JP6504468B2 - 着脱補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の単セルを検査装置に着脱する作業を補助する着脱補助装置に関する。

燃料ガスと酸化ガスとの供給を受け、電力を発生させる燃料電池の開発が進められている。大きな電力を発生させるため、複数の単セルを直列に接続して構成したセルスタックを用いることが一般的となっている。

このような燃料電池では、車両等に搭載される前に、その発電性能の検査を行うことが好ましい。特許文献１には、各単セルに燃料ガス及び酸化ガスを供給して発電させ、その発電性能を検査する検査装置が記載されている。

当該検査装置は、互いに所定間隔を隔てて直線状に配列された複数の中間板を備えている。各中間板は、各単セルに燃料ガスや酸化ガスを供給する流路となる貫通孔が多数形成されている。各単セルは、隣接する２枚の中間板の間に装着される。複数の単セルを、中間板によって隔てて独立して配置することにより、各単セルの発電性能を一括して検査することが可能になる。

特開２０１４−２２９５７８号公報

特許文献１記載の検査装置では、燃料ガスや酸化ガスの漏出を防止する必要がある。このため、各単セルを中間板に対して適切な位置関係で配置するなど、検査装置への各単セルの装着には高い精度が要求される。また、各単セルを検査装置から取り外す際は、中間板等と干渉して損傷することがないように各単セルを移動させる必要がある。このような要求を満足するように複数の単セルを検査装置に着脱する作業は、作業者にとって大きな負荷となっていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検査装置に対する複数の単セルの着脱作業の負荷を軽減することが可能な着脱補助装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の単セルを検査装置に着脱する作業を補助する着脱補助装置であって、複数の単セルを着脱自在に保持する保持具と、保持具を昇降させる昇降装置と、を備える。保持具は、複数の単セルを互いに所定間隔を隔てて直線状に配列させた状態で保持する。

この構成によれば、作業者は、保持具に複数の単セルを保持させるとともに、当該保持具を昇降装置によって昇降させることにより、検査装置に対する複数の単セルの着脱作業を一括して行うことが可能になる。この結果、検査装置に対する複数の単セルの着脱作業の負荷を軽減することが可能になる。

本発明によれば、検査装置に対する複数の単セルの着脱作業の負荷を軽減することが可能な着脱補助装置を提供することができる。

実施形態に係る着脱補助装置及び検査装置の斜視図である。 図１の着脱補助装置及び検査装置の側面図である。 図１の単セルの正面図である。 図１の検査装置の模式図である。 図１の中間板及び単セルの正面図である。 図１の中間板及び単セルの斜視図である。 図１のアームの側面図である。 図１の昇降装置の正面図である。 図１のＩＸ部の拡大図である。 図１の昇降装置の平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１乃至図３を参照しながら、実施形態に係る着脱補助装置１の構成について説明する。図１は、着脱補助装置１及び検査装置１００の斜視図である。図２は、着脱補助装置１及び検査装置１００の側面図である。図３は、図１の単セル８の正面図である。着脱補助装置１は、複数の単セル８を検査装置１００に着脱する作業を補助する装置である。着脱補助装置１は、昇降装置２と、保持具７と、を備えている。

昇降装置２は、保持具７を昇降させる装置である。昇降装置２は、基台３と、第１調整板４１と、第２調整板４２と、昇降板５と、ばね機構６と、を備えている。

基台３は、不図示の脚部によって工場等の床面に対して固定される部材である。基台３は、鉛直方向及び水平方向に延びる取付面３１１を有している。

尚、本明細書では、理解を容易にするため、図１に示されるように、水平方向であって取付面３１１が延びる方向をＸ方向とし、鉛直上方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする直交座標を用いて説明する。図２以降においても、当該直交座標と対応する座標が示される。

Ｘ方向における取付面３１１の端部の近傍には、−Ｙ方向に突出する突出板３２が形成されている。突出板３２には、Ｘ方向に貫通する不図示の貫通孔が形成されている。当該貫通孔は、その内側面に雌ねじが形成されている。当該雌ねじは、調整ボルト３３に形成されている雄ねじと螺合している。

