JP2004241208A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単かつコンパクトな構成で、単位セルを確実に保持するとともに、組み立て作業性を向上させる。
【解決手段】燃料電池１０は、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を複数個所で保持する複数の金属クリップ部材５６を備える。金属クリップ部材５６は、側板部６８と、この側板部６８の両端部で屈曲し、かつ該側板部６８よりも長尺な第１および第２舌片部７０、７２とを有する、第１および第２舌片部７０、７２は、所定のばね性を有しており、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周端部を囲繞する絶縁部位５４、６２を保持して単位セル１２全体に所定の保持力を付与する。
【選択図】図１
【解決手段】燃料電池１０は、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を複数個所で保持する複数の金属クリップ部材５６を備える。金属クリップ部材５６は、側板部６８と、この側板部６８の両端部で屈曲し、かつ該側板部６８よりも長尺な第１および第２舌片部７０、７２とを有する、第１および第２舌片部７０、７２は、所定のばね性を有しており、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周端部を囲繞する絶縁部位５４、６２を保持して単位セル１２全体に所定の保持力を付与する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設ける電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持する単位セルを備える燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルを積層してスタックを構成している。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなり、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１および特許文献２に開示された技術が採用されている。図９に示すように、特許文献１の燃料電池１は、単位セル２と、この単位セル２を挟んで配置されるセパレータ３ａ、３ｂとを備えている。単位セル２は、固体高分子電解質膜２ａと、この固体高分子電解質膜２ａの一面に設けられるアノード側電極２ｂと、前記固体高分子電解質膜２ａの他面に設けられるカソード側電極２ｃとにより構成されている。
【０００６】
燃料電池１には、積層方向に貫通して保持ピン挿入用保持孔４が形成されるとともに、セパレータ３ｂには、止め輪挿入用保持孔５が形成されている。保持ピン挿入用保持孔４には、保持ピン６が挿入されており、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａには、止め輪挿入用保持孔５に配置されている止め輪７が取り付けられる。保持ピン６の先端には、面取り加工が施されたピン先端６ｂが設けられる一方、前記保持ピン６の後端には、他の保持ピン６のピン先端６ｂが嵌合される挿入穴６ｃが形成されている。
【０００７】
このような構成において、保持ピン６が燃料電池１の保持ピン挿入用保持孔４に挿入されるとともに、止め輪挿入用保持孔５から止め輪７が挿入される。そして、この止め輪７が、保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに嵌め込まれることにより、燃料電池１が積層状態で保持される。
【０００８】
その際、保持ピン６のピン先端６ｂは、セパレータ３ｂの外面よりも突出している。このため、ピン先端６ｂが、他の燃料電池１を保持している保持ピン６の挿入穴６ｃに嵌合することにより、互いに隣接する燃料電池１同士の位置決めが行われる、としている。
【０００９】
また、特許文献２の燃料電池は、図１０に示すように、四角柱形状の単位セル８の対向する一対の側面に端子電極９ａ、９ｂが配置されている。端子電極９ａがアノード側電極２ｂに電気的に接続されている一方、端子電極９ｂがカソード側電極２ｃに電気的に接続されている。単位セル８の対向する他の一対の側面には、圧着部材９ｃ、９ｄが配置されており、前記圧着部材９ｃ、９ｄおよび端子電極９ａ、９ｂを介して単位セル８が圧着固定されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１２０６７号公報（段落［００１６］、図１）
【特許文献２】
特開平７−２９５８０号公報（段落［００１７］、［００２０］、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、各単位セル２毎に複数本の保持ピン６を保持ピン挿入用保持孔４に挿入するとともに、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに止め輪７を嵌め込む作業が必要となっている。このため、特に、多数の単位セル２を積層する際に、保持ピン６と止め輪７の組み付け作業が相当に繁雑なものとなっており、作業性が低下するという問題が指摘されている。
【００１２】
また、上記の特許文献２では、端子電極９ａ、９ｂおよび圧着部材９ｃ、９ｄが、本体板ＢＰに比べて短尺な２つの舌片ＴＰを備えており、この舌片ＴＰで単位セル８を保持している。従って、単位セル８の保持が確実に行われないおそれがあり、端子電極９ａ、９ｂや圧着部材９ｃ、９ｄが前記単位セル８から離脱し易いという問題がある。
【００１３】
しかも、端子電極９ａ、９ｂおよび圧着部材９ｃ、９ｄは、単位セル８の周囲全体を覆うため、相当に大型かつ重量物となってしまう。その上、単位セル８を積層しようとすると、積層方向に舌片ＴＰ同士が重なり合って、該積層方向の寸法が長尺となるという問題がある。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単かつコンパクトな構成で、単位セルを確実に保持することができ、組み立て作業性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、第１および第２セパレータの外周を、複数個所で保持する複数の金属クリップ部材を備え、前記金属クリップ部材は、側板部と、前記側板部の端部で屈曲して前記第１および第２セパレータの外周を把持する第１および第２舌片部とを有する。そして、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるとともに、ばね性を備えている。
【００１６】
