JPH08138699A

JPH08138699A - 固体高分子電解質型燃料電池

Info

Publication number: JPH08138699A
Application number: JP6268498A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shiga; 悟志賀; Takahiro Nakanori; 孝博中野利
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】単位燃料電池に異常が発生した場合に、この異
常な単位燃料電池を無通電状態にしつつ運転継続処置の
簡略化が可能な、固体高分子電解質型燃料電池を提供す
る。【構成】固体高分子電解質型燃料電池（スタック）１は
従来例に対し、電気接続用端子３１１，３２１が一体に
形成されているセパレータ３１，３２を有する単位燃料
電池（単電池）２と、単電池２の使用個数より１個少な
い個数の中間電気絶縁板４，電気接続体５を用いてお
り、単電池２と電気絶縁板４とは交互に積層されてい
る。中間電気絶縁板４は、エポキシ樹脂等の電気絶縁材
を用いて板状に形成されており、燃料電池セルが持つ固
体高分子電解質膜に形成されている貫通穴と対向する位
置に、貫通穴が形成されている。電気接続体５は、柔軟
な導電材を主体として構成されており、その両端部に
は、電気接続用端子３１１，３２１に接続するための端
子部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池に係わり、単位燃料電池に不良が発生した場合
の運転継続処置の簡略化が容易となるように改良された
その構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池として、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。このうち、固体高分子電解質型燃料電池は、分
子中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹
脂膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能することを利用した燃料電池
である。

【０００３】図５は、従来例の固体高分子電解質型燃料
電池が備える単位燃料電池を展開した状態で模式的に示
した要部の側面断面図であり、図６は、図５に示した単
位燃料電池を展開した状態で模式的に示した斜視図であ
り、図７は、単位燃料電池が有するセパレータを図５に
おけるＰ矢方向から見た図である。図５〜図７におい
て、６は、燃料電池セル７と、その両主面のそれぞれに
対向させて配置されたセパレータ６１，６２とで構成さ
れた単位燃料電池（以降、単電池と略称することがあ
る。）である。燃料電池セル７は、電解質層７Ｃと、燃
料電極（アノード極でもある。）７Ａと、酸化剤電極
（カソード極でもある。）７Ｂとで構成され、直流電力
を発生する。電解質層７Ｃには、パ−フルオロスルホン
酸樹脂膜等の固体高分子電解質膜が用いられている。こ
の固体高分子電解質膜は、飽和に含水させることにより
常温で２０〔Ω・ｃｍ〕以下の抵抗率を示して良好なプ
ロトン導電性電解質として機能する膜である。また、電
解質層（以降、ＰＥ膜と略称することがある。）７Ｃ
は、０．１〔ｍｍ〕程度の厚さ寸法と、電極膜７Ａ，７
Ｂの面方向の外形寸法よりも大きい面方向の外形寸法と
を持つものであり、従って、電極膜７Ａ，７Ｂの周辺部
には、ＰＥ膜７Ｃの端部との間にＰＥ膜７Ｃの露出面が
存在することになる。

【０００４】燃料電極７Ａは、ＰＥ膜７Ｃの一方の主面
に密接されて積層されて、燃料ガス（例えば、水素ある
いは水素を高濃度に含んだガスである。）の供給を受け
る電極である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃの
他方の主面に密接されて積層されて、酸化剤ガス（例え
ば、空気である。）の供給を受ける電極である。燃料電
極７Ａの外側面が，燃料電池セル７の一方の側面７ａで
あり、酸化剤電極７Ｂの外側面が，燃料電池セル７の他
方の側面７ｂである。燃料電極７Ａおよび酸化剤電極７
Ｂは共に、触媒活物質を含む触媒層と電極基材とを備え
て構成されており、前記の触媒層側でＰＥ膜７Ｃの両主
面にホットプレスにより密着させるのが一般である。電
極基材は、触媒層を支持すると共に反応ガス（以降、燃
料ガスと酸化剤ガスを総称してこのように言うことが有
る。）を供給および排出すると共に，集電体としての機
能を有する多孔質のシート（使用材料としては、例え
ば、カーボンペーパーが用いられる。）である。触媒層
は、多くの場合に、微小な粒子状の白金触媒とはっ水性
を有するフッ素樹脂から形成されており、しかも層内に
多数の細孔が形成されるようにすることで、反応ガスに
対して広い面積で接触が可能であるように配慮されてい
るものである。そうして、燃料電極７Ａ，ＰＥ膜７Ｃお
よび酸化剤電極７Ｂを合わせた燃料電池セル７の厚さ寸
法は、多くの場合に１〔ｍｍ〕前後程度あるいはそれ以
下である。

