JP2011003384A - Fuel cell and vehicle mounted with the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the versatility of a load increasing operation in a fuel cell fastened by the fastening shafts between end plates.SOLUTION: In the fuel cell 10, cell stacks 40S pinched between the end plates 10a are fastened by the fastening shafts 100 while applying a load thereon, while there is provided with a flexible mechanism 200 incorporated in upper and lower fastening shafts 100 opposite to each other. In this flexible mechanism 200, a bolt 230 is arranged and installed at a first arm 210 and a second arm 220 engaged at the centers of the upper and lower fastening shafts 100. The upper and lower fastening shafts 100 are bent by receiving force to change a distance between the fastening shafts by fastening the bolt 230, thereby increasing a fastening load of each battery cell 40. The bolt fastening operation for increasing this load is different from the fastening operation from a shaft longitudinal direction of the fastening shafts 100, and is performed from the lower sides of batteries intersecting with the fastening shafts 100.

Description

本発明は、発電単位となる電池セルを複数積層した電池セルスタックを対向するエンドプレートで挟持した燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which a battery cell stack in which a plurality of battery cells serving as power generation units are stacked is sandwiched between opposing end plates.

燃料電池における電池セルスタックの締結には、エンドプレートの間に掛け渡された締結シャフトが用いられ、この締結により電池セルスタックにおける各電池セル間の気密性や液密性が確保されている（例えば、特許文献１等）。   For fastening the battery cell stack in the fuel cell, a fastening shaft spanned between the end plates is used, and this fastening ensures airtightness and liquid tightness between the battery cells in the battery cell stack ( For example, Patent Document 1).

特開昭６２−２７１３６５号公報JP-A-62-271365 実開昭６２−４８７６０号公報Japanese Utility Model Publication No. 62-48760 特許第３６０５９３７号公報Japanese Patent No. 3605937

これら特許文献で提案された締結手法では、締結シャフトの締め付け操作をシャフト長手方向から行い、燃料電池組み付け時において所定の初期荷重が燃料電池セルスタックの各電池セルに掛かるようにされる。各電池セルでは荷重を受け続けることによるクリープ現象が生じ得るので、一定の初期荷重のままでは電池セル間の気密性や液密性の低下が危惧されるため、各電池セルに掛かる加重を初期加重から増やすことが求められる。こうした荷重増大は、往々にして燃料電池の設置後に必要とされるため、燃料電池の設置状況や周辺機器との関連から、シャフト長手方向からのシャフト締め付け操作に支障が出ることがあった。例えば、省スペース化の観点から燃料電池端部側に周辺機器を近接設置すると、シャフト長手方向からのシャフト締め付け操作に必要な作業区域が確保できず、締め付け操作に支障をきたしかねない。   In the fastening method proposed in these patent documents, the fastening operation of the fastening shaft is performed from the longitudinal direction of the shaft, and a predetermined initial load is applied to each battery cell of the fuel cell stack when the fuel cell is assembled. Each battery cell may experience a creep phenomenon due to continuing to receive the load.Therefore, there is a concern that the airtightness or liquid tightness between the battery cells may be deteriorated if the initial load is constant. Therefore, the initial load is applied to each battery cell. It is required to increase from. Since such an increase in load is often required after the fuel cell is installed, the shaft tightening operation from the longitudinal direction of the shaft may be hindered due to the installation status of the fuel cell and peripheral devices. For example, if a peripheral device is installed close to the end of the fuel cell from the viewpoint of space saving, a work area necessary for the shaft tightening operation from the longitudinal direction of the shaft cannot be secured, and the tightening operation may be hindered.

本発明は、上記した課題を踏まえ、エンドプレート間の締結シャフトで締結した燃料電池における荷重増大操作の汎用性を高めることをその目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to improve the versatility of a load increasing operation in a fuel cell fastened by a fastening shaft between end plates.

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。   In order to achieve at least a part of the above object, the present invention adopts the following configuration.

[適用１：燃料電池]
発電単位となる電池セルを複数積層した電池セルスタックを対向するエンドプレートで挟持した燃料電池であって、
前記エンドプレートの間に掛け渡されて前記エンドプレートに固定され、前記電池セルスタックを積層方向に荷重を掛けて締結する締結シャフトと、
前記エンドプレートの間で向かい合う前記締結シャフトに締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼして、前記締結シャフトの撓みを起こすシャフト撓み発現手段とを有する
ことを要旨とする。 [Application 1: Fuel cell]
A fuel cell in which a battery cell stack in which a plurality of battery cells as power generation units are stacked is sandwiched between opposing end plates,
A fastening shaft that is spanned between the end plates and fixed to the end plates, and fastens the battery cell stack by applying a load in the stacking direction;
The gist of the present invention is that it has a shaft bending expression means for causing the fastening shaft facing between the end plates to exert a force to change a distance between the fastening shafts to cause the fastening shaft to bend.

