(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板および前記燃料電極側集電板に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被膜が施されたシャフトを挿嵌すると共に、前記酸化剤電極側集電板と一方のシャフトとを電気的に接続し、前記燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続して、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、主表面に２つの貫通孔を有する電気絶縁体を介して、前記積層体を少なくとも２つ連結し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板、前記燃料電極側集電板および前記電気絶縁体に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被膜が施されたシャフトを挿嵌すると共に、全ての積層体の酸化剤電極側集電板とシャフトの１本を電気的に接続し、全ての積層体の燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続し、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板と相応するシャフトとの電気的な接続は、溶接による接続であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板と相応するシャフトとの電気的な接続は、シャフトの抜き差しが可能な摺動接触による接続であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
シャフトの端部は、当該端部に螺合する着脱自在なナットを介して電流ケーブルと着脱自在に構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の燃料電池。
【請求項６】
酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板は、積層体の両端側に配設された押え板を兼用したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の燃料電池。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の燃料電池を、シャフトの軸が横並びとなる方向に並べ、隣り合う燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続したことを特徴とする電源。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が異極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする電源。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が同極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池に関するもので、燃料電池の構成や集電方法、更にはその燃料電池を用いた電源に関するものである。
以下、本発明は固体高分子型燃料電池を例として説明するが、メタノール直接型燃料電池やリン酸燃料電池等他の燃料電池にも適用することができる。又、本発明の燃料電池の構成及び集電方法は、電気自動車用燃料電池の他に、可搬型燃料電池、家庭用や小型ビル用の燃料電池等に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は周知のように、電解質を介して一対の電極を有し、この電極の一方に燃料を、他方の電極に酸化剤を供給し、燃料と酸化剤を電池内で電気化学的に反応させることにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。
燃料電池には電解質によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。例えば燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極に酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すときに下記化学反応式（１）及び（２）で示されるような反応が生じる。
燃料電極反応：Ｈ２  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-                          （１）
酸化剤電極反応：２Ｈ+  ＋  ２ｅ-    ＋  （１／２）Ｏ２→  Ｈ２Ｏ    （２）
この反応が生じるとき、燃料電極上で水素はプロトンとなり、水を伴って電解質体中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素と反応して水を生じる。従って、前記のような燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。
【０００３】
電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持した単セルと表裏に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、冷却水流路の何れかが設けられたセパレータとを交互に積層して燃料電池積層体（以下、積層体ともいう）が構成される。燃料電池積層体は、燃料ガスと酸化剤ガスのガスシール性を確保し、単セルとセパレータとの接触電気抵抗を極力下げるために、一定の面圧をかける構造が用いられる。
