(57)【要約】【課題】膜電極接合体の外周に設けられる絶縁フィルムの端部を一対のセパレータ間において所望の位置に位置決め可能な燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池スタックを構成する燃料電池は、電解質膜及び電極層からなる膜電極接合体と、膜電極接合体の外周に設けられる絶縁フィルムと、膜電極接合体及び絶縁フィルムを挟むように設けられる一対のセパレータとを備える。さらに、燃料電池は、絶縁フィルム、又は絶縁フィルムと一対のセパレータとの間に設けられ、一対のセパレータ間における絶縁フィルムの端部の位置を矯正する位置矯正部を備える。【選択図】図５Ｂ
2018006163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数積層されて燃料電池スタックを構成する燃料電池であって、
電解質膜及び電極層からなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の外周に設けられる絶縁フィルムと、
前記膜電極接合体及び前記絶縁フィルムを挟むように設けられる一対のセパレータと、
前記絶縁フィルム、又は前記絶縁フィルムと前記一対のセパレータとの間に設けられ、前記一対のセパレータ間における前記絶縁フィルムの端部の位置を矯正する位置矯正部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記位置矯正部は、
前記絶縁フィルムと一方の前記セパレータとの間に位置し、前記絶縁フィルムの端部に沿って断続的に設けられる複数の第１矯正部と、
前記絶縁フィルムと他方の前記セパレータとの間に位置し、前記絶縁フィルムの端部に沿って断続的に設けられる複数の第２矯正部と、を含み、
前記第１矯正部及び前記第２矯正部は、前記燃料電池の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置される、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記複数の第１矯正部は、隙間をあけて一列に配置され、
前記複数の第２矯正部は、隙間をあけて一列に配置されるとともに、前記燃料電池の積層方向において前記第１矯正部側の前記隙間と対向する位置に設けられる、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記複数の第１矯正部は、隙間をあけて一列に配置され、
前記複数の第２矯正部は、隙間をあけて一列に配置されるとともに、前記第１矯正部よりも前記絶縁フィルムの内外方向において内側又は外側に設けられる、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池であって、
前記第１矯正部及び前記第２矯正部は、前記燃料電池の積層方向から見た場合において、前記絶縁フィルムの内外方向に並んで配置される、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池であって、
前記第１矯正部及び前記第２矯正部は、前記燃料電池の積層方向から見た場合において、前記絶縁フィルムの内外方向に重ならないようずらして配置される、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記第１矯正部は、前記絶縁フィルムと一方の前記セパレータを接着する接着部材であり、
前記第２矯正部は、前記絶縁フィルムと他方の前記セパレータを接着する接着部材である、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記絶縁フィルムの端部は、前記絶縁フィルムの外周縁、又は前記絶縁フィルムに形成されたマニホールド孔の周囲を取り囲むマニホールド端である、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池であって、
前記絶縁フィルム及び前記マニホールド孔は矩形状に形成され、
前記第１矯正部及び第２矯正部の一方が、前記絶縁フィルムの外周縁における角部、又は前記マニホールド端の角部に対応する位置に配置される、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記絶縁フィルムは、第１フィルム及び第２フィルムを重ね合わせた積層部材として構成され、
前記位置矯正部は、
前記第１フィルムから突出して一方の前記セパレータに当接するように前記第１フィルムに設けられ、前記絶縁フィルムの端部に沿って断続的に設けられる複数の第１矯正部と、
前記第２フィルムから突出して他方の前記セパレータに当接するように前記第２フィルムに設けられ、前記絶縁フィルムの端部に沿って断続的に設けられる複数の第２矯正部と、を含み、
前記複数の第１矯正部及び前記複数の第２矯正部は、前記燃料電池の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置される、
ことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、膜電極接合体、当該膜電極接合体の外周部を支持する枠体（絶縁フレーム）、及びこれら部材を挟むように設けられる一対のセパレータからなる燃料電池を積層することにより構成された燃料電池スタックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４９４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した燃料電池では、膜電極接合体の外周部を比較的肉厚な絶縁フレームで支持する構成となっている。しかしながら、このような構成では、燃料電池自体を薄く形成することができず、燃料電池スタックの小型化や積層効率の改善を図ることが難しい。そこで、本願発明者らは、膜電極接合体の外周部に設けられるフレーム部材に薄い絶縁フィルムを用いることを検討している。
