JP2001243970A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP2001243970A JP2000054242A JP2000054242A JP2001243970A JP 2001243970 A JP2001243970 A JP 2001243970A JP 2000054242 A JP2000054242 A JP 2000054242A JP 2000054242 A JP2000054242 A JP 2000054242A JP 2001243970 A JP2001243970 A JP 2001243970A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高く、発電性能に優れた低コストの
燃料電池を提供する。 【解決手段】 セパレータ１Ａ〜１Ｄで、電解質４を一
対の電極５、６で挟んだ電極ユニット３を挟持したセル
２を複数個積層した積層体１０と、積層体１０の積層方
向に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤のいずれかの流体を
通流する流体通路１５Ｍ、１６Ｍと、積層体１０の少な
くとも一方の端部に設けられ、流体通路１５Ｍ、１６Ｍ
に流体を給排する給排通路１５Ｂを有する絶縁性の給排
部材２２と、給排部材２２と積層体１０で挟持された集
電部材２０と、積層体１０間の流体通路１５Ｍ、１６Ｍ
および給排部材２２の給排通路１５Ｂの流体から集電部
材２０を遮断する遮断手段２５が設けられていることを
特徴とする燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、燃料電池を使用した自
動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見ら
れている。燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃料電
池が低温で作動するため自動車用として最も有望であ
る。
【０００４】燃料電池は、所定出力規模に必要な数だけ
セルを直列に積層して積層体を構成する。このセルは、
二つの電極（燃料極と酸化剤極）で電解質を挟んだ電極
ユニットを、燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有
するセパレータで挟んだ構造をしている。固体高分子電
解質型燃料電池の場合、電解質として固体高分子電解質
膜を使用する。
【０００５】セパレータのガス流路に燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給、排出するために、積層体の積層方向に
沿うガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド
が設けられている。また燃料電池の温度を適温に保持す
るために、セルに平行に流れる冷却剤流路が設けられ、
この冷却剤流路に冷却剤を供給、排出するために、積層
体の積層方向に沿う冷却剤供給マニホールドおよび冷却
剤排出マニホールドが設けられている。
【０００６】これらの燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却
剤の供給マニホールドおよび排出マニホールドは、通常
セパレータの外周部に設けられた穴を連通することによ
り形成される。燃料電池の出力は、積層体の両端部に設
けられた集電板から取り出される。この集電板の外側に
は絶縁板が設けられ、その絶縁板の外側には積層体を保
持するために積層体の中心方向に押圧する押圧部材が設
けられている。
【０００７】集電板には発電した電力を外部回路に取り
出すための出力端子が設けられている。集電板および出
力端子の構造は、燃料電池が発電した電力を効率的に取
り出し、かつ燃料電池の信頼性を確保するために重要な
要素である。
【０００８】従来技術１として、特開平９−２６６００
７号公報には、流体の供給マニホールドおよび排出マニ
ホールドを形成する穴部が設けられた、セルと平行な平
板状の集電板と、この集電板と一体で、セルと平行方向
に突出した出力端子を有する一般的な燃料電池が開示さ
