(57)【要約】【課題】燃料電池の軽量化を図ること。【解決手段】燃料電池であって、燃料電池セルを含み、燃料電池セルを積層した積層体と、積層体を、燃料電池セルの積層方向に挟持するための剛性部材であって、第１中空部を有する第１剛性部材を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
燃料電池セルを含み、前記燃料電池セルを積層した積層体と、
前記積層体を、前記燃料電池セルの積層方向に挟持するための剛性部材であって、第１中空部を有する第１剛性部材を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１剛性部材は、
複数の中空パイプから形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１剛性部材の各中空パイプは、
並列に、隣接して配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池において、
前記中空パイプは、
円柱状であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
互いに対向して配置され、前記積層体を締結するための１対の締結部材と、
前記一対の締結部材と、前記第１剛性部材とを固定するためのボルトであって、前記第１中空部を貫通するように配置される固定ボルトと、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記積層体を挟んで前記第１剛性部材と対向して配置され、前記積層体を挟持するための剛性部材であって、第２中空部を有する第２剛性部材を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
燃料電池における燃料電池セルを含み、前記燃料電池セルを積層した積層体を、前記燃料電池セルの積層方向に挟持するための剛性部材であって、
中空部を備えることを特徴とする剛性部材。
【請求項８】
請求項７に記載の剛性部材において、
複数の中空パイプから形成されることを特徴とする剛性部材。
【請求項９】
請求項８に記載の剛性部材において、
各中空パイプは、
並列に、隣接して配置されることを特徴とする剛性部材。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の剛性部材において、
前記中空パイプは、
円柱状であることを特徴とする剛性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池において、燃料電池セルを含む積層体を挟持するための剛性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料電池セル、インシュレータ、ターミナル等から成る積層体を剛性プレートで挟持して構成する（下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６４６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記燃料電池において、重量化すると、例えば、自動車などの移動体に搭載し、その電力源とする場合など、エネルギ効率が低下するおそれがあり、燃料電池を軽量化したいという要望があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池の軽量化を図る技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
燃料電池であって、燃料電池セルを含み、前記燃料電池セルを積層した積層体と、前記積層体を、前記燃料電池セルの積層方向に挟持するための剛性部材であって、第１中空部を有する第１剛性部材を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池によれば、燃料電池の軽量化を図ることができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池において、前記第１剛性部材は、複数の中空パイプから形成されることを特徴とする燃料電池。
【００１０】
このようにすれば、燃料電池の剛性を向上させつつ、燃料電池の軽量化を図ることができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例２に記載の燃料電池において、前記第１剛性部材の各中空パイプは、並列に、隣接して配置されることを特徴とする燃料電池。
【００１２】
このようにすれば、燃料電池の剛性をより向上させつつ、燃料電池の軽量化を図ることができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例２または適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記中空パイプは、円柱状であることを特徴とする燃料電池。
【００１４】
このようにすれば、より燃料電池の剛性を向上させることができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池において、互いに対向して配置され、前記積層体を締結するための１対の締結部材と、前記一対の締結部材と、前記第１剛性部材とを固定するためのボルトであって、前記第１中空部を貫通するように配置される固定ボルトと、を備えることを特徴とする燃料電池。
【００１６】
このようにすれば、剛性部材と１対の締結部材とをしっかりと固定することができる。
【００１７】
[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池において、前記積層体を挟んで前記第１剛性部材と対向して配置され、前記積層体を挟持するための剛性部材であって、第２中空部を有する第２剛性部材を備えることを特徴とする燃料電池。
【００１８】
このようにすれば、より燃料電池の軽量化を図ることができる。
【００１９】
[適用例７]
燃料電池における燃料電池セルを含み、前記燃料電池セルを積層した積層体を、前記燃料電池セルの積層方向に挟持するための剛性部材であって、中空部を備えることを要旨とする。
【００２０】
上記構成の剛性部材によれば、軽量化を図ることができる。その結果、この剛性部材を用いた燃料電池の軽量化を図ることができる。
【００２１】
[適用例８]
適用例７に記載の剛性部材において、複数の中空パイプから形成されることを特徴とする剛性部材。
【００２２】
このようにすれば、剛性部材の剛性を向上させつつ、剛性部材の軽量化を図ることができる。
【００２３】
[適用例９]
適用例８に記載の剛性部材において、各中空パイプは、並列に、隣接して配置されることを特徴とする剛性部材。
【００２４】
このようにすれば、剛性部材の剛性をより向上させつつ、剛性部材の軽量化を図ることができる。
【００２５】
[適用例１０]
適用例８または適用例９に記載の剛性部材において、前記中空パイプは、円柱状であることを特徴とする剛性部材。
【００２６】
