(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を平板で覆い、前記ガス導入口及び前記ガス排出口をトンネル構造にした燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス導入口及び前記ガス排出口を覆う平板のガスの流れる方向に平行な端部を覆う凸部形状の樹脂製の補強用リブを設けたことを特徴とするガスマニホールド一体型セパレータ。
【請求項２】
前記樹脂がエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする請求項１記載のガスマニホールド一体型セパレータ。
【請求項３】
前記ガス流路溝部以外の部分を樹脂で被覆したコーティング膜をさらに設け、前記コーティング膜及び前記補強用リブが一体で形成されていることを特徴とする請求項１記載のガスマニホールド一体型セパレータ。
【請求項４】
前記ガスマニホールド一体型セパレータには冷却水導入マニホールド孔、冷却水排出マニホールド孔をさらに設け、前記ガス導入マニホールド孔、前記ガス排出マニホールド孔、前記冷却水導入マニホールド孔、前記冷却水排出マニホールド孔の少なくとも一つの孔を囲む凸部形状の樹脂製のシールリブを設け、前記シールリブと前記コーティング膜及び前記補強用リブを一体で形成することを特徴とする請求項３記載のガスマニホールド一体型セパレータ。
【請求項５】
ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を平板で覆い、前記ガス導入口及び前記ガス排出口をトンネル構造にしたガスマニホールド一体型セパレータを有する燃料電池において、前記ガス導入口及び前記ガス排出口を覆う平板のガスの流れる方向に平行な端部を覆う凸部形状の樹脂製の補強用リブを設けたガスマニホールド一体型セパレータで固体高分子電解質膜と電極の接合体を挟んで積層したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスマニホールド一体型セパレータ及び固体高分子電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気の汚染をできる限り減らすために自動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つとして電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距離などの問題で普及に至っていない。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用した自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望である。
【０００４】
前記固体高分子電解質型燃料電池は、一般的に多数のセルが積層されており、該セルは、二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高分子電解質膜を挟んで接合した固体高分子電解質膜と電極の接合体を、燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有するセパレータで挟んだ構造をしている。
【０００５】
前記固体高分子電解質型燃料電池を自動車用として使用するためには、車載スペースが限られているためできる限り小型化することが重要である。多数積層されているセパレータを小型化することは、燃料電池全体で見ると小型化の効果が大きい。
【０００６】
従来技術として、特開平９−３５７２６号公報には、セパレータの端部にガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔を設けたガスマニホールド一体型セパレータが開示されている。。前記マニホールド孔は電極と接するガス流路溝部を連結するガス導入口及びガス排出口が設けられている。
【０００７】
前記ガス導入口及びガス排出口は、そのままだとガスシールのため電極の周囲にはみ出して設けられた固体高分子電解質膜などによって塞がれてしまう問題がある。それを防ぐため、前記ガス導入口及びガス排出口を平板で覆い、トンネル構造になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術は、前記平板の端部とセパレータ本体の間に段差ができるため、その段差に衝撃が加わった場合、前記平板が剥離するという問題があった。また、前記平板の端部とセパレータ本体を接合するときのずれや接合部の不良が生ずる場合にはガスのリークが起り、完全なガスシールを保つことが難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決したもので、前記平板が剥離することがなく、ガスシール性に優れたガスマニホールド一体型セパレータ及び耐久性に優れた固体高分子電解質型燃料電池を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を平板で覆い、前記ガス導入口及び前記ガス排出口をトンネル構造にした燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス導入口及び前記ガス排出口を覆う平板のガスの流れる方向に平行な端部を覆う凸部形状の樹脂製の補強用リブを設けたことを特徴とするガスマニホールド一体型セパレータである。
