JP4262510B2 - 燃料電池スタックの組立方法および組立装置 - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを交互に積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも前記セパレータを含む積層部品が、多角形状に設定される燃料電池スタックの組立方法および組立装置に関する。
【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）からなる固体高分子電解質膜の両側に、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た電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持することにより単位セルとして構成されている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、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は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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルを積層してスタックを構成している。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなり、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１には、固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。具体的には、図６に示すように、燃料電池１は、単位セル２と、この単位セル２を挟んで配置されるセパレータ３ａ、３ｂとを備えている。単位セル２は、固体高分子電解質膜２ａと、この固体高分子電解質膜２ａの一面に設けられるアノード側電極２ｂと、前記固体高分子電解質膜２ａの他面に設けられるカソード側電極２ｃとにより構成されている。
【０００６】
燃料電池１には、積層方向に貫通して保持ピン挿入用保持孔４が形成されるとともに、セパレータ３ｂには、止め輪挿入用保持孔５が形成されている。保持ピン挿入用保持孔４には、保持ピン６が挿入されており、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａには、止め輪挿入用保持孔５に配置されている止め輪７が取り付けられる。保持ピン６の先端には、面取り加工が施されたピン先端６ｂが設けられる一方、前記保持ピン６の後端には、他の保持ピン６のピン先端６ｂが嵌合する挿入穴６ｃが形成されている。
【０００７】
このような構成において、保持ピン６が燃料電池１の保持ピン挿入用保持孔４に挿入されるとともに、止め輪挿入用保持孔５から止め輪７が挿入される。そして、この止め輪７が、保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに嵌め込まれることにより、燃料電池１が積層状態で保持される。
【０００８】
その際、保持ピン６のピン先端６ｂは、セパレータ３ｂの外面よりも突出している。このため、ピン先端６ｂが、他の燃料電池１を保持している保持ピン６の挿入穴６ｃに嵌合することにより、互いに隣接する燃料電池１同士の位置決めが行われる、としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１２０６７号公報（段落［００１６］、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、各単位セル２毎に複数本の保持ピン６を保持ピン挿入用保持孔４に挿入するとともに、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに止め輪７を嵌め込む作業が必要となっている。このため、特に、多数の単位セル２を積層する際に、保持ピン６と止め輪７の組み付け作業が相当に繁雑なものとなってしまい、作業性が低下するという問題が指摘されている。
【００１１】
さらに、燃料電池１を組み付けた際に、保持ピン６のピン先端６ｂがセパレータ３ｂの外面よりも突出している。これにより、ピン先端６ｂから電気の漏れが発生し易いという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、セパレータを含む積層部品同士の位置決めが容易かつ効率的に遂行されるとともに、組立作業性に優れる燃料電池スタックの組立方法および組立装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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の組立方法および請求項５に係る燃料電池スタックの組立装置では、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した複数の単位セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、前記単位セルが、長方形状に設定される燃料電池スタックが組み立てられる。
【００１４】
その際、単位セルの一方の長辺である第１の辺を底辺とする一方、前記第１の辺に隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺を側辺とし、前記第２の辺を前記第３の辺より下方に傾斜させて、前記第１の辺を互いに高さの異なる２つの下部支持ロッドに位置決め支持しかつ前記第２の辺を１つの側部支持ロッドに位置決め支持させる。すなわち、各単位セルは、立位姿勢でかつ第１および第２の辺が交わる同一の角部を下方に傾斜させて、順次、積層される。次いで、単位セルが積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに積層方向に押圧力が付与される。
【００１５】
このように、単位セルは、積層位置で傾斜することによって、隣り合う第１および第２の辺が第１および第２の位置決め部に位置決め支持される。このため、各単位セルを、順次、積層するだけで、前記単位セル同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。従って、特に多数の電解質・電極構造体とセパレータとが積層される際にも、単位セル同士の相対的な位置ずれが惹起することがなく、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタックを構成することが可能になる。
【００１６】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタックの組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタックの組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項６に係る燃料電池スタックの組立装置では、積層される各単位セルは、積層方向下流に向かってそれぞれの底辺の位置が高くなるように配置される。このため、単位セルは、自重によって積層方向上流側に傾斜し、前記単位セル間には、所定の面圧が付与される。これにより、燃料電池スタックの組立作業が効率的に遂行される。
