JP2005116404A - 燃料電池のシール構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ガス、冷媒マニホールドのセル面内ガス、冷媒流路への導入、排出部においても、シール材のシール性とシールの安定性が確保される燃料電池のシール構造の提供。
【解決手段】（１）ガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路４０と冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路４１との、少なくとも何れか一方に、断続状のバックアップ４２、４３を形成し、該断続状のバックアップ４２、４３と、該断続状のバックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールライン３３、３２とを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置した燃料電池のシール構造。
（２）断続状のバックアップ４２、４３をシール材に形成した。
（３）断続状のバックアップ４２、４３をセパレータに形成した。
【選択図】 図１
【解決手段】（１）ガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路４０と冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路４１との、少なくとも何れか一方に、断続状のバックアップ４２、４３を形成し、該断続状のバックアップ４２、４３と、該断続状のバックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールライン３３、３２とを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置した燃料電池のシール構造。
（２）断続状のバックアップ４２、４３をシール材に形成した。
（３）断続状のバックアップ４２、４３をセパレータに形成した。
【選択図】 図１
Description
本発明は積層型燃料電池のシール構造に関する。
単位燃料電池（単セル）１は、図６、図７に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ）をセパレータ２で挟んだものから構成される。単位燃料電池１を複数積層して（積層方向は任意）積層型燃料電池が構成される。セパレータ２のＭＥＡに対向する側の面にガス流路３が形成され、背面には冷媒流路４が形成される。ＭＥＡを挟んで対向するセパレータ間、および該セパレータとＭＥＡとの間はガスシール５によってシールされ、隣り合うセルのセパレータ間は冷媒シール６によってシールされる。
図６に示すように、燃料ガスマニホールド７、酸化ガスマニホールド８、冷媒マニホールド９周りのシール材において、ガス圧のかかるＭＥＡ側のガスシール材５のシールラインが直線状になっていない場合（図６では、冷媒マニホールド９の幅がガスマニホールド７、８に比べて広いので、冷媒マニホールド９の側方のシール材部分がセル面の中央側に屈曲して張出しているため直線状になっていない）、セパレータ２が変形しやすいもの（たとえば、カーボンセパレータや０．１ｍｍ程度のメタルセパレータ）であるとガス圧によるセパレータの変形によってガスシール材５に局所的（たとえば、屈曲の角部、図６中、Ｂ部）に応力がかかり、ガスシール材５とセパレータ２とが剥離することによりリークが生じる可能性がある。
また、図６中Ｃ部に示すように、冷媒マニホード９周りは冷媒の導入、排出のため、一部シールラインが切れていて存在しない。その結果、セパレータ２を挟んでＣ部と反対側にある部位（図７で破線の丸Ｄで囲んだ部位）では、セル積層方向にシール荷重がかからないため、ガス圧をシール材５のみで受ける。そのため、ガス圧によるセパレータ２の変形によりシール材５とセパレータ２が剥離しやすく、リークが生じる可能性がある。
また、図６中Ｃ部に示すように、冷媒マニホード９周りは冷媒の導入、排出のため、一部シールラインが切れていて存在しない。その結果、セパレータ２を挟んでＣ部と反対側にある部位（図７で破線の丸Ｄで囲んだ部位）では、セル積層方向にシール荷重がかからないため、ガス圧をシール材５のみで受ける。そのため、ガス圧によるセパレータ２の変形によりシール材５とセパレータ２が剥離しやすく、リークが生じる可能性がある。
これに対して、特開２００２−１２４２７５号公報は、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が同じである場合に、シールラインを直線化するとともに、メタルセパレータの表裏にガスシールと冷媒シールがセル積層方向に重なるように設けることを開示している。
しかし、特開２００２−１２４２７５号公報のシール構造によっても、図６のＣ部の問題は解決されない。すなわち、ガス、冷媒マニホールドのセル面内ガス、冷媒流路への導入、排出部では、ガス、冷媒の流れを確保するためシール材が無いため、ガスシール材と冷媒シール材がセパレータを挟んでセル積層方向にバックアップし合うことができず、ガス圧がかかるとセパレータの変形が生じて、シール材とセパレータが剥離し、リークが生じるという問題は残る。
また、特開２００２−１２４２７５号公報の燃料電池では、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が同じであるため、たまたまガスシールラインと冷媒シールラインがセル積層方向に重なる配置となっているが、図６のようにガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が異なる場合は、通常は、ガスシールラインと冷媒シールラインはセル積層方向に重ならず、図６のＢ部の問題（シールラインが屈曲しているため、セパレータが局所的に変形し、シール材とセパレータが剥離し、リークが生じるという問題）も解決しない。
特開２００２−１２４２７５号公報。
