JP2014216269A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト且つ簡単な構成で、燃料電池スタックを所望の設置部位に確実に設置させることを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成するマウント構造１８は、第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの間に下方サイドパネル７２を設ける。下方サイドパネル７２は、外側プレート８４及び内側プレート８６を備え、これらの間に介装される第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂには、燃料電池スタック１０を設置部位に固定するための第１締結部９２及び第２締結部９８が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向の両端にエンドプレートが配設さ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一方側にアノード電極が、前記電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。このＭＥＡがセパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この燃料電池は、通常、所定の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。

こ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、揺れや振動の他、外部荷重が付与され易い。従って、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、特許文献１に開示されている車載用燃料電池スタックが知られている。

この燃料電池スタックでは、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ている。マウント構造は、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車両に保持する固定支持手段を備えている。マウント構造は、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を備えている。

特開２００１−１４３７４２号公報

ところで、上記の特許文献１では、固定支持手段が一方のエンドプレートの外方に突出して設けられるとともに、可動支持手段が他方のエンドプレートの外方に突出して設けられている。このため、燃料電池スタックの設置部位（例えば、車両内）にマウント部材である固定支持手段及び固定支持手段を設けるためのスペースが必要になる。従って、燃料電池スタックの設置スペースが拡大するおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、コンパクト且つ簡単な構成で、燃料電池スタックを所望の設置部位に確実に設置させ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、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向の両端にエンドプレートが配設さ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は、燃料電池スタックを設置部位に装着するためのマウント構造を備えている。マウント構造は、一対のエンドプレートの底部間に設けられる２枚の重ねたプレートと、前記２枚のプレート間に介装される板部材とを備え、前記板部材には、燃料電池スタックを設置部位に固定するための締結部が設けられている。

また、この燃料電池スタックでは、エンドプレートは、矩形状を有し、板部材は、各エンドプレートの１辺の一端部間に配置される第１板部材と、各エンドプレートの前記１辺の他端部間に配置される第２板部材と、を備えることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、第１板部材には、１つ又は２つの締結部が設けられるとともに、第２板部材には、２つの前記締結部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、締結部は、弾性体を有する連結部材を介して設置部位に固定されることが好ましい。

また、この燃料電池スタックでは、設置部位は、燃料電池搭載車両を構成する車両側フレームであることが好ましい。

本発明によれば、マウント構造は、一対のエンドプレートの底部間に２枚の重ねたプレートを設けるとともに、前記２枚のプレート間には、締結部が設けられた板部材が介装されている。このため、マウント構造は、コンパクト化されるとともに、構成が容易に簡素化される。従って、コンパクト且つ簡単な構成で、燃料電池スタックを所望の設置部位に確実に設置させることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックが搭載された燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記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一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成するケーシングの、図２中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。 前記ケーシングを構成する上方サイドパネルの分解斜視説明図である。 前記ケーシングを構成する下方サイドパネルの分解斜視説明図である。 前記下方サイドパネルの、図７中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面説明図である。 マウント構造と前記ケーシングとの一部断面斜視説明図である。 図９の側面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 ケーシングを構成する下方サイドパネルの分解斜視説明図である。 前記ケーシングとマウント構造との側面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 ケーシングを構成する下方サイドパネルの分解斜視説明図である。

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、例えば、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２のフロントボックス（所謂、モータルーム）１２ｆに収容される。燃料電池スタック１０は、燃料電池１４と、積層された複数の前記燃料電池１４を収容するケーシング１６とを備える（図１〜図３参照）。図２に示すように、ケーシング１６は、マウント構造１８を介して燃料電池電気自動車１２を構成する車体フレーム（設置部位）１２Ｓに搭載される。なお、燃料電池スタック１０の収容場所は、フロントボックス１２ｆに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。

燃料電池１４は、図３に示すように、立位姿勢で燃料電池電気自動車１２の車長方向（車両進行方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。燃料電池１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって順次配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａの略中央部（中央部から偏心していてもよい）からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により固定され、複数の積層された燃料電池１４に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図４に示すように、燃料電池１４は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するカソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６とを備える。

カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在する。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように配置してもよい。

燃料電池１４の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、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３８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａとが設けられる。

燃料電池１４の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

燃料電池１４の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが、対向する辺に設けられる。燃料電池１４の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが、対向する辺に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２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４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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（図示せず）とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。

カソード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ３６の面３６ｂと隣接するカソード側セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

カソード側セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソード側セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。アノード側セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、このアノード側セパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、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が用いられる。

図３に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド６２ｂが取り付けられる。

第２エンドプレート２４ｂには、図１に示すように、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ及び一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する冷却媒体供給マニホールド６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド６４ｂが取り付けられる。

ケーシング１６は、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。図３及び図５に示すように、ケーシング１６の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８により構成される。ケーシング１６の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２により構成される。

前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、例えば、押し出し成形や鋳造、又は機械加工等により形成される。前方サイドパネル６６は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング１６の内方に膨出する内側膨出部６６ａ、６６ｂが上下に形成される。内側膨出部６６ａ、６６ｂは、外部からの荷重（前方からの荷重）を上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２に伝える機能を有する。上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、上方及び下方からの荷重に対して燃料電池スタック１０を保護する機能を有する。

後方サイドパネル６８は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング１６の内方に膨出する内側膨出部６８ａ、６８ｂが上下に形成される。なお、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、後述する上方サイドパネル７０と同様に、一対のプレス板と前記プレス板間に配置される平板部材とにより構成してもよい。

上方サイドパネル７０は、図５及び図６に示すように、互いに接合される一対のプレス板（プレス成形板）である外側プレート７４と内側プレート７６とを備える。外側プレート７４及び内側プレート７６は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート７４及び内側プレート７６間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して平板部材７８ａ、７８ｂが介装される。

外側プレート７４は、ケーシング１６の上面を構成し、薄板状を有する。外側プレート７４の表面には、対角位置を挟んで（又は対角位置と対辺位置とを結んで）リブ部８０ａ、８０ｂが設けられる。リブ部８０ａ、８０ｂの表面位置は、外側プレート７４の他の表面位置とは厚さ方向に異なる、すなわち、高さ方向に高い位置（上方に膨出する位置）に設定される。

内側プレート７６は、ケーシング１６の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート７６には、燃料電池１４の角部の湾曲形状に沿って湾曲部７６ａ、７６ｂが矢印Ａ方向両端縁部に設けられる。内側プレート７６の矢印Ａ方向中央側には、燃料電池スタック１０の外周形状に沿って、例えば、連結バー２８に沿って上方に湾曲（又は屈曲）する変形部７６ｃが設けられる。

平板部材７８ａ、７８ｂは、矢印Ｂ方向に長尺な略角棒状を有し、外側プレート７４及び内側プレート７６よりも肉厚に形成される。図５に示すように、平板部材７８ａ、７８ｂの厚さｔａは、内側膨出部６６ａ、６８ａの厚さｔｂと略同一寸法に設定されることが好ましい。

平板部材７８ａ、７８ｂは、外側プレート７４及び内側プレート７６にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接（又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい）により固定される。外側プレート７４及び内側プレート７６の矢印Ａ方向両端には、それぞれ矢印Ｂ方向に延在する、例えば、２本のライン状溶接部位ＷＰ１が設けられる。平板部材７８ａ、７８ｂには、溶接部位ＷＰ１に対応するそれぞれ２本のライン状溶接部位ＷＰ２が設けられる。溶接部位ＷＰ１、ＷＰ２は、接合されている。

外側プレート７４と内側プレート７６とは、同様にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。外側プレート７４には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ３が設けられる。内側プレート７６には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ４が設けられる。溶接部位ＷＰ３、ＷＰ４は、接合されている。外側プレート７４、内側プレート７６及び平板部材７８ａ、７８ｂには、所望の位置にボルト挿入用の孔部８２が形成される。

