(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の体格あるいは容積を増加することなく、複数列に配置された燃料電池の剛性を確保する。【解決手段】  複数列のスタックと複数列にまたがった一対のエンドプレート２０、２１を備えた燃料電池において、隣り合う前記スタック間の支持部材３０を有し、前記支持部材３０は、絶縁プレート１に前記絶縁プレート１よりも剛性の高いフレームを設けて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数列のスタックと複数列のスタックにまたがった一対のエンドプレートとを備えた燃料電池において、
隣り合う前記スタック間の支持部材を有し、
前記支持部材は、絶縁プレートに前記絶縁プレートよりも剛性の高いフレームを設けて構成することを特徴する燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記スタック間の支持部材の絶縁プレートは、前記支持部材と前記スタックの導電性部位との接触面を構成することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記フレームは金属であることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記スタック間の支持部材以外の支持部材をさらに有することを特徴する燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記スタックは前記エンドプレートおよび前記支持部材に覆われた構成であることを特徴する燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記エンドプレートと前記支持部材とが一体に固定されていることを特徴する燃料電池。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記フレームは、前記絶縁プレートの一方の面においてその周囲部分に接触する枠体と、前記枠体が接触する絶縁プレートの面の裏面から締め具によって前記絶縁プレートを前記枠体に固定する固定部材とを有し、
前記枠体は、前記絶縁プレートに対向する側に前記絶縁プレートをはめ込む段差部を有し、
前記固定部材は、前記枠体の段差部にはめ込まれた絶縁プレートを裏面から前記枠体に固定することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池スタックを複数列に並べて配置し、一体として取り扱われる構造の燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池では、複数列の燃料電池スタックをエンドプレートにより一体化し、燃料等の給排配管の取り付け固定の安定性、あるいは、取り付け性を向上させることができるとされている。一方、複数列のスタック間に絶縁物を使用し、スタック間の絶縁を図っている。
【特許文献１】特開２００２−３６７６６４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７６３７号公報
【特許文献３】特開平６−３３３５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した技術では、複数列に並べて配置したスタックの剛性を確保することに対する配慮がなかった。すなわち、複数列のスタックを並べて単にエンドプレートにより固定しただけでは、スタックの配置を安定して維持できないおそれが生じる。しかし、複数列に配置されたスタックの剛性を確保するために、スタック間に金属性の支持部材を使用すると、スタック間の絶縁性を維持するため、金属製の支持部材とスタックとの間に絶縁部材を挿入せざるを得ない。このため、燃料電池の体格あるいは容積が増大してしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、燃料電池の体格あるいは容積を増加することなく、複数列に配置された燃料電池の剛性を確保する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、複数列のスタックと複数列にまたがった一対のエンドプレートを備えた燃料電池において、隣り合う前記スタック間の支持部材を有し、前記支持部材は、絶縁プレートに前記絶縁プレートよりも剛性の高いフレームを設けて構成することを特徴する。