JP2000357531A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質型燃料電池

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JP2000357531A
JP2000357531A JP11168894A JP16889499A JP2000357531A JP 2000357531 A JP2000357531 A JP 2000357531A JP 11168894 A JP11168894 A JP 11168894A JP 16889499 A JP16889499 A JP 16889499A JP 2000357531 A JP2000357531 A JP 2000357531A
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JP
Japan
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gas
fuel cell
cooling water
fuel
polymer electrolyte
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JP11168894A
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Yasuhito Tanaka
泰仁 田中
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/083—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/20—Fastening; Joining with threaded elements
    • F28F2275/205—Fastening; Joining with threaded elements with of tie-rods

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で軽量な固体高分子電解質型燃料電池の
提供。 【解決手段】 締付板大型化の原因となる締付板上にあ
る締付ボルトを燃料電池直列積層体内部に配置し、燃料
電池直列積層体を本来構成している機能部品に締付ボル
トの機能を兼ね備えることにより、締付ボルト配置によ
る面積増加を抑え、軽量化した固体高分子電解質型燃料
電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質型燃料電池に係わり、燃料電池を小型軽量化するよう
に改良されたその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池としてこれに使用される電解質
の種類により、固体高分子電解質型、りん酸型、溶融炭
酸型、固体酸化物などの各種の燃料電池が知られてい
る。このうち固体高分子電解質型燃料電池は、分子中に
プロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹脂膜を
飽和に含水させると、低い抵抗率を示してプロトン導電
性電解質膜として機能することを利用した燃料電池であ
る。
【０００３】図４は、代表的な固体高分子電解質型燃料
電池の構成部品である単電池の構成例を模式的に示した
断面図であり、図５は、代表的な固体高分子電解質型燃
料電池の構成部品である単電池の構成例を模式的に示し
た斜視図であり、図６は、代表的な固体高分子電解質型
燃料電池を模式的に示した斜視図である。
【０００４】図４および図５において、燃料電池セル１
は電解質層１Ａと燃料電極１Ｂと酸化剤電極１Ｃとで構
成されている。電解質層１Ａは、薄い矩形状をなした固
体高分子電解質膜（以降、ＰＥ膜と略称する。）からな
っている。燃料電極１Ｂは、ＰＥ膜１Ａの一方の主面に
密接して積層されて燃料ガスの供給を受ける電極であ
る。酸化剤電極１Ｃは、ＰＥ膜１Ａの他方の主面に密接
して積層されて酸化剤ガスの供給を受ける電極である。
燃料電極１Ｂの外側面側が燃料電池セル１の一方の側１
ａであり、酸化剤電極１Ｃの外側面側が燃料電池セル１
の他方の側１ｂである。燃料電極１Ｂおよび酸化剤電極
１Ｃは、共に、触媒活物質を含む触媒層と、この触媒層
を支持し、反応ガス（燃料ガスと酸化剤ガスとの総称で
