JP2016051563A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックを製造するに際して燃料電池セル同士の位置ずれをより容易に抑制すること。
【解決手段】燃料電池セル１０は、第１セパレータ２０および第２セパレータ４０を備えている。第１セパレータ２０のうち第１シール部２６には、第２突起部２６ｂが形成されている。第２セパレータ４０のうち第２シール部４６には、湾曲状凹部４６ａが形成されている。燃料電池セル１０同士を鉛直方向に順次積層する際、それらの位置ずれがない場合には、第２突起部２６ｂの中心と湾曲状凹部４６ａの中心とが一致する。燃料電池セル１０同士を積層する際、位置ずれがある場合であっても、鉛直方向上側にある燃料電池セル１０が上記中心同士の距離を低減するように変位する。
【選択図】図２

Description

本発明は、膜電極接合体と、該膜電極接合体を挟む一対のセパレータである第１セパレータおよび第２セパレータとを備える燃料電池セルが複数積層された燃料電池スタックに関する。

この種の燃料電池スタックは、燃料電池スタックの外部に反応ガスや冷却水を漏らさないためのシール構造を有する。たとえば特許文献１には、金属製の薄板状部材をプレス加工することで一対のセパレータを形成し、特に一対のセパレータのうちの第１セパレータにプレス加工により突起を形成することで、シール構造を実現するものが提案されている。ここでは、第２セパレータの平らな面に第１セパレータの上記突起が接触する。突起は、金属製の薄板状部材から形成されているため弾性を有する。このため、第２セパレータの平らな面と第１セパレータの突起とを接触させ、これに荷重をかけることでシール性が得られると記載されている。

特開２００４−３４２４９３号公報

ところで、上記燃料電池スタックには、燃料電池セルを積層した際の燃料電池セル同士の位置ずれを極力低減することが要求される。これは、位置ずれが大きいと、燃料電池セルに荷重をかけた際にセパレータ等が想定外に変位することで、ガスの通路が変形して反応ガスの圧力損失が増大し、ひいては発電性能が低下したり、シール性が低下したりするおそれがあるからである。

ここで、位置ずれを許容できる範囲まで低減するために燃料電池スタックを積層する工程において位置決め用のピンを立てるなどする場合には、製造工程において用いる設備が複雑となったり、製造工程自体が複雑となったりする。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池スタックを製造するに際して燃料電池セル同士の位置ずれをより容易に抑制することのできる燃料電池スタックを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
膜電極接合体と、該膜電極接合体を覆う一対のセパレータである第１セパレータおよび第２セパレータとを備える燃料電池セルが複数積層され、該積層された複数の燃料電池セルの各燃料電池セル用の流体の集合部としてのマニホールド集合通路および該マニホールド集合通路から分岐したマニホールド分岐通路を備えるマニホールドが形成された燃料電池スタックにおいて、前記第１セパレータおよび前記第２セパレータには、前記マニホールド集合通路を構成するための開口部と、前記マニホールド集合通路をシールするためのシール部とが形成され、前記シール部のうち前記第１セパレータに形成される第１シール部は、突起部を備え、前記シール部のうち前記第２セパレータに形成される第２シール部は、湾曲した凹部である湾曲状凹部を備え、１の燃料電池セルの前記突起部の先端が該１の燃料電池セルに隣接する燃料電池セルの前記湾曲状凹部に、直接的にまたはシール補助部材を介して間接的に接触していることを特徴とする燃料電池スタック。

上記燃料電池スタックの製造工程のうちの燃料電池セルの積層工程は、１の燃料電池セルの前記突起部を、該１の燃料電池セルに隣接する燃料電池セルの前記湾曲状凹部に、直接的にまたはシール補助部材を介して間接的に接触させる工程を含む。そして、この積層工程を、燃料電池セルの面を鉛直方向に直交させて行うなら、湾曲状凹部の中心と突起部の中心とがずれている場合にはずれていない場合よりも鉛直方向上方の燃料電池セルの位置エネルギが高くなる。ここで、突起部が湾曲状凹部に直接的または間接的に接触する場合、突起部が湾曲状凹部に対して相対的に変位しようとするのを妨げる力が小さい。このため、鉛直上方の燃料電池セルの位置エネルギを極小値に近づけるように、突起部が湾曲状凹部に対して容易に相対変位する。このため、燃料電池セル同士の位置ずれがない場合に鉛直上方の燃料電池セルの位置エネルギが極小となるようにすることで、鉛直上方の燃料電池セルが位置エネルギを低減するように湾曲状凹部に対して突起部が相対的に変位し、燃料電池セル同士の位置ずれが低減される。

