JP6800257B2

JP6800257B2 - 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法

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Publication number: JP6800257B2
Application number: JP2019017857A
Authority: JP
Inventors: 秀晴内藤; 正裕佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: JP2020126748A; CN111525171B; US11495821B2; US20200251764A1; CN111525171A

Description

本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法に関する。

例えば、特許文献１には、複数の単位セルが互いに積層された積層体と、積層体の積層方向の両端に配設された金属製のエンドプレートとを備えた燃料電池スタックが開示されている。各単位セルには、位置決めピン（ノックピン）が挿通する位置決め孔が形成されている。位置決めピンは、エンドプレートに形成された孔に配置された樹脂製のカラー部材の挿入孔に挿入されている。

特開２０１４−１３２５５８号公報

ところで、位置決めピンをカラー部材に対して螺合するように構成した場合、位置決めピンをカラー部材に螺合する際に、位置決めピンのねじ締付方向に沿ってカラー部材がエンドプレートに対して回転する（供回りする）おそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、位置決めピンをカラー部材に対して効率的に取り付けることができる燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、複数の単位セルが互いに積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配設された金属製のエンドプレートと、前記複数の単位セルのそれぞれに設けられた位置決め孔に挿通して前記複数の単位セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックであって、前記エンドプレートに設けられて前記位置決めピンが螺合する絶縁性のカラー部材と、前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレートに対する回転を規制する回転規制機構と、を備える、燃料電池スタックである。

本発明の他の態様は、複数の単位セルが互いに積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配設された金属製のエンドプレートと、前記複数の単位セルのそれぞれに設けられた位置決め孔に挿通して前記複数の単位セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックの組立方法であって、前記エンドプレートに設けられた絶縁性のカラー部材に前記位置決めピンを螺合する螺合工程と、前記螺合工程の後で、前記位置決め孔に前記位置決めピンを通しながら前記複数の単位セルを互いに積層する積層工程と、を含み、前記螺合工程では、前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレートに対する回転が回転規制機構によって規制されている、燃料電池スタックの組立方法である。

本発明によれば、回転規制機構によって、位置決めピンのねじ締付方向に沿ったカラー部材のエンドプレートに対する回転が規制されている。そのため、位置決めピンをカラー部材に螺合する際に、カラー部材が位置決めピンと供回りすることを抑えることができる。これにより、位置決めピンをカラー部材に対して効率的に取り付けることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。図１の燃料電池スタックの一部省略縦断面図である。図１の単位セルの分解斜視図である。図４Ａは、回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの回転規制機構を説明するための横断面図である。本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法を説明するフローチャートである。配置工程及び螺合工程の説明図である。積層工程の説明図である。図８Ａは、第１変形例に係る回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図８Ｂは、図８Ａの回転規制機構を説明するための一部省略縦断面図である。図９Ａは、第２変形例に係る回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図９Ｂは、図９Ａの回転規制機構を説明するための一部省略横断面図である。図１０Ａは、第３変形例に係る回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの回転規制機構を説明するための一部省略横断面図である。図１１Ａは、第４変形例に係る回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの回転規制機構を説明するための一部省略横断面図である。図１２Ａは、第５変形例に係る回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの回転規制機構を説明するための一部省略縦断面図である。図１２ＢのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２（発電セル）が互いに積層されて構成された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、図示しない燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１０は、定置型としても用いることができる。

図１及び図２において、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）の一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ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の積層方向の他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ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。

つまり、一組のエンドプレート２０ａ、２０ｂは、複数の積層体１４の積層方向の両端に位置している。エンドプレート２０ａの略中央部には、ターミナルプレート１６ａに接続されるとともに積層方向外方に延出した出力端子２２ａが設けられている。エンドプレート２０ｂの略中央部には、ターミナルプレート１６ｂに接続されるとともに積層方向外方に延出した出力端子２２ｂが設けられている。

図１に示すように、各エンドプレート２０ａ、２０ｂは、金属製であり、横長の長方形状を有する。エンドプレート２０ａ、２０ｂの各辺間には、連結部材２４（連結バー）が配置される。各連結部材２４の両端は、ボルト２６によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面２０ａｉ、２０ｂｉに固定されている。これにより、連結部材２４は、積層体１４に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。

