(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、積層体の積層方向に所望の締め付け荷重を確実に付与することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が積層された積層体１４を備え、前記積層体１４の積層方向両端部にエンドプレート２０ａ、２０ｂが配置される。エンドプレート２０ａ、２０ｂとサイドプレート２２ａ、２２ｂとは、締結機構２４により固定される。締結機構２４は、サイドプレート２２ａ、２２ｂの端部を屈曲乃至湾曲させてエンドプレート２０ａ、２０ｂに押し付けるブラケット部材６０ａ〜６０ｄと、前記ブラケット部材６０ａ〜６０ｄを前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに対して締め付け固定する複数のボルト６２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向両端部に配置されるエンドプレートと、前記積層体の側部に配置されるサイドプレートとが締結機構により固定される燃料電池スタックであって、
前記締結機構は、前記サイドプレートの端部を屈曲乃至湾曲させて前記エンドプレートに押し付けるブラケット部材と、
前記ブラケット部材を前記エンドプレートに締め付け固定する締め付け部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記ブラケット部材は、前記エンドプレートの発電面方向に平行なプレート面に対応する第１押圧面と、
前記エンドプレートの前記プレート面に交差する側面に対応する第２押圧面と、
を有し、
前記サイドプレートは、少なくとも前記プレート面と前記第１押圧面との間及び前記側面と前記第２押圧面との間に挟持されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートは、発電面方向に交差する側面に前記積層方向に向かって傾斜するテーパ面を有する一方、
前記ブラケット部材は、前記テーパ面に押圧されるテーパ形状部を有し、
前記サイドプレートは、少なくとも前記テーパ面と前記テーパ形状部との間に挟持されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートは、発電面方向に平行なプレート面にテーパ面を設ける一方、
前記ブラケット部材は、前記テーパ面に押圧されるテーパ形状部を有し、
前記サイドプレートは、少なくとも前記テーパ面と前記テーパ形状部との間に挟持されることを特徴とする燃料電池スタック。
【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スタックにおいて、前記サイドプレートの端部は、前記ブラケット部材又は前記サイドプレート自体に接合されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項３又は４記載の燃料電池スタックにおいて、少なくとも前記テーパ面又は前記テーパ形状部には、凹凸形状面が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記ブラケット部材は、前記エンドプレートの発電面方向に交差する側面に対応する押圧面を有し、
少なくとも前記側面又は前記押圧面には、凹凸形状面が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池スタックにおいて、前記ブラケット部材は、前記押圧面を有するとともに、前記押圧面とは反対側に第１テーパ面を有する第１ブラケットと、
前記第１テーパ面に接触する第２テーパ面を有し、前記締め付け部材により前記第１ブラケットと一体に前記エンドプレートに固定される第２ブラケットと、
を設けることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項９】
請求項７記載の燃料電池スタックにおいて、前記ブラケット部材は、前記押圧面とは反対側にテーパ面を有し、
前記テーパ面に前記締め付け部材が接触す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、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向両端部に配置されるエンドプレートと、前記積層体の側部に配置されるサイドプレートとを固定して前記積層体を保持する燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。
【０００３】
通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。
【０００４】
そこで、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化を図るとともに、各単位セルに所望の押圧力を作用させることを目的とする電池モジュールが、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
