(57)【要約】【課題】単セルを取り出すこと無く燃料電池スタックの健全性が損なわれていないか否かを判断する。【解決手段】燃料電池スタックは、複数の単セルが積層された積層体と、前記積層体を収納するケースと、を備え、前記ケースは、前記複数の単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記ケースの外部より前記積層体を視認可能な窓と、前記ケースに弾性部材を介して接続され、前記ケースが受ける衝撃に応じて前記ケースの外部から前記窓を挿通可能なピンと、を有し、前記積層体は、前記ピンが前記窓を挿通したときに前記ピンと接触して発色するマーキング材を有する。【選択図】図１
2017111956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
複数の単セルが積層された積層体と、
前記積層体を収納するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記複数の単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記ケースの外部より前記積層体を視認可能な窓と、
前記ケースに弾性部材を介して接続され、前記ケースが受ける衝撃に応じて前記ケースの外部から前記窓を挿通可能なピンと、
を有し、
前記積層体は、前記ピンが前記窓を挿通したときに前記ピンと接触して発色するマーキング材を有する、
燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池の交換時期を予測するために、ガス拡散層の表面抵抗率を測定し、ガス拡散層の荷重履歴を解析し、単セルの交換の要否を判断する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２５９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の方法では、燃料電池の交換時期を予測するためには、燃料電池スタックを分解して、単セルを取り出す必要があるという問題があった。このような問題は、燃料電池の交換時期を予測する場合に限らず、燃料電池スタックの健全性を確認する場合に共通する問題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の単セルが積層された積層体と、前記積層体を収納するケースと、を備え、前記ケースは、前記複数の単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記ケースの外部より前記積層体を視認可能な窓と、前記ケースに弾性部材を介して接続され、前記ケースが受ける衝撃に応じて前記ケースの外部から前記窓を挿通可能なピンと、を有し、前記積層体は、前記ピンが前記窓を挿通したときに前記ピンと接触して発色するマーキング材を有する。
この形態によれば、積層体とケースの相対位置の変化を、マーキング材の発色から判定して、燃料電池スタックの健全性が損なわれていないか否かを判断できる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックの他、燃料電池スタックの検査方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の燃料電池スタックを示す説明図。
【図２】第２の実施形態の燃料電池スタックを示す説明図。
【図３】第３の実施形態の燃料電池スタックを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
・第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態の燃料電池スタック１０を示す説明図である。燃料電池スタック１０は、積層体１００と、ケース１２０と、拘束部材１３０と、窓１４０と、マーキング材１５０と、バネ１６０と、ステー１７０と、回転部材１８０と、ピン１９０と、を備える。積層体１００は、複数の単セル１１０がｚ方向に積層される構成を有している。
【００１０】
