(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面側から前記膜電極接合体を挟持するように配置された一対の板状のセパレータとを有するセルを１つ以上積層したセル積層体と、
前記セル積層体の積層方向の両端部側から前記セル積層体を挟持するように配置された一対の端板と、
前記セル積層体の側面に配置された弾性変形可能な断熱部材と、
前記一対の端板のそれぞれの側部の少なくとも一部と前記断熱部材とを覆うように配置された筒状のカバー部材と、
を有し、
前記断熱部材の少なくとも一部が前記セル積層体の前記側面と前記カバー部材との間で圧縮され、
前記カバー部材は、前記圧縮された断熱部材の復元力により前記積層方向と交差する方向に付勢されて保持される、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記一対の端板のそれぞれの側部の互いに対向する側の端部には環状の切り欠きが設けられ、前記カバー部材の両端部は前記それぞれの端板の切り欠きに配置される、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記一対の端板のそれぞれの側部の少なくとも一部が、前記カバー部材の外周面よりも前記積層方向と交差する方向に突出している、請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記カバー部材は、前記断熱部材と対向する面に、前記断熱部材を圧縮するための凸部を有している、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記カバー部材の前記断熱部材と対向する面の両端部には環状の切り欠きが設けられている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記カバー部材は、少なくとも１つの帯状部材の両端部を互いに係合させることにより構成されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記カバー部材は、少なくとも１つの帯状部材の両端部を、当該帯状部材の厚み方向に互いに係合させることにより構成されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記帯状部材の両端辺部には、それぞれの端辺部に沿って、前記帯状部材の厚み方向に突出する突起と、当該突起と係合可能な受け部とが交互に設けられ、
前記帯状部材の一方の端辺部の前記突起と、前記帯状部材の他方の端辺部の前記受け部とが係合し、かつ、前記帯状部材の他方の端辺部の前記突起と、前記帯状部材の一方の端辺部の前記受け部とが係合することで、前記カバー部材が構成される、請求項６又は７に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記端板は樹脂材料で構成されている、請求項１〜８のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セル積層体と前記端板との間に、前記セルが発電した電流を外部に導くための集電板が配置されている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記集電板と前記端板との間にセル積層体端部用断熱部材が配置されている、請求項１０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、定置用コージェネレーションシステム、自動車用電源、ポータブル電源等に使用される固体高分子形燃料電池スタック（以下、燃料電池スタックという）に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることより、電力と熱とを同時に発生させる装置である。
【０００３】
固体高分子形燃料電池の単電池（以下、セルという）は、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assemblyという）と、ＭＥＡの周縁部を包囲するように配置されたガスケットと、ＭＥＡの両面に配置された一対の板状の導電性のセパレータとを有している。
【０００４】
ＭＥＡは、周縁部を前記ガスケットに支持される高分子電解質膜と、当該高分子電解質膜の両面に形成され且つ前記ガスケットより内側に配置された一対の電極層とを有して構成されている。一対の電極層は、高分子電解質膜の両面に形成される白金等の触媒層と、当該触媒層の上に形成される多孔質で導電性を有するガス拡散層とで構成されている。前記一対のセパレータには、ガス拡散層と当接する主面に、燃料ガスを流すための燃料ガス流路溝と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路溝とが設けられている。当該各ガス流路溝を通じて前記一対の電極層にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、電気化学反応が起こり、電力と熱とが発生する。
