(57)【要約】【課題】  燃料電池スタックをロッドを用いて締結する際のスタック全体のねじれを防止する。【解決手段】  燃料電池スタックの四隅に設けたテンションロッド６３，６５，６７，６９の締結方向（ここでの締結方向とは、テンションロッド先端のねじ部に螺合するナットの回転方向とする）について、冷却水入口５９近傍のテンションロッド６３および酸化剤ガス出口５７近傍のテンションロッド６５を時計回り方向とし、冷却水出口６１近傍のテンションロッド６７および酸化剤ガス入口５５近傍のテンションロッド６９を、反時計回り方向とする。【選択図】      図４
2005310467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の一方側にアノード側電極を、同他方側にカソード側電極をそれぞれ配置し、さらにその外側を一対のセパレータで挟んで単位電池を構成し、この単位電池を複数積層してなる積層体の両側に固定部材を配置し、これら固定部材および積層体からなるスタック構成部品に対し複数のロッドを貫通させて固定する燃料電池スタックにおいて、前記複数のロッドと、このロッドのねじ部に螺合するナットとを、互いに回転によって締結する際に、前記ロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向としたこと特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタックにおいて、前記複数の締結具のうち、少なくとも２つの締結具で前記スタック構成部品の位置決めを行い、この位置決めを行う締結具のうちの１つは、前記積層体内に供給する冷却水の入口近傍に位置し、かつ前記スタック構成部品に設けた前記ロッドを挿入する第１貫通孔の内面に密着して位置決めを行う第１締結具とし、前記位置決めを行う締結具のうち他のものは、締結具の回転による締結時での前記スタック構成部品の回転方向の位置決めを実施するように、その締結具のロッドを挿入する第２貫通孔の一部に接触する第２締結具とし、前記第２貫通孔は、互いに平行な直線部分を前記第２締結具のロッドに対する接触部の一部として有するとともに、前記直線部分の延長方向が、前記第１締結具の中心と前記第２締結具の中心とを結ぶ直線方向であること特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、前記単位電池の中心部を間に挟んで互いに対向する位置にある締結具相互の回転方向を互いに逆方向とすることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池スタックにおいて、前記互いに対向する位置にある締結具同士は、これらが一組となって順に締結されるものであることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１締結具の回転方向に対し、前記第２締結具の回転方向を逆とすることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１締結具のロッドと前記第１貫通孔での前記スタック構成部品との接触面積が、他の締結具のロッドとそのロッドが挿入される貫通孔での前記スタック構成部品との接触面積の総和に等しいことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、複数の締結具のうち前記第１締結具は、最初に締結されるもので、他の締結具は、前記第１締結具との距離が長い順に締結されるものであることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項８】
電解質膜の一方側にアノード側電極を、同他方側にカソード側電極をそれぞれ配置し、さらにその外側を一対のセパレータで挟んで単位電池を構成し、この単位電池を複数積層してなる積層体の両側に固定部材を配置し、これら固定部材および積層体からなるスタック構成部品に対し複数のロッドを貫通させて固定する燃料電池スタックの固定方法において、前記複数のロッドと、このロッドのねじ部に螺合するナットとを、互いに回転によって締結する際に、前記ロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、前記単位電池の中心を間に挟んで互いに対向する位置にある締結具同士で互いに逆方向とし、前記互いに対向する位置にある締結具同士は、これらを一組として順に締結することを特徴とする燃料電池スタックの固定方法。
【請求項９】
電解質膜の一方側にアノード側電極を、同他方側にカソード側電極をそれぞれ配置し、さらにその外側を一対のセパレータで挟んで単位電池を構成し、この単位電池を複数積層してなる積層体の両側に固定部材を配置し、これら固定部材および積層体からなるスタック構成部品に対し複数のロッドを貫通させて固定する燃料電池スタックの固定方法において、前記複数のロッドと、このロッドのねじ部に螺合するナットとを、互いに回転によって締結する際に、前記ロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向とし、前記複数の締結具のうち、少なくとも２つの締結具で前記スタック構成部品の位置決めを行い、この位置決めを行う締結具のうちの１つは、前記積層体内に供給する冷却水の入口近傍に位置し、かつ前記スタック構成部品に設けた前記ロッドを挿入する第１貫