燃料電池スタック
【課題】、燃料電池スタックにおいて、複数の単セルの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制する。
【解決手段】燃料電池スタック１００は、複数の単セル４０を積層させた積層体と、この積層体において、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向への単セル４０の位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、積層体の積層方向に対して平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、積層体に固定された複数の外部拘束部材６０，７０，８０，９０と、を備える。
【解決手段】燃料電池スタック１００は、複数の単セル４０を積層させた積層体と、この積層体において、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向への単セル４０の位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、積層体の積層方向に対して平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、積層体に固定された複数の外部拘束部材６０，７０，８０，９０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、複数の単セルを積層させた積層体を備える燃料電池スタックがある。
【０００３】
このような燃料電池スタックでは、一般に、単セル間、および、単セル内における接触抵抗を低減したり、燃料電池スタック内を流れる流体（燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水）の漏洩を防止したりするために、単セルの積層方向に締結荷重が加えられ、締結部材によって締結される。
【０００４】
そして、このような燃料電池スタックにおいて、単セルの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わり、この衝撃力によって、単セルが積層方向に対して垂直方向に位置ずれした場合には、燃料電池スタックが破損するおそれがあり得る。そこで、従来、燃料電池スタックに関して、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制する、つまり、複数の単セルを外部拘束するための種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、単セルを構成するセパレート板の四隅に切り欠き部を設け、それぞれの切り欠き部に接するように締め付け用のスタッドを配置して、複数の単セルを外部拘束しつつ、締め付け板を締め付けて燃料電池スタックを構成することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００８０７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０６６１０号公報
【特許文献４】特開２００３−８６２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された技術において、複数のセパレート板や、締め付け板には、製造上の寸法誤差が必然的に生じる。また、複数の単セルを積層する際には、各単セル間の位置ずれも必然的に生じる。また、締め付け板における締め付け用のスタッドの位置は、予め規定されている。したがって、上記特許文献１に記載された燃料電池スタックを製造するためには、上述した寸法誤差や、単セルを積層する際の位置ずれや、組み付け性を考慮して、セパレート板に設けられた切り欠き部と締め付け用のスタッドとの間には、必然的に隙間を設ける必要がある。
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、このような隙間については、何ら考慮されておらず、セパレート板の四隅に設けられた切り欠き部に接するように締め付け用のスタッドを配置して燃料電池スタックを構成することは、現実には困難だった。また、上記特許文献１に記載された技術において、上述した隙間を設けた場合には、各単セルは、その隙間の分だけ位置ずれする可能性が生じ、十分な外部拘束効果が得られない場合が生じ得た。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、複数の単セルの積層方向に対して垂直な方向から衝撃力が加わったときであっても、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］燃料電池スタックであって、複数の単セルを積層させた積層体と、前記積層体において、前記複数の単セルの積層方向に対して垂直方向への前記単セルの位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面に、前記積層方向全体に亘って当接させた状態で、前記積層体に固定された複数の外部拘束部材と、を備える燃料電池スタック。
【００１１】
適用例１の燃料電池スタックでは、複数の外部拘束部材が、上記積層体の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、複数の外部拘束部材と上記積層体との間に隙間がない状態で、上記積層体に固定される。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セルの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００１２】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面には、前記複数の外部拘束部材とそれぞれ嵌合する複数の嵌合凹部が形成されている、燃料電池スタック。
【００１３】
本適用例によって、上記積層体における上記外部拘束部材の位置決めを容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例３］適用例２記載の燃料電池スタックであって、前記嵌合凹部は、前記外部拘束部材が嵌合され、該外部拘束部材に、前記積層体の前記積層方向に対して垂直方向に外力が加えられたときに、該外力が、該外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有する、燃料電池スタック。
【００１５】
本適用例によって、上記積層体に複数の外部拘束部材を固定する際に、１つの外部拘束部材について、一方向に外力を加えることによって、上記嵌合凹部内に外部拘束部材を収めつつ、上記各単セルに複数の外部拘束部材を比較的容易に当接させることができる。
【００１６】
［適用例４］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記積層体は、前記積層方向に対して平行な稜部を有しており、前記外部拘束部材は、前記稜部と嵌合する嵌合凹部を備える、燃料電池スタック。
【００１７】
本適用例によっても、上記積層体における上記外部拘束部材の位置決めを容易に行うことができる。
【００１８】
［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記複数の外部拘束部材は、環状の弾性部材を用いて前記積層体に締め付けられることによって、前記積層体に固定されている、燃料電池スタック。
【００１９】
本適用例によって、複数の外部拘束部材をほぼ均一な力で積層体に固定することができる。なお、上記環状の弾性部材の数は、任意に設定可能である。
