(57)【要約】【課題】エアー抜き部から侵入した水により発生する接着剥離を抑制し、燃料電池の性能低下を抑制する。【解決手段】燃料電池セルに接着される燃料電池用セパレータである。複数のマニホールド孔と、接着剤が塗布される接着面と、接着面に塗布した接着剤中に発生した気泡からエアーを除去して複数のマニホールド孔のいずれかに排出するための複数のエアー抜き部と、を備えている。複数のエアー抜き部は、隣接して配置される互いに異なるマニホールド孔に設けられた複数のエアー抜き部から接着剤と接着面との界面に進入する水が同じ領域に進入しないように、配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルに接着される燃料電池用セパレータであって、
複数のマニホールド孔と、
接着剤が塗布される接着面と、
前記接着面に塗布した接着剤中に発生した気泡からエアーを除去して前記複数のマニホールド孔のいずれかに排出するための複数のエアー抜き部と、を備えており、
前記複数のエアー抜き部は、隣接して配置される互いに異なるマニホールド孔に設けられた複数の前記エアー抜き部から前記接着剤と接着面との界面に進入する水が同じ領域に進入しないように、配置されている
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用セパレータ、特に、燃料電池用セパレータを燃料電池セルに対して接着剤を用いて接着する際に、接着剤内に発生する気泡を除去するためのエア抜き構造を有する燃料電池セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。図１１は、燃料電池の概略構造の一例を示す説明図である。図１１に示すように、この燃料電池は、発電部１２を有する燃料電池セル（発電セル）１０と、アノード側の燃料電池用セパレータ（Ａｎセパレータ）２０と、カソード側の燃料電池用セパレータ（Ｃａセパレータ）３０とで構成される。なお、燃料電池用セパレータを単に「セパレータ」と呼ぶ場合もある。
【０００３】
アノード側のセパレータ２０の燃料電池セル１０と接する面には、周辺部に設けられた燃料ガス供給口２０ｈｉから燃料ガス排出口２０ｈｏまでを結ぶ燃料ガス流路部２０ｆｌが形成されている。なお、燃料ガスとしては水素が利用される。また、燃料ガス流路部２０ｆｌは、発電部１２に対応する領域に形成されている。そのほか、セパレータ２０の周辺部には、酸化ガス供給口２０ｏｉ、酸化ガス排出口２０ｏｏ、冷媒供給口２０ｃｉ、および、冷媒排出口２０ｃｏが形成されている。
【０００４】
カソード側のセパレータ３０の燃料電池セル１０と接する面には、周辺部に設けられた酸化ガス供給口３０ｏｉから酸化ガス排出口３０ｏｏまでを結ぶ酸化ガス流路３０ｆｌが形成されている。なお、酸化ガスとしては空気（厳密には空気に含まれる酸素）が利用される。また、酸化ガス流路部３０ｆｌは、発電部１２に対応する領域に形成されている。そのほか、セパレータ３０の周辺部には、燃料ガス供給口３０ｈｉ、燃料ガス排出口３０ｈｏ、冷媒供給口３０ｃｉ、および、冷媒排出口３０ｃｏが形成されている。
【０００５】
燃料電池セル１０の発電部１２は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）により構成される。発電部１２の周辺部には、セパレータ２０，３０と同様に、燃料ガス供給口１０ｈｉ、燃料ガス排出口１０ｈｏ、酸化ガス供給口１０ｏｉ、酸化ガス排出口１０ｏｏ、冷媒供給口１０ｃｉ、および、冷媒排出口１０ｃｏが形成されている。
【０００６】
この燃料電池１００は、燃料電池セル１０に対して、例えば、そのアノード側にアノード側の燃料電池用セパレータ２０の燃料電池セル１０に接する面（以下、「接着面」と呼ぶ）ＣＰに接着剤を塗布し、また、同様に、そのカソード側にカソード側の燃料電池用セパレータ３０の燃料電池セル１０の接着面に接着剤を塗布し、それぞれ接着して構成される。そして、燃料電池セル１０およびセパレータ２０，３０のそれぞれ対応する供給口および排出口が結合されて、それぞれのガスや冷媒に対応するマニホールドが構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０７６４４号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２０２８号公報
【特許文献３】特開２００６−３３１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１２は、図１１に示した燃料電池における問題点について示す説明図である。図１２は、図１１に示したアノード側の燃料電池用セパレータ２０のＡ部（円で示した枠部）を拡大して示している。図１１に示したように、セパレータの接着面ＣＰに接着剤を塗布してセパレータ２０を燃料電池セル１０に接着する場合には、接着剤に発生する気泡に溜まっているエアーを除去する必要がある。なぜならば、その気泡のために、接着によるシールラインが寸断されてしまい、シール効果が得られなくなる可能性があるためである。このため、図１２に示すように、セパレータ２０には、気泡中のエアーを除去するためのエアー抜き部ＡＤが設けられている。
【０００９】
しかしなら、発電実行中において、各供給口や排出口に設けられたエアー抜き部ＡＤ、例えば、図１２の冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤは排出される冷却水と常に接し、また、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤは、発電部１２のカソード側で生成された水と接する環境に曝される。このため、エアー抜き部ＡＤは、燃料電池の作製工程時には重要な構成要素であるが、発電実行時においては、逆に、エアー抜き部ＡＤに接した水が接着剤中に進入する経路となってしまう。水分が被着体と接着剤との界面に進入して拡散すると、被着体表面と接着剤との結合を破壊して接着剥離が発生するため、ガスリークや冷媒リークの原因となる。特に、図１２に示したＢ１領域，Ｂ２領域（破線円の領域）は、冷媒排出口２０ｃｏからの冷媒である冷却水と、酸化ガス排出口２０ｏｏからの電気化学反応による生成水との両方が進入する領域（以下、「水分進入重複領域」と呼ぶ）となるため、他の領域に比べて剥離強度が弱くなり、最初に剥離してしまう可能性が高い。
