(57)【要約】【課題】積層体側面のシール面圧を確保し、コンパクトなマニホルド締め付け機構を提供する。【解決手段】積層体１の各側面には、マニホルド２Ａ、２Ｂがシール材６を介して、マニホルド３Ａ、３Ｂがシール材７を介して設置される。積層体１を挟んで対向するマニホルド３Ａ及び３Ｂは、対向するマニホルド２Ａ及び２Ｂに対する締め付け部材の役目を兼ねる。マニホルド２Ａ、２Ｂの外側にはテーパー部８が形成されている。マニホルド３Ａ、３Ｂはマニホルド２Ａ、２Ｂのテーパー部８と同等の角度の傾斜部９を有する。ロッド４をナット５により締めることにより、マニホルド３Ａ、３Ｂと積層体１との間のシール面圧を確保するとともに、傾斜部９からテーパー部８へ伝えられる力がマニホルド２Ａ、２Ｂと積層体１との間のシール面圧を確保する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池を積層した略直方体の積層体の側面に配設した外部マニホルドを介して燃料ガスまたは酸化剤ガス等の流体を供給または排出する外部マニホルド型燃料電池において、
前記積層体の互いに対向する側面に配置される少なくとも一組の外部マニホルド外側にテーパー部分を設けるとともに、
これら外部マニホルドを前記積層体に締め付ける締め付け部材が前記テーパー部分へ当接する当接部に該テーパー部分と同等の角度の傾斜部を設け、
前記締め付け部材は、前記外部マニホルドを前記積層体に締め付ける方向と異なる方向からの締め付け力を、前記テーパー部分に入力して前記外部マニホルドを締め付ける力に変換することを特徴とする外部マニホルド型燃料電池。
【請求項２】
前記締め付け部材は、前記外部マニホルドとは別の外部マニホルドを締め付ける方向の締め付け力を与えるものであることを特徴とする請求項１記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項３】
前記締め付け部材は、前記別の外部マニホルドと一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項４】
前記締め付け部材は、積層体を積層方向に締め付ける方向の締め付け力を与えるものであることを特徴とする請求項１記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項５】
前記締め付け部材は、積層体を積層方向に締め付けるエンドプレートと一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項４記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項６】
前記締め付け部材の傾斜部が移動可能なことを特徴とする請求項１記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項７】
前記締め付け部材の傾斜部が弾性体を介して移動可能なことを特徴とする請求項６記載の外部マニホルド型燃料電池。
【請求項８】
前記テーパ部及び前記傾斜部は、前記積層体の長さ方向全体に渡って形成され、
前記別の外部マニホルドは燃料供給用または燃料排出用のマニホルドであることを特徴とする請求項３記載の外部マニホルド型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を積層した略直方体の積層体の側面に配設した外部マニホルドを介して燃料ガスまたは酸化剤ガス等の流体を供給または排出する外部マニホルド型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、単電池の起電力が１Ｖ程度と低いために、通常複数の単電池を積層して直列接続した積層体（スタック）として形成される。外部マニホルド型燃料電池とは、積層体に反応ガスを供給排出したり、冷却液の供給排出を行うマニホルドを別途積層体の側面に設置したものである。
【０００３】
外部マニホルド型燃料電池では、積層体とその側面に設置されたマニホルドの間で反応ガスや冷却液が漏洩しないように、シール層を設ける必要がある。
【０００４】
しかし、積層体側面には単電池を構成する電極やセパレータの寸法誤差等に起因する凹凸があり、内部マニホルド型燃料電池に比べて信頼性の高いシールを確保することが困難である。
【０００５】
そのため、高いシール面圧を確保するため、マニホルドに貫通したロッドの両端にバネおよびナットを設置し、バネの弾性力によって対向するマニホルド同士を締め付けている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−４５３００号公報（第３頁、図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、特に移動体用の燃料電池においては、高出力密度化の要求が高まり、コンパクトな形状にすることは大きな検討課題である。
【０００８】
しかしながら、積層体側面の４面にマニホルドが設置されている外部マニホルド型燃料電池においては、対向するマニホルドが２組あり、さらに積層体を締め付けるロッドもあるため、合計３方向に締め付けロッドが必要である。
【０００９】