【０００５】
前記のように構成されるセルは、１つ以上積層され、恒常的に加圧締結されて、互いに隣接するセルを電気的に直列に接続されて使用されるのが一般的である。このセルの積層体の両端部を一対の端板で挟んだ状態で、積層方向に加圧締結したものを燃料電池スタックという。
【０００６】
このような燃料電池スタックとしては、例えば特許文献１，２に開示されたものがある。
特許文献１は、各端板とセル積層体との間に隙間ができることを防止することを目的としている。特許文献１には、一方の矩形の端板の各辺部と４つの板状のカバー部材の一辺部とをそれぞれ組継ぎ状に連結し、かつ、せん断ピンを用いて固定し、他方の矩形の端板の各辺部と前記各カバー部材の他辺部とをそれぞれボルトで締結した構造が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、燃料電池スタックの放熱を抑えることを目的として、端板及びセル積層体の外表面の略全体を断熱部材で覆い、さらに当該断熱部材の略全体を覆うようにカバー部材を設けて外気から遮断した構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３３１８０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料電池スタックは、前述したように、ＭＥＡとセパレータとを有するセルを１つ以上積層し、当該セル積層体の両端部を一対の端板で挟んで構成されている。セルを構成するＭＥＡ及びセパレータは、通常、その厚み方向（積層方向）にそれぞれ製造上の公差を有する。このため、燃料電池スタックは、セル積層体の積層方向に前記公差が累積された公差を有する。前記特許文献１，２に開示された構造においては、前記累積された公差が大きくなる程、前記カバー部材の取り付けが困難になる。このため、前記累積された公差を低減する必要がある。前記累積された公差を低減するには、単純にはＭＥＡ及びセパレータの設計精度を高くすることが考えられるが、これには高いコストがかかる。
【０００９】
一方、固体高分子形燃料電池は、発電運転、起動及び停止運転の際、様々な補機の運転を伴って使用されることが知られている。このため、補機の運転に伴って、燃料電池スタックが微振動する場合がある。このとき、セル積層体の積層方向において端板とカバー部材との間にガタつきがあると、両者が接触して破損する恐れがある。また、セル積層体の積層方向において端板とカバー部材とを間にガタつきがあると、補機の運転に伴って、異音、騒音が発生する恐れがある。このため、燃料電池スタックにおいては、セル積層体の積層方向における端板とカバー部材との間のガタつきを十分に抑えることが必要である。
【００１０】
しかしながら、前記特許文献１に開示された燃料電池スタックにおいては、一方の端板と各カバー部材とに設けたダボ穴にせん断ピンを差し込むことで両者を固定するようにしているため、せん断ピンの外径はダボ穴の内径よりも小さく、せん断ピンがダボ穴内を移動できるようになっている。このため、セル積層体の積層方向における端板とカバー部材との間のガタつきを十分に抑えることができず、結果、端板及びカバー部材の破損及び異音の発生を防止することができない。
【００１１】
また、前記特許文献２に開示された燃料電池スタックにおいては、端板及びセル積層体の外表面の略全体を断熱部材で覆い、さらに当該断熱部材の略全体を覆うようにカバー部材を設けているので、端板とカバー部材とは断熱部材を介してしか接触していない。また、カバー部材は断熱部材を単純に覆っているだけであるので、スタック本体とカバー部材との固定が十分ではない。このため、前記微震動が生じた場合には、端板及びセル積層体も微震動することとなり、端板及びカバー部材の破損及び異音の発生を防止する根本的な解決策とはならない。
【００１２】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、カバー部材の取り付けのためにＭＥＡ及びセパレータの設計精度を高くする必要性を無くすことができる燃料電池スタックを提供することにある。また、端板及びカバー部材の破損及び異音の発生を防止することができる燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面側から前記膜電極接合体を挟持するように配置された一対の板状のセパレータとを有するセルを１つ以上積層したセル積層体と、
前記セル積層体の積層方向の両端部側から前記セル積層体を挟持するように配置された一対の端板と、
前記セル積層体の側面に配置された弾性変形可能な断熱部材と、
