次に、本発明の好適な実施の形態にかか� ��燃料電池について図面を参照して説明する� ��なお、以下に記載される実施の形態は、本� ��明を説明するための例示であり、本発明を� ��れらの実施の形態にのみ限定するものでは� ��い。したがって、本発明は、その要旨を逸� ��しない限り、様々な形態で実施することが� ��きる。

 図1は、本発明の実施の形態にかかる燃料 電池を模式的に示す断面図、図2は、図1に示� ��燃料電池に配設された端部セルの一部を拡� ��して示す断面図、図3は、図1に示す燃料電� �に配設された端部セルの構成要素である断� �部の平面図である。なお、前記各図では、� �明を判りやすくするため、各部材の厚さや� �イズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは� �致させずに記載した。

 図1~図3に示すように、本実施の形態にか� ��る燃料電池1は、燃料電池1の発電に寄与す� �発電セル12が複数積層された発電セル積層体 11と、発電セル積層体11のセル積層方向両側� �配設された端部セル13A及び13Bとを有するセ� �積層体10と、セル積層体10のセル積層方向外� ��に各々配設された集電板14A及び14Bと、集電� ��14A及び14Bのセル積層方向外側に各々配設さ� ��たインシュレータ15A及び15Bと、インシュレ� ��タ15A及び15Bのセル積層方向外側に各々配設� ��れたエンドプレート16A及び16Bと、を備えて� ��成されている。

 発電セル12は、イオン交換膜からなる電� �質膜及びこれを両面から挟んだ一対の電極� �らなる膜・電極接合体と、この膜・電極接� �体を外側から挟持する一対のセパレータと� �で構成されている。セパレータは、例えば� �属を基材とする導電体であり、各電極に空� �等のカソードガス及び水素ガス等のアノー� �ガスを供給するためのガス流路を有し、互� �に隣接する発電セル12に供給される異種流体 の混合を遮断する役割を果たしている。この 構成により、発電セル12の膜・電極接合体内� ��おいて電気化学反応が生じて起電力が得ら� ��ることとなる。また、この電気化学反応は� ��熱反応であることから、セパレータには、� ��料電池冷却用の冷媒(冷却水等)を流すため� �冷媒流路が設けられている。また、発電セ� �12には、マニホールド形成用の図示されてい ない貫通孔が穿設されており、複数の発電セ ル12を重ね合わせて発電セル積層体11を形成� �た際に、これら貫通孔が重ね合わせられる� �とにより、アノードガス流通用、カソード� �ス流通用及び冷媒流通用の図示されていな� �マニホールドがセル積層方向に貫通形成さ� �ることとなる。

 端部セル13A及び13Bは、燃料電池1の発電に 寄与しない非発電セルであり、特に図2に示� �ように、シート状の断熱材21と、この断熱材 21のセル積層方向の一方の面に配設される挟� ��プレート22と、断熱材21のセル積層方向の他 方の面に配設される挟持プレート23とを備え� ��断熱材21をセル積層方向両側から挟持プレ� �ト22及び23によって挟持し、挟持プレート22� �端部と挟持プレート23に樹脂材32を介在させ� ��構成を有する断熱部24を有し、この断熱部24 の挟持プレート22側の面に、セパレータ36を� �して、カソードガス流路37が形成されたセパ レータ35が配設された構成を有している。

 断熱材21は、熱伝導率が0.1W/mK以下、且つ� ��孔率が70%以上、電気伝導性が、荷重0.2Mパス カルで約250mωの物性を有し、本実施の形態で は、断熱材21を構成する材料として、例えば� ��カーボン等の導電材と、そのバインダーと� ��て熱可塑性樹脂を使用した。また、本実施� ��形態では、断熱材21の厚さ(セル積層方向の� ��さ)を、約2mmに設定した。

 挟持プレート22は、導電性を有する材料(� ��実施の形態では、ステンレス)から形成され ており、その中央部には、断熱材21を載置す� ��ための凹状の掘込み部26(図3参照)が形成さ� �ている。また、挟持プレート22には、図3に� �すように、マニホールド形成用の複数の貫� �孔27A~27Fが形成されている。貫通孔27A、27B、2 7Cは、各々、カソードガス供給用、冷媒供給� ��、アノードガス供給用のマニホールドを形� ��するためのものであり、27D、27E、27Fは、各� ��、カソードガス排出用、冷媒排出用、アノ� ��ドガス排出用のマニホールドを形成するた� ��のものである。挟持プレート22の掘込み部26 が形成されている面とは反対側の面には、ア ノードガス流路28が形成されている。