【０００５】ところで、ＰＥ膜７Ｃの露出面に形成され
ている貫通穴７１は、セパレータ６１に設けられている
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａ、および、セパレータ６２に
設けられている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａに対向させて
形成されており、反応ガスの通流路の一部をなす穴であ
る。同じくＰＥ膜７Ｃの露出面に形成されている貫通穴
７２は、セパレータ６１に設けられている貫通穴６１３
Ｂ，６１４Ｂ，６１６Ｂ，６１７Ｂ、および、セパレー
タ６２に設けられている貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂ，６
２６Ｂ，６２７Ｂに対向させて形成されており、冷却用
流体９９の通流路の一部をなす穴である。

【０００６】また、セパレータ６１とセパレータ６２
は、燃料電池セル７に反応ガスを供給すると共に、燃料
電池セル７で発生された直流電力の燃料電池セル７から
の取り出し、および、直流電力の発生に関連して燃料電
池セル７で発生した熱を燃料電池セル７から除去する役
目を担うものである。セパレータ６１は、その側面６１
ａを燃料電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セ
パレータ６２は、その側面６２ａを燃料電池セル７の側
面７ｂに密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むよ
うにして配設されている。セパレータ６１，６２は共
に、ガスを透過せず，しかも良好な熱伝導性と良好な電
気伝導性を備えた材料（例えば炭素，金属等である。）
を用いて製作されている。

【０００７】セパレータ６１，６２には、燃料電池セル
７に反応ガスを供給する手段として、それぞれガス通流
用の溝が備えられている。すなわち、セパレータ６１
は、燃料電池セル７の側面７ａに接する側面６１ａ側
に、燃料ガスを通流させると共に，未消費の水素を含む
燃料ガスを排出するための間隔を設けて複数個設けられ
た凹状の溝（ガス通流用の溝）６１１Ａと、この溝６１
１Ａ間に介在する凸状の隔壁６１２Ａとが、互いに交互
に形成されている。セパレータ６２は、燃料電池セル７
の側面７ａに接する側面６２ａ側に、酸化剤ガスを通流
させると共に，未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排出す
るための間隔を設けて複数個設けられた凹状の溝（ガス
通流用の溝）６２１Ａと、この溝６２１Ａ間に介在する
凸状の隔壁６２２Ａとが、互いに交互に形成されてい
る。なお、凸状の隔壁６１２Ａ，６２２Ａの頂部は、そ
れぞれ、セパレータ６１，６２のそれぞれの側面６１
ａ，６２ａと同一面になるように形成されている。

【０００８】セパレータ６２のそれぞれの溝６２１Ａの
両端部は、これ等の溝６２１Ａが互いに並列になって溝
６２４Ａ，６２４Ａに連通されている。この溝６２４
Ａ，６２４Ａの端部には、側面６２ａとは反対側となる
側面６２ｂ側に開口する１対の貫通穴６２５Ａ，６２５
Ａが形成されている。また、セパレータ６２には、側面
６２ａと側面６２ｂとを結ぶ１対の貫通穴６２６Ａ，６
２６Ａが、図７中に示すように、１対の貫通穴６２５
Ａ，６２５Ａとは互いにたすき掛けの位置関係となる部
位に形成されている。溝６２１Ａ、溝６２４Ａ、貫通穴
６２５Ａは、セパレータ６２における酸化剤ガスを通流
させるためのガス通流路を構成している。

【０００９】また、セパレータ６１にも、貫通穴６１５
Ａ，６１５Ａと貫通穴６１６Ａ，６１６Ａが形成されて
いる。すなわち、セパレータ６１のそれぞれの溝６１１
Ａの両端部は、これ等の溝６１１Ａが互いに並列になっ
て，セパレータ６２の場合の溝６２４Ａ，６２４Ａと同
様形状の溝に連通されている。貫通穴６１５Ａ，６１５
Ａは、この溝（６２４Ａと同様形状の溝である。）の端
部から、側面６１ａとは反対側となる側面６１ｂ側に開
口されている。貫通穴６１６Ａ，６１６Ａは、側面６１
ａと側面６１ｂとを結んで、セパレータ６２における貫
通穴６２５Ａと貫通穴６２６Ａと同様の位置関係で、図
６（ａ）中に示すように，１対の貫通穴６１５Ａ，６１
５Ａとは互いにたすき掛けの位置関係となる部位に形成
されている。溝６１１Ａ、前記の溝（６２４Ａと同様形
状の溝である。）、貫通穴６１５Ａは、セパレータ６１
における燃料ガスを通流させるためのガス通流路を構成
している。

