JP2003297377A - 車両搭載型燃料電池 - Google Patents
車両搭載型燃料電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両に燃料電池を搭載した際、振動や衝撃か
ら燃料電池を保護することができ、積層体を構成する各
セル間のずれやひずみを防止し、安定して動作すること
ができる車両搭載型燃料電池を提供する。 【解決手段】 セル１１を複数積層した積層体１３と、
セルの積層方向の両端に位置して積層体を挟持する一対
の締め付け部材１４、１５とを有する車両搭載型燃料電
池１０において、積層体および締め付け部材を覆うケー
ス体１９と、ケース体と締め付け部材との間のうち少な
くとも一方を接続する第１の弾性体２０とを有すること
を特徴とする車両搭載型燃料電池。
ら燃料電池を保護することができ、積層体を構成する各
セル間のずれやひずみを防止し、安定して動作すること
ができる車両搭載型燃料電池を提供する。 【解決手段】 セル１１を複数積層した積層体１３と、
セルの積層方向の両端に位置して積層体を挟持する一対
の締め付け部材１４、１５とを有する車両搭載型燃料電
池１０において、積層体および締め付け部材を覆うケー
ス体１９と、ケース体と締め付け部材との間のうち少な
くとも一方を接続する第１の弾性体２０とを有すること
を特徴とする車両搭載型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両搭載型燃料電
池に関する。
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の利用分野の一つとして、車両
の動力源が挙げられる。燃料電池を車両に搭載して使用
する場合、自動車の発進、停止、走行中の車体の揺れ、
振動などにより、繰り返し荷重、衝撃荷重が加わる。こ
れらの荷重を解消する対策、いわゆる耐振性の対策が不
十分であると、燃料電池の構成部品を破損する虞があ
る。
の動力源が挙げられる。燃料電池を車両に搭載して使用
する場合、自動車の発進、停止、走行中の車体の揺れ、
振動などにより、繰り返し荷重、衝撃荷重が加わる。こ
れらの荷重を解消する対策、いわゆる耐振性の対策が不
十分であると、燃料電池の構成部品を破損する虞があ
る。
【０００３】耐振性の対策として、車両の床面上に据え
付けた燃料電池の周域に補強枠を構築するとともに、補
強枠の頂部に支持具を介して燃料電池の上部締め付け板
を支持する支持構造が知られている（特開平５−８２１
５７号公報参照）。
付けた燃料電池の周域に補強枠を構築するとともに、補
強枠の頂部に支持具を介して燃料電池の上部締め付け板
を支持する支持構造が知られている（特開平５−８２１
５７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
支持構造は、燃料電池が車体と相対的に揺れ動くことは
ないが、車体の外部からの振動や衝撃などが燃料電池に
直接に伝わり易い。
支持構造は、燃料電池が車体と相対的に揺れ動くことは
ないが、車体の外部からの振動や衝撃などが燃料電池に
直接に伝わり易い。
【０００５】燃料電池は一般的に、複数のセルを積層し
た積層体を有しており、振動や衝撃を受けると、積層体
を構成する各セル間にずれや歪みが発生する虞がある。
このずれなどは、燃料電池の電気的接触抵抗の増加、出
力低下などを引き起こす原因となる。
た積層体を有しており、振動や衝撃を受けると、積層体
を構成する各セル間にずれや歪みが発生する虞がある。
このずれなどは、燃料電池の電気的接触抵抗の増加、出
力低下などを引き起こす原因となる。
【０００６】積層体を構成する各セル間にずれや歪みを
発生させないためには、積層体に対する締め付け力を大
きくすればよい。しかし、積層体を構成するセルなどの
部品が許容し得る力を上回る過大な締め付け力が加わる
と、部品の破損を引き起こす虞がある。また、高周波の
振動によって、脆性を有する材質を用いた部品が損傷す
る虞もある。
発生させないためには、積層体に対する締め付け力を大
きくすればよい。しかし、積層体を構成するセルなどの
部品が許容し得る力を上回る過大な締め付け力が加わる
と、部品の破損を引き起こす虞がある。また、高周波の
振動によって、脆性を有する材質を用いた部品が損傷す
る虞もある。
【０００７】本発明は、上記技術に伴う課題に鑑みてな
されたものであり、車両に燃料電池を搭載した際、振動
や衝撃から燃料電池を保護することができ、積層体を構
成する各セル間のずれやひずみを防止し、安定して動作
することができる車両搭載型燃料電池を提供することを
目的としている。
されたものであり、車両に燃料電池を搭載した際、振動
や衝撃から燃料電池を保護することができ、積層体を構
成する各セル間のずれやひずみを防止し、安定して動作
することができる車両搭載型燃料電池を提供することを
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。
る手段により達成される。
【０００９】セルを複数積層した積層体と、前記セルの
積層方向の両端に位置して前記積層体を挟持する一対の
締め付け部材とを有する車両搭載型燃料電池において、
前記積層体および前記締め付け部材を覆うケース体と、
前記ケース体と前記締め付け部材との間のうち少なくと
も一方を接続する第１の弾性体とを有することを特徴と
