(57)【要約】      （修正有）【課題】組立治具の基準部が当てられるセパレータの側面部位に接着剤がはみ出ることを抑制できる燃料電池を提供する。【解決手段】（１）ＭＥＡを挟んで互いに対向する２つのセパレータ１、２を有する燃料電池であって、少なくとも一方のセパレータは周縁に局部的に組立時に組立治具の基準部３０が当てられる当接部５を有し、対向するセパレータは、当接部５に対向する部位に形成された、基準部３０から離れる方向に後退する窪み７を有する燃料電池。（２）当接部５は突起６に属する。（３）窪み７は、隣接マニホールド２４の間の部分に沿ったセパレータ周縁部分に形成される。（４）窪み７は、セパレータの辺との距離が大のマニホールドに沿ったセパレータ周縁に形成されてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＡを挟んで互いに対向する２つのセパレータを有する燃料電池であって、
前記２つのセパレータのうち少なくとも一方のセパレータは周縁に局部的に組立時に組立治具の基準部が当てられる当接部を有し、該当接部を有するセパレータに対向するセパレータは、前記当接部に対向する部位に形成された、前記組立治具の基準部から離れる方向に後退する窪みを有する燃料電池。
【請求項２】
前記当接部を有するセパレータは周縁に該周縁から突出する突起を有し、前記当接部は該突起に属する請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記窪みは、前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、隣接マニホールドの間のセパレータ部分に沿った周縁部分に形成される請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータはセパレータの辺に沿って延びる複数のマニホールドを有し、該複数のマニホールドのうちの少なくとも１つのマニホールドは前記複数のマニホールドのうちの他のマニホールドより前記セパレータの辺の縁との距離が大であり、
前記窪みは、前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、前記セパレータの辺の縁との距離が大のマニホールドに沿った周縁部分に形成される請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記２つのセパレータの周縁の外形は、前記窪みと前記当接部を除いて、互いに同じ大きさである請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記２つのセパレータの各セパレータには、前記当接部と前記窪みの両方が形成されており、前記当接部と前記窪みは対をなして前記各セパレータの周縁に形成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項７】
前記窪みは、前記セパレータの周縁の一定部位に形成され、前記燃料電池が複数積層されてスタックが形成された時には、各燃料電池の窪みが燃料電池積層方向に揃うようにした請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記当接部の外端部に外方への接着剤のはみ出しを阻止する堰が形成されている請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−３６７６３１号公報は、燃料電池スタックを開示している。そこでは、燃料電池スタックに含まれる各セルが、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）を挟んで対向する２枚のセパレータが接着剤により貼り合わされて組み立てられる。この際、セパレータの周縁に空隙ができなよう、接着剤はセパレータの貼り合わせ時にその周縁からはみ出るように設けられる。
【特許文献１】特開２００２−３６７６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特開２００２−３６７６３１号公報に開示されたスタック構成では、スタック組立治具の基準部が当てられるセパレータの側面部位にも接着剤がはみ出してしまうため、セパレータの位置合わせ精度が低いという問題が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、組立治具の基準部が当てられるセパレータの側面部位に接着剤がはみ出ることを抑制できる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本発明はつぎの通りである。
（１）  ＭＥＡを挟んで互いに対向する２つのセパレータを有する燃料電池であって、
前記２つのセパレータのうち少なくとも一方のセパレータは周縁に局部的に組立時に組立治具の基準部が当てられる当接部を有し、該当接部を有するセパレータに対向するセパレータは、前記当接部に対向する部位に形成された、前記組立治具の基準部から離れる方向に後退する窪みを有する燃料電池。
