JP2002367631A - 燃料電池のシール構造 - Google Patents
燃料電池のシール構造Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 均一なシール性が確保できる燃料電池のシー
ル構造の提供。 【解決手段】 （１）電解質膜１１を挟んで対向するセ
パレータのシール面５１の間隔を、電解質膜がセパレー
タにより挟まれる領域５３と挟まれない領域５４とで、
異ならせた燃料電池のシール構造。（２）セパレータの
シール面５１にシール材料溜まりの窪み５６を形成した
燃料電池のシール構造。（３）窪み５６がシール面の内
周側部分に形成されている。（４）窪み５６がシール面
の外周側部分に形成されている。（５）セパレータの外
形サイズを異ならせることによりセパレータ外面部にシ
ール材料溜まり５７を形成した。（６）セパレータの外
周部位にシール面から側面にわたる窪み６０を形成し
た。
ル構造の提供。 【解決手段】 （１）電解質膜１１を挟んで対向するセ
パレータのシール面５１の間隔を、電解質膜がセパレー
タにより挟まれる領域５３と挟まれない領域５４とで、
異ならせた燃料電池のシール構造。（２）セパレータの
シール面５１にシール材料溜まりの窪み５６を形成した
燃料電池のシール構造。（３）窪み５６がシール面の内
周側部分に形成されている。（４）窪み５６がシール面
の外周側部分に形成されている。（５）セパレータの外
形サイズを異ならせることによりセパレータ外面部にシ
ール材料溜まり５７を形成した。（６）セパレータの外
周部位にシール面から側面にわたる窪み６０を形成し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のシール
構造に関する。
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、イオン
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極、−極）および電解質膜の他面に配置された触媒層お
よび拡散層からなる電極（カソード、空気極、＋極）と
からなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Ele
ctrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス
（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソードガ
ス、酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形
成するセパレータとからセル（単セル）を構成し、複数
のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層し
てモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向
両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エン
ドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをセ
ル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たと
えば、テンションプレート、締結部材はスタック構成部
材の一部）にて締め付け、固定したものからなる。固体
高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を
水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電
解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と
水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成
した電子がセパレータを通してくる）から水を生成する
反応が行われる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ 上記反応を行うために、スタックには燃料ガス、酸化ガ
スが供給・排出される。また、セパレータでのジュール
熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、セパレー
タ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷媒
（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、そこ
に冷媒が循環され、燃料電池を冷却している。スタック
内における燃料ガス、酸化ガス、冷媒のスタックのそれ
ぞれの流路からの洩れを防止するために、セル間はシー
ルされる。特開平１１−１５４５２２号公報は、セパレ
ータ間をシールするのに液状シール材を利用することを
開示している。
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極、−極）および電解質膜の他面に配置された触媒層お
よび拡散層からなる電極（カソード、空気極、＋極）と
からなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Ele
ctrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス
（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソードガ
ス、酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形
成するセパレータとからセル（単セル）を構成し、複数
のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層し
てモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向
両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エン
ドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをセ
ル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たと
えば、テンションプレート、締結部材はスタック構成部
材の一部）にて締め付け、固定したものからなる。固体
高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を
水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電
解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と
水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成
した電子がセパレータを通してくる）から水を生成する
反応が行われる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ 上記反応を行うために、スタックには燃料ガス、酸化ガ
スが供給・排出される。また、セパレータでのジュール
熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、セパレー
タ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷媒
（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、そこ
に冷媒が循環され、燃料電池を冷却している。スタック
内における燃料ガス、酸化ガス、冷媒のスタックのそれ
ぞれの流路からの洩れを防止するために、セル間はシー
ルされる。特開平１１−１５４５２２号公報は、セパレ
ータ間をシールするのに液状シール材を利用することを
開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の液状シ
ールには、液状シールのため均一なシール性が確保でき
ないという課題がある。より詳しくは、電解質がある部
分の無い部分とでは電解質厚さ分シール材の厚さが変わ
り、シール材にかかる荷重も変わり、均一なシール性を
得ることが困難である。とくに、電解質膜がある部分で
は、過大な荷重がかかりシール面圧が大となりシール材
クリープ量が大となって、時間の経過とともにシール面
圧が下がり、その場合は、電極締め付け荷重が低下し
て、電池性能に悪影響を与える。また、電解質膜がある
領域か無い領域かによるシール材にかかる荷重の変化だ
けでなく、セパレータ、電極の形状精度やシール材料の
塗布・成形加工精度のばらつきによっても、均一なシー
