説明

燃料電池スタック

【課題】取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】スタッド10をメインスタッド10a及び延長用スタッド10bの2部材から構成し、メインスタッド10aの上端部には、その内部に雌ネジ11を形成し、延長用スタッド10bの下端部には、前記メインスタッド10aの雌ネジ11と係合する雄ネジ12を形成する。そして、延長用スタッド10bの雄ネジ12をメインスタッド10aの雌ネジ11と係合させることにより、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとを一体に接続することができると共に、両者の係合を外すことにより、再分離が可能な構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の単電池を積層して構成された燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【0002】
燃料電池は水素と酸素とを化学反応させて水を生成しながら発電を行うため、エコエネルギー源として、コジェネレーションシステム、電気自動車用の動力源、あるいは電子機器用電源等に用いられ、市場規模が非常に広い。
【0003】
また、燃料電池は電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、その発電動作原理上、単電池当たりの起電圧は最高でも1.2V程度となっているため、例えば、前記コジェネレーションシステム等の発電主機として適用していくためには、単電池を複数積層する、即ち電気回路的には直列につなぎ、トータル発電電圧を上昇させることが必要である。このようにしてトータル電圧を上昇させることにより、電気出力も増大させることができるため、実運用に適用することができる。
【0004】
ところで、単電池を複数積層した燃料電池積層体を燃料電池スタックとして製作するためには、燃料電池積層体を一体化させる必要があるが、その方法としては、燃料電池積層体を、その上下に配設された2つの端板で挟み、燃料電池の面圧力を調節するためのスプリングとスタッドとを使用して締め付ける方式が最も一般的である。
【0005】
例えば、図4に示すように、所定の長さ“H”を有する燃料電池用スタッド(以下、スタッドという)1を、単電池を複数積層してなる燃料電池積層体2の上下に配設された上部端板3a及び下部端板3bの所定の位置に所定個数設置し、その下方から下部ナット4bを取り付けると共に、上方からスプリング5と上部ナット4aを取り付け、燃料電池積層体2が所定の圧力で締め付け固定されるように上部ナット4aの締め付けを開始する。
【0006】
なお、図4は、すべてのスタッド1に取り付けた上部ナット4aの締め付けが終了した状態を示したものである。また、燃料電池積層体を締め付けるためのスタッド等は、通常は設計に応じて4箇所以上に取り付けられている。また、特許文献1には、ターンバックルを使用した方式での提案がなされている。
【特許文献1】特開平5−234613
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述したような一般的な締付け構造で燃料電池スタックを製作する場合、使用するスタッド1の長さ“H”としては、燃料電池積層体2、端板3、ナット4及びスプリング5等の合計の長さ以上が必要となる。また、スプリング5の長さとしては、装着時の無力状態となっている最も長い状態を基準として、スタッド1の長さを選定する必要がある。
【0008】
そのため、図4に示すように、上部ナット4aを締め付けた後は、スプリング5が縮んだ分だけスタッド1が長く余り(図中、A部分)、資源の無駄遣いだけでなく、突出部分が長いために安全性に問題があった。また、コンパクト性が要求されるコジェネレーションシステムへの適用に不都合となるといった問題があった。
【0009】
また、締め付けた後に、上部に突出した余分なスタッド部分(図中、A部分)を切断することも考えられるが、燃料電池積層体2を解体する等のメンテナンス性を考慮すると、切断は不適切であるため、これまではスタッド1の長さをできるだけ短くして用いているのが実情であった。
【0010】
また、特許文献1もこのような状況でのメンテナンスの向上を目的とした提案であるが、特許文献1で提案されているターンバックル方式は、力のかけ具合が判りにくく、スタックと近接しているため、工具を使用しての作業性が悪いという問題点があった。
【0011】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、燃料電池スタックを製作する際に、燃料電池積層体の締め付け前後でスタッドの全長を変えることができる、取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、燃料極と酸化剤極とからなる一対の単電池を複数積層してなる燃料電池積層体を、前記燃料電池積層体の両端に配置した端板を介して、スタッドとナットとスプリングを用いて締め付けてなる燃料電池スタックにおいて、前記スタッドが、互いに着脱可能なメインスタッドと延長用スタッドから構成されていることを特徴とするものである。
【0013】
上記のような構成を有する請求項1に記載の燃料電池スタックによれば、ナットの締め付け前は、メインスタッドと延長用スタッドとを接続して一体化して、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、延長用スタッドを取り外すことにより、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【発明の効果】
【0014】
以上のような本発明によれば、燃料電池スタックを製作する際に、燃料電池積層体の締め付け前後でスタッドの全長を変えることができる、取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【0016】
(1)第1実施形態
(1−1)構成
本実施形態においては、図1に示すように、スタッド10が、メインスタッド10a及び延長用スタッド10bの2部材から構成され、前記メインスタッド10aの上端部には、その内部に雌ネジ11が形成され、一方、延長用スタッド10bの下端部には、前記メインスタッド10aの雌ネジ11と係合する雄ネジ12が形成されている。
【0017】
そして、前記延長用スタッド10bの雄ネジ12をメインスタッド10aの雌ネジ11と係合させることにより、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとを一体に接続することができると共に、両者の係合を外すことにより、再分離が可能な構成とされている。
【0018】
なお、前記メインスタッド10aの長さ“h1”は、図2に示す燃料電池積層体2の長さに、上下端板3a、3b、圧縮されたスプリング5及び上下ナット4a、4bのそれぞれの厚さを加えた長さより所定の長さ分だけ長くなるように設定されている。
【0019】
また、延長用スタッド10bの長さ“h2”は、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとを接続した長さが、締め付け前の燃料電池積層体2の長さに、上下端板3a、3b、装着時の圧縮前のスプリング5及び上下ナット4a、4bのそれぞれの厚さを加えた長さより所定の長さ分だけ長くなるように設定されている。言い換えれば、メインスタッド10aと延長用スタッド10bの長さの和(h1+h2)が、図4に示した従来のスタッド1の長さ“H”と略同一となるように設定されている。
