特許 7174789 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-09

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2465 20160101AFI20221110BHJP

   H01M 8/2404 20160101ALI20221110BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20221110BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2465

H01M8/2404

H01M8/10 101

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021027899

(22)【出願日】2021-02-24

(65)【公開番号】P2022129254

(43)【公開日】2022-09-05

【審査請求日】2021-09-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】内藤 秀晴

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２６７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９６８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９０２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発電セルが積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレートと、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックであって、
前記位置決めピンの一端部には、前記第１エンドプレートに螺合する第１ねじ部が設けられており、
前記位置決めピンの他端部には、延長ピンが螺合するための第２ねじ部が設けられており、
前記第２ねじ部のねじ締付方向は、前記第１ねじ部のねじ締付方向と逆である、燃料電池スタック。

【請求項2】

請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第１ねじ部は雄ねじであり、前記第２ねじ部は雌ねじである、燃料電池スタック。

【請求項3】

請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第１エンドプレートは、金属製のエンドプレート本体と、前記エンドプレート本体に固定された樹脂製のカラー部材とを有し、
前記第１ねじ部は、前記カラー部材に設けられた雌ねじに螺合している、燃料電池スタック。

【請求項4】

請求項３記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第１エンドプレートは、前記カラー部材に対する前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレート本体に対する回転を規制する回転規制機構を有する、燃料電池スタック。

【請求項5】

複数の発電セルが積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレートと、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックの組立方法であって、
前記位置決めピンの一端部には第１ねじ部が設けられ、前記位置決めピンの他端部にはねじ締付方向が前記第１ねじ部と逆の第２ねじ部が設けられており、
前記組立方法は、
前記位置決めピンの前記第２ねじ部に螺合により延長ピンが接続されて位置決めシャフトが構成されるとともに、前記第１エンドプレートに前記位置決めピンの前記第１ねじ部が螺合する状態を提供するピン配置工程と、
前記ピン配置工程の後で、前記位置決め孔に前記位置決めシャフトを挿通させながら、前記複数の発電セルを積層する積層工程と、
前記積層工程の後で、前記複数の発電セルに前記積層方向の締付荷重を付与して前記積層体を前記積層方向に圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程の後で、前記位置決めピンから前記延長ピンを取り外すシャフト取外し工程と、を有する、燃料電池スタックの組立方法。

【請求項6】

請求項５記載の燃料電池スタックの組立方法において、
前記第１ねじ部は雄ねじであり、前記第２ねじ部は雌ねじである、燃料電池スタックの組立方法。

【請求項7】

請求項６記載の燃料電池スタックの組立方法において、
前記ピン配置工程では、前記第１ねじ部が前記位置決めピンの下端部に位置し、前記第２ねじ部が前記位置決めピンの上端部に位置する、燃料電池スタックの組立方法。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックの組立方法において、
前記位置決めピンは、位置決めピン本体と、前記位置決めピン本体よりも小径の前記第２ねじ部とを有し、
前記延長ピンは、延長ピン本体と、前記延長ピン本体よりも小径であり前記第２ねじ部と螺合可能な第３ねじ部とを有し、
前記位置決めシャフトにおいて、前記延長ピン本体の前記位置決めピン本体に隣接する端面の外径は、前記位置決めピン本体の前記延長ピン本体に隣接する端面の外径よりも大きい、燃料電池スタックの組立方法。

【請求項9】

請求項８記載の燃料電池スタックの組立方法において、
前記延長ピン本体は、前記延長ピン本体の前記端面に向かって外径が小さくなるテーパ部を有する、燃料電池スタックの組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、複数の発電セル（単位セル）が互いに積層された積層体と、積層体の積層方向の両端に配設されたエンドプレートとを備えた燃料電池スタックが開示されている。各発電セルには、位置決めピン（ノックピン）が挿通可能な位置決め孔が形成されている。燃料電池スタックの組立てにおいては、複数の発電セルの各々の位置決め孔に位置決めピンを挿通させながら所定枚数の発電セルを積層して積層体を構成し、積層体に積層方向の締付荷重を付与する。これにより、燃料電池スタックを組み立てることができる。

【0003】

位置決めピンに関連して、特許文献２には、本体部（位置決めピン）と延長部（延長ピン）とを有する位置決めシャフトを用い、複数の発電セルを積層方向に圧縮する圧縮工程の後に、本体部から延長部を取り外すことが開示されている。このような燃料電池スタックの組立方法によれば、位置決めシャフトの不要な突出がない燃料電池スタックを簡単に形成できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１３２５５８号公報

【文献】特開２０１３－１９６８４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は上記の従来技術に関連したなされたものであり、位置決めピンから延長ピンを効率的に取り外すことができる燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立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】

【0006】

本発明の第１の態様は、複数の発電セルが積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレートと、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックであって、前記位置決めピンの一端部には、前記第１エンドプレートに螺合する第１ねじ部が設けられており、前記位置決めピンの他端部には、延長ピンが螺合するための第２ねじ部が設けられており、前記第２ねじ部のねじ締付方向は、前記第１ねじ部のねじ締付方向と逆（第１ねじ部と第２ねじ部とは互いに逆ねじの関係）である、燃料電池スタックである。