ル面圧を得ることが困難となる。シール材料に過大な荷
重がかけられる箇所ではシール材料がシール面からはみ
出すことがあり、はみ出したシール材料によって流体流
路の流路断面積が縮小し、場合によっては閉塞し、電池
性能に悪影響を与える。本発明の目的は、均一なシール
性が確保できる燃料電池のシール構造を提供することに
ある。本発明のもう一つの目的は、均一なシール性が確
保でき、それによってシール材料が局部的に過大な荷重
をかけられてシール面からはみ出すことを抑制できる、
燃料電池のシール構造を提供することにある。
ールには、液状シールのため均一なシール性が確保でき
ないという課題がある。より詳しくは、電解質がある部
分の無い部分とでは電解質厚さ分シール材の厚さが変わ
り、シール材にかかる荷重も変わり、均一なシール性を
得ることが困難である。とくに、電解質膜がある部分で
は、過大な荷重がかかりシール面圧が大となりシール材
クリープ量が大となって、時間の経過とともにシール面
圧が下がり、その場合は、電極締め付け荷重が低下し
て、電池性能に悪影響を与える。また、電解質膜がある
領域か無い領域かによるシール材にかかる荷重の変化だ
けでなく、セパレータ、電極の形状精度やシール材料の
塗布・成形加工精度のばらつきによっても、均一なシー
ル面圧を得ることが困難となる。シール材料に過大な荷
重がかけられる箇所ではシール材料がシール面からはみ
出すことがあり、はみ出したシール材料によって流体流
路の流路断面積が縮小し、場合によっては閉塞し、電池
性能に悪影響を与える。本発明の目的は、均一なシール
性が確保できる燃料電池のシール構造を提供することに
ある。本発明のもう一つの目的は、均一なシール性が確
保でき、それによってシール材料が局部的に過大な荷重
をかけられてシール面からはみ出すことを抑制できる、
燃料電池のシール構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパレータ
のシール面の間隔を、電解質膜がセパレータにより挟ま
れる領域と挟まれない領域とで、異ならせた燃料電池の
シール構造。 （２） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、セパレータのシール面にシール材料溜
まりの窪みを形成した燃料電池のシール構造。 （３） 前記窪みが、セパレータのシール面の内周側部
分に形成されている（２）記載の燃料電池のシール構
造。 （４） 前記窪みが、セパレータのシール面の外周側部
分に形成されている（２）記載の燃料電池のシール構
造。 （５） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパレータ
の外形サイズを異ならせることによりセパレータ外面部
にシール材料溜まりを形成した燃料電池のシール構造。 （６） 電解質膜の周囲部を、該電解質膜の両側に位置
するセパレータの、シール材料が塗布されたシール部の
一部で挟んで、セパレータ間および電解質膜とセパレー
タ間をシールする燃料電池のシール構造であって、電解
質膜を挟んで対向するセパレータの外周部位にシール面
から側面にわたる窪みを形成した燃料電池のシール構
造。
明はつぎの通りである。 （１） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパレータ
のシール面の間隔を、電解質膜がセパレータにより挟ま
れる領域と挟まれない領域とで、異ならせた燃料電池の
シール構造。 （２） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、セパレータのシール面にシール材料溜
まりの窪みを形成した燃料電池のシール構造。 （３） 前記窪みが、セパレータのシール面の内周側部
分に形成されている（２）記載の燃料電池のシール構
造。 （４） 前記窪みが、セパレータのシール面の外周側部
分に形成されている（２）記載の燃料電池のシール構
造。 （５） 単セルを構成するセパレータ間に電解質膜の外
周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ間およ
び電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池のシー
ル構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパレータ
の外形サイズを異ならせることによりセパレータ外面部
にシール材料溜まりを形成した燃料電池のシール構造。 （６） 電解質膜の周囲部を、該電解質膜の両側に位置
するセパレータの、シール材料が塗布されたシール部の
一部で挟んで、セパレータ間および電解質膜とセパレー
タ間をシールする燃料電池のシール構造であって、電解
質膜を挟んで対向するセパレータの外周部位にシール面
から側面にわたる窪みを形成した燃料電池のシール構
造。
【０００５】上記（１）の燃料電池のシール構造では、
電解質膜を挟んで対向するセパレータのシール面の間隔
を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と挟まれ
ない領域とで、異ならせたので、電解質膜がセパレータ
により挟まれる領域のセパレータのシール面の間隔を、
電解質膜がセパレータにより挟まれない領域のセパレー
タのシール面の間隔に比べて、電解質膜の厚さ分大とす
ることにより、シール材料にかかる面圧を、電解質膜が
セパレータにより挟まれる領域と挟まれない領域とで、
同じにすることができ、シール面全面にわたってシール
性を均一化することができる。これにより、電解質膜が
ある領域だけシール材料のクリープが増したりクリープ
速度が大となることもなくなり、電池性能が長期にわた
って安定する。また、電解質膜がある領域のシール材料
に、電解質膜が無い領域のシール材料に比べて過大な荷
重がかかることもなくなるので、電解質膜がある領域の
シール材料の流体流路へのはみ出しも抑制され、流体流
路の流路断面積の減少や閉塞が防止される。上記（２）
の燃料電池のシール構造では、セパレータのシール面に
シール材料溜まりの窪みを形成したので、電解質膜があ
る領域か無い領域かにより、あるいはセパレータ、電極
の形状精度やシール材料の塗布・成形加工精度のばらつ
きにより、シール材に過大な荷重がかかる領域では、余
剰シール材料は窪みに入り込み、逆にシール材にかかる
荷重が少ない場合はシール材が窪みに入り込まないこと
によって、シール面圧が均一化する。これによって、上
記（１）と同様に、電池性能が安定する。また、余剰シ
ール材料が窪みに入ることにより、シール材料の流体流
路へのはみ出しが無くなるか抑制され、はみ出しシール
材料による流路断面積の減少や流路の閉塞が生じなくな
る。また、燃料電池組立において、はみ出しシール材料
の除去工程が不要になる。上記（３）の燃料電池のシー
ル構造では、窪みが、セパレータのシール面の内周側部
分に形成されているので、シール材料の電解質膜側への
はみ出し、マニホールド等の流体流路へのはみ出し、等
による不良の発生が無くなるかまたは抑制される。上記
（４）の燃料電池のシール構造では、窪みが、セパレー
タのシール面の外周側部分に形成されるので、シール材
料のモジュール外へのはみ出しによる不良、たとえばは
み出しシール材料のセパレータ裏面への回り込みによる
セパレータ積層時の平行度の狂い発生、等がなくなる。
また、燃料電池組立において、はみ出しシール材料の除
去工程が不要になる。さらに、窪みをチャンファ、Ｒ形
状にすることによって、対向セパレータ端部同士が接触
することがなくなり、セパレータ間の短絡を防止でき
る。上記（５）の燃料電池のシール構造では、電解質膜
を挟んで対向するセパレータの外形サイズを異ならせる
ことによりセパレータ外面部にシール材料溜まりを形成
したので、シール材料のモジュール外へのはみ出しによ
る不良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面
への回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発
生、等がなくなる。また、燃料電池組立において、はみ
出しシール材料の除去工程が不要になる。上記（６）の
燃料電池のシール構造では、電解質膜を挟んで対向する
セパレータの外周部位にシール面から側面にわたる窪み
を形成したので、対向セパレータ端部同士が接触するこ
とがなくなり、セパレータ間の短絡を防止できる。ま
た、シール材料のモジュール外へのはみ出しによる不
良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面への
回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発生、
等がなくなる。さらに、燃料電池組立において、はみ出
しシール材料の除去工程が不要になる。
電解質膜を挟んで対向するセパレータのシール面の間隔
を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と挟まれ
