(57)【要約】【課題】積層部材の各々を積層方向と交差した面内において高精度で位置決めした燃料電池用の単セルを提供する。【解決手段】燃料電池１００用の単セル１は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を有している。膜電極接合体は、第１のセパレータに積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する。第２のセパレータは、膜電極接合体に積層する。変形吸収部材は、第２のセパレータに積層され、第１のセパレータ、膜電極接合体、または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する。ここで、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材の各々は、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセパレータと、
前記第１のセパレータに積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に積層する第２のセパレータと、
前記第２のセパレータに積層され、前記第１のセパレータ、前記膜電極接合体、または前記第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する変形吸収部材と、を有し、
前記第１のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第２のセパレータ、および前記変形吸収部材の各々は、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えた燃料電池用の単セル。
【請求項２】
前記位置決め部は、積層方向と交差する方向において、前記膜電極接合体が電気化学反応によって発電する領域に相当するアクティブエリアの外部まで延長した部分に形成した請求項１に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項３】
前記位置決め部は、前記燃料媒体または冷却媒体を流通させるマニホールド部を構成する開口形状から形成した請求項１または２に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項４】
前記位置決め部は、前記燃料媒体を拡散させるディフューザ部を構成する凸状、凹状、孔状、またはそれらの形状を組み合わせて形成した請求項１または２に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項５】
前記位置決め部は、前記膜電極接合体が電気化学反応によって発電する領域に相当するアクティブエリアの縁部を構成する凹部および凸部を組み合わせて形成した請求項１に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項６】
前記位置決め部は、積層方向と交差する方向の外周縁を構成する突起状、窪状、またはそれらの形状を組み合わせて形成した請求項１または２に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項７】
少なくとも前記第１のセパレータまたは前記第２のセパレータのいずれかは、前記変形吸収部材と接合して接合部を形成した請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項８】
前記接合部は、前記第１のセパレータまたは前記第２のセパレータにおいて、前記燃料媒体を拡散させるディフューザ部に形成した請求項７に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項９】
前記接合部は、溶接によって形成した請求項７または８に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項１０】
前記変形吸収部材は、薄板状の基材と、前記基材の一面から格子状にそれぞれ起立し変形自在な複数の起立片と、を備え、
前記位置決め部は、前記基材から積層方向と交差する方向に沿って延在した部分に形成した請求項１〜９に記載の燃料電池用の単セル。
【請求項１１】
請求項１に記載の単セルと、
複数積層した前記単セルを一体に保持する筺体と、を有する燃料電池。
【請求項１２】
複数の積層部材を積層方向と交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する燃料電池用の単セルの積層方法であって、
前記積層部材には、少なくとも第１のセパレータと、前記第１のセパレータに積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体に積層する第２のセパレータと、前記第２のセパレータに積層され前記第１のセパレータと前記膜電極接合体または前記第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する変形吸収部材と、を用い、
前記第１のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第２のセパレータ、および前記変形吸収部材の各々を、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする位置決め工程を有する燃料電池用の単セルの積層方法。
【請求項１３】
複数の積層部材を積層方向と交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する燃料電池用の単セルの積層装置であって、
前記積層部材を移動させる移動部と、
前記移動部材の作動を制御する制御部と、を有し、
前記積層部材には、少なくとも第１のセパレータと、前記第１のセパレータに積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体に積層する第２のセパレータと、前記第２のセパレータに積層され前記第１のセパレータと前記膜電極接合体または前記第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する変形吸収部材と、を用い、
前記制御部は、前記移動部材によって、前記第１のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第２のセパレータ、および前記変形吸収部材の各々を、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする燃料電池用の単セルの積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用の単セル、その単セルを設けた燃料電池、燃料電池用の単セルの積層方法、およびその積層方法を具現化した燃料電池用の単セルの積層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池用の単セルは、膜電極接合体の両面にセパレータを積層して構成している。膜電極接合体の少なくとも片面に積層するセパレータを、第１のセパレータと第２のセパレータからなるセパレータ対で構成し、その間に変形吸収部材を配設したものがある。変形吸収部材は、膜電極接合体やセパレータの積層方向に沿った変形を吸収する。
【０００３】
燃料電池は、複数積層した単セルを筺体に収納して構成している（たとえば、特許文献１参照。）。燃料電池は、単セルの積層数に応じて高出力を得られることから、その単セルの積層数を増加させることが望ましい。
【０００４】
ところで、単セルを構成する第１のセパレータと第２のセパレータを対にしたセパレータ対、膜電極接合体、および変形吸収部材は、所期の電池特性を得るために、積層方向と交差した面内において高精度で位置決めする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、たとえば、セパレータ対と膜電極接合体とを位置決めしつつ、膜電極接合体と変形吸収部材とを位置決めするような構成では、複数種類の積層部材において共通となる位置決めの基準が存在しない。したがって、変形吸収部材を含む複数種類の積層部材における積層誤差が累積してしまい、位置決め精度を向上させることが困難である。このように、変形吸収部材を含む全ての積層部材を積層方向と交差した面内において高精度で位置決めした燃料電池用の単セルや、その単セルを設けた燃料電池が要請されている。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、積層部材の各々を積層方向と交差した面内において高精度で位置決めした燃料電池用の単セルの提供を目的とする。さらに、その単セルを設けた燃料電池の提供を目的とする。さらに、燃料電池用の単セルの積層方法、およびその積層方法を具現化した燃料電池用の単セルの積層装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池用の単セルは、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材を有している。膜電極接合体は、第１のセパレータに積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する。第２のセパレータは、膜電極接合体に積層する。変形吸収部材は、第２のセパレータに積層され、第１のセパレータ、膜電極接合体、または第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する。ここで、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材の各々は、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えている。
