(57)【要約】【課題】時間経過に関わらず一定のスタッキング力を維持する燃料電池のスタック構造を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池のスタック構造１は、一対のセパレータ２４と、当該一対のセパレータ２４間に挟持されるＭＥＡ２２と、で形成される単セル２１と、単セル２１を複数枚積層して保持する収納機構（筐体３、ストッパ６）を備える。また、複数枚の前記単セル２１に積層方向の押圧力を付与する押圧力付与機構（蓋部７、付勢バネ８１）と、外力による単セル２１の積層方向への変位を保持することで、押圧力付与機構による押圧力を変化させるエンドプレート４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2018018602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のセパレータと、当該一対のセパレータ間に挟持される膜電極接合体と、で形成される単セルと、
前記単セルを複数枚積層して保持する収納機構と、
複数枚の前記単セルに積層方向の押圧力を付与する押圧力付与機構と、
外力による前記単セルの積層方向への変位を保持することで、前記押圧力付与機構による押圧力を変化させる変位保持機構と、
を備えたことを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記変位保持機構は、前記収納機構に前記積層方向から当接する周縁部を備え、
前記周縁部の前記積層方向であって前記単セルへの押圧方向に対向する面には、前記変位保持機構が前記押圧方向に移動する際に前記収納機構に前記積層方向に直交する方向の力を付与して前記収納機構を変形させる楔部が設けられ、
前記周縁部の前記積層方向であって前記押圧方向の反対方向の対向する面には、前記変位保持機構が前記反対方向へ移動する際に前記収納機構に係止する係止部が設けられていることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記収納機構は、前記変位保持機構に当接する位置に設けられ前記積層方向に並べられた複数のストッパを備え、
前記変位保持機構は、前記周縁部が互いに隣接するいずれか２つの前記ストッパの間に進入可能に構成され、
前記ストッパは、前記楔部から力を受けて変形可能とされ、且つ前記係止部を係留することを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記収納機構は、前記変位保持機構に当接する部分が可撓性の部材により形成され、
前記周縁部は、前記変位保持機構が前記収納機構を前記積層方向と直交する方向から押圧して前記収納機構を変形させることにより、前記積層方向から前記収納機構に当接していることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記変位保持機構は、複数枚の前記単セルを挟み込んで押圧するエンドプレートであることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記変位保持機構は、前記単セルとともに積層された積層プレートであることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記変位保持機構は、複数枚の前記単セルのうちの少なくとも一つの前記単セルに形成されていることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記変位保持機構は、複数枚の前記単セルにより形成されるセル積層体の側面の少なくとも一部が埋め込まれるとともに前記側面から突出して前記収納機構を押圧する押圧部材であることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池のスタック構造において、
前記押圧力付与機構は、
前記収納機構に固定される蓋部と、
前記蓋部に設けられ前記蓋部を前記収納機構に固定することにより複数の前記単セルに押圧力を付与する付勢部と、を備えることを特徴とする燃料電池のスタック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のスタック構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、一対のセパレータ間に膜電極接合体を挟持してなる燃料電池の単セルを複数積層した状態で筐体に収容した燃料電池のスタック構造において、筐体の内壁に当接し互いに隣接するセパレータの端部の間にまで延出する膨出部を備えた構成を開示している。このようなスタック構造においては、複数の単セルに対して積層方向から一定の押圧力を付与することが一般的に行われている。