(57)【要約】【課題】簡単な構成で、セパレータ同士の位置決めが容易かつ効率的に遂行されるとともに、組み立て作業性の向上を図る。【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体２２と、第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２には、第１絶縁性ブッシュ５６が装着されるとともに、第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４には、第２絶縁性ブッシュ５８が装着される。第１絶縁性ブッシュ５６の内周壁部６２に第２絶縁性ブッシュ５８の外周壁部７０が嵌合することにより、第１および第２セパレータ２４、２６同士が絶縁状態で位置決めされる。【選択図】図３
2008103348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持して構成される燃料電池であって、
前記第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設け、前記第１および第２位置決め用孔部に、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されるとともに、
前記第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に、前記第２絶縁性位置決め部材の外周壁部が嵌合することにより、前記第１および第２セパレータ同士が絶縁状態で位置決めされることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１絶縁性位置決め部材は、前記第１セパレータの一方の面を支持する支持部と、
前記第１セパレータの第１位置決め用孔部に嵌合するとともに、前記内周壁部が設けられる膨出部と、
を備え、
前記第２絶縁性位置決め部材は、前記第２セパレータの一方の面を支持する支持部と、
前記第２セパレータの前記第２位置決め用孔部に嵌合する第１膨出部と、
前記第１膨出部とは反対側に突出するとともに、前記外周壁部が設けられる第２膨出部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池において、前記第１セパレータの他方の面を支持して前記第１絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第１支持部材と、
前記第２セパレータの他方の面を支持して前記第２絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第２支持部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、少なくとも前記第１または第２絶縁性位置決め部材は、外周部に前記電解質・電極構造体に向かって突出する突辺部を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池において、前記突辺部は、前記電解質・電極構造体を挟んで配置される各シール部材間に進入し、該シール部材と積層方向に向かって互いに重なり合うことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持して構成される燃料電池であって、
前記第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設け、前記第１および第２位置決め用孔部に、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されるとともに、
前記第１絶縁性位置決め部材は、略リング状に構成されて該第１絶縁性位置決め部材内に前記第２絶縁性位置決め部材が嵌合する一方、
前記第２絶縁性位置決め部材は、前記燃料電池の積層方向一端から該積層方向に突出する凸部と、
前記積層方向他端から内方に設けられ、該第２絶縁性位置決め部材に積層される他の第２絶縁性位置決め部材に設けられた前記凸部が嵌合可能な凹部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池において、前記第２絶縁性位置決め部材は、前記第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に嵌合する外周壁部を備えるとともに、
前記外周壁部には、前記積層方向に膨出する突出部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持して構成される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持することにより単位セルとして構成されている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルを積層してスタックを構成している。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなり、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１には、固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。具体的には、図１２に示すように、燃料電池１は、単位セル２と、この単位セル２を挟んで配置されるセパレータ３ａ、３ｂとを備えている。単位セル２は、固体高分子電解質膜２ａと、この固体高分子電解質膜２ａの一面に設けられるアノード側電極２ｂと、前記固体高分子電解質膜２ａの他面に設けられるカソード側電極２ｃとにより構成されている。
【０００６】
