(57)【要約】【課題】燃料電池において、内部の短絡をより有効に防止することである。【解決手段】燃料電池である燃料電池スタックは、発電体であるＭＥＡ１２と、ＭＥＡ１２の両側に設けられた一対のセパレータと、ＭＥＡ１２に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするガスケット１４ａとを備える。ガスケット１４ａは、ＭＥＡ１２またはセパレータに対し供給または排出するための流体流通用のガスケット貫通孔２４ａを有する。ガスケット貫通孔２４ａは、内部に設けられた筋交い部３０を備える。【選択図】図１
2009193799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電体と、
発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、
発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、
シール部材は、発電体またはセパレータに対し供給または排出するための流体流通用の貫通孔を有し、
貫通孔の内部に設けられた孔変形防止用突っ張り部を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
貫通孔は、長孔状に形成され、
孔変形防止用突っ張り部は、貫通孔の貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向に対し傾斜した方向に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
孔変形防止用突っ張り部は、貫通孔毎に、複数本が貫通孔の貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向に対し傾斜した方向に設けられ、
貫通孔毎に設けられた複数本の孔変形防止用突っ張り部のうち、互いに隣り合う２本の孔変形防止用突っ張り部が山形を形成していることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池において、
孔変形防止用突っ張り部は、Ｘ字形に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
発電体と、
発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、
発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、
一対のセパレータのうち、片側のセパレータは、長さ方向または幅方向の端部に設けられて、発電体側に折り返された片側折り返し部を有し、
一対のセパレータのうち、他側のセパレータは、長さ方向または幅方向の端部に設けられて、発電体と反対側に折り返された他側折り返し部を有し、
シール部材は、片側のセパレータに設けられた片側折り返し部と、他側のセパレータの他側折り返し部に対し反対側の部分との間で狭持されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
片側のセパレータと発電体との間に設けられた幅広側流路は、酸化ガスを流通させるために使用し、
他側のセパレータと発電体との間に設けられた幅狭側流路は、燃料ガスを流通させるために使用することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
発電体と、
発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、
発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、
一対のセパレータは、長さ方向または幅方向の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらしており、
一対のセパレータとシール部材とは、分離可能に組み付けられていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電体と、セパレータと、シール部材と、を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池について各種の提案がなされている。燃料電池は、通常複数の燃料電池セルを積層して構成され、各燃料電池セルは発電体である、膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）の両側にガス流路を介して配置される一対のセパレータからなる。このような燃料電池として、例えば図７から図９に示すような従来構造の１例が考えられている。
