JP2018156820A - 発電セル及び燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】コストの低廉化を図ることができ、簡易な構成で効率的に精度よく位置決めすることができる発電セル及び燃料電池スタックを提供する。【解決手段】発電セル１０Ａは、ＭＥＡ２８と、セパレータ３０、３２と、樹脂枠部材３４とを備える。樹脂枠部材３４とセパレータ３０、３２とは、溶着により形成された接合部を介して接合されている。樹脂枠部材３４には、複数の発電セル１０Ａを積層して燃料電池スタック１２を構成する際に積層方向に延在する位置決めピン６０ａ、６０ｂに係合するように構成された位置決め部６２ａ、６２ｂが一体的に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設されたセパレータと、前記電解質膜・電極構造体の外周部から外方に突出するとともに周回する樹脂枠部材と、を備えた発電セル及び燃料電池スタックに関する。

発電セルは、固体高分子電解質膜の両側に電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの両側に配設されたセパレータ（バイポーラ板）とを備えている。所定数の発電セルが積層されて燃料電池スタックが構成されており、前記燃料電池スタックは、例えば、燃料電池電気自動車等に搭載される車載用燃料電池スタックとして使用されている。

車載用燃料電池スタックでは、相当に多数の発電セルが積層されている。このため、各発電セル同士を正確に位置決めする必要がある。燃料電池スタックの組み立て作業では、通常、各発電セルに形成された位置決め孔に、ノックピン（位置決めピン）を一体に挿入して各発電セル同士を位置決めしている。

この際、例えば、特許文献１では、ＭＥＡと各セパレータのそれぞれの外周部に位置決め孔を形成している。そして、各セパレータの位置決め孔に円環状のブッシュを設け、これらブッシュを互いに嵌合させることによりＭＥＡと各セパレータとを一体化している。複数の発電セルは、ブッシュの内孔に位置決めピンが挿通されることにより位置決めがなされる。

特開２００４−１７２０９４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、各セパレータに位置決め孔を形成するとともにブッシュを設ける必要があるため、部品点数が増加し、コストが高騰化するという問題がある。また、各セパレータに円環状のブッシュを設けているため、組み付け誤差で積層時に位置ずれが生じるおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、コストの低廉化を図ることができ、簡易な構成で精度よく位置決めすることができる発電セル及び燃料電池スタックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る発電セルは、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設されたセパレータと、前記電解質膜・電極構造体の外周部から外方に突出するとともに前記外周部を周回する樹脂枠部材と、を備えた発電セルであって、前記樹脂枠部材と前記セパレータの外周部とは、溶着により形成された接合部を介して接合されており、前記樹脂枠部材には、複数の前記発電セルを積層して燃料電池スタックを構成する際に積層方向に延在する位置決めピンに係合するように構成された位置決め部が一体的に設けられていることを特徴とする。

上記の発電セルにおいて、前記位置決め部は、各前記セパレータよりも外側に位置していることが好ましい。

上記の発電セルにおいて、前記樹脂枠部材の外周は、四角形状に形成され、前記位置決め部は、前記位置決めピンが挿通するように構成された位置決め孔を有し、且つ前記樹脂枠部材の対角位置に設けられていることが好ましい。

上記の発電セルにおいて、各前記位置決め部は、前記樹脂枠部材の枠形状を構成する枠本体部の外周部から外方に突出するとともに前記位置決め孔が形成された突出部を有することが好ましい。

上記の発電セルにおいて、前記位置決め部は、前記樹脂枠部材の外周部に形成されて外方に開口する切り欠き部であることが好ましい。

上記の発電セルにおいて、前記切り欠き部は、前記樹脂枠部材における互いに反対側の各辺に設けられていることが好ましい。

上記の発電セルにおいて、前記樹脂枠部材の外周は、四角形状に形成され、前記切り欠き部は、前記樹脂枠部材における互いに反対側の一対の辺のうちの片方にのみ設けられていることが好ましい。