前記一対の端板のそれぞれの側部の少なくとも一部と前記断熱部材とを覆うように配置された筒状のカバー部材と、
を有し、
前記断熱部材の少なくとも一部が前記セル積層体の前記側面と前記カバー部材との間で圧縮され、
前記カバー部材は、前記圧縮された断熱部材の復元力により前記積層方向と交差する方向に付勢されて保持される、燃料電池スタックを提供する。
【００１４】
本発明の第２態様によれば、前記一対の端板のそれぞれの側部の互いに対向する側の端部には環状の切り欠きが設けられ、前記カバー部材の両端部は前記それぞれの端板の切り欠きに配置される、第１態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００１５】
本発明の第３態様によれば、前記一対の端板のそれぞれの側部の少なくとも一部が、前記カバー部材の外周面よりも前記積層方向と交差する方向に突出している、第１又は２態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００１６】
本発明の第４態様によれば、前記カバー部材は、前記断熱部材と対向する面に、前記断熱部材を圧縮するための凸部を有している、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００１７】
本発明の第５態様によれば、前記カバー部材の前記断熱部材と対向する面の両端部には環状の切り欠きが設けられている、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００１８】
本発明の第６態様によれば、前記カバー部材は、少なくとも１つの帯状部材の両端部を互いに係合させることにより構成されている、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００１９】
本発明の第７態様によれば、前記カバー部材は、少なくとも１つの帯状部材の両端部を、当該帯状部材の厚み方向に互いに係合させることにより構成されている、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００２０】
本発明の第８態様によれば、前記帯状部材の両端辺部には、それぞれの端辺部に沿って、前記帯状部材の厚み方向に突出する突起と、当該突起と係合可能な受け部とが交互に設けられ、
前記帯状部材の一方の端辺部の前記突起と、前記帯状部材の他方の端辺部の前記受け部とが係合し、かつ、前記帯状部材の他方の端辺部の前記突起と、前記帯状部材の一方の端辺部の前記受け部とが係合することで、前記カバー部材が構成される、第６又は７態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００２１】
本発明の第９態様によれば、前記端板は樹脂材料で構成されている、第１〜８のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００２２】
本発明の第１０態様によれば、前記セル積層体と前記端板との間に、前記セルが発電した電流を外部に導くための集電板が配置されている、第１〜９のいずれか１つの態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【００２３】
本発明の第１１態様によれば、前記集電板と前記端板との間にセル積層体端部用断熱部材が配置されている、第１０態様に記載の燃料電池スタックを提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかる燃料電池スタックによれば、セル積層体の積層方向にはカバー部材を配置せず、圧縮した断熱部材の復元力を利用してカバー部材が保持されるように構成しているので、セル積層体の積層方向における端板とカバー部材との間のガタつきを十分に低減することができる。従って、端板及びカバー部材の破損及び異音の発生を防止することができる。また、本発明にかかる燃料電池スタックによれば、セル積層体の積層方向に製造上の公差があっても、カバー部材の取り付けには影響しないので、カバー部材の取り付けのためにＭＥＡ及びセパレータの設計精度を高くする必要性を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
《第１実施形態》
図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックを説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックの模式斜視図であり、図２は、その断面図である。
【００２７】
