(57)【要約】【課題】内部漏電を抑制すると共に、熱的安定を図ることが可能となる燃料電池を提供する。【解決手段】高分子電解質膜の両面に触媒層を設けた膜電極接合体を有する燃料電池セルを複数備え、該複数の各燃料電池セルを挟んで導電性を有する第一のセパレータと導電性を有する第二のセパレータを配置し、これらが積層された構造を有する燃料電池であって、  前記第一と第二のセパレータの間には、これらのセパレータの間隔を規定する金属材料によって形成された構造保持部材を有し、  前記構造保持部材は、前記第一と第二のセパレータに当接する第一と第二の当接面を備え、これらを貫通し、前記各セパレータに形成された貫通孔に連通する貫通孔が設けられ、  これらの貫通孔に導電性を有する締結部材を挿入して前記積層された燃料電池セルの締結が可能に構成され、前記第一と第二の当接面のいずれか一方の面側に絶縁処理された絶縁処理部を有する構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両面に触媒層を設けた膜電極接合体を有する燃料電池セルを複数備え、該複数の各燃料電池セルを挟んで導電性を有する第一のセパレータと導電性を有する第二のセパレータを配置し、これらが積層された構造を有する燃料電池であって、
前記第一のセパレータと第二のセパレータとの間には、これらのセパレータの間隔を規定する金属材料によって形成された構造保持部材を有し、
前記構造保持部材は、前記第一のセパレータと当接する第一の当接面と前記第二のセパレータと当接する第二の当接面を備え、
前記第一と第二の当接面を貫通し、前記第一のセパレータに形成された第一の貫通孔および前記第二のセパレータに形成された第二の貫通孔とに連通する貫通孔が設けられ、
これらの貫通孔に導電性を有する締結部材を挿入して前記積層された燃料電池セルの締結が可能に構成され、前記第一と第二の当接面のいずれか一方の面側に絶縁処理部を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記絶縁処理部は、前記構造保持部材における前記第一と第二のいずれか一方の当接面を絶縁処理して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記構造保持部材は、前記第一と第二のいずれか一方の当接面に、前記第一及び第二の貫通孔のいずれか一方と嵌合する凸部を有し、該凸部には前記構造保持部材の貫通孔と連通する前記締結部材の挿入孔が形成され、
前記絶縁処理部が、前記凸部に形成された前記締結部材の挿入孔の内面を絶縁処理し、または前記凸部を有する当接面と反対側の当接面を絶縁処理して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記構造保持部材を形成する前記金属材料がアルミニウムを含む材料からなり、前記絶縁処理部が前記アルミニウムを含む材料をアルマイト処理して構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記構造保持部材の絶縁処理される当接面側と反対側の当接面が、前記アルマイト処理をする際の電極設置面として構成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第一のセパレータと第二のセパレータは、共通化されたバイポーラプレートであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に燃料電池の発電部における内部漏電を抑制しつつ、熱的安定化を図るようにした構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素を化学反応させて得られる化学エネルギーを、直接電気エネルギーに変換して使用できる電源として、デジタルカメラ、携帯電話等の携帯機器用電源、電気自動車用電源、業務及び家庭用の分散電源等の幅広い用途が期待されている。
このような燃料電池では、水素自身のエネルギー密度が高い点と、酸素を外気から取り入れるためカソード側の活物質を持たなくて良い点から、体積あたり・重量あたりのエネルギー容量を、従来の電池に比べて飛躍的に高めることができる。
中でも、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、フレキシブルなポリマー膜を電解質とする全固体型のため、ハンドリング性が良く、構造はシンプルであり、低温作動で起動停止が早いなどの特徴を有している。
このため、携帯用電子機器の搭載に適していると言える。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、基本的にはプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜、及びその両面に配置された一対の電極からなる。
