JP6608798B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

複数の単セルの積層体の積層方向の両端を、一対のターミナルと一対のエンドプレートとで挟持した構成を有する燃料電池スタックの内部には、各単セルへの反応ガスの供給や、各単セルからのオフガスの排出、および各単セルへの冷却媒体の供給と排出を行うための複数のマニホールドが積層方向と平行に形成されている。少なくとも一方のエンドプレートには、燃料電池スタック内部の各マニホールドと連通するように複数の貫通孔が形成されている。一般に、エンドプレートは、アルミニウム合金等の金属により形成されているため、反応ガスや冷却媒体等による絶縁性や防食性の低下を抑制するために、エンドプレートとターミナルとの接触面や、エンドプレートに形成された貫通孔の内周壁をそれぞれ樹脂層で被覆する技術が提案されている（特許文献１参照）。

燃料電池スタックは、単セルの積層体をケースに収容した構成を有することがある。この場合、ケース全体の端面とケースに収容された積層体の端面とがエンドプレートで覆われて、ケースの外縁周辺とエンドプレートとがボルト等で締結される。このとき、エンドプレートとケースとの接触面の気密性および水密性の確保のため、エンドプレートとケースとの接触面の間にガスケット等のシール部材が配置される。シール部材は、例えば、エンドプレートに設けられた収容溝に収容される。

特開２０１５−８０８６号公報

しかし、樹脂層とエンドプレートを形成する金属部材との間に隙間が生じ、かかる隙間に反応ガスや冷却媒体が入り込んで、絶縁性や防食性が低下するという問題があった。上記隙間は、例えば、燃料電池の運転および停止が繰り返されることにより、樹脂層と金属部材との熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層に加わって生じ得る。また、例えば、樹脂層が収容溝の内表面を覆う構成を樹脂モールドにより形成する場合において、樹脂層が収縮する際に金属部材の収容溝から離れることで、上記隙間は生じ得る。そこで、エンドプレートにおいて、金属部材からの樹脂層の剥離を抑制可能な技術が望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］燃料電池スタックであって、積層された複数の単セルを含む積層体と、前記積層体を収容するケースと、前記積層体に対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置され、前記積層方向に貫通する流体流路孔と、自身と前記ケースとの間をシールするためのシール部材を収容するための収容溝と、が形成されたエンドプレートと、を備え、前記エンドプレートは、前記積層体の前記積層方向の端面と前記ケースの前記積層方向の端面とを覆って、前記ケースの前記端面に締結され、前記エンドプレートは、前記流体流路孔と、第１凹部と、前記第１凹部の内表面に開口する第２凹部と、が形成された金属部材と、前記金属部材における、前記流体流路孔の内周壁面と、前記積層体と対面する面と、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、前記第２凹部と、を連続して覆う樹脂層であって、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分を覆う部分における前記ケースの前記端面と対応する面に、前記収容溝が形成された樹脂層と、を有し、前記第２凹部は、前記樹脂層の一部を収容して前記樹脂層を拘束する、燃料電池スタック。

（１）本発明の一実施形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、積層された複数の単セルを含む積層体と；前記積層体を収容するケースと；前記積層体に対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置され、前記積層方向に貫通する流体流路孔と、自身と前記ケースとの間をシールするためのシール部材を収容するための収容溝と、が形成されたエンドプレートと；を備え；前記エンドプレートは、前記積層体の前記積層方向の端面と前記ケースの前記積層方向の端面とを覆って、前記ケースの前記端面に締結され；前記エンドプレートは、前記流体流路孔と、第１凹部と、前記第１凹部と連なる第２凹部と、が形成された金属部材と、前記金属部材における、前記流体流路孔の内周壁面と、前記積層体と対面する面と、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、前記第２凹部と、を連続して覆う樹脂層であって、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分を覆う部分における前記ケースの前記端面と対応する面に、前記収容溝が形成された樹脂層と；を有し；前記第２凹部は、前記樹脂層の一部を収容して前記樹脂層を拘束する。