れている。
【０００９】従来技術２として、特開平９−９２３２４
号公報には、積層体の積層方向の中央に燃料等給排部材
が設けられ、この燃料等給排部材の、積層体の積層方向
と直交する側面から燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤を供
給・排出し、流体の供給マニホールドおよび排出マニホ
ールドを形成する穴部がない集電板を有する燃料電池が
開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１は、流体の供給マニホールドおよび排出マニホール
ドを形成する穴部が集電板を貫通しているため、集電板
の一部は還元性の水素ガス、空気などの酸化性の酸化剤
ガスあるいは冷却水などの冷却媒体に曝され、高い耐食
性を有する材料を使用しなければならない。
【００１１】高い耐食性を有する材料としてカーボン系
の材料があるが、コストが高い上、金属に比べて抵抗が
大きい問題がある。抵抗が大きいと燃料電池で発電した
電力の一部が集電板で消費され、燃料電池全体の発電効
率が低下する問題が生ずる。またカーボン系の材料を使
用すると、その出力端子と外部配線との接続が難しく、
かつ脆性材料であるため出力端子部を破損する恐れがあ
る。
【００１２】これらの問題を解決するには、集電板を金
属材料を使用すればよいが、腐食の問題を解決しなけれ
ばならない。電極における水素と酸素の反応により排気
ガスの水分が含まれる上、固体高分子電解質膜を加湿す
るために燃料ガスや酸化剤ガスに水蒸気を含ませている
ため、ガスの腐食性は極めて大きい。また発電された起
電力により電気化学反応が起き、腐食される恐れも大き
い。このため集電板の腐食の問題を解決することは極め
て重要である。
【００１３】集電板を金などの耐食性の材料で被覆する
ことが考えられるが、コストが高い上、ピンホールをま
ったくなくすことが難しく、長期にわたる耐久性を保証
することが困難である。流体の供給マニホールドおよび
排出マニホールドを形成する穴部の周囲をシールするガ
スケットを設けることも考えられるが、構造が複雑にな
る問題がある。
【００１４】また従来技術２は、両端部の集電板はガス
などに触れない構造であるが、積層体の積層方向の中央
に設けられた燃料等給排部材には導電性の材料を使用す
る必要があり、かつ流体を通す穴が設けられているの
で、出力端子にかかわる問題はないが、それ以外は従来
技術１と同様の問題がある。さらに燃料等給排部材はそ
の機能上、各方向に向かって穴をあけた構造とする必要
があり、非常に複雑な構造であるので、製作が困難であ
り、コストの高いものになる。
【００１５】本発明は上記課題を解決したもので、信頼
性が高く、発電性能に優れた低コストの燃料電池を提供
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、燃料ガス、
酸化剤ガス、冷却剤の少なくとも一つの流体流路を有す
るセパレータで、電解質を一対の電極で挟んだ電極ユニ
ットを挟持したセルを複数個積層した積層体と、該積層
体の積層方向に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤のいずれ
かの流体を通流する流体通路と、前記積層体の少なくと
も一方の端部に設けられ、前記流体通路に流体を給排す
る給排通路を有する絶縁性の給排部材と、該給排部材と
前記積層体で挟持された集電部材と、前記積層体間の流
体通路および前記給排部材の給排通路の流体から前記集
電部材を遮断する遮断手段が設けられていることを特徴
とする燃料電池である。
【００１７】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００１８】すなわち、集電部材が腐食性のある流体か
ら遮断されているので、集電板が腐食されることがなく
信頼性の高い燃料電池ができる。腐食の恐れがないため
集電部材の材料として導電性に優れた金属を使用できる
ので、抵抗ロスが低減でき、発電性能に優れた燃料電池
ができる。また低コストの金属が使用でき、耐食性の被
覆も必要ないので、低コストの燃料電池ができる。さら
に集電部材にはシール部材が必要ないので、構造が簡単
