JP2004214123A - 積層型燃料電池及びその保守方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止すると共に、少ない部品点数で簡単に作業できる積層型燃料電池及びその保守方法を提供する。
【解決手段】固体高分子電解質膜をグラファイト製の電極膜で挟んだ電池膜１１と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するグラファイト製のセパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、帯状をなす樹脂製（例えばポリプロピレン等）の緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝１６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板１６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を積層方向に所定の間隔で複数介在させる。
【選択図】 図１
【解決手段】固体高分子電解質膜をグラファイト製の電極膜で挟んだ電池膜１１と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するグラファイト製のセパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、帯状をなす樹脂製（例えばポリプロピレン等）の緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝１６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板１６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を積層方向に所定の間隔で複数介在させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型燃料電池及びその保守方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層型燃料電池は、例えば、図９に示すように、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜１１１と、一方面に燃料ガス流路を形成すると共に他方面に酸化ガス流路を形成した導電性を有するセパレータ１１２とを交互に多数積層し、エンドプレート１１４を介して周囲をねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂで締め付けた構造をなし、エンドプレート１１４やセパレータ１１２等に形成されたマニホールドから、水素等の燃料ガスが供給されると共に、空気等の酸化ガスが供給されると、燃料ガスがセパレータ１１２の一方面の燃料ガス流路を介して電池膜１１１の一方面側に供給され、酸化ガスがセパレータ１１２の他方面の酸化ガス流路を介して電池膜１１１の他方面側に供給されることにより電気化学的に反応して、外部へ電力を出力することができるようになっている。
【０００３】
このような構造をなす積層型燃料電池において、何らかの原因により一部の電池膜１１１等が損傷し、交換をする必要が生じた場合には、前記ねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂを取り外し、損傷した電池膜１１１等と新たな電池膜１１１等とを交換した後、前記ねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂでエンドプレート１１４を介して再び締め付けることにより、保守管理を行っている。
【０００４】
ところが、上記積層型燃料電池は、上述したように、エンドプレート１１４を介して周囲をねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂで締め付けた構造をなしていることから、図１０（ａ）に示すように、圧縮力を受けて凸レンズ状に湾曲すると共に電極膜１１１ｂの周縁から突出する固体高分子電解質膜１１１ａの周縁部分とシール材１１３とが密着してしまうため、当該締め付けを開放すると、図１０（ｂ）に示すように、復元力により、シール材１１３に密着した固体高分子電解質膜１１１ａが引っ張られて切断等の損傷箇所ｄを新たに生じてしまう虞があった。
【０００５】
また、締め付けの際に凸レンズ状に湾曲しないように上記シール材１１３を厚肉にした場合でも、当該締め付けを開放すると、図１０（ｃ）に示すように、凹レンズ状に反ってしまい、上述と同様に、シール材１１３に密着した固体高分子電解質膜１１１ａが引っ張られて切断等の損傷箇所ｄを新たに生じてしまう虞があった。
【０００６】
このため、例えば、図１１に示すように、セパレータ１２３の周縁端に係合部１２３ａを形成し、他のセパレータ１２３に形成した上記係合部１２３ａとの間をスプリング１２９で連結することにより、損傷した電池膜１２１等の近傍部分のみの締結解除を可能にして、正常な他の電池膜１２１等の損傷の発生を防止することが考えられている（例えば、下記特許文献１，２等参照）。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５６８６２００号明細書
【特許文献２】
特開平７−２９５９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記セパレータ１１３，１２３には、化学的安定性や電気的特性の観点から、グラファイトが使用されているため、前述したようにして周縁端が連結されると、割れを生じてしまう虞があった。また、非常に多くのセパレータ１２３間を各々複数のスプリング１２９で連結しなければならないので、取付部品点数が非常に多くなると共に、取付作業に非常に手間がかかってしまう。さらに、セパレータ１２３の周縁端にスプリング１２９を設けるため、全体のサイズが大きくなってしまい、デッドスペースを生じやすくなってしまう。
【０００９】
