JPWO2006083018A1 - 燃料電池スタック、燃料電池スタックの設置構造、燃料電池スタックの運搬方法、及び燃料電池スタックの車両搭載方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、吊り下げを容易とするために燃料電池ケースに吊り下げ用のハンガーを取付けることも考えられるが、この場合、燃料電池スタックは重量物であるために運搬時の吊り下げに耐えることができるケース強度が必要となる。しかしながら、運搬のためだけにケース強度を上げることは使用時においては過剰強度であり、コストが上昇するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく容易に運搬することのできる燃料電池スタック、燃料電池スタックの設置構造、および燃料電池スタックの運搬方法、及び燃料電池スタックの車両搭載方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタックは、スタック構成部材の一部にセル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、前記スタック構成部材のいずれかは、前記スタック本体を吊り下げるための吊り下げ用ハンガーが取り付けられる取付部を有する。この場合において、吊り下げ用ハンガーは、重量物である燃料電池スタックの運搬に耐え得る剛性部材(例えば、エンドプレート、テンションプレート、及び締結ボルト等の締結部材)に取付部を介して取り付けられる。
本発明によれば、例えば剛性の高いスタック構成部材に対して選択的に吊り下げ用ハンガーを取り付け、この吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックを直接運搬することが可能となる。燃料電池スタックの運搬終了後は、スタック構成部材から吊り下げ用ハンガーを取り外しもよいし、固定したまま残しておいてもよい。
本発明の燃料電池スタックは、スタック構成部材の一部にセル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、前記吊り下げ用ハンガーは、前記スタック構成部材のいずれかに固定されていてもよい。
本発明の燃料電池スタックは、セル積層体と該セル積層体をセル積層方向に締め付ける締結部材とを有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、前記締結部材は、吊り下げ用ハンガーが取り付けられる取付部を有するものでもよい。
このような締結部材は、セル積層体を締め付けるものであることから、所要の強度を有するように構成されており、他のスタック構成部材に比して相対的に剛性が高い。よって、本発明によれば、剛性の高い締結部材に吊り下げ用ハンガーを取り付け、この吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックを直接運搬することが可能となる。燃料電池スタックの運搬終了後は、締結部材から吊り下げ用ハンガーを取り外しもよいし、固定したまま残しておいてもよい。
本発明の燃料電池スタックは、セル積層体と該セル積層体をセル積層方向に締め付ける締結部材とを有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、前記吊り下げ用ハンガーは、前記締結部材に固定されていてもよい。
前記スタック本体は、セル積層方向両端に前記締結部材の一部をなすエンドプレートを備え、前記吊り下げ用ハンガーは、前記エンドプレートに設けられていてもよい。つまり、本発明の燃料電池スタックは、セル積層方向両端にエンドプレートを備えたスタック本体と、前記エンドプレートに設けられた吊り下げ用ハンガーと、を備えるものでもよい。
本発明によれば、吊り下げ用ハンガーは剛性の高いエンドプレートに設けられる。これにより吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックを直接運搬することが可能となる。
なお、吊り下げ用ハンガーが固定されるスタック構成部材は、エンドプレートに限定されるものではなく、例えば、セル積層体を狭持する一対のエンドプレートを連結してこれらエンドプレートを介してセル積層体に締結力を与える締結部材(たとえば、テンションプレート、締結ボルト)であってもよい。
前記吊り下げ用ハンガーは、前記スタック本体に対して絶縁されていてもよい。ここで、「スタック本体に対して絶縁されている」とは、例えば吊り下げ用ハンガーとエンドプレート(スタック構成部材、締結部材)との間の絶縁だけでなく、例えば吊り下げ用ハンガーがボルト等によってエンドプレート(スタック構成部材、締結部材)に固定されているような場合には、当該ボルト等を介した吊り下げ用ハンガーとエンドプレート(スタック構成部材、締結部材)との間の絶縁も含まれる。