する車両搭載型燃料電池。
積層方向の両端に位置して前記積層体を挟持する一対の
締め付け部材とを有する車両搭載型燃料電池において、
前記積層体および前記締め付け部材を覆うケース体と、
前記ケース体と前記締め付け部材との間のうち少なくと
も一方を接続する第１の弾性体とを有することを特徴と
する車両搭載型燃料電池。
【００１０】
【発明の効果】上記に示す本発明は以下の効果を奏す
る。
る。
【００１１】車両に燃料電池を搭載した際、車体から加
わる各種の振動や衝撃で積層体を構成する各セル間にず
れやひずみが発生することを防止することができ、燃料
電池を安全に安定して動作させることができる。
わる各種の振動や衝撃で積層体を構成する各セル間にず
れやひずみが発生することを防止することができ、燃料
電池を安全に安定して動作させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施形態に係る車
両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図である。
両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図である。
【００１４】図２は、第１の実施形態に係る車両搭載型
燃料電池の積層構造を分解した状態を示す斜視図であ
る。
燃料電池の積層構造を分解した状態を示す斜視図であ
る。
【００１５】燃料電池には、複数の種類が存在するが、
第１の実施形態では、平板型の固体高分子電解質型燃料
電池（ＰＥＦＣ）を用いた。
第１の実施形態では、平板型の固体高分子電解質型燃料
電池（ＰＥＦＣ）を用いた。
【００１６】第１の実施形態の燃料電池１０は、セル１
１とセパレータ１２とを交互に複数積層した積層体１３
と、セル１１の積層方向の両端に位置して積層体１３を
均一に圧接するための第１の締め付け板１４および第２
の締め付け板１５（一対の締め付け部材に相当する）と
を有している。
１とセパレータ１２とを交互に複数積層した積層体１３
と、セル１１の積層方向の両端に位置して積層体１３を
均一に圧接するための第１の締め付け板１４および第２
の締め付け板１５（一対の締め付け部材に相当する）と
を有している。
【００１７】セル１１は、燃料電池の発電単位である。
一つのセル１１では出力が不足するので、出力電圧を高
くするために複数のセル１１を積層した積層体１３を用
いる。セル１１を積層する場合、電気的にセル１１同士
を接続するための部材としてセパレータ１２を用いる。
セパレータ１２は、各セル１１の間に供給される水素と
空気とを隔てるための役割も有している。
一つのセル１１では出力が不足するので、出力電圧を高
くするために複数のセル１１を積層した積層体１３を用
いる。セル１１を積層する場合、電気的にセル１１同士
を接続するための部材としてセパレータ１２を用いる。
セパレータ１２は、各セル１１の間に供給される水素と
空気とを隔てるための役割も有している。
【００１８】第１の締め付け板１４と第２の締め付け板
１５との間は、締め付けスタッド１６を用いて締め付け
ている。セル１１の積層方向に締め付けスタッド１６を
挿通する貫通孔２１が形成されている。第１の締め付け
板１４および第２の締め付け板１５には、積層体１３の
貫通孔２１に連通し、締め付けスタッド１６を挿通する
締め付け孔２２が設けられている。貫通孔２１におよび
締め付け孔２２に締め付けスタッド１６を通して第１の
締め付け板１４と第２の締め付け板１５とを連結し、積
層体１３を上下から加圧する。
１５との間は、締め付けスタッド１６を用いて締め付け
ている。セル１１の積層方向に締め付けスタッド１６を
挿通する貫通孔２１が形成されている。第１の締め付け
板１４および第２の締め付け板１５には、積層体１３の
貫通孔２１に連通し、締め付けスタッド１６を挿通する
締め付け孔２２が設けられている。貫通孔２１におよび
締め付け孔２２に締め付けスタッド１６を通して第１の
締め付け板１４と第２の締め付け板１５とを連結し、積
層体１３を上下から加圧する。
【００１９】燃料電池１０はマニホールドを有してい
る。マニホールドとは、各セルに対してガスの供給と排
出、さらには冷却水の供給と排出を行う手段である。マ
ニホールドの形式は、外部型と内部型とに大別される。
本実施形態では、積層体１３の内部にマニホールド１７
を有する、内部型マニホールドを用いた。セル１１およ
びセパレータ１２には、各種流体が流れるマニホールド
溝２３が設けられている。
る。マニホールドとは、各セルに対してガスの供給と排
出、さらには冷却水の供給と排出を行う手段である。マ
ニホールドの形式は、外部型と内部型とに大別される。
本実施形態では、積層体１３の内部にマニホールド１７
を有する、内部型マニホールドを用いた。セル１１およ
びセパレータ１２には、各種流体が流れるマニホールド
溝２３が設けられている。
【００２０】ここで、積層体１３と締め付け板とマニホ
ールド１７とを有する集合体を、セルスタック１８と称
する。
ールド１７とを有する集合体を、セルスタック１８と称
する。
【００２１】燃料電池１０は、さらに、セルスタック１
８を覆う補強枠１９（ケース体に相当する）と、補強枠
１９と締め付け板１４、１５との間を接続する弾性体で
あるばね部材２０（第１の弾性体に相当する）とを有し
ている。ばね部材２０は、圧縮ばねである。補強枠１９
