JP5910465B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを積層してなるセル積層体と、当該セル積層体を内部に収納するケーシングとを備えた燃料電池スタックに関する。

燃料電池（例えば、固体高分子形燃料電池）は、一つの燃料電池セル（単セル）から取り出すことのできる電力が比較的小さい。このため、平板形の燃料電池セルを複数枚積層してなるセル積層体を形成することにより、高出力の電力を取り出し可能とすることが行われている。

このようなセル積層体は、積層部分から反応ガスが漏洩する等の問題が生じないように、燃料電池セルのずれを防止する必要がある。すなわち、隣接する燃料電池セル同士が、衝撃力を受けることによって積層方向に対し垂直な方向に沿ってずれてしまい、セル積層体の全体が撓んでしまうことを防止する必要がある。

セル積層体の撓みを防止するために、従来、セル積層体の積層方向における両端をエンドプレートで挟み込み、積層方向に沿って加圧した状態でセル積層体を保持することが行われている。セル積層体は、その積層方向を例えば水平としながら、このように加圧された状態でケーシング内に収納される。

しかし、例えば燃料電池車両のように、振動や加減速、衝突等の力が作用するような環境に燃料電池スタックが設置される場合には、上記のような構成によってはセル積層体の撓みによる反応ガスの漏洩を確実に防止することができない。下記特許文献１には、ケーシングの内壁面とセル積層体の側面（積層方向に対して平行な側面）との間に押圧プレートを配置した構成の燃料電池スタックが記載されている。当該燃料電池スタックは、当該押圧プレートをセル積層体の側面に当接させることにより、セル積層体の撓みを防止することが可能となっている。

特開２００５−０７１８６９号公報

上記特許文献１に記載された燃料電池スタックでは、積層面に沿った全ての方向（燃料電池セル積層方向に対して垂直な全ての方向）におけるずれを防止しようとすると、押圧プレートを少なくとも４か所に配置する必要がある。すなわち、積層方向に沿って見た場合において、セル積層体の上側、下側、右側、左側の４か所に押圧プレートを配置する必要がある。更に、それぞれの押圧プレートには、セル積層体に対する位置を調整するための調整部材を設ける必要がある。

このように、上記特許文献１に記載された燃料電池スタックは、セル積層体の撓みを防止するための機構が複雑なものとなる結果、部品点数が多くなってしまうという問題や、燃料電池スタックが大型化してしまうという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セル積層体の撓みを簡便な構成によって防止することのできる燃料電池スタックを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層してなるセル積層体と、当該セル積層体を内部に収納する略直方体のケーシングとを備えた燃料電池スタックであって、前記セル積層体の撓みが生じないよう、前記ケーシングの内部において前記セル積層体を拘束する拘束機構を更に備えており、前記拘束機構は、前記セル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して傾斜している第一傾斜面と、前記ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で前記ケーシングに取り付けられており、その先端が前記第一傾斜面に当接する第一支持体と、前記セル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して傾斜している第二傾斜面と、前記ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で前記ケーシングに取り付けられており、その先端が前記第二傾斜面に当接する第二支持体と、を有しており、前記第一傾斜面の法線方向である第一方向と、前記第二傾斜面の法線方向である第二方向とは、いずれも前記燃料電池セルの積層方向に対して垂直であって、前記第一方向と前記第二方向とのなす角度は９０度よりも大きいことを特徴としている。

本発明に係る燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層してなるセル積層体の撓みが生じないよう、ケーシングの内部においてセル積層体を拘束する拘束機構を備えている。当該拘束機構は、第一傾斜面と、第二傾斜面と、第一支持体と、第二支持体と、を有している。

第一傾斜面は、セル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して傾斜している。第一傾斜面は、第二傾斜面と同様にセル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して傾斜している。第一傾斜面及び第二傾斜面には、第一支持体及び第二支持体がそれぞれ当接しており、これらによってセル積層体が拘束されている。

第一支持体は、ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で、ケーシングに取り付けられている。第一支持体は、その先端が第一傾斜面に当接している。第一支持体を進退させることにより、その先端を確実に第一傾斜面に当接させることができ、第一傾斜面に加える拘束力（第一拘束力）を調整することができる。

第二支持体は、ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で、ケーシングに取り付けられている。第二支持体は、その先端が第二傾斜面に当接している。第二支持体を進退させることにより、その先端を確実に第二傾斜面に当接させることができ、第二傾斜面に加える拘束力（第二拘束力）を調整することができる。

