JP2007280751A - 燃料電池およびセパレータならびにこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マニホールド入口と出口とを短絡する隙間流路をシールで閉塞するに際し、閉塞した隙間流路を反応ガスが流れにくく、シールとガス拡散層との間に隙間が発生しにくく、シール効果に優れ、もって発電効率を効果的に向上させる燃料電池を提供する。
【解決手段】反応ガス誘導流路４および段差５を設けたセパレータ１を有し、スタック組立時に段差５とガス拡散層３との間に隙間流路８が形成される燃料電池において、隙間流路８を閉塞する堰状シール９を設ける。堰状シール９は隙間流路８の流れ方向に沿って多数が間隔をあけて配置される。各堰状シール９は段差５の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、隙間流路８を閉塞するとともに一部をもってガス拡散層３と重ね合わされる形状を有し、かつ高さ寸法が段差５の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池、およびその構成要素をなす燃料電池用セパレータ、ならびにこれらの製造方法に関するものである。

図４および図５に示すように、マニホールド入口６からマニホールド出口７へ通じる溝状の反応ガス誘導流路４を平面上に設けたセパレータ１を両側に配置して膜電極複合体（ＭＥＡ）２を挟み込む構造の燃料電池においては、膜電極複合体２の両側に配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）３の外周部の寸法精度や組立位置精度の都合により、ガス拡散層３の外周部とこのガス拡散層３を収容すべくセパレータ１に設けた段差５との間に隙間ｃが発生する。この隙間ｃは、ガス拡散層３が段差５へ乗り上げないようにするため、無くすことは実際上困難な隙間である。

しかしながら、このようにガス拡散層３の外周部とセパレータ１の段差５との間に隙間ｃが存在すると、この隙間ｃがマニホールド入口６とマニホールド出口７とを短絡させる隙間流路８を形成する。

したがって、反応ガスは、本来その全てが反応ガス誘導流路４を流れるべきところ、図５に波線矢印で示すようにその一部が隙間流路８を流れ、この後者の隙間流路８を流れるガスは反応しないことから、この分、燃料電池の発電効率が低下する不都合がある。

また、従来、図６および図７に示すように、反応ガスが所定のガス誘導流路５１以外を流れるのを有効に阻止することを目的として、セパレータ５２および電解質膜５３間をシールするシール部材５４とセパレータ５２内部に配置されるガス拡散層（電極）５５との間に形成される隙間流路５６に充填シール５７を設けた燃料電池が提案されているが、この従来技術には以下のような不都合がある（特許文献１参照）。

すなわち、図７の平面図に示すように、マニホールド入口（反応ガス入口連通孔）５８とマニホールド出口（反応ガス出口連通孔）５９とを短絡する隙間流路５６において、この隙間流路５６を閉塞する充填シール５７は、マニホールド入口５８近傍、マニホールド出口５９近傍および隙間流路５６の屈曲部近傍の三箇所に設けられるが、このように一本の長い隙間流路５６に充填シール５７を三箇所設けるだけでは、これにより閉塞される隙間流路５６の長さ（充填シール５７間の間隔）が極めて長く設定されることになる。したがって、ガス拡散層５５の外周部から漏れ出る反応ガスがこの閉塞された隙間流路５６に滞留し、この滞留した反応ガスが閉塞された隙間流路５６を流れてマニホールド出口５９近傍でガス拡散層５５外周部からガス誘導流路５１側（発電部）へ戻ると云う流れが発生し、このような変則的な流れが発生すると、充填シール５７を設けても十分な効率改善の効果を得ることができない。

また、図６の断面図に示すように、液状シールや固体充填シール等よりなる充填シール５７は、ガス拡散層５５の外周部にピタリと隣接するように成形されており、本発明のようにその一部をガス拡散層５５と重ね合わせると云う構成は想定されていない。この場合、上記したようにガス拡散層５５外周の寸法精度は一般にあまり良くなく、またガス拡散層５５を含む膜電極複合体６０とセパレータ５２との組立位置精度にも限界があるため、このような構成では、充填シール５７をガス拡散層５５の外周部に隣接するように配置しようとすると、ガス拡散層５５の寸法や組立位置のバラツキにより充填シール５７とガス拡散層５５とが重なり合う事態が発生する。したがって、このように充填シール５７とガス拡散層５５とが重なり合った部位においてはスタック組立時に過大な締付け反力が発生し、薄い金属板や脆弱なカーボンプレート等よりなるセパレータ５２や電解質膜５３に大きなダメージを与えることになる。このため、実際の充填シール５７の配置は、ガス拡散層５５の寸法や組立位置のバラツキを考慮して安全側の小さめに設定する必要があり、この場合には充填シール５７とガス拡散層５５との間に隙間が形成される箇所も当然出てくることから、やはり目的の効率改善の効果を低下させることになる。

