JP6973101B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池スタックの端部のエンドプレートと、燃料電池スタックへの反応ガスや冷媒の供給排出に用いられる流体マニホールドとの間に絶縁プレートが設置されている燃料電池スタックが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１５−１９１８４１号公報

しかし、エンドプレートやマニホールドの取付面の周縁部に結露水や雨水が付着すると、付着した水を介してエンドプレートとマニホールド部材とが電気的に導通してしまい、絶縁性が低下するおそれがあった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（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、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの一方の端部に設けられたエンドプレートと、前記エンドプレートの前記燃料電池スタックと反対側に配置される絶縁プレートと、フランジを有し、前記フランジを用いて前記絶縁プレートを挟むように前記エンドプレートに取り付けられる流体マニホールドと、前記フランジを囲うように設けられ、前記エンドプレートと前記フランジとの間を隔てる絶縁壁と、前記絶縁壁の鉛直下方に設けられた溝もしくは孔と、を備える。この形態によれば、フランジを囲うように設けられた絶縁壁により、エンドプレートと前フランジとが隔てられているので、エンドプレートあるいはフランジに水が付着しても、その付着した水がエンドプレートとフランジの両方に介して接することを抑制でき、この付着した水を介した電気的な導通を抑制し、絶縁性の低下を抑制できる。

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、燃料電池の他、燃料電池と流体マニホールドの接続構造、接続方法等の種々の形態で実現することができる。

燃料電池の構成を模式的に示す斜視図である。 図３のＩＩ−ＩＩ断面を示す説明図であり、第１実施形態における流体マニホールドとエンドプレートの接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す説明図であり、流体マニホールドとエンドプレートの接続部分を−ｙ方向から見た時の説明図である。 図５のＩＶ−ＩＶ断面を示す説明図であり、第１実施形態の他の実施形態における流体マニホールドとエンドプレートの接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。 図４のＶ−Ｖ断面を示す説明図であり、流体マニホールドとエンドプレートの接続部分を−ｙ方向から見た時の説明図である。 第２実施形態における流体マニホールドとエンドプレートの接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。 第３実施形態における流体マニホールドとエンドプレートの接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。 第３実施形態の他の実施形態における流体マニホールドとエンドプレートの接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。

・第１実施形態：
図１は、燃料電池１０の構成を模式的に示す斜視図である。燃料電池１０は、燃料電池スタック１０２と、ターミナルプレート１０４、１０６と、エンドプレート１１０、１１５を備える。燃料電池スタック１０２は、複数の発電ユニット１００を備え、複数の発電ユニット１００は、図面のｙ方向に積層されている。ターミナルプレート１０４、１０６は、燃料電池スタック１０２のｙ方向の両端に配置されており、燃料電池スタック１０２から電力を取り出すために用いられる。ターミナルプレート１０４、１０６のｙ方向外側には、それぞれエンドプレート１１０、１１５が配置されている。一方のエンドプレート１１０には、複数の開口部（図示せず）が設けられており、開口部に流体マニホールド１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０が取り付けられている。なお、他方のエンドプレート１１５には、開口部は設けられていない。

図２は、図３のＩＩ−ＩＩ断面を示す説明図であり、第１実施形態における流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す説明図であり、流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分を−ｙ方向から見た時の説明図である。流体マニホールド１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０は、ほぼ同じ構成を有しているので、流体マニホールド１５０を例にとって説明する。なお、図２において、図を見やすくするため、エンドプレート１１０とターミナルプレート１０４と発電ユニット１００には、ハッチングを付していない。後述する図６、５においても同様にハッチングを省略している。

エンドプレート１１０の発電ユニット１００（燃料電池スタック１０２）と反対側には、絶縁プレート１５２が配置されている。絶縁プレート１５２は、例えば、接着剤で接着されていても良い。また、絶縁性を有するボルトにて、エンドプレートに取り付けられていても良い。流体マニホールド１５０は、エンドプレート１１０と接続される端部にフランジ１５１を備える。流体マニホールド１５０は、そのフランジ１５１とエンドプレート１５１で絶縁プレート１５２を挟むように取り付けられ、ボルト１５３により、固定されている。エンドプレート１１０には、フランジ１５１の周りを囲うように、絶縁壁１５４が立設している。絶縁壁１５４は、絶縁性を有するゴムや樹脂で形成されており、エンドプレート１１０と、フランジ１５１とを隔てている。絶縁壁１５４は、鉛直下方部において、孔１５５を有している。孔１５５は、例えば、絶縁壁１５４の一部が欠損した形状で形成されていてもよい。

