(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する電池セル積層体への反力付与を簡単な構成で確実に実現させる。【解決手段】燃料電池１００は、対向するエンドプレート１０の間に絶縁板３０Ｌと絶縁板３０Ｒを介在させた上で電池セル積層体２０を挟持し、積層方向に沿って締結力Ｐを掛けることで電池セル積層体２０の積層状態を維持する。こうして積層体を挟持した上で、絶縁板３０Ｒについては、セパレーター２４と面接触する界面３０Ｋをフッ素樹脂コート層形成等の手法で低摩擦性状化させた。このため、積層方向に交差する剪断力Ｅが作用すると、電池セル積層体２０は低摩擦性状の界面３０Ｋにおいて剪断方向の滑り変位を積極的に且つ容易に起こして、電池セル積層体側面をテンションプレート４０に接触させ、この接触範囲においてテンションプレート４０から反力ｆを受ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
燃料ガスと酸素含有ガスの供給を受けて発電する電池セルとセパレーターとを交互に積層した電池セル積層体と、
該電池セル積層体を積層方向に挟持するためのエンドプレートと、
該エンドプレートと前記電池セル積層体の積層方向端面との間に介在し、該積層方向端面と面接触する界面を有する積層体端部部材と、
前記エンドプレートにて挟持された前記電池セル積層体の積層状態を維持すると共に、前記電池セル積層体が前記積層方向と交差する剪断方向の力を受けて変位した場合に、前記積層方向に沿う前記電池セル積層体の側面の少なくとも一部に反力を与える積層方向部材とを備え、
前記積層体端部部材の前記界面と前記電池セル積層体の積層方向端面の少なくとも一方は、前記剪断方向の力を受けた前記電池セル積層体が前記界面において前記剪断方向の滑りを起こし得る低摩擦性状とされている
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸素含有ガスの供給を受けて発電する電池セルとセパレーターとを交互に積層した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノードに供給された燃料ガス中の燃料、例えば水素と、カソードに供給された酸素含有ガス中の酸素との電気化学反応を進行させて発電する。こうした発電は、電解質膜と膜両面に接合した触媒電極とを含む膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を含む電池セルそれぞれで起きるため、燃料電池では、電池セルとセパレーターとを交互に積層した上で、その両端のエンドプレートにて挟持している。
【０００３】
ところで、燃料電池は、その使用状況によっては、例えば車載された状況下では、外部からの衝撃や振動に対する十分な耐性が要求される。このため、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させるための手法が種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６５９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献では、剪断方向の力を受けて変位した電池セル積層体の側面の少なくとも一部に反力を与えることで、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を高めることが提案されている。このように反力を与えることは耐衝撃性や耐振動性の向上に有効ではあるものの、反力付与のために特有の構成を有する部材を必要としていた。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池を構成する電池セル積層体への反力付与を簡単な構成で確実に実現させることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用：燃料電池]
燃料電池であって、
燃料ガスと酸素含有ガスの供給を受けて発電する電池セルとセパレーターとを交互に積層した電池セル積層体と、
該電池セル積層体を積層方向に挟持するためのエンドプレートと、
該エンドプレートと前記電池セル積層体の積層方向端面との間に介在し、該積層方向端面と面接触する界面を有する積層体端部部材と、
前記エンドプレートにて挟持された前記電池セル積層体の積層状態を維持すると共に、前記電池セル積層体が前記積層方向と交差する剪断方向の力を受けて変位した場合に、前記積層方向に沿う前記電池セル積層体の側面の少なくとも一部に反力を与える積層方向部材とを備え、
前記積層体端部部材の前記界面と前記電池セル積層体の積層方向端面の少なくとも一方は、前記剪断方向の力を受けた前記電池セル積層体が前記界面において前記剪断方向の滑りを起こし得る低摩擦性状とされている
ことを要旨とする。
【０００９】
上記構成の燃料電池では、前記積層体端部部材の前記界面と前記電池セル積層体の積層方向端面の少なくとも一方を低摩擦性状とすることで、電池セル積層体が前記積層方向と交差する剪断方向の力を受けた場合に、この界面における電池セル積層体の剪断方向の滑りを積極的に且つ容易に起こすようにする。電池セル積層体は、こうして起こした電池セル積層体の剪断方向の滑りにより剪断方向に変位して、積層方向に沿う前記電池セル積層体の側面の少なくとも一部において反力を受けて高い耐衝撃性や耐振動性を発揮する。この結果、上記構成の燃料電池によれば、電池セル積層体が剪断方向の力を受けた場合の反力付与を、前記積層体端部部材の前記界面と前記電池セル積層体の積層方向端面の少なくとも一方を低摩擦性状とするということだけで実現できるので、反力付与のための構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１００の定常時における概略構成と剪断方向の力を受けた場合の挙動とを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１００の定常時における概略構成と剪断方向の力を受けた場合の挙動とを示す説明図である。
【００１２】