通孔の内面に密着して位置決めを行う第１締結具とし、前記位置決めを行う締結具のうち他のものは、締結具の回転による締結時での前記スタック構成部品の回転方向の位置決めを実施するように、その締結具のロッドを挿入する第２貫通孔の一部に接触する第２締結具とし、前記第２貫通孔は、互いに平行な直線部分を前記第２締結具の接触部の一部として有するとともに、前記直線部分の延長方向が、前記第１締結具の中心と前記第２締結具の中心線とを結ぶ直線方向であり、複数の締結具のうち前記第１締結具を、最初に締結し、他の締結具を、前記第１締結具との距離が長い順に締結すること特徴とする燃料電池スタックの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の一方側にアノード側電極を、同他方側にカソード側電極をそれぞれ配置し、さらにその外側を一対のセパレータで挟んで単位電池を構成し、この単位電池を複数積層して構成した燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を配置して構成した膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持して単位電池を構成している。上記したアノード側電極およびカソード側電極は、いずれも触媒層およびガス拡散層を備えている。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池は、通常、単位電池を所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用する。
【０００４】
上記した燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給する燃料ガス（水素含有ガス）は、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された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が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。一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００５】
ところで、燃料電池スタックとして構成する際に、その両端にエンドプレートと呼ばれる固定部材を配置し、エンドプレート間を複数のテンションロッドを貫通させて締結する構造を有するものが、下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−５６８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、この場合、テンションロッド先端のねじ部に螺合する締付ナットに対するトルクによってスタック全体でねじれが発生する。このようなねじれが発生した状態で、燃料電池スタックの運転中の温度上昇に起因するスタック構成部品の熱膨張によって、燃料電池スタックにかかる面圧分布が不均一となる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池スタックをロッドを用いて締結する際のスタック全体のねじれを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電解質膜の一方側にアノード側電極を、同他方側にカソード側電極をそれぞれ配置し、さらにその外側を一対のセパレータで挟んで単位電池を構成し、この単位電池を複数積層してなる積層体の両側に固定部材を配置し、これら固定部材および積層体からなるスタック構成部品に対し複数のロッドを貫通させて固定する燃料電池スタックにおいて、前記複数のロッドと、このロッドのねじ部に螺合するナットとを、互いに回転によって締結する際に、前記ロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向としたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のロッドと、このロッドのねじ部に螺合するナットとを、互いに回転によって締結する際に、ロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向としたので、燃料電池スタックにか作用するねじれ方向のモーメントを減少させ、スタック全体のねじれを防止することができ、燃料電池スタックにかかる面圧分布を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
まず、本発明の全実施形態にわたって共通するか、または類似する部分の基本となる構成および作用を、図１〜３を用いて説明する。本発明に係わる燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池とする。）であり、例えば燃料電池自動車に搭載する。ただし、自動車以外に用いてもよい。
【００１２】
図1は燃料電池スタックの全体を示す斜視図である。この燃料電池スタックは、１Ｖ程度の起電圧を生じる単位電池１を、複数積層して積層体３を形成する。積層体３を構成する複数の単位電池１は、それぞれが燃料電池として機能する。そして、この燃料電池スタックは、後述するが、四隅に配置して内部を貫通するテンションロッドなどを用いて締結する。なお、ここでテンションロッドの本数は４本（四隅）とは限らず、所望の締結力が確保できる仕様であるならばその限りではない。
