JP6140289B2 - 変形吸収部材および燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、変形吸収部材および燃料電池に関する。

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。）。

特許第４４３２５１８号公報

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ても、セパレータユニットや変形吸収部材そのものが破損しないように、変形吸収部材の起立片が受けることが可能な荷重を増加させることが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、起立片が受けることが可能な荷重を増加させることができる変形吸収部材、および変形吸収部材を配設した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て用いる。変形吸収部材は、薄板状の基材からなり、基端から延在した延在部の端部の部分を格子状に配置した複数の薄板状の起立片を備えている。起立片は、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、延在部の延在した方向と基板に沿って直交する方向において互いに隣り合う起立片同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片同士の基端の位置を、延在部の延在した方向に沿って少なくとも重畳する位置に配置している。

上記目的を達成する本発明に係る燃料電池は、セパレータユニットと、変形吸収部材と、を有している。セパレータユニットは、アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えている。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、薄板状の基材からなり、基端から延在した延在部の端部の部分を格子状に配置した複数の薄板状の起立片を備えている。起立片は、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、延在部の延在した方向と基板に沿って直交する方向において互いに隣り合う起立片同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片同士の基端の位置を、延在部の延在した方向に沿って少なくとも重畳する位置に配置している。

実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。 実施形態に係る燃料電池の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。 実施形態に係る燃料電池のセパレータユニットと変形吸収部材および膜電極接合体の一部を示す断面図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材を示す斜視図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材を示す側面図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材における起立片同士の密接具合を示す図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材における隣り合う行での起立片同士の間隔を示す模式図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材における隣り合う行での起立片同士のズレ量と外接円の直径との関係を示す図である。 実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材における隣り合う行での起立片同士の間隔を異ならせた場合の耐荷重の特性を示す図である。 実施形態の変形例１に係る燃料電池の変形吸収部材を示す平面図である。 実施形態の変形例２に係る燃料電池の変形吸収部材を示す平面図である。 実施形態の変形例３に係る燃料電池の変形吸収部材を示す平面図である。 実施形態の変形例４に係る燃料電池の変形吸収部材を示す平面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る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。

（実施形態）
実施形態に係る燃料電池１およびその燃料電池１に配設して用いる変形吸収部材２０について、図１〜図９を参照しながら説明する。

図１は、実施形態に係る燃料電池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の変形吸収部材２０を示す斜視図である。図５は、燃料電池１の変形吸収部材２０を示す側面図である。

図６は、燃料電池１の変形吸収部材２０における起立片２２同士の密接具合を示す図である。図７は、燃料電池１の変形吸収部材２０における隣り合う行での起立片２２同士の間隔を示す模式図である。図８は、燃料電池１の変形吸収部材２０における図７に示す隣り合う行での起立片２２同士のズレ量と外接円Ｓｘの直径Ｄｘとの関係を示す図である。図９は、燃料電池１の変形吸収部材２０における隣り合う行での起立片２２同士の間隔を異ならせた場合の耐荷重の特性を示す図である。

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７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、図４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からなり、基端から延在した延在部を格子状に配置した複数の起立片２２を備えている。すなわち、変形吸収部材２０は、図４および図５に示すように、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。

起立片２２は、図４に示すように、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成している。すなわち、起立片２２は、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の幅よりも、固定端部２２ａから一の方向Ｙに沿って延在させた延在部の側の自由端部２２ｂの幅の方が相対的に短い非矩形状に形成している。ここで、起立片２２が受けるモーメントは、荷重と距離の積であるため、自由端部２２ｂに相当する荷重点から離間した位置の方が、モーメントが相対的に大きくなる。したがって、起立片２２を非矩形状に形成することによって、モーメントが大きくなる側の幅を相対的に広くして、モーメントを均等化する。

また、起立片２２は、互いに隣り合う起立片２２同士の延在部の向きを互い違いに配置している。すなわち、起立片２２は、図４および図５に示すように、一の方向Ｙと交差する他の方向Ｚに沿った複数の行において、自由端部２２ｂの向きを一行毎に互い違いに形成している。

