(57)【要約】【課題】部品点数が増加するのを抑えつつガスケット等のシール部材を補強できるようにした燃料電池を提供すること。【解決手段】供給された反応ガスの反応により発電が行なわれる発電部Ａを有したＭＥＡ（発電体）１１とマニホールド４１，４２が設けられたセパレータ１２ａ，１２ｂとが積層してなる燃料電池１において、ＭＥＡ１１の周囲に、セパレータ１２ａ，１２ｂ間をシールするガスケット１３が設けられ、ＭＥＡ１１は、電解質膜（膜）２１と、電解質膜２１に対して積層された一層以上の多孔層とを備える。多孔層としては拡散層２２ａを用いることができる。拡散層２２ａは、少なくとも発電部Ａにて多数の孔を有して通気性を備え、発電部Ａよりも外側に延伸した延伸部５５を有し、該延伸部５５がガスケット１３の内部に延在している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜と、該膜を挟持する少なくとも発電部でガス通気性を有する第一の層と、該第一の層より剛性が大きく少なくとも前記発電部でガス通気性を有する第二の層とを備え、該第二の層が前記第一の層の前記膜に接する反対面に設けられた燃料電池において、
ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられ、
該マニホールドの開口部の周縁部に沿って、前記ガス通気性を有する第二の層が伸びており、
前記ガス通気性を有する第二の層の延伸部にシール部材が形成されている燃料電池。
【請求項２】
前記第二の層の延伸部が、前記シール部材のリップ部で中央にくるよう成形されている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
一対の前記第二の層の両側部がそれぞれ前記マニホールドの開口部の周縁部まで伸びている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第二の層のシール部材成形部位が非通気性である請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第二の層がラスカットメタルである請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第二の層が前記膜を保持する請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
供給された反応ガスの反応により発電が行なわれる発電部を有した発電体と、前記反応ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられたセパレータと、が積層してなる燃料電池において、
前記セパレータと接触するシール部材が前記発電部の周囲に設けられ、
前記発電体は、膜と、該膜に対して積層された一層以上の多孔層とを備え、
該多孔層は、少なくとも前記発電部にてガス通気性を有する多孔性部材からなるとともに、当該多孔層の少なくとも一層が前記発電部よりも外側に延伸した延伸部を有し、
該延伸部が少なくとも前記シール部材まで延在している燃料電池。
【請求項８】
前記シール部材及び前記延伸部は前記マニホールドの開口部を取り囲んで設けられている、請求項７記載の燃料電池。
【請求項９】
前記延伸部を有する前記多孔層は前記発電体の両面側に位置して設けられ、該延伸部は前記シール部材のリップ部にて該シール部材の厚さ方向中央部に位置して設けられている、請求項７又は８記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記延伸部が前記シール部材の内部に埋め込まれている、請求項７から９のいずれか記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記延伸部は非通気性である、請求項７から１０のいずれか記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記延伸部は、前記多孔質性部材に対して樹脂が含浸されて形成されたものである、請求項１１記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記多孔性部材はラスカットメタルである、請求項７から１０のいずれか記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記多孔層として一対の金属板を備え、各々の前記金属板は、対向する一対の辺の縁部を前記延伸部として備え、これら金属板は、該延伸部を除いて通気性を有し、前記各金属板が、前記一対の辺の対向方向が互いに交差するように重ね合わされた状態で、これら金属板の間に前記発電体が挟み込まれて積層されている、請求項１３記載の燃料電池。
【請求項１５】
供給された反応ガスの反応により発電が行なわれる発電部を有する発電体と、前記反応ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられたセパレータと、が積層してなる燃料電池において、
前記セパレータと接触するシール部材が前記発電部の周囲に設けられ、
前記発電体は、膜と、該膜に対して積層された一層以上の多孔層とを備え、
該多孔層は、前記発電部にてガス通気性を有する多孔性部材からなるとともに、当該多孔層の少なくとも一層が前記発電部よりも外側に延伸した延伸部を有し、
