JP7038068B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、複数の発電セルを積層した燃料電池スタックに関する。

燃料電池スタックは、特許文献１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電を行う発電セルを複数積層した積層体を備える。各発電セルは、アノード電極、電解質膜、カソード電極を積層した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持するバイポーラ板である一対のセパレータとを有する。

また、特許文献１に開示のセパレータは、外縁の所定位置に外側方向に突出するタブ（datum）を備える。このタブは、積層体をケース（housing）に収容した組立状態で、ケースの凹部に配置される。これにより燃料電池スタックに荷重がかかった際には、タブが凹部に係合することでセパレータ同士の位置ずれが防止される。

この種のタブには、絶縁性樹脂材料が適用され、導電性材料（金属材料）で構成されたセパレータにアウトサート成形等により固定される。セパレータとケースの間に電気を流さないためである。

米国特許出願公開第２０１６／００７２１４５号明細書

しかしながら、従来の燃料電池スタックでは、絶縁性樹脂材料のタブを複数の発電セルのセパレータの各々に設ける必要がある。このため、燃料電池スタックの製造コストが増大するという不都合が生じている。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でセパレータとケースとの間を絶縁すると共に、セパレータの横ずれを良好に防止し、また製造コストが大幅に低廉化し得る燃料電池スタックを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、積層された複数の発電セルを有する積層体と、前記積層体を収容するケースとを備える燃料電池スタックであって、前記発電セルは、外縁にタブを有する導電性のセパレータを備え、前記ケースの内面には、絶縁性樹脂部材が着脱可能に装着され、前記絶縁性樹脂部材は、前記積層体の積層方向に沿って延在し、且つ前記タブを内側に配置する凹部を有する。

上記の燃料電池スタックは、ケースの内面に絶縁性樹脂部材を装着することで、セパレータとケースとの間を簡単な構成で絶縁することが可能となる。これにより、燃料電池スタックは、複数の発電セルの外周の絶縁構造を不要とし、燃料電池スタックの製造コストを大幅に低廉化させる。そして、絶縁性樹脂部材の凹部にタブを配置することで、ケースは、荷重を受けた際にセパレータの横ずれを良好に防ぐことができる。しかも、絶縁性樹脂部材は、ケースに対し着脱可能であるため、組立時及びメンテナンス時等に絶縁性樹脂部材のみを容易に装着することが可能となり、作業性が高まると共に、メンテナンスコストを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックを概略的に示す分解斜視図である。 燃料電池スタックの発電セルを示す分解斜視図である。 横ずれ防止部及びタブの係合を示す部分説明図である。 横ずれ防止部の突出部及び絶縁性樹脂部材を示す斜視図である。 図５Ａは、突出部と絶縁性樹脂部材の装着を示す第１説明図である。図５Ｂは、突出部と絶縁性樹脂部材の装着を示す第２説明図である。 図６Ａは、第１変形例に係るタブ及び横ずれ防止部を示す説明図である。図６Ｂは、第２変形例に係るタブ及び横ずれ防止部を示す説明図である。図６Ｃは、第３変形例に係るタブ及び横ずれ防止部を示す説明図である。 第４変形例に係る突出部及び絶縁性樹脂部材を示す斜視図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１０は、単位燃料電池である発電セル１２を複数備える。複数の発電セル１２は、水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４に構成されている。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池自動車に搭載されて使用される。なお、積層体１４は、燃料電池自動車の搭載状態で、複数の発電セル１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層していてもよい。

積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａが外方に向かって順に配置される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂが外方に向かって順に配置される。また、積層体１４の積層方向両端には、一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂが設けられる（積層される）。

さらに、燃料電池スタック１０は、積層方向に並ぶ複数の発電セル１２（積層体１４）を覆うケース２２を有する。ケース２２は、角筒状に形成され、積層体１４全体を収容可能な収容空間２４ａを内側に有する収容本体２４を備える。収容空間２４ａは、矢印Ａ方向に延在し、収容本体２４の両端面に設けられた開放部２４ｂに連通している。

