(57)【要約】【課題】積層体を収容するケースから部材が突出する箇所を減少させ、組み立て作業を容易にするようにした燃料電池を提供する。【解決手段】複数個の単電池１６を加圧して積層させる加圧手段２０を備えた燃料電池１０において、積層体１２の端部１２ａに配置されたエンドプレート２２と、積層体１２を収容するケース１４の側板１４ｄに穿設された絶縁体嵌合孔１４ｄ１に嵌合される絶縁体２８と、絶縁体２８に穿設された特殊ナット嵌合孔２８ａに嵌合されつつケース１４の外方に突出させられる特殊ナット２６と、特殊ナット２６と螺嵌されつつ一端２４Ａがエンドプレート２２に取り付けられ、他端２４Ｂがケース１４の外方に突出させられるシャフト２４とから構成すると共に、前記シャフト２４とエンドプレート２２を導電性部材から形成し、前記ケース１４の外方に突出したシャフト２４の他端２４Ｂを積層体１２の出力端子とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の単電池を積層して形成された積層体と、前記積層体を収容するケースとからなる燃料電池において、前記複数個の単電池を加圧して積層させる加圧手段を備え、前記加圧手段を、前記積層体の端部に配置されたエンドプレートと、前記ケースの側板に穿設された第１の孔に嵌合される絶縁体と、前記絶縁体に穿設された第２の孔に嵌合されつつ前記ケースの外方に突出させられる特殊ナットと、前記特殊ナットと螺嵌されつつ一端が前記エンドプレートに取り付けられ、他端が前記ケースの外方に突出させられるシャフトとから構成し、前記特殊ナットを回転させて前記シャフトとエンドプレートを変位させることによって前記単電池を加圧する力を調整すると共に、前記シャフトとエンドプレートを導電性部材から形成し、前記ケースの外方に突出されたシャフトの他端を前記積層体の出力端子とするように構成したことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池に関し、より詳しくは、複数個の単電池を加圧して積層させる加圧構造に特徴を有する燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料電池は、単電池（セル）を複数個積層して形成された積層体（セルスタック）をケースに収容してなる。また、単電池の積層は、通常、複数個の単電池の端部を加圧して挟持することによって行われる。このように、複数個の単電池の端部を加圧して形成された積層体をケースに収容してなる燃料電池としては、例えば、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００３】
かかる従来技術にあっては、ケースの側板（取り付け板１１２）に穿設された八角形の孔に回転防止部材１２０を嵌合すると共に、前記回転防止部材１２０に穿設された雌ねじにケースの外方から挿入された加圧ボルト１４０によって加圧部材１３０を介して積層体１２の端部を積層方向に押圧するようにしている。また、積層体１２の端部には、端子板１００が配置されると共に、前記端子板１００に形成された端子１００Ａはケースを貫通して外方へと突出させられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１７１９２６号公報（段落００４２から００４８、図１７，１８，１９など）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に係る技術にあっては、積層体を収容するケースにおいて、異なる箇所から加圧ボルト１４０と端子１００Ａが突出する、即ち、ケースの複数の箇所から複数個の部材が突出する。このため、組み立て時において、各部材とケースの位置合わせが煩雑となり、作業性が良くないという不都合があった。
