(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータと発電体としての単セルとを交互に積層し形成され、両端がセパレータで終端される燃料電池積層部と、ここで、前記燃料電池積層部は、水又はガスが流れる第１流体経路を有し、
水又はガスが流れる第１パイプに接続された第２流体経路を有する第１のフランジと、
前記第１のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第２及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第１の絶縁部と、
前記燃料電池積層部を挟んで前記第１のフランジと反対側に設けられ、水又はガスが流れる第２パイプに接続されている第３流体経路を有する第２のフランジと、
前記第２のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第３及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第２の絶縁部と、
前記第１もしくは第２の絶縁部の前記接続孔部の少なくとも一カ所に設けられ、前記燃料電池積層部外側の前記第２もしくは第３流体経路の構成材料である導電性素材と前記燃料電池積層部最外部での前記第１流体経路との間の流体経路での絶縁距離を延長する電蝕防止機構と、
を具備し、
前記電蝕防止機構は、前記第１もしくは第２パイプの内部へ延伸している
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１パイプは、燃料ガスの供給パイプ、酸化剤ガスの供給パイプ、燃料ガスの排出パイプ、酸化剤ガスの排出パイプ、冷却水の供給パイプ、及び冷却水の排出パイプのうちの少なくとも一つであり、
前記第２パイプは、燃料ガスの供給パイプ、酸化剤ガスの供給パイプ、燃料ガスの排出パイプ、酸化剤ガスの排出パイプ、冷却水の供給パイプ及び冷却水の排出パイプのうちの少なくとも一つである
燃料電池。
【請求項３】
セパレータと発電体としての単セルとを交互に積層し形成され、両端がセパレータで終端される燃料電池積層部と、ここで、前記燃料電池積層部は、水が流れる第１流体経路を有し、
冷却水が流れる第１パイプに接続された第２流体経路を有する第１のフランジと、
前記第１のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第２及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第１の絶縁部と、
前記燃料電池積層部を挟んで前記第１のフランジと反対側に設けられた第２のフランジと、
前記第２のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、全く接続孔部を持たない第２の絶縁部と、
前記第１の絶縁部の前記接続孔部の少なくとも一カ所に設けられ、前記燃料電池積層部外側の前記第２流体経路の構成材料である導電性素材と前記燃料電池積層部最外部での前記第１流体経路との間の冷却水流路での絶縁距離を延長する電蝕防止機構と、
を具備し、
前記燃料電池積層部内の前記第１流体流路に電蝕の可能性を持つ素材、すなわち金属を使用し、
前記燃料電池積層部の負電位（−）側を前記第１のフランジ側に、前記燃料電池積層部の正電位（＋）側を前記第２の絶縁部側に設置している
燃料電池。
【請求項４】
セパレータと発電体としての単セルとを交互に積層し形成され、両端がセパレータで終端される燃料電池積層部と、ここで、前記燃料電池積層部は、水が流れる第１流体経路を有し、
冷却水が流れる第１パイプに接続された第２流体経路を有する第１のフランジと、
前記第１のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第２及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第１の絶縁部と、
前記燃料電池積層部を挟んで前記第１のフランジと反対側に設けられた第２のフランジと、
前記第２のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、全く接続孔部を持たない第２の絶縁部と、
前記第１の絶縁部の前記接続孔部の少なくとも一カ所に設けられ、前記燃料電池積層部外側の前記第２流体経路の構成材料である導電性素材と前記燃料電池積層部最外部での前記第１流体経路との間の冷却水流路での絶縁距離を延長する電蝕防止機構と、
