JP2002083614A - 燃料電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール剤による密閉状態を十分に維持するこ
とができ、構造が簡易で、大量生産が可能な燃料電池及
びその製造方法の提供。 【解決手段】 単電池と１又は複数のセパレータとが交
互に積層され、積層方向に貫通して所要の流体を給排す
るマニホールドを有し、前記単電池に当接するセパレー
タの面に前記単電池の電極側と対応する流体流路が溝状
に形成された燃料電池において、前記セパレータの流体
流路と所要のマニホールドとを連通する連通部は、前記
流体流路が形成されたセパレータの面から当該セパレー
タの他方の面に貫通する連通孔を介して連通させたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
を利用して発電する燃料電池、例えば電気自動車等で使
用される燃料電池とその製造方法に関する。尚、本明細
書では主に固体高分子型燃料電地について記述するが、
リン酸型燃料電池についても本発明を適用できる。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は周知のように、電解質を介し
て一対の電極を接触させ、この一方の電極に燃料を他方
の電極に酸化剤を供給し、電池内にて、燃料の酸化を電
気化学的に反応させ、化学エネルギーを電気エネルギー
に直接変換する装置である。この燃料電池には、電解質
によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる燃
料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固
体高分子型燃料電池が注目されている。

【０００３】さて、燃料電池における電気化学的反応
は、次の通りである。燃料電極に水素ガスを、酸化剤電
極に酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すと
き、下記のような反応が生じる。 陰極反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１） 陽極反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ （２） このとき、燃料電極上で水素はプロトンとなり、水を伴
って電解質膜中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極
上で酸素と反応して水を生ずる。このような燃料電池の
運転には、燃料電池から電流を取り出すと共に、ガスと
水とを効率よく流通させるためのセパレータが重要とな
り、種々のセパレータが提案されている。例えば、特許
第１５０２６１７号及び特許第１６０４０４８号、或い
は、特開平３−２０６７６３（ＵＳＰ５、１０８、８４
９）号公報等で示されている。

【０００４】図１７は、従来の燃料電池における単電池
の概念的な構成を示す断面図、図１８はセパレータの平
面図である。図１７及び図１８において、符号１及び２
は何れも板状に形成された導電性のセパレータである。
以下、説明の都合上、符号１を第１セパレータ、２を第
２セパレータともいう。又、符号３は酸化剤電極、４は
燃料電極、５は例えばプロトン導電性の固体高分子を用
いた電解質膜であり、酸化剤電極３及び燃料電極４と共
に単電池６が構成される。単電池６は上記第１セパレー
タ１と第２セパレータ２とに挟持されている。

【０００５】図中の符号１０は、第１セパレータ１の上
記酸化剤電極３側に向いた面に形成された、流体として
の酸化剤ガスが通る流体流路、即ち酸化剤ガス流路であ
る。この酸化剤ガス流路は、酸化剤電極３へ酸化剤ガス
として例えば空気や酸素ガスを供給するため、酸化剤電
極３に接する所要領域内、即ち酸化電極３に接してこれ
を支持する電極支持部１８に、多数の平行な溝が蛇腹状
に密集するように形成されたものである。

【０００６】又、符号１１は第２セパレータ２の上記燃
料電極４側に向いた面に形成された、流体としての燃料
ガスを通す流体流路、即ち燃料ガス流路である。この燃
料ガス流路は、上記の燃料電極４へ燃料ガスである例え
ば水素ガスを供給するため、燃料電極４に接する所要領
域内、即ち燃料電極４に接してこれを支持する電極支持
部（非図示）に、多数の平行な溝が蛇腹状に形成された
ものであって、上記酸化剤ガス流路１０と同様な形態の
溝から成っている。燃料電池は、単電池と１又は複数の
セパレータとが交互に、例えば、上記第１セパレータ１
と単電池６と第２セパレータ２というような順に、積層
された積層体として構成されている。

【０００７】次に、積層体中の各単電池６への所要の流
体としてのガスの給排を説明する。先ず、酸化剤として
の流体は、積層体を積層方向に貫通するよう設けられた
空気供給用のマニホールド２４から、第１セパレータ１
の面１７に設けられた供給用の連通部１２ａを介して、
電極支持部１８に配された流体流路（所要領域）１０を
経て、排出用の連通部１２ｂを介して、空気排出用のマ
ニホールド２５へと流れて出て行く。他方、燃料として
の水素ガスも積層体を貫通する燃料供給用のマニホール
ド２６から、以下、図示されていない第２セパレータの
面に設けられた供給用の連通部（１２ａと同様）を介し
て、電極支持部（１８と同様）に配された流体流路
（（１０と同様））を経て、排出用の連通部（１２ｂと
同様）を介して、燃料排出用のマニホールド２７へ流れ
て出て行く。上記のように、各セパレータの面に形成さ
れた溝状の各流体流路１０や連通部１２ａ、１３ａは、
当該セパレータ（の面）に当接するようにして隣接され
る単電池６やセパレータとの間、或いはセパレータとセ
パレータとの間を、ガスケットやシール材等を用いて密
着させることで、系外、例えば燃料と空気間のような異
種の流体や流体流路との間とを隔離させ、密閉させてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な、各種流体を通す所要のマニホールドと相応する流体
流路（所要領域）とを連通させる連通部（１２ａ、１２
ｂ）は、他の系と密閉して画されるべき所要領域として
の例えば電極支持部（１８）を囲うように当該セパレー
タの面上を巡るシール材が、当該連通部（１２ａ、１２
ｂ）を横断する方向に延在しているので、その同一面上
の交差部分においては、例えば、燃料側が空気側に対し
て圧力が高くなる等の差圧によって、比較的剛性の劣る
単電池６側が連通部（例えば図中の１２ａ）の溝の開口
側を横断する方向に沿って変形してしまうため、密閉状
態を十分に維持することが困難になる、という問題があ
った。