下方サイドパネル７２は、マウント構造１８を構成し、図５及び図７に示すように、互いに接合される一対のプレス板（プレート成形板）である外側プレート８４と内側プレート８６とを備える。外側プレート８４及び内側プレート８６は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート８４及び内側プレート８６間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂが介装される。

図５に示すように、第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂの厚さｔｃは、内側膨出部６６ｂ、６８ｂの厚さｔｂよりも大きな幅寸法（厚さ）に設定されることが好ましい。外側プレート８４及び内側プレート８６は、上記の外側プレート７４及び内側プレート７６と同様に構成される。

外側プレート８４は、ケーシング１６の下面を構成し、薄板状を有する。外側プレート８４の表面には、対角位置を結んで（又は対角位置と対辺位置とを結んで）リブ部９０ａ、９０ｂが設けられる。リブ部９０ａ、９０ｂの表面位置は、外側プレート８４の他の表面位置よりも高さ方向に低い位置（下方に膨出する位置）に設定される。

内側プレート８６は、ケーシング１６の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート８６には、燃料電池１４の角部の湾曲形状に沿って湾曲部８６ａ、８６ｂが矢印Ａ方向両端縁部に設けられる。内側プレート８６の矢印Ａ方向中央側には、燃料電池スタック１０の外周形状に沿って、例えば、連結バー２８に沿って下方に湾曲（又は屈曲）する変形部８６ｃが設けられる。

図７に示すように、第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂは、矢印Ｂ方向に延在するとともに、外側プレート８４及び内側プレート８６よりも肉厚に形成される。車長方向前方（矢印Ａｆ方向）に配置される第１板部材８８ａは、略平板形状を有し、長さ方向の両端縁部に一対の第１締結部９２を設ける。

第１締結部９２は、３つ（２つ又は４つでもよい）の取り付けボス部９２ａを設ける。各取り付けボス部９２ａには、ねじ孔９４が形成される（図８参照）。取り付けボス部９２ａにより雌ねじ部の長さを大きく設定することができる。取り付けボス部９２ａは、第１板部材８８ａと一体でもよく、又は、別部品を接合してもよい。なお、ねじ孔９４に代えて、例えば、スタッドボルトを設けてもよい。

車長方向後方（矢印Ａｂ方向）に配置される第２板部材８８ｂは、略平板形状を有し、長さ方向の両端縁部に一対の第２締結部９８を設ける。第２締結部９８は、３つ（２つ又は４つでもよい）の取り付けボス部９８ａを有する。各取り付けボス部９８ａには、ねじ孔１０２が形成される。取り付けボス部９８ａにより雌ねじ部の長さを大きく設定することができる。取り付けボス部９８ａは、第２板部材８８ｂと一体でもよく、又は、別部品を接合してもよい。

外側プレート８４には、矢印Ａ方向の両端部に、それぞれ各取り付けボス部９２ａ、９８ａを挿入するための一対の開口部（又は孔部）１０６ａ、１０６ｂが形成される。

第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂは、外側プレート８４及び内側プレート８６にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接（又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい）により固定される。外側プレート８４及び内側プレート８６の矢印Ａ方向両端には、それぞれ矢印Ｂ方向に延在する、例えば、２本のライン状溶接部位ＷＰ５が設けられる一方、第１板部材８８ａ及び第２板部材部材８８ｂには、溶接部位ＷＰ５に対応するそれぞれ２本のライン状溶接部位ＷＰ６が設けられる。溶接部位ＷＰ５、ＷＰ６は、接合されている。

外側プレート８４と内側プレート８６とは、同様にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。外側プレート８４には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ７が設けられる。内側プレート８６には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ８が設けられる。溶接部位ＷＰ７、ＷＰ８は、接合されている。外側プレート８４、内側プレート８６及び第１板部材８８ａ及び第２板部材部材８８ｂには、所望の位置にボルト挿入用の孔部８２が形成される。

図２に示すように、マウント構造１８は、略矩形状のフレーム１１０を備える。フレーム１１０では、それぞれ所定の長さに設定された４本の脚部１１２が燃料電池電気自動車１２の車体フレーム１２Ｓに固定される。フレーム１１０には、車長方向前方（矢印Ａｆ方向）の両端位置と車長方向後方（矢印Ａｂ方向）の両端位置とに、それぞれ取り付け部１２４が設けられる。