を具備し、
前記燃料電池積層部内の前記第１流体流路に電蝕の可能性を持つ素材、すなわち金属を使用せず、
前記燃料電池積層部外側の前記第１のフランジに電蝕の可能性を持つ素材を使用し、
前記燃料電池積層部の正電位（＋）側を前記第１のフランジ側に、前記燃料電池積層部の負電位（−）側を前記第２の絶縁部側に設置している
燃料電池。
【請求項５】
セパレータと発電体としての単セルとを交互に積層し形成され、両端がセパレータで終端される燃料電池積層部と、ここで、前記燃料電池積層部は、燃料ガス又は酸化剤ガスと共に水が流れる第１流体経路を有し、
燃料ガス又は酸化剤ガスと共に水が流れる第１パイプに接続された第２流体経路を有する第１のフランジと、
前記第１のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第２及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第１の絶縁部と、
前記燃料電池積層部を挟んで前記第１のフランジと反対側に設けられた第２のフランジと、
前記第２のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、全く接続孔部を持たない第２の絶縁部と、
前記第１の絶縁部の前記接続孔部の少なくとも一カ所に設けられ、前記燃料電池積層部外側の前記第２流体経路の構成材料である導電性素材と前記燃料電池積層部最外部での前記第１流体経路との間の流体経路での絶縁距離を延長する電蝕防止機構と、
を具備し、
前記燃料電池積層部内の前記第１流体流路に電蝕の可能性を持つ素材、すなわち金属を使用し、
前記燃料電池積層部の負電位（−）側を前記第１のフランジ側に、前記燃料電池積層部の正電位（＋）側を前記第２の絶縁部側に設置している
燃料電池。
【請求項６】
セパレータと発電体としての単セルとを交互に積層し形成され、両端がセパレータで終端される燃料電池積層部と、ここで、前記燃料電池積層部は、燃料ガス又は酸化剤ガスと共に水が流れる第１流体経路を有し、
燃料ガス又は酸化剤ガスと共に水が流れる第１パイプに接続された第２流体経路を有する第１のフランジと、
前記第１のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、前記第２及び第１流体経路に通じる接続孔部を有する第１の絶縁部と、
前記燃料電池積層部を挟んで前記第１のフランジと反対側に設けられた第２のフランジと、
前記第２のフランジと前記燃料電池積層部との間に設けられ、全く接続孔部を持たない第２の絶縁部と、
前記第１の絶縁部の前記接続孔部の少なくとも一カ所に設けられ、前記燃料電池積層部外側の前記第２流体経路の構成材料である導電性素材と前記燃料電池積層部最外部での前記第１流体経路との間の流体経路での絶縁距離を延長する電蝕防止機構と、
を具備し、
前記燃料電池積層部内の前記第１流体流路に電蝕の可能性を持つ素材、すなわち金属を使用せず、
前記燃料電池積層部外側の前記第１のフランジに電蝕の可能性を持つ素材を使用し、
前記燃料電池積層部の正電位（＋）側を前記第１のフランジ側に、前記燃料電池積層部の負電位（−）側を前記第２の絶縁部側に設置している
燃料電池。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記電蝕防止機構は、前記第１もしくは第２パイプの内部へ延伸している
燃料電池。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記電蝕防止機構は、
フランジ内側に設けられる絶縁部からフランジ外端部に向かって流体流路の内面に沿って延びる絶縁性筒部を具備する
燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、
前記絶縁性筒部は、フランジ内側に設けられる絶縁部と一体に形成されている
燃料電池。
【請求項１０】
請求項８に記載の燃料電池において
前記絶縁性筒部は、フランジ内部に設けられる絶縁部とは、分離可能であるもので形成されている
燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池において、
フランジ内部に設けられる絶縁部と分離可能な絶縁性筒部は、前記フランジ内部に設けられる絶縁部との間にシール構造を持つ
燃料電池。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池において