燃料電池スタック１０は、積層体１４を積層方向と直交する方向から覆うカバー部２８を備えている。カバー部２８は、エンドプレート２０ａ、２０ｂの長辺側に設けられた横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ａ、３０ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂの短辺側に設けられた横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ｃ、３０ｄとを有する。各サイドパネル３０ａ〜３０ｄは、ボルト３２によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの側面に固定されている。カバー部２８は、鋳造又は押出材により一体的に成形してもよい。カバー部２８は、必要に応じて用いればよく、不要にすることもできる。

図３に示すように、単位セル１２は、ＭＥＡ３４（電解質膜・電極構造体）と、ＭＥＡ３４を挟持する第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂとを備えている。

単位セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔４０ａは、純水、エチレングリコール、オイル等の冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔４２ｂは、水素含有ガス等の燃料ガスを排出する。

各単位セル１２に設けられた酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通する。各単位セル１２に設けられた冷却媒体入口連通孔４０ａは、積層方向に互いに連通する。各単位セル１２に設けられた燃料ガス出口連通孔４２ｂは、積層方向に互いに連通する。

単位セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられる。燃料ガス入口連通孔４２ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔４０ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、酸化剤ガスを排出する。

各単位セル１２に設けられた燃料ガス入口連通孔４２ａは、積層方向に互いに連通する。各単位セル１２に設けられた冷却媒体出口連通孔４０ｂは、積層方向に互いに連通する。各単位セル１２に設けられた酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、積層方向に互いに連通する。

なお、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂと冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂとのそれぞれは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａにも形成されている（図１参照）。

酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂと冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂとの配置は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

第１セパレータ３６ａのＭＥＡ３４に向かう面３６ａａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとに連通する酸化剤ガス流路４４が設けられる。酸化剤ガス流路４４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝を有する。

第２セパレータ３６ｂのＭＥＡ３４に向かう面３６ｂａには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとに連通する燃料ガス流路４６が設けられる。燃料ガス流路４６は、矢印Ａ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝を有する。

第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとは、互いに対向する面３６ａｂ、３６ｂｂ間に冷却媒体流路４８を一体的に形成する。冷却媒体流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の冷却媒体流路溝を有する。

ＭＥＡ３４は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である電解質膜５０（固体高分子電解質膜）と、電解質膜５０を挟持するカソード電極５２及びアノード電極５４とを有する。

電解質膜５０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。電解質膜５０は、カソード電極５２及びアノード電極５４よりも大きな平面寸法（外形寸法）を有する。すなわち、電解質膜５０は、カソード電極５２及びアノード電極５４よりも外周側に突出している。

カソード電極５２は、電解質膜５０の一方の面５０ａに接合されている。アノード電極５４は、電解質膜５０の他方の面５０ｂに接合されている。カソード電極５２及びアノード電極５４のそれぞれは、電極触媒層とガス拡散層とを含む。電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子とイオン導電成分を含むペーストが、ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。ガス拡散層は、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

なお、ＭＥＡ３４は、電解質膜５０の平面寸法をカソード電極５２及びアノード電極５４の平面寸法よりも小さく形成し、カソード電極５２の外周縁部とアノード電極５４の外周縁部との間に枠形状を有する樹脂フィルム（樹脂枠部材）を挟持するように構成してもよい。

第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂは、反応ガスの流通方向が長辺側になるように長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとは、面３６ａｂと面３６ｂｂを対向させた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。

第１セパレータ３６ａには、第１シールライン５８ａがＭＥＡ３４に向かって膨出成形されている。第１シールライン５８ａは、第１セパレータ３６ａの外周部を周回することにより、第１セパレータ３６ａとＭＥＡ３４との間から流体（燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体）が外部に漏出することを防止する。すなわち、第１シールライン５８ａは、その突出端面が電解質膜５０に直接接触して弾性変形することによりシールするメタルビードシールとして構成されている。ただし、第１シールライン５８ａは、弾性を有するゴムシール部材で形成されていてもよい。