 挟持プレート23は、導電性を有する材料(� ��実施の形態では、ステンレス)から形成され ており、その中央部には、断熱材21を載置す� ��ために形成された凹状の掘込み部29(図2参照 )が形成されている。また、挟持プレート23に は、挟持プレート22と同様に、マニホールド� ��成用の複数の貫通孔(図示せず)が形成され� �いる。挟持プレート23の掘込み部29が形成さ� ��ている面とは反対側の面には、冷却水流路3 1が形成されている。

 なお、セパレータ35及びセパレータ36にも 挟持プレート22及び23と同様に、マニホール� �形成用の複数の貫通孔(図示せず)が形成され ている。

 集電板14A及び14Bは、電力取り出し用のタ� ��ミナル電極であり、例えば、鉄、ステンレ� ��、銅、アルミニウム等の金属で板状に形成� ��れている。本実施形態における集電板14A及� ��14Bは、端部セル13A及び13Bに、各々直接接触� ��るように配置されている。これらの集電板1 4A及び14Bの端部セル13A及び13Bと接触する側の� ��々の表面には、例えば、金、銀、アルミ、� ��ッケル、亜鉛、すず等を用いためっき処理� ��の表面処理が施されており、この表面処理� ��より、集電板14Aと端部セル13Aとの接触抵抗� ��び集電板14Bと端部セル13Bとの接触抵抗が確� ��されている。また、集電板14A及び14Bの両方� ��たはいずれかには、発電セル12や挟持プレ� �ト22と及び23等と同様に、マニホールド形成� ��の孔が形成されている。

 なお、エンドプレート16A及び16Bには、図� ��されていないテンションプレートが架け渡� ��れており、これらテンションプレートがエ� ��ドプレート16A及び16Bにボルト固定されるこ� ��により、燃料電池1のセル積層方向に所定の 圧縮力(締結荷重)が加えられるようになって� ��る。

 この構成を備えた燃料電池1は、セル積層 体10のセル積層方向両端部が端部セル13A及び1 3Bからなり、この端部セル13A及び13Bには、断� ��部24が配設されているため、集電板14A及び14 Bや、エンドプレート16A及び16B等からの放熱� �による温度低下を抑制でき、燃料電池1の内� ��と外部との間の熱拡散を効率よく抑制する� ��とができる。したがって、常温環境下は勿� ��のこと、低温環境下であっても、燃料電池1 の始動性を向上することができる。

 次に、断熱材21の熱伝導率(W/mK)と、気孔� �(%)との関係を調べ、この結果を図4に示すグ� ��フに、×でプロットした。図4から、断熱材2 1の気孔率(%)が低い程、熱伝導率(W/mK)にバラ� �キが生じることが判る。具体的には、断熱� �21の気孔率(%)が70%未満であると、熱伝導率(W/ mK)にバラツキが生じやすくなり、断熱材21の� ��孔率(%)が70%以上であると、熱伝導率(W/mK)の� ��ラツキが少なくなることが判る。

 なお、本実施の形態では、発電セル積層� ��11のセル積層方向両側に非発電セルである� �部セル13A及び13Bを各々配設し、端部セル13A� �び13Bのセル積層方向外側に、集電板14A及び14 Bを各々配設した場合について説明したが、� �れに限らず、例えば、図5に示すように、発� ��セル積層体11の総マイナス側に、非発電セ� �である断熱セル20を配設し、断熱セル20の発� ��セル積層体11が配設された側とは反対側に� �電セル12を配設し、この発電セル12の総マイ� ��ス側に端部セル13Bを配設し、発電セル積層� ��11の総プラス側に端部セル13Aを配設しても� �い。断熱セル20は、図6に示すように、断熱� �21と、断熱材21のセル積層方向両面にそれぞ� ��配設される挟持プレート23を備え、断熱材21 をセル積層方向両側から各々の挟持プレート 23によって挟持し、挟持プレート23同士の端� �に樹脂材32を介在させた構成を有する断熱部 27を有している。この構成の場合、セル積層� ��10の総マイナス側に、断熱セル20と、端部セ ル13Bが位置しているため、燃料電池1の内部� �外部との間の熱拡散をさらに効率よく抑制� �ることができる。

