(57)【要約】【課題】  積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換することができる、簡易な構成の燃料電池を提供すること。【解決手段】  電解質膜１、電解質膜１を挟む一対の電極４、電極４の一方に設けられ、燃料ガスを供給するガス流路３１を有するアノード側セパレータ３０、及び電極４の他方に設けられ、酸化剤ガスを供給するガス流路２１を有するカソード側セパレータ２０を有する単電池を複数個備え、複数個の単電池は積層されている燃料電池であって、複数個の単電池を構成するアノード側セパレータ３０及びカソード側セパレータ２０のうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ３０及び／またはカソード側セパレータ２０の側面一部には、分離用の溝２６が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、前記電極の一方に設けられ、燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側セパレータ、及び前記電極の他方に設けられ、酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側セパレータを有する単電池を複数個備え、前記複数個の単電池は積層されている燃料電池であって、
前記複数個の単電池を構成する前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ及び／またはカソード側セパレータの側面一部には、分離用の溝が設けられている燃料電池。
【請求項２】
前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち一部のセパレータは、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとを兼ねている、請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記溝は、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとが接触する部位に設けられている、請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード側セパレータに設けられている前記溝と、前記カソード側セパレータに設けられている前記溝とは、前記接触する部位で向き合っている、請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータと、前記電極とが接触する部位に設けられている、請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータの中央部位に設けられている、請求項１記載の燃料電池。
【請求項７】
前記溝の断面形状は、矩形形状、くさび形状、または丸め加工されたくさび形状である、請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記電解質は、固体高分子電解質膜である、請求項１記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１記載の燃料電池の前記溝に電池分離用治具を挿入することにより、前記燃料電池から、任意の単電池を取り出す、燃料電池の分解方法。
【請求項１０】
前記電池分解用治具は、くさび形状または薄板形状を有している、請求項９記載の燃料電池の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池、及びその分解方法に関し、特に固体高分子電解質型燃料電池およびその分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させて、電気と熱とを同時に発生させるものである。このような高分子電解質型燃料電池は、基本的には水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜および高分子電解質膜を挟む一対の電極から構成される。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に密着された触媒層、およびその外面に配された、通気性と導電性を兼ね備えた拡散層からなる。高分子電解質の外周部には、ガスケットが配される。このようにして構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するための導電性セパレータがＭＥＡの外側に配される。導電性セパレータは、電極と対向する面に、電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路を有する。ガス流路は、セパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。
【０００３】
セパレータの他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却流路が設けられている。このように冷却水を循環させることにより、反応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用することができる。
【０００４】
