JP2005079024A

JP2005079024A - 燃料電池の組立方法

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Publication number: JP2005079024A
Application number: JP2003310610A
Authority: JP
Inventors: Iwao Myojin; 巌明神; Mikio Wada; 三喜男和田; Shin Yoshida; 慎吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP4556399B2

Abstract

【課題】燃料電池の構成部品（セパレータ）に穴をあけてそこにピンを通して部品を位置決めし燃料電池を組立てる場合に、部品の位置決め精度がよく、しかも組立の作業性が良好で、かつ、治具と燃料電池の構成部品の熱膨張差も逃がすことができる、燃料電池の組立方法の提供。
【解決手段】（１）燃料電池の単セルまたはスタックの組立方法であって、セル組立時にピン４１をピン穴４２に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法。（２）ピン穴４２をセパレータの辺の中間部分に設けた。（３）辺の中間部分のピン４１の長さを、四隅のピン４１の長さより長くした。（４）辺の中間部分のピン穴４２とピン４１とのギャップを、四隅のピン穴４２とピン４１とのギャップより小さくした。（５）セパレータをメタルセパレータとした。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池の単セルまたはスタックの組立方法に関する。

図８、図９に示すように、燃料電池、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。

膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。

セパレータ１８は、たとえばメタルセパレータからなる。セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。

膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単セル１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２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（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。

各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。

アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
燃料電池の組立には、単セル１９の組立と、その後に行われるスタック２３の組立とがある。

特開平９−１３４７３４号公報は、燃料電池スタックの組立を開示している。そこでは、燃料電池を構成する平板状部品の四隅に位置決め用のピン穴を設け、そこに位置決めピンを挿入して平板状部品を位置決め、積層する。

この、四隅に穴を開けてピンを挿通する方法を燃料電池の組立（単セルまたはスタックの組立の何れでもよい）に適用すると、つぎの問題が生じる。
１．セパレータの反り（とくに、メタルセパレータの場合にセル流路と直交する方向に反りが生じる）に対応するため、四隅のピン穴とピンとのギャップを大きくしなければならず、積層されるセパレータ相互の位置決め精度が低下し、セル端面が凹凸する。
２．積層セパレータの位置決め精度の低下、セル端面の凹凸があると、多数のセルのスタック時、隣合うセルとセルとが、流路のリブ（凹凸の凸）のずれを起こし、隣接するセパレータの接触面積の低下（導電通路面積の低下）と、それによる抵抗増加および燃料電池の性能の低下を生じる。
３．セパレータの位置決め精度が低下すると、セパレータとそれによって挟まれる樹脂フレームとが位置ずれを生じ、樹脂フレームの凸部とセパレータの凹部が合致しなくなって樹脂フレームの凸部がセパレータの凹部以外の面へ乗り上げ、接着剤塗布部位での密着不良、シール不良、リークの発生が生じるおそれがある。
４．四隅のピン穴とピンとのギャップを小さくすると、セパレータの反りによってピンがピンに入りにくくなり、セルの組立作業性が悪くなる。また、ピンを固定した治具（アルミ製）とセパレータ（ＳＵＳ製）の接着剤硬化時（約８０℃）の熱膨張差をピンとピン穴とのギャップで吸収できなくなり、ピッチが拡がった時にピンがピン穴を強く押し、セパレータの変形を生じさせる。
特開平９−１３４７３４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、燃料電池構成部品（セパレータ）の四隅に穴をあけてそこにピンを通して構成部品を位置決めし燃料電池を組立てる場合に、部品の位置決め精度が悪く、位置ずれが生じることである（第１の課題）。

本発明が解決しようとするもう一つの問題点は、燃料電池構成部品（セパレータ）の四隅に穴をあけてそこにピンを通して構成部品を位置決めし燃料電池を組立てる場合に生じる、構成部品の位置ずれを抑えるために、穴とピンとのギャップを小さくすると、組立の作業性が低下するとともに、治具と構成部品（セパレータ）との熱膨張差をギャップで吸収することができなくなることである（第２の課題）。