【００１０】
そこで、本発明は、エアー抜き部から侵入した水により発生する接着剥離を抑制し、燃料電池の性能低下を抑制す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】
【００１１】
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。
【００１２】
［適用例１］
燃料電池セルに接着される燃料電池用セパレータであって、
複数のマニホールド孔と、
接着剤が塗布される接着面と、
前記接着面に塗布した接着剤中に発生した気泡からエアーを除去して前記複数のマニホールド孔のいずれかに排出するための複数のエアー抜き部と、を備えており、
前記複数のエアー抜き部は、隣接して配置される互いに異なるマニホールド孔に設けられた複数の前記エアー抜き部から前記接着剤と接着面との界面に進入する水が同じ領域に進入しないように、配置されている
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
この燃料電池用セパレータによれば、複数のエアー抜き部が、接着剤と接着面との界面にエアー抜き部から侵入する水が同じ領域に浸入しないように配置されているので、従来例で説明した水分進入重複領域が形成されないため、エアー抜き部から侵入した水により発生する接着剥離を抑制し、燃料電池の性能低下を抑制することが可能である。
【００１３】
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、燃料電池用セパレータだけでなく、これを用いた燃料電池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】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図３】第２実施例の燃料電池用セパレータの変形例について示す説明図である。
【図４】本発明の第３実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図６】第４実施例としての燃料電池セパレータの比較例について示す説明図である。
【図７】第４実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図８】本発明の第５実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図９】本発明の第６実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図１０】第６実施例の燃料電池セパレータの変形例について示す説明図である。
【図１１】燃料電池の概略構造の一例を示す説明図である。
【図１２】図１１に示した燃料電池における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】
【００１５】
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用セパレータについて示す説明図である。図１は、図１２と同様に、アノード側のセパレータ２０の図１１に示したＡ部と同じ箇所を拡大して示している。図１に示すように、本実施例では、図１１において水分進入重複領域となっていたＢ１領域への水の侵入口である冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ａおよび酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｂを省略した構造とした。また、同様に、水分進入重複領域となっていたＢ２領域への水の浸入口である冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ａおよび酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ｂを省略する構造とした。
【００１６】
ただし、上記のようにエアー抜き部を省略した場合、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域，Ｂ２領域から離れた外周端に２つのエアー抜き部ＡＤｏｐ１，ＡＤｏｐ２を追加した構造とした。
【００１７】
以上のように本実施例の構造では、従来例で説明した水分進入重複領域となっていたＢ１領域，Ｂ２領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。また、Ｂ１，Ｂ２領域から離れた外周端に新たにエアー抜き部を追加したことにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００１８】
Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図２は、図１と同じ箇所を拡大して示している。図２に示すように、本実施例では、図１１において水分進入重複領域となっていなＢ１領域への水の進入口のうち、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ａを省略するとともに、水分進入重複領域となっていたＢ２領域への水の浸入口のうち、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ｂを省略する構造とした。このようにしても、Ｂ１領域およびＢ２領域を水分侵入重複領域のない構造とすることができるので、水分進入重複領域となっていたＢ１領域，Ｂ２領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００１９】
