燃料電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含將多個(gè)單電池層疊而成的層疊體的燃料電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]在包含將多個(gè)單電池層疊而成的層疊體的燃料電池組中，通常，為了降低單電池間及單電池內(nèi)的接觸阻力，或者為了防止在燃料電池組內(nèi)流動(dòng)的流體(燃料氣體、氧化劑氣體、冷卻水)的泄漏，沿單電池的層疊方向施加緊固載荷，通過(guò)緊固部件進(jìn)行緊固。
[0003]并且，在這樣的燃料電池組中，從與單電池的層疊方向垂直的方向施加沖擊力，由于該沖擊力而單電池在與層疊方向垂直的方向上發(fā)生位置錯(cuò)動(dòng)的情況下，錯(cuò)動(dòng)甚至可能會(huì)引起氣體泄漏。具體而言，氣體泄漏那樣的單電池相互的錯(cuò)動(dòng)可考慮襯墊產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、破損、脫落等的錯(cuò)動(dòng)的情況、相鄰的單電池的一方的單電池的歧管移動(dòng)至超過(guò)另一方的單電池的歧管密封的位置那樣的錯(cuò)動(dòng)的情況。因此，以往，關(guān)于燃料電池組，提出了抑制單電池在與層疊方向垂直的方向上的位置錯(cuò)動(dòng)，即，用于對(duì)多個(gè)單電池進(jìn)行外部約束的各種技術(shù)。
[0004]例如，在下述專利文獻(xiàn)I中，公開(kāi)了設(shè)有外部約束部件的技術(shù)，該外部約束部件用于抑制在與構(gòu)成層疊體的多個(gè)單電池的層疊方向垂直的方向上的單電池的位置錯(cuò)動(dòng)。具體而言，以在層疊方向整體抵接于與層疊體的層疊方向平行的面的狀態(tài)，在層疊體上設(shè)置多個(gè)外部約束部件。
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2009-70674號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]在上述現(xiàn)有技術(shù)中，多個(gè)外部約束部件分別以在層疊方向整體抵接于與層疊體的層疊方向平行的4個(gè)面上的狀態(tài)相對(duì)于層疊體進(jìn)行定位、固定。各外部約束部件起到抑制它們相向的層疊體的面的錯(cuò)動(dòng)的作用，因此即使在從與多個(gè)單電池的層疊方向垂直的方向施加了沖擊力時(shí)，也能夠抑制單電池在與層疊方向垂直的方向上的位置錯(cuò)動(dòng)。
[0009]然而，如果分別使外部約束部件與平行于層疊體的層疊方向上的4個(gè)面抵接或隔開(kāi)些許間隙地相向，由此來(lái)抑制多個(gè)單電池相互錯(cuò)動(dòng)位置，則需要與4個(gè)面分別對(duì)應(yīng)的至少4個(gè)外部約束部件。并且，這4個(gè)外部約束部件承受作用于層疊體的沖擊力，并起到單電池的錯(cuò)動(dòng)抑制的作用，因此在向?qū)盈B體施加了沖擊力的情況下，該沖擊力直接向4個(gè)外部約束部件中的任一個(gè)傳遞，為了抑制與層疊方向垂直的方向整體的錯(cuò)動(dòng)，4個(gè)外部約束部件全部需要具有至少能耐受從外部施加的沖擊力那樣的強(qiáng)度。這樣具有能耐受來(lái)自外部的沖擊力那樣的強(qiáng)度的外部約束部件需要增加其截面積，因此截面外形變大，從而導(dǎo)致質(zhì)量的增大、組整體的體型增大、成本上升。而且，為了原封不動(dòng)地保持截面外形，也考慮了提高外部約束部件的剛性，但是需要材料變更而導(dǎo)致成本上升。
[0010]本發(fā)明鑒于這樣的課題而作出，其目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)低成本化且以體型、質(zhì)量減小的方式構(gòu)成并能夠抑制引起單電池相互的氣體泄漏那樣的位置錯(cuò)動(dòng)的燃料電池組。
[0011]用于解決課題的方案
[0012]為了解決上述課題，本發(fā)明的燃料電池組具備:多個(gè)單電池層疊而成的層疊體；及外部約束部件，抑制多個(gè)單電池在與多個(gè)單電池層疊的第一方向垂直的第二方向上相互錯(cuò)動(dòng)位置。外部約束部件具有:角約束部件，遍及沿著第一方向的、層疊體的至少兩個(gè)角部的整個(gè)角部而設(shè)置；及旋轉(zhuǎn)抑制部件，與層疊體的一側(cè)面相向地設(shè)置，層疊體的該一側(cè)面位于與以下方向相交的位置，該方向?yàn)楫?dāng)從外部對(duì)層疊體施加了沿著第二方向的沖擊力時(shí)層疊體能夠以角約束部件為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方向。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，將角約束部件遍及沿著第一方向的兩個(gè)角部的整個(gè)角部而設(shè)置，因此配置角約束部件的角部在從外部施加沖擊力的方向上配置，在從外部施加了沖擊力的情況下，層疊體以角約束部件為旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。