となり低コストの燃料電池ができる。集電部材も小さく
できるので低コストの燃料電池ができる。
【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記集電部材と連結された出
力端子が給排部材の内部を通って直接外部に突出されて
いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池である。
【００２０】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００２１】すなわち、出力端子が給排部材の内部を通
って直接外部に突出されているので、電極の周囲を流体
の給排出孔で囲まれている場合にも出力端子を各流体か
ら遮断した状態で燃料電池の外部に突出させることがで
きる。これにより集電板と同様に出力端子として導電性
に優れた金属を使用でき、抵抗ロスが少なく、発電性能
が高い燃料電池ができる。また出力端子を金属にできる
ので、出力端子と外部回路を連結するときの接触抵抗を
低減できる。さらに出力端子を金属にできるので、出力
端子を破損する恐れがなく信頼性の高い燃料電池ができ
る。
【００２２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記出力端子が前記積層体の
積層方向の外部に突出していることを特徴とする請求項
２記載の燃料電池である。
【００２３】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００２４】すなわち、出力端子を集電部材の中心に近
いところに設けることができるので、集電部と出力端子
の距離を近くできため、集電部材を薄くでき低コスト化
できる。また出力端子を通すための給排部材の構造を単
純にできるので、低コストの燃料電池ができる。
【００２５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、フランジ状張出部を有する給
排気管が設けられ、該給排気管のフランジ状張出部が、
前記給排部材の給排通路に流体が通流できるように前記
給排部材に当接され、前記フランジ状張出部を前記給排
部材方向に押圧し、かつ前記給排部材を前記積層体の中
心方向に押圧する押圧部材が設けられていることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池である。
【００２６】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００２７】すなわち、給排気管を給排部材と別体で製
造でき、簡単な構造で給排気管の給排通路と連結できる
ので、給排気管として最適な材料を選択でき、かつ低コ
スト化できる。またフランジ管はステンレスなどの耐食
性材の管を容易に加工できる形状であるので、耐食性の
給排気管を低コストで製造できる。
【００２８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記給排部材に前記出力端子
を挿入できる鞘部が設けられ、該鞘部が前記押圧部材を
貫通していることを特徴とする請求項３、４記載の燃料
電池である。
【００２９】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００３０】すなわち、出力端子が絶縁性の鞘部の内部
にあるので、押圧部材として強度と剛性に優れた金属を
用いることができる。これにより燃料電池に供給される
流体によって生ずる内圧を支えることができ、複雑な形
状の押圧部材を低コストに製造できる。
【００３１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記押圧部材に、少なくとも
前記給排部材の一部を囲む外套部が設けられていること
を特徴とする請求項１〜５記載の燃料電池である。
【００３２】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。
【００３３】すなわち、外套部で給排部材を囲んでいる
ので、燃料電池の内圧が高い場合でも給排部材の破損を
防止でき、信頼性の高い燃料電池ができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
