の一部を拡大して示す断面図。 従来のエンドプレートの断面図。

以下、図１〜図５を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、燃料電池スタック１０は、板状をなす複数の電池セル（単セル）が厚さ方向に積層されてなるセル積層体１２と、セル積層体１２を積層方向に挟む一対のエンドプレート１４，２０とを備えている。

セル積層体１２には、各電池セルに対してアノードガス（例えば水素ガス）、カソードガス（例えば空気中の酸素ガス）、及び冷却媒体（例えば冷却水）をそれぞれ供給する３つの流路１２ａ〜１２ｃと、各電池セルにて発電に供された後のアノードガス、カソードガス、及び冷却媒体をそれぞれ排出する３つの流路１２ｄが形成されている。

一方のエンドプレート２０には、セル積層体１２の複数の流路１２ａ〜１２ｄとの間でアノードガス、カソードガス、及び冷却媒体（以下、流体と総称する。）を流通させる複数の流通孔２２ａ〜２２ｆが設けられている。

他方のエンドプレート１４には、流通孔が形成されていない。
図２〜図４に示すように、エンドプレート２０は、複数の流通孔２２ａ〜２２ｆ（以下、流通孔２２）をそれぞれ構成する複数の貫通孔３２が形成されたアルミニウム製のプレート本体３０と、複数の貫通孔３２の内周面を被覆する樹脂製の被覆部４０とを備えている。

以降において、プレート本体３０の厚さ方向におけるセル積層体１２に近接する側を内側（図３及び図４の右側）とし、セル積層体１２から離間する側（図３及び図４の左側）を外側として説明する。

図２〜図４に示すように、プレート本体３０の貫通孔３２は断面円形状の孔である。
図３及び図４に示すように、プレート本体３０の外側の端面及び内側の端面には、貫通孔３２に連なる外側凹部３４及び内側凹部３６がそれぞれ形成されている。

図２〜図４に示すように、外側凹部３４は、貫通孔３２の外側の端部が拡径されて正面視円形状をなす空間をなすフランジ凹部３４ａ、及びフランジ凹部３４ａの外周縁部から折り返されて内側に向けて延在するとともに円筒状の空間をなす折り返し凹部３４ｂを有している。また、外側凹部３４は、折り返し凹部３４ｂと貫通孔３２とを連通するとともに周方向に等間隔にて形成された複数の連通凹部３４ｃを有している。

複数の連通凹部３４ｃは、貫通孔３２の径方向に沿って延在している。すなわち、複数の連通凹部３４ｃは、貫通孔３２の中心Ｃから放射状に延在している。
図３及び図４に示すように、複数の連通凹部３４ｃは、折り返し凹部３４ｂにおけるプレート本体３０の厚さ方向（同図の左右方向）全体にわたって延在している。

図２〜図４に示すように、被覆部４０は、貫通孔３２の内周面を被覆する円筒状の本体部４２と、本体部４２と一体に形成され、外側凹部３４のフランジ凹部３４ａ、折り返し凹部３４ｂ及び複数の連通凹部３４ｃにそれぞれ充填された外側フランジ部４４ａ、折り返し部４４ｂ及び複数の連結リブ４４ｃとを有している。また、図３及び図４に示すように、被覆部４０は、内側凹部３６に充填された内側フランジ部４６を有している。

外側フランジ部４４ａは、本体部４２の外側の端部から外周側に向けて突出しており、円環状をなしている。
折り返し部４４ｂは、外側フランジ部４４ａの外周縁部から折り返されて内側に向けて延在しており、円筒状をなしている。

複数の連結リブ４４ｃは、周方向に等間隔にて形成されており、折り返し部４４ｂの内周面と本体部４２の外周面とを連結している。
複数の連結リブ４４ｃは、貫通孔３２の径方向に沿って延在している。すなわち、複数の連結リブ４４ｃは、貫通孔３２の中心Ｃから放射状に延在している。

図３及び図４に示すように、複数の連結リブ４４ｃは、折り返し部４４ｂにおけるプレート本体３０の厚さ方向全体にわたって延在している。
内側フランジ部４６は、本体部４２の内側の端部から外周側に向けて突出しており、円環状をなしている。

こうした被覆部４０は、図示しない成形型内にプレート本体３０をインサートした状態にて溶融樹脂を射出することにより一体成形される。
図１に二点鎖線にて示すように、エンドプレート２０の複数の流通孔２２ａ〜２２ｆには、アノードガス、カソードガス、及び冷却媒体を給排するための複数の接続配管１６ａ〜１６ｆがそれぞれ接続される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
成形型内にプレート本体３０をインサートして被覆部４０を成形する際に、プレート本体３０の貫通孔３２の内周面に被覆部４０の本体部４２が成形されるとともに、プレート本体３０の外側凹部３４に外側フランジ部４４ａ、折り返し部４４ｂ、及び連結リブ４４ｃが成形される。

ここで、図５に示すように、本体部４２の外周面と折り返し部４４ｂの内周面とが複数の連結リブ４４ｃにより連結されているため、成形後に被覆部４０が冷えて熱収縮しようとすると、折り返し部４４ｂがプレート本体３０の厚さ方向全体にわたって連結リブ４４ｃを介して内周側に向けて引っ張られるようになる。これにより、折り返し部４４ｂの内周面とプレート本体３０との密着性が高められる。

ところで、折り返し部４４ｂと本体部４２とを連結リブ４４ｃにより周方向において部分的に連結するのではなく、折り返し部４４ｂ及び連結リブ４４ｃを省略し、外側フランジ部４４ａの厚さを折り返し部４４ｂの先端程度まで厚くすることが考えられる。

