JP2008059875A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向に延在する位置決めガイドを備える支持枠体を使用し、複数のセルモジュールを前記位置決めガイドに着脱可能、かつ、スライド可能に取り付けて積層することによって、セルモジュールの位置ずれを防止することができ、セルモジュールの着脱が容易で、簡素な構成でありながら、分解及び組立が容易で信頼性が高くなるようにする。
【解決手段】同一形状で形成された複数の燃料電池と、該燃料電池を積層した状態で支持する支持枠体とを有する燃料電池スタックであって、前記燃料電池と前記支持枠体のいずれか一方に凹部が設けられているとともに、他方に該凹部に着脱自在に係合する凸部から成る位置決めガイドが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。

従来、燃料電池は発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置として、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として開発が進んでいる。そして、前記燃料電池は、アルカリ水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、純水素を燃料ガスとした固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、出力当たりのシステム体積及び重量を小さくすることができることから、積極的に用いられている。

この場合、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合した単位セルが使用される。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極（アノード極）とし、その表面に燃料としての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン（プロトン）と電子とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極（カソード極）とし、その表面に酸化剤としての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。

そして、固体高分子型燃料電池は、単位セルの外側に水素ガスや空気のような反応ガスの供給通路を形成するセパレータを挟んで複数セット積層して構成されたセルモジュールを更に積層した構造を有する。前記セパレータは、積層方向に隣り合う単位セルへの反応ガスの透過を防止するとともに、発生した電流を外部へ取り出すための集電を行う。このように、単位セルとセパレータとを複数積層して成るセルモジュールを更に複数積層して燃料電池スタックを構成し、該燃料電池スタックをケースに収容して車両等に搭載する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１２８０１３号公報

しかしながら、前記従来の燃料電池スタックにおいては、セルモジュールが多数積層されて構成されているところ、保守、点検等のために一部のセルモジュールだけを取り外すことは困難である。また、取り外したセルモジュール又は新たなセルモジュールを組み付けることも困難である。

図２は従来の燃料電池スタックの構成を示す図である。なお、図において、（ａ）はエンドプレートによって挟み込まれた状態を示し、（ｂ）はエンドプレートを除去した状態を示し、（ｃ）はセルモジュールに掛かる力を示している。

図２（ａ）において、１０１は単位セルとセパレータとを複数積層して成るセルモジュールであり、矢印Ａで示される重力方向、すなわち、図における上下方向に多数積層されてセルモジュール集合体を構成する。そして、該セルモジュール集合体は、積層方向の両端からエンドプレート１０２によって挟み込まれた状態になっている。また、セルモジュール集合体の上下に配設されたエンドプレート１０２は、締付シャフト１０３によって接続され、該締付シャフト１０３の両端に螺（ら）合された締付ナット１０４を締め込むことにより、セルモジュール集合体を上下から締め付けるようになっている。これにより、セルモジュール集合体には、矢印Ｂで示されるような荷重が付与される。なお、エンドプレート１０２によって挟み込まれた状態のセルモジュール集合体は、作業のために、支持台１０５の上に載置されている。

そして、図２（ｂ）は、一部のセルモジュール１０１を取り外す作業を行うために、上側のエンドプレート１０２を除去した状態を示している。これにより、矢印Ｂで示されるような荷重が消滅するので、セルモジュール集合体から所望のセルモジュール１０１を抜き取って取り外すことができる。

しかし、締付ナット１０４を締め込むことによって生じた矢印Ｂで示されるような荷重は消滅しても、矢印Ｃで示されるように、所望のセルモジュール１０１の上に積層されている他のセルモジュール１０１の重量が掛かっている。そのため、所望のセルモジュール１０１を抜き取ろうとすると、上下に隣接するセルモジュール１０１との間に矢印Ｄで示されるような摩擦力が発生する。したがって、矢印Ｅで示されるように、大きな抜き取り力を加える必要があり、所望のセルモジュール１０１の取り外しが困難になる。