このようなことから、本発明は、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に作業することができる積層型燃料電池及びその保守方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による積層型燃料電池は、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するセパレータとを交互に複数積層した積層型燃料電池において、線条又は帯状をなす緊締具を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部を形成した導電性を有する仕切板を積層方向に所定の間隔で複数介在させたことを特徴とする。
【００１１】
第二番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目の発明において、前記仕切板の前記電極膜との当接面にガス流路が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明による積層型燃料電池は、第二番目の発明において、前記仕切板が、前記ガス流路を形成されたエンドセパレータと、前記貫通部を形成された端板とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
第四番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記仕切板の前記貫通部を貫通し、当該仕切板同士の間に挟まれた前記電池膜及び前記セパレータを緊締する緊締具を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、前述した課題を解決するための、第五番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかの積層型燃料電池の保守方法であって、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを除いた残りの前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、前記仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すことを特徴とする。
【００１５】
第六番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第五番目の発明において、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、当該仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による積層型燃料電池及びその保守方法の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
［第一番目の実施の形態］
本発明に係る積層型燃料電池及びその保守方法の第一番目の実施の形態を図１〜４を用いて説明する。図１は、積層型燃料電池の概略構成図、図２は、図１の一部抽出拡大図、図３は、積層型燃料電池の保守方法の説明図、図４は、図３の一部抽出拡大図である。
【００１８】
本実施の形態に係る積層型燃料電池は、図１〜４に示すように、固体高分子電解質膜をグラファイト製の電極膜で挟んだ電池膜１１と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するグラファイト製のセパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、帯状をなす樹脂製（例えばポリプロピレン等）の緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝１６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板１６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を積層方向に所定の間隔で複数介在させたものである。
【００１９】
上記仕切板１８は、上記端板１６同士が隣接するように対をなして介在し、帯状の前記緊締具１９を挿通させることができるように、当該端板１６同士で隣接する面に前記溝１６ａが形成されている（本実施の形態では２つ）。
【００２０】
なお、図１，３中、１３はグラファイト製の集電板、１４は金属製のエンドプレートである。また、上記積層型燃料電池は、上記各部材１１〜１４，１６，１７間の周縁部に図示しないシール材が介在すると共に、対をなす上記エンドプレート１３の周縁の間を貫通する複数の図示しないねじ軸及びナットにより締め付けられている。
【００２１】
上記積層型燃料電池においては、エンドプレート１４や集電板１３やセパレータ１２や上記仕切板１８等に形成されたマニホールドから、水素等の燃料ガスが供給されると共に、空気等の酸化ガスが供給されると、セパレータ１２及び仕切板１８のエンドセパレータ１７に形成された燃料ガス流路を介して燃料ガスが電池膜１１の一方面側に供給され、セパレータ１２及び仕切板のエンドセパレータ１７に形成された酸化ガス流路を介して酸化ガスが電池膜１１の他方面側に供給されることにより電気化学的に反応して、外部へ電力を出力することができるようになっている。
【００２２】
このような本実施の形態に係る積層型燃料電池において、何らかの原因により一部の電池膜１１やセパレータ１２等が損傷し、交換をする必要が生じた場合には、図３，４に示すように、まず、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の電池膜１１及びセパレータ１２を除いた残りの正常な電池膜１１及びセパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締すると共に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、当該仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締する。
【００２３】
次に、前記ねじ軸及びナットを取り外し、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外して、損傷した電池膜１１１等と新たな電池膜１１１等とを交換した後、再び挿入して前記ねじ軸及びナットでエンドプレート１４を介して再び締め付けることにより、保守管理を行うことができる。