ある）を供給および排出し、および集電板としての機能
を有する電極基材とからなり、前記触媒層をＰＥ膜１Ａ
の対応する主面にホットプレスにより密着させて配置さ
れる。
【０００５】セパレータ２Ａは、ガスを透過しない材料
を用いて製作され、燃料電池セル１の一方の側面１ａ側
に配設される。セパレータ２Ａの燃料電池セル側の面
（燃料ガス通流路側面）には、図示しない燃料ガスを通
流させ、および未消費の水素を含む燃料ガスを排出する
ための、同一間隔により複数個設けられた凹形状溝（燃
料ガス通流路溝）３Ａと、このガス通流路溝３Ａ間に介
在する凸形状の隔壁（燃料ガス通流路隔壁）４Ａとが互
いに交互に形成されている。さらに、セパレータ２Ａの
ガス通流路側面の反対側の側面（冷却水通流路側面）に
は、セパレータ２Ａを一定温度で保持するための冷却水
を通流および排出するための、同一間隔により複数個設
けられた凹形状溝（冷却水通流路溝）６Ａと、この冷却
水通流路溝６Ａ間に介在する凸形状隔壁（冷却水通流路
隔壁）７Ａとが交互に形成されている。
【０００６】セパレータ２Ｂは、ガスを透過しない材料
を用いて製作され、燃料電池セル１の一方の側面１ｂ側
に配設される。セパレータ２Ｂの燃料電池セル側の面
（酸化剤ガス通流路側面）には、図示しない酸化剤ガス
を通流させ、および未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排
出するための、同一間隔により複数個設けられた凹形状
溝（酸化剤ガス通流路溝）３Ｂと、このガス通流路溝３
Ｂ間に介在する凸形状の隔壁（酸化剤ガス通流路隔壁）
４Ｂとが互いに交互に形成されている。さらに、セパレ
ータ２Ｂのガス通流路側面の反対側の側面（冷却水通流
路側面）には、セパレータ２Ｂを一定温度で保持するた
めの冷却水を通流および排出するための、同一間隔によ
り複数個設けられた凹形状溝（冷却水通流路溝）６Ｂ
と、この冷却水通流路溝６Ｂ間に介在する凸形状隔壁
（冷却水通流路隔壁）７Ｂとが交互に形成されている。
【０００７】なお、前記ガス通流路隔壁４Ａおよび４Ｂ
の頂部は、それぞれのセパレータ２Ａおよび２Ｂの側面
２Ａａおよび２Ｂｂと同一面になるよう形成されてい
る。セパレータ２Ａは、この側面２Ａａを燃料電池セル
１の側面１ａに密接させて、およびセパレータ２Ｂは、
この側面２Ｂｂを燃料電池セル１の側面１ｂに密接させ
て、それぞれ燃料電池セル１を挟むように配設される。
【０００８】ガスシール体５は、セパレータ２Ａおよび
２Ｂの反応ガス通流路溝（燃料ガス通流路溝および酸化
剤ガス通流路溝を総称する）３Ａおよび３Ｂ中を通流す
る反応ガスが、通流路外に漏れ出るのを防止する役目を
負うものであり、それぞれのセパレータ２Ａおよび２Ｂ
の周縁部と燃料電池セル１の周縁部との空所に配置され
るものである。冷却水シール体８は、セパレータ２Ａお
よび２Ｂの冷却水通流路溝６Ａおよび６Ｂ中を通流する
冷却水が通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負うも
のであり、それぞれのセパレータ２Ａおよび２Ｂの周縁
部の空所に配置されるものである。
【０００９】反応ガス供給穴９は、外部から燃料および
酸化剤ガスのそれぞれを供給するための反応ガス供給路
（燃料ガス供給路および酸化剤ガス供給路）を形成し、
セパレータ２Ａおよび２Ｂのガス通流路側面のそれぞれ
に反応ガスを導入するための孔であり、セパレータ２Ａ
および２Ｂおよび燃料電池セル１および後述する集電板
１４および電気絶縁板１５に形成される。反応ガス排出
穴１０は、それぞれのセパレータ２Ａおよび２Ｂを通流
した燃料および酸化剤ガスを外部へ排出させるための反
応ガス排出路（燃料ガス排出路および酸化剤ガス排出
路）を形成する穴であり、セパレータ２Ａおよび２Ｂお
よび燃料電池セル１および後述する集電板１４および電
気絶縁板１５に形成される。
【００１０】冷却水供給穴１１は、外部から冷却水を供
給するための冷却水供給路を形成し、それぞれのセパレ
ータ２Ａおよび２Ｂの冷却水通流路側面に冷却水を導入
するための穴であり、セパレータ２Ａおよび２Ｂおよび
燃料電池セル１および後述する集電板１４および電気絶
縁板１５に形成される。冷却水排出穴１２は、それぞれ
のセパレータ２Ａおよび２Ｂを通流した冷却水を外部へ
排出させるための冷却水排出路を形成する穴であり、セ
パレータ２Ａおよび２Ｂおよび燃料電池セル１および後
述する集電板１４および電気絶縁板１５に形成される。
