(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、
前記スタック本体を収容するケースを更に備え、
前記スタック本体は、当該燃料電池スタックの運搬に耐え得る剛性部材を有し、
前記剛性部材には、前記スタック本体を吊り下げるための吊り下げ用ハンガーが取り付けられ、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記ケースの外側に突出している、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記吊り下げ用ハンガーは、前記運搬時に前記スタック本体のセル積層方向が実質的に水平方向となるように前記剛性部材に取り付けられている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記吊り下げ用ハンガーは、前記剛性部材に回動可能に設けられており、
前記スタック本体は、前記運搬時に前記吊り下げ用ハンガーが前記剛性部材に対して回動することを抑制する回転抑制構造をさらに有する、請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記回転抑制構造は、前記剛性部材に設けられた突起部であり、
前記突起部は、前記運搬時に前記吊り下げ用ハンガーが突き当てられることで当該吊り下げ用ハンガーの回動を抑制する、請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
当該燃料電池スタックが直方体としての外輪郭を構成する当該直方体における三次元の三辺のうち、運搬時に実質的に重力方向に沿う一辺の長さをＨ，残りの二辺の長さをＬ１，Ｌ２としたとき、Ｌ１＞Ｈ及びＬ２＞Ｈの関係の少なくとも一つが成立する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記スタック本体は、前記吊り下げ用ハンガーを水平方向に貫通して、当該吊り下げ用ハンガーを前記剛性部材に固定するボルトを有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記剛性部材は、セル積層方向両端にそれぞれ設けられ、
前記吊り下げ用ハンガーは、前記剛性部材において当該スタック本体に対して絶縁されてそれぞれ設けられている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記吊り下げ用ハンガーは、吊り下げ手段が引き掛けられる鉤部を備えると共に前記スタック本体の複数箇所に対をなして固定されており、
対をなす前記吊り下げ用ハンガーの鉤部が互いに逆を向いている、請求項１ないし７のいずれか一項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、燃料電池スタックに関し、特に、コスト上昇を招くことなく燃料電池スタックの運搬を容易にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば固体高分子電解質型の燃料電池スタックは、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとからなるセルを１層以上重ねてモジュールとし、モジュールを積層して構成される。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード）とからなる。この燃料電池スタックは、燃料電池ケース内に収容されて使用される（例えば、特開平６−２３１７９５号参照）。
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、燃料電池ケースが鉄板、アルミ等により構成されている場合には運搬が困難であり、図１４に示すように十分な強度を有する専用の運搬治具１を別途用意し、この運搬治具１に燃料電池スタック３が収容された燃料電池ケース２を載せて運搬する必要がある。
