(57)【要約】【課題】積層部材がセパレータを挟んで積層された燃料電池においてクロスリークを抑制する。【解決手段】燃料電池は、セパレータと、積層部材と、シール部材と、を備えている。シール部材は、セパレータと積層部材の端部と一体に成形されている。積層部材は、セパレータの一の側に配置された電解質膜と、電解質膜とセパレータとの間に配置される拡散層と、を少なくとも含む。電解質膜の一の面の周縁部は、セパレータの一の側の面に接触している。【選択図】図５
2008123885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
セパレータと、
前記セパレータの一の側に配置された電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置される拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、
前記セパレータと前記積層部材の端部と一体に成形されたシール部材と、
を備え、
前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記セパレータの一の側の面に接触している、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記電解質膜の他の面における周縁部は、前記シール部材と接触している、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記電解質膜の一の面における周縁部は、さらに、前記積層部材のうち、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材の端部に接触している、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記積層部材は、前記拡散層と前記セパレータとの間に配置されている多孔体を含み、
前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記多孔体の端部に接触している、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記シール部材は、射出成形または圧縮成形により成形され、
前記電解質膜の他の面における周縁部には、シール部材の成形時に成形型と接する部材が設けられている、燃料電池。
【請求項６】
積層部材がセパレータを挟んで積層された燃料電池の製造方法であって、
前記積層部材は、電解質膜を含み、
前記電解質膜は、前記積層部材のうちの他の部材の端部より外側にはみ出す周縁部を有し、
前記製造方法は、
成形型に前記セパレータを配置する工程と、
前記電解質膜の一の面における周縁部が前記セパレータの一の面に接触するように、前記セパレータの一の面に前記積層部材を配置する工程と、
前記電解質膜の他の面における周縁部と、前記積層部材の端部と、前記成形型とによって、少なくとも一部が区画される空間において、成形材料を射出成形または圧縮成形することにより、シール部材を成形する工程と、
を含む、製造工程。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法は、さらに、
前記電解質膜の他の面における周縁部に押圧部材を設ける工程を含み、
前記積層部材を配置する工程において、前記成形型が前記押圧部材を押圧することにより、前記電解質膜の一の面における周縁部を前記セパレータの一の面に接触させる、製造方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の製造方法において、
前記シール部材を形成する工程において、前記射出成形における射出圧または前記圧縮成形における圧縮圧によって、前記電解質膜の一の面における周縁部を、前記積層部材のうち前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材の端部に接触させる、製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法において、
前記積層部材のうち前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材は、拡散層を含む、製造方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の製造方法において、
前記積層部材のうち前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材は、多孔体を含む、製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のいずれかに記載の製造方法を用いて製造された燃料電池。
【請求項１２】
複数個積層されることにより燃料電池を構成するアッセンブリであって、
セパレータと、
前記セパレータの一の側に配置された電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置される拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、
前記セパレータと前記積層部材の端部と一体に成形されたシール部材と、
を備え、
前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記セパレータの一の側の面に接触している、アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、燃料電池の製造方法、および、アッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む積層部材とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。
【０００３】
ところで、上記スタック構造の燃料電池として、膜電極接合体を両面からガス拡散層で挟んでなる積層部材の端部にシール部材を一体成形する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４２８３６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ０２／００１６５８号公報
【特許文献３】特開２００２−１２４２７６号公報
【特許文献４】特開２００６−２１６４２４号公報
【特許文献５】特開２００５−３２７５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、一方の反応ガス（例えば、酸化ガス）が、電解質膜とシール部材との間を通って、他方の反応ガス（例えば、燃料ガス）と混合してしまう現象、いわゆるクロスリークを抑制する機能が十分であるとは言えなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、積層部材がセパレータを挟んで積層された燃料電池においてクロスリーク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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、セパレータと、前記セパレータの一の側に配置された電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置される拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、前記セパレータと前記積層部材の端部と一体に成形されたシール部材と、を備え、前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記セパレータの一の側の面に接触していることを要旨とする。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、セパレータと積層部材とシール部材とが一体化されていることにより、燃料電池の組み付け性が向上すると共に、電解質膜の周縁部がセパレータの面に接触していることによりクロスリークを抑制することができる。