【００１３】
図２は単位電池１の構造を示す分解斜視図である。単位電池１は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜７と、電解質膜７の一方の面に配置したガス拡散層，撥水層および触媒層からなるアノード側電極９（燃料極）と、電解質膜７の他方の面に配置したガス拡散層，撥水層および触媒層からなるカソード側電極１１（空気極）とで、膜−電極アッセンブリ（MEA）１３を構成している。
【００１４】
ＭＥＡ１３の両側には、アノード側電極９に燃料ガス（水素）を、カソード側電極１１に酸化ガス（酸素、通常は空気）をそれぞれ供給するための流体通路を形成するセパレータ１５および１７を、ガスケット１９および２１を介してそれぞれ配置する。
【００１５】
電解質膜７は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成したプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
【００１６】
アノード側電極９およびカソード側電極１１は、ガス拡散電極である。ガス拡散電極は、前記したようにガス拡散層，撥水層および触媒層からなり、ガス拡散層は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトなど、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構成する。撥水層は、例えばポリエチレンフルオロエチレンと炭素材を含む層であり、触媒層は白金を担持したカーボンブラックからなる。
【００１７】
なお、触媒層は前述のようにガス拡散層に担持され電極を形成するとは限らず、電解質膜７の表面に、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を担持している場合がある。その場合、アノード側電極９およびカソード側電極１１は、ガス拡散層の表面に撥水層を積層したガス拡散層接合体となる。
【００１８】
セパレータ１５，１７は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する材料によって形成する。例えば、カーボン材料をプレス成形したり、また、充分な耐食性が実現可能であれば、金属など他の材料によって形成してもよい。
【００１９】
上記したセパレータ１５のアノード側電極９側には図示しない燃料ガス流路を、セパレータ１７のカソード側電極１１側には酸化剤ガス流路２５を、それぞれ形成してあり、また、必要に応じて冷却媒体流路２７を形成する。
【００２０】
ガスケット１９，２１は、シリコンゴム、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴムなどのゴム状弾性材料によって形成する。このガスケット１９，２１は、セパレータ１５および１７あるいは弾性係数の大きい薄板材料に一体化しても構わない。弾性係数の大きい薄板材料は、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートのような材料で形成し、電解質膜７に例えば熱硬化型フッ素系あるいは熱硬化型シリコンのような液状シールによって接着す。
【００２１】
上記した燃料電池スタックは、複数の単位電池１からなる積層体３の積層方向両端に、図１に示すように集電板２９，３１、絶縁板３３，３５、固定部材としてのエンドプレート３７，３９をそれぞれ配置する。これら集電板２９，３１、絶縁板３３，３５、エンドプレート３７，３９および積層体３は、スタック構成部品に相当する。そして、この燃料電池スタックの、例えば四隅に、前述したテンションロッドを貫通させ、テンションロッドの端部に形成したねじ部に、ナット４１を螺合締結することで、スタック構成部品を締め付ける。
【００２２】
テンションロッドは、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成し、また単位電池１同士の電気的短絡を防止するため、表面には絶縁処理を施す。
【００２３】
集電板２９，３１は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成し、絶縁板３３，３５は、ゴムや樹脂などの絶縁性部材によって形成する。
【００２４】
エンドプレート３７，３９は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料によって形成する。また、２枚の集電板２９，３１には、それぞれ出力端子４３，４５を設けてあり、燃料電池スタックで生じた起電力を、この出力端子４３，４５を介して出力する。
【００２５】
上記したテンションロッドによる燃料電池スタックの締付方法は、すべてのテンションロッドを積層体３の内部に貫通させる必要はなく、スタック外部でエンドプレート３７，３９同士を締め付けるテンションロッドを設けてもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、燃料電池スタックの積層方向一端側のエンドプレート３９と、エンドプレート３９の積層方向内側に設けた絶縁板３５との間に、内側エンドプレート４７を配置し、エンドプレート３９と内側エンドプレート４７との間に、ばねなどからなる加圧機構４９を設置して、エンドプレート３７，３９間をテンションロッドで締め付ける構造であってもよい。
