(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池のセルアセンブリの構造の低コスト化、軽量化を図る。【解決手段】固体高分子電解質膜２１０の両面に、触媒電極層とガス拡散層２２０，２３０とガス流路２４０，２５０とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に、ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第１と第２のセパレータ２６０，２７０と、第２のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第３のセパレータ２８０と、で構成される積層体を備える。第３のセパレータにより形成される冷却媒体流路と、冷却媒体流路に対する冷媒の給排孔と、ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを密接して設けることにより、膜電極接合体と、第１ないし第３のセパレータとが一体化されている。【選択図】図２
2010218700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセルアセンブリであって、
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第１と第２のセパレータと、前記第２のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第３のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第３のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第３のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第１ないし第３のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池のセルアセンブリの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池の１つのセルのアセンブリ（以下、「セルアセンブリ」と呼ぶ）は、従来、膜電極接合体（「ＭＥＡ」あるいは「ＭＥＧＡ」とも呼ばれる）を、両側からセパレータのアセンブリ（以下、「セパレータアセンブリ」と呼ぶ）で挟持して、ラミネートあるいはロウ付けにより接合させた構造を有している。
【０００３】
しかしながら、セパレータアセンブリを膜電極接合体にラミネートあるいはロウ付けにより接合させる構造では、装置コスト低減化や軽量化の面で不十分であり、さらなる工夫による低コスト化や軽量化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４２０００号公報
【特許文献２】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池のセルアセンブリの構造のさらなる工夫により、装置の低コスト化、軽量化を図る技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池のセルアセンブリであって、
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第１と第２のセパレータと、前記第２のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第３のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第３のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第３のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第１ないし第３のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。
適用例１の燃料電池のセルアセンブリによれば、従来のように、ラミネートやロウでセパレータアセンブリを膜電極接合体に接合させる作業をなくして、前記膜電極接合体および前記第１ないし第３のセパレータによる燃料電池のセルアセンブリを一体化の構造とすることができ、低コスト化や軽量化が可能かとなる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池のセルアセンブリ、これを用いた燃料電池や燃料電池スタック、この燃料電池を用いた燃料電池システム等の種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池のセルアセンブリ１０を示す概略平面図である。
【図２】図１の概略断面であり図２（Ａ）が図１のＡ−Ａ断面を示し図２（Ｂ）が図１のＢ−Ｂ断面を示している。
【図３】実施例の燃料電池のセルアセンブリを複数スタックした状態を示す説明図である。
【図４】第１実施例の燃料電離のセルアセンブリの変形例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例としての燃料電池セルのセルアセンブリ１０Ａを示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
【００１１】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池のセルアセンブリ１０を示す概略平面図である。図中、クロスハッチングで示す領域はセルアセンブリ１０の最上面に設けられたガスケット１００を示しており、破線で示すラインは、ガスマニホールド孔１２，１３およびガス案内溝１４，１５を通過する第１のガスと，ガスマニホールド孔２２，２３およびくし歯状のガス案内溝２４，２５を通過する第２のガスと、冷媒マニホールド孔３２、３３および冷媒流路３４を通過する冷媒と、をそれぞれ、互いにシールドするためのシールドラインを示している。
【００１２】
図２は、図１の概略断面であり、図２（Ａ）が図１のＡ−Ａ断面を示し、図２（Ｂ）が図１のＢ−Ｂ断面を示している。
【００１３】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、このセルアセンブリ１０は、両面に触媒電極層が積層される固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」と呼ぶ）２１０の両面にガス拡散層２２０，２３０、ガス流路２４０，２５０、セパレータ２６０，２７０を積層し、セパレータ２６０の上面に冷媒流路３４中の整流用のセパレータ２８０を積層した積層体２００を有する。そして、この積層体２００の上面において、整流用のセパレータ２８０を含む冷媒流路３４と、冷媒マニホールド孔３２，３３と、第１のガスに対応するガスマニホールド孔12，１３およびガス案内溝１４，１５と、記第２のガスに対応するガスマニホールド孔２２，２３およびくし歯状のガス案内溝２４，２５を除いて、各マニホールド孔１２，１３，２２，２３，３２，３４の側壁を全体的に覆うように、ガスケットを密接して設けた構成を有している。ガスケット１００くしの上面には、シールラインに沿ってシール部１１０が設けられている。
【００１４】
図３は、実施例の燃料電池のセルアセンブリを複数スタックした状態を示す説明図である。図３に示すように、複数のセルアセンブリをスタックした際には、下側のセパレータ２７０にシール部１１０が密接することになるので、確実に、第１のガスと、第２のガスと、冷媒と、をそれぞれ互いにシールすることが可能である。
【００１５】
以上のように、本実施例の燃料電池のセルアセンブリ１０は、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。
【００１６】
なお、第１の実施例は、以下で説明する態様に変形することもできる。図４は、第１実施例の燃料電離のセルアセンブリの変形例を示す説明図である。図４（Ａ）に示すように、最下部のセパレータ２７０のうち、マニホールドのさらに外側にあるセパレータ２７０の部分をプレスしてもよいし、かしめて変形させてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリの剛性を高めて、ガスケットによるシール性を向上させることができる。
【００１７】
また、マニホールドの外周部に設けられたシール部は、図４（Ｂ）に示すように、ベースとなる底寸部を設けて、シール部を設けるようにしてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリをスタックした際のシール性をよりいっそう向上させることができる。
【００１８】
また、セパレータ２６０を、図４（Ｃ）に示すように、マニホールドの外周部にまで設けるようにしてもよい。セパレータ２７０とあわせることにより、製造の容易性が向上する。反対に、セパレータ２７０をセパレータ２６０と同様に、マニホールドの内側にのみ設ける構成であってもよい。
【００１９】
なお、以上第1実施例および変形例では、セパレータ２６０と冷媒整流用のセパレータ２８０は別体の構造であるものとして説明してきたが、一体化構造のセパレータであってもよい。
【００２０】
Ｂ．第２実施例：
図５は、本発明の第２実施例としての燃料電池セルのセルアセンブリ１０Ａを示す概略平面図である。図１に示すように、第１実施例の燃料電池のセルアセンブリ１０は、上下のガスマニホールド孔２２，２３にくし歯状のガス案内溝２４，２５が設けられており、冷媒流路３４中に冷媒案内用のくし歯３６，３８が設けられている例を示しているが、図５に示した本実施例のセルアセンブリ１０Ａのように、くし歯状の案内溝や冷媒案内用のくし歯は省略することができる。なお、そのＡ−Ａ断面図は、第１実施例の図２（Ｂ）に示したＢ−Ｂ断面図とほぼ同じであるので、図示および説明を省略する。
【００２１】
第２実施例においても、第１実施例のセルアセンブリと同様に、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。また、図４を用いて説明した変形例を適用することも可能である。
【００２２】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…セルアセンブリ
１０Ａ…セルアセンブリ
１２，１３…ガスマニホールド孔
１４、１５…ガス案内溝
２２、２３…ガスマニホールド孔
２４，２５…ガス案内溝
３２、３３…冷媒マニホールド孔
３４…冷媒流路
３６，３８…くし歯
１００…ガスケット
１１０…シール部
２００…積層体
２１０…電解質膜
２２０，２３０…ガス拡散層
２４０，２５０…ガス流路
２６０…セパレータ
２７０…セパレータ
２８０…セパレータ
【図１】
2010218700.tif 000003
【図２】
2010218700.tif 000004
【図３】
2010218700.tif 000005
【図４】
2010218700.tif 000006
【図５】
2010218700.tif 000007