(57)【要約】【課題】水滴による電圧端子の腐食発生をより確実に防止することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。【解決手段】１以上の電解質層−電極接合体５と該電解質層−電極接合体５に接触する主面に反応ガス流路８、９が形成された２以上のセパレータ７ａ、７ｂとが、各電解質層−電極接合体５が２つのセパレータ７ａ、７ｂに挟まれるようにして、積層されてなるセル積層体３０と、電解質層−電極接合体５の一方の電極に対応するセパレータ７ａの、セル積層体３０の表面を構成する面に接触するように配設された電圧検出端子４１と、絶縁性及び水シール性を有し、電圧検出端子４１のセパレータ７ａに接触する部分（以下、接触部）以外の部分を覆う電圧検出端子カバー４２と、セル積層体３０、電圧検出端子４１、及び電圧検出端子カバー４２を収容する筐体６１と、を備える、燃料電池スタック。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の電解質層−電極接合体と該電解質層−電極接合体に接触する主面に反応ガス流路が形成された板状で、かつ、導電性の２以上のセパレータとが、各前記電解質層−電極接合体が２つの前記セパレータに挟まれるようにして、積層されてなるセル積層体と、
導電性材料で構成され、前記電解質層−電極接合体の一方の電極に対応する前記セパレータの、前記セル積層体の表面を構成する面（以下、特定面）に接触するように配設された電圧検出端子と、
絶縁性及び水シール性を有し、前記電圧検出端子の前記セパレータに接触する部分（以下、接触部）以外の部分を覆う電圧検出端子カバーと、
前記セル積層体、前記電圧検出端子、及び前記電圧検出端子カバーを収容する筐体と、を備える、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記電圧検出端子は、各前記電解質層−電極接合体の一方の電極に対応する前記セパレータの特定面に接触するように配設されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記電圧検出端子は、前記セパレータの端面に接触するように配設されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記２以上のセパレータはアノードセパレータとカソードセパレータとで構成され、
前記セル積層体は、前記電解質層−電極接合体が前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとで挟まれてなるセルが積層されてなり、
前記アノードセパレータ及びカソードセパレータは互いに接触する主面に冷却水の流路が形成されており、
前記電圧検出端子は、前記アノードセパレータ又はカソードセパレータの端面の前記アノードセパレータとカソードセパレータとの接触部分以外の部分に接触するように配設されている、請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記電圧検出端子カバーは、開口を有する容器状に形成され、かつ、その該開口の周囲部が前記セパレータの前記特定面に当接するように配設され、前記電圧検出端子は、前記容器状の電圧検出端子カバーに、前記開口を通じて前記セパレータの前記特定面に接触するように収容されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記電圧検出端子の前記接触部分が、前記セパレータの前記特定面に形成された凹部に嵌挿されている、請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記電圧検出端子カバーの開口の周囲部が前記セパレータの特定面に形成された凹部に嵌挿されている、請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記筐体と前記セル積層体との間に断熱部材が配置されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記電圧検出端子カバーが、絶縁性及び水シール性を有する合成樹脂を含む材料で構成されている、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【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構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、電解質層及び一対のガス拡散電極から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極積層体）と、ガスケットと、導電性のセパレータと、を有している。セパレータには、ガス拡散電極と当接する主面に燃料ガス又は酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を流すための溝状のガス流路が設けられている。そして、周縁部にガスケットが配置されたＭＥＡが一対のセパレータで挟まれて、セルが構成されている。このようなセルを積層して締結して、隣接するＭＥＡを互いに電気的に直列に接続する、いわゆる積層型のセルスタックが一般的であり、通常、セルスタックは、セルスタックの余分な熱放出を防ぐために筐体に収容されている。
【０００３】
このように構成されているセルスタックでは、セルスタックの異常を検知するためには、セルスタック全体の電圧のみならず、個々のセルの発電電圧をモニタする必要があるが、従来、セルの電圧を簡便、かつ、確実に測定することは困難であった。これは、セルスタックを軽量、かつ、コンパクトにするために、セルは薄型化されているため、隣接するセルと短絡させずに電圧測定するには、電圧測定装置の電圧測定端子を確実に目的のセルに押し当てる必要があり、精密な作業や高い寸法精度が要求されるためである。また、セルスタックは、多数のセルが積層されているため、これらのセル全てに電圧測定端子を取り付ける必要があり、多くの作業工数を必要とするためである。