【０００９】この問題を解決するため、図１９に示すよ
うに、連通部１２の畝上部を削って、その上に補強板９
を載置するという工夫が、特許公報平１−６０８９９号
等で提案されている。しかし、このような工夫は、単電
池１枚に対して、所要数の連通部に応じようとすると、
１枚のセパレータにおいて、最低でも４つの補強板９を
配設せねばならず、数十乃至数百枚の積層が必要な燃料
電池においては、製造コストの大幅な増大を招き、しか
も、構造並びに製造工程が複雑となるため、欠陥率や故
障率等が増加する虞れもあって、実際的ではない。

【００１０】本発明は、上記のような問題を解消し、延
在するシール材と同一面上で交差する溝状の流体流路、
例えば、上記のような連通部における構造を改良するこ
とによって、密閉状態を十分に維持することができ、構
造が簡易で、大量生産が可能な燃料電池及びその製造方
法の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の燃料電池の発
明は、単電池と１又は複数のセパレータとが交互に積層
され、積層方向に貫通して所要の流体を給排するマニホ
ールドを有し、前記単電池に当接するセパレータの面に
前記単電池の電極側と対応する流体流路が溝状に形成さ
れた燃料電池において、前記セパレータの流体流路と所
要のマニホールドとを連通する連通部は、前記流体流路
が形成されたセパレータの面から当該セパレータの他方
の面に貫通する連通孔を介して連通されたことを特徴と
する。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料
電池において、連通部は、貫通孔と当該セパレータの他
方の面に形成された溝状の流路を経て所要のマニホール
ドに連通させたことを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、請求項２に記載の燃料
電池において、当該セパレータの他方の面側には更に他
のセパレータを隣接させたことを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１に記載の燃料
電池において、連通部は、当該セパレータの他方の面に
隣接された更に他のセパレータの面に形成された溝状の
流路を経て所要のマニホールドに連通させたことを特徴
とする。

【００１５】請求項５の燃料電池の発明は、単電池と１
又は複数のセパレータとが交互に積層され、積層方向に
貫通して所要の流体を給排するマニホールドを有し、前
記単電池と当接するセパレータの面に前記単電池の電極
側と対応する流体流路が溝状に形成された燃料電池にお
いて、前記セパレータの流体流路と所要のマニホールド
とを連通する連通部は、少なくとも、前記流体流路やマ
ニホールドを他の系と画するように延在するシール材と
交差する部分を、前記セパレータの内部を通る連通孔と
したことを特徴とする。

【００１６】請求項６の発明は、請求項５に記載の燃料
電池において、連通孔は、前記セパレータと隣接する更
に他のセパレータの内部に延在して連通することを特徴
とする。

【００１７】請求項７の発明は、請求項５又は請求項６
に記載の燃料電池において、連通孔を除く部分の連通部
は、セパレータの面に形成された溝状の流体流路である
ことを特徴とする。

【００１８】請求項８の燃料電池の製造方法の発明は、
単電池と１又は複数のセパレータとが交互に積層され、
積層方向に貫通して所要の流体を給排するマニホールド
を有する燃料電池において、前記マニホールドや前記マ
ニホールドと連通された流体流路等の所要領域を他の流
体の系と画し、所要の流体を所要領域に密閉するため、
単電池とセパレータとの間にシール剤を施す燃料電池の
製造方法において、前記単電池と接するセパレータの面
に前記所要領域を囲む案内溝を設け、前記案内溝にシー
ル剤を施こし、当該セパレータの面に単電池を当接さ
せ、シール剤を固化させて接合することを特徴とする。

【００１９】請求項９の発明は、請求項８に記載の燃料
電池の製造方法において、案内溝の一方側又は両側に沿
って補助溝を設け、案内溝から溢れ出たシール剤を収納
させることを特徴とする。

【００２０】請求項１０の燃料電池の発明は、単電池と
１又は複数のセパレータとが交互に積層され、積層方向
に貫通して所要の流体を給排するマニホールドを有する
燃料電池において、前記マニホールドや前記マニホール
ドと連通された流体流路等の所要領域を他の流体の系と
画し、所要の流体を前記所要領域内に密閉するため、単
電池とセパレータとの間にシール構造を有する燃料電池
において、前記シール構造は、セパレータの面に前記所
要領域を囲むよう設けられた案内溝にシール剤を施こ
し、当該セパレータの面に相対する単電池を当接させ、
シール剤を固化させて接合させた構成としたことを特徴
とする。

【００２１】請求項１１の発明は、請求項１０に記載の
燃料電池において、シール構造は、案内溝から溢れ出た
シール剤が収納されるよう当該案内溝の一方側又は両側
に沿って設けられた補助溝を有することを特徴とする。

