(57)【要約】【課題】燃料電池スタック用流体導入部材であるアノード側樹脂フレーム２０において、燃料ガス供給マニホールド６４内からこの燃料ガス供給マニホールド６４内とは別の方向の燃料ガス流路４０内に流れる燃料ガスの圧損を抑えることである。【解決手段】アノード側樹脂フレーム２０に、マニホールド６４を構成する孔７５と、マニホールド６４から燃料ガス流路４０に燃料ガスを導く流体導入面７６とを設ける。アノード側樹脂フレーム２０の形状成形の際に、表面７７側の孔７５の一端にバリを生じさせずに、裏面７８側の孔７５の他端周辺部にバリ７２を生じさせる。アノード側樹脂フレーム２０の形状成形の際の、孔７５の端部にバリが生じていない表面を、流体導入面７６として、燃料電池セル１０および燃料電池スタックを構成する。【選択図】図１
2007287364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスまたは冷媒である流体を燃料電池スタックの内部に供給する流体供給マニホールドの一部を構成するマニホールド構成面と、このマニホールド構成面に沿って流れる流体を別の方向に導く流体導入面と含む形状を有し、形状成形の際に、表面側のマニホールド構成面の一端にバリを生じさせずに、裏面側のマニホールド構成面の他端周辺部にバリを生じさせるようにして得た流体導入部材であって、
形状成形の際の、マニホールド構成面の端部にバリが生じていない表面を、流体導入面として燃料電池スタックを構成することを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタック用流体導入部材において、他の部材と積層することにより燃料電池セルを構成し、さらにこの燃料電池セルを複数組積層することにより燃料電池スタックを構成することを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック用流体導入部材において、マニホールド構成面と流体導入面とが交わる流体導入角部にさらに面取り加工が施されていることを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池スタック用流体導入部材において、金属板により構成すると共に、この金属板に打ち抜きにより孔を形成しており、この孔の内面がマニホールド構成面であることを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池スタック用流体導入部材において、合成樹脂を射出成形することにより孔を有する形状に造っており、この孔の内面がマニホールド構成面であることを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材。
【請求項６】
電解質膜と、電解質膜の両側に設けた１対のセパレータとを備えた１組の燃料電池セルを複数組積層し、
ガスまたは冷媒である流体を内部に供給する流体供給マニホールドと、流体導入部材とを有しており、
流体導入部材は、流体供給マニホールドの一部を構成するマニホールド構成面と、このマニホールド構成面に沿って流れる流体を別の方向に導く流体導入面と含む形状を有し、形状成形の際に、表面側のマニホールド構成面の一端にバリを生じさせずに、裏面側のマニホールド構成面の他端周辺部にバリを生じさせるようにして得たものである、
燃料電池スタックにおいて、
流体導入部材が、請求項１から請求項５のいずれか１に記載の燃料電池スタック用流体導入部材であることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスまたは冷媒である流体を燃料電池スタックの内部に供給する流体供給マニホールドの一部を構成するマニホールド構成面と、このマニホールド構成面に沿って流れる流体を別の方向に導く流体導入面と含む形状を有する燃料電池スタック用流体導入部材およびこれを有する燃料電池スタックの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の燃料電池セルとして、これを複数組積層することにより構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板およびエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。
【０００３】
また、特許文献１に記載された燃料電池スタックでは、図１０に示すように、各燃料電池セル１０を、膜−電極アセンブリ１２と、この両側に設けたアノード側反応ガス拡散層１４およびカソード側反応ガス拡散層１６と、膜―電極アセンブリ１２の片側（図１０の上側）に設けたアノード側金属板１８およびアノード側樹脂フレーム２０と、膜−電極アセンブリ１２の他側（図１０の下側）に設けたカソード側樹脂フレーム２２およびカソード側金属板２４とにより構成している。そして、アノード側金属板１８およびアノード側樹脂フレーム２０により、アノード側セパレータ２６を構成している。また、カソード側金属板２４およびカソード側樹脂フレーム２２により、カソード側セパレータ２８を構成している。金属板１８（または２４）および樹脂フレーム２０（または２２）同士は、接着剤層を構成する液状ガスケットで隙間なく接着している。
【０００４】