このため、比較的長尺な第１および第２舌片部により第１および第２セパレータの外周を強固かつ確実に保持することができ、金属クリップ部材が前記第１および第２セパレータから離脱することを有効に阻止することが可能になる。しかも、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるため、この第１および第２舌片部のばね性が向上し、第１および第２セパレータの保持力が良好に向上する。
【００１７】
従って、単位セルを効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されるとともに、前記単位セルを取り扱う際にシール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。その際、単位セルでは、電解質・電極構造体が第１および第２セパレータで挟持されており、前記電解質・電極構造体を保湿状態に維持することができ、該電解質・電極構造体の乾燥を阻止して前記単位セルの性能が低下することがない。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池では、第１および第２舌片部は、側板部から離間する開放側端部が、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲する。このため、第１および第２舌片部の開放側端部間に第１および第２セパレータが円滑に挿入され、金属クリップ部材の装填作業が容易かつ確実に遂行される。
【００１９】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池では、互いに積層される第１および第２単位セルを備え、前記第１単位セルに取り付けられる金属クリップ部材と、前記第２単位セルに取り付けられる金属クリップ部材とが、積層方向に互いに位置をずらして配置される。従って、第１および第２単位セルが積層された状態で、金属クリップ部材同士が重なり合うことがなく、燃料電池全体の積層方向の寸法を可及的に短尺化することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池では、第１および第２セパレータは、金属プレートを備え、前記金属プレートの外周縁部に絶縁樹脂または絶縁塗装による絶縁部位が設けられるとともに、前記絶縁部位に金属クリップ部材が装着される。これにより、簡単かつ安価な構成で、金属クリップ部材に接触する第１および第２セパレータ同士が短絡することがなく、所望の発電機能を確保することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る燃料電池では、第１および第２セパレータは、絶縁部位で互いに異なる方向に屈曲し、前記金属クリップ部材の抜け止め機能を有する屈曲端部を備える。このため、金属クリップ部材の離脱を一層確実に阻止することができる。
【００２２】
さらに、本発明の請求項６に係る燃料電池では、屈曲端部は、金属プレートの外周端部に設ける絶縁樹脂または絶縁塗装による屈曲絶縁部位で構成される。従って、屈曲部の構成が有効に簡素化される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の概略構成説明図である。
【００２４】
燃料電池１０は、単位セル１２を備え、複数の単位セル１２を矢印Ａ方向に積層して積層体１４が構成される。積層体１４の外方には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが、順次、配設される。エンドプレート２０ａ、２０ｂが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池１０が構成される。
【００２５】
図２に示すように、単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２金属セパレータ２４、２６とを備える。
【００２６】
単位セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２７】
単位セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える（図１および図２参照）。
【００２９】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００３０】
図２に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００３１】
第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４４が形成される。この燃料ガス流路４４は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００３２】
第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとの間には、図２に示すように、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。この冷却媒体流路４６は、第１および第２金属セパレータ２４、２６に設けられる複数本の溝部を重ね合わせることにより、矢印Ｂ方向に延在して一体的に構成される。
【００３３】
第１金属セパレータ２４の両面２４ａ、２４ｂには、第１シール部材（絶縁樹脂）５０が、例えば、モールド成形により一体的に設けられる。この第１シール部材５０は、面２４ａにおいて、酸化剤ガス流路４２を囲繞しかつ前記酸化剤ガス流路４２を酸化剤ガス供給連通孔３０ａおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに連通して形成される。第１シール部材５０は、面２４ｂにおいて、冷却媒体流路４６を囲繞しかつ前記冷却媒体流路４６を冷却媒体供給連通孔３２ａおよび冷却媒体排出連通孔３２ｂに連通して形成される。
【００３４】
図１に示すように、第１金属セパレータ２４の外周縁部には、電解質膜・電極構造体２２から離間する方向に屈曲する屈曲端部５２が設けられる。第１シール部材５０は、屈曲端部５２を囲繞する絶縁部位５４を設け、この絶縁部位５４には、後述する金属クリップ部材５６が装着される。絶縁部位５４は、屈曲端部５２の形状に対応して屈曲する段部５４ａを設けており、この段部５４ａが金属クリップ部材５６の抜け止め機能を有する。
【００３５】
第２金属セパレータ２６の両面２６ａ、２６ｂには、第２シール部材５８が、例えば、モールド成形により一体的に設けられる。第２シール部材５８は、面２６ｂにおいて、燃料ガス流路４４を囲繞するとともに、前記燃料ガス流路４４を燃料ガス供給連通孔３４ａおよび燃料ガス排出連通孔３４ｂに連通する。第２シール部材５８は、面２６ｂにおいて、冷却媒体流路４６を囲繞するとともに、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび冷却媒体排出連通孔３２ｂを前記冷却媒体流路４６に連通する。
【００３６】