上記構成の燃料電池では、対向するエンドプレートで挟持した電池セルスタックを、エンドプレート間に掛け渡して当該エンドプレートに固定した締結シャフトで荷重を掛けて締結する。説明の便宜上、締結シャフトによるこの荷重を初期荷重と称する。その一方、上記構成の燃料電池は、エンドプレートの間で向かい合う前記締結シャフトに対して、シャフト撓み発現手段により、締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼして締結シャフトを撓ませる。締結シャフトは、エンドプレート間に固定されていることから、その撓みは、エンドプレートを引き寄せる力をエンドプレートに及ぼすので、初期荷重の増加をもたらすことができる。この結果、上記構成の燃料電池によれば、締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼし得る側、例えば、締結シャフトに交差する方向からの締め付け操作を可能とし、その汎用性が高まる。この場合、締結シャフトのシャフト長手方向からのシャフト締め付け操作も可能であれば、より締め付け操作の汎用性が高まる。   In the fuel cell having the above configuration, the battery cell stack sandwiched between the opposing end plates is fastened by applying a load with a fastening shaft that is spanned between the end plates and fixed to the end plate. For convenience of explanation, this load by the fastening shaft is referred to as an initial load. On the other hand, the fuel cell having the above-described configuration deflects the fastening shaft by applying a force to change the distance between the fastening shafts to the fastening shafts facing each other between the end plates by the shaft bending expression means. Since the fastening shaft is fixed between the end plates, its deflection can cause an increase in the initial load because it exerts a force on the end plates that draws the end plates. As a result, according to the fuel cell having the above-described configuration, it is possible to perform a tightening operation from the side that can exert a force to change the distance between the fastening shafts, for example, the direction intersecting the fastening shafts, and the versatility is enhanced. In this case, if the shaft tightening operation from the longitudinal direction of the fastening shaft is possible, the versatility of the tightening operation is further enhanced.

本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell 10 as an Example of this invention. 図１における２−２線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with line 2-2 in FIG. 図２における矢印Ａ方向からケース下面開口を矢視して示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a case lower surface opening by arrowing from the arrow A direction in FIG. 図１における４−４線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with line 4-4 in FIG. 撓み機構２００による締結シャフト１００やエンドプレート１０ａの挙動を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the behavior of the fastening shaft 100 and the end plate 10a by the bending mechanism 200. FIG. 締結シャフト１００の塑性変形防止対策の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the plastic deformation prevention measure of the fastening shaft. 他の変形例の撓み機構２５０を有する燃料電池１０Ａを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows 10 A of fuel cells which have the bending mechanism 250 of another modification.

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図、図２は図１における２−２線に沿った概略断面図、図３は図２における矢印Ａ方向からケース下面開口を矢視して示す説明図、図４は図１における４−４線に沿った概略断面図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a fuel cell 10 as an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view of the case from the direction of arrow A in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line 4-4 in FIG.

図示するように、燃料電池１０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する発電単位の電池セル４０を複数積層して電池セルスタック４０Ｓを構成し、当該スタックを、一対のエンドプレート１０ａの間に挟持する。各電池セル４０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することによって構成されている。膜電極接合体において、アノード、およびカソードは、それぞれ、電解質膜の各表面に接合された触媒層と、この触媒層の表面に接合されたガス拡散層とを備えている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質膜として、固体酸化物等、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却用の冷媒の流路が形成されている。なお、電池セル４０の積層数は、燃料電池１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。   As illustrated, the fuel cell 10 includes a battery cell stack 40S formed by stacking a plurality of power generation unit battery cells 40 that generate electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and the stack is composed of a pair of end plates 10a. Hold between. Each battery cell 40 is configured by sandwiching a membrane electrode assembly formed by joining an anode and a cathode on both surfaces of an electrolyte membrane having proton conductivity, with a separator. In the membrane electrode assembly, the anode and the cathode each include a catalyst layer bonded to each surface of the electrolyte membrane and a gas diffusion layer bonded to the surface of the catalyst layer. In this example, a solid polymer membrane such as Nafion (registered trademark) is used as the electrolyte membrane. Other electrolyte membranes such as solid oxides may be used as the electrolyte membrane. Each separator is provided with a hydrogen flow path as a fuel gas to be supplied to the anode, an air flow path as an oxidant gas to be supplied to the cathode, and a cooling refrigerant flow path. Note that the number of stacked battery cells 40 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell 10.

燃料電池１０は、上記した電池セルスタック４０Ｓを対向する一対のエンドプレート１０ａで挟持するに当たり、エンドプレート１０ａの側にそれぞれ絶縁板２０ａと集電板３０ａとを介在させる。そして、エンドプレート１０ａと絶縁板２０ａおよび集電板３０ａには、それぞれの電池セル４０に水素給排、空気給排、および冷媒給排のための供給口・排出口が設けられている。また、それぞれの電池セル４０は、水素や、空気や、冷媒の分配供給の供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷媒供給マニホールド）や、各電池セル４０のカソード・アノードから排出されるオフガスや、冷媒を集合させて燃料電池１０の外部に排出するための排出マニホールド（カソードオフガス排出マニホールド、アノード排出マニホールド、冷媒排出マニホールド）を備える（図示省略）。   In the fuel cell 10, when the battery cell stack 40 </ b> S is sandwiched between a pair of opposed end plates 10 a, an insulating plate 20 a and a current collecting plate 30 a are interposed on the end plate 10 a side. The end plate 10a, the insulating plate 20a, and the current collecting plate 30a are provided with supply ports / discharge ports for supplying / discharging hydrogen, supplying / discharging air, and supplying / discharging refrigerant to each battery cell 40, respectively. In addition, each battery cell 40 is supplied with hydrogen, air, supply manifolds for distributing and supplying refrigerant (hydrogen supply manifold, air supply manifold, refrigerant supply manifold), and off-gas discharged from the cathode and anode of each battery cell 40. And a discharge manifold (cathode off-gas discharge manifold, anode discharge manifold, refrigerant discharge manifold) for collecting and discharging the refrigerant to the outside of the fuel cell 10 (not shown).