本発明の目的は、燃料電池構成部品（セパレータ）に穴をあけてそこにピンを通して部品を位置決めし燃料電池（単セルでもスタックでもよい）を組立てる場合に、部品の位置決め精度がよい燃料電池の組立方法を提供することである（第１の目的）。

本発明のもう一つの目的は、燃料電池構成部品（セパレータ）に穴をあけてそこにピンを通して部品を位置決めし燃料電池（単セルでもスタックでもよい）を組立てる場合に、部品の位置決め精度がよく、しかも、組立の作業性が良好で、かつ、治具と燃料電池の構成部品の熱膨張差も逃がすことができる、燃料電池の組立方法を提供することである（第２の目的）。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）セパレータを構成要素として含む単セルを治具を用いて組み立てる燃料電池の組立方法であって、セパレータにピン穴を設けておき、治具にピンを設けておき、セル組立時にピンをピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法。
（２）前記ピン穴をセパレータの辺の中間部分に設けた（１）記載の燃料電池の組立方法。
（３）ピン穴をセパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設け、治具にピンを設け、前記ピンを前記ピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法であって、前記ピンのうち前記セパレータの辺の中間部分に設けたピン穴に挿通されるピンの長さを、前記ピンのうち前記セパレータの四隅のピン穴に挿通されるピンの長さより長くした燃料電池の組立方法。
（４）ピン穴をセパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設け、治具にピンを設け、前記ピンを前記ピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法であって、前記セパレータの辺の中間部分に設けたピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップを、前記セパレータの四隅のピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップより小さくした燃料電池の組立方法。
（５）メタルセパレータを備えた燃料電池の組立方法であって、前記メタルセパレータに組付位置決めの穴をあけた燃料電池の組立方法。

上記（１）の燃料電池の組立方法は、従来のスタックの組立で用いられていたピン穴にピンを挿通して部品の位置決めをするという方法を単セルの組立に利用したものである。外周基準で位置決めする方法に比べて、本発明のピンとピン穴による位置決め方法は、部品（たとえば、メタルセパレータ）に反りがあっても、ピンをピン穴に挿通する時に部品の反りを直しながら位置決めでき、精度のよい位置決めを行うことができる。
上記（２）の燃料電池の組立方法では、ピン穴をセパレータの辺の中間部分に設けたので（四隅のピン穴はあってもよいし、なくてもよい）、部品に反りがあっても、反りの湾曲の中央にある、対向２辺の、２つのピン穴には、部品の反りの影響を受けることなくピンを挿入でき、これによって部品が位置決めでき、残りのピンも対応するピン穴に円滑に挿入できるようになる。これによって、位置決め、組立の作業性が向上する。
上記（３）の燃料電池（単セルでもスタックでもよい）の組立方法では、ピン穴は、セパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設けられ、中間部分の穴を挿通するピンの長さは四隅の穴を挿通するピンの長さより長くしたので、時間的に先に中間部分の穴にピンを通すことができ、これによって部品が位置決めでき、四隅のピンを含み残りのピンの、対応するピン穴への挿通がよくなる。これによって、さらに、位置決め、組立の作業性が向上する。また、ピンとピン穴が、セパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設けられているので、ピンとピン穴が、セパレータの四隅だけに設けられた場合に比べてピンピッチが短くなり、作業性の向上と位置ずれ防止が効果的にはかられる。
上記（４）の燃料電池（単セルでもスタックでもよい）の組立方法では、辺の中間部分に設けたピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップを、四隅のピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップより小さくしたので、四隅のピン穴へのピンの挿通性、作業性を良好に維持したまま、中間部分に設けたピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップを小さくすることにより、位置決め精度を高くすることができる。また、四隅のピンとピン穴のギャップは大のため、治具とセパレータの熱膨張差をギャップで自在に吸収することができる。また、ピンとピン穴が、セパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設けられているので、ピンとピン穴が、セパレータの四隅だけに設けられた場合に比べてピンピッチが短くなり、作業性の向上と位置ずれ防止が効果的にはかられる。
上記（５）の燃料電池（単セルでもスタックでもよい）の組立方法では、カーボンセパレータで位置決めのための小さな高精度の穴をあけると割れや欠けの問題があるが、メタルセパレータでは、割れや欠けの問題を生じることなく、プレスにより高精度の穴を高精度に位置決めして設定でき、容易に位置決めできる。