【００１１】燃料電池セル１およびセパレータ２Ａおよ
び２Ｂおよびガスシール体５および冷却水シール体８で
構成される組立品をまとめて、単電池１３と称する。
【００１２】１個の燃料電池セルが発生する電圧は、１
〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を有
する単電池１３を多数個積層して、それらの各燃料電池
セル１を、これに介挿されるセパレータ２Ａおよび２Ｂ
を介して、互いに直列接続した燃料電池セル集合体（本
明細書中では、燃料電池直列積層体と称する）として構
成し、電圧を高めて実用的に供されるのが一般的であ
る。また、固体高分子電解質膜１Ａの比抵抗を小さくし
て発電効率を高く維持するために、通常５０℃〜１００
℃の運転温度で用いられる。
【００１３】図６は従来型の固体高分子電解質型燃料電
池を示す図であり、該燃料電池は、複数の単電池１３を
順次積層し、その両端部に複数の単電池１３の持つ燃料
電池セル１で発生した直流電流を取り出すための集電板
１４と、単電池１３および集電板１４を加圧装置から電
気的に絶縁するための電気絶縁板１５と、単電池１３と
集電板１４と電気絶縁板１５を積層した積層体の両端部
に配置される締付板１６と、適度の加圧力を与える締付
ボルト１７と締付用皿バネ１８と締付具１９を複数個備
え、締付板１６には燃料および酸化剤ガスを外部からス
タック内部へ供給するためのガス供給継手２０と、スタ
ック内部を循環した燃料および酸化剤ガスを外部へ排出
するガス排出継手２１と、冷却水を外部からスタック内
部へ供給するための冷却水供給継手２２と、スタック内
部を循環した冷却水を外部へ排出する冷却水排出継手２
３が備えられている。
【００１４】このように構成された燃料電池において、
セパレータ２Ａおよび２Ｂは、ガス通流路溝３Ａおよび
３Ｂ中を通流する反応ガスの流れ方向が矢印で示したご
とく、その供給側を重力方向に対して上側に、又、その
排出側を重力方向に対して下側になるよう配置される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る固体高分子電解質型燃料電池においては、直流発電の
機能を発するのであるが次のような問題点がある。すな
わち、従来例のような固体高分子電解質型燃料電池で
は、加圧装置の構成部品である締付ボルトが燃料電池直
列積層体の外側に複数個配置する必要があるため、
（１）燃料電池直列積層体としての体積を増大させてい
る。（２）加圧装置の構成部品である締付板が大型化し
締付板および燃料電池直列積層体の重量を増加させてい
る。（３）締付板の中央部が撓み易く板厚を厚くする必
要があり結果として締付板および燃料電池直列積層体の
重量を増加させている。これらの問題点により燃料電池
直列積層体の小型軽量化が困難であった。本発明の目的
は、燃料電池直列積層体の外側ではなく内部に締付ボル
トを配置して、締付板の小型薄型化を図ることにより、
小型で軽量な固体高分子電解質型燃料電池を提供するこ
とである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めには、締付板大型化の原因となる締付板上にある締付
ボルトを燃料電池直列積層体内部に配置し、燃料電池直
列積層体外の余分となった締付板部分を削除すれば良
い。ただし、単純に燃料電池直列積層体内に移動しただ
けでは締付ボルト配置面積分だけ面積が増え、燃料電池
直列積層体を構成する部品の面積増加につながり軽量化
されない。このため、燃料電池直列積層体を本来構成し
ている機能部品に締付ボルトの機能を兼ね備えれば、締
付ボルト配置による面積増加が抑えられ、軽量化を図る
ことができる。さらに、燃料電池直列積層体内部に移動
した締付ボルトに、燃料電池直列積層体の位置決め積層
機能も兼ね備えると、新たな追加部品を設ける必要がな
くなる。
【００１７】１つの手段として、締付ボルトを燃料電池
直列積層体内の反応ガスおよび冷却水の供給路および／
または排出路内に配置する事ができる。別の手段とし
て、その締付ボルトを中空として、それぞれが反応ガス
または冷却水の供給または排出のいずれかを行う流路を
施すことにより、供給／排出路の機能である反応ガスお
よび冷却水の給排機能に締付ボルトの機能である加圧機
能が兼ね備えられれば良い。さらに前記手段の付属機能
として、締付ボルト外径を供給／排出路を構成している
ガス供給／排出穴および冷却水供給／排出穴の内径とほ