特開２００４−１１９１２１号公報

本発明は以上の点に鑑みて、マニホールド入口とマニホールド出口とを短絡する隙間流路をシールで閉塞するに際し、閉塞した隙間流路を反応ガスが流れにくく、シールとガス拡散層との間に隙間が発生しにくく、シール効果に優れ、もって発電効率を効果的に向上させることが可能な燃料電池およびセパレータならびにこれらの製造方法を提供することを目的とする。

またこれに加えて、上記隙間流路を閉塞するシールを設けてもスタック組立時に発生する締付け反力があまり増大せず、もって締付け反力の増大によりセパレータ等が破損するのを未然に防止することが可能な燃料電池およびセパレータならびにこれらの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池は、マニホールド入口から出口へ通じる反応ガス誘導流路および前記誘導流路を取り囲む段差を設けたセパレータを有し、スタック組立時に前記段差と前記段差の内側に配置されるガス拡散層との間に前記マニホールド入口と出口とを短絡する隙間流路が形成される燃料電池において、前記隙間流路を閉塞する堰状シールを有し、前記堰状シールは、前記隙間流路の流れ方向に沿って多数が間隔をあけて配置され、各堰状シールは、前記段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、前記隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもって前記ガス拡散層と重ね合わされる形状を有し、かつ各堰状シールの高さ寸法は前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による燃料電池は、上記した請求項１記載の燃料電池において、互いに隣り合う堰状シールの間隔は１〜３０ｍｍに設定されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３による製造方法は、上記した請求項１または２記載の燃料電池を製造する方法であって、セパレータに設けた段差と合致する形状を有するとともに前記セパレータ上における多数の堰状シールの配置に応じて前記多数の堰状シールを一度に成形する堰状シール成形パターンを有するマスクを用意し、前記マスクを前記セパレータに重ね合わせる工程と、前記マスク上に液状の堰状シール成形材料を配置する工程と、前記堰状シール成形材料をスキージの移動により前記堰状シール成形パターンに充填する工程と、前記マスクを外し、前記堰状シール成形材料を硬化させる工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の請求項４による製造方法は、上記した請求項３記載の燃料電池の製造方法において、マスクに設けた堰状シール成形パターンに充填される液状の堰状シール成形材料は、セパレータの段差の壁面および底面上に塗布され、そのとき発生する表面張力によりその高さ寸法が前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状に成形されることを特徴とする。

また、本発明の請求項５によるセパレータは、マニホールド入口から出口へ通じる反応ガス誘導流路および前記誘導流路を取り囲む段差を設けた燃料電池用セパレータであって、スタック組立時に前記段差と前記段差の内側に配置されるガス拡散層との間に前記マニホールド入口と出口とを短絡する隙間流路が形成されるセパレータにおいて、前記隙間流路を閉塞する堰状シールを有し、前記堰状シールは、前記隙間流路の流れ方向に沿って多数が間隔をあけて配置され、各堰状シールは、前記段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、前記隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもって前記ガス拡散層と重ね合わされる形状を有し、かつ各堰状シールの高さ寸法は前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることを特徴とする。

また、本発明の請求項６によるセパレータは、上記した請求項５記載の燃料電池用セパレータにおいて、互いに隣り合う堰状シールの間隔は１〜３０ｍｍに設定されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項７による製造方法は、上記した請求項５または６記載の燃料電池用セパレータを製造する方法であって、セパレータに設けた段差と合致する形状を有するとともに前記セパレータ上における多数の堰状シールの配置に応じて前記多数の堰状シールを一度に成形する堰状シール成形パターンを有するマスクを用意し、前記マスクを前記セパレータに重ね合わせる工程と、前記マスク上に液状の堰状シール成形材料を配置する工程と、前記堰状シール成形材料をスキージの移動により前記堰状シール成形パターンに充填する工程と、前記マスクを外し、前記堰状シール成形材料を硬化させる工程とを有することを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項８による製造方法は、上記した請求項７記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、マスクに設けた堰状シール成形パターンに充填される液状の堰状シール成形材料は、セパレータの段差の壁面および底面上に塗布され、そのとき発生する表面張力によりその高さ寸法が前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状に成形されることを特徴とする。