【００１０】さらに、７３は、前記したガス通流路中を
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体（例えば、Ｏリ
ングである。）である。ガスシール体７３は、それぞれ
のセパレータ６１，６２の溝６１１Ａ，６２４Ａと同様
形状の溝、および、溝６２１Ａ，６２４Ａが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝６１９，６２９中
に収納されて配置されている。なお、図示するのは省略
したが、セパレータ６１が持つ貫通穴６１５Ａ，６１６
Ａの側面６１ｂへのそれぞれの開口部と、６１６Ａの側
面６１ａへのそれぞれの開口部を取り巻いて、また、セ
パレータ６２が持つ貫通穴６２５Ａ，６２６Ａの側面６
２ｂへのそれぞれの開口部と、６２６Ａの側面６２ａへ
のそれぞれの開口部を取り巻いて、反応ガスがこの部位
からガス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾
性材製のガスシール体（例えば、Ｏリングである。）を
収納するための凹形状の溝が形成されている。

【００１１】セパレータ６１，６２には、燃料電池セル
７で発生した熱を燃料電池セル７から取り出すための冷
却部として、冷却用流体を通流させる溝が備えられてい
る。すなわち、セパレータ６２は、その側面６２ｂに後
記する冷却用流体９９を通流させる凹状の溝（冷却用流
体通流用の溝）６２１Ｂ，６２５Ｂが形成されている。
溝６２１Ｂの両端部には、側面６２ｂに開口する１対の
貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂが形成されており、溝６２５
Ｂの両端部には、側面６２ｂに開口する１対の貫通穴６
２６Ｂ，６２７Ｂが形成されている。溝６２１Ｂ，貫通
穴６２３Ｂ，６２４Ｂ、および、溝６２５Ｂ，貫通穴６
２６Ｂ，６２７Ｂは、セパレータ６２における冷却用流
体を通流させる冷却部を構成している。また、セパレー
タ６１には、セパレータ６２と同様に、その側面６１ｂ
に、冷却用流体９９を通流させる凹状の溝（冷却用流体
通流用の溝）６１１Ｂ，６１５Ｂが形成されている。溝
６１１Ｂの両端部には、側面６１ｂに開口する１対の貫
通穴６１３Ｂ，６１４Ｂが形成されており、溝６１５Ｂ
の両端部には、側面６１ｂに開口する１対の貫通穴６１
６Ｂ，６１７Ｂが形成されている。溝６１１Ｂ，貫通穴
６１３Ｂ，６１４Ｂ、および、溝６１５Ｂ，貫通穴６１
６Ｂ，６１７Ｂは、セパレータ６１における冷却用流体
を通流させる冷却部を構成している。

【００１２】セパレータ６１の側面６１ｂ，セパレータ
６２の側面６２ｂには、溝６１１Ｂ，６１５Ｂ、およ
び、６２１Ｂ，６２５Ｂを取り巻いて、凹形状の溝６１
８Ｂ，６２８Ｂがそれぞれ形成されている。これ等の凹
形状の溝は、冷却用流体９９が漏れ出るのを防止するた
めの、弾性材製のシール体（例えば、Ｏリングであ
る。）を収納するためのものである。なお、図示するの
は省略したが、セパレータ６１が持つ貫通穴６１３Ｂ，
６１４Ｂ，６１６Ｂ，６１７Ｂの側面６１ａへのそれぞ
れの開口部を取り巻いて、また、セパレータ６２が持つ
貫通穴６２３Ｂ，６２４Ｂ，６２６Ｂ，６２７Ｂの側面
６２ａへのそれぞれの開口部を取り巻いて、冷却用流体
９９がこの部位から冷却部外に漏れ出るのを防止する役
目を負う弾性材製のシール体（例えば、Ｏリングであ
る。）を収納するための凹形状の溝が形成されている。

【００１３】１個の燃料電池セル７が発生する電圧は、
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池６の複数個（数十個から数百個であることが
多い。）を、燃料電池セル７の発生電圧が互いに直列接
続されるように積層した単位燃料電池の積層体として構
成し、電圧を高めて実用に供されるのが一般である。図
８は、従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的に
示した要部の構成図で，（ａ）はその側面図であり、
（ｂ）はその上面図である。なお、図８中には、図５〜
図７で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。

