(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する第１と第２のセパレータと、前記膜電極接合体の外周に接した状態で前記膜電極接合体の外周を覆うように前記第１と第２のセパレータの間に挟まれて設けられた絶縁シール部と、を備える燃料電池セルであって、
前記第１と第２のセパレータを積層方向に見たときに、前記第１のセパレータの外周端に対して前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部が内側となるように形成されており、
前記絶縁シール部の外周端は前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となるように形成されており、
前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となるように形成されている絶縁シール部は、前記第２のセパレータの外周端の側面を覆い隠すように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部は、前記膜電極接合体の外周の前記第１と第２のセパレータの間の空間に注入された絶縁シール部材が硬化されることによって形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部の外周端は、さらに、前記第１のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池セルであって、
前記第１のセパレータと前記絶縁シール部と前記第２のセパレータには、それぞれ、複数のマニホールド孔が形成されており、
前記第１のセパレータのマニホールド孔は、これに対向する前記絶縁シール部のマニホールド孔の内側となるように形成されており、
前記絶縁シール部のマニホールド孔は、これに対向する前記第２のセパレータのマニホールド孔の内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部は、前記第２のセパレータのマニホールド孔の側面を覆うように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池セルの製造方法であって、
下側金型のキャビティに、前記第２のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第１のセパレータを順に重ねて配置するとともに、前記第２のセパレータの上に上側金型を被せて、前記下側金型と上方金型により、前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となる前記第１のセパレータの外周端部分を挟持しつつ、前記第２のセパレータと前記膜電極接合体と前記第１のセパレータとを挟んでプレスする工程と、
前記第１と前記第２のセパレータの間の前記膜電極接合体を除く空間のうち、前記絶縁シール部に対応する空間部分に、絶縁シール部材を注入することにより、前記絶縁シール部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を構成する１つのセル（以下、「燃料電池セル」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２つのセパレータで挟持した構造を有している。また、２つのセパレータ間は、膜電極接合体の外側に設けられた絶縁シール部により、電気的に絶縁されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０５５３５０号公報
【特許文献２】特開平０８−０４５５３４号公報
【特許文献３】特開２００９−２５２６２７号公報
【特許文献４】特開２００８−１９２４０３号公報
【特許文献５】特開２００９−２６６６９２号公報
【特許文献６】特開２００７−１４９３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６は２つのセパレータ間に絶縁部シール部を形成する方法の一例を示す説明図であり、図７は従来の燃料電池セル構造の問題点について示す説明図である。図は、いずれも、燃料電池セルの外周近傍の概略断面を拡大して示している。図６（Ａ）に示すように、下金型ＫＤ上に、一方のセパレータ２０、膜電極接合体１０、他方のセパレータ２０の順に積層し、上金型ＫＵを被せて、下金型ＫＤと上金型ＫＵでプレスする。膜電極接合体１０は、電解質膜１１の両面に触媒電極層１２およびガス拡散層１３を形成したものである。そして、絶縁シール部を形成する領域Ａ１，Ａ２に、絶縁シール剤を注入して、絶縁シール部Ｒ１，Ｒ２を形成する。ここで、絶縁シール剤としては、比較的粘性の高い樹脂材料が一般に用いられている。
【０００５】
しかしながら、樹脂材料であるため、図６（Ａ）に示すように、下金型ＫＤと上金型ＫＵとで単純に上下にプレスして、絶縁シール剤を注入するだけでは、図６（Ｂ）に示すように、絶縁シール剤が硬化時して形成される絶縁シール部の端部位置の寸法公差が大きくなってしまう。この結果、図７に示すように、絶縁シール部Ｒ１の外周端がセパレータ２０の外周端よりも内側となった場合には、セパレータ２０の絶縁シール部Ｒ１の外周端よりも外側の部分に外力が加わって折れ曲がることにより、２つのセパレータ２０同士が接触して短絡してしまうことがある。