【００３５】図１は本発明の実施例の積層体の一部を示
す説明断面図である。図２は実施例の燃料電池の部分断
面図であり、図３は実施例の集電板の平面図であり、図
４は実施例の集電板が当接するセパレータを集電板側か
ら見た平面図であり、図５は実施例の押圧部材の外観図
である。
【００３６】固体高分子電解質膜４は、一対の電極（酸
化剤極５、燃料極６）で挟んで接合されている。前記固
体高分子電解質膜４は酸化剤極５および燃料極６より大
きい面積を有し、酸化剤極５および燃料極６の周囲端よ
りはみ出した構造で、このはみ出した部分に、エチレン
プロピレンゴム製のガスケット７が射出成形により一体
成形されている。前記固体高分子電解質膜４、酸化剤極
５、燃料極６およびガスケット７で電極ユニット３が構
成されている。
【００３７】セパレータ１Ａとセパレータ１Ｂで電極ユ
ニット３を挟持して一つのセル２ａが形成され、またセ
パレータ１Ｂとセパレータ１Ｃで電極ユニット３を挟持
してもう一つのセル２ｂが形成されている。実施例の場
合セパレータ１Ｂはセル２ａと２ｂで共用され、燃料電
池の小型化に寄与している。セル２ａ、２ｂが多数積層
されて積層体１０が構成されている。
【００３８】セパレータ１Ａとセパレータ１Ｂで、また
セパレータ１Ｂとセパレータ１Ｃでそれぞれガスケット
７を挟持して、水素を主成分とする燃料ガス、空気など
の酸化剤ガスおよび冷却水などの冷却媒体をシールして
いる。セパレータ１Ａとセパレータ１Ｃの間にもガスケ
ット７ａを設け、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体
をシールしている。
【００３９】セパレータ１Ａと電極ユニット３の間、セ
パレータ１Ｂと電極ユニット３の間を燃料ガスが通流す
る燃料ガス流路１１ａが、前記セパレータ１Ａおよびセ
パレータ１Ｂにそれぞれ設けられている。セパレータ１
Ｂと電極ユニット３の間、セパレータ１Ｃと電極ユニッ
ト３の間を酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス流路１１ｂ
が、前記セパレータ１Ｂおよびセパレータ１Ｃにそれぞ
れ設けられている。セパレータ１Ａとセパレータ１Ｃの
間には電極ユニットがなく、冷却媒体が通流する冷却媒
体流路１１ｃが、前記セパレータ１Ｃおよびセパレータ
１Ａに設けられている。
【００４０】図４はセパレータ１Ｄの平面図であるが、
セパレータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃでも流体の供給孔、排出孔
の構造は同じである。セパレータ１Ａ〜１Ｄおよびガス
ケット７には、燃料ガス供給孔１３、燃料ガス排出孔
９、酸化剤ガス供給孔１５、酸化剤ガス排出孔１６、冷
却媒体供給孔１７および冷却媒体排出孔１８が設けられ
ている。
【００４１】燃料電池として組み立てられたとき、酸化
剤ガス供給孔１５は積層体の積層方向に酸化剤ガスを通
流する酸化剤ガス通路である酸化剤ガス供給マニホール
ド１５Ｍを形成する。同様に、燃料電池として組み立て
られたとき、酸化剤ガス排出孔１６、燃料ガス供給孔１
３、燃料ガス排出孔９、冷却媒体供給孔１７および冷却
媒体排出孔１８は、積層体の積層方向にそれぞれの流体
を通流する流体通路である酸化剤ガス排出マニホールド
１６Ｍ、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニ
ホールド、冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排
出マニホールドを形成する。
【００４２】セパレータ１Ａ〜１Ｄには、燃料電池に組
み立てられたとき、ガスケット７の凸部が当接して燃料
ガス、酸化剤ガス、冷却媒体をシールする溝部８が設け
られている。セパレータ１Ａ〜１Ｄには、燃料電池に組
み立てるときにボルトを通すボルト穴１４が４隅に設け
られている。セパレータ１Ｄには、集電板が当接する平
面である集電板当接面３０が設けられている。積層体１
０の集電板当接面３０に集電部材である集電板２０が当
接されている。その外側に絶縁性のポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）製で造られた給排部材２２が設けら