また、ケース２２は、収容本体２４の一対の開放部２４ｂを塞ぐ部材として、上記のエンドプレート２０ａ、２０ｂを適用している。一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂの各々は、燃料電池スタック１０の組立時に、ネジ止め、溶着、接着等の固定手段により、収容本体２４の両端面に固定される。収容本体２４は、固定された一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂを介して、積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を積層体１４に付与する。

また、収容本体２４（ケース２２）の内面２５の所定箇所には、矢印Ｂ方向の荷重による積層体１４（発電セル１２）の横ずれを防止する横ずれ防止部２６が設けられている。本実施形態において、横ずれ防止部２６は、収容本体２４の上面２５ａと下面２５ｂに一対で設けられる。この横ずれ防止部２６の構成については後に詳述する。

図２に示すように、燃料電池スタック１０の発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８と、樹脂枠付きＭＥＡ２８を挟持する複数のセパレータ３０とを備える。具体的には、セパレータ３０は、樹脂枠付きＭＥＡ２８の一方面側に配置された第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ２８の他方面側に配置された第２セパレータ３４とを含む。

発電セル１２の樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体２８ａ（以下、「ＭＥＡ２８ａ」という）と、ＭＥＡ２８ａの外周部に接合され当該外周部を周回する樹脂枠部材３６とを備える。さらに、ＭＥＡ２８ａは、電解質膜３８と、電解質膜３８の一方の面に設けられたカソード電極４０と、電解質膜３８の他方の面に設けられたアノード電極４２とを有する。なお、ＭＥＡ２８ａは、樹脂枠部材３６を用いることなく、電解質膜３８を外方に突出させてもよい。樹脂枠部材３６には枠状のフィルム部材を用いてもよい。

電解質膜３８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固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）が適用される。なお、電解質膜３８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。また図示は省略するが、アノード電極４２及びカソード電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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交換成分を含むペーストをガス拡散層の表面に一様に塗布して形成され、電解質膜３８に接合される電極触媒層とを有する。

樹脂枠部材３６は、ＭＥＡ２８ａの周囲に設けられることで、電解質膜３８のコストの低減を促すと共に、ＭＥＡ２８ａと第１及び第２セパレータ３２、３４との接触圧を適切に調整しシール性を確保する。この樹脂枠部材３６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成される。

第１セパレータ３２は、一方の反応ガスである酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を流動させる酸化剤ガス流路４４を、樹脂枠付きＭＥＡ２８のカソード電極４０に対向する面３２ａに備える。酸化剤ガス流路４４は、第１セパレータ３２の矢印Ｂ方向に延在する複数本の突条部４４ａ間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。

第２セパレータ３４は、他方の反応ガスである燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を流動させる燃料ガス流路４６を、樹脂枠付きＭＥＡ２８のアノード電極４２に対向する面３４ａに備える（図２中では、便宜的に、ＭＥＡ２８ａのアノード電極４２上に燃料ガスの流動方向を示す）。燃料ガス流路４６は、第２セパレータ３４の矢印Ｂ方向に延在する複数本の突条部４６ａ間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。

また、互いに積層される第１セパレータ３２の面３２ｂと第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷媒（例えば、水）を流動させる冷媒流路４８が設けられる。冷媒流路４８は、第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４４の裏面形状と、第２セパレータ３４の燃料ガス流路４６の裏面形状とが重なり合って形成される。

第１及び第２セパレータ３２、３４、樹脂枠部材３６の長手方向（矢印Ｂ方向）の一端部には、積層方向（矢印Ａ方向）に連通する酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷媒入口連通孔５２ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂがそれぞれ設けられる。酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷媒入口連通孔５２ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂは、短手方向（矢印Ｃ方向）に配列されている。酸化剤ガス入口連通孔５０ａは酸化剤ガスを酸化剤ガス流路４４に供給する。冷媒入口連通孔５２ａは冷媒を冷媒流路４８に供給する。燃料ガス出口連通孔５４ｂは燃料ガスを燃料ガス流路４６から排出する。

第１及び第２セパレータ３２、３４、樹脂枠部材３６の長手方向（矢印Ｂ方向）の他端部には、積層方向に連通する燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷媒出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂがそれぞれ設けられる。燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷媒出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂは、短手方向（矢印Ｃ方向）に配列されている。燃料ガス入口連通孔５４ａは燃料ガス流路４６に燃料ガスを供給する。冷媒出口連通孔５２ｂは冷媒流路４８から冷媒を排出する。酸化剤ガス出口連通孔５０ｂは酸化剤ガス流路４４から酸化剤ガスを排出する。

酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂは、積層体１４の積層方向一端側の構造部（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）を貫通し、エンドプレート２０ａに接続される図示しない配管に連通する。なお酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ、冷媒出口連通孔５２ｂの配置や形状は、図示例に限定されず、燃料電池スタック１０の仕様に応じて適宜設計し得る。

また、第１セパレータ３２の面３２ａには、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出し、樹脂枠部材３６に接触してシール（ビードシール）を形成する第１ビード部５６がプレス成形されている。第１ビード部５６は、酸化剤ガス流路４４の外周側を周回すると共に、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂの周囲をそれぞれ囲み、酸化剤ガス流路４４への燃料ガスや冷媒の流入を防止する。

第２セパレータ３４の面３４ａには、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出し、樹脂枠部材３６に接触してシール（ビードシール）を形成する第２ビード部５８がプレス成形されている。第２ビード部５８は、燃料ガス流路４６の外周側を周回すると共に、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂの周囲をそれぞれ囲み、燃料ガス流路４６への酸化剤ガスや冷媒の流入を防止する。

セパレータ３０（第１及び第２セパレータ３２、３４）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、或いは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することで導電性を有する金属セパレータに構成される。また、第１及び第２セパレータ３２、３４は、絶縁性樹脂材料が外縁３３、３５に存在せずに、金属セパレータの金属部分が外縁３３、３５に露出された構成となっている。なお、セパレータ３０は、カーボン材料又はカーボンと樹脂の混合材料により構成されたカーボンセパレータを適用してもよい。

そして、第１セパレータ３２と第２セパレータ３４は、溶接、ろう付け、かしめ等の接合方法により、相互に接合されて接合セパレータに構成される。複数の発電セル１２は、製造時に接合セパレータと樹脂枠付きＭＥＡ２８を交互に積層することで、第１セパレータ３２と樹脂枠付きＭＥＡ２８間の酸化剤ガス流路４４、樹脂枠付きＭＥＡ２８と第２セパレータ３４間の燃料ガス流路４６、及び第１セパレータ３２と第２セパレータ３４間の冷媒流路４８を順に繰り返した構造を呈する。

また、発電セル１２のセパレータ３０（第１及び第２セパレータ３２、３４）の各外縁３３、３５には、タブ（突出片）６０が設けられている。特に、第１及び第２セパレータ３２、３４のタブ６０は、セパレータ３０の外縁３３、３５に連続して一体で形成されている。従って、タブ６０も金属材料で構成されている。なおタブ６０は、図示しない貫通孔を有し、発電セル１２の積層時に、貫通孔に共通のピン（不図示）を通すことで、セパレータ３０同士を相互に位置決めさせる構成でもよい。また、タブ６０は、セパレータ３０とは別部品に形成され、セパレータ３０に接合されてもよい。さらに、タブ６０は、第１及び第２セパレータ３２、３４のうちいずれか一方のみのセパレータに設けられてもよい。

タブ６０は、本実施形態において、第１及び第２セパレータ３２、３４の上辺と下辺に設けられる。上辺側のタブ６０は、矢印Ｂ方向中央部に対して他端側に寄った位置にあり、下辺側のタブ６０は、矢印Ｂ方向中央部に対し一端側に寄った位置にある。なお、タブ６０の位置は、図示例に限らず、セパレータ３０の外縁３３、３５上の適切な箇所（例えば、長手方向中間部）に設けられてよい。

図２及び図３に示すように、このタブ６０は、台形状に形成されたタブ本体６２と、このタブ本体６２と各外縁３３、３５との間を連結する連結部６４とを備える。

タブ本体６２は、上辺６２ａよりも下辺６２ｂが長く形成され、また一対の側辺６２ｃが下辺６２ｂから上辺６２ａに向かって相互に近づくように傾斜している。上辺６２ａは、外縁３３、３５に対して平行且つ直線状に延在している。下辺６２ｂの幅方向中間部分には、連結部６４が連なっている。

