JP4437640B2 - 燃料電池スタックのマウント構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単位セルを車両の進行方向に沿って複数積層する燃料電池スタックを、前記車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の燃料電池が開発されており、例えば、固体高分子型燃料電池が知られている。この固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）をセパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより、単位セルが構成されている。この単位セルは、通常、所望の発電力を得るために、所定数だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出されることにより、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、上記の燃料電池スタックを車両等に搭載して使用する場合、走行中の振動や発進および停止の繰り返し等によって、前記燃料電池スタックに負荷が作用してしまう。このため、燃料電池スタックを車両に対して強固に固定する必要があり、例えば、特許文献１の車両用燃料電池の支持装置が知られている。
【０００５】
この支持装置は、図１１に示すように、燃料電池１を備え、この燃料電池１は、単位セル２とセパレータ３とが積層されるとともに、その積層方向両端には、車両前側プレート４と車両後側プレート５とが配置されることにより、スタックを構成している。車両前側プレート４には、第１支持部材６が配置されるとともに、車両後側プレート５には、第２支持部材７が配置されている。
【０００６】
第１支持部材６は、燃料電池１が車両前方向に移動することを阻止する機能を有している。この第１支持部材６は、燃料電池１を車両前方向に移動不能に支持し、かつ車両上下方向に移動可能な支持部品６ａと、車両の上下方向の振動を吸収するための緩衝部材６ｂとを備えている。
【０００７】
第２支持部材７は、車両の急発進時や急加速時に、燃料電池１を車両後方向に移動可能にする機能を有している。この第２支持部材７は、燃料電池１を車両前後方向および上下方向に移動可能に支持する支持部品７ａと、車両の上下方向の振動を吸収するための緩衝部材７ｂとを備えている。
【０００８】
このような構成において、車両が急制動した場合に、燃料電池１の車両後側部分が第２支持部材７を介して車両前側へ移動可能となる。このため、車両が急制動した際には、燃料電池１を構成する各単位セル２とセパレータ３との隙間が狭まる方向に力が作用し、前記燃料電池１のシール性を高めることができる、としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３０７７１号公報（段落［００３８］、［００３９］、［００４３］、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように車両の急制動時には、車両前側プレート４が第１支持部材６に支持されるための両前側への移動ができない。従って、この車両前側プレート４近傍の単位セル２およびセパレータ３には、相当に大きな面圧が付与されるおそれがある。これにより、例えば、単位セル２を構成する電解質・電極構造体に圧縮強度以上の面圧が作用し、前記電解質・電極構造体の耐用性が低下するという問題がある。
【００１１】
さらに、セパレータ３が金属製セパレータで構成される際には、過剰な面圧が作用すると、この金属製セパレータが変形する場合がある。このため、燃料ガスや酸化剤ガスの反応ガス流路や冷却媒体流路を、所望の形状に維持することができないという問題がある。これにより、単位セル２に対して燃料ガスや酸化剤ガスを良好に供給することができず、前記単位セル２の発電性能が低下するおそれがある。
【００１２】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池スタック全体として所望のシール性を維持するとともに、単位セルに過剰な面圧が作用することを阻止可能な燃料電池スタックのマウント構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池スタックのマウント構造では、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを備え、前記単位セルが車両の進行方向に沿って複数積層されることにより、車載用の燃料電池スタックが構成される。
【００１４】
この燃料電池スタックは、可動ガイド機構を介し車両の進行方向に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃が、衝撃吸収機構であるダンパ機構により吸収される。このため、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタックに積層方向に外力が作用した際、前記燃料電池スタック全体が積層方向に移動するとともに、ダンパ機構の作用下に該燃料電池スタックの衝撃が吸収される。
【００１５】
従って、特に積層方向端部に配設されている単位セルに、過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル間に必要以上の隙間が形成されることがない。これにより、簡単な構成で、単位セルを有効に保護することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることができる。
【００１６】
また、セパレータは、金属製セパレータで構成されており、単位セルに作用する衝撃が良好に吸収されることによって、前記金属製セパレータが変形することを確実に阻止することが可能になる。このため、金属製セパレータに設けられている反応ガス流路や冷却媒体流路が変形することがなく、所望の発電性能を有効に維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマウント構造７０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略全体斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が図示しない車両の進行方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備え、前記積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、ターミナル端子板１６ａ、１６ｂと、インシュレータ板１８ａ、１８ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂとが外方に向かって、順次、配設される。
【００１９】
エンドプレート２０ａ、２０ｂは、ケース部材２２を介して一体的に結合される。ケース部材２２は、下板２４ａ、上板２４ｂおよび側板２４ｃ、２４ｄを備えており、これらがボルト２６を介してエンドプレート２０ａ、２０ｂに固定される。
【００２０】
図２および図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３４と、前記電解質膜・電極構造体３４を挟持する第１および第２金属製セパレータ３６、３８とを備える。なお、第１および第２金属製セパレータ３６、３８に代替して、例えば、カーボン製セパレータを使用してもよい。
