(57)【要約】【課題】燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現する燃料電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】膜電極接合体（ＭＥＡ）５３０とＭＥＡを両面から挟持するセパレータ５１０とを含む燃料電池セルが積層された燃料電池積層体と、セパレータとＭＥＡとの間に配置され、基部がセパレータに固定され先端がＭＥＡと接触した折曲げ片を有するモール５００と、燃料電池積層体を囲む１組の対向する面状体を含む位置決め基準体５４１、５４２と、を有し、モールは基部から先端がセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲してＭＥＡと接触し、接触による摩擦力でＭＥＡ上を滑らず燃料電池積層体の締結時の締結力により角度が小さくなる変形をすることで、ＭＥＡとセパレータに相対的な推進力を発生させ、ＭＥＡとセパレータとが位置決め基準体に突き当たることでそれぞれ位置を揃えることを特徴とする。【選択図】図５
2010040487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と前記膜電極接合体を両面から挟持するセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体と、
前記燃料電池セルの前記セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、基部が前記セパレータに固定され先端が前記膜電極接合体と接触した折曲げ片を有する複数のモールと、
前記燃料電池積層体を囲む少なくとも１組の対向する面状体を含む位置決め基準体と、を有し、
前記複数のモールは、前記基部から前記先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して前記膜電極接合体と接触し、前記接触による摩擦力で前記膜電極接合体上を滑らずに燃料電池積層体が締結されるときの締結力により前記角度が小さくなる変形をすることで、前記膜電極接合体と前記セパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の前記膜電極接合体と複数の前記セパレータとが前記位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記モールの前記先端のうち基部から前記膜電極接合体と接触する接触点までの長さは、前記変形の後の前記角度の余弦の値から前記変形の前の前記角度の余弦の値を減算した値で、前記燃料電池セルの積層の位置決め精度を除した値より大きい値とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記モールの先端と前記膜電極接合体との接触による静摩擦力は前記セパレータと前記膜電極接合体との摺動抵抗値と同じとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記膜電極接合体または前記セパレータのいずれかが前記位置決め基準体に突き当たった後に前記モールの先端が前記膜電極接合体に対して滑動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池セルの前記セパレータと前記膜電極接合体との間に配置されたモールは、前記膜電極接合体に対し面対称をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記位置決め基準体は対向する第１面状体と第２面状体との組を２組含み、
前記複数のモールの先端の前記折曲する方向は、複数の前記膜電極接合体が前記２組のうち一方の組の第１面状体および他方の組の第２面状体に突き当たることで位置を揃え、かつ、複数の前記セパレータが前記２組のうち一方の組の第２面状体および他方の組の第１面状体に突き当たることで位置を揃える方向であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記モールは絶縁性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
膜電極接合体と前記膜電極接合体を両面から挟持する面状のセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体の、前記膜電極接合体と前記セパレータとの位置をそれぞれ揃える、燃料電池製造方法であって、
前記セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、基部が前記セパレータに固定され、先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して前記膜電極接合体と接触する折曲げ片を有する複数のモールを設置した前記燃料電池積層体を、少なくとも１組の対向する面状体を含む位置決め基準体が前記燃料電池積層体を囲むように配置させる積層体配置段階と、