このような外部マニホルド型燃料電池は、複雑な構造となり、組み立て時の作業性が悪く、外形形状も大きなものになってしまうという問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る外部マニホルド型燃料電池は、上記問題点を解決するため、単電池を積層した略直方体の積層体の側面に配設した外部マニホルドを介して燃料ガスまたは酸化剤ガス等の流体を供給または排出する外部マニホルド型燃料電池において、前記積層体の互いに対向する側面に配置される少なくとも一組の外部マニホルド外側にテーパー部分を設けるとともに、これら外部マニホルドを前記積層体に締め付ける締め付け部材が前記テーパー部分へ当接する当接部に該テーパー部分と同等の角度の傾斜部を設け、前記締め付け部材は、前記外部マニホルドを前記積層体に締め付ける方向と異なる方向からの締め付け力を、前記テーパー部分に入力して前記外部マニホルドを締め付ける力に変換することを要旨とする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る外部マニホルド型燃料電池によれば、外部マニホルドを締め付ける方向と異なる方向からの力を、外部マニホルドを締め付ける方向に変換できるので、締め付けロッドの配置の自由度が増し、燃料電池をコンパクトな構造にすることができるという効果がある。
【００１２】
また、他の物体の締め付けのための締め付け力を利用して外部マニホルドを締め付けることができるので、締め付け力を与える部品を兼用して部品点数を減少させることができるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第１実施形態の構成を説明する断面図である。燃料電池の積層体（スタックとも呼ばれる）１は、単電池を複数積層させて形成される。それぞれの単電池は、固体電解質膜の両面に電極を形成した膜電極接合体を両面からセパレータで挟んで構成されている。
【００１４】
積層体１の側面ある水素などの燃料ガス、空気などの酸化剤ガス、ならびに冷却水の供給・排出孔に、それぞれの流体を供給排出するため、マニホルド２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂが、それぞれ流体通路１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂを形成している。
【００１５】
積層体１の各側面には、マニホルド２Ａ、２Ｂがシール材６を介して、マニホルド３Ａ、３Ｂがシール材７を介して設置される。積層体１を挟んで対向するマニホルド３Ａ及び３Ｂは、同対向するマニホルド２Ａ及び２Ｂに対する締め付け部材の役目を兼ねる。
【００１６】
マニホルド２Ａ、２Ｂの外側にはテーパー部８が形成されている。マニホルド３Ａ、３Ｂはマニホルド２Ａ、２Ｂのテーパー部８と同等の角度の傾斜部９を有する。
【００１７】
隣り合うマニホルド同士は、傾斜部９、テーパー部８にて接触している。マニホルド３Ａおよび３Ｂには、図中２本のロッド４が貫通している。これらロッド４をナット５により締めることにより、マニホルド３Ａ、３Ｂと積層体１との間のシール面圧を確保している。
【００１８】
また、ロッド４の図中横方向の締め付け圧力が傾斜部９及びこれに当接するテーパー部８によりマニホルド２Ａ、２Ｂを積層体１側に押しつける力に変換され、マニホルド２Ａ、２Ｂと積層体１との間のシール面圧を確保している。
【００１９】
したがって、１組の外部マニホルド（３Ａ，３Ｂ）を締め付ける力によって２組の外部マニホルド（３Ａ，３Ｂ）と（２Ａ，２Ｂ）のシール面圧を確保でき、燃料電池の外形形状もコンパクト化して車両搭載性を向上させることができるという効果がある。
【００２０】
また、マニホルド３Ａ、３Ｂにマニホルド２Ａ、２Ｂに対する締め付け部材の役目を兼ねさせることで、締め付け構造が簡単になり、部品点数、作業部位が減少するため、コスト低減、品質の安定化も図れるという効果がある。
【００２１】
なお、本実施形態において、テーパ部、傾斜部を長さ方向全体に渡って形成すると、テーパー部、傾斜部との当接面は、マニホルド３Ａ，３Ｂの外部（大気）に対するシールとして機能できるため、マニホルド３Ａ，３Ｂを燃料供給．排出用マニホルドとして用いると、燃料ガスのリークをより確実に抑制できる信頼性の高い燃料電池を提供することができるという効果がある。
【００２２】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第２実施形態の構成を説明する断面図である。
【００２３】
第２実施形態は、積層体を締め付ける力によって外部マニホルドを締め付ける例を示すものである。第１実施形態と同様の積層体１の両端には、積層体１を締め付けるエンドプレート１２Ａおよび１２Ｂが配置されている。その他の構成要素は、図１に示した第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００２４】
エンドプレート１２Ａ、１２Ｂは積層体１を積層方向に締め付ける締め付け部材の役割と外部マニホルド２Ａおよび２Ｂの締め付け部材の役目を兼ねている。
【００２５】
２本のロッド４とナット５は、エンドプレート１２Ａ、１２Ｂ同士を締め付け、したがって、積層体１を積層方向に締め付けている。
【００２６】
外部マニホルド２Ａおよび２Ｂのテーパー部８は、エンドプレート１２Ａ、１２Ｂに形成された傾斜部９と接触しており、エンドプレート１２Ａ、１２Ｂを締め付ける力は、傾斜部９とテーパー部８によって、マニホルド２Ａ、２Ｂを積層体１に締め付ける方向の力に変換される。