これにより、互いに接触する単セル間に面圧を付与して単セル間の接触状態を安定化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４３０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１等の構成では、時間経過により積層された複数の単セルに対する積層方向の押圧力が変化した場合、互いに接触するセル間の面圧が変化することでスタッキング力が変化し、セル間の接触状態が変化する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、時間経過に関わらず一定のスタッキング力を維持する燃料電池のスタック構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における燃料電池のスタック構造は、一対のセパレータと、当該一対のセパレータ間に挟持される膜電極接合体と、で形成される単セルを積層した複数の単セル対して、押圧力付与機構が積層方向から押圧力を付与するとともに、変位保持機構が外力による単セルの積層方向への変位を保持することで、押圧力付与機構による押圧力を変化させる構造を有している。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様であれば、時間経過とともに複数の単セルの積層方向の反発力が低下したとしても、押圧力付与機構は複数の単セルを押圧する方向にさらに変位して変位後の押圧力付与機構の変位を変位保持機構が保持する。以上より、時間経過に関わらず一定のスタッキング力を維持する燃料電池のスタック構造となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の分解斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の平面図である。
【図３】図３は、燃料電池を構成するＭＥＡの平面図である。
【図４】図４は、図１−図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の組み立ての手順を表す断面図（その１）である。
【図６】図６は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の組み立ての手順を表す断面図（その２）である。
【図７】図７は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の動作を表す断面図（その１）である。
【図８】図８は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造の動作を表す断面図（その２）である。
【図９】図９は、第２実施形態の燃料電池のスタック構造の断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態の燃料電池のスタック構造の断面図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態の燃料電池のスタック構造の断面図である。
【図１２】図１２は、第５実施形態の燃料電池のスタック構造の平面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】図１４は、第６実施形態の燃料電池のスタック構造の平面図である。
【図１５】図１５は、図１４のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
＜第１実施形態の基本構成＞
図１は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造１の分解斜視図である。図２は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造１の平面図である。図３は、燃料電池を構成する膜電極接合体の平面図である。図４は、図１−図３のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、押圧力付与機構（蓋部７及び付勢バネ８１）の図示を省略している。
【００１１】
第１実施形態の燃料電池のスタック構造１は、燃料電池の単セル２１を積層したセル積層体２を筐体３（収納機構）に収容し、筐体３に固定された蓋部７（押圧力付与機構）に接続された付勢バネ８１（押圧力付与機構、付勢部）がセル積層体２を積層方向に一定のスタッキング力で押圧（圧縮）した状態となっている。そして、エンドプレート４（変位保持機構）とストッパ６（収納機構）により、セル積層体２が付勢バネ８１の押圧方向の反対方向への変位を制限する構造を有している。
【００１２】
