(57)【要約】【課題】セル積層体の伸縮に起因するエンドプレートの変形を抑制する。【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１６とを有すると共に、エンドプレート１６にセル積層体２２の積層方向に沿って移動してセル積層体２２に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジ４１が設けられてなるもので、エンドプレート１６の荷重調整ネジ４１の周囲に補強部４４を設ける。【選択図】図１
2007173169.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を有し、該エンドプレートに前記セル積層体の積層方向に沿って移動して該セル積層体に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジが設けられてなる燃料電池において、
前記エンドプレートには、前記荷重調整ネジの周囲に補強部が設けられている燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記補強部が、前記荷重調整ネジの全周から外側に向け延出するフランジ状をなす燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池において、
前記補強部が、前記荷重調整ネジ側から外側に向け延出するリブを有する燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記リブが、前記荷重調整ネジ側の高さが高い傾斜形状をなす燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記積層方向の荷重に対する剛性が、エンドプレート本体よりも前記補強部の方が高い部材からなる燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特にその小型化に有効な技術に関する。
【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（例えば特許文献１参照）、さらにこの燃料電池スタックの外側をスタックケースで覆って構成されている。
【特許文献１】特開２００２−３５８９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池スタックは、発電に必要な圧縮荷重を積層方向に対して付加するため、エンドプレートに荷重がかかる。また、運転条件に応じて各セルにおける水の生成量等が変わり、セル積層体が膨潤して伸縮量が変動する場合や、温度によって伸縮量が変動する場合がある。これらの結果、荷重調整ネジを介してセル積層体の積層方向への伸びによる力を受けるエンドプレートが、荷重調整ネジを中心にセル積層体とは反対側に膨らむように変形してしまうことがある。
【０００５】
しかし、このようにエンドプレートが変形しても、外側のスタックケースに接触することがないようにエンドプレートとスタックケースとのクリアランスを確保しなければならないことから、燃料電池が全体として大型化してしまう。また、エンドプレートが変形すると、セル積層体への圧縮荷重、ひいてはセル積層体内の部材間の接触抵抗が変化し、発電効率が低下してしまう可能性もあった。
【０００６】
そこで、本発明は、セル積層体の伸縮に起因するエンドプレートの変形を抑制することのできる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】
【０００７】
上記目的を達成するため、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を有し、該エンドプレートに前記セル積層体の積層方向に沿って移動して該セル積層体に与える圧縮荷重を調整する荷重調整ネジが設けられてなる燃料電池において、前記エンドプレートには、前記荷重調整ネジの周囲に補強部が設けられている。
【０００８】
かかる構成とすることによって、荷重調整ネジを介してエンドプレートにセル積層体の伸縮の荷重が入力されても、エンドプレートの荷重調整ネジの周囲に設けられた補強部がエンドプレートの変形を抑制する。
【０００９】
この場合、前記補強部が、前記荷重調整ネジの全周から外側に向け延出するフランジ状をなすように構成してもよい。
【００１０】
かかる構成とすることによって、荷重調整ネジを介してエンドプレートにセル積層体の伸縮の荷重が入力されても、エンドプレートの荷重調整ネジの全周から外側に向け延出するフランジ状の補強部が広い面積で荷重を分散してエンドプレートに伝達することになり、その結果、エンドプレートの変形を抑制できる。
【００１１】
また、この場合、前記補強部が、前記荷重調整ネジ側から外側に向け延出するリブを有するように構成してもよい。
【００１２】
かかる構成とすることによって、補強部による重量増を抑制しつつ効果的に補強部でエンドプレートの変形を抑制できる。
【００１３】
この場合、前記リブが、前記荷重調整ネジ側の高さが高い傾斜形状をなすように構成してもよい。
【００１４】
かかる構成とすることによって、最も受ける荷重が大きい荷重調整ネジ側の変形をリブの高さの高い部分で抑制するとともに、荷重調整ネジから離れ、受ける荷重が小さくなるにしたがってリブの高さを低くする。したがって、補強部による重量増を抑制しつつ効果的に補強部でエンドプレートの変形を抑制できる。
【００１５】
また、前記積層方向の荷重に対する剛性が、エンドプレート本体よりも前記補強部の方が高い部材からなるように構成してもよい。
【００１６】