本発明に係る燃料電池スタックは、複数の発電セルが積層されて構成される燃料電池スタックであって、前記発電セルは、上述した発電セルであることを特徴とする。

本発明によれば、各セパレータの外周部に樹脂枠部材が溶着されることにより接合部が形成されているため、ＭＥＡと各セパレータとを一体化するためのブッシュ等の部品が不要となる。そのため、部品点数が削減されるためコストの低廉化を図ることができる。また、位置決め部が樹脂枠部材に一体的に設けられ、セパレータにはブッシュ等の部品は設けられていないため、簡易な構成で精度よく位置決めすることができる。

本発明の一実施形態に係る発電セルを備えた燃料電池スタックの斜視図である。 前記発電セルの分解斜視図である。 前記発電セルの一部省略断面図である。 前記発電セルを位置決めしながら積層している状態を示す説明図である。 第１変形例に係る発電セルの樹脂枠部材付きのＭＥＡの平面説明図である。 図５の発電セルを位置決めしながら積層している状態を示す説明図である。 第２変形例に係る発電セルの樹脂枠部材付きのＭＥＡの平面説明図である。 図７の発電セルを位置決めしながら積層している状態を示す説明図である。 切り欠き部の構成例を示す平面説明図である。

以下、本発明に係る発電セル及び燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１２は、例えば、車載用燃料電池スタックを構成し、図示しない燃料電池車両（燃料電池電気自動車）に搭載される。

図１に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１０Ａが積層された積層体１４を備える。発電セル１０Ａの積層方向（矢印Ａ方向）の一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａが、外方に向かって、順次、配設される。発電セル１０Ａの積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが、外方に向かって、順次、配設される。各ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２２ａ、２２ｂが設けられる。端子部２２ａ、２２ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

エンドプレート２０ａ、２０ｂは、矩形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４は、両端をエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面にボルト２６を介して固定され、複数の積層された発電セル１０Ａに積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１２では、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とする筐体を備え、筐体内に複数個の発電セル１０Ａを収容するように構成してもよい。

図２に示すように、発電セル１０Ａは、複数積層されることによって燃料電池スタック１２を構成するものであって（図１参照）、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ２８）と、ＭＥＡ２８の両側に配設された一対のセパレータ３０、３２と、ＭＥＡ２８の外周部に設けられた四角形の枠形状の樹脂枠部材３４とを備える。

発電セル１０Ａ（ＭＥＡ２８及び各セパレータ３０、３２）の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられている。酸化剤ガス供給連通孔３６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体供給連通孔３８ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス排出連通孔４０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂは、発電セル１０Ａの短辺方向（矢印Ｃ方向）に配列して設けられている。

発電セル１０Ａ（ＭＥＡ２８及び各セパレータ３０、３２）の長辺方向の他端部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられている。燃料ガス供給連通孔４０ａは、燃料ガスを供給し、冷却媒体排出連通孔３８ｂは、冷却媒体を排出し、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂは、酸化剤ガスを排出する。燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３６ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられている。

図２及び図３に示すように、ＭＥＡ２８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４２（陽イオン交換膜）と、固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード電極４４及びカソード電極４６とを有する。固体高分子電解質膜４２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。

図３に示すように、アノード電極４４は、固体高分子電解質膜４２の一方の面４２ａに接合される第１電極触媒層４４ａと、第１電極触媒層４４ａに積層される第１ガス拡散層４４ｂとを有する。第１ガス拡散層４４ｂは、固体高分子電解質膜４２及び第１電極触媒層４４ａよりも大きな外形寸法を有するが、固体高分子電解質膜４２及び第１電極触媒層４４ａと同一の外形寸法を有してもよい。

カソード電極４６は、固体高分子電解質膜４２の他方の面４２ｂに接合される第２電極触媒層４６ａと、第２電極触媒層４６ａに積層される第２ガス拡散層４６ｂとを有する。第２ガス拡散層４６ｂは、固体高分子電解質膜４２及び第２電極触媒層４６ａよりも大きな外形寸法を有するが、固体高分子電解質膜４２及び第２電極触媒層４６ａと同一の外形寸法を有してもよい。なお、アノード電極４４とカソード電極４６の平面の大きさは、互いに異なっていてもよい。