該延伸部が少なくとも前記シール部材まで延在するとともに前記セパレータのマニホールドに対応する部分にも延在している燃料電池。
【請求項１６】
前記多孔性部材は、前記マニホールドに対応した部分に孔が形成されていない一枚状の部材からなる請求項１５に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記多孔性部材のうち、前記マニホールドに対応した部分にスリットが設けられている請求項１５に記載の燃料電池。
【請求項１８】
前記多孔性部材のうち、前記マニホールドに対応した部分及び発電部を除く部分に樹脂が含浸している請求項１５から１７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記延伸部の外周部分の少なくとも一部が折り曲げられている請求項７から１８のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記延伸部の外周部分のうち、少なくとも前記マニホールドの真横に位置する部分が折り曲げられている請求項１９に記載の燃料電池。
【請求項２１】
前記折り曲げられた部分がさらに潰されて二重または三重の構造になっている請求項１９または２０に記載の燃料電池。
【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。さらに詳述すると、本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって電気を発生する燃料電池に関し、特に、燃料電池内におけるガス透過抑制のための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子型燃料電池におけるセル（単電池）は、電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなる膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ。）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータとで構成されている。また、このようなセルが複数積層されていわゆる燃料電池スタックが形成されている。各セパレータの例えば端部付近には流体流通用のマニホールドがセル積層方向に連通するように設けられており、かかるマニホールドを通じ、各セパレータのガス流路を介して酸化ガスまたは燃料ガスが各電極に供給されるようになっている。
【０００３】
このような燃料電池において、ＭＥＡとセパレータとの間やセパレータとセパレータとの間にはガスケット等のシール部材が設けられている。具体例を挙げると、シール部材は、ＭＥＡの周縁部とセパレータのうちガス流路の周囲の部分との間に介在するように設けられ、あるいは、セパレータにおける冷却水流路の周囲の部分とこれに隣接するセパレータにおける冷却水流路の周囲の部分との間に介在するように設けられ、これらの間をシールしている。また、このようなシール部材（例えばガスケット）の強度を補強するための手段として、マニホールドの周縁部のガスケット部に補強材を設けるというものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１０２０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる構造の場合、補強材を新たに設けることから燃料電池の部品点数が増えてしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が増加するのを抑えつつガスケット等のシール部材を補強できるようにした燃料電池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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、膜と、該膜を挟持する少なくとも発電部でガス通気性を有する第一の層と、該第一の層より剛性が大きく少なくとも前記発電部でガス通気性を有する第二の層とを備え、該第二の層が前記第一の層の前記膜に接する反対面に設けられた燃料電池において、ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられ、該マニホールドの開口部の周縁部に沿って、前記ガス通気性を有する第二の層が伸びており、前記ガス通気性を有する第二の層の延伸部にシール部材が形成されているというものである。
【０００７】
この燃料電池においては、第二の層の延伸部に形成されたシール部材の強度が当該第二の層の延伸部によって補強されうる。これによれば補強材を別途設けることなくシール部材を補強することが可能となるから、マニホールド周縁部における補強材の部品点数を削減することができる。
【０００８】
この場合、前記第二の層の延伸部が、前記シール部材のリップ部で中央にくるよう成形されていることが好ましい。こうした場合、シール部材における面圧のバランスがとりやすくなる。
【０００９】
また、一対の前記第二の層の両側部がそれぞれ前記マニホールドの開口部の周縁部まで伸びていることも好ましい。
【００１０】
さらに、前記第二の層のシール部材成形部位が非通気性であってもよい。例えば平板状に形成されるなどして多孔質でないシール部材成形部位、あるいは液体が含浸される等したシール部材成形部位は、多孔質である場合とは逆に気体や液体を通さない非通気性の閉塞した部位となる。
