JP2008293896A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータに対するガスケットの位置ずれを防いで、セパレータの曲げ変形を防止する。
【解決手段】ガスケット２６とセパレータ５０との間を樹脂ピン８２によって連結する。セパレータ５０は、三層構造の中間層を熱可塑性の接着フィルムで構成したタイプのものである。樹脂ピン８２は、ガスケット２６からセパレータ５０の接着フィルムまでを貫通する樹脂製のもので、接着フィルムによって固着される。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池は、電解質層を２つの電極で挟持した発電体と、反応ガスの流路を備えるセパレータとが一体に構成されている単電池を複数積層した構造を有する。発電体とセパレータの間には、反応ガスが電解質膜の周縁部から漏出しないようにシール部材（ガスケット）が介在されている。なお、セパレータにおけるシール部材が当接する部分の剛性を確保するために、前記シール部材が当接する部分の剛性を高める構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３１７５０５号公報

しかしながら、上記従来の技術であっても、ガスケットがセパレータの面方向に位置ずれしたとき、前記セパレータが曲げ変形する虞があった。ガスケットがセパレータの面方向に位置ずれした場合、ガスケットの当接部分が上記剛性を高めた部分から外れるためであり、ガスケットがセパレータの面方向に位置ずれすると、セパレータに対して厚さ方向に不均一な応力が掛かり、前記セパレータが曲げ変形する問題が発生した。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、セパレータに対するガスケットの位置ずれを防いで、セパレータの曲げ変形を防止することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料電池であって、電解質層と、該電解質層の外側に配設され、ガス透過性を有する多孔質体と、該多孔質体の外側に配設されるセパレータと、前記セパレータの表面に当接し前記電解質膜の周縁部をシールするガスケットと、前記ガスケットと前記セパレータとの間を一体に連結する絶縁性の連結部材とを備えることを要旨とする。

適用例１に記載の燃料電池によれば、ガスケットとセパレータとの間が連結部材によって連結されることから、ガスケットがセパレータに対して、セパレータの面方向に位置ずれすることがない。したがって、セパレータに対して厚さ方向に不均一な応力が掛かることがなくなることから、セパレータの曲げ変形を防止することができる。

［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池であって、前記セパレータは、一対のプレートと、両プレート間に空間を形成する中間層とを備える三層構造のものである、燃料電池。

適用例２に記載の燃料電池によれば、三層構造のセパレータにおける曲げ変形を防止することができる。

［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池であって、前記中間層は、熱可塑性の接着フィルムにより形成されるものである、燃料電池。

セパレータの中間層を形成する中間層が熱可塑性接着フィルムで形成されたタイプのセパレータは、曲げ剛性が弱い。これに対して、適用例３に記載の燃料電池によれば、前述したように、ガスケットがセパレータに対して、セパレータの面方向に位置ずれすることがないことがないことから、セパレータに対して厚さ方向に不均一な応力が掛かることがない。したがって、中間層が熱可塑性接着フィルムで形成されたタイプのセパレータであっても、曲げ変形する虞がない。

［適用例４］
適用例２または３に記載の燃料電池であって、前記連結部材は、前記ガスケットからセパレータの中間層までを貫通する樹脂製のピンである、燃料電池。

中間層を加熱して、中間層を形成する熱可塑性の接着フィルムを溶融させることで、セパレータ間を接着することができるが、この際に、適用例４に記載の燃料電池では、中間層まで貫通した樹脂ピンに融解した接着剤が達することから樹脂製のピンを併せて接着することができる。このために、ピンを接着する接着剤を別途必要としない。

［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池であって、前記ピンは、前記ガスケットから突出する頭部を備え、該頭部先端が、隣接するセパレータに対して所定の距離だけ離間するように配設された構成である、燃料電池。