図示は省略するが、筐体３は、底部が開口した筒形状であり、両端の開口部に蓋部７がボルト締め等により取り付けられる。また、セル積層体２は、積層方向から一対のエンドプレート４で挟まれた構成となっている。そして、各エンドプレート４は、付勢バネ８１により、それぞれ筐体３の開口部から筐体３の奥に移動する方向に付勢される。これにより、セル積層体２は、エンドプレート４を介して付勢バネ８１により積層方向の両方向から力を受けて圧縮される。
【００１３】
単セル２１（セル積層体２）、エンドプレート４の主面には、アノードガス、カソードガス、冷却水をそれぞれ流通させるマニホールド２３，４１がそれぞれ形成されている。セル積層体２の上面には集電板５が配置され、集電板５には外部電極５１が接続され、エンドプレート４には外部電極５１を挿通させる挿通孔４２が形成されている。なお、図示は省略するが、蓋部７にも、前述のマニホールド（マニホールド２３）が形成されている。蓋部７のマニホールドとエンドプレート４のマニホールド４１とは、例えばフレキシブルな配管（不図示）により連通している。
【００１４】
図４に示すように、燃料電池の単セル２１は、膜電極接合体（ＭＥＡ２２）と、ＭＥＡ２２を挟み込む一対のセパレータ２４により構成される。
【００１５】
図４に示すように、ＭＥＡ２２は、電解質膜２２１と、電解質膜２２１の一方の面に配置されるアノード電極２２２と、電解質膜２２１の他方の面に配置されるカソード電極２２３と、から構成される。電解質膜２２１は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード電極２２２は、電解質膜２２１の側から順に、白金等の合金からなる電極触媒層と、フッ素樹脂とカーボン等からなるマイクロポーラス層と、カーボンペーパー等からなるガス拡散層とが配置されて構成される。カソード電極２２３も、アノード電極２２２と同様に、電解質膜２２１の側から順に、電極触媒層と、マイクロポーラス層と、ガス拡散層とが配置されて構成される。
【００１６】
図３に示すように、ＭＥＡ２２には、接合体外周に沿って樹脂製のフレーム部２２４が設けられている。フレーム部２２４は、合成樹脂等からなる枠体であって、ＭＥＡ２２に一体形成される。フレーム部２２４は、剛性を有する板状部材として構成されてもよいし、柔軟性を有するシート状部材として構成されてもよい。
【００１７】
フレーム部２２４（及びセパレータ２４）には、アノードガス、カソードガス、冷却水をそれぞれ流通させるマニホールド２３が形成されている。
【００１８】
図４に示すように、単セル２１においては、セパレータ２４により、アノードガスを流通させるアノードガス流路２５と、カソードガスを流通させるカソードガス流路２６と、冷却水を流通させる冷却水流路２７が形成されている。またＭＥＡ２２（フレーム２２４部）とセパレータ２４は接着剤２８により接合されている。
【００１９】
単セル２１を構成するセパレータ２４は、一枚の板材を、アノードガス流路２５、カソードガス流路２６、冷却水流路２７の一部を形成するように単セル２１の厚み方向に変形させたものである。よって、単セル２１を厚み方向から押圧すると、単セル２１は厚み方向にある程度圧縮（弾性変形）するとともに復元力が発生する。したがって、単セル２１を積層して形成されたセル積層体２を、エンドプレート４を介して付勢バネ８１で押圧すると、セル積層体２は、その厚み方向（押圧方向）に圧縮（弾性変形）するが、エンドプレート４（付勢バネ８１）に対して反発力（復元力）を付与することになる。
【００２０】
しかし、付勢バネ８１がセル積層体２を押圧した状態で時間が経過すると、セル積層体２の弾性変形が塑性変形的に変質してセル積層体２の反発力が低下する。このとき、セル積層体２は、付勢バネ８１による押圧を解除しても元の厚みまで回復することはない。その結果、例えば、エンドプレート４が筐体３に対して固定されている場合は、セル積層体２に対するスタッキング力が低下し、単セル２１間の接触状態が変化する。
【００２１】
そこで、本実施形態では、時間経過により厚み方向に塑性的に圧縮変形したセル積層体２に対して付勢バネ８１がまし締めを行って一定のスタッキング力を付与している。そして、エンドプレート４（変位保持機構）、及びストッパ６（収容機構）が当該スタッキング力を維持して単セル２１の接触状態を安定化させている。
【００２２】
図１、図２に示すように、筐体３の内壁には、エンドプレート４に当接するストッパ６が配置されている。図２に示すように、ストッパ６は、筐体３の内壁を同じ高さ位置で周回するように複数配置されている。また、ストッパ６は、図４に示すように、セル積層体２の積層方向に複数並ぶように配置されている。
【００２３】
