(57)【要約】【課題】簡単な構成で、単セル内の位置決め及び単セル間の位置決めが容易且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ことを可能にする。【解決手段】単セル１２は、電解質膜・電極構造体２２と、第１及び第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、単セル１２内の位置決めを行う位置決め構造５９が構成される。第２セパレータ２６には、互いに隣り合う２つの辺７６ａ、７６ｂに位置決め基準部７８が設けられ、前記位置決め基準部７８は、各単セル１２同士を位置決めする。【選択図】図２
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【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、それぞれ１以上のプレートからなる一対のセパレータで挟持する単セルを備え、前記単セルを複数積層する燃料電池スタックであって、
各単セルを構成する前記電解質・電極構造体及び前記一対のセパレータを互いに位置決めするための位置決め構造と、
各単セルの構成部品の中、１つの前記プレートのみの外周部に設けられ、前記単セル同士を位置決めするための位置決め基準部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記プレートは、金属プレートで構成されるとともに、
前記位置決め基準部は、前記プレートの互いに隣り合う２つの辺に設けられる突起部を備え、前記突起部は位置決め終了後に樹脂シール部材で被覆されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
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、それぞれ１以上のプレートからなる一対のセパレータで挟持する単セルを備え、前記単セルを複数積層する燃料電池スタックの製造方法であって、
各単セルを構成する前記電解質・電極構造体及び前記一対のセパレータを互いに位置決めする工程と、
各単セルの構成部品の中、１つの前記プレートのみの外周部に設けられる位置決め基準部を介し、前記単セル同士を位置決めする工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法において、前記プレートは、金属プレートで構成されるとともに、前記位置決め基準部は、前記プレートの互いに隣り合う２つの辺に設けられる突起部を備えており、
前記単セル同士を位置決めした後、前記突起部を樹脂シール部材で被覆することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【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、それぞれ１以上のプレートからなる一対のセパレータで挟持する単セルを備え、前記単セルを複数積層する燃料電池スタック及びその製造方法に関する。
【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及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セルとして構成されている。
【０００３】
この単セルにおいて、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、電子及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〜数百の単セルを積層してスタックを構成している。その際、各単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９に示すように、燃料電池１は、単セル２と、この単セル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に止め輪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（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】
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、単セル内の位置決め及び単セル同士の位置決めが容易且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スタック及びその製造方法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】
【００１２】
本発明では、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、それぞれ１以上のプレートからなる一対のセパレータで挟持する単セルを備え、前記単セルを複数積層している。そして、各単セルを構成する電解質・電極構造体及び一対のセパレータは、位置決め構造を介して互いに位置決めされるとともに、各単セルの構成部品の中、１つのプレートのみの外周部に設けられる位置決め基準部を介して、前記単セル同士が位置決めされる。
【００１３】
また、プレートは、金属プレートで構成されるとともに、位置決め基準部は、前記プレートの互いに隣り合う２つの辺に設けられる突起部を備え、前記突起部は位置決め終了後に樹脂シール部材で被覆されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、位置決め構造により単セル内の構成部品である電解質・電極構造体及びセパレータの相対的に位置決めがなされるため、前記単セル毎にユニット化することができる。次いで、各単セルの１つのプレートのみに設けられる位置決め基準部を介して各単セル同士が位置決めされため、簡単且つ迅速な作業で、多数の単セル同士を正確に積層することが可能になる。
【００１５】
しかも、各単セルは、１つのプレートのみに位置決め基準部を設けるだけでよい。従って、構成が有効に簡素化されるとともに、単セルの製造コストの削減が容易に図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略構成説明図である。
【００１７】
燃料電池スタック１０は、複数の単セル１２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及びエンドプレート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。
