(57)【要約】【課題】集電体、電極および電解質膜の接触抵抗を低減すると共に、ＤＭＦＣの薄型化を図る技術を提供する。【解決手段】電解質膜３０の一方の面にはカソード４４が設けられている。電解質膜３０の他方の面にはアノード３４が設けられている。カソード４４とカソード側集電体４８が接触している。アノード３４とアノード側集電体３８が接触している。板バネ部材１２は、カソード４４とカソード側集電体４８とを密着させる。止め具１６と締め付け具１８は、板バネ部材１２を固定し、カソード側集電体４８に押圧する。【選択図】図３
2008091169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に設けられた第１の電極と、
前記電解質膜の他方の面に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と接触する第１の集電体と、
前記第２の電極と接触する第２の集電体と、
前記第１の電極と前記第１の集電体とを密着させるための板バネ部材と、
前記板バネ部材を固定し、前記第１の集電体に押圧するための固定部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記板バネ部材は、少なくとも一つの辺と平行方向の断面形状が凸形状であり、その凸形状側の面が前記第１の集電体の方向に対して押圧されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記板バネ部材は、前記第１の電極に酸化剤を供給するための開口部を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記板バネ部材は、金属材料で形成され、
前記第１の集電体と前記板バネ部材との間に絶縁材料からなる集電体支持部を更に備え、
前記集電体支持部は、前記開口部と連通する貫通穴を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記板バネ部材は、前記集電体支持部に埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記板バネ部材は、表面が耐腐食性材料で被覆されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記固定部材は、前記第１の電極の垂直方向に対して外向きに突出していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池において、集電体とカソードを密着させると共に、燃料電池の薄型化を図るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる。また、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待される。宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有る。特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものである。この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラ、電子辞書あるいは電子書籍）などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
ＤＭＦＣには、アノードとカソードの両電極間にプロトンを伝導させるための高分子電解質膜が設けられている。更に、両電極に接合した集電体がそれぞれ設けられ、これらの積層構造をその積層方向に強固に締め付けることは、集電体、電極および電解質膜の接触抵抗を低減するために必要である。
【特許文献１】特開２００５−１２７３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２６８０３９号公報