【０００５】
膜電極接合体の外周部に設けられる絶縁フィルムは幅広な原反から切り出されることにより形成され、絶縁フィルムのもととなる原反はフィルム素材を縦方向及び横方向に延伸して製造される。そのため、原反には延伸時における応力が残留しており、原反からの切り出し位置によっては残留応力に起因して絶縁フィルムにカールやねじれが生じ、平坦な絶縁フィルムを得ることは難しい。
【０００６】
絶縁フィルムは燃料電池のアノードセパレータとカソードセパレータとの間に位置し、これらセパレータ間を絶縁するための部材であるが、絶縁フィルムにカール等が生じている場合には絶縁フィルムの端部をセパレータ間の所望の位置に配置できず、セパレータ間の絶縁性が低下するおそれがある。また、カールした絶縁フィルムの端部がセパレータに接触すると、その接触部分において、燃料電池のスタッキング時におけるスタック荷重に対する反力が生じることとなり、燃料電池を構成する各部材の面圧にばらつきが生じてしまう。このように、膜電極接合体の外周部に設けられる絶縁フィルムの端部がセパレータ間において所望の位置に配置されない場合には、燃料電池の出力性能の悪化を招くこととなる。
【０００７】
本発明の目的は、膜電極接合体の外周に設けられる絶縁フィルムの端部を一対のセパレータ間において所望の位置に位置決め可能な燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による燃料電池は、電解質膜及び電極層からなる膜電極接合体と、膜電極接合体の外周に設けられる絶縁フィルムと、膜電極接合体及び絶縁フィルムを挟むように設けられる一対のセパレータとを備える。さらに、燃料電池は、絶縁フィルム、又は絶縁フィルムと一対のセパレータとの間に設けられ、一対のセパレータ間における絶縁フィルムの端部の位置を矯正する位置矯正部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、位置矯正部により絶縁フィルムの端部の位置を矯正することで、一対のセパレータ間において絶縁フィルムの端部の位置を所望の位置に配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の第１実施形態による燃料電池スタックの概略構成図である。
【図２】図２は燃料電池を構成する膜電極接合体の正面図である。
【図３】図３は燃料電池を構成するアノードセパレータの正面図である。
【図４】図４は燃料電池を構成するカソードセパレータの正面図である。
【図５Ａ】図５Ａは膜電極接合体の正面図であって、位置矯正部の配置を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは燃料電池スタックの一部縦断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは絶縁フィルムの角部における位置矯正部の配置の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは絶縁フィルムの角部における位置矯正部の配置の一例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは絶縁フィルムの角部における位置矯正部の配置の一例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは絶縁フィルムの角部における位置矯正部の配置の一例を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは絶縁フィルムの角部における位置矯正部の配置の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１実施形態の一変形例における位置矯正部の配置を説明するための図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１実施形態の一変形例による燃料電池スタックの一部縦断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１実施形態の他の変形例における位置矯正部の配置を説明するための図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１実施形態の他の変形例による燃料電池スタックの一部縦断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態による燃料電池スタックの一部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面等を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
燃料電池は、燃料極としてのアノード電極と酸化剤極としてのカソード電極とによって電解質膜を挟んで構成されている。燃料電池は、アノード電極に供給される水素を含有するアノードガス（燃料ガス）及びカソード電極に供給される酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を用いて発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は、以下の通りである。
アノード電極：  ２Ｈ2 → ４Ｈ+＋４ｅ-             ・・・（１）
カソード電極：  ４Ｈ+＋４ｅ-＋Ｏ2 → ２Ｈ2Ｏ      ・・・（２）
【００１３】
これら（１）、（２）の電極反応によって、燃料電池は１Ｖ（ボルト）程度の起電力を生じる。
【００１４】
図１は、第１実施形態における燃料電池スタック１００の概略構成を示す分解図である。
【００１５】
