(57)【要約】【課題】単位セルが積層された積層体をケーシング内に良好に収容するとともに、組み付け作業を容易且つ効率的に遂行可能にする。【解決手段】先ず、積層体１４を収容することなくケーシング２４が組み付けられ、例えば、連結ピン６４ａが第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａに挿入された状態で、前記第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面が加工される。次いで、連結ピン６４ａが一旦取り外された後、積層体１４を収容してケーシング２４が組み付けられ、第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面同士が同一面上に配置された状態で連結ピン６４ａが各孔６７ｃ、７１ａに同軸的に挿入される。【選択図】図１
2005243282.tif 000002
【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・電極構造体を、一対のセパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、前記ケーシングは、前記積層体の積層方向両端部に配置される端板と、前記積層体の側部に配置される複数の側板と、前記側板に設けられる第１連結部及び前記側板に設けられる第２連結部に同軸的に挿入されて前記端板と前記側板とを連結する連結ピンとを備えた燃料電池スタックの組み付け方法であって、
先ず、前記積層体を収容することなく、前記端板と前記側板とで前記ケーシングを組み立てるとともに、前記第１及び第２連結部に前記連結ピンを同軸的に挿入する工程と、
少なくとも前記第１連結部又は前記第２連結部の一方の端面に研削乃至切削加工を施して、該第１及び第２連結部の端面同士を同一面上に形成する工程と、
前記連結ピンを前記第１及び第２連結部から取り出して前記ケーシングを一旦分解する工程と、
前記積層体を収容して前記ケーシングを組み立てるとともに、前記第１及び第２連結部の端面同士を同一面上に配置した状態で、前記連結ピンを該第１及び第２連結部に同軸的に挿入する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み付け方法。
【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・電極構造体を、一対のセパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックの組み付け方法に関する。
【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アノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・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。アノード側電極及びカソード側電極は、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ている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
通常、この種の燃料電池は、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。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１の燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図１１に示すように、複数の単位セル１を積層した積層体２を備えるとともに、この積層体２の積層方向両端にエンドプレート３、３を介装して補助プレート４ａ、４ｂが配設されている。
【０００６】
積層体２の両側部に沿って、一対の締結バンド５、５が配置されている。締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂの端部には、円筒状の連結部６がそれぞれの孔部が一直線上に並ぶように設けられている。そして、各連結部６に金属ピン７が挿入されることにより、締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂが一体的に連結されている。
【０００７】
補助プレート４ａには、複数のボルト８が螺合する一方、補助プレート４ｂには、複数の皿ばね９が配設されている。従って、ボルト８が螺入されると、補助プレート４ａが下方に押圧されるとともに、補助プレート４ｂに配置された皿ばね９が圧縮され、エンドプレート３を介して積層体２に必要な締結圧が付与される、としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５３４４号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１では、ボルト８と皿ばね９とにより積層体２に締結圧を付与するため、各単位セル１の面内厚さのばらつきによる面圧の不均一を抑制することができない。特に、セパレータとして薄板波形状の金属セパレータが使用される際には、締結圧によってこの金属セパレータに変形が発生し易く、面圧分布が不均一になって発電性能及びシール性の低下が惹起されるという問題がある。
【００１０】
しかも、積層体２の両側部に沿って一対の締結バンド５、５が配置され、この締結バンド５、５と補助プレート４ａ、４ｂとによってのみ、前記積層体２が締め付け保持されている。このため、積層体２には、曲がりや捻れ等が発生し易く、燃料電池スタックの外形寸法ばらつきが大きくなって、実車搭載性が低下してしまう。
【００１１】