しかし、特開２００２−１２４２７５号公報のシール構造によっても、図６のＣ部の問題は解決されない。すなわち、ガス、冷媒マニホールドのセル面内ガス、冷媒流路への導入、排出部では、ガス、冷媒の流れを確保するためシール材が無いため、ガスシール材と冷媒シール材がセパレータを挟んでセル積層方向にバックアップし合うことができず、ガス圧がかかるとセパレータの変形が生じて、シール材とセパレータが剥離し、リークが生じるという問題は残る。
また、特開２００２−１２４２７５号公報の燃料電池では、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が同じであるため、たまたまガスシールラインと冷媒シールラインがセル積層方向に重なる配置となっているが、図６のようにガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が異なる場合は、通常は、ガスシールラインと冷媒シールラインはセル積層方向に重ならず、図６のＢ部の問題（シールラインが屈曲しているため、セパレータが局所的に変形し、シール材とセパレータが剥離し、リークが生じるという問題）も解決しない。
本発明が解決しようとする第１の問題点は、ガス、冷媒マニホールドのセル面内ガス、冷媒流路への導入、排出部では、セパレータを挟んだガスシール材と冷媒シール材の一方が設けられないことにより、ガスシール材と冷媒シール材がセル積層方向に互いにバックアップし合うことができず、シール材が設けられない部位の、セパレータ裏面側にあるシール材のシール性とシールの安定性が低下するという問題である。
本発明が解決しようとする第２の問題点は、上記の第１の問題点に加えて、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が異なる場合、ガスシールラインと冷媒シールラインがセル積層方向に互いに重ならず、その重ならないシールライン部分のシール性とシールの安定性が低下するという問題である。
本発明が解決しようとする第２の問題点は、上記の第１の問題点に加えて、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が異なる場合、ガスシールラインと冷媒シールラインがセル積層方向に互いに重ならず、その重ならないシールライン部分のシール性とシールの安定性が低下するという問題である。
本発明の第１の目的は、ガス、冷媒マニホールドのセル面内ガス、冷媒流路への導入、排出部においても、シール材のシール性とシールの安定性が確保され得る燃料電池のシール構造を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記の第１の目的に加えて、ガスマニホールドと冷媒マニホールドの幅が異なる場合でも、シール材のシール性とシールの安定性が確保され得る燃料電池のシール構造を提供することにある。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）ガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路と、冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路の、少なくとも一方に、断続状のバックアップを形成し、該断続状のバックアップと、該バックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールラインとを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置した燃料電池のシール構造。
（２）前記バックアップがガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路に形成されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
（３）前記バックアップが冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路に形成されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
（４）前記断続状のバックアップをシール材に形成した（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池のシール構造。
（５）前記断続状のバックアップをセパレータに形成した（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池のシール構造。
（６）前記ガスマニホールドと前記冷媒マニホールドとは互いに幅が異なっており、前記断続状のバックアップと、連続状のシールラインのうち前記断続状のバックアップの伸長方向にある部分とが、直線化されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
（１）ガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路と、冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路の、少なくとも一方に、断続状のバックアップを形成し、該断続状のバックアップと、該バックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールラインとを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置した燃料電池のシール構造。
（２）前記バックアップがガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路に形成されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
（３）前記バックアップが冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路に形成されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
（４）前記断続状のバックアップをシール材に形成した（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池のシール構造。
