(57)【要約】【課題】スタックの面圧管理が不適切であると、燃料電池の性能低下やガスリークのおそれを生じる。【解決手段】燃料電池スタック１をその両端から圧縮方向に締め付ける端板を、少なくとも中央部が開口した第１の端板６と、該開口部を通してスタックに荷重を付与する第２の端板７とを設け、前記第１の端板と第２の端板とを、他端側の端板に対してそれぞれボルト・ナット２，３により個別に締め付ける。独立して締結力を付与する複数の端板を設けたことにより、スタック外周のガスシール領域と中央のガス拡散層領域の面圧を容易に最適値に調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位燃料電池セルを多数積層してなるスタックの両端部に端板を設け、該両端の端板同士を締結具を介してスタック圧縮方向に締結した燃料電池スタックにおいて、
前記端板を、少なくとも中央部が開口した第１の端板と、該開口部を通してスタックに荷重を付与する第２の端板とで構成し、
前記第１の端板と第２の端板とを、他端側の端板に対してそれぞれ独立した締結具により締結したことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記第１の端板および第２の端板とスタックとの間に、前記各端板に共通の板状部材を介装した請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第２の端板とスタックとの間に絶縁体を介装した請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記締結具は、スタック両端の端板間を貫通するボルトと該ボルトに螺合して端板に締付力を作用させるナットとからなる請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第２の端板は、前記第１の端板よりも径方向の外側に突出するように延設された腕部を備え、該腕部の前記突出部分を貫通するロッドにより、第１の端板よりも外側にてスタックに締結力を付与するように構成されている請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記第２の端板は、前記第１の端板を締結するロッドの一端部が貫通する位置に延設された腕部を備え、前記ロッドに螺合して第１の端板を締結するナットとは異なるナットにて前記腕部を締結することによりスタックに締結力を付与するように構成されている請求項４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】
本発明は単位燃料電池セルを多数積層した燃料電池スタックに関し、特にその締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックの締結構造として特許文献１に示したようなものが知られている。これは単位燃料電池セルを多数積層したスタックの両端に締結板を設け、各締結板同士をボルト、ナットにより締結したうえで、さらに前記第１の締結板の中央部に配置した弾性体を第２の締結板により締め付けることで、スタックの圧縮面圧を外周のガスシール部と中央のガス拡散層部分とで最適化しようとするものである。
【特許文献１】特開平８−１１５７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記構成においては、第１の締結板が撓むので第２の締結板による中央部の締結力を強くする必要があり、またスタックの面圧を管理する際に、二つの締結板の締結力を変える必要があり、適切な面圧管理が困難である。スタックの面圧管理が不適切であると、燃料電池の性能低下やガスリークのおそれを生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、単位燃料電池セルを多数積層してなるスタックの両端部に端板を設け、該両端の端板同士を締結具を介してスタック圧縮方向に締結する。ただし、前記端板として、少なくとも中央部が開口した第１の端板と、該開口部を通してスタックに荷重を付与する第２の端板とを設け、前記第１の端板と第２の端板とを、他端側の端板に対してそれぞれ独立した締結具により締結する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、燃料電池スタックの外周部と中央部をそれぞれ異なる端板によって締め付けることで、外周部（ガスシール領域）と中央部（ガス拡散層領域）の面圧を容易に最適な面圧に調整することができ、不適切な締め付けによる性能低下やガスリークを防止し、信頼性向上を図ることができ、メンテナンスも容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１〜図５に、本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する実施形態を示す。図１と図２は第１の実施形態であり、単位燃料電池セルを多数積層した燃料電池スタック１の端部に、スタック端面外周の主としてセルのガスシール領域に当接する第１の端板６と、中央のガス拡散層域に当接する第２の端板７とを設ける。
【０００７】
第１の端板６の中央部には前記第２の端板７を挿入可能なように開口部６ａを形成してある。第１の端板６は前記開口部６ａを包囲する形状の単一の板状に形成してあるが、開口部６ａをその一部が側方に開放した切欠状に形成し、または端板６を複数の部材で分割した構成としてもよい。
【０００８】
第２の端板６は、後述する締結具による締結状態において第１の端板６と干渉しないように所定の外径形状および厚さを設定すると共に、その端部から放射方向、この場合４方向に腕部７ａを設けてある。この腕部７ａにより締結力を端板７に作用させる。この第２の端板７についてもこれを複数個設けた構成とすることができる。
【０００９】
図３は端板構造に関する第２の実施形態である。これは各端板６，７と燃料電池スタック１の端部との間に、該スタック１の端面形状に対応する板状の中間部材８を介装してある。中間部材８は絶縁体または絶縁体と電流取り出し用の電極板とを接合した材料からなっている。図４と図５はそれぞれ端板構造に関する第３、第４の実施形態である。これらの実施形態では電流リークのおそれがより高いスタック１の中央部に当接する第２の端板７との間に絶縁体９を介装してある。図５は図４よりも絶縁体９の厚さを大きくしたものである。前記図３〜５の実施形態により燃料電池使用時の電流リークのおそれをより低減して信頼性を向上できると共に、燃料電池の組み立て、取り扱い時の感電防止を図ることができる。