この形態の燃料電池スタックによれば、エンドプレートには、金属部材における、流体流路孔の内周壁面と、エンドプレートと積層体とが対面する面と、第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、第２凹部と、を連続して覆う樹脂層の一部を収容して樹脂層を拘束する第２凹部が第１凹部と連なるように形成されているので、エンドプレートにおいて、樹脂層と金属部材との熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層に加わった場合や、樹脂モールド成形の際に樹脂層が収縮しようとする場合に、樹脂層が金属部材から剥離することを抑制できる。

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池スタックを備える燃料電池システム、その燃料電池システムを備える車両等の形態においても実現できる。

本発明の一実施形態における燃料電池スタックの概略構成を示す断面図である。 第１のエンドプレートの構成を拡大して示す断面図である。 図２に示す領域を拡大して示す断面図である。 第２実施形態としての燃料電池スタックにおける第１のエンドプレートの構成を拡大して示す断面図である。 図４に示す第１のエンドプレート３０ａの構成をさらに拡大して示す斜視図である。 アルミ成形金型の一例を示す説明図である。 樹脂成形金型の一例を示す説明図である。 第３実施形態としての燃料電池スタックにおける第１のエンドプレートの構成を拡大して示す断面図である。 第４実施形態としての燃料電池スタックにおける第１のエンドプレートの構成を拡大して示す断面図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池スタックの概略構成を示す断面図である。図１では、燃料電池スタック１００の積層方向に沿った断面を示している。図１では、Ｚ軸は鉛直方向と平行に、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向と平行に、それぞれ設定されている。＋Ｚ方向は鉛直上方に、−Ｚ方向は鉛直下方にそれぞれ相当する。積層方向は、Ｘ軸と平行である。なお、図１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、他の図のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対応する。

燃料電池スタック１００は、積層体２０と、第１のエンドプレート３０と、第２のエンドプレート３５と、ケース４０と、複数のボルト５０と、を備えている。積層体２０は、積層方向に沿って積層された複数の単セル１０を含んで構成されている。具体的には、積層体２０は、複数の単セル１０と、図示しない一対のターミナルプレートと、図示しない一対のインシュレータと、を備えている。各単セル１０は、固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜を挟んで設けられたアノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に供給される反応ガスを用いた電気化学反応により電力を発生する。各単セル１０において各極の触媒電極層の外側には、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。また、各極のガス拡散層の外側には、導電性を有するセパレータが配置されている。燃料電池スタック１００の内部には、各単セル１０に対する反応ガスの供給、各単セル１０からのオフガスの排出、および各単セル１０への冷却媒体の供給と排出を行うための複数のマニホールドが、積層方向と平行に形成されている。

第１のエンドプレート３０は、積層体２０の積層方向の２つの端面のうちの一方の端面（−Ｘ方向の端面）に対し、積層方向の外側（−Ｘ方向）に位置する。より具体的には、−Ｘ方向の端の単セル１０の−Ｘ方向側の端面に接して図示しないターミナルプレートが配置されており、第１のエンドプレート３０は、かかるターミナルプレートに対して図示しないインシュレータを介在して積層方向の外側（−Ｘ方向）に配置されている。

第１のエンドプレート３０は、板状の金属部材（後述の金属部材３１）と、樹脂層（後述の樹脂層９０）とを備える。第１のエンドプレート３０の平面視形状（＋Ｘ方向に見たときの形状）は、略矩形であり、その面積は、積層体２０の積層方向に沿った端面の平面視形状の面積よりも大きい。第１のエンドプレート３０は、第２のエンドプレート（後述の第２のエンドプレート３５）とともに、所定の圧力で積層体２０を挟み込む。そして、第１のエンドプレート３０とケース（後述のケース４０）とがボルト５０により締結されることにより、積層体２０の積層状態が保持される。第１のエンドプレート３０には、厚さ方向（Ｘ軸方向）に貫通する複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔は、積層体２０の内部に形成されている複数のマニホールドと連通する流体流路孔として機能する。具体的には、積層体２０への反応ガスおよび冷却媒体の供給流路孔、積層体２０からのオフガスおよび冷却媒体の排出流路孔として機能する。また、第１のエンドプレート３０には、第１のエンドプレート３０の＋Ｘ方向側に複数の凹部（後述の第１凹部８１、第２凹部８２）が形成されている。

