(57)【要約】【課題】流体が流れ難くなることを抑制すること。【解決手段】積層された複数の単セル１０と、複数の単セルを貫通して設けられ、流体が流通するマニホールドと、を備え、複数の単セルは、マニホールドの周りを囲んで設けられた中空状の突出部からなるシール部５０と、シール部の中空を介してマニホールドとシール部に対してマニホールドとは反対側との間で流体を流通させる流通部５２と、を有するアノード側セパレータ３８ａと、アノード側セパレータのシール部が突出する側とは反対側に配置されたカソード側セパレータ３８ｃと、カソード側セパレータに対してアノード側セパレータとは反対側に配置された弾性部材からなる絶縁フレーム４６と、を備え、複数の単セルのうちの第１単セル１０ａのシール部は第１単セルに隣接する第２単セル１０ｂの絶縁フレームに当接していて、カソード側セパレータは、シール部に対向する面にシール部と絶縁フレームとの当接部分に沿って凹凸部６４を有する、燃料電池スタック。【選択図】図４
2018137074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の単セルと、
前記複数の単セルを貫通して設けられ、流体が流通するマニホールドと、を備え、
前記複数の単セルは、
前記マニホールドの周りを囲んで設けられた中空状の第１突出部からなるシール部と、前記シール部の中空を介して前記マニホールドと前記シール部に対して前記マニホールドとは反対側との間で前記流体を流通させる流通部と、を有する第１セパレータと、
前記第１セパレータの前記シール部が突出する側とは反対側に配置された第１部材と、
前記第１部材に対して前記第１セパレータとは反対側に配置された弾性部材からなる第２部材と、を備え、
前記複数の単セルのうちの第１単セルの前記シール部は前記第１単セルに隣接する第２単セルの前記第２部材に当接していて、
前記第１部材は、前記シール部に対向する面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って凹凸部を有する、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記シール部と前記第２部材とは、前記シール部又は前記第２部材に設けられた突起が当接している、請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記流通部は、前記シール部に交差して延在した中空状の第２突出部からなる、請求項１または２記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記流通部は、前記シール部の側面に設けられ、前記シール部の中空と前記シール部の外側とを連通する貫通孔からなる、請求項１または２記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第２部材は、ゴム又はエラストマー樹脂である、請求項１から４のいずれか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記複数の単セルは、前記第１セパレータが一方を構成し、第２セパレータが他方を構成する１対のセパレータと、膜電極接合体を囲む絶縁フレームと、を備え、
前記第１部材は、前記第２セパレータであり、
前記第２部材は、前記絶縁フレームである、請求項１から５のいずれか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記複数の単セルは、前記第１セパレータが一方を構成する１対のセパレータと、前記１対のセパレータに挟持され、膜電極接合体を囲む絶縁フレームと、を備え、
前記第１部材は、前記絶縁フレームであり、
前記第２部材は、前記１対のセパレータの他方を構成する第２セパレータの前記絶縁フレームとは反対側の面に配置された弾性部材である、請求項１から５のいずれか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記第１部材は、平坦面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って複数の凸部又は複数の凹部が設けられることで前記凹凸部を有する、請求項１から７のいずれか一項記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記第１部材は、平坦面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って延在し且つ前記平坦面に平行な方向に振幅を有する波形状をした凸部が設けられることで前記凹凸部を有する、請求項１から７のいずれか一項記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層された複数の単セルと、複数の単セルを貫通して設けられ、流体が流通するマニホールドと、を備える燃料電池スタックが知られている。マニホールドを流れる流体が単セル間で外部に漏れることを抑制するために、マニホールドの周りにシール部を設けて流体を封止することが行われている。