は少なくとも一部を車両に固定されており、第１の実施
形態では、車両の床に緊結している。図１の下方が車両
の床に緊結される部分に相当する。
８を覆う補強枠１９（ケース体に相当する）と、補強枠
１９と締め付け板１４、１５との間を接続する弾性体で
あるばね部材２０（第１の弾性体に相当する）とを有し
ている。ばね部材２０は、圧縮ばねである。補強枠１９
は少なくとも一部を車両に固定されており、第１の実施
形態では、車両の床に緊結している。図１の下方が車両
の床に緊結される部分に相当する。
【００２２】締め付け板１４、１５の少なくとも一方
は、補強枠１９にばね部材２０を介して接続されてい
る。接続する場所は、図１には、第１の締め付け板１４
と補強枠１９上部との間が示されている。第２の締め付
け板１５と補強枠１９下部との間、または、締め付け板
１４、１５の双方を補強枠１９にばね部材２０を介して
接続してもよい。ばね部材２０は、圧縮ばねに限定され
ず、板ばねやゴムに代表される弾力性のある樹脂など、
各種の弾性体を用いることができる。
は、補強枠１９にばね部材２０を介して接続されてい
る。接続する場所は、図１には、第１の締め付け板１４
と補強枠１９上部との間が示されている。第２の締め付
け板１５と補強枠１９下部との間、または、締め付け板
１４、１５の双方を補強枠１９にばね部材２０を介して
接続してもよい。ばね部材２０は、圧縮ばねに限定され
ず、板ばねやゴムに代表される弾力性のある樹脂など、
各種の弾性体を用いることができる。
【００２３】図３は、固体高分子電解質型燃料電池（Ｐ
ＥＦＣ）の概略断面図である。
ＥＦＣ）の概略断面図である。
【００２４】第１の実施形態で用いた、ＰＥＦＣについ
て概説する。ＰＥＦＣは７０℃程度の温度で発電ができ
ることから、小規模発電用の分散電源や電気自動車用電
源への適用が期待できる。
て概説する。ＰＥＦＣは７０℃程度の温度で発電ができ
ることから、小規模発電用の分散電源や電気自動車用電
源への適用が期待できる。
【００２５】図３より、ＰＥＦＣは、水素イオンを選択
的に輸送する高分子電解質膜３１の両面に、白金系の金
属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応
層３２が配されている。外面には、ガス通気性と導電性
を兼ね備えた拡散層３３が密着して配されている。ま
た、水素や空気が外部へリークしたり、互いに混合した
りすることがないように、電極の周囲には高分子電解質
膜３１を挟んでシール材３５を配し、セパレータ１２と
の隙間をシールする等の構造がとられている。セパレー
タ１２は水素を透過せず、導電性と耐食性とを有する必
要があるため、カーボン製が一般的である。触媒反応層
３２、拡散層３３からなる電極３４、電解質膜３１およ
びシール材３５によってセル１１が形成されている。
的に輸送する高分子電解質膜３１の両面に、白金系の金
属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応
層３２が配されている。外面には、ガス通気性と導電性
を兼ね備えた拡散層３３が密着して配されている。ま
た、水素や空気が外部へリークしたり、互いに混合した
りすることがないように、電極の周囲には高分子電解質
膜３１を挟んでシール材３５を配し、セパレータ１２と
の隙間をシールする等の構造がとられている。セパレー
タ１２は水素を透過せず、導電性と耐食性とを有する必
要があるため、カーボン製が一般的である。触媒反応層
３２、拡散層３３からなる電極３４、電解質膜３１およ
びシール材３５によってセル１１が形成されている。
【００２６】セル１１の外側には、これを機械的に固定
するとともに隣接するセル１１同士を互いに電気的に直
列に接続するため導電性を持ったセパレータ１２が配さ
れている。セパレータ１２において、電極３４と接触す
る部分には、電極に反応ガスを供給し、かつ、反応で発
生したガスや水分または余剰のガスを運び去るためのガ
ス流路３８が形成されている。また、セパレータ１２の
内部に、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させ
る冷却水流路３９が設けられている。
するとともに隣接するセル１１同士を互いに電気的に直
列に接続するため導電性を持ったセパレータ１２が配さ
れている。セパレータ１２において、電極３４と接触す
る部分には、電極に反応ガスを供給し、かつ、反応で発
生したガスや水分または余剰のガスを運び去るためのガ
ス流路３８が形成されている。また、セパレータ１２の
内部に、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させ
る冷却水流路３９が設けられている。
【００２７】上述した通り、第１の実施形態の構造によ
れば、燃料電池１０は、補強枠１９が車両に緊結されて
いるため、車両と相対的に揺れ動くことがない。セルス
タック１８は、ばね部材２０によって補強枠１９に接続
されており、車両の発進、停止、走行に伴う振動が燃料
電池１０の全体に加わっても、セルスタック１８には直
接的な振動、衝撃が伝わらず、ばね部材２０によって吸
収、緩和された力のみが伝達されるにとどまる。
れば、燃料電池１０は、補強枠１９が車両に緊結されて
いるため、車両と相対的に揺れ動くことがない。セルス
タック１８は、ばね部材２０によって補強枠１９に接続
