WO2007148810A1

WO2007148810A1 - 燃料電池

Info

Publication number: WO2007148810A1
Application number: PCT/JP2007/062647
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Inagaki
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2007-12-27
Also published as: CN101473485B; CA2654503C; JP2008004305A; CN101473485A; DE112007001515T5; US20090176145A1; JP5045880B2; US7901828B2; DE112007001515B4; CA2654503A1

Abstract

　本発明の燃料電池１０は、複数のセル２１が積層されてなるセル積層体２２と、セル積層体２２の積層方向の外側に配置されたエンドプレート１２と、セル積層体２２とエンドプレート１２との間に設けられてセル積層体２２への圧縮荷重を調整するスプリングモジュール２３とを設ける。スプリングモジュール２３を、アッパプレート５１とロアプレート５２との間に配置されて弾性力によってアッパプレート５１及びロアプレート５２を互いに離間させるコイルスプリング５３を備えた構造とする。ロアプレート５２に固定されてアッパプレート５１の挿通孔６３へ挿通され、アッパプレート５１のエンドプレート１２側の外面側へ突出する表示シャフト６２を有する複数の荷重表示部６１をスプリングモジュール２３に設ける。

Description

明細書燃料電池

技術分野

本発明は、発電セルを積層させたセル積層体を有する燃料電池に関する。背景技術

近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によつて発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。

このような燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によつて発電するセルを所要数積層したセル積層体と、このセル積層体の積層方向の外側に配置されるとともに荷重調整ネジで調整された圧縮荷重をセル積層体に与えるェンドブレートとを備えた燃料電池スタックとして構成されている。

そして、この燃料電池では、セル積層体への圧縮荷重の均一化及び圧縮荷重の変動の低減のため、プレート間に複数のスプリングを配置したスプリングモジュールをセル積層体とエンドプレートとの間に介在させている（例えば、特開 2 0 0 4— 2 8 8 6 1 8号公報参照）。

このスプリングモジュールには、一方のプレートの周縁から立ち上げられた側壁に目盛りを設け、この目盛りによって他方のプレートの周縁から立ち上げられた側壁の端部位置を読み取ることにより、スプリングモジュールを介してセル積層体に付与される圧縮荷重を把握することができるようになつている。発明の開示

ところが、上記のスプリングモジュールでは、目盛りが設けられた一側面側にて圧縮荷重を読み取るものであるので、燃料電池の配置状態あるいはケースへの収納状態によっては、目盛りを設けた一側面が隠れてしまい、圧縮荷重の読み取りが困難となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、セル積層体へ付与される圧縮荷重を円滑に読み取ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたェンドプレートと、前記セル積層体と前記ェンドブレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材とを備えるとともに、一方の板体に固定されて他方の板体の外面側へ突出する表示部材を有する荷重表示部を備えている。

力かる構成とすることにより、押圧装置の側面が隠されたとしても、他方の板体の外面側における表示部材の突出量を目視することにより、セル積層体に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができる。

また、前記押圧装置は、前記板体の周縁に形成されて互いにラップする側壁によつて前記弾性部材の収容空間が閉鎖されていてもよい。

かかる構成とすることにより、弾性部材の収容空間が閉鎖されていても、他方の板体の外面側における表示部材の突出量を外部から目視して、容易に圧縮荷重を把握することができる。

さらに、前記押圧装置には、平面内における複数箇所に前記荷重表示部が設けられていてもよい。

かかる構成によれば、複数箇所に設けられた荷重表示部における表示部材の突出量を測定することにより、セル積層体に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができるとともに、板体同士の傾きも把握することができ、圧縮荷重のバランスを把握することができる。

また、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたェンドブレートと、前記セル積層体と前記ェンドブレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、前記板体同士の間隔を示す複数の荷重表示部とを備え、それぞれの荷重表示部が所定方向から目視可能とされている。

かかる構成とすることにより、所定方向から全ての荷重表示部を目視し、圧縮荷重のバランスを把握することができる。また、各荷重表示部を、所定方向から目視しながら調整することができ、押圧装置の組み立て作業性の向上も図ることができる。

本発明の燃料電池によれば、セル積層体へ付与される圧縮荷重を円滑に読み取ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本実施形態に係る燃料電池の一部の断面図である。