燃料電池１には、積層方向に貫通して保持ピン挿入用保持孔４が形成されるとともに、セパレータ３ｂには、止め輪挿入用保持孔５が形成されている。保持ピン挿入用保持孔４には、保持ピン６が挿入されており、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａには、止め輪挿入用保持孔５に配置されている止め輪７が取り付けられる。保持ピン６の先端には、面取り加工が施されたピン先端６ｂが設けられる一方、前記保持ピン６の後端には、他の保持ピン６のピン先端６ｂが嵌合される挿入穴６ｃが形成されている。
【０００７】
このような構成において、保持ピン６が燃料電池１の保持ピン挿入用保持孔４に挿入されるとともに、止め輪挿入用保持孔５から止め輪７が挿入される。そして、この止め輪７が、保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに嵌め込まれることにより、燃料電池１が積層状態で保持される。
【０００８】
その際、保持ピン６のピン先端６ｂは、セパレータ３ｂの外面よりも突出している。このため、ピン先端６ｂが、他の燃料電池１を保持している保持ピン６の挿入穴６ｃに嵌合することにより、互いに隣接する燃料電池１同士の位置決めが行われる、としている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１２０６７号公報（段落［００１６］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１では、各単位セル２毎に複数本の保持ピン６を保持ピン挿入用保持孔４に挿入するとともに、この保持ピン６の止め輪挿入溝６ａに止め輪７を嵌め込む作業が必要となっている。このため、特に、多数の単位セル２を積層する際に、保持ピン６と止め輪７の組み付け作業が相当に繁雑なものとなっており、作業性が低下するという問題が指摘されている。
【００１１】
さらに、燃料電池１を組み付けた際に、保持ピン６のピン先端６ｂがセパレータ３ｂの外面よりも突出している。これにより、ピン先端６ｂから電気の漏れが発生し易いという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、セパレータ同士の位置決めが容易かつ効率的に遂行されるとともに、組み立て作業性に優れる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】
【００１３】
本発明の燃料電池では、電解質・電極構造体を挟持する第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設けており、前記第１および第２位置決め用孔部には、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されている。その際、第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に、第２絶縁性位置決め部材の外周壁部が嵌合することにより、第１および第２セパレータ同士が絶縁状態で位置決めされている。
【００１４】
また、第１絶縁性位置決め部材は、第１セパレータの一方の面を支持する支持部と、前記第１セパレータの第１位置決め用孔部に嵌合するとともに、内周壁部が設けられる膨出部とを備える一方、第２絶縁性位置決め部材は、第２セパレータの一方の面を支持する支持部と、前記第２セパレータの第２位置決め用孔部に嵌合する第１膨出部と、前記第１膨出部とは反対側に突出するとともに、外周壁部が設けられる第２膨出部とを備えることが好ましい。
【００１５】
さらに、第１セパレータの他方の面を支持して第１絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第１支持部材と、第２セパレータの他方の面を支持して第２絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第２支持部材とを備えることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、少なくとも第１または第２絶縁性位置決め部材は、外周部に電解質・電極構造体に向かって突出する突辺部を備えることが好ましい。この突辺部は、電解質・電極構造体を挟んで配置される各シール部材間に進入し、該シール部材と積層方向に向かって互いに重なり合うことが好ましい。
【００１７】
また、本発明では、電解質・電極構造体を挟持する第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設けており、前記第１および第２位置決め用孔部には、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されている。その際、第１絶縁性位置決め部材は、略リング状に構成されて該第１絶縁性位置決め部材内に第２絶縁性位置決め部材が嵌合する一方、前記第２絶縁性位置決め部材は、燃料電池の積層方向一端から該積層方向に突出する凸部と、積層方向他端から内方に設けられ、該第２絶縁性位置決め部材に積層される他の第２絶縁性位置決め部材に設けられた前記凸部が嵌合可能な凹部とを備えている。
【００１８】
さらに、第２絶縁性位置決め部材は、第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に嵌合する外周壁部を備えるとともに、前記外周壁部には、積層方向に膨出する突出部が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１セパレータの第１位置決め用孔部に第１絶縁性位置決め部材が装着される一方、第２セパレータの第２位置決め用孔部に第２絶縁性位置決め部材が装着された状態で、前記第１絶縁性位置決め部材と前記第２絶縁性位置決め部材とを互いに嵌合するだけでよい。
【００２０】
