JP2009199755A

JP2009199755A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2009199755A
Application number: JP2008037322A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Yokoi; 昭佳横井; Jun Yamamoto; 潤山本; Shinnosuke Kouchi; 慎之助孝治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-09-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of suppressing internal leakage and achieving thermal stability. <P>SOLUTION: The fuel cell is provided with a plurality of fuel battery cells having a membrane electrode assembly in which catalyst layers are formed on both sides of a polymer electrolyte membrane, and has a first separator having conductivity and a second separator having conductivity arranged with a plurality of each fuel battery cells between, and these are laminated. A frame support member formed of a metal material to define the spacing of these separators is provided between the first and the second separators, and the frame support member is provided with first and second contact faces to make the first contact with the second separators. A through-hole which penetrates these and communicates to a through-hole formed in each separator is formed, and a coupling member having conductivity is inserted in these through-holes and the laminated fuel battery cells can be coupled. An insulation treatment part which is insulation treated is provided on the face side of either the first and the second contact faces. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a configuration that achieves thermal stabilization while suppressing internal leakage in a power generation unit of the fuel cell.

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。 Fuel cells are power sources that can be used by directly converting chemical energy obtained by chemically reacting hydrogen and oxygen into electrical energy, such as power sources for portable devices such as digital cameras and mobile phones, power sources for electric vehicles, business and home use. A wide range of applications such as distributed power supplies for the use is expected.
In such a fuel cell, the energy density of hydrogen itself is high, and the active capacity on the cathode side is not necessary because oxygen is taken from the outside air. Compared to this, it can be dramatically improved.
Above all, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is an all solid type that uses a flexible polymer membrane as an electrolyte, so it has good handling characteristics, simple structure, low temperature operation and quick start / stop. is doing.
For this reason, it can be said that it is suitable for mounting of portable electronic devices.

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。 A solid polymer fuel cell basically comprises a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity and a pair of electrodes disposed on both sides thereof.
The electrode is composed of a catalyst layer made of platinum or a platinum group metal catalyst, a gas diffusion electrode formed on the outer surface of the catalyst layer and responsible for current supply and current collection.
This electrode and the solid polymer electrolyte membrane integrated together is called a membrane electrode assembly (MEA), and power is generated by supplying fuel (hydrogen) to one electrode and oxidant (oxygen) to the other. Is called.

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。 The theoretical voltage of a set of membrane electrode assemblies is about 1.23 V, and is often used at about 0.7 V in a normal operation state.
Therefore, when a higher electromotive force is required, a plurality of cells are stacked and each cell is electrically connected in series.
Such a laminated structure is called a fuel cell stack.
Usually, in the stack, the oxidant channel and the fuel channel are separated by a member called a separator.
The separator is formed in a plate shape, and an uneven groove is formed in each of the plate portions, and the concave portion facing the membrane electrode assembly is used as a gas flow path and the convex portion is used as a current collecting portion.

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。
特開２００７−４２４７１号公報特開２００１−３３８６５８号公報 The separator as described above is generally formed of a conductive metal such as stainless steel or aluminum.
Further, in the fuel cell stack described above, since a metal fastening member is used to firmly fasten each cell, each of these stacked cells is conducted through the metal fastening member, There is a risk of internal leakage.
For this reason, conventionally, as in Patent Document 1, for example, an insulating member is disposed between a metal fastening member and a conductive separator to ensure cell insulation in the fuel cell stack. Therefore, a fuel cell that suppresses internal leakage has been proposed.
On the other hand, as disclosed in Patent Document 2, in order to improve the corrosion resistance of the gas flow path, a fuel cell separator that performs corrosion resistance treatment with alumite is also known.
JP 2007-42471 A JP 2001-338658 A

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。 However, in the above-described conventional fuel cell of Patent Document 1, it is possible to prevent internal leakage by preventing the separator and the fastening member from contacting each other, but there is a problem in thermal stability. ing.
That is, since the entire insulating member disposed between the separators is composed of a heat insulating material, the entire fuel cell stack is likely to become high temperature due to heat generated by the power generation reaction of the fuel cell, and the cell in the center in the stacking direction The temperature fluctuated easily, such as a high temperature.
Therefore, it is necessary to introduce a cooling medium into the fuel cell stack to achieve cooling and uniform cell temperature.
Further, in the fuel cell separator of Patent Document 2, the corrosion resistance treatment by anodized is performed in order to improve the corrosion resistance of the gas flow path. However, the insulation between the metal fastening member and the conductive separator is used. This is not taken into consideration.