図１に示す燃料電池スタック１００は、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動車両に用いられる燃料電池スタックである。但し、燃料電池スタック１００は、自動車等での使用に限られず、各種電気機器の電源として使用されてもよい。
【００１６】
燃料電池スタック１００は、単位セルとしての燃料電池１０を複数積層して構成される積層電池である。
【００１７】
燃料電池スタック１００を構成する燃料電池１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ）２０と、膜電極接合体２０の一方の面に配置されるアノードセパレータ３０と、膜電極接合体２０の他方の面に配置されるカソードセパレータ４０と、を備えている。このように、燃料電池１０は、膜電極接合体２０を一対のセパレータ３０，４０で挟むことにより構成される。
【００１８】
図２及び図５Ａに示すように、膜電極接合体２０は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置されるアノード電極と、電解質膜の他方の面に配置されるカソード電極とを積層した積層体である。
【００１９】
電解質膜は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード電極は、電解質膜の側から順に、白金等の合金からなる電極触媒層と、フッ素樹脂とカーボン等からなるマイクロポーラス層と、カーボンペーパー等からなるガス拡散層とが配置されて構成される。カソード電極も、アノード電極と同様に、電解質膜の側から順に、電極触媒層と、マイクロポーラス層と、ガス拡散層とが配置されて構成される。
【００２０】
膜電極接合体２０には、接合体外周に沿って樹脂製の絶縁フィルム５０が設けられている。このように、絶縁フィルム５０は膜電極接合体２０の外周に一体的に形成されている。絶縁フィルム５０は、柔軟性を有する薄いシート状部材であり、前述したように幅広な原反から矩形状に切り出された部材である。絶縁フィルム５０は、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０の間に配置され、これらセパレータ同士を電気的に絶縁する部材である。
【００２１】
図２に示すように、絶縁フィルム５０の一端側（図２中左側）には、上から順に、アノードガス供給マニホールド孔５１Ａ、冷却水供給マニホールド孔５２Ａ、カソードガス供給マニホールド孔５３Ａが形成されている。また、絶縁フィルム５０の他端側（図２中右側）には、上から順に、アノードガス排出マニホールド孔５１Ｂ、冷却水排出マニホールド孔５２Ｂ、カソードガス排出マニホールド孔５３Ｂが形成されている。
【００２２】
図３に示すように、アノードセパレータ３０は、金属等の導電性材料で形成された板状部材である。アノードセパレータ３０は、膜電極接合体側の面にアノードガスを流すアノードガス流路３７を有しており、膜電極接合体側とは反対側の面に冷却水を流す冷却水流路３８を有している。
【００２３】
アノードセパレータ３０の一端側（図３中左側）には、上から順にアノードガス供給マニホールド孔３１Ａ、冷却水供給マニホールド孔３２Ａ、カソードガス供給マニホールド孔３３Ａが形成されている。また、アノードセパレータ３０の他端側（図３中右側）には、上から順にアノードガス排出マニホールド孔３１Ｂ、冷却水排出マニホールド孔３２Ｂ、カソードガス排出マニホールド孔３３Ｂが形成されている。
【００２４】
アノードガス供給マニホールド孔３１Ａから供給されたアノードガスは、アノードガス流路３７を通って、アノードガス排出マニホールド孔３１Ｂに流出する。冷却水供給マニホールド孔３２Ａから供給された冷却水は、冷却水流路３８を通って、冷却水排出マニホールド孔３２Ｂに流出する。
【００２５】
図４に示すように、カソードセパレータ４０は、金属等の導電性材料で形成された板状部材である。カソードセパレータ４０は、膜電極接合体側の面にカソードガスを流すカソードガス流路４７を有し、膜電極接合体側とは反対側の面に冷却水を流す冷却水流路４８を有している。
【００２６】
カソードセパレータ４０の一端側（図４中左側）には、上から順にアノードガス供給マニホールド孔４１Ａ、冷却水供給マニホールド孔４２Ａ、カソードガス供給マニホールド孔４３Ａが形成される。また、カソードセパレータ４０の他端側（図４中右側）には、上から順にアノードガス排出マニホールド孔４１Ｂ、冷却水排出マニホールド孔４２Ｂ、カソードガス排出マニホールド孔４３Ｂが形成される。
【００２７】
カソードガス供給マニホールド孔４３Ａから供給されたカソードガスは、カソードガス流路４７を通って、カソードガス排出マニホールド孔４３Ｂに流出する。冷却水供給マニホールド孔４２Ａから供給された冷却水は、冷却水流路４８を通って、冷却水排出マニホールド孔４２Ｂに流出する。
【００２８】
単位セルとしての燃料電池１０が積層されて燃料電池スタック１００が構成された場合、アノードガス供給マニホールド孔３１Ａ，４１Ａ，５１Ａは、積層方向に並んで、一のアノードガス供給用通路を構成する。この時、冷却水供給マニホールド孔３２Ａ，４２Ａ，５２Ａは一の冷却水供給用通路を構成し、カソードガス供給マニホールド孔３３Ａ，４３Ａ，５３Ａは一のカソードガス供給用通路を構成する。同様に、アノードガス排出マニホールド孔３１Ｂ，４１Ｂ，５１Ｂ、冷却水排出マニホールド孔３２Ｂ，４２Ｂ，５２Ｂ、及びカソードガス排出マニホールド孔３３Ｂ，４３Ｂ，５３Ｂは、それぞれ、アノードガス排出用通路、冷却水排出用通路、及びカソードガス排出用通路を構成する。
【００２９】
次に、図５Ｂを参照して、燃料電池スタック１００の積層状態について説明する。図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ位置における燃料電池スタック１００の一部縦断面図である。
【００３０】