通常、押え板にシャフトを通し、コイルバネや円盤状の板バネを用いてナットで締めて面圧が保たれる。シャフトは積層体の外周部に通されるのが一般的であったが、近年は、単セルやセパレータの主表面に貫通孔を設けてシャフトを通す方式が用いられている。この方式は、単セルやセパレータのガスシール構造が複雑になる反面、コンパクト化が容易になるので、電気自動車用燃料電池、可搬型燃料電池、家庭用や小型ビル用燃料電池等コンパクト化を求められる用途に適している。
【０００４】
単セルやセパレータの主表面に貫通孔を設けてシャフトを通す方式の積層体としては、本願出願人が平成１１年３月１６日に出願した特願平１１−６９５９０号がある。図１８は、この特願平１１−６９５９０号に記載されているような燃料電池積層体であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図１８において、１は燃料電池積層体、６は電気絶縁被覆、７は円盤状の板バネ、８は押え板、５１はシャフト、５２は燃料電極側電流端子、５３は酸化剤電極側電流端子、５４は燃料電極側集電板、５５は酸化剤電極側集電板である。
上記のシャフト５１は、積層体の両端側に配された押え板８を介して積層体に面圧を掛けるため、当該積層体に貫通させた軸である。
【０００５】
従来の積層体では、上記のシャフト５１は、燃料電極や酸化剤電極とは電気的に絶縁されており、積層体１の積層方向両端側に配置された燃料電極側及び酸化剤電極側の集電板５４、５５から、当該集電板５４、５５の積層面方向即ち積層体１の積層方向と直交する当該積層体１の側面方向(以下、外周部若しくは側面側ともいう)に突き出された電流端子５２、５３に電流線を接続して、外部負荷に接続していた。
しかし、積層体１の外周部は、断熱や電気絶縁のために断熱材を巻いたりアクリル等のプラスチック板でふさがれることが多く、又、複数の積層体１を並べられることも多いので、外周部側即ち横に張り出された電流端子５２、５３との電気接続はコンパクト化の支障になっていた。
又、燃料電池積層体には電圧が低い割に大きな電流が流れるので、電流ケーブル(非図示)は太いものを使用せざるを得ず、結線のための電流ケーブルの長さをできるだけ短くする必要があるが、酸化剤電極側と燃料電極側とで電流端子の位置が離れていると、複数の積層体１をこの電流ケーブルで結線する場合に、配線が複雑になると共に、長い電流ケーブルを必要とするため、コンパクト化に支障があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の積層体では、電流端子が互いに離れた位置にあり、しかも、積層体の外周部に突き出して電気配線を行う必要がある上、長い電流ケーブルが必要になる等、燃料電池や燃料電池を用いた電源のコンパクト化に大きな支障があった。
本発明は、このような課題を解消するためなされたものであり、燃料電池の外周部（側面側）をコンパクトにすると共に、電気配線が簡単にでき、長い電流ケーブルを不要とする燃料電池とその燃料電池を用いた電源の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料電池は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板および前記燃料電極側集電板に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被覆が施されたシャフトを挿嵌すると共に、前記酸化剤電極側集電板と一方のシャフトとを電気的に接続し、前記燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続して、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る燃料電池は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、主表面に２つの貫通孔を有する電気絶縁体を介して、前記積層体を少なくとも２つ連結し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板、前記燃料電極側集電板および前記電気絶縁体に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被覆が施されたシャフトを挿嵌すると共に、全ての積層体の酸化剤電極側集電板とシャフトの１本とを電気的に接続し、全ての積層体の燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続し、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が横並びとなる方向に並べ、隣り合う燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続したことを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が異極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が同極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態を示す図１乃至図１２に基づいて説明する。尚、図１８において説明した従来と同一若しくは相当部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