（２）  前記当接部を有するセパレータは周縁に該周縁から突出する突起を有し、前記当接部は該突起に属する（１）記載の燃料電池。
（３）  前記窪みは、前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、隣接マニホールドの間のセパレータ部分に沿った周縁部分に形成される（１）記載の燃料電池。
（４）  前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータはセパレータの辺に沿って延びる複数のマニホールドを有し、該複数のマニホールドのうちの少なくとも１つのマニホールドは前記複数のマニホールドのうちの他のマニホールドより前記セパレータの辺の縁との距離が大であり、
前記窪みは、前記当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、前記セパレータの辺の縁との距離が大のマニホールドに沿った周縁部分に形成される（１）記載の燃料電池。
（５）  前記２つのセパレータの周縁の外形は、前記窪みと前記当接部を除いて、互いに同じ大きさである（１）記載の燃料電池。
（６）  前記２つのセパレータの各セパレータには、前記当接部と前記窪みの両方が形成されており、前記当接部と前記窪みは対をなして前記各セパレータの周縁に形成されている（１）記載の燃料電池。
（７）  前記窪みは、前記セパレータの周縁の一定部位に形成され、前記燃料電池が複数積層されてスタックが形成された時には、各燃料電池の窪みが燃料電池積層方向に揃うようにした（１）記載の燃料電池。
（８）  前記当接部の外端部に外方への接着剤のはみ出しを阻止する堰が形成されている（１）記載の燃料電池。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）の燃料電池によれば、当接部（上記（１）では、当接部は、突起であってもよいし、あるいは、突出しない周縁でもよい）を有するセパレータに対向するセパレータは、当接部に対向する部位に形成された、組立治具の基準部から離れる方向に後退する窪みを有するので、モジュール組立時にはみ出そうとする接着剤は、窪みに溜まり、当接部の側面への接着剤のはみ出しが抑制される。その結果、モジュール組立時の２枚のセパレータの位置合わせ精度、およびスタック組立時の多数のモジュールの位置決め精度が向上する。
上記（２）の燃料電池によれば、突起の突出量を適宜に設定することにより、窪みの深さを調整することができる。窪みの深さを小とすることにより、窪みが設けられる部位近傍のセパレータの強度を、維持することができる。
上記（３）の燃料電池によれば、窪みが、当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、隣接マニホールドの間のセパレータ部分（マニホールド間のリブ）に沿った周縁部分に形成されるので、窪みを強度に余裕のある部位に形成することができ、発電領域の面積を縮小することなく、窪みを設けることができる。
上記（４）の燃料電池によれば、窪みが、当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、セパレータの辺の縁との距離が大のマニホールドに沿った周縁部分に形成されるので、窪みを強度に余裕のある部位に形成することができ、発電領域の面積を縮小することなく、窪みを設けることができる。
上記（５）の燃料電池によれば、２つのセパレータの周縁の外形は、前記窪みと前記当接部を除いて、互いに同じ大きさであるので、図１１、図１２に示した比較例（特願２００２−２２３３１９、本願出願時点で未公開）のように、セパレータ１０１をセパレータ１０２に比べて一回り小さい形状とし、セパレータ同士の位置合わせのために部分的に外周より突出した突起１０３、１０４（位置合わせ基準部１０６に当接される突起）を設定した場合は発電部１０５の面積を小さくする必要があり、一方のセパレータ１０１を一回り小さくした分面積利用率が小さくなるが、本発明ではセパレータが窪みと当接部を除いて、互いに同じ大きさであるので、発電部の面積を小さくする必要がなく、面積利用率が向上する。
上記（６）の燃料電池によれば、各セパレータには、当接部と窪みの両方が対をなして形成されているので、２つのセパレータの当接部同士は近接しており、２つのセパレータの当接部を同一の基準に当てることができ、２つのセパレータの位置合わせ精度を向上させることができる。
上記（７）の燃料電池によれば、窪みが、セパレータの周縁の一定部位に形成されているので、窪みの位置をセル積層方向に揃えることができ（そして、その揃えられた窪みの対向位置にある当接部も揃っていてその外面には接着剤のはみ出しがなく）、セル積層方向に延びる基準で、スタックの各セルを位置決めすることができる。
