JP2009026633A - セパレータ、加湿器用セパレータ、加湿器用セパレータの製造方法、加湿器、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができるセパレータを提供する。
【解決手段】ガス流路とマニホールドとを接続する連通路を有する加湿器用セパレータ又は燃料電池用セパレータであって、前記連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設ける。また、少なくとも一方の面に湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路又は乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する加湿器用セパレータであって、前記湿潤ガス連通路又は前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、セパレータの技術に関し、特に、加湿器用セパレータ、加湿器用セパレータの製造方法、加湿器、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池の技術に関する。

一般的に、セパレータは２つの流体を分離するために用いられるものであり、加湿器、燃料電池、排水ドレン等に用いられている。例えば、加湿器は、一対の加湿器用セパレータが水蒸気交換膜を介して配置されるものである。このような加湿器は、水蒸気交換膜の一方の面と接触する湿潤ガスから水分を吸水し、他方の面と接触する乾燥ガスに水分を供給することができ、例えば、燃料電池内の湿度を確保するための加湿器として実用化されている。

図２１は、一般的な加湿器に用いられる加湿器用セパレータの一方の面側の模式平面図である。図２１に示すように、加湿器用セパレータ７４の一方の面には、湿潤ガス流路７６（又は乾燥ガス流路）と、入口側湿潤ガスマニホールド７８及び出口側湿潤ガスマニホールド８０と、入口側乾燥ガスマニホールド８２及び出口側乾燥ガスマニホールド８４と、湿潤ガス連通路８６ａ，８６ｂ（又は乾燥ガス連通路）とを備える。

湿潤ガス連通路８６ａは、湿潤ガス流路７６と入口側湿潤ガスマニホールド７８と接続するものであり、入口側湿潤ガスマニホールド７８から湿潤ガス流路７６へ湿潤ガスが流れる通路となる。また、湿潤ガス連通路８６ｂは、湿潤ガス流路７６と出口側湿潤ガスマニホールド８０とを接続するものであり、湿潤ガス流路７６から出口側湿潤ガスマニホールド８０へ湿潤ガスが流れる通路となる。不図示であるが乾燥ガス連通路も同様である。

図２２は、図２１のＡ−Ａ線において、シーリングプレートを配置した加湿器用セパレータの一例を示す模式断面図である。加湿器用セパレータ７４の湿潤ガス連通路８６ａを流れる湿潤ガスのガス漏れを抑制するために、図２２に示すように湿潤ガス連通路８６ａに、シーリングプレート８８が被せられる。

さらに、燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータも同様に、アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路、カソードガス流路とカソードガスマニホールドを接続するカソードガス連通路にシーリングプレートが被せられている（例えば、特許文献１参照）。

加湿器を組み立てる際又は燃料電池を組み立てる際の振動、衝撃、セパレータを垂直方向に積層させる際にセパレータの一方の面が下側を向いてしまうこと等により、上記シーリングプレートの位置ずれや脱落等が起こる場合がある。これらを防止するため、シーリングプレートと連通路との間を接着剤等で仮固定する場合がある。

しかし、接着剤による仮固定では、組み立て時の振動、衝撃等により、上記シーリングプレートの位置ずれや脱落等を防止することは困難である。そして、シーリングプレートの位置ずれ、脱落等の状態で加湿器、燃料電池等を組み立てると、湿潤ガスと乾燥ガス、又はアノードガスとカソードガスとが混在し易く、加湿器、燃料電池の性能が低下する場合がある。

特開２００２−３６７６９１号公報

本発明は、セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができるセパレータである。特に、加湿器用セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる加湿器用セパレータ、加湿器用セパレータの製造方法及び当該加湿器用セパレータを備える加湿器であり、また、燃料電池用セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法、及び当該燃料電池用セパレータを備える燃料電池である。

本発明は、ガス流路とマニホールドとを接続する連通路を有するセパレータであって、前記連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設ける。

また、本発明は、少なくとも一方の面に湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路又は乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する加湿器用セパレータであって、前記湿潤ガス連通路又は前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設ける。

また、前記加湿器用セパレータにおいて、前記加湿器用セパレータは、一方の面に前記湿潤ガス連通路を有し、他方の面に前記乾燥ガス連通路を有し、前記湿潤ガス連通路又は前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設けることが好ましい。

また、本発明は、湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路を有する湿潤側セパレータ及び乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する乾燥側セパレータが、水蒸気交換膜を介して配置される加湿器であって、前記湿潤ガス連通路及び前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設ける。

また、前記加湿器において、前記湿潤側セパレータ及び前記乾燥側セパレータは、一方の面に前記湿潤ガス連通路を有し、他方の面に前記乾燥ガス連通路を有することが好ましい。