適用例５に記載の燃料電池では、ピンの頭部により、組み付けの際にガスケット２６がセパレータ５０から離脱するのを防ぐことができる。また、隣接するセパレータがガスケット側に曲げ変形すると、ガスケットの他方側のセパレータと互いの先端が接触して短絡する虞があるが、適用例５に記載の燃料電池では、ピンの頭部先端が隣接するセパレータに対して所定の距離だけ離間するように配設さていることから、隣接するセパレータが曲げ変形して倒れ込んできたときに、その頭部先端でセパレータの倒れ込みを抑えることができる。この結果、上記短絡を防止することができる。

［適用例６］
適用例２ないし５のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、前記中間層により形成される空間に冷却液を通す構成である、燃料電池。

適用例６に記載の燃料電池では、中間層と一対のプレートという三層構造でもって、冷却液通路を容易に作成することができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
Ｂ．セパレータの構成：
Ｃ．樹脂ピンの構成：
Ｄ．燃料電池スタックの製造方法：
Ｅ．作用・効果：
Ｆ．他の実施形態：

Ａ．燃料電池スタックの構成：
燃料電池システムは、通常、燃料電池スタック（以下、単に「スタック」とも呼ぶ）と、燃料ガス供給部と、酸化ガス供給部と、冷却液循環部と、各部を制御するコントローラと、を備えている。燃料ガス供給部は、燃料ガス（水素ガス）をスタックに供給する機能を有しており、例えば、水素タンクと減圧弁とを含んでいる。酸化ガス供給部は、酸化ガス（空気）をスタックに供給する機能を有しており、例えば、ブロワを含んでいる。冷却液循環部は、スタック内部で冷却液を循環させる機能を有しており、例えば、循環ポンプと熱交換機とを含んでいる。

図１は、本発明の一実施例における燃料電池スタック１００の部分断面図である。図示するように、スタック１００は、複数の単セル（単電池）２０が積層された構造を有しており、隣り合う２つの単セル２０間には、セパレータ５０が設けられている。

単セル２０は、膜−電極−ガス拡散層アセンブリ（以下、「ＭＥＧＡ」（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と呼ぶ）２２と、ＭＥＧＡ２２の両側に設けられた多孔質体２４ａ、２４ｃと、ＭＥＧＡ２２の周囲に設けられたガスケット２６と、を含んでいる。

ＭＥＧＡ２２は、電解質膜（電解質層）３０を含んでおり、電解質膜３０の一方の面には、触媒電極層（アノード）３１ａとガス拡散層３２ａとがこの順に形成されており、電解質膜３０の他方の面には、触媒電極層（カソード）３１ｃとガス拡散層３２ｃとがこの順に形成されている。なお、電解質膜３０としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いることができる。また、触媒電極層３１ａ、３１ｃとしては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。ガス拡散層３２ａ、３２ｃは、カーボンペーパなどのガス透過性および導電性を有する材料で形成されている。

多孔質体２４ａ、２４ｃは、ＭＥＧＡ２２とセパレータ５０との間に形成される空間に配置されている。具体的には、アノード側の多孔質体２４ａは、ガス拡散層３２ａと、ガス拡散層３２ａに対向するセパレータ５０との間に形成される空間に配置されている。カソード側の多孔質体２４ｃは、カソード側のガス拡散層３２ｃと、ガス拡散層３２ｃに対向するセパレータ５０との間に形成される空間に配置されている。アノード側のガス拡散層３２ａと多孔質体２４ａとは、触媒電極層（アノード）３１ａに供給される燃料ガスが通るセル内燃料ガス通路に設けられている。また、カソード側のガス拡散層３２ｃと多孔質体２４ｃとは、触媒電極層（カソード）３１ｃに供給される酸化ガスが通るセル内酸化ガス通路に設けられている。なお、セル内通路は、図１に示すように、各単セル２０内部において、電解質膜３０と平行に設けられた通路である。

なお、多孔質体２４ａ、２４ｃは、ガス透過性および導電性を有する板状部材であり、例えば、耐食性金属（ＳＵＳ等）を用いて形成される。金属多孔質体としては、例えば、球状あるいは繊維状の微小な金属片を焼結させた焼結体を用いることができる。