【００２７】
また、燃料電池スタックの一方の端部のエンドプレート３７には、図１に示すように、燃料ガス入口５１および同出口５３、酸化剤ガス入口５５および同出口５７、冷却水入口５９および同出口６１を、それぞれ備えている。これら各入口に連通する燃料ガス，酸化剤ガスおよび冷却水の各分配流路および、各出口に連通する燃料ガス，酸化剤ガスおよび冷却水の各集合流路を、集電板２９，絶縁板３３および積層体３を貫通して形成する。
【００２８】
上記した各分配流路および集合流路は、前記したセパレータ１５のアノード側電極９側に形成した燃料ガス流路、セパレータ１７のカソード側電極１１側に形成した酸化剤ガス流路２５、冷却媒体流路２７の各対応する流路にそれぞれ連通している。
【００２９】
上記した積層体３に分配流路を形成するために、図２に示すように、セパレータ１５，ガスケット１９，電解質膜７，ガスケット２１，セパレータ１７には、燃料ガス入口５１に対応する位置に、燃料ガス入口用連通孔１５ａ，１９ａ，７ａ，２１ａ，１７ａをそれぞれ形成してある。
【００３０】
同様に、燃料ガス出口５３，酸化剤ガス入口５５および同出口５７，冷却水入口５９および同出口６１についても、それぞれ対応する連通孔を設けてある。
【００３１】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態を示すもので、図１に示す燃料電池スタックにおけるエンドプレート３７側から見た概略図である。
【００３２】
この実施形態は、燃料電池スタックの四隅に設けたテンションロッド６３，６５，６７，６９の締結方向（ここでの締結方向とは、テンションロッド先端のねじ部に螺合するナット４１の回転方向とする。）について、図４中で右下および右上の各テンションロッド６３および６５を、時計回り方向とし、他の左上および左下の各テンションロッド６７および６９を、反時計回り方向とする。
【００３３】
すなわち、テンションロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向としている。
【００３４】
これにより、締結時での燃料電池スタックにかかるねじれ方向のモーメントを減少することができ、燃料電池スタック全体のねじれを防止することが可能となる。ねじれを防止することで、燃料電池スタックの運転中の温度上昇によるスタック構成部品の熱膨張があっても、燃料電池スタックにかかる面圧分布が均一化する。また、ねじれを防止することで、燃料電池スタックを、例えば図示しないケースに収納する際にケース内壁との干渉を回避することができる。
【００３５】
なお、テンションロッドは、図４のように４本である必要はなく、また、テンションロッドの断面形状は円形である必要はない。
【００３６】
図５は、すべてのテンションロッドの締結方向を同方向とした比較例であり、この場合には、スタック構成部品相互にずれが生じ、燃料電池スタック全体にねじれが発生する傾向にある。
【００３７】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。
【００３８】
図1に示す燃料電池スタックにおいて、発電運転時には８０℃から９０℃程度まで温度が上昇し、このとき積層体３の積層方向に対向する面での温度分布は、冷却水入口５９近傍の温度が低く、冷却水出口６１近傍の温度が高くなっている。また、酸化剤ガス入口５５近傍の温度も高くなっている。
【００３９】
そこで、この第２の実施形態では、発電運転時の温度が低く、熱膨張が小さい傾向にある冷却水入口５９近傍に位置するナット４１とで第１締結部を構成するテンションロッド６３を、積層体３の第１貫通孔としての位置決め孔７１に挿入する。
【００４０】
位置決め孔７１はテンションロッド６３の円形の断面形状と同様の円形であり、位置決め孔７１に対し、その内面全周に密着した状態でテンションロッド６３を挿入して位置決めを行う。
【００４１】
逆に温度が高くなる傾向にある冷却水出口６１近傍に位置するナット４１とで第２締結具を構成するテンションロッド６７および、酸化剤ガス入口５５近傍に位置するナット４１とで第２締結具を構成するテンションロッド６９を、積層体３の第２貫通孔としての長孔７３および長孔７５に、それぞれ挿入する。
【００４２】
長孔７３は、テンションロッド６３，６７相互を結ぶ直線方向もしくはこの直線方向にほぼ近い方向に向けて長く形成し、長孔７５は、テンションロッド６３，６９相互を結ぶ直線方向もしくはこの直線方向にほぼ近い方向に向けて長く形成している。
【００４３】
そして、テンションロッド６７，６９は、それぞれ挿入する長孔７３，７５の円弧状の端部内面７３ａ，７５ａに密着するとともに、長孔７３，７５の直線部分７３ｂ，７５ｂの一部にそれぞれ接触している。
【００４４】
また、図６中で右上の酸化剤ガス出口５７近傍に位置するナット４１とで第２締結具を構成するテンションロッド６５については、積層体３の長孔７７に挿入し、この長孔７７も、テンションロッド６３，６５相互を結ぶ直線方向もしくはこの直線方向にほぼ近い方向に向けて長く形成している。
【００４５】
上記したテンションロッド６５は、挿入する長孔７７の円弧状の端部内面から離れた位置に挿入してあり、長孔７７の直線部分７７ａの一部に接触している。
【００４６】