セル積層体は、第一傾斜面に加えられる第一拘束力と、第二傾斜面に加えられる第二拘束力とにより、ケーシングの内部においてその撓みが生じないように拘束されている。ここで、第一傾斜面の法線方向である第一方向と、第二傾斜面の法線方向である第二方向とは、いずれも燃料電池セルの積層方向に対して垂直である。また、第一方向と第二方向のなす角度は９０度よりも大きい。このような構成により、ケーシングの上下方向（積層方向に沿って見た場合における上下方向）に沿った力の成分において、第一拘束力と第二拘束力とは互いに反対方向となっている。同様に、ケーシングの左右方向（積層方向に沿って見た場合における左右方向）に沿った力の成分においても、第一拘束力と第二拘束力とは互いに反対方向となっている。このため、第一支持体及び第二支持体のそれぞれの進退量を調整することで、４方向（上下左右）においてセル積層体を拘束することが可能となっている。

このように、本発明に係る燃料電池スタックでは、従来よりも部品点数の少ない簡便な構成でありながら、セル積層体を４方向において拘束し、その撓みを防止している。

また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記第一傾斜面のうち前記第一支持体が当接する部分、及び、前記第二傾斜面のうち前記第二支持体が当接する部分は、いずれも、前記セル積層体のうち積層方向における中央に位置していることも好ましい。

この好ましい態様では、第一傾斜面のうち第一支持体が当接する部分、及び、第二傾斜面のうち第二支持体が当接する部分が、いずれも、セル積層体のうち積層方向における中央に位置している。すなわち、セル積層体のうち最も撓みが大きくなりやすい部分において、第一支持体及び第二支持体がセル積層体に当接している。このため、当接個所の数が少なくても、より効果的にセル積層体の撓みを防止することができる。

また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記セル積層体は、一部の燃料電池セル間に介挿された導電性の板状体である導電板を有しており、前記第一傾斜面及び前記第二傾斜面は、前記導電板のうち前記燃料電池セルよりも外方に突出した部分に形成されていることも好ましい。

この好ましい態様では、セル積層体は、一部の燃料電池セル間に介挿された導電性の板状体である導電板を有している。当該導電板は、燃料電池セルの積層方向に対し垂直な方向において、少なくとも一部が燃料電池セルよりも外方に突出している。第一傾斜面及び第二傾斜面は、導電板のうち燃料電池セルよりも外方に突出した部分に形成されている。

このような構成により、第一支持体等がセル積層体に当接する部分は、燃料電池セルから外方に離間した位置となる。このため、第一傾斜面等を燃料電池セルの一部（例えばセパレータ）に形成する場合と比べて、第一支持体等から受ける拘束力によって燃料電池セルが破損してしまう可能性を低減することができる。

また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、前記第二傾斜面が水平面に対して成す角度は、いずれも４５度よりも小さいことも好ましい。

この好ましい態様では、第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、第二傾斜面が水平面に対して成す角度が、いずれも４５度よりも小さい。このため、第一傾斜面等が第一支持体等から受ける拘束力は、水平方向における成分よりも鉛直方向における成分の方が大きくなっている。このような構成により、鉛直方向に沿った慣性力（例えば、燃料電池車両の運転時における振動）が大きく加わるような場所に設置される燃料電池スタックにおいて、当該慣性力によってセル積層体が撓んでしまうことを効果的に抑制することができる。

また本発明に係る燃料電池スタックでは、前記第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、前記第二傾斜面が水平面に対して成す角度は、いずれも４５度よりも大きいことも好ましい。

この好ましい態様では、第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、第二傾斜面が水平面に対して成す角度が、いずれも４５度よりも大きい。このため、第一傾斜面等が第一支持体等から受ける拘束力は、鉛直方向における成分よりも水平方向における成分の方が大きくなっている。このような構成により、水平方向に沿った慣性力（例えば、燃料電池車両の衝突時における衝撃力）が大きく加わるような場所に設置される燃料電池スタックにおいて、当該慣性力によってセル積層体が撓んでしまうことを効果的に抑制することができる。