【０００４】
このような課題を解決するために、くし歯状の支持プレートに複数の電圧測定端子を一体化させた燃料電池セルモニタが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている燃料電池セルモニタでは、くし歯に電圧測定端子が支持されており、複数セル分の電圧測定端子を一度にセルスタックに装着できるため、取り付け作業が簡便になっている。
【０００５】
また、セパレータに電圧測定端子を取り付け、各セルの電圧をモニタすることができる積層形燃料電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている積層形燃料電池では、ばね性の金属板をコ字状に形成して電圧端子とし、該電圧端子の主部および側辺部をセパレータの側面および表裏の主面にそれぞれ接するように挟着させることにより、電圧端子のセパレータへの取り付けを容易にすることができる。
【特許文献１】特開２００６−１４０１６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３５８９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の電圧測定装置が設けられた燃料電池においては、セルスタックの外表面に付着した水滴により電圧端子が、腐食が発生するという問題があり、未だ改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、水滴による電圧端子の腐食を防止することができる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】
【０００８】
上述のような課題を解決すべく、本発明者等は更に鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
【０００９】
第１に、従来の電圧端子には、既存の腐食防止対策が施されているが、それにも関わらず、腐食が発生したという事実である。つまり、従来の電圧端子は、導電性を確保しつつ腐食を防止するために、母材がＳＵＳで構成され、その上にニッケルから成る下地層が形成され、その上に金メッキが施されている。従って、この金メッキにより、電圧端子の腐食を充分防止することができると考えられていた。この腐食のメカニズムは、水滴が電圧端子に付着すると、メッキ層（金メッキ層及び下地層）のピンホールに侵入した水を通じて金メッキ層とＳＵＳの母材との間に局部電流が流れ、それによってイオン化傾向の大きい母材が電気腐食するのであると考えられる。
【００１０】
第２に、セルスタックの表面に発生する水滴が電圧端子腐食の原因であると考えられるということである。具体的には、ＰＥＦＣでは、発電出力が変動するような場合や発電と停止が繰り返される、いわゆるＤＳＳ運転を行うような場合、その作動温度範囲で温度変化すると、セルスタックの表面に水滴が発生することを本発明者等は発見した。
【００１１】
この水滴の発生原因は、明確には解明できていないが、例えば、セルスタックと当該セルスタックを収容する筐体との間に形成される僅かな隙間に存在する空気等のガス中に含まれる水蒸気が結露して付着した結露水によって水滴が発生する、又はセルスタックを構成するセル積層体から僅かに漏れ出る水分（水蒸気、水）が蓄積して水滴が発生する等が考えられる。一般に、ＰＥＦＣでは、セルスタックが筐体との間に殆んど隙間を有しないようにして当該筐体に収容されていて、セルスタックの表面に水滴が発生することは考えにくかっただけに、この事実は本発明者等には意外であった。
【００１２】
ところで、例えば、高分子電解質形燃料電池以外の電子機器の場合、端子の腐食防止方法としてシリコンオイル、グリース等を採用することが知られている（例えば、特開昭６１−１７４５８５号公報参照）。また、電圧端子の腐食防止のために、例えば、白金メッキや銀メッキといった別のメッキ方法やメッキの厚みを厚くする等の方法を検討することが考えられる。
【００１３】
しかしながら、シリコンオイル、グリース等による腐食防止対策をセルスタックに適用することは、燃料電池の発電出力の低下防止、寿命低下防止の観点から好ましくなく、また、貴金属を多く使用するとコストがかかる。そこで、本発明者等は、電圧検出端子を絶縁性のカバーで覆うことが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有効であるということを見出し、本発明を想到した。
【００１４】
すなわち、本発明に係る燃料電池スタックは、１以上の電解質層−電極接合体と該電解質層−電極接合体に接触する主面に反応ガス流路が形成された板状で、かつ、導電性の２以上のセパレータとが、各前記電解質層−電極接合体が２つの前記セパレータに挟まれるようにして、積層されてなるセル積層体と、導電性材料で構成され、前記電解質層−電極接合体の一方の電極に対応する前記セパレータの、前記セル積層体の表面を構成する面（以下、特定面）に接触するように配設された電圧検出端子と、絶縁性及び水シール性を有し、前記電圧検出端子の前記セパレータに接触する部分（以下、接触部）以外の部分を覆う電圧検出端子カバーと、前記セル積層体、前記電圧検出端子、及び前記電圧検出端子カバーを収容する筐体と、を備える。
【００１５】
これにより、セル積層体の表面に水滴が発生しても、電圧検出端子のセパレータへの接触する部分以外の部分が電圧検出端子カバーによって水シールされ、かつ、電圧検出カバー自体が腐食の要因となることがないので、電圧検出端子の腐食をより確実に防止することができ、また、貴金属を多用していないため、製造コストを低減することができる。
【００１６】
