(57)【要約】【課題】シーリングプレートの、セパレータの連通ガス流路部位への誤組み付けを防止できる燃料電池の提供。【解決手段】（１）燃料電池の発電領域のガス流路とガスマニホールドとを接続する連通ガス流路３２にシーリングプレート３３を設けた燃料電池であって、シーリングプレート３３を非対称形状とした燃料電池１０。（２）非対称形状は１以上の突起３３ａである。（３）突起３３ａはシーリングプレート３３の面方向に延びている。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電領域のガス流路とガスマニホールドとを接続する連通ガス流路にシーリングプレートを設けた燃料電池であって、前記シーリングプレートを非対称形状とした燃料電池。
【請求項２】
前記非対称形状は１以上の突起である請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記突起は前記シーリングプレートの面方向に延びている請求項２記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池（たとえば、固体高分子電解質型燃料電池などの低温型燃料電池）に関し、とくに燃料電池のシーリングプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ）とセパレータとの積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側：Ｈ２  →２Ｈ＋  ＋２ｅ−  
カソード側：２Ｈ＋  ＋２ｅ−  ＋（１／２）Ｏ２  →Ｈ２  Ｏ
【０００３】
上記反応が正常に行われるように、燃料ガス（水素）、酸化ガス（エア）、冷媒（冷却水）は、シールされる。
図７、図８に示すように、ＭＥＡを挟んで対向するセパレータ１８間、および膜１１とセパレータ１８間は接着剤３４でシールされ、セル間はガスケット３５によりシールされる。セパレータのうち反応ガスマニホールドと発電領域のガス流路とは連通ガス流路３２で接続されているが、連通流路にはシーリングプレート３３が被せられ、シーリングプレート３３と膜１１またはセパレータ１８間は接着剤３４でシールされる。
セパレータ間、および膜とセパレータ間の接着剤によるシールにおいて、シール剤が、連通ガス流路３２や、発電領域の反応ガス流路や、反応ガスマニホールドにはみ出したり、回り込んだりすると、連通ガス流路の狭小化、閉塞を生じるので、接着剤のはみ出し、回り込みは抑制されなければならない。
特開平９−３５７２６号公報は、反応ガスマニホールドと発電領域のガス流路とを連通する連通ガス流路を覆うシーリングプレートを開示しており、これによって連通ガス流路はトンネル構造となっている。シーリングプレートは、矩形状であり、一面に拡散層の端部を受け入れる極く浅い段部を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３５７２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シーリングプレートの、セパレータの連通ガス流路部位への組み付けは、シーリングプレートの形状と相似の形状でシーリングプレートより微小量大きい内面をもつ治具からシーリングプレートを取り出して、接着剤を塗布したセパレータの連通ガス流路部位に装着することにより行う。しかし、シーリングプレートが矩形状のため、正規の状態からシーリングプレートの表裏を逆にしたり、左右を逆にしたり、上下を逆にしても、シーリングプレートは治具に挿入されてしまう。非正規状態で挿入された場合は、非正規状態のままシーリングプレートをセパレータの連通ガス流路部位に誤組み付けしてしまう。その結果、電解質膜、拡散層、セパレータに無理な荷重をかけるおそれがある。
本発明の目的は、シーリングプレートの、セパレータの連通ガス流路部位への誤組み付けを防止できる燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  燃料電池の発電領域のガス流路とガスマニホールドとを接続する連通ガス流路にシーリングプレートを設けた燃料電池であって、前記シーリングプレートを非対称形状とした燃料電池。
（２）  前記非対称形状は１以上の突起である（１）記載の燃料電池。
（３）  前記突起は前記シーリングプレートの面方向に延びている（２）記載の燃料電池。
【０００７】
上記（１）、（２）、（３）の燃料電池では、シーリングプレートを非対称形状としたので、治具にシーリングプレートを挿入する際、シーリングプレートが正規状態にないと、たとえば正規状態から表裏が逆になっていたり、左右、上下が逆になっていたりすると、正規状態のシーリングブレートと相似形の治具にシーリングプレートを挿入することができない。挿入できた場合は、シーリングプレートが正規状態にあることが保証される。正規状態で、治具からシーリングプレートを取り出してセパレータの連通ガス流路に装着、接着することにより、シーリングプレートの燃料電池への誤組み付けを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池を図１〜図６を参照して説明する。
