JPWO2019058902A1 - バネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池100は、図1および図2に示すように、セルスタックアッセンブリー100Mを、外部からガスを供給する外部マニホールド111と、セルスタックアッセンブリー100Mを保護するカバー112によって上下から挟み込んで、構成している。
図16Aは、燃料電池スタック100SにおけるアノードガスAGの流れを模式的に示す斜視図である。図16Bは、燃料電池スタック100SにおけるカソードガスCGの流れを模式的に示す斜視図である。
グリッドバネ120(バネ部材に相当)は、図15、図17、図18A、図18Bに示すように、発電セル101Mに向かってセパレータ102を押圧する弾発力を発生させる第1バネ部材121と、第1バネ部材121とは独立して弾発力を発生させる第2バネ部材122と、を有する。
燃料電池スタック100Sの製造方法は、セルユニット100Tを積層する工程S1と、グリッドバネ120のバネ定数Kを低下させる工程S2と、を有する。
上述した実施形態では、第1起立片130Aおよび第2起立片130Bは、曲げ変形を生じさせる形態として、ともに片持ち梁として構成した。しかしながら、起立片130の形態は、曲げ変形を生じる限りにおいて特に限定されない。
また、第2起立片130Bは、図24Aおよび図24Bに示すように、等モーメント梁としてもよい。等モーメント梁とは、断面二次モーメントが、第2起立片130Bの延びている方向に沿って一定であることを意味する。
上述した実施形態では、グリッドバネ120は、第1起立片130Aおよび第2起立片130Bを一の基板125に配置することによって構成された。しかしながら、図25A、図25B、図25Cおよび図25Dに示すように、グリッドバネ120は、第1起立片130Aおよび第2起立片130Bを異なる基板125に配置することによって構成してもよい。
変形例3において上述した形態において、図26A、図26Bおよび図26Cに示すように、グリッドバネ120は、第1起立片130Aと第2起立片130Bとの間の位置決めを行う位置決め機構410と、第1グリッドバネ120Aと第2グリッドバネ120Bの積層方向Zにおける一の側から他の側にガスを流通させる流通部420と、をさらに有してもよい。
上述した変形例3および変形例4では、第1グリッドバネ120Aに第2グリッドバネ120Bが積層された状態において、第1起立片130Aと第2起立片130Bとは、グリッドバネ120の平面視において異なる位置に配置されていた。
起立片130は、図28に示すように、起立片130の位置決めを行う位置決め機構510を有してもよい。
図29Aおよび図29Bに示すように、グリッドバネ120は、グリッドバネ120が加熱されると消失する第1グリッドバネ120Aと、第1グリッドバネ120Aとは独立して弾発力を発生させる第2グリッドバネ120Bと、を有してもよい。
100M セルスタックアッセンブリー、
100S スタック、
100T セルユニット、
100U 接合体、
100P 上部モジュールユニット、
100Q 中部モジュールユニット、
100R 下部モジュールユニット、
101 メタルサポートセルアッセンブリー、
101M 発電セル、
101N メタルサポートセル、
101S 電解質、
101T アノード(燃料極)、
101U カソード(酸化剤極)、
101V サポートメタル、
101W セルフレーム、
101k 開口部、
102 セパレータ、
102L 流路部、
102p 外縁、
102q 溝、
102x 平坦部、
102y アノード側突起、
102z カソード側突起、
103 集電補助層、
104 封止部材、
105 モジュールエンド、
106 上部集電板、
107 下部集電板、
108 下部エンドプレート、
109 上部エンドプレート、
110 エアーシェルター、
111 外部マニホールド、
101a,102a,105a,107a,108a,111a アノード側第1流入口、
101b,102b,105b,107b,111b,108b アノード側第2流入口、
101c,102c,105c,107c,111c,108c アノード側第3流入口、
101d,102d,108d,107d,111d,105d アノード側第1流出口、
101e,102e,105e,107e,111e,108e アノード側第2流出口、
101f,108f,102f,105f,107f,111f カソード側第1流入口、
101g,102g,105g,107g,108g,111g カソード側第2流入口、
101h,102h,111h,105h,107h,108h カソード側第1流出口、
101i,102i,105i,107i,108i,111i カソード側第2流出口、
101j,102j,105j,107j,108j,111j カソード側第3流出口、
112 カバー、
120 グリッドバネ(バネ部材)、
120A 第1グリッドバネ(第1バネ部材)、
120B 第2グリッドバネ(第2バネ部材)、
121 第1バネ部材、
122 第2バネ部材、
125A 第1基板、
125B 第2基板、
130A 第1起立片(バネ部)、
130B 第2起立片(バネ部)、
310 開口部、
410、510 位置決め機構、
420 流通部、
V 接合ライン、
AG アノードガス、
CG カソードガス、
X (燃料電池スタックの)短手方向、
Y (燃料電池スタックの)長手方向、
Z (燃料電池スタックの)積層方向。
Claims (19)