【0007】

本発明の第２の態様は、複数の発電セルが積層されて構成された積層体と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレートと、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピンと、を備えた燃料電池スタックの組立方法であって、前記位置決めピンの一端部には第１ねじ部が設けられ、前記位置決めピンの他端部にはねじ締付方向が前記第１ねじ部と逆の第２ねじ部が設けられており、前記組立方法は、前記位置決めピンの前記第２ねじ部に螺合により延長ピンが接続されて位置決めシャフトが構成されるとともに、前記第１エンドプレートに前記位置決めピンの前記第１ねじ部が螺合する状態を提供するピン配置工程と、前記ピン配置工程の後で、前記位置決め孔に前記位置決めシャフトを挿通させながら、前記複数の発電セルを積層する積層工程と、前記積層工程の後で、前記複数の発電セルに前記積層方向の締付荷重を付与して前記積層体を前記積層方向に圧縮する圧縮工程と、前記圧縮工程の後で、前記位置決めピンから前記延長ピンを取り外すシャフト取外し工程と、を有する、燃料電池スタックの組立方法である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、位置決めピンの他端部に設けられた第２ねじ部のねじ締付方向が第１ねじ部のねじ締付方向と逆である。このため、燃料電池スタックの組立工程において、位置決めピンから延長ピンを取り外す際に、位置決めピンが延長ピンと一緒に回ることを防止することができる。すなわち、第１エンドプレートに対する位置決めピンの締結が緩んで、延長ピンが位置決めピンから外れなくなることを防止することができる。従って、延長ピンを位置決めピンから効率的に取り外すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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斜視図である。

【図2】図１の燃料電池スタックの一部省略縦断面図である。

【図3】図１の発電セルの分解斜視図である。

【図4】図４Ａは、回転規制機構を説明するための一部省略分解斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの回転規制機構を説明するための横断面図である。

【図5】燃料電池スタックの組立方法を説明するフローチャートである。

【図6】ピン配置工程の説明図である。

【図7】位置決めシャフトの一部省略断面図である。

【図8】積層工程の概略説明図である。

【図9】圧縮工程の概略説明図である。

【図10】延長ピン取外し工程の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２（単位セル）が互いに積層されて構成された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、図示しない燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１０は、定置型としても用いることができる。

【0011】

図１及び図２において、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）の一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａ（第１エンドプレート）が、外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向の他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂ（第２エンドプレート）が、外方に向かって、順次、配設される。

【0012】

つまり、一組のエンドプレート２０ａ、２０ｂは、複数の積層体１４の積層方向の両端に位置している。エンドプレート２０ａの略中央部には、ターミナルプレート１６ａに接続されるとともに積層方向外方に延出した出力端子２２ａが設けられている。エンドプレート２０ｂの略中央部には、ターミナルプレート１６ｂに接続されるとともに積層方向外方に延出した出力端子２２ｂが設けられている。

【0013】

図１に示すように、各エンドプレート２０ａ、２０ｂ（具体的には、後述するエンドプレート本体２０ａ１、２０ｂ１）は、金属製であり、横長の長方形状を有する。エンドプレート２０ａ、２０ｂの各辺間には、連結部材２４（連結バー）が配置される。各連結部材２４の両端は、ボルト２６によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面２０ａｉ、２０ｂｉに固定されている。これにより、連結部材２４は、積層体１４に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。

【0014】

燃料電池スタック１０は、積層体１４を積層方向と直交する方向から覆うカバー部２８を備えている。カバー部２８は、エンドプレート２０ａ、２０ｂの長辺側に設けられた横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ａ、３０ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂの短辺側に設けられた横長プレート形状の一組のサイドパネル３０ｃ、３０ｄとを有する。各サイドパネル３０ａ～３０ｄは、ボルト３２によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの側面に固定されている。カバー部２８は、鋳造又は押出材により一体的に成形してもよい。カバー部２８は、必要に応じて用いればよく、不要にすることもできる。

【0015】

図３に示すように、発電セル１２は、ＭＥＡ３４（電解質膜・電極構造体）と、ＭＥＡ３４を挟持する第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂとを備えている。

【0016】

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔４０ａは、純水、エチレングリコール、オイル等の冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔４２ｂは、水素含有ガス等の燃料ガスを排出する。

【0017】

各発電セル１２に設けられた酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通する。各発電セル１２に設けられた冷却媒体入口連通孔４０ａは、積層方向に互いに連通する。各発電セル１２に設けられた燃料ガス出口連通孔４２ｂは、積層方向に互いに連通する。

【0018】

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられる。燃料ガス入口連通孔４２ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔４０ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、酸化剤ガスを排出する。

【0019】

各発電セル１２に設けられた燃料ガス入口連通孔４２ａは、積層方向に互いに連通する。各発電セル１２に設けられた冷却媒体出口連通孔４０ｂは、積層方向に互いに連通する。各発電セル１２に設けられた酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、積層方向に互いに連通する。