本発明によれば、燃料電池セル同士の位置ずれを容易に抑制することができる。

第１の実施形態にかかる燃料電池セルの平面図。 同実施形態にかかる電池セルの２−２断面図。 同実施形態にかかる電池セルの３−３断面図。 同実施形態にかかる電池セルの４−４断面図。 （ａ）および（ｂ）は、突起部および湾曲部のそれぞれの断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、燃料電池スタックの製造工程を示す断面図。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の作用を示す断面図。

以下、燃料電池スタックの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に示す第１セパレータ２０は、燃料電池スタックを構成する燃料電池セル１０が備えるものである。第１セパレータ２０は、金属製の薄板状部材にプレス加工により凹部２２および凸部２４からなる凹凸形状を付与されたものである。凸部２４には、燃料電池セル１０の内部において反応ガスの通路を区画したり、反応ガスや冷却水を流通させる経路を燃料電池スタックの外部から遮断するシール構造を構成したりする役割がある。

第１セパレータ２０には、上記薄板状部材が打ち抜かれることで開口部３０〜３９が形成されている。開口部３０は、各燃料電池セル１０を冷却する冷却水を供給する集合部であるマニホールド集合通路ＭＡを構成する。開口部３２は、各燃料電池セル１０を冷却した冷却水の集合部であるマニホールド集合通路ＭＡを構成する。開口部３４は、各燃料電池セル１０に水素ガスを供給する水素ガスの集合部であるマニホールド集合通路ＭＡの一部を構成する。開口部３６は、各燃料電池セル１０から流出する水素ガスの集合部であるマニホールド集合通路ＭＡを構成する。開口部３８は、各燃料電池セル１０に酸素ガスを供給する酸素ガスの集合部であるマニホールド集合通路ＭＡを構成する。開口部３９は、各燃料電池セル１０から流出する酸素ガスの集合部であるマニホールド集合通路ＭＡを構成する。

図２に、図１の２−２断面を示す。
図示されるように、燃料電池セル１０は、第１セパレータ２０と、第２セパレータ４０と、フレーム５０と、膜電極接合体７０とを備えている。

第２セパレータ４０は、金属製の薄板状部材にプレス加工により凹部４２および凸部４４からなる凹凸形状を付与されたものである。凸部４４には、燃料電池セル１０の内部において反応ガスの通路を区画したり、反応ガスや冷却水を流通させる通路を燃料電池スタックの外部から遮断するシール構造を構成したりする役割がある。なお、第２セパレータ４０にも、上記薄板状部材が打ち抜かれることで開口部３０〜３９が形成されている。

膜電極接合体７０は、固体高分子膜である電解質膜７２と、電解質膜７２を挟む一対の電極７４，７６とを備えている。すなわち、本実施形態では、燃料電池セル１０として、固体高分子形燃料電池を例示している。膜電極接合体７０は、フレーム５０に接続されている。詳しくは、本実施形態では、電解質膜７２の端部をフレーム５０が挟み込むことで、電解質膜７２がフレーム５０に接続されている。これは、図２の記載においては、開口部３４よりも左側において電解質膜７２がフレーム５０に挟まれる一方、開口部３４よりも右側においては電解質膜７２が存在しないことで示されている。なお、フレーム５０にも、開口部３４が形成されている。

第２セパレータ４０における開口部３４の周縁は、凹部４２となってフレーム５０に接触しており、この凹部４２とフレーム５０とによって、マニホールド集合通路ＭＡが燃料電池セル１０の内部に対してシールされている。ただし、第２セパレータ４０における開口部３４の周縁のうち図中左側の一部は、フレーム５０に形成された溝部５２に対向している。溝部５２は、フレーム５０が切削されてその厚さが低減されることで形成されたものである。こうした構成によれば、開口部３４によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡ内の水素ガスは、図２に矢印にて示すように、溝部５２を介して、膜電極接合体７０と凸部４４とによって区画される空間に流出する。