また、前記加湿器において、前記湿潤側セパレータ及び前記乾燥側セパレータが垂直方向に積層される場合、前記湿潤側セパレータ及び前記加湿側セパレータの下側の面に、前記折り返し部を設けることが好ましい。

また、本発明は、少なくとも一方の面にアノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路又はカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路を有する燃料電池用セパレータであって、前記アノードガス連通路又は前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設ける。

また、前記燃料電池用セパレータにおいて、前記燃料電池用セパレータは、一方の面に前記アノードガス連通路を有し、前記他方の面に前記カソードガス連通路を有し、前記シーリングプレートは、前記アノードガス連通路及び前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうちの少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設けることが好ましい。

また、本発明は、アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路を有するアノード極セパレータ及びカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路を有するカソード極セパレータが、膜−電極アッセンブリを介して配置される燃料電池であって、前記アノードガス連通路及び前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設ける。

また、前記燃料電池において、前記アノード極セパレータ及び前記カソード極セパレータは、一方の面に前記アノードガス連通路を有し、他方の面に前記カソードガス連通路を有することが好ましい。

また、前記燃料電池において、前記燃料電池用セパレータが垂直方向に積層される場合に、前記燃料電池用セパレータの下側の面に、前記折り返し部を設けることが好ましい。

また、本発明の加湿器用セパレータの製造方法は、湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路及び乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含む。

また、前記加湿器用セパレータの製造方法において、前記折り返し部にシーリングプレートを取付ける取付け工程を含むことが好ましい。

また、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路及びカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含む。

また、前記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記折り返し部にシーリングプレートを取付ける取付け工程を含むことが好ましい。

本発明によれば、少なくとも一方の面に湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路又は乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する加湿器用セパレータであって、湿潤ガス連通路又は乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることによって、加湿器用セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる加湿器用セパレータ及び当該加湿器用セパレータを備える加湿器を提供することができる。

また、本発明によれば、少なくとも一方の面にアノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路又はカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路を有する燃料電池用セパレータであって、アノードガス連通路又はカソードガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることによって、燃料電池用セパレータ上に設けられるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる燃料電池用セパレータ及び当該燃料電池用セパレータを備える燃料電池を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

本実施形態に係るセパレータは、ガス流路とマニホールドとを連通する連通路と、連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部とを含むものである。そして、本実施形態に係るセパレータは、例えば、加湿器、燃料電池、排水ドレン等に用いられる。以下、加湿器、燃料電池について具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す分解模式斜視図である。図１に示すように、加湿器１は、一対の加湿器用セパレータ１０と水蒸気交換膜１２とを含む単セル１４を２層積層したものである。本実施形態では、２層積層したものを例として示すが、積層数は特に制限されるものではない。

単セル１４は、加湿器用セパレータ１０に形成された各ガスマニホールドがそれぞれ積層方向に貫通するように積層される。すなわち、各加湿器用セパレータ１０の入口側湿潤ガスマニホールド１６は、積層方向に貫通し、また、各加湿器用セパレータ１０の出口側湿潤ガスマニホールド１８も、積層方向に貫通している。また、各加湿器用セパレータ１０の入口側乾燥ガスマニホールド２０も同様に、積層方向に貫通し、各加湿器用セパレータ１０の出口側乾燥ガスマニホールド２２も、積層方向に貫通している。

図２は、本発明の実施形態に係る加湿器を構成するセルの一例を示す一部模式断面図である。図２に示すように、単セル１４は、水蒸気交換膜１２、加湿器用セパレータとしての湿潤側セパレータ１０ａ及び乾燥側セパレータ１０ｂ、ガスケット２４ａ，２４ｂ、シーリングプレート２６を備える。図２に示すように、単セル１４は、水蒸気交換膜１２を介して、湿潤側セパレータ１０ａ、乾燥側セパレータ１０ｂが配置されている。単セル１４は、水蒸気交換膜１２により湿潤ガスから水分を吸水し、乾燥ガスへ水分を供給するものであるため、単セル１４のより具体的構成としては、水蒸気交換膜１２を介して、湿潤側セパレータ１０ａの湿潤ガス流路２８と乾燥側セパレータ１０ｂの乾燥ガス流路３０が対向するように配置される。

図３（イ）は、本発明の実施形態に係る加湿器用セパレータの一方の面の構成の一例を示す模式平面図であり、図３（ロ）は、本発明の実施形態に係る加湿器用セパレータの他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。図３（イ），（ロ）に示すように、加湿器用セパレータ（湿潤側セパレータ１０ａ、乾燥側セパレータ１０ｂ）は、入口側湿潤ガスマニホールド１６、出口側湿潤ガスマニホールド１８、入口側乾燥ガスマニホールド２０、出口側乾燥ガスマニホールド２２を有する。なお、各マニホールドの配置は、特に制限されるものではない。