また、上辺６２ａと一対の側辺６２ｃが連なる一対の角部６３ａ及び下辺６２ｂと一対の側辺６２ｃが連なる一対の角部６３ｂは、丸角（Ｒ状）に形成されている。タブ本体６２の一対の角部６３ｂは、タブ本体６２において幅方向外側に最も突出している。タブ本体６２の上下方向（上辺６２ａと下辺６２ｂの間）の寸法Ｈは、タブ本体６２の幅方向（一対の角部６３ｂの間）の寸法Ｗよりも短い。

連結部６４は、外縁３３、３５から短く突出している。連結部６４は、タブ本体６２の下辺６２ｂ（一対の角部６３ｂの間）の寸法Ｗよりも短い幅に設定されている。このため、連結部６４の幅方向外側には、外縁３３、３５とタブ本体６２とを離間させる空間６８が形成されている。以上のように構成されたセパレータ３０の上下一対のタブ６０は、収容本体２４（ケース２２）の一対の横ずれ防止部２６に配置される。

一対の横ずれ防止部２６は、収容本体２４の内面２５（上面２５ａ、下面２５ｂ（図１参照））から内側に向かって突出する一対の突出部７０と、突出部７０にそれぞれ装着される絶縁性樹脂部材８０とをそれぞれ備える。

一方の横ずれ防止部２６は、セパレータ３０のタブ６０の位置に対応して、上面２５ａの幅方向中央よりも他端側に設けられ、他方の横ずれ防止部２６は、ケース２２の下面２５ｂの幅方向中央よりも一端側に設けられる。突出部７０は、収容本体２４に一体で形成され、収容空間２４ａ内を矢印Ａ方向に沿って延在している。内面２５から突出部７０の突出端７０ａまでの高さは、セパレータ３０の外縁３３、３５との間に充分な隙間を維持できる寸法に設定される。

突出部７０の外側面７０ｂは、内面２５と連結する基部側において外方に広がり、収容本体２４との連結強度を高めている。突出部７０の延在方向両端面の基部側には、エンドプレート２０ａ、２０ｂを収容本体２４にネジ止めするための雌ネジ部７４が設けられている。なお図示は省略するが、エンドプレート２０ａ、２０ｂを固定するための雌ネジ部は、雌ネジ部７４の他にも、収容本体２４の延在方向両端面に複数設けられる。また、突出部７０は、収容本体２４に一体成形されることに限定されず、収容本体２４とは別体に（例えば、エンドプレート２０ａ、２０ｂ間に配置される連結バーとして）構成され、収容本体２４内に固定される構成でもよい。

一対の突出部７０は、その間に突出端７０ａから内面２５まで窪む溝部７２を有する。この溝部７２は、突出部７０の延在方向（矢印Ａ方向）に沿って延在し、突出部７０（収容本体２４）の延在方向両端まで貫通している。溝部７２は、延在方向に直交する断面視で、タブ６０の平面形状よりも大きな略長方形状に形成され、また収容本体２４の内面２５と同じ位置に底面７２ａを有する。換言すれば、溝部７２は、一対の突出部７０の互いに対向する内側面７０ｃと、底面７２ａ（内面２５）とで構成されている。

図３及び図４に示すように、一対の突出部７０のそれぞれの外側面７０ｂには、絶縁性樹脂部材８０が係合可能な被係合部７６がそれぞれ設けられている。一対の被係合部７６は、突出端７０ａの近くに形成されている。例えば、被係合部７６は、内面２５と突出端７０ａ間の中間位置よりも突出端７０ａ側に位置している。また、一対の切り欠き７８は、突出部７０の延在方向（矢印Ａ方向）両端にそれぞれ設けられている。

本実施形態において、各被係合部７６は、突出部７０の外側面７０ｂを幅方向（矢印Ｂ方向）内側に向かって部分的に削った切り欠き７８に構成されている。切り欠き７８を構成する面のうち突出端７０ａ側の面は、内面２５に対し平行に延在する引掛部７８ａに形成されている。