されており、車両の発進、停止、走行に伴う振動が燃料
電池１０の全体に加わっても、セルスタック１８には直
接的な振動、衝撃が伝わらず、ばね部材２０によって吸
収、緩和された力のみが伝達されるにとどまる。
【００２８】セル１１の積層方向への振動、衝撃は、各
セル１１間の締め付け力の変化を引き起こす虞がある。
また、振動、衝撃に伴う積層方向への伸びは、ガスシー
ル性の低下、積層体１３における電気的接触抵抗の増
加、出力低下、熱分布の偏りなどを引き起こしセルスタ
ック１８全体の損傷を引き起こす虞がある。第１の実施
形態では、ばね部材２０でセルスタック１８を支持して
いるため、振動、衝撃をセルスタック１８に損傷を与え
ないレベルまで低減することができる。
セル１１間の締め付け力の変化を引き起こす虞がある。
また、振動、衝撃に伴う積層方向への伸びは、ガスシー
ル性の低下、積層体１３における電気的接触抵抗の増
加、出力低下、熱分布の偏りなどを引き起こしセルスタ
ック１８全体の損傷を引き起こす虞がある。第１の実施
形態では、ばね部材２０でセルスタック１８を支持して
いるため、振動、衝撃をセルスタック１８に損傷を与え
ないレベルまで低減することができる。
【００２９】さらに、ばね部材２０が変位しながらセル
スタック１８を押圧することになるため、セルスタック
１８に対する締め付け力の変化を小さくできる。したが
って、セルスタック１８の伸びやずれを抑制することが
できる。
スタック１８を押圧することになるため、セルスタック
１８に対する締め付け力の変化を小さくできる。したが
って、セルスタック１８の伸びやずれを抑制することが
できる。
【００３０】振動、衝撃が加わったときの締め付け力の
変化を小さくできることから、締め付け力が小さくなっ
た場合に備えた過大な締め付けを行う必要がなくなり、
過大な締め付けによる締め付け板１４、１５のひずみ、
締め付け板１４、１５と締め付けスタッド１６との接続
部の破断、シール材料の異常なつぶれ、セパレータ１２
の破損など、ガス漏れやセルスタック１８の破損を防止
することができる。
変化を小さくできることから、締め付け力が小さくなっ
た場合に備えた過大な締め付けを行う必要がなくなり、
過大な締め付けによる締め付け板１４、１５のひずみ、
締め付け板１４、１５と締め付けスタッド１６との接続
部の破断、シール材料の異常なつぶれ、セパレータ１２
の破損など、ガス漏れやセルスタック１８の破損を防止
することができる。
【００３１】このように、第１の実施形態によれば、車
両に燃料電池１０を搭載した際、車体から加わる各種の
振動や衝撃で積層体１３を構成する各セル１１などの間
にずれやひずみが発生することを防止することができ、
燃料電池１０を安全に安定して動作させることができ
る。
両に燃料電池１０を搭載した際、車体から加わる各種の
振動や衝撃で積層体１３を構成する各セル１１などの間
にずれやひずみが発生することを防止することができ、
燃料電池１０を安全に安定して動作させることができ
る。
【００３２】（第１の実施形態の改変例１）改変例１
は、補強枠１９を密閉し、補強枠１９の内部を絶縁性の
液体で満たす。液体には、ゲル状の物質も含まれる。導
電性の液体を用いることができないこともないが、セル
スタック１８に対して漏電等しないための加工を施すこ
とが必要となる。なお、充填される液体の沸点は、安全
上、ＰＥＦＣの動作温度以上であることが好ましい。
は、補強枠１９を密閉し、補強枠１９の内部を絶縁性の
液体で満たす。液体には、ゲル状の物質も含まれる。導
電性の液体を用いることができないこともないが、セル
スタック１８に対して漏電等しないための加工を施すこ
とが必要となる。なお、充填される液体の沸点は、安全
上、ＰＥＦＣの動作温度以上であることが好ましい。
【００３３】補強枠１９の内部に満たされた液体によっ
て、ばね部材２０で緩和された振動が、さらに減衰され
てセルスタック１８に伝達される。したがって、第１の
実施形態のみの場合よりも一層の振動、衝撃の緩和が可
能となる。
て、ばね部材２０で緩和された振動が、さらに減衰され
てセルスタック１８に伝達される。したがって、第１の
実施形態のみの場合よりも一層の振動、衝撃の緩和が可
能となる。
【００３４】（第１の実施形態の改変例２）セル１１
は、常温よりも高い温度で動作する。車両内の温度環境
を人間にとって快適な環境に保つには、セル１１からの
熱を補強枠１９の外部には極力出さないことが好まし
い。改変例２では、補強枠１９の内部を密閉し、補強枠
１９の内部の圧力を大気圧よりも低くする。
は、常温よりも高い温度で動作する。車両内の温度環境
を人間にとって快適な環境に保つには、セル１１からの
熱を補強枠１９の外部には極力出さないことが好まし
い。改変例２では、補強枠１９の内部を密閉し、補強枠
１９の内部の圧力を大気圧よりも低くする。
【００３５】かかる構造によって、対流によるセル１１
からの熱伝達を抑制し、補強枠１９から車両内への熱の
放出を抑制することができる。第１の実施形態のみの場
合における振動、衝撃の緩和の効果に加えて、車両内部
の温度上昇を押さえることができ、空調機器への負荷が
軽減できる。また、断熱材の使用量を削減することがで
き、燃料電池の総重量を削減することができる。
からの熱伝達を抑制し、補強枠１９から車両内への熱の
放出を抑制することができる。第１の実施形態のみの場
合における振動、衝撃の緩和の効果に加えて、車両内部
