JP2014132558A

JP2014132558A - 燃料電池スタック

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Publication number: JP2014132558A
Application number: JP2013229345A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishiyama; 忠志西山; Yusuke Nara; 由介奈良
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: CN103872371B; US20140162166A1; CN103872371A; US9502732B2; JP6014571B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、ノックピンに過度の応力が付与されることを抑制することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂ間に積層方向に延在し、積層体１４を位置決めするノックピン６２、６４が配設される。第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、ノックピン６２、６４を挿入する挿入孔部５８、６０が設けられる。挿入孔部５８、６０の孔部内周面５８Ｓ、６０Ｓには、ノックピン６２、６４から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された積層体の積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この燃料電池は、通常、所定数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池スタックでは、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔を備えている。

この種の燃料電池スタックでは、特に車載用として使用される際、相当に多数の発電セルを積層する必要がある。このため、各発電セル同士を正確に位置決めしなければならず、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の組立方法が知られている。

この組立方法は、図１０に示すように、スタック１の加圧用の加圧板２にセル組立用位置決め穴３が穿設されており、前記位置決め穴３には、端面を面取りした長いＰＴＦＥ製のノックピン４が直立状態で挿入されている。次に、位置決め穴３が穿設されたセル５は、順次、それぞれの位置決め穴３がノックピン４に嵌合して積層されることにより、スタック１が構成されている。その後、スタック１は、締め付け固定されている。

特開平９−１３４７３４号公報

ところで、車載用燃料電池スタックでは、外部荷重が作用する場合が多く、例えば、セル５の積層方向に交差する方向、図１０中、矢印Ｈ方向に前記外部荷重が付与され易い。その際、ノックピン４は、加圧板２の位置決め穴３に嵌合した状態で、積層されている複数のセル５のずれを抑制している。このため、ノックピン４には、加圧板２の位置決め穴３を支点にして過度の曲げ応力が集中的に付与されるおそれがあり、前記ノックピン４に損傷等が発生するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、ノックピンに過度の応力が付与されることを抑制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。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された積層体の積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックでは、エンドプレート間には、積層方向に延在し、積層体を位置決めするノックピンが配設されている。エンドプレートには、ノックピンを挿入するための挿入孔部が設けられ、前記挿入孔部の孔部内周面には、該ノックピンから径方向に離間し拡径する拡径面が形成されている。

また、この燃料電池スタックでは、孔部内周面の軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面湾曲面又は断面傾斜面が設けられ、且つ、前記断面湾曲面同士又は前記断面傾斜面同士は、断面平坦面により連結されることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、孔部内周面の軸方向一端側には、拡径面である断面湾曲面又は断面傾斜面が設けられ、且つ、前記孔部内周面の軸方向他端側には、前記断面湾曲面又は前記断面傾斜面に連結される断面平坦面又はＲ面が設けられることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、エンドプレートに設けられた孔部に挿入される樹脂カラー部材を備え、前記樹脂カラー部材には、挿入孔部が形成されることが好ましい。

本発明によれば、ノックピンが挿入されるエンドプレートの挿入孔部の孔部内周面には、前記ノックピンから径方向に離間し拡径する拡径面が形成されている。このため、燃料電池スタックに対して発電セルの積層方向に交差する方向から外部荷重が付与された際、ノックピンは、前記発電セルの位置ずれを抑制する一方、挿入孔部内で拡径面に沿って傾斜することができる。従って、簡単な構成で、ノックピンの特定の部位に過度の応力が集中的に付与されることを抑制することが可能になり、前記ノックピンの損傷等を可及的に抑制することができる。

本発明の第１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。前記燃料電池スタックの断面側面図である。前記燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。前記燃料電池スタックのノックピンを示す斜視説明図である。前記燃料電池スタックに外部荷重が付与された際の動作説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの断面側面図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの断面側面図である。本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの断面側面図である。本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの断面側面図である。特許文献１に開示されている燃料電池の組立方法の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル（燃料電池）１２が、立位姿勢で水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される積層体１４を備える。

図１及び図２に示すように、積層体１４の積層方向一方の端部には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及び第１エンドプレート２０ａの順に配設される。積層体１４の積層方向他方の端部には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂの順に配設される。ターミナルプレート１６ａ、１６ｂは、絶縁プレート１８ａ、１８ｂよりも小さな表面積に設定され、前記絶縁プレート１８ａ、１８ｂの中央部に形成された開口部２１ａ、２１ｂに収容される（図２参照）。

