JP6146395B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池と燃料電池を収容するケースとを備える燃料電池モジュールに関する。

従来から、複数の単セルが積層されたセルスタックを有する燃料電池は、箱状のケースに収容されて用いられることがある。ケース内において各単セルの積層状態を維持するために、セルスタックに対して積層方向に荷重を加えることが求められる。特許文献１の燃料電池では、セルスタックの積層方向の外側に、セルスタックの端面と略同じ大きさの端面を有してケースの内側表面と対向するプレッシャープレートを配置し、かかるプレッシャープレートによりセルスタックに対して積層方向の荷重を加えている。具体的には、予めケースにおけるプレッシャープレートと対向する面に厚さ方向に貫通する開口部およびねじ穴を設けておき、ケース内に燃料電池を収容した後、プレッシャープレートに対して開口部から挿入した押圧部材で所定の荷重を加える。その後、荷重を加えた状態のままねじ穴から荷重調整ねじをねじ込み、プレッシャープレートに着座させてセルスタックに所定の荷重がかかった状態を維持する。

特開２０１３−１２３２５号公報

しかしながら、特許文献１の燃料電池では、荷重に対するセルスタックからの反力が荷重調整ねじを介してケースに伝わるため、ねじ穴の近傍においてケースが変形するという問題があった。加えて、単セルの厚さの製造ばらつき、及び運用中のねじの緩みなどに起因して、プレッシャープレートとケースとの間の距離にばらつきが生じることがある。この場合、荷重調整ねじのねじ込み量を調整して、荷重調整ねじがプレッシャープレートに接するように制御できるものの、ケースに設けられたねじ穴（ねじ山）の長さによっては、荷重調整ねじの長さが足りなくなったり、荷重調整ねじの後端側がケースから突出したりするおそれがある。このため、燃料電池モジュールのメンテナンス用の荷重調整ねじとして、互いに長さが異なる複数種類の荷重調整ねじを用意しなければならず、燃料電池モジュールの運用コストの上昇を招いていた。更に、ケースを含む燃料電池モジュール全体の設置スペースの大型化を抑制したいという要請があった。これらのことから、燃料電池を収容するケースの変形を抑制しつつ燃料電池モジュールの運用コストの上昇を抑制し、更には、ケースを含む燃料電池モジュール全体の大型化を抑制可能な技術が望まれていた。

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。
本発明の一形態によれば、燃料電池と前記燃料電池を収容するケースとを備える燃料電池モジュールが提供される。この燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は；積層された複数の単セルを有するセルスタックと；前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の最外側に位置するプレッシャープレートと；前記プレッシャープレートに対して前記積層方向の内側に位置して前記プレッシャープレートに接するエンドプレートであって、前記セルスタックの内部のマニホールドを終端する機能を有するエンドプレートと；を有しており；前記ケースは、前記燃料電池が前記ケースに収容された状態において、前記プレッシャープレートと対向して該プレッシャープレートを覆うカバー部を有し；前記カバー部は、貫通孔と、前記貫通孔に配置されて前記プレッシャープレートを押圧するピンと、を有するピン収容部を有し；前記ピン収容部は、前記カバー部において前記ピン収容部と連続する部分のうちの少なくとも一部である薄肉部よりも肉厚に形成された厚肉部を有し；前記厚肉部は、前記ケースの内側方向に形成されている。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池と前記燃料電池を収容するケースとを備える燃料電池モジュールが提供される。この燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池は、積層された複数の単セルを有するセルスタックと；前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の最外側に位置するプレッシャープレートと；を有しており、前記ケースは、前記燃料電池が前記ケースに収容された状態において、前記プレッシャープレートと対向して該プレッシャープレートを覆うカバー部を有し、前記カバー部は、貫通孔と、前記貫通孔に配置されて前記プレッシャープレートを押圧するピンと、を有するピン収容部を有し、前記ピン収容部は、前記カバー部において前記ピン収容部と連続する部分のうちの少なくとも一部である薄肉部よりも肉厚に形成された厚肉部を有し、前記厚肉部は、前記ケースの内側方向に形成されている。この形態の燃料電池モジュールによれば、ピンが配置されている貫通孔は、ケースの内側方向に形成されている厚肉部において形成されているので、ケースにおける貫通孔の近傍の剛性は、かかる部分が肉厚に形成されていない構成に比べて高い。したがって、ピンを介してセルスタックから受ける反力によるケースの変形を抑制できる。また、ピン収容部におけるケースの内側方向の厚さは、薄肉部における厚さに比べて大きいため、貫通孔の積層方向の長さを長くできる。このため、ピンの挿入方向の調整代を大きく取れるので、押圧力の調整の際にピンの長さが足りなくなったり、ピンの後端側がケースから突出したりすることを抑制できる。したがって、調整用のピンとして少ない種類のピンを用意すれば足りるため、燃料電池モジュールの運用コストの上昇を抑制できる。更に、ピン収容部は、厚肉部を有し、且つ、薄肉部と連続するので、カバー部とプレッシャープレートとの間に、ピン収容部（厚肉部）と薄肉部とにより少なくとも二方を囲まれた空間を確保できる。このため、ピン収容部（厚肉部）がケースの外側に形成されている構成に比べて、カバー部とプレッシャープレートとの間により大きな空き領域を設けることができ、かかる空き領域を利用して燃料電池モジュールに関連する部材を収容できる。このため、ケースを含む燃料電池モジュール全体の大型化を抑制できる。