これにより、簡単かつ迅速な作業で、第１および第２セパレータは、互いに絶縁性を確保しながら、正確に位置決めされる。従って、特に多数の単位セルが積層される際に、前記単位セル間に位置ずれが惹起することがなく、しかも各単位セル同士を高精度に位置決めすることができ、所望のシール性を確保してスタックを構成することが可能になる。
【００２１】
また、本発明によれば、第１絶縁性位置決め部材内に第２絶縁性位置決め部材を嵌合することにより、第１および第２セパレータ同士が位置決めされて燃料電池が組み付けられる。次いで、各燃料電池を構成する各第２絶縁性位置決め部材の凸部と凹部とが嵌合されるだけで、前記燃料電池同士を正確かつ迅速に位置決めすることができ、燃料電池スタックを効率的に組み付けることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を組み込む燃料電池スタック１２の概略構成説明図である。
【００２３】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０を矢印Ａ方向に積層した積層体１４を備える。積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設されており、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、所定の締め付け荷重が付与されている。
【００２４】
図２に示すように、燃料電池１０は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。電解質膜・電極構造体２２と第１および第２セパレータ２４、２６との間には、後述する連通孔の周囲および電極面（発電面）の外周を覆って、ガスケット等のシール部材２８が介装されている。第１および第２セパレータ２４、２６は、カーボンプレートで形成してもよく、また、金属プレートで形成してもよい。
【００２５】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２６】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２７】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２８】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。シール部材２８の中央部には、アノード側電極３８およびカソード側電極４０に対応して開口部４４が形成されている。
【００２９】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４６が形成される。この燃料ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。第１セパレータ２４の面２４ａとは反対の面２４ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４８が形成される。この冷却媒体流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【００３０】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路５０が設けられる。酸化剤ガス流路５０は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の溝部を備える。
【００３１】
第１セパレータ２４は、冷却媒体排出連通孔３２ｂと燃料ガス排出連通孔３４ｂとの間、および、燃料ガス供給連通孔３４ａと冷却媒体供給連通孔３２ａとの間に、それぞれ第１位置決め用孔部５２を設ける。すなわち、２つの第１位置決め用孔部５２は、第１セパレータ２４の対向する２辺に設けられる。第２セパレータ２６は、第１セパレータ２４と同様に、冷却媒体排出連通孔３２ｂと燃料ガス排出連通孔３４ｂとの間、および、燃料ガス供給連通孔３４ａと冷却媒体供給連通孔３２ａとの間に、それぞれ第２位置決め用孔部５４を設ける。２つの第２位置決め用孔部５４は、同様に第２セパレータ２６の対向する２辺に設けられる。
【００３２】
図３および図４に示すように、第１位置決め用孔部５２は、第２位置決め用孔部５４よりも大径に構成される。第１位置決め用孔部５２には、第１絶縁性ブッシュ（第１絶縁性位置決め部材）５６が装着されるとともに、第２位置決め用孔部５４には、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）５８が装着される。第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８は、第１および第２位置決め用孔部５２、５４に接着剤、例えば、シリコン系接着剤により接着されている。
【００３３】
第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８は、絶縁性、射出成形性および硬度に優れる、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＬＣＰ（液晶ポリマ）等により構成される。
【００３４】
第１絶縁性ブッシュ５６は、略リング状に形成されており、第１セパレータ２４の面（一方の面）２４ｂに接触して支持する支持部６０と、前記第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２に嵌合するとともに、内周壁部６２が設けられた膨出部６４とを一体的に備える。
【００３５】
第２絶縁性ブッシュ５８は、略リング状に形成されており、第２セパレータ２６の面（一方の面）２６ａに当接して支持する支持部６６と、前記第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４に嵌合する第１膨出部６８と、前記第１膨出部６８とは反対側に突出するとともに、内周壁部６２に嵌合する外周壁部７０が設けられた第２膨出部７２とを一体的に備える。