このように、本実施形態では、溝部５２によって、各燃料電池セル１０に水素ガスを分配するマニホールド分岐通路ＭＢが形成されている。なお、マニホールドＭとは、マニホールド集合通路ＭＡおよびマニホールド分岐通路ＭＢを構成する部分のことであり、各燃料電池セル１０用の流体を集合させたり、各燃料電池セル１０用の流体を分岐させたりする。

なお、第１セパレータ２０における開口部３４の周縁は、凹部２２となってフレーム５０に接触しており、この凹部２２とフレーム５０とによって、開口部３４によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡに対して燃料電池セル１０の内部をシールしている。また、開口部３４付近において第１セパレータ２０側にはフレーム５０に溝部５２が形成されない。これは、本実施形態においては、フレーム５０および膜電極接合体７０と第２セパレータ４０との間に水素ガスを流通させ、フレーム５０および膜電極接合体７０と第１セパレータ２０との間に水素ガスを流通させない設定を例示していることに対応している。

図３に、図１の３−３断面を示す。
図示されるように、第１セパレータ２０における開口部３０の周縁や開口部３２の周縁は、いずれも凹部２２となってフレーム５０に接触している。そして、これら凹部２２とフレーム５０とによって、開口部３０，３２によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡに対して燃料電池セル１０の内部をシールしている。

一方、第２セパレータ４０における開口部３０の周縁や開口部３２の周縁は、いずれも凹部４２となってフレーム５０に接触している。そして、これら凹部４２とフレーム５０とによって、開口部３０，３２によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡに対して燃料電池セル１０内をシールしている。

そして、隣接する一対の燃料電池セル１０のうちの一方の第１セパレータ２０に他方の第２セパレータ４０が重ねられることで、冷却水の通路が形成される。すなわち、図３においては、第１セパレータ２０における開口部３０よりも左側の凹部２２と、上記他方の第２セパレータ４０とによって区画される空間が、開口部３０によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡ内の冷却水を各燃料電池セル１０に分配するマニホールド分岐通路ＭＢを区画する。なお、このマニホールド分岐通路ＭＢによって分配される冷却水の冷却対象となる燃料電池セルは、その両側の一対の燃料電池セル１０である。

図４に、図１の４−４断面を示す。
図示されるように、第１セパレータ２０における開口部３９の周縁は、凹部２２となってフレーム５０に接触している。そして、これら凹部２２とフレーム５０とによって、開口部３９によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡに対して燃料電池セル１０の内部をシールしている。

一方、第２セパレータ４０のうち開口部３９の周縁は、凹部４２となってフレーム５０に接触している。そして、これら凹部４２とフレーム５０とによって、開口部３９によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡに対して燃料電池セル１０内をシールしている。

なお、図１において開口部３９における第１セパレータ２０の周縁のうち図中左側の一部は、図３に示したものと同様の溝部５２に対向している。これは、本実施形態においては、フレーム５０および膜電極接合体７０と第１セパレータ２０との間に酸素ガスを流通させ、フレーム５０および膜電極接合体７０と第２セパレータ４０との間に酸素ガスを流通させない設定を例示していることに対応している。

上記第２セパレータ４０の形状は、図１に示した第１セパレータ２０の形状の鏡像とすればよい。すなわち、たとえば、図２において、第２セパレータ４０における開口部３４の周縁を、図１において第１セパレータ２０における開口部３４の周縁とし、図３において、第２セパレータ４０における開口部３０の周縁を、図１において、第１セパレータ２０における開口部３０の周縁とすればよい。