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池は、上記の単セルと、複数積層した単セルを一体に保持する筺体と、を有している。
【００１０】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池用の単セルの積層方法は、複数の積層部材を積層方向と交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する方法である。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ、第１のセパレータに積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体、膜電極接合体に積層する第２のセパレータ、および第２のセパレータに積層され第１のセパレータと膜電極接合体または第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する変形吸収部材を用いる。燃料電池用の単セルの積層方法は、位置決め工程を有する。位置決め工程は、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材の各々を、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【００１１】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池用の単セルの積層装置は、複数の積層部材を積層方向と交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する装置である。積層装置は、積層部材を移動させる移動部と、移動部材の作動を制御する制御部と、を有している。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ、第１のセパレータに積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体、膜電極接合体に積層する第２のセパレータ、および第２のセパレータに積層に積層され第１のセパレータと膜電極接合体または第２のセパレータの積層方向の変形を吸収する変形吸収部材を用いる。ここで、制御部は、移動部材によって、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材の各々を、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成した単セルによれば、第１のセパレータ、膜電極接合体、第２のセパレータ、および変形吸収部材の各々が、積層方向の同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えていることから、それらの積層部材を互いに積層したときに位置決め誤差が累積したり特定の方向に偏ったりすることを防止できる。すなわち、燃料電池用の単セルは、積層部材の各々を積層方向と交差した面内において高精度で位置決めすることができる。したがって、単セルは、所期の電池特性を得ることができる。
【００１３】
上記のように構成した燃料電池によれば、積層部材の各々を積層方向と交差した面内において高精度で位置決めした単セルを用いていることから、その単セルを積層したときに、位置ずれを抑制することができる。したがって、燃料電池は、単セルの積層ずれに起因した電池特性の低下等を生じることなく、単セルを複数積層して高出力を得ることができる。
【００１４】
上記のように構成した燃料電池用の単セルの積層方法および積層装置によれば、積層部材の各々の位置決め部が積層方向の同軸上に沿うように位置していることから、各々の位置決め部が積層方向の同軸上に沿って位置していない場合と比較して、それらの積層部材の積層を簡便かつ高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る単セルを設けた燃料電池を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る単セルを複数積層した状態の要部を側面から示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態に係る単セルを複数積層した状態を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【図７】第１実施形態の変形例に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【図８】第２実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態に係る単セルの積層状態の要部を側面から示す断面図である。
【図１０】第２実施形態の変形例に係る単セルの積層状態の要部を側面から示す断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。
【図１２】第３実施形態に係る単セルの積層状態の要部を側面から模式的に示す断面図である。
【図１３】第４実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法を示す斜視図である。
【図１４】第４実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。
【図１５】第４実施形態に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【図１６】第４実施形態の変形例に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。
【図１７】第４実施形態の変形例に係る単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る第１〜第４実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る単セル１、その単セル１を設けた燃料電池１００、単セル１の積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０１について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１８】
まず、第１実施形態に係る単セル１、その単セル１を設けた燃料電池１００について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、単セル１を設けた燃料電池１００を示す斜視図である。図２は、単セル１を設けた燃料電池１００の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。図３は、単セル１を複数積層した状態の要部を側面から示す断面図である。
【００２０】
燃料電池１００用の単セル１は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を有している。膜電極接合体２０は、第１のセパレータ１１に積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する。第２のセパレータ１２は、膜電極接合体２０に積層する。変形吸収部材３０は、第２のセパレータ１２に積層され、第１のセパレータ、膜電極接合体２０、または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する。ここで、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えている。
【００２１】
燃料電池１００は、上記の単セル１と、複数積層した単セル１を一体に保持する筺体４０と、を有している。以下、単セル１と筺体４０とについて、具体的に説明する。
【００２２】
単セル１は、積層方向Ｘに沿って複数積層し、供給された燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）から電力を生成する。単セル１は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を含んでいる。第１のセパレータ１１および第２のセパレータ１２は、セパレータ対１０から構成される。
【００２３】
セパレータ対１０は、隣り合う膜電極接合体２０を隔離させつつ、膜電極接合体２０で発生した電力を通電させ、かつ、燃料ガス（水素）または酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水との流路を備えている。セパレータ対１０は、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２とを備えている。第１のセパレータ１１は、たとえばアノード側セパレータからなり、膜電極接合体２０のアノード２２に当接させている。第１のセパレータ１１は、導電性材料を有する金属からなり、アノード２２よりも大きい薄板状に形成している。
【００２４】
第１のセパレータ１１の中央には、図３に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水とを隔てて流す流路部１１ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。第１のセパレータ１１は、凹凸形状のうち、アノード２２と接触して形成された閉空間を、アノード２２に対して水素を供給するアノードガス流路１３として用いる。一方、第１のセパレータ１１は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材３０を介して第２のセパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いる。
【００２５】
