(57)【要約】  膜電極接合体１の外周部を保持するフレーム２と、その両面側に配置したセパレータ３，４とを備えた単セルＣを有し、単セルＣを複数枚積層して成る積層体Ａと、これを収容するケース５０とを備えた燃料電池スタックＦＳであって、フレーム２が、フレーム本体２Ａの外周部に、セパレータ３，４の外周端部よりも外側に突出する突出部１１を有し、突出部１１が、少なくともフレーム２とセパレータ３，４の間隔よりも大きい突出長さを有し、且つフレーム本体２Ａに対して折り曲げ可能であるものとし、この突出部１１により、単セルＣを構成するセパレータ３，４同士の接触やセパレータ３，４の端面とケース５０との接触を阻止して、単セルＣの短絡を防止する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の外周部を保持するフレームと、膜電極接合体及びフレームの両面側に配置した一対のセパレータとを備えた単セルを有し、前記単セルを複数枚積層して成る積層体と、前記積層体を収容するケースとを備えた燃料電池スタックであって、
フレームが、フレーム本体の外周部に、セパレータの外周端部よりも外側に突出する突出部を有し、
突出部が、少なくともフレームとセパレータの間隔よりも大きい突出長さを有し、且つフレーム本体に対して折り曲げ可能であることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
フレームが、突出部の基部に、折り曲げを促進する加工を施した曲げ部を有す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】
突出部の突出長さが、折り曲げた状態において、隣接する単セルの突出部の少なくとも一部に重なる長さであ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】
フレームが、フレーム本体の複数箇所に突出部を有しており、
単セルの積層方向に配列した突出部のうちの少なくとも一列の突出部の折り曲げ方向が、他列の突出部の折り曲げ方向と異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
フレーム本体が、矩形状を成しており、
少なくとも平行な二辺のうちの一方の辺における突出部と、他方の辺における突出部とが、互い違いに配置してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
突出部が、フレーム本体の面内の重心に対して、点対称位置に配置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】
フレームが、連続するフレーム素材から切断したものであり、フレーム素材の連続方向に直交する辺に突出部が配置してあることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
ケースが、フレームの突出部を折り曲げ状態に維持するフレーム支持部を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単セルを複数枚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】
従来の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る。特許文献１に記載の燃料電池スタックは、電解質（電解質膜）の外周部に補強枠を設けた接合体と、気体の流路が形成されたセパレータとを複数積層したスタックセル構造を有している。この燃料電池スタックは、補強枠内にセパレータが配置してあり、この際、セパレータと補強枠とが干渉しないように、あるいはセパレータの外周が補強枠の内周と面一になるように配置している。上記の燃料電池スタックは、電解質の変形を防止して、発電効率を維持するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第４４９６７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池スタックは、単セルの積層体の防水性や気密性、若しくは単セルの保護等を図るために、積層体をケースに収容することが一般的である。しかしながら、このような燃料電池スタックでは、単セルを構成するセパレータ同士の接触やセパレータとケースとの接触により、短絡が生じる可能性がある。【０００５】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、単セルを複数枚積層して成る積層体と積層体を収容するケースを備えた燃料電池スタックにおいて、単セルの短絡を防止す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】
