JP2008108516A

JP2008108516A - 燃料電池

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Publication number: JP2008108516A
Application number: JP2006289001A
Authority: JP
Inventors: Junichi Shirahama; 淳一白濱
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-24
Also published as: DE112007002407T5; US7981569B2; WO2008050884A1; US20100003580A1; CN101529627A; CA2663403A1; DE112007002407B4; CN101529627B; CA2663403C; JP5146899B2; DE112007002407B8

Abstract

【課題】ガス連通路への接着剤のはみ出しを抑制できる燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、発電領域にあるガス流路と、非発電領域にあるマニホールドと、ガス流路とマニホールドとを連通するガス連通路７０であって、少なくともガス連通路７０の近傍で接着剤１００が用いられるガス連通路とを備える。そして、燃料電池は、ガス連通路の近傍に、接着剤１００がガス連通路に流入することを抑制するための接着剤溜まり部１２０，１２２を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、接着剤が用いられる燃料電池に関するものである。

従来、固体高分子型の燃料電池の単セルは、電解質膜およびこれを挟持する一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータと、で構成されている（例えば、特許文献１参照。）。この単セルの各セパレータには、酸化ガス及び燃料ガスの供給マニホールド及び排出マニホールドが形成されている。一方のセパレータの酸化ガス流路には、酸化ガスが供給マニホールドから排出マニホールドへと流れ、他方のセパレータの燃料ガス流路には、燃料ガスが供給マニホールドから排出マニホールドへと流れる。

一対のセパレータ間、並びにセパレータと電解質膜との間は、単セルの外周に沿って設けられた液状ガスケット（接着剤）によって封止されている。各セパレータには、接着剤が設けられるシール面の内周側部分と外周側部分との両方に溜まり部が形成されている。この溜まり部によって、単セルの製造過程において、接着剤がマニホールドや単セル外等へとはみ出すことを防止している。
特開２００２−３６７６３１号公報

上記のマニホールド等以外の部分にも、接着剤がはみ出て問題となる部位があったが、従来においては十分に検討されていなかった。このため、例えば、マニホールドとガス流路とを連通するガス連通路に接着剤が流れ込む可能性があり、ガス連通路を閉塞するおそれがあった。

本発明は、ガス連通路への接着剤のはみ出しを抑制できる燃料電池を提供することをその目的としている。

上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池は、発電領域にあるガス流路と、非発電領域にあるマニホールドと、ガス流路とマニホールドとを連通するガス連通路であって、少なくともガス連通路の近傍で接着剤が用いられるガス連通路と、を備える。そして、燃料電池は、ガス連通路の近傍に、接着剤がガス連通路に流入することを抑制するための接着剤溜まり部を備える。

この構成によれば、ガス連通路の近傍で必要量の接着剤又はそれより多い接着剤を用いたとしても、接着剤溜まり部によって、接着剤がガス連通路にはみ出すことを好適に抑制できる。これにより、ガス連通路の流路面積の減少や閉塞を抑制できる。

本発明の好ましい一態様によれば、燃料電池は、少なくともガス連通路の近傍に、接着剤が設けられるシール溝を備える。そして、シール溝と接着剤溜まり部とは、接着剤が流動するように連通する。

この構成によれば、過剰な接着剤がシール溝から溢れる場合にも、接着剤をシール溝から接着剤溜まり部へと流動させることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、接着剤溜まり部は、シール溝よりも深い溝である。

この構成によれば、シール溝から多量の接着剤が溢れる場合にも、接着剤溜まり部に接着剤を好適に溜めておくことができる。

本発明の好ましい一態様によれば、燃料電池は、少なくとも接着剤溜まり部及びシール溝が形成された第１の部材と、第１の部材に積層されてこれに接着剤により接着される第２の部材と、を備える。そして、第１の部材は、接着剤溜まり部とシール溝との間に形成され、これらの間を接着剤が流動するように連通する連通部と、第２の部材を支持する支持部と、を有する。