【００１１】
また、前記第二の層はラスカットメタルであってもよい。
【００１２】
また、前記第二の層が前記膜を保持していることも好ましい。このような燃料電池においては、例えば第二の層の凹凸に起因して電解質膜が部分的に破壊し短絡することを抑止することができる。
【００１３】
さらに、上記目的を達成するため、本発明の燃料電池は、供給された反応ガスの反応により発電が行なわれる発電部を有した発電体と、前記反応ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられたセパレータと、が積層してなる燃料電池において、前記セパレータと接触するシール部材が前記発電部の周囲に設けられ、前記発電体は、膜と、該膜に対して積層された一層以上の多孔層とを備え、該多孔層は、少なくとも前記発電部にてガス通気性を有する多孔性部材からなるとともに、当該多孔層の少なくとも一層が前記発電部よりも外側に延伸した延伸部を有し、該延伸部が少なくとも前記シール部材まで延在している。
【００１４】
本構成によれば、膜に対して積層された多孔層がシール部材（例えばガスケット）の構造材として機能する。このため、ガスケットのみの場合や樹脂等を構造材として使用する場合と比較して、部品点数を増大させることなくガスケット等のシール部材を補強できる。
【００１５】
前記シール部材及び前記延伸部は前記マニホールドの開口部を取り囲んで設けられていてもよい。本構成によれば、変形する可能性があるマニホールドの開口部を取り囲んで構造材である多孔層が設けられているため、マニホールドの変形が抑制される。
【００１６】
前記延伸部を有する前記多孔層は前記発電体の両面側に位置して設けられ、該延伸部は前記シール部材のリップ部にて該シール部材の厚さ方向中央部に位置して設けられていてもよい。本構成によれば、厚さ方向に圧縮力を受けるガスケットの厚さ方向中央部に多孔層の延伸部が位置するため、ガスケット面圧のバランスを確保することができる。また、一対の多孔層が延伸していることにより、ガスケットの厚さ方向における延伸部の配置が対称的となり、ガスケット面圧のバランスを確保することができる。
【００１７】
また、前記延伸部が前記シール部材の内部に埋め込まれていてもよい。本構成ではマニホールドを通るガスや冷却水等の流体に延伸部が触れず、延伸部の腐食や延伸部の端部端面を抜けて無駄になるパスカットを防止することが可能である。
【００１８】
また、前記延伸部は非通気性であってもよい。本構成では、延伸部におけるガス透過を抑制することができる。例えば、前記延伸部は、多孔質性部材に対して樹脂が含浸されて形成されたものとすることができる。または、多孔性部材は、発電部の位置に多数の孔が形成された例えばラスカットメタルは、メッシュを細かくすることにより、気孔率が高く排水性に優れ、また、電気的コンタクト（導通性）が確保されている。また、パンチ孔を多数形成して発電部の多孔体を形成することもできるが、パンチ孔は厚さ方向にしか排水できないのに対し、３次元網目構造になっている多孔性部材によれば、厚さ方向にも面方向にも排水できる。延伸部には多孔加工を施す必要がないため、加工が容易となる。
【００１９】
前記多孔層として一対の金属板を備え、各々の前記金属板は、対向する一対の辺の縁部を前記延伸部として備え、これら金属板は、該延伸部を除いて通気性を有し、前記各金属板が、前記一対の辺の対向方向が互いに交差するように重ね合わされた状態で、これら金属板の間に前記発電体が挟み込まれて積層されているものとすることができる。このようにそれぞれ対向する辺にマニホールドが形成された２枚の多孔性部材を積層することにより、溶接などの接合を不要とし、高い生産性にて高剛性のシール部材を実現することができる。また、延伸部には通気部を形成する必要がないため、加工が容易となり、生産性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、本発明は、供給された反応ガスの反応により発電が行なわれる発電部を有する発電体と、反応ガスおよび冷媒を流通させるためのマニホールドが設けられたセパレータと、が積層してなる燃料電池において、セパレータと接触するシール部材が発電部の周囲に設けられ、発電体は、膜と、該膜に対して積層された一層以上の多孔層とを備え、該多孔層は、発電部にてガス通気性を有する多孔性部材からなるとともに、当該多孔層の少なくとも一層が発電部よりも外側に延伸した延伸部を有し、該延伸部が少なくともシール部材まで延在するとともにセパレータのマニホールドに対応する部分にも延在している、というものである。
【００２１】
セパレータの例えば端部付近には流体流通用のマニホールドが設けられており、セル積層時、これらマニホールドがセル積層方向に連通するように各セルが積層される。このような構造の燃料電池スタックにおいては、マニホールドに重なる多孔層の延伸部にも当該マニホールドに対応するように孔が形成されていることが一般的である。ただし、このような構造だと、孔が形成された延伸部ひいてはシール部材の一部に変形が生じることがあり、そうするとガスシール性能が保てなくなったり短絡が発生したりする可能性がある。この点、本発明にかかる燃料電池においては、延伸部がマニホールドに対応する部分にまで延在しており、マニホールドに重なる多孔層には孔が形成されていない。この場合、延伸部のうちマニホールドに重なる部分が、延伸部の一部に変形が生じるのを抑制するいわば補強材として機能し、特に面方向外側への力に対する強度を向上させる。したがって、部品点数が増加するのを抑えつつシール部材を補強し、当該シール部材のずれや変形を抑えることが可能である。しかも、補強材として機能する部分は多孔性部材の一部であるから、マニホールドにおけるガス流通を妨げることがない。