ここで、電解質層−電極接合体の一方の電極に対応する前記セパレータとは、電解質層−電極接合体を挟む２つのセパレータのうち、電解質層−電極接合体を構成する一方の電極と接触するセパレータ及びその一方の電極にセパレータを介して電気的に接続されたセパレータをいう。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子は、各前記電解質層−電極接合体の一方の電極に対応する前記セパレータの特定面に接触するように配設されていてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子は、前記セパレータの端面に接触するように配設されていてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記２以上のセパレータはアノードセパレータとカソードセパレータとで構成され、前記セル積層体は、前記電解質層−電極接合体が前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとで挟まれてなるセルが積層されてなり、前記アノードセパレータ及びカソードセパレータは互いに接触する主面に冷却水の流路が形成されており、前記電圧検出端子は、前記アノードセパレータ又はカソードセパレータの端面の前記アノードセパレータとカソードセパレータとの接触部分以外の部分に接触するように配設されていてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子カバーは、開口を有する容器状に形成され、かつ、その該開口の周囲部が前記セパレータの前記特定面に当接するように配設され、前記電圧検出端子は、前記容器状の電圧検出端子カバーに、前記開口を通じて前記セパレータの前記特定面に接触するように収容されていてもよい。
【００２１】
これにより、電圧検出端子に水滴が付着することがなく、かつ、電圧検出端子カバーが電気腐食の要因となることもないため、電圧検出端子の腐食を確実に防止することができる。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子の前記接触部分が、前記セパレータの前記特定面に形成された凹部に嵌挿されていてもよい。
【００２３】
また、本発明にかかる燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子カバーの開口の周囲部が前記セパレータの特定面に形成された凹部に嵌挿されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記筐体と前記セル積層体との間に断熱部材が配置されていてもよい。
【００２５】
さらに、本発明に係る燃料電池スタックでは、前記電圧検出端子カバーが、絶縁性及び水シール性を有する合成樹脂を含む材料で構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の燃料電池スタックによれば、水滴による電圧端子の腐食発生をより確実に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示した斜視図であり、図２は、図１に示す燃料電池スタックの筐体を取り外し、一部を分解した斜視図である。また、図３は、図１に示すＩＩＩ平面に沿った断面図である。
【００２８】
図１乃至図３に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００は、セルスタック９０と、電圧検出端子４１と電圧検出端子カバー４２を有する端子ユニット４５と、押圧部材５１と、筐体６１と、を備えている。セルスタック９０には、端子ユニット４５が押圧部材５１によって取り付けられており、燃料電池スタック１００は、筐体６１がこれらの部材を収容するように構成されている。
【００２９】
また、セルスタック９０は、板状の全体形状を有するセル２０がその厚み方向に積層されてなるセル積層体３０と、該セル積層体３０の両端に配置された第１及び第２端板３１ａ、３１ｂと、セル積層体３０と第１及び第２端板３１ａ、３１ｂをセル２０の積層方向において締結する締結具（図示せず）と、を有する。第１端板３１ａとセル積層体３０の間には、第１集電板３２ａ及び第１絶縁板３３ａが配置されている。同様に、第２端板３１ｂとセル積層体３０との間には、第２集電板３２ｂ及び第２絶縁板３３ｂが配置されている。
【００３０】
また、セル積層体３０の両端に配置された第１端板３１ａ等には、その厚み方向に貫通孔が設けられており、該貫通孔は後述する各マニホールドに連通するように形成されている。そして、各貫通孔には、燃料ガス等を燃料電池スタック１００内に供給等する配管が適宜接続されている（図示せず）。これにより、燃料電池スタック１００内に供給された水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスと、が反応して電力と熱が発生する。
【００３１】
まず、セル２０について説明する。
【００３２】
セル２０は、ＭＥＡ５（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極積層体）と、ガスケット６と、アノードセパレータ７ａとカソードセパレータ７ｂと、を有している。
【００３３】
ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（電解質層）１と、アノード４ａと、カソード４ｂと、を有している。高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するようにアノード４ａとカソード４ｂ（これらを、ガス拡散電極という）がそれぞれ設けられている。具体的には、アノード４ａは、高分子電解質膜１の一方の主面に設けられており、白金系金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とするアノード触媒層２ａと、該アノード触媒層２ａの上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノードガス拡散層３ａと、を有している。同様に、カソード４ｂは、高分子電解質膜１の他方の主面に設けられており、白金系金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とするカソード触媒層２ｂと、該カソード触媒層２ｂの上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソードガス拡散層３ｂと、を有している。