第２のエンドプレート３５は、積層体２０の積層方向の２つの端面のうち、第１のエンドプレート３０が配置された側とは反対側（＋Ｘ方向）の端面に対し、積層方向の外側（＋Ｘ方向）に位置する。上述の第１のエンドプレート３０と同様、＋Ｘ方向の端の単セル１０の＋Ｘ方向の端面に接してターミナルプレートが配置されており、第２のエンドプレート３５は、かかるターミナルプレートに対してインシュレータを介在して積層方向の外側（＋Ｘ方向）に配置されている。第２のエンドプレート３５は、第１のエンドプレート３０と同様の板状の外観形状を有し、本実施形態ではアルミニウム合金により形成された金属部材から成る。Ｘ軸方向に見て、第２のエンドプレート３５は、第１のエンドプレート３０よりも小さい。

ケース４０は、−Ｘ方向の端部に開口が形成され反対側（＋Ｘ方向側）の端部が閉塞されている有底筒状の外観形状を有する。ケース４０の内側には、積層体２０と、第２のエンドプレート３５とが収容されている。図示するように、第１のエンドプレート３０は、自身の＋Ｘ方向の端面が積層体２０の−Ｘ方向の端面と、ケース４０の−Ｘ方向の端面とをそれぞれ覆うように配置され、ボルト５０によりケース４０の外縁周辺と締結されている。ケース４０は、防水性、防塵性、耐衝撃性に優れており、本実施形態では、アルミニウム合金により形成されている。

Ａ２．第１のエンドプレート３０の詳細構成：
図２は、第１のエンドプレート３０の構成を拡大して示す断面図である。図３は、図２に示す領域Ａｒ１を拡大して示す断面図である。領域Ａｒ１は、第１のエンドプレート３０の＋Ｚ方向の端部を含む領域である。図２では、図１に示す燃料電池スタック１００の−Ｘ方向端部側の構成を拡大して示している。図２に示すように、第１のエンドプレート３０は、金属部材３１と、樹脂層９０とを備える。

金属部材３１は、金属製の板状部材から成る。本実施形態では、アルミニウム合金により形成されている。なお、アルミニウム合金に代えて、チタニウム合金や、ステンレス等の任意の金属で形成されてもよい。金属部材３１には、流体流路孔７０と、第１凹部８１と、第２凹部８２とが形成されている。

図２に示すように、流体流路孔７０は、第１のエンドプレート３０の厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って形成された貫通孔である。上述のように、流体流路孔７０は、積層体２０に形成されているマニホールド２１と連通しており、冷却媒体の流路として用いられる。なお、図２とは異なる位置での第１のエンドプレート３０の断面には、マニホールド２１に代えて、反応ガスの供給流路や、オフガスの排出流路が現れることとなる。

図２および図３に示すように、第１凹部８１および第２凹部８２は、樹脂層９０の一部を収容する。第１凹部８１は、第１のエンドプレート３０の＋Ｘ方向の面とケース４０の−Ｘ方向の面とが締結された際に、第１のエンドプレート３０とケース４０との互いに対面する二つの面のうちの第１のエンドプレート３０の面において、ケース４０の外縁周辺に環状に形成されている。第１凹部８１は、ケース４０に向かって開口して（換言すると、＋Ｘ方向に開口して）、−Ｘ方向を深さ方向とする凹部である。

第２凹部８２は、第１凹部８１に対し、第１凹部８１の外周面（図３では、＋Ｚ方向の外周面）において連なる。第２凹部８２は、第１凹部８１の内周側（図３では、−Ｚ方向）に向かって開口して、第１凹部８１の外周方向を深さ方向とする凹部である。第１凹部８１および第２凹部８２の内表面は樹脂層９０に覆われ、第２凹部８２は、樹脂層９０の一部を収容して樹脂層９０を拘束する。本実施形態において「拘束する」とは、移動を抑制することを意味する。

樹脂層９０は、金属部材３１における、流体流路孔７０の近傍の表面に形成され、流体流路孔７０から冷却媒体が漏洩することを抑制するために用いられる。また、樹脂層９０は、冷却媒体による絶縁性や、防食性の低下を抑制するために用いられる。樹脂層９０には、収容溝８０が形成されている。