また、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークしたり、互いに混合したりしないように、さらには冷却水が電池外にリークしないように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスケットやＯリングが配される。
【０００５】
このような積層型の電池では、ガスの供給孔および排出孔、さらには冷却水の供給孔および排出孔を、積層電池内部に確保したいわゆる内部マニホールド型が一般的である。
【０００６】
上記のような高分子電解質型燃料電池スタックは、セパレータ、ＭＥＡ等の構成部品を順次積層した後、電気的接触抵抗を低減し、かつ供給ガスや冷却水のリークを防止するため、電池全体が締結される。
【０００７】
ここで、積層する単電池が多ければ多いほど、位置ずれしないように積層するのが難しくなり、シール不良などの問題が生じる。また、いったん積層した燃料電池の一部に不良単電池が見つかった場合には、その電池を交換するために、その電池が存在する場所まで積層構造部品を順次取り外す必要がある。
【０００８】
従来技術として、積層構造部品の位置がずれないように、ノックピンを使用する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、まず、燃料電池を組み立てる際に、燃料電池スタックを加圧するための加圧板に単電池組み立て用位置決め穴を穿設し、これにノックピンを挿入して直立する。次に、単電池位置決め穴を穿設した、燃料電池を構成する平板状の部品を順次各々の単電池位置決め穴をノックピンに嵌合の上積層して単電池を構成し、次いでこれを所用単電池分だけ繰り返して積層して、スタックを構成する。その後加圧プレートを用いて締め付け固定する。
【０００９】
また、積層構造部品の少なくとも一辺に切り欠き部を設けることで、積層時の位置ずれ防止するとともに、積層後万一不良単電池が発生した場合にも、位置ずれが起きないように不良単電池を交換する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平９−１３４７３４号公報
【特許文献２】特開２０００−４８８４９号公報
【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、ノックピンを使用する方法では、電池積層時の位置ずれを防ぐためには効果的であるが、組立後にはノックピンが電池内部に残るとともに、これにより燃料電池が大きく、重くなるという問題点があった。また、不良単電池が見つかった場合には、前記ノックピンが電池内部に存在しているため、不良単電池だけを抜き取ることができず、前述のごとくその電池が存在する部位まで、積層構造部品を順次抜き取る必要があり、電池交換に非常に多くの工数が必要であった。さらに、ノックピンと位置決め用の穴のクリアランスが小さい場合には、この作業はさらに困難を極めることになる。また、この作業を行うにあたっては、正常な電池まで取り外す必要があり、再度組み立てた時に正常な電池の部分でも、シール不良などの不具合が新たに生じる危険性があった。
【００１１】
切欠部を設ける方法では、ノックピンを用いることなく、電池積層時の位置ずれを防ぐことができる。また、ノックピンを用いていないため、万が一作製された燃料電池の一部に不良単電池が存在した場合でも、切り欠き部に配置されるガイドポストによって固定されているので、持ち上げ治具を使用して不良単電池だけを交換することができる。しかしながら、特許文献２では、隣接するセパレータ間は完全に密着しており、交換する不良単電池に隣接したセパレータ間に持ち上げ治具を挿入することは非常に困難である。特に、特許文献２ではガイドポストによって、位置決めがより正確にできるため、燃料電池の側面は非常にフラットな面になり、更に治具の挿入が難しくなる。また、長い間一定の圧力で締結されていた積層電池は、構成部材と使用するガスシールやＯリングなどが変形しセパレータと密着しているため、持ち上げ用治具を無理やり挿入しようとすると、隣接するセパレータの一部を破壊する危険性もあり、積層構造部品を必要以上に交換しなければならなくなる。
【００１２】
すなわち、積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換することは、困難であるという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を考慮し、積層電池の中に不良単電池が見つかった場合、その電池だけをできるだけ簡便に、積層部材を破壊することなく抜き取り交換ができる、簡易な構成の燃料電池とその分解方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、前記電極の一方に設けられ、燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側セパレータ、及び前記電極の他方に設けられ、酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側セパレータを有する単電池を複数個備え、前記複数個の単電池は積層されている燃料電池であって、
前記複数個の単電池を構成する前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち、少なくとも一部のアノード側セパレータ及び／またはカソード側セパレータの側面一部には、分離用の溝が設けられている燃料電池である。