第２セパレータ３６ｂには、第２シールライン５８ｂがＭＥＡ３４に向かって膨出成形されている。第２シールライン５８ｂは、第２セパレータ３６ｂの外周部を周回することにより、第２セパレータ３６ｂとＭＥＡ３４との間から流体（燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体）が漏出することを防止する。すなわち、第２シールライン５８ｂは、その突出端面が電解質膜５０の面５０ｂに直接接触して弾性変形することによりシールするメタルビードシールとして構成されている。ただし、第２シールライン５８ｂは、弾性を有するゴムシール部材で形成されていてもよい。

第１セパレータ３６ａには、第１セパレータ３６ａの外周部から外方に突出する２つの凸部６０ａ、６０ｂが設けられている。凸部６０ａは、第１セパレータ３６ａの矢印Ｃ方向の一方の外縁部における矢印Ｂ方向の一端側（酸化剤ガス入口連通孔３８ａ側）に位置する。凸部６０ｂは、第１セパレータ３６ａの矢印Ｃ方向の他方の外縁部における矢印Ｂ方向の他端側（酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ側）に位置する。

凸部６０ａの略中央部には、後述する位置決めピン７０（図１及び図２参照）が挿通する位置決め孔６２が形成されている。なお、図３では、位置決めピン７０の図示を省略している。

図２及び図３に示すように、凸部６０ａは、板状に形成された支持部６４と、支持部６４を被覆する絶縁部６６とを有する。支持部６４は、金属材料、例えば、第１セパレータ３６ａと同じ材料によって形成される。支持部６４は、第１セパレータ３６ａに対して溶接されている。ただし、支持部６４は、第１セパレータ３６ａに対して一体成形されていてもよい。支持部６４を被覆する絶縁部６６には、位置決め孔６２が形成されている。

絶縁部６６は、樹脂等の電気的絶縁材料によって構成されている。絶縁部６６は、支持部６４のうち第１セパレータ３６ａから突出している部分を被覆する。位置決め孔６２を形成する壁部は、絶縁部６６（絶縁材料）によって構成されている。

凸部６０ｂは、凸部６０ａと同様に構成されている。そのため、凸部６０ｂの詳細な構成の説明については省略する。第２セパレータ３６ｂには、第１セパレータ３６ａと同様に、２つの凸部６０ａ、６０ｂが設けられている。つまり、各単位セル１２は、２つの凸部６０ａと、２つの凸部６０ｂとを有する。

図２に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２を互いに位置決めするための２本の位置決めピン７０（ノックピン）を備える。位置決めピン７０は、各単位セル１２の凸部６０ａ、６０ｂの位置決め孔６２に挿通している。図２の例では、位置決めピン７０は、インシュレータ１８ａ、１８ｂの外側に位置している（インシュレータ１８ａ、１８ｂを貫通していない）が、インシュレータ１８ａ、１８ｂを貫通していてもよい。

位置決めピン７０は、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の金属材料により円柱状又は円筒状に形成されている。位置決めピン７０の一端部には、エンドプレート２０ａに設けられた後述するカラー部材８８に螺合する雄ねじ部７０ａが設けられている。位置決めピン７０の他端部は、エンドプレート２０ｂに設けられた第１支持部材７２及び第２支持部材７４に支持されている。

第１支持部材７２及び第２支持部材７４は、エンドプレート２０ｂに形成された貫通孔７６に挿入されている。貫通孔７６は、段付き孔であって、小径孔７６ａと大径孔７６ｂとを含む。小径孔７６ａは、エンドプレート２０ｂの外面２０ｂｏに開口する。大径孔７６ｂは、小径孔７６ａに連通するとともにエンドプレート２０ｂの内面２０ｂｉに開口する。

第１支持部材７２は、筒状に形成されている。つまり、第１支持部材７２は、位置決めピン７０の他端部が挿通される内孔７２ａを有する。第１支持部材７２は、小径孔７６ａの一端側に挿入された円筒状の第１支持本体７８と、第１支持本体７８に設けられて大径孔７６ｂに挿入された第１環状部８０とを含む。第１環状部８０は、第１支持本体７８の軸方向の端部（積層体１４が位置する側の端部）から径方向外方に延出している。

