(57)【要約】【課題】ガスシール性を確保するために接着剤を用いることに起因する問題を抑制しつつ、電解質膜上に形成されるガス流路において充分なガスシール性を実現する。【解決手段】電解質膜と、電解質膜上に形成された一対の電極と、各々の電極上に配置されて電極との間にガス流路を形成する一対のガスセパレータと、電解質膜の外周部に設けられ、少なくとも一部が電解質膜を巻回することによって構成された巻回シール部と、を備える燃料電池。巻回シール部は、ガスセパレータと直接あるいは他の部材を間に介して接し、電解質膜およびガスセパレータの積層方向に平行な締結圧が加えられたときに、巻回シール部が直接接する隣接部材であるガスセパレータあるいは他の部材との間で反力を生じることにより、隣接部材との接触部においてガスシール性を実現する。【選択図】図１
2011048970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、
該電解質膜上に形成された一対の電極と、
各々の前記電極上に配置されて該電極との間にガス流路を形成する一対のガスセパレータと、
前記電解質膜の外周部に設けられ、少なくとも一部が前記電解質膜を巻回することによって構成された巻回シール部と、
を備え、
前記巻回シール部は、前記ガスセパレータと直接あるいは他の部材を間に介して接し、前記電解質膜および前記ガスセパレータの積層方向に平行な締結圧が加えられたときに、前記巻回シール部が直接接する隣接部材である前記ガスセパレータあるいは前記他の部材との間で反力を生じることにより、前記隣接部材との接触部においてガスシール性を実現する
燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記巻回シール部は、全体として弾性を備えると共に、前記ガスセパレータと直接接し、前記ガスセパレータに対して反力を生じることにより、前記ガスセパレータとの接触部においてガスシール性を実現する
燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池であって、
少なくとも一方の前記セパレータは、前記巻回シール部と接する面において、前記巻回シール部と係合することによって前記セパレータ上における前記巻回シール部の位置を規定する位置決め係合部を有する
燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池であって、さらに、
前記一対のガスセパレータ間において、前記電解質膜の外周よりも前記セパレータの外周寄りに配置される弾性体であって、前記一対のガスセパレータと接することにより、前記ガスセパレータとの接触部においてガスシール性を実現する嵌め込みシール部を備え、
前記嵌め込みシール部は、前記ガスセパレータ間に配置されたときに前記電解質膜と対向する位置に、前記巻回シール部が嵌り込む凹部である嵌め込み凹部が形成されており、
前記巻回シール部は、前記嵌め込み凹部内に嵌り込んで、前記外部シール部との間で反力を生じることにより、前記外部シール部との接触部においてガスシール性を実現する
燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、
少なくとも一方の前記セパレータは、前記嵌め込みシール部と接する面において、前記嵌め込みシール部と係合することによって前記セパレータ上における前記嵌め込みシール部の位置を規定する位置決め係合部を有する
燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記電極と前記ガスセパレータとの間に配置された多孔質体であって、内部に設けられた細孔が形成する空間によって前記ガス流路を形成する流路形成多孔質体を備え、
前記ガスセパレータは、前記流路形成多孔質体と接する表面において、前記ガス流路に対してガスを給排する開口部が形成されており、
前記巻回シール部は、前記流路形成多孔質体の外周全体を囲んで配置されている
燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、
前記巻回シール部は、芯材の外周に、前記電解質膜の膜端部を１回以上巻回して成る
燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、
前記巻回シール部は、前記電解質膜のみを巻回して成る
燃料電池。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
一方の表面に位置決め係合部を有するガスセパレータを用意する第１の工程と、
表面に一対の電極が形成された電解質膜を用意する第２の工程と、
前記電解質膜の外周部において、少なくとも一部が前記電解質膜を巻回することによって構成され、全体として弾性体として構成される巻回シール部を形成する第３の工程と、
前記位置決め係合部に前記巻回シール部を係合させつつ、前記第１の工程で用意した前記ガスセパレータの前記一方の面上に、前記第２の工程で得た前記電解質膜を配置する第３の工程と、
前記第３の工程で前記電解質膜を配置した前記ガスセパレータの前記一方の面上に、さらに他の前記ガスセパレータを積層する第４の工程と、
前記電解質膜を間に配置して積層した前記セパレータ間に、締結圧を加える第５の工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
燃料電池の製造方法であって、
一方の表面に位置決め係合部を有するガスセパレータを用意する第１の工程と、
表面に一対の電極が形成された電解質膜を用意する第２の工程と、
前記電解質膜の外周部において、少なくとも一部が前記電解質膜を巻回することによって構成された巻回シール部を形成する第３の工程と、
前記巻回シール部を嵌め込み可能な嵌め込み凹部を有すると共に、弾性部材として構成された嵌め込みシール部を用意する第４の工程と、
前記嵌め込みシール部における前記嵌め込み凹部に対して前記巻回シール部を嵌め込んで、前記電解質膜と前記嵌め込みシール部とを一体化すると共に、前記位置決め係合部に前記嵌め込みシール部を係合させつつ、前記第１の工程で用意した前記ガスセパレータの前記一方の面上に、前記嵌め込みシール部と一体化した前記電解質膜を配置する第５の工程と、
前記第５の工程で前記電解質膜を配置した前記ガスセパレータの前記一方の面上に、さらに他の前記ガスセパレータを積層する第６の工程と、
前記電解質膜を間に配置して積層した前記セパレータ間に、締結圧を加える第７の工程と
を備える燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、電解質膜の両面に設けられた各電極上に形成される燃料ガスの流路や酸化ガスの流路におけるシール性を、充分に確保する必要がある。また、電解質膜が配置される領域よりも外側の領域において燃料電池内を貫通して設けられ、上記燃料ガスの流路や酸化ガスの流路に対してガスを給排するガスマニホールドにおいても、充分なガスシール性を確保する必要がある。そのため、一般に燃料電池においては、電極上のガス流路やガスマニホールドにおけるガスシール性を確保するために、電解質膜の外周部においてシール部が配置される。
【０００３】
ここで、セパレータのように、剛性の高い部材同士を積層する場合には、積層する剛性の高い部材間に、ガスケットなどの弾性を有するシール部を配置することによって、シール性を容易に確保することができる。その際に、例えば、剛性部材の表面に、上記ガスケットなどのシール部の配置箇所を定める凹凸である係合部を精度良く形成することによって、剛性部材とシール部とを交互に積層する際に、各々のシール部によってガスシールが行なわれる位置を、積層方向に精度良く合わせることが可能になる。