【００１４】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１５】
即ち、前記平板の端部が前記補強用リブにより覆われ、該平板の端部とセパレータ本体の間の段差が隠され、平板の接着強度も補強するので、平板が剥離するおそれがなくなり、前記平板のずれや接合部の不良があっても前記コーティング膜でガスのリークを防ぐことができる効果を有する。
【００１６】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記樹脂がエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする請求項１記載のガスマニホールド一体型セパレータである。
【００１７】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１８】
即ち、前記樹脂はガスの透過性が低くので、ガスのシール性に優れている。
【００１９】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、前記ガス流路溝部以外の部分を樹脂で被覆したコーティング膜をさらに設け、前記コーティング膜及び前記補強用リブが一体で形成されていることを特徴とする請求項１記載のガスマニホールド一体型セパレータである。
【００２０】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２１】
即ち、この手段により前記補強用リブのセパレータに対する接着強度を大きくすることができ、且つ同時に成形することができるのでコストを低くすることができる。また、平板の剥離を防止する効果、ガスのリークを防ぐ効果も大きくすることができる。
【００２２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記ガスマニホールド一体型セパレータには冷却水導入マニホールド孔、冷却水排出マニホールド孔をさらに設け、前記ガス導入マニホールド孔、前記ガス排出マニホールド孔、前記冷却水導入マニホールド孔、前記冷却水排出マニホールド孔の少なくとも一つの孔を囲む凸部形状の樹脂製のシールリブを設け、前記シールリブと前記コーティング膜及び前記補強用リブを一体で形成することを特徴とする請求項３記載のガスマニホールド一体型セパレータである。
【００２３】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２４】
即ち、この手段により前記シールリブ及び前記補強用リブのセパレータに対する接着強度を大きくすることができ、且つ同時に成形することができるのでコストを低くすることができる。
【００２８】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を平板で覆い、前記ガス導入口及び前記ガス排出口をトンネル構造にしたガスマニホールド一体型セパレータを有する燃料電池において、前記ガス導入口及び前記ガス排出口を覆う平板のガスの流れる方向に平行な端部を覆う凸部形状の樹脂製の補強用リブを設けたガスマニホールド一体型セパレータで固体高分子電解質膜と電極の接合体を挟んで積層したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池である。
【００２９】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００３０】
即ち、前記ガスマニホールド一体型セパレータの平板の端部が前記補強用リブにより覆われ、平板の接着強度も補強するので、平板が剥離するおそれがなくなるため、耐久性に優れた固体高分子電解質型燃料電池ができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施例のガスマニホールド一体型セパレータ１００の正面図である。中央部にガス流路溝部１０が設けられている。前記ガス流路溝部１０は、燃料電池として組み立てたときに固体高分子電解質膜と電極の接合体の電極と接する部分である。
【００３３】
前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００の端部には、燃料ガス導入マニホールド孔１、冷却水導入マニホールド孔２、酸化剤ガス導入マニホールド孔３、４、酸化剤ガス排出マニホールド孔５、６、冷却水排出マニホールド孔７及び燃料ガス排出マニホールド孔８が設けられている。
【００３４】
前記燃料ガス導入マニホールド孔１と前記ガス流路溝部１０の間には、燃料ガス導入口１１が設けられている。前記燃料ガス排出マニホールド孔８と前記ガス流路溝部１０の間には、燃料ガス排出口１５が設けられている。前記燃料ガス導入口１１は平板９で覆われ、前記燃料ガス排出口１５は平板１６で覆われ、それぞれトンネル構造になっている。これにより燃料電池に組み込んだとき固体高分子電解質膜が前記燃料ガス導入口１１や前記燃料ガス排出口１５を塞いでガスの通流を妨害することを防止されている。
【００３５】
燃料ガスは、前記燃料ガス導入マニホールド孔１から入って、前記燃料ガス導入口１１を通って前記ガス流路溝部１０に供給される。前記燃料ガスは、接している電極に拡散して電気化学反応で発電に供されながら前記ガス流路溝部１０内部を前記燃料ガス排出口１５方向に通流する。発電に供された残りの燃料ガスは前記燃料ガス排出口１５から前記燃料ガス排出マニホールド孔８に排出される。
【００３６】
図２は、前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００の燃料ガス導入口１１周辺の平板９の位置関係を示す部分斜視図である。図３は、前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００の補強用リブと平板、シールリブとの位置関係を示す部分斜視図である。図４は、図３の補強用リブの部分のＡＡ断面図である。
【００３７】
燃料ガス導入口１１は数本の溝形状で形成され、平板９で覆うために段差部１７が設けられている。前記段差部１７に前記平板９が接着により接合されている。前記平板９の表面は、ガスマニホールド一体型セパレータ１００の表面と同一平面になるように設計されているが、加工誤差により段差ができる場合がある。
【００３８】
ガスマニホールド一体型セパレータ１００の表面のガス流路溝部１０以外の部分は、エチレンプロピレンゴム製のコーティング膜１２で覆われている。各マニホールド１〜８の周囲及びガス流路溝部１０の周囲にはガスや冷却水の漏れを防止するエチレンプロピレンゴム製のシールリブ１４が設けられている。前記平板の燃料ガスが流れる方向に平行な端部９ａ，９ｂの上にはエチレンプロピレンゴム製の補強用リブ１３が設けられている。
【００３９】
本実施例では、前記コーティング膜１２、前記シールリブ１４及び前記補強用リブ１３はインジェクション成型法で一体で形成されている。前記コーティング膜１２、前記シールリブ１４、前記補強用リブ１３は同じエチレンプロピレンゴム製であるが、別々の樹脂でもかまわない。同じ樹脂であると、一体で形成できるので低コスト化することができる。また、エチレンプロピレンゴム以外の樹脂でもよいが、エチレンプロピレンゴムはガスの透過性が低くので、ガスのシール性に優れている。エチレンプロピレンゴム以外の樹脂としては、シリコン樹脂、ニトリルゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ハイパロン、ブラジエンゴム、イソプレンゴム、スチレンゴムなどがある。
【００４０】
平板９の端部９ａ，９ｂに加工誤差による段差ができた場合でも、前記コーティング膜１２や前記補強用リブ１３があるので、燃料電池の組み立て時などに前記端部９ａ，９ｂに衝撃が加わることがなくなり、前記平板９が剥離することはなくなった。また、平板９が段差部１７との接合時にずれても前記コーティング膜１２や前記補強用リブ１３があるので、ガスが漏れることがなくなった。
【００４１】
前記コーティング膜１２、前記補強用リブ１３は、どちらか一方だけでも上記の効果があるが、一体で形成することにより上記の効果を増すことができるとともに、前記補強用リブ１３のガスマニホールド一体型セパレータ１００に対する接着強度を高めることができる。また、シールリブ１４も一体で形成することにより低コストで前記コーティング膜１２、前記補強用リブ１３を形成することができる。
【００４２】
燃料ガス排出口１５の平板１６の部分にも補強用リブが設けられているが、構造と効果は上記と同じであるので説明は省略する。
【００４３】
ガスマニホールド一体型セパレータ１００の裏面には、酸化剤ガス用のガス流路溝部、ガス導入口、ガス排出口が設けられいる。また、このガス導入口、ガス排出口を覆う平板が設けられている。燃料ガス側の面と同様にコーティング膜、シールリブ、補強用リブが設けられている。それらの構造と作用は燃料ガス側の説明と同様である。
【００４４】
なお、セパレータには燃料ガス用のガス流路溝部と酸化剤ガス用のガス流路溝部が表裏に必ず設けられている必要はない。どちらか一方のみ設けられたセパレータでもよい。
【００４５】
図５は、本発明の実施例の燃料電池の外観図である。ガスマニホールド一体型セパレータ１００が複数枚積層されている。前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００間には、固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極で挟持した電極ユニットが存在している。前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００の両端部には、発電した電気を外側に取り出す集電板２５が設けられている。前記集電板２５の外側には、発電した電気が前記集電板２５以外に流れないようにする絶縁板２４が設けられている。