【0020】

なお、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂと冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂとのそれぞれは、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａにも形成されている（図１参照）。

【0021】

酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂと冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂとの配置は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

【0022】

第１セパレータ３６ａのＭＥＡ３４に向かう面３６ａａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとに連通する酸化剤ガス流路４４が設けられる。酸化剤ガス流路４４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝を有する。

【0023】

第２セパレータ３６ｂのＭＥＡ３４に向かう面３６ｂａには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとに連通する燃料ガス流路４６が設けられる。燃料ガス流路４６は、矢印Ａ方向に延在する複数の燃料ガス流路溝を有する。

【0024】

第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとは、互いに対向する面３６ａｂ、３６ｂｂ間に冷却媒体流路４８を一体的に形成する。冷却媒体流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の冷却媒体流路溝を有する。

【0025】

ＭＥＡ３４は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である電解質膜５０（固体高分子電解質膜）と、電解質膜５０を挟持するカソード電極５２及びアノード電極５４とを有する。

【0026】

電解質膜５０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。電解質膜５０は、カソード電極５２及びアノード電極５４よりも大きな平面寸法（外形寸法）を有する。すなわち、電解質膜５０は、カソード電極５２及びアノード電極５４よりも外周側に突出している。

【0027】

カソード電極５２は、電解質膜５０の一方の面５０ａに接合されている。アノード電極５４は、電解質膜５０の他方の面５０ｂに接合されている。カソード電極５２及びアノード電極５４のそれぞれは、電極触媒層とガス拡散層とを含む。電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子とイオン導電成分を含むペーストが、ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。ガス拡散層は、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

【0028】

なお、ＭＥＡ３４は、電解質膜５０の平面寸法をカソード電極５２及びアノード電極５４の平面寸法よりも小さく形成し、カソード電極５２の外周縁部とアノード電極５４の外周縁部との間に枠形状を有する樹脂フィルム（樹脂枠部材）を挟持するように構成してもよい。

【0029】

第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂは、反応ガスの流通方向が長辺側になるように長方形状（四角形状）に形成されている。第１セパレータ３６ａ及び第２セパレータ３６ｂは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとは、面３６ａｂと面３６ｂｂを対向させた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。

【0030】

第１セパレータ３６ａには、第１シールライン５８ａがＭＥＡ３４に向かって膨出成形されている。第１シールライン５８ａは、第１セパレータ３６ａの外周部を周回することにより、第１セパレータ３６ａとＭＥＡ３４との間から流体（燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体）が外部に漏出することを防止する。すなわち、第１シールライン５８ａは、その突出端面が電解質膜５０に直接接触して弾性変形することによりシールするメタルビードシールとして構成されている。ただし、第１シールライン５８ａは、弾性を有するゴムシール部材で形成されていてもよい。

【0031】

第２セパレータ３６ｂには、第２シールライン５８ｂがＭＥＡ３４に向かって膨出成形されている。第２シールライン５８ｂは、第２セパレータ３６ｂの外周部を周回することにより、第２セパレータ３６ｂとＭＥＡ３４との間から流体（燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体）が漏出することを防止する。すなわち、第２シールライン５８ｂは、その突出端面が電解質膜５０の面５０ｂに直接接触して弾性変形することによりシールするメタルビードシールとして構成されている。ただし、第２シールライン５８ｂは、弾性を有するゴムシール部材で形成されていてもよい。

【0032】

第１セパレータ３６ａには、第１セパレータ３６ａの外周部から外方に突出する２つの凸部６０ａ、６０ｂが設けられている。凸部６０ａは、第１セパレータ３６ａの矢印Ｃ方向の一方の外縁部における矢印Ｂ方向の一端側（酸化剤ガス入口連通孔３８ａ側）に位置する。凸部６０ｂは、第１セパレータ３６ａの矢印Ｃ方向の他方の外縁部における矢印Ｂ方向の他端側（酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ側）に位置する。

【0033】

凸部６０ａの略中央部には、後述する位置決めピン７０（図１及び図２参照）が挿通する位置決め孔６２が形成されている。なお、図３では、位置決めピン７０の図示を省略している。

【0034】

図２及び図３に示すように、凸部６０ａは、板状に形成された支持部６４と、支持部６４を被覆する絶縁部６６とを有する。支持部６４は、金属材料、例えば、第１セパレータ３６ａと同じ材料によって形成される。支持部６４は、第１セパレータ３６ａに対して溶接されている。ただし、支持部６４は、第１セパレータ３６ａに対して一体成形されていてもよい。支持部６４を被覆する絶縁部６６には、位置決め孔６２が形成されている。

【0035】

絶縁部６６は、樹脂等の電気的絶縁材料によって構成されている。絶縁部６６は、支持部６４のうち第１セパレータ３６ａから突出している部分を被覆する。位置決め孔６２を形成する壁部は、絶縁部６６（絶縁材料）によって構成されている。