【００２１】
単位セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４２ａ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４４ｂが設けられる。
【００２２】
単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４２ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。
【００２３】
電解質膜・電極構造体３４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４６と、前記固体高分子電解質膜４６を挟持するアノード側電極４８およびカソード側電極５０とを備える。
【００２４】
アノード側電極４８およびカソード側電極５０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４６の両面に接合されている。
【００２５】
第１金属製セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス排出連通孔４４ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。この燃料ガス流路５２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部を設ける。第１金属製セパレータ３６の面３６ｂには、冷却媒体供給連通孔４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂとを連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部を設ける。
【００２６】
第２金属製セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路５６が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５６は、酸化剤ガス供給連通孔４０ａと酸化剤ガス排出連通孔４０ｂとに連通する。
【００２７】
図１に示すように、エンドプレート２０ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体供給連通孔４２ａおよび燃料ガス排出連通孔４４ｂにそれぞれ連通する酸化剤ガス供給口６０ａ、冷却媒体供給口６２ａおよび燃料ガス排出口６４ｂが設けられる。エンドプレート２０ａの長辺方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体排出連通孔４２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔４０ｂにそれぞれ連通する燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂおよび酸化剤ガス排出口６０ｂが設けられる。
【００２８】
燃料電池スタック１０は、マウント構造７０を介して車両の取り付け部７２に搭載される。マウント構造７０は、燃料電池スタック１０を、進行方向（矢印Ａ方向）に沿って摺動可能に支持する可動ガイド機構７４と、前記燃料電池スタック１０に対して前記進行方向に作用する衝撃を吸収するダンパ機構（衝撃吸収機構）７６とを備える。
【００２９】
図２および図４に示すように、可動ガイド機構７４は、燃料電池スタック１０の矢印Ａ１方向端部側に設けられる第１可動部７８と、前記燃料電池スタック１０の矢印Ａ２方向端部側に設けられる第２可動部８０とを設ける。第１可動部７８は、取り付け部７２にねじ止め固定されるとともに、矢印Ｂ方向に並列される固定レール８２ａ、８２ｂと、エンドプレート２０ｂに固着される一対の可動レール８４ａ、８４ｂとを備える。可動レール８４ａ、８４ｂは、断面Ｌ字状を有しており、固定レール８２ａ、８２ｂに支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。なお、第１可動部７８には、可動レール８４ａ、８４ｂが固定レール８２ａ、８２ｂから離脱することを阻止するために、例えば、ストッパ８５ａ、８５ｂを設けてもよい（図２参照）。
【００３０】
第２可動部８０は、エンドプレート２０ａに固定されるマウント部材８６を備え、このマウント部材８６がマウントベース８８に支持される。マウントベース８８は、取り付け部７２にねじ止め固定され、矢印Ｂ方向両端には、断面コ字状の固定レール部９０ａ、９０ｂが互いに近接する方向に屈曲形成される。マウント部材８６の矢印Ｂ方向両端には、固定レール部９０ａ、９０ｂに支持される可動レール部９２ａ、９２ｂが互いに離間する方向に突出して形成される。
【００３１】
ダンパ機構７６は、マウントベース８８上に固定部材９４を介して装着される一対のダンパユニット９６ａ、９６ｂを備える。ダンパユニット９６ａ、９６ｂから延在するロッド９８ａ、９８ｂは、マウント部材８６に連結されており、このマウント部材８６が固定される燃料電池スタック１０は、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂを介して衝撃が吸収可能である。なお、ダンパユニット９６ａ、９６ｂは、例えば、油圧、空気圧または弾性体等を介して矢印Ａ１方向および矢印Ａ２方向の衝撃を吸収するように構成される。
【００３２】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３３】
まず、図１に示すように、燃料電池スタック１０内には、エンドプレート２０ａの燃料ガス供給口６４ａから水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給口６０ａから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給口６２ａから純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が矢印Ａ１方向に直列的に供給される。
【００３４】
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０ａから第２金属製セパレータ３８の酸化剤ガス流路５６に導入され、電解質膜・電極構造体３４のカソード側電極５０に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａから第１金属製セパレータ３６の燃料ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３４のアノード側電極４８に沿って移動する。
【００３５】
従って、各電解質膜・電極構造体３４では、カソード側電極５０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３６】
次いで、アノード側電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４４ｂに排出されて矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート２０ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される（図１参照）。同様に、カソード側電極５０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出口６０ｂから排出される。