【００２２】請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項
７の何れかに記載の燃料電池において、燃料電池は、セ
パレータの面に、所要領域を囲むよう設けられた案内溝
にシール剤を施こし、当該セパレータの面に相対する単
電池或いはセパレータを当接させて、前記シール剤を固
化させたシール構造を有することを特徴とする。

【００２３】請求項１３の発明は、請求項１２に記載の
燃料電池において、シール構造は、案内溝から溢れ出た
シール剤が収納されるよう当該案内溝の一方側又は両側
に沿って設けられた補助溝を有することを特徴とする。

【００２４】

【実施の形態】実施の形態１．実施の形態１を図１乃至
図４に基づいて説明する。図１は単電池の平面模式図、
図２は単電池に当接されるセパレータの一方の面（表）
側の平面模式図、図３は前記セパレータの他方の面
（裏）の平面模式図、図４は単電池とセパレータとの積
層状態を示す要部断面模式図である。図１及び図４にお
いて、単電池５６及びセパレータ５２には、各積層体の
所要領域の流体流路に所要の流体を給排するため、当該
セパレータ５２を積層方向に貫通するように、流体とし
ての酸化剤例えば空気供給用のマニホールド２４及び空
気排出用のマニホールド２５や、流体としての燃料例え
ば水素供給用のマニホールド２６及び水素排出用のマニ
ホールド２７や、流体としての冷却媒体例えば冷却水供
給用のマニホールド２８や冷却水排出用のマニホールド
２９等が、積層方向に適当数設けられている。

【００２５】図２及び図３において、単電池５６に当接
されるセパレータ５２の面（表）１９には、単電池５６
の電極側と対応する当該面内の所要領域、例えばアノー
ドを支持する領域２０に、所要の流体としての燃料を通
す流体流路としての燃料流路（所要領域）３１が設けら
れている。流体流路（３１）はセパレータの表面側に溝
状の流路として形成されている。この燃料流路３１の給
排用の連通部としての両端部は、所要のマニホールド２
６、２７と燃料流路３１とを連通させる流路であり、当
該所要領域内において、当該セパレータ５２の面１９
（表）から他方の面２１（裏）に向けて、当該セパレー
タ５２の内部を例えば貫通して通る貫通孔、この例で
は、供給用の流路としての貫通孔３５ａ及び排出用の流
路としての貫通孔３５ｂとを介して、当該セパレータ５
２の他方の面（裏）２１側に通じ、更に、当該セパレー
タ５２の他方の面（裏）２１に形成された流体流路とし
ての溝、即ち供給用の溝３３ａ及び排出用の溝３３ｂを
経て、それぞれ燃料供給用のマニホールド２６や燃料排
出用のマニホールド２７と連通されている。前記セパレ
ータ５２の他方の面（裏面）２１に形成された溝３３
ａ、溝３３ｂ及び当該面２１に開口する貫通孔３５ａ、
３５ｂの開口部は、当該セパレータ５２の他方の面（裏
面）２１に当接された更に他のセパレータ５３によって
密閉されるように覆われて、即ち当接されて、所要のマ
ニホールド２６、２７に通じる流路となっている。

【００２６】図４において、符号６０、６１はシール剤
である。シール剤は、単電池５６と当該単電池５６を挟
持するように当接された一方のセパレータ５１と他方の
セパレータ５２との間の、単電池５６に向いた面側にそ
れぞれ施された所要領域としての流体流路を、他の流体
の系と隔絶させるように画し、所要の流体を所要の流体
流路に密閉する、即ち、各流体の流路を完全な閉空間で
隔離するため、当該所要領域を囲むように巡らされるも
ので、このシール剤６０、６１は、所要領域としての燃
料供給用のマニホールド２６をシールしている例であ
る。

【００２７】更に、上記のシール剤６０、６１は、単電
池５６の両側に当接されるセパレータ５１と５２とのそ
れぞれの当接面側に、それぞれ、全く同一の投影パター
ンとなるように施されているので、薄膜状の脆弱な単電
池５６を、図示のように、比較的剛性の高いセパレータ
５１、５２の面で挟持させることにより、単電池５６の
周辺部に片荷重を掛けることなく、密閉度の高いシール
面を形成することができる。尚、この実施の形態１に示
すセパレータ５１、５３は、カーボン含有フェノール樹
脂で成形されたものである。尚、セパレータ５２の裏面
２１に当接しているセパレータ５３との間においても、
各流体を系毎に完全な閉空間で隔離するためのシール剤
６２が施されている。又、シール剤６０、６１、６２と
して、ここでは液状のシリコーンシーラントを使用して
いる。

【００２８】次に、動作について説明する。図４におい
て、燃料供給用のマニホールド２６を流れる流体として
の燃料ガスは、セパレータ５２の裏面２１とセパレータ
５３の表面との間に形成された供給用の溝３３ａを通
り、貫通孔３５ａを経て、セパレータ５２の表面１９側
に到達し、燃料ガス流路３１を通って、所要領域として
の、単電池５６の電極（アノード）支持部２０の流体流
路を網羅するように巡ってから、貫通孔３５ｂを経て、
再び、セパレータ５２の裏面２１側に廻り、排出用の溝
３３ｂを通って燃料排出のマニホールド２７へと流れ出
る。