（２）上記形態の燃料電池モジュールにおいて、前記ピン収容部は、前記カバー部において前記ケースの内側方向に突出し、前記積層方向と交差する方向に延設されているリブを有してもよい。この形態の燃料電池モジュールによれば、ピン収容部は、積層方向と交差する方向に延設されているリブを有するので、ケース（カバー部）の剛性を向上できる。

（３）上記形態の燃料電池モジュールにおいて、前記貫通孔は、前記カバー部の周縁部に形成されており、前記リブにおける前記内側方向の厚さは、前記リブの延設方向に沿って前記周縁部に向かうにつれて次第に大きくなってもよい。この形態の燃料電池モジュールによれば、ピン収容部におけるプレッシャープレートと対向する面を平面状に形成できる。このため、かかる面に段差が存在する構成に比べて、ケースを容易に製造できると共に、例えば、ケースを含む燃料電池モジュールが燃料電池自動車に搭載され、かかる燃料電池自動車が衝突した際に、段差のエッジ部分によりプレッシャープレートが損傷することを抑制できる。

（４）上記形態の燃料電池モジュールにおいて、前記ピンは雄ねじとして構成され、前記貫通孔の内周表面には、前記雄ねじと螺合するねじ山が形成されていてもよい。この形態の燃料電池モジュールによれば、ピンは雄ねじとして構成され、貫通孔の内周表面には雄ねじと螺合するねじ山が形成されているので、ピンが貫通孔に挿入された状態において、セルスタックからの反力を確実にケースに伝えることができる。

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、燃料電池用ケースや、燃料電池モジュールを備える燃料電池システムや、燃料電池モジュールの製造方法や、燃料電池用ケースの製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池モジュールの概略構成を示す分解斜視図である。 カバー部１１４の詳細構成を示す斜視図である。 カバー部１１４の詳細構成を示す断面図である。 カバー部１１４の詳細構成を示す断面図である。 比較例のカバー部５１４の詳細構成を示す断面図である。 変形例の第１の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。 変形例の第２の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。 変形例の第３の態様におけるカバー部の構成を示す斜視図である。 変形例の第３の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。

Ａ．実施形態：
Ａ１．装置全体構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池モジュールの概略構成を示す分解斜視図である。図１では、本実施形態の燃料電池モジュール１０を部分的に分解して表している。図１では、Ｘ−Ｙ平面が水平面となり、かつ、Ｚ軸が鉛直方向と平行となるように、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定めている。なお、＋Ｚ方向が鉛直上方に相当する。本実施形態の燃料電池モジュール１０は、駆動用電源として、燃料電池自動車に搭載されて使用される。具体的には、燃料電池モジュール１０は、ケース１１０に形成されているケース脚１０３を介して燃料電池自動車のアンダーボディーにボルトにより固定される。なお、燃料電池自動車に代えて、電気自動車等の駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。

燃料電池モジュール１０は、燃料電池２０と、燃料電池２０を収容するケース１１０とを備えている。燃料電池２０は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、図１に示す積層方向ＳＤに沿って積層されている複数の単セル１０２から成るセルスタック１０２Ｓと、第１ターミナルプレート１６０Ｅと、第１絶縁プレート１６５Ｅと、第１エンドプレート１７０Ｅと、第２ターミナルプレート１６０Ｆと、第２絶縁プレート１６５Ｆと、第２エンドプレート１７０Ｆと、プレッシャープレート２００とを備えている。セルスタック１０２Ｓおよび各プレートのＸ軸方向（＋Ｘ方向および−Ｘ方向）から見た平面形状は、いずれも略矩形であり、互いにほぼ同じ大きさである。

各単セル１０２は、固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化剤ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。両電極側の触媒電極層の外側には、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。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。セルスタック１０２Ｓの内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を流通させるためのマニホールド（図示省略）が積層方向ＳＤに沿って形成されている。

第１ターミナルプレート１６０Ｅ、第１絶縁プレート１６５Ｅ、および第１エンドプレート１７０Ｅは、この順序で積層方向ＳＤに沿って外方に（＋Ｘ方向に）並び、互いに隣接して配置されている。また、第２ターミナルプレート１６０Ｆ、第２絶縁プレート１６５Ｆ、および第２エンドプレート１７０Ｆは、この順序で積層方向ＳＤに沿って外方に（−Ｘ方向に）並び、互いに隣接して配置されている。第１ターミナルプレート１６０Ｅは、セルスタック１０２Ｓの＋Ｘ方向の端面と接して配置されている。また、第２ターミナルプレート１６０Ｆは、セルスタック１０２Ｓの−Ｘ方向の端面と接して配置されている。なお、第２ターミナルプレート１６０Ｆ、第２絶縁プレート１６５Ｆ、および第２エンドプレート１７０Ｆには、それぞれ上述したセルスタック１０２Ｓ内部のマニホールドと接続するための貫通孔が、厚さ方向（Ｘ軸方向と平行な方向）に形成されている。