本発明によれば、セル積層体の撓みを簡便な構成によって防止することのできる燃料電池スタックを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観を示す斜視図である。 図１に示した燃料電池スタックのケーシングに収納されているセル積層体の外観を示す斜視図である。 図２に示したセル積層体に含まれる燃料電池セルの構造を説明するための図である。 図１に示した燃料電池スタックの拘束機構を模式的に説明するための断面図である。 本発明の変形例に係る燃料電池スタックの拘束機構を模式的に説明するための断面図である。 本発明の変形例に係る燃料電池スタックの拘束機構を模式的に説明するための断面図である。 従来の燃料電池スタックにおける、セル積層体の撓みを模式的に説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観を示す斜視図である。燃料電池スタック１は、燃料電池車両に搭載される燃料電池装置の一部をなすものであって、内部の燃料電池セルが発電した電力をトラクションモータ等に対して供給する装置である。燃料電池スタック１は、車両のフロアパネルの下方に配置される。

燃料電池スタック１は、略直方体の容器であるケーシング１０と、当該ケーシング１０の内部に収納されたセル積層体１００（図１においては図示せず）を有している。また、ケーシング１０の長手方向の一端部には、燃料ガス供給ポンプ等の補機類を内部に収納した補機ユニットＡＵが接続固定されている。

ケーシング１０の側面のうち、長手方向に沿った略中央部には、出力端子１１、１２が外部に露出している。出力端子１１、１２は、発電した電力をトラクションモータ等に向けて出力するための電極端子である。

燃料電池スタック１は、その長手方向を車両の左右方向に沿わせた状態で、且つ、出力端子１１、１２を車両の前方側に向けた状態で燃料電池車両に搭載されている。出力端子１１、１２は、車両の前方側（例えばセンタートンネルの内部）に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子に接続される。

図１においては、水平面内で車両の前方から後方に向かう方向をＸ方向としてＸ軸を設定し、車両の下方から鉛直上方に向かう方向をＹ方向としてＹ軸を設定し、水平面内で車両の進行方向右側から進行方向左側に向かう方向をＺ方向としてＺ軸を設定している。以降の図面においても、同様にしてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定している。

続いて、図２及び図３を参照しながら、ケーシング１０の内部に収納されたセル積層体１００の構成について説明する。図２はセル積層体１００の外観を示す斜視図であり、図３はセル積層体１００に含まれる燃料電池セル１１０の構造を説明するための図である。図２に示したように、セル積層体１００は、平板形の燃料電池セル１１０をＺ方向（積層方向）に沿って多数積層し、全ての燃料電池セル１１０を電気的に直列接続した構成となっている。

図３は、一つの燃料電池セル１１０（単セル）の構成を示している。燃料電池セル１１０の構成は周知の構成と同一である。すなわち、シート状の高分子電解質膜１１１の両面をそれぞれアノード極１１２及びカソード極１１３で挟み、これらを更に２枚のセパレータ１１４で挟んだ、所謂サンドイッチ構造となっている。セパレータ１１４は、ガス不透過の導電性材料（例えばカーボン）により形成されており、隣接する燃料電池セル１１０のうち一方の燃料電池セル１１０のアノード極１１２と、他方の燃料電池セル１１０のカソード極１１３との間に挟まれるものである。セパレータ１１４の両面には、反応ガス流路としての溝１１５、１１６が形成されている。セパレータ１１４には、燃料電池セル１１０を冷却するための冷媒流路を別途形成してもよい。

このような構成の燃料電池セル１１０を、図２に示したように複数枚積層することによりセル積層体１００が形成されている。セル積層体１００は、その積層方向の両端にそれぞれエンドプレートＥＰ１、ＥＰ２（図２においては図示せず）が配置されており、これらエンドプレートＥＰ１、ＥＰ２によって積層方向に沿って加圧された状態となっている。当該加圧力によって、隣接する燃料電池セル１１０同士の間でずれが生じることを防止している。

この燃料電池セル１１０同士のずれについて、図７を参照しながら説明する。図７は、従来の燃料電池スタックにおけるセル積層体１００ａの構成を模式的に示しており、ずれによって生じるセル積層体１００ａの撓みを模式的に説明するための図である。

図７（Ａ）に示したように、セル積層体１００ａも複数の燃料電池セル１１０を積層することにより形成されており、その積層方向における両端には、それぞれエンドプレートＥＰ１、ＥＰ２が配置されている。エンドプレートＥＰ１、ＥＰ２には、Ｚ方向に沿って両者が互いに近づく方向に外力が加えられており、当該外力によって、セル積層体１００ａがその積層方向に沿って加圧された状態となっている。その結果、隣接する燃料電池セル１１０の間に働く摩擦力が大きくなるため、発電中等において積層面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って燃料電池セル１１０がずれてしまうことが抑制されている。尚、セル積層体１００を加圧しながら保持するエンドプレートＥＰ１、ＥＰ２は、図示しない機構によってケーシング１０の内壁面に対し固定（保持）されている。