上記（８）の燃料電池によれば、当接部の外端部に外方への接着剤のはみ出しを阻止する堰が形成されているので、当接部の外面への接着剤のはみ出しをより一層確実に阻止することができる。この場合、堰と窪みが対応するので、堰が形成されても、堰は窪みが設けられたセパレータと干渉することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の燃料電池を図１〜図１２（ただし、図１１、図１２は比較例で本発明に含まず）を参照して説明する。
本発明の燃料電池（セル）１０は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００８】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ３（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）を２枚のセパレータ１、２（アノード側セパレータ１、カソード側セパレータ２）で挟み、２枚のセパレータ１、２、ＭＥＡ３を中央の発電領域１６のまわりの非発電領域１７で、接着剤４にて接着したものからなる。
膜−電極アッセンブリ３は、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード１２、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード１３、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリ３とセパレータ１、２との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１４、１５が設けられてもよい。
【０００９】
膜−電極アッセンブリ３とセパレータ１、２を重ねてセル（単セル）１０を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル１９、インシュレータ（電気絶縁体）２０、エンドプレート２１を配置し、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２２）、ボルト・ナット２３にて固定して、燃料電池スタック１８を構成する。
【００１０】
セルの発電領域１６においては、セパレータ１、２のうちの一方のセパレータ（たとえば、セパレータ１）には、アノード１２に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２５が形成され、セパレータ１、２のうちの他方のセパレータ（たとえば、セパレータ２）には、カソード１３に酸化ガス（酸、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２６が形成されている。燃料ガス流路２５が形成されたセパレータがアノード側セパレータ１であり、酸化ガス流路２６が形成されたセパレータがカソード側セパレータ２である。セパレータ１、２には、燃料ガス流路２５の背面側と、酸化ガス流路２６の背面側に、冷媒（冷却水）流路２７が形成される。
【００１１】
図１〜図６に示すように、各セパレータ１、２には、マニホールド２４、すなわち、燃料ガス流路２５に燃料ガスを供給・排出する燃料ガスマニホールド、酸化ガス流路２６に酸化ガスを供給・排出する酸化ガスマニホールド、冷媒流路２７に冷却水を供給・排出する冷媒マニホールドが形成されている。
セルの発電領域１６のまわりの非発電領域１７には、セパレータ１、２間、およびセパレータ１、２とＭＥＡ３の間に、接着剤４が設けられ、接着されるとともにシールされる。セル１０とセル１０との間は、ガスケット２８が設けられ、シールされる。ガスケット２８は接着剤４に代えられてもよい。
【００１２】
各セルの、アノード１２側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１３側に移動し、カソード１３側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
発電反応が行われる領域（発電反応部があり、かつ燃料ガス流路２５、酸化ガス流路２６があって燃料ガス、酸化ガスが供給される領域）が発電領域１６である。
【００１３】
図１〜図６に示すように、各セル１０の、ＭＥＡ３を挟んで互いに対向する２つのセパレータ１、２のうち少なくとも一方のセパレータ１または２は、周縁（外形の周縁でもよいし、マニホールド孔の周縁でもよい）に、局部的（周縁の全周ではなく局部的）に、モジュールまたはスタックの組立時に組立治具の基準部３０が当てられる当接部５（この当接部５は、セパレータの周縁そのものであってもよいし、あるいは突起６であってもよい）を有し、該当接部５を有するセパレータ１または２にセル厚み方向（セル積層方向に同じ）に対向するセパレータ２または１は、当接部５に対向する部位に形成された、組立治具の基準部３０から離れる方向に後退する窪み７を有する。
モジュール形成の場合は、２枚のセパレータ１、２を位置合わせして接着するが、その場合の位置合わせにおいて、各セパレータ１、２の当接部５を組立治具の基準部３０に当てる。スタック形成の場合は、各モジュールをセパレータの当接部５を組立治具の基準部３０に当てて位置合わせする。
