技術 燃料電池の組み立て方法及び組み立て装置

0001

本発明は、燃料電池の組み立て方法及び組み立て装置に関する。

0002

燃料電池は、複数のセルを積層した積層体がその積層方向の両側のエンドプレートにより圧縮された状態で挟まれ、それらのエンドプレートがテンションプレートによって結合されている。

0003

上述の燃料電池の組み立て方法には、一方のエンドプレートとテンションプレートとを予め固定しておき、積層体に対し圧縮荷重を付与しつつ、その圧縮荷重を測定し、圧縮荷重が所定の値となったときに他方のエンドプレートとテンションプレートを固定する方法が提案されている（特許文献１参照）。

0004

特開２０１０−６１９６５号公報

0005

しかしながら、上述のような燃料電池の組み立て方法では、テンションプレートとエンドプレートに対し、圧縮荷重の反力となる引張荷重が固定後に初めてかかるので、固定後にテンションプレートやエンドプレートが伸びて変形し、積層体が緩んで積層体の圧縮荷重が低下する恐れがある。積層体の圧縮荷重が低下すると、例えば積層体内を通る燃料ガスや酸化ガスが漏れる可能性がある。

0006

本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、固定後のテンションプレートなどの結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制することをその目的とする。

0007

上記目的を達成するための本発明は、燃料電池の組み立て方法であって、一端が第１のエンドプレートに固定された結合部材に所定の引張荷重をかけ、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重をかけた状態で、前記結合部材の他端を第２のエンドプレートに固定する、燃料電池の組み立て方法を含む。

0008

結合部材に引張荷重をかけた状態で第２のエンドプレートに固定するので、固定後の結合部材やエンドプレートの変形が抑制され、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

0009

前記燃料電池の組み立て方法は、前記積層体の圧縮荷重の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与するものであってもよい。

0010

別の観点による本発明は、燃料電池の組み立て装置であって、一端が第１のエンドプレートに固定された結合部材の他端に仮固定され、前記結合部材を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段と、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段と、前記引張荷重が付与された前記結合部材の他端と第２のエンドプレートとを固着する固着手段と、を有し、前記引張荷重付与手段は、前記圧縮荷重付与手段により前記積層体に圧縮荷重を付与した際の反力を利用して前記結合部材に引張荷重を付与する、燃料電池の組み立て装置を含む。

0011

結合部材に引張荷重を付与した状態で結合部材と第２のエンドプレートを固定するので、固定後の結合部材やエンドプレートの変形が抑制され、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

0012

本発明によれば、固定後の結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池のセルの積層体の圧縮荷重の低減を抑制できる。

0013

燃料電池の組み立て装置の側面図である。
燃料電池の組み立て装置の平面図である。
第１のエンドプレートに結合プレートを固定した状態の斜視図である。
積層体と第２のエンドプレートを結合プレート内に設置した状態を示す説明図である。
吊下げ式側面配置積層ガイドの構成を示す説明図である。
積層体を圧縮した状態を示す説明図である。
カシメ機でカシメるときの説明図である。
組み立て後の燃料電池を示す説明図である。
腕部に孔が設けられ、結合プレートにフックが設けられた場合の装置の側面図である。
結合プレートの他の構成を示す説明図である。

0014

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

0015

図１は、本実施の形態における燃料電池の組み立て装置１の構成の概略を示す側面図であり、図２は、燃料電池の組み立て装置１の上面図である。

0016

燃料電池の組み立て装置１は、例えば一端を第１のエンドプレート１０に固定された結合部材としての結合プレート１２の他端に仮固定され、結合プレート１２を引っ張って引張荷重を付与する引張荷重付与手段１３と、燃料電池のセルの積層体に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与手段１４と、引張荷重が付与された結合プレート１２の他端と第２のエンドプレート１１とを固着する固着手段１５（図７に示す）と、を有している。

0017

結合プレート１２は、燃料電池の第１のエンドプレート１０と第２のエンドプレート１１を結合するものである。結合プレート１２は、例えば長方形の板状に形成され、一端１２ａが第１のエンドプレート１０の上部と下部にそれぞれ固定される。図２及び図３に示すように結合プレート１２の一端１２ａには、固定用ピン２０を挿入するための環状部２１が形成されている。環状部２１は、結合プレート１２の幅方向（図２のＡ方向）に間隔を設けて複数配置されている。第１のエンドプレート１０の上下面には、固定用ピン２０を挿入するための環状部２２が形成されている。環状部２１と環状部２２は、互いに干渉しない位置、例えば幅方向に交互に配置されており、固定用ピン２０を環状部２１と環状部２２に挿入することにより、結合プレート１２の一端１２ａを第１のエンドプレート１０に固定できる。これにより、第１のエンドプレート１０の上部と下部から２枚の結合プレート１２が一方向（図２のＢ方向）の水平方向に平行に延設される。結合プレート１２の他端１２ｂには、後述のフック３２が引っ掛けられる孔２３が形成されている。結合プレート１２の材質には、例えば高張力鋼板などが用いられている。

0018

引張荷重付与手段１３は、図１及び図２に示すように例えば方形の基部３０と、基部３０の上部と下部から一方向（Ｂ方向）に延びる複数本の腕部３１を有している。腕部３１は、例えば細長い板状に形成され、先端内側に結合プレート１２の孔２３に引っ掛けるためのフック３２が形成されている。腕部３１は、上下の各結合プレート１２に対しそれぞれ３本ずつ設けられている。基部３０の材質には、例えばアルミ材などが用いられ、腕部３１の材質には、ステンレスなどが用いられる。

