(57)【要約】  絶縁構造体は、周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体である。絶縁構造体は、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体であって、
燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、
上記連結部に形成され、上記一対のセパレータと上記フレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備える
ことを特徴とする絶縁構造体。
【請求項２】
上記突起部が、上記燃料電池スタックの積層方向と直交する平面部位を有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁構造体。
【請求項３】
上記平面部位の少なくとも一部が、上記一対のセパレータの双方と接しており、
上記平面部位と上記セパレータとの接触部位に、燃料電池スタックの締結荷重がかけられる
ことを特徴とする請求項２に記載の絶縁構造体。
【請求項４】
上記突起部が、上記連結部と共に燃料電池の外周部に位置し、かつ、開口部位を形成する枠体形状をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項５】
上記枠体形状の周方向に垂直な切断面における上記連結部の形状が上記燃料電池スタックの積層方向に移行するにしたがって先細った形状であることを特徴とする請求項４に記載の絶縁構造体。
【請求項６】
上記枠体形状の周方向に垂直な切断面における上記連結部の形状が上記燃料電池スタックの積層方向と直交する方向に移行するにしたがって先細った形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の絶縁構造体。
【請求項７】
上記突起部が、上記一対のセパレータに直接又はフレームを介して挟持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項８】
燃料電池スタックの絶縁構造体であって、
燃料電池スタックの外周部の少なくとも一部に位置し、燃料電池スタックの積層方向に延設された連結部と、
上記連結部に複数形成され、上記一対のセパレータと上記フレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備え、
上記突起部が、上記燃料電池スタックの積層方向と直交する平面部位を上記燃料電池スタックの積層方向に配設した櫛状形状を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１１】
請求項９に記載の燃料電池又は請求項１０に記載の燃料電池スタックの製造に当たり、絶縁構造体を燃料電池又は燃料電池スタックの一体化工程で付与することを特徴とする燃料電池又は燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体、これを用いた燃料電池及び燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層体の変位方向にばね要素を組み付けた構造にすることにより、部品点数や積層体全体の容積を増加させることなく、積層体の共振周波数（固有振動数）を高めた燃料電池スタックが提案されている（特許文献１参照。）。【０００３】
この燃料電池スタックは、四角形板状の単位セルを複数積層して成る積層体と、積層体のセル積層方向の両端面に配置したエンドプレートと、積層体の積層方向に平行な四面を周方向に第１〜第４の外周面としたときに第２及び第４の外周面に配置した一対の締結板を備えると共に、両エンドプレートと各締結板とを夫々連結し、一対の締結板のうちの少なくとも一方が、セル積層方向に平行で且つ積層体を押えるリブを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１２−１３３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の燃料電池スタックにおいて、例えば、締結板の共振周波数増加には、燃料電池スタックや締結板のばね定数を増加させることが重要である。一方、その場合、締結板と燃料電池スタックとの接触荷重が増加するため、当該部分には締結板の反力に対して十分な強度を有する構造が必要となる。このため、ばね定数増加の自由度が制限されていた。【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、高反力で高ばね定数の設置を実現した燃料電池の絶縁構造体、これを用いた燃料電池及び燃料電池スタック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】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備える構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００８】
すなわち、本発明の絶縁構造体は、周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体である。そして、本発明の絶縁構造体は、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部とを備える。【０００９】
また、本発明の燃料電池又は燃料電池スタックは、上記本発明の絶縁構造体を備えたものである。【００１０】