ガスケット２６は、ＭＥＧＡ２２と一体的に形成されている。なお、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含む構造体を以下では「セルアセンブリ」と呼ぶ。

図２は、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含むセルアセンブリを示す平面図である。図示するように、セルアセンブリは、略矩形の外形形状を有しており、枠状のガスケット２６の内側に、矩形のＭＥＧＡ２２が設けられている。図中、ＭＥＧＡ２２は、ハッチを付して示されている。なお、図２のセルアセンブリのＡ−Ａ断面が図１に示されている。

ガスケット２６には、セル間酸化ガス通路を構成する第１および第２の長孔６１ｇ、６２ｇと、セル間燃料ガス通路を構成する第３および第４の長孔６３ｇ、６４ｇと、セル間冷却液通路を構成する第５および第６の長孔６５ｇ、６６ｇと、が形成されている。なお、セル間酸化ガス通路を構成する第１および第２の長孔６１ｇ、６２ｇは、それぞれ３つの長孔に分かれている。また、セル間冷却液通路を構成する第５および第６の長孔６５ｇ、６６ｇは、それぞれ２つの長孔に分かれている。各セル間通路は、図１に示すように、スタック１００内部を貫通し、複数の単セル２０の積層方向に沿った通路である。

なお、セル間酸化ガス通路を構成する第１の長孔６１ｇは、前述したように３つの長孔に分かれているが、これら３つの長孔のうちの隣り合う２つの長孔の間の空間部分（２箇所）には、ピン用孔８０ｇがそれぞれ設けられている。同様に、第２の長孔６２ｇの間の空間部分（２箇所）にも、ピン用孔８０ｇがそれぞれ設けられている。さらに、セル間冷却液通路を構成する第５の長孔６５ｇは、前述したように２つの長孔に分かれているが、これら２つの長孔の間の空間部分にも、ピン用孔８０ｇが設けられている。同様に、第６の長孔６６ｇの間の空間部分にも、ピン用孔８０ｇが設けられている。以上の結果、ガスケット２６には、合計６個のピン用孔８０ｇが設けられている。ピン用孔８０ｇは、開口が楕円形の貫通孔であり、後述する樹脂ピン８２の挿入用のものである。図２には、樹脂ピン８２が装着された状態が示されている。樹脂ピン８２については後ほど詳述する。

ガスケット２６は、図１に示すように、セパレータ５０と接触する凸部を有している。凸部は、図１、図２に示す一点鎖線ＳＬに沿って設けられている。具体的には、凸部は、６つの長孔６１ｇ〜６６ｇの周囲に設けられている。また、凸部は、ＭＥＧＡ２２の周囲に設けられている。スタック１００は、通常、積層方向に押圧されるため、ガスケット２６の凸部によって、各セル間通路のシール性（気密性）が確保されると共に、各セル内通路のシール性が確保される。

なお、セルアセンブリは、例えば、射出成形処理によって形成可能である。具体的には、周囲に空間が設けられた金型内にＭＥＧＡ２２を配置し、該金型内の空間に樹脂材料を射出することによって形成される。樹脂材料の部分がガスケット２６である。樹脂材料としては、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性を有する樹脂材料が用いられる。

Ｂ．セパレータの構成：
セパレータ５０（図１）は、カソード側の多孔質体２４ｃに接するカソード側プレート５２と、アノード側の多孔質体２４ａに接するアノード側プレート５６と、２つのプレート５２、５６の間に配置されるフレーム部材５４により形成される中間層と、を備える三層構造である。

図３はカソード側プレート５２の平面図であり、図４はフレーム部材５４の平面図であり、図５はアノード側プレート５６の平面図である。なお、図３〜図５のカソード側プレート５２、フレーム部材５４およびアノード側プレート５６のＡ−Ａ断面が、図１に示されている。