 また、本発明にかかる燃料電池1は、図7� �示すように、集電板14A及び14Bのセル積層方� �外側に、端部セル13A及び13Bを各々配設して� �よい。この場合も、前記実施の形態と同様� �、集電板14A及び14Bや、エンドプレート16A及� �16B等からの放熱等による温度低下を抑制で� �、燃料電池1の内部と外部との間の熱拡散を� ��率よく抑制することができる。したがって� ��常温環境下は勿論のこと、低温環境下であ� ��ても、燃料電池1の始動性を向上することが できる。なお、この構成の場合、集電板14A及 び14Bのセル積層方向内側に断熱セル20を配設� ��てもよい。

 さらにまた、本発明にかかる燃料電池1は 、所望により、断熱材21が配設されていない� ��常の端部セルを使用し、断熱セル20のみを� �設してもよい。

 また、本発明は、複数のセル積層体を接� ��プレートによって電気的に接続した構成を� ��する燃料電池1にも応用可能であることは勿 論である。

 そしてまた、本実施の形態では、挟持プ� ��ート22及び23を、ステンレスから形成した場 合について説明したが、これに限らず、挟持 プレート22及び23は、導電性を有し且つ燃料� �池1の機能に支障を来す材料でなければ、樹� ��等、他の材料からから形成することもでき� ��。特に、挟持プレート22及び23を形成する材 料として導電性樹脂を用いた場合は、挟持プ レート22及び23を、例えば、射出成形等によ� �簡単に形成することができ、加工性を向上� �ることができる。

 また、導電性樹脂は、ステンレスよりも� ��熱性に優れているため、ステンレス製の挟� ��プレート22及び23に比べ、断熱性を向上する こともできる。このため、ステンレス製の挟 持プレート22及び23を使用する際に、セル積� �方向に略垂直な方向に対する断熱性を付与� �る目的で、挟持プレート22及び23の間に介在� ��せていた樹脂材32を必要とせず、部品数を� �減することができると共に、組立工程を簡� �化することができる。そしてまた、挟持プ� �ート22及び23を導電性樹脂から形成すること� ��、挟持プレート22及び23の熱容量の増加を抑 制することができ、低温起動時の発電効率を 向上させることもできる。また、挟持プレー ト22及び23の自重を低減させることもできる� �

 さらにまた、本実施の形態では、断熱材2 1を構成する材料として、例えば、カーボン� �の導電材と、そのバインダーとして熱可塑� �樹脂を使用した場合について説明したが、� �れに限らず、断熱材21は、熱伝導率が0.1W/mK� �下、且つ気孔率が70%以上であり、燃料電池1� ��性能に支障を来すものでなければ、例えば� ��発砲ニッケル材や電気伝導性を確保すべく� ��面処理された多孔質材、または、カーボン� ��の導電材(導電性カーボンブラック)とフッ� �樹脂とを混合して作製したシート、グラフ� �イト、カーボンナノチューブ、化学修飾カ� �ボンブラック、あるいは金属粉(例えば、金� ��銀、白金等)と、PTFE、ETFE、PVdF、PFA等の単体 もしくは複数種のフッ素樹脂とを混合して作 製したシート等、他の材料を使用することも できる。

 また、本実施の形態では、電気伝導性が� ��荷重0.2Mパスカルで約250mωの物性を有する断 熱材21を使用したが、これに限らず、断熱材2 1の電気伝導性は、所望により選択すること� �可能であるが、例えば、荷重0.2Mパスカルで� ��400mω以下であることが好ましい。そしてま� ��、本実施の形態では、断熱材21の厚さを、� �2mmに設定した場合について説明したが、こ� �に限らず、断熱材21の厚さは、断熱材21の熱� ��導率や気孔率、燃料電池スタックの体格、� ��の他使用条件等により、所望の断熱性が確� ��可能な厚さに任意に設定することができる� ��