(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池において、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることを目的とする。【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体と、膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、第１の液体が流通するための液体流路部と、第２の液体が充填される液体充填部とを内部に有するセパレータと、を備える。【選択図】図９
2011040197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、第１の液体が流通するための液体流路部と、第２の液体が充填される液体充填部とを内部に有するセパレータと、を備える燃料電池。
【請求項２】
燃料電池であって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを両側から挟持し、液体が充填される液体充填部を内部に有する一対のエンドプレートと、を備える燃料電池。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池において、軽量化や原料コストの抑制を図るための技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２５６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、セパレータの内部を中空にした場合、燃料電池を構成する上で必要な強度を確保することが困難となる虞があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、燃料電池において、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。
【０００７】
本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、第１の液体が流通するための液体流路部と、第２の液体が充填される液体充填部とを内部に有するセパレータと、を備える。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、液体が充填された液体充填部を内部に有するセパレータを備えているため、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、燃料電池を提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを両側から挟持し、液体が充填される液体充填部を内部に有する一対のエンドプレートと、を備える。
【００１０】
第２の態様に係る燃料電池によれば、液体が充填される液体充填部を内部に有するエンドプレートを備えているため、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００１１】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、上記した燃料電池のほか、燃料電池の製造方法、燃料電池に用いられるセパレータもしくはエンドプレート、および、それらの製造方法等の態様で実現することもできる。また、上記した燃料電池を製造するためのコンピュータプログラムや、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。
【図２】フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆの概略構成を例示した説明図である。
【図３】アノード対向プレートＳＰａの概略構成を例示した説明図である。
【図４】中間プレートＳＰｍのアノード側の概略構成を例示した説明図である。
【図５】中間プレートＳＰｍのカソード側の概略構成を例示した説明図である。
【図６】中間プレートＳＰｍの断面構成を例示した説明図である。
【図７】カソード対向プレートＳＰｃの概略構成を例示した説明図である。
【図８】エンドプレートＥＰの概略構成を例示した説明図である。
【図９】燃料電池１００の断面構成の一部を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。図１（Ａ）は、燃料電池の全体構成を説明するための説明図である。本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池であり、酸化ガス（例えば、空気）と、燃料ガス（例えば、水素）とを用いて発電を行う。燃料電池１００は、複数の燃料電池セル１０と、２つのエンドプレートＥＰと、２つのターミナルプレートＴＰと、２つのインシュレータ４０と、を備えている。燃料電池セル１０は、複数積層されて燃料電池スタックＳＴを構成している。燃料電池スタックＳＴは、両側にターミナルプレートＴＰおよびインシュレータ４０をそれぞれ挟んで、一対のエンドプレートＥＰによって挟持されている。
【００１４】