【0036】

凸部６０ｂは、凸部６０ａと同様に構成されている。そのため、凸部６０ｂの詳細な構成の説明については省略する。第２セパレータ３６ｂには、第１セパレータ３６ａと同様に、２つの凸部６０ａ、６０ｂが設けられている。つまり、各発電セル１２は、２つの凸部６０ａと、２つの凸部６０ｂとを有する。

【0037】

図２に示す燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２を互いに位置決めするための２本の位置決めピン７０（ノックピン）を備える。位置決めピン７０は、各発電セル１２の凸部６０ａ、６０ｂの位置決め孔６２に挿通している。図２の例では、位置決めピン７０は、インシュレータ１８ａ、１８ｂの外側に位置している（インシュレータ１８ａ、１８ｂを貫通していない）が、インシュレータ１８ａ、１８ｂを貫通していてもよい。

【0038】

位置決めピン７０は、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、マグネシウム等の金属材料により円柱状又は円筒状に形成されている。位置決めピン７０の一端部には、エンドプレート２０ａに設けられた後述するカラー部材８８に螺合する第１ねじ部７０ａが設けられている。位置決めピン７０の他端部には、後述する延長ピン１１０（図６、図７参照）が螺合するための第２ねじ部７０ｂが設けられている。従って、位置決めピン７０は、位置決め孔６２に挿通された位置決めピン本体７１と、位置決めピン本体７１よりも小径の第１ねじ部７０ａと、位置決めピン本体７１よりも小径の第２ねじ部７０ｂとを有する。

【0039】

本実施形態では、第１ねじ部７０ａは雄ねじ７０ａ１である。他の態様において、第１ねじ部７０ａは雌ねじであってもよい。エンドプレート２０ａは、金属製のエンドプレート本体２０ａ１と、エンドプレート本体２０ａ１に固定された樹脂製のカラー部材８８とを有する。上述した連通孔（図１及び図２に示す酸化剤ガス入口連通孔３８ａ等）は、エンドプレート本体２０ａ１に形成されている。

【0040】

エンドプレート２０ｂは、エンドプレート本体２０ｂ１と、エンドプレート本体２０ｂ１に固定された第１支持部材７２及び第２支持部材７４とを有する。上述した連通孔（図１及び図２に示す酸化剤ガス入口連通孔３８ａ等）は、エンドプレート本体２０ｂ１に形成されている。位置決めピン７０の他端部は、第１支持部材７２及び第２支持部材７４に支持されている。本実施形態では、第２ねじ部７０ｂは雌ねじ７０ｂ１である。他の態様において、第２ねじ部７０ｂは雄ねじであってもよい。

【0041】

第２ねじ部７０ｂのねじ締付方向は、第１ねじ部７０ａのねじ締付方向と逆である。すなわち、第２ねじ部７０ｂのねじ切り方向（螺旋方向）は、第１ねじ部７０ａのねじ切り方向（螺旋方向）と逆である。具体的に、本実施形態では、第１ねじ部７０ａは右ねじであり、第２ねじ部７０ｂは左ねじである。なお、他の態様において、第１ねじ部７０ａは左ねじであり、第２ねじ部７０ｂは右ねじであってもよい。

【0042】

第１支持部材７２及び第２支持部材７４は、エンドプレート２０ｂに形成された貫通孔７６に挿入されている。貫通孔７６は、段付き孔であって、小径孔７６ａと大径孔７６ｂとを含む。小径孔７６ａは、エンドプレート２０ｂの外面２０ｂｏに開口する。大径孔７６ｂは、小径孔７６ａに連通するとともにエンドプレート２０ｂの内面２０ｂｉに開口する。

【0043】

第１支持部材７２は、筒状に形成されている。つまり、第１支持部材７２は、位置決めピン７０の他端部が挿通される内孔７２ａを有する。第１支持部材７２は、小径孔７６ａの一端側に挿入された円筒状の第１支持本体７８と、第１支持本体７８に設けられて大径孔７６ｂに挿入された第１環状部８０とを含む。第１環状部８０は、第１支持本体７８の軸方向の端部（積層体１４が位置する側の端部）から径方向外方に延出している。

【0044】

第２支持部材７４は、有底筒状に形成されている。つまり、第２支持部材７４は、位置決めピン７０の他端部が挿入される凹部７４ａを有する。第２支持部材７４は、小径孔７６ａの他端側に挿入された円筒状の第２支持本体８２と、第２支持本体８２に設けられた第２環状部８４とを含む。第２支持本体８２の一端面は、第１支持本体７８の端面に近接している。第２支持本体８２の他端側（底部側）は、エンドプレート２０ｂの外側に位置して位置決めピン７０の他端を覆っている。第２環状部８４は、第２支持本体８２の軸方向の略中央部から径方向外方に延出している。第２環状部８４は、エンドプレート２０ｂの外面２０ｂｏに接触している。

【0045】

図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２０ａに形成された貫通孔８６に挿入されたカラー部材８８と、回転規制機構９０とを備える。

【0046】

貫通孔８６は、段付き孔であって、小径の挿入孔８６ａと大径のフランジ孔８６ｂとを含む。挿入孔８６ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏに開口する。フランジ孔８６ｂは、挿入孔８６ａに連通するとともにエンドプレート２０ａの内面２０ａｉに開口する。カラー部材８８は、絶縁材料（電気的絶縁性を有する材料）により構成されている。カラー部材８８は、円柱状のカラー本体９２と、カラー本体９２に設けられたフランジ部９４とを有する。