更に、本発明の燃料電池又は燃料電池スタックの製造方法は、上記本発明の燃料電池又は燃料電池スタックの製造に当たり、絶縁構造体を燃料電池又は燃料電池スタックの一体化工程で付与する製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部とを備える構成とした。そのため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制し得る燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体、これを用いた燃料電池及び燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る燃料電池スタックを説明する分解状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する分解状態の平面図である。
【図４】図１に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。
【図５】図１中のＶ−Ｖ線に沿った燃料電池スタックの一部を示す断面図である。
【図６】図３中のＶＩ−ＶＩ線に沿った本発明の第１の実施例に係る絶縁構造体の一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る燃料電池スタックの一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る絶縁構造体を説明する斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係る燃料電池スタックの製造方法の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを搭載した車両を示す模式図である。
【図１１】本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを説明する分解状態を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。
【図１３】図１０に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。
【図１４】図１３中のＳ−Ｓ’線に沿った燃料電池スタックの一部を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す燃料電池スタックの一部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の絶縁構造体、これを用いた燃料電池及び燃料電池スタック、燃料電池又は燃料電池スタックの製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池スタックを説明する分解状態を示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。更に、図３は、図１に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する分解状態の平面図である。また、図４は、図１に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。更にまた、図５は、図１中のＶ−Ｖ線に沿った燃料電池スタックの一部を示す断面図である。
【００１５】
図１に示す燃料電池スタックＦＳは、矩形板状を成す燃料電池Ｃの積層体Ｓに対し、積層方向の一端部（図１中で右側端部）に、集電板５４Ａ及びスペーサ５５を介してエンドプレート５６Ａが設けてあると共に、他端部に、集電板５４Ｂを介してエンドプレート５６Ｂが設けてある。また、燃料電池スタックＦＳは、積層体Ｓに対し、燃料電池Ｃの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。
【００１６】
そして、燃料電池スタックＦＳは、各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８ＢをボルトＢにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図２に示すようなケース一体型構造となり、積層体Ｓをその積層方向に拘束・加圧して個々の燃料電池Ｃに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
【００１７】
燃料電池Ｃは、燃料電池スタックＦＳにおいて単セルとも呼ばれるもので、図３に示すように、周囲にフレーム５１を有する膜電極接合体１と、フレーム５１及び膜電極接合体１を挟持する一対のセパレータ２，２と、セパレータ２同士の間やセパレータ２と締結板５７Ａ，５７Ｂや補強板５８Ａ，５８Ｂとの間の絶縁性を確保する絶縁構造体３を備えている。なお、詳しくは後述するが、絶縁構造体３は、セパレータ２同士の間の絶縁性を確保する突起部とセパレータ２と締結板５７Ａ，５７Ｂや補強板５８Ａ，５８Ｂとの間の絶縁性を確保する連結部とを備える。
【００１８】
膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Membrane  Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、図５に示すように、固体高分子から成る電解質層１Ｂを空気極層１Ｃ（カソード）と燃料極層（アノード）１Ａとで挟持した構造を有している。この膜電極接合体１は、空気極層１Ｃにカソードガス（酸素含有ガス・空気）が供給されると共に、燃料極層１Ａにアノードガス（水素含有ガス）が供給されて、電気化学反応により発電をする。なお、膜電極接合体１としては、空気極層１Ｃと燃料極層１Ａの表面に、カーボンペーパや多孔質体等から成るガス拡散層を備えたものも含まれる。