【０００３】
図７は、この従来構造の１例の燃料電池である燃料電池スタックを構成するセパレータの平面図である。図８は、図７のＡ部に対応する、ＭＥＡ及びシール部材であるガスケットの一部を示す図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面に対応する燃料電池スタックの部分断面図である。従来構造の１例の燃料電池スタックは、図７に示すセパレータ１０と、図８、図９に示すＭＥＡ１２及びガスケット１４とを備える。セパレータ１０は、金属板により造られるもので、図９に示すように、一対のセパレータ１０の間にＭＥＡ１２及びガスケット１４を狭持することにより、燃料電池セル１５を構成している。すなわち、燃料電池セル１５は、ＭＥＡ１２と、ＭＥＡ１２の両側に設けられた一対のセパレータ１０と、ガスケット１４とを備える。燃料電池スタックは、燃料電池セル１５を複数積層することにより構成している。燃料電池スタックを構成する場合に、セパレータ１０に形成した締結用孔１６（図７）に図示しないボルト等の締結部材を挿入し、各燃料電池セル１５同士を図示しないナット等の別の締結部材で締め付ける。
【０００４】
また、セパレータ１０の一部をプレス加工等により波形に形成することにより、セパレータ１０の図７の表面側に、ＭＥＡ１２（図８、図９）のカソード極１８（図９）側に酸化ガスである空気を供給するか、または、ＭＥＡ１２のアノード極２０（図９）側に燃料ガスである水素ガスを供給するためのガス流路１７を形成している。また、セパレータ１０の図７の裏面側、すなわちＭＥＡ１２と反対側の、波形に形成した部分により、冷却水流通用の冷媒流路（図示せず）を形成している。隣り合う燃料電池セル１５を構成するセパレータ１０のうち、互いに対向するセパレータ１０同士は、互いに突き合わせる。また、図７、図９に示すように、各セパレータ１０の端部複数個所にセパレータ貫通孔２２を、厚さ方向に貫通するように形成している。セパレータ貫通孔２２は、各ガス流路１７に水素ガスまたは空気を供給するためのガス供給マニホールド孔、各ガス流路１７から水素ガスまたは空気を外部に排出するためのガス排出マニホールド孔、各冷媒流路に冷却水を供給するための冷媒供給マニホールド孔、各冷媒流路から冷却水を外部に排出するための冷媒排出マニホールド孔のいずれかの機能を有する孔である。
【０００５】
また、図９に示すように、一対のセパレータ１０の間に配置するＭＥＡ１２の周縁部に、ゴム等のエラストマー等の弾性材製のガスケット１４を結合している。ガスケット１４は、一対のセパレータ１０同士の間をシールするとともに、ＭＥＡ１２とセパレータ１０との間のガス流路１７を含む空間を、ガスケット１４部分で外部から密封可能としている。
【０００６】
また、図８、図９に示すように、ガスケット１４の、セパレータ１０に設けたセパレータ貫通孔２２と対向する部分に、厚さ方向に貫通するガスケット貫通孔２４を設けている。そして、図９に示すように、一対のセパレータ１０の間にＭＥＡ１２とガスケット１４とを配置した状態で、図９に矢印で示すように、セパレータ貫通孔２２とガスケット貫通孔２４とを通じて送られた水素ガスがＭＥＡ１２のアノード極２０側に送られ、セパレータ貫通孔２２と図９で図示しないガスケット貫通孔とを通じて送られた空気がＭＥＡ１２のカソード極１８側に送られるようにしている。
【０００７】
また、セパレータ貫通孔２２と図９で図示しないガスケット貫通孔とを通じてＭＥＡ１２のカソード極１８側から空気が外部に送られ、セパレータ貫通孔２２と図９で図示しないガスケット貫通孔とを通じてＭＥＡ１２のアノード極２０側から水素ガスが外部に送られるようにしている。このため、例えば、図９に示すように、ガスケット１４の外周寄り部分の表裏両面側に２個の外側突部２６を設けて、各外側突部２６を一対のセパレータ１０の側面に当接させるとともに、ガスケット１４の内周寄り部分の片側（図９の上側）に内側突部２８を設けて、内側突部２８を一対のセパレータ１０のうち、片側（図９の上側）のセパレータ１０の側面に当接させている。
【０００８】
また、ガスケット１４の図９で図示しないガスケット貫通孔を通じて冷却水が冷媒流路に送られるか、または冷媒流路から外部に排出されるようにしている。すなわち、ガスケット貫通孔２４は、ＭＥＡ１２またはセパレータ１０に対し供給または排出するための流体流通用として使用される。
【０００９】