【０００４】
これに対して、剛性の高い部材であるセパレータと電解質膜とを積層する場合には、電解質膜の剛性が極めて低いために、電解質膜の表面にシール部の配置箇所を定めるための係合部を形成することによってシール部の位置決めを行なうことが困難となる。そのため、セパレータと電解質膜とを積層する燃料電池の製造方法としては、例えば、シール部を形成した電解質膜の外周部とセパレータ表面の所定の位置とを接着剤により接着した構造を積層単位として作製し、セパレータ同士を位置合わせしつつ、上記積層単位を積層する方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。このような構成とすることにより、各々のシール部によってガスシールが行なわれる位置を積層方向に精度良く合わせ、電極上に形成されるガス流路やガスマニホールドにおけるガスシール性を確保することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８５号公報
【特許文献２】特開２００９−０６４６９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３２９３号公報
【特許文献４】特開２００８−１７１６１４号公報
【特許文献５】特開２００８−２１８１９７号公報
【特許文献６】特開２００７−１５７５５９号公報
【特許文献７】特開２００９−０３２５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように接着剤を用いてガスシールを行なう場合には、接着剤の劣化に起因する剥離によってガスシール性が低下する場合がある。また、接着剤として例えば熱硬化性樹脂を用いる場合には、接着剤が熱硬化する際に収縮（寸法変化）するため、硬化後の接着剤の寸法がばらついて、積層時の面圧がばらついてしまう場合がある。また、接着剤を用いてガスシール性を確保する場合には、使用済みの燃料電池をリサイクルしようとする際に、積層された各部材の分解が困難化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ガスシール性を確保するために接着剤を用いることに起因する問題を抑制しつつ、電解質膜上に形成されるガス流路において充分なガスシール性を実現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、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池であって、
電解質膜と、
該電解質膜上に形成された一対の電極と、
各々の前記電極上に配置されて該電極との間にガス流路を形成する一対のガスセパレータと、
前記電解質膜の外周部に設けられ、少なくとも一部が前記電解質膜を巻回することによって構成された巻回シール部と、
を備え、
前記巻回シール部は、前記ガスセパレータと直接あるいは他の部材を間に介して接し、前記電解質膜および前記ガスセパレータの積層方向に平行な締結圧が加えられたときに、前記巻回シール部が直接接する隣接部材である前記ガスセパレータあるいは前記他の部材との間で反力を生じることにより、前記隣接部材との接触部においてガスシール性を実現する
燃料電池。
【００１０】
適用例１に記載の燃料電池によれば、上記積層方向に平行な締結圧が加えられたときに、巻回シール部が隣接部材との間で反力を生じることによりガスシール性を実現するため、ガスシールを実現するために接着剤を用いることに起因する問題を抑制することができる。
【００１１】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記巻回シール部は、全体として弾性を備えると共に、前記ガスセパレータと直接接し、前記ガスセパレータに対して反力を生じることにより、前記ガスセパレータとの接触部においてガスシール性を実現する燃料電池。適用例２に記載の燃料電池によれば、電解質膜の両面上に形成されたガス流路間のガスシールと、電解質膜上に形成されたガス流路とガス流路外部との間のガスシールとを、接着剤を用いることなく巻回シール部において生じる反力を利用したシールによって実現することができる。また、電解質膜を巻回することによって形成した巻回シール部によってガスシールを行なうため、ガスシールのための部材を別体で用意する必要が無く、組み立て時のハンドリング性が向上する。
【００１２】
［適用例３］
適用例２記載の燃料電池であって、少なくとも一方の前記セパレータは、前記巻回シール部と接する面において、前記巻回シール部と係合することによって前記セパレータ上における前記巻回シール部の位置を規定する位置決め係合部を有する燃料電池。適用例３に記載の燃料電池によれば、燃料電池の組み立て時において、ガスシールのための構造を、電解質膜に対して別途位置あわせする必要が無く、電解質膜と一体化した構造全体としてセパレータに対して位置合わせするだけで良く、組み立ての動作を容易化することができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１記載の燃料電池であって、さらに、前記一対のガスセパレータ間において、前記電解質膜の外周よりも前記セパレータの外周寄りに配置される弾性体であって、前記一対のガスセパレータと接することにより、前記ガスセパレータとの接触部においてガスシール性を実現する嵌め込みシール部を備え、前記嵌め込みシール部は、前記ガスセパレータ間に配置されたときに前記電解質膜と対向する位置に、前記巻回シール部が嵌り込む凹部である嵌め込み凹部が形成されており、前記巻回シール部は、前記嵌め込み凹部内に嵌り込んで、前記外部シール部との間で反力を生じることにより、前記外部シール部との接触部においてガスシール性を実現する燃料電池。適用例４記載の燃料電池によれば、電解質膜の両面上に形成されたガス流路間のガスシールを、巻回シール部と嵌め込みシール部との間で生じる反力によって実現することができる。また、電解質膜上に形成されたガス流路とガス流路外部との間のガスシールを、嵌め込みシール部とガスセパレータとの間に生じる反力によって実現することができる。したがって、接着剤を用いることなく、電解質膜上のガス流路におけるガスシール性を確保することができる。
【００１４】
［適用例５］
適用例４記載の燃料電池であって、少なくとも一方の前記セパレータは、前記嵌め込みシール部と接する面において、前記嵌め込みシール部と係合することによって前記セパレータ上における前記嵌め込みシール部の位置を規定する位置決め係合部を有する燃料電池。適用例５に記載の燃料電池によれば、燃料電池の組み立て時において、ガスシールのための構造を、電解質膜に対して別途位置あわせする必要が無く、電解質膜と一体化した構造全体としてセパレータに対して位置合わせするだけで良く、組み立ての動作を容易化することができる。
【００１５】
［適用例６］
適用例１ないし５いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記電極と前記ガスセパレータとの間に配置された多孔質体であって、内部に設けられた細孔が形成する空間によって前記ガス流路を形成する流路形成多孔質体を備え、前記ガスセパレータは、前記流路形成多孔質体と接する表面において、前記ガス流路に対してガスを給排する開口部が形成されており、前記巻回シール部は、前記流路形成多孔質体の外周全体を囲んで配置されている燃料電池。適用例６に記載の燃料電池によれば、巻回シール部は、流路形成多孔質体全体を囲んで配置されるため、巻回シール部の構成を簡素化することができる。