【００１５】
また、第２の本発明は、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータのうち一部のセパレータは、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとを兼ねている、第１の本発明の燃料電池である。
【００１６】
また、第３の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとが接触する部位に設けられている、第１の本発明の燃料電池である。
【００１７】
また、第４の本発明は、前記アノード側セパレータに設けられている前記溝と、前記カソード側セパレータに設けられている前記溝とは、前記接触する部位で向き合っている、第３の本発明の燃料電池である。
【００１８】
また、第５の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータと、前記電極とが接触する部位に設けられている、第１の本発明の燃料電池である。
【００１９】
また、第６の本発明は、前記溝は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータの中央部位に設けられている、第１の本発明の燃料電池である。
【００２０】
また、第７の本発明は、前記溝の断面形状は、矩形形状、くさび形状、または丸め加工されたくさび形状である、第１の本発明の燃料電池である。
【００２１】
また、第８の本発明は、前記電解質は、固体高分子電解質膜である、第１の本発明の燃料電池である。
【００２２】
また、第９の本発明は、第１の本発明の燃料電池の前記溝に電池分離用治具を挿入することにより、前記燃料電池から、任意の単電池を取り出す、燃料電池の分解方法である。
【００２３】
また、第１０の本発明は、前記電池分解用治具は、くさび形状または薄板形状を有している、第９の本発明の燃料電池の分解方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易な燃料電池、及びその分解方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１に本実施の形態の燃料電池の縦断面略図を示す。
【００２７】
膜電極接合体（ＭＥＡ）１０は高分子電解質膜１、これを挟む一対の電極４、および高分子電解質膜の周縁部を挟むガスケット５から構成されている。電極４は、高分子電解質膜１に接する触媒層２および拡散層３からなる。このＭＥＡ１０は一方の電極、即ちカソードに酸化剤ガスを供給するガス流路２１を有するカソード側セパレータ２０と、他方の電極、即ちアノードに燃料ガスを供給するガス流路３１を有するアノード側セパレータ３０により挟まれて単電池を構成する。カソード側セパレータ２０およびアノード側セパレータ３０は、それぞれ背面に流路２２および３２を有する。隣接する単電池のセパレータ２０と３０との間には前記の流路２２および３２によって冷却水の流路が形成される。カソード側セパレータ２０とアノード側セパレータ３０とは、カソード側セパレータ２０の凹部２３に装着されたＯリング２４を電池の締結圧により圧縮することにより、冷却水が外部へ漏れるのを防止する。このように、本実施の形態の燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池として構成されている。
【００２８】
以上の構成は従来の燃料電池と同様である。本実施の形態においては、方形のカソード側セパレータ２０は、同じく方形のアノード側セパレータ３０に向き合う面の端部に凹部を設けて、セパレータ３０との間に、電池交換用治具を挿入するための溝２６を形成したことが特徴である。図１では、方形のセパレータの一辺に溝を設けたが、図２のように、対向する二辺に溝２６を設けるのが好ましく、不良単電池の交換時には効果的である。三辺以上の側面に溝を設けてもよい。
【００２９】
図７（ａ）、及び図７（ｂ）に三辺以上の側面に溝を設けた例を示す。すなわち、図７（ａ）は、カソード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータの三辺の側面に溝を設けた例である。すなわち、カソード側セパレータには、溝８０Ａが設けられている。また、図７（ｂ）も、カソード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータの四辺の側面に溝を設けた例である。すなわち、カソード側セパレータには、溝８０Ｂが設けられている。このようにカソード側セパレータの三辺以上の側面に溝を設けてもよい。ただし、図７（ａ）、図７（ｂ）では、カソード側セパレータの凹部、ガス流路、流路などは記載を省略している。
【００３０】
図３に示す実施の形態においては、隣接するセパレータ２０と３０とにまたがって溝２６Ａを形成している。以上に示した例では、溝はいずれも矩形である。図４に示す実施の形態においては、同じくセパレータ２０と３０とにまたがって、くさび形の溝２６Ｂを形成している。
【００３１】
以上の例では、各単電池間に溝を設けたが、図５に示すように、単電池２つ毎に溝を設けるなど、単電池の数単位ごとに溝を設けてもよい。例えば、比較的交換が容易な燃料電池スタックの上下端部に位置する部位には溝を設けず、電池交換が難しい中央部だけに溝を設けるようにしてもよい。この実施の形態においては、溝２６Ｃは角部がなだらかな曲面となるようにＲ加工されている。