上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池においては、弾性体よりなる堰状シールが隙間流路を閉塞して反応ガスの流れを堰き止めることから、反応ガスが隙間流路を流れるのを防止することが可能となる。また、このように弾性体により隙間流路を閉塞する場合には、弾性体に適度の圧縮荷重を加えて弾性体による密封性を高めるのが有効であるが、比較例として弾性体により隙間流路の全ての空間を埋め尽くしてしまう構造を採用すると、密封性は高まるものの、スタック組立時における弾性体による締付け反力が過大となる不都合がある。そこで、本発明では、スタック組立時における弾性体による締付け反力の増大を抑えるべく弾性体を隙間流路の流れ方向の一部のみを閉塞する堰状シールとし、この堰状シールを隙間流路の流れ方向に沿って多数設け、互いに隣り合う堰状シール同士の間に間隔を設定することにした。このように堰状シールの間に間隔を設定すると、堰状シールを構成する弾性体はこの間隔を埋めるべく流路内を溝方向（横方向）へ弾性変形可能となるため、スタック積層方向（縦方向）に係る締付け反力の極端な増大を抑えることが可能となる。

また、本発明において、堰状シールは多数が設けられるために、この多数の堰状シールによって閉塞される隙間流路は一本の流路が多数に分断されることになる。したがって、堰状シールによって閉塞された流路内を反応ガスが流れると云う変則的な流れが発生するのを防止することが可能となる。請求項２に記載したように、互いに隣り合う堰状シールの間隔は１〜３０ｍｍに設定するのが好ましく、３０ｍｍを超えると上記変則的な流れが生じることがある。堰状シールの形成数としては上記したように多数であって、具体的には隙間流路の長さにもよるが、四箇所以上とするのが好ましい。

また、堰状シールは段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもってガス拡散層と重ね合わされる形状とされているために、ガス拡散層に寸法や組立位置のバラツキがあっても、堰状シールとガス拡散層との間に隙間が発生するのを抑えることが可能となり、更にまた、このように堰状シールの一部をガス拡散層と重ね合わせる形状としても、堰状シールはその高さ寸法が段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされているために、スタック組立時における締付け反力が極端に増大することはない。

上記燃料電池の製造方法、すなわち堰状シールの成形方法については、堰状シールが弾性体よりなることからディスペンサによる塗布も可能であるが、この場合には堰状シールの形状や高さの制御に問題があり、また、多数の堰状シールを成形するにはコストが高くなる不都合がある。また、多数の堰状シールをその形状や高さの精度を保ちつつ一度に処理する方法としてスクリーン印刷が考えられるが、通常のスクリーン印刷によると、段差がある部位への塗布は困難である。そこで、本発明の請求項３による製造方法では、セパレータに設けた段差と合致する形状を有するマスクを用いて、段差の壁面から底面にかけて堰状シールを成形することにした。この製造方法によれば、堰状シールの形状をマスクに設けるパターンにより容易に制御することが可能となり、また段差の壁面から底面にかけて堰状シールを形成することで、流体の流れを阻止する堰としての密封機能を飛躍的に向上させることが可能となる。また、請求項４に記載したように、スクリーン印刷時に塗布する未硬化の液状成形材料が段差の壁面から底面にかけて接触していることから、大きな表面張力が作用し、よって上記請求項１に係る高さ寸法を実現可能になるとともに、マスクを引き上げる工程においても安定して成形材料をセパレータへ転写させることができ、その結果として、安定した形状および高さの堰状シールを成形することが可能となる。

堰状シールの成形材料である弾性体としては、以下のものを用いるのが好適である。
（１）いわゆるゴムのほかに、ＴＰＥを用いる場合もある。
（２）ゴムコンパウンドまたはＴＰＥコンパウンドを溶剤中に分散させたゴム糊または液状ゴムを用い、特には、成形した堰状シールの硬化時の収縮性（形状の精度）や硬度の面から液状ゴムを用いるのが好ましい。例えば、公知または市販の液状シリコーンゴム、液状フッ素ゴム、液状ＥＰＤＭ、液状ＡＣＭなど。
（３）弾性体は低硬度材であることが好ましい。
（４）弾性体はセパレータに対し自己接着性を有するものが好ましい。