【００１６】
［適用例７］
適用例１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、前記巻回シール部は、芯材の外周に、前記電解質膜の膜端部を１回以上巻回して成る燃料電池。適用例７に記載の燃料電池によれば、芯材を用いることにより、巻回シール部の強度を高め、燃料電池の耐久性を向上させることが可能になる。また、巻回シール部全体を弾性体として構成する場合には、弾性を有する芯材を用いることによって、電解質膜を巻回する回数を抑えることができる。
【００１７】
［適用例８］
適用例１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、前記巻回シール部は、前記電解質膜のみを巻回して成る燃料電池。適用例８に記載の燃料電池によれば、特別な部材を用意することなく、電解質膜を巻回するという簡素な構成により、接着剤を用いることのないガスシールを実現することができる。
【００１８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池の製造方法などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。
【図２】カソード対向プレート３１の形状を示す平面図である。
【図３】中間プレート３３の形状を示す平面図である。
【図４】アノード対向プレート３２の形状を示す平面図である。
【図５】領域Ｘと示した部分を拡大して示す説明図である。
【図６】マニホールドシール部１６の形状を表わす平面図である。
【図７】巻回シール部６０を備える燃料電池の製造方法を表わす工程図である。
【図８】電解質膜１１の外周に巻き芯６１を配置した様子を表わす説明図である。
【図９】巻回シール部６０を形成した様子を表わす説明図である。
【図１０】仮止めの様子を表わす断面模式図である。
【図１１】巻回シール部６０を嵌め込む様子を表わす断面模式図である。
【図１２】さらに他のセパレータ３０を積層した様子を表わす断面模式図である。
【図１３】第２実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。
【図１４】巻回シール部１６０に係る各部を表わす平面図である。
【図１５】カソード対向プレート１３１の表面の様子を表わす平面図である。
【図１６】電解質膜１１１を巻き付けた巻き芯１６１を嵌め込む様子を模式的に表わす説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．第１実施例の燃料電池の全体構成：
図１は、第１実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池である。また、本実施例の燃料電池は、電気化学反応が進行する基本構造であるセルアセンブリ１０を複数備えると共に、各々のセルアセンブリ１０間にセパレータ３０を介在させつつセルアセンブリ１０を積層させたスタック構造を有している。
【００２１】
セルアセンブリ１０は、表面に一対の電極１２および一対のガス拡散層１３を設けた電解質膜１１と、ガス流路形成部１４，１５と、を備えている。なお、図１では、電極１２およびガス拡散層１３については、記載を省略している。
【００２２】
電解質膜１１は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。電極１２（カソードおよびアノード）は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。カソードおよびアノードを形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜上に塗布すればよい。ガス拡散層１３は、カーボン製の多孔質部材であり、例えばカーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。電解質膜１１は、両面上に電極１２が形成された後に、ガス拡散層１３によって挟持されて、プレス接合することにより全体が一体化される。電解質膜１１は、さらに、その外周に、巻回シール部６０を備えている。この巻回シール部６０は、隣り合うセパレータ３０と接して、電極１２上に形成されるガス流路におけるガスシール性を実現するための構造である。巻回シール部６０の構成は、本願の要部の少なくとも一部に関わるものであり、後に詳しく説明する。
【００２３】
ガス流路形成部１４，１５は、エキスパンドメタルや発泡金属などの金属製多孔質体、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製のエキスパンドメタルを用いている。ガス流路形成部１４，１５は、ガス拡散層１３およびセパレータ３０と接触するように配置されており、内部に形成される多数の細孔から成る空間は、電気化学反応に供されるガスが通過するセル内ガス流路として機能する。すなわち、カソードとセパレータ３０との間に配置されるガス流路形成部１４の細孔が形成する空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過するセル内酸化ガス流路として機能する。また、アノードとセパレータ３０との間に配置されるガス流路形成部１５の細孔が形成する空間は、水素を含有する燃料ガスが通過するセル内燃料ガス流路として機能する。
【００２４】
セパレータ３０は、図１に示すように、ガス流路形成部１４と接するカソード対向プレート３１と、ガス流路形成部１５と接するアノード対向プレート３２と、カソード対向プレート３１およびアノード対向プレート３２に挟持される中間プレート３３と、を備えている。これら３枚のプレートは、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材であり、カソード対向プレート３１、中間プレート３３、アノード対向プレート３２の順に重ね合わされて、例えば拡散接合により接合されている。これら３種のプレートは、各々、所定の位置に所定形状の孔部を有している。図２は、カソード対向プレート３１の形状を示す平面図であり、図３は、中間プレート３３の形状を示す平面図であり、図４は、アノード対向プレート３２の形状を示す平面図である。これら図２〜図４では、電極１２およびガス拡散層１３と重なる領域（以下、発電領域ＤＡと呼ぶ）を、一点鎖線で囲んで示している。
【００２５】
カソード対向プレート３１、アノード対向プレート３２は、いずれも、その外周部において、８つの孔部を備えている。具体的には、上記各プレートでは、略四角形状である外周の一辺に沿って、２つの孔部４０が形成されている。また、近傍に孔部４０が形成された辺と対向する辺に沿って、２つの孔部４１が形成されている。さらに、他の２辺のうちの一方の辺の近傍には、孔部４２，４３が形成されており、他方の辺の近傍には、孔部４４，４５が形成されている。これらの８つの孔部は、スタック構造を形成するために各々の薄板状部材が積層された際に互いに重なり合って、燃料電池内部において積層方向に平行に流体を導くマニホールドを形成する。なお、中間プレート３３は、上記８つの孔部のうち、孔部４２，４５は有していないが、後述する複数の冷媒孔５９が、孔部４２，４５に対応する位置に重なるように設けられている。
【００２６】
