JP6140288B2 - 変形吸収部材の取付構造および取付方法 - Google Patents
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Description
本発明は、変形吸収部材の取付構造および取付方法に関する。
従来から、燃料電池は、セパレータと膜電極接合体とを交互に複数積層して構成している。燃料電池は、セパレータと膜電極接合体との積層数に応じて高出力を得られることから、その積層数を増加させることが望ましい。複数積層したセパレータと膜電極接合体とを互いに十分に密着させることによって、通電抵抗を低下させることができ、所期の電池性能が達成される。
ところで、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータからなるセパレータユニットにおいて、アノード側セパレータの燃料ガス（水素）や冷却水の流路の部分、およびカソード側セパレータの酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）や冷却水の流路の部分は、微細な凹凸形状から形成しており、寸法公差も大きい。
このため、セパレータユニットのアノード側セパレータの流路の部分と、カソード側セパレータの流路の部分との間に、バネ機能を備えた変形吸収部材に相当する与圧プレートを配設する構成がある。このような変形吸収部材を用いれば、セパレータユニットに高い押圧力を掛けても、流路となる凹凸形状の部分を破損させることなく、均一に押圧することが可能である（たとえば、特許文献１参照。）。
ここで、セパレータユニットを押圧することによって、その内部に配設した変形吸収部材に負荷が掛かった場合でも、バネ機能を備えた起立片の先端側が大きく変形しその先端側からの応力に起因して根元側の基端が浮き上がってしまったり、基端が過度に塑性変形したりすることを防止できる技術が要請されていた。
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、変形吸収部材の起立片に荷重がかかっても、基端が浮き上がることを防止しつつ、基端が過度に塑性変形してしまうことを防止できる変形吸収部材の取付構造および取付方法の提供を目的とする。
上記目的を達成する本発明に係る変形吸収部材の取付構造は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設して用いる変形吸収部材の取付構造である。変形吸収部材は、起立片と、接合部と、を備えている。起立片は、薄板状であって、薄板状の基材の一面から格子状に起立して設け、基端から延在した延在部をカソード側セパレータまたはアノード側セパレータに対して当接させる。接合部は、複数の起立片のうち、一の起立片の基端と、一の起立片の基端から延在部の側に沿った一の方向と基材に沿って直交した他の方向において隣り合う他の起立片の基端と、の間において、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータの凸部に部分的に接合して形成する。
上記目的を達成する本発明に係る変形吸収部材の取付方法は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設して用いる変形吸収部材の取付方法である。変形吸収部材は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の薄板状の起立片と、を備えているものを用いる。燃料電池１の製造方法は、配設工程と、接合工程と、を有している。配設工程では、基材の一面に設けた起立片の基端から延在させた延在部を、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータに対して当接させて配設する。接合工程では、複数の起立片のうち、一の起立片の基端と、一の起立片の基端側から延在部の側に沿った一の方向と基材に沿って直交した他の方向において隣り合う他の起立片の基端と、の間をアノード側セパレータまたはカソード側セパレータの凸部に対して部分的に接合して接合部を形成する。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る第１〜第３実施形態について説明する。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）
第１実施形態の変形吸収部材２０の取付構造および取付方法について、図１〜図８を参照しながら説明する。
第１実施形態の変形吸収部材２０の取付構造および取付方法について、図１〜図８を参照しながら説明する。
図１は、第１実施形態の変形吸収部材２０の取付構造および取付方法に係る燃料電池１を示す斜視図である。図２は、燃料電池１の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。図３は、燃料電池１のセパレータユニット１０と変形吸収部材２０および膜電極接合体３０の一部を示す断面図である。図３は、図２の３−３線に沿って示している。
図４は、燃料電池１においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材２０の状態を変形吸収部材２０の一部で示す斜視図である。図５は、対比例に係る燃料電池においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材１０００の状態を変形吸収部材１０００の一部で示す斜視図である。図６は、燃料電池１においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材２０の状態を変形吸収部材２０の一部で示す平面図である。図７は、対比例に係る燃料電池においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材１０００の状態を変形吸収部材１０００の一部で示す平面図である。図８は、燃料電池１においてセパレータユニット１０に接合される変形吸収部材２０の状態を変形吸収部材２０の一部で示す側面図である。図８（ａ）は変形吸収部材２０が変形していない状態を示している。図８（ｂ）は変形吸収部材２０が固定端部２２ａ以外の箇所で大きく変形している状態を示している。