第２金属セパレータ２６の外周縁部には、図１に示すように、電解質膜・電極構造体２２から離間する方向に屈曲する屈曲端部６０が設けられ、第２シール部材５８は、この屈曲端部６０を囲繞して金属クリップ部材５６が装着される絶縁部位６２を備える。絶縁部位６２には、第２金属セパレータ２６の屈曲端部６０の形状に対応して段部６２ａが形成される。
【００３７】
第１および第２金属セパレータ２４、２６の屈曲端部５２、６０は、互いに異なる方向（離間する方向）に屈曲することにより、前記第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周部の剛性が向上する。単位セル１２を構成する第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周は、複数の金属クリップ部材５６により複数個所で保持される。
【００３８】
図３に示すように、単位セル１２の外周には、それぞれ所定の位置にクリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋが設けられる。クリップ取り付け部位６４ａは、幅方向（矢印Ｂ方向）に２つの金属クリップ部材５６を選択的に取り付け可能とするために、第１位置６６ａと第２位置６６ｂとを設ける。クリップ取り付け部位６４ｂ〜６４ｋは、上記のクリップ取り付け部位６４ａと同様に、２つの金属クリップ部材５６を選択的に取り付け可能な第１位置６６ａと第２位置６６ｂとを設ける。
【００３９】
図４に示すように、金属クリップ部材５６は、金属製薄板を折り曲げて構成されており、側板部６８と、前記側板部６８の両端部で屈曲する第１および第２舌片部７０、７２とを一体的に備える。第１および第２舌片部７０、７２の寸法Ｈ１は、側板部６８の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成されており、前記側板部６８と前記第１および第２舌片部７０、７２が所望のばね性を有している。第１および第２舌片部７０、７２は、側板部６８から離間する外方側端部７０ａ、７２ａが互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。
【００４０】
次に、このように構成される燃料電池１０を組み付ける作業について、以下に説明する。
【００４１】
まず、図２に示すように、電解質膜・電極構造体２２を挟んで、第１および第２金属セパレータ２４、２６が重ね合わされる。この状態で、図３に示すように、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第１位置６６ａに金属クリップ部材５６が装着される。
【００４２】
この場合、第１の実施形態では、金属クリップ部材５６の第１および第２舌片部７０、７２の寸法Ｈ１が、側板部６８の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成されるとともに、所望のばね性が設けられる（図４参照）。このため、金属クリップ部材５６を第１位置６６ａに装着した状態では、図１に示すように、比較的長尺な第１および第２舌片部７０、７２を介して、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を強固かつ確実に保持することができる。これにより、金属クリップ部材５６は、第１および第２金属セパレータ２４、２６から離脱することを有効に阻止することが可能になり、単位セル１２を確実に一体化することができる。
【００４３】
さらに、第１および第２舌片部７０、７２は、長尺化されてばね性が向上する。このため、第１および第２金属セパレータ２４、２６の保持力が良好に向上し、単位セル１２を取り扱う際に、シール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。
【００４４】
その上、金属クリップ部材５６を各第１位置６６ａに嵌め込むだけでよい。従って、単位セル１２を効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されて効率的かつ容易な組み付け作業が遂行可能になるという効果が得られる。しかも、単位セル１２では、電解質膜・電極構造体２２が第１および第２金属セパレータ２４、２６で挟持されており、前記電解質膜・電極構造体２２を保湿状態に維持することができ、該電解質膜・電極構造体２２の乾燥を阻止して前記単位セル１２の性能が低下することがない。
【００４５】
また、第１および第２舌片部７０、７２の端部７０ａ、７２ａは、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。これにより、端部７０ａ、７２ａ間に第１および第２金属セパレータ２４、２６を円滑に挿入することができ、金属クリップ部材５６の装填作業が容易かつ確実に遂行される。
【００４６】
さらにまた、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を覆って第１および第２シール部材５０、５８が設けられ、この第１および第２シール部材５０、５８の絶縁部位５４、６２に金属クリップ部材５６が装着される。このため、簡単かつ安価な構成で、金属クリップ部材５６が接触する第１および第２金属セパレータ２４、２６同士が短絡することがなく、所望の発電機能を確保することが可能になる。
【００４７】
その際、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部に、互いに離間する方向に屈曲する屈曲端部５２、６０が設けられる。そして、屈曲端部５２、６０を囲繞する絶縁部位５４、６２には、屈曲形状に対応して段部５４ａ、６２ａが設けられる。従って、段部５４ａ、６２ａは、隣り合う単位セル１２に装着されている金属クリップ部材５６の離脱を一層確実に阻止する機能を有する。
【００４８】
なお、第１の実施形態では、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部に屈曲端部５２、６０が設けられるが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を囲繞する絶縁部位５４、６２に、絶縁樹脂または絶縁塗装による屈曲絶縁部位７６、７８を設けて屈曲端部を構成してもよい。
【００４９】
次いで、上記の単位セル１２に積層される他の単位セル１２の組み付けが行われる。ここで、他の単位セル１２では、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第２位置６６ｂに金属クリップ部材５６が取り付けられる（図５参照）。さらに、この他の単位セル１２に積層される別の単位セル１２では、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第１位置６６ａに金属クリップ部材５６が取り付けられる。
【００５０】