【００２４】
したがって、本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２５】
（１）帯状の緊締具１９を用いて緊締するので、セパレータ１２等を始めとする各種部材１２，１３，１８がグラファイト製であっても、割れ等の損傷を生じさせることなく保守管理を行うことができる。
【００２６】
（２）電池膜１１やセパレータ１２と共に、前記仕切板１８を所定の間隔ごとに積層するだけで組み立てることができると共に、目的とする損傷した電池膜１１やセパレータ１２を間に挟む仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締すると共に、緊締した当該部分の一方側及び他方側に位置する、上記以外の仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締するだけで済むので、組立部品点数を大幅に抑制することができると共に、保守作業にかかる手間を大幅に簡略化することができる。
【００２７】
（３）帯状の緊締具１９を用いて緊締するので、全体のサイズの大型化を抑制することができると共に、デッドスペースの発生をなくすことができる。
【００２８】
［第二番目の実施の形態］
本発明に係る積層型燃料電池及びその保守方法の第二番目の実施の形態を図５，６を用いて説明する。図５は、積層型燃料電池の概略構成図、図６は、図１の一部抽出拡大図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態に係る積層型燃料電池は、図５，６に示すように、電池膜１１と、セパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝２６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板２６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板２８とを積層方向に所定の間隔で複数介在させたものである。
【００３０】
上記仕切板２８は、一対の上記エンドセパレータ１７で上記端板２６を挟むようにして所定の間隔ごとに介在し、帯状の前記緊締具１９を二本挿通させることができるように、一方のエンドセパレータ１７と隣接する面に前記溝２６ａが形成されている（本実施の形態では２つ）。
【００３１】
つまり、前述した第一番目の実施の形態における前記仕切板１８においては、上記端板１６同士を隣接させるように当該端板１６及びエンドセパレータ１７をそれぞれ２枚ずつ介在させるように配設したが、本実施の形態における上記仕切板２８においては、２枚のエンドセパレータ１７で１枚の上記端板２６を挟んで介在させるように配設したのである。
【００３２】
このような本実施の形態に係る積層型燃料電池においては、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にして保守管理を行うことができる。
【００３３】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３４】
［他の実施の形態］
なお、前述した第一，二番目の実施の形態においては、対をなすエンドプレート１３の周縁の間を貫通する複数の図示しないねじ軸及びナットにより締め付けるようにしたが、前記ねじ軸及び前記ナットに代えて、例えば、金属製のベルトを巻き付けてエンドプレート１３間を締め付けるようにすることも可能である。
【００３５】
また、前述した第一番目の実施の形態では、端板１６及びエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を適用した場合について説明したが、例えば、図７（ａ）示すように、端板とエンドセパレータとを一体構造とした仕切板３８を適用すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第二番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３６】
また、前述した第二番目の実施の形態では、２枚のエンドセパレータ１７で１枚の上記端板２６を挟んで介在させた仕切板２８を適用した場合について説明したが、例えば、図７（ｂ）に示すように、一方のエンドセパレータを端板と一体構造とした端板４６とすることにより、エンドセパレータ１７を１枚とした仕切板３８を適用すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第二番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３７】
また、前述した第一番目の実施の形態では、溝１６ａを形成した端板１６を備えた仕切板１８を適用したが、例えば、図８に示すように、紐やロープ等の線条をなす緊締具を積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である孔５６ａを形成（本実施の形態では３つ）した導電性を有するグラファイト製の端板５６及び前記エンドセパレータ１７を備えた仕切板５８を適用することも可能である。もちろん、前述した第二番目の実施の形態や、上述した他の実施の形態の場合においても、前記溝２６ａ，３６ａ，４６ａに代えて、上述したような孔を適用することも可能である。
【００３８】
また、前述した第一，二番目の実施の形態や上述した他の実施の形態においては、溝１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａを２つ形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、１つ又は３つ以上とすることも可能である。同様に、上述した他の実施の形態においては、孔５６ａを３つ形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、１つ若しくは２つ又は４つ以上とすることも可能である。
【００３９】