図９及び図１０に示すように、取り付け部１２４は、フレーム１１０上にねじ止めされる２枚のプレート１２６、１２８を備える。プレート１２６は、断面略Ｕ字状を有し、弾性体、例えば、ゴム部材１３０に埋設されて雌ねじ部材１３２が設けられる。プレート１２８は、プレート１２６の上方を覆って門状に配置される。プレート１２８の内面には、弾性体、例えば、ゴム部材１３４が設けられる。

プレート１２８の上部には、雌ねじ部材１３２の雌ねじと同軸的に孔部１３６が形成される。孔部１３６からねじ１３８が挿入され、前記ねじ１３８を介して連結部材１４０が取り付け部１２４に装着される。連結部材１４０は、一端部１４０ａがプレート１２６、１２８間に配置されるとともに、前記一端部１４０ａに形成された孔部１４２にねじ１３８が挿入され、前記ねじ１３８が雌ねじ部材１３２に螺合する。一端部１４０ａは、ゴム部材１３０、１３４の弾性により保持され、前記一端部１４０ａの上面は、前記ゴム部材１３４の下面に隙間なく接している。

連結部材１４０の他端部１４０ｂには、例えば、３つ（数は適宜設定される）の孔部１４４が形成される。各孔部１４４には、ねじ１４６が挿入される。それぞれのねじ１４６は、各取り付けボス部９２ａのねじ孔９４及び各取り付けボス部９８ａのねじ孔１０２に螺合する。連結部材１４０は、一端部１４０ａと他端部１４０ｂとの間に、屈曲部１４０ｃを有する。

図２及び図３に示すように、上方サイドパネル７０は、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８の上部に、ねじ１４８を介して固定される。下方サイドパネル７２は、前方サイドパネル６６、後方サイドパネル６８、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの下部に、ねじ１４８を介して固定される。上方サイドパネル７０、下方サイドパネル７２、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにねじ１４８を介して固定される。

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２に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、図１に示すように、第２エンドプレート２４ｂでは、冷却媒体供給マニホールド６４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａには、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、図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａからカソード側セパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａからアノード側セパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８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て発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６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３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８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４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

この場合、第１の実施形態では、マウント構造１８は、ケーシング１６を構成する下方サイドパネル７２を備えている。下方サイドパネル７２は、第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの間に配置される外側プレート８４及び内側プレート８６と、前記外側プレート８４及び前記内側プレート８６間に介装される第１板部材８８ａ及び第２板部材８８ｂとを備えている。

そして、第１板部材８８ａには、燃料電池スタック１０を車体フレーム１２Ｓに固定するための一対の第１締結部９２が設けられている。一方、第２板部材８８ｂには、燃料電池スタック１０を車体フレーム１２Ｓに固定するための一対の第２締結部９８が設けられている。

このため、マウント構造１８は、燃料電池スタック１０の下方に配置され、前記燃料電池スタック１０の水平方向外方に大きく突出することがない。従って、マウント構造１８全体がコンパクト化されるとともに、構成が容易に簡素化され、燃料電池スタック１０を所望の設置部位（例えば、車体フレーム１２Ｓ）に確実に設置させることが可能になるという効果が得られる。

また、マウント構造１８は、図９及び図１０に示すように、下方サイドパネル７２をフレーム１１０に固定するために、ゴム部材１３０、１３４を設ける取り付け部１２４と、前記取り付け部１２４に装着される連結部材１４０とを備えている。これにより、燃料電池スタック１０全体は、フレーム１１０に対して、さらに車体フレーム１２Ｓに対して、弾性を有して保持され、防振性及び耐衝撃性の向上を図ることができる。

さらに、第１板部材８８ａには、２つの締結部である第１締結部９２が設けられるとともに、第２板部材８８ｂには、２つの締結部である第２締結部９８が設けられている。このため、燃料電池スタック１０は、フレーム１１０に対して良好に保持される。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１５０の概略斜視説明図である。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。

