JP6107425B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、たとえば供給された水素ガスおよび酸素ガスで化学反応を起こし、発生した化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池は、化学反応により生成される物質が原理的に水であることから、地球環境への悪影響がほとんど無い。

燃料電池の膜電極接合体で生成された電力の電圧を測定することがある。燃料電池のセパレータに電圧測定用の端子を設けておき、その端子に電圧測定用のコネクタを差し込んで電圧を測定する。

ところで、電圧測定用の端子は、導電性を有する薄板から形成されている場合が多く、変形し易い。そこで、たとえば特許文献１に記載の燃料電池では、セパレータから突出するように形成された電圧測定用の端子の外周をシール部材で覆うことにより、その電圧端子を補強する方法が提案されている。

特許第４３０４０８２号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、セパレータの電圧端子の外周を覆っているシール部材は、たとえばゴムから形成されており、電圧端子に取り付けることは容易であるものの、十分な強度を有していない。このため、燃料電池の組み立て時に、シール部材で被覆されたセパレータの電圧端子にたとえば筺体が接触すると、その電圧端子が変形する可能性がある。セパレータの電圧端子が変形すると、電圧測定コネクタの差し込み口を電圧端子に差し込むことが困難になる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、組み立て時に筺体が接触してセパレータの端子部分が変形することを防止できる燃料電池の提供を目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る燃料電池は、膜電極接合体、枠体、第１セパレータ、第２セパレータ、および筺体を有している。膜電極接合体は、アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成している。枠体は、膜電極接合体の外周を保持し、当該外周の一部から膜電極接合体の外側に向かう方向に突出した支持部を備えている。第１セパレータは、膜電極接合体を保持した枠体の一面側に接合している。第２セパレータは、枠体の一面に対向した他面側に接合し、枠体の支持部の少なくとも一部に対面するように膜電極接合体の外側に向かう方向に突出した端子部を備えている。筺体は、第１セパレータ、膜電極接合体を保持した枠体、および第２セパレータを、それらが積層された状態で保持している。本発明に係る燃料電池は、枠体の支持部が、第２セパレータの端子部と筺体との間に介在するように配設され、第２セパレータの端子部を支持することを特徴としている。

上記のように構成した本発明の燃料電池では、枠体から突出した支持部が、第２セパレータの端子部と筺体との間に介在するように配設され、第２セパレータの端子部を支持している。したがって、本発明の燃料電池によれば、その組み立て時に、筺体が枠体から突出した支持部に接触しても、その枠体の支持部は容易に変形しない。すなわち、枠体の支持部に支持されている第２セパレータの端子部が変形することを防止できる。

第１実施形態に係る燃料電池とその燃料電池で生成された電力の電圧を測定する電圧測定ユニットを分離して示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池を、複数積層された燃料電池セルと筺体と電力取出部に分離し、かつ筺体の一部を構成部材毎に分解して示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池を、複数積層された燃料電池セルと筺体の一部と電力取出部に分離し、かつ筺体の一部および電力取出部を構成部材毎に分解して示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルを示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルを構成部材毎に分解して示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルの要部を図４の６−６線の位置における断面で示す斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルの要部を図４の６−６線の位置における断面で示す側面図である。 第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルに電圧測定コネクタを接続した状態を示す図であり、（Ａ）は上記の状態を正面から示す正面図、（Ｂ）は上記の状態を断面で示す側面図である。 図８に示す封止部材の変形例を用いた燃料電池の燃料電池セルに電圧測定コネクタを接続した状態を示す正面図である。 第２実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルを示す斜視図である。 第２実施形態に係る燃料電池の燃料電池セルに電圧測定コネクタを接続した状態を示す図であり、（Ａ）は上記の状態を正面から示す正面図、（Ｂ）は上記の状態を断面で示す側面図である。 図１１に示す封止部材の変形例を用いた燃料電池の燃料電池セルに電圧測定コネクタを接続した状態を示す正面図である。 燃料電池の燃料電池セルと筺体との位置関係を示す正面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

