(57)【要約】  従来の燃料電池スタックでは、積層体の振動を抑制する構造を得るために部品点数が増加するという問題点があった。  四角形板状の単位セルＦＣから成る積層体１と、積層体１の両端面に配置したエンドプレート２と、積層体１のセル積層方向に平行な四面を周方向に第１〜第４の外周面としたときに第１及び第３の外周面に配置した一対の補強板３を備え、両エンドプレート２と各補強板３とを夫々連結し、各補強板３が、積層体１の第１又は第３の外周面を被う基板部３Ａと、積層体１の第２及び第４の外周面の一部を被う一対の保持部３Ｂを備えると共に、各保持部３が、ばね要素として積層体１を支持した構造を形成している燃料電池スタックＦＳとすることで、積層体１の変位方向にばね要素を組み付けた構造にし、部品点数を増加させることなく積層体の共振周波数を高めて、耐振動性能を向上させた。
2012086344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形板状の単位セルを複数積層して成る積層体と、
積層体のセル積層方向の両端面に配置したエンドプレートと、
積層体のセル積層方向に平行な四面を周方向に第１〜第４の外周面としたときに第１及び第３の外周面に配置した一対の補強板を備えると共に、両エンドプレートと各補強板とを夫々連結し、
各補強板が、積層体の第１又は第３の外周面を被う基板部と、基板部から垂直に延出して積層体の第２及び第４の外周面の一部を被う一対の保持部を備えると共に、各保持部が、ばね要素として積層体を支持した構造を形成していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
積層体の第２及び第４の外周面を被う一対の締結板を備えると共に、両エンドプレートと各締結板とを夫々連結し、
各補強板の保持部と積層体との間に締結板が介在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。
【請求項３】
補強板が、保持部に、積層体側への突出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
締結板が、保持部との重合部分に、保持部側への突出部を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
補強板のセル積層方向に垂直な断面において、補強板の突出部と締結板の突出部とが互いに当接すると共に、締結板の突出部が、セル積層方向に沿って形成したリブであって、前記リブが、相手側の突出部の当接位置を荷重点とする梁構造を形成していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
補強板が、保持部を撓ませた状態にして積層体に装着してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
補強板が、セル積層方向における少なくとも中腹部に保持部を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
補強板が、セル積層方向に複数の保持部を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
積層体の第２及び第４の外周面を被う一対の締結板を備えると共に、両エンドプレートと各締結板とを夫々連結し、積層体の第２及び第４の外周面と各締結板との間に、外部に連通する換気空間を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
積層体と締結板との間に形成した換気空間が、振動による積層体の変位量の半分と締結板の変位量の半分との和よりも大きい間隔を有していることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
突出部が、少なくとも端部に、換気空間から外部への換気口を有していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
単位セルが、中央に発電部を有すると共に、発電部の両側に反応用ガスを流通させるためのマニホールドを有しており、前記突出部が、発電部及びマニホールドの周囲を形成する枠部の位置で積層体に挟持力を附与していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
車両の駆動用電源として車載する燃料電池スタックであって、換気空間から外部への換気口が、車両前後方向に向けて開放していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