本来、接着剤溜まり部は接着剤が充満されない領域のため、接着剤溜まり部と第２の部材との間に隙間が生じ得る。このため、第２の部材に外力がかかると、この隙間ゆえに第２の部材に大きな応力が作用し、第２の部材が変形するおそれがある。しかし、本発明によれば、上記構成の支持部が第２の部材に対しバックアップ部材として機能するので、第２の部材の変形を抑制できる。また、接着剤溜まり部とシール溝との間に連通部を設けているので、接着剤溜まり部への接着剤の流動も確保できる。

本発明の好ましい一態様によれば、第１の部材は、ＭＥＡの一部を支持する枠状部材であり、第２の部材は、ガス流路が形成されたセパレータである。

こうすることで、枠状部材の接着剤溜まり部の位置において、セパレータが変形することを抑制できると共に、ガス連通路とガス流路との間のガスの流動を確保できる。

本発明の別の好ましい一態様によれば、燃料電池は、第２の部材に第１の部材とは反対側に積層される第３の部材と、第２の部材と第３の部材との間をシールするシール部材と、を備える。そして、シール部材の一部は、第１、第２及び第３の部材の積層方向において、支持部と対応する位置であって、連通部に対応する位置から外れた位置にある。

仮に、シール部材の一部が第１の部材の支持部から外れた位置であって連通部と対応するに位置にくると、積層方向の外力により、第２の部材が変形して連通部を閉塞するおそれがある。しかし、本発明の上記構成によれば、積層方向の外力がかかっても、支持部で第２の部材の変形を抑制できると共に、連通部の流路面積を確保できる。

本発明の好ましい一態様によれば、第１の部材及び第２の部材は、第１の単セルを構成する部材であり、第３の部材は、第２の単セルを構成する部材である。

この構成によれば、ガス連通路への接着剤のはみ出し及び第２の部材の変形を抑制しながら、単セルを積層できる。

本発明の好ましい一態様によれば、接着剤溜まり部は、ガス連通路の両側に位置し、ガス連通路におけるガスの流れ方向と同方向に延在する。

この構成によれば、ガス連通路の両側で、ガス連通路への接着剤のはみ出しを抑制できる。

本発明の燃料電池によれば、ガス連通路への接着剤のはみ出しを抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池について、車両に好適な固体高分子型の燃料電池を例に説明する。もちろん、燃料電池を備えた燃料電池システムは、車両のみならず、例えば船舶、飛行機及びロボットといった自走式の移動体に搭載することもできるし、定置の発電システムとしても用いることが可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、燃料電池の斜視図である。
燃料電池１は、基本単位である多数の単セル２を積層した積層スタック構造を有する。燃料電池１は、スタック構造の両端に位置する単セル２の外側に、順次、集電板５、絶縁板６及びエンドプレート７を配置して構成される。例えば、エンドプレート７、７同士はテンションプレート９によって繋がれ、燃料電池１は単セル２の積層方向に所定の圧縮荷重がかかった状態となる。なお、符号１２は板状部材であり、一対の板状部材１２，１２は、燃料電池１に締結力（圧縮荷重）を作用させる例えばコイルスプリングを含む弾性モジュールを挟持する。

燃料ガス、酸化ガス及び冷媒は、エンドプレート７の供給口１５ａ，１６ａ及び１７ａから燃料電池１内に供給され、セル積層方向に流れると共に単セル２の平面方向に流れる。その後、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒は、エンドプレート７の排出口１５ｂ，１６ｂ及び１７ｂから燃料電池１外へと排出される。

ここで、燃料ガスとは、水素を含む水素ガス（アノードガス）を意味する。また、酸化ガスとは、酸素を代表とする酸化剤を含有するガス（カソードガス）を意味する。燃料ガスおよび酸化ガスは、反応ガスと総称されることがある。冷媒は、例えば冷却水である。

