(57)【要約】【課題】取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供する。【解決手段】スタッド１０をメインスタッド１０ａ及び延長用スタッド１０ｂの２部材から構成し、メインスタッド１０ａの上端部には、その内部に雌ネジ１１を形成し、延長用スタッド１０ｂの下端部には、前記メインスタッド１０ａの雌ネジ１１と係合する雄ネジ１２を形成する。そして、延長用スタッド１０ｂの雄ネジ１２をメインスタッド１０ａの雌ネジ１１と係合させることにより、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを一体に接続することができると共に、両者の係合を外すことにより、再分離が可能な構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化剤極とからなる一対の単電池を複数積層してなる燃料電池積層体を、前記燃料電池積層体の両端に配置した端板を介して、スタッドとナットとスプリングを用いて締め付けてなる燃料電池スタックにおいて、
前記スタッドが、互いに着脱可能なメインスタッドと延長用スタッドから構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記メインスタッドと延長用スタッドの接続部分が、前記スタッド径よりも細い径の雄ネジと雌ネジとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記延長用スタッドのメインスタッドとの接続側とは反対側の端部に、前記メインスタッドとの着脱操作を補助する部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池を積層して構成された燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とを化学反応させて水を生成しながら発電を行うため、エコエネルギー源として、コジェネレーションシステム、電気自動車用の動力源、あるいは電子機器用電源等に用いられ、市場規模が非常に広い。
【０００３】
また、燃料電池は電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、その発電動作原理上、単電池当たりの起電圧は最高でも１．２Ｖ程度となっているため、例えば、前記コジェネレーションシステム等の発電主機として適用していくためには、単電池を複数積層する、即ち電気回路的には直列につなぎ、トータル発電電圧を上昇させることが必要である。このようにしてトータル電圧を上昇させることにより、電気出力も増大させることができるため、実運用に適用することができる。
【０００４】
ところで、単電池を複数積層した燃料電池積層体を燃料電池スタックとして製作するためには、燃料電池積層体を一体化させる必要があるが、その方法としては、燃料電池積層体を、その上下に配設された２つの端板で挟み、燃料電池の面圧力を調節するためのスプリングとスタッドとを使用して締め付ける方式が最も一般的である。
【０００５】
例えば、図４に示すように、所定の長さ“Ｈ”を有する燃料電池用スタッド（以下、スタッドという）１を、単電池を複数積層してなる燃料電池積層体２の上下に配設された上部端板３ａ及び下部端板３ｂの所定の位置に所定個数設置し、その下方から下部ナット４ｂを取り付けると共に、上方からスプリング５と上部ナット４ａを取り付け、燃料電池積層体２が所定の圧力で締め付け固定されるように上部ナット４ａの締め付けを開始する。
【０００６】
なお、図４は、すべてのスタッド１に取り付けた上部ナット４ａの締め付けが終了した状態を示したものである。また、燃料電池積層体を締め付けるためのスタッド等は、通常は設計に応じて４箇所以上に取り付けられている。また、特許文献１には、ターンバックルを使用した方式での提案がなされている。
【特許文献１】特開平５−２３４６１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような一般的な締付け構造で燃料電池スタックを製作する場合、使用するスタッド１の長さ“Ｈ”としては、燃料電池積層体２、端板３、ナット４及びスプリング５等の合計の長さ以上が必要となる。また、スプリング５の長さとしては、装着時の無力状態となっている最も長い状態を基準として、スタッド１の長さを選定する必要がある。
【０００８】
そのため、図４に示すように、上部ナット４ａを締め付けた後は、スプリング５が縮んだ分だけスタッド１が長く余り（図中、Ａ部分）、資源の無駄遣いだけでなく、突出部分が長いために安全性に問題があった。また、コンパクト性が要求されるコジェネレーションシステムへの適用に不都合となるといった問題があった。
【０００９】
また、締め付けた後に、上部に突出した余分なスタッド部分（図中、Ａ部分）を切断することも考えられるが、燃料電池積層体２を解体する等のメンテナンス性を考慮すると、切断は不適切であるため、これまではスタッド１の長さをできるだけ短くして用いているのが実情であった。