また、図３（イ）に示すように、加湿器用セパレータの一方の面には、湿潤ガス流路２８、湿潤ガス連通路３２ａ，３２ｂ及び折り返し部（不図示）を有し、図３（ロ）に示すように、加湿器用セパレータの他方の面には、乾燥ガス流路３０、乾燥ガス連通路３４ａ，３４ｂ及び折り返し部（不図示）を有する。湿潤ガス連通路３２ａは、湿潤ガス流路２８と入口側湿潤ガスマニホールド１６とを連通するものであり、湿潤ガス連通路３２ｂは、湿潤ガス流路２８と出口側湿潤ガスマニホールド１８とを連通するものである。また、乾燥ガス連通路３４ａは、乾燥ガス流路３０と入口側乾燥ガスマニホールド２０とを連通するものであり、乾燥ガス連通路３４ｂは、乾燥ガス流路３０と出口側乾燥ガスマニホールド２２とを連通するものである。本実施形態では、加湿器用セパレータの積層数を減らすことができる点で、加湿器用セパレータの一方の面に湿潤ガス流路２８、湿潤ガス連通路３２ａ，３２ｂが形成され、他方の面に乾燥ガス流路３０、乾燥ガス連通路３４ａ，３４ｂが形成されているものが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、少なくとも一方の面に上記ガス流路、連通路が形成されていればよい。すなわち、湿潤側セパレータ１０ａには、湿潤ガス流路２８、湿潤ガス連通路３２ａ，３２ｂが形成され、乾燥側セパレータ１０ｂには、乾燥ガス流路３０、乾燥ガス連通路３４ａ，３４ｂが形成されるものであってもよい。

図４は、図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの一例を示す模式断面図である。図４に示すように、湿潤ガス連通路３２ａは、複数の凹部３６と折り返し部３８とを有する。なお、本実施形態では、凹部３６の個数は特に制限されるものではない。

図５は、加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。湿潤ガス連通路３２ａを流れる湿潤ガスのガス漏れを抑制するために、図５に示すように湿潤ガス連通路３２ａに、シーリングプレート２６が被せられる。そして、シーリングプレート２６の端部は、上記説明した折り返し部３８内に配置される。折り返し部３８は、主に、加湿器１を組み立てる際の振動、衝撃、加湿器用セパレータを垂直方向に積層する際にセパレータの一方の面が下側を向いてしまうこと等により、シーリングプレート２６の位置ずれや脱落等を抑制するためのものである。なお、シーリングプレート２６の端部と折り返し部３８との間には、設計上の隙間を設けても良い。

折り返し部３８は、湿潤ガス連通路３２ａ，３２ｂ及び乾燥ガス連通路３４ａ，３４ｂに被せられるシーリングプレート２６のうち少なくともいずれか一方の端部が配置されるものである。しかし、加湿器用セパレータが垂直方向に積層される場合、加湿器１の組み立て時、動作時等の衝撃、振動等によるシーリングプレート２６の位置ずれ、脱落等を抑制することができる点で、垂直方向に積層される加湿器用セパレータの下側の面に折り返し部３８が設けられることが好ましい。

折り返し部３８の形状は、図４に示すような凹状に限られない。折り返し部３８は、その断面において、シーリングプレート２６の端部が挿入される溝（例えば、図４に示すような溝）、若しくはシーリングプレート２６の端部が引っ掛るエッジを有する形状であればよい。図６は、図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの他の一例を示す模式断面図である。図６に示すように、折り返し部３８は、エッジ３８ａを有する折り返し形状でもよい。図７は、加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。図７に示すエッジ３８ａを有する折り返し部３８でもシーリングプレート２６の位置ずれ、脱落等を抑制することができる。

図８は、図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。図９は、加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。図８，９に示すように、折り返し部３８は、シーリングプレート２６の端部が引っ掛る傾斜面３８ｂ（テーパー）を有する形状でもよい。図９に示す傾斜面３８ｂを有する折り返し部３８でも、シーリングプレート２６の位置ずれ、脱落等を抑制することができる。また、シーリングプレート２６の配置、折り返し部３８の成形性等が容易である点で、折り返し部３８は、シーリングプレートの端部が引っ掛る傾斜面３８ｂ（テーパー）を有する形状であることが好ましい。

本実施形態に用いられる加湿器用セパレータを構成する材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド等のエンプラ系樹脂等の樹脂、ステンレス、チタン等の金属等を使用することができる。