本発明に係わる燃料電池スタックは、膜電極接合体の外周部を保持するフレームと、膜電極接合体及びフレームの両面側に配置した一対のセパレータとを備えた単セルを有し、前記単セルを複数枚積層して成る積層体と、前記積層体を収容するケースとを備えた構造である。そして、燃料電池スタックは、フレームが、フレーム本体の外周部に、セパレータの外周端部よりも外側に突出する突出部を有し、突出部が、少なくともフレームとセパレータの端部との間隔よりも大きい突出長さを有し、且つフレーム本体に対して折り曲げ可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係わる燃料電池スタックは、積層した各単セルの外周部に、夫々のフレームの突出部が突出状態になる。この際、突出部は、少なくともフレームとセパレータの端部との間隔よりも大きい突出長さを有している。このため、燃料電池スタックは、フレーム本体に対して突出部を折り曲げると、自己の単セルの一方のセパレータの端面、及び隣接する単セルの少なくとも片方のセパレータの端面を突出部が覆う状態になる。このような状態は、積層体における突出部の配列箇所において、その積層方向に連続的に得られる。また、積層体をケースに収容した際には、これらのセパレータの端面とケースとの間に突出部が介在した状態になる。【０００８】
これにより、上記の燃料電池スタックは、突出部により、単セルを構成するセパレータ同士の接触やセパレータの端面とケースとの接触を阻止して、単セルの短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる燃料電池スタックの第１実施形態を説明する斜視図（Ａ）、及び斜視分解図（Ｂ）である。
【図２】第１実施形態におけるフレームの平面図（Ａ）、積層体の斜視図（Ｂ）、及び図Ｂ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｃ）である。
【図３】本発明に係わる燃料電池スタックの第２実施形態を説明するセパレータの平面図（Ａ）、及び図Ａ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）である。
【図４】突出部の他の８例を説明する各々平面図（Ａ）〜（Ｈ）である。
【図５】本発明に係わる燃料電池スタックの第３実施形態を説明するフレームの平面図である。
【図６】本発明に係わる燃料電池スタックの第４実施形態を説明するフレームの平面図である。
【図７】本発明に係わる燃料電池スタックの第５実施形態を説明するフレームの平面図（Ａ）、及び積層体の斜視図（Ｂ）である。
【図８】本発明に係わる燃料電池スタックの第６実施形態を説明するフレームの平面図（Ａ）、積層体の斜視図（Ｂ）、図Ｂ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｃ）、及び図Ｂ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ｄ）である。
【図９】本発明に係わる燃料電池スタックの第７実施形態を説明する分解状態の斜視図（Ａ）、上段側及び下段側のフレームの平面図（Ｂ）である。
【図１０】図９に示す上下のフレームを重ねた状態で示す平面図（Ａ）、図Ａ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）、及び図Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図（Ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〈第１実施形態〉
図１（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、矩形状の単セルＣを複数枚積層して積層体Ａを構成している。積層体Ａの積層方向の一端部（図中で右端部）には、集電板５４Ａ及びスペーサ５５を介してエンドプレート５６Ａが配置してあり、積層体Ａの積層方向の他端部には、集電板５４Ｂを介してエンドプレート５６Ｂが配置してある。
【００１１】
また、燃料電池スタックＦＳは、単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂは、ボルトＢにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。
【００１２】
このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ｂ）に示すようなケース一体型構造となり、積層体Ａを積層方向に拘束・加圧して個々の単セルＣに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。この実施形態における燃料電池スタックＦＳは、各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂが、積層体Ａを収容するケース５０に相当する。
【００１３】
単セルＣは、図１（Ａ）に示すように、膜電極接合体１の外周部を保持するフレーム２と、膜電極接合体１及びフレーム２の両面側に配置した一対のセパレータ３，４とを有している。この単セルＣは、膜電極接合体１と一方のセパレータ３との間に、アノードガス（水素含有ガス）の流路を形成すると共に、膜電極接合体１と他方のセパレータ４との間に、カソードガス（酸素含有ガス：例えば空気）の流路を形成している。
【００１４】
膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであり、固体高分子から成る電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟持した構造を有している。電極には、触媒反応を行う触媒層や、アノードガス及びカソードガスの拡散性を高めるガス拡散層などが含まれる。
【００１５】
フレーム２は、絶縁性を有する薄膜の部材であって、例えばプラスチック製のフィルムであり、その内側に配置した膜電極接合体１の外周部と一体化することで、同膜電極接合体１を保持している。このフレーム２の詳細な構造は後に述べる。
【００１６】
各セパレータ３，４は、例えばステンレス製であって、プレス加工などにより適宜の形状に成形され、膜電極接合体１に対応する中央領域が、長辺方向に連続する断面凹凸形状に形成してある。各セパレータ３，４は、その断面凹凸形状の部分において、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部と膜電極接合体１との間に、長辺方向に連通するガス流路を形成する。
【００１７】
上記のフレーム２及びセパレータ３，４は、単セルＣを積層した状態で、互いに連通して流体用のマニホールドを形成するマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６を有している。図示例では、フレーム２及びセパレータ３，４の両側の短辺に沿って、夫々３個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６を有している。
【００１８】
一例として、各図中で一方の短辺に沿って配置したマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却液供給用（Ｈ２）、アノードガス排出用（Ｈ３）である。また、各図中で他方の短辺に沿って配置したマニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、アノードガス供給用（Ｈ４）、冷却液排出用（Ｈ５）、カソードガス排出用（Ｈ６）である。なお、各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の供給及び排出の位置関係は、一部又は全部が逆であっても良い。
【００１９】
上記のフレーム２及び各セパレータ３，４は、互いの外周縁部同士、及びマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲が、接着性を有するシール材（図２中の符号ＳＬ参照）により気密的に接合してある。この際、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に配置したシール材は、各流路に夫々該当する流体が流通し得るように、その一部が出入口として開放してある。
【００２０】
上記の燃料電池スタックＦＳは、図２（Ａ）に示すように、各単セルＣを構成するフレーム２が、フレーム本体２Ａの外周部に、セパレータ３，４の外周端部よりも外側に突出する突出部１１を有している。図示例のフレーム２は、フレーム本体２Ａの両長辺の３箇所及び両短辺の中央の１箇所、合計８箇所に矩形状の突出部１１を有している。各長辺の３つの突出部１１は、等間隔で配置してある。各単セルＣのフレーム２は、いずれも同じ形態である。
【００２１】
すなわち、突出部１１は、フレーム本体２Ａの面内の重心Ｇに対して、点対称位置に配置してある。また、突出部１１は、図２（Ｃ）に示すように、少なくともフレーム２とセパレータ３（４）の端部との間隔Ｓよりも大きい突出長さＬを有し、且つフレーム本体２Ａに対して折り曲げ可能である。
【００２２】
さらに、フレーム２は、より好ましい実施形態として、突出部１１の基部に、折り曲げを促進する加工を施した曲げ部１１Ａを有する構成としても良い。曲げ部１１Ａには、例えば、プレスや切断などにより形成した溝（薄肉部）、折り目、及び目打ちなどが挙げられる。
【００２３】
さらに、フレーム２は、より好ましい実施形態として、図２（Ｂ）に示すように、突出部１１の突出長さＬが、折り曲げた状態において、隣接する単セルＣの突出部１１の少なくとも一部に重なる長さにする構成としても良い。
【００２４】
上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、積層した各単セルＣの外周部に、夫々のフレーム２の突出部１１が突出状態になる。この際、突出部１１は、少なくともフレーム２とセパレータ３（４）の端部との間隔Ｓよりも大きい突出長さＬ、若しくはそれ以上の突出長さＬを有している。
【００２５】
このため、燃料電池スタックＦＳは、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、突出部１１を上方（又は下方）に折り曲げると、自己の単セルＣの上側のセパレータ３の端面、及び上側に隣接する単セルＣの少なくとも下側のセパレータ４の端面を突出部１１が覆う状態になる。
【００２６】