本発明で対象となる燃料電池は低温型燃料電池であり、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００９】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ）とセパレータ１８との積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
【００１０】
セパレータ１８は、カーボン、またはメタル、またはメタルと樹脂フレーム、または導電性樹脂、の何れか、またはその組み合わせからなる。図示例はカーボンセパレータの場合を示しているが、ただし、セパレータ１８は、カーボン製に限るものではない。
セパレータ１８には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。燃料ガスも酸化ガスも反応ガスである。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。冷媒流路２６はセル毎に、または１以上のセル毎に（たとえば、モジュール毎に）設けられている。
【００１１】
図３に示すように、セパレータ１８には、セル積層方向に貫通する、冷媒マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１が設けられる。
冷媒マニホールド２９は入側２９ａと出側２９ｂを有し、冷媒は入側２９ａからセル内の冷媒流路２６を通って出側２９ｂへ流れる。
燃料ガスマニホールド３０は入側３０ａと出側３０ｂを有し、燃料ガスは入側３０ａからセル内の燃料ガス流路２７を通って出側３０ｂへ流れる。
酸化ガスマニホールド３１は入側３１ａと出側３１ｂを有し、酸化ガスは入側３１ａからセル内の酸化ガス流路２８を通って出側３１ｂへ流れる。
各種マニホールドは、入側、出側マニホールドの各々において、１つのマニホールドから構成されてもよいし、あるいは図５に示すように、複数（図５の例では２つ）の、同じ長さか、ほぼ同じ長さのマニホールドから構成されていてもよい。
【００１２】
図３、図４に示すように、燃料電池の発電領域のガス流路（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）とガスマニホールド（燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１）とは、連通ガス流路３２によって、接続され、互いに連通されている。燃料電池の発電領域とは、電解質膜１１と燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８が存在する領域で、発電が実行される領域である。
この連通ガス流路３２には、シーリングプレート３３が設けられている。シーリングプレート３３は、たとえば樹脂製であり、電気的に絶縁性を有する。シーリングプレート３３は連通ガス流路３２の溝を覆っており、各溝をトンネル状にしている。シーリングプレート３３は、電解質膜１１および拡散層１３、１６を支持するものでもあるので、支持プレートと呼んでもよい。シーリングプレート３３の、拡散層１３、１６を支持する部分３３ｂは、拡散層１３、１６を支持しない部分３３ｃに比べて厚さが薄い。
シーリングプレート３３は各ガスマニホールド３０、３１に対応する連通ガス流路３２に１つづつ設けられてもよいし、あるいは各種ガスマニホールド３０、３１が入側、出側の各側においてマニホールド長手方向に複数部分（図５の例では２つの部分）に分割されている場合はその複数部分（図５の例では２つの部分）に対して１つ設けられてもよい。
【００１３】
電解質膜１１を挟んで対向するセパレータ１８間は、発電領域の周りで、接着剤３４により互いにシールされる。隣接するセル１９間はガスケット３５によってもシールされる。
連通ガス流路３２およびその近傍においては、シーリングプレート３３と電解質膜１１との間およびシーリングプレート３３とセパレータ１８との間が接着剤３４によりシールされる。
接着剤３４は、初期は液状であるが、加熱することにより、または所定時間（たとえば、２４時間）放置することによって固化する。
【００１４】
図５、図６に示すように、シーリングプレート３３は非対称形状となっている。シーリングプレート３３の面内方向の外形は、非対称形状である。シーリングプレート３３の外形の非対称形状は、シーリングプレート３３に面内方向に突出する１個以上（図５、図６の例では２個）の突起３３ａを設け、この突起３３ａをシーリングプレート３３の面内方向において、左右方向中心線に対して左右非対称とするとともに、上下方向中心線に対して上下非対称とすることによって構成される。
図５、図６の例では、シーリングプレート３３の、ほぼ矩形の片方の長辺（燃料電池に組み込んだ時にガスマニホールド３０、３１側の辺）に２つの突起３３ａを設け、２つの突起３３ａの、シーリングプレート３３の矩形の長辺方向の長さＸ、Ｙを互いに異ならせる（Ｘ≠Ｙとする）ことによって、シーリングプレート３３を非対称形状としてある。ただし、２つの突起３３ａの突出量は互いに同じである。突起３３ａは、図５に示すように、ガスマニホールド３０、３１内に突出する。図５の例では、ガスマニホールドは３０、３１はマニホールド長手方向に２つの部分に分かれており、２つの部分の長さは同じであり、それぞれの部分に突起３３ａが１つずつ突出し、この突起３３ａの長さが互いに異なっている。