例えば、マニホールドを囲むように中空状の突出部からなるシール部がセパレータに設けられ、このシール部が隣接する単セルに当接することで流体を封止することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５０４８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マニホールドと単セルとの間で流体が流通するよう、セパレータに、マニホールドを囲む中空状の突出部からなるシール部の他に、シール部の中空を介してマニホールドとシール部に対してマニホールドとは反対側との間で流体を流通させる流通部を設けることが考えられる。この場合、マニホールドを流れる流体を封止するためにシール部が隣接する単セルに当接して凹むと、シール部の中空を介して流れる流体の流通路が狭くなり、流体が流れ難くなることがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流体が流れ難くなることを抑制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、積層された複数の単セルと、前記複数の単セルを貫通して設けられ、流体が流通するマニホールドと、を備え、前記複数の単セルは、前記マニホールドの周りを囲んで設けられた中空状の第１突出部からなるシール部と、前記シール部の中空を介して前記マニホールドと前記シール部に対して前記マニホールドとは反対側との間で前記流体を流通させる流通部と、を有する第１セパレータと、前記第１セパレータの前記シール部が突出する側とは反対側に配置された第１部材と、前記第１部材に対して前記第１セパレータとは反対側に配置された弾性部材からなる第２部材と、を備え、前記複数の単セルのうちの第１単セルの前記シール部は前記第１単セルに隣接する第２単セルの前記第２部材に当接していて、前記第１部材は、前記シール部に対向する面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って凹凸部を有する、燃料電池スタックである。
【０００７】
上記構成において、前記シール部と前記第２部材とは、前記シール部又は前記第２部材に設けられた突起が当接している構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記流通部は、前記シール部に交差して延在した中空状の第２突出部からなる構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記流通部は、前記シール部の側面に設けられ、前記シール部の中空と前記シール部の外側とを連通する貫通孔からなる構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第２部材は、ゴム又はエラストマー樹脂である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記複数の単セルは、前記第１セパレータが一方を構成し、第２セパレータが他方を構成する１対のセパレータと、膜電極接合体を囲む絶縁フレームと、を備え、前記第１部材は、前記第２セパレータであり、前記第２部材は、前記絶縁フレームである構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記複数の単セルは、前記第１セパレータが一方を構成する１対のセパレータと、前記１対のセパレータに挟持され、膜電極接合体を囲む絶縁フレームと、を備え、前記第１部材は、前記絶縁フレームであり、前記第２部材は、前記１対のセパレータの他方を構成する第２セパレータの前記絶縁フレームとは反対側の面に配置された弾性部材である構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記第１部材は、平坦面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って複数の凸部又は複数の凹部が設けられることで前記凹凸部を有する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記第１部材は、平坦面に前記シール部と前記第２部材との当接部分に沿って延在し且つ前記平坦面に平行な方向に振幅を有する波形状をした凸部が設けられることで前記凹凸部を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流体が流れ難くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、実施例１における単セルの分解平面図、図２（ｂ）は、膜電極ガス拡散層接合体の断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１における単セルの積層前の分解斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施例１における単セルの積層後の断面図である。
【図５】図５（ａ）は、比較例における単セルの積層前の断面図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、積層後の断面図である。