【０００９】
第１の態様に係る燃料電池において、前記電解質膜の他の面における周縁部は、前記シール部材と接触していても良い。こうすれば、燃料電池の積層方向の締結力によりシール部材により電解質膜の周縁部がセパレータの面に押圧され、クロスリークをより抑制することができる。
【００１０】
第１の態様に係る燃料電池において、前記電解質膜の一の面における周縁部は、さらに、前記積層部材のうち、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材の端部に接触しても良い。こうすれば、電解質膜とセパレータとの間に配置されている部材の端部に隙間が生じないため、反応ガスがこのような隙間に流れることを抑制し、燃料電池の発電能力を向上させることができる。
【００１１】
第１の態様に係る燃料電池において、前記積層部材は、前記拡散層と前記セパレータとの間に配置されている多孔体を含み、前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記多孔体の端部に接触していても良い。こうすれば、多孔体の端部に隙間が生じないため、反応ガスがこのような隙間に流れることを抑制して反応ガスを多孔体に効率良く供給できる。この結果、燃料電池の発電能力を向上させることができる。
【００１２】
第１の態様に係る燃料電池において、前記シール部材は、射出成形または圧縮成形により成形され、前記電解質膜の他の面における周縁部には、シール部材の成形時に成形型と接する部材が設けられていても良い。こうすれば、シール部材を射出成形または圧縮成形する際に、電解質膜の位置決めを容易に行うことができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、積層部材がセパレータを挟んで積層された燃料電池の製造方法を提供する。前記積層部材は、電解質膜を含み、前記電解質膜は、前記積層部材のうちの他の部材の端部より外側にはみ出す周縁部を有している。第２の態様に係る製造方法は、成形型に前記セパレータを配置する工程と、前記電解質膜の一の面における周縁部が前記セパレータの一の面に接触するように、前記セパレータの一の面に前記積層部材を配置する工程と、前記電解質膜の他の面における周縁部と、前記積層部材の端部と、前記成形型とによって、少なくとも一部が区画される空間において、成形材料を射出成形または圧縮成形することにより、シール部材を成形する工程と、を含むことを要旨とする。
【００１４】
第２の態様に係る製造方法によれば、射出成形および圧縮成形時における成型材料の圧力により、電解質膜の周縁部をセパレータの面に接触させることができる。この結果、セパレータと積層部材とシール部材とが一体化されていると共に、クロスリークを抑制することのできる燃料電池を製造することができる。
【００１５】
第２の態様に係る製造方法は、さらに、前記電解質膜の他の面における周縁部に押圧部材を設ける工程を含み、前記積層部材を配置する工程において、前記成形型が前記押圧部材を押圧することにより、前記電解質膜の一の面における周縁部を前記セパレータの一の面に接触させても良い。こうすれば、押圧部材を成形型が押圧することにより、電解質膜の周縁部がセパレータの面に接触するように容易に配置・位置決めすることができる。
【００１６】
第２の態様に係る製造方法において、前記シール部材を形成する工程において、前記射出成形における射出圧または前記圧縮成形における圧縮圧によって、前記電解質膜の一の面における周縁部を、前記積層部材のうち前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材の端部に接触させても良い。こうすれば、電解質膜とセパレータとの間に配置されている部材の端部に隙間が生じないように、燃料電池を製造できる。この結果、反応ガスがこのような隙間に流れることを抑制して発電能力を向上させた燃料電池を製造することができる。
【００１７】
第２の態様に係る製造方法において、前記積層部材のうち前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置されている部材は、拡散層を含んでも良く、多孔体を含んでも良い。
【００１８】
本発明の第３の態様は、複数個積層されることにより燃料電池を構成するアッセンブリを提供する。第３の態様に係るアッセンブリは、セパレータと、前記セパレータの一の側に配置された電解質膜と、前記電解質膜と前記セパレータとの間に配置される拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、前記セパレータと前記積層部材の端部と一体に成形されたシール部材と、を備え、前記電解質膜の一の面における周縁部は、前記セパレータの一の側の面に接触していることを要旨とする。
【００１９】
第３の態様に係るアッセンブリによれば、第１の態様に係る燃料電池と同様の作用・効果を奏することができる。また、本発明の第３の態様に係るアッセンブリは、本発明の第１の態様に係る燃料電池と同様にして種々の態様にて実現され得る。また、本発明は、この他にも、上記第２の態様に係る製造方法を用いて製造された燃料電池、複数個積層されることにより燃料電池を構成するアッセンブリの製造方法、あるいは、かかる製造方法を用いて製造されたアッセンブリを始めとして、種々の態様にて実現され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る燃料電池、燃料電池の製造方法、および、アッセンブリについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２１】
Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図１および図２は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図３は実施例における燃料電池の製造ステップを示すフローチャートである。
【００２２】
図１および図２に示すように、燃料電池１００は、アッセンブリ２００が複数個積層された構造（いわゆるスタック構造）を有している。図３に示すように、燃料電池１００は、アッセンブリ２００を所定枚数積層し（ステップＳ１０２）、積層されたアッセンブリ２００を積層方向に所定の締結力を負荷するように締結する（ステップＳ１０４）ことにより、製造される。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池１００には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
【００２４】