第１調整板４１は、その外形が基台３の外形よりも小さい板形状を呈している。第１調整板４１は、取付面３１１の略中央に取り付けられている。第１調整板４１の四隅は、ねじ４１３ａ〜４１３ｄによって取付面３１１に対して締結されている。

第１調整板４１の正面４１１には、一対のレール４１２，４１２が設けられている。レール４１２，４１２は、鉛直方向に間隔を空けて互いに対向するとともに、Ｘ方向に延びている。レール４１２の断面形状は、略Ｌ字形状を呈している。

また、Ｘ方向における正面４１１の端部の近傍には、−Ｙ方向に突出する突出板４１５が形成されている。突出板４１５は、基台３に形成されている突出板３２とＸ方向に対向するように配置されており、調整ボルト３３の先端が当接している。

第２調整板４２は、その外形が第１調整板４１の外形よりも小さい板形状を呈している。第２調整板４２は、第１調整板４１の略中央に取り付けられている。詳細には、第２調整板４２は、一対のレール４１２，４１２間に配置されている。また、第２調整板４２は、Ｘ方向を長手方向とする複数の長孔４２２が形成されている。第２調整板４２は、この長孔４２２を挿通するねじ４２３によって第１調整板４１に対して締結されている。第２調整板４２は、レール４１２，４１２に案内されてＸ方向に移動可能となるように配置されている。これにより、第２調整板４２は、長孔４２２が延びる範囲で、第１調整板４１に対する位置関係を調整可能である。

また、第２調整板４２の正面４２１には、一対のレール４２４，４２４が設けられている。レール４２４，４２４は、Ｘ方向に間隔を空けて互いに対向するとともに、鉛直方向に延びている。

昇降板５は、レール４２４，４２４を跨ぐように配置された板状体である。昇降板５は、レール４２４，４２４に案内されて鉛直方向に移動可能に構成されている。図２に示されるように、昇降板５は、Ｙ方向に突出するとともに基台３、第１調整板４１、及び第２調整板４２を貫通する突出部５３が形成されている。

昇降板５の正面５１には、一対のアーム５２，５２が設けられている。アーム５２，５２は、正面５１から−Ｙ方向に突出するように設けられている。また、アーム５２，５２は、Ｘ方向に間隔を空けて互いに対向している。

ばね機構６は、図２に示されるように、基台３の背面３１２に取り付けられている。ばね機構６は、定荷重ばね６１と、ワイヤ６２と、を有している。定荷重ばね６１は、矢印Ｒ１で示されるように、軸６１ａを中心とする一定のモーメントを発生させている。定荷重ばね６１は、ワイヤ６２を介して昇降板５の突出部５３と接続されている。これにより、突出部５３には、矢印Ａ３で示されるように、上方向に一定の力が付加される。

保持具７は、複数（例えば２０枚）の単セル８を着脱自在に保持する器具である。単セル８は、例えば幅３００ｍｍ程度、高さ２００ｍｍ程度、厚さ１．５ｍｍ程度の板形状を呈し、その厚さ方向に積層されることでセルスタックを構成する発電体である。保持具７の下面には、複数の保持部７１が形成されている。また、保持具７の上部には、隙間であるアーム挿入部７２が形成されている。

図３に示されるように、単セル８の上端部には、孔８１，８１が形成されている。保持部７１は、各単セル８の上端部を保持する。詳細には、保持具７は、各保持部７１に設けられている不図示の突起を、孔８１，８１に挿入することによって各単セル８を保持する。複数の単セル８は、互いに所定間隔を隔てて直線状に配列された状態で保持具７によって保持される。

次に、図４乃至図６を参照しながら検査装置１００について説明する。図４は、図１の検査装置１００の正面図である。図５は、図１の中間板１１０及び単セル８の正面図である。図６は、図１の中間板１１０及び単セル８の斜視図である。