の温度上昇を押さえることができ、空調機器への負荷が
軽減できる。また、断熱材の使用量を削減することがで
き、燃料電池の総重量を削減することができる。
【００３６】（第２の実施形態）図４は、第２の実施形
態に係る車両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図であ
る。
態に係る車両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図であ
る。
【００３７】第２の実施形態は、セル１１の積層方向に
直交する方向に恒常的に力が加わる場合に、積層された
セル１１やセパレータ１２などがずれることを防止する
ことを目的とする。第１の実施形態に加えて、積層体１
３の側面のうち、セル１１の積層方向に直交する方向の
側面、たとえば、車両の床面に対向する側面を支持する
補強部材４１と、補強枠１９と補強部材４１との間に車
両からの振動、衝撃を除去するためのばね部材４２を有
している。第１の実施形態同様に、セルスタック１８は
セル１１の積層方向についても、ばね部材２０によって
補強枠１９に接続されている。
直交する方向に恒常的に力が加わる場合に、積層された
セル１１やセパレータ１２などがずれることを防止する
ことを目的とする。第１の実施形態に加えて、積層体１
３の側面のうち、セル１１の積層方向に直交する方向の
側面、たとえば、車両の床面に対向する側面を支持する
補強部材４１と、補強枠１９と補強部材４１との間に車
両からの振動、衝撃を除去するためのばね部材４２を有
している。第１の実施形態同様に、セルスタック１８は
セル１１の積層方向についても、ばね部材２０によって
補強枠１９に接続されている。
【００３８】図４には、車両の床面に対して水平に設置
することが示されているが、傾きを持って設置された場
合も同様である。
することが示されているが、傾きを持って設置された場
合も同様である。
【００３９】第２の実施形態の構成によれば、第１の実
施形態に加えて、積層体１３を構成するセル１１やセパ
レータ１２などのすべりを防止することができ、セルス
タック１８への過剰な締め付け力を防止することができ
る。
施形態に加えて、積層体１３を構成するセル１１やセパ
レータ１２などのすべりを防止することができ、セルス
タック１８への過剰な締め付け力を防止することができ
る。
【００４０】（第３の実施形態）図５は、第３の実施形
態に係る車両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図であ
る。
態に係る車両搭載型燃料電池の概要を示す斜視図であ
る。
【００４１】自動車の場合走る、曲がる、止まるといっ
たその基本的な動作においては必ず前後、左右、上下の
全方位の動きが発生する。どのように燃料電池１０を配
置した場合であっても、セル１１の積層方向に直交する
力、換言するとセル１１やセパレータ１２にすべりが発
生する方向への力が発生する。
たその基本的な動作においては必ず前後、左右、上下の
全方位の動きが発生する。どのように燃料電池１０を配
置した場合であっても、セル１１の積層方向に直交する
力、換言するとセル１１やセパレータ１２にすべりが発
生する方向への力が発生する。
【００４２】積層体１３の締め付け力を決める要因とし
て、セルの積層方向に直交する方向から振動や衝撃を受
けた場合に、セル１１やセパレータ１２などの構成部材
にずれを生じさせないための力が挙げられる。締め付け
スタッド１６を積層体１３の中を貫通させることによっ
て、大きなずれは防止できる。しかし、締め付けスタッ
ド１６と貫通孔２１との間には隙間が存在する。燃料電
池１０は、積層体１３を構成する各部材のわずかなズレ
もガスシール性の低下や電気的な接触抵抗の増加を引き
起こすため、締め付け力を強化して、ずれを防止するこ
とになる。しかしながら、過大な締め付けは、締め付け
板１４、１５のひずみ、締め付け板１４、１５と締め付
けスタッド１６との接続部分の破断、シール材料の異常
なつぶれ、セル１１やセパレータ１２の破損などの虞が
ある。
て、セルの積層方向に直交する方向から振動や衝撃を受
けた場合に、セル１１やセパレータ１２などの構成部材
にずれを生じさせないための力が挙げられる。締め付け
スタッド１６を積層体１３の中を貫通させることによっ
て、大きなずれは防止できる。しかし、締め付けスタッ
ド１６と貫通孔２１との間には隙間が存在する。燃料電
池１０は、積層体１３を構成する各部材のわずかなズレ
もガスシール性の低下や電気的な接触抵抗の増加を引き
起こすため、締め付け力を強化して、ずれを防止するこ
とになる。しかしながら、過大な締め付けは、締め付け
板１４、１５のひずみ、締め付け板１４、１５と締め付
けスタッド１６との接続部分の破断、シール材料の異常
なつぶれ、セル１１やセパレータ１２の破損などの虞が
ある。
【００４３】そこで、第３の実施形態は、積層体１３を
セル１１の積層方向からのばね部材２０による接続に加
えて、セル１１の積層方向に直交する方向の側面に補強
板５１と、補強枠１９および補強板５１を接続するばね
部材５２とを有している。
セル１１の積層方向からのばね部材２０による接続に加
えて、セル１１の積層方向に直交する方向の側面に補強
板５１と、補強枠１９および補強板５１を接続するばね
部材５２とを有している。
【００４４】第３の実施形態ではセルスタック１８の側