カソード側プレート５２（図３）およびアノード側プレート５６（図５）は、導電性材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）あるいはチタン（Ｔｉ）やチタン合金といった金属、または、カーボン等によって形成される薄板状部材である。これら両プレート５２，５６は、いずれも凹凸のない平坦な表面を有すると共に、各々、所定の位置に所定形状の穴部を有している。この穴部の詳細については、後述する。

フレーム部材５４（図４）は、接着フィルムで形成される。この接着フィルムは、熱可塑性の樹脂接着剤によって構成されるフィルム状のもので、ポリプロビレンが用いられる。接着フィルムは、例えば、０．２〜１．０［ｍｍ］というある程度の厚さと凹凸のない平坦な表面を有すると共に、所定の位置に所定形状の穴部を有している。接着フィルムで形成されるフレーム部材３７の一方側の面が加熱溶融することで、カソード側プレート５２とフレーム部材５４の間が接着され、フレーム部材３７の他方側の面が加熱溶融することで、フレーム部材５４とアノード側プレート５６との間が接着されている。この結果、２つのプレート５２、５６の間に中間層を備える三層積層型のセパレータ５０が得られる。

図３に示すように、カソード側プレート５２には、セル間酸化ガス通路を構成する第１および第２の長孔６１ｃ、６２ｃと、セル間燃料ガス通路を構成する第３および第４の長孔６３ｃ、６４ｃと、セル間冷却液通路を構成する第５および第６の長孔６５ｃ、６６ｃと、が形成されている。また、カソード側プレート５２には、第１の長孔６１ｃ付近に、セル内酸化ガス通路の入口を構成する複数の小孔７１ｃが形成されていると共に、第２の長孔６２ｃ付近に、セル内酸化ガス通路の出口を構成する複数の小孔７２ｃが形成されている（図１参照）。さらに、カソード側プレート５２には、ガスケット２６に設けられた各ピン用孔８０ｇと対応した６つのピン用孔８０ｃが形成されている。ここでいう対応とは、積層方向に垂直な平面方向において両者が同一位置となる関係である。サイズについては、カソード側プレート５２に設けられたピン用孔８０ｃは、ガスケット２６に設けられたピン用孔８０ｇに比べて一回り大きなサイズとなっている。

図５に示すように、アノード側プレート５６には、カソード側プレート５２と同様に、第１ないし第６の長孔６１ａ〜６６ａが形成されている。ただし、アノード側プレート５６には、第３の長孔６３ａ付近に、セル内燃料ガス通路の入口を構成する複数の小孔７３ａが形成されていると共に、第４の長孔６４ａ付近に、セル内燃料ガス通路の出口を構成する複数の小孔７４ａが形成されている。なお、アノード側プレート５６には、カソード側プレート５２に設けられたようなピン用孔は形成されていない。

図４に示すように、フレーム部材５４には、セル間酸化ガス通路を構成する第１の長孔６１ｍと、酸化ガスをセル内酸化ガス通路に導く複数の連通孔７１ｍと、が接続された櫛状の第１の孔が形成されている。同様に、フレーム部材５４には、第２の長孔６２ｍと複数の連通孔７２ｍとが接続された櫛状の第２の孔が形成されている。また、フレーム部材５４には、セル間燃料ガス通路を構成する第３の長孔６３ｍと、燃料ガスをセル内燃料ガス通路に導く複数の連通孔７３ｍと、が接続された櫛状の第３の孔が形成されている。同様に、フレーム部材５４には、第４の長孔６４ｍと複数の連通孔７４ｍとが接続された櫛状の第４の孔が形成されている。さらに、フレーム部材５４には、セル間冷却通路および隣接する２つの単セル２０間のセル用冷却液通路を構成する矩形の大孔７８が形成されている（図１参照）。