図 2は、燃料電池に設けられたスプリングモジュールの構造を説明する斜視図である。

図 3は、スプリングモジュールに設けられた荷重表示部の構造を説明する断面図である。

図 4は、スプリングモジュールの変形例を示す断面図である。

図 5は、ロアプレートへの表示シャフトの他の固定構造を示すスプリングモジュールの側面図である。

図 6は、表示シャフトの変形例を示す側面図である。

図 7は、表示シャフトの変形例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明に係る燃料電池の第 1実施形態を図 1〜図 3を参照しつつ説明する。

図 1は、燃料電池 1 0を示すものである。この燃料電池 1 0は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。

燃料電池 1 0は、燃料電池スタック 1 1と、この燃料電池スタック 1 1の外側を覆う合成樹脂等の絶縁材料からなる図示しないスタックケースとを有している。燃料電池スタック 1 1は、一対の矩形状のエンドプレート 1 2 (— 方は図示略）を、互いの外縁部同士をテンションプレート 1 3で連結して外側部分が構成されており、これらエンドプレート 1 2及びテンションプレート 1 3は例えばジュラルミン等で形成されている。

また、燃料電池スタック 1 1は、エンドプレート 1 2同士の間に燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する平面視矩形状のセル 2 1を所要数積層してなるセル積層体 2 2が設けられている。そして、一方のエンドプレート 1 2とセル積層体 2 2との間には、エンドプレート 1 2側から順に、スプリングモジュール（押圧装置） 2 3、絶縁プレート 2 4、ターミナルプレート 2 5及びカバープレート 2 6が配置されている。なお、カバープレート 2 6 は省略することも可能である。

なお、図示はしないが他方のエンドプレート 1 2とセル積層体 2 2との間には、エンドプレート 1 2側から順に、絶縁プレート 2 4、ターミナルプレ —ト 2 5及びカバープレート 2 6が配置されている。

そして、スプリングモジュール 2 3が設けられた側のェンドプレート 1 2 は、テンションプレート 1 3に連結される矩形状のェンドブレート本体 3 0 と、このェンドプレート本体 3 0のテンションプレート 1 3への連結位置よりも内側の範囲に設けられたストツパ 3 1とで構成されている。

ェンドプレート本体 3 0には、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴 3 2が形成されている。ストッパ 3 1は、エンドプレート本体 3 0のスプリングモジユール 2 3側に当接することで、ェンドプレート本体 3 0を含むェンドブレート 1 2を補強する。このストッパ 3 1は、内側に雌ネジ 3 4が形成された円筒状のボス部 3 5と、このボス部 3 5の軸線方向の中間位置から全周にわたって半径方向外側に延出する、ボス部 3 5と同軸の一定厚の略円板状のフランジ部 3 6とを有している。

そして、ストッパ 3 1は、ボス部 3 5のうちフランジ部 3 6から軸線方向一側に突出する一方の円筒部 3 7においてエンドプレート本体 3 0の貫通穴 3 2に挿入され、フランジ部 3 6の全面がェンドプレート本体 3 0に当接されている。なお、ストッパ 3 1の一方の円筒部 3 7の軸方向長は、エンドプレート本体 3 0の貫通穴 3 2の軸方向長と同等とされており、円筒部 3 7の端面がェンドブレート本体 3 0の外側の端面と面一となつている。

そして、エンドプレート 1 2は、上記ストッパ 3 1の雌ネジ 3 4に螺合される荷重調整ネジ 4 1を有しており、この荷重調整ネジ 4 1がスプリングモジュール 2 3のエンドプレート 1 2側に形成された球面状の突起部 2 8に当接する。ここで、荷重調整ネジ 4 1には、突起部 2 8側に凹部 4 3が形成され、この凹部 4 3が突起部 2 8に係合するようになつている。

また、荷重調整ネジ 4 1には突起部 2 8とは反対側に六角ボルト等の工具を嵌合させる工具嵌合部 4 2が形成されており、荷重調整ネジ 4 1は、この工具嵌合部 4 2に嵌合する工具を介して回転させられることで、ェンドブレ —ト 1 2とセル積層体 2 2の端部との距離を調整してセル積層体 2 2に作用する圧縮荷重を調整する。図 2にも示すように、スプリングモジュール 2 3は、エンドプレート 1 2 側のアツパプレート（板体） 5 1と、セル積層体 2 2側のロアプレート（板体） 5 2とを有し、これらアツパプレート 5 1とロアプレート 5 2の間に、複数のコイルスプリング（弾性部材） 5 3が配設されている。アツパプレート 5 1及びロアプレート 5 2は、例えば、アルミニウムなどの比重の小さい金属材料がら形成されており、アツパプレート 5 1に、荷重調整ネジ 4 1が当接される突起部 2 8が形成されている。