【特許文献３】特開２００３−１００３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＤＭＦＣでは、接触抵抗を低減するため、集電体の外側から集電体支持部を用いて押圧していた。集電体支持部は、その周縁部を設けられた締め付け具によって、集電体を押圧する。集電体の面全体に均一な圧力を加え、より接触抵抗を低減するためには、集電体支持部の厚みを増やす必要があった。しかしながら、ＤＭＦＣは携帯機器の電源として利用が期待されるため、より薄型化を図る必要がある。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、集電体、電極および電解質膜の接触抵抗を低減すると共に、ＤＭＦＣの薄型化を図る技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられた第１の電極と、電解質膜の他方の面に設けられた第２の電極と、第１の電極と接触する第１の集電体と、第２の電極と接触する第２の集電体と、第1の電極と第１の集電体とを密着させるための板バネ部材と、板バネ部材を固定し、第１の集電体に押圧するための固定部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記態様の燃料電池において、板バネ部材は、少なくとも一つの辺と平行方向の断面形状が凸形状であり、その凸形状側の面が第１の集電体の方向に対して押圧されていてもよい。
【０００９】
この態様の燃料電池によれば、板バネ部材により第１の集電体の面全体に均一な圧力を加えることができ、第１の集電体と第１の電極とが密着した状態に保たれる。また、板バネ部材を使用することなく、集電体の面全体に均一な圧力を加えるためには、板バネ部材と集電体の間に設けられる集電体支持部の厚さを極力厚くする必要がある。板バネ部材を使用することで、集電体支持部の厚さを薄くでき、燃料電池の薄型化を図りやすくなる。
【００１０】
上記態様の燃料電池において、前記第１の電極に酸化剤を供給するための開口部を有していてもよい。
【００１１】
この態様によれば、燃料電池の第１の電極に対して酸化剤を供給しやすくなる。
【００１２】
上記態様の燃料電池において、板バネ部材は、金属材料で形成され、第１の集電体と板バネ部材との間に絶縁材料からなる集電体支持部を更に備え、集電体支持部は、開口部と連通する貫通穴を有していてもよい。
【００１３】
この態様によれば、金属材料で形成された板バネ部材と集電体を絶縁しやすくなる。また、集電体支持部に板バネ部材の開口部と連通する貫通穴を設けることにより、第１の電極に対して酸化剤を供給しやすくなる。
【００１４】
上記態様の燃料電池において、板バネ部材は、集電体支持部に埋め込まれていてもよい。
【００１５】
この態様によれば、集電体支持部に埋め込まれた板バネ部材の厚み分だけ、燃料電池全体の厚みを削減できるため、燃料電池をより薄くしやすくなる。
【００１６】
上記態様の燃料電池において、板バネ部材は、表面が耐腐食性材料で被覆されていてもよい。
【００１７】
この態様によれば、電解質膜の汚染を防ぎやすくなる。電気化学反応によって第１の電極で生成した水にはクロスオーバーしたメタノールや酸が含まれる。板バネ部材は金属で形成されているため、板バネ部材に触れた水が逆流すると、電解質膜が汚染され、劣化の原因となり得るからである。
【００１８】
上記態様の燃料電池において、固定部材は、第１の電極の垂直方向に対して外向きに突出していてもよい。
【００１９】
この態様によれば、固定部材の突出によって生まれる空間は、酸化剤を支障なく供給するための空間として利用され、第１の電極に対して酸化剤を供給しやすくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、集電体、電極および電解質膜の接触抵抗を低減すると共に、ＤＭＦＣの薄型化を図りやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の燃料電池１０をカソード側から見た斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線上の断面図である。図３は、図２の端部を拡大した断面図である。
燃料電池１０は、平面上に配置された複数のセル１１を備える。各セル１１は、アノード３４とカソード４４とに挟持された電解質膜３０からなる膜電極接合体を備える。アノード３４には、メタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が供給される。カソード４４には、空気が供給される。燃料電池１０は、メタノール燃料中のメタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００２３】