なお、図６中で各テンションロッド６３，６５，６７，６９と、それぞれの挿入孔である位置決め孔７１，長孔７７，長孔７３，長孔７５との接触部を太線で示している。
【００４７】
上記したように、３本のテンションロッド６５，６７，６９は、位置を拘束しているテンションロッド６３と結ぶ直線方向に長い長孔に挿入しているので、テンションロッド６３を中心としたスタック構成部品の回転方向に対する位置決めを実施していることになる。
【００４８】
そして、ここでは、図４に示した第１の実施形態も同様であるが、互いに対角位置にあるテンションロッド６３，６７を備える各締結具の回転方向を互いに逆方向にするとともに、互いに対角位置にあるテンションロッド６５，６９を備える各締結具の回転方向を互いに逆方向にしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、複数ある締結具に対し逆方向に回転する締結具が少なくとも一つあればよい。
【００４９】
また、組付順序としては、図６中で右下のテンションロッド６３、左上のテンションロッド６７、左下のテンションロッド６９、右上のテンションロッド６５の順とする。
【００５０】
このような構成を有することによって、燃料電池スタックの発電運転時における燃料電池スタック構成部品の膨張方向を、主に温度が高い部位となる長孔７３，７５に沿ったものとして固定し、これによりテンションロッド６７，６９は、スタック構成部品の熱膨張時に長孔７３，７５に沿って相対移動するので、熱膨張時での直径方向に受ける応力を緩和することが可能となる。
【００５１】
また、第１の実施形態と同様に、テンションロッドおよびナットからなる締結具の締結時での回転方向を、少なくとも１つの締結具に対して他の締結具を逆方向としているので、締結時での燃料電池スタックにかかるねじれ方向のモーメントを減少することができ、燃料電池スタック全体のねじれを防止することが可能となる。
【００５２】
また、テンションロッド６５，６７，６９を挿入する孔を長孔７７，７３，７５としたので、これら相互の接触面積が第１の実施形態と比べて小さくなり、締結作業が容易となる。
【００５３】
また、互いに対角位置にあるテンションロッド６３，６７の締結具の回転方向を互いに逆にし、同様にして互いに対角位置にあるテンションロッド６５，６９の締結具の回転方向を互いに逆にすることで、燃料電池スタックのねじれを低減することが容易となる。
【００５４】
さらに、組付順序として、図６中で右下のテンションロッド６３、左上のテンションロッド６７、左下のテンションロッド６９、右上のテンションロッド６５の順とすることで、互いに対向する位置にある締結具同士は、これらが一組となって順に締結されることになり、燃料電池スタックのねじれを低減することが容易となる。
【００５５】
（第３実施例）
図７は、本発明の第３の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。この実施形態は、図６に示した第２の実施形態に対し、図７中で右上のテンションロッド６５を挿入する孔７９を円形としてその内径をテンションロッド６５の外径より大きくするとともに、図７中で左下のテンションロッド６９を長孔７５の長手方向中央よりに位置させている。
【００５６】
さらに、テンションロッド６５の締結具の回転方向を、第２の実施形態とは逆の反時計回り方向とすることで、冷却水入口５９近傍のテンションロッド６３に対して他の３本のテンションロッド６５，６７，６９の締結具の回転方向をすべて逆方向としている。テンションロッド６３，６５，６７，６９の組付順序は、第２の実施形態と同様である。
【００５７】
このような構造を有することで、テンションロッド６３，６５，６７，６９と、燃料電池スタック構成部品との接触面積を、図７に示した第２の実施形態に比べて減少させることができ、締結時の燃料電池スタックにかかるねじれ方向のモーメントの総和が低減する。
【００５８】
また、テンションロッド６３に対して、孔７９に接触していないテンションロッド６５以外の他のテンションロッド６７，６９の締結具の回転方向をすべて逆方向とすることで、テンションロッドとスタック構成部品との総接触面積を低減することができる。
【００５９】
これは、例えば、図７中で左下のテンションロッド６９の締結具を、右下のテンションロッド６３と同方向に回転させた場合には、燃料電池スタックにかかるねじれ方向のモーメントを減少させるためには、左上のテンションロッド６７のスタック構成部品との接触面積を、図７の半円周部分のみの接触状態に対してさらに多くする必要があるからである。
【００６０】
（第４実施例）
図８は、本発明の第４の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。この実施形態は、図６に示した第２の実施形態に対し、図８中で右上のテンションロッド６５を挿入する孔７９を、図７の第３の実施形態と同様に円形としてその内径をテンションロッド６５の外径より大きくしている。その他の構成およびテンションロッドの締結具の回転方向や組付順序は、第２の実施形態と同様である。
【００６１】
この場合、冷却水入口５９近傍に配置したテンションロッド６３と燃料電池スタック構成部品との接触面積を、他のテンションロッド６５，６７，６９と燃料電池スタック構成部品との接触面積の総和とを、互いに等しくしている。すなわち、前者の接触面積は、図中の太線で示すように、テンションロッド６３の円周方向全周部分であり、後者の接触面積は、同様に太線で示すように、テンションロッド６７の円周方向半周部分とテンションロッド６９の円周方向半周部分との総和である。