本発明によれば、吊り下げ用ハンガーを介した燃料電池スタック外部への通電が防止される。
前記スタック本体を収容するケースを更に備える場合には、前記吊り下げ用ハンガーを前記ケースの外側に突出させてもよい。
本発明によれば、スタック本体をケースに収容した状態で、吊り下げ用ハンガーを用いてケースとともにスタック本体を運搬することが可能となる。このため、燃料電池スタック運搬のためだけにケースの強度を上げる必要はない。
前記吊り下げ用ハンガーは、吊り下げ手段が引き掛けられる鉤部を備えると共に前記スタック本体の複数箇所に対をなして固定されていてもよく、かかる場合には更に、対をなす前記吊り下げ用ハンガーの鉤部が互いに逆を向いて固定されていてもよい。
本発明によれば、例えばロープ,ワイヤ,チェーン等の吊り下げ手段を吊り下げ用ハンガーの鉤部に引き掛けて燃料電池スタックを運搬している最中に当該燃料電池スタックが遊動したとしても、吊り下げ手段が鉤部から外れ難くなる。
本発明の燃料電池スタックの設置構造は、上記いずれかの構成からなる燃料電池スタックが前記吊り下げ用ハンガーを介して設置場所に固定される。
本発明によれば、運搬に用いられる吊り下げ用ハンガーが設置先(例えば車両等)において燃料電池スタックを固定するための固定具として使用される。
本発明の燃料電池スタックの運搬方法は、上記いずれかの構成からなる燃料電池スタックを運搬する方法であって、前記吊り下げ用ハンガーを用いて前記燃料電池スタックを吊り下げながら運搬する。
本発明によれば、吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックの運搬が可能となるから、別途の運転治具等が不要となる。
本発明の燃料電池スタックを車両に搭載する方法は、前記吊り下げ用ハンガーを用いて前記燃料電池スタックを吊り下げながら車両に搭載する。
この場合において、前記吊り下げ用ハンガーは、車両への搭載後に前記燃料電池スタックから取り外されてもよいし、燃料電池スタックに固定されたまま残しておいてもよい。
本発明によれば、吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックの車両への搭載が可能となるから、別途の運転治具等が不要となる。
図2は、同燃料電池スタックのケースを省略した斜視図。
図3は、燃料電池スタックの一般的な構造について示した全体概略図。
図4は、同燃料電池スタックのハンガー取付け部を拡大して示した断面図。
図5は、同燃料電池スタックの第1変形例を示した斜視図。
図6は、同燃料電池スタックの第2変形例を示した斜視図。
図7は、同燃料電池スタックの第3変形例を示した側面図。
図8は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の一例を示した斜視図。
図9は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の他の例を示した斜視図。
図10は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の他の例を示した斜視図。
図11は、同燃料電池スタックの車両への搭載例を示した側面図。
図12は、同燃料電池スタックの車両シャシーへの搭載例を示した斜視図。
図13は、同燃料電池スタックの車両への運搬及び搭載例を示した斜視図。
図14は、従来の燃料電池スタックの運搬方法について示した側断面図。
まず、燃料電池スタックの一般的な構造であって、本実施形態の燃料電池スタックにも適用されている構造について図3を参照して説明する。なお、以下においては車両用固体高分子電解質型の燃料電池スタックを用いて説明するが、下記の例に限定されるものではない。
図3に示したスタック本体5は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane−Electrode Assembly)とセパレータとを含むセル19を複数積層してなるセル積層体を備えて構成されている。
このセル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル(電極板)20、インシュレータ21、エンドプレート8,8を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材24(たとえば、テンションプレートや締結ボルト)をエンドプレート8,8にボルト25にて固定することで、スタック本体5が形成される。
スタック本体5の一端側には、エンドプレート8とインシュレータ21との間にプレッシャプレート32が設けられており、これらプレッシャプレート32とエンドプレート8との間に設けられたばね機構33にて、セル19にかかる荷重の変動を抑制している。ただし、図2では、図示の都合上、ばね機構33の図示を省略している。