図２に加えて、図４および図５を参照しながら、アッセンブリ２００の構成について説明する。図２には、アッセンブリ２００の側面図が示されている。図４は、アッセンブリ２００の正面図（図２における右側から見た図）を示す図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【００２５】
図２、図４、図５に示すように、アッセンブリ２００は、セパレータ６００と、積層部材８００と、シール部材７００とから構成されている。
【００２６】
先ず、セパレータ６００の構成を簡単に説明する。セパレータ６００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００から構成されている。
【００２７】
図６〜図８は、カソードプレート４００（図６）、アノードプレート３００（図７）、中間プレート５００（図８）の形状をそれぞれ示す説明図である。図６、図７、図８は、各プレート４００、３００、５００を図２の右側から見た様子を示している。図６〜図８において、各プレート３００、４００、５００の中央部に破線で示す領域ＤＡは、アッセンブリ２００において、上述した積層部材８００が配置される領域（以下、発電領域ＤＡという。）である。
【００２８】
カソードプレート４００は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、酸化ガス供給スリット４４０と、酸化ガス排出スリット４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット４４０は、発電領域ＤＡの端部（図６における上端部）に配置されている。酸化ガス排出スリット４４４は、発電領域ＤＡの端部（図６における下端部）に、並んで配置されている。
【００２９】
アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、燃料ガス供給スリット３５０と、燃料ガス排出スリット３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、発電領域ＤＡの端部（図７における下端部）に、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス排出スリット４４４と重ならないように配置されている。燃料ガス排出スリット３５４は、発電領域ＤＡの端部（図７における上端部）に、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス供給スリット４４０と重ならないように配置されている。
【００３０】
中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、供給流路形成部５４２、５４６および排出流路形成部５４４、５４８を備えている。中間プレート５００は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。
【００３１】
各冷却媒体流路形成部５５０は、発電領域ＤＡを図８における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域ＤＡの外側に至っている。冷却媒体流路形成部５５０は、図８における上下方向に、所定間隔をあけて並設されている。
【００３２】
反応ガスの供給流路形成部５４２、５４６と排出流路形成部５４４、５４８は、それぞれ対応するマニホールド形成部５２２〜５２８と一端が連通している。これらの流路形成部５４２〜５４８の他端は、３つのプレートを接合した際に、それぞれ対応するガス供給／排出スリット３５０、３５４、４４０、４４４と連通する。
【００３３】
図９は、セパレータの正面図である。セパレータ６００は、上述したアノードプレート３００およびカソードプレート４００を、中間プレート５００を挟持するように中間プレート５００の両側にそれぞれ接合し、中間プレート５００における冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。この結果、図９においてクロスハッチングで示す貫通部である６つのマニホールド１１０〜１６０と、酸化ガス供給流路６５０と、酸化ガス排出流路６６０と、燃料ガス供給流路６３０と、燃料ガス排出流路６４０と、冷却媒体流路６７０とを備えたセパレータ６００が得られる。なお、図９において、発電領域ＤＡの外側を囲むハッチングされた領域ＯＡは、後述する電解質膜８１０の周縁部が接触する領域（膜接触領域）を示している。さらに、膜接触領域ＯＡを囲む外側の領域を周囲領域と呼ぶ。
【００３４】
図２、図４、図５に戻って、アッセンブリ２００の説明を続ける。図４に示すように、上述したセパレータ６００のカソードプレート４００側の面における発電領域ＤＡに、積層部材８００が配置され、同じ面における発電領域ＤＡを囲む外側の領域である膜接触領域および周囲領域の全体にシール部材７００が配置されている。積層部材８００は、図５に示すように、電解質膜８１０と、電解質膜８１０のアノード側の面に接して配置されたアノード側拡散層８２０と、電解質膜８１０のカソード側の面に接して配置されたカソード側拡散層８３０と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０と、から構成されている。アノード側多孔体８４０は、電解質膜８１０のアノード側にアノード側拡散層８２０を挟んで配置され、カソード側多孔体８５０は、電解質膜８１０のカソード側にカソード側拡散層８３０を挟んで配置されている。カソード側多孔体８５０は、セパレータ６００の発電領域ＤＡに接触している。アノード側多孔体８４０は、複数のアッセンブリ２００を積層して燃料電池１００を構成した際に、他のアッセンブリ２００のセパレータ６００のアノードプレート３００側の面に接触する。
【００３５】
アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０は、上述した発電領域ＤＡに対応した大きさを有している。
【００３６】
アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、上述したアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０と同様に、上述した発電領域ＤＡに対応した大きさを有している。
【００３７】
電解質膜８１０は、積層部材８００を構成する他の部材、すなわち、上述したアノード側拡散層８２０、カソード側拡散層８３０、アノード側多孔体８４０、カソード側多孔体８５０より、上下方向、左右方向ともに大きい。そのため、電解質膜８１０は、積層部材８００を構成する他の部材と積層されたときに、その外周端近傍が積層部材８００を構成する他の部材の外周端より外側にはみ出している。電解質膜８１０において、積層部材８００を構成する他の部材の外周端より外側にはみ出している部分を電解質膜８１０の周縁部と呼ぶ。
【００３８】
電解質膜８１０は、例えばフッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質膜８１０は、上述したセパレータ６００の発電領域ＤＡに対応する領域、すなわち、上述した周縁部より内側の領域の両側の表面に触媒層が塗布されている（触媒層の図示は省略）。触媒層は、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。
【００３９】