【００１４】図８において、９は、複数（図８では、単
電池６の個数が７個である場合を例示した。）の単電池
６を積層して構成された、単電池６の積層体を主体とし
た固体高分子電解質型燃料電池（以降、スタックと略称
することがある。）である。スタック９は、単電池６の
積層体の両端部に、単電池６で発生した直流電力をスタ
ック９から取り出すための，銅材等の導電材製の集電板
９１，９１と、単電池６、集電板９１を構造体から電気
的に絶縁するための電気絶縁材製の電気絶縁板９２，９
２と、両電気絶縁板９２の両外側面に配設される鉄材等
の金属製の加圧板９３Ａ，９３Ｂとを順次積層し、加圧
板９３Ａ，９３Ｂにその両外側面側から複数の締付けボ
ルト９４により適度の加圧力を与えるようにして構成さ
れている。

【００１５】互いに隣接する単電池６において、セパレ
ータ６１に形成された貫通穴６１５Ａとセパレータ６２
に形成された貫通穴６２６Ａとは、また、セパレータ６
１に形成された貫通穴６１６Ａと、セパレータ６２に形
成された貫通穴６２５Ａとは、互いにその開口部位を合
致させて形成されている。また、集電板９１，電気絶縁
板９２，加圧板９３Ａの、セパレータ６１が備えている
貫通穴６１５Ａ，６１６Ａと対向する部位には、それぞ
れ図示しない貫通穴が形成されている。また、集電板９
１，電気絶縁板９２，加圧板９３Ｂの、セパレータ６２
が備えている貫通穴６２５Ａ，６２６Ａと対向する部位
にも、それぞれ図示しない貫通穴が形成されている。こ
れ等により、複数の単電池６を積層する際に、全部の単
電池６がそれぞれに持つ燃料ガス用のガス通流路および
酸化剤ガス用のガス通流路は、それぞれが互いに連通し
たガス通流路を形成している。

【００１６】また、互いに隣接する単電池６において、
セパレータ６１に形成された貫通穴６１３Ｂとセパレー
タ６２に形成された貫通穴６２３Ｂとは、セパレータ６
１に形成された貫通穴６１４Ｂとセパレータ６２に形成
された貫通穴６２４Ｂとは、セパレータ６１に形成され
た貫通穴６１６Ｂとセパレータ６２に形成された貫通穴
６２６Ｂとは、さらに、セパレータ６１に形成された貫
通穴６１７Ｂとセパレータ６２に形成された貫通穴６２
７Ｂとは、互いにその開口部位を合致させて形成されて
いる。また、集電板９１，電気絶縁板９２，加圧板９３
Ａの、セパレータ６１が備えている貫通穴６１３Ｂ，６
１７Ｂと対向する部位には、それぞれ、貫通穴６１３Ｂ
と同形の図示しない貫通穴が形成されている。そうし
て、加圧板９３Ａのスタック９の外側面となる側面に
は、それぞれの貫通穴に対向させて、冷却用流体用の配
管接続体９８が装着されている。また、電気絶縁板９２
の両側面の貫通穴の開口部、および、加圧板９３Ａの配
管接続体９８が装着される側面の，貫通穴の開口部のそ
れぞれには、貫通穴を取り巻いて、凹形状の溝が形成さ
れている。それぞれの溝には、冷却用流体９９がこれ等
の部位から冷却部外に漏れ出るのを防止する役目を負う
図示しない弾性材製のシール体（例えば、Ｏリングであ
る。）が装着される。なお、セパレータ６１に形成され
ているそれぞれの溝６１８Ｂにも、図示しないシール体
が装着されている。

【００１７】さらに、集電板９１，電気絶縁板９２，加
圧板９３Ｂの、セパレータ６２が備えている貫通穴６２
３Ｂ，６２７Ｂと対向する部位にも、集電板９１，電気
絶縁板９２，加圧板９３Ａの場合と同様に、図示しない
貫通穴，溝が形成されている。また、加圧板９３Ｂのス
タック９の外側面となる側面には、それぞれの貫通穴に
対向させて、冷却用流体９９用の配管接続体９８が装着
されている。それぞれの溝には図示しないシール体が、
また、セパレータ６２に形成されているそれぞれの溝６
２８Ｂにも図示しないシール体が装着される。かくし
て、これ等により、複数の単電池６を積層する際に、単
電池６等がそれぞれに持つ冷却用流体９９の通流路は、
互いに連通されて構成されることになる。

【００１８】締付けボルト９４は、加圧板９３Ａ，９３
Ｂに跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれ
の締付けボルト９４は、これ等と嵌め合わされる六角ナ
ット等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね等と協
同して、単電池６をその積層方向に加圧する。この締付
けボルト９４が単電池６を加圧する加圧力は、燃料電池
セル７の見掛けの表面積あたりで、５〔kg/cm²〕内外程
度であるのが一般である。