燃料電池１００は、エンドプレートＥＰが備える水素供給用の貫通孔および空気供給用の貫通孔からそれぞれ水素および空気の供給を受けて発電をおこなう。また、燃料電池１００は、テンションシャフト３０が締結ボルト３５によって各エンドプレートＥＰに結合されることによって、燃料電池セル１０を、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。なお、燃料電池１００は、ターミナルプレートＴＰとエンドプレートＥＰとの間に、絶縁を確保するためインシュレータ４０を備えていなくてもよい。また、本発明は、固体高分子型燃料電池に限られず、種々の燃料電池に適用することができる。
【００１５】
図１（Ｂ）は、燃料電池セル１０の概略構成を例示した説明図である。燃料電池セル１０は、後述するフレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆとセパレータＳＰとを備えている。セパレータＳＰは、後述するアノード対向プレートＳＰａと、中間プレートＳＰｍと、カソード対向プレートＳＰｃと、によって構成される３層式セパレータである。燃料電池セル１０は、一対のセパレータＳＰによりフレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆを挟持した構成を備えている。このとき、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆは、一方のセパレータＳＰのカソード対向プレートＳＰｃ、および、他方のセパレータＳＰのアノード対向プレートＳＰａとそれぞれ接している。燃料電池１００は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆとセパレータＳＰとが交互に積層された構成を備えている。
【００１６】
図２は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆの概略構成を例示した説明図である。図２（Ａ）は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆの平面構成を例示した説明図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図２（Ａ）に示すように、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆは、ＭＥＧＡ１１とフレーム部材１２とを備え、略長方形状のＭＥＧＡ１１の外周に、枠状のフレーム部材１２が、ＭＥＧＡ１１と一体的に形成されている。フレーム部材１２には、水素、空気、冷媒などの供給や排出を行うマニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔１１ａｉ、１１ａｏ、１１ｈｉ、１１ｈｏ、１１ｗｉ、１１ｗｏが形成されている。マニホールドＭ１〜Ｍ６の機能・構成については後述する。
【００１７】
図２（Ｂ）に示すように、ＭＥＧＡ１１は、電解質膜１３の一方の面にアノード１４ａ、他方の面にカソード１４ｃを備えるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）の両側にガス拡散層１５ａ、１５ｃを備えている。
【００１８】
電解質膜１３は、固体高分子材料である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り、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。なお、電解質膜１３は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂であってもよい。
【００１９】
アノード１４ａおよびカソード１４ｃは、電解質膜１３上に形成された電極層であり、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属（例えば白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）と、によって構成することができる。なお、アノード１４ａまたはカソード１４ｃに含まれる電解質は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂で構成されていてもよい。
【００２０】
ガス拡散層１５ａ、１５ｃは、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材により形成することができる。
【００２１】
フレーム部材１２は、２つの樹脂フレーム１２ｆを接着層１２ｇにより接合した構成を備えている。樹脂フレーム１２ｆは、フェノール樹脂などにより形成することができる。フレーム部材１２と膜電極接合体ＭＥＡは、電解質膜１３の外周端部１３ｅが、樹脂フレーム１２ｆに挟持された状態で接着層１２ｇに保持されることにより一体化されている。
【００２２】