ケース１２０は、略直方体形状を有する金属製のケースであり、内部に積層体１００を収納する。ケース１２０は、底面部材１２１と側面部材１２２とを備える。底面部材１２１は、単セル１１０の積層方向（図１では、ｚ方向）の両端部に設けられた２つの板状部材である。側面部材１２２は、ケース１２０の側面を構成する断面が略矩形の筒状部材であり、各側面は単セル１１０の積層方向と平行である。
【００１１】
ケース１２０の１つの側面１２２ａには、窓１４０が設けられており、ケース１２０の内部に配置された積層体１００をケース１２０の外部より窓１４０を通して視認可能である。窓１４０は、拘束部材１３０が配置されない位置に設けられる。なお、ケース１２０は、側面１２２ａと異なる側面１２２ｂに、開口部１２２ｋを有している。この開口部１２２ｋは、ケース１２０に積層体１００を収納するときに用いられる。但し、開口部１２２ｋは無くても良い。
【００１２】
積層体１００は、窓１４０を通してケース１２０の外部より視認可能な位置にマーキング材１５０を備える。マーキング材１５０は、積層された単セル１１０を構成する部材以外の部材または標識であり、他の部材によって接触または押圧されることにより発色する機能を有する。例えば、マーキング材１５０は、不透明な袋と、袋の内部に収納された色素とで構成されている。ここで、袋の色と色素の色は異なっている。あるいは、マーキング材１５０は、接触又は押圧により発色する感圧発色剤で構成されても良い。
【００１３】
ステー１７０は、側面１２２ａの窓１４０の近傍に配置され、回転部材１８０を回動可能に支持する。回転部材１８０の窓１４０側には、ピン１９０が設けられている。ピン１９０は、窓１４０を挿通可能であり、燃料電池スタック１０が衝撃を受けて回転部材１８０が回動したときに、マーキング材１５０に接触可能である。但し、燃料電池スタック１０が衝撃を受ける前の状態では、ピン１９０の先端部は、マーキング材１５０には接していない。回転部材１８０のピン１９０と反対側には、弾性部材としてバネ１６０が設けられ、バネ１６０はケース１２０に接続されている。すなわち、ピン１９０は、弾性部材としてのバネ１６０を介してケース１２０に接続されている。
【００１４】
燃料電池スタック１０では、ケース１２０と積層体１００との隙間に、軟質エラストマで構成されている拘束部材１３０が配置されている。拘束部材１３０は、積層体１００の単セル１１０の平面方向（積層方法と交わる方向）の位置ズレを規制する。拘束部材１３０は、積層体１００のｚ方向のほぼ中央の単セル１１０と接するように設けることが好ましい。拘束部材１３０は、平板状の形状を有しており、その長手方向が単セル１１０の積層方向と平行である。第１の実施形態では、拘束部材１３０は、ケース１２０の４つの側面部材１２２で形成される４つの角のち、対角をなす２つの角１２２ｃ１，１２２ｃ２の近傍において、それぞれ２つずつ配置されている。なお、拘束部材１３０を用いることなく、他の部材を用いて単セル１１０の位置ズレを規制するようにしてもよい。
【００１５】
燃料電池スタック１０を搭載した車両に衝撃加速度が加わると、衝撃加速度の大きさに応じて積層体１００に反力Ｆが生じ、揺動のモーメントＭが生じ、ケース１２０を変形させる。燃料電池スタック１０を搭載した車両が強い衝撃を受けてケース１２０が変形し、反力Ｆを受けると、ケース１２０からバネ１６０を介して反力Ｆが回転部材１８０に伝達され、回転部材１８０を回転させる。上述したように、回転部材１８０には、ピン１９０が接続されているため、ピン１９０が窓１４０を挿通し、衝撃の大きさによっては、ピン１９０の先端がマーキング材１５０に接触する。ピン１９０の先端がマーキング材１５０に接触または押圧すると、マーキング材１５０を発色させる。図１では、Ａ−Ａ断面図の右側に、発色前後のマーキング材１５０の観察状態を示している。
【００１６】
これに対し、衝撃加速度が小さく、これらの反力ＦやモーメントＭが小さい場合には、反力Ｆにより回転部材１８０が回転されても、ピン１９０の先端は、マーキング材１５０に接触しない。したがって、マーキング材１５０は発色しない。このように、マーキング材１５０の発色の有無により、燃料電池スタック１０が過度に大きな衝撃を受けたか否か、すなわち、燃料電池スタック１０の健全性が損なわれていないか否かを判断することが可能となる。
【００１７】