前記換気口が、車両後方に向けて開放していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両の駆動用電源として用いられる燃料電池スタックに関し、より具体的には、膜電極構造体及びセパレータで構成した単位セルを複数積層して成る積層体を備えた燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、単位セルの積層体を備えた燃料電池スタックとしては、例えば特許文献１に記載されているものがあった。特許文献１に記載の燃料電池スタックは、積層体を一対のエンドプレートで挟持すると共に、両エンドプレートをテンションプレートで連結して、積層体の加圧状態を維持している。そして、上記の燃料電池スタックは、積層体とテンションプレートとの間に、低摩擦特性と絶縁特性を有する第１の層と、緩衝特性を有する第２の層を隙間無く介装することにより、外部からの振動や衝撃を吸収する構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の燃料電池スタックによれば、緩衝材（第２の層）がばね要素となるために、積層体の共振周波数（固有振動数）を高めて、耐振動性能の向上につながる。ところが、積層体とテンションプレートとの間に緩衝材等を介装したものでは、部品点数が多くなるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。【０００５】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、部品点数を増加させることなく積層体の共振周波数（固有振動数）を高めて耐振動性能を向上させることができる燃料電池スタックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池スタックは、四角形板状の単位セルを複数積層して成る積層体と、積層体のセル積層方向の両端面に配置したエンドプレートと、積層体のセル積層方向に平行な四面を周方向に第１〜第４の外周面としたときに第１及び第３の外周面に配置した一対の補強板を備えると共に、両エンドプレートと各補強板とを夫々連結している。【０００７】
そして、燃料電池スタックは、各補強板が、積層体の第１又は第３の外周面を被う基板部と、基板部から垂直に延出して積層体の第２及び第４の外周面の一部を被う一対の保持部を備えると共に、各保持部が、ばね要素として積層体を支持した構造を形成している構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。【０００８】
また、上記構成において、補強板の保持部と積層体とは、互いに接触した状態、若しくは振動入力時に接触する程度に極めて微小な隙間を介して近接した状態にすることができるが、互いに接触状態にしておく方がより望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池スタックによれば、部品点数を増加させることなく積層体の共振周波数を高めることができる。これにより、耐振動性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の燃料電池スタックの一実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び補強板の端部の拡大断面図（Ｂ）である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックの分解斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックの平面図である。
【図４】図１に示す燃料電池スタックにおけるばね要素の原理を示す説明図である。
【図５】本発明の燃料電池スタックの他の実施形態における補強板の端部の拡大断面図である。
【図６】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板の端部の拡大断面側面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図７】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板の端部の拡大断面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図８】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板の端部の拡大断面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図９】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板の端部の拡大側面図である。
【図１０】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板の端部の拡大断面図である。
【図１１】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板を説明する夫々平面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図１２】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態における補強板を説明する夫々平面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図１３】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図である。