【0047】

カラー本体９２は、挿入孔８６ａに挿入されている。カラー本体９２の端面９２ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏに対して面一である（図２参照）。ただし、カラー本体９２の端面９２ａは、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏよりも積層体１４の積層方向内側に位置していてもよいし、エンドプレート２０ａの外面２０ａｏよりも積層体１４の積層方向外側に位置していてもよい。カラー本体９２の外径は、挿入孔８６ａの内径（孔径）と略一致する。カラー本体９２は、円筒状に形成されていてもよい。

【0048】

フランジ部９４は、フランジ孔８６ｂに挿入されている。フランジ部９４は、カラー本体９２の軸方向の端部（積層体１４が位置する側の端部）から径方向外方に突出するとともに円環状に延在している。フランジ部９４の外面９４ａの略中央には、位置決めピン７０の第１ねじ部７０ａが螺合する雌ねじ９６（ねじ穴）が形成されている。他の態様において第１ねじ部７０ａが雌ねじである場合、カラー部材８８には雄ねじが設けられる。

【0049】

回転規制機構９０は、位置決めピン７０のねじ締付方向（図４Ｂの矢印の方向）に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転を規制する。回転規制機構９０は、カラー本体９２の外周面から径方向外方に突出した突起９８と、挿入孔８６ａを形成する壁面に形成された溝１００とを含む。

【0050】

突起９８のカラー本体９２からの突出長は、フランジ部９４のカラー本体９２からの突出長よりも短い。突起９８の突出長は、任意に設定可能である。突起９８は、直方体形状に形成されており、フランジ部９４からカラー本体９２の端面９２ａに向かって延びている。

【0051】

すなわち、図４Ｂにおいて、突起９８の横断面は、四角形状に形成されている。突起９８は、雌ねじ９６の径方向外方に位置している（図２参照）。突起９８のうち位置決めピン７０のねじ締付方向に位置する部位には、第１当接面１０２が形成されている。第１当接面１０２は、平坦に形成されている。

【0052】

図２、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、溝１００は、カラー本体９２の軸線方向に沿って延在するとともに突起９８が挿入されている。溝１００は、突起９８の形状に対応した形状（直方体形状）を有する。図４Ｂにおいて、溝１００を形成する壁部には、第１当接面１０２に当接した第２当接面１０４が形成されている。第２当接面１０４は、平坦に形成され、第１当接面１０２と平行に延在している。

【0053】

突起９８及び溝１００の形状は、任意に設定可能である。突起９８の横断面は、三角形状又は多角形状（四角形状以外）であってもよい。また、溝１００は、突起９８が挿入可能であれば（カラー本体９２の回転を規制できれば）、突起９８に対応した形状に形成されていなくてもよい。さらに、突起９８が溝１００に挿入可能であれば、突起９８及び溝１００のカラー本体９２の周方向の位相は特に限定されない。

【0054】

回転規制機構９０は、例えば、下記のように他の態様を採用してもよい。

【0055】

回転規制機構９０の他の態様（第１変形例）において、カラー部材８８はカラー本体９２の外周面に形成された雄ねじを有し、エンドプレート本体２０ａ１の貫通孔８６を形成する内面は当該雄ねじに螺合する雌ねじを有する。回転規制機構９０のさらに他の態様（第２変形例）において、カラー部材８８は非円形（例えば長円形、多角形）のフランジ部を有し、エンドプレート本体２０ａ１は当該フランジ部が嵌合（係合）する非円形の溝を有する。回転規制機構９０のさらに他の態様（第３変形例）において、カラー部材８８はフランジ部９４から軸方向に突出した突出ピンを有し、エンドプレート本体２０ａ１は当該突出ピンが挿入される孔を有する。回転規制機構９０のさらに他の態様（第４変形例）において、カラー部材８８はエンドプレート本体２０ａ１にインサート成形されている。回転規制機構９０のさらに他の態様（第５変形例）において、カラー部材８８はカラー本体９２の外周面から径方向外方に突出した複数の突出部を有し、当該複数の突出部は、貫通孔８６を形成する内壁面に食い込んでいる。

【0056】

次に、燃料電池スタック１０の組立方法について説明する。

【0057】

図５に示すように、燃料電池スタック１０の組立方法は、ピン配置工程Ｓ１と、積層工程Ｓ２と、圧縮工程Ｓ３と、締結工程Ｓ４と、延長ピン取外し工程Ｓ５とを有する。

【0058】

ピン配置工程Ｓ１では、図６に示すように、位置決めピン７０の第２ねじ部７０ｂに螺合により延長ピン１１０が接続されて位置決めシャフト１１２が構成されるとともに、エンドプレート２０ａに位置決めピン７０の第１ねじ部７０ａが螺合する状態を提供する。ピン配置工程Ｓ１では、第１ねじ部７０ａが位置決めピン７０の下端部に位置し、第２ねじ部７０ｂが位置決めピン７０の上端部に位置する。すなわち、位置決めピン７０は鉛直方向に沿って配置される。