ここで、吊り下げを容易とするために燃料電池ケースに吊り下げ用のハンガーを取付けることも考えられるが、この場合、燃料電池スタックは重量物であるために運搬時の吊り下げに耐えることができるケース強度が必要となる。しかしながら、運搬のためだけにケース強度を上げることは使用時においては過剰強度であり、コストが上昇するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく容易に運搬することのできる燃料電池スタックを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタックは、セル積層体を有するスタック本体を備えた燃料電池スタックであって、前記スタック本体を収容するケースを更に備え、前記スタック本体は、当該燃料電池スタックの運搬に耐え得る剛性部材を有し、前記部材には、前記スタック本体を吊り下げるための吊り下げ用ハンガーが取り付けられ、前記吊り下げ用ハンガーは、前記ケースの外側に突出している。
本発明によれば、例えば剛性の高い剛性部材に吊り下げ用ハンガーを取り付け、この吊り下げ用ハンガーを用いて燃料電池スタックを直接運搬することが可能となる。また、スタック本体をケースに収容した状態で、吊り下げ用ハンガーを用いてケースとともにスタック本体を運搬することが可能となる。このため、燃料電池スタック運搬のためだけにケースの強度を上げる必要はない。燃料電池スタックの運搬終了後は、剛性部材から吊り下げ用ハンガーを取り外しもよいし、固定したまま残しておいてもよい。
ここで、吊り下げ用ハンガーは、重量物である燃料電池スタックの運搬に耐え得る剛性部材（例えば、エンドプレート、テンションプレート、及び締結ボルト等の締結部材）に取付部を介して取り付けられることができる。例えば、締結部材は、セル積層体を締め付けるものであることから、所要の強度を有するように構成されており、他のスタック構成部材に比して相対的に剛性が高い。
前記吊り下げ用ハンガーは、前記スタック本体に対して絶縁されていてもよい。ここで、「スタック本体に対して絶縁されている」とは、例えば吊り下げ用ハンガーと剛性部材との間の絶縁だけでなく、例えば吊り下げ用ハンガーがボルト等によって剛性部材に固定されているような場合には、当該ボルト等を介した吊り下げ用ハンガーと剛性部材との間の絶縁も含まれる。かかる構成によれば、吊り下げ用ハンガーを介した燃料電池スタック外部への通電が防止される。
前記吊り下げ用ハンガーは、吊り下げ手段が引き掛けられる鉤部を備えると共に前記スタック本体の複数箇所に対をなして固定されていてもよく、かかる場合には更に、対をなす前記吊り下げ用ハンガーの鉤部が互いに逆を向いて固定されていてもよい。かかる構成によれば、例えばロープ，ワイヤ，チェーン等の吊り下げ手段を吊り下げ用ハンガーの鉤部に引き掛けて燃料電池スタックを運搬している最中に当該燃料電池スタックが遊動したとしても、吊り下げ手段が鉤部から外れ難くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の一実施形態として示した燃料電池スタックの側断面図。
図２は、同燃料電池スタックのケースを省略した斜視図。
図３は、燃料電池スタックの一般的な構造について示した全体概略図。
図４は、同燃料電池スタックのハンガー取付け部を拡大して示した断面図。
図５は、同燃料電池スタックの第１変形例を示した斜視図。
図６は、同燃料電池スタックの第２変形例を示した斜視図。
図７は、同燃料電池スタックの第３変形例を示した側面図。
図８は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の一例を示した斜視図。
図９は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の他の例を示した斜視図。
図１０は、同燃料電池スタックにおける吊り下げ用ハンガーの好適な固定位置の他の例を示した斜視図。
図１１は、同燃料電池スタックの車両への搭載例を示した側面図。
図１２は、同燃料電池スタックの車両シャシーへの搭載例を示した斜視図。
図１３は、同燃料電池スタックの車両への運搬及び搭載例を示した斜視図。
図１４は、従来の燃料電池スタックの運搬方法について示した側断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は燃料電池スタックの側断面図、図２は後述のケースを省略して図示した燃料電池スタックの斜視図である。また図３は燃料電池スタックの一般的な構造を示す側断面図である。
まず、燃料電池スタックの一般的な構造であって、本実施形態の燃料電池スタックにも適用されている構造について図３を参照して説明する。なお、以下においては車両用固体高分子電解質型の燃料電池スタックを用いて説明するが、下記の例に限定されるものではない。