実施の形態１は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持し主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路とを備え主表面に少なくとも２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、前記２つの貫通孔に、それぞれ導電体としてのシャフトを挿嵌すると共に、前記酸化剤電極側集電板と一方のシャフトとを電気的に接続し、前記燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続して、前記２本のシャフトの端部を電流端子として用いた構成の燃料電池である。
【００１４】
以下、この実施の形態１を図１、図２に基づいて説明する。図１は、燃料電池の積層体を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図、図２は、前記のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有するセパレータ１２の平面図である。
図１において、２は酸化剤電極側のシャフト、３は燃料電極側のシャフト、４は酸化剤電極側集電板、５は燃料電極側集電板、６は電気絶縁被覆、７は円盤状の板バネ、８は押え板、９は締め付けナット、１０は電気絶縁板、１１は単セル、１２はセパレータ、１３は酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側のシャフトとの接合部、１４は燃料電極側集電板と燃料電極側のシャフトとの接合部、１５は酸化剤電極側電流端子、１６は燃料電極側電流端子である。尚、図１において、単セル１１とセパレータ１２については部分的に模式的に示しているが、積層体の全域にわたって積層されている。
【００１５】
単セル１１は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に少なくとも２本のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有している。
セパレータ１２は、燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路等を備え、主表面に前記のシャフト２、３、を通すための２つの貫通孔を有している。
酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５の各主表面も、前記の２本のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有する。
更に、押え板８にも２つの貫通孔があって、これに前記のシャフト２、３が挿嵌され、円盤状の板バネ７によって積層体全体が積層方向に締め付けられる構造になっている。
【００１６】
前記の酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２とは、接合部１３において電気的に接続されており、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３も接合部１４において電気的に接続されている。
図示の実施の形態１では、前記２本のシャフト２、３の両端部が積層体１の積層方向の両端側に配設されているため、積層体１の両端側のどちらの端面側からでも、それぞれ酸化剤電極側電流端子１５、燃料電極側電流端子１６として用いることができる。（以下、積層体１の積層方向の両側の端面を両端という。）
勿論、これに限らず、積層体１の一方端側にだけ酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを設けてもよいし、積層体１の一方端側に酸化剤電極側電流端子１５を、他方端側に燃料電極側電流端子１６を設けてもよい。
【００１７】
押え板８、８は、前記のシャフト２、３に支持されて積層体１を積層方向に押圧するため、当該積層体１の両端側に配置されており、これ等の押え板８、８には、絶縁被膜としての電気絶縁フィルムが張られている。又、酸化剤電極側集電板４或いは燃料電極側集電板５とも短絡しないようになっている。
又、前記のシャフト２、３も同様に絶縁被膜としての電気絶縁フィルム６によって被覆されており、従って、単セル１１やセパレータ１２と電気的に絶縁されている。
このように実施の形態１によれば、集電はシャフト２、３の両端部を用いて行うことができ、従来のように、集電板の一部が積層体１の外周部（側面側）に突き出されて形成された電流端子から取り出す必要がなくなる。
【００１８】
図２に示すセパレータの平面図において、２４は酸化剤供給口、２５は酸化剤排出口、２６は燃料供給口、２７は燃料排出口、２８は冷却水供給口、２９は冷却水排出口、４３は燃料流路、４５は燃料電極側のシャフト孔、４６は酸化剤電極側のシャフト孔である。
酸化剤電極側のシャフト孔４６は燃料ガスの中間マニホールドとしても用いられる構造になっている。又、前記のようなセパレータ１２の構造については、従来のものをそのまま用いることができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２を図３に基づいて説明する。図３は前記実施の形態１における接合部１３の構成例を示すもので、（Ａ）は例えば酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３を拡大して示した横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３についても同様の構造になる。
図３において、酸化剤電極側集電板４とこの酸化剤電極側集電板４を貫通する酸化剤電極側のシャフト２とは、その貫通部位の接合部１３において、溶接によって電気的に接続された構成となっている。この場合の溶接部１７は酸化剤電極側集電板４の表裏においてシャフト２に溶接されている。尚、１８はゴムパッキンである。
酸化剤電極側及び燃料電極側の集電板４、５やシャフト２、３等はステンレスや銅等の金属で構成されているので、一般的な溶接手段を用いて容易に接続させることができる。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態３を図４に基づいて説明する。図４は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例を示すもので、酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３を拡大して示した断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３との接合部１４についても同様の構造になる。
図４において、酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３は、電気接面摺動部１９を介して、シャフト２の抜き差しが可能な摺動接触する構成とされている。図示の電気接面摺動部１９はシャフト２が抜き差し可能な筒状形態のもので、酸化剤電極側集電板４の貫通孔に挿入固定されている。
【００２１】
図中の２０は、電気接面摺動部１９を酸化剤電極側集電板４に固定させる固定部である。この固定部２０は、酸化剤電極側集電板４の表裏をドーナツ状に巻いて電気接面摺動部１９を固定することで、酸化剤電極側集電板４と電気接面摺動部１９との電気接続を確実に行うように構成されている。
又、電気接面摺動部１９はシャフト２に筒状に密着するので、電気的な接続が確実に行なわれる。
この実施の形態３によれば、前記実施の形態２の溶接と異なり、電気接面摺動部１９を用いることで、シャフト２の摺動、即ち移動が可能となるので、シャフト２を後で挿入する等積層体１の組立工程に選択の余地が増え、より組立作業が容易となる。
【００２２】
実施の形態４．
実施の形態４を図５に基づいて説明する。図５は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例を示すもので、酸化剤電極側のシャフト２の端部側即ち酸化剤電極側の電流端子部を拡大して示した断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３との接合部１４についても同様の構造になる。
図５において、８は押え板、１０は電気絶縁板、７は押え板８を付勢する板バネ、２１はワッシャー、２２は電流ケーブル、２３は電流端子取り付けナット、３０はネジ部分である。
このシャフト２の端子部は、当該端子部に螺合する着脱自在な２つのナット９、２３を介して、電流ケーブル２２と着脱自在に構成されている。
従って、電流ケーブル２２は、シャフト２の端部に形成されたネジ部分において、一般のワッシャー２１やナット９、２３を用いて、端子部に簡単に取り付け、取り外しができる。
【００２３】
実施の形態５．
実施の形態５を図６に基づいて説明する。図６は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例の積層体を示すもので、（Ａ）はその横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
この実施の形態５に示す接合部は、前記実施の形態１でいう酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５とこれに相応するシャフト２、３との接合ではなく、積層体１の両端側に配設された押え板８、８を、前記実施の形態１の酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５として兼用させ、これ等の集電板としての機能を果たす押え板８、８とシャフト２、３とを接合させた構成としたものである。
従って、図６の（Ｂ）に示すように、前記実施の形態１における酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５は存在しない。尚、押え板８、８をその外側から付勢する円盤状の板バネ７、７には電気絶縁フィルムが貼られており、更に、ポリカーボネートからなる分厚い絶縁板１７，１７を挿入することで、集電板代わりに用いられている押え板８、８との電気絶縁を確実なものとしている。尚、押え板８とシャフト２との電気接続は、図５に示すようなワッシャー２１やナット９、２３等を用いるだけで容易に接続することができる。
このように、この実施の形態５によれば、集電板４、５を省くことができると共に、シャフト２、３と集電板としての押え板８、８との電気接続を容易に構成することができる。
【００２４】
次に、実施の形態６乃至９において、上記実施の形態１乃至５の何れかに記載の燃料電池を複数用いた電源の構成例を示す。
【００２５】
実施の形態６．
実施の形態６は、前記実施の形態１の燃料電池を横手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図７に基づいて説明する。図７の（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図において、４つの燃料電池は、各燃料電池のシャフト２、３の軸が、横並びとなる方向に並べられ、隣り合う燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とが連結子、この例では横手方向に延在するよう形成された横手方向の連結子３２を介して接続されている。そして、横方向両端側に位置する酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とには電流ケーブル２２がそれぞれ接続されている。
この実施の形態６によれば、横手方向の連結子３２を用いることで、４つの燃料電池３１を横並びにコンパクトに構成することができる。
又、横手方向の連結子３２は燃料電池３１の両側に取付けることができるので、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。尚、この実施の形態６では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２６】
実施の形態７．
実施の形態７は、前記実施の形態１の燃料電池を長手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図８に基づいて説明する。図８は断面図である。
図において、４つの燃料電池３１は、各燃料電池３１のシャフト２、３の軸が縦並びとなる方向に並べられ、前後の燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６の極性が異極となるように並べ、前後の燃料電池３１、３１の所要、即ち、直列接続となる酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを連結子、この例では長手方向の連結子３３、３３、３３を介して接続している。
この実施の形態７によれば、長手方向の連結子３３を用いることで、複数の燃料電池３１を縦並びにコンパクトに構成することができる。
又、長手方向の連結子３３により、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。
尚、図中の３４は絶縁キャップであり、接続されない酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６に装着されて、燃料電池３１間の短絡が防止されている。
又、この実施の形態７では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２７】
実施の形態８．
実施の形態８は、前記実施の形態１の燃料電池を長手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図９に基づいて説明する。図９は断面図である。
図において、４つの燃料電池３１は、各燃料電池３１のシャフト２、３の軸が縦並びとなる方向に並べられ、前後の燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６の極性が同極となるように並べ、前後の燃料電池３１、３１の所要、即ち、直列接続となる酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを連結子、この例では斜め方向の連結子３５、３５、３５を介して接続している。
【００２８】
この実施の形態８によれば、斜め方向の連結子３５を用いることで、複数の燃料電池３１を縦並びにコンパクトに構成することができる。
又、斜め方向の連結子３５により、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。
更に、上記実施の形態７と異なり、燃料電池３１の左右の極性が異なるように交互に組み込む必要が無く、左右の極性を同じ状態にしたまま単純に組み込むことができるので、その作業が容易となる。
尚、図中の符号３４は絶縁キャップであり、接続されない酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６に装着されて、燃料電池３１間の短絡が防止されている。又、この実施の形態７では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態９．
実施の形態９は、前記実施の形態１の燃料電池を縦横に複数個ずつ、例えば田の字に４つ並べ、前記実施の形態７の横並び構成と実施の形態８の縦並び構成とを組み合わせて、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図１０に基づいて説明する。図１０の（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図において、３１は実施の形態１の燃料電池、３２は燃料電池間の横手方向の連結子、３３は燃料電池間の長手方向の連結子、３４は絶縁キャップである。
図において、シャフト２、３の軸が横並びとなる横方向に複数の燃料電池３１、３１を並べ、隣り合う燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを横手方向の連結子３２を介して接続する。
こうして接続し、組み合わされた横組み燃料電池、この例では横並びの２つの燃料電池３１、３１の横組みを一組として、２つの横組みをシャフト２、３の軸方向に縦に２段に並べ、段の前後の横組み燃料電池３１、３１、即ち、前後２組の横組み燃料電池３１、３１の所要の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを縦方向の連結子３３、３３を介して接続させている。
このように、４つ以上の燃料電池３１を縦横に配置し、所要の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを横手方向の連結子３２或いは長手方向の連結子３３等で組み合わせることでコンパクトな電源を構成することができる。
尚、実施の形態６乃至９における連結子３２、３３、３５は何れも金属、例えば銅板或いは銅線等で形成されており、電流ケーブル等と結線される連結子３２、３３、３５の端部を除いて絶縁被覆（非図示）が施されている。
【００３０】
実施の形態１０．
実施の形態１０は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持し、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で前記積層体を挟んで燃料電池ブロックとしての積層体を構成し、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する電気絶縁体を介して、前記燃料電池ブロックとしての積層体を少なくとも２つ連結し、前記２つの貫通孔にそれぞれシャフトを挿嵌すると共に、全ての燃料電池ブロックとしての積層体の酸化剤電極側集電板とシャフトの１本とを電気的に接続し、全ての燃料電池ブロックとしての積層体の燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続し、前記２本のシャフトの端部を電流端子として用いる構成としたものである。
この実施の形態１０を図１１、図１２に基づいて説明する。図１１は燃料電池ブロックとしての積層体を２つ連結した例を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図であり、図１２はこの燃料電池ブロックを３つ連結した例を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【００３１】
図１１、図１２において、図中の符号３６は単セル１１とセパレータ１２とが交互に積層された燃料電池ブロック３６としての積層体であり、この燃料電池ブロック３６の両端側の一方には酸化剤電極側ブロック集電板４、３８が、他方には燃料電極側ブロック集電板５、３７が配設されている。
このように構成された燃料ブロック３６を、図１１では２つ、図１２では３つ、電気絶縁板３９を挟んで積層方向に積み上げ、積み上げた状態において積層方向両端に押え板を８、８を当てて、積層方向に２本のシャフト２、３を貫通させている。
従って、各々の燃料電池ブロック３６相互は両者間に介在する電気絶縁板３９によって区切られており、互いに電気絶縁されている。
この電気絶縁板３９は例えばポリカーボネートで形成されており、この電気絶縁板３９を始め、単セル１１、セパレータ１２、酸化剤電極側ブロック集電板４、３８、燃料電極側ブロック集電板５、３７、押え板８、８には、予めシャフト２、３を通すための２つの穴が設けられている。
【００３２】
酸化剤電極側のシャフト２には、各燃料電池ブロック３６の酸化剤電極側集電板４、３８が、同様に、燃料電極側のシャフト３には、各燃料電池ブロック３６の燃料電極側集電板５、３７が電気的に接続されている。
従って、各々の燃料電池ブロック３６は、ガス的に並列に接続され、電気的にも並列に接続されており、実施の形態１の燃料電池に比べると、同じセル数でも、積層体としての出力は、図１１の場合では、電圧が２分の１、電流は２倍、図１２の場合では、電圧が３分の１、電流は３倍になる。
【００３３】
従って、この実施の形態１０によれば、燃料電池ブロック３６の数を適宜変化させることによって、外部の電流ケーブルとの取り合いを変化させることなく、電流と電圧を変化させることができる。
又、電流や電圧の要求スペックが異なる場合でも、同じ形状の単セルやセパレータを用いて燃料電池を構成することができるので、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００３４】
上記実施の形態１乃至実施の形態１０においては、貫通孔に通す導電体としてシャフトを用いたが、本発明は、これに限らず、導電体としては線状部材、例えばケーブル等であってもよい。
又、この導電体は、積層板を押圧する機能を必ずしも備えている必要はなく、この場合には、別途に、積層板を押圧する適当な装置を備えることになろう。
又、シャフトを通す穴が２つの場合を示したが、３つ以上ある場合でも同様の効果が得られる。
又、前記実施の形態１０においても、実施の形態２乃至５で示したシャフトと集電板或いは集電板を兼ねる押え板との接合構成を適用することができる。
【００３５】
実施の形態１１．
実施の形態１１は、内側に単セルとセパレータとが交互に積層され、積層された一方端側に酸化剤電極側集電板、他方端側に燃料電極側集電板を有する積層体を備えた燃料電池の前記酸化剤電極側集電板と燃料電極側集電板とに、それぞれ導電体を接続し、それぞれの集電板から最寄りの積層体端面に延在させ、当該両導電体の延在端部をそれぞれ電流端子として構成された燃料電池である。これを図１３に基づいて説明する。図１３の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００３６】
図１３の（Ａ）、（Ｂ）において、図中の符号１は積層体であり、上記実施の形態１乃至１０の積層体１と同様である。即ち、積層体１は、内側に単セル１１とセパレータ１２とが交互に積層されており（図１に示す）、この単セル１１とセパレータ１２とが積層された構成部の、積層方向両端側のうちの一方端側に酸化剤電極側集電板４が、他方端側に燃料電極側集電板５を有する構成となっている。
【００３７】
積層体１の両端側に配置された酸化剤電極側集電板４と燃料電極側集電板５との、更に両外側には、それぞれ電気絶縁板１０で覆われており、この電気絶縁板１０を介して、抑え板８や板ばね７の順に接圧構成部材が、積層体１を積層方向に貫通したシャフト６２，６３に関連して構成されている。
即ち、上記実施の形態１において説明したように、このシャフト６２（２），６３（３）の両端側からねじ込まれたナット９，９によって、積層体１が積層方向の面圧を受けている。
【００３８】
図中の符号７４は一端が酸化剤電極側集電板４に接続された導電体であり、この導電体７４の他端即ち延在端部は、当該酸化剤電極側集電板４に当接された電気絶縁板１０を貫通して積層方向の外側に延在させると共に、燃料電極側集電板５にも同様にして導電体７５が配設され、これらの導電体７４，７５のそれぞれの延長端部が電流端子とされている。
【００３９】
上記実施の形態１１によれば、各集電板４，５から、それぞれ最寄りの積層体端面の外側、即ち積層方向の両端面側にそれぞれ導電体７４，７５が引出され、引出された導電体７４，７５の延在端部がそれぞれ電流端子として構成されているので、一方端側の電流端子にプラスの電流ケーブルを、他方端側の電流端子にマイナスの電流ケーブルが接続されることになる。