電極は、白金あるいは白金族金属触媒からなる触媒層、触媒層の外面に形成されたガス供給と集電を担うガス拡散電極から構成される。
この電極および固体高分子電解質膜を一体化させたものを膜電極接合体（ＭＥＡ）と言い、一方の電極に燃料（水素）を、他方に酸化剤（酸素）を供給することで発電が行われる。
【０００４】
一組の膜電極接合体の理論電圧は約１．２３Ｖで、通常の運転状態においては０．７Ｖ程度で使用されることが多い。
そのため、より高い起電圧を必要とする場合には、複数のセルを積層し、各セルを電気的に直列化して用いられる。
このような積層構造は燃料電池スタックと呼ばれる。
通常、スタック内では、酸化剤流路と燃料流路をセパレータと呼ばれる部材で隔離する。
セパレータは板状に形成され、この板状部のそれぞれに凹凸の溝を形成し、膜電極接合体に面した凹部をガス流路、凸部を集電部として構成して用いられる。
【０００５】
以上のようなセパレータは、ステンレスやアルミニウムなどの導電性金属で形成されるのが一般的である。
また、上記した燃料電池スタックでは、それぞれのセルを強固に締結するために金属製の締結部材が用いられることから、これら積層された各セルが金属製の締結部材を介して導通することで、内部漏電が発生する恐れが生じる。
このようなことから、従来においては、例えば、特許文献１のように、金属製の締結部材と導電性のセパレータとの間に絶縁部材を配置し、燃料電池スタックにおけるセルの絶縁性を確保して、内部漏電を抑制するようにした燃料電池が提案されている。
一方、特許文献２のように、ガス流路の耐食性を向上させるために、燃料電池用セパレータにおいてアルマイトによる耐食処理を行うものも知られている。
【特許文献１】特開２００７−４２４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３８６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来例の特許文献１の燃料電池においては、セパレータと締結部材とが接触しないようにすることで、内部漏電を防ぐことが可能となるが、熱的安定性において課題を有している。
すなわち、セパレータ間に配置された絶縁部材の全体が断熱材で構成されているため、燃料電池の発電反応により発生する熱により燃料電池スタック全体が高温になり易く、また積層方向の中央部のセルが高温になるといったように、温度のバラつきが生じ易かった。
そのため、冷却媒体を燃料電池スタック内に導入し、冷却やセル温度の均一化を図ることが必要となる。
また、特許文献２の燃料電池用セパレータにおいては、ガス流路の耐食性を向上させるためにアルマイトによる耐食処理が施されているが、金属製の締結部材と導電性のセパレータとの間の絶縁性の確保については考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、燃料電池スタックにおける積層された各セル間の絶縁性を確保する一方、冷却手段などを用いることなく伝熱性を確保することができ、内部漏電を抑制すると共に、熱的安定を図ることが可能となる燃料電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、次のように構成した燃料電池を提供するものである。
本発明の燃料電池は、
高分子電解質膜の両面に触媒層を設けた膜電極接合体を有する燃料電池セルを複数備え、該複数の各燃料電池セルを挟んで導電性を有する第一のセパレータと導電性を有する第二のセパレータを配置し、これらが積層された構造を有する燃料電池であって、
前記第一のセパレータと第二のセパレータとの間には、これらのセパレータの間隔を規定する金属材料によって形成された構造保持部材を有し、
前記構造保持部材は、前記第一のセパレータと当接する第一の当接面と前記第二のセパレータと当接する第二の当接面を備え、
前記第一と第二の当接面を貫通し、前記第一のセパレータに形成された第一の貫通孔および前記第二のセパレータに形成された第二の貫通孔とに連通する貫通孔が設けられ、
これらの貫通孔に導電性を有する締結部材を挿入して前記積層された燃料電池セルの締結が可能に構成され、前記第一と第二の当接面のいずれか一方の面側に絶縁処理部を有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記絶縁処理部が、前記構造保持部材における前記第一と第二のいずれか一方の当接面を絶縁処理して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記構造保持部材が、前記第一と第二のいずれか一方の当接面に、前記第一及び第二の貫通孔のいずれか一方と嵌合する凸部を有し、該凸部には前記構造保持部材の貫通孔と連通する前記締結部材の挿入孔が形成され、