図示するように、燃料電池１００は、対向するエンドプレート１０の間に、電池セル積層体２０を備え、当該積層体の両端に絶縁板３０Ｌ、３０Ｒを介在させている。電池セル積層体２０は、電池セル２２とセパレーター２４とを交互に積層して構成される。電池セル２２は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を含んで構成され、アノードへの水素ガス（燃料ガス）供給とカソードへの空気（酸素含有ガス）供給を受けて発電する。絶縁板３０Ｌ、３０Ｒは、電池セル積層体２０における最端部の電池セル２２のセパレーター２４と面接触する。
【００１３】
この他、燃料電池１００は、対向するエンドプレート１０の間にテンションプレート４０を掛け渡した上で、当該プレートをエンドプレートにボルトにて固定する。これにより、燃料電池１００、詳しくは電池セル積層体２０には積層方向に沿って締結力Ｐが作用するので、電池セル積層体２０の積層状態は維持される（図１（Ａ）参照）。このように電池セル積層体２０は締結力Ｐに基づいてエンドプレート１０の間に挟持されているが、この積層方向に交差する剪断方向の力（剪断力Ｅ）が電池セル積層体２０に作用すると、後述するように剪断方向に変位する。
【００１４】
また、燃料電池１００は、電池セル積層体２０を構成するそれぞれの電池セル２２に水素ガスを供給する水素ガス供給系と空気を供給する空気供給系を備える。この両供給系は、ガスを一方のエンドプレート１０の側から供給した上で当該一方のエンドプレート１０の側から余剰ガスを排出するよう構成されている。こうしたガス供給と排出に対処すべく、それぞれの電池セル２２とセパレーター２４とにおいてセル内流路が形成されており、図における最右端のセパレーター２４においては、ガスの折り返しが可能なセル内流路が形成されている。電池セル２２を冷却する冷却系も同様である。
【００１５】
本実施例の燃料電池１００は、上記したように一方のエンドプレート１０の側でのガス・冷却水の供給と排出を行う。このため、絶縁板３０Ｌは、ガス或いは冷却水の供給（ＩＮ）と排出（ＯＵＴ）に関与するが、絶縁板３０Ｒは、ガス・冷却水の折り返しが可能なセル内流路を有する図における最右端のセパレーター２４と面接触すれば足り、ガス或いは冷却水の供給・排出には関与しない。よって、本実施例では、絶縁板３０Ｒの側において電池セル積層体２０の上記した剪断方向の変位を積極的に起こすよう、最右端のセパレーター２４と面接触する絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋを低摩擦性状とした。具体的には、絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋへのフッ素樹脂コート層の形成、或いは絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋへのオイル塗布・含浸等により、絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋを低摩擦性状とした。この場合、最右端のセパレーター２４の界面を低摩擦性状とすること、或いは最右端のセパレーター２４の界面と絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋの両界面を共に低摩擦性状とするようにすることもできる。
【００１６】
以上説明した構成を有する本実施例の燃料電池１００では、対向するエンドプレート１０の間に絶縁板３０Ｌと絶縁板３０Ｒを介在させた上で電池セル積層体２０を挟持し、積層方向に沿って締結力Ｐを掛けることで電池セル積層体２０の積層状態を維持する。このように電池セル積層体２０を締結力Ｐに基づいて挟持した燃料電池１００に積層方向に交差する剪断力Ｅが作用すると、電池セル積層体２０は剪断力Ｅに基づいて剪断方向に変位を起こす。本実施例の燃料電池１００では、図における電池セル積層体２０の最右端のセパレーター２４と面接触する絶縁板３０Ｒを、その界面３０Ｋが低摩擦性状となるようにしたので、電池セル積層体２０は、この低摩擦性状の界面３０Ｋにおいて剪断方向の滑り変位を積極的に且つ容易に起こすことになる。そして、絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋにて滑りを起こした電池セル積層体２０は、絶縁板３０Ｒの側においてその積層方向に沿った範囲において電池セル積層体側面をテンションプレート４０に接触させ、この接触範囲においてテンションプレート４０から反力ｆを受ける（図１（Ｂ）参照）。こうして反力ｆを受ける電池セル積層体２０は、この反力ｆを剪断力Ｅに抗する力とするので、高い耐衝撃性や耐振動性を発揮する。この結果、本実施例の燃料電池１００によれば、電池セル積層体２０が積層方向と交差する剪断力Ｅを受けた場合の反力付与を、絶縁板３０Ｒの界面３０Ｋを低摩擦性状とするだけで実現できるので、反力付与のための構成を簡略化することができる。しかも、界面３０Ｋの低摩擦性状化は、フッ素樹脂コート層形成やオイル塗布等にて容易に行えるので、コスト低減をも図ることができる。
【００１７】
また、本実施例の燃料電池１００では、剪断力Ｅを受けた場合の電池セル積層体２０の変位を積層体端部側、具体的には絶縁板３０Ｒの側で起こす。その一方、電池セル積層体２０がその両端で固定保持された梁状とされていれば、電池セル積層体２０は、その中央部位にて剪断力Ｅに基づく変位を起こす。梁状での固定保持により中央部位で変位する電池セル積層体２０と、本実施例の燃料電池１００のように積層体端部側（絶縁板３０Ｒの側）で変位する電池セル積層体２０とを対比すると、本実施例の燃料電池１００のように積層体端部側（絶縁板３０Ｒの側）で変位する電池セル積層体２０の方がテンションプレート４０との側面接触範囲は広がる。このため、本実施例の燃料電池１００によれば、広い範囲に亘って反力ｆを受けるようにできるので、耐衝撃性や耐振動性をより高めることができる。
【００１８】
本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施可能である。例えば、絶縁板３０Ｌの界面においてもフッ素樹脂コート層形成等により低摩擦性状化するようにすることもできる。また、テンションプレート４０と電池セル積層体２０との間に、弾性と絶縁性を有するゴムや発泡樹脂等からなる緩衝部材を配設することもできる。
【符号の説明】
【００１９】
１０…エンドプレート
２０…電池セル積層体
２２…電池セル
２４…セパレーター
３０Ｌ…絶縁板
３０Ｒ…絶縁板
３０Ｋ…界面
４０…テンションプレート
１００…燃料電池
Ｐ…締結力
Ｅ…剪断力
ｆ…反力
【図１】
2010244777.tif 000003