【００１４】
図１は、基準部３０（および当接部５、窪み７）が、ほぼ矩形状のセパレータ１、２の隣接する直交２辺に対応させて形成されている場合を示すが、図２に示すように、基準部３０（および当接部５、窪み７）が、ほぼ矩形状のセパレータ１、２の隣接する直交２辺と、この直交２辺の少なくとも一方の辺に平行な辺とに、形成されている場合を示す。基準部３０（および当接部５、窪み７）の形成は、図１、図２の何れであってもよい。
図２のように、対向辺に基準部３０（および当接部５、窪み７）を設けると、位置決め時に燃料電池が対向辺間方向に位置ずれしにくくなり、また、面内方向に回転しにくくなり、位置決めが容易になるとともに、位置決め精度も向上する。
【００１５】
この窪み７は２つのセパレータ１、２間の接着剤４が２つのセパレータ１、２間からはみ出した時に、そのはみ出し接着剤を溜める接着剤溜めとして働き、はみ出し接着剤が当接部５の外形面（基準部３０に当てられる面）にはみ出して外形面（基準部３０に当てられる面）の形状、寸法精度を低下させることを抑制する。その結果、モジュール組立時の２枚のセパレータの位置合わせ精度、およびスタック組立時の多数のモジュールの位置決め精度が向上する。
窪み７が無い部位では、接着剤４が２つのセパレータ１、２間からはみ出してはみ出し接着剤がセパレータ外形面に付着するかもしれないが、その部位は基準部３０に当てられる面ではないので、はみ出してセパレータ外形面に付着しても問題ない。
【００１６】
図１〜図６では、当接部５を有するセパレータ１または２は、セパレータの周縁に該周縁から突出する突起６を有し、当接部５は該突起６に属している。突起６の先端が基準部３０に当てられ、その当てられる部位が当接部５となる。対向する２つのセパレータ１、２の一方のセパレータ１、２に形成された突起６と、対向する２つのセパレータ１、２の他方のセパレータ２、１に形成された窪み７とは、セル厚み方向に対向セパレータ周縁部位に形成されている。当接部５を突起６に設けることにより、窪み７の深さを浅くしても、はみ出し接着剤が突起６の先端面に回り込むことがなく、発電領域１６を縮小する必要が無いか、または縮小しても最小限で済む。
【００１７】
望ましくは、窪み１７はセパレータ１、２の強度を低下させないように形成される。
たとえば、図４に示すように、窪み１７は、当接部５を有するセパレータ１、２に対向するセパレータ２、１の周縁のうち、対向するセパレータ２、１の隣接する２つのマニホールド２４の間の部分（マニホールド間リブ８という）に沿った部分に形成される。窪み７を形成すると、セパレータ周縁とマニホールドとの間の部位の幅が狭くなってシール性と強度が低下するが、マニホールド間リブ８に沿った周縁部分に形成されることにより、セパレータ周縁とマニホールドとの間の部位の幅が狭くなりにくく、シール性と強度の低下を抑制することができる。したがって、窪み７を形成しても、（マニホールドを発電領域に接近する側に移動させて）発電領域１６を縮小する必要が無いか、または縮小しても最小限で済む。
【００１８】
セパレータ１、２の強度を低下させないように窪み１７をセパレータ１、２に形成する構造は、上記の隣接する２つのマニホールド２４の間の部分（マニホールド間リブ８という）に沿った部分に形成される構造に限定されるものではなく、図５に示す構造としてもよい。図５に示す構造では、当接部５を有するセパレータ１または２に対向するセパレータ２または１はセパレータの辺に沿って延びる複数のマニホールド２４を有し、該複数のマニホールド２４のうちの少なくとも１つのマニホールド（マニホールドとセパレータ周縁との間の距離ｄ１のマニホールド）は、複数のマニホールドのうちの他のマニホールド（マニホールドとセパレータ周縁との間の距離ｄ２のマニホールド）よりセパレータの辺の縁との距離（ｄ１＞ｄ２）が大であり、窪み７が、当接部を有するセパレータに対向するセパレータの周縁のうち、セパレータの辺の縁との距離ｄ１が大のマニホールド２４（マニホールドとセパレータ周縁との間の距離ｄ１のマニホールド）に沿ったセパレータ周縁部分に形成されている。
図４、図５の構造では、強度上余裕のある部位に窪み１７を形成したので、セパレータ１、２の強度を低下させることなく、窪み１７を形成できる。
【００１９】
また、ＭＥＡ３を挟んで対向する２つのセパレータ１、２の周縁の外形形状は、窪み７と当接部５（当接部５に突起６が形成されている場合は突起６）を除いて、互いに同じ大きさである。窪み７が形成されている部位では、一方のセパレータの窪み７が他方のセパレータの当接部５（当接部５に突起６が形成されている場合は突起６）よりも内側に位置する。
したがって、窪み７を形成しても、発電領域１６を縮小する必要が無いか、または縮小しても最小限で済む。