前記絶縁処理部が、前記凸部に形成された前記締結部材の挿入孔の内面を絶縁処理し、または前記凸部を有する当接面と反対側の当接面を絶縁処理して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記構造保持部材を形成する前記金属材料がアルミニウムを含む材料からなり、前記絶縁処理部が前記アルミニウムを含む材料をアルマイト処理して構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記構造保持部材の絶縁処理される当接面側と反対側の当接面が、前記アルマイト処理をする際の電極設置面として構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記第一のセパレータと第二のセパレータは、共通化されたバイポーラプレートであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池によれば、燃料電池スタックにおける積層された各セル間の絶縁性を確保する一方、冷却手段などを用いることなく伝熱性を確保することができ、内部漏電を抑制すると共に、熱的安定を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
実施例１においては、本発明における燃料電池セルを複数備え、これらが積層された構造を有する燃料電池を適用した燃料電池システムの構成を説明する。
図１に、本実施例の燃料電池システムにおける燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図を示す。
また、図２には実施例における燃料電池システムの概略構成を説明するための図を示す。
また、図３には本実施例における燃料電池システムが搭載された電子機器の構成を説明するための概略図を示す。
本実施例の燃料電池システムは、図１に示す構成部からなる燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックを備え、それらが図３に示すように電子機器の筐体内に組み込まれている。
そして、電子機器の筐体には、後述の本実施例の燃料電池に酸化剤（酸素）を供給するための通気孔が設けられている。
【００１２】
ここで、まず、図２を用いて本実施例における燃料電池の概略構成を説明する。
図２において、１は燃料電池システム、２は燃料タンク、３は燃料流路、４は通気孔、５は燃料電池セル、６は固体高分子電解質膜、７は燃料極、８は酸化剤極、９は電子機器である。
【００１３】
本実施例の燃料電池システム１は、燃料極と酸化剤極とを含む発電部と、発電部に燃料を供給する燃料タンクとを備えている。
そして、燃料として純水素やメタノール等、どのような燃料を供給する方式のものでも用いることができる。
また、燃料電池の発電部の基本構成とし、プロトン伝導性の固体高分子電解質膜６と、その両側に触媒層とガス拡散層からなる燃料極７、酸化剤極８の二つの電極を有する。
燃料極へは燃料タンク２から燃料流路３を通じて水素燃料が供給され、また、酸化剤極へは酸素が空気の自然拡散により供給される。
【００１４】
固体高分子電解質膜６には、どのようなものを用いても良く、例えばパーフルオロスルホン酸系のプロトン交換樹脂膜などを用いることができる。
この固体高分子電解質膜６には、カソード生成水の逆拡散で速やかに加湿される必要があるため、なるべく薄い膜であることが好ましいが、膜の機械的強度やガスバリアー性等を考えると、５０μｍ程度のものが用いられる。
【００１５】
固体高分子型燃料電池用の膜電極接合体は、例えば次のようにして作製される。
まず、白金黒や白金担持カーボン等の触媒担持粒子と固体高分子電解質溶液とイソプロピルアルコール等の有機溶媒を混合することで触媒インクを作製する。
次に、この触媒インクをスプレー塗工法やスクリーン印刷法、ドクターブレード法などでポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の高分子フィルム、導電性多孔質体のカーボン電極基板上などに成膜することで触媒層が作製される。
次に、得られた触媒層を固体高分子電解質膜の両面に触媒が担持された側を内側にして、熱転写等で圧着することで膜電極接合体を得ることができる。
【００１６】
燃料タンク２は、水素燃料を燃料電池に供給できるものならばどのようなものを用いても良い。
また、燃料としては、純水素や水素吸蔵材料に吸蔵された水素、メタノールやエタノールなどの液体燃料が挙げられる。
また、液体燃料及びその改質器を有して改質水素を燃料電池に供給する方式でも構わない。
本実施例においては、高出力密度が得られる、純水素を供給する方式を用いている。
また、燃料タンク２には、より低圧で効率良く水素を蓄えることができる水素吸蔵合金を使用している。
燃料流路３及び燃料極室は、燃料タンクから供給された水素燃料を系外へリークさせることのないよう、部品間の接続部分や燃料極の外周縁にはシール部材が配置されている。