前記燃料電池積層体を締結することにより、前記モールが前記接触による摩擦力で前記膜電極接合体上を滑らずに前記角度が小さくなる変形をし、前記膜電極接合体と前記セパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の前記膜電極接合体と複数の前記セパレータとが前記位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える積層体締結段階と、
を有することを特徴とする燃料電池製造方法。
【請求項９】
積層体締結段階は、前記燃料電池積層体にエアを吹き込み前記燃料電池セルの前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に前記エアを流入させた状態で前記積層構造を締結することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が注目されている。燃料電池は膜電極接合体（ＭＥＡ）とセパレータからなる燃料電池セルの積層構造からなり、燃料電池セルの位置決めには高い精度が要求される。
【０００３】
燃料電池セルの位置決めをする発明に関して、燃料電池の同一の側面を形成する各燃料電池セルの少なくとも一辺に切欠部を設け、該切欠部を固定されたガイドポストに当接させて燃料電池セルを積層させるというものがある（特許文献１）。
【０００４】
しかし、膜電極接合体は剥離破損しやすいため、上記発明では短時間かつ高精度に位置決めをすることができないという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−４８８４９号公報
【特許文献２】特開２００５−７１８６９号公報
【特許文献３】特開２００６−３１８７７２号公報
【特許文献４】特開２００６−１４７４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池積層体の締結時の締結力を利用して、膜電極接合体とセパレータに推進力を発生させてそれぞれ位置決め基準体に突き当てることで、燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池は、膜電極接合体と膜電極接合体を両面から挟持するセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体と、燃料電池セルのセパレータと膜電極接合体との間に配置され、基部がセパレータに固定され先端が膜電極接合体と接触した折曲げ片を有する複数のモールと、燃料電池積層体を囲む少なくとも１組の対向する面状体を含む位置決め基準体と、を有し、複数のモールは、基部から先端がセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して膜電極接合体と接触し、接触による摩擦力で膜電極接合体上を滑らずに燃料電池積層体が締結されるときの締結力により角度が小さくなる変形をすることで、膜電極接合体とセパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の膜電極接合体と複数のセパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る燃料電池の製造方法は、膜電極接合体と膜電極接合体を両面から挟持する面状のセパレータとを含む燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体の、膜電極接合体とセパレータとの位置をそれぞれ揃える、燃料電池製造方法であって、セパレータと膜電極接合体との間に配置され、基部がセパレータに固定され、先端が前記セパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲して膜電極接合体と接触する折曲げ片を有する複数のモールを設置した燃料電池積層体を、少なくとも１組の対向する面状体を含む位置決め基準体が燃料電池積層体を囲むように配置させる積層体配置段階と、積層構造を締結することにより、モールが接触による摩擦力で膜電極接合体上を滑らずに角度が小さくなる変形をし、膜電極接合体とセパレータに対し互いに反対方向の推進力を発生させ、複数の膜電極接合体と複数のセパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える積層体締結段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る燃料電池およびその製造方法によれば、燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現することができる。さらに、燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る燃料電池およびその製造方法について、第１実施形態〜第３実施形態に分け、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