さらに、締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂの端部に設けられている連結部６には、それぞれ設計上の交差が生じており、各孔部位置にずれが発生し易い。従って、積層体２を収容した状態で、締結バンド５、５の各連結部と補助プレート４ａ、４ｂの連結部とに金属ピン７を一体的に挿入する作業は、相当に煩雑である。これにより、燃料電池スタックの組み付け作業全体を効率的に行うことができないという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、単位セルが積層された積層体をケーシング内に良好に収容するとともに、組み付け作業を容易且つ効率的に行うことが可能な燃料電池スタックの組み付け方法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】
【００１３】
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・電極構造体を、一対のセパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、前記ケーシングは、前記積層体の積層方向両端部に配置される端板と、前記積層体の側部に配置される複数の側板と、前記側板に設けられる第１連結部及び前記側板に設けられる第２連結部に同軸的に挿入されて前記端板と前記側板とを連結する連結ピンとを備えた燃料電池スタックの組み付け方法である。
【００１４】
そこで、先ず、積層体を収容することなく、端板と側板とでケーシングを組み立てるとともに、第１及び第２連結部に連結ピンが同軸的に挿入される。この状態で、少なくとも第１連結部又は第２連結部の一方の端面に研削乃至切削加工が施されて、該第１及び第２連結部の端面同士が同一面上に形成される。
【００１５】
次いで、連結ピンが第１及び第２連結部から取り出されてケーシングが一旦分解される。さらに、積層体を収容してケーシングが組み立てられるとともに、第１及び第２連結部の端面同士が同一面上に配置された状態で、連結ピンが前記第１及び第２連結部に同軸的に挿入される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、積層体を収容することなく、ケーシングが組み付けられて連結ピンが第１及び第２連結部に同軸的に挿入された状態で、前記第１及び第２連結部の端面が加工される。このため、端板及び側板自体の設計上の公差によって、第１及び第２連結部の各孔位置にずれが生じていても、積層体を収容する前に前記孔位置のずれを修正することができる。
【００１７】
従って、積層体を収容してケーシングが組み付けられた状態で、第１及び第２連結部の各端面同士を同一面上に配置するだけで、前記第１及び第２連結部の各孔位置が同軸上に正確に配置され、前記各孔に連結ピンを容易且つ確実に挿入することが可能になる。これにより、燃料電池スタックの組み付け作業が効率的に遂行されるとともに、高精度な組み付けが良好に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る組み付け方法が実施され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。
【００１９】
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１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、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、絶縁性スペーサ部材２２及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４により一体的に保持される。
【００２０】
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及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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の両面に接合される。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が直接ケーシング２４に接触することを阻止すべく、シール５７が介装される。図１及び図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部５８ａ、５８ｂが形成される。端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。
【００３０】
ケーシング２４は、図１に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）６２ａ〜６２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン６４ａ、６４ｂとを備える。
【００３１】
エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの第１連結部６６ａ、６６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部６６ｃ、６６ｄが突出形成される。第１連結部６６ａ〜６６ｄには、孔６７ａ〜６７ｄが貫通形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部６８ａ、６８ｂが形成される。このボス部６８ａ、６８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。
【００３２】