また、スプリングモジュール 2 3は、各角部近傍位置に、それぞれ荷重表示部 6 1を備えている。これら荷重表示部 6 1は、ロアプレート 5 2に立設された円柱状の表示シャフト（表示部材） 6 2を有しており、この表示シャフト 6 2は、アツパプレート 5 1に形成された挿通孔 6 3に挿通され、アツパプレート 5 1のェンドプレート 1 2側の外面側へ突出されている。

図 3に示すように、表示シャフト 6 2は、その一端側に、ネジ部 6 4が形成されており、このネジ部 6 4を、ロアプレート 5 2に形成されたネジ孔 6 5へねじ込むことにより、ロアプレート 5 2に取り付けられている。

この表示シャフト 6 2には、他端部に、六角ボルト等の工具を嵌合させる六角穴からなる工具嵌合部 6 9が形成されており、表示シャフト 6 2は、この工具嵌合部 6 9に嵌合する工具を介して回転させられることで、口アブレート 5 2のネジ孔 6 5へのねじ込み量が調整可能とされている。

なお、工具嵌合部 6 9としては、六角穴に限らず、平面視六角形状の頭部として六角レンチによって回動可能としても良くあるいは周囲に複数の凸部を放射状に形成していわゆるトルクスレンチによって回動可能しても良い。さらには、単に、端面に、十字穴や直線状の溝を形成してドライバーによつて回動可能としても良い。

また、この表示シャフト 6 2のネジ部 6 4には、ロックナット 6 6が螺合されており、表示シャフト 6 2をロアプレート 5 2にねじ込んだ状態にて口ックナット 6 6を回動させてロアプレート 5 2に押圧させることにより、表示シャフト 6 2がロアプレート 5 2に固定されている。

また、この荷重表示部 6 1を構成する表示シャフト 6 2には、ネジ部 6 4 と反対側の他端部側に、目盛り部 6 7を有している。この目盛り部 6 7は、軸方向に所定間隔をあけて、例えば刻印等により形成された複数の目盛り線 6 8からなるもので、これら目盛り線 6 8は、表示シャフト 6 2の周方向に沿って全周にわたって形成されている。

これにより、この荷重表示部 6 1では、アツパプレート 5 1の挿通孔 6 3 から突出した表示シャフト 6 2の突出量を目盛り部 6 7の目盛り線 6 8によつて読み取ることにより、スプリングモジュール 2 3を介してセル積層体 2 2に付与される圧縮荷重を把握することができるようになっている。

そして、上記燃料電池 1 0では、荷重調整ネジ 4 1によってセル積層体 2 2へ付与される圧縮荷重が、複数のコイルスプリング 5 3を有するスプリングモジュール 2 3によって面方向に均一化され、また、発電時の膨張収縮による圧縮荷重の変動が吸収される。

ここで、本実施形態の燃料電池 1 0によれば、燃料電池スタック 1 1をケース内に収容したりあるいは車両に設置することにより、スプリングモジュール 2 3の側面が隠されたとしても、アツパプレート 5 1の外面側における表示シャフト 6 2の突出量を目視することにより、ロードセルなどを用いることなく、セル積層体 2 2に作用している圧縮荷重を円滑にしかも精度良く把握することができる。したがって、ロードセルなどの高価な装置を不要とすることができ、コスト低減を図ることができる。

したがって、特に、図 4に示すように、アツパプレート 5 1及びロアプレート 5 2の周縁に、互いにラップする側壁 5 1 a， 5 2 aを形成し、コイルスプリング 5 3を収容する収容空間を閉鎖した構造であっても、表示シャフト 6 2の突出量を目視することにより、圧縮荷重を極めて容易に把握することができる。

