JP2001143742A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池スタックを車両等に確実に搭載すると
ともに、この燃料電池スタックの積層方向の伸縮に確実
に対応して燃料ガス等の漏れを有効に阻止することを可
能にする。 【解決手段】マウント構造３０は、第１燃料電池スタッ
ク１２の積層方向両端に配設される第１および第２エン
ドプレート１６、２４を備える。第１エンドプレート１
６には、ラバーマウント１８を介して前記第１エンドプ
レート１６を車両の取り付けプレート３１に対し積層方
向に移動可能に保持する可動支持手段１５８ｂが設けら
れる。第２エンドプレート２４には、ラバーマウント１
６８を介して前記第２エンドプレート２４を取り付けプ
レート３１に保持する固定支持手段１５８ａが設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成さ
れる単位燃料電池セルが、セパレータを介して水平方向
に複数個積層される車載用燃料電池スタックに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の
両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を
対設して構成された単位燃料電池セルを、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。この固体高
分子型燃料電池は、通常、単位燃料電池セルおよびセパ
レータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタ
ックとして使用されている。

【０００３】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガ
スは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿され
た電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。そ
の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気
エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化
剤ガス、例えば、酸素含有ガスあるいは空気が供給され
ているために、このカソード側電極において、前記水素
イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成さ
れる。

【０００４】ところで、上記の燃料電池スタックを車両
等に搭載して使用する場合、走行中の振動や発進および
停止の繰り返し等によって前記燃料電池スタックに負荷
が作用してしまうため、該燃料電池スタックを車両に対
して強固に固定する必要がある。このため、例えば、特
開平５−８２１５７号公報に開示されているように、燃
料電池スタックの周域に補強枠を構築するとともに、前
記補強枠の頂部に支持具を介して燃料電池スタックの上
部締め付け板を支持する支持構造が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
燃料電池スタックがセルスタック、マニホールドおよび
上下締め付け板から構成されており、この燃料電池スタ
ックを車体の床面上にベース架台を介して据え付けると
ともに、前記燃料電池スタックの周域に補強枠を構築
し、この補強枠を構成する支持ピンで上締め付け板を拘
束支持することにより、該燃料電池スタックを固定支持
している。

【０００６】しかしながら、支持構造が高さ方向に相当
に大きな寸法を有することになり、燃料電池スタックを
配置する車両の種類や配置箇所が限定されてしまい、例
えば、前記燃料電池スタックを乗用車車体の床下等に設
置することができないという問題が指摘されている。

【０００７】さらに、燃料電池スタックでは、運転温度
と雰囲気温度の差による熱膨張や電解質膜の含水による
膨張等によって燃料電池スタックが積層方向に向かって
伸縮し易い。ところが、上記の支持構造では、燃料電池
スタック自体の伸縮に対応することができず、発電性能
の劣化や燃料ガスや酸化剤ガス等の漏れが発生するとい
う不具合が指摘されている。

【０００８】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、燃料電池スタックを車両等に確実に固定するととも
に、前記燃料電池スタック自体の伸縮に確実に対応して
所望の発電性能を保持することが可能な燃料電池スタッ
クを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、単位燃料電池セルが水平方向に
沿って積層されるとともに、その積層方向両端側に配設
されるそれぞれのエンドプレートが、ラバーマウントを
介して車両に保持されるため、前記燃料電池スタックの
高さ方向を有効に短尺化することができ、種々の車両に
対して該燃料電池スタックを容易に取り付けることがで
きる。

【００１０】さらに、一方のエンドプレートには、ラバ
ーマウントを介して前記一方のエンドプレート側を車両
に保持する固定支持手段が設けられるとともに、他方の
エンドプレートには、ラバーマウントを介して前記他方
のエンドプレート側を前記車両に対して積層方向に移動
可能に保持する可動支持手段が設けられている。

【００１１】これにより、燃料電池スタックの周囲温度
や運転温度の変化等によって前記燃料電池スタックが積
層方向に伸縮する際、可動支持手段の作用下に他方のエ
ンドプレートが積層方向に進退し、マウント構造に応力
が発生することがない。従って、燃料電池スタックの積
層部位から燃料ガスや酸化剤ガス等の漏れが生ずること
がなく、簡単な構成で、発電性能を高く維持することが
可能になる。

【００１２】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、固定支持手段および可動支持手段がそれぞ
れのエンドプレートの下部両端側に２つずつ設けられる
支持部を備えるとともに、前記可動支持手段は、ラバー
マウントに装着されて前記支持部の積層方向に長尺な長
孔に沿って移動可能なカラー部材を有している。これに
より、マウント構造全体の構成が簡素化されて経済的で
あるとともに、燃料電池スタックの積層方向への伸縮に
対しカラー部材を介して円滑に対応することができる。

【００１３】さらにまた、本発明の請求項３に係る燃料
電池スタックでは、一方のエンドプレート側を車両に保
持する固定支持手段と、他方のエンドプレート側を前記
車両に対して積層方向に移動可能に保持する可動支持手
段とが設けられている。従って、燃料電池スタックの周
囲温度や運転温度の変化等によって前記燃料電池スタッ
クが積層方向に伸縮する際、可動支持手段の作用下に他
方のエンドプレートが積層方向に進退し、マウント構造
に応力が発生することがない。