【００３４】
アノード４ａ及びカソード４ｂの周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対の短形でリング状のフッ素ゴム製のガスケット６が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガス（これらを反応ガスという）のセル２０外へのリークが防止され、また、セル２０内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。
【００３５】
そして、ＭＥＡ５とガスケット６を挟むように、導電性のアノードセパレータ７ａとカソードセパレータ７ｂが配設されている。より詳しくは、アノードセパレータ７ａは、その一方の主面が、ＭＥＡ５の一方の電極であるアノード４ａの主面とアノード４ａの周囲に配設されたガスケット６の主面に接触する（対応する）ように配設されており、また、カソードセパレータ７ｂは、その主面が、ＭＥＡ５の一方の電極であるカソード４ｂの主面とカソード４ｂの周囲に配設されたガスケット６の主面に接触する（対応する）ように配設されている。これにより、ＭＥＡ５が機械的に固定されるとともに、隣接するＭＥＡ５同士が互いに電気的に直列に接続される。なお、ここでは、これらのセパレータ７ａ、７ｂは、黒鉛板に、フェノール樹脂が含浸され硬化された樹脂含浸黒鉛板が用いているが、ＳＵＳ等の金属板に金メッキを施したものを用いてもよい。
【００３６】
アノードセパレータ７ａは、略矩形の板状に形成されており、ＭＥＡ５と当接する主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流する溝状の燃料ガス流路８が設けられている。また、アノードセパレータ７ａの外面には、熱媒体（ここでは、水）が通流する溝状の熱媒体流路１０が設けられ、外面の周縁部には、熱媒体が燃料ガス供給マニホールド等にリークしないように、Ｏリング等の略矩形でリング状のシール部材１１が設けられている。さらに、アノードセパレータ７ａの側面には、後述するように、電圧検出端子４１が接続されている。
【００３７】
一方、カソードセパレータ７ｂは、略矩形の板状に形成されており、ＭＥＡ５と当接する主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流する溝状の酸化剤ガス流路９が設けられており、その外面には、熱媒体（ここでは、水）が通流する溝状の熱媒体流路１０が設けられている。また、外面の周縁部には、熱媒体が燃料ガス供給マニホールド等にリークしないように、Ｏリング等の略矩形でリング状のシール部材１１が配設されている。
【００３８】
なお、ここでは、ＭＥＡ５毎にセパレータ７ａ、７ｂの外面に熱媒体流路１０を設けたが、これに限定されず、２〜３のＭＥＡ５毎に熱媒体流路１０を設けてもよい。この場合、熱媒体流路１０を設けないセパレータを、一方の主面に燃料ガス流路８を設け、他方の主面に酸化剤ガス流路９を設けた、一体型のセパレータに形成してもよい。また、高分子電解質膜１、ガスケット６、及びセパレータ７ａ、７ｂの周縁部には、それぞれ、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔が設けられている（図示せず）。
【００３９】
そして、このように形成したセル２０をその厚み方向に積層することにより、セル積層体３０が形成される。このとき、高分子電解質膜１、ガスケット６、及びセパレータ７ａ、７ｂに設けられた燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔は、セル２０を積層したときに厚み方向につながって、燃料ガス供給用マニホールド等のマニホールドがそれぞれ形成される。
【００４０】
なお、このようにして形成されたセル２０においては、ガスケット６やシール部材１１によって、反応ガスに含まれる水分（水蒸気及び水）や熱媒体がセル２０から外部へリークされるのを防止されているが、上述したように、ガスケット６やシール部材１１から、又は高分子電解質膜１を介して、微量な水分が漏れる場合がある。
【００４１】
次に、端子ユニット４５について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００４２】
図４は、図１に示す燃料電池スタック１００における端子ユニット４５及びアノードセパレータ７ａの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【００４３】
まず、端子ユニット４５及びアノードセパレータ７ａの構造について説明する。
【００４４】
図１乃至図４に示すように、端子ユニット４５は、短四角柱状に形成された電圧検出端子４１と、該電圧検出端子４１の基端部に接続された電気配線４３と、電圧検出端子４１及び電気配線４３の一部を覆うように形成された電圧検出端子カバー４２と、を有している。
【００４５】
電圧検出端子カバー４２は、短四角柱形状に形成され、その一方の端面４２ａに直方体形状の凹部４２ｃが形成され、この凹部４２ｃの底面に、該電圧検出端子カバー４２の他方の端面４２ｂに向けて貫通孔４２ｄが形成されている。そして、この凹部４２ｃに、電圧検出端子４１が、その先端部が露出するようにして嵌め込まれている。また、電気配線４３が貫通孔４２ｄを通って電圧検出端子カバー４２から外部に導出されている。換言すると、電圧検出端子カバー４２の凹部４２ｃの内面が、電圧検出端子４１の基端部を構成する周面に直接接触して密着するように、電圧検出端子カバー４２が電圧検出端子４１を覆っている。そして、電圧検出端子４１の先端部が、電圧検出端子カバー４２の凹部４２ｃの開口から突出し、この先端部がアノードセパレータ７ａと接触する接触部を構成する。また、電圧検出端子カバー４２は、電気配線４３の一部を覆っており、電気配線４３と電圧検出端子カバー４２の端面４２ｂとの間に隙間がないように形成されている。なお、電圧検出端子カバー４２は、電圧検出端子４１の基端部を隙間なく覆うように形成されていればよく、電気配線４３を覆わないように形成されていてもよい。