エンドプレート１０ａは、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａには、それぞれ、図示しない出力端子が設けられており、燃料電池１０で発電した電力を出力可能となっている。   The end plate 10a is formed of a metal such as steel in order to ensure rigidity. The insulating plate 20a is formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collecting plate 30a is formed of dense carbon, a gas impermeable conductive member such as a copper plate. Each of the current collecting plates 30a is provided with an output terminal (not shown) so that the power generated by the fuel cell 10 can be output.

燃料電池１０は、上下の各コーナーにおいて４本の締結シャフト１００を備える。締結シャフト１００は、金属製のシャフト材である第１シャフト１１０と第２シャフト１２０とを備える。第１シャフト１１０は、図１および図４に示すように、一方端をボルトヘッド１１２として備え、他方端を雄ネジ１１４とし、一方のエンドプレート１０ａの貫通孔１０ｂにプレート外側から挿入される。第２シャフト１２０は、一方端をボルトヘッド１２２として備え、他方端には第１シャフト１１０の雄ネジ１１４が螺合する雌ネジ１２４を備える。そして、この第２シャフト１２０は、雌ネジ１２４の側に二面幅部１２６を備え、雌ネジ１２４が第１シャフト１１０の雄ネジ１１４の側に位置するよう、他方のエンドプレート１０ａの貫通孔１０ｂにプレート外側から挿入される。そして、第１、第２の両シャフトは、それぞれのボルトヘッド１１２、１２２をエンドプレート外側に位置させた上で、雌ネジ１２４への雄ネジ１１４の螺合により、図１および図４に示すように、電池セルスタック４０Ｓを挟持したエンドプレート１０ａの間に掛け渡されてエンドプレートに固定された締結シャフト１００を構成する。雌ネジ１２４への雄ネジ１１４の螺合により、エンドプレート１０ａの間の電池セルスタック４０Ｓのそれぞれの電池セル４０には、積層方向の締結力（荷重）が及ぶことになる。このネジ螺合に際しては、電池セルスタック４０Ｓの締結力調整（増強）余地を残すため、雌ネジ１２４には、雄ネジ１１４の締め込み代が残った状態とされる。また、上記のネジ螺合に際しては、二面幅部１２６の平面部位表面が鉛直となるよう第２シャフト１２０を保持した上で、第１シャフト１１０の雄ネジ１１４を雌ネジ１２４に螺合され、これにより、二面幅部１２６は、その平面部位表面を上下方向に位置することになる。   The fuel cell 10 includes four fastening shafts 100 at upper and lower corners. The fastening shaft 100 includes a first shaft 110 and a second shaft 120 that are metal shaft materials. As shown in FIGS. 1 and 4, the first shaft 110 includes one end as a bolt head 112 and the other end as a male screw 114, and is inserted from the outside of the plate into the through hole 10b of one end plate 10a. The second shaft 120 includes one end as a bolt head 122 and the other end includes a female screw 124 into which the male screw 114 of the first shaft 110 is screwed. The second shaft 120 is provided with a two-sided width portion 126 on the female screw 124 side, and the through hole of the other end plate 10a so that the female screw 124 is located on the male screw 114 side of the first shaft 110. 10b is inserted from the outside of the plate. The first and second shafts are shown in FIGS. 1 and 4 by screwing the male screw 114 to the female screw 124 after the bolt heads 112 and 122 are positioned outside the end plate. As described above, the fastening shaft 100 that is spanned between the end plates 10a sandwiching the battery cell stack 40S and fixed to the end plates is configured. By screwing the male screw 114 into the female screw 124, a fastening force (load) in the stacking direction is applied to each battery cell 40 of the battery cell stack 40S between the end plates 10a. At the time of this screwing, in order to leave a room for adjusting (increasing) the fastening force of the battery cell stack 40S, the female screw 124 is left with a tightening allowance for the male screw 114. Further, when the screw is screwed, the male shaft 114 of the first shaft 110 is screwed to the female screw 124 while holding the second shaft 120 so that the surface of the flat surface portion of the two-surface width portion 126 is vertical. Thus, the two-sided width portion 126 positions the surface of the planar portion in the vertical direction.

このようにして締結シャフト１００により電池セルスタック４０Ｓを締結した燃料電池１０では、図１および図２に示すように、電池セルスタック４０Ｓにおけるそれぞれの電池セル４０は、各コーナーにおいて、締結シャフト１００を避けた切欠４１を有する形状とされている。   In the fuel cell 10 in which the battery cell stack 40S is fastened by the fastening shaft 100 in this manner, as shown in FIGS. 1 and 2, each battery cell 40 in the battery cell stack 40S has the fastening shaft 100 at each corner. The shape has a cutout 41 that is avoided.