ストッパ６は、筐体３に接続しエンドプレート４（楔部４３１）から力を受けて変形する変形部６１と、エンドプレート４が係留する係留部６２を有する。変形部６１は筐体３の内壁から筐体３の開口部から遠ざかる方向に傾斜した状態で延出している。これにより変形部６１をセル積層体２の押圧方向に容易に変形させることができる。しかし、変形部６１は必ずしも傾斜させる必要はなく、押圧方向（積層方向）に直交する方向に延出させてもよい。係留部６２は、筐体３の底面側の面の法線とその反対側の面の法線がほぼ押圧方向に向いている。ストッパ６は、筐体３の内壁において周方向（図２）に複数並べて配置しているが、エンドプレート４の各辺（楔部４３１、係止部４３２）に対向する位置にエンドプレート４の辺の長さ程度の寸法を有するストッパを構成してもよい。
【００２４】
前述のように、エンドプレート４は、筐体３の一方の開口部付近のみならず他方の開口部付近にも存在する。よって、ストッパ６も筐体３の一方の開口部付近のみならず他方の開口部付近にも取り付けられる。いずれの側に取り付けられたストッパ６も、それに当接するエンドプレート４に対して、開口部から遠ざかる方向の変位は許容するが、開口部に近づく方向の変位を制限する。
【００２５】
図１、図２に示すように、セル積層体２を押圧するエンドプレート４（変位保持機構）は、平面視では矩形形状となっている。そして、図４に示すように、エンドプレート４の周縁部４３は、エンドプレート４の積層方向で互いに隣接する２つのストッパ６の間に入り込んでいる。周縁部４３の押圧方向側には楔部４３１が形成されており、その反対側はストッパ６（係留部６２）に係止する係止部４３２となっている。
【００２６】
図４に示すように、楔部４３１は、押圧方向に向かうにつれてストッパ６から押圧方向に直交する方向に離間する傾斜面を形成している。そして、楔部４３１は、所謂楔効果によりストッパ６（変形部６１）を押圧方向に直交する方向及び押圧方向に変形させることができる。係止部４３２は、係留部６２に係止してエンドプレート４を押圧方向の反対側へのストッパ６に対する相対移動を制限する。
【００２７】
＜第１実施形態の組み立て＞
図５、図６は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造１の組み立ての手順を表す断面図である。本実施形態の燃料電池のスタック構造１の組み立ては、まず、図５に示すように、筐体３にセル積層体２を収容し、エンドプレート４を筐体３に収容するとともに、セル積層体２の積層方向の終端面にエンドプレート４を配置する。このとき、筐体３の開口部から最も近い１段目のストッパ６の係留部６２の上面と楔部４３１が当接可能となっている。
【００２８】
図６に示すように、エンドプレート４をセル積層体２の押圧方向に人工的に押し込むと、エンドプレート４の楔部４３１は一段目のストッパ６の係留部６２の上面に当接する。このとき、いわゆる楔効果により、変形部６１を押圧方向及び押圧方向に直交する方向に変形（弾性変形）させ、且つエンドプレート４が係留部６２に対してスライドしながら、ストッパ６に対して相対移動をする。そして、引き続き相対移動を進行させると、楔部４３１の上端が係留部６２の上面よりも低くなる。これにより、図４に示すように、エンドプレート４は一段目のストッパ６を通過するとともに、変形部６１の変形が解除され、エンドプレート４は１段目のストッパ６とその１段下にある２段目のストッパ６との間に入り込む。
【００２９】
そして、図４に示すように、蓋部７を筐体３の開口部に固定するとともに、付勢バネ８１によりエンドプレート４を押圧する。このとき、エンドプレート４はセル積層体２を押圧した状態となっているので、セル積層体２に反発力が発生する。このため、エンドプレート４は、１段目のストッパ６と２段目のストッパ６との間の位置において、付勢バネ８１の付勢力と、セル積層体２の反発力とのつりあいの位置において静止する。あるいは、エンドプレート４は、セル積層体２の反発力により、１段目のストッパ６の係留部６２の下面に当接する位置まで押し上げられる。係止部４３２の係留部６２との当接面の法線は、エンドプレート４が押し上げられる向きとほぼ一致するので、係止部４３２は係留部６２に対して楔効果を発揮しない。このため、１段目のストッパ６を押圧方向に直交する方向、及び押圧方向の逆方向に変形させることはできない。以上より、付勢バネ８１が一定のスタッキング力でセル積層体２を押圧する状態を維持した燃料電池のスタック構造１が組み立てられる。この状態において、セル積層体２は、１段目のストッパ６及びエンドプレート４により、セル積層体２の押圧方向の反対方向への変位が制限される。
【００３０】
＜第１実施形態の動作＞
図７、図８は、第１実施形態の燃料電池のスタック構造１の動作を表す断面図である。本実施形態の燃料電池のスタック構造１の動作について説明する。図４に示すように、初期の段階では、セル積層体２はエンドプレート４により圧縮されているが弾性変形であり、エンドプレート４に対して反発力を付与している。このため、セル積層体２はエンドプレート４（係止部４３２）を係留部６２の下面に当接する位置まで押し上げることができる。この状態であれば、付勢バネ８１によるセル積層体２に対するスタッキング力が維持されているので、単セル２１の接触状態は安定している。