また、前述した第一， 二番目の実施の形態では、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の電池膜１１及びセパレータ１２を除いた残りの正常な電池膜１１及びセパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締すると共に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、当該仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにしたが、例えば、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締することなく、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んだ上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにすることも可能である。
【００４０】
ここで、取り外した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を部分補修する場合には、上述した前者のようにすることが好ましく、取り外した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を全体補修（オーバホール）する場合や廃棄する場合には、上述した後者のようにすることが好ましい。
【００４１】
また、前述した第一，二番目の実施の形態では、保守作業を行う際に、緊締具１９で緊締するようにしたが、例えば、前記仕切板１８，２８の間ごとに当該間に介在する前記電池膜１１及び前記セパレータ１２を緊締具１９で予め緊締した状態で組み立てておき、保守作業を行う際に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８，２８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにすることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
第一番目の発明による積層型燃料電池は、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するセパレータとを交互に複数積層した積層型燃料電池において、線条又は帯状をなす緊締具を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部を形成した導電性を有する仕切板を積層方向に所定の間隔で複数介在させたことから、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に保守作業を行うことができる。
【００４３】
第二番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目の発明において、前記仕切板の前記電極膜との当接面にガス流路が形成されているので、当該仕切板と当接する電池膜においても発電することができる。
【００４４】
第三番目の発明による積層型燃料電池は、第二番目の発明において、前記仕切板が、前記ガス流路を形成されたエンドセパレータと、前記貫通部を形成された端板とを備えているので、仕切板の作製の容易化を図ることができる。
【００４５】
第四番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記仕切板の前記貫通部を貫通し、当該仕切板同士の間に挟まれた前記電池膜及び前記セパレータを緊締する緊締具を備えていることから、保守作業を行う際に、目的とする電池膜やセパレータを間に挟んで緊締具で緊締された仕切板同士の間の電池膜及びセパレータを取り外して交換するだけで済むので、保守作業のさらなる容易化を図ることができる。
【００４６】
第五番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかの積層型燃料電池の保守方法であって、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを除いた残りの前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、前記仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すので、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に保守作業を行うことができる。
【００４７】
第六番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第五番目の発明において、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、当該仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すので、保守作業のさらなる容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型燃料電池の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の一部抽出拡大図である。
【図３】図１の積層型燃料電池の保守方法の説明図である。
【図４】図３の一部抽出拡大図である。
【図５】本発明に係る積層型燃料電池の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図６】図５の一部抽出拡大図である。
【図７】本発明に係る積層型燃料電池の他の実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図８】本発明に係る積層型燃料電池の他の実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図９】従来の積層型燃料電池の一例の概略構成図である。
【図１０】図９の積層型燃料電池の問題点の説明図である。
【図１１】従来の積層型燃料電池の他の例の要部の抽出拡大図である。
【符号の説明】
１１ 電池膜
１２ セパレータ
１３ 集電板
１４ エンドプレート
１６，２６，４６ 端板
１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａ 溝
１７ エンドセパレータ
１８，２８，３８，４８ 仕切板
１９ 緊締具
５６ 端板