セル電圧は約1ボルトであるので、車両に必要な約400ボルトの電圧を得るには、たとえば、約200個のセル19を積層して電気的に直列接続し、2つのセル積層体を並列に配して電気的に直列に接続し、並列配置のセル積層体を共通のエンドプレート8,8で挟んでスタック本体5とする。
本実施形態の燃料電池スタックは、図1に示したように、スタック本体5がケース6内に収容されてなる。ケース6はアッパケース6aとロアケース6bとが組み合わされてフランジ部6cで固定され、支持部9を介してスタック本体5がケース6内に固定された状態となっている。
エンドプレート8には、図1,2に示したように、金属製の吊り下げ用ハンガー(以下、単にハンガーと呼ぶ。)10がボルト11により固定されている。ハンガー10はアッパケース6aに設けられた孔12を通じてケース6外へ突出し、グロメット13により孔12の開口内壁とハンガー10との隙間が塞がれ、ケース6の防水、防塵性能が確保されている。
図4はハンガー10の取付け部の拡大図である。ハンガー10とエンドプレート8との間に絶縁樹脂プレート14が挟まれている。また、ハンガー10にはボルト11が貫通する孔10aが設けられているが、ボルト11とハンガー10との間には絶縁樹脂カラー15が設けられている。これによりハンガー10とエンドプレート8とは絶縁状態となっている。
また、同図に示すように、ボルト11は、水平方向にハンガー10を貫通するように螺設されている。これにより、燃料電池スタックをハンガー10で吊った際に、重力方向に作用する燃料電池スタックの自重をボルト11にて適切に支持することができる。
燃料電池スタックを運搬する際には、ハンガー10を用いてスタック本体5を吊り下げる。このときケース6にはスタック本体5からの荷重は作用しない。また、エンドプレート8は十分な強度を有するため、スタック本体5からの荷重がエンドプレート8に作用しても変形等の支障は生じない。かかる運搬に十分な強度を確保するため、エンドプレート8は例えばステンレス鋼等から構成される。
このように、本実施形態の燃料電池スタックによれば、専用の運搬治具を用いることなく、燃料電池スタックを容易に運搬することができる。
また、ケース6にではなく、十分な強度を有する燃料電池スタックのエンドプレート8に吊り下げ用ハンガー10を設ける構成であるから、ケース6の強度を必要以上に上げる必要がない。
さらに、燃料電池スタックの設置先では、ハンガー10を固定具として利用可能である。例えば車両のフレームにハンガー10を係止してボルト等によって締め付けることで、燃料電池スタックの固定を行うことができる。
なお、ハンガー10とエンドプレート8とを絶縁する必要がない場合には、上記の絶縁樹脂プレート14および絶縁樹脂カラー15は不要である。また、絶縁方法は上記の例に限定されるものではない。例えば、ハンガー10自体を絶縁体により構成したり、ハンガー10の表面に絶縁層を設けても良い。
ハンガー10の固定位置はエンドプレート8でなくともよい。燃料電池スタックは、スタック構成部材として、セル積層体、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート8,8、締結部材24等を備えてなるが、燃料電池スタックの運搬に耐え得る強度を有する構成部材であれば、ハンガー10はエンドプレート8,8以外のスタック構成部材に設けてもよい。
ハンガー20の固定方法あるいは取付方法は、上記の例に限定されるものではなく、例えば溶接や接着材等によってエンドプレート8等のスタック構成部材に固定あるいは固着されていてもよい。
また、エンドプレート8等のスタック構成部材に孔等の取付部(被係合部)を設け、この取付部にハンガーを引き掛けるようにしてもよい。
また、本発明に係るハンガーは、必ずしもS字状の部材である必要はなく、運搬(搭載)装置側の係合部に係合可能な構成であれば、如何なるものでも良く、S字以外の形状の部材の採用が可能であることはもとより、例えば孔の採用も可能である。
また、本発明の取付部は、運搬(車両搭載)装置側の係合部と係合するものであれば、如何なる構成であってもよく、例えば上記スタック構成部材に形成された孔でもよい。
さらに、本発明の取付部は、ハンガーを貫通してエンドプレート等のスタック構成部材と当該ハンガーとを連結する棒状の部材(例えば、ボルト)を当該スタック構成部材に設けるための例えば孔、圧入孔、螺子孔等の棒状部材取付部でもよい。
また、燃料電池スタックを設置する状況により、防水、防塵の必要がなければ、グロメット13を設けなくとも良い。
さらに、図5に示す第1変形例のように、ハンガー10をスタック本体5の積層方向片側にそれぞれ複数設けても良い。
かかる場合には、ハンガー10がスタック本体5の積層方向片側に単数設けられている燃料電池スタックに比して、運搬時に生じ得る揺動を抑制することができる。
図6は、第2変形例に係る燃料電池スタックの斜視図である。