ない領域とで、異ならせたので、電解質膜がセパレータ
により挟まれる領域のセパレータのシール面の間隔を、
電解質膜がセパレータにより挟まれない領域のセパレー
タのシール面の間隔に比べて、電解質膜の厚さ分大とす
ることにより、シール材料にかかる面圧を、電解質膜が
セパレータにより挟まれる領域と挟まれない領域とで、
同じにすることができ、シール面全面にわたってシール
性を均一化することができる。これにより、電解質膜が
ある領域だけシール材料のクリープが増したりクリープ
速度が大となることもなくなり、電池性能が長期にわた
って安定する。また、電解質膜がある領域のシール材料
に、電解質膜が無い領域のシール材料に比べて過大な荷
重がかかることもなくなるので、電解質膜がある領域の
シール材料の流体流路へのはみ出しも抑制され、流体流
路の流路断面積の減少や閉塞が防止される。上記（２）
の燃料電池のシール構造では、セパレータのシール面に
シール材料溜まりの窪みを形成したので、電解質膜があ
る領域か無い領域かにより、あるいはセパレータ、電極
の形状精度やシール材料の塗布・成形加工精度のばらつ
きにより、シール材に過大な荷重がかかる領域では、余
剰シール材料は窪みに入り込み、逆にシール材にかかる
荷重が少ない場合はシール材が窪みに入り込まないこと
によって、シール面圧が均一化する。これによって、上
記（１）と同様に、電池性能が安定する。また、余剰シ
ール材料が窪みに入ることにより、シール材料の流体流
路へのはみ出しが無くなるか抑制され、はみ出しシール
材料による流路断面積の減少や流路の閉塞が生じなくな
る。また、燃料電池組立において、はみ出しシール材料
の除去工程が不要になる。上記（３）の燃料電池のシー
ル構造では、窪みが、セパレータのシール面の内周側部
分に形成されているので、シール材料の電解質膜側への
はみ出し、マニホールド等の流体流路へのはみ出し、等
による不良の発生が無くなるかまたは抑制される。上記
（４）の燃料電池のシール構造では、窪みが、セパレー
タのシール面の外周側部分に形成されるので、シール材
料のモジュール外へのはみ出しによる不良、たとえばは
み出しシール材料のセパレータ裏面への回り込みによる
セパレータ積層時の平行度の狂い発生、等がなくなる。
また、燃料電池組立において、はみ出しシール材料の除
去工程が不要になる。さらに、窪みをチャンファ、Ｒ形
状にすることによって、対向セパレータ端部同士が接触
することがなくなり、セパレータ間の短絡を防止でき
る。上記（５）の燃料電池のシール構造では、電解質膜
を挟んで対向するセパレータの外形サイズを異ならせる
ことによりセパレータ外面部にシール材料溜まりを形成
したので、シール材料のモジュール外へのはみ出しによ
る不良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面
への回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発
生、等がなくなる。また、燃料電池組立において、はみ
出しシール材料の除去工程が不要になる。上記（６）の
燃料電池のシール構造では、電解質膜を挟んで対向する
セパレータの外周部位にシール面から側面にわたる窪み
を形成したので、対向セパレータ端部同士が接触するこ
とがなくなり、セパレータ間の短絡を防止できる。ま
た、シール材料のモジュール外へのはみ出しによる不
良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面への
回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発生、
等がなくなる。さらに、燃料電池組立において、はみ出
しシール材料の除去工程が不要になる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池のシー
ル構造を図１〜図１６を参照して説明する。図１〜図２
は本発明の全実施例に共通するかまたは類似する構造を
示し、図３は本発明の実施例１を示し図４はその比較例
を示し、図５は本発明の実施例２を示し、図６〜図８は
本発明の実施例３を示し図９、図１０はその比較例を示
し、図１１、図１２、図１３は本発明の実施例４を示し
図１４、図１５、図１６はその比較例を示す。本発明の
全実施例に共通するかまたは類似する部分には、本発明
の全実施例にわたって同じ符号を付してある。まず、本
発明の全実施例に共通するかまたは類似する部分を、図
１〜図３を参照して説明する。
ル構造を図１〜図１６を参照して説明する。図１〜図２
は本発明の全実施例に共通するかまたは類似する構造を
示し、図３は本発明の実施例１を示し図４はその比較例
を示し、図５は本発明の実施例２を示し、図６〜図８は
本発明の実施例３を示し図９、図１０はその比較例を示
し、図１１、図１２、図１３は本発明の実施例４を示し
図１４、図１５、図１６はその比較例を示す。本発明の
全実施例に共通するかまたは類似する部分には、本発明
の全実施例にわたって同じ符号を付してある。まず、本
発明の全実施例に共通するかまたは類似する部分を、図
１〜図３を参照して説明する。
【０００７】本発明のシール構造が適用される燃料電池
は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の
燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載され
る。ただし、自動車以外に用いられてもよい。固体高分
子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、
イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１
の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からな
る電極１４（アノード、燃料極、−極）および電解質膜
１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６か
らなる電極１７（カソード、空気極、＋極）とからなる
膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode A
ssembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）およ
び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体
通路２７（燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ）および燃
料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路（冷却
水流路）２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセル
を形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、
モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジ
ュール１９群のセル積層方向両端に、ターミナル２０、
インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置してス
タック２３を構成し、スタック２３をセル積層方向に締
め付けセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部
材２４（たとえば、テンションプレート、締結部材２４
はスタックの一部を構成する）とボルト２５で固定した
ものからなる。冷媒流路２６はセル毎に、または複数の
セル毎に、設けられる。
は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の
燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載され
る。ただし、自動車以外に用いられてもよい。固体高分
子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、
イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１
の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からな
る電極１４（アノード、燃料極、−極）および電解質膜
１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６か
らなる電極１７（カソード、空気極、＋極）とからなる
膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode A
ssembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）およ