【００４６】
更に、前記絶縁板２４の外側には、プレッシャプレート２６ａ、２６ｂが設けられ、前記ガスマニホールド一体型セパレータ１００、前記集電板２５、前記絶縁板２４を押さえて固定している。前記プレッシャプレート２６ａには、燃料ガス入口マニホールド１８、冷却水入口マニホールド１９、酸化剤ガス入口マニホールド２０、燃料ガス出口マニホールド２１、冷却水出口マニホールド２２、酸化剤ガス出口マニホールド２３が設けられている。
【００４７】
前記燃料ガス入口マニホールド１８は、燃料ガス導入マニホールド孔１と連結している。前記冷却水入口マニホールド１９は、冷却水導入マニホールド孔２と連結している。前記酸化剤ガス入口マニホールド２０は、酸化剤ガス導入マニホールド孔３、４と連結している。前記燃料ガス出口マニホールド２１は、燃料ガス排出マニホールド孔８と連結している。前記冷却水出口マニホールド２２は、冷却水排出マニホールド孔７と連結している。前記酸化剤ガス出口マニホールド２３は、酸化剤ガス排出マニホールド孔５、６と連結している。
【００４８】
燃料ガスは前記燃料ガス入口マニホールド１８から供給され、燃料ガス導入マニホールド孔１を通ってそれぞれのガスマニホールド一体型セパレータ１００の燃料ガス導入口１１からガス流路溝部１０に供給される。一方、酸化剤ガスは前記酸化剤ガス入口マニホールド２０から供給され、酸化剤ガス導入マニホールド孔３、４を通ってそれぞれのガスマニホールド一体型セパレータ１００の酸化剤ガス導入口から酸化剤ガスのガス流路溝部に供給される。それぞれのガス流路溝部に供給された燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ燃料極、酸化剤極で電気化学反応に供され発電する。
【００４９】
電気化学反応に使われなかった燃料ガスは、燃料ガス排出口１５から燃料ガス排出マニホールド孔８に排出され、燃料ガス出口マニホールド２１から燃料電池の外部に排出される。一方、電気化学反応に使われなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出口から酸化剤ガス排出マニホールド孔５、６に排出され、酸化剤ガス出口マニホールド２３から燃料電池の外部に排出される。
【００５０】
この燃料電池を長時間動かしたり、試験のためにガスマニホールド一体型セパレータ１００を取り外して再度組み立てても、ガス導入口とガス排出口を覆う平板に生じた加工誤差による段差が前記コーティング膜１２及び前記補強用リブ１３で覆われているので、前記平板が剥離することはなくなった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を平板で覆い、前記ガス導入口及び前記ガス排出口をトンネル構造にした燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス導入口及び前記ガス排出口を覆う平板のガスの流れる方向に平行な端部を覆う凸部形状の樹脂製の補強用リブを設けたことを特徴とするガスマニホールド一体型セパレータ及びそのガスマニホールド一体型セパレータで固体高分子電解質膜と電極の接合体を挟んで積層したことを特徴とするの固体高分子電解質型燃料電池であるので、前記平板の端部が前記補強用リブにより覆われ、該平板の端部とセパレータ本体の間の段差が隠され、平板の接着強度も補強するので、平板が剥離するおそれがなくなり、前記平板のずれや接合部の不良があっても前記コーティング膜でガスのリークを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のガスマニホールド一体型セパレータの正面図
【図２】ガスマニホールド一体型セパレータの燃料ガス導入口周辺の平板の位置関係を示す部分斜視図
【図３】ガスマニホールド一体型セパレータの補強用リブと平板、シールリブとの位置関係を示す部分斜視図
【図４】ガスマニホールド一体型セパレータの補強用リブの部分のＡＡ断面図
【図５】本発明の実施例の燃料電池の外観図
【符号の説明】
１…燃料ガス導入マニホールド孔
２…冷却水導入マニホールド孔
３、４…酸化剤ガス導入マニホールド孔
５、６…酸化剤ガス排出マニホールド孔
７…冷却水排出マニホールド孔
８…燃料ガス排出マニホールド孔
９、１６…平板
９ａ，９ｂ…端部
１０…ガス流路溝部
１１…燃料ガス導入口
１２…コーティング膜
１３…補強用リブ
１４…シールリブ
１５…燃料ガス排出口
１００…ガスマニホールド一体型セパレータ
【図１】
0004066536.tif 000002
【図２】
0004066536.tif 000003
【図３】
0004066536.tif 000004
【図４】
0004066536.tif 000005
【図５】
0004066536.tif 000006