図３は、アノード対向プレートＳＰａの概略構成を例示した説明図である。図３（Ａ）は、アノード対向プレートＳＰａの平面構成を例示した説明図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ断面を例示した説明図である。図３（Ｄ）は、図３（Ａ）のＤ−Ｄ断面を例示した説明図である。アノード対向プレートＳＰａは、四角形の外形形状を有し、ステンレス鋼製の平板により形成されている。アノード対向プレートＳＰａは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成されてもよい。
【００２３】
アノード対向プレートＳＰａは、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔５０ａｉ、５０ａｏ、５０ｈｉ、５０ｈｏ、５０ｗｉ、５０ｗｏが形成されている。また、アノード対向プレートＳＰａは、貫通孔５０ｈｉと近接した位置にアノードガス供給口Ｐ１が形成され、貫通孔５０ｈｏと近接した位置にアノード排ガス排出口Ｐ２が形成されている。
【００２４】
図４は、中間プレートＳＰｍのアノード側の概略構成を例示した説明図である。ここで、アノード側とは、中間プレートＳＰｍのアノード対向プレートＳＰａと当接する面側をいう。図５は、中間プレートＳＰｍのカソード側の概略構成を例示した説明図である。カソード側とは、中間プレートＳＰｍのカソード対向プレートＳＰｃと当接する面側をいう。図６は、中間プレートＳＰｍの断面構成を例示した説明図である。図６（Ｂ）は、図４および図５のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図６（Ｃ）は、図４および図５のＣ−Ｃ断面を例示した説明図である。図６（Ｄ）は、図４および図５のＤ−Ｄ断面を例示した説明図である。中間プレートＳＰｍは、四角形の外形形状を有し、ステンレス鋼製の平板により形成されている。中間プレートＳＰｍは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成されてもよい。
【００２５】
中間プレートＳＰｍは、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔６０ａｉ、６０ａｏ、６０ｈｉ、６０ｈｏ、６０ｗｉ、６０ｗｏが形成されている。貫通孔６０ｈｉは、アノード対向プレートＳＰａの貫通孔５０ｈｉおよびアノードガス供給口Ｐ１とそれぞれ対向する形状を備えている。貫通孔６０ｈｏは、アノード対向プレートＳＰａの貫通孔５０ｈｏおよびアノード排ガス排出口Ｐ２とそれぞれ対向する形状を備えている。また、貫通孔６０ａｉは、カソード対向プレートＳＰｃの後述する貫通孔７０ａｉおよびカソードガス供給口Ｐ３とそれぞれ対向する形状を備えている。貫通孔６０ａｏは、カソード対向プレートＳＰｃの後述する貫通孔７０ａｏおよびカソードガス供給口Ｐ３とそれぞれ対向する形状を備えている。
【００２６】
図４に示すように、中間プレートＳＰｍは、アノード対向プレートＳＰａと接する面に、流路形成部ＷＰを備えている。流路形成部ＷＰは、図６に示すように、中間プレートＳＰｍの他の部分に比べて厚さが薄くなるように凹状に形成されている。流路形成部ＷＰは、図６（Ｃ）に示すように、貫通孔６０ｗｉおよび貫通孔６０ｗｏと接続されているため、中間プレートＳＰｍとアノード対向プレートＳＰａとを積層した際に、冷媒流路を形成する。
【００２７】
図５に示すように、中間プレートＳＰｍは、カソード対向プレートＳＰｃと接する面に、矩形形状の中空形成部ＯＰｍを備えている。中空形成部ＯＰｍは、図６に示すように、中間プレートＳＰｍの他の部分に比べて厚さが薄くなるように凹状に形成されている。なお、本実施例では、中空形成部ＯＰｍは、矩形形状に形成されているが、中空形成部ＯＰｍの位置や範囲については特に限定はなく、中間プレートＳＰｍは、カソード対向プレートＳＰｃと接する面の任意の位置、範囲に中空形成部ＯＰｍが形成されていてよい。中空形成部ＯＰｍは、中間プレートＳＰｍとカソード対向プレートＳＰｃとを積層した際に、中空部を形成する。
【００２８】
中空形成部ＯＰｍには、ステンレス鋼製の支持部材ＢＰｍが配置されている。本実施例では、支持部材ＢＰｍは、図６に示すように、コの字形状が連続する断面を有することにより直線状のリブが形成されている折板を用いている。なお、支持部材ＢＰｍは、中空形成部ＯＰｍにより形成される中空部の内部形状を維持することができる部材であれば、上記形状に限定されない。また、支持部材ＢＰｍは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成してもよいし、例えば、樹脂等、金属以外の材料により形成してもよい。
【００２９】
図７は、カソード対向プレートＳＰｃの概略構成を例示した説明図である。図７（Ａ）は、カソード対向プレートＳＰｃの平面構成を例示した説明図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＣ−Ｃ断面を例示した説明図である。図７（Ｄ）は、図７（Ａ）のＤ−Ｄ断面を例示した説明図である。カソード対向プレートＳＰｃは、四角形の外形形状を有し、ステンレス鋼製の平板により形成されている。カソード対向プレートＳＰｃは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成されてもよい。