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。 In view of the above problems, the present invention can ensure insulation between the stacked cells in the fuel cell stack, while ensuring heat transfer without using a cooling means, etc. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can achieve thermal stability.

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。 The present invention provides a fuel cell configured as follows.
The fuel cell of the present invention comprises
A plurality of fuel cells having a membrane electrode assembly in which catalyst layers are provided on both sides of a polymer electrolyte membrane, a first separator having conductivity and a second having conductivity, sandwiching each of the plurality of fuel cells. A fuel cell having a structure in which the separators are arranged and laminated.
Between the first separator and the second separator, there is a structure holding member formed of a metal material that defines the interval between these separators,
The structure holding member includes a first contact surface that contacts the first separator and a second contact surface that contacts the second separator,
A through hole penetrating the first and second contact surfaces and communicating with the first through hole formed in the first separator and the second through hole formed in the second separator; Provided,
A conductive fastening member is inserted into these through-holes so that the stacked fuel cells can be fastened, and an insulation treatment is applied to one of the first and second contact surfaces. It has the part.
Moreover, the fuel cell of the present invention is characterized in that the insulation processing portion is configured to insulate either one of the first and second contact surfaces of the structure holding member.
Further, in the fuel cell of the present invention, the structure holding member has a convex portion that fits either one of the first and second through holes on one of the first and second contact surfaces. An insertion hole of the fastening member that communicates with the through hole of the structure holding member is formed in the convex portion,
The insulation processing part is configured to insulate the inner surface of the insertion hole of the fastening member formed in the convex part, or to insulate the contact surface opposite to the contact surface having the convex part. It is characterized by being.
The fuel cell of the present invention is characterized in that the metal material forming the structure holding member is made of a material containing aluminum, and the insulating treatment part is formed by anodizing the material containing aluminum. To do.
The fuel cell according to the present invention is characterized in that a contact surface opposite to a contact surface to be insulated of the structure holding member is configured as an electrode installation surface when the alumite treatment is performed. To do.
The fuel cell according to the present invention is characterized in that the first separator and the second separator are a common bipolar plate.

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。 According to the fuel cell of the present invention, while ensuring the insulation between the stacked cells in the fuel cell stack, heat conductivity can be ensured without using a cooling means, etc., and internal leakage is suppressed, It is possible to achieve thermal stability.

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。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the following examples.

［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。 [Example 1]
In the first embodiment, a configuration of a fuel cell system to which a fuel cell having a structure in which a plurality of fuel cells in the present invention are provided and these are stacked will be described.
FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the fuel cell in the fuel cell system of the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining a schematic configuration of the fuel cell system in the embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the configuration of an electronic device in which the fuel cell system according to this embodiment is mounted.
The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell stack formed by stacking a plurality of fuel cells each having the components shown in FIG. 1, and these are incorporated in a casing of an electronic device as shown in FIG. .
The casing of the electronic device is provided with a vent hole for supplying an oxidant (oxygen) to the fuel cell of the present embodiment described later.

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。 Here, first, a schematic configuration of the fuel cell in the present embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, 1 is a fuel cell system, 2 is a fuel tank, 3 is a fuel flow path, 4 is a vent hole, 5 is a fuel cell, 6 is a solid polymer electrolyte membrane, 7 is a fuel electrode, and 8 is an oxidant electrode. , 9 are electronic devices.

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。 The fuel cell system 1 of this embodiment includes a power generation unit including a fuel electrode and an oxidant electrode, and a fuel tank that supplies fuel to the power generation unit.
Any fuel supply system such as pure hydrogen or methanol can be used.
In addition, as a basic configuration of the power generation unit of the fuel cell, the fuel cell includes a proton conductive solid polymer electrolyte membrane 6 and two electrodes, a fuel electrode 7 and an oxidant electrode 8 each including a catalyst layer and a gas diffusion layer on both sides thereof.
Hydrogen fuel is supplied from the fuel tank 2 through the fuel flow path 3 to the fuel electrode, and oxygen is supplied to the oxidizer electrode by natural diffusion of air.