【００１８】
図２に示すように、単セル１２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及び第２セパレータ２４、２６とを備える。第１及び第２セパレータ２４、２６は、例えば、それぞれ１枚の金属プレートで形成しているが、カーボンプレート等で形成してもよい。
【００１９】
単セル１２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、及び燃料ガス、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。
【００２０】
単セル１２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、及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。
【００２１】
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の両面に設けられるアノード側電極３８及びカソード側電極４０とを備える。
【００２２】
アノード側電極３８及びカソード側電極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、固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００２３】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面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と第２セパレータ２６の面２６ｂとの間には、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。
【００２４】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面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。
【００２５】
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、及び、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。
【００２６】
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、及び、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。
【００２７】
図３及び図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５８が装着される。第１及び第２絶縁性ブッシュ５６、５８は、第１及び第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おり、位置決め構造５９を構成している。
【００２８】
第１及び第２絶縁性ブッシュ５６、５８は、絶縁性、射出成形性及び硬度に優れる、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＬＣＰ（液晶ポリマ）等により形成される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
電解質膜・電極構造体２２には、第１及び第２位置決め用孔部５２、５４に対応する位置に第１及び第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。
【００３２】
各単セル１２の構成部品の中、１つのプレートである第２セパレータ２６には、図２及び図５に示すように、互いに隣り合う２つの辺７６ａ、７６ｂに位置決め基準部７８が設けられる。この位置決め基準部７８は、長辺である辺７６ａに所定間隔離間して形成される２つの突起部８０ａ、８０ｂと、短辺である辺７６ｂに形成される１つの突起部８０ｃとを設ける。辺７６ａは、少なくとも各単セル１２の位置決め時には、底辺を構成している。
【００３３】
第１セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１セパレータ２４の外周縁部を周回して樹脂製の第１シール部材８２が射出成形等により一体的に設けられる（図２参照）。第１シール部材８２は、面２４ａにおいて、燃料ガス供給連通孔３４ａ、燃料ガス排出連通孔３４ｂ及び燃料ガス流路４６を覆って燃料ガスの洩れ止めを行う一方、面２４ｂにおいて、冷却媒体供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び冷却媒体流路４８を覆って冷却媒体の洩れ止めを行う。
【００３４】
第２セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２セパレータ２６の外周縁部を周回して樹脂製の第２シール部材８４が射出成形等により一体的に設けられる（図２参照）。第２シール部材８４は、面２６ａにおいて、酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂ及び酸化剤ガス流路５０を覆って酸化剤ガスの洩れ止めを行う一方、面２６ｂにおいて、冷却媒体供給連通孔３２ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び冷却媒体流路４８を覆って冷却媒体の洩れ止めを行う。
【００３５】
第２セパレータ２６の突起部８０ａ〜８０ｃは、位置決め前に第２シール部材８４が設けられておらず、組立装置９０により各単セル１２の位置決めが終了した後に前記第２シール部材８４又は他のシール部材で被覆される。
【００３６】
図６及び図７に示すように、組立装置９０はフレーム部材９２を備える。フレーム部材９２は、矢印Ａ方向両端に配置される固定板９２ａ、９２ｂと、前記固定板９２ａ、９２ｂの四隅に配置されて矢印Ａ方向に延在する互いに平行な４本のガイドバー９４と、前記ガイドバー９４に支持されて前記固定板９２ａ、９２ｂ間に配置される中間固定板９２ｃとを備える。中間固定板９２ｃは、固定板９２ｂに近接している。
【００３７】
フレーム部材９２を構成する一方の固定板９２ａには、ブロック９６ａを介して一対の滑車部９８が取り付けられる。フレーム部材９２を構成する他方の固定板９２ｂの下部には、ブロック９６ｂを介して一対の調整ねじロッド部１００が高さ調整可能に設けられる。