上記第１セパレータ２０の凸部２４のうち開口部３０〜３９を囲む部分は、第１シール部２６を構成し、第２セパレータ４０の凸部４４のうち開口部３０〜３９を囲む部分は、第２シール部４６を構成する。そして、これら第１シール部２６および第２シール部４６によって、マニホールド集合通路ＭＡを外部に対してシールする。なお、図１においては、凸部２４のうち、第１シール部２６を構成する部分を網掛けとし、それ以外を実線（太線）として区別している。そして、第１シール部２６を構成する各凸部２４については、いずれをシールするかを特定するために、「（ａ）〜（ｅ）」を付与している。すなわち、凸部２４（ａ）は、開口部３０，３２によって構成されるマニホールド集合通路ＭＡを燃料電池スタックの外部に対してシールする。また、凸部２４（ｂ）〜２４（ｅ）のそれぞれは、開口部３４〜３９のそれぞれによって構成されるマニホールド集合通路ＭＡを燃料電池スタックの外部に対してシールする。

なお、図１における凸部２４によって区画される反応ガスの通路は、模式的に示したものであり、実際の通路形状は任意でよい。また、シール部を構成しない凸部２４やこれに対向する凸部４４については、その一部の高さを他と比較して低くすることで、冷却水が図１の中央部に流通可能とすることが望ましい。

ここで、第１シール部２６は、図２、図３、および図４に示すように、凸部２４によって形成される第１突起部２６ａの中央に第２突起部２６ｂを備えている。これに対し、第２シール部４６は、凸部４４の上面が湾曲状の凹部である湾曲状凹部４６ａとされて構成されている。

図５に、第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとの関係を示す。
図５（ａ）に示すように、第２突起部２６ｂは、金属製の板状部材のプレス加工によって、その表面が円弧状の断面形状を有するものである。ここで、断面は、図２〜図４の記載からもわかるように、凸部２４の延設方向に直交する断面である。すなわち、たとえば、図１の凸部２４（ｄ）のうち、第１セパレータ２０の短手方向に延びる部分については長手方向に平行な断面であり、第１セパレータ２０の長手方向に延びる部分については短手方向に平行な断面である。なお、図５（ａ）には、第２突起部２６ｂの先端部の中心Ｐ１で定義される第１の曲率半径ｒを示してある。ここで、中心Ｐ１は、第２突起部２６ｂのうち、フレーム５０および膜電極接合体７０の面（図２の上下方向に直交する面、図１と平行な面）から最も離間する位置を示す。

一方、図５（ｂ）に示すように、湾曲状凹部４６ａは、金属製の板状部材のプレス加工によって、その表面に球面形状のくぼみを形成したものである。ここで、断面は、図２〜図４の記載からもわかるように、凸部４４の延設方向に直交する断面である。なお、図５（ｂ）には、湾曲状凹部４６ａの先端部の中心Ｐ２で定義される第２の曲率半径Ｒを示してある。ここで、中心Ｐ２は、湾曲状凹部４６ａのうち、フレーム５０および膜電極接合体７０の面に最も近接する位置を示す。なお、湾曲状凹部４６ａの端部を除くほぼ全域で曲率半径がほぼ一定となることが望ましい。

本実施形態では、第１の曲率半径ｒよりも第２の曲率半径Ｒを大きい値に設定している。また、燃料電池スタックを構成する燃料電池セル１０同士の位置ずれが生じない場合、中心Ｐ１と中心Ｐ２とが一致するように設計されている。

図６に、本実施形態にかかる燃料電池スタックの製造工程を示す。なお、図６において、上側が鉛直上方を示している。また、図６において、燃料電池セル１０に付与された符号である「１０（１），１０（２）」の「（１）」や「（２）」は、セル同士を識別するために便宜的に用いたものである。

図６（ａ）は、燃料電池セル１０（１）のうち第２突起部２６ｂに熱硬化型の接着剤８０を塗布する工程を示す。図６（ｂ）は、上記接着剤８０が塗布された第２突起部２６ｂを有する燃料電池セル１０（１）の上に燃料電池セル１０（２）を積層する積層工程を示す。なお、第２突起部２６ｂは、凸部２４である第１突起部２６ａ上に形成されるものであるため、積層工程においては、第１セパレータ２０の凸部２４のうち第１シール部２６以外と第２セパレータ４０の凸部４４のうち第２シール部４６以外とが接触するのに先立って第１シール部２６と第２シール部４６とが接触する。すなわち、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとが最初に接触する。そして、第１セパレータ２０の凸部２４のうち第１シール部２６以外の部分と、第２セパレータ４０の凸部４４のうち第２シール部４６以外の部分とが接触する際には、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとはそれ以外の部分よりも作用反作用の関係にあるより強い力を及ぼしあう。なお、ここで、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとの接触とは、接着剤８０を介しての間接的な接触であってもよいが、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとが互いに力を及ぼしあうことで、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとが直接的に接触し、接着剤８０は湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとの周囲に付着する態様としてもよい。