流体マニホールド１５０や、そのフランジ１５１は、外に面しているため、結露水が発生し、あるいは、雨水等が付着する場合がある。これらの水３００（結露水や雨水）が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接すると、フランジ１５１とエンドプレート１１０との間が水３００により導通し、絶縁性の低下を引き起こす。

第１実施形態では、フランジ１５１の周りを囲うように、絶縁壁１５４が立設している。そのため、フランジ１５１に水が付着し、水３００が、フランジ１５１からエンドプレート１１０に移動しようとする場合、絶縁壁１５４が移動を阻止する。すなわち、フランジ１５１からエンドプレート１１０に至る水３００の移動を絶縁壁が遮断するため、水３００が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接することが起こり難く、フランジ１５１とエンドプレート１１０との間の水３００による導通を抑制する。その結果、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

第１実施形態では、絶縁壁１５４は、鉛直下方部においては、孔１５５を有しているので、絶縁壁１５４の内側に生じた水３００は、絶縁壁１５４により集められて、大粒の水滴となる。大粒となった水滴は、孔１５５から落下し易い。そのため、孔１５５の近傍に水３００が溜まり難い。その結果、水３００が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接することが起こり難い。このように、孔１５５を設けると、溜まった水３００を落下させることができるので、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水３００による導通を抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

上記説明では、水３００が、フランジ１５１に付着した場合を説明したが、エンドプレート１１０に水３００が付着した場合であっても、同様に、絶縁壁１５４が水３００の移動を抑制するので、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水３００による導通を抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

以上、本実施形態によれば、フランジ１５１を囲うように設けられ、エンドプレート１１０とフランジ１５１との間の水３００による連通を抑制する絶縁壁１５４と、絶縁壁１５４の鉛直下方に設けられた孔１５５を備えるので、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水による導通が抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

・第１実施形態の他の実施形態：
図４は、図４は、図５のＩＶ−ＩＶ断面を示す説明図であり、第１実施形態の他の実施形態における流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。図５は、図４のＶ−Ｖ断面を示す説明図であり、流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分を−ｙ方向から見た時の説明図である。第１実施形態と、他の実施形態との違いは、第１実施形態では、絶縁壁１５４の鉛直下方に孔１５５を備えているが、他の実施形態では、孔１５５の代わりに溝１５６を備えている。溝１５６は、絶縁壁１５４の頂部側で溝１５６の幅が広くなるような形状を有している。すなわち、絶縁壁１５４のフランジ１５１側の面１５７は、エンドプレート１１０から離れるに従って、鉛直下方に低くなっている。そのため、絶縁壁１５４の内側に生じた水は、エンドプレート１１０から離れるように移動する。その結果、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水による導通が抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。このように、孔１５５を備える構成の他、溝１５６を備える構成であっても同様の効果を奏することができる。

・第２実施形態：
図６は、第２実施形態における流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。第１実施形態では、フランジ１５１の周りを囲う絶縁壁１５４を備えているが、第２実施形態では、フランジ１５１の周りを囲うグロメット１７０を備えている。グロメット１７０は、その中心部１７１を流体マニホールド１５０の管が貫通しており、エンドプレート１１０方向に突き出た円筒形の絶縁壁１７２を備える。絶縁壁１７２は、フランジ１５１の周りを囲っている。すなわち、グロメット１７０は、フランジ１５１を覆うように取り付けられる。グロメット１７０は、絶縁壁１７２の鉛直下方に、水抜き孔１７３を備える。

第２実施形態では、グロメット１７０は、フランジ１５１を覆うように設けられているので、そのため、結露や雨水によって、水３００がグロメット１７０の表面に付着しても、水３００は、フランジ１５１には、接触しない。その結果、水３００が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接することがなく、フランジ１５１とエンドプレート１１０との間の水３００による導通を抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

なお、グロメット１７０とフランジ１５１との間で結露によって水３００が生じる可能性がある。この場合、水抜き孔１７３から、その水を落下させることができる。このように、水抜き孔１７３を設けると、グロメット１７０とフランジ１５１との間で水３００が生じても、水３００を水抜き孔１７３落下させることができるので、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水３００による導通が抑制され、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