【００２９】上記のように、セパレータ５２の所要領域
を巡る流体流路３１と、当該流体流路３１に所要の流体
を給排する所要のマニホールド２６、２７とを連通する
連通部は、少なくとも、前記流体流路３１やマニホール
ド２６、２７を他の流体の系と画するように延在するシ
ール材と交差する部分においては、セパレータ５２の同
一面上において交差しないように、当該セパレータ内部
を通る連通孔、この例では、供給用の連通孔としての貫
通穴３５ａ及び溝３３ａや、排出用の連通孔としての貫
通孔３５ｂ及び溝３３ｂで構成されている。尚、以上
は、燃料ガス側の流体の流路について説明したが、空気
側の流体の流路においても同様の構成となっている。

【００３０】この実施の形態１では、セパレータ５２の
流体流路３１と所要のマニホールド２６、２７とを連通
する供給用及び排出用の何れの連通部も、少なくとも、
流体流路３１やマニホールド２６、２７を他の系と画す
るように延在するシール剤と同一面上において交差さぜ
ず、当該セパレータ５２の内部を通る連通孔３５ａ及び
溝３３ａ、連通孔３５ｂ及び溝３３ｂとして構成したの
で、当該セパレータ５２の流体流路３１を流れる所要の
流体は、セパレータ５２の剛性表面１９に施されたシー
ル剤によって形成された強固なシール構造により、比較
的大きな差圧、例えば５気圧程度の差圧が生じても、リ
ークを生じる等の悪影響を受けることなく、円滑に流通
することができる。更に、剛性の劣る薄膜状の単電池５
６を、その両側面から、剛性に優れたセパレータ５１、
５２の面にて、シール剤の施された全長にわたって完全
に挟圧する構造となるので、従来に比べて、より確実に
シールを維持させることができる。

【００３１】実施の形態２．次に、実施の形態２を図５
乃至図８に基づいて説明する。図５はセパレータの単電
池と当接する一方の面（表）側の平面模式図、図６はセ
パレータの他方の面（裏）の平面模式図、図７は冷却水
流路を備えたセパレータの当該水流路側面の平面模式
図、図８は積層体の部分断面図である。

【００３２】図５乃至図７において、セパレータ７２、
７３には、各積層体の所要領域の流体流路（３１）に所
要の流体を給排するため、当該セパレータ７２、７３を
積層方向に貫通するように、流体としての酸化剤例えば
空気供給用のマニホールド２４及び空気排出用のマニホ
ールド２５、流体としての燃料例えば水素供給用のマニ
ホールド２６及び水素排出用のマニホールド２７、流体
としての冷却媒体例えば冷却水供給用のマニホールド２
８及び冷却水排出用のマニホールド２９等が、積層方向
に適当数設けられている。

【００３３】図５及び図８において、単電池５６に当接
されるセパレータ７２の面（表）１９には、単電池５６
の電極側と対応する当該面内の所要領域、例えば電極
（アノード）を支持する領域２０に、所要の流体として
の燃料を通す流体流路としての燃料流路３１が設けられ
ている。流体流路（３１）はセパレータ７２の表面１９
側に溝状の流路として形成されている。この燃料流路３
１の給排用の連通部としての両端部は、所要のマニホー
ルド２６、２７と燃料流路３１とを連通させる流路であ
り、当該所要領域２０内において、当該セパレータ７２
の所要領域２０内の面１９（表）から他方の面２１
（裏）に向けて、当該セパレータ７２の内部を、例えば
貫通して通る貫通孔、この例では、供給用の流路として
の貫通孔３５ａ及び排出用の流路としての貫通孔３５ｂ
を介して、当該セパレータ７２の他方の面（裏）２１側
に通じ、更に、当該セパレータ７２の当該他方の面
（裏）２１側に当接される更に別のセパレータ７３の面
２２（表）に形成された流体流路としての池及び溝、即
ち、供給用の池３６ａ及び溝３３ａや、排出用の池３６
ｂ及び溝３３ｂを経て、それぞれ燃料供給用のマニホー
ルド２６や燃料排出用のマニホールド２７と連通してい
る。前記セパレータ７３の表面２２に形成された池３６
ａ、３６ｂや溝３３ａ、３３ｂは、当該セパレータ７３
をセパレータ７２の裏面側に当接することによって密閉
されように覆われて、マニホールド２６、２７に通じる
流体流路となる。尚、池３６ａ、３６ｂは、セパレータ
７２の裏面２１側にに開口する貫通孔３５ａ、３５ｂの
開口部に相応する位置に設けられている。

【００３４】図７において、上記のセパレータ７２の裏
面２１に当接するように隣接する更に他のセパレータ７
３の表面２２には、流体としての冷却水が通る冷却用の
流体流路３２が形成されている。この流体流路３２の給
排用の両端部は、当該流体流路３２と同一面上におい
て、それぞれ所要の、冷却水供給用のマニホールド２８
及び冷却水排出用のマニホールド２９と連通されてい
る。この流体としての冷却水の系は、当該マニホールド
７３の表面内において、前記流体流路３２及びマニホー
ルド２８、２９を内包するように囲んだシール剤が、当
該マニホールド７３の表面２２と、当該表面２２が当接
される上記セパレータ７２の裏面２２とによって、シー
ル剤が延在する全長にわたって挟持されることによっ
て、シールされている。

