(57)【要約】【課題】燃料電池構造部材である締結バンド自体の絶縁性または締結バンドとセルスタック間の絶縁性が破壊された場合においても、両端集電板の短絡を防ぐことができる、燃料電池セルスタックを提供することを目的とする。【解決手段】複数のセルが積層されたセル積層体１２と、前記セルの積層方向の両端に配設された集電板１４と、前記セル積層体１２と前記集電板１４とを挾持する一対の端板１６とを有する燃料電池であって、両端部に第１バンド係合部と第２バンド係合部とを有し、前記セルスタック本体１０の一対の端面と互いに対向する一対の側面とを覆うように前記セルスタック本体１０の周囲に延在する締結バンド２２、２３とを備え、バンド部材の端部にはバンド部材係合部が設けられ、バンド部材係合部がバンド係合体２４ａ、２４ｂを介して係合され、かつ、バンド係合体２４ａ、２４ｂが絶縁性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の前記セルの積層方向の両端に配設された集電板と、さらに前記集電板の端に配設された弾性部材と、前記セル積層体と前記弾性部材とを挾持する一対の端板と、有するセルスタック本体と、
両端部に第１バンド係合部と第２バンド係合部とを有し、前記セルスタック本体の一対の端面と互いに対向する一対の側面とを覆うように前記セルスタック本体の周囲に延在する締結バンドと、を備え、
前記締結バンドは、第１バンド部材と第２バンド部材とから構成され、
前記第１バンド部材の一方の端部には第１バンド部材係合部が設けられ、前記第１バンド部材の他方の端部には第２バンド部材係合部が設けられ、
前記第２バンド部材の一方の端部には第３バンド部材係合部が設けられ、前記第２バンド部材の他方の端部には第４バンド部材係合部が設けられ、
前記第１バンド部材係合部と前記第３バンド部材係合部とが第一のバンド係合体を介して係合され、かつ、
前記第２バンド部材係合部と前記第４バンド部材係合部とが第二のバンド係合体を介して係合することにより、前記セルスタック本体が前記締結バンドにより締結されており、
前記第一及び第二のバンド係合体が絶縁性を有する、燃料電池のセルスタック。
【請求項２】
前記バンド係合体は表面を絶縁処理した金属である、請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項３】
前記バンド係合体の材質は絶縁性ゴムである、請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項４】
前記バンド係合体の材質は樹脂である、請求項１に記載の燃料電池のセルスタック。
【請求項５】
前記バンド係合体はピンである、請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池のセルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセルスタック及び燃料電池のセルスタックの締結方法に関し、締結バンドおよび絶縁性を有するバンド係合体を用いてセルスタック本体を締結した燃料電池のセルスタック及び燃料電池のセルスタックの締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な燃料電池のセルスタックは、複数のセル（単電池）が積層されたセル積層体の両端に、集電板、絶縁板及び端板がこの順に配設され、これらの積層体を締結ロッド（ボルト及びナット）により積層方向に締め付けることにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。このような締結ロッド（ボルト及びナット）を用いた締結構造では、端板の表面からボルトの頭部及び先端部並びにナットが突出するため、燃料電池のサイズが大きくなるという問題があった。
【０００３】
このため、セルスタックの締結構造をより小さくすることによって、燃料電池を小型化する技術が種々開発されており、厚さの薄い締結バンドを用いてセルスタックを締結する技術が開示されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。特許文献２及び特許文献３に開示されている燃料電池のように、セル積層体及び端板等の締結に締結バンドを用いると、締結バンドが端板の表面から大きく突出することがないので、燃料電池のサイズを小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５９１８７号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示されている高分子電解質形燃料電池では、一つの締結バンドで両端の集電板側面上を通過するため、振動や衝撃などによりセル積層体がずれた場合、締結バンドで両端集電板を短絡するという問題があった。