第１ターミナルプレート１６０Ｅおよび第２ターミナルプレート１６０Ｆは、いずれも燃料電池２０における総合電極として機能する板状の導電性部材である。第１絶縁プレート１６５Ｅは第１ターミナルプレート１６０Ｅと第１エンドプレート１７０Ｅとの間を、第２絶縁プレート１６５Ｆは第２ターミナルプレート１６０Ｆと第２エンドプレート１７０Ｆとの間を、それぞれ電気的に絶縁する板状の部材である。第１エンドプレート１７０Ｅは、両面ともに平面に形成されている板状の部材であり、セルスタック１０２Ｓ内部のマニホールドの終端部として機能する。また、外方に接しているプレッシャープレート２００から受ける押圧力を第１絶縁プレート１６５Ｅおよび第１ターミナルプレート１６０Ｅを介してセルスタック１０２Ｓに伝える機能を有する。なお、かかる押圧力の詳細については、後述する。第２エンドプレート１７０Ｆは、セルスタック１０２Ｓ内部のマニホールドと接続するための貫通孔が設けられている点において、上述の第１エンドプレート１７０Ｅと異なる。第２エンドプレート１７０Ｆにおけるその他の構成および機能は第１エンドプレート１７０Ｅと同じであるので、詳細な説明を省略する。

プレッシャープレート２００は、略板状の部材であり、セルスタック１０２Ｓに対して積層方向ＳＤの最外側に位置する。プレッシャープレート２００の一方の面（−Ｘ方向の面）は、第１エンドプレート１７０Ｅにおける積層方向ＳＤの外側の端面と接し、他方の面（＋Ｘ方向の面）は、ケース１１０（後述するカバー部１１４）の内側表面に対向している。本実施形態において、プレッシャープレート２００は、アルミダイキャストにより形成されている。プレッシャープレート２００は、ケース１１０の内側表面に対向する面に、８つのねじ受け部２０２と、３つの押圧受け部２１５、２１６、２１７とを備えている。８つのねじ受け部２０２は、いずれもプレッシャープレート２００の外周縁の近傍に配置されている。各ねじ受け部２０２は、＋Ｘ方向に向かって突出した略円柱状の外観形状を有し、後述する荷重調整ピン１２０の先端と接する。３つの押圧受け部２１５〜２１７は、いずれもプレッシャープレート２００の面内において中央寄りに配置されている。各押圧受け部２１５〜２１７は、＋Ｘ方向に若干***しており、燃料電池モジュール１０の組み付け時に押圧部材の先端と接し、押圧部材から押圧力を受ける。

ケース１１０は、箱状の外観形状を有し、鉛直下方の底面部分に開口が形成されている。本実施形態において、ケース１１０は、樹脂材料により形成されている。なお、樹脂材料に限らず、アルミニウムおよび鋼などの金属材料により形成されてもよい。燃料電池２０は、上述した各構成要素が積層方向ＳＤに積層された状態のまま、ケース１１０の底面の開口からケース１１０の内側に収容される。ケース１１０は、＋Ｘ方向の端にカバー部１１４を有する。カバー部１１４は、プレッシャープレート２００の積層方向ＳＤにおける端面と対向し、かかる端面を覆う。カバー部１１４には、８つのピン用貫通孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈと、３つの押圧用貫通孔１１５、１１６、１１７とが形成されている。これら合計１１個の貫通孔は、いずれもカバー部１１４を厚さ方向（Ｘ軸方向と平行な方向）に貫く。カバー部１１４は、さらに、８つのピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに配置されている８つの荷重調整ピン１２０を備えている。

各荷重調整ピン１２０は、プレッシャープレート２００に向かって（−Ｘ方向と平行に）各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに挿入されている。荷重調整ピン１２０は、略円柱形の外観形状を有し、外周表面にねじ山が形成されている。すなわち、荷重調整ピン１２０は雄ねじとして構成されている。各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈの内周表面（より正確には、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈを形成するカバー部１１４の内周表面）には、荷重調整ピン１２０のねじ山と螺合するねじ山が形成されている。したがって、荷重調整ピン１２０は、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈにねじ込まれて挿入される。なお、荷重調整ピン１２０は、請求項におけるピンに相当する。

各押圧用貫通孔１１５〜１１７には、燃料電池モジュール１０の組み付け時に上述の押圧部材が挿入される。なお、押圧用貫通孔１１５と上述の押圧受け部２１５とは互いにＸ軸方向に対向する位置に配置されている。