【００３２】
以上の実施の形態においては、各単電池がそれぞれ独立したカソード側セパレータおよびアノード側セパレータを備えている。すなわち、ＭＥＡ間には、カソード側セパレータとアノード側セパレータを組み合わせた複合セパレータが挿入され、各単電池はカソード側およびアノード側の両面より冷却される構成である。図６に示す実施の形態においては、ＭＥＡ間には、前記の複合セパレータと単一のセパレータ４０とが交互に挿入されている。セパレータ４０は、一方の面がカソード側セパレータとして働き、他方の面がアノード側セパレータとして働く。この構成であると、２つの単電池毎に冷却部が設けられる。この実施の形態においては、２つの単電池を１ユニットとして交換することができる。
【００３３】
以上のように燃料電池の積層方向の少なくとも一つの側面の隣接するセパレータ間に溝を設けると、不良単電池の交換が容易になるだけではなく、セパレータ材料の低減ができ、低コスト化が可能になる。すなわち、燃料電池の積層方向の少なくとも一つの側面の隣接するセパレータ間に溝を設けると、溝を設けた分だけセパレータ材料の使用量が少なくなるので、低コスト化が可能になる。セパレータの材料としては、カーボンだけではなく金属や樹脂と金属の複合品などを用いることもできる。
【００３４】
また、以上の例では、板状セパレータの少なくとも一つの側面の隣接するセパレータとの間に溝加工を施したが、特にこれに限定されない。すなわち、板状セパレータ側面のＭＥＡと接する側に溝加工が施されていてもよい。これにより板状セパレータを作成するのに、さらにセパレータ材料の使用量が少なくなるので、さらなる低コスト化が可能になる。
【００３５】
また、このように、板状セパレータの側面のＭＥＡと接する側に溝を設けた場合には、ＭＥＡと接する側に設けた溝を電池交換用治具を挿入するための溝として利用することも出来る。また、板状セパレータの側面のＭＥＡと接する側にのみ溝を設け、板状セパレータの隣接するセパレータの側には溝を設けない構成も可能である。
【００３６】
また、図６の単一のセパレータ４０のＭＥＡと接する部分の両方または一方に溝を設けることにより、１ユニットを構成する２つの単電池を単一のセパレータ４０と電極４との間で分解することも可能である。
【００３７】
なお、上記図１の溝２６などは、カソード側セパレータ２０等の側面の一辺全体に渡って形成されていたが、カソード側セパレータ２０の側面の一辺の一部、または複数の辺それぞれの一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝を形成しても構わない。
【００３８】
例えば、図８（ａ）は、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの側面の一辺の一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝が形成されている。すなわち、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの側面の一辺の２箇所に、電池交換用治具を挿入するための溝８０Ｃ、８０Ｄが設けられている。そして溝８０Ｃ、溝８０Ｄは、カソード側セパレータ及びアノード側セパレータのいずれか一方の側に設けられていても構わないし、カソード側セパレータ及びアノード側セパレータの両方に渡って設けられていても構わない。図９（ａ）は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。図９（ａ）では、一方のセパレータにのみ溝８０Ｃ、８０Ｄが設けられている。また、図９（ｂ）は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。図９（ｂ）では、両方のセパレータに渡って、溝８０Ｃ、８０Ｄが設けられている。
【００３９】
また、図８（ｂ）は、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図であり、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの二辺のそれぞれ一部のみに電池交換用治具を挿入するための溝が形成されている。すなわち、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの二辺のそれぞれの一部に、電池交換用治具を挿入するための溝８０Ｅ及び８０Ｆが設けられている。
【００４０】
さらに、上記図１の溝２６などは、板状セパレータの少なくとも一つの側面の隣接するセパレータとの間に設けたがこれに限らず、板状セパレータの中央部分に溝を設けてもよい。図１０は、互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図である。一方のセパレータの中央部分に溝８０Ｇ、８０Ｈが設けられている。
【００４１】
ただし、上記の図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０では、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータの凹部、ガス流路、流路などは記載を省略している。
【００４２】