れ、集電板２０が給排部材２２と積層体１０で挟持され
ている。給排部材２２の外側に、押圧部材であるＡｌダ
イカスト合金製のエンドプレート２３が順に設けられて
いる。集電板２０の大きさは電極の大きさとほぼ同じで
あり、流体をシールする溝部８より内側に配置されてい
る。集電板２０は銅製で、銅製の出力端子２１が結合さ
れている。出力端子２１はＬ字型で、その一方の面が集
電板２０に溶接されている。
【００４３】一方（図２の右側）の給排部材２２の上部
には酸化剤ガス供給マニホールド１５Ｍに連通する酸化
剤ガス供給通路１５Ｂが設けられている。また図示され
ていないが、上記の給排部材２２には燃料ガス供給通
路、冷却媒体供給通路が設けられている。給排部材２２
には出力端子２１を取り囲むことができる鞘部２２ａが
設けられている。図示されていないが、他方の給排部材
の下方には、それぞれの排出マニホールドに連通する流
体排出通路が設けられ、出力端子２１を取り囲むことが
できる鞘部が設けられている。
【００４４】一方（図２の右側）のエンドプレート２３
には、給排部材２２の酸化剤ガス供給通路１５Ｂ、燃料
ガス供給通路、冷却媒体供給通路に連通する給排気管で
あるフランジ管２４、２７、２８を通すことができる穴
部２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが設けられている。他方のエ
ンドプレート２３にも、他方の給排部材２２の流体排出
通路に連通する給排気管であるフランジ管を通すことが
できる穴部が設けられている。これらのフランジ管は耐
食性のあるステンレス製である。
【００４５】エンドプレート２３には、鞘部２２ａを通
すことができる穴部２３ａが設けられ、給排部材２２の
積層方向に沿う外形側を囲む外套部２３ｆが設けられて
いる。また給排部材２２、エンドプレート２３にも、燃
料電池に組み立てるときにボルトを通すボルト穴が４隅
に設けられている。
【００４６】集電板２０、給排部材２２、エンドプレー
ト２３などの組み付け手順を説明する。図２の部分断面
図における右側の断面部分で説明する。積層体１０の端
部に配置されたセパレータ１Ｄの集電板当接面３０に集
電板２０を当接し、セパレータ１Ｄの溝部８に遮断手段
であるシール部材２５を配置する。次に給排部材２２
を、酸化剤ガス供給通路１５Ｂ、燃料ガス供給通路、冷
却媒体供給通路がそれぞれ酸化剤ガス供給マニホールド
１５Ｍ、燃料ガス供給マニホールド、冷却媒体供給マニ
ホールドに連通し、その鞘部２２ａに出力端子２１が収
まるように、かつ集電板２０をセパレータ１Ｄ側に押さ
えるように配置する。
【００４７】給排部材２２の酸化剤ガス供給通路１５Ｂ
とフランジ管２４が連通するように、Ｏリング２６を介
してフランジ管２４のフランジ状張出部２４ａを給排部
材２２に当接する。同様に、給排部材２２の燃料ガス供
給通路、冷却媒体供給通路と対応するフランジ管２７、
２８が連通するように、Ｏリング２６を介してフランジ
管２７、２８のフランジ状張出部を給排部材２２に当接
する。次に給排部材２２の外側からエンドプレート２３
を、フランジ管２４、２７、２８が穴部２３ｂ、２３
ｃ、２３ｄに収まるように、かつ給排部材２２の鞘部２
２ａが穴部２３ａを通り、外套部２３ｆで給排部材２２
を取り囲むように配置する。
【００４８】図２の左側の集電板２０、給排部材２２、
エンドプレート２３なども同様に配置する。その後、セ
パレータ１Ａ〜１Ｄ、給排部材２２、エンドプレート２
３の４隅に設けられた４つの貫通孔にボルト２９ａを貫
通させ、ナット２９ｂとで適当なトルクで締結する。こ
れにより集電板２０、給排部材２２、フランジ管２４、
２７、２８が固定されると同時に、セパレータ１Ｄと集
電板２０の間の接触抵抗を低減できる。また各種のシー
ル部で流体を確実にシールできる。
【００４９】実施例の燃料電池の機能を説明する。図２
に示す燃料電池は、右側上方から酸化剤ガス（空気）、
燃料ガス、冷却剤（冷却水）が、フランジ管２４、２
７、２８から燃料電池に供給される。
【００５０】燃料電池に供給された酸化剤ガスは、酸化
剤ガス供給マニホールド１５Ｍを通流し、セパレータ１
Ｂ、１Ｃの酸化剤ガス流路１１ｂに供給される。この酸