第１電極触媒層４４ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第１ガス拡散層４４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層４６ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第２ガス拡散層４６ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層４４ｂ及び第２ガス拡散層４６ｂは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。第１電極触媒層４４ａ及び第２電極触媒層４６ａは、固体高分子電解質膜４２の両方の面４２ａ、４２ｂに形成される。

図２及び図３において、各セパレータ３０、３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、チタン鋼板あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板の断面を凹凸状にプレス成形して構成される。なお、各セパレータ３０、３２は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

セパレータ３０のＭＥＡ２８に向かう面３０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとを連通する酸化剤ガス流路４８が形成される。酸化剤ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

セパレータ３２のＭＥＡ２８に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５０が形成される。燃料ガス流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

セパレータ３０の面３０ｂと隣接するセパレータ３２の面３２ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとに連通する冷却媒体流路５２が形成される。冷却媒体流路５２は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

図３に示すように、セパレータ３０の面３０ａには、セパレータ３０の外周部を周回してシール部材５４が一体的又は個別に設けられる。セパレータ３２の面３２ａには、セパレータ３２の外周部を周回してシール部材５６が一体的又は個別に設けられる。シール部材５４、５６としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。なお、樹脂枠部材３４とセパレータ３０との間は、セパレータ３０の面３０ａの凸部が樹脂枠部材３４に直接接触することによりシールされていてもよい。また、樹脂枠部材３４とセパレータ３２との間は、セパレータ３２の面３２ａの凸部が樹脂枠部材３４に直接接触することによりシールされていてもよい。

図２において、樹脂枠部材３４は、セパレータ３０、３２と略同一の外形寸法を有する。なお、樹脂枠部材３４は、セパレータ３０、３２よりも外形寸法が大きく構成されてもよい。樹脂枠部材３４の外周は、四角形状に形成されている。樹脂枠部材３４は、ＭＥＡ２８の外周部から外方に突出するとともに周回するように延在している。樹脂枠部材３４の内周部は、第１ガス拡散層４４ｂ及び第２ガス拡散層４６ｂの外周部に重なり部を有して挟持される（図３参照）。なお、樹脂枠部材３４と第１ガス拡散層４４ｂ及び第２ガス拡散層４６ｂとの接合構造は、本構造に限定されるものではなく、良好に接合されていれば、如何なる構造を採用してもよい。

樹脂枠部材３４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。樹脂枠部材３４は、その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、変性ポリオレフィン、又は樹脂フィルムに限らず、エラストマー材となるＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、アクリルゴム等のシール材、クッション材、パッキン材で構成してもよい。

図２及び図３に示すように、樹脂枠部材３４には、セパレータ３０、３２の外周部に樹脂枠部材３４が抵抗溶接により加熱され溶着されることにより形成された接合部５８が設けられる。接合部５８は、セパレータ３０とセパレータ３２の対向位置に設けられる。接合部５８は、樹脂枠部材３４の各角部に、合計４カ所設定される。なお、接合部５８の個数や位置は、種々変更可能である。また、樹脂枠部材３４は、セパレータ３０、３２の外周部に高周波加熱により溶着されることにより接合部５８を設けてもよい。セパレータ３０、３２に樹脂枠部材３４が溶着されれば加熱方法は限定されない。さらに、接合部５８は、樹脂枠部材３４の外周部を周回するように延在していてもよい。

図２において、樹脂枠部材３４の外周部には、発電セル１０Ａを積層する際に位置決めピン６０ａ、６０ｂ（ノックピン）に係合する２つの位置決め部６２ａ、６２ｂが設けられている。２つの位置決め部６２ａ、６２ｂは、樹脂枠部材３４の中心を基準に点対称に配置されている。具体的に、各位置決め部６２ａ、６２ｂは、樹脂枠部材３４の対角位置に設けられている。すなわち、位置決め部６２ａは、一方の長辺の一端部に設けられ、酸化剤ガス供給連通孔３６ａの近傍に位置している。位置決め部６２ｂは、他方の長辺の他端部に設けられ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂの近傍に位置している。つまり、位置決め部６２ａ、６２ｂは、接合部５８の近傍に位置している。これにより、隣接する発電セル１０ＡとＭＥＡ２８とを精度よく位置決めできる。なお、位置決め部６２ａ、６２ｂの個数や位置は、種々変更可能である。