しかしながら、この場合には、外側フランジ部４４ａの厚さが過度に厚くなるために成形後に樹脂の過度の熱収縮、所謂ひけが生じやすくなり、接続配管１６ａ〜１６ｆとのシール面となる外側フランジ部４４ａの寸法精度が低下して接続配管１６ａ〜１６ｆとの間のシール性が低下するおそれがある。

この点、上記実施形態では、折り返し部４４ｂ及び連結リブ４４ｃを設けることにより、外側フランジ部４４ａを含む被覆部４０の厚さを全体的に薄くすることができ、成形後に過度のひけが生じることが適切に回避される。これにより、外側フランジ部４４ａの寸法精度が低下することを適切に回避できる。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池のエンドプレートによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）エンドプレート２０は、複数の流通孔２２をそれぞれ構成する複数の貫通孔３２が形成された金属製のプレート本体３０と、複数の貫通孔３２の内周面を被覆する樹脂製の被覆部４０とを備えている。被覆部４０は、貫通孔３２の内周面を被覆する本体部４２、本体部４２の外側の端部から外周側に向けて突出する外側フランジ部４４ａ、外側フランジ部４４ａから折り返されて内側に向けて延在する環状の折り返し部４４ｂ、及び折り返し部４４ｂの内周面と本体部４２の外周面とを連結する連結リブ４４ｃを有している。プレート本体３０の外側の端面には、外側フランジ部４４ａ、折り返し部４４ｂ、及び連結リブ４４ｃが充填された外側凹部３４が形成されている。

こうした構成によれば、上記作用を奏することにより、折り返し部４４ｂの内周面とプレート本体３０との密着性が高められ、プレート本体３０と被覆部４０の外側フランジ部４４ａとの間を通じた液体の流入を簡単な構成により抑制できる。

（２）連結リブ４４ｃが、流通孔２２の中心に向けて延在している。
こうした構成によれば、成形後に被覆部４０が熱収縮しようとすると、折り返し部４４ｂが連結リブ４４ｃを介して流通孔２２の中心に向けて引っ張られるようになる。これにより、折り返し部４４ｂの内周面とプレート本体３０との密着性を的確に高めることができる。

（３）連結リブ４４ｃが、折り返し部４４ｂにおけるプレート本体３０の厚さ方向全体にわたって延在している。
こうした構成によれば、成形後に被覆部４０が熱収縮しようとすると、折り返し部４４ｂが上記厚さ方向全体にわたって連結リブ４４ｃを介して内周側に引っ張られるようになる。これにより、折り返し部４４ｂの内周面とプレート本体３０との密着性を一層高めることができる。したがって、プレート本体３０と外側フランジ部４４ａとの間を通じた液体の流入を効果的に抑制できる。

（４）複数の連結リブ４４ｃが、流通孔２２の周方向において等間隔にて形成されている。
こうした構成によれば、成形後に被覆部４０が熱収縮しようとすると、周方向において等間隔にて形成された複数の連結リブ４４ｃを介して折り返し部４４ｂが内周側に引っ張られるようになる。これにより、折り返し部４４ｂの内周面とプレート本体３０との密着性が周方向においてばらつくことを抑制できる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・連結リブ４４ｃを周方向において不等間隔にて形成してもよい。

・連結リブ４４ｃの数を適宜変更してもよい。すなわち、連結リブ４４ｃが１つ以上設けられていればよい。
・連結リブ４４ｃが、折り返し部４４ｂにおけるプレート本体３０の厚さ方向の一部に設けられているものであってもよい。

・プレート本体３０の貫通孔３２は円孔に限定されない。他に例えば、貫通孔を断面略四角形状の孔にすることもできる。

１０…燃料電池スタック、１２…セル積層体、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…流路、１４…エンドプレート、１６ａ〜１６ｆ…接続配管、２０，１２０…エンドプレート、２２，２２ａ〜２２ｆ…流通孔、３０，１３０…プレート本体、３２…貫通孔、３４…外側凹部（凹部）、３４ａ…フランジ凹部、３４ｂ…折り返し凹部、３４ｃ…連通凹部、３６…内側凹部、４０，１４０…被覆部、４２…本体部、４４ａ，１４２…外側フランジ部（フランジ部）、４４ｂ，１４４…折り返し部、４４ｃ…連結リブ、４６…内側フランジ部。

Claims (5)

1. 燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともに前記セル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するエンドプレートにおいて、
   前記複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、
   前記プレート本体をインサートして成形されるとともに、前記複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の被覆部と、を備え、
   前記プレート本体の厚さ方向における前記セル積層体に近接する側を内側とするとともに、前記セル積層体から離間する側を外側とするとき、
   前記被覆部は、前記貫通孔の内周面を被覆する本体部、前記本体部の外側の端部から外周側に向けて突出するフランジ部、前記フランジ部から折り返されて内側に向けて延在する環状の折り返し部、及び前記折り返し部の内周面と前記本体部の外周面とを連結する連結リブを有しており、
   前記プレート本体の外側の端面には、前記フランジ部、前記折り返し部、及び前記連結リブが充填された凹部が形成されている、
   燃料電池スタックのエンドプレート。
2. 前記連結リブが、前記流通孔の中心に向けて延在している、
   請求項１に記載の燃料電池スタックのエンドプレート。
3. 前記連結リブが、前記折り返し部における前記プレート本体の厚さ方向全体にわたって延在している、
   請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックのエンドプレート。
4. 複数の前記連結リブが、前記流通孔の周方向において間隔をおいて形成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池スタックのエンドプレート。
5. 複数の前記連結リブが、前記流通孔の周方向において等間隔にて形成されている、
   請求項４に記載の燃料電池スタックのエンドプレート。