以下に、本発明の燃料電池の組立方法を、図１〜図９を参照して説明する。図８、図９は従来一般構成に準じる。

本発明の組立方法が適用される燃料電池は、低温型燃料電池であり、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。

固体高分子電解質型燃料電池１０は、図８、図９に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層の方向は、上下に限るものではなく、任意である。

膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。

ＭＥＡをセパレータ１８で挟んでセル１９を構成し、１以上のセル１９からモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２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（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。

本発明は、単セル１９の組立方法に関するものである。

セパレータ１８は、たとえば、メタルセパレータからなる。ただし、セパレータはメタルセパレータに限るものではなく、カーボンセパレータであってもよい。

セパレータ１８がメタルセパレータであり、メタルセパレータ１８とＭＥＡとの間に、発電領域が中抜きされた樹脂フレームが配置される場合は、ＭＥＡを挟んだ２枚の樹脂フレームを、２枚のメタルセパレータでさらに挟んで単セル１９が構成される。ただし、樹脂フレームを設けることなく、ＭＥＡを直接メタルセパレータで挟んでもよい。

セパレータ１８には、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８と、反応ガス流路２７、２８の背面に、冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。ガス流路２７、２８、冷媒流路２６は、矩形状のセパレータ１８の対向する両端部を除いた部分（「発電領域」、または「導電部」という）に形成され、セル面内方向に延びている。ガス流路２７、２８、冷媒流路２６は、セパレータ１８の成形時に表面部分を凹凸させて形成された流路からなる。

セパレータ１８には、発電領域以外の部分に、図示を省略した、貫通穴からなる、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドが形成され、スタック２３のセル積層方向端部から供給、排出される燃料ガス、酸化ガス、冷媒を各セル１９に供給、排出する。発電領域の反応ガス流路、冷媒流路、および発電領域外の反応ガスマニホールド、冷媒マニホールドは、各種流体流路を形成する。各種流体流路は、異種の流体が混じり合わないように、互いにシールされる。セル１９間は、ゴムガスケット３２によってシールされ、セル１９内は、すなわちＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間、およびセパレータ１８と電解質膜１１間は、接着剤３３によってシールされる。

単セル１９は、治具４０を用いて、組立てられる。本発明のセル１９の組立は、少なくとも１つのセル１９からなるモジュールの組立である場合を含む。本発明は、多数のセルまたは多数のモジュールを積層したスタック２３の組立に用いられてもよい。
本発明の燃料電池の組立方法は、セパレータ１８を構成要素として含む燃料電池１０（単セル１９、またはモジュール、またはスタック２３）を治具４０を用いて組立てる燃料電池１０の組立方法であって、セパレータ１８にピン穴４２を設けておき、治具４０にピン４１を設けておき、セル組立時にピン４１をピン穴４２に挿通することによりセパレータ１８の位置決めを行う組立方法である。
セパレータ１８は、メタルセパレータであっても、カーボンセパレータであってもよい。図示例は、メタルセパレータである場合を示す。

本発明の燃料電池の組立方法が単セルの組立方法である場合、治具４０の下型の上にセパレータ１８をピン穴４２にピン４１を通すことにより位置決めして載置し、その上に接着剤を塗布し、その上にＭＥＡを置き（樹脂フレームがある場合は樹脂フレームを載置してＭＥＡを置き）、その上にもう一枚のセパレータ１８をピン穴４２にピン４１を通すことにより位置決めして載置し（樹脂フレームがある場合は樹脂フレームを載置してその上にセパレータ１８を位置決めして載置し）、治具４０の上型を下降させてセルに荷重をかけ、治具４０の下型と上型に設けた加熱ヒータで型を加熱しながらセルの接着剤を硬化させ、セル１９を組立てる。また、１つのセルの上に中間型を置いて、中間型の上につぎのセルを置き、その上から上型を下降させて、１回の上型のストロークで２つのセルの組立を行ってもよい。