さらに、スプリングモジュール 2 3には、平面内における複数箇所に荷重表示部 6 1が設けられているので、これら荷重表示部 6 1における表示シャフト 6 2の突出量を測定することにより、セル積層体 2 2に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができるとともに、アツパプレート 5 1とロアプレート 5 2の傾きも把握することができ、圧縮荷重のバランスを把握することができる。

また、本実施形態によれば、所定方向から全ての荷重表示部 6 1の表示シャフト 6 2を目視し、圧縮荷重のバランスを把握することができる。これにより、各荷重表示部 6 1を、所定方向から表示シャフト 6 2を目視しながら調整することができ、調整工数の削減を図ることができ、スプリングモジュール 2 3の組み立て作業性の向上も図ることができる。

ここで、スプリングモジュール 2 3の側面に荷重の測定部を設ける場合は、ケース内に収納したり車両に設置して側面が隠れることを考慮すると、各側面における両端近傍に 2力所ずつ合計 8力所に荷重測定部を設けることが望ましいが、本実施形態では、所定方向から全ての荷重表示部 6 1の表示シャフト 6 2を目視することができるので、各角部近傍における 4力所に荷重表示部 6 1を設けることにより、圧縮荷重を十分に把握することができる。これにより、荷重測定部を削減することができ、製造コスト及び調整に係る手間を削減することができる。

しかも、表示シャフト 6 2を回動させることにより、ロアプレート 5 2へのねじ込み量を調整して、目盛り線 6 8の位置を微調整することができる。これにより、設計公差やアツパプレート 5 1あるいはロアプレート 5 2のたわみによって、コイルスプリング 5 3の弾性力等から決定した目盛り線 6 8 の位置の精度が低くなつても、表示シャフト 6 2を回動させて目盛り線 6 8 の位置を微調整することにより、容易に補正し、精度を高めることができる。また、ロアプレート 5 2に固定された表示シャフト 6 2をアツパプレート 5 1の揷通孔 6 3に挿通させた構造であるので、これらアツパプレート 5 1 及びロアプレート 5 2の面方向への相対的な位置ずれを抑制することもでき、コイルスプリング 5 3による弾性力を円滑に発揮させることができる。

なお、上記実施形態では、表示シャフト 6 2のネジ部 6 4に螺合させた口ックナット 6 6によって表示シャフト 6 2をロアプレート 5 2に固定したが、表示シャフト 6 2のネジ部 6 4のロアプレート 5 2のネジ孔 6 5への締結力が十分強ければ、図 5に示すように、ロックナット 6 6を設けずに、表示シャフト 6 2のネジ部 6 4をロアプレート 5 2のネジ孔 6 5へねじ込むことにより、表示シャフト 6 2をロアプレート 5 2に固定しても良い。

また、図 6及び図 7に示すものは、荷重表示部 6 1を構成する表示シャフト 6 2の他の例である。図 6及び図 7に示すように、この表示シャフト 7 1 は、その外周面に平面部を形成することにより、外周面に対して窪んだ 4つの表示面 7 2を有している。そして、この表示面 7 2に、目盛り線 6 8が形成されて目盛り部 6 7とされている。

そして、このような表示シャフト 7 1によれば、目盛り線 6 8が、外周面に対して窪んだ表示面 7 2に目盛り線 6 8が形成されているので、この目盛り線 6 8と、アツパプレート 5 1の挿通孔 6 3の内周面との干渉をなくすことができる。これにより、目盛り線 6 8の挿通孔 6 3の内周面との干渉による磨耗をなくすことができ、表示シャフト 7 1の長寿命化を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたェンドブレートと、前記セル積層体と前記ェンドブレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、

前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によつて前記板体同士を互いに離間させる弾性部材とを備えるとともに、一方の板体に固定されて他方の板体の外面側へ突出する表示部材を有する荷重表示部を備えている燃料電池。

2 . 請求項 1に記載の燃料電池において、

前記押圧装置は、前記板体の周縁に形成されて互いにラップする側壁によつて前記弾性部材の収容空間が閉鎖されている燃料電池。

3 . 請求項 1または請求項 2に記載の燃料電池において、

前記押圧装置には、平面内における複数箇所に前記荷重表示部が設けられている燃料電池。

4 . 複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたェンドブレートと、前記セル積層体と前記ェンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、

前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によ. つて前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、前記板体同士の間隔を示す複数の荷重表示部とを備え、それぞれの荷重表示部が所定方向から目視可能とされている燃料電池。