図２は、単セル２を分解して示す斜視図である。
単セル２は、ＭＥＡ２０、一対のセパレータ２２Ａ，２２Ｂ，及び、一対の樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂを備える。単セル２では、セパレータ２２Ａ，樹脂フレーム２４Ａ，ＭＥＡ２０，樹脂フレーム２４Ｂ及びセパレータ２２Ｂの順で積層される。そして、これら部材の外周縁が製造過程で接着剤により接着され、各部材間が封止される。

ＭＥＡ２０（膜―電極アッセンブリ）は、電解質膜３０と、電解質膜３０を挟んだ一対の電極３２Ａ，３２Ｂ（アノードおよびカソード）と、で構成される。

電解質膜３０は、イオン交換膜からなる。電解質膜３０は、燃料ガスから供給された水素イオンを電極３２Ａから電極３２Ｂに移動させる機能を有する。電解質膜３０は、電極３２Ａ，３２Ｂよりも大きく形成され、周縁部３４を残した状態で電極３２Ａ，３２Ｂが例えばホットプレス法により接合される。

電極３２Ａ，３２Ｂは、図３に示すように、拡散層３６及び触媒層３８で構成される。拡散層３６は、例えば多孔質のカーボン素材からなる。触媒層３８の触媒としては例えば白金が好適に用いられ、触媒層３８は拡散層３６に結着される。

電極３２Ａの拡散層３６は、セパレータ２２Ａの燃料ガス流路４０に面し、燃料ガスを通過させる機能と、触媒層３８及びセパレータ２２Ａを電気的に導通させる機能と、を有する。一方、電極３２Ｂの拡散層３６は、セパレータ２２Ｂの酸化ガス流路４２に面し、酸化ガスを通過させる機能と、触媒層３８及びセパレータ２２Ｂを電気的に導通させる機能と、を有する。

セパレータ２２Ａ，２２Ｂは、ガス不透過の導電性材料で構成される。導電性材料としては、カーボンや、導電性を有する硬質樹脂の他、アルミニウムやステンレス等の金属が挙げられる。本実施形態では、セパレータ２２Ａ，２２Ｂは、基材を板状の金属とするいわゆるメタルセパレータからなる。この基材の電極３２Ａ，３２Ｂに面する面には、基材よりも耐食性に優れた膜が被覆されるとよい。

セパレータ２２Ａは、表面に燃料ガス流路４０を有し、裏面に冷媒流路４４Ａを有する。セパレータ２２Ｂは、表面に酸化ガス流路４２を有し、裏面に冷媒流路４４Ｂを有する。本実施形態では、燃料ガス流路４０、酸化ガス流路４２及び冷媒流路４４Ａ，４４Ｂは、複数の溝状の流路からなり、凹凸の繰り返しが一方向に延びるストレート流路で構成される。ただし、これらの流路は、途中に折り返し部を有するサーペンタイン流路で構成されてもよい。

燃料ガス流路４０は、燃料ガスを電極３２Ａに供給する。酸化ガス流路４２は、酸化ガスを電極３２Ｂに供給する。燃料ガス流路４０を流れる燃料ガスと酸化ガス流路４２を流れる酸化ガスとにより、ＭＥＡ２０内で電気化学反応が生じ、単セル２の起電力が得られる。隣接する二つの単セル２，２のうち、一方の単セル２の冷媒流路４４Ａと他方の単セル２の冷媒流路４４Ｂとが連通する。これにより、単セル２，２間に冷媒を供給する流路が構成される。冷媒は、電気化学反応で発生した単セル２の熱を低減し、燃料電池１の温度上昇を抑制する。

セパレータ２２Ａの両面の燃料ガス流路４０及び冷媒流路４４Ａは、セパレータ２２Ａのプレス成形によって同時に形成され、セパレータ２２Ｂの両面の酸化ガス流路４２及び冷媒流路４４Ｂは、セパレータ２２Ｂのプレス成形によって同時に形成される。つまり、セパレータ２２Ａ，２２Ｂでは、流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。