び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体
通路２７（燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ）および燃
料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路（冷却
水流路）２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセル
を形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、
モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジ
ュール１９群のセル積層方向両端に、ターミナル２０、
インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置してス
タック２３を構成し、スタック２３をセル積層方向に締
め付けセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部
材２４（たとえば、テンションプレート、締結部材２４
はスタックの一部を構成する）とボルト２５で固定した
ものからなる。冷媒流路２６はセル毎に、または複数の
セル毎に、設けられる。
【０００８】図１に示すように、燃料電池スタック２３
内には、冷媒マニホールド２８が設けられており、冷媒
マニホールド２８はセルの冷媒流路２６に連通してい
る。冷媒は入側の冷媒マニホールド２８から冷媒流路２
６に流れ、冷媒流路２６から出側の冷媒マニホールド２
８に流れる。同様に、燃料電池スタック２３内には、ガ
スマニホールド２９が設けられており、ガスマニホール
ド２９は燃料ガスマニホールド２９ａと酸化ガスマニホ
ールド２９ｂとからなる。燃料ガスマニホールド２９ａ
と酸化ガスマニホールド２９ｂは、それぞれ、セルの燃
料ガス流路２７ａと酸化ガス流路２７ｂに連通してい
る。燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド２９ａから
セルの燃料ガス流路２７ａに流れ、燃料ガス流路２７ａ
から出側の燃料ガスマニホールド２９ａに流れる。酸化
ガスは入側の酸化ガスマニホールド２９ｂからセルの酸
化ガス流路２７ｂに流れ、酸化ガス流路２７ｂから出側
の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
内には、冷媒マニホールド２８が設けられており、冷媒
マニホールド２８はセルの冷媒流路２６に連通してい
る。冷媒は入側の冷媒マニホールド２８から冷媒流路２
６に流れ、冷媒流路２６から出側の冷媒マニホールド２
８に流れる。同様に、燃料電池スタック２３内には、ガ
スマニホールド２９が設けられており、ガスマニホール
ド２９は燃料ガスマニホールド２９ａと酸化ガスマニホ
ールド２９ｂとからなる。燃料ガスマニホールド２９ａ
と酸化ガスマニホールド２９ｂは、それぞれ、セルの燃
料ガス流路２７ａと酸化ガス流路２７ｂに連通してい
る。燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド２９ａから
セルの燃料ガス流路２７ａに流れ、燃料ガス流路２７ａ
から出側の燃料ガスマニホールド２９ａに流れる。酸化
ガスは入側の酸化ガスマニホールド２９ｂからセルの酸
化ガス流路２７ｂに流れ、酸化ガス流路２７ｂから出側
の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
【０００９】図１に示すように、スタック２３の一端に
あるエンドプレート２２（プレッシャプレート３２、ば
ね機構３３が配される側と反対側にあるエンドプレート
２２）には、冷媒（冷却水）を燃料電池スタック内の冷
媒マニホールド２８に供給・排出する冷媒配管３０が接
続されており、反応ガスを燃料電池スタック内のガスマ
ニホールド２９に供給・排出するガス配管３１が接続さ
れている。ガス配管３１は、燃料ガスを燃料電池スタッ
ク内の燃料ガスマニホールド２９ａに供給・排出する燃
料ガス配管３１ａと、酸化ガスを燃料電池スタック内の
酸化ガスマニホールド２９ｂに供給・排出する酸化ガス
配管３１ｂとからなる。冷媒、燃料ガス、酸化ガスは、
スタック２３の一端にあるエンドプレート２２（ばね機
構３３が配されている側と反対側にあるエンドプレート
２２）から燃料電池スタックに入り、Ｕターンして、同
じエンドプレート２２から出る。スタック２３の一端側
には、エンドプレート２２とインシュレータ２１との間
にプレッシャプレート３２が設けられ、プレッシャプレ
ート２１とエンドプレート２２との間にばね機構３３が
設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制している。
あるエンドプレート２２（プレッシャプレート３２、ば
ね機構３３が配される側と反対側にあるエンドプレート
２２）には、冷媒（冷却水）を燃料電池スタック内の冷
媒マニホールド２８に供給・排出する冷媒配管３０が接
続されており、反応ガスを燃料電池スタック内のガスマ
ニホールド２９に供給・排出するガス配管３１が接続さ
れている。ガス配管３１は、燃料ガスを燃料電池スタッ
ク内の燃料ガスマニホールド２９ａに供給・排出する燃
料ガス配管３１ａと、酸化ガスを燃料電池スタック内の
酸化ガスマニホールド２９ｂに供給・排出する酸化ガス
配管３１ｂとからなる。冷媒、燃料ガス、酸化ガスは、
スタック２３の一端にあるエンドプレート２２（ばね機
構３３が配されている側と反対側にあるエンドプレート
２２）から燃料電池スタックに入り、Ｕターンして、同
じエンドプレート２２から出る。スタック２３の一端側
には、エンドプレート２２とインシュレータ２１との間
にプレッシャプレート３２が設けられ、プレッシャプレ
ート２１とエンドプレート２２との間にばね機構３３が
設けられてセルにかかる荷重の変動を抑制している。
【００１０】セパレータ１８は、カーボン板に冷媒流路
２６やガス流路２７（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流
路２７ｂ）を形成したもの、または、導電性粒子を混入
して導電性をもたせた樹脂板に冷却水流路２６やガス流
路２７を形成したもの、または、流路２６、２７を形成
する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、の何
れかからなる。図示例は、セパレータ１８がカーボン板
からなる場合を示している。セパレータ１８は、燃料ガ
スと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、
の何れかを区画する。セパレータ１８は、また、導電性
部材であり、隣り合うセルのアノードからカソードに電
子が流れる電気の通路を形成している。
２６やガス流路２７（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流
路２７ｂ）を形成したもの、または、導電性粒子を混入
して導電性をもたせた樹脂板に冷却水流路２６やガス流
路２７を形成したもの、または、流路２６、２７を形成
する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、の何
れかからなる。図示例は、セパレータ１８がカーボン板
からなる場合を示している。セパレータ１８は、燃料ガ
スと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、
の何れかを区画する。セパレータ１８は、また、導電性
部材であり、隣り合うセルのアノードからカソードに電
子が流れる電気の通路を形成している。
【００１１】図３に示すように、電解質膜１１の外周部
位が単セルを構成する２つのセパレータ１８間にシール
材料５０を介して挟まれており、シール材料５０によっ
てセパレータ１８間および電解質膜１１とセパレータ１
８間がシールされている。シール材料５０は、セパレー
タ１８のシール面５１に塗布された液状ガスケットから
なり、乾燥・固化されて弾性材となり、シール面５１間
にシール部５２を構成する。電解質膜１１はシール部５
２の内周部位に存在し、電解質膜１１とセパレータ１８
のシール面５１との間はシール材料５０によってシール
される。電解質膜１１はシール部５２の外周部位には無
く、対向するセパレータ１８のシール面５１はシール材
料５０によってシールされる。電極１４、１７は、シー
ル部５２より内側にあり、シール部５２とは接触しな
い。シール材料５０はそれを挟むセパレータ１８間を電
気的に絶縁しており、電気絶縁材、たとえば樹脂の接着
剤からなる。シール部５２は、セルの周囲全長にわたっ
て連続して延びている。たとえば、セルの形状が矩形状
の場合、その矩形の４辺の全長にわたって連続して延び
ている。