【００２０】
［適用例６］適用例５記載の燃料電池スタックであって、さらに、前記環状の弾性部材による前記複数の外部拘束部材の締付力を調整するための調整部を備える、燃料電池スタック。
【００２１】
本適用例によって、上記弾性部材によって上記積層体に複数の外部拘束部材を締め付けるときの利便性を向上させることができる。
【００２２】
［適用例７］適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記外部拘束部材は、金属からなり、前記外部拘束部材と前記積層体との間には、絶縁性部材が介装されている、燃料電池スタック。
【００２３】
本適用例によって、上記外部拘束部材の剛性を確保するとともに、上記外部拘束部材と、複数の単セルとの絶縁を確保することができる。なお、本適用例において、外部拘束部材と積層体との間に絶縁性部材が介装される態様としては、外部拘束部材と積層体との絶縁を確保可能な態様であればよく、外部拘束部材と積層体とによって絶縁性部材を挟持する態様に限られない。例えば、外部拘束部材の表面に絶縁性部材が一体的に形成される態様としてもよいし、積層体の表面に絶縁性部材が一体的に形成される態様としてもよい。
【００２４】
本発明は、上述した種々の特徴を、適宜、組み合わせて構成することもできる。また、本発明は、上述の燃料電池スタックとしての構成の他、燃料電池スタックの製造方法の発明として構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、概ね、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、燃料電池スタック１００における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
【００２６】
燃料電池スタック１００は、図示するように、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の単セル４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。本実施例では、これらは、それぞれ横長の略矩形形状を有しているものとした。積層された複数の単セル４０は、本発明における積層体に相当する。
【００２７】
なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各単セル４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各単セル４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。
【００２８】
エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するために、鋼等の金属によって形成されている。また、絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。また、集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ出力端子３２ａ，３２ｂが設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。
【００２９】
Ａ２．燃料電池スタックの締結構造、および、複数の単セルの外部拘束構造：
燃料電池スタック１００において、複数の単セル４０等は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を防止したりするために、スタック構造の積層方向に所定の締結荷重が加えられた状態で締結されている。また、本実施例の燃料電池スタック１００では、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを防止するために、外部拘束がなされている。以下、本実施例における燃料電池スタック１００の締結構造、および、複数の単セル４０（積層体）の外部拘束構造について説明する。
【００３０】
まず、燃料電池スタック１００の締結構造について説明する。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。図１，２から分かるように、本実施例では、絶縁板２０ａ，２０ｂ、集電板３０ａ，３０ｂ、複数の単セル４０の四隅に、それぞれ矩形形状を有する切り欠き部（例えば、図２（ａ）に示した切り欠き部４５）が形成されている。そして、これらは、エンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅に、それぞれ、四角柱状の締結部材５０を配置して、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えつつ、各締結部材５０の両端部を、ボルト５２によってエンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅にそれぞれ固定することによって締結されている。
【００３１】
なお、各切り欠き部４５と締結部材５０との間には、単セル４０の製造上の寸法誤差や、複数の単セル４０を積層する際の位置ずれや、組み付け性を考慮して、寸法ｄの隙間が設けられている。また、燃料電池スタック１００における上述した締結荷重は、例えば、エンドプレート１０ａと、絶縁板２０ａとの間や、エンドプレート１０ｂと、絶縁板２０ｂとの間にスペーサを挿入し、このスペーサの厚さを調節したり、絶縁板２０ａ，２０ｂの厚さを調節したりすることによって調整可能である。また、締結部材５０の長さは、予め規定されているので、燃料電池スタック１００の積層方向の長さは、上述した締結荷重の大きさに関わらず、一定となる。
【００３２】
次に、複数の単セル４０の外部拘束構造について説明する。図２（ａ），（ｂ）に示したように、本実施例では、積層された複数の単セル４０（積層体）の、図示した上側側面、下側側面、左側側面、右側側面、すなわち、各単セル４０の上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０とそれぞれ嵌合する、三角形の形状を有する嵌合凹部４６，４７，４８，４９が形成されている。
【００３３】
また、図１に示したように、エンドプレート１０ａの上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０の一方の端部を、ボルトによって、それぞれ固定するための矩形形状を有する凹部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されている。また、図２（ａ）に示したように、エンドプレート１０ｂの上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０の他方の端部を、ボルトによって、それぞれ固定するための矩形形状を有する凹部１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂが形成されている。
【００３４】
また、各外部拘束部材６０，７０，８０，９０の両端部を除く部位は、先に説明した三角形の形状を有する各嵌合凹部４６，４７，４８，４９の内側壁と当接して嵌合可能なように、台形の断面形状を有している。また、各外部拘束部材６０，７０，８０，９０の両端部は、エンドプレート１０ａに形成された凹部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ、および、エンドプレート１０ｂに形成された凹部１２ｂ，１３ｂ、１４ｂ、１５ｂに嵌め込み可能なように、矩形の断面形状を有している。
【００３５】