【００３６】
電解質膜・電極構造体２２およびシール部材２８には、第１および第２位置決め用孔部５２、５４に対応する位置に第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８を挿通可能な逃げ用孔部７４が形成される。なお、積層される燃料電池１０間には、シール部材７６ａ、７６ｂが介装されている（図３参照）。
【００３７】
次に、燃料電池スタック１２を組み付ける作業について、以下に説明する。
【００３８】
まず、燃料電池１０では、第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２に第１絶縁性ブッシュ５６が装着されるとともに、第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４に第２絶縁性ブッシュ５８が装着される。
【００３９】
この場合、図３に示すように、第１絶縁性ブッシュ５６は、支持部６０で第１セパレータ２４の面２４ｂを支持した状態で、膨出部６４がこの第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２に嵌合する。一方、第２絶縁性ブッシュ５８は、支持部６６で第２セパレータ２６の面２６ａを支持した状態で、第１膨出部６８が前記第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４に嵌合する。
【００４０】
そこで、第１および第２セパレータ２４、２６の間には、電解質膜・電極構造体２２がシール部材２８を介装して配置される。さらに、第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８が互いに押圧されることにより、前記第１絶縁性ブッシュ５６の内周壁部６２に第２絶縁性ブッシュ５８の外周壁部７０が嵌合し、第１および第２セパレータ２４、２６の位置決めが行われる。
【００４１】
このように、第１の実施形態では、第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２に第１絶縁性ブッシュ５６が装着される一方、第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４に第２絶縁性ブッシュ５８が装着された状態で、前記第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８が互いに嵌合することによって前記第１および第２セパレータ２４、２６の位置決めが行われる。従って、簡単かつ迅速な作業で、第１および第２セパレータ２４、２６は、互いに絶縁性を確保しながら正確に位置決めされ、燃料電池１０の組み付け作業が一挙に効率的に遂行されるという効果が得られる。
【００４２】
しかも、多数の燃料電池１０が積層されて燃料電池スタック１２が構成される際には、図３に示すように、第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８を介して位置決めされた各燃料電池１０を積層した状態で、各第２絶縁性ブッシュ５８内に貫通ノック８０が挿入される。これにより、多数の燃料電池１０は、貫通ノック８０を介し一体的に位置決めされて積層体１４が得られる。この積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂおよびエンドプレート２０ａ、２０ｂが配置され、図示しないタイロッド等により一体的に締め付けられる。
【００４３】
このため、多数の燃料電池１０が積層される際にも、各燃料電池１０間に位置ずれが惹起されることがない。従って、各燃料電池１０同士を高精度に位置決めすることができ、所望のシール性を確保することが可能になるという利点が得られる。
【００４４】
次に、上記の燃料電池１０の動作について、燃料電池スタック１２との関連で説明する。
【００４５】
図１に示すように、燃料電池スタック１２内には、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。このため、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第２セパレータ２６の酸化剤ガス流路５０に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極４０に沿って移動する。
【００４６】
また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第１セパレータ２４の燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３８に沿って移動する。従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００４７】
カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４８】
さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ２４の冷却媒体流路４８に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。
【００４９】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池９０を組み込む燃料電池スタック９２の要部拡大断面図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３〜第６の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