一方、特許文献１には、発電体に周設したシール部材が当接するセパレータの一部領域に、当該一部領域の剛性を当該セパレータの他の領域の剛性に比べて大きくする剛性増加手段として段差、または、折り返し構造を備える燃料電池が記載されている。発電体の両側に設ける２個のセパレータの折り返し構造は、いずれも発電体と反対側に折り返されている。
【００１０】
また、特許文献２には、セパレータプレートの端部にガスケットを一体化してなる燃料電池用セルシールであって、セパレータプレートの端部に折り返し部を設けて、折り返し部を含むセパレータプレートの端部にガスケットを非接着にて一体成形した燃料電池用セルシールが記載されている。
【００１１】
また、特許文献３には、燃料電池を構成するセパレータにおいて、セパレータにマニホールド孔の開口形状の外側の領域に位置するように、かつセルと対向する突起部を設けた燃料電池が記載されている。突起部は、セパレータのマニホールド孔をなす所期の開口形状よりも内側位置に折り返し片部を形成しておき、折り返し片部を開口形状の外側に折り返して形成している。折り返し片部を折り返した形状に基づき、マニホールド孔の周辺部でセパレータの剛性が高められるとされている。
【００１２】
また、特許文献４には、電解質膜・電極構造体とセパレータとを交互に積層して構成され、セパレータは互いに積層される第１及び第２金属プレートを備える燃料電池が記載されている。第１及び第２金属プレートは、波形状の成形面を酸化剤ガス流路、冷却媒体流路及び燃料ガス流路として構成し、第１及び第２金属プレートに、３つの連通孔を積層方向に貫通形成している。また、プレス成形によって、第１及び第２金属プレートの外周縁部に折り返し部が成形されるとともに、各連通孔の周囲に折り返し部が成形されている。
【００１３】
また、特許文献５には、膜−電極アッセンブリとセパレータとの積層体からなる燃料電池が記載されている。また、セルまたは少なくとも１つのセルから構成するモジュールの構成部品を接着剤により接着するとともに、構成部品間を接着剤によりシールしている。また、セパレータの縁部に該縁部からセル面内方向において突出する突起を形成する場合に、アノード側のセパレータとカソード側のセパレータとで、セル積層方向に見た際に突起の位置が重ならないように、突起の位置をセル積層方向と直交方向に互いにずらしている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−３１７５０５号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７５５９号公報
【特許文献３】特開２００７−２７０３７号公報
【特許文献４】特開２００５−２７６５８２号公報
【特許文献５】特開２００４−３６３０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記の図７から図９に示した従来から考えられている燃料電池スタックの場合、一対のセパレータ１０の間にＭＥＡ１２及びガスケット１４を設けているため、一対のセパレータ１０同士は離隔しているが、場合によって、一対のセパレータ１０の端部同士が接触して、一対のセパレータ１０を含む燃料電池スタックが内部で短絡する可能性がないとは言い切れない。すなわち、近年、燃料電池を搭載する車両等の燃料電池設置構造の小型化、軽量化等に伴って、燃料電池自体を小型化することが望まれており、これに伴って、セパレータ１０の厚さを小さくすることが望まれている。セパレータ１０の厚さを小さくすると、セパレータ１０の剛性が低下する。また、ガスケット１４をゴム等の変形しやすい材料により造るため、ガスケット１４が変形しやすい。特に、図１０に示すように、ガスケット１４にガスケット貫通孔２４を形成する場合には、ガスケット貫通孔２４の変形により、ガスケット１４がガスケット貫通孔２４の周辺部で大きく変形する可能性がないとはいえない。図１０は、上記の図７から図９に示した従来構造の１例において、ガスケット１４が変形した場合を示す、図８に対応する図である。
【００１６】
図１１は、従来構造の１例において、ガスケット１４と一対のセパレータ１０とが変形して、一対のセパレータ１０の端部が接触する状態を、接触前後で示す、図９に対応する図である。図１１（ａ）に示すように、ガスケット１４が矢印αで示す方向に何らかの原因により押されて、ＭＥＡ１２側に変形した場合において、ガスケット１４の両側の一対のセパレータ１０の端部が近づくように変形した場合には、図１１（ｂ）に示すように、それぞれが正極側と負極側とである、一対のセパレータ１０の端部同士が接触して、燃料電池スタックが内部で短絡する可能性がないとは言い切れない。