図６（ｃ）は、燃料電池セル１０を積層した後、接着剤８０を加熱する加熱工程を示す。この工程によって、接着剤８０が硬化することで、第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとが接着剤８０によって固定される。なお、燃料電池スタックが車両に配置される際には、図１に示した第１セパレータ２０の面の法線方向を水平方向とすることが望ましい。

ここで、本実施形態の作用を、図７に基づき説明する。
図７（ａ）は、図６（ｂ）に示した積層工程において第２突起部２６ｂの中心Ｐ１が湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２からずれた状態を示す。この場合、第２突起部２６ｂの中心Ｐ１が湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２に一致する場合と比較して、図６（ｂ）に示した燃料電池セル１０（２）の位置エネルギが高くなる。この際、第２突起部２６ｂおよび湾曲状凹部４６ａはいずれも滑らかな表面形状を有しているため、上記位置エネルギを低減するように、第２突起部２６ｂが湾曲状凹部４６ａを相対的に変位することを妨げる力は小さい。このため、上記位置エネルギを低減するように、第２突起部２６ｂが湾曲状凹部４６ａを容易に相対変位する。このため、図７（ｂ）に示すように、第２突起部２６ｂの中心Ｐ１と湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２とのずれが容易に低減される。

しかも、このずれの低減は、図１に示す第１セパレータ２０の平面上において互いに直交する２つの方向（たとえば、第１セパレータ２０の長手方向および短手方向）の双方において行われる。すなわち、図５（ａ）に示した第２突起部２６ｂの断面形状は、凸部２４の延設方向に直交する断面における形状であり、図５（ｂ）に示した湾曲状凹部４６ａの断面形状は、凸部４４の延設方向に直交する断面における形状である。そして、第２突起部２６ｂが形成された凸部２４と湾曲状凹部４６ａが形成された凸部４４とが第１セパレータ２０の長手方向および短手方向に延びるため、湾曲状凹部４６ａに対する第２突起部２６ｂの相対的な変位方向は、第１セパレータ２０の長手方向および短手方向の双方となる。詳しくは、たとえば図２や図３に示した部分においては、湾曲状凹部４６ａに対する第２突起部２６ｂの相対的な変位方向は、第１セパレータ２０の長手方向となり、たとえば図４に示した部分においては、湾曲状凹部４６ａに対する第２突起部２６ｂの相対的な変位方向は、第１セパレータ２０の短手方向となる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）第１セパレータ２０の第１シール部２６に第２突起部２６ｂを備え、第２セパレータ４０の第２シール部４６に湾曲状凹部４６ａを備えることで、燃料電池セル１０同士の位置ずれを容易に抑制することができる。

（２）第２セパレータ４０の凸部４４に湾曲状凹部４６ａを形成した。この場合、第２シール部４６のうち燃料電池セル１０の内側の面がフレーム５０に接触しない。これにより、第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとが互いに作用反作用の関係にある力を及ぼしあう際に、湾曲状凹部４６ａを容易に弾性変形させることができる。

（３）図１に示したように、第１セパレータ２０のうち第１シール部２６を構成する凸部２４（ｅ）および凸部２４（ｄ）の間の部分は、膜電極接合体７０に対向している。また、図１に示したように、凸部２４（ａ）のうち第１セパレータ２０の長辺側に延びる部分の間の部分は、膜電極接合体７０に対向している。すなわち、第１シール部２６や第２シール部４６が第１セパレータ２０や第２セパレータ４０における膜電極接合体７０に対向する面を挟んだ両側に形成されている。この場合、積層工程において、中心Ｐ１と中心Ｐ２とにずれがある状態で燃料電池セル１０（１）と燃料電池セル１０（２）とが積層されると、膜電極接合体７０を挟んだ両側の一方と他方との双方が、中心Ｐ１と中心Ｐ２とのずれを低減するようにバランスよく変位する。このため、中心Ｐ１と中心Ｐ２とのずれを好適に低減することができる。