図３に示したスタック本体５は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとを含むセル１９を複数積層してなるセル積層体を備えて構成されている。
このセル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）２０、インシュレータ２１、エンドプレート８，８を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレートや締結ボルト）をエンドプレート８，８にボルト２５にて固定することで、スタック本体５が形成される。
スタック本体５の一端側には、エンドプレート８とインシュレータ２１との間にプレッシャプレート３２が設けられており、これらプレッシャプレート３２とエンドプレート８との間に設けられたばね機構３３にて、セル１９にかかる荷重の変動を抑制している。ただし、図２では、図示の都合上、ばね機構３３の図示を省略している。
セル電圧は約１ボルトであるので、車両に必要な約４００ボルトの電圧を得るには、たとえば、約２００個のセル１９を積層して電気的に直列接続し、２つのセル積層体を並列に配して電気的に直列に接続し、並列配置のセル積層体を共通のエンドプレート８，８で挟んでスタック本体５とする。
本実施形態の燃料電池スタックは、図１に示したように、スタック本体５がケース６内に収容されてなる。ケース６はアッパケース６ａとロアケース６ｂとが組み合わされてフランジ部６ｃで固定され、支持部９を介してスタック本体５がケース６内に固定された状態となっている。
エンドプレート８には、図１，２に示したように、金属製の吊り下げ用ハンガー（以下、単にハンガーと呼ぶ。）１０がボルト１１により固定されている。ハンガー１０はアッパケース６ａに設けられた孔１２を通じてケース６外へ突出し、グロメット１３により孔１２の開口内壁とハンガー１０との隙間が塞がれ、ケース６の防水、防塵性能が確保されている。
図４はハンガー１０の取付け部の拡大図である。ハンガー１０とエンドプレート８との間に絶縁樹脂プレート１４が挟まれている。また、ハンガー１０にはボルト１１が貫通する孔１０ａが設けられているが、ボルト１１とハンガー１０との間には絶縁樹脂カラー１５が設けられている。これによりハンガー１０とエンドプレート８とは絶縁状態となっている。
また、同図に示すように、ボルト１１は、水平方向にハンガー１０を貫通するように螺設されている。これにより、燃料電池スタックをハンガー１０で吊った際に、重力方向に作用する燃料電池スタックの自重をボルト１１にて適切に支持することができる。
燃料電池スタックを運搬する際には、ハンガー１０を用いてスタック本体５を吊り下げる。このときケース６にはスタック本体５からの荷重は作用しない。また、エンドプレート８は十分な強度を有するため、スタック本体５からの荷重がエンドプレート８に作用しても変形等の支障は生じない。かかる運搬に十分な強度を確保するため、エンドプレート８は例えばステンレス鋼等から構成される。
このように、本実施形態の燃料電池スタックによれば、専用の運搬治具を用いることなく、燃料電池スタックを容易に運搬することができる。
また、ケース６にではなく、十分な強度を有する燃料電池スタックのエンドプレート８に吊り下げ用ハンガー１０を設ける構成であるから、ケース６の強度を必要以上に上げる必要がない。
さらに、燃料電池スタックの設置先では、ハンガー１０を固定具として利用可能である。例えば車両のフレームにハンガー１０を係止してボルト等によって締め付けることで、燃料電池スタックの固定を行うことができる。
なお、ハンガー１０とエンドプレート８とを絶縁する必要がない場合には、上記の絶縁樹脂プレート１４および絶縁樹脂カラー１５は不要である。また、絶縁方法は上記の例に限定されるものではない。例えば、ハンガー１０自体を絶縁体により構成したり、ハンガー１０の表面に絶縁層を設けても良い。
ハンガー１０の固定位置はエンドプレート８でなくともよい。燃料電池スタックは、スタック構成部材として、セル積層体、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート８，８、締結部材２４等を備えてなるが、燃料電池スタックの運搬に耐え得る強度を有する構成部材であれば、ハンガー１０はエンドプレート８，８以外のスタック構成部材に設けてもよい。