電解質膜８１０の周縁部は、図５に示すように、カソード側拡散層８３０の端部およびカソード側多孔体８５０の端部に沿って変形しており、電解質膜８１０の周縁部のカソード側の面は、カソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０の端部に接触している。図５において、太線ＳＦは、その接触面を示している。さらに、電解質膜８１０の周縁部は、図５に示すように、セパレータ６００のカソード側の面（カソードプレート４００の表面）に沿って変形しており、電解質膜８１０の周縁部のカソード側の面は、セパレータ６００のカソード側の面に接触している。図９に示すセパレータ６００上に示された膜接触領域ＯＡが、上述したように、電解質膜８１０の周縁部が接触している領域である。
【００４０】
さらに、電解質膜８１０の周縁部におけるセパレータ６００と接触している部分（図９：膜接触領域ＯＡ上の部分）のアノード側の面には、図４および図５に示すように、突状部８１５が設けられている。この突状部８１５は、図４に示すように、電解質膜８１０の周縁部の全体に亘って、所定間隔で複数個配置されている。
【００４１】
シール部材７００は、支持部７１０と支持部７１０の上部に形成されたリブ７２０とを備えている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーによって形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。
【００４２】
シール部材７００の支持部７１０は、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面における上述した周囲領域の全体に接触している（図２、図５）。さらに、支持部７１０は、膜接触領域ＯＡ上において電解質膜８１０の周縁部のアノード側の面に接触している（図２、図５）。そして、電解質膜８１０の周縁部に設けられた上述した突状部８１５は、支持部７１０に埋め込まれている。シール部材７００の支持部７１０とセパレータ６００のカソードプレート４００側の面との接触面、および、膜接触領域ＯＡにおける電解質膜８１０の周縁部とセパレータ６００のカソードプレート４００側の面との接触面（図５における太線ＳＵ）は、所定の結合力で接着されている。
【００４３】
ここで所定の結合力は、アッセンブリ２００が積層・締結されていない状態、すなわち、積層方向の負荷がかけられていない状態における結合力である。所定の結合力は、図５において矢印で示すように燃料電池の運転中に想定される流体の圧力がシール部材７００や電解質膜８１０の周縁部に負荷された場合に、シール部材７００および電解質膜８１０の周縁部がセパレータ６００のカソードプレート４００側の面に対して、接触面ＳＵに沿った方向にずれない結合力である。燃料電池の運転中に想定される流体の圧力としては、マニホールド１１０〜１６０内における燃料ガス圧、酸化ガス圧、冷却媒体の圧力、および、カソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスの圧力、アノード側拡散層８２０およびアノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスの圧力がある。
【００４４】
所定の結合力は、想定される最大の流体の圧力を基準に決定されることが好ましい。例えば、燃料電池が高負荷で運転されているときほど、酸化ガス、燃料ガス、冷却媒体ともに圧力が大きくなる。また、流体が流動すると、圧力損失が発生するので、流動経路の上流側（入口側）のほうが、下流側（出口側）より圧力が高い。また、酸化ガスに空気を使用する場合は、電気化学反応に用いられる酸素は空気内に約２０％しか含まれていないことから、十分な酸素をカソードに供給するために酸化ガスを高圧で供給する場合が多い。さらに、酸化ガスの流れを利用して生成水を外部に排出しようとする場合にも、効率良く生成水を排出するために酸化ガスを高圧で供給する場合が多い。したがって、かかる場合には、高負荷運転時における酸化ガスの流動経路の上流側（酸化ガス供給マニホールド１１０近傍）の圧力を基準として、かかる圧力に対してずれが生じないように接触面ＳＵの結合力が決定される。
【００４５】
具体的には、接触面ＳＵの結合力は、シールラインの単位長さあたり０．０１Ｎ／ｍｍ（ニュートン毎ミリメートル）以上であることが好ましく、０．６Ｎ／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
【００４６】
支持部７１０は、積層部材８００のうち、電解質膜８１０よりアノード側の部材、すなわち、本実施例ではアノード側拡散層８２０と、アノード側多孔体８４０の端部に含浸して一体化されている。図４および図５において符号ＢＢで示す部分は、かかる含浸部分を示している。
【００４７】
リブ７２０は、図４に示すように、発電領域ＤＡ、各マニホールド１１０〜１６０を、それぞれ囲むように形成されている。リブ７２０は、アッセンブリ２００が積層され燃料電池１００を構成する際に、積層方向の締結力により、他のアッセンブリ２００のセパレータ６００のアノードプレート３００と気密に接触する。
【００４８】
以上の説明から解るように、アッセンブリ２００が積層され燃料電池１００を構成する際、そのアッセンブリ２００のセパレータ６００との間は、シール部材７００の支持部７１０および電解質膜８１０の周縁部と、セパレータ６００との接触面ＳＵによってシールされる。一方、隣接するアッセンブリ２００のセパレータ６００との間は、シール部材７００のリブ７２０によってシールされる。これにより、燃料ガス、酸化ガス、冷却媒体が燃料電池の外部に漏洩したり、互いに混合してしまうことを抑制している。
【００４９】
・燃料電池の動作
図１０を参照して、実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図１０は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図１０においては、２つのアッセンブリ２００が積層された様子を図示している。図１０（ａ）は、図９におけるＢ−Ｂ断面に対応する断面図を示している。図１０（ｂ）は、右側の半分が図９におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図９におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示している。
【００５０】
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。
【００５１】
酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図１０（ａ）において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路６５０を通って、カソード側多孔体８５０に供給される。酸化ガス供給流路６５０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの供給流路形成部５４２（図８）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス供給スリット４４０（図６）によって形成される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図４、９における上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路６６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。酸化ガス排出流路６６０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの排出流路形成部５４４（図８）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス排出スリット４４４（図６）によって形成される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード側拡散層８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に供される。
【００５２】
燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図１０（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路６３０を通って、アノード側多孔体８４０に供給される。燃料ガス供給流路６３０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの供給流路形成部５４６（図８）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス供給スリット３５０（図７）によって形成される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を図４、９における下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路６４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。燃料ガス排出流路６４０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの排出流路形成部５４８（図８）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス排出スリット３５４（図７）によって形成される。アノード側多孔体８４０を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード側拡散層８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-）に供される。
【００５３】
冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体流路６７０に供給される。冷却媒体流路６７０は、図９に示すように、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図８）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。冷却媒体流路６７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。
【００５４】
アッセンブリの製造方法：
図１１および図１５を参照して、上述した構成を有するアッセンブリ２００の製造方法を説明する。図１１は、ＭＥＧＡの製造ステップを示すフローチャートである。図１２は、ＭＥＧＡを示す説明図である。図１３は、アッセンブリの製造ステップを示すフローチャートである。図１４は、実施例におけるアッセンブリの製造を説明するための図である。図１５は、成形型を示す図である。図１４は、図１５におけるＦ−Ｆ断面に対応している。
【００５５】
先ず、ＭＥＧＡの製造方法について説明する。ＭＥＧＡは、上述した電解質膜８１０の両面にアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０を予めホットプレスによって接着して一体化したものである。まず、電解質膜８１０を準備する（ステップＳ２０２）。電解質膜８１０として、上述したようにセパレータ６００上における膜接触領域ＯＡに接触させることを考慮して、適切な大きさのものが準備される。
【００５６】
次いで、電解質膜８１０の両面に触媒層が塗布される（ステップＳ２０４）。触媒層は、電解質膜８１０における発電領域ＤＡに対応する領域（図１２（ａ）においてハッチングされた領域）の両面に塗布される。触媒は、例えば、スクリーン印刷法や、ドクターブレード法などを用いて塗布される。
【００５７】
次いで、電解質膜８１０のアノード側の面に突状部８１５が形成される（ステップＳ２０６）。突状部８１５は、図１２（ａ）に示すように、電解質膜８１０の周縁部ＯＰに形成される。突状部８１５は、ゴム材料をスクリーン印刷法により、電解質膜８１０上に設置することにより、形成される。図１２（ｂ）には、図１２（ａ）におけるＧ−Ｇ断面が示されている。突状部８１５の高さは、電解質膜８１０を含めた高さＨＴが、後述する型内高さと同じあるいは型内高さより若干大きくなるように設定される。
【００５８】
次いで、電解質膜８１０の両面にアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０がそれぞれホットブレスによって接着されて（ステップＳ２０８）、ＭＥＧＡが完成される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０は、上述した発電領域ＤＡに対応する大きさのものが用意され、電解質膜８１０における発電領域ＤＡに対応する領域に接着される（図１２（ａ））。
【００５９】
なお、突状部８１５の形成（ステップＳ２０６）は、ステップＳ２０４より前に行われても良いし、ステップＳ２０８より後に行われても良い。
【００６０】
続いて、アッセンブリ２００の製造方法を、図１３〜図１５を参照して説明していく。先ず、一体化成型用の成形型を準備する（ステップＳ３０２）。成形型は、図１４（ａ）に示すように、上型９１０と下型９２０を有している。下型９２０には、図１４、図１５に示すように、セパレータ６００を配置できるように、セパレータ６００の外形に合致する形状を有している。また、下型９２０には、図１４、図１５に示すように、セパレータ６００を配置したときに、セパレータ６００の各マニホールド１１０〜１６０に嵌り込む突状体ＰＪが形成されている。上型９１０には、下型９２０の突状体ＰＪの上方に成形材料の投入口ＳＨが形成されている。
【００６１】
次いで、下型９２０に、セパレータ６００を配置する（ステップＳ３０４）。セパレータ６００のカソードプレート４００側の面における膜接触領域ＯＡ（図９）には、予めエポキシ系接着剤が塗布される。本実施例では、セパレータ６００は、アノードプレート３００側を下方に、カソードプレート４００側を上方にして、下型９２０に配置される。
【００６２】
次いで、下型９２０に配置されたセパレータ６００にカソード側多孔体８５０が配置される（ステップＳ３０６）。カソード側多孔体８５０は、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面における発電領域ＤＡ（図９等）に配置される。
【００６３】
