JP5158306B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池モジュールに関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池モジュールにおける燃料電池ケース等の構造の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層し、さらに積層方向両端にエンドプレートなどを配置することによって構成されている。このような燃料電池は、さらに燃料電池ケースに収容される等して燃料電池モジュールを形成している。

燃料電池モジュールは燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムなどとして利用されており、この場合には例えば振動を吸収するためのマウントインシュレータを介して車両のフレームやスタックケースなどに取り付けられている。このようにマウントインシュレータを介して燃料電池モジュールをスタックケース等へ取り付けたものとしては、エンドプレートとマウントインシュレータを結合するボルトを覆う補強カバーを備えたもの等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６７６５１号公報

しかしながら、上述のような構造の場合、部品の組付け工数が多い場合があり、さらには外部から水分が浸入する場合もあるという点で問題がある。

そこで、本発明は、組付け工数を減少させることができ、また、外部から水分が侵入するのを抑制できるようにした燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。上述のように、燃料電池モジュールを車両等に取り付ける際には、振動等を吸収するためゴム等からなるマウントインシュレータを介在させることがある。ところが、当該マウントインシュレータ、あるいはこれを固定するためのボルト等を覆うためのカバー（マウントインシュレータカバー）をさらに設けようとすると、その分だけ組付け工数が増えることになる。また、浸水したような場合には当該マウントインシュレータカバーを設けた部分から水が浸入することがあるため、これに対処するためシール部材や水抜き用孔を併設する必要もある。また、防水や絶縁のための構造に何かしらの不具合が生じると、絶縁不良につながるおそれもある。これらの内容について種々の検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く着想を得るに至った。

本発明はかかる着想に基づくものであり、反応ガスの電気化学反応により発電する単セルと、該単セルが複数積層されて形成されるセル積層体と、該セル積層体がその積層方向両端をエンドプレートにより挟持された構造の燃料電池と、該燃料電池を収容する燃料電池ケースと、前記エンドプレートを介して前記燃料電池を保持する複数の保持部と、を備えた燃料電池モジュールであって、前記保持部は、前記エンドプレートに一部が結合した状態となる第１の締結部材と、該第１の締結部材と前記燃料電池ケースとの間に介在するマウント部材と、該マウント部材と前記燃料電池ケースとを締結する第２の締結部材と、を備えた構成であり、前記燃料電池ケースには、前記第１の締結部材の一部を干渉を避けつつ覆う形状の張出し部が形成されていることを特徴とするものである。

燃料電池と燃料電池ケースとを締結するために例えばボルトなどの締結部材を用いた場合、当該ボルトの一部が出っ張った形状となることがあるが、本発明では、燃料電池ケースに形成されている張出し部がかかる出っ張った形状部分と干渉するのを避けつつ覆うようになっている。つまり、燃料電池ケースを取り付けるだけで第１の締結部材を干渉することなく覆うことが可能な構造となっている。このため、マウント部材や第１の締結部材を覆うための別の部材（例えばマウントインシュレータカバー）を別途設ける必要がないから、その分だけ組付け工数が少なくて済むという利点がある。

また、水分が侵入するのを抑制するという観点からは、一例を挙げれば従来のカバー（マウントインシュレータカバー）と燃料電池ケースとの間にシール部材を別途設けるといった手段もとりうるが、そうすると組付け工数がさらに増えてしまうおそれがあり好ましいとはいえない。この点、本発明においては燃料電池ケースの一部を張出し部として形成することにより、工数を余計に増やすことなく外部から水分が浸入するのを効果的に抑制できるという利点もある。

このような燃料電池モジュールにおいては、前記燃料電池ケースと前記マウント部材との接触面に防水加工が施されていることが好ましい。これにより、燃料電池ケースとマウント部材との接触面から水分が浸入するのを抑え、防水性をさらに向上させることが可能となる。

また、前記張出し部の内面の少なくとも一部に絶縁処理が施されていることも好ましい。例えば燃料電池ケースの一部が変形したような場合にも、当該燃料電池ケースと上述した第１の締結部材との間における絶縁状態が維持される可能性が高くなる。