【００３５】上記のように連通部は、池３６ａ、３６ｂ
を含む連通孔３５ａ、３５ｂが、セパレータ７２と隣接
する更に他のセパレータ７３の内部に延在するように構
成してもよい。又、上記と同様の構造にて、このセパレ
ータ７３の裏面には、空気用の流体流路３０が設けられ
ている（非図示）。

【００３６】図８において、符号８０、８１はシール剤
である。このシール剤８０、８１も上記実施の形態１と
同様に、単電池５６と当該単電池５６を挟持するように
当接された一方のセパレータ７３ｂ及び他方のセパレー
タ７２の当該単電池５６に向いた側の面の間に施された
所要領域を、例えば、所要の流体としての燃料ガスを通
す流体流路を、他の流体の系と隔絶させるように画し、
所要の流体を所要の流体流路に密閉する、即ち、各流体
の流路を完全な閉空間で隔離するため、当該所要領域を
囲むように巡らされるもので、このシール剤８０、８１
は、所要領域としての燃料供給用のマニホールド２６を
シールしている。

【００３７】更に、上記のシール剤８０、８１は、単電
池５６の両側に当接するセパレータ７３ｂと７２の面
に、それぞれ、全く同一の投影パターンとなるように施
すことによって、薄膜状の脆弱な単電池５６を、図示の
ように、比較的剛性の高いセパレータ７３ｂ、７２の面
で挟持させることにより、単電池５６の周辺部に片荷重
を掛けることなく、密閉度の高いシール面を形成するこ
とができる。尚、セパレータ７２の裏面２１に当接して
いるセパレータ７３ａとの間においても、各流体を系毎
に完全な閉空間で隔離するためのシール材８２ａが施さ
れている。この実施の形態２では、シール剤８０、８１
として液状のシリコーンシーラントを、他方、シール材
８２ａ、８３ｂとしては、厚さ０．６ｍｍのフッ素ゴム
を使用している。

【００３８】次に、動作について説明する。図８におい
て、燃料供給用のマニホールド２６を流れる流体として
の燃料ガスは、セパレータ７２の裏面とセパレータ７３
ａの表面との間に形成された供給用の溝３３ａを通り、
貫通孔３５ａを経て、セパレータ７２の表面１９側に到
達し、燃料ガス流路３１を通って、所要領域としての、
単電池５６の電極（アノード）支持部の領域２０を網羅
するように巡ってから、貫通孔３５ｂを経て、再び、セ
パレータ７３の表面側の溝３３ｂを通って燃料排出用の
マニホールド２７へと流れ出る。

【００３９】この実施の形態２によれば、所要領域を囲
むシール剤と連通部とが、同一平面状で交差しないよう
に、セパレータ７２及びセパレータ７３ａの内部を通る
連通孔、この例では、供給用の連通孔は貫通穴３５ａ及
び溝３３ａで、排出用の連通孔は貫通孔３５ｂ及び溝３
３ｂで、それぞれ構成されているので、上記の実施の形
態１と同様に、セパレータ７２を通過する流体は、表面
１９上に配されたシール剤８０と単電池５６とにより形
成された強固なシールにより比較的大きな差圧例えば５
気圧の差圧を設けてもリークを生じる虞がない。又、セ
パレータ７３の冷却水流路部もセパレータ７３とセパレ
ータ７２との間に設けられたガスケットゴム等のシール
材により、完全なシールを行うことができる。

【００４０】尚、この実施の形態２では、セパレータ７
３に設けられた池３６ａ、３６ｂは、セパレータ７２に
設けられた燃料流路の溝幅と同じ、例えば１．２ｍｍ幅
の並列した貫通孔３５を網羅するように大きく形成して
いる。これにより、セパレータ７２とセパレータ７３と
を当接即ち重ね合わせた際に、若干の位置のずれが生じ
ても、貫通孔３５と池３６とが滞り無く連通するので、
製造効率が向上する。

【００４１】この趣旨を実現するために、例えば池３６
（３６ａ、３６ｂ）は貫通孔３５（３５ａ、３５ｂ）よ
りも広め（組立時の精度に依存）の幅で、貫通孔３５
ａ、３５ｂに対応した個数開けることも可能である。勿
論、組立精度や部材寸法精度が格段に向上した場合に
は、燃料流路の溝と同じ幅で穴をあけることもできる。
尚、流体としての例えばガスが流通する際の圧力損失
は、流通経路がスムーズな程つきにくく、流路断面積の
変化が少ない程よいので、組立精度等の範囲に応じて、
できるだけ流路幅を溝に近い状態を保つことが望まし
い。

【００４２】上記の貫通孔３５（３５ａ、３５ｂ）は、
この実施の形態２では製造が容易な垂直な穴としたが、
例えば、図９に示す別の積層体の部分断面のように、流
体に対する流路の抵抗を緩和するように、斜めにして滑
らかに屈曲させたり、流路のコーナー部を抵抗の少ない
曲面とするとよい。

【００４３】実施の形態３ 実施の形態３は、マニホールドや当該マニホールドと連
通する流体流路等の所要領域を他の流体の系と画し、所
要の流体を所要領域に密閉するため、単電池とセパレー
タとの間にシール剤を施す燃料電池の製造方法におい
て、所要領域に接するセパレータの面に当該所要領域を
囲む案内溝を設け、当該案内溝にシール剤を施こし、前
記セパレータの面に単電池を当接させて、シール剤を固
化させて接合する燃料電池の製造方法を示すものであ
る。