【００１０】
また、特許文献１もこのような状況でのメンテナンスの向上を目的とした提案であるが、特許文献１で提案されているターンバックル方式は、力のかけ具合が判りにくく、スタックと近接しているため、工具を使用しての作業性が悪いという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、燃料電池スタックを製作する際に、燃料電池積層体の締め付け前後でスタッドの全長を変えることができる、取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料極と酸化剤極とからなる一対の単電池を複数積層してなる燃料電池積層体を、前記燃料電池積層体の両端に配置した端板を介して、スタッドとナットとスプリングを用いて締め付けてなる燃料電池スタックにおいて、前記スタッドが、互いに着脱可能なメインスタッドと延長用スタッドから構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記のような構成を有する請求項１に記載の燃料電池スタックによれば、ナットの締め付け前は、メインスタッドと延長用スタッドとを接続して一体化して、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、延長用スタッドを取り外すことにより、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明によれば、燃料電池スタックを製作する際に、燃料電池積層体の締め付け前後でスタッドの全長を変えることができる、取り扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１６】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態においては、図１に示すように、スタッド１０が、メインスタッド１０ａ及び延長用スタッド１０ｂの２部材から構成され、前記メインスタッド１０ａの上端部には、その内部に雌ネジ１１が形成され、一方、延長用スタッド１０ｂの下端部には、前記メインスタッド１０ａの雌ネジ１１と係合する雄ネジ１２が形成されている。
【００１７】
そして、前記延長用スタッド１０ｂの雄ネジ１２をメインスタッド１０ａの雌ネジ１１と係合させることにより、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを一体に接続することができると共に、両者の係合を外すことにより、再分離が可能な構成とされている。
【００１８】
なお、前記メインスタッド１０ａの長さ“ｈ１”は、図２に示す燃料電池積層体２の長さに、上下端板３ａ、３ｂ、圧縮されたスプリング５及び上下ナット４ａ、４ｂのそれぞれの厚さを加えた長さより所定の長さ分だけ長くなるように設定されている。
【００１９】
また、延長用スタッド１０ｂの長さ“ｈ２”は、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを接続した長さが、締め付け前の燃料電池積層体２の長さに、上下端板３ａ、３ｂ、装着時の圧縮前のスプリング５及び上下ナット４ａ、４ｂのそれぞれの厚さを加えた長さより所定の長さ分だけ長くなるように設定されている。言い換えれば、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂの長さの和（ｈ１＋ｈ２）が、図４に示した従来のスタッド１の長さ“Ｈ”と略同一となるように設定されている。
【００２０】
さらに、前記雌ネジ１１及び雄ネジ１２は、それぞれのスタッド外径よりも十分細く、強度的に耐え得る構成とされている。また、前記雌ネジ１１及び雄ネジ１２のネジ山が一致しない場合には、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとの間に、薄い平板から成るスペーサ１３を仮挿入して調節することにより、両者のネジ山を一致させることができるように構成されている。なお、前記スペーサ１３は、外径が両スタッド１０ａ、１０ｂよりも小さい、略Ｃ字型の薄い平板で構成されている。
【００２１】
（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池スタックは、以下のようにして作製される。
【００２２】
まず、前記雌ネジ１１と雄ネジ１２とを係合させることによりメインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを一体化させてスタッド１０を構成する。このスタッド１０を、燃料電池積層体２を挟んでその上下に配設された上部端板３ａ及び下部端板３ｂの所定の位置に所定個数設置し、その下方から下部ナット４ｂを取り付けると共に、上方からスプリング５と上部ナット４ａを取り付け、燃料電池積層体２が所定の圧力で締め付け固定されるように上部ナット４ａの締め付けを開始する。