位置決め部６２ａ、６２ｂは、樹脂枠部材３４の枠形状を構成する枠本体部３５の外周縁から外方に突出し、位置決めピン６０ａ、６０ｂが挿通する位置決め孔６４が形成された突出部６６を有する。図１に示すように、位置決めピン６０ａ、６０ｂは、複数の発電セル１０Ａを互いに位置決めするためのものであって、各発電セル１０Ａの位置決め孔６４に挿通される。位置決めピン６０ａ、６０ｂの一端部は、エンドプレート２０ａの内面に形成された穴部６８ａに挿入され、位置決めピン６０ａ、６０ｂの他端部はエンドプレート２０ｂの内面に形成された穴部６８ｂに挿入される。

図２に示すように、突出部６６は、各セパレータ３０、３２よりも外方に位置している（図４参照）。突出部６６は、樹脂枠部材３４に一体的に設けられている。すなわち、枠本体部３５と突出部６６とは、樹脂製のシート材をトリム加工することによって一体的に成形される。換言すれば、枠本体部３５と突出部６６とを有する樹脂枠部材３４は、一枚の連続した樹脂製のシート材からなる一体成形品である。ただし、枠本体部３５と突出部６６とを別部品で準備して互いに接合するようにしてもよい。

次に、複数の発電セル１０Ａを積層して燃料電池スタック１２を組み立てる作業について説明する。まず、樹脂枠部材３４の外周部を各セパレータ３０、３２の外周部に溶着することにより、樹脂枠部材３４付きのＭＥＡ２８と一対のセパレータ３０、３２とが一体化された発電セル１０Ａを複数製造する。

続いて、図４に示すように、支持台７０の上にエンドプレート２０ａ、インシュレータ１８ａ及びターミナルプレート１６ａをこの順に配置する。エンドプレート２０ａの各穴部６８ａには、各位置決めピン６０ａ、６０ｂの一端部が挿入される。

そして、所定数の発電セル１０Ａを位置決めピン６０ａ、６０ｂと位置決め部６２ａ、６２ｂとの案内作用下に位置決めしながら積層する。すなわち、位置決め部６２ａの位置決め孔６４に位置決めピン６０ａが挿通されるとともに位置決め部６２ｂの位置決め孔６４に位置決めピン６０ｂが挿通されるように、発電セル１０Ａを位置決めピン６０ａ、６０ｂの軸方向（図４の上方）から重ねる。

所定数の発電セル１０Ａを積層して積層体１４を組み立てた後、最上位の発電セル１０Ａにターミナルプレート１６ｂ及びインシュレータ１８ｂをこの順に配置する。その後、図１に示すように、エンドプレート２０ｂの各穴部６８ｂに各位置決めピン６０ａ、６０ｂの他端部が挿入されるようにインシュレータ１８ｂの上にエンドプレート２０ｂを配置する。この際、エンドプレート２０ａとエンドプレート２０ｂの各辺間に連結バー２４を配置する。次いで、連結バー２４をボルト２６によってエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面に固定し、燃料電池スタック１２の組み立て作業が終了する。

なお、燃料電池スタック１２において、位置決めピン６０ａ、６０ｂが不要であり、燃料電池スタック１２から位置決めピン６０ａ、６０ｂを取り外すことができる構成である場合には、複数の発電セル１０Ａの積層が完了した後で各位置決めピン６０ａ、６０ｂを各発電セル１０Ａの位置決め部６２ａ、６２ｂから取り外してもよい。

次に、このように構成される燃料電池スタック１２の動作について説明する。

まず、図１に示すように、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される（図３参照）。

このため、図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａからセパレータ３０、３２の酸化剤ガス流路４８に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８のカソード電極４６に供給される（図３参照）。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａからセパレータ３０、３２の燃料ガス流路５０に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５０に沿って矢印Ｂ方向に、酸化剤ガスの流れ方向とは対向するように移動し、ＭＥＡ２８のアノード電極４４に供給される。