また、大きな抜き取り力を加えると、前記摩擦力によって上下に隣接するセルモジュール１０１も所望のセルモジュール１０１とともに矢印Ｅで示される方向に変位し、位置ずれが生じる可能性がある。そのため、他のセルモジュール１０１に位置ずれが生じないように、所望のセルモジュール１０１だけを取り外すことは困難である。

さらに、取り外したセルモジュール１０１に代えて、新たなセルモジュール１０１を取り付ける際には、他のセルモジュール１０１との位置合わせを行う必要があるが、位置合わせ用の部材が何ら用意されていないので、新たなセルモジュール１０１と他のセルモジュール１０１との位置合わせを行うことは困難である。

本発明は、前記従来の燃料電池スタックの問題点を解決して、水平方向に延在する位置決めガイドを備える支持枠体を使用し、複数のセルモジュールを前記位置決めガイドに着脱可能、かつ、スライド可能に取り付けて積層することによって、セルモジュールの位置ずれを防止することができ、セルモジュールの着脱が容易で、簡素な構成でありながら、分解及び組立が容易な信頼性の高い燃料電池スタックを提供することを目的とする。

そのために、本発明の燃料電池スタックにおいては、同一形状で形成された複数の燃料電池と、該燃料電池を積層した状態で支持する支持枠体とを有する燃料電池スタックであって、前記燃料電池と前記支持枠体のいずれか一方に凹部が設けられているとともに、他方に該凹部に着脱自在に係合する凸部から成る位置決めガイドが設けられている。

本発明の他の燃料電池スタックにおいては、さらに、前記位置決めガイドは、前記セルモジュールの重力方向下側に配設される下面位置決めガイドと、前記セルモジュールの両側に配設される側面位置決めガイドとを含み、前記凹部は、前記下面位置決めガイドと係合する下面ガイド凹部と、前記側面位置決めガイドと係合する側面ガイド凹部とを含む。

本発明の更に他の燃料電池スタックにおいては、さらに、前記位置決めガイドは線状体であり、前記支持枠体は、前記線状体に付与される張力を調整可能な張力付与部材を備える。

本発明の更に他の燃料電池スタックにおいては、さらに、前記支持枠体は、前記燃料電池との間に、該燃料電池が積層方向と垂直に着脱されている際に前記位置決めガイドを逃がす隙（すき）間が形成されている。

請求項１の構成によれば、簡素な構成でありながら、セルモジュールの位置ずれを防止することができる。また、セルモジュールの着脱が容易で、容易に分解及び組立を行うことができ、燃料電池スタックのメンテナンスを容易に行うことができる。

請求項２の構成によれば、下面位置決めガイド及び側面位置決めガイドと下面ガイド凹部及び側面ガイド凹部との係合が解除されにくくなり、セルモジュールの位置ずれを確実に防止することができる。

請求項３の構成によれば、張力を弱めて線状体を弛（し）緩させることによって、凹部との係合を容易に解除することができる。

請求項４の構成によれば、セルモジュールの着脱が容易となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの要部の構成を示す斜視図、図３は本発明の実施の形態における燃料電池スタック全体の構成を示す図である。なお、図３において、（ａ）は側断面図であり（ｂ）のＦ−Ｆ矢視断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は横断面図であり（ａ）のＧ−Ｇ矢視断面図である。

図において、２０は燃料電池（ＦＣ）装置としての燃料電池スタックであり、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウィンドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源としての燃料電池スタック２０と図示されない蓄電手段としての二次電池やキャパシタとを併用して使用することが望ましい。

そして、燃料電池スタック２０は、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池であることが望ましい。

なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料ガス、すなわち、アノードガスとし、酸素又は空気を酸化剤、すなわち、カソードガスとするＰＥＭＦＣ（Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）型燃料電池、又は、ＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ型燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンを透過する電解質層としての固体高分子電解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合した燃料電池としてのセル（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を複数及び直列に結合したスタック（Ｓｔａｃｋ）から成る。