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。 Any solid polymer electrolyte membrane 6 may be used. For example, a perfluorosulfonic acid proton exchange resin membrane may be used.
The solid polymer electrolyte membrane 6 is preferably a thin membrane as much as possible because it needs to be quickly humidified by reverse diffusion of the cathode-generated water, but considering the mechanical strength and gas barrier properties of the membrane. About 50 μm is used.

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。 A membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell is produced, for example, as follows.
First, catalyst ink is prepared by mixing catalyst-supporting particles such as platinum black and platinum-supporting carbon, a solid polymer electrolyte solution, and an organic solvent such as isopropyl alcohol.
Next, this catalyst ink is deposited on a polymer film such as polytetrafluoroethylene (PTFE), a conductive porous carbon electrode substrate, etc. by spray coating, screen printing, doctor blade method, etc. A catalyst layer is produced.
Next, the obtained catalyst layer is pressure-bonded by thermal transfer or the like with the catalyst-supported sides on both sides of the solid polymer electrolyte membrane facing inside, whereby a membrane electrode assembly can be obtained.

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。 Any fuel tank 2 may be used as long as it can supply hydrogen fuel to the fuel cell.
Examples of the fuel include pure hydrogen, hydrogen stored in a hydrogen storage material, and liquid fuel such as methanol and ethanol.
Also, a system that has liquid fuel and its reformer and supplies reformed hydrogen to the fuel cell may be used.
In this embodiment, a method of supplying pure hydrogen that can obtain a high output density is used.
The fuel tank 2 uses a hydrogen storage alloy that can efficiently store hydrogen at a lower pressure.
In the fuel flow path 3 and the fuel electrode chamber, a seal member is disposed at a connection portion between the components and the outer peripheral edge of the fuel electrode so that the hydrogen fuel supplied from the fuel tank does not leak out of the system.

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。 Next, the fuel cell in the fuel cell system of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, 21 is a membrane electrode assembly, 22 and 26 are gas diffusion layers, 23 is a first separator, 25 is a fuel electrode chamber, 27 is a sealing material, 28 is a flow path forming member, 29 is a structure holding member, 30 is a fastening member insertion hole, 31 is a fuel flow path, and 34 is a second separator.

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。 The fuel cell in this embodiment has a membrane electrode assembly 21 sandwiched therebetween, a second separator 34, a gas diffusion layer 22 and a seal material 27 on the fuel electrode side, and a gas diffusion on the oxidant electrode side. A layer 26, a flow path forming member 28, a structure holding member 29, and a first separator 23 are provided.
The second separator 34 is obtained by applying gold plating to a metal such as conductive stainless steel, and a fuel electrode chamber 25 is provided at a position corresponding to the fuel electrode of the second separator 34. A second through hole 35 for inserting a fastening member is formed in the fastening portion of the second separator 34.
The gas diffusion layer 22 is a gas-permeable conductive member such as carbon paper or carbon cloth, and is housed in the fuel electrode chamber.
The sealing material 27 is a gasket, an O-ring or the like and is disposed so as to surround the outer peripheral edge of the separator, and prevents leakage of hydrogen from the fuel electrode chamber by sealing between the electrolyte membrane and the separator at the time of fastening. It is out.
A gas diffusion layer 26 and a flow path forming member 28 are laminated on the oxidant electrode side.
Carbon gas, carbon cloth, or the like is used for the gas diffusion layer 26 as in the fuel electrode side.
The flow path forming member 28 is made of foam metal made of stainless steel, nickel, chromium, or the like, or a spacer. The first separator 23 is formed by applying gold plating to a metal such as conductive stainless steel like the second separator 34, and a first penetration for inserting a fastening member into a fastening portion of the first separator 23. A hole 24 is formed.

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。 Next, details of the structure holding member 29 in the present embodiment will be described.
4 to 6 are views for explaining the structure of the structure holding member in the fuel cell of this embodiment.
FIG. 4 is a perspective view of the structure holding member as seen from the oxidant electrode surface.
FIG. 5 is a perspective view seen from the fuel electrode surface, and FIG. 6 is a perspective view for explaining the configuration of the fuel cell.

