説明

燃料電池

【課題】押圧装置にて生じた磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】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は、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、このコイルスプリング53の周囲を囲うようにアッパプレート51とロアプレート52との間にスポンジ54を設け、このスポンジ54とアッパプレート51及びロアプレート52との間をシールするビードガスケットを設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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】
【0002】
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によっ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。
【0003】
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っ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エンドプ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。
【0004】
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、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2004−288618号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記スプリングモジュールでは、スプリングとアルミ材などからなるプレートとの接触箇所にて金属磨耗粉が生じ、この磨耗粉が燃料電池の発電部や結露水に混入すると、絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合原因となる恐れがある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、押圧装置にて生じた磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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エンドプレートと、前記セル積層体と前記エ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って前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、該弾性部材の周囲を囲うように前記板体間に設けられたシール材とを備える。
【0008】
かかる構成とすることにより、板体同士の間に設けられた弾性部材の配設空間と外部とがシール材によって遮断されるので、弾性部材と板体との接触箇所にて磨耗粉が生じたとしても、この磨耗粉が外部に漏れ出すことがなく、したがって、この磨耗粉が外部に漏れ出すことによる絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合を抑制することができる。
【0009】
また、弾性部材と板体との接触箇所に塗布したグリスなどの潤滑剤の外部への漏出も抑制することができる。
【0010】
この場合、前記シール材は、弾性変形可能なスポンジと、このスポンジと前記板体との間に設けられたビードガスケットとから構成しても良い。この弾性変形可能なスポンジに代えて、弾性部材の弾性特性に対する影響が実質的に無い又は少ない弾性体を採用することも可能である。
【0011】
また、前記弾性部材が前記板体間に複数配置され、前記スポンジには、前記弾性部材が収容可能な保持孔が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の燃料電池によれば、押圧装置にて生じる磨耗粉の外部への漏出を抑制し、磨耗粉による不具合を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
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。
【0014】
図1は、燃料電池10の一部を示す断面図である。この燃料電池10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。
【0015】
燃料電池10は、燃料電池スタック11と、この燃料電池スタック11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11は、一対の矩形状のエンドプレート12(一方は図示略)を、互いの外縁部同士をテンションプレート13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12及びテンションプレート13は例えばジュラルミン等で形成されている。
【0016】
また、燃料電池スタック11は、エンドプレート12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21を所要数積層してなるセル積層体22が設けられている。そして、一方のエンドプレート12とセル積層体22との間には、エンドプレート12側から順に、スプリングモジュール(押圧装置)23、絶縁プレート24、ターミナルプレート25及びカバープレート26が配置されている。なお、カバープレート26は省略することも可能である。
【0017】
なお、図示はしないが他方のエンドプレート12とセル積層体22との間には、エンドプレート12側から順に、絶縁プレート24、ターミナルプレート25及びカバープレート26が配置されている。
【0018】
そして、スプリングモジュール23が設けられた側のエンドプレート12は、テンションプレート13に連結される矩形状のエンドプレート本体30と、このエンドプレート本体30のテンションプレート13への連結位置よりも内側の範囲に設けられたストッパ31とを備えて構成されている。
【0019】
エンドプレート本体30には、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴32が形成されている。ストッパ31は、エンドプレート本体30のスプリングモジュール23側に当接することで、エンドプレート本体30を含むエンドプレート12を補強する。このストッパ31は、内側に雌ネジ34が形成された円筒状のボス部35と、このボス部35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35と同軸の一定厚の略円板状のフランジ部36とを有している。
