(57)【要約】【課題】セル積層体へ付与される圧縮荷重を円滑に読み取ることが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】複数のセル２１が積層されてなるセル積層体２２と、セル積層体２２の積層方向の外側に配置されたエンドプレート１２と、セル積層体２２とエンドプレート１２との間に設けられてセル積層体２２への圧縮荷重を調整するスプリングモジュール２３とを設ける。スプリングモジュール２３を、アッパプレート５１とロアプレート５２との間に配置されて弾性力によってアッパプレート５１及びロアプレート５２を互いに離間させるコイルスプリング５３を備えた構造とする。ロアプレート５２に固定されてアッパプレート５１の挿通孔６３へ挿通され、アッパプレート５１のエンドプレート１２側の外面側へ突出する表示シャフト６２を有する複数の荷重表示部６１をスプリングモジュール２３に設ける。【選択図】図１
2008004305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、
前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材とを備えるとともに、一方の板体に固定されて他方の板体の外面側へ突出する表示部材を有する荷重表示部を備えている燃料電池。
【請求項２】
前記押圧装置は、前記板体の周縁に形成されて互いにラップする側壁によって前記弾性部材の収容空間が閉鎖されている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記押圧装置には、平面内における複数箇所に前記荷重表示部が設けられている請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、
前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、前記板体同士の間隔を示す複数の荷重表示部とを備え、それぞれの荷重表示部が所定方向から目視可能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、発電セルを積層させたセル積層体を有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。
【０００３】
このような燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体と、このセル積層体の積層方向の外側に配置されるとともに荷重調整ネジで調整された圧縮荷重をセル積層体に与えるエンドプレートとを備えた燃料電池スタックとして構成されている。
【０００４】
そして、この燃料電池では、セル積層体への圧縮荷重の均一化及び圧縮荷重の変動の低減のため、プレート間に複数のスプリングを配置したスプリングモジュールをセル積層体とエンドプレートとの間に介在させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このスプリングモジュールには、一方のプレートの周縁から立ち上げられた側壁に目盛りを設け、この目盛りによって他方のプレートの周縁から立ち上げられた側壁の端部位置を読み取ることにより、スプリングモジュールを介してセル積層体に付与される圧縮荷重を把握することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２８８６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のスプリングモジュールでは、目盛りが設けられた一側面側にて圧縮荷重を読み取るものであるので、燃料電池の配置状態あるいはケースへの収納状態によっては、目盛りを設けた一側面が隠れてしまい、圧縮荷重の読み取りが困難となる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、セル積層体へ付与される圧縮荷重を円滑に読み取ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材とを備えるとともに、一方の板体に固定されて他方の板体の外面側へ突出する表示部材を有する荷重表示部を備えている。
【０００９】
かかる構成とすることにより、押圧装置の側面が隠されたとしても、他方の板体の外面側における表示部材の突出量を目視することにより、セル積層体に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができる。
【００１０】
また、前記押圧装置は、前記板体の周縁に形成されて互いにラップする側壁によって前記弾性部材の収容空間が閉鎖されていてもよい。
【００１１】
かかる構成とすることにより、弾性部材の収容空間が閉鎖されていても、他方の板体の外面側における表示部材の突出量を外部から目視して、容易に圧縮荷重を把握することができる。