【0059】

図７に示すように、位置決めシャフト１１２は、位置決めピン７０と、位置決めピン７０に螺合可能な延長ピン１１０とを有する。位置決めピン７０の他端部（第２ねじ部７０ｂが設けられた側の端部）に延長ピン１１０が接続されることにより、位置決めピン７０よりも全長が長い位置決めシャフト１１２が形成される。位置決めピン７０及び延長ピン１１０はいずれも、軸方向に垂直な断面において円形である。

【0060】

位置決めピン本体７１は、全長に亘って外径が一定である。従って、位置決めピン本体７１の外径は、全長に亘って、後述する延長ピン本体１１４の端面１１４ｅの外径Ｄ２と同じである。

【0061】

延長ピン１１０は、延長ピン本体１１４と、延長ピン本体１１４よりも小径であり第２ねじ部７０ｂと螺合可能な第３ねじ部１１６とを有する。位置決めシャフト１１２において、延長ピン本体１１４の位置決めピン本体７１に隣接する端面１１４ｅの外径Ｄ２は、位置決めピン本体７１の延長ピン本体１１４に隣接する端面７１ｅの外径Ｄ１よりも大きい。延長ピン本体１１４の端面１１４ｅの外径Ｄ２と位置決めピン本体７１の端面７１ｅの外径Ｄ１との差（Ｄ２－Ｄ１）は、例えば、２０～１００μｍ程度である。

【0062】

延長ピン本体１１４は、延長ピン本体１１４の端面１１４ｅに向かって外径が小さくなるテーパ部１１８を有する。延長ピン１１０の軸線に対するテーパ部１１８の傾斜角度は、例えば、０．４～１．０度に設定される。

【0063】

本実施形態では、第３ねじ部１１６は雄ねじ１１６ａである。上記のように他の態様において第２ねじ部７０ｂが雄ねじとされる場合、第３ねじ部１１６は雌ねじとされる必要がある。

【0064】

図６において、スタック組立装置１２０の基台１２２上にエンドプレート２０ａが不図示のボルト等の適宜の固定部品により固定されている。この際、エンドプレート２０ａの内面２０ａｉは、上方（基台１２２とは反対方向）を向く。そして、エンドプレート２０ａのカラー部材８８の雌ねじ９６に、位置決めピン７０の第１ねじ部７０ａを螺合することにより、位置決めピン７０をカラー部材８８に接続する。この場合、下記の第１の方法と第２の方法のいずれを採用してもよい。第１の方法では、位置決めピン７０に延長ピン１１０が接続された状態の位置決めシャフト１１２をカラー部材８８に接続する。第２の方法では、まず、延長ピン１１０が接続されてない位置決めピン７０をカラー部材８８に接続し、次に、位置決めピン７０に延長ピン１１０を接続する。

【0065】

このようにピン配置工程Ｓ１では、位置決めピン７０の第１ねじ部７０ａをカラー部材８８の雌ねじ９６に螺合する。この際、カラー部材８８には、図４Ｂに示す矢印の方向のねじ締付力が作用する。しかしながら、カラー部材８８は、回転規制機構９０によって位置決めピン７０のねじ締付方向に沿って回転が規制されている。カラー部材８８は、突起９８の第１当接面１０２が溝１００の第２当接面１０４に当接しているため、位置決めピン７０のねじ締付方向に回らない。従って、作業者（ユーザ）は、位置決めピン７０をカラー部材８８に効率的に取り付けることができる。

【0066】

図８に示すように、積層工程Ｓ２では、発電セル１２の位置決め孔６２に位置決めシャフト１１２を挿通させながら、複数の発電セル１２を積層する。具体的には、位置決めシャフト１１２に沿って発電セル１２をエンドプレート２０ａ側（鉛直下方）に移動させ、エンドプレート２０ａの内面２０ａｉに重ねられたインシュレータ１８ａ及びターミナルプレート１６ａに対して複数の発電セル１２を積層する。そして、所定枚数の発電セル１２を積層した後、積層体１４の他端側（上端部）にターミナルプレート１６ｂ及びインシュレータ１８ｂを重ねる。なお、図８において、スタック組立装置１２０の加圧プレート１２４の下面には、他方のエンドプレート２０ｂが不図示のボルト等の適宜の固定部品により固定されている。エンドプレート２０ｂに設けられた貫通孔７６は、加圧プレート１２４に設けられた孔部１２５と連通している。

【0067】

積層工程Ｓ２の後、圧縮工程Ｓ３を実施する（図５参照）。図９に示すように、圧縮工程Ｓ３では、複数の発電セル１２に積層方向の締付荷重を付与して積層体１４を積層方向に圧縮する。具体的には、スタック組立装置１２０のシリンダ機構１２６のロッド１２８を伸ばすことにより加圧プレート１２４を下降させて、一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間に積層体１４を挟み込み、積層体１４に積層方向の締付荷重を付与する。この締付荷重により、一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間の距離が、所定距離に設定される。締付荷重を調整するため、エンドプレート２０ｂとインシュレータ１８ｂとの間に図示しないシムプレートを介装してもよい。

