(57)【要約】【課題】組付け作業性を向上させ、部品管理もしやすい燃料電池を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料電池１００は、ＭＥＡ１１の両面にセパレータ１３，１４を配置してなる燃料電池セル１０ｄを複数積層したモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、モジュールに積層方向に沿って加圧力を付与しつつモジュールを保持する保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、保持部材に設けられ、隣り合わせて配置されてモジュールを保持する保持部材を接続・分離可能に組み付ける接続部と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の両面にセパレータを配置してなる燃料電池セルを複数積層したモジュールと、
前記モジュールに積層方向に沿って加圧力を付与しつつ前記モジュールを保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられ、隣り合わせて配置されて前記モジュールを保持する前記保持部材を接続・分離可能に組み付ける接続部と、を有する燃料電池。
【請求項２】
前記接続部は、隣り合う前記保持部材のうちの一方の前記保持部材に設けられ他方の前記保持部材と係合して前記一方の保持部材と前記他方の保持部材とを固定する係合部と、前記他方の保持部材に設けられ前記係合部と係合する係合受け部と、を有する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記保持部材は、保持する前記モジュールに含まれる前記燃料電池セルの数に応じて複数用意される請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記保持部材は、保持した前記燃料電池セルの積層数を表す積層数確認部を有する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
積層された複数の前記燃料電池セルの両端に配置される一対のエンドプレートをさらに有し、前記エンドプレートは隣接する前記保持部材との固定が可能な係合部又は係合受け部を有する請求項１〜４のいずれか1項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記膜電極接合体及び前記セパレータを含む積層部品は、アノードガス及びカソードガスを流通させる流通孔をそれぞれ有し、
前記流通孔は、各々の前記積層部品において同形状かつ同じ位置に形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【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】
燃料電池は、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  以下、ＭＥＡとも言う）とその両面に配置されたセパレータとからなる燃料電池セル（単位セル）を所望の出力電圧に応じた個数だけ積層して構成された積層体を有している。従来は、この積層体に加圧力を付与するために、積層体の両端側に一対のエンドプレートを配置し、通しボルトやナットなどの締結部材を使用してエンドプレートを締め付けていた。
【０００３】
上記のような締結部材を使用した燃料電池においては、積層体に通しボルトを挿通させるための領域を設けなければならないため、積層体には発電に寄与しないデッドスペースが生じている。また、積層体に含まれる燃料電池セルのうち、特定の燃料電池セルのみを交換等する必要が生じた場合にも、通しボルトを一旦取り外し、セルを交換した後に通しボルトを再度締結しなければならないため、メンテナンス時の作業に手間が掛かるという問題もあった。これらの問題に鑑みて、燃料電池セルとともに燃料電池セルの外周を囲む枠材を積み上げて積層し、隣り合う燃料電池セル同士および燃料電池セルと各エンドプレートのそれぞれを、枠材の外周面に配置したばね部材により挟圧して一体化させた燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように構成された燃料電池であれば、締結部材を使用することによって生じ得るデッドスペースの発生やメンテナンス作業の作業性の低下といった問題は解決し得る。しかしながら、燃料電池に使用されるセルの数は、百セル程度に及ぶ。そのため、所望の出力電圧を得るために多数の燃料電池セルを積層するために隣接するセル同士を多数のばね部材を使用して接続していたのでは作業工数の大幅な増加を招いてしまう。
【０００６】
また、上記のように全てのセルを接続するためには極めて多くのばね部材が必要になるため、部品点数が多くなり、部品管理の観点においても問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、組付け作業性を向上させ、部品管理もしやすい燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、膜電極接合体の両面にセパレータを配置してなる燃料電池セルを複数積層した積層体と、積層体に積層方向に沿って加圧力を付与しつつ積層体を保持して積層体モジュールを構成する保持部材と、保持部材に設けられ、隣り合わせて配置した複数の積層体モジュールを接続・分離可能に組み付ける接続部と、を有している。そして、複数の積層体モジュールのそれぞれを、接続部を介して相互に組み付けている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池は、燃料電池セルを複数積層してなる積層体を、その積層方向に沿って加圧力を付与する保持部材により保持することで積層体モジュールが構成されており、さらに、保持部材に設けられた接続部を介して複数の積層体モジュールを相互に組み付けた構成を有している。このような構成によれば、積層体モジュールの組み付け作業および分離作業は、各保持部材に設けられた接続部同士を接続および分離させる簡単な作業で行うことができる。また、保持部材は単セルではなく単セルを積層したモジュールを単位として保持する構成となっているため、上記ばね部材に比べて全ての燃料電池セルを保持するために必要な保持部材の部品点数が多くなく部品の管理もし易くすることができる。また、保持部材によって従来のような通しボルトを用いる必要がなくなり、それによって組み立て姿勢を自由にでき、作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。