【図６】図６は、流体の流れを説明するための単セルの平面図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｅ）は、実施例１の変形例１から変形例５における単セルの平面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例２における単セルの積層前の断面図、図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、積層後の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、実施例３における単セルの積層前の分解斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３における単セルの積層後の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、実施例４における単セルの積層前の断面図、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、積層後の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、実施例５における単セルの積層前の断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ方向及びＢ方向から見たシール部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１に係る燃料電池スタックの斜視図である。図１のように、燃料電池スタック１００は、単セル１０が複数積層されたセル積層体１２と、セル積層体１２の積層方向両端を挟持する１対のエンドプレート１４と、を備える。単セル１０は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。
【００１９】
１対のエンドプレート１４のうちの一方のエンドプレート１４からセル積層体１２を貫通するマニホールドが設けられている。マニホールドは、燃料ガス用の燃料ガス供給マニホールド１６及び燃料ガス排出マニホールド１８と、酸化剤ガス用の酸化剤ガス供給マニホールド２０及び酸化剤ガス排出マニホールド２２と、冷媒用の冷媒供給マニホールド２４及び冷媒排出マニホールド２６と、を含む。
【００２０】
図２（ａ）は、実施例１における単セルの分解平面図、図２（ｂ）は、膜電極ガス拡散層接合体の断面図である。図２（ａ）のように、単セル１０は、アノード側セパレータ３８ａと、カソード側セパレータ３８ｃと、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）４０と、ＭＥＧＡ４０を囲む絶縁フレーム４６と、を備える。アノード側セパレータ３８ａ、カソード側セパレータ３８ｃ、絶縁フレーム４６の順に配置されている。アノード側セパレータ３８ａ及びカソード側セパレータ３８ｃは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成されており、例えばプレス成型したステンレス鋼などの金属部材によって形成されている。絶縁フレーム４６は、ゴム又はエラストマー樹脂（例えば熱可塑性エラストマー樹脂）などの弾性部材によって形成されている。
【００２１】
アノード側セパレータ３８ａのカソード側セパレータ３８ｃと反対側の面には、燃料ガス供給マニホールド１６と燃料ガス排出マニホールド１８とを連通し、燃料ガスが流れるアノードガス流路４２ａが形成されている。カソード側セパレータ３８ｃのアノード側セパレータ３８ａとは反対側の面には、酸化剤ガス供給マニホールド２０と酸化剤ガス排出マニホールド２２とを連通し、酸化剤ガスが流れるカソードガス流路４２ｃが形成されている。アノード側セパレータ３８ａ及びカソード側セパレータ３８ｃそれぞれの対向する側の面には、冷媒供給マニホールド２４と冷媒排出マニホールド２６とを連通し、冷媒が流れる冷媒流路４４が形成されている。
【００２２】
アノード側セパレータ３８ａには、マニホールドを流れる流体が外部に漏れることを抑制するためのシール部５０が設けられている。シール部５０は、マニホールドの周りを囲んで設けられている。
【００２３】
図２（ｂ）のように、ＭＥＧＡ４０は、電解質膜３２と、電解質膜３２の一方の面に設けられたアノード触媒層３４ａと、他方の面に設けられたカソード触媒層３４ｃと、を備える膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）３０を含む。電解質膜３２は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層３４ａ及びカソード触媒層３４ｃは、電気化学反応を進行させる触媒（例えば白金や、白金−コバルト合金）を担持したカーボン粒子（例えばカーボンブラック）と、スルホン酸基を有する固体高分子であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。
【００２４】