【００１４】しかも、固定支持手段では、車両側に固定
されるマウントブラケットにバックアッププレートが固
定されるとともに、規制部材を介して一方のエンドプレ
ートが前記バックアッププレートから所定間隔以上に離
間することを阻止している。これにより、燃料電池スタ
ックに振動等が発生しても、一方のエンドプレートがバ
ックアッププレートから必要以上に大きく離間すること
がなく、前記一方のエンドプレートにマニホールド等の
補器が装着されている際にも、前記補器の締結部やシー
ル部が影響を受けることがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタックが組み込まれる燃料電池システ
ム１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池
システム１０の側面説明図である。

【００１６】燃料電池システム１０は、水平方向（矢印
Ａ方向）に沿って互いに平行に配列される第１燃料電池
スタック１２と第２燃料電池スタック１４とを備える。
第１および第２燃料電池スタック１２、１４の同一側の
一端部鉛直面を構成する第１エンドプレート１６、１８
には、正極である第１電力取り出し端子２０および負極
である第２電力取り出し端子２２が設けられる。

【００１７】第１および第２燃料電池スタック１２、１
４の同一側の他端部鉛直面である第２エンドプレート２
４、２６側には、前記第１および第２燃料電池スタック
１２、１４に対して燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒
体の供給と排出を行うための配管機構２８が組み込まれ
る。第１および第２燃料電池スタック１２、１４は、マ
ウント機構３０を介して車両を構成する取り付けプレー
ト３１に固定される。

【００１８】第１燃料電池スタック１２は、図３および
図４に示すように、単位燃料電池セル３２と、この単位
燃料電池セル３２を挟持する第１および第２セパレータ
３４、３６とを備え、これらが複数組だけ水平方向（矢
印Ａ方向）に積層されている。第１燃料電池スタック１
２は、全体として直方体状を有しており、短辺方向（矢
印Ｂ方向）が重力方向に指向するとともに、長辺方向
（矢印Ｃ方向）が水平方向に指向して配置される。

【００１９】単位燃料電池セル３２は、固体高分子電解
質膜３８と、この電解質膜３８を挟んで配設されるカソ
ード側電極４０およびアノード側電極４２とを有すると
ともに、前記カソード側電極４０および前記アノード側
電極４２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボン
ペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層４４、４６
が配設される。

【００２０】単位燃料電池セル３２の両側には、第１お
よび第２ガスケット４８、５０が設けられ、前記第１ガ
スケット４８は、カソード側電極４０および第１ガス拡
散層４４を収納するための大きな開口部５２を有する一
方、前記第２ガスケット５０は、アノード側電極４２お
よび第２ガス拡散層４６を収納するための大きな開口部
５４を有する。単位燃料電池セル３２と第１および第２
ガスケット４８、５０とが、第１および第２セパレータ
３４、３６によって挟持される。

【００２１】第１セパレータ３４は、カソード側電極４
０に対向する面３４ａおよび反対側の面３４ｂが長方形
状に設定されており、例えば、長辺５５ａが水平方向に
指向するとともに、短辺５５ｂが重力方向に指向して配
置される。

【００２２】第１セパレータ３４の短辺５５ｂ側の両端
縁部上部側には、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤
ガスを通過させるための酸化剤ガス入口５６ａと、水素
含有ガス等の燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口
５８ａとが、上下方向に長尺形状を有して設けられる。
第１セパレータ３４の短辺５５ｂ側の両端縁部下部側に
は、酸化剤ガス出口５６ｂと燃料ガス出口５８ｂとが、
酸化剤ガス入口５６ａおよび燃料ガス入口５８ａと対角
位置になるようにかつ上下方向に長尺形状を有して設け
られている。

【００２３】第１セパレータ３４の長辺５５ａの下端部
には、矢印Ｃ方向に長尺な４つの冷却媒体入口６０ａ〜
６０ｄが設けられるとともに、この第１セパレータ３４
の長辺５５ａ側の上部には、同様に、矢印Ｃ方向に長尺
な４つの冷却媒体出口６０ｅ〜６０ｈが設けられる。冷
却媒体入口６０ａ〜６０ｄには、純水やエチレングリコ
ールやオイル等の冷却媒体が供給される。第１セパレー
タ３４の面３４ａには、酸化剤ガス入口５６ａに連通す
る１０本のそれぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝６２
が、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けら
れる。第１酸化剤ガス流路溝６２は、５本の第２酸化剤
ガス流路溝６３に合流し、前記第２酸化剤ガス流路溝６
３が酸化剤ガス出口５６ｂに連通する。第１セパレータ
３４には、タイロッド挿通用の孔部６３が６箇所に形成
されている。

【００２４】第２セパレータ３６は長方形状に形成され
ており、この第２セパレータ３６の短辺６４ｂ側の両端
縁部上部側には、酸化剤ガス入口６６ａおよび燃料ガス
入口６８ａが貫通形成されるとともに、その両端縁部下
部側には、酸化剤ガス出口６６ｂおよび燃料ガス出口６
８ｂが、前記酸化剤ガス入口６６ａおよび前記燃料ガス
入口６８ａと対角位置になるように貫通形成されてい
る。

【００２５】第２セパレータ３６の長辺６４ａ側の下部
には、矢印Ｃ方向に長尺な４つの冷却媒体入口７０ａ〜
７０ｄが貫通形成され、この長辺６４ａ側の上部には、
冷却媒体出口７０ｅ〜７０ｈが、同様に、矢印Ｃ方向に
長尺に貫通形成される。

【００２６】図５に示すように、第２セパレータ３６の
面３６ａには、燃料ガス入口６８ａに連通して１０本の
燃料ガス流路溝７２が形成される。この第１燃料ガス流
路溝７２が５本の第２燃料ガス流路溝７３に合流し、前
記第２燃料ガス流路溝７３が燃料ガス出口６８ｂに連通
する。