燃料電池スタック１５０を構成するマウント構造１５２は、フレーム１１０の車長方向前方の両端位置と車長方向後方の両端位置とに、それぞれ取り付け部１６４が設けられる。取り付け部１６４は、フレーム１１０上に固定されるプレート１６６を備え、前記プレート１６６は、上方に屈曲するとともに、先端部側には、２本のねじ１４６が挿入される。

図１２に示すように、第１板部材８８ａに設けられる一対の第１締結部９２は、２つの取り付けボス部９２ａを有する一方、第２板部材８８ｂに設けられる一対の第２締結部９８は、２つの取り付けボス部９８ａを有する。図１２及び図１３に示すように、ねじ１４６は、各取り付けボス部９２ａのねじ孔９４及び各取り付けボス部９８ａのねじ孔１０２に螺合してケーシング１６をフレーム１１０に固定する。

このように構成される第２の実施形態では、マウント構造１５２の構成が一層簡素化され、前記マウント構造１５２のコンパクト化及び省スペース化が図られるという効果が得られる。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１７０の概略斜視説明図である。

燃料電池スタック１７０を構成するマウント構造１７２は、フレーム１１０の車長方向前方の略中央位置と車長方向後方の両端位置とに、それぞれ取り付け部１２４が設けられる。図１５に示すように、第１板部材８８ａの長さ方向の略中央付近に第１締結部９２が設けられる。外側プレート８４には、各取り付けボス部９２ａを挿入するための３つの孔部１７４が形成される。

このように構成される第３の実施形態では、マウント箇所が３カ所であるため、マウント構造１７２が一層簡素化されるとともに、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。

１０、１５０、１７０…燃料電池スタック
１２…燃料電池電気自動車
１２ｆ…フロントボックス １４…燃料電池
１６…ケーシング １８、１５２、１７２…マウント構造
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート ２８…連結バー
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…カソード側セパレータ
３６…アノード側セパレータ ３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０ａ…燃料ガス供給連通孔
４０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４２ａ…冷却媒体供給連通孔
４２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４４…固体高分子電解質膜
４６…カソード電極 ４８…アノード電極
５０…酸化剤ガス流路 ５２…燃料ガス流路
５４…冷却媒体流路 ６６…前方サイドパネル
６６ａ、６６ｂ、６８ａ、６８ｂ…内側膨出部
６８…後方サイドパネル ７０…上方サイドパネル
７２…下方サイドパネル ７４、８４…外側プレート
７６、８６…内側プレート
７６ａ、７６ｂ、８６ａ、８６ｂ…湾曲部
７６ｃ、８６ｃ…変形部
７８ａ、７８ｂ、８８ａ、８８ｂ…平板部材
８０ａ、８０ｂ、９０ａ、９０ｂ…リブ部
９２、９８…締結部 ９２ａ、９８ａ…取り付けボス部
１１０…フレーム １１２…脚部
１２４、１６４…取り付け部 １２６、１２８、１６６…プレート
１３０、１３４…ゴム部材 １３２…雌ねじ部材
１３８、１４６、１４８…ねじ １４０…連結部材

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向の両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックを設置部位に装着するためのマウント構造を備え、
   前記マウント構造は、一対の前記エンドプレートの底部間に設けられる２枚の重ねたプレートと、
   前記２枚のプレート間に介装される板部材と、
   を備え、
   前記板部材には、前記燃料電池スタックを前記設置部位に固定するための締結部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートは、矩形状を有し、
   前記板部材は、各エンドプレートの１辺の一端部間に配置される第１板部材と、
   各エンドプレートの前記１辺の他端部間に配置される第２板部材と、
   を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１板部材には、１つ又は２つの前記締結部が設けられるとともに、
   前記第２板部材には、２つの前記締結部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 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、前記締結部は、弾性体を有する連結部材を介して前記設置部位に固定されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記設置部位は、燃料電池搭載車両を構成する車両側フレームであることを特徴とする燃料電池スタック。

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