ＭＥＡ３０の両側に１対のガス拡散層（アノードガス拡散層３６ａとカソードガス拡散層３６ｃ）が配置されている。ＭＥＡ３０と１対のガス拡散層とによってＭＥＧＡ４０が形成される。アノードガス拡散層３６ａ及びカソードガス拡散層３６ｃは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成されており、例えばカーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材によって形成されている。
【００２５】
図３（ａ）は、実施例１における単セルの積層前の分解斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。図３（ａ）は、例えば図２（ａ）の領域Ａの冷媒排出マニホールド２６の周辺での分解斜視図であるが、以下に説明する構造は、燃料ガス供給マニホールド１６、燃料ガス排出マニホールド１８、酸化剤ガス供給マニホールド２０、酸化剤ガス排出マニホールド２２、及び冷媒供給マニホールド２４の周辺においても適用できる。
【００２６】
図３（ａ）から図３（ｃ）のように、アノード側セパレータ３８ａには、マニホールドを流れる流体が燃料電池スタック１００の外部に漏れないように封止するシール部５０と、マニホールドとシール部５０に対してマニホールドとは反対側に設けられた流路との間で流体を流通させる複数の流通部５２と、が設けられている。流通部５２は、シール部５０に交差する方向に延在している。シール部５０は、メタルバネとしての機能が発揮されるように中空状の突出部で形成され、内側に中空５４を有する。流通部５２は、流体が流通するように中空状の突出部で形成され、内側に中空５６を有する。シール部５０の中空５４と流通部５２の中空５６とは連結していて、流通部５２を流れる流体はシール部５０の中空５４を介して流通する。シール部５０と流通部５２とは、例えばプレス加工によって形成される。なお、図２（ａ）において、冷媒排出マニホールド２６と流路との間には２本のシール部５０が並んで設けられているため、流通部５２を流れる冷媒は２本のシール部５０の中空５４を介して流通する。
【００２７】
カソード側セパレータ３８ｃには、シール部５０に対向する部分の平坦面に、シール部５０の延在方向に沿って半球状の複数の凸部６０が点在して形成されている。すなわち、凸部６０は、シール部５０の中空５４内に位置している。凸部６０は、例えばプレス加工によって形成される。複数の凸部６０が点在していることで、カソード側セパレータ３８ｃのシール部５０に対向する面には、凸部６０と凸部６０の間の平坦部６２とからなり、シール部５０の延在方向に沿った凹凸部６４が形成されている。凹凸部６４は、例えばシール部５０と同様にマニホールドの周りを完全に囲んで設けられている。
【００２８】
絶縁フレーム４６は、カソード側セパレータ３８ｃとは反対側の面のうちのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０の直下に位置する部分に突起５８を有する。突起５８は、シール部５０の延在方向に沿って延在していて、例えばシール部５０と同様にマニホールドの周りを完全に囲んで設けられている。
【００２９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施例１における単セルの積層後の断面図である。図４（ａ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図であり、図４（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、セル積層体１２のうちの第１単セル１０ａのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０は、第１単セル１０ａに隣接する第２単セル１０ｂの絶縁フレーム４６に設けられた突起５８に当接している。これにより、シール部５０が弾性変形することで反力が発生して、マニホールドを流れる流体は封止されている。
【００３０】
ここで、実施例１の効果を説明するにあたり、比較例の燃料電池スタックについて説明する。図５（ａ）は、比較例における単セルの積層前の断面図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、積層後の断面図である。図５（ａ）のように、比較例においては、カソード側セパレータ３８ｃのシール部５０に対向する面に凸部が形成されていない。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００３１】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）のように、第１単セル１０ａのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０は、第１単セル１０ａに隣接する第２単セル１０ｂの絶縁フレーム４６に設けられた突起５８に当接している。カソード側セパレータ３８ｃは、シール部５０の中空５４に露出する面が平坦形状となっている。このため、絶縁フレーム４６が当接してシール部５０が凹むことで、流通部５２を流れる流体の流通路が狭められ又は閉塞されて、流通部５２を流れる流体が流れ難くなる又は流れることができなくなる。
【００３２】