フランジと絶縁体が一体化され非導電性素材で構成された
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関し、電蝕の可能性を持つ素材を使用した燃料電池および電池周辺の電蝕構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池には水素等の燃料ガスと酸素または空気等の酸化剤ガスとをパイプに通して供給し、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応を通して電力が生成される。このとき、水も生成される。一般に固体高分子型燃料電池では生成水は余剰な燃料ガスと酸化剤ガスとによって燃料電池から排出される。
【０００３】
図７に示すように、燃料電池スタック６０は、発電体（単セル）６８（６８−１，・・・，６８−（ｎ−１））とセパレータ６６（６６−１，・・・，６６−ｎ）とを交互に積層配置し、これらをボルト７１で間隔調整される１対のフランジ６２−１，６２−２で締め付けることにより構成されている。
【０００４】
図８に示すように、単セル６８は、反応セル部７２と、シール材７３と、パッキング７５とを備えている。セパレータ６６の一方側主面の中央には燃料ガス供給溝７７が形成され、セパレータ６６の他方側主面の中央には酸化剤ガス供給溝（図示せず）が形成されている。また、セパレータ６６の上部には燃料ガス供給路７４ａ、冷却水排出路７４ｂ、酸化剤ガス供給路７４ｃがそれぞれ設けられ、セパレータ６６の下部には酸化剤ガス排出路７４ｄ、冷却水供給路７４ｅ、燃料ガス排出路７４ｆがそれぞれ設けられている。
【０００５】
図９は上記燃料電池スタック２の断面概念図である。フランジ状部分については配管との取り合いを持つ場合に限りフランジと呼び、配管との取り合いを持たない場合には終端部と呼ぶ。図９では左側に第１フランジ６２−１を配し、右側のフランジ状部分については配管との取り合いを持つので、ここでは第２フランジと呼ぶ。右側のフランジ状部分が配管との取り合いを持たない場合は、これを終端部と呼ぶこととする。
【０００６】
図９の断面図では第１フランジ６２−１と第２フランジ６２−２には所定の径を有する酸化剤ガス供給口８２が上部に燃料ガス排出口８４が下部に示されている。本例では酸化剤ガスは、第１フランジ６２−１、第２フランジ６２−２のどちらからでも供給でき、燃料ガスも第１フランジ６２−１、第２フランジ６２−２のどちらからでも排出できる構造となっている。この断面には燃料ガス供給口や酸化剤ガスの排出口、冷却水の供給口、冷却水の排出口は断面には現れてこないので見えていない。
【０００７】
電池内部には、図８に示すように、燃料ガスと酸化剤ガスを供給するための燃料ガス供給路７４ａと酸化剤ガス供給路７４ｃが所定の径を持つように形成されている。また、残余の燃料ガス及び酸化剤ガスを排出するための燃料ガス排出路７４ｆと酸化剤ガス排出路７４ｄとが所定の径を持つように形成されている。冷却水についても供給路７４ｅと排出路７４ｂが形成されている。第１絶縁体６４−１および第２絶縁体６４−２にもこれら流路を形成するための接続孔が開けられている。
【０００８】
電池積層部は、上述の通り、導電性の複数のセパレーター６６（６６−１，・・・，６−ｎ）と複数の発電体（単セル）６８（６８−１，・・・，６８−（ｎ−１））からなる。各単セル６８は、セパレーター６６により挟まれている。こうして、電池積層部が形成される。電池積層部内のすべての発電体（単セル）６８には、燃料ガス供給路７４ａを通して燃料ガスが供給され、また、酸化剤ガス供給路７４ｃを通して酸化剤ガスが供給される。電池積層部内のすべての発電体（単セル）６８からの残余の燃料ガスと酸化剤ガスは、燃料ガス排出路７４ｆと、酸化剤ガス排出路７４ｄを通して排出される。電池反応にて生成した水もこの残余の燃料ガスと酸化剤ガスに同伴されて排出される。
【０００９】
冷却水は冷却水供給路７４ｅを通して供給され、セパレータ１枚毎にもしくは数枚に１枚の割合でセパレータ内に形成された冷却溝を通り、冷却水排出路７４ｂを通して排出される。冷却水は電池積層部を通過する間に電池での反応熱を冷却し、燃料電池を目的とする温度域に保つ働きをする。
【００１０】
固体高分子燃料電池では、燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿する場合があり、また、排出される燃料ガス及び酸化剤ガスには生成水が含まれている。そのような水分９０が燃料電池積層部と燃料電池積層部外側の導電性素材との間に付着したとき等には電蝕５０−１，５０−２が発生した。