【００４６】
一方、アノードセパレータ７ａのセル積層体３０の４つの側面（端面）のうちの１つの側面（特定面）の中央部には、接続凹部４４が形成されており、電圧検出端子４１の先端部（電圧検出端子カバー４２で覆われていない部分）が、接続凹部４４と嵌合するように構成されている。具体的には、接続凹部４４の開口が、電圧検出端子４１の端面４１ａと略同じ大きさになるように形成されており、また、アノードセパレータ７ａの特定面から接続凹部４４の底面までの長さ（深さ）が、電圧検出端子カバー４２の端面４２ａから電圧検出端子４１の端面４１ａまでの長さと略同一になるように形成されている。ここで、接続凹部４４は、熱媒体流路１０から僅かに漏れ出る水分に電圧検出端子４１が曝されるのを防止する観点から、アノードセパレータ７ａの特定面のうち、特定面を形成する外周縁より内方に位置する部分に設けられていることが好ましい。換言すると、アノードセパレータ７ａの外面とカソードセパレータ７ｂの外面とが接触する部分以外の部分に設けられていることが好ましい（図３参照）。
【００４７】
そして、このように構成された端子ユニット４５を、後述する押圧部材５１でアノードセパレータ７ａに取り付けると、アノードセパレータ７ａに設けられた接続凹部４４に電圧検出端子４１の先端部が嵌合して、図３に示すように、アノードセパレータ７ａの特定面と電圧検出端子カバー４２の端面４２ａ（貫通孔の開口の周囲部）が密着する。すなわち、電圧検出端子４１におけるアノードセパレータ７ａと接触していない部分を電圧検出端子カバー４１が覆うように配置される。これにより、アノードセパレータ７ａの側面に付着した結露水等の導電性を有する水が電圧検出端子４１に付着するのを確実に防止することができる。
【００４８】
なお、ここでは、電圧検出端子４１の先端部が接続凹部４４に嵌合するように構成されているとしたが、これに限定されず、セル２０の電圧を検出することができれば、電圧検出端子４１の先端部が接続凹部４４の内面に当接するように構成されていてもよい。
【００４９】
次に、端子ユニット４５の各構成要素について説明する。
【００５０】
電圧検出端子４１は、金属等の導電性材料で構成される。本実施の形態においては、金属材料からなる母材に、金メッキやニッケルメッキ等の耐食性を向上させる処理が施されたもので構成されている。
【００５１】
電圧検出端子カバー４２は、電圧検出端子４１に水を接触させない観点から水シール性を有していることが好ましく、また、電圧検出端子カバー４２が、一方の電極となって電圧検出端子４１が電気腐食されるのを防止する観点から絶縁性を有していることが好ましい。また、燃料電池スタック１００におけるセル２０の電圧低下を防止する観点から、燃料電池スタック１００の作動温度内で揮発しない材料で構成されていることが好ましい。さらに、電圧検出端子カバー４２は、電圧検出端子カバー４２の端面とアノードセパレータ７ａの側面とを密着させる観点から、樹脂で形成されていることが好ましく、弾性を有していることがより好ましい。
【００５２】
ここで、絶縁性とは、導電性を有する結露水等の水が、電圧検出端子カバー４２に付着したような場合であっても、付着した水と電圧検出端子４１との間で短絡が生じたり、電圧検出端子４１が腐食したりしないように、電気を通させない性質をいい、水シール性とは、水の透過を防止する性質をいい、電圧検出端子カバー４２に付着した水を、通常の意味で、電圧検出端子４１に通過しない性質をいう。そして、このような絶縁性で、かつ、水シール性を有する材料としては、天然ゴムや合成ゴム、又は樹脂材料が挙げられ、合成ゴムとしては、フッ素ゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、又はニトリルゴム等が好適であり、樹脂材料としては、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリプロピレン、フェノール樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂等が好適である。
【００５３】
次に、押圧部材５１について、図１、図２、図３及び図５を参照しながら説明する。
【００５４】
図５は、図１に示す燃料電池スタック１００における押圧部材５１の概略構成を示す模式図であり、図５（ａ）は、押圧部材５１の概略構成を模式的に示す正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。なお、図５においては、一部を省略している。
【００５５】
図１、図２、図３及び図５に示すように、押圧部材５１は、長方形の板状に形成されており、押圧部材５１の主面の両端には、厚み方向に貫通する貫通孔５４が設けられている。貫通孔５４には、締結部材としてのボルト５５が挿通され、押圧部材５１は、ボルト５５によって第１及び第２集電板３３ａ、３３ｂに固定される。なお、押圧部材５１は、第１及び第２端板３１ａ、３１ｂ、又は第１及び第２絶縁板３２ａ、３３ｂに固定されるような構成としてもよい。
【００５６】
押圧部材５１のセルスタック９０の側面と接触する主面（以下、内面という）には、複数の凹部５２が、セルスタック９０のアノードセパレータ７ａに対応するように形成されている。具体的には、凹部５２は、セル２０の積層数だけ押圧部材５１に形成され、押圧部材５１がセルスタック９０の側面に固定されたときに、アノードセパレータ７ａに形成された接続凹部４４に対向する位置に形成されている。また、凹部５２は、端子ユニット４５を収容可能に形成されていて、押圧部材５１の内面から凹部５２を構成する底面５２ａまでの長さ（深さ）が、端子ユニット４５における電圧検出端子カバー４２の一方の端面４２ａから他方の端面４２ｂまでの長さよりも若干小さくなるように形成されている。