【００１８】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項７に係る燃料電池スタックの組立装置では、積層方向上流を上方に揺動させて燃料電池スタックまたは単位セルを水平姿勢に配置可能である。従って、例えば、単位セルが積層されて燃料電池スタックが得られた後、この燃料電池スタックを水平姿勢に配置することにより、該燃料電池スタックの取り出し作業が容易に遂行される。一方、組立作業中に任意の単位セルを取り出す際には、同様に前記単位セルを水平姿勢に配置することによって、前記任意の単位セルの取り出し作業が簡素化される。
【００１９】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項８に係る燃料電池スタックの組立装置では、単位セルが積層される途上で、前記単位セルに積層方向に向かって押圧力が付与される。このため、単位セル間に所望の面圧を確実に付与することができ、燃料電池スタックの組立作業が効率的に行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法を実施するための組立装置１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記組立装置１０により組み立てられる燃料電池スタック１２の一部断面説明図である。
【００２１】
図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池（単位セル）１４を矢印Ａ方向に積層するとともに、前記燃料電池１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設される。エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、図示しない締め付けロッド等を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【００２２】
図３に示すように、燃料電池１４は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。第１および第２セパレータ２４、２６は、例えば、金属製プレートやカーボン製プレートで構成される。電解質膜・電極構造体２２と第１および第２セパレータ２４、２６との間には、後述する連通孔の周囲および電極面（発電面）の外周を覆って、ガスケット等のシール部材２８が介装される。なお、第１および第２セパレータ２４、２６には、シール部材２８を焼き付けにより一体的に設けてもよい。
【００２３】
燃料電池１４の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ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３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、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３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２４】
燃料電池１４の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ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３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２５】
電解質膜・電極構造体２２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３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２６】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。シール部材２８の中央部には、アノード側電極３８およびカソード側電極４０に対応して開口部４４が形成されている。
【００２７】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４６が形成される。この燃料ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。第１セパレータ２４の面２４ａとは反対の面２４ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４８が形成される。この冷却媒体流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【００２８】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路５０が設けられる。酸化剤ガス流路５０は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。
【００２９】
各燃料電池１４は、図示しない固定具等によって一体的に固定されており、前記燃料電池１４を単体として取り扱うことが可能である。この燃料電池１４は、多角形状、例えば、略矩形状を有するとともに、少なくとも第１および第２セパレータ２４、２６は、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂと略同一寸法に設定され、これらが積層部品を構成する。
【００３０】
なお、絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、積層部品を構成することなく、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂまたはエンドプレート２０ａ、２０ｂに固着して構成してもよい。また、燃料電池１４は、六角形状や八角形状等に構成されていてもよく、第１および第２セパレータ２４、２６は、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂと異なる寸法に設定されていてもよい。
【００３１】
図１および図４に示すように、組立装置１０はフレーム部材６０を備える。フレーム部材６０は、矢印Ａ方向両端に配置される固定板６０ａ、６０ｂと、前記固定板６０ａ、６０ｂの四隅に配置されて矢印Ａ方向に延在する互いに平行な４本のガイドバー６２と、前記ガイドバー６２に支持されて前記固定板６０ａ、６０ｂ間に配置される中間固定板６０ｃとを備える。中間固定板６０ｃは、固定板６０ｂに近接している。
【００３２】
フレーム部材６０を構成する一方の固定板６０ａには、ブロック６３ａを介して一対の滑車部６４が取り付けられる。フレーム部材６０を構成する他方の固定板６０ｂの下部には、ブロック６３ｂを介して一対の支持ロッド部６６ａが固定されるとともに、前記支持ロッド部６６ａには、調整ねじロッド部６６ｂが高さ調整可能に螺合する。この調整ねじロッド部６６ｂの下部には、水平床面Ｆ上に配置される受け部６６ｃが傾動自在に連結される。