第２支持部材７４は、有底筒状に形成されている。つまり、第２支持部材７４は、位置決めピン７０の他端部が挿入される凹部７４ａを有する。第２支持部材７４は、小径孔７６ａの他端側に挿入された円筒状の第２支持本体８２と、第２支持本体８２に設けられた第２環状部８４とを含む。第２支持本体８２の一端面は、第１支持本体７８の端面に近接している。第２支持本体８２の他端側（底部側）は、エンドプレート２０ｂの外側に位置して位置決めピン７０の他端を覆っている。第２環状部８４は、第２支持本体８２の軸方向の略中央部から径方向外方に延出している。第２環状部８４は、エンドプレート２０ｂの外面２０ｂｏに接触している。

図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２０ａに形成された貫通孔８６に挿入されたカラー部材８８と、回転規制機構９０とを備える。

貫通孔８６は、段付き孔であって、小径の挿入孔８６ａと大径のフランジ孔８６ｂとを含む。挿入孔８６ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏに開口する。フランジ孔８６ｂは、挿入孔８６ａに連通するとともにエンドプレート２０ａの内面２０ａｉに開口する。カラー部材８８は、絶縁材料（電気的絶縁性を有する材料）により構成されている。カラー部材８８は、円柱状のカラー本体９２と、カラー本体９２に設けられたフランジ部９４とを有する。

カラー本体９２は、挿入孔８６ａに挿入されている。カラー本体９２の端面９２ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏに対して面一である（図２参照）。ただし、カラー本体９２の端面９２ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏよりも積層体１４の積層方向内側に位置していてもよいし、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏよりも積層体１４の積層方向外側に位置していてもよい。カラー本体９２の外径は、挿入孔８６ａの内径（孔径）と略一致する。カラー本体９２は、円筒状に形成されていてもよい。

フランジ部９４は、フランジ孔８６ｂに挿入されている。フランジ部９４は、カラー本体９２の軸方向の端部（積層体１４が位置する側の端部）から径方向外方に突出するとともに円環状に延在している。フランジ部９４の外面９４ａの略中央には、位置決めピン７０の雄ねじ部７０ａが螺合する雌ねじ部９６（ねじ穴）が形成されている。

回転規制機構９０は、位置決めピン７０のねじ締付方向（図４Ｂの矢印の方向）に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制する。回転規制機構９０は、カラー本体９２の外周面から径方向外方に突出した突起９８と、挿入孔８６ａを形成する壁面に形成された溝１００とを含む。

突起９８のカラー本体９２からの突出長は、フランジ部９４のカラー本体９２からの突出長よりも短い。突起９８の突出長は、任意に設定可能である。突起９８は、直方体形状に形成されており、フランジ部９４からカラー本体９２の端面９２ａに向かって延びている。

すなわち、図４Ｂにおいて、突起９８の横断面は、四角形状に形成されている。突起９８は、雌ねじ部９６の径方向外方に位置している（図２参照）。突起９８のうち位置決めピン７０のねじ締付方向に位置する部位には、第１当接面１０２が形成されている。第１当接面１０２は、平坦に形成されている。

図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、溝１００は、カラー本体９２の軸線方向に沿って延在するとともに突起９８が挿入されている。溝１００は、突起９８の形状に対応した形状（直方体形状）を有する。図４Ｂにおいて、溝１００を形成する壁部には、第１当接面１０２に当接した第２当接面１０４が形成されている。第２当接面１０４は、平坦に形成され、第１当接面１０２と平行に延在している。

突起９８及び溝１００の形状は、任意に設定可能である。突起９８の横断面は、三角形状又は多角形状（四角形状以外）であってもよい。また、溝１００は、突起９８が挿入可能であれば（カラー本体９２の回転を規制できれば）、突起９８に対応した形状に形成されていなくてもよい。さらに、突起９８が溝１００に挿入可能であれば、突起９８及び溝１００のカラー本体９２の周方向の位相は特に限定されない。