また、本実施形態に用いられるシーリングプレート２６を構成する材料は、上記加湿器用セパレータと同様のものを使用することができるが、耐食性、強度等の点で、ステンレスであることが好ましい。

シーリングプレート２６の形状は、特に制限されるものではないが、折り返し部３８に挿入し易い点で、シーリングプレート２６の端部は、円弧状であることが好ましい。

シーリングプレート２６の製造方法は、特に制限されるものではないが、打ち抜きにより製造されることが好ましい。図１０は、打ち抜きにより製造されたシーリングプレートの構成の一例を示す模式図である。打ち抜きによりシーリングプレート２６を製造すると、図１０に示すように、シーリングプレート２６の一方の面の端部が円弧状、他方の面の端部が尖鋭状であるシーリングプレート２６が得られる。端部が尖鋭状であるシーリングプレート２６の面を下側（セパレータの連通路側）に、端部が円弧状であるシーリングプレート２６の面を上側（セパレータの連通路側と反対側）にして、シーリングプレート２６を上記上側方向に凸となるように湾曲させ、折り返し部３８に挿入させることにより、折り返し部３８にシーリングプレート２６の端部が接触し難くなり、容易に挿入させることができる。

本実施形態に用いられる水蒸気交換膜１２は、水等を選択的に通すもの、又は水等を蓄えることができるものであれば特に制限されるものではなく、公知の樹脂膜使用することができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂膜、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエンカビニリデン、ポリエステル等の樹脂膜、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂の樹脂膜、フッ素系スルホン酸高分子イオン交換樹脂膜等が挙げられる。

ガスケット２４ａ，２４ｂは、加湿器用セパレータをシールするものである。図２に示すように、シーリングプレート２６を連通路に被せることにより、ガスケット２４ｂを連通路上に配置することができる。そのため、ガスケット２４ｂは、乾燥空気と湿潤空気との混在を防止することができる。

次に、加湿器１の動作について説明する。

加湿器１の外部から導入される湿潤ガスは、図１に示す各単セル１４の入口側湿潤ガスマニホールド１６から図３（イ）に示す湿潤ガス連通路３２ａを介して湿潤ガス流路２８に供給される。湿潤ガス流路２８に供給された湿潤ガスは、水蒸気交換膜１２の一方の面（図２に示す湿潤ガス流路２８側）に接触し、湿潤ガス中の水分が水蒸気交換膜１２に吸水される。そして、湿潤ガスは、図３（イ）に示す湿潤ガス連通路３２ｂを介して出口側湿潤ガスマニホールド１８を通り、加湿器１の外部に排出される。一方、加湿器１の外部から導入される乾燥ガスは、図１に示す各単セル１４の入口側乾燥ガスマニホールド２０から図３（ロ）に示す乾燥ガス連通路３４ａを介して乾燥ガス流路３０に供給される。乾燥ガス流路３０に供給された乾燥ガスは、水蒸気交換膜１２の他方の面（図２に示す乾燥ガス流路３０側）に接触することによって、水蒸気交換膜１２に吸水された水分が乾燥ガスに供給される。そして、水分供給を受けたガスは、図３（ロ）に示す乾燥ガス連通路３４ｂを介して出口側乾燥ガスマニホールド２２を通り、加湿器１の外部に排出される。

このような加湿器１は、例えば、空調器、燃料電池の湿度を確保するために使用される燃料電池用加湿器等に使用される。燃料電池用加湿器の場合、上記乾燥ガスは、燃料電池に供給するカソードガス又はアノードガスであり、上記湿潤ガスは、燃料電池から排出されるカソードオフオフガス又はアノードオフガスである。

以上のように、本実施形態に係る加湿器は、加湿器用セパレータの連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることによって、加湿器の組み立ての際等における衝撃、振動等によるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる。これにより、シーリングプレートが位置ずれ、脱落等をしたまま、加湿器が組み立てられることを回避することができるため、加湿器の動作時において、湿潤ガスと乾燥ガスとが混在することを抑制し、加湿器の性能の低下を抑制することができる。また、シーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができるため、再度シーリングプレートの位置を調整したり、再度取り付けたりする作業を省くことも可能である。

加湿器用セパレータの製造方法について説明する。加湿器用セパレータの製造方法は、湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路及び乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうちの少なくともいずれか一方の端部に折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含むものである。具体的には、上記説明した湿潤ガス流路、乾燥流路、各マニホールド、各連通溝を成形した金属板等をプレス等により成形及び切削し、上記説明した折り返し部を形成する。これにより、本実施形態に係る燃料電池用セパレータが得られる。また、本実施形態では、プレス等による成形等に限定されるものではなく、折り返し部の成形が容易である点で、射出成形であることが好ましい。