【0020】
さらに、前記雌ネジ11及び雄ネジ12は、それぞれのスタッド外径よりも十分細く、強度的に耐え得る構成とされている。また、前記雌ネジ11及び雄ネジ12のネジ山が一致しない場合には、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとの間に、薄い平板から成るスペーサ13を仮挿入して調節することにより、両者のネジ山を一致させることができるように構成されている。なお、前記スペーサ13は、外径が両スタッド10a、10bよりも小さい、略C字型の薄い平板で構成されている。
【0021】
(1−2)作用
上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池スタックは、以下のようにして作製される。
【0022】
まず、前記雌ネジ11と雄ネジ12とを係合させることによりメインスタッド10aと延長用スタッド10bとを一体化させてスタッド10を構成する。このスタッド10を、燃料電池積層体2を挟んでその上下に配設された上部端板3a及び下部端板3bの所定の位置に所定個数設置し、その下方から下部ナット4bを取り付けると共に、上方からスプリング5と上部ナット4aを取り付け、燃料電池積層体2が所定の圧力で締め付け固定されるように上部ナット4aの締め付けを開始する。
【0023】
このようにして、上部ナット4aを締め付けていくと、スプリング5が圧縮される結果、上部ナット4aは延長用スタッド10bの下方に移動し始め、延長用スタッド10bとメインスタッド10aの接続部分を通過し、さらに締め付けると、完全にメインスタッド10a部へ移動し、丁度設計通りの所定圧力となる位置に到達する。
【0024】
全てのスタッドに取り付けたナット4の締め付けが終了したところで、それぞれのメインスタッド10aに接続されている延長用スタッド10bを回動させて両者を分離し、延長用スタッド10bを取り除く。その結果、図2に示すように、メインスタッド10aの上端部が燃料電池積層体の上部に大きく突出しない構成とすることができる。
【0025】
一方、燃料電池積層体2を解体する場合には、再度メインスタッド10aに延長用スタッド10bを取り付け、その後に上部ナット4aを緩めることにより、上部ナット4a、スプリング5等を順次取り外すことができる。
【0026】
(1−3)効果
上述したように、本実施形態によれば、ナットの締め付け前は、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【0027】
(2)第2実施形態
本実施形態は上記第1実施形態の変形例であって、図3に示すように、延長用スタッド10bの雄ネジ12が形成されていない端部に、例えば、六角形のボルト部20が形成されている。なお、このボルト部20は、延長用スタッド10bの着脱作業時にペンチ等の工具を当てるための部位として用いられる。また、ボルト部20の形状は、六角形に限定されるものではない。
【0028】
上記のような構成を有する本実施形態においては、延長用スタッド10bに、スタッド外径よりも細い、例えば六角形のボルト部20を、メインスタッド接続部とは反対側に設置することにより、このボルト部20に工具を当てることにより、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとを分離させる作業が非常に容易なものとなる。
【0029】
このように、本実施形態によれば、雄ネジ12と雌ネジ11とで接続したメインスタッド10aと延長用スタッド10bとを再分離させるために、ペンチ等の工具を使用してネジの係合を外さなければならない場合に、延長用スタッド10bに設けたボルト部20をペンチ等の工具で挟持して延長用スタッド10bを回転させることができるので、延長用スタッド10bが破損することを防止することができる。なお、メインスタッド10aの他端部に、同様のボルト部を形成しても良いことは言うまでもない。
【0030】
上述したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に、ナットの締め付け前は、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。さらに、本実施形態によれば、メインスタッド10aと延長用スタッド10bとの係合を外す場合に、工具によって延長用スタッド10bが破損することを防止することができる。
【0031】
(3)他の実施形態
本発明は、上述したような実施形態に限定されるものではなく、メインスタッド10aと延長用スタッド10bの着脱手段としては、雌ネジと雄ネジだけでなく、突起とこれと凹凸係合する係合孔でも良い。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明に係る燃料電池スタックの第1実施形態に用いられるメインスタッド及び延長用スタッドの構成を示す側面図。
【図2】本発明に係る燃料電池スタックの第1実施形態の構成を示す側面図。
【図3】本発明に係る燃料電池スタックの第2実施形態に用いられるメインスタッド及び延長用スタッドの構成を示す側面図。
【図4】従来の燃料電池スタックの構成を示す側面図。
【符号の説明】
【0033】
1、10…スタッド
2…燃料電池積層体
3…端板
4…ナット
5…スプリング
10a…メインスタッド
10b…延長用スタッド
11…雌ネジ
12…雄ネジ
13…スペーサ
20…ボルト部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料極と酸化剤極とからなる一対の単電池を複数積層してなる燃料電池積層体を、前記燃料電池積層体の両端に配置した端板を介して、スタッドとナットとスプリングを用いて締め付けてなる燃料電池スタックにおいて、
前記スタッドが、互いに着脱可能なメインスタッドと延長用スタッドから構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項2】
前記メインスタッドと延長用スタッドの接続部分が、前記スタッド径よりも細い径の雄ネジと雌ネジとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
【請求項3】
前記延長用スタッドのメインスタッドとの接続側とは反対側の端部に、前記メインスタッドとの着脱操作を補助する部材を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池スタック。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2008−226562(P2008−226562A)
【公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−60953(P2007−60953)
【出願日】平成19年3月9日(2007.3.9)
【出願人】(301060299)東芝燃料電池システム株式会社 (358)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】