(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、
前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一つの四角形状の部材の外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池。
【請求項２】
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、
前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一つの四角形状の部材の外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池。
【請求項３】
前記形状は、前記接合体および／または前記セパレータの外周縁の外形形状である請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有し、該二つの電極を狭持するセパレータと共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用の接合体であって、
前記接合体は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池用の接合体。
【請求項５】
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体を狭持し、該接合体と共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用のセパレータであって、
前記セパレータは、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池用のセパレータ。
【請求項６】
二つの電極により狭持される燃料電池用の電解質膜であって、
前記電解質膜は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池用の電解質膜。
【請求項７】
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体を狭持し、該接合体と共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用のセパレータであって、
前記セパレータは、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池用のセパレータ。
【請求項８】
電解質膜を狭持する燃料電池用の電極であって、
前記電極は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状であることを特徴とする燃料電池用の電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池および接合体並びにセパレータに関し、詳しくは、電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と該接合体を更に狭持するセパレータとを備える単電池構造体を積層してなる燃料電池、および電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する燃料電池用の接合体、並びにこの接合体を狭持する燃料電池用のセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池としては、電解質膜と電解質膜を狭持する二つの電極とからなる板状の膜電極接合体や、これを狭持する板状のセパレータの外周縁の形状を正方形や長方形に形成したものが提案されている（例えば、特開平６−６８８４号公報など）。この燃料電池は、膜電極接合体とセパレータとが整合するように交互に積層されて構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃料電池では、膜電極接合体やセパレータを表裏あるいは上下左右誤って積層した場合であっても形状としては整合するから、積層途中や積層後に積層方向が誤っているか否かを外見上判断し難い。特に、膜電極接合体は表裏の区別、セパレータは上下左右の区別の判断が困難であるため、積層作業に細心の注意を払わねばならず、作業効率も低下してしまう。
【０００４】
本発明の燃料電池は、積層の誤りをより少なくすることを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池は、積層作業の効率をより向上させることを目的の一つとする。
【０００５】
また、本発明の燃料電池用の接合体は、表裏の積層の誤りをより少なくすることを目的の一つとする。
【０００６】
さらに、本発明の燃料電池用のセパレータは、上下左右の積層の誤りをより少なくすることを目的に一つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池および接合体並びにセパレータは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の第１の燃料電池は、
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、
前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一つの四角形状の部材の外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の第１の燃料電池では、単電池構造体は、これを構成する少なくとも一つの部材により、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形される。これにより、単電池構造体を表裏誤った積層した場合には、隣り合う単電池構造体の形状が整合しないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上容易に発見することできる。この結果、積層の誤りをより少なくすることができる。また、こうした単電池構造体の形状は、正常な積層方向の目印となるから、作業効率をより向上させることができる。ここで、「単電池構造体を構成する少なくとも一つの部材」は、接合体やセパレータの他、接合体とセパレータとにより形成される空間をシールするシール部材や、二つのセパレータの間に冷却媒体を供給するため冷却板を設ける場合にはその冷却板なども含まれる。
【００１０】
本発明の第２の燃料電池は、
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、