第１エンドプレート２０ａの略中央部（又は一辺側に近接した位置）からは、ターミナルプレート１６ａに接続された出力端子２２ａが延在する一方、第２エンドプレート２０ｂの中央部からは、ターミナルプレート１６ｂに接続された出力端子２２ｂが延在する。燃料電池スタック１０で発生した電力は、出力端子２２ａ、２２ｂから外部に取り出される。

図１に示すように、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４は、両端を第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂにボルト２６を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図３に示すように、発電セル１２は、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体３０が、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に挟持される。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。

発電セル１２の矢印Ａ方向（図３中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ａ方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３８ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｃ方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられるとともに、前記発電セル１２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。

第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、水平方向（矢印Ａ方向）に延在する複数本の流路溝を有する。

第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４４が設けられる。燃料ガス流路４４は、水平方向（矢印Ａ方向）に延在する複数本の流路溝を有する。

互いに隣接する発電セル１２を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。

第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４には、それぞれシール部材４８、５０が、一体的又は個別に設けられる。シール部材４８、５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材を使用する。

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード電極５４及びアノード電極５６とを備える。

カソード電極５４及びアノード電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成されている。

発電セル１２の一方の対角位置には、具体的には、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂの近傍及び酸化剤ガス供給連通孔３６ａの近傍には、それぞれ位置決め用孔部５７ａ、５７ｂが設けられる。なお、位置決め用孔部５７ａ、５７ｂは、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に一体に設けられた絶縁性の樹脂枠部材に形成してもよい。また、電解質膜・電極構造体３０では、固体高分子電解質膜５２の外周寸法を小さくして、前記固体高分子電解質膜５２に位置決め用孔部５７ａ、５７ｂを設けない構成を採用してもよい。

位置決め用孔部５７ａ、５７ｂの設置位置は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４の面内であればよく、特に限定されない。位置決め用孔部５７ａ、５７ｂは、シール部材４８、５０の外側に設置されることが好ましく、それぞれ２つ以上設けてもよい。また、位置決め用孔部５７ａ、５７ｂは、発電セル１２の他方の対角位置に設けてもよい。第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、位置決め用孔部５７ａ、５７ｂと同軸上に挿入孔部５８、６０が形成される。

図２に示すように、挿入孔部５８の孔部内周面５８Ｓには、後述するノックピン６２から径方向に離間し拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面５８Ｓの軸方向（矢印Ｂ方向）両端側には、それぞれ拡径面である断面湾曲面５８Ｓ１、５８Ｓ２が設けられる。断面湾曲面５８Ｓ１、５８Ｓ２は、互いに連続しており、孔部内周面５８Ｓは、単一の湾曲面形状（Ｒ面形状）を有する。

挿入孔部６０の孔部内周面６０Ｓには、後述するノックピン６４から径方向に離間し拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面６０Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面湾曲面６０Ｓ１、６０Ｓ２が設けられる。断面湾曲面６０Ｓ１、６０Ｓ２は、互いに連続しており、孔部内周面６０Ｓは、単一の湾曲面形状（Ｒ面形状）を有する。

図４に示すように、第１エンドプレート２０ａと第２エンドプレート２０ｂとには、積層方向に延在し、挿入孔部５８、６０及びこれと同軸の位置決め用孔部５７ａ、５７ｂに一体に挿入される円柱形状のノックピン（ロッド部材）６２、６４が配設される。ノックピン６２、６４は、少なくとも２本（２本以上でもよい）設けられ、位置決め用孔部５７ａ、５７ｂに嵌合する。ノックピン６２、６４は、各挿入孔部５８、６０内の孔部内周面５８Ｓ、６０Ｓにおいて、開口する最小直径部に嵌合することが好ましい（図２参照）。ノックピン６２、６４は、好ましくは、ＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム、鉄等の導電性を有する金属、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の絶縁性を有する樹脂、カーボン等で形成される。

絶縁プレート１８ａ、１８ｂには、位置決め用孔部５７ａ、５７ｂ及び挿入孔部５８、６０よりも大径な孔部６６ａ、６６ｂが形成される。第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、ノックピン６２、６４の抜け止め用蓋部材（図示せず）が設けられる。なお、蓋部材に代えて、例えば、スナップリングや割ピン等を使用してもよい。