【００１７】
次に、本実施例の燃料電池システムにおける燃料電池セルについて、図１を用いて説明する。
図１において、２１は膜電極接合体、２２、２６はガス拡散層、２３は第一のセパレータ、２５は燃料極室、２７はシール材、２８は流路形成部材、２９は構造保持部材、３０は締結部材挿入孔、３１は燃料流路、３４は第二のセパレータである。
【００１８】
本実施例における燃料電池セルは、膜電極接合体２１を間に挟む形で、燃料極側には第二のセパレータ３４、ガス拡散層２２、シール材２７を、酸化剤極側にはガス拡散層２６、流路形成部材２８、構造保持部材２９、第一のセパレータ２３を備えている。
第二のセパレータ３４は、導電性のステンレス等の金属に金メッキが施されたものであり、第二のセパレータ３４の燃料極に対応する位置には燃料極室２５が設けられている。また、第二のセパレータ３４の締結部には締結部材を挿入する第二の貫通孔３５が形成されている。
ガス拡散層２２はカーボンペーパーやカーボンクロス等の通気性のある導電性部材であり、前記燃料極室に収められている。
シール材２７はガスケットやＯ−リングなどで、セパレータの外周縁を囲むように配置されており、締結時に電解質膜とセパレータとの間を密閉することで、燃料極室からの水素の漏れを防いでいる。
酸化剤極側には、ガス拡散層２６と流路形成部材２８が積層される。
ガス拡散層２６には燃料極側と同様にカーボンペーパーやカーボンクロス等が用いられる。
流路形成部材２８はステンレスやニッケル、クロム等を多孔質化させた発泡金属、あるいは、スペーサー等が用いられる。第一のセパレータ２３は、第二のセパレータ３４と同様に導電性のステンレス等の金属に金メッキが施されたもので、第一のセパレータ２３の締結部には締結部材を挿入する第一の貫通孔２４が形成されている。
【００１９】
次に、本実施例における構造保持部材２９の詳細について説明する。
図４から図６に、本実施例の燃料電池における構造保持部材の構成を説明するための図を示す。
図４は構造保持部材を酸化剤極面から見た斜視図である。
また、図５は燃料極面から見た斜視図であり、図６は燃料電池セルの構成を説明するための斜視図である。
【００２０】
本実施例における構造保持部材２９は、剛体で形成されており、締結時にセパレータの間隔を規定するように構成されている。
また、構造保持部材２９は第一の貫通孔２４と第二の貫通孔３５と連通する締結部材挿入孔３０（図４参照）を有し、これらの第一の貫通孔２４と締結部材挿入孔３０に締結部材１１（図１２参照）を挿入することで、積層された燃料電池セルの締結が可能に構成されている。
【００２１】
本実施例における構造保持部材２９は剛体で形成され、締結時に第一のセパレータ２３と第二のセパレータ３４の間隔を規定する部材である。
また、図で示すように締結部材挿入孔３０を有し、締結部材１１の締結部でもある。
また、図４に示されるように、構造保持部材２９には第一のセパレータ２３の酸化剤極に接する第一の当接面である酸化剤極側当接面３２が形成されている。
また、図５に示されるように、酸化剤極側当接面３２の反対側には、第二の当接面である燃料極側当接面３３が形成されている。
それぞれの面３２、３３が第一のセパレータ２３および第二のセパレータ３４と当接して挟持することにより構造保持部材は燃料電池のセルの厚みを一定にして、酸化剤極側のガス拡散層と流路形成部材の圧縮量を規制することができる。
【００２２】
また、構造保持部材２９には、図４に示されるように、燃料流路３１が形成されており、スタック時にはセルの積層方向に対して燃料マニホルドとなる。
燃料マニホルドは締結部を兼ねる剛体の構造保持部材で形成されるため、スタック時の変形や位置ずれを防止することができる。
本実施例において、構造保持部材２９はスタックの締結圧による圧縮力に耐えられ、かつ熱伝導性の良好なアルミニウムで形成されている。
そして、これらの部品を組み合わせることで、図６に示されるように、燃料電池セル５とセパレータ２３及び構造保持部材２９が組み合わされた構造を得ることができる。
【００２３】
次に、本実施例の燃料電池における燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックについて説明する。
図７から図１１に、本実施例の燃料電池における燃料電池スタックの構成を説明するための図を示す。
なお、図１０は図９のＡ−Ａ断面を示す図である。
図７から図１１において、１０は燃料電池スタック、１１は締結部材、１２はカプラ、１３はエンドプレートである。
【００２４】
本実施例の燃料電池スタック１０は、燃料電池セル５が電子機器の負荷に応じて複数個直列に接続されて構成されている（本実施例では４つの燃料電池セル５を接続した構成例を示す）。