検査装置１００は、複数の単セル８の発電性能を検査する装置である。検査装置１００は、複数の中間板１１０と、絶縁インシュレータ１２１，１２２と、エンドプレート１３１，１３２と、測定部１４０と、燃料ガス供給部１５１と、酸化ガス供給部１５２と、循環流路１６１と、を有している。

中間板１１０は、導電性材料によって形成された板状部材である。図５に示されるように、中間板１１０は、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１１，１１２，１１３，１１４が形成されている。後述するように、貫通孔１１１，１１２，１１３，１１４は、検査装置１００において燃料ガスや酸化ガスを流す流路を構成する。これらの流路は、検査装置１００に装着された単セル８の複数の接続口と接続されるように構成されている。

また、中間板１１０は、その内部に通水路１１５が形成されている。通水路１１５は、冷却水を入口１１５ａから流入させ、出口１１５ｂから排出することができるように形成されている。

また、中間板１１０の上端部には、切り欠き１１６，１１６が形成されている。図５及び図６に示されるように、検査装置１００に装着された単セル８は、その孔８１，８１が中間板１１０の切り欠き１１６，１１６から露出するように配置される。

複数の中間板１１０は、互いに所定間隔を隔てて直線状に配列されている。両端に位置する中間板１１０，１１０の外方には、エンドプレート１３１，１３２が配置されている。エンドプレート１３１，１３２は、金属材料によって形成された板状体である。また、中間板１１０，１１０と、エンドプレート１３１，１３２との間には、絶縁インシュレータ１２１，１２２が配置されている。絶縁インシュレータ１２１，１２２は、中間板１１０とエンドプレート１３１，１３２との間の絶縁を確保する絶縁部材である。

各単セル８、各中間板１１０、絶縁インシュレータ１２１，１２２、及びエンドプレート１３１，１３２には、不図示の貫通孔が形成されている。各貫通孔は、中間板１１０の配列方向に見たときに、各中心が一致するように形成されている。各貫通孔には不図示のシャフトが挿通されるとともに、当該シャフトの両端部がナット等の締結具と締結する。当該締結により、単セル８及び中間板１１０を圧縮し、互いに密着させることができる。単セル８が圧縮されると、電気化学反応においてアノードとカソードとの間でプロトンを確実に移動させるとともに、当該プロトンの移動距離を小さくし、発電効率を高めることができる。

測定部１４０は、各単セル８の特性（例えば、出力電圧、出力電流、抵抗、又は温度など）を測定する機能部である。測定部１４０は、ケーブル１４１によって各中間板１１０と接続されている。

燃料ガス供給部１５１は、各単セル８に燃料ガスを供給する機能部である。燃料ガス供給部１５１は、例えば、水素ガスを貯蔵する水素タンク、及び、当該水素を圧送するポンプである。

酸化ガス供給部１５２は、各単セル８に酸化ガスを供給する機能部である。酸化ガス供給部１５２は、例えば、空気を圧送するポンプである。すなわち、各単セル８は空気中に含まれる酸素を用いて発電を行う。

循環流路１６１は、中間板１１０の通水路１１５に冷却水を循環させる流路である。循環流路１６１は、通水路１１５の入口１１５ａ及び出口１１５ｂと接続されている。循環流路１６１には、ポンプ１６２及びラジエータ１６３が配置されている。

検査装置１００による検査実施時、燃料ガス供給部１５１から供給される燃料ガスは、中間板１１０の貫通孔１１１を介して各単セル８に流れ込む。同様に、酸化ガス供給部１５２から供給される酸化ガスは、中間板１１０の貫通孔１１２を介して各単セル８に流れ込む。

燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けた各単セル８では、アノードでは、（１）式の酸化反応が生じる。また、各単セル８のカソードでは、（２）式の還元反応が生じる。単セル８全体としては（３）式の電気化学反応が生じる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