図１に示すように、第１エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ、燃料ガス排出連通孔３８ｂ、冷却媒体供給連通孔４０ａ及び冷却媒体排出連通孔４０ｂが形成されるとともに、これらには、図示しないが、マニホールド部材が接続される。なお、第１エンドプレート２０ａと第２エンドプレート２０ｂとに、連通孔に接続されるマニホールド部材を振り分けてもよい。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図３に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔３８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔４０ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４２に沿って水平方向に流動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するカソード電極５４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４４に導入される。この燃料ガスは、燃料ガス流路４４に沿って水平方向に流動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するアノード電極５６に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３０では、カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード電極５４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、アノード電極５６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、冷却媒体供給連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４０ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂには、ノックピン６２、６４を挿入する挿入孔部５８、６０が設けられている。そして、挿入孔部５８の孔部内周面５８Ｓは、軸方向両端側に、それぞれ拡径面である断面湾曲面５８Ｓ１、５８Ｓ２を設けている。一方、挿入孔部６０の孔部内周面６０Ｓは、軸方向両端側に、それぞれ拡径面である断面湾曲面６０Ｓ１、６０Ｓ２を設けている。

このため、例えば、図５に示すように、燃料電池スタック１０の側方から矢印Ａ方向に外部荷重Ｆが付与されると、積層されている発電セル１２は、ノックピン６２を矢印Ａ方向に押圧する。従って、ノックピン６２には、曲げ応力が作用する。

その際、ノックピン６２の端部は、挿入孔部５８内で傾斜することができる。すなわち、ノックピン６２は、孔部内周面５８Ｓの拡径面である断面湾曲面５８Ｓ１、５８Ｓ２の形状に倣って傾動することが可能になる。これにより、簡単な構成で、ノックピン６２の特定の部位に過度の応力が集中的に付与されることを抑制することができ、前記ノックピン６２の損傷等を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。なお、ノックピン６４側では、上記のノックピン６２側と同様の効果が得られる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック８０の断面側面図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック８０は、積層方向両端に配置される第１エンドプレート８２ａ及び第２エンドプレート８２ｂを備える。第１エンドプレート８２ａ及び第２エンドプレート８２ｂには、挿入孔部５８、６０に代えて挿入孔部８４、８６が形成される。

挿入孔部８４の孔部内周面８４Ｓには、ノックピン６２から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面８４Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面湾曲面８４Ｓ１、８４Ｓ２が設けられ、且つ、前記断面湾曲面８４Ｓ１、８４Ｓ２同士は、第１エンドプレート８２ａ及び第２エンドプレート８２ｂの板厚よりも短い断面平坦面８４Ｓ３により連結される。

挿入孔部８６の孔部内周面８６Ｓには、ノックピン６４から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面８６Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面湾曲面８６Ｓ１、８６Ｓ２が設けられ、且つ、前記断面湾曲面８６Ｓ１、８６Ｓ２同士は、第１エンドプレート８２ａ及び第２エンドプレート８２ｂの板厚よりも短い断面平坦面８６Ｓ３により連結される。

このように構成される第２の実施形態では、ノックピン６２、６４は、それぞれ孔部内周面８４Ｓ、８６Ｓの断面平坦面８４Ｓ３、８６Ｓ３に嵌合保持されている。そして、燃料電池スタック８０に外部荷重Ｆが付与されると、ノックピン６２、６４は、挿入孔部８４、８６内で傾斜することができ、前記ノックピン６２、６４の特定の部位に過度な曲げ荷重（応力）が集中的に付与されることを抑制することが可能になる。これにより、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０の断面側面図である。

燃料電池スタック９０は、積層方向両端に配置される第１エンドプレート９２ａ及び第２エンドプレート９２ｂを備える。第１エンドプレート９２ａ及び第２エンドプレート９２ｂには、挿入孔部５８、６０に代えて挿入孔部９４、９６が形成される。

挿入孔部９４の孔部内周面９４Ｓには、ノックピン６２から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面９４Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面傾斜面９４Ｓ１、９４Ｓ２が設けられ、且つ、前記断面傾斜面９４Ｓ１、９４Ｓ２同士は、第１エンドプレート９２ａ及び第２エンドプレート９２ｂの板厚よりも短い断面平坦面９４Ｓ３により連結される。断面傾斜面９４Ｓ１、９４Ｓ２は、直線状が好ましい。