ここで、燃料電池モジュール１０の組み付け手順について、簡単に説明する。先ず、燃料電池２０を構成する各構成要素を図１に示すようにＸ軸方向と平行に積層し、かかる状態のままケース１１０底面の開口からケース１１０内部に挿入する。なお、この段階では、燃料電池モジュール１０は作業台に載置された状態であるため、上述の挿入工程は、換言すると、作業台に載置されている燃料電池２０にケース１１０を被せる工程と捉えることができる。次に、３つの押圧用貫通孔１１５〜１１７から図示しない棒状の押圧部材を挿入し、かかる押圧部材によりプレッシャープレート２００に対して積層方向ＳＤに（−Ｘ方向に）押圧力（荷重）を徐々に加えていく。そして、かかる押圧力が所定値となると、この押圧力を維持した状態で、各貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに荷重調整ピン１２０をねじ込む。上述の押圧力は、例えば、３６．５ｋＮ程度である。また、荷重調整ピン１２０をねじ込む際のトルクは、例えば、１〜２．５Ｎｍ程度である。荷重調整ピン１２０の先端がプレッシャープレート２００のねじ受け部２０２に接すると荷重調整ピン１２０のめじ込みが終了する。次に、図示しないシャフト部材を、セルスタック１０２Ｓの下面の中央において積層方向ＳＤに沿って形成された溝１０４に収容するように配置し、かかるシャフト部材の一方の端部をカバー部１１４に固定し、他方の端部を、ケース１１０においてカバー部１１４と対向する部分に固定する。次に、ケース１１０の底面の開口を、図示しないカバー部材により覆う。

ここで、プレッシャープレート２００に加えられる押圧力は、第１エンドプレート１７０Ｅ、第１絶縁プレート１６５Ｅ、および第１ターミナルプレート１６０Ｅを介して、セルスタック１０２Ｓに伝わる。また、セルスタック１０２Ｓに伝えられた押圧力は、第２ターミナルプレート１６０Ｆ、第２絶縁プレート１６５Ｆ、第２エンドプレート１７０Ｆの順に伝わる。第２エンドプレート１７０Ｆの積層方向ＳＤの外側（−Ｘ方向）の面はケース１１０と接している。このため、押圧力の反力が、第２エンドプレート１７０Ｆ、第２絶縁プレート１６５Ｆ、および第２ターミナルプレート１６０Ｆを介してセルスタック１０２Ｓに伝わり、さらに、第１ターミナルプレート１６０Ｅ、第１絶縁プレート１６５Ｅ、および第１エンドプレート１７０Ｅを介してプレッシャープレート２００に伝わる。さらに、プレッシャープレート２００に伝わった反力は、ねじ受け部２０２を介して各荷重調整ピン１２０に伝わり、また、荷重調整ピン１２０および各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈのねじ山を介して、カバー部１１４に伝わることとなる。しかしながら、本実施形態のケース１１０では、カバー部１１４が有する後述するピン収容部によって、反力によるカバー部１１４の変形が抑制される。

Ａ２．カバー部の詳細構成：
図２は、カバー部１１４の詳細構成を示す斜視図である。図３は、カバー部１１４の詳細構成を示す断面図である。図４は、カバー部１１４の詳細構成を示す断面図である。図２（Ａ）は、カバー部１１４の外側面（＋Ｘ方向の面）の詳細構成を示す。図２（Ｂ）は、カバー部１１４の内側面（−Ｘ方向の面）の詳細構成を示す。図２（Ａ）では、カバー部１１４の−Ｘ方向構造の一部を破線で表している。また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、図１に示すケース１１０の表面においてＹ−Ｚ平面に沿って外方に突出して形成されているリブは、図示の便宜上省略されている。図３（Ａ）では、図２に示すＡ−Ａ断面を表している。図３（Ｂ）では、図３（Ａ）において破線で示す領域Ａｒ１を拡大して表している。図４では、図２に示すＢ−Ｂ断面を表している。なお、図２〜４では、荷重調整ピン１２０の外周面に形成されているねじ山、および各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈの内周面に形成されているねじ山は、省略されている。

図２に示すように、カバー部１１４は、３つのピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄを備えている。各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄは、カバー部１１４におけるプレッシャープレート２００と対向する面においてケース１１０の内側方向（−Ｘ方向）に突出し、Ｚ軸方向と平行に延設されたリブ状の外観形状を有する。ピン収容部１１２ａにおいて、−Ｚ方向の端部近傍には、ピン用貫通孔１１８ａが形成されている。同様に、ピン収容部１１２ｃにおいて−Ｚ方向の端部近傍には２つのピン用貫通孔１１８ｂ，１１８ｃが、ピン収容部１１２ｄにおいて−Ｚ方向の端部近傍にはピン用貫通孔１１８ｄが、それぞれ形成されている。これら３つのピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄの構成は、互いに同様であるので、ピン収容部１１２ｃを代表して説明する。