上記各プレートが備える孔部４１は、燃料電池に対して供給された酸化ガスを各セル内酸化ガス流路に分配する酸化ガス供給マニホールドを形成し（図中、Ｏ2 inと表わす）、孔部４０は、各セル内酸化ガス流路から排出されて集合した酸化ガスを外部へと導く酸化ガス排出マニホールドを形成する（図中、Ｏ2 outと表わす）。また、孔部４４は、燃料電池に対して供給された燃料ガスを各セル内燃料ガス流路に分配する燃料ガス供給マニホールドを形成し（図中、Ｈ2 inと表わす）、孔部４３は、各セル内燃料ガス流路から排出されて集合した燃料ガスを外部へと導く燃料ガス排出マニホールドを形成する（図中、Ｈ2 outと表わす）。さらに、孔部４２は、燃料電池に対して供給された冷却水などの冷媒を各セパレータ３０内に分配する冷媒供給マニホールドを形成し（図中、ＣＬＴ inと表わす）、孔部４５は、各セパレータ３０から排出されて集合した冷媒を外部へと導く冷媒排出マニホールドを形成する（図中、ＣＬＴ outと表わす）。
【００２７】
また、カソード対向プレート３１は、発電領域ＤＡ内において、２つの孔部４０の近傍の辺（図２における上端側の辺）に沿って設けられ、カソード対向プレート３１を貫通して形成された酸化ガス排出スリット５０を備えている。また、同様に、発電領域ＤＡ内において、２つの孔部４１の近傍の辺（図２における下端側の辺）に沿って設けられた酸化ガス供給スリット５１を備えている（図２参照）。
【００２８】
アノード対向プレート３２は、カソード対向プレート３１と同様に、発電領域ＤＡ内において、２つの孔部４０の近傍の辺（図４における上端側の辺）に沿って設けられ、アノード対向プレート３２を貫通して形成された燃料ガス供給スリット５４を備えている。また、同様に、発電領域ＤＡ内において、２つの孔部４１の近傍の辺（図４における下端側の辺）に沿って設けられた燃料ガス排出スリット５３を備えている（図４参照）。これらの燃料ガス供給スリット５４および燃料ガス排出スリット５３は、それぞれ、酸化ガス排出スリット５０および酸化ガス供給スリット５１と重ならないように、プレートのさらに中央部寄りに配置されている。
【００２９】
中間プレート３３においては、孔部４０の形状が他のプレートとは異なっており、中間プレート３３の孔部４０は、この孔部４０のプレート中央部側の辺が、プレート中央部方向へと突出する複数の突出部を備える形状となっている。孔部４０が有する上記複数の突出部を、連通部５５と呼ぶ。この連通部５５は、中間プレート３３とカソード対向プレート３１とが積層されたときに酸化ガス排出スリット５０と重なり合うように形成されており、酸化ガス排出マニホールドと酸化ガス排出スリット５０とを連通させる。また、孔部４１においても同様に、酸化ガス供給スリット５１に対応して、複数の連通部５６が設けられている（図３参照）。さらに、中間プレート３３には、孔部４４および孔部４３の各々に連通して、アノード対向プレート３２の燃料ガス供給スリット５４あるいは燃料ガス排出スリット５３と重なる形状の、連通部５８および連通部５７が設けられている。
【００３０】
燃料電池の内部において、孔部４１が形成する酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、中間プレート３３の連通部５６が形成する空間と、カソード対向プレート３１の酸化ガス供給スリット５１とを介して、ガス流路形成部１４内に形成されるセル内酸化ガス流路へと流入する。流入した酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ、セル内酸化ガス流路を通過し、ガス流路形成部１４から、カソード対向プレート３１の酸化ガス排出スリット５０および中間プレート３３の連通部５５が形成する空間を介して、孔部４０が形成する酸化ガス排出マニホールドへと排出される。同様に、燃料電池の内部において、孔部４４が形成する燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、中間プレート３３の連通部５８が形成する空間と、アノード対向プレート３２の燃料ガス供給スリット５４とを介して、ガス流路形成部１５内に形成されるセル内燃料ガス流路へと流入する。流入した燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ、セル内燃料ガス流路を通過し、ガス流路形成部１５から、アノード対向プレート３２の燃料ガス排出スリット５３および中間プレート３３の連通部５７が形成する空間を介して、孔部４３が形成する燃料ガス排出マニホールドへと排出される。
【００３１】
なお、中間プレート３３は、さらに、発電領域ＤＡを含む領域に、互いに平行に形成された細長い複数の冷媒孔５９を備えている。これらの冷媒孔５９の端部は、中間プレート３３を他のプレートと重ね合わせたときに、孔部４２，４５と重なり合い、冷媒が流れるためのセル間冷媒流路をセパレータ３０内で形成する。すなわち、燃料電池の内部において、孔部４２が形成する冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、上記冷媒孔５９によって形成されるセル間冷媒流路に分配され、セル間冷媒流路から排出される冷媒は、孔部４５が形成する冷媒排出マニホールドに排出される。
【００３２】
ここで、図３では、図１に示した断面図に相当する位置を、１−１断面として示している。図１では、ガス流路形成部１４に対して酸化ガスが給排される様子、および、ガス流路形成部１５に対して燃料ガスが給排される様子が、矢印によって表わされている。
【００３３】
また、図２では記載を省略しているが、カソード対向プレート３１は、図１に示すように、ガス流路形成部１４と接する側の面に凸となる所定形状の凹凸を有している。具体的には、巻回シール部６０を位置決めして配置するための第１位置決め凸部２０と、第２位置決め凸部２２と、角部シール凸部２４と、が形成されている。図５は、カソード対向プレート３１の表面の様子について、図２で領域Ｘと示した部分を拡大して示す説明図である。
【００３４】
第２位置決め凸部２２は、発電領域ＤＡよりもセパレータ３０の外周寄りの位置において、発電領域ＤＡの４辺の各々に沿って、各辺とほぼ同じ長さに形成されている。第１位置決め凸部２０は、第２位置決め凸部２２よりもセパレータ３０の外周寄りの位置において、第２位置決め凸部２２の各辺に沿って、各第２位置決め凸部２２とほぼ同じ長さに形成されている。第１位置決め凸部２２と第２位置決め凸部２２との間に形成される凹部には、後述するように、電解質膜１１の外周に形成された巻回シール部６０が嵌め込まれる。角部シール凸部２４は、発電領域ＤＡの四隅の近傍において、第１位置決め凸部２０と第２位置決め凸部２２との間に形成される凹部の端部を塞ぐ位置に設けられている。これらの各凸部は、例えば、カソード対向プレート３１となる平板に対するプレス成形によって形成することができる。なお、これらの各凸部の高さは、セルアセンブリ１０の厚み、すなわち、燃料電池内において隣り合うセパレータ間の距離よりも低く形成されている。特に、第２位置決め凸部２２は、ガス流路形成部１４の厚みよりも低く形成されている（図１参照）。
【００３５】
また、隣接するセパレータ３０間には、さらに、マニホールドシール部１６が配置されている（図１参照）。図６は、マニホールドシール部１６の形状を表わす平面図である。マニホールドシール部１６は、セパレータ３０の外周と丁度重なる矩形の枠状の形状を有しており、セパレータ３０と外周同士が重なるように、セパレータ３０上に配置される。マニホールドシール部１６には、セパレータ３０と同様の位置に、セパレータ３０と同様の孔部４０〜４５が形成されると共に、各孔部４０〜４５の周囲を囲むように、両面に突出するリップ１７が形成されている。マニホールドシール部１６は、絶縁性の弾性体、例えば、ゴムや熱可塑性エラストマーから成る部材であり、リップ１７において隣り合うセパレータ３０の双方と接触して、セパレータ３０の積層方向に平行な締結圧が加えられるときにセパレータ３０に対して反力を生じることによって、孔部４０〜４５が形成する各マニホールドにおけるシール性を実現している。マニホールドシール部１６を構成する材料としては、具体的には、例えば、シリコン、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム、ウレタンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、アクリルゴム、多硫化ゴム、エピクロロヒドリンゴム（ＣＯ・ＣＥＯ）等を挙げることができる。