また、加湿器用セパレータの製造方法は、さらに、上記折り返し部形成工程において形成した折り返し部に、上記説明したシーリングプレートを取付ける取付け工程を含むものであってもよい。具体的には、シーリングプレートの一方の端部を一方の折り返し部に挿入し、シーリングプレートを湾曲させて、他方の端部を他方の折り返し部に挿入すること等により取付けられる。

次に、折り返し部を有する燃料電池用セパレータを含む燃料電池について説明する。

図１１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す分解模式斜視図である。図１１に示すように、燃料電池２は、一対の燃料電池用セパレータ４４と、膜−電極アッセンブリ４６とを有する燃料電池セル４８を２層積層したものである。本実施形態では、２層積層したものを例として示すが、積層数は特に制限されるものではない。

燃料電池セル４８は、燃料電池用セパレータに形成された各ガスマニホールドがそれぞれ積層方向に貫通するように積層される。すなわち、各燃料電池用セパレータ４４の入口側アノードガスマニホールド５０は、積層方向に貫通し、また、各燃料電池用セパレータ４４の出口側アノードガスマニホールド５２も、積層方向に貫通している。また、各燃料電池用セパレータ４４の入口側カソードガスマニホールド５４も同様に、積層方向に貫通し、各燃料電池用セパレータ４４の出口側カソードガスマニホールド５６も、積層方向に貫通している。

図１２は、本発明の実施形態に係る燃料電池セルの構成の一例を示す一部模式断面図である。図１２に示すように、燃料電池セル４８は、膜−電極アッセンブリ４６、燃料電池用セパレータとしてのアノード極セパレータ４４ａ及びカソード極セパレータ４４ｂ、ガスケット５８ａ，５８ｂ、シーリングプレート６０を備える。図１２に示すように、燃料電池セル４８は、膜−電極アッセンブリ４６を介して、アノード極セパレータ４４ａ、カソード極セパレータ４４ｂが配置されている。燃料電池セル４８は、膜−電極アッセンブリ４６にアノードガス及びカソードガスを供給することにより、発電するものであるため、燃料電池セル４８のより具体的な構成としては、膜−電極アッセンブリ４６を介して、アノード極セパレータ４４ａのアノードガス流路６２とカソード極セパレータ４４ｂのカソードガス流路６４とが対向するように配置される。

図１３（イ）は、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータの一方の面の構成の一例を示す模式平面図であり、図１３（ロ）は、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータの他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。図１３（イ），（ロ）に示すように、燃料電池用セパレータ（アノード極セパレータ４４ａ、カソード極セパレータ４４ｂ）は、入口側アノードガスマニホールド５０、出口側アノードガスマニホールド５２、入口側カソードガスマニホールド５４、出口側カソードガスマニホールド５６を有する。なお、各マニホールドの配置は、特に制限されるものではない。

また、図１３（イ）に示すように、燃料電池用セパレータの一方の面には、アノードガス流路６２、アノードガス連通路６６ａ，６６ｂ、図１３（ロ）に示すように、燃料電電池用セパレータの他方の面には、カソードガス流路６４、カソードガス連通路６８ａ，６８ｂ及び折り返し部（不図示）を有する。アノードガス連通路６６ａは、アノードガス流路６２と入口側アノードガスマニホールド５０とを連通するものであり、アノードガス連通路６６ｂは、アノードガス流路６２と出口側アノードガスマニホールド５２とを連通するものである。また、カソードガス連通路６８ａは、カソードガス流路６４と入口側カソードガスマニホールド５４とを連通するものであり、カソードガス連通路６８ｂは、カソードガス流路６４と出口側カソードガスマニホールド５６とを連通するものである。本実施形態では、燃料電池用セパレータの積層数を減らすことができる点で、燃料電池用セパレータの一方の面にアノードガス流路６２、アノードガス連通路６６ａ，６６ｂが形成され、他方の面にカソードガス流路６４、カソードガス連通路６８ａ，６８ｂが形成されているものが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、少なくとも一方の面に上記ガス流路、連通路が形成されていればよい。すなわち、アノード極セパレータ４４ａの一方の面に、アノードガス流路６２、アノードガス連通路６６ａ，６６ｂが形成され、カソード極セパレータ４４ｂの一方の面に、カソードガス流路６４、カソードガス連通路６８ａ，６８ｂが形成されるものであってもよい。

図１４は、図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの一例を示す模式断面図である。図１４に示すように、アノードガス連通路６６ａは、複数の凹部７０と折り返し部７２とを有する。なお、本実施形態では、凹部７０の個数は特に制限されるものではない。