面に補強板５１を設けるとともに側面もばね部材５２に
て指示する構造とすることで横方向のズレを積層方向の
締め付け力に頼る必要がない。したがって、より締め付
け力を小さくすることが可能となり、締め付けによる各
部材へのストレスを緩和することが可能となる。また、
第１の実施形態のばね部材２０の弾性定数はセルスタッ
ク１８を締め付ける力に影響することからズレ防止を考
慮し設計する必要がある。ところが、第３の実施形態に
おいては、ずれ防止の機能を考慮することなく自由度の
高い設定が可能であり、より一層の耐振性、耐衝撃性の
向上を図ることができる。
面に補強板５１を設けるとともに側面もばね部材５２に
て指示する構造とすることで横方向のズレを積層方向の
締め付け力に頼る必要がない。したがって、より締め付
け力を小さくすることが可能となり、締め付けによる各
部材へのストレスを緩和することが可能となる。また、
第１の実施形態のばね部材２０の弾性定数はセルスタッ
ク１８を締め付ける力に影響することからズレ防止を考
慮し設計する必要がある。ところが、第３の実施形態に
おいては、ずれ防止の機能を考慮することなく自由度の
高い設定が可能であり、より一層の耐振性、耐衝撃性の
向上を図ることができる。
【００４５】図６は、外部マニホールド型の概要を示し
た斜視図である。
た斜視図である。
【００４６】外部マニホールド型６０について概説する
と、積層体６１の端面には、流体の供給排出口６２があ
り、この端面に外部マニホールド６３が取り付けられ
る。各種流体はマニホールド６３に取り付けられた配管
６４から供給および排出される。
と、積層体６１の端面には、流体の供給排出口６２があ
り、この端面に外部マニホールド６３が取り付けられ
る。各種流体はマニホールド６３に取り付けられた配管
６４から供給および排出される。
【００４７】第１から第３の実施形態は内部マニホール
ド型を用いたが、外部マニホールド型についても、内部
型と同様に各実施形態を適用することができる。
ド型を用いたが、外部マニホールド型についても、内部
型と同様に各実施形態を適用することができる。
【００４８】（第４の実施形態）本発明では、さらに固
体酸化物電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）についても取り
上げる。ＳＯＦＣは他の種類の燃料電池、たとえばＰＥ
ＦＣに比べて発電効率が良く、排熱温度が高いという特
性を有しており、効率的な発電システムの構築が期待で
きる。
体酸化物電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）についても取り
上げる。ＳＯＦＣは他の種類の燃料電池、たとえばＰＥ
ＦＣに比べて発電効率が良く、排熱温度が高いという特
性を有しており、効率的な発電システムの構築が期待で
きる。
【００４９】ＳＯＦＣの構造もＰＥＦＣと同様に平板型
が一般的である。ただし、動作温度が８００℃〜１００
０℃程度と高温であるため、セル１１は、イットリア安
定化ジルコニア（Ｙ2Ｏ3 Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｒ
Ｏ2）、スカンジア安定化ジルコニア（Ｓｃ2Ｏ3 Ｓｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ2）などのセラミックス系の
材料や、ニッケル−サーメット系材料などで構成され
る。セパレータ１２は、良好な導電機能を有するものと
して、ランタンクロマイト系セラミックス材料、耐熱金
属材料などが用いられる。構成材料が金属材料と比較し
て脆弱なセラミック材を主に用いるＳＯＦＣにおいて
は、車両走行時の高周波の振動によって、構成部材が破
損する虞がある。
が一般的である。ただし、動作温度が８００℃〜１００
０℃程度と高温であるため、セル１１は、イットリア安
定化ジルコニア（Ｙ2Ｏ3 Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｒ
Ｏ2）、スカンジア安定化ジルコニア（Ｓｃ2Ｏ3 Ｓｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ2）などのセラミックス系の
材料や、ニッケル−サーメット系材料などで構成され
る。セパレータ１２は、良好な導電機能を有するものと
して、ランタンクロマイト系セラミックス材料、耐熱金
属材料などが用いられる。構成材料が金属材料と比較し
て脆弱なセラミック材を主に用いるＳＯＦＣにおいて
は、車両走行時の高周波の振動によって、構成部材が破
損する虞がある。
【００５０】図７は、ハニカム構造を有するＳＯＦＣの
開口部分を示した図である。
開口部分を示した図である。
【００５１】図８は、ハニカム型ＳＯＦＣのセルを示す
図である。
図である。
【００５２】図９は、ハニカム型ＳＯＦＣのセルを積層
した積層体の斜視図である。
した積層体の斜視図である。
【００５３】ＳＯＦＣの構造は平板型だけではなく、ハ
ニカム型も存在する。ハニカム型のＳＯＦＣについて概
説すると、断面正方形状をした多数のハニカムチャネル
７１が縦横に列設されるイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）から成るハニカム構造体の内壁に、燃料極
（Ｎｉ−ＹＳＺ）が設けられた燃料極チャネル列７２