【００１９】このように構成されたスタック９におい
て、反応ガスは、それぞれのセパレータ６１，６２に形
成されたガス通流用の溝６１１Ａ，６２１Ａ中を、図８
（ａ）中に矢印で示したごとく、重力方向に対して上側
から，重力方向に対して下側に向かって流れる。しか
も、反応ガスは、複数個有る単電池６に関してはそれぞ
れ並列に供給されることになる。そうして、燃料電池セ
ル７に使用されているＰＥ膜７Ｃは、前述したとおりに
飽和に含水させることにより良好なプロトン導電性電解
質として機能する膜であるので、反応ガスは、適度の値
の湿度状態に調整されてスタック９に供給されている。

【００２０】ところで、単電池６が持つ燃料電池セル７
は、よく知られている固体高分子電解質型燃料電池の持
つ発電機能によって直流電力の発電を行う際に、発電す
る電力とほぼ同等量の損失が発生することは避けられな
いものである。この損失による熱を除去するためにスタ
ック９に供給されるのが、例えば、市水である冷却用流
体９９である。単電池６では、この冷却用流体９９が、
セパレータ６１，６２に形成された溝６１１Ｂ，６２１
Ｂ，６１５Ｂ，６２５Ｂ中を前述したように通流するこ
とで、燃料電池セル７は、セパレータ６１，６２を介し
て冷却される。燃料電池セル７は、これにより、７０
〔℃〕から８０〔℃〕程度の温度条件で運転されるのが
一般である。

【００２１】なお、単電池として、冷却用流体を通流さ
せる溝が備えられていないセパレータを用い、その代わ
りに、専用の冷却体を備えたスタックも知られている。
この場合には、冷却体には配管を介して冷却用流体の供
給を行うことが一般である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る固体高分子電解質型燃料電池（スタック）において
は、所要個数の単電池６を積層することで、必要な電力
値の直流電力を、スタック単体、あるいは、二次電池等
の蓄電装置を併設したうえで、負荷装置に供給すること
が可能であるが、次記することが問題になっている。す
なわち、複数個が直列に積層されている単電池６の内の１個ま
たは数個に、万一異常が発生した場合である。スタック
は前記の構成を備えているので、異常の発生した単電池
６の個数が僅かであっても、その異常の程度によっては
スタックの出力電力値が極度に低下し、スタックが発電
装置として機能することが不可能になってしまうのであ
る。

【００２３】このために、単電池６に発生した異常の程
度によっては、異常となった単電池６が持つ燃料電池セ
ル７を、良品の燃料電池セル７と交換をしなければなら
ないのである。しかし、スタックは前記した構成を備え
ているので、燃料電池セル７の交換のためには、まず締
付けボルト９４、加圧板９３Ａ，９３Ｂ等を取り外し、
そうして、単電池６の積層体を不良の燃料電池セル７を
取り出せるまで分解する必要が有る。不良の燃料電池セ
ル７が良品の燃料電池セル７に交換されると、分解時と
は逆の順序で、全数の単電池６等の積層作業と締付けボ
ルト９４等の組み込み作業が行われ、締付けボルト９４
等を用いて所定の値の加圧力で単電池等を加圧すること
になる。この再組立作業は、スタックに使用されている
多数のシール体の全数が、所定とおりに加圧される必要
がある等、専門の作業者によって慎重に行わなければな
らないものであり、従って、かなり長い作業時間を要す
るものである。

【００２４】なお、冷却用流体を通流させる溝が備えら
れていないセパレータを有する単電池が用いられている
スタックの場合には、使用されるシール体の個数は減少
されるであるが、冷却用流体用の配管の接続処理に時間
を要するので、スタックの分解・再組立てに要する時間
が長時間にわたることはさして変わりがないのである。

【００２５】前記したところにより、固体高分子電解質
型燃料電池から電源の供給を受けている負荷装置は、そ
の間、その運転を休止しなければならないことになり、
固体高分子電解質型燃料電池としては、発電装置として
の信頼性が低下することになる。また、固体高分子電解
質型燃料電池に蓄電装置を併設している場合には、前記
の長い作業時間の間は蓄電装置から負荷装置に電力の供
給を行えるようにするために、蓄電装置が備えなければ
ならない蓄電容量が大きくなり、蓄電装置が大形にな
り，かつ，高価になるのである。