ぼ一致させることにより、燃料電池直列積層体の位置決
め積層機能も兼ね備えることができる。
【００１８】本発明の第１の態様は、固体高分子電解質
の両主面に燃料電極と酸化剤電極とを有する燃料電池セ
ルをセパレータ間に挟持し、それを複数個積層して構成
された燃料電池直列積層体と、前記燃料電池直列積層体
の両端部にそれぞれ積層した締付板と、前記締付板の一
方と他方とに係合して締付けることにより前記燃料電池
直列積層体を締付板を介して加圧する複数の締付ボルト
とを少なくとも具備する固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガ
ス通流路を、および前記セパレータと前記酸化剤電極と
の間に酸化剤ガス通流路を有し、前記燃料電池直列積層
体は、単電池積層方向に貫通する孔であって、前記各ガ
ス通流路に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するための
燃料ガス供給路および酸化剤ガス供給路と、前記各ガス
通流路から残余の燃料ガスまたは酸化剤ガスを排出する
ための燃料ガス排出路および酸化剤ガス排出路とを形成
する孔を設けてあり、および、前記複数の締付ボルトの
それぞれは、前記ガス供給路または前記ガス排出路内に
設けられていることを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池である。
【００１９】本発明の第２の態様は、固体高分子電解質
の両主面に燃料電極と酸化剤電極とを有する燃料電池セ
ルをセパレータ間に挟持し、それを複数個積層して構成
された燃料電池直列積層体と、前記燃料電池直列積層体
の両端部にそれぞれ積層した締付板と、前記締付板の一
方と他方とに係合して締付けることにより前記燃料電池
直列積層体を締付板を介して加圧する複数の締付ボルト
とを少なくとも具備する固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガ
ス通流路を、および前記セパレータと前記酸化剤電極と
の間に酸化剤ガス通流路を有し、かつ前記セパレータの
ガスが通流する主面とは反対の主面に冷却水通流路を有
し、前記燃料電池積層体は、単電池積層方向に貫通する
孔であって、前記冷却水通流路に冷却水を供給しまたは
排出するための冷却水供給路および冷却水排出路を形成
する孔を設けてあり、および、前記複数の締付ボルトの
それぞれは、前記冷却水供給路または前記冷却水排出路
内に設けられていることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池である。
【００２０】本発明の第３の態様は、固体高分子電解質
の両主面に燃料電極と酸化剤電極とを有する燃料電池セ
ルをセパレータ間に挟持し、それを複数個積層して構成
された燃料電池直列積層体と、前記燃料電池直列積層体
の両端部にそれぞれ積層した締付板と、前記締付板の一
方と他方とに係合して締付けることにより前記燃料電池
直列積層体を締付板を介して加圧する複数の締付ボルト
とを少なくとも具備する固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガ
ス通流路を、および前記セパレータと前記酸化剤電極と
の間に酸化剤ガス通流路を有し、かつ前記セパレータの
ガスが通流する主面とは反対の主面に冷却水通流路を有
し、前記燃料電池直列積層体は、単電池積層方向に貫通
する孔であって、前記各ガス通流路に燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給するための燃料ガス供給路および酸化剤
ガス供給路と、前記各ガス通流路から残余の燃料ガスま
たは酸化剤ガスを排出するための燃料ガス排出路および
酸化剤ガス排出路とを形成する孔と、冷却水通流路に冷
却水を供給しまたは排出するための冷却水供給路および
冷却水排出路を形成する孔とを設けてあり、および、前
記複数の締付ボルトのそれぞれは、前記ガス供給路、前
記ガス排出路、前記冷却水供給路または前記冷却水排出
路内のいずれかに設けられていることを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池である。
【００２１】本発明の第４の態様は、前記複数の締付ボ
ルトの少なくとも１つが、中空の部材から成り、かつ、
中空の締付ボルト内に燃料ガス、酸化剤ガス、または冷
却水を通流可能な流路が形成されたことを特徴とする第