図３（Ａ）に示すように、ピン収容部１１２ｃの厚さ（Ｘ軸方向の長さ）は、＋Ｚ方向の端部が最も小さく、−Ｚ方向に向かうにつれて次第に大きくなる。ピン用貫通孔１１８ｃは、ピン収容部１１２ｃの−Ｚ方向の周縁部近傍に配置されている。このため、図３（Ａ）に示すように、ピン用貫通孔１１８ｃ近傍の厚さは大きい。したがって、ピン用貫通孔１１８ｃ近傍の剛性は、厚さがより小さい構成に比べて高いため、荷重調整ピン１２０を介してセルスタック１０２Ｓから受ける反力によりケース１１０が変形することが抑制される。また、図３（Ｂ）に示すように、ピン用貫通孔１１８ｃ近傍の厚さＬ１は、ピン用貫通孔１１８ｃにおける荷重調整ピン１２０の挿入長さＬ２よりも長い。したがって、荷重調整ピン１２０の基端部はピン用貫通孔１１８ｃから＋Ｘ方向に飛び出しておらず、また、厚さＬ１と挿入長さＬ２との差分の長さＬ３だけ、荷重調整ピン１２０の位置を＋Ｘ方向に調整しても、荷重調整ピン１２０の基端部はピン用貫通孔１１８ｃから＋Ｘ方向に飛び出さずに済む。換言すると、荷重調整ピン１２０がピン用貫通孔１１８ｃに挿入されてねじ受け部２０２に接した状態において、ピン用貫通孔１１８ｃには、長さＬ３だけの調整代が＋Ｘ方向に存在する。したがって、単セル１０２の厚さの製造ばらつきに起因して、セルスタック１０２Ｓの積層方向ＳＤの長さがロットによって異なり、ケース１１０とプレッシャープレート２００との間の距離がロットによって異なる場合でも荷重調整ピン１２０のねじ込み量を調整することで荷重調整ピン１２０を適切な位置に配置できると共に、荷重調整ピン１２０の基端部がピン用貫通孔１１８ｃから＋Ｘ方向に突出することを抑制できる。また、運用中にケース１１０とプレッシャープレート２００との間の距離が変化した場合にも同様に、荷重調整ピン１２０のねじ込み量を調整することで荷重調整ピン１２０を適切な位置に配置し直すことができると共に、荷重調整ピン１２０の基端部がピン用貫通孔１１８ｃから＋Ｘ方向に突出することを抑制できる。また、調整代を比較的大きくできるため、少ない種類（例えば一種類）の荷重調整ピン１２０により調整を行なうことができる。なお、上述したピン収容部１１２ｃにおけるピン用貫通孔１１８ｃ近傍部分のように、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄにおけるピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｄ近傍部分は、請求項における厚肉部に相当する。

図２では、図示の便宜上、３つのピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄのみを表しているが、他に、４つのピン用貫通孔１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈに対応して４つのピン収容部がカバー部１１４に形成されている。これら４つのピン収容部は、ピン収容部１１２ａおよびピン収容部１１２ｄを上下反転させた構造と同様な構造を有する。

図２に示すように、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄの間、カバー部１１４の−Ｙ方向の端部とピン収容部１１２ａとの間、およびカバー部１１４の＋Ｙ方向の端部とピン収容部１１２ｄとの間には、それぞれ薄肉部１１９が配置されている。換言すると、カバー部１１４は、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄに対してＹ軸方向（＋Ｙ方向および−Ｙ方向）に連続する薄肉部１１９を備えている。薄肉部１１９は、Ｘ軸方向の厚さが一定の板状の外観形状を有する。この薄肉部１１９のＸ軸方向の厚さは、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄのＸ軸方向の厚さ（Ｚ軸方向に沿った任意の位置における厚さ）よりも小さい（薄い）。このような薄肉部１１９と、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄとのＸ軸方向の厚さの相違により、図４に示すように、ケース１１０とプレッシャープレート２００との間には、Ｚ軸方向に延びる４つの領域３１１、３１２、３１３、３１４が形成されている。領域３１１は、ケース１１０の−Ｙ方向の内側表面と、薄肉部１１９と、ピン収容部１１２ａとにより三方を囲まれている。同様に、領域３１２はピン収容部１１２ａと薄肉部１１９とピン収容部１１２ｃとにより、領域３１３はピン収容部１１２ｃと薄肉部１１９とピン収容部１１２ｄとにより、領域３１４はピン収容部１１２ｄと薄肉部１１９とケース１１０の＋Ｙ方向の内側表面とにより、それぞれ三方を囲まれている。このような領域が形成されることにより、ケース１１０とプレッシャープレート２００との間には、比較的大きな空き領域が存在する。このため、かかる空き領域を利用してワイヤーハーネス等を収容でき、ケース１１０を含む燃料電池モジュール１０全体の設置スペースの大型化を抑制できる。

Ａ３．比較例：
図５は、比較例のカバー部５１４の詳細構成を示す断面図である。比較例のケース５１０のカバー部５１４は、３つのピン収容部５１２を備えている。各ピン収容部５１２は、カバー部５１４の外側表面においてケース１１０の外側（＋Ｘ方向）に突出し、Ｚ軸方向と平行に延設されたリブ状の外観形状を有する。各ピン収容部５１２において、−Ｚ方向の端部近傍には、ピン用貫通孔５１８が形成されている。なお、比較例のケース５１０の輪郭の大きさ（外側表面で囲まれた部分の体積）は、上述した実施形態のケース１１０の輪郭の大きさと同じである。また、ケース５１０に収容されている燃料電池２０は、上述した実施形態の燃料電池２０と同じである。

このような構成を有する比較例のケース５１０では、ケース５１０（カバー部５１４）とプレッシャープレート２００との間の空き領域は、比較的狭い。したがって、かかる領域を有効活用できず、ケース５１０および燃料電池２０を含む燃料電池モジュール全体の設置スペースが大きくなってしまう。これに対して、上述した実施形態の燃料電池モジュール１０では、ケース１１０（カバー部１１４）とプレッシャープレート２００との間に比較的大きな空き領域を設けることができるので、かかる空き領域を利用することにより、燃料電池モジュール１０全体の大型化を抑制できる。