絶縁プレートに前記絶縁プレートよりも剛性の高いフレームを設けて支持部材を構成したので、絶縁プレート・金属製の支持部材・絶縁プレートという構成と比較してスタック間に絶縁プレートだけが配置される構成が可能となり、容積および重量を小さくすることができる。この場合、フレームは、金属でもよいが、絶縁性物質でもよい。剛性と絶縁性を備えた物質が高価である場合に、例えば、絶縁プレートを安価な物質とし、フレームを高価な物質とし、特性の異なる複数物質の組み合わせで支持部材を構成してもよい。
【０００６】
また、本発明は、上記燃料電池において、前記スタック間の支持部材の絶縁プレートは、前記支持部材と前記スタックの導電性部位との接触面を構成することを特徴とする。このような構成により、スタック導電性部位のスタック間の支持部材との接触面は、絶縁プレートとなり、フレームにより剛性を確保するとともに絶縁性も確保できる。
【０００７】
また、本発明は、上記燃料電池において、前記フレームは金属であることを特徴とする
。フレームを金属とすることで、剛性および強度を確保できる。
また、本発明は、上記燃料電池において、前記スタック間の支持部材以外の支持部材をさらに有することを特徴する。スタック間以外の部分、例えば、スタックの周囲にさらに支持部材を設けることで燃料電池の剛性を向上できる。
【０００８】
また、本発明は、上記燃料電池において、前記スタックは前記エンドプレートおよび前記支持部材に覆われた構成であることを特徴する。本発明によれば、エンドプレートおよび前記支持部材に覆われているので、さらに剛性を向上できる。
【０００９】
また、本発明は、上記燃料電池において、前記エンドプレートと前記支持部材とが一体に固定されていることを特徴する。エンドプレートと支持部材を一体に構成することで、燃料電池の剛性を向上できる。この場合、例えば、ボルト等の締め具により、エンドプレートと支持部材とを一体に固定すればよい。
【００１０】
また、前記フレームは、前記絶縁プレートの一方の面においてその周囲部分に接触する枠体と、前記枠体が接触する絶縁プレートの面の裏面から締め具によって前記絶縁プレートを前記枠体に固定する固定部材とを有し、前記枠体は、前記絶縁プレートに対向する側に前記絶縁プレートをはめ込む段差部を有し、前記固定部材は、前記枠体の段差部にはめ込まれた絶縁プレートを裏面から前記枠体に固定することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、前記枠体は、前記絶縁プレートに対向する側に前記絶縁プレートをはめ込む段差部を有し、前記固定部材は、前記枠体の段差部にはめ込まれた絶縁プレートを裏面から前記枠体に固定するので、枠体、絶縁プレートおよび固定部材のなす断面の厚みを低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池の体格あるいは容積を増加することなく、複数列に配置された燃料電池の剛性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の筐体１００の外観を示す斜視図である。また、図２は、図１の燃料電池をＨ矢印方向から見た斜視図である。また、図３は、図１の燃料電池をＩ矢印方向から見た斜視図である。
【００１５】
この燃料電池の筐体１００は、筐体１００内の燃料電池スタックを積層方向に対して前後から保護するエンドプレート２０、２１と、エンドプレート２０の両端とエンドプレート２１の両端をそれぞれ接続して設けられた側壁部４０、４０と、エンドプレート２０、２１、側壁部４０、４０のなす枠体の天井部を被覆する天井部材１６、１６と、エンドプレート２０、２１、側壁部４０、４０のなす枠体の底部を被覆する底部材５０、５０（図３参照）を有している。
【００１６】
図１に示すように、天井部材１６、１６には、スリットが設けられ、燃料電池スタックの電極に接続されるターミナル１２、１３が天井部材１６、１６の上面から上方向に突出する。
【００１７】
図４に、筐体１００の分解図を示す。ただし、図４では、説明の容易のため天井部材１