さらに、図７（ａ）で説明した溝８０Ａや、図７（ｂ）で説明した溝８０Ｂは矩形に限らず、くさび形や、角部がなだらかな曲面となるようにＲ加工されたくさび形であっても構わない。また、同様に図８（ａ）で説明した溝８０Ｃ、８０Ｄ、図８（ｂ）で説明した溝８０Ｅ、８０Ｆ、図１０で説明した溝８０Ｇ、８０Ｈは、矩形に限らず、くさび形や、角部がなだらかな曲面となるようにＲ加工されたくさび形であっても構わない。
【００４３】
さらに、本発明の燃料電池は、本実施の形態における膜電極接合体（ＭＥＡ）１０に高分子電解質膜１を用いた固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）に限らず、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、直接メタノール変換型燃料電池（ＤＭＦＣ）など、要するに本発明の燃料電池は、単電池が複数個積層された構造を持つものでありさえすればよい。
【００４４】
次に、このような燃料電池の不良単電池の交換方法について図１１〜図１６を参照して説明する。
【００４５】
まず、図１１に示すように、不良単電池とその上下のセパレータからなる不良単電池ユニット５０のすぐ上部に位置する正常単電池ユニット５１との間に、樹脂製くさび状の交換用治具６０を溝２６Ｃの部分に、対向する２側面から挿入する。そして、溝２６Ｃの部分に挿入したくさび状の交換用治具６０をさらに溝２６Ｃの深さ方向に押し付ける。そうすると、不良単電池ユニット５０と正常単電池ユニット５１とは、交換用治具６０から加えられる力により分離する。この後、図１２に示すように、交換用治具６０を挿入した部分の上方の正常単電池ユニット５１および５２を取り外す。次いで、図１３に示すように、再度不良単電池ユニット５０のすぐ下側に交換用治具６０を挿入する。そして、挿入した交換用治具６０を上記と同様に押し付ける。そうすると、不良単電池ユニット５０が、交換用治具６０から加えられる力により分離する。その後、図１４に示すように、不良単電池ユニット５０を取り外す。この後、図１５に示すように、あらかじめ作製しておいた交換単電池ユニット５３に置き換える。最後に、図１６に示すように、最初に取り外した単電池ユニット５１および５２を単電池ユニット５３上に設置する。こうして、再度燃料電池スタックを作製することができる。
【００４６】
ここで挿入する交換用治具の形状は、くさび状でなくても薄い板状のものでもよく、本発明が適応できるのであればどんなものでもよい。材質についても、ここではセパレータへの負荷を考慮して樹脂を用いたが、金属製、セラミックス製等であってもよい。さらに、好ましくは不良単電池ユニット５０の下側に位置する燃料電池ユニットを、図１７に示すように、固定用治具６１で固定して、電池交換を行うようにすると、電池の位置ずれなどの懸念がより少なくなる。
【００４７】
以上のように、燃料電池の積層方向の側面の隣接するセパレータ間に、治具を挿入するための溝を設けることによって、また非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易な燃料電池を提供できる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００４９】
（実施例１）
本実施例の燃料電池は図１の構成のものを使用した。この燃料電池に使用した単電池について以下に説明する。
【００５０】
まず、高分子電解質膜の両側に触媒層を塗布した後、ガス拡散層となるカーボンペーパーとフッ素系ゴム製のガスケットを取り付け単電池を構成した。電極のサイズは１２ｃｍ角で、単電池の大きさは１８ｃｍ角とした。
【００５１】
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ（１８ｃｍ角、厚さ３ｍｍ）２０と３０で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ２０には、気密性を確保するためのフッ素系ゴム製のＯリング２４を填め込んだ。また、このセパレータ２０の側面には、図１８（ａ）に２７で示すように、深さ（ｄ）０．６ｍｍ、幅（ｗ）２ｍｍの削り加工が施してある。
【００５２】
この単電池ユニットを８０セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、図１に示したように、燃料電池スタックの側面の一つに、断面形状が矩形状の溝２６が形成された。本実施例では、溝２６を形成するための加工部２７の深さ（ｄ）および幅（ｗ）を特定の値に固定したが、これ以外の値を選択することもでき、本発明が適応できるのであればどんな形状でもよい。さらに、使用するセパレータの形状に合わせて変更することもできる。
【００５３】
（実施例２）
本実施例の燃料電池は図２の構成のものを使用した。単電池は、実施例１で使用したものと同じである。
【００５４】
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ（１８ｃｍ角、厚さ３ｍｍ）２０と３０で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ２０には気密性を確保するためのＯリング２４を填め込んだ。また、このセパレータ２０の対向する側面には、図１８（ｂ）に２７で示すように、深さ（ｄ）０．６ｍｍ、幅（ｗ）２ｍｍの削り加工が施してある。
【００５５】