【００３６】
Ｂ．巻回シール部６０を備える燃料電池の製造方法：
図７は、巻回シール部６０を備える本実施例の燃料電池の製造方法を表わす工程図である。本実施例の燃料電池を製造する際には、まず、両面の所定の位置に電極１２およびガス拡散層１３を設けた電解質膜１１と、ガス流路形成部１４，１５と、セパレータ３０と、を用意する（ステップＳ１００）。そして、用意した電解質膜１１の外周に４本の巻き芯６１を配置して、巻き芯６１に沿って電解質膜１１の外周部を巻き付け、巻回シール部６０を形成する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０において、電解質膜１１の外周に４本の巻き芯６１を配置して、電解質膜の巻き付けを行なう様子を、図８に示す。また、電解質膜１１の外周部を巻き芯６１に巻き付けて、巻回シール部６０を形成した様子を、図９に示す。図９に示すように、電解質膜１１の全体形状は、巻回シール部６０が形成されたときには、４辺の各々に巻回シール部６０が形成された矩形形状となる。このような巻回シール部６０を形成するために、ステップＳ１００で用意される電解質膜１１は、図８に示すように、上記４辺の各々に対して巻回の方向に平行に延出した巻き付け部６２を有する形状となっている。上記巻き芯６１は、燃料電池の内部環境下で充分に安定な弾性体によって構成されており、絶縁性材料によって構成することが望ましい。具体的には、例えば、既述したマニホールドシール部１６の構成材料と同様のゴムや熱可塑性エラストマーから成る部材とすることができる。巻回シール部６０は、既述したように、隣り合う２枚のセパレータ３０と接して、電極１２上に形成されるセル内ガス流路におけるガスシール性を実現するための構造である。そのため、巻回シール部６０を形成する際には、その直径が、燃料電池内における隣り合う２枚のセパレータ３０間の距離（セルアセンブリ１０の厚み）よりも若干大きくなるように、電解質膜１１の巻き付けが行なわれる。
【００３７】
電解質膜１１の巻き付けにより巻回シール部６０を形成すると、接着剤を用いて、電解質膜１１を巻き付けた状態を固定する（ステップＳ１２０）。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤を用いることができる。なお、このステップＳ１２０における接着は、仮止めを目的としており、このように仮止めすることにより、電解質膜を巻き付けて巻回シール部６０を形成した状態で、電解質膜１１を取り扱って、燃料電池を組み立てることが可能になる。図１０は、仮止めの様子を表わす断面模式図であり、電解質膜１１における巻回シール部６０近傍の様子を表わしている。なお、図１０では、電解質膜１１上に設けられた電極１２およびガス拡散層１３については、記載を省略している。
【００３８】
また、これとは別に、ステップＳ１００で用意したセパレータ３０に形成された第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部（図５の平面図において、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４としてハッチを付して表わした部分）に、絶縁部２１を設ける（ステップＳ１３０）。絶縁部２１を構成する材料は、充分な絶縁性を有すると共に、燃料電池の内部環境において充分に安定な材料であれば良く、例えば、マニホールドシール部１６と同様の材料であるゴムや熱可塑性エラストマーによって形成することができる。絶縁部２１を形成するには、例えば、上記した材料を、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部に塗布することによって形成すれば良い。あるいは、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部の形状に対応する形状を有する部材を予め作製しておき、作製した部材を第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部に、接着剤により貼り付けることとしても良い。
【００３９】
次に、巻回シール部６０を形成した電解質膜１１を、ガス流路形成部１４，１５と共に、セパレータ３０上、具体的には、セパレータ３０のカソード対向プレート３１上に配置する（ステップＳ１４０）。カソード対向プレート３１には、既述したように、第１位置決め凸部２０と、第２位置決め凸部２２と、角部シール凸部２４と、が形成されており、ステップＳ１４０では、第１位置決め凸部２０と第２位置決め凸部２２と角部シール凸部２４との間の凹部内に、巻回シール部６０が嵌め込まれる。図１１は、絶縁部２１を設けた第１位置決め凸部２０と第２位置決め凸部２２との間に、巻回シール部６０を嵌め込む様子を表わす断面模式図である。なお、図１１では、セパレータ３０としては、カソード対向プレート３１のみを表わしている。ガス流路形成部１４，１５と共に電解質膜１１をセパレータ３０上に配置し、第１位置決め凸部２０と第２位置決め凸部２２との間に巻回シール部６０を嵌め込むことにより、電解質膜１１を、セパレータ３０の表面に対して略平行な状態で保持することができる。なお、電解質膜１１の４辺を成す各巻回シール部６０の両端部は、角部シール凸部２４および隣り合う巻回シール部６０の端部に押しつけられた状態になる。
【００４０】
また、セパレータ３０上に、さらにマニホールドシール部１６を配置する（ステップＳ１５０）。ここで、セパレータ３０のカソード対向プレート３１には、マニホールドシール部１６を位置決めするための図示しない位置決め係合部が設けられている。そのため、マニホールドシール部１６の所定の箇所を上記位置決め係合部に係合させることにより、マニホールドシール部１６を、セパレータ３０に対して相対的に位置決めしつつセパレータ３０上に配置することが可能になる。
【００４１】
次に、電解質膜１１とガス流路形成部１４，１５とマニホールドシール部１６とを表面上に配置したセパレータ３０上に、さらに他のセパレータ３０を積層する（ステップＳ１６０）。図１２は、ステップＳ１６０においてさらに他のセパレータ３０を積層した様子を、図１１と同様に表わす断面模式図である。なお、図１２では、積層した他のセパレータ３０としては、アノード対向プレート３２のみを表わしている。既述したように、巻回シール部６０の直径は、燃料電池内で締結された状態における隣り合う２枚のセパレータ３０間の距離よりも若干大きく形成されており、巻回シール部６０は全体として弾性体である。そのため、上記した他のセパレータ３０をさらに積層して、最終的に積層方向に平行な所定の締結圧を加えることにより、巻回シール部６０は、セパレータ３０との接触部、および、角部シール凸部２４との接触部において反力を生じ、充分なガスシール性を実現することができる。
【００４２】
