(57)【要約】【課題】流通孔の外側端部における流路断面積を確保しつつ、内周被覆部を適切に形成できる。【解決手段】エンドプレート２０は、複数の流通孔２２ａをそれぞれ構成する複数の貫通孔３１が形成された金属製のプレート本体３０と、複数の貫通孔３１の内周面を被覆する樹脂製の内周被覆部４１とを備えている。プレート本体３０の本体部３０ａの外周面３４が外周被覆部４４により被覆される一方、フランジ部３６の外周面３６ｂは露出している。貫通孔３１の外側端部の周縁は、４つの直線部と、直線部の端同士を繋ぐ４つの円弧部とにより構成されている。各円弧部の曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともに前記セル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するエンドプレートにおいて、
前記複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、
前記複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の内周被覆部と、を備え、
前記プレート本体の厚さ方向における前記セル積層体に近接する側を内側とするとともに前記セル積層体から離間する側を外側とするとき、
前記プレート本体の外周面のうち、前記厚さ方向において前記内周被覆部の内側端部に対応する部分が前記内周被覆部と一体に形成された外周被覆部により被覆される一方、前記内周被覆部の外側端部に対応する部分は露出しており、
前記貫通孔の外側端部の周縁は、４つの直線部と、前記直線部の端同士を繋ぐ４つの円弧部とにより構成されており、
前記円弧部の各々の曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されている、
燃料電池スタックのエンドプレート。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記プレート本体の外側端面に凹設され、前記貫通孔の中央部分よりも拡径された拡径凹部を有しており、
前記内周被覆部は前記拡径凹部内に充填されており、
前記拡径凹部の周縁が、前記４つの直線部と、前記直線部の端同士を繋ぐ４つの円弧部とにより構成されている、
請求項１に記載の燃料電池スタックのエンドプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともにセル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するエンドプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、板状をなす複数の電池セル（単セル）を厚さ方向に積層して形成されたセル積層体と、セル積層体を積層方向に挟む一対のエンドプレートと、エンドプレートに接続された複数の接続配管とを備える燃料電池スタックを備えている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１，２に記載のものも含む従来一般のエンドプレートには、セル積層体に形成された複数の流路との間で、アノードガス、カソードガス、及び冷却媒体（以下、流体と総称する。）をそれぞれ流通させる複数の流通孔が形成されている。エンドプレートは、複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の内周被覆部とを備えている。プレート本体は、例えばアルミニウムにより形成されている。内周被覆部は、ポリプロピレンなどの電気絶縁性の樹脂により形成されている。内周被覆部は、成形型内にプレート本体をインサートした状態にて溶融樹脂を射出することにより一体成形される。
【０００４】
一方、特許文献１には、セル積層体の流路の断面形状を矩形に設定することが流路断面積を大きくすることにより流体の圧力損失を低くする上で好ましい旨、及びエンドプレートに接続される接続配管の流路断面を円形に設定することが同接続配管を流れる流体の圧力損失を低くする上で好ましい旨の開示がされている（同文献の段落［００２５］参照）。また、内周被覆部のうちセル積層体の流路に対向する部分の流路断面を矩形に設定すること、内周被覆部のうち接続配管に対向する部分の流路断面を略真円形に設定すること、及び内周被覆部の中間部分の流路断面を矩形から略真円形に徐変させることが好ましい旨の開示がされている。
【０００５】
また、特許文献２に記載のエンドプレートのプレート本体は、複数の貫通孔が形成された本体部と、本体部から外周側に突出するフランジ部とを備えており、フランジ部には、セル積層体を収容するケースのフランジが締結される締結面が形成されている（同文献の図７、図８、及び図１０参照）。また、同文献のエンドプレートにおいては、本体部の外周面が、内周被覆部と一体に形成された外周被覆部により被覆される一方、フランジ部の外周面は樹脂により被覆されておらず、露出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１３４３３５号公報