５６ａ 孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型燃料電池及びその保守方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層型燃料電池は、例えば、図９に示すように、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜１１１と、一方面に燃料ガス流路を形成すると共に他方面に酸化ガス流路を形成した導電性を有するセパレータ１１２とを交互に多数積層し、エンドプレート１１４を介して周囲をねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂで締め付けた構造をなし、エンドプレート１１４やセパレータ１１２等に形成されたマニホールドから、水素等の燃料ガスが供給されると共に、空気等の酸化ガスが供給されると、燃料ガスがセパレータ１１２の一方面の燃料ガス流路を介して電池膜１１１の一方面側に供給され、酸化ガスがセパレータ１１２の他方面の酸化ガス流路を介して電池膜１１１の他方面側に供給されることにより電気化学的に反応して、外部へ電力を出力することができるようになっている。
【０００３】
このような構造をなす積層型燃料電池において、何らかの原因により一部の電池膜１１１等が損傷し、交換をする必要が生じた場合には、前記ねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂを取り外し、損傷した電池膜１１１等と新たな電池膜１１１等とを交換した後、前記ねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂでエンドプレート１１４を介して再び締め付けることにより、保守管理を行っている。
【０００４】
ところが、上記積層型燃料電池は、上述したように、エンドプレート１１４を介して周囲をねじ軸１１５ａ及びナット１１５ｂで締め付けた構造をなしていることから、図１０（ａ）に示すように、圧縮力を受けて凸レンズ状に湾曲すると共に電極膜１１１ｂの周縁から突出する固体高分子電解質膜１１１ａの周縁部分とシール材１１３とが密着してしまうため、当該締め付けを開放すると、図１０（ｂ）に示すように、復元力により、シール材１１３に密着した固体高分子電解質膜１１１ａが引っ張られて切断等の損傷箇所ｄを新たに生じてしまう虞があった。
【０００５】
また、締め付けの際に凸レンズ状に湾曲しないように上記シール材１１３を厚肉にした場合でも、当該締め付けを開放すると、図１０（ｃ）に示すように、凹レンズ状に反ってしまい、上述と同様に、シール材１１３に密着した固体高分子電解質膜１１１ａが引っ張られて切断等の損傷箇所ｄを新たに生じてしまう虞があった。
【０００６】
このため、例えば、図１１に示すように、セパレータ１２３の周縁端に係合部１２３ａを形成し、他のセパレータ１２３に形成した上記係合部１２３ａとの間をスプリング１２９で連結することにより、損傷した電池膜１２１等の近傍部分のみの締結解除を可能にして、正常な他の電池膜１２１等の損傷の発生を防止することが考えられている（例えば、下記特許文献１，２等参照）。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５６８６２００号明細書
【特許文献２】
特開平７−２９５９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記セパレータ１１３，１２３には、化学的安定性や電気的特性の観点から、グラファイトが使用されているため、前述したようにして周縁端が連結されると、割れを生じてしまう虞があった。また、非常に多くのセパレータ１２３間を各々複数のスプリング１２９で連結しなければならないので、取付部品点数が非常に多くなると共に、取付作業に非常に手間がかかってしまう。さらに、セパレータ１２３の周縁端にスプリング１２９を設けるため、全体のサイズが大きくなってしまい、デッドスペースを生じやすくなってしまう。
【０００９】
このようなことから、本発明は、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に作業することができる積層型燃料電池及びその保守方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による積層型燃料電池は、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するセパレータとを交互に複数積層した積層型燃料電池において、線条又は帯状をなす緊締具を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部を形成した導電性を有する仕切板を積層方向に所定の間隔で複数介在させたことを特徴とする。
【００１１】
第二番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目の発明において、前記仕切板の前記電極膜との当接面にガス流路が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明による積層型燃料電池は、第二番目の発明において、前記仕切板が、前記ガス流路を形成されたエンドセパレータと、前記貫通部を形成された端板とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
第四番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記仕切板の前記貫通部を貫通し、当該仕切板同士の間に挟まれた前記電池膜及び前記セパレータを緊締する緊締具を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、前述した課題を解決するための、第五番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかの積層型燃料電池の保守方法であって、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを除いた残りの前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、前記仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すことを特徴とする。