【００３１】
しかし、セル積層体２は時間経過とともに剛性が劣化し、現状のエンドプレート４の押圧に対して弾性変形で応答する状態から塑性変形的に変形する状態に変質する。これにより、セル積層体２を押し上げる反発力が低下する。これにより、付勢バネ８１が、エンドプレート４及びセル積層体２を押圧方向にさらに押し込むことになる。
【００３２】
このとき、エンドプレート４は、押圧方向に変位し、１段目のストッパ６から離間して２段目のストッパ６に当接し、付勢バネ８１からの力をセル積層体２及び２段目のストッパ６に伝達する。このとき、図７に示すように、エンドプレート４の楔部４３１は２段目のストッパ６の係留部６２の上面に当接するが、いわゆる楔効果により、変形部６１を前述同様に変形（弾性変形）させ、且つ係留部６２に対してスライドしながら、２段目のストッパ６に対して相対移動する。そして、引き続き相対移動を進行させると、楔部４３１の上端が係留部６２の上面よりも低くなる。これにより、図８に示すように、エンドプレート４は上から２段目のストッパ６を通過するとともに、２段目のストッパ６の変形部６１の変形が解除され、エンドプレート４は２段目のストッパ６と３段目のストッパ６の間に入り込む。
【００３３】
このとき、付勢バネ８１（エンドプレート４）は、セル積層体２をまし締めすることになるので、当該まし締めによりセル積層体２が反発力を再び発生させることにより単セル２１の接触状態を安定化させる。このとき、エンドプレート４は、２段目のストッパ６と３段目のストッパ６との間の位置において、付勢バネ８１の付勢力と、セル積層体２の反発力とのつりあいの位置において静止する。あるいは、エンドプレート４は、セル積層体２の反発力により、２段目のストッパ６の係留部６２の下面に当接する位置まで押し上げられる。そして、前述同様、エンドプレート４（係止部４３２）は２段目のストッパ６の係留部６２に対して楔効果を発揮できず、２段目のストッパ６を押圧方向に直交する方向、及び押圧方向の逆方向に変形させることはできない。
【００３４】
以上の動作により、付勢バネ８１が一定のスタッキング力でセル積層体２を押圧する状態を復活させることができる。この状態で、振動等の外力がセル積層体２に印加されたとしても、セル積層体２は、押圧方向の反対方向への変位が２段目のストッパ６及びエンドプレート４により制限されるため、付勢バネ８１によるスタッキング力が維持される。そして、時間経過によりセル積層体２の剛性が劣化した場合は、上記動作を繰り返してエンドプレート４を一段ずつストッパ６の並ぶ方向に移動させていけばよい。
【００３５】
＜第１実施形態の効果＞
第１実施形態の燃料電池のスタック構造１は、一対のセパレータ２４と、当該一対のセパレータ２４間に挟持されるＭＥＡ２２と、で形成される単セル２１と、単セル２１を複数枚積層して保持する収納機構（筐体３、ストッパ６）と、複数枚の単セルに積層方向の押圧力を付与する押圧力付与機構（蓋部７、付勢バネ８１）と、外力による単セル２１の積層方向への変位を保持することで、押圧力付与機構による押圧力を変化させる変位保持機構（エンドプレート４）と、を備えたことを特徴とする。
【００３６】
上記構成により、時間経過とともにセル積層体２（複数の単セル２１）の積層方向の反発力が低下したとしても、その分、押圧力付与機構（蓋部７、付勢バネ８１）はセル積層体２をその積層方向にさらに圧縮することができるので、時間経過に関わらず一定のスタッキング力をセル積層体２に印加することができる。また、振動等の外力がセル積層体２に印加されても、変位保持機構（エンドプレート４）、及びストッパ６によりセル積層体２が押圧方向の反対方向に変位することが制限されるため押圧力付与機構（蓋部７、付勢バネ８１）による一定のスタッキング力が維持される。これによりセル積層体２に対する押圧力が低下することはなく、単セル２１間の接触状態を維持することが可能な燃料電池のスタック構造１となる。
【００３７】
エンドプレート４は、ストッパ６に積層方向から当接する周縁部４３を備え、周縁部４３の積層方向であって単セル２１への押圧方向に対向する面には、エンドプレート４が押圧方向に移動する際にストッパ６に前記積層方向に直交する方向の力を付与してストッパ６を変形させる楔部４３１が設けられ、周縁部４３の積層方向であって押圧方向の反対方向の対向する面には、エンドプレート４が反対方向へ移動する際にストッパ６に係止する係止部４３２が設けられていることを特徴とする。これにより、楔部４３１による所謂楔効果によりストッパ６を押圧方向に直交する方向に容易に変形させてエンドプレート４を押圧方向に相対移動可能にし、かつ係止部４３２によりその逆方向の相対移動を制限することができる。