なお、本実施例では、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部に絶縁部２１を設けているため、隣り合うセパレータ３０間の短絡を抑制することができる。具体的には、例えば、燃料電池の内部における締結圧が面内で不均一となる等の原因により、隣り合うセパレータ３０間の距離が局所的に縮まる場合があっても、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の頭頂部を介したセパレータ３０間の短絡を抑制することができる。ここで、本実施例では、通常は隣接するセパレータ３０に絶縁部２１が接しないように、第１位置決め凸部２０および角部シール凸部２４の高さを設定しているが、隣接するセパレータ３０に絶縁部２１が常に接触するように、上記凸部の高さを設定しても良い。この場合には、絶縁部２１を弾性体によって形成するならば、隣接するセパレータ３０と上記凸部との距離のばらつきを、絶縁部２１によって吸収して、面内でセパレータ３０間の距離を均一化することができる。
【００４３】
ステップＳ１６０において他のセパレータ３０を積層した後は、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０の動作を所定回数繰り返し、セパレータ３０とセルアセンブリ１０とが交互に積層された積層体を作製する（ステップＳ１７０）。なお、ステップＳ１６０において他のセパレータ３０内を積層する際には、既に積層したセパレータ３０内に対して、新たに積層するセパレータ３０の位置を合わせつつ積層を行なう。このような位置決めは、例えば、各セパレータ３０の外周の少なくとも２辺を合わせることにより行なうことができる。充分な精度で各セパレータ３０を作製し、セパレータ３０同士の位置を積層方向に合わせつつ積層を行なうことにより、各セパレータ３０上に位置決めしつつ配置された巻回シール部６０によるシール位置を、燃料電池全体で積層方向に揃えることができる。巻回シール部６０によるシール位置が積層方向に重なって形成されるシールラインＳＬを、図１において２点鎖線で示す。このように積層方向にシール位置が重なることにより、各巻回シール部６０において、締結圧に応じた所望の反力が発生し、充分なシール性を実現することができる。
【００４４】
その後、得られた積層体に加えて、集電板（ターミナル）や絶縁板（インシュレータ）、あるいはエンドプレート等の必要な部材をさらに配置して、積層体全体に対して所定の押圧力を加えつつ全体を締結することにより、燃料電池を完成する（ステップＳ１８０）。
【００４５】
以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、電解質膜１１の外周部を巻回して成る巻回シール部６０を設けているため、弾性体を介在させて圧力を加えるという物理的なシールのみによって、電解質膜１１の各面上に形成されるセル内ガス流路におけるガスシール性を確保することができる。具体的には、セル内ガス流路とセル内ガス流路外部との間のガスシール（外部シール）、および、電解質膜を介したセル内ガス流路間のガスシール（内部シール）を、物理的なシールのみによって行なうことができる。そのため、ガスシールのために接着剤を用いることに起因する問題、例えば、接着剤の劣化に起因する剥離によるガスシール性の低下を抑えることができる。あるいは、接着剤として熱硬化性樹脂を用いる場合には、硬化後の接着剤の寸法のばらつきに起因して面圧がばらつくことにより、ガスシール性が低下するという問題が生じ得るが、接着剤を用いないことでこのような問題を抑え、均一な面圧を確保することにより電池性能を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施例では、各セパレータに設けた孔部によって形成されるマニホールドのシールを、セパレータ間に配置するマニホールドシール部１６を用いた物理的なシールによって行なっているため、燃料電池全体を、物理的なシールのみによってガスシールすることができる。このように、燃料電池全体で、接着剤等を用いることなく物理的なシールのみによってガスシールを行なうことにより、使用済みの燃料電池をリサイクルしようとする際に、積層された各部材の分解を容易化することができる、という効果を奏することができる。
【００４７】
また、本実施例では、電解質膜１１を介したセル内ガス流路間のガスシールのための構造を、電解質膜１１の端部を巻回することによって電解質膜１１と一体で形成した巻回シール部６０によって構成しているため、上記ガスシールのための構造を電解質膜１１と別体で用意する必要がない。そのため、電解質膜およびガスシールに係る部材のハンドリング性が向上する。また、燃料電池の組み立て時において、ガスシールのための構造を、電解質膜に対して別途位置あわせする必要が無く、電解質膜と一体化した構造全体としてセパレータに対して位置合わせするだけで良く、組み立ての動作を容易化することができる。特に本実施例では、巻回シール部６０を接着剤によって仮止めしているため、組み立て時の取り扱いを、さらに容易にすることができる。なお、接着剤を用いた仮止めは、組み立て時の便のために行なうものであり、組み立てた後に、例えば燃料電池による発電を開始した後に、接着剤の劣化等によって接着剤の接着性が損なわれても差し支えない。
【００４８】
さらに、本実施例の燃料電池では、セパレータとして、ガスマニホールドとセル内ガス流路とを連通させる連通流路をセパレータ内部に形成すると共に、このような連通流路が、セパレータ表面におけるガス流路形成部１４，１５と重なる領域で開口するセパレータ３０を用いている。そのため、ガスマニホールドとセル内ガス流路とを連通させるために、セパレータ表面に連通流路を形成する必要が無く、発電領域ＤＡ全体を囲むように、４辺の各々に対応して巻回シール部６０を設ければ良い。したがって、発電領域ＤＡの４辺に対応して電解質膜の巻き付けを行なえばよく、巻回シール部６０の構成を簡素化することができる。
【００４９】
なお、本実施例では、巻回シール部６０を形成するために巻き芯６１を用いているが、異なる構成としても良く、巻回シール部６０全体として、ガスシール性を実現するために必要な弾性を有していればよい。例えば、巻き芯６１を用いることなく、電解質膜１１の外周部を巻回することのみによって、巻回シール部６０を形成しても良い。ただし、本実施例のように、電解質膜を巻き付けた構造よりも強度の高い部材である巻き芯６１を用いる場合には、巻回シール部６０の強度を高め、燃料電池の耐久性を高める効果が得られる。また、巻回シール部６０において、電解質膜の巻き付け数を充分に多くして、電解質膜部分において充分な弾性を確保できる場合には、巻き芯６１は、ガスシールに寄与し得る充分な弾性を有しない剛体により形成しても良い。あるいは、ガスシール性を実現するための充分な弾性を有する巻き芯６１を用いる場合には、巻回シール部６０において、巻き芯６１に電解質膜を巻き付ける回数を削減することができ、例えば、巻き芯６１の外周に電解質膜を１周だけ巻き付けることとしても良い。
【００５０】
Ｃ．第２実施例：
図１３は、第２実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。本実施例では、第１実施例と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。本実施例の燃料電池は、セルアセンブリ１０に代えてセルアセンブリ１１０を備えると共に、セパレータ３０に代えてセパレータ１３０を備えており、第１実施例の燃料電池と同様に、セルアセンブリ１１０とセパレータ１３０とを交互に積層することによって構成されている。セルアセンブリ１１０は、セル内ガス流路のシールのために電解質膜１１１の外周部に設けられた構造が、セルアセンブリ１０とは異なっており、巻回シール部６０に代えて、巻回シール部１６０および嵌め込みシール部１６４を備えている。セパレータ１３０は、セパレータ３０と同様に、３枚のプレートを重ね合わせることによって形成されているが、カソード対向プレート３１に代えて、カソード対向プレート３１とは異なった形状の位置合わせに係る凹凸が設けられたカソード対向プレート１３１を備えている。なお、図１３においては、セルアセンブリ１１０に隣接するセパレータ１３０としては、カソード対向プレート１３１とアノード対向プレート３２のみを表わしている。