【特許文献２】特開２０１６−９６０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献２に記載のエンドプレートにおいて、特許文献１に記載のエンドプレートのように内周被覆部の断面形状を矩形から略真円形に徐変することが考えられる。この場合、貫通孔及び成形型の形状が複雑になるという問題や、内周被覆部のうち接続配管に対向する部分が略真円形にされることで流路断面積が制限され、圧力損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
一方、内周被覆部のうち接続配管に対向する部分の流路断面を矩形にすると、貫通孔の接続配管側の端部（以下、外側端部）における周縁の形状が矩形になる。この場合、インサート成形の際の樹脂の射出成形圧により、貫通孔の外側端部の周縁の隅部に応力が集中しやすくなり、貫通孔の外側端部の周縁が変形するおそれがある。そこで、プレート本体の変形を阻止するために、プレート本体の肉厚を増すなどの新たな対策が必要となる。
【０００９】
本発明の目的は、流通孔の外側端部における流路断面積を確保しつつ、内周被覆部を適切に形成できる燃料電池スタックのエンドプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための燃料電池スタックのエンドプレートは、燃料電池スタックのセル積層体における積層方向の端部に設けられるとともに前記セル積層体の流路との間で流体を流通させる複数の流通孔を有するものであり、前記複数の流通孔をそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成された金属製のプレート本体と、前記複数の貫通孔の内周面を被覆する樹脂製の内周被覆部と、を備え、前記プレート本体の厚さ方向における前記セル積層体に近接する側を内側とするとともに前記セル積層体から離間する側を外側とするとき、前記プレート本体の外周面のうち、前記厚さ方向において前記内周被覆部の内側端部に対応する部分が前記内周被覆部と一体に形成された外周被覆部により被覆される一方、前記内周被覆部の外側端部に対応する部分は露出しており、前記貫通孔の外側端部の周縁は、４つの直線部と、前記直線部の端同士を繋ぐ４つの円弧部とにより構成されており、前記円弧部の各々の曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されている。
【００１１】
同構成によれば、貫通孔の外側端部の周縁を構成する円弧部の各々の曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されているため、内周被覆部及び外周被覆部をインサート成形する際に、貫通孔の外側端部における周縁に発生する応力を許容最大応力以下に低減することができる。このため、インサート成形に起因して貫通孔の外側端部の周縁が変形することを適切に回避できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流通孔の外側端部における流路断面積を確保しつつ、内周被覆部を適切に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池スタックのエンドプレートの一実施形態について、当該エンドプレート、セル積層体、ケース、及び他のエンドプレートを互いに離間して示す分解斜視図。
【図２】同実施形態の燃料電池スタックを示す側面図。
【図３】図２の一部を拡大して示す断面図。
【図４】同実施形態のエンドプレートを構成するプレート本体の一部を示す断面図。
【図５】同実施形態のプレート本体について、貫通孔を中心に外側から示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図５を参照して、一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、板状をなす複数の電池セル（単セル）が厚さ方向に積層されてなるセル積層体１２と、セル積層体１２を収容するケース１８と、セル積層体１２を積層方向に挟む一対のエンドプレート１４，２０とを備えている。なお、以降において、セル積層体１２の積層方向を単に積層方向と称する。
【００１５】
＜セル積層体１２＞