位が単セルを構成する２つのセパレータ１８間にシール
材料５０を介して挟まれており、シール材料５０によっ
てセパレータ１８間および電解質膜１１とセパレータ１
８間がシールされている。シール材料５０は、セパレー
タ１８のシール面５１に塗布された液状ガスケットから
なり、乾燥・固化されて弾性材となり、シール面５１間
にシール部５２を構成する。電解質膜１１はシール部５
２の内周部位に存在し、電解質膜１１とセパレータ１８
のシール面５１との間はシール材料５０によってシール
される。電解質膜１１はシール部５２の外周部位には無
く、対向するセパレータ１８のシール面５１はシール材
料５０によってシールされる。電極１４、１７は、シー
ル部５２より内側にあり、シール部５２とは接触しな
い。シール材料５０はそれを挟むセパレータ１８間を電
気的に絶縁しており、電気絶縁材、たとえば樹脂の接着
剤からなる。シール部５２は、セルの周囲全長にわたっ
て連続して延びている。たとえば、セルの形状が矩形状
の場合、その矩形の４辺の全長にわたって連続して延び
ている。
【００１２】つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を
説明する。本発明の実施例１では、図３に示すように、
電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ１８のシール
面５１の間隔が、電解質膜１１がセパレータにより挟ま
れる領域５３と挟まれない領域５４とで、異ならせてあ
る。さらに詳しくは、電解質膜１１を挟んだ２つのセパ
レータ１８のシール面５１間の間隔は、電解質膜１１が
セパレータにより挟まれる領域５３での間隔Ａ＋Ｃが、
挟まれない領域５４での間隔Ａより電解質膜１１の厚さ
Ｂだけ大としてある。電解質膜１１がセパレータにより
挟まれる領域５３でのシール材料５０の厚さはＡ＋Ｃ−
Ｂ＝Ａ（ただし、Ｃ＝Ｂ）であり、電解質膜１１がセパ
レータにより挟まれない領域５４でのシール材料５０の
厚さＡに等しい。電解質膜１１がセパレータにより挟ま
れる領域５３でのセパレータ１８のシール面５１間の間
隔の増分Ｃは、電解質膜１１を挟んで対向するセパレー
タ１８のシール面５１の何れか一方に深さＣの段差５５
を形成するか、または双方のセパレータ１８のシール面
５１に深さＣを割り振って（たとえば、１／２づつ）段
差状に形成する。
説明する。本発明の実施例１では、図３に示すように、
電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ１８のシール
面５１の間隔が、電解質膜１１がセパレータにより挟ま
れる領域５３と挟まれない領域５４とで、異ならせてあ
る。さらに詳しくは、電解質膜１１を挟んだ２つのセパ
レータ１８のシール面５１間の間隔は、電解質膜１１が
セパレータにより挟まれる領域５３での間隔Ａ＋Ｃが、
挟まれない領域５４での間隔Ａより電解質膜１１の厚さ
Ｂだけ大としてある。電解質膜１１がセパレータにより
挟まれる領域５３でのシール材料５０の厚さはＡ＋Ｃ−
Ｂ＝Ａ（ただし、Ｃ＝Ｂ）であり、電解質膜１１がセパ
レータにより挟まれない領域５４でのシール材料５０の
厚さＡに等しい。電解質膜１１がセパレータにより挟ま
れる領域５３でのセパレータ１８のシール面５１間の間
隔の増分Ｃは、電解質膜１１を挟んで対向するセパレー
タ１８のシール面５１の何れか一方に深さＣの段差５５
を形成するか、または双方のセパレータ１８のシール面
５１に深さＣを割り振って（たとえば、１／２づつ）段
差状に形成する。
【００１３】図４の比較例（本発明に含まず）では、シ
ール面に段差が形成されておらず、電解質膜１１がセパ
レータにより挟まれる領域５３での間隔Ａが、挟まれな
い領域５４での間隔Ａと等しい。電解質膜１１がセパレ
ータにより挟まれる領域５３でのシール材料５０の厚さ
はＡ−Ｂ（ただし、Ｂは電解質膜の厚さ）であり、電解
質膜１１がセパレータにより挟まれない領域５４でのシ
ール材料５０の厚さＡに比べて電解質膜厚さＢだけ少な
い。このため、締結荷重をかけると、電解質膜１１がセ
パレータにより挟まれる領域５３のシール材料が過大に
押され、クリープが大きくまたクリープ速度が大とな
る。その結果、本来、電極部に必要な面圧を確保できな
くない、電池性能が悪化するなどの問題が生じる。
ール面に段差が形成されておらず、電解質膜１１がセパ
レータにより挟まれる領域５３での間隔Ａが、挟まれな
い領域５４での間隔Ａと等しい。電解質膜１１がセパレ
ータにより挟まれる領域５３でのシール材料５０の厚さ
はＡ−Ｂ（ただし、Ｂは電解質膜の厚さ）であり、電解
質膜１１がセパレータにより挟まれない領域５４でのシ
ール材料５０の厚さＡに比べて電解質膜厚さＢだけ少な
い。このため、締結荷重をかけると、電解質膜１１がセ
パレータにより挟まれる領域５３のシール材料が過大に
押され、クリープが大きくまたクリープ速度が大とな
る。その結果、本来、電極部に必要な面圧を確保できな
くない、電池性能が悪化するなどの問題が生じる。
【００１４】本発明の実施例１の燃料電池のシール構造
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８のシール面５１の間隔を、電解質膜１
１がセパレータにより挟まれる領域５３と挟まれない領
域５４とで、異ならせたので、電解質膜１１がセパレー
タ１８により挟まれる領域５３のセパレータのシール面
５１の間隔を、電解質膜１１がセパレータ１８により挟
まれない領域のセパレータ１８のシール面５１の間隔に
比べて、電解質膜１１の厚さ分大とすることにより、シ
ール材料５０にかかる面圧を、電解質膜１１がセパレー
タ１８により挟まれる領域５３と挟まれない領域５４と
で、同じにすることができ、シール面全面にわたってシ
ール面圧、シール性を均一化することができる。
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８のシール面５１の間隔を、電解質膜１
１がセパレータにより挟まれる領域５３と挟まれない領
域５４とで、異ならせたので、電解質膜１１がセパレー
タ１８により挟まれる領域５３のセパレータのシール面
５１の間隔を、電解質膜１１がセパレータ１８により挟
まれない領域のセパレータ１８のシール面５１の間隔に
比べて、電解質膜１１の厚さ分大とすることにより、シ
ール材料５０にかかる面圧を、電解質膜１１がセパレー
タ１８により挟まれる領域５３と挟まれない領域５４と
で、同じにすることができ、シール面全面にわたってシ
ール面圧、シール性を均一化することができる。
【００１５】これにより、電解質膜１１がある領域５３
だけシール面圧が過大になってシール材料のクリープが
増したりクリープ速度が大となることもなくなり、電池
性能が長期にわたって安定する。また、シール面５１に
形成した段差がシール材料溜り凹部として働き、電解質
膜１１がある領域のシール材料５０に、電解質膜１１が
無い領域のシール材料５０に比べて過大な荷重をかける
こともなくなるので、電解質膜１１がある領域のシール
材料５０の流体流路へのはみ出しも抑制され、流体流路
の流路断面積の減少や閉塞が防止される。また、シール
材料５０の電極側へのはみ出しが防止されることから、
絶縁性のシール材料５０が電極にかかってその部分の性
能不良を生じることもない。
だけシール面圧が過大になってシール材料のクリープが
増したりクリープ速度が大となることもなくなり、電池
性能が長期にわたって安定する。また、シール面５１に
形成した段差がシール材料溜り凹部として働き、電解質
膜１１がある領域のシール材料５０に、電解質膜１１が
無い領域のシール材料５０に比べて過大な荷重をかける
こともなくなるので、電解質膜１１がある領域のシール
材料５０の流体流路へのはみ出しも抑制され、流体流路
の流路断面積の減少や閉塞が防止される。また、シール
材料５０の電極側へのはみ出しが防止されることから、
絶縁性のシール材料５０が電極にかかってその部分の性
能不良を生じることもない。
【００１６】本発明の実施例２では、図５に示すよう
に、電解質膜１１を挟んで対向する２つのセパレータ１
８の少なくとも一方のシール面５１に、シール材料溜ま
りの窪み５６（溝状の凹みであるグルーブ、対向部材か
ら退いた面からなるリセス、等である場合を含む）が形
成されている。窪み５６の形状は、断面が矩形状で
も、、三角形状でも、多角形状でも、湾曲状のグルーブ
であってもよいし、あるいはチャンファやＲ形状のリセ
スでもよい。窪み５６は、（イ）セパレータ１８のシー
ル面５１の内周側部分（電極に近い側）に形成されてい
てもよいし、（ロ）セパレータ１８のシール面５１の外
周側部分（電極から遠い側）に形成されていてもよい
し、（ハ）セパレータ１８のシール面５１の内周側部分
とセパレータ１８のシール面５１の外周側部分との両方
に形成されていてもよい。図５は（ハ）の場合を示して
いる。また、窪み５６は、セパレータ１８のシール面５
１の内・外周部位のみならず、シール部５２の、流体マ
ニホールド２８、２９ａ、２９ｂへの開口縁部の、セパ