本発明において、前記マウント部材は、前記燃料電池に加わる振動を吸収して緩衝し、尚かつ当該燃料電池と前記燃料電池ケースとを絶縁した状態に維持するインシュレータとして機能するものである。

本発明によれば、組付け工数を減少し、また、外部から水分が侵入するのを抑制することが可能となる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図５に本発明にかかる燃料電池モジュールの実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池モジュールＭは、反応ガスの電気化学反応により発電する単セル（以下、セルともいう）２と、該セル２が複数積層されて形成されるセル積層体３と、該セル積層体３がその積層方向両端をエンドプレート８により挟持された構造の燃料電池１と、該燃料電池１を収容する燃料電池ケース４と、エンドプレート８を介して燃料電池１を保持する複数の保持部６と、を備えたモジュールとして構成されているものである。また、本実施形態の場合、保持部６は、第１の締結部材６１と、第２の締結部材６２と、マウント部材６３とを備えた構成であり、燃料電池ケース４には第１の締結部材６１を覆う張出し部４１が形成されている。

以下においては、まず、燃料電池１やガス配管系３００，４００などによって構成される燃料電池システム１００の全体構成、ならびに燃料電池１を構成するセル２の構成について説明し、その後、燃料電池モジュールＭにおける保持部６や燃料電池ケース４の構造について説明することとする。

図１に本実施形態における燃料電池システム１００の概略構成を示す。図示するように、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池１に供給する酸化ガス配管系３００と、燃料ガスとしての水素を燃料電池１に供給する燃料ガス配管系４００と、燃料電池１に冷媒を供給して燃料電池１を冷却する冷媒配管系５００と、システムの電力を充放電する電力系６００と、システム全体を統括制御する制御部７００と、を備えている。

燃料電池１は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数のセル（単セル）２を積層したスタック構造となっている（図３参照）。各セル２は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータ２０（図２においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂを付して示している）を有している。一方のセパレータ２０の燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータ２０の酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池１は電力を発生する。

酸化ガス配管系３００は、燃料電池１に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス供給路１１１と、燃料電池１から排出された酸化オフガスが流れる排出路１１２と、を有している。酸化ガス供給路１１１には、フィルタ１１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１１４と、コンプレッサ１１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１１５と、が設けられている。排出路１１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１１６を通って加湿器１１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。コンプレッサ１１４は、モータ１１４ａの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。

燃料ガス配管系４００は、水素供給源１２１と、水素供給源１２１から燃料電池１に供給される水素ガスが流れる水素ガス供給路１２２と、燃料電池１から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を水素ガス供給路１２２の合流点Ａに戻すための循環路１２３と、循環路１２３内の水素オフガスを水素ガス供給路１２２に圧送するポンプ１２４と、循環路１２３に分岐接続された排出路１２５と、を有している。

水素供給源１２１は、例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。水素供給源１２１の元弁１２６を開くと、水素ガス供給路１２２に水素ガスが流出する。水素ガスは、調圧弁１２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池１に供給される。

水素ガス供給路１２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁１２８とインジェクタ１２９が設けられている。水素ガスの循環系は、水素ガス供給路１２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池１のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路１２３とを順番に連通することで構成されている。水素ポンプ１２４は、モータ１２４ａの駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池１に循環供給する。

インジェクタ１２９は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。例えば本実施形態のインジェクタ１２９は、水素ガス等を噴射する噴射孔を有する弁座と、水素ガス等を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。インジェクタ１２９の弁体は例えばソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階または多段階に切り替えることができるようになっている。

排出路１２５には、遮断弁であるパージ弁１３３が設けられている。パージ弁１３３が燃料電池システム１００の稼動時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁１３３の開弁により、循環路１２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。

冷媒配管系５００は、燃料電池１内の冷却流路に連通する冷媒循環流路１４１と、冷媒循環流路１４１に設けられた冷却ポンプ１４２と、燃料電池１から排出される冷媒を冷却するラジエータ１４３と、ラジエータ１４３をバイパスするバイパス流路１４４と、ラジエータ１４３及びバイパス流路１４４への冷却水の通流を設定する三方弁（切替え弁）１４５と、を有している。冷却ポンプ１４２は、モータ１４２ａの駆動により、冷媒循環流路１４１内の冷媒を燃料電池１に循環供給する。