＜第１実施形態＞
まず、燃料電池１の構成について、図２〜図８を参照しながら説明する。

図２は、燃料電池１を、複数積層された燃料電池セル１０と筺体３０と電力取出部４０に分離し、かつ筺体３０の一部を構成部材毎に分解して示す斜視図である。図３は、燃料電池１を、複数積層された燃料電池セル１０と筺体３０の一部と電力取出部４０に分離し、かつ筺体３０の一部および電力取出部４０を構成部材毎に分解して示す斜視図である。図４は、燃料電池１の燃料電池セル１０を示す斜視図である。図５は、燃料電池１の燃料電池セル１０を構成部材毎に分解して示す斜視図である。図６は、燃料電池１の燃料電池セル１０の要部を図４の６−６線の位置における断面で示す斜視図である。図７は、燃料電池１の燃料電池セル１０の要部を図４の６−６線の位置における断面で示す側面図である。図８は、燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した状態を示す図である。図８（Ａ）は、上記の状態を正面から示す正面図である。図８（Ｂ）は上記の状態を断面で示す側面図である。

第１実施形態に係る燃料電池１は、電力を生成する燃料電池セル１０、隣り合う燃料電池セル１０を封止する封止部２０、各構成部材を保持する筺体３０、および燃料電池セル１０から外部に電力を取り出す電力取出部４０を備えている。以下、燃料電池１に備えられた燃料電池セル１０、封止部２０、筺体３０、および電力取出部４０の構成について、順に説明する。

燃料電池１の燃料電池セル１０は、電力を生成する。燃料電池セル１０は、図５に示すように、膜電極接合体１１、枠体１２、第１セパレータ１３、および第２セパレータ１４を有している。以下、燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。

膜電極接合体１１は、図５に示すように、アノード１１ｂとカソード１１ｃを電解質膜１１ａに対向するように接合して形成している。電解質膜１１ａは、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いる。アノード１１ｂは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜１１ａよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード１１ｃは、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード１１ｂと同様の大きさで薄板状に形成している。カソード１１ｃおよびアノード１１ｂの電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。カソード１１ｃおよびアノード１１ｂのガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。上述した膜電極接合体１１は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称されている。

枠体１２は、図４および図５に示すように、膜電極接合体１１の外周を保持し、当該外周の一部から膜電極接合体１１の外側に向かう方向に突出した支持部１２ｈを備えている。枠体１２の支持部１２ｈは、後述する第２セパレータ１４の端子部１４ｃと後述する筺体３０の上板３５との間に介在するように突出させて配設している。枠体１２の支持部１２ｈは、第２セパレータ１４の端子部１４ｃを支持している。枠体１２は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、内部に開口した保持部１２ｇで膜電極接合体１１の外周を保持した状態で、長方形の板状に一体成形している。枠体１２は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、およびアノードガス供給口１２ｃを、それぞれ貫通孔で形成している。枠体１２は、長手方向の他端に、アノードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびカソードガス排出口１２ｆを、それぞれ貫通孔で形成している。

第１セパレータ１３は、図５に示すように、膜電極接合体１１を保持した枠体１２の一面側に接合している。第１セパレータ１３は、導電性材料を有する金属からなり、アノード１１ｂよりも大きい薄板状に形成している。第１セパレータ１３は、図６および図７に示すように、燃料電池セル１０と接合した側面から見た場合、後述する流路をなすように凹状と凸状を段違いに複数設けて形成している。すなわち、第１セパレータ１３は、複数の凹凸状の形状が一定の間隔で並ぶようにプレス成形により形成している。図５に示す第１セパレータ１３は、膜電極接合体１１のアノード１１ｂ側に設けているが、カソード１１ｃ側に設けてもよい。図７に示す側面から第１セパレータ１３を見た場合、複数の凹凸状の形状のうちのアノード１１ｂと接触する側の領域が、そのアノード１１ｂにアノードガスを供給するためのアノードガス流路１３ａに相当する。第１セパレータ１３に係る複数の凹凸状の形状のうち、アノード１１ｂと接触しない側の領域が、燃料電池１を冷却するための冷却水を流す冷却水流路１３ｂに相当する。