図１１、図１２に示した比較例（特願２００２−２２３３１９、本願出願時点で未公開）のように、セパレータ１０１をセパレータ１０２に比べて一回り小さい形状とし、セパレータ同士の位置合わせのために部分的に外周より突出した突起１０３、１０４（位置合わせ基準部１０６に当接される突起）を設定した場合は発電部１０５の面積を小さくする必要があり、一方のセパレータ１０１を一回り小さくした分面積利用率が小さくなるが、本発明ではセパレータ１、２が窪みと当接部を除いて、互いに同じ大きさであるので、発電領域２６の面積を小さくする必要がなく、面積利用率が向上する。
【００２０】
２つのセパレータ１、２の各セパレータ１、２には、当接部５と窪み７の両方が形成されており、当接部５と窪み７は、対をなして、セパレータの周縁に沿う方向に互いに隣り合って、各セパレータ１、２の周縁に形成されている。隣り合って対をなす当接部５と窪み７は、組立治具の同じ基準部３０に当てられて、位置合わせされる。その結果、２つのセパレータ１、２の互いの位置合わせ精度は、別々の基準部に当てられる場合に比べて、高い。
【００２１】
窪み７は、セパレータ１、２の周縁の一定部位に形成され、燃料電池１０が複数積層されてスタック１８が形成された時には、各燃料電池１０の一定部位に形成された窪み７が燃料電池積層方向に揃うようになっている。これによって、窪み７と対向部位にある当接部５または突起６もスタック１８のセル積層方向に揃る。その結果、その窪み７または当接部５または突起６に対向して設けられた、セル積層方向に延びる組立治具の同じ基準部３０に当てやすくなり、スタック組立時の各モジュール間の位置合わせが容易、かつ、高精度となる。
【００２２】
セパレータ１、２の周縁（外形周縁またはマニホールド孔周縁）に形成される窪み７は、図１〜図６に示すように、窪み７が形成される周縁部位において、セパレータの厚みの全厚にわたって基準部３０から離れる方向に後退させて形成されてもよい。あるいは、図７に示すように、窪み７が形成される周縁部位において、セパレータの厚みの側面をテーパ状として徐々に基準部３０から離れる方向に後退させて形成されてもよいし、あるいは、図８に示すように、窪み７が形成される周縁部位において、セパレータの厚みの側面を階段状に形成し段階状に基準部３０から離れる方向に後退させて形成されてもよい。
【００２３】
また、図９に示すように、当接部５の外端部に、当接部５が突起６の先端に位置する場合は突起６の先端部に、外方への接着剤のはみ出しを阻止する堰９が形成されてもよい。堰９が形成された場合は、はみ出し接着剤が堰９を乗り越えて当接部５の外端部側面にはみ出すことが阻止されるので、当接部５の外端部側面は接着剤の付着のない面であり、モジュール組立、スタック組立において接着剤で位置合わせ精度が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の燃料電池の、当接部を組立治具の基準部に当てた状態での、平面図である。
【図２】図１で当接部がセパレータの少なくとも一対の対向辺に位置する場合の、平面図である。
【図３】図１の燃料電池のIII 部（対をなす突起と窪みとその近傍部）の拡大平面図である。
【図４】図１の燃料電池のIV部（マニホールド間リブに沿った周縁部分に形成された、一方のセパレータの突起と他方のセパレータの窪み、および、その近傍部）の拡大平面図である。
【図５】窪みが、セパレータ縁部とマニホールドとの間隔が他に比べて大のマニホールドに沿ったセパレータ縁部に形成された場合の、燃料電池の拡大平面図である。
【図６】図１の燃料電池のVI−VI線で切断して見た拡大断面図である。
【図７】本発明の燃料電池の窪みの一変形例（本発明に含む）の断面図である。
【図８】本発明の燃料電池の窪みのもう一つの変形例（本発明に含む）の断面図である。
【図９】本発明の燃料電池の当接部（突起でもよい）に堰が形成されている場合の当接部の断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池を積層した燃料電池スタックの側面図である。
【図１１】比較例（本発明に含まず）の燃料電池の、当接部を組立治具の基準部に当てた状態での、平面図である。
【図１２】図１１のXII −XII 線で切断して見た拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、２  セパレータ
３  ＭＥＡ
４  接着剤
５  当接部
６  突起
７  窪み
８  マニホールド間リブ
９  堰
１０  燃料電池（セル）
１１  電解質膜
１２  アノード
１３  カソード
１４、１５  拡散層
１６  発電領域
１７  非発電領域
１８  燃料電池スタック
１９  ターミナル
２０  インシュレータ
２１  エンドプレート
２２  テンションプレート
２３  ボルト・ナット
２４  マニホールド
２５  燃料ガス流路
２６  酸化ガス流路
２７  冷媒流路
２８  ガスケット
３０  基準位置合わせ部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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