【００１５】
第六番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第五番目の発明において、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、当該仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による積層型燃料電池及びその保守方法の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
［第一番目の実施の形態］
本発明に係る積層型燃料電池及びその保守方法の第一番目の実施の形態を図１〜４を用いて説明する。図１は、積層型燃料電池の概略構成図、図２は、図１の一部抽出拡大図、図３は、積層型燃料電池の保守方法の説明図、図４は、図３の一部抽出拡大図である。
【００１８】
本実施の形態に係る積層型燃料電池は、図１〜４に示すように、固体高分子電解質膜をグラファイト製の電極膜で挟んだ電池膜１１と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するグラファイト製のセパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、帯状をなす樹脂製（例えばポリプロピレン等）の緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝１６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板１６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を積層方向に所定の間隔で複数介在させたものである。
【００１９】
上記仕切板１８は、上記端板１６同士が隣接するように対をなして介在し、帯状の前記緊締具１９を挿通させることができるように、当該端板１６同士で隣接する面に前記溝１６ａが形成されている（本実施の形態では２つ）。
【００２０】
なお、図１，３中、１３はグラファイト製の集電板、１４は金属製のエンドプレートである。また、上記積層型燃料電池は、上記各部材１１〜１４，１６，１７間の周縁部に図示しないシール材が介在すると共に、対をなす上記エンドプレート１３の周縁の間を貫通する複数の図示しないねじ軸及びナットにより締め付けられている。
【００２１】
上記積層型燃料電池においては、エンドプレート１４や集電板１３やセパレータ１２や上記仕切板１８等に形成されたマニホールドから、水素等の燃料ガスが供給されると共に、空気等の酸化ガスが供給されると、セパレータ１２及び仕切板１８のエンドセパレータ１７に形成された燃料ガス流路を介して燃料ガスが電池膜１１の一方面側に供給され、セパレータ１２及び仕切板のエンドセパレータ１７に形成された酸化ガス流路を介して酸化ガスが電池膜１１の他方面側に供給されることにより電気化学的に反応して、外部へ電力を出力することができるようになっている。
【００２２】
このような本実施の形態に係る積層型燃料電池において、何らかの原因により一部の電池膜１１やセパレータ１２等が損傷し、交換をする必要が生じた場合には、図３，４に示すように、まず、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の電池膜１１及びセパレータ１２を除いた残りの正常な電池膜１１及びセパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締すると共に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、当該仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締する。
【００２３】
次に、前記ねじ軸及びナットを取り外し、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外して、損傷した電池膜１１１等と新たな電池膜１１１等とを交換した後、再び挿入して前記ねじ軸及びナットでエンドプレート１４を介して再び締め付けることにより、保守管理を行うことができる。
【００２４】
したがって、本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２５】
（１）帯状の緊締具１９を用いて緊締するので、セパレータ１２等を始めとする各種部材１２，１３，１８がグラファイト製であっても、割れ等の損傷を生じさせることなく保守管理を行うことができる。
【００２６】
（２）電池膜１１やセパレータ１２と共に、前記仕切板１８を所定の間隔ごとに積層するだけで組み立てることができると共に、目的とする損傷した電池膜１１やセパレータ１２を間に挟む仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締すると共に、緊締した当該部分の一方側及び他方側に位置する、上記以外の仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締するだけで済むので、組立部品点数を大幅に抑制することができると共に、保守作業にかかる手間を大幅に簡略化することができる。
【００２７】
（３）帯状の緊締具１９を用いて緊締するので、全体のサイズの大型化を抑制することができると共に、デッドスペースの発生をなくすことができる。
【００２８】
［第二番目の実施の形態］
本発明に係る積層型燃料電池及びその保守方法の第二番目の実施の形態を図５，６を用いて説明する。図５は、積層型燃料電池の概略構成図、図６は、図１の一部抽出拡大図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態に係る積層型燃料電池は、図５，６に示すように、電池膜１１と、セパレータ１２とを交互に複数積層した積層型燃料電池において、緊締具１９を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である溝２６ａを形成した導電性を有するグラファイト製の端板２６及び前記電極膜１１との当接面にガス流路を形成された導電性を有するグラファイト製のエンドセパレータ１７を備えた仕切板２８とを積層方向に所定の間隔で複数介在させたものである。
【００３０】