第２セパレータ１４は、図４および図５に示すように、枠体１２の一面に対向した他面側に接合し、枠体１２の支持部１２ｈの少なくとも一部に対面するように膜電極接合体１１の外側に向かう方向に突出した端子部１４ｃを備えている。端子部１４ｃは、後述する電圧測定コネクタ１０２を差し込み、膜電極接合体１１の燃料電池セル１０で生成された電力の電圧を測定するためのものである。第２セパレータ１４は、第１セパレータ１３と同様に、導電性材料を有する金属からなり、カソード１１ｃよりも大きい薄板状に形成している。第２セパレータ１４は、図６および図７に示すように、第１セパレータ１３と同様に、燃料電池セル１０と接合した側面から見た場合、後述する流路をなすように凹状と凸状を段違いに複数設けて形成している。すなわち、第２セパレータ１４は、複数の凹凸状の形状が一定の間隔で並ぶようにプレス成形により形成している。図５に示す第２セパレータ１４は、膜電極接合体１１のカソード１１ｃ側に設けているが、アノード１１ｂ側に設けてもよい。

また、第２セパレータ１４を図７に示す側面から見た場合、複数の凹凸状の形状のうちのカソード１１ｃと接触する側の領域が、そのカソード１１ｃにカソードガスを供給するためのカソードガス流路１４ａに相当する。第２セパレータ１４に係る複数の凹凸状の形状のうち、カソード１１ｃと接触しない側の領域が、燃料電池１を冷却するための冷却水を流す冷却水流路１４ｂに相当する。すなわち、隣接する燃料電池セル１０において、一の燃料電池セル１０の第１セパレータ１３の冷却水流路１３ｂと、他の燃料電池セル１０の第２セパレータ１４に設けられた冷却水流路１４ｂが、互いに対向することになる。したがって、隣接する燃料電池セル１０において、第１セパレータ１３の冷却水流路１３ｂと、第２セパレータ１４に設けられた冷却水流路１４ｂは、１つの冷却水流路を形成する。

封止部２０の封止部材２１および２２は、図８に示すように、隣り合う燃料電池セル１０の枠体１２の外周を封止する。封止部材２１および２２は、たとえば、熱硬化性樹脂からなり、枠体１２の外周に対して環状に設ける。具体的には、図８（Ｂ）に示すように、第１セパレータ１３が接合される側の枠体１２の外周に封止部材２１が設けられ、第２セパレータ１４が接合される側の枠体１２の外周に封止部材２２が設けられている。したがって、封止部材２１および２２は、図２に示すように、複数の燃料電池セル１０を密着した状態で一体に接合する。封止部材２１および２２を熱硬化性樹脂で形成する場合には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等を用いる。封止部材２１および２２は、熱硬化性の接着剤として構成してもよい。

燃料電池１の筺体３０は、図２および図３に示すように、第１セパレータ１３、膜電極接合体１１を保持した枠体１２、および第２セパレータ１４を、それらが積層された状態で保持する。筺体３０は、一対の絶縁板３１および３３、一対のエンドプレート３２および３４、下板３６、および一対の側板３７および３８を有している。以下、筺体３０を構成する各部材について説明する。

一対の絶縁板３１および３３は、図２および図３に示すように、後述する電力取出部４０の集電板４１を絶縁する。一対の絶縁板３１および３３は、たとえば、絶縁性の樹脂からなり、燃料電池セル１０の外形形状に対応した形状に形成している。図３に示すように、複数の燃料電池セル１０が積層され、その両端には、電力取出部４０の集電板４１がそれぞれ接合されている。この状態で、一方の集電板４１に絶縁板３１を接合し、他方の集電板４１に絶縁板３３を接合する。すなわち、一対の絶縁板３１および３３は、一対の集電板４１を両側から付勢した状態で担持している。

