(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを移動体に搭載した場合に、移動体からの衝撃や振動等によって、燃料電池スタックの発電体の間にずれが発生するのを抑制することのできる技術を提供する。【解決手段】移動体は、発電積層体１０と２つのエンドプレート１１，１２と締結部材１４ｂとを備える燃料電池スタック１００と、移動体のボディ又はフレームを構成する構造体１１０，１１１，１３２，１３３と、を備える。移動体は、さらに、２つのエンドプレート１１，１２のうちの少なくとも１つと構造体１１０，１１１とを連結する第１の連結部１２０と、締結部材１４ｂと構造体１３２，１３３とを連結する第２の連結部１３０，１３１と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体であって、
複数の発電体が積層されることによって構成された発電積層体と、前記発電積層体を積層方向に挟持する２つのエンドプレートと、前記発電積層体の側面に設けられ前記２つのエンドプレートを締結するように掛け渡された締結部材と、を備える燃料電池スタックと、
前記移動体のボディ又はフレームを構成する構造体と、
前記２つのエンドプレートのうちの少なくとも１つと、前記構造体と、を連結する第１の連結部と、
前記締結部材と、前記構造体と、を連結する第２の連結部と、
を備える、移動体。
【請求項２】
請求項１記載の移動体であって、
前記第２の連結部は、前記燃料電池スタックを挟んで向かい合った対称の位置に複数配設される、移動体。
【請求項３】
請求項１または２記載の移動体であって、
前記発電積層体は、前記移動体の進行方向に平行な方向又は前記進行方向に垂直な方向に積層される、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素とを燃料として発電することのできる燃料電池スタックを搭載した車両が注目を集めている。燃料電池スタックは、１つの電池として機能する発電体を複数積層することによって構成された発電積層体と、その発電積層体を積層方向に挟持するエンドプレートと、を備える。発電積層体を構成する発電体は、電解質膜の両面に白金等の触媒層が形成された膜―電極接合体（以下、「ＭＥＡ」とも呼ぶ。ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、その両側に配置されたガス流路としての導電性多孔質体と、さらにその外側に設けられたセパレータと、を備える。
【０００３】
このような燃料電池スタックを車両に搭載する場合、燃料電池スタックが車両の加減速や振動に耐えうるような燃料電池搭載構造が求められる。従来、燃料電池スタックを車両に搭載する構造としては、発電積層体を挟持するエンドプレートを車両側の部材に固定するというものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２１８５４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９４６８号公報
【特許文献３】特開２００７−１５５８９号公報
【特許文献４】特開平５−３１５００５号公報
【特許文献５】特開平５−８２１５７号公報
【０００５】
しかし、この技術では、車両からの振動等によって、発電積層体を構成するそれぞれの発電体の間にせん断力が発生し、発電体の間にずれが発生してしまうといった問題があった。なおこのような問題は、燃料電池車両に限らず、燃料電池を搭載する移動体全般に共通する問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックを移動体に搭載した場合に、移動体からの衝撃や振動等によって、燃料電池スタックの発電体の間にずれが発生するのを抑制することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一形態による移動体は、
移動体であって、複数の発電体が積層されることによって構成された発電積層体と、前記発電積層体を積層方向に挟持する２つのエンドプレートと、前記発電積層体の側面に設けられ前記２つのエンドプレートを締結するように掛け渡された締結部材と、を備える燃料電池スタックと、前記移動体のボディ又はフレームを構成する構造体と、前記２つのエンドプレートのうちの少なくとも１つと、前記構造体と、を連結する第１の連結部と、前記締結部材と、前記構造体と、を連結する第２の連結部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
以上のように構成された移動体によれば、移動体のボディ又はフレームを構成する構造体と、２つのエンドプレートのうちの少なくとも１つとを第１連結部によって連結するので、燃料電池スタックを移動体に固定することができる。また、締結部材と、第２の連結部と、移動体のボディ又はフレームを構成する構造体とが、ずれを発生させる方向の発電体の動きを規制するので、燃料電池スタックを移動体に搭載した場合に、移動体からの衝撃や振動等によって、燃料電池スタックの発電体の間にずれが発生するのを抑制することができる。