本第１実施形態にかかる燃料電池スタックは、固体高分子形燃料電池の単電池であるセル１０を複数積層したセル積層体１の積層方向Ｘの両端部を、集電板２及び絶縁板３を介して一対の端板４，４で挟持した状態で、締結部材２０を用いて積層方向Ｘに加圧締結して構成されている。また、セル積層体１の側面１ａには弾性変形可能な断熱部材５が配置され、一対の端板４，４のそれぞれの側部の少なくとも一部と断熱部材５とを覆うように筒状のカバー部材６が配置されている。断熱部材５の少なくとも一部は、セル積層体１の側面１ａとカバー部材６との間で圧縮され、カバー部材６は、圧縮された断熱部材５の復元力を利用して積層方向Ｘと交差する方向に付勢されて保持されている。
【００２８】
セル１０は、膜電極接合体１１（以下、ＭＥＡという）と、ガスリークを防止するためＭＥＡ１１の周縁部を包囲するように配置されたガスケット１２と、ＭＥＡ１１の両面に配置された一対の板状の導電性のセパレータ１３とを有している。
【００２９】
ＭＥＡ１１は、周縁部をガスケット１２に支持され、プロトンを選択的に輸送する高分子電解質膜１１ａと、当該高分子電解質膜１１ａの両面に形成され且つガスケット１２より内側に配置された一対の電極層１１ｂ，１１ｃとを有して構成されている。一対の電極層のうち一方はアノード電極１１ｂであり、他方はカソード電極１１ｃである。アノード電極１１ｂは、高分子電解質膜１１ａの一方の主面に設けられており、白金系金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とするアノード触媒層（図示せず）と、その外側にガス通気性及び導電性を備えるアノードガス拡散層（図示せず）とを有している。同様に、カソード電極１１ｃは、高分子電解質膜１の他方の主面に設けられており、白金系金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とするカソード触媒層（図示せず）と、その外側にガス通気性及び導電性を備えるカソードガス拡散層（図示せず）とを有している。
【００３０】
一対のセパレータ１３には、燃料ガスが流通する燃料ガス流路溝１４と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路溝１５と、冷却水などの熱媒体が通流する熱媒体流路溝１６とが設けられている。燃料ガス流路溝１４及び酸化剤ガス流路溝１５を通じて一対の電極層１１ｂ，１１ｃにそれぞれ燃料ガス又は酸化剤ガスが供給され、電気化学反応が起こり、電力と熱とが発生する。
【００３１】
また、一対のセパレータ１３には、燃料ガス流路溝１４を連通するようにセパレータ１３を厚み方向（積層方向Ｘ）に貫通し、熱料ガスを供給及び排出するマニホールド（図示せず）が設けられている。当該マニホールドは、図１に示すように端板４に設けられた燃料ガス供給口３１と連通している。同様に、一対のセパレータ１３には、酸化剤ガス流路溝を連通するようにセパレータ１３を厚み方向に貫通し、酸化剤ガスを供給及び排出するマニホールド（図示せず）が設けられている。当該マニホールドは、図１に示すように端板４に設けられた酸化剤ガス供給口３２と連通している。また、一対のセパレータ１３には、熱媒体流路溝１６を連通するようにセパレータ１３を厚み方向に貫通し、熱媒体を供給及び排出するマニホールド（図示せず）が設けられている。当該マニホールドは、図１に示すように端板４に設けられた熱媒体供給口３３と連通している。
【００３２】
前記のように構成されるセル１０を複数積層して構成されるセル積層体１の積層方向Ｘの両端部には、セル１０が発電した電流を外部に導くための集電板２，２が配置されている。集電板２，２には、外部電線との接続のため、断熱部材５及びカバー部材６の一部を貫通する集電端子７，７が設けられている。
【００３３】
集電板２，２より積層方向Ｘの外側には、絶縁板３，３を介して一対の端板４，４が配置されている。端板４は、ステンレス等の金属材料で構成されている。セル積層体１と集電板２，２と絶縁板３，３と端板４，４とはそれぞれ積層方向Ｘで且つ圧縮方向に加圧された状態で、締結部材２０を用いて加圧締結される。ここでは、締結部材２０としてボルト２１とナット２２とバネ２３とを用いた例を、図２に図示している。
【００３４】
セル積層体１の側面１ａには、弾性変形可能な断熱部材５が配置されている。断熱部材５は、例えば、発泡ウレタン、発泡ポリイミド、発泡ポリプロピレンなどの弾性変形可能な断熱材料で構成されている。図３Ａ及び図３Ｂに示すように断熱部材５は、前記加圧締結されたセル積層体１に向けて圧縮され、当該圧縮された断熱部材５の復元力により筒状のカバー部材６が保持されている。これにより、カバー部材６は、断熱部材５の脱落を防止している。また、カバー部材６は、例えば、ポリエチレン（polyethylene）、ポリプロピレン、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリスチレンなどの樹脂材料で構成されている。
【００３５】