各単セル８における電気化学反応に用いられなかった残余の燃料ガスは、中間板１１０の貫通孔１１４を介して各単セル８から排出される。同様に、各単セル８における電気化学反応に用いられなかった残余の酸化ガスは、中間板１１０の貫通孔１１３を介して各単セル８から排出される。

各単セル８は、電気化学反応に伴って生じる熱によって高温になる。ポンプ１６２が駆動することにより、冷却水が循環流路１６１を流れ、各中間板１１０の通水路１１５に供給される。これにより、当該中間板１１０と当接している単セル８と、通水路１１５を流れる冷却水との間で熱交換を行わせることができる。冷却水が単セル８から奪った熱は、冷却水がラジエータ１６３を通過する際に外部に放出される。この結果、単セル８を冷却して適切な温度に維持することが可能になる。

測定部１４０は、ケーブル１４１を介して各中間板１１０から収取した情報に基づいて、電気化学反応を生じさせている各単セル８の特性を測定する。測定部１４０は、複数の単セル８の特性を一括して測定することができる。

次に、再び図１及び図２を参照しながら、このような検査装置１００への複数の単セル８の着脱作業について説明する。

検査装置１００に複数の単セル８を装着する際、作業者は、まず保持具７に複数の単セル８を保持させるとともに、当該保持具７を矢印Ａ１で示されるように移動させて昇降装置２に支持させる。前述したように、昇降板５の突出部５３には、ばね機構６によって上方向に一定の力が付加されている。当該力が付加されることにより、昇降板５は、アーム５２，５２によって保持具７を支持した状態で静止することができる。

作業者は、アーム５２，５２によって支持されている保持具７を下方に押すことにより、図２に矢印Ａ２で示されるように、保持具７とともに複数の単セル８を下方に移動させることができる。このとき作業者が保持具７を押す力は軽微なものである。複数の単セル８は、互いの間隔を維持したまま下方に移動する。

保持具７とともに下方に移動した複数の単セル８は、隣接する中間板１１０，１１０間に同時に進入する。当該進入後、保持具７の各保持部７１に設けられている突起を、各単セル８の孔８１，８１から排出し、保持具７による各単セル８の保持を解除する。

次に、作業者は、アーム５２，５２によって支持されている保持具７の下面を押すことにより、保持具７を上方に移動させる。これにより、検査装置１００への各単セル８の装着作業が完了する。

一方、検査装置１００による検査を終え、複数の単セル８を検査装置１００から取り外す際は、作業者は、まず、アーム５２，５２によって支持されている保持具７を下方に押すことにより、各単セル８の上端部に保持具７を配置する。

次に、作業者は、保持具７の各保持部７１に設けられている突起を、孔８１，８１に挿入させることで、保持具７に複数の単セル８を保持させる。さらに、作業者は、複数の単セル８を保持している保持具７を上方に押すことにより、隣接する中間板１１０，１１０から各単セル８が排出される。これにより、複数の単セル８を検査装置１００から取り外すことができる。

この着脱補助装置１の構成によれば、作業者は、保持具７に複数の単セル８を保持させるとともに、当該保持具７を昇降装置２によって昇降させることにより、検査装置１００に対する複数の単セル８の着脱作業を一括して行うことが可能になる。この結果、検査装置１００に対する複数の単セル８の着脱作業の負荷を軽減することが可能になる。

また、保持具７は、複数の単セル８の一端部を保持する。これにより、検査装置１００に装着した後の各単セル８の保持の解除や、検査装置１００に装着されている各単セル８の保持を容易に行うことが可能になる。

ところで、隣接する中間板１１０，１１０間に各単セル８を適切に配置したり、中間板１１０と過度に干渉させることなく各単セル８を取り出したりするためには、単セル８を保持している保持具７の姿勢を適切なものにする必要がある。これに対し、着脱補助装置１は、アーム５２，５２が基台３に対して成す角度を調整する角度調整機構９ｘ，９ｙ，９ｚを有している。