燃料電池の各セルにはそれぞれ締結部材挿入孔と燃料流路があり、図１１に示すように前記燃料電池セルを順次積層していきエンドプレート１３で挟み込む。
そして構造保持部材の締結部材挿入孔３０に締結部材１１を通すことにより各セルが位置合わせされる。
そして、ボルト形状の締結部材１１を締めることによりスタックが締結される。
これにより、各セルが電気的に直列に接続され、各セル間の燃料極が燃料流路によって連結される。
また、このように直列にセルを積層した構成では、前述のように第一のセパレータ２３と第二のセパレータ３４は共通化されバイポーラプレートとなっている。
【００２５】
図８に示すように燃料電池スタック１０の燃料流路には、燃料タンクがカプラ１２を通して接続されている。
燃料である水素は図１０に矢印で示すように燃料流路を通って各セルに供給される。
また、酸化剤である空気を外部から取り込むに際し、燃料電池スタックの側面で、流路形成部材２８が露われた部分から供給される。
【００２６】
図１２は燃料電池スタックの締結部の断面図である。
前述のように第一のセパレータ２３および第二のセパレータ３４は金属に金メッキが施された導電性部材であるため、燃料電池スタック１０として積層したときに各セル間のセパレータ同士が短絡しないように絶縁する必要がある。
あわせて、セルの発電反応により発生した熱を各セパレータを通して放熱し、スタックの各セルの温度分布を均一化するために熱伝導性も必要な箇所である。
そのため、構造保持部材２９における第一のセパレータ２３および第二のセパレータ３４の当接面である酸化剤極側当接面３２と、燃料極側当接面３３のいずれか一方の面側に、絶縁処理部を有する構成とし、他方の面は絶縁処理がされていない構成とする。
本実施例では、この絶縁処理部が、構造保持部材における上記した酸化剤極側当接面３２と燃料極側当接面３３のいずれか一方の当接面を絶縁処理して構成される。
通常金属材料に絶縁処理を施すと熱伝導性が低下するという問題が生じるが、本実施例では片側の面は絶縁処理がされていないことから、金属の熱伝導性を維持することができ、セパレータとの熱伝導性が維持され、これにより放熱性を向上させることができる。
【００２７】
絶縁処理としては、構造保持部材２９のアルミニウムをアルマイト処理（陽極酸化処理）することにより酸化皮膜を形成して絶縁している。
アルマイト処理をすることにより、比抵抗値が１０×１０１５Ω・ｃｍで耐電圧が８００Ｖ以上の絶縁性をえることができる。
また、アルマイト処理面の熱伝導率は８５Ｗ／ｍ・Ｋと通常のアルミニウムの熱伝導率である２５０Ｗ／ｍ・Ｋと３分の１に低下するため、良好な熱伝導を維持するためには本実施例のように選択的に絶縁処理をすることが必要である。
また、構造保持部材２９における絶縁処理された当接面側と反対側のアルマイト処理が施されていない面については、アルマイト処理を行う際の導通のための電極設置面として利用することができる。
これにより特別なマスクを必要とせず量産性の高い低コストなアルマイト処理をすることができる。
前述の燃料マニホルドとなる構造保持部材の燃料流路３１についてはアルマイト処理を施してあり、燃料による腐食を防止している。
本実施例では構造保持部材の金属材料としてアルミニウムを用い、絶縁処理としてアルマイト処理の例を示したがこれに限定されるものではない。構造保持部材としては熱伝導性の高い金属材料なら良く、ステンレスや銅などでもかまわない。絶縁処理としてはフッ素等の樹脂をコーティングすることも可能である。
【００２８】
以上の本実施例の燃料電池の構成によれば、複数のセルを積層した燃料電池スタック燃料電池において、燃料電池セルスタックのセルの絶縁性を確保しつつ、伝熱性を確保することができる。
すなわち、選択的に絶縁処理を施した金属材料の構造保持部材により構成されている。このため、絶縁性を維持して内部漏電のない安全で、スタック内部で熱が均一化されて熱的にも安定した高性能な燃料電池が提供できる。
【００２９】
（比較例）
上記実施例１における燃料電池の比較例として、実施例１の燃料電池で用いられている構造保持部材２９を、樹脂とした従来例による構成の燃料電池を作製した。
比較例の燃料電池の構成は、構造保持部材が樹脂である無い以外は実施例１と同様である。
樹脂材料としてはエンジニアリングプラスチックのＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）を使用した。ＰＰＳは非導電性材料で熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・ｋである。
【００３０】
実施例１、比較例ともに、内部短絡は発生せず構造保持部材の絶縁が機能していた。
このときの燃料電池スタックの温度分布を比較したグラフを図１３に示す。
縦軸はスタックの各セルの温度分布状況を示し、実施例１と比較例の温度分布はセルの温度の最高値と最低値を結んだ線で表している。