前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一つの四角形状の部材の外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の燃料電池では、単電池構造体は、これを構成する少なくとも一つの部材により、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形される。これにより、単電池構造体を上下左右誤って積層した場合には、隣り合う単電池構造体の形状が整合しないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上容易に発見することができる。この結果、積層の誤りをより少なくすることができる。また、こうした単電池構造体の形状は、正常な積層方向の目印となるから、作業効率をより向上させることができる。ここで、「単電池構造体を構成する少なくとも一つの部材」には、接合体やセパレータの他、接合体とセパレータとにより形成される空間をシールするシール部材や、二つのセパレータの間に冷却媒体を供給するための冷却板を設ける場合にはその冷却板なども含まれる。
【００１２】
こうした本発明の第１または第２の燃料電池であって、前記形状は、前記接合体および／または前記セパレータの外周縁の外形形状であるものとすることもできる。
【００１３】
参考例の燃料電池は、
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパレータとを備える単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、
前記単電池構造体は、正常な積層方向をガイドするガイド部が形成されてなることを要旨とする。
【００１４】
この参考例の第３の燃料電池では、単電池構造体に、正常な積層方向を指示するガイド部を設けたから、ガイド部を目印として積層することにより、作業効率をより向上させることができる。また、積層途中あるいは積層後にガイド部を点検することにより、より容易に積層の誤りを発見することができる。
【００１５】
こうした参考例の燃料電池において、前記ガイド部は、前記接合体および／または前記セパレータの外周縁の所定部位に形成されてなるものとすることもできる。
【００１６】
本発明の燃料電池用の接合体は、
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有し、該二つの電極を狭持するセパレータと共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用の接合体であって、
前記接合体は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。
【００１７】
この本発明の燃料電池用の接合体では、接合体は、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形される。これにより、接合体を表裏誤って積層した場合には、隣り合う接合体の形状は整合しないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上容易に発見することができる。この結果、積層の誤りをより少なくすることができる。また、こうした接合体の形状は、正常な積層方向の目印となるから、積層作業の効率をより向上させることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池用のセパレータであって、
電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体を狭持し、該接合体と共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用のセパレータであって、
前記セパレータは、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。
【００１９】
この本発明の燃料電池用のセパレータでは、セパレータは、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形される。これにより、セパレータを上下左右誤って積層した場合には、隣り合うセパレータの形状は整合しないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上容易に発見することができる。この結果、積層の誤りをより少なくすることができる。また、こうしたセパレータの形状は、正常な積層方向の目印となるから、積層作業の効率をより向上させることができる。また、本発明の燃料電池用の電解質膜は、二つの電極により狭持される燃料電池用の電解質膜であって、前記電解質膜は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。本発明の他の燃料電池用のセパレータは、電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体を狭持し、該接合体と共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用のセパレータであって、前記セパレータは、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状に成形されてなることを要旨とする。参考例の別の燃料電池用の接合体は、電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有し、該二つの電極を狭持するセパレータと共に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用の接合体であって、正常な積層方向を示すマークが付されていることを要旨とする。本発明の燃料電池用の電極は、電解質膜を狭持する燃料電池用の電極であって、前記電極は、四角形状であり、その外周縁隅部の一辺側に凸部を設けることにより、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状であることを要旨とする。参考例の他の燃料電池用の電極は、電解質膜を狭持する二つの燃料電池用の電極であって、前記電極は、積層方向に整合する切り欠き部を有することを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、参考例である燃料電池スタック２０の構成の概略を示す構成図である。参考例の燃料電池スタック２０は、図示するように、電解質膜２２と電解質膜２２を狭持する二つの電極（燃料極２４，酸化極２６）とを有する薄板状の膜電極接合体２８と、膜電極接合体２８を狭持する薄板状のセパレータ３０，３２とを備える単電池構造体４０が複数積層されて構成されている。
【００２１】