【００３７】
また、冷却媒体供給口６２ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４２ａから第１金属製セパレータ３６の冷却媒体流路５４に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４２ｂを矢印Ａ２方向に移動し、エンドプレート２０ａの冷却媒体排出口６２ｂから排出される。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１０は、可動ガイド機構７４を介し車両の進行方向（矢印Ａ方向）に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタック１０に対して前記進行方向に作用する衝撃が、ダンパ機構７６により吸収される（図２および図４参照）。
【００３９】
このため、車両の急発進や急停止等によって、燃料電池スタック１０に矢印Ａ方向に外力が作用すると、この燃料電池スタック１０全体は、可動ガイド機構７４を構成する第１および第２可動部７８、８０の案内作用下に、矢印Ａ方向に移動する。その際、第２可動部８０を構成するマウントベース８８には、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂが固定され、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがマウント部材８６に連結されている。
【００４０】
従って、燃料電池スタック１０が矢印Ａ方向に移動すると、ロッド９８ａ、９８ｂが緩やかに進退して、前記燃料電池スタック１０の移動による衝撃が吸収される。これにより、特に、燃料電池スタック１０の積層方向端部に配設されている単位セル１２に過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル１２間に必要以上の隙間が形成されることがない。
【００４１】
このため、第１の実施形態では、簡単な構成で、単位セル１２の損傷を有効に防止することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して、前記単位セル１２の発電性能の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４２】
しかも、第１および第２金属製セパレータ３６、３８が用いられる際にも、この第１および第２金属製セパレータ３６、３８に過度の面圧が作用することを阻止できる。従って、第１および第２金属製セパレータ３６、３８が変形することを確実に阻止し、前記第１および第２金属製セパレータ３６、３８に設けられる燃料ガス流路５２、酸化剤ガス流路５６および冷却媒体流路５４の形状を確保して、所望の発電性能を有効に維持することが可能になる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るマウント構造１２０が適用される車載用の燃料電池スタック１１０の概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３乃至第７の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
燃料電池スタック１１０は、複数の単位セル１２を積層した積層体１４を備え、この積層体１４の積層方向両端には、エンドプレート１１２、１１４が配設される。エンドプレート１１２、１１４は、複数本のタイロッド１１６を介して締め付け保持されており、前記エンドプレート１１２、１１４間に配置されている積層体１４には、所望の締め付け荷重が付与されている。
【００４５】
マウント構造１２０は、可動ガイド機構７４とダンパ機構７６とを備える。可動ガイド機構７４は、第１および第２可動部７８、１２２を設けるとともに、前記第２可動部１２２は、エンドプレート１１２に固定されるマウント部材１２４ａ、１２４ｂを備える。
【００４６】
このマウント部材１２４ａ、１２４ｂは、取り付け部７２に固定されるマウントベース１２６ａ、１２６ｂに係合して矢印Ａ方向に案内されるとともに、前記マウントベース１２６ａ、１２６ｂには、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂが固定される。ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂは、マウント部材１２４ａ、１２４ｂに連結される。なお、第１可動部７８を構成する可動レール８４ａ、８４ｂは、エンドプレート１１４に固着される。
【００４７】
このように構成される第２の実施形態では、可動ガイド機構７４を構成する第１可動部７８がエンドプレート１１４側に設けられるとともに、第２可動部１２２がエンドプレート１１２側に設けられる。このため、燃料電池スタック１１０全体は、第１および第２可動部７８、１２２を介して矢印Ａ方向に進退可能である。
【００４８】
その際、エンドプレート１１２に固着されるマウント部材１２４ａ、１２４ｂには、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂが固着される一方、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂがマウントベース１２６ａ、１２６ｂに固定されている。
【００４９】
従って、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタック１１０に積層方向（矢印Ａ方向）に外力が作用すると、前記燃料電池スタック１１０全体が矢印Ａ方向に移動するとともに、ダンパ機構７６の作用下に、前記燃料電池スタック１１０の衝撃が吸収される。これにより、簡単な構成で、単位セル１２を有効に保護するとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマウント構造１３０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略全体斜視図である。
【００５１】
マウント構造１３０は、可動ガイド機構１３２と、ダンパ機構７６とを備える。可動ガイド機構１３２は、ケース部材２２の側板２４ｃ、２４ｄに摺接してこのケース部材２２全体を矢印Ａ方向に案内するガイド部材１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃおよび１３４ｄと、ガイド部材１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃおよび１３６ｄとを備える。ガイド部材１３４ａ〜１３４ｄは、断面略Ｌ字状に構成され、水平部分が取り付け部７２にねじ止めされるとともに、垂直部分が側板２４ｃ、２４ｄの下部側に摺接する。ガイド部材１３６ａ〜１３６ｄは同様に、断面略Ｌ字状に構成され、水平部分が天板１３８にねじ止めされるとともに、垂直部分が側板２４ｃ、２４ｄの上部側に摺接する。ダンパ機構７６は、ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがエンドプレート２０ａに直接連結されている。
【００５２】
図７は、本発明の第４の実施形態に係るマウント構造１４０が適用される車載用の燃料電池スタック１１０の概略全体斜視図である。