【００１７】
本発明は、燃料電池において、内部の短絡をより有効に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る燃料電池のうち、第１の発明に係る燃料電池は、発電体と、発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、シール部材は、発電体またはセパレータに対し供給または排出するための流体流通用の貫通孔を有し、貫通孔の内部に設けられた孔変形防止用突っ張り部を備えることを特徴とする燃料電池である。
【００１９】
また、第１の発明に係る燃料電池において、好ましくは、貫通孔は、長孔状に形成され、
孔変形防止用突っ張り部は、貫通孔の貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向に対し傾斜した方向に設けられている。
【００２０】
また、第１の発明に係る燃料電池において、好ましくは、孔変形防止用突っ張り部は、貫通孔毎に、複数本が貫通孔の貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向に対し傾斜した方向に設けられ、貫通孔毎に設けられた複数本の孔変形防止用突っ張り部のうち、互いに隣り合う２本の孔変形防止用突っ張り部が山形を形成している。
【００２１】
また、第１の発明に係る燃料電池において、好ましくは、孔変形防止用突っ張り部は、Ｘ字形に設けられている。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池のうち、第２の発明に係る燃料電池は、発電体と、発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、一対のセパレータのうち、片側のセパレータは、長さ方向または幅方向の端部に設けられて、発電体側に折り返された片側折り返し部を有し、一対のセパレータのうち、他側のセパレータは、長さ方向または幅方向の端部に設けられて、発電体と反対側に折り返された他側折り返し部を有し、シール部材は、片側のセパレータに設けられた片側折り返し部と、他側のセパレータの他側折り返し部に対し反対側の部分との間で狭持されていることを特徴とする燃料電池である。
【００２３】
また、第２の発明に係る燃料電池において、好ましくは、片側のセパレータと発電体との間に設けられた幅広側流路は、酸化ガスを流通させるために使用し、他側のセパレータと発電体との間に設けられた幅狭側流路は、燃料ガスを流通させるために使用する。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池のうち、第３の発明に係る燃料電池は、発電体と、発電体の両側に設けられた一対のセパレータと、発電体に結合されて、一対のセパレータ同士の間をシールするシール部材と、を備え、一対のセパレータは、長さ方向または幅方向の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらしており、一対のセパレータとシール部材とは、分離可能に組み付けられていることを特徴とする燃料電池である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る燃料電池によれば、内部の短絡をより有効に防止できる。まず、第１の発明に係る燃料電池の場合、シール部材は、発電体またはセパレータへの供給または排出用の流体流通用の貫通孔を有し、貫通孔の内部に設けられた孔変形防止用突っ張り部を備えるため、シール部材が貫通孔を有するのにもかかわらず、貫通孔を変形しにくくでき、シール部材の剛性を高くして、シール部材を変形しにくくできる。このため、一対のセパレータの端部同士が近づくように変形する傾向となっても、これらの端部の接触を有効に防止して、燃料電池の内部の短絡をより有効に防止できる。
【００２６】
また、第２の発明に係る燃料電池の場合、片側のセパレータに片側折り返し部を、他側のセパレータに他側折り返し部を、それぞれ設けるため、一対のセパレータの端部の剛性を高くでき、一対のセパレータの端部の変形を抑えて、これらの端部の接触を有効に防止して、燃料電池の内部の短絡をより有効に防止できる。しかも、片側折り返し部は、片側のセパレータの発電体側に折り返され、他側折り返し部は、他側のセパレータの発電体と反対側に折り返されるため、片側のセパレータと発電体との間に流体流通用の幅広側流路を形成でき、他側のセパレータと発電体との間に幅広側流路よりも広い、流体流通用の幅狭側流路を形成できる。このため、発電体の両側に供給するガスの流量が互いに異なる場合に、燃料電池を小型化しやすくでき、この面からも燃料電池の短絡をより有効に防止できる。