セパレータ２２Ａ、２２Ｂは、平面視矩形状に形成される。各セパレータ２２Ａ、２２Ｂは、燃料ガス流路４０及び酸化ガス流路４２の周囲に周縁部２６Ａ，２６Ｂを有する。
周縁部２６Ａ，２６Ｂの一つの辺部には、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の供給側のマニホールド５１ａ，５２ａ及び５３ａが貫通形成される。また、周縁部２６Ａ，２６Ｂの他の辺部には、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の排出側のマニホールド５１ｂ，５２ｂ，５３ｂが貫通形成される。これらマニホールド５１ａ〜５３ａ及び５１ｂ〜５３ｂは、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の各流体に対応するように、上記したエンドプレート７の供給口１５ａ〜１７ａ及び排出口１５ｂ〜１７ｂに連通する。

樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、枠状に形成される。樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、これらの間に、ＭＥＡ２０の少なくとも一部、例えば周縁部３４を表側と裏側から挟持する。そして、樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、ＭＥＡ２０と共にセパレータ２２Ａ，２２Ｂ間に挟持される。

樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、主として、ＭＥＡ２０を保持する機能、締結力を支持するセパレータ２２Ａ、２２Ｂ間のスペーサとしての機能、セパレータ２２Ａ，２２Ｂの剛性を補強する機能、絶縁部材としての機能を発揮するほか、発電領域に反応ガスを導入及び導出する機能を発揮する。

樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、電極３２Ａ，３２Ｂをそれぞれ収容するための開口部６０Ａ，６０Ｂを有する。開口部６０Ａ、６０Ｂには、燃料ガス流路４０及び酸化ガス流路４２がそれぞれ面する。樹脂フレーム２４Ａ，２４Ｂは、開口部６０Ａ，６０Ｂの周囲に周縁部６６Ａ，６６Ｂを有する。

周縁部６６Ａ，６６Ｂの一つの辺部には、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の供給側のマニホールド６１ａ，６２ａ及び６３ａが貫通形成される。また、周縁部６６Ａ，６６Ｂの他の辺部には、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の排出側のマニホールド６１ｂ，６２ｂ及び６３ｂが貫通形成される。マニホールド６１ａ，６２ａ及び６３ａは、マニホールド５１ａ，５２ａ及び５３ａと単セル２の積層方向で合致して連通し、マニホールド６１ｂ，６２ｂ及び６３ｂは、マニホールド５１ｂ，５２ｂ及び５３ｂと単セル２の積層方向で合致して連通する。

また、周縁部６６Ａには、燃料ガスの導入側及び導出側の連通路７０及び７２が形成される。導入側の連通路７０は、マニホールド６１ａ及び開口部６０Ａに直接開放するように連通し、導出側の連通路７２は、マニホールド６１ｂ及び開口部６０Ａに直接開放するように連通する。したがって、単セル２の状態では、連通路７０は、マニホールド５１ａ，６１ａと燃料ガス流路４０とを連通する。また、連通路７２は、マニホールド５１ｂ，６１ｂと燃料ガス流路４０とを連通する。

同様に、周縁部６６Ｂには、酸化ガスの導入側及び導出側の連通路８０及び８２が形成される。導入側の連通路８０は、マニホールド６２ａと開口部６０Ｂとを連通するので、単セル２の状態では、マニホールド５２ａ，６２ａと酸化ガス流路４２とを連通する。また、導出側の連通路８２は、マニホールド６２ｂと開口部６０Ｂとを連通するので、マニホールド５２ｂ，６２ｂと酸化ガス流路４２とを連通する。

このような構成により、例えば、単セル２に導入される燃料ガスは、マニホールド５１ａからマニホールド６１ａへと流れ、一部がマニホールド６１ａから連通路７０を流れて燃料ガス流路４０に流入する。その後、ＭＥＡ２０の発電に供された燃料ガスは、連通路７２を流れてマニホールド６１ｂに達し、マニホールド５１ｂから単セル２外へと流出する。なお、冷媒は、セパレータ２２Ａ，２２Ｂに形成した連通路（図示省略）を介して、マニホールド５３ａ、５３ｂから冷媒流路４４Ａ，４４Ｂに給排される。