【００１９】
フレーム５１は、樹脂成形（例えば射出成形）により膜電極接合体１と一体化してあり、この実施例では、膜電極接合体１を中央にして長方形状を成している。また、フレーム５１は、両端部に、各々三個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６が配列してあり、各マニホールド穴群から膜電極接合体１に至る領域がディフューザ部Ｄとなる。このフレーム５１及び両セパレータ２，２は、いずれもほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状である。
【００２０】
各セパレータ２は、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により適宜形状に成形し得る。図示例のセパレータ２は、少なくとも膜電極接合体１に対応する中央部分が断面凹凸形状に形成してある。このセパレータ２は、断面凹凸形状を長辺方向に連続的に有しており、膜電極接合体１との間に、波形の凹部によりアノードガス及びカソードガスのガス流路を形成する。
【００２１】
また、各セパレータ２は、両端部に、フレーム５１の各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６と同等のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６を有している。
【００２２】
上記のフレーム５１及び膜電極接合体１と両セパレータ２，２は、重ね合わせて燃料電池Ｃを構成する。このとき、燃料電池Ｃは、とくに図４に示すように、中央に、膜電極接合体１の領域である発電領域Ｇを備えている。また、発電領域Ｇの両側に、反応用ガスの供給及び排出を行うマニホールド部Ｍと、各マニホールド部Ｍから発電部Ｇに至る反応用ガスの流通領域であるディフューザ部Ｄを備えている。
【００２３】
上記の燃料電池Ｃは、図４及び図５に示すように、膜電極接合体１が介在する領域を上記の如く発電領域Ｇとし、フレーム５１が介在する領域をエッジ領域Ｅとしている。エッジ領域Ｅは、マニホールド部Ｍ及びディフューザ部Ｄを含み、発電領域Ｇを囲繞している。
【００２４】
図４の左側に示す一方のマニホールド部Ｍにおいて、各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却流体供給用（Ｈ２）及びアノードガス供給用（Ｈ３）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図４の右側に示す他方のマニホールド部Ｍにおいて、各マニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、アノードガス排出用（Ｈ４）、冷却流体排出用（Ｈ５）及びカソードガス排出用（Ｈ６）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。なお、供給用と排出用は、一部または全部が逆の位置関係でも良い。
【００２５】
さらに、燃料電池Ｃは、図３及び図４に示すように、フレーム５１と各セパレータ２の縁部同士の間や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲であるエッジ領域Ｅに、ガスシールＳＬが設けてある。また、燃料電池Ｃを複数枚積層した状態では、燃料電池Ｃ同士すなわち隣接するセパレータ２同士の間にもガスシールＳＬを設ける。
【００２６】
上記のガスシールＳＬは、個々の層間において、カソードガス、アノードガス及び冷却液の夫々の流通域を気密的に分離すると共に、その層間に所定の流体だけが流れるように、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周縁部の適当な箇所に開口を設ける。
【００２７】
上記構成を備えた燃料電池Ｃは、先述したように、複数枚積層して燃料電池スタックＦＳを構成する。この燃料電池スタックＦＳは、図５に示すように、隣接する燃料電池Ｃ同士の間に、冷却液の流通空間Ｆを形成する。
【００２８】
ここで、各セパレータ２は、図５に示すように、エッジ領域Ｅには、フレーム５１側に開放した凹部２Ａと、フレーム５１側を頂部とした凸部２Ｂが、凹部同士及び凸部同士を相対向させて配置してある。凹部２Ａ及び凸部２Ｂは、燃料電池Ｃの長辺に沿って形成してあり、凹部２Ａを面内方向の内側にし且つ凸部２Ｂを外側にして配置してある。
【００２９】
また、各セパレータ２は、先述の如く表裏反転形状であるから、燃料電池Ｃを積層した際には、隣接するセパレータ２の凹部２Ａ同士（底部同士）が接触する。これにより、隣接する燃料電池Ｃ同士の間に形成した冷却液の流通空間Ｆを密封する。さらに、凹部２よりも外側では、燃料電池Ｃを構成する一対のセパレータ２の凸部２Ｂ同士（頂部同士）の間でフレーム５１を挟着保持する。
【００３０】
上記のセパレータ２を備えた燃料電池Ｃは、燃料電池スタックＦＳを構成した際、図１に示すように、集電板５４Ａ，５４Ｂ、エンドプレート５６Ａ，５６Ｂ、締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂで構成される一定寸法のケース内に組み込まれる。このような燃料電池スタックＦＳにおいて、各燃料電池Ｃには、所定の積層荷重や運転時の熱膨張による強制的な負荷が加わり、絶縁構造体を備えていない場合には、セル面内方向の変位が生じ、フレーム５１に座屈が生じるおそれがある。
【００３１】