本発明の燃料電池燃料電池１０（単セル１９、またはモジュール、またはスタック２３）の組立方法において、ピン穴４２は、セパレータ１８の辺の中間部分に設けられている。
セパレータ１８は、たとえば、ほぼ四辺形の外形を有する。そして、ピン穴４２はセパレータ１８のほぼ四辺形の対向２辺の、各辺の中間部分に、設けられる。辺の「中間部分」は、辺の長さをＬとした場合、その辺のＬ／２の位置であることが望ましい（図４）。ただし、辺の「中間部分」は、その辺のＬ／２の位置から辺の長さ方向にずれた位置であってもよい。

セパレータ１８は、発電領域の反応ガス流路が延びる方向Ａには、ガス流路の凹凸により高い曲げ剛性を有するが、それと直交する方向Ｂには、低い曲げ剛性を有し、発電領域の反応ガス流路と延びる方向と直交する方向Ｂに湾曲する（図６）。ピン穴４２は、セパレータ１８のほぼ四辺形の、少なくとも、反応ガス流路が延びる方向Ａにおいて対向する２辺の中間部分に設けられる。
ピン穴４２は、セパレータ１８のほぼ四辺形の、反応ガス流路が延びる方向と直交する方向Ｂにおいて対向する２辺の中間部分にも設けられてもよい。
ピン穴４２は、セパレータ１８のほぼ四辺形の、四隅にも設けられてもよい。
セパレータ１８の辺の中間部分に設けられたピン穴４２の符号を４２ｉとし、セパレータ１８の四隅に設けられたピン穴４２の符号を４２ｃとする。

ピン４１は治具４０の、ピン穴４２に対応する位置に設けられる。ピン４１は治具４０の面から直交する方向に延びている。治具４０の上面が水平である場合は、ピン４１は治具４０の上面から鉛直方向上方に延びている。
ピン４１のうちピン穴４２ｉに対応する位置に設けられたピン４１の符号を４１ｉとし、ピン４１のうちピン穴４２ｃに対応する位置に設けられたピン４１の符号を４１ｃとする。
ピン穴４２をセパレータ１８の辺の中間部分に設けるとともにセパレータ１８の四隅にも設けた場合、ピン４１のうちセパレータ１８の辺の中間部分に設けたピン穴４２ｉに挿通されるピン４１ｉの長さ（高さ）Ｈｉを、ピン４１のうちセパレータ１８の四隅のピン穴４２ｃに挿通されるピン４１ｃの長さ（高さ）Ｈｃより長くしてある（図３）。

ピン穴４２をセパレータ１８の辺の中間部分に設けるとともにセパレータ１８の四隅にも設けた場合、セパレータの辺の中間部分に設けたピン穴４２ｉとそれに挿通されるピン４１ｉとのギャップ（ピン穴径とピン径との差の１／２）Ｇｉを、セパレータの四隅のピン穴４２ｃとそれに挿通されるピン４１ｃとのギャップ（ピン穴径とピン径との差の１／２）Ｇｃより小さくしてある。たとえば、Ｇｉ＝０．０５〜０．２ｍｍ、Ｇｃ＝０．１〜０．５ｍｍ、かつ、Ｇｉ＜Ｇｃとする。

つぎに、本発明の作用、効果を説明する。
セルの部品（たとえば、セパレータ１８）をその外周基準で位置決めする方法（セパレータの外面を位置決め手段に当ててセパレータを位置決めする方法）に比べて、本発明のピン４１とピン穴４２による位置決め方法は、部品（たとえば、メタルセパレータ１８）に反りがあっても、ピン４１をピン穴４２に挿通する時に部品の反りを矯正しながら位置決めでき、いったんピン４１をピン穴４２に挿通した後はピン４１とピン穴４２周縁部が当たって部品は反りにくくなるので、精度のよい部品（たとえば、メタルセパレータ１８）の位置決めを行うことができる。これによって、本発明の第１の課題が解決され、本発明の第１の目的が達成される。
なお、位置決め精度がよくなることによってセル組立も容易になり、組立に要する時間も短縮する。