６、１６を除外して示している。図４のように、筐体１００は、２つの底部材５０、５０の間に挟み込まれた位置から立設され、対向するエンドプレート２０、２１に略直交して設けられた中央部材３０（本発明の支持部材に相当）を有している。すなわち、中央部材３０は、エンドプレート２０、２１と側壁部４０、４０が取り囲む筐体１００の内部空間を略２分する位置に設けられている。
【００１８】
側壁部４０、４０、底部材５０、５０および中央部材３０は、いずれもその両端部の面が対向するエンドプレート２０、２１に挟み込まれるように接触している。側壁部４０、４０、底部材５０、５０および中央部材３０のそれぞれのエンドプレート２０、２１との接触面には、ネジ穴が設けられ、組み付けボルトにより、対向するエンドプレート２０、２１に組み付けられる。したがって、エンドプレート２０、２１、中央部材３０、側壁部４０、４０、および底部材５０、５０は、組み付けボルトにより一体に固定される。
【００１９】
図５に、中央部材３０の概略構成を示す（図５では、理解の容易のため、細部は省略されている）。中央部材３０は、板状の中央樹脂部材１（本発明の絶縁プレートに相当）と、金属の枠部材２、３とを有する。金属の枠部材２、３の組み合わせが本発明のフレームに相当し、金属の枠部材２が枠体に相当する。枠部材２、３は、ともに概ね長方形の枠状であり、中央部材３０の周辺部を補強する構成となる。すなわち、中央部材３０は、２つの枠部材２、３により両面から挟み込まれた状態で、２つの枠部材２、３に固定される。
【００２０】
図６に、中央部材３０の詳細構成を示す。第１の枠部材２が構成する構造部材２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄのうち、少なくとも３つは、構造部材２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが互いに対向する内側面に段差を有している。本実施形態では、図６に示すように、構造部材２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄがそれぞれ構造部材２Ｄ、２Ａ、２Ｂに対向する内側面に段差部３５、３６および３７を有している。そのため、段差部３５、３６および３７と、構造部材２Ａとが構成する空間は、枠部３に対向する側（対向側空間）が広く、枠部３と逆側の中央部材３０の外面側（以下、外面空間）が狭くなっている。
【００２１】
この段差部３５、３６および３７の深さは、概ね中央樹脂部材１の厚みに一致する。また、上記対向側空間の内周は、中央樹脂部材１の外周に概ね一致するか、または、中央樹脂部材１の外周より大きい。また、上記外面空間の内周（枠部２が構成する窓部の内周）は、中央樹脂部材１の外周より小さくなっている。したがって、中央樹脂部材１は、段差部３５、３６および３７と、構造部材２Ａとが構成する対向側空間に、はめ込まれ、収容される。その場合、段差部３５、３６および３７がストッパとして機能し、段差部３５、３６および３７の枠部３に対向する面が中央樹脂部材１を保持する。
【００２２】
構造部材２Ａの両端から所定寸法Ｗ離れた位置には、直方体状の小ブロック３３、３３が設けられている。一方、構造部材２Ａに対向する枠部３の構造部材３Ａの両端から寸法Ｗの位置には、段差部３４Ａ、３４Ａが設けられている。したがって、中央樹脂部材１を枠部２と枠部３とで挟み込むと、中央樹脂部材１は、段差部３５、３６および３７と、構造部材２Ａとが構成する対向側空間に収容されるとともに、枠部２の小ブロック３３、３３が各々、枠部３の段差部３４Ａ、３４Ａに当接する。
【００２３】
小ブロック３３、３３が各々段差部３４Ａ、３４Ａに当接する面には、ボルトを挿入可能な穴が設けられ、段差部３４Ａ、３４Ａが各々小ブロック３３、３３に当接する面には、そのボルトのネジ穴が切られている。ただし、逆に、小ブロック３３、３３にネジ穴を切り、段差部３４Ａ、３４Ａにボルトを挿入可能な穴を設けてもよい。このような構成により、小ブロック３３、３３と段差部３４Ａ、３４Ａにより枠部２、３は、ネジ止めされる。
【００２４】
一方、構造部材２Ｃを略３等分する２つの位置にも、直方体状の小ブロック３１、３１が設けられている。一方、構造部材２Ｃに対向する枠部３の構造部３Ｃを略３等分する２つの位置には、段差部３２、３２が設けられている。この小ブロック３１、３１と段差部３２、３２が対向する面には、上記と同様、穴およびネジ穴が設けられ、枠部２と枠部３とをボルトによりネジ止めする。このようにして、枠部２と３とは、中央樹脂部材１を挟み込んだ状態で、４箇所の小ブロック３３、３３および３１、３１と、段差部３４Ａ、３４Ａおよび３２、３２によりネジ止めされることになる。