図１５は、燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態を示す模式平面図である。アノードガス連通路６６ａを流れるアノードガスのガス漏れを抑制するために、図１５に示すようにアノードガス連通路６６ａに、シーリングプレート６０が被せられる。そして、シーリングプレート６０の端部は、上記説明した折り返し部７２内に配置される。折り返し部７２は、主に、燃料電池２を組み立てる際の振動、衝撃、セパレータを垂直方向に積層する際にセパレータの一方の面が下側を向いてしまうこと等により、シーリングプレート６０の位置ずれや脱落等を抑制するためのものである。なお、シーリングプレート６０の端部と折り返し部７２との間には、設計上の隙間を設ける必要がある。

折り返し部７２は、アノードガス連通路６６ａ，６６ｂ及びカソードガス連通路６８ａ，６８ｂに被せられるシーリングプレート６０のうち少なくともいずれか一方の端部が配置されるものである。しかし、燃料電池用セパレータが垂直方向に積層される場合、燃料電池２の組み立て時、動作時等の衝撃、振動等によるシーリングプレート６０の位置ずれ、脱落等を抑制することができる点で、垂直方向に積層される燃料電池用セパレータの下側の面に折り返し部７２が設けられることが好ましい。

折り返し部７２の形状は、図１４に示すような凹状に限られない。折り返し部７２は、その断面において、シーリングプレート６０の端部が挿入される溝（例えば、図１４に示すような溝）、若しくはシーリングプレート６０の端部が引っ掛るエッジを有する形状であればよい。図１６は、図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。図１６に示すように、折り返し部７２は、エッジ７２ａを有する折り返し形状でもよい。図１７は、燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の他の一例を示す一部模式断面図である。図１７に示すエッジ７２ａを有する折り返し部７２でも、シーリングプレート６０の位置ずれ、脱落等を抑制することができる。

図１８は、図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。図１９は、燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。図１８，１９に示すように、折り返し部７２は、シーリングプレート６０の端部が引っ掛る傾斜面７２ｂ（テーパー）を有する形状でもよい。図１９に示す傾斜面７２ｂを有する折り返し部７２でも、シーリングプレート６０の位置ずれ、脱落等を抑制することができる。また、シーリングプレート６０の配置、折り返し部７２の成形性等が容易である点で、折り返し部７２は、シーリングプレート６０の端部が引っ掛る傾斜面７２ｂ（テーパー）を有する形状であることが好ましい。

本実施形態に用いられる燃料電池用セパレータは、金属系セパレータ、カーボン系セパレータ等特に制限されるものではない。

本実施形態に用いられるシーリングプレート６０を構成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド等のエンプラ樹脂等の樹脂、ステンレス、チタン等の金属等を使用することができる。耐食性、強度等の点で、ステンレスが好ましい。

シーリングプレート６０の形状は、特に制限されるものではないが、折り返し部７２に挿入し易い点で、シーリングプレートの端部は、円弧状であることが好ましい。

シーリングプレート６０の製造方法は、特に制限されるものではないが、打ち抜きにより製造されることが好ましい。図２０は、打ち抜きにより製造されたシーリングプレートの構成の一例を示す模式図である。打ち抜きによりシーリングプレートを製造すると、図２０に示すように、シーリングプレート６０の一方の面の端部が円弧状、他方の面の端部が尖鋭状であるシーリングプレート６０が得られる。端部が尖鋭状であるシーリングプレート６０の面を下側（セパレータの連通路側）に、端部が円弧状であるシーリングプレート６０の面を上側（セパレータの連通路側と反対側）にして、シーリングプレート６０を上記上側方向に凸となるように湾曲させ、折り返し部７２に挿入させることにより、折り返し部７２にシーリングプレートの端部が接触し難くなり、容易に挿入させることができる。

本実施形態に用いられる膜−電極アッセンブリ４６は、電解質膜（不図示）の一方の表面にアノード極（不図示）が、もう一方の表面にカソード極（不図示）が、電解質膜を挟んでそれぞれ対向するように形成されたものである。アノード極及びカソード極はそれぞれ、触媒層と拡散層とを備える。

アノード極及びカソード極に用いられる拡散層は、反応ガスの拡散性が高い材料であれば特に制限されるものではない。例えば、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料等が挙げられる。

アノード極及びカソード極に用いられる触媒層は、例えば、白金、ルテニウム等の金属触媒を担持したカーボンとパーフルオロスルホン酸系の電解質等とを混合して拡散層、又は電解質膜上に成膜したものである。上記カーボンとしては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等が用いられる。