図２（ｃ）に、図２（ｂ）における領域Ｒを拡大して示した。図２（ｃ）に示したように、本実施例では、嵌合凹部４６、および、外部拘束部材６０の嵌合凹部４６は、それぞれ、先に説明した形状を有している。したがって、複数の単セル４０に形成された嵌合凹部４６に外部拘束部材６０を嵌合し、積層体の側面に対して垂直方向に外力Ｆを加えたときには、嵌合凹部４６の内壁面に、力ｆａ，ｆｂが、外力Ｆの方向とは異なる２方向に分散して作用する。説明は省略するが、これは、外部拘束部材７０，８０，９０を、それぞれ、嵌合凹部４７，４８，４９に嵌合する場合についても同様である。こうすることによって、積層された複数の単セル４０に外部拘束部材６０を固定する際に、外部拘束部材６０について、一方向に外力Ｆを加えることによって、上記嵌合凹部内に外部拘束部材６０を収めつつ、複数の単セル４０に外部拘束部材６０，７０，８０，９０を容易に当接させることができる。
【００３６】
なお、締結部材５０、および、外部拘束部材６０，７０，８０，９０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。そして、これらの表面には、絶縁性を有する皮膜がコーティングされている。こうすることによって、締結部材５０、および、外部拘束部材６０，７０，８０，９０と、複数の単セル４０との間の絶縁を確保することができる。
【００３７】
以上説明した第１実施例の燃料電池スタック１００によれば、４つの外部拘束部材６０，７０，８０，９０が、積層された複数の単セル４０の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、４つの外部拘束部材６０，７０，８０，９０と複数の単セル４０との間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタック１００において、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００３８】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００Ａは、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００とほぼ同じ構造を有している。ただし、図３に示したように、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａでは、複数の外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａは、それぞれの両端部がワイヤＷを用いて締め付けられることによって、複数の単セル４０に固定されている。また、ワイヤＷには、ワイヤＷの締付力を調整するための調整器具Ｔａが接続されている。こうすることによって、ワイヤＷの締付力を容易に調整することができる。ワイヤＷ、および、調整器具Ｔａは、それぞれ、本発明における環状の弾性部材、および、調整部に相当する。なお、本実施例では、複数の外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａは、これらの両端部を、ワイヤＷを用いて締め付けることによって、複数の単セル４０に固定されるものとしたが、他の部位にワイヤＷを締め付けるようにしてもよい。
【００３９】
以上説明した第２実施例の燃料電池スタック１００Ａによっても、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを、積層された単セル４０の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａと複数の単セル４０との間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタック１００Ａにおいて、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００４０】
また、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａでは、ワイヤＷによって、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを締め付けているので、これらをほぼ均一の力で複数の単セル４０に固定することができる。
【００４１】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４２】
Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例、および、第２実施例では、複数の単セル４０を積層させた積層体の積層方向に対して平行な面に、嵌合凹部４６，４７，４８，４９を設け、これらの内壁面にそれぞれ外部拘束部材６０，７０，８０，９０、または、外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを当接させて嵌合させるものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００４３】
図４は、変形例１としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。なお、ここでは、複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造についてのみ説明し、燃料電池スタック全体についての詳細な説明は省略する。
【００４４】
図示するように、本変形例では、複数の単セル４０Ｂは、それぞれ、六角形の平面形状を有している。そして、図４（ａ）に示したように、各単セル４０Ｂにおいて、互いに対向する稜部４０Ｂｅ１，４０Ｂｅ２には、それぞれ、稜部４０Ｂｅ１と嵌合する嵌合凹部８０Ｂｄを有する外部拘束部材８０Ｂ、および、稜部４０Ｂｅ２と嵌合する嵌合凹部９０Ｂｄを有する外部拘束部材９０Ｂが当接して配置される（図４（ｂ））。なお、外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂは、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、燃料電池スタックの両端部に配置されたエンドプレートに、図示しないボルトによって固定されるようにしてもよいし、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａと同様に、図示しないワイヤによって固定されるようにしてもよい。
【００４５】
以上説明した変形例１の外部拘束構造によっても、２つの外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂを、外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂと複数の単セル４０Ｂとの間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セル４０Ａの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０Ａの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００４６】
なお、上述した変形例１の燃料電池スタックでは、２つの外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂによって、複数の単セル４０Ｂを外部拘束するものとしたが、これに限られず、例えば、複数の単セル４０Ｂの全ての稜部に、それぞれ、外部拘束部材を当接させるようにしてもよい。また、単セル４０Ｂの平面形状は、六角形に限られず、他の形状としてもよい。