【図２】同燃料電池を示す分解斜視図である。
【図３】図１の３−３線に沿う断面図である。
【図４Ａ】図３のＡ部分を示す拡大図である。
【図４Ｂ】図４Ａの上部を示す拡大図である。
【図４Ｃ】図４Ａの下部を示す拡大図である。
【図５】同燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図６】同燃料電池のセルを構成するセパレータ及びＭＥＡを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図、図２は同燃料電池を示す分解斜視図、図３は図１の３−３線に沿う断面図、図４Ａは図３のＡ部分を示す拡大図、図４Ｂは図４Ａの上部を示す拡大図、図４Ｃは図４Ａの下部を示す拡大図である。図５は同燃料電池の構成を示す分解斜視図、図６は同燃料電池の燃料電池セルを構成するセパレータ及びＭＥＡを示す断面図である。
【００１３】
本実施形態に係る燃料電池は、ＭＥＡ１１の両側にセパレータ１３，１４を配置した燃料電池セル１０ｄを複数積層したものをモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃとして有している。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂ、もう片側にカソード１１ｃが接合されている。セパレータ１３，１４は接合されてセパレータアセンブリ１２として構成されている。
【００１４】
また、積層体１０の積層方向における両端部には集電板１６，１７が設けられている。また、燃料電池は、筐体２０を有している。筐体２０は、一対の締結板２１、２２と、補強板２３、２４と、エンドプレート２５，２６と、を有している。また、燃料電池１００は、モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを各々纏めて保持する保持部材３０を有している。
保持部材３０は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有している。まず、燃料電池１００の構成について説明する。
【００１５】
セパレータ１３，１４は、図５や図６に示し、積層された複数の燃料電池セル１０ｄにおいて隣り合うＭＥＡ１１を隔離しつつ、ＭＥＡ１１で発生した電力を通電させている。セパレータ１３，１４は、アノード側セパレータ１３とカソード側セパレータ１４とに分類される。アノード側セパレータ１３は、ＭＥＡ１１のアノード１１ｂに当接させている。アノード側セパレータ１３は、導電性材料を有する金属からなり、アノード１１ｂよりも大きい薄板状に形成している。セパレータ１３，１４はまとめてセパレータアセンブリ１２と称することもある。
【００１６】
アノード側セパレータ１３の中央には、図５に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水等の冷却流体とを隔てて流す流路を構成するように複数の凹凸を一定の間隔で形成した波形形状１３ｇを設けている。アノード側セパレータ１３は、凹凸形状のうち、アノード１１ｂと接触して形成された閉空間を、アノード１１ｂに対して水素を供給するアノードガス流路１３ｈとして用いている。一方、アノード側セパレータ１３は、図６に示すように、断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１３ｇと、カソード側セパレータ１４の波形形状１４ｇとの間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１３ｊ（１４ｊ）として用いている。
【００１７】
アノード側セパレータ１３は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１３ａ、冷却流体供給口１３ｂ、およびアノードガス供給口１３ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１３は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１３ｄ、冷却流体排出口１３ｅ、およびカソードガス排出口１３ｆに相当する貫通孔を開口している。
【００１８】
カソード側セパレータ１４は、ＭＥＡ１１のカソード１１ｃに当接している。カソード側セパレータ１４は、導電性材料を有する金属からなり、カソード１１ｃよりも大きい薄板状に形成している。
【００１９】
カソード側セパレータ１４の中央には、図５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を構成するように断面が複数の凹凸形状からなる波形形状１４ｇを設けている。カソード側セパレータ１４は、凹凸形状のうち、カソード１１ｃと接触して形成された閉空間を、カソード１１ｃに対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１４ｈとして用いている。一方、カソード側セパレータ１４は、図６に示すように、凹凸形状のうち、アノード側セパレータ１３との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却流体流路１４ｊ（１３ｊ）として用いている。
【００２０】
カソード側セパレータ１４は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１４ａ、冷却流体供給口１４ｂ、およびアノードガス供給口１４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１４ｄ、冷却流体排出口１４ｅ、およびカソードガス排出口１４ｆに相当する貫通孔を開口している。セパレータ１４はセパレータ１３と接合され、供給口１４ａ〜１４ｃ及び排出口１４ｄ〜１４ｆはセパレータ１３の供給口１３ａ〜１３ｃ及び排出口１３ｄ〜１３ｆと連通する。