このため、互いに積層される単位セル１２では、各単位セル１２にそれぞれ装着されている金属クリップ部材５６同士が積層方向に互いに位置をずらして配置され、前記金属クリップ部材５６同士が重なり合うことがない（図１参照）。これにより、積層体１４の積層方向の寸法を可及的に短尺化することが可能になるという効果が得られる。
【００５１】
上記のように、所定数の単位セル１２が矢印Ａ方向に積層されて積層体１４が構成された後、この積層体１４の外方にターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設される。そして、エンドプレート２０ａ、２０ｂは、図示しないタイロッド等により締め付けられることによって、燃料電池１０が組み付けられる。
【００５２】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００５３】
図１に示すように、燃料電池１０内では、複数の単位セル１２が積層された積層体１４に対して、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。
【００５４】
このため、図２に示すように、各単位セル１２では、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第１金属セパレータ２４の酸化剤ガス流路４２に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極４０に沿って移動する。また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の燃料ガス流路４４に導入され、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３８に沿って移動する。
【００５５】
従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５６】
次いで、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５７】
さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。
【００５８】
なお、第１の実施形態では、第１および第２金属セパレータ２４、２６に第１および第２シール部材５０、５８を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、絶縁塗装を施してもよい。また、第１および第２金属セパレータ２４、２６に代替して、例えば、カーボン板を使用してもよい。
【００５９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材８０の斜視説明図である。
【００６０】
この金属クリップ部材８０は、側板部８２と、前記側板部８２の両端部で屈曲する第１および第２舌片部８４、８６とを有し、前記第１および第２舌片部８４、８６の寸法Ｈ１は、前記側板部８２の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成される。第１および第２舌片部８４、８６の開放側端部８４ａ、８６ａは、幅方向（矢印Ｗ方向）両端に所定長さだけ突出するとともに、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。
【００６１】
このため、金属クリップ部材８０は、第１および第２金属セパレータ２４、２６を把持する端部８４ａ、８６ａが幅方向に有効に長尺化されて、前記第１および第２金属セパレータ２４、２６の保持力が一層向上するという効果が得られる。
【００６２】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材９０の斜視説明図である。
【００６３】
この金属クリップ部材９０は、側板部９２と、前記側板部９２の両端部で屈曲し、前記側板部９２よりも長尺な第１および第２舌片部９４、９６とを有する。第１および第２舌片部９４、９６は、中央部分に比較的大きな開口部９８が設けられるとともに、開放側端部９４ａ、９６ａが互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲する。
【００６４】
この金属クリップ部材９０では、中央部分に比較的大径な開口部９８が設けられるため、全体としての軽量化が容易に遂行される。特に、多数の単位セル１２を積層する際に、重量の増加を有効に削減し得るという利点がある。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、金属クリップ部材は、比較的長尺な第１および第２舌片部により第１および第２セパレータの外周を強固かつ確実に保持することができ、前記金属クリップ部材が前記第１および第２セパレータから離脱することを有効に阻止することが可能になる。しかも、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるため、この第１および第２舌片部のばね性が向上し、第１および第２セパレータの保持力が良好に向上する。
【００６６】
従って、単位セルを効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されるとともに、前記単位セルを取り扱う際にシール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図３】前記単位セルの正面説明図である。
【図４】金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図５】各単位セルが積層される際の斜視説明図である。
【図６】屈曲端部の別の構成を示す一部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図９】特許文献１の燃料電池の説明図である。
【図１０】特許文献２の燃料電池の斜視説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…単位セル
１４…積層体 ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…金属セパレータ ３６…固体高分子電解質膜
３８…アノード側電極 ４０…カソード側電極
４２…酸化剤ガス流路 ４４…燃料ガス流路
４６…冷却媒体流路 ５０、５８…シール部材
５２、６０…屈曲端部 ５４、６２…絶縁部位
５４ａ、６２ａ…段部 ６４ａ〜６４ｋ…クリップ取り付け部位
６６ａ、６６ｂ…位置 ６８、８２、９２…側板部
７０、７２、８４、８６、９４、９６…舌片部
７０ａ、７２ａ、８４ａ、８６ａ、９４ａ、９６ａ…端部