【図１４】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【図１５】図１４に示す燃料電池スタックの分解斜視図である。
【図１６】図１４に示す燃料電池スタックの積層体と締結板との隙間部分を拡大した断面図である。
【図１７】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図１８】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図１９】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【図２０】本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜図４は、本発明の燃料電池スタックの一実施形態を説明する図である。
図１（Ａ）及び図２に示す燃料電池スタックＦＳは、四角形板状の単位セルＦＣを複数積層して成る積層体１と、積層体１のセル積層方向（図中Ｘ方向）の両端面に配置した集電板５，５と、各集電板５の外側に配置したエンドプレート２，２と、一対の補強板３，３と、一対の締結板４，４を備えている。エンドプレート２、補強板３及び締結板４は、その材料がとくに限定されるものではないが、金属製であることがより望ましい。
【００１２】
単位セルＦＣは、発電要素である膜電極構造体（MEA：Membrane  Electrode Assembly)を一対のセパレータで挟持した周知の構造を有するものであって、図２に示すように、長方形であると共に、長辺を上下にして水平方向に積層してある。なお、単位セルＦＣは、基本的に四角形板状を成すものが対象であるが、積層体１を形成した際に補強板３の組み付けが可能な近似形状であっても良い。
【００１３】
両エンドプレート２は、単位セルＦＣとほぼ同等の縦横寸法を有する長方形を成すものであって、積層体１にアノードガス（水素）、カソードガス（空気）及び冷却流体を供給するためのマニホールドＭなどが形成してある。両集電板５は、単位セルＦＣの中央部（発電部）に対応し、エンドプレート２を貫通するコネクタ部５Ａを有している。
【００１４】
各補強板３は、積層体１のセル積層方向に平行な四面を周方向に第１〜第４の外周面としたときに、第１及び第３の外周面に夫々配置してある。図１（Ａ）中では、積層体１の右側面が第１外周面であって、上面が第２外周面、図に表れない左側面が第３外周面、及び図に表れない下面が第４外周面である。つまり、図示例の積層体１は、長方形の単位セルＦＣを水平方向に積層しており、この状態では、単位セルＦＣの短辺に沿う方向（上下方向）に変位しやすいので、短辺側である第１及び第３の外周面に補強板３，３が設けてある。
【００１５】
各補強板３は、図１（Ｂ）にも示すように、積層体１の第１又は第３の外周面全体を被う基板部３Ａと、基板部３Ａから垂直に延出して積層体１の第２及び第４の外周面の一部を被う一対の保持部３Ｂ，３Ｂを長手方向（セル積層方向）にわたって備えている。補強板３は、基板部３Ａ及び両保持部３Ｂ，３Ｂにより断面角溝形状を成している。
【００１６】
そして、各補強板３は、積層体１に対して、両保持部３Ｂ，３Ｂを若干広げた状態にして弾性的に組み付けてある。このため、各補強板３は、両保持部３Ｂ，３Ｂが、所定荷重で積層体１を挟み込むように接触している。すなわち、補強板３の保持部３Ｂが、ばね要素として積層体１を支持した構造を形成する。
【００１７】
また、各補強板３は、基板部３Ａの両端に、取付部３Ｃが折り曲げ形成してあり、複数のボルトＢにより、取付部３Ｃをエンドプレート２の外面（反積層体側の面）に連結している。さらに、各補強板３は、保持部３Ｂの両端に、エンドプレート２の外周面との接触を回避するための非干渉部としての切欠部３Ｄが形成してある。これにより、エンドプレート２に対する保持部３Ｂの先当りが回避され、保持部３Ｂによる弾性的な組み付け構造が、図３に示す積層体１の範囲（斜線部分）のみに作用することとなる。
【００１８】
各締結板４は、積層体１の第２及び第４の外周面を夫々被うように配置してある。各締結板４は、積層体１の夫々の外周面において、両側の補強板３の保持部３Ｂ，３Ｂの間を被う大きさを有すると共に、両端部に取付け部４Ａが折り曲げ形成してあり、複数のボルトＢにより、取付部４Ａをエンドプレート２の外面（反積層体側の面）に連結している。
【００１９】
上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、一対のエンドプレート２，２によって積層体１及び集電板５をセル積層方向に所定圧力で挟持すると共に、両エンドプレート２，２と、各補強板３，３及び締結板４，４とを連結することで、積層体１の加圧状態を維持している。また、燃料電池スタックＦＳは、積層体１を維持するための機能部品であるエンドプレート２，２、各補強板３，３、及び締結板４，４により、ケース一体型構造を形成している。