本実施形態に用いられる電解質膜は、電子伝達性を有さずプロトン伝導性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜等が挙げられる。具体的にはナフィオン（登録商標）が挙げられる。

ガスケット５８ａ，５８ｂは、燃料電池用セパレータをシールするものである。図１２に示すように、シーリングプレート６０を連通路に被せることにより、ガスケット５８ｂを連通路上に配置することができる。そのため、ガスケット２４ｂは、アノードガスとカソードガスとの混在を防止することができる。

次に、燃料電池の動作について説明する。

燃料電池２の外部から導入されるアノードガスは、図１１に示す各燃料電池セル４８の入口側アノードガスマニホールド５０から図１３（イ）に示すアノードガス連通路６６ａを介してアノードガス流路６２に供給される。アノードガス流路６２を流れるアノードガスは、膜−電極アッセンブリ４６に供給され、発電に利用される。そして、アノードガスは、図１３（イ）に示すアノードガス連通路６６ｂを介して出口側アノードガスマニホールド５２を通り、燃料電池２の外部に排出される。一方、燃料電池２の外部から導入されるカソードガスは、図１１に示す各燃料電池セル４８の入口側カソードガスマニホールド５４から図１３（ロ）に示すカソードガス連通路６８ａを介してカソードガス流路６４に供給される。カソードガス流路６４を流れるカソードガスは、膜−電極アッセンブリ４６に供給され、発電に利用される。そして、カソードガスは、図１３（ロ）に示すカソードガス連通路６８ｂを介して出口側カソードガスマニホールド５６を通り、燃料電池２の外部に排出される。

以上のように、本実施形態に係る燃料電池は、燃料電池用セパレータの連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることによって、燃料電池の組み立ての際等における衝撃、振動等によるシーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができる。これにより、シーリングプレートが位置ずれ、脱落等をしたままの状態で、燃料電池が組み立てられることを回避することができるため、燃料電池の動作時において、アノードガスとカソードガスとが混在することを抑制し、燃料電池の性能の低下を抑制することができる。また、シーリングプレートの位置ずれ、脱落等を抑制することができるため、再度シーリングプレートの位置を調整したり、再度取り付けたりする作業を省くことも可能である。

燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。燃料電池用セパレータの製造方法は、アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路に被せられるシーリングプレート及びカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路に被せられるシーリングプレートのうちの少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含むものである。具体的には、上記説明したアノードガス流路、カソードガス流路、各マニホールド、各連通溝を成形した金属板等をプレス等により成形及び切削し、上記説明した折り返し部を形成する。これにより、本実施形態に係る燃料電池用セパレータが得られる。また、本実施形態では、プレス等による成形等に限定されるものではなく、折り返し部の成形が容易である点で、射出成形であることが好ましい。

また、燃料電池用セパレータの製造方法は、さらに、上記折り返し部形成工程において形成した折り返し部に、上記説明したシーリングプレートを取付ける取付け工程を含むものであってもよい。具体的には、シーリングプレートの一方の端部を一方の折り返し部に挿入し、シーリングプレートを湾曲させて、他方の端部を他方の折り返し部に挿入すること等により取付けられる。

上記本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、定置用電源等として使用することができる。

本発明の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す分解模式斜視図である。 本発明の実施形態に係る加湿器を構成するセルの一例を示す一部模式断面図である。 本発明の実施形態に係る加湿器用セパレータの一方の面及び他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。 図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの一例を示す模式断面図である。 加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。 図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの他の一例を示す模式断面図である。 加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の一例を示す一部模式断面図である。 図３（イ）のＡ−Ａ線における加湿器用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。 加湿器用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の他の一例を示す一部模式断面図である。 打ち抜きにより製造されたシーリングプレートの構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す分解模式斜視図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池セルの構成の一例を示す一部模式断面図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータの一方の面及び他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。 図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの一例を示す模式断面図である。 燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態を示す模式平面図である。 図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。 燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の他の一例を示す一部模式断面図である。 図１３（イ）のＡ−Ａ線における燃料電池用セパレータの他の一例を示す一部模式断面図である。 燃料電池用セパレータの一方の面にシーリングプレートを配置した状態の他の一例を示す一部模式断面図である。 打ち抜きにより製造されたシーリングプレートの構成の一例を示す模式図である。 一般的な加湿器に用いられる加湿器用セパレータの一方の面側の模式平面図である。 図２１のＡ−Ａ線において、シーリングプレートを配置した加湿器用セパレータの一例を示す模式断面図である。