ここで、本特許請求の範囲で用いる「発電領域」及び「非発電領域」について補足する。
「発電領域」とは、単セル２の発電が可能な領域であり、具体的には電極３２Ａ，３２Ｂに対応する領域を意味する。本実施形態の「発電領域」には、セパレータ２２Ａ及び２２Ｂでは燃料ガス流路４０及び酸化ガス流路４２があり、樹脂フレーム２４Ａ及び２４Ｂでは開口部６０Ａ，６０Ｂがある。

「非発電領域」とは、上記の発電領域から外れた領域を意味し、単セル２の発電が行われない領域を意味する。「非発電領域」には、電極３２Ａ、３２Ｂが完全に存在しないか、あるいは一部が僅かに存在する。本実施形態の「非発電領域」には、上記した全てのマニホールド５１ａ〜５３ａ，５１ｂ〜５３ｂ，６１ａ〜６３ａ、及び６１ｂ〜６３ｂがある。

次に、図４を参照して、反応ガスの連通路まわりの構造について詳述する。
上記したように、反応ガスの連通路としては、燃料ガスの連通路７０、７２と酸化ガスの連通路８０，８２とがある。以下に説明する連通路まわりの構造は、これら全ての連通路７０，７２，８０，８２に適用できるものである。ここでは、燃料ガスの連通路７０まわりの構造を例に説明する。

連通路７０は、セパレータ２２Ａに面する面に凹状に形成される。つまり、連通路７０は、複数、例えば４つの溝状の流路７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄからなる。各流路７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄを画定する部位の頂面７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅは、セパレータ２２Ａの面に接する。

接着剤１００は、上記したように、セパレータ２２Ａと樹脂フレーム２４Ａとの周囲を全周に亘って接着するように設けられる。接着剤１００は、例えば初期は液状のものであり、加熱されることにより又は所定時間放置されることにより固化して、接着力を発揮するものである。接着剤１００は、例えば塗布により、シール溝１１０に設けられる。

シール溝１１０は、接着剤１００が用いられる接着領域に対応して、樹脂フレーム２４に形成される。シール溝１１０は、連通路７０の近傍にまで形成される。より詳細には、シール溝１１０は、連通路７０の両端の流路７０ａ、７０ｄの外側近傍にまで形成される。

シール溝１１０と流路７０ａとの間には溜まり部１２０が形成され、シール溝１１０と流路７０ｄとの間には溜まり部１２２が形成される。溜まり部１２０及び１２２は、接着剤１００が流路７０ａ及び７０ｄに流入することを抑制するためのものである。

溜まり部１２０，１２２は、溝状の凹部であり、流路７０ａ、７０ｄと同方向に延在する。好ましくは、溜まり部１２０，１２２の延在方向の一端は、連通路７０と同様に、開口部６０Ａに直接開放する。各溜まり部１２０，１２２とシール溝１１０とは、接着剤１００が両者の間を流動するように連通する。こうすることで、シール溝１１０における過剰な接着剤１００を溜まり部１２０，１２２へと流動させることが可能となる。好ましくは、接着剤１００が溜まり部１２０，１２２へと流動し易いように、溜まり部１２０，１２２のシール溝１１０側の壁面１３０，１３２は傾斜するとよい。

溜まり部１２０，１２２の溝深さは、任意であるが、好ましくはシール溝１１０よりも深い溝である。こうすることで、シール溝１１０から多量の接着剤１００が溢れる場合にも、溜まり部１２０，１２２に接着剤１００を溜めておくことができ、流路７０ａ，７０ｄへの接着剤１００のはみ出しを抑制できる。なお、本実施形態のように、溜まり部１２０，１２２の溝深さは、連通路７０よりも浅くしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の連通路７０まわりの構造によれば、上記のような溜まり部１２０，１２２が設けられている。これにより、連通路７０の近傍で必要量の接着剤１００又はそれよりも多い接着剤１００を用いたとしても、溜まり部１２０，１２２によって、接着剤１００が連通路７０にはみ出すことを抑制できる。したがって、連通路７０の流路面積の減少や閉塞を抑制でき、燃料ガス流路４０への燃料ガスの供給を確保できる。