【００５１】
図１３は、図１２と同様に、セルアセンブリ１１０における電解質膜１１１の端部近傍の様子を拡大して表わしている。本実施例の燃料電池において、ガスシールのために電解質膜１１１の外周部に設けられた巻回シール部１６０は、電解質膜１１１の外周部を、巻き芯１６１に、１度だけ巻き付けることによって構成されている。このような巻回シール部１６０は、嵌め込みシール部１６４に設けられた後述する嵌め込み溝１６５内に嵌め込まれている。巻回シール部１６０が嵌め込まれた嵌め込みシール部１６４は、隣り合う２枚のセパレータ１３０の各々と接する部位においてリップ１６６を有しており、このリップ１６６において、隣り合う双方のセパレータ１３０との間でガスシール性を実現している。
【００５２】
図１４は、巻回シール部１６０に係る各部を表わす平面図である。図１４（Ａ）は、電極１２およびガス拡散層１３を両面に形成した電解質膜１１１を表わし、図１４（Ｂ）は、巻き芯１６１を表わし、図１４（Ｃ）は、嵌め込みシール部１６４を表わす。これらの図１４（Ａ）〜（Ｃ）に表わす平面図は、図１３において矢印Ｙで表わした向きに対応する向きから各部を見た様子を表わす。図１４（Ｂ）に示すように、巻き芯１６１は、発電領域ＤＡよりも一回り大きく形成された矩形の枠体状に形成されている。巻き芯１６１は、燃料電池の内部環境下において充分に安定であれば良く、ステンレス鋼やチタン等、導電性を有する金属材料や、導電性を有しない樹脂材料等、種々の材料によって構成することができる。また、図１４（Ｃ）に示すように、嵌め込みシール部１６４も、発電領域ＤＡよりも一回り大きく形成された矩形の枠体状に形成されている。この嵌め込みシール部１６４には、発電領域ＤＡに対向する側において、発電領域ＤＡを囲むように全体が繋がって形成された溝状の凹部である嵌め込み溝１６５が設けられており、嵌め込みシール部１６４は、図１４に示した平面における幅が、巻き芯１６１よりも太く形成されている。そして、嵌め込みシール部１６４に設けられた嵌め込み溝１６５は、巻き芯１６１が丁度嵌り込む大きさに形成されている。（図１３参照）。また、嵌め込みシール部１６４には、既述したリップ１６６が形成されているが、このリップ１６６は、セパレータと接する両面の各々において、全体が繋がった矩形の線状凸部として形成されている。嵌め込みシール部１６４は、燃料電池の内部環境下において充分に安定な絶縁性の弾性体、例えば、マニホールドシール部１６の構成材料と同様のゴムや熱可塑性エラストマーから成る部材によって構成することができる。嵌め込み溝１６５やリップ１６６などの凹凸を有する嵌め込みシール部１６４は、例えば、上記材料を用いて、射出成形によって形成すればよい。
【００５３】
図１５は、セパレータ３０のカソード対向プレート１３１におけるガス流路形成部１４と接する側の表面の様子を表わす平面図である。カソード対向プレート１３１は、第１実施例のカソード対向プレート３１と同様に、孔部４０〜４５と酸化ガス供給スリット５１と酸化ガス排出スリット５０が形成されると共に、４つの位置決め凸部１２０が設けられている。４つの位置決め凸部１２０は、それぞれ、発電領域ＤＡの各辺の中ほどの近傍であって、発電領域ＤＡの外周よりもカソード対向プレート１３１の外周寄りの位置に設けられている。図１３に示す断面に対応する位置を、図１５において、１３−１３断面として示す。
【００５４】
本実施例の燃料電池を製造する際には、まず、図７のステップＳ１００と同様に、電極１２およびガス拡散層１３を設けた電解質膜１１１と、ガス流路形成部１４，１５と、セパレータ１３０と、を用意する。そして、ステップＳ１１０およびＳ１２０に代えて、巻回シール部１６０の形成および巻回シール部１６０の嵌め込みシール部１６４への嵌め込みの工程を行なう。
【００５５】
巻回シール部１６０を形成するには、まず、図１４（Ｂ）に示した巻き芯１６１を、発電領域ＤＡと示した領域がガス拡散層１３と重なるように、図１４（Ａ）に示した電解質膜１１１における一方の面上に配置する。そして、電解質膜１１１の外周部を、巻き芯１６１に沿って巻き芯１６１に巻き付けるように折り曲げる。そして、電解質膜１１１を巻き付けた状態で、巻き芯１６１を、嵌め込みシール部１６４の嵌め込み溝１６５へと嵌め込む。電解質膜１１１を巻き付けた巻き芯１６１を嵌め込みシール部１６４に嵌め込む様子を、図１６に模式的に表わす。なお、電解質膜１１１を巻き付けた巻き芯１６１を嵌め込みシール部１６４に嵌め込む際には、電解質膜１１１の端部を、例えば接着剤を用いて巻き芯１６１あるいは電解質膜１１１の他の部位と接着させ、電解質膜１１１を巻き芯１６１に巻き付けた状態で仮止めを行なうこととしても良い。あるいは、このような接着を行なうことなく、電解質膜１１１を巻き芯１６１に巻き付けつつ嵌め込み溝１６５内へと押し込んで、嵌め込みの動作を行なっても良い。また、図１３には示していないが、図７のステップＳ１３０と同様に、本実施例のセパレータ１３０が備える位置決め凸部１２０の頭頂部においても、第１実施例の位置決め凸部２０と同様の絶縁部を設けることとしても良い。
【００５６】
その後、巻回シール部１６０が形成されると共に嵌め込みシール部１６４と一体化された電解質膜１１１を、ガス流路形成部１４，１５と共に、セパレータ１３０のカソード対向プレート１３１上に配置する（ステップＳ１４０）。その際、嵌め込みシール部１６４の外周を成す４辺が、カソード対向プレート１３１に設けた４つの位置決め凸部１２０に当接するように配置する。そして、カソード対向プレート１３１上に、さらに、第１実施例と同様のマニホールドシール部１６を配置し（ステップＳ１５０）、さらに他のセパレータ１３０を積層する（ステップＳ１６０）。その後は、ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０の動作を所定回数繰り返すことによって、セパレータ１３０とセルアセンブリ１１０とが交互に積層された積層体を作製する（ステップＳ１７０）。そして、さらに他の部材を配置して（ステップＳ１８０）、積層体全体に対して所定の押圧力を加えつつ全体を締結することにより、燃料電池を完成する。
【００５７】
このように、締結力が加えられることにより、弾性体である嵌め込みシール部１６４がセパレータ１３０との間で反力を生じて、セル内ガス流路と、セル内ガス流路の外部との間のガスシール性が確保される。また、弾性体である嵌め込みシール部１６４が、電解質膜１１１を間に介して巻き芯１６１に押しつけられて反力を生じることにより、電解質膜１１１の各々の面上に形成されるセル内ガス流路間におけるガスシール性が確保される。具体的には、図１３において矢印Ｚによって示した２カ所の接触部Ｚにおいて、セル内ガス流路間のガスシール性が確保される。
【００５８】
以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、電解質膜１１１の外周部を巻回して成る巻回シール部１６０と、この巻回シール部１６０を嵌め込んだ嵌め込みシール部１６４とを設けているため、弾性体を介在させて圧力を加えるという物理的なシールのみによって、電解質膜１１１の各面上に形成されるセル内ガス流路におけるガスシール性を確保することができる。そのため、第１実施例と同様に、ガスシールのために接着剤を用いることに起因する問題を抑えることができる。また、マニホールドシール部１６を併用することにより、第１実施例と同様に、燃料電池全体を、物理的なシールのみによってガスシールすることが可能になる。