と、ハニカムチャネル内壁面７５に空気極（Ｌａ1-xＳ
ｒxＭｎＯ3）が設けられた空気極チャネル列７３と、ハ
ニカムチャネル内壁面にインターコネクタ（ＬａＣｒＯ
3）が設けられたインターコネクタチャネル列７４とが
順次積層状に形成されている。
ニカム型も存在する。ハニカム型のＳＯＦＣについて概
説すると、断面正方形状をした多数のハニカムチャネル
７１が縦横に列設されるイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）から成るハニカム構造体の内壁に、燃料極
（Ｎｉ−ＹＳＺ）が設けられた燃料極チャネル列７２
と、ハニカムチャネル内壁面７５に空気極（Ｌａ1-xＳ
ｒxＭｎＯ3）が設けられた空気極チャネル列７３と、ハ
ニカムチャネル内壁面にインターコネクタ（ＬａＣｒＯ
3）が設けられたインターコネクタチャネル列７４とが
順次積層状に形成されている。
【００５４】ハニカム構造体の開口された面８１、８２
にガス用のマニホールド８３、８４、列方向と平行する
面に出力を取り出すための電極８５が接続されている。
出力を大きくするために、図９に示すように、箱型のセ
ル８０を複数積層してセルスタック９０を形成する。
にガス用のマニホールド８３、８４、列方向と平行する
面に出力を取り出すための電極８５が接続されている。
出力を大きくするために、図９に示すように、箱型のセ
ル８０を複数積層してセルスタック９０を形成する。
【００５５】ＳＯＦＣであっても、ＰＥＦＣについて述
べた第１〜第３の実施形態と同様の構造によって、振動
を軽減することができる。
べた第１〜第３の実施形態と同様の構造によって、振動
を軽減することができる。
【００５６】ただし、ＳＯＦＣのセル１１は非常に高温
になり、たとえば８００〜１０００℃程度にまで上昇す
る。樹脂や通常の金属からなる弾性体では、運転時に形
状や弾性力を維持できない虞がある。そこで、ＳＯＦＣ
を用いた燃料電池においては、ばね部材２０、３２、４
２には、耐熱性に優れるセラミックバネを用いることが
好ましい。
になり、たとえば８００〜１０００℃程度にまで上昇す
る。樹脂や通常の金属からなる弾性体では、運転時に形
状や弾性力を維持できない虞がある。そこで、ＳＯＦＣ
を用いた燃料電池においては、ばね部材２０、３２、４
２には、耐熱性に優れるセラミックバネを用いることが
好ましい。
【００５７】平板型のセル１１を積層した場合のみなら
ず、ハニカム形状のセル８１を積層したセルスタック９
０の場合であっても、セルスタック１８に替えて実施す
ることによって、同様の効果を得ることができる。
ず、ハニカム形状のセル８１を積層したセルスタック９
０の場合であっても、セルスタック１８に替えて実施す
ることによって、同様の効果を得ることができる。
【００５８】ばね部材により走行時の高周波の振動を遮
断することが可能であり破損の危険やガスシールの低下
を防止することができる。
断することが可能であり破損の危険やガスシールの低下
を防止することができる。
【００５９】（第４の実施形態の改変例）補強枠１９に
は車両からの振動が直接伝わるため、振動に強い金属材
料などを使用することが好ましい。ＳＯＦＣの動作温度
に耐えつつ、強度も高い金属材料の選択は困難であり、
高価でもある。したがって、補強枠１９に伝わる熱を低
減する必要がある。
は車両からの振動が直接伝わるため、振動に強い金属材
料などを使用することが好ましい。ＳＯＦＣの動作温度
に耐えつつ、強度も高い金属材料の選択は困難であり、
高価でもある。したがって、補強枠１９に伝わる熱を低
減する必要がある。
【００６０】そこで、第１の実施形態の改変例２にも述
べたが、補強枠１９の内部を密閉し、補強枠１９の内部
の圧力を大気圧よりも低くする。
べたが、補強枠１９の内部を密閉し、補強枠１９の内部
の圧力を大気圧よりも低くする。
【００６１】かかる構造によって、セル１１、８０から
補強枠１９に伝わる熱を抑制することができる。耐熱温
度が低い材料を用いることができ、安価な車両搭載型燃
料電池を供給できる。また、車両内部の温度上昇を押さ
えることができ、空調機器への負荷も軽減できる。耐熱
材の使用量を削減することもできる。
補強枠１９に伝わる熱を抑制することができる。耐熱温
度が低い材料を用いることができ、安価な車両搭載型燃
料電池を供給できる。また、車両内部の温度上昇を押さ
えることができ、空調機器への負荷も軽減できる。耐熱
材の使用量を削減することもできる。
【００６２】ＰＥＦＣでは、第１の実施形態の改変例１
において、補強枠の内部を密閉して液体を充填する例を
述べた。しかし、ＳＯＦＣのセルの動作温度は非常に高
いため、沸点の観点より、補強枠内部を液体で満たすこ
とは避けることが望ましい。
において、補強枠の内部を密閉して液体を充填する例を
述べた。しかし、ＳＯＦＣのセルの動作温度は非常に高
いため、沸点の観点より、補強枠内部を液体で満たすこ
とは避けることが望ましい。
【００６３】なお、第１〜４の実施形態では、ＰＥＦＣ
およびＳＯＦＣの燃料電池について取り上げたが、他の
形式の燃料電池であっても、積層形式であれば、本発明
の各実施形態を適用することができる。
およびＳＯＦＣの燃料電池について取り上げたが、他の
形式の燃料電池であっても、積層形式であれば、本発明
の各実施形態を適用することができる。
【図１】 第１の実施形態に係る車両搭載型燃料電池の