（５）前記断続状のバックアップをセパレータに形成した（１）〜（３）の何れかに記載の燃料電池のシール構造。
（６）前記ガスマニホールドと前記冷媒マニホールドとは互いに幅が異なっており、前記断続状のバックアップと、連続状のシールラインのうち前記断続状のバックアップの伸長方向にある部分とが、直線化されている（１）記載の燃料電池のシール構造。
上記（１）〜（６）の燃料電池のシール構造によれば、ガス連通路および冷媒連通路に、それぞれ、断続状のバックアップを形成し、該断続状のバックアップと、該断続状のバックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールラインとを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置したので、連続状のシールラインとセパレータは断続状のバックアップによってセル積層方向に押され、ガス圧がかかった時でも、セパレータが変形して連続状のシールラインから離れることがなく、連続状シールラインのシール性とシールの安定性が確保される。また、ガス連通路および冷媒連通路に設けるシールラインを断続状のバックアップとしたので、マニホールドとセル面内流路との間の、ガス、冷媒の流通性は維持される。
上記（４）の燃料電池のシール構造によれば、断続状のバックアップをシール材に形成したので、シール材の設計変更または塗布方法の変更のみで、対応できる。
上記（５）の燃料電池のシール構造によれば、断続状のバックアップをセパレータに形成したので、セパレータのガス連通路および冷媒連通路部分の設計変更のみで、対応できる。
上記（６）の燃料電池のシール構造によれば、ガスマニホールドの幅と冷媒マニホールドの幅が互いに異なっていても、シールラインを直線化したので、シールラインが屈曲していた場合に生じた、シールライン屈曲部でのセパレータへの局所的な集中荷重とそれによるセパレータの局所的変形が生じなくなり、直線化されたシールラインの全長にわたってシール材のシール性とシールの安定性が確保される。
上記（４）の燃料電池のシール構造によれば、断続状のバックアップをシール材に形成したので、シール材の設計変更または塗布方法の変更のみで、対応できる。
上記（５）の燃料電池のシール構造によれば、断続状のバックアップをセパレータに形成したので、セパレータのガス連通路および冷媒連通路部分の設計変更のみで、対応できる。
上記（６）の燃料電池のシール構造によれば、ガスマニホールドの幅と冷媒マニホールドの幅が互いに異なっていても、シールラインを直線化したので、シールラインが屈曲していた場合に生じた、シールライン屈曲部でのセパレータへの局所的な集中荷重とそれによるセパレータの局所的変形が生じなくなり、直線化されたシールラインの全長にわたってシール材のシール性とシールの安定性が確保される。
以下に、本発明の燃料電池のシール構造を、図１〜図５を参照して説明する。
図中、図１、図２は本発明の実施例１（断続状バックアップがシール材に形成された場合）を示し、図３、図４は本発明の実施例２（断続状バックアップがセパレータに形成された場合）を示し、図５は本発明の実施例１にも実施例２にも適用可能である。本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する、または類似する部分には、本発明の実施例１と実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する、または類似する部分を、たとえば図１、図２、図５を参照して、説明する。
図中、図１、図２は本発明の実施例１（断続状バックアップがシール材に形成された場合）を示し、図３、図４は本発明の実施例２（断続状バックアップがセパレータに形成された場合）を示し、図５は本発明の実施例１にも実施例２にも適用可能である。本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する、または類似する部分には、本発明の実施例１と実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する、または類似する部分を、たとえば図１、図２、図５を参照して、説明する。
本発明のシール構造が適用される燃料電池は、積層型燃料電池であり、たとえば、積層型の固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池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、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。
セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。また、セパレータ１８には、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド３０、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド３１、冷媒流路２６に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド２９が形成されている。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）１９を構成し、少なくとも１つのセル（たとえば、１〜３個のセルから１モジュールを構成する）からモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体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、セル積層体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（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５により固定して、燃料電池スタック２３を構成する。
各セル１９の、アノード側１４では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７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、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
セパレータ１８は、カーボンセパレータであってもよいし、メタルセパレータであってもよいし、導電性樹脂セパレータであってもよいし、メタルセパレータと樹脂フレームの組合せであってもよいし、あるいは、これらのセパレータの組合せであってもよい。
流体流路２６、２７、２８、２９、３０、３１をシールするために、ガス側のシール材３３および冷媒側のシール３２が設けられる。図示例では、ガス側シール材３３が接着剤からなり、冷媒側シール材３２がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材３３も冷媒側シール材３２も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
燃料電池スタック２３にかけられるセル積層方向の締結荷重により、ガス側シール材３３、冷媒側シール材３２にセル積層方向のシール荷重がかかる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
セパレータ１８は、カーボンセパレータであってもよいし、メタルセパレータであってもよいし、導電性樹脂セパレータであってもよいし、メタルセパレータと樹脂フレームの組合せであってもよいし、あるいは、これらのセパレータの組合せであってもよい。
流体流路２６、２７、２８、２９、３０、３１をシールするために、ガス側のシール材３３および冷媒側のシール３２が設けられる。図示例では、ガス側シール材３３が接着剤からなり、冷媒側シール材３２がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材３３も冷媒側シール材３２も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
燃料電池スタック２３にかけられるセル積層方向の締結荷重により、ガス側シール材３３、冷媒側シール材３２にセル積層方向のシール荷重がかかる。
ガスマニホールド３０、３１（燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）とセル面内ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）との間のガス連通路４０と、冷媒マニホールド２９とセル面内冷媒流路２６との間の冷媒連通路４１との少なくとも何れか一方に（通路４０だけの場合、通路４１だけの場合、通路４０と通路４１の両方の場合、を含む）、断続状のバックアップ４２、４３（ガス連通路の断続状バックアップ４２、冷媒連通路の断続状バックアップ４３）が形成されている。
また、断続状のバックアップ４２、４３（ガス連通路の断続状バックアップ４２、冷媒連通路の断続状バックアップ４３）と、該断続状のバックアップ４２、４３とセパレータ１８を挟んで反対側の位置にある連続状のシールライン３２、３３（ガス連通路の断続状バックアップ４２のセパレータ背面には冷媒側シール材３２の連続状シールラインがあり、冷媒連通路の断続状バックアップ４３のセパレータ背面にはガス側シール材３３の連続状シールラインがある）とは、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置されている。
断続状バックアップ４２、４３は、シール材３３または３２に形成されてもよいし、あるいはセパレータ１８に形成されたものであってもよい。
断続状バックアップ４２、４３が、シール材３３に形成される場合はシール材３３の断続塗布などにより形成され、シール材３２に形成される場合はガスケット３２を伸長方向にまた高さ方向に断続的に切り欠くことなどにより形成される。
断続状バックアップ４２、４３がセパレータ１８に設けられる場合、バックアップ４２、４３の断続構造は、凹凸状構造、飛び石状（島状突起）構造、トンネル状構造、これらの組み合わせ、の何れであってもよい。また、断続状シールライン４２、４３は、隣り合うセパレータの一方のみに形成されてもよいし、一部（この「一部」は、断続状構造の高さ方向の一部であってもよいし、または伸長方向の一部であってもよい）が隣り合うセパレータの一方に形成され残りが隣り合うセパレータの他方に形成されてもよい。
断続状バックアップ４２、４３が、シール材３３に形成される場合はシール材３３の断続塗布などにより形成され、シール材３２に形成される場合はガスケット３２を伸長方向にまた高さ方向に断続的に切り欠くことなどにより形成される。
断続状バックアップ４２、４３がセパレータ１８に設けられる場合、バックアップ４２、４３の断続構造は、凹凸状構造、飛び石状（島状突起）構造、トンネル状構造、これらの組み合わせ、の何れであってもよい。また、断続状シールライン４２、４３は、隣り合うセパレータの一方のみに形成されてもよいし、一部（この「一部」は、断続状構造の高さ方向の一部であってもよいし、または伸長方向の一部であってもよい）が隣り合うセパレータの一方に形成され残りが隣り合うセパレータの他方に形成されてもよい。
連通路４０、４１に断続状バックアップ４２、４３を設ける理由は、連通路４０、４１側からセパレータ１８をバックアップして、セパレータ１８にガス圧がかかった時にセパレータ１８が連通路４０、４１側に変形しないようにするためである。バックアップ４２、４３を断続状とする理由は、ガス連通路４０および冷媒連通路４１における、ガス、冷媒の流通を確保するためである。
また、ガスマニホールド３０、３１（燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）と冷媒マニホールド２９とが互いにマニホールド幅が異なっている場合、断続状のバックアップ４２、４３（ガス連通路の断続状バックアップ４２、冷媒連通路の断続状バックアップ４３）と、連続状のシールライン３３、３２のうち断続状のバックアップ４２、４３の伸長方向延長上にある部分とは、互いに直線化されている（一直線上にある）。
ガスマニホールド３０、３１と冷媒マニホールド２９とが互いにマニホールド幅が異なる場合は、通常は、断続状のバックアップ４２、４３のラインと、連続状のシールライン３３、３２とは、従来、図６に示すように互いに屈曲するが、本発明では、従来の構造と変えて、直線化する。