これらの実施形態の説明をする前に、本発明の理解を容易なものとするために、燃料電池スタックの全体構成について簡単に説明しておく。図１は燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図であり、図２は、燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大図である。
【００１１】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、アノード反応ガス（本明細書では水素）とカソード反応ガス（本明細書では酸素）の反応により起電力を生じる単位電池セル（以下、「燃料電池セル」と称する）２を所定数だけ積層して積層体３とされ、その積層体３の両端に集電板４、絶縁板５およびエンドプレート６を配置し、該積層体３の内部に貫通した貫通孔（図示は省略する）にタイロッド７を貫通させ、そのタイロッド７の端部にナット（図示は省略する）を螺合させることで構成されている。
【００１２】
この燃料電池スタック１においては、アノード反応ガス、カソード反応ガスおよび液状媒体（具体的には冷却水又は温水）をそれぞれ各燃料電池セル２のセパレータ（図示は省略する）に形成された流路溝に流通させるためのアノード反応ガス供給口８、アノード反応ガス排出口９、カソード反応ガス供給口１０、カソード反応ガス排出口１１、媒体供給口１２および媒体排出口１３を、一方のエンドプレート６に形成している。
【００１３】
アノード反応ガスは、アノード反応ガス供給口８より供給されてセパレータに形成されたアノード反応ガス供給用の流路溝を流れ、アノード反応ガス排出口９より排出される。カソード反応ガスは、カソード反応ガス供給口１０より供給されてセパレータに形成されたカソード反応ガス供給用の流路溝を流れ、カソード反応ガス排出口１１より排出される。液状媒体は、媒体供給口１２より供給されてセパレータに形成された媒体供給用の流路溝を流れ、媒体排出口１３より排出される。
【００１４】
燃料電池セル２は、図２に示すように、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）とも称する。）１４と、このＭＥＡ１４の両面にそれぞれ配置されるセパレータ１５とから構成される。以下、ＭＥＡ１４のアノード側に配置されるセパレータ１５を、アノードセパレータ１５Ａと称し、カソード側に配置されるセパレータ１５をカソードセパレータ１５Ｂと称する。
【００１５】
ＭＥＡ１４は、例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜１４１と、アノード触媒層１４２Ａとガス拡散層１４３Ａからなるアノードとしてのアノード電極１４４Ａと、電極触媒である触媒金属としてのカソード触媒層１４２Ｂとガス拡散層１４３Ｂからなるカソードとしてのカソード電極１４４Ｂとからなる。ＭＥＡ１４は、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂによって、固体高分子電解質膜１４１をその両側から挟み込んだ積層構造とされている。
【００１６】
セパレータ１５は、板厚の薄い導電性金属板を金型で所定形状に成形することにより形成される。セパレータ１５は、図に示すように、発電に寄与するアクティブ領域（ＭＥＡ１４と接する中央部分の領域）に、凸条部１６と凹条部１７を交互に形成した凹凸形状（いわゆるコルゲート形状）を有している。
【００１７】
ＭＥＡ１４のアノード電極１４４Ａ側に接して配置されるアノードセパレータ１５Ａの凸部１６Ａと凹部１７Ａは、ＭＥＡ１４との間にアノード反応ガス（水素；Ｈ２）を流通させる流路溝となりアノード反応ガス流路（アノードの流路）１８を形成する。一方、ＭＥＡ１４のカソード電極１４４Ｂ側に接して配置されるカソードセパレータ１５Ｂの凸部１６Ｂと凹部１７Ｂは、ＭＥＡ１４との間にカソード反応ガス（酸素；Ｏ２）を流通させる流路溝となりカソード反応ガス流路（カソードの流路）１９を形成する。
【００１８】
アノード反応ガス流路１８に水素を、カソード反応ガス流路１９に酸素を、それぞれ流通させると、水素はアノード触媒層１４２Ａの触媒作用で水素イオンに変わり電子を放出する。電子を放出した水素イオンは固体高分子電解質膜１４１を通過する。カソード触媒層１４２Ｂでは固体高分子電解質膜１４１を通過してきた水素と外部回路（図示せず）を経由してきた電子が酸素と反応して水を生成する。この作用によってアノード電極１４４Ａがマイナスに、カソード電極１４４Ｂがプラスになり、図２に示すように、アノード電極１４４Ａとカソード電極１４４Ｂとの間で直流電圧が発生する。
【００１９】
以下に、第１実施形態から第３実施形態に分けて本発明に係る燃料電池およびその製造方法を具体的に説明する。
［第１実施形態］