【００５３】
マウント構造１４０は、可動ガイド機構１４２とダンパ機構７６とを備える。この可動ガイド機構１４２は、エンドプレート１１２、１１４に設けられたブロック部１４３ａ、１４３ｂに形成される略Ｉ字状の凹部１４４ａ、１４４ｂと、取り付け部７２にねじ止め固定される略Ｉ字状のガイド部材１４６ａ、１４６ｂとを備える。ガイド部材１４６ａ、１４６ｂは、凹部１４４ａ、１４４ｂに嵌合することにより、燃料電池スタック１１０を矢印Ａ方向に案内する。ダンパ機構７６は、ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがエンドプレート１１２に直接連結されている。
【００５４】
図８は、本発明の第５の実施形態に係るマウント構造１５０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。
【００５５】
マウント構造１５０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂに連結されるダンパ機構１５２を備えるとともに、このダンパ機構１５２は、燃料電池スタック１０を矢印Ａ方向に移動可能に支持する可動ガイド機構としての機能も併用している。
【００５６】
ダンパ機構１５２は、ダンパユニット１５４ａ、１５４ｂを備え、前記ダンパユニット１５４ａのロッド１５６ａがエンドプレート２０ａに連結されるとともに、前記ダンパユニット１５４ｂのロッド１５６ｂがエンドプレート２０ｂに連結されている。
【００５７】
なお、ダンパユニット１５４ａ、１５４ｂは、それぞれ複数台ずつ設けられ、燃料電池スタック１０の矢印Ａ方向への摺動を許容するとともに、前記燃料電池スタック１０に作用する衝撃を確実に吸収する機能を有する。
【００５８】
図９は、本発明の第６の実施形態に係るマウント構造１６０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。
【００５９】
マウント構造１６０は、可動ガイド機構１６２とダンパ機構１６４とを備える。可動ガイド機構１６２は、エンドプレート２０ｂ側に連結される第１可動部７８と、エンドプレート２０ａ側に取り付けられる第２可動部１６６とを備える。この第２可動部１６６は、第１可動部７８と同様に構成されている。
【００６０】
ダンパ機構１６４は、燃料電池スタック１０の下板２４ａに下方に向かって膨出形成される突起部１６８と、この突起部１６８に連結されるダンパユニット１７０とを備える。このダンパユニット１７０は、取り付け部７２に固定されており、ロッド１７２が取り付け部１６８に連結されている。このダンパユニット１７０は、必要に応じて複数設けることができる。
【００６１】
図１０は、本発明の第７の実施形態に係るマウント構造１６０ａが適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。なお、第６の実施形態に係るマウント構造１６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
マウント構造１６０ａは、可動ガイド機構１７３とダンパ機構１６４とを備える。可動ガイド機構１７３は、下板２４ａの矢印Ａ方向両端に固着されるブラケット１７４ａ、１７４ｂを備える。ブラケット１７４ａ、１７４ｂには、矢印Ａ方向に長尺な長孔１７６ａ、１７６ｂが形成され、前記長孔１７６ａ、１７６ｂにゴムマウント１７８ａ、１７８ｂが配置されている。
【００６３】
ゴムマウント１７８ａ、１７８ｂは、上部にカラー部材１８０ａ、１８０ｂが配置されており、このカラー部材１８０ａ、１８０ｂが長孔１７６ａ、１７６ｂに挿入される。ゴムマウント１７８ａ、１７８ｂの下部は、取り付け部７２にねじ止め固定される。
【００６４】
なお、第１乃至第７の実施形態では、燃料電池スタック１０、１１０を選択的に使用することができ、また、他の種々の燃料電池スタックにおいても同様に適用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックのマウント構造は、可動ガイド機構を介し車両の進行方向に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃が、衝撃吸収機構により吸収される。このため、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタックに積層方向に外力が作用した際、前記燃料電池スタック全体が積層方向に移動するとともに、衝撃吸収機構の作用下に該燃料電池スタックの衝撃が吸収される。
【００６６】
従って、特に積層方向端部に配設されている単位セルに、過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル間に必要以上の隙間が形成されることがない。これにより、簡単な構成で、単位セルを有効に保護することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視図である。
【図４】前記マウント構造の斜視説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図１１】特許文献１に係る車両用燃料電池の支持装置の概略斜視説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０…燃料電池スタック １２…単位セル
１４…積層体
２０ａ、２０ｂ、１１２、１１４…エンドプレート
２２…ケース部材 ２４ａ…下板
２４ｂ…上板 ２４ｃ、２４ｄ…側板
３４…電解質膜・電極構造体 ３６、３８…金属セパレータ
４６…固体高分子電解質膜 ４８…アノード側電極
５０…カソード側電極
７０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１６０ａ…マウント構造
７４、１３２、１４２、１６２、１７３…可動ガイド機構
７６、１５２、１６４…ダンパ機構 ７８、８０、１６６…可動部
８２ａ、８２ｂ…固定レール ８４ａ、８４ｂ…可動レール
８６、１２４ａ、１２４ｂ…マウント部材
８８、１２６ａ、１２６ｂ…マウントベース
９０ａ、９０ｂ…固定レール部 ９２ａ、９２ｂ…可動レール部
９６ａ、９６ｂ、１５４ａ、１５４ｂ…ダンパユニット
１３４ａ〜１３４ｄ、１３６ａ〜１３６ｄ、１４６ａ、１４６ｂ…ガイド部材
１４４ａ、１４４ｂ…凹部 １７４ａ、１７４ｂ…ブラケット
１７８ａ、１７８ｂ…ゴムマウント
【発明の属する技術分野】
本発明は、単位セルを車両の進行方向に沿って複数積層する燃料電池スタックを、前記車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の燃料電池が開発されており、例えば、固体高分子型燃料電池が知られている。この固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）をセパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより、単位セルが構成されている。この単位セルは、通常、所望の発電力を得るために、所定数だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出されることにより、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、上記の燃料電池スタックを車両等に搭載して使用する場合、走行中の振動や発進および停止の繰り返し等によって、前記燃料電池スタックに負荷が作用してしまう。このため、燃料電池スタックを車両に対して強固に固定する必要があり、例えば、特許文献１の車両用燃料電池の支持装置が知られている。
