JP4262563B2

JP4262563B2 - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP4262563B2
Application number: JP2003345976A
Authority: JP
Inventors: 義典割石; 成利杉田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005116227A

Description

本発明は、電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体を、一対のセパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容す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（電解質）を採用している。それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極及びカソード側電極が電解質膜の両側に対設された電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。

この種の燃料電池において、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、電子及び酸素が反応して水が生成される。

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）積層した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は、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１の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は、図７に示すように、複数の単位セル１を積層した積層体２を備えるとともに、この積層体２の積層方向両端にエンドプレート３を介装して補助プレート４ａ、４ｂが配設されている。

積層体２の両側部に沿って一対の締結バンド５が配置される。締結バンド５及び補助プレート４ａ、４ｂの端部には、円筒状の連結部６がそれぞれの孔部が一直線上に並ぶように設けられている。そして、各連結部６に金属ピン７が挿入されることにより、締結バンド５及び補助プレート４ａ、４ｂが一体的に連結されている。

補助プレート４ａには、複数のボルト８が螺合する一方、補助プレート４ｂには、複数の皿ばね（図示せず）が配設されている。従って、ボルト８が螺入されると、補助プレート４ａが補助プレート４ｂ側に押圧されるとともに、この補助プレート４ｂに配置された皿ばね（図示せず）が圧縮され、エンドプレート３を介して積層体２に必要な締結圧が付与される、としている。

特開２００１−１３５３４４号公報（段落［００１３］、［００１４］、図４）

しかしながら、上記の特許文献１では、ボルト８と皿ばね（図示せず）とにより積層体２に締結圧を付与するため、各単位セル１の面内厚さのばらつきによる面圧の不均一を抑制することができない。

しかも、積層体２の両側部に沿って一対の締結バンド５が配置され、この締結バンド５と補助プレート４ａ、４ｂとによってのみ、前記積層体２が締め付け保持されている。このため、積層体２には、曲がりや捻れ等が発生し易く、燃料電池スタックの寸法ばらつきが大きくなって、実車搭載性が低下してしまう。

さらに、燃料電池スタックに外力が作用する際、単位セル１に横ずれが発生し、発電性能及びシール性が低下するおそれがある。特に、締結バンド５では、積層体２を強固に保持することができず、前記積層体２に振動や衝撃が付与されると、該積層体２に位置ずれが惹起してしまう。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、組立作業性に優れるとともに、簡単且つ小型な構成で、所望の発電性能とシール性とを確保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。

本発明に係る燃料電池スタックでは、電解質・電極構造体を、一対の弾性を有する金属セパレータにより挟持した単位セルが複数積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向一端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及び端板が外方に向かって直接配設される一方、前記積層体の積層方向他端には、ターミナルプレート、絶縁性スペーサ部材及び端板が外方に向かって直接配設されるとともに、前記金属セパレータ自体の弾性を利用することによりばね部材を用いることなく箱状ケーシング内に収容されている。ケーシングは、積層体の積層方向両端部に配置され、短辺側の端板側部に第１の連結部が一体に形成され且つ長辺側の端板側部に第２及び第３の連結部が一体に形成された長方形状の前記端板と、前記積層体の側部に配置され、前記端板の互いに対向する短辺側に配置される各側板側部に第１の連結部が一体に形成された第１の側板と、前記積層体の側部に配置され、前記端板の互いに対向する長辺側に配置される各側板側部に第２の連結部が一体に形成された第２の側板と、前記積層体の側部に配置され、前記第２の側板に並列して前記端板の互いに対向する長辺側に配置される各側板側部に第３の連結部が一体に形成された第３の側板と、単一の前記端板の前記第１の連結部と前記第１の側板の前記第１の連結部とを連結する第１の連結ピンと、単一の前記端板の前記第２の連結部と前記第２の側板の前記第２の連結部とを連結する第２の連結ピンと、単一の前記端板の前記第３の連結部と前記第３の側板の前記第３の連結部とを連結する第３の連結ピンとを備えている。そして、第２の連結ピンと第３の連結ピンとは、端板の長辺側に沿って軸方向に分割されている。