ガスマニホールド３０、３１と冷媒マニホールド２９とが互いにマニホールド幅が異なる場合は、通常は、断続状のバックアップ４２、４３のラインと、連続状のシールライン３３、３２とは、従来、図６に示すように互いに屈曲するが、本発明では、従来の構造と変えて、直線化する。
上記の本発明の実施例１、実施例２の共通または類似する部分の作用、効果を説明する。
まず、ガス連通路４０および冷媒連通路４１の少なくとも何れか一方に、断続状のバックアップ４２、４３を形成し、該断続状のバックアップ４２、４３と、該断続状のバックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールライン３２、３３とを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置したので、連続状のシールライン３２、３３とセパレータ１８は、連通路４０、４１部位で、断続状のバックアップ４２、４３によってセル積層方向に押され、ガス圧がかかった時でも、セパレータ１８が連通路４０、４１側に変形することがなく、したがってセパレータ１８が連続状のシールライン３２、３３からガス連通路４０および冷媒連通路４１側に離れることがない。その結果、連続状シールライン３２、３３のシール性とシールの安定性が確保される。
また、ガス連通路４０および冷媒連通路４１に設けるバックアップ４２、４３を断続状のバックアップとしたので、マニホールドとセル面内流路との間の、ガス、冷媒の流通性は維持される。
まず、ガス連通路４０および冷媒連通路４１の少なくとも何れか一方に、断続状のバックアップ４２、４３を形成し、該断続状のバックアップ４２、４３と、該断続状のバックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールライン３２、３３とを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置したので、連続状のシールライン３２、３３とセパレータ１８は、連通路４０、４１部位で、断続状のバックアップ４２、４３によってセル積層方向に押され、ガス圧がかかった時でも、セパレータ１８が連通路４０、４１側に変形することがなく、したがってセパレータ１８が連続状のシールライン３２、３３からガス連通路４０および冷媒連通路４１側に離れることがない。その結果、連続状シールライン３２、３３のシール性とシールの安定性が確保される。
また、ガス連通路４０および冷媒連通路４１に設けるバックアップ４２、４３を断続状のバックアップとしたので、マニホールドとセル面内流路との間の、ガス、冷媒の流通性は維持される。
また、ガスマニホールド３０、３１の幅と冷媒マニホールド２９の幅が互いに異なっていても、ガスマニホールド３０、３１と冷媒マニホールド２９のセル面内中央側にあるシールライン部分を該シールライン部分の全長にわたって直線化したので、シールラインが屈曲していた場合（図６の場合）に生じた、シールライン屈曲部（図６のＢ部）でのセパレータへの局所的な集中荷重と、それによるセパレータの局所的変形が生じなくなり、直線化されたシールライン部分の全長にわたってシール材３３、３２のシール性とシールの安定性が確保される。
つぎの、本発明の各実施例に特有な構成、作用、効果を説明する。
本発明の実施例１では、図１、図２に示すように、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３が、セパレータ１８とシール材３２のうち、シール材３２の方に形成されている。
たとえば、冷媒側シール材３２を、冷媒連通路４１に延長させて冷媒連通路４１の全幅にわたって形成し、このシール材３２の延長部分を、延長部伸長方向に断続的に、シール材高さ方向に凹凸させ、凹凸の凸部の頂面をシール材３２が接触するセパレータ１８の表面に接触させ、凹凸の凹部をシール材３２が接触する隣りのセパレータ１８の表面から離すことにより、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３を形成する。凹凸の凹部が冷媒の通路となる。凹凸の凹部からなる冷媒の通路は、シール材３２に形成した複数のトンネル状通路に代えてもよい。
シール材３２は、たとえばゴムガスケットからなる場合を示したが、ゴムガスケットに代えて接着剤（塗布後、硬化する接着剤）としてもよい。
また、図１では、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２が、ガス側シール材３３を断続的に塗布することにより、ガス側シール材３３に断続状に形成された場合を示しているが、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２を、セパレータ１８に形成した断続状突起（図３の断続状バックアップ４２のような断続状突起）またはセパレータ１８に形成した断続状のトンネル構造などから形成してもよい。
本発明の実施例１では、図１、図２に示すように、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３が、セパレータ１８とシール材３２のうち、シール材３２の方に形成されている。
たとえば、冷媒側シール材３２を、冷媒連通路４１に延長させて冷媒連通路４１の全幅にわたって形成し、このシール材３２の延長部分を、延長部伸長方向に断続的に、シール材高さ方向に凹凸させ、凹凸の凸部の頂面をシール材３２が接触するセパレータ１８の表面に接触させ、凹凸の凹部をシール材３２が接触する隣りのセパレータ１８の表面から離すことにより、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３を形成する。凹凸の凹部が冷媒の通路となる。凹凸の凹部からなる冷媒の通路は、シール材３２に形成した複数のトンネル状通路に代えてもよい。
シール材３２は、たとえばゴムガスケットからなる場合を示したが、ゴムガスケットに代えて接着剤（塗布後、硬化する接着剤）としてもよい。