因此，在本發(fā)明中，以與層疊體的一側(cè)面相向的方式配置旋轉(zhuǎn)抑制部件，該層疊體的該一側(cè)面位于與以下方向相交的位置，該方向?yàn)閷盈B體能夠以角約束部件為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方向，由此通過(guò)至少2個(gè)角約束部件及至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)抑制部件，能夠抑制多個(gè)單電池相互的位置錯(cuò)動(dòng)引起的氣體泄漏，換言之能夠抑制氣體泄漏那樣的位置錯(cuò)動(dòng)。因此，具有能耐受從外部施加的沖擊力的強(qiáng)度的角約束部件無(wú)需以約束層疊體存在移動(dòng)可能性的全部方向的方式配置，能夠減少其個(gè)數(shù)。
[0014]另外，在本發(fā)明的燃料電池組中，優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)抑制部件的剛性形成得比所述角約束部件的剛性低。
[0015]如上所述，旋轉(zhuǎn)抑制部件是用于抑制層疊體以角約束部件為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的情況的部件，是能夠以在從層疊體不發(fā)生氣體泄漏的范圍內(nèi)容許層疊體的旋轉(zhuǎn)的方式變形的部件。因此，在該優(yōu)選的形態(tài)中，使旋轉(zhuǎn)抑制部件的剛性比角約束部件的剛性低，由此能夠減少角約束部件的質(zhì)量或減少截面積。
[0016]另外，在本發(fā)明的燃料電池組中，優(yōu)選的是，當(dāng)所述層疊體旋轉(zhuǎn)而接觸所述旋轉(zhuǎn)抑制部件時(shí)，所述旋轉(zhuǎn)抑制部件變形以容許在所述多個(gè)單電池間不產(chǎn)生氣體泄漏這一程度的錯(cuò)動(dòng)。
[0017]旋轉(zhuǎn)抑制部件容許層疊體的因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的接觸而發(fā)生變形這一情況，其容許的程度設(shè)為在層疊體的單電池間不產(chǎn)生氣體泄漏的程度，由此能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)抑制部件的質(zhì)量減少、截面積減少，并防止氣體泄漏。
[0018]另外，在本發(fā)明的燃料電池組中，優(yōu)選的是，所述角約束部件沿著所述層疊體的第一側(cè)面的兩端設(shè)置，所述第一側(cè)面沿著所述第一方向，所述旋轉(zhuǎn)抑制部件沿著所述層疊體的與所述第一側(cè)面相向的第二側(cè)面設(shè)置。
[0019]在該優(yōu)選的形態(tài)中，角約束部件沿著第一側(cè)面的兩端設(shè)置，因此當(dāng)施加來(lái)自外部的沖擊力時(shí)，層疊體以配置角約束部件的第一側(cè)面的任一邊為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)沿著與第一側(cè)面相向的第二側(cè)面設(shè)置旋轉(zhuǎn)抑制部件，能夠可靠地抑制層疊體的旋轉(zhuǎn)。
[0020]另外，在本發(fā)明的燃料電池組中，優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)抑制部件以相對(duì)于所述第二側(cè)面的沿著所述第一方向的中心線均等地相向的方式設(shè)置一個(gè)或二個(gè)以上。
[0021]在該優(yōu)選的形態(tài)中，將旋轉(zhuǎn)抑制部件以相對(duì)于第二側(cè)面的中心線均等地相向的方式設(shè)置，因此即使層疊體以任一個(gè)角約束部件為中心旋轉(zhuǎn)，也能夠可靠地抑制層疊體的旋轉(zhuǎn)。
[0022]另外，在本發(fā)明的燃料電池組中，優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)抑制部件大致沿著所述中心線僅設(shè)置一個(gè)。
[0023]在該優(yōu)選的形態(tài)中，將旋轉(zhuǎn)抑制部件大致沿著中心線設(shè)置，由此即使僅設(shè)置I個(gè)旋轉(zhuǎn)抑制部件，也能夠以相對(duì)于第二側(cè)面的中心線均等地相向的方式配置，即使層疊體以任一個(gè)角約束部件為中心旋轉(zhuǎn)，也能夠可靠地抑制層疊體的旋轉(zhuǎn)。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種實(shí)現(xiàn)低成本化且以體型、質(zhì)量減小的方式構(gòu)成并能夠抑制引起單電池相互的氣體泄漏那樣的位置錯(cuò)動(dòng)的燃料電池組。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式即燃料電池組的截面的剖視圖。