【００２５】
図７に、側壁部４０の構成を示す。側壁部４０は、板状の側壁樹脂部材４と、側壁樹脂部材４を補強する金属製の側壁枠部７とを有する。図７のように、側壁枠部７は、側壁樹脂部材４の一方の面に取り付けられる。また、側壁樹脂部材４の他方の面には、棒状の金属部品５、５および６が取り付けられる。
【００２６】
棒状の金属部品５、５および６と、側壁枠部７の構造部材とが挟み込む側壁樹脂部材４には、ボルトを挿入する穴が設けられている。また、この穴の位置に位置づけられる側壁枠部７の位置には、ネジ穴が切られている。一方、側壁枠部７のネジ穴および側壁樹脂部材４の穴に対応する金属部品５、５および６の面にも、穴が設けられている。このような構成により、ボルトと金属部品５、５および６とにより、側壁樹脂部材４は、側壁枠部７にネジ止めされる。
【００２７】
図８に、底部材５０の構成を示す。底部材５０は、底部樹脂部材８と、底部樹脂部材８の一方の面に組み付ける底部枠部１０と、底部樹脂部材８の他方の面に組み付ける棒状の金属部品９、９とを有する。側壁部４０と同様、底部樹脂部材８と底部枠部１０とは、金属部品９、９とボルトによりネジ止めされる。
【００２８】
図９に、筐体１００内のセルスタック１１の配置を示す。ただし、図９も、図４と同様、天井部材１６、１６を除外して示している。上述のように、筐体１００の内部空間は、中央部材３０により２つの空間に仕切られている。本実施形態の燃料電池は、この２つの空間にセルスタック１１を２列収容して構成される。
【００２９】
セルスタック１１は、燃料電池セルを複数直列に積層して構成され、不図示の締め具により締結されている。直列に積層されたセルからなるセルスタック１１の両端付近にはターミナル１２、１３が設けられている。ターミナル１２、１３は、各々セルスタック１１の両端のセルの電極に接続され、直列接続された燃料電池セルの電圧を引き出している。
【００３０】
２つのセルスタック１１のセルの積層方向の両端は、ともに、絶縁部品１４、１５に被覆されている。したがって、セルスタック１１が筐体１００の内部空間に収容された場合でも、セルスタック１１の両端は、絶縁部品１４、１５を介してエンドプレート２０、２１に接触する。このため、セルスタック１１は、金属製のエンドプレート２０、２１から絶縁部品１４、１５によって絶縁される。
【００３１】
また、筐体１００の内部空間では、中央部材３０の枠部２のうち、エンドプレート２０、２１側の構造部材２Ｂ、２Ｄは、絶縁部品１４、１５の端面と接触し、筐体１００の内面でセルスタック１１側には露出しない。したがって、セルスタック１１が筐体１００に挿入されても、金属製の構造部材２Ｂ、２Ｄと接触することはない。これは、枠部３の構造部材３Ｂ、３Ｄについても同様である。
【００３２】
また、図４、５に示すように、中央部材３０は、板状の中央樹脂部材１の周囲部分を金属製の枠部２、３により補強されている。しかし、図９に示すように、中央部材３０が底部材５０、５０と組み合わせられることにより、枠部２、３のうち、底部材５０側の構造
部材２Ｃ、３Ｃは、底部樹脂部材８、８に挟み込まれる。その結果、底部材５０側の構造部材２Ｃ、３Ｃは、筐体１００の内面側には露出しない。したがって、セルスタック１１が筐体１００に挿入されても、金属製の構造部材２Ｃ、３Ｃと接触することはない。
【００３３】
同様に、側壁部４０を構成する金属部品６は、底部樹脂部材８の端面に接触する結果、筐体１００の内面でセルスタック１１側には露出しない。したがって、セルスタック１１が筐体１００に挿入されても、金属部品６と接触することはない。
【００３４】
なお、図９に示すように、エンドプレート２０、セルスタック１１を被覆する絶縁部品１４には、各々小開口２２Ａ−２４Ａ、２２Ｂ−２４Ｂが設けられ、セルスタック１１内の不図示のマニホールドに通じている。
【００３５】
図１０に、筐体１００にセルスタック１１を収容した状態を示す。この状態では、セルスタック１１の上面（図１０のセルスタック１１の上側の面）は、枠部２、３の上側の構造部材２Ａ、３Ａの位置まで届かない。したがって、樹脂製の天井部材１６、１６を装着することにより、セルスタック１１を絶縁物で被覆することができる。
【００３６】