第１のセパレータ１１は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、アノードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、およびカソードガス供給口１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、第１のセパレータ１１は、その長手方向の他端に、カソードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびアノードガス排出口１１ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００２６】
第２のセパレータ１２は、たとえばカソード側セパレータからなり、膜電極接合体２０のカソード２３に当接させている。第２のセパレータ１２は、導電性材料を有する金属からなり、カソード２３よりも大きい薄板状に形成している。
【００２７】
第２のセパレータ１２の中央には、図３に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部１２ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。第２のセパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード２３と接触して形成された閉空間を、カソード２３に対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１５として用いる。一方、第２のセパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材３０を介して第２のセパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いる。隣接する単セル１において、一の単セル１の第１のセパレータ１１の冷却水流路１４と、他の単セル１の第２のセパレータ１２に設けられた冷却水流路１４は、１つの冷却水用の流路を形成する。
【００２８】
第２のセパレータ１２は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、アノードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、およびカソードガス供給口１２ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、第２のセパレータ１２は、その長手方向の他端に、カソードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびアノードガス排出口１２ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００２９】
膜電極接合体２０は、第１のセパレータ１１に積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する。具体的には、膜電極接合体２０は、供給された水素と酸素を化学反応させて電力を生成する。膜電極接合体２０は、電解質膜２１を介して対向するようにアノード２２とカソード２３とを接合した状態で、枠体２４によって一体に保持して形成している。膜電極接合体２０は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜２１は、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好なイオン（プロトン）伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。
【００３０】
アノード２２は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜２１よりも若干小さい薄板状に形成している。カソード２３は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード２２と同様の大きさで薄板状に形成している。アノード２２およびカソード２３の電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。アノード２２およびカソード２３のガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルト、あるいは金属材料からなる金属多孔体から形成している。
【００３１】
枠体２４は、積層した電解質膜２１、アノード２２、およびカソード２３の外周を一体に保持している。枠体２４は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータ対１０の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。枠体２４は、その長手方向の一端に、アノードガス供給口２４ａ、冷却流体供給口２４ｂ、およびカソードガス供給口２４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、枠体２４は、その長手方向の他端に、カソードガス排出口２４ｄ、冷却流体排出口２４ｅ、およびアノードガス排出口２４ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００３２】
変形吸収部材３０は、第２のセパレータ１２に積層され、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する。具体的には、変形吸収部材３０は、燃料電池１００の組み付け時において、第１のセパレータ１１および第２のセパレータ１２の燃料ガスと冷却水の流路をなす凹凸形状の製造誤差を、自ら変形して吸収する。
【００３３】
さらに、変形吸収部材３０は、燃料電池１００の運転中において、セパレータ対１０が熱膨張または収縮することに起因した積層方向Ｘの変形、および膜電極接合体２０が供給された媒体の水蒸気、あるいは発電に伴う生成水を吸収して膨張することに起因した積層方向Ｘの変形を、自ら変形して吸収する。したがって、複数積層した単セル１に高い圧力を掛けて互いに密着できる。複数積層した単セル１が互いに密着する程、単セル１間の通電抵抗が低下して、発電効率を向上させることができる。
【００３４】
変形吸収部材３０は、通電性を備えた金属からなり、薄板状に形成している。変形吸収部材３０は、第１のセパレータ１１と第２のセパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材３１と、基材３１の一面３１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片３２と、を備えている。
【００３５】
変形吸収部材３０は、一枚の薄板に相当する基材３１からコの字形状に打ち抜いた後に片持ち梁となるように起ち上げた起立片３２を、格子状に形成している。起立片３２は、基材３１に対して片持ち梁の構造を有していることから、弾性変形可能なバネの機能を備えている。起立片３２は、図３に示すように、基材３１の一面３１ａに設けた起立片３２の基端側の固定端部３２ａから延在させた先端側の自由端部３２ｂを、第１のセパレータ１１に対して当接させている。変形吸収部材３０は、その長手方向の一端に、冷却流体供給口３０ｂに相当する貫通孔を開口している。同様に、変形吸収部材３０は、その長手方向の他端に、冷却流体排出口３０ｅに相当する貫通孔を開口している。
【００３６】
ここで、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えている。具体的には、位置決め部は、一例として、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、冷却流体供給口１１ｂ、２４ｂ、１２ｂ、および３０ｂの内周縁に相当する。同様に、位置決め部は、一例として、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、冷却流体排出口１１ｅ、２４ｅ、１２ｅ、および３０ｅの内周縁に相当する。これらの冷却流体供給口１１ｂ、２４ｂ、１２ｂ、および３０ｂの内周縁の位置を互いに一致させ、かつ、冷却流体排出口１１ｅ、２４ｅ、１２ｅ、および３０ｅの内周縁の位置を互いに一致させる。
【００３７】
単セル１は、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、隣り合う単セル１の外周を封止部材によって封止する。封止部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。
【００３８】
筺体４０は、図１に示し、複数積層した単セル１を一体に保持する。
【００３９】
筺体４０は、一対のエンドプレート４１および４２、一対の集電板４３および４４、スペーサ４５、一対の締結板４６、一対の補強板４７、およびネジ４８を含んでいる。
【００４０】
一対のエンドプレート４１および４２は、図２に示すように、複数積層された単セル１の両端に配設した一対の集電板４３および４４を挟持して付勢している。一対のエンドプレート４１および４２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増した膜電極接合体２０の外形形状と同様である。一対のエンドプレート４１および４２は、たとえば、金属からなり、一対の集電板４３および４４と当接する部分に絶縁体を設けている。一対のエンドプレート４１および４２のうち、エンドプレート４１のみ、その長手方向の一端に、アノードガス供給口４１ａ、冷却流体供給口４１ｂ、およびカソードガス供給口４１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、エンドプレート４１のみ、その長手方向の他端に、カソードガス排出口４１ｄ、冷却流体排出口４１ｅ、およびアノードガス排出口４１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対のエンドプレート４１および４２は、前述した一対の集電板４３および４４の突起部４３ｉおよび４４ｉを挿通させる貫通孔４１ｊおよび４２ｊを開口している。