第１実施形態の変形吸収部材２０の取付構造および取付方法においては、変形吸収部材２０の取付方法を具現化した取付構造に沿って説明する。取付構造に係る変形吸収部材２０は、燃料電池１に配設している。その燃料電池１は、電力を生成する燃料電池セル１００、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す一対の集電板２１１および２１２、および複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を保持する筺体３００を含んでいる。以下、燃料電池１の各構成について、順に説明する。
燃料電池セル１００は、図１〜図３に示し、複数積層された状態において、供給された燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）から電力を生成する。
燃料電池セル１００は、セパレータユニット１０、変形吸収部材２０、および膜電極接合体３０を含んでいる。以下、燃料電池セル１００に含まれた各部材について説明する。
セパレータユニット１０は、図２および図３に示し、隣り合う膜電極接合体３０を隔離しつつ、膜電極接合体３０で発生した電力を通電させ、かつ、燃料ガス（水素）または酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水との流路を備えている。セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを備えている。アノード側セパレータ１１は、膜電極接合体３０のアノード３２に当接させている。アノード側セパレータ１１は、導電性材料を有する金属からなり、アノード３２よりも大きい薄板状に形成している。
アノード側セパレータ１１の中央には、図３に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水とを隔てて流す流路部１１ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。アノード側セパレータ１１は、凹凸形状のうち、アノード３２と接触して形成された閉空間を、アノード３２に対して水素を供給するアノードガス流路１３として用いている。一方、アノード側セパレータ１１は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。
アノード側セパレータ１１は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、およびアノードガス供給口１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１１は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆに相当する貫通孔を開口している。
カソード側セパレータ１２は、膜電極接合体３０のカソード３３に当接させている。カソード側セパレータ１２は、導電性材料を有する金属からなり、カソード３３よりも大きい薄板状に形成している。
カソード側セパレータ１２の中央には、図３に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部１２ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。凹凸形状の形状は、Ｕ字状を交互に組み合わせたり、半円形状を交互に組み合わせてなる。カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード３３と接触して形成された閉空間を、カソード３３に対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１５として用いている。一方、カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。すなわち、隣接する燃料電池セル１００において、一の燃料電池セル１００のアノード側セパレータ１１の冷却水流路１４と、他の燃料電池セル１００のカソード側セパレータ１２に設けられた冷却水流路１４は、１つの冷却水用の流路を形成する。
カソード側セパレータ１２は、長方形状からなり、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に相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１２は、その長手方向の他端に、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に相当する貫通孔を開口している。