さらに、起立片２２は、図６に示すように、互いに隣り合う起立片２２同士の基端の位置を少なくとも重畳する位置に配置している。すなわち、起立片２２は、図６（ｂ）に示すように、一の起立片２２Ｍの基端（固定端部２２ａ）の一端の位置と、他の起立片２２Ｎの基端（固定端部２２ａ）の一端の位置とが、領域２３において重畳している。ここで、図６に一例として示す起立片２２は、基材２１から打ち抜いた際に、その周囲に図示せぬ切断片が発生していることから、起立片２２と基材２１との間に隙間が生じている。一方、基材２１からコの字形状に打ち抜く際に、その周囲に切断片が生じないように切断し、起立片２２と基材２１との間の隙間を小さくする構成とすることができる。起立片２２の基端（固定端部２２ａ）の一端は、図示せぬ切断片が生じている場合、その切断片に起因した隙間を含んだ端部に相当する。後述する実施形態の変形例１〜４についても、起立片の基端（固定端部）の一端は、図示せぬ切断片が生じている場合、その切断片に起因した隙間を含んだ端部に相当する。

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の側の自由端部２２ｂを、カソード側セパレータ１２に対して当接させている。

変形吸収部材２０は、図７および図８に示すように、複数の起立片２２を、外接円Ｓｘの直径Ｄｘが外接円Ｓ１の直径Ｄ１以上になるように、基材２１に対して格子状に形成している。外接円Ｓｘの直径Ｄｘは、一の起立片２２Ｕと、他の方向Ｚと隣り合う他の起立片２２Ｗと、にそれぞれ外接する径に相当する。外接円Ｓ１の直径Ｄ１は、複数の起立片２２を、一の方向Ｙおよび他の方向Ｚの２次元上でそれぞれ均等な間隔で格子状に配設した場合において、一の起立片２２Ｕと、他の起立片２２Ｗと、にそれぞれ外接する直径に相当する。

図７（ａ）に示す一の起立片２２Ｕと他の起立片２２Ｗとは、一の方向Ｙおよび他の方向Ｚの２次元上でそれぞれ均等な間隔で格子状に配設しているものである。図７（ａ）における一の起立片２２Ｕと他の起立片２２Ｗとにそれぞれ外接する外接円Ｓ１の直径を直径Ｄ１と定義する。ここで、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示すように、他の方向Ｚにおいて隣り合う起立片２２同士を、互いに離間させるようにＰ、Ｑ、およびＲ（図８の横軸に対応）の順にずらす。図７（ｂ）に示す一の起立片２２Ｕと他の起立片２２Ｗとは、図８に示すズレ量がＰに相当する状態を示し、外接する外接円Ｓ２の直径を直径Ｄ２と定義する。図７（ｃ）に示す一の起立片２２Ｕと他の起立片２２Ｗとは、図８に示すズレ量がＱに相当する状態を示しており、外接する外接円Ｓ３の直径を直径Ｄ３と定義する。外接円Ｓ３の直径Ｄ３は、外接円Ｓ１の直径Ｄ１と同様である。図７（ｄ）に示す一の起立片２２Ｕと他の起立片２２Ｗとは、図８に示すズレ量がＲに相当する状態を示しており、外接する外接円Ｓ４の直径を直径Ｄ４と定義する。各外接円の直径は、Ｄ４＜Ｄ１＝Ｄ３＜Ｄ２の関係にある。

起立片２２は、カソード側セパレータ１２に当接している自由端部２２ｂに過度な負荷が掛かると、その固定端部２２ａ側が浮き上がり、カソード側セパレータ１２に接触することになる。このような状態を回避しつつ、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望ましい。特に、隣り合う起立片２２同士の距離を一定の距離以内に収めつつ、起立片２２がカソード側セパレータ１２から受けることができる荷重を一定値以上に確保することが好ましい。図９に示すように、固定端部２２ａが浮き上がりカソード側セパレータ１２に接触する位置における起立片２２の高さは、図７に示すズレ量がＰ、Ｑ、Ｒの順で低い。ここで、起立片２２は、固定端部２２ａをカソード側セパレータ１２に接触させない範囲において、その高さを低くする程、より多くの荷重を受けることができる。すなわち、ズレ量がＰ、Ｑ、Ｒの順で、起立片２２がカソード側セパレータ１２から受けることが可能な荷重を増加させることができる。