また、ピン穴４２をセパレータ１８の辺（ほぼ四辺形の辺）の中間部分に設けたので（ただし、四隅のピン穴４２ｃはあってもよいし、なくてもよい）、部品（たとえば、メタルセパレータ１８）に反りがあっても、反りの湾曲の（Ｂ方向に延びる辺の）中央にある、対向２辺（Ａ方向に対向する２辺）の、２つのピン穴４２ｉには、そのピン穴４２ｉ部位が部品の反りによっても治具４０の上面から浮き上がらないから、部品の反りの影響を受けることなくピン４１ｉを挿入でき、これによって部品が位置決めでき、全てのピンの位置をそれに対応するピン穴位置に精度良く位置決めできるので、残りのピン４１も対応するピン穴４２に円滑に挿入できるようになる。これによって、燃料電池１０の部品の位置決め、組立の作業性が向上する。

単セル１９でセパレータ１８の位置決め精度が低下したり、それによってセル１９の端面に２枚のセパレータ相互の位置ずれによる凹凸が生じるとあると、多数のセル１９を積層してスタック２３とした時、隣合うセル１９とセル１９とが、流路のリブ（凹凸の凸）の位置ずれを起こし、隣接する２枚のセパレータ１８の接触面積の減少（導電通路面積の低下）と、それによる電気抵抗増加および燃料電池の性能の低下を生じる。しかし、本発明では、位置決め精度が向上されるので、セパレータ１８の接触面積の減少とそれによる燃料電池の性能の低下は生じない。
また、単セル１９のセパレータ１８の位置決め精度が低下すると、セパレータ１８とそれによって挟まれる樹脂フレームとが位置ずれを生じ、樹脂フレームの凸部とセパレータの凹部が合致しなくなって樹脂フレームの凸部がセパレータの凹部以外の面へ乗り上げ、接着剤塗布部位での密着不良、シール不良、リークの発生が生じるおそれがある。しかし、本発明では、位置決め精度が向上されるので、シール不良、リークの発生は生じない。

ピン穴４２が、セパレータ１８の四隅とセパレータ１８の辺の中間部分に設けられた場合、辺の中間部分のピン穴４２ｉを挿通するピン４１ｉの長さＨｉを四隅のピン穴４２ｃを挿通するピン４１ｃの長さＨｃより長くしたので、治具４０の上方からセパレータ１８を治具４０にセットする時、先に中間部分の穴４２ｉにピン４１ｉを通すことができ、これによってセパレータ１８を位置決めでき、四隅のピンを含み残りのピン４１の、対応するピン穴４２への挿通がよくなる。これによって、さらに、位置決め、組立の作業性が向上する。また、ピン４１とピン穴４２が、セパレータ１８の四隅とセパレータの辺の中間部分に設けられているので、ピンとピン穴が、セパレータの四隅だけに設けられた場合に比べてピンピッチが短くなり、作業性の向上と位置ずれ防止が効果的にはかられる。

また、辺の中間部分に設けたピン穴４２ｉとそれに挿通されるピン４１ｉとのギャップＧｉを、四隅のピン穴４２ｃとそれに挿通されるピン４１ｃとのギャップＧｃより小さくしたので、四隅のピン穴４２ｃへのピン４１ｃの挿通性、作業性を良好に維持したまま、中間部分に設けたピン穴４２ｉとそれに挿通されるピン４１ｉとのギャップＧｉを小さくすることにより、位置決め精度を高くすることができる。また、四隅のピン４１ｃとピン穴４２ｃのギャップＧｃは大のため、治具４０とセパレータ１８の熱膨張差をギャップＧｃで自在に吸収することができる。また、ピンとピン穴が、セパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設けられているので、ピンとピン穴が、セパレータの四隅だけに設けられた場合に比べてピンピッチが短くなり、作業性の向上と位置ずれ防止が効果的にはかられる。