アノード側セパレータ２６には、燃料ガス供給マニホールド孔３０、燃料ガス排出マニホールド孔３２、酸化剤ガス供給マニホールド孔３４、酸化剤ガス排出マニホールド孔３６、冷媒マニホールド孔３８、および燃料ガス（水素を含むガス）が流れる燃料ガス流路４０を設けている。また、カソード側セパレータ２８には、燃料ガス供給マニホールド孔４２、燃料ガス排出マニホールド孔４４、酸化剤ガス供給マニホールド孔４６、酸化剤ガス排出マニホールド孔４８、冷媒マニホールド孔５０、および酸化剤ガス（例えば空気）が流れる酸化剤ガス流路５２を設けている。燃料ガス流路４０および酸化剤ガス流路５２は、アノード側金属板１８およびカソード側金属板２４と、アノード側樹脂フレーム２０およびカソード側樹脂フレーム２２との側面にそれぞれ形成される凹凸により構成される。
【０００５】
また、膜−電極アセンブリ１２にも燃料ガス供給マニホールド孔５４、燃料ガス排出マニホールド孔５６、酸化剤ガス供給マニホールド孔５８、酸化剤ガス排出マニホールド孔６０、冷媒マニホールド孔６２を設けている。さらに、セパレータ２６、２８に冷媒（例えば冷却水）を流すための冷媒流路を形成することも従来から知られている。冷媒流路は燃料電池セル１０毎に、または複数の燃料電池セル１０毎に設けることが従来から知られている。冷媒マニホールド孔３８、５０、６２は、冷媒流路に通じさせている。
【０００６】
燃料電池スタックは、複数の燃料電池セル１０を積層した状態で、両側に図示しない集電板と、絶縁板と、エンドプレートとをそれぞれ設け、例えば積層した各部材を貫通するテンションロッドとナットとにより締め付ける。この状態で、各燃料電池セル１０の積層方向に対向する複数のマニホールド孔同士が連通して、燃料ガス供給マニホールド６４、燃料ガス排出マニホールド６６、酸化剤ガス供給マニホールド６８、酸化剤ガス排出マニホールド７０、冷媒マニホールドを、それぞれ構成する。これら各マニホールド６４、６６、６８、７０は、燃料電池スタックの積層方向一端部のエンドプレートに設けた、燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口、酸化剤ガス出口、冷媒入口、冷媒出口にそれぞれ通じさせる。各マニホールド６４、６６、６８、７０は、積層される複数の燃料電池セル１０の積層方向に設けられる。燃料ガス流路４０は燃料ガス供給マニホールド６４からこれと異なる方向に分岐しており、酸化剤ガス流路５２は酸化剤ガス供給マニホールド６８からこれと異なる方向に分岐しており、冷媒流路は冷媒供給用の冷媒マニホールドからこれと異なる方向に分岐している。
【０００７】
この様な燃料電池スタックでは、例えば図１０に矢印イで示す方向に燃料ガスを燃料ガス供給マニホールド６４内に送りこむことにより、アノード側セパレータ２６の燃料ガス流路４０に燃料ガスを送り込む。そして、同図に矢印ロで示す方向に燃料ガスを、燃料ガス排出マニホールド６６を通じて外部に排出する。また、同図に矢印ハで示す方向に酸化剤ガスを送り込むことにより、カソード側セパレータ２８の酸化剤ガス流路５２に酸化剤ガスを送り込む。そして、同図に矢印ニで示す方向に酸化剤ガスを、酸化剤ガス排出マニホールド７０を通じて外部に排出する。燃料ガスおよび酸化剤ガスは、膜−電極アセンブリ１２の両側で、電池反応に供される。
【０００８】
なお、図１０では、各燃料電池セル１０において、セパレータ２６、２８を金属板１８、２４と樹脂フレーム２０、２２とにより構成しているが、セパレータ２６、２８を、１枚の金属板またはカーボン材料製の板材により構成することも従来から考えられている。すなわち、特許文献２に記載されている燃料電池スタックのように、セパレータは、十分な導電性と強度と耐食性を有するものであればよく、例えば、カーボン材料や、耐食性を有する金属等により構成できる。
【０００９】
また、特許文献３には、電解質膜、電極、およびガス拡散層から成る単位セルの両側に１対のガスケットを設け、その両側にセパレータを設けることにより、各燃料電池セルを構成することが記載されている。また、特許文献４には、特許文献３と同様に構成した単位セルを設け、この単位セルの電解質膜の片側外周部分とセパレータの片側外周部分との間にパッキンを設けることが記載されている。
なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１から特許文献４の他に特許文献５から特許文献６がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３５３５２１号公報
【特許文献２】特開２００４−２００１３２号公報
【特許文献３】特開２０００−３３１６９１号公報
【特許文献４】特開２００３−７７４９８号公報
【特許文献５】特開平７−２３５３１４号公報
【特許文献６】特開２００４−１８５８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の特許文献１から特許文献４に記載されている構造の場合、セパレータや、セパレータを構成する一部の部材（金属板１８、２４、樹脂フレーム２０、２２等）を、ガスまたは冷媒である流体の供給用のマニホールドの一部を構成するマニホールド構成面（孔の内面等）と流体導入面とを含む形状に造っている。このうち流体導入面は、流体供給用のマニホールド内からこのマニホールド内とは異なる方向のガス流路または冷媒流路にガスまたは冷媒の流体を導く面である。ただし、このようなセパレータやセパレータを構成する部材は、形状成形の際に、マニホールド構成面の一端側となる表面側にバリを生じさせずに、マニホールド構成面の他端側となる裏面側にバリを生じさせるような成形方法で造ることが考えられる。
【００１２】