１〜第３の態様のいずれかに記載の固体高分子電解質型
燃料電池である。
【００２２】本発明の第５の態様は、前記複数の締付ボ
ルトに、前記燃料電池直列積層体および締付板を積層組
立するときの位置決め機能を兼ね備えたことを特徴とす
る第４の態様に記載の固体高分子電解質型燃料電池であ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明による固体高
分子電解質型燃料電池の第１の実施例を図１および図２
に示す。
【００２４】図１は、本発明の実施例の固体高分子電解
質型燃料電池を、その１部を破断し、および模式的に示
す斜視図である。図２は、図１の方向Ａから見た本発明
の実施例の固体高分子電解質型燃料電池を、模式的に示
す矢視図である。
【００２５】図１および図２において、単電池１３は、
従来通り図４および図５に示す燃料電池セル１およびセ
パレータ２Ａおよび２Ｂおよびガスシール体５および冷
却水シール体８で構成されている。単電池１３の構成部
品、すなわち高分子電解質膜１Ａ、燃料電極１Ｂ、酸化
剤電極１Ｃ、セパレータ２Ａおよび２Ｂ、ガスシール体
５、および冷却水シール体８は、当該技術において知ら
れているいずれのものをも使用できる。なお、本発明で
使用するセパレータ２Ａおよび２Ｂは、冷却水通流路隔
壁７Ａおよび７Ｂの頂部面は、それぞれのセパレータ２
Ａおよび２Ｂの側面２Ａａおよび２Ｂｂと同一面になる
ように形成されている。また、単電池を、電気的に直列
に接続する手段は、当該技術において知られているいず
れの手段をも使用できる。
【００２６】複数の単電池１３を順次積層し、その両端
部に複数の単電池１３の持つ燃料電池セル１で発生した
直流電流を取り出すための集電板１４および、単電池１
３および集電板１４を加圧装置から電気的に絶縁するた
めの電気絶縁板１５および、単電池１３および集電板１
４および電気絶縁板１５を積層した積層体の両端部に適
正な加圧力を与える締付板１６を順次積層する。
【００２７】本明細書において、「供給／排出路」と
は、反応ガス供給路、反応ガス排出路、冷却水供給路お
よび冷却水排出路の総称である。
【００２８】本発明における加圧装置は、締付板、締付
ボルトおよび締付具を含む。前記加圧装置は、締付用の
バネ等の当該技術で知られている補助手段をさらに具え
てもよい。
【００２９】締付板１６には、それぞれが反応ガスまた
は冷却水のいずれかを、燃料電池直列積層体内外部へ供
給および排出するための流路を備えた流路付締付ボルト
２４および締付用皿バネ１８および締付具１９を複数個
備えている。
【００３０】流路付締付ボルト２４は、単電池１３およ
び集電板１４および電気絶縁板１５および締付板１６を
積層方向に貫通しており、単電池１３の適当な位置に、
図示されていないガス供給穴、ガス排出穴、冷却水供給
穴、あるいは冷却水排出穴（以下、これらを供給／排出
路穴と総称する）のいずれかを、それぞれ同位置に配置
されている。さらに流路付締付ボルト２４は、貫通する
供給／排出路の穴径より少し小さい外径であり、その一
方の端である固定端２８は前述した外径より大きく一方
の締付板１６端面で止まるようになっており、もう一方
の端であるネジ端２６は、供給／排出路穴の穴径より少
し小さい外径とし、締付具１９を締め付けるネジが外径
に施されている。さらにネジ端２６の端面にガス供給継
手２０、ガス排出継手２１、冷却水供給継手２２、ある
いは冷却水排出継手２３のいずれかを接続するための接
続ネジ２９が施されている。
【００３１】さらに、接続ネジ２９から固定端２８に向
かってガスあるいは冷却水を流す止まり穴の流路２５が
流路付締付ボルト２４内に備えられている。この流路２
５から単電池１３内の反応ガス通流路溝あるいは冷却水
通流路溝のいずれかへ、反応ガスあるいは冷却水を供給
または排出する給排口２７が開口している。この給排口
２７は、単電池１３内の反応ガス通流路溝あるいは冷却
水側通流用溝のいずれかの方向に開口している。さら
に、給排口２７のボルトの軸方向の長さは単電池１３の
積層範囲内の長さで施されている。
【００３２】また、流路付締付ボルト２４の外径には、
単電池１３および集電板１４からの電流を絶縁する絶縁
層３０が施され、単電池１３および集電板１４を短絡さ
せない構造になっている。
【００３３】燃料電池直列積層体の組立時には、複数の
流路付締付ボルト２４を一方の締付板１６の端面に施さ
れた図示されていない流路付締付ボルト２４配置用穴に