【００１１】
また冷却水についても常に燃料電池積層部と燃料電池積層部外側の導電性素材との間に冷却水が接しているため電蝕が発生した。
【００１２】
以下に電蝕の原理を図５を用いて説明する。図５（ａ）では、電解液中に２つの金属板が電極として浸され、それらは電池に接続されている。この場合、電池の＋側に接続された金属板はアノードとして働き、電池の−側に接続された金属板はカソードとして働く。アノードでは、金属板内の金属から電子が奪われ、その金属はイオン化して溶解すなわち腐蝕する。また、カソード側金属板では、電子が過剰に供給され、電子が充満する。この結果、カソード側金属板は防蝕される。
【００１３】
次に、図５（ｂ）に示されるように、電解液が２つある場合を考える。この場合には、腐蝕側と防蝕側が対になって現れる。即ち、電子を受け入れる金属板ＢとＤは防蝕側となり、電子を放出する金属板ＡとＣは腐蝕側となる。
【００１４】
図６に実際の燃料電池スタック６０での状況を示す。図６の燃料電池積層部が、図５（ｂ）にて乾電池部分に相当する。また、図６で絶縁体６４（６４−１、６４−２）の上に存在し、燃料電池積層部と導電性素材からなるフランジ６２（６２−１、６２−２）との間をブリッジしている水９０が図５（ｂ）のビーカ水に相当する。図６に模式的に記載されているパイプ９２（９２−１，９２−２）によって形成される電路が図５（ｂ）の導線８１に相当する。図６に示されるブリッジ水９０が導電性を持つ場合、図５（ｂ）の例で示した腐蝕側と防蝕側の関係が燃料電池積層部と導電性素材からなるフランジ６２（６２−１、６２−２）の間に生じ、耐食性が弱い素材では電蝕が発生した。
【００１５】
冷却水系統の場合では、上記ブリッジ水に代わり、冷却水が図５（ｂ）のビーカ水に相当し、図５（ｂ）の例で示した腐蝕側と防蝕側の関係が燃料電池積層部とフランジ６２の間に生じ、耐食性が弱い素材では電蝕が発生した。
【００１６】
一般的に固体高分子燃料電池では、電解質膜が固体高分子であることから電解質の飛散・消耗がないと言われており、生成水などが高い導電性をもつはずはなかった。しかしながら、運転条件によっては、電解質膜成分が分解し、微量ながら、セルからでてくることが本願の発明者の実験から明らかになった。
【００１７】
固体高分子燃料電池では、作動温度が低いため、供給ガスに含まれる加湿水分や電池反応によって生成する水分が水蒸気ではなく液ととして存在ため前記ブリッジ水を生じやすく、前記電解質膜成分が微量でも流出するとブリッジ水の導電率は非常に高くなり、電蝕が発生した。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すように電蝕が発生する条件が揃った場合、その電蝕は燃料電池積層部の外側に接続された導電性素材部（例えば、金属製フランジや燃料電池へ接続されるパイプ）だけではなく、燃料電池積層部側にも腐蝕環境となるので、セパレータに金属を使用した場合などはセパレータに電蝕（図９の５０−２）が発生するので、燃料電池そのものを交換しなければならなくなる。これは燃料電池構造の本質的問題となり、経済性・保守を考えても、電蝕は防止されなければならない。
【００１９】
従って、本発明の目的は、電蝕を防止あるいは低減することができる燃料電池構造を実現し、より長い寿命を有する燃料電池を提供することである。
【００２０】
さらには、より簡単な機構により電蝕を防止あるいは低減することができる燃料電池を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、電蝕と一対の関係にある電気防蝕のメカニズムを利用して電池内部もしくは電池接続部のどちらか意図した側を保護することができる燃料電池を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
以下に、本発明の種々の観点を達成するための電蝕防止構造について説明する。
【００２３】
電蝕を防止する方法として、図５で以下の３つが考えられる。すなわち、（１）ビーカ水の導電率を下げる、（２）電極間隔を長くする、（３）電流路を遮断するの３つである。図５に示す例では、ビーカー水を純水にすると腐蝕電流がほとんど見られず、電蝕が発生しなくなる。しかし、本願の発明者の研究結果ではビーカ水に当たるブリッジ水（燃料電池からの生成水等）は電解質膜成分を含むことから、この部分の水を純水にすることは、現状では不可能であり、このように純水化する方法は、別個に考慮されるべき問題であることが判明した。
