(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料の漏れを低減する燃料電池シール及び燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池シールは主面に凸部を有する第１のシール部材１１と、前記凸部の少なくとも一部を嵌め合わせることのできる、主面に凹部を有する第２のシール部材１２とからなる。燃料電池は固体電解質膜１０６と、前記固体電解質膜１０６の両主面側にそれぞれが対向配置される第１及び第２のシール部材と、前記第１のシール部材１１上において前記固体電解質膜１０６とは反対面側に配置される燃料極と、前記第２のシール部材１２上において前記固体電解質膜１０６とは反対面側に配置される酸化剤極とを有し、前記第１、第２のシール部材の一方は凸部を有し、前記第１、第２のシール部材のいずれかの他方は前記凸部の少なくとも一部と嵌合する凹部を有し、前記第１及び第２のシール部材は前記固体電解質膜１０６を介して互いに嵌合する。【選択図】  図２
2008004278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に凸部を有する第１のシール部材と、
前記凸部の少なくとも一部を嵌合することのできる凹部を、主面に有する第２のシール部材を備えたことを特徴とする燃料電池シール。    
【請求項２】
前記第１のシール部材と第２のシール部材とは弾性体でできていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シール。
【請求項３】
前記第１のシール部材及び前記第２のシール部材とは枠形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シール。
【請求項４】
前記凹部は（凹部の高さ／前記第２のシール部材の高さ）が0.01以上0.5以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シール。
【請求項５】
前記第１のシール部材及び前記第２のシール部材は前記凹部及び前記凸部をそれぞれ複数有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池シール。
【請求項６】
固体電解質膜と、
前記固体電解質膜の両主面側にそれぞれが対向配置される第１及び第２のシール部材と、
前記第１のシール部材上において前記固体電解質膜とは反対面側に配置される燃料極と、
前記第２のシール部材上において前記固体電解質膜とは反対面側に配置される酸化剤極とを有し、
前記第１、第２のシール部材の一方は、凸部を有し、
前記第１、第２のシール部材のいずれかの他方は前記凸部の少なくとも一部と嵌合する凹部を有し、前記第１及び第２のシール部材は、前記固体電解質膜を介して互いに嵌合することを特徴とする燃料電池。  
【請求項７】
前記第１、第２のシール部材は、弾性体でできていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１、第２のシール部材は、枠形状であることを特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第１、第２のシール部材のいずれか一方において
前記凹部は（凹部の高さ／前記第１、第２のシール部材のいずれか一方の高さ）が0.01以上0.5以下であることを特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第１、第２のシール部材は
前記凹部及び前記凸部をそれぞれ複数有することを特徴とする請求項６記載の燃料電池。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の漏れを低減する燃料電池シール及び燃料電池を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＯＡ機器、オーディオ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術の発達と共に
小型化され、さらにポータブル性が要求されている。このような要求を満足するための電源としては、手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。しかし、一次電池や二次電
池は、機能上使用時間に制限があり、このような電池を用いたＯＡ機器等では当然使用時
間が限定される。
【０００３】
一次電池を使用した場合、電池の放電が終った後に、電池を交換してＯＡ機器等を動か
すことはできるものの、その重量に対して使用時間が短く、ポータブルな機器には不向き
である。また、二次電池では放電が終ると充電できる半面、充電のための電源が必要なた
め使用場所が制限されるのみならず、充電に時間がかかるという欠点がある。特に、二次
電池を組み込んだＯＡ機器等では、電池の放電か終っても電池を交換することが困難なた
め、機器の使用時間の制限は免れない。このように、各種小型機器を長時間作動させるに
は、従来の一次電池や二次電池の延長では対応が難しく、より長時間の作動に向いた電池
が要求されている。
【０００４】
このような問題の一つの解決策として、最近、燃料電池が注目されている。燃料電池は
燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができるという利点を有するだけでなく、
燃料のみ交換すれば連続して発電できるという利点を有しているため、小型化が出来れば
消費電力が小さいＯＡ機器等の小型機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に、
燃料としてアルコール等の炭化水素系の液体を用いる燃料電池は、安全に高エネルギー密
度の燃料を持ち運ぶことができるため、電子機器用の燃料電池として有望である。
【０００５】