本実施の形態において、燃料電池スタック２０は、複数のセルモジュール１０を有する。該セルモジュール１０は、図１に示されるように、燃料電池としての単位セル（ＭＥＡ：Ｍｅｎｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１５と、該単位セル１５同士を電気的に接続するとともに、単位セル１５に導入される燃料ガス流路と空気流路とを分離するセパレータ１６とを備え、単位セル１５及びセパレータ１６を１セットとして、板厚方向に複数セットを重ねて構成されている。すなわち、セルモジュール１０は、単位セル１５同士が所定の間隙（げき）を隔てて配置されるように、単位セル１５とセパレータ１６とが、多段に重ねられて積層されている。なお、図１においては、説明の都合上、セルモジュール１０を構成する単位セル１５とセパレータ１６とが、適当な間隔を開けて積層された状態が示されている。

単位セル１５は、電解質層としての固体高分子電解質膜の側に設けられた酸素極としての空気極及び他側に設けられた燃料極で構成されている。前記空気極は、反応ガスを拡散しながら透過する導電性材料から成る電極拡散層と、該電極拡散層上に形成され、固体高分子電解質膜と接触させて支持される触媒層とから成る。また、単位セル１５の空気極側の電極拡散層に接触して集電する空気極側コレクタと、単位セル１５の燃料極側の電極拡散層に接触して同じく集電する燃料極側コレクタとを有する。

本実施の形態において、燃料電池スタック２０は概略コ字状の形状を備える支持枠体３０を有し、複数のセルモジュール１０が、図１における横方向に重ねられて積層された状態で前記支持枠体３０によって支持される。なお、図３においては、説明の都合上、１つのセルモジュール１０のみが示されている。前記支持枠体３０は、矩（く）形の厚板状の保持部材としての固定エンドプレート３１、及び、該固定エンドプレート３１の両端に接続され、セルモジュール１０の積層方向（図における横方向）に延在する支持腕部３２を有する。なお、図示される例において、各支持腕部３２は、側板部３２ａ及び底板部３２ｂを備え、Ｌ字状の横断面形状を有する。また、前記支持腕部３２における固定エンドプレート３１の反対側には、ガイド固定部３３が接続されている。なお、図１においては、説明の都合上、支持腕部３２における固定エンドプレート３１と反対側の部分及びガイド固定部３３の図示が省略されている。

さらに、前記支持枠体３０は、支持腕部３２に沿って延在する位置決めガイドとしての側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂを有する。さらに、支持枠体３０は、セルモジュール１０を取り外す際に、側面位置決めガイド３５ａを逃がす隙間３５ｃが形成されている。前記側面位置決めガイド３５ａはセルモジュール１０の両側に位置するように配設され、下面位置決めガイド３５ｂはセルモジュール１０の重力方向下側に位置するように配設されている。前記側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂは、例えば、金属、樹脂等から成るワイヤー、綱等の線状体であり、一端が固定エンドプレート３１に固定され、図３に示されるように、他端が張力付与部材３６によってガイド固定部３３に取り付けられている。図３に示される状態において、前記側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂは、張力付与部材３６によって張力を付与されているので、固定エンドプレート３１とガイド固定部３３との間に張設されて直線状となっている。また、前記張力付与部材３６を調整して張力を弱めると、前記側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂは弛緩した状態となる。

そして、積層された状態で支持枠体３０によって支持されているセルモジュール１０の各々は、両側の側面が側面位置決めガイド３５ａによってガイドされ、下辺の両端近傍部が下面位置決めガイド３５ｂによってガイドされることにより位置決めされる。なお、各セルモジュール１０は、両側の側面に形成され、側面位置決めガイド３５ａと係合する凹部としての側面ガイド凹部１１ａ、及び、下面の両端近傍に形成され、下面位置決めガイド３５ｂと係合する凹部としての下面ガイド凹部１１ｂを備える。なお、前記セルモジュール１０は、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂによってガイドされながら、支持腕部３２の延在する方向、すなわち、水平方向にスライドすることができる。