また、燃料電池１０は、一対のエンドプレート１０ａの間で向かい合う締結シャフト１００に対して、撓み機構２００を備える。この撓み機構２００は、図１および図２における上下の締結シャフト１００に組み込まれ、第１アーム２１０と、第２アーム２２０と、ボルト２３０とを備える。第１アーム２１０は、その一方端側に、締結シャフト１００における第２シャフト１２０の二面幅部１２６の形状に倣って凹条に形成された係合凹所２１１を備え、当該凹所に二面幅部１２６を嵌め込んで、下方側の締結シャフト１００に係合する。第２アーム２２０は、その一方端側に第２シャフト１２０の二面幅部１２６の形状に倣って凹条に形成された係合凹所２２１を備え、当該凹所に二面幅部１２６を嵌め込んで、上方側の締結シャフト１００に係合する。ボルト２３０は、第１アーム２１０が有するシャフト貫通孔２１２に図２における下方側から挿入され、先端の雄ネジ２３２を第２アーム２２０が有する雌ネジ２２２に螺合することで、第１、第２の両アームに掛け渡される。この撓み機構２００は、第２アーム２２０の雌ネジ２２２にボルト２３０の雄ネジ２３２を螺合することで、向かい合う上下の締結シャフト１００に対して、締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼして、上下の締結シャフト１００を撓ませる。この場合、図２に示すように、ボルト２３０は、締結シャフト１００の撓み調整（増大）余地を残すために雄ネジ２３２の締め込み代が残った螺合状態とされ、そのネジエンド２３３については、締結シャフト１００に過大な撓みを起こして塑性変形（曲げ）を招かないように設定されている。   Further, the fuel cell 10 includes a bending mechanism 200 with respect to the fastening shaft 100 facing between the pair of end plates 10a. The bending mechanism 200 is incorporated in the upper and lower fastening shafts 100 in FIGS. 1 and 2, and includes a first arm 210, a second arm 220, and a bolt 230. The first arm 210 is provided with an engagement recess 211 formed in a concave shape following the shape of the two-surface width portion 126 of the second shaft 120 in the fastening shaft 100 on one end side thereof. The surface width portion 126 is fitted and engaged with the lower fastening shaft 100. The second arm 220 includes an engagement recess 221 formed in a concave shape following the shape of the two-surface width portion 126 of the second shaft 120 on one end side, and the two-surface width portion 126 is provided in the recess. It engages and engages with the upper side fastening shaft 100. The bolt 230 is inserted into the shaft through hole 212 of the first arm 210 from the lower side in FIG. 2, and the male screw 232 at the tip is screwed into the female screw 222 of the second arm 220, thereby It is stretched over both arms. The bending mechanism 200 applies a force that changes the distance between the fastening shafts to the upper and lower fastening shafts 100 by screwing the male screw 232 of the bolt 230 to the female screw 222 of the second arm 220. The upper and lower fastening shafts 100 are bent. In this case, as shown in FIG. 2, the bolt 230 is in a screwed state in which a margin for tightening the male screw 232 remains in order to leave room for adjusting (increasing) the bending of the fastening shaft 100. The fastening shaft 100 is set so as not to be excessively bent and to cause plastic deformation (bending).

上記した撓み機構２００の組み付け位置は、締結シャフト１００への係合をもたらす第２シャフト１２０での二面幅部１２６の形成箇所で規定される。本実施例では、図４に示すように、撓み機構２００（詳しくは第１アーム２１０、第２アーム２２０）が締結シャフト１００のほぼ中央に位置するようにされている。   The assembly position of the bending mechanism 200 described above is defined by the formation position of the two-surface width portion 126 on the second shaft 120 that brings about the engagement with the fastening shaft 100. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the bending mechanism 200 (specifically, the first arm 210 and the second arm 220) is positioned substantially at the center of the fastening shaft 100.

また、本実施例の燃料電池１０は、図２にその一部を示す収容ケース３００に収容されている。そして、ケース下面の保守点検孔３０２に装着済みのカバー３１０を取り外すことで、ボルト２３０のボルトヘッド（本実施例では、六角穴付きボルトヘッド）が保守点検孔３０２から操作可能とされている。   Further, the fuel cell 10 of the present embodiment is housed in a housing case 300, part of which is shown in FIG. Then, by removing the cover 310 already attached to the maintenance inspection hole 302 on the lower surface of the case, the bolt head of the bolt 230 (in this embodiment, a hexagon socket head bolt head) can be operated from the maintenance inspection hole 302.

以上説明した本実施例の燃料電池１０では、対向するエンドプレート１０ａで挟持した電池セルスタック４０Ｓを、エンドプレート間に掛け渡して当該エンドプレートに固定した締結シャフト１００で荷重を掛けて締結する。このシャフト締結は、図４に示すように、第２シャフト１２０の雌ネジ１２４に第１シャフト１１０の雄ネジ１１４を螺合することでなされる。このため、本実施例では、雌ネジ１２４への雄ネジ１１４の螺合状態を調節してスタック締結荷重、即ち電池セルスタック４０Ｓにおける各電池セル４０の気密性・液密性確保のための初期荷重を確保できる。しかも、本実施例では、雄ネジ１１４の締め代が残されているので、各電池セル４０に掛ける荷重を、雄ネジ１１４の更なる締め込みにより初期荷重以上に増大させることができる。つまり、燃料電池設置後の荷重増大を締結シャフト１００における雄ネジ１１４の締め込みにより達成できる。   In the fuel cell 10 of the present embodiment described above, the battery cell stack 40S sandwiched between the opposing end plates 10a is fastened by applying a load with the fastening shaft 100 that is spanned between the end plates and fixed to the end plates. The shaft is fastened by screwing a male screw 114 of the first shaft 110 into a female screw 124 of the second shaft 120 as shown in FIG. For this reason, in this embodiment, the screwing state of the male screw 114 to the female screw 124 is adjusted to adjust the stack fastening load, that is, the initial stage for ensuring the airtightness and liquid tightness of each battery cell 40 in the battery cell stack 40S. A load can be secured. In addition, in this embodiment, the margin for tightening the male screw 114 remains, so that the load applied to each battery cell 40 can be increased beyond the initial load by further tightening the male screw 114. That is, an increase in load after installation of the fuel cell can be achieved by tightening the male screw 114 in the fastening shaft 100.