以上、本実施形態によれば、燃料電池スタック１０を分解して単セル１１０を取り出さなくても、ケース１２０の窓１４０を通してマーキング材１５０の発色の有無を観察することにより、燃料電池スタック１０の健全性が損なわれていないか否かを判断することが可能となる。
【００１８】
大きな衝撃を受けた場合の積層体１００における単セル１１０の位置ズレは、単セル１１０の積層方向（ｚ方向）の端部や中央部において大きい。したがって、窓１４０は、積層体１００のｚ方向のほぼ中央に対応する位置に設けることが好ましい。
【００１９】
・第２の実施形態：
図２は、第２の実施形態の燃料電池スタック１１を示す説明図である。第１の実施形態の燃料電池スタック１０との違いは、拘束部材１３０の数と位置、及び、窓１４０とマーキング材１５０とバネ１６０とステー１７０と回転部材１８０とピン１９０との位置である。第１の実施形態の燃料電池スタック１０では、拘束部材１３０は、ケース１２０の４つの側面部材１２２で形成される４つの角のち、対角をなす２つの角１２２ｃ１，１２２ｃ２の近傍において、それぞれ２つずつ配置されているが、第２の実施形態の燃料電池スタック１１では、拘束部材１３０は、ケース１２０の４つの側面部材１２２で形成される４つの角１２２ｃ１〜１２２ｃ４の近傍において、それぞれ２つずつ配置されている。また、第１の実施形態の燃料電池スタック１０では、窓１４０は、側面部材１２２のｙ方向の端部近傍に設けられているが、第２の実施形態の燃料電池スタック１１では、側面部材１２２のｙ方向の中央近傍に設けられている。側面部材１２２のｙ方向の端部近傍の内側には、拘束部材１３０が配置されるためである。また、窓１４０の位置を側面部材１２２のｙ方向の中央近傍に設けたことに伴い、マーキング材１５０とバネ１６０とステー１７０と回転部材１８０とピン１９０の位置もケース１２０や積層体１００のｙ方向の中央近傍に設けている。
【００２０】
第２の実施形態の燃料電池スタック１１においても、第１の実施形態の燃料電池スタック１０と同様に、窓１４０を通して見たマーキング材１５０の発色の有無を観察することにより、燃料電池スタック１０の健全性が損なわれていないか否かを判断することが可能となる。
【００２１】
・第３の実施形態：
図３は、第３の実施形態の燃料電池スタック１２を示す説明図である。上記第１の実施形態の燃料電池スタック１０及び、第２の実施形態の燃料電池スタック１１では、側面部材１２２の４つの側面のうちの１つの側面１２２ａに１つの窓１４０及び窓１４０に対応するマーキング材１５０等を備えていたが、第３の実施形態では、１つの側面１２２ａに２個の窓１４０及びそれぞれの窓１４０に対応するマーキング材１５０を備えている。第３の実施形態の燃料電池スタック１２においても、第１の実施形態の燃料電池スタック１０と同様に、窓１４０を通して見たマーキング材１５０の発色の有無を観察することにより、燃料電池スタック１０の健全性が損なわれていないか否かを判断することが可能となる。
【００２２】
上述した各実施形態では、１つの側面１２２ａに窓１４０及び窓１４０に対応するマーキング材１５０等を備えていたが、窓１４０及び窓１４０に対応するマーキング材１５０等を２つ以上の側面に設けてもよい。なお、窓１４０のサイズは、ピン１９０以外の部材が侵入してマーキング材１５０を発色させることが無いように、可能な限り小さくすることが好ましい。例えば、窓１４０の開口幅は、積層後の単セル１１０の１０枚の厚さ以下のサイズとすることが好ましく、５枚の厚さ以下とすることが更に好ましい。
【００２３】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２４】
１０、１１、１２…燃料電池スタック
１００…積層体
１１０…単セル
１２０…ケース
１２１、１２２…底面部材
１２２ａ、１２２ｂ…側面
１２２ｃ１〜１２２ｃ４…角
１２２ｋ…開口部
１３０…拘束部材
１４０…窓
１５０…マーキング材
１６０…バネ
１７０…ステー
１８０…回転部材
１９０…ピン
Ｆ…反力
Ｍ…モーメント
【図１】
2017111956.tif 000003
【図２】
2017111956.tif 000004
【図３】
2017111956.tif 000005