図１に示すように、セル積層体１２には、各電池セルに対してアノードガス（例えば水素ガス）、カソードガス（例えば空気中の酸素ガス）、及び冷却媒体（例えば冷却水）をそれぞれ供給する３つの流路１２ａ〜１２ｃが形成されている。また、セル積層体１２には、各電池セルにて発電に供された後のアノードガス、カソードガス、及び冷却媒体をそれぞれ排出する３つの流路１２ｄ〜１２ｆが形成されている。なお、同図では、セル積層体１２の一部をケース１８から外側に突出させた状態を示している。
【００１６】
＜ケース１８＞
図１及び図２に示すように、ケース１８は、セル積層体１２の外周を取り囲む周壁１８ｃを有している。ケース１８における積層方向の両端は開口しており、これらの開口周縁には、フランジ１８ａ，１８ｂが形成されている。
【００１７】
＜エンドプレート１４，２０＞
図１に示すように、一方のエンドプレート２０には、セル積層体１２の複数の流路１２ａ〜１２ｆとの間でアノードガス、カソードガス、及び冷却媒体（以下、流体と総称する。）をそれぞれ流通させる複数の流通孔２２ａ〜２２ｆが設けられている。
【００１８】
同図に二点鎖線にて示すように、エンドプレート２０の複数の流通孔２２ａ〜２２ｆには、アノードガス、カソードガス、及び冷却媒体を給排するための複数の接続配管１６ａ〜１６ｆがそれぞれ接続される。
【００１９】
他方のエンドプレート１４には、流通孔が形成されていない。
次に、エンドプレート２０の構成について詳細に説明する。
図３に示すように、エンドプレート２０は、複数の流通孔２２ａ〜２２ｆをそれぞれ構成する複数の貫通孔３１が形成された金属製のプレート本体３０と、複数の貫通孔３１の内周面を被覆する内周被覆部４１を有する樹脂製の被覆部４０とを備えている。プレート本体３０は、例えばアルミニウムにより形成されている。被覆部４０は、ポリプロピレンなどの電気絶縁性の合成樹脂により形成されている。
【００２０】
プレート本体３０は、金型鋳造法の１つであるダイカスト法により形成されている。被覆部４０は、成形型内にプレート本体３０をインサートした状態で溶融樹脂を射出するインサート成形により一体成形されている。
【００２１】
以降において、プレート本体３０の厚さ方向におけるセル積層体１２に近接する側（同図の右側）を内側とし、セル積層体１２から離間する側（同図の左側）を外側として説明する。
【００２２】
図３及び図４に示すように、プレート本体３０は、上記複数の貫通孔３１が形成された本体部３０ａと、本体部３０ａから外周側に突出するフランジ部３６とを備えている。
図３に示すように、フランジ部３６の内側端面である締結面３６ａとケース１８のフランジ１８ａとが当接された状態で、フランジ部３６とフランジ１８ａとがボルト６１及びナット６２により締結されている。
【００２３】
図３及び図４に示すように、本体部３０ａの内側端面３３は、フランジ部３６の締結面３６ａよりも内側に突出している。
プレート本体３０の本体部３０ａの外側端面には、貫通孔３１の中央部分よりも拡径された拡径凹部３２が凹設されている。
【００２４】
フランジ部３６の内側端面における内周側の部分には、ケース１８のフランジ１８ａに対向するとともに本体部３０ａの外周面３４まで延在する対向凹部３７が全周にわたって形成されている。対向凹部３７におけるケース１８のフランジ１８ａに対向する部分には、隣接する他の部分よりも深くされた環状溝のガスケット部３７ａが形成されている。
【００２５】
図３に示すように、本体部３０ａの拡径凹部３２内には、被覆部４０の内周被覆部４１の外側端部を構成する外側フランジ部４２が充填されている。外側フランジ部４２には、接続配管１６ａ（図１参照）の端面が当接される。
【００２６】
本体部３０ａの内側端面３３は、被覆部４０の内周被覆部４１の内側端部から延在する内側被覆部４３により被覆されている。内側被覆部４３がセル積層体１２の端面に当接される。
【００２７】
本体部３０ａの外周面３４は、上記内側被覆部４３から延在する外周被覆部４４により被覆されている。
フランジ部３６の対向凹部３７には、外周被覆部４４から延在する対向部４６が充填されている。対向部４６の内側端面４６ａは、フランジ部３６の締結面３６ａと同一平面上に形成されている。
【００２８】
対向部４６の内側端面４６ａのうちガスケット部３７ａに対応する部分には、環状の収容溝４６ｂが形成されている。収容溝４６ｂには、エンドプレート２０とケース１８との間をシールする環状のガスケット５０が収容されている。
【００２９】
図５に示すように、拡径凹部３２の周縁、すなわち貫通孔３１の外側端部の周縁は、４つの直線部３２ａ〜３２ｄと、直線部３２ａ〜３２ｄの端同士を繋ぐ４つの円弧部３２ｅ〜３２ｈとにより構成されており、略矩形状をなしている。
【００３０】
ここで、各円弧部３２ｅ〜３２ｈの曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることが好ましい。