絶縁性樹脂部材８０は、一対の突出部７０に対して着脱可能に装着され、発電セル１２（セパレータ３０）とケース２２の間を電気的に絶縁する。この絶縁性樹脂部材８０は、溝部７２を直接覆う被覆本体８２と、被覆本体８２に連なり一対の突出部７０の被係合部７６に係合して絶縁性樹脂部材８０を固定する係合部８４とを有する。

被覆本体８２は、矢印Ａ方向から見て（正面視で）溝部７２に収納可能な凸形状を呈し、矢印Ａ方向に一対の突出部７０と同じ長さで延在している。具体的には、被覆本体８２は、溝部７２の底面７２ａを覆う底面被覆部８２ａと、一対の内側面７０ｃを覆う一対の内側面被覆部８２ｂと、一対の突出端７０ａを覆う一対の端部被覆部８２ｃとを有する。一対の内側面被覆部８２ｂは、一対の端部被覆部８２ｃに向かって若干末広がりとなっている（図５Ａも参照）。被覆本体８２は、溝部７２への装着に伴い、突出端７０ａ、底面７２ａ、一対の内側面７０ｃに隙間なく密着する。

被覆本体８２（底面被覆部８２ａ、一対の内側面被覆部８２ｂ）の内側には、上述したタブ６０を配置する凹部８６が形成されている。凹部８６は、被覆本体８２の延在方向に沿って延在し、被覆本体８２の矢印Ａ方向両端まで延在する。この凹部８６の幅は、タブ６０の幅方向の寸法Ｗよりも幅広に設定されている。また凹部８６の開口部分から底面までの深さは、タブ６０の突出方向の寸法Ｈよりも充分に長く、例えば寸法Ｈの２倍以上である。このため、燃料電池スタック１０は、荷重がかからない通常状態で、タブ６０と絶縁性樹脂部材８０の非接触性を保つことが可能である。

被覆本体８２は、溝部７２の底面７２ａや一対の内側面７０ｃに対向する面は概ね一様な厚みに形成されて、溝部７２の延在方向に沿って連続している。また、被覆本体８２の厚みは、特に限定されず、発電セル１２（セパレータ３０）と収容本体２４との間で充分な絶縁性を確保し得る適宜の寸法に設定されればよい。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、絶縁性樹脂部材８０の係合部８４は、被覆本体８２の一対の端部被覆部８２ｃにそれぞれ連設されて高さ方向（矢印Ｃ方向）に突出し、突出部７０の切り欠き７８に引っ掛かり可能な爪部８８に構成されている。この爪部８８は、突出方向途中位置から突出端に向かって、内側の幅が小さくなるように突出する突起８８ａを有する。突起８８ａは、正面視で、引掛部７８ａに引っ掛かり可能な対辺を有する三角形状に形成されている。この突起８８ａは、爪部８８の弾性支持部８８ｂに支持されることで、被覆本体８２の内側面被覆部８２ｂに対して弾性的に拡開可能である。

図３に示すように、端部被覆部８２ｃから爪部８８の頂部までの突出長さＬ_fは、端部被覆部８２ｃから被覆本体８２（底面被覆部８２ａ）の突出方向中央位置Ｏまでの中間長さＬ_Oよりも小さい。この一対の爪部８８（係合部８４）は、一対の突出部７０の切り欠き７８の形成位置に対応して、被覆本体８２の延在方向両端にそれぞれ設けられている。

絶縁性樹脂部材８０（被覆本体８２、係合部８４）を構成する材料は、電気的な絶縁性能を備えていれば特に限定されものでない。例えば、絶縁性樹脂部材８０は、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、フッ素樹脂等、又はインシュレータ１８ａ、１８ｂと同様の材料を適用することができる。

本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その作用について説明する。

図１に示すように、燃料電池スタック１０は、製造時に、複数の発電セル１２を積層して積層体１４を構成する。積層体１４は、タブ６０同士の位置が一致して重なることで、複数のタブ６０が並ぶ突条部分を有した状態となる。

一方、収容本体２４は、押出成形や鋳造等の製造工程を経ることで、内面２５に一対の突出部７０を有する筒状に形成される。この製造工程後に、各部材を固定するためのネジ孔等が形成される。この際、一対の突出部７０の切り欠き７８（被係合部７６）も形成される。また、絶縁性樹脂部材８０も、射出成形等の適宜の製造工程を経ることで、被覆本体８２及び係合部８４が一体の部品に成形される。