【０００５】
この支持装置は、図１１に示すように、燃料電池１を備え、この燃料電池１は、単位セル２とセパレータ３とが積層されるとともに、その積層方向両端には、車両前側プレート４と車両後側プレート５とが配置されることにより、スタックを構成している。車両前側プレート４には、第１支持部材６が配置されるとともに、車両後側プレート５には、第２支持部材７が配置されている。
【０００６】
第１支持部材６は、燃料電池１が車両前方向に移動することを阻止する機能を有している。この第１支持部材６は、燃料電池１を車両前方向に移動不能に支持し、かつ車両上下方向に移動可能な支持部品６ａと、車両の上下方向の振動を吸収するための緩衝部材６ｂとを備えている。
【０００７】
第２支持部材７は、車両の急発進時や急加速時に、燃料電池１を車両後方向に移動可能にする機能を有している。この第２支持部材７は、燃料電池１を車両前後方向および上下方向に移動可能に支持する支持部品７ａと、車両の上下方向の振動を吸収するための緩衝部材７ｂとを備えている。
【０００８】
このような構成において、車両が急制動した場合に、燃料電池１の車両後側部分が第２支持部材７を介して車両前側へ移動可能となる。このため、車両が急制動した際には、燃料電池１を構成する各単位セル２とセパレータ３との隙間が狭まる方向に力が作用し、前記燃料電池１のシール性を高めることができる、としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３０７７１号公報（段落［００３８］、［００３９］、［００４３］、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように車両の急制動時には、車両前側プレート４が第１支持部材６に支持されるための両前側への移動ができない。従って、この車両前側プレート４近傍の単位セル２およびセパレータ３には、相当に大きな面圧が付与されるおそれがある。これにより、例えば、単位セル２を構成する電解質・電極構造体に圧縮強度以上の面圧が作用し、前記電解質・電極構造体の耐用性が低下するという問題がある。
【００１１】
さらに、セパレータ３が金属製セパレータで構成される際には、過剰な面圧が作用すると、この金属製セパレータが変形する場合がある。このため、燃料ガスや酸化剤ガスの反応ガス流路や冷却媒体流路を、所望の形状に維持することができないという問題がある。これにより、単位セル２に対して燃料ガスや酸化剤ガスを良好に供給することができず、前記単位セル２の発電性能が低下するおそれがある。
【００１２】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池スタック全体として所望のシール性を維持するとともに、単位セルに過剰な面圧が作用することを阻止可能な燃料電池スタックのマウント構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池スタックのマウント構造では、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを備え、前記単位セルが車両の進行方向に沿って複数積層されることにより、車載用の燃料電池スタックが構成される。
【００１４】
この燃料電池スタックは、可動ガイド機構を介し車両の進行方向に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃が、衝撃吸収機構であるダンパ機構により吸収される。このため、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタックに積層方向に外力が作用した際、前記燃料電池スタック全体が積層方向に移動するとともに、ダンパ機構の作用下に該燃料電池スタックの衝撃が吸収される。
【００１５】
従って、特に積層方向端部に配設されている単位セルに、過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル間に必要以上の隙間が形成されることがない。これにより、簡単な構成で、単位セルを有効に保護することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることができる。
【００１６】
また、セパレータは、金属製セパレータで構成されており、単位セルに作用する衝撃が良好に吸収されることによって、前記金属製セパレータが変形することを確実に阻止することが可能になる。このため、金属製セパレータに設けられている反応ガス流路や冷却媒体流路が変形することがなく、所望の発電性能を有効に維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマウント構造７０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略全体斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が図示しない車両の進行方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備え、前記積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、ターミナル端子板１６ａ、１６ｂと、インシュレータ板１８ａ、１８ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂとが外方に向かって、順次、配設される。
【００１９】
エンドプレート２０ａ、２０ｂは、ケース部材２２を介して一体的に結合される。ケース部材２２は、下板２４ａ、上板２４ｂおよび側板２４ｃ、２４ｄを備えており、これらがボルト２６を介してエンドプレート２０ａ、２０ｂに固定される。
【００２０】
図２および図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３４と、前記電解質膜・電極構造体３４を挟持する第１および第２金属製セパレータ３６、３８とを備える。なお、第１および第２金属製セパレータ３６、３８に代替して、例えば、カーボン製セパレータを使用してもよい。
【００２１】
単位セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４２ａ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４４ｂが設けられる。
【００２２】
単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４２ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。
【００２３】
電解質膜・電極構造体３４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４６と、前記固体高分子電解質膜４６を挟持するアノード側電極４８およびカソード側電極５０とを備える。
【００２４】
アノード側電極４８およびカソード側電極５０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４６の両面に接合されている。
【００２５】