そこで、第１の実施例に係る燃料電池スタックＦＳ又はこれを構成する燃料電池Ｃは、図３、図５及び図６に示すように、外周部の少なくとも一部に位置する連結部３Ａと、連結部３Ａに形成され、一対のセパレータ２とフレーム５１とに囲まれた領域に位置する突起部３Ｂとを備える第１の実施例に係る絶縁構造体３を備えるものとなっている。より具体的には、セル面内方向に変位が生じた場合でも、フレーム５１と独立した絶縁構造体３が、所定の位置に配置され、フレーム５１の外周面やセパレータ２の外周面や積層方向の外周面と接触することにより、絶縁体として機能するだけでなく、変位を吸収するため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。なお、絶縁構造体３は連結部３Ａの凸部３αが図示しない別の連結部３Ａの凹部３βと勘合して連結されて、燃料電池スタックＦＳの積層方向に延設された連結部３となる。絶縁構造体は、積層体Ｓの外周の絶縁体として機能するだけでなく、図３に示すような周囲にフレーム５１を有する膜電極接合体１とセパレータ２とを積層する際や接着する際の位置規制や接着厚みを管理する治具としても機能させることができる。
【００３２】
また、第１の実施例に係る燃料電池スタックＦＳ又はこれを構成する燃料電池Ｃにおける絶縁構造体の突起部３Ｂは、その形状について特に限定されるものではないが、燃料電池スタックＦＳの積層方向と直交する平面部位３γを有することが好ましい。平面部位を有することにより、セパレータの積層方向の外周面との接触面を広く確保することができ、より変位を吸収することができるため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。
【００３３】
図１、図３及び図４に示すように、第１の実施例に係る燃料電池スタックＦＳ又はこれを構成する燃料電池Ｃにおける絶縁構造体の突起部３Ｂは、連結部３Ａと共に燃料電池Ｃの外周部に位置し、かつ、開口部位３εを形成する枠体形状をなしている。このような枠体形状をなしていると、変位を全周で効果的に吸収するため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施例）
図７は、第２の実施例に係る燃料電池スタックの一部を示す断面図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
第２の実施例に係る燃料電池スタックＦＳ又はこれを構成する燃料電池Ｃにおける絶縁構造体の突起部３Ｂは、平面部位３γの少なくとも一部が一対のセパレータ２、２の双方と接しており、平面部位３γとセパレータ２、２との接触部位γ’に燃料電池スタックＦＳの積層方向に図中矢印で示す締結荷重がかけられる。平面部位がセパレータの双方と接して燃料電池スタックの締結荷重がかけられることにより、より変位を吸収することができるため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。なお、突起部３Ｂは球面部位３δでフレーム５１と接触することがある。
【００３６】
（第３の実施例）
図８は、第３の実施例に係る絶縁構造体を説明する斜視図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３７】
第３の実施例に係る絶縁構造体３は、燃料電池スタックの絶縁構造体であって、燃料電池スタックの外周部の少なくとも一部に位置し、燃料電池スタックの積層方向に延設された連結部３Ａと、連結部３Ａに複数形成され、一対のセパレータ２、２とフレーム５１とに囲まれた領域に位置することとなる突起部３Ｂとを備え、突起部３Ｂが、燃料電池スタックの積層方向と直交する平面部位を燃料電池スタックの積層方向に配設した櫛状形状３ζを有するものである。このような構成としても、変位を吸収することができるため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。また、燃料電池スタックに対して絶縁構造体を一括して付与することができるという利点もある。
【００３８】
（第４の実施例）
図９は、第４の実施例に係る燃料電池スタックの製造方法の一例を示す説明図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
第４の実施例に係る燃料電池スタックの製造方法は、その製造に当たり、絶縁構造体３を燃料電池スタックの一体化工程で付与する製造方法である。具体的には、図８に示すような燃料電池スタックの絶縁構造体３を図９に示すように矢印で示す方向に弾性組み付けすることにより、図７に示すような燃料電池スタックを容易に得ることができる。
【００４０】
（第５の実施例）
図１０は、本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを搭載した車両を示す模式図である。また、図１１は、本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを説明する分解状態を示す斜視図である。更に、図１２は、本発明の第５の実施例に係る燃料電池スタックを説明する組立て後を示す斜視図である。また、図１３は、図１０に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池を説明する組立て後を示す平面図である。更に、図１４は、図１３中のＳ−Ｓ’線に沿った燃料電池スタックの一部を示す断面図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図１０に示すように、車両Ｖに搭載された燃料電池スタックＦＳには、例えば、図中矢印Ｘで示す車両前後方向や図中矢印Ｚで示す車両上下方向からの振動が入力される。以下同様である。これに対して、例えば、図１１〜図１４に示すように、燃料電池スタックＦＳは配置される。なお、図中矢印Ｙで示す車両左右方向からの振動も入力される。そして、絶縁構造体３を備えていると、振動の入力があったときでも、絶縁構造体３の連結部３Ａと突起部３Ｂとで積層体Ｓを確実に支持することができるものとなり、換言すれば、共振周波数を増加させたものとなり、セパレータ２同士の間の絶縁性やセパレータ２と締結板５７Ａ，５７Ｂや補強板５８Ａ，５８Ｂとの間の絶縁性を確保することができる。一方、所定の絶縁構造体を備えていない場合には、フレームが薄膜からなるＰＥＮフィルムからなるフレームなどにより構成されているため、振動の入力によりフレームに座屈が生じたとき、セパレータと締結板や補強板との間の絶縁性を確保することができない。なお、絶縁構造体の材質は、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、フレームへの振動の入力を減衰できるという観点から、樹脂材料からなるものを好適に用いることができる。