また、燃料電池スタックＦＳは、突出部１１の突出長さＬがより大きい場合には、同突出部１１の上端部が、上側に隣接する単セルＣにおける突出部１１の下端部に重なる状態になる。このような状態は、積層体Ａにおける突出部１１の配列箇所において、その積層方向に連続的に得られる。
【００２７】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、積層体Ａをケース５０に収容した際には、図２（Ｃ）にケース５０の一部を示すように、セパレータ３，４の端面とケース５０との間に突出部１１が介在した状態になる。
【００２８】
これにより、上記燃料電池スタックＦＳは、突出部１１により、単セルＣを構成するセパレータ３，４同士の接触やセパレータ３，４の端面とケース５０との接触を阻止して、単セルＣの短絡を防止することができる。しかも、上記燃料電池スタックＦＳは、セパレータ３，４の端面とケース５０との間に突出部１１が介在しているので、ケース５０と積層体Ａとの間隔を最小限にして、絶縁性を維持しつつ積層体Ａを保持することが可能になり、良好な耐振性や耐衝撃性を満足することができる。
【００２９】
ここで、単セルＣの短絡を防止するには、例えば、フレーム２の外周部に、セパレータ３，４の端面を覆う別の部材を配置したり、積層体Ａの周囲を絶縁材で被覆することも考えられる。しかし、別の部材や絶縁被覆を用いると、その分、部品点数や製造工程が増加し、積層体Ａの外観寸法が増大する虞もある。これに対して、上記燃料電池スタックＦＳは、フレーム２に一体化した突出部１１により、別の部材や絶縁被覆を全く用いることなく単セルＣの短絡を防止することができ、生産性の向上や製造コストの低減、積層体Ａの小型化などに貢献することができる。
【００３０】
また、上記の燃料電池スタックＦＳは、フレーム２が、突出部１１の基部に、折り曲げを促進する加工を施した曲げ部１１Ａを有するものとしているので、突出部１１の折り曲げが非常に容易になり、これにより、組立作業性のさらなる向上などを実現する。
【００３１】
さらに、上記の燃料電池スタックＦＳは、突出部１１の突出長さＬが、折り曲げた状態において、隣接する単セルＣの突出部１１の少なくとも一部に重なる長さとすることで、突出部１１の配列箇所では、セパレータ３，４の端面を完全に被覆することができる。これにより、燃料電池スタックＦＳは、単セルＣにおける短絡を防止する機能がより一層高められる。
【００３２】
さらに、上記の燃料電池スタックＦＳは、突出部１１が、フレーム本体２Ａの面内の重心Ｇに対して、点対称位置に配置してあるので、単セルＣの全周に突出部１１がバランス良く配置され、単セルＣの短絡を防止する機能や、耐振性及び耐衝撃性の機能をより高めることができる。
【００３３】
図３〜図９は、本発明に係わる燃料電池スタックの第２〜第７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、第１実施形態と同等の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
〈第２実施形態〉
図３に示す燃料電池スタックＦＳは、各単セルＣにおけるフレーム２が、その外周部に突出部１１を有すると共に、セパレータ３，４の外周部に、下向き（又は上向き）に折り曲げた屈曲部３Ａ，４Ａが設けてある。図示例の屈曲部３Ａ，４Ａは、セパレータ３，４の両長辺の各々３箇所に形成してある。そして、屈曲部３Ａ，４Ａは、単セルＣを積層した状態では、単セルＣの下部セパレータ４の屈曲部４Ａが、その下側に隣接する単セルＣの上部セパレータ３の屈曲部３Ａの外側を覆うように係合している。
【００３５】
上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、突出部１１により、単セルＣの短絡を防止することができる。また、上記燃料電池スタックＦＳは、屈曲部３Ａ，４Ａにより、セパレータ３，４の外周部の剛性を高めることができると共に、積層方向に隣接する単セルＣ同士が互いに位置決めされた状態になり、単セルＣの短絡防止機能や、耐振性及び耐衝撃性の機能をより高められる。
【００３６】
〈突出部の他の形態〉
図４は、フレーム２における突出部１１の他の形態を説明する図である。
突出部１１には、様々な形状や曲げ部１１Ａを採用することができる。図４（Ａ）に示す突出部１１は、先の実施形態で説明したものと同様に、矩形状を成し、その基部に曲げ部１１Ａを有するものである。図４（Ｂ）に示す突出部１１は、三角形状を成し、その基部に曲げ部１１Ａを有するものである。
【００３７】
図４（Ｃ）に示す突出部１１は、先端を上底とする台形状を成し、その基部（下底）に曲げ部１１Ａを有するものである。図４（Ｄ）に示す突出部１１は、半円形状を成し、その基部に曲げ部１１Ａを有するものである。図４（Ｅ）に示す突出部１１は、先端を斜辺とする台形状を成し、その基部に曲げ部１１Ａを有するものである。
【００３８】
図４（Ｆ）に示す突出部１１は、矩形状を成し、その基部に、一対のスリット１１Ｂ，１１Ｂを含む曲げ部１１Ａを有するものである。図４（Ｇ）に示す突出部１１は、矩形状を成し、幅方向の中央とフレーム本体２Ａとを連続させるノッチ部を曲げ部１１Ａとしたものである。図４（Ｈ）に示す突出部１１は、矩形状を成し、その基部に、熱プレスにより折り加工を施した曲げ部１１Ａを有するものである。