第１金属製セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス排出連通孔４４ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。この燃料ガス流路５２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部を設ける。第１金属製セパレータ３６の面３６ｂには、冷却媒体供給連通孔４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂとを連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部を設ける。
【００２６】
第２金属製セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路５６が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５６は、酸化剤ガス供給連通孔４０ａと酸化剤ガス排出連通孔４０ｂとに連通する。
【００２７】
図１に示すように、エンドプレート２０ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体供給連通孔４２ａおよび燃料ガス排出連通孔４４ｂにそれぞれ連通する酸化剤ガス供給口６０ａ、冷却媒体供給口６２ａおよび燃料ガス排出口６４ｂが設けられる。エンドプレート２０ａの長辺方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体排出連通孔４２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔４０ｂにそれぞれ連通する燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂおよび酸化剤ガス排出口６０ｂが設けられる。
【００２８】
燃料電池スタック１０は、マウント構造７０を介して車両の取り付け部７２に搭載される。マウント構造７０は、燃料電池スタック１０を、進行方向（矢印Ａ方向）に沿って摺動可能に支持する可動ガイド機構７４と、前記燃料電池スタック１０に対して前記進行方向に作用する衝撃を吸収するダンパ機構（衝撃吸収機構）７６とを備える。
【００２９】
図２および図４に示すように、可動ガイド機構７４は、燃料電池スタック１０の矢印Ａ１方向端部側に設けられる第１可動部７８と、前記燃料電池スタック１０の矢印Ａ２方向端部側に設けられる第２可動部８０とを設ける。第１可動部７８は、取り付け部７２にねじ止め固定されるとともに、矢印Ｂ方向に並列される固定レール８２ａ、８２ｂと、エンドプレート２０ｂに固着される一対の可動レール８４ａ、８４ｂとを備える。可動レール８４ａ、８４ｂは、断面Ｌ字状を有しており、固定レール８２ａ、８２ｂに支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。なお、第１可動部７８には、可動レール８４ａ、８４ｂが固定レール８２ａ、８２ｂから離脱することを阻止するために、例えば、ストッパ８５ａ、８５ｂを設けてもよい（図２参照）。
【００３０】
第２可動部８０は、エンドプレート２０ａに固定されるマウント部材８６を備え、このマウント部材８６がマウントベース８８に支持される。マウントベース８８は、取り付け部７２にねじ止め固定され、矢印Ｂ方向両端には、断面コ字状の固定レール部９０ａ、９０ｂが互いに近接する方向に屈曲形成される。マウント部材８６の矢印Ｂ方向両端には、固定レール部９０ａ、９０ｂに支持される可動レール部９２ａ、９２ｂが互いに離間する方向に突出して形成される。
【００３１】
ダンパ機構７６は、マウントベース８８上に固定部材９４を介して装着される一対のダンパユニット９６ａ、９６ｂを備える。ダンパユニット９６ａ、９６ｂから延在するロッド９８ａ、９８ｂは、マウント部材８６に連結されており、このマウント部材８６が固定される燃料電池スタック１０は、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂを介して衝撃が吸収可能である。なお、ダンパユニット９６ａ、９６ｂは、例えば、油圧、空気圧または弾性体等を介して矢印Ａ１方向および矢印Ａ２方向の衝撃を吸収するように構成される。
【００３２】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３３】
まず、図１に示すように、燃料電池スタック１０内には、エンドプレート２０ａの燃料ガス供給口６４ａから水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給口６０ａから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給口６２ａから純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が矢印Ａ１方向に直列的に供給される。
【００３４】
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０ａから第２金属製セパレータ３８の酸化剤ガス流路５６に導入され、電解質膜・電極構造体３４のカソード側電極５０に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａから第１金属製セパレータ３６の燃料ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３４のアノード側電極４８に沿って移動する。
【００３５】
従って、各電解質膜・電極構造体３４では、カソード側電極５０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３６】
次いで、アノード側電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４４ｂに排出されて矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート２０ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される（図１参照）。同様に、カソード側電極５０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出口６０ｂから排出される。
【００３７】
また、冷却媒体供給口６２ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４２ａから第１金属製セパレータ３６の冷却媒体流路５４に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４２ｂを矢印Ａ２方向に移動し、エンドプレート２０ａの冷却媒体排出口６２ｂから排出される。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１０は、可動ガイド機構７４を介し車両の進行方向（矢印Ａ方向）に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタック１０に対して前記進行方向に作用する衝撃が、ダンパ機構７６により吸収される（図２および図４参照）。
【００３９】