図３は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルと、燃料電池セルに設置されたモールの構造を示す図である。
【００２０】
図３は、詳細には、スタックケース３２０に燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体が納められた燃料電池を、前記積層された方向と垂直方向に切断したときの断面図を示した図である。図３に示すように、セパレータ３１０と膜電極接合体（図示せず。以下、「ＭＥＡ」と称する。）との間にはモール３００を配置する。スタックケース３２０には、セパレータ位置決め基準体３２１とＭＥＡ位置決め基準体３２２を設ける。セパレータ位置決め基準体３２１とＭＥＡ位置決め基準体３２２はスタックケース３２０の一部をケース内側に面状に突出させることにより設ける。セパレータ位置決め基準体３２１とＭＥＡ位置決め基準体３２２はテンションプレートの一部に形成してもよい。セパレータ位置決め基準体３２１とＭＥＡ位置決め基準体３２２は互いに対向させる。後述するように、モール３００は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用してセパレータ３１０とＭＥＡとにそれぞれ互いに逆方向の推進力を発生させる。この推進力により、各セパレータ３１０はセパレータ位置決め基準体３２１と突き当たり、その相対位置が揃うこととなる。一方、各ＭＥＡはＭＥＡ位置決め基準体３２２と突き当たり、その相対位置が揃うこととなる。
【００２１】
図４に示すように、モール４００は基部４００ａと先端４００ｂとを有し、セパレータ４１０とＭＥＡ４３０との間に２つずつ設ける。燃料電池積層体が締結されるときの締結力によりセパレータ４１０とＭＥＡ４３０とに互いに逆向きの推進力を効果的に発生させるために、１の燃料電池セルの２つのセパレータにそれぞれ設けたモール４００はＭＥＡ４３０に対し面対称となっていることが望ましい。これにより、より効率的かつ確実にセパレータ４１０とＭＥＡ４３０とに推進力を発生させることができる。モール４００はその基部４００ａはセパレータに固定し、先端４００ｂはＭＥＡと接触させる。モール４００は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用して、燃料電池積層体の全てのセパレータ４１０に、セパレータ４１０の面方向の推進力を発生させる。同時に、モール４００は、締結力を利用して、全てのＭＥＡ４３０に、各セパレータに生じさせた推進力とは逆の方向でＭＥＡ４３０の面方向の推進力を発生させる。すなわち、モール４００は、セパレータ４１０とＭＥＡ４３０に相対的な推進力を発生させる。
【００２２】
燃料電池積層体における各モールの先端４００ｂは、セパレータの面に対し同じ角度かつ同じ方向に折曲させる。そうすることにより、全てのセパレータ４１０に対し共通の方向の推進力を発生させるとともに、全てのＭＥＡ４３０に対し、それとは逆の共通の方向の推進力を発生させることができる。
【００２３】
図５は、第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池積層体が締結されるときにセパレータとＭＥＡとに発生する推進力を説明するための説明図である。図５の（Ａ）は、前記締結前の燃料電池セルの状態を示す図であり、図５の（Ｂ）は、締結後の燃料電池セルの状態を示す図である。
【００２４】
図５の（Ａ）に示すように、燃料電池積層体の締結時には、各セパレータ５１０に燃料電池積層体の積層方向に対し反対方向の締結力（黒い矢印）を加える。各モール５００は各ＭＥＡと接触させており、モールの先端とＭＥＡとの間の静摩擦力はある程度大きいため、締結前後においてモール５００の先端はＭＥＡ上を滑らない。そうすると、締結力は、モール５００の先端を通じてＭＥＡに推進力（図の左方向の白い矢印）を発生させる。同時に、締結力は、モール５００を変形させるとともにセパレータ５１０に推進力（図の右方向の白い矢印）を発生させる。締結力がＭＥＡ５３０に対して発生させる推進力とセパレータ５１０に対して発生させる推進力は互いに逆方向である。ここで、モールは弾性体であって前記変形は弾性変形であることが望ましい。
【００２５】
図５の（Ｂ）に示すように、燃料電池積層体の締結後は、各ＭＥＡ５３０が前述した推進力によりＭＥＡ位置決め基準体５４２に突き当たることで位置を揃える。また、各セパレータ５１０も、前述した推進力によりセパレータ位置決め基準体５４１に突き当たることで位置を揃える。
【００２６】
このように、本第１実施形態に係る燃料電池によれば、燃料電池積層体の締結と同時に燃料電池セルの位置決めを実施することとなるため、燃料電池セルの位置決めをするための工程を不要とし、かつ燃料電池セルの位置決めを高精度に実現することができる。
【００２７】
また、燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
【００２８】