【００２４】
ビーカ水に相当する部分すなわちブリッジ水や冷却水の導電率を下げることができないとき、対策としては、電極間距離を長くすることにより、ビーカ水に相当する部分中を流れる腐蝕電流を減少（腐蝕を低減）する方法が効果的であった。また、電流路を遮断する方法として燃料電池の一端を接続孔部の全く存在しない絶縁部を有する終端部とし配管接続は燃料電池のもう一方の側からのみ取り合うものとする方法を併用するとさらに効果的であった。
【００２５】
加えて電池の負側では、電蝕は起こらないことを利用して、腐蝕性さらなる防蝕を進めることができることも判明した。
【００２６】
その方法の概念を図４にて説明する。フランジが金属等の導電性材料である場合、燃料電池積層部と燃料電池積層部外部の導電性部分の絶縁距離Ｌ（図５における電極間距離に対応する長さ）は絶縁体の厚さで決まってしまう。またフランジが導電性材料でなくとも配管がステンレス等の導電性材料の場合には、燃料電池積層部と燃料電池積層部外側の導電性部分の絶縁距離Ｌは絶縁体とフランジとの合計の厚さで決まってしまう。このとき絶縁部にブリッジ水が生じたときの水滴の断面積もしくは冷却水の水路断面積をＳとし、その水の導電率をρとすると、水の電気抵抗Ｒは、簡便な計算法を用いれば、
Ｒ＝Ｌ／（Ｓ＊ρ）
であり、発電により燃料電池積層部の最外部の電位がＶｓ、導電性のフランジもしくは導電性の配管の電位がＶｆという相対関係に成った場合、電蝕電流Ｉは、Ｉ＝（Ｖｓ−Ｖｆ）／Ｒ＝（Ｖｓ−Ｖｆ）（Ｓ＊ρ）／Ｌ
となる。従って、Ｌを長く取れば、それだけ電蝕電流を減らすことができ、電蝕を防止することができる。
【００２７】
絶縁体の厚みを厚くすることや、フランジを絶縁性材料にして厚くすること、また絶縁体とフランジを絶縁性材料で一体化することによってＬを長くすることができる。
【００２８】
一方、上記絶縁体の厚肉化はスタック寸法に与える影響が大きくコンパクト化を要求される場合には、ブリッジ水の生じる流路もしくは冷却水流路で燃料電池積層部外側の導電性部側に絶縁距離を延長する機構を設けることによってＬを長くすることができる。
【００２９】
絶縁距離を延長する機構を設けることによってＬを長くする場合、図４（ｂ）に概念図を示すように、ブリッジ水の生じる流路もしくは冷却水流路の内側に沿って延びる絶縁性筒部を挿入する方法が簡便である。この絶縁性筒部は流路形状によっては断面を円形だけではなく、正方形や長方形などにすることも可能であり、組み込み取り付けに容易で、かつ確実な形状を選定することができる。
【００３０】
この筒部は絶縁部と一体成形されていてもよいし、また分割可能な形状でもよい。分割可能な場合においては、絶縁部とその絶縁性筒部との間に水が入り込みやすい構造であると絶縁距離が意図した通り長くならない可能性がある。図４（ｃ）に示すように、設計絶縁距離はＬであるが、水の浸入によって実際の絶縁距離はＬ’となってしまうことがある。よって絶縁部とその絶縁性筒部との間には水に対するシール性をもつものが望ましい。
【００３１】
以上、このようにＬを長くすることによって電蝕を軽減、防止することが可能となる。
また、燃料電池の一端を接続孔部の全く存在しない絶縁部を有する終端部とし、配管接続は燃料電池のもう一方の側からのみ取り合うものとする。これによって、図５（ｂ）に示す２つのビーカの内、一方のビーカが存在しなくなった状態となり電流路を遮断することができ、電蝕要因を除去することができる。
【００３２】
またもう一度、図５に着目すると、電池の負側では、電蝕は起こっていない。この現象を利用するために、再び燃料電池の一端を接続孔部の全く存在しない絶縁部を有する終端部とし、配管接続は燃料電池のもう一方の側からのみ取り合うものとする。これにより、図５（ｂ）に示す２つのビーカの内、一方のビーカが存在しなくなった状態となる。ビーカが一つとなったことから、電気防蝕したい側を燃料電池発電で相対的に負電位（-）となる側に設置すれば防蝕が可能となる。ビーカが２つある状態のままではどちらか一方が必ず腐食側になるため、＋−の方向だけでは防蝕はできない。よって、燃料電池積層部内に電蝕の可能性を持つ素材、特に金属材料を使用しているときには、燃料電池積層部の−側を第１フランジ側に、燃料電池積層部の正電位（+）側を全く接続孔部を持たない第２の絶縁部を有する終端部側に設置して第１のフランジと終端部により第１と第２の絶縁部を介して接合されている燃料電池を構成する。これによって燃料電池積層部内の電蝕の可能性を持つ素材は電気防蝕され、腐蝕することは無くなり、高い耐久性が得られる。
