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公開番号2025109052
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002741
出願日2024-01-11
発明の名称燃料電池
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 8/2484 20160101AFI20250716BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池の体積増大を抑制しつつ、セル面圧を均一化する。
【解決手段】燃料電池は、長手方向及び短手方向を有する複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体であって、長手方向に沿う長手方向端面と、短手方向に沿う短手方向端面とを有する燃料電池積層体と、燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、燃料電池積層体の外側でエンドプレートを互いに近接する方向に締め付けて燃料電池積層体及びエンドプレートを保持する複数のタイロッドと、燃料電池積層体の長手方向端面に取り付けられ、燃料電池積層体にガスを供給する外部マニホールドと、を備える。外部マニホールドは、短手方向においてタイロッドと燃料電池積層体の長手方向端面との間に配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
長手方向及び短手方向を有する複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体であって、前記長手方向に沿う長手方向端面と、前記短手方向に沿う短手方向端面とを有する燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体の外側で前記エンドプレートを互いに近接する方向に締め付けて前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートを保持する複数のタイロッドと、
前記燃料電池積層体の前記長手方向端面に取り付けられ、前記燃料電池積層体にガスを供給する外部マニホールドと、を備え、
前記外部マニホールドは、前記短手方向において前記タイロッドと前記燃料電池積層体の前記長手方向端面との間に配置される、燃料電池。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記タイロッドは、前記積層方向に沿って見たときに、前記燃料電池積層体の中心点を中心とした円の周上に等間隔に配置される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記外部マニホールドは、前記長手方向において隣り合う２つの前記タイロッドの間から、前記タイロッドと前記燃料電池積層体の前記長手方向端面との間に斜め方向にスライドさせて挿入することで、前記燃料電池積層体の前記長手方向端面に取り付け可能に構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記外部マニホールドは、外部配管と接続される接続管を有し、
前記接続管は、前記長手方向において前記外部マニホールドの中央部に配置され、
前記外部マニホールドの厚みは、前記タイロッドと前記燃料電池積層体の前記長手方向端面との間の距離の半分以下である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記エンドプレートは、前記燃料電池積層体と接触する内側エンドプレートと、前記積層方向において前記内側エンドプレートよりも外側に配置された外側エンドプレートと、前記内側エンドプレートと前記外側エンドプレートとの間に配置された中央エンドプレートと、を有し、
前記内側エンドプレートは、前記内側エンドプレートの四隅に形成された４つの凹部を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記内側エンドプレートは、前記燃料電池積層体と接触する内側面と、前記積層方向において前記内側面とは反対側に位置する外側面と、を含み、
前記凹部は、前記内側エンドプレートの前記外側面に形成される、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、
前記燃料電池積層体の外側で前記エンドプレートを互いに近接する方向に締め付けて前記燃料電池積層体及び前記エンドプレートを保持する複数のタイロッドと、を備え、
前記エンドプレートは、前記燃料電池積層体と接触する内側エンドプレートと、前記積層方向において前記内側エンドプレートよりも外側に配置された外側エンドプレートと、前記内側エンドプレートと前記外側エンドプレートとの間に配置された中央エンドプレートと、を有し、
前記内側エンドプレートは、前記内側エンドプレートの四隅に形成された４つの凹部を含む、燃料電池。
【請求項８】
前記内側エンドプレートは、前記燃料電池積層体と接触する内側面と、前記積層方向におい前記内側面とは反対側に位置する外側面と、を含み、
前記凹部は、前記内側エンドプレートの前記外側面に形成される、請求項７に記載の燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、燃料電池に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスが供給されることにより発電を行う発電装置である。とりわけ、燃料電池を構成する燃料電池単位セルの電解質としてプロトン導電性のイオン交換膜を適用する固定高分子型燃料電池が知られている。このような燃料電池は、複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体と、燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、を備える。燃料電池積層体及びエンドプレートは、複数のタイロッドにより燃料電池積層体の外側でエンドプレートを互いに近接する方向に締め付けられることによって保持される。
【０００３】
とりわけモビリティ用途の燃料電池では、燃料電池の高出力密度化が重要である。このため、燃料電池の性能を向上させつつ、燃料電池の体積を減少させる方法が模索されている。性能向上化の観点からは、燃料電池積層体の燃料電池単位セルの接触抵抗を低減するため、タイロッドによる締付圧を増大させる開発が進められている。外部マニホールドの設置スペースを考慮してエンドプレートの四方に４つのタイロッドが配置されているが、締付圧が増大するにつれてエンドプレートが四方に撓む。このため、燃料電池単位セルに掛かる面圧（セル面圧）が不均一化し、場合によっては、燃料電池単位セルが破損するおそれがある。
【０００４】
モビリティ用途の燃料電池には、積載スペースに限りがあり、特に高さの制約がある。このため、燃料電池単位セルとして、長手方向及び短手方向を有する長方形型の燃料電池単位セルが用いられる場合がある。この場合、上記のように４つのタイロッドによる締付圧を増大させると、エンドプレートの長手方向における撓みが特に大きくなる。この問題に対処するため、エンドプレートの厚みを増大させ、剛性を高める方法が考えられるが、この場合、燃料電池の体積が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－１９９８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、燃料電池の体積増大を抑制しつつ、セル面圧を均一化できる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態による燃料電池は、長手方向及び短手方向を有する複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体であって、長手方向に沿う長手方向端面と、短手方向に沿う短手方向端面とを有する燃料電池積層体と、燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、燃料電池積層体の外側でエンドプレートを互いに近接する方向に締め付けて燃料電池積層体及びエンドプレートを保持する複数のタイロッドと、燃料電池積層体の長手方向端面に取り付けられ、燃料電池積層体にガスを供給する外部マニホールドと、を備える。外部マニホールドは、短手方向においてタイロッドと燃料電池積層体の長手方向端面との間に配置される。
【０００８】
また、実施の形態による燃料電池は、複数の燃料電池単位セルが積層して構成された燃料電池積層体と、燃料電池積層体を積層方向から挟持するように配置された一対のエンドプレートと、燃料電池積層体の外側でエンドプレートを互いに近接する方向に締め付けて燃料電池積層体及びエンドプレートを保持する複数のタイロッドと、を備える。エンドプレートは、燃料電池積層体と接触する内側エンドプレートと、積層方向において内側エンドプレートよりも外側に配置された外側エンドプレートと、内側エンドプレートと外側エンドプレートとの間に配置された中央エンドプレートと、を有する。内側エンドプレートは、内側エンドプレートの四隅に形成された４つの凹部を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池の体積増大を抑制しつつ、セル面圧を均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施の形態による燃料電池を示す斜視図である。
図２は、図１から外部マニホールドを取り外した状態を示す斜視図である。
図３は、図２の燃料電池単位セルを示す分解斜視図である。
図４は、図２のＸＺ断面図である。
図５は、図１の上面図である。
図６は、図５の外部マニホールドを取り付ける様子を示す上面断面図である。
図７は、図５の外部マニホールドを取り付ける様子を示す上面断面図である。
図８は、図５の外部マニホールドを取り付ける様子を示す上面断面図である。
図９は、図２の内側エンドプレートを示す斜視図である。
図１０は、一般的な燃料電池を模式的に示す上面図である。
図１１は、比較例による内側エンドプレートを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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