＜第２実施形態＞
次に、図５ないし図７を参照して、第２実施形態について相違点を中心に説明する。第１実施形態との大きな相違点は、セパレータの変形防止のためのバックアップ構造を設けたことである。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成については第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。また、溜まり部１２２まわりの構造を例に説明するが、もちろん溜まり部１２０まわりの構造にも適用できる。

図５は、比較例に係る連通路７０まわりの構造を示す断面図である。
図５に示すように、隣接する単セル２，２のセパレータ２２Ａとセパレータ２２Ｂとの間は、ガスケット１５０（シール部材）によって封止される。ガスケット１５０は、単セル２の積層方向において、連通路７０に対応する位置にある。より詳細には、ガスケット１５０は、連通路７０の各流路７０ａ〜７０ｄ（なお、７０ａは図示省略。）の上方を横断するように設けられる。

上述したとおり、燃料電池１は、単セル２の積層方向に所定の圧縮荷重がかかった状態で用いられる。したがって、セパレータ２２Ｂの表面に着目すれば、図５に示す外力がセパレータ２２Ｂの表面に作用する。この外力によって、溜まり部１２２に対応するセパレータ２２Ａの部位１６０に大きな応力が作用し得るため、セパレータ２２Ａが変形するおそれがある。このような変形が起きる理由は、本来、溜まり部１２２が接着剤１００を充満されない領域であり、接着剤１００の使用後も空間として存在し得るからである。

そこで、本実施形態では、図６及び図７に示すように、セパレータ２２Ａの変形を防止するバックアップ構造が設けられている。

図６及び図７に示すように、樹脂フレーム２４Ａは、シール溝１１０と溜まり部１２２との間に、連通部１７０，１７２及び支持部１７４を有する。

連通部１７０，１７２は、シール溝１１０と溜まり部１２２との間を接着剤１００が流動するように連通する。連通部１７０，１７２は、支持部１７４の両側にあり、セパレータ２２Ａに対して凹部となっている。連通部１７０，１７２の溝深さは、任意であり、例えばシール溝１１０の溝深さと同じにすればよい。好ましくは、連通部１７０，１７２は、シール溝１１０側から溜まり部１２２側にかけて下り勾配を有してもよい。

連通部１７０，１７２の位置、大きさ及び数は任意である。ただし、連通部１７０，１７２は、単セル２の積層方向において、ガスケット１５０に対応する位置から外れた位置に設けられることが好ましい。換言すれば、連通部１７０，１７２の直上には、ガスケット１５０が配置されないことが好ましい。こうすることで、単セル２の積層方向に外力がかかって、ガスケット１５０に対応する部位が変形したとしても、連通部１７０，１７２の流路面積を狭めなくて済む。

支持部１７４は、セパレータ２２Ａを支持する。支持部１７４の頂面は、連通路７０の流路を画定する頂面（例えば７２ｄ及び７２ｅ）と同一の高さレベルにあり、セパレータ２２Ａの面に接する。支持部１７４は、単セル２の積層方向において、ガスケット１５０に対応する位置に設けられる。換言すれば、支持部１７４の直上には、ガスケット１５０が支持部１７４を横断するように配置される。これにより、ガスケット１５０を介して負荷がかかる位置に、支持部１７４を設けることができる。