【００２３】
このようにして、上部ナット４ａを締め付けていくと、スプリング５が圧縮される結果、上部ナット４ａは延長用スタッド１０ｂの下方に移動し始め、延長用スタッド１０ｂとメインスタッド１０ａの接続部分を通過し、さらに締め付けると、完全にメインスタッド１０ａ部へ移動し、丁度設計通りの所定圧力となる位置に到達する。
【００２４】
全てのスタッドに取り付けたナット４の締め付けが終了したところで、それぞれのメインスタッド１０ａに接続されている延長用スタッド１０ｂを回動させて両者を分離し、延長用スタッド１０ｂを取り除く。その結果、図２に示すように、メインスタッド１０ａの上端部が燃料電池積層体の上部に大きく突出しない構成とすることができる。
【００２５】
一方、燃料電池積層体２を解体する場合には、再度メインスタッド１０ａに延長用スタッド１０ｂを取り付け、その後に上部ナット４ａを緩めることにより、上部ナット４ａ、スプリング５等を順次取り外すことができる。
【００２６】
（１−３）効果
上述したように、本実施形態によれば、ナットの締め付け前は、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。
【００２７】
（２）第２実施形態
本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、図３に示すように、延長用スタッド１０ｂの雄ネジ１２が形成されていない端部に、例えば、六角形のボルト部２０が形成されている。なお、このボルト部２０は、延長用スタッド１０ｂの着脱作業時にペンチ等の工具を当てるための部位として用いられる。また、ボルト部２０の形状は、六角形に限定されるものではない。
【００２８】
上記のような構成を有する本実施形態においては、延長用スタッド１０ｂに、スタッド外径よりも細い、例えば六角形のボルト部２０を、メインスタッド接続部とは反対側に設置することにより、このボルト部２０に工具を当てることにより、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを分離させる作業が非常に容易なものとなる。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、雄ネジ１２と雌ネジ１１とで接続したメインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとを再分離させるために、ペンチ等の工具を使用してネジの係合を外さなければならない場合に、延長用スタッド１０ｂに設けたボルト部２０をペンチ等の工具で挟持して延長用スタッド１０ｂを回転させることができるので、延長用スタッド１０ｂが破損することを防止することができる。なお、メインスタッド１０ａの他端部に、同様のボルト部を形成しても良いことは言うまでもない。
【００３０】
上述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、ナットの締め付け前は、スプリング等の取り付けが容易となる長さを保持しつつ、ナットの締め付け終了後は、スタッドの長さを必要最低限の長さとすることができるので、場所をとらず、扱い易さと安全性に優れた燃料電池スタックを提供することができる。さらに、本実施形態によれば、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂとの係合を外す場合に、工具によって延長用スタッド１０ｂが破損することを防止することができる。
【００３１】
（３）他の実施形態
本発明は、上述したような実施形態に限定されるものではなく、メインスタッド１０ａと延長用スタッド１０ｂの着脱手段としては、雌ネジと雄ネジだけでなく、突起とこれと凹凸係合する係合孔でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る燃料電池スタックの第１実施形態に用いられるメインスタッド及び延長用スタッドの構成を示す側面図。
【図２】本発明に係る燃料電池スタックの第１実施形態の構成を示す側面図。
【図３】本発明に係る燃料電池スタックの第２実施形態に用いられるメインスタッド及び延長用スタッドの構成を示す側面図。
【図４】従来の燃料電池スタックの構成を示す側面図。
【符号の説明】
【００３３】
１、１０…スタッド
２…燃料電池積層体
３…端板
４…ナット
５…スプリング
１０ａ…メインスタッド
１０ｂ…延長用スタッド
１１…雌ネジ
１２…雄ネジ
１３…スペーサ
２０…ボルト部
【図１】
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【図２】
2008226562.tif 000004
【図３】
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【図４】
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