【０００９】
前記第２の連結部は、前記燃料電池スタックを挟んで向かい合った対称の位置に複数配設されることとしてもよい。
【００１０】
このような構成とすれば、燃料電池スタックが種々の方向の衝撃を受けた場合や、衝撃の反動で逆向きの力を受けた場合等に、バランス良く燃料電池スタックを支持し、燃料電池スタックの発電体の間にずれが発生するのを抑制することができる。
【００１１】
前記発電積層体は、前記移動体の進行方向に平行な方向又は前記進行方向に垂直な方向に積層されることとしてもよい。
【００１２】
これらの構成によっても、燃料電池スタックを移動体に搭載した場合に、移動体からの衝撃や振動等によって、燃料電池スタックの発電体の間にずれが発生するのを抑制することができる。
【００１３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池、燃料電池システム、それらを搭載した車両、飛行機、ロボット等の移動体、またはそれらの製造方法等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の車両搭載構造を示す説明図である。車両の基本構造である車両フレーム１０００は、サイドメンバ１０５，１０６と、サイドメンバ１０５又は１０６の間に掛け渡されたクロスメンバ１１０ないし１１５と、を備える。サイドメンバ１０５又は１０６の間には、車両ボディの一部であり、フレーム間に形成される空間を隔てる隔壁１３２ないし１３５が設けられている。燃料電池スタック１００は、クロスメンバ１１０，１１１の上に設置されており、燃料電池スタック１００と、クロスメンバ１１０，１１１とは、第１連結部１２０によって連結されている。隔壁１３２，１３３と、燃料電池スタック１００との間には、第２連結部１３０，１３１が設けられており、第２連結部１３０，１３１は、燃料電池スタック１００と、隔壁１３２，１３３とを連結している。なお、図１に示す車両フレーム１０００の構造は単なる一例であり、本発明は他の構造の車両にも適用可能である。
【００１５】
図２は、燃料電池スタック１００の車両搭載構造の詳細を示す説明図である。図２（Ａ）ないし（Ｃ）は、燃料電池スタック１００をそれぞれＺ方向（鉛直方向）、Ｙ方向、Ｘ方向から見た平面図である。なお、図示した以外にも、サイドメンバ等の車両構造物は存在しているが、燃料電池スタック１００と連結されていないものに関しては省略して描いている。
【００１６】
燃料電池スタック１００は、燃料電池ケース１００Ａに収められており、発電積層体１０と、エンドプレート１１，１２と、締結棒１４ｂと、を備える。発電積層体１０は、電気化学反応によって発電を行う発電体８を複数備えており、発電体８は、車両の進行方向に対して略垂直方向に積層されている。エンドプレート１１，１２は、発電積層体１０を、積層方向に挟持するように構成されている。なお、エンドプレート１１または１２のどちらか一方には、燃料ガス等を連通させるための穴や配管等が設けられているが、図面を簡潔にするため省略している。図３以降でも同様である。締結棒１４ｂは、エンドプレート１１と、エンドプレート１２とを掛け渡すように構成されており、発電積層体１０に対して積層方向に圧縮応力を与えている。締結棒１４ｂは、発電積層体１０の短絡を生じさせないために、絶縁加工が施されていることが好ましい。または、締結棒１４ｂと発電積層体１０との間に絶縁部材（図示せず）を設けることとしてもよい。
【００１７】
第１連結部１２０は、車両の構成部材の一部であるクロスメンバ１１０，１１１と、エンドプレート１１，１２とを連結するように設けられており、燃料電池スタック１００を車両上に支持し、固定する働きを有している。第２連結部１３０，１３１は、車両ボディの一部である隔壁１３２，１３３と、締結棒１４ｂとを連結するように設けられている。第１連結部１２０および第２連結部１３０，１３１は、衝撃に強い部材、例えば金属等で構成されることが好ましい。また、燃料電池ケース１００Ａには、第１連結部１２０および第２連結部１３０，１３１を貫通させるための穴が設けられていることが好ましい。
【００１８】
以上のような構成で車両に搭載された燃料電池スタック１００において、車両の振動等によって発電体８の間にせん断力が発生した場合には、発電積層体１０の側面に設けられた締結棒１４ｂが発電体８のせん断力方向の動きを規制するため、発電体８の間にずれが発生するのを抑制することができる。さらに大きなせん断力が発生し、締結棒１４ｂのみでは発電体８の動きを規制できない場合であっても、車両の隔壁１３２，１３３および第２連結部１３０，１３１が締結棒１４ｂを支持するため、発電体８の動きを規制し、発電体８の間にずれが発生するのを抑制することができる。特に、車体に大きな衝撃が加わった場合であっても、発電体８の間にずれが発生するのを抑制することができる。なお、第２連結部１３０と、１３１とは、燃料電池スタック１００を介して向かい合った対称の位置に設けられることが好ましい。これは、燃料電池スタック１００が種々の方向の衝撃を受けた場合や、衝撃の反動で逆向きの力を受けた場合等に、バランス良く燃料電池スタック１００を支持することができるようにするためである。
