燃料电池及燃料电池系统的制作方法
【专利说明】燃料电池及燃料电池系统
[0001 ] 本申请主张基于在2014年11月12日提出申请的申请编号2014-229648号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池及燃料电池系统。
【背景技术】
[0003]已知有在将单位电池层叠多个而成的层叠体的两端具备端板的燃料电池。在这样的燃料电池中，提出了在燃料电池壳体内收纳层叠体，在利用一方的端板将开口部堵塞的状态下，利用螺栓将端板固定于燃料电池壳体的结构(JP2013-228192A)。
【发明内容】
[0004]【发明要解决的课题】
[0005]在呈层叠单位电池而成的层叠结构的燃料电池中，为了维持层叠状态并良好地确保单位电池间的接触状态，而沿层叠方向施加压缩载荷。如上所述，在端板通过螺栓固定于燃料电池壳体的结构中，以往，从空间效率的观点出发而采用轴径(标称直径)小的螺栓。向层叠体施加的压缩载荷由将端板与燃料电池壳体连结的螺栓来保持，因此若是轴径小的螺栓的话，则由于与压缩载荷相伴的反力，而存在螺栓的轴伸长(塑性变形)的可能性。当螺栓的轴伸长时，在端板与燃料电池壳体之间产生间隙，无法良好地维持层叠体的压缩状态，向层叠体施加的压缩载荷可能会降低。因此，在呈层叠多个单位电池而成的层叠结构的燃料电池中，希望一种抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低的技术。
[0006]【用于解决课题的方案】
[0007]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式来实现。
[0008](I)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备:层叠体，将多个单位电池层叠而成;端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端;燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部，所述开口部具有具备多个角部的大致多边形形状的外周形状;及多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述多个角部中的至少一个所述角部。
[0009]根据该方式的燃料电池，耐载荷最高的种类的连结件配置在燃料电池壳体的开口部的角部。燃料电池壳体的开口部的角部由于刚性高，因此伴随着向层叠体施加的压缩载荷，在配置于角部的连结件上沿着连结件的轴向作用有大的力(以下，也称为轴力)。耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的角部，因此即使大的轴力作用于连结件，与配置耐载荷低的种类的连结件的情况下相比也能够抑制连结件的轴向的变形(延伸)，能够抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。在同一材料的连结件的情况下，连结件的轴径越大，耐载荷越高。因此，在大的轴力作用于连结件的部位配置耐载荷高的连结件，在其他部位配置耐载荷低(与耐载荷高的连结件相比而言)的连结件，由此能够抑制连结件的配置空间，并高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。作为耐载荷不同的多个种类的连结件，当使用轴径统一而改变材料的强度的连结件时，能够进一步抑制连结件的配置空间。
[0010](2)在上述方式的燃料电池中，可以是，配置所述耐载荷最高的种类的连结件的所述角部是所述层叠体的附近的所述角部。在层叠体的一端配置的端板中，层叠体的附近较大地作用有与向层叠体施加的压缩载荷相伴的反力。因此，在燃料电池壳体的开口部的角部配置的螺栓中的配置于层叠体的附近的角部的螺栓上作用有更大的轴力。因此，当在层叠体的附近的角部(更大的轴力作用的部位)配置耐载荷高的连结件时，能够高效率地抑制作用于端板的反力，能够进一步抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够更好地抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。
[0011](3)在上述方式的燃料电池中，可以是，所述多个种类的连结件是标称直径为M6的螺栓及标称直径为M8的螺栓这两种，所述耐载荷最高的种类的连结件是所述标称直径为M8的螺栓。这样的话，能够抑制连结件的配置空间，同时高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。本说明书中的“标称直径为M?”表示按照“ISO(国际标准化机构)米螺纹”规格的外螺纹的外径尺寸(也称为轴径)。例如，“标称直径为M6”是指外螺纹的外径为大致6mm。
[0012](4)在上述方式燃料电池中，可以是，所述燃料电池具备至少两个所述耐载荷最高的种类的连结件，在用直线将分别配置在两个所述角部的所述耐载荷最高的种类的连结件的轴心连接的情况下，所述直线横穿作为所述单位电池层叠的面的层叠面。通过耐载荷高的连结件进行了连结的部位能抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，因此以将两个耐载荷高的连结件的轴心连接的直线横穿单位电池的层叠面的方式配置耐载荷高的连结件时，与将两个耐载荷高的连结件的轴心连接的直线未横穿单位电池的层叠面的情况下相比，能够更好地抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生。