配置されたカソード側多孔体８５０に重ねて、上述した製造方法により製造されたＭＥＧＡ８６０が配置される（ステップＳ３０８）。ＭＥＧＡ８６０は、電解質膜８１０に接着されたカソード側拡散層８３０を下方にして、カソード側拡散層８３０が、カソード側多孔体８５０にぴったりと重なるように配置される。
【００６４】
配置されたＭＥＧＡ８６０に重ねて、アノード側多孔体８４０が配置される（ステップＳ３１０）。アノード側多孔体８４０は、ＭＥＧＡ８６０において電解質膜８１０に接着されたアノード側拡散層８２０にぴったりと重なるように配置される。
【００６５】
こうして、セパレータ６００上に、積層部材８００が全て配置されると、所定の型圧で型締めする（ステップＳ３１０）。図１４（ｂ）には、下型９２０と上型９１０とが型締めされた状態が示されている。型締めされた状態において、上述した突状部８１５に対応する位置における、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面から上型９１０までの高さを型内高さと呼ぶ。上述したように電解質膜８１０と突状部８１５を合わせた高さＨＴは、型内高さと同等あるいは若干大きくされている。この結果、型締めされた状態において、図１４（ｂ）において黒塗りの矢印で示すように、突状部８１５の頂上部が上型９１０の内壁面に接触して押圧される。これにより、電解質膜８１０の周縁部は、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面に接触するように配置・位置決めされる。
【００６６】
型締めされた状態で、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面における膜接触領域ＯＡおよび周囲領域、すなわち、発電領域ＤＡの外側を囲む全領域（図９参照）の上方には、上述したアッセンブリ２００のシール部材７００の形状を有する空間ＳＰが形成される。この空間ＳＰは、図１２（ｂ）に示すように、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面と、下型９２０および上型９１０の内壁面と、電解質膜８１０の周縁部のアノード側の面と、アノード側多孔体８４０およびアノード側拡散層８２０の端部とによって区画される。
【００６７】
型締めの後、上述した空間ＳＰにおいて射出成形が行われる（ステップＳ３１４）。具体的には、シール部材７００の成形材料としての液状ゴムが上述した投入口ＳＨから空間ＳＰに投入された後、加硫工程が行われる。成形材料としての液状ゴムには、シランカップリング剤が添加されている。
【００６８】
この射出成形において、成形材料の投入圧力を適切に設定することにより成形材料がアノード側拡散層８２０およびアノード側多孔体８４０の端部に含浸する（図４および図５の領域ＢＢ）。また、図１４（ｂ）において矢印で示すように成型材料の投入圧力により、電解質膜８１０の周縁部ＯＰはカソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０の端部に押しつけられると共に、セパレータ６００における膜接触領域ＯＡ（図９）に押しつけられる。この結果、図１４（ｂ）に示す隙間ＮＣが生じないように、電解質膜８１０の周縁部ＯＰは、カソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０の端部、および、セパレータ６００における膜接触領域ＯＡに接触する。
【００６９】
本工程において、電解質膜８１０の周縁部ＯＰとセパレータ６００との間は、エポキシ系接着剤により接着される。また、シール部材７００の支持部７１０とセパレータ６００との間は、成形材料に添加されたシランカップリング剤による結合により接着される。この結果、上述した接触面ＳＵ（図５）間の必要な結合力が確保される。射出成形後、型開きしてアッセンブリ２００が得られる。
【００７０】
以上説明した本実施例によれば、電解質膜８１０の周縁部がセパレータ６００における膜接触領域ＯＡに接触しているため、上述したクロスリークをより確実に抑制することができる。
【００７１】
理解の容易のために、従来の燃料電池の一例を、図１６および図１７を参照して説明する。例えば、従来の燃料電池では、図１６に示すように、セパレータ６００と、シール一体型積層部材２００ｂと、を交互に積層していた。シール一体型積層部材２００ｂは、図１７に示すように、積層部材８００（アノード側多孔体８４０とＭＥＧＡ８６０とカソード側多孔体８５０）の端部にシール部材７００ｂを射出成形などにより含浸させて一体成型したものであり、電解質膜８１０をシール部材７００ｂの内部に積層部材８００の他の部材より延在させることにより、クロスリークを抑制していた。電解質膜８１０は、薄く剛性も低いので、このような構成では、シール部材７００ｂを射出成形するときに、電解質膜８１０の変形などが生じ、シール部材７００ｂと電解質膜８１０の間を確実にシールすることが困難であった。この結果、シール部材７００ｂと電解質膜８１０との間を反応ガスが通過し、クロスリークが生じるおそれがあった。しかし、上述した本実施例では、剛性の高いセパレータ６００の面に電解質膜８１０の周縁部を接触させて接着するので、セパレータ６００と電解質膜８１０間で高いシール性を実現し、クロスリークをより確実に抑制することができる。
【００７２】
さらに、本実施例によれば、電解質膜８１０の周縁部がカソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０に接触しているので、酸化ガスを効率良く発電領域ＤＡに供給し、発電能力を向上することができる。すなわち、図１７に示すように、従来の構成では、リブ７２０ｂとカソード側多孔体８５０との間の隙間ＮＣをなくすことは困難であった。そうすると、カソード側多孔体８５０より圧力損失の少ない隙間ＮＣに酸化ガスが流れ込み、発電領域ＤＡに効率良く酸化ガスを供給できず、発電能力の低下を招くおそれがあった。しかし、本実施例では、電解質膜８１０の周縁部がカソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０に接触しているので、カソード側多孔体８５０の端部の隙間をなくす、あるいは、極めて小さくすることができるので、酸化ガスを効率良く発電領域ＤＡに供給することができる。このように、電解質膜８１０の周縁部をカソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０に接触させることは、上述した製造方法を用いることにより、射出成形における投入圧力を利用して電解質膜８１０をカソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０に沿った形状に変形させることで容易に実現することができる。
【００７３】
さらに、本実施例では、電解質膜８１０の周縁部のアノード側の面には、シール部材７００の成形時に成形型と接する頂上部を有する突状部８１５を設けている。この結果、シール部材７００を射出成型する時に、電解質膜８１０をセパレータ６００の面上にしっかりと位置決めできる。この結果、射出成形における投入圧力によって、剛性の低い電解質膜８１０が変形することを抑制して、確実に電解質膜８１０の周縁部をセパレータ６００の面上に接着することができる。また、突状部８１５を介した押圧力と、射出成形における投入圧力を利用して、より確実に電解質膜８１０の周縁部をセパレータ６００の面上に接着することができる。また、シール部材７００の成形と、電解質膜８１０の周縁部のセパレータ６００への接着を、一度の工程で行うことができる。