変形吸収部材２０は、図２〜図４、図６、および図８に示し、燃料電池１の組み付け時において、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２の燃料ガスと冷却水の流路をなす凹凸形状の製造誤差を、自ら変形して吸収する。また、変形吸収部材２０は、膜電極接合体３０が供給された媒体を吸収して膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。さらに、変形吸収部材２０は、燃料電池セル１００の運転中において、隣接する膜電極接合体３０によって加熱されたセパレータユニット１０が熱膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。したがって、複数積層した燃料電池セル１００に高い圧力を掛けて互いに密着できる。複数積層した燃料電池セル１００が互いに密着する程、燃料電池セル１００間の通電抵抗が低下して、発電効率を向上させることができる。
変形吸収部材２０は、特に図４、図６、および図８に示すように、通電性を備えた金属からなり、薄板状に形成している。変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材２１の一面２１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片２２と、を備えている。すなわち、変形吸収部材２０は、一枚の薄板に相当する基材２１からコの字形状に打ち抜いた後に片持ち梁となるように起ち上げた起立片２２を、格子状に形成している。起立片２２は、基材２１に対して片持ち梁の構造を有していることから、弾性変形可能なバネの機能を備えている。
変形吸収部材２０は、図３に示すように、基材２１の一面２１ａに設けた起立片２２の基端側の固定端部２２ａから延在させた延在部側の自由端部２２ｂを、カソード側セパレータ１２に対して当接させている。さらに、変形吸収部材２０は、複数の起立片２２のうち、一の起立片２２Ｍの固定端部２２ａと、他の起立片２２Ｎの固定端部２２ａと、の間をアノード側セパレータ１１に対して部分的に接合して接合部２３を形成している。ここで、図４および図６に示すように、一の起立片２２Ｍの固定端部２２ａは、他の起立片２２Ｎの固定端部２２ａに対して、一の起立片２２Ｍの固定端部２２ａ側から自由端部２２ｂ側に沿った一の方向Ｙと交差した他の方向Ｚにおいて隣り合っている。
一方、対比例に係る変形吸収部材１０００は、図５および図７に示すように、一の行の起立片１００２Ｐの固定端部１００２ａと、一の行と隣り合う他の行の起立片１００２Ｑの固定端部１００２ａとの間の領域に、連続的な帯状の接合部１００３を形成している。その接合部１００３は、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に接合している。このような対比例に係る燃料電池の構成によれば、起立片１００２の固定端部１００２ａ側は、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して過剰に固定されていることから、自由端部１００２ｂを介して荷重が掛かった場合に変形させることが困難である。したがって、対比例に係る燃料電池は、起立片１００２の自由端部１００２ｂに荷重が掛かった場合に、固定端部１００２ａが浮き上がることは防止できるものの、固定端部１００２ａが過度に塑性変形してしまう。このような変形吸収部材１０００は、起立片１００２の耐荷重を向上させることが困難である。
膜電極接合体３０は、図２および図３に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。膜電極接合体３０は、電解質膜３１を介して対向するようにアノード３２とカソード３３とを接合して形成している。膜電極接合体３０は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜３１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ている。アノード３２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３１よりも若干小さい薄板状に形成している。カソード３３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３２と同様の大きさで薄板状に形成している。アノード３２およびカソード３３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。アノード３２およびカソード３３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。
膜電極接合体３０は、枠体３４を備えている。枠体３４は、積層した電解質膜３１、アノード３２、およびカソード３３の外周を一体に保持している。枠体３４は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータユニット１０の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。枠体３４は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３４ａ、冷却流体供給口３４ｂ、およびアノードガス供給口３４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、枠体３４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口３４ｄ、冷却流体排出口３４ｅ、およびカソードガス排出口３４ｆに相当する貫通孔を開口している。
上記の燃料電池セル１００は、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、隣り合う燃料電池セル１００の外周を封止部材によって封止する。封止部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。
一対の集電板２１１および２１２は、図２に示し、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す。