積層体１４の横方向両側に配置される側板６０ａ、６０ｃの長手方向両端には、第２連結部７０ａ、７０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板６０ｂ、６０ｄの長手方向両端には、第２連結部７２ａ、７２ｂが３つずつ形成される。第２連結部７０ａ、７０ｂには、孔７１ａ、７１ｂが形成されるとともに、第２連結部７２ａ、７２ｂには、孔７３ａ、７３ｂが形成される。
【００３３】
側板６０ａ、６０ｃの各第２連結部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部６６ｃ、６６ｄが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン６４ａが一体的に挿入されて、前記側板６０ａ、６０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
【００３４】
同様に、側板６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部６６ａ、６６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン６４ｂが一体的に挿入されて、前記側板６０ｂ、６０ｄが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
【００３５】
側板６０ａ〜６０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔７４が形成される一方、アングル部材６２ａ〜６２ｄの各辺には、前記ねじ孔７４に対応して孔部７６が形成される。各孔部７６に挿入される各ねじ７８がねじ孔７４に螺合することにより、アングル部材６２ａ〜６２ｄを介して側板６０ａ〜６０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図４参照）。
【００３６】
なお、アングル部材６２ａ〜６２ｄにねじ孔を形成する一方、側板６０ａ〜６０ｄに孔部を形成し、前記アングル部材６２ａ〜６２ｄを前記側板６０ａ〜６０ｄの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。
【００３７】
図１及び図２に示すように、スペーサ部材２２は、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２２は、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体１４の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２２を用いなくてもよい。
【００３８】
図５は、前記燃料電池スタック１０を組み付けるための組立装置８０の概略斜視説明図であり、図６は、前記組立装置８０の側面図である。
【００３９】
組立装置８０は、フレーム部材８２を備える。フレーム部材８２は、矢印Ａ方向両端に配置される固定板８４ａ、８４ｂと、前記固定板８４ａ、８４ｂの四隅に配置されて矢印Ａ方向に延在する互いに平行な４本のガイドバー８６と、前記ガイドバー８６に支持されて前記固定板８４ａ、８４ｂ間に配置される中間固定板８４ｃとを備える。中間固定板８４ｃは、固定板８４ｂに近接している。
【００４０】
フレーム部材８２を構成する一方の固定板８４ａには、ブロック８８ａを介して一対の滑車部９０が取り付けられる。フレーム部材８２を構成する他方の固定板８４ｂの下部には、ブロック８８ｂを介して一対の支持ロッド部９２が高さ調整可能に固定される。
【００４１】
滑車部９０は、ストッパ９４に保持されて水平床面Ｆ上に配置される一方、支持ロッド部９２は、前記水平床面Ｆ上に配置される。フレーム部材８２は、通常、矢印Ａ１方向先端（固定板８４ａ側）を矢印Ａ２方向先端（固定板８４ｂ側）よりも下方に傾斜している。
【００４２】
フレーム部材８２は、少なくともユニット化された単位セル１２を含む各積層部品を滑車部９０側から矢印Ａ２方向に積層して燃料電池スタック１０を得るための載置部９６と、前記燃料電池スタック１０に矢印Ａ１方向に押圧力を付与するための加圧部９８とを備える。
【００４３】
載置部９６は、図５に示すように、積層部品、例えば、ユニット化された単位セル１２の一方の長辺である第１の辺１００ａを底辺とする一方、前記第１の辺１００ａに隣り合う両方の短辺である第２及び第３の辺１００ｂ、１００ｃを側辺とし、前記第２の辺１００ｂを前記第３の辺１００ｃより下方に傾斜させて、前記第１及び第２の辺１００ａ、１００ｂをそれぞれ位置決め支持する第１及び第２位置決め部１０２、１０４を備える。
【００４４】
図５及び図７に示すように、第１位置決め部１０２は、矢印Ａ方向に互いに平行しかつそれぞれの高さ（矢印Ｃ方向）が異なる下部支持ロッド１０６ａ、１０６ｂを設ける一方、第２位置決め部１０４は、矢印Ａ方向に延在する側部支持ロッド１０８を設ける。下部支持ロッド１０６ａ、１０６ｂ及び側部支持ロッド１０８は、固定板８４ａと中間固定板８４ｃとに両端が取り外し自在に支持されている。下部支持ロッド１０６ａは、下部支持ロッド１０６ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、側部支持ロッド１０８側に近接する。
【００４５】
図５及び図６に示すように、加圧部９８は、フレーム部材８２を構成する固定板８４ｂに固定されるシリンダ１１０を備える。シリンダ１１０から矢印Ａ１方向に突出するロッド１１２の先端には、押圧部１１４が連結されるとともに、この押圧部１１４が押圧プレート１１６に係合する。
【００４６】
押圧プレート１１６は、４本のガイドバー８６に支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。押圧プレート１１６には、下部支持ロッド１０６ａ、１０６ｂ及び側部支持ロッド１０８を挿入するための孔部１１８が形成される（図５参照）。この押圧プレート１１６の長手方向（矢印Ｂ方向）両端には、作業者が把持可能な取手部１２０が設けられる。