【０００６】
以上説明したように、膜電極接合体の外側に、絶縁シール剤により絶縁シール部を形成することにより、２つのセパレータ間を電気的に絶縁する従来の燃料電池セルの構造では、２つのセパレータの外周端でセパレータ同士が接触して短絡する、という問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、セパレータ同士の短絡の防止が可能な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】
【０００８】
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。
［形態１］
膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する第１と第２のセパレータと、前記膜電極接合体の外周に接した状態で前記膜電極接合体の外周を覆うように前記第１と第２のセパレータの間に挟まれて設けられた絶縁シール部と、を備える燃料電池セルであって、
前記第１と第２のセパレータを積層方向に見たときに、前記第１のセパレータの外周端に対して前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部が内側となるように形成されており、
前記絶縁シール部の外周端は前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となるように形成されており、
前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となるように形成されている絶縁シール部は、前記第２のセパレータの外周端の側面を覆い隠すように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
形態１の燃料電池セルによれば、第１のセパレータの外周端に対して内側となっている第２のセパレータの外周端の少なくとも一部の側面が絶縁シール部に覆い隠されているので、第１と第２のセパレータの接触の抑制効果を高めることができ、短絡の発生の抑制効果を高めることが可能である。
［形態２］
形態２記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部は、前記膜電極接合体の外周の前記第１と第２のセパレータの間の空間に注入された絶縁シール部材が硬化されることによって形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
形態２の燃料電池セルによれば、前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部の側面が絶縁シール部で覆われた燃料電池セルとすることができる。
［形態３］
形態１または形態２記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部の外周端は、さらに、前記第１のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
形態３の燃料電池セルによれば、絶縁シール部の外周端が、第１のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも内側となるように形成されているので、燃料電池セルの外形寸法を第１のセパレータの外形寸法によって規定することができ、燃料電池セルの寸法精度を向上させることが可能である。
［形態４］
形態３記載の燃料電池セルであって、
前記第１のセパレータと前記絶縁シール部と前記第２のセパレータには、それぞれ、複数のマニホールド孔が形成されており、
前記第１のセパレータのマニホールド孔は、これに対向する前記絶縁シール部のマニホールド孔の内側となるように形成されており、
前記絶縁シール部のマニホールド孔は、これに対向する前記第２のセパレータのマニホールド孔の内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
形態４の燃料電池セルによれば、第２のセパレータのマニホールド孔の周囲のセパレータ部分が絶縁シール部に隠れるので、セパレータ間のクリアランス不足を防止することができ、クリアランス精度を向上させることができる。
［形態５］
形態４記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部は、前記第２のセパレータのマニホールド孔の側面を覆うように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
形態５の燃料電池セルによれば、前記第２のセパレータのマニホールド孔の側面が絶縁シール部で覆われて隠れるので、第１と第２のセパレータ接触の抑制効果を高めることができ、短絡の発生の抑制効果を高めることが可能である。
［形態６］
形態１ないし形態５のいずれか一つに記載の燃料電池セルの製造方法であって、
