(57)【要約】【課題】  シール性を向上した燃料電池セル用セパレータを提供する。【解決手段】  燃料電池セルにおいて、アノード側セパレータとカソード側セパレータの一面に、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路をそれぞれ取り囲むように電極側シール溝８ｂを備えるとともに、セパレータの冷媒流路を設けた背面に、冷媒流路を取り囲むようにセパレータ側シール溝８ａを備え、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの前記背面を相対して積層した状態で、前記電極側シール溝間を前記セパレータ側シール溝を通じて連通する貫通孔１０を設け、前記電極側シール溝と前記セパレータ側シール溝と前記貫通孔に弾性材を注入してシール部材９を形成し、前記貫通孔は、前記膜・電極接合体に接触する前記シール部材のリップ部９ｃの中心に対して前記シール溝の幅方向にオフセットして形成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挟持するアノード及びカソードとからなる膜・電極接合体と、
前記アノードに対面した一面に燃料ガス流路を設けたアノード側セパレータと、
前記カソードに対面した一面に酸化剤ガス流路を設けたカソード側セパレータと、からなり、
前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの前記一面の背面の少なくとも一方に、冷媒流路を設けた燃料電池セルにおいて、
前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの前記一面に、前記燃料ガス流路または前記酸化剤ガス流路をそれぞれ取り囲むように電極側シール溝を備えるとともに、前記セパレータの冷媒流路を設けた前記背面に、前記冷媒流路を取り囲むようにセパレータ側シール溝を備え、
前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの前記背面を相対して積層した状態で、前記電極側シール溝間を前記セパレータ側シール溝を通じて連通する貫通孔を設け、前記電極側シール溝と前記セパレータ側シール溝と前記貫通孔に弾性材を注入してシール部材を形成し、
前記貫通孔は、前記膜・電極接合体に接触する前記シール部材のリップ部の中心に対して前記シール溝の幅方向にオフセットして形成されることを特徴とする燃料電池セル用セパレータ。
【請求項２】
前記背面の一方に、前記背面の他方に形成された前記セパレータ側シール溝内に突出するリブを形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル用セパレータ。
【請求項３】
前記セパレータ背面に前記シ−ル溝に開口する凹部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セル用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル用セパレータ、特に燃料電池セル用セパレータのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池セル用セパレータは平板状で、一面に燃料ガスまたは酸化剤ガスの流路が形成され、他面に冷却水流路が形成される。さらにこれら流体の流路を取り囲むようにシール溝が形成され、シール溝にシールが形成されることで流体が外部に漏洩しないようにシール性が確保されている。
【０００３】
従来、燃料電池セル用セパレータのシール構造として、膜・電極接合体を挟み込むセパレータを積層し、前述の流路を互いに連通するように貫通孔（空間部）を設け、この貫通孔にゴム等よりなる成形材を注入成形することによってシールを一体成形する技術がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３８６７３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、従来技術では、貫通孔がシール溝の中央に位置するため、貫通孔を有さない他の領域のシールと貫通孔を有する領域のシールの変形率（圧縮率）が異なり、貫通孔を有する領域のシールからセパレータに供給される流体が漏洩するという問題があった。
【０００５】
また、膜・電極接合体を挟み込むセパレータ間のシールを同時成形した場合には、合わせ面の隙間によりヒケ等の変形が生じやすく、この変形により供給される流体が漏洩する恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、シール性を向上した燃料電池セル用セパレータ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】
【０００７】
本発明は、燃料電池セルにおいて、アノード側セパレータとカソード側セパレータの一面に、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路をそれぞれ取り囲むように電極側シール溝を備えるとともに、前記セパレータの冷媒流路を設けた背面に、冷媒流路を取り囲むようにセパレータ側シール溝を備え、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータの前記背面を相対して積層した状態で、前記電極側シール溝間を前記セパレータ側シール溝を通じて連通する貫通孔を設け、前記電極側シール溝と前記セパレータ側シール溝と前記貫通孔に弾性材を注入してシール部材を形成し、前記貫通孔は、前記膜・電極接合体に接触する前記シール部材のリップ部の中心に対して前記シール溝の幅方向にオフセットして形成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、アノード側セパレータとカソード側セパレータのシール溝を貫通する貫通孔を形成し、このシール溝と貫通孔に弾性材を注入してシール部材を一体的に形成したため、各セパレータを一体的に固定できるとともに、シール部材のリップ部の中心と貫通孔の中心とをシール溝の幅方向でオフセットしたので、シール部材の変形率のバラツキを抑制し、シール性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１と図２は、本発明のセパレータを用いた単セルの断面を示す図である。図２は、図１のＡ部拡大図である。単セルは、固体高分子電解質膜１００と、電解質膜１００を挟持するアノード１とカソード２からなる膜・電極接合体２００と、アノード１に燃料ガスを、カソード２に酸素を供給するための流路を形成したアノードセパレータ３、及びカソードセパレータ４とから構成される。単セルを積層することで燃料電池スタックが形成される。