電解質膜３０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、アノード３４とカソード４４との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜３０は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などがあげられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどがあげられる。
【００２４】
アノード３４の一方の面に電解質膜３０が接合し、アノード３４の他方の面にアノード側集電体３８が接合している。アノード側集電体３８の母材に要求される特性としては、導電性、剛性が挙げられる。アノード側集電体３８の母材は、金、白金などの耐腐食性を有する金属で被覆されていることが望ましい。アノード側集電体３８には、面方向に対して垂直方向に複数の細孔が設けられている。アノード側集電体３８に設けられた細孔を通って、アノード３４にメタノール燃料が供給される。アノード３４側の電解質膜３０の周縁部にシール材５４が設けられている。セルとセルの間には、間隙５６が設けられ、電気的に絶縁される。本実施例では、間隙５６は空洞であるが、有機材料などの絶縁物質を充填してもよい。
【００２５】
カソード４４の一方の面に電解質膜３０が接合し、カソード４４の他方の面にカソード側集電体４８が接合している。カソード側集電体４８の構成はアノード側集電体３８と同様である。
【００２６】
膜電極接合体とその両側に接合する集電体とを、カソード４４側から押さえ付けるために集電体支持部４６が、アノード３４側から押さえ付けるためにアノード側ハウジング３６が設けられている。アノード側ハウジング３６を構成する材料としては、アクリル樹脂、エポキシ、ガラスエポキシ樹脂などの合成樹脂が挙げられ、機械的剛性などの特性を具備することが望ましい。
【００２７】
集電体支持部４６の主面には、空気取り込み用の空気取り込み口４２が設けられている。空気取り込み口４２から流入した空気は、カソード側集電体４８の細孔を通過し、カソード４４に到達する。集電体支持部４６は、カソード４４やカソード側集電体４８を燃料電池１０の外部から電気的に絶縁するため、絶縁材料から形成されている。絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの合成樹脂が好適である。
【００２８】
アノード側ハウジング３６のアノード側集電体３８と接触する面には、燃料取り込み口３２が設けられている。燃料室２６から燃料取り込み口３２を通して取り込んだメタノール燃料は、アノード側集電体３８の細孔を通過し、アノード３４に到達する。アノード側ハウジング３６は、燃料室２６内のメタノールや、電気化学反応により発生する酸などに曝されるため、耐メタノール性、耐酸性などの特性を具備することが望ましい。
【００２９】
集電体支持部４６の外側主面には、板バネ部材１２に適合する凹部が設けられている。板バネ部材１２は、この凹部に埋め込まれ、止め具１６と締め付け具１８によって集電体支持部４６に対して押圧される。押圧された状態では、板バネ部材１２の露出面と集電体支持部４６の外側主面は平坦となり、カソード４４で生成する水が板バネ部材１２に触れにくくする。カソード４４で生成する水にはクロスオーバーしたメタノールや酸が含まれる。板バネ部材１２は金属で形成されているため、板バネ部材１２に触れた水が逆流すると、電解質膜３０が汚染され、劣化の原因となり得るためである。
【００３０】
本実施形態では、２つの面が平坦となるように板バネ部材１２を埋め込んでいるが、板バネ部材１２の全周囲を集電体支持部４６で被覆するように埋め込み、板バネ部材１２と集電体支持部４６を一体化させてもよい。板バネ部材１２が生成水に接触するのを完全に防ぐことができる。また、カソード４４で生成した水が板バネ部材１２に触れることを想定し、あらかじめ板バネ部材１２の表面を金、白金などの耐腐食性を有する金属で被覆してもよい。
【００３１】
更に、板バネ部材１２の露出面と集電体支持部４６の外側主面を平坦とすることで、燃料電池１０をより薄くできる。燃料電池１０の薄型化、小型化が図られることにより、より多くの機器に搭載できる。
【００３２】