大孔７８には、セル用冷却液通路に対応する冷却液通路形成部材８５が嵌め込むように配置される。冷却液通路形成部材８５は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の耐食性金属などから形成される。この冷却液通路形成部材８５は、スタック１００を冷却するための冷却液（水、エチレングリコール等）が流れる冷却液通路となる。この冷却液通路形成部材８５は、フレーム部材３７と略同程度の厚さになっている。

なお、フレーム部材５４には、カソード側プレート５２に設けられた各ピン用孔８０ｃと対応した６つのピン用孔８０ｍが形成されている。各ピン用孔８０ｍは、カソード側プレート５２に設けられた各ピン用孔８０ｃと比較して、積層方向に垂直な平面方向において同一位置、同一サイズとなっている。

図１に示すように、スタック１００に供給された酸化ガスは、フレーム部材５４の長孔６１ｍおよび連通孔７１ｍと、カソード側プレート５２の小孔７１ｃと、を通って、多孔質体２４ｃに流入する。なお、酸化ガスは、ガス拡散層３２ｃを介して触媒電極（カソード）３１ｃに到達し、電気化学反応に利用される。多孔質体２４ｃを通過した使用済みの酸化ガスは、カソード側プレート５２の小孔７２ｃと、フレーム部材５４の連通孔７２ｍおよび長孔６２ｍを通って、スタック１００から排出される。

同様に、スタック１００に供給された燃料ガスは、フレーム部材５４の長孔６３ｍおよび連通孔７３ｍと、アノード側プレート５６の小孔７３ａと、を通って、多孔質体２４ａに流入する。なお、燃料ガスは、ガス拡散層３２ａを介して触媒電極（アノード）３１ａに到達し、電気化学反応に利用される。多孔質体２４ａを通過した使用済みの燃料ガスは、アノード側プレート５６の小孔７４ａと、フレーム部材５４の連通孔７４ｍおよび長孔６４ｍを通って、スタック１００から排出される。また、スタック１００に供給された冷却液は、フレーム部材５４の大孔７８を通って、スタック１００から排出される。

Ｃ．樹脂ピンの構成：
セパレータ５０とガスケット２６との間は連結部材としての樹脂ピン８２により一体に連結されている。どのように連結されているかを次に詳述する。

図６は、セパレータ５０とガスケット２６との間の連結の様子を示す説明図である。この図は、図２〜図５のセルアセンブリのＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示すものである。前述したように、ガスケット２６にピン用孔８０ｇが、カソード側プレート５２にピン用孔８０ｃが、フレーム部材５４にピン用孔８０ｃがそれぞれ設けられている。３つのピン用孔８０ｇ、８０ｃ、８０ｃは、前述したように、積層方向に垂直な平面方向において同一位置となっており、これらピン用孔８０ｇ、８０ｃ、８０ｃに挿入する形で樹脂ピン８２が設けられている。

図７は、樹脂ピン８２の斜視図である。樹脂ピン８２は、ポリプロビレン、ポリエチレン等の樹脂材料により形成された棒状の部材である。なお、樹脂材料としては、セパレータ５０のフレーム部材５４を形成する接着フィルムによって固着が容易なものが最適である。樹脂ピン８２は、詳細には、大径である本体部８２ａと、小径であるくびれ部８２ｂと、中径である頭部８２ｃとがこの順に連結した形状である。くびれ部８２ｂの長さは、ガスケット２６の厚さとほぼ同一サイズである。本体部８２ａの長さは、カソード側プレート５２の厚さとフレーム部材５４の厚さの和とほぼ同一サイズである。

