(57)【要約】【課題】      二つの単セルに介装される際に、流路と二つの単セルとの押圧が等しくなるセパレータを提供する。【解決手段】  電解質膜と、これを挟持する一対の電極とから成る膜電極接合体と、前記電極へ燃料又は酸化剤を供給する流路ユニットを有すると共に複数の前記膜電極接合体間に介装される燃料電池用セパレータと、を備える燃料電池において、前記燃料電池用セパレータに収容される前記流路ユニットは、燃料電池用セパレータの収容口内で可動であることを特徴とする燃料電池用セパレータとした。【選択図】図２
2010040403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、これを挟持する一対の電極とから成る膜電極接合体と、前記電極へ燃料又は酸化剤を供給する流路ユニットを有すると共に複数の前記膜電極接合体間に介装される燃料電池用セパレータと、を備える燃料電池において、
前記燃料電池用セパレータに収容される前記流路ユニットは、燃料電池用セパレータの収容口内で可動であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のセパレータに関するものであり、特に単セルを直列に積層した場合の動作状況を試験する際に用いられるセパレータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油資源の枯渇への不安、地球環境への関心の高まり等を背景に、燃料電池の実用化への取り組みが熱心に行われている。この燃料電池とは、例えば水素やメタノールといった燃料を酸化剤と電気化学的に反応させることで電流を得る仕組みであり、その発電効率の高さと、生成物が水のみというクリーンさとが注目を集めている。
【０００３】
図４に示すのは燃料電池の構造を説明する概略図である。燃料電池の構造は以下の通りである。
イオン交換を行う電解質膜５１は、燃料極（アノード）５２及び空気極（カソード）５３によって挟持される。これが、膜電極接合体（MEA）５４であり、このMEA５４を、流路ユニットを有するセパレータ５５で挟持したものを単セル５６と呼ぶ。
【０００４】
燃料電池の原理は図５の模式図に示す通りである。まず、セパレータ５５に燃料及び酸化剤を流入する。これによって、燃料極５２に燃料が、空気極５３には酸素が供給される。ここでは、燃料として水素を用いた場合を想定する。水素が燃料極５２へ供給されると、燃料極５２において水素イオンと電子が生成される。生成された水素イオンは、矢印５７が表すように、電解質膜５１を透過し空気極５３へと移動する。同時に、生成された電子は外部回路を経由して空気極５３へと伝達される。このとき電子の流れである電流が生じる。空気極５３においては、移動してきた水素イオンと電子が、供給された酸素と結合して水が生成される。
【０００５】
以上の仕組みで電力を得ることができる燃料電池は、自動車や携帯電話等への利用が期待されているが、単セルのみの起電力では電池としては不十分である。このため、より大きな電力を得ることを目的として、セパレータを介装し、単セルを積層することが一般的に行われている。単セルを積層したものを、積層体（セルスタック）と言う。
【０００６】
介装するためのセパレータの形状としては、たとえば以下のものが知られている。（特許文献１参照）
【０００７】
セパレータを、燃料ガス流路溝を備えた陽極側ガスプレートと、酸化剤ガス流路溝を備えた陰極側ガスプレートと、該二枚のガスプレートに挟持される中間プレートとで構成する。そして、中間プレートに、ガス流路溝のプレス加工により形成される隆起部を収容する枠孔を形成するとともに、該枠孔の周囲の通気孔と、各ガスプレートのガス流路溝の両端に形成されるガス通過口とを連通させる連絡流路を形成した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の例のように、流路がセパレータ本体にプレス加工されるセパレータの場合、これを挟持する二つの単セルにおいて、各単セルの流路への接触状態が均等ではない場合があった。すなわち、二つの単セルのうち一つの単セルが、他方の単セルに比べ強い力で流路へ押圧されることがしばしば起きた。これにより、各単セルにおける反応の進行状況が不均衡となり、二つの単セルを積層して性能を試験する際に特に問題であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、セパレータが介装する二つのセルの流路ユニットへの押圧を等しくさせることで、各セルが均等に流路に接触することが可能な燃料電池用セパレータの構造を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の燃料電池用セパレータは、電解質膜と、これを挟持する一対の電極とから成る膜電極接合体と、前記電極へ燃料又は酸化剤を供給する流路ユニットを有すると共に複数の前記膜電極接合体間に介装される燃料電池用セパレータと、を備える燃料電池において、前記燃料電池用セパレータに収容される前記流路ユニットは、燃料電池用セパレータの収容口内で可動であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るセパレータの構造によれば、このセパレータが介装する二つの単セルを等しい押圧で流路と接触させることが可能であり、よって、両セルにおける反応の進行をほぼ同一にすることができる。