また、矩形の厚板状の保持部材としての移動エンドプレート４１も、セルモジュール１０と同様に、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂによってガイドされながら、支持腕部３２の延在する方向、すなわち、水平方向に移動することができるように、支持枠体３０に配設されている。そして、複数のセルモジュール１０が、固定エンドプレート３１と移動エンドプレート４１との間に重ねられて積層され、左右両端から固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって挟まれることにより、燃料電池スタック２０が構成される。なお、図示される例においては、単位セル１５及びセパレータ１６のセットを１０個積層して１つのセルモジュール１０を形成し、該セルモジュール１０を１０個積層して１つの燃料電池スタック２０が形成される。なお、単位セルの両側には必ずセパレータ１６が配設されるようになっているので、１つのセルモジュール１０におけるセパレータ１６の数は１１枚である。

次に、燃料電池スタック２０の締付装置について説明する。

図４は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの締付装置の第１の例を示す図、図５は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの締付装置の第２の例を示す図である。なお、図４において、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

図４に示される燃料電池スタック２０においては、１０個のセルモジュール１０が図における横方向に重ねられて積層され、左右両端から固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって挟まれている。さらに、該移動エンドプレート４１の外側には、連結部材４３を介して、補助保持部材としての補助プレート４２が接続されている。そして、図における最左層のセルモジュール１０の左側面は固定エンドプレート３１の右側面に当接し、最右層のセルモジュール１０の右側面は移動エンドプレート４１の左側面に当接しており、セルモジュール１０は、単位セル１５及びセパレータ１６の積層方向の両端から固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって挟み込まれた状態になっている。

また、固定エンドプレート３１と補助プレート４２とは、複数本、例えば、４本の締付用シャフト４４によって相互に接続されている。ここで、前記補助プレート４２は、図４（ａ）に示されるように、移動エンドプレート４１と同様の矩形の厚板状の部材である。そして、補助プレート４２の４隅には図示されない貫通孔（こう）が各々形成され、各貫通孔に締付用シャフト４４の一端が挿入され、締付用ナット４５によって固定される。なお、締付用シャフト４４の他端は固定エンドプレート３１に固定されている。

そして、締付用シャフト４４及び締付用ナット４５は、固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１を介してセルモジュール１０に締付荷重を付与する締付部材として機能する。この場合、締付用ナット４５を締め込むことによって、移動エンドプレート４１、補助プレート４２及び連結部材４３が固定エンドプレート３１に接近する方向に移動させられ、セルモジュール１０を、固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって、両側から締め付ける締付荷重を発揮する。また、締付用シャフト４４は、固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１を締結し、かつ、固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１から引っ張り応力を受ける。

このように、前記固定エンドプレート３１、移動エンドプレート４１、補助プレート４２、連結部材４３、締付用シャフト４４及び締付用ナット４５によって、セルモジュール１０を締め付けるための締付装置が構成される。

なお、本実施の形態における締付装置は、図５に示されるようなものであってもよい。図に示される燃料電池スタック２０は、支持腕部３２における固定エンドプレート３１と反対側に接続されたハンドル固定部４６を有する。そして、該ハンドル固定部４６にはハンドル４７が回転可能に取り付けられ、さらに、該ハンドル４７には、一端が移動エンドプレート４１に接続された連結シャフト４８の他端が接続されている。この場合、前記ハンドル４７と連結シャフト４８との接続部は、例えば、ボールねじ装置等のねじ伝動装置を構成し、前記ハンドル４７を回転させると連結シャフト４８が軸方向に移動するようになっている。そのため、前記ハンドル４７を回転させることによって、連結シャフト４８及び移動エンドプレート４１が固定エンドプレート３１に接近する方向に移動させられ、セルモジュール１０を、固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって、両側から締め付ける締付荷重を発揮する。