ハンガー２０の固定方法あるいは取付方法は、上記の例に限定されるものではなく、例えば溶接や接着材等によってエンドプレート８等のスタック構成部材に固定あるいは固着されていてもよい。
また、エンドプレート８等のスタック構成部材に孔等の取付部（被係合部）を設け、この取付部にハンガーを引き掛けるようにしてもよい。
また、本発明に係るハンガーは、必ずしもＳ字状の部材である必要はなく、運搬（搭載）装置側の係合部に係合可能な構成であれば、如何なるものでも良く、Ｓ字以外の形状の部材の採用が可能であることはもとより、例えば孔の採用も可能である。
また、本発明の取付部は、運搬（車両搭載）装置側の係合部と係合するものであれば、如何なる構成であってもよく、例えば上記スタック構成部材に形成された孔でもよい。
さらに、本発明の取付部は、ハンガーを貫通してエンドプレート等のスタック構成部材と当該ハンガーとを連結する棒状の部材（例えば、ボルト）を当該スタック構成部材に設けるための例えば孔、圧入孔、螺子孔等の棒状部材取付部でもよい。
また、燃料電池スタックを設置する状況により、防水、防塵の必要がなければ、グロメット１３を設けなくとも良い。
さらに、図５に示す第１変形例のように、ハンガー１０をスタック本体５の積層方向片側にそれぞれ複数設けても良い。
かかる場合には、ハンガー１０がスタック本体５の積層方向片側に単数設けられている燃料電池スタックに比して、運搬時に生じ得る揺動を抑制することができる。
図６は、第２変形例に係る燃料電池スタックの斜視図である。
この変形例に係るハンガー１０は、上記実施形態および変形例（図１，２，５等）に係るハンガー１０と同様に、例えばロープ，ワイヤ，チェーン等の吊り下げ手段（図１３の符号１２０参照）の端部が切欠部１０ｂを通して引き掛けられる鉤部１０ａを備えていると共に、スタック本体５のセル積層方向両端（複数箇所）に対をなして固定されている。
そして、本変形例では更に、これら一対のハンガー１０の鉤部１０ａがエンドプレート８，８の面方向に沿って互いに逆を向くように、言い換えれば、ハンガー１０の切欠部１０ｂがセル積層方向と垂直な面に沿って互いに逆を向くように、固定されている。
これにより、吊り下げ手段をハンガー１０の鉤部１０ａに引き掛けて燃料電池スタックを運搬している最中に当該燃料電池スタックが遊動したとしても、吊り下げ手段が鉤部１０ａの切欠部１０ｂから抜けて外れることが抑制される。
図７は、第３変形例に係る燃料電池スタックの側面図である。
この変形例に係るハンガー１０は、上記実施形態および変形例（図１，２，５，６等）に係るハンガー１０と同様に、鉤部１０ａに連なる燃料電池スタックへの固定部１０ｃがスタック本体５（本変形例では、エンドプレート８，８）に対してボルト１１により固定されている。
ただし、上記実施形態および変形例では、１つのハンガー１０に対して２本のボルト１１を使用することにより、スタック本体５へのハンガー１０の固定と、スタック本体５とハンガー１０との間における相対回転の抑制が図られていたのに対し、本変形例では、スタック本体５へのハンガー１０の固定は、１つのハンガー１０に対して１本のボルト１１で行い、スタック本体５とハンガー１０との間における相対回転の抑制は、エンドプレート８，８に固定部１０ｃよりも更にその厚さ方向外方に突出するように設けられた突起部１１ａにより行われる。
本変形例の突起部１１ａは、エンドプレート８，８のセル積層方向外側を向く面上であって、かつ、ボルト１１を中心として切欠部１０ｂが上方を向くように、つまり図７では時計回りに、ハンガー１０が相対回転することを抑制できる位置に形成されている。
このような構成によれば、１本のボルト１１でハンガー１０をスタック本体５に固定することができるので、燃料電池スタック搭載時の工数低減が可能となる。なお、本変形例では、１本のボルト１１でハンガー１０をスタック本体５に固定しているが、２本またはそれ以上のボルト１１で固定してもよいことは勿論である。
また、かかる相対回転を抑制できる構造であれば、本変形例の構造に限定されるものではなく、例えばエンドプレート８，８に形成した孔にハンガー１０の固定部１０ｃに設けた突起を嵌めこむ構造等、様々の回転抑制構造を採用することが可能である。
図８は、燃料電池スタックにおけるハンガー１０の好適な固定位置の一例を示した斜視図である。