７６、７８…屈曲絶縁部 ８０、９０…金属クリップ部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設ける電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持する単位セルを備える燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルを積層してスタックを構成している。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなり、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１および特許文献２に開示された技術が採用されている。図９に示すように、特許文献１の燃料電池１は、単位セル２と、この単位セル２を挟んで配置されるセパレータ３ａ、３ｂとを備えている。単位セル２は、固体高分子電解質膜２ａと、この固体高分子電解質膜２ａの一面に設けられるアノード側電極２ｂと、前記固体高分子電解質膜２ａの他面に設けられるカソード側電極２ｃとにより構成されている。
【０００６】
燃料電池１には、積層方向に貫通して保持ピン挿入用保持孔４が形成されるとともに、セパレータ３ｂには、止め輪挿入用保持孔５が形成されている。保持ピン挿入用保持孔４には、保持ピン６が挿入されており、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａには、止め輪挿入用保持孔５に配置されている止め輪７が取り付けられる。保持ピン６の先端には、面取り加工が施されたピン先端６ｂが設けられる一方、前記保持ピン６の後端には、他の保持ピン６のピン先端６ｂが嵌合される挿入穴６ｃが形成されている。
【０００７】
このような構成において、保持ピン６が燃料電池１の保持ピン挿入用保持孔４に挿入されるとともに、止め輪挿入用保持孔５から止め輪７が挿入される。そして、この止め輪７が、保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに嵌め込まれることにより、燃料電池１が積層状態で保持される。
【０００８】
その際、保持ピン６のピン先端６ｂは、セパレータ３ｂの外面よりも突出している。このため、ピン先端６ｂが、他の燃料電池１を保持している保持ピン６の挿入穴６ｃに嵌合することにより、互いに隣接する燃料電池１同士の位置決めが行われる、としている。
【０００９】
また、特許文献２の燃料電池は、図１０に示すように、四角柱形状の単位セル８の対向する一対の側面に端子電極９ａ、９ｂが配置されている。端子電極９ａがアノード側電極２ｂに電気的に接続されている一方、端子電極９ｂがカソード側電極２ｃに電気的に接続されている。単位セル８の対向する他の一対の側面には、圧着部材９ｃ、９ｄが配置されており、前記圧着部材９ｃ、９ｄおよび端子電極９ａ、９ｂを介して単位セル８が圧着固定されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１２０６７号公報（段落［００１６］、図１）
【特許文献２】
特開平７−２９５８０号公報（段落［００１７］、［００２０］、図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、各単位セル２毎に複数本の保持ピン６を保持ピン挿入用保持孔４に挿入するとともに、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに止め輪７を嵌め込む作業が必要となっている。このため、特に、多数の単位セル２を積層する際に、保持ピン６と止め輪７の組み付け作業が相当に繁雑なものとなっており、作業性が低下するという問題が指摘されている。
【００１２】
また、上記の特許文献２では、端子電極９ａ、９ｂおよび圧着部材９ｃ、９ｄが、本体板ＢＰに比べて短尺な２つの舌片ＴＰを備えており、この舌片ＴＰで単位セル８を保持している。従って、単位セル８の保持が確実に行われないおそれがあり、端子電極９ａ、９ｂや圧着部材９ｃ、９ｄが前記単位セル８から離脱し易いという問題がある。
【００１３】
しかも、端子電極９ａ、９ｂおよび圧着部材９ｃ、９ｄは、単位セル８の周囲全体を覆うため、相当に大型かつ重量物となってしまう。その上、単位セル８を積層しようとすると、積層方向に舌片ＴＰ同士が重なり合って、該積層方向の寸法が長尺となるという問題がある。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単かつコンパクトな構成で、単位セルを確実に保持することができ、組み立て作業性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、第１および第２セパレータの外周を、複数個所で保持する複数の金属クリップ部材を備え、前記金属クリップ部材は、側板部と、前記側板部の端部で屈曲して前記第１および第２セパレータの外周を把持する第１および第２舌片部とを有する。そして、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるとともに、ばね性を備えている。
【００１６】
このため、比較的長尺な第１および第２舌片部により第１および第２セパレータの外周を強固かつ確実に保持することができ、金属クリップ部材が前記第１および第２セパレータから離脱することを有効に阻止することが可能になる。しかも、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるため、この第１および第２舌片部のばね性が向上し、第１および第２セパレータの保持力が良好に向上する。
【００１７】
従って、単位セルを効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されるとともに、前記単位セルを取り扱う際にシール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。その際、単位セルでは、電解質・電極構造体が第１および第２セパレータで挟持されており、前記電解質・電極構造体を保湿状態に維持することができ、該電解質・電極構造体の乾燥を阻止して前記単位セルの性能が低下することがない。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池では、第１および第２舌片部は、側板部から離間する開放側端部が、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲する。このため、第１および第２舌片部の開放側端部間に第１および第２セパレータが円滑に挿入され、金属クリップ部材の装填作業が容易かつ確実に遂行される。