また、上記請求項１ないし４に係る発明は、「燃料電池」をカテゴリーとしているが、燃料電池用セパレータに弾性体よりなる堰状シールを付設する構成であるので、この構成は「燃料電池用セパレータ」をカテゴリーとしても実現可能である。したがって本願では、請求項５ないし８を記載作成してこの点を確認することにした。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の請求項１および２による燃料電池においては、弾性体よりなる堰状シールが隙間流路を閉塞して反応ガスの流れを堰き止めることから、反応ガスが隙間流路を流れて発電効率が低下するのを抑えることができる。

また、上記堰状シールが隙間流路の流れ方向に沿って多数設けられるとともに互いに隣り合う堰状シール同士の間に間隔が設定されていることから、弾性体よりなる堰状シールを設けても、スタック組立時における締付け反力が極端に増大してセパレータ等が破損するのを抑えることができる。

また、堰状シールは多数が設けられることから、この多数の堰状シールによって閉塞される隙間流路は一本の流路が多数に分断される。したがって、堰状シールによって閉塞された流路内を反応ガスが流れて発電効率が低下すると云う上記従来技術に見られる不都合を解消することができる。

また、堰状シールは段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもってガス拡散層と重ね合わされる形状とされていることから、ガス拡散層に寸法や組立位置のバラツキがあっても堰状シールとガス拡散層との間に隙間が発生するのを抑えることができ、この隙間からガスが漏れると云う上記従来技術に見られる不都合を解消することができる。

更にまた、堰状シールはその高さ寸法が段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることから、堰状シールの一部をガス拡散層と重ね合わせる形状としても、スタック組立時における締付け反力が極端に増大してセパレータ等が破損するのを抑えることができる。

本発明の請求項３による製造方法においては、セパレータに設けた段差と合致する形状を有するとともにセパレータ上における複数の堰状シールの配置に応じて複数の堰状シールを一度に成形する堰状シール成形パターンを有するマスクを用いてスクリーン印刷を実施するために、セパレータに段差が設けられていても複数の堰状シールを一度に成形することができ、かつその形状や高さに関しても高精度を確保することができる。

またこれに加えて、本発明の請求項４に記載したところによれば、セパレータの段差の壁面および底面上に塗布される液状成形材料に発生する表面張力を有効に利用して上記請求項１に係る堰状シールの高さ寸法に係る形状を容易に成形することができ、よって発生する締付け反力が小さな堰状シールを容易に成形することができる。

更にまた、本発明の請求項５ないし８に記載したところによれば、上記請求項１ないし４に係る発明の作用効果を「燃料電池用セパレータ」のカテゴリーにおいても実現することができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）問題となる隙間を流れる流体の流れを阻止するため、ゴム状の弾性体で堰を複数設ける。この堰はセパレータ段差の壁面からガス拡散層の一部と重なり合うように設ける。但し、この堰を全周に隙間なく設けると、生じた隙間の大きさ（ガス拡散層外周端部とセパレータ壁面までの距離とセパレータ段差で生じる隙間の体積）によっては堰が体積圧縮となり、締付荷重が高くなる問題があることから、堰は隙間を設けて設置する。尚、堰は体積圧縮を生じない程度で全周全てに極力多数設置したほうが、流体を阻止する堰の機能が高くなる。また、堰を段差部から中側に向けて緩やかに厚みが減少する形状にすると、ガス拡散層と重なる部分に過大な応力が生じないで済む。

（２）ガス拡散層を収めるセパレータの段差の底面とその壁面にかけて、その段差とほぼ同等の高さ突起物を間隔を設けて設置して堰とする。この堰の長さは、ガス拡散層とセパレータ間に生じ得る最大隙間よりも長くすることで、隙間が最大となったときでも、堰としての機能を確保できるようにする。また、堰の幅はその長さ以下にしたほうが、反力を小さくできることから望ましい。堰の形状は長方形が基本となるが、三角形や半円形状であっても良い。堰のピッチはガス拡散層とセパレータ間に生じ得る隙間が最小のときでも、堰が体積圧縮とならないような隙間を設けた最小ピッチとするのが好ましい。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る燃料電池の縦断面を示しており、図１（Ａ）はスタック組立前の状態、図１（Ｂ）はスタック組立後の状態をそれぞれ示している。また、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視図であって、すなわち一方のセパレータ１の平面を示している。この図２において、ガス拡散層（ＧＤＬ）３は矢視領域外となるので、点線をもって示している。また、図示はしないが、他方のセパレータ１も一方のセパレータ１と上下対称に構成されることになる。