【００７４】
また、本実施例では、電解質膜８１０よりカソード側においては、カソード側拡散層８３０やアノード側拡散層８２０にシール部材７００を含浸させる必要がない。シール部材７００成形時の含浸量のコントロールは、比較的難しい技術であるので、含浸させる領域を減らすことで、製造を容易化することができる。
【００７５】
また、図１６および図１７に示した従来の構成では、例えば、１００枚のＭＥＧＡを含む燃料電池を構成しようとすると、セパレータ６００と、シール一体型積層部材２００ｂをそれぞれ１００枚ずつ、合計２００枚の部材を積層する必要がある。しかし、上述した本実施例では、１００枚のアッセンブリ２００を積層するだけで良いため製造工程が削減される。また、シール部材には、シール性を確保するため、燃料電池のたわみに追従できるように、比較的柔らかく弾性のある材料が用いられるため、シール一体型積層部材２００ｂのような構成では、積層・締結を行う際にシール部材７００ｂの変形が生じ、精度の良い組み付けが困難であった。しかし、上述した本実施例では、シール部材７００は、剛性の高いセパレータ６００に面接触してその形状を支持されているので、積層・締結時などにおけるシール部材７００の変形が抑制され、精度の良い組み付けが実現される。
【００７６】
さらに本実施例によれば、燃料電池１００の積層方向の締結力を低減することができる。この結果、燃料電池１００を積層方向に締結する締結部材の小型化、セパレータ６００の薄肉化、および燃料電池１００の超寿命化が実現される。
【００７７】
図１６、１７に示すように従来の構成では、シール一体型積層部材２００ｂにおけるシール部材７００ｂの両側（アノード側とカソード側）にそれぞれリブ７２０ｂが形成され、シール部材７００ｂとセパレータ６００とのシールは、両側ともにリブ７２０ｂとセパレータ６００との接触によって確保されていた。このような場合、図１７において矢印で示すような燃料電池の運転中に想定される流体の圧力がシール部材７００ｂに負荷されたときに、かかる負荷に抗する力はリブ７２０ｂとセパレータ６００間の静止摩擦力のみである。静止摩擦力の大きさは、積層方向に負荷される締結力に比例するため、燃料電池の運転中に想定される流体の圧力によるシール部材７００ｂのずれを抑制するためには、比較的高い締結力を負荷する必要があった。燃料電池の運転中に想定される流体の圧力によるシール部材７００ｂのずれは、シール不良をもたらすため、抑制する必要がある。
【００７８】
しかし、本実施例では、シール部材７００とセパレータ６００間および電解質膜８１０の周縁部の接触面（図５において符号ＳＵで示されている。）は、上述したように、積層方向に力を負荷されていない状態で、燃料電池の運転中に想定される流体の圧力に耐えられる結合力を有している。したがって、燃料電池１００の積層方向の締結力は、シール部材７００のずれの抑制を考慮することなく、リブ７２０とセパレータ６００間におけるシール性を確保することさえ考慮して決定されれば良い。この結果、燃料電池１００の積層方向の締結力を従来より大幅に低減することができる。
【００７９】
さらに、本実施例によれば、シール部材７００のカソード側と一のセパレータ６００との間は、上述したように燃料電池の運転中に想定される流体の圧力によるシール部材７００のずれを抑制できる結合力を有しているのに対して、シール部材７００のアノード側と他のセパレータ６００との間はリブ７２０を介して接触しているだけある。すなわち、シール部材７００のカソード側と一のセパレータ６００との間の結合力は、シール部材７００のアノード側と他のセパレータ６００との間の結合力より大幅に大きい。この結果、積層された燃料電池１００を分解するとき、シール部材７００のアノード側と他のセパレータ６００との間が分離し易い。従って、アッセンブリ２００単位に分解することが容易であり、例えば、ＭＥＧＡに不良が発生した場合にアッセンブリ２００単位で交換することが容易になるなど分解性、メンテナンス性が向上する。
【００８０】
Ｂ．変形例：
・第１変形例：
上記実施例において、電解質膜８１０の周縁部に形成され、シール部材７００の成型時に成形型と接する部材として突状部８１５を用いているが、この部材の配置や形状は一例であり、その他の形状や配置を採用しても良い。図１８および図１９を参照して、他の例について説明する。図１８は、変形例におけるＭＥＧＡを示す第１の図である。図１９は、変形例におけるＭＥＧＡを示す第２の図である。
【００８１】
図１８に示す例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰにおいて、突状部８１５がいわゆる千鳥配列に配置されている。例えば、周縁部ＯＰが比較的広くなる場合には、シール部材７００を射出成形する際に、なるべく均等に電解質膜８１０の周縁部ＯＰを押圧するために、このような配置にすることが考えられる。その他にも、電解質膜８１０の周縁部ＯＰの一辺当たりに複数列に亘って突状部８１５を配置しても良い。
【００８２】
図１９に示す例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰにおいて、上面視が丸型であった突状部８１５に代えて、上面視（図１９（ａ））および側面視（図１９（ｂ））が長方形の部材８１５ｂを配置している。このような形状であっても、比較的均等に電解質膜８１０の周縁部ＯＰを押圧することができる。
【００８３】
このように、電解質膜８１０の周縁部ＯＰに設けられる部材は、押圧の均等性や射出成形時における成形材料の流動性などを考慮して様々な形状および配置とすることができる。
【００８４】
・第２変形例：
上記実施例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰに突状部８１５を設けることにより、電解質膜８１０の周縁部ＯＰの位置決めおよびセパレータ６００に対する押圧を行っていたが、これに代えて、成形型により位置決めおよび押圧を行っても良い。図２０を参照して、その一例を説明する。図２０は、変形例におけるアッセンブリの製造を説明するための図である。
【００８５】
図２０に示す例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰに突状部８１５を設ける代わりに、成形型の上型９１０ｂに突状部９１５ｂを設けている（図２０（ａ））。上型９１０ｂの突状部９１５ｂは、実施例における電解質膜８１０の周縁部ＯＰ上の突状部８１５が設けられていた位置に対応する位置に設けられている。また、上型９１０ｂの突状部９１５ｂは、実施例における電解質膜８１０の周縁部ＯＰ上の突状部８１５と同程度の高さを有している。
【００８６】
この結果、型締めされた状態では、図２０（ｂ）に示すように、上型９１０ｂの突状部９１５ｂによって、電解質膜８１０の周縁部ＯＰの位置決めおよびセパレータ６００に対する押圧が実現できる。こうすれば、ＭＥＧＡ８６０に突状部８１５を設ける工程を削減することができる。
【００８７】
・第３変形例：
上記実施例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰとセパレータ６００との間の接着は、エポキシ系接着剤によって行っているが、これに限られない。例えば、エポキシ系接着剤以外の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いても良いし、ポリプロピレン系などの熱可塑性樹脂系の接着剤を用いても良い。さらには、電解質膜８１０自身のラミネート接着を利用しても良い。