【００１９】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池では、互いに積層される第１および第２単位セルを備え、前記第１単位セルに取り付けられる金属クリップ部材と、前記第２単位セルに取り付けられる金属クリップ部材とが、積層方向に互いに位置をずらして配置される。従って、第１および第２単位セルが積層された状態で、金属クリップ部材同士が重なり合うことがなく、燃料電池全体の積層方向の寸法を可及的に短尺化することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料電池では、第１および第２セパレータは、金属プレートを備え、前記金属プレートの外周縁部に絶縁樹脂または絶縁塗装による絶縁部位が設けられるとともに、前記絶縁部位に金属クリップ部材が装着される。これにより、簡単かつ安価な構成で、金属クリップ部材に接触する第１および第２セパレータ同士が短絡することがなく、所望の発電機能を確保することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る燃料電池では、第１および第２セパレータは、絶縁部位で互いに異なる方向に屈曲し、前記金属クリップ部材の抜け止め機能を有する屈曲端部を備える。このため、金属クリップ部材の離脱を一層確実に阻止することができる。
【００２２】
さらに、本発明の請求項６に係る燃料電池では、屈曲端部は、金属プレートの外周端部に設ける絶縁樹脂または絶縁塗装による屈曲絶縁部位で構成される。従って、屈曲部の構成が有効に簡素化される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の概略構成説明図である。
【００２４】
燃料電池１０は、単位セル１２を備え、複数の単位セル１２を矢印Ａ方向に積層して積層体１４が構成される。積層体１４の外方には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが、順次、配設される。エンドプレート２０ａ、２０ｂが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池１０が構成される。
【００２５】
図２に示すように、単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２金属セパレータ２４、２６とを備える。
【００２６】
単位セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２７】
単位セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える（図１および図２参照）。
【００２９】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００３０】
図２に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００３１】
第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４４が形成される。この燃料ガス流路４４は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００３２】
第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとの間には、図２に示すように、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。この冷却媒体流路４６は、第１および第２金属セパレータ２４、２６に設けられる複数本の溝部を重ね合わせることにより、矢印Ｂ方向に延在して一体的に構成される。
【００３３】
第１金属セパレータ２４の両面２４ａ、２４ｂには、第１シール部材（絶縁樹脂）５０が、例えば、モールド成形により一体的に設けられる。この第１シール部材５０は、面２４ａにおいて、酸化剤ガス流路４２を囲繞しかつ前記酸化剤ガス流路４２を酸化剤ガス供給連通孔３０ａおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに連通して形成される。第１シール部材５０は、面２４ｂにおいて、冷却媒体流路４６を囲繞しかつ前記冷却媒体流路４６を冷却媒体供給連通孔３２ａおよび冷却媒体排出連通孔３２ｂに連通して形成される。
【００３４】
図１に示すように、第１金属セパレータ２４の外周縁部には、電解質膜・電極構造体２２から離間する方向に屈曲する屈曲端部５２が設けられる。第１シール部材５０は、屈曲端部５２を囲繞する絶縁部位５４を設け、この絶縁部位５４には、後述する金属クリップ部材５６が装着される。絶縁部位５４は、屈曲端部５２の形状に対応して屈曲する段部５４ａを設けており、この段部５４ａが金属クリップ部材５６の抜け止め機能を有する。
【００３５】
第２金属セパレータ２６の両面２６ａ、２６ｂには、第２シール部材５８が、例えば、モールド成形により一体的に設けられる。第２シール部材５８は、面２６ｂにおいて、燃料ガス流路４４を囲繞するとともに、前記燃料ガス流路４４を燃料ガス供給連通孔３４ａおよび燃料ガス排出連通孔３４ｂに連通する。第２シール部材５８は、面２６ｂにおいて、冷却媒体流路４６を囲繞するとともに、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび冷却媒体排出連通孔３２ｂを前記冷却媒体流路４６に連通する。
【００３６】
第２金属セパレータ２６の外周縁部には、図１に示すように、電解質膜・電極構造体２２から離間する方向に屈曲する屈曲端部６０が設けられ、第２シール部材５８は、この屈曲端部６０を囲繞して金属クリップ部材５６が装着される絶縁部位６２を備える。絶縁部位６２には、第２金属セパレータ２６の屈曲端部６０の形状に対応して段部６２ａが形成される。
【００３７】
第１および第２金属セパレータ２４、２６の屈曲端部５２、６０は、互いに異なる方向（離間する方向）に屈曲することにより、前記第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周部の剛性が向上する。単位セル１２を構成する第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周は、複数の金属クリップ部材５６により複数個所で保持される。
【００３８】
図３に示すように、単位セル１２の外周には、それぞれ所定の位置にクリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋが設けられる。クリップ取り付け部位６４ａは、幅方向（矢印Ｂ方向）に２つの金属クリップ部材５６を選択的に取り付け可能とするために、第１位置６６ａと第２位置６６ｂとを設ける。クリップ取り付け部位６４ｂ〜６４ｋは、上記のクリップ取り付け部位６４ａと同様に、２つの金属クリップ部材５６を選択的に取り付け可能な第１位置６６ａと第２位置６６ｂとを設ける。
【００３９】