【００４７】
Ｃ２．変形例２：
図５は、変形例２としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。なお、ここでは、複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造についてのみ説明し、燃料電池スタック全体についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
図示するように、本変形例では、複数の単セル４０Ｃは、それぞれ、八角形の平面形状を有している。そして、図５（ａ）に示したように、各単セル４０Ｃにおいて、互いに対向する側面４６Ｃ，４７Ｃ、および、側面４８Ｃ，４９Ｃには、それぞれ、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ、および、外部拘束部材８０Ｃ，９０Ｃが当接して配置される（図５（ｂ））。なお、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃは、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、燃料電池スタックの両端部に配置されたエンドプレートに、図示しないボルトによって固定されるようにしてもよいし、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａと同様に、図示しないワイヤによって固定されるようにしてもよい。
【００４９】
以上説明した変形例２の外部拘束構造によっても、４つの外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃを、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃと複数の単セル４０Ｃとの間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セル４０Ｃの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０Ｃの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００５０】
なお、上述した変形例２の燃料電池スタックでは、４つの外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃによって、複数の単セル４０Ｃを外部拘束するものとしたが、これに限られず、例えば、複数の単セル４０Ｃの全ての側面に、それぞれ、外部拘束部材を当接させるようにしてもよい。また、単セル４０Ｃの平面形状は、八角形に限られず、他の形状としてもよい。
【００５１】
Ｃ３．変形例３：
上記第１実施例、および、第２実施例では、嵌合凹部４６，４７，４８，４９の形状は、三角形であるものとしたが、本発明は、これに限られず、他の形状としてもよい。ただし、嵌合凹部４６，４７，４８，４９は、外部拘束部材６０，７０，８０，９０がそれぞれ嵌合され、外部拘束部材６０，７０，８０，９０に、積層体の積層方向に平行な面に対して垂直方向に外力が加えられたときに、この外力が、外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有するようにすることが好ましい。また、上述した嵌合凹部の数は、４つに限られず、任意に設定可能である。
【００５２】
Ｃ４．変形例４：
上記第１実施例、および、第２実施例では、複数の単セル４０を、予め規定された長さを有する締結部材５０を用いて締結するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、燃料電池スタック１００，１００Ａにおける単セル４０の積層方向の一方の端部に皿バネを配置し、その皿バネの弾性力によって、所定の締結力で複数の単セル４０を締結する締結構造を適用するようにしてもよい。
【００５３】
Ｃ５．変形例５：
上記第１実施例、および、第２実施例では、燃料電池スタックの締結構造、および、複数の単セル４０の外部拘束構造を別個に構成するものとしたが、両者を共通の部材を用いて構成するようにしてもよい。すなわち、例えば、燃料電池スタック１００において、外部拘束部材６０，７０，８０，９０を用いて、燃料電池スタック１００の締結構造を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す斜視図である。
【図４】変形例１としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。
【図５】変形例２としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００，１００Ａ…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１２ｂ，１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ…凹部
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
３２ａ，３２ｂ…出力端子
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…単セル
４５…切り欠き部
４６，４７，４８，４９…嵌合凹部
４０Ｂｅ１，４０Ｂｅ２…稜部
４６Ｃ，４７Ｃ，４８Ｃ，４９Ｃ…側面
５０…締結部材
５２…ボルト
６０，７０，８０，９０…外部拘束部材
６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａ…外部拘束部材
８０Ｂ，９０Ｂ…外部拘束部材
８０Ｂｄ，９０Ｂｄ…嵌合凹部
６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃ…外部拘束部材
Ｗ…ワイヤ
Ｔａ…調整器具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、複数の単セルを積層させた積層体を備える燃料電池スタックがある。
【０００３】
このような燃料電池スタックでは、一般に、単セル間、および、単セル内における接触抵抗を低減したり、燃料電池スタック内を流れる流体（燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水）の漏洩を防止したりするために、単セルの積層方向に締結荷重が加えられ、締結部材によって締結される。
【０００４】
そして、このような燃料電池スタックにおいて、単セルの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わり、この衝撃力によって、単セルが積層方向に対して垂直方向に位置ずれした場合には、燃料電池スタックが破損するおそれがあり得る。そこで、従来、燃料電池スタックに関して、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制する、つまり、複数の単セルを外部拘束するための種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、単セルを構成するセパレート板の四隅に切り欠き部を設け、それぞれの切り欠き部に接するように締め付け用のスタッドを配置して、複数の単セルを外部拘束しつつ、締め付け板を締め付けて燃料電池スタックを構成することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００８０７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０６６１０号公報