（４）湾曲状凹部４６ａの曲率半径（第２の曲率半径Ｒ）を第２突起部２６ｂの曲率半径（第１の曲率半径ｒ）よりも大きくした。これにより、湾曲状凹部４６ａ上を第２突起部２６ｂが相対的に変位する際に、第２突起部２６ｂおよび湾曲状凹部４６ａの形状に起因して、変位を妨げる力が働く事態を好適に抑制することができる。

（５）第１セパレータ２０および第２セパレータ４０を、プレス加工により成形された金属製のセパレータとした。この場合、金属製の薄板状部材の特性に起因して、第１セパレータ２０および第２セパレータ４０は、弾性変形が容易である。したがって、第１シール部２６および第２シール部４６が互いに作用反作用の力を及ぼしあうことで、第１シール部２６および第２シール部４６間のスキマを低減しひいてはシール構造を実現することができる。

（６）第２突起部２６ｂを、凸部２４である第１突起部２６ａ上に形成した。ここで、凹部２２はフレーム５０と接触することなどから、フレーム５０の側への変位が困難であるのに対し、凸部２４はフレーム５０に接触していないことなどから、フレーム５０側への変位が容易である。このため、第１シール部２６および第２シール部４６が互いに作用反作用の関係にある力を及ぼしあうことで、第２突起部２６ｂを湾曲状凹部４６ａによって及ぼされる力の方向に容易に変位させることができる。

（７）積層工程の後に接着剤を硬化させることで第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとを接着した。このため、第２突起部２６ｂの中心Ｐ１と湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２とのずれを低減するように燃料電池セル１０（２）が変位する際に、接着剤８０がこれを妨げることがない。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・「突起部について」
上記実施形態では、酸素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡ（開口部３８，３９）のためのシール構造、水素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡ（開口部３４，３６）のためのシール構造、および冷却水用のマニホールド集合通路ＭＡ（開口部３０，３２）のためのシール構造に、第２突起部２６ｂを採用したが、これに限らない。たとえば、図１に示した凸部２４（ａ），２４（ｂ），２４（ｃ）のみに第２突起部２６ｂを採用し、図１に示した凸部２４（ｄ），２４（ｅ）については、第２突起部２６ｂを使用しなくてもよい。さらに、たとえば、図１に示した凸部２４（ｂ），２４（ｃ）のみに第２突起部２６ｂを採用してもよい。これらの場合であっても、湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２（図７参照）と、第２突起部２６ｂの中心Ｐ１との差を低減するように燃料電池セル１０が変位すると考えられることから、燃料電池セル１０同士の位置ずれを抑制する上で、第２突起部２６ｂを備えることは有効である。

上記実施形態では、第２突起部２６ｂの先端部が、湾曲状凹部４６ａの曲率半径（第２の曲率半径Ｒ）よりも小さい第１の曲率半径ｒを有するものとしたが、これに限らない。たとえば、第２突起部２６ｂの断面形状が図５（ａ）のものに代えて、台形形状となるものであっても、その先端部分（フラットな部分）の面積があまり大きくならない場合には、湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２と第２突起部２６ｂの中心Ｐ１とのずれを低減するように燃料電池セル１０が変位すると考えられる。

なお、第１突起部２６ａ上に第２突起部２６ｂが形成されるものに限らない。たとえば、第１突起部２６ａを備えることなく、第１セパレータ２０の凹部２２に第２突起部２６ｂを形成してもよい。この場合であって、第２シール部４６を構成する凸部を、第２セパレータ４０のそれ以外の凸部４４よりも高く設定することで、第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとを上記実施形態に準じた態様にて接触させることができる。

上記実施形態では、凸部２４のうち第１シール部２６にのみ第２突起部２６ｂを形成したがこれに限らない。たとえば、マニホールド集合通路ＭＡのシール構造に寄与しない凸部２４にも第２突起部２６ｂを形成してもよい。