収容溝８０は、シール部材ＳＬを収容するための溝である。収容溝８０は、樹脂層９０のうち、第１凹部８１を覆う部分におけるケース４０の−Ｘ方向の端面と対応する面に形成されている。

収容溝８０に収容されたシール部材ＳＬは、第１のエンドプレート３０とケース４０との接触面をシールするために用いられる。シール部材ＳＬは、燃料電池スタック１００が締結された際の締結荷重を受け、シール部材ＳＬの面圧により、第１のエンドプレート３０とケース４０との間を密封する。これにより、燃料電池スタック１００の気密性および水密性を確保できる。本実施形態において、シール部材ＳＬは、ゴムにより形成されている。ゴムとしては、例えば、ブチルゴムやシリコンゴムを採用してもよい。

樹脂層９０は、以下の４つの領域を連続して覆って形成されている。すなわち、第１に、樹脂層９０は、金属部材３１における、流体流路孔７０の内周壁面を覆って形成されている。第２に、樹脂層９０は、金属部材３１における、積層体２０の−Ｘ方向の面と対面する面を覆って形成されている。第３に、樹脂層９０は、金属部材３１における、第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分（図３では＋Ｚ方向の端部）を覆って形成されている。第４に、樹脂層９０は、金属部材３１における、第２凹部を覆って形成されている。また、樹脂層９０は、これら４つの領域間にも形成されている。換言すると、樹脂層９０は、金属部材３１における、流体流路孔７０の内周壁面と、積層体２０と対面する面と、第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、第２凹部と、を連続して覆うように形成されている。

本実施形態において、樹脂層９０は、絶縁性高分子材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のエンジニアリングプラスチックなどにより形成されている。好適な材料として、芳香族ポリアミドまたはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いることができる。

樹脂層９０は、流体流路孔７０、第１凹部８１、第２凹部８２などが形成された金属部材３１に樹脂層９０の形状をした金型を配置し、樹脂材料を射出成形することによって形成できる。ここで、樹脂層９０を形成する際に、樹脂の成形収縮が起こり得る。しかしながら、樹脂層９０の一部が第２凹部８２に入り込むことによって、樹脂層９０が少なくとも＋Ｘ方向へ移動することを抑制できる。また、燃料電池スタック１００が実際に使用されていくうちに、樹脂層９０と金属部材３１との熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層９０に加わった場合においても同様に、樹脂層９０が少なくとも＋Ｘ方向へ移動することを抑制できる。

以上説明した、第１実施形態の燃料電池スタック１００によれば、第１のエンドプレート３０には、金属部材３１における、流体流路孔７０の内周壁面と、第１のエンドプレート３０と積層体２０とが対面する面と、第１凹部８１のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、第２凹部８２と、を連続して覆う樹脂層９０の一部を収容して樹脂層９０を拘束する第２凹部８２が、収容溝８０の外周面に形成された第１凹部８１に連なるように形成されているので、第１のエンドプレート３０において、樹脂層９０と金属部材３１との熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層９０に加わった場合や、樹脂モールド成形の際に樹脂層９０が収縮しようとする場合に、樹脂層９０が金属部材３１から剥離することを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態としての燃料電池スタック１００ａにおける第１のエンドプレート３０ａの構成を拡大して示す断面図である。図５は、図４に示す第１のエンドプレート３０ａの構成をさらに拡大して示す斜視図である。図４および図５では、図３と同様に、第１のエンドプレート３０ａにおける＋Ｚ方向の端部を含む領域を拡大して示している。図示は省略するが、第１のエンドプレート３０ａにおける−Ｚ方向側の構成は、図４および図５に示す＋Ｚ方向側の構成と同様である。図５では、説明の便宜上、第１のエンドプレート３０ａの一部の構成要素（後述の第４凹部８４等）の図示を省略している。第２実施形態の燃料電池スタック１００ａは、第１のエンドプレート３０に代えて第１のエンドプレート３０ａを備えている点と、金属部材３１に代えて金属部材３１ａを備えている点とにおいて、第１実施形態の燃料電池スタック１００と異なる。第２実施形態の燃料電池スタック１００ａにおけるその他の構成は、第１実施形態の燃料電池スタック１００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態の第１のエンドプレート３０ａは、金属部材３１ａが複数の第３凹部８３と、複数の第４凹部８４とを備える点において、第１実施形態の第１のエンドプレート３０と異なる。第２実施形態において、第３凹部８３および第４凹部８４は、課題を解決するための手段における第２凹部に相当する。