レータ１８のシール面５１にも形成されてもよい。
に、電解質膜１１を挟んで対向する２つのセパレータ１
８の少なくとも一方のシール面５１に、シール材料溜ま
りの窪み５６（溝状の凹みであるグルーブ、対向部材か
ら退いた面からなるリセス、等である場合を含む）が形
成されている。窪み５６の形状は、断面が矩形状で
も、、三角形状でも、多角形状でも、湾曲状のグルーブ
であってもよいし、あるいはチャンファやＲ形状のリセ
スでもよい。窪み５６は、（イ）セパレータ１８のシー
ル面５１の内周側部分（電極に近い側）に形成されてい
てもよいし、（ロ）セパレータ１８のシール面５１の外
周側部分（電極から遠い側）に形成されていてもよい
し、（ハ）セパレータ１８のシール面５１の内周側部分
とセパレータ１８のシール面５１の外周側部分との両方
に形成されていてもよい。図５は（ハ）の場合を示して
いる。また、窪み５６は、セパレータ１８のシール面５
１の内・外周部位のみならず、シール部５２の、流体マ
ニホールド２８、２９ａ、２９ｂへの開口縁部の、セパ
レータ１８のシール面５１にも形成されてもよい。
【００１７】本発明の実施例２の燃料電池のシール構造
の作用、効果については、セパレータ１８のシール面５
１にシール材料溜まりの窪み５６を形成したので、電解
質膜１１がある領域か無い領域かにより、あるいはセパ
レータ１８、電極の形状精度やシール材料５０の塗布・
成形加工精度のばらつきにより、シール材５０に過大な
荷重がかかる領域では、余剰シール材料は窪み５６に入
り込み、逆にシール材５０にかかる荷重が少ない場合は
シール材が窪みに入り込まないことによって、シール面
圧が均一化する。これによって、本発明の実施例１の作
用、効果と同様に、電池性能が安定する。また、余剰シ
ール材料が窪み５６に入ることにより、シール材料５０
の流体流路へのはみ出しが無くなるか抑制され、はみ出
しシール材料による流路断面積の減少や流路の閉塞が生
じなくなる。また、燃料電池組立において、はみ出しシ
ール材料の除去工程が不要になる。また、電極部分につ
いては、シール材料のはみ出しによる電極反応面積の縮
小を想定して設計を実施するため、モジュールサイズの
拡大につながり、燃料電池全体が大きくなるが、本発明
ではシール材料のはみ出しによる電極反応面積の縮小を
想定しなくてよいので、モジュールサイズを拡大しなく
てよく、燃料電池全体も大きくならない。
の作用、効果については、セパレータ１８のシール面５
１にシール材料溜まりの窪み５６を形成したので、電解
質膜１１がある領域か無い領域かにより、あるいはセパ
レータ１８、電極の形状精度やシール材料５０の塗布・
成形加工精度のばらつきにより、シール材５０に過大な
荷重がかかる領域では、余剰シール材料は窪み５６に入
り込み、逆にシール材５０にかかる荷重が少ない場合は
シール材が窪みに入り込まないことによって、シール面
圧が均一化する。これによって、本発明の実施例１の作
用、効果と同様に、電池性能が安定する。また、余剰シ
ール材料が窪み５６に入ることにより、シール材料５０
の流体流路へのはみ出しが無くなるか抑制され、はみ出
しシール材料による流路断面積の減少や流路の閉塞が生
じなくなる。また、燃料電池組立において、はみ出しシ
ール材料の除去工程が不要になる。また、電極部分につ
いては、シール材料のはみ出しによる電極反応面積の縮
小を想定して設計を実施するため、モジュールサイズの
拡大につながり、燃料電池全体が大きくなるが、本発明
ではシール材料のはみ出しによる電極反応面積の縮小を
想定しなくてよいので、モジュールサイズを拡大しなく
てよく、燃料電池全体も大きくならない。
【００１８】また、窪み５６が、セパレータのシール面
５１の内周側部分に形成される場合は、シール材料の電
解質膜側へのはみ出し、マニホールド等の流体流路への
はみ出し、等による不良の発生が無くなるかまたは抑制
される。また、窪み５６が、セパレータのシール面５１
の外周側部分に形成される場合は、シール材料のモジュ
ール外へのはみ出しによる不良、たとえばはみ出しシー
ル材料のセパレータ裏面への回り込みによるセパレータ
積層時の平行度の狂い発生（図１０の比較例）、等がな
くなる。さらに、窪み５６をチャンファ（図８）、Ｒ形
状にすることによって、対向セパレータ端部同士が接触
することがなくなり、セパレータ間の短絡を防止でき
る。
５１の内周側部分に形成される場合は、シール材料の電
解質膜側へのはみ出し、マニホールド等の流体流路への
はみ出し、等による不良の発生が無くなるかまたは抑制
される。また、窪み５６が、セパレータのシール面５１
の外周側部分に形成される場合は、シール材料のモジュ
ール外へのはみ出しによる不良、たとえばはみ出しシー
ル材料のセパレータ裏面への回り込みによるセパレータ
積層時の平行度の狂い発生（図１０の比較例）、等がな
くなる。さらに、窪み５６をチャンファ（図８）、Ｒ形
状にすることによって、対向セパレータ端部同士が接触
することがなくなり、セパレータ間の短絡を防止でき
る。
【００１９】本発明の実施例３では、図６〜図８に示す
ように、電解質膜１１を挟んで対向する２つのセパレー
タ１８の外形サイズをセル面内方向に異ならせることに
より、セパレータ外面部にシール材料溜まり５７が形成
されている。図６では、電解質膜１１を挟んで対向する
２つのセパレータ１８のうち一方のセパレータを他方の
セパレータより外側に３〜５ｍｍ張り出させ、その張り
出し部上面と他方のセパレータの側面によってシール材
料溜まり５７を形成している。はみ出したシール材料５
０はシール材料溜まり５７に溜まる。図７では、電解質
膜１１を挟んで対向する２つのセパレータ１８のうち一
方のセパレータを他方のセパレータより外側に張り出さ
せて、他方のセパレータの外側側面との間にシール材料
溜まり５７を形成するダム５８が形成されている。ダム
５８があるため、一方のセパレータの他方のセパレータ
より外側への張り出し量は、図６の例より少なくてよ
く、たとえば２〜４ｍｍとする。ダム５８は図６の例に
適用されてもよい。図８では、電解質膜１１を挟んで対
向する２つのセパレータ１８のうち少なくとも一方のセ
パレータの外周端部に面取り部５９を形成し、この面取
り部５９によって形成されたスペースによりシール材料
溜まり５７が形成されている。面取り５９のサイズは２
〜４ｍｍである。
ように、電解質膜１１を挟んで対向する２つのセパレー
タ１８の外形サイズをセル面内方向に異ならせることに
より、セパレータ外面部にシール材料溜まり５７が形成
されている。図６では、電解質膜１１を挟んで対向する
２つのセパレータ１８のうち一方のセパレータを他方の
セパレータより外側に３〜５ｍｍ張り出させ、その張り
出し部上面と他方のセパレータの側面によってシール材
料溜まり５７を形成している。はみ出したシール材料５
０はシール材料溜まり５７に溜まる。図７では、電解質
膜１１を挟んで対向する２つのセパレータ１８のうち一
方のセパレータを他方のセパレータより外側に張り出さ
せて、他方のセパレータの外側側面との間にシール材料
溜まり５７を形成するダム５８が形成されている。ダム
５８があるため、一方のセパレータの他方のセパレータ
より外側への張り出し量は、図６の例より少なくてよ
く、たとえば２〜４ｍｍとする。ダム５８は図６の例に
適用されてもよい。図８では、電解質膜１１を挟んで対
向する２つのセパレータ１８のうち少なくとも一方のセ
パレータの外周端部に面取り部５９を形成し、この面取
り部５９によって形成されたスペースによりシール材料
溜まり５７が形成されている。面取り５９のサイズは２
〜４ｍｍである。
【００２０】図９、図１０は比較例（本発明に含まず）
を示す。図９のように、電解質膜１１を挟んで対向する
２つのセパレータ１８の外形サイズが同じ場合は、シー
ル材料がはみ出すと垂れ落ちるので、後工程にてカッタ
ーナイフ等による除去作業が必要となる。また、図１０
に示すように、はみ出したシール材料（接着剤）がセパ
レータの裏面に廻り込むと、モジュールを積層した時に
互いに平行に積み重ねることができなくなる。
を示す。図９のように、電解質膜１１を挟んで対向する
２つのセパレータ１８の外形サイズが同じ場合は、シー
ル材料がはみ出すと垂れ落ちるので、後工程にてカッタ
ーナイフ等による除去作業が必要となる。また、図１０
に示すように、はみ出したシール材料（接着剤）がセパ
レータの裏面に廻り込むと、モジュールを積層した時に
互いに平行に積み重ねることができなくなる。
【００２１】本発明の実施例３の燃料電池のシール構造
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８の外形サイズを異ならせることにより
セパレータ外面部にシール材料溜まり５７を形成したの
で、シール材料５０のモジュール外へのはみ出しによる
不良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面へ
の回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発