この電池モジュールは、図１１に示すように、電池積層体１とモジュール形成部材２とにより構成されている。電池積層体１は、発電層（ＭＥＡ）３と、冷却セパレータ４と、端部セパレータ５と、サンドイッチ構造の前記発電層３と交互に配置される中央セパレータ６とから構成されている。
【０００６】
モジュール形成部材２のモジュール折曲係合部２ａ、２ｂは、電池積層体１に積層方向の押圧力を作用させた状態で、前記電池積層体１の積層端に設けられた段差部７、８に折り曲げて係合させている。
【０００７】
そして、複数の電池モジュールを積層してなる積層体の両積層端には、図示しないが、それぞれ２つの集電板、絶縁板及びエンドプレートが配設されるとともに、これらが筐体状の積層体形成部材内に支持されることにより、燃料電池が構成されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−９２３２４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記の燃料電池では、各電池モジュール毎に個別に構成されるため、前記燃料電池を組み付ける際、各電池モジュール同士を正確に位置決め保持することが困難である。しかも、各電池モジュール同士に所望の締め付け荷重を付与する必要があり、構成が複雑化するとともに、燃料電池全体として良好な発電性能を得ることができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、積層体の積層方向に所望の締め付け荷重を確実に付与することが可能な燃料電池スタック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】
【００１１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された積層体を備え、前記積層体の積層方向両端部に配置されるエンドプレートと、前記積層体の側部に配置されるサイドプレートとが締結機構により固定される燃料電池スタックに関するものである。
【００１２】
締結機構は、サイドプレートの端部を屈曲乃至湾曲させてエンドプレートに押し付けるブラケット部材と、前記ブラケット部材を前記エンドプレートに締め付け固定する締め付け部材とを備えている。
【００１３】
また、ブラケット部材は、エンドプレートの発電面方向に平行なプレート面に対応する第１押圧面と、前記エンドプレートの前記プレート面に交差する側面に対応する第２押圧面とを有し、サイドプレートは、少なくとも前記プレート面と前記第１押圧面との間及び前記側面と前記第２押圧面との間に挟持されることが好ましい。
【００１４】
さらに、エンドプレートは、発電面方向に交差する側面に積層方向に向かって傾斜するテーパ面を有する一方、ブラケット部材は、前記テーパ面に押圧されるテーパ形状部を有し、サイドプレートは、少なくとも前記テーパ面と前記テーパ形状部との間に挟持されることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、エンドプレートは、発電面方向に平行なプレート面にテーパ面を設ける一方、ブラケット部材は、前記テーパ面に押圧されるテーパ形状部を有し、サイドプレートは、少なくとも前記テーパ面と前記テーパ形状部との間に挟持されることが好ましい。
【００１６】
また、サイドプレートの端部は、ブラケット部材又は前記サイドプレート自体に接合されることが好ましい。
【００１７】
さらに、少なくともテーパ面又はテーパ形状部には、凹凸形状面が設けられることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、ブラケット部材は、エンドプレートの発電面方向に交差する側面に対応する押圧面を有し、少なくとも前記側面又は前記押圧面には、凹凸形状面が設けられることが好ましい。
【００１９】
また、ブラケット部材は、押圧面を有するとともに、前記押圧面とは反対側に第１テーパ面を有する第１ブラケットと、前記第１テーパ面に接触する第２テーパ面を有し、締め付け部材により第１ブラケットと一体にエンドプレートに固定される第２ブラケットとを設けることが好ましい。
【００２０】
さらに、ブラケット部材は、押圧面とは反対側にテーパ面を有し、前記テーパ面に締め付け部材が接触することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、ブラケット部材によりサイドプレートの端部が屈曲乃至湾曲されてエンドプレートに押し付けられるとともに、前記ブラケット部材が締め付け部材を介して前記エンドプレートに締め付け固定されている。
【００２２】
このため、サイドプレートは、エンドプレートに対して強固且つ確実に固定され、前記サイドプレートに発生する積層方向の張力を介し、積層体に所望の締め付け荷重が良好に付与される。
【００２３】
しかも、エンドプレートとサイドプレートとは、ブラケット部材及び締め付け部材を介して固定されている。これにより、燃料電池スタック全体の構成が有効に簡素化されるとともに、容易にコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない車両に搭載される。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。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、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって配設される。