しかしながら、燃料電池車両の走行時においては、セル積層体１００ａに対して大きな慣性力が働くことがあり、当該慣性力によって燃料電池セル１１０同士のずれが生じてしまう可能性がある。例えば、車両が平坦ではない道路を走行した場合には、Ｙ方向に沿った大きな慣性力がセル積層体１００ａに働いてしまう。また、車両の衝突時には、Ｘ方向に沿った大きな慣性力がセル積層体１００ａに働いてしまう。

慣性力によって燃料電池セル１１０間に生じた個々のずれが小さなものであったとしても、図７（Ｂ）に示したようにセル積層体１００ａの全体は大きく撓み、Ｘ−Ｙ平面に沿ってセル積層体１００ａの中央部（Ｚ方向における中央部）が大きく変位してしまう。また、燃料電池セル１１０間に生じた個々のずれが大きい場合には、積層の境界部分から反応ガスが漏洩する等の問題が生じることもある。本実施形態に係る燃料電池スタック１は、以下に説明するような構成により、このようなセル積層体１００の撓みを抑制している。

再び図２を参照しながら説明を続ける。セル積層体１００ａの積層方向（Ｚ方向）中央部における燃料電池セル１１０間には、１枚の導電板１２０が介挿されている。導電板１２０は、導電性の部材（例えばカーボン）により形成された板状体であって、Ｚ方向に沿って見た場合におけるその外形が、燃料電池セル１１０の外径よりも一回り大きくなっている。このため、導電板１２０は、燃料電池セル１１０の上端よりも更に上方に向けて突出している。同様に、導電板１２０は、Ｚ方向に沿って見た場合におけるその下端、及び左右両端についても、燃料電池セル１１０よりも外方に向けて突出している。導電板１２０には、一方の面側に配置された燃料電池セル１１０から他方の面側に配置された燃料電池セル１１０に向けて反応ガス等を通過させるために、複数の貫通孔を形成してもよい。

導電板１２０のうち上方に向けて突出した部分は、Ｘ軸に沿って離間した二箇所が切り欠かれており、これにより二つの傾斜面１２１、１２２が形成されている。傾斜面１２１は、導電板１２０の上端近傍のうちＸ方向に沿った一端部（車両の前方側端部）に形成された平坦面であって、水平面に対して成す角度θ１が４５度となっている。また、傾斜面１２２は、導電板１２０の上端近傍のうちＸ方向に沿った他端部（車両の後方側端部）に形成された平坦面であって、水平面に対して成す角度θ２が４５度となっている。従って、傾斜面１２１と傾斜面１２２とは互いに平行である。また、傾斜面１２１の法線方向と、傾斜面１２２の法線方向とは、いずれも燃料電池セル１１０の積層方向（Ｚ軸に沿った方向）に対して垂直であって、且つ互いに逆方向となっている。換言すれば、傾斜面１２１の法線方向と傾斜面１２２の法線方向とのなす角度は、１８０度となっている。

続いて、図４を参照しながら、ケーシング１０の内部における燃料電池スタック１の拘束機構について説明する。図４は、当該拘束機構を模式的に説明するための断面図であって、Ｘ−Ｙ平面に沿って燃料電池スタック１を切断した場合の断面図を示している。

図４に示したように、ケーシング１０のうち車両前方側（図４においては左側）の側面には、傾斜面１２１と対向する部分において貫通孔Ｈ１が形成されている。貫通孔Ｈ１の内面には雌螺子が形成されている。貫通孔Ｈ１には、略円筒形状の支持体１５１がＸ方向に沿って挿入されている。

支持体１５１は、その側面に雄螺子が形成されており、当該雄螺子が貫通孔Ｈ１の内面に形成された雌螺子と螺合している。また、支持体１５１のうち車両前方側の端面、すなわち、ケーシング１０の外側における端面には、十字溝が形成されており、ドライバーを用いて支持体１５１をその中心軸回りに回転させることが可能となっている。支持体１５１をこのように回転させることにより、支持体１５１をＸ軸に沿って進退させることができる。