第２突起部２６ｂの断面形状が図５（ａ）に示した形状となる断面としては、第１セパレータ２０の長手方向および短手方向のように互いに直交する２つの断面であることは必須ではない。たとえば、法線方向が互いに平行とならない２つの断面の一方において、図５（ａ）に示した形状となる部分と、他方において図５（ａ）に示した形状となる部分とを備えてもよい。換言すれば、第１シール部２６を構成する凸部２４の延びる方向が複数あるなら、これらが互いに直交しなくてもよい。こうした場合であっても、第１セパレータ２０の平面方向における位置ずれを好適に抑制することができる。

・「湾曲状凹部について」
上記実施形態では、第２セパレータ４０の凸部４４に湾曲状凹部４６ａを形成したが、これに限らない。たとえば第２セパレータ４０の凹部４２に湾曲状凹部４６ａを形成してもよい。この場合であっても、たとえば第１セパレータ２０のうち第１シール部２６に対応する凸部２４を他の凸部２４よりも高くして且つフレーム５０のうち第２シール部４６に対応する部分の表面を切削することで湾曲状凹部４６ａの内壁面がフレーム５０に接触しないようにするなら、上記実施形態に準じた効果を得ることができる。

なお、湾曲部の配置箇所は、少なくとも上記「突起部について」の欄に記載した突起部の配置箇所の変更に応じて変更してよい。
・「シール補助部材について」
上記実施形態では、シール補助部材としての接着剤８０を用いたが、これに限らない。たとえば、第２突起部２６ｂおよび湾曲状凹部４６ａの少なくとも一方の表面にシール補助部材としてのゴムを印刷し、ゴムを介して第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとを間接的に接触させてもよい。ただし、この場合、燃料電池セル１０の積層工程において、湾曲状凹部４６ａと第２突起部２６ｂとの摩擦抵抗が、湾曲状凹部４６ａの中心Ｐ２と第２突起部２６ｂの中心Ｐ１とのずれを低減するように燃料電池セル１０が変位可能な大きさとなるゴムを選択する。

なお、第２突起部２６ｂと湾曲状凹部４６ａとが互いに及ぼしあう力によって要求されるシール性を確保できるなら、シール補助部材を用いなくてもよい。
・「燃料電池スタックの製造工程について」
上記実施形態では、各燃料電池セル１０について、第１セパレータ２０が第２セパレータ４０よりも鉛直方向上側にくるようにして燃料電池セル１０を積層したが、積層工程としては、これに限らない。たとえば、各燃料電池セル１０について、第２セパレータ４０が第１セパレータ２０よりも鉛直方向上側にくるようにして燃料電池セル１０を積層してもよい。

積層工程における燃料電池セル１０同士の位置ずれを許容範囲内に抑制するための手法としては、燃料電池セル１０が位置エネルギを極小とするように変位しようとするのに頼った手法のみに限らない。たとえば、他の位置ずれ抑制手法（位置決め手法）を併用してもよい。この場合であっても、燃料電池セル１０が位置エネルギを極小とするように変位しようとするのに頼った手法を利用することで、位置ずれの抑制のための工数を低減することができることには相違ない。換言すれば、位置ずれを容易に抑制することができることには相違ない。

・「セパレータについて」
上記実施形態では、第１セパレータ２０の第１シール部２６に第２突起部２６ｂを一律形成して且つ、第２セパレータ４０の第２シール部４６に湾曲状凹部４６ａを一律形成したがこれに限らない。たとえば、１のマニホールド集合通路ＭＡをシールする第１シール部２６に第２突起部２６ｂを形成するとともに第２シール部４６に湾曲状凹部４６ａを形成する一方、他のマニホールド集合通路ＭＡをシールする第１シール部２６に湾曲状凹部４６ａを形成するとともに第２シール部４６に第２突起部２６ｂを形成してもよい。これは、たとえば、図２の構成をそのままとし、図３において、第１シール部２６に湾曲状凹部４６ａを形成するとともに第２シール部４６に第２突起部２６ｂを形成することで実現できる。

第１セパレータ２０としては、金属製の薄板状部材がプレス加工により起伏を有するように成形されたものに限らない。たとえば、弾性を有するカーボン素材が上記実施形態において例示したような形状に成形されたものであってもよい。