【００３０】
カソード対向プレートＳＰｃは、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔７０ａｉ、７０ａｏ、７０ｈｉ、７０ｈｏ、７０ｗｉ、７０ｗｏが形成されている。また、カソード対向プレートＳＰｃは、貫通孔７０ａｉと近接した位置にカソードガス供給口Ｐ３が形成され、貫通孔７０ａｏと近接した位置にカソード排ガス排出口Ｐ４が形成されている。
【００３１】
図８は、エンドプレートＥＰの概略構成を例示した説明図である。図８（Ａ）は、エンドプレートＥＰの平面構成を例示した説明図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＣ−Ｃ断面を例示した説明図である。図８（Ｄ）は、図８（Ａ）のＤ−Ｄ断面を例示した説明図である。エンドプレートＥＰは、四角形の外形形状を有し、ステンレス鋼により形成されている。エンドプレートＥＰは、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔８０ａｉ、８０ａｏ、８０ｈｉ、８０ｈｏ、８０ｗｉ、８０ｗｏが形成されている。また、エンドプレートＥＰは、燃料電池スタックＳＴと当接する領域Ａｃの外周部の四隅に貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、テンションシャフト３０を貫通させて締結ボルト３５により固定するために用いられる。エンドプレートＥＰは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成されてもよい。
【００３２】
図８（Ａ）に示すように、エンドプレートＥＰは、内部に矩形形状の中空部ＯＰｅを備えている。中空部ＯＰｅの形成方法については特に限定はなく、例えば、凹部が形成された２つの平板を互いに貼り合わせることにより形成してもよいし、凹部が形成された平板の凹部を蓋状の平板で覆うことにより形成してもよい。また、エンドプレートの端面側から内部をくり抜き、開口部を塞ぐことで形成してもよい。なお、本実施例では、中空部ＯＰｅは、矩形形状に形成されているが、中空部ＯＰｅの位置や範囲については特に限定はなく、エンドプレートＥＰ内部の任意の位置、範囲に中空部ＯＰｅが形成されていてよい。
【００３３】
中空部ＯＰｅには、ステンレス鋼製の支持部材ＢＰｅが配置されている。本実施例では、支持部材ＢＰｅは、図８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、コの字形状が連続する断面を有することにより直線状のリブが形成されている折板を用いている。なお、支持部材ＢＰｅは、中空部ＯＰｅの内部形状を維持することができる部材であれば、上記形状に限定されない。また、支持部材ＢＰｅは、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属により形成してもよいし、例えば、樹脂等、金属以外の材料により形成してもよい。
【００３４】
燃料電池セル１０は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆに設けられた貫通孔１１ｈｉ、１１ｈｏ、アノード対向プレートＳＰａに設けられた貫通孔５０ｈｉ、５０ｈｏ、中間プレートＳＰｍに設けられた貫通孔６０ｈｉ、６０ｈｏ、カソード対向プレートＳＰｃに設けられた貫通孔７０ｈｉ、７０ｈｏ、および、エンドプレートＥＰに設けられた貫通孔８０ｈｉ、８０ｈｏ、がそれぞれ連通して形成されるアノードガス供給マニホールドＭ１とアノード排ガス排出マニホールドＭ２とを備えている。また、燃料電池セル１０は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆに設けられた貫通孔１１ａｉ、１１ａｏ、アノード対向プレートＳＰａに設けられた貫通孔５０ａｉ、５０ａｏ、中間プレートＳＰｍに設けられた貫通孔６０ａｉ、６０ａｏ、カソード対向プレートＳＰｃに設けられた貫通孔７０ａｉ、７０ａｏ、および、エンドプレートＥＰに設けられた貫通孔８０ａｉ、８０ａｏ、がそれぞれ連通して形成されるカソードガス供給マニホールドＭ３とカソード排ガス排出マニホールドＭ４とを備えている。
【００３５】
また、燃料電池セル１０は、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆに設けられた貫通孔１１ｗｉ、１１ｗｏ、アノード対向プレートＳＰａに設けられた貫通孔５０ｗｉ、５０ｗｏ、中間プレートＳＰｍに設けられた貫通孔６０ｗｉ、６０ｗｏ、カソード対向プレートＳＰｃに設けられた貫通孔７０ｗｉ、７０ｗｏ、および、エンドプレートＥＰに設けられた貫通孔８０ｗｉ、８０ｗｏ、がそれぞれ連通して形成される冷媒供給マニホールドＭ５と冷媒排出マニホールドＭ６とを備えている。
【００３６】