【００１２】
さらに、前記押圧装置には、平面内における複数箇所に前記荷重表示部が設けられていてもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、複数箇所に設けられた荷重表示部における表示部材の突出量を測定することにより、セル積層体に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができるとともに、板体同士の傾きも把握することができ、圧縮荷重のバランスを把握することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、前記セル積層体と前記エンドプレートとの間に設けられて前記セル積層体への圧縮荷重を調整する押圧装置とを備えた燃料電池であって、前記押圧装置は、一対の板体と、これら板体間に配置されて弾性力によって前記板体同士を互いに離間させる弾性部材と、前記板体同士の間隔を示す複数の荷重表示部とを備え、それぞれの荷重表示部が所定方向から目視可能とされている。
【００１５】
かかる構成とすることにより、所定方向から全ての荷重表示部を目視し、圧縮荷重のバランスを把握することができる。また、各荷重表示部を、所定方向から目視しながら調整することができ、押圧装置の組み立て作業性の向上も図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池によれば、セル積層体へ付与される圧縮荷重を円滑に読み取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明に係る燃料電池の第１実施形態を図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、燃料電池１０を示すものである。この燃料電池１０は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
【００１９】
燃料電池１０は、燃料電池スタック１１と、この燃料電池スタック１１の外側を覆う合成樹脂等の絶縁材料からなる図示しないスタックケースとを有している。燃料電池スタック１１は、一対の矩形状のエンドプレート１２（一方は図示略）を、互いの外縁部同士をテンションプレート１３で連結して外側部分が構成されており、これらエンドプレート１２及びテンションプレート１３は例えばジュラルミン等で形成されている。
【００２０】
また、燃料電池スタック１１は、エンドプレート１２同士の間に燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する平面視矩形状のセル２１を所要数積層してなるセル積層体２２が設けられている。そして、一方のエンドプレート１２とセル積層体２２との間には、エンドプレート１２側から順に、スプリングモジュール（押圧装置）２３、絶縁プレート２４、ターミナルプレート２５及びカバープレート２６が配置されている。なお、カバープレート２６は省略することも可能である。
【００２１】
なお、図示はしないが他方のエンドプレート１２とセル積層体２２との間には、エンドプレート１２側から順に、絶縁プレート２４、ターミナルプレート２５及びカバープレート２６が配置されている。
【００２２】
そして、スプリングモジュール２３が設けられた側のエンドプレート１２は、テンションプレート１３に連結される矩形状のエンドプレート本体３０と、このエンドプレート本体３０のテンションプレート１３への連結位置よりも内側の範囲に設けられたストッパ３１とで構成されている。
【００２３】
エンドプレート本体３０には、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴３２が形成されている。ストッパ３１は、エンドプレート本体３０のスプリングモジュール２３側に当接することで、エンドプレート本体３０を含むエンドプレート１２を補強する。このストッパ３１は、内側に雌ネジ３４が形成された円筒状のボス部３５と、このボス部３５の軸線方向の中間位置から全周にわたって半径方向外側に延出する、ボス部３５と同軸の一定厚の略円板状のフランジ部３６とを有している。
【００２４】
そして、ストッパ３１は、ボス部３５のうちフランジ部３６から軸線方向一側に突出する一方の円筒部３７においてエンドプレート本体３０の貫通穴３２に挿入され、フランジ部３６の全面がエンドプレート本体３０当接されている。なお、ストッパ３１の一方の円筒部３７の軸方向長は、エンドプレート本体３０の貫通穴３２の軸方向長と同等とされており、円筒部３７の端面がエンドプレート本体３０の外側の端面と面一となっている。
【００２５】