下側金型のキャビティに、前記第２のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第１のセパレータを順に重ねて配置するとともに、前記第２のセパレータの上に上側金型を被せて、前記下側金型と上方金型により、前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となる前記第１のセパレータの外周端部分を挟持しつつ、前記第２のセパレータと前記膜電極接合体と前記第１のセパレータとを挟んでプレスする工程と、
前記第１と前記第２のセパレータの間の前記膜電極接合体を除く空間のうち、前記絶縁シール部に対応する空間部分に、絶縁シール部材を注入することにより、前記絶縁シール部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池セルの製造方法。
形態６の燃料電池セルの製造方法によれば、第１のセパレータを下側金型と上側金型で挟持し、第１と第２のセパレータの間の膜電極接合体を除く空間のうち、絶縁シール部に対応する空間部分に、絶縁シール部材を注入して、絶縁シール部を形成することにより、第１と第２のセパレータセパレータの接触を低減することができるため、短絡の発生を抑制することが可能となる。また、第１のセパレータを下側金型と上側金型で挟持して、アノード側セパレータの歪を矯正することにより、セパレータ間のクリアランス不足を抑制して、クリアランス精度を向上させることができる。
【０００９】
［適用例１］
膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する第１と第２のセパレータと、前記第１と第２のセパレータの間に挟まれ、前記膜電極接合体の外周を覆うように前記第１と第２のセパレータの間に挟まれて設けられた絶縁シール部と、を備える燃料電池セルであって、
前記第１と第２のセパレータを積層方向に見たときに、前記第１のセパレータの外周端に対して前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部が内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
適用例１の燃料電池セルによれば、第１と第２のセパレータセパレータの接触を低減することができるため、短絡の発生を抑制することが可能となる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部の外周端は前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
適用例２の燃料電池セルによれば、第１のセパレータの外周端に対して内側となっている第２のセパレータの外周端の少なくとも一部が絶縁シール部に隠れるので、第１と第２のセパレータ接触の抑制効果を高めることができ、短絡の発生の抑制効果を高めることが可能である。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記載の燃料電池セルであって、
前記絶縁シール部の外周端は、さらに、前記第１のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
適用例３の燃料電池セルによれば、絶縁シール部の外周端が、第１のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも内側となるように形成されているので、燃料電池セルの外形寸法を第１のセパレータの外形寸法によって規定することができ、燃料電池セルの寸法精度を向上させることが可能である。
【００１２】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池セルであって、
前記第１のセパレータと前記絶縁シール部と前記第２のセパレータには、それぞれ、複数のマニホールド孔が形成されており、
前記第１のセパレータのマニホールド孔は、これに対向する前記絶縁シール部のマニホールド孔の内側となるように形成されており、
前記絶縁シール部のマニホールド孔は、これに対向する前記第２のセパレータのマニホールド孔の内側となるように形成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
適用例４の燃料電池セルによれば、第２のセパレータのマニホールド孔の周囲のセパレータ部分が絶縁シール部に隠れるので、セパレータ間のクリアランス不足を防止することができ、クリアランス精度を向上させることができる。
【００１３】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一つに記載の燃料電池セルの製造方法であって、
下側金型のキャビティに、前記第２のセパレータ、前記膜電極接合体、前記第１のセパレータを順に重ねて配置するとともに、前記第２のセパレータの上に上側金型を被せて、前記下側金型と上方金型により、前記第２のセパレータの外周端の少なくとも一部よりも外側となる前記第１のセパレータの外周端部分を挟持しつつ、前記第２のセパレータと前記膜電極接合体と前記第１のセパレータとを挟んでプレスする工程と、