これは性能試験などにおいて、各セルの条件を同一にして性能を検証する場合などに特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を図１〜図３を基に説明する。図１は本発明に係るセパレータが採用される燃料電池の構造を説明する図であり、図２（ａ）は本発明に係るセパレータを表す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）をＡ−Ａの線で断面にした側断面図であり、図３は流路ユニットの動きを説明する図である。
【００１４】
まず、図１に基づいて本発明に係るセパレータが採用される燃料電池の構造について説明する。燃料電池１は、セパレータ本体２と、このセパレータ本体２に収容される流路ユニット３と、この流路ユニット３に流入される燃料又は酸化剤と反応する膜電極接合体４と、この膜電極接合体４をセパレータ本体２との間で挟持するセパレータプレート５とを備える。このセパレータプレート５は燃料又は酸化剤を供給する流路を有する。このとき、セパレータ本体２に燃料を流入したのであれば、セパレータプレート５には酸化剤を供給するものとし、逆に、セパレータ本体２に酸化剤を流入する場合は、セパレータプレート５には燃料を供給する。
【００１５】
次に図２に基づいて本発明に係るセパレータについて説明する。セパレータ本体２は、厚みを有する長方形又は正方形で、例えばアクリル樹脂であり、その略中心には流路ユニット３を収容するための収容口１０が設けられている。この収容口１０へ、流路が加工された流路ユニット３が装入される。このとき、流路ユニット３はセパレータ本体２と接合されない。また、セパレータ本体２の側面には収容口１０へ貫通する流入孔１１ａが形成されている。この流入孔１１ａから、燃料又は酸化剤のいずれかが流路ユニット３へ流入される。流入された燃料又は酸化剤は、排出孔１１ｂから排出される。
【００１６】
なお、収容口１０の周囲には、膜電極接合体４が載置されるくぼみである載置部１２が形成される。更に、この載置部１２の周囲には、ナットを挿入する挿入孔１３ａが複数設けられている。
【００１７】
このように、流路ユニット３を収容したセパレータ本体２を、膜電極接合体４で挟持し、膜電極接合体４とセパレータ本体２及びセパレータプレート５との間に不図示のシール部材及び集電体を介在させる。最後にセパレータプレート５に複数設けられた挿入孔１３ｂにボルトを挿入し、セパレータ本体２に設けられた挿入孔１３ａ内に挿入されたナットと結合させる
【００１８】
本発明によれば、以上のようにセパレータ本体２及びセパレータプレート５によって膜電極接合体４を挟持したとき、流路ユニット３が両側の膜電極接合体４と接触する力は等しくなる。たとえば図３に示すように、ａ方向から加わる力が強かったとしても、流路ユニット３はセパレータ本体２と接合しているわけではなく、可動である構成なので、a方向からの圧力によって流路ユニット３はａ´方向へ押し出されることになり、結果、膜電極接合体４ａ及び４ｂが流路ユニット３と接触する押圧は均等となる。
【００１９】
なお、本実施例においては、特に膜電極接合体４が押圧が均等な状態で反応する必要がある性能試験を例に説明したため、セパレータプレート５、膜電極接合体４ａ、セパレータ本体２、膜電極接合体４ｂ、セパレータプレート５の構成で説明した。しかし、本発明が性能試験の場合のみならず、単セルを積層して用いるいずれの場合においても利用可能なのは自明である。そのためセパレータプレート５の代わりにセパレータ本体２を用いて、３以上の単セルを積層していく構成で用いることも可能である。
【００２０】
以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係るセパレータが採用される燃料電池の構造を説明する図である。
【図２】図２（ａ）は本発明に係るセパレータを表す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）をＡ−Ａの線で断面にした側断面図である。
【図３】図３は流路ユニットの動きを説明する図である。
【図４】図４は燃料電池の構造を説明する概略図である。
【図５】図５は燃料電池の原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１．燃料電池
２．セパレータ本体
３．流路ユニット
４．（４ａ、４ｂ）  膜電極接合体（ＭＥＡ）
５．セパレータプレート
１０．収容口
１１．流入孔
１２．載置部
１３．（１３ａ、１３ｂ）  挿入孔
５１．電解質膜
５２．燃料極
５３．空気極
５４．膜電極接合体（ＭＥＡ）
５５．セパレータ
５６．単セル
【図１】
2010040403.tif 000003
【図２】
2010040403.tif 000004
【図３】
2010040403.tif 000005
【図４】
2010040403.tif 000006
【図５】
2010040403.tif 000007