【００４０】
従って、従来のように、積層方向の外周部即ち側面側で電流ケーブルと接続する場合に比べて、側面側のスペースを接続に使用しないため、燃料電池の側面側をコンパクトに構成することができる。
又、複数個の燃料電池を直列に接続する場合には、同一端面側に両極の電流端子が併存するよりも、両端側にそれれぞれ一方の電流端子が在る方が、却って、一方の燃料電池のプラス側と他方の燃料電池のマイナス側とを近距離で接続できるという利点がある。
【００４１】
実施の形態１２．
実施の形態１２は、上記実施の形態１１のように、燃料電極側及び酸化剤電極側の集電板４，５にそれぞれ接続した導電体７４、７５の延長端部を積層体１の積層方向の外側に引出して電流端子とするものであるが、上記実施の形態１１と異なる点は、何れか一方の導電体の延在端部を、積層方向の内側方向即ち積層体１の内部を貫いて他方端側の外側に引出して、他方の導電体の延在端部が引出されている同じ積層体端面に両電極の電流端子を併存させる構成としたものである。これを図１４に基づいて説明する。図１４の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００４２】
図１４の（Ａ）、（Ｂ）において、図示の例では、積層体１の一方端側に位置する一方の集電板としての例えば燃料電極側集電板５に接続された導電体７５の延在端部を、積層体１の単セルとセパレータとが交互に積層された積層体１の内部側から積層体１の他方端側の酸化剤電極側集電板４及び電気絶縁板１０を貫いて、当該他方端側の外側に引出している。尚、その他の構成は上記実施の形態１１と同様である。
【００４３】
上記実施の形態１２によれば、積層体の何れか一方端側の端面に、両極の電流端子を並んで併存させることができるので、燃料電池への電流ケーブルの接続作業を同一面に対して行うことができ、接続作業が容易になると共に、従来のように、離れた反対側の主表面に位置している電流端子へ電流ケーブルを引き回す必要がなくなるので、短い電流ケーブルで所要の接続を行うことができる。
【００４４】
実施の形態１３．
実施の形態１３は、積層体１を貫通するシャフトを備えた上記実施の形態１１の燃料電池において、積層体１の両端側にそれぞれ引出された導電体のうち、何れか一方端側の導電体の延在端部を、当該一方端側に突出させた最寄りのシャフトの端部に接続し、接続された当該シャフトの他方端を、当該導電体が接続された集電板の電流端子として構成したものである。これを図１７に基づいて説明する。図１７の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は底面図である。
【００４５】
図１７の（Ａ）、（Ｂ）において、上記実施の形態１１の場合と同様に、酸化剤電極側集電板４と燃料電極側集電板５とにそれぞれに接続された酸化剤電極側導電体７４と燃料電極側導電体７５とを、それぞれ最寄りの積層体１の端面にそれぞれ延在させる。
こうして延在させた両導電体７４，７５の何れか一方の延在端部、この実施の形態では、燃料電極側導電体７５の延在端部を、当該端面側において、最寄りの１本のシャフト６２の端部に接続して、当該シャフト６２（６３）の他方の端部を燃料電極側電流端子７５０としてある。図中の符号６６は燃料電極側導電体７５の延在端部とシャフト６２の端部とに架け渡された電気的接続手段としての接続板である。
【００４６】
上記実施の形態１３によれば、積層体１の両端面の内何れか一方の同一端面側に両極の電流端子７４，７５０を併存させることができるので、上記実施の形態１２と同様の作用効果を発揮させることができる。
又、この実施の形態１３では、上記実施の形態１２のように導電体７４，７５の一方をわざわざ積層体１の内部に貫通させる必要はなく、既存のシャフト６２を導電体として利用しているので、上記実施の形態１２の燃料電池に比べて、構造が簡易となり、製造コストを低減させることができる。
【００４７】
上記実施の形態１１乃至１３における導電体７４，７５は、文字通り、導電体であれば如何なる形態の部材を用いてもよいが、上記実施の形態１１乃至１３では、図示のような丸棒状で、剛性を備えた棒状部材(以下、集電棒ともいう)を用いている。
以下、この集電棒７４，７５を実施の形態１２を示す図１５及び図１６に基づいて説明する。図１５は酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側導電体を示す図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図、図１６は燃料電極側集電板と燃料電極側導電体を示す図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００４８】
図１５及び図１６において、導電体としての集電棒７４，７５は何れも集電板４，５の板面に対して直交するよう垂直に、即ち積層方向に向けて接続されている。この集電棒７４，７５は、集電板４，５と同様に、ステンレスや銅等の金属で構成されており一般的な溶接手段を用いて接続される。
この形態に示す集電棒７４，７５は、その端部にネジが形成されており、ナット９やばねワッシャー等を用いて、電流ケーブル(非図示)と容易に接続できるように構成している。
【００４９】
このように、導電体として集電棒を用いて上記実施の形態１２のように、一方の集電棒(導電体７５)を積層体１の積層方向に向けて垂直に貫通させた構成とすると、積層体１を構成する単セル１１やセパレータ１２等の組み立ての際には、位置合わせするためのガイド棒として活用することができると共に、組み立て後には、単セル１１やセパレータ１２の位置ずれを防止する機能を発揮させることができる。
【００５０】