【００４４】以下、実施の形態３を図１０及び図１１に
基づいて説明する。図１０は燃料電池積層体を構成する
セパレータ９２の単電池５６と当接する面１９の平面模
式図、図１１はマニホールド周辺のシール状態を示す要
部断面模式図である。図１０及び図１１において、セパ
レータ９２には、各積層体の所要領域に所要の流体を給
排するために、空気用のマニホールド２４、２５、燃料
用のマニホールド２６、２７、冷却水用のマニホールド
２８、２９が設けられている。更に、上記セパレータ９
２の面１９には、単電池５６の電極（アノード）を支持
する領域２０に燃料流路３１が設けられている。この燃
料流路３１の両端部即ち連通部は、セパレータ９２を貫
通する貫通孔３５ａ、３５ｂを介して、他方の面（非図
示）に通じており、連通孔３３を介して燃料用マニホー
ルド２６、２７と連通している。尚、これらの詳細な構
成は、上記の実施の形態１及び２と同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００４５】図１１において、図中の符号１０１は、単
電池５６との間での密閉を行うためのシール剤が塗布さ
れる案内溝である。この案内溝１０１は、セパレータ９
２の表面に溝状に形成されている。例えば、図示の案内
溝１０１は、幅約０．３ｍｍ、深さ約０．２ｍｍの溝で
あり、同図に示すように、各流体毎に、独立した７つの
閉曲線で所要領域を画すように区切っている。

【００４６】他方、符号１０２は補助溝であり、上記の
案内溝１０１に近接して、その両側に沿うように、この
例では平行に形成されている。補助溝１０２は、案内溝
１０１からはみ出たシール材を収納させるためのもので
あって、案内溝１０１と同様に、セパレータ９２の表面
に溝状に形成されている。図示の補助溝１０２は、例え
ば、幅約０．６、深さ約０．４の溝で、案内溝１０１よ
りもマニホールド２５或いは単電池の電極支持領域側に
向けて１ｍｍ程度離して設置している。

【００４７】この実施の形態３では、補助溝１０２を案
内溝１０１の両側に設けているが、必要に応じて、何れ
か一方側だけに設けてもよい。又、図１３に示すよう
に、同一のセパレータ９２の面上に形成される案内溝１
０１が、他の１又は複数の案内溝１０１Ａと近接して略
平行に延在する領域部分においては、それらの案内溝１
０１及び１０１Ａを統一して、共用案内溝１０１Ｗとし
てもよい。尚、図示の共用案内溝１０１Ｗの溝幅は例え
ば約０．５ｍｍ程度としてある。又、この例では、当該
共通案内溝１０１Ｗの両側に補助溝１０２、１０２を設
けている。

【００４８】次に、図１４乃至図１５において、案内溝
１０１へのシール剤の施し方について説明する。図１４
は積層体の部分断面図、図１５は積層体の別の部分断面
図である。図１４に示すように、案内溝１０１にシール
剤８０を当該溝１０１から溢れ出るように、例えば、シ
ール剤としてのガスシーラントを約０．５ｍｍの高さに
盛る。そして、単電池５６とセパレータ９２とを重ね合
わせる。案内溝１０１に収まりきらなかったシール剤８
０は、単電池５６とセパレータ９２との間の接合面上に
できている製造上の細かな凹凸を埋めながら、更に過剰
なシール剤の余り分が当該案内溝１０１の両側に設けら
れた補助溝１０２、１０２に受け入れられるため、単電
池５６とセパレータ９２とが良好な状態にて密着し、シ
ール剤８０の硬化によって接合され強固に固着される。

【００４９】シール剤８０は、案内溝１０１の幅部分だ
けでなく、案内溝１０１から補助溝１０２に到るまでの
幅において、単電池５６とセパレータ９２との接合面間
の凹凸に応じた形状に応じて固化すると共に、更には、
補助溝１０２に落ち込んで変形した形状にて固化するた
め、厳重なシール構造を形成することができる。

【００５０】更に、この実施の形態３では、余分なシー
ル剤８０が補助溝１０２に吸収されるので、余ったシー
ル剤８０がマニホールドや流体流路等に無用にはみ出て
流路を閉塞させる等の不都合を生じさせない。従って、
接合面の面精度のばらつきを考慮して、余分なシール剤
８０をガイド部に盛りつけることが可能となり、凹凸の
激しい接合面においてもシール剤８０が完全に隙間を埋
めて完全なシール構造を形成することができる。

【００５１】実施の形態４ 実施の形態４は、上記実施の形態１及び３を、積層体の
各燃料流路間の流通を可能にする連通マニホールドに適
用した例を示すもので、以下、図１６に基づいて説明す
る。図１６は燃料電池積層体を構成するセパレータ１１
２の単電池５６と当接する面１１９の平面模式図であ
る。