このため、車両の急発進や急停止等によって、燃料電池スタック１０に矢印Ａ方向に外力が作用すると、この燃料電池スタック１０全体は、可動ガイド機構７４を構成する第１および第２可動部７８、８０の案内作用下に、矢印Ａ方向に移動する。その際、第２可動部８０を構成するマウントベース８８には、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂが固定され、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがマウント部材８６に連結されている。
【００４０】
従って、燃料電池スタック１０が矢印Ａ方向に移動すると、ロッド９８ａ、９８ｂが緩やかに進退して、前記燃料電池スタック１０の移動による衝撃が吸収される。これにより、特に、燃料電池スタック１０の積層方向端部に配設されている単位セル１２に過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル１２間に必要以上の隙間が形成されることがない。
【００４１】
このため、第１の実施形態では、簡単な構成で、単位セル１２の損傷を有効に防止することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して、前記単位セル１２の発電性能の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４２】
しかも、第１および第２金属製セパレータ３６、３８が用いられる際にも、この第１および第２金属製セパレータ３６、３８に過度の面圧が作用することを阻止できる。従って、第１および第２金属製セパレータ３６、３８が変形することを確実に阻止し、前記第１および第２金属製セパレータ３６、３８に設けられる燃料ガス流路５２、酸化剤ガス流路５６および冷却媒体流路５４の形状を確保して、所望の発電性能を有効に維持することが可能になる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るマウント構造１２０が適用される車載用の燃料電池スタック１１０の概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３乃至第７の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
燃料電池スタック１１０は、複数の単位セル１２を積層した積層体１４を備え、この積層体１４の積層方向両端には、エンドプレート１１２、１１４が配設される。エンドプレート１１２、１１４は、複数本のタイロッド１１６を介して締め付け保持されており、前記エンドプレート１１２、１１４間に配置されている積層体１４には、所望の締め付け荷重が付与されている。
【００４５】
マウント構造１２０は、可動ガイド機構７４とダンパ機構７６とを備える。可動ガイド機構７４は、第１および第２可動部７８、１２２を設けるとともに、前記第２可動部１２２は、エンドプレート１１２に固定されるマウント部材１２４ａ、１２４ｂを備える。
【００４６】
このマウント部材１２４ａ、１２４ｂは、取り付け部７２に固定されるマウントベース１２６ａ、１２６ｂに係合して矢印Ａ方向に案内されるとともに、前記マウントベース１２６ａ、１２６ｂには、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂが固定される。ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂは、マウント部材１２４ａ、１２４ｂに連結される。なお、第１可動部７８を構成する可動レール８４ａ、８４ｂは、エンドプレート１１４に固着される。
【００４７】
このように構成される第２の実施形態では、可動ガイド機構７４を構成する第１可動部７８がエンドプレート１１４側に設けられるとともに、第２可動部１２２がエンドプレート１１２側に設けられる。このため、燃料電池スタック１１０全体は、第１および第２可動部７８、１２２を介して矢印Ａ方向に進退可能である。
【００４８】
その際、エンドプレート１１２に固着されるマウント部材１２４ａ、１２４ｂには、ダンパ機構７６を構成するダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂが固着される一方、前記ダンパユニット９６ａ、９６ｂがマウントベース１２６ａ、１２６ｂに固定されている。
【００４９】
従って、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタック１１０に積層方向（矢印Ａ方向）に外力が作用すると、前記燃料電池スタック１１０全体が矢印Ａ方向に移動するとともに、ダンパ機構７６の作用下に、前記燃料電池スタック１１０の衝撃が吸収される。これにより、簡単な構成で、単位セル１２を有効に保護するとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るマウント構造１３０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略全体斜視図である。
【００５１】
マウント構造１３０は、可動ガイド機構１３２と、ダンパ機構７６とを備える。可動ガイド機構１３２は、ケース部材２２の側板２４ｃ、２４ｄに摺接してこのケース部材２２全体を矢印Ａ方向に案内するガイド部材１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃおよび１３４ｄと、ガイド部材１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃおよび１３６ｄとを備える。ガイド部材１３４ａ〜１３４ｄは、断面略Ｌ字状に構成され、水平部分が取り付け部７２にねじ止めされるとともに、垂直部分が側板２４ｃ、２４ｄの下部側に摺接する。ガイド部材１３６ａ〜１３６ｄは同様に、断面略Ｌ字状に構成され、水平部分が天板１３８にねじ止めされるとともに、垂直部分が側板２４ｃ、２４ｄの上部側に摺接する。ダンパ機構７６は、ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがエンドプレート２０ａに直接連結されている。
【００５２】
図７は、本発明の第４の実施形態に係るマウント構造１４０が適用される車載用の燃料電池スタック１１０の概略全体斜視図である。
【００５３】
マウント構造１４０は、可動ガイド機構１４２とダンパ機構７６とを備える。この可動ガイド機構１４２は、エンドプレート１１２、１１４に設けられたブロック部１４３ａ、１４３ｂに形成される略Ｉ字状の凹部１４４ａ、１４４ｂと、取り付け部７２にねじ止め固定される略Ｉ字状のガイド部材１４６ａ、１４６ｂとを備える。ガイド部材１４６ａ、１４６ｂは、凹部１４４ａ、１４４ｂに嵌合することにより、燃料電池スタック１１０を矢印Ａ方向に案内する。ダンパ機構７６は、ダンパユニット９６ａ、９６ｂのロッド９８ａ、９８ｂがエンドプレート１１２に直接連結されている。
【００５４】
図８は、本発明の第５の実施形態に係るマウント構造１５０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。
【００５５】
マウント構造１５０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂに連結されるダンパ機構１５２を備えるとともに、このダンパ機構１５２は、燃料電池スタック１０を矢印Ａ方向に移動可能に支持する可動ガイド機構としての機能も併用している。
【００５６】