【００３３】
滑車部６４は、ストッパ６７に保持されて水平床面Ｆ上に配置される一方、調整ねじロッド部６６ｂに連結された受け部６６ｃは、前記水平床面Ｆ上に配置される。フレーム部材６０は、通常、矢印Ａ１方向先端（固定板６０ａ側）を矢印Ａ２方向先端（固定板６０ｂ側）よりも下方に傾斜している。
【００３４】
フレーム部材６０は、少なくともユニット化された燃料電池１４を含む各積層部品を滑車部６４側から矢印Ａ２方向に積層して燃料電池スタック１２を得るための載置部７０と、前記燃料電池スタック１２に矢印Ａ１方向に押圧力を付与するための加圧部７２とを備える。
【００３５】
載置部７０は、図１に示すように、積層部品、例えば、ユニット化された燃料電池１４の一方の長辺である第１の辺７４ａを底辺とする一方、前記第１の辺７４ａに隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺７４ｂ、７４ｃを側辺とし、前記第２の辺７４ｂを前記第３の辺７４ｃより下方に傾斜させて、前記第１および第２の辺７４ａ、７４ｂをそれぞれ位置決め支持する第１および第２位置決め部７６、７８を備える。
【００３６】
図１および図５に示すように、第１位置決め部７６は、矢印Ａ方向に互いに平行しかつそれぞれの高さ（矢印Ｃ方向）が異なる下部支持ロッド８０ａ、８０ｂを設ける一方、第２位置決め部７８は、矢印Ａ方向に延在する側部支持ロッド８２を設ける。下部支持ロッド８０ａ、８０ｂおよび側部支持ロッド８２は、固定板６０ａと中間固定板６０ｃとに両端が支持されている。下部支持ロッド８０ａは、下部支持ロッド８０ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、側部支持ロッド８２側に近接する。
【００３７】
図１および図４に示すように、加圧部７２は、フレーム部材６０を構成する固定板６０ｂに固定されるシリンダ８４を備える。シリンダ８４から矢印Ａ１方向に突出するロッド８６の先端には、押圧部８８が連結されるとともに、この押圧部８８が押圧プレート（中間加圧部）９０に係合する。
【００３８】
押圧プレート９０は、４本のガイドバー６２に支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。押圧プレート９０には、下部支持ロッド８０ａ、８０ｂおよび側部支持ロッド８２を挿入するための孔部９１が形成される。この押圧プレート９０の長手方向（矢印Ｂ方向）両端には、作業者が把持可能な取手部９２が設けられる。
【００３９】
図４に示すように、水平床面Ｆ上には、滑車部６４側に近接する位置に、フレーム部材６０の下部に係合して前記フレーム部材６０を矢印Ｇ方向に揺動させる昇降部９４が配置される。昇降部９４は、例えば、ジャッキ等で構成されており、燃料電池スタック１２の積層方向上流を上方に揺動させて前記燃料電池スタック１２を水平姿勢に配置可能である。なお、昇降部９４は、手動操作あるいは自動操作可能である種々のアクチュエータを採用可能である。
【００４０】
次に、組立装置１０を用いて燃料電池スタック１２を組み立てる作業について、以下に説明する。
【００４１】
まず、組立装置１０を構成するフレーム部材６０は、滑車部６４と受け部６６ｃとが水平床面Ｆ上に配置されることにより、水平方向に対し傾斜している（図４参照）。そこで、フレーム部材６０の載置部７０には、固定板６０ａ側からエンドプレート２０ａ、絶縁プレート１８ａおよびターミナルプレート１６ａが、順次、配置される。
【００４２】
さらに、ターミナルプレート１６ａに積層して、燃料電池１４が載置部７０に配置される。その際、燃料電池１４には、電解質膜・電極構造体２２と第１および第２セパレータ２４、２６とが図示しない固定具等によって一体的に固定されており、前記燃料電池１４が単体（ユニット）として取り扱われる。
【００４３】
この場合、本実施形態では、載置部７０が第１および第２位置決め部７６、７８を備えており、前記第１位置決め部７６は、互いに高さが異なる下部支持ロッド８０ａ、８０ｂを設ける一方、第２位置決め部７８は、側部支持ロッド８２を設けている。このため、燃料電池１４は、第１の辺７４ａを底辺として配置される際に、前記第１の辺７４ａが下部支持ロッド８０ａ、８０ｂに載置されるとともに、該第１の辺７４ａに隣り合う第２の辺７４ｂが側部支持ロッド８２に支持される。
【００４４】
ここで、下部支持ロッド８０ａは、下部支持ロッド８０ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、前記下部支持ロッド８０ａが側部支持ロッド８２に近接している。従って、燃料電池１４は、下部支持ロッド８０ａ、８０ｂの傾斜に沿って側部支持ロッド８２側に移動し、第１の辺７４ａと第２の辺７４ｂとは、第１および第２位置決め部７６、７８を介して確実に位置決め支持される（図５参照）。
【００４５】
すなわち、各燃料電池１４は、立位姿勢でかつ第１および第２の辺７４ａ、７４ｂが交わる同一の角部を下方に傾斜させて、順次、積層される。これにより、各燃料電池１４を載置部７０に、順次、積層するだけで、前記燃料電池１４同士が互いに正確かつ確実に位置決めされ、該燃料電池１４の積層作業が高精度かつ迅速に遂行されるという効果が得られる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、フレーム部材６０が矢印Ａ方向に沿って積層方向上流側が下方に傾斜している（図４参照）。このため、載置部７０に積層される燃料電池１４は、その自重によって積層方向上流側（矢印Ａ１方向）に傾斜し、積層されている前記燃料電池１４間には所定の面圧が付与される。従って、燃料電池スタック１２の組立作業が効率的に遂行される。
【００４７】
上記のように、燃料電池１４を積層する途上で、必要に応じて作業者が押圧プレート９０を操作することができる。具体的には、作業者は、押圧プレート９０の取手部９２を把持し、この押圧プレート９０を４本のガイドバー６２の案内作用下に矢印Ａ１方向に移動させる。このため、載置部７０に積層されている燃料電池１４は、矢印Ａ１方向に押圧され、押圧プレート９０と固定板６０ａとに把持された各燃料電池１４間には、所望の面圧を確実に付与することが可能になる。
【００４８】
次いで、載置部７０に所定数の燃料電池１４が積層された後、この載置部７０には積層部品であるターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂおよびエンドプレート２０ｂが積層される。そして、加圧部７２を構成するシリンダ８４が駆動され、ロッド８６を介して押圧部８８が矢印Ａ１方向に押し出される。これにより、押圧部８８は押圧プレート９０を矢印Ａ１方向に押圧し、載置部７０に載置されている燃料電池スタック１２には、積層方向に沿って所定の押圧力が付与される。
【００４９】
さらに、燃料電池スタック１２は、図示しない締め付けロッド等を介して締め付けられ、エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、所定の締め付け荷重が付与される。なお、締め付けロッドに代替して、燃料電池スタック１２全体をケーシング（図示せず）によって固定する構成を採用してもよい。