そして、エンドプレート１２は、上記ストッパ３１の雌ネジ３４に螺合される荷重調整ネジ４１を有しており、この荷重調整ネジ４１がスプリングモジュール２３のエンドプレート１２側に形成された球面状の突起部２８に当接する。ここで、荷重調整ネジ４１には、突起部２８側に凹部４３が形成され、この凹部４３が突起部２８に係合するようになっている。
【００２６】
また、荷重調整ネジ４１には突起部２８とは反対側に六角ボルト等の工具を嵌合させる工具嵌合部４２が形成されており、荷重調整ネジ４１は、この工具嵌合部４２に嵌合する工具を介して回転させられることで、エンドプレート１２とセル積層体２２の端部との距離を調整してセル積層体２２に作用する圧縮荷重を調整する。
【００２７】
図２にも示すように、スプリングモジュール２３は、エンドプレート１２側のアッパプレート（板体）５１と、セル積層体２２側のロアプレート（板体）５２とを有し、これらアッパプレート５１とロアプレート５２の間に、複数のコイルスプリング（弾性部材）５３が配設されている。アッパプレート５１及びロアプレート５２は、例えば、アルミニウムなどの比重の小さい金属材料から形成されており、アッパプレート５１に、荷重調整ネジ４１が当接される突起部２８が形成されている。
【００２８】
また、スプリングモジュール２３は、各角部近傍位置に、それぞれ荷重表示部６１を備えている。これら荷重表示部６１は、ロアプレート５２に立設された円柱状の表示シャフト（表示部材）６２を有しており、この表示シャフト６２は、アッパプレート５１に形成された挿通孔６３に挿通され、アッパプレート５１のエンドプレート１２側の外面側へ突出されている。
【００２９】
図３に示すように、表示シャフト６２は、その一端側に、ネジ部６４が形成されており、このネジ部６４を、ロアプレート５２に形成されたネジ孔６５へねじ込むことにより、ロアプレート６２に取り付けられている。
【００３０】
この表示シャフト６２には、他端部に、六角ボルト等の工具を嵌合させる六角穴からなる工具嵌合部６９が形成されており、表示シャフト６２は、この工具嵌合部６９に嵌合する工具を介して回転させられることで、ロアプレート６２のネジ孔６５へのねじ込み量が調整可能とされている。
【００３１】
なお、工具嵌合部６９としては、六角穴に限らず、平面視六角形状の頭部として六角レンチによって回動可能としても良くあるいは周囲に複数の凸部を放射状に形成していわゆるトルクスレンチによって回動可能しても良い。さらには、単に、端面に、十字穴や直線状の溝を形成してドライバーによって回動可能としても良い。
【００３２】
また、この表示シャフト６２のネジ部６４には、ロックナット６６が螺合されており、表示シャフト６２をロアプレート５２にねじ込んだ状態にてロックナット６６を回動させてロアプレート５２に押圧させることにより、表示シャフト６２がロアプレート５２に固定されている。
【００３３】
また、この荷重表示部６１を構成する表示シャフト６２には、ネジ部６４と反対側の他端部側に、目盛り部６７を有している。この目盛り部６７は、軸方向に所定間隔をあけて、例えば刻印等により形成された複数の目盛り線６８からなるもので、これら目盛り線６８は、表示シャフト６２の周方向に沿って全周にわたって形成されている。
【００３４】
これにより、この荷重表示部６１では、アッパプレート５１の挿通孔６３から突出した表示シャフト６２の突出量を目盛り部６７の目盛り線６８によって読み取ることにより、スプリングモジュール２３を介してセル積層体２２に付与される圧縮荷重を把握することができるようになっている。
【００３５】
そして、上記燃料電池１０では、荷重調整ネジ４１によってセル積層体２２へ付与される圧縮荷重が、複数のコイルスプリング５３を有するスプリングモジュール２３によって面方向に均一化され、また、発電時の膨張収縮による圧縮荷重の変動が吸収される。
【００３６】
ここで、本実施形態の燃料電池１０によれば、燃料電池スタック１１をケース内に収容したりあるいは車両に設置することにより、スプリングモジュール２３の側面が隠されたとしても、アッパプレート５１の外面側における表示シャフト６２の突出量を目視することにより、ロードセルなどを用いることなく、セル積層体２２に作用している圧縮荷重を円滑にしかも精度良く把握することができる。したがって、ロードセルなどの高価な装置を不要とすることができ、コスト低減を図ることができる。
【００３７】
したがって、特に、図４に示すように、アッパプレート５１及びロアプレート５２の周縁に、互いにラップする側壁５１ａ，５２ａを形成し、コイルスプリング５３を収容する収容空間を閉鎖した構造であっても、表示シャフト６２の突出量を目視することにより、圧縮荷重を極めて容易に把握することができる。
【００３８】