【００１０】
図３は、各セパレータに形成される流路の形状およびシール溝の形状を説明する図である。図１から図３に示すように、アノード１に面したアノードセパレータ３の面３ｂには、燃料ガスの流路５が形成され、図３のａ−１に示すように燃料ガス流路５は櫛状に形成される。一方、カソード２に面したカソードセパレータ４の面４ｂには酸化剤、例えば酸素の流路６が形成され、図３のｂ−１に示すように酸素流路５は櫛状に形成される。さらに、図３のａ−２、ｂ−２に示す、アノードセパレータ３とカソードセパレータ４の他方の面３ａ、４ａには、単セルを冷却するための冷却水流路７が櫛状に形成されている。そして、各セパレータ３、４には、前述の３つ流路５、６、７に連通し、それぞれ異なるガス等を供給あるいは排出するための出入口流路５ａ、６ａ、７ａがセルの積層方向に貫通して形成される。
【００１１】
燃料ガスまたは酸素流路が形成されたアノード側の面３ｂ、カソード側の面４ｂには、形成された流路５、６の外側を取り囲むようにセパレータの縁部に電極側シール溝８ｂが形成される。一方、アノードセパレータ３のセパレータ側の面３ａには、冷却水流路７を取り囲むように縁部にセパレータ側シール溝８ａが形成される。セパレータ側シール溝８ａと電極側シール溝８ｂには、各流路を流通する流体が外部に漏洩しないように、あるいは、他の流路中に漏洩しないように後述の如く一体的なシール部材９が形成される。シール部材９は弾性材からなり、例えばゴム材や樹脂材で形成される。なお、セパレータ側シール溝８ａと電極側シール溝８ｂとの溝中心は、同じとして実施例では説明するが、後述する貫通孔１０を形成できる範囲でオフセットしても良い。
【００１２】
次にセパレータの断面を示す図４を用いて、セパレータ３、４のシール部材９について説明する。図４において、（ａ）図は、シール溝部８の一般形状断面を示しており（図３のＢ−Ｂ断面）、金型１１、１２に収装された状態を示す。（ｂ）図は、セパレータ３とセパレータ４とを一体的に固定するために積層方向に貫通した貫通孔１０を横断する断面（図３のＡ−Ａ断面）を示す。貫通孔１０は、図３に示すようにシール溝８ａ、８ｂの長さ方向に所定間隔に形成される。
【００１３】
図４（ｂ）によると、セパレータ３、４の冷却水流路７が形成された面３ａ、４ａを対面した状態で積層し、セパレータ側シール溝８ａとを電極側シール溝８ｂと連通する貫通孔１０を形成する。前述のように貫通孔１０はシール溝の長さ方向に所定間隔で形成される。そして、（ａ）図に示すように金型１１、１２内に設置された状態で、電極側シール溝８ｂから弾性材がセパレータ側シール溝８ａと貫通孔１０に注入されることにより、シール部材９が形成され、シール部材９によりセパレータ３、４は一体的に固定される。
【００１４】
板状の２枚のセパレータ３、４がシール部材９により一体的に固定されるため、セパレータの剛性が向上し、製造工程での取り扱いが容易となる。また、セパレータ３、４をシール部材９により一体的に形成するために、セパレータ側の面３ａと面４ａと接着する必要がなく、製造工程の削減し、コストを低減することができる。
【００１５】
（ａ）図に示すように、アノード側の面３ｂまたはカソード側の面４ｂの電極側シール溝８ｂに形成される電極側シール部材９ｂは、電極側シール溝８ｂの略中央部に位置するシール部材９ｂのリップ部９ｃが面３ｂ、４ｂより電極側に突出して形成される。そしてアノード１またはカソード２に接触して図２に示すように変形してシール性を確保し、アノード１またはカソード２に供給される流体が電極１、２とセパレータ３、４との間から外部に漏洩しないようにシールする。
【００１６】
ここで、上記した貫通孔１０は、図４（ｂ）に示すように電極側シール部材９ｂのリップ部９ｃ中心に対して電極側シール溝８ｂの幅方向にオフセットした位置に形成されており、貫通孔１０の形成に伴う電極側シール部材９ｂの変形率が他のシール部材の変形率と異なることを抑制でき、電極側シール部材９ｂからの流体の外部への漏洩を防止できる。
【００１７】
セパレータ３の面３ａには、セパレータ側シール溝８ａが凹状に形成されており、一方、相対するセパレータ４の面４ａにはセパレータ３のセパレータ側シール溝８ａ内に突出するようにリブ１３が形成される。リブ１３はセパレータ側シール溝８ａの側壁８ｃの近傍に形成されている。ここで、リブ１３は、セパレータ側シール溝８ａの底面８ｄと所定間隔離れて形成されることで、リブ１３と側壁８ｃとの間の空間にもシール部材９ａを形成する弾性材が注入される。従って、セパレータ側シール溝８ａ内にシール部材９ａを形成する弾性材が注入された後に、弾性材が収縮して、いわゆるヒケを生じてもリブ１３に弾性材が固着してヒケが抑制され、ヒケに起因する流体の漏洩を防止することができる。
【００１８】
図４（ｃ）は、セパレータ側シール溝８ａに注入される弾性材の逃げ溝１４をセパレータ側シール溝８ａに連通して形成した構成である。セパレータ３のセパレータ側シール溝８ａの側壁８ｃに対向する位置に凹状の逃げ溝１４が形成される。逃げ溝１４には、シール部材９を形成する弾性材の余分な弾性材が注入される。このような逃げ溝１４を設けたことにより、セパレータ３とセパレータ４との間のパーティング部に弾性材が漏れることがない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、燃料電池セルのシール性を向上でき、燃料電池スタックを備えた燃料電池車両に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した単セルの断面図である。
【図２】シール部材の詳細構成を説明する断面図である。
【図３】流路の形状を説明する構成図である。
【図４】シール溝の詳細形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  アノード
２  カソード
３  アノード側セパレータ
４  カソード側セパレータ
５  燃料ガス流路
６  酸素流路
７  冷却水流路
８  シール溝
８ａ  セパレータ側シール溝
８ｂ  電極側シール溝
８ｃ  側壁
８ｄ  底面
９  シール部材
９ａ  セパレータ側シール部材
９ｂ  電極側シール部材
９ｃ  リップ部
１０  貫通孔
１１、１２  金型
１３  リブ
１４  逃げ溝
【図１】
2005235417.tif 000003
【図２】
2005235417.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005235417.tif 000006