また、本実施例の燃料電池１０では、向かい合う上下の締結シャフト１００に組み込んだ撓み機構２００におけるボルト２３０の螺合により、向かい合う上下の締結シャフト１００に対して締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼす。図５は撓み機構２００による締結シャフト１００やエンドプレート１０ａの挙動を模式的に示す説明図である。この図５に示すように、撓み機構２００により締結シャフト１００に上記の力を及ぼしてして上下の締結シャフト１００を撓ませると、エンドプレート１０ａに固定済みの上下の締結シャフト１００は、その撓みによりエンドプレート１０ａを引き寄せるので、各電池セル４０に掛ける荷重（初期荷重）を増大することができる。よって、何らかの原因で各電池セル４０に掛ける荷重を増大する必要が生じた場合には、エンドプレート１０ａに固定済みの上下の締結シャフト１００を撓み機構２００にて、荷重増大をもたらすことができる。しかも、こうした荷重増大をもたらすための操作は、燃料電池１０における上下の締結シャフト１００に組み込んだ撓み機構２００のボルト２３０の締め込み操作にてなされる。このボルト締め込み操作は、締結シャフト１００のシャフト長手方向からの締め込み操作とは異なる方向、具体的には締結シャフト１００に交差した上下方向から行うことができる。この結果、本実施例の燃料電池１０によれば、各電池セル４０に掛ける荷重増大のための操作を、締結シャフト１００のシャフト長手方向に加えて、シャフトと交差する電池下方側からも可能とするので、汎用性を高めることができる。しかも、本実施例では、締結シャフト１００のシャフト長手方向からのシャフト締め付け操作と電池下方側からのボルト締め付け操作とがそれぞれ可能であることから、より汎用性が高まる。   Further, in the fuel cell 10 of the present embodiment, a force that changes the distance between the fastening shafts is exerted on the opposing upper and lower fastening shafts 100 by screwing the bolts 230 in the bending mechanism 200 incorporated in the opposing upper and lower fastening shafts 100. . FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the behavior of the fastening shaft 100 and the end plate 10 a by the bending mechanism 200. As shown in FIG. 5, when the upper and lower fastening shafts 100 are bent by applying the above-described force to the fastening shaft 100 by the bending mechanism 200, the upper and lower fastening shafts 100 fixed to the end plate 10a are bent. As a result, the end plate 10a is pulled closer, so that the load (initial load) applied to each battery cell 40 can be increased. Therefore, when it is necessary to increase the load applied to each battery cell 40 for some reason, the upper and lower fastening shafts 100 fixed to the end plate 10a can be increased in the bending mechanism 200. In addition, the operation for increasing the load is performed by tightening the bolt 230 of the bending mechanism 200 incorporated in the upper and lower fastening shafts 100 in the fuel cell 10. This bolt tightening operation can be performed from a direction different from the tightening operation from the longitudinal direction of the fastening shaft 100, specifically from the vertical direction intersecting the fastening shaft 100. As a result, according to the fuel cell 10 of the present embodiment, an operation for increasing the load applied to each battery cell 40 can be performed from the lower side of the battery that intersects the shaft in addition to the longitudinal direction of the fastening shaft 100. Therefore, versatility can be improved. In addition, in this embodiment, the shaft tightening operation from the longitudinal direction of the fastening shaft 100 and the bolt tightening operation from the lower side of the battery can be performed, so that versatility is further improved.

一般に、燃料電池１０をその搭載対象物、例えば車両に搭載する際には、その搭載性や保守点検の便の都合から、燃料電池１０は、その収容ケース３００と共に車両床下に搭載される。車両床下からは、サスペンション等のいわゆる足回り機器の保守点検がなされるので、燃料電池１０における荷重増大のための上記したボルト締め付け操作が電池下方側からであっても、特段の支障はない。   Generally, when the fuel cell 10 is mounted on an object to be mounted, for example, a vehicle, the fuel cell 10 is mounted under the vehicle floor together with the housing case 300 for convenience of mounting and maintenance. Since maintenance inspection of so-called undercarriage equipment such as a suspension is performed from under the vehicle floor, there is no particular problem even if the above-described bolt tightening operation for increasing the load in the fuel cell 10 is from the lower side of the cell.

また、本実施例の燃料電池１０では、撓み機構２００を、締結シャフト１００のほぼ中央に組み込んだので、ボルト２３０の締め込み操作により効果的に締結シャフト１００を撓ませることができる。よって、撓み機構２００の構成部材の小型軽量化が可能となり、好ましい。   Further, in the fuel cell 10 of the present embodiment, since the bending mechanism 200 is incorporated at substantially the center of the fastening shaft 100, the fastening shaft 100 can be effectively bent by the tightening operation of the bolt 230. Therefore, the constituent members of the bending mechanism 200 can be reduced in size and weight, which is preferable.