板バネ部材１２は、止め具１６と締め付け具１８により内側に向けて押圧される。集電体支持部４６は、板バネ部材１２により内側に向けて押圧される。同様に、板バネ部材１４と板バネ部材２４は、止め具１６と締め付け具１８により内側に向けて押圧される。アノード側ハウジング３６は、板バネ部材１４と板バネ部材２４により内側に向けて押圧される。その結果、カソード側集電体４８、カソード４４、電解質膜３０、アノード３４およびアノード側集電体３８が強固に締め付けられ、接触抵抗が低減される。接触抵抗の低減により、燃料電池１０の発電性能は向上する。
【００３３】
集電体支持部４６の主面には、多数の空気取り込み口４２が格子状に設けられている。空気を取り込むだけであれば、カソード４４の全面を開放できる取り込み口を１つ設ける方が効率的である。しかしながら、集電体支持部４６とカソード側集電体４８の接触面積を減らすと、接触する部分と接触しない部分とでカソード側集電体４８にかかる圧力の差が大きくなり、接触抵抗が高くなる。多数の空気取り込み口４２を格子状に設けることで、集電体支持部４６は、カソード側集電体４８の全面をより均一に押圧でき、接触抵抗を低減できる。同様に、アノード側ハウジング３６についても、多数の燃料取り込み口３２が格子状に設けられている。
【００３４】
アノード側ハウジング３６の内部には、カソードにメタノール燃料を供給するための燃料室２６が設けられている。アノード側ハウジング３６のアノード側集電体３８と接する面に設けられた燃料取り込み口３２を通して、燃料室２６内のメタノール燃料がアノード３４に供給される。
【００３５】
燃料供給穴２２は、燃料電池１０の燃料タンク内にメタノール燃料を供給するための穴である。燃料タンク内のメタノール燃料が枯渇する前にメタノール燃料を補給することで、燃料電池１０は停止することなく連続運転が可能である。
【００３６】
アノード側ハウジング３６の内部には、燃料室２６に隣接して、燃料タンク２８が設けられている。燃料室２６は、燃料タンク２８からメタノール燃料を吸い上げるための燃料吸収部を有し、燃料通路５２を通して燃料室２６内にメタノール燃料が適宜補充される。板バネ部材１４と板バネ部材２４によるアノード３４からの締め付けに対して燃料タンク２８の剛性を強化するため、燃料タンク２８内には、補強柱５０が設けられている。より剛性を強化するため、燃料室２６内にも補強柱を設けても良い。その際、アノード３４へのメタノール燃料供給の妨げとならないよう、セルとセルの間に設けられる間隙５６に対応した位置に補強柱を設けるのが望ましい。
【００３７】
燃料タンク２８の隣には、回路収納部５８が設けられている。回路収納部５８は、燃料電池が発電した電圧の調整等を行うための半導体素子や回路を収納する。
【００３８】
なお、図３からよく理解されるが、止め具１６は、板バネ部材１２の垂直方向に対して外向きに突出している。燃料電池１０は、パッシブ型燃料電池であり、アクティブ型燃料電池と異なり、カソード４４には自然対流によって空気が供給される。更に、燃料電池１０は、電気機器に内蔵され使用されるため、新たな空気が供給されづらく、カソード４４側には十分な空間を設ける必要がある。止め具１６が板バネ部材１２から突出した分が、新たな空気を供給するための空間として利用される。
【００３９】
電気機器を設計する際に空気の供給空間を含めた燃料電池１０の設置空間を予め設けておくこともできるが、燃料電池自体が供給空間を確保していない場合、燃料電池をカソード４４側が開放されるよう固定し空気の供給空間を確保する必要がある。しかしながら、本実施形態のように燃料電池１０自体が既に空気の供給空間を確保していれば、最初から供給空間を含めたサイズとして燃料電池１０の設置空間を設計するだけでよい。燃料電池１０をその位置に嵌め込むだけで燃料電池が固定され、電気機器に余計な固定部を設ける必要がなくなり、設計工数の省力化が図れる。
【００４０】
図４は、燃料電池１０をアノード側から見た斜視図である。
燃料電池１０のアノード側の面には、二つの板バネ部材、板バネ部材１４と板バネ部材２４が設けられている。アノード側ハウジングの内部には、図２で示したように燃料タンク２８と回路収納部５８が設けられている。発電した電圧の調整等を行う半導体素子や回路を収納する回路部と、内部にメタノール燃料が充填される燃料タンクでは、両者の機械的剛性は同じではない。２つの板バネ部材を用いることで、最適な弾性を有する板バネ部材をそれぞれの剛性に応じて選択できる。
【００４１】