【００３９】
フレーム２における突出部１１は、図４に例示したように、様々な形状及び曲げ部１１Ａを採用することで、フレーム本体２Ａに対して容易に折り曲げることが可能であり、単セルＣにおける短絡を防止する機能の発揮することとなる。なお、突出部１１は、単セルＣの短絡を防止し得るものであれば、図４に示す構成及びそれ以外の形態を採用することが当然可能である。
【００４０】
〈第３実施形態〉
図５に示す燃料電池スタックのフレーム２は、フレーム本体２Ａが、矩形状を成しており、少なくとも平行な二辺のうちの一方の辺における突出部１１と、他方の辺における突出部１１とが、互い違いに配置してある。
【００４１】
図示例のフレーム２は、両長辺に突出部１１を有するものであって、一方の長辺に３つの突出部１１を有し、他方の長辺に４つの突出部１１を有している。この際、各突出部１１は、いずれも同じ幅寸法Ｗ１を有しており、この幅寸法Ｗ１と、同一辺において隣接する突出部１１同士の間隔Ｗ２とが等しいものとなっている。
【００４２】
上記のフレーム２は、単セルＣを構成し、さらに積層体Ａを構成した状態において、先の実施形態と同様に、突出部１１によって単セルＣの短絡を防止する。
【００４３】
また、フレーム２は、図中に仮想線で示すように、連続するフレーム素材Ｆから切断したものであり、フレーム素材Ｆの連続方向（図中で矢印方向）に直交する辺（長辺）に突出部１１が配置してある。フレーム素材Ｆは、例えば、帯状を成すとともにロール状に巻回されており、プレスカッティングにより、膜電極接合体を配置する開口部Ｋ、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６及び複数の突出部１１が形成される。
【００４４】
この際、フレーム２は、一方の長辺の突出部１１と、他方の長辺の突出部１１とが、互い違いに配置してあるので、フレーム素材Ｆ上においては、フレーム２の突出部１１の間に、隣接するフレーム２の突出部１１が組み合わされる。これにより、フレーム２は、フレーム素材Ｆを無駄なく使用することができ、材料歩留まりの向上や製造コストの低減などを図ることができる。
【００４５】
〈第４実施形態〉
図６に示す燃料電池スタックのフレーム２は、フレーム本体２Ａが矩形状を成し、両長辺に突出部１１を有している。図示例のフレーム２は、両長辺に７つの突出部１１を隙間無く配置したもので、各突出部１１が、先端を斜辺とする台形状を成しており、一方の長辺の突出部１１の斜辺と、他方の長辺の突出部１１の斜辺とが平行になっている。
【００４６】
上記のフレーム２は、単セルＣを構成し、さらに積層体Ａを構成した状態において、先の実施形態と同様に、突出部１１によって単セルＣの短絡を防止することができると共に、図中に仮想線で示すように、連続するフレーム素材Ｆから切断したものである。
【００４７】
この際、フレーム２は、フレーム素材Ｆ上においては、フレーム２の突出部１１の斜辺と、隣接するフレーム２の突出部１１の斜辺とが組み合わされる。これにより、フレーム２は、先の実施形態と同様に、フレーム素材Ｆを無駄なく使用することができ、材料歩留まりの向上や製造コストの低減などを図ることができる。
【００４８】
〈第５実施形態〉
図７に示す燃料電池スタックのフレーム２は、矩形状を成し、四辺に夫々１つずつの突出部１１を有している。図示例のフレーム２における突出部１１は、各辺の全長よりも若干短い幅寸法を有している。なお、図示例では、フレーム本体２Ａの角部近傍に突出部１１の無い部分があるが、突出部１１を各辺の全長にわたって設けることも可能である。
【００４９】
上記のフレーム２は、単セルＣを構成し、さらに積層体Ａを構成することとなり、先の各実施形態と同様に、突出部１１によって単セルＣの短絡を防止することができる。しかも、燃料電池スタックは、上記フレーム２を採用することにより、セパレータ３，４の端面の大半を突出部１１で覆うことができ、また、セパレータ３，４の端面とケース５０との隙間の大半に突出部１１が介在することになる。これにより、燃料電池スタックは、単セルＣのセパレータ３，４同士の接触や、セパレータ３，４の端面とケース５０との接触をより確実に阻止し、単セルＣの短絡を確実に防止し得るものとなる。
【００５０】
〈第６実施形態〉
図８（Ａ）に示す燃料電池スタックのフレーム２は、第５実施形態のもの（図５参照）と同様に、一方の長辺に３つの突出部１１を有し、他方の長辺に４つの突出部１１を有しており、さらに、両短辺の中央にも突出部１１を有している。
【００５１】
そして、この燃料電池スタックは、図８（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、フレーム２が、単セルＣの積層方向に配列した突出部１１のうちの少なくとも一列の突出部１１の折り曲げ方向が、他列の突出部１１の折り曲げ方向と異なるものとなっている。
【００５２】