一対の絶縁板３１および３３は、長方形からなる板状に形成し、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３１ａおよび３３ａ、冷却流体供給口３１ｂおよび３３ｂ、およびアノードガス供給口３１ｃおよび３３ｃを、それぞれ貫通孔で形成している。一対の絶縁板３１および３３は、長手方向の他端に、アノードガス排出口３１ｄおよび３３ｄ、冷却流体排出口３１ｅおよび３３ｅ、およびカソードガス排出口３１ｆおよび３３ｆを、それぞれ貫通孔で形成している。

一対のエンドプレート３２および３４は、図２および図３に示すように、一対の絶縁板３１および３３を両側から付勢した状態で担持する。筺体３０の一対のエンドプレート３２および３４は、たとえば、金属からなり、絶縁板３１および３３の形状に対応した外形形状に、それぞれ形成している。一対のエンドプレート３２および３４は、その中央から水平方向に偏心した位置に設けた切り欠き部に、後述する電力取出部４０の電力取出部材４２および４３を、それぞれ挿通している。一対のエンドプレート３２および３４は、長方形からなる板状で形成し、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３２ａおよび３４ａ、冷却流体供給口３２ｂおよび３４ｂ、およびアノードガス供給口３２ｃおよび３４ｃを、それぞれ貫通孔で形成している。エンドプレート３２および３４は、長手方向の他端に、アノードガス排出口３２ｄおよび３４ｄ、冷却流体排出口３２ｅおよび３４ｅ、およびカソードガス排出口３２ｆおよび３４ｆを、それぞれ貫通孔で形成している。

上板３５および下板３６は、図２および図３に示すように、複数積層された燃料電池セル１０の外周を上下方向から付勢した状態で担持する。上板３５は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。上板３５は、長方形状の開口部３５ａを備えている。上板３５の開口部３５ａは、複数の燃料電池セル１０が積層された状態で、その燃料電池セル１０の枠体１２から突出して備えられた支持部１２ｈを挿入する。筺体３０の下板３６は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。上板３５および下板３６、開口部３５ａの有無を除き、対面同一の形状である。筺体３０の一対の側板３７および３８は、図２および図３に示すように、複数積層された燃料電池セル１０の外周を左右方向から付勢した状態で担持している。一対の側板３７および３８は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の側板３７および３８は、対面同一の形状である。

上述した一対のエンドプレート３２および３４、上板３５、下板３６、および一対の側板３７および３８は、図示せぬボルト等により、一体に固定されている。一対のエンドプレート３２および３４、上板３５、下板３６、および一対の側板３７および３８は、複数積層された燃料電池セル１０を付勢した状態で担持する締結機能を備える構成としてもよい。

電力取出部４０は、図２および図３に示すように、複数積層された燃料電池セル１０から外部に電力を取り出す。電力取出部４０は、図３に示すように、一対の集電板４１および一対の電力取出部材４２および４３を有している。以下、電力取出部４０を構成する各部材について説明する。

一対の集電板４１は、複数積層された燃料電池セル１０の両端にそれぞれ接合する。集電板４１は、たとえば、緻密質カーボンのようなガスを透過させない導電性部材からなり、アノード１１ｂおよびカソード１１ｃよりも若干小さい薄板状に形成し中央に突起を設けている。電力取出部４０の電力取出部材４２および４３は、前述した筺体３０の一対のエンドプレート３２および３４の切り欠き部に、それぞれ挿通した状態でネジ留め等により固定している。電力取出部材４２および４３は、長方体形状からなり、一対の集電板４１に設けられた突起を挿入する窪みを設けている。電力取出部材４２および４３は、一対の集電板４１でそれぞれ集電された電力を燃料電池１の外部に取り出す。