【００２７】
また、第３の発明に係る燃料電池の場合、一対のセパレータの長さ方向または幅方向の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらしているため、一対のセパレータの長さ方向または幅方向の端部が近づくように変形しても、これらの端部の接触を有効に防止して、燃料電池の内部の短絡をより有効に防止できる。しかも、一対のセパレータとシール部材とは分離可能に組み付けられているため、組み付け後に修理や点検の作業が必要となる場合でも、その作業をより容易に行える。このため、この面からも燃料電池の内部の短絡をより有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１の発明の実施の形態］
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態において、図８に対応する図である。なお、本実施の形態の特徴は、シール部材であるガスケット１４ａの構造にあり、その他の燃料電池である燃料電池スタックの基本構造は、上記の図７から図９に示した従来から考えられている構造と同様であるため、同等部分に関する図示及び説明は省略もしくは簡略にして、以下、本実施の形態の特徴部分を中心に説明する。また、以下の説明においては、図７から図９に示した要素と同等の要素には同一符号を付して説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態では、上記の図７から図９に示した構造と同様に、発電体である、膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）１２（図７、図９参照）の周縁部または長さ方向（図１の上下方向）または幅方向（図１の左右方向）の端部に、ゴム等のエラストマー等の弾性材製のガスケット１４ａを結合している。ガスケット１４ａは、端部複数個所、例えば長さ方向両端部のそれぞれ複数個所にガスケット貫通孔２４ａを有する。ガスケット貫通孔２４ａは、ＭＥＡ１２またはセパレータ１０（図７、図９参照）に対し供給または排出するための燃料ガスである水素ガス、または酸化ガスである空気、または冷媒である冷却水である、流体流通用として使用される。
【００３０】
また、ガスケット貫通孔２４ａは、略楕円形の長孔状に形成され、ガスケット貫通孔２４ａの内部に設けられた孔変形防止用突っ張り部である、筋交い部３０を設けている。筋交い部３０は、各ガスケット貫通孔２４ａの貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向（図１の左右方向）に対し傾斜した方向である、略対角線方向に向くように設けられている。また、ガスケット１４ａに設けた隣り合う２個のガスケット貫通孔２４ａ同士で、それぞれに設ける筋交い部３０の方向を互いに平行でない、異なる方向に向くように設けている。このような筋交い部３０は、ガスケット１４ａを所期の形状に成形する際に、他の部分と一体に成形している。このようなガスケット１４ａは、ＭＥＡ１２の端部に結合するとともに、一対のセパレータ１０同士の間に配置して、一対のセパレータ１０同士の間をシールする。
【００３１】
このようなガスケット１４ａを含んで構成する燃料電池スタックによれば、ガスケット１４ａは、ＭＥＡ１２またはセパレータ１０への供給または排出用の流体流通用のガスケット貫通孔２４ａを有し、ガスケット貫通孔２４ａの内部に設けられた筋交い部３０を備える。このため、ガスケット１４ａがガスケット貫通孔２４ａを有するのにもかかわらず、ガスケット貫通孔２４ａを変形しにくくでき、ガスケット１４ａの剛性を高くして、ガスケット１４ａを変形しにくくできる。例えば、上記の図１１（ａ）に示すように、ガスケット１４ａがＭＥＡ１２側に変形する傾向となる場合でも、本実施の形態では、ガスケット貫通孔２４ａを変形しにくくできる。したがって、一対のセパレータ１０の端部同士が近づくように変形する傾向となっても、これらの端部の接触を有効に防止して、燃料電池スタックの内部の短絡をより有効に防止できる。
【００３２】
［第２の発明の実施の形態］