【００２７】図６に示すように、第２セパレータ３６の
面３６ａとは反対側の面３６ｂには、冷却媒体入口７０
ａ〜７０ｄと冷却媒体出口７０ｅ〜７０ｈにそれぞれ個
別に連通する冷却媒体流路７４ａ〜７４ｄが重力方向に
向かって設けられる。冷却媒体流路７４ａ〜７４ｄは、
冷却媒体入口７０ａ〜７０ｄと冷却媒体出口７０ｅ〜７
０ｈに連通するそれぞれ９本の第１流路溝７６ａ、７６
ｂを備えるとともに、前記第１流路溝７６ａ、７６ｂ間
には、それぞれ２本の第２流路溝７８が互いに重力方向
に平行しかつ所定間隔ずつ離間して設けられる。第２セ
パレータ３６には、第１セパレータ３４と同様に、タイ
ロッド挿通用の孔部６３が６箇所に設けられている。

【００２８】図７に示すように、所定数だけ積層された
単位燃料電池セル３２の積層方向両端には、ターミナル
プレートである端子板８０と第１導電プレート８２とが
配設される。端子板８０には、絶縁板８４を介して第１
エンドプレート１６が積層されるとともに、この端子板
８０に第１電力取り出し端子２０が装着される。

【００２９】図８に示すように、第１電力取り出し端子
２０は、円柱状の大径部８６の両端に小径なねじ部８８
ａ、８８ｂを設けている。このねじ部８８ａは、端子板
８０に形成された孔部９０を通って第１セパレータ３４
の酸化剤ガス入口５６ａ内に突出し、前記ねじ部８８ａ
にナット部材９２が螺着される。大径部８６の肩部に
は、端子板８０との間のシール性を向上させるためにシ
ール部材９４が介装されるとともに、前記大径部８６の
外周と第１エンドプレート１６に形成された孔部９６と
の間に絶縁リング９８が介装される。

【００３０】図９に示すように、第１導電プレート８２
は、第２セパレータ３６とほぼ同一形状、すなわち、長
方形状に設定されており、短辺側の両端縁部には、酸化
剤ガス入口１００ａ、燃料ガス入口１０２ａおよび酸化
剤ガス出口１００ｂ、燃料ガス出口１０２ｂが互いに対
角位置に設けられている。第１導電プレート８２の長辺
側下部および上部には、それぞれ４つの冷却媒体入口１
０４ａ〜１０４ｄと冷却媒体出口１０４ｅ〜１０４ｈが
設けられるとともに、タイロッド挿通用の孔部６３が６
箇所に形成されている。

【００３１】第１導電プレート８２には、第１燃料電池
スタック１２の下側にかつ第２燃料電池スタック１４に
近接して延在する第１接続板部１０６が設けられる。第
１接続板部１０６には、下方に突出して２本のボルト部
１０８ａ、１０８ｂが設けられ、このボルト部１０８
ａ、１０８ｂおよび第１導電プレート８２は、導電性を
有する材料、例えば、ＳＵＳや銅等で構成されている。
図７に示すように、第１導電プレート８２には、絶縁板
１１０、蓋板１１２およびシール部材１１４を介して第
２エンドプレート２４が積層される。

【００３２】図１０および図１１に示すように、第２エ
ンドプレート２４は長方形状に構成されており、その短
辺側の両端縁部上部側には、酸化剤ガス入口１２０ａと
燃料ガス入口１２２ａとが貫通形成されるとともに、そ
の短辺側の両端縁部下部側には、酸化剤ガス出口１２０
ｂと燃料ガス出口１２２ｂとが前記酸化剤ガス入口１２
０ａおよび前記燃料ガス入口１２２ａと対角位置になる
ように設けられる。

【００３３】第２エンドプレート２４の内側の面２４ａ
には、第２セパレータ３６の冷却媒体入口７０ａ〜７０
ｄに連通する第１冷却媒体流路溝１２４ａ〜１２４ｄ
と、前記第２セパレータ３６の冷却媒体出口７０ｅ〜７
０ｈに連通する第２冷却媒体流路溝１２４ｅ〜１２４ｈ
が、水平方向に長尺でかつ所定の深さを有して形成され
る。第１冷却媒体流路溝１２４ａ〜１２４ｄは、それぞ
れ１２本の第１溝部１２６ａの端部に連通する。第１溝
部１２６ａは、互いに平行に上方に延在した後、それぞ
れ２本ずつ合流して第２溝部１２６ｂが設けられ、前記
第２溝部１２６ｂがそれぞれ２本ずつ第３溝部１２６ｃ
に合流して冷却媒体供給口１２８に連通する。

【００３４】第２冷却媒体流路溝１２４ｅ〜１２４ｈ
は、同様にそれぞれ１２本の第１溝部１３０ａに連通
し、前記第１溝部１３０ａが鉛直下方向に延在して第２
溝部１３０ｂに２本ずつ合流する。第２溝部１３０ｂ
は、２本ずつ第３溝部１３０ｃに合流して冷却媒体排出
口１３２に連通する。冷却媒体供給口１２８および冷却
媒体排出口１３２には、図１０に示すように、供給管路
１３４と排出管路１３６が連結されており、この供給管
路１３４およびこの排出管路１３６が、第１燃料電池ス
タック１２の外方に所定の長さだけ突出している。第２
エンドプレート２４には、タイロッド挿通用の孔部６３
が６箇所に形成されている。