このように、前記固定エンドプレート３１、移動エンドプレート４１、ハンドル固定部４６、ハンドル４７及び連結シャフト４８によって、セルモジュール１０を締め付けるための締付装置が構成される。

次に、前記構成の燃料電池スタック２０の動作について説明する。

図６は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの動作を示す図、図７は本発明の実施の形態におけるセルモジュールの他の例を示す第１の図、図８は本発明の実施の形態におけるセルモジュールの他の例を示す第２の図である。なお、図６において、（ａ）はセルモジュールに締付荷重を付与した状態を示し、（ｂ）はセルモジュールに付与される締付荷重を解除した状態を示している。

本実施の形態における燃料電池スタック２０は、図１及び３に示されるように、複数のセルモジュール１０が横方向に重ねられて積層された状態で、支持枠体３０とともに、車両に搭載される。そして、燃料電池スタック２０の運転時には、酸化剤としての空気は、図１における燃料電池スタック２０の上方から供給され、隣接する単位セル１５同士の間に形成される空気流路を通過して、燃料電池スタック２０の下方へ排出される。また、締付装置によって、燃料電池スタック２０のセルモジュール１０には、積層方向に締付力が付与されている。

この場合、図６（ａ）に示されるように、複数のセルモジュール１０は、矢印Ｈで示される重力方向に直交する方向、すなわち、水平方向に積層され、セルモジュール集合体を構成する。そして、該セルモジュール集合体は、積層方向の両端から固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって挟み込まれた状態で、締付装置によって、矢印Ｉで示されるような締付力が付与されている。そのため、隣接するセルモジュール１０同士は互いに密着している。

次に、保守点検等のために一部のセルモジュール１０を取り外す作業を行う場合には、締付装置を操作して締付力を解除し、移動エンドプレート４１を固定エンドプレート３１から離間する方向に移動させる。これにより、図６（ｂ）に示されるように、隣接するセルモジュール１０同士を離間させ、該セルモジュール１０同士の間に隙間を生じさせることができる。

続いて、張力付与部材３６を調整して張力を弱め、側面位置決めガイド３５ａを弛緩した状態とする。これにより、セルモジュール１０の両側の側面に形成された側面ガイド凹部１１ａと側面位置決めガイド３５ａとの係合を解除することができる。この場合、所望のセルモジュール１０を側面位置決めガイド３５ａに対して幅方向（図３（ｄ）における左右横方向）に動かして、側面ガイド凹部１１ａを側面位置決めガイド３５ａから外すことができる。そして、図６（ｂ）において矢印Ｊで示されるような上向きの抜き取り力を所望のセルモジュール１０に付与することによって、該セルモジュール１０を反重力方向に移動させて取り外すことができる。

この場合、隣接するセルモジュール１０が前記所望のセルモジュール１０から離間しているので、隣接するセルモジュール１０との間に摩擦力が発生することがない。また、側面位置決めガイド３５ａが弛緩しているので、側面ガイド凹部１１ａと側面位置決めガイド３５ａとの係合を容易に解除することができる。そのため、大きな抜き取り力を加えることなく、前記所望のセルモジュール１０を抜き取って取り外すことができる。

また、他のセルモジュール１０も、前記所望のセルモジュール１０と隣接するセルモジュール１０との間に摩擦力が発生しないので、抜き取り力の影響を受けて変位してしまうことがない。そのため、他のセルモジュール１０に位置ずれが生じる恐れがないので、前記所望のセルモジュール１０を容易に抜き取って取り外すことができる。