【０００６】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、積層体を収容するケースから部材が突出する箇所を減少させ、組み立て作業を容易にするようにした燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、この発明は請求項１項においては、複数個の単電池を積層して形成された積層体と、前記積層体を収容するケースとからなる燃料電池において、前記複数個の単電池を加圧して積層させる加圧手段を備え、前記加圧手段を、前記積層体の端部に配置されたエンドプレートと、前記ケースの側板に穿設された第１の孔に嵌合される絶縁体と、前記絶縁体に穿設された第２の孔に嵌合されつつ前記ケースの外方に突出させられる特殊ナットと、前記特殊ナットと螺嵌されつつ一端が前記エンドプレートに取り付けられ、他端が前記ケースの外方に突出させられるシャフトとから構成し、前記特殊ナットを回転させて前記シャフトとエンドプレートを変位させることによって前記単電池を加圧する力を調整すると共に、前記シャフトとエンドプレートを導電性部材から形成し、前記ケースの外方に突出されたシャフトの他端を前記積層体の出力端子とするように構成した。
【０００８】
このように、複数個の単電池を加圧して積層させる加圧手段を、積層体の端部に配置されたエンドプレートと、前記積層体を収容するケースの側板に穿設された第１の孔に嵌合される絶縁体と、前記絶縁体に穿設された第２の孔に嵌合されつつ前記ケースの外方に突出させられる特殊ナットと、前記特殊ナットと螺嵌されつつ一端が前記エンドプレートに取り付けられ、他端が前記ケースの外方に突出させられるシャフトとから構成し、前記特殊ナットを回転させて前記シャフトとエンドプレートを変位させることによって前記単電池を加圧する力を調整すると共に、前記シャフトとエンドプレートを導電性部材から形成し、前記ケースの外方に突出されたシャフトの他端を前記積層体の出力端子とする、換言すれば、加圧手段と出力端子を統合してそれらを一体的にケースの外方へと突出させるように構成したので、ケースから部材が突出する箇所を減少させることができ、よって部材とケースの位置合わせが簡素となって組み立て作業を容易にすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る燃料電池、より詳しくは、複数個の単電池を加圧して積層させる加圧構造について説明する。
【００１０】
図１は、この実施の形態に係る燃料電池を示す説明図である。
【００１１】
図１において、符合１０は、この実施の形態に係る燃料電池を示す。燃料電池１０は、積層体１２（セルスタック）をケース１４に収容してなる。
【００１２】
積層体１２は、単電池１６（セル）を複数個、具体的には７０個積層して形成され、定格出力１．０５ｋｗを発生する。尚、単電池１６は、電極が両面に取り付けられた電解質膜と、集電極（空気極と燃焼極）と、セパレータとからなる公知の固体高分子型燃料電池であり、詳しい説明は省略する。
【００１３】
ケース１４は、アルミニウムから形成される上板１４ａと、下板１４ｂと、単電池１６の積層方向と平行に配置された２枚の側板１４ｃと、単電池１６の積層方向と直行して配置された２枚の側板１４ｄ（１枚のみ示す）とからなり、その内部空間において下板１４ｂの上部には、ガラスエポキシ基材から形成される絶縁板１８を介して積層体１２が載置される。
【００１４】
燃料電池１０は、さらに、前記複数個の単電池１６を加圧して積層させる加圧手段２０を備える。加圧手段２０は、図示の如く、エンドプレート２２と、シャフト２４と、特殊ナット２６と、絶縁体２８とから構成される。
【００１５】
図２は、図１に示す加圧手段２０の半断面図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、エンドプレート２２は、積層体１２の端部１２ａの形状（即ち、単電池１６の側面形状）と略同大の矩形に形成される。
【００１７】
また、エンドプレート２２において、積層体１２と密接する面の反対側の面には、中央に円形の凸部２２ａが突設される。凸部２２ａの大きさ（直径）は、凸部２２ａの面積がエンドプレート２２の面積に対して所定以上の割合となるように設定される。さらに、エンドプレート２２において凸部２２ａの中心には、右雌ねじが螺刻されたねじ穴２２ｂが形成される。尚、エンドプレート２２は、導電性部材、具体的には、アルミニウムに銅メッキ加工を施すことによって形成され、高い導電性が与えられる。
【００１８】