【００２６】前記項による負荷装置の長時間の運転
休止を避けるために、例えば、それぞれの単電池が有す
るセパレータに、電流を取り出すための電気接続用端子
を形成しておく構成方法が考えられる。この構成は、異
常となった単電池が有するセパレータの電気接続用端子
間を電気的に短絡することで、一部の単電池に異常が発
生したとしても、スタックの発電装置として機能の継続
を可能にすることを意図したものである。この方法は、
異常が発生した単電池が有するセパレータの電気接続用
端子間を電気的に短絡するだけの作業で済み、スタック
の分解・再組立て作業が不要であるので、負荷装置の運
転休止時間を短時間で済ますことが可能となるのであ
る。しかしながらこの方法では、異常となった単電池に
おいては、電気的に短絡されることになるので大きな電
流が流れることになり、このために、異常となった単電
池が有する燃料電池セル７が機械的に破損することが考
えられる。燃料電池セル７が破損すると、燃料電池セル
７によって互いに仕切られていた燃料ガスと酸化剤ガス
が、破損した電解質層７Ｃを通過して混合して燃焼が発
生し、正常な燃料電池セル７をも破損させる等の新たな
不具合を招くことになるので、その採用は不可能であっ
た。

【００２７】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、単位燃料電池に異
常が発生した場合に、この異常な単位燃料電池を無通電
状態にしつつ運転継続処置の簡略化が可能な、固体高分
子電解質型燃料電池を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス流通溝が形成さ
れている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス流通溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス流通溝側の側面に対向させ
て，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の，少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板とを備え
た固体高分子電解質型燃料電池において、単位燃料電池
の積層体が備えるそれぞれの単位燃料電池，または，複
数個置きの単位燃料電池が有するセパレータの，少なく
とも互いに隣り合う単位燃料電池に対向するセパレータ
に形成された電気接続用端子と、互いに電気接続用端子
が形成されたセパレータの，反ガス流通溝側の側面の相
互間に介挿される電気絶縁材製の中間電気絶縁板と、電
気接続用端子の間を電気的に接続する電気接続体とを備
えた構成とすること、により達成される。

【００２９】

【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料
電池において、単位燃料電池の積層体が備えるそれぞれ
の単位燃料電池，または，複数個置きの単位燃料電池が
有するセパレータの，少なくとも互いに隣り合う単位燃
料電池に対向するセパレータに形成された電気接続用端
子と、互いに電気接続用端子が形成されたセパレータ
の，反ガス流通溝側の側面の相互間に介挿される電気絶
縁材製の中間電気絶縁板と、電気接続用端子の間を電気
的に接続する電気接続体とを備えた構成とすることによ
り、この発明による固体高分子電解質型燃料電池は、そ
れぞれの中間電気絶縁板を内側に挟んで，中間電気絶縁
板の両側にそれぞれ配置された単位燃料電池は、両単位
燃料電池が有するセパレータの内の，中間電気絶縁板側
に配置されたセパレータに形成されている電気接続用端
子の相互間を電気接続体で接続し合うことにより、電気
的に接続されて運転される。

【００３０】この状態で一部の単位燃料電池に異常が発
生した場合には、この異常な単位燃料電池を内側に挟ん
で中間電気絶縁板が配置されている場合を例にとると、
この両中間電気絶縁板を内側に挟んで配置されたセパレ
ータ間では、電気接続用端子の相互間を接続している電
気接続体は除去される。そうして、これ等の中間電気絶
縁板の異常な単位燃料電池に対して、互いに反対側とな
る側に対向して配置されたセパレータに形成された電気
接続用端子の相互間を、電気接続体で接続し合う。これ
により、異常な単位燃料電池は、正常な単位燃料電池か
ら電気的に切り離されると共に、アノード極とカソード
極との間は電気的に開放された状態となる。他方、正常
な単位燃料電池の相互間は電気的に接続されることにな
るので、固体高分子電解質型燃料電池は、その運転を行
うことが可能になるのである。

【００３１】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、この発明の一実施例による固体高
分子電解質型燃料電池の要部の構成を示すその上面図で
あり、図２は、図１に示した固体高分子電解質型燃料電
池の一部省略した側面図である。図３は、図１における
Ｑ部の一部破断した上面図である。図１〜図３におい
て、図５〜図８に示した従来例による固体高分子電解質
型燃料電池および単位燃料電池と同一部分には同じ符号
を付し、その説明を省略する。なお、図３中では、図５
〜図８で示したものの一部を省略して示すと共に、図５
〜図８で付した符号については、代表的な符号のみを記
した。また、図１，図２中では、図３，図５〜図８で示
したものの一部を省略して示すと共に、図３，図５〜図
８で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。