【００２７】
さらに、図中には示していないが、もう１組のマニホルドも同様に配置することで、積層体を締め付けることで２組のマニホルドを締め付けることが可能となり、本来３方向に必要な締め付け用のロッドを１方向に減らすことができる。
【００２８】
これにより、燃料電池の形状をコンパクト化して車両搭載性を向上させることができるだけでなく、組み立て時の作業部位が減少することで生産性も向上するという効果がある。
【００２９】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第３実施形態の構成を説明する断面図である。
【００３０】
第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、締め付け部材を兼ねる外部マニホルド３Ａ、３Ｂに直接傾斜部９が形成されず、傾斜部９を有する傾斜部材１３が弾性体１４を挟んで設けられている点である。外部マニホルド２Ａ、２Ｂ及びこれらに形成されたテーパー部８は、第１実施形態と同様である。その他の構成要素も図１に示した第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３１】
特に限定されないが傾斜部材１３と弾性体１４、弾性体１４と外部マニホルド３Ａ、３Ｂは、一体に接着されているのが組立上、または出荷後の整備保守のために好ましい。傾斜部材１３に形成された傾斜部９は、第１実施形態の傾斜部９と同様の機能を有する。
【００３２】
本実施形態においては、弾性体１４を挟んだことにより、テーパー部８と傾斜部９が当接する外部マニホルド２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂの要求寸法精度を低減することができるという効果がある。
【００３３】
また、ロッド５による締め付け力が燃料電池の長時間の作動によって低下した場合、増し締めなどにより締め付け力を再調整する必要があるが、弾性体を介したことで再調整の時間間隔を伸延し、燃料電池の保守整備コストを低減することができるという効果がある。
【００３４】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第４実施形態の構成を説明する断面図である。
【００３５】
第４実施形態は、外部マニホルド３Ａ、３Ｂの傾斜部９を可動とした構造を有するものである。このため、本実施形態では、テーパー部８に当接する傾斜部９を有する独立した構成要素として、傾斜部材１３を設け、この傾斜部材１３を調整ボルト１５を介してマニホルド３Ａ、３Ｂに取り付けている。そして、この調整ボルト１５を左右回転させることにより、傾斜部材１３がマニホルド３Ａ、３Ｂに接近させたり、隔離させたりすることができるようになっている。その他の構成要素は、図１に示した第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には、同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
【００３６】
燃料電池の組立時には、最初、調整ボルト１５を緩めておいて、ロッド４とナット５により、外部マニホルド３Ａ、３Ｂを積層体１に締め付けるこのロッド４とナット５による締め付けは、一対の外部マニホルド３Ａ、３Ｂの締め付け力にだけ反映され、外部マニホルド３Ａ，３Ｂの締め付け力とは関係がない。次いで、調整ボルト１５の締め付けにより、傾斜部材１３を燃料電池の内側へ押し込むことにより、傾斜部材１３の傾斜部９が外部マニホルド２Ａ、２Ｂのテーパー部８を積層体１側へ押しつけ、外部マニホルド２Ａ、２Ｂの締め付け力となる。
【００３７】
第１実施形態（図１）のように、傾斜部９が外部マニホルド３Ａ、３Ｂに固定されている場合、２組のマニホルド（２Ａ、２Ｂ）と（３Ａ、３Ｂ）の締め付け力は個別に調整できない。すなわち１組の締め付け力を調整しようとするともう１組の締め付け力も変化していた。
【００３８】
本実施形態では、調整ボルト１５を設置することにより、締め付け力を個別に調整することが可能となるという効果がある。また外部マニホルドの要求寸法精度を低減することもできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第１実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第３実施形態の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る外部マニホルド型燃料電池の第４実施形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…積層体（スタック）
２Ａ、２Ｂ…外部マニホルド
３Ａ、３Ｂ…外部マニホルド（締め付け部材）
４…ロッド
５…ナット
６、７…シール材
８…テーパー部
９…傾斜部
１０Ａ、１０Ｂ…流体通路
１１Ａ、１１Ｂ…流体通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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