化剤ガス流路１１ｂを通流する酸化剤ガス中の酸素が酸
化剤極５の反応に使われる。この反応に使われなかった
酸化剤ガスは酸化剤ガス排出マニホールド１６Ｍを通流
して、図２に示す燃料電池の左側下方から燃料電池の外
部に排出される。
【００５１】同様に、燃料電池に供給された燃料ガスは
燃料ガス供給マニホールドを通流し、セパレータ１Ａ、
１Ｂの燃料ガス流路１１ａに供給される。この燃料ガス
流路１１ａを通流する燃料ガス中の水素が燃料極６の反
応に使われる。この反応に使われなかった燃料ガスは燃
料ガス排出マニホールドを通流して、図２に示す燃料電
池の左側下方から燃料電池の外部に排出される。
【００５２】燃料電池に供給された冷却剤は冷却剤供給
マニホールドを通流し、セパレータ１Ａ、１Ｃの冷却剤
流路１１ｃに供給される。冷却剤流路１１ｃに供給され
た冷却剤は燃料電池を発電に適した温度に制御し、冷却
剤排出マニホールドに排出され、図２に示す燃料電池の
左側下方から燃料電池の外部に排出される。
【００５３】酸化剤極５、燃料極６の反応で電極ユニッ
ト３に０．５〜０．８Ｖの起電力が発生し出力電流を取
り出すことができる。所定の起電力が得られるように、
電極ユニットが多数直列に積層されている。積層された
各電極ユニット３の起電力の総計の起電力が、積層体１
０の両端部に配置されたセパレータ１Ｄに生ずる。この
起電力は、集電板２０に伝達され、出力端子２１を介し
て図示されない外部回路に出力電流を取り出すことがで
きる。燃料電池自動車の場合は、モータを回転する動力
や制御装置など補機の電力として使用される。
【００５４】燃料電池の起電力は電極部だけに発生する
ため、集電板２０の面積は電極５、６の面積だけあれば
十分であるが、各流体から集電板２０が遮断できる面積
なら適宜適用できる。集電板２０の面積の下限は特に限
定されないが、セパレータ１Ｄに生ずる起電力を効率的
に外部に伝達するためには電極５、６の面積の６０％以
上ある方が好ましい。集電板２０は、電極５、６とほぼ
同じ大きさであることが集電効率とコストのバランスの
上から好ましい。この集電板２０は、従来の集電板に比
べて小さくできるので、低コスト化できる。
【００５５】集電板２０は遮断手段であるシール部材２
５により各流体から遮断されているため、酸化剤ガス、
燃料ガス、冷却媒体に接触することがないので、腐食さ
れることがなく信頼性が高い燃料電池ができる。このた
め集電板２０の材料として導電性に優れた金属を使用で
き、抵抗ロスが低減できるので、発電性能に優れた燃料
電池ができる。また低コストのアルミ、鉄、銅などが使
用でき、耐食性の被覆も必要ないので、低コスト化でき
る。従来の集電板は、その両面にガスケットなどのシー
ル部材が配置されていたが、そのシール部材が不必要で
あるので、構造が簡単になり低コスト化できる。
【００５６】出力端子２１は給排部材２２の内部を通っ
て、積層体１０の積層方向の外部に直接突出されている
が、各流体から遮断されていれば、その形状や突出方向
に限定はない。例えば、集電板２０と一体で形成され、
積層体１０の積層方向と直交する方向に突出させること
もできる。図６は出力端子の形状を変えた変形例の部分
断面図である。セパレータ１Ｅ、出力端子２１Ａ、給排
部材２２Ａ、エンドプレート２３Ａの形状が変更されて
いるだけで、実施例と同じであるので、同じ部材には同
じ符号をつけ説明は省略する。
【００５７】セパレータ１Ｅの構造は、燃料ガス排出孔
９、酸化剤ガス排出孔１６、冷却媒体排出孔１８が設け
られていないこと以外はセパレータ１Ｄと同じである。
出力端子２１Ａは集電板２０と一体で形成され、燃料電
池の下方に突出されている。この出力端子２１Ａの突出
方向は、燃料電池の横の側面方向など、各流体から遮断
されていれば燃料電池の用途に合わせて適宜選択でき
る。
【００５８】集電板２０は、実施例と同様に、給排部材
２２Ａでセパレータ１Ｅ側に押さえられてる。また給排
部材２２Ａも、実施例と同様に、エンドプレート２３Ａ
により押圧されている。この変形例の場合は、給排部材
２２Ａに鞘部２２ａを設ける必要がなく、エンドプレー
ト２３Ａに穴部２３ａを設ける必要もないので、これら
の部材の構造が簡単になる。
【００５９】実施例のように電極の周囲を流体の給排出