図２は、本発明に係る第２の実施の形態において、図１の左右方向半部に対応する図である。本実施の形態の場合には、ガスケット１４ｂに設けるガスケット貫通孔２４ｂは、内部に設けられた２本の筋交い部３０を有する。筋交い部３０は、ガスケット貫通孔２４ｂ毎に、２本がガスケット貫通孔２４ｂの貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向（図２の左右方向）に対し傾斜した方向に設けられている。また、ガスケット貫通孔２４ｂ毎に設けられた２本の筋交い部３０のうち、互いに隣り合う２本の筋交い部３０が山形を形成している。図２に示す例では、筋交い部３０により形成される山形の頂部がＭＥＡ１２と反対側の外側（図２の上側）に位置するようにしている。なお、筋交い部３０の山形の頂部となる端部同士は互いに接触または近接させることが好ましい。
【００３３】
このような本実施の形態によれば、ガスケット貫通孔２４ｂの変形を、上記の第１の実施の形態の場合よりも、さらに抑制することができ、ガスケット１４ｂの剛性をさらに高くできる。特に、本実施の形態では、２本の筋交い部３０が山形である、略三角形の形状を形成するため、ガスケット１４ｂの図２の上下方向に加わる外力に対し、ガスケット貫通孔２４ｂをより変形しにくくできる。ただし、本実施の形態では、上記の第１の実施の形態の場合よりも、ガスケット貫通孔２４ｂの断面積は小さくなるため、ガスケット貫通孔２４ｂ内の流体の流れに対する抵抗は大きくなる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。なお、本実施の形態において、ガスケット貫通孔２４ｂの内部に設ける筋交い部３０は２本に限定するものではなく、例えば、ガスケット貫通孔２４ｂの貫通方向に対し直交する方向の断面形状の長さ方向に対し傾斜した３本以上の筋交い部を設けることもできる。また、３本以上の筋交い部のうち、隣り合う２本の筋交い部により山形が形成されるように、例えば、３本以上の筋交い部により波形が形成されるようにすることもできる。
【００３４】
［第３の発明の実施の形態］
図３は、本発明に係る第３の実施の形態において、図１の左右方向半部に対応する図である。本実施の形態の場合には、ガスケット１４ｃに設けるガスケット貫通孔２４ｃは、内部に設けられた２本の筋交い部３０を有する。また、筋交い部３０は、ガスケット貫通孔２４ｂ毎に、２本がガスケット貫通孔２４ｂの貫通方向に対し直交する断面形状の長さ方向に対し傾斜した方向に設けられている。また、ガスケット貫通孔２４ｂ毎に設けられた２本の筋交い部３０は、中間部で交差して、全体で略Ｘ字形に設けている。
【００３５】
このような本実施の形態の場合も、ガスケット貫通孔２４ｃの変形を、上記の図１に示した第１の実施の形態の場合よりも、さらに抑制することができ、ガスケット１４ｃの剛性をさらに高くできる。ただし、本実施の形態の場合も、上記の第１の実施の形態の場合よりも、ガスケット貫通孔２４ｃの断面積は小さくなるため、ガスケット貫通孔２４ｃ内の流体の流れに対する抵抗は大きくなる。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。
【００３６】
［第４の発明の実施の形態］
図４は、本発明に係る第４の実施の形態において、図９に対応する図である。なお、本実施の形態の特徴は、各セパレータ１０ａ，１０ｂの構造にある。セパレータ１０ａ，１０ｂ以外の燃料電池スタックの基本構造は、上記の図７から図９に示した従来から考えられている構造と同様であるため、同等部分に関する図示及び説明は省略もしくは簡略にして、以下、本実施の形態の特徴部分を中心に説明する。
【００３７】
図４に示すように、本実施の形態では、上記の図７から図９に示した構造と同様に、ＭＥＡ１２及びガスケット１４の両側に一対のセパレータ１０ａ，１０ｂを設けることにより、燃料電池セル１５ａを構成している。特に、本実施の形態では、１個の燃料電池セルを構成する一対のセパレータ１０ａ，１０ｂのうち、片側（図４の上側）のセパレータ１０ａは、長さ方向（図４の左右方向）または幅方向（図４の表裏方向）の端部に設けられて、ＭＥＡ１２側に１８０度折り返された片側折り返し部３２を有する。また、１個の燃料電池セルを構成する一対のセパレータ１０ａ，１０ｂのうち、他側（図４の下側）のセパレータ１０ｂは、長さ方向（図４の左右方向）または幅方向（図４の表裏方向）の端部に設けられて、ＭＥＡ１２と反対側に１８０度折り返された他側折り返し部３４を有する。そして、片側のセパレータ１０ａに設けられた片側折り返し部３２と、他側のセパレータ１０ｂの他側折り返し部３４に対し反対側の部分との間で、シール部材であるガスケット１４を狭持している。
【００３８】