アノードガス供給マニホールドＭ１およびアノード排ガス排出マニホールドＭ２は、それぞれエンドプレートＥＰの貫通孔８０ｈｉ、および、貫通孔８０ｈｏから、発電に用いられるアノードガスとしての水素、および、発電に用いられなかった水素を含むガス（アノード排ガス）が流通する流路である。また、カソードガス供給マニホールドＭ３およびカソード排ガス排出マニホールドＭ４は、それぞれエンドプレートＥＰの貫通孔８０ａｉ、および、貫通孔８０ａｏから、発電に用いられるカソードガスとしての空気、および、発電に用いられた空気（カソード排ガス）が流通する流路である。また、冷媒供給マニホールドＭ５および冷媒排出マニホールドＭ６は、それぞれエンドプレートＥＰの貫通孔８０ｗｉ、および、貫通孔８０ｗｏから、電極反応により生じる熱を取り除くための冷媒（例えば水）が流通する流路である。
【００３７】
図９は、燃料電池１００の断面構成の一部を例示した説明図である。図９（Ａ）は、燃料電池１００のアノードガス供給マニホールドＭ１およびカソードガス供給マニホールドＭ３を含む断面の一部を例示した説明図である。図９（Ｂ）は、燃料電池１００の冷媒供給マニホールドＭ５および冷媒排出マニホールドＭ６を含む断面の一部を例示した説明図である。図９（Ｃ）は、燃料電池１００のアノード排ガス排出マニホールドＭ２およびカソード排ガス排出マニホールドＭ４を含む断面の一部を例示した説明図である。
【００３８】
図９（Ａ）に示すように、中間プレートＳＰｍの貫通孔６０ｈｉは、アノードガス供給口Ｐ１とアノードガス供給マニホールドＭ１とを接続している。アノード対向プレートＳＰａのアノードガス供給口Ｐ１は、ＭＥＧＡ１１のガス拡散層１５ａと対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１１のアノード側にアノードガスを供給する。図９（Ｃ）に示すように、中間プレートＳＰｍの貫通孔６０ｈｏは、アノード排ガス排出口Ｐ２とアノード排ガス排出マニホールドＭ２とを接続している。アノード排ガス排出口Ｐ２は、ガス拡散層１５ａと対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１１のアノード側からアノード排ガスを排出する。
【００３９】
また、図９（Ａ）に示すように、中間プレートＳＰｍの貫通孔６０ａｉは、カソードガス供給口Ｐ３とカソードガス供給マニホールドＭ３とを接続している。カソード対向プレートＳＰｃのカソードガス供給口Ｐ３は、ガス拡散層１５ｃと対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１１のカソード側にカソードガスを供給する。図９（Ｃ）に示すように、中間プレートＳＰｍの貫通孔６０ａｏは、カソード排ガス排出口Ｐ４とカソード排ガス排出マニホールドＭ４とを接続している。カソード排ガス排出口Ｐ４は、ガス拡散層１５ｃと対向する位置に形成され、ＭＥＧＡ１１のカソード側からカソード排ガスを排出する。
【００４０】
また、図９（Ｂ）に示すように、冷媒供給マニホールドＭ５を流通する冷媒の一部は、中間プレートＳＰｍの貫通孔６０ｗｉから流路形成部ＷＰにより形成された液体流路へ流入し、冷媒が液体流路を流通した後、貫通孔６０ｗｏから冷媒排出マニホールドＭ６へ排出される。燃料電池１００は、冷媒が流路形成部ＷＰにより形成された液体流路を流通することにより、電極反応に伴って生成される熱を取り除き、内部温度を所定の範囲内に保っている。
【００４１】
図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、中間プレートＳＰｍの中空形成部ＯＰｍにより形成された中空部、および、エンドプレートＥＰの中空部ＯＰｅには、オイルなどの液体が充填されている。すなわち、本実施例における燃料電池１００は、フルードフォーミング構造を備えている。充填される液体は、セパレータＳＰやエンドプレートＥＰを構成する金属に比べて比重および比熱容量が低く、かつ、熱伝導性が低い液体であれば特に限定はない。液体が充填された中空形成部ＯＰｍにより形成された中空部、および、エンドプレートＥＰの中空部ＯＰｅは、特許請求の範囲の「液体充填部」に該当する。なお、燃料電池１００は、任意の比熱容量の液体を液体充填部に充填させることができるため、任意の蓄熱性能を持たせることができる。
【００４２】
以上説明した第１実施例に係る燃料電池によれば、液体が充填された液体充填部を内部に有するセパレータを備えているため、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。具体的には、セパレータの内部に充填されている液体は、セパレータ自体よりも比重が小さいため、セパレータの内部に液体充填部を備えることにより、内部に液体充填部を備えていない同じ容積のセパレータと比較して軽量化を図ることができる。また、内部に液体が充填されているため、内部が中空のセパレータに比べて高い剛性を備えることができる。すなわち、セパレータの内部に液体が充填された液体充填部を備えることにより、強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００４３】
従来から、燃料電池は、車両などに搭載した際の燃費を向上させるためや、材料コストを抑制するために軽量化を図る必要があった。一方、燃料電池を構成するための剛性を確保する必要があった。本発明を燃料電池に適用することにより、燃料電池を構成するために必要な剛性を確保しつつ、軽量化を図ることができる。