図４に示すように、第３凹部８３は、第１凹部８１の＋Ｚ方向、かつ、−Ｘ方向の端部の外周面から金属部材３１ａの−Ｘ方向側の端面に向かってＸ軸と略平行となるように形成されている。また、第４凹部８４は、第１凹部８１の−Ｚ方向、かつ、−Ｘ方向の端部の外周面から金属部材３１ａの−Ｘ方向側の端面に向かってＸ軸と略平行となるように形成されている。図５に示すように、複数の第３凹部８３は、Ｙ軸に沿って所定の間隔をあけて並んで形成されている。図５では、複数の第４凹部８４の図示を省略しているが、複数の第４凹部８４も、複数の第３凹部８３と同様に、Ｙ軸に沿って所定の間隔をあけて並んで形成されている。第３凹部８３および第４凹部８４の平面視形状（＋Ｘ方向に見たときの形状）は円である。図４に示すように、第３凹部８３および第４凹部８４は、−Ｘ方向に向かうにつれて、Ｙ−Ｚ平面と平行な断面積が大きくなるテーパ状に形成されている。このため、樹脂層９０の形成時、第３凹部８３および第４凹部８４に樹脂が入り込んだ後に樹脂が収縮しようとしても、少なくとも＋Ｘ方向への樹脂（樹脂層９０）の移動が抑制される。また、樹脂層９０の形成後に、燃料電池スタック１００ａが実際に使用されていくうちに樹脂層９０と金属部材３１との熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層９０に加わった場合においても、第３凹部８３および第４凹部８４に樹脂層９０の一部が入り込むことによって、樹脂層９０が少なくとも＋Ｘ方向へ移動することを抑制できる。このような構造を有する第１のエンドプレート３０ａは、金型を用いた金属（アルミニウム）および樹脂の成形により作製される。

図６は、アルミ成形金型３００の一例を示す説明図である。アルミ成形金型３００は、第１のエンドプレート３０ａの金属部材３１ａの基材（以下、「アルミ半成形体」と呼ぶ）を成形するために用いられる。図６では、第１のエンドプレート３０ａにおける第１凹部８１、第３凹部８３および第４凹部８４近傍に相当する箇所を拡大して示している。図６に示すように、アルミ成形金型３００は、下型３０１と、上型３０２とを備える。下型３０１は、凸部３１１、３１２を備えている。凸部３１１、３１２は、それぞれ、第３凹部８３、第４凹部８４の形状に対応する形状、すなわち、−Ｘ方向に向かうにつれてＹ−Ｚ平面と平行な断面積が大きくなるテーパ状に形成されている。上型３０２は、凸部３２０を備える。凸部３２０は、第１凹部８１の形状に対応する形状を有し、第１凹部８１よりも一回り大きくなるように形成されている。

アルミ半成形体（後述のアルミ半成形体ａｌ１）は、以下の手順で形成される。図６に示すように、下型３０１の凸部３１１、３１２の＋Ｘ方向の端面と、上型３０２の凸部３２０の−Ｘ方向の端面とが対面して接するように配置され、所定の型圧で型締めされる。このとき、アルミ成形金型３００内には、空隙ｃ１、ｃ２およびｃ３が形成される。空隙ｃ１、ｃ２およびｃ３内にアルミニウムが流入される。その後、所定時間冷却されると、空隙ｃ１、ｃ２およびｃ３の形状と略一致する形状のアルミ半成形体（後述のアルミ半成形体ａｌ１）が完成する。

図７は、樹脂成形金型４００の一例を示す説明図である。図７では、図６と同様、樹脂成形金型４００のうち、第１のエンドプレート３０ａにおける第１凹部８１、第３凹部８３および第４凹部８４近傍に相当する箇所を拡大して示している。樹脂成形金型４００は、上述のアルミ半成形体に接して樹脂層９０を形成する際に用いられる。図７では、アルミ半成形体ａｌ１に対して、樹脂成形金型４００が配置された状態を示している。樹脂成形金型４００は、下型４０１と、上型４０２とを備える。