図６に示すように、樹脂ピン８２の本体部８２ａは、セパレータ５０のカソード側プレート５２に設けられたピン用孔８０ｃと、フレーム部材５４に設けられたピン用孔８０ｃに挿入される。樹脂ピン８２のくびれ部８２ｂは、当該セパレータ５０のカソード側プレート５２側に配置されたガスケット２６に設けられたピン用孔８０ｇに挿入される。本体部８２ａは、接着フィルムで形成されるフレーム部材５４による接着によって、セパレータ５０に固着されている。なお、樹脂ピン８２の頭部ａは、ガスケット２６から突出し、組み付けの際にガスケット２６がセパレータ５０から離脱するのを防いでいる。樹脂ピン８２の本体部８２ａ側の端部８２ｄ（図７）は、セパレータ５０のアノード側プレート５６に当接している。一方、樹脂ピン８２の頭部８２ｃ側の端部８２ｅ（図７）は、隣接するセパレータ５０に対して所定の距離Ｓだけ離間している。

したがって、セパレータ５０と、当該セパレータ５０のカソード側プレート５２側に配置されたガスケット２６との間が、一体的に接合される。

Ｄ．燃料電池スタックの製造方法：
図８は、燃料電池スタック１００の製造の手順を示す説明図である。ステップＳ１１０では、単セル２０が準備される。具体的には、前述したように、ＭＥＧＡ２２と多孔質体２４ａ、２４ｃとガスケット２６とを含むセルモジュールが準備される。

ステップＳ１２０では、セパレータ５０の構成部品であるカソード側プレート５２とフレーム部材５４とアノード側プレート５６とを準備する。その後、ステップＳ１２０で準備したアノード側プレート５６、フレーム部材５４、カソード側プレート５２をこの順に下から積み上げて積層する（ステップＳ１３０）。

続いて、ステップＳ１３０で得られた積層体Ａに樹脂ピン８２を挿入する（ステップＳ１４０）。詳細には、積層体Ａのカソード側プレート５２に設けられたピン用孔８０ｃに対して樹脂ピン８２を上から挿入し、樹脂ピン８２の端部８２ｄ（図７）がアノード側プレート５６に当接するまで差し込む（ステップＳ１４０）。この結果、樹脂ピン８２の本体部８２ａは、カソード側プレート５２からフレーム部材５４までの範囲に差し込まれる。

その後、ステップＳ１４０で得られた積層体Ｂを加熱して、接着フィルムで形成されるフレーム部材５４を融解する処理を行なう（ステップＳ１５０）。詳細には、フレーム部材５４は表面部分が融解して、カソード側プレート５２とフレーム部材５４の間とフレーム部材５４とアノード側プレート５６との間が接着される。このとき、フレーム部材５４まで貫通した樹脂ピン８２に融解した接着剤が達することから、フレーム部材５４と樹脂ピン８２との間も併せて接着される。

ステップ１５０の処理後、積層体Ｂを常温にさらすことで、前記融解した接着剤を冷やして固化させる（ステップＳ１６０）。この結果、セパレータ５０に樹脂ピン８２が立設された積層体Ｂが製作される。続いて、その積層体Ｂの樹脂ピン８２に、ステップＳ１１０で準備した単セル２０のガスケット２６部分を差し込む処理を行う（ステップＳ１７０）。詳細には、ガスケット２６に設けられたピン用孔８０ｇに樹脂ピン８２の頭部８２ｃを差し込むようにする。なお、頭部８２ｃの径はピン用孔８０ｇの径（楕円形なので短軸方向の径）よりも大きいので、押し込むようにして頭部８２ｃを変形してその差し込みを行う。

ステップＳ１７０までの処理の結果、ガスケット２６を含む単セル２０と三層積層型のセパレータ５０とが接合されたモジュール（以下、「単セル／セパレータモジュール」と呼ぶ）が製作される。次いで、単セル／セパレータモジュールを複数集めて順に積層することによって、スタック１００が作成される。

Ｅ．作用・効果：
以上説明したように、本実施例では、ガスケット２６とセパレータ５０との間が樹脂ピン８２によって連結されることから、ガスケット２６がセパレータ５０に対して、セパレータ５０の面方向に位置ずれすることがない。