一対の集電板２１１および２１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に、それぞれ配設している。一対の集電板２１１および２１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くした膜電極接合体３０の外形形状と同様である。一対の集電板２１１および２１２のうち、集電板２１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２１１ａ、冷却流体供給口２１１ｂ、およびアノードガス供給口２１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、集電板２１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口２１１ｄ、冷却流体排出口２１１ｅ、およびカソードガス排出口２１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板２１１および２１２は、その中央に集電部２１１ｈ等を備えている。
一対の集電板２１１および２１２の集電部２１１ｈ等は、たとえば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード３２およびカソード３３の外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部２１１ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１００に設けた膜電極接合体３０のアノード３２またはカソード３３に当接している。集電部２１１ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部２１１ｉ等を突出して設けている。突起部２１１ｉ等は、後述する筺体３００の一対のエンドプレート３１１および３１２の貫通孔３１１ｊ等を挿通して、外部に臨んでいる。
筺体３００は、図１および図２に示し、複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を互いに密着させた状態で保持している。
筺体３００は、一対のエンドプレート３１１および３１２、一対の締結板３２０、一対の補強板３３０、およびネジ３４０を含んでいる。以下、筺体３００に含まれた各部材について説明する。一対のエンドプレート３１１および３１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に配設した一対の集電板２１１および２１２を挟持して付勢している。一対のエンドプレート３１１および３１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増した膜電極接合体３０の外形形状と同様である。一対のエンドプレート３１１および３１２は、たとえば、金属からなり、一対の集電板２１１および２１２と当接する部分に絶縁体を設けている。一対のエンドプレート３１１および３１２のうち、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３１１ａ、冷却流体供給口３１１ｂ、およびアノードガス供給口３１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口３１１ｄ、冷却流体排出口３１１ｅ、およびカソードガス排出口３１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対のエンドプレート３１１および３１２は、前述した一対の集電板２１１および２１２の突起部２１１ｉ等を挿通させる貫通孔３１１ｊ等を開口している。
一対の締結板３２０は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板３２０は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その長手方向の両側から対向するように保持している。一対の補強板３３０は、たとえば、金属からなり、一対の締結板３２０よりも細長い板状に形成している。一対の補強板３３０は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その短手方向の両側から対向するように保持している。一対の締結板３２０および一対の補強板３３０は、複数のネジ３４０によって、一対のエンドプレート３１１および３１２に固定している。
上述した第１実施形態の変形吸収部材２０の取付構造および取付方法によれば、以下の作用効果を奏する。
第１実施形態に係る変形吸収部材２０の取付構造は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設して用いる変形吸収部材２０の取付構造である。変形吸収部材２０は、起立片２２と、接合部２３と、を備えている。起立片２２は、基材２１の一面２１ａから格子状に起立して設け、基端から延在した延在部をカソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に対して当接させる。接合部２３は、複数の起立片２２のうち、一の起立片２２Ｍの基端と、一の起立片２２Ｍの基端から延在部の側に沿った一の方向Ｙと交差した他の方向Ｚにおいて隣り合う他の起立片２２Ｎの基端と、の間において、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に部分的に接合して形成する。