孔で囲まれている場合には、各流体から遮断した状態で
出力端子を燃料電池の側面方向に突出させることはでき
ない。この場合、実施例のように出力端子２１を給排部
材２２の内部を通って外部に突出させれば、各流体から
遮断した状態で出力端子２１を燃料電池の外部に突出さ
せることができる。腐食の心配がないので、出力端子２
１として導電性の金属を使用でき、抵抗ロスが少ない燃
料電池ができる。出力端子２１が金属製であれば、出力
端子２１と外部回路を連結するときの接触抵抗が小さく
でき、出力端子２１が破損する恐れもない。
【００６０】出力端子２１Ａを燃料電池の側面方向に突
出させる変形例の形状であると、集電部と出力端子２１
Ａの距離が遠くなり、また近い部分と最も遠い部分の差
が大きくなるため、その差が問題にならないように十分
抵抗を低くする必要から、集電板２０の厚さを厚くしな
ければならない。しかし、実施例ののように出力端子２
１を給排部材２２の内部を通って外部に突出させれば、
出力端子２１を集電板２０の中心に近いところに設ける
ことができるので、集電部と出力端子２１の距離が近い
ため、集電板２０は薄くできる。
【００６１】積層体１０の積層方向の外部に出力端子２
１を突出させている実施例の構造を採用したばあい、給
排部材２２の積層方向に穴を設けるという単純な構造で
出力端子を通すことだできるので、低コストの燃料電池
ができる。
【００６２】給排部材２２、２２Ａは絶縁性のＰＰＳ製
であるが、絶縁性で、耐熱性、耐薬品性にすぐれた材料
であれば特に限定されない。しかし給排通路や鞘部２２
ａなどを有する複雑な形状の給排部材２２、２２Ａを低
コストで成形できるフェノール樹脂、エポキシ樹脂など
の熱可塑性樹脂、ＰＰＳ、変性ポリフェニレンオキシド
樹脂などの熱硬化性樹脂などが適している。中でも本実
施例のＰＰＳ製は、耐薬品性、耐熱強度が高いので適し
ている。給排部材２２は一体で成形されているが、鞘部
２２ａで分割することもできる。この場合も出力端子が
給排部材の内部を通って外部に突出する構造のうちに含
まれる。
【００６３】実施例では給排気管として給排部材２２、
２２Ａと別体のフランジ管２４、、２７、２８を使用し
ているが、給排気管を給排部材２２、２２Ａと一体で成
形してもかまわない。しかし、別体であれば給排気管の
材質を適宜選択でき、外部管路との連結とそれに必要な
強度を考慮した材料を選択できる。
【００６４】また給排気管はフランジ管でなくとも、例
えばねじ込み式の管でもよいが、腐食性のある流体が通
流するので、耐食性に優れた材質でなければならない。
フランジ管はステンレスなどの耐食性材の管を容易に加
工できる形状であるので、耐食性の給排気管を低コスト
で製造できる。
【００６５】エンドプレート２３、２３Ａを使用せず
に、給排部材２２、２２Ａが押圧部材を兼ねることも可
能であるが、燃料電池に供給される流体によって生ずる
内圧を支えるための強度と剛性を有する材料を適宜選択
できるので、給排部材と押圧部材を別体にする利点があ
る。また給排部材と押圧部材を別体にすれば、給排気管
をフランジ管２４にしたときのフランジ管２４のフラン
ジ状張出部２４ａを給排部材２２方向に押圧する部材を
押圧部材（エンドプレート２３、２３Ａ）が兼ねること
ができる。
【００６６】エンドプレート２３、２３Ａには給排部材
２２を囲む外套部２３ｆが設けられているので、燃料電
池の内圧が高い場合でも給排部材が破損する恐れがな
い。また出力端子２１が給排部材２２に設けられた鞘部
２２ａに挿入され、この鞘部２２ａが押圧部材２３に設
けられた穴部２３ａに挿入されて押圧部材２３を貫通し
ているので、押圧部材の材料として絶縁性でないＡｌ合
金や鉄系合金などの金属を使用できる。金属を使用すれ
ば、燃料電池に供給される流体によって生ずる内圧を支
えるための強度と剛性を有し、複雑な形状を製造できる
ので有利である。押圧部材の材料としては充分な強度と
剛性を有するエンジニアリングプラスチックも利用でき
る。
【００６７】
【発明の効果】以上のように、本発明は、燃料ガス、酸
化剤ガス、冷却剤の少なくとも一つの流体流路を有する
セパレータで、電解質を一対の電極で挟んだ電極ユニッ
トを挟持したセルを複数個積層した積層体と、該積層体