図９は、従来例における問題点を示す説明図である。ガスケットＸとセパレータＹとの間が一体に連結されていない従来例においては、ガスケットＸがセパレータＹの面方向に位置ずれすることがある。図示の例においては、３つ並ぶガスケットのうちの中央部分のガスケットＸ（２）は定位置であるのに対して、両側のガスケットＸ（１）、Ｘ（３）は図中上方に位置ずれしている。こうした場合に、左側のセパレータＹ（１）には、その上方に位置ずれした左側のガスケットＸ（１）から右方向への応力が掛かる。一方、右側のセパレータＹ（２）には、その上方に位置ずれした右側のガスケットＸ（１）から左方向への応力が掛かる。したがって、セパレータＹ（１），Ｙ（２）に対して厚さ方向に不均一な応力が掛かることになる。これにより、従来例では、セパレータＹ（１），Ｙ（２）が曲げ変形を生じ、セパレータＹ（１），Ｙ（２）の互いの先端Ｔ１，Ｔ２が接触して短絡する虞がある。

これに対して、本実施例では、ガスケット２６がセパレータ５０に対して、セパレータ５０の面方向に位置ずれすることがないことから、セパレータ５０に対して厚さ方向に不均一な応力が掛かることがない。このために、セパレータ５０の曲げ変形を防止することができる。したがって、セパレータ間が短絡する虞もない。特に、セパレータ５０は、三層構造の中間層を接着フィルムで構成したタイプのものであることから曲げ変形しやすいが、本実施例では、上述したようにガスケット２６とセパレータ５０との間で位置ずれがないことから、セパレータ５０は曲げ変形することがない。

また、この実施例では、樹脂ピン８２の頭部８２ｃの端部８２ｅが、隣接するセパレータ５０に対して所定の距離Ｓだけ離間するように配設された構成であることから、隣接するセパレータが曲げ変形して倒れ込んできたときに、その頭部８２ｃの端部８２ｅでセパレータ５０の倒れ込みを抑えることができる。この結果、セパレータ５０間の短絡をより一層防止することができる。

この実施例では、ガスケット２６とセパレータ５０との間の接合を、ガスケット２６からセパレータ５０の中間層（接着フィルム）までを貫通する樹脂ピン８２としたことにより、接着フィルムを溶解させてプレート５２，５４を接着することに併せて樹脂ピン８２を接着することができる。このために、樹脂ピン８２を接着する接着剤を別途必要としない。

また、この実施例では、ガスケットの組み付け時に、ガスケット２６に形成したピン用孔８０ｇに樹脂ピン８２を通すことによる位置決めも併せて行うことができることから、組み付け性を向上させることもできる。

Ｆ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記実施例では、三層構造のセパレータ５０の中間層として、ポリプロビレンを用いた接着フィルムが用いられているが、これに換えて、フェノール樹脂等の他の種類の熱可塑性の樹脂接着剤を用いた接着フィルムとすることができる。また、中間層は必ずしも一層である必要はなく、芯材を備え、その両面に熱可撓性の樹脂接着層を設けた構成としてもよい。また、熱可塑性の樹脂接着剤に換えて、ろう材等の他の熱可塑性を有する接着用材料とすることもできる。

（２）上記実施例では、連結部材として樹脂ピン８２を用いていたが、樹脂に替えて、ゴム、ガラス等の他の絶縁性部材を材料とすることもできる。また、樹脂ピン８２の形状として、単なる円筒形状とすることもできる。前記実施例では、樹脂ピン８２に頭部８２ｃを設けることで、組み付け時のガスケット２６の離脱を防いでいるが、組み付け時の組み付け性を考慮せずに一旦組み付けてしまえば、ガスケット２６の離脱はないことから、必ずしも頭部８２ｃを設ける必要がない。すなわち、ガスケットからセパレータの中間層までを貫通するピンであれば、いずれの形状とすることもできる。

（３）また、連結部材としては必ずしもピン形状、すなわち、棒状である必要はなく、例えば、セパレータの表面に凸部を設け、ガスケットに前記凸部と嵌合する凹部を設けることでセパレータとガスケットを一体に連結する構成としてもよい。