そして図４及び図５Ａに示すように、収容本体２４及び絶縁性樹脂部材８０の成形後に、一対の突出部７０に対して絶縁性樹脂部材８０を装着する。絶縁性樹脂部材８０は、一対の突出部７０の溝部７２に対向配置され、被覆本体８２の底面被覆部８２ａ、一対の内側面被覆部８２ｂが溝部７２内に挿入される。この挿入に伴い、末広がりの一対の内側面被覆部８２ｂは、一対の内側面７０ｃに接触しつつ内側に寄せられて一対の内側面７０ｃに密着する。

また図５Ｂに示すように、爪部８８の突起８８ａは、一対の突出部７０の突出端７０ａに接触すると弾性支持部８８ｂを基点に外側に拡開し、引掛部７８ａを越えることで弾性復元して切り欠き７８に入り込む。これにより、突起８８ａが引掛部７８ａに引っ掛かり、絶縁性樹脂部材８０が一対の突出部７０に対して係合する。

図１に戻り、絶縁性樹脂部材８０の装着後、ケース２２の一方の端面にエンドプレート２０ｂが固定される。この際、横ずれ防止部２６の雌ネジ部７４には、エンドプレート２０ａを通してボルト７５が締結される。そして、この状態の収容本体２４の収容空間２４ａに、積層体１４と、積層方向両端に積層したターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、インシュレータ１８ａ、１８ｂとを収容する。積層体１４は、絶縁性樹脂部材８０の凹部８６にタブ６０が挿入されて、この凹部８６に沿って収容空間２４ａ内に収納される。

積層体１４を収容本体２４に収容した後は、エンドプレート２０ａにより収容本体２４の端面を固定する。エンドプレート２０ａの締結前には、積層体１４の締め付け荷重を調整するため、エンドプレート２０ａとインシュレータ１８ａとの間に設けたシム（不図示）の厚さを調整する。これにより燃料電池スタック１０は、積層体１４がケース２２に収容された組立状態となる。

燃料電池スタック１０は、組立状態において、図３に示すように、各発電セル１２のタブ６０が横ずれ防止部２６の凹部８６に配置されている。これにより例えば、燃料電池自動車が矢印Ｂ方向から衝撃を受けて燃料電池スタック１０に衝撃時の荷重がかかった場合でも、絶縁性樹脂部材８０の凹部８６にタブ６０が係合することで、各発電セル１２の横ずれが防止される。特に、セパレータ３０は、外縁３３、３５近くのタブ６０の角部６３ｂにおいて荷重のモーメントを受けるので、セパレータ３０の横ずれをより確実に防ぐことができる。

また、絶縁性樹脂部材８０は、一対の突出部７０の突出端７０ａを覆って発電セル１２の外縁３３、３５及びタブ６０に対向している。そのため、セパレータ３０とケース２２の間の絶縁性を確実に確保することができる。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、発電において、エンドプレート２０ａに連結された配管（不図示）を介して、酸化剤ガス入口連通孔５０ａに酸化剤ガスが供給され、燃料ガス入口連通孔５４ａに燃料ガスが供給され、冷媒入口連通孔５２ａに冷媒が供給される。

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａから第１セパレータ３２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、ＭＥＡ２８ａのカソード電極４０に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔５４ａから第２セパレータ３４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、ＭＥＡ２８ａのアノード電極４２に供給される。

各ＭＥＡ２８ａは、カソード電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電を行う。カソード電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４から酸化剤ガス出口連通孔５０ｂへと流動し、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに沿って排出される。同様に、アノード電極４２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス流路４６から燃料ガス出口連通孔５４ｂへと流動し、燃料ガス出口連通孔５４ｂに沿って排出される。

また、冷媒入口連通孔５２ａに供給された冷媒は、第１セパレータ３２と第２セパレータ３４との間に形成された冷媒流路４８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷媒は、ＭＥＡ２８ａを冷却した後、冷媒出口連通孔５２ｂから排出される。