【００２６】
燃料電池スタック１０は、横方向（矢印Ｂ方向）が高さ方向（矢印Ｃ方向）よりも長尺に構成されており、積層体１４の側部である上部及び下部にサイドプレート２２ａ、２２ｂが配設される。サイドプレート２２ａ、２２ｂは、薄板状の金属パネルで構成され、前記サイドプレート２２ａ、２２ｂとエンドプレート２０ａ、２０ｂとは、締結機構２４により固定される。
【００２７】
図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１金属セパレータ３２及び第２金属セパレータ３４とを備える。なお、第１金属セパレータ３２及び第２金属セパレータ３４に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２８】
単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３８ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。
【００２９】
単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。
【００３０】
電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。
【００３１】
アノード側電極４４及びカソード側電極４６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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。
【００３２】
第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。
【００３３】
第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。
【００３４】
第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。
【００３５】
第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。
【００３６】
図１及び図２に示すように、締結機構２４は、サイドプレート２２ａ、２２ｂの矢印Ａ方向両端部を屈曲乃至湾曲させてエンドプレート２０ａ、２０ｂに押し付けるブラケット部材６０ａ〜６０ｄと、前記ブラケット部材６０ａ〜６０ｄを矢印Ｃ方向に向かって前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに締め付け固定する締め付け部材、例えば、複数のボルト６２とを備える。
【００３７】
ブラケット部材６０ａは、矢印Ｂ方向に長尺に構成されてサイドプレート２２ａの幅寸法と略同一寸法に設定されるとともに、断面略Ｌ字状を有する。このブラケット部材６０ａは、エンドプレート２０ａの発電面方向に平行なプレート面６４ａに対応する第１押圧面６６ａと、前記エンドプレート２０ａの前記プレート面６４ａに交差する側面６４ｂに対応する第２押圧面６６ｂとを有する（図２参照）。ブラケット部材６０ａには、ボルト６２を挿通させるために上下方向に貫通して複数、例えば、４つの孔部７０が設けられる。
【００３８】
サイドプレート２２ａの一端部は、プレート面６４ａと第１押圧面６６ａとの間及び側面６４ｂと第２押圧面６６ｂとの間に挟持されるとともに、前記第１押圧面６６ａの先端に溶接等による接合部６８を設けて固定される。サイドプレート２２ａの両端部には、ボルト６２を挿通させる複数、例えば、４つの孔部７１が形成される。なお、孔部７０、７１は、ボルト６２を挿通させるため、このボルト６２の直径より大径に設定してもよく、以下、特に説明しないが、例えば、長円状等、種々の形状に選択することができる。
【００３９】
エンドプレート２０ａの上下両側面６４ｂには、ボルト６２を螺合するために４つのねじ孔７２が形成される。他のブラケット部材６０ｂ〜６０ｄは、上記のブラケット部材６０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。サイドプレート２２ｂの両端部には、４つの孔部６９が形成される一方、エンドプレート２０ｂの上下両側面６４ｂには、エンドプレート２０ａと同様にねじ孔７２が形成される。
【００４０】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００４１】
先ず、図１に示すように、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔４０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。
【００４２】
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。
【００４３】