燃料電池スタックに例えば一対のハンガー１０が所定の方向に沿って対向するように固定されている場合、これら対向するハンガー１０を結ぶ線分Ｌが燃料電池スタックの重心Ｇの近傍を通るように固定位置を設定しておくことが好ましく（さらに好ましくは、重心Ｇが線分Ｌ上にのる）、かかる場合には、運搬時に生じ得る燃料電池スタックの揺動を抑制することができる。
同図は、セル積層方向に沿って対向配置された一対のハンガー１０を結ぶ線分Ｌが、燃料電池スタックの重心Ｇの重力方向上方に位置するような、ハンガー１０の固定例を示しており、このような構成によっても、運搬時に生じ得る燃料電池スタックの揺動を抑制することができる。
図９は、燃料電池スタックにおけるハンガー１０の好適な固定位置の他の例を示した斜視図である。
略直方体をなす燃料電池スタックの外輪郭を画成する三辺のうち、ハンガー１０による燃料電池スタックの運搬時に実質的に重力方向に沿うことになる一辺をＨ、残りの二辺をそれぞれＬ１，Ｌ２と定義した場合に、Ｌ１＞ＨとＬ２＞Ｈの関係の少なくとも一方が成立するように、好ましくは両方が成立するように、燃料電池スタックへのハンガー１０の固定位置を設定する。
つまり、図９に示すように、燃料電池スタックの前記三辺のうち、運搬時における高さ方向（重力方向）に沿う一辺Ｈよりも水平方向に沿う他の二辺が長くなるような位置にハンガー１０を固定した場合には、図１０に示すような、Ｌ１＜Ｈ及びＬ２＜Ｈの関係が成立するような位置にハンガー１０が固定された燃料電池スタックよりも、運搬時に生じ得る揺動を抑制することができる。
図１１は、同燃料電池スタックの車両１００への搭載例を示した側面図である。同図の破線で示すように、スタック本体５を備える燃料電池スタック１１０をいわゆるエンジンルーム１０１等のような車室Ｒ１よりも車両進行方向の前方側に搭載することができる。
この場合には、例えば図１３に示すように、ハンガー１０にチェーン等の吊り下げ手段１２０を引き掛けて燃料電池スタック１１０を吊った状態で運搬し、エンジンルーム１０１内の所定の搭載位置に搭載する。
なお、燃料電池スタック１１０は、図１１の二点鎖線で示すトランクルームＲ２の下方等のように、車室Ｒ１よりも車両進行方向の後方側に搭載することもできるし、図１２に示すように、スケートボード型のシャシー２１０に搭載することもできる。
図１２は、燃料電池スタックの車両シャシーへの搭載例を示した斜視図である。
同図に示すシャシー２１０を備えた車両２００は、操縦に関わるステアリングやブレーキ、その他の車両機能を全て電子制御化した、いわゆる「ドライブ・バイ・ワイヤー」システムを有する燃料電池搭載車両である。なお、この図において、シャシー２１０以外のボディや内装等の図示は、説明の便宜上、省略している。
車両２００のシャシー２１０は、スケートボード型に構成されている。このシャシー２１０には、スタック本体５を備えた燃料電池スタック１１０をはじめとして、水素貯蔵タンク２１１や駆動モーター２１２など、走行に必要な基本構造が集約されている。
このように、車両２００は、車両走行機能をシャシー２１０単体で成立させることが可能になっているので、例えば図１１に示すような従来の車両１００のように、車室Ｒ１やトランクルームＲ２を確保する等の要求を満たすために、燃料電池スタック１１０の搭載位置に制約を受けることはない。
なお、車両１００，２００に燃料電池スタックを搭載する場合には、図１３に示すように、セル積層方向が水平方向に沿うように車載されることが好ましい。この場合において、セル積層方向は車両進行方向と平行、垂直、あるいは斜交するように配置することが可能である。
なお、本発明に係る燃料電池スタックは、ケース６を備える、ケース６を備えないにかかわらず、上記実施形態および上記変形例を適用することが可能であり、いずれの場合にも上述と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明によれば、別途運搬治具等を用いることなく、燃料電池スタックを吊り下げて運搬することが可能である。また、スタック本体を収容するケースにではなく剛性部材に吊り下げ用ハンガーを設ける構成であるから、運搬の為だけにケースの強度を上げる必要がない。
【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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