支持体１５１のうち車両後方側の先端、すなわち、ケーシング１０の内側における先端は、半球面をなすようにＲ加工が施されている。支持体１５１の当該先端は導電板１２０の傾斜面１２１に当接しており、傾斜面１２１を押圧している。換言すれば、支持体１５１が傾斜面１２１を押圧するように、支持体１５１の進退量が調整されている。

支持体１５１の先端と傾斜面１２１との当接は、ほぼ点接触とみてよいので、傾斜面１２１に加えられる押圧力は傾斜面１２１に対して垂直な方向となっている。当該押圧力は、水平方向に沿った力成分Ｆ１１と、鉛直方向に沿った力成分Ｆ１２とに分けることができる。本実施形態においては、傾斜面１２１が水平面に対して成す角度θ１の大きさが４５度であるから、力成分Ｆ１１の大きさと力成分Ｆ１２の大きさとは等しい。

ケーシング１０のうち車両後方側の側面には、傾斜面１２２と対向する部分において貫通孔Ｈ２が形成されている。貫通孔Ｈ２の内面には雌螺子が形成されている。貫通孔Ｈ２には、略円筒形状の支持体１５２がＸ方向に沿って挿入されている。

支持体１５２は、その側面に雄螺子が形成されており、当該雄螺子が貫通孔Ｈ２の内面に形成された雌螺子と螺合している。また、支持体１５２のうち車両後方側の端面、すなわち、ケーシング１０の外側における端面には、十字溝が形成されており、ドライバーを用いて支持体１５２をその中心軸回りに回転させることが可能となっている。支持体１５２をこのように回転させることにより、支持体１５２をＸ軸に沿って進退させることができる。

支持体１５２のうち車両前方側の先端、すなわち、ケーシング１０の内側における先端は、半球面をなすようにＲ加工が施されている。支持体１５２の当該先端は導電板１２０の傾斜面１２２に当接しており、傾斜面１２２を押圧している。換言すれば、支持体１５２が傾斜面１２２を押圧するように、支持体１５２の進退量が調整されている。

支持体１５２の先端と傾斜面１２２との当接は、ほぼ点接触とみてよいので、傾斜面１２２に加えられる押圧力は傾斜面１２２に対して垂直な方向となっている。当該押圧力は、水平方向に沿った力成分Ｆ２１と、鉛直方向に沿った力成分Ｆ２２とに分けることができる。本実施形態においては、傾斜面１２２が水平面に対して成す角度θ２の大きさが４５度であるから、力成分Ｆ２１の大きさと力成分Ｆ２２の大きさとは等しい。

既に述べたように、本実施形態においては、傾斜面１２１の法線方向と傾斜面１２２の法線方向とのなす角度が１８０度である。このため、水平方向に沿った力成分Ｆ１１と力成分Ｆ２１とは互いに逆方向となっている。同様に、鉛直方向に沿った力成分Ｆ１２と力成分Ｆ２２とは互いに逆方向となっている。その結果、導電板１２０は、図４のようにＺ方向に沿って見た場合において、４方向（上下左右）に拘束された状態となっている。尚、ここでいう「４方向」とは、一つの直線に沿った互いに逆向きな２方向（例えば鉛直上下方向）と、当該直線に対して垂直な他の直線に沿った互いに逆向きな２方向（例えば左右方向）とからなる、４つの方向を意味する。

尚、本実施形態においては、角度θ１と角度θ２はいずれも４５度であり、傾斜面１２１と傾斜面１２２とが平行となっている。しかし、本発明の実施形態としてはこのような態様に限定されない。本発明では、積層方向（Ｚ方向）とは垂直な方向に沿って互いに離間した二箇所に押圧力が働く構成とした上で、力成分Ｆ１１と力成分Ｆ２１とが互いに逆方向となり、力成分Ｆ１２と力成分Ｆ２２とが互いに逆方向となることが肝要である。力成分Ｆ１１等をこのような方向とするには、傾斜面１２１の法線方向と傾斜面１２２の法線方向とのなす角度が９０度よりも大きくなるよう、傾斜面１２１及び傾斜面１２２を形成すればよい。

以上のように、本実施形態に係る燃料電池スタック１では、二つの支持体１５１、１５２をセル積層体１００の一部（導電板１２０）にそれぞれ当接させるという簡便な構成でありながら、セル積層体１００を４方向において拘束し、その撓みを防止することが可能となっている。