次に、取り外したセルモジュール１０に代えて新たなセルモジュール１０を取り付けたり、取り外したセルモジュール１０を再び取り付けたりする作業を行う場合には、当該セルモジュール１０を所望の位置に挿入する。この場合、他のセルモジュール１０を積層方向に移動させることによって、挿入位置に隣接するセルモジュール１０同士の間隔を広くすることができる。そのため、所望の位置に挿入される当該セルモジュール１０は、隣接するセルモジュール１０に接触することがなく、隣接するセルモジュール１０から摩擦力等の力を受けることがない。また、側面位置決めガイド３５ａが弛緩しているので、側面ガイド凹部１１ａと側面位置決めガイド３５ａとを容易に係合させることができる。この場合、左右の側面ガイド凹部１１ａを交互に側面位置決めガイド３５ａと係合させる。これにより、当該セルモジュール１０を容易に挿入して取り付けることができる。

続いて、張力付与部材３６を調整して張力を強め、側面位置決めガイド３５ａを緊張させて直線状にする。これにより、すべてのセルモジュール１０が位置決めされる。そして、締付装置を操作して締付力を発揮させ、移動エンドプレート４１を固定エンドプレート３１に接近する方向に移動させる。この場合、セルモジュール１０に対して幅方向（図３（ｄ）における左右横方向）に外力が加えられない限り、側面ガイド凹部１１ａと側面位置決めガイド３５ａとの係合が解除されることがない。

これにより、図６（ａ）に示されるように、隣接するセルモジュール１０同士が密着し、すべてのセルモジュール１０は、積層方向の両端から固定エンドプレート３１及び移動エンドプレート４１によって挟み込まれた状態となる。なお、該移動エンドプレート４１を固定エンドプレート３１に接近する方向に移動させる際には、セルモジュール１０も固定エンドプレート３１に接近する方向に移動させられるが、この場合、側面ガイド凹部１１ａと側面位置決めガイド３５ａとの係合が解除されることがなく、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂに沿って移動するので、セルモジュール１０の位置ずれが発生することがない。これにより、燃料電池スタック２０を容易に組み立てることができる。

ここでは、セルモジュール１０を取り外す作業において側面位置決めガイド３５ａのみを弛緩させ、下面位置決めガイド３５ｂは弛緩させない場合について説明したが、これは、図３（ｄ）から分かるように、セルモジュール１０の下面ガイド凹部１１ｂが下向きに開放した形状を備えるので、セルモジュール１０を上方に移動させる際には、下面位置決めガイド３５ｂは弛緩させなくても、下面ガイド凹部１１ｂと下面位置決めガイド３５ｂとの係合が容易に解除されるからである。なお、必要に応じて、側面位置決めガイド３５ａと同様に、下面位置決めガイド３５ｂも弛緩させることができる。

また、側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂの形状は、必ずしも、図３（ｄ）に示されるようなものに限定される必要はなく、例えば、図７に示されるようなものであってもよい。図７に示される例において、側面ガイド凹部１１ａは側方を向いて開口し、かつ、直角に曲がった鈎（かぎ）型の形状を備え、また、下面ガイド凹部１１ｂは下方を向いて開口し、直線状に細長くなっている。そのため、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂが側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂの奥にまで進入した状態で係合すると、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂと側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂとの係合が解除されにくくなり、セルモジュール１０の位置ずれを確実に防止することができる。

また、側面ガイド凹部１１ａの形状は、例えば、図８に示されるようなものであってもよい。図８に示される例において、側面ガイド凹部１１ａは側方を向いて開口し、かつ、上方に向かって斜めに延在する。そのため、側面位置決めガイド３５ａが側面ガイド凹部１１ａの奥にまで進入した状態で係合すると、側面位置決めガイド３５ａと側面ガイド凹部１１ａとの係合が解除されにくくなり、セルモジュール１０の位置ずれを確実に防止することができる。

さらに、ここでは、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂが、線状体から成り、張力付与部材３６によって張力を付与されることにより、固定エンドプレート３１とガイド固定部３３との間に張設されて直線状となっているものである場合について説明したが、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂは、例えば、ゴム、樹脂等の弾性を備える材料から成る細長い帯状の部材であって、側板部３２ａの側面及び底板部３２ｂの上面に固定されたものであってもよい。この場合、支持腕部３２に沿って延在する細長い帯状の部材の一側縁が側板部３２ａの側面及び底板部３２ｂの上面に固定され、他側縁が側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂに進入して係合する。そのため、張力付与部材３６は不要となる。