【００４１】
一対の集電板４３および４４は、単セル１で生成された電力を外部に取り出す。一対の集電板４３および４４は、図２に示すように、複数積層された単セル１の両端に、それぞれ配設している。一対の集電板４３および４４の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くした膜電極接合体２０の外形形状と同様である。一対の集電板４３および４４のうち、集電板４３のみ、その長手方向の一端に、アノードガス供給口４３ａ、冷却流体供給口４３ｂ、およびカソードガス供給口４３ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、集電板４３のみ、その長手方向の他端に、カソードガス排出口４３ｄ、冷却流体排出口４３ｅ、およびアノードガス排出口４３ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００４２】
一対の集電板４３および４４は、その中央に集電部４３ｈおよび４４ｈを備えている。集電部４３ｈおよび４４ｈは、たとえば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード２２およびカソード２３の外形よりも若干小さい薄板状に形成している。集電部４３ｈおよび４４ｈは、複数積層した最外層の単セル１に設けた膜電極接合体２０に当接している。集電部４３ｈおよび４４ｈは、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部４３ｉおよび４４ｉを突出して設けている。突起部４３ｉおよび４４ｉは、図２に示すように、一対のエンドプレート４１および４２の貫通孔４１ｊおよび４２ｊを挿通して、外部に臨んでいる。
【００４３】
スペーサ４５は、複数積層した単セル１の積層方向Ｘに対する長さを調整するためのものである。スペーサ４５は、エンドプレート４２と集電板４４との間に配設している。スペーサ４５は、絶縁性の材質からなり、板状に形成している。スペーサ４５は、集電板４４の突起部４４ｉを挿通させる貫通孔４５ｊを開口している。一対の締結板４６は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板４６は、一対のエンドプレート４１および４２を、その長手方向の両側から対向するように保持している。一対の補強板４７は、たとえば、金属からなり、一対の締結板４６よりも細長い板状に形成している。一対の補強板４７は、一対のエンドプレート４１および４２を、その短手方向の両側から対向するように保持している。複数のネジ４８は、一対の締結板４６および一対の補強板４７を、一対のエンドプレート４１および４２に固定している。
【００４４】
つぎに、第１実施形態に係る単セル１の積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０１について、図４〜図６を参照しながら説明する。
【００４５】
図４は、単セル１を設けた燃料電池１００の積層方法を示す斜視図である。図５は、単セル１を複数積層した状態を示す斜視図である。図６は、単セル１を設けた燃料電池１００の積層方法の要部を示す上面図である。
【００４６】
燃料電池１００用の単セル１の積層方法は、複数の積層部材を積層方向Ｘと交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する方法である。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ１１、第１のセパレータ１１に積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体２０、膜電極接合体２０に積層する第２のセパレータ１２、および第２のセパレータ１２に積層され第１のセパレータと膜電極接合体２０、または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する変形吸収部材３０を用いる。燃料電池１００用の単セル１の積層方法は、位置決め工程を有する。位置決め工程は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【００４７】
燃料電池１００用の単セル１を積層する積層装置２０１は、複数の積層部材を積層方向Ｘと交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する装置である。積層装置２０１は、積層部材を移動させる移動部２３０と、移動部材の作動を制御する制御部２４０と、を有している。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ１１、第１のセパレータ１１に積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体２０、膜電極接合体２０に積層する第２のセパレータ１２、および第２のセパレータ１２に積層され第１のセパレータと膜電極接合体２０または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する変形吸収部材３０を用いる。ここで、制御部は、移動部材によって、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【００４８】
積層装置２０１は、載置台２１０、一対の位置決め材２２１および２２２、移動部２３０、および制御部２４０を有している。
【００４９】
載置台２１０は、板状に形成している。載置台２１０の上部は、平滑に形成している。載置台２１０は、長手方向の両側に丸穴を１個ずつ備えている。一対の位置決め材２２１および２２２は、積層部材の積層方向Ｘに沿って互いに並行に起立するように、それぞれ丸穴に挿入して固定している。一対の位置決め材２２１および２２２は、それぞれ円柱形状からなり、その外周面を平滑に形成している。
【００５０】
移動部２３０は、積層部材を移動させる。具体的には、移動部２３０は、一対のハンドリング用ハンド２３１および２３２を備え、第１のセパレータ１１、第２のセパレータ１２、膜電極接合体２０、および変形吸収部材３０の長手方向の両端を挟持する。一対のハンドリング用ハンド２３１および２３２は、図示せぬ３軸の移動ステージによって、水平方向および垂直方向の任意の場所に移動自在としている。移動部２３０は、積層部材のたとえば冷却流体供給口を位置決め材２２１に挿通させつつ、たとえば冷却流体排出口を位置決め材２２２に挿通させる。さらに、移動部２３０は、位置決め部に相当する冷却流体供給口の一隅を位置決め材２２１に当接させつつ、位置決め部に相当する冷却流体排出口の一隅を位置決め材２２２に当接させて、積層部材の位置決めを行う。
【００５１】
制御部２４０は、一対のハンドリング用ハンド２３１および２３２の作動を制御し、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を用いて位置決めする。制御部２４０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、積層部材の位置決めに係る制御プログラムを格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、積層部材の位置決めに係る制御プログラムに基づき、一対のハンドリング用ハンド２３１および２３２等の作動を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中の各種データを一時的に記憶する。制御部２４０は、載置台２１０の一端に取り付けている。
【００５２】
位置決め工程は、移動部２３０および制御部２４０による積層部材の位置決めに相当する。位置決め工程は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。位置決め部は、たとえば、冷却流体供給口の予め設定した一隅と、冷却流体排出口の予め設定した一隅に相当する。
【００５３】
上述した第１実施形態によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【００５４】
燃料電池１００用の単セル１は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を有している。膜電極接合体２０は、第１のセパレータ１１に積層し、供給される燃料媒体を用いて発電する。第２のセパレータ１２は、膜電極接合体２０に積層する。変形吸収部材３０は、第２のセパレータ１２に積層され、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する。ここで、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えている。
【００５５】
このような構成によれば、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々が、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備えていることから、それらの積層部材を互いに積層したときに位置決め誤差が累積したり特定の方向に偏ったりすることを防止できる。すなわち、燃料電池１００用の単セル１は、積層部材の各々を積層方向Ｘと交差した面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）において高精度で位置決めすることができる。したがって、単セル１は、所期の電池特性を得ることができる。具体的には、たとえば、第２のセパレータ１２と変形吸収部材３０とを高精度で位置決めすることによって、互いに当接する面積を一定に保つことができることから、オーム損失を低減させることができる。さらに、第１のセパレータ１１と膜電極接合体２０、および第２のセパレータ１２と膜電極接合体２０を、それぞれ高精度で位置決めすることによって、膜電極接合体２０に対して均等に応力が掛かることから、膜電極接合体２０の耐久性を向上させることができる。