概要を示す斜視図である。
概要を示す斜視図である。
【図２】 第１の実施形態に係る車両搭載型燃料電池の
積層構造を分解した状態を示す斜視図である。
積層構造を分解した状態を示す斜視図である。
【図３】 固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）の
概略断面図である。
概略断面図である。
【図４】 第２の実施形態に係る車両搭載型燃料電池の
概要を示す斜視図である。
概要を示す斜視図である。
【図５】 第３の実施形態に係る車両搭載型燃料電池の
概要を示す斜視図である。
概要を示す斜視図である。
【図６】 外部マニホールド型の概要を示した斜視図で
ある。
ある。
【図７】 ハニカム構造を有するＳＯＦＣの開口部分を
示した図である。
示した図である。
【図８】 ハニカム型ＳＯＦＣのセルを示す図である。
【図９】 ハニカム型ＳＯＦＣのセルを積層した積層体
の斜視図である。
の斜視図である。
１０…車両搭載型燃料電池
１１、８０…セル
１３…積層体
１４…第１の締め付け板（締め付け部材）
１５…第２の締め付け板（締め付け部材）
１９…補強枠（ケース体）
２０…ばね部材（第１の弾性体）
４１、５１…補強部材
４２、５２…ばね部材（第２の弾性体）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 櫛引 圭子
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
(72)発明者 原 直樹
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 CX08 CX10
Claims (6)
- 【請求項１】 セルを複数積層した積層体と、前記セル
の積層方向の両端に位置して前記積層体を挟持する一対
の締め付け部材とを有する車両搭載型燃料電池におい
て、 前記積層体および前記締め付け部材を覆うケース体と、 前記ケース体と前記締め付け部材との間のうち少なくと
も一方を接続する第１の弾性体とを有することを特徴と
する車両搭載型燃料電池。 - 【請求項２】 前記積層体の側面のうち前記セルの積層
方向に直交する方向の少なくとも一の側面を支持する補
強部材と、 前記ケース体と前記補強部材との間を接続する第２の弾
性体とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両
搭載型燃料電池。 - 【請求項３】 前記ケース体は密閉されており、前記ケ
ース体の内部の圧力は大気圧よりも低いことを特徴とす
る請求項１に記載の車両搭載型燃料電池。 - 【請求項４】 前記セルは固体高分子電解質型燃料電池
であり、 前記ケース体は密閉されており、 前記ケース体の内部は絶縁性の液体で満たされているこ
とを特徴とする請求項１に記載の車両搭載型燃料電池。 - 【請求項５】 前記セルは固体酸化物電解質型燃料電池
であり、前記第１の弾性体はセラミックバネであること
を特徴とする請求項１に記載の車両搭載型燃料電池。 - 【請求項６】 前記セルは固体酸化物電解質型燃料電池
であり、前記第１の弾性体および前記第２の弾性体はセ
ラミックバネであることを特徴とする請求項２に記載の
車両搭載型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103718A JP2003297377A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 車両搭載型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103718A JP2003297377A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 車両搭載型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003297377A true JP2003297377A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=29389374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002103718A Withdrawn JP2003297377A (ja) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | 車両搭載型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003297377A (ja) |
Cited By (17)
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| KR100736951B1 (ko) | 2005-12-07 | 2007-07-09 | 현대자동차주식회사 | 연료전지스택의 인클로우져 |
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-
2002
- 2002-04-05 JP JP2002103718A patent/JP2003297377A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |