(57)【要約】【課題】集電板の冷却水による腐食を回避して長期にわたり安定して運転できるものを得る。【解決手段】積層体端部の流体の貫通流路において、絶縁板１Ａと単セル３Ａに挟まれた集電板２Ａに設けられた貫通孔の大きさを、絶縁板１Ａと単セル３Ａの貫通孔より小さくし、貫通孔の径の差によって絶縁板１Ａと単セル３Ａの間に形成される凹部にシール材４Ａを挿入してシールする。これにより集電板２Ａの流体への曝露を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池積層体の積層方向の両端に集電板と絶縁板を配し、端面より締付けて用いられる固体高分子型燃料電池で、かつ、前記燃料電池積層体が、固体高分子電解質膜の両面に電極層を備えた膜電極接合体とその両面に配したセパレータよりなる複数の単セルを積層して構成され、前記セパレータに備えられた流路に通流される流体が、前記集電板に設けられた貫通孔と前記絶縁板に備えられた給排口を通って供給、排出されるものにおいて、
前記集電板の貫通孔の前記絶縁板と端部の単セルとの間にシール材を配置し、集電板の流体への曝露を防止したことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記シール材が絶縁板と端部の単セルとの間に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記シール材が端部の単セルに備えられた溝中に配されていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池に係わり、特に、その燃料電池積層体の端部に配される集電板と絶縁板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の固体高分子型燃料電池の基本構成を模式的に示す側面図である（例えば、特許文献１あるいは特許文献２参照）。本図に見られるように、この種の固体高分子型燃料電池は、膜電極接合体の両面にセパレータを配してなる複数の単セル３を積層して電気的に直列接続とし、その両端に集電板２を配し、さらにその外側に絶縁板１を配したのち、締付け板６と締付けボルト７とによって適性圧力に締付けて構成されている。本構成において、絶縁板１に備えられた図示しないガス導入口から燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ個別に導入し、各単セル３のセパレータの燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に通流させれば、各単セル３で電気化学反応が生じ、二つの集電板２の間に電気エネルギーが取出される。得られる発電電圧は積層された各単セル３の発電電圧の総和となるので、燃料電池積層に積層される単セル３の数は、必要とする電圧に応じて定められる。
【０００３】
各単セル３で所定の電気化学反応を生じさせるためには、電気化学反応に伴う発熱を適切に除去して各単セル３を所定の運転温度に保持する必要がある。このため、各単セル３のセパレータには除熱用としての流体を通流する流路が備えられており、絶縁板１に備えられた流体供給口８より供給された流体が通流される。セパレータの流路を通流して温度上昇した流体は流体排出口９より排出される。
図４は、流体供給口より供給された流体の絶縁板１と端部の単セル３の間の貫通流路の構成を示す断面図である（例えば、特許文献１あるいは特許文献２参照）。図に見られるように、端部の単セル３のセパレータの外面と絶縁板１にそれぞれ貫通流路を取り囲む環状溝を設け、シール材４を挿入して貫通流路の単セル３と集電板２との間、および集電板２と絶縁板１との間を液密に保持している。なお、流体排出口より排出される流体の絶縁板１と端部の単セル３の間の貫通流路も同様に構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１３００２８号公報
【特許文献２】
特開平９−１２０８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の固体高分子型燃料電池においては、絶縁板１と端部の単セル３の間に図４のごとき構成の貫通流路を設けて冷却用流体を供給、排出し、発電運転に伴う発熱を除去して単セル３を所定の運転温度に保持している。したがって本構成では、集電板２の端面が流体に直接曝されることとなるので、流体として水、あるいは水蒸気を含む気体を用いる場合には、集電板２に金メッキを施して腐食を防止している。
しかしながら、このように高価な金メッキを施した集電板２を用いても、メッキの性質上微小なピンホールの存在は避けられず、ピンホールに水が接触してその部分に微小電流が流れ、集電板２の本体金属が溶出、腐食して、固体高分子型燃料電池の発電特性が低下してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記のごとき集電板２の流体による腐食が本質的に回避され、長期にわたり安定して運転できる固体高分子型燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