また、片側のセパレータ１０ａとＭＥＡ１２との間に幅広側流路３６を設けるとともに、幅広側流路３６は、酸化ガスである空気を流通させるために使用する。また、他側のセパレータ１０ｂとＭＥＡ１２との間に幅狭側流路３８を設けるとともに、幅狭側流路３８は、燃料ガスである水素ガスを流通させるために使用する。すなわち、片側のセパレータ１０ａを正極側のセパレータとして使用し、他側のセパレータ１０ｂを負極側のセパレータとして使用する。そして、一対のセパレータ１０ａ、１０ｂとＭＥＡ１８とガスケット１４とを備える燃料電池セル１５ａを複数個積層することにより、燃料電池スタックを構成している。
【００３９】
本実施の形態の燃料電池スタックによれば、一対のセパレータ１０ａ，１０ｂのうち、片側のセパレータ１０ａに片側折り返し部３２を、他側のセパレータ１０ｂに他側折り返し部３４を、それぞれ設けるため、一対のセパレータ１０ａ，１０ｂの端部の剛性を高くできる。このため、一対のセパレータ１０ａ，１０ｂの端部の変形を抑えて、これらの端部の接触を有効に防止でき、燃料電池スタックの内部の短絡をより有効に防止できる。例えば、上記の図１１（ａ）に示すように、ガスケット１４がＭＥＡ１２側に変形する傾向となる場合でも、本実施の形態では、ガスケット１４の両側に設ける一対のセパレータ１０ａ，１０ｂの端部を変形しにくくできる。したがって、一対のセパレータ１０ａ，１０ｂの端部同士の接触を有効に防止して、燃料電池スタックの内部の短絡をより有効に防止できる。
【００４０】
しかも、片側折り返し部３２は、片側のセパレータ１０ａのＭＥＡ１２側に折り返され、他側折り返し部３４は、他側のセパレータ１０ｂのＭＥＡ１２と反対側に折り返されるため、片側のセパレータ１０ａとＭＥＡ１２との間に流体流通用の幅広側流路３６を形成でき、他側のセパレータ１０ｂとＭＥＡ１２との間には幅広側流路３６よりも広い、流体流通用の幅狭側流路３８を形成できる。このため、ＭＥＡ１２の両側に供給するガスの流量が互いに異なる場合に、燃料電池スタックを小型化しやすくでき、この面からも燃料電池スタックの短絡をより有効に防止できる。特に、片側のセパレータ１０ａとＭＥＡ１２との間に設けられた幅広側流路３６は、酸化ガスである空気を流通させるために使用し、他側のセパレータ１０ｂとＭＥＡ１２との間に設けられた幅狭側流路３８は、燃料ガスである水素ガスを流通させるために使用する。燃料電池スタックの発電のための電気化学反応を行う場合、空気のガス容量として、水素ガスの容量よりも多くの容量が必要になり、ＭＥＡ１２に供給する水素ガスの供給流量よりも空気の供給流量が多くなる。逆に言えば、ＭＥＡ１２の両側に形成される、水素ガス供給用の流路の容積は、空気供給用の流路の容積よりも小さくて済み、本実施の形態のように、空気流通用として幅広側流路３６を使用し、水素ガス流通用として幅狭側流路３８を使用することで、燃料電池スタックの小型化を図れる。
【００４１】
なお、このような本実施の形態の構成は、上記の図１から図３に示した第１の実施の形態から第３の実施の形態と適宜組み合わせることもできる。すなわち、上記の第１の実施の形態から第３の実施の形態のいずれかにおいて、ガスケット１４ａ，１４ｂ，１４ｃの両側に設ける一対のセパレータ１０の端部を１８０度折り返すことにより、各セパレータ１０に片側折り返し部及び他側折り返し部を設けることもできる。
【００４２】
［第５の発明の実施の形態］
図５は、本発明に係る第５の実施の形態において、図９に対応する図である。図６は、本実施の形態において、一対のセパレータが変形した場合でも、一対のセパレータの端部同士が接触しないことを説明するための、図９に対応する図である。なお、本実施の形態の特徴は、１個の燃料電池セル１５ｂを構成する一対のセパレータ１０ｃ、１０ｄの構造にある。セパレータ１０ｃ、１０ｄ以外の燃料電池スタックの基本構造は、上記の図７から図９に示した従来から考えられている構造と同様であるため、同等部分に関する図示及び説明は省略もしくは簡略にして、以下、本実施の形態の特徴部分を中心に説明する。
【００４３】
図５に示すように、本実施の形態では、１個の燃料電池セル１５ｂを構成し、ガスケット１４及びＭＥＡ１２の両側に設ける一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄは、長さ方向（図５の左右方向）または幅方向（図５の表裏方向）の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらしている。図示の例の場合には、一対のセパレータのうち、片側（図５の上側）のセパレータ１０ｃの長さ方向の端部の長さを、他側（図５の下側）のセパレータ１０ｄの長さ方向の端部の長さよりも大きくしている。また、一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄとシール部材であるガスケット１４とは、分離可能に組み付けている。すなわち、ガスケット１４は、接着剤でなく、ガスケット１４とセパレータ１０ｃ，１０ｄ同士は接着により結合していないため、セパレータ１０ｃ，１０ｄに対しガスケット１４を分離することは容易に行える。なお、図示は省略するが、一対のセパレータ１０ｃ、１０ｄの幅方向（図５の表裏方向）端部同士の間にガスケットを設ける場合に、一対のセパレータ１０ｃ、１０ｄは、幅方向の端縁の位置を、幅方向に関して互いにずらしている構成とすることもできる。