符号の説明

１ 加湿器、２ 燃料電池、１０，７４ 加湿器用セパレータ、１０ａ 湿潤側セパレータ、１０ｂ 乾燥側セパレータ、１２ 水蒸気交換膜、１４ 単セル、１６，７８ 入口側湿潤ガスマニホールド、１８，８０ 出口側湿潤ガスマニホールド、２０，８２ 入口側乾燥ガスマニホールド、２２，８４ 出口側乾燥ガスマニホールド、２４ａ，２４ｂ ガスケット、２６、６０，８８ シーリングプレート、２８，７６ 湿潤ガス流路、３０ 乾燥ガス流路、３２ａ，３２ｂ，８６ａ，８６ｂ 湿潤ガス連通路、３４ａ，３４ｂ 乾燥ガス連通路、３６ 凹部、３８，７２ 折り返し部、３８ａ，７２ａ エッジ、３８ｂ，７２ｂ 傾斜面、４４ 燃料電池用セパレータ、４４ａ アノード極セパレータ、４４ｂ カソード極セパレータ、４６ 膜−電極アッセンブリ、４８ 燃料電池セル、５０ 入口側アノードガスマニホールド、５２ 出口側アノードガスマニホールド、５４ 入口側カソードガスマニホールド、５６ 出口側カソードガスマニホールド、５８ａ，５８ｂ ガスケット、６２ アノードガス流路、６４ カソードガス流路、６６ａ，６６ｂアノードガス連通路、６８ａ，６８ｂ カソードガス連通路。

Claims (15)

1. ガス流路とマニホールドとを接続する連通路を有するセパレータであって、
   前記連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とするセパレータ。
2. 少なくとも一方の面に湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路又は乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する加湿器用セパレータであって、
   前記湿潤ガス連通路又は前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする加湿器用セパレータ。
3. 請求項２記載の加湿器用セパレータであって、前記加湿器用セパレータは、一方の面に前記湿潤ガス連通路を有し、他方の面に前記乾燥ガス連通路を有し、前記湿潤ガス連通路又は前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうちの少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする加湿器用セパレータ。
4. 湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路を有する湿潤側セパレータ及び乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路を有する乾燥側セパレータが、水蒸気交換膜を介して配置される加湿器であって、
   前記湿潤ガス連通路及び前記乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうちの少なくともどちらか一方の端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする加湿器。
5. 請求項４記載の加湿器であって、前記湿潤側セパレータ及び前記乾燥側セパレータは、一方の面に前記湿潤ガス連通路を有し、他方の面に前記乾燥ガス連通路を有することを特徴とする加湿器。
6. 請求項４又は５記載の加湿器であって、前記湿潤側セパレータ及び前記乾燥側セパレータが垂直方向に積層される場合、前記湿潤側セパレータ及び前記加湿側セパレータの下側の面に、前記折り返し部を設けることを特徴とする加湿器。
7. 少なくとも一方の面にアノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路又はカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路を有する燃料電池用セパレータであって、
   前記アノードガス連通路又は前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートの端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
8. 請求項７記載の燃料電池用セパレータであって、前記燃料電池用セパレータは、一方の面に前記アノードガス連通路を有し、前記他方の面に前記カソードガス連通路を有し、前記アノードガス連通路及び前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
9. アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路を有するアノード極セパレータ及びカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路を有するカソード極セパレータが、膜−電極アッセンブリを介して配置される燃料電池であって、
   前記アノードガス連通路及び前記カソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を設けることを特徴とする燃料電池。
10. 請求項９記載の燃料電池であって、前記アノード極セパレータ及び前記カソード極セパレータは、一方の面に前記アノードガス連通路を有し、他方の面に前記カソードガス連通路を有することを特徴とする燃料電池。
11. 請求項９又は１０記載の燃料電池であって、前記燃料電池用セパレータが垂直方向に積層される場合に、前記燃料電池用セパレータの下側の面に、前記折り返し部を設けることを特徴とする燃料電池。
12. 湿潤ガス流路と湿潤ガスマニホールドとを接続する湿潤ガス連通路及び乾燥ガス流路と乾燥ガスマニホールドとを接続する乾燥ガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含むことを特徴とする加湿器用セパレータの製造方法。
13. 請求項１２記載の加湿器用セパレータの製造方法であって、前記折り返し部にシーリングプレートを取付ける取付け工程を含むことを特徴とする加湿器用セパレータの製造方法。
14. アノードガス流路とアノードガスマニホールドとを接続するアノードガス連通路及びカソードガス流路とカソードガスマニホールドとを接続するカソードガス連通路に被せるシーリングプレートのうち少なくともいずれか一方の端部が配置される折り返し部を形成する折り返し部形成工程を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
15. 請求項１４記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記折り返し部にシーリングプレートを取付ける取付け工程を含む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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