(57)【要約】【課題】ガスケットと他の部品とが固着した場合であっても、燃料電池を容易に分解することを目的とする。【解決手段】燃料電池１０であって、積層された複数の単セル１００と、隣接する前記単セル１００の間に配置されたガスケット１６０と、を備え、前記単セル１００は、前記単セル１００の両面に配置されるセパレータプレート１３０、１４０と、前記セパレータプレート１３０、１４０の内側に配置されるフレーム１５０と、前記セパレータプレート１３０と前記フレーム１５０との間に配置され、前記セパレータプレート１３０と前記フレーム１５０との両方に接続されたセパレータ間隔拡張部材４００と、を有し、前記セパレータ間隔拡張部材４００は、前記単セル１００の積層方向と垂直な方向に力が加えられると、前記単セル１００の積層方向に収縮し、隣接する前記単セル１００のセパレータプレート１３０、１４０の間隔を拡大させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
積層された複数の単セルと、
隣接する前記単セルの間に配置されたガスケットと、
を備え、
前記単セルは、
前記単セルの両面に配置されるセパレータプレートと、
前記セパレータプレートの内側に配置されるフレームと、
前記セパレータプレートと前記フレームとの間に配置され、前記セパレータプレートと前記フレームとの両方に接続されたセパレータ間隔拡張部材と、を有し、
前記セパレータ間隔拡張部材は、前記単セルの積層方向と垂直な方向に力が加えられると、前記単セルの積層方向に収縮し、隣接する前記単セルのセパレータプレートの間隔を拡大させる、
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、セパレータ外部へのガスのリークを抑制するためのシール構造を有している（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４４７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シール構造にガスケットを用いる場合、ガスケットと他の部品のシール部に荷重を印加する必要がある。しかし、シール部に長期間にわたり荷重が掛かると、ガスケットと他の部品とが固着する場合がある。そうすると、部品交換時などにおいて、燃料電池を分解することが困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、ガスケットと他の部品とが固着した場合であっても、燃料電池を容易に分解することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池であって、積層された複数の単セルと、隣接する前記単セルの間に配置されたガスケットと、を備え、前記単セルは、前記単セルの両面に配置されるセパレータプレートと、前記セパレータプレートの内側に配置されるフレームと、前記セパレータプレートと前記フレームとの間に配置され、前記セパレータプレートと前記フレームとの両方に接続されたセパレータ間隔拡張部材と、を有し、前記セパレータ間隔拡張部材は、前記単セルの積層方向と垂直な方向に力が加えられると、前記単セルの積層方向に収縮し、隣接する前記単セルのセパレータプレートの間隔を拡大させる、燃料電池。
この適用例によれば、セパレータ間隔拡張部材に、単セルの積層方向と垂直な方向に力を加えることにより、セパレータ間隔拡張部材を単セルの積層方向に収縮させる。セパレータプレートとフレームとセパレータ間隔拡張部材とは接続されているので、セパレータ間隔拡張部材の単セルの積層方への収縮によりガスケットを挟んだ２つのセパレータの間隔を広げることが出来る。その結果、容易に燃料電池を分解することが可能となる。
【０００８】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、燃料電池の分解方法等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】燃料電池の断面の一部を模式的に示す説明図である。
【図３】第１の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。
【図４】第１の実施例の変形例である。
【図５】第２の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。
【図６】第３の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施例］
図１は、燃料電池の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池１０は、積層された複数の単セル１００を備える。本実施例では、燃料電池１０の長辺に沿った方向をＸ方向とし、短辺に沿った方向をＹ方向、単セル１００の積層方向をＺ方向としている。
【００１１】