また、傾斜面１２１と支持体１５１が当接する部分、及び、傾斜面１２１と支持体１５２が当接する部分は、いずれも、セル積層体１００のうち積層方向における中央に位置している。すなわち、セル積層体１００のうち最も撓みが大きくなりやすい部分において、支持体１５１及び支持体１５２がセル積層体１００に当接している。このため、当接個所の数が少ないにも拘わらず、効果的にセル積層体１００の撓みを防止することが可能となっている。

尚、本発明の実施態様としては、導電板１２０を介挿せずに、燃料電池セル１１０の一部（例えばセパレータ１１４の一部）を切り欠くことによって傾斜面１２１、１２２を形成してもよい。このような態様であっても、セル積層体１００を４方向において拘束することが可能である。しかしながら、その場合には支持体１５１等から受ける押圧力が燃料電池セル１１０に直接加わるため、押圧力によって燃料電池セル１１０が破損してしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態に係る燃料電池スタック１では、セル積層体１００は、一部の燃料電池セル１１０間に介挿された導電板１２０を有しており、傾斜面１２１及び傾斜面１２２は、当該導電板１２０のうち燃料電池セル１１０よりも外方に突出した部分に形成されている。このような構成により、支持体１５１等がセル積層体１００に当接する部分は、燃料電池セル１１０から外方に離間した位置となっている。このため、傾斜面１２１等を燃料電池セル１１０の一部（例えばセパレータ１１４の一部）に形成する場合と比べて、支持体１５１等から受ける拘束力によって燃料電池セル１１０が破損してしまう可能性を低減している。

本実施形態においては、傾斜面１２１が水平面に対して成す角度θ１、及び、傾斜面１２２が水平面に対して成す角度θ２を、いずれも４５度としている。しかしながら、本発明の実施形態としてはこのような態様に限定されない。図５は、本発明の変形例に係る燃料電池スタックの拘束機構を模式的に説明するための断面図であって、角度θ１及び角度θ２を４５度以外の角度とした二つの変形例を示している。図５は、図４と同様に、Ｘ−Ｙ平面に沿って燃料電池スタック１を切断した場合の断面図である。但し、図５においてはケーシング１０の図示を省略している。

図５（Ａ）に示したのは、角度θ１及び角度θ２をいずれも３０度（４５度よりも小さい角度）とした変形例である。この場合、傾斜面１２１に加えられる押圧力について見ると、鉛直方向に沿った力成分Ｆ１２の大きさは、水平方向に沿った力成分Ｆ１１の大きさよりも大きくなっている。同様に、傾斜面１２２に加えられる押圧力について見ると、鉛直方向に沿った力成分Ｆ２２の大きさは、水平方向に沿った力成分Ｆ２１の大きさよりも大きくなっている。

Ｚ方向に沿って見た場合において、導電板１２０が４方向（上下左右）に拘束された状態となっていることについては、図４に示した実施形態の場合と同様である。しかしながら、本変形例では、上下方向（Ｙ軸に沿った方向）の拘束力の方が、左右方向（Ｘ軸に沿った方向）の拘束力よりも大きくなっている。

このような構成は、鉛直方向に沿った慣性力（例えば、燃料電池車両の運転時における振動）が大きく加わるような場所に燃料電池スタック１が設置される場合に、特に効果を発揮するものである。鉛直方向に沿った慣性力がセル積層体１００に加わっても、セル積層体が撓んでしまうことを効果的に抑制することが可能となっている。

図５（Ｂ）に示したのは、角度θ１及び角度θ２をいずれも６０度（４５度よりも大きい角度）とした変形例である。この場合、傾斜面１２１に加えられる押圧力について見ると、水平方向に沿った力成分Ｆ１１の大きさは、鉛直方向に沿った力成分Ｆ１２の大きさよりも大きくなっている。同様に、傾斜面１２２に加えられる押圧力について見ると、水平方向に沿った力成分Ｆ２１の大きさは、鉛直方向に沿った力成分Ｆ２２の大きさよりも大きくなっている。

Ｚ方向に沿って見た場合において、導電板１２０が４方向（上下左右）に拘束された状態となっていることについては、図４に示した実施形態の場合と同様である。しかしながら、本変形例では、左右方向（Ｘ軸に沿った方向）の拘束力の方が、上下方向（Ｙ軸に沿った方向）の拘束力よりも大きくなっている。