【0020】
そして、ストッパ31は、ボス部35のうちフランジ部36から軸線方向一側に突出する一方の円筒部37においてエンドプレート本体30の貫通穴32に挿入され、フランジ部36の全面がエンドプレート本体30当接されている。なお、ストッパ31の一方の円筒部37の軸方向長は、エンドプレート本体30の貫通穴32の軸方向長と同等とされており、円筒部37の端面がエンドプレート本体30の外側の端面と面一となっている。
【0021】
そして、エンドプレート12は、上記ストッパ31の雌ネジ34に螺合される荷重調整ネジ41を有しており、この荷重調整ネジ41がスプリングモジュール23のエンドプレート12側に形成された球面状の突起部28に当接する。ここで、荷重調整ネジ41には、突起部28側に凹部43が形成され、この凹部43が突起部28に係合するようになっている。
【0022】
また、荷重調整ネジ41には突起部28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42が形成されており、荷重調整ネジ41は、この工具嵌合部42に嵌合する工具を介して回転させられることで、エンドプレート12とセル積層体22の端部との距離を調整してセル積層体22に作用する圧縮荷重を調整する。
【0023】
図2にも示すように、スプリングモジュール23は、エンドプレート12側のアッパプレート(板体)51と、セル積層体22側のロアプレート(板体)52とを有し、これらアッパプレート51とロアプレート52の間に、複数のコイルスプリング(弾性部材)53が配設されている。
【0024】
アッパプレート51及びロアプレート52は、例えば、アルミニウムなどの比重の小さい金属材料から形成されており、アッパプレート51に、荷重調整ネジ41が当接される突起部28が形成されている。
【0025】
また、アッパプレート51とロアプレート52との間には、コイルスプリング53の弾性特性に対して実質的に影響の無い低反発タイプの弾性材であるスポンジ(シール材)54が設けられている。このスポンジ54には、表裏に貫通する複数の保持孔55が形成されており、これら保持孔55内にコイルスプリング53が配置されている。
【0026】
このスポンジ54には、複数の保持孔55の外周を囲うように、周縁部における表裏面に、ビードガスケット(シール材)56が設けられている。そして、このビードガスケット56が、アッパプレート51及びロアプレート52に密着されている。これにより、スプリングモジュール23では、コイルスプリング53が保持された空間が、アッパプレート51、ロアプレート52、スポンジ54及びビードガスケット56によって外部と遮断されている。
【0027】
また、スプリングモジュール23は、図1に示すように、アッパプレート51に設けられた目盛板57及びロアプレート52に設けられた指針板58を有しており、目盛板57によって指針板58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23を介してセル積層体22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。
【0028】
そして、上記燃料電池10では、荷重調整ネジ41によってセル積層体22へ付与される圧縮荷重が、複数のコイルスプリング53を有するスプリングモジュール23によって面方向に均一化され、また、発電時の膨張または収縮による圧縮荷重の変動が吸収される。
【0029】
しかも、アッパプレート51とロアプレート52との間に設けられたコイルスプリング53の配設空間を外部と遮断するスポンジ54及びビードガスケット56を設けたので、コイルスプリング53の端部とアッパプレート51及びロアプレート52との接触箇所にて金属粉である磨耗粉が生じたとしても、この磨耗粉が燃料電池10の発電部や結露水に混入する等、外部に漏れ出すことがなく、したがって、この磨耗粉が外部に漏れ出すことによる絶縁性の低下や錆の誘発などの不具合を抑制することができる。
【0030】
また、コイルスプリング53のばね特性を安定化させるためにコイルスプリング53の端部とアッパプレート51及びロアプレート52との接触箇所に塗布したグリスの外部への漏出も抑制することができる。さらに、スポンジ54には、コイルスプリング53が収容可能な保持孔55が形成されているので、組み立て時におけるコイルスプリング53の設置の容易化を図ることができる。
【0031】
なお、スポンジ54としては、内部をくり貫くことにより、複数のコイルスプリング53の全ての周囲を囲うような額縁形状であっても良い。また、スポンジ54を設けずに、蛇腹状のビードガスケット56をアッパプレート51及びロアプレート52に気密的に固着させることにより、複数のコイルスプリング53の全周をビードガスケット56によって囲っても良い。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本実施形態に係る燃料電池の一部の断面図である。
【図2】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断面図である。
【図3】スプリングモジュールを構成するスポンジ及びビードガスケットを説明する斜視図である。
【符号の説明】
【0033】
10…燃料電池、12…エンドプレート、21…セル、22…セル積層体、23…スプリングモジュール(押圧装置)、51…アッパプレート(板体)、52…ロアプレート(板体)、53…コイルスプリング(弾性部材)、54…スポンジ(シール材)、55…保持孔、56…ビードガスケット(シール材)。

【特許請求の範囲】
【請求項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エンドプレートと、前記セル積層体と前記エ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って前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、該弾性部材の周囲を囲うように前記板体間に設けられたシール材とを備える燃料電池。
【請求項2】
前記シール材は、弾性変形可能なスポンジと、このスポンジと前記板体との間に設けられたビードガスケットとからなる請求項1に記載の燃料電池。
【請求項3】
前記弾性部材が前記板体間に複数配置され、前記スポンジには、前記弾性部材が収容可能な保持孔が形成されている請求項2に記載の燃料電池。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−4299(P2008−4299A)
【公開日】平成20年1月10日(2008.1.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−170421(P2006−170421)
【出願日】平成18年6月20日(2006.6.20)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】