図２は、燃料電池の断面の一部を模式的に示す説明図である。単セル１００は、膜電極接合体１１０と、ガス拡散層１２０、１２５と、セパレータプレート１３０、１４０と、樹脂フレーム１５０と、を備える。膜電極接合体１１０は、電解質膜１１１と、触媒層１１２、１１３とを備える。電解質膜１１１として、固体高分子材料、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いることが可能である。触媒層１１２、１１３は、電解質膜１１１の両面に形成されている。触媒層１１２、１１３に用いる触媒としては、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒をカーボンに担持した触媒を用いることが可能である。
【００１２】
ガス拡散層１２０、１２５は、膜電極接合体１１０の両面に配置されている。ガス拡散層１２０、１２５としては、例えば、不織布により形成されたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いることが可能である。また、ガス拡散層１２０、１２５として、金属製や樹脂製の多孔体を用いることも可能である。なお、ガス拡散層１２０、１２５は、導電性を備えていることが好ましい。セパレータプレート１３０、１４０は、ガス拡散層１２０、１２５の外側に配置されている。セパレータプレート１３０、１４０は、燃料ガスと酸化ガスとを分離するために用いられている。なお、本実施例では、燃料ガスとして水素を用い、酸化ガスとして空気を用いている。
【００１３】
セパレータプレート１３０、１４０には、凹凸が形成されている。この凹凸は、例えばプレスにより形成することが可能である。本実施例では、セパレータプレート１３０の膜電極接合体１１０側に突き出た部分を「凸部１３１」と呼び、膜電極接合体１１０と反対側に突き出た部分を「凹部１３２」と呼ぶ。また、セパレータプレート１４０の膜電極接合体１１０側に突き出た部分を「凸部１４１」と呼び、膜電極接合体１１０と反対側に突き出た部分を「凹部１４２」と呼ぶ。
【００１４】
セパレータプレート１３０の凹部１３２とガス拡散層１２０との間に燃料ガス流路１７０が形成されている。セパレータプレート１４０の凹部１３２とガス拡散層１２５との間に酸化ガス流路１７５が形成されている。セパレータプレート１３０の凸部１３１と、セパレータプレート１４０の凸部１４１の間に冷媒流路１８０が形成されている。なお、本実施例では、冷媒として水を用いている。
【００１５】
樹脂フレーム１５０は、膜電極接合体１１０やガス拡散層１２０、１２５を固定するために用いられている。樹脂フレーム１５０は、額縁状の形状をしており、樹脂の射出成形により、膜電極接合体１１０やガス拡散層１２０、１２５と一体に成形される。なお、単セル１００の２つの樹脂フレーム１５０は、接着剤１５５により接着されている。
【００１６】
燃料電池１０は、隣接する単セル１００の間にガスケット１６０を備える。具体的には、第１の単セル１００のセパレータプレート１３０と、第１の単セル１００と隣接する第２の単セル１００のセパレータプレート１４０と、の間に、ガスケット１６０が配置されている。ガスケット１６０は、セパレータプレート１３０、１４０の境界からの反応ガスや冷却水の漏れを抑制するために用いられている。ガスケット１６０は、例えばシリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどのゴムを用いて形成することが可能である。
【００１７】
図３は、第１の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。第１の実施例では、セパレータプレート１３０は、セパレータプレート１４０側の面のＹ方向の外縁部に、セパレータプレート１３０外縁側の厚みを薄くするテーパー部１３３を備えている。セパレータプレート１４０は、セパレータプレート１３０側の面のＹ方向の外縁部に、セパレータプレート１４０の外縁側の厚みを薄くするテーパー部１４３を備えている。なお、テーパー部１３３、１４３は、少なくともいずれか一方が形成されていれば良い。テーパー部１３３、１４３の隙間にＹ方向からセパレータ間隔拡張部材３００を打ち込むことにより、セパレータ間隔拡張部材３００からセパレータプレート１３０、１４０に対し、その間隔を広げる方向（Ｚ方向）に力が加わる。これにより、セパレータプレート１４０とガスケット１６０との固着を剥がし、容易に燃料電池を分解することが可能となる。セパレータ間隔拡張部材３００は、楔形状や、その他の形状を採用することが可能である。
【００１８】
図４は、第１の実施例の変形例である。この図では、セパレータプレート１４０を示している。セパレータプレート１３０やガスケット１６０（図示せず）は、図面手前側に位置する。この変形例では、セパレータプレート１４０は、セパレータプレート１３０側の面に、Ｘ方向に深さが漸次深くなる、あるいは漸次浅くなる溝１４５を備えている。この溝１４５に対し、溝の深い方から、セパレータプレート分離用部材３１０を挿入することによりセパレータプレート１３０、１４０を容易に分離することが可能となる。
【００１９】
［第２の実施例］