例えば、セパレータを構成する部材が合成樹脂製の場合、この部材の成形時に金型の合わせ面同士の間に樹脂が入り込むことで、マニホールド構成面の一端側となる表面側にバリを生じさせずに、他端側となる裏面側にバリを生じさせるように成形することが考えられる。また、セパレータを構成する部材が金属製の場合には、孔の打ち抜きにより、マニホールド構成面の一端側となる表面側にバリを生じさせずに、他端側となる裏面側にバリを生じさせるように成形することが考えられる。ただし、上記特許文献１から特許文献４に記載されている構造において、ガスまたは冷媒の流体をガス流路または冷媒流路に導く流体導入面との関係で、バリが存在する側を規制することは開示されていない。この様なバリは、流体供給用のマニホールド内からガスまたは冷媒である流体がガス流路または冷媒流路内に円滑に流れ込むことに対する妨げとなる可能性がある。この場合、各燃料電池セル内を流れる流体の流れに関して圧力損失（圧損）が生じやすくなったり、セパレータを構成する部材を金属製としている場合には、上記バリを起点として腐食が生じやすくなる可能性がある。
【００１３】
この様なバリの発生により生じる不都合について、上記特許文献１に記載された構造およびこの構造の変形例を用いて、より詳しく説明する。すなわち、特許文献１に記載された構造の場合には、図１１に示すように、各燃料電池セル１０において、例えば燃料ガス流路４０の入口側端部が、膜−電極アセンブリ１２とアノード側金属板１８とのうち、アノード側金属板１８の側（図１１の上側）に設けられている。この場合に、図１２に示すように、上記入口側端部に存在する、燃料ガス供給マニホールド孔３０の樹脂フレーム２０側の周辺部に、燃料ガス流路４０の側に向いたバリ７２が形成された状態となる可能性がある。このような状態では、燃料ガス供給マニホールド６４内を同図に矢印ホで示す方向に流れる燃料ガスが、燃料ガス流路４０内に円滑には流れ込みにくくなる。この為、各燃料電池セル１０内を流れる燃料ガスの流れに対して圧力損失（圧損）が生じやすくなる。
【００１４】
これに対して、図１１で、燃料ガスがマニホールド６４内を同図の矢印と逆方向に流れる場合に、マニホールド孔３０のアノード側金属板１８側の孔の周辺部に燃料ガス流路４０側に向いてバリが形成された状態となる可能性もある。このような状態では、このバリにより、燃料ガス流路４０内に燃料ガスが円滑に流れ込むことが妨げられやすくなる。このため、やはり各燃料電池セル１０内を流れる燃料ガスの流れに対して圧損が生じやすくなる。また、この場合には、燃料ガスが金属板１８に発生したバリに接触する（ぶつかる）ことにより、このバリを起点として金属板１８に腐食が生じやすくなると言った問題もある。
【００１５】
また、図１１に示す構造の変形例として、図１３に示すように、各燃料電池セル１０において、例えば燃料ガス流路４０の入口側端部を、膜−電極アセンブリ１２とアノード側金属板１８とのうちの膜−電極アセンブリ１２側（図１３の下側）に形成することも、従来から考えられている。この場合、アノード側金属板１８およびアノード側樹脂フレーム２０と、カソード側金属板２４およびカソード側樹脂フレーム２２とは、それぞれ接着剤層７４（図１４参照）を介して結合される。また、アノード側樹脂フレーム２０の膜−電極アセンブリ１２側（図１３の下側）の面には、燃料ガスを膜−電極アセンブリ１２側に導入するための流体導入面７６（図１４参照）が設けられた状態となる。この場合に図１４に示すように、アノード側金属板１８とアノード側樹脂フレーム２０との燃料ガス供給マニホールド孔３０の周辺部で、互いに結合する相手部材に対し反対側に向くようにバリ７２が存在する場合には、樹脂フレーム２０側のバリ７２が流体導入面７６側に向くようになる。この結果、燃料ガス供給マニホールド６４内に送られた燃料ガスが流体導入面７６側に円滑には導入されにくくなり、燃料ガスの圧損が生じやすくなると言った問題が生じる。
【００１６】
また、この場合には、アノード側金属板１８に発生するバリ７３がマニホールド６４内の燃料ガスの流れと反対側に向くため、この燃料ガスがこのバリ７３にぶつかりやすく、滞留しやすくなってしまう可能性もある。このような不都合に対して、金属板１８側のバリ７３を燃料ガスの流れと同じ側（図１４の下側）に設ければ、このバリ７３により生じる不都合をなくせるか、または抑えることができる可能性はある。ただし、このような構成を採用しただけでは、燃料ガスが樹脂フレーム２０の流体導入面７６側に導入されにくいと言った不都合をなくすことに対して十分ではない。
【００１７】
なお、上記の説明は、燃料ガス供給マニホールド６４内から各燃料電池セル１０の燃料ガス流路４０内に燃料ガスが流れ込む場合に、バリ７２により生じる不都合を説明した。ただし、酸化剤ガス供給マニホールド６８内から各燃料電池セル１０の酸化剤ガス流路５２（図１０参照）内に酸化剤ガスが流れ込む場合や、冷媒供給用の冷媒マニホールド内から冷媒流路内に冷媒が流れ込む場合でも、マニホールドを構成する孔の内周面と酸化剤ガス流路または冷媒流路とが交わる流体導入角部にバリが存在していると、上記と同様の不都合が発生する可能性がある。
【００１８】
本発明の目的は、流体供給マニホールド内からこの流体供給マニホールド内と別の方向に流れる、ガスまたは冷媒である流体の圧損を抑えることができると共に、金属により造っている場合でも、この流体による腐食を抑制できる燃料電池スタック用流体導入部材およびこれを有する燃料電池スタック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】
【００１９】