【００４４】
また、従来から燃料電池は、温度勾配（極間温度差）によりアノード側に生成水が移動してアノード側の流路が閉塞し、始動性が悪化する問題があった。本発明を燃料電池に適用することにより、セパレータの熱伝導性を低下させることができるため、極間温度差を抑制して、始動性を向上させることができる。また、本発明によれば、セパレータの熱容量を低下させることができるため、氷点下時の始動性を向上させることができる。
【００４５】
第１実施例に係る燃料電池によれば、液体が充填される液体充填部を内部に有するエンドプレートを備えているため、構成部材の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。具体的には、セパレータと同様に、エンドプレートの内部に充填されている液体は、エンドプレート自体よりも比重が小さいため、エンドプレートの内部に液体充填部を備えることにより、内部に液体充填部を備えていない同じ容積のエンドプレートと比較して軽量化を図ることができる。また、内部に液体が充填されているため、内部が中空のエンドプレートに比べて高い剛性を備えることができる。すなわち、エンドプレートの内部に液体が充填された液体充填部を備えることにより、強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００４６】
また、エンドプレートの熱伝導性を低下させることができるため、セパレータと同様に、極間温度差を抑制して、始動性を向上させることができる。また、エンドプレートの熱容量を低下させることができるため、セパレータと同様に、氷点下時の始動性を向上させることができる。
【００４７】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００４８】
Ｂ１．変形例１：
本実施例では、燃料電池１００は、セパレータＳＰおよびエンドプレートＥＰのいずれにも液体充填部を備えているが、燃料電池１００は、セパレータＳＰかエンドプレートＥＰのいずれか一方のみに液体充填部を備えていてもよい。この場合であっても、燃料電池の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。また、燃料電池１００は、２つのエンドプレートＥＰを備えているが、一方のエンドプレートＥＰのみが液体充填部を備えていてもよく、また、セパレータＳＰについても一部のセパレータＳＰのみが液体充填部を備えていてもよい。
【００４９】
Ｂ２．変形例２：
本記実施例では、セパレータＳＰは、アノード対向プレートＳＰａ、中間プレートＳＰｍ、カソード対向プレートＳＰｃによって構成される３層式セパレータとして説明したが、内部に液体充填部が形成される態様であれば、必ずしも３層式でなくてもよい。例えば、アノード対向プレートとカソード対向プレートにより構成される２層式セパレータであってもよい。また、フレーム一体型膜電極接合体ＭＥＡｆは、フレーム部材１２に替えてシールガスケットなどのシール部材を膜電極接合体ＭＥＡの外周縁に成形したシール一体型膜電極接合体としてもよい。
【００５０】
Ｂ３．変形例３：
本実施例では、燃料電池１００は、セパレータＳＰとガス拡散層１５ａ、１５ｃとの間に発泡金属やエキスパンドメタル等のガス流路部材を備えていないが、燃料電池１００は、セパレータＳＰとガス拡散層１５ａ、１５ｃとの間にガス流路部材を備えていてもよい。また、本実施例では、燃料電池１００は、ＭＥＡとセパレータＳＰとの間にガス拡散層１５ａ、１５ｃを備えているが、燃料電池１００は、ガス拡散層１５ａ、１５ｃを備えない態様であってもよい。
【００５１】
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】
【００５２】
１０…燃料電池セル
１１…ＭＥＧＡ
１２…フレーム部材
１３…電解質膜
１４ａ…アノード
１４ｃ…カソード
１５ａ，１５ｃ…ガス拡散層
２０…貫通孔
３０…テンションシャフト
３５…締結ボルト
４０…インシュレータ
１００…燃料電池
ＳＴ…燃料電池スタック
ＭＥＡｆ…フレーム一体型膜電極接合体
ＭＥＡ…膜電極接合体
ＳＰ…セパレータ
ＳＰａ…アノード対向プレート
ＳＰｃ…カソード対向プレート
ＳＰｍ…中間プレート
ＥＰ…エンドプレート
ＴＰ…ターミナルプレート
Ｐ１…アノードガス供給口
Ｐ２…アノード排ガス排出口
Ｐ３…カソードガス供給口
Ｐ４…カソード排ガス排出口
Ｍ１…アノードガス供給マニホールド
Ｍ２…アノード排ガス排出マニホールド
Ｍ３…カソードガス供給マニホールド
Ｍ４…カソード排ガス排出マニホールド
Ｍ５…冷媒供給マニホールド
Ｍ６…冷媒排出マニホールド
【図１】
2011040197.tif 000003
【図２】
2011040197.tif 000004
【図３】
2011040197.tif 000005
【図４】
2011040197.tif 000006
【図５】
2011040197.tif 000007
【図６】
2011040197.tif 000008
【図７】
2011040197.tif 000009
【図８】
2011040197.tif 000010
【図９】
2011040197.tif 000011