図５Ｂに示すように、燃料電池スタック１００では、複数の燃料電池１０が所定方向に直列的に積層される。燃料電池スタック１００を構成する一の燃料電池１０では、アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ４０が接着シール部材６０を介して膜電極接合体２０を支持する絶縁フィルム５０に接着されている。アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ４０が絶縁フィルム５０に接着された状態では、アノードセパレータ３０はアノードガス流路側の面が膜電極接合体２０の一方側の面に隣接するように配置され、カソードセパレータ４０はカソードガス流路側の面が膜電極接合体２０の他方側の面に隣接するように配置される。
【００３１】
図５Ａ及び図５Ｂに示す通り、燃料電池１０においては、接着シール部材６０は、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って、膜電極接合体２０及びマニホールド孔５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５１Ｂ，５２Ｂ，５３Ｂを取り囲むように配置される。接着シール部材６０は、各部材同士を接着する機能だけでなく、各部材間をシールするシール材としての機能も有する。したがって、接着シール部材６０には、接着機能及びシール機能を有するオレフィン系接着剤やシリコン系接着剤等が採用される。これら接着剤は、硬化前はゲル状態であるが、硬化後には弾性を有する固体状態となる。
【００３２】
上述したように、燃料電池１０では、絶縁フィルム５０はアノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間に配置されている。そのため、絶縁フィルム５０の製造過程に起因する残留応力によって当該絶縁フィルム５０にカールやねじれが生じていると、例えば図５Ｂの破線に示すように、絶縁フィルム５０の端部である外周縁がカソードセパレータ４０に向かって反り返り、絶縁フィルム５０の外周縁をセパレータ３０，４０間の所望の位置に配置することができなくなる。
【００３３】
このような状態では、アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ４０の最外端同士の絶縁性が低下する。また、絶縁フィルム５０とカソードセパレータ４０との接触部分においてスタック荷重に対する反力が生じ、燃料電池１０を構成する各部材の面圧にばらつきが生じてしまう。
【００３４】
上述のような絶縁フィルム５０の変形を是正するため、本実施形態による燃料電池１０は、絶縁フィルム５０と各セパレータ３０，４０との間に、絶縁フィルム５０の外周縁の位置を矯正する位置矯正部７０を備えている。
【００３５】
位置矯正部７０は、絶縁フィルム５０とアノードセパレータ３０の間に位置し、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って断続的に設けられる複数の第１矯正部７１と、絶縁フィルム５０とカソードセパレータ４０の間に位置し、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って断続的に設けられる複数の第２矯正部７２とを有している。
【００３６】
各第１矯正部７１は直方体形状の弾性体からなるスペーサであって、複数の第１矯正部７１は絶縁フィルム５０の内側を包囲するように当該絶縁フィルム５０の外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置される。これら第１矯正部７１は、絶縁フィルム５０の面内方向（内外方向）においてアノード側の接着シール部材６０よりも外側、つまりアノード側の接着シール部材６０よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられる。
【００３７】
各第２矯正部７２も第１矯正部７１と同様に直方体形状の弾性体からなるスペーサであって、複数の第２矯正部７２は絶縁フィルム５０の内側を包囲するように当該絶縁フィルム５０の外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置される。これら第２矯正部７１は、絶縁フィルム５０の内外方向においてカソード側の接着シール部材６０よりも外側、つまりカソード側の接着シール部材６０よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられる。
【００３８】
図５Ａに示すように、各第２矯正部７２は、燃料電池１０の積層方向において、隣接する第１矯正部７１同士の間に設けられる隙間と対向する位置に設けられる。つまり、複数の第１及び第２矯正部７１，７２は、積層方向から見た場合（平面視）において、第１矯正部７１と第２矯正部とが矯正部配列方向に交互に並ぶように配置されている。これは、複数の第１及び第２矯正部７１，７２が、燃料電池１０の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置されることを意味している。
【００３９】
上述のように配置された第１矯正部７１及び第２矯正部７２により絶縁フィルム５０の外周縁をセパレータ３０，４０間において挟持することで、絶縁フィルム５０の外周縁の変形を矯正することができる。このように、絶縁フィルム５０の外周縁を平坦な形状に矯正することで、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間において絶縁フィルム５０の端部の位置を所望の位置に配置でき、絶縁フィルム５０と各セパレータ３０，４０との間隔を所定間隔に保つことが可能となる。
【００４０】