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。

上述した実施形態に係る変形吸収部材２０および燃料電池１によれば、以下の作用効果を奏する。

実施形態に係る変形吸収部材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との間に配設して用いる。変形吸収部材２０は、薄板状の基材２１からなり、基端から延在した延在部を格子状に配置した複数の起立片２２を備えている。起立片２２は、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、互いに隣り合う起立片２２同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片２２同士の基端の位置を少なくとも重畳する位置に配置する。

実施形態に係る燃料電池１は、セパレータユニット１０と、変形吸収部材２０と、を有している。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。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との間に配設している。変形吸収部材２０は、薄板状の基材２１からなり、基端から延在した延在部を格子状に配置した複数の起立片２２を備えている。起立片２２は、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、互いに隣り合う起立片２２同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片２２同士の基端の位置を少なくとも重畳する位置に配置している。

このように構成した変形吸収部材２０および燃料電池１によれば、起立片２２を、その延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、互いに隣り合う起立片２２同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片２２同士の基端の位置を少なくとも重畳する位置に配置している。このような構成によれば、変形吸収部材２０において、基材２１における単位面積当たりの起立片２２の個数を増加させることによって、起立片２２の密度を高めることができる。このため、単位面積当たり変形吸収部材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。

さらに、実施形態に係る変形吸収部材２０において、複数の起立片２２は、図７に示すように、一の方向Ｙおよび一の方向Ｙと直交する他の方向Ｚの２次元上でそれぞれ均等な間隔で格子状に配設し、かつ、他の方向Ｚに沿って延在部の向きを互い違いに配置することができる。ここで、一の起立片２２Ｕと、一の起立片２２Ｕに対して一の方向Ｙおよび他の方向Ｚに沿って隣り合う他の起立片２２Ｗと、にそれぞれ外接する外接円Ｓｘの直径Ｄｘが、一の起立片２２Ｕに対して他の起立片２２Ｗを一の方向Ｙおよび他の方向Ｚに沿って等距離に配置した場合における外接円Ｓ１の直径Ｄ１以上になるように、基材２１に形成することができる。すなわち、外接円Ｓｘの直径Ｄｘは、Ｄ１＝Ｄ３以上であってＤ２以下となるように規定する。

このように構成した変形吸収部材２０によれば、隣り合う起立片２２同士の距離を一定の距離以内に収めつつ、起立片２２がカソード側セパレータ１２から受けることができる荷重を一定値以上に確保することができる。一の起立片２２Ｕと、他の方向Ｚと隣り合う他の起立片２２Ｗは、特に、図７（ｂ）に示す外接円Ｓ２において直径Ｄ２をなす場合に、耐荷重を最も高めることができる。すなわち、図７（ｂ）および図８に示す外接円Ｓ２（直径Ｄ２）は、隣り合う行での起立片２２同士のズレ量がＰの場合に相当し、このような場合、図９に示すように多くの荷重を受けることができる。図９は、隣り合う行での起立片２２同士のズレ量がＰ（外接円Ｓ２、直径Ｄ２に相当）の場合、起立片２２が受けることができる荷重が相対的に最も大きいことを示している。具体的には、図９に示すように、固定端部２２ａが浮き上がりカソード側セパレータ１２に接触する位置における起立片２２の高さは、図７に示すズレ量がＰ、Ｑ、Ｒの順で低い。ここで、起立片２２は、固定端部２２ａをカソード側セパレータ１２に接触させない範囲において、その高さを低くする程、より多くの荷重を受けることができる。したがって、ズレ量がＰ、Ｑ、Ｒのうち、ズレ量がＰの場合に、固定端部２２ａをカソード側セパレータ１２に接触させることなく、起立片２２がカソード側セパレータ１２から受けることが可能な荷重を最も増加させることができる。少なくとも、図８および図９に示すように、隣り合う行での起立片２２同士のズレ量がＱ（外接円Ｓ３、直径Ｄ３に相当）以上の場合、起立片２２が受けることができる荷重が平均値以上となる。

さらに、実施形態に係る変形吸収部材２０において、一の方向Ｙに沿って隣り合う起立片２２は、延在部（自由端部２２ｂ）が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に押圧されて屈折または屈曲した場合に、基端（固定端部２２ａ）が変位し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に接触しない間隔を設けて形成する構成とすることができる。