【００５９】
また、本実施例では、セル内ガス流路とセル内ガス流路外部との間のガスシール（外部シール）は、嵌め込みシール部１６４とセパレータ１３０との接触部において行ない、電解質膜を介したセル内ガス流路間のガスシール（内部シール）は、巻回シール部１６０と嵌め込みシール部１６４との間の接触部において行なっている。そのため、上記内部シールは、図１３に示す２カ所の接触部Ｚにおいて確保することができ、電解質膜を介したセル内ガス流路間のガスシール性を向上させることができる。
【００６０】
また、本実施例では、上記外部シールおよび内部シールを実現するための構造を、電解質膜１１１と一体化させた巻回シール部１６０および嵌め込みシール部１６４によって構成しているため、上記ガスシールのための構造を電解質膜１１１と別体で用意する必要がない。そのため、電解質膜およびガスシールに係る部材のハンドリング性が向上する。また、燃料電池の組み立て時において、ガスシールのための構造を、電解質膜に対して別途位置合わせする必要が無く、電解質膜と一体化した構造全体としてセパレータに対して位置合わせするだけで良く、組み立ての動作を容易化することができる。
【００６１】
さらに、本実施例の燃料電池では、セパレータとして、第１実施例と同様に、ガスマニホールドとセル内ガス流路とを連通させる連通流路をセパレータ内部に形成すると共に、このような連通流路が、セパレータ表面におけるガス流路形成部１４，１５と重なる領域で開口するセパレータ３０を用いている。そのため、巻回シール部１６０および嵌め込みシール部１６４を、発電領域ＤＡ全体を囲むように設ければ良く、巻回シール部１６０および嵌め込みシール部１６４の構成を簡素化することができる。
【００６２】
なお、本実施例の巻回シール部１６０については、種々の変形が可能である。電解質膜を介した巻き芯１６１と嵌め込みシール部１６４との間のガスシール性は、嵌め込みシール部１６４の有する弾性によって実現されるため、巻き芯１６１は、弾性を有していても有していなくても良い。また、本実施例では、巻き芯１６１は、断面を円形としたが、断面を多角形に形成しても良く、嵌め込み溝１６５内に嵌め込まれて反力を生じることにより充分なシール性が得られればよい。また、本実施例では、電解質膜１１１の端部を巻き芯１６１に１回だけ巻き付けているが、より多くの回数の巻き付けを行なって、巻回シール部１６０を構成しても良い。あるいは、巻き芯１６１を用いることなく、電解質膜の端部を巻回することにより巻回シール部を構成しても良い。
【００６３】
また、本実施例では、電解質膜１１１は、図１４に示すように四角形状としたが、異なる形状としても良い。例えば、図８に示した第１実施例の電解質膜１１と同様に、四角形の各角部の近傍を切り欠いた形状にして、発電領域ＤＡの各角部近傍において、巻き芯１６１に巻き付けられて嵌め込み溝１６５に嵌め込まれる電解質膜の嵩を削減しても良い。
【００６４】
また、本実施例では、カソード対向プレート１３１に設ける位置決め凸部１２０として、嵌め込みシール部１６４の各辺に対応する４つの突起を設けることとしたが、異なる形状の位置決め凸部を設けることとしても良い。例えば、第１実施例における第１位置決め凸部２０および第２位置決め凸部２２と同様に、発電領域ＤＡの外周を成す各辺に平行な２つの線状凸部を設け、これらの線状凸部間に形成される線状の凹部内に、嵌め込みシール部１６４を配置することとしても良い。このように、セパレータに設ける位置決めのための構造は、電解質膜と一体化したシール構造を、充分な精度でセパレータに対して位置合わせができるものであればよい。
【００６５】
Ｄ．変形例：
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り、例えば次のような変形も可能である。
【００６６】
Ｄ１．変形例１：
第１および第２実施例では、セパレータ側に設ける位置決め構造としての位置決め凸部は、カソード対向プレート３１、１３１に設けているが、異なる構成としても良い。例えば、アノード対向プレート３２側に、実施例と同様の位置決め凸部を設けても良い。あるいは、カソード対向プレートとアノード対向プレートの双方に位置決め凸部を設けることとしても良い。
【００６７】
Ｄ２．変形例２：
実施例では、マニホールドにおけるシール性を確保するために、外周がセパレータと重なる矩形の枠状形状を有するマニホールドシール部１６を用いているが、異なる構成としても良い。例えば、各セパレータに形成した各々のマニホールド孔毎に、個別にシール部材を用意して、各々のシール部材に対応するように、セパレータ表面において、各マニホールド孔の周囲に位置決めのための係合部を設けることとしても良い。シール部材の形状にかかわらず、マニホールドにおけるシール性を確保するために物理的なシールを行なうならば、本発明を適用することにより、燃料電池全体を物理的なシールのみによってガスシールすることが可能になる。
【００６８】
Ｄ３．変形例３：
第１および第２実施例では、ガスマニホールドとセル内ガス流路とを連通させる連通流路を内部に設けたセパレータを用い、巻回シール部６０，１６０等のシール構造を、発電領域ＤＡ全体を囲むように設けているが、異なる構成としても良い。例えば、マニホールドとセル内ガス流路とを連通させる連通流路を、セパレータ内部に代えてセパレータの表面に設ける場合であっても、本願発明を適用して、物理的なシールのみによってガスシールを行なうことが可能となる。例えば、第１実施例と同様の巻回シール部６０を設ける場合には、実施例と同様に発電領域ＤＡ全体を囲む形状の巻回シール部６０を形成した後に、ガス流路形成部の厚みよりも浅い溝であって、所定のガスマニホールドと、このガスマニホールドに対応する一方のセル内ガス流路とを連通させる連通流路を形成するための溝を、巻回シール部６０に対する切削加工等により形成すればよい。これにより、巻回シール部６０を介して、上記所定のガスマニホールドと一方のセル内ガス流路とを連通させることができると共に、上記所定のガスマニホールドと他方のセル内ガス流路との間ではガスシール性が保たれた構造を得ることができる。なお、このような場合には、セル内ガス流路は、実施例と同様に流路形成多孔質体によって形成する他、セパレータの表面に設けた凹凸形状によって形成することも可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０，１１０…セルアセンブリ
１１，１１１…電解質膜
１２…電極
１３…ガス拡散層
１４，１５…ガス流路形成部
１６…マニホールドシール部
１７…リップ
２０…第１位置決め凸部
２１…絶縁部
２２…第２位置決め凸部
２４…角部シール凸部
３０，１３０…セパレータ
３１，１３１…カソード対向プレート
３２…アノード対向プレート
３３…中間プレート
４０〜４５…孔部
５０…酸化ガス排出スリット
５１…酸化ガス供給スリット
５３…燃料ガス排出スリット
５４…燃料ガス供給スリット
５５〜５８…連通部
５９…冷媒孔
６０，１６０…巻回シール部
６１，１６１…巻き芯
６２…巻き付け部
１２０…位置決め凸部
１６４…嵌め込みシール部
１６５…嵌め込み溝
１６６…リップ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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