比較例の構造保持部材を樹脂で形成したものと比較すると、実施例１の温度分布は全体の温度も低下してかつ、各セル間での温度バラつきが小さくなっている。
このため、比較例に比べて実施例１の燃料電池スタックは熱的に安定していた。
【００３１】
［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用した別の形態の燃料電池システムについて説明する。
本実施例の燃料電池システムの構成は、後述するように構造保持部材２９の形状を凸形状とした以外は、実施例１と同様である。
図１４に、本実施例の燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図を示す。
図１５は構造保持部材を酸化剤極面から見た斜視図であり、図１６は燃料極面から見た斜視図である。
また、図１７は燃料電池スタックの締結部の断面図であり、図１８は絶縁処理位置を示した表である。
なお、図１４中、５３はバイポーラプレートであり、第一のセパレータと第二のセパレータが共通化されたものである。
【００３２】
図１４から図１７を用いて、本実施例の構造保持部材５９について詳細に説明する。
図１４から１６に示すように構造保持部材５９のバイポーラプレート５３の酸化剤極に接する酸化剤極側当接面６２が形成されている。
また、図１５に示すように酸化剤極側当接面６２の反対側の燃料極側当接面６３には貫通孔５４と嵌合するように凸部６４が設けられ、その中心に締結部材４１の通る締結部材挿入孔６０が形成されている。
燃料電池セルの組立はバイポーラプレート５３の貫通孔５４と凸部６４を嵌合させることにより構造保持部材５９とバイポーラプレート５３と両部品の面方向に位置が決まる。
また、酸化剤極側当接面６２の反対側の燃料極側当接面６３がバイポーラプレート５３と当接することにより積層方向で位置が決まり酸化剤極側のガス拡散層と流路形成部材の圧縮量を規制することができる。
【００３３】
そして、エンドプレート４３で挟み込み構造保持部材に形成されている締結部材の挿入孔６０に締結部材４１を通すことにより各セルが位置合わせされる。ここで、ボルト形状の締結部材４１を締めることによりスタックが締結される。
これにより、各セルが電気的に直列に接続され、各セル間の燃料極が燃料流路によって連結される。
このとき、締結部材４１はスタック締結力に耐えられるようにステンレス等の高剛性の金属でできたボルトが用いられる。
【００３４】
図１７は燃料電池スタックの締結部の断面図である。
バイポーラプレート５３と締結部材４１はステンレス等の導電性金属材料で形成されているため、燃料電池スタックとして積層したときに各セル間のバイポーラプレート５３と締結部材４１が短絡しないように絶縁する必要がある。
あわせて、セルの発電反応により発生した熱をバイポーラプレート５３を通して放熱し、スタックの各セルの温度分布を均一化するために熱伝導性も必要な箇所である。
そのため、構造保持部材５９のアルミニウムを部分的にアルマイト処理（陽極酸化処理）することにより酸化皮膜を形成して絶縁している。
【００３５】
絶縁箇所の一つ目としては、締結部材４１とバイポーラプレート５３を絶縁するために締結部材挿入孔６０の内面にアルマイト処理を行って絶縁処理部を形成する。
前述のようにバイポーラプレート５３の貫通孔５４は構造保持部材５９の凸部６４に嵌合しているためバイポーラプレート５３と締結部材４１が電気的に導通することは無い。
絶縁箇所の二つ目としては、酸化剤極側当接面６２にアルマイト処理を行って構造保持部材５９を挟む二枚のバイポーラプレート５３間を絶縁する絶縁処理部を形成する。
【００３６】
一方、構造保持部材５９の燃料極側当接面６３と凸部６４はアルマイト処理が施されておらず良好な熱伝導性（熱伝導率：２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を維持している。
すなわち、図１８に示すよう絶縁処理部分となりこのように選択的にアルマイト処理を行う。
またアルマイト処理が施されていない面については、アルマイト処理を行う際の導通のための電極設置面として利用することができる。これにより特別なマスクを必要とせず量産性の高い低コストなアルマイト処理をすることができる。
【００３７】
前述の燃料マニホルドとなる構造保持部材の燃料流路６１についてはアルマイト処理を施してあり燃料による腐食を防止している。
また、アルマイト処理を行うとアルマイト層の析出によりアルマイト膜厚の半分がアルミニウム素地から増加して寸法が大きくなるという弊害があり嵌合部などの寸法精度が必要な箇所は機械加工で仕上げる必要がある。前述の凸部６４と貫通孔５４と嵌合部にはアルマイト処理が施されていないため仕上げ加工が不要で加工工程を削減することができる。
【００３８】