また、第１実施例と同様に、エアー抜き部を省略した場合に、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域，Ｂ２領域から離れた外周端に２つのエアー抜き部ＡＤｏｐ１，ＡＤｏｐ２を追加した構造とした。これにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００２０】
図３は、第２実施例の燃料電池用セパレータの変形例について示す説明図である。図３は、図１と同じ箇所を拡大して示している。図３においては、図２とは、反対に、Ｂ１領域への水の進入口のうち、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｂを省略するとともに、水分進入重複領域となっていたＢ２領域への水の浸入口のうち、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ａを省略する構造とした。このようにしても、Ｂ１領域およびＢ２領域を水分侵入重複領域といない構造とすることができるので、水分進入重複領域となっていたＢ１領域，Ｂ２領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００２１】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図４は、図１と同じ箇所を拡大して示している。図４に示すように、本実施例では、図１１において水分進入重複領域となっていなＢ１領域への水の進入口のうち、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ａを省略するとともに、水分進入重複領域となっていたＢ２領域への水の浸入口のうち、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ａを省略する構造とした。このようにしても、Ｂ１領域およびＢ２領域を水分侵入重複領域といない構造とすることができるので、水分進入重複領域となっていたＢ１領域，Ｂ２領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、第１実施例と同様に、エアー抜き部を省略した場合に、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域，Ｂ２領域から離れた外周端に２つのエアー抜き部ＡＤｏｐ１，ＡＤｏｐ２を追加した構造とした。これにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００２３】
図５は、本発明の第３実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図５は、図１と同じ箇所を拡大して示している。図１２と同様に、アノード側のセパレータ２０Ｃｂの、図１１に示したＡ部と同じ箇所を拡大して示している。図５に示すように、本実施例では、図１１において水分進入重複領域となっていなＢ１領域への水の進入口のうち、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｂを省略するとともに、水分進入重複領域となっていたＢ２領域への水の浸入口のうち、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ２ｂを省略する構造とした。このようにしても、Ｂ１領域およびＢ２領域を水分侵入重複領域といない構造とすることができるので、水分進入重複領域となっていたＢ１領域，Ｂ２領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００２４】
Ｄ．第４実施例：
図６は、第４実施例としての燃料電池セパレータの比較例について示す説明図である。図６は、図第１〜第３実施例と異なり、冷媒排出口２０ｃｏおよび酸化ガス排出口２０ｏｏが、図６に示すような構成の場合には、以下で説明するエアー抜き部から進入する水分により水分進入量重複領域であるＢ１領域が形成される。すなわち、冷媒排出口２０の２つのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ１，ＡＤｂ１ｘ２と、酸化ガス排出口２０ｏｏの１つのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ３の３つのエアー抜き部から進入する水分がｂ１領域で重複する構造となっている。
【００２５】
このような構造の場合には、以下で説明するようにして、Ｂ１領域を水分進入重複領域とならないように、エアー抜き部を配置構成すればよい。
【００２６】
図７は、第４実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図７は、図６と同じ箇所を拡大して示している。図７に示すように、本実施例では、図６において水分進入重複領域となっていたＢ１領域への水の侵入口である冷媒排出口２０ｃｏの２つのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ１，ＡＤｂ１ｘ２および酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ３を省略した構造とした。
【００２７】
ただし、上記のようにエアー抜き部を省略した場合、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域から離れた外周端にエアー抜き部ＡＤｏｐ３を追加した構造とした。
【００２８】
以上のように本実施例の構造では、従来例で説明した水分進入重複領域となっていたＢ１領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。また、Ｂ１領域から離れた外周端に新たにエアー抜き部を追加したことにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００２９】
Ｅ．第５実施例：