また、シャフト２４は、中実の円筒状部材からなり、そのエンドプレート２２側（ケース１４の内方側）の一端２４Ａには、前記したねじ穴２２ｂに対応する右雄ねじが螺刻された第１の雄ねじ部２４ａが突設される。また、シャフト２４の他端２４Ｂには、右雄ねじが螺刻された第２の雄ねじ部２４ｂが突設される。さらに、シャフト２４の前記他端２４Ｂ付近の外周には、左雄ねじが螺刻された第３の雄ねじ部２４ｃが形成される。尚、シャフト２４は、エンドプレート２２と同様に、アルミニウムに銅メッキ加工を施すことによって形成され、高い導電性が与えられる。
【００１９】
また、特殊ナット２６は、エンドプレート２２側の端部に第１の六角頭部２６ａが形成されると共に、反対側の端部に第２の六角頭部２６ｂが形成される。また、特殊ナット２６は、第２の六角頭部２６ｂに連続する、それより僅かに大径の円筒部２６ｃが形成されると共に、円筒部２６ｃと第１の六角頭部２６ａに連続する、それらより大径のフランジ部２６ｄが形成される。さらに、特殊ナット２６の中心部には、シャフト２６が挿通されるべき孔２６ｅ（以下「シャフト挿通孔」という）が穿設されると共に、シャフト挿通孔２６ｅにおいて、前記第２の六角頭部２６ｂの内周付近には、シャフト２４の第３の雄ねじ部２４ｃに対応する左雌ねじが螺刻された雌ねじ部２６ｆが形成される。尚、特殊ナット２６は、アルミニウムから形成される。
【００２０】
絶縁体２８は、ガラスエポキシ基材から形成され、その中心部には、前記した特殊ナット２６の円筒部２６ｃが嵌合されるべき孔２８ａ（前記した第２の孔。以下「特殊ナット嵌合孔」という）が穿設される。また、絶縁体２８において、エンドプレート２２が拡径され、前記した特殊ナット２６のフランジ部２６ｄが当接されるべきフランジ当接部２８ｂが形成される。これにより、絶縁体２８は、ケース１４の内方（内部空間側）に向けて拡径する段付き形状とされる。尚、特殊ナット嵌合孔２８ａと特殊ナット２６の円筒部２６ｃの幅は、同一の値に設定される。また、フランジ当接部２８ｂの直径は、特殊ナット２６のフランジ部２６ｄの直径より大径に設定される。
【００２１】
また、側板１４ｄは、その中心部に、上記絶縁体２８が嵌合されるべき孔１４ｄ１（前記した第１の孔。以下「絶縁体嵌合孔」という）が穿設される。即ち、側板１４ｄの中心部には、絶縁体２８の形状に対応した段付き形状の絶縁体嵌合孔１４ｄ１が穿設される。尚、側板１４ｄと絶縁体２８の厚さは、同一の値に設定される。即ち、絶縁体嵌合孔１４ｄ１と特殊ナット嵌合孔２８ａと特殊ナット２６の円筒部２６ｃの幅は、いずれも同一の値に設定される。
【００２２】
図３は、上記した加圧手段２０を組み付けたときの部分断面図である。
【００２３】
図３に示すように、エンドプレート２２は、絶縁板１８の上部において、積層体１２の端部１２ａに密接して配置される。
【００２４】
エンドプレート２２の凸部２２ａに形成されたねじ穴２２ｂは、シャフト２４の一端２４Ａに突設された第１の雄ねじ部２４ａと螺嵌される。即ち、シャフト２４の一端２４Ａは、エンドプレート２２にねじ締結される。尚、前記したように、ねじ穴２２ｂと第１の雄ねじ部２４ａは右ねじであることから、それらの締結は第１の雄ねじ部２４ａを右回りに回転させることによって行われる。
【００２５】
一方、シャフト２４の他端２４Ｂは、特殊ナット２６のシャフト挿通孔２６ｅに挿通される。具体的には、シャフト２４の他端２４Ｂを、シャフト挿通孔２６ｅの第１の六角頭部２６ａ側から挿入し、第２の雄ねじ部２４ｂが雌ねじ部２６ｆに至ったところで特殊ナット２６を左回りに回転させてそれらを螺嵌させ、さらにシャフト２４の他端２４Ｂに突設された第２の雄ねじ部２４ｂが特殊ナット２６の第２の六角頭部２６ｂの外方へと突出するまで、シャフト２４と特殊ナット２６を相対変位させる。尚、特殊ナット２６を左回りに回転させるのは、前記した如く、第３の雄ねじ部２４ｃと雌ねじ部２６ｅが左ねじからなるためである。
【００２６】
また、側板１４ｄに穿設された絶縁体嵌合孔１４ｄ１には、絶縁体２８がケース１４の内方から挿入されて嵌合される。絶縁体２８に穿設された特殊ナット嵌合孔２８ａには、特殊ナット２６がケース１４の内方から挿通され、円筒部２６ｃが嵌合される。具体的には、特殊ナット２６は、特殊ナット嵌合孔２８ａにケース１４の内方から外方（ケースの外側）に向けて第２の六角頭部２６から挿入され、フランジ部２６ｄが絶縁体２８のフランジ当接部２８ｂに当接されたところで、円筒部２６ｃと特殊ナット嵌合孔２８ａの嵌合が完了される。