【００５６】
燃料電池１００は、単セル１と、複数積層した単セル１を一体に保持する筺体４０と、を有している。
【００５７】
このような構成によれば、積層部材の各々を積層方向Ｘと交差した面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）において高精度で位置決めした単セル１を用いていることから、その単セル１を積層したときに、位置ずれを抑制することができる。したがって、燃料電池１００は、単セル１の積層ずれに起因した電池特性の低下等を生じることなく、単セル１を複数積層して高出力を得ることができる。
【００５８】
燃料電池１００用の単セル１の積層方法は、複数の積層部材を積層方向Ｘと交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する方法である。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ１１、第１のセパレータ１１に積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体２０、膜電極接合体２０に積層する第２のセパレータ１２、および第２のセパレータ１２に積層され第１のセパレータ１１と膜電極接合体２０または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する変形吸収部材３０を用いる。燃料電池１００用の単セル１の積層方法は、位置決め工程を有する。位置決め工程は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【００５９】
燃料電池１００用の単セル１を積層する積層装置２０１は、複数の積層部材を積層方向Ｘと交差する面内において互いに位置決めしつつ積層する装置である。燃料電池１００用の単セル１を積層する積層装置２０１は、積層部材を移動させる移動部と、移動部材の作動を制御する制御部と、を有している。積層部材には、少なくとも第１のセパレータ１１、第１のセパレータ１１に積層し供給される燃料媒体を用いて発電する膜電極接合体２０、膜電極接合体２０に積層する第２のセパレータ１２、および第２のセパレータ１２に積層され第１のセパレータ１１と膜電極接合体２０または第２のセパレータ１２の積層方向Ｘの変形を吸収する変形吸収部材３０を用いる。ここで、制御部は、移動部材によって、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ、および変形吸収部材３０の各々を、積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を介して位置決めする。
【００６０】
このような燃料電池１００用の単セル１の積層方法および積層装置２０１によれば、積層部材の各々の位置決め部が積層方向Ｘの同軸上に沿うように位置していることから、各々の位置決め部が積層方向Ｘの同軸上に沿って位置していない場合と比較して、それらの積層部材の積層を簡便かつ高速で行うことができる。たとえば、積層部材の各々の位置決め部をＣＣＤ等によって画像認識する場合に、複数のＣＣＤを設けて広範囲を撮像したり、１台のＣＣＤをステージ等によって移動させて広範囲を撮像したりする必要がない。また、たとえば、積層部材の各々の移動において、一対のハンドリング用ハンド２３１および２３２の動作を積層方向Ｘおよび面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）で共通化することができる。さらに、積層部材の各々が積層方向Ｘの同軸上に沿って共通した基準となる位置決め部を備え、積層部材の各々を同様の条件で積層できることから、特定の積層部材に過度な応力が掛かり損傷するようなことを防止できる。
【００６１】
さらに、位置決め部は、積層方向Ｘと交差する方向において、膜電極接合体２０が電気化学反応によって発電する領域に相当するアクティブエリアの外部まで延長した部分に形成することができる。
【００６２】
このような構成によれば、隣接する積層部材間において、高い位置決め精度が要求されるアクティブエリアから延長した部分に対し、位置決め部を備えている。したがって、積層部材に備える位置決め部の基準を、高精度で位置決めする必要があるアクティブエリアを考慮したものとすることによって、積層部材の各々を効果的に位置決めすることができる。
【００６３】
さらに、位置決め部は、燃料媒体または冷却媒体を流通させるマニホールド部を構成する開口形状から形成することができる。
【００６４】
このような構成によれば、大部分の積層部材に必須であり既存の構成であるマニホールド部を、位置決め部として兼用することができる。したがって、大部分の積層部材においては、位置決め部を新たに備える必要がない。大部分の積層部材において、位置決め部は外形形状に影響しないことから、材料のコストを増大させることなく、かつ、金型の変更を必要としない。ここで、位置決め部を、たとえば積層部材の長手方向の両端に設けられた冷却流体供給口と冷却水排出口にそれぞれ備えた場合、それらの位置決め部の間の距離が十分に長いことから、積層部材を高精度で位置決めすることができる。しかも、それらの位置決め部は、積層部材において高い位置決め精度が必要なアクティブエリアを挟むように位置していることから、積層部材の各々を効果的に位置決めすることができる。
【００６５】
さらに、少なくとも第１のセパレータ１１または第２のセパレータ１２のいずれかは、変形吸収部材３０と接合して接合部を形成することができる。
【００６６】
このような構成によれば、高精度で位置決めした後の積層部材の各々が、互いに位置ずれすることを防止できる。
【００６７】
さらに、接合部は、溶接によって形成することができる。
【００６８】
このような構成によれば、接合部は、汎用性が有り実施が容易な溶接によって形成することができる。具体的には、たとえば隣接する第２セパレータの流路部１２ｇと変形吸収部材３０の基材３１とが接触している部分に対し、たとえば集光したレーザ光を照射して溶接することによって、十分な接合力を備えた接合部３１ｂを形成することができる。
【００６９】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係る単セル１の積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０２〜２０４について、図７を参照しながら説明する。
【００７０】
図７は、単セル１を設けた燃料電池１００の積層方法の要部を示す上面図である。
【００７１】
第１実施形態の変形例に係る単セル１は、位置決め部をマニホールド部に備えているものの、そのマニホールド部における位置決め方法が、前述した第１実施形態と異なる。
【００７２】
第１実施形態の変形例においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【００７３】
図７（ａ）に示す積層装置２０２を用いる場合、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、たとえばアノードガス供給口とカソードガス供給口に位置決め部を備えている。具体的には、位置決め材２２１に対して、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、アノードガス供給口１１ａ、２４ａ、１２ａ、および３０ａの内周縁の一隅を当接させて位置決めする。同様に、位置決め材２２２に対して、カソードガス供給口１１ｃ、２４ｃ、１２ｃ、および３０ｃの内周縁の一隅を当接させて位置決めする。積層装置２０２において、位置決め材２２１と位置決め材２２２は、アノードガス供給口とカソードガス供給口を含む領域のうち、互いに最も離間して対角をなす位置に配設している。なお、位置決め材２２１および２２２は、いずれも円柱形状であることから、アノードガス供給口とカソードガス供給口において、それぞれ一隅に対応する２辺に点接触する。
【００７４】
図７（ｂ）に示す積層装置２０３を用いる場合、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、たとえば冷却水供給口に位置決め部を備えている。具体的には、位置決め材２２１に対して、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、冷却流体供給口１１ｂ、２４ｂ、１２ｂ、および３０ｂの内周縁の一隅を当接させて位置決めする。同様に、位置決め材２２２に対して、冷却流体供給口１１ｂ、２４ｂ、１２ｂ、および３０ｂの内周縁の他の隅を当接させて位置決めする。積層装置２０３において、位置決め材２２１と位置決め材２２２は、冷却流体供給口における４隅のうちの対角をなす２隅に位置するように配設している。なお、位置決め材２２１および２２２は、いずれも円柱形状であることから、冷却流体供給口において、各々の隅に対応する２辺に点接触する。
【００７５】
図７（ｃ）に示す積層装置２０４を用いる場合、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の各々は、たとえば冷却水供給口に位置決め部を備えている。具体的には、位置決め材２２３に対して、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、冷却流体供給口１１ｂ、２４ｂ、１２ｂ、および３０ｂの内周縁の一隅を突き当てるように当接させて位置決めする。位置決め材２２３は、角柱形状であることから、冷却水供給口において、それぞれ一隅に対応する２辺に線接触する。積層装置２０４において、位置決め材２２３は、冷却流体供給口における４隅のうちの１隅に位置するように配設している。角柱形状の位置決め材２２３は、不要な干渉を防止するために、４隅を面取りしている。