モールは、絶縁性を有する絶縁部材からなることが望ましい。モール全体が絶縁性を有することにより、ＭＥＡを挟むセパレータの位置差が大きい場合でも、セパレータ間の短絡を防止できる。例えば、モールは高分子物質のゴムからなることができる。
【００２９】
モールは、燃料ガスやＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）のシールのためのリップシールや、燃料電池セル間の絶縁のための絶縁部材を兼ねてもよい。これにより、さらに、燃料電池の製造コスト低減、工程時間削減を実現できる。
【００３０】
第１実施形態に係る燃料電池の構成要素であるモールは、燃料電池積層体の形成時における燃料電池セルの積層位置決め精度を考慮して、その形状、寸法を決める必要がある。以下、モールの形状、寸法の決め方について説明する。
【００３１】
図６は、第１実施形態に係る燃料電池のモールの変形前後の形状、寸法を示す図である。図６の（Ａ）は、変形前のモール６００の形状、寸法を示し、図６の（Ｂ）は、変形後のモール６００の形状、寸法を示すものである。
【００３２】
上述したように、各モール６００は基部６００ａと先端６００ｂとを有し、先端６００ｂは、基部６００ａからセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲させる。図６の（Ａ）は、前記角度をθ１で示した。図６の（Ａ）に示すような角度θ１で基部６００ａからセパレータの面に対し折曲させたモール６００を、各セパレータへの設置方向を揃えて設置することにより、先端を基部からセパレータの面に対し同じ角度で同じ方向へ折曲させた状態とすることができる。
【００３３】
図６のＬは、モールの先端６００ｂのうち、基部６００ａからＭＥＡと接触する接触点までの長さである。燃料電池積層体の締結時の締結力によりモール６００の前記角度がθ１からθ２に変形する。このとき、モールの先端６００ｂはＭＥＡ上を滑らないので、モールの基部６００ａが固定されたセパレータと、モールの先端６００ｂが接触しているＭＥＡと、の相対的な位置変化ｘは、下記式（１）で与えられる。
【００３４】
【数１】
2010040487.tif 000003
【００３５】
前記相対位置変化ｘは、セパレータとＭＥＡの相対位置を変化させうる最大値である。そうすると、相対位置変化ｘは、燃料電池セルの積層位置決め精度より大きくする必要がある。なぜなら、相対位置変化ｘが燃料電池セルの積層位置決め精度より小さい場合は、セパレータとＭＥＡとが相対位置を最大限変化させても燃料電池セルの積層位置決め精度を吸収できないこととなるからである。したがって、モールの先端の基部からＭＥＡと接触する接触点までの長さＬは下記式（２）を満たす必要がある。モールの形状、寸法をこのように決めることにより、燃料電池セルの積層位置決め精度の許容量を大きくすることが可能となるため、燃料電池セルの積層に関する設備コスト低減および工程時間削減を実現できる。
【００３６】
【数２】
2010040487.tif 000004
【００３７】
ここで、ｓは燃料電池セルの積層位置決め精度である。
【００３８】
モール６００とＭＥＡの静摩擦力は、ＭＥＡとセパレータ間の摺動抵抗値と同じとすることが望ましい。燃料電池セルの位置決めを高精度に実現するためである。
【００３９】
また、燃料電池セルを構成するＭＥＡおよびセパレータがそれぞれＭＥＡ位置決め基準体およびセパレータ位置決め基準体に突き当たった後は、モールの先端がＭＥＡ上を滑るようにすることが望ましい。これにより、燃料電池セルが位置決め基準体に突き当たった後、モールの倒れ力を確実に開放でき、燃料電池セルの位置決めを高精度かつ短時間に実現できる。
【００４０】
第１実施形態におけるセパレータ位置決め基準体とＭＥＡ位置決め基準体は本発明の位置決め基準体に相当する。
【００４１】
以下に、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の効果を示す。
・燃料電池セルの位置決めを短時間かつ高精度に実現することができる。
・燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
・燃料電池セルの積層位置決め精度の許容量を大きくすることができ、設備コスト低減および工程時間削減を実現できる。
・燃料電池積層体の締結時、または燃料電池を自動車に実装したときの運転時において発生しうる燃料電池セルの動的なズレを防止できる。
・ＭＥＡを挟むセパレータの位置差が大きい場合でも、セパレータ間の短絡を防止できる。
［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、セパレータ位置決め基準体とＭＥＡ位置決め基準体をそれぞれ２つ有する点である。また、モールの先端の折曲する方向をセパレータおよびＭＥＡがそれぞれ２つのセパレータ位置決め基準体およびＭＥＡ位置決め基準体に突き当たる方向とする点である。以下、第２実施形態に係る燃料電池について詳細に説明するが、前述した第１実施形態と共通する説明は省略する。