つぎに、燃料電池１の燃料電池セル１０で生成された電力の電圧を測定する電圧測定ユニット１００の構成について、図１および図８を参照しながら説明する。

図１は、燃料電池１とその燃料電池１で生成された電力の電圧を測定する電圧測定ユニット１００を分離して示す斜視図である。

電圧測定ユニット１００は、取付板１０１および電圧測定コネクタ１０２を備えている。電圧測定ユニット１００の各構成について説明する。電圧測定ユニット１００の取付板１０１は、燃料電池１の筺体３０の上板３５に取り付けて用いる。取付板１０１は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。取付板１０１は、長方形状の開口部１０１ａを備えている。取付板１０１の開口部１０１ａは、枠体１２からそれぞれ突出して備えられた支持部１２ｈを、筺体３０の上板３５の開口部３５ａを介して挿入する。取付板１０１は、一対の嵌合孔１０１ｃを設け、燃料電池１の一対の電力取出部材４２および４３の先端部を突出させ状態で嵌め合う。

また、電圧測定コネクタ１０２は、燃料電池セル１０で生成された電力の電圧を測定するための測定端子に相当する。電圧測定コネクタ１０２には、一定の間隔で複数設けられた差込口１０２ａを形成している。電圧測定コネクタ１０２は、図示せぬケーブルを介し、取付板１０１に取り付けられる図示せぬ電圧測定装置に接続している。電圧測定コネクタ１０２の差込口１０２ａは、燃料電池セル１０の第２セパレータ１４の端子部１４ｃに差し込む。

つぎに、燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した形態について、図８を参照しながら説明する。

図８は、燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した状態を示す図である。図８（Ａ）は、上記の状態を正面から示す正面図である。図８（Ｂ）は上記の状態を断面で示す側面図である。

電圧測定コネクタ１０２の差込口１０２ａを、燃料電池セル１０で生成された電力の電圧を測定するために、燃料電池セル１０の第２セパレータ１４の端子部１４ｃに差し込む。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、電圧測定コネクタ１０２に一定の間隔で複数設けられた差込口１０２ａには、一定の間隔で複数配設された第２セパレータ１４の端子部１４ｃが挿入される。枠体１２の外周には、枠体１２の支持部１２ｈを除き、封止部材２１および２２を設けている。

燃料電池１は、枠体１２から突出した支持部１２ｈが、第２セパレータ１４の端子部１４ｃと筺体３０の上板３５との間に介在するように配設され、第２セパレータ１４の端子部１４ｃを支持している。したがって、その組み立て時に、筺体３０の上板３５が枠体１２から突出した支持部１２ｈに接触しても、その枠体１２の支持部１２ｈは容易に変形しない。

上述した第１実施形態の燃料電池１によれば、以下の効果を奏する。

燃料電池１では、枠体１２から突出した支持部１２ｈが、第２セパレータ１４の端子部１４ｃと筺体３０の上板３５との間に介在するように配設され、第２セパレータ１４の端子部１４ｃを支持している。

このように構成した燃料電池１によれば、その組み立て時に、筺体３０の上板３５が枠体１２から突出した支持部１２ｈに接触しても、その枠体１２の支持部１２ｈは容易に変形しない。したがって、枠体１２の支持部１２ｈに支持されている第２セパレータ１４の端子部１４ｃが変形することを防止できる。

したがって、燃料電池１によれば、電圧測定コネクタ１０２に一定の間隔で複数設けられた差込口１０２ａに、一定の間隔で複数配設された第２セパレータ１４の端子部１４ｃが、嵌め合い不良が生じることなく挿入される。このため、燃料電池１によれば、燃料電池セル１０で生成された電力の電圧を正確に測定することができる。

さらに、燃料電池１では、枠体１２の支持部１２ｈおよび第２セパレータ１４の端子部１４ｃは、筺体３０の上板３５に開口された開口部３５ａに挿入する構成とすることができる。

このように構成した燃料電池１によれば、たとえば図８に示す状態で上板３５が図中の水平方向に移動した場合、その上板３５の開口部３５ａは、枠体１２の支持部１２ｈに接触する可能性はあるが、第２セパレータ１４の端子部１４ｃに接触して変形させることがない。したがって、枠体１２の支持部１２ｈおよび第２セパレータ１４の端子部１４ｃに対して、筺体３０の上板３５の開口部３５ａを挿入した後に、上板３５が移動しても問題ない。