【００２０】
上記の燃料電池スタックＦＳは、各補強板３の保持部３Ｂが、積層体１に対して弾性的に組み付けてあることから、積層体１の振動方向（図１中で上下方向）にばね要素を組み付けたものとなる。つまり、図４に示すように、ばね定数ｋを有する複数のばね要素により、質量Ｍを有する積層体１を複数箇所で支持したものと同等の構造になる。とくに、この実施形態の場合は、保持部３Ｂにより、ばね要素がセル積層方向に連続している構造となって、積層体１をセル積層方向全長にわたって支持している。
【００２１】
このようにして、上記の燃料電池スタックＦＳは、基板部３Ａ及び保持部３Ｂを基本構成とする簡単な構造の補強板３により、部品点数を増加させることなく、積層体１の変位を抑制して、共振周波数（固有振動数）を大きくすることができる。しかも、燃料電池スタックＦＳは、積層体１と補強板３の間に介装する緩衝材といった別の部材が一切不要であるから、積層体収容空間の容積が増すこともなく、両エンドプレート２，２側で支持した構造において、共振周波数を大きくすることができる。
【００２２】
燃料電池スタックＦＳは、エンドプレート２の各マニホールドＭに、反応用ガスや冷却流体を供給・排出するための配管を接続するので、上記の如く両エンドプレート２，２側で支持した構造にすれば、配管接続部分における振動を抑制し得るという利点がある。
【００２３】
そして、上記の燃料電池スタックＦＳは、上述した積層体１の共振周波数の増大に伴って、耐振動性能が向上したものとなり、振動による構成部品の破損や発電性能の低下を防止することができるほか、製造に関わる工数やコストの低減などを実現する。
【００２４】
また、燃料電池スタックＦＳは、車両の駆動用電源として車載することができ、この際には、積層体１における固有振動数（共振周波数）を６０Ｈｚ以上とするのが望ましい。これにより、車両特有の振動等の外力による積層体１の共振現象を充分に抑制することができる。
【００２５】
なお、上記の実施形態では、補強板３の保持部３Ｂと積層体１とを接触させた場合を説明したが、保持部３Ｂと積層体１とは、振動入力時に接触する程度に極めて微小な隙間を介して、近接させた状態にしても良い。この場合には、振動の入力と同時に積層体１と保持部３Ｂとが接触して、ばね要素を形成する保持部３Ｂにより積層体１の振動を抑制することができる。
【００２６】
図５は、本発明の燃料電池スタックの他の実施形態を説明する図である。なお、以下の各実施形態において、先の実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
先の実施形態は、補強板３の保持部３Ｂが積層体１に接触している構成である。これに対して、この実施形態は、締結板４が積層体１の第２又は第４の外周面の全体を被う大きさを有していて、各補強板３の保持部３Ｂと積層体との間に、締結板４の両端部分が介在した構成になっている。したがって、補強板３の保持部３Ｂは、締結板４を介して、積層体１にばね作用を与えるばね要素となる。
【００２８】
ここで、燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部３Ｂに、エンドプレート２の外周面との接触を回避するための非干渉部としての切欠部３Ｄを形成したのに加えて、各締結板４の取付部４Ａの両側にも同様の切欠部４Ｂ（図１参照）が形成してある。これにより、エンドプレート２に対する締結板２及び保持部３Ｂの先当りが回避され、保持部３Ｂによるばね要素が積層体１のみに作用することとなる。
【００２９】
上記の燃料電池スタックＦＳにあっても、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。とくに、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とを重合させたことにより、エンドプレート２、補強板３及び締結板４により、ケース一体型構造を形成することができるので、別の専用ケースを廃止することが可能となり、部品点数のさらなる削減や製造コストのさらなる低減に貢献することができる。
【００３０】
図６は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、保持部３Ｂに積層体１側への突出部３Ｅを備えている。この実施形態の突出部３Ｅは、セル積層方向に沿って形成したリブであって、図６（Ａ）に示す如く断面台形状を成して積層体１に面接触するものや、図６（Ｂ）に示す如く断面三角形状を成して積層体１に線接触するものがある。これらの突出部（リブ）３Ｅは、プレス加工により形成することができる。
【００３１】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、突出部３Ｅにより、保持部３Ｂが積層体１に確実に接触して、ばね要素による積層体１側の荷重点が設定される。つまり、燃料電池スタックＦＳは、積層体１の振動抑制に必要な補強板３の諸寸法や材質等に応じて、基板部３Ａから突出部３Ｅまでの長さＬや、積層体１に対する接触面積を選択することにより、ばね要素におけるばね定数ｋを自由に設定することができる。