[0027]圖2是表示圖1所示的燃料電池組的變形例的剖視圖。
[0028]圖3是將圖1及圖2的A部放大表示的圖。
[0029]圖4是在圖1中用于說(shuō)明保持層疊體的狀態(tài)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。為了便于理解說(shuō)明，在各附圖中，對(duì)于同一構(gòu)成要素盡可能標(biāo)注同一附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0031]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式即燃料電池組10的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1是表示在整體呈大致長(zhǎng)方體形狀的燃料電池組10的大致中央附近沿著呈平板狀的單電池20的截面的圖。燃料電池組10具備多個(gè)單電池20、殼體3、電壓監(jiān)視單元40。另外，在圖1中，定義在沿著紙面的平面上相互正交的X軸及I軸，并定義沿著與紙面正交的方向的z軸。在以下的說(shuō)明中，適當(dāng)使用該X軸(X軸方向、第二方向)、y軸(y軸方向)、z軸(z軸方向、第一方向)。
[0032]單電池20通過(guò)在具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜的兩面分別利用隔板夾持將陽(yáng)極及陰極接合而成的膜電極接合體來(lái)構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，作為電解質(zhì)膜，使用了固體高分子膜。作為電解質(zhì)，使用了固體氧化物等其他電解質(zhì)。另外，燃料電池組10中的膜電極接合體的層疊數(shù)可以根據(jù)燃料電池組10要求的輸出而任意設(shè)定。多個(gè)單電池20沿著Z軸方向?qū)盈B，構(gòu)成層疊體2。因此，z軸方向也是多個(gè)單電池20的層疊方向(第一方向)。
[0033]殼體3具備凹狀部分30和板31。殼體3通過(guò)利用板31將凹狀部分30的開(kāi)口部分閉塞而構(gòu)成。殼體3是用于收容將多個(gè)單電池20層疊而成的層疊體2、電壓監(jiān)視單元40及其他輔機(jī)(圖中未明示)的容器。殼體3具有沿著大致呈長(zhǎng)方形截面的單電池20的一方的長(zhǎng)邊的第一面301 (凹狀部分30的底面所形成的面)和與第一面301相向的第二面302 (板31所形成的面)。
[0034]在第一面301的沿著z軸方向的一邊形成有角約束部件303，在第一面301的沿著z軸方向的另一邊形成有角約束部件304。角約束部件303作為呈大致三角形截面的棒狀部分而與凹狀部分30 —體地形成。角約束部件304作為呈大致四邊形截面的棒狀部分而與凹狀部分30 —體地形成。角約束部件303及角約束部件304由能耐受來(lái)自外部的沖擊力的剛性構(gòu)成。能耐受來(lái)自外部的沖擊的剛性是在從與單電池20的層疊方向垂直的方向施加了沖擊力時(shí)即使由于層疊體2的在殼體3內(nèi)的移動(dòng)、單電池20的位置錯(cuò)動(dòng)而層疊體2直接碰撞于角約束部件303也不會(huì)變形的剛性。在此所說(shuō)的直接碰撞是在施加了沖擊力時(shí)層疊體2首先與該部件(本段落記載的情況下是角約束部件303)碰撞。
[0035]在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)抑制部件305構(gòu)成為將用于從層疊體2的層疊方向兩端側(cè)按壓多個(gè)單電池20的殼體3的相向的壁連結(jié)的張力軸。該張力軸即旋轉(zhuǎn)抑制部件305具備若直接施加沖擊力則彎曲但也能夠發(fā)揮將殼體3的相向的壁連結(jié)的功能的程度的強(qiáng)度。具體而言，旋轉(zhuǎn)抑制部件305的剛性是當(dāng)從與單電池20的層疊方向垂直的方向施加了沖擊力時(shí)由于層疊體2的在殼體3內(nèi)的移動(dòng)、單電池20的位置錯(cuò)動(dòng)而層疊體2直接碰撞于旋轉(zhuǎn)抑制部件305的情況下發(fā)生變形的程度的剛性。鑒于旋轉(zhuǎn)抑制部件305的作用，無(wú)需將旋轉(zhuǎn)抑制部件305的剛性提高至連層疊體2直接碰撞時(shí)都不變形的程度。但是，在層疊體2直接碰撞于角約束部件303之后第二次發(fā)生了碰撞的情況下，旋轉(zhuǎn)抑制部件305需要具有不變形的程度的剛性。
[0036]圖4表示用于說(shuō)明層疊體2由殼體3保持的狀態(tài)的圖。如圖4所示，層疊體2由殼體3的一對(duì)壁3a和壁3b按壓保持。壁3a與壁3b由作為張力軸的旋轉(zhuǎn)抑制部件305連結(jié)。層疊體2由壁3a和壁3b按壓保持，因此成為與壁3a及壁3b以外不接觸而浮起的狀態(tài)。這樣一來(lái)，層疊體2即使在僅與壁3a及壁3b接觸而浮起的狀態(tài)下，也被按壓保持，因此能夠抑制通常使用的單電池20相互錯(cuò)動(dòng)，也沒(méi)有氣體泄漏的可能性。