この単電池ユニットを８０セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、図２に示したように、燃料電池スタックの対向する２側面に、断面形状が矩形状の溝２６が形成された。
【００５６】
（実施例３）
本実施例の燃料電池は図３の構成で、２側面に溝２６Ａを有するものを使用した。単電池は、実施例１で使用したものと同じである。
【００５７】
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ（１８ｃｍ角、厚さ３ｍｍ）２０と３０で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ２０と３０の対向する２側面には、図１８（ｃ）に２８で示すように、深さ（ｄ）０．６ｍｍ、幅（ｗ）２ｍｍの削り加工が施してある。
【００５８】
この単電池ユニットを８０セル積層して燃料電池スタックを作製した。この時、燃料電池スタックの対向する２側面に、断面形状が矩形状の溝２６Ａが形成されている。
【００５９】
（実施例４）
本実施例の燃料電池は図４の構成で、２側面に溝２６Ｂを有するのものを使用した。単電池は、実施例１で使用したものと同じものである。
【００６０】
この単電池を、気密性を有するカーボン製のセパレータ（１８ｃｍ角、厚さ３ｍｍ）２０と３０で挟み、単電池ユニットを作製した。セパレータ２０および３０の対向する２側面には、図１９（ａ）および（ｂ）にそれぞれ２７Ｃおよび２８Ｃで示すように、高さ（ｈ）０．８ｍｍ、幅（ｗ）２ｍｍ、角度（θ）４５°の面取り加工を施した。
【００６１】
この単電池ユニットを８０セル積層して燃料電池スタックを作製した。
【００６２】
本実施例では、面取り加工部２７Ｃ、２８Ｃの高さ（ｈ）、幅（ｗ）、および角度（θ）を特定の値に固定したが、これ以外の値を選択することもできる。さらに対向する２側面の形状が本実施例では同じものを用いたが、別々の形状であってもよい。また、セパレータ２０と３０で形状が異なるものを用いてもよい。さらに、使用するセパレータの形状に合わせて溝部の形状を変更することもできる。また、本実施例では加工を行う側面は２面だけであったが、４面全面でも良く、セパレータ形状が４角形以上のものであればそれぞれの側面に加工してもよい。
【００６３】
（実施例５）
本実施例の燃料電池は図４におけるくさび形の溝２６Ｂの代わりに図５に示すようにＲ加工した溝２６Ｃを有する構成のものを使用した。その溝部は、セパレータ２０および３０に、図２０（ａ）および（ｂ）に２７Ｄおよび２８Ｄで示すように、Ｒ＝１．５ｍｍの面取り加工を施すことにより形成した。この他の構成は実施例４と同じである。
【００６４】
（実施例６）
本実施例の燃料電池は図５に示すように、実施例５と同様の溝２６Ｃを単電池２個毎に形成した。この他の構成は実施例５と同じである。
【００６５】
（実施例７）
本実施例の燃料電池は図６の構成のものを使用した。すなわち、単電池２個毎に冷却部を有し、冷却部を有する部分に溝２６Ｃを有する。この他の構成は実施例１と同じである。
【００６６】
（実施例８）
本実施例では、実施例５の燃料電池を用いて、図１１〜図１６に示す方法で電池ユニットの交換を行った。
【００６７】
まず、図１１のように、不良単電池ユニット５０とその上部に位置する単電池ユニット５１の間に、図２１に示すような高さ（ｈ）５０ｍｍ、底辺幅（ｗ）２０ｍｍ、長さ(Ｌ)２００ｍｍのくさび形の交換用治具６０を挿入し、不良単電池ユニット５０の上部の単電池ユニット５１および５２を図１２のように取り外した。次に、図１３に示すように、不良単電池ユニット５０の下部に交換用治具６０を挿入し、不良単電池ユニット５０を取り外した（図１４）。その後、あらかじめ準備しておいた交換用の単電池ユニット５３を図１５のよう設置し、最後に図１６に示すように単電池ユニット５１および５２を元に戻して再度燃料電池を構成した。
【００６８】
この交換作業において、交換用治具６０を挿入する時には、溝２６Ｃから簡単に挿入することができた。また、セパレータに破損等は認められなかった。比較のために、従来の溝を有しない燃料電池の隣接するセパレータ間に、本実施例で使用した交換用治具６０を挿入しようと試みたが、セパレータ間に隙間がほとんどないため挿入することができなかった。そこで、交換用治具６０の材質を金属製に変えた同形状の交換用治具で挿入を試みた。この時は何とか挿入することはできたものの、挿入時にセパレータ側面が欠けたり、ひび割れたりして、セパレータが破損した。
【００６９】
次に、実施例１〜４の燃料電池についても同様の交換を行ったところ、問題なく電池の交換を行うことができた。さらに、実施例６および７の燃料電池でも単電池２個毎の燃料電池ユニットで、問題なく電池交換ができることが確認された。
【００７０】
なお、本実施例では、交換用治具が材質に樹脂製や金属製のものを用いたが、これ以外のセラミック材料などを用いることもできる。さらに形状については、くさび形のものを用いたが、これ以外のシート状、薄板状のものでもよく、大きさも本実施例に限るものではない。
【００７１】