次に、このように構成される燃料電池スタック１０の組立方法について説明する。

燃料電池スタック１０の組立方法では、図５に示す配置工程、螺合工程、積層工程が順番に行われる。

配置工程では、図６に示すように、基台１０６にエンドプレート２０ａを配置するとともにカラー部材８８を貫通孔８６に挿入する。この際、エンドプレート２０ａの内面２０ａｉは、上方（基台１０６とは反対方向）を向く。

螺合工程では、位置決めピン７０の雄ねじ部７０ａをカラー部材８８の雌ねじ部９６に螺合する。この際、カラー部材８８には、図４Ｂに示す矢印の方向のねじ締付力が作用する。しかしながら、カラー部材８８は、回転規制機構９０によって位置決めピン７０のねじ締付方向に沿って回転が規制されている。カラー部材８８は、突起９８の第１当接面１０２が溝１００の第２当接面１０４に当接しているため、位置決めピン７０のねじ締付方向に回らない。従って、作業者（ユーザ）は、位置決めピン７０をカラー部材８８に効率的に取り付けることができる。

積層工程では、図７に示すように、エンドプレート２０ａの内面２０ａｉに重ねられたインシュレータ１８ａ及びターミナルプレート１６ａに対して複数の単位セル１２を積層する。具体的には、単位セル１２の位置決め孔６２に位置決めピン７０を通しながら単位セル１２をエンドプレート２０ａ側に移動させる。

積層工程が完了すると、積層体１４の他端側にターミナルプレート１６ｂ及びインシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂを重ね、位置決めピン７０の他端部を第１支持部材７２の内孔７２ａ及び第２支持部材７４の凹部７４ａ内に挿入する（図２参照）。その後、連結部材２４によって、積層体１４に締付荷重が付与され、燃料電池スタック１０の組立が完了する。

次に、燃料電池スタック１０の動作について説明する。

まず、図１に示すように、酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔４２ａに供給される。冷却媒体は、エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔４０ａに供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから第１セパレータ３６ａの酸化剤ガス流路４４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体のカソード電極５２に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４２ａから第２セパレータ３６ｂの燃料ガス流路４６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体のアノード電極５４に供給される。

従って、各ＭＥＡ３４では、カソード電極５２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５４に供給される燃料ガスとが、電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、カソード電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとの間に形成された冷却媒体流路４８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ３４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。

この場合、本実施形態に係る燃料電池スタック１０及び燃料電池スタック１０の組立方法は、以下の効果を奏する。

燃料電池スタック１０は、エンドプレート２０ａに設けられて位置決めピン７０が螺合する絶縁性のカラー部材８８と、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制する回転規制機構９０と、を備える。

また、燃料電池スタック１０の組立方法は、エンドプレート２０ａに設けられた絶縁性のカラー部材８８に位置決めピン７０を螺合する螺合工程と、螺合工程の後で、位置決め孔６２に位置決めピン７０を通しながら複数の単位セル１２を互いに積層する積層工程と、を含む。螺合工程では、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転が回転規制機構９０によって規制されている。

このように、回転規制機構９０によって、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転が規制されている。そのため、位置決めピン７０をカラー部材８８に螺合する際に、カラー部材８８が位置決めピン７０と供回りすることを抑えることができる。これにより、位置決めピン７０をカラー部材８８に対して効率的に取り付けることができる。

カラー部材８８は、エンドプレート２０ａに形成された挿入孔８６ａに挿入された円柱状又は円筒状のカラー本体９２を有する。回転規制機構９０は、カラー本体９２の外周面から径方向外方に突出した突起９８と、カラー本体９２の軸線方向に沿って延在するとともに挿入孔８６ａを形成する壁面に形成され、突起９８が挿入された溝１００と、を含む。

このような構成によれば、突起９８（突起９８の第１当接面１０２）を溝１００を形成する壁面（第２当接面１０４）に当接させることができる。よって、簡易な構成によって、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制することができる。

複数の単位セル１２のそれぞれは、電解質膜５０の両側に電極（カソード電極５２及びアノード電極５４）が配設されてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ３４）と、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ３４）の両側に配設されたセパレータ（第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂ）と、セパレータ（第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂ）の外周部から外方に突出するとともに位置決め孔６２が形成された凸部６０ａ、６０ｂと、を有する。