従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００４４】
次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａから外部に排出される。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａから外部に排出される。
【００４５】
また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３８ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３８ｂを移動してエンドプレート２０ａから排出される。
【００４６】
この場合、第１の実施形態では、図１及び図２に示すように、サイドプレート２２ａの矢印Ａ方向両端部は、それぞれブラケット部材６０ａ、６０ｂを介して屈曲された状態で、エンドプレート２０ａ、２０ｂにボルト６２を介して固定されている。一方、サイドプレート２２ｂの矢印Ａ方向両端部は、それぞれブラケット部材６０ｃ、６０ｄを介して屈曲された状態で、エンドプレート２０ａ、２０ｂにボルト６２を介して固定されている。
【００４７】
具体的には、サイドプレート２２ａの一端部は、ブラケット部材６０ａの第１押圧面６６ａとエンドプレート２０ａのプレート面６４ａとの間、及び前記ブラケット部材６０ａの第２押圧面６６ｂと前記エンドプレート２０ａの側面６４ｂとの間に、挟持されている。その際、第１押圧面６６ａと第２押圧面６６ｂとは、互いに略９０°の角度をなしている。
【００４８】
このため、サイドプレート２２ａの一端部は、エンドプレート２０ａに対して強固且つ確実に固定され、このサイドプレート２２ａに発生する積層方向の張力をブラケット部材６０ａにより確実に受けることができる。これにより、積層体１４には、所望の締め付け荷重が良好に付与されるという効果が得られる。
【００４９】
しかも、エンドプレート２０ａとサイドプレート２２ａとは、ブラケット部材６０ａ及びボルト６２を介して固定されている。従って、締結機構２４の構成が良好に簡素化される。
【００５０】
一方、サイドプレート２２ａの他端部とエンドプレート２０ｂとは、同様にブラケット部材６０ｂ及びボルト６２により固定されている。さらに、サイドプレート２２ｂの両端部とエンドプレート２０ａ、２０ｂとは、ブラケット部材６０ｃ、６０ｄ及び複数のボルト６２により固定されている。
【００５１】
このため、締結機構２４の作用下に、サイドプレート２２ａ、２２ｂに所望の張力を付与した状態で、前記サイドプレート２２ａ、２２ｂをエンドプレート２０ａ、２０ｂに対して強固に固定することができる。これにより、積層体１４全体に所望の締め付け荷重を確実に付与するとともに、燃料電池スタック１０全体の構成が有効に簡素化され、前記燃料電池スタック１０のコンパクト化が容易に図られるという効果が得られる。
【００５２】
さらにまた、サイドプレート２２ａの一端部は、ブラケット部材６０ａの第１押圧面６６ａの先端側に溶接等による接合部６８を介して固定されるとともに、第２押圧面６６ｂに挟持される部分に開けられた孔部７１に挿入されるボルト６２を介してエンドプレート２０ａに固定されている。従って、サイドプレート２２ａの一端部は、エンドプレート２０ａとブラケット部材６０ａとに挟持されて、強固且つ確実に固定される。
【００５３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック８０の一部拡大説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第８の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図４には、サイドプレート２２ａの一端部とエンドプレート２０ａの端部との結合状態のみが示されているが、このサイドプレート２２ａの他端部とエンドプレート２０ｂ、及びサイドプレート２２ｂの両端部とエンドプレート２０ａ、２０ｂとの接合状態は同様であり、その図示は省略する。第３の実施形態以降においても、同様にその図示は省略する。
【００５５】
燃料電池スタック８０は、締結機構８２を備えるとともに、前記締結機構８２は、ブラケット部材８４とボルト６２とを有する。サイドプレート２２ａの一端部は、エンドプレート２０ａのプレート面６４ａとブラケット部材８４の第１押圧面６６ａとの間、及び前記エンドプレート２０ａの側面６４ｂと前記ブラケット部材８４の第２押圧面６６ｂとの間に挟持される。サイドプレート２２ａの一端部は、さらにブラケット部材８４の外周を周回した後、積層方向に延在してその端部が溶接等の接合部６８により接合される。
【００５６】
このように構成される第２の実施形態では、サイドプレート２２ａの一端部は、ブラケット部材８４とエンドプレート２０ａとの間で屈曲して挟持されるとともに、このブラケット部材８４の外周を周回している。そして、サイドプレート２２ａは、ブラケット部材８４をサンドイッチした状態で、ボルト６２によりエンドプレート２０ａに固定されている。
【００５７】