上記仕切板２８は、一対の上記エンドセパレータ１７で上記端板２６を挟むようにして所定の間隔ごとに介在し、帯状の前記緊締具１９を二本挿通させることができるように、一方のエンドセパレータ１７と隣接する面に前記溝２６ａが形成されている（本実施の形態では２つ）。
【００３１】
つまり、前述した第一番目の実施の形態における前記仕切板１８においては、上記端板１６同士を隣接させるように当該端板１６及びエンドセパレータ１７をそれぞれ２枚ずつ介在させるように配設したが、本実施の形態における上記仕切板２８においては、２枚のエンドセパレータ１７で１枚の上記端板２６を挟んで介在させるように配設したのである。
【００３２】
このような本実施の形態に係る積層型燃料電池においては、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にして保守管理を行うことができる。
【００３３】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３４】
［他の実施の形態］
なお、前述した第一，二番目の実施の形態においては、対をなすエンドプレート１３の周縁の間を貫通する複数の図示しないねじ軸及びナットにより締め付けるようにしたが、前記ねじ軸及び前記ナットに代えて、例えば、金属製のベルトを巻き付けてエンドプレート１３間を締め付けるようにすることも可能である。
【００３５】
また、前述した第一番目の実施の形態では、端板１６及びエンドセパレータ１７を備えた仕切板１８を適用した場合について説明したが、例えば、図７（ａ）示すように、端板とエンドセパレータとを一体構造とした仕切板３８を適用すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第二番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３６】
また、前述した第二番目の実施の形態では、２枚のエンドセパレータ１７で１枚の上記端板２６を挟んで介在させた仕切板２８を適用した場合について説明したが、例えば、図７（ｂ）に示すように、一方のエンドセパレータを端板と一体構造とした端板４６とすることにより、エンドセパレータ１７を１枚とした仕切板３８を適用すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第二番目の実施の形態の場合よりも、組立部品点数をさらに抑制することができると共に、全体のサイズの大型化をさらに抑制することができる。
【００３７】
また、前述した第一番目の実施の形態では、溝１６ａを形成した端板１６を備えた仕切板１８を適用したが、例えば、図８に示すように、紐やロープ等の線条をなす緊締具を積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部である孔５６ａを形成（本実施の形態では３つ）した導電性を有するグラファイト製の端板５６及び前記エンドセパレータ１７を備えた仕切板５８を適用することも可能である。もちろん、前述した第二番目の実施の形態や、上述した他の実施の形態の場合においても、前記溝２６ａ，３６ａ，４６ａに代えて、上述したような孔を適用することも可能である。
【００３８】
また、前述した第一，二番目の実施の形態や上述した他の実施の形態においては、溝１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａを２つ形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、１つ又は３つ以上とすることも可能である。同様に、上述した他の実施の形態においては、孔５６ａを３つ形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、１つ若しくは２つ又は４つ以上とすることも可能である。
【００３９】
また、前述した第一， 二番目の実施の形態では、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の電池膜１１及びセパレータ１２を除いた残りの正常な電池膜１１及びセパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締すると共に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締するように、当該仕切板１８の端板１６の前記溝１６ａに当該緊締具１９を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにしたが、例えば、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟む前記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を緊締具１９で緊締することなく、目的とする上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んだ上記仕切板１８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにすることも可能である。
【００４０】
ここで、取り外した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を部分補修する場合には、上述した前者のようにすることが好ましく、取り外した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を全体補修（オーバホール）する場合や廃棄する場合には、上述した後者のようにすることが好ましい。
【００４１】
また、前述した第一，二番目の実施の形態では、保守作業を行う際に、緊締具１９で緊締するようにしたが、例えば、前記仕切板１８，２８の間ごとに当該間に介在する前記電池膜１１及び前記セパレータ１２を緊締具１９で予め緊締した状態で組み立てておき、保守作業を行う際に、目的とする損傷した上記電池膜１１や上記セパレータ１２を間に挟んで上記緊締具１９で緊締された上記仕切板１８，２８同士の間の上記電池膜１１及び上記セパレータ１２を取り外すようにすることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