【００４２】
図１５は、図１４に示す燃料電池スタックの一部を示す拡大断面図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
図１５に示すように、本発明の実施例５に係る燃料電池スタックＦＳは、枠体形状の周方向に垂直な切断面における連結部３Ａの形状がテーパー形状（六角形）を有する。また、突起部３Ｂは一方の面がセパレータ２に直接接して、他方の面はガスシールＳＬを介して挟持されている。
このように、枠体形状の周方向に垂直な切断面における連結部の形状が燃料電池スタックの積層方向及びこれと直交する方向に移行するにしたがって先細った形状であることにより、振動の入力に対して、連結部が塑性変形して、振動の入力を減衰することができるため、より振動の入力による悪影響を抑制ないし防止することができる。また、突起部がセパレータに挟持される位置に配置されると、膜電極接合体やセパレータを積層する際や接着する際の位置規制や接着厚みを管理し易いという利点がある。なお、図示しないが、突起部がフレームを介してセパレータに挟持されると、よりシール性を向上させることができる。また、図示しないが、突起部の双方の面がセパレータに直接接して又はフレームを介して挟持されていてもよい。更に、図示しないが、枠体形状の周方向に垂直な切断面における連結部の形状のみが燃料電池スタックの積層方向に移行するにしたがって先細った形状であってもよく、枠体形状の周方向に垂直な切断面における連結部の形状のみが燃料電池スタックの積層方向と直交する方向に移行するにしたがって先細った形状であってもよい。
【００４４】
以上、本発明を若干の実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００４５】
例えば、上述した各実施例の絶縁構造体、燃料電池及び燃料電池スタックに記載した構成は、各実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施例の構成を上述した各実施例以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。
【００４６】
日本国特願２０１３−０９２０４３号（出願日：２０１３年４月２５日）の全内容は、ここに援用される。
【符号の説明】
【００４７】
Ｃ  燃料電池
Ｅ  エッジ領域
Ｇ  発電領域
Ｆ  流通空間
ＦＳ  燃料電池スタック
１  膜電極接合体
２  セパレータ
３  絶縁構造体
３Ａ  連結部
３Ｂ  突起部
３α  凸部
３β  凹部
３γ  平面部位
３γ’接触部位
３ε  開口部位
３ζ  櫛状形状
５１  フレーム
【図１】
2014174944.tif 000003
【図２】
2014174944.tif 000004
【図３】
2014174944.tif 000005
【図４】
2014174944.tif 000006
【図５】
2014174944.tif 000007
【図６】
2014174944.tif 000008
【図７】
2014174944.tif 000009
【図８】
2014174944.tif 000010
【図９】
2014174944.tif 000011
【図１０】
2014174944.tif 000012
【図１１】
2014174944.tif 000013
【図１２】
2014174944.tif 000014
【図１３】
2014174944.tif 000015
【図１４】
2014174944.tif 000016
【図１５】
2014174944.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月15日(2015.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
そこで、第１の実施例に係る燃料電池スタックＦＳ又はこれを構成する燃料電池Ｃは、図３、図５及び図６に示すように、外周部の少なくとも一部に位置する連結部３Ａと、連結部３Ａに形成され、一対のセパレータ２とフレーム５１とに囲まれた領域に位置する突起部３Ｂとを備える第１の実施例に係る絶縁構造体３を備えるものとなっている。より具体的には、セル面内方向に変位が生じた場合でも、フレーム５１と独立した絶縁構造体３が、所定の位置に配置され、フレーム５１の外周面やセパレータ２の外周面や積層方向の外周面と接触することにより、絶縁体として機能するだけでなく、変位を吸収するため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制することが可能となる。なお、絶縁構造体３は連結部３Ａの凸部３αが図示しない別の連結部３Ａの凹部３βと勘合して連結されて、燃料電池スタックＦＳの積層方向に延設された連結部３Ａとなる。絶縁構造体は、積層体Ｓの外周の絶縁体として機能するだけでなく、図３に示すような周囲にフレーム５１を有する膜電極接合体１とセパレータ２とを積層する際や接着する際の位置規制や接着厚みを管理する治具としても機能させることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月31日(2016.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体であって、
燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、
上記連結部に形成され、上記一対のセパレータと上記フレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備え、
上記突起部は、フレームの外周面及び／又は上記セパレータの積層方向の外周面と接触している、
ことを特徴とする絶縁構造体。
【請求項２】
周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体であって、
燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、
上記連結部に形成され、上記一対のセパレータと上記フレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備え、
上記燃料電池スタックに変位が生じた場合、上記突起部は、フレームの外周面及び／又は上記セパレータの積層方向の外周面と接触する、
ことを特徴とする絶縁構造体。
【請求項３】
上記突起部が、上記燃料電池スタックの積層方向と直交する平面部位を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁構造体。
【請求項４】
上記平面部位の少なくとも一部が、上記一対のセパレータの双方と接しており、
上記平面部位と上記セパレータとの接触部位に、燃料電池スタックの締結荷重がかけられる
ことを特徴とする請求項３に記載の絶縁構造体。
【請求項５】
上記突起部が、上記連結部と共に燃料電池の外周部に位置し、かつ、開口部位を形成する枠体形状をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項６】
上記枠体形状の周方向に垂直な切断面における上記連結部の形状が上記燃料電池スタックの積層方向に移行するにしたがって先細った形状であることを特徴とする請求項５に記載の絶縁構造体。
【請求項７】
上記枠体形状の周方向に垂直な切断面における上記連結部の形状が上記燃料電池スタックの積層方向と直交する方向に移行するにしたがって先細った形状であることを特徴とする請求項５又は６に記載の絶縁構造体。
【請求項８】
上記突起部が、上記一対のセパレータに直接又はフレームを介して挟持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項９】
燃料電池スタックの絶縁構造体であって、
燃料電池スタックの外周部の少なくとも一部に位置し、燃料電池スタックの積層方向に延設された連結部と、
上記連結部に複数形成され、上記一対のセパレータと上記フレームとに囲まれた領域に位置する突起部と、を備え、
上記突起部が、上記燃料電池スタックの積層方向と直交する平面部位を上記燃料電池スタックの積層方向に配設した櫛状形状を有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の絶縁構造体を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１２】
請求項１０に記載の燃料電池又は請求項１１に記載の燃料電池スタックの製造に当たり、絶縁構造体を燃料電池又は燃料電池スタックの一体化工程で付与することを特徴とする燃料電池又は燃料電池スタックの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
すなわち、本発明の絶縁構造体は、周囲にフレームを有する膜電極接合体と、フレーム及び膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備え、これらが複数枚積層されて形成される燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体である。そして、本発明の絶縁構造体は、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部とを備え、突起部が、フレームの外周面及び／又はセパレータの積層方向の外周面と接触している、又は燃料電池スタックに変位が生じた場合、突起部が、フレームの外周面及び／又はセパレータの積層方向の外周面と接触する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池スタック又は燃料電池の外周部の少なくとも一部に位置する連結部と、連結部に形成され、一対のセパレータとフレームとに囲まれた領域に位置する突起部とを備え、突起部が、フレームの外周面及び／又はセパレータの積層方向の外周面と接触している、又は燃料電池スタックに変位が生じた場合、突起部が、フレームの外周面及び／又はセパレータの積層方向の外周面と接触する構成とした。そのため、高反力で高ばね定数の設置を実現し、絶縁部の破損を防止ないし抑制し得る燃料電池スタックの又は燃料電池スタックを構成する燃料電池の絶縁構造体、これを用いた燃料電池及び燃料電池スタックを提供することができる。
【国際調査報告】
2014174944.tif 000018
2014174944.tif 000019
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