【００３５】図７に示すように、第１燃料電池スタック
１２は、締め付け機構１４０を介して積層方向（矢印Ａ
方向）に一体的に締め付け固定される。締め付け機構１
４０は、第１エンドプレート１６の外面側に設けられる
液体チャンバ１４２と、この液体チャンバ１４２内に封
入される非圧縮性の面圧付与用液体、例えば、シリコン
オイル１４４と、第２エンドプレート２４の外面側に設
けられ、前記第２エンドプレート２４を前記第１エンド
プレート１６側に押圧するために水平方向に所定間隔ず
つ離間して配置される３つの皿ばね１４６ａ〜１４６ｃ
とを備える。

【００３６】液体チャンバ１４２を挟んで第１エンドプ
レート１６に対向してバックアッププレート１４８が配
設され、このバックアッププレート１４８とアルミニウ
ムまたはステンレススチールの薄板１５０との間に液体
チャンバ１４２が構成される。皿ばね１４６ａ〜１４６
ｃは、第２エンドプレート２４の面内に略等間隔ずつ離
間して配置されるとともに、取り付け板１５２により支
持される。取り付け板１５２から第１燃料電池スタック
１２を貫通してバックアッププレート１４８に６本のタ
イロッド（締め付けボルト）１５４が挿入される。タイ
ロッド１５４の端部にナット１５６がねじ込まれること
により、第１燃料電池スタック１２が一体的に保持され
る。

【００３７】図２および図１２に示すように、マウント
構造３０は、第１燃料電池スタック１２の積層方向（矢
印Ａ方向）一端側に配設される第２エンドプレート２４
側を車両の取り付けプレート３１に保持する固定支持手
段１５８ａと、前記第１燃料電池スタック１２の積層方
向他端側に配設される第１エンドプレート１６側を前記
取り付けプレート３１に対し前記積層方向に移動可能に
保持する可動支持手段１５８ｂとを備える。固定支持手
段１５８ａおよび可動支持手段１５８ｂは、第１エンド
プレート１６の下部側に一体的に設けられるブラケット
部（支持部）１６０ａ、１６０ｂと、第２エンドプレー
ト２４の下部側にねじ止めされるマワントブラケット
（支持部）１６２ａ、１６２ｂとを備える。ブラケット
部１６０ａ、１６０ｂには、第１燃料電池スタック１２
の積層方向（矢印Ａ方向）に長尺な長孔１６４ａ、１６
４ｂが形成される一方、マウントブラケット１６２ａ、
１６２ｂに孔部１６６ａ、１６６ｂが形成される。

【００３８】長孔１６４ａ、１６４ｂおよび孔部１６６
ａ、１６６ｂには、それぞれゴムマウント１６８が配置
される。ゴムマウント１６８は、上下にねじ部１７０
ａ、１７０ｂが設けられており、上部に突出する前記ね
じ部１７０ａにカラー部材１７２が配置されてこのカラ
ー部材１７２がここから長孔１６４ａ、１６４ｂに挿入
されるとともに、該ねじ部１７０ａにナット１７４が螺
合される。マウントブラケット１６２ａ、１６２ｂ側で
は、ゴムマウント１６８のねじ部１７０ａが孔部１６６
ａ、１６６ｂに挿入されてその先端部にナット１７４が
螺合される。ゴムマウント１６８の下部側に突出するね
じ部１７０ｂは、取り付けプレート３１に挿入されてナ
ット１７６が螺合されることにより、第１燃料電池スタ
ック１２を車両等に固定する。

【００３９】図１３に示すように、第２燃料電池スタッ
ク１４は、上述した第１燃料電池スタック１２とは対称
的に構成されるとともに、電解質膜３８に対してカソー
ド側電極４０とアノード側電極４２とが逆側に配置され
ており、第１エンドプレート１８側に負極である第２電
力取り出し端子２２が設けられる（図１４参照）。第２
燃料電池スタック１４は、基本的には第１燃料電池スタ
ック１２と同様に構成されており、同一の構成要素には
同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００４０】図１５に示すように、第２燃料電池スタッ
ク１４は、第２導電プレート１８０を備えており、この
第２導電プレート１８０には、前記第２燃料電池スタッ
ク１４の下側に延在しかつ第１燃料電池スタック１２に
設けられている第１導電プレート８２の第１接続板部１
０６に近接する第２接続板部１８２を設けている。第１
および第２接続板部１０６、１８２には、それぞれ一対
のボルト部１０８ａ、１０８ｂと１８４ａ、１８４ｂと
が設けられている。

【００４１】ボルト部１０８ａと１８４ａおよびボルト
部１０８ｂと１８４ｂには、それぞれ可撓性接続体、例
えば、撚り線１８６ａ、１８６ｂが接続される。撚り線
１８６ａ、１８６ｂは、多数の細線状の導線を網状に撚
ることにより構成されており、それぞれゴムカバー１８
８ａ、１８８ｂにより覆われている。

【００４２】図１３に示すように、第１および第２燃料
電池スタック１２、１４を構成する第２エンドプレート
２４、２６には、それぞれ燃料ガス入口１２２ａと酸化
剤ガス出口１２０ｂとが互いに近接する位置に配置され
ており、この第２エンドプレート２４、２６に配管機構
２８が組み込まれる。

【００４３】図１および図１６に示すように、配管機構
２８は、互いに並設される第１および第２燃料電池スタ
ック１２、１４を構成する第２エンドプレート２４、２
６の各燃料ガス入口１２２ａを覆って前記第２エンドプ
レート２４、２６に一体的に固定される第１ブラケット
１９０を備える。この第１ブラケット１９０には、各燃
料ガス入口１２２ａにそれぞれ連通する燃料ガス供給管
１９２ａ、１９２ｂが設けられ、前記燃料ガス供給管１
９２ａ、１９２ｂが合流して燃料ガス供給口１９４に連
通する。