【００７６】
上述した第１実施形態の変形例によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【００７７】
図７（ａ）に示す積層装置２０２では、円柱形状からなる位置決め材２２１および２２２に対して、積層部材の短手方向の一端側に備えた２種類のマニホールド部（たとえばアノードガス供給口およびカソードガス供給口）の内周縁の１隅をそれぞれ突き当てるように当接させて、積層部材を位置決めする。図７（ｂ）に示す積層装置２０３では、円柱形状からなる位置決め材２２１および２２２に対して、積層部材の１種類のマニホールド部（たとえば冷却流体供給口）の内周縁の対角をなす２隅をそれぞれ当接させて、積層部材を位置決めする。図７（ｃ）に示す積層装置２０４では、角柱形状からなる位置決め材２２３に対して、積層部材の１種類のマニホールド部（たとえば冷却流体供給口）の内周縁の１隅を突き当てるように当接させて、積層部材を位置決めする。
【００７８】
このように、位置決め部は、燃料媒体または冷却媒体を流通させるマニホールド部に対して、様々な構成によって備えることができる。したがって、積層部材のマニホールド部の仕様に応じて、位置決め部の構成を決定することができる。たとえば、積層部材において複数のマニホールド部が異なる大きさから形成されている場合、位置精度を向上させるために、相対的に大きな一のマニホールド部を選択し、その一のマニホールド部に位置決め部を備えてもよい。ここで、１個のマニホールド部の内周縁が十分に大きければ、位置決め材２２１および２２２に対して、１個のマニホールド部の内周縁の対角をなす２隅をそれぞれ当接させることによって、積層部材を精度良く位置決めすることができる。また、１個のマニホールド部の内周縁の形状が矩形状からなり十分に大きければ、角柱形状からなる１個の位置決め材２２３に対して、１個のマニホールド部の内周縁の１隅を突き当てるように当接させるだけで、積層部材を精度良く位置決めすることができる。
【００７９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る単セル２、その積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０５について、図８および図９を参照しながら説明する。
【００８０】
図８は、単セル２を設けた燃料電池の積層方法を示す斜視図である。図９は、単セル２の積層状態の要部を側面から示す断面図である。
【００８１】
第２実施形態の単セル２は、位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等を、ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに備えた構成が、前述した第１実施形態と異なる。
【００８２】
第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【００８３】
ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕは、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０において、それぞれマニホールド部とアクティブエリアとの間の領域に相当する。ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕは、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０において、それぞれアクティブエリアを介して長手方向の両端に設けている。マニホールドから供給された燃料媒体等は、アクティブエリアに到達する前に、ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕにおいて十分に拡散される。燃料媒体と同様に、冷却媒体（たとえば、冷却水）も十分に拡散される。
【００８４】
単セル２を積層して形成するときに、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の一方のディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕにそれぞれ備えている位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍによって位置決めする。同様に、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の他方のディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕにそれぞれ備えている位置決め部１１ｎ、２０ｎ、１２ｎ、および３０ｎによって位置決めする。位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍと、位置決め部１１ｎ、２０ｎ、１２ｎ、および３０ｎは、それぞれ積層方向Ｘに向かう方向に凸状に形成している。ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕは、燃料媒体等を十分に拡散させるために、複数の凸部を格子状に形成することが一般的である。したがって、凸状からなる位置決め部が、燃料媒体等の流通や拡散を妨げることはない。
【００８５】
第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０によって、単セル２を構成している。その単セル２を積層する毎に凸状からなる位置決め部を段階的に大きくすることによって、隣接する単セル２における位置決め部が互いに嵌合可能なように構成している。このため、積層する単セル２は、所定の組毎にサブユニット化している。そのサブユニットによって、凸状からなり段階的に大きく形成した位置決め部の大きさをリセットすることができる。このように、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、アクティブエリアを介して形成した２つの位置決め部（たとえば１１ｍと１１ｎ）を用いて、積層方向Ｘと交差する面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）で互いに位置決めする。
【００８６】
上述した第２実施形態によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【００８７】
位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等は、燃料媒体を拡散させるディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕを構成する凸状に形成している。
【００８８】
このような構成によれば、ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕにおいて、燃料媒体等を十分に拡散させるために形成している凸部を、位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍに兼用することができる。凸状からなる位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等は、燃料媒体等を拡散させつつ、その燃料媒体等の流通を妨げることがない。位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等は、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の外形形状に影響しないことから、材料のコストを増大させることなく、かつ、金型の大幅な変更を必要としない。位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等は、互いに嵌合し合うことから、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を互いに位置決めした後に、その位置がずれることを防止できる。
【００８９】
さらに、このような構成によれば、ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕは、積層部材間において高い位置決め精度が要求されるアクティブエリアに隣接している。したがって、積層部材は、アクティブエリアにおける位置精度を高めることができる。すなわち、積層部材における位置決め部１１ｍ、２０ｍ、１２ｍ、および３０ｍ等を、高精度で位置決めする必要があるアクティブエリアに隣接させることによって、積層部材の各々を効果的に位置決めすることができる。
【００９０】
さらに、接合部は、第１のセパレータ１１または第２のセパレータ１２において、燃料媒体を拡散させるディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに形成することができる。
【００９１】
このような構成によれば、ディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに起因した容積の変動を抑制することができることから、媒体の流通用のポンプの性能を過度にする必要が無い。また、ポンプに接続する配管の負圧耐性等に係る仕様を過度にする必要がない。このように、補機類のコストを低減させることができる。
【００９２】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例に係る単セルについて、図１０を参照しながら説明する。
【００９３】
図１０は、単セルの積層状態の要部を側面から示す断面図である。
【００９４】