（４）前記実施例は、三層積層型のセパレータを備えた燃料電池に本発明を適用したものであったが、これに替えて、少なくとも一方側の面に流路溝を備えるリブ付きセパレータを備えた燃料電池に本発明を適用する構成としてもよい。すなわち、リブ付きセパレータとガスケットの間を連結部材により一体に連結する構成としてもよい。

（５）上記実施例では、フレーム部材５４には、冷却液通路を構成する矩形の大孔７８が形成されていたが、これに換えて、複数の長孔でもって冷却液通路を構成してもよい。また、大孔７８には、冷却液通路形成部材８５を配置していたが、これはセパレータの導電性を高めるためのもので、冷却液通路形成部材８５を配置せず、単なる空洞とすることもできる。さらには、フレーム部材５４から冷却液通路を省いて、セパレータ５０に冷却液通路を備えない構成としてもよい。

（６）上記実施例では、一つのセパレータと一つのガスケットを連結部材で連結していたが、この一つのセパレータと一つのガスケットの組を複数組、一つの連結部材により一体に連結する構成としてもよい。すなわち、樹脂ピン８２をより長い構成として、セパレータ５０とガスケット２６とを複数組、一つの樹脂ピンにより連結する構成としてもよい。

（７）また、前記実施例とは異なる種類の燃料電池に本発明を適用することとしてもよい。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池に適用することができる。あるいは、固体高分子以外の電解質層を有する燃料電池であってもよく、本発明を適用することで同様の効果が得られる。また、上記実施例では、上述した構造を有する燃料電池スタック１００が利用されているが、他の種々の構造を有する燃料電池スタックが利用されてもよい。

本発明の一実施例における燃料電池スタック１００の部分断面図である。 ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含むセルアセンブリを示す平面図である。 カソード側プレート５２の平面図である。 フレーム部材５４の平面図である。 アノード側プレート５６の平面図である。 セパレータ５０とガスケット２６との間の連結の様子を示す説明図である。 樹脂ピン８２の斜視図である。 燃料電池スタック１００の製造の手順を示す説明図である。 従来例における問題点を示す説明図である。

符号の説明

２０…単セル
２２…ＭＥＧＡ
２４ａ、２４ｃ…多孔質体
２６…ガスケット
３０…電解質膜
３１ａ、３１ｃ…触媒電極層
３２ａ、３２ｃ…ガス拡散層
５０…セパレータ
５２…カソード側プレート
５４…フレーム部材
５６…アノード側プレート
６０…セパレータ
８０ｃ…ピン用孔
８０ｇ…ピン用孔
８０ｍ…ピン用孔
８２…樹脂ピン
８２ａ…本体部
８２ｂ…くびれ部
８２ｃ…頭部
８５…冷却液通路形成部材
１００…燃料電池スタック

Claims (6)

1. 燃料電池であって、
   電解質層と、
   該電解質層の外側に配設され、ガス透過性を有する多孔質体と、
   該多孔質体の外側に配設されるセパレータと、
   前記セパレータの表面に当接し前記電解質膜の周縁部をシールするガスケットと、
   前記ガスケットと前記セパレータとの間を一体に連結する絶縁性の連結部材と
   を備える燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記セパレータは、
   一対のプレートと、
   両プレート間に空間を形成する中間層と
   を備える三層構造のものである、燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記中間層は、熱可塑性の接着フィルムにより形成されるものである、燃料電池。
4. 請求項３に記載の燃料電池であって、
   前記連結部材は、
   前記ガスケットからセパレータの中間層までを貫通する樹脂製のピンである、燃料電池。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池であって、
   前記ピンは、
   前記ガスケットから突出する頭部を備え、該頭部先端が、隣接するセパレータに対して所定の距離だけ離間するように配設された構成である、燃料電池。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載の燃料電池であって、
   前記セパレータは、前記中間層により形成される空間に冷却液を通す構成である、燃料電池。

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