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。 The structure holding member 29 in the present embodiment is formed of a rigid body and is configured so as to define the interval between the separators when fastened.
Further, the structure holding member 29 has a fastening member insertion hole 30 (see FIG. 4) communicating with the first through hole 24 and the second through hole 35, and these first through hole 24 and the fastening member insertion hole. By inserting the fastening member 11 (see FIG. 12) into 30, the stacked fuel cells can be fastened.

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。 The structure holding member 29 in the present embodiment is formed of a rigid body, and is a member that defines the interval between the first separator 23 and the second separator 34 when fastened.
Moreover, it has the fastening member insertion hole 30 as shown in the figure, and is also a fastening part of the fastening member 11.
As shown in FIG. 4, the structure holding member 29 is formed with an oxidant electrode side contact surface 32 that is a first contact surface that contacts the oxidant electrode of the first separator 23.
Further, as shown in FIG. 5, a fuel electrode side contact surface 33 as a second contact surface is formed on the opposite side of the oxidant electrode side contact surface 32.
Since the respective surfaces 32 and 33 abut against and sandwich the first separator 23 and the second separator 34, the structure holding member makes the cell thickness of the fuel cell constant, and the gas diffusion layer on the oxidant electrode side The compression amount of the flow path forming member can be regulated.

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。 Further, as shown in FIG. 4, the structure holding member 29 is formed with a fuel flow path 31, which becomes a fuel manifold in the stacking direction of the cells at the time of stacking.
Since the fuel manifold is formed of a rigid structure holding member that also serves as a fastening portion, deformation and misalignment during stacking can be prevented.
In this embodiment, the structure holding member 29 is made of aluminum that can withstand the compressive force caused by the fastening pressure of the stack and has good thermal conductivity.
Then, by combining these components, as shown in FIG. 6, a structure in which the fuel cell 5, the separator 23, and the structure holding member 29 are combined can be obtained.

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。 Next, a fuel cell stack formed by stacking a plurality of fuel cells in the fuel cell of this embodiment will be described.
7 to 11 are diagrams for explaining the configuration of the fuel cell stack in the fuel cell of this embodiment.
FIG. 10 is a view showing a cross section taken along the line AA of FIG.
7 to 11, 10 is a fuel cell stack, 11 is a fastening member, 12 is a coupler, and 13 is an end plate.

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。 The fuel cell stack 10 of this embodiment is configured by connecting a plurality of fuel cells 5 in series according to the load of an electronic device (in this embodiment, a configuration example in which four fuel cells 5 are connected). Show).
Each cell of the fuel cell has a fastening member insertion hole and a fuel flow path. The fuel cells are sequentially stacked and sandwiched between end plates 13 as shown in FIG.
Each cell is aligned by passing the fastening member 11 through the fastening member insertion hole 30 of the structure holding member.
Then, the stack is fastened by fastening the bolt-shaped fastening member 11.
Thereby, each cell is electrically connected in series, and the fuel electrode between each cell is connected by the fuel flow path.
Further, in the configuration in which the cells are stacked in series as described above, the first separator 23 and the second separator 34 are made common as a bipolar plate as described above.

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。 As shown in FIG. 8, a fuel tank is connected to the fuel flow path of the fuel cell stack 10 through a coupler 12.
Hydrogen, which is a fuel, is supplied to each cell through a fuel flow path as indicated by an arrow in FIG.
In addition, when air as an oxidant is taken in from the outside, it is supplied from the exposed portion of the flow path forming member 28 on the side surface of the fuel cell stack.

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。 FIG. 12 is a cross-sectional view of the fastening portion of the fuel cell stack.
As described above, the first separator 23 and the second separator 34 are conductive members in which a metal is plated with gold, so that when the fuel cell stack 10 is stacked, the separators between the cells are not short-circuited. Need to be insulated.
In addition, the heat generated by the power generation reaction of the cells is dissipated through the separators, and thermal conductivity is also necessary in order to make the temperature distribution of the cells of the stack uniform.
Therefore, on either one of the oxidant electrode side contact surface 32 and the fuel electrode side contact surface 33 which are contact surfaces of the first separator 23 and the second separator 34 in the structure holding member 29, It is set as the structure which has an insulation process part, and it is set as the structure by which the other surface is not insulated.
In the present embodiment, the insulation processing portion is configured by insulating one of the above-described oxidant electrode side contact surface 32 and fuel electrode side contact surface 33 of the structure holding member.
In general, if the insulation treatment is performed on the metal material, there is a problem that the thermal conductivity is lowered, but in this embodiment, since the surface on one side is not subjected to the insulation treatment, the thermal conductivity of the metal can be maintained. Thermal conductivity with the separator is maintained, and thereby heat dissipation can be improved.