本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材は、ガスまたは冷媒である流体を燃料電池スタックの内部に供給する流体供給マニホールドの一部を構成するマニホールド構成面と、このマニホールド構成面に沿って流れる流体を別の方向に導く流体導入面と含む形状を有し、形状成形の際に、表面側のマニホールド構成面の一端にバリを生じさせずに、裏面側のマニホールド構成面の他端周辺部にバリを生じさせるようにして得た流体導入部材（樹脂フレームや、カーボン材料製、または金属製のセパレータや、後述する「シーリングプレート」と呼ばれる硬質の板材等）であって、
形状成形の際の、マニホールド構成面の端部にバリが生じていない表面を、流体導入面として燃料電池スタックを構成することを特徴とする燃料電池スタック用流体導入部材である。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材において、好ましくは、他の部材と積層することにより燃料電池セルを構成し、さらにこの燃料電池セルを複数組積層することにより燃料電池スタックを構成する。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材において、好ましくは、マニホールド構成面と流体導入面とが交わる流体導入角部にさらに面取り加工を施す。また、より好ましくは、この流体導入角部に、流体供給マニホールド内の流体の流れに関して前方に向かうほど曲率半径が大きくなるような複合円弧の断面を有する曲面状の面取りを設ける。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材において、好ましくは、金属板により構成すると共に、この金属板に打ち抜きにより孔を形成し、この孔の内面がマニホールド構成面であるものとする。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材において、好ましくは、合成樹脂を射出成形することにより孔を有する形状に造っており、この孔の内面がマニホールド構成面であるものとする。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜と、電解質膜の両側に設けた１対のセパレータとを備えた１組の燃料電池セルを複数組積層し、ガスまたは冷媒である流体を内部に供給する流体供給マニホールドと、流体導入部材とを有しており、流体導入部材は、流体供給マニホールドの一部を構成するマニホールド構成面と、このマニホールド構成面に沿って流れる流体を別の方向に導く流体導入面と含む形状を有し、形状成形の際に、表面側のマニホールド構成面の一端にバリを生じさせずに、裏面側のマニホールド構成面の他端周辺部にバリを生じさせるようにして得たものである、燃料電池スタックにおいて、流体導入部材が、上記の本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材のいずれかであることを特徴とする燃料電池スタックである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る燃料電池スタック用流体導入部材および燃料電池スタックによれば、流体供給マニホールド内からこの流体供給マニホールド内と別の方向に流れる、ガスまたは冷媒である流体の圧損を抑えることができると共に、燃料電池スタック用流体導入部材を金属により造っている場合でも、この流体による腐食を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第１の発明の実施の形態］ 
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、第１の発明の実施の形態を示している。本実施の形態は、上記の図１３から図１４で示したような燃料電池セル１０を複数組積層した燃料電池スタックにおいて、本発明を適用している。すなわち、本実施の形態においては、燃料電池スタック用流体導入部材が、図１３から図１４で示した構造のアノード側樹脂フレーム２０であるとして、本発明を適用している。なお、本実施の形態の特徴は、この樹脂フレーム２０の孔７５の端部に発生するバリ７２を設ける側を規制し、さらにアノード側金属板１８の孔８２の端部に発生するバリ７３を設ける側を規制した点にある。
【００２７】
また、本発明の燃料電池スタックは、電解質膜およびその両側に設けたアノード側電極およびカソード側電極を備えた膜−アセンブリ１２（図１０から図１３参照）と、膜−アセンブリ１２の両側に設けたアノード側セパレータ２６およびカソード側セパレータ２８（図１３参照）とを積層したものを１組の燃料電池セル１０として、複数組の燃料電池セル１０を積層している。そして、複数組の燃料電池セル１０を積層した状態で、両側に図示しない集電板と、絶縁板と、エンドプレートとをそれぞれ設け、例えば積層した各部材を貫通するテンションロッドとナットとにより締め付けている。
【００２８】
また、アノード側セパレータ２６を、アノード側金属板１８およびアノード側樹脂フレーム２０により構成しており、カソード側セパレータ２８を、カソード側金属板２４およびカソード側樹脂フレーム２２（図１３参照）により構成している。また、燃料電池スタックの内部に、燃料ガスを内部に供給するための燃料ガス供給マニホールド６４と、酸化剤ガスを内部に供給するための酸化剤ガス供給マニホールド６８（図１０参照）と、冷媒を内部に供給するための冷媒供給用の冷媒マニホールドとを、それぞれ燃料電池スタックの積層方向に設けている。
【００２９】
また、燃料電池スタックの内部に、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールド６６（図１０参照）と、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出マニホールド７０（図１０参照）と、冷媒を排出するための冷媒排出用の冷媒マニホールドとを、それぞれ燃料電池スタックの積層方向に設けている。各マニホールド６４、６８、６６、７０は、燃料電池スタックの積層方向一端に設けたエンドプレートの燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口、酸化剤ガス出口、冷媒入口、冷媒出口にそれぞれ通じさせている。燃料電池セル１０のその他の基本的な構成は、上記の図１３から図１４で示した構造と同様であるため、重複する説明を省略もしくは簡略にする。
【００３０】
アノード側樹脂フレーム２０には、燃料ガス供給マニホールド６４を構成するマニホールド孔３０の、樹脂フレーム２０側を構成する孔７５を設けている。また、アノード側金属板１８には、マニホールド孔３０の金属板１８側を構成する孔８２を設けている。また、樹脂フレーム２０は、燃料ガス供給マニホールド６４内を流れる燃料ガスを、燃料ガス流路４０に導く流体導入面７６を有する。このように孔７５と流体導入面７６とを含む形状を有するアノード側樹脂フレーム２０は、後述する形状成形の際に、孔７５の一端（図１の下端）側となる表面７７側にバリを生じさせずに、孔７５の他端（図１の上端）側となる裏面７８側にバリ７２が生じるような成形方法で造る。そして、形状成形の際の、孔７５の端部にバリが生じていない表面７７を、流体導入面７６として、燃料電池セル１０およびこの燃料電池セル１０を複数組積層して成る燃料電池スタックを構成する。したがって、孔７５の内周面と流体導入面７６とが交わる流体導入角部８０にはバリが存在しない状態となる。なお、本実施の形態の場合には、孔７５の内周面が、請求項に記載した「マニホールド構成面」に対応する。
【００３１】
また、流体導入角部８０には、さらに断面略円弧形の面取りを形成する面取り加工を施している。なお、好ましくは、この流体導入角部８０に、マニホールド６４内の燃料ガスの流れに関して前方に向かうほど曲率半径が大きくなるような複合円弧の断面を有する曲面状の面取りを設ける。また、本実施の形態の場合には、アノード側金属板１８において、燃料供給マニホールド孔３０を構成する孔８２の周辺部に発生したバリ７３を、アノード側樹脂フレーム２０の側に突出する状態で設けている。なお、アノード側金属板１８に発生するバリ７３は、マニホールド孔３０を構成する孔８２の打ち抜き時に、打ち抜き方向前側に発生するため、この打ち抜き方向前側を、樹脂フレーム２０と対向する側とすることでバリ７３を設ける側を容易に規制できる。
【００３２】
次に、樹脂フレーム２０の成形方法について、図２から図４を用いて説明する。本実施の形態の場合、樹脂フレーム２０を熱硬化性樹脂により造っている。この場合、図２に示すような上型８４と、図３に示すような下型８６とを使用し、上型８４と下型８６とを加熱した状態で熱硬化性樹脂の粒状原料の集合を図４に示すように加圧することにより、所定の形状を有する樹脂フレーム２０を造っている。樹脂フレーム２０の形状成形時には、図４に示すように、上型８４と下型８６との間で樹脂フレーム２０となる材料が加圧されるが、燃料ガス供給マニホールド孔３０（図１参照）を構成する孔７５の端部周辺部の、上型８４と下型８６との合わせ面同士の間に上記粒状原料の集合が入り込んだまま固化される。この場合、樹脂フレーム２０の図４の上面が表面７７となり、同図の下面が裏面７８となる。樹脂フレーム２０は、このような成形方法で造るため、表面７７側の孔７５の一端にバリを生じさせずに、裏面７８側の孔７５の他端周辺部にバリ７２が生じる。そして、本実施の形態の場合には、図１に示すように、このバリ７２が生じている裏面７８を流体導入面７８とは反対側の面とすると共に、孔７５の端部にバリが生じていない表面７７を流体導入面７６として、燃料電池セル１０および燃料電池スタックを構成している。
【００３３】
上述のような本実施の形態の燃料電池スタック用流体導入部材とこれを備えた燃料電池スタックによれば、樹脂フレーム２０に発生するバリ７２が流体導入面７６と孔７５の内周面とが交わる流体導入角部８０に存在しないため、燃料ガス供給マニホールド６４内から、この燃料ガス供給マニホールド６４内とは別の方向に向いた燃料ガス流路４０（図１）内に流れ込む燃料ガスの流れがバリにより妨げられにくくなる。このため、この燃料ガスの各燃料電池セル１０内での圧損を抑えることができる。  
【００３４】
また、本実施の形態の場合には、アノード側金属板１８のマニホールド孔３０を構成する孔８２の周辺部に存在するバリ７３を、樹脂フレーム２０の側に設けているため、このバリ７３により、マニホールド６４内の燃料ガスの流れが妨げられることも抑制できる。このため、マニホールド６４内での燃料ガスの流れに対する圧損も低減できる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、アノード側金属板１８とアノード側樹脂フレーム２０とを接着剤層７４を介して結合しているが、金属板１８と樹脂フレーム２０との間に所定の形状のガスケット等を設けてもよい。また、上記においては、マニホールド６４内から各燃料電池セル１０の燃料ガス流路４０内に燃料ガスが流れ込む場合に、樹脂フレーム２０のバリ７２が生じた側を流体導入面７６との関係で規制している。ただし、酸化剤ガス供給マニホールド６８を構成する孔と、酸化剤ガス流路５２（図１０参照）に酸化剤ガスを導く流体導入面とを有する部材や、冷媒供給用の冷媒マニホールドを構成する孔と、冷媒流路に冷媒を導く流体導入面とを有する部材においても、孔の端部の周辺部にバリが生じた裏面を、流体導入面とは反対側の面とし、孔の端部にバリが生じていない表面を流体導入面として、燃料電池セルおよび燃料電池スタックを構成することで、本実施の形態と同様の効果を得られる。