前記第１と前記第２のセパレータの間の前記膜電極接合体を除く空間のうち、前記絶縁シール部に対応する空間部分に、絶縁シール部材を注入することにより、前記絶縁シール部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池セルの製造方法。
適用例５の燃料電池セルの製造方法によれば、第１のセパレータを下側金型と上側金型で挟持し、第１と第２のセパレータの間の膜電極接合体を除く空間のうち、絶縁シール部に対応する空間部分に、絶縁シール部材を注入して、絶縁シール部を形成することにより、第１と第２のセパレータセパレータの接触を低減することができるため、短絡の発生を抑制することが可能となる。また、第１のセパレータを下側金型と上側金型で挟持して、アノード側セパレータの歪を矯正することにより、セパレータ間のクリアランス不足を抑制して、クリアランス精度を向上させることができる。
【００１４】
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、燃料電池セル、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や、燃料電池セルの製造方法で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池セルの構造を分解して示す概略平面図である。
【図２】図１に示したＡ−Ａ線における概略断面図である。
【図３】第１実施例において２つのセパレータ間に絶縁シール部を形成する方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施例としての燃料電池セルの構造を示す概略断面図である。
【図５】第２実施例において２つのセパレータ間に絶縁シール部を形成する方法を示す説明図である。
【図６】２つのセパレータ間に絶縁部シール部を形成する方法の一例を示す説明図である。
【図７】従来の燃料電池セル構造の問題点について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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：
Ｃ．変形例：
【００１７】
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セルの構造を分解して示す概略平面図である。図１（Ａ）はアノード側セパレータ１２０Ａを示し、図１（Ｃ）はカソード側セパレータ１２０Ｃを示している。また、図１（Ｂ）はアノード側セパレータ１２０Ａおよびカソード側セパレータ１２０Ｃに挟持された膜電極接合体１１０を示している。なお、各図は、それぞれ、アノード側セパレータ１２０Ａの膜電極接合体１１０に接する側とは反対側（以下、「上面側」と呼ぶ）からみた状態を示している。
【００１８】
図１（Ａ）に示すように、アノード側セパレータ１２０Ａの左端上部および右端下部には、酸化ガスに対応するマニホールド孔（以下、「酸化ガスマニホールド孔」と呼ぶ）１２１Ａ，１２２Ａが形成されており、左端下部および右端上部には燃料ガスに対応するマニホールド孔（以下、「燃料ガスマニホールド孔」と呼ぶ）１２３Ａ，１２４Ａが形成されている。また、アノード側セパレータ１２０Ａの左端中央部および右端中央部には冷媒に対応するマニホールド孔（以下、「冷媒マニホールド孔」と呼ぶ）１２５Ａ，１２６Ａが形成されている。そして、燃料ガスマニホールド孔１２３Ａ，１２４Ａの内側には、アノード側セパレータ１２０Ａの下面側に形成されている燃料ガス流路（不図示）と、燃料ガスマニホールド孔１２３Ａ，１２４Ａと、を繋ぐための連通孔（以下、「燃料ガス連通孔」と呼ぶ）１２７Ａ，１２８Ａが形成されている。また、アノード側セパレータ１２０Ａの上面には冷媒マニホールド孔１２５Ａと冷媒マニホールド孔１２６Ａの間を結ぶように冷媒流路１３０が形成されており、この冷媒流路１３０には、複数の冷媒流路溝１３２および冷媒拡散突起１３４が形成されている。
【００１９】
また、図１（Ｃ）に示すように、カソード側セパレータ１２０Ｃには、アノード側セパレータ１２０Ａと同様に、左端上部および右端下部に、酸化ガスマニホールド孔１２１Ｃ，１２２Ｃが形成されており、左端下部および右端上部に、燃料ガスマニホールド孔１２３Ｃ，１２４Ｃが形成されている。また、カソード側セパレータ１２０Ｃの左端中央部および右端中央部には冷媒マニホールド孔１２５Ｃ，１２６Ｃが形成されている。そして、酸化ガスマニホールド孔１２１Ｃ，１２２Ｃの内側には、カソード側セパレータ１２０Ｃの上面側に形成されている酸化ガス流路１５０と、アノード側セパレータ１２０Ａの酸化ガスマニホールド孔１２１Ａ，１２２Ａと、を繋ぐための連通孔（以下、「酸化ガス連通孔」と呼ぶ）１２７Ｃ，１２８Ｃが形成されている。酸化ガス流路１５０には、複数の酸化ガス流路溝１５２が形成されている。
【００２０】
そして、図１（Ａ）に示すように、燃料ガスマニホールド孔１２３Ａと燃料ガス連通孔１２７Ａの周囲、および、燃料ガスマニホールド孔１２４Ａと燃料ガス連通孔１２８Ａの周囲、をそれぞれ囲むように絶縁シール部１４３，１４４が形成されている。また、酸化ガスマニホールド孔１２１Ａと上側に重ねられる他の燃料電池セルのカソード側セパレータ１２０Ｃの酸化ガス連通孔１２７Ｃに対応する領域（図の破線で示す長方形）の周囲、および、酸化ガスマニホールド孔１２２Ａと上側に重ねられる他の燃料電池セルのカソード側セパレータ１２０Ｃの酸化ガス連通孔１２８Ｃに対応する領域（図の破線で示す長方形）の周囲、をそれぞれ囲むように絶縁シール部１４１，１４２が形成されている。また、冷媒マニホールド孔１２５Ａ，１２６Ａと冷媒流路１３０の周囲を囲むように絶縁シール部１４５が形成されている。