【００４４】
このような本実施の形態によれば、一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄの長さ方向または幅方向の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらしているため、図６（ａ）に示すように、例えば、ガスケット１４が図６（ａ）の矢印αで示す方向にＭＥＡ１４側に変形する傾向となる場合に、図６（ｂ）に示すように、一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄの長さ方向の端部が近づくように変形する場合でも、これらの端部の接触を有効に防止して、燃料電池スタックの内部の短絡をより有効に防止できる。しかも、１個の燃料電池セル１５ｂを構成する一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄとガスケット１４とは分離可能に組み付けられているため、組み付け後に修理や点検の作業が必要となる場合でも、その作業をより容易に行える。このため、この面からも燃料電池スタックの内部の短絡をより有効に防止できる。また、本実施の形態によれば、端部の長さを小さくするセパレータ１０ｄの材料使用量を低減して、コスト低減を図りやすくなる。また、燃料電池スタックの短絡を防止するために、燃料電池スタックの体格を過度に大きくする必要がない。また、１個の燃料電池セル１５ｂを構成する一対のセパレータ１０ｃ，１０ｄの両方の端部の長さを互いに同じとしつつ小さくする場合と異なり、信頼性をより有効に確保できる。
【００４５】
なお、このような本実施の形態の構成は、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態から第４の実施の形態と適宜組み合わせることもできる。すなわち、上記の第１の実施の形態から第４の実施の形態のいずれかにおいて、ガスケット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、１４及びＭＥＡ１２の両側に設ける一対のセパレータ１０（図７、図９参照），１０ａ，１０ｂの長さ方向または幅方向の端縁の位置を、長さ方向または幅方向に関して互いにずらすこともできる。
【００４６】
また、上記の各実施の形態において、ガスケット貫通孔２４，２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、長孔状の形状に限定するものではなく、円形状、矩形状等、種々の形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態において、図８に対応する図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態において、図１の左右方向半部に対応する図である。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態において、図１の左右方向半部に対応する図である。
【図４】本発明に係る第４の実施の形態において、図９に対応する図である。
【図５】本発明に係る第５の実施の形態において、図９に対応する図である。
【図６】第５の実施の形態において、一対のセパレータが変形した場合でも、一対のセパレータの端部同士が接触しないことを説明するための、図９に対応する図である。
【図７】従来から考えられている構造の１例を構成するセパレータの平面図である。
【図８】図７のＡ部に対応する、ＭＥＡ及びガスケットの一部を示す図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ断面に対応する燃料電池の部分断面図である。
【図１０】従来構造の１例において、ガスケットが変形した場合を示す、図８に対応する図である。
【図１１】従来構造の１例において、ガスケットと一対のセパレータとが変形