【００５７】
凹部５２の底面５２ａの略中央部には、押圧部材５２の外面に向かって、第１挿通孔５３が形成されている。そして、第１挿通孔５３を通って、端子ユニット４５の電気配線４３が導出されている。
【００５８】
そして、図３に示すように、押圧部材５１の凹部５２には、端子ユニット４５が収容されており、押圧部材５１は、ボルト５５によって、その外面から内面方向（以下、押圧方向という）に向かって押圧されて、第１及び第２端板３１ａ、３１ｂに固定されている。これにより、凹部５２の底面５２ａが電圧検出端子カバー４２の他方の端面４２ｂを押圧方向に押圧し、この押圧力により、電圧検出端子カバー４２は、押圧部材５１とアノードセパレータ７ａの側面との間で押圧方向に縮小して、電圧検出端子カバー４２の端面４２ａとアノードセパレータ７ａとが密着する。
なお、押圧部材５１は、各セル２０の短絡を防止する観点から絶縁性を有する材料であれば、どのような材料を用いてもよく、また、端子ユニット４５を押圧する観点から、所定の剛性を有していることが好ましい。このような性質を有する材料としては、ガラス繊維入りのポリフェニレンサルファイド、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂等やＳＵＳ等の金属板を前記樹脂等で覆ったもの等を用いることができる。
【００５９】
次に、筐体６１について、図１及び図６を参照しながら説明する。
【００６０】
図６は、図１に示す燃料電池スタック１００における筐体６１の概略構成を示す模式図であり、図６（ａ）は、筐体６１の概略構成を模式的に示す正面図であり、図６（ｂ）は、図４（ａ）に示すＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。なお、図６においては、一部を省略している。
【００６１】
図１に示すように、筐体６１は、セルスタック９０との間に微小な隙間を有して該セルスタック９０全体を覆うように形成されており、ここでは、セルスタック９０の６面をそれぞれ覆う６つの板部材６１ａで構成されている。そして、図１及び図６に示すように、セルスタック９０の周面のうち、押圧部材５１が配置された側面と対向する位置に配置された板部材６１ａには、収容部６２が形成されている。具体的には、収容部６２は、板部材６１ａのセルスタック９０の側面と対向する主面（以下、内面という）の押圧部材５１と対向する位置に、当該内面から押圧部材５１より若干大きく凹んで押圧部材５１を収容できるように形成されている。
【００６２】
また、収容部６２の底面６２ａには、板部材６１ａの厚み方向に貫通する第２挿通孔６３が、セル２０に対応する数だけ設けられている。この第２挿通孔６３を通って、端子ユニット４５の電気配線４３が外部に導出されている。なお、第２挿通孔６３は、ここでは、セル２０に対応する数だけ設ける構成としたが、これに限定されず、全ての電気配線４３を燃料電池スタック１００の外部に導出することができれば、その数や開口部の大きさ等は何ら限定されない。
【００６３】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００の製造方法について説明する。セル２０及び燃料電池スタック１００を製造する方法は、特に限定されず、公知のＰＥＦＣの製造技術を採用することができるため、説明を省略し、ここでは、端子ユニット４５の製造方法のみ説明する。
【００６４】
まず、電圧検出端子４１となる金属部材に金メッキを施して、電気配線４３を溶着等により電圧検出端子４１の基端部に接続する。そして、電圧検出端子４１をその中に置いて鋳型の中に溶融したゴム又は樹脂材料を注入するインサート射出成形により、図３及び図４に示すように、電圧検出端子カバー４２で電圧検出端子４１の基端部と電気配線の一部を覆うように成形することで、端子ユニット４５を作製することができる。なお、四角柱状の電圧検出端子カバー４２の端面４２ａに、その開口部の面積が電圧検出端子４１の端面４１ａよりも小さい凹部を設け、該凹部に電圧検出端子４１を圧入することによって端子ユニット４５を作製してもよい。また、電圧検出端子カバー４２の端面４２ａに設けた凹部に電圧検出端子４１を嵌挿し、接着剤を用いて接着することにより、端子ユニット４５を作製してもよい。
【００６５】
次に、以上のように構成された本実施の形態の燃料電池スタック１００の作用効果を説明する。
【００６６】
図３に示すように、筐体６１とセルスタック９０の間には、隙間９１が形成される。この隙間９１に存在する空気等のガスに含まれる水蒸気が、燃料電池スタック１００がＤＳＳ運転等されると、その停止時にその表面に結露する場合がある。また、ガスケット６とセパレータ７ａ、７ｂの間の微小な隙間から漏れ出る反応ガスに含まれる水分やアノードセパレータ７ａとカソードセパレータ７ｂとの間の微小な隙間から漏れ出る熱媒体に由来する水が、端子ユニット４５に付着する場合がある。
【００６７】
しかし、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００では、電圧検出端子４１が電圧検出端子カバー４２によって覆われており、かつ、アノードセパレータ７ａの側面に電圧検出端子カバー４２の端面４２ａが密着しているため、電圧検出端子４１が電圧検出端子カバー４２によって水シールされ、かつ、アノードセパレータ７ａの側面と電圧検出端子カバー４２の端面４２ａの間に結露水等がしみ込むことがなく、電圧検出端子４１に結露水が接触することを防止できる。この結果、電圧検出端子４１の腐食を確実に防止することができる。
【００６８】