これに対し、実施例１では、図３（ａ）から図４（ｂ）のように、カソード側セパレータ３８ｃのシール部５０に対向する面に、シール部５０と絶縁フレーム４６との当接部分に沿って凹凸部６４が設けられている。これにより、シール部５０が絶縁フレーム４６に当接することで凹んだ場合でも、シール部５０は凸部６０によって凹み量が制限され、流通部５２を流れる流体の流通路を確保することができる。このため、流通部５２を流れる流体が流れ難くなることを抑制できる。なお、実施例１においては、アノード側セパレータ３８ａが特許請求の範囲における第１セパレータに相当し、カソード側セパレータ３８ｃが第１部材に相当し、絶縁フレーム４６が第２部材に相当する。
【００３３】
また、実施例１によれば、絶縁フレーム４６に突起５８が設けられ、シール部５０と絶縁フレーム４６とは突起５８で当接している。これにより、シール部５０と絶縁フレーム４６との接触面圧を高めることができ、流体の封止をより確実に行うことができる。なお、絶縁フレーム４６に突起５８が設けられていない場合でもよい。
【００３４】
また、実施例１によれば、流通部５２は、シール部５０に交差する方向に延在した中空状の突出部からなる。これにより、シール部５０の側面の強度が高くなり、シール部５０と絶縁フレーム４６とが当接したときにシール部５０の側面の変形を効果的に抑制して流体の流通経路を確保することができる。
【００３５】
また、実施例１によれば、図３（ｃ）及び図４（ｂ）のように、カソード側セパレータ３８ｃに設けられた凸部６０は、流通部５２とシール部５０とが交差する部分には配置されていない。これにより、流体をスムーズに流れさせることができる。なお、凸部６０が流通部５２とシール部５０とが交差する部分に配置されている場合でもよい。この場合でも、図６のように、流体は凸部６０を迂回して流れることができる。流体が凸部６０を迂回して流れることを考慮すると、凸部６０は平面視で円形又は楕円形をしていることが好ましい。
【００３６】
また、実施例１によれば、アノード側セパレータ３８ａのシール部５０に当接する絶縁フレーム４６は、ゴム又はエラストマー樹脂からなる。このように、絶縁フレーム４６自身が弾性を有することにより、絶縁フレーム４６に別部材の弾性部材を備える場合と比較して、部品点数を少なくすることができる。ただし、絶縁フレーム４６がゴム又はエラストマー樹脂からなる場合に限られず、絶縁フレーム４６が弾性を備えない樹脂材料からなり、シール部５０に当接する部位にゴム又はエラストマー樹脂からなる弾性材料を備えていてもよい。
【００３７】
実施例１において、シール部５０が設けられたアノード側セパレータ３８ａと、凹凸部６４が設けられたカソード側セパレータ３８ｃとは、同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。アノード側セパレータ３８ａとカソード側セパレータ３８ｃとが異なる材料で形成されている場合であっても、凸部６０によってシール部５０の凹みを止める点から、カソード側セパレータ３８ｃの凸部６０は、アノード側セパレータ３８ａのシール部５０よりも剛性が高くなるように、材料と形状が選択されていることが好ましい。
【００３８】
なお、シール部５０の凹み量によって、シール部５０は塑性変形となる場合がある。シール部５０が塑性変形すると、シール部５０からの反力が弱くなってシール面圧が低下することや、シール部５０が元の形状に復元しなくなるために再度の組み付けができないことが生じる。そこで、凸部６０の高さを、シール部５０の凹みが弾性変形域内に留まる高さに設定することが好ましい。
【００３９】
図７（ａ）から図７（ｅ）は、実施例１の変形例１から変形例５における単セルの平面図である。図７（ａ）のように、凹凸部６４を形成する凸部６０は、半球状の場合に限られず、直方体状（平面視で矩形状）の場合でもよい。図７（ｂ）のように、凸部６０は、シール部５０と絶縁フレーム４６とが接することで荷重を直接受ける部位を避けるように、シール部５０の幅方向に分かれて設けられてもよい。図７（ｃ）のように、複数の流通部５２が設けられた流通領域５３においては凹凸部６４が形成され、流通領域５３以外の領域においては凸部６０が連続して形成されてもよい。図７（ｄ）のように、複数の流通部５２が設けられた流通領域５３においては凹凸部６４が形成され、流通領域５３以外の領域においては凸部６０が形成されてなく平坦となっていてもよい。図７（ｅ）のように、シール部５０と絶縁フレーム４６との当接部分（一点鎖線で図示）に沿って延在し且つ平坦面に平行な方向に振幅を有する波形状をした凸部６０が設けられていてもよい。このような波形状の凸部６０が設けられることで、シール部５０と絶縁フレーム４６との当接部分において凸部６０とその間の平坦部６２とからなる凹凸部６４が形成される。
【００４０】
このように、カソード側セパレータ３８ｃに設けられる凹凸部６４は、平坦面にシール部５０と絶縁フレーム４６との当接部分に沿って複数の凸部６０が設けられることで形成されてもよいし、シール部５０と絶縁フレーム４６との当接部分に沿って延在し且つ平坦面に平行な方向に振幅を有する波形状をした凸部６０が設けられることで形成されてもよい。
【実施例２】