挿入孔部９６の孔部内周面９６Ｓには、ノックピン６４から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面９６Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面傾斜面９６Ｓ１、９６Ｓ２が設けられ、且つ、前記断面傾斜面９６Ｓ１、９６Ｓ２同士は、第１エンドプレート９２ａ及び第２エンドプレート９２ｂの板厚よりも短い断面平坦面９６Ｓ３により連結される。

このように構成される第３の実施形態では、ノックピン６２、６４は、それぞれ孔部内周面９４Ｓ、９６Ｓの断面平坦面９４Ｓ３、９６Ｓ３に嵌合保持されている。そして、燃料電池スタック９０に外部荷重Ｆが付与されると、ノックピン６２、６４は、挿入孔部９４、９６内で傾斜することができ、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１００の断面側面図である。

燃料電池スタック１００は、積層方向両端に配置される第１エンドプレート１０２ａ及び第２エンドプレート１０２ｂを備える。第１エンドプレート１０２ａ及び第２エンドプレート１０２ｂには、挿入孔部１０４、１０６が形成される。

挿入孔部１０４の孔部内周面１０４Ｓには、ノックピン６２から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面１０４Ｓの軸方向一端側（内面側）には、拡径面である断面傾斜面１０４Ｓ１が設けられる。孔部内周面１０４Ｓの軸方向他端側（外面側）には、第１エンドプレート１０２ａ及び第２エンドプレート１０２ｂの板厚よりも短い断面平坦面１０４Ｓ２が設けられる。なお、断面平坦面１０４Ｓ２に代えて、断面湾曲面（Ｒ面）を採用してもよい。

挿入孔部１０６の孔部内周面１０６Ｓには、ノックピン６４から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面１０６Ｓの軸方向一端側（内面側）には、拡径面である断面傾斜面１０６Ｓ１が設けられる。孔部内周面１０６Ｓの軸方向他端側（外面側）には、第１エンドプレート１０２ａ及び第２エンドプレート１０２ｂの板厚よりも短い断面平坦面１０６Ｓ２が設けられる。なお、断面平坦面１０６Ｓ２に代えて、断面湾曲面（Ｒ面）を採用してもよい。

このように構成される第４の実施形態では、ノックピン６２、６４は、それぞれ孔部内周面１０４Ｓ、１０６Ｓの断面平坦面１０４Ｓ２、１０６Ｓ２に嵌合保持されている。そして、燃料電池スタック１００に外部荷重Ｆが付与されると、ノックピン６２、６４は、挿入孔部１０４、１０６内で傾斜することができ、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の断面側面図である。

燃料電池スタック１１０は、積層方向両端に配置される第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂを備える。第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂには、段付き孔部１１４、１１６が形成される。ノックピン６２が挿入される各段付き孔部１１４は、両端側が大径孔部を構成し、内方側（絶縁プレート１８ａ、１８ｂ側）から絶縁性を有する樹脂カラー部材１１８が挿入される。これにより、ノックピン６２と第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂとが直接接触することを防止し、電触の発生を阻止することができる。

樹脂カラー部材１１８は、筒形状の一端に大径なフランジ部１１８ａが設けられる。フランジ部１１８ａは、段付き孔部１１４の内側の大径孔部に配置される。樹脂カラー部材１１８の中央には、挿入孔部１２０が形成される。挿入孔部１２０の孔部内周面１２０Ｓには、ノックピン６２から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面１２０Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面傾斜面１２０Ｓ１、１２０Ｓ２が設けられる。断面傾斜面１２０Ｓ１、１２０Ｓ２同士は、断面平坦面１２０Ｓ３により連結される。なお、樹脂カラー部材１１８は、フランジ部１１８ａを設けない構成を採用してもよい。

各段付き孔部１１４の外側の大径孔部には、蓋部材１２２が配置される。蓋部材１２２は、樹脂カラー部材１１８と同一の材料（又は異なる材料でもよい）で形成され、ノックピン６２の先端部を覆った状態で、ねじ１２４により第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂに固定される。

ノックピン６４が挿入される各段付き孔部１１６は、両端側が大径孔部を構成し、内方側（絶縁プレート１８ａ、１８ｂ側）から絶縁性を有する樹脂カラー部材１２６が挿入される。これにより、ノックピン６４と第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂとが直接接触することを防止し、電触の発生を阻止することができる。