【００３２】
なお、図５の実施形態に示したように、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とが重合した構成では、締結板４における保持部３Ｂとの重合部分に、保持部３Ｂ側への突出部を形成することができる。このような構成でも、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、突出部は、その形態が限定されるものではなく、連続したリブ以外に、例えば適宜形状を有して部分的に突出したものであっても良い。
【００３３】
図７は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図７（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とが重合した構成であって、保持部３Ｂに内向きの突出部３Ｅが設けてあると共に、締結板４に外向きの突出部４Ｃが設けてある。この燃料電池スタックＦＳは、補強板３のセル積層方向に垂直な断面において、補強板３の突出部３Ｅと締結板４の突出部４Ｃとが互いに当接している。
【００３４】
この実施形態では、補強板３においては、突出部３Ｅが断面三角形状のリブであり、基板部３Ａの支点から荷重点までの長さＬ１を有する。また、締結板４においては、突出部４Ｃが断面台形状のリブであり、長さＬ２を有する両端支持梁を形成している。つまり、この実施形態では、締結板４のリブ（突出部４Ｃ）が、補強板３のリブ（突出部３Ｅ）の当接位置を荷重点とする梁構造を形成しており、この梁構造も、積層体１を支持するばね要素を形成している。
【００３５】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、補強板３の保持部３Ｂの突出部３Ｅと締結板４の突出部４Ｃとを当接させた構成により、長さＬ１，Ｌ２の選択によってばね要素（保持部３Ｂ．突出部４Ｃ）におけるばね定数の設定の自由度がより一層高められることになる。また、補強板３や締結板４に発生する応力（例えば保持部３Ｂの固定端に生じる応力）を小さくすることができるので、積層体１に対する各部品の組み付け性の向上や各部品の耐久性の向上を実現することかできる。
【００３６】
また、図７（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とが重合した構成であって、締結板４に外向きの突出部４Ｃが設けてあると共に、突出部４Ｃに外向きの突出部４Ｅがさらに設けてある。この燃料電池スタックＦＳは、補強板３のセル積層方向に垂直な断面において、補強板３の保持部３Ｂと締結板４の突出部４Ｅとが互いに当接している。
【００３７】
上記の燃料電池スタックＦＳは、突出部４Ｅにより、保持部３Ｂが締結板４に確実に接触して、ばね要素（保持部３Ｂ）による積層体１側の荷重点が設定される。つまり、燃料電池スタックＦＳは、積層体１の振動抑制に必要な補強板３の諸寸法や材質等に応じて、基板部３Ａから突出部４Ｅまでの長さＬ１を選択することにより、ばね要素（保持部３Ｂ）におけるばね定数ｋを自由に設定することができる。
【００３８】
さらに、上記の燃料電池スタックＦＳは、締結板４の突出部４Ｃが、これに形成した突出部４Ｅと保持部３Ｂとの当接位置を荷重点とする梁構造を形成しており、突出部４Ｃも、積層体１を支持するばね要素を形成している。すなわち、突出部４Ｃの長さＬ２を選択することにより、ばね要素（突出部４Ｃ）におけるばね定数ｋを自由に設定することができ、二つのばね要素（保持部３Ｂ，突出部４Ｃ）によって、ばね定数ｋの設定の自由度がより一層高められることになる。
【００３９】
図８は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、保持部３Ｂを撓ませた状態にして積層体１に装着してある構成になっている。
【００４０】
図８（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、積層体１に補強板３の保持部３Ｂが直接接触する構成であって、保持部３Ｂに、セル積層方向に沿って形成した断面台形状のリブから成る突出部３Ｅが設けてある。この燃料電池スタックＦＳは、保持部３Ｂにおいて、図中矢印Ｆで示す如く突出部３Ｅの片側が荷重点となり、積層体１側への押付け荷重を発生させる。
【００４１】
図８（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とが重合する構成であって、保持部３Ｂに、断面三角形状のリブから成る突出部３Ｅが設けてあると共に、締結板４に、断面台形状のリブから成る突出部４Ｃが設けてある。そして、互いの突出部３Ｅ，４Ｃが当接した構成になっている。この燃料電池スタックＦＳは、とくに、締結板４の突出部４Ｃにおいて、図中矢印Ｆ，Ｆで示す如く突出部４Ｃの両側が荷重点となり、積層体１側への押付け荷重を発生させる。