また、本第１実施形態において、カバー部材６は、少なくとも１つの帯状部材６１の両端部を、図４に示すように当該帯状部材６１の厚み方向に互いに係合させることにより構成されている。図４では、帯状部材６１の一端部に傾斜面を有する突起６１ａを設けるともに他端部に係合穴６１ｂを設け、両端部を互いに近づくようにスライド移動させることにより突起６１ａを係合穴６１ｂに係合させる方法が示されている。このように、少なくとも１つの帯状部材６１の両端部を互いに係合させてカバー部材６を構成することで、カバー部材６の取り付け及び取り外しが容易になる。また、カバー部材６の取り付け及び取り外しの際に、別途接着剤及びネジ等を使用する必要がない。
【００３６】
なお、帯状部材６１の両端部を係合させる方法としては、図４に示す方法に限定されるものではなく、その他種々の方法が採用することができる。例えば、図５に示すように、帯状部材６１の一端部に傾斜面を有する係合爪６１ｃを設けるともに、他端部に係合爪６１ｃとは逆向きに突出する係合爪６１ｄを設け、両端部を互いに近づくようにスライド移動させることにより係合爪６１ｃ，６１ｄを互いに係合させるようにしてもよい。また、図６に示すように、帯状部材６１の一端部に突起６１ｅを設けるともに他端部に貫通穴６１ｆを設け、突起６１ｅが貫通穴６１ｆに挿入されるように両端部を移動させることにより、突起６１ｅを貫通穴６１ｆに係合させるようにしてもよい。
【００３７】
また、本第１実施形態においては、図４に示す突起６１ａと係合穴６１ｂとが、図７に示すように、帯状部材６１の一端部と他端部とで交互に入れかわるように設けられている。言い換えると、帯状部材６１の両端辺部には、それぞれの端辺部に沿って、帯状部材６１の厚み方向に突出する突起６１ａと、当該突起６１ａと係合可能な受け部の一例である係合穴６１ｂとが交互に設けられている。より具体的には、帯状部材６１の両端辺部には、帯状部材６１の厚み方向の外側（紙面手前側）に位置する外側薄肉部６１ｇと、外側薄肉部６１ｇより帯状部材６１の厚み方向の内側（紙面奥側）に位置する内側薄肉部６１ｈとが、それぞれの端辺部に沿って交互に設けられている。係合穴６１ｂは外側薄肉部６１ｇに設けられ、突起６１ａは内側薄肉部６１ｈに設けられている（係合穴６１ｂが内側薄肉部６１ｈに設けられ、突起６１ａが外側薄肉部６１ｇに設けられてもよい。）。一方の端辺部の突起６１ａに他方の端辺部の係合穴６１ｂが係合し、かつ、一方の端辺部の係合穴６１ｂに他方の端辺部の突起６１ａが係合することで、両端辺部は互いにより強固に係合する。なお、両端辺部を互いに係合させる際には、一方の端辺部の互いに隣接する外側薄肉部６１ｇ，６１ｇの間に、他方の端辺部の外側薄肉部６１ｇを挿入し、他方の端辺部の互いに隣接する内側薄肉部６１ｈ，６１ｈの間に、一方の端辺部の内側薄肉部６１ｈを挿入するように両端辺部を移動させる。このため、前記挿入を容易に行えるように、図７に示すように、一方の端辺部の互いに隣接する外側薄肉部６１ｇ，６１ｇの間よりも他方の端辺部の外側薄肉部６１ｇの幅が狭くなっている。また、他方の端辺部の互いに隣接する内側薄肉部６１ｈ，６１ｈの間よりも一方の端辺部の内側薄肉部６１ｈの幅が狭くなっている。
【００３８】
また、一対の端板４，４のそれぞれの側部の積層方向Ｘの内側の端部には、図２に示すように環状の切り欠き４ａ，４ａ設けられている。当該切り欠き４ａ，４ａにカバー部材６の両端部が配置されている。この切り欠き４ａ，４ａの積層方向Ｘの長さに応じて、カバー部材６の積層方向Ｘの移動が許容されることとなり、セル積層体１の積層方向Ｘに製造上の公差があっても、カバー部材６はセル積層体１の側面１ａ全体を覆うことができる。また、カバー部材６が図２に示す状態から積層方向Ｘに移動した際には、一対の端板４，４のそれぞれの側部の積層方向Ｘの外側の端部と当接することとなるため、カバー部材６は抜け止めされる。このようにカバー部材６を取り付けることにより、セル積層体１からの放熱を抑制することが可能となり、さらに、異物の接触又は漏水によるセル１０間の短絡を防止することができる。また、集電板２の金属部材の腐食を抑制することもできる。
【００３９】
以上、本発明の第１実施形態によれば、セル積層体１の積層方向Ｘにはカバー部材６を配置せず、圧縮した断熱部材５の復元力を利用してカバー部材６が保持されるように構成しているので、セル積層体１の積層方向Ｘにおける端板４とカバー部材６との間のガタつきを十分に低減することができる。従って、端板４及びカバー部材６の破損及び異音の発生を防止することができる。また、前記構成を有するため、セル積層体１の積層方向Ｘに製造上の公差があっても、カバー部材６の取り付けには影響しないので、カバー部材６の取り付けのためにＭＥＡ１１及びセパレータ１３の設計精度を高くする必要性を無くすことができる。
【００４０】
《第２実施形態》