【００２１】
また、図１（Ｂ）に示すように、アノード側セパレータ１２０Ａとカソード側セパレータ１２０Ｃとの間には、膜電極接合体１１０が設けられている。そして、膜電極接合体１１０の外周には、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、膜電極接合体１１０の外周端部と、カソード側セパレータ１２０Ｃの外周端部を覆うように絶縁シール部１４６が形成されている。絶縁シール部１４６には、アノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔１２１Ａ〜１２６Ａおよびカソード側セパレータ１２０Ｃのマニホールド孔１２１Ｃ〜１２６Ｃに対向する位置に、それぞれ、マニホールド孔１２１Ｒ〜１２６Ｒが形成されている。なお、膜電極接合体１１０は、図６に示した膜電極接合体１０と同様に、電解質膜１１１の両面に触媒電極層１１２およびガス拡散層１１３を形成したものである（後述する図２参照）。
【００２２】
図２は、図１に示したＡ−Ａ線における概略断面図である。なお、図２は、燃料電池セルの断面構造を明確化するために、２つの燃料電池セルを積層した状態で示している。また、説明の容易化のために、アノード側セパレータの冷媒流路および燃料ガス流路や、カソード側セパレータの酸化ガス流路を省略して示している。
【００２３】
図２に示すように、カソード側セパレータ１２０Ｃは、その外周端がアノード側セパレータ１２０Ａの外周端より内側となるように、その外形寸法がアノード側セパレータ１２０Ａの外形寸法に比べて小さくなっている。そして、アノード側セパレータ１２０Ａとカソード側セパレータ１２０Ｃの間に設けられた絶縁シール部１４６は、その外周端がカソード側セパレータ１２０Ｃの外周端よりも外側となるように形成されている。これにより、カソード側セパレータ１２０Ｃの外周端が絶縁シール部１４６の内側に隠れるので、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端とカソード側セパレータ１２０Ｃの外周端とが接触して短絡してしまうのを防止することができる。また、絶縁シール部１４６は、その外周端がアノード側セパレータ１２０Ａの外周端よりも内側となるように形成されている。これにより、燃料電池セルの外形寸法をアノード側セパレータ１２０Ａの外形寸法により規定することができるので、燃料電池セルの寸法精度を改善することができる。
【００２４】
なお、絶縁シール部１４６は、以下で説明するように形成することができる。図３は、第１実施例において２つのセパレータ間に絶縁シール部を形成する方法を示す説明図である。なお、図３は、図２と同様に、燃料電池セルの概略断面により示している。
【００２５】
図３に示すように、下金型ＫＤＰは、図６に示した従来のフラットな下金型ＫＤとは異なり、カソード側セパレータ１２０Ｃの外形寸法よりも大きく、アノード側セパレータ１２０Ａの外形寸法よりも小さい凹部（キャビティ）ＫＡを有している。この凹部ＫＡにカソード側セパレータ１２０Ｃ、膜電極接合体１１０、アノード側セパレータ１２０Ａを順に重ねて配置し、図６に示した従来の上金型ＫＵと同じ上金型ＫＵＰを被せて、下金型ＫＤＰと上金型ＫＵＰにより、カソード側セパレータ１２０Ｃ、膜電極接合体１１０、および、アノード側セパレータ１２０Ａを挟んでプレスする。なお、このとき、下金型ＫＤＰの凹部ＫＡは、上記したように、カソード側セパレータ１２０Ｃの外形寸法よりも大きいので、カソード側セパレータ１２０Ｃの外周端と下金型ＫＤＰの凹部ＫＡの側壁との間に隙間ができるように、カソード側セパレータ１２０Ｃを配置する。また、下金型ＫＤＰの凹部ＫＡは、上記したように、アノード側セパレータ１２０Ａの外形寸法よりも小さいので、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端部分が下金型ＫＤＰの凸部上となるように配置する。これにより、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端部分を下金型ＫＤＰと上金型ＫＵＰによって挟持することができる。そして、アノード側セパレータ１２０Ａとカソード側セパレータ１２０Ｃとの間の膜電極接合体１１０を除く空間のうち、絶縁シール部１４５，１４６に対応する空間部分に、絶縁シール剤ＭＳＬを注入して硬化させることにより、絶縁シール部１４５，１４６を形成することができる。なお、絶縁シール剤ＭＳＬとしては、比較的粘性の高い樹脂材料を用いることができる。
【００２６】
以上のようにして、カソード側セパレータの外周端よりも外側で、アノード側セパレータの外周端よりも内側となるように、絶縁シール部を形成することができる。また、アノード側セパレータの外周端部分を上金型と下金型で挟持しつつ、カソード側セパレータと膜電極接合体とアノード側セパレータの積層体を挟み込んでプレスすることにより、アノード側セパレータの歪みを矯正することができるので、２つのセパレータ間のクリアランス精度を改善することが可能である。