【００２１】
ＭＥＡ１１は、図５や図６に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの片側にアノード１１ｂを接合し、もう一方の側にカソード１１ｃを接合して形成している。電解質膜１１ａ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。
【００２２】
固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード１１ｂ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１１ａよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード１１ｃ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１１ｂと同様の大きさで薄板状に形成している。
【００２３】
アノード１１ｂおよびカソード１１ｃ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１１ｂおよびカソード１１ｃ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から形成している。
【００２４】
ＭＥＡ１１は、外周にフレーム部材１５を取り付けている。フレーム部材１５は、積層した電解質膜１１ａ、アノード１１ｂ、およびカソード１１ｃの外周を一体に保持している。フレーム部材１５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１３，１４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。フレーム部材１５は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１５ａ、冷却流体供給口１５ｂ、およびアノードガス供給口１５ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、フレーム部材１５は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１５ｄ、冷却流体排出口１５ｅ、およびカソードガス排出口１５ｆに相当する貫通孔を開口している。また、平面視した際のセパレータ１３，１４の波形形状１３ｇ、１４ｇとＭＥＡ１１の部分は発電が行われる発電領域に当る。
【００２５】
上記の燃料電池セル１０ｄ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、積層する燃料電池セル１０ｄの中でもＭＥＡ１１とセパレータ１３及びセパレータ１４との間は、外周にシール部材を塗布することによって封止している。シール部材は、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。また、セパレータアセンブリ１２においてセパレータ１３とセパレータ１４とは溶接によって接合している。しかし、ＭＥＡ１１と同様にシール部材を塗布してもよい。
【００２６】
一対の集電板１６，１７は、図５に示し、燃料電池セル１０ｄで生成された電力を外部に取り出す。
【００２７】
一対の集電板１６，１７は、燃料電池セル１０ｄが複数積層された積層体１０の両端にそれぞれ配設している。一対の集電板１６，１７の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くしたＭＥＡ１１のフレーム部材１５と同様である。一対の集電板１６，１７は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１６ａ、１７ａ、冷却流体供給口１６ｂ、１７ｂ、およびアノードガス供給口１６ｃ、１７ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、長手方向の他端には、アノードガス排出口１６ｄ、１７ｄ、冷却流体排出口１６ｅ、１７ｅおよびカソードガス排出口１６ｆ、１７ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板１６、１７は、その中央に集電部１６ｈ（集電板１７についても同様）を備えている。
【００２８】
一対の集電板１６，１７の集電部１６ｈ等は、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１１ｂおよびカソード１１ｃの外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部１６ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１０ｄに設けたＭＥＡ１１のアノード１１ｂまたはカソード１１ｃに当接している。集電部１６ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部１６ｇ等を突出して設けている。突起部１６ｇ等は、後述する筺体２０の一対のエンドプレート２５、２６の貫通孔２５ｇ等を挿通して、外部に臨んでいる。また、集電板１６の突起部１６ｇに当る形状は集電板１７についても突起部１７ｇとして同様に設けられている。
【００２９】
保持部材３０は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有する。保持部材は、保持するモジュールの数に応じてモジュールの側方からモジュールを覆い、保持するモジュールに応じた長さを有する。保持部材３０ａは、図３に示すように、燃料電池セル１０ｄを２つ有するモジュール１０ａを保持し、保持部材３０ｂは燃料電池セル１０ｄを３つ有するモジュール１０ｂを保持し、保持部材３０ｃは燃料電池セル１０ｄを４つ有するモジュール１０ｃを保持する。保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、係合部３１と、係合受け部３２と、突出部（保持部）３３、３４と、把持部３５と、積層数確認部３６と、を有する。