さらに、燃料電池１では、上板３５を含む筺体３０を用いて、積層された第１セパレータ１３、膜電極接合体１１を保持した枠体１２、および第２セパレータ１４を締結する構成とすることができる。

このように構成した燃料電池１によれば、上板３５を含む筺体３０が、積層された第１セパレータ１３、膜電極接合体１１を保持した枠体１２、および第２セパレータ１４を締結するような構成においても適用できる。すなわち、上板３５が枠体１２の支持部１２ｈに対して強い力が掛った状態で接触する可能性がある場合にも適用可能である。

つぎに、前述した図８に示す封止部材２１および２２の変形例を用いた燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した形態について、図９を参照しながら説明する。

図９は、図８に示す封止部材２１および２２の変形例を用いた燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した状態を示す正面図である。

図９に示す枠体１２の外周には、図８に示す枠体１２と異なり、支持部１２ｈを含めて、封止部材２４等を設けている。図９では、一例として、枠体１２の支持部１２ｈの縁に沿ってのみ封止部材２４等を設けた構成を図示しているが、枠体１２の支持部１２ｈの全面に封止部材２４等を設ける構成としてもよい。

上述した第１実施形態の燃料電池１の変形例によれば、以下の効果を奏する。

燃料電池１では、隣り合う枠体１２の外周を封止する封止部材２４等を有し、その封止部材２４等は、枠体１２の支持部１２ｈを当該支持部１２ｈの縁まで封止することができる。

このように構成した燃料電池１によれば、枠体１２の外周から突出した支持部１２ｈに封止部材２４等を設けることにより、第２セパレータ１４の端子部１４ｃを枠体１２の支持部１２ｈにより強固に支持させることができる。したがって、電圧測定コネクタ１０２を第２セパレータ１４の端子部１４ｃに差し込むときに、その端子部１４ｃが変形することを防止できる。さらに、枠体１２の外周に液滴が発生しても、その液滴が封止部材２４等に遮蔽されて第２セパレータ１４の端子部１４ｃに付着し短絡等が発生することがない。したがって、第２セパレータ１４の端子部１４ｃで電圧値を正確に測定することができる。

さらに、燃料電池１では、封止部材２４等には、接着剤を用いることができる。

このように構成した燃料電池１によれば、汎用性が高く塗布し易い接着剤を封止部材２４等に用い、枠体１２の外周の形状によらず、その隣り合う枠体１２の外周を封止することが容易である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る燃料電池１は、第１実施形態に係る燃料電池１と異なり、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉを、第１セパレータ１３、膜電極接合体１１を保持した枠体１２、および第２セパレータ５４を積層する方向と交差する方向において、第２セパレータ５４の端子部５４ｃの両端のみに対面するように形成していることに特徴を有している。

燃料電池１は、第２実施形態に特有の燃料電池セル５０と、前述した第１実施形態と同様の封止部材２１および２２、筺体３０、および電力取出部４０を備えている。そこで、第２実施形態では、第２実施形態に特有の燃料電池セル５０を中心に説明する。

まず、燃料電池１の燃料電池セル５０の構成について、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、燃料電池１の燃料電池セル５０を示す斜視図である。

燃料電池セル５０は、その燃料電池セル５０に特有の枠体５２および第２セパレータ５４と、前述した燃料電池セル１０と同様の膜電極接合体１１および第１セパレータ１３を備えている。燃料電池セル５０の枠体５２は、前述した燃料電池セル１０の枠体１２と比較して、支持部の形状が異なる。具体的には、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉは、後述する第２セパレータ１４の端子部１４ｃの両端のみに対面するように形成している。すなわち、枠体５２は、支持部５２ｈおよび５２ｉの間に空間を有している。燃料電池セル５０の第２セパレータ５４は、前述した燃料電池セル１０の第２セパレータ１４と比較して、端子部５４ｃの形状が異なる。具体的には、第２セパレータ５４の端子部５４ｃは、第２セパレータ５４の端子部１４ｃよりも、膜電極接合体１１の外側に向かう方向に突出した距離を短く形成している。