【００２２】
このような燃料電池において、多孔性部材は、例えばマニホールドに対応した部分に孔が形成されていない一枚状の部材からなる。この場合、マニホールド部分に孔のない一枚状の多孔層でシール部材を補強した構造とすることができる。しかも、多孔性部材に孔を設ける等の加工の手間がない。
【００２３】
あるいは、多孔性部材のうち、マニホールドに対応した部分にスリットが設けられていることも好ましい。これにより、マニホールドにおける圧損が上昇するのを抑制することが可能である。
【００２４】
また、多孔性部材のうち、マニホールドに対応した部分及び発電部を除く部分に樹脂が含浸していることも好ましい。
【００２５】
さらに本発明にかかる燃料電池においては、延伸部の外周部分の少なくとも一部が折り曲げられていることも好ましい。これによれば、多孔層の外周における強度を向上させることができるから、孔が形成された延伸部ひいてはシール部材の一部に変形が生じるのを抑制することができる。この場合、延伸部の外周部分のうち、少なくともマニホールドの真横に位置する部分が折り曲げられていることが好ましい。また、折り曲げられた部分がさらに潰されて二重または三重の構造になっていることも好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、部品点数が増加するのを抑えつつガスケット等のシール部材を補強することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の第１実施形態に係る燃料電池に用いられるセルを図２に、同セルを備えた燃料電池の全体構成を図１に示した。図に示すように、燃料電池１は複数のセル２が積層され、両端に位置するセル２，２の外側に順次、出力端子５ａ付きの集電板（ターミナルプレート）５、絶縁板（インシュレータ）６および図示しないエンドプレートを各々配置して構成されている。燃料電池１は、例えば、両エンドプレート間を架け渡すようにして設けられた図外のテンションプレートが各エンドプレートにボルト固定されることで、セル２の積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となっている。本実施形態に示す燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるが特にこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。
【００２８】
図３は、セル２の側断面図であり、図２に示したセル２の平面図においてIII−III線に沿った断面図である。図３に示すように、セル２は、ＭＥＡ（発電体）１１と、ＭＥＡ１１を挟持する一対のセパレータ１２ａ，１２ｂとで構成され、全体として積層形態を有している。ＭＥＡ１１および各セパレータ１２ａ，１２ｂは、略平面状の部品であり且つ平面視矩形の外形形状を有しており、ＭＥＡ１１の外形は、各セパレータ１２ａ，１２ｂの外形よりも僅かに小さく形成されている。ＭＥＡ１１は後述するガスケット１３により挟持されている。
【００２９】
ＭＥＡ１１は、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜（膜）２１と、電解質膜２１を両面から挟んだ一対の電極（カソードおよびアノード）としての拡散層２２ａ，２２ｂとで構成され、全体として積層形態を有している。電解質膜２１には、各拡散層２２ａ，２２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００３０】
拡散層２２ａ，２２ｂは、白金などの触媒を結着した例えば多孔質（ポーラス）な素材で構成されている。一方の拡散層２２ａ（カソード）には、空気や酸化剤などの酸化ガスが供給され、他方の拡散層２２ｂ（アノード）には、燃料ガスとしての水素ガスが供給される。この二つのガスによってＭＥＡ１１内で電気化学反応が生じ、セル２は起電力を得る。
【００３１】
各セパレータ１２ａ，１２ｂは、ガス不透過の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。
【００３２】
セパレータ１２ａ，１２ｂには、拡散層２２ａ，２２ｂに面する部分をプレス成形されることで表裏各面に複数の凹凸が形成されている。この複数の凸部および凹部は、それぞれ一方向（あるいはサーペンタイン状であってもよい）に延在しており、酸化ガスのガス流路３１ａまたは水素ガスのガス流路３１ｂや、冷却水流路３２を画定している。
【００３３】
セパレータ１２ａ，１２ｂの両端部には、反応ガス及び冷却水が流動するマニホールド４１、４２が貫通形成されている。これらマニホールド４１，４２から各流路３１ａ、３１ｂ、３２に反応ガス及び冷却水が分配供給される。
【００３４】
ガスケット１３は、セパレータ１２ａ、１２ｂのマニホールド４１，４２に対応した位置にマニホールド４４、４５を備え、マニホールド４４，４５の周囲には、セパレータ１２ａ、１２ｂに接してシールを行なう、凸状のリップ部５０が厚さ方向両側に突出して設けられている。