ここで、支持部１７４の幅を頂面７２ｅの幅と同一のＬａとし、流路７０ｄの幅を溜まり部１２２の幅と同一のＬｂとしている。このような同幅とした理由は、以下のとおりである。すなわち、連通路７０に対応する位置ではセパレータ２２Ａが変形しないことに鑑みれば、連通路７０における溝幅（Ｌｂ）及び凸幅（Ｌａ）と同じような関係を連通路７０の両わきに設ければ、その両わき部分でのセパレータ２２Ａの変形を抑制できると考えられるからである。このような同幅の設計とすることで、外力に対して支持部１７４が有効に機能して、セパレータ２２Ａの変形を抑制できる。なお、支持部１７４及び溜まり部１２２の幅は適宜設計できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、支持部１７４がセパレータ２２Ａに対しバックアップ部材として機能するので、シール溝１１０と溜まり部１２２との間におけるセパレータ２２Ａの変形を抑制できる。また、連通部１７０，１７２が設けられているので、シール溝１１０から溜まり部１２２への接着剤１００の流動を確保でき、連通路７０への接着剤１００のはみ出しを抑制できる。

＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第３実施形態について相違点を中心に説明する。第１実施形態との大きな相違点は、ダミー溝１８０を設けたことである。なお、第３実施形態では、第１実施形態と同一の構成については第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。また、溜まり部１２２まわりの構造を例に説明するが、もちろん溜まり部１２０まわりの構造にも適用できる。

ダミー溝１８０は、連通路７０の端の流路７０ｄと溜まり部１２２との間に設けられる。ダミー溝１８０は、流路７０ｄと略同じ形状であるが、長さが異なる。すなわち、ダミー溝１８０は、マニホールド６１ａ及び開口部６０Ａに直接開放しない程度に、流路７０ｄと同方向に延在する。ダミー溝１８０の幅は、溜まり部１２２や流路７０ｄの幅と同じであればよい。ダミー溝１８０と溜まり部１２２とを画定する凸部の頂面１８２は、セパレータ２２Ａに接する。頂面１８２の幅は、頂面７２ｅの幅と同じであればよい。

第１実施形態と比べた本実施形態の有利な効果は、過剰な接着剤１００が塗布された場合であっても、連通路７０へのはみ出しをダミー溝１８０で確実に防止できることである。このことは、単セル２の組立工程において、接着剤１００を多めに塗布できることを意味する。

＜第４実施形態＞
次に、図９を参照して、第４実施形態について相違点を中心に説明する。第２実施形態との大きな相違点は、溜まり部１２２の両端に障壁１９０，１９１が形成されていることである。その他の点は、第２実施形態と共通であるので、ここではその説明を省略する。

障壁１９０，１９１は、溜まり部１２２の延在方向の両端に位置する。障壁１９０，１９１は、連通部１７０，１７２から溜まり部１２２の空所（接着剤１００が溜まり得る空間）への接着剤１００の流動を阻害しないように形成される。

障壁１９０は、溜まり部１２２の空所をマニホールド６１ａに対して直接閉塞するように、溜まり部１２２の底面からセパレータ２２Ａに向かって立設する。一方、障壁１９１は、溜まり部１２２の空所を開口部６０Ａに対して直接閉塞するように、溜まり部１２２の底面からセパレータ２２Ａに向かって立設する。障壁１９０，１９１の頂面は、頂面７２ｅと同一の高さレベルに位置する。

このような障壁１９０，１９１は、溜まり部１２２の空所を介したマニホールド６１ａと燃料ガス流路４０との間の燃料ガスの流通を阻害する。なお、障壁１９０，１９１の位置は溜まり部１２２の両端に限るものではなく、任意に設定できる。つまり、溜まり部１２２の空所を介したマニホールド６１ａと燃料ガス流路４０との間の燃料ガスの流通を阻害する障壁部が、溜まり部１２２に形成されていればよい。

本実施形態によれば、第２実施形態の作用、効果に加えて、溜まり部１２２に溜まった接着剤１００が、マニホールド６１ａ及び燃料ガス流路４０に流動することを抑制できる。なお、本実施形態の構造は、第１実施形態及び第３実施形態の構造についても適用できることは言うまでもない。