第２セパレータ４０としては、金属製の薄板状部材がプレス加工により起伏を有するように成形されたものに限らない。たとえば、弾性を有するカーボン素材が上記実施形態において例示したような形状に成形されたものであってもよい。

・「各燃料電池セル用の流体の通路について」
上記実施形態では、冷却水用のマニホールド集合通路ＭＡと水素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡとの間に酸素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡを形成したが、これに限らない。たとえば、水素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡと酸素ガス用のマニホールド集合通路ＭＡとの間に、冷却水用のマニホールド集合通路ＭＡを形成してもよい。

開口部３０〜３９のそれぞれによって構成されるマニホールド集合通路ＭＡが燃料電池セル１０の短辺側に設けられることは必須ではなく、たとえば、少なくとも一部を長辺側に設けてもよい。

・「各燃料電池セル用の流体について」
各燃料電池セル用の流体としては、上記実施形態に例示したものに限らない。たとえば、流体のうちの反応ガスとしては、酸素ガスに代えて空気を用いてもよい。また、冷媒としては、冷却水に限らず、フロン等の気体であってもよい。

・「そのほか」
上記実施形態では、膜電極接合体７０のうち電解質膜７２の端部がフレーム５０に挟まれる構成としたが、これは必須ではない。

Ｍ…マニホールド、ＭＡ…マニホールド集合通路、ＭＢ…マニホールド分岐通路、ｒ…第１の曲率半径、Ｒ…第２の曲率半径、Ｐ１，Ｐ２…中心、１０…燃料電池セル、２０…第１セパレータ、２２…凹部、２４…凸部、２６…第１シール部、２６ａ…第１突起部、２６ｂ…第２突起部、３０〜３９…開口部、４０…第２セパレータ、４２…凹部、４４…凸部、４６…第２シール部、４６ａ…湾曲状凹部、５０…フレーム、５２…溝部、７０…膜電極接合体、７２…電解質膜、７４…電極、７６…電極、８０…接着剤。

Claims (6)

1. 膜電極接合体と、該膜電極接合体を覆う一対のセパレータである第１セパレータおよび第２セパレータとを備える燃料電池セルが複数積層され、該積層された複数の燃料電池セルの各燃料電池セル用の流体の集合部としてのマニホールド集合通路および該マニホールド集合通路から分岐したマニホールド分岐通路を備えるマニホールドが形成された燃料電池スタックにおいて、
   前記第１セパレータおよび前記第２セパレータには、前記マニホールド集合通路を構成するための開口部と、前記マニホールド集合通路をシールするためのシール部とが形成され、
   前記シール部のうち前記第１セパレータに形成される第１シール部は、突起部を備え、
   前記シール部のうち前記第２セパレータに形成される第２シール部は、湾曲した凹部である湾曲状凹部を備え、
   １の燃料電池セルの前記突起部の先端が該１の燃料電池セルに隣接する燃料電池セルの前記湾曲状凹部に、直接的にまたはシール補助部材を介して間接的に接触している
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記第２シール部は、該第２シール部の周囲に対して当該燃料電池セルの外部に突出する凸部を備え、該突出する凸部の表面が前記湾曲状凹部となっており、
   該突出する凸部の内壁面は、当該燃料電池セル内の部材に接触していない請求項１記載の燃料電池スタック。
3. 前記第１セパレータおよび前記第２セパレータには、前記膜電極接合体に対向する部分を挟むようにして前記開口部が複数形成されており、
   前記第１シール部および前記第２シール部は、前記対向する部分を挟んだ両側の前記開口部のそれぞれによって構成されるマニホールド集合通路をシールする部分を含む請求項１または２記載の燃料電池スタック。
4. 前記突起部は、第１の曲率半径を有し、
   前記湾曲状凹部は、前記第１の曲率半径よりも大きい第２の曲率半径を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
5. 前記第１セパレータおよび前記第２セパレータは、プレス加工により成形された金属製のセパレータである請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
6. 前記突起部は、第１突起部と、該第１突起部上に形成されて前記湾曲状凹部に直接的にまたはシール補助部材を介して間接的に接触する第２突起部とを備えている請求項５記載の燃料電池スタック。