【００４４】第２エンドプレート２４、２６には、各酸
化剤ガス出口１２０ｂを覆って第２ブラケット１９６が
固定される。この第２ブラケット１９６に設けられ酸化
剤ガス出口１２０ｂにそれぞれ連通する酸化剤ガス排出
管１９８ａ、１９８ｂの先端部が、酸化剤ガス排出口２
００に一体的に連通する。

【００４５】第２エンドプレート２４、２６には、それ
ぞれの酸化剤ガス入口１２０ａおよび燃料ガス出口１２
２ｂを覆って第３および第４ブラケット２０２、２０４
が固定される。第３および第４ブラケット２０２、２０
４には、酸化剤ガス入口１２０ａに連通する酸化剤ガス
供給管２０６の両端が連通するとともに、この酸化剤ガ
ス供給管２０６の途上に酸化剤ガス供給口２０８が設け
られる。第３および第４ブラケット２０２、２０４に
は、燃料ガス出口１２２ｂに連通する燃料ガス排出管２
１０の両端が連通し、この燃料ガス排出管２１０の途上
に燃料ガス排出口２１２が設けられる。

【００４６】第２エンドプレート２４、２６に設けられ
ている各供給管路１３４に冷却媒体供給管２１４の両端
が連結され、この冷却媒体供給管２１４に冷却媒体供給
口２１６が設けられる。第２エンドプレート２４、２６
に設けられている各排出管路１３６に冷却媒体排出管２
１８が連結されるとともに、この冷却媒体排出管２１８
に冷却媒体排出口２２０が設けられる。

【００４７】このように構成される燃料電池システム１
０の動作について、以下に説明する。

【００４８】図１に示すように、燃料電池システム１０
には、燃料ガス供給口１９４から燃料ガス（例えば、炭
化水素を改質した水素を含むガス）が供給されるととも
に、酸化剤ガス供給口２０８に酸化剤ガスとして空気ま
たは酸素含有ガス（以下、単に空気という）が供給され
る。さらに、冷却媒体供給口２１６に冷却媒体が供給さ
れる。

【００４９】燃料ガス供給口１９４に供給された燃料ガ
スは、燃料ガス供給管１９２ａ、１９２ｂを通って第１
および第２燃料電池スタック１２、１４を構成する第２
エンドプレート２４、２６の各燃料ガス入口１２２ａに
送られ、さらに第２セパレータ３６の各燃料ガス入口６
８ａから第１燃料ガス流路溝７２に導入される。図５に
示すように、第１燃料ガス流路溝７２に供給された燃料
ガスは、第２セパレータ３６の面３６ａに沿って水平方
向に蛇行しながら重力方向に移動する。

【００５０】その際、燃料ガス中の水素ガスは、第２ガ
ス拡散層４６を通って単位燃料電池セル３２のアノード
側電極４２に供給される。そして、未使用の燃料ガス
は、第１燃料ガス流路溝７２に沿って移動しながらアノ
ード側電極４２に供給される一方、未使用の燃料ガスが
第２燃料ガス流路溝７３を介して燃料ガス出口６８ｂか
ら排出される。この未使用の燃料ガスは、第２エンドプ
レート２４、２６の各燃料ガス出口１２２ｂを通って燃
料ガス排出管２１０に導入され、燃料ガス排出口２１２
を介して燃料電池システム１０から排出される。

【００５１】一方、酸化剤ガス供給口２０８に供給され
た空気は、酸化剤ガス供給管２０６を介して第２エンド
プレート２４、２６に設けられた各酸化剤ガス入口１２
０ａに送られ、さらに第１および第２燃料電池スタック
１２、１４内に組み込まれた第１セパレータ３４の酸化
剤ガス入口５６ａに供給される（図３参照）。第１セパ
レータ３４では、酸化剤ガス入口５６ａに供給された空
気が面３４ａ内の第１酸化剤ガス流路溝６２に導入さ
れ、この第１酸化剤ガス流路溝６２に沿って水平方向に
蛇行しながら重力方向に移動する。

【００５２】その際、空気中の酸素ガスは、第１ガス拡
散層４４からカソード側電極４０に供給される一方、未
使用の空気が第２酸化剤ガス流路溝６３を介して酸化剤
ガス出口５６ｂから排出される。この酸化剤ガス出口５
６ｂに排出された空気は、第２エンドプレート２４、２
６に設けられた酸化剤ガス出口１２０ｂから酸化剤ガス
排出管１９８ａ、１９８ｂを介して酸化剤ガス排出口２
００より排出される（図１参照）。

【００５３】これにより、第１および第２燃料電池スタ
ック１２、１４で発電が行われ、それぞれ特性の異なる
第１および第２電力取り出し端子２０、２２間に接続さ
れる負荷、例えば、図示しないモータに電力が供給され
ることになる。

【００５４】また、第１および第２燃料電池スタック１
２、１４内は、冷却媒体により有効に冷却される。すな
わち、冷却媒体供給口２１６に供給された冷却媒体は、
冷却媒体供給管２１４から第２エンドプレート２４、２
６に設けられている供給管路１３４に導入される。この
冷却媒体は、図１１に示すように、第２エンドプレート
２４、２６の冷却媒体供給口１２８に導入され、複数の
第２溝部１２６ｂから第１溝部１２６ａを通って第１冷
却媒体流路溝１２４ａ〜１２４ｄに送られる。