位置決め孔６２を形成する壁部は、電気絶縁材料によって構成されている。

このような構成によれば、セパレータ（第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂ）と位置決めピン７０とが電気的に導通することを防止することができる。

次に、第１〜第５変形例に係る回転規制機構９０ａ〜９０ｅについて説明する。

（第１変形例）
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１変形例に係る回転規制機構９０ａは、カラー本体９２の外周面に形成された雄ねじ部１１０と、挿入孔８６ａを形成する壁面に形成されて雄ねじ部１１０に螺合する雌ねじ部１１２とを含む。カラー本体９２のエンドプレート２０ａに対するねじ締付方向は、位置決めピン７０のカラー部材８８に対するねじ締付方向と同じである。

この場合、簡易な構成によって、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制することができる。

（第２変形例）
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第２変形例に係る回転規制機構９０ｂは、カラー本体９２に設けられたフランジ部１１４と、挿入孔８６ａに連通するフランジ孔１１６とを含む。フランジ部１１４は、長円形状に形成されている。フランジ部１１４は、カラー部材８８の一部を構成する。フランジ孔１１６は、フランジ部１１４に対応した形状（長円形状）に形成されている。フランジ孔１１６は、貫通孔８６の一部を構成する。

フランジ部１１４及びフランジ孔１１６のそれぞれは、非円形状であれば長円形状でなくてもよい。つまり、フランジ部１１４及びフランジ孔１１６のそれぞれは、多角形状（例えば、三角形状、四角形状等）、楕円形状等であってもよい。

本変形例に係る回転規制機構９０ｂは、カラー本体９２に設けられた非円形状のフランジ部１１４と、挿入孔８６ａに連通するとともにフランジ部１１４が挿入されたフランジ孔１１６と、を含み、フランジ孔１１６は、フランジ部１１４に対応した形状を有する。

（第３変形例）
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第３変形例に係る回転規制機構９０ｃは、フランジ部９４からカラー本体９２の軸線方向に沿って突出した１つの突出ピン１１８と、突出ピン１１８が挿入された孔１２０とを含む。突出ピン１１８は、フランジ部９４のうちカラー本体９２が位置する側の面９４ｂから突出した円柱部である。突出ピン１１８は、カラー本体９２から離間している。孔１２０は、カラー本体９２の形状に対応した形状を有する。

突出ピン１１８及び孔１２０は、複数設けられていてもよい。突出ピン１１８及び孔１２０のそれぞれの形状、大きさ及び位置は、任意に設定可能である。突出ピン１１８は、フランジ部９４に対して一体成形されていてもよいが、フランジ部９４に接合されていてもよい。

本変形例に係る回転規制機構９０ｃは、フランジ部９４からカラー本体９２の軸線方向に沿って突出した突出ピン１１８と、カラー本体９２の軸線方向に沿って延在するようにエンドプレート２０ａに形成され、突出ピン１１８が挿入された孔１２０と、を含む。

（第４変形例）
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第４変形例に係る回転規制機構９０ｄは、カラー部材８８がエンドプレート２０ａに対して一体的に射出成形された一体成形部１２２を有する。すなわち、カラー部材８８は、エンドプレート２０ａの挿入孔８６ａに対して一体的にアウトサート成形されている。

本変形例によれば、簡易な構成によって、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制することができる。

（第５変形例）
図１２Ａ〜図１３に示すように、第５変形例に係る回転規制機構９０ｅは、カラー本体９２の外周面から径方向外方に突出した複数（本実施形態では４つ）の突出部１３０を有する。複数の突出部１３０は、カラー本体９２の周方向に等間隔に配置されている。突出部１３０は、カラー本体９２の軸方向に沿って全長に亘って延在している。すなわち、突出部１３０は、フランジ部９４に連結している。

突出部１３０は、その突出方向に向かって先細りの三角形状に形成されている。換言すれば、突出部１３０は、横断面が三角形状に形成されている。突出部１３０の突出長は、フランジ部９４から離れるに従って徐々に低くなっている。