このようにすれば、より剛性部材の剛性を向上させることができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記した燃料電池や剛性部材の他、燃料電池システムや燃料電池を備える移動体など他の装置発明の態様で実現することが可能である。また、装置発明の態様に限ることなく、燃料電池の製造方法や剛性部材の製造方法など方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る燃料電池、および、剛性部材について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２９】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池ＦＣの概略断面図である。図１に示すように、ｘ、ｙ、ｚ方向を規定する。図２は、図１のＨ領域の拡大斜視図である。図１は、図２のＡ−Ａ断面に対応する。本実施例の燃料電池ＦＣは、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての空気とを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池である。燃料電池ＦＣは、図１および図２に示すように、積層体ＣＳＡ，ＣＳＢと、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂと、剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂ（図示せず）と、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２と、を備える。燃料電池ＦＣは、積層体ＣＳＡ，ＣＳＢを並列して配置し、積層体ＣＳＡを剛性部材ＥＰ１Ａおよび剛性部材ＥＰ２Ａで挟持すると共に、積層体ＣＳＢを剛性部材ＥＰ１Ｂおよび剛性部材ＥＰ２Ｂで挟持し、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２によって締結されて構成されるスタック構造である。
【００３０】
積層体ＣＳＡ，ＣＳＢは、それぞれ、２つのインシュレータＩＳと、２つのターミナルＴＭと、複数の燃料電池セルＣＬと、を備える。具体的には、積層体ＣＳＡ，ＣＳＢは、インシュレータＩＳ、ターミナルＴＭ、複数の燃料電池セルＣＬ、ターミナルＴＭ、インシュレータＩＳ、の順に積層されて構成される。これら部材を積層する方向を積層方向とも呼ぶ。
【００３１】
ターミナルＴＭは、外部端子（図示せず）を有する集電用の板状部材である。インシュレータＩＳは、ターミナルＴＭと剛性部材ＥＰ１，ＥＰ２との間を絶縁するための絶縁用の板状部材である。
【００３２】
燃料電池セルＣＬは、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）（図示せず）と、セパレータ（図示せず）とを交互に積層して構成される。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の両面にそれぞれ配置されたアノード、カソードと、アノード、カソードに積層される拡散層と、から成る。セパレータには、アノードに燃料ガスとしての水素を、カソードに酸化ガスとしての空気を供給するためのガス流路、および燃料電池冷却用の冷媒を流すための冷媒流路が形成される。
【００３３】
締結部材ＴＰ１，ＴＰ２は、それぞれ、同形状の板状部材であり、例えば、ステンレス、アルミ、鉄、カーボンなどから形成される。締結部材ＴＰ１，ＴＰ２は、積層方向に沿って、積層体ＣＳＡ，ＣＳＢの側面に対向するように配置される。また、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２は、それぞれ、貫通孔Ｋ１，Ｋ２と、複数の突起部ＴＫ１，ＴＫ２と、ボルト挿入孔ＢＳ１，ＢＳ２と、を備えている。貫通孔Ｋ１，Ｋ２は、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２の略中央付近に設けられる。これにより、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２の軽量化を図ることができる。各突起部ＴＫ１，ＴＫ２は、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２の端部に設けられ、後述する中空パイプＰＰに、はめ込まれる。ボルト挿入孔ＢＳ１，ＢＳ２は、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２の厚さ方向に、突起部ＴＫ１，ＴＫ２を貫通孔するように設けられ、後述する固定ボルトＢＴ１が挿入される。
【００３４】
各剛性部材は、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２に固定されることにより、積層方向の締結力（押圧力）を維持するための部材である。
【００３５】
剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂは、それぞれ、同形状の板部材であり、例えば、ステンレス、アルミ、鉄、カーボンなどから形成される。剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂは、固定ボルトＢＴ２（図１参照）によって、締結部材ＴＰ１,ＴＰ２に固定される。
【００３６】
燃料電池ＦＣには、積層方向に貫通する複数のマニホールドが形成されている。具体的には、燃料電池ＦＣには、各燃料電池セルＣＬに、燃料ガスとしての水素を供給するための水素供給マニホールド（図示せず）と、各燃料電池セルＣＬで、電気化学反応に供された後の水素を収集し、燃料電池ＦＣの外部に排出するための水素排出マニホールド（図示せず）と、各燃料電池セルＣＬに、酸化ガスとしての空気を供給するための空気供給マニホールド（図示せず）と、各燃料電池セルＣＬで、電気化学反応に供された後の空気を収集し、燃料電池ＦＣの外部に排出するための空気排出マニホールド（図示せず）と、各燃料電池セルＣＬに、冷媒を供給するための冷媒供給マニホールド（図示せず）と、各燃料電池セルＣＬを冷却した後の冷媒を収集し、燃料電池ＦＣの外部に排出するための冷媒排出マニホールド（図示せず）と、を備えている。剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂには、それぞれ各マニホールドに対応する貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００３７】
剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂは、複数の中空パイプＰＰが並列に隣接して配置される。中空パイプＰＰは、円柱形状であり、内部に中空部ＰＰＴを備える。中空パイプＰＰは、例えば、ステンレス、アルミ、鉄、カーボン、硬化プラスチックなどから形成される。剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂは、図１または図２に示すように、各中空パイプＰＰの中空部ＰＰＴに、それぞれ、締結部材ＴＰ１の突起部ＴＫ１と、締結部材ＴＰ２の突起部ＴＫ２と、をはめ込んだ状態で、固定ボルトＢＴ１により締結部材ＴＰ１と締結部材ＴＰ２とに固定される。固定ボルトＢＴ１は、中空パイプＰＰより長いボルトであり、ボルト挿入孔ＢＳ１に挿入され、中空部ＰＰＴを貫通すると共に、さらに、ボルト挿入孔ＢＳ２に挿入され、ナットＮＴによって固定されている。このようにすれば、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂと、締結部材ＴＰ１および締結部材ＴＰ２とをしっかりと固定することができる。
【００３８】
以上のように、本実施例の燃料電池ＦＣでは、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂが、中空パイプＰＰで形成されている。このようにすれば、燃料電池ＦＣを軽量化することができる。
【００３９】
また、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂを構成する各中空パイプＰＰは、円柱形状であるので、高い剛性を有することができる。そして、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂは、高い剛性を有する複数の中空パイプＰＰを、並列に隣接して配置している。このようにすれば、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂの剛性を向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施例において、積層体ＣＳＡまたは積層体ＣＳＢは、特許請求の範囲における積層体に該当し、剛性部材ＥＰ１Ａまたは剛性部材ＥＰ１Ｂは、特許請求の範囲における第１剛性部材または剛性部材に該当し、中空部ＰＰＴは、特許請求の範囲における第１中空部または中空部に該当し、中空パイプＰＰは、特許請求の範囲における中空パイプに該当し、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２は、特許請求の範囲における締結部材に該当し、固定ボルトＢＴ１は、特許請求の範囲における固定ボルトに該当する。
【００４１】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００４２】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂと、インシュレータＩＳとの間に、プレッシャプレート（図示せず）およびアジャストスクリュー（図示せず）を配置するようにしてもよい。プレッシャプレートは、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂからの押圧力を均等に各燃料電池セルＣＬに伝達するための板である。アジャストスクリューは、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂからの押圧力をプレッシャプレートに伝達するためのボルト状部材である。このようにすれば、各燃料電池セルＣＬにおいて、面圧抜けを抑制することができる。
【００４３】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂは、板部材であるが、本発明は、これに限られるものではない。剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂも、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂと同様に、中空部ＰＰＴを有する複数の中空パイプＰＰを並列に隣接して構成するようにしてもよい。この場合、剛性部材ＥＰ２Ａ，ＥＰ２Ｂの所定の中空パイプＰＰにおいて、各マニホールドを形成するための貫通孔を形成する。このようにすれば、より燃料電池ＦＣを軽量化することができる。なお、本変形例において、剛性部材ＥＰ２Ａおよび剛性部材ＥＰ２Ｂは、特許請求の範囲における第２剛性部材に該当し、中空部ＰＰＴは、特許請求の範囲における第２中空部に該当する。
【００４４】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂは、複数の中空パイプＰＰから構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂは、内部が中空な板状部材で構成されていてもよい。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。
【００４５】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、剛性部材ＥＰ１Ａ，ＥＰ１Ｂを構成する中空パイプＰＰは、円柱形状であるが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、中空パイプＰＰは、例えば、四角形状などの多角形状であってもよい。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。
【００４６】
Ｂ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、締結部材ＴＰ１，ＴＰ２は、板状であって、内部が中空であってもよい。このようにすれば、より燃料電池ＦＣを軽量化することができる。
【００４７】
Ｂ６．変形例６：
上記実施例の燃料電池ＦＣにおいて、積層体ＣＳＡと積層体ＣＳＢとが並列して配置された構造となっているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池ＦＣは、積層体ＣＳＢを備えない構造とし、積層体ＣＳＡを剛性部材ＥＰ１Ａおよび剛性部材ＥＰ２Ａで挟持して成る構造であってもよい。また、燃料電池ＦＣは、積層体ＣＳＡと積層体ＣＳＢに加え、さらに、１つ以上の積層体とが、並列に配置された構造とし、剛性部材ＥＰ１Ａおよび剛性部材ＥＰ２Ａに加え、これら剛性部材と同様の構造の剛性部材を備えるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の少なくとも一部の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池ＦＣの概略断面図である。
【図２】図１のＨ領域の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
ＥＰ１Ａ…剛性部材
ＥＰ２Ａ…剛性部材
ＥＰ１Ｂ…剛性部材
ＥＰ２Ｂ…剛性部材
Ｋ１，Ｋ２…貫通孔
ＦＣ…燃料電池
ＣＬ…燃料電池セル
ＴＭ…ターミナル
ＰＰ…中空パイプ
ＩＳ…インシュレータ
ＮＴ…ナット
ＴＫ１…突起部
ＴＫ２…突起部
ＴＰ１…締結部材
ＥＰ１…剛性部材
ＴＰ２…締結部材
ＢＳ１…ボルト挿入孔
ＢＳ２…ボルト挿入孔
ＢＴ１…固定ボルト
ＢＴ２…固定ボルト
ＣＳＡ…積層体
ＣＳＢ…積層体
ＰＰＴ…中空部
【図１】
2009252690.tif 000003
【図２】
2009252690.tif 000004