【００３０】
係合部３１と係合受け部３２とは、隣接する保持部材同士を接続した状態に固定する部材であり、接続部を構成する。係合部３１及び係合受け部３２は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、共に断面が２つの三角形を重ね合わせたような重ね合わせ形状からなる。係合部３１における重ね合わせ形状は三角形の頂点が燃料電池セル１０ｄの積層方向に交差する方向外方に突出している。これに対して、係合受け部３２の重ねあわせ形状は、積層方向に交差する方向内方に向って突出している。
【００３１】
保持部３３は、図４Ａ、図４Ｂにおいて保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの積層方向上方に形成されている。保持部３４は、図４Ｂ，図４Ｃにおいて保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの積層方向下方に形成されている。保持部３３，３４は保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの側面から積層方向に交差する方向の内方に向って突出して形成されている。保持部３３，３４は、このように構成されることによって、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容された燃料電池の構成部品に対して積層方向に加圧力を付与し、構成部品を保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容した状態に保持する。そのため、保持部３３から保持部３４までの距離は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容されるＭＥＡ１１やセパレータ１３，１４などの数量に応じて設定される。また、保持部３３、３４と接触するセパレータ１３，１４は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、隣接するセパレータ同士を接合した状態で流路を形成できるように保持部３３，３４に対応する凹部が形成されている。また、セパレータ１３，１４と同様に、集電板１６，１７についても隣接するセパレータ１３，１４と密着できるように、保持部３３，３４に対応する凹部が形成されている。
【００３２】
把持部３５は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの外側面に形成されている。把持部３５は、隣接する保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃを互いに接続する際に作業者の持ち手部位となる。保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの材料は、特に限定されないが、係合部３１と係合受け部３２を多少変形させて内部に燃料電池モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを収容する。そのため、燃料電池モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを収容する際に係合部３１や係合受け部３２が変形できる程度の弾性を有する材料であることが好ましく、例えばＰＥＴなどを挙げることができるが、これに限定されない。また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの材料は、本実施形態において電気絶縁性を有する材料にて構成しているが、これに限定されない。
【００３３】
積層数確認部３６は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの外側面にあたる。積層数確認部３６は、収容されているセルの数など、保持部材の仕様が一目でわかるように、例えば収容するセルの数に応じて外表面の色を赤、青、黄色などのように着色して構成している。このように積層数確認部３６を構成することによって、部品の識別を容易にし、組み立て作業性を向上させ、検査などの際の部品の確認も容易に行うことができる。また、積層数確認部は、色以外にも模様を付したり、保持するモジュール数を数字や文字、記号、型番などを用いて刻印として打ったりして識別を行ってもよい。
【００３４】
筐体２０は、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃによって積層された状態が保持された積層体１０を包囲する。筐体２０は、上記のように一対の締結板２１、２２と、一対の補強板２３、２４と、一対のエンドプレート２５，２６と、を有する。以下、筐体２０の構成について説明する。
【００３５】
一対のエンドプレート２５，２６は、複数積層された燃料電池セル１０ｄの両端に配設した一対の集電板１６，１７を挟持して付勢している。一対のエンドプレート２５，２６の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増したＭＥＡ１１のフレーム部材１５と同様である。一対のエンドプレート２５，２６は、たとえば、金属からなり、一対の集電板１６，１７と当接する部分に絶縁体を設けている。
【００３６】