【００２７】
Ｂ．第２実施例：
図４は、本発明の第２実施例としての燃料電池セルの構造を示す概略断面図である。図４は、図２と同様に、燃料電池セルの断面構造を明確化するために、２つの燃料電池セルを積層した状態で示している。また、説明の容易化のために、アノード側セパレータの冷媒流路および燃料ガス流路や、カソード側セパレータの酸化ガス流路を省略して示している。
【００２８】
第２実施例の燃料電池セルの構造は、第１実施例の構造に加えて以下の構造を有している点が、第１実施例の燃料電池セルの構造と異なっている。すなわち、アノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ａ）は、これに対向する前記絶縁シール部１４６ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｒａ）の内側となるように形成されている。また、前記絶縁シール部１４６ａのマニホールド孔は、これに対向する第２のセパレータ１２０Ｃのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｃ）の内側となるように形成されている。
【００２９】
第２実施例の燃料電池セルの構造により、第１実施例の燃料電池セルの構造と同様に、カソード側セパレータ１２０Ｃの外周端が絶縁シール部１４６ａの外周端よりも内側に隠れるので、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端とカソード側セパレータ１２０Ｃａの外周端とが接触して短絡してしまうのを防止することができる。また、絶縁シール部１４６ａは、その外周端がアノード側セパレータ１２０Ａの外周端よりも内側となるように形成されている。これにより、燃料電池セルの外形寸法をアノード側セパレータ１２０Ａの外形寸法により規定することができるので、燃料電池セルの寸法精度を改善することができる。また、絶縁シール部１４６ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｒ）がカソード側セパレータ１２０Ｃのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｃａ）の内側となるように形成されている。これにより、アノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔の周囲のセパレータ部分とカソード側セパレータ１２０Ｃａのマニホールド孔の周囲のセパレータ部分とが接触して短絡してしまうのを防止することができ、セパレータ間のクリアランス精度を改善することができる。また、アノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ａ）は、絶縁シール部１４６ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｒ）の内側となるように形成されている。これにより、燃料電池セルのマニホールド孔の寸法をアノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔の寸法により規定することができるので、燃料電池セルの寸法精度を改善することができる。
【００３０】
なお、絶縁シール部１４６ａは、以下で説明するように形成することができる。図５は、第２実施例において２つのセパレータ間に絶縁シール部を形成する方法を示す説明図である。なお、図５は、図４と同様に、燃料電池セルの概略断面により示している。
【００３１】
図５に示すように、下金型ＫＤＰａは、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端部分およびマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ａ）の周囲のセパレータ部分で、アノード側セパレータ１２０Ａを挟持するように、凹部（キャビティ）ＫＡａを有している。また、この凹部ＫＡａは、カソード側セパレータ１２０Ｃａの外周端およびマニホールド孔と、凹部ＫＡａの側壁との間に隙間ができるように形成されている。この凹部ＫＡａにカソード側セパレータ１２０Ｃａ、膜電極接合体１１０、アノード側セパレータ１２０Ａを順に重ねて配置し、図６に示した従来の上金型ＫＵと同じ上金型ＫＵＰを被せて、下金型ＫＤＰａと上金型ＫＵＰにより、カソード側セパレータ１２０Ｃａ、膜電極接合体１１０、および、アノード側セパレータ１２０Ａを挟んでプレスする。なお、このとき、下金型ＫＤＰａの凹部ＫＡａは、上記したように、カソード側セパレータ１２０Ｃの外周端よりも外側となるように形成されており、凹部ＫＡａには、アノード側セパレータのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ａ）よりも大きく、カソード側セパレータのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｃａ）よりも小さい凸部分ＫＴが形成されている。