【0068】

図９のように、加圧プレート１２４によって積層体１４に所定の締付荷重が付与された状態では、エンドプレート２０ｂに設けられた貫通孔７６に位置決めピン７０の他端部（この状態での上端部）が挿入され、加圧プレート１２４に設けられた孔部１２５に延長ピン１１０が挿入されている。

【0069】

圧縮工程Ｓ３の後、締結工程Ｓ４を実施する（図５参照）。締結工程Ｓ４では、締付荷重の付与により一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間の距離を上記の所定距離に維持した状態（図９の状態）で、一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂを連結部材２４（図１参照）で連結する。これにより、一対のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間の距離が拘束され、複数の発電セル１２が所定の圧縮状態を維持して保持される。以上により、締結工程Ｓ４が終了する。

【0070】

締結工程Ｓ４の後、延長ピン取外し工程Ｓ５を実施する（図５参照）。図１０に示すように、延長ピン取外し工程Ｓ５では、位置決めピン７０から延長ピン１１０を取り外す。具体的には、スタック組立装置１２０の加圧プレート１２４に対するエンドプレート２０ｂの締付荷重を解除する。次に、加圧プレート１２４を上昇させて、加圧プレート１２４をエンドプレート２０ｂから離間させ、延長ピン１１０を露出させる。

【0071】

そして、エンドプレート２０ｂから上方に突出している延長ピン１１０を位置決めピン７０に対して回転させることにより、位置決めピン７０の第２ねじ部７０ｂと延長ピン１１０の第３ねじ部１１６との螺合（図７参照）を解除する。このとき、位置決めピン７０と延長ピン１１０との螺合を解除する回転方向は、位置決めピン７０のねじ締付方向と同じ方向である。このため、延長ピン１１０を螺合解除方向に回転させる際には、位置決めピン７０の回転はエンドプレート２０ａ（カラー部材８８）によって拘束されている。従って、延長ピン１１０の回転に伴って位置決めピン７０が回転して位置決めピン７０とカラー部材８８との螺合が緩むことはない。

【0072】

延長ピン取外し工程Ｓ５の後、図１に示すようにエンドプレート２０ａ、２０ｂにサイドパネル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを固定して、燃料電池スタック１０の組立が完了する。

【0073】

次に、燃料電池スタック１０の動作について説明する。

【0074】

まず、図１に示すように、酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔４２ａに供給される。冷却媒体は、エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔４０ａに供給される。

【0075】

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから第１セパレータ３６ａの酸化剤ガス流路４４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体のカソード電極５２に供給される。

【0076】

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４２ａから第２セパレータ３６ｂの燃料ガス流路４６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体のアノード電極５４に供給される。

【0077】

従って、各ＭＥＡ３４では、カソード電極５２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５４に供給される燃料ガスとが、電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

【0078】

次いで、カソード電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

【0079】

また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３６ａと第２セパレータ３６ｂとの間に形成された冷却媒体流路４８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ３４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。

【0080】

本実施形態は、以下の効果を奏する。

【0081】

図２示すように、位置決めピン７０の他端部に設けられた第２ねじ部７０ｂのねじ締付方向が第１ねじ部７０ａのねじ締付方向と逆である。このため、燃料電池スタック１０の組立において、図１０のように位置決めピン７０から延長ピン１１０を取り外す際に、位置決めピン７０が延長ピン１１０と一緒に回ることを防止することができる。すなわち、エンドプレート２０ａ（具体的には、カラー部材８８）に対する位置決めピン７０の締結が緩んで、延長ピン１１０が位置決めピン７０から外れなくなることを防止することができる。従って、延長ピン１１０を位置決めピン７０から効率的に取り外すことができる。

【0082】

図２に示すように第１ねじ部７０ａが雄ねじ７０ａ１であるため、エンドプレート２０ａに対する螺合を容易に行うことができる。第２ねじ部７０ｂが雌ねじ７０ｂ１であるため、第２ねじ部７０ｂを設けることによる位置決めピン７０の全長の増大を回避することができる。

【0083】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、カラー部材８８に対する位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート本体２０ａ１に対する回転を規制する回転規制機構９０が設けられている。このように、回転規制機構９０によって、位置決めピン７０のねじ締付方向に沿ったカラー部材８８のエンドプレート２０ａに対する回転が規制されている。そのため、位置決めピン７０をカラー部材８８に螺合する際に、カラー部材８８が位置決めピン７０と供回りすることを抑えることができる。これにより、位置決めピン７０をカラー部材８８に対して効率的に取り付けることができる。