【００５５】第１冷却媒体流路溝１２４ａ〜１２４ｄに
導入された冷却媒体は、第２セパレータ３６の下部側に
形成された冷却媒体入口７０ａ〜７０ｄに導入され、図
６に示すように、前記冷却媒体入口７０ａ〜７０ｄに連
通する冷却媒体流路７４ａ〜７４ｄを下方から上方に向
かって移動する。冷却媒体流路７４ａ〜７４ｄを通って
各単位燃料電池セル３２を冷却した冷却媒体は、冷却媒
体出口７０ｅ〜７０ｈを通って第２エンドプレート２
４、２６の第２冷却媒体流路溝１２４ｅ〜１２４ｈに導
入される（図１１参照）。この第２冷却媒体流路溝１２
４ｅ〜１２４ｈに導入された冷却媒体は、第１溝部１３
０ａから第２溝部１３０ｂを介して冷却媒体排出口１３
２に送られ、排出管路１３６から冷却媒体排出管２１８
を通って冷却媒体排出口２２０より排出される。

【００５６】この場合、第１の実施形態では、第１およ
び第２燃料電池スタック１２、１４がそれぞれ積層方向
（矢印Ａ方向）に平行に配置されるとともに、マウント
構造３０を介して車両の取り付けプレート３１に固定さ
れている（図２および図１２参照）。このため、第１お
よび第２燃料電池スタック１２、１４の上部側にマウン
ト構造３０が突出することがなく、この上部側のスペー
スを有効に活用することが可能になる。従って、特に燃
料電池システム１０を車両に搭載する際に、この燃料電
池システム１０を床下等に容易に収容することができ、
レイアウトの自由度が向上するという効果が得られる。

【００５７】さらに、マウント構造３０は、可動支持手
段１５８ｂを備えており、この可動支持手段１５８ｂが
矢印Ａ方向に長尺な長孔１６４ａ、１６４ｂを有するブ
ラケット部１６０ａ、１６０ｂと、ゴムマウント１６８
に装着され前記長孔１６４ａ、１６４ｂに沿って移動可
能なカラー部材１７２とを備えている。

【００５８】このため、第１および第２燃料電池スタッ
ク１２、１４の周囲温度と運転温度の変化等によって積
層部品の熱膨張や熱収縮が惹起し、前記第１および第２
燃料電池スタック１２、１４が積層方向に伸縮する際、
第１エンドプレート１６、１８が長孔１６４ａ、１６４
ｂを介して矢印Ａ方向に移動可能である。従って、第１
および第２燃料電池スタック１２、１４の収縮時にマウ
ント構造３０に応力が作用することがなく、前記マウン
ト構造３０の損傷を阻止するとともに、前記第１および
第２燃料電池スタック１２、１４からの燃料ガス、酸化
剤ガスあるいは冷却媒体の漏れを確実に阻止することが
可能になる。

【００５９】しかも、マウント構造３０は、実質的に第
１エンドプレート１６に一体的に設けられ、長孔１６４
ａ、１６４ｂが形成されたブラケット部１６０ａ、１６
０ｂと、第２エンドプレート２４にねじ止めされるマウ
ントブラケット１６２ａ、１６２ｂとを備えている。こ
れにより、このマウント構造３０全体の構成が有効に簡
素化され、極めて経済的であるという利点が得られる。

【００６０】なお、第１の実施形態では、第１および第
２燃料電池スタック１２、１４を並列して燃料電池シス
テム１０を構成しているが、例えば、第１燃料電池スタ
ック１２のみを使用する場合に同様の効果が得られる。

【００６１】図１７は、本発明の第２の実施形態に係る
燃料電池スタック２４０の概略斜視説明図である。

【００６２】この燃料電池スタック２４０は、第２エン
ドプレート２４ａが配置されており、この第２エンドプ
レート２４ａ側に配管機構２８が組み込まれている。燃
料電池スタック２４０は、マウント構造２４２を備え、
このマウント構造２４２は、燃料電池スタック２４０の
積層方向一端側に配設される第２エンドプレート２４ａ
側を、車両に対して保持する固定支持手段２４４と、前
記燃料電池スタック２４０の積層方向他端側に配設され
る第１エンドプレート１６ａ側を、車両に対して前記積
層方向に移動可能に保持する可動支持手段１５８ｂとを
備える。なお、第１の実施形態に係る第１燃料電池スタ
ック１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付し
て、その詳細な説明は省略する。

【００６３】図１７乃至図１９に示すように、固定支持
手段２４４は、車両側の取り付けプレート３１に固定さ
れるマウントブラケット２４６と、前記マウントブラケ
ット２４６に固定されるとともに、燃料電池スタック２
４０を積層方向に締め付けるタイロッド（締め付けボル
ト）１５４が係合するバックアッププレート２４８と、
第１エンドプレート１６ａと前記バックアッププレート
２４８に一体的に設けられ、該第１エンドプレート１６
ａが該バックアッププレート２４８から所定間隔以上に
離間する（矢印Ａ１方向）ことを阻止する規制部材、例
えば、保持ボルト２５０とを備える。

【００６４】マウントブラケット２４６は、車両側の取
り付けプレート３１にボルト２５２を介して固定される
水平取り付け部２５４と、バックアッププレート２４８
をボルト２５６を介して固定する鉛直取り付け部２５８
とを備え、前記鉛直取り付け部２５８は、配管機構２８
を避けて前記バックアッププレート２４８の略中央部分
に配置されている。