【００５２】先ず、図１６において、この実施の形態４
では、上記実施の形態１、２と同様に、セパレータ１１
２には、各積層体に流体を供給するために当該セパレー
タ１１２を貫く空気用マニホールド２４、２５、燃料用
マニホールド２６、２７、冷却水マニホールド２８、２
９が設けられており、セパレータ１１２の表面１９に設
けられた流体としての燃料が通る流体流路（以下、燃料
流路ともいう）３１の両端部即ち連通部が、セパレータ
１１２を貫通する貫通孔３５ａ、３５ｂを介して裏面
（非図示）に通じ、連通溝３３ａ、３３ｂで所要の燃料
用マニホールド２６、２７と連通している構成は、上記
実施の形態１及び２で説明の通りである。

【００５３】この実施の形態４では、更に、積層体の各
燃料流路３１間の流通を可能にする連通マニホールド１
０５が当該連通マニホールド１０５の回りに施されたシ
ール剤１０３を伴って設けられている。この場合、燃料
流路３１は、当該連通マニホールド１０５と連通するに
当たって、上記実施の形態１、２と同様に、連通マニホ
ールド１０５との接続の前後で上記シール剤１０３を潜
るように、当該マニホールド１０５内部を通って裏面に
達する貫通孔１３５ａ、１３５ｂと当該裏面に設けられ
た連通溝１３３ａ、１３３ｂを経て、連通マニホールド
１０５に連通されている。

【００５４】次に、動作について説明する。燃料供給用
のマニホールド２６を流れる燃料は、セパレータ１１２
の裏側に設けられた連通溝１３３ａを通り、貫通孔３５
ａを経由して、セパレータ１１２の表面１９側に到達
し、燃料流路３１ａを通って、貫通孔１３５ａを経て、
再び当該マニホールド１０５の裏面に廻り、連通行１３
３ａを経由して連通マニホールド１０５へ行き、積層体
中の他の単電池の燃料と合流した後、再び連通孔１３３
ｂ及び貫通孔１３５ｂを経て、当該連通マニホールド１
０５の表面１９側に戻り、燃料流路３１ｂを通って、電
極（アノード）支持部を網羅してから、貫通孔３５ｂを
経て、再びセパレータ１１２の裏面に廻り、連通溝３３
ｂを通って燃料排出用のマニホールド２７へと流れ出
る。

【００５５】この場合、単電池５６を隔てて対向するセ
パレータ１１３（非図示）の表面には流体としての空気
が流れる流体流路（以下、空気流路部）が形成されてい
るが、連通マニホールド１０５と空気流路の境界は完全
な閉曲線でシール剤が塗布されており、単電池５６を介
して対向しているセパレータ１１２の受ける側は、閉曲
線を描くよう施されたシール剤と同一平面において交差
するには一切凹部、即ち従来のような溝が形成されてい
ないため、シール剤は平面にてしっかりと挟持されるた
め、完全なシールを実現させることができる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１乃至請求項７、請求項１２及び
請求項１３の各発明によれば、何れも、従来では延在す
るシール材と同一面上で交差していた溝状の流体流路と
しての連通部が、前記流体流路が形成された面と反対側
の面に、例えば貫通するように、当該セパレータ内部を
通る構成としたので、前記流体流路が形成された当該セ
パレータの面に施された前記流体流路やマニホールドを
気密に囲うシール剤と当該連通部との同一面上における
交差を回避させることができる。従って、当該連通部に
おいては、平面にシール部材が施されるので、所要領域
の密閉状態を十分に維持させることができ、構造が簡易
で、大量生産が可能な燃料電池を提供することができ
る。又、マニホールドとセパレータ面を流れるガスの連
通部分を単電池と接しない裏側に設けたので、セパレー
タと単電池間を流れるガスを、従来に比べて、完全な閉
曲線でシールすることができるので、容易に強固なガス
シールを施すことができる。

【００５７】請求項８、請求項１０、請求項１２の各発
明によれば、何れも、単電池とセパレータとの接着の際
に、所要のシール剤を案内溝に沿って施すことができる
ので、必要な場所に必要な量を容易に塗布することがで
き、作業効率を向上させると共に、シールの信頼性を著
しく高めることができる。

【００５８】請求項９、請求項１１、請求項１３の各発
明によれば、何れも、案内溝に対して補助溝を設けてい
るので、余分なシール剤がマニホールドや電極側の流体
流路部へはみ出す虞がなくなるので、作業効率が一段と
格段に向上し、案内溝から補助溝に到る接着領域及び補
助溝における接着によって、単電池とセパレータとを確
実に接着することができ、且つ、ガスシール性を大幅に
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の単電池の平面模式図である。