そこで、カソード側セパレータ１２０Ｃａの外周端と下金型ＫＤＰａの凹部ＫＡａの側壁との間、および、カソード側セパレータ１２０Ｃａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ｃａ）と凹部ＫＡａ内の凸部分ＫＴの側壁との間、に隙間ができるように、カソード側セパレータ１２０Ｃａを配置する。また、下金型ＫＤＰａの凹部ＫＡａは、上記したように、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端よりも内側であり、凹部ＫＡａ内の凸部分ＫＴはアノード側セパレータ１２０Ａのマニホールド孔（図の例では冷媒マニホールド孔１２５Ａ）よりも大きいので、アノード側セパレータ１２０Ａの外周端部分およびマニホールド孔の周囲のセパレータ部分を下金型ＫＤＰａと上金型ＫＵＰによって挟持することができる。そして、そして、アノード側セパレータ１２０Ａとカソード側セパレータ１２０Ｃａとの間の膜電極接合体１１０を除く空間のうち、絶縁シール部１４５，１４６ａに対応する空間部分に、絶縁シール剤ＭＳＬを注入して硬化させることにより、絶縁シール部１４５，１４６ａを形成することができる。なお、絶縁シール剤ＭＳＬとしては、比較的粘性の高い樹脂材料を用いることができる。
【００３２】
以上のようにして、カソード側セパレータの外周端よりも外側で、アノード側セパレータの外周端よりも内側となるように、絶縁シール部を形成することができる。また、アノード側セパレータのマニホールド孔が、これに対向する絶縁シール部のマニホールド孔の内側となるように、かつ、絶縁シール部のマニホールド孔が、これに対向するカソード側セパレータのマニホールド孔の内側となるように、絶縁シール部を形成することができる。また、アノード側セパレータの外周端部分およびマニホールド孔の周囲のセパレータ部分を上金型と下金型で挟持してプレスすることにより、アノード側セパレータの歪みを矯正することができるので、２つのセパレータ間のクリアランス精度を改善することが可能である。
【００３３】
Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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。
【００３４】
上記実施例では、アノード側セパレータとカソード側セパレータの外形寸法が全周にわたって異なっている場合を例に説明しているが、その一部が異なっている構造でもよい。
【００３５】
また、上記実施例では、アノード側セパレータよりもカソード側セパレータの外形寸法が小さい場合を例に説明しているが、逆の構造であってもよい。
【００３６】
また、上記実施例では、流路溝が形成されたセパレータ、いわゆる、プレス型セパレータの場合を例に説明しているが、流路溝が形成されていないフラット型セパレータであってもよい。なお、フラット側セパレータの場合には、膜電極接合体とセパレータとの間に、多孔質体等を用いたガス流路部が形成される。
【００３７】
また、一方のセパレータがプレス型セパレータであり、他方のセパレータがフラット型セパレータであり、プレス型セパレータの外形寸法のほうがフラット型セパレータの外形寸法よりも大きい構造や、プレス型セパレータのマニホールド孔の寸法がフラット型セパレータのマニホールド孔の寸法よりも小さい構造としてもよい。
【００３８】
また、外形寸法が大きい方のセパレータの厚さが小さい方のセパレータの厚さよりも厚い構造としてもよい。
【００３９】
絶縁シール部を形成する部材としては、ゴム材や熱可塑性樹脂等種々の部材を利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…膜電極接合体
１１…電解質膜
１２…触媒電極層
１３…ガス拡散層
２０…セパレータ
１１０…膜電極接合体
１１１…電解質膜
１１２…触媒電極層
１１３…ガス拡散層
１２０Ａ…アノード側セパレータ
１２０Ｃ…カソード側セパレータ
１２０Ｃａ…カソード側セパレータ
１２１Ａ，１２２Ａ…酸化ガスマニホールド孔
１２１Ｃ，１２２Ｃ…酸化ガスマニホールド孔
１２１Ｒ，１２２Ｒ…酸化ガスマニホールド孔
１２３Ａ，１２４Ａ…燃料ガスマニホールド孔
１２３Ｃ，１２４Ｃ…燃料ガスマニホールド孔
１２３Ｒ，１２４Ｒ…燃料ガスマニホールド孔
１２５Ａ，１２６Ａ…冷媒マニホールド孔
１２５Ｃ，１２６Ｃ…冷媒マニホールド孔
１２５Ｒ，１２６Ｒ…冷媒マニホールド孔
１２５Ｃａ…冷媒マニホールド孔
１２７Ａ，１２８Ａ…燃料ガス連通孔
１２７Ｃ，１２８Ｃ…酸化ガス連通孔
１３０…冷媒流路
１３２…冷媒流路溝
１３４…冷媒拡散突起
１４１，１４２…絶縁シール部
１４３，１４４…絶縁シール部
１４５…絶縁シール部
１４６…絶縁シール部
１４６ａ…絶縁シール部
１５０…酸化ガス流路
１５２…酸化ガス流路溝
ＫＡ…凹部
ＫＡａ…凹部
ＫＤ…下金型
ＫＵ…上金型
ＫＵＰ…上金型
ＫＤＰ…下金型
ＫＤＰａ…下金型
ＫＴ…凸部分
ＭＳＬ…絶縁シール剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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