第２実施形態の変形例に係る単セルは、凸状、凹状、および孔状の形状を組み合わせることによって、位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐを構成していることが、前述した第２実施形態と異なる。
【００９５】
第２実施形態の変形例においては、前述した第２実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【００９６】
第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、アクティブエリアを介して長手方向の両端に設けたディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに対して、位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐを備えている。
【００９７】
位置決め部１１ｐは、積層方向Ｘと反対側に向かって凸状に形成している。位置決め部３０ｐは、孔状に形成している。位置決め部１２ｐおよび２０ｐは、積層方向Ｘに向かって凸状に形成している。凸状の位置決め部１１ｐは、孔状の位置決め部３０ｐに挿入して位置決めしている。それぞれ凸状の位置決め部１２ｐおよび２０ｐは、互いに嵌合している。位置決め部１１ｐと位置決め部１２ｐとは、たとえばレーザ等によって接合することができる。このように、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、アクティブエリアを介して長手方向の両端に設けた位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐによって、積層方向Ｘと交差する面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）で互いに位置決めする。
【００９８】
上述した第２実施形態の変形例によれば、以下の作用効果を奏する。
【００９９】
位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐは、燃料媒体を拡散させるディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに備え、凸状、凹状、および孔状を組み合わせて形成している。
【０１００】
このような構成によれば、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０における、位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐは、互いに嵌合させた状態で位置決め部１１ｐと位置決め部１２ｐとを接合すれば、その位置がずれることがない。特に、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を複数組積層する場合に、その組毎に位置決め部１１ｐ、２０ｐ、１２ｐ、および３０ｐの形状を変更する必要がない。
【０１０１】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る単セル３、その積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０６について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
【０１０２】
図１１は、単セル３を設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。図１２は、単セル３の積層状態の要部を側面から模式的に示す断面図である。
【０１０３】
第３実施形態の単セル３は、位置決め部１１ｒ、２０ｒ、１２ｒ、および３０ｒをアクティブエリアの縁部に備えた構成が、前述した第１および第２実施形態と異なる。
【０１０４】
第３実施形態においては、前述した第１または第２実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【０１０５】
第１のセパレータ１１は、その長手方向の両端の少なくとも一方に、凸部からなる位置決め部１１ｒを形成している。膜電極接合体２０は、その長手方向の両端の少なくとも一方に、凹部からなる位置決め部２０ｒを形成している。第１のセパレータ１１の凸部からなる位置決め部１１ｒと、膜電極接合体２０の凹部からなる位置決め部２０ｒは、積層方向Ｘに沿って互いに嵌合している。第２のセパレータ１２は、その長手方向の両端の少なくとも一方に、凸部からなる位置決め部１２ｒを形成している。膜電極接合体２０の凹部からなる位置決め部２０ｒと、第２のセパレータ１２の凸部からなる位置決め部１２ｒは、積層方向Ｘに沿って互いに嵌合している。
【０１０６】
変形吸収部材３０は、その長手方向の両端の少なくとも一方に、位置決め部３０ｒを形成している。位置決め部３０ｒは、一の方向Ｙに沿って凸部に形成して構成している。変形吸収部材３０の位置決め部３０ｒは、第２のセパレータ１２の位置決め部１２ｒに対して、一の方向Ｙに沿って突き当てた状態で嵌合している。
【０１０７】
上述した第３実施形態によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【０１０８】
位置決め部１１ｒ、２０ｒ、１２ｒ、および３０ｒは、膜電極接合体２０が電気化学反応によって発電する領域に相当するアクティブエリアの縁部を構成する凹部および凸部を組み合わせて形成している。
【０１０９】
このような構成によれば、積層方向Ｘに沿った方向に対して膜電極接合体２０のアクティブエリアに近接した位置決め部１１ｒ、２０ｒ、１２ｒ、および３０ｒを用い、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を、互いに高精度で位置決めすることができる。すなわち、たとえば、高い位置決め精度が要求される、第１のセパレータ１１のアクティブエリアの流路部１１ｇと、変形吸収部材３０のアクティブエリアの起立片３２の自由端部３２ｂとを、高精度で位置決めすることができる。位置決め部１１ｒ、２０ｒ、１２ｒ、および３０ｒは、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の外形形状に影響しないことから、材料のコストを増大させることなく、かつ、金型の大幅な変更を必要としない。位置決め部１１ｒ、２０ｒ、１２ｒ、および３０ｒは、互いに嵌合し合うことから、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０を互いに位置決めした後に、その位置がずれることを防止できる。
【０１１０】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る単セル４、その積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０７について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。
【０１１１】
図１３は、単セル４を設けた燃料電池の積層方法を示す斜視図である。図１４は、単セル４を設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。図１５は、単セル４を設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【０１１２】
第４実施形態の単セル４は、位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓを外周縁に備えた構成が、前述した第１〜第３実施形態と異なる。
【０１１３】
第４実施形態においては、前述した第１〜第３のいずれかの実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【０１１４】
第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、それぞれ位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓを外周縁に備えている。位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓは、たとえば、それぞれ２個の突起状部を所定の間隔を隔てることによって窪状部を構成している。積層装置２０７において、位置決め材２２３および２２４を、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の長手方向に沿って離間した状態で配設している。位置決め材２２３および２２４は、積層方向Ｘに対して長尺からなり、円柱形状に形成している。
【０１１５】
第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の長手方向の外周縁を、位置決め材２２３に対して点接触させる。一方、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓを、位置決め材２２４に対して嵌め込むように接触させる。このように、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、外周縁に備えた位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓを基準として、積層方向Ｘと交差する面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）で互いに位置決めする。
【０１１６】
上述した第４実施形態によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【０１１７】
位置決め部は、積層方向Ｘと交差する方向の外周縁を構成する突起状、窪状、またはそれらの形状を組み合わせて形成している。
【０１１８】