【００３８】
収納機構（筐体３）は、エンドプレート４に当接する位置に設けられ積層方向に並べられた複数のストッパ６を備え、エンドプレート４は、周縁部４３が互いに隣接するいずれか２つのストッパ６の間に進入可能に構成され、ストッパ６は、楔部４３１から力を受けて変形可能とされ、且つ係止部４３２を係留することを特徴とする。これにより、楔部４３１に対向する一方のストッパ６は楔効果により変形可能となり、エンドプレート４の係止部４３２に対向する他方のストッパ６は、エンドプレート４からの力により変形せずエンドプレート４を係留することができる。したがって、セル積層体２をまし締めする方向にエンドプレート４を段階的に移動させる構成を簡易に実現できる。
【００３９】
変位保持機構は、複数枚の単セル２１を挟み込んで押圧するエンドプレート４であることを特徴とする。これにより、部品点数を増やすことなく、時間経過に関わらずスタッキング力を維持する燃料電池のスタック構造１を構築することができる。なお、本実施形態では、セル積層体２を挟み込む２つのエンドプレート４が筐体３に対して可動する構成としたが、一方のエンドプレート４を筐体３に固定してもよい。この場合、固定されたエンドプレート４を係止するストッパ６は不要となる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の燃料電池のスタック構造１Ａの断面図である。なお、図９では、蓋部７、付勢バネ８１の図示を省略している。第２実施形態の燃料電池のスタック構造１Ａは、エンドプレート４Ａの楔部４３１Ａが曲面（平面でもよい）となっている。そして、収容機構（筐体３）は、エンドプレート４Ａに当接する部分（筐体３の内壁）が可撓性を有する可撓板６Ａにより形成されている。可撓板６Ａの材料としては、高分子ゴム、ウレタン、合成樹脂等が好適である。
【００４１】
エンドプレート４Ａは、可撓板６Ａを押圧方向に直交する方向から押圧して可撓板６Ａに入りこむ周縁部４３Ａを備えている。周縁部の押圧方向側には楔部４３１Ａが設けられ、その反対側は係止部４３２Ａとなっている。楔部４３１Ａは、押圧方向から可撓板６Ａに当接しており、係止部４３２Ａは押圧方向の反対方向から可撓板６Ａに当接している。
【００４２】
ここで、可撓板６Ａを備える筐体３の収容空間の寸法は、エンドプレート４Ａの寸法よりもやや小さくなっている。よって、図９に示すように、エンドプレート４Ａを筐体３に収容すると、エンドプレート４Ａの周縁部４３Ａが可撓板６Ａに対して可撓板６Ａの厚み方向（押圧方向に直交する方向）に押圧して可撓板６Ａを変形させ、周縁部４３は可撓板６Ａに入り込むことができる。
【００４３】
この状態で、燃料電池のスタック構造１Ａにおいて、第１実施形態と同様に付勢バネ８１によりスタッキング力（付勢力）をセル積層体２に付与した場合、いわゆる楔効果により楔部４３１Ａが可撓板６Ａをその厚み方向に押しやりながら可撓板６Ａに対して相対移動することができる、これにより、付勢バネ８１はセル積層体２をまし締めすることができる。一方、振動等の外力によりセル積層体２及びエンドプレート４Ａが可撓板６Ａに対して押圧方向の反対方向に相対移動する力を受けている場合は、係止部４３２Ａに力が集中的に付与され、係止部４３２Ａに対する面圧が極めて高くなって静止摩擦力が増加する。このため、エンドプレート４Ａが可撓板６Ａに対して押圧方向の反対方向に相対移動することが制限される。したがって、本実施形態においては、エンドプレート４Ａはセル積層体２をまし締めする方向の相対移動のみが許容される。
【００４４】
第２実施形態に係る燃料電池のスタック構造１Ａによれば、筐体３（収納機構）は、エンドプレート４Ａに当接する部分が可撓性の可撓板６Ａにより形成され、周縁部４３は、エンドプレート４が筐体３を積層方向と直交する方向から押圧して筐体３を変形させることにより、積層方向から筐体３に当接している。これにより、セル積層体２をまし締めする方向にエンドプレート４Ａを連続的に移動させる構成を簡易に実現できる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｂの断面図である。図１０において、蓋部７及び付勢バネ８１の図示は省略している。第３実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｂは、第２実施形態と類似するが、変位保持機構は、単セル２１とともに積層された積層プレート４Ｂとなっている。積層プレート４Ｂは、１段目の単セル２１の上に積層されるのみならず、互いに隣接する２つの単セル２１の間にも挟みこまれた状態で積層される。なお、積層プレート４Ｂは、互いに隣接する２つの単セル２１の間の全てに挟みこむ必要はなく、任意の位置に挟みこむことができる。また、可撓板６Ａが絶縁性を有する限り、１段目の単セル２１の上に積層した積層プレート４Ｂは集電板（集電板５）として用いることができる。なお、図示は省略するが、積層プレート４Ｂには、セパレータ２４の同様の配置でマニホールド（マニホールド２３）が形成されている。