ガスケット１３には、ＭＥＡ１１の電解質膜２１が挟み込まれてＭＥＡ１１が挟持され、さらに、一方の拡散層２２ａは、符号Ａで示した発電部を超えて外側へ延在する延伸部５５を有する。延伸部５５は、マニホールド４４，４５を取り囲んで延伸し、ガスケット１３の厚さ方向内側に埋め込まれ覆われた状態で設けられている。本実施形態では、延伸部５５を含む拡散層２２ａ全体が一平面上に位置している。
【００３５】
拡散層２２ａは多孔質体であるが、延伸部５５においては予め樹脂が含浸されており、通気性を有さない。拡散層２２ａにおけるガスケット１３の成形部位は例えば閉塞した平板状であり、非通気性となっている。
【００３６】
本実施形態に係る燃料電池１においては、上記のように構成されていることにより、拡散層２２ａがガスケット１３の構造材として機能する。このため、ガスケットのみの場合や樹脂等を構造材として使用する場合と比較して、部品点数を増大させることなく、容易に耐圧性を向上させることができる。
また、ガスケット１３により延伸部５５を覆うことで、ガスが拡散層２２ａに触れず、端部断面を抜けて無駄になるパスカットを防止することが可能である。
また、拡散層２２ａの延伸部５５に対して予め樹脂が含浸されているため、ガス透過を抑制することができる。
【００３７】
図４に示したように、拡散層２２ａとは異なる多孔質層（多孔層）６０，６１を有し、一方の多孔質層６０が上記実施形態と同様に発電部Ａよりも外側に延在してガスケット１３の内部に埋め込まれた延伸部６２を有していてもよい。この場合の多孔質層６０，６１の材料としては、発泡焼結（Ｎｉ等）、ラスカットメタル（エキスパンドメタル）、繊維焼結、金属打抜き、金属メッシュ等である。本実施形態では、拡散層２２ａは延伸部を有さない。
【００３８】
このように構成することによってもガスケットの耐圧性を向上させることができる。また、多孔質層６０として金属を用いれば、粘弾性体である樹脂フィルムと比較して、剛性（ヤング率）が１０〜１００倍大きいため、補強材としての効果も高い。また、樹脂フィルムのような化学的な劣化による特性や強度の劣化もしくは物理的な劣化（クリープ等）が発生しにくい為、安定した剛性体として期待できる。すなわち、金属体は樹脂と比較して融点が非常に高く、樹脂のようなガラス転移点という概念もない。例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂フィルムは−３０〜９０℃で３０００〜６０００ＭＰａ変化する一方、金属は燃料電池の作動範囲域で剛性強度（ヤング率）が変化することがない。
【００３９】
図５に示したように、上記各例における延伸部５５または延伸部６２を、ガスケット１３のリップ部５０の位置で厚さ方向中央部に位置するように変形させてもよい。すなわち、図に挙げた多孔質層６０’は平板状ではなく、発電部Ａの境界において屈曲して段差が形成され、該段差から発電部Ａの外側に伸びる延伸部６２’を備えている。延伸部６２’はガスケット１３の厚さ方向中央部の内部に埋め込まれた状態で、電解質膜２１の延長上に延在する。（図では図４の延伸部６２の変形例として示した。）
【００４０】
延伸部が厚さ方向中央部に位置していない場合は、ガスケット材料が薄い方は面圧が高く、厚い方は面圧が低くなりバランスが取れる部位に集束して変形が生ずる。上記の例ではガスケット１３の中央部に延伸部６２’が位置するため、ガスケット面圧のバランスを確保することができ、ガスケットの変形を抑制することができる。
【００４１】
また、図４の例は一方の多孔質層６０のみが延伸部６２を有しているが、図６に示したように、多孔質層６１にも延伸部６３を設けてもよい。この例では延伸部６２と延伸部６３とはそれぞれ多孔質層６０，６１から水平に延在する。
また、図示は省略するが、これは図１に示したように拡散層２２ａ，２２ｂを延伸させる場合にも適用してもよいのはもちろんである。
これによっても、延伸部６２，６３が厚さ方向に対称的にガスケット１３の構造材となるため、ガスケット１３の面圧のバランスを確保することができる。
【００４２】
また、図７に示したように、多孔質層６０”，６１”の延伸部を電解質膜２１に対して密着させてもよい。すなわち、本変形例においては、図に挙げた多孔質層６０”，６１”は平板状ではなく、発電部Ａの境界で屈曲した段差部を持ち、延伸部６２”、６３”が電解質膜２１を直接挟み込んだ状態で電解質膜２１の延長上に位置している。すなわち、延伸部６２”及び６３”はガスケット１３の厚さ方向中央部の内部に埋め込まれた状態で延在する。なお、図７（ａ）はガスケット１３の側端面から延伸部６２”及び６３”が露出した例、図７（ｂ）は延伸部６２”及び６３”がガスケット１３によって覆われた例である。図７（ｂ）のように延伸部６２”及び６３”が覆われていることにより、ガスが触れず、耐久性を向上させることができる。
【００４３】
このように、本変形例によっても、延伸部６２”，６３”が厚さ方向に対称的にガスケット１３の構造材となるため、ガスケット１３の面圧のバランスを確保することができる。
【００４４】
ただし、図８に示したように、延伸部６２”，６３”と電解質膜２１との間に樹脂フィルム６５を挟み込むことにより、多孔質層６０”，６１”の凹凸起因で電解質膜２１が破壊され短絡する可能性を防止することができる。樹脂フィルム６５としては、熱可塑性樹脂、熱硬化製樹脂、ガラス基材含有エポキシ樹脂等であり、厚みが例えば５０〜２５０μｍである。