板バネ部材２４は、アノード側ハウジングの回路収納部側主面６０を内側に押圧する。板バネ部材２４は、中心に開口が１つ設けられ、外枠のみの形状により構成される。回路収納部側主面６０には、板バネ部材２４に適合する凹部が設けられている。板バネ部材２４は、この凹部に埋め込まれ、止め具１６と締め付け具１８によって回路収納部側主面６０に対して押圧される。押圧された状態では、締め付け具１８の板バネ部材２４を押圧する面と回路収納部側主面６０は平坦となる。このような構造により、回路収納部の容積を確保しつつ、燃料電池の薄型化を図ることができる。
【００４２】
板バネ部材１４は、アノード側ハウジングの燃料タンク側主面６２を内側に押圧する。板バネ部材１４には、２つの開口が設けられている。燃料タンク側主面６２にも同様に、板バネ部材１４に適合する凹部が設けられ、板バネ部材１４が押圧された状態では、締め付け具１８の板バネ部材１４を押圧する面と燃料タンク側主面６２は平坦となる。このような構造により、燃料タンクの容積を確保しつつ、燃料電池の薄型化を図ることができる。板バネ部材１４には、２つの開口の間に位置する梁が設けられている。燃料タンク側主面６２の周縁部のみならず、より内側の燃料タンク側主面６２を押圧できる。
【００４３】
図５は、板バネ部材を用いて締め付けられる燃料電池１０の断面を模式的に示す図である。わかりやすくするため、それぞれの部材を分解した状態で示している。
燃料電池１０は、止め具１６と締め付け具１８を用いて、板バネ部材１２と板バネ部材１４により両側から締め付けることで、電解質膜、電極および集電体の接触抵抗が低減される。接触抵抗の低減により、燃料電池１０の発電性能は向上する。中央部から周縁部にかけて反り返った形状の板バネ部材を使用することで、板バネ部材と接触するアノード側ハウジングと集電体支持部を上下から均一な圧力により締め付けることができる。
【００４４】
同図の上方向は、燃料電池１０のカソード側に該当し、板バネ部材１２はカソード側から燃料電池１０を押圧する。板バネ部材１４は、アノード側から燃料電池１０を押圧する。なお、図４で示されるように、アノード側では板バネ部材１４とは別の板バネ部材も同時に使用するが、便宜上ここでは板バネ部材１４のみについて説明する。
【００４５】
板バネ部材１２と板バネ部材１４が、その弾性力を活かして燃料電池１０を締め付けるためには、それらの板バネ部材を固定する必要がある。それぞれの板バネ部材は、燃料電池１０に対して断面形状が凸形状であり、中心部から周縁部にかけて反り返っている。仮に、板バネ部材が反り返っておらず、ただの平板状の形状であれば、固定される周縁部の圧力を高くするほど、固定されない中心部の圧力との差が大きくなる。断面形状を凸形状として、反り返った形状とすることにより、周縁部と中心部の面圧の差を減少させ、均一な圧力を燃料電池１０に対して加えることができる。
【００４６】
また、板バネ部材を使用せず、止め具１６と締め付け具１８を用いてアノード側ハウジングと集電体支持部を押圧することにより、燃料電池１０を締め付けることもできる。この場合、止め具１６と締め付け具１８により集電体の全面に均一な圧力を加えるためには、集電体支持部の剛性を強化する必要があり、集電体支持部の厚さをより厚くしなければならない。反り返った板バネ部材を用いることで、集電体支持部の厚さを極力薄くしても、集電体の全面に均一な圧力を加えることが可能となる。
【００４７】
締め付け具１８は、止め具固定部１８ａ、側面部１８ｂ、アノード側押圧部１８ｃおよび係止部１８ｄを含む。止め具固定部１８ａは、止め具１６の押圧方向と垂直方向内側に向けて設けられ、止め具１６が板バネ部材１２の周縁部を押圧する際、止め具１６を固定するネジ穴が設けられている。側面部１８ｂは、止め具固定部１８ａと垂直方向に設けられ、燃料電池の側面に密接する。側面部１８ｂは、カソード側の止め具１６のみによって、アノード側の板バネ部材１４を押さえ付けることができるように、止め具固定部１８ａとアノード側押圧部１８ｃを繋ぎ、両部の間隔を維持する。アノード側押圧部１８ｃは、側面部１８ｂと垂直方向内側に設けられている。止め具１６をネジ穴に回し込むことで、止め具１６とアノード側押圧部１８ｃの間隔が縮まり、アノード側押圧部１８ｃは、板バネ部材１４を押圧できる。
【００４８】