[0013](5)根据本发明的另一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备上述方式的燃料电池、用于使所述燃料电池工作的辅机、及将所述辅机收容于内部且固定于所述端板的辅机罩，其中，所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述辅机罩内。根据该方式的燃料电池系统，以将至少两个连结件的轴心连接的直线横穿单位电池的层叠面的方式配置的耐载荷最高的种类的连结件被配置在辅机罩内。因此，例如，即使使用者错误地将配置于辅机罩外的连结件拆下，通过耐载荷最高的种类的连结件，也能确保端板与燃料电池壳体的连结状态，因此层叠体的压缩状态被解除的可能性降低。
[0014](6)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备:层叠体，将多个单位电池层叠而成;端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端;燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部;及多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，所述燃料电池壳体的所述开口部具备至少一个与所述开口部的其他部分相比刚性较高的高刚性部，所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述高刚性部。
[0015]根据该燃料电池，耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的高刚性部。伴随着向层叠体施加的压缩载荷，在燃料电池壳体的开口部的高刚性部配置的连结件上沿着连结件的轴向作用有大的轴力。耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的高刚性部，因此即使大的轴力作用于连结件，与配置耐载荷低的种类的连结件的情况下相比也能够抑制连结件的轴向的变形(延伸)，能够抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。在同一材料的连结件的情况下，连结件的轴径越大，耐载荷越高。因此，在大的轴力作用于连结件的部位配置耐载荷高的连结件，在其他部位配置耐载荷低(与耐载荷高的连结件相比而言)的连结件，由此能够抑制连结件的配置空间，同时高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。
[0016](7)在上述方式的燃料电池中，可以是，在所述燃料电池壳体的所述开口部具备多个所述高刚性部的情况下，所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述层叠体的附近的所述高刚性部。在配置于层叠体的一端的端板中，层叠体的附近较大地作用有与向层叠体施加的压缩载荷相伴的反力。因此，在燃料电池壳体的开口部的高刚性部配置的螺栓中的配置于层叠体的附近的高刚性部的螺栓上作用有更大的轴力。因此，当在层叠体的附近的高刚性部(更大的轴力作用的部位)配置耐载荷高的连结件时，能够高效率地抑制作用于端板的反力，能够进一步抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够更好地抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。
[0017]需要说明的是，本发明能够以各种方式实现。例如，能够以搭载有燃料电池系统的移动体等方式实现。
【附图说明】
[0018]图1是用于说明作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。
[0019]图2是表示燃料电池系统的一部分的概略结构的分解立体图。
[0020]图3是表示燃料电池壳体的概略结构的俯视图。
[0021 ]图4是表示前端侧端板的概略结构及螺栓的配置的俯视图。
[0022]【标号说明】
[0023]10...燃料电池系统
[0024]17...栗面
[0025]30...氢供排系统
[0026]31…氢罐
[0027]32…喷射器
[0028]33、34、35、37...配管
[0029]39...截止阀
[0030]40...空气供排系统
[0031]41、42...配管
[0032]43…气流计
[0033]44…空气压缩器
[0034]46…调压阀
[0035]50…冷却系统
[0036]51...配管
[0037]53...冷却水栗
[0038]54...散热器
[0039]60…控制部
[0040]84…外部负载
[0041]100…单位电池
[0042]110…层叠体
[0043]115…燃料电池主体
[0044]120…燃料电池壳体
[0045]121 …开口部
[0046]122 ?129...角部
[0047]131、132、133 …张力轴
[0048]140…氢栗
[0049]150...辅机罩
[0050]160E…集电板[0051 ]160F…集电板
[0052