- 電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記電極と導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタックに用いるバネ部材であって、
前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させる第1バネ部材と、前記第1バネ部材とは独立して前記弾発力を発生させる第2バネ部材と、を有し、
前記第1バネ部材のバネ定数は、前記バネ部材が加熱されることによって低下し、
加熱前の状態では、前記第1バネ部材のバネ定数が前記第2バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能し、
加熱後の状態では、前記第1バネ部材のバネ定数が加熱前の状態よりも小さいことによって低反力バネとして機能する、バネ部材。 - 加熱後の状態では、前記第1バネ部材のバネ定数は、前記第2バネ部材のバネ定数以下である、請求項1に記載のバネ部材。
- 前記第1バネ部材は、前記セパレータから離間して配置される第1基部と、前記第1基部から前記セパレータに向かって湾曲しつつ延びており、先端部が前記セパレータに接触する第1バネ部と、を有し、
前記第2バネ部材は、前記セパレータから離間して配置される第2基部と、前記第2基部から前記セパレータに向かって湾曲しつつ延びており、先端部が前記セパレータに接触する第2バネ部と、を有し、
前記第1バネ部材は、前記第1バネ部が曲げ変形することによって前記弾発力を発生させるとともに、前記第2バネ部材は、前記第2バネ部が曲げ変形することによって前記弾発力を発生させる、請求項1または請求項2に記載のバネ部材。 - 前記第1基部に対する前記第1バネ部の曲げ角度は、前記第2基部に対する前記第2バネ部の曲げ角度よりも大きい、請求項3に記載のバネ部材。
- 前記第1バネ部の断面係数は、前記第2バネ部の断面係数よりも大きい、請求項3または請求項4に記載のバネ部材。
- 前記第2バネ部の幅は、前記第2基部から前記セパレータに向かって小さい、請求項3〜5のいずれか1項に記載のバネ部材。
- 前記第2バネ部の板厚は、前記第2基部から前記セパレータに向かって小さい、請求項3〜6のいずれか1項に記載のバネ部材。
- 前記バネ部材は、前記第1バネ部材に前記第2バネ部材を積層してなる、請求項3〜7のいずれか1項に記載のバネ部材。
- 前記第2バネ部材の板厚は、前記第1バネ部材の板厚よりも薄く、
前記第2基部は、前記第1バネ部を収容する開口部を有する、請求項8に記載のバネ部材。 - 前記バネ部材は、前記第1バネ部材と前記第2バネ部材との間の位置決めを行う位置決め機構と、前記第1バネ部材と前記第2バネ部材の積層方向における一の側から他の側に前記ガスを流通させる流通部を有する、請求項9に記載のバネ部材。
- 前記第1バネ部材に前記第2バネ部材を積層した状態において、前記第1バネ部および前記第2バネ部は、前記燃料電池ユニットの積層方向において重なる位置に配置されている、請求項8〜10のいずれか1項に記載のバネ部材。
- 前記第1バネ部は、フープバネである、請求項3〜11のいずれか1項に記載のバネ部材。
- 前記第2バネ部材は、前記燃料電池ユニットの積層方向における当該第2バネ部の変位を規制する規制部を有し、
前記第2バネ部は、等モーメント梁である、請求項3〜12のいずれか1項に記載のバネ部材。 - 電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルに導通接触するセパレータと、請求項1〜13のいずれか1項に記載のバネ部材と、を有する燃料電池ユニット。
- 前記バネ部材は、前記セパレータに対して当該バネ部材の位置決めを行う位置決め機構を有する、請求項14に記載の燃料電池ユニット。
- 前記バネ部材は、前記第1バネ部材および前記第2バネ部材を、前記セパレータの面方向に沿って配置してなり、
前記第1バネ部材は、少なくとも、前記バネ部材の隅部および中央部に配置されている、請求項14または15に記載の燃料電池ユニット。 - 請求項14〜16のいずれか1項に記載の燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタック。
- 電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルの前記電極と導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタックを製造する方法であって、
前記燃料電池ユニットを積層する際には、前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させる第1バネ部材と、前記第1バネ部材とは独立して前記弾発力を発生させる第2バネ部材と、を有するバネ部材を配置し、
前記バネ部材を配置する際には、前記第1バネ部材のバネ定数が前記第2バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能する前記バネ部材を配置し、
前記燃料電池ユニットを積層した後に、前記バネ部材を加熱することによって、前記第1バネ部材のバネ定数を低下させ、前記バネ部材を低反力バネとして機能させる、燃料電池スタックの製造方法。 - 前記燃料電池ユニットを積層する際には、一の前記発電セルと前記セパレータとを相対的に近づけることによって、前記第1バネ部材に、前記燃料電池ユニットの積層方向の力を作用させ、当該第1バネ部材を降伏させる、請求項18に記載の燃料電池スタックの製造方法。
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