【００８８】
・第４変形例：
上記実施例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰを発電領域ＤＡの全周に亘って、カソード側拡散層８３０およびカソード側多孔体８５０の端部に接触させると共に、セパレータ６００の膜接触領域ＯＡに接触させているが、必ずしも全周に亘って行わなくても良い。例えば、上記実施例における反応ガス供給／排出流路６５０、６３０、６６０、６４０のように、セパレータ６００の内部を通る流路を使って、反応ガスの供給／排出する機構に代えて、一のセパレータと他のセパレータの間から反応ガスの供給／排出を行う機構を用いる場合には、そのような反応ガスの供給／排出を行う機構を配置する部分は、他の仕組みによりシールを確保し、それ以外の部分には本実施例のように電解質膜８１０の周縁部ＯＰをセパレータ６００に接触させることによりシールを確保しても良い。
【００８９】
・第５変形例：
上記実施例では、セパレータ６００のカソードプレート４００側の面に積層部材８００とシール部材７００を一体化したアッセンブリ２００を用いているが、これに代えて、セパレータ６００のアノードプレート３００側の面に積層部材８００とシール部材７００を一体化しても良い。かかる場合は、シール部材７００とセパレータ６００のアノードプレート３００側の面との間が接触面ＳＵによってシールされ、シール部材７００とカソードプレート４００側の面との間がリブ７２０によってシールされることになる。セパレータ６００のどちらの面に積層部材８００およびシール部材７００を一体化するかは、酸化ガスと燃料ガスのガス圧などの燃料電池の運転条件や、設計思想などに応じて適宜に選択可能である。例えば、上記実施例では、カソード側を接触面ＳＵでシールすることにより、ガス圧が高くなりがちなカソード側において、シール材の変形などを抑制し、シール不良を向上している。一方、例えば、設計思想として、水素のシール不良を抑制することを優先する場合には、アノード側を接触面ＳＵでシールすることにより、水素に関するシール不良を抑制しても良い。
【００９０】
・第６変形例：
上記実施例では、シール部材７００にシランカップリング剤を添加することにより、シール部材７００の支持部７１０とセパレータ６００との接触面の結合力を確保しているが、かかる接触面における結合力は、他の様々な手法によって確保しても良い。例えば、分子間力、共有結合、水素結合などの化学結合、機械的な結合などの物理結合を利用しても良い。より具体的には、化学結合としては、実施例におけるシランカップリング剤による他、プライマー処理、エポキシ系などの各種接着剤が用いられ得る。プライマー処理や接着剤は、成形材料に添加する他、セパレータ６００側に塗布していても良い。物理結合としては、シール部材７００とセパレータ６００の接触面を密着させて真空とすることによる吸盤効果を用いた結合や、セパレータ６００の接触面に突起、溝、孔などの形状を設ける、いわゆるアンカー効果による結合などを用いることができる。
【００９１】
・第７変形例：
上記実施例では、射出成形によってシール部材７００を形成しているが、これに代えて、圧縮成形によってシール部材７００を形成しても良い。例えば、成形型の空間ＳＰに固形の未加硫ゴムを充填し、成形型を型締めして加熱することにより、形状を成形することと加硫を同時に行う熱加硫圧縮成形などが用いられ得る。
【００９２】
・その他の変形例：
上記実施例では、電解質膜８１０の周縁部ＯＰに突状部８１５をスクリーン印刷により設けることとしているが、その他様々な手法が用いられ得ることは言うまでもない。
【００９３】
上記各実施例では、積層部材８００の各部材やセパレータ６００の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ６００は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
【００９４】
上記各実施例では、セパレータ６００は３層の金属板を積層した構成であり、その発電領域ＤＡに対応する部分が平坦な形状であるとしているが、セパレータ６００の構成は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ６００の形状は他の任意の形状とすることが可能である。
【００９５】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施例における燃料電池の構成を示す第１の説明図である。
【図２】実施例における燃料電池の構成を示す第２の説明図である。
【図３】実施例における燃料電池の製造ステップを示すフローチャートである。
【図４】アッセンブリ２００の正面図を示す図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図６】カソードプレートの形状を示す説明図である。
【図７】アノードプレートの形状を示す説明図である。
【図８】中間プレートの形状を示す説明図である。
【図９】セパレータの正面図である。
【図１０】燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。
【図１１】ＭＥＧＡの製造ステップを示すフローチャートである。
【図１２】ＭＥＧＡを示す説明図である。
【図１３】アッセンブリの製造ステップを示すフローチャートである。
【図１４】実施例におけるアッセンブリの製造を説明するための図である。
【図１５】成形型を示す図である。
【図１６】従来の燃料電池の一例を示す第１の図である。
【図１７】従来の燃料電池の一例を示す第２の図である。
【図１８】変形例におけるＭＥＧＡを示す第１の図である。
【図１９】変形例におけるＭＥＧＡを示す第２の図である。
【図２０】変形例におけるアッセンブリの製造を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００…燃料電池
１１０…酸化ガス供給マニホールド
１２０…酸化ガス排出マニホールド
１３０…燃料ガス供給マニホールド
１４０…燃料ガス排出マニホールド
１５０…冷却媒体供給マニホールド
１６０…冷却媒体排出マニホールド
２００…アッセンブリ
３００…アノードプレート
３２２〜３３２…マニホールド形成部
３５０…燃料ガス供給スリット
３５４…燃料ガス排出スリット
４００…カソードプレート
４２２〜４３２…マニホールド形成部
４４０…酸化ガス供給スリット
４４４…酸化ガス排出スリット
５００…中間プレート
５２２〜５３２…マニホールド形成部
５４２〜５４８…反応ガス供給／排出流路形成部
５５０…冷却媒体流路形成部
６００…セパレータ
６３０…燃料ガス供給流路
６４０…燃料ガス排出流路
６５０…酸化ガス供給流路
６６０…酸化ガス排出流路
６７０…冷却媒体流路
７００…シール部材
７１０…支持部
７２０…リブ
８００…積層部材
８１０…電解質膜
８１５…突状部
８２０…アノード側拡散層
８３０…カソード側拡散層
８４０…アノード側多孔体
８５０…カソード側多孔体
８６０…ＭＥＧＡ
９１０、９１０ｂ…上型
９１５ｂ…突状部
９２０…下型
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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