【００３８】
滑車部９８は、ストッパ１０２に保持されて水平床面Ｆ上に配置される一方、調整ねじロッド部１００は、前記水平床面Ｆ上に配置される。フレーム部材９２は、通常、矢印Ａ１方向先端（固定板９２ａ側）を矢印Ａ２方向先端（固定板９２ｂ側）よりも下方に傾斜している。
【００３９】
フレーム部材９２は、少なくともユニット化された単セル１２を含む各積層部品を滑車部９８側から矢印Ａ２方向に積層して燃料電池スタック１０を得るための載置部１０４と、前記燃料電池スタック１０に矢印Ａ１方向に押圧力を付与するための加圧部１０６とを備える。
【００４０】
載置部１０４は、図６に示すように、積層部品、例えば、ユニット化された単セル１２の長辺である辺７６ａを底辺とする一方、前記辺７６ａに隣り合う短辺である辺７６ｂを側辺とし、前記辺７６ｂを下方に傾斜させて、前記辺７６ａ、７６ｂをそれぞれ位置決め支持する第１及び第２位置決め部１０８、１１０を備える。
【００４１】
図６及び図８に示すように、第１位置決め部１０８は、矢印Ａ方向に互いに平行し且つそれぞれの高さ（矢印Ｃ方向）が異なる下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂを設ける一方、第２位置決め部１１０は、矢印Ａ方向に延在する側部支持ロッド１１４を設ける。下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂ及び側部支持ロッド１１４は、固定板９２ａと中間固定板９２ｃとに両端が支持されている。下部支持ロッド１１２ａは、下部支持ロッド１１２ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、側部支持ロッド１１４側に近接する。
【００４２】
図６及び図７に示すように、加圧部１０６は、フレーム部材９２を構成する固定板９２ｂに固定されるシリンダ１１６を備える。シリンダ１１６から矢印Ａ１方向に突出するロッド１１８の先端には、押圧部１２０が連結されるとともに、この押圧部１２０が押圧プレート（中間加圧部）１２２に係合する。
【００４３】
押圧プレート１２２は、４本のガイドバー９４に支持されて矢印Ａ方向に進退自在である。押圧プレート１２２には、下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂ及び側部支持ロッド１１４を挿入するための孔部１２４が形成される。この押圧プレート１２２の長手方向（矢印Ｂ方向）両端には、作業者が把持可能な取手部１２６が設けられる。
【００４４】
図７に示すように、水平床面Ｆ上には、滑車部９８側に近接する位置に、フレーム部材９２の下部に係合して前記フレーム部材９２を矢印Ｇ方向に揺動させる昇降部１２８が配置される。昇降部１２８は、例えば、ジャッキ等で構成されており、燃料電池スタック１０の積層方向上流を上方に揺動させて前記燃料電池スタック１０を水平姿勢に配置可能である。なお、昇降部１２８は、手動操作あるいは自動操作可能である種々のアクチュエータを採用可能である。
【００４５】
次に、燃料電池スタック１０の製造方法について、以下に説明する。
【００４６】
先ず、単セル１２では、図２に示すように、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。
【００４７】
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。
【００４８】
そこで、第１及び第２セパレータ２４、２６の間には、電解質膜・電極構造体２２が配置される。さらに、第１及び第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及び第２セパレータ２４、２６の位置決めが行われる。
【００４９】
このように、本実施形態では、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及び第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及び第２セパレータ２４、２６の位置決めが行われる。
【００５０】
従って、簡単且つ迅速な作業で、第１及び第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る。しかも、各単セル１２を構成する電解質膜・電極構造体２２と第１及び第２セパレータ２４、２６とは、位置決め構造５９を介して互いに位置決めされるため、前記単セル１２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。
【００５１】
上記のように組み付けられた単セル１２は、例えば、図示しない固定具等によって一体的に固定された状態で、組立装置９０を介して複数積層されることにより、燃料電池スタック１０が組み立てられる。具体的には、先ず、組立装置９０を構成するフレーム部材９２は、滑車部９８と調整ねじロッド部１００とが水平床面Ｆ上に配置されることにより、水平方向に対し傾斜している（図７参照）。
【００５２】
そこで、フレーム部材９２の載置部１０４には、固定板９２ａ側からエンドプレート２０ａ、絶縁プレート１８ａ及びターミナルプレート１６ａが、順次、配置される。さらに、ターミナルプレート１６ａに積層して、単セル１２が載置部１０４に配置される。
【００５３】
この場合、本実施形態では、載置部１０４が第１及び第２位置決め部１０８、１１０を備えており、前記第１位置決め部１０８は、互いに高さが異なる下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂを設ける一方、第２位置決め部１１０は、側部支持ロッド１１４を設けている。このため、単セル１２は、辺７６ａを底辺として配置される際に、前記辺７６ａに形成された突起部８０ａ、８０ｂが下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂに載置されるとともに、該辺７６ａに隣り合う辺７６ｂに形成された突起部８０ｃが側部支持ロッド１１４に支持される（図８参照）。
【００５４】
ここで、下部支持ロッド１１２ａは、下部支持ロッド１１２ｂより所定の距離だけ下方に配置されるとともに、前記下部支持ロッド１１２ａが側部支持ロッド１１４に近接している。従って、単セル１２は、下部支持ロッド１１２ａ、１１２ｂの傾斜に沿って側部支持ロッド１１４側に移動し、辺７６ａ及び辺７６ｂは、第１及び第２位置決め部１０８、１１０を介して確実に位置決め支持される。
【００５５】