【特許文献４】特開２００３−８６２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された技術において、複数のセパレート板や、締め付け板には、製造上の寸法誤差が必然的に生じる。また、複数の単セルを積層する際には、各単セル間の位置ずれも必然的に生じる。また、締め付け板における締め付け用のスタッドの位置は、予め規定されている。したがって、上記特許文献１に記載された燃料電池スタックを製造するためには、上述した寸法誤差や、単セルを積層する際の位置ずれや、組み付け性を考慮して、セパレート板に設けられた切り欠き部と締め付け用のスタッドとの間には、必然的に隙間を設ける必要がある。
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、このような隙間については、何ら考慮されておらず、セパレート板の四隅に設けられた切り欠き部に接するように締め付け用のスタッドを配置して燃料電池スタックを構成することは、現実には困難だった。また、上記特許文献１に記載された技術において、上述した隙間を設けた場合には、各単セルは、その隙間の分だけ位置ずれする可能性が生じ、十分な外部拘束効果が得られない場合が生じ得た。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、複数の単セルの積層方向に対して垂直な方向から衝撃力が加わったときであっても、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］燃料電池スタックであって、複数の単セルを積層させた積層体と、前記積層体において、前記複数の単セルの積層方向に対して垂直方向への前記単セルの位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面に、前記積層方向全体に亘って当接させた状態で、前記積層体に固定された複数の外部拘束部材と、を備える燃料電池スタック。
【００１１】
適用例１の燃料電池スタックでは、複数の外部拘束部材が、上記積層体の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、複数の外部拘束部材と上記積層体との間に隙間がない状態で、上記積層体に固定される。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セルの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セルの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００１２】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面には、前記複数の外部拘束部材とそれぞれ嵌合する複数の嵌合凹部が形成されている、燃料電池スタック。
【００１３】
本適用例によって、上記積層体における上記外部拘束部材の位置決めを容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例３］適用例２記載の燃料電池スタックであって、前記嵌合凹部は、前記外部拘束部材が嵌合され、該外部拘束部材に、前記積層体の前記積層方向に対して垂直方向に外力が加えられたときに、該外力が、該外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有する、燃料電池スタック。
【００１５】
本適用例によって、上記積層体に複数の外部拘束部材を固定する際に、１つの外部拘束部材について、一方向に外力を加えることによって、上記嵌合凹部内に外部拘束部材を収めつつ、上記各単セルに複数の外部拘束部材を比較的容易に当接させることができる。
【００１６】
［適用例４］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記積層体は、前記積層方向に対して平行な稜部を有しており、前記外部拘束部材は、前記稜部と嵌合する嵌合凹部を備える、燃料電池スタック。
【００１７】
本適用例によっても、上記積層体における上記外部拘束部材の位置決めを容易に行うことができる。
【００１８】
［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記複数の外部拘束部材は、環状の弾性部材を用いて前記積層体に締め付けられることによって、前記積層体に固定されている、燃料電池スタック。
【００１９】
本適用例によって、複数の外部拘束部材をほぼ均一な力で積層体に固定することができる。なお、上記環状の弾性部材の数は、任意に設定可能である。
【００２０】
［適用例６］適用例５記載の燃料電池スタックであって、さらに、前記環状の弾性部材による前記複数の外部拘束部材の締付力を調整するための調整部を備える、燃料電池スタック。
【００２１】
本適用例によって、上記弾性部材によって上記積層体に複数の外部拘束部材を締め付けるときの利便性を向上させることができる。
【００２２】
［適用例７］適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記外部拘束部材は、金属からなり、前記外部拘束部材と前記積層体との間には、絶縁性部材が介装されている、燃料電池スタック。
【００２３】
本適用例によって、上記外部拘束部材の剛性を確保するとともに、上記外部拘束部材と、複数の単セルとの絶縁を確保することができる。なお、本適用例において、外部拘束部材と積層体との間に絶縁性部材が介装される態様としては、外部拘束部材と積層体との絶縁を確保可能な態様であればよく、外部拘束部材と積層体とによって絶縁性部材を挟持する態様に限られない。例えば、外部拘束部材の表面に絶縁性部材が一体的に形成される態様としてもよいし、積層体の表面に絶縁性部材が一体的に形成される態様としてもよい。
【００２４】
本発明は、上述した種々の特徴を、適宜、組み合わせて構成することもできる。また、本発明は、上述の燃料電池スタックとしての構成の他、燃料電池スタックの製造方法の発明として構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、概ね、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、燃料電池スタック１００における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
【００２６】
燃料電池スタック１００は、図示するように、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の単セル４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。本実施例では、これらは、それぞれ横長の略矩形形状を有しているものとした。積層された複数の単セル４０は、本発明における積層体に相当する。
【００２７】
なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各単セル４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各単セル４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。
【００２８】
エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するために、鋼等の金属によって形成されている。また、絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。また、集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ出力端子３２ａ，３２ｂが設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。