電解質膜２２は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料により形成されており、湿潤状態で良好なプロトン導電性を示す。また、二つの電極２４，２６は、白金または白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成されており、触媒が練り込められた面が電解質膜２２に配置されている。こうした電解質膜２２や二つの電極２４，２６からなる膜電極接合体２８は、電解質膜２２を２つの電極２４，２６で狭持した状態で、例えば、ホットプレス法により接合することにより一体としたものとして構成されている。この膜電極接合体２８は、例えば、正方形や長方形など四角形状に形成されており、その外周縁の隅部（四隅のうちのいずれかの部位）には正常な積層方向をガイドするための傾斜状の切り欠き部４２が設けられている。この切り欠き部４２は、膜電極接合体２８が積層面に沿う方向に線対称となる軸を有さない形状、即ち、膜電極接合体２８を表裏逆に積層したときには隣り合う膜電極積層体と整合しない形状とするために設けられるものである。これにより、膜電極接合体２８の表裏の積層の誤りを積層途中または積層後に容易に発見することができる。
【００２２】
セパレータ３０，３２は、ガス不透過の緻密性カーボンにより形成されており、その表面には燃料ガス（メタノール改質ガス等の水素を含有するガス）の流路，酸化ガス（空気等の酸素を含有するガス）の流路を形成するリブ３４，３６が形成されている。セパレータ３０，３２は、正方形や長方形などの四角形状に形成されており、その外周縁の隅部（四隅のうちのいずれかの部位）には正常な積層方向をガイドするための傾斜状の切り欠き部４４，４６がそれぞれ設けられている。この切り欠き部４４，４６は、参考例では膜電極接合体２８の切り欠き部４２と同一の形状とした。切り欠き部４４，４６は、セパレータ３０，３２が積層方向に回転対称となる軸を有さない形状、即ち、セパレータ３０，３２を上下左右逆に積層したときに隣り合うセパレータと整合しない形状にするために設けられるものである。セパレータ３０，３２は、前述したようにその表面に燃料ガス等の流路となるリブ３４，３６が形成されているから、表裏の区別は判断しやすいが、上下左右の区別は判断しがたいためである。これにより、セパレータ３０，３２の上下左右の積層の誤りを積層途中または積層後に容易に発見することができる。
【００２３】
こうした膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２とを交互に積層して燃料電池スタック２０を形成した場合、正常な積層方向に積層したときには、図１に示すように、全ての切り欠き部４２，４４，４６が積層方向に整合するが、膜電極接合体２８またはセパレータ３０，３２の積層に誤りがあると、切り欠き部４２，４４，４６が整合しないから、外見上容易に積層の良否を判断することができる。
【００２４】
以上説明した参考例の燃料電池スタック２０によれば、膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２に切り欠き部４２，４４，４６を設けることにより、膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２の積層の誤りを早期に発見でき、積層の誤りをより少なくすることができる。また、切り欠き部４２，４４，４６を目印として膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２とを積層することにより、積層作業の効率をより向上させることができる。
【００２５】
参考例の燃料電池スタック２０では、膜電極接合体２８やセパレータ３０，３２の隅部に傾斜状の切り欠き部４２，４４，４６を設けるものとしたが、膜電極接合体２８やセパレータ３０，３２の外周縁上であれば他の部位に設けることとしても良いし、その形状も種々の形状を採用しうる。例えば、図２（ａ）〜図２（ｃ）に例示するように、切り欠き部を、Ｌ字状としたり、曲率を形成したり、凹状としたりするものとしても構わない。また、本実施形態として、図２（ｄ）に例示するように、こうした切り欠き部の代わりに膜電極接合体やセパレータから突出した凸部を設けるものとしても構わない。更に、こうした切り欠き部や凸部の代わりに、膜電極接合体とセパレータとの外周縁上に正常な積層方向を示すマーク等を付すものとしても構わない。
【００２６】
参考例の燃料電池スタック２０では、切り欠き部４２，４４，４６の形状を膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２とで同一となるようにしたが、膜電極接合体の表裏の積層の誤りとセパレータの上下左右の積層の誤りを外見で判断できればよいから、必ずしも同一である必要はない。
【００２７】
参考例の燃料電池スタック２０やその変形例では、単電池構造体を単位として積層する場合、即ち、予め膜電極接合体とセパレータとを接合することにより燃料電池スタック２０の形成に必要な数の単電池構造体を形成してこれら単電池構造体を積層する場合にも、膜電極接合体やセパレータに前述の切り欠き部や凸部を設けることにより、単電池構造体を表裏または上下左右で整合しない形状とすることができ、参考例の燃料電池スタック２０と同様に単電池構造体の積層の誤りをより少なくすることができる。この場合、上述の切り欠き部や凸部を設けるのは、膜電極接合体およびセパレータの両方が好ましいが、いずれか一方であっても差し支えない。また、この切り欠き部や凸部を設ける代わりに、例えば、正常な積層方向を示すマークを膜電極接合体またはセパレータの外周縁上に付したり、燃料電池スタックを構成する各単電池構造体に燃料ガスや酸化ガスあるいは冷却媒体を供給するためのマニホールド（図示せず）や各単電池構造体からのガスや冷却媒体を排出するためのマニホールド（図示せず）の形状を変更することにより、単電池構造体を表裏または上下左右で整合しない形状とするものとしてもよいし、膜電極接合体とセパレータとにより形成される空間をシールするためのシール部材（図示せず）の形状や、二つのセパレータの間に冷却媒体が流れる流路が形成された冷却板を備える場合にはその冷却板（図示せず）の形状を変更して単電池構造体を表裏または上下左右で整合しない形状とするものとしても構わない。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例である燃料電池スタック２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  膜電極接合体やセパレータの他の形状を例示する図である。
【符号の説明】
２０  燃料電池スタック、２２  電解質膜、２４  燃料極、２６  酸化極、２８  膜電極接合体、３０，３２  セパレータ、３４，３６  リブ、４０  単電池構造体、４２，４４，４６  切り欠き部。
【図１】
0004947852.tif 000002
【図２】
0004947852.tif 000003