このような構成によれば、積層部材の長手方向の外周縁を位置決め材２２３に対して点接触させつつ、その積層部材の位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓを位置決め材２２４に対して嵌め込むように接触させることによって、互いに精度良く位置決めすることができる。位置決め材２２３および位置決め材２２４に対して、積層部材のマニホールド部を挿通させる必要がないことから、位置決めが容易である。各々の積層部材は、位置決め材２２３および位置決め材２２４に対して、その長手方向の外周縁を接触させるように他の方向Ｚに沿って移動させることから、接触の良否を目視またはＣＣＤ等を介した画像認識によって把握し易い。積層部材の位置決め部１１ｓまたは１２ｓは、セル電圧を測定するための電極端子を兼用することができる。
【０１１９】
（第４実施形態の変形例）
第４実施形態の変形例に係る単セル、その積層方法、およびその積層方法を具現化した積層装置２０８について、図１６および図１７を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１６は、単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す斜視図である。図１７は、単セルを設けた燃料電池の積層方法の要部を示す上面図である。
【０１２１】
第４実施形態の変形例に係る単セルは、位置決め部１１ｔ、２０ｔ、１２ｔ、および３０ｔを外周縁に備えているものの、その外周縁における位置決め方法が、前述した第４実施形態と異なる。
【０１２２】
第４実施形態の変形例においては、前述した第４実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。
【０１２３】
第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、それぞれ位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等を外周縁に備えている。位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等は、それぞれ２個の突起状部を所定の間隔で隔てて構成している。位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等は、前述した位置決め部１１ｓ、２０ｓ、１２ｓ、および３０ｓと相似形であるが、形状が相対的に小さい。積層装置２０８において、位置決め材２２５および２２６を、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の長手方向に沿って離間した状態で配設している。位置決め材２２５および２２６は、他の方向Ｚに対して長尺からなり、起立した板状に形成している。位置決め材２２５および２２６の長手方向は、他の方向Ｚに沿っている。
【０１２４】
位置決め材２２５および２２６の長手方向の面に対して、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０の長手方向の外周縁を、線接触させる。位置決め材２２５および２２６の互いに対面する短手方向の面によって、位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等を挟持するように線接触させる。このように、第１のセパレータ１１、膜電極接合体２０、第２のセパレータ１２、および変形吸収部材３０は、外周縁に備えた位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等を基準として、積層方向Ｘと交差する面内（一の方向Ｙおよび他の方向Ｚ）で互いに位置決めする。
【０１２５】
上述した第４実施形態の変形例によれば、以下のような構成によって作用効果を奏する。
【０１２６】
板状からなる位置決め材２２５および２２６の長手方向の面に対して、積層部材の長手方向の外周縁を線接触させる。さらに、位置決め材２２５および２２６の対面する短手方向の面に対して、位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等を挟持するように線接触させる。
【０１２７】
このような構成によれば、板状からなる位置決め材２２５および２２６の長手方向の面に対して、積層部材の長手方向の外周縁を線接触させることになることから、点接触させる場合と比較して、接触時の応力を緩和させることができる。したがって、積層部材の損傷を防止することができる。さらに、位置決め材２２５および２２６の対面する短手方向の面に対して、位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等を線接触させることから、点接触させる場合と比較した場合、接触時の応力を緩和させ易くなる。したがって、積層部材の位置決め部１１ｔおよび３０ｔ等の形状を小さくすることができる。
【０１２８】
ここで、位置決め材２２３および位置決め材２２４は、第４実施形態と同様に、積層部材のマニホールド部を挿通させる必要がないことから、位置決めが容易である。各々の積層部材は、第４実施形態と同様に、位置決め材２２５および位置決め材２２６に対して、その長手方向の外周縁を接触させるように他の方向Ｚに沿って移動させることから、接触の良否を、目視またはＣＣＤ等を介した画像認識によって把握し易い。積層部材の位置決め部１１ｔまたは１２ｔは、第４実施形態と同様に、セル電圧を測定するための電極端子を兼用することができる。
【０１２９】
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
【０１３０】
たとえば、変形吸収部材３０の一面側に、変形吸収部材３０を挟持したセパレータ対１０（第１のセパレータ１１および第２のセパレータ）を配設し、かつ、変形吸収部材３０の他面側に、変形吸収部材を挟持しない単独のセパレータを配設することができる。すなわち、変形吸収部材３０の積層方向Ｘに沿った両面のうちのいずれか片面のみに、変形吸収部材３０を挟持したセパレータ対１０（第１のセパレータ１１および第２のセパレータ）を配設すればよい。
【０１３１】
変形吸収部材３０は、弾性変形可能なバネの機能を有する起立片３２を基材３１に複数備えた構成に限定されることなく、たとえば伸縮性を備えた凸部を基材３１に複数備える構成によって、積層部材の変形を吸収することができる。
【０１３２】
第１〜第４実施形態に係る位置決め部を、任意に組み合わせて構成することができる。具体的には、第１実施形態に係るマニホールド部に備えた位置決め部と、第２実施形態に係るディフューザ部１１ｕ、２０ｕ、１２ｕ、および３０ｕに備えた位置決め部と、を組み合わせて構成することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１，２，３，４  単セル、
１０  セパレータ対、
１１  第１のセパレータ、
１２  第２のセパレータ、
１３  アノードガス流路、
１４  冷却水流路、
１５  カソードガス流路、
２０  膜電極接合体、
２１  電解質膜、
２２  アノード、
２３  カソード、
２４  枠体、
３０  変形吸収部材、
３１  基材、
３１ａ  一面、
３１ｂ  接合部、
３２  起立片、
３２ａ  固定端部、
３２ｂ  自由端部、
１１ａ，１２ａ，２４ａ，４１ａ，４３ａ  アノードガス供給口、
１１ｂ，１２ｂ，２４ｂ，３０ｂ，４１ｂ，４３ｂ  冷却流体供給口、
１１ｃ，１２ｃ，２４ｃ，４１ｃ，４３ｃ  カソードガス供給口、
１１ｄ，１２ｄ，２４ｄ，４１ｄ，４３ｄ  カソードガス排出口、
１１ｅ，１２ｅ，２４ｅ，３０ｅ，４１ｅ，４３ｅ  冷却流体排出口、
１１ｆ，１２ｆ，２４ｆ，４１ｆ，４３ｆ  アノードガス排出口、
１１ｇ，１２ｇ  流路部、
１１ｍ，１１ｎ，１１ｐ，１１ｒ，１１ｓ，１１ｔ，１２ｍ，１２ｎ，１２ｐ，１２ｒ，１２ｓ，２０ｍ，２０ｎ，２０ｐ，２０ｒ，２０ｓ，３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ，３０ｒ，３０ｓ，３０ｔ  位置決め部、
１１ｕ，１２ｕ，２０ｕ，３０ｕ  ディフューザ部、
４０  筺体、
４１，４２  エンドプレート、
４１ｊ，４２ｊ  貫通孔、
４３，４４  集電板、
４３ｈ，４４ｈ  集電部、
４３ｉ，４４ｉ  突起部、
４５  スペーサ、
４５ｊ  貫通孔、
４６  締結板、
４７  補強板、
４８  ネジ、
１００  燃料電池、
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８  積層装置、
２１０  載置台、
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６  位置決め材、
２３０  移動部、
２３１，２３２  ハンドリング用ハンド、
２４０  制御部、
Ｘ  積層方向、
Ｙ  一の方向、
Ｚ  他の方向。
【図１】
2015032435.tif 000003
【図２】
2015032435.tif 000004
【図３】
2015032435.tif 000005
【図４】
2015032435.tif 000006
【図５】
2015032435.tif 000007
【図６】
2015032435.tif 000008
【図７】
2015032435.tif 000009
【図８】
2015032435.tif 000010
【図９】
2015032435.tif 000011
【図１０】
2015032435.tif 000012
【図１１】
2015032435.tif 000013
【図１２】
2015032435.tif 000014
【図１３】
2015032435.tif 000015
【図１４】
2015032435.tif 000016
【図１５】
2015032435.tif 000017
【図１６】
2015032435.tif 000018
【図１７】
2015032435.tif 000019