【００５０】
燃料電池スタック１２が組み立てられた後、昇降部９４が駆動されてフレーム部材６０が矢印Ｇ方向に揺動される。これにより、燃料電池スタック１２は、水平姿勢に配置され、この燃料電池スタック１２をフレーム部材６０から容易に取り出すことができる。
【００５１】
上記のように、本実施形態では、燃料電池１４を含む各積層部品を載置部７０に配置するだけで、各積層部品同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。このため、特に、多数の燃料電池１４が積層される際にも、前記燃料電池１４同士の相対的な位置ずれが惹起することがなく、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタック１２を組み立てることができるという効果がある。
【００５２】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタック１２の組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタック１２の組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【００５３】
なお、昇降部９４は、燃料電池スタック１２の組立途上で、必要に応じて駆動させることができる。例えば、積層されている燃料電池１４の間に配置されている任意の燃料電池１４を取り出す際には、昇降部９４を介してフレーム部材６０を水平姿勢に配置する。これにより、任意の燃料電池１４の取り出し作業が有効に簡素化されるという利点がある。
【００５４】
また、昇降部９４を用いることなく、調整ねじロッド部６６の螺回作用下に、フレーム部材６０を水平姿勢に配置するように構成してもよい。
【００５５】
なお、本実施形態では、燃料電池１４を構成する電解質膜・電極構造体２２が第１および第２セパレータ２４、２６と略同一寸法に設定されているが、これに限定されるものではない。例えば、固体高分子電解質膜３６がアノード側電極３８およびカソード側電極４０と略同一寸法に設定されて電解質膜・電極構造体２２を第１および第２セパレータ２４、２６よりも小さな寸法に構成し、前記電解質膜・電極構造体２２を前記第１および第２セパレータ２４、２６間に挟持して、固定具等により一体化するようにしてもよい。
【００５６】
また、燃料電池１４をユニット化することがなく、電解質膜・電極構造体２２を第１および第２セパレータ２４、２６と略同一寸法に設定するとともに、これらを個別に積層して燃料電池スタック１２を組み立ててもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックの組立方法および組立装置では、単位セルが、積層位置で傾斜することによって、隣り合う第１および第２の辺が第１および第２の位置決め部に位置決め支持されるため、各単位セルを、順次、積層するだけで、前記単位セル同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。
【００５８】
従って、特に多数の電解質・電極構造体とセパレータとが積層される際にも、単位セル同士の相対的な位置ずれが惹起することがない。これにより、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタックを構成することが可能になる。
【００５９】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタックの組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタックの組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法を実施するための組立装置の概略斜視説明図である。
【図２】前記組立装置により組み立てられる燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図４】前記組立装置の側面図である。
【図５】前記組立装置の正面図である。
【図６】特許文献１に係る燃料電池の要部分解断面図である。
【符号の説明】
１０…組立装置 １２…燃料電池スタック
１４…燃料電池 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体 ２４、２６…セパレータ
３６…固体高分子電解質膜 ３８…アノード側電極
４０…カソード側電極 ６０…フレーム部材
６２…ガイドバー ６４…滑車部
６６ａ…支持ロッド部 ６６ｂ…調整ねじロッド部
７０…載置部 ７２…加圧部
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ…辺 ７６、７８…位置決め部
８０ａ、８０ｂ…下部支持ロッド ８２…側部支持ロッド
８４…シリンダ ８８…押圧部
９０…押圧プレート ９２…取手部
９４…昇降部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとを交互に積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも前記セパレータを含む積層部品が、多角形状に設定される燃料電池スタックの組立方法および組立装置に関する。
【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）からなる固体高分子電解質膜の両側に、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た電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持することにより単位セルとして構成されている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、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は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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルを積層してスタックを構成している。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなり、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１には、固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。具体的には、図６に示すように、燃料電池１は、単位セル２と、この単位セル２を挟んで配置されるセパレータ３ａ、３ｂとを備えている。単位セル２は、固体高分子電解質膜２ａと、この固体高分子電解質膜２ａの一面に設けられるアノード側電極２ｂと、前記固体高分子電解質膜２ａの他面に設けられるカソード側電極２ｃとにより構成されている。