また、特許文献２には、締結バンドとセル積層体の間に絶縁フィルムを介することにより短絡を回避する方法が開示されているが、燃料電池のセルスタックに強い衝撃が加わった場合には、絶縁フィルムが破ける可能性があり、絶縁体としては不十分であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、締結バンド自体の絶縁性または締結バンドとセルスタック間の絶縁性が破壊された場合においても、両端集電板の短絡を防ぐことができる、燃料電池のセルスタック及び燃料電池のセルスタックの締結方法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】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池のセルスタックは、複数のセルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の前記セルの積層方向の両端に配設された集電板と、さらに前記集電板の端に配設された弾性部材と、前記セル積層体と前記弾性部材とを挾持する一対の端板と、有するセルスタック本体と、両端部に第１バンド係合部と第２バンド係合部とを有し、前記セルスタック本体の一対の端面と互いに対向する一対の側面とを覆うように前記セルスタック本体の周囲に延在する締結バンドと、を備え、前記締結バンドは、Ｕ字状の第１バンド部材とＵ字状の第２バンド部材とから構成されている。
【０００８】
前記第１バンド部材の一方の端部には第１バンド部材係合部が設けられ、前記第１バンド部材の他方の端部には第２バンド部材係合部が設けられ、
前記第２バンド部材の一方の端部には第３バンド部材係合部が設けられ、前記第２バンド部材の他方の端部には第４バンド部材係合部が設けられ、
前記第１バンド部材係合部と前記第３バンド部材係合部とが第一のバンド係合体を介して係合され、かつ、
前記第２バンド部材係合部と前記第４バンド部材係合部とが第二のバンド係合体を介して係合することにより、前記セルスタック本体が前記締結バンドにより締結されており、
前記第一及び第二のバンド係合体が絶縁性を有している。
【０００９】
これにより、締結バンド自体の絶縁性または締結バンドとセルスタック間の絶縁性が破壊された場合においても、両端集電板の短絡を防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池のセルスタックでは、前記バンド係合体は表面を絶縁処理した金属であってもよい。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池のセルスタックでは、前記バンド係合体の材質は絶縁性ゴムであってもよい。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池のセルスタックでは、前記バンド係合体の材質は樹脂であってもよい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池のセルスタックでは、前記バンド係合体はピンであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池のセルスタック及び燃料電池のセルスタックの締結方法では、締結バンド自体の絶縁性または締結バンドとセルスタック間の絶縁性が破壊された場合においても、両端集電板の短絡を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池のセルスタック概略構成を模式的に示す平面図
【図２】図２は、図１に示す燃料電池のセルスタックの係合部側正面図
【図３】図３は、図１に示す燃料電池のセルスタックの第１バンド部材及び第２バンド部材の斜視図
【図４】図４は、図３に示す第１バンド部材及び第２バンド部材のバンド部材係合部を含む断面図(I―I´)
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池のセルスタックの概略構成を模式的に示す平面図
【図６】図６は、図５に示す燃料電池のセルスタックの係合部側正面図
【図７】図７は、図２に示す燃料電池のセルスタックの第１バンド部材及び第２バンド部材の斜視図
【図８】図８は、図７に示す第１バンド部材及び第２バンド部材のバンド部材係合部を含む断面図(II−II´、III−III´)
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下に示す各実施の形態では、本発明を固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に適用したものであるが、本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）またはリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等のような他の形式の燃料電池にも幅広く適用可能である。
【００１７】
（実施の形態１）
［燃料電池のセルスタックの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池のセルスタックの概略構成を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示す燃料電池のセルスタックの構成を示す係合部側正面図である。なお、図１及び図２において、燃料電池のセルスタックにおける上下方向を図における上下方向として表している。図４は、図３に示す第１バンド部材及び第２バンド部材のバンド部材係合部を含む断面図(I―I´)である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池のセルスタック１０は、直方体状のセル積層体１２と、Ｕ字状の第１バンド部材２２とＵ字状の第２バンド部材２３とから構成される締結バンドと、一対のバンド係合体２４ａ、２４ｂと、を備えている。