なお、上記の例は多孔質層６０”，６１”の少なくとも一方が延伸部を備えている場合に適用してもよく、また、拡散層２２ａ，２２ｂが延伸部５５を持つ場合に適用してもよいのはもちろんである。
さらに、多孔質層６０，６１と樹脂フィルム６５との間に樹脂フィルム６５ではなく金属の平板を設けてもよい。金属平板としては、別体の金属板（例えばステンレス、アルミニウム、チタンなど）を介在させることができる。これにより剛性を上げることができる。
【００４５】
なお、上記に上げた各例では、延伸部は樹脂が含浸されているために通気性を有さない。これにかえて、拡散層２２ａ、多孔質層６０等の上記各例において、発電部Ａに対応する部位にのみ多数の貫通孔を形成する等の多孔処理を施し、延伸部は金属板そのままとしてもよい。これにより延伸部におけるガス透過を抑制することができる。また、このような処理の変形例として、以下のようなラスカットメタルを用いても良い。
【００４６】
次に、図４、図６等に示したセルの具体的製造方法について説明する。図９及び図１０に示したように、本例においては多孔質層６０，６１として、金属製の薄板に対して網目状の多数の貫通孔が形成されたラスカットメタル（エキスパンドメタル）を用いる。前記セルは、一対のラスカットメタル（金属板）７１，７２と、ラスカットメタル７１，７２に挟み込まれるＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ）１１とにより形成される。
【００４７】
ラスカットメタル７１は、図の上下方向に対向する縁部にマニホールド７３，７４を備え、ラスカットメタル７１の上下の縁からマニホールド７３，７４を取り囲むまでの所定幅の領域７５，７６を除いた、発電部Ａ（図４等参照）に対応した領域に、三次元的な網目加工が施されている。延伸部としての領域７５，７６は網目加工が施されていない平板の金属板となっている。
ラスカットメタル７２は、図の左右方向に対向する縁部にマニホールド７７，７８を備え、ラスカットメタル７２の左右の縁からマニホールド７７，７８を取り囲むまでの所定幅の領域７９，８０を除いた、発電部Ａ（図４等参照）に対応した領域に、網目加工が施されている。延伸部としての領域７９，８０は網目加工が施されていない平板の金属板となっている。
【００４８】
このように形成されたラスカットメタル７１，７２を、図の配置方向を保ったまま、すなわちマニホールド７３，７４及び７７，７８が形成された対向する一対の辺の対向方向が直行した状態で、ＭＥＡ１１をラスカットメタル７１，７２の間に挟み込み、図１０に示したように積層する。次いでマニホールド７３，７４及び７７，７８を覆ってガスケットを形成する（図６参照）。ガスケットはエラストマーで形成され、あるいは例えば熱硬化型シリコン系、熱可塑性樹脂を用いた射出成形により形成される。
【００４９】
この例においては、多孔質加工が施されていない領域７５，７６及び領域７９，８０は、ガス透過が皆無であるから、このままガスケットのマニホールド部の補強材として使用することができる。なお、これによりガスケット材で領域７５，７６及び領域７９，８０を被うことは必ずしも必要ではないが、被覆することでより高い短絡防止効果を得ることができる。
また、ラスカットによりラスカットメタルの全周に渡って網目加工が施されていない領域を形成することは、製造方法の制約上、困難である。１枚のラスカットメタルの全周に対して別体のマニホールド部を溶接してもよいが、上記のようにそれぞれ対向する辺にマニホールドが形成された２枚のラスカットメタルを積層することにより、溶接などの接合を不要とし、高い生産性にて高剛性のガスケットを実現することができる。
【００５０】
また、ラスカットメタルは、メッシュを細かくすることにより、気孔率が高く排水性に優れ、また、電気的コンタクト（導通性）が確保されている。また、パンチ孔を多数形成して発電部の多孔体を形成する場合と比較し、ラスカットメタルは、３次元網目構造になっているため、厚さ方向にも面方向にも排水できる。延伸部には多孔加工を施す必要がないため、加工が容易となる。
【００５１】
さらに、上記のラスカットメタル７１，７２に対して、以下の処理を施してもよい。ラスカットメタル７１，７２の開いた辺（マニホールドが形成されていない辺、図９のラスカットメタル７１の左右の辺、ラスカットメタル７２の上下の辺）を封止しておく。封止方法としては、プレス等で潰す、ロウ付け・溶接等を施す、樹脂を別途含浸する等の方法を採用することができる。
これにより、ガスケット成型時に材料が多孔質層６０，６１に必要以上に流れ込み、有効電極面積が減少することを防ぐことができる。
また、十分にガスケット材料が流れ込まない場合には、流路部分に対し圧力損失が低くなると、流路に反応ガスが流れずにこの部分をショートカットする流れが生じるため、見かけ上電極部のガスストイキが減少したのと同様になり、発電効率が低下する。上記のように封止しておくことにより、これを防止して発電性能を向上させることができる。さらに、成型性も良好となる。
【００５２】