具体的には、燃料電池スタックは、フレーム２の一方の長辺において、３つの突出部１１のうちの中央列の突出部１１を図中で下方向に折り曲げ、その両側の列の突出部１１を図中で上方向に折り曲げている。また、フレーム２の他方の長辺において、４つの突出部１１のうちの第１及び第３の列の突出部１１を図中で上方向に折り曲げ、第２及び第４の列の突出部１１を図中で下方向に折り曲げている。さらに、両短辺においては、一方の短辺の突出部１１を図中で上方向に折り曲げ、他方の短辺の突出部１１を図中で下方向に折り曲げている。
【００５３】
上記構成を備えた燃料電池スタックは、先の実施形態と同様に、突出部１１によって単セルＣの短絡を防止することができる。さらに、燃料電池スタックは、積層方向に配列された突出部１１の折り曲げ方向を列単位で異ならせることにより、積層体Ａをケース５０に収容した状態において、折り曲げた突出部１１の反力が個々の単セルＣにバランス良く作用し、少なくともフレーム２の偏った変形をより確実に防止することができる。
【００５４】
〈第７実施形態〉
図９（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、積層体Ａを収容するフレーム状のケース５１を備えている。前記ケース５１は、第１ケース部材５２と、これに組み合わされる第２ケース部材５３を備えている。第１ケース部材５２は、垂直な面板５２Ａ、底板５２Ｂ、及び側面枠部５２Ｃを有している。第２ケース部材５３は、天板５３Ａと、面板５２Ａに相対向する正面枠部５３Ｂを有している。
【００５５】
このケース５１は、第１ケース５２の底板５２Ｂ上に、単セルＣの積層方向を上下方向にした積層体Ａを配置し、第１ケース部材５２に第２ケース部材５３を組み合わせる。これにより、ケース５１は、天板５３Ａと底板５２Ｂとの間で積層体Ａの上下面を保持すると共に、面板５２Ａと正面枠部５３Ｂとの間で積層体Ａの正背面を保持し、側面枠部５２Ｃにより積層体Ａの側面を保持する。
【００５６】
ここで、先の各実施形態では、各単セルＣのフレーム２がいずれも同じ形態のものとしたが、この実施形態のフレーム２は、図９（Ｂ）に示すように、突出部１１の配置が異なる第１及び第２のフレーム２１，２２を採用している。
【００５７】
すなわち、この実施形態において、図９（Ｂ）中で上側に示すフレーム２１は、フレーム本体２１Ａの両長辺に各々３つの突出部１１を有し、両短辺の中央に１つの突出部１１を有している。また、図９（Ｂ）中で下側に示すフレーム２２は、フレーム本体２２Ａの両長辺に各々４つの突出部１１を有し、両短辺の中央に１つの突出部１１を有している。このとき、各フレーム２１，２２では、長辺の突出部１１の幅寸法Ｗ１がいずれもほぼ同一であり、長辺の突出部１１同士の間隔Ｗ２が同突出部１１の幅寸法Ｗ１とほぼ同一である。
【００５８】
そして、燃料電池スタックＦＳは、第１フレーム２１を有する単セルＣと、第２フレーム２２を有する単セルＣとを交互に積層した構成になっている。これにより、各単セルＣにおける第１及び第２のフレーム２１，２２は、図１０（Ａ）に平面視を示すように、長辺において、突出部１１の間に、隣接するフレーム２１，２２の突出部１１が配置された状態になる。
【００５９】
上記の積層体Ａに対して、ケース５１は、フレーム２の突出部１１を折り曲げ状態に維持するフレーム支持部５１Ｈを備えている。このフレーム支持部５１Ｈは、その材料や形状がとくに限定されるものではないが、より望ましくはプラスチック等の絶縁部材を用いることができる。
【００６０】
この実施形態のフレーム支持部５１Ｈは、図９（Ａ）に示すように、ケース５１の面板５２Ａ及び正面枠部５３ＢにボルトＢで固定される帯状の部材である。このフレーム支持部５１Ｈは、図示のようにケース５１と別体でも良いし、ケース５１と一体でも良い。なお、図９（Ａ）には、４本のフレーム支持部５１Ｈを例示しているが、実際には、積層体Ａにおける突出部１１の配列数に対応してフレーム支持部５１Ｈを配置する。
【００６１】
そして、燃料電池スタックＦＳは、図１０（Ｂ）に示すように、ケース５１のフレーム支持部５１Ｈにより、第１フレーム２１の突出部１１を図中で下向きに折り曲げて、その折り曲げ状態を維持する。また、燃料電池スタックＦＳは、図１０（Ｃ）に示すように、ケース５１の別のフレーム支持部５１Ｈにより、第２フレーム２２の突出部１１を図中で上向きに折り曲げて、その折り曲げ状態を維持する。なお、図１０（Ｂ）（Ｃ）は、図１０（Ａ）中のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に基づく断面図であって、夫々の断面における突出部１１のみを実線で示し、その奥側の突出部１１を破線で示している。
【００６２】
上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、突出部１１によって単セルＣの短絡を防止することができると共に、突出部１１の折り曲げ方向を列単位で異ならせて、少なくともフレーム２の偏った変形をより確実に防止する。また、燃料電池スタックＦＳは、フレーム支持部５１Ｈにより、フレーム２の突出部１１を折り曲げた状態に維持するので、突出部１１による短絡防止機能を長期にわたって確実に維持することができる。また、第１及び第２のフレーム２１，２２は、長辺における突出部１１の配置が互い違いであるから、先の図５及び図６で例示したフレーム素材（Ｆ）上に隙間無く交互に配置することが可能であり、同一のフレーム素材Ｆから切り出すことができる。