このような構成は、水平方向に沿った慣性力（例えば、燃料電池車両の衝突時における衝撃力）が大きく加わるような場所に燃料電池スタック１が設置される場合に、特に効果を発揮するものである。水平方向に沿った慣性力がセル積層体１００に加わっても、セル積層体が撓んでしまうことを効果的に抑制することが可能となっている。

以上の説明から明らかなように、支持体１５１及び支持体１５２が当接する部分の形状（傾斜角度）は、燃料電池スタック１が搭載される環境において、セル積層体１００に対して働くと予想される慣性力の方向や大きさに基づいて決定されることが望ましい。例えば、水平方向の慣性力が非常に強く働くことが予想される場合には、角度θ１及び角度θ２を６０度よりも更に大きく（例えば７５度）形成することが望ましい。

以上の説明においては、傾斜面１２１と傾斜面１２２とを、いずれも導電板１２０の上端部近傍に形成している。しかしながら、本発明の実施形態としてはこのような態様に限定されない。傾斜面１２１及び傾斜面１２２は、図６に示したように、導電板１２０における様々な位置に配置することができる。

すなわち、図６（Ａ）に示したように傾斜面１２２のみを導電板１２０の下端に配置してもよく、図６（Ｂ）に示したように傾斜面１２１のみを導電板１２０の下端に配置してもよい。また、図６（Ｄ）に示したように、導電板１２０のＹ軸に沿った方向における中央部分に、傾斜面１２１及び傾斜面１２２を形成してもよい。また、図６（Ａ）や図６（Ｃ）に示したように、支持体１５１、１５２の進退方向（すなわち中心軸方向）を、Ｙ軸に沿った方向としてもよい。更に、図６（Ｅ）に示したように、支持体１５１の進退方向をＸ軸に沿った方向とする一方で、支持体１５２の進退方向をＹ軸に沿った方向としてもよい。

上記いずれの場合であっても、傾斜面１２１の法線方向と傾斜面１２２の法線方向とのなす角度は９０度よりも大きくなっている。また、傾斜面１２１及び傾斜面１２２は、当該導電板１２０のうち燃料電池セル１１０よりも外方に突出した部分に形成されていることが望ましい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：燃料電池スタック
１０：ケーシング
１１，１２：出力端子
１００，１００ａ：セル積層体
１１０：燃料電池セル
１１１：高分子電解質膜
１１２：アノード極
１１３：カソード極
１１４：セパレータ
１１５，１１６：溝
１２０：導電板
１２１，１２２：傾斜面
１５１，１５２：支持体
ＡＵ：補機ユニット
ＥＰ１，ＥＰ２：エンドプレート
Ｈ１，Ｈ２：貫通孔

Claims (5)

1. 複数の燃料電池セルを積層してなるセル積層体と、当該セル積層体を内部に収納する略直方体のケーシングとを備えた燃料電池スタックであって、
   前記セル積層体の撓みが生じないよう、前記ケーシングの内部において前記セル積層体を拘束する拘束機構を更に備えており、
   前記拘束機構は、
   前記セル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して傾斜している第一傾斜面と、
   前記ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で前記ケーシングに取り付けられており、その先端が前記第一傾斜面に当接する第一支持体と、
   前記セル積層体の外周部に形成された平坦面であって、水平面に対して前記第一傾斜面の傾斜角度と実質的に同じ角度傾斜している第二傾斜面と、
   前記ケーシングの内壁面に対して進退可能な状態で前記ケーシングに取り付けられており、その先端が前記第二傾斜面に当接する第二支持体と、を有しており、
   前記第一傾斜面の法線方向である第一方向と、前記第二傾斜面の法線方向である第二方向とは、いずれも前記燃料電池セルの積層方向に対して垂直であって、前記第一方向と前記第二方向とのなす角度は９０度よりも大きいことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記第一傾斜面のうち前記第一支持体が当接する部分、及び、前記第二傾斜面のうち前記第二支持体が当接する部分は、いずれも、前記セル積層体のうち積層方向における中央に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記セル積層体は、一部の燃料電池セル間に介挿された導電性の板状体である導電板を有しており、
   前記第一傾斜面及び前記第二傾斜面は、前記導電板のうち前記燃料電池セルよりも外方に突出した部分に形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、前記第二傾斜面が水平面に対して成す角度は、いずれも４５度よりも小さいことを特徴とする、請求項1乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
5. 前記第一傾斜面が水平面に対して成す角度、及び、前記第二傾斜面が水平面に対して成す角度は、いずれも４５度よりも大きいことを特徴とする、請求項1乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。

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