【００６２】
これにより、燃料電池スタックに付与されるねじれ方向のモーメントの総和をさらに低減することが可能となる。
【００６３】
また、ここでは、前記図６の第２の実施形態および図７の第３の実施形態でも同様であるが、テンションロッド６３，６５，６７，６９の組付順序は、冷却水入口５９近傍に配置したテンションロッド６３を最初に締結した後、残りのテンションロッド６５，６７，６９を、前記テンションロッド６３からの距離が長いテンションロッドから順に締結する。すなわち、テンションロッド６３の後は、テンションロッド６７，６９，６５の順に締結する。
【００６４】
この場合、位置を拘束するテンションロッド６３から最も近い位置にあって、締結時での燃料電池スタックに付与するモーメントが小さいテンションロッド６５を最後に組み付けることで、燃料電池スタックのねじれを抑えることが容易となる。
【００６５】
本発明によれば、前記複数の締結具のうち、少なくとも２つの締結具で前記スタック構成部品の位置決めを行い、この位置決めを行う締結具のうちの１つは、前記積層体内に供給する冷却水の入口近傍に位置し、かつ前記スタック構成部品に設けた前記ロッドを挿入する第１貫通孔の内面に密着して位置決めを行う第１締結具とし、前記位置決めを行う締結具のうち他のものは、締結具の回転による締結時での前記スタック構成部品の回転方向の位置決めを実施するように、その締結具のロッドを挿入する第２貫通孔の一部に接触する第２締結具とし、前記第２貫通孔は、互いに平行な直線部分を前記第２締結具のロッドに対する接触部の一部として有するとともに、前記直線部分の延長方向が、前記第１締結具の中心と前記第２締結具の中心とを結ぶ直線方向であるので、スタック構成部品の膨張方向を長孔方向に固定し、これによりロッドは、スタック構成部品の熱膨張時に長孔に沿って相対移動するので、熱膨張時での直径方向に受ける応力を緩和することが可能となり、燃料電池スタックのねじれを抑えることができる。
【００６６】
前記単位電池の中心部を間に挟んで互いに対向する位置にある締結具相互の回転方向を互いに逆方向とすることで、燃料電池スタックに作用するねじれ方向のモーメントの総和を低減することが容易となる。
【００６７】
前記互いに対向する位置にある締結具同士は、これらが一組となって順に締結されるものとすることで、燃料電池スタックのねじれを低減することが容易となる。
【００６８】
ロッドが第１貫通孔の内面に密着する第１締結具の回転方向に対し、ロッドが第２貫通孔の一部に接触する第２締結具の回転方向を逆とすることで、各ロッドと燃料電池スタック構成部品との総接触面積が低減し、これにより燃料電池スタックに付与されるねじれ方向のモーメントが低減する。
【００６９】
前記第１締結具のロッドと前記第１貫通孔での前記スタック構成部品との接触面積が、他の締結具のロッドとそのロッドが挿入される貫通孔での前記スタック構成部品との接触面積の総和に等しいので、燃料電池スタックに付与されるねじれ方向のモーメントを低減することが可能となる。
【００７０】
複数の締結具のうち前記第１締結具は、最初に締結されるもので、他の締結具は、前記第１締結具との距離が長い順に締結されるものであるので、締結具の締め付けによる燃料電池スタックに付与するモーメントが小さい締結具を最後に締付けることになり、燃料電池スタックのねじれを抑えることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の燃料電池スタックの基本構造を示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池スタックにおける単位電池の分解斜視図である。
【図３】図１の燃料電池スタックの一部を変更した正面断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示すもので、図１に示す燃料電池スタックにおけるエンドプレート側から見た概略図である。
【図５】すべてのテンションロッドの締結方向を同方向とした比較例を示す、図４に相当する概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す、前記図４に相当する概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  単位電池
３  単位電池の積層体（スタック構成部品）
７  電解質膜
９  アノード側電極
１１  カソード側電極
１５，１７  セパレータ（スタック構成部品）
２９，３１  集電板（スタック構成部品）
３３，３５  絶縁板（スタック構成部品）
３７，３９  エンドプレート（固定部材，スタック構成部品）
４１  ナット（締結具）
５９  冷却水入口
６３  テンションロッド（第１締結具）
６５，６７，６９  テンションロッド（第２締結具）
７１  第１貫通孔
７３，７５，７７  第２貫通孔
７３ｂ，７５ｂ，７７ｂ  長孔の直線部分
【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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