電力系６００は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１、バッテリ１６２、トラクションインバータ１６３、トラクションモータ１６４、及び各種の補機インバータ１６５，１６６，１６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ１６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ１６３側に出力する機能と、燃料電池１又はトラクションモータ１６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ１６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１のこれらの機能により、バッテリ１６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１６１により、燃料電池１の出力電圧が制御される。

バッテリ１６２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ１６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ１６４に供給する。トラクションモータ１６４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１００が搭載される例えば車両の主動力源を構成する。

補機インバータ１６５，１６６，１６７は、それぞれ、対応するモータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａの駆動を制御する電動機制御装置である。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、直流電流を三相交流に変換して、それぞれ、モータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａに供給する。補機インバータ１６５，１６６，１６７は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御部７００からの制御指令に従って燃料電池１又はバッテリ１６２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータ１１４ａ，１２４ａ，１４２ａで発生する回転トルクを制御する。

制御部７００は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、後述するポンプ１２４の解凍制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部７００は、ガス系統（３００，４００）や冷媒配管系５００に用いられる各種の圧力センサや温度センサ、外気温センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。

続いて、図２に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。図示するように構成されるセル２は順次積層されてセル積層体３を構成している（図３参照）。また、このように形成されたセル積層体３は、例えばその両端を一対のエンドプレート８で挟まれ、さらにこれらエンドプレート８どうしを繋ぐようにテンションプレート９が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている。

なお、このようなセル２等で構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システムとしても用いることが可能である。

セル２は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０、該ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）等で構成されている（図２参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。

ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極（アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極）３２ａ，３２ｂとで構成されている（図２参照）。電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。

ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。

セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の基材は板状のメタルで形成されたいわゆるメタルセパレータである。この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されていることが好ましい。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図２参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図２参照）。さらに、本実施形態においては、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている（図２参照）。

さらに、上述したように各セパレータ２０ａ，２０ｂは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、セパレータ２０ｂにおいては、酸化ガスのガス流路３４を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３４を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図２中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図２参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図２参照）。

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図２参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル２が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。

第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成されているものである（図２参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。

さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成された第３シール部材１３ｃが設けられている（図２参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。

なお、第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材１３ａ〜１３ｃとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。

枠状部材４０は、ＭＥＡ３０とともにセパレータ２０ａ，２０ｂ間に挟持される例えば樹脂からなる部材（以下、樹脂フレームともいう）である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム４０をセパレータ２０ａ，２０ｂ間に介在させ、当該樹脂フレーム４０によってＭＥＡ３０の少なくとも一部、例えば周縁部３３に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている。このように設けられる樹脂フレーム４０は、締結力を支持するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。

燃料電池１の構成について簡単に説明すると以下のとおりである（図３等参照）。本実施形態における燃料電池１は、複数の単セル２を積層したセル積層体３を有し、セル積層体３の両端に位置する単セル２，２の外側に順次、出力端子５付きの集電板６、絶縁板７およびエンドプレート８が各々配置された構造となっている（図３参照）。このようなセル積層体３はテンションプレート９によって積層状態で拘束されている。テンションプレート９は両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対がセル積層体３の両側に対向するように配置される。なお、符合１２は、複数の弾性体（図示省略）をセル２の積層方向から挟持する一対のプレッシャプレートである。

続いて、本実施形態の燃料電池モジュールＭにおける保持部６や燃料電池ケース４などの構造について説明する（図５等参照）。本実施形態の燃料電池モジュールＭは、保持部６によって保持された燃料電池１や、該燃料電池１を覆う燃料電池ケース４によって構成されているものである。

燃料電池モジュールＭは、例えば燃料電池車両の車載発電システムとして利用することができるものである。例えば本実施形態の燃料電池モジュールＭは、燃料電池車両（図４において符合Ｖで示している）の基台たる構造材７１上に取り付けられている（図４参照）。特に図示はしていないが、本実施形態の場合にはボルト等の締結手段を用いて燃料電池ケース４を上述の構造材７１に固定することができる構造となっている。なお、図４中における符合７２は燃料電池車両のリヤバンパ、符合７３はサイドメンバであり、構造材７１は、図４に示しているように左右のサイドメンバ７３に掛け渡されるように設けられている。ちなみに、１台の燃料電池車両における燃料電池モジュールＭの搭載台数は特に限定されるものではないが、一例として図４においては３台の燃料電池モジュールＭを搭載した場合を示している。