挿入しておき、単電池１３および集電板１４および電気
絶縁板１５および締付板１６に施された供給／排出路穴
に、前記の複数の流路付締付ボルト２４を挿入する事に
より、積層時の位置決めするように構成されている。
【００３４】このように構成された燃料電池直列積層体
において、セパレータ２Ａおよび２Ｂは、ガス通流路溝
３Ａおよび３Ｂ中を通流する反応ガスの流れ方向が矢印
で示したごとく、その供給側を重力方向に対して上側
に、又、その排出側を重力方向に対して下側にするよう
配置される。
【００３５】（実施例２）本発明による固体高分子電解
質型燃料電池の第２の実施例を図３に示す。
【００３６】図３は、本発明の実施例の固体高分子電解
質型燃料電池を、その１部を破断し、および模式的に示
す側面図である。図３は、図１の方向Ａに対応する方向
から見ている。
【００３７】図３において、単電池１３は、従来通り図
４および図５に示す燃料電池セル１およびセパレータ２
Ａおよび２Ｂおよびガスシール体５および冷却水シール
体８を具え、および積層の際の位置決めを行うための位
置決め突起およびそれに対応する位置決め凹部をさらに
具える。単電池１３の構成部品、すなわち高分子電解質
膜１Ａ、燃料電極１Ｂ、酸化剤電極１Ｃ、セパレータ２
Ａおよび２Ｂ、ガスシール体５、および冷却水シール体
８は、当該技術において知られているいずれのものをも
使用できる。なお、本発明で使用するセパレータ２Ａお
よび２Ｂは、冷却水通流路隔壁７Ａおよび７Ｂの頂部面
は、それぞれのセパレータ２Ａおよび２Ｂの側面２Ａａ
および２Ｂｂと同一面になるように形成されている。ま
た、単電池を、電気的に直列に接続する手段は、当該技
術において知られているいずれの手段をも使用できる。
【００３８】複数の単電池１３を順次積層し、その両端
部に複数の単電池１３の持つ燃料電池セル１で発生した
直流電流を取り出すための集電板１４および、単電池１
３および集電板１４を加圧装置から電気的に絶縁し、お
よび反応ガス／冷却水を供給／排出するための供給／排
出口付電気絶縁板３１および、単電池１３および集電板
１４および供給／排出口付電気絶縁板３１を積層した積
層体の両端部に適正な加圧力を与える締付板３２を順次
積層する。
【００３９】供給／排出口付電気絶縁板３１は、反応ガ
スおよび冷却水を供給および排出するための供給／排出
口３８をその上下側面に具える。反応ガス用の供給／排
出口３８は電気絶縁板内の反応ガス流路に接続されて、
燃料電池セルに反応ガスを供給しおよび排出する。同様
に、冷却水用の供給／排出口３８は電気絶縁板内の冷却
水流路に接続されて、燃料電池セルに冷却水を供給しお
よび排出する。それぞれの供給／排出口３８は、外部の
反応ガスあるいは冷却水のいずれかの供給／排出ライン
に接続され、必要に応じて継手４２等を用いてもよい。
【００４０】締付板３２には、それぞれが反応ガスまた
は冷却水のいずれかの流路内に配置される中実締付ボル
ト３３、中実型締付ボルト位置決め突起３４、位置決め
付締付具３５、位置決め付締付具位置決め突起に対応す
る凹部、および締付板シール部３６を複数個備えてい
る。
【００４１】中実型締付ボルト３３は、単電池１３、集
電板１４、供給／排出口付電気絶縁板３１、および締付
板３２を積層方向に貫通している。その一方の端である
固定端３７は貫通する供給／排出路の内径より大きく、
一方の締付板３２端面で止まるようになっている。固定
端３７に隣接して、供給／排出路内の反応ガスあるいは
冷却水のいずれかの漏出を防止する中実型締付ボルトシ
ール部４１を有する。中実型締付ボルト３３の固定端３
７およびシール部４１以外の部分の外径は、供給／排出
路の内径よりも小さくされ、中実型締付ボルト３３の周
囲を反応ガスまたは冷却水が容易に通流するようにされ
る。固定端３７の反対側のネジ端部には、ネジが外径に
施され、位置決め付締付具３５により締付けられる。
【００４２】位置決め付締付具３５は、位置決め付締付
具位置決め突起３９と、中実型締付ボルトとの接合面に
位置決め付締付具シール部４０とを有し、および締付板
３２との界面には、締付板シール部３６がある。
【００４３】反応ガスおよび冷却水の流路は、それぞれ
の燃料電池およびセパレータに具備された通流孔および
シール部材、中実型締付ボルト３３（中実型締付ボルト
シール部４１）、位置決め付締付具３５（位置決め付締
付具シール部４０）、集電板１４、供給／排出口付電気
絶縁板３１、および締付板３２（締付板シール部３６）