まず、図７を参照しながら、角度調整機構９ｘについて説明する。図７は、図１のアーム５２の側面図である。図７は、アーム５２周辺の構成のみを示している。角度調整機構９ｘは、アーム５２をＸ軸周りに回転させ、角度調整を行う機構である。

図７に示されるように、アーム５２のＹ方向側端部には切り欠き５２３が形成されている。切り欠き５２３は、昇降板５の正面５１との間に空間を形成している。アーム５２は、当該空間の上方に位置する軸５２１を中心として回転可能に構成されている。

角度調整機構９ｘは、突出部５２２及びシム９１からなる。突出部５２２は、昇降板５の正面５１に向かって突出するように、切り欠き５２３に形成されている。シム９１は、突出部５２２と昇降板５の正面５１との間に着脱自在に配置される板状部材である。正面５１がシム９１を介して突出部５２２を支持することにより、アーム５２は基台３に対して所定の角度を成して静止する。

角度調整機構９ｘは、突出部５２２と正面５１との間に配置するシム９１の数を変更することにより、アーム５２の角度調整を行うことができるように構成されている。具体的には、突出部５２２と正面５１との間に２つのシム９１が配置されている状態（図７（ａ）参照）に対して、１つのシム９１が配置されている状態（図７（ｂ）参照）では、アーム５２は基台３から離れるにしたがって下方に変位するように配置される。

次に、図８を参照しながら、角度調整機構９ｙについて説明する。図８は、図１の昇降装置２の正面図である。角度調整機構９ｙは、アーム５２をＹ軸周り回転させ、角度調整を行う機構である。

角度調整機構９ｙは、ねじ４１３ａ〜４１３ｄと、ねじ孔４１４ａ〜４１４ｄと、突出板３２，４１５と、調整ボルト３３と、からなる。ねじ孔４１４ａ〜４１４ｄは、第１調整板４１の四隅に形成され、第１調整板４１をＹ方向に貫通している。ねじ４１３ａ〜４１３ｄは、このねじ孔４１４ａ〜４１４ｄに挿通されている。図８は、ねじ４１３ａ〜４１３ｄの軸部のみを図示している。

ねじ孔４１４ｂ〜４１４ｄの内径は、ねじ孔４１４ａの内径よりも大きい。このため、ねじ４１３ｂの軸部とねじ孔４１４ｂとの隙間、ねじ４１３ｃの軸部とねじ孔４１４ｃとの隙間、ねじ４１３ｄの軸部とねじ孔４１４ｄとの隙間は、ねじ４１３ａの軸部とねじ孔４１４ａとの隙間よりも大きい。この構成により、第１調整板４１は、ねじ４１３ａやねじ孔４１４ａを中心として所定範囲で回転し、その位置を変更することができる。

例えば、作業者が、図８（ａ）に矢印Ｒ２１で示される方向に調整ボルト３３を回転させると、調整ボルト３３は矢印Ａ４で示される方向に移動する。この結果、調整ボルト３３の先端と当接している突出板４１５が押されて−Ｘ方向に移動する。これにより、第１調整板４１は、ねじ４１３ａ〜４１３ｄの少なくとも１つの軸部がねじ孔４１４ｂ〜４１４ｄの内側面と当接するまで、矢印Ｒ２２で示される方向に回転することができる。

また、作業者が、図８（ｂ）に矢印Ｒ２２で示される方向に調整ボルト３３を回転させると、調整ボルト３３は矢印Ａ５で示される方向に移動する。この結果、調整ボルト３３の先端と当接している突出板４１５がＸ方向に移動する。これにより、第１調整板４１は、ねじ４１３ａ〜４１３ｄの少なくとも１つの軸部がねじ孔４１４ｂ〜４１４ｄの内側面と当接するまで、矢印Ｒ３２で示される方向に回転することができる。