本実施例の燃料電池の構成によれば、複数のセルを導電性の締結部材を挿入して積層した燃料電池スタック燃料電池において、燃料電池セルスタックのセルの絶縁性及び伝熱性を確保しつつ組立性の良好な構成になった。
金属材料の構造保持部材に選択的に絶縁処理を施し、凸形状を追加しセパレータと嵌合させる。このため、絶縁性を維持して内部漏電のない安全で、スタック内部で熱が均一化されて熱的にも安定した高性能な燃料電池が提供できる。
【００３９】
［実施例３］
実施例３においては、本発明を適用した上記各実施例とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
本実施例の燃料電池の構成は、後述するように構造保持部材５９の凸形状の位置を変えた以外は、実施例２と同様である。
図１９は燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図、図２０は絶縁処理位置を示した表である。
【００４０】
実施例２では構造保持部材５９の燃料極側当接面６３に貫通孔５４と嵌合するように凸部６４を設けた構成を示したが、図１９に示すように凸部６４を構造保持部材５９の酸化剤極側当接面６２に設ける構成にしても同様の効果が得られる。
この場合アルマイト処理は図２０のように選択的に処理される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図。
【図２】本発明の実施例１における燃料電池システムの概略構成を説明するための図。
【図３】本発明の実施例１における燃料電池システムが搭載された電子機器の構成を示す概略図。
【図４】本発明の実施例１における燃料電池システムでの構造保持部材の構成を説明するための斜視図。
【図５】本発明の実施例１における燃料電池システムでの構造保持部材の構成を説明するための斜視図。
【図６】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池セルの構成を説明するための斜視図。
【図７】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池スタックの構成を説明するための斜視図。
【図８】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池スタックの構成を説明するための断面図。
【図９】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池スタックの構成を説明するための斜視図。
【図１０】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池スタックの構成を説明するための断面図。
【図１１】本発明の実施例１における燃料電池システムでの燃料電池スタックの構成を説明するための斜視図。
【図１２】本発明の実施例１における燃料電池システムでの締結部の構成を説明するための断面図。
【図１３】本発明における実施例１と比較例との温度比較の図。
【図１４】本発明の実施例２における燃料電池システムでの燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図。
【図１５】本発明の実施例２における燃料電池システムでの構造保持部材の構成を説明するための斜視図。
【図１６】本発明の実施例２における燃料電池システムでの構造保持部材の構成を説明するための斜視図。
【図１７】本発明の実施例２における燃料電池システムでの締結部の構成を説明するための断面図。
【図１８】本発明の実施例２における燃料電池システムでのアルマイト処理面を説明するための表。
【図１９】本発明の実施例３における燃料電池システムでの燃料電池セルの構成を説明するための分解斜視図。
【図２０】本発明の実施例３における燃料電池システムでのアルマイト処理面を説明するための表。
【符号の説明】
【００４２】
１：燃料電池システム
２：燃料タンク
３：燃料流路
４：通気孔
５：燃料電池セル
６：固体高分子電解質膜
７：燃料極
８：酸化剤極
９：電子機器
１０：燃料電池スタック
１１：締結部材
１２：カプラ
１３：エンドプレート
２１：膜電極接合体
２２，２６：ガス拡散層
２３：第一のセパレータ
２４：第一の貫通孔
２５：燃料極室
２７：シール材
２８：流路形成部材
２９：構造保持部材
３０：締結部材挿入孔
３１：燃料流路
３２：酸化剤極側当接面
３３：燃料極側当接面
３４：第二のセパレータ
３５：第二の貫通孔
４１：締結部材
４３：エンドプレート
５３：バイポーラプレート
５４：貫通孔
５９：構造保持部材
６０：締結部材挿入孔
６１：燃料流路
６２：酸化剤極側当接面
６３：燃料極側当接面
６４：凸部
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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