【００３２】図１〜図３において、１は、図８に示した
従来例による固体高分子電解質型燃料電池９に対して、
単位燃料電池６に替えて単位燃料電池２を用いると共
に、使用されている単位燃料電池２の個数に対して１個
少ない個数の中間電気絶縁板４と、中間電気絶縁板４と
同数の電気接続体５とを用いるようにした固体高分子電
解質型燃料電池（以降、スタックと略称することがあ
る。）である。単位燃料電池（以降、単電池と略称する
ことがある。）２は、図５〜図７に示した従来例による
単電池６に対して、セパレータ６１，６２に替えてセパ
レータ３１，３２を用いるようにしている。セパレータ
３１，３２は、図５〜図７に示した従来例によるセパレ
ータ６１，６２に対して、例えば、単電池２として組み
立てられた場合に単電池２の同一の端面となる側に、セ
パレータに用いられている材料等の導電材を用いて、そ
れぞれに電気接続用端子３１１，３２１が一体に形成さ
れている点が相異している。なお、セパレータ３１に形
成された電気接続用端子３１１と、セパレータ３２に形
成された電気接続用端子３２１とは、図１中に示したよ
うに、単電池２として組み立てられた場合に互いにたす
き掛けとなる位置関係に形成されることが、電気接続体
５を接続する作業を容易にするために好ましいものであ
る。

【００３３】中間電気絶縁板４は、エポキシ樹脂，アル
ミナ磁器等の電気絶縁材を用いて板状に形成されてい
る。中間電気絶縁板４には、燃料電池セル７が持つＰＥ
膜７Ｃに形成されている貫通穴７１と対向する位置に、
貫通穴７１ほぼ同等の寸法の貫通穴４１が形成されてお
り、また、ＰＥ膜７Ｃに形成されている貫通穴７２と対
向する位置に、貫通穴７２ほぼ同等の寸法の図示しない
貫通穴が形成されている。これ等の貫通穴は、貫通穴７
１，７２と同一の役目を担うものである。電気接続体５
は、柔軟な導電材を主体として構成されており、その両
端部には、電気接続用端子３１１，３２１に接続するた
めの端子部が形成されている。電気接続体５の両端子部
には貫通穴５１が、電気接続用端子３２１には貫通穴３
２２が、電気接続用端子３１１にも貫通穴３２２と同様
の図示しない貫通穴が形成されている。これ等の貫通穴
を用いて六角ボルト５２等の締結手段を装着して、電気
接続体５のそれぞれの端子部と、電気接続用端子３１
１，３２１との間が、電気的に接続される。

【００３４】スタック１では、単電池の積層体は、従来
例のスタック９の場合と異なり、単電池２と中間電気絶
縁板４とを交互に積層することで構成されている。そう
して、積層体の両端部には共に単電池２が配設されてい
る。このような構成を持つ単電池の積層体の両端部に、
スタック９の場合と同様に、集電板９１，９１、電気絶
縁板９２，９２、加圧板９３Ａ，９３Ｂが順次積層さ
れ、締付けボルト９４により加圧力を与えられるのであ
る。そうして、単電池２_A〔個々の単電池２を区別する
場合には、符号２に続いてＡ〜Ｇのサフィックスを付す
ことにする。Ａ〜Ｇについては、図２，図４（後記す
る．）を参照されたい。〕が持つセパレータ３２に形成
されている電気接続用端子３２１と、単電池２_Bが持つ
セパレータ３１に形成されている電気接続用端子３１１
との間が、電気接続体５によって接続される。他の単電
池２の相互間も、図１中に例示したように、電気接続体
５によって接続されて、スタック１が構成されることに
なる。

【００３５】図１〜図３に示す実施例では前述の構成と
したので、スタック１は隣り合う単電池２の相互間には
中間電気絶縁板４が介挿されているのであるが、電気接
続体５により単電池２_A〜単電池２_Gは電気的に直列に
接続されることで、従来例のスタック９と同等の電気出
力値で運転されることになる。そうして、例えば、単電
池２_Aと単電池２_Eとに異常が発生した、図４中に例示
したような場合には、単電池２_Aが持つセパレータ３１
の電気接続用端子３１１と、単電池２_Bが持つセパレー
タ３１の電気接続用端子３１１との間、および、単電池
２_Dが持つセパレータ３２の電気接続用端子３２１と、
単電池２_Fが持つセパレータ３１の電気接続用端子３１
１との間が、電気接続体５によって接続される。この電
気接続体５の接続変更を行う際に、電気接続体５が柔軟
な導電材を主体として構成されていることは、接続変更
作業を容易に行えることで好ましいのである。