上記曲率半径が８ｍｍよりも小さいと、被覆部４０をインサート成形する際に貫通孔３１の外側端部における周縁に発生する応力が許容応力を超えるおそれがあるためである。
【００３１】
また、上記曲率半径が１５ｍｍよりも大きいと、流通孔２２ａの外側端部における流路断面積が必要以上に制限されるためである。
また、上記曲率半径が１０ｍｍ以上、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
被覆部４０をインサート成形する際には、図示しない型によってプレート本体３０を外周側から押さえることにより、樹脂の射出成形圧によるプレート本体３０の変形を規制するようにしている。
【００３３】
しかしながら、型によってプレート本体３０を外周側から押さえるようにしても、前述したように、プレート本体３０における貫通孔３１の外側端部の周縁の変形を適切に回避することは困難である。
【００３４】
すなわち、貫通孔３１の内側端部では、内周被覆部４１を成形する際の射出成形圧と外周被覆部４４を成形する際の射出成形圧とが相殺されることから、変形が生じにくい。一方、貫通孔３１の外側端部においては、フランジ部３６の外周面３６ｂが樹脂により被覆されていないために、内周被覆部４１を成形する際の射出成形圧が相殺されず、同射出成形圧によって貫通孔３１の外側端部の周縁が変形しやすい。
【００３５】
この点、本実施形態では、各円弧部３２ｅ〜３２ｈの曲率半径が、８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されているため、被覆部４０（内周被覆部４１及び外周被覆部４４）をインサート成形する際に、貫通孔３１の外側端部における周縁に発生する応力を許容最大応力以下に低減することができる。このため、インサート成形に起因して貫通孔３１の外側端部の周縁が変形することを適切に回避できる。
【００３６】
以上説明した本実施形態に係る燃料電池スタックのエンドプレートによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）エンドプレート２０を構成するプレート本体３０の本体部３０ａの外周面３４が外周被覆部４４により被覆される一方、フランジ部３６の外周面３６ｂは露出している。貫通孔３１は、プレート本体３０の本体部３０ａの外側端面に凹設され、貫通孔３１の中央部分よりも拡径された拡径凹部３２を有している。内周被覆部４１は拡径凹部３２内に充填された外側フランジ部４２を有している。拡径凹部３２の周縁が、４つの直線部３２ａ〜３２ｄと、直線部３２ａ〜３２ｄの端同士を繋ぐ４つの円弧部３２ｅ〜３２ｈとにより構成されている。各円弧部３２ｅ〜３２ｈの曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されている。
【００３７】
こうした構成によれば、被覆部４０（内周被覆部４１及び外周被覆部４４）をインサート成形する際に、貫通孔３１の外側端部における周縁に発生する応力を許容応力範囲内まで低減することができる。このため、インサート成形に起因して貫通孔３１の外側端部の周縁が変形することを適切に回避できる。したがって、流通孔の外側端部における流路断面積を確保しつつ、内周被覆部４１を適切に形成できる。
【００３８】
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・プレート本体３０が拡径凹部３２を有していないものであってもよい。この場合には、貫通孔３１の外側端部の周縁が、４つの直線部３１ａ〜３１ｄと、直線部３１ａ〜３１ｄの端同士を繋ぐ４つの円弧部３１ｅ〜３１ｈとにより構成されており、各円弧部３１ｅ〜３１ｈの曲率半径が８ｍｍ以上、１５ｍｍ以下に設定されていればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０…燃料電池スタック、１２…セル積層体、１２ａ〜１２ｆ…流路、１４…エンドプレート、１６ａ〜１６ｆ…接続配管、１８…ケース、１８ａ，１８ｂ…フランジ、１８ｃ…周壁、２０…エンドプレート、２２ａ〜２２ｆ…流通孔、３０…プレート本体、３０ａ…本体部、３１…貫通孔、３１ａ〜３１ｄ…直線部、３１ｅ〜３１ｈ…円弧部、３２…拡径凹部、３２ａ〜３２ｄ…直線部、３２ｅ〜３２ｈ…円弧部、３３…内側端面、３４…外周面、３６…フランジ部、３６ａ…締結面、３６ｂ…外周面、３７…対向凹部、３７ａ…ガスケット部、４０…被覆部、４１…内周被覆部、４２…外側フランジ部、４３…内側被覆部、４４…外周被覆部、４６…対向部、４６ａ…内側端面、４６ｂ…収容溝、５０…ガスケット、６１…ボルト、６２…ナット。
【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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