本変形例では、カラー本体９２が挿入孔８６ａに圧入される。これにより、カラー本体９２は、複数の突出部１３０が挿入孔８６ａを形成する壁面を変形させながら挿入孔８６ａに挿入される（図１２Ｂ及び図１３参照）。すなわち、突出部１３０は、挿入孔８６ａを形成する壁面に食い込む。

本発明は、上述した構成に限定されない。位置決め孔６２は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ３４）及びセパレータ（第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂ）に形成されていてもよい。

本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…燃料電池スタック１２…単位セル
１４…積層体２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
３４…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
３６ａ…第１セパレータ３６ｂ…第２セパレータ
６０ａ、６０ｂ…凸部６２…位置決め孔
７０…位置決めピン８６ａ…挿入孔
８６ｂ、１１６…フランジ孔８８…カラー部材
９０、９０ａ〜９０ｅ…回転規制機構９２…カラー本体
９４、１１４…フランジ部９８…突起
１００…溝１１０…雄ねじ部
１１２…雌ねじ部１１８…突出ピン
１２０…孔１２２…一体成形部

Claims

複数の単位セルが互いに積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配設された金属製のエンドプレートと、前記複数の単位セルのそれぞれに設けられた位置決め孔に挿通して前記複数の単位セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックであって、
前記エンドプレートに設けられて前記位置決めピンが螺合する絶縁性のカラー部材と、
前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレートに対する回転を規制する回転規制機構と、を備える、燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記カラー部材は、前記エンドプレートに形成された挿入孔に挿入された円柱状又は円筒状のカラー本体を有し、
前記回転規制機構は、
前記カラー本体の外周面から径方向外方に突出した突起と、
前記カラー本体の軸線方向に沿って延在するとともに前記挿入孔を形成する壁面に形成され、前記突起が挿入された溝と、を含む、燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記カラー部材は、前記エンドプレートに形成された挿入孔に挿入された円柱状又は円筒状のカラー本体を有し、
前記回転規制機構は、
前記カラー本体の外周面に形成された雄ねじ部と、
前記挿入孔を形成する壁面に形成されて前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部と、を含む、燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記カラー部材は、前記エンドプレートに形成された挿入孔に挿入された円柱状又は円筒状のカラー本体を有し、
前記回転規制機構は、
前記カラー本体に設けられた非円形状のフランジ部と、
前記挿入孔に連通するとともに前記フランジ部が挿入されたフランジ孔と、を含み、
前記フランジ孔は、前記フランジ部に対応した形状を有する、燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記カラー部材は、
前記エンドプレートに形成された挿入孔に挿入された円柱状又は円筒状のカラー本体と、
前記カラー本体に設けられたフランジ部と、を有し、
前記回転規制機構は、
前記フランジ部から前記カラー本体の軸線方向に沿って突出した突出ピンと、
前記カラー本体の軸線方向に沿って延在するように前記エンドプレートに形成され、前記突出ピンが挿入された孔と、を含む、燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記回転規制機構は、前記カラー部材が前記エンドプレートに対して一体的に射出成形された一体成形部を有する、燃料電池スタック。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の単位セルのそれぞれは、
電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体の両側に配設されたセパレータと、
前記セパレータの外周部から外方に突出するとともに前記位置決め孔が形成された凸部と、を有する、燃料電池スタック。
請求項７記載の燃料電池スタックであって、
前記位置決め孔を形成する壁部は、電気絶縁材料によって構成されている、燃料電池スタック。
複数の単位セルが互いに積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配設された金属製のエンドプレートと、前記複数の単位セルのそれぞれに設けられた位置決め孔に挿通して前記複数の単位セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックの組立方法であって、
前記エンドプレートに設けられた絶縁性のカラー部材に前記位置決めピンを螺合する螺合工程と、
前記螺合工程の後で、前記位置決め孔に前記位置決めピンを通しながら前記複数の単位セルを互いに積層する積層工程と、を含み、
前記螺合工程では、前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレートに対する回転が回転規制機構によって規制されている、燃料電池スタックの組立方法。