次に、図８を用いて、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池スタックを説明する。図８は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池スタックの断面図である。
【００４１】
本第２実施形態が前記第１実施形態と異なる点は、金属材料で構成された端板４及び絶縁板３に代えて樹脂材料で構成された端板４１を用いている点と、端板４１の側部の一部４１ｂをカバー部材６の外周面よりも積層方向Ｘと交差する方向に突出させている点である。
【００４２】
端板４１に用いる樹脂材料としては、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられる。
【００４３】
本発明の第２実施形態にかかる燃料電池スタックによれば、端板４１を樹脂材料で構成することにより、端板４１自体が絶縁性を有することとなるため、絶縁板３を不要とすることができる。また、樹脂材料は金属材料に比べて熱伝導率が小さく軽量である。従って、端板４１を樹脂材料で構成することにより、燃料電池スタックの断熱性を向上させるとともに燃料電池スタックを軽量化することができる。
【００４４】
なお、図８に示すように、一対の端板４１，４１のそれぞれの切り欠き４１ａ，４１ａとカバー部材６の両端部とが接触するように構成すれば、セル積層体１の表面全体が樹脂材料で覆われることとなり、断熱性をさらに向上させるとともに金属腐食をさらに防止することができる。一方、一対の端板４１，４１のそれぞれの切り欠き４１ａ，４１ａとカバー部材６の両端部とが接触しないように構成した場合（すなわち圧縮された断熱部材５の復元力を利用してカバー部材６の両端部を一対の端板４１，４１の切り欠き４１ａ，４１ａから浮かすように構成した場合）には、一対の端板４１，４１とカバー部材６とが接触することによる破損及び異音の発生等を確実に防止することができる。
【００４５】
また、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池スタックによれば、端板４１の側部の一部４１ｂをカバー部材６の外周面よりも積層方向Ｘと交差する方向に突出させることにより、燃料電池スタックの載置面にカバー部材６が接触（接地）しないようにすることができる。なお、燃料電池スタックの載置面にカバー部材６が接触する場合には、カバー部材６の接触面が隣接する断熱部材５の一部を圧縮する方向に押すこととなり、その結果、断熱部材５、セル積層体１の位置ずれを発生させる恐れがある。
【００４６】
《第３実施形態》
次に、図９を用いて、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池スタックを説明する。図９は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池スタックの部分拡大断面図である。
【００４７】
本第３実施形態が前記第２実施形態と異なる点は、断熱部材５よりも端板４１の切り欠き４１ａの方が積層方向Ｘと直交する方向に突出するように断熱部材５の厚みが薄くなっている点と、カバー部材６の断熱部材５と対向する面（内周面）の両端部に切り欠き６ａを設けている点である。
【００４８】
本発明の第３実施形態にかかる燃料電池スタックによれば、前記のように断熱部材５の厚みが薄くなっていても、カバー部材６に切り欠き６ａを設けることにより、切り欠き６ａの積層方向Ｘの長さに応じて、カバー部材６の積層方向Ｘの移動が許容されることとなる。従って、セル積層体１の積層方向Ｘに製造上の公差があっても、カバー部材６はセル積層体１の側面１ａ全体を覆うことができる。これにより、セル積層体１からの放熱を抑制することが可能となり、さらに、異物の接触又は漏水によるセル１０間の短絡を防止することができる。また、集電板２の金属部材の腐食を抑制することもできる。
【００４９】
《第４実施形態》
次に、図１０を用いて、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池スタックを説明する。図１０は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池スタックの構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【００５０】
本第４実施形態が前記第１実施形態と異なる点は、カバー部材６の断熱部材５と対向する面に、断熱部材５を圧縮するための複数の凸部６２を設けている点である。
【００５１】
本発明の第４実施形態にかかる燃料電池スタックによれば、カバー部材６に凸部６２を設けることにより、カバー部材６の位置ずれ、断熱部材５の位置ずれ及び断熱部材５の欠落などをより確実に防止することができる。
【００５２】