このように構成した変形吸収部材２０によれば、実使用状態において、隣り合う起立片２２の同士の接触を防止することができる。したがって、万が一、固定端部２２ａ側が浮き上がっても、その固定端部２２ａがカソード側セパレータ１２に接触することを防止できる。すなわち、起立片２２が、自由端部２２ｂと固定端部２２ａとで両端支持梁の状態になることを防止できる。

（実施形態の変形例）
実施形態の変形例に係る燃料電池に配設して用いる変形吸収部材４０、５０、６０、および７０について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。

図１０は、変形例１に係る燃料電池の変形吸収部材４０を示す平面図である。図１１は、変形例２に係る燃料電池の変形吸収部材５０を示す平面図である。図１２は、変形例３に係る燃料電池の変形吸収部材６０を示す平面図である。図１３は、変形例４に係る燃料電池の変形吸収部材７０を示す平面図である。

実施形態の変形例に係る変形吸収部材４０、５０、６０、および７０は、起立片の形状を台形形状とは異なる形状で形成したことが、前述した実施形態に係る変形吸収部材２０と異なる。

実施形態の変形例においては、前述した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１０に示す変形例１に係る変形吸収部材４０は、基材４１の一面４１ａから格子状に起立して設けた起立片４２を、それぞれ三角形状に形成している。すなわち、起立片４２は、その固定端部４２ａを直線状の底辺とし、その自由端部４２ｂを頂点とした、三角形状に形成している。起立片４２の自由端部４２ｂは、カソード側セパレータ１２に対して当接させる。一の起立片４２Ｍの基端（固定端部４２ａ）の一端の位置と、他の起立片４２Ｎの基端（固定端部４２ａ）の一端の位置とが、領域４３において重畳している。

図１１に示す変形例２に係る変形吸収部材５０は、基材５１の一面５１ａから格子状に起立して設けた起立片５２を、それぞれ半円形状に形成している。すなわち、起立片５２は、その固定端部５２ａを直線状の底辺とし、その自由端部５２ｂを半円の頂点とした、半円形状に形成している。起立片５２の自由端部５２ｂは、カソード側セパレータ１２に対して当接させる。一の起立片５２Ｍの基端（固定端部５２ａ）の一端の位置と、他の起立片５２Ｎの基端（固定端部５２ａ）の一端の位置とが、領域５３において重畳している。

図１２に示す変形例２に係る変形吸収部材６０は、基材６１の一面６１ａから格子状に起立して設けた起立片６２を、それぞれ多角形状に形成している。すなわち、起立片６２は、その固定端部６２ａを直線状の底辺とし、その自由端部６２ｂを固定端部６２ａから円弧状に突出させた延在部に設けた直線状の一辺として形成した、多角形状に形成している。起立片６２の自由端部６２ｂは、カソード側セパレータ１２に対して当接させる。一の起立片６２Ｍの基端（固定端部６２ａ）の一端の位置と、他の起立片６２Ｎの基端（固定端部６２ａ）の一端の位置とが、領域６３において重畳している。

図１３に示す変形例４に係る変形吸収部材７０は、異なる大きさの台形形状からなる起立片７２および起立片７３を組み合わせて設けている。変形吸収部材７０は、相対的に小さな起立片７２を、一の方向Ｙと交差した他の方向Ｚに沿って並列して２個設けている。並列して設けた起立片７２の自由端部７２ｂは、一の方向Ｙに沿って揃えている。相対的に大きな起立片７３は、一の方向Ｙに沿って、２個設けた起立片７２と隣り合うように配設している。起立片７３の自由端部７３ｂは、一の方向Ｙに沿って形成している。起立片７２の自由端部７２ｂは、カソード側セパレータ１２に対して当接させる。一の起立片７２Ｍの基端（固定端部７２ａ）の一端の位置と、他の起立片７３Ｎの基端（固定端部７２ａ）の一端の位置とが、領域７４において重畳している。

上述した実施形態の変形例に係る変形吸収部材４０、５０、６０、および７０によれば、前述した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。