従って、ＭＥＡ２８では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４４に供給される燃料ガスとが、電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、ＭＥＡ２８のカソード電極４６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３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、ＭＥＡ２８のアノード電極４４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４０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体供給連通孔３８ａに供給された冷却媒体は、セパレータ３０、３２及びセパレータ３０、３２間の冷却媒体流路５２に導入される。冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動してＭＥＡ２８を冷却する。この冷却媒体は、冷却媒体排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

次に、本実施形態の効果について以下に説明する。

図２に示すように、燃料電池スタック１２を構成する発電セル１０Ａは、固体高分子電解質膜４２の両側にアノード電極４４及びカソード電極４６が配設されてなるＭＥＡ２８と、ＭＥＡ２８の両側に配設されたセパレータ３０、３２と、ＭＥＡ２８の外周部から外方に突出するとともに周回する樹脂枠部材３４とを備える。樹脂枠部材３４とセパレータ３０、３２の外周部とは、溶着により形成された接合部５８を介して接合されており、樹脂枠部材３４には、複数の発電セル１０Ａを積層して燃料電池スタック１２を構成する際に積層方向に延在する位置決めピン６０ａ、６０ｂに係合するように構成された位置決め部６２ａ、６２ｂが一体的に設けられている。

この場合、各セパレータ３０、３２の外周部に樹脂枠部材３４が溶着されることにより接合部５８が形成されているため、ＭＥＡ２８と各セパレータ３０、３２とを一体化するためのブッシュ等の部品が不要となる。そのため、部品点数が削減されるためコストの低廉化を図ることができる。また、位置決め部６２ａ、６２ｂが樹脂枠部材３４に一体的に設けられ、セパレータ３０、３２にはブッシュ等の部品は設けられていないため、簡易な構成で精度よく位置決めすることができる。つまり、セパレータ３０、３２に前記部品を組み付けると、組み付け誤差で積層時に位置ずれが生じる可能性があるが、樹脂枠部材３４に一体的に位置決め部６２ａ、６２ｂが設けられることにより、このような組み付け誤差を少なくすることができる。

図４に示すように、位置決め部６２ａ、６２ｂは、各セパレータ３０、３２よりも外側に位置しているため、位置決めピン６０ａ、６０ｂを位置決め部６２ａ、６２ｂに係合させる際に各セパレータ３０、３２が邪魔になることを抑えることができる。

樹脂枠部材３４の外周は、四角形状に形成され、位置決め部６２ａ、６２ｂは、位置決めピン６０ａ、６０ｂが挿通するように構成された位置決め孔６４を有し、且つ樹脂枠部材３４の対角位置に設けられている。そのため、発電セル１０Ａを一層精度よく位置決めすることができる。

各位置決め部６２ａ、６２ｂは、樹脂枠部材３４の枠形状を構成する枠本体部３５の外周部から外方に突出するとともに位置決め孔６４が形成された突出部６６を有する。これにより、簡易な構成で位置決め部６２ａ、６２ｂを各セパレータ３０、３２の外側に位置させることができる。また、位置決め孔６４に位置決めピン６０ａ、６０ｂを挿通させることにより、発電セル１０Ａを精度よく位置決めすることができる。

燃料電池スタック１２は、発電セル１０Ａに代えて図５及び図６に示す第１変形例に係る発電セル１０Ｂ又は図７及び図８に示す第２変形例に係る発電セル１０Ｃを備えていてもよい。なお、発電セル１０Ｂ、１０Ｃにおいて、上述した発電セル１０Ａと同一の構成には同一の参照符号を付し、その説明は省略する。

図５及び図６に示すように、第１変形例に係る発電セル１０Ｂは、ＭＥＡ２８と、セパレータ３０、３２と、樹脂枠部材８０とを有する。樹脂枠部材８０の外周は、四角形状に形成されている。樹脂枠部材８０は、短辺方向（矢印Ｃ方向）の寸法がセパレータ３０、３２の矢印Ｃ方向の寸法よりも大きい。つまり、樹脂枠部材８０は、セパレータ３０、３２に対して矢印Ｃ方向の両側に突出している。そして、突出した部分の各外周部（外縁部）には、位置決め部８２ａ、８２ｂが設けられている。つまり、位置決め部８２ａ、８２ｂは、互いに反対側の各長辺に設けられている。