この変形例に係るハンガー10は、上記実施形態および変形例(図1,2,5等)に係るハンガー10と同様に、例えばロープ,ワイヤ,チェーン等の吊り下げ手段(図13の符号120参照)の端部が切欠部10bを通して引き掛けられる鉤部10aを備えていると共に、スタック本体5のセル積層方向両端(複数箇所)に対をなして固定されている。
そして、本変形例では更に、これら一対のハンガー10の鉤部10aがエンドプレート8,8の面方向に沿って互いに逆を向くように、言い換えれば、ハンガー10の切欠部10bがセル積層方向と垂直な面に沿って互いに逆を向くように、固定されている。
これにより、吊り下げ手段をハンガー10の鉤部10aに引き掛けて燃料電池スタックを運搬している最中に当該燃料電池スタックが遊動したとしても、吊り下げ手段が鉤部10aの切欠部10bから抜けて外れることが抑制される。
図7は、第3変形例に係る燃料電池スタックの側面図である。
この変形例に係るハンガー10は、上記実施形態および変形例(図1,2,5,6等)に係るハンガー10と同様に、鉤部10aに連なる燃料電池スタックへの固定部10cがスタック本体5(本変形例では、エンドプレート8,8)に対してボルト11により固定されている。
ただし、上記実施形態および変形例では、1つのハンガー10に対して2本のボルト11を使用することにより、スタック本体5へのハンガー10の固定と、スタック本体5とハンガー10との間における相対回転の抑制が図られていたのに対し、本変形例では、スタック本体5へのハンガー10の固定は、1つのハンガー10に対して1本のボルト11で行い、スタック本体5とハンガー10との間における相対回転の抑制は、エンドプレート8,8に固定部10cよりも更にその厚さ方向外方に突出するように設けられた突起部11aにより行われる。
本変形例の突起部11aは、エンドプレート8,8のセル積層方向外側を向く面上であって、かつ、ボルト11を中心として切欠部10bが上方を向くように、つまり図7では時計回りに、ハンガー10が相対回転することを抑制できる位置に形成されている。
このような構成によれば、1本のボルト11でハンガー10をスタック本体5に固定することができるので、燃料電池スタック搭載時の工数低減が可能となる。なお、本変形例では、1本のボルト11でハンガー10をスタック本体5に固定しているが、2本またはそれ以上のボルト11で固定してもよいことは勿論である。
また、かかる相対回転を抑制できる構造であれば、本変形例の構造に限定されるものではなく、例えばエンドプレート8,8に形成した孔にハンガー10の固定部10cに設けた突起を嵌めこむ構造等、様々の回転抑制構造を採用することが可能である。
図8は、燃料電池スタックにおけるハンガー10の好適な固定位置の一例を示した斜視図である。
燃料電池スタックに例えば一対のハンガー10が所定の方向に沿って対向するように固定されている場合、これら対向するハンガー10を結ぶ線分Lが燃料電池スタックの重心Gの近傍を通るように固定位置を設定しておくことが好ましく(さらに好ましくは、重心Gが線分L上にのる)、かかる場合には、運搬時に生じ得る燃料電池スタックの揺動を抑制することができる。
同図は、セル積層方向に沿って対向配置された一対のハンガー10を結ぶ線分Lが、燃料電池スタックの重心Gの重力方向上方に位置するような、ハンガー10の固定例を示しており、このような構成によっても、運搬時に生じ得る燃料電池スタックの揺動を抑制することができる。
図9は、燃料電池スタックにおけるハンガー10の好適な固定位置の他の例を示した斜視図である。
略直方体をなす燃料電池スタックの外輪郭を画成する三辺のうち、ハンガー10による燃料電池スタックの運搬時に実質的に重力方向に沿うことになる一辺をH、残りの二辺をそれぞれL1,L2と定義した場合に、L1>HとL2>Hの関係の少なくとも一方が成立するように、好ましくは両方が成立するように、燃料電池スタックへのハンガー10の固定位置を設定する。
つまり、図9に示すように、燃料電池スタックの前記三辺のうち、運搬時における高さ方向(重力方向)に沿う一辺Hよりも水平方向に沿う他の二辺が長くなるような位置にハンガー10を固定した場合には、図10に示すような、L1<H及びL2<Hの関係が成立するような位置にハンガー10が固定された燃料電池スタックよりも、運搬時に生じ得る揺動を抑制することができる。
図11は、同燃料電池スタックの車両100への搭載例を示した側面図である。同図の破線で示すように、スタック本体5を備える燃料電池スタック110をいわゆるエンジンルーム101等のような車室R1よりも車両進行方向の前方側に搭載することができる。
この場合には、例えば図13に示すように、ハンガー10にチェーン等の吊り下げ手段120を引き掛けて燃料電池スタック110を吊った状態で運搬し、エンジンルーム101内の所定の搭載位置に搭載する。
なお、燃料電池スタック110は、図11の二点鎖線で示すトランクルームR2の下方等のように、車室R1よりも車両進行方向の後方側に搭載することもできるし、図12に示すように、スケートボード型のシャシー210に搭載することもできる。