【００３３】
逆に、燃料電池積層部内に電蝕の可能性を持つ素材を全く使用せず、特に金属材料を使用せず、燃料電池積層部外側、すなわち燃料電池へのガスパイプ・冷却水パイプやフランジに金属材料を使用しているときには、燃料電池積層部の正電位（+）側を第１フランジ側に、燃料電池積層部の負電位（-）側を全く接続孔部を持たない第２の絶縁部を有する終端部側に設置して第１のフランジと終端部により第１と第２の絶縁部を介して接合されている燃料電池を構成する。これによって燃料電池積層部外側の電蝕の可能性を持つ素材は電気防蝕され、腐蝕することは無くなり、高い耐久性が得られる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の燃料電池を説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態による燃料電池の断面図を示す。図１において、左側と右側で異なる断面を示す。ここで燃料電池は、導電性素材としての第１フランジ２−１、導電性素材としての第２フランジ２−２、を持ち、第１絶縁体４−１、第２絶縁体４−２、電池積層部３０からなる。
【００３６】
図１では、第１フランジ２−１と第２フランジ２−２には所定の径を有する酸化剤ガス供給口１０−１が上部に、燃料ガス排出口１０−２が下部に示されている。本実施の形態では、酸化剤ガスは、第１フランジ２−１、第２フランジ２−２のどちらからでも供給でき、燃料ガスも第１フランジ２−１、第２フランジ２−２のどちらからでも排出できる構造となっている。また、燃料ガス供給口２４−１が上部に、酸化剤ガス排出口２４−２が下部に示されている。燃料ガスは、第１フランジ２−１、第２フランジ２−２のどちらからでも供給でき、酸化剤ガスも第１フランジ２−１、第２フランジ２−２のどちらからでも排出できる構造となっている。
【００３７】
図１の断面図には示されていないが、冷却水供給口、冷却水排出口が設けられている。燃料ガス供給口２４−１には導電性素材としての燃料ガス供給パイプ（図示せず）が接続され、酸化剤ガス供給口１０−１には導電性素材としての酸化剤ガス供給パイプ（図示せず）が接続される。また、燃料ガス排出口１０−２には導電性素材としての燃料ガス排出パイプ（図示せず）が接続され、酸化剤ガス排出口２４−２には導電性素材としての酸化剤ガス排出パイプ（図示せず）が接続されている。同様に冷却水供給口（図示せず）には導電性素材としての冷却水供給パイプ（図示せず）が接続され、冷却水排出口（図示せず）には導電性素材としての冷却水排出パイプ（図示せず）が接続されている。
【００３８】
図１では、第１絶縁体４−１に酸化剤ガス供給口１０−１と酸化剤ガス供給路１６−１を接続するための接続孔１４−１と、燃料ガス排出口１０−２と燃料ガス排出路１６−２とを接続するための接続孔１４−２とが示されている。同様に、第２絶縁体４−２にも、燃料ガス供給口２４−１と燃料ガス供給路１８−１を接続するための接続孔２０−１と、酸化剤ガス排出口２４−２と酸化剤ガス排出路１８−２とを接続するための接続孔２０−２が示されている。また本図には示されていないが、第１と第２の絶縁体には、冷却水供給口と冷却水供給路、冷却水排出口と冷却水排出路とを接続するための接続孔が設けられている。本構造では第１フランジ側と第２フランジ側両側から、もしくは任意の方向からガスおよび冷却水の供給・排出が可能なものとなっている。
【００３９】
第１絶縁体４−１は、電蝕防止機構として、スリーブ１２（１２−１，１２−２）を有している。スリーブ１２は、第１絶縁体４−１から第１フランジ２−１の外端部に向かって延びている。図２（ａ）に示すように、導電性素材としてのパイプ８２、スリーブの内径は酸化剤ガス供給路１６−１の内径と等しいようにして圧力損失の増加を防止している。スリーブ１２は、図１に示すように、第１フランジ２−１の外端部まで届いてもよいし、図２（ａ）に示すように途中までであってもよい。更に、図２（ｂ）に示すように、導電性素材としての酸化剤ガス供給パイプ８３の中までのばし、電蝕防止効果を増強してもよい。これらの場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように流路面での凹凸を生じないように組み合わせることによって流れを整流化し、圧力損失防止と腐食防止を行うことも重要である。しかし、これらの凹凸防止構造が加工性や部品取り扱いの観点より採用できない場合であっても電蝕防止効果は期待できる。