かかる構成とすることによって、補強部により一層効果的にエンドプレート本体の変形を抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、荷重調整ネジを介してエンドプレートにセル積層体の伸縮の荷重が入力されても、エンドプレートの荷重調整ネジの周囲に設けられた補強部がエンドプレートの変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明に係る燃料電池の第１実施形態を図１〜図２を参照しつつ説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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スタックケース１２とを有している。なお、スタックケース１２は、合成樹脂等の絶縁材料で被覆された金属からなる場合もある。
【００２１】
燃料電池スタック１１は、一対の矩形状のエンドプレート１５，１６同士を互いの外縁部同士をテンションプレート１７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１５，１６及びテンションプレート１７は例えばジュラルミン等で形成されている。
【００２２】
また、燃料電池スタック１１は、一方のエンドプレート１５の他方のエンドプレート１６側に、一方のエンドプレート１５側から順に、矩形状の絶縁プレート１８、ターミナルプレート１９及びカバープレート２０が配置され、このカバープレート２０の他方のエンドプレート１６の側に、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がセル２１の積層方向をエンドプレート１５，１６同士を結ぶ方向にして配置されている。
【００２３】
さらに、燃料電池スタック１１は、セル積層体２２の他方のエンドプレート１６の側に、セル積層体２２側から順に、矩形状のカバープレート２４、ターミナルプレート２５及び絶縁プレート２６が配置され、この絶縁プレート２６の他方のエンドプレート１６側に、平面視矩形状のスプリングボックス２７が配置されている。
【００２４】
スプリングボックス２７には、図示略の複数のコイルスプリングが設けられており、これらのコイルスプリングを介して絶縁プレート２６つまりセル積層体２２を積層方向に押圧するようになっている。また、スプリングボックス２７には、その中央位置に、球面状をなしてセル積層体２２とは反対側に突出する突起部２８が形成されている。
【００２５】
そして、第１実施形態においては、上記した他方のエンドプレート１６が、テンションプレート１７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１７への連結位置よりも内側の範囲に設けられるストッパ３１とで構成されている。
【００２６】
エンドプレート本体３０には、その中央部に、厚さ方向に貫通する貫通穴３２が形成されており、また、スプリングボックス２７側には、スプリングボックス２７側から見て円形状をなすように一定深さで凹む座ぐり穴４６が貫通穴３２と同軸をなして形成されている。
【００２７】
ストッパ３１は、エンドプレート本体３０のスプリングボックス２７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１６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。
【００２８】
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においてエンドプレート本体３０の座ぐり穴４６に挿入されて、全面が座ぐり穴４６の底部に当接することになる。このとき、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。
【００２９】
また、ストッパ３１には、図２に示すように、ボス部３５の他方の円筒部３８の外周面から放射状をなして半径方向外側に延出するように複数のリブ３９がフランジ部３６に形成されている。これらリブ３９は、すべて同形状をなしており、円筒部３８との境界位置が円筒部３８の軸線方向高さと同高さとされ、円筒部３８から離れるほどフランジ部３６からの高さが低くなるようになだらかに傾斜する形状をなしている。
【００３０】
そして、エンドプレート１６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がスプリングボックス２７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、その軸線方向に沿って移動して、セル積層体２２への荷重を調整する。
【００３１】
以上により、セル積層体２２の積層方向の外側に配置されるエンドプレート１６は、スプリングボックス２７、絶縁プレート２６、ターミナルプレート２５及びカバープレート２４を介してセル積層体２２に積層方向の圧縮荷重を与えるもので、エンドプレート１６に一つのみ設けられた荷重調整ネジ４１はその軸線方向つまりセル積層体２２の積層方向に沿って移動してセル積層体２２への荷重を調整する。
【００３２】
そして、エンドプレート１６には、荷重調整ネジ４１の周囲にフランジ部３６とリブ３９とを有する補強部４４が設けられている。言い換えれば、この補強部４４は、エンドプレート本体３０とは別体のストッパ３１に設けられており、荷重調整ネジ４１の全周から外側に向け延出するフランジ状のフランジ部３６を有し、また荷重調整ネジ４１側から外側に向け延出するリブ３９を有していて、各リブ３９は、荷重調整ネジ４１側の高さが高い傾斜形状をなしている。
【００３３】
以上に述べた第１実施形態によれば、荷重調整ネジ４１を介してエンドプレート１６にセル積層体２２の伸縮の荷重が入力されても、エンドプレート１６の荷重調整ネジ４１の周囲に設けられた補強部４４がエンドプレート１６の変形を抑制する。具体的には、荷重調整ネジ４１を介してエンドプレート１６にセル積層体２２の伸縮の荷重が入力されても、エンドプレート１６の荷重調整ネジ４１の全周から外側に向け延出するフランジ部３６が広い面積で荷重を分散してエンドプレート本体３０に伝達することになり、その結果、エンドプレート本体３０の変形を抑制できる。
【００３４】