＜変形例＞
上記した第１〜第３実施形態の燃料電池１は、次のような変形例も適用できる。
接着剤１００に代えて、モールド材料を用いて、単セル２の各部材を固着してもよい。この場合にも、溜まり部１２０，１２２によって、モールド材料が連通路７０に流し込まれることを抑制できる。

反応ガスの連通路７０及び７２，並びに８０及び８２は、セパレータ２２Ａ並びに２２Ｂに形成されてもよい。この場合には、溜まり部１２０及び１２２もセパレータ２２Ａ、２２Ｂに形成するとよい。

第１実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。第１実施形態に係る燃料電池の単セルを示す分解斜視図である。第１実施形態に係る燃料電池の単セルを示す断面図である。第１実施形態に係るガス連通路まわりの構造を示す断面図である。比較例に係るガス連通路まわりの構造を示す断面図である。第２実施形態に係るガス連通路まわりの構造を示す断面図である。図６のVII-VII線の矢印方向からみた樹脂フレームの一部を示す平面図であり、セパレータのバックアップ構造を示す図である。第３実施形態に係るガス連通路まわりの構造を示す断面図である。第４実施形態に係るガス連津路まわりの構造を示す平面図であり、図７と同様の平面図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…単セル、２０…ＭＥＡ、２２Ａ…セパレータ（第２の部材）、２２Ｂ…セパレータ（第３の部材）、２４Ａ…樹脂フレーム（第１の部材）、２４Ｂ…樹脂フレーム、３０…電解質膜、３２Ａ，３２Ｂ…電極、４０…燃料ガス流路（ガス流路）、４２…酸化ガス流路（ガス流路）、５１ａ，５２ａ，５３ａ，６１ａ，６２ａ，６３ａ…燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の供給側のマニホールド、５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ…燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の排出側のマニホールド、７０，７２，８０，８２…連通路（ガス連通路）、１００…接着剤、１１０…シール溝、１２０，１２２…溜まり部、１５０…ガスケット（シール部材）、１７０，１７２…連通部、１７４…支持部

Claims

発電領域にあるガス流路と、
非発電領域にあるマニホールドと、
前記ガス流路と前記マニホールドとを連通するガス連通路であって、少なくとも当該ガス連通路の近傍で接着剤が用いられるガス連通路と、
を備えた燃料電池において、
前記ガス連通路の近傍に、接着剤が当該ガス連通路に流入することを抑制するための接着剤溜まり部を備えた、燃料電池。
少なくとも前記ガス連通路の近傍に、接着剤が設けられるシール溝を備え、
前記シール溝と前記接着剤溜まり部とは、接着剤が流動するように連通している、請求項１に記載の燃料電池。
前記接着剤溜まり部は、前記シール溝よりも深い溝である、請求項２に記載の燃料電池。
少なくとも前記接着剤溜まり部及び前記シール溝が形成された第１の部材と、
前記第１の部材に積層され、当該第１の部材に接着剤により接着される第２の部材と、を備え、
前記第１の部材は、前記接着剤溜まり部と前記シール溝との間に形成され、これらの間を接着剤が流動するように連通する連通部と、前記第２の部材を支持する支持部と、を有する、請求項２又は３に記載の燃料電池。
前記第１の部材は、ＭＥＡの一部を支持する枠状部材であり、
前記第２の部材は、前記ガス流路が形成されたセパレータである、請求項４に記載の燃料電池。
前記第２の部材に、前記第１の部材とは反対側に積層される第３の部材と、
前記第２の部材と前記第３の部材との間をシールするシール部材と、を備え、
前記シール部材の一部は、前記第１、第２及び第３の部材の積層方向において、前記支持部と対応する位置であって、前記連通部に対応する位置から外れた位置にある、請求項４に記載の燃料電池。
前記第１の部材及び前記第２の部材は、第１の単セルを構成する部材であり、
前記第３の部材は、第２の単セルを構成する部材である、請求項６に記載の燃料電池。
前記接着剤溜まり部は、前記ガス連通路の両側に位置し、前記ガス連通路におけるガスの流れ方向と同方向に延在する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の燃料電池。