【００６５】図１８に示すように、第２エンドプレート
２４ａの略中央部に、複数、例えば、２つのねじ孔２６
０が形成されるとともに、バックアッププレート２４８
には、前記ねじ孔２６０に対応して段付孔部２６２が設
けられる。保持ボルト２５０は、先端に設けられたねじ
部２６４をねじ孔２６０にねじ込むとともに、頭部２６
６と前記ねじ部２６４との間に設けられたロッド部２６
８が、段付孔部２６２の小径側に摺動し得る程度に隙間
を有して挿入される。保持ボルト２５０の頭部２６６
は、バックアッププレート２４８の外面部と係合するこ
とにより、第２エンドプレート２４ａと前記バックアッ
ププレート２４８との間に所定の間隔を確保し、この間
隔以上に前記第２エンドプレート２４ａが前記バックア
ッププレート２４８から離間することを阻止する。

【００６６】図１９に示すように、第２エンドプレート
２４ａには、横方向両端縁部上部側に酸化剤ガス入口１
２０ａと燃料ガス入口１２２ａとが設けられるととも
に、その横方向両端縁部下部側には、燃料ガス出口１２
２ｂと酸化剤ガス出口１２０ｂとが設けられる。第２セ
パレータ２４ａの長辺側下部および上部には、それぞれ
冷却媒体入口２７０ａと冷却媒体出口２７０ｂとが２つ
ずつ形成されている。

【００６７】図１７および図１８に示すように、第２エ
ンドプレート２４ａとバックアッププレート２４８との
間には、水平方向に２列で合計６個のワッシャプレート
２７６が配設される一方、第１エンドプレート１６ａ側
には、それぞれの中心が前記ワッシャプレート２７６の
中心と矢印Ａ方向に略一致するように、水平方向に２列
で合計６個の皿ばね２７８が配設されている。

【００６８】このように構成される燃料電池スタック２
４０では、マウント構造２４２を構成する固定支持手段
２４４が、燃料電池スタック２４０に設けられるマウン
トブラケット２４６と、このマウントブラケット２４６
に固定されるバックアッププレート２４８とを備えてい
る。このため、バックアッププレート２４８側には第１
エンドプレート１６ａ側のように熱膨張対策としての可
動構造を採用する必要がなく、マウントブラケット２４
６の取り付け位置の自由度が増大するという効果があ
る。その際、バックアッププレート２４８側の上下左右
に配管機構２８が組み込まれているため、この配管機構
２８に干渉することがないように、マウントブラケット
２４６を構成する鉛直取り付け部２５８が、前記バック
アッププレート２４８の略中央部に容易に取り付けられ
る。

【００６９】さらに、第２の実施形態では、車両の取り
付けプレート３１にマウントブラケット２４６が固定さ
れ、このマウントブラケット２４６にバックアッププレ
ート２４８がボルト２５６を介して固定されるととも
に、前記バックアッププレート２４８に係合するタイロ
ッド１５４により、燃料電池スタック２４０が積層方向
（矢印Ａ方向）に一体的に締め付けられている。このた
め、第２エンドプレート２４ａは、マウントブラケット
２４６に対して直接固定されておらず、皿ばね２７８お
よびワッシャプレート２７６を介して燃料電池スタック
２４０全体に均一な締め付け力が確実に付与される。

【００７０】しかも、第２エンドプレート２４ａは、保
持ボルト２５０を介してバックアッププレート２４８に
保持されている。この保持ボルト２５０は、ロッド部２
６８がバックアッププレート２４８の段付孔部２６２内
に摺動自在に挿入されており、頭部２６６が前記バック
アッププレート２４８の外面部に係合する一方、ねじ部
２６４が第２エンドプレート２４ａのねじ孔２６０に螺
合している。従って、例えば、軽衝突時のように、燃料
電池スタック２４０に振動が発生しても、第２エンドプ
レート２４ａがバックアッププレート２４８から離間す
る方向に大きく移動することがない。

【００７１】その際、第２エンドプレート２４ａには、
反応ガスや冷却媒体用マニホールド等の補器（図示せ
ず）が締結されている場合があり、この第２エンドプレ
ート２４ａが矢印Ａ１方向に大きく振動して前記補器の
締結部やシール部に悪影響を及ぼすことを確実に阻止す
ることが可能になる。

【００７２】さらにまた、皿ばね２７８は、配管機構２
８とは反対側に位置して第１エンドプレート１６ａ側に
配置されている。これにより、配管機構２８との干渉が
回避され、皿ばね２７８の設計自由度が向上するという
効果が得られる。

【００７３】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、燃
料電池スタックの積層方向両端に設けられるそれぞれの
エンドプレートがラバーマウントを介して車両に保持さ
れるとともに、一のエンドプレートが可動支持手段を介
して積層方向に移動可能に保持される。このため、燃料
電池スタックが使用に際して伸縮しても、マウント構造
に応力が作用することがなく、しかも積層部からの燃料
ガス等の漏れを確実に阻止することができる。

【００７４】また、本発明に係る燃料電池スタックで
は、車両側に固定されるマウントブラケットにバックア
ッププレートが固定されるとともに、規制部材の作用下
に、一方のエンドプレートが前記バックアッププレート
から所定間隔以上に離間することを阻止する。これによ
り、軽振動等が発生しても、一方のエンドプレートがバ
ックアッププレートから必要以上に大きく離間すること
がなく、前記一方のエンドプレートに装着される補器類
の締結部やシール部に悪影響を与えることを阻止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタッ
クが組み込まれる燃料電池システムの概略斜視説明図で
ある。