さらに、側板には、積層体の積層方向に延在するリブ部が設けられることが好ましい。

さらにまた、リブは、積層体の積層方向に延在することが好ましく、側板の１つの面には、前記リブが複数設けられることが好ましい。

また、リブは、側板の積層体が配置される内面側に凸状に構成されることが好ましく、さらに、セパレータの端部には、前記リブとの間の絶縁を保持するためにゴムシールが設けられることが好ましい。

本発明によれば、積層体が箱状ケーシング内に収容されるため、各単位セルの面圧分布を均一化することができ、前記単位セルの発電性及びシール性が有効に向上する。さらに、連結ピンを使用することにより、燃料電池スタックの組立時に、積層方向両端に配置された端板（エンドプレート）同士を結合するスタッドボルトの締め付け調整等が不要になって、組立作業の簡素化が容易に図られる。その上、ケーシングと連結ピンとを用いることにより、積層体の平行度を維持するとともに、振動や衝撃等によって前記積層体に位置ずれが惹起されることを阻止できる。

しかも、端板の長辺側の連結ピンが軸方向に２本に分割されるため、端板の幅寸法が大きくなっても、前記連結ピンの全長を有効に短尺化することができる。従って、連結ピンを端板と側板とに組み付ける際に、長尺な連結ピンを用いる場合に比べて該連結ピンの組み付け作業性が一挙に向上する。さらに、連結ピンが組み付けられる端板及び側板の連結部構造が簡素化され、経済的である。連結部が短尺化されるため、この連結部の精度及び公差が緩和されるからである。

また、分割された連結ピンが取り付けられる側板は、この連結ピンの数に対応して分割されるため、前記側板自体の構成が有効に簡素化される。このため、燃料電池全体の製造費が削減される。

さらに、本発明では、側板には、積層体の積層方向に延在するリブ部が設けられるため、特に薄板状の側板自体の剛性が良好に向上する。これにより、側板及び端板を介して積層体を強固に固定することができ、単位セルの発電性能及びシール性を確保することが可能になる。

その際、リブが積層体に向かって突出しており、側板によって前記積層体に作用する荷重を保持することができる。しかも、セパレータの端部に設けられたゴムシールを介して、前記セパレータと側板との絶縁性を良好に確保することが可能になる。

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１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。

図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、正面視で横長の長方形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４により一体的に保持される。

図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、セパレータとしては、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボン製セパレータ（図示せず）を使用してもよい。

単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、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３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３８ａ、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４０ｂが設けられる。

単位セル１２の長辺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４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３８ｂ、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が設けられる。

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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。

アノード側電極４４及びカソード側電極４６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た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４２の両面に接合される。

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、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４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２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。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が直接ケーシング２４に接触することを阻止すべく、絶縁用ゴムシール５７が介装される。第１及び第２シール部材５４、５６の外周端部は、ケーシング２４の内面との間に僅かな隙間を有していてもよく、また、前記内面に接していてもよい。これは、第１及び第２金属セパレータ３２、３４が所定量以上に曲がることを規制するためである。

図１及び図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部５８ａ、５８ｂが形成される。端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。

ケーシング２４は、図１に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）６２ａ〜６２ｄとを備える。なお、アングル部材６２ａ〜６２ｄは、側板６０ａ〜６０ｄの内側に配設されてもよい。

エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ、６０ｃとは、第１連結ピン６４を介して連結されるとともに、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ｂ、６０ｄとは、軸方向に複数、例えば、２つに分割された第２連結ピン６５ａ、６５ｂを介して連結される。側板６０ｂ、６０ｄは、側板６０ａ、６０ｃに比べて幅広に構成されており、後述するように、第２連結ピン６５ａ、６５ｂに対応してそれぞれ２枚に分割される。

エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ複数のタブ部（連結部）６６ａ、６６ｂが突出形成されるとともに、左右各辺には、それぞれ１つのタブ部（連結部）６６ａ、６６ｂが突出形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの左右各辺の下端には、マウント用ボス部６８ａ、６８ｂが形成される。このボス部６８ａ、６８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。

積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板６０ａ、６０ｃは、薄板金属製プレートで構成される。この側板６０ａ、６０ｃは、それぞれ積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ前記積層体１４に向かって突出する複数の補強用リブ部６９ａ、６９ｂを設ける（図４参照）。側板６０ａ、６０ｃの長手方向両端には、タブ部（連結部）７０ａ、７０ｂが２つずつ形成される（図１参照）。

積層体１４の上下に配置される側板６０ｂ、６０ｄは、それぞれ複数、例えば、２枚の薄板金属製プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２及び６０ｄ１、６０ｄ２に分割されている。プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２は、それぞれ積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ前記積層体１４に向かって突出する複数の補強用リブ部７１ａ、７１ｂを設ける。プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２の長手方向両端には、タブ部（連結部）７２ａ、７２ｂが形成される。

プレート部材６０ｄ１、６０ｄ２は、それぞれ積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ前記積層体１４に向かって突出する複数の補強用リブ部７１ｃ、７１ｄを設ける。プレート部材６０ｄ１、６０ｄ２の長手方向両端には、タブ部（連結部）７２ｃ、７２ｄが形成される。

側板６０ａ、６０ｃの各タブ部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの左右各辺のタブ部６６ａ、６６ｂが配置されるとともに、これらに第１連結ピン６４が一体的に挿入されて、前記側板６０ａ、６０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。

プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２のタブ部７２ａ、７２ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺のタブ部６６ａ、６６ｂと交互に配置される。タブ部７２ａとタブ部６６ａ、６６ｂの一部とに第２連結ピン６５ａが一体的に挿入される。同様に、タブ部７２ｂとタブ部６６ａ、６６ｂの一部とに第２連結ピン６５ｂが一体的に挿入され、プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２がエンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。

プレート部材６０ｄ１、６０ｄ２のタブ部７２ｃ、７２ｄは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの下辺のタブ部６６ａ、６６ｂと交互に配置される。タブ部７２ｃとタブ部６６ａ、６６ｂの一部とに第２連結ピン６５ａが一体的に挿入される。同様に、タブ部７２ｄとタブ部６６ａ、６６ｂの一部とに第２連結ピン６５ｂが一体的に挿入され、プレート部材６０ｄ１、６０ｄ２がエンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。

側板６０ａ〜６０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔７４が形成される一方、アングル部材６２ａ〜６２ｄの各辺には、前記ねじ孔７４に対応して孔部７６が形成される。各孔部７６に挿入される各ねじ７８がねじ孔７４に螺合することにより、アングル部材６２ａ〜６２ｄを介して側板６０ａ〜６０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図５参照）。

図１及び図２に示すように、スペーサ部材２２は、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２２は、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。このスペーサ部材２２は、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂で形成されている。なお、積層体１４の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２２を用いなくてもよい。

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５に示すように、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａの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４０ａ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３８ａ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、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される（図１参照）。

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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、カソード側電極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３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａから外部に排出される。同様に、アノード側電極４４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に排出されて流動し、エンドプレート２０ａから外部に排出される。

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３８ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。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３８ｂを移動してエンドプレート２０ａから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１に示すように、積層体１４が箱状ケーシング２４内に収容されるとともに、前記ケーシング２４は、前記積層体１４の積層方向両端部に配置されるエンドプレート（端板）２０ａ、２０ｂと、前記積層体１４の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄとを備えている。そして、エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ、６０ｃとは、第１連結ピン６４を介して連結されるとともに、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ｂ、６０ｄとは、軸方向に分割された第２連結ピン６５ａ、６５ｂを介して連結される。