燃料電池９０は、第１の実施形態の第２絶縁性ブッシュ５８に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）９４を備えている。第２絶縁性ブッシュ９４は、第１膨出部６８の内方に凹部９６が設けられるとともに、第２膨出部７２の内方に軸方向（積層方向）に膨出して凸部９８が設けられる。
【００５１】
このように構成される第２の実施形態では、各燃料電池９０同士を位置決めするために貫通ノック８０を用いる必要がない。すなわち、一方の燃料電池９０を構成する第２絶縁性ブッシュ９４の凹部９６に、他方の燃料電池９０を構成する第２絶縁性ブッシュ９４の凸部９８が嵌合されることにより、互いに積層される前記第２絶縁性ブッシュ９４同士が位置決めされる。
【００５２】
従って、それぞれの第２絶縁性ブッシュ９４を備えた各燃料電池９０は、互いに位置決めされて矢印Ａ方向に積層され、所望の燃料電池スタック９２が得られる。これにより、燃料電池スタック９２を迅速かつ効率的に組み付けることができるとともに、各燃料電池９０同士の位置ずれによるシール性の低下を可及的に阻止することが可能になるという効果がある。
【００５３】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００を組み込む燃料電池スタック１０２の要部拡大断面図であり、図７は、前記燃料電池１００の要部分解斜視説明図である。なお、第２の実施形態に係る燃料電池９０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
燃料電池１００は、第２の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１０４を備えている。この第２絶縁性ブッシュ１０４は、第２膨出部７２に所定の角度範囲にわたり、複数ヶ所、例えば、２ヶ所、３ヶ所あるいは４ヶ所等に凸部９８側に膨出して突出部１０６を設けている。
【００５５】
このように構成される第３の実施形態では、突出部１０６において、第１絶縁性ブッシュ５６の内周壁部６２に嵌合する外周壁部７０の軸方向の長さが距離Ｈだけ増加する（図６参照）。このため、内周壁部６２と外周壁部７０との重なり寸法が距離Ｈだけ増加し、第１および第２絶縁性ブッシュ５６、１０４の位置決め精度が一層向上するという効果が得られる。
【００５６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１１０を組み込む燃料電池スタック１１２の要部断面図であり、図９は、前記燃料電池１１０の要部分解斜視図である。
【００５７】
燃料電池１１０は、第１セパレータ２４に装着される第１絶縁性ブッシュ（第１絶縁性位置決め部材）１１４と、第２セパレータ２６に装着される第２絶縁性ブッシュ９４と、前記第１セパレータ２４を支持する第１支持部材１１６と、前記第２セパレータ２６を支持する第２支持部材１１８とを備える。第１および第２支持部材１１６、１１８は、第１および第２絶縁性ブッシュ１１４、９４と同一の材料で構成されている。第１および第２支持部材１１６、１１８は、第１および第２セパレータ２４、２６に接着剤、例えば、シリコン系接着剤により接着されている。
【００５８】
第１絶縁性ブッシュ１１４は、第１セパレータ２４の面（一方の面）２４ａを支持する支持部６０を備える。第１支持部材１１６は、リング状を有して第１セパレータ２４の面（他方の面）２４ｂを支持するとともに、第１絶縁性ブッシュ１１４の膨出部６４に係合する。第２絶縁性ブッシュ９４は、第２セパレータ２６の面２６ａを支持する支持部６６を備える。第２支持部材１１８は、リング状を有して第２セパレータ２６の他方の面２６ｂを支持するとともに、第２絶縁性ブッシュ９４の第１膨出部６８に係合する。
【００５９】
このように構成される第４の実施形態では、第１セパレータ２４は、第１絶縁性ブッシュ１１４の支持部６０と第１支持部材１１６とによって両方の面２４ａ、２４ｂから保持されている。一方、第２セパレータ２６は、第２絶縁性ブッシュ９４の支持部６６と第２支持部材１１８とによって両方の面２６ａ、２６ｂから保持されている。これにより、第１および第２セパレータ２４、２６を正確かつ確実に保持することが可能になるという効果が得られる。
【００６０】
しかも、第１絶縁性ブッシュ１１４と第１支持部材１１６とは、同一の材料で構成されている。従って、熱膨張率の相違によって第１絶縁性ブッシュ１１４および第１支持部材１１６が第１セパレータ２４から剥離しても、前記第１絶縁性ブッシュ１１４と前記第１支持部材１１６とが剥離することはない。このため、第１絶縁性ブッシュ１１４および第１支持部材１１６は、全体として断面コ字状に第１セパレータ２４の端部を保持することができ、この第１セパレータ２４から離脱することを有効に阻止することが可能になる。
【００６１】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１２０を組み込む燃料電池スタック１２２の要部断面図である。
【００６２】
この燃料電池１２０は、第４の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１０４を組み込んでいる。従って、第５の実施形態では、第１および第２セパレータ２４、２６を両面から確実に保持するとともに、第１絶縁性ブッシュ１１４と第２絶縁性ブッシュ１０４との接触部分を距離Ｈだけ増加させることができる。これにより、第１および第２絶縁性ブッシュ１１４、１０４同士の位置決めが一層確実に遂行されるという効果が得られる。
【００６３】
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１３０を組み込む燃料電池スタック１３２の要部拡大断面図である。
【００６４】