【００４６】
積層プレート４Ｂの周縁部分は上方に曲げられ、可撓板６Ａに押し付けられる周縁部４３Ｂを備えている。周縁部４３Ｂの押圧方向側には楔部４３１Ｂが形成され、その反対側が係止部４３２Ｂとなっている。積層プレート４Ｂを筐体３に収容すると、第２実施形態のエンドプレート４Ａと同様に、周縁部４３Ｂが可撓板６Ａに対して可撓板６Ａの厚み方向（押圧方向に直交する方向）に押圧して可撓板６Ａを変形させる。このとき、楔部４３１Ｂは押圧方向から可撓板６Ａに当接しており、係止部４３２Ｂは押圧方向の反対方向から可撓板６Ａに当接している。
【００４７】
本実施形態の積層プレート４Ｂは、第２実施形態のエンドプレート４Ａと同様の作用を有し、セル積層体２をまし締めする方向のみ変位（相対移動）が許容される。しかし、積層プレート４Ｂは、複数配置されるので、その作用効果はエンドプレート４Ａよりも大きくなり、まし締め動作をより安定的に行うことができる。
【００４８】
＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｃの断面図である。第４実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｃにおいて、変位保持機構（周縁部４３Ｃ）は、セル積層体２（複数枚の単セル２１（セパレータ２４））のうちの少なくとも一つに形成されている。本実施形態においても、変位保持機構は全てのセパレータ２４に設ける必要はなく、任意の単セル２１に設けることができる。本実施形態においては、変位保持機構として、セパレータ２４の周縁部分が延出するとともに押圧方向の反対側に曲げられて形成された周縁部４３Ｃを備えている。周縁部４３Ｃの押圧方向には、楔部４３１Ｃが形成され、その反対側が係止部４３２Ｃとなっている。
【００４９】
また、本実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｃにおいて、押圧力付与機構は、筐体３に固定される蓋部７と、蓋部７に設けられ蓋部７を筐体３に固定することにより変位保持機構（及びセル積層体２）に押圧方向の付勢力を付与する付勢部と、を備えている。付勢部は、蓋部７に取り付けられた複数の付勢バネ８１と付勢バネ８１に吊るされた付勢板８２を備えている。これにより、押圧力付与機構は、簡易な構成で、セル積層体２に対して一定のスタッキング力を印加することができる。また、付勢板８２によりセル積層体２を押圧することになるので、セル積層体２に対する押圧を均一にすることができる。
【００５０】
蓋部７は、前述同様にボルト締め等により筐体３に取り付けられる。付勢板８２は、セル積層体２の１段目の単セル２１に当接するものである。付勢バネ８１は、蓋部７を筐体３に固定することにより蓋部７と付勢板８２との間で圧縮され、その反発力により付勢板８２（セル積層体２）に対して付勢力を付与するものである。なお、図示は省略するが、蓋部７同様に、付勢板８２には、前述のマニホールド（マニホールド２３）が形成されている。蓋部７のマニホールドと付勢板８２のマニホールドとは、例えばフレキシブルな配管（不図示）により連通している。また付勢板８２は集電板（集電板５）として用いることができる。
【００５１】
第４実施形態の周縁部４３Ｃ（楔部４３１Ｃ、係止部４３２Ｃ）は、第２実施形態の周縁部４３Ａ（楔部４３１Ａ、係止部４３２Ａ）、第３実施形態の周縁部４３Ｂ（楔部４３１Ｂ、係止部４３２Ｂ）と同様の作用効果を有するが、セパレータ２４と一体となっているため、セル積層体２の積層方向の寸法が大きくならずに済む。このため、変位保持機構（周縁部４３Ｃ）の個数に関わらず筐体３の設計を同一にすることができ、燃料電池のスタック構造１Ｃの設計を容易にすることができる。
【００５２】
＜第５実施形態＞
図１２は、第５実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｄの平面図である。図１３は、図１２のＡ−Ａ線断面図である。図１３において、蓋部７及び付勢バネ８１の図示は省略している。第５実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｄにおいて、変位保持機構は、複数枚の単セル２１により形成されるセル積層体２の側面の少なくとも一部が埋め込まれるとともに前記側面から突出して可撓板６Ｄを押圧する押圧部材４Ｄとなっている。
【００５３】