ここで、燃料電池の構造について図９を用いて説明する。燃料タンク１０１の上に多孔質膜a１０２、燃料極１０５、固体電解質膜１０６、酸化剤極１０７、多孔質膜b１０８が順に層をなしている。また、燃料電池の端部において、多孔質膜a１０２と固体電解質膜１０６との間で燃料極１０５を有しない部分に燃料極側シール１０３を設けている。さらに、燃料電池の端部において、多孔質膜b１０８と固体電解質膜１０６との間で酸化剤極１０７を有しない外周部分に酸化剤極側シール１０４を設けている。
【０００６】
燃料電池は膜状の層をなしている構造上、燃料が漏れやすい。燃料が漏れるとコストがかさむだけではなく、電子機器の故障にもつながる。よって燃料極側シール１０３及び酸化剤極側シール１０４によって漏れを低減する工夫がなされている。シールの形状の従来の一例として図１０や図１１のシール構造が挙げられる（図１０は例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３０３７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら従来のシール構造ではシール同士がずれやすい構造となっており、燃料が漏れてしまう。
【０００８】
本発明は、燃料の漏れを低減する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】
【０００９】
本発明の燃料電池シールの一態様として、主面に凸部を有する第１の部材と、前記凸部の少なくとも一部を嵌合することのできる、凹部を主面に有する第２の部材を備えたことを特徴とする。                                    
本発明の燃料電池の一態様として、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の主面に対向配置される第１及び第２の燃料電池シールと、前記複数の燃料電池シールの主面において固体電解質膜とは反対面側に配置される燃料極と、前記燃料極とは反対側の前記燃料電池の主面に配置される酸化剤極とを有する燃料電池において、前記燃料電池シールは、主面に凸部を有する第１の部材と、前記凸部の少なくとも一部を嵌合する、主面に凹部を有する第２の部材とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、燃料の漏れを低減する燃料電池を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明をする。本実施の形態において、燃料電池の基本的な構造は図９に示すものと同様とする。従って同一の構成部分については、図９に示すものと同一の符号を用いるものとする。本実施の形態において燃料電池の基本的な構造は、燃料タンク１０１の上に多孔質膜a１０２、燃料極１０５、固体電解質膜１０６、酸化剤極１０７、多孔質膜b１０８が順に層をなしている。また、この燃料電池の端部において、多孔質膜a１０２と固体電解質膜１０６との間で燃料極１０５を有しない部分に燃料極側シールを設けている。さらに、この燃料電池の端部において、多孔質膜b１０８と固体電解質膜１０６との間で酸化剤極１０７を有しない外周部分に酸化剤極側シールを設けている。本実施の形態１，２で使用される燃料電池シールは、それら酸化剤極側、燃料極側のシールに適用され、図９と同形態の燃料電池に組み込まれるものである。
【００１２】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。  
図１は、本実施の形態に係る燃料電池封着部材、すなわち燃料電池シール（燃料極側シール１１、（酸化剤極側シール１２））を示す平面図である。ここでは一例として燃料電池シール形状は、燃料電池の外周形状に沿った枠形状をしている。
【００１３】
図２は、燃料電池シールのＺ−Ｚ’における断面図の一例である。ここでは燃料極側シール１１と、酸化剤極側シール１２とが固体電解質膜１０６を介して対向配置されている。
【００１４】
ここで、燃料極側シール１１は枠状周方向に連続した凸部１１aを１つ有している。また、酸化剤極側シール１２は枠状周方向に連続した凹部１２aを有しており、この凹部１２aは燃料極側シール１１の凸部１１aと嵌め合うことのできる形状である。凹部１２aの中央に凸部１２bがあるがこれは固体電解質膜１０６とのシール性を上げるため、接触面積を減らし面圧を増加させる役割をしている。図２に示すように固体電解質膜１０６に対してその上下から加圧されて燃料極側シール１１と酸化剤極側シール１２とが圧縮された際、固体電解質膜１０６を介してこれらのシールが嵌め合うことで燃料極側シール１１と酸化剤極側シール１２とがずれにくくなり、燃料漏れを軽減することができる。また図２には燃料極側シール１１，酸化剤極側シール１２の断面形状の一例が示されている。ここでは酸化剤極側シール１２の断面形状において、シール形状の要素を構成する等のシールの高さ、シールの幅及び凹部の高さが示されている。
【００１５】
シール形状の要素である（凹部の高さ／シールの高さ）は0.01〜0.5の範囲が適当である。詳しいデータについて図７を用いて説明をする。図７はシールの高さに対する凹部の高さ（凹部の高さ／シールの高さ）と面圧との関係を示した図である。このグラフより、（凹部の高さ／シールの高さ）＝0.2、もしくはその付近の数値で高い面圧を得ることができることが分かった。また、本実施の形態ではシールの幅に対してシールの高さを0.3とした。
【００１６】
本実施の形態の燃料極側シール１１及び酸化剤極側シール１２は弾性を有する材質でできており、燃料電池の燃料に対する耐性を持つものを使用することができる（例えばエチレンープロピレンジエンゴム（EPDM）等のゴム）。硬さは図８に示すように２０〜８０度の範囲のうち、硬度約３５度以上のものが良いシール性を示すことがわかった。一方、硬度を上げすぎるとシール反力が高まり他の部材を変形・破壊する可能性が高まるため、硬度６０度以上は適さない。これらより、硬度５０度に近いものがより良いシール性を示し、他の部材を変形・破壊しないため適することが分かった。  
本発明の第２の実施の形態について説明をする。本実施の形態の燃料電池の構造は第１の実施の形態と同じ構造であり、シールにおいても図２に示すものと同様である。但し、そのシール形状は図２のＺ−Ｚ’の断面形状等において異なる。
【００１７】
図３は、燃料電池における燃料電池シールを示す断面図である。燃料極側シール２１と、酸化剤極側シール２２とが固体電解質膜１０６を介して対向配置されている。燃料極側シール２１は表面に複数の凹凸形状を有している。また、酸化剤極側シール２２も表面に複数の凹凸形状を有している。ここではまた、凹部（または凸部）の間隔は等間隔（即ち凹凸は一定のパターンで繰り返される）であるものとする。また、燃料極側シール２１、酸化剤極側シール２２の凹凸はそれらシールの枠状周方向において連続してあるいは断続的に設けられている。燃料極側シール２１の表面における凹凸形状と、酸化剤極側シール２２の表面における凹凸形状とが固体電解質膜６を介して互いに嵌め合うために前述の第１の実施の形態と同様に加圧されて圧縮された際、これらのシールは互いにずれにくくなる。よって燃料漏れを軽減することができる。
【００１８】
図４〜図６を用いて、本実施の形態１，２の効果を説明する。ハッチングの密度の高いものほど面圧が高いことを示している。また、同密度のハッチングでも圧力を受ける方向に長いものほど面圧が高いことを示している。
【００１９】
図４は従来のシール形状において上下のシールが互いに圧縮された場合の（a）設計位置、(b)設計位置より１０％ずれた場合、(c) 設計位置より２０％ずれた場合における面圧分布を示したものである。
【００２０】
図５は第１の実施の形態のシール形状におけるシールを圧縮した場合の（a）設計位置、(b)設計位置より１０％ずれた場合、(c) 設計位置より２０％ずれた場合における面圧分布を示したものである。
【００２１】
図６は第２の実施の形態のシール形状におけるシールを圧縮した場合の（a）設計位置、(b)設計位置より１０％ずれた場合、(c) 設計位置より２０％ずれた場合における面圧分布を示したものである。ここでいう、ずれの割合とはシール幅に対する割合である。
【００２２】
図４（a）(b)において面圧の発生する場所は、シールにおける嵌め合わせ面の中央部付近に集中しており、その中でも面圧の高い範囲は狭い。これに比べて図５（a）(b)、図６（a）(b)においては、面圧の高い部分の範囲が広いことが分かる。さらに最高面圧は図４、図５共に３０％増えている。また、図４(c) においては上下のシールが嵌めあっておらず互いに面圧を発生していない。これは初期ずれ位置を２０％として圧縮した結果、よりずれ量が大きくなる方向にずれてしまうためである。しかしながら図５(c)、 図６(c)では上下のシールが部分的に嵌め合うことで互いに面圧を発生しており、燃料漏れを防ぐことが可能である。
【００２３】
よって本実施の形態１，２を用いることでシールに高い面圧を広範囲に渡って与えることができ、両シールの合わせずれの影響が少なく効果的に燃料漏れを防ぐことができる。また、特に第２の実施の形態等では設計位置からずれてしまった場合でも別の凹部及び凸部において嵌め合うので、ずれの影響が少なく効果的に燃料の漏れを低減できる。
【００２４】
第１の実施の形態では凹部、凸部は逆でもよい。すなわち燃料極側シール１１、２１が凹部を有し、酸化剤極側シール１２、２２が凸部を有することとしてもよい。
【００２５】
また、第２の実施の形態では凹凸の間隔は図３のように等間隔でもよいが、これに限定されるものではない。さらに、燃料極側シール２１及び酸化剤極側シール２２は共に周方向に凸部、凹部を混合して有していてもよい。また、燃料極側シール２１の凸部または凹部と酸化剤極側シール２２の凹部または凸部とが図３のように同位相でもよいが、これに限定されるものではない。
【００２６】
第２の実施の形態では、燃料極側シール及び酸化剤極側シールは第１の実施の形態で用いたものと同様の材質を用いることができる。
【００２７】
本実施の形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１、第２の実施の形態に係る燃料電池シールの平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に関し、図１に示すＺ−Ｚ’線による燃料電池シールの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に関し、図１に示すＺ−Ｚ’線による燃料電池シールの断面図である。
【図４】従来の燃料電池シールの面圧分布を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池シールの面圧分布を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池シールの面圧分布を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における燃料電池シールのシール高さに対する凹部の高さの割合と、面圧の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るゴム硬度と面圧の関係図である。
【図９】一般的な燃料電池の断面図である。
【図１０】燃料電池における従来の燃料電池シール部の断面図である。
【図１１】従来の燃料電池シールの断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１２，２２，１０４  燃料電池シール（酸化剤極側）、１１，２１，１０３  燃料電池シール（燃料極側）、６，１０６  固体電解質膜
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
燃料電池は膜状の層をなしている構造上、燃料が漏れやすい。燃料が漏れるとコストがか
さむだけではなく、電子機器の故障にもつながる。よって燃料極側シール１０３及び酸化
剤極側シール１０４によって漏れを低減する工夫がなされている。シールの形状の従来の
一例として図１０や図１１のシール構造が挙げられる（図１０は例えば特許文献１参照）
。
【特許文献１】特開２００４−３０３７２３号公報