これにより、サイドプレート２２ａの一端部は、ボルト６２を介してエンドプレート２０ａに一層強固且つ確実に固定される他、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０の一部拡大説明図である。
【００５９】
燃料電池スタック９０を構成する締結機構９２は、ブラケット部材９４及びボルト６２を備える。エンドプレート２０ａの側面６４ｂには、積層方向（矢印Ａ方向）に向かって傾斜するテーパ面９６が設けられる。ブラケット部材９４は、テーパ面９６に押圧されるテーパ形状部９８を有する。
【００６０】
サイドプレート２２ａの一端部は、エンドプレート２０ａのテーパ面９６とブラケット部材９４のテーパ形状部９８との間に挟持されるとともに、このブラケット部材９４を周回して接合部６８により接合される。
【００６１】
ボルト６２は、サイドプレート２２ａの孔部７１、ブラケット部材９４の孔部７０及び前記サイドプレート２２ａの孔部７１に挿入されて、前記エンドプレート２０ａのねじ孔７２にねじ込まれる。
【００６２】
これにより、第３の実施形態では、サイドプレート２２ａの一端部は、テーパ面９６とテーパ形状部９８との間に挟持されており、前記エンドプレート２０ａと前記ブラケット部材９４とにより強固且つ確実に固定される等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、サイドプレート２２ａは、テーパ面９６によりエンドプレート２０ａ、２０ｂ間の長さが調整され、前記サイドプレート２２ａによる締め付け力が調整可能になる。
【００６３】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部拡大説明図である。
【００６４】
この燃料電池スタック１００は、第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０と略同様に構成され、締結機構１０２を構成するブラケット部材１０４は、エンドプレート２０ａのテーパ面９６との間にサイドプレート２２ａの一端部を挟持するテーパ形状部９８を設ける。
【００６５】
ブラケット部材１０４は、略楔形状を有するとともに、サイドプレート２２ａの一端部は、このブラケット部材１０４を周回した後、前記サイドプレート２２ａの途上に接合部６８により一体に接合される。しかも、テーパ面９６を介してサイドプレート２２ａによる締め付け力が調整可能になる。従って、第４の実施形態では、上記の第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の一部拡大説明図である。
【００６７】
燃料電池スタック１１０を構成する締結機構１１２は、ブラケット部材１１４及びボルト１１６を備える。エンドプレート２０ａは、プレート面６４ａにテーパ面１１８を設けるとともに、このテーパ面１１８は、粗面化処理等によって凹凸形状面を構成する。
【００６８】
ブラケット部材１１４は、エンドプレート２０ａのテーパ面１１８に対応するテーパ形状部１２０を有するとともに、このテーパ形状部１２０の表面には、同様に凹凸形状面を構成する。なお、テーパ面１１８又はテーパ形状部１２０の一方にのみ、凹凸形状面を設けてもよい。また、以下に説明する第６の実施形態以降においても、同様である。
【００６９】
サイドプレート２２ａの一端部は、エンドプレート２０ａの側面６４ｂに沿ってプレート面６４ａ側に延在し、テーパ面１１８とテーパ形状部１２０との間に挟持される。サイドプレート２２ａは、さらにブラケット部材１１４を周回した状態で、ボルト１１６によって前記ブラケット部材１１４と一体的に前記エンドプレート２０ａに固定される。ボルト１１６は、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に向かって締め付けられており、サイドプレート２２ａを二重にしてエンドプレート２０ａに固定している。
【００７０】
このように構成される第５の実施形態では、テーパ面１１８及びテーパ形状部１２０は、凹凸形状面を構成しており、サイドプレート２２ａとの接触面に大きな摩擦力を発生させることができる。従って、サイドプレート２２ａに大きな張力が作用しても、凹凸形状面の摩擦力によって前記サイドプレート２２ａを一層強固且つ確実に固定することができるという効果が得られる。
【００７１】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタック１３０の一部拡大説明図である。
【００７２】
燃料電池スタック１３０を構成する締結機構１３２は、第１ブラケット１３４ａと第２ブラケット１３４ｂとを有するブラケット部材１３６を備え、このブラケット部材１３６がボルト６２によりエンドプレート２０ａに固定される。エンドプレート２０ａの側面６４ｂは、凹凸形状面を構成する一方、第１ブラケット１３４ａは、前記側面６４ｂに対応する押圧面１３８を有し、この押圧面１３８は、凹凸形状面を構成する。
【００７３】
第１ブラケット１３４ａは、押圧面１３８とは反対側に第１テーパ面１４０を有する一方、第２ブラケット１３４ｂは、前記第１テーパ面１４０に接触する第２テーパ面１４２を有する。
【００７４】