下型４０１は、アルミ半成形体ａｌ１の−Ｘ方向の端面に接して配置される。これに対して、上型４０２は、アルミ半成形体ａｌ１の＋Ｘ方向の端面に接して配置される。上型４０２は、凸部４２０を備える。凸部４２０は、第１凹部８１の形状に対応する形状を有し、第１凹部８１と略同一の大きさに形成されている。上型４０２が予定位置に配置された状態において、凸部４２０は、アルミ半成形体ａｌ１と接さず、アルミ半成形体ａｌ１との間にギャップが形成される。

樹脂層９０は、以下の手順で形成される。図７に示すように、アルミ半成形体ａｌ１の−Ｘ方向の端面と下型４０１の＋Ｘ方向の端面とが対面して接するように配置される。また、アルミ半成形体ａｌ１の＋Ｘ方向の端面と上型４０２の−Ｘ方向の端面とが対面して接するように配置される。このとき、樹脂成形金型４００内には、アルミ半成形体ａｌ１の＋Ｘ方向の端面と凸部４２０の−Ｘ方向の端面とが対面する面と、アルミ成形金型３００の下型３０１の凸部３１１、３１２に対応する部分には、空隙ｃ４が形成される。空隙ｃ４の形状は、樹脂層９０の形状と略一致する。空隙ｃ４内に樹脂部材が流入され、樹脂層９０が形成される。

以上の構成を有する第２実施形態の燃料電池スタック１００ａは、第１実施形態の燃料電池スタック１００と同様な効果を有する。すなわち、樹脂層９０と金属部材３１ａとの熱膨張率の相違に起因する応力が繰り返し樹脂層９０に加わった場合や、樹脂モールド成形の際に樹脂層９０が収縮しようとする場合に、樹脂層９０が少なくとも＋Ｘ方向に移動することを抑制でき、樹脂層９０が金属部材３１ａから剥離することを抑制できる。加えて、第１凹部８１、第３凹部８３および第４凹部８４を形成する際に、切削加工を行うことなく形成できるので、製造コストの低減を図ることができる。また、切削加工の際に、誤って第１凹部８１の一部を切削してしまうことを抑制できるので、シール部材ＳＬによるシール性の低下を抑制できる。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態としての燃料電池スタック１００ｂにおける第１のエンドプレート３０ｂの構成を拡大して示す断面図である。図８では、図４と同様に、第１のエンドプレート３０ｂにおける＋Ｚ方向の端部を含む領域を拡大して示している。図示は省略するが、第１のエンドプレート３０ｂにおける−Ｚ方向側の構成は、図８に示す＋Ｚ方向側の構成と同様である。第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂは、第１のエンドプレート３０ａに代えて第１のエンドプレート３０ｂを備えている点と、金属部材３１ａに代えて金属部材３１ｂを備えている点とにおいて、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと異なる。第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂにおけるその他の構成は、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第３実施形態の第１のエンドプレート３０ｂは、金属部材３１ｂにおいて複数の第４凹部８４が省略されている点において、第２実施形態の第１のエンドプレート３０ａと異なる。第３実施形態において、第３凹部８３は、課題を解決するための手段における第２凹部に相当する。

以上の構成を有する第３実施形態の燃料電池スタック１００ｂは、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと同様な効果を有する。加えて、金属部材３１ｂに複数の第４凹部８４を形成する必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態としての燃料電池スタック１００ｃにおける第１のエンドプレート３０ｃの構成を拡大して示す断面図である。図９では、図４と同様に、第１のエンドプレート３０ｃにおける＋Ｚ方向の端部を含む領域を拡大して示している。図示は省略するが、第１のエンドプレート３０ｃにおける−Ｚ方向側の構成は、図９に示す＋Ｚ方向側の構成と同様である。第４実施形態の燃料電池スタック１００ｃは、第１のエンドプレート３０ａに代えて第１のエンドプレート３０ｃを備えている点と、金属部材３１ａに代えて金属部材３１ｃを備えている点において、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと異なる。第４実施形態の燃料電池スタック１００ｃにおけるその他の構成は、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第４実施形態の第１のエンドプレート３０ｃは、金属部材３１ｃにおいて複数の第３凹部８３が省略されている点において、第２実施形態の第１のエンドプレート３０ａと異なる。第４実施形態において、第４凹部８４は、課題を解決するための手段における第２凹部に相当する。