なお、燃料電池１０では、絶縁フィルム５０の外周縁を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けたが、絶縁フィルム５０に形成される各マニホールド孔５１Ａ〜５３Ａ，５１Ｂ〜５３Ｂの周囲に位置するマニホールド端を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けてもよい。図５Ａに示すように、マニホールド端に第１及び第２矯正部７１，７２を配置する場合においても、複数の第１及び第２矯正部７１，７２はマニホールド孔に沿って配置され、これら第１及び第２矯正部７１，７２は積層方向から見た場合に第１矯正部７１と第２矯正部とが矯正部配列方向に交互に並ぶように配置される。つまり、複数の第１及び第２矯正部７１，７２が、燃料電池１０の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置される。
【００４１】
次に、図６Ａを参照して、絶縁フィルム５０の外周縁の角部における位置矯正について説明する。
【００４２】
膜電極接合体２０の外周に設けられる絶縁フィルム５０は略矩形状の部材として形成されており、矩形状の絶縁フィルム５０の外周縁の角部にはフィルム製造時の残留応力が集中しやすい。そのため、絶縁フィルム５０の外周縁の角部の位置を位置矯正部７０を用いて矯正しておくことが望ましい。
【００４３】
そこで、図６Ａに示すように、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って矩形状に配列される複数の第１及び第２矯正部７１，７２のうちの一方が絶縁フィルム５０の外周縁の角部に対応する位置に配置される。第１矯正部７１及び第２矯正部７２が配置される位置を結ぶ配列線（破線）は絶縁フィルム５０の外周縁に対応して矩形状となり、図６Ａにおいてはこの矩形状配列線の角部を含むように一の第１矯正部７１が配置される。また、燃料電池１０の積層方向から見た場合に、角部に配置される第１矯正部７１の隣に設けられる第２矯正部７２は当該第１矯正部７１に対して配列方向に所定の隙間を空けて配置される。
【００４４】
このように、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って第１及び第２矯正部７１，７２を配列させるとともに、絶縁フィルム５０の角部に対応する位置に第１矯正部７１を配置することにより、絶縁フィルム５０の角部の位置矯正を確実に行うことが可能となる。なお、図６Ａでは、矩形状配列線の角部を含むように第１矯正部７１を配置したが、第２矯正部７２を配置してもよい。
【００４５】
図６Ｂ〜図６Ｅを参照して、絶縁フィルム５０の角部の位置矯正における他の例について説明する。
【００４６】
図６Ｂに示すように、矩形状配列線（破線）の角部に配置される第１矯正部７１を、直方体状ではなく、円柱状としてもよい。この場合に、角部に配置される第１矯正部７１の隣に設けられる第２矯正部７２も円柱状であってもよい。
【００４７】
また、図６Ｃに示すように、複数の第１矯正部７１のうち矩形状配列線（破線）の角部に配置される第１矯正部７１が、当該角部における対角線に沿って延設されるように設けてもよい。この場合に、角部に配置される第１矯正部７１の隣に設けられる第２矯正部７２も絶縁フィルム５０の内外方向に延設されるよう配置されてもよい。
【００４８】
さらに、図６Ｄに示すように、複数の第１矯正部７１のうち矩形状配列線（破線）の角部に配置される第１矯正部７１が、当該角部における対角線に沿って延設されるように設けてもよい。この場合に、第２矯正部７２は、角部近傍に配置されるとともに、配列線の角部から横方向及び縦方向の伸びる配列線を横切って延在するように配置されてもよい。
【００４９】
さらに、図６Ｅに示すように、矩形状配列線（破線）の角部に配置される第１矯正部７１を、配列線に沿ってＬ字状としてもよい。この場合に、第２矯正部７２もＬ字状部材として形成し、角部に配置された第１矯正部７１よりも絶縁フィルム５０の内外方向の内側及び外側に、それぞれＬ字状の第２矯正部７２を配置してもよい。
【００５０】
上記したように絶縁フィルム５０の角部に対応する位置に第１矯正部７１を配置すれば、絶縁フィルム５０の角部の位置矯正を確実に行うことが可能となる。この際、角部に設けられる第１矯正部７１に隣接して設けられる第２矯正部７２は、絶縁フィルム５０の角部の位置矯正を効率的に行う観点から、図６Ｂ〜図６Ｅに示したように様々な配置を取り得る。
【００５１】
なお、図６Ａ〜図６Ｅでは絶縁フィルム５０の外周縁の角部における第１矯正部７１及び第２矯正部７２の配置について例示したが、これら第１及び第２矯正部７１，７２の配置構成は、絶縁フィルム５０の矩形状の各マニホールド孔５１Ａ〜５３Ａ，５１Ｂ〜５３Ｂの周囲に位置するマニホールド端の角部に対しても適用可能である。
【００５２】
上記した第１実施形態の燃料電池１０によれば、以下の効果を得ることができる。
【００５３】
本実施形態による燃料電池１０は、電解質膜及び電極層からなる膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の外周に設けられる絶縁フィルム５０と、膜電極接合体２０及び絶縁フィルム５０を挟むように設けられるアノードセパレータ３０及びカソードセパレータ４０とを備える。そして、絶縁フィルム５０と各セパレータ３０，４０との間には、絶縁フィルム５０の端部の位置を矯正する位置矯正部７０が設けられる。
【００５４】
位置矯正部７０を用いて絶縁フィルム５０の端部の位置を矯正することにより、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間において絶縁フィルム５０の端部の位置を所望の位置に配置でき、絶縁フィルム５０と各セパレータ３０，４０との間隔を所定間隔に保つことが可能となる。これにより、フィルム製造時の残留応力等に起因して絶縁フィルム５０にカール等が生じていた場合であっても、セパレータ間の絶縁性の低下や燃料電池を構成する各部材の面圧にばらつきの発生を抑制でき、燃料電池の出力性能の悪化を防止することが可能となる。