サイドプレート２２ａの一端部は、側面６４ｂと押圧面１３８との間に挟持されるとともに、第１ブラケット１３４ａと第２ブラケット１３４ｂとの間で、第１テーパ面１４０と第２テーパ面１４２との間で挟持される。この状態で、ボルト６２は、第２ブラケット１３４ｂ、サイドプレート２２ａ、第１ブラケット１３４ａ及び前記サイドプレート２２ａに挿入され、エンドプレート２０ａのねじ孔７２にねじ込まれる。
【００７５】
これにより、第６の実施形態では、サイドプレート２２ａの一端部が、凹凸形状面を構成する側面６４ｂ及び押圧面１３８間に挟持されるとともに、第１テーパ面１４０及び第２テーパ面１４２間に挟持されている。従って、サイドプレート２２ａの一端部を締結機構１３２によりエンドプレート２０ａに対し一層強固且つ確実に固定することができ、例えば、溶接等による接合部を設ける必要がない。
【００７６】
図９は、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタック１５０の一部拡大説明図である。
【００７７】
燃料電池スタック１５０を構成する締結機構１５２は、ブラケット部材１５４を備える。第６の実施形態と同様に、エンドプレート２０ａの側面６４ｂは、凹凸形状面を構成するとともに、ブラケット部材１５４は、前記側面６４ｂに対応する押圧面１５６を有する。この押圧面１５６は、好ましくは、凹凸形状面を構成している。ブラケット部材１５４は、押圧面１５６とは反対側にテーパ面１５８を有し、前記テーパ面１５８にボルト６２の頭部が接触する。
【００７８】
これにより、サイドプレート２２ａの端部は、プレート面６４ａと押圧面１５６との間に挟持されるとともに、ブラケット部材１５４を周回してテーパ面１５８に配置された状態で、ボルト６２がエンドプレート２０ａのねじ孔７２にねじ込まれる。このため、ブラケット部材１５４は矢印Ａ方向に移動可能であり、サイドプレート２２ａに対して矢印Ａ方向の張力が確実に付与される。
【００７９】
従って、第７の実施形態では、サイドプレート２２ａの一端部は、凹凸形状部を構成する側面６４ｂと押圧面１５６とに挟持されており、上記の第６の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタック１６０の一部拡大説明図である。
【００８１】
燃料電池スタック１６０を構成する締結機構１６２は、ブラケット部材１６４を備える。エンドプレート２０ａの側面６４ｂには、テーパ面１６６が設けられるとともに、このテーパ面１６６は、凹凸形状面を構成する。ブラケット部材１６４は、テーパ面１６６に対応するテーパ形状部１６８を有するとともに、前記テーパ形状部１６８には、必要に応じて凹凸形状面を設けることができる。
【００８２】
サイドプレート２２ａの一端部は、テーパ面１６６とテーパ形状部１６８とに挟持されるとともに、ブラケット部材１６４を周回して配置される。この状態で、ボルト６２がエンドプレート２０ａのねじ孔７２にねじ込まれることにより、サイドプレート２２ａは、締結機構１６２を介して前記サイドプレート２２ａに固定される。
【００８３】
従って、第８の実施形態では、サイドプレート２２ａをテーパ面１６６及びテーパ形状部１６８により強固に保持することができ、上記の各実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックの一部拡大説明図である。
【図１１】特許文献１に開示される電池モジュールの断面説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、８０、９０、１００、１１０、１３０、１５０、１６０…燃料電池スタック
１２…単位セル                    １４…積層体
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート    ２２ａ、２２ｂ…サイドプレート
２４、８２、９２、１０２、１１２、１３２、１５２、１６２…締結機構
３０…電解質膜・電極構造体        ３２、３４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜          ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極              ４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路                ５２…酸化剤ガス流路
６０ａ〜６０ｄ、８４、９４、１０４、１１４、１３６、１５４、１６４…ブラケット部材
６２、１１６…ボルト              ６４ａ…プレート面
６４ｂ…側面                      ６６ａ、６６ｂ、１３８、１５６…押圧面
６８…接合部                      ６９〜７１…孔部
７２…ねじ孔
９６、１１８、１４０、１４２、１５８、１６６…テーパ面
９８、１２０、１６８…テーパ形状部
１３４ａ、１３４ｂ…ブラケット
【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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