加えて、本実施例の燃料電池１０では、撓み機構２００の第１アーム２１０と第２アーム２２０を、係合凹所２１１、２２１にて第２シャフト１２０における二面幅部１２６に係合させた。よって、二面幅部１２６をその平面部位表面が上下方向となるようにしておくことで、燃料電池１０の完成後、例えば車両搭載後においても、収容ケース３００の保守点検孔３０２から撓み機構２００を燃料電池１０（詳しくは、上下に向かい合う締結シャフト１００）に組み込むことができる。つまり、燃料電池１０を搭載した車両において、各電池セル４０の荷重増大の必要性が生じた場合に、撓み機構２００を組み込んで荷重増大を図ることができる。このことは、撓み機構２００を各電池セル４０の荷重増大のためのアフターパーツとして取り扱うことができることを意味する。なお、二面幅部１２６をその平面部位表面が上下方向となるようにしておくためには、エンドプレート１０ａの貫通孔１０ｂとこの貫通孔への第２シャフト１２０の挿入部位との回転位置決め（例えば、キーとキー溝）を、二面幅部１２６の位置関係と関連付けて設けておけばよい。   In addition, in the fuel cell 10 of this embodiment, the first arm 210 and the second arm 220 of the bending mechanism 200 are engaged with the two-surface width portion 126 of the second shaft 120 at the engagement recesses 211 and 221. It was. Therefore, by setting the two-sided width portion 126 so that the surface of the plane portion is in the vertical direction, the flexure mechanism 200 from the maintenance / inspection hole 302 of the housing case 300 even after the fuel cell 10 is completed, for example, after being mounted on the vehicle. Can be incorporated into the fuel cell 10 (specifically, the fastening shaft 100 facing up and down). That is, in the vehicle equipped with the fuel cell 10, when there is a need to increase the load of each battery cell 40, the load can be increased by incorporating the bending mechanism 200. This means that the bending mechanism 200 can be handled as an after-part for increasing the load of each battery cell 40. In order to keep the surface width of the two-sided width portion 126 in the vertical direction, the rotational positioning of the through hole 10b of the end plate 10a and the insertion portion of the second shaft 120 into the through hole ( For example, a key and a key groove) may be provided in association with the positional relationship of the two-surface width portion 126.

更に、本実施例の燃料電池１０では、既述したように、締結シャフト１００（詳しくは、第２シャフト１２０）に対して第１、第２の両アームを二面幅部１２６と係合凹所２１１、２２１とにより係合させたので、ボルト２３０の締め込みに際して、締結シャフト１００軸周りの第１アーム２１０と第２アーム２２０の回転を抑制できる。よって、ボルト２３０の締め込みによる締結シャフト１００の撓みが確実に起きるので、確実な荷重増大を図ることができる。この場合、ボルト２３０の締め込みに伴う第１アーム２１０と第２アーム２２０の撓みは、ボルト２３０の長手方向に沿って第１、第２の両アームを厚くすること、或いは、締結シャフト１００とボルト２３０とを近接させることで回避、もしくは抑制できる。   Further, in the fuel cell 10 of the present embodiment, as described above, the first and second arms are engaged with the two-surface width portion 126 and the engagement recess with respect to the fastening shaft 100 (specifically, the second shaft 120). Since the engagement is made at the locations 211 and 221, the rotation of the first arm 210 and the second arm 220 around the fastening shaft 100 axis can be suppressed when the bolt 230 is tightened. Therefore, since the bending of the fastening shaft 100 due to the tightening of the bolt 230 occurs with certainty, a reliable load increase can be achieved. In this case, the bending of the first arm 210 and the second arm 220 accompanying the tightening of the bolt 230 may increase the thickness of the first and second arms along the longitudinal direction of the bolt 230 or It can be avoided or suppressed by bringing the bolt 230 close to each other.

本発明は上記した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、種々の態様で実施可能である。図６は締結シャフト１００の塑性変形防止対策の変形例を示す説明図である。この図６に示すように、この変形例では、ボルト２３０の締め込み側、即ち上方側の締結シャフト１００に係合する第２アーム２２０の上面に、ボルトキャップ２４０を備える。このボルトキャップ２４０は、ボルト２３０の先端においてその締め込みを規制する。よって、この変形例によっても、ボルト先端とキャップ底部との間を締結シャフト１００の撓み調整（増大）余地とした上で、締結シャフト１００に過大な撓みを起こして塑性変形（曲げ）を招かない。   The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. FIG. 6 is an explanatory view showing a modified example of a measure for preventing plastic deformation of the fastening shaft 100. As shown in FIG. 6, in this modification, a bolt cap 240 is provided on the upper surface of the second arm 220 that engages the fastening shaft 100 on the tightening side of the bolt 230, that is, the upper side. The bolt cap 240 restricts tightening at the tip of the bolt 230. Therefore, even in this modified example, the space between the bolt tip and the cap bottom is left as a room for adjusting (increasing) the bending of the fastening shaft 100, and the bending of the fastening shaft 100 is not excessively caused to cause plastic deformation (bending). .