【００４０】
また、スリーブ１２は、上述のように、第１絶縁体４−１と一体として製造されてもよい。しかしながら、分離された絶縁性スリーブ９４として、また図２（ｂ）に示すように第１絶縁体４−１とは別個に製造され、組立時に第１絶縁体４−１に結合されて、スリーブ１２が構成されてもよい。
【００４１】
また、第２絶縁体４−２は、電蝕防止機構として、スリーブ１２と同様のスリーブ２２（２２−１、２２−２）を有している。
【００４２】
本実施の形態では、図２（ａ）に示すように燃料電池積層部３０側で接続孔１４−１の周囲に凹部を有する第１絶縁体４−１を用いた。その凹部に設けられたシールリング３０−２により、酸化剤ガスのリークを防止しながら、第１絶縁体４−１は、最外セパレーター６−１と接続されている。
【００４３】
第１フランジの酸化剤ガス供給口１０−１は、スリーブ１２−１に対応する部分で酸化剤ガス供給路１６−１より大きな内径を有し、この内径は、電蝕防止機構としてのスリーブ１２−１の外形にほぼ等しい。また、酸化剤ガス供給パイプ４０の内径は、スリーブ１２−１の内径とほぼ等しい。これにより、スリーブ構造での圧力損失増加を防止することができる。これは、他のスリーブ、フランジ、絶縁体も同様である。
【００４４】
図２（ｂ）に示すように、別個に製造されたスリーブ９４を組み込む場合、第１フランジ２−１は、第１絶縁体４−１側で酸化剤供給口１０−１に凹部を有するものを用いた。その凹部に第１絶縁部とのシール構造を持つスリーブ９４を組み込み、燃料電池積層部３０と第１絶縁体４−１を挟持する。これにより別個に製造されたスリーブ９４を用いた場合でも、酸化剤ガスのシールおよび絶縁距離の伸張が図ることができる。これは、他のスリーブ、フランジ、絶縁体も同様である。
【００４５】
なお、上記の例では、酸化剤ガス供給口１０−１について説明したが、同じことが燃料ガス供給口２４−１、燃料ガス排出口１０−２及び酸化剤ガス排出口２４−２に、また冷却水供給口及び冷却水排出口についても必要に応じて適用できる。
【００４６】
次に、図３にて本発明の第２の実施形態による燃料電池を説明する。第２の実施形態の燃料電池では、まず電流路の遮断を図り、次に電池の負電位側では電蝕は起こらないことを利用したものである。
【００４７】
本実施例では燃料電池積層部を構成するセパレータ６（６−１，・・・，６−ｎ）として金属製のセパレータを用いた。
【００４８】
燃料電池スタックと配管の取り合いは全て第１フランジ２-１に存在し、第１絶縁体４−１には酸化剤ガス供給口１０−１と酸化剤ガス供給路１６−１を接続するための接続孔１４−１と、燃料ガス排出口１０−２と燃料ガス排出路１６−２を接続するための接続孔１４−２と、燃料ガス供給口（図示せず）と燃料ガス供給路（図示せず）を接続するための接続孔（図示せず）と、酸化剤ガス排出口（図示せず）と酸化剤ガス排出路（図示せず）とを接続するための接続孔（図示せず）が形成されている。また、冷却水供給口（図示せず）と冷却水供給路（図示せず）を接続するための接続孔（図示せず）と、冷却水排出口（図示せず）と冷却水排出路（図示せず）とを接続するための接続孔（図示せず）が形成されている。
【００４９】
一方、第２フランジに相当する終端部３２−２にはガス及び冷却水の供給口や排出口は設けられておらず、また、第２絶縁体３４−２にも接続孔もない構造となっている。
ここで第２絶縁体３４−２に接続孔がないことから、腐蝕要因となるビーカ水に相当するブリッジ水や冷却水が溜まるところが無く、大部分の電蝕電流路が遮断された構造となることから電蝕は大きく軽減する。
【００５０】
しかしながら上記の通り、第１フランジ２−１にパイプ類が接続され、第１絶縁体４−１には接続孔１４（１４−１、１４−２）があることから図５（ｂ）で左側ビーカ水に相当するブリッジ水や及び接続口は残存することとなる。このため、この部分には第１の実施の形態で記述したスリーブ構造を採用した。
【００５１】
また、図５に示すように負電位側では電蝕が起こらないことを利用すべく、燃料電池積層部３０の負電位（-）側を第１フランジ側に設置しスタック化を図った。このことから、第１フランジ２−１側の第１絶縁体４−１に接する燃料電池積層部３０の最外部と第１フランジ２−１との電位関係は、燃料電池積層部最外部が負電位（-）になり、第１フランジ２−１が正電位（+）となる。本実施の形態では金属セパレータ６を使用しているため、絶縁体４−１の接続孔１４（１４−１，１４−２）にブリッジ水や冷却水が存在すると電蝕要因となり、金属セパレータ電蝕の可能性が生じる。しかるに、電位関係を電池積層部最外部＝負電位（-）、第１フランジ＝正電位（+）としているため、セパレータ６は防蝕され完全に健全な状態で保たれる。