なお、本発明に係る燃料電池スタック１０は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、絶縁性樹脂部材８０は、被覆本体８２の延在方向の両端に係合部８４を有するだけでなく、被覆本体８２の延在方向の途中位置に係合部８４を１以上有する構成でもよい。ケース２２（収容本体２４）も、この係合部８４に対応する位置に被係合部７６を備えていればよい。

また、絶縁性樹脂部材８０は、溝部７２を構成する底面７２ａ、一対の内側面７０ｃ、及び突出部７０の突出端７０ａを覆う構成に限定されず、例えば、一対の外側面７０ｂを含めて覆う構成でもよい。

以下、図６Ａ～図６Ｃ及び図７を参照して、本発明の変形例について例示する。なお、以降の説明において、上述の実施形態と同じ構成又は同じ機能を有する要素には、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６Ａに示す第１変形例のように、発電セル１２（セパレータ３０）は、横ずれ防止部２６の凹部８６の形状に対応した矩形状のタブ９０を有していてもよい。また、タブ９０は、凹部８６を構成する絶縁性樹脂部材８０に非接触に配置されるだけでなく、タブ９０の一部又は全部が絶縁性樹脂部材８０に接触して配置されてもよい。

図６Ｂに示す第２変形例のように、発電セル１２（セパレータ３０）は、両側面が円弧状のタブ９２を有していてもよい。このように形成されたタブ９２は、ケース２２に対してセパレータ３０が傾いた（収容本体２４の内面２５に対し外縁３３、３５が非平行となった）場合でも、タブ９２の側辺の円弧状部分９２ａを内側面被覆部８２ｂに良好に係合させることができる。要するに、横ずれ防止部２６に配置されるタブ６０、９０、９２は、絶縁性樹脂部材８０から荷重を受けることが可能であれば任意に設計してよく、また凹部８６もタブ６０、９０、９２に応じた形状（例えば、一回り大きい相似形状）に形成さればよい。

図６Ｃに示す第３変形例のように、絶縁性樹脂部材８０は、係合部８４として半球状の突起９４ａを有する爪部９４を適用してもよい。また、爪部９４の突起９４ａに応じて被係合部７６も半球状の切り欠き７９ａを採用している。

また、図７に示す第４変形例のように、絶縁性樹脂部材８０は、係合部８４として、被覆本体８２の延在方向（矢印Ａ方向）の全長にわたって延在する爪部９６を備えていてもよい。つまり、爪部９６は、正面視で、爪部８８と同様の突起９６ａ及び弾性支持部９６ｂを有し、この突起９６ａ、弾性支持部９６ｂが端部被覆部８２ｃの幅方向外側辺に沿って連続している。また被係合部７６も、爪部９６に応じて矢印Ａ方向に連続して延在する切り欠き７９ｂを有し、切り欠き７９ｂを構成する面（引掛部７８ａ）に突起９６ａを引っ掛かけ可能としている。

要するに、被係合部７６と係合部８４の係合構造も、種々の構成を適用することが可能である。例えば、切り欠きを係合部８４に適用する一方で、この切り欠き（係合部８４）に挿入されて引っ掛かることが可能な突起を被係合部７６に適用してもよい。

上述の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

燃料電池スタック１０は、ケース２２の内面２５に絶縁性樹脂部材８０を装着することで、セパレータ３０とケース２２との間を簡単な構成で絶縁することが可能となる。これにより、絶縁性樹脂部材８０は、複数の発電セル１２の外周の絶縁構造を不要とし、燃料電池スタック１０の製造コストを大幅に低廉化させる。そして、絶縁性樹脂部材８０の凹部８６にタブ６０、９０、９２を配置することで、ケース２２は、荷重を受けた際にセパレータ３０の横ずれを良好に防ぐことができる。しかも、絶縁性樹脂部材８０は、ケース２２に対し着脱可能であるため、組立時及びメンテナンス時等に絶縁性樹脂部材８０のみを容易に装着することが可能となり、作業性が高まると共に、メンテナンスコストを抑制することができる。

また、ケース２２の内面２５には、内方に突出すると共に前記積層方向に沿って延在する一対の突出部７０が設けられ、一対の突出部７０の間には、絶縁性樹脂部材８０が配置される溝部７２が設けられている。これにより、製造時には、一対の突出部７０の溝部７２に絶縁性樹脂部材８０を挿入することで、絶縁性樹脂部材８０をケース２２に容易に装着することができる。