【００１５】
シーリングプレート３３をセパレータ１８の連通ガス流路３２へ装着する治具は、正規姿勢にある、非対称外形をもつシーリングプレート３３の外形と相似形で、シーリングプレート３３の外形より微小量大きい内面とシーリングプレート取り出し穴を有する。シーリングプレート３３の、セパレータ１８の連通ガス流路３２への装着、接着時、シーリングプレート３３を複数枚積層して治具に挿入しておき、治具を、供給された、接着剤を所定部位に塗布してあるセパレータ１８に相対的に接近させ、シーリングプレート３３を治具からシーリングプレート取り出し穴を通して１枚ずつ取り出し、セパレータ１８の連通ガス流路３２に装着し、接着する。シーリングブレート３３を接着されたセパレータ１８を治具部位から搬出して次工程に送る。
【００１６】
つぎに、本発明の燃料電池の作用を説明する。
シーリングプレート３３が非対称形状を有するので、シーリングプレート３３の、燃料電池への誤組み付けが防止される。
さらに詳しくは、シーリングブレート３３をシーリングプレート装着用治具に挿入する時、もしもシーリングプレート３３が、正規姿勢から、表裏が反転していたり、左右がに逆なっていたり、上下が逆になっていたりすると、シーリングプレート３３が正規の姿勢にある時のみに挿入可能となっている治具に、シーリングブレート３３を挿入することができない。したがって、治具への挿入時点で、シーリングプレート３３を自動的に正規の姿勢に正すことができる。
【００１７】
治具に挿入されたシーリングプレート３３は正規の姿勢にあることが保証される。そして、接着剤を塗布したセパレータ１８に治具を相対的に接近させるとともに、治具から治具のシーリングプレート取り出し穴を通してシーリングプレート３３を１枚ずつ取り出し、シーリングプレート３３をその姿勢のまま、セパレータ１８の連通ガス流路３２に当てて接着し、セパレータ１８の連通ガス流路３２に組み付ける。その結果、セパレータ１８の連通ガス流路３２に組み付けられたシーリングプレート３３は正規の姿勢にあり、表裏が反転していたり、左右が逆になっていたり、上下が逆になっていたりすることがなく、シーリングプレート３３の誤組み付けが防止される。
【００１８】
また、非対称形状を突起３３ａから構成したので、樹脂製シーリングプレート３３の成形時に加工工数を増やすことなく、したがってコストアップを本質的に伴うことなく、非対称形状を容易に作ることができる。
また、突起３３ａをマニホールド３０、３１内に張り出すように設定したので、モジュールの段階で、マニホールド３０、３１内に突起３３ａが突出していることを目視で確認でき、シーリングプレート３３の組み付けもれも同時に検知することができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１、２、３の燃料電池によれば、シーリングプレートを非対称形状としたので、治具にシーリングプレートを挿入する際、自動的にシーリングプレートを正規状態に正すことができ、シーリングプレートの燃料電池への誤組み付けを防止することができる。
請求項２、３の燃料電池によれば、シーリングプレートの非対称形状を１以上の突起から構成したので、容易に非対称形状を作りだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池を含む燃料電池スタックの側面図である。
【図２】図１の燃料電池スタックの一部の拡大断面図である。
【図３】図１のうちセルの正面図である。
【図４】図１の燃料電池のシーリングプレート配設部位の断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】本発明の燃料電池のシーリングプレート配設部位の、シーリングプレートとマニホールドとの関係を示す、正面図である。
【図６】本発明の燃料電池のシーリングプレートの正面図である。
【符号の説明】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２、１５  触媒層
１３、１６  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１８ａ  チャンファ
１９  セル
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路（冷却水流路）
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷媒マニホールド
２９ａ  入側
２９ｂ  出側
３０  燃料ガスマニホールド
３０ａ  入側
３０ｂ  出側
３１  酸化ガスマニホールド
３１ａ  入側
３１ｂ  出側
３２  連通ガス流路
３３  シーリングプレート（支持プレート）
３３ａ  突起
３４  接着剤
３５  ガスケット
【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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