【００４２】
上記の各燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、保持部３Ｂと積層体１との接触をより一層確実にすることができる。
【００４３】
図９は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部と締結板４とが重合した構成であって、その重合部分において、エンドプレート２の短辺寸法が、図中斜線を付した単位セルＦＣの短辺寸法よりも小さくなるようにしてある。
【００４４】
ここで、本発明の燃料電池スタックＦＳは、より好ましい実施形態として、補強板３の保持部３Ｂ及びエンドプレート２の外周面の少なくとも一方に、互いの接触を回避するための非干渉部を設けることができる。また、本発明の燃料電池スタックＦＳは、より好ましい実施形態として、締結板における保持部との重合部分及びエンドプレートの外周面の少なくとも一方に、互いの接触を回避するための非干渉部を設けることができる。
【００４５】
すなわち、図１〜図４に基づく実施形態で説明したように、補強板３の保持部３Ｂが積層体１に接触する構成においては、保持部３Ｂに非干渉部としての切欠部３Ｄを設けている。また、図１及び図５に基づく実施形態で説明したように、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とが重合する構成では、保持部３Ｂ及び締結板４に非干渉部としての切欠部３Ｄ，４Ｂを設けている。これらの実施形態では、切欠部３Ｄ，４Ｂを設けることで、エンドプレート２の外周面に対する保持部３Ｂ若しくは締結板４の先当りを防止している。
【００４６】
これらの実施形態と同様に、図９に示す燃料電池スタックＦＳでは、エンドプレート２の外周面に、非干渉部としての段差部２Ａを設けることで、その短辺寸法を単位セルＦＣの短辺寸法よりも小さくしている。これにより、エンドプレート２の外周面に対する保持部３Ｂ若しくは締結板４の先当りを防止し、ばね要素が積層体１に確実に作用するようにしている。
【００４７】
なお、保持部３Ｂ若しくは締結板４と積層体１とを確実に接触させるには、図９の例とは逆に、単位セルＦＣの少なくとも両端部分の短辺寸法をエンドプレート２の短辺寸法よりも大きくすることも有り得る。ところが、この種の燃料電池スタックでは、数百枚の単位セルを使用するものがあるため、単位セル側に余計な突出部分を設けるよりも、エンドプレート２、補強板３及び締結板４側に非干渉部を設ける方が、構造上の都合や製造コスト等の面で有利である。
【００４８】
図１０は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、補強板３の保持部３Ｂと締結板４とを互いの重合部分で接合（符号Ｗ）した構成になっている。この接合には、例えば溶接が用いられる。
【００４９】
上記の各燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の効果を得ることができるうえに、補強板３と締結板４との相対位置のずれを確実に防止することができ、これにより、振動した際の雑音発生や表面処理膜の剥離などを未然に阻止することができる。
【００５０】
図１１及び図１２は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。本発明の燃料電池スタックＦＳは、より好ましい実施形態として、補強板３が、セル積層方向における少なくとも中腹部に保持部３Ｂを備えている構成や、セル積層方向に複数の保持部３Ｂを備えている構成にすることができる。
【００５１】
つまり、この種の燃料電池スタックＦＳでは、両エンドプレート２，２側で支持した状態において積層体１が振動すると、積層体１の中腹部の変位が最も大きくなる。そこで、最も変位が大きい中腹部に対して保持部３を設けることで、積層体１の振動を抑制する必要最低限の構成となり、積層体１の共振一次モードの腹を抑えることができる。したがって、燃料電池スタックＦＳにおける補強板３は、少なくとも中央部に保持部３Ｂを備えた構成としたうえで、様々な形態を選択することができる。
【００５２】
図１１（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、セル積層方向の中腹部のみに保持部３Ｂを備え、この保持部３Ｂに積層体１側への突出部３Ｅを設けたものである。図１１（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、積層体１のセル積層方向全長にわたる保持部３Ｂを備え、この保持部３Ｂにおいて、セル積層方向の中央部のみに、積層体１側への突出部３Ｅを設けたものである。
【００５３】
図１２（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、セル積層方向の中腹部及びその両側の三箇所に保持部３Ｂを備え、各保持部３Ｂに積層体１側への突出部３Ｅを設けたものである。図１２（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、補強板３が、積層体１のセル積層方向全長にわたる保持部３Ｂを備え、この保持部３Ｂにおいて、セル積層方向の中央部及びその両側の三箇所に、積層体１側への突出部３Ｅを設けたものである。