【００５５】
さらに、燃料電池１０では、位置矯正部７０は、絶縁フィルム５０とアノードセパレータ３０との間に位置し、絶縁フィルム５０の端部に沿って断続的に設けられる複数の第１矯正部７１と、絶縁フィルム５０とカソードセパレータ４０との間に位置し、絶縁フィルム５０の端部に沿って断続的に設けられる複数の第２矯正部７２とを含んでいる。複数の第１矯正部７１及び複数の第２矯正部７２は、燃料電池１０の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置される。より具体的には、複数の第１矯正部７１はアノードセパレータ３０と絶縁フィルム５０との間において絶縁フィルム５０の端部に沿って隙間をあけて一列に配置され、複数の第２矯正部７２はカソードセパレータ４０と絶縁フィルム５０との間において絶縁フィルム５０の端部に沿って隙間をあけて一列に配置される。そして、複数の第２矯正部７２はそれぞれ、燃料電池１０の積層方向において第１矯正部７１側の隙間と対向する位置に設けられる。
【００５６】
このように配置することで、第１矯正部７１と第２矯正部７２とが燃料電池１０の積層方向に直列的に並んで位置することを回避できる。その結果、絶縁フィルム５０を矯正する際に第１及び第２矯正部７１，７２に作用する押圧力が積層方向に伝達することを抑制でき、第１及び第２矯正部７１，７２を設けたことによる積層方向のスタッキング荷重の増加を抑えることが可能となる。
【００５７】
なお、位置矯正部７０（第１矯正部７１及び第２矯正部７２）が矯正する絶縁フィルム５０の端部は、絶縁フィルム５０の外周縁、及び絶縁フィルム５０に形成された各マニホールド孔５１Ａ−５３Ａ，５１Ｂ−５３Ｂの周囲に位置するマニホールド端の少なくとも一方である。したがって、燃料電池１０では、位置矯正部７０（第１矯正部７１及び第２矯正部７２）により、絶縁フィルム５０の外周縁や絶縁フィルム５０のマニホールド端の位置をセパレータ間において所望の位置に配置することが可能となる。
【００５８】
（第１実施形態の変形例）
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第１実施形態の一変形例による燃料電池スタック１００及び燃料電池１０について説明する。図７Ａは、第１実施形態の一変形例における位置矯正部７０の配置を説明するための図である。図７Ｂは、第１実施形態の一変形例による燃料電池スタック１００の一部縦断面図である。
【００５９】
第１実施形態では第１矯正部７１と第２矯正部７２が矯正部配列方向に位置をずらして配置されたが、本変形例では第１矯正部７１と第２矯正部７２が絶縁フィルム５０の内外方向に位置をずらして配置される。
【００６０】
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本変形例による第１矯正部７１と第２矯正部７２の配置について説明する。
【００６１】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、複数の第２矯正部７２は絶縁フィルム５０の外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置される。これら第２矯正部７２は、絶縁フィルム５０の内外方向においてアノード側の接着シール部材６０よりも外側、つまりカソード側の接着シール部材６０よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられる。
【００６２】
一方、複数の第１矯正部７１は、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置されるとともに、絶縁フィルム５０の内外方向において第２矯正部７２よりも外側に設けられている。つまり、第１矯正部７１は、第２矯正部７２よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられている。本変形例では、複数の第１矯正部７１が複数の第２矯正部７２よりも外側に配置されているが、複数の第１矯正部７１が複数の第２矯正部７２よりも内側に配置されてもよい。
【００６３】
さらに、第１矯正部７１及び第２矯正部７２は、図７Ａに示すように、燃料電池１０の積層方向から見た場合（平面視）において、絶縁フィルム５０の内外方向に重なるように並んで配置されている。
【００６４】
燃料電池１０の積層方向から見た場合において、複数の第１及び第２矯正部７１，７２を絶縁フィルム５０の内外方向に並んで配置する場合によっても、第１実施形態と同様に、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間において絶縁フィルム５０の外周縁の位置を所望の位置に配置することができる。これにより、フィルム製造時の残留応力等に起因して絶縁フィルム５０にカール等が生じていた場合であっても、セパレータ間の絶縁性の低下や燃料電池を構成する各部材の面圧にばらつきの発生を抑制でき、燃料電池の出力性能の悪化を防止することが可能となる。
【００６５】
さらに、第１矯正部７１と第２矯正部７２とが燃料電池１０の積層方向に直列的に並んで位置することを回避できる。その結果、絶縁フィルム５０を矯正する際に第１及び第２矯正部７１，７２に作用する押圧力が積層方向に伝達することを抑制でき、第１及び第２矯正部７１，７２を設けたことによる積層方向のスタッキング荷重の増加を抑えることが可能となる。
【００６６】