作業者は、第１調整板４１を所定量回転させた後、ねじ４１３ａ〜４１３ｄの締結力を高めることによって第１調整板４１を基台３に対して固定する。このように、角度調整機構９ｙによれば、第１調整板４１の角度を調整することにより、アーム５２，５２の角度調整を行うことができる。

次に、図９及び図１０を参照しながら角度調整機構９ｚについて説明する。図９は、図１のＩＸ部の拡大図である。図１０は、図１の昇降装置２の平面図である。角度調整機構９ｚは、アーム５２をＺ軸周り回転させ、角度調整を行う機構である。

角度調整機構９ｚは、シム９２からなる。シム９２は、金属材料によって形成された板状部材である。図９に示されるように、シム９２は略Ｕ字形状を呈している。

第１調整板４１の隅部は、ワッシャ４１６を介して、ねじ４１３ｂによって基台３に対して締結されている。シム９２は、基台３と第１調整板４１との間で、ねじ４１３ｂの軸部ＡＸの周囲を覆うように配置される。

角度調整機構９ｚは、基台３と第１調整板４１との間に配置するシム９２の数を変更することにより、アーム５２の角度調整を行うことができるように構成されている。図１０（ａ）に示されるように、基台３と第１調整板４１との間にシム９２が配置されていない状態では、第１調整板４１は基台３の取付面３１１に沿うように配置される。一方、図１０（ｂ）に示されるように、基台３と第１調整板４１との間に１つのシム９２が配置されている状態では、第１調整板４１は、基台３の取付面３１１に対して傾斜するように配置される。この結果、アーム５２，５２は、基台３の取付面３１から離れるにしたがってＸ方向に変位するように配置される。基台３と第１調整板４１との間に配置するシム９２の数を増加させるほど、アーム５２，５２の傾斜角も大きくなる。

このように、昇降装置２は、基台３と、保持具７を支持し、基台３に対して鉛直方向に移動するアーム５２，５２と、アーム５２，５２が基台３に対して成す角度を調整する角度調整機構９ｘ，９ｙ，９ｚと、を備える。アーム５２，５２が基台３に対して成す角度を調整することにより、アーム５２，５２によって支持されている保持具７の姿勢を調整することができる。この結果、各単セル８を、検査装置１００に対して適切な位置関係で配置することができる。

また、昇降装置２は、アーム５２，５２と基台３との間に配置された第１調整板４１を備える。角度調整機構９ｙ，９ｚは、基台３に対する第１調整板４１の角度を調整することにより、アーム５２，５２が基台３に対して成す角度を調整するように構成されている。この構成によれば、第１調整板４１の角度を調整することにより、２つのアーム５２の角度調整を一括して行うことが可能になる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。

１：着脱補助装置
２：昇降装置
３：基台
５：昇降板
７：保持具
８：単セル
９ｘ，９ｙ，９ｚ：角度調整機構
４１：第１調整板（調整板）
５２：アーム
１００：検査装置

Claims (2)

1. 複数の燃料電池セルを燃料ガスや酸化ガスを流す流路を構成する貫通孔が形成されている中間板を有する検査装置に着脱する作業を補助する着脱補助装置であって、
   前記複数の燃料電池セルを着脱自在に保持する保持具と、
   前記保持具を昇降させる昇降装置と、を備え、
   前記保持具は、前記複数の燃料電池セルを互いに所定間隔を隔てて直線状に配列させた状態で、前記複数の燃料電池セルの一端部を保持し、
   前記昇降装置は、
   鉛直方向及び水平方向に延びる取付面を有する基台と、
   前記取付面上に設けられて前記保持具を支持し、前記鉛直方向に移動するアームと、
   前記アームが前記取付面に対して成す角度を調整する角度調整機構と、を備えることを特徴とする着脱補助装置。
2. 前記昇降装置は、前記アームと前記取付面との間に配置された調整板を備え、
   前記角度調整機構は、前記取付面に対する前記調整板の角度を調整することにより、前記アームが前記取付面に対して成す角度を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の着脱補助装置。