【００３６】
例えば、アノード側金属板１８の膜−電極アセンブリ１２（図１３参照）とは反対側の面（図１の上面）に冷媒流路を形成すると共に、冷媒供給用の冷媒マニホールドを構成する孔を形成した場合において、アノード側金属板１８のこの孔の周辺部で、上記冷媒流路とは反対側となる裏面に突出するバリを設け、上記冷媒流路とこの孔とが交わる流体導入角部にはバリを設けないようにする。アノード側金属板１８の上記冷媒流路側の面には、別の燃料電池セルを構成するカソード側金属板の側面を重ね合わせることで、上記冷媒流路を構成する。
また、本実施の形態において好ましくは、燃料電池スタックを構成する総ての燃料電池セル１０において、本実施の形態と同様の構成を採用する。この構成を採用することにより、本実施の形態の効果がより顕著になることは勿論である。
【００３７】
［第２の発明の実施の形態］
なお、上記の図１では、樹脂フレーム２０の孔７５の周辺部に発生するバリ７２を、この孔７５の軸方向に対し略平行な方向に突出する状態で生じた場合を示している。ただし、このバリ７２は、図５に示すように、マニホールド孔３０（図１参照）を構成する孔７５の軸方向に対し略直交する方向に突出する状態で生じる場合もある。すなわち、上型８４の突部８８の先端を下型８６の上面に突き当てることで孔７５を形成する場合には、上型８４の下面と下型８６の上面との合わせ面同士の間に熱硬化性樹脂の粒状原料の集合が入り込んで固化される。そしてこの固化によりバリ７２ａが発生する。この場合には、孔７５の軸方向に対し略直交する方向にバリ７２ａが突出した状態となる。
【００３８】
図６に示す、第２の発明の実施の形態の場合には、このようなバリ７２ａが生じるような成形方法で造った樹脂フレーム２０の、孔７５の端部にバリが生じていない表面７７を流体導入面７６とし、孔７５の端部にバリ７２ａが生じている裏面７８を、流体導入面７６とは反対側の面として、燃料電池セル１０および燃料電池スタックを構成している。これにより、燃料ガス供給マニホールド６４から燃料ガス流路４０内に流れる燃料ガスの流れを円滑にすることができ、上記第１の実施の形態とほぼ同様の効果を得られる。
その他の構成および作用については、上記図１に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３９】
［第３の発明の実施の形態］
次に、図７は、第３の発明の実施の形態を示している。本実施の形態の場合には、特許文献５に記載された構造と同様の構造において、本発明を適用している。すなわち、本実施の形態の場合、各燃料電池セル１０は、電解質膜９０と、電解質膜９０の外周縁部を支持するアノード側樹脂フレーム９２およびカソード側樹脂フレーム９３と、電解質膜９０の両側に設けた電極９４、９４と、電解質膜９０および電極９４、９４のさらに両側に設けた２個の集電極９６、９６とを備える。この集電極９６、９６と電極９４、９４とにより燃料ガスが流れる燃料ガス流路４０と、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路５２とを形成している。また、集電極９６、９６の外側にアノード側セパレータ２６とカソード側セパレータ２８とを設け、これらセパレータ２６、２８の外周寄り部分と樹脂フレーム９２、９３との間にシール部材１０２を設けている。
【００４０】
また、樹脂フレーム９２、９３の互いに対向する面に突部１０４、１０４を設け、互いに対向する突部１０４、１０４の先端同士を溶着して、当該溶着部の一部と電解質膜９０とを一体化している。また、アノード側樹脂フレーム９２のアノード側セパレータ２６の側（図７の上側）に、燃料ガスを電解質膜９０および電極９４側に導入するための流体導入面７６を設けている。これに対して、カソード側樹脂フレーム９３のカソード側セパレータ２８側（図７の下側）には、酸化剤ガスを電解質膜９０および電極９４側に導入する流体導入面（図示せず）を設けている。また、アノード側樹脂フレーム９２の流体導入面７６に設けた溝部と、カソード側樹脂フレーム９３の流体導入面に設けた溝部（図示せず）とは、互いに直交する方向に形成している。
【００４１】
本実施の形態の場合には、このような構造において、アノード側樹脂フレーム９２の形状成形の際に、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態の場合と同様に、表面７７側の、燃料ガス供給マニホールド６４を構成する孔１０６の一端にバリを生じさせずに、裏面７８側の孔１０６の他端周辺部にバリ７２を生じさせている。そして、形状成形の際の表面７７を流体導入面７６として、燃料電池セル１０および燃料電池スタックを構成している。また、孔１０６の内周面と流体導入面７６とが交わる流体導入角部８０に、断面略円弧形の面取りを形成する面取り加工を施している。
【００４２】