燃料電池１３０は、第４の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１３４を備えている。第２絶縁性ブッシュ１３４の中央部には、貫通ノック挿入用の孔部１３６が形成されとともに、前記第２絶縁性ブッシュ１３４の外周端部には、電解質膜・電極構造体２２を挟んで配置される各シール部材２８間に進入し、該シール部材２８と積層方向に向かって互いに重なり合う突辺部１３８が設けられる。
【００６５】
このように構成される第６の実施形態では、第２絶縁性ブッシュ１３４の外周端部に形成された突辺部１３８が、各シール部材２８間に進入するため、隣接する第１および第２セパレータ２４、２６間に絶縁空間距離を長く設定することができる。これにより、隣接する第１および第２セパレータ２４、２６間に、電気的短絡が惹起することを確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池の要部拡大断面図である。
【図４】図３の要部分解斜視説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図７】図６に示す前記燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部断面図である。
【図９】図８に示す前記燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図１２】従来技術に係る燃料電池の要部分解断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、９０、１００、１１０、１２０、１３０…燃料電池
１２、９２、１０２、１１２、１２２、１３２…燃料電池スタック
１４…積層体                      １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート      ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体        ２４、２６…セパレータ
３６…固体高分子電解質膜          ３８…アノード側電極
４０…カソード側電極              ５２、５４…位置決め用孔部
５６、５８、９４、１０４、１１４、１３４…絶縁性ブッシュ
６０、６６…支持部                ６２…内周壁部
６４、６８、７２…膨出部          ７０…外周壁部
９６…凹部                        ９８…凸部
１０６…突出部                    １１６、１１８…支持部材
１３８…突辺部
【図１】
2008103348.tif 000003
【図２】
2008103348.tif 000004
【図３】
2008103348.tif 000005
【図４】
2008103348.tif 000006
【図５】
2008103348.tif 000007
【図６】
2008103348.tif 000008
【図７】
2008103348.tif 000009
【図８】
2008103348.tif 000010
【図９】
2008103348.tif 000011
【図１０】
2008103348.tif 000012
【図１１】
2008103348.tif 000013
【図１２】
2008103348.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月12日(2007.12.12)
【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】
電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、第１および第２セパレータで挟持して構成される燃料電池であって、
前記第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設け、前記第１および第２位置決め用孔部に、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されるとともに、
前記第１絶縁性位置決め部材は、略リング状に構成されて該第１絶縁性位置決め部材内に前記第２絶縁性位置決め部材が嵌合する一方、
前記第２絶縁性位置決め部材は、前記燃料電池の積層方向一端から該積層方向に突出する凸部と、
前記積層方向他端から内方に設けられ、該第２絶縁性位置決め部材に積層される他の第２絶縁性位置決め部材に設けられた前記凸部が嵌合可能な凹部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第２絶縁性位置決め部材は、前記第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に嵌合する外周壁部を備えるとともに、
前記外周壁部には、前記積層方向に膨出する突出部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池において、前記第１絶縁性位置決め部材は、前記第１セパレータの一方の面を支持する支持部と、
前記第１セパレータの第１位置決め用孔部に嵌合する膨出部と、
前記膨出部の内側に設けられる内周壁部と、
を備え、
前記第２絶縁性位置決め部材は、前記第２セパレータの一方の面を支持する支持部と、
前記第２セパレータの前記第２位置決め用孔部に嵌合する第１膨出部と、
前記第１膨出部とは反対側に突出する第２膨出部と、
前記第２膨出部の外側に設けられる外周壁部と、
を備え、
前記第１絶縁性位置決め部材の前記内周壁部に、前記第２絶縁性位置決め部材の前記外周壁部が嵌合することにより、前記第１および第２セパレータ同士が絶縁状態で位置決めされることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１セパレータの他方の面を支持して前記第１絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第１支持部材と、