【００１９】
図３は、車両フレーム１０００に対する燃料電池スタック１００のその他の搭載位置を示す説明図である。図３に示すように、燃料電池スタック１００は、クロスメンバ１１０や隔壁１３２等の車両構造物に囲まれた位置であれば、車両における任意の位置に搭載することが可能である。
【００２０】
このように、第１実施例では、燃料電池スタック１００のエンドプレート１１，１２と車両のクロスメンバ１１０，１１１とを第１連結部１２０で連結するため、燃料電池スタック１００を車両上に支持することができる。また、燃料電池スタック１００の締結棒１４ｂと、車両ボディの隔壁１３２，１３３とを第２連結部１３０，１３１で連結しているため、車両からの衝撃や振動等によって、燃料電池スタック１００の発電体８の間にずれが発生するのを抑制することが可能である。
【００２１】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例における燃料電池スタック１００の車両搭載構造の詳細を示す説明図である。図２に示した第１実施例との違いは、締結棒１４ｂの代わりに、略平板形状の締結プレート１４ｐを用いてエンドプレート１１と、エンドプレート１２とを締結しているという点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００２２】
このように、締結プレート１４ｐでエンドプレート１１，１２を締結し、締結プレート１４ｐと第２連結部１３０，１３１とを連結しても、第１実施例と同様に、燃料電池スタック１００の発電体８の間にずれが発生するのを抑制することが可能である。特に、第２実施例の締結プレート１４ｐは、締結棒１４ｂに比べて表面積が大きいため、第２連結部１３０，１３１を任意の場所に配置することが可能となる。従って、この点では第２実施例の方が好ましい。
【００２３】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の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において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００２４】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池スタック１００の積層方向は、車両の進行方向に対して略垂直となっていたが、この代わりに、積層方向が車両の進行方向と略並行となるように燃料電池スタック１００を車両に搭載することも可能である。
【００２５】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、第２連結部１３０，１３１は、燃料電池スタック１００を介した対称の位置に２つ配設されているが、これは一例であり、１つ又は３つ以上の任意の数の第２連結部を配設することも可能である。
【００２６】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、第２連結部１３０，１３１は、隔壁１３２，１３３に連結されているが、この代わりに、クロスメンバ等の任意の車両構造物に連結させることが可能である。
【００２７】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、締結棒１４ｂ又は締結プレート１４ｐと、隔壁１３２，１３３との間には隙間があり、その隙間に部材としての第２連結部１３０，１３１が設けられているが、この代わりに、隔壁１３２と隔壁１３３との間に形成される空間の幅を燃料電池スタック１００の幅と等しくし、締結棒１４ｂ又は締結プレート１４ｐと、隔壁１３２，１３３とを直接連結させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池スタックの車両搭載構造を示す説明図である。
【図２】燃料電池スタックの車両搭載構造の詳細を示す説明図である。
【図３】車両フレームに対する燃料電池スタックのその他の搭載位置を示す説明図である。
【図４】第２実施例における燃料電池スタックの車両搭載構造の詳細を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
８…発電体
１０…発電積層体
１１…エンドプレート
１２…エンドプレート
１４ｂ…締結棒
１４ｐ…締結プレート
１００…燃料電池スタック
１００Ａ…燃料電池ケース
１０５…サイドメンバ
１０６…サイドメンバ
１１０…クロスメンバ
１１１…クロスメンバ
１１２…クロスメンバ
１１３…クロスメンバ
１１４…クロスメンバ
１１５…クロスメンバ
１２０…第１連結部
１３０…第２連結部
１３２…隔壁
１３３…隔壁
１３４…隔壁
１３５…隔壁
１０００…車両フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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