当該実施例に係る燃料電池は、平面上に溝状の反応ガス誘導流路４を所要数（図では３本）設けたセパレータ１を両側に配置して膜電極複合体（ＭＥＡ）２を挟み込む構造を有する燃料電池であって、膜電極複合体２の両側に配置されたガス拡散層３の外周端とこのガス拡散層３を収容すべくセパレータ１の外周部に設けられた外高状の段差５との間に平面方向の隙間ｃが全周に亙って形成されており、よって上記各部品をスタックとして組み立てると、反応ガス誘導流路４の他に、マニホールド入口６からマニホールド出口７へと短絡的に通じる隙間流路８が形成される。したがってこの隙間流路８をそのまま放置すると、上記従来例に係る図５に波線矢印で示したように反応ガスの一部がこの隙間流路８を流れることから燃料電池の発電効率が低下することは上記したとおりである。

そこで、当該実施例では、隙間流路８をその流れ方向の一部で閉塞する堰状シール（堰状構造体とも称する）９をセパレータ１上に一体成形し、この堰状シール９により反応ガスの流れを堰き止めることにした。隙間流路８は、図２の平面における右回りの流路８Ａと左回りの流路８Ｂの２本があり、また膜電極複合体２の上下でそれぞれ２本あるので、全体としては都合４本が存在する。したがってこの４本の隙間流路８をそれぞれ堰状シール９により閉塞するのが好ましい。

堰状シール９はそれぞれ、ゴムまたはＴＰＥなどの弾性体よりなり、段差５の壁面（立ち上がり面）５ａおよび底面（平面）５ｂに接着されるとともにガス拡散層３の外周縁部と一部上下に重なり合うように成形されており、また隙間流路８の流れ方向に沿って多数が一列に並べられるとともに、互いに隣り合う堰状シール９同士の間には所定の間隔（ピッチ）が設定されている。間隔としては実寸で１〜３０ｍｍ、特に２〜１０ｍｍの範囲が好ましい。また、この堰状シール９はそれぞれ、その最大高さ寸法ｈ_１（図３（Ｄ）参照）を段差５の高さ寸法ｈ_２（図３（Ｄ）参照）とほぼ同じに設定されるとともに、段差５の壁面５ａから離れるにしたがってその高さ寸法が徐々に低くなる形状に成形されている。

上記構成の燃料電池においては、弾性体よりなる堰状シール９が隙間流路８を閉塞して反応ガスの流れを堰き止めることから、反応ガスが隙間流路８を流れるのを防止することが可能とされている。したがって、反応ガスが隙間流路８を流れて発電効率が低下するのを防止することができる。

また、このように弾性体により隙間流路８を閉塞する場合には、弾性体に適度の圧縮荷重を加えて弾性体による密封性を高めることが有効であるが、弾性体により隙間流路８の全ての空間を埋め尽くしてしまうと、スタック組立時における弾性体による締付け反力が過大となる不都合がある。そこで、当該実施例では、スタック組立時における弾性体による締付け反力の増大を抑えるべく弾性体を隙間流路８の流れ方向の一部のみを閉塞する堰状シール９として形成し、この堰状シール９を隙間流路８の流れ方向に沿って多数設け、互いに隣り合う堰状シール９同士の間に間隔を設定することにした。このように堰状シール９の間に間隔を設定すると、堰状シール９を構成する弾性体はこの間隔を埋めるべく流路８内を溝方向へ弾性変形するため、スタック積層方向に係る締付け反力が極端に増大するのを抑えることが可能とされている。したがって、締付け反力が極端に増大してセパレータ１等が破損するのを防止することができる。

また、堰状シール９は多数が設けられることから、この多数の堰状シール９によって閉塞される隙間流路８は一本の流路が多数に分断される。したがって、堰状シール９によって閉塞された流路８内を反応ガスが流れて発電効率が低下するのを防止することができる。