係止部１８ｄは、アノード側押圧部１８ｃと垂直方向内側に設けられている。止め具１６を過度に回し込み、燃料電池１０を強く締め付けると、アノード側押圧部１８ｃが外側に開いてしまう場合がある。つまり、側面部１８ｂに対して垂直に設けられるアノード側押圧部１８ｃは、側面部１８ｂに対して９０度以上の角度に開いてしまうことがある。このような場合、板バネ部材１４を押圧する力が弱まり、場合によっては板バネ部材１４が締め付け具１８から外れてしまう。板バネ部材１４に係止部１８ｄと適合する凹部を設けることにより、ある程度アノード側押圧部１８ｃが外側に開いてしまった場合でも、板バネ部材１４が外れるのを防止できる。
【００４９】
止め具１６は、ネジ頭部１６ａと押圧部１６ｂを含む。ネジ頭部１６ａは、ドライバー等の工具と適合する凹部が設けられている。押圧部１６ｂには、止め具固定部１８ａに設けられたネジ穴に嵌合するため、螺旋状の凸部（図示せず）いわゆるネジ山が設けられている。
【００５０】
燃料電池１０を板バネ部材を用いて締め付けるためには、ドライバー等の工具を用いて、止め具１６を締め付け具１８の内側に回し込む。止め具固定部１８ａの内側に突出した側面部１８ｂは、板バネ部材１２の周縁部を押圧する。更に止め具１６を回し込むことにより、板バネ部材１２は反り返った形状から平板状へと変化し、燃料電池１０の集電体支持部の主面全体を押さえ付ける。アノード側では、止め具１６を回し込むことにより、アノード側押圧部１８ｃは板バネ部材１４の周縁部を押圧する。更に止め具１６を回し込むことにより、板バネ部材１４は反り返った形状から平板状へと変化し、燃料電池１０のアノード側ハウジングの主面全体を押さえ付ける。ここでは、止め具１６の例としてネジの場合について説明したが、板バネ部材１２を押さえ付けることができれば、ボルトなど別の止め具を使用してもよい。
【００５１】
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池１０では、締め付け具１８が長手方向の側面両側にそれぞれ６つずつ設けられている。短手方向の側面の締め付け具１８の数はそれぞれの側で異なり、燃料供給穴２２のある側面には２つ、反対側には１つ設けられている。締め付け具１８が左右対称に設けられなていないのは、燃料供給穴２２の位置等の構造によるものであり、締め付け具１８が左右対称に設けられるよう設計することも可能である。また、板バネ部材１２の強度に応じて、締め付け具１８の数も任意に設計が可能である。
【００５２】
図６は、集電体支持部の主面を押圧するための板バネ部材１２の斜視図である。
板バネ部材１２は、周縁部１２ａ、梁部１２ｂおよび開口部１２ｃを含む。周縁部１２ａは、板バネ部材１２の外枠として設けられ、止め具に押圧される部分である。同図に示すように、板バネ部材１２は中心部から周縁部に向けて反り返った形状であり、短手方向の断面形状は凸形状となる。
【００５３】
梁部１２ｂは、短手方向に平行して設けられ、等間隔で５つの梁部１２ｂが設けられている。梁部１２ｂは、集電体支持部の主面を押圧する際、周縁部１２ａより内側の面をその弾性力を活かして押圧する。梁部１２ｂの位置は、セルの位置の影響を受ける。本実施形態の燃料電池では、板バネ部材１２の長手方向にセルを配置させる。これらのセルは、電気的には直列に接続される。具体的には、隣接するセル間において、一方のセルの集電体と他方のセルの集電体とを配線することにより接続される。隣り合うセル同士を電気的に絶縁するため、セルとセルの間には間隙が設けられている。梁部１２ｂは、その間隙と対応した位置に設けられ、空気供給のためカソードを最大限に開放すると共に、カソードから発生する生成水に触れにくくし、電解質膜の劣化を防ぐ。カソード側の面をより強固に押さえ付けることが必要な場合は、空気の供給や電解質膜の劣化の影響を考慮した上で、梁部１２ｂの数を増やしたり、梁部１２ｂと交差する方向に新たな梁部を設けてもよい。
【００５４】
開口部１２ｃは、周囲を周縁部１２ａと梁部１２ｂに囲まれる。同面積の開口部１２ｃが板バネ部材１２の長手方向に６つ設けられている。開口部１２ｃはそれぞれのセルのカソードの位置と対応し、空気を最大限に供給できるように設けられている。止め具により周縁部１２ａを押圧し、凸形状側を集電体支持部の主面に対して押し付けることにより、板バネ部材１２の弾性力が活かされ、締め付け具により押圧された周縁部１２ａのみならず、梁部１２ｂが押しつけられる内側の面についてもより強固に締め付けることができる。集電体支持部の主面に加えられる圧力において、周縁部と中心部の差を減らし、面全体に対して均一な圧力を加えることができる。その結果、電解質膜、電極および集電体の接触抵抗が低減される。接触抵抗の低減により、燃料電池の発電性能は向上する。