また、図１では、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２が、ガス側シール材３３を断続的に塗布することにより、ガス側シール材３３に断続状に形成された場合を示しているが、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２を、セパレータ１８に形成した断続状突起（図３の断続状バックアップ４２のような断続状突起）またはセパレータ１８に形成した断続状のトンネル構造などから形成してもよい。
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、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３をシール材３２に形成したので、シール材３２の設計変更（シール材３２をゴムガスケットとした場合は、シール材３２を冷媒連通路４１の全幅にわって延長させ、この延長部分に断続部を作る）、または塗布方法の変更（シール材３２を接着剤とした場合は、冷媒連通路４１では断続的に塗布する）のみで、対応できる。
本発明の実施例２では、図３、図４に示すように、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３が、セパレータ１８とシール材３２のうち、セパレータ１８の方に形成されている。
たとえば、セパレータ１８の冷媒連通路４１部位に、冷媒連通路４１の全幅方向に、複数の突起を互いに間隔をもたせて設けて、飛び石状に、島構造を形成することにより、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３を形成する。突起の頂面は隣りのセルのセパレータ１８の連続状シール材３３背面部位（または隣りのセパレータに形成された断続状バックアップ４３の突起）に当たってバックアップとして働き、突起の間の空間は冷媒の通路となる。
また、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２は、セパレータ１８に形成した場合を示しているが、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２は、ガス側シール材３３に断続状に形成されたもの（図１の断続状バックアップ４２のような構造）であってもよい。
たとえば、セパレータ１８の冷媒連通路４１部位に、冷媒連通路４１の全幅方向に、複数の突起を互いに間隔をもたせて設けて、飛び石状に、島構造を形成することにより、冷媒連通路４１の断続状バックアップ４３を形成する。突起の頂面は隣りのセルのセパレータ１８の連続状シール材３３背面部位（または隣りのセパレータに形成された断続状バックアップ４３の突起）に当たってバックアップとして働き、突起の間の空間は冷媒の通路となる。
また、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２は、セパレータ１８に形成した場合を示しているが、ガス連通路４０の断続状バックアップ４２は、ガス側シール材３３に断続状に形成されたもの（図１の断続状バックアップ４２のような構造）であってもよい。
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、冷媒連通路４１の断続状シールライン４３をセパレータ１８に形成したので、セパレータ１８のガス連通路４０および冷媒連通路４１部分の設計変更（連通路４０、４１に島状突起を形成する）のみで、対応できる。
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１４ 電極（アノード、燃料極）
１７ 電極（カソード、空気極）
１８ セパレータ
１９ セル
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 外側部材または締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
３２ 冷媒側シール材（たとえば、ゴムガスケット）
３３ ガス側シール材（たとえば、接着剤）
４０ ガス連通路
４１ 冷媒連通路
４２ （ガス連通路の）断続状バックアップ
４３ （冷媒連通路の）断続状バックアップ
１１ 電解質膜
１４ 電極（アノード、燃料極）
１７ 電極（カソード、空気極）
１８ セパレータ
１９ セル
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 外側部材または締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
３２ 冷媒側シール材（たとえば、ゴムガスケット）
３３ ガス側シール材（たとえば、接着剤）
４０ ガス連通路
４１ 冷媒連通路
４２ （ガス連通路の）断続状バックアップ
４３ （冷媒連通路の）断続状バックアップ
Claims (6)
- ガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路と、冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路の、少なくとも一方に、断続状のバックアップを形成し、該断続状のバックアップと、該バックアップとセパレータを挟んで反対側の位置にある連続状のシールラインとを、セル積層方向に見た時に互いに重なるように配置した燃料電池のシール構造。
- 前記バックアップがガスマニホールドとセル面内ガス流路との間のガス連通路に形成されている請求項１記載の燃料電池のシール構造。
- 前記バックアップが冷媒マニホールドとセル面内冷媒流路との間の冷媒連通路に形成されている請求項１記載の燃料電池のシール構造。
- 前記断続状のバックアップをシール材に形成した請求項１〜請求項３の何れか一項記載の燃料電池のシール構造。
- 前記断続状のバックアップをセパレータに形成した請求項１〜請求項３の何れか一項記載の燃料電池のシール構造。
- 前記ガスマニホールドと前記冷媒マニホールドとは互いに幅が異なっており、前記断続状のバックアップと、連続状のシールラインのうち前記断続状のバックアップの伸長方向にある部分とが、直線化されている請求項１記載の燃料電池のシール構造。
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