以上の構成を有する第４実施形態の燃料電池スタック１００ｃは、第２実施形態の燃料電池スタック１００ａと同様な効果を有する。加えて、金属部材３１ｃに複数の第３凹部８３を形成する必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。

Ｅ．変形例：
Ｅ１．変形例１：
上記各実施形態において、樹脂層９０により内周壁面を覆われていた流体流路孔７０は、冷却媒体の流路であったが、かかる流路に代えて、または、かかる流路に加えて、反応ガスやオフガスの流路も樹脂層９０によりその内周壁面を覆われてもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。

Ｅ２．変形例２：
上記第２実施形態ないし第４実施形態において、第３凹部８３、第４凹部８４は、第１凹部８１と連なっていたが、第３凹部８３、第４凹部８４と第１凹部８１とがＸ軸方向を軸方向とする円柱（以下、「円柱部」と呼ぶ）を介して接続する構成としてもよい。この場合、第３凹部８３、第４凹部８４の＋Ｘ方向の端部のＺ方向の長さを円柱部における−Ｘ方向の端部のＺ方向の長さよりも大きくすることで、第３凹部８３、第４凹部８４と円柱部との間に段差が形成されることになる。第３凹部８３、第４凹部８４と円柱部との間に形成された段差により、樹脂層９０が少なくとも＋Ｘ方向へ移動することを抑制できる。また、この構成において、第３凹部８３、第４凹部８４を円柱にしてもよい。このような構成においても、第２実施形態ないし第４実施形態と同様な効果を奏する。

Ｅ３．変形例３：
上記第２実施形態ないし第４実施形態において、第３凹部８３および第４凹部８４の平面視形状（＋Ｘ方向に見たときの形状）は円であったが、円に代えて、例えば矩形や、多角形など、他の任意の形状であってもよい。また、第３凹部８３および第４凹部８４は、−Ｘ方向に向かうにつれてＹ−Ｚ平面と平行な断面積が大きくなるテーパ状に形成されていたが、Ｙ−Ｚ平面と平行な断面積が矩形となるように形成されていてもよい。これらの構成においても、第２実施形態ないし第４実施形態と同様な効果を奏する。

本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…単セル
２０…積層体
２１…マニホールド
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…第１のエンドプレート
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…金属部材
３５…第２のエンドプレート
４０…ケース
５０…ボルト
７０…流体流路孔
８０…収容溝
８１…第１凹部
８２…第２凹部
８３…第３凹部
８４…第４凹部
９０…樹脂層
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…燃料電池スタック
３００…アルミ成形金型
３０１…下型
３０２…上型
３１１、３１２、３２０…凸部
４００…樹脂成形金型
４０１…下型
４０２…上型
４２０…凸部
Ａｒ１…領域
ＳＬ…シール部材
ａｌ１…アルミ半成形体
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４…空隙

Claims (1)

1. 燃料電池スタックであって、
   積層された複数の単セルを含む積層体と、
   前記積層体を収容するケースと、
   前記積層体に対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置され、前記積層方向に貫通する流体流路孔と、自身と前記ケースとの間をシールするためのシール部材を収容するための収容溝と、が形成されたエンドプレートと、
   を備え、
   前記エンドプレートは、前記積層体の前記積層方向の端面と前記ケースの前記積層方向の端面とを覆って、前記ケースの前記端面に締結され、
   前記エンドプレートは、
   前記流体流路孔と、第１凹部と、前記第１凹部の内表面に開口する第２凹部と、が形成された金属部材と、
   前記金属部材における、前記流体流路孔の内周壁面と、前記積層体と対面する面と、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分と、前記第２凹部と、を連続して覆う樹脂層であって、前記第１凹部のうち少なくとも外周側端部を含む部分を覆う部分における前記ケースの前記端面と対応する面に、前記収容溝が形成された樹脂層と、
   を有し、
   前記第２凹部は、前記樹脂層の一部を収容して前記樹脂層を拘束する、
   燃料電池スタック。

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