第１実施形態に係る変形吸収部材２０の取付方法は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設して用いる変形吸収部材２０の取付方法である。変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材２１の一面２１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片２２と、を備えているものを用いる。燃料電池１の製造方法は、配設工程と、接合工程と、を有している。配設工程では、基材の一面に設けた起立片の基端から延在させた延在部を、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータに対して当接させて配設する。接合工程では、複数の起立片のうち、一の起立片２２Ｍの基端と、一の起立片２２Ｍの基端側から延在部の側に沿った一の方向Ｙと交差した他の方向Ｚにおいて隣り合う他の起立片２２Ｎの基端と、の間をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合して接合部を形成する。
このような変形吸収部材２０の取付構造および取付方法では、一の起立片２２Ｍの基端（固定端部２２ａ）と、他の起立片２２Ｎの基端（固定端部２２ａ）と、の間をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合する。このような構成によれば、起立片２２の基端（固定端部２２ａ）側は、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して固定しているものの、一定の範囲で変形させることが可能である。したがって、燃料電池１は、起立片２２の延在部（自由端部２２ｂ）に荷重がかかっても、基端（固定端部２２ａ）が浮き上がることを防止しつつ、基端（固定端部２２ａ）が過度に塑性変形してしまうことを防止できる。このため、変形吸収部材２０の起立片２２が受けることが可能な荷重を増加させることができる。例えば、複数積層したセパレータユニットと膜電極接合体とを高圧で密着させても、セパレータユニットは容易に破損しない。
さらに、変形吸収部材２０の取付構造および取付方法において、格子状に設けた起立片２２は、他の方向Ｚに沿った複数の行において、延在部（自由端部２２ｂ）の向きを揃えて形成することができる。
このような構成にすれば、変形吸収部材２０は、その製造が容易となり、かつ、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に接合するときの位置決めも容易となる。
さらに、変形吸収部材２０の取付構造および取付方法において、接合部２３は、溶接、ロウ付け、拡散接合、または熱圧着によって形成する構成とすることができる。
このような構成にすれば、汎用的で簡便な接合方法を用いて、変形吸収部材２０をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態の変形吸収部材４０の取付構造および取付方法について、図９および図１０を参照しながら説明する。
第２実施形態の変形吸収部材４０の取付構造および取付方法について、図９および図１０を参照しながら説明する。
図９は、燃料電池においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材４０の状態を変形吸収部材４０の一部で示す斜視図である。図１０は、燃料電池の変形吸収部材４０の特性を示す図である。
第２実施形態の変形吸収部材４０の取付構造および取付方法は、格子状に設けた起立片４２の延在部（自由端部４２ｂ）の向きを一行毎に互い違いにしている構成が、前述した第１実施形態と異なる。
第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
図９に、変形吸収部材４０の形状を示している。変形吸収部材４０は、前述した図４に示す変形吸収部材２０と異なり、一の方向と交差する他の方向Ｚに沿った複数の行において、起立片４２の自由端部４２ｂの向きを一行毎に対向するように異ならせて形成している。すなわち、変形吸収部材４０は、自由端部４２ｂの向きが一行毎に互い違いになるように、起立片４２を形成している。変形吸収部材４０は、変形吸収部材２０と同様の材質からなる。変形吸収部材４０の一面４１ａに形成する接合部４３は、変形吸収部材２０の一面２１ａに形成する接合部２３と同様である。
図１０に、変形吸収部材４０の特性をグラフで示している。横軸は、変形吸収部材４０の基材４１から起ち上げた起立片４２の高さに対応している。縦軸は、起立片４２が受ける荷重に対応している。グラフ中の実線は、変形吸収部材４０の基材４１をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合した後の状態を示している。グラフ中の点線は、変形吸収部材４０の基材４１をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合する前の状態を示している。変形吸収部材４０は、特に、基材４１から起ち上げた起立片４２の高さが十分に低い領域においては、基材４１を接合することによって、起立片４２が受けることが可能な荷重が増加している。
上述した第２実施形態の変形吸収部材４０の取付構造および取付方法によれば、前述した第１実施形態に係る作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
第２実施形態の変形吸収部材４０の取付構造および取付方法において、格子状に設けた起立片４２は、他の方向Ｚに沿った複数の行において、延在部（自由端部４２ｂ）の向きを一行毎に対向するように異ならせて形成している。