ダンパ機構１５２は、ダンパユニット１５４ａ、１５４ｂを備え、前記ダンパユニット１５４ａのロッド１５６ａがエンドプレート２０ａに連結されるとともに、前記ダンパユニット１５４ｂのロッド１５６ｂがエンドプレート２０ｂに連結されている。
【００５７】
なお、ダンパユニット１５４ａ、１５４ｂは、それぞれ複数台ずつ設けられ、燃料電池スタック１０の矢印Ａ方向への摺動を許容するとともに、前記燃料電池スタック１０に作用する衝撃を確実に吸収する機能を有する。
【００５８】
図９は、本発明の第６の実施形態に係るマウント構造１６０が適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。
【００５９】
マウント構造１６０は、可動ガイド機構１６２とダンパ機構１６４とを備える。可動ガイド機構１６２は、エンドプレート２０ｂ側に連結される第１可動部７８と、エンドプレート２０ａ側に取り付けられる第２可動部１６６とを備える。この第２可動部１６６は、第１可動部７８と同様に構成されている。
【００６０】
ダンパ機構１６４は、燃料電池スタック１０の下板２４ａに下方に向かって膨出形成される突起部１６８と、この突起部１６８に連結されるダンパユニット１７０とを備える。このダンパユニット１７０は、取り付け部７２に固定されており、ロッド１７２が取り付け部１６８に連結されている。このダンパユニット１７０は、必要に応じて複数設けることができる。
【００６１】
図１０は、本発明の第７の実施形態に係るマウント構造１６０ａが適用される車載用の燃料電池スタック１０の概略側面説明図である。なお、第６の実施形態に係るマウント構造１６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
マウント構造１６０ａは、可動ガイド機構１７３とダンパ機構１６４とを備える。可動ガイド機構１７３は、下板２４ａの矢印Ａ方向両端に固着されるブラケット１７４ａ、１７４ｂを備える。ブラケット１７４ａ、１７４ｂには、矢印Ａ方向に長尺な長孔１７６ａ、１７６ｂが形成され、前記長孔１７６ａ、１７６ｂにゴムマウント１７８ａ、１７８ｂが配置されている。
【００６３】
ゴムマウント１７８ａ、１７８ｂは、上部にカラー部材１８０ａ、１８０ｂが配置されており、このカラー部材１８０ａ、１８０ｂが長孔１７６ａ、１７６ｂに挿入される。ゴムマウント１７８ａ、１７８ｂの下部は、取り付け部７２にねじ止め固定される。
【００６４】
なお、第１乃至第７の実施形態では、燃料電池スタック１０、１１０を選択的に使用することができ、また、他の種々の燃料電池スタックにおいても同様に適用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックのマウント構造は、可動ガイド機構を介し車両の進行方向に沿って摺動可能に支持されるとともに、前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃が、衝撃吸収機構により吸収される。このため、車両の急発進や急停止等によって燃料電池スタックに積層方向に外力が作用した際、前記燃料電池スタック全体が積層方向に移動するとともに、衝撃吸収機構の作用下に該燃料電池スタックの衝撃が吸収される。
【００６６】
従って、特に積層方向端部に配設されている単位セルに、過剰な面圧が作用することを確実に阻止することができる一方、単位セル間に必要以上の隙間が形成されることがない。これにより、簡単な構成で、単位セルを有効に保護することが可能になるとともに、所望のシール性を確保して発電性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視図である。
【図４】前記マウント構造の斜視説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係るマウント構造が適用される車載用の燃料電池スタックの概略側面説明図である。
【図１１】特許文献１に係る車両用燃料電池の支持装置の概略斜視説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０…燃料電池スタック １２…単位セル
１４…積層体
２０ａ、２０ｂ、１１２、１１４…エンドプレート
２２…ケース部材 ２４ａ…下板
２４ｂ…上板 ２４ｃ、２４ｄ…側板
３４…電解質膜・電極構造体 ３６、３８…金属セパレータ
４６…固体高分子電解質膜 ４８…アノード側電極
５０…カソード側電極
７０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１６０ａ…マウント構造
７４、１３２、１４２、１６２、１７３…可動ガイド機構
７６、１５２、１６４…ダンパ機構 ７８、８０、１６６…可動部
８２ａ、８２ｂ…固定レール ８４ａ、８４ｂ…可動レール
８６、１２４ａ、１２４ｂ…マウント部材
８８、１２６ａ、１２６ｂ…マウントベース
９０ａ、９０ｂ…固定レール部 ９２ａ、９２ｂ…可動レール部
９６ａ、９６ｂ、１５４ａ、１５４ｂ…ダンパユニット
１３４ａ〜１３４ｄ、１３６ａ〜１３６ｄ、１４６ａ、１４６ｂ…ガイド部材
１４４ａ、１４４ｂ…凹部 １７４ａ、１７４ｂ…ブラケット
１７８ａ、１７８ｂ…ゴムマウント
Claims (3)
- 電解質の両側にそれぞれ電極が設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを備え、前記単位セルを車両の進行方向に沿って複数積層するとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックを、前記車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
前記燃料電池スタックを、前記進行方向に沿って摺動可能に支持する可動ガイド機構と、
前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃を吸収する衝撃吸収機構と、
を備え、
前記衝撃吸収機構は、少なくとも一方の前記エンドプレートと、前記単位セルの積層方向に平行な取り付け面とに連結されるダンパ機構であることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。 - 電解質の両側にそれぞれ電極が設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを備え、前記単位セルを車両の進行方向に沿って複数積層するとともに、ケース部材内に収容される燃料電池スタックを、前記車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
前記燃料電池スタックを、前記進行方向に沿って摺動可能に支持する可動ガイド機構と、
前記燃料電池スタックに対して前記進行方向に作用する衝撃を吸収する衝撃吸収機構と、
を備え、
前記衝撃吸収機構は、前記ケース部材の一側面と、前記一側面に対向しかつ前記単位セルの積層方向に平行な取り付け面とに連結されるダンパ機構であることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。 - 請求項１または２記載のマウント構造において、前記セパレータは、金属製セパレータで構成されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
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