また、ガスケット６とセパレータ７ａ、７ｂの間の微小な隙間から漏れ出る反応ガスに含まれる水分やアノードセパレータ７ａとカソードセパレータ７ｂとの間の微小な隙間から漏れ出る熱媒体によって、端子ユニット４５に導電性を有する水が付着する場合があるが、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００では、電圧検出端子４１は、アノードセパレータ７ａの中央部に接続されているので、これらの隙間から漏れ出る水分が電圧検出端子４１に付着することがない。このため、電圧検出端子４１の腐食を確実に防止することができる。
【００６９】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００における端子ユニット４５及びアノードセパレータ７ａの変形例について説明する。
【００７０】
[変形例１]
図７は、変形例１の燃料電池スタック１００における端子ユニット４５及びアノードセパレータ７ａの概略構成を模式的に示す断面図である。
【００７１】
図７に示すように、本変形例１における端子ユニット４５は、四角柱状に形成された電圧検出端子４１の先端面以外の部分を覆うように電圧検出端子カバー４２が形成されている。より詳しくは、電圧検出端子カバー４２は、四角筒状に形成されており、電圧検出端子４１は、その端面４１ａが電圧検出端子カバー４２の凹部４２ｃの開口から引っ込むようにして該凹部４２ｃに収容されている。
【００７２】
一方、アノードセパレータ７ａの側面の中央部に形成された接続凹部４４は、その断面が、略矩形でリング状に形成されており、電圧検出端子カバー４２の先端部（電圧検出端子４１の端面４１ａから突出した部分）が、接続凹部４４に嵌合し、かつ、電圧検出端子４１の先端面４１ａが、アノードセパレータ７ａの特定面の接続凹部４４で囲まれた部分４６に当接するように構成されている。
【００７３】
そして、このように構成された端子ユニット４５を、押圧部材５１でアノードセパレータ７ａに取り付けると、アノードセパレータ７ａに設けられた接続凹部４４に電圧検出端子カバー４２の先端部が嵌合するため、電圧検出端子４１が電圧検出端子カバー４２の外部に露出することがなく、また、アノードセパレータ７ａにおける特定面の接続凹部４４の周囲の部分と電圧検出端子４１との間に、電圧検出端子カバー４２が配置されているため、これらの間には、隙間が形成されない。このため、アノードセパレータ７ａの側面に付着した結露水等の伝導性を有する水が電圧検出端子４１に付着するのを確実に防止することができ、電圧検出端子４１の腐食を確実に防止することができる。
【００７４】
[変形例２]
図８は、変形例２の燃料電池スタック１００における端子ユニット４５及びアノードセパレータ７ａの概略構成を模式的に示す断面図である。
【００７５】
図８に示すように、本変形例１の端子ユニット４５は、実施の形態１に係る燃料電池スタックにおける端子ユニット４５と同様に構成されている。一方、アノードセパレータ７ａの側面の中央部に形成された接続凹部４４は、端子ユニット４５と嵌合するような形状に形成されている。具体的には、接続凹部４４は、断面４４ａを有する２段に形成されている。接続凹部４４の断面４４ａより開口側の部分は、端子ユニット４５の電圧検出カバー４２と嵌合し、接続凹部４４の断面４４ａより奥側の部分は、端子ユニット４５の電圧検出端子４１の電圧検出カバー４２から露出する部分（接触部）と嵌合するように形成されている。
【００７６】
そして、このように構成された端子ユニット４５を、押圧部材５１でアノードセパレータ７ａに取り付けると、電圧検出端子４１の接触部が、接続凹部４４の段面４４ａより奥側の部分に接触するとともに、アノードセパレータ７ａに設けられた接続凹部４４の段面４４ａと電圧検出端子カバー４２の端面４２ａとが当接し、押圧力により電圧検出端子カバー４２が弾性変形又は塑性変形する。この変形により、接続凹部４４の内面４４ｂが、電圧検出端子カバー４２の外周面と密着して、電圧検出端子カバー４２がアノードセパレータ７ａに密着する。これにより、アノードセパレータ７ａの側面と電圧検出端子カバー４２の周面との間には、隙間が形成されず、電圧検出端子４１がアノードセパレータ７ａの外部に露出されることがない。この結果、アノードセパレータ７ａの側面に付着した結露水等の伝導性を有する水が電圧検出端子４１に付着するのを確実に防止することができ、電圧検出端子４１の腐食を確実に防止することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタック１００は、基本的構成は、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同じであるが、以下の点が異なる。
【００７８】
図９は、本実施の形態２に係る燃料電池スタック１００の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図９においては、一部を省略している。
【００７９】
図９に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池スタック１００では、セルスタック９０を断熱部材７１が覆い、この断熱部材７１を筐体６１が覆うように構成されている。断熱部材７１は、板状に形成されており、セルスタック９０の周面のうち、押圧部材５１が配置された側面と対向する位置に配置された断熱部材７１には、収容部７２が形成されている。ここで、断熱部材７１について、図８を参照しながら説明する。
【００８０】
図１０は、図９に示す燃料電池スタックにおける断熱部材７１の概略構成を示す模式図であり、図１０（ａ）は、断熱部材７１の概略構成を模式的に示す正面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＸＢ−ＸＢ線に沿った断面図である。
【００８１】
図１０に示すように、断熱部材７１の一方の主面（以下、内面という）には、収容部７２が形成されており、形成部７２は、セルスタック９０の側面に配置された押圧部材５１の対向する位置に、当該内面から押圧部材５１より若干大きく凹むように形成されている。これにより、収容部７２に押圧部材５１を収容することができる。