0019

圧縮荷重付与手段１４は、例えば引張荷重付与手段１３の基部３０の中央を一方向（Ｂ方向）に貫通し前後移動可能な操作棒５０と、当該操作棒５０の先端に設けられ、第２のエンドプレート１１を押圧する押圧部５１とを有している。例えば押圧部５１は、例えば角柱状に形成され、その長手方向が腕部３１に対し直角の水平方向に向けられている。操作棒５０は、表面にねじが切られ、基部３０のねじ穴と螺合されており、基部３０に対し接合されている。なお、操作棒５０と基部３０の接合は、油圧シリンダ又はサーボプレスアクチュエータ等を用いて行われてもよい。操作棒５０の材質には、例えばクロムモリブデン鋼などが用いられ、押圧部５１の材質には、例えばアルミ材などが用いられている。

0020

固着手段１５は、例えば図７に示すような例えばカシメ機であり、結合プレート１２を厚み方向の外側から内側にカシメて、結合プレート１２を第２のエンドプレート１１に対し固定できる。

0021

次に、上記燃料電池の組み立て装置１を用いた燃料電池の組み立て方法の一例を説明する。先ず、図２及び図３に示したように固定用ピン２０が環状部２１、２２に挿入され、結合プレート１２の一端１２ａが第１のエンドプレート１０に固定される。次に図４に示すように複数のセルの積層体６０と第２のエンドプレート１１が、上下の結合プレート１２の間に設置される。このとき、吊下げ式側面配置積層ガイド７０（支持部）により積層体６０、第１のエンドプレート１０及び第２のエンドプレート１１が一体的に支持される。なお、吊下げ式側面配置積層ガイド７０は、例えば図５に示すように積層体６０の左右に端部を積層方向に貫通し、積層体６０を吊下げるように支持する。

0022

次に、引張荷重付与手段１３が結合プレート１２に取り付けられる。具体的には、引張荷重付与手段１３の腕部３１の先端のフック３２が、結合プレート１２の他端１２ｂにある孔２３に引っ掛けられ、腕部３１が結合プレート１２の他端１２ｂに仮固定される。

0023

次に、図６に示すように圧縮荷重付与手段１４の操作棒５０を移動させ、押圧部５１により第２のエンドプレート１１を積層体６０及び第１のエンドプレート１０側に押圧する。これにより、積層体６０が圧縮され、積層体６０に所定の圧縮荷重が付与される。またこのとき、圧縮荷重の反力により、腕部３１が圧縮方向と逆側に引っ張られ、結合プレート１２に引張荷重が付与される。

0024

次に、図７に示すように積層体６０に圧縮荷重をかけ、結合プレート１２に引張荷重をかけた状態で、固着手段１５により結合プレート１２の他端１２ｂを第２のエンドプレート１１に固着する。このとき、固着手段１５のカシメ機により結合プレート１２の他端１２ｂが内側にカシメられる。

0025

次に、図８に示すように引張荷重付与手段１３、圧縮荷重付与手段１４及び固着手段１５が結合プレート１２から取り外され、燃料電池の組み立て工程が終了する。

0026

本実施の形態によれば、一端１２ａが第１のエンドプレート１０に固定された結合プレート１２に所定の引張荷重をかけ、セルの積層体６０に所定の圧縮荷重をかけた状態で、結合プレート１２の他端１２ｂを第２のエンドプレート１１に固定するので、固定前に予め結合プレートに引張荷重がかけられており、この結果、固定後の結合プレート１２やエンドプレート１０の変形が抑制され、積層体６０の圧縮荷重の低減を抑制できる。また、積層体６０の圧縮荷重の低下を抑えることができるので、積層体６０の圧縮荷重をより設計値に近づけることができ、燃料電池の組み付け荷重の精度確保が容易になる。さらに結合プレート１２やエンドプレートに変形しにくい高価な素材を用いる必要はなく、コストが低減できるとともに、材料選択の自由度を増やすことができる。

0027

また、引張荷重付与手段１３が、圧縮荷重付与手段１４による圧縮荷重付与の際の積層体６０の反力を利用して結合プレート１２に引張荷重を付与するので、装置がシンプルかつスリム化し、装置コストを低減できる。

0028

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0029

例えば上記実施の形態において、引張荷重付与手段１３の腕部３１側にフック３２が設けられ、結合プレート１２側に孔２３が設けられていたが、図９に示すように腕部３１に孔８０が設けられ、結合プレート１２に外側に突出するフック８１が設けられていてもよい。

0030

また、結合プレート１２の他端１２ｂと第２のエンドプレート１１との固着のみをカシメにより行っていたが、結合プレート１２の一端１２ａと第１のエンドプレート１０との固着もカシメにより行ってもよい。かかる場合、結合プレート１２とエンドプレートの固着部分が、よりシンプルな構造となり、コストの低減が図られる。なお、結合プレート１２とエンドプレート１０の固着は、さらに他の方法により行われてもよい。

0031

さらに、結合プレート１２は、他の構成を有するものであってもよく、例えば図１０に示すように抜き打ち部９０を有するものであってもよい。かかる場合、結合プレート１２の軽量化が図られる。

0032

その他、引張荷重付与手段１３は、結合プレート１２に引張荷重を付与できるものであれば、一般的な技術を用いた他の構成を有するものであってもよい。圧縮荷重付与手段１４は、積層体６０に圧縮荷重を付与できるものであれば、一般的な技術を用いた他の構成を有するものであってもよい。固着手段１５は、カシメ機に限られず、ねじやピンなどを用いた他の方法で固着してもよい。

0033

本発明は、結合部材やエンドプレートの変形を抑制し、燃料電池の積層体の圧縮荷重の低減を抑制する際に有用である。

0034

１燃料電池の組み立て装置
１０ 第１のエンドプレート
１１ 第２のエンドプレート
１２結合プレート
１３引張荷重付与手段
１４圧縮荷重付与手段
１５固着手段
２０固定用ピン
６０ 積層体