以上説明した実施形態の燃料電池モジュール１０によれば、荷重調整ピン１２０が挿入される貫通孔１１８ａ〜１１８ｄは、ケース１１０の内側方向に突出したピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄに形成されているため、貫通孔１１８ａ〜１１８ｄ近傍の剛性は、厚さがより小さい構成に比べて高い。したがって、荷重調整ピン１２０を介してセルスタック１０２Ｓから反力を受けても、かかる反力によるケース１１０の変形を抑制できる。また、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄにおけるケース１１０の内側方向（すなわち、荷重調整ピン１２０の挿入方向）の厚さは、薄肉部１１９における厚さに比べて大きいため、ピン用貫通孔１１８ｃの挿入方向の長さをより長くできる。このため、荷重調整ピン１２０の挿入方向の調整代を大きく取れるので、荷重調整ねじの長さが足りなくなったり、荷重調整ねじの後端側がケースから突出したりすることを抑制できる。加えて、ケース１１０とプレッシャープレート２００との間の距離にばらつきが生じた場合、およびかかる距離が変化した場合であっても、ねじ込み量の調整により対応できる可能性が高いので、少ない種類（例えば一種類）の荷重調整ピン１２０で調整可能である。このため、互いに長さが異なる複数種類の荷重調整ねじを用意せずに済むので、燃料電池モジュール１０の運用コストの上昇を抑制できる。

また、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄをケース１１０内側に突出して形成しているので、カバー部１１４とプレッシャープレート２００との間に、ケース１１０の内側表面と薄肉部１１９とピン収容部とで三方を囲まれた領域３１１、３１４、および薄肉部１１９と２つのピン収容部とで三方を囲まれた領域３１２、３１３を設けることができる。このため、カバー部１１４とプレッシャープレート２００との間に、比較的大きな空き領域を設けることができ、かかる空き領域を利用して燃料電池モジュール１０に関連する部材（例えば、ワイヤーハーネスなど）を収容できる。このため、ケース１１０を含む燃料電池モジュール１０全体の設置スペースの大型化を抑制できる。

また、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄは、ケース１１０の内側方向に突出し、Ｚ軸方向と平行に延設されたリブ状の外観形状を有するので、ケース１１０（カバー部１１４）の剛性を向上できる。

また、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄを、＋Ｚ方向の端部の厚さが最も小さく、−Ｚ方向に向かうにつれて厚さが次第に大きくなるように構成しているため、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄにおけるプレッシャープレート２００と対向する面を平面状に形成できる。このため、かかる面に段差が存在する構成に比べて、ケース１１０を容易に製造できると共に、例えば、燃料電池自動車の衝突時等において、かかる段差のエッジ部分の接触によりプレッシャープレート２００が損傷することを抑制できる。

また、荷重調整ピン１２０は雄ねじとして構成され、貫通孔の内周表面には雄ねじと螺合するねじ山が形成されているため、荷重調整ピン１２０が各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに挿入された状態において、セルスタック１０２Ｓからの反力を確実にケース１１０に伝えることができる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、ピン収容部１１２ｃの厚さ（Ｘ軸方向の長さ）は、＋Ｚ方向の端部が最も小さく、＋Ｚ方向に向かうにつれて次第に大きくなるように構成されていたが、本発明はこれに限定されない。

図６は、変形例の第１の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。変形例の第１の態様の燃料電池モジュールは、ケース１１０に代えてケース１１０ａを備える点において、上記実施形態の燃料電池モジュール１０と異なる。変形例の第１の態様の燃料電池モジュールの他の構成は、燃料電池モジュール１０と同じであるため、同一の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。変形例の第１の態様の燃料電池モジュールにおいて、ケース１１０ａは、カバー部１１４に代えてカバー部１１４ａを備える点において、上記実施形態のケース１１０と異なり、他の構成は同じである。

カバー部１１４ａは、ピン収容部１１２ｃに代えてピン収容部１１２ｘを備えている点において、上記実施形態のカバー部１１４と異なる。ピン収容部１１２ｘは、他の部分に比べて厚さ（Ｘ軸方向の長さ）が大きい突出部１１３を備えている。突出部１１３には、ピン用貫通孔１１８ｃが形成されている。ピン収容部１１２ｘにおいて、突出部１１３よりも＋Ｚ方向に位置する部分の厚さ、および突出部１１３よりも−Ｚ方向に位置する部分の厚さは、いずれも突出部１１３の厚さに比べて小さく、また、Ｚ軸に沿った任意の位置において同一である。このような構成においても、ピン収容部１１２ｘの厚さは、Ｙ軸方向に隣接する薄肉部１１９の厚さに比べて大きい。したがって、変形例の第１の態様の燃料電池モジュールは、上記実施形態の燃料電池モジュール１０と同様な効果を有する。加えて、ピン収容部１１２ｘの体積を小さくできるため、ケース１１０ａを軽量化できる。なお、上述の第１の態様において、突出部１１３は、請求項における厚肉部に相当する。