【００６３】
さらに、上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、ケース５１への積層体Ａの収容に前後して、フレーム支持部５１Ｈの取付を行うことができる。つまり、ケース５１側に予めフレーム支持部５１Ｈを設けておき、その後、積層体Ａを積層方向に移動させて収容する。これにより、積層体Ａは、フレーム支持部５１Ｈにより、突出部１１が折り曲げられながら収容され、収容後には、突出部１１の折り曲げ状態が維持される。
【００６４】
また、ケース５１の所定位置に積層体Ａを収容し、その後、フレーム支持部５１Ｈを突出部１１の配列位置に挿入することで、突出部１１を折り曲げ、フレーム支持部５１Ｈをケース５１に固定することで、突出部１１の折り曲げ状態を維持する。
【００６５】
さらに、上記実施形態のように突出部１１の折り曲げ方向が配列毎に異なる場合には、ケース５１に、上方向に折り曲げる突出部１１の配列位置に予めフレーム支持部５１Ｈを設けておき、積層体Ａを上側から収容して突出部１１を上向きに折り曲げる。その後、残りの突出部１１の配列位置にフレーム支持部５１Ｈを挿入して、その配列の突出部１１を下方向に折り曲げる。
【００６６】
本発明に係わる燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみ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で構成の細部を適宜変更したり、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ  積層体
Ｃ  単セル
Ｆ  フレーム素材
ＦＳ  燃料電池スタック
１  膜電極接合体
２  フレーム
２Ａ  フレーム本体
３，４  セパレータ
１１  突出部
１１Ａ  曲げ部
２１  第１フレーム
２１Ａ  フレーム本体
２２  第２フレーム
２２Ａ  フレーム本体
５０  ケース
５１  ケース
５１Ｈ  フレーム保持部
【図１】
2017145436.tif 000003
【図２】
2017145436.tif 000004
【図３】
2017145436.tif 000005
【図４】
2017145436.tif 000006
【図５】
2017145436.tif 000007
【図６】
2017145436.tif 000008
【図７】
2017145436.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月10日(2018.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の外周部を保持するフレームと、膜電極接合体及びフレームの両面側に配置した一対のセパレータとを備えた単セルを有し、前記単セルを複数枚積層して成る積層体と、前記積層体を収容するケースとを備えた燃料電池スタックであって、
フレームが、フレーム本体の外周部に、セパレータの外周端部よりも外側に突出する突出部を有し、
突出部が、少なくともフレームとセパレータの間隔よりも大きい突出長さを有し、且つフレーム本体に対して折り曲げ可能であることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
フレームが、突出部の基部に、折り曲げを促進する加工を施した曲げ部を有す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】
突出部の突出長さが、折り曲げた状態において、隣接する単セルの突出部の少なくとも一部に重なる長さであ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】
フレームが、フレーム本体の複数箇所に突出部を有しており、
単セルの積層方向に配列した突出部のうちの少なくとも一列の突出部の折り曲げ方向が、他列の突出部の折り曲げ方向と異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
フレーム本体が、矩形状を成しており、
少なくとも平行な二辺のうちの一方の辺における突出部と、他方の辺における突出部とが、互い違いに配置してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
突出部が、フレーム本体の面内の重心に対して、点対称位置に配置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】
フレームが、連続するフレーム素材から切断したものであり、フレーム素材の連続方向に直交する辺に突出部が配置してあることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
ケースが、フレームの突出部を折り曲げ状態に維持するフレーム支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。 
【国際調査報告】
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