一対のエンドプレート２５，２６は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口２５ｂ、２６ｂ、およびアノードガス供給口２５ｃ、２６ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、その長手方向の他端には、アノードガス排出口２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口２５ｅ、２６ｅおよびカソードガス排出口２５ｆ、２６ｆに相当する貫通孔を開口している。また、エンドプレート２５，２６は、締結板２１，２２及び補強板２３，２４を固定するための貫通穴が形成されている。また、エンドプレート２６は、保持部材３０ｃの係合受け部３２と係合する係合部２６ｈを有する。エンドプレート２５は、保持部材３０ａの係合部３１と係合する係合受け部２５ｊを有する。エンドプレート２６の係合部２６ｈは、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの係合部３１と同様の形状に形状に構成されている。また、エンドプレート２５の係合受け部２５ｊは、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの係合受け部３２と同形状に構成されている。保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの隣接する係合部３１と係合受け部３２とは上記のように係合して接続される。そのため、エンドプレート２５，２６と隣接する保持部材３０ａ、３０ｃは、エンドプレート２５，２６と接続する専用の形状とする必要がない。よって、保持部材の部品種を削減し、燃料電池としての原価低減に寄与することができる。
【００３７】
セパレータ１３，１４、フレーム部材１５、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６のカソードガス供給口１３ａ〜１７ａ、２５ａ、２６ａ、冷却流体供給口１３ｂ〜１７ｂ、２５ｂ、２６ｂ、アノードガス供給口１３ｃ〜１７ｃ、２５ｃ、２６ｃ、アノードガス排出口１３ｄ〜１７ｄ、２５ｄ、２６ｄ、冷却流体排出口１３ｅ〜１７ｅ、２５ｅ、２６ｅ、及びカソードガス排出口１３ｆ〜１７ｆ、２５ｆ、２６ｆは、セパレータ１３，１４、ＭＥＡ１１、集電板１６，１７、及びエンドプレート２５，２６を位置合わせした際に連通するように構成されている。一対のエンドプレート２５，２６は、前述した一対の集電板１６，１７の突起部１６ｇ等を挿通させる貫通孔２５ｇ、２６ｇを有している。
【００３８】
一対の締結板２１、２２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２１、２２は、縁部が一部立ち上げて形成されており、組み付けた際に一対のエンドプレート２５、２６の面と接触する。また、締結板２１，２２においてエンドプレート２５，２６と接触する面にはネジ２７を挿通させる穴が設けられており、当該穴に取り付けたネジ２７を締め付けることによってエンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。
【００３９】
一対の補強板２３、２４は、たとえば、金属からなり、一対の締結板２１、２２よりも細長い板状に形成している。一対の補強板２３、２４は、長手方向における端部が一部立ち上げて形成されており、当該部分にはネジ２７を挿通させる穴が設けられている。当該穴はネジ２７を積層方向に通すように形成されており、ネジ２７を取り付けて締結することによって、締結板２１，２２と同様にエンドプレート２５，２６、集電板１６，１７、及び積層体１０が積層方向に加圧される。このように、一対の締結板２１、２２および一対の補強板２３、２４は、ネジ２７を締結することによって、エンドプレート２５、２６、集電板１６，１７、及び積層体１０を積層方向に加圧している。
【００４０】
次に本実施形態の作用効果について説明する。燃料電池はＭＥＡやセパレータなどの部品を複数積層して形成するため、積層した複数の部品の位置を固定してまとめる遠しボルトのような部品が必要になる。
【００４１】
また、燃料電池の構成部品の位置をまとめる以外にも電池性能を効率的に所望の要求仕様にする必要もある。そのため、通しボルトのような部品では燃料電池の構成部品の平面に通しボルトを通すスペースを設ける必要が生じ、当該スペースはデッドスペースとなってしまう。
【００４２】
このようなデッドスペースを低減させる従来の技術には燃料電池の構成部品の外周よりも外側にばね部材を配置して隣接する燃料電池の構成部品を固定するという技術がある。このような技術であれば上記デッドスペースの問題は解消できるものの、燃料電池の構成部品それぞれをバネ部材によってひとつひとつ固定していくため、作業性が悪いといった問題がある。また、百セル程度にも及ぶセルを隣接させた状態でばね部材によって接続する仕様では、ばね部材として必要な数量が極めて多く、部品管理が煩雑になってしまう。
【００４３】
これに対し本実施形態に係る発明によれば、ＭＥＡ１１の両面にセパレータ１３、１４を配置してなる燃料電池セル１０ｄを複数積層したモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃの積層方向に沿って加圧力を付与しつつモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを保持する保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに設けられ、隣り合わせて配置した複数のモジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを接続・分離可能に組み付ける接続部を有し、モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃを保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃの接続部を介して相互に組み付けるように構成している。
【００４４】
そのため、モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃの組付け作業及び分離作業は保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに設けられた接続部同士を接続または分離させる簡単な作業で行うことができ、作業性を良好にすることができる。また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、セル毎ではなくモジュール毎に保持を行うため、ばね部材のように多数のばね部材が必要になることもなく、部品管理を容易にすることもできる。また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃによってモジュールを保持できるため、モジュールの組み立ての際の姿勢を気にする必要もない。つまり、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃによって、燃料電池の組み立て方向を地面に対して鉛直にしても水平にしても組み立てを容易に行うことができる。そのため、組付け作業性を良好にすることができる。