なお、本変形例では、絶縁フィルム５０の外周縁を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けたが、絶縁フィルム５０のマニホールド端を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けてもよい。この場合には、複数の第１矯正部７１及び第２矯正部７２はマニホールド孔を取り囲むように当該マニホールド孔に沿って配置され、これら第１及び第２矯正部７１，７２は積層方向から見た場合において絶縁フィルム５０の内外方向に重なるように並んで配置されることとなる。
【００６７】
（第１実施形態の変形例）
さらに、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第１実施形態の他の変形例による燃料電池スタック１００及び燃料電池１０について説明する。図８Ａは、第１実施形態の他の変形例における位置矯正部７０の配置を説明するための図である。図８Ａは、第１実施形態の他の変形例による燃料電池スタック１００の一部縦断面図である。
【００６８】
図７Ａ及び図７Ｂに示した変形例では第１矯正部７１と第２矯正部７２が絶縁フィルム５０の内外方向に並んで配置されているが、図８Ａ及び図８Ｂに示す本変形例では第１矯正部７１と第２矯正部７２を絶縁フィルム５０の内外方向にずらして配置し、さらに矯正部配列方向においても位置をずらして配置される。
【００６９】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数の第１矯正部７１は、絶縁フィルム５０の内外方向において第２矯正部７２よりも外側に設けられている。本変形例では、複数の第１矯正部７１が複数の第２矯正部７２よりも外側に配置されているが、複数の第１矯正部７１が複数の第２矯正部７２よりも内側に配置されてもよい。
【００７０】
図８Ｂに示すように、第１矯正部７１及び第２矯正部７２はそれぞれ、燃料電池１０の積層方向から見た場合（平面視）において、絶縁フィルム５０の内外方向において重ならないようずらして配置されている。つまり、複数の第１及び第２矯正部７１，７２は所定の隙間を空けてそれぞれ一列に設けられており、平面視において、第１矯正部７１は隣接する第２矯正部７２の間に位置する隙間と対向するように配置され、第２矯正部７２は隣接する第１矯正部７１の間に位置する隙間と対向するように配置される。このように、本変形例による燃料電池１０では、第１矯正部７１が第２矯正部７１よりも外側に配置された状態で、第１矯正部７１と第２矯正部７２が矯正部配列方向において互い違いとなるように順番に配置されている。
【００７１】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように複数の第１及び第２矯正部７１，７２を配置する場合によっても、第１実施形態と同様に、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間において絶縁フィルム５０の外周縁の位置を所望の位置に配置することができる。これにより、フィルム製造時の残留応力等に起因して絶縁フィルム５０にカール等が生じていた場合であっても、セパレータ間の絶縁性の低下や燃料電池を構成する各部材の面圧にばらつきの発生を抑制でき、燃料電池の出力性能の悪化を防止することが可能となる。
【００７２】
さらに、本変形例による燃料電池１０では、第１矯正部７１と第２矯正部７２が絶縁フィルム５０の内外方向にずらして配置され、且つ矯正部配列方向においても位置をずらして配置される。そのため、絶縁フィルム５０を矯正する際に第１及び第２矯正部７１，７２に作用する押圧力が積層方向に伝達することを第１実施形態等よりも効果的に抑制することが可能となる。
【００７３】
なお、本変形例においても、絶縁フィルム５０の外周縁を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けたが、絶縁フィルム５０のマニホールド端を挟持するように第１矯正部７１及び第２矯正部７２を設けてもよい。
【００７４】
（第２実施形態）
図９を参照して、本発明の第２実施形態による燃料電池スタック１００について説明する。以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
【００７５】
図９に示すように、第２実施形態による燃料電池スタック１００を構成する燃料電池１０では、位置矯正部７０が絶縁フィルム５０自体に形成されている。
【００７６】
絶縁フィルム５０は、アノードセパレータ側に面する第１フィルム５０Ａと、カソードセパレータ側に面する第２フィルム５０Ｂを重ね合わせた積層部材として構成されている。
【００７７】
位置矯正部７０は、第１フィルム５０Ａに形成される複数の第１矯正部７１と、第２フィルム５０Ｂに形成される複数の第２矯正部７２とを含んでいる。
【００７８】
複数の第１矯正部７１は、第１フィルム５０Ａから突出してアノードセパレータ３０に当接するように設けられ、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って断続的に設けられる。より具体的には、第１矯正部７１は、第１フィルム５０Ａの内側を包囲するように、当該第１フィルム５０Ａの外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置される。第１矯正部７１は、絶縁フィルム５０の内外方向においてアノード側の接着シール部材６０よりも外側、つまりアノード側の接着シール部材６０よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられる。
【００７９】
一方、複数の第２矯正部７２は、第２フィルム５０Ｂから突出してカソードセパレータ４０に当接するように設けられ、絶縁フィルム５０の外周縁に沿って断続的に設けられる。より具体的には、第２矯正部７２は、第２フィルム５０Ｂの内側を包囲するように、当該第２フィルム５０Ｂの外周縁に沿って所定の隙間をあけて一列に配置される。第２矯正部７２は、絶縁フィルム５０の内外方向において接着シール部材６０及び第１矯正部７１よりも絶縁フィルム５０の外周縁寄りの位置に設けられる。