【０００６】
燃料電池１には、積層方向に貫通して保持ピン挿入用保持孔４が形成されるとともに、セパレータ３ｂには、止め輪挿入用保持孔５が形成されている。保持ピン挿入用保持孔４には、保持ピン６が挿入されており、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａには、止め輪挿入用保持孔５に配置されている止め輪７が取り付けられる。保持ピン６の先端には、面取り加工が施されたピン先端６ｂが設けられる一方、前記保持ピン６の後端には、他の保持ピン６のピン先端６ｂが嵌合する挿入穴６ｃが形成されている。
【０００７】
このような構成において、保持ピン６が燃料電池１の保持ピン挿入用保持孔４に挿入されるとともに、止め輪挿入用保持孔５から止め輪７が挿入される。そして、この止め輪７が、保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに嵌め込まれることにより、燃料電池１が積層状態で保持される。
【０００８】
その際、保持ピン６のピン先端６ｂは、セパレータ３ｂの外面よりも突出している。このため、ピン先端６ｂが、他の燃料電池１を保持している保持ピン６の挿入穴６ｃに嵌合することにより、互いに隣接する燃料電池１同士の位置決めが行われる、としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１２０６７号公報（段落［００１６］、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、各単位セル２毎に複数本の保持ピン６を保持ピン挿入用保持孔４に挿入するとともに、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに止め輪７を嵌め込む作業が必要となっている。このため、特に、多数の単位セル２を積層する際に、保持ピン６と止め輪７の組み付け作業が相当に繁雑なものとなってしまい、作業性が低下するという問題が指摘されている。
【００１１】
さらに、燃料電池１を組み付けた際に、保持ピン６のピン先端６ｂがセパレータ３ｂの外面よりも突出している。これにより、ピン先端６ｂから電気の漏れが発生し易いという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、セパレータを含む積層部品同士の位置決めが容易かつ効率的に遂行されるとともに、組立作業性に優れる燃料電池スタックの組立方法および組立装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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の組立方法および請求項５に係る燃料電池スタックの組立装置では、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した複数の単位セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、前記単位セルが、長方形状に設定される燃料電池スタックが組み立てられる。
【００１４】
その際、単位セルの一方の長辺である第１の辺を底辺とする一方、前記第１の辺に隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺を側辺とし、前記第２の辺を前記第３の辺より下方に傾斜させて、前記第１の辺を互いに高さの異なる２つの下部支持ロッドに位置決め支持しかつ前記第２の辺を１つの側部支持ロッドに位置決め支持させる。すなわち、各単位セルは、立位姿勢でかつ第１および第２の辺が交わる同一の角部を下方に傾斜させて、順次、積層される。次いで、単位セルが積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに積層方向に押圧力が付与される。
【００１５】
このように、単位セルは、積層位置で傾斜することによって、隣り合う第１および第２の辺が第１および第２の位置決め部に位置決め支持される。このため、各単位セルを、順次、積層するだけで、前記単位セル同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。従って、特に多数の電解質・電極構造体とセパレータとが積層される際にも、単位セル同士の相対的な位置ずれが惹起することがなく、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタックを構成することが可能になる。
【００１６】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタックの組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタックの組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項６に係る燃料電池スタックの組立装置では、積層される各単位セルは、積層方向下流に向かってそれぞれの底辺の位置が高くなるように配置される。このため、単位セルは、自重によって積層方向上流側に傾斜し、前記単位セル間には、所定の面圧が付与される。これにより、燃料電池スタックの組立作業が効率的に遂行される。
【００１８】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項７に係る燃料電池スタックの組立装置では、積層方向上流を上方に揺動させて燃料電池スタックまたは単位セルを水平姿勢に配置可能である。従って、例えば、単位セルが積層されて燃料電池スタックが得られた後、この燃料電池スタックを水平姿勢に配置することにより、該燃料電池スタックの取り出し作業が容易に遂行される。一方、組立作業中に任意の単位セルを取り出す際には、同様に前記単位セルを水平姿勢に配置することによって、前記任意の単位セルの取り出し作業が簡素化される。
【００１９】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池スタックの組立方法および請求項８に係る燃料電池スタックの組立装置では、単位セルが積層される途上で、前記単位セルに積層方向に向かって押圧力が付与される。このため、単位セル間に所望の面圧を確実に付与することができ、燃料電池スタックの組立作業が効率的に行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法を実施するための組立装置１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記組立装置１０により組み立てられる燃料電池スタック１２の一部断面説明図である。
【００２１】
図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池（単位セル）１４を矢印Ａ方向に積層するとともに、前記燃料電池１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設される。エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、図示しない締め付けロッド等を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【００２２】