【００５４】
このように、燃料電池スタックＦＳは、積層体１の振幅を抑えたい箇所に応じて、補強板３の保持部３Ｂ及び突出部３Ｅの位置、数及び形状などを自由に選択することができ、積層体１の振動を効率良く抑制することができる。
【００５５】
本発明の燃料電池スタックは、積層体１に保持部３Ｂが接触する構成においては、より好ましい実施形態として、補強板３の少なくとも積層体側の面に絶縁コーティングを施した構成にすることができる。また、保持部３Ｂと締結板４とが重合する構成においては、より好ましい実施形態として、締結板４の少なくとも積層体側の面に絶縁コーティングを施した構成にすることができる。
【００５６】
これにより、上記の燃料電池スタックＦＳは、補強板３と積層体１との間や、締結板４と積層体１との間に絶縁部材を挿入しなくても、内外の絶縁性を確保することができ、部品点数のさらなる削減、製造の工数やコストのさらなる低減に貢献することができる。
【００５７】
図１３は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、図１に示すものに比べて、補強板３が折り曲げ状態の取付部（３Ｃ）を有していない構成である。この場合、補強板３は、ボルトＢにより、基板部３Ａの両端部が両エンドプレート２の外周面に連結してある。
【００５８】
図１４、図１５及び図１６は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳにおいて、各締結板４は、積層体１の第２及び第４の外周面との間に、外部に連通する換気空間８を形成している。なお、この実施形態の燃料電池スタックＦＳは、とくに換気口を設けていないが、例えば、補強板３及び締結板４の切欠部３Ｄ，４Ｂとエンドプレート２との隙間を通して、換気空間８が外部に連通している。
【００５９】
上記の換気空間５は、図１６に示すように、振動による積層体１の変位量の半分（上下振動の上方変位量Ａ１）と、締結板４の変位量の半分（上下振動の下方変位量Ａ２）との和よりも大きい間隔を有している。
【００６０】
上記の燃料電池スタックＦＳは、積層体１と締結板４との間に換気空間８を形成しているので、積層体１から僅かに漏洩した水素ガスや水蒸気を速やかに排出することができ、内部での水素ガスの滞留や結露の発生を防ぐことができる。このように、燃料電池スタックＦＳは、図１４（Ｂ）に示すように、換気空間８により図中網線で示す換気機能領域を有すると共に、保持部３の挟持範囲に図中斜線で示す耐振機能領域を有するものとなる。
【００６１】
すなわち、燃料電池スタックＦＳは、上記のように補強板３及び締結板４を採用したことにより、耐振機能の向上と内部の換気機能の確保とを両立させることができる。
【００６２】
さらに、上記の燃料電池スタックＦＳは、換気空間８が、振動による積層体１の変位量の半分と、締結板４の変位量の半分との和よりも大きい間隔を有するので、積層体１及び締結板４が振動しても最小限の間隔Ｓを維持することができ、接触による騒音や構成部品の破損などを防ぐことができる。
【００６３】
図１７は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、締結板４の取付部４Ａの基端部分に、換気空間８を外部に開放する複数の換気口６を所定間隔で設けた構造である。また、締結板４は、補強板３の保持部３Ｂとの重合部分に、保持部３Ｂ側に突出したリブ状の突出部４Ｃを有しており、この突出部４Ｃの端部を開放して換気口６としている。
【００６４】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、複数の換気口６により、内部の換気機能をより一層高めることができる。
【００６５】
図１８は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の燃料電池スタックＦＳは、締結板４に、セル積層方向に沿って、外部に突出したリブ４Ｄを備えている。この実施形態では、締結板４の中央及びその両側の３箇所に、互いに平行なリブ４Ｄが形成してある。これらのリブ４Ｄは、例えばプレス加工により形成することができる。
【００６６】
また、この実施形態の燃料電池スタックＦＳは、上記の各リブ４Ｄの両端部を開放してこれを換気口６とし、さらに、図１７に示す実施形態と同様に、締結板４の突出部４Ｃの両端部にも換気口６が有している。
【００６７】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、複数の換気口６によって換気機能をより一層高めることができ、さらには、複数のリブ４Ｄにより締結板４の剛性を高めることができる。これにより、燃料電池スタックＦＳは、締結板４の振幅量（振動による変位量）を小さくすることができると共に、積層体１との間隔すなわち換気空間８の間隔を小さくすることができ、ひいては全体の小型化に貢献することができる。