により規定される。それぞれの燃料電池およびセパレー
タに具備されたシール部材は、たとえば図５に示すよう
な形状をとることにより、反応ガスおよび冷却水のそれ
ぞれを適切な部位に通流するように形成される。
【００４４】また、中実型締付けボルト３３の外径は、
単電池１３および集電板１４に接触していないが、必要
に応じて絶縁層（非表示）が施され、単電池１３および
集電板１４を短絡させない構造を確実にすることもでき
る。
【００４５】燃料電池直列積層体の組立時には、それを
構成する各部材の位置決め突起およびそれに対応する凹
部を用いて、位置合わせを行うことができる。
【００４６】このように構成された燃料電池直列積層体
において、セパレータ２Ａおよび２Ｂは、ガス通流路溝
３Ａおよび３Ｂ中を通流する反応ガスの流れ方向が矢印
で示したごとく、その供給側を重力方向に対して上側
に、およびその排出側を重力方向に対して下側にするよ
う配置される。同様に、冷却水に関しても、その供給側
を重力方向に対して上側に、およびその排出側を重力方
向に対して下側にするよう配置される。
【００４７】本実施例においては、反応ガスおよび冷却
水の供給／排出口を電気絶縁板の上下側面に設けたが、
締付板の上下側面あるいは締付板の積層面の反対面に具
えてもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明において、
締付ボルト内にガスおよび冷却水をセパレータに供給お
よび排出する通流路を施し、ガスおよび冷却水通流路の
ガスおよび冷却水の給排機能と締付ボルトの機能である
加圧機能とを統合し、さらに、この締付ボルトを燃料電
池直列積層体内に収めたことにより、燃料電池直列積層
体外の余分となった締付板部分を削除でき、締付板を小
型かつ軽量にできる。結果として、燃料電池直列積層体
全体の小型軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の固体高分子電解質型燃
料電池を、その１部を破断し、および模式的に示す斜視
図である。
【図２】図１の方向Ａから見た本発明の第１の実施例の
固体高分子電解質型燃料電池を、模式的に示す矢視図で
ある。
【図３】本発明の第２の実施例の固体高分子電解質型燃
料電池を、模式的に示す側面図である。
【図４】従来の技術による固体高分子電解質型燃料電池
の単電池の実施例を示した模式的な断面図である。
【図５】従来の技術による固体高分子電解質型燃料電池
の単電池の実施例を示した模式的な斜視図である。
【図６】従来の技術による固体高分子電解質型燃料電池
の実施例を示した模式的な構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池セル １Ａ 固体高分子電解質膜層 １Ｂ 燃料電極 １Ｃ 酸化剤電極 ２Ａ セパレータ ２Ｂ セパレータ ３Ａ 燃料ガス通流路溝 ３Ｂ 酸化剤ガス通流路溝 ４Ａ 燃料ガス通流路隔壁 ４Ｂ 酸化剤ガス通流路隔壁 ５ ガスシール体 ６Ａ 冷却水通流路溝 ６Ｂ 冷却水通流路溝 ７Ａ 冷却水通流路隔壁 ７Ｂ 冷却水通流路隔壁 ８ 冷却水シール体 ９ 反応ガス供給穴 １０ 反応ガス排出穴 １１ 冷却水供給穴 １２ 冷却水排出穴 １３ 単電池 １４ 集電板 １５ 電気絶縁板 １６ 締付板 １７ 締付ボルト １８ 締付用皿バネ １９ 締付具 ２０ ガス供給継手 ２１ ガス排出継手 ２２ 冷却水供給継手 ２３ 冷却水排出継手 ２４ 流路付締付ボルト ２５ 流路 ２６ ネジ端 ２７ 給排口 ２８ 固定端 ２９ 接続ネジ ３０ 絶縁層 ３１ 供給／排出口付電気絶縁板 ３２ 締付板 ３３ 中実型締付ボルト ３４ 中実型締付ボルト位置決め突起 ３５ 位置決め付締付具 ３６ 締付板シール部 ３７ 中実型締付ボルト固定端 ３８ 供給／排出口 ３９ 位置決め付締付具位置決め突起 ４０ 位置決め付締付具シール部 ４１ 中実型締付ボルトシール部 ４２ 継手

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体高分子電解質の両主面に燃料電極と
    酸化剤電極とを有する燃料電池セルをセパレータ間に挟
    持し、それを複数個積層して構成された燃料電池直列積
    層体と、前記燃料電池直列積層体の両端部にそれぞれ積
    層した締付板と、前記締付板の一方と他方とに係合して
    締付けることにより前記燃料電池直列積層体を締付板を