従って、第１連結ピン６４及び第２連結ピン６５ａ、６５ｂを使用することにより、燃料電池スタック１０の組立時にボルトの締め付け調整等が不要になって、組立作業の簡素化が容易に図られる。その上、ケーシング２４と第１連結ピン６４及び第２連結ピン６５ａ、６５ｂとを用いることにより、積層体１４の平行度を維持するとともに、振動や衝撃等によって前記積層体１４に位置ずれが惹起されることを阻止できる。

しかも、各単位セル１２の発電性及びシール性が有効に向上するとともに、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性を利用することにより、ケーシング２４内には、皿ばねを配設する必要がない。従って、燃料電池スタック１０全体の小型化且つ軽量化が容易に図られるという効果が得られる。その際、皿ばねが不要になるため、第１及び第２金属セパレータ３２、３４を含む積層体１４には、前記皿ばねによる曲がり等が発生することがない。

また、ターミナルプレート１６ｂとエンドプレート２０ｂとの間に、スペーサ部材２２が介装されている。従って、各単位セル１２毎の寸法差等によって積層体１４の積層方向の長さが変動しても、スペーサ部材２２の厚さを調整するだけで、前記積層体１４の長さ変動を確実に吸収することができる。

さらにまた、第１の実施形態では、エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ｂ、６０ｄとを連結するために、軸方向に２分割された第２連結ピン６５ａ、６５ｂを使用している。このため、エンドプレート２０ａ、２０ｂの幅寸法（矢印Ｂ方向の寸法）が大きくなっても、各第２連結ピン６５ａ、６５ｂの全長を有効に短尺化することができる。必要に応じて、軸方向に２分割、３分割又は４分割等に分割すればよいからである。

これにより、第２連結ピン６５ａ、６５ｂをエンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ｂ、６０ｄとの連結部に組み付ける際に、長尺な連結ピンを用いる場合に比べて組み付け作業性が一挙に向上するという効果が得られる。さらに、第２連結ピン６５ａ、６５ｂが組み付けられるエンドプレート２０ａ、２０ｂ及び側板６０ｂ、６０ｄの連結部構造が簡素化され、経済的であるという利点が得られる。連結部が短尺化されるため、この連結部の精度及び公差が緩和されるからである。

また、分割された第２連結ピン６５ａ、６５ｂが取り付けられる側板６０ｂ、６０ｄは、この第２連結ピン６５ａ、６５ｂの数に対応して分割されている。具体的には、側板６０ｂは、プレート部材６０ｂ１、６０ｂ２に２分割される一方、側板６０ｄは、プレート部材６０ｄ１、６０ｄ２に２分割されている。従って、側板６０ｂ、６０ｄ自体の構成が有効に簡素化され、燃料電池スタック１０全体の製造費が削減される。

さらに、側板６０ａ〜６０ｄには、積層体１４の積層方向に延在するリブ部６９ａ、６９ｂ、７１ａ〜７１ｄが設けられているため、特に薄板状の側板６０ａ〜６０ｄ自体の剛性が良好に向上する。これにより、エンドプレート２０ａ、２０ｂ及び側板６０ａ〜６０ｄを介して積層体１４を強固に固定することができ、単位セル１２の発電性能及びシール性を確保することが可能になる。

しかも、リブ部６９ａ、６９ｂ、７１ａ〜７１ｄは、積層体１４に向かって突出している。このため、側板６０ａ〜６０ｄによって積層体１４に作用する荷重を確実に保持することができる。

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８０は、箱状ケーシング８２を備えるとともに、前記ケーシング８２は、エンドプレート２０ａ、２０ｂに連結される側板８４ａ〜８４ｄを設ける。側板８４ａ〜８４ｄは、それぞれ単一のプレート部材で構成されている。エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板８４ａ、８４ｃとは、短尺な第１連結ピン６４を介して連結されるとともに、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板８４ｂ、８４ｄとは、長尺な第２連結ピン６５を介して連結される。