前記第２セパレータの他方の面を支持して前記第２絶縁性位置決め部材に係合するリング状の第２支持部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、少なくとも前記第１または第２絶縁性位置決め部材は、前記電解質・電極構造体を挟んで配置される各シール部材間に進入し、該シール部材と積層方向に向かって互いに重なり合う突起部を備えることを特徴とする燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の燃料電池では、電解質・電極構造体を挟持する第１および第２セパレータは、第１および第２位置決め用孔部を設けており、前記第１および第２位置決め用孔部には、第１および第２絶縁性位置決め部材が装着されている。その際、第１絶縁性位置決め部材は、略リング状に構成されて該第１絶縁性位置決め部材内に第２絶縁性位置決め部材が嵌合する一方、前記第２絶縁性位置決め部材は、燃料電池の積層方向一端から該積層方向に突出する凸部と、積層方向他端から内方に設けられ、該第２絶縁性位置決め部材に積層される他の第２絶縁性位置決め部材に設けられた前記凸部が嵌合可能な凹部とを備えている。さらに、第２絶縁性位置決め部材は、第１絶縁性位置決め部材の内周壁部に嵌合する外周壁部を備えるとともに、前記外周壁部には、積層方向に膨出する突出部が設けられることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、第１絶縁性位置決め部材は、第１セパレータの一方の面を支持する支持部と、前記第１セパレータの第１位置決め用孔部に嵌合する膨出部と、前記膨出部の内側に設けられる内周壁部とを備える一方、第２絶縁性位置決め部材は、第２セパレータの一方の面を支持する支持部と、前記第２セパレータの第２位置決め用孔部に嵌合する第１膨出部と、前記第１膨出部とは反対側に突出する第２膨出部と、前記第２膨出部の外側に設けられる外周壁部とを備えることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらにまた、少なくとも第１または第２絶縁性位置決め部材は、電解質・電極構造体を挟んで配置される各シール部材間に進入し、該シール部材と積層方向に向かって互いに重なり合う突起部を備えることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明によれば、第１絶縁性位置決め部材内に第２絶縁性位置決め部材を嵌合することにより、第１および第２セパレータ同士が位置決めされて燃料電池が組み付けられる。次いで、各燃料電池を構成する各第２絶縁性位置決め部材の凸部と凹部とが嵌合されるだけで、前記燃料電池同士を正確かつ迅速に位置決めすることができ、燃料電池スタックを効率的に組み付けることが可能になる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図１は、本発明に関連する燃料電池１０を組み込む燃料電池スタック１２の概略構成説明図である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
このように、第１セパレータ２４の第１位置決め用孔部５２に第１絶縁性ブッシュ５６が装着される一方、第２セパレータ２６の第２位置決め用孔部５４に第２絶縁性ブッシュ５８が装着された状態で、前記第１および第２絶縁性ブッシュ５６、５８が互いに嵌合することによって前記第１および第２セパレータ２４、２６の位置決めが行われる。従って、簡単かつ迅速な作業で、第１および第２セパレータ２４、２６は、互いに絶縁性を確保しながら正確に位置決めされ、燃料電池１０の組み付け作業が一挙に効率的に遂行されるという効果が得られる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池９０を組み込む燃料電池スタック９２の要部拡大断面図である。なお、上記の燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第２〜第５の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
燃料電池９０は、上記の第２絶縁性ブッシュ５８に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）９４を備えている。第２絶縁性ブッシュ９４は、第１膨出部６８の内方に凹部９６が設けられるとともに、第２膨出部７２の内方に軸方向（積層方向）に膨出して凸部９８が設けられる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
このように構成される第１の実施形態では、各燃料電池９０同士を位置決めするために貫通ノック８０を用いる必要がない。すなわち、一方の燃料電池９０を構成する第２絶縁性ブッシュ９４の凹部９６に、他方の燃料電池９０を構成する第２絶縁性ブッシュ９４の凸部９８が嵌合されることにより、互いに積層される前記第２絶縁性ブッシュ９４同士が位置決めされる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００を組み込む燃料電池スタック１０２の要部拡大断面図であり、図７は、前記燃料電池１００の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池９０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