このような構成によれば、変形吸収部材４０は、図１０に示すように、特に、基材４１から起立している起立片４２の起立高さが十分に低い領域においては、基材４１を接合することによって、起立片４２が受けることが可能な荷重を増加させることができる。すなわち、図９に示す変形吸収部材４０は、起立片４２の自由端部４２ｂを一行毎に互い違いに位置していることから、前述した図４に示す変形吸収部材２０と比較して、一面４１ａ内の領域において自由端部４２ｂがより均等に分布した構成となっている。このような構成においては、基材４１から起立している起立片４２の起立高さが十分に低く、起立片４２の変形量が小さい場合には、変形吸収部材４０の耐荷重を向上させることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態の変形吸収部材５０の取付構造および取付方法について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
第３実施形態の変形吸収部材５０の取付構造および取付方法について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
図１１は、燃料電池においてセパレータユニット１０に接合された後の変形吸収部材５０の状態を変形吸収部材５０の一部で示す斜視図である。図１２は、燃料電池の変形吸収部材５０の特性を示す図である。
第３実施形態の変形吸収部材５０の取付構造および取付方法は、格子状に設けた起立片５２の接合部５３を千鳥形状に形成している構成が、前述した第２実施形態と異なる。
第３実施形態においては、前述した第１または第２実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
図１１に示す変形吸収部材５０は、前述した図９に示す変形吸収部材４０と異なり、接合部５３を、起立片５２の四隅のうちの少なくともいずれかの一隅であって、複数の起立片５２のうちのいずれかの固定端部５２ａに隣接して形成している。すなわち、変形吸収部材５０は、格子状に設けた起立片５２に対して、千鳥形状の配置となるように接合部５３を一面５１ａに形成している。変形吸収部材５０の外形形状および材質は、変形吸収部材４０の外形形状および材質と同様である。
図１２に、変形吸収部材５０の特性をグラフで示している。横軸は、変形吸収部材５０の基材５１から起ち上げた起立片５２の高さに対応している。縦軸は、起立片５２が受ける荷重に対応している。グラフ中の実線は、変形吸収部材５０の基材５１をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合した後の状態を示している。グラフ中の点線は、変形吸収部材５０の基材５１をアノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２に対して部分的に接合する前の状態を示している。変形吸収部材５０は、基材５１から起立している起立片５２の起立高さに寄らず、全ての領域において、基材５１を接合することによって、起立片５２が受けることが可能な荷重が増加している。
上述した第３実施形態の変形吸収部材５０の取付構造および取付方法によれば、前述した第１および第２実施形態に係る作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
第３実施形態の変形吸収部材５０の取付構造および取付方法では、複数の起立片５２を、それぞれ長方形状に形成している。接合部５３は、長方形状の四隅のうちの少なくともいずれかの一隅であって、複数の起立片５２のうちのいずれかの基端（固定端部５２ａ）に隣接して形成している。
このような構成によれば、変形吸収部材５０は、図１２に示すように、基材５１から起立している起立片５２の起立高さに寄らず、全ての領域において、起立片５２が受けることが可能な荷重を増加させることができる。すなわち、図１１に示す変形吸収部材５０は、格子状に設けた起立片５２の接合部５３を千鳥形状に形成していることから、前述した図９に示す変形吸収部材４０と比較して、固定端部５２ａが柔軟に変形し易い構成となっている。このような構成においては、基材５１から起立している起立片５２の起立高さに寄らず、変形吸収部材５０の耐荷重を向上させることができる。さらに、接合部５３の箇所を大幅に減らすことができることから、接合部５３の形成に係る製造コストや工数を大幅に削減することができる。
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。
たとえば、起立片２２の形状は、延在部（自由端部２２ｂ）が基端（固定端部２２ａ）の幅よりも相対的に短い台形形状として説明した。しかしながら、起立片２２は、このような形状に限定されることはなく、矩形、三角形、半円形、多角形、およびそれらを組み合わせた形状とすることができる。
本出願は、２０１３年７月２２日に出願された日本特許出願番号２０１３−１５２０１３号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
１ 燃料電池、
１０ セパレータユニット、
１１ アノード側セパレータ、
１２ カソード側セパレータ、
１１ｇ，１２ｇ 流路部、
１３ アノードガス流路、
１４ 冷却水流路、
１５ カソードガス流路、
２０，４０，５０，１０００ 変形吸収部材、
２１，４１，５１，１００１ 基材、
２１ａ，４１ａ，５１ａ、１００１ａ 一面、
２２，４２，５２，１００２ 起立片、
２２Ｍ 一の起立片、
２２Ｎ 他の起立片、
１００２Ｐ 一の行の起立片、
１００２Ｑ 他の行の起立片、
２２ａ，４２ａ，５２ａ，１００２ａ 基端（固定端部）、
２２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，１００２ｂ 延在部（自由端部）、