【００４１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例２における単セルの積層前の断面図、図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、積層後の断面図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）のように、実施例２においては、絶縁フレーム４６に突起は設けられてなく、代わりに、アノード側セパレータ３８ａのシール部５０に突起５８ａが設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００４２】
図８（ｃ）及び図８（ｄ）のように、第１単セル１０ａのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０の突起５８ａが第１単セル１０ａに隣接する第２単セル１０ｂの絶縁フレーム４６に当接している。これにより、シール部５０が凹んで弾性変形することで反力が発生して、マニホールドを流れる流体は封止されている。
【００４３】
実施例２のように、シール部５０に突起５８ａが設けられ、シール部５０と絶縁フレーム４６とは突起５８ａで当接していてもよい。この場合でも、シール部５０と絶縁フレーム４６との接触面圧を高めることができる。
【実施例３】
【００４４】
実施例３における単セル１０は、アノード側セパレータ３８ａとカソード側セパレータ３８ｃとでＭＥＧＡ４０及び絶縁フレーム４６を挟持した構造をしている。図９（ａ）は、実施例３における単セルの積層前の分解斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ間の断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。図９（ａ）から図９（ｃ）のように、アノード側セパレータ３８ａには、実施例１と同じく、シール部５０と流通部５２が設けられている。シール部５０には、実施例２と同じく、突起５８ａが設けられている。
【００４５】
絶縁フレーム４６には、シール部５０に対向する部分の平坦面に、シール部５０の延在方向に沿って半球状の複数の凸部７０が点在して形成されている。すなわち、凸部７０は、シール部５０の中空５４内に位置している。これにより、絶縁フレーム４６のシール部５０に対向する面には、凸部７０と凸部７０の間の平坦部７２とからなり、シール部５０の延在方向に沿った凹凸部７４が形成されている。凹凸部７４は、例えばシール部５０と同様にマニホールドの周りを完全に囲んで設けられていている。
【００４６】
カソード側セパレータ３８ｃの絶縁フレーム４６とは反対側の面のうちのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０の直下に位置する部分に弾性部材７６が設けられている。弾性部材７６は、シール部５０の延在方向に沿って延在して設けられていて、例えばシール部５０と同様にマニホールドの周りを完全に囲んで設けられている。弾性部材７６は、例えばゴム又はエラストマー樹脂で形成されていて、塗工又はシート貼り付けによって形成される。
【００４７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３における単セルの積層後の断面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、第１単セル１０ａのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０の突起５８ａが第１単セル１０ａに隣接する第２単セル１０ｂのカソード側セパレータ３８ｃに設けられた弾性部材７６に当接している。これにより、シール部５０が凹んで弾性変形することで反力が発生して、マニホールドを流れる流体は封止されている。
【００４８】
実施例３によれば、図９（ａ）から図１０（ｂ）のように、絶縁フレーム４６のシール部５０に対向する面に、シール部５０と弾性部材７６との当接部分に沿って凹凸部７４が設けられている。これにより、シール部５０が弾性部材７６に当接することで凹んだ場合でも、シール部５０は凸部７０によって凹み量が制限されるため、流通部５２を流れる流体の流通路を確保することができる。このため、流通部５２を流れる流体が流れ難くなることを抑制できる。なお、実施例３においては、アノード側セパレータ３８ａが特許請求の範囲における第１セパレータに相当し、絶縁フレーム４６が第１部材に相当し、弾性部材７６が第２部材に相当する。
【００４９】
実施例３においても、絶縁フレーム４６に設けられた凸部７０を実施例１の図７（ａ）から図７（ｅ）に示した形状としてもよい。また、実施例１と同様に、シール部５０には突起５８ａが設けられずに、弾性部材７６に突起が設けられていてもよい。
【実施例４】