燃料電池１００は、第１の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１０４を備えている。この第２絶縁性ブッシュ１０４は、第２膨出部７２に所定の角度範囲にわたり、複数ヶ所、例えば、２ヶ所、３ヶ所あるいは４ヶ所等に凸部９８側に膨出して突出部１０６を設けている。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
このように構成される第２の実施形態では、突出部１０６において、第１絶縁性ブッシュ５６の内周壁部６２に嵌合する外周壁部７０の軸方向の長さが距離Ｈだけ増加する（図６参照）。このため、内周壁部６２と外周壁部７０との重なり寸法が距離Ｈだけ増加し、第１および第２絶縁性ブッシュ５６、１０４の位置決め精度が一層向上するという効果が得られる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１１０を組み込む燃料電池スタック１１２の要部断面図であり、図９は、前記燃料電池１１０の要部分解斜視図である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
このように構成される第３の実施形態では、第１セパレータ２４は、第１絶縁性ブッシュ１１４の支持部６０と第１支持部材１１６とによって両方の面２４ａ、２４ｂから保持されている。一方、第２セパレータ２６は、第２絶縁性ブッシュ９４の支持部６６と第２支持部材１１８とによって両方の面２６ａ、２６ｂから保持されている。これにより、第１および第２セパレータ２４、２６を正確かつ確実に保持することが可能になるという効果が得られる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１２０を組み込む燃料電池スタック１２２の要部断面図である。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
この燃料電池１２０は、第３の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１０４を組み込んでいる。従って、第４の実施形態では、第１および第２セパレータ２４、２６を両面から確実に保持するとともに、第１絶縁性ブッシュ１１４と第２絶縁性ブッシュ１０４との接触部分を距離Ｈだけ増加させることができる。これにより、第１および第２絶縁性ブッシュ１１４、１０４同士の位置決めが一層確実に遂行されるという効果が得られる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１３０を組み込む燃料電池スタック１３２の要部拡大断面図である。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
燃料電池１３０は、第３の実施形態の第２絶縁性ブッシュ９４に代えて、第２絶縁性ブッシュ（第２絶縁性位置決め部材）１３４を備えている。第２絶縁性ブッシュ１３４の中央部には、貫通ノック挿入用の孔部１３６が形成されるとともに、前記第２絶縁性ブッシュ１３４の外周端部には、電解質膜・電極構造体２２を挟んで配置される各シール部材２８間に進入し、該シール部材２８と積層方向に向かって互いに重なり合う突起部１３８が設けられる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
このように構成される第５の実施形態では、第２絶縁性ブッシュ１３４の外周端部に形成された突起部１３８が、各シール部材２８間に進入するため、隣接する第１および第２セパレータ２４、２６間に絶縁空間距離を長く設定することができる。これにより、隣接する第１および第２セパレータ２４、２６間に、電気的短絡が惹起することを確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
【図１】本発明に関連する燃料電池を組み込む燃料電池スタックの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池の分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池の要部拡大断面図である。
【図４】図３の要部分解斜視説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図７】図６に示す前記燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部断面図である。
【図９】図８に示す前記燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部拡大断面図である。
【図１２】従来技術に係る燃料電池の要部分解断面図である。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
１０、９０、１００、１１０、１２０、１３０…燃料電池
１２、９２、１０２、１１２、１２２、１３２…燃料電池スタック
１４…積層体                      １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート      ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体        ２４、２６…セパレータ
３６…固体高分子電解質膜          ３８…アノード側電極
４０…カソード側電極              ５２、５４…位置決め用孔部
５６、５８、９４、１０４、１１４、１３４…絶縁性ブッシュ
６０、６６…支持部                ６２…内周壁部
６４、６８、７２…膨出部          ７０…外周壁部
９６…凹部                        ９８…凸部
１０６…突出部                    １１６、１１８…支持部材
１３８…突起部