押圧部材４Ｄは、例えば絶縁性の樹脂で形成され、図１２に示すようにセル積層体２の長辺に３箇所、短辺に２箇所設けられている。押圧部材４Ｄは、図１３に示すように、積層方向に連続した複数の単セル２１（フレーム部２２４、セパレータ２４）を纏めて埋め込み（樹脂封止し）、かつセル積層体２の側面から筐体３の内壁にまで延出した形態を有している。また押圧部材４Ｄは、セル積層体２において積層方向に複数形成されている。可撓板６Ｄは、前述の可撓板６Ａとは異なり、筐体３の内壁において押圧部材４Ｄと対向する位置にのみ設ければよい。
【００５４】
押圧部材４Ｄは、押圧部材４Ｄが可撓板６Ｄに積層方向に直交する方向から押圧することにより可撓板６Ｄに入り込む周縁部４３Ｄを有する。周縁部４３Ｄの押圧方向側には楔部４３１Ｄが形成され、その反対側が係止部４３２Ｄとなっている。
【００５５】
第５実施形態の周縁部４３Ｄ（楔部４３１Ｄ、係止部４３２Ｄ）は、第２実施形態の周縁部４３Ａ（楔部４３１Ａ、係止部４３２Ａ）、第３実施形態の周縁部４３Ｂ（楔部４３１Ｂ、係止部４３２Ｂ）、第４実施形態の周縁部４３Ｃ（楔部４３１Ｃ、係止部４３２Ｃ）と同様の作用効果を有するが、互いに隣接する単セル２１をそのままの配置で纏めて封止するので単セル２１間の短絡を防止することができる。また、当該封止によりセル積層体２の積層方向に直交する方向のずれを抑制し、付勢バネ８１によるセル積層体２に対するスタッキング力を安定化させることができる。なお、押圧部材４Ｄは可撓性を有することが好適である。これにより、押圧部材４Ｄ自身を圧縮できるので、押圧部材４Ｄ内にある単セル２１に対する押圧を阻害することはない。なお、押圧部材４Ｄは、複数の単セル２１をまとめて埋め込む（樹脂封止する）ことも可能であるが、単セル２１ごとに別々に埋め込む態様としてもよい。
【００５６】
＜第６実施形態＞
図１４は、第６実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｅの平面図である。図１５は、図１４のＡ−Ａ線断面図である。図１５において、蓋部７及び付勢バネ８１の図示は省略している。第６実施形態の燃料電池のスタック構造１Ｅは、第５実施形態の押圧部材４Ｄと同様に押圧部材４Ｅを用いるが、セル積層体２の単セル２１の構造が一部異なる。すなわち、単セル２１を構成するセパレータ２４の周縁の複数個所にその外側に向けて延出したフランジ部２４１が設けられている。
【００５７】
図１４に示すように、フランジ部２４１は、セパレータ２４の長辺に３箇所、短辺に２箇所設けられているが、フランジ部２４１の配置個数は任意である。このフランジ部２４１は、セル積層体２を構成する全てのセパレータ２４に設けられ、全て同じ位置に設けられている。押圧部材４Ｅは、図１５に示すように、積層方向に連続した複数のフランジ部２４１を纏めて埋め込み（樹脂封止し）、かつセル積層体２の側面から筐体３の内壁にまで延出した形態を有している。また押圧部材４Ｅは、セル積層体２において積層方向に複数形成されている。押圧部材４Ｅは、押圧部材４Ｅを可撓板６Ｄに押圧方向に直交する方向から押し付けることにより可撓板６Ｄに入り込む周縁部４３Ｅを有する。周縁部４３Ｅの押圧方向側には楔部４３１が形成され、その反対側は係止部４３２Ｅとなっている。
【００５８】
第６実施形態の周縁部４３Ｅ（楔部４３１Ｅ、係止部４３２Ｅ）は、第５実施形態の周縁部４３Ｄ（楔部４３１Ｄ、係止部４３２Ｄ）と同様の作用効果を有するが、フランジ部２４１が押圧部材４Ｅに深く入り込む形となっているので、押圧部材４Ｅの強度を確保することができる。
【００５９】
いずれの実施形態においても、収納機構を構成する要素として筐体３を適用したが、例えば外形が直方体に形成されたフレームを適用してもよい。この場合、ストッパ６等は、フレームに別途取り付けられる梁等に取り付ければよい。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００６１】
１  燃料電池のスタック構造
２  セル積層体
３  筐体
４  エンドプレート
６  ストッパ
２１  単セル
２２  ＭＥＡ
２４  セパレータ
【図１】
2018018602.tif 000003
【図２】
2018018602.tif 000004
【図３】
2018018602.tif 000005
【図４】
2018018602.tif 000006
【図５】
2018018602.tif 000007
【図６】
2018018602.tif 000008
【図７】
2018018602.tif 000009
【図８】
2018018602.tif 000010
【図９】
2018018602.tif 000011
【図１０】
2018018602.tif 000012
【図１１】
2018018602.tif 000013
【図１２】
2018018602.tif 000014
【図１３】
2018018602.tif 000015
【図１４】
2018018602.tif 000016
【図１５】
2018018602.tif 000017