【００１９】
セル積層体１２（図１）は、起電力を生じさせる複数のセル（単電池）２８を積層するとともに、これらを直列接続することによって構成された積層電池である。各セル２８は、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とこれらに挟まれた固体高分子膜（イオン交換膜）とからなるＭＥＡ（膜／電極接合体）を、２枚の導電性のセパレータ（バイポーラプレート）で挟みこんだ四角板状の部品であり、隣接するセル２８のセパレータどうしが接触することによって、全てのセル２８が直列に接続されている。
【００２０】
集電板１４は、図１および図２に示すように、緻密質カーボンまたは銅等のようなガス不透過性かつ導電性の材料からなる四角板状の集電部１４ａを有しており、集電部１４ａの一つの側端縁には、出力端子１４ｂが一体に形成されている。
【００２１】
絶縁板１６は、集電板１４の端板１８と対向する側の面を絶縁するものであり、ゴムまたはプラスチック等のような絶縁性の材料を用いて四角板状に形成されている。
【００２２】
端板１８は、第１バンド部材２２、第２バンド部材２３による締結力をセル積層体１２および集電板１４に対して均等な面圧で付与するものであり、締結力による変形を防止するために硬質プラスチックまたは鋼等のような高剛性材料を用いて四角板状に形成されている。
【００２３】
圧縮ばね２０は、セル積層体１２および集電板１４等を含む積層体に対して積層方向の押圧力を付与するものであり、図１に示すように、各辺４×４＝１６個の圧縮ばね２０がセル積層体１２の面に対し等間隔の位置に配設されている。
【００２４】
第１バンド部材２２及び第２バンド部材２３は、セル積層体１２、集電板１４、絶縁板１６、端板１８および圧縮ばね２０を積層方向において締め付ける断面四角形の帯状部材であり、セル積層体１２の上面（上端面）、下面（下端面）、及び互いに対向する一対の側面を覆って、セル積層体１２の周囲に延在するように配置されている。
【００２５】
第１バンド部材２２及び第２バンド部材２３は、樹脂（エンジニアリングプラスチック、エラストマー等）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）またはクロムモリブデン鋼等のような引張強度及び防錆性に優れた材料によって構成されている。組立て性の観点から、Ｕ字形状であることが好ましい。
【００２６】
バンド係合体２４ａ及び２４ｂは、第１バンド部材２２及び第２バンド部材２３を係合する部材である。絶縁性を有し、締結に耐える剛性を有する材料であればよく、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）などの金属材料の表面を絶縁処理したもの、絶縁性ゴム、硬質プラスチックなどの樹脂が好ましい。
【００２７】
第１バンド部材２２の一方の端部には第１バンド部材係合部２２ａ、他方の端部には第２バンド部材係合部２２ｂが設けられ、第２バンド部材の一方の端部には第３バンド部材係合部２３ａ、他方の端部には第４バンド部材係合部２３ｂが設けられている。第１バンド部材係合部２２ａ、第３バンド部材係合部２３ａは、バンド接合体２４aを介して第１バンド部材２２と第２バンド部材２３を係合させるためにバンド端部に設けられた構造であり、例えば、ナットやロッドを通すための孔、バンド接合体２４aと直接係り合う係止形状としてもよい。
【００２８】
ここで、図１から図４を参照しながら、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａと第２バンド部材係合部２６ｂ及び第２バンド部材２３の第３バンド部材係合部２７ａと第４バンド部材係合部２７ｂの構成を詳細に説明する。なお、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａ及び第２バンド部材係合部２６ｂと第２バンド部材２３の第３バンド部材係合部２７ａ及び第４バンド部材係合部２７ｂは、同様に構成されているため、以下の説明では、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａと第２バンド部材２３の第４バンド部材係合部２７ａについて説明する。
【００２９】
図２（ｂ）に示したように、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａと第２バンド部材２３の第４バンド部材係合部２７ａはセル積層体１２の側面側においてバンド係合体２４aを介して係り合った状態となって固定されている。本実施形態では、第１バンド部材係合部２６aとバンド係合体２４aは、連結ねじ２２aによって固定されている。連結ねじ２２aのような第１バンド部材係合部２６aとバンド係合体２４aを固定するための部材は必ずしも必要ではなく、例えば、第１バンド部材係合部２６aとバンド係合体２４aが直接係り合い係止するような形状としてもよい。