【００４５】
また、接続部は、隣接する保持部材同士を固定する係合部３１と係合受け部３２とによって構成している。そのため、保持部材同士の接続に時間をかけることなく迅速に行うことができ、かつ係合部３１、３２及び係合受け部３３，３４の形状も複雑でないことから、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃを低コストにすることができる。
【００４６】
また、保持部材３０ａは２つの燃料電池セル１０ｄを有するモジュール１０ａを収容し、保持部材３０ｂは３つのセル１０ｄを有するモジュール１０ｂを収容し、保持部材３０ｃは４つのセル１０ｄを有するモジュール１０ｃを収容し、モジュールに含まれるセルの数に応じて保持部材を用意するように構成している。そのため、自動車などの仕様に応じて所望の性能を有する燃料電池をモジュールを収容した保持部材３０の組み合わせによって容易に実現することができ、組付け作業性を向上させ、検査・管理などの保守性を向上させることができる。
【００４７】
また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、外表面に色などによって燃料電池セル１０ｄの積層数を表す積層数確認部３６を有するように構成している。そのため、保持部材に収容されている燃料電池セル１０ｄの積層数を外部から容易に認識することができ、保守性を向上させることができる。
【００４８】
また、積層体１０において積層された複数の燃料電池セル１０ｄの積層方向両端に配置されるエンドプレート２５は、保持部材３０ａの係合部３１との固定が可能な係合受け部２５ｊを有している。また、エンドプレート２６は、保持部材３０ｃの係合受け部３２との係合が可能な係合部２６ｈを有するように構成している。そのため、積層方向の両端においてエンドプレートと接続するための専用の保持部材を用意する必要がない。よって、保持部材の部品種を削減し、燃料電池としての原価低減に寄与することができる。
【００４９】
また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容されるＭＥＡ１１．セパレータ１３，１４は、積層した際にカソードガス供給口１３ａ〜１５ａ、冷却流体供給口１３ｂ〜１５ｂ、アノードガス供給口１３ｃ〜１５ｃ、アノードガス排出口１３ｄ〜１５ｄ、冷却流体排出口１３ｅ〜１５ｅ、カソードガス排出口１３ｆ〜１５ｆが連通するように構成されている。そのため、モジュール同士の自由な組付けを可能にして作業性を良好にすることができる。
【００５０】
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５１】
積層方向における両端部に配置された保持部材３０ａ、３０ｃはエンドプレート２５，２６及び集電板１６，１７を収容しない実施形態について説明したが、これに限定されない。つまり、保持部材にはエンドプレート２５，２６及び集電板１６，１７を収容するように構成してもよい。このように構成することによってエンドプレート２５，２６に保持部材と接続するための係合部２５ｈ、２６ｈ及び係合受け部２５ｊ、２６ｊを設ける必要がなくなり、保持部材を用いる場合にも従来から存在するエンドプレートを使用することができる。また、保持部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに収容する構成としてはＭＥＡ１１やセパレータ１３，１４以外にも積層方向の長さを微調整するためにスペーサーを含めてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  積層体、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  モジュール、
１０ｄ  燃料電池セル、
１００  燃料電池、
１１  膜電極接合体（ＭＥＡ）、
１１ａ  電解質膜、
１１ｂ  アノード、
１１ｃ  カソード、
１１ｄ  切り欠き、
１２  セパレータアセンブリ、
１３  アノードセパレータ、
１４  カソードセパレータ、
１３ｇ、１４ｇ  波形形状、
１３ｈ  アノードガス流路、
１３ｊ（１４ｊ）  冷却流体流路、
１４ｈ  カソードガス流路、
１５  ＭＥＡのフレーム部材、
１６，１７  集電板、
１６ｇ  突起部、
１６ｈ  集電部、
２０  筐体、
２１，２２  締結板、
２３，２４  補強板、
２５，２６  エンドプレート、
１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、２５ａ、２６ａ  カソードガス供給口、
１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、２５ｂ、２６ｂ  冷却流体供給口、
１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ、１６ｃ、２５ｃ、２６ｃ  アノードガス供給口、
１３ｄ、１４ｄ、１５ｄ、１６ｄ、２５ｄ、２６ｄ  アノードガス排出口、
１３ｅ、１４ｅ、１５ｅ、１６ｅ、２５ｅ、２６ｅ  冷却流体排出口、
１３ｆ、１４ｆ、１５ｆ、１６ｆ、２５ｆ、２６ｆ  カソードガス排出口、
２５ｇ、２６ｇ  貫通孔、
２７  ネジ、
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  保持部材、
３１、２６ｈ  係合部（接続部）、
３２、２５ｊ  係合受け部（接続部）、
３３、３４  保持部、
３５  把持部、
３６  保持部材の外側面（積層数確認部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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