燃料電池積層体の積層方向の両端に集電板と絶縁板を配し、端面より締付けて用いられる固体高分子型燃料電池で、かつ、燃料電池積層体が、固体高分子電解質膜の両面に電極層を備えた膜電極接合体とその両面に配したセパレータよりなる複数の単セルを積層して構成され、このセパレータに備えられた流路に通流される流体が、上記の集電板に設けられた貫通孔と絶縁板に備えられた給排口とを通って供給、排出される固体高分子型燃料電池において、前記集電板の貫通孔の絶縁板と端部の単セルとの間にシール材を配し、集電板の流体への曝露を防止することとする。
【０００８】
流体の供給、排出流路の集電板の貫通部に上記のごときシール材を配すれば、集電板が流体に直接触れることがなくなるので、集電板の水あるいは水蒸気による腐食は回避され、集電板の腐食に伴う固体高分子型燃料電池の特性低下が防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体高分子型燃料電池の実施の形態を実施例を挙げて説明する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の第１の実施例の固体高分子型燃料電池の絶縁板と単セルとの間の流体の貫通流路の構成を示す断面図である。
本構成の流体の貫通流路においては、絶縁板１Ａと単セル３Ａのセパレータとの間に配された集電板２Ａに、絶縁板１Ａと単セル３Ａのセパレータに設けられた貫通孔に比較して径の大きな貫通孔が備えられ、この貫通孔の径の差により生じた絶縁板１Ａと単セル３Ａとの間の凹部に、集電板２Ａの厚さより太いシール材４Ａが挿入され、加圧、挟持されている。本構成では、貫通流路を通流する流体と集電板２Ａとの間にシール材４Ａが介在することとなるので、集電板２Ａが流体に触れることはなく、したがって流体に水、あるいは水蒸気を含む気体を用いるものにおいても集電板２Ａの腐食の恐れはない。
【００１０】
なお、図４に示した従来の構成では２個のシール材４が使用されていたのに対して、本実施例の構成では１個のシール材４Ａを用いればよいので、製作コストが低下するという利点もある。
＜実施例２＞
図２は、本発明の第２の実施例の固体高分子型燃料電池の絶縁板と単セルとの間の流体の貫通流路の構成を示す断面図である。
第１の実施例と同様に、第２の実施例の固体高分子型燃料電池の流体の貫通流路においても、絶縁板１Ｂと単セル３Ｂのセパレータとの間に挟まれた集電板２Ｂに、絶縁板１Ｂと単セル３Ｂのセパレータに設けられた貫通孔に比較して径の大きな貫通孔が備えられ、この貫通孔の径の差により生じた絶縁板１Ｂと単セル３Ｂとの間の凹部にシール材４Ｂが配されている。この第２の実施例の特徴は、絶縁板１Ｂの貫通孔の周縁部が単セル３Ｂの方向に凸状に突出する形状に形成され、かつ、この凸状の突出部分にシール材４Ｂを挿入する環状の溝が備えられていることにある。
【００１１】
本実施例の構成においても、貫通流路を通流する流体と集電板２Ｂとの間にシール材４Ｂが介在することとなるので、集電板２Ａが流体に触れることはなく、したがって流体に水、あるいは水蒸気を含む気体を用いるものにおいても集電板２Ａの腐食の恐れはない。
なお、シール材４Ａの太さが集電板２Ａの厚さにより定まっていた第１の実施例の構成と異なり、本実施例の構成ではシール材４Ｂの太さが比較的自由に選択できるという利点がある。また、本実施例の構成においても第１の実施例の構成と同様に、１個のシール材４Ｂを用いればよく、製作コストが低下するという利点がある。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、
固体高分子型燃料電池を請求項１、さらには請求項２あるいは３に記載のごとく構成することとしたので、集電板の流体による腐食が本質的に回避されることとなり、長期にわたり安定して運転できる固体高分子型燃料電池が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の固体高分子型燃料電池の絶縁板と単セルとの間の流体の貫通流路の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施例の固体高分子型燃料電池の絶縁板と単セルとの間の流体の貫通流路の構成を示す断面図
【図３】この種の固体高分子型燃料電池の基本構成を模式的に示す側面図
【図４】従来の固体高分子型燃料電池に用いられている絶縁板と単セルとの間の流体の貫通流路の構成を示す断面図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ    絶縁板
２Ａ，２Ｂ    集電板
３Ａ，３Ｂ    単セル
４Ａ，４Ｂ    シール材
６    締付け板
７    締付けボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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