実施形態の変形例に係る変形吸収部材４０、５０、６０、および７０にそれぞれ設けた起立片は、三角形、半円形、多角形、およびそれらを組み合わせた非矩形状に形成している。

このように構成した燃料電池の変形吸収部材４０、５０、６０、および７０によれば、積層方向Ｘの両側から押圧するセパレータユニット１０の押圧力や、起立片の自由端部を当接させるカソード側セパレータ１２の仕様に合わせて、起立片の形状を任意に決定することができる。すなわち、起立片は、三角形、半円形、多角形、およびそれらを組み合わせた非矩形状で形成しても、台形形状のような非矩形状で形成した場合と同様に、基材の一面における起立片の密度を高めることができる。特に、自由端部がカソード側セパレータ１２に線接触する構成の起立片２２、６２、７２、および７３は、カソード側セパレータ１２との間に応力が集中することを防止できる。一方、たとえば、三角形状に形成した起立片４２は、基材４１に対して、より高密度に設けることができる。

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。

基材２１に備える全ての起立片２２が、延在部の幅が基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、互いに隣り合う起立片２２同士の延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う起立片２２同士の基端の位置を少なくとも重畳する位置に配置した構成に限定されることはなく、少なくとも一部の起立片２２が上記の構成を満たせばよい。

本出願は、２０１３年７月２２日に出願された日本特許出願番号２０１３−１５２０１９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、
２０，４０，５０，６０，７０ 変形吸収部材、
２１，４１，５１，６１，７１ 基材、
２１ａ，４１ａ，５１ａ、６１ａ，７１ａ 一面、
２２，４２，５２，６２，７２，７３ 起立片、
２２Ｍ，２２Ｕ，４２Ｍ，５２Ｍ，６２Ｍ，７２Ｍ 一の起立片、
２２Ｎ，２２Ｗ，４２Ｎ，５２Ｎ，６２Ｎ，７３Ｎ 他の起立片、
２２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ，７２ａ，７３ａ 固定端部、
２２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ，７２ｂ，７３ｂ 自由端部、
２３，４３，５３，６３，７４ 領域、
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、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 外接円、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 直径、
Ｘ 積層方向、
Ｙ 一の方向、
Ｚ 他の方向。

Claims (5)

1. 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であって、
   薄板状の基材からなり、基端から延在した延在部の端部の部分を格子状に配置した複数の薄板状の起立片を備え、
   該起立片は、前記延在部の幅が前記基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、前記延在部の延在した方向と前記基板に沿って直交する方向において互いに隣り合う前記起立片同士の前記延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う前記起立片同士の前記基端の位置を、前記延在部の延在した方向に沿って少なくとも重畳する位置に配置した変形吸収部材。
2. 複数の前記起立片は、
   一の方向および前記一の方向と直交する他の方向の２次元上でそれぞれ均等な間隔で格子状に配設し、かつ、前記他の方向に沿って前記延在部の向きを互い違いに配置し、
   一の前記起立片と、一の前記起立片に対して前記一の方向および前記他の方向に沿って隣り合う他の前記起立片と、にそれぞれ外接する外接円の直径が、前記一の起立片に対して他の前記起立片を前記一の方向および前記他の方向に沿って等距離に配置した場合における前記外接円の直径以上になるように、前記基材に形成している請求項１に記載の変形吸収部材。
3. 前記一の方向に沿って隣り合う前記起立片は、前記延在部が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に押圧されて屈折または屈曲した場合に、前記基端が変位し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に接触しない間隔を設けて形成している請求項１または２に記載の変形吸収部材。
4. 前記起立片は、台形、三角形、半円形、多角形、およびそれらを組み合わせた非矩形状に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。
5. アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えたセパレータユニットと、
   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、薄板状の基材からなり、基端から延在した延在部の端部の部分を格子状に配置した複数の薄板状の起立片を備えた変形吸収部材と、を有し、
   該起立片は、前記延在部の幅が前記基端の幅よりも短い非矩形状に形成し且つ、前記延在部の延在した方向と前記基板に沿って直交する方向において互いに隣り合う前記起立片同士の前記延在部の向きを互い違いに配置すると共に、互いに隣り合う前記起立片同士の前記基端の位置を、前記延在部の延在した方向に沿って少なくとも重畳する位置に配置した燃料電池。