【００５５】
本実施形態の板バネ部材１２は、例えばＳＵＳにより形成される。要求される強度や弾性力を満たすことができれば、金属製である必要はなく、強化プラスチック等の有機化合物を使用してもよい。また、本実施形態の板バネ部材１２は、短手方向に対して中心部から端部に描けて反り返っているが、要求される強度や弾性力を満たすことができれば、長手方向に対して反り返った形状であってもよい。
【００５６】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。上述した実施形態では、燃料電池の側面において１つの締め付け具１８は、１つの止め具１６と対応して設置されるが、１つの締め付け具１８が複数の止め具１６と対応して設置されてもよい。また、上述した実施形態では、燃料電池の長手方向および短手方向の側面の両側に締め付け具１８および止め具１６が設けられているが、いずれかの方向の側面のみに設けられていてもよい。以下、そうした変形例について図面を用いて説明する。
【００５７】
図７は、変形例に係る燃料電池１０をカソード側から見た斜視図である。図８は、変形例に係る燃料電池１０をアノード側から見た斜視図である。変形例に係る燃料電池１０では、上述した実施形態と同様の構成について、説明を適宜省略する。
本変形例の燃料電池１０では、長手方向の側面に一対の締め付け具４０が設けられている。各締め付け具４０において、３つの止め具１６を対応させるためのネジ穴が設けられている。締め付け具４０は、燃料電池１０の長手方向の側面を覆うように設けられている。締め付け具４０のアノード側は、上述した実施形態に比べ、回路収納部側主面６０と燃料タンク側主面６２と接触する面積をより大きくなるように構成される。
【００５８】
締め付け具４０のアノード側の接触面積を大きくすることで、燃料電池１０をより強固に締め付けることができ、上述した実施形態のように短手方向の側面に締め付け具４０と止め具１６を設ける必要がない。また、１つの締め付け具４０を複数の止め具１６で締め付けることにより、部品点数を減らすことができる。その結果、燃料電池１０の組立が容易になると共に、部品点数の削減によるコスト低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態の燃料電池をカソード側から見た斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線上の断面図である。
【図３】図２の端部を拡大した断面図である。
【図４】燃料電池をアノード側から見た斜視図である。
【図５】板バネ部材を用いて締め付けられる燃料電池の断面を模式的に示す図である。
【図６】集電体支持部の主面を押圧するための板バネ部材の斜視図である。
【図７】変形例に係る燃料電池をカソード側から見た斜視図である。
【図８】変形例に係る燃料電池をアノード側から見た斜視図である。
【００６０】
１０  燃料電池、  １１  セル、  １２  板バネ部材、  １２ａ  周縁部、  １２ｂ  梁部、  １２ｃ  開口部、  １４  板バネ部材、  １６  止め具、  １６ａ  ネジ頭部、  １６ｂ  押圧部、  １８  締め付け具、  １８ａ  止め具固定部、  １８ｂ  側面部、  １８ｃ  アノード側押圧部、  １８ｄ  係止部、  ２２  燃料供給穴、  ２４  板バネ部材、  ２６  燃料室、  ２８  燃料タンク、  ３０  電解質膜、  ３２  燃料取り込み口、  ３４  アノード、  ３６  アノード側ハウジング、  ３８  アノード側集電体、  ４０  締め付け具、  ４２  空気取り込み口、  ４４  カソード、  ４６  集電体支持部、  ４８  カソード側集電体、  ５０  補強柱、  ５２  燃料通路、  ５４  シール材、  ５６  間隙、  ５８  回路収納部、  ６０  回路収納部側主面、  ６２  燃料タンク側主面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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