さらに、本実施例では、交換用治具の長さ（Ｌ）は、２００ｍｍであり、交換用治具の長さ（Ｌ）よりも長いものを用いた。このように交換用治具の長さ（Ｌ）がセパレータの一辺の長さより長い場合には、最も容易に電池交換を行うことが出来るが、これに限らない。セパレータの一辺の長さと同じ長さ（Ｌ）を有する交換用治具を用いても上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。また、セパレータの一辺の長さより多少短い長さ（Ｌ）を有する交換用治具を用いても上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。ただし、セパレータの一辺の長さの例えば２０分の１以下の長さ（Ｌ）など極端に短い長さ（Ｌ）を有するような交換用治具を用いた場合には、セパレータの溝に交換用治具を挿入する際に、セパレータに局所的に力が加わるために、電池交換の際にセパレータ側面が破損しやすくなるので、注意を要する。
【００７２】
さらに、図１３（ａ）や図１３（ｂ）のようにセパレータの一辺の一部のみまたはセパレータの複数の辺のそれぞれ一部のみに溝が設けられている場合には、それぞれの溝の長さより短い長さ（Ｌ）を有する交換用治具を用いることにより、上記実施例と同様に容易に電池交換を行うことが出来る。  
【００７３】
（実施例９）
本実施例では、実施例４の燃料電池について、図１７の固定用治具６１を用いて電池の交換を行った。
【００７４】
交換方法は、最初に燃料電池を固定用治具６１で図１７のように固定した以外は実施例８と同様である。この時、燃料電池を固定したため、交換用治具の挿入がより簡便化されるとともに、交換作業時に正常な電池ユニットが位置ずれを起こしたりすることが無くなった。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る燃料電池およびその分解方法は、非常に簡単な構成のセパレータ形状に加工するだけで、不良単電池の交換が容易であるという効果を有し、ポータブル電源、電気自動車電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池、及びその分解方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施例における高分子電解質型燃料電池の概略縦断面図
【図２】本発明の他の実施例における高分子電解質型燃料電池の概略縦断面図
【図３】本発明のさらに他の実施例における高分子電解質型燃料電池の要部の概略断面図
【図４】本発明の他の実施例における高分子電解質型燃料電池の要部の概略断面図
【図５】本発明のさらに他の実施例における高分子電解質型燃料電池の要部の概略断面図
【図６】本発明の他の実施例における高分子電解質型燃料電池の概略縦断面図
【図７】（ａ）本発明の他の実施の形態におけるカソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図（ｂ）本発明の他の実施の形態におけるカソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図
【図８】（ａ）本発明の他の実施の形態におけるカソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図（ｂ）本発明の他の実施の形態におけるカソード側セパレータまたはアノード側セパレータを上方から見た図
【図９】（ａ）本発明の他の実施の形態における互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図（ｂ）本発明の他の実施の形態における互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図
【図１０】本発明の他の実施の形態における互いに隣接するカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを側面から見た分解図
【図１１】本発明による電池の交換に供した燃料電池の概略縦断面図
【図１２】不良単電池の上部の電池を外す様子を示す概略縦断面図
【図１３】不良単電池を外す段階の電池を示す概略縦断面図
【図１４】不良単電池を外す様子を示す概略縦断面図
【図１５】不良単電池の代わりに交換用電池を設置する様子を示す概略縦断面図
【図１６】不良単電池の上部にあった電池を再設置する様子を示す概略縦断面図
【図１７】本発明の他の実施例による電池の交換法を示す概略縦断面図
【図１８】（ａ）本発明の実施例に用いたセパレータの構成例を示す要部の断面図（ｂ）本発明の実施例に用いたセパレータの構成例を示す要部の断面図（ｃ）本発明の実施例に用いたセパレータの構成例を示す要部の断面図
【図１９】（ａ）本発明の他の実施例に用いたセパレータの要部の断面図（ｂ）本発明の他の実施例に用いたセパレータの要部の断面図
【図２０】（ａ）本発明のさらに他の実施例に用いたセパレータの要部の断面図である（ｂ）本発明のさらに他の実施例に用いたセパレータの要部の断面図
【図２１】本発明の実施例に用いた治具の斜視図
【符号の説明】
【００７７】
１  高分子電解質膜
２  触媒層
３  拡散層
４  電極
５  ガスケット
１０  ＭＥＡ
２０、３０  セパレータ
２１、３１  ガス流路
２２、３２  冷却水流路
２４  Ｏリング
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ  溝
５０    不良単電池ユニット
５１、５２  正常単電池ユニット
５３  交換単電池ユニット
６０  交換用治具
６１  固定用治具
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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