【００４７】
図６に示すように、水平床面Ｆ上には、滑車部９０側に近接する位置に、フレーム部材８２の下部に係合して前記フレーム部材８２を矢印Ｇ方向に揺動させる昇降部１２２が配置される。昇降部１２２は、例えば、ジャッキ等で構成されており、燃料電池スタック１０の積層方向上流を上方に揺動させて前記燃料電池スタック１０を水平姿勢に配置可能である。なお、昇降部１２２は、手動操作あるいは自動操作可能である種々のアクチュエータを採用可能である。
【００４８】
次に、組立装置８０を用いて燃料電池スタック１０を組み立てる作業について、以下に説明する。
【００４９】
先ず、積層体１４を含む積層部品を収容することなく、ケーシング２４を組み立てる。すなわち、図８に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ〜６０ｄとが組み立てられる。この際、エンドプレート２０ａ、２０ｂの第１連結部６６ｃ、６６ｄは、側板６０ａ、６０ｃの第２連結部７０ａ、７０ｂ間に配置されるとともに、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの第１連結部６６ａ、６６ｂと、側板６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂとが交互に配置される。
【００５０】
次いで、図９に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂの第１連結部６６ｃ、６６ｄと、側板６０ａ、６０ｃの第２連結部７０ａ、７０ｂとに、連結ピン６４ａが同軸的に挿入されるとともに、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの第１連結部６６ａ、６６ｂと側板６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂとに、連結ピン６４ｂが同軸的に挿入される。
【００５１】
例えば、エンドプレート２０ａと側板６０ａとの連結部分では、図１０に示すように、第１連結部６６ｃと第２連結部７０ａとにおいて、設計上の交差によってそれぞれの孔６７ｃ、７１ａの位置にずれが生じ易い。このため、連結ピン６４ａを孔６７ｃ、７１ａに一体的に挿入した状態では、第１連結部６６ｃと第２連結部７０ａとの端面位置にばらつきが発生している。
【００５２】
そこで、例えば、第２連結部７０ａの端面位置Ｈを基準端面位置とし、この基準端面位置Ｈから外方に長さＬだけ突出している第１連結部６６ｃの端面に、研削乃至切削加工が施される。これにより、第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面同士を同一面上に形成することができる。
【００５３】
同様に、エンドプレート２０ａと側板６０ｂ〜６０ｄの連結部分において、第１連結部６６ａ、６６ｃ及び６６ａと第２連結部７２ａ、７０ａ及び７２ｂとの端面同士が同一面上に位置するように、研削乃至切削加工が施される。一方、エンドプレート２０ｂと側板６０ａ〜６０ｄの連結部分においても、第１連結部６６ｄ、６６ｂ、６６ｄ及び６６ｂと第２連結部７０ａ、７２ｂ、７０ｂ及び７２ｂとの端面同士が同一面上に位置するように、研削乃至切削加工が施される。
【００５４】
次に、連結ピン６４ａ、６４ｂが取り外されてエンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ〜６０ｄとの組み付け状態が解除され、ケーシング２４が分解される。さらに、組立装置８０を用い、積層体１４を含む積層部品を収容してケーシング２４の組み立て作業が行われる。
【００５５】
具体的には、図６に示すように、組立装置８０を構成するフレーム部材８２は、滑車部９０と支持ロッド部９２とが水平床面Ｆ上に配置されることにより、水平方向に対し傾斜している。そこで、フレーム部材８２の載置部９６には、固定板８４ａ側からエンドプレート２０ａ、絶縁プレート１８及びターミナルプレート１６ａが、順次、配置される。
【００５６】
さらに、ターミナルプレート１６ａに積層して、単位セル１２が載置部９６に配置される。その際、単位セル１２は、電解質膜・電極構造体３０と第１及び第２金属セパレータ３２、３４とが図示しない固定具等によって一体的に固定されており、前記単位セル１２がユニットとして取り扱われる。載置部９６に所定数の単位セル１２が積層された後、この載置部９６には積層部品であるターミナルプレート１６ｂ、スペーサ部材２２及びエンドプレート２０ｂが積層される。
【００５７】
次いで、加圧部９８を構成するシリンダ１１０が駆動され、ロッド１１２を介して押圧部１１４が矢印Ａ１方向に押し出される。これにより、押圧部１１４は押圧プレート１１６を矢印Ａ１方向に押圧し、載置部９６に載置されている燃料電池スタック１０には、前記押圧プレート１１６を介して積層方向に沿って所定の押圧力が付与される。
【００５８】
さらに、第１位置決め部１０２を構成する下部支持ロッド１０６ａ、１０６ｂと、第２位置決め部１０４を構成する側部支持ロッド１０８とが取り外される。このため、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａ、２０ｂが固定板８４ａと押圧プレート１１６とによってのみ支持されている。この状態で、燃料電池スタック１０の側部には、側板６０ａ〜６０ｄが配置される。
【００５９】