の積層方向に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤のいずれか
の流体を通流する流体通路と、前記積層体の少なくとも
一方の端部に設けられ、前記流体通路に流体を給排する
給排通路を有する絶縁性の給排部材と、該給排部材と前
記積層体で挟持された集電部材と、前記積層体間の流体
通路および前記給排部材の給排通路の流体から前記集電
部材を遮断する遮断手段が設けられていることを特徴と
する燃料電池であるので、信頼性が高く、発電性能に優
れた低コストの燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の積層体の一部を示す説明断面
図
【図２】実施例の燃料電池の部分断面図
【図３】実施例の集電板の平面図
【図４】実施例の集電板が当接するセパレータを集電板
側から見た平面図
【図５】実施例の押圧部材の外観図
【図６】出力端子の形状を変えた変形例の部分断面図
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…セパレータ ２…セル ３…電極ユニット ４…固体高分子電解質膜（電解質） ５…酸化剤極（電極） ６…燃料極（電極） ８…溝部（シール部） １０…積層体 １１ａ…燃料ガス流路（流体流路） １１ｂ…酸化剤ガス流路（流体流路） １１ｃ…冷却媒体流路（流体流路） １５Ｂ…酸化剤ガス供給通路（給排通路） １５Ｍ…酸化剤ガス供給マニホールド（流体通路） １６Ｍ…酸化剤ガス排出マニホールド（流体通路） ２０…集電板（集電部材） ２１、２１Ａ…出力端子 ２２、２２Ａ…給排部材 ２２ａ…鞘部 ２３、２３Ａ…エンドプレート（押圧部材） ２３ａ…穴部 ２３ｆ…外套部 ２４、２７、２８…フランジ管 ２４ａ、２７ａ、２８ａ…フランジ状張出部 ３０…集電板当接面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガス、酸化剤ガス、冷却剤の少なく
    とも一つの流体流路を有するセパレータで、電解質を一
    対の電極で挟んだ電極ユニットを挟持したセルを複数個
    積層した積層体と、該積層体の積層方向に燃料ガス、酸
    化剤ガス、冷却剤のいずれかの流体を通流する流体通路
    と、前記積層体の少なくとも一方の端部に設けられ、前
    記流体通路に流体を給排する給排通路を有する絶縁性の
    給排部材と、該給排部材と前記積層体で挟持された集電
    部材と、前記積層体間の流体通路および前記給排部材の
    給排通路の流体から前記集電部材を遮断する遮断手段が
    設けられていることを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項２】 前記集電部材と連結された出力端子が給
    排部材の内部を通って直接外部に突出されていることを
    特徴とする請求項１記載の燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記出力端子が前記積層体の積層方向の
    外部に突出していることを特徴とする請求項２記載の燃
    料電池。
  4. 【請求項４】 フランジ状張出部を有する給排気管が設
    けられ、該給排気管のフランジ状張出部が、前記給排部
    材の給排通路に流体が通流できるように前記給排部材に
    当接され、前記フランジ状張出部を前記給排部材方向に
    押圧し、かつ前記給排部材を前記積層体の中心方向に押
    圧する押圧部材が設けられていることを特徴とする請求
    項１記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】 前記給排部材に前記出力端子を挿入でき
    る鞘部が設けられ、該鞘部が前記押圧部材を貫通してい
    ることを特徴とする請求項３、４記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】 前記押圧部材に、少なくとも前記給排部
    材の一部を囲む外套部が設けられていることを特徴とす
    る請求項１〜５記載の燃料電池。
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