樹脂カラー部材１２６は、筒形状の一端に大径なフランジ部１２６ａが設けられる。フランジ部１２６ａは、段付き孔部１１６の内側の大径孔部に配置される。樹脂カラー部材１２６の中央には、挿入孔部１２８が形成される。挿入孔部１２８の孔部内周面１２８Ｓには、ノックピン６４から離間する方向に拡径する拡径面が形成される。具体的には、孔部内周面１２８Ｓの軸方向両端側には、それぞれ拡径面である断面傾斜面１２８Ｓ１、１２８Ｓ２が設けられる。断面傾斜面１２８Ｓ１、１２８Ｓ２同士は、断面平坦面１２８Ｓ３により連結される。なお、樹脂カラー部材１２６は、フランジ部１２６ａを設けない構成を採用してもよい。

各段付き孔部１１６の外側の大径孔部には、蓋部材１３０が配置される。蓋部材１３０は、樹脂カラー部材１２６と同一の材料（又は異なる材料でもよい）で形成され、ノックピン６４の先端部を覆った状態で、ねじ１３２により第１エンドプレート１１２ａ及び第２エンドプレート１１２ｂに固定される。

このように構成される第５の実施形態では、ノックピン６２、６４は、樹脂カラー部材１１８、１２６の孔部内周面１２０Ｓ、１２８Ｓの断面平坦面１２０Ｓ３、１２８Ｓ３に嵌合保持されている。そして、燃料電池スタック１１０に外部荷重Ｆが付与されると、ノックピン６２、６４は、挿入孔部１２０、１２８内で傾斜することができ、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、挿入孔部１２０、１２８は、第３の実施形態と同様に構成されているが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態、第２実施形態又は第４の実施形態と同様に構成してもよい。また、一方のエンドプレートと絶縁プレートとの間には、弾性を有するばね部材を設けてもよい。

１０、８０、９０、１００、ｌ１０…燃料電池スタック
１２…発電セル１４…積層体
２０ａ、２０ｂ、８２ａ、８２ｂ、９２ａ、９２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ…エンドプレート
３０…電解質膜・電極構造体３２、３４…セパレータ
３６ａ…酸化剤ガス供給連通孔３６ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３８ａ…燃料ガス供給連通孔３８ｂ…燃料ガス排出連通孔
４０ａ…冷却媒体供給連通孔４０ｂ…冷却媒体排出連通孔
４２…酸化剤ガス流路４４…燃料ガス流路
４６…冷却媒体流路５２…固体高分子電解質膜
５４…カソード電極５６…アノード電極
５７ａ、５７ｂ…位置決め用孔部
５８、６０、８４、８６、９４、９６、１０４、１０６、１２０、１２８…挿入孔部
５８Ｓ、６０Ｓ、８４Ｓ、８６Ｓ、９４Ｓ、９６Ｓ、１０４Ｓ、１０６Ｓ、１２０Ｓ、１２８Ｓ…孔部内周面
５８Ｓ１、５８Ｓ２、６０Ｓ１、６０Ｓ２、８４Ｓ１、８４Ｓ２、８６Ｓ１、８６Ｓ２…断面湾曲面
６２、６４…ノックピン
８４Ｓ３、８６Ｓ３、９４Ｓ３、９６Ｓ３、１０４Ｓ２、１０６Ｓ２、１２０Ｓ３、１２８Ｓ３…断面平坦面
９４Ｓ１、９４Ｓ２、９６Ｓ１、９６Ｓ２、１０４Ｓ１、１０６Ｓ１、１２０Ｓ１、１２０Ｓ２、１２８Ｓ１、１２８Ｓ２…断面傾斜面
１１８、１２６…樹脂カラー部材

Claims

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された積層体の積層方向両端には、エンドプレートが設けられる燃料電池スタックであって、
前記エンドプレート間には、前記積層方向に延在し、前記積層体を位置決めするノックピンが配設されるとともに、
前記エンドプレートには、前記ノックピンを挿入するための挿入孔部が設けられ、前記挿入孔部の孔部内周面には、該ノックピンから径方向に離間し拡径する拡径面が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記孔部内周面の軸方向両端側には、それぞれ前記拡径面である断面湾曲面又は断面傾斜面が設けられ、且つ、前記断面湾曲面同士又は前記断面傾斜面同士は、断面平坦面により連結されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記孔部内周面の軸方向一端側には、前記拡径面である断面湾曲面又は断面傾斜面が設けられ、且つ、前記孔部内周面の軸方向他端側には、前記断面湾曲面又は前記断面傾斜面に連結される断面平坦面又はＲ面が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートに設けられた孔部に挿入される樹脂カラー部材を備え、
前記樹脂カラー部材には、前記挿入孔部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。