その際、本実施形態では、エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ〜６０ｄとの連結部分には、予め、連結ピン６４ａ、６４ｂを挿入した状態で、研削乃至切削加工が施されている。従って、例えば、エンドプレート２０ａと側板６０ａとの連結部分では、図１０に示すように、第１連結部６６ｃの孔６７ｃと第２連結部７０ａの孔７１ａとが同軸的に配置される際に、前記第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面同士が同一面（基準端面位置Ｈ）上に配置される。
【００６０】
そこで、エンドプレート２０ａは、第１連結部６６ｃの端面が固定板８４ａに支持されており、側板６０ａの第２連結部７０ａの端面が前記固定板８４ａに当接した状態で、前記側板６０ａが前記エンドプレート２０ａ側に移動される。これにより、第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの孔６７ｃ、７１ａを同軸上に容易に配置させることができ、前記孔６７ｃ、７１ａに連結ピン６４ａを迅速且つ確実に挿入することが可能になる。
【００６１】
なお、燃料電池スタック１０を収容してケーシング２４を組み立てる際に使用される連結ピン６４ａは、予め、この燃料電池スタック１０を収容することなく、前記ケーシング２４を組み付ける際に使用される連結ピン６４ａよりも、わずかに小径に構成されることが好ましい。
【００６２】
同様に、エンドプレート２０ｂと側板６０ａとの連結部分では、第１連結部６６ｄと第２連結部７０ａとに、予め、それぞれの端面同士を同一面上に形成するための研削乃至切削加工が施されている。従って、第２連結部７０ａを押圧プレート１１６に沿って摺動させるだけで、それぞれの孔６７ｄ、７１ａが同軸上に配置される。
【００６３】
また、エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ｂ〜６０ｄとにおいても、第１連結部６６ａ、６６ｂと第２連結部７２ａ、７２ａ同士、第１連結部６６ｃ、６６ｄと第２連結部７０ｂ、７０ｂ同士及び第１連結部６６ａ、６６ｂと第２連結部７２ｂ、７２ｂ同士を、それぞれ容易且つ確実に位置決めすることができる。
【００６４】
このため、本実施形態では、連結ピン６４ａ、６４ｂの挿入作業が一挙に簡素化し、燃料電池スタック１０の組み付け作業全体が効率的に遂行されるとともに、高精度な組み付けが良好に行われるという効果が得られる。
【００６５】
なお、エンドプレート２０ａの第１連結部６６ｃと側板６０ａの第２連結部７０ａとの位置決めは、固定板８４ａを基準にして行っているが、これに限定されるものではない。例えば、図示しない押圧部材により第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面を押圧したり、目視により前記第１及び第２連結部６６ｃ、７０ａの端面位置が一致する位置を確認したりすることができる。また、他の連結部分においても同様である。
【００６６】
エンドプレート２０ａ、２０ｂと側板６０ａ〜６０ｄとが、連結ピン６４ａ、６４ｂにより一体的に固定された後、前記側板６０ａ〜６０ｄがアングル部材６２ａ〜６２ｄにより固定される。そして、上記のように、燃料電池スタック１０が組み立てられると、昇降部１２２が駆動されてフレーム部材８２が矢印Ｇ方向に揺動される。これにより、燃料電池スタック１０は、水平姿勢に配置され、この燃料電池スタック１０をフレーム部材８２から容易に取り出すことができる。
【００６７】
このように構成される燃料電池スタック１０では、図４に示すように、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明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】前記燃料電池スタックの斜視説明図である。
【図５】前記燃料電池スタックを組み付ける組立装置の概略斜視図である。
【図６】前記組立装置の側面図である。
【図７】前記組立装置の正面図である。
【図８】前記燃料電池スタックを構成するケーシングのみを予め組み立てる際の説明図である。
【図９】前記ケーシングに連結ピンを挿入する際の説明図である。
【図１０】前記ケーシングの連結部位に加工を施す際の説明図である。
【図１１】特許文献１の燃料電池スタックの概略説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…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
２４…ケーシング              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…側板
６２ａ〜６２ｄ…アングル部材  ６４ａ、６４ｂ…連結ピン
６６ａ〜６６ｄ、７０ａ、７０ｂ、７２ａ、７２ｂ…連結部
６７ａ〜６７ｄ、７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ…孔
８０…組立装置                ８２…フレーム部材
８４ａ、８４ｂ…固定板        ８４ｃ…中間固定板
９６…載置部                  ９８…加圧部
１０６ａ、１０６ｂ…下部支持ロッド
１０８…側部支持ロッド        １１６…押圧プレート
【図１】
2005243282.tif 000003
【図２】
2005243282.tif 000004
【図３】
2005243282.tif 000005
【図４】
2005243282.tif 000006
【図５】
2005243282.tif 000007
【図６】
2005243282.tif 000008
【図７】
2005243282.tif 000009
【図８】
2005243282.tif 000010
【図９】
2005243282.tif 000011
【図１０】
2005243282.tif 000012
【図１１】
2005243282.tif 000013