【００２９】
Ａ２．燃料電池スタックの締結構造、および、複数の単セルの外部拘束構造：
燃料電池スタック１００において、複数の単セル４０等は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を防止したりするために、スタック構造の積層方向に所定の締結荷重が加えられた状態で締結されている。また、本実施例の燃料電池スタック１００では、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを防止するために、外部拘束がなされている。以下、本実施例における燃料電池スタック１００の締結構造、および、複数の単セル４０（積層体）の外部拘束構造について説明する。
【００３０】
まず、燃料電池スタック１００の締結構造について説明する。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。図１，２から分かるように、本実施例では、絶縁板２０ａ，２０ｂ、集電板３０ａ，３０ｂ、複数の単セル４０の四隅に、それぞれ矩形形状を有する切り欠き部（例えば、図２（ａ）に示した切り欠き部４５）が形成されている。そして、これらは、エンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅に、それぞれ、四角柱状の締結部材５０を配置して、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えつつ、各締結部材５０の両端部を、ボルト５２によってエンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅にそれぞれ固定することによって締結されている。
【００３１】
なお、各切り欠き部４５と締結部材５０との間には、単セル４０の製造上の寸法誤差や、複数の単セル４０を積層する際の位置ずれや、組み付け性を考慮して、寸法ｄの隙間が設けられている。また、燃料電池スタック１００における上述した締結荷重は、例えば、エンドプレート１０ａと、絶縁板２０ａとの間や、エンドプレート１０ｂと、絶縁板２０ｂとの間にスペーサを挿入し、このスペーサの厚さを調節したり、絶縁板２０ａ，２０ｂの厚さを調節したりすることによって調整可能である。また、締結部材５０の長さは、予め規定されているので、燃料電池スタック１００の積層方向の長さは、上述した締結荷重の大きさに関わらず、一定となる。
【００３２】
次に、複数の単セル４０の外部拘束構造について説明する。図２（ａ），（ｂ）に示したように、本実施例では、積層された複数の単セル４０（積層体）の、図示した上側側面、下側側面、左側側面、右側側面、すなわち、各単セル４０の上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０とそれぞれ嵌合する、三角形の形状を有する嵌合凹部４６，４７，４８，４９が形成されている。
【００３３】
また、図１に示したように、エンドプレート１０ａの上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０の一方の端部を、ボルトによって、それぞれ固定するための矩形形状を有する凹部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されている。また、図２（ａ）に示したように、エンドプレート１０ｂの上側長辺、下側長辺、左側短辺、右側短辺の中央部には、外部拘束部材６０，７０，８０，９０の他方の端部を、ボルトによって、それぞれ固定するための矩形形状を有する凹部１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂが形成されている。
【００３４】
また、各外部拘束部材６０，７０，８０，９０の両端部を除く部位は、先に説明した三角形の形状を有する各嵌合凹部４６，４７，４８，４９の内側壁と当接して嵌合可能なように、台形の断面形状を有している。また、各外部拘束部材６０，７０，８０，９０の両端部は、エンドプレート１０ａに形成された凹部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ、および、エンドプレート１０ｂに形成された凹部１２ｂ，１３ｂ、１４ｂ、１５ｂに嵌め込み可能なように、矩形の断面形状を有している。
【００３５】
図２（ｃ）に、図２（ｂ）における領域Ｒを拡大して示した。図２（ｃ）に示したように、本実施例では、嵌合凹部４６、および、外部拘束部材６０の嵌合凹部４６は、それぞれ、先に説明した形状を有している。したがって、複数の単セル４０に形成された嵌合凹部４６に外部拘束部材６０を嵌合し、積層体の側面に対して垂直方向に外力Ｆを加えたときには、嵌合凹部４６の内壁面に、力ｆａ，ｆｂが、外力Ｆの方向とは異なる２方向に分散して作用する。説明は省略するが、これは、外部拘束部材７０，８０，９０を、それぞれ、嵌合凹部４７，４８，４９に嵌合する場合についても同様である。こうすることによって、積層された複数の単セル４０に外部拘束部材６０を固定する際に、外部拘束部材６０について、一方向に外力Ｆを加えることによって、上記嵌合凹部内に外部拘束部材６０を収めつつ、複数の単セル４０に外部拘束部材６０，７０，８０，９０を容易に当接させることができる。
【００３６】
なお、締結部材５０、および、外部拘束部材６０，７０，８０，９０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。そして、これらの表面には、絶縁性を有する皮膜がコーティングされている。こうすることによって、締結部材５０、および、外部拘束部材６０，７０，８０，９０と、複数の単セル４０との間の絶縁を確保することができる。
【００３７】
以上説明した第１実施例の燃料電池スタック１００によれば、４つの外部拘束部材６０，７０，８０，９０が、積層された複数の単セル４０の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、４つの外部拘束部材６０，７０，８０，９０と複数の単セル４０との間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタック１００において、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００３８】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００Ａは、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００とほぼ同じ構造を有している。ただし、図３に示したように、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａでは、複数の外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａは、それぞれの両端部がワイヤＷを用いて締め付けられることによって、複数の単セル４０に固定されている。また、ワイヤＷには、ワイヤＷの締付力を調整するための調整器具Ｔａが接続されている。こうすることによって、ワイヤＷの締付力を容易に調整することができる。ワイヤＷ、および、調整器具Ｔａは、それぞれ、本発明における環状の弾性部材、および、調整部に相当する。なお、本実施例では、複数の外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａは、これらの両端部を、ワイヤＷを用いて締め付けることによって、複数の単セル４０に固定されるものとしたが、他の部位にワイヤＷを締め付けるようにしてもよい。