【００１０】
図６以下に、前記第１の端板６と第２の端板７とを用いたスタック締結構造に関する実施形態を示す。図６は、燃料電池スタック１の一端側に前記端板６と７を、他端側に単板状の端板５を設け、これらをスタック１を貫通する長尺のボルト２とこのボルト２に螺合するナット３からなる締結具により締め付けた構成を有する。図７に示したように端板６と７の組をスタック１の両端に設けるようにしてもよい。
【００１１】
この締結構造を構成するために、第２の端板７には図８に示したように、矩形断面形状を有するスタック１の側面に直交する４方向、または図９に示したように対角線に沿った４方向に腕部７ａを延設し、各腕部７ａに、スタック１のボルト孔（図示せず）と同一位置となるようにボルト孔７ｂを設けてある。この場合、第１の端板６と第２の端板７は、それぞれを個々に締め込むナット３を介して共通のボルト２により締結される。
【００１２】
この締結構造において、第１の端板６と第２の端板７とは、それぞれに当接するナット３により個々に締結力を付与できるので、スタック１の外周部と中央部のそれぞれに容易に適切な圧縮力を設定することができる。また、この構成は、締結具であるボルト２が端板６，７とスタック１を貫通する構成であるので、燃料電池の外形寸法を小さくまとめることができ、また各端板６，７について共通のボルト２を使用するので部品点数が少ないという利点がある。
【００１３】
燃料電池の小型化を図る上では、図１０に示したように端板６または７のナット３を締め付ける部分に凹部１１を形成し、ナット３を埋め込むようにするのことが望ましい。図１０において４は平座金またはバネ座金等の座金である。
【００１４】
図１１は、各端板６，７に共通のボルト２をスタック１の外側を通るように設定した実施形態である。この構成では図６のものに比較して燃料電池の寸法がやや大きくなるが、スタック１にボルト２が貫通する孔部を設ける必要がないので、セル構造にかかわらず適用できる利点がある。
【００１５】
図１２は、燃料電池スタック１の一端側に前記端板６と７を、他端側に単板状の端板５を設け、代１の端板６についてはスタック１を貫通するボルト２およびナット３により、第２の端板７についてはスタック１の外側を通るボルト２およびナット３により、それぞれ個々に締め付けるようにしたものである。図１３に示したように端板６と７の組をスタック１の両端に設けるようにしてもよい。
【００１６】
この締結構造を構成するために、第２の端板７には図１４に示したように、矩形断面形状を有するスタック１の側面に直交する４方向、または図１５に示したように対角線に沿った４方向に、スタック１の外形よりも外側に突出するように腕部７ａを延設し、各腕部７ａに、スタック１の外側に位置するようにボルト孔７ｂを設けてある。
【００１７】
この締結構造において、第１の端板６と第２の端板７とは、それぞれに当接するナット３により個々に締結力を付与できるので、スタック１の外周部と中央部のそれぞれに容易に適切な圧縮力を設定することができる。また、この構成は、２つの端板６，７のそれぞれにボルト２を設けているので、前出の実施形態に比較して部品点数は増えるが、ボルト２としてより呼び径の細いものまたは比較的強度が低く安価な材質のものを適用することができる。
【００１８】
図１６に示したように、端板６を締め付けるボルト２についてもスタック１の外側を通るように設定することにより、セル構造を問わずに締付を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する第１の実施形態の外観斜視図。
【図２】本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する第１の実施形態の概略側面図。
【図３】本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する第２の実施形態の概略側面図。
【図４】本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する第３の実施形態の概略側面図。
【図５】本発明による燃料電池スタックの端板構造に関する第４の実施形態の概略側面図。
【図６】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第１の実施形態の概略側面図
【図７】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第２の実施形態の概略側面図
【図８】図６または図７の実施形態に適用する端板の形状を示す第１の概略正面図。
【図９】図６または図７の実施形態に適用する端板の形状を示す第２の概略正面図。
【図１０】前記端板のナット締付部分の側面図。
【図１１】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第３の実施形態の概略側面図
【図１２】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第４の実施形態の概略側面図
【図１３】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第５の実施形態の概略側面図
【図１４】図１２または図１３の実施形態に適用する端板の形状を示す第１の概略正面図。
【図１５】図１２または図１３の実施形態に適用する端板の形状を示す第２の概略面図。
【図１６】本発明による燃料電池スタックの締結構造に関する第６の実施形態の概略側面図
【符号の説明】
【００２０】
１  燃料電池スタック
２  ボルト
３  ナット
４  座金
６  第１の端板
６ａ  開口部
７  第２の端板
７ｂ  腕部
８  中間部材
９  絶縁体
【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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