図７は他の変形例の撓み機構２５０を有する燃料電池１０Ａを示す説明図である。この図７に示すように、燃料電池１０Ａは、電池セルスタック４０Ｓの各コーナーの４本の締結シャフト１００に掛け渡された撓み機構２５０を備える。この撓み機構２５０は、ベルト２５１と、ベルト両端の補強金具２５２と、ベルト固定用のボルト２５４とナット２５６とを備える。ベルト２５１は、既述したボルト２３０に代わって締結シャフト１００の撓みを起こすための物であることから、高強度で伸びの少ないベルトとされ、例えば炭素繊維をフィラーとして含有する複合材料を用いた炭素繊維補強ベルトである。補強金具２５２は、ベルト２５１のベルト端部をボルトナットによる固定の際の屈曲形状を維持するための物であり、ボルト２５４が貫通装着される。この変形例における締結シャフト１００では、第１アーム２１０や第２アーム２２０の係合を要しないことから、二面幅部１２６を形成する必要はない。   FIG. 7 is an explanatory view showing a fuel cell 10A having a bending mechanism 250 of another modification. As shown in FIG. 7, the fuel cell 10 </ b> A includes a bending mechanism 250 that is stretched over the four fastening shafts 100 at each corner of the battery cell stack 40 </ b> S. The bending mechanism 250 includes a belt 251, reinforcing metal fittings 252 at both ends of the belt, belt fixing bolts 254, and nuts 256. Since the belt 251 is a thing for causing the fastening shaft 100 to bend instead of the bolt 230 described above, the belt 251 is a belt having high strength and little elongation, for example, a composite material containing carbon fiber as a filler is used. Carbon fiber reinforced belt. The reinforcing metal fitting 252 is a member for maintaining a bent shape when the belt end portion of the belt 251 is fixed by a bolt and nut, and the bolt 254 is mounted through. In the fastening shaft 100 in this modified example, since the first arm 210 and the second arm 220 do not need to be engaged, it is not necessary to form the two-surface width portion 126.

上記した撓み機構２５０のベルト２５１は、締結シャフト１００を用いた電池セルスタック４０Ｓの締結後において、スタック各コーナーの締結シャフト１００にその中央箇所付近で掛け渡される。そして、ベルト端部の補強金具２５２を図７に示すようにスタック側方側に位置させ、向かい合う補強金具２５２をボルト２５４とナット２５６により締め付ける。この締め付けにより、ベルト２５１は締結シャフト１００を撓ませて各電池セル４０の締結荷重を増大させるので、既述した効果を奏することができる。この場合、ベルト２５１のベルト長は、ベルト両端の補強金具２５２の間に所定の隙間が形成できる長さとされ、この補強金具２５２の間の間隙は、締結シャフト１００の撓み調整（増大）余地となる。   After the battery cell stack 40S is fastened using the fastening shaft 100, the belt 251 of the above-described bending mechanism 250 is stretched around the fastening shaft 100 at each corner of the stack near its central portion. Then, the reinforcing metal member 252 at the end of the belt is positioned on the side of the stack as shown in FIG. 7, and the reinforcing metal member 252 facing each other is tightened with a bolt 254 and a nut 256. By this tightening, the belt 251 bends the fastening shaft 100 and increases the fastening load of each battery cell 40, so that the effects described above can be obtained. In this case, the belt length of the belt 251 is such a length that a predetermined gap can be formed between the reinforcing brackets 252 at both ends of the belt, and the gap between the reinforcing brackets 252 is a room for adjusting (increasing) the bending of the fastening shaft 100. Become.

また、図１〜図４に示した燃料電池１０では、締結シャフト１００の第２シャフト１２０に二面幅部１２６を形成したが、第２シャフト１２０を二面幅部１２６を有しない丸棒状のシャフトとできる。この場合には、第１アーム２１０と第２アーム２２０における係合凹所２１１、２２１を丸棒シャフトに係合できる弧状の凹所とすればよい。   In the fuel cell 10 shown in FIGS. 1 to 4, the two-sided width portion 126 is formed on the second shaft 120 of the fastening shaft 100, but the second shaft 120 has a round bar shape without the two-sided width portion 126. Can with shaft. In this case, the engagement recesses 211 and 221 in the first arm 210 and the second arm 220 may be arcuate recesses that can engage with the round bar shaft.

また、上記した実施例とその変形例では、締結シャフト１００を第１シャフト１１０と第２シャフト１２０とを有するものとしたが、締結シャフト１００を単一のシャフトからなる定寸の締結シャフトとすることもできる。こうしても、撓み機構２００或いは撓み機構２５０により、各電池セル４０の締結荷重を随時増大できる。   In the above-described embodiment and its modification, the fastening shaft 100 includes the first shaft 110 and the second shaft 120. However, the fastening shaft 100 is a fixed-size fastening shaft made of a single shaft. You can also. Even in this case, the fastening load of each battery cell 40 can be increased at any time by the bending mechanism 200 or the bending mechanism 250.

また、上記した実施例とその変形例では、上下に向き合う締結シャフト１００に対して撓みを起こすようにしたが、図１においてセル上端側の左右の締結シャフト１００とセル下端側の左右の締結シャフト１００に撓みを起こすよう撓み機構２００を組み込むこともできる。   In the above-described embodiment and its modification, the fastening shaft 100 facing up and down is bent. In FIG. 1, the left and right fastening shafts 100 on the cell upper end side and the left and right fastening shafts on the cell lower end side are used. A deflection mechanism 200 can also be incorporated to cause the 100 to bend.