また、堰状シール９は段差５の壁面５ａおよび底面５ｂに接着された弾性体よりなり、隙間流路８を閉塞するとともに当該堰状シール９の一部をもってガス拡散層３と重ね合わされる形状とされていることから、ガス拡散層３に寸法や組立位置のバラツキがあっても堰状シール９とガス拡散層３との間に隙間が発生するのを抑えることが可能とされている。したがって、この隙間からガスが漏れるのを防止することができる。

更にまた、堰状シール９はその高さ寸法が段差５の壁面５ａから離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることから、堰状シール９の一部をガス拡散層３と重ね合わせる形状としても、スタック組立時における締付け反力が極端に増大するのを抑えることが可能とされている。したがって、締付け反力が極端に増大してセパレータ１等が破損するのを防止することができる。

つぎに、上記燃料電池ないしセパレータ１の製造方法を説明すると、その製造の実施に際しては、図３に示すようなマスク（スクリーン版とも称する）２１を用意し、このマスク２１を用いてセパレータ１上に弾性体よりなる多数の堰状シール９を一体成形する。

このマスク２１は、セパレータ１よりも一回りほど大きな平板状に形成されており、セパレータ１に設けた段差５と合致する形状がこの段差５を収容可能な凹部２２としてその一面に形成されている。段差５はセパレータ１の全周に亙ってエンドレス状に形成されているので、この凹部２２もエンドレス状に形成されている。また、マスク２１には、セパレータ１上における多数の堰状シール９の配置に応じてこの多数のシール９を一度に成形する堰状シール成形パターンがシール９と同数、貫通穴２３として形成されている。

そして、上記セパレータ１上に堰状シール９を一体成形するに際しては、図３（Ｂ）に示すように、マスク２１をセパレータ１の加工面に重ね合わせて凹部２２により位置決めし、マスク２１上に液状の堰状シール成形材料Ｄを載せ、次いで図３（Ｃ）に示すように、堰状シール成形材料Ｄをスキージ２４を用いて堰状シール成形パターン２３に充填する。次いで図３（Ｄ）に示すように、セパレータ１からマスク２１を外し、堰状シール成形材料Ｄを加硫・硬化させる。尚、堰状シール成形材料Ｄが自己接着性を有さないものである場合には、充填に先立って、その接着面すなわち段差５の壁面５ａおよび底面５ｂに接着剤を塗布することになる。

この一連の工程において、マスク２１の堰状シール成形パターン２３に充填された堰状シール成形材料Ｄは、セパレータ１の段差５の壁面５ａおよび底面５ｂ上に塗布され、このとき、液状であって粘性を有するが故に表面張力が作用するので、セパレータ１からマスク２１を外すと、この堰状シール成形材料Ｄは徐々にその形状を変化させる。そしてその結果として、図３（Ｄ）に示すように硬化物としての堰状シール９は、その高さ寸法が段差５の壁面５ａから離れるにしたがって徐々に低くなる形状に成形される。

具体的な寸法例として、本願発明者らは、段差０．２ｍｍのセパレータ１に、長さ２ｍｍおよび幅１ｍｍの堰状シール９を３ｍｍピッチで設けた。ゴム硬度は約２５度材とし、厚み０．４ｍｍのマスク２１を用いて段差０．２ｍｍとほぼ同じ高さの堰状シール９を作製したところ、スクリーンの印刷性、塗布後の製品形状および精度とも良好な結果を得ることができた。また、加硫後の堰状シール９に０．１９ｍｍカーボンペーパー（図示せず）を挟み込み、堰状シール９の変形状態とカーボンペーパーのダメージを観察したところ、カーボンペーパーに外観上クラックのような破損は全く見られなかった。また、隙間ｃの大きさを０．２〜１．５ｍｍまで変化させながら試作を繰り返したが、いずれも流体の流れを阻止するのに十分な堰状シール９であることを確認することができた。