【００４２】
図７に示すように、セパレータ７１０とＭＥＡ（図示せず）との間にはモール７００を複数配置する。スタックケース７２０には、対向する第１セパレータ位置決め基準体７２１ａおよび第１ＭＥＡ位置決め基準体７２２ａと、対向する第２セパレータ位置決め基準体７２１ｂおよび第２ＭＥＡ位置決め基準体７２２ｂとを設ける。これら４つの位置決め基準体はスタックケース７２０の一部をケース内側に面状に突出させることにより設ける。モール７００は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用してセパレータ７１０とＭＥＡとにそれぞれ互いに逆方向の推進力を発生させる。この推進力により、各セパレータ７１０は、第１セパレータ位置決め基準体７２１ａと第２セパレータ位置決め基準体７２１ｂとに同時に突き当たることにより位置を揃える。一方、各ＭＥＡは、第１ＭＥＡ位置決め基準体７２２ａと第２ＭＥＡ位置決め基準体７２２ｂとに同時に突き当たることにより位置を揃える。
【００４３】
モール７００はセパレータ７１０とＭＥＡとの間に複数設ける。燃料電池積層体が締結されるときの締結力によりセパレータ７１０とＭＥＡとにそれぞれ逆方向の推進力を効果的に発生させるために、１の燃料電池セルの２つのセパレータにそれぞれ設けた複数のモール７００はＭＥＡに対し面対称となっていることが望ましい。モール７００はその基部をセパレータに固定し、先端をＭＥＡと接触させる。モール７００は、燃料電池積層体が締結されるときの締結力を利用して、燃料電池積層体の全てのセパレータ７１０に、セパレータ７１０の面方向の推進力を発生させる。同時に、モール７００は、締結力を利用して、全てのＭＥＡに、各セパレータに生じさせた推進力とは逆の方向でＭＥＡの面方向の推進力を発生させる。すなわち、モール７００は、セパレータ７１０とＭＥＡに相対的な推進力を発生させる。
【００４４】
燃料電池積層体における各モールの先端は、セパレータの面に対し同じ角度かつ同じ方向に折曲させる。そうすることにより、全てのセパレータ７１０に対し共通の方向の推進力を発生させるとともに、全てのＭＥＡに対し、それとは逆の共通の方向の推進力を発生させることができる。
【００４５】
各モール７００の先端を折曲させる方向は、各セパレータ７１０が２つのセパレータ位置決め基準体７２１ａ、７２１ｂに同時に突き当たり、かつ、各ＭＥＡが２つのＭＥＡ位置決め基準体７２２ａ、７２２ｂに同時に突き当たる方向とする。例えば、図７に示すように、各モール７００の先端を折曲させる方向を、第１ＭＥＡ位置決め基準体７２２ａと第２ＭＥＡ位置決め基準体７２２ｂとを構成する面をそれぞれ延伸したときになす角を２分の１に分割する方向としてもよい。
【００４６】
燃料電池積層体の締結後は、各ＭＥＡは、前述した推進力により、第１ＭＥＡ位置決め基準体７２２ａと第２ＭＥＡ位置決め基準体７２２ｂという面状の２つのＭＥＡ位置決め基準体に同時に突き当たることで、各ＭＥＡの２つの辺が位置決め基準に揃うことになる。また、同時に各セパレータも推進力により、第１セパレータ位置決め基準体７２１ａと第２セパレータ位置決め基準体７２１ｂという面状の２つのセパレータ位置決め基準体に同時に突き当たることで、各セパレータの２つの辺が位置決め基準に揃うことになる。
【００４７】
このように、第２実施形態に係る燃料電池によれば、第１実施形態に係る燃料電池よりもより高精度に燃料電池セルの位置決めを実現することができる。
【００４８】
ここで、第２実施形態における第１セパレータ位置決め基準体は本発明の一方の組の第１面状体に、第２セパレータ位置決め基準体は他方の組の第１面状体に、第１ＭＥＡ位置決め基準体は一方の組の第２面状体に、第２ＭＥＡ位置決め基準体は他方の組の第２面状体に相当する。
【００４９】
本発明の第２実施形態に係る燃料電池の運転方法は、第１実施形態が有する効果に加えて、以下の効果を有する。
・第１実施形態に対し、燃料電池セルの位置決めをさらに高精度に実現することができる。
［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートを示す図である。以下、第３実施形態に係る燃料電池の製造方法についてステップごとに詳細に説明する。
【００５０】
〔Ｓ８００〕
燃料電池積層体の周りに位置決め基準体を配置する。
【００５１】
燃料電池積層体は、複数の燃料電池セルが、積層装置に依存する位置決め精度内の位置ズレを有し積層されてなる。燃料電池セルのセパレータとＭＥＡとの間にはモールが配置されている。モールについては第１実施形態または第２実施形態と同様であるため説明は省略する。
【００５２】
図９は、燃料電池積層体の周りに位置決め基準体を配置した状態を示す図である。位置決め基準体９１０ａ、９１０ｂは少なくとも１組の対向する面状体を含む必要がある。位置決め基準体９１０ａ、９１０ｂは、その面状体が燃料電池積層体９００の対向する各側面と平行をなすように、燃料電池積層体９００を囲んで配置する。
【００５３】