【００２７】
このとき、絶縁体嵌合孔１４ｄ１と特殊ナット嵌合孔２８ａと円筒部２６ｃの幅は、いずれも同一の値に設定されていることから、円筒部２６ｃに図中右方に連続する第２の六角頭部２６ｂと第２の雄ねじ部２４ｂは、絶縁体２８の外方、即ち、ケース１４の外方へと一体的に突出させられる。また、特殊ナット嵌合孔２８ａと円筒部２６ｃの幅が同一の値に設定されると共に、フランジ当接部２８ｂの直径がフランジ部２６ｄの直径より大径に設定されることから、特殊ナット２６と側板１４ｄは接触することがなく、完全に絶縁される。
【００２８】
ここで、上記の如く加圧手段２０を組み付けた後、ケース１４の外方から第２の六角頭部２６ｂを介して特殊ナット２６を右回りに回転させることにより、シャフト２４およびエンドプレート２２がケース１４の内方へと変位させられる。
【００２９】
即ち、特殊ナット２６の雌ねじ部２６ｅとシャフト２４の第３の雄ねじ部２４ｃは左ねじであることから、特殊ナット２６を右回りに回転させることにより、特殊ナット２６はシャフト２４の他端２４Ｂの方向、即ち、ケース１４の外方へと変位しようとする。しかしながら、特殊ナット２６は、そのフランジ部２６ｄが絶縁体２８のフランジ当接部２８ｂに当接されていることから、ケース１４の外方へは変位できず、よってシャフト２４とその一端が取り付けられたエンドプレート２２が、ケース１４の内方へと変位させられることとなる。
【００３０】
尚、シャフト２４の一端２４Ａとエンドプレート２２は右ねじによって締結されていることから、特殊ナット２６を右回りに回転させても、それらの締結が緩むおそれはない。また、絶縁体２８は、前記したようにケース１４の内方に向かって拡径する段付き形状、換言すれば、ケース１４の外方に向かって縮径する段付き形状とされるため、絶縁体２８が特殊ナット２６のフランジ部２６ｄによってケース１４の外方へと押圧されても、絶縁体嵌合孔１４ｄ１から抜け出ることはない。
【００３１】
上記のようにしてシャフト２４とエンドプレート２２がケース１４の内方へと変位することにより、複数個の単電池１６は積層方向に加圧される。即ち、ケース１４の外方から第２の六角頭部２６ｂを介して特殊ナット２６を回転させることにより、単電池１６を加圧する力を調整することができる。
【００３２】
また、前記したように、エンドプレート２２の凸部２２ａの大きさ（直径）は、凸部２２ａの面積がエンドプレート２２の面積に対して所定以上の割合となるように設定される、別言すれば、所定以上の大きさとなるように設定されるため、シャフト２４が凸部２２ａを押圧する力は、エンドプレート２２の全面に分散されて単電池１６（積層体１２の端部１２ａ）へと伝達される。これにより、単電池１６の側面に均一な加圧力を作用させることができるため、単電池１６の個々に高いシール性を確保することができ、よって水素や空気の安定した（漏れのない）供給が可能となって所望の起電力を得ることができる。
【００３３】
また、前述したように、エンドプレート２２とシャフト２４には高い導電性が与えられると共に、シャフト２４に形成された第２の雄ねじ部２４ｂが、特殊ナット２６の第２の六角頭部２６ｂと一体的にケース１４の外方に突出させられるようにしたので、積層体１２が発電した電力を、ケース１４の外方において第２の雄ねじ部２４ｂを介して取り出すことができる。即ち、ケース１４の外方に突出された第２の雄ねじ部２４ｂを、積層体１２の出力端子とすることができる。このため、図３に示すように、第２の雄ねじ部２４ｂにはワッシャ状のハーネス端子３０がナット３２を介して取り付けられ、図示しない電気負荷へと接続される。
【００３４】
このように、この実施の形態にあっては、複数個の単電池１６を加圧して積層させる加圧手段２０を、積層体１２の端部１２ａに配置されたエンドプレート２２と、ケース１４の側板１４ｄに穿設された絶縁体嵌合孔１４ｄ１に嵌合される絶縁体２８と、絶縁体２８に穿設された特殊ナット嵌合孔２８ａに嵌合されつつ前記ケース１４の外方に突出させられる特殊ナット２６と、特殊ナット２６と螺嵌されつつ一端２４Ａがエンドプレート２２に取り付けられ、他端２４Ｂがケース１４の外方に突出させられるシャフト２４とから構成し、前記特殊ナット２６を回転させてシャフト２４とエンドプレート２２を変位させることによって単電池１６を加圧する力を調整すると共に、シャフト２４とエンドプレート２２を導電性部材から形成し、ケース１４の外方に突出されたシャフト２４の他端２４Ｂ、具体的には、そこに形成された第２の雄ねじ部２４ｂを積層体１２の出力端子とする、換言すれば、加圧手段２０と出力端子を統合してそれらを一体的にケース１４の外方へと突出させるように構成したので、ケースから部材が突出する箇所を減少させることができ、よって部材とケースの位置合わせが簡素となって組み立て作業を容易にすることができる。