生、等がなくなる。また、燃料電池組立において、はみ
出しシール材料の除去工程が不要になる。
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８の外形サイズを異ならせることにより
セパレータ外面部にシール材料溜まり５７を形成したの
で、シール材料５０のモジュール外へのはみ出しによる
不良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面へ
の回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発
生、等がなくなる。また、燃料電池組立において、はみ
出しシール材料の除去工程が不要になる。
【００２２】本発明の実施例４では、図１１〜図１３に
示すように、電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ
１８の外周部位に、シール面５１から側面にわたる窪み
６０（対向セパレータから退く段差である場合を含む）
が形成されている。窪みまたは段差６０の深さは、セパ
レータ１８の端部に対向セパレータ側に曲がる変形（図
１１）があっても、シール材料５０を挟んで対向するセ
パレータ同士が端部で接触しない（図１２）だけの深さ
としてある。従来は対向セパレータ１８の端部が湾曲し
て（図１５）、セパレータ１８の端部が端部で接触して
導通するのを防止するために、図１４に示すように対向
セパレータ端部間に絶縁シール６２を介在させるため
に、図１３に示すように、セパレータにシール材料を塗
布する工程の前にセパレータ端に絶縁テープ等を添付す
る工程６１が必要であったが、本発明ではこの絶縁テー
プ添付工程６１が不要になる。また、従来は図１６に示
すようにセパレータ端が曲がらないように押さえ金６３
で押さえる必要があったが、本発明ではそれも必要でな
い。
示すように、電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ
１８の外周部位に、シール面５１から側面にわたる窪み
６０（対向セパレータから退く段差である場合を含む）
が形成されている。窪みまたは段差６０の深さは、セパ
レータ１８の端部に対向セパレータ側に曲がる変形（図
１１）があっても、シール材料５０を挟んで対向するセ
パレータ同士が端部で接触しない（図１２）だけの深さ
としてある。従来は対向セパレータ１８の端部が湾曲し
て（図１５）、セパレータ１８の端部が端部で接触して
導通するのを防止するために、図１４に示すように対向
セパレータ端部間に絶縁シール６２を介在させるため
に、図１３に示すように、セパレータにシール材料を塗
布する工程の前にセパレータ端に絶縁テープ等を添付す
る工程６１が必要であったが、本発明ではこの絶縁テー
プ添付工程６１が不要になる。また、従来は図１６に示
すようにセパレータ端が曲がらないように押さえ金６３
で押さえる必要があったが、本発明ではそれも必要でな
い。
【００２３】本発明の実施例４の燃料電池のシール構造
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８の外周部位にシール面５１から側面に
わたる窪み６０を形成したので、対向セパレータ端部同
士が接触することがなくなり、セパレータ間の電気の短
絡を防止できる。また、シール材料５０のモジュール外
へのはみ出しによる不良、たとえばはみ出しシール材料
５０のセパレータ裏面への回り込みによるセパレータ積
層時の平行度の狂い発生、等がなくなる。さらに、燃料
電池組立において、はみ出しシール材料の除去工程が不
要になる。
の作用、効果については、電解質膜１１を挟んで対向す
るセパレータ１８の外周部位にシール面５１から側面に
わたる窪み６０を形成したので、対向セパレータ端部同
士が接触することがなくなり、セパレータ間の電気の短
絡を防止できる。また、シール材料５０のモジュール外
へのはみ出しによる不良、たとえばはみ出しシール材料
５０のセパレータ裏面への回り込みによるセパレータ積
層時の平行度の狂い発生、等がなくなる。さらに、燃料
電池組立において、はみ出しシール材料の除去工程が不
要になる。
【００２４】
【発明の効果】請求項１の燃料電池のシール構造によれ
ば、電解質膜を挟んで対向するセパレータのシール面の
間隔を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と挟
まれない領域とで、異ならせたので、シール材料にかか
る面圧を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と
挟まれない領域とで、均一化することができ、シール面
全面にわたってシール性を均一化することができる。こ
れにより、電解質膜がある領域だけシール材料のクリー
プが増したりクリープ速度が大となることもなくなり、
電池性能が長期にわたって安定する。また、電解質膜が
ある領域のシール材料に、電解質膜が無い領域のシール
材料に比べて過大な荷重がかかることもなくなるので、
電解質膜がある領域のシール材料の流体流路へのはみ出
しも抑制され、流体流路の流路断面積の減少や閉塞が防
止される。請求項２の燃料電池のシール構造によれば、
セパレータのシール面にシール材料溜まりの窪みを形成
したので、電解質膜がある領域か無い領域かにより、あ
るいはセパレータ、電極の形状精度やシール材料の塗布
・成形加工精度のばらつきにより、シール材に過大な荷
重がかかる領域では、余剰シール材料は窪みに入り込
み、逆にシール材にかかる荷重が少ない場合はシール材
が窪みに入り込まないことによって、シール面圧が均一
化する。また、余剰シール材料が窪みに入ることによ
り、シール材料の流体流路へのはみ出しが無くなるか抑
制され、はみ出しシール材料による流路断面積の減少や
流路の閉塞が生じなくなる。請求項３の燃料電池のシー
ル構造によれば、窪みが、セパレータのシール面の内周
側部分に形成されているので、シール材料の電解質膜側
へのはみ出し、マニホールド等の流体流路へのはみ出
し、等による不良の発生が無くなるかまたは抑制され
る。請求項４の燃料電池のシール構造によれば、窪み
が、セパレータのシール面の外周側部分に形成されるの
で、シール材料のモジュール外へのはみ出しによる不
良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面への
回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発生、
等がなくなる。請求項５の燃料電池のシール構造によれ
ば、電解質膜を挟んで対向するセパレータの外形サイズ
を異ならせることによりセパレータ外面部にシール材料
溜まりを形成したので、シール材料のモジュール外への
はみ出しによる不良、たとえばはみ出しシール材料のセ
パレータ裏面への回り込みによるセパレータ積層時の平
行度の狂い発生、等がなくなる。請求項６の燃料電池の
シール構造によれば、電解質膜を挟んで対向するセパレ
ータの外周部位にシール面から側面にわたる窪みを形成
したので、対向セパレータ端部同士が接触することがな
くなり、セパレータ間の短絡を防止できる。
ば、電解質膜を挟んで対向するセパレータのシール面の
間隔を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と挟
まれない領域とで、異ならせたので、シール材料にかか
る面圧を、電解質膜がセパレータにより挟まれる領域と
挟まれない領域とで、均一化することができ、シール面
全面にわたってシール性を均一化することができる。こ
れにより、電解質膜がある領域だけシール材料のクリー
プが増したりクリープ速度が大となることもなくなり、
電池性能が長期にわたって安定する。また、電解質膜が
ある領域のシール材料に、電解質膜が無い領域のシール
材料に比べて過大な荷重がかかることもなくなるので、
電解質膜がある領域のシール材料の流体流路へのはみ出
しも抑制され、流体流路の流路断面積の減少や閉塞が防
止される。請求項２の燃料電池のシール構造によれば、
セパレータのシール面にシール材料溜まりの窪みを形成
したので、電解質膜がある領域か無い領域かにより、あ
るいはセパレータ、電極の形状精度やシール材料の塗布
・成形加工精度のばらつきにより、シール材に過大な荷
重がかかる領域では、余剰シール材料は窪みに入り込
み、逆にシール材にかかる荷重が少ない場合はシール材
が窪みに入り込まないことによって、シール面圧が均一
化する。また、余剰シール材料が窪みに入ることによ
り、シール材料の流体流路へのはみ出しが無くなるか抑
制され、はみ出しシール材料による流路断面積の減少や
流路の閉塞が生じなくなる。請求項３の燃料電池のシー
ル構造によれば、窪みが、セパレータのシール面の内周
側部分に形成されているので、シール材料の電解質膜側
へのはみ出し、マニホールド等の流体流路へのはみ出
し、等による不良の発生が無くなるかまたは抑制され
る。請求項４の燃料電池のシール構造によれば、窪み