２つの位置決め部８２ａ、８２ｂは、樹脂枠部材８０の中心を基準に点対称に設けられている。位置決め部８２ａは、樹脂枠部材８０の矢印Ｂ方向の中央よりも一端側に位置し、位置決め部８２ｂは、樹脂枠部材８０の矢印Ｂ方向の中央よりも他端側に位置している。なお、位置決め部８２ａ、８２ｂの個数は、種々変更可能である。

位置決め部８２ａ、８２ｂは、樹脂枠部材８０の外周部に形成されて外方（矢印Ｃ方向）に開口する半円状の切り欠き部８４ａ、８４ｂである。切り欠き部８４ａは、位置決めピン６０ａが挿通可能な大きさに形成されている。具体的には、切り欠き部８４ａの開口幅ｗは、位置決めピン６０ａの直径ｄ（外径）よりも僅かに大きい（図５参照）。切り欠き部８４ｂは、切り欠き部８４ａと同様に構成されている。

第１変形例に係る発電セル１０Ｂでは、図６に示すように、複数の発電セル１０Ｂを互いに位置決めして積層する際に、切り欠き部８４ａに位置決めピン６０ａが挿通されるとともに切り欠き部８４ｂに位置決めピン６０ｂが挿通されるように、発電セル１０Ｂを位置決めピン６０ａ、６０ｂの軸方向から重ねる。

第１変形例によれば、上述した発電セル１０Ｂと同様の効果を奏する。また、位置決め部８２ａ、８２ｂは、樹脂枠部材８０の外周部に形成されて外方に開口する切り欠き部８４ａ、８４ｂであるため、複数の発電セル１０Ｂを積層して燃料電池スタック１２を組み立てた後で燃料電池スタック１２から位置決めピン６０ａ、６０ｂを取り外す場合であっても、位置決めピン６０ａ、６０ｂを円形の孔に挿入したものと比較して摩擦抵抗を小さくすることができる。よって、位置決めピン６０ａ、６０ｂを積層体１４から容易に取り外すことができる。

さらに、各切り欠き部８４ａ、８４ｂは、樹脂枠部材８０における互いに反対側の各辺に設けられている。そのため、発電セル１０Ｂの面方向の位置ずれを効果的に抑えることができる。

図７及び図８に示すように、第２変形例に係る発電セル１０Ｃは、ＭＥＡ２８と、セパレータ３０、３２と、樹脂枠部材９０とを有する。樹脂枠部材９０の外周は、四角形状に形成されている。樹脂枠部材９０は、短辺方向（矢印Ｃ方向）の寸法がセパレータ３０、３２の矢印Ｃ方向の寸法よりも大きい。つまり、樹脂枠部材９０は、セパレータ３０、３２に対して矢印Ｃ方向の片側に突出している。そして、突出した部分の外周部（樹脂枠部材９０の片方の長辺）には、２つの位置決め部９２ａ、９２ｂが設けられている。換言すれば、位置決め部９２ａ、９２ｂは、樹脂枠部材９０における互いに反対側の一対の長辺のうちの片方にのみ設けられている。位置決め部９２ａ、９２ｂは、樹脂枠部材９０の長辺の両端部に位置している。ただし、位置決め部９２ａ、９２ｂは、樹脂枠部材９０における互いに反対側の一対の辺のうちの片方にのみ設けられる構成であれば、その個数及び位置を種々変更可能である。

位置決め部９２ａ、９２ｂは、樹脂枠部材９０の外周部に形成されて外方（矢印Ｃ方向）に開口する半円状の切り欠き部９４ａ、９４ｂである。切り欠き部９４ａ、９４ｂは、切り欠き部８４ａ、８４ｂと同様に構成されている。