図７は、変形例の第２の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。変形例の第２の態様の燃料電池モジュールは、ケース１１０に代えてケース１１０ｂを備える点において、上記実施形態の燃料電池モジュール１０と異なる。変形例の第２の態様の燃料電池モジュールの他の構成は、燃料電池モジュール１０と同じであるため、同一の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。ケース１１０ｂは、カバー部１１４に代えてカバー部１１４ｂを備える点において、上記実施形態のケース１１０と異なり、他の構成は同じである。

カバー部１１４ｂは、ピン収容部１１２ｃに代えてピン収容部１１２ｙを備えている点において、上記実施形態のカバー部１１４と異なる。ピン収容部１１２ｙの厚さは、Ｚ軸方向に沿った任意の位置において同一である。このような構成においても、ピン収容部１１２ｙの厚さは、Ｙ軸方向に隣接する薄肉部１１９の厚さに比べて大きい。したがって、変形例の第２の態様の燃料電池モジュールは、上記実施形態の燃料電池モジュール１０と同様な効果を有する。なお、上述の変形例の第２の態様において、ピン収容部１１２ｙは、請求項におけるピン収容部および厚肉部に相当する。

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、薄肉部１１９は、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄのＹ軸方向に隣接して（連続して）配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図８は、変形例の第３の態様におけるカバー部の構成を示す斜視図である。図９は、変形例の第３の態様におけるカバー部の構成を示す断面図である。図８では、図２と同様に、変形例の第３の態様におけるカバー部１１４ｃの−Ｘ方向構造の一部を破線で表している。図８に示すように、変形例の第３の態様におけるカバー部１１４ｃは、ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄを含む複数のピン収容部に代えて、２つのピン収容部１０８ａ、１０８ｂを備えている点において、上記実施形態のカバー部１１４と異なる。変形例の第３の態様におけるカバー部１１４ｃのその他の構成は、カバー部１１４と同じであるので、同一の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

ピン収容部１０８ａは、カバー部１１４ｃにおけるプレッシャープレート２００と対向する面においてケース１１０ｃの内側方向（−Ｘ方向）に突出し、Ｙ軸方向と平行に延設されたリブ状の外観形状を有する。ピン収容部１０８ａの厚さ（Ｘ軸方向の長さ）は、Ｙ軸方向の任意の位置において同一である。ピン収容部１０８ａは、カバー部１１４ｃにおいて−Ｚ方向の外周縁部に配置されている。ピン収容部１０８ａには、４つのピン用貫通孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄが形成されている。ピン収容部１０８ｂは、カバー部１１４ｃにおいて＋Ｚ方向の外周縁部に配置されている。ピン収容部１０８ｂには、４つのピン用貫通孔１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈが形成されている。

図８、９に示すように、ピン収容部１０８ａの−Ｚ方向および＋Ｚ方向にそれぞれ隣接して（連続して）、薄肉部１１９ａが形成されている。同様に、ピン収容部１０８ｂの−Ｚ方向および＋Ｚ方向に隣接して（連続して）、薄肉部１１９ａが形成されている。各薄肉部１１９ａは、上記実施形態の薄肉部１１９と同様に、Ｘ軸方向の厚さが一定の板状の外観形状を有する。また、薄肉部１１９ａのＸ軸方向の厚さは、各ピン収容部１０８ａ、１０８ｂのＸ軸方向の厚さ（Ｚ軸方向に沿った任意の位置における厚さ）よりも小さい（薄い）。このような構成においても、ピン収容部１０８ａ、１０８ｂの厚さは、Ｚ軸方向に隣接する薄肉部１１９ａの厚さに比べて大きい。したがって、変形例の第３の態様の燃料電池モジュールは、上記実施形態の燃料電池モジュール１０と同様な効果を有する。

なお、上述した変形例の第３の態様において、ピン収容部１０８ａの下方（−Ｚ方向）に位置する薄肉部１１９ａを省略してもよい。すなわち、ピン収容部１０８ａをケース１１０ｃの底部まで延設させてもよい。この構成においては、ピン収容部１０８ａは、＋Ｚ方向においてのみ、薄肉部１１９ａと連続する。

また、上述した変形例の第３の態様において、ピン収容部１０８ａは、Ｙ軸方向の任意の位置において、厚さが同一であったが、これに代えて、各ピン用貫通孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄが形成されている近傍のみが−Ｘ方向に突出し、他の部分は薄肉部１１９ａと同じ厚さとしてもよい。すなわち、ピン収容部を、各ピン用貫通孔１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄを中心としてＸ軸方向を高さ方向とする四角柱状に形成してもよい。この構成においては、各ピン収容部は、Ｙ軸方向において薄肉部１１９ａと連続すると共に、Ｚ軸方向において薄肉部１１９ａと連続する。上記実施形態および変形例から理解できるように、カバー部においてピン収容部と連続する部分のうち少なくとも一部の薄肉部よりも肉厚に形成された厚肉部を有するピン収容部を、本発明の燃料電池モジュールに適用してもよい。