図８は、本発明の第５実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図８は、図６と同じ箇所を拡大して示している。図８に示すように、本実施例では、図６において水分進入重複領域となっていなＢ１領域への水の進入口のうち、冷媒排出口２０ｃｏの２つのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ１、ＡＤｂ１Ｘ２を省略構造とした。このようにしても、Ｂ１領域への水の浸入口は、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ３のみとなり、水分侵入重複領域であるＢ１領域を無くした構造とすることができるので、水分入重複領域となっていたＢ１領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００３０】
また、第１実施例と同様に、エアー抜き部を省略した場合に、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域から離れた外周端にエアー抜き部ＡＤｏｐ３を追加した構造とした。これにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
Ｆ．第６実施例：
図９は、本発明の第６実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図９は、図６と同じ箇所を拡大して示している。図９に示すように、本実施例では、図６において水分進入重複領域となっていたＢ１領域への水の浸入口のうち、酸化ガス排出口２０ｏｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ３と、冷媒排出口２０のエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ２を省略する構造とした。このようにしても、Ｂ１領域への水の浸入口は、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ１のみとなり、水分侵入重複領域であるＢ１領域を無くした構造とすることができるので、水分入重複領域となっていたＢ１領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００３１】
また、第１実施例と同様に、エアー抜き部を省略した場合に、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域から離れた外周端にエアー抜き部ＡＤｏｐ３を追加した構造とした。これにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００３２】
図１０は、第６実施例の燃料電池セパレータの変形例について示す説明図である。図１０は、図９と同様に、図６と同じ箇所を拡大して示している。図１０においては、図９とは異なり、冷媒排出口２０エアー抜き部ＡＤｂ１ｘ２を省略する構造としたものである。このようにしても、Ｂ１領域への水の浸入口は、冷媒排出口２０ｃｏのエアー抜き部ＡＤｂ１ｘ２のみとなり、水分侵入重複領域であるＢ１領域を無くした構造とすることができるので、水分入重複領域となっていたＢ１領域での接着剥離を抑制することが可能となり、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、第１実施例と同様に、エアー抜き部を省略した場合に、接着工程において接着剤に発生した気泡に対するエアー抜き効果化が低下しないように、Ｂ１領域から離れた外周端にエアー抜き部ＡＤｏｐ３を追加した構造とした。これにより、接着工程時におけるエアー抜き効果の低下を抑制することも可能である。
【００３４】
Ｇ．変形例：
なお、上記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。
【００３５】
上記実施例では、アノード側のセパレータの、冷媒排出口と酸化ガス排出口とに設けられるエアー抜き部による水分進入重複領域を例に説明したが、これに限定されるものではなく、種々の供給口や排出口等のマニホールド孔に設けられたエアー抜き部において、適用可能である。すなわち、セパレータに設けられるエアー抜き部が、エアー抜き部から進入する水によって水分進入重複領域が構成されないように、エアー抜き部の省略や配置、追加がなされていればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…燃料電池セル
１０ｃｉ…冷媒供給口
１０ｃｏ…冷媒排出口
１０ｈｉ…燃料ガス供給口
１０ｈｏ…燃料ガス排出口
１０ｏｉ…酸化ガス供給口
１０ｏｏ…酸化ガス排出口
１２…発電部
２０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）
２０Ｂａ…セパレータ
２０Ｂｂ…セパレータ
２０Ｃａ…セパレータ
２０Ｃｂ…セパレータ
２０Ｄ…セパレータ
２０Ｅ…セパレータ
２０Ｆ…セパレータ
２０Ｇａ…セパレータ
２０Ｇｂ…セパレータ
２０ｆｌ…燃料ガス流路部
２０ｃｉ…冷媒供給口
２０ｃｏ…冷媒排出口
２０ｈｉ…燃料ガス供給口
２０ｈｏ…燃料ガス排出口
２０ｏｉ…酸化ガス供給口
２０ｏｏ…酸化ガス排出口
３０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）
３０ｆｌ…酸化ガス流路部
３０ｃｉ…冷媒供給口
３０ｃｏ…冷媒排出口
３０ｈｉ…燃料ガス供給口
３０ｈｏ…燃料ガス排出口
３０ｏｉ…酸化ガス供給口
３０ｏｏ…酸化ガス排出口
１００…燃料電池
ＡＤ…エアー抜き部
ＡＤｂ１ａ…エアー抜き部
ＡＤｂ１ｂ…エアー抜き部
ＡＤｂ２ａ…エアー抜き部
ＡＤｂ２ｂ…エアー抜き部
ＡＤｏｐ１…エアー抜き部
ＡＤｏｐ２…エアー抜き部
ＡＤｏｐ３…エアー抜き部
ＡＤｂ１ｘ１…エアー抜き部
ＡＤｂ１ｘ２…エアー抜き部
ＡＤｂ１ｘ３…エアー抜き部
ＣＰ…接着面
【図１】
2011233460.tif 000003
【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】
2011233460.tif 000011
【図１０】
2011233460.tif 000012
【図１１】
2011233460.tif 000013
【図１２】
2011233460.tif 000014