【図２】 実施の形態１のセパレータ表面の平面模式図
である。

【図３】 実施の形態１のセパレータ裏面の平面模式図
である。

【図４】 実施の形態１の要部断面模式図である。

【図５】 実施の形態２のセパレータ表面の平面模式図
である。

【図６】 実施の形態２のセパレータ裏面の平面模式図
である。

【図７】 実施の形態２の隣接するセパレータ表面の平
面模式図である。

【図８】 実施の形態２の積層体の部分断面図である。

【図９】 実施の形態２の別の積層体の部分断面図であ
る。

【図１０】 実施の形態３のセパレータの表面の平面模
式図である。

【図１１】 実施の形態３の要部断面模式図である。

【図１２】 実施の形態３のパターン例を示す図であ
る。

【図１３】 実施の形態３の別の要部断面模式図であ
る。

【図１４】 実施の形態３の積層体の部分断面図であ
る。

【図１５】 実施の形態３の積層体の別の部分断面図で
ある。

【図１６】 実施の形態４のセパレータの表面の平面模
式図である。

【図１７】 従来の燃料電池における単電池の概念的な
構成を示す断面図である。

【図１８】 従来のセパレータの平面図である。

【図１９】 従来のセパレータの構成を示す一部切り欠
き斜視図である。

【符号の説明】

１、２、５１、５２、５３、７２，７３、９２、１１２
セパレータ、３、４電極、５ 電解質膜、６、５６
単電池、１０、１１、３１ 流体流路（所要領域）、２
４、２６ マニホールド、２５、２７ マニホールド、
３５、３５ａ，３５ｂ 貫通孔、３３，３３ａ，３３ｂ
溝（連通溝）、６０、６１、６２シール剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光田 憲朗 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 福本 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浜野 浩司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 吉村 晃久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 寺本 和良 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 CC03 CC08

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単電池と１又は複数のセパレータとが交
   互に積層され、積層方向に貫通して所要の流体を給排す
   るマニホールドを有し、前記単電池に当接するセパレー
   タの面に前記単電池の電極側と対応する流体流路が溝状
   に形成された燃料電池において、 前記セパレータの流体流路と所要のマニホールドとを連
   通する連通部は、前記流体流路が形成されたセパレータ
   の面から当該セパレータの他方の面に貫通する連通孔を
   介して連通させたことを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 連通部は、貫通孔と当該セパレータの他
   方の面に形成された溝状の流路を経て所要のマニホール
   ドに連通させたことを特徴とする請求項１に記載の燃料
   電池。
3. 【請求項３】 当該セパレータの他方の面側には更に他
   のセパレータを隣接させたことを特徴とする請求項２に
   記載の燃料電池。
4. 【請求項４】 連通部は、当該セパレータの他方の面に
   隣接された更に他のセパレータの面に形成された溝状の
   流路を経て所要のマニホールドに連通させたことを特徴
   とする請求項１に記載の燃料電池。
5. 【請求項５】 単電池と１又は複数のセパレータとが交
   互に積層され、積層方向に貫通して所要の流体を給排す
   るマニホールドを有し、前記単電池と当接するセパレー
   タの面に前記単電池の電極側と対応する流体流路が溝状
   に形成された燃料電池において、 前記セパレータの流体流路と所要のマニホールドとを連
   通する連通部は、少なくとも、前記流体流路やマニホー
   ルドを他の系と画するように延在するシール材と交差す
   る部分を、前記セパレータの内部を通る連通孔としたこ
   とを特徴とする燃料電池。
6. 【請求項６】 連通孔は、前記セパレータと隣接する更
   に他のセパレータの内部に延在して連通することを特徴
   とする請求項５に記載の燃料電池。
7. 【請求項７】 連通孔を除く部分の連通部は、セパレー
   タの面に形成された溝状の流体流路であることを特徴と
   する請求項５又は請求項６に記載の燃料電池。
8. 【請求項８】 単電池と１又は複数のセパレータとが交
   互に積層され、積層方向に貫通して所要の流体を給排す
   るマニホールドを有する燃料電池において、前記マニホ
   ールドや前記マニホールドと連通された流体流路等の所
   要領域を他の流体の系と画し、所要の流体を所要領域に
   密閉するため、単電池とセパレータとの間にシール剤を
   施す燃料電池の製造方法において、 前記単電池と接するセパレータの面に前記所要領域を囲
   む案内溝を設け、前記案内溝にシール剤を施こし、当該
   セパレータの面に単電池を当接させ、シール剤を固化さ
   せて接合することを特徴とする燃料電池の製造方法。
9. 【請求項９】 案内溝の一方側又は両側に沿って補助溝
   を設け、案内溝から溢れ出たシール剤を収納させること
   を特徴とする請求項８に記載の燃料電池の製造方法。
10. 【請求項１０】 単電池と１又は複数のセパレータとが
    交互に積層され、積層方向に貫通して所要の流体を給排
    するマニホールドを有する燃料電池において、前記マニ
    ホールドや前記マニホールドと連通された流体流路等の
    所要領域を他の流体の系と画し、所要の流体を前記所要
    領域内に密閉するため、単電池とセパレータとの間にシ
    ール構造を有する燃料電池において、 前記シール構造は、セパレータの面に前記所要領域を囲
    むよう設けられた案内溝にシール剤を施こし、当該セパ
    レータの面に相対する単電池を当接させ、シール剤を固
    化させ接合させた構成としたことを特徴とする燃料電
    池。
11. 【請求項１１】 シール構造は、案内溝から溢れ出たシ
    ール剤が収納されるよう当該案内溝の一方側又は両側に
    沿って設けられた補助溝を有することを特徴とする請求
    項１０に記載の燃料電池。
12. 【請求項１２】 燃料電池は、セパレータの面に、所要
    領域を囲むよう設けられた案内溝にシール剤を施こし、
    当該セパレータの面に相対する単電池或いはセパレータ
    を当接させて、前記シール剤を固化させたシール構造を
    有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか
    に記載の燃料電池。
13. 【請求項１３】 シール構造は、案内溝から溢れ出たシ
    ール剤が収納されるよう当該案内溝の一方側又は両側に
    沿って設けられた補助溝を有することを特徴とする請求
    項１２に記載の燃料電池。