図４に示すように、金属クリップ部材５６は、金属製薄板を折り曲げて構成されており、側板部６８と、前記側板部６８の両端部で屈曲する第１および第２舌片部７０、７２とを一体的に備える。第１および第２舌片部７０、７２の寸法Ｈ１は、側板部６８の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成されており、前記側板部６８と前記第１および第２舌片部７０、７２が所望のばね性を有している。第１および第２舌片部７０、７２は、側板部６８から離間する外方側端部７０ａ、７２ａが互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。
【００４０】
次に、このように構成される燃料電池１０を組み付ける作業について、以下に説明する。
【００４１】
まず、図２に示すように、電解質膜・電極構造体２２を挟んで、第１および第２金属セパレータ２４、２６が重ね合わされる。この状態で、図３に示すように、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第１位置６６ａに金属クリップ部材５６が装着される。
【００４２】
この場合、第１の実施形態では、金属クリップ部材５６の第１および第２舌片部７０、７２の寸法Ｈ１が、側板部６８の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成されるとともに、所望のばね性が設けられる（図４参照）。このため、金属クリップ部材５６を第１位置６６ａに装着した状態では、図１に示すように、比較的長尺な第１および第２舌片部７０、７２を介して、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を強固かつ確実に保持することができる。これにより、金属クリップ部材５６は、第１および第２金属セパレータ２４、２６から離脱することを有効に阻止することが可能になり、単位セル１２を確実に一体化することができる。
【００４３】
さらに、第１および第２舌片部７０、７２は、長尺化されてばね性が向上する。このため、第１および第２金属セパレータ２４、２６の保持力が良好に向上し、単位セル１２を取り扱う際に、シール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。
【００４４】
その上、金属クリップ部材５６を各第１位置６６ａに嵌め込むだけでよい。従って、単位セル１２を効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されて効率的かつ容易な組み付け作業が遂行可能になるという効果が得られる。しかも、単位セル１２では、電解質膜・電極構造体２２が第１および第２金属セパレータ２４、２６で挟持されており、前記電解質膜・電極構造体２２を保湿状態に維持することができ、該電解質膜・電極構造体２２の乾燥を阻止して前記単位セル１２の性能が低下することがない。
【００４５】
また、第１および第２舌片部７０、７２の端部７０ａ、７２ａは、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。これにより、端部７０ａ、７２ａ間に第１および第２金属セパレータ２４、２６を円滑に挿入することができ、金属クリップ部材５６の装填作業が容易かつ確実に遂行される。
【００４６】
さらにまた、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を覆って第１および第２シール部材５０、５８が設けられ、この第１および第２シール部材５０、５８の絶縁部位５４、６２に金属クリップ部材５６が装着される。このため、簡単かつ安価な構成で、金属クリップ部材５６が接触する第１および第２金属セパレータ２４、２６同士が短絡することがなく、所望の発電機能を確保することが可能になる。
【００４７】
その際、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部に、互いに離間する方向に屈曲する屈曲端部５２、６０が設けられる。そして、屈曲端部５２、６０を囲繞する絶縁部位５４、６２には、屈曲形状に対応して段部５４ａ、６２ａが設けられる。従って、段部５４ａ、６２ａは、隣り合う単位セル１２に装着されている金属クリップ部材５６の離脱を一層確実に阻止する機能を有する。
【００４８】
なお、第１の実施形態では、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部に屈曲端部５２、６０が設けられるが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、第１および第２金属セパレータ２４、２６の外周縁部を囲繞する絶縁部位５４、６２に、絶縁樹脂または絶縁塗装による屈曲絶縁部位７６、７８を設けて屈曲端部を構成してもよい。
【００４９】
次いで、上記の単位セル１２に積層される他の単位セル１２の組み付けが行われる。ここで、他の単位セル１２では、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第２位置６６ｂに金属クリップ部材５６が取り付けられる（図５参照）。さらに、この他の単位セル１２に積層される別の単位セル１２では、クリップ取り付け部位６４ａ〜６４ｋの各第１位置６６ａに金属クリップ部材５６が取り付けられる。
【００５０】
このため、互いに積層される単位セル１２では、各単位セル１２にそれぞれ装着されている金属クリップ部材５６同士が積層方向に互いに位置をずらして配置され、前記金属クリップ部材５６同士が重なり合うことがない（図１参照）。これにより、積層体１４の積層方向の寸法を可及的に短尺化することが可能になるという効果が得られる。
【００５１】
上記のように、所定数の単位セル１２が矢印Ａ方向に積層されて積層体１４が構成された後、この積層体１４の外方にターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設される。そして、エンドプレート２０ａ、２０ｂは、図示しないタイロッド等により締め付けられることによって、燃料電池１０が組み付けられる。
【００５２】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００５３】
図１に示すように、燃料電池１０内では、複数の単位セル１２が積層された積層体１４に対して、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。
【００５４】
このため、図２に示すように、各単位セル１２では、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第１金属セパレータ２４の酸化剤ガス流路４２に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極４０に沿って移動する。また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の燃料ガス流路４４に導入され、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３８に沿って移動する。