尚、堰状シール９は、一対のセパレータ１間をその外周部においてシールする外周シール（ガスケット）１０と一体に成形することも可能である。

本発明の実施例に係る燃料電池の断面図であって、（Ａ）は燃料電池の組立前の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は燃料電池の組立後の状態を示す縦断面図 同燃料電池の構成部品であるセパレータの平面図であって、図１におけるＡ−Ａ線矢視図 （Ａ）ないし（Ｄ）とも同燃料電池の製造方法を示す工程説明図 従来例に係る燃料電池の断面図であって、（Ａ）は燃料電池の組立前の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は燃料電池の組立後の状態を示す縦断面図 同燃料電池の構成部品であるセパレータの平面図であって、図４におけるＢ−Ｂ線矢視図 他の従来例に係る燃料電池の断面図 同燃料電池の構成部品であるセパレータの平面図

符号の説明

１ セパレータ
２ 膜電極複合体
３ ガス拡散層
４ 反応ガス誘導流路
５ 段差
５ａ 壁面
５ｂ 底面
６ マニホールド入口
７ マニホールド出口
８ 隙間流路
９ 堰状シール
１０ 外周シール
ｃ 隙間
２１ マスク
２２ 凹部（段差と合致する形状）
２３ 貫通穴（堰状シール成形パターン）
２４ スキージ
Ｄ 堰状シール成形材料

Claims (8)

1. マニホールド入口から出口へ通じる反応ガス誘導流路および前記誘導流路を取り囲む段差を設けたセパレータを有し、スタック組立時に前記段差と前記段差の内側に配置されるガス拡散層との間に前記マニホールド入口と出口とを短絡する隙間流路が形成される燃料電池において、
   前記隙間流路を閉塞する堰状シールを有し、
   前記堰状シールは、前記隙間流路の流れ方向に沿って多数が間隔をあけて配置され、
   各堰状シールは、前記段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、前記隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもって前記ガス拡散層と重ね合わされる形状を有し、かつ各堰状シールの高さ寸法は前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、
   互いに隣り合う堰状シールの間隔は１〜３０ｍｍに設定されていることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１または２記載の燃料電池を製造する方法であって、
   セパレータに設けた段差と合致する形状を有するとともに前記セパレータ上における多数の堰状シールの配置に応じて前記多数の堰状シールを一度に成形する堰状シール成形パターンを有するマスクを用意し、前記マスクを前記セパレータに重ね合わせる工程と、前記マスク上に液状の堰状シール成形材料を配置する工程と、前記堰状シール成形材料をスキージの移動により前記堰状シール成形パターンに充填する工程と、前記マスクを外し、前記堰状シール成形材料を硬化させる工程とを有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
4. 請求項３記載の燃料電池の製造方法において、
   マスクに設けた堰状シール成形パターンに充填される液状の堰状シール成形材料は、セパレータの段差の壁面および底面上に塗布され、そのとき発生する表面張力によりその高さ寸法が前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状に成形されることを特徴とする燃料電池の製造方法。
5. マニホールド入口から出口へ通じる反応ガス誘導流路および前記誘導流路を取り囲む段差を設けた燃料電池用セパレータであって、スタック組立時に前記段差と前記段差の内側に配置されるガス拡散層との間に前記マニホールド入口と出口とを短絡する隙間流路が形成されるセパレータにおいて、
   前記隙間流路を閉塞する堰状シールを有し、
   前記堰状シールは、前記隙間流路の流れ方向に沿って多数が間隔をあけて配置され、
   各堰状シールは、前記段差の壁面および底面に接着された弾性体よりなり、前記隙間流路を閉塞するとともに当該堰状シールの一部をもって前記ガス拡散層と重ね合わされる形状を有し、かつ各堰状シールの高さ寸法は前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状とされていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
6. 請求項５記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   互いに隣り合う堰状シールの間隔は１〜３０ｍｍに設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
7. 請求項５または６記載の燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
   セパレータに設けた段差と合致する形状を有するとともに前記セパレータ上における多数の堰状シールの配置に応じて前記多数の堰状シールを一度に成形する堰状シール成形パターンを有するマスクを用意し、前記マスクを前記セパレータに重ね合わせる工程と、前記マスク上に液状の堰状シール成形材料を配置する工程と、前記堰状シール成形材料をスキージの移動により前記堰状シール成形パターンに充填する工程と、前記マスクを外し、前記堰状シール成形材料を硬化させる工程とを有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
8. 請求項７記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
   マスクに設けた堰状シール成形パターンに充填される液状の堰状シール成形材料は、セパレータの段差の壁面および底面上に塗布され、そのとき発生する表面張力によりその高さ寸法が前記段差の壁面から離れるにしたがって徐々に低くなる形状に成形されることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

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