保持部６は、燃料電池モジュールＭにおける例えばエンドプレート８を介して燃料電池ケース４上にて燃料電池１を保持するものである。この保持部６の具体的な個数は限定されるものではないが、例えば本実施形態では１台の燃料電池モジュールＭに対してその前部に１個、後部に２個の計３個を用いることとしている。本実施形態の保持部６は、第１の締結部材６１と、第２の締結部材６２と、マウント部材６３とを備えた構成となっている（図５等参照）。

第１の締結部材６１は、エンドプレート８にその一部が結合した状態となって燃料電池１を保持する部材である。例えば本実施形態では、エンドプレート８の下面にその一部が螺合する押さえボルトをこの第１の締結部材６１として用いている（図５参照）。また、第１の締結部材６１は、燃料電池１のエンドプレート８をセル積層方向と垂直な方向にねじ込まれる等して結合するもので、例えば本実施形態の場合であれば燃料電池１の下面から上方に向けてねじ込まれ、積層方向と垂直な方向を向いて結合した状態となる（図５参照）。

マウント部材６３は、第１の締結部材６１と燃料電池ケース４との間に介在するように設けられている（図５参照）。このマウント部材６３は、第１の締結部材６１とともに燃料電池１を保持しつつ、燃料電池１本体に振動が加わった場合の当該振動を吸収して緩衝し、尚かつ当該燃料電池と燃料電池ケース４等とを絶縁した状態に維持するいわゆるマウントインシュレータとして機能するものである。例えば本実施形態のマウント部材６３は、弾性体（振動吸収体）や絶縁体などで構成されており、第１の締結部材６１よりも大径の筒状部分６３ａと、該筒状部分６３ａの周囲に設けられる板状部分６３ｂとからなる形状となっている（図５参照）。このマウント部材６３は、筒状部分６３ａを通過するように設けられる第１の締結部材６１によって燃料電池１に締結した状態となる。また、板状部分６３ｂの下面側には、外周におねじが切られており、当該マウント部材６３と燃料電池ケース４とを締結する際に用いられるボルト部６３ｃが設けられている（図５参照）。

第２の締結部材６２は、上述のマウント部材６３と燃料電池ケース４とを締結するための部材である。このような第２の締結部材６２の具体的構成は特に何かに限定されるものではないが、例えば本実施形態ではボルト部６３ｃと該ボルト部６３ｃに羅合するナット６０とで第２の締結部材６２を構成している（図５参照）。燃料電池ケース４には各ボルト部６３ｃが通過可能な透孔４２が予め設けられており、当該透孔４２から突出した状態のボルト部６３ｃにナット６０を螺合させ、締め付けることによってマウント部材６３と燃料電池ケース４とを締結することができる（図５参照）。

燃料電池ケース４には、上述した第１の締結部材６１の一部を干渉を避けつつ覆うことができる張出し部４１が形成されている（図５参照）。例えば上述のような構成の第１の締結部材６１やマウント部材６３等を用いている本実施形態の場合、これら第１の締結部材６１やマウント部材６３が燃料電池１の下面よりも下側へと突出した構造となる。張出し部４１はこれら突出する部分に合わせて形成されているもので、燃料電池カバー４を取り付けると同時にこれら第１の締結部材６１を干渉することなく覆うことができる。なお、このような張出し部４１は燃料電池ケース４の一部として形成されているものであり、当該張出し部４１において外部から水分が浸入することはできない構造となっている。なお、このような張出し部４１の具体的形状は特に限定されることはない。図５においては比較的単純な形状の張出し部４１を例示しているが、断面形状の一部を傾斜させたり角に丸みを付けたりしてももちろん構わない。