図３に示すように、燃料電池１４は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。第１および第２セパレータ２４、２６は、例えば、金属製プレートやカーボン製プレートで構成される。電解質膜・電極構造体２２と第１および第２セパレータ２４、２６との間には、後述する連通孔の周囲および電極面（発電面）の外周を覆って、ガスケット等のシール部材２８が介装される。なお、第１および第２セパレータ２４、２６には、シール部材２８を焼き付けにより一体的に設けてもよい。
【００２３】
燃料電池１４の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ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３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、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３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２４】
燃料電池１４の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ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３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２５】
電解質膜・電極構造体２２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３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２６】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。シール部材２８の中央部には、アノード側電極３８およびカソード側電極４０に対応して開口部４４が形成されている。
【００２７】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４６が形成される。この燃料ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。第１セパレータ２４の面２４ａとは反対の面２４ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４８が形成される。この冷却媒体流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【００２８】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路５０が設けられる。酸化剤ガス流路５０は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。
【００２９】
各燃料電池１４は、図示しない固定具等によって一体的に固定されており、前記燃料電池１４を単体として取り扱うことが可能である。この燃料電池１４は、多角形状、例えば、略矩形状を有するとともに、少なくとも第１および第２セパレータ２４、２６は、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂと略同一寸法に設定され、これらが積層部品を構成する。
【００３０】
なお、絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、積層部品を構成することなく、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂまたはエンドプレート２０ａ、２０ｂに固着して構成してもよい。また、燃料電池１４は、六角形状や八角形状等に構成されていてもよく、第１および第２セパレータ２４、２６は、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂと異なる寸法に設定されていてもよい。
【００３１】
図１および図４に示すように、組立装置１０はフレーム部材６０を備える。フレーム部材６０は、矢印Ａ方向両端に配置される固定板６０ａ、６０ｂと、前記固定板６０ａ、６０ｂの四隅に配置されて矢印Ａ方向に延在する互いに平行な４本のガイドバー６２と、前記ガイドバー６２に支持されて前記固定板６０ａ、６０ｂ間に配置される中間固定板６０ｃとを備える。中間固定板６０ｃは、固定板６０ｂに近接している。
【００３２】
フレーム部材６０を構成する一方の固定板６０ａには、ブロック６３ａを介して一対の滑車部６４が取り付けられる。フレーム部材６０を構成する他方の固定板６０ｂの下部には、ブロック６３ｂを介して一対の支持ロッド部６６ａが固定されるとともに、前記支持ロッド部６６ａには、調整ねじロッド部６６ｂが高さ調整可能に螺合する。この調整ねじロッド部６６ｂの下部には、水平床面Ｆ上に配置される受け部６６ｃが傾動自在に連結される。
【００３３】
滑車部６４は、ストッパ６７に保持されて水平床面Ｆ上に配置される一方、調整ねじロッド部６６ｂに連結された受け部６６ｃは、前記水平床面Ｆ上に配置される。フレーム部材６０は、通常、矢印Ａ１方向先端（固定板６０ａ側）を矢印Ａ２方向先端（固定板６０ｂ側）よりも下方に傾斜している。
【００３４】
フレーム部材６０は、少なくともユニット化された燃料電池１４を含む各積層部品を滑車部６４側から矢印Ａ２方向に積層して燃料電池スタック１２を得るための載置部７０と、前記燃料電池スタック１２に矢印Ａ１方向に押圧力を付与するための加圧部７２とを備える。
【００３５】
載置部７０は、図１に示すように、積層部品、例えば、ユニット化された燃料電池１４の一方の長辺である第１の辺７４ａを底辺とする一方、前記第１の辺７４ａに隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺７４ｂ、７４ｃを側辺とし、前記第２の辺７４ｂを前記第３の辺７４ｃより下方に傾斜させて、前記第１および第２の辺７４ａ、７４ｂをそれぞれ位置決め支持する第１および第２位置決め部７６、７８を備える。
【００３６】
図１および図５に示すように、第１位置決め部７６は、矢印Ａ方向に互いに平行しかつそれぞれの高さ（矢印Ｃ方向）が異なる下部支持ロッド８０ａ、８０ｂを設ける一方、第２位置決め部７８は、矢印Ａ方向に延在する側部支持ロッド８２を設ける。下部支持ロッド８０ａ、８０ｂおよび側部支持ロッド８２は、固定板６０ａと中間固定板６０ｃとに両端が支持されている。下部支持ロッド８０ａは、下部支持ロッド８０ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、側部支持ロッド８２側に近接する。
【００３７】