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１０×１０^１５Ω・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。 As an insulation process, the aluminum of the structure holding member 29 is anodized (anodized) to form an oxide film for insulation.
By anodizing, it is possible to obtain insulation with a specific resistance value of 10 × 10 ¹⁵ Ω · cm and a withstand voltage of 800 V or more.
In addition, since the thermal conductivity of the anodized surface is 85 W / m · K, which is 250 W / m · K, which is the usual thermal conductivity of aluminum, it is reduced to one third. As in this embodiment, it is necessary to perform an insulation process selectively.
In addition, the surface of the structure holding member 29 that is not subjected to the alumite treatment on the side opposite to the abutted contact surface side can be used as an electrode installation surface for conduction when the alumite treatment is performed.
This makes it possible to perform a low-cost alumite treatment with high mass productivity without requiring a special mask.
The fuel flow path 31 of the structure holding member serving as the above-described fuel manifold is anodized to prevent corrosion due to fuel.
In this embodiment, aluminum is used as the metal material of the structure holding member, and an example of the alumite treatment is shown as the insulation treatment. However, the present invention is not limited to this. The structure holding member may be a metal material having high thermal conductivity, and may be stainless steel or copper. As the insulation treatment, a resin such as fluorine can be coated.

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。 According to the configuration of the fuel cell of this embodiment described above, in the fuel cell stack fuel cell in which a plurality of cells are stacked, heat conductivity can be ensured while ensuring the insulation of the cells of the fuel cell stack.
That is, it is composed of a metal material structure holding member that is selectively insulated. For this reason, it is possible to provide a high-performance fuel cell that maintains insulation and is safe without internal leakage, has a uniform heat inside the stack, and is thermally stable.

（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。 (Comparative example)
As a comparative example of the fuel cell in Example 1, a fuel cell having a configuration according to a conventional example in which the structure holding member 29 used in the fuel cell of Example 1 is made of resin was manufactured.
The structure of the fuel cell of the comparative example is the same as that of Example 1 except that the structure holding member is not resin.
As a resin material, engineering plastic PPS (polyphenylene sulfide) was used. PPS is a non-conductive material and has a thermal conductivity of 0.4 W / m · k.

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。 In both Example 1 and Comparative Example, an internal short circuit did not occur and the insulation of the structure holding member functioned.
A graph comparing the temperature distribution of the fuel cell stack at this time is shown in FIG.
The vertical axis shows the temperature distribution status of each cell of the stack, and the temperature distribution of Example 1 and the comparative example is represented by a line connecting the maximum value and the minimum value of the cell temperature.
Compared with the structure holding member of the comparative example formed of resin, the temperature distribution of Example 1 also decreases the overall temperature, and the temperature variation between cells is small.
For this reason, the fuel cell stack of Example 1 was thermally stable compared to the comparative example.

［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。 [Example 2]
In Example 2, another embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described.
The configuration of the fuel cell system of this example is the same as that of Example 1 except that the structure holding member 29 has a convex shape as will be described later.
In FIG. 14, the disassembled perspective view for demonstrating the structure of the fuel battery cell of a present Example is shown.
FIG. 15 is a perspective view of the structure holding member viewed from the oxidizer electrode surface, and FIG. 16 is a perspective view viewed from the fuel electrode surface.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the fastening portion of the fuel cell stack, and FIG. 18 is a table showing the insulation processing positions.
In FIG. 14, reference numeral 53 denotes a bipolar plate, which is a common first separator and second separator.