【００５５】
従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５６】
次いで、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５７】
さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。
【００５８】
なお、第１の実施形態では、第１および第２金属セパレータ２４、２６に第１および第２シール部材５０、５８を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、絶縁塗装を施してもよい。また、第１および第２金属セパレータ２４、２６に代替して、例えば、カーボン板を使用してもよい。
【００５９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材８０の斜視説明図である。
【００６０】
この金属クリップ部材８０は、側板部８２と、前記側板部８２の両端部で屈曲する第１および第２舌片部８４、８６とを有し、前記第１および第２舌片部８４、８６の寸法Ｈ１は、前記側板部８２の幅寸法Ｈ２よりも長尺に構成される。第１および第２舌片部８４、８６の開放側端部８４ａ、８６ａは、幅方向（矢印Ｗ方向）両端に所定長さだけ突出するとともに、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲している。
【００６１】
このため、金属クリップ部材８０は、第１および第２金属セパレータ２４、２６を把持する端部８４ａ、８６ａが幅方向に有効に長尺化されて、前記第１および第２金属セパレータ２４、２６の保持力が一層向上するという効果が得られる。
【００６２】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材９０の斜視説明図である。
【００６３】
この金属クリップ部材９０は、側板部９２と、前記側板部９２の両端部で屈曲し、前記側板部９２よりも長尺な第１および第２舌片部９４、９６とを有する。第１および第２舌片部９４、９６は、中央部分に比較的大きな開口部９８が設けられるとともに、開放側端部９４ａ、９６ａが互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲する。
【００６４】
この金属クリップ部材９０では、中央部分に比較的大径な開口部９８が設けられるため、全体としての軽量化が容易に遂行される。特に、多数の単位セル１２を積層する際に、重量の増加を有効に削減し得るという利点がある。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、金属クリップ部材は、比較的長尺な第１および第２舌片部により第１および第２セパレータの外周を強固かつ確実に保持することができ、前記金属クリップ部材が前記第１および第２セパレータから離脱することを有効に阻止することが可能になる。しかも、第１および第２舌片部は、側板部よりも長尺に構成されるため、この第１および第２舌片部のばね性が向上し、第１および第２セパレータの保持力が良好に向上する。
【００６６】
従って、単位セルを効率的に組み付けることができ、組み付け工数が大幅に削減されるとともに、前記単位セルを取り扱う際にシール性の低下が惹起されることがなく、取り扱い作業性が有効に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成する単位セルの分解斜視説明図である。
【図３】前記単位セルの正面説明図である。
【図４】金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図５】各単位セルが積層される際の斜視説明図である。
【図６】屈曲端部の別の構成を示す一部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する金属クリップ部材の斜視説明図である。
【図９】特許文献１の燃料電池の説明図である。
【図１０】特許文献２の燃料電池の斜視説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…単位セル
１４…積層体 ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…金属セパレータ ３６…固体高分子電解質膜
３８…アノード側電極 ４０…カソード側電極
４２…酸化剤ガス流路 ４４…燃料ガス流路
４６…冷却媒体流路 ５０、５８…シール部材
５２、６０…屈曲端部 ５４、６２…絶縁部位
５４ａ、６２ａ…段部 ６４ａ〜６４ｋ…クリップ取り付け部位
６６ａ、６６ｂ…位置 ６８、８２、９２…側板部
７０、７２、８４、８６、９４、９６…舌片部
７０ａ、７２ａ、８４ａ、８６ａ、９４ａ、９６ａ…端部
７６、７８…屈曲絶縁部 ８０、９０…金属クリップ部材
Claims (6)
- 電解質の両側に一対の電極を設ける電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持する単位セルを備える燃料電池であって、
前記第１および第２セパレータの外周を、複数個所で保持する複数の金属クリップ部材を備え、
前記金属クリップ部材は、側板部と、前記側板部の端部で屈曲して前記第１および第２セパレータの外周を把持する第１および第２舌片部とを有し、
前記第１および第２舌片部は、前記側板部よりも長尺に構成されるとともに、ばね性を備えることを特徴とする燃料電池。 - 請求項１記載の燃料電池において、前記第１および第２舌片部は、前記側板部から離間する開放側端部が、互いに離間する方向に屈曲乃至湾曲することを特徴とする燃料電池。
- 請求項１記載の燃料電池において、互いに積層される第１および第２単位セルを備え、
前記第１単位セルに取り付けられる金属クリップ部材と、前記第２単位セルに取り付けられる金属クリップ部材とは、積層方向に互いに位置をずらして配置されることを特徴とする燃料電池。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１および第２セパレータは、金属プレートを備え、
前記金属プレートの外周縁部に絶縁樹脂または絶縁塗装による絶縁部位を設けるとともに、
前記絶縁部位に前記金属クリップ部材が装着されることを特徴とする燃料電池。 - 請求項４記載の燃料電池において、前記第１および第２セパレータは、前記絶縁部位で互いに異なる方向に屈曲し、前記金属クリップ部材の抜け止め機能を有する屈曲端部を備えることを特徴とする燃料電池。
- 請求項５記載の燃料電池において、前記屈曲端部は、前記金属プレートの外周端部に設ける絶縁樹脂または絶縁塗装による屈曲絶縁部位で構成されることを特徴とする燃料電池。
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