図１および図４に示すように、加圧部７２は、フレーム部材６０を構成する固定板６０ｂに固定されるシリンダ８４を備える。シリンダ８４から矢印Ａ１方向に突出するロッド８６の先端には、押圧部８８が連結されるとともに、この押圧部８８が押圧プレート（中間加圧部）９０に係合する。
【００３８】
押圧プレート９０は、４本のガイドバー６２に支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。押圧プレート９０には、下部支持ロッド８０ａ、８０ｂおよび側部支持ロッド８２を挿入するための孔部９１が形成される。この押圧プレート９０の長手方向（矢印Ｂ方向）両端には、作業者が把持可能な取手部９２が設けられる。
【００３９】
図４に示すように、水平床面Ｆ上には、滑車部６４側に近接する位置に、フレーム部材６０の下部に係合して前記フレーム部材６０を矢印Ｇ方向に揺動させる昇降部９４が配置される。昇降部９４は、例えば、ジャッキ等で構成されており、燃料電池スタック１２の積層方向上流を上方に揺動させて前記燃料電池スタック１２を水平姿勢に配置可能である。なお、昇降部９４は、手動操作あるいは自動操作可能である種々のアクチュエータを採用可能である。
【００４０】
次に、組立装置１０を用いて燃料電池スタック１２を組み立てる作業について、以下に説明する。
【００４１】
まず、組立装置１０を構成するフレーム部材６０は、滑車部６４と受け部６６ｃとが水平床面Ｆ上に配置されることにより、水平方向に対し傾斜している（図４参照）。そこで、フレーム部材６０の載置部７０には、固定板６０ａ側からエンドプレート２０ａ、絶縁プレート１８ａおよびターミナルプレート１６ａが、順次、配置される。
【００４２】
さらに、ターミナルプレート１６ａに積層して、燃料電池１４が載置部７０に配置される。その際、燃料電池１４には、電解質膜・電極構造体２２と第１および第２セパレータ２４、２６とが図示しない固定具等によって一体的に固定されており、前記燃料電池１４が単体（ユニット）として取り扱われる。
【００４３】
この場合、本実施形態では、載置部７０が第１および第２位置決め部７６、７８を備えており、前記第１位置決め部７６は、互いに高さが異なる下部支持ロッド８０ａ、８０ｂを設ける一方、第２位置決め部７８は、側部支持ロッド８２を設けている。このため、燃料電池１４は、第１の辺７４ａを底辺として配置される際に、前記第１の辺７４ａが下部支持ロッド８０ａ、８０ｂに載置されるとともに、該第１の辺７４ａに隣り合う第２の辺７４ｂが側部支持ロッド８２に支持される。
【００４４】
ここで、下部支持ロッド８０ａは、下部支持ロッド８０ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、前記下部支持ロッド８０ａが側部支持ロッド８２に近接している。従って、燃料電池１４は、下部支持ロッド８０ａ、８０ｂの傾斜に沿って側部支持ロッド８２側に移動し、第１の辺７４ａと第２の辺７４ｂとは、第１および第２位置決め部７６、７８を介して確実に位置決め支持される（図５参照）。
【００４５】
すなわち、各燃料電池１４は、立位姿勢でかつ第１および第２の辺７４ａ、７４ｂが交わる同一の角部を下方に傾斜させて、順次、積層される。これにより、各燃料電池１４を載置部７０に、順次、積層するだけで、前記燃料電池１４同士が互いに正確かつ確実に位置決めされ、該燃料電池１４の積層作業が高精度かつ迅速に遂行されるという効果が得られる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、フレーム部材６０が矢印Ａ方向に沿って積層方向上流側が下方に傾斜している（図４参照）。このため、載置部７０に積層される燃料電池１４は、その自重によって積層方向上流側（矢印Ａ１方向）に傾斜し、積層されている前記燃料電池１４間には所定の面圧が付与される。従って、燃料電池スタック１２の組立作業が効率的に遂行される。
【００４７】
上記のように、燃料電池１４を積層する途上で、必要に応じて作業者が押圧プレート９０を操作することができる。具体的には、作業者は、押圧プレート９０の取手部９２を把持し、この押圧プレート９０を４本のガイドバー６２の案内作用下に矢印Ａ１方向に移動させる。このため、載置部７０に積層されている燃料電池１４は、矢印Ａ１方向に押圧され、押圧プレート９０と固定板６０ａとに把持された各燃料電池１４間には、所望の面圧を確実に付与することが可能になる。
【００４８】
次いで、載置部７０に所定数の燃料電池１４が積層された後、この載置部７０には積層部品であるターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂおよびエンドプレート２０ｂが積層される。そして、加圧部７２を構成するシリンダ８４が駆動され、ロッド８６を介して押圧部８８が矢印Ａ１方向に押し出される。これにより、押圧部８８は押圧プレート９０を矢印Ａ１方向に押圧し、載置部７０に載置されている燃料電池スタック１２には、積層方向に沿って所定の押圧力が付与される。
【００４９】
さらに、燃料電池スタック１２は、図示しない締め付けロッド等を介して締め付けられ、エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、所定の締め付け荷重が付与される。なお、締め付けロッドに代替して、燃料電池スタック１２全体をケーシング（図示せず）によって固定する構成を採用してもよい。
【００５０】
燃料電池スタック１２が組み立てられた後、昇降部９４が駆動されてフレーム部材６０が矢印Ｇ方向に揺動される。これにより、燃料電池スタック１２は、水平姿勢に配置され、この燃料電池スタック１２をフレーム部材６０から容易に取り出すことができる。
【００５１】
上記のように、本実施形態では、燃料電池１４を含む各積層部品を載置部７０に配置するだけで、各積層部品同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。このため、特に、多数の燃料電池１４が積層される際にも、前記燃料電池１４同士の相対的な位置ずれが惹起することがなく、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタック１２を組み立てることができるという効果がある。
【００５２】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタック１２の組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタック１２の組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【００５３】
なお、昇降部９４は、燃料電池スタック１２の組立途上で、必要に応じて駆動させることができる。例えば、積層されている燃料電池１４の間に配置されている任意の燃料電池１４を取り出す際には、昇降部９４を介してフレーム部材６０を水平姿勢に配置する。これにより、任意の燃料電池１４の取り出し作業が有効に簡素化されるという利点がある。
【００５４】
また、昇降部９４を用いることなく、調整ねじロッド部６６の螺回作用下に、フレーム部材６０を水平姿勢に配置するように構成してもよい。
【００５５】