また、本実施形態においては、このような張出し部４１の内面の少なくとも一部に絶縁処理を施すこととしている。こうすることにより、例えば路面と干渉する等により燃料電池ケース４の一部に変形が生じ、当該張出し部４１の内面と第１の締結部材６１とが近接したり場合によってはほぼ接触したりした状態となっても、なお絶縁状態を確保することが可能となる。特に、燃料電池モジュールＭを定置用にではなく本実施形態のように車両の動力源として利用している場合、不慮の衝突や干渉等が生じたとしても電気的異常状態を回避して耐性を向上させうるといった点で好ましい。なお、このような絶縁処理の具体的内容は特に限定されることはなく、例えば絶縁塗装を施してもよいしあるいは絶縁用の薄い他部材を貼付してもよい。また、絶縁処理を施す場所は張出し部４１の内面に限られることはなく、これら張出し部４１以外であってもよいことは当然である。図５においては、絶縁処理が施される部分（あるいは絶縁処理が可能な部分）を符合Ｉで示している。

ここまで説明したように、本実施形態の燃料電池モジュールＭによれば、組付け工数が減少し、尚かつ外部からの水分の侵入を抑制できるという特有の作用効果を奏することができる。すなわち、例えば第１の締結部材６１やマウント部材６３を覆うためのマウントインシュレータカバーが別個の部品として構成されている場合、当該マウントインシュレータカバーを別途組付けなければならないのに対し、本実施形態によればこの手間がないからその分だけ組付け工数が少なくて済む。また、マウントインシュレータカバーに予め設けられている水抜き用孔から水分が浸入するおそれもない。この場合、接合部分の隙間等から水分が侵入するのを防ぐためにシール材などを設けようとすれば組付けに更なる手間を要するが、本実施形態の場合にはこのようなシール材などを設ける必要もない。さらには、第１の締結部材６１やマウント部材６３に被せていたような防水絶縁キャップも不要となる。加えて、本実施形態のように燃料電池ケース４とカバーとをいわば一体化させた構造とすれば、部品点数やコストの削減、さらには軽量化を図ることができるという利点もある。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、燃料電池ケース４とマウント部材６３とを締結する構造としたが、ケース内への水分の浸入をさらに抑制するという観点からすれば、これら燃料電池ケース４とマウント部材６３との接触面（接触領域）に防水加工を施すことも好ましい。これによれば、当該燃料電池ケース４とマウント部材６３との接触面から水分が浸入するのを抑え、防水性をさらに向上させることが可能となる。なお、図５においては当該防水加工部分を符合Ｗで示している。

本実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 セル積層体のセルを分解して示す分解斜視図である。 燃料電池スタックの構造例を概略的に示す斜視図である。 本実施形態の燃料電池モジュールが搭載された燃料電池車両の一例を示す平面図である。 燃料電池モジュールにおける第１および第２の締結部材やマウント部材の構造例を示す断面図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…セル（単セル）、３…セル積層体、４…燃料電池ケース、６…保持部、８…エンドプレート、４１…燃料電池ケースの張出し部、６１…第１の締結部材、６２…第２の締結部材、６３…マウント部材、Ｍ…燃料電池モジュール

Claims (4)

1. 反応ガスの電気化学反応により発電する単セルと、該単セルが複数積層されて形成されるセル積層体と、該セル積層体がその積層方向両端をエンドプレートにより挟持された構造の燃料電池と、該燃料電池を収容する燃料電池ケースと、前記エンドプレートを介して前記燃料電池を保持する複数の保持部と、を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記保持部は、前記エンドプレートに一部が結合した状態となる第１の締結部材と、該第１の締結部材と前記燃料電池ケースとの間に介在するマウント部材と、該マウント部材と前記燃料電池ケースとを締結する第２の締結部材と、を備えた構成であり、
   前記燃料電池ケースには、前記第１の締結部材と接触しないように当該第１の締結部材を覆う形状の張出し部が形成されている
   ことを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 前記燃料電池ケースと前記マウント部材との接触面に防水加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記張出し部の内面の少なくとも一部に絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記マウント部材は、前記燃料電池に加わる振動を吸収して緩衝し、尚かつ当該燃料電池と前記燃料電池ケースとを絶縁した状態に維持するインシュレータとして機能するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池モジュール。

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