このように構成される第２の実施形態では、側板８４ａ、８４ｃには、積層体１４の積層方向に延在するリブ部６９ａ、６９ｂが設けられる一方、側板８４ｂ、８４ｃには、前記積層体１４の積層方向に延在するリブ部７１が設けられている。このため、側板８４ａ〜８４ｄ自体の剛性が良好に向上するとともに、積層体１４を強固に固定することができる等、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。

なお、第１及び第２の実施形態では、連結部材として、例えば、アングル部材６２ａ〜６２ｄを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、側板６０ａ〜６０ｄ、８４ａ〜８４ｄ自体に屈曲するフランジ部を形成し、各フランジ部をねじ止めして前記側板６０ａ〜６０ｄ、８４ａ〜８４ｄ同士を連結してもよい。また、側板６０ａ〜６０ｄ、８４ａ〜８４ｄ同士を溶接して一体化してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。ケーシングを構成する側板の一部断面説明図である。前記燃料電池スタックの斜視説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。特許文献１の燃料電池スタックの概略説明図である。

符号の説明

１０、８０…燃料電池スタック１２…単位セル
１４…積層体１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８…絶縁プレート２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…スペーサ部材２４…ケーシング
３０…電解質膜・電極構造体３２、３４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜４４…アノード側電極
４６…カソード側電極４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路５２…酸化剤ガス流路
５４、５６…シール部材６０ａ〜６０ｄ、８４ａ〜８４ｄ…側板
６０ｂ１、６０ｂ２、６０ｄ１、６０ｄ２…プレート部材
６２ａ〜６２ｄ…アングル部材６４、６５、６５ａ、６５ｂ…連結ピン
６６ａ、６６ｂ、７０ａ、７０ｂ、７２ａ〜７２ｄ…タブ部
６９ａ、６９ｂ、７１、７１ａ〜７１ｄ…リブ部

Claims

電解質の両側に電極が設けられた電解質・電極構造体を、一対の弾性を有する金属セパレータにより挟持した単位セルが複数積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向一端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及び端板が外方に向かって直接配設される一方、前記積層体の積層方向他端には、ターミナルプレート、絶縁性スペーサ部材及び端板が外方に向かって直接配設されるとともに、前記金属セパレータ自体の弾性を利用することによりばね部材を用いることなく箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックであって、
前記ケーシングは、前記積層体の積層方向両端部に配置され、短辺側の端板側部に第１の連結部が一体に形成され且つ長辺側の端板側部に第２及び第３の連結部が一体に形成された長方形状の前記端板と、
前記積層体の側部に配置され、前記端板の互いに対向する短辺側に配置される各側板側部に第１の連結部が一体に形成された第１の側板と、
前記積層体の側部に配置され、前記端板の互いに対向する長辺側に配置される各側板側部に第２の連結部が一体に形成された第２の側板と、
前記積層体の側部に配置され、前記第２の側板に並列して前記端板の互いに対向する長辺側に配置される各側板側部に第３の連結部が一体に形成された第３の側板と、
単一の前記端板の前記第１の連結部と前記第１の側板の前記第１の連結部とを連結する第１の連結ピンと、
単一の前記端板の前記第２の連結部と前記第２の側板の前記第２の連結部とを連結する第２の連結ピンと、
単一の前記端板の前記第３の連結部と前記第３の側板の前記第３の連結部とを連結する第３の連結ピンと、
を備えるとともに、
前記第２の連結ピンと前記第３の連結ピンとは、前記端板の長辺側に沿って軸方向に分割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、前記側板には、リブ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２記載の燃料電池スタックにおいて、前記リブは、前記積層体の積層方向に延在することを特徴とする燃料電池スタック。
請求項２又は３記載の燃料電池スタックにおいて、前記側板の１つの面には、前記リブが複数設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記リブは、前記側板の前記積層体が配置される内面側に凸状に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項５記載の燃料電池スタックにおいて、前記金属セパレータの端部には、前記リブとの間の絶縁を保持するためにゴムシールが設けられることを特徴とする燃料電池スタック。