つぎに、燃料電池１の燃料電池セル５０に電圧測定コネクタ１０２を接続した形態について、図１１を参照しながら説明する。

図１１は、燃料電池１の燃料電池セル５０に電圧測定コネクタ１０２を接続した状態を示す図である。図１１（Ａ）は、上記の状態を正面から示す正面図である。図１１（Ｂ）は上記の状態を断面で示す側面図である。

電圧測定コネクタ１０２の差込口１０２ａを、燃料電池セル５０で生成された電力の電圧を測定するために、燃料電池セル５０の第２セパレータ５４の端子部５４ｃに差し込む。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、電圧測定コネクタ１０２に一定の間隔で複数設けられた差込口１０２ａには、一定の間隔で複数配設された第２セパレータ５４の端子部５４ｃが挿入される。枠体５２の外周には、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉを除き、封止部材２１および２２が設けられている。燃料電池１の燃料電池セル５０は、燃料電池１の燃料電池セル１０と異なり、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの間に空間を有する。したがって、図１１に示す電圧測定コネクタ１０２は、図８に示す電圧測定コネクタ１０２と比較して、より枠体５２側に挿入されている。

燃料電池１では、図１３に示す燃料電池１の燃料電池セル６０と筺体３０との位置関係のように、燃料電池セル６０の枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉの先端が、筺体３０の上板３５の表面３５ｂを超えない位置になるように構成すればよい。図１３に示す燃料電池セル６０の枠体６２と第２セパレータ６４は、前述した燃料電池セル５０の枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの突出量と、第２セパレータ５４の端子部５４ｃの突出量を、それぞれ抑制した構成に相当する。このような構成は、たとえば、図８に示す第１の実施形態で説明した燃料電池セル１０にも適用できる。

上述した第２実施形態の燃料電池１によれば、前述した第１実施形態の燃料電池１における効果に加えて、以下の効果を奏する。

燃料電池１の燃料電池セル５０において、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉを、第１セパレータ１３、膜電極接合体１１を保持した枠体１２、および第２セパレータ５４を積層する方向と交差する方向において、第２セパレータ５４の端子部５４ｃの両端のみに対面するように形成することができる。

このように構成した燃料電池１の燃料電池セル５０は、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの間に空間を有している。さらに、第２セパレータ５４の端子部５４ｃの突出量を抑制することができる。たとえば、図１１に示すように、第２セパレータ５４の端子部５４ｃの先端を、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの先端から突出せないように構成することもできる。そこで、図１１に示す電圧測定コネクタ１０２は、図８に示す電圧測定コネクタ１０２と比較して、より枠体５２側に挿入することができる。したがって、燃料電池１は、その形状を小型化することができる。

さらに、燃料電池１では、枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉの先端は、筺体３０の上板３５の表面を超えない位置に配設することができる。

このように構成した燃料電池１によれば、枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉの先端の位置を、上記の条件に設定することにより、枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉの突出量を最小限に抑えることができる。このように、枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉの突出量を最小限に抑えることにより、枠体６２の支持部６２ｈおよび６２ｉを成形加工し易く、かつ燃料電池１を小型化することができる。このような構成は、たとえば、図８に示す第１の実施形態で説明した燃料電池セル１０にも適用できる。

つぎに、前述した図１１に示す封止部材２１および２２の変形例を用いた場合における、燃料電池１の燃料電池セル５０に電圧測定コネクタ１０２を接続した形態について、図１２を参照しながら説明する。

図１２は、図１１に示す封止部材２１および２２の変形例を用いた燃料電池１の燃料電池セル１０に電圧測定コネクタ１０２を接続した状態を示す正面図である。

図１２に示す枠体５２の外周には、図１１に示す枠体５２と異なり、支持部５２ｈを含めて、封止部材２６等が設けられている。図１２では、一例として、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの縁に沿ってのみ封止部材２６等を設けた構成を図示しているが、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉの全面に封止部材２６等を設ける構成としてもよい。