さらに、スプリングモジュール２３には、平面内における複数箇所に荷重表示部６１が設けられているので、これら荷重表示部６１における表示シャフト６２の突出量を測定することにより、セル積層体２２に作用している圧縮荷重を円滑に把握することができるとともに、アッパプレート５１とロアプレート５２の傾きも把握することができ、圧縮荷重のバランスを把握することができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、所定方向から全ての荷重表示部６１の表示シャフト６２を目視し、圧縮荷重のバランスを把握することができる。これにより、各荷重表示部６１を、所定方向から表示シャフト６２を目視しながら調整することができ、調整工数の削減を図ることができ、スプリングモジュール２３の組み立て作業性の向上も図ることができる。
【００４０】
ここで、スプリングモジュール２３の側面に荷重の測定部を設ける場合は、ケース内に収納したり車両に設置して側面が隠れることを考慮すると、各側面における両端近傍に２カ所ずつ合計８カ所に荷重測定部を設けることが望ましいが、本実施形態では、所定方向から全ての荷重表示部６１の表示シャフト６２を目視することができるので、各角部近傍における４カ所に荷重表示部６１を設けることにより、圧縮荷重を十分に把握することができる。これにより、荷重測定部を削減することができ、製造コスト及び調整に係る手間を削減することができる。
【００４１】
しかも、表示シャフト６２を回動させることにより、ロアプレート５２へのねじ込み量を調整して、目盛り線６７の位置を微調整することができる。これにより、設計公差やアッパプレート５１あるいはロアプレート５２のたわみによって、コイルスプリング５３の弾性力等から決定した目盛り線６７の位置の精度が低くなっても、表示シャフト６２を回動させて目盛り線６７の位置を微調整することにより、容易に補正し、精度を高めることができる。
【００４２】
また、ロアプレート５２に固定された表示シャフト６２をアッパプレート５１の挿通孔６３に挿通させた構造であるので、これらアッパプレート５１及びロアプレート５２の面方向への相対的な位置ずれを抑制することもでき、コイルスプリング５３による弾性力を円滑に発揮させることができる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、表示シャフト６２のネジ部６４に螺合させたロックナット６６によって表示シャフト６２をロアプレート５２に固定したが、表示シャフト６２のネジ部６４のロアプレート５２のネジ孔６５への締結力が十分強ければ、図５に示すように、ロックナット６６を設けずに、表示シャフト６２のネジ部６４をロアプレート５２のネジ孔６５へねじ込むことにより、表示シャフト６２をロアプレート５２に固定しても良い。
【００４４】
また、図６及び図７に示すものは、荷重表示部６１を構成する表示シャフト６２の他の例である。図６及び図７に示すように、この表示シャフト７１は、その外周面に平面部を形成することにより、外周面に対して窪んだ４つの表示面７２を有している。そして、この表示面７２に、目盛り線６８が形成されて目盛り部６７とされている。
【００４５】
そして、このような表示シャフト７１によれば、目盛り線６８が、外周面に対して窪んだ表面部７２に目盛り線６８が形成されているので、この目盛り面６８と、アッパプレート５１の挿通孔６３の内周面との干渉をなくすことができる。これにより、目盛り線６８の挿入孔６３の内周面との干渉による磨耗をなくすことができ、表示シャフト７１の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る燃料電池の一部の断面図である。
【図２】燃料電池に設けられたスプリングモジュールの構造を説明する斜視図である。
【図３】スプリングモジュールに設けられた荷重表示部の構造を説明する断面図である。
【図４】スプリングモジュールの変形例を示す断面図である。
【図５】ロアプレートへの表示シャフトの他の固定構造を示すスプリングモジュールの側面図である。
【図６】表示シャフトの変形例を示す側面図である。
【図７】表示シャフトの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…燃料電池、１２…エンドプレート、２１…セル、２２…セル積層体、２３…スプリングモジュール（押圧装置）、５１…アッパプレート（板体）、５１ａ，５２ａ…側壁、５２…ロアプレート（板体）、５３…コイルスプリング（弾性部材）、６１…荷重表示部、６２，７１…表示シャフト（表示部材）。
【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】
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【図６】
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【図７】
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