なお、凸部６２は、図６に示す突起６１ｅが貫通穴６１ｆから突き出した部分で構成されてもよい。また、凸部６１の突出高さは、セル積層体１と接触して傷つけないように、断熱部材５の厚み範囲内で設定することが好ましい。
【００５３】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、セル積層体１は、セル１０を複数積層して構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されず、１つのセル１０で構成されてもよい。
【００５４】
また、前記では、カバー部材６は、少なくとも１つの帯状部材６１の両端部を、当該帯状部材６１の厚み方向に互いに係合させて構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。帯状部材６１の両端部が圧縮された断熱部材５の復元力を利用して積層方向Ｘと交差する方向に付勢されたときに互いに係合して互いに係止し、筒形状を保てるようにカバー部材６は構成されていればよい。
【００５５】
また、前記第２実施形態では、一対の端板４１，４１を樹脂材料で構成することにより、一対の端板４１，４１とカバー部材６とでセル積層体１の表面全体を覆い、燃料電池スタックの断熱性を向上させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、集電板２と端板４との間に、別途、セル積層体端部用断熱部材を配置してもよい。また、絶縁板３を、絶縁性と断熱性の両方を兼ね備えた材料で構成してもよい。
【００５６】
また、前記では、セル積層体１と端板４との間に集電板２を別途設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、セル積層体１の積層方向Ｘの両端部に位置するセパレータ１３，１３又は端板４，４に集電板２の機能を持たせて、集電板２を用いない構成してもよい。
【００５７】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる燃料電池スタックは、カバー部材の取り付けのためにＭＥＡ及びセパレータの設計精度を高くする必要性を十分に低減し、かつ、端板及びカバー部材の破損及び異音の発生を防止することができるので、定置用コージェネレーションシステム、自動車用電源、ポータブル電源等に使用される燃料電池スタックに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックの模式斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックの断面図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックにおいて、断熱部材を圧縮してカバー部材を取り付ける様子を模式的に示す部分断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる燃料電池スタックにおいて、断熱部材を亜圧縮してカバー部材を取り付ける様子を模式的に示す部分断面図である。
【図４】帯状部材の両端部が互いに係合する様子を示す模式説明図である。
【図５】図４とは別の帯状部材の両端部が互いに係合する様子を示す模式説明図である。
【図６】図４及び図５とは別の帯状部材の両端部が互いに係合する様子を示す模式説明図である。
【図７】図４に示す帯状部材の両端部の構成を示す模式平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる燃料電池スタックの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる燃料電池スタックの部分拡大断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる燃料電池スタックの構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    セル積層体
１ａ  側面
２    集電板
３    絶縁板
４    端板
４ａ  切り欠き
５    断熱部材
６    カバー部材
６ａ  切り欠き
７    集電端子
１０    セル
１１    ＭＥＡ
１２    ガスケット
１３    セパレータ
１４    燃料ガス流路溝
１５    酸化剤ガス流路溝
１６    熱媒体流路溝
２０    締結部材
２１    ボルト
２２    ナット
２３    バネ
３１    燃料ガス供給口
３２    酸化剤ガス供給口
３３    熱媒体供給口
６１    帯状部材
６２    凸部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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