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。 The structure holding member 59 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 14 to 16, an oxidant electrode side contact surface 62 is formed in contact with the oxidant electrode of the bipolar plate 53 of the structure holding member 59.
Further, as shown in FIG. 15, the fuel electrode side contact surface 63 opposite to the oxidant electrode side contact surface 62 is provided with a convex portion 64 so as to be fitted to the through hole 54, and a fastening member at the center thereof. A fastening member insertion hole 60 through which 41 passes is formed.
When assembling the fuel cell, the positions of the structure holding member 59, the bipolar plate 53, and both components are determined by fitting the through holes 54 and the convex portions 64 of the bipolar plate 53 together.
Further, the fuel electrode side contact surface 63 opposite to the oxidant electrode side contact surface 62 comes into contact with the bipolar plate 53 to determine the position in the stacking direction, and the gas diffusion layer on the oxidant electrode side and the flow path forming member. The amount of compression can be regulated.

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。 Then, each cell is aligned by passing the fastening member 41 through the insertion hole 60 of the fastening member formed in the sandwiching structure holding member with the end plate 43. Here, the stack is fastened by fastening the bolt-shaped fastening member 41.
Thereby, each cell is electrically connected in series, and the fuel electrode between each cell is connected by the fuel flow path.
At this time, the fastening member 41 is a bolt made of a highly rigid metal such as stainless steel so as to withstand the stack fastening force.

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。 FIG. 17 is a cross-sectional view of the fastening portion of the fuel cell stack.
Since the bipolar plate 53 and the fastening member 41 are formed of a conductive metal material such as stainless steel, it is necessary to insulate the bipolar plate 53 and the fastening member 41 between cells so as not to be short-circuited when stacked as a fuel cell stack. is there.
In addition, the heat generated by the power generation reaction of the cells is dissipated through the bipolar plate 53, and thermal conductivity is also necessary in order to make the temperature distribution of each cell of the stack uniform.
Therefore, the aluminum of the structure holding member 59 is partially anodized (anodized) to form an oxide film and insulate it.

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。 As a first insulating portion, in order to insulate the fastening member 41 and the bipolar plate 53, an anodizing process is performed on the inner surface of the fastening member insertion hole 60 to form an insulation treatment portion.
As described above, since the through hole 54 of the bipolar plate 53 is fitted to the convex portion 64 of the structure holding member 59, the bipolar plate 53 and the fastening member 41 are not electrically connected.
As a second insulating part, an anodizing process is performed on the oxidant electrode side contact surface 62 to insulate the two bipolar plates 53 sandwiching the structure holding member 59.

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。 On the other hand, the fuel electrode side contact surface 63 and the convex portion 64 of the structure holding member 59 are not subjected to alumite treatment and maintain good thermal conductivity (thermal conductivity: 250 W / m · K).
That is, as shown in FIG. 18, it becomes an insulation processing portion, and thus alumite processing is selectively performed.
Moreover, about the surface which has not been anodized, it can be used as an electrode installation surface for electrical conduction when anodized. This makes it possible to perform a low-cost alumite treatment with high mass productivity without requiring a special mask.

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。 The fuel flow path 61 of the structure holding member serving as the fuel manifold is subjected to alumite treatment to prevent corrosion due to fuel.
In addition, when anodizing is performed, half of the anodized film thickness increases from the aluminum base due to the deposition of the anodized layer, resulting in an increase in dimensions, and parts that require dimensional accuracy, such as fitting parts, must be machined. is there. Since the convex portion 64, the through hole 54, and the fitting portion are not anodized, no finishing process is required and the number of processing steps can be reduced.

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。 According to the configuration of the fuel cell of this embodiment, in the fuel cell stack fuel cell in which a plurality of cells are stacked by inserting conductive fastening members, while ensuring the insulation and heat transfer of the cells of the fuel cell stack The structure has good assembly.
A metal material structure holding member is selectively insulated, and a convex shape is added and fitted with a separator. For this reason, it is possible to provide a high-performance fuel cell that maintains insulation and is safe without internal leakage, has a uniform heat inside the stack, and is thermally stable.

［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。 [Example 3]
In the third embodiment, a fuel cell system of a different form from the above embodiments to which the present invention is applied will be described.
The configuration of the fuel cell of this example is the same as that of Example 2 except that the position of the convex shape of the structure holding member 59 is changed as will be described later.
FIG. 19 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the fuel cell, and FIG. 20 is a table showing the insulation processing positions.