・第３実施形態：
図７は、第３実施形態における流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。第１実施形態では、絶縁プレート１５２と絶縁壁１５４が別体であったが、第３実施形態では、絶縁プレート１８０と絶縁壁１８２とを一体の構造としている点が異なる。絶縁プレート１８０は、エンドプレート１１０側に突き出た凸部１８４を備える。エンドプレート１１０に凹部１１２が形成されており、凹部１１２に絶縁プレートの凸部１８４が挿入され、ボルト１５３により固定される。例えば、ボルト１５３が挿入される凸部１８４の内側に、樹脂製のナットを埋め込み、ボルト１５３を挿入して、ナットを軸と交わる方向に拡張させることで、絶縁プレート１８０を固定しても良い。

第３実施形態でも、フランジ１５１に水が付着し、水３００が、フランジ１５１からエンドプレート１１０に移動しようとする場合、絶縁壁１８２が移動を阻止する。すなわち、フランジ１５１からエンドプレート１１０に至る水３００の移動を絶縁壁１８２が遮断するため、水３００が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接することがなく、フランジ１５１とエンドプレート１１０との間の水３００による導通を抑制する。その結果、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

第３実施形態でも、絶縁壁１８２の鉛直下方に孔１８５を備えている。このように、絶縁壁１８２は、鉛直下方に孔１８５を有しているので、絶縁壁１８２の内側に生じた水３００は、絶縁壁１８２により集められて、大粒の水滴となる。大粒となった水滴は、孔１８５から落下する。そのため、孔１８５の近傍に水３００が溜まることは無く、水３００が、フランジ１５１とエンドプレート１１０の両方に接することがない。すなわち、孔１８５を設けると、溜まった水３００を落下させることができるので、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水３００による導通が抑制される。その結果、絶縁性の低下を発生させ難くできる。

・第３実施形態の他の実施形態：
図８は、第３実施形態の他の実施形態における流体マニホールド１５０とエンドプレート１１０の接続部分をｘ方向から見た時の説明図である。第３実施形態の他の実施形態は、第１実施形態の他の実施形態と同様に、孔１８５の代わりに溝１８６を備えている。溝１８６は、絶縁壁１８２の頂部側で溝１８６の幅が広くなるような形状を有している。すなわち、絶縁壁１８２のフランジ１５１側の面１８７は、エンドプレート１１０から離れるに従って、鉛直下方に低くなっている。そのため、絶縁壁１８２の内側に生じた水は、エンドプレート１１０から離れるように移動する。その結果、フランジ１５１と、エンドプレート１１０との間の水による導通が抑制し、絶縁性の低下を発生させ難くできる。このように、孔１８５を備える構成の他、溝１８６を備える構成であっても同様の効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態や他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、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、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。

１０…燃料電池
１００…発電ユニット
１０２…燃料電池スタック
１０４、１０６…ターミナルプレート
１１０、１１５…エンドプレート
１１２…凹部
１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０…流体マニホールド
１５１…フランジ
１５２…絶縁プレート
１５３…ボルト
１５４…絶縁壁
１５５…孔
１５６…溝
１５７…絶縁壁のフランジ側の面
１７０…グロメット
１７１…中心部
１７２…絶縁壁
１７３…水抜き孔
１８０…絶縁プレート
１８２…絶縁壁
１８４…凸部
１８５…孔
１８６…溝
１８７…絶縁壁のフランジ側の面
３００…水

Claims (1)

1. 燃料電池であって、
   燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの一方の端部に設けられたエンドプレートと、
   前記エンドプレートの前記燃料電池スタックと反対側に配置される絶縁プレートと、
   フランジを有し、前記フランジを用いて前記絶縁プレートを挟むように前記エンドプレートに取り付けられる流体マニホールドと、
   前記フランジを囲うように設けられ、前記エンドプレートと前記フランジとの間を隔てる絶縁壁と、
   前記絶縁壁の鉛直下方の最下部に設けられた排水用の溝、もしくは孔と、
   を備え、
   前記溝は、前記絶縁壁の内側に生じた水が前記エンドプレートから離れるように移動できるように、エンドプレートから離れるに従って、鉛直下方に低くなる傾斜を有しており、
   前記孔は、前記絶縁壁の内側に生じた水が前記フランジと前記エンドプレートの両方に接しないように前記孔から水を落下させることができる大きさを有する、燃料電池。

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