そして、細長い帯状の部材自体が弾性的に変形可能であるので、セルモジュール１０を取り外す場合に、矢印Ｊで示されるような上向きの抜き取り力を所望のセルモジュール１０にわずかに付与するだけで、前記細長い帯状の部材を変形させて、側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂとの係合を解除させることができる。また、セルモジュール１０を取り付ける場合にも、下向きの力を所望のセルモジュール１０にわずかに付与するだけで、前記細長い帯状の部材を変形させて、側面ガイド凹部１１ａ及び下面ガイド凹部１１ｂと係合させることができる。

さらに、ここでは、セルモジュール１０毎に取り外し及び取り付けを行う場合について説明したが、個々の単位セル１５も、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂに着脱可能、かつ、スライド可能に取り付けられて積層されているのであるから、単位セル１５毎に取り外し及び取り付けを行うこともできる。

このように、本実施の形態においては、燃料電池スタック２０は、セルモジュール１０を水平方向に積層した状態で支持する支持枠体３０を有し、該支持枠体３０には水平方向に延在する側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂが取り付けられている。そして、前記セルモジュール１０は、側面位置決めガイド３５ａ及び下面位置決めガイド３５ｂに着脱可能、かつ、スライド可能に取り付けられて積層されている。

これにより、セルモジュール１０の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。そのため、例えば、燃料電池スタック２０を車両に搭載したままであっても、セルモジュール１０の取り付け及び取り外しを行うことができ、メンテナンスが容易になる。また、セルモジュール１０の取り付け及び取り外しを行う際に、他のセルモジュール１０に位置ずれが生じることもない。さらに、セルモジュール１０を取り付ける際に確実に位置決めされるので、燃料電池スタック２０の組立を容易に短時間で行うことができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における燃料電池スタックの要部の構成を示す斜視図である。 従来の燃料電池スタックの構成を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池スタック全体の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池スタックの締付装置の第１の例を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池スタックの締付装置の第２の例を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池スタックの動作を示す図である。 本発明の実施の形態におけるセルモジュールの他の例を示す第１の図である。 本発明の実施の形態におけるセルモジュールの他の例を示す第２の図である。

符号の説明

１０ セルモジュール
１１ａ 側面ガイド凹部
１１ｂ 下面ガイド凹部
１５ 単位セル
１６ セパレータ
２０ 燃料電池スタック
３０ 支持枠体
３１ 固定エンドプレート
３５ａ 側面位置決めガイド
３５ｂ 下面位置決めガイド
３６ 張力付与部材
４１ 移動エンドプレート
４２ 補助プレート
４３ 連結部材
４４ 締付用シャフト
４５ 締付用ナット
４６ ハンドル固定部
４７ ハンドル
４８ 連結シャフト

Claims (4)

1. 同一形状で形成された複数の燃料電池と、
   該燃料電池を積層した状態で支持する支持枠体とを有する燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池と前記支持枠体のいずれか一方に凹部が設けられているとともに、他方に該凹部に着脱自在に係合する凸部から成る位置決めガイドが設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記位置決めガイドは、前記セルモジュールの重力方向下側に配設される下面位置決めガイドと、前記セルモジュールの両側に配設される側面位置決めガイドとを含み、
   前記凹部は、前記下面位置決めガイドと係合する下面ガイド凹部と、前記側面位置決めガイドと係合する側面ガイド凹部とを含む請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記位置決めガイドは線状体であり、
   前記支持枠体は、前記線状体に付与される張力を調整可能な張力付与部材を備える請求項１に記載の燃料電池スタック。
4. 前記支持枠体は、前記燃料電池との間に、該燃料電池が積層方向と垂直に着脱されている際に前記位置決めガイドを逃がす隙間が形成されている請求項１に記載の燃料電池スタック。

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