第一番目の発明による積層型燃料電池は、固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するセパレータとを交互に複数積層した積層型燃料電池において、線条又は帯状をなす緊締具を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部を形成した導電性を有する仕切板を積層方向に所定の間隔で複数介在させたことから、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に保守作業を行うことができる。
【００４３】
第二番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目の発明において、前記仕切板の前記電極膜との当接面にガス流路が形成されているので、当該仕切板と当接する電池膜においても発電することができる。
【００４４】
第三番目の発明による積層型燃料電池は、第二番目の発明において、前記仕切板が、前記ガス流路を形成されたエンドセパレータと、前記貫通部を形成された端板とを備えているので、仕切板の作製の容易化を図ることができる。
【００４５】
第四番目の発明による積層型燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記仕切板の前記貫通部を貫通し、当該仕切板同士の間に挟まれた前記電池膜及び前記セパレータを緊締する緊締具を備えていることから、保守作業を行う際に、目的とする電池膜やセパレータを間に挟んで緊締具で緊締された仕切板同士の間の電池膜及びセパレータを取り外して交換するだけで済むので、保守作業のさらなる容易化を図ることができる。
【００４６】
第五番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかの積層型燃料電池の保守方法であって、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを除いた残りの前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、前記仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すので、セパレータの割れやデッドスペースの発生を防止することができると共に、少ない部品点数で簡単に保守作業を行うことができる。
【００４７】
第六番目の発明による積層型燃料電池の保守方法は、第五番目の発明において、目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、当該仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外すので、保守作業のさらなる容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型燃料電池の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の一部抽出拡大図である。
【図３】図１の積層型燃料電池の保守方法の説明図である。
【図４】図３の一部抽出拡大図である。
【図５】本発明に係る積層型燃料電池の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図６】図５の一部抽出拡大図である。
【図７】本発明に係る積層型燃料電池の他の実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図８】本発明に係る積層型燃料電池の他の実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図９】従来の積層型燃料電池の一例の概略構成図である。
【図１０】図９の積層型燃料電池の問題点の説明図である。
【図１１】従来の積層型燃料電池の他の例の要部の抽出拡大図である。
【符号の説明】
１１ 電池膜
１２ セパレータ
１３ 集電板
１４ エンドプレート
１６，２６，４６ 端板
１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａ 溝
１７ エンドセパレータ
１８，２８，３８，４８ 仕切板
１９ 緊締具
５６ 端板
５６ａ 孔
Claims (6)
- 固体高分子電解質膜を電極膜で挟んだ電池膜と、一方面に燃料ガス流路を形成されると共に他方面に酸化ガス流路を形成されて導電性を有するセパレータとを交互に複数積層した積層型燃料電池において、
線条又は帯状をなす緊締具を上記積層方向と直交する方向に貫通させる貫通部を形成した導電性を有する仕切板を積層方向に所定の間隔で複数介在させた
ことを特徴とする積層型燃料電池。 - 請求項１において、
前記仕切板の前記電極膜との当接面にガス流路が形成されている
ことを特徴とする積層型燃料電池。 - 請求項２において、
前記仕切板が、前記ガス流路を形成されたエンドセパレータと、前記貫通部を形成された端板とを備えている
ことを特徴とする積層型燃料電池。 - 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記仕切板の前記貫通部を貫通し、当該仕切板同士の間に挟まれた前記電池膜及び前記セパレータを緊締する緊締具を備えている
ことを特徴とする積層型燃料電池。 - 請求項１から請求項３のいずれかの積層型燃料電池の保守方法であって、
目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを除いた残りの前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、前記仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外す
ことを特徴とする積層型燃料電池の保守方法。 - 請求項５において、
目的とする前記電池膜又は前記セパレータを間に挟む前記仕切板同士の間の前記電池膜及び前記セパレータを前記緊締具で緊締するように、当該仕切板の前記貫通部に当該緊締具を貫通して緊締した後に、目的とする上記電池膜又は上記セパレータを間に挟む上記仕切板同士の間の上記電池膜及び上記セパレータを取り外す
ことを特徴とする積層型燃料電池の保守方法。
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