なお、本実施形態では、燃料電池１４を構成する電解質膜・電極構造体２２が第１および第２セパレータ２４、２６と略同一寸法に設定されているが、これに限定されるものではない。例えば、固体高分子電解質膜３６がアノード側電極３８およびカソード側電極４０と略同一寸法に設定されて電解質膜・電極構造体２２を第１および第２セパレータ２４、２６よりも小さな寸法に構成し、前記電解質膜・電極構造体２２を前記第１および第２セパレータ２４、２６間に挟持して、固定具等により一体化するようにしてもよい。
【００５６】
また、燃料電池１４をユニット化することがなく、電解質膜・電極構造体２２を第１および第２セパレータ２４、２６と略同一寸法に設定するとともに、これらを個別に積層して燃料電池スタック１２を組み立ててもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックの組立方法および組立装置では、単位セルが、積層位置で傾斜することによって、隣り合う第１および第２の辺が第１および第２の位置決め部に位置決め支持されるため、各単位セルを、順次、積層するだけで、前記単位セル同士が互いに正確かつ確実に位置決めされる。
【００５８】
従って、特に多数の電解質・電極構造体とセパレータとが積層される際にも、単位セル同士の相対的な位置ずれが惹起することがない。これにより、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタックを構成することが可能になる。
【００５９】
しかも、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタックの組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタックの組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法を実施するための組立装置の概略斜視説明図である。
【図２】前記組立装置により組み立てられる燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図４】前記組立装置の側面図である。
【図５】前記組立装置の正面図である。
【図６】特許文献１に係る燃料電池の要部分解断面図である。
【符号の説明】
１０…組立装置 １２…燃料電池スタック
１４…燃料電池 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体 ２４、２６…セパレータ
３６…固体高分子電解質膜 ３８…アノード側電極
４０…カソード側電極 ６０…フレーム部材
６２…ガイドバー ６４…滑車部
６６ａ…支持ロッド部 ６６ｂ…調整ねじロッド部
７０…載置部 ７２…加圧部
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ…辺 ７６、７８…位置決め部
８０ａ、８０ｂ…下部支持ロッド ８２…側部支持ロッド
８４…シリンダ ８８…押圧部
９０…押圧プレート ９２…取手部
９４…昇降部
Claims (8)
- 電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した複数の単位セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、前記単位セルが、長方形状に設定される燃料電池スタックの組立方法であって、
前記単位セルの一方の長辺である第１の辺を底辺とする一方、前記第１の辺に隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺を側辺とし、前記第２の辺を前記第３の辺より下方に傾斜させて、前記第１の辺を互いに高さの異なる２つの下部支持ロッドに位置決め支持しかつ前記第２の辺を１つの側部支持ロッドに位置決め支持する工程と、
複数の前記単位セルが順次積層されて燃料電池スタックが得られた後、押圧プレートを前記下部支持ロッドおよび前記側部支持ロッドとは別に設けられたガイドに沿って移動させ、前記押圧プレートにより積層された複数の前記単位セルを押圧することにより、前記燃料電池スタックに積層方向に押圧力を付与する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。 - 請求項１記載の組立方法において、積層される各単位セルは、積層方向下流に向かってそれぞれの底辺の位置が高くなるように配置されることを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。
- 請求項２記載の組立方法において、前記単位セルが積層されて燃料電池スタックが得られた後、積層方向上流を上方に揺動させて前記燃料電池スタック全体を水平姿勢に配置させることを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組立方法において、前記単位セルが所定の数だけ積層された後、該単位セルに積層方向に向かって押圧力を付与する工程と、
新たな単位セルを積層して前記燃料電池スタックを得た後、前記燃料電池スタックに積層方向に押圧力を付与する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。 - 電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した複数の単位セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、前記単位セルが、長方形状に設定される燃料電池スタックの組立装置であって、
前記単位セルの一方の長辺である第１の辺を底辺とする一方、前記第１の辺に隣り合う両方の短辺である第２および第３の辺を側辺とし、前記第２の辺を前記第３の辺より下方に傾斜させて、前記第１の辺を位置決め支持する互いに高さの異なる２つの下部支持ロッドを設ける第１の位置決め部と、
前記第２の辺を位置決め支持する１つの側部支持ロッドを設ける第２の位置決め部と、
複数の前記単位セルが順次積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに積層方向に押圧力を付与する加圧部と、
前記加圧部に設けられ、複数の前記単位セルを押圧する押圧プレートと、
前記下部支持ロッドおよび前記側部支持ロッドとは別に設けられ、前記押圧プレートを案内するガイドと、
を備えることを特徴とする燃料電池スタックの組立装置。 - 請求項５記載の組立装置において、各単位セルは、第１および第２の位置決め部に対し積層方向下流に向かってそれぞれの底辺の位置が高くなるように配置することを特徴とする燃料電池スタックの組立装置。
- 請求項６記載の組立装置において、載置部の積層方向上流を上方に揺動させて前記単位セルを水平姿勢に配置可能な昇降部を備えることを特徴とする燃料電池スタックの組立装置。
- 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の組立装置において、前記単位セルが積層される途上で、該単位セルに積層方向に向かって押圧力を付与可能な中間加圧部を備えることを特徴とする燃料電池スタックの組立装置。
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