更に、締結シャフト１００を直接撓ませるよう構成できる。この場合は、電池セルスタック４０Ｓの各電池セル４０を単純な矩形形状として、その各コーナーにおいて締結シャフト１００を上下に向かい合わせる。そして、下方側の締結シャフト１００にはボルト２３０の貫通孔を設け、上方側の締結シャフト１００にはボルト２３０の雄ネジ２３２が螺合する雌ネジを設ける。こうすれば、第１アーム２１０と第２アーム２２０が不要となり、構成の簡略化、部品点数の低減を図ることができる。   Furthermore, the fastening shaft 100 can be configured to bend directly. In this case, each battery cell 40 of the battery cell stack 40S is formed into a simple rectangular shape, and the fastening shaft 100 is faced up and down at each corner. The lower fastening shaft 100 is provided with a through hole for the bolt 230, and the upper fastening shaft 100 is provided with a female screw into which the male screw 232 of the bolt 230 is screwed. In this way, the first arm 210 and the second arm 220 are not required, and the configuration can be simplified and the number of parts can be reduced.

また、向かい合う締結シャフト１００を、シャフト間の隔たりが縮まるように撓ませたが、シャフト間の隔たりが広がるように撓ませる構成とすることもできる。この他、向かい合う締結シャフト１００の個々の締結シャフト１００に個別にシャフト間の隔たりが変わるよう力を及ぼして撓ませることもできる。この場合には、燃料電池１０の周辺部材から個々の締結シャフト１００にボルトなどで力を及ぼせばよい。そして、個々の締結シャフト１００への力の及ぼし方を変えれば、電池セル４０に対しての荷重増大の様子が多様化するので望ましい。   Moreover, although the fastening shafts 100 facing each other are bent so that the distance between the shafts is reduced, the fastening shaft 100 may be bent so that the distance between the shafts is widened. In addition, the individual fastening shafts 100 of the opposing fastening shafts 100 can be bent by applying a force so that the distance between the shafts can be changed individually. In this case, a force may be applied from the peripheral members of the fuel cell 10 to the individual fastening shafts 100 with bolts or the like. It is desirable to change the way the force is applied to each fastening shaft 100 because the manner of increasing the load on the battery cell 40 is diversified.

１０…燃料電池
１０Ａ…燃料電池
１０ａ…エンドプレート
１０ｂ…貫通孔
２０ａ…絶縁板
３０ａ…集電板
４０…電池セル
４０Ｓ…電池セルスタック
４１…切欠
１００…締結シャフト
１１０…第１シャフト
１１２…ボルトヘッド
１１４…雄ネジ
１２０…第２シャフト
１２２…ボルトヘッド
１２４…雌ネジ
１２６…二面幅部
２００…撓み機構
２１０…第１アーム
２１１…係合凹所
２１２…シャフト貫通孔
２２０…第２アーム
２２１…係合凹所
２２２…雌ネジ
２３０…ボルト
２３２…雄ネジ
２３３…ネジエンド
２４０…ボルトキャップ
２５０…撓み機構
２５１…ベルト
２５２…補強金具
２５４…ボルト
２５６…ナット
３００…収容ケース
３０２…保守点検孔
３１０…カバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 10A ... Fuel cell 10a ... End plate 10b ... Through-hole 20a ... Insulating plate 30a ... Current collecting plate 40 ... Battery cell 40S ... Battery cell stack 41 ... Notch 100 ... Fastening shaft 110 ... First shaft 112 ... Bolt head DESCRIPTION OF SYMBOLS 114 ... Male screw 120 ... 2nd shaft 122 ... Bolt head 124 ... Female screw 126 ... Two-surface width part 200 ... Deflection mechanism 210 ... 1st arm 211 ... Engagement recess 212 ... Shaft through-hole 220 ... 2nd arm 221 ... Engaging recess 222 ... Female screw 230 ... Bolt 232 ... Male screw 233 ... Screw end 240 ... Bolt cap 250 ... Deflection mechanism 251 ... Belt 252 ... Reinforcing bracket 254 ... Bolt 256 ... Nut 300 ... Housing case 302 ... Maintenance inspection hole 310 ... cover

Claims (1)

発電単位となる電池セルを複数積層した電池セルスタックを対向するエンドプレートで挟持した燃料電池であって、
前記エンドプレートの間に掛け渡されて前記エンドプレートに固定され、前記電池セルスタックを積層方向に荷重を掛けて締結する締結シャフトと、
前記エンドプレートの間で向かい合う前記締結シャフトに締結シャフト間の隔たりを変える力を及ぼして、前記締結シャフトの撓みを起こすシャフト撓み発現手段とを有する
燃料電池。 A fuel cell in which a battery cell stack in which a plurality of battery cells as power generation units are stacked is sandwiched between opposing end plates,
A fastening shaft that is spanned between the end plates and fixed to the end plates, and fastens the battery cell stack by applying a load in the stacking direction;
A fuel cell, comprising: shaft bending expression means for causing the fastening shaft facing between the end plates to exert a force to change a distance between the fastening shafts to cause the fastening shaft to bend.

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