ここで、図９には位置決め基準体９１０ａ、９１０ｂを燃料電池積層体製造時の治具９７０の一部として示しているが、位置決め基準体９１０ａ、９１０ｂは、第１実施形態および第２実施形態と同様に、スタックケースの一部であってもよい。
【００５４】
〔Ｓ８１０〕
燃料電池セル間にエアを吹き込む。
【００５５】
図１０は、燃料電池積層体にエア１０７０を吹き込むことにより燃料電池セル間にエア１０７０が吹き込まれた状態を示す図である。図１０に示すように、燃料電池セル間にエアが吹き込まれることによりＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０間にエア１０７０が流入し、ＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０とが接触する度合を軽減することができる。すなわち、ＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０間の摺動抵抗値を小さくすることができる。
【００５６】
〔Ｓ８２０〕
燃料電池積層体を締結する。
【００５７】
前ステップＳ８１０により燃料電池セル間にエアを吹き込み、燃料電池セルのＭＥＡとセパレータとの間にエアを流入させた状態で前記積層構造を締結する。締結時には、モール１０００がＭＥＡ１０３０との接触による摩擦力でＭＥＡを滑らずに変形し、ＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０に対し互いに反対方向の推進力を発生させ、各ＭＥＡと各セパレータとが位置決め基準体にそれぞれ突き当たることでそれぞれ位置を揃える。
【００５８】
上述したように、第３実施形態によればＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０間の摺動抵抗値を小さくすることができる。摺動抵抗値を小さくできるということは、小さい推進力でＭＥＡ１０３０とセパレータ１０１０との相対的位置変化を生じさせることができることを意味する。したがって、モールが変形しないで耐えうる力は小さくてよく、結果としてモールを小型化することができるため、燃料電池の出力密度の向上、製造コストの低減が可能となる。
【００５９】
ここで、第３実施形態におけるステップＳ８００は本発明の積層体配置段階に、ステップＳ８１０およびＳ８２０は積層体締結段階に相当する。
【００６０】
本発明の第３実施形態に係る燃料電池の製造方法は、第１実施形態および第２実施形態が有する効果に加えて、以下の効果を有する。
・モールを小型化することができるため、燃料電池の出力密度の向上、製造コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】燃料電池スタックのセル構造を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルと、燃料電池セルに設置されたモールの構造を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る燃料電池の燃料電池積層体が締結されるときにセパレータとＭＥＡとに発生する推進力を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態に係る燃料電池のモールの変形前後の形状、寸法を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートを示す図である。
【図９】燃料電池積層体の周りに位置決め基準体を配置した状態を示す図である。
【図１０】燃料電池積層体にエアを吹き込むことにより燃料電池セル間にエアが吹き込まれた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    燃料電池スタック、
２    燃料電池セル、
３００、４００、６００、７００、１０００    モール、
３１０、４１０、５１０、７１０、１０１０    セパレータ、
３２０、７２０    スタックケース（位置決め基準体）、
３２１、５４１    セパレータ位置決め基準体（位置決め基準体）、
３２２、５４２    ＭＥＡ位置決め基準体（位置決め基準体）、
４３０、５３０、１０３０    ＭＥＡ、
７２１ａ    第１セパレータ位置決め基準体（位置決め基準体、第１面状体）、
７２１ｂ    第２セパレータ位置決め基準体（位置決め基準体、第２面状体）、
７２２ａ    第１ＭＥＡ位置決め基準体（位置決め基準体、第１面状体）、
７２２ｂ    第２ＭＥＡ位置決め基準体（位置決め基準体、第２面状体）、
９００    燃料電池積層体、
９１０ａ、９１０ｂ    位置決め基準体（位置決め基準体）、
１０７０    エア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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