第２変形例に係る発電セル１０Ｃでは、図８に示すように、複数の発電セル１０Ｃを互いに位置決めして積層する際に、切り欠き部９４ａに位置決めピン６０ａが挿通されるとともに切り欠き部９４ｂに位置決めピン６０ｂが挿通されるように、発電セル１０Ｃを位置決めピン６０ａ、６０ｂの軸方向と交差する方向（例えば、直交する方向）からスライドさせて重ねる。

第２変形例によれば、上述した発電セル１０Ａと同様の効果を奏する。また、樹脂枠部材９０の外周は、四角形状に形成され、切り欠き部９４ａ、９４ｂは、樹脂枠部材９０における互いに反対側の一対の辺のうちの片方にのみ設けられている。これにより、複数の発電セル１０Ｃを積層する際に位置決めピン６０ａ、６０ｂの軸方向と交差する方向から切り欠き部９４ａ、９４ｂ内に位置決めピン６０ａ、６０ｂを挿入することができるため、複数の発電セル１０Ｃを一層効率的に位置決めすることができる。

位置決め部８２ａ、８２ｂ、９２ａ、９２ｂは、図９に示す切り欠き部９６であってもよい。この切り欠き部９６は、半円状の第１切り欠き部９６ａと、第１切り欠き部９６ａから直線状に延在して外方に開口する第２切り欠き部９６ｂとから構成されている。切り欠き部９６ａ、９６ｂの長さＬは、位置決めピン６０ａ、６０ｂの外径よりも大きい。そのため、切り欠き部９６内に位置決めピン６０ａ、６０ｂが挿通された状態で発電セル１０Ｂ、１０Ｃの位置ずれを効果的に抑えることができる。

本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０Ａ〜１０Ｃ…発電セル １２…燃料電池スタック
２８…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
３０、３２…セパレータ ３４、８０、９０…樹脂枠部材
４２…固体高分子電解質膜 ４４…アノード電極
４６…カソード電極 ５８…接合部
６２ａ、６２ｂ、８２ａ、８２ｂ、９２ａ、９２ｂ…位置決め部

Claims (8)

1. 電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と、
   前記電解質膜・電極構造体の両側に配設されたセパレータと、
   前記電解質膜・電極構造体の外周部から外方に突出するとともに前記外周部を周回する樹脂枠部材と、を備えた発電セルであって、
   前記樹脂枠部材と前記セパレータの外周部とは、溶着により形成された接合部を介して接合されており、
   前記樹脂枠部材には、複数の前記発電セルを積層して燃料電池スタックを構成する際に積層方向に延在する位置決めピンに係合するように構成された位置決め部が一体的に設けられている、
   ことを特徴とする発電セル。
2. 請求項１記載の発電セルにおいて、
   前記位置決め部は、各前記セパレータよりも外側に位置している、
   ことを特徴とする発電セル。
3. 請求項１又は２に記載の発電セルにおいて、
   前記樹脂枠部材の外周は、四角形状に形成され、
   前記位置決め部は、前記位置決めピンが挿通するように構成された位置決め孔を有し、且つ前記樹脂枠部材の対角位置に設けられている、
   ことを特徴とする発電セル。
4. 請求項３記載の発電セルにおいて、
   各前記位置決め部は、前記樹脂枠部材の枠形状を構成する枠本体部の外周部から外方に突出するとともに前記位置決め孔が形成された突出部を有する、
   ことを特徴とする発電セル。
5. 請求項１又は２に記載の発電セルにおいて、
   前記位置決め部は、前記樹脂枠部材の外周部に形成されて外方に開口する切り欠き部である、
   ことを特徴とする発電セル。
6. 請求項５記載の発電セルにおいて、
   前記切り欠き部は、前記樹脂枠部材における互いに反対側の各辺に設けられている、
   ことを特徴とする発電セル。
7. 請求項５記載の発電セルにおいて、
   前記樹脂枠部材の外周は、四角形状に形成され、
   前記切り欠き部は、前記樹脂枠部材における互いに反対側の一対の辺のうちの片方にのみ設けられている、
   ことを特徴とする発電セル。
8. 複数の発電セルが積層されて構成される燃料電池スタックであって、
   前記発電セルは、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電セルである、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。

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