    介して加圧する複数の締付ボルトとを少なくとも具備す
    る固体高分子電解質型燃料電池において、 前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガス通流路
    を、および前記セパレータと前記酸化剤電極との間に酸
    化剤ガス通流路を有し、 前記燃料電池直列積層体は、単電池積層方向に貫通する
    孔であって、前記各ガス通流路に燃料ガスまたは酸化剤
    ガスを供給するための燃料ガス供給路および酸化剤ガス
    供給路と、前記各ガス通流路から残余の燃料ガスまたは
    酸化剤ガスを排出するための燃料ガス排出路および酸化
    剤ガス排出路とを形成する孔を設けてあり、および、 前記複数の締付ボルトのそれぞれは、前記ガス供給路ま
    たは前記ガス排出路内に設けられていることを特徴とす
    る固体高分子電解質型燃料電池。
  2. 【請求項２】 固体高分子電解質の両主面に燃料電極と
    酸化剤電極とを有する燃料電池セルをセパレータ間に挟
    持し、それを複数個積層して構成された燃料電池直列積
    層体と、前記燃料電池直列積層体の両端部にそれぞれ積
    層した締付板と、前記締付板の一方と他方とに係合して
    締付けることにより前記燃料電池直列積層体を締付板を
    介して加圧する複数の締付ボルトとを少なくとも具備す
    る固体高分子電解質型燃料電池において、 前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガス通流路
    を、および前記セパレータと前記酸化剤電極との間に酸
    化剤ガス通流路を有し、かつ前記セパレータのガスが通
    流する主面とは反対の主面に冷却水通流路を有し、 前記燃料電池積層体は、単電池積層方向に貫通する孔で
    あって、前記冷却水通流路に冷却水を供給しまたは排出
    するための冷却水供給路および冷却水排出路を形成する
    孔を設けてあり、および、 前記複数の締付ボルトのそれぞれは、前記冷却水供給路
    または前記冷却水排出路内に設けられていることを特徴
    とする固体高分子電解質型燃料電池。
  3. 【請求項３】 固体高分子電解質の両主面に燃料電極と
    酸化剤電極とを有する燃料電池セルをセパレータ間に挟
    持し、それを複数個積層して構成された燃料電池直列積
    層体と、前記燃料電池直列積層体の両端部にそれぞれ積
    層した締付板と、前記締付板の一方と他方とに係合して
    締付けることにより前記燃料電池直列積層体を締付板を
    介して加圧する複数の締付ボルトとを少なくとも具備す
    る固体高分子電解質型燃料電池において、 前記セパレータと前記燃料電極との間に燃料ガス通流路
    を、および前記セパレータと前記酸化剤電極との間に酸
    化剤ガス通流路を有し、かつ前記セパレータのガスが通
    流する主面とは反対の主面に冷却水通流路を有し、 前記燃料電池直列積層体は、単電池積層方向に貫通する
    孔であって、前記各ガス通流路に燃料ガスまたは酸化剤
    ガスを供給するための燃料ガス供給路および酸化剤ガス
    供給路と、前記各ガス通流路から残余の燃料ガスまたは
    酸化剤ガスを排出するための燃料ガス排出路および酸化
    剤ガス排出路とを形成する孔と、冷却水通流路に冷却水
    を供給しまたは排出するための冷却水供給路および冷却
    水排出路を形成する孔とを設けてあり、および、 前記複数の締付ボルトのそれぞれは、前記ガス供給路、
    前記ガス排出路、前記冷却水供給路または前記冷却水排
    出路内のいずれかに設けられていることを特徴とする固
    体高分子電解質型燃料電池。
  4. 【請求項４】 前記複数の締付ボルトの少なくとも１つ
    が、中空の部材から成り、かつ、中空の締付ボルト内に
    燃料ガス、酸化剤ガス、または冷却水を通流可能な流路
    が形成されたことを特徴とする請求項１、２または３に
    記載の固体高分子電解質型燃料電池。
  5. 【請求項５】 前記複数の締付ボルトに、前記燃料電池
    直列積層体および締付板を積層組立するときの位置決め
    機能を兼ね備えたことを特徴とする請求項４に記載の固
    体高分子電解質型燃料電池。
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