図５は、第２の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。第２の実施例では、セパレータプレート１３０と樹脂フレーム１５０との間にセパレータ間隔拡張部材４００を備える。セパレータ間隔拡張部材４００は、例えば金属で構成されており、菱形変形部４１０と、引張部４２０と、を備える。菱形変形部４１０は閉じた菱形の枠形状を有している。引張部４２０は、菱形変形部４１０の菱形の燃料電池外縁側の頂点に接続されている。ここで、菱形変形部４１０の４つの頂点について、引張部４２０が接続されている頂点を「頂点４１０ａ」と呼び、順に反時計回りに「頂点４１０ｂ」〜「頂点４１０ｄ」と呼ぶ。頂点４１０ｃは、セパレータプレート１３０に接続される接続部４３０を備えている。これにより、菱形変形部４１０の位置が固定される。
【００２０】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の破線内を拡大した説明図である。セパレータプレート１３０は、樹脂フレーム１５０側に凹部１３６を備える。凹部１３６内部には、軸の向きがＸ方向であるピン１３７が配置されている。樹脂フレーム１５０は、セパレータプレート１３０側に凹部１５６を備える。ここで、凹部１５６と凹部１３６とは、ちょうど対向している。凹部１５６内部には、軸の向きがＸ方向であるピン１５７が配置されている。凹部１３６、１５６により形成される空間には、菱形変形部４１０が納められている。菱形変形部４１０の頂点４１０ｂは、凹部１３６内に位置し、頂点４１０ｄは、凹部１５６内に位置している。そして、ピン１３７、１５７は、それぞれ、菱形変形部４１０の頂点４１０ｂ、４１０ｄの内側に位置している。
【００２１】
引張部４２０をＹ方向に引っ張ると、菱形変形部４１０の頂点４１０ａがＹ方向（図面上方）に移動する。ここで、頂点４１０ｃの位置が固定されているので、頂点４１０ａと４１０ｃとの間隔が長くなる。一方、頂点４１０ｂと４１０ｄとの間隔は短くなる。すなわち、菱形変形部４１０は、Ｙ方向に細長くなる。その結果、ピン１３７には、頂点４１０ｂから樹脂フレーム１５０方向への力が働く。一方、ピン１５７には、頂点４１０ｄからセパレータプレート１３０方向への力が働く。
【００２２】
図５（Ｃ）は、引張部４２０をＹ方向に引っ張ったときの状態を示す説明図である。引張部４２０をＹ方向に引っ張ることにより、セパレータプレート１３０と樹脂フレーム１５０と間隔は、幅Ｌ１から幅Ｌ３に縮まる（Ｌ１＞Ｌ３）。一方、セパレータプレート１３０と１４０の間隔は、幅Ｌ２から幅Ｌ４に広がる（Ｌ２＜Ｌ４）。その結果、セパレータプレート１４０とガスケット１６０との固着を容易に剥がし、燃料電池１０を容易に分解することが可能となる。なお、説明しなかったが、セパレータプレート１４０と、樹脂フレーム１５０との間にも同様に、セパレータ間隔拡張部材４００を備えていてもよい。
【００２３】
［第３の実施例］
図６は、第３の実施例における燃料電池のセパレータプレートとガスケットとの固着の分解の一例を示す説明図である。第３の実施例では、ガスケット１６０は、引張部１６５を備えている。引張部１６５は、ガスケット１６０の一部が、Ｙ方向に伸びたものであり、燃料電池１０の外縁から外側にはみ出ている。第３の実施例では、引張部１６５を用いてガスケット１６０をＹ方向に直接引っ張る。ガスケット１６０とセパレータプレート１４０との固着はＺ方向なので、Ｚ方向に対し垂直な方向の力を加えることにより、ガスケット１６０とセパレータプレート１４０とを容易に分離することが可能となる。また、引っ張り方向は、セパレータプレート１３０、１４０の面方向なので、セパレータプレート１３０、１４０が変形し難い。
【００２４】
図６（Ｂ）は、第３の実施例の変形例である。第３の実施例では、引張部１６５は、Ｙ方向に伸び、Ｙ方向に引っ張っているが、変形例では、引張部１６５は、Ｘ方向に伸びており、引っ張り方向は、Ｙ方向である。このように、引張部１６５の伸びる方向と、引っ張り方向が異なっていてもよい。
【００２５】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２６】
１０…燃料電池
１００…単セル
１１０…膜電極接合体
１１１…電解質膜
１１２、１１３…触媒層
１２０、１２５…ガス拡散層
１３０、１４０…セパレータプレート
１３１、１４１…凸部
１３２、１４２…凹部
１３３、１４３…テーパー部
１３６、１５６…凹部
１３７、１５７…ピン
１４５…溝
１５０…樹脂フレーム
１５５…接着剤
１６０…ガスケット
１６５…引張部
１７０…燃料ガス流路
１７５…酸化ガス流路
１８０…冷媒流路
３００…セパレータ間隔拡張部材
３１０…セパレータプレート分離用部材
４００…セパレータ間隔拡張部材
４１０…菱形変形部
４１０ａ〜４１０ｄ…頂点
４２０…引張部
４３０…接続部
Ｌ１〜Ｌ４…幅
【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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