このような本実施の形態の場合も、燃料ガス供給マニホールド６４内から燃料ガス流路４０内にガスが送り込まれる際の流れを妨げられにくくできる。例えば、燃料ガスがマニホールド６４内を図７に矢印で示す方向に流れる場合に、この燃料ガスを流体導入面７６側に円滑に送り込みやすくできる。このため、この燃料ガスの各燃料電池セル１０内での圧損を抑えることができる。
【００４３】
［第４の発明の実施の形態］
次に、図８から図９は、第４の発明の実施の形態を示している。本実施の形態においては、燃料電池スタック用流体導入部材を、シーリングプレート１０８として、本発明を適用している。また、本実施の形態の場合には、特許文献５に記載された構造と同様の構造において、本発明を適用している。すなわち、本実施の形態の場合、各燃料電池セル１０は、電解質膜と電解質膜の両側に設けた電極とから成る膜−電極アセンブリ１２と、この膜−電極アセンブリ１２の両側に設けたアノード側セパレータ２６およびカソード側セパレータ２８と、アノード側セパレータ２６および電解質膜の間に設けたシーリングプレート１０８とを備える。また、膜−電極アセンブリ１２とアノード側セパレータ２６およびカソード側セパレータ２８との間に、アノード側反応ガス拡散層１４とカソード側反応ガス拡散層１６とを設けている。
【００４４】
各セパレータ２６、２８は、それぞれ図示のようなカーボン材料製の単一の板状部材により構成するか、または、金属板と樹脂プレートとの組み合わせ、または金属、導電性樹脂等から成る単一の板状部材により構成してもよい。また、アノード側セパレータ２６には、アノード側の電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路４０を、カソード側セパレータ２８には、カソード側の電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路５２を形成している。また、各セパレータ２６、２８には、冷媒を流すための冷媒流路（図示せず）も形成している。冷媒流路は燃料電池セル１０毎に設ける他、複数の燃料電池セル１０毎に１または複数ずつ設けることもできる。
【００４５】
また、セパレータ２６、２８には、冷媒、燃料ガス、酸化剤ガスのいずれかを流すマニホールド６４を構成する孔１１０、１１０を形成している。各孔１１０は、冷媒流路、燃料ガス流路４０、酸化剤ガス流路５２のいずれかに通じさせている。また、ガス流路４０とガス供給マニホールド６４とは、連通ガス流路１１２により互いに通じさせている。この連通ガス流路１１２は、アノード側セパレータ２６のシーリングプレート１０８側に設けた溝部１１４と、シーリングプレート１０８の流体導入面１１６とにより構成している。このシーリングプレート１０８は、合成樹脂等の電気的絶縁性を有する材料により造った硬質の板材である。また、シーリングプレート１０８と電解質膜との間、および、カソード側セパレータ２８とシーリングプレート１０８との間、および、両セパレータ２６、２８の外周寄り部分同士の間を接着剤１１８によりシールしている。なお、シーリングプレート１０８と電解質膜との間にパッキン等のシール部材を設けるのであれば、シーリングプレート１０８を、金属等の導電性を有する材料により構成することもできる。
【００４６】
本実施の形態は、このような構造において、シーリングプレート１０８の形状成形の際に、表面側の、燃料ガス供給マニホールド６４を構成する側壁面１１９の一端（図８から図９の下端）にバリを生じさせずに、裏面１２２側の側壁面１１９の他端（図８から図９の上端）周辺部にバリ１２０を生じさせている。そして、形状成形の際の側壁面１１９の端部にバリが生じていない表面を流体導入面１１６として、燃料電池セル１０および燃料電池スタックを構成している。また、側壁面１１９と流体導入面１１６とが交わる流体導入角部８０に、断面略円弧形の面取りを形成する面取り加工を施している。本実施の形態の場合には、シーリングプレート１０８の側壁面１１９が、請求項に記載したマニホールド構成面に対応する。
【００４７】
このような本実施の形態の場合も、マニホールド６４内からガス流路４０内にガスが送り込まれる際のガスの流れを妨げられにくくできる。例えば、燃料ガスがマニホールド６４内を図８に矢印で示す方向に流れる場合に、この燃料ガスを流体導入面１１６側に円滑に送り込みやすくできる。このため、この燃料ガスの各燃料電池セル１０内での圧損を抑えることができると共に、シーリングプレート１０８を金属製とした場合でも、バリを基点とした腐食を生じにくくできる。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、樹脂フレーム２０、９２またはシーリングプレート１０８に発生するバリ７２、１２０が存在する側を流体導入面７６、１１６との関係で規制する場合について説明した。ただし、本発明はこのような構造に限定するものではなく、例えば燃料電池スタック用流体導入部材を、「メタルセパレータ」と呼ばれる金属製のセパレータや、「カーボンセパレータ」と呼ばれるカーボン材料製のセパレータとした場合で、流体供給用のマニホールドを構成する孔と、ガス流路または冷媒流路に流体を導く流体導入面とを有するものにおいて、孔の端部の周辺部にバリが生じた裏面を流体導入面とは反対側の面とし、孔の端部にバリが生じていない表面を流体導入面として燃料電池セルおよび燃料電池スタックを構成することもできる。
【００４９】