しかも、補強部４４が、荷重調整ネジ４１側から外側に向け延出するリブ３９を有しており、最も受ける荷重が大きい荷重調整ネジ４１側の変形をリブ３９の高さの高い部分で抑制するとともに、荷重調整ネジ４１から離れ、受ける荷重が小さくなるにしたがってリブ３９の高さを低くする。したがって、補強部４４による重量増を抑制しつつ効果的に補強部４４でエンドプレート１６の変形を抑制できる。
【００３５】
よって、エンドプレート１６と外側のスタックケース１２とのクリアランスを小さくでき、全体として大型化を抑制できるとともに、エンドプレート１６からセル積層体２２への圧縮荷重の変化、ひいてはセル積層体２２内の部材間（例えば、隣接するセル２１のセパレータ間）の接触抵抗を抑制して、発電効率を向上できる。
【００３６】
さらに、補強部４４を設けることで、逆に、従来と同等の発電効率を確保するようにして、エンドプレート本体３０の板厚を薄くしたり、エンドプレート本体３０を加工しやすい比較的低強度の材質のものに置き換えて量産性を向上させることも勿論可能である。
【００３７】
なお、第１実施形態において、ストッパ３１のフランジ部３６をエンドプレート本体３０に合わせて矩形状にしても良く、この場合、フランジ部３６が挿入されるエンドプレート本体３０の座ぐり穴４６も矩形状にする。
【００３８】
次に、本発明に係る燃料電池の第２実施形態を主に図３を参照しつつ第１実施形態との相違部分を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し説明は略す。
【００３９】
第２実施形態においては、スプリングボックス２７、絶縁プレート１８，２６、ターミナルプレート１９，２５、カバープレート２０，２４及びセル積層体２２が長方形状をなしており、これらに合わせて、図３に示すように、エンドプレート１６、エンドプレート本体３０及び座ぐり穴４６も長方形状をなしている。
【００４０】
そして、第２実施形態においては、エンドプレート本体３０に合わせてストッパ３１のフランジ部３６も長方形状をなしている。ストッパ３１にはフランジ部３６の全周から略等距離内側となる位置まで、フランジ部３６よりも厚さの厚い厚肉部５０が形成され、ストッパ３１の中央部であってこの厚肉部５０の中央部に荷重調整ネジ４１を螺合させる雌ネジ３４が形成されている。
【００４１】
また、ストッパ３１には、厚肉部５０の外周面から雌ネジ３４の半径方向に沿って外側に延出するように複数のリブ３９がフランジ部３６に形成されている。つまり、厚肉部５０の長手方向に沿う縁部には厚肉部５０から垂直をなして複数のリブ３９が延出し、厚肉部５０の幅方向に沿う縁部にも厚肉部５０から垂直をなして複数のリブ３９が延出している。
【００４２】
これらリブ３９は、厚肉部５０との境界位置が厚肉部５０と同高さとされ、厚肉部５０から離れるほどフランジ部３６からの高さが低くなるようになだらかに傾斜する形状をなしている。
【００４３】
このような第２実施形態では、エンドプレート１６の荷重調整ネジ４１の周囲を補強する補強部４４が、エンドプレート１６とは別体のストッパ３１に設けられており、荷重調整ネジ４１の全周から外側に向け延出するフランジ状のフランジ部３６を有し、荷重調整ネジ４１側から外側に向け延出するリブ３９を有していて、各リブ３９が、荷重調整ネジ４１側の高さが高い傾斜形状をなしている。
【００４４】
このような第２実施形態においても、荷重調整ネジ４１を介してエンドプレート１６にセル積層体２２への締結荷重が入力されても、エンドプレート１６の荷重調整ネジ４１の周囲に設けられた補強部４４がエンドプレート１６の変形を抑制することができ、エンドプレート１６と外側のスタックケース１２とのクリアランスを小さくできて、全体として大型化を抑制できるとともに、エンドプレート１６からセル積層体２２への圧縮荷重の変化を抑制して、発電効率を向上できる。
【００４５】
また、第１、第２実施形態において述べたストッパ３１をエンドプレート本体３０に対し剛性の高い部材、具体的には縦弾性係数の高い部材で形成すれば、一層効果的に補強部４４でエンドプレート１６の変形を抑制できる。例えば、ストッパ３１のスタックの積層方向の厚さをエンドプレートより厚くしたり、上述したようなリブの形成で剛性を高めることもできる。さらに、材質の変更により剛性を高めることもできる。例えば、エンドプレート本体３０の材質が上述したようにジュラルミンである場合には、ストッパ３１の材質としてアルミ合金やステンレス等を選択することができる。この場合、強度が確保可能であれば、フランジ部３６のみを設けてリブ３９を設けなくても良く、また、リブ３９のみを設けてフランジ部３６を設けなくても良い。
【００４６】
加えて、第１、第２実施形態において述べたストッパ３１をエンドプレート本体３０に対し一体に成形しても良い。つまり、エンドプレート１６にフランジ部３６に相当する厚肉部を一体に成形したり、リブ３９を一体に成形したりしても良い。
【００４７】
なお、上記第１、第２実施形態では、エンドプレート本体３０のスプリングボックス２７側に座ぐり穴４６を形成し、この座ぐり穴４６内にストッパ３１を配置させたが、座ぐり穴４６を形成せずに、ストッパ３１をエンドプレート本体３０のスプリングボックス２７側の面に当接させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１実施形態を示す正断面図である。
【図２】同実施形態のストッパ及びエンドプレートを示すセル積層体側から見た図である。
【図３】本発明に係る燃料電池の第２実施形態のストッパ及びエンドプレートを示すセル積層体側から見た図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池、１１…燃料電池スタック、１６…エンドプレート、２１…セル、２２…セル積層体、３０…エンドプレート本体、３１…ストッパ、３６…フランジ部、３９…リブ、４１…荷重調整ネジ、４４…補強部
【図１】
2007173169.tif 000003
【図２】
2007173169.tif 000004
【図３】
2007173169.tif 000005