すなわち、各単セル１２は、立位姿勢で且つ辺７６ａ、７６ｂが交わる同一の角部を下方に傾斜させて、順次、積層される。これにより、各単セル１２を載置部１０４に、順次、積層するだけで、前記単セル１２同士が互いに正確且つ確実に位置決めされ、該単セル１２の積層作業が高精度且つ迅速に遂行されるという効果が得られる。
【００５６】
次いで、載置部１０４に所定数の単セル１２が積層された後、この載置部１０４には積層部品であるターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが積層される。そして、加圧部１０６を構成するシリンダ１１６が駆動され、ロッド１１８を介して押圧部１２０が矢印Ａ１方向に押し出される。これにより、押圧部１２０は押圧プレート１２２を矢印Ａ１方向に押圧し、載置部１０４に載置されている燃料電池スタック１０には、積層方向に沿って所定の押圧力が付与される。
【００５７】
さらに、燃料電池スタック１０は、図示しない締め付けロッド等を介して締め付けられ、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る。なお、締め付けロッドに代替して、燃料電池スタック１０全体をケーシング（図示せず）によって固定する構成を採用してもよい。
【００５８】
燃料電池スタック１０が組み立てられた後、昇降部１２８が駆動されてフレーム部材９２が矢印Ｇ方向に揺動される。これにより、燃料電池スタック１０は、水平姿勢に配置され、この燃料電池スタック１０をフレーム部材９２から容易に取り出すことができる。
【００５９】
上記のように、本実施形態では、位置決め構造５９により単セル１２内の構成部品である電解質膜・電極構造体２２と第１及び第２セパレータ２４、２６とが相対的に位置決めされて各単セル１２がユニット化される。次いで、各単セル１２が載置部１０４に配置されるだけで、位置決め基準部７８を介して前記各単セル１２同士が互いに正確且つ確実に位置決めされる。
【００６０】
このため、特に、多数の単セル１２が積層される際にも、前記単セル１２内の構成部品の相対的な位置ずれや該単セル１２同士の相対的な位置ずれが惹起することがなく、所望のシール性を確保して高品質な燃料電池スタック１０を効率的に組み立てることができるという効果がある。
【００６１】
しかも、各単セル１２では、１つのプレートである第２セパレータ２６にのみ突起部８０ａ〜８０ｃを設けるだけでよい。これにより、単セル１２の構成が有効に簡素化されるとともに、ノックピンや保持ピンが不要になり、燃料電池スタック１０の組立作業性が有効に向上するとともに、コストの削減が確実に図られる。その上、作業を簡素化することができ、燃料電池スタック１０の組立作業全体の自動化が容易に遂行可能になる。
【００６２】
次に、上記の単セル１２の動作について、燃料電池スタック１０との関連で説明する。
【００６３】
図１に示すように、燃料電池スタック１０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、及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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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及び第２セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路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。
【００６７】
なお、本実施形態では、単セル１２を構成する第１及び第２セパレータ２４、２６がそれぞれ１つの金属プレートで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１セパレータ２４を２枚以上の金属プレートで構成しても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る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】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面図である。
【図６】前記燃料電池スタックを組み立てるための組立装置の概略斜視説明図である。
【図７】前記組立装置の側面図である。
【図８】前記組立装置の正面図である。
【図９】特許文献１に係る燃料電池の要部分解断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池スタック              １２…単セル
１４…積層体                        ２２…電解質膜・電極構造体
２４、２６…セパレータ              ３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔        ３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔          ３４ａ…燃料ガス供給連通孔
３４ｂ…燃料ガス排出連通孔          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
４６…燃料ガス流路                  ４８…冷却媒体流路
５０…酸化剤ガス流路                ５２…第１位置決め用孔部
５４…第２位置決め用孔部            ５６…第１絶縁性ブッシュ
５８…第２絶縁性ブッシュ            ５９…位置決め構造
７６ａ、７６ｂ…辺                  ７８…位置決め基準部
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ…突起部      ８２…第１シール部材
８４…第２シール部材                ９０…組立装置
９２…フレーム部材                  １０４…載置部
１０６…加圧部                      １０８、１１０…位置決め部
１１２ａ、１１２ｂ…下部支持ロッド  １１４…側部支持ロッド
【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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