が、セパレータのシール面の外周側部分に形成されるの
で、シール材料のモジュール外へのはみ出しによる不
良、たとえばはみ出しシール材料のセパレータ裏面への
回り込みによるセパレータ積層時の平行度の狂い発生、
等がなくなる。請求項５の燃料電池のシール構造によれ
ば、電解質膜を挟んで対向するセパレータの外形サイズ
を異ならせることによりセパレータ外面部にシール材料
溜まりを形成したので、シール材料のモジュール外への
はみ出しによる不良、たとえばはみ出しシール材料のセ
パレータ裏面への回り込みによるセパレータ積層時の平
行度の狂い発生、等がなくなる。請求項６の燃料電池の
シール構造によれば、電解質膜を挟んで対向するセパレ
ータの外周部位にシール面から側面にわたる窪みを形成
したので、対向セパレータ端部同士が接触することがな
くなり、セパレータ間の短絡を防止できる。
【図１】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池の全体概略図である。
る燃料電池の全体概略図である。
【図２】図１の燃料電池の一部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例１のセパレータ間シール部とそ
の近傍の断面図である。
の近傍の断面図である。
【図４】本発明の実施例１に対する比較例のセパレータ
間シール部とその近傍の断面図である。
間シール部とその近傍の断面図である。
【図５】本発明の実施例２のセパレータ間シール部とそ
の近傍の断面図である。
の近傍の断面図である。
【図６】本発明の実施例３の一例のセパレータ間シール
部とその近傍の断面図である。
部とその近傍の断面図である。
【図７】本発明の実施例３のもう一例のセパレータ間シ
ール部とその近傍の断面図である。
ール部とその近傍の断面図である。
【図８】本発明の実施例３のさらにもう一例のセパレー
タ間シール部とその近傍の断面図である。
タ間シール部とその近傍の断面図である。
【図９】本発明の実施例３に対する比較例の一例のセパ
レータ間シール部とその近傍の断面図である。
レータ間シール部とその近傍の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３に対する比較例のもう一例
のスタックの側面図である。
のスタックの側面図である。
【図１１】本発明の実施例４のセパレータ間シール部と
その近傍の断面図である。
その近傍の断面図である。
【図１２】本発明の実施例４のセパレータ外周端部の側
面図である。
面図である。
【図１３】本発明の実施例４とその比較例のシール部組
立の工程図である。
立の工程図である。
【図１４】本発明の実施例４に対する比較例のセパレー
タ間シール部とその近傍の断面図である。
タ間シール部とその近傍の断面図である。
【図１５】図１４のセパレータ端部の側面図である。
【図１６】図１５でセパレータ端部が曲がるのを押さえ
る場合の側面図である。
る場合の側面図である。
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池 １１ 電解質膜 １２ 触媒層 １３ 拡散層 １４ 電極（アノード、燃料極） １５ 触媒層 １６ 拡散層 １７ 電極（カソード、空気極） １８ セパレータ １９ モジュール ２０ ターミナル ２１ インシュレータ ２２ エンドプレート ２３ スタック ２４ テンションプレート ２５ ボルト ２６ 冷媒流路 ２７ ガス流路 ２７ａ 燃料ガス流路 ２７ｂ 酸化ガス流路 ２８ 冷媒マニホールド ２９ ガスマニホールド ２９ａ 燃料ガスマニホールド ２９ｂ 酸化ガスマニホールド ３０ 冷媒配管 ３１ ガス配管 ３１ａ 燃料ガス配管 ３１ｂ 酸化ガス配管 ３２ プレッシャプレート ３３ ばね機構 ５０ シール材料 ５１ シール面 ５２ シール部 ５３ 電解質膜がセパレータにより挟まれる領域 ５４ 電解質膜がセパレータにより挟まれない領域 ５５ 段差 ５６ 窪み ５７ シール材料溜まり ５８ ダム ５９ 面取り部 ６０ 窪み ６１ 添付工程 ６２ 絶縁シール ６３ 押さえ金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 史郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 CX04 CX07 HH03
Claims (6)
- 【請求項１】 単セルを構成するセパレータ間に電解質
膜の外周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ
間および電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池
のシール構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパ
レータのシール面の間隔を、電解質膜がセパレータによ
り挟まれる領域と挟まれない領域とで、異ならせた燃料
電池のシール構造。 - 【請求項２】 単セルを構成するセパレータ間に電解質
膜の外周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ
間および電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池
のシール構造であって、セパレータのシール面にシール
材料溜まりの窪みを形成した燃料電池のシール構造。 - 【請求項３】 前記窪みが、セパレータのシール面の内
周側部分に形成されている請求項２記載の燃料電池のシ
ール構造。 - 【請求項４】 前記窪みが、セパレータのシール面の外
周側部分に形成されている請求項２記載の燃料電池のシ
ール構造。 - 【請求項５】 単セルを構成するセパレータ間に電解質
膜の外周部位をシール材料を介して挟んで、セパレータ
間および電解質膜とセパレータ間をシールした燃料電池
のシール構造であって、電解質膜を挟んで対向するセパ
レータの外形サイズを異ならせることによりセパレータ
外面部にシール材料溜まりを形成した燃料電池のシール
構造。 - 【請求項６】 電解質膜の周囲部を、該電解質膜の両側
に位置するセパレータの、シール材料が塗布されたシー
ル部の一部で挟んで、セパレータ間および電解質膜とセ
パレータ間をシールする燃料電池のシール構造であっ
て、電解質膜を挟んで対向するセパレータの外周部位に
シール面から側面にわたる窪みを形成した燃料電池のシ
ール構造。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173651A JP4000790B2 (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | シール構造を有する燃料電池 |
| US10/161,617 US7569298B2 (en) | 2001-06-08 | 2002-06-05 | Separator seal structure for a fuel cell |
| DE10225210A DE10225210B4 (de) | 2001-06-08 | 2002-06-06 | Dichtungsstruktur einer Brennstoffzelle |
| CA002389480A CA2389480C (en) | 2001-06-08 | 2002-06-06 | Seal structure of a fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173651A JP4000790B2 (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | シール構造を有する燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367631A true JP2002367631A (ja) | 2002-12-20 |
| JP4000790B2 JP4000790B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=19015073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001173651A Expired - Lifetime JP4000790B2 (ja) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | シール構造を有する燃料電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7569298B2 (ja) |
| JP (1) | JP4000790B2 (ja) |
| CA (1) | CA2389480C (ja) |
| DE (1) | DE10225210B4 (ja) |
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