【００８２】
また、収容部７２の底面７２ａには、断熱部材７１の厚み方向に貫通する第３挿通孔７３が、セル２０に対応する数だけ設けられている。この第３挿通孔７３を通じて、端子ユニット４５の電気配線４３が導出される。なお、第３挿通孔７３は、ここでは、セル２０に対応する数だけ設ける構成としたが、これに限定されず、全ての電気配線４３を燃料電池スタック１００の外部に導出することができれば、その数や開口部の大きさ等は何ら限定されない。
【００８３】
そして、このように構成された断熱部材７１でセルスタック９０全体を覆うことにより、燃料電池スタック１００の内部の温度を均一にすることができる。筐体６１を構成する板部材６１ａと断熱部材７１を共通化してもよい。
【００８４】
なお、上記実施の形態では、押圧部材５１によって、端子ユニット４５をアノードセパレータ７ａに接続するように構成したが、これに限定されず、アノードセパレータ７ａの特定面から電圧検出端子４１を露出しないように端子ユニット４５をアノードセパレータ７ａに接続することができれば、端子ユニット４５をアノードセパレータ７ａの特定面に圧入するような構成としてもよい。
【００８５】
また、端子ユニット４５は、アノードセパレータ７ａに接続したが、カソードセパレータ７ｂに接続してもよい。さらに、２〜３のＭＥＡ５毎に熱媒体流路１０を設けるような態様では、端子ユニット４５は、熱媒体流路１０が設けられたアノードセパレータ７ａ又はカソードセパレータ７ｂと、熱媒体流路１０が設けられた一対のセパレータ７ａ、７ｂに挟まれたセパレータのいずれかに接続すればよい。
【００８６】
さらに、電圧検出端子カバー４２は、貫通孔を構成する内面が電圧検出端子４１の周面と直接接触して密着するように、鞘状に形成されていて、電圧検出端子４１を覆っているが、これに限定されず、電圧検出端子カバー４２が袋状に形成されていて、電圧検出端子４１の周面と電圧検出端子カバー４２の内面とが直接接触せずに、これらの間に空間を有するように、電圧検出端子４１を覆うような構成としてもよい。したがって、電圧検出端子カバー４２が、容器状に形成されているとは、電圧検出端子カバー４２に形成された凹部の内面が、直接的に又は間接的に電圧検出端子４１のアノードセパレータ７ａの特定面と接触しない部分を覆うことをいう。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の燃料電池スタックでは、スタックの表面で外気の水分が結露する場合であっても、結露水による集電板の腐食を充分に防止することができるので、安定に運転することができる燃料電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックの筐体を取り外し、一部を分解した斜視図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ平面に沿った断面図である。
【図４】図１に示す燃料電池スタックにおける端子ユニット及びアノードセパレータの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】図１に示す燃料電池スタックにおける押圧部材の概略構成を示す模式図である。
【図６】図１に示す燃料電池スタックにおける筐体の概略構成を示す模式図である。
【図７】変形例１の燃料電池スタックにおける端子ユニット及びアノードセパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図８】変形例２の燃料電池スタックにおける端子ユニット及びアノードセパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本実施の形態２に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】図９に示す燃料電池スタックにおける断熱部材の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  高分子電解質膜
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノードガス拡散層
３ｂ  カソードガス拡散層
４ａ  アノード
４ｂ  カソード
５  （Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極積層体）
６  ガスケット
７ａ  アノードセパレータ
７ｂ  カソードセパレータ
８  燃料ガス流路
９  酸化剤ガス流路
１０  熱媒体流路
１１  シール部材
２０  セル
３０  セル積層体
３１ａ  第１端板
３１ｂ  第２端板
３２ａ  第１集電板
３２ｂ  第２集電板
３３ａ  第１絶縁板
３３ｂ  第２絶縁板
４１  電圧検出端子
４１ａ  端面
４２  電圧検出端子カバー
４２ａ  端面
４２ｂ  端面
４３  電気配線
４４  接続凹部
４４ａ  段面
４４ｂ  内面
４５  端子ユニット
５１  押圧部材
５２  凹部
５２ａ  底面
５３  第１挿通孔
５４  貫通孔
５５  ボルト
６１  筐体
６１ａ  板部材
６２  収容部
６２ａ  底面
６３  第２挿通孔
７１  断熱部材
７２  収容部
７２ａ  底面
７３  第３挿通孔
９０  セルスタック
９１  隙間
１００  燃料電池スタック
【図１】
2008293766.tif 000003
【図２】
2008293766.tif 000004
【図３】
2008293766.tif 000005
【図４】
2008293766.tif 000006
【図５】
2008293766.tif 000007
【図６】
2008293766.tif 000008
【図７】
2008293766.tif 000009
【図８】
2008293766.tif 000010
【図９】
2008293766.tif 000011
【図１０】
2008293766.tif 000012