【００３９】
以上説明した第２実施例の燃料電池スタック１００Ａによっても、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを、積層された単セル４０の積層方向に平行な面に、積層方向全体に亘って当接させた状態で、すなわち、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａと複数の単セル４０との間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタック１００Ａにおいて、複数の単セル４０の積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０の積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００４０】
また、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａでは、ワイヤＷによって、４つの外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを締め付けているので、これらをほぼ均一の力で複数の単セル４０に固定することができる。
【００４１】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４２】
Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例、および、第２実施例では、複数の単セル４０を積層させた積層体の積層方向に対して平行な面に、嵌合凹部４６，４７，４８，４９を設け、これらの内壁面にそれぞれ外部拘束部材６０，７０，８０，９０、または、外部拘束部材６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａを当接させて嵌合させるものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００４３】
図４は、変形例１としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。なお、ここでは、複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造についてのみ説明し、燃料電池スタック全体についての詳細な説明は省略する。
【００４４】
図示するように、本変形例では、複数の単セル４０Ｂは、それぞれ、六角形の平面形状を有している。そして、図４（ａ）に示したように、各単セル４０Ｂにおいて、互いに対向する稜部４０Ｂｅ１，４０Ｂｅ２には、それぞれ、稜部４０Ｂｅ１と嵌合する嵌合凹部８０Ｂｄを有する外部拘束部材８０Ｂ、および、稜部４０Ｂｅ２と嵌合する嵌合凹部９０Ｂｄを有する外部拘束部材９０Ｂが当接して配置される（図４（ｂ））。なお、外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂは、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、燃料電池スタックの両端部に配置されたエンドプレートに、図示しないボルトによって固定されるようにしてもよいし、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａと同様に、図示しないワイヤによって固定されるようにしてもよい。
【００４５】
以上説明した変形例１の外部拘束構造によっても、２つの外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂを、外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂと複数の単セル４０Ｂとの間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セル４０Ａの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０Ａの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００４６】
なお、上述した変形例１の燃料電池スタックでは、２つの外部拘束部材８０Ｂ，９０Ｂによって、複数の単セル４０Ｂを外部拘束するものとしたが、これに限られず、例えば、複数の単セル４０Ｂの全ての稜部に、それぞれ、外部拘束部材を当接させるようにしてもよい。また、単セル４０Ｂの平面形状は、六角形に限られず、他の形状としてもよい。
【００４７】
Ｃ２．変形例２：
図５は、変形例２としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。なお、ここでは、複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造についてのみ説明し、燃料電池スタック全体についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
図示するように、本変形例では、複数の単セル４０Ｃは、それぞれ、八角形の平面形状を有している。そして、図５（ａ）に示したように、各単セル４０Ｃにおいて、互いに対向する側面４６Ｃ，４７Ｃ、および、側面４８Ｃ，４９Ｃには、それぞれ、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ、および、外部拘束部材８０Ｃ，９０Ｃが当接して配置される（図５（ｂ））。なお、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃは、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、燃料電池スタックの両端部に配置されたエンドプレートに、図示しないボルトによって固定されるようにしてもよいし、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａと同様に、図示しないワイヤによって固定されるようにしてもよい。
【００４９】
以上説明した変形例２の外部拘束構造によっても、４つの外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃを、外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃと複数の単セル４０Ｃとの間に隙間がない状態で固定することができる。したがって、燃料電池スタックにおいて、複数の単セル４０Ｃの積層方向に対して垂直方向から衝撃力が加わったときであっても、単セル４０Ｃの積層方向に対して垂直方向への位置ずれを抑制することができる。
【００５０】
なお、上述した変形例２の燃料電池スタックでは、４つの外部拘束部材６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃによって、複数の単セル４０Ｃを外部拘束するものとしたが、これに限られず、例えば、複数の単セル４０Ｃの全ての側面に、それぞれ、外部拘束部材を当接させるようにしてもよい。また、単セル４０Ｃの平面形状は、八角形に限られず、他の形状としてもよい。
【００５１】
Ｃ３．変形例３：