２３，４３，５３，１００３ 接合部、
３０ 膜電極接合体、
３１ 電解質膜、
３２ アノード、
３３ カソード、
３４ 枠体、
１００ 燃料電池セル、
２１１，２１２ 集電板、
２１１ｈ 集電部、
２１１ｉ 突起部、
３００ 筺体、
３１１，３１２ エンドプレート、
３１１ｊ 貫通孔、
３２０ 締結板、
３３０ 補強板、
３４０ ネジ、
１１ａ，１２ａ，３４ａ，２１１ａ，３１１ａ カソードガス供給口、
１１ｂ，１２ｂ，３４ｂ，２１１ｂ，３１１ｂ 冷却流体供給口、
１１ｃ，１２ｃ，３４ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ アノードガス供給口、
１１ｄ，１２ｄ，３４ｄ，２１１ｄ，３１１ｄ アノードガス排出口、
１１ｅ，１２ｅ，３４ｅ，２１１ｅ，３１１ｅ 冷却流体排出口、
１１ｆ，１２ｆ，３４ｆ，２１１ｆ，３１１ｆ カソードガス排出口、
Ｘ 積層方向、
Ｙ 一の方向、
Ｚ 他の方向。
１０ セパレータユニット、
１１ アノード側セパレータ、
１２ カソード側セパレータ、
１１ｇ，１２ｇ 流路部、
１３ アノードガス流路、
１４ 冷却水流路、
１５ カソードガス流路、
２０，４０，５０，１０００ 変形吸収部材、
２１，４１，５１，１００１ 基材、
２１ａ，４１ａ，５１ａ、１００１ａ 一面、
２２，４２，５２，１００２ 起立片、
２２Ｍ 一の起立片、
２２Ｎ 他の起立片、
１００２Ｐ 一の行の起立片、
１００２Ｑ 他の行の起立片、
２２ａ，４２ａ，５２ａ，１００２ａ 基端（固定端部）、
２２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，１００２ｂ 延在部（自由端部）、
２３，４３，５３，１００３ 接合部、
３０ 膜電極接合体、
３１ 電解質膜、
３２ アノード、
３３ カソード、
３４ 枠体、
１００ 燃料電池セル、
２１１，２１２ 集電板、
２１１ｈ 集電部、
２１１ｉ 突起部、
３００ 筺体、
３１１，３１２ エンドプレート、
３１１ｊ 貫通孔、
３２０ 締結板、
３３０ 補強板、
３４０ ネジ、
１１ａ，１２ａ，３４ａ，２１１ａ，３１１ａ カソードガス供給口、
１１ｂ，１２ｂ，３４ｂ，２１１ｂ，３１１ｂ 冷却流体供給口、
１１ｃ，１２ｃ，３４ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ アノードガス供給口、
１１ｄ，１２ｄ，３４ｄ，２１１ｄ，３１１ｄ アノードガス排出口、
１１ｅ，１２ｅ，３４ｅ，２１１ｅ，３１１ｅ 冷却流体排出口、
１１ｆ，１２ｆ，３４ｆ，２１１ｆ，３１１ｆ カソードガス排出口、
Ｘ 積層方向、
Ｙ 一の方向、
Ｚ 他の方向。
Claims (6)
- アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設して用いる燃料電池の変形吸収部材の取付構造であって、
薄板状の基材の一面から格子状に起立して設け、基端から延在した延在部を前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに対して当接させる薄板状の起立片と、
複数の起立片のうち、一の前記起立片の前記基端と、一の前記起立片の前記基端から前記延在部の側に沿った一の方向と前記基材に沿って直交した他の方向において隣り合う他の前記起立片の前記基端と、の間において、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータの凸部に部分的に接合して形成する接合部と、を備える変形吸収部材の取付構造。 - 格子状に設けた前記起立片は、前記他の方向に沿った複数の行において、前記延在部の向きを揃えて形成している請求項１に記載の変形吸収部材の取付構造。
- 格子状に設けた前記起立片は、前記他の方向に沿った複数の行において、前記延在部の向きを一行毎に対向するように異ならせて形成している請求項１に記載の変形吸収部材の取付構造。
- 複数の前記起立片は、それぞれ長方形状に形成し、
前記接合部は、前記長方形状の四隅のうちの少なくともいずれかの一隅であって、複数の前記起立片のうちのいずれかの前記基端に隣接して形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の変形吸収部材の取付構造。 - アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設して用いる変形吸収部材の取付方法であって、
前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、前記基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の薄板状の起立片と、を備えた変形吸収部材と、を用い、
前記基材の前記一面に設けた前記起立片の基端から延在させた延在部を、前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに対して当接させて配設する配設工程と、
複数の起立片のうち、一の前記起立片の前記基端と、一の前記起立片の前記基端側から延在部の側に沿った一の方向と前記基材に沿って直交した他の方向において隣り合う他の前記起立片の前記基端と、の間を前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータの凸部に対して部分的に接合して接合部を形成する接合工程と、を有する変形吸収部材の取付方法。 - 前記接合部は、溶接、ロウ付け、拡散接合、または熱圧着によって形成する請求項５に記載の変形吸収部材の取付方法。
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