例えば、従来のように、セパレータとＭＥＡ１１を接着構造で構成する場合、これらを分解することが困難となる。そこで、分解可能とすべくマニホールドをガスケット１３によりシールする手段が取られるが、マニホールドの内圧によりガスケット１３が外周方向へ変形し、シール性を確保することが困難となる場合がある。この問題を解決するため、セパレータ間との摩擦等で補完する必要がある。そのためガスケット反力を高く設計するために、ガスケット１３自体の硬度を上げる必要があり、材料選定の制約となるほか、セパレータの変形等の問題が生ずる可能性がある。また、ガスケット１３に構造材となるフィルムや金属を構成することで上記問題を解決する方法もあるが、以下の背反が発生する。設定する構造材はマニホールド１３に露出すると燃料ガスや生成水、冷却水等に曝されるため、耐環境性を有する材料、または表面処理が必要となる。例えば樹脂の場合は生成水による化学劣化やクリープによる物理劣化が起こるため剛性が初期よりも低下する。その他、ガスケット１３とこれら構造材間を接着にてシール性を確保する構造の場合は、同様の耐環境性が必要である。また発電時に高温となるため、樹脂材料などは熱時にガラス転移点や融点が近くなり、剛性（ヤング率）が常温と比べて低下し、剛性不足となる。このため耐応力が低下する場合でも成立するように、材料選定、断面係数を設計する必要がある。また、構造材を追加するため、部品点数の増大を招く。さらに、十分な耐圧性を確保するためには、補強材が樹脂材料の場合には比較的厚材料を用いなければならない。
【００５３】
以上を鑑み、本実施形態の燃料電池１によれば、部品点数が増加するのを抑えつつガスケット１３等のシール部材を補強することが可能である点で好適である。
【００５４】
なお、シール部材としては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止するガスケット（弾性体）１３や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。
【００５５】
また、図３等においては多孔質層６０，６１の他にガス流路３１ａ，３１ｂを示したが、場合によってはこれらガス流路３１ａ，３１ｂを省略することも可能である。すなわち、多孔質層６０，６１がガス流路の機能も併せ持っている限りは、図中のガス流路３１ａ，３１ｂをなくす、換言すれば特に図示はしていないがセパレータ１２ａ，１２ｂの表面をフラットにすることとしてもよい。
【００５６】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。以下では、本発明にかかる燃料電池１のさらに別の実施形態を説明する（図１１〜図１３参照）。
【００５７】
図１１等に、さらに別形態の燃料電池１におけるセル２の内部構造を示す。本実施形態では、多孔質層（多孔層）６０（６１）として、金属製の薄板に対して網目状の多数の貫通孔が形成されたラスカットメタル（エキスパンドメタル）７１（７２）を用いている（図１１、図１２参照）。多孔質層６０（６１）を形成するラスカットメタル７１（７２）は、発電部Ａ等にてガス通気性を有する多孔性部材からなる。また、セル２は、一対のラスカットメタル（金属板）７１，７２と、ラスカットメタル７１，７２に挟み込まれるＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ）１１とにより形成される。
【００５８】
多孔質層６０を形成するラスカットメタル７１には、発電部Ａよりも外側に延伸した延伸部６２が形成されている。例えば、発電部Ａよりも大きな板状のラスカットメタル７１を採用し、これを多孔質層６０として用いることによって延伸部６２を形成することができる（図１２参照）。
【００５９】
さらに、ラスカットメタル７１は、セパレータ１２ａ，１２ｂのマニホールド７３（７４，７７，７８）に対応する部分にまで延在した形状となっている。これについて詳述すると、例えば本実施形態の場合には、各マニホールド７３（７４，７７，７８）の相当部分に孔が形成されていない状態の一枚状のラスカットメタル７１を採用している（図１１参照）。なお、図１１においては、符号７３，７４で酸化ガスマニホールド（に相当する部分）、符号７７で水素ガスマニホールド（に相当する部分）、符号７８で冷却水等の冷媒マニホールド（に相当する部分）をそれぞれ示している。また、本実施形態では、当該ラスカットメタル７１のうち、各マニホールド７３（７４，７７，７８）に対応した部分及び発電部Ａを除く部分にはあらかじめ樹脂を含浸させている（図１１参照）。樹脂はガスケット１３として機能しうる部材であり、本実施形態ではガスケット１３を含浸させて成形し、当該部分を非通気性としている。その一方で、各マニホールド７３（７４，７７，７８）に対応した部分は樹脂（ガスケット）が含浸していないため、各反応ガスや冷媒の流通性を妨げることがない。
【００６０】
例えば従来のようにマニホールド相当部分に孔が形成されていたラスカットメタルにおいては、孔が形成された延伸部に変形が生じ、これによってシール部材の一部に変形が生じ、これに起因してガスシール性能が保てなくなったり短絡が発生したりする可能性がある。特に、マニホールド相当部分（孔）の外側は細くならざるを得ないから、反応ガスの圧力等の影響を受けて外側に変形しやすい場合がある（図１７参照）。この点、本実施形態では、多孔質層６０（６１）を形成するラスカットメタル７１（７２）のうちマニホールド７３（７４，７７，７８）と重なり合う部分に孔が形成されていないことから、当該部分が変形を抑止するいわば補強部（図１２中において符号７１ｒで示す）として機能し、特に面方向外側への力に対する強度を向上させる（図１１、図１２参照）。したがって、本実施形態の燃料電池１によれば、部品点数が増加するのを抑えつつ多孔質層６０（６１）を補強し、ひいてはガスケット（シール部材）１３を補強することにより、当該ガスケット１３のずれや変形を抑えることが可能である。しかも、補強材として機能する補強部７１ｒはそもそも当該多孔質層６０（６１）の一部であるから、マニホールド７３（７４，７７，７８）におけるガス流通を妨げることがない。また、当該ラスカットメタル７１に孔を設けなくて済むから加工の手間が省けるという利点もある。