又、上記実施の形態１１乃至１３の燃料電池を用いて電源を構成すると、各燃料電池自体の側面がコンパク化されるので、小スペースに効率よく収めることができ、しかも、配線（電流ケーブル）の全長を短くできるので、容積の小さいコンパクトな電源を提供することができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、電流端子が積層体の外周部（側面側）に突き出ること無く、積層方向の端面側において近接した位置に配設されるので、電気配線が簡単になり、長い電流ケーブルが不要になる。
又、従来では積層体を面圧する為だけに用いられていたシャフトを電流端子として用いているので、構成部品点数が少なくて済み、製造コストが低く、コンパクトな燃料電池及びその燃料電池を用いた電源を提供することができる。
【００５２】
また、積層体の数を変化させるだけで、外部の電流ケーブルの取り合いを変化させること無く、電流と電圧とを変化させることができる。従って、電流や電圧の要求スペックが異なる場合でも、同じ形状の単セルやセパレータを用いて燃料電池積層体を構成することができ、低コストの電源を提供することができる。
【００５３】
また、溶接されているので、電気的接続が確実となる。
【００５４】
また、組立て作業或いは交換作業において、シャフトを容易に取付けたり取り外したりすることができる。
【００５５】
また、電流ケーブルとの接続或いは取外しを容易に行うことができる。
【００５６】
また、従来積層体の押圧用としてのみ用いられていた押え板を集電板として兼用したるので、構成部品点数が削減され、組立てが容易となり、製造コストを低減することができる。
【００５７】
また、比較的短い連結子や電流ケーブルを用いるだけで、燃料電池間の配線を行うことができ、しかも、全体の形状も自由に選択することができるので、限られた収納空間に燃料電池を効率的に収納でき、コンパクトな電源を提供することができる。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】  セパレータの平面図である。
【図３】  実施の形態２の接合部を示す図で、（Ａ）は拡大して示した横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図４】  実施の形態３の接合部を拡大して示した断面図である。
【図５】  実施の形態４の接合部を拡大して示した断面図である。
【図６】  実施の形態５の接合部を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図７】  実施の形態６の燃料電池の配置の構成例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図８】  実施の形態７を示す燃料電池の配置の構成例を示す断面図である。
【図９】  実施の形態８を示す燃料電池の配置の構成例を示す断面図である。
【図１０】  実施の形態９の燃料電池の配置の構成例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１１】  実施の形態１０の燃料電池ブロックを２つ連結した例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１２】  実施の形態１０の燃料電池ブロックを３つ連結した例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１３】  実施の形態１１の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１４】  実施の形態１２の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１５】  実施の形態１２の酸化剤電極側集電棒を示す図で、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１６】  実施の形態１２の燃料電極側集電棒を示す図で、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１７】  実施の形態１３の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１８】  従来の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【符号の説明】
１  積層体、２  酸化剤電極側のシャフト、３  燃料電極側のシャフト、４  酸化剤電極側集電板(集電板)、５  燃料電極側集電板(集電板)、７  板バネ、８  押さ板、９  ナット、１０  電気絶縁板、１１  単セル、１２  セパレータ、１３  接合部（酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側のシャフト）、１４  接合部（燃料電極側集電板と燃料電極側のシャフト）、１５  酸化剤電極側電流端子（電流端子）、１６  燃料電極側電流端子（電流端子）、１７  溶接部、１９  電気接面摺動部分、２１  ワッシャー、２２  電流ケーブル、２３  ナット、３０  ネジ部分、３１  燃料電池、３２  横手方向の連結子、３３  長手方向の連結子、３４  絶縁キャップ、３５  斜め方向の接続子、３６  積層体（燃料電池ブロック）、３７  酸化剤電極側ブロック集電板、３８  燃料電極側ブロック集電板、３９  電気絶縁板、６２，６３  シャフト、６６  接続板(電気的接続部材)７４  酸化剤電極側導電体(導電体)、７５  燃料電極側導電体(導電体)、７５０  燃料電極側電流端子。
【図１】
0004781516.tif 000002
【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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