【0084】

図７に示すように位置決めピン７０は、位置決めピン本体７１と、位置決めピン本体７１よりも小径の第２ねじ部７０ｂとを有する。延長ピン１１０は、延長ピン本体１１４と、延長ピン本体１１４よりも小径であり第２ねじ部７０ｂと螺合可能な第３ねじ部１１６とを有する。位置決めシャフト１１２において、延長ピン本体１１４の位置決めピン本体７１に隣接する端面１１４ｅの外径Ｄ２は、位置決めピン本体７１の延長ピン本体１１４に隣接する端面７１ｅの外径Ｄ１よりも大きい。この構成により、図８に示した発電セル１２の積層時に、位置決めシャフト１１２における位置決めピン７０と延長ピン１１０との接続部に形成される段差に位置決め孔６２が引っかかることが回避される。これにより、発電セル１２の積層を効率的に行うことができる。

【0085】

図７に示すように、延長ピン本体１１４は、延長ピン本体１１４の端面１１４ｅに向かって外径が小さくなるテーパ部１１８を有する。これにより、図８に示した発電セル１２の積層時に、延長ピン１１０から位置決めピン７０へと位置決め孔６２をスムーズに案内することができる。

【0086】

本実施形態をまとめると以下のようになる。

【0087】

本実施形態は、複数の発電セル（１２）が積層されて構成された積層体（１４）と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレート（２０ａ、２０ｂ）と、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔（６２）に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピン（７０）と、を備えた燃料電池スタック（１０）であって、前記位置決めピンの一端部には、前記第１エンドプレートに螺合する第１ねじ部（７０ａ）が設けられており、前記位置決めピンの他端部には、延長ピン（１１０）が螺合するための第２ねじ部（７０ｂ）が設けられており、前記第２ねじ部のねじ締付方向は、前記第１ねじ部のねじ締付方向と逆である、燃料電池スタックを開示している。

【0088】

前記第１ねじ部は雄ねじ（７０ａ１）であり、前記第２ねじ部は雌ねじ（７０ｂ１）である。

【0089】

前記第１エンドプレートは、金属製のエンドプレート本体（２０ａ１）と、前記エンドプレート本体に固定された樹脂製のカラー部材（８８）とを有し、前記第１ねじ部は、前記カラー部材に設けられた雌ねじ（９６）に螺合している。

【0090】

前記第１エンドプレートは、前記カラー部材に対する前記位置決めピンのねじ締付方向に沿った前記カラー部材の前記エンドプレート本体に対する回転を規制する回転規制機構（９０）を有する。

【0091】

本実施形態は、複数の発電セル（１２）が積層されて構成された積層体（１４）と、前記積層体の積層方向の両端に配置された第１及び第２エンドプレート（２０ａ、２０ｂ）と、前記複数の発電セルの各々に設けられた位置決め孔（６２）に挿通されて前記複数の発電セルを位置決めする位置決めピン（７０）と、を備えた燃料電池スタック（１０）の組立方法であって、前記位置決めピンの一端部には第１ねじ部（７０ａ）が設けられ、前記位置決めピンの他端部にはねじ締付方向が前記第１ねじ部と逆の第２ねじ部（７０ｂ）が設けられており、前記組立方法は、前記位置決めピンの前記第２ねじ部に螺合により延長ピン（１１０）が接続されて位置決めシャフト（１１２）が構成されるとともに、前記第１エンドプレートに前記位置決めピンの前記第１ねじ部が螺合する状態を提供するピン配置工程（Ｓ１）と、前記ピン配置工程の後で、前記位置決め孔に前記位置決めシャフトを挿通させながら、前記複数の発電セルを積層する積層工程（Ｓ２）と、前記積層工程の後で、前記複数の発電セルに前記積層方向の締付荷重を付与して前記積層体を前記積層方向に圧縮する圧縮工程（Ｓ３）と、前記圧縮工程の後で、前記位置決めピンから前記延長ピンを取り外すシャフト取外し工程（Ｓ５）と、を有する、燃料電池スタックの組立方法を開示している。

【0092】

上記の組立方法において、前記第１ねじ部は雄ねじ（７０ａ１）であり、前記第２ねじ部は雌ねじ（７０ｂ１）である。

【0093】

前記ピン配置工程では、前記第１ねじ部が前記位置決めピンの下端部に位置し、前記第２ねじ部が前記位置決めピンの上端部に位置する。

【0094】

上記の組立方法において、前記位置決めピンは、位置決めピン本体（７１）と、前記位置決めピン本体よりも小径の前記第２ねじ部とを有し、前記延長ピンは、延長ピン本体（１１４）と、前記延長ピン本体よりも小径であり前記第２ねじ部と螺合可能な第３ねじ部（１１６）とを有し、前記位置決めシャフトにおいて、前記延長ピン本体の前記位置決めピン本体に隣接する端面（１１４ｅ）の外径（Ｄ２）は、前記位置決めピン本体の前記延長ピン本体に隣接する端面（７１ｅ）の外径（Ｄ１）よりも大きい。

【0095】

前記延長ピン本体は、前記延長ピン本体の前記端面に向かって外径が小さくなるテーパ部（１１８）を有する。

【0096】

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

【符号の説明】

【0097】

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
７０…位置決めピン ７０ａ…第１ねじ部
７０ｂ…第２ねじ部 ８８…カラー部材
１１０…延長ピン １１２…位置決めシャフト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】