また、絶縁性樹脂部材８０は、一対の突出部７０の突出端７０ａを被覆している。燃料電池スタック１０は、絶縁性樹脂部材８０により突出端７０ａを被覆することで、タブ６０の周囲のセパレータ３０と一対の突出部７０の間をより効果的に絶縁することができる。

また、絶縁性樹脂部材８０は、一対の突出部７０の外側面７０ｂに係合する係合部８４を有する。これにより、燃料電池スタック１０は、絶縁性樹脂部材８０を溝部７２内に収容しつつ、一対の突出部７０（溝部７２）の幅方向外側においてケース２２に簡単に装着することができる。

また、絶縁性樹脂部材８０は、積層方向の少なくとも両端に係合部８４を有する。これにより、燃料電池スタック１０は、絶縁性樹脂部材８０をケース２２により簡単に装着することができる。

また、係合部８４は、積層方向の全長にわたって設けられていてもよい。これにより、燃料電池スタック１０は、絶縁性樹脂部材８０とケース２２とを一層強固に装着することができる。

また、係合部８４は、一対の突出部７０に形成された切り欠き７８、７９ａ、７９ｂに挿入されて切り欠き７８、７９ａ、７９ｂを構成する面に引っ掛かる突起８８ａ、９４ａ、９６ａである。これにより、燃料電池スタック１０は、切り欠き７８、７９ａ、７９ｂに対して突起８８ａ、９４ａ、９６ａを簡単に係合させることができる。

また、タブ６０は、外縁３３、３５に近い箇所が幅広に形成され、突出方向に向かって幅狭となる台形状を呈している。燃料電池スタック１０は、タブ６０が台形状に形成されていることで、組立時にタブ６０を凹部８６に容易に挿入することができる。さらに、タブ６０は、衝撃時等に、セパレータ３０の外縁３３、３５近くで荷重のモーメントを受けるので、セパレータ３０の横ずれをより確実に防ぐことが可能となる。

また、タブ６０は、外縁３３、３５に一体で形成されている。これにより、セパレータ３０の製造時にタブ６０を一体成形することができ、燃料電池スタック１０の製造コストが一層低廉化される。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 ２２…ケース
２５…内面 ２６…横ずれ防止部
３０…セパレータ ３３、３５…外縁
６０、９０、９２…タブ ７０…突出部
７２…溝部 ７６…被係合部
７８、７９ａ、７９ｂ…切り欠き ８０…絶縁性樹脂部材
８２…被覆本体 ８４…係合部
８６…凹部 ８８ａ、９４ａ、９６ａ…突起

Claims (8)

1. 積層された複数の発電セルを有する積層体と、前記積層体を収容するケースとを備える燃料電池スタックであって、
   前記発電セルは、外縁にタブを有する導電性のセパレータを備え、
   前記ケースの内面には、絶縁性樹脂部材が着脱可能に装着され、
   前記絶縁性樹脂部材は、前記積層体の積層方向に沿って延在し、且つ前記タブを内側に配置する凹部を有する
   燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記ケースの内面には、内方に突出すると共に前記積層方向に沿って延在する一対の突出部が設けられ、
   前記一対の突出部の間には、前記絶縁性樹脂部材が配置される溝部が設けられている
   燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記絶縁性樹脂部材は、前記一対の突出部の突出端を被覆している
   燃料電池スタック。
4. 請求項２又は３記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記絶縁性樹脂部材は、前記一対の突出部の外側面に係合する係合部を有する
   燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記絶縁性樹脂部材は、前記積層方向の少なくとも両端に前記係合部を有する
   燃料電池スタック。
6. 請求項４又は５記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記係合部は、前記積層方向の全長にわたって設けられている
   燃料電池スタック。
7. 請求項４～６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記係合部は、前記一対の突出部に形成された切り欠きに挿入されて前記切り欠きを構成する面に引っ掛かる突起である
   燃料電池スタック。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記タブは、前記外縁に近い箇所が幅広に形成され、突出方向に向かって幅狭となる台形状を呈している
   燃料電池スタック。

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