【００５０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、実施例４における単セルの積層前の断面図、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、積層後の断面図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、実施例４においては、絶縁フレーム４６のシール部５０に対向する部分の平坦面に、シール部５０の延在方向に沿って、平面視で矩形状をした複数の凹部８０が点在して形成されている。これにより、絶縁フレーム４６のシール部５０に対向する面には、凹部８０とその間の平坦部８２とからなり、シール部５０の延在方向に沿った凹凸部が形成されている。凹部８０は、流通部５２とシール部５０とが交差する部分に設けられていることが好ましい。その他の構成は、実施例３と同じであるため説明を省略する。
【００５１】
図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）のように、第１単セル１０ａのアノード側セパレータ３８ａに設けられたシール部５０の突起５８ａが第１単セル１０ａに隣接する第２単セル１０ｂのカソード側セパレータ３８ｃに設けられた弾性部材７６に当接している。これにより、シール部５０が凹んで弾性変形することで反力が発生して、マニホールドを流れる流体は封止されている。
【００５２】
実施例４によれば、図１１（ａ）から図１１（ｄ）のように、絶縁フレーム４６のシール部５０に対向する平坦面に凹部８０が形成されることで、シール部５０と弾性部材７６との当接部分に沿って凹凸部が形成されている。これにより、シール部５０が弾性部材７６に当接することで凹んだ場合でも、流通部５２を流れる流体の流通路を確保でき、流通部５２を流れる流体が流れ難くなることを抑制できる。
【００５３】
また、実施例４によれば、凹部８０は、その側面がテーパ形状となっている。これにより、流体の流れをスムーズにすることができる。なお、流体の流れをスムーズにする点からは、凹部８０は半球状であってもよい。
【００５４】
なお、実施例１及び実施例２においても、カソード側セパレータ３８ｃの平坦面に凹部が設けられることで凹凸部が形成されていてもよい。
【実施例５】
【００５５】
図１２（ａ）は、実施例５における単セルの積層前の断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ方向及びＢ方向から見たシール部の側面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のように、実施例５においては、中空状の突出部からなる流通部は設けられていない。シール部５０の側面にシール部５０の中空５４とシール部５０の外側とを連通する貫通孔９０が設けられていて、この貫通孔９０が流通部５２ａとなっている。すなわち、マニホールドを流れる流体はシール部５０によって封止されていることから、シール部５０の側面に貫通孔９０を設けることで、シール部５０の中空５４を介してマニホールドとシール部５０に対してマニホールドとは反対側との間を流体が流通することができる。その他の構成は、実施例３と同じであるため説明を省略する。
【００５６】
実施例５のように、流通部５２ａは、シール部５０の側面に設けられ、シール部５０の中空５４とシール部５０の外側とを連通する貫通孔９０からなる場合でもよい。この場合、中空状の突出部からなる連通部を設ける場合に比べて、容易に製造することができる。
【００５７】
実施例１から実施例５において、アノード側セパレータ３８ａにシール部５０と流通部５２、５２ａが設けられている場合を例に示したが、カソード側セパレータ３８ｃにシール部５０と流通部５２、５２ａが設けられていてもよい。
【００５８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０〜１０ｂ  単セル
１２  セル積層体
１４  エンドプレート
１６  燃料ガス供給マニホールド
１８  燃料ガス排出マニホールド
２０  酸化剤ガス供給マニホールド
２２  酸化剤ガス排出マニホールド
２４  冷媒供給マニホールド
２６  冷媒排出マニホールド
３０  膜電極接合体
３２  電解質膜
３４ａ  アノード触媒層
３４ｃ  カソード触媒層
３６ａ  アノードガス拡散層
３６ｃ  カソードガス拡散層
３８ａ  アノード側セパレータ
３８ｃ  カソード側セパレータ
４０  膜電極ガス拡散層接合体
４２ａ  アノードガス流路
４２ｃ  カソードガス流路
４４  冷媒流路
４６  絶縁フレーム
５０  シール部
５２、５２ａ  流通部
５３  流通領域
５４、５６  中空
５８、５８ａ  突起
６０、７０  凸部
６２、７２  平坦部
６４、７４  凹凸部
７６  弾性部材
８０  凹部
８２  平坦部
９０  貫通孔
【図１】
2018137074.tif 000003
【図２】
2018137074.tif 000004
【図３】
2018137074.tif 000005
【図４】
2018137074.tif 000006
【図５】
2018137074.tif 000007
【図６】
2018137074.tif 000008
【図７】
2018137074.tif 000009
【図８】
2018137074.tif 000010
【図９】
2018137074.tif 000011
【図１０】
2018137074.tif 000012
【図１１】
2018137074.tif 000013
【図１２】
2018137074.tif 000014