天井部材１６、１６のエンドプレート２０、２１寄りの端部付近および側壁部４０、４０寄りの端部には、穴が設けられている。天井部材１６、１６は、この穴に挿入されるボルトと金属部品１８、１７とにより、エンドプレート２０、２１と側壁部４０、４０とにネジ止めされる。
【００３７】
以上述べたように、セルスタック１１は、筐体１００の内部空間において、絶縁物１４、１５によりエンドプレート２０、２１と絶縁されている。また、セルスタック１１は、筐体１００の内部空間において、中央部材３０、側壁部４０、底部材５０の中央樹脂部材１、側壁樹脂部材４および底部樹脂部材８に被覆され、金属製の枠部２、３、側壁枠部７、底部枠部１０、金属部品４、５、９と接触することがない。また、セルスタック１１、１１の間には、中央部材３０の中央樹脂部材１だけが挟み込まれて配置される構成となる。その結果、２列のセルスタック１１、１１を含む燃料電池の容積の増大を低減できる。
【００３８】
また、セルスタック１１の上面は、天井部材１６に被覆される。その結果、セルスタック１１は、天井部材１６のスリットから筐体１００の外部に露出するターミナル１２、１３を通じて、外部回路と接続される。
【００３９】
そして、中央部材３０は、枠部２の枠部３に対向する面に段差部３５、３６および３７を有している。そのため、段差部３５、３６および３７と、構造部材２Ａとが構成する空間は、枠部３に対向する側（対向側空間）が広く、枠部３と逆側の中央部材３０の外面側（以下、外面空間）が狭くなっている。
【００４０】
この段差部３５、３６および３７の深さは、概ね中央樹脂部材１の厚みに一致する。したがって、中央樹脂部材１は、段差部３５、３６および３７と、構造部材２Ａとが構成する対向側空間に収容される。この構成により、枠部２と３の間に中央樹脂部材１を挟み込んだ場合も、中央樹脂部材１の厚みによって、中央部材３０の厚みが増加することはない。その結果、中央部材３０の厚みを小さく維持した状態で、枠部２、３と中央樹脂部材１とを組み合わせて、剛性を増加した中央部材３０を構成することができる。なお、この場合、構造部材２Ａにも、構造部材２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと同様の段差部を設け、４方向に段差が構成されるようにしてもよい。
【００４１】
また、このような構成の中央部材３０、側壁部４０、底部材５０およびエンドプレート２０、２１を組み合わせることにより、体格増加を抑制した上で剛性の高い筐体１００を
構成し、２列のセルスタック１１、１１を安定して維持できる。
【００４２】
また、本実施形態では、２列のセルスタック１１、１１を例に説明したが、本発明の実施は２列のセルスタック１１を収容する場合には限定されず、３列以上のセルスタック１１のそれぞれの間に中央部材３０と同様の部材を挿入した構成とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池をＨ矢印方向から見た斜視図である。
【図３】図１の燃料電池をＩ矢印方向から見た斜視図である。
【図４】燃料電池の筐体の分解図である。
【図５】中央部材の構成図である。
【図６】中央部材の詳細構成図である。
【図７】側壁部の構成図である。
【図８】底部材の構成図である。
【図９】筐体内のセルスタックの配置を示す図である。
【図１０】筐体にセルスタックを収容した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  中央樹脂部材
２、３  枠部
４  側壁樹脂部材
５、６、９、１７、１９  金属部品
７  側壁枠部
８  底部受信部材
１０  底部枠部
１６  天井部材
２０、２１エンドプレート
３０  中央部材
４０  側壁部
５０  底部材
【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】
2006140007.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006140007.tif 000009
【図８】
2006140007.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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