【００６１】
また、上述のごときラスカットメタル７１（７２）において、各マニホールド７３（７４，７７，７８）に対応した部分にスリット７１ｓを設けてもよい（図１３参照）。スリット７１ｓを設け、空間のあるブリッジ構造とすれば、当該ラスカットメタル７１の変形を抑制しつつ、いわゆる空孔率を上げることによって各マニホールド７３（７４，７７，７８）における各流体の圧損上昇を回避し、または低減することが可能である。一例として、本実施形態では、冷却水等の冷媒マニホールド（に相当する部分）７８に複数の平行なスリット７１ｓを設け、冷却水の圧損を低減させるようにしている（図１３参照）。なお、本明細書でいう圧損とは、流体流路の形状、流体流路の表面の滑らかさ等に起因して、当該流体が有する圧力などのエネルギーが消費されることをいう。
【００６２】
さらには、以下のごとき構造として、部品点数が増加するのを抑えつつシール部材を補強することも可能である。すなわち、多孔質層６０を形成するラスカットメタル７１について、その延伸部６２の外周部分の少なくとも一部を折り曲げることにより、当該多孔質層６０の外周における強度を向上させることができる（図１４〜図１６参照）。したがって、当該ラスカットメタル７１にマニホールド７３（７４，７７，７８）が形成されている場合にも、部品点数が増加するのを抑えつつ特に延伸部６２における強度を向上させることができる。
【００６３】
このような構造とする場合、延伸部６２の外周部分のうち、少なくともマニホールド７３（７４，７７，７８）の真横に位置する部分が折り曲げられていることが好ましい。また、当該部分をおよそ９０度折り曲げて壁状とすることができるし（図１５参照）、折り曲げた部分を二重または三重とし、さらに潰した構造とすることもできる（図１６参照）。なお、図１５、図１６に示したのは好適例に過ぎない。例えば、ガス流量の大きなマニホールド（例えば酸化ガスマニホールド７３，７４）ほど変形量が大きくなるから、当該マニホールドの周辺部においてのみ延伸部６２の外周部分を折り曲げるようにしてもよい。もちろん、上述したような、マニホールド７３（７４，７７，７８）と重なり合う部分に孔が形成されていないラスカットメタル７１の延伸部６２の外周部分を折り曲げることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】燃料電池の全体構成を示した斜視図である。
【図２】セルの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料電池に用いられるセルの側断面図である。
【図４】セルの変形例を示した側断面図である。
【図５】セルの変形例を示した側断面図である。
【図６】セルの変形例を示した側断面図である。
【図７】セルの変形例を示した側断面図である。
【図８】セルの変形例を示した側断面図である。
【図９】セルの変形例に対して使用される構成部材を示した平面図である。
【図１０】同構成部材を互いに組み付けてセルとした平面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態におけるセルの内部構造を示す平面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態におけるセルの側断面図である。
【図１３】ラスカットメタルのうち各マニホールドに対応した部分にスリットを設けた場合のセルの内部構造を示す平面図である。
【図１４】ラスカットメタルの延伸部の外周部分を折り曲げた構造のセルの内部構造を示す平面図である。
【図１５】延伸部の外周部分をおよそ９０度折り曲げて壁状としたラスカットメタルの側断面図である。
【図１６】延伸部の外周部分を折り曲げて二重または三重とし、さらに潰した構造のラスカットメタルの側断面図である。
【図１７】多孔質層のうちマニホールド外側の部分が変形した様子を参考として示す図である
【符号の説明】
【００６５】
１…燃料電池、１１…ＭＥＡ（発電体）、１３…ガスケット（シール部材）、２１…電解質膜（膜）、２２ａ…拡散層（第二の層）、２２ｂ…拡散層（第一の層）、４１，４２…マニホールド、４４，４５…マニホールド、５０…リップ部、５５…延伸部、６０，６０’，６０”…多孔質層（多孔層）、６１，６１’，６１”…多孔質層（多孔層）、６２，６２’，６２”…延伸部、６３，６３”…延伸部、７１…ラスカットメタル（金属板、エキスパンドメタル）、７１ｒ…補強部、７２…ラスカットメタル、Ａ…発電部
【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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【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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