セパレータ１８の反り（とくに、メタルセパレータの場合にセル流路と直交する方向Ｂに反りが生じる）に対応するには、四隅のピン穴４２ｃとピン４１ｃとのギャップＧｃを大きくしなければならないが、ギャップＧｃを大きくすると、単セルの２枚のセパレータ１８の相互の位置決め精度が低下し、セパレータ端面もセル面と平行方向に位置ずれしセル端面が凹凸する。
逆に四隅のピン穴４２ｃとピン４１ｃとのギャップＧｃを小さくすると、セパレータの反りによってピン４１ｃがピン穴４２ｃに入りにくくなり、セルの組立作業性が悪くなる他、治具４０とセパレータ１８の熱膨張差をピン４１ｃがピン穴４２ｃとのギャップＧｃで吸収できなくなる。
しかし、本発明では、辺の中間部分に設けたピン穴４２ｉとそれに挿通されるピン４１ｉとのギャップＧｉを小さくして、良好な位置決め精度を維持するとともに、四隅のピン穴４２ｃとピン４１ｃとのギャップＧｃを大きくして、良好なセルの組立作業性を維持し、かつ治具４０とセパレータ１８の熱膨張差を吸収するようにした。
また、セパレータ１８をメタルセパレータとした場合には、カーボンセパレータで位置決めのための小さな高精度の穴をあけると割れや欠けの問題があるが、メタルセパレータでは、割れや欠けの問題を生じることなく、プレスにより高精度の穴を高精度に位置決めして設定でき、容易に位置決めできる。
本発明は、燃料電池の単セル、スタックの組立に利用できる。

本発明の燃料電池の組立方法における、辺の中間部と四隅にピンとピン穴がある場合の、セパレータとピンの平面図である。本発明の燃料電池の組立方法で用いられる治具とピンの平面図である。図２の治具とピンの側面図である。図２の治具とピンにおけるピンピッチを示す平面図である。図１における四隅のピンとピン穴のギャップと、辺の中間部のピンとピン穴のギャップを示す断面図である。本発明の燃料電池の組立方法における、セパレータの治具へのセット工程（Ａはピンがピン穴に入る前、Ｂは一部のピンがピン穴に入った後を、それぞれ、示す）を示す斜視図である。本発明の燃料電池の組立方法における、四隅のみにピンとピン穴がある場合の、セパレータとピンの平面図である。従来の一般構成の（また、本発明の燃料電池の組立方法が適用可能な）燃料電池スタックの側面図である。図８の燃料電池スタックの一部分の断面図である。

符号の説明

１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２触媒層
１３拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１５触媒層
１６拡散層
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１９セル（１セルで１モジュールを構成する場合は、セル、モジュール）
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４締結部材（テンションプレート）
２５ボルト
２６冷媒流路
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
３２シール材（ゴムガスケット）
３３シール材（接着剤）
４０治具
４１ピン
４１ｉ中間部のピン
４１ｃ四隅のピン
４２ピン穴
４２ｉ中間部のピン穴
４２ｃ四隅のピン穴

Claims

セパレータを構成要素として含む単セルを治具を用いて組み立てる燃料電池の組立方法であって、セパレータにピン穴を設けておき、治具にピンを設けておき、セル組立時にピンをピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法。
前記ピン穴をセパレータの辺の中間部分に設けた請求項１記載の燃料電池の組立方法。
ピン穴をセパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設け、治具にピンを設け、前記ピンを前記ピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法であって、前記ピンのうち前記セパレータの辺の中間部分に設けたピン穴に挿通されるピンの長さを、前記ピンのうち前記セパレータの四隅のピン穴に挿通されるピンの長さより長くした燃料電池の組立方法。
ピン穴をセパレータの四隅とセパレータの辺の中間部分に設け、治具にピンを設け、前記ピンを前記ピン穴に挿通することによりセパレータの位置決めを行う燃料電池の組立方法であって、前記セパレータの辺の中間部分に設けたピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップを、前記セパレータの四隅のピン穴とそれに挿通されるピンとのギャップより小さくした燃料電池の組立方法。
メタルセパレータを備えた燃料電池の組立方法であって、前記メタルセパレータに組付位置決めの穴をあけた燃料電池の組立方法。