【００８０】
上述した第１及び第２矯正部７１，７２は、第１及び第２フィルム５０Ａ，５０Ｂを押圧加工する等して、当該第１及び第２フィルム５０Ａ，５０Ｂの一部を屈曲形成することにより形成されている。
【００８１】
第２実施形態の燃料電池スタック１００においても、複数の第１矯正部７１及び第２矯正部７２は、燃料電池１０の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置されている。第１及び第２矯正部７１，７２の配置態様については、第１実施形態と同様に、平面視において、図５Ａのように矯正部配列方向に両者の位置をずらして一列に配置したり、図７Ａ及び図８Ａのようにフィルム内外方向に両者の位置をずらして二列に配置したりすることが考えられる。
【００８２】
上記した第２実施形態の燃料電池１０によれば、以下の効果を得ることができる。
【００８３】
本実施形態による燃料電池１０は、電解質膜及び電極層からなる膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の外周に設けられる絶縁フィルム５０と、膜電極接合体２０及び絶縁フィルム５０を挟むように設けられるアノードセパレータ３０及びカソードセパレータ４０とを備える。そして、絶縁フィルム５０には、絶縁フィルム５０の端部の位置を矯正する位置矯正部７０が設けられる。
【００８４】
絶縁フィルム５０に設けられた位置矯正部７０を用いて当該絶縁フィルム５０の端部の位置を矯正することにより、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ４０との間において絶縁フィルム５０の端部の位置を所望の位置に配置でき、絶縁フィルム５０と各セパレータ３０，４０との間隔を所定間隔に保つことが可能となる。これにより、フィルム製造時の残留応力等に起因して絶縁フィルム５０にカール等が生じていた場合であっても、セパレータ間の絶縁性の低下や燃料電池を構成する各部材の面圧にばらつきの発生を抑制でき、燃料電池の出力性能の悪化を防止することが可能となる。
【００８５】
さらに、燃料電池１０の絶縁フィルム５０は、第１フィルム５０Ａ及び第２フィルム５０Ｂを重ね合わせた積層部材として構成されている。位置矯正部７０は、第１フィルム５０Ａから突出してアノードセパレータ３０に当接するように第１フィルム５０Ａに設けられ、絶縁フィルム５０の端部に沿って断続的に設けられる複数の第１矯正部７１を有している。さらに、位置矯正部７０は、第２フィルム５０Ｂから突出してカソードセパレータ４０に当接するように第２フィルム５０Ｂに設けられ、絶縁フィルム５０の端部に沿って断続的に設けられる複数の第２矯正部７２を有している。そして、複数の第１矯正部７１及び複数の第２矯正部７２は、燃料電池１０の積層方向において重ならないよう、当該積層方向に対して位置をずらして配置されている。
【００８６】
このように配置することで、第１矯正部７１と第２矯正部７２とが燃料電池１０の積層方向に直列的に並んで位置することを回避できる。その結果、絶縁フィルム５０を矯正する際に第１及び第２矯正部７１，７２に作用する押圧力が積層方向に伝達することを抑制でき、第１及び第２矯正部７１，７２を設けたことによる積層方向のスタッキング荷重の増加を抑えることが可能となる。
【００８７】
なお、図９では絶縁フィルム５０の外周縁の位置を矯正するように第１及び第２矯正部７１，７２を第１及び第２フィルム５０Ａ，５０Ｂに形成したが、絶縁フィルム５０のマニホールド端の周囲を取り囲むように第１及び第２矯正部７１，７２を第１及び第２フィルム５０Ａ，５０Ｂに形成してもよい。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８９】
上述した第１実施形態及びその変形例においては、第１及び第２矯正部７１，７２はセパレータとは別部材のスペーサとして形成されている。しかしながら、第１矯正部７１をアノードセパレータ３０に一体形成し、第２矯正部７２をカソードセパレータ４０に一体形成してもよい。また、第１及び第２矯正部７１，７２は、各セパレータ３０，４０と絶縁フィルム５０とを接続する接着部材として構成されてもよい。このように第１及び第２矯正部７１，７２を接着部材として構成すれば、絶縁フィルム５０の端部の位置をより確実に矯正することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  燃料電池スタック
１０    燃料電池
２０    膜電極接合体
３０    アノードセパレータ
４０    カソードセパレータ
５０    絶縁フィルム
５０Ａ  第１フィルム
５０Ｂ  第２フィルム
６０    接着シール部材
７０    位置矯正部
７１    第１矯正部
７２    第２矯正部
【図１】
2018006163.tif 000003
【図２】
2018006163.tif 000004
【図３】
2018006163.tif 000005
【図４】
2018006163.tif 000006
【図５Ａ】
2018006163.tif 000007
【図５Ｂ】
2018006163.tif 000008
【図６Ａ】
2018006163.tif 000009
【図６Ｂ】
2018006163.tif 000010
【図６Ｃ】
2018006163.tif 000011
【図６Ｄ】
2018006163.tif 000012
【図６Ｅ】
2018006163.tif 000013
【図７Ａ】
2018006163.tif 000014
【図７Ｂ】
2018006163.tif 000015
【図８Ａ】
2018006163.tif 000016
【図８Ｂ】
2018006163.tif 000017
【図９】
2018006163.tif 000018