上述した第２実施形態の燃料電池１の変形例によれば、以下の効果を奏する。

燃料電池１では、隣り合う枠体５２の外周を封止する封止部材２６等を有し、その封止部材２６等は、枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉを当該支持部５２ｈおよび５２ｉの縁まで封止することができる。

このように構成した燃料電池１によれば、枠体５２の外周から突出した支持部５２ｈおよび５２ｉに封止部材２６等を設けることにより、第２セパレータ５４の端子部５４ｃを枠体５２の支持部５２ｈおよび５２ｉにより強固に支持させることができる。したがって、電圧測定コネクタ１０２を第２セパレータ５４の端子部５４ｃに差し込むときに、その端子部５４ｃが変形することを防止できる。さらに、枠体５２の外周に液滴が発生しても、その液滴が封止部材２６等に遮蔽されて第２セパレータ５４の端子部５４ｃに付着し短絡等が発生することがない。したがって、第２セパレータ５４の端子部５４ｃで電圧値を正確に測定することができる。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

１ 燃料電池、
１０，５０，６０ 燃料電池セル、
１１ 膜電極接合体、
１１ａ 電解質膜、
１１ｂ アノード、
１１ｃ カソード、
１２，５２，６２ 枠体、
１２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，５１ａ カソードガス供給口、
１２ｂ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，５１ｂ 冷却流体供給口、
１２ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，５１ｃ アノードガス供給口、
１２ｄ，３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ，３４ｄ，５１ｄ アノードガス排出口、
１２ｅ，３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅ，５１ｅ 冷却流体排出口、
１２ｆ，３１ｆ，３２ｆ，３３ｆ，３４ｆ，５１ｆ カソードガス排出口、
１２ｇ，５２ｇ 保持部、
１２ｈ，５２ｈ，５２ｉ，６２ｈ，６２ｉ 支持部、
１３ 第１セパレータ、
１３ａ アノードガス流路、
１３ｂ 冷却水流路、
１４，５４，６４ 第２セパレータ、
１４ａ，５４ａ カソードガス流路、
１４ｂ，５４ｂ 冷却水流路、
１４ｃ，５４ｃ，６４ｃ 端子部、
２０ 封止部、
２１，２２，２４，２６ 封止部材、
３０ 筺体、
３１，３３ 絶縁板、
３２，３４ エンドプレート、
３５ 上板、
３５ａ 開口部、
３５ｂ 表面
３６ 下板、
３７，３８ 側板。

Claims (7)

1. アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成した膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体の外周を保持し、当該外周の一部から前記膜電極接合体の外側に向かう方向に突出した支持部を備えた枠体と、
   前記膜電極接合体を保持した前記枠体の一面側に接合した第１セパレータと、
   前記枠体の前記一面に対向した他面側に接合し、前記枠体の前記支持部の少なくとも一部に対面するように前記膜電極接合体の外側に向かう方向に突出した端子部を備えた第２セパレータと、
   前記第１セパレータ、前記膜電極接合体を保持した枠体、および前記第２セパレータを、それらが積層された状態で保持する筺体と、を有し、
   前記枠体の前記支持部は、前記第２セパレータの前記端子部と前記筺体との間に介在するように配設され、前記第２セパレータの前記端子部を支持することを特徴とする燃料電池。
2. 前記枠体の前記支持部および前記第２セパレータの端子部は、前記筺体に開口された開口部に挿入していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 隣り合う前記枠体の外周を封止する封止部材を有し、
   前記封止部材は、前記枠体の前記支持部を当該支持部の縁まで封止していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
4. 前記封止部材は、接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記枠体の前記支持部は、前記第１セパレータ、前記膜電極接合体を保持した枠体、および前記第２セパレータを積層する方向と交差する方向において、前記第２セパレータの前記端子部の両端のみに対面するように形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 前記枠体の前記支持部の先端は、前記筺体の表面を超えない位置に配設することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
7. 前記筺体は、積層された前記第１セパレータ、前記膜電極接合体を保持した枠体、および前記第２セパレータを、締結することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。