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、各ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄは、Ｚ軸方向に沿って延設されていた。また、上記変形例の第３の態様においては、各ピン収容部１０８ａ、１０８ｂは、Ｙ軸方向に沿って延設されていた。これらのように、各ピン収容部がリブ状の外観形状を有する構成において、各ピン収容部が延設される方向は、Ｚ軸方向またはＹ軸方向に限定されず、積層方向ＳＤと交差する任意の方向としてもよい。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態において、荷重調整ピン１２０は、雄ねじとして構成され、また、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈの内周表面に形成されたねじ山と螺合していたが、本発明はこれに限定されるものではない。荷重調整ピン１２０の外周表面にねじ山が形成されておらず、また、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈの内周表面にねじ山が形成されていなくてもよい。この構成では、荷重調整ピン１２０は、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに所定の荷重で圧入され、荷重調整ピン１２０の外周表面と各ピン用貫通孔の内周表面との間の摩擦力により、荷重調整ピン１２０の位置が固定されてもよい。すなわち、一般には、各ピン用貫通孔１１８ａ〜１１８ｈに配置されてプレッシャープレート２００を押圧する任意のピンを、本発明の燃料電池モジュールに適用できる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態における燃料電池モジュールの構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。実施形態のカバー部１１４の薄肉部１１９において、ピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄと平行に、ピン用貫通孔が形成されていないＺ軸方向のリブを形成してもよい。この構成においても、少なくともピン収容部１１２ａ、１１２ｃ、１１２ｄに対してＹ軸方向に連続する部分は、薄肉部１１９となるため、上記実施形態と同様な効果を有する。また、プレッシャープレート２００において、３つの押圧受け部２１５、２１６、２１７を省略してもよい。また、プレッシャープレート２００において、ねじ受け部２０２を省略してもよい。また、プレッシャープレート２００において押圧受け部の数を任意の数としてもよい。同様に、プレッシャープレート２００においてねじ受け部の数を任意の数としてもよい。また、荷重調整ピン１２０の数およびピン用貫通孔の数を、任意の数としてもよい。また、燃料電池モジュール１０の設置時の姿勢と、水平面および鉛直方向との関係は、上述した実施形態の関係に限るものではない。また、各単セル１０２は、固体高分子型燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。

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…燃料電池モジュール
２０…燃料電池
１０２…単セル
１０２Ｓ…セルスタック
１０３…ケース脚
１０４…溝
１０８ａ…ピン収容部
１０８ｂ…ピン収容部
１１０…ケース
１１０ａ…ケース
１１０ｂ…ケース
１１０ｃ…ケース
１１２ａ…ピン収容部
１１２ｃ…ピン収容部
１１２ｄ…ピン収容部
１１２ｘ…ピン収容部
１１２ｙ…ピン収容部
１１３…突出部
１１４…カバー部
１１４ａ…カバー部
１１４ｂ…カバー部
１１４ｃ…カバー部
１１５、１１６、１１７…押圧用貫通孔
１１８ａ…ピン用貫通孔
１１８ｂ…ピン用貫通孔
１１８ｃ…ピン用貫通孔
１１８ｄ…ピン用貫通孔
１１８ｅ…ピン用貫通孔
１１９…薄肉部
１１９ａ…薄肉部
１２０…荷重調整ピン
１６０Ｅ…第１ターミナルプレート
１６０Ｆ…第２ターミナルプレート
１６５Ｅ…第１絶縁プレート
１６５Ｆ…第２絶縁プレート
１７０Ｅ…第１エンドプレート
１７０Ｆ…第２エンドプレート
２００…プレッシャープレート
２０２…ねじ受け部
２１５…押圧受け部
３１１…領域
３１２…領域
３１３…領域
３１４…領域
５１０…ケース
５１２…ピン収容部
５１４…カバー部
５１８…ピン用貫通孔
ＳＤ…積層方向
Ａｒ１…領域

Claims (4)

1. 燃料電池と前記燃料電池を収容するケースとを備える燃料電池モジュールであって、
   前記燃料電池は、
   積層された複数の単セルを有するセルスタックと、
   前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の最外側に位置するプレッシャープレートと、
   前記プレッシャープレートに対して前記積層方向の内側に位置して前記プレッシャープレートに接するエンドプレートであって、前記セルスタックの内部のマニホールドを終端する機能を有するエンドプレートと、
   を有しており、
   前記ケースは、前記燃料電池が前記ケースに収容された状態において、前記プレッシャープレートと対向して該プレッシャープレートを覆うカバー部を有し、
   前記カバー部は、貫通孔と、前記貫通孔に配置されて前記プレッシャープレートを押圧するピンと、を有するピン収容部を有し、
   前記ピン収容部は、前記カバー部において前記ピン収容部と連続する部分のうちの少なくとも一部である薄肉部よりも肉厚に形成された厚肉部を有し、
   前記厚肉部は、前記ケースの内側方向に形成されている、燃料電池モジュール。
2. 請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、
   前記ピン収容部は、前記カバー部において前記ケースの内側方向に突出し、前記積層方向と交差する方向に延設されているリブを有する、燃料電池モジュール。
3. 請求項２に記載の燃料電池モジュールにおいて、
   前記貫通孔は、前記カバー部の周縁部に形成されており、
   前記リブにおける前記内側方向の厚さは、前記リブの延設方向に沿って前記周縁部に向かうにつれて次第に大きくなる、燃料電池モジュール。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、
   前記ピンは雄ねじとして構成され、
   前記貫通孔の内周表面には、前記雄ねじと螺合するねじ山が形成されている、燃料電池モジュール。

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