例えば、図８から図９に示した第４の実施の形態の場合で、カーボン材料製のアノード側セパレータ２６の点Ｐ（図８）部分にバリが生じた裏面を、流体導入面となる溝部１１４を形成した面とは反対側の面とし、点Ｑ（図８）部分にバリが生じていない表面を、溝部１１４を形成した面とすることもできる。なお、カーボン材料製のアノード側セパレータ２６のようなカーボン材料製の流体導入部材であっても、セパレータ２６の成形時に金型の合わせ面同士の間にカーボン材料の原料が入り込んで、バリが発生する場合がある。本発明では、このようなバリの発生する側を流体導入面との関係で規制することにより、上記各実施の形態とほぼ同様の効果を得られる。
【００５０】
また、セパレータをステンレス鋼等の金属製とした場合には、このセパレータの流体導入角部にバリが存在しないようにすることで、このセパレータにバリを基点として腐食が発生するのを抑制できる。すなわち、バリ部は平坦部よりも腐食が発生しやすい（反応活性の）状況にあり、バリが腐食の成長基点となりやすい。本発明によれば、このような腐食の発生を抑制しやすくできる。例えば、金属により造ったセパレータに打ち抜きにより流体供給用のマニホールドを構成する孔を形成すると共に、孔の端部の周辺部にバリが生じた裏面を流体導入面とは反対側の面とし、孔の端部にバリが生じていない表面を流体導入面として燃料電池セルおよび燃料電池スタックを構成することもできる。
【００５１】
また、燃料電池スタック用流体導入部材を、合成樹脂を射出成形することにより構成すると共に、この射出成形によりマニホールドを構成する孔を有する形状に形成することもできる。そして、このような燃料電池スタック用流体導入部材で、孔の周辺部に発生するバリを流体導入面と反対側にのみ設け、流体導入面と孔の内周面とが交わる流体導入角部にはバリが存在しないようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の発明の実施の形態の燃料電池スタック用流体導入部材である樹脂フレームを、金属板と組み合わせて燃料電池セルを構成した場合の、バリを誇張して示した図１４と同様の図である。
【図２】樹脂フレームの成形用の上型を示す断面図である。
【図３】同じく下型を示す正面図である。
【図４】上型および下型を用いて樹脂フレームを成形する状態を、バリを誇張して示す部分断面図である。
【図５】図４とは別形状の上型と下型を用いて樹脂フレームを成形する状態を、バリを誇張して示す部分断面図である。
【図６】図５に示すようにしてバリが発生した樹脂フレームを使用した、第２の発明の実施の形態を示す、図１と同様の図である。
【図７】第３の発明の実施の形態の燃料電池スタック用流体導入部材である樹脂フレームを、他の部材と組み合わせて構成した燃料電池セルを示す部分断面図である。
【図８】第４の発明の実施の形態の燃料電池スタック用流体導入部材であるシーリングプレートを、他の部材と組み合わせて構成した燃料電池セルを示す部分断面図である。
【図９】同じく燃料電池セルの部分分解斜視図である。
【図１０】従来構造の燃料電池セルの１例を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０の燃料電池セルのガスの流れ状態の１例を示す図である。
【図１２】バリが発生することにより生じる不都合を説明するための、図１１のＡ部拡大断面図である。
【図１３】図１０の燃料電池セルの変形例のガスの流れ状態の１例を示す図である。
【図１４】バリが発生することにより生じる不都合を説明するための、図１３のＢ部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  燃料電池セル、１２  膜−電極アセンブリ、１４  アノード側反応ガス拡散層、１６  カソード側反応ガス拡散層、１８  アノード側金属板、２０  アノード側樹脂フレーム、２２  カソード側樹脂フレーム、２４  カソード側金属板、２６  アノード側セパレータ、２８  カソード側セパレータ、３０  燃料ガス供給マニホールド孔、３２  燃料ガス排出マニホールド孔、３４  酸化剤ガス供給マニホールド孔、３６  酸化剤ガス排出マニホールド孔、３８  冷媒マニホールド孔、４０  燃料ガス流路、４２  燃料ガス供給マニホールド孔、４４  燃料ガス排出マニホールド孔、４６  酸化剤ガス供給マニホールド孔、４８  酸化剤ガス排出マニホールド孔、５０  冷媒マニホールド孔、５２  酸化剤ガス流路、５４  燃料ガス供給マニホールド孔、５６  燃料ガス排出マニホールド孔、５８  酸化剤ガス供給マニホールド孔、６０  酸化剤ガス排出マニホールド孔、６２  冷媒マニホールド孔、６４  燃料ガス供給マニホールド、６６  燃料ガス排出マニホールド、６８  酸化剤ガス供給マニホールド、７０  酸化剤ガス排出マニホールド、７２、７２ａ  バリ、７３  バリ、７４  接着剤層、７５  孔、７６  流体導入面、７７  表面、７８  裏面、８０  流体導入角部、８２  孔、８４  上型、８６  下型、８８  突部、９０  電解質膜、９２  アノード側樹脂フレーム、９３  カソード側樹脂フレーム、９４  電極、９６  集電極、１０２  シール部材、１０４  突部、１０６  孔、１０８  シーリングプレート、１１０  孔、１１２  連通ガス流路、１１４  溝部、１１６  流体導入面、１１８  接着剤、１１９  側壁面、１２０  バリ、１２２  裏面。
【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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