【００３０】
燃料電池スタック１０を組み立てる際には、第２バンド部材２３上に、セル積層体１２の積層方向両側に集電板１４、絶縁板１６および端板１８を配置するとともに、一方の絶縁板１６と端板１８との間に圧縮ばね２０を配置し、さらにその上から第１バンド部材２２を配置する。これらを第１バンド部材２２、第２バンド部材２３の外側から押圧し、積層方向に締め付けながら、第１バンド部材係合部２６ａ、バンド係合体２４ａ、第２バンド部材係合部２７ａの位置を合わせて貫通孔を一致させた後、一致した貫通孔に連結ネジ２２ａ、２３ａを貫通させ、接続部を形成し締結する。したがって、第１バンド部材２２と第２バンド部材２３は絶縁性を有するバンド係合体２４ａを挟んで係合されることになり、第１バンド部材２２と第２バンド部材２３は電気的に絶縁することができる。
【００３１】
なお、第１実施形態では、セル２８、集電板１４、絶縁板１６および端板１８を四角板状に形成しているが、これらの形状は特に限定されるものではなく、長円板状または六画板状等であってもよい。
【００３２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池のセルスタックの概略構成を模式的に示す平面図であり、図６は、図５に示す燃料電池のセルスタックの構成を示す係合部側正面図である。なお、図５及び図６において、燃料電池のセルスタックにおける上下方向を図における上下方向として表している。図８は、図７に示す第１バンド部材及び第２バンド部材の断面図(II−II´、III−III´)である。
【００３３】
図５及び図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池のセルスタック１０は、実施の形態１に係る燃料電池のセルスタック１０と基本的構成は同じであるが、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａ及び第２バンド部材係合部２６ｂ、第２バンド部材２３の第３バンド部材係合部２７ａ及び第４バンド部材係合部２７ｂの構成が異なる。
【００３４】
具体的には、本実施の形態２に係る燃料電池のセルスタック１０では、第１バンド部材係合部２６ａ〜第４バンド部材係合部２７ｂは、第１バンド部材２２及び第２バンド部材２３の端から面方向（ここでは、鉛直方向）に沿って突出するように形成されており、鉛直方向に締結ピン２５a、２５ｂを通すための挿通孔が形成されている(図８)。また、第１バンド部材２２の第１バンド部材係合部２６ａと第２バンド部材２３の第４バンド部材係合部２７ａは、互いに接触しないように形成されていて、同様に、第１バンド部材２２の第２バンド部材係合部２６ｂと第２バンド部材２３の第３バンド部材係合部２７ｂは、互いに接触しないように形成されている。
【００３５】
そして、第１バンド部材２２の挿通穴（第１バンド部材係合部２６a）と第２バンド部材２３の挿通穴（第４バンド部材係合部２７ａ）には、絶縁性を有する締結ピン２５ａ(バンド係合体)が挿通され、同様に、第１バンド部材２２の挿通穴（第２バンド部材係合部２６ｂ）と第２バンド部材２３の挿通穴（第３バンド部材係合部２７ｂには、絶縁性を有する締結ピン２５ｂ(バンド係合体)が挿通され、第１バンド部材２２と第２バンド部材２３が係合されている。したがって、第１バンド部材２２と第２バンド部材２３は絶縁性を有する締結ピン２５ａを挟んで係合されることになり、第１バンド部材２２と第２バンド部材２３を電気的に絶縁することができる。
【００３６】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池のセルスタック１０であっても、実施の形態１に係る燃料電池のセルスタック１０と同様の作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の燃料電池のセルスタック及び燃料電池のセルスタックの締結方法は、締結バンド自体の絶縁性または締結バンドとセルスタック間の絶縁性が破壊された場合においても、両端集電板の短絡を防ぐことができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    燃料電池セルスタック
１２    セル積層体
１４    集電板
１４ａ    集電部
１４ｂ    出力端子
１６    絶縁板
１８    端板
２０    圧縮ばね
２２    第１バンド部材
２３    第２バンド部材
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ    連結ネジ
２４ａ，２４ｂ    バンド係合体
２５ａ，２５ｂ    バンド係合ピン
２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ    バンド部材係合部
２８    セル
３０    配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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