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。 In the second embodiment, the configuration in which the convex portion 64 is provided on the fuel electrode side contact surface 63 of the structure holding member 59 so as to be fitted to the through hole 54 is shown. However, as shown in FIG. The same effect can be obtained by providing the member 59 on the oxidant electrode side contact surface 62.
In this case, the alumite process is selectively performed as shown in FIG.

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。The disassembled perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The figure for demonstrating schematic structure of the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。Schematic which shows the structure of the electronic device by which the fuel cell system in Example 1 of this invention is mounted. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the structure holding member in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the structure holding member in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell stack in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。Sectional drawing for demonstrating the structure of the fuel cell stack in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell stack in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。Sectional drawing for demonstrating the structure of the fuel cell stack in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell stack in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 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。Sectional drawing for demonstrating the structure of the fastening part in the fuel cell system in Example 1 of this invention. 本発明における実施例１と比較例との温度比較の図。The figure of the temperature comparison with Example 1 and a comparative example in this invention. 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。The disassembled perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell in the fuel cell system in Example 2 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the structure holding member in the fuel cell system in Example 2 of this invention. 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。The perspective view for demonstrating the structure of the structure holding member in the fuel cell system in Example 2 of this invention. 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。Sectional drawing for demonstrating the structure of the fastening part in the fuel cell system in Example 2 of this invention. 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。The table | surface for demonstrating the alumite process surface in the fuel cell system in Example 2 of this invention. 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。The disassembled perspective view for demonstrating the structure of the fuel cell in the fuel cell system in Example 3 of this invention. 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。The table | surface for demonstrating the alumite process surface in the fuel cell system in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 1: Fuel cell system 2: Fuel tank 3: Fuel flow path 4: Vent hole 5: Fuel cell 6: Solid polymer electrolyte membrane 7: Fuel electrode 8: Oxidant electrode 9: Electronic device 10: Fuel cell stack 11: Fastening member 12: coupler 13: end plate 21: membrane electrode assembly 22, 26: gas diffusion layer 23: first separator 24: first through hole 25: fuel electrode chamber 27: seal material 28: flow path forming member 29: structure holding member 30: fastening member insertion hole 31: fuel flow path 32: oxidant electrode side contact surface 33: fuel electrode side contact surface 34: second separator 35: second through hole 41: fastening member 43: End plate 53: Bipolar plate 54: Through hole 59: Structure holding member 60: Fastening member insertion hole 61: Fuel flow path 62: Oxidant electrode side contact surface 63: Fuel electrode side contact surface 64: Projection

Claims

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。 A plurality of fuel cells having a membrane electrode assembly in which catalyst layers are provided on both sides of a polymer electrolyte membrane, a first separator having conductivity and a second having conductivity, sandwiching each of the plurality of fuel cells. A fuel cell having a structure in which the separators are arranged and laminated.
Between the first separator and the second separator, there is a structure holding member formed of a metal material that defines the interval between these separators,
The structure holding member includes a first contact surface that contacts the first separator and a second contact surface that contacts the second separator,
A through hole penetrating the first and second contact surfaces and communicating with the first through hole formed in the first separator and the second through hole formed in the second separator; Provided,
A conductive fastening member is inserted into these through-holes so that the stacked fuel cells can be fastened, and an insulation treatment is applied to one of the first and second contact surfaces. A fuel cell comprising a portion.

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。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the insulation processing portion is configured by subjecting one of the first and second contact surfaces of the structure holding member to insulation treatment.

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。 The structure holding member has a convex portion that fits with one of the first and second through holes on either the first or second contact surface, and the convex portion An insertion hole for the fastening member communicating with the through hole of the structure holding member is formed,
The insulation processing part is configured to insulate the inner surface of the insertion hole of the fastening member formed in the convex part, or to insulate the contact surface opposite to the contact surface having the convex part. The fuel cell according to claim 1, wherein:

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。 4. The structure according to claim 1, wherein the metal material forming the structure holding member is made of a material containing aluminum, and the insulation processing portion is formed by anodizing the material containing aluminum. 2. The fuel cell according to item 1.

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。 5. The fuel cell according to claim 4, wherein a contact surface of the structure holding member opposite to a contact surface to be insulated is configured as an electrode installation surface when the alumite treatment is performed. .

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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the first separator and the second separator are a common bipolar plate.