【００３５】
上記の如く、この発明の一つの実施の形態にあっては、複数個の単電池１６を積層して形成された積層体１２と、前記積層体１２を収容するケース１４とからなる燃料電池１０において、前記複数個の単電池１６を加圧して積層させる加圧手段２０を備え、前記加圧手段２０を、前記積層体１２の端部１２ａに配置されたエンドプレート２２と、前記ケース１４の側板１４ｄに穿設された第１の孔（絶縁体嵌合孔１４ｄ１）に嵌合される絶縁体２８と、前記絶縁体２８に穿設された第２の孔（特殊ナット嵌合孔２８ａ）に嵌合されつつ前記ケース１４の外方に突出させられる特殊ナット２６と、前記特殊ナット２６と螺嵌されつつ一端２４Ａが前記エンドプレート２２に取り付けられると共に、他端２４Ｂが前記ケース１４の外方に突出させられるシャフト２４とから構成し、前記特殊ナット２６を回転させて前記シャフト２４とエンドプレート２２を変位させることによって前記単電池１６を加圧する力を調整すると共に、前記シャフト２４とエンドプレート２２を導電性部材（銅メッキ加工が施されたアルミニウム）から形成し、前記ケース１４の外方に突出された前記シャフト２４の他端２４Ｂ（具体的には、そこに突出して形成された第２の雄ねじ部２４ｂ）を前記積層体１２の出力端子とするように構成した。
【００３６】
尚、上記において、エンドプレート２２とシャフト２４を、アルミニウムに銅メッキ加工を施すことによって形成するようにしたが、積層体が発電した電力を取り出すのに適した導電性と加圧に耐える強度を有していれば、いかなる材質を用いても構わない。絶縁体１８の材質に関しても同様であり、特殊ナット２６と側板１４ｄの絶縁性を確保できれば、他の材質を用いて構わない。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、複数個の単電池を加圧して積層させる加圧手段を、積層体の端部に配置されたエンドプレートと、前記積層体を収容するケースの側板に穿設された第１の孔に嵌合される絶縁体と、前記絶縁体に穿設された第２の孔に嵌合されつつ前記ケースの外方に突出させられる特殊ナットと、前記特殊ナットと螺嵌されつつ一端が前記エンドプレートに取り付けられ、他端が前記ケースの外方に突出させられるシャフトとから構成し、前記特殊ナットを回転させて前記シャフトとエンドプレートを変位させることによって前記単電池を加圧する力を調整すると共に、前記シャフトとエンドプレートを導電性部材から形成し、前記ケースの外方に突出されたシャフトの他端を前記積層体の出力端子とする、換言すれば、加圧手段と出力端子を統合してそれらを一体的にケースの外方へと突出させるように構成したので、ケースから部材が突出する箇所を減少させることができ、よって部材とケースの位置合わせが簡素となって組み立て作業を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る燃料電池を示す説明図である。
【図２】図１に示す加圧手段の半断面図である。
【図３】図１に示す加圧手段を組み付けたときの部分断面図である。
【符号の説明】
１０      燃料電池
１２      積層体
１４      ケース
１４ｄ    側板
１４ｄ１  絶縁体嵌合孔（第１の孔）
１６      単電池
２０      加圧手段
２２      エンドプレート
２４      シャフト
２４Ａ    （シャフトの）一端
２４Ｂ    （シャフトの）他端
２４ｂ    第２の雄ねじ部（出力端子）
２６      特殊ナット
２８      絶縁体
２８ａ    特殊ナット嵌合孔（第２の孔）
【図１】
2004303587.tif 000003
【図２】
2004303587.tif 000004
【図３】
2004303587.tif 000005