【図２】前記燃料電池システムの側面説明図である。

【図３】前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタ
ックの要部分解斜視図である。

【図４】前記燃料電池スタックの要部縦断面説明図であ
る。

【図５】前記燃料電池スタックを構成する第２セパレー
タの一方の面の正面説明図である。

【図６】前記第２セパレータの他方の面の正面説明図で
ある。

【図７】前記燃料電池スタックの概略縦断面説明図であ
る。

【図８】前記燃料電池スタックを構成する電力取り出し
端子の接続構造を示す説明図である。

【図９】前記燃料電池スタックを構成する導電プレート
の斜視説明図である。

【図１０】前記燃料電池スタック内の流体の流れを示す
流路説明図である。

【図１１】前記燃料電池スタックを構成する第２エンド
プレートの内方側の面の正面説明図である。

【図１２】前記燃料電池スタックの平面説明図である。

【図１３】前記燃料電池システムの配管機構を省略した
正面説明図である。

【図１４】前記燃料電池システムの背面説明図である。

【図１５】前記燃料電池システムの下側を示す斜視説明
図である。

【図１６】前記燃料電池システムの正面説明図である。

【図１７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略斜視説明図である。

【図１８】前記燃料電池スタックの側面説明図である。

【図１９】前記燃料電池スタックの正面説明図である。

【符号の説明】

１０…燃料電池システム １２、１４、２４０
…燃料電池スタック １６、１６ａ、１８、２４、２４ａ、２６…エンドプレ
ート ２０、２２…電力取り出し端子 ２８…配管機構 ３０、２４２…マウント構造 ３２…単位燃料電池
セル ３４、３６…セパレータ ３８…電解質膜 ４０…カソード側電極 ４２…アノード側電
極 ５６ａ、６６ａ、１００ａ、１２０ａ…酸化剤ガス入口 ５６ｂ、６６ｂ、１００ｂ、１２０ｂ…酸化剤ガス出口 ５８ａ、６８ａ、１０２ａ、１２２ａ…燃料ガス入口 ５８ｂ、６８ｂ、１０２ｂ、１２２ｂ…燃料ガス出口 ６０ａ〜６０ｄ、７０ａ〜７０ｄ、１０４ａ〜１０４
ｄ、２７０ａ…冷却媒体入口 ６０ｅ〜６０ｈ、７０ｅ〜７０ｈ、１０４ｅ〜１０４
ｈ、２７０ｂ…冷却媒体出口 ７２…燃料ガス流路溝 ７４ａ〜７４ｄ…冷
却媒体流路 ８０…端子板 ８２、１８０…導電
プレート １０６、１８２…接続板部 １２４ａ〜１２４ｈ
…冷却媒体流路溝 １３４…供給管路 １３６…排出管路 １４０…締め付け機構 １４２…液体チャン
バ １４６ａ〜１４６ｃ、２７８…皿ばね １５４…タイロッド １５８ａ、２４４…
固定支持手段 １５８ｂ…可動支持手段 １６０ａ、１６０ｂ
…ブラケット部 １６２ａ、１６２ｂ、２４６…マウントブラケット １６４ａ、１６４ｂ…長孔 １６８…ゴムマウン
ト １７２…カラー部材 １８６ａ、１８６ｂ
…撚り線 １８８ａ、１８８ｂ…ゴムカバー ２４８…バックアッ
ププレート ２５０…保持ボルト ２７６…ワッシャプ
レート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾棹 典昭 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 牛尾 健 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
   ソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セル
   が、セパレータを介して水平方向に沿って複数個積層さ
   れる車載用燃料電池スタックであって、 前記燃料電池スタックを車両に搭載するためのマウント
   構造を備え、 前記マウント構造は、前記燃料電池スタックの積層方向
   一端側に配設される一方のエンドプレートに設けられ、
   ラバーマウントを介して前記一方のエンドプレート側を
   前記車両に保持する固定支持手段と、 前記燃料電池スタックの積層方向他端側に配設される他
   方のエンドプレートに設けられ、ラバーマウントを介し
   て前記他方のエンドプレート側を前記車両に対して前記
   積層方向に移動可能に保持する可動支持手段と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
   て、前記固定支持手段は、前記一方のエンドプレートの
   下部両端側に設けられ、前記ラバーマウントが固定され
   る２つの支持部を備え、 前記可動支持手段は、前記他方のエンドプレートの下部
   両端側に設けられ、前記積層方向に長尺な長孔を有する
   ２つの支持部と、 前記ラバーマウントに装着され、前記長孔に沿って移動
   可能なカラー部材と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 【請求項３】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
   ソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セル
   が、セパレータを介して水平方向に沿って複数個積層さ
   れる車載用燃料電池スタックであって、 前記燃料電池スタックを車両に搭載するためのマウント
   構造を備え、 前記マウント構造は、前記燃料電池スタックの積層方向
   一端側に配設される一方のエンドプレートに設けられ、
   前記一方のエンドプレート側を前記車両に保持する固定
   支持手段と、 前記燃料電池スタックの積層方向他端側に配設される他
   方のエンドプレートに設けられ、前記他方のエンドプレ
   ート側を前記車両に対して前記積層方向に移動可能に保
   持する可動支持手段と、 を備えるとともに、 前記固定支持手段は、前記車両側に固定されるマウント
   ブラケットと、 前記マウントブラケットに固定されるとともに、前記燃
   料電池スタックを積層方向に締め付ける締め付けボルト
   が係合するバックアッププレートと、 前記一方のエンドプレートと前記バックアッププレート
   に一体的に設けられ、該一方のエンドプレートが該バッ
   クアッププレートから所定間隔以上に離間することを阻
   止する規制部材と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。