【００５２】
このように第２の実施形態では金属セパレータを使用したが、一般的に使われるカーボンセパレータを使用した場合、カーボンセパレータは耐蝕性に富んでおり、燃料電池積層部側を防蝕する必要は無い。逆に第１フランジ２−１にアルミ合金を使用したり、燃料電池積層部外側に金属を使用しているならばその金属部分側を防蝕することが望ましい。よって、そのような場合、燃料電池積層部の正電位（+）側を第１フランジ側に設置してスタック化を図り、第１フランジ側の第１絶縁体４−１に接する燃料電池積層部最外部と第１フランジ２−１との電位関係を、燃料電池積層部３０の最外部が正電位（+）、第１フランジ２−１が負電位（-）となるようにする。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の燃料電池によれば、電蝕を防止あるいは低減することができ、より長い寿命を有するようになる。
【００５４】
また、簡単な機構により電蝕を防止あるいは低減することができる。従って、作業性を損なうことなく、コストアップにならずに長寿命の燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による燃料電池の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による燃料電池における電蝕防止機構を示す部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による燃料電池の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明で電蝕を防止する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、電蝕の原理を説明する図である。
【図６】図６は、従来の燃料電池で電蝕が発生する理由を説明するための図である。
【図７】図７は、組立られた従来の燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図８】図８は、従来の燃料電池の燃料電池積層部３０の分解斜視図である。
【図９】図９は、従来の燃料電池の電蝕の例を示す図である。
【符号の説明】
２−１：導電性の第１フランジ
２−２：導電性の第２フランジ
４−１：第１絶縁体
４−２：第２絶縁体
６（６−１，６−２，・・・，６−ｎ）：セパレーター
８（８−１，８−２，・・・，８−（ｎ−１））：発電体、単セル
１０−１：酸化剤ガス供給口
１０−２：燃料ガス排出口
１２−１：酸化剤ガス供給口用スリーブ
１２−２：燃料ガス排出口用スリーブ
１４−１：酸化剤ガス供給接続孔
１４−２：燃料ガス排出接続孔
１６−１：酸化剤ガス供給路
１６−２：燃料ガス排出路
１８−１：燃料ガス供給路
１８−２：酸化剤ガス排出路
２０−１：燃料ガス供給接続孔
２０−２：酸化剤ガス排出接続孔
２２−１：燃料ガス供給口用スリーブ
２２−２：酸化剤ガス排出口用スリーブ
２４−１：燃料ガス供給口
２４−２：酸化剤ガス排出口
３０：燃料電池積層部
３２−２：第２フランジ（終端）
３４−２：第２絶縁体（終端）
４０：酸化剤ガス供給パイプ
５０−１：燃料電池積層部外側に生じた電蝕部
５０−２：燃料電池積層部に生じた電蝕部
６０：スタック
６２−１：第１フランジ
６２−２：第２フランジ
６４−１：第１絶縁体
６４−２：第２絶縁体
６６：セパレータ
６８：発電体（単セル）
７１：ボルト
７２：反応セル部
７３：シール部
７４（ａ）：燃料ガス供給路
７４（ｂ）：冷却水排出路
７４（ｃ）：酸化剤ガス供給路
７４（ｄ）：酸化剤ガス排出路
７４（ｅ）：冷却水供給路
７４（ｆ）：燃料ガス排出路
７５：パッキン、パッキング
７７：燃料電池ガス供給溝
８１：導線
８２，８３：パイプ
９４：分離されたスリーブ
９０：水分
９２−１，９２−２：配管等
【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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