上記第１実施例、および、第２実施例では、嵌合凹部４６，４７，４８，４９の形状は、三角形であるものとしたが、本発明は、これに限られず、他の形状としてもよい。ただし、嵌合凹部４６，４７，４８，４９は、外部拘束部材６０，７０，８０，９０がそれぞれ嵌合され、外部拘束部材６０，７０，８０，９０に、積層体の積層方向に平行な面に対して垂直方向に外力が加えられたときに、この外力が、外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有するようにすることが好ましい。また、上述した嵌合凹部の数は、４つに限られず、任意に設定可能である。
【００５２】
Ｃ４．変形例４：
上記第１実施例、および、第２実施例では、複数の単セル４０を、予め規定された長さを有する締結部材５０を用いて締結するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、燃料電池スタック１００，１００Ａにおける単セル４０の積層方向の一方の端部に皿バネを配置し、その皿バネの弾性力によって、所定の締結力で複数の単セル４０を締結する締結構造を適用するようにしてもよい。
【００５３】
Ｃ５．変形例５：
上記第１実施例、および、第２実施例では、燃料電池スタックの締結構造、および、複数の単セル４０の外部拘束構造を別個に構成するものとしたが、両者を共通の部材を用いて構成するようにしてもよい。すなわち、例えば、燃料電池スタック１００において、外部拘束部材６０，７０，８０，９０を用いて、燃料電池スタック１００の締結構造を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す斜視図である。
【図４】変形例１としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｂの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。
【図５】変形例２としての燃料電池スタックにおける複数の単セル４０Ｃの外部拘束構造を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００，１００Ａ…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１２ｂ，１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ…凹部
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
３２ａ，３２ｂ…出力端子
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…単セル
４５…切り欠き部
４６，４７，４８，４９…嵌合凹部
４０Ｂｅ１，４０Ｂｅ２…稜部
４６Ｃ，４７Ｃ，４８Ｃ，４９Ｃ…側面
５０…締結部材
５２…ボルト
６０，７０，８０，９０…外部拘束部材
６０Ａ，７０Ａ，８０Ａ，９０Ａ…外部拘束部材
８０Ｂ，９０Ｂ…外部拘束部材
８０Ｂｄ，９０Ｂｄ…嵌合凹部
６０Ｃ，７０Ｃ，８０Ｃ，９０Ｃ…外部拘束部材
Ｗ…ワイヤ
Ｔａ…調整器具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
複数の単セルを積層させた積層体と、
前記積層体において、前記複数の単セルの積層方向に対して垂直方向への前記単セルの位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面に、前記積層方向全体に亘って当接させた状態で、前記積層体に固定された複数の外部拘束部材と、
を備える燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体の前記積層方向に対して平行な面には、前記複数の外部拘束部材とそれぞれ嵌合する複数の嵌合凹部が形成されている、燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックであって、
前記嵌合凹部は、前記外部拘束部材が嵌合され、該外部拘束部材に、前記積層体の前記積層方向に対して垂直方向に外力が加えられたときに、該外力が、該外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有する、燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体は、前記積層方向に対して平行な稜部を有しており、
前記外部拘束部材は、前記稜部と嵌合する嵌合凹部を備える、燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の外部拘束部材は、環状の弾性部材を用いて前記積層体に締め付けられることによって、前記積層体に固定されている、燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池スタックであって、さらに、
前記線状の弾性部材による前記複数の外部拘束部材の締付力を調整するための調整部を備える、燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記外部拘束部材は、金属からなり、
前記外部拘束部材と前記積層体との間には、絶縁性部材が介装されている、燃料電池スタック。
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
複数の単セルを積層させた積層体と、
前記積層体において、前記複数の単セルの積層方向に対して垂直方向への前記単セルの位置ずれを抑制するための外部拘束部材であって、前記積層体の前記積層方向に対して平行な面に、前記積層方向全体に亘って当接させた状態で、前記積層体に固定された複数の外部拘束部材と、
を備える燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体の前記積層方向に対して平行な面には、前記複数の外部拘束部材とそれぞれ嵌合する複数の嵌合凹部が形成されている、燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックであって、
前記嵌合凹部は、前記外部拘束部材が嵌合され、該外部拘束部材に、前記積層体の前記積層方向に対して垂直方向に外力が加えられたときに、該外力が、該外力の方向とは異なる少なくとも２方向に分散して作用する内壁面を有する、燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体は、前記積層方向に対して平行な稜部を有しており、
前記外部拘束部材は、前記稜部と嵌合する嵌合凹部を備える、燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の外部拘束部材は、環状の弾性部材を用いて前記積層体に締め付けられることによって、前記積層体に固定されている、燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池スタックであって、さらに、
前記線状の弾性部材による前記複数の外部拘束部材の締付力を調整するための調整部を備える、燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記外部拘束部材は、金属からなり、
前記外部拘束部材と前記積層体との間には、絶縁性部材が介装されている、燃料電池スタック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−７０６７４（Ｐ２００９−７０６７４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７６２４（Ｐ２００７−２３７６２４）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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