図12は、燃料電池スタックの車両シャシーへの搭載例を示した斜視図である。
同図に示すシャシー210を備えた車両200は、操縦に関わるステアリングやブレーキ、その他の車両機能を全て電子制御化した、いわゆる「ドライブ・バイ・ワイヤー」システムを有する燃料電池搭載車両である。なお、この図において、シャシー210以外のボディや内装等の図示は、説明の便宜上、省略している。
車両200のシャシー210は、スケートボード型に構成されている。このシャシー210には、スタック本体5を備えた燃料電池スタック110をはじめとして、水素貯蔵タンク211や駆動モーター212など、走行に必要な基本構造が集約されている。
このように、車両200は、車両走行機能をシャシー210単体で成立させることが可能になっているので、例えば図11に示すような従来の車両100のように、車室R1やトランクルームR2を確保する等の要求を満たすために、燃料電池スタック110の搭載位置に制約を受けることはない。
なお、車両100,200に燃料電池スタックを搭載する場合には、図13に示すように、セル積層方向が水平方向に沿うように車載されることが好ましい。この場合において、セル積層方向は車両進行方向と平行、垂直、あるいは斜交するように配置することが可能である。
なお、本発明に係る燃料電池スタックは、ケース6を備える、ケース6を備えないにかかわらず、上記実施形態および上記変形例を適用することが可能であり、いずれの場合にも上述と同様の作用効果を得ることができる。
よって、本発明は、そのような要求のある燃料電池スタック、燃料電池スタックの設置構造、燃料電池スタックの運搬方法、及び燃料電池スタックの車両搭載方法に広く利用することができる。
Claims (12)
- スタック構成部材の一部にセル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、
前記スタック構成部材のいずれかは、前記スタック本体を吊り下げるための吊り下げ用ハンガーが取り付けられる取付部を有する。 - スタック構成部材の一部にセル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記スタック構成部材のいずれかに固定されている。 - セル積層体と該セル積層体をセル積層方向に締め付ける締結部材とを有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、
前記締結部材は、吊り下げ用ハンガーが取り付けられる取付部を有する。 - セル積層体と該セル積層体をセル積層方向に締め付ける締結部材とを有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記締結部材に固定されている。 - 請求項4に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記スタック本体は、セル積層方向両端に前記締結部材の一部をなすエンドプレートを備え、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記エンドプレートに設けられている。 - 請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池スタックにおいて、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記スタック本体に対して絶縁されている。 - 請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池スタックにおいて、
前記スタック本体を収容するケースを更に備え、
前記吊り下げ用ハンガーが前記ケースの外側に突出している。 - 請求項1から7のいずれかに記載の燃料電池スタックにおいて、
前記吊り下げ用ハンガーは、吊り下げ手段が引き掛けられる鉤部を備えると共に前記スタック本体の複数箇所に対をなして固定されており、
対をなす前記吊り下げ用ハンガーの鉤部が互いに逆を向いている。 - 請求項1から8のいずれかに記載の燃料電池スタックが前記吊り下げ用ハンガーを介して設置場所に固定された燃料電池スタックの設置構造。
- 請求項1から8のいずれかに記載の燃料電池スタックを運搬する方法であって、
前記吊り下げ用ハンガーを用いて前記燃料電池スタックを吊り下げながら運搬する。 - 請求項1から8のいずれかに記載の燃料電池スタックを車両に搭載する方法であって、
前記吊り下げ用ハンガーを用いて前記燃料電池スタックを吊り下げながら車両に搭載する。 - 請求項11に記載の燃料電池スタックを車両に搭載する方法において、
前記吊り下げ用ハンガーは、車両への搭載後に前記燃料電池スタックから取り外される。
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