【００６８】
本発明の燃料電池スタックＦＳは、図１４及び図１９に示すように、中央に、膜電極構造体による発電部Ｇを有すると共に、発電部Ｇの両側に、反応用ガス及び冷却流体を供給・排出するためのマニホールドＭが３個ずつ配列してある。そこで、燃料電池スタックＦＳは、図１９（Ｂ）に示すように、突出部３Ｅ，４Ｃが、発電部Ｇ及びマニホールドＭの周囲を形成する枠部Ｆの位置で積層体１に挟持力を附与する構造になっている。
【００６９】
より具体的には、補強板３及び締結板４の突出部３Ｅ，４Ｃは、図７（Ａ）に示す実施形態と同様に、断面Ｖ字形状の突出部３Ｅと、断面扁平台形状の突出部４Ｃである。そして、とくに締結板４の突出部４Ｃが、単位セルＦＣの長辺の端部近傍から、発電部ＧとマニホールドＭとを隔てる枠部Ｆの近傍に至る横幅を有している。これにより、突出部３Ｅ，４Ｃによる積層体１の挟持力は、図１９（Ｂ）中に斜線で示すように、単位セルＦＣの長辺におけるマニホールドＭの両側位置で、単位セルＦＣの短辺方向に付与される。
【００７０】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、単位セルＦＣの剛性が低い部分すなわち発電部ＧやマニホールドＭの部分に押付け荷重が加わるのを避けることができ、補強板３及び突出部３Ｅ，４Ｃによる挟持力を積層体１に効果的に附与する。
【００７１】
また、マニホールドＭには、反応用ガスが常に多量に流通しているので、そのマニホールドＭの部分を避けて挟持力を付与することで、マニホールドＭの破損を防止して、反応用ガスの漏出を阻止することができる。さらに、発電部Ｇでは、生成水が発生し且つ水蒸気透過量が多いので、図１９（Ｂ）中に網線で示すように、発電部Ｇに換気空間８を隣接させることで、結露の発生を効果的に防止することができる。
【００７２】
図２０は、本発明の燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する図である。
本発明の燃料電池スタックＦＳは、先述したように、車両の駆動用電源として車載することができる。この場合には、より好ましい実施形態として、図２０（Ａ）に示すように、換気空間８から外部への換気口６が、車両前後方向に向けて開放している構造にすることができる。図示例では、セル積層方向が車両前後方向であって、締結板４の両側に、換気口６が３個ずつ所定間隔で配列してある。
【００７３】
上記の燃料電池スタックＦＳは、図２０（Ｂ）に示すように、車両の走行に伴って導入された外気が、前方の換気口６から自然に流入し、内部を流通して後方の換気口６から流出する。これにより、車両走行中の換気量が大幅に増大することとなり、換気機能のさらなる向上を実現することができる。
【００７４】
また、本発明の燃料電池スタックＦＳは、車両の駆動用電源として車載した場合、より好ましい実施形態として、前記換気口６が、車両後方に向けて開放している構造にすることができる。この燃料電池スタックＦＳでは、良好な換気機能を備えたうえで、車両走行中において水や粉塵などの異物が内部に入り込むのを防止することができる。
【００７５】
本発明の燃料電池スタックは、より好ましい実施形態として、補強板３の少なくとも積層体側の面に絶縁コーティングを施した構成にすることができる。また、締結板４の積層体１側の面に絶縁コーティングを施すことも可能である。これにより、上記の燃料電池スタックＦＳは、補強板３と積層体１との間や、締結板４と積層体１との間に絶縁部材を挿入しなくても、内外の絶縁性を確保することができ、部品点数のさらなる削減、製造の工数やコストのさらなる低減に貢献することができる。
【００７６】
本発明の燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各構成部位の形態、数及び材質等々を適宜変更することが可能である。
【００７７】
例えば、上記実施形態では、積層体の短辺側である第１及び第３の外周面に補強板を配置したが、第１及び第３の外周面に代えて積層体の長辺側である第２及び第４の外周面に補強板を設けても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
ＦＣ  単位セル
ＦＳ  燃料電池スタック
Ｇ    発電部
Ｆ    枠部
Ｍ    マニホールド
１    積層体
２    エンドプレート
３    補強板
３Ａ  基板部
３Ｂ  保持部
３Ｃ  取付部
３Ｅ  突出部
４    締結板
４Ａ  取付部
４Ｃ  突出部
６    換気口
８    換気空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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2012086344.tif 000024
2012086344.tif 000025
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