【００３６】前記した電気接続体５の接続変更を行うこ
とにより、隣り合う単電池２の相互間には中間電気絶縁
板４が介挿されていることで、異常となった単電池２_A
と単電池２_Eとは、正常である単電池２_B〜２_D，
２_F，２_Gから電気的に切り離されると共に、アノード
極７Ａ，カソード極７Ｂとの間は電気的に開放された状
態となる。他方、前記の正常な単電池２は、電気的に直
列に接続されることになるので、スタック１は、多少そ
の出力値は低減はするが、その運転を行うことが可能と
なるのである。

【００３７】そうして、この異常となった単電池２に対
する処置は、スタック１の単電池の積層体を分解するこ
と無しに行うことが可能であるので、スタック１の運転
停止時間は極めて短時間で済むことになる。これに加え
て、スタック１の単電池の積層体を分解すること無し
に、異常となった単電池２に対する処置が行えるにもか
かわらず、異常となった単電池２は、電気的に切り離さ
れることで無通電状態にすることが可能である。これに
より、正常な単電池２に異常が波及することも起こりえ
ないのである。

【００３８】実施例における今までの説明では、単電池
２と中間電気絶縁板４は交互に積層されるとしてきた
が、これに限定されるものではなく、中間電気絶縁板４
は、適宜の複数の単電池２毎に介挿してもよいものであ
る。また、実施例における今までの説明では、単電池の
積層体の両端に配設された単電池２_A，２_Gも、他の単
電池２_B〜２_Fと同様に両セパレータ３１，３２のそれ
ぞれに、電気接続用端子３１１，３２１が形成されると
してきたが、これに限定されるものではなく、例えば、
積層体の両端等の，集電板９１に対向されて配設された
単電池にあっては、集電板９１と対向する側のセパレー
タには電気接続用端子の形成をせず、その替わりとし
て、集電板９１を利用してもよいものである。

【００３９】

【発明の効果】この発明においては、前述の構成とした
ことにより、固体高分子電解質型燃料電池は、その単電
池の積層体を分解すること無しに、異常となった単位燃
料電池に対する処置を短時間で行うことが可能であり、
しかも、異常となった単位燃料電池は無通電状態にする
ことが可能である。これ等により、固体高分子電解質型
燃料電池の発電装置としての信頼性の向上が可能となる
と共に、蓄電装置を低容量化し，その製造原価を低減す
ることが可能となるとの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による固体高分子電解質型
燃料電池の要部の構成を示すその上面図

【図２】図１に示した固体高分子電解質型燃料電池の一
部省略した側面図

【図３】図１におけるＱ部の一部破断した上面図

【図４】図１に示した固体高分子電解質型燃料電池の異
常となった単位燃料電池に対する処置方法を説明するそ
の上面図

【図５】従来例の固体高分子電解質型燃料電池が備える
単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の側
面断面図

【図６】図５に示した単位燃料電池を展開した状態で模
式的に示した斜視図

【図７】単位燃料電池が有するセパレータを図５におけ
るＰ矢方向から見た図

【図８】従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的
に示した要部の構成図で，（ａ）はその側面図、（ｂ）
はその上面図

【符号の説明】

１固体高分子電解質型燃料電池（スタック）２単位燃料電池（単電池）３１セパレータ３１１電気接続用端子３２セパレータ３２１電気接続用端子４中間電気絶縁板５電気接続体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主
面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料電池セルに
燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのガス流通溝
が形成されている１対のセパレータ、を持つ単位燃料電
池を複数個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレ
ータの反ガス流通溝側の側面を，互いに隣り合う単位燃
料電池が有するセパレータの反ガス流通溝側の側面に対
向させて，隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単
位燃料電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の
積層体の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側
面に当接された導電材製の集電板と、これ等の集電板
の，少なくとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置
する集電板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶
縁板と、これ等の電気絶縁板の，少なくとも単位燃料電
池の積層体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に
当接され，単位燃料電池の積層体，集電板，電気絶縁板
をこれ等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と
を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、単位燃料電池の積層体が備えるそれぞれの単位燃料電
池，または，複数個置きの単位燃料電池が有するセパレ
ータの，少なくとも互いに隣り合う単位燃料電池に対向
するセパレータに形成された電気接続用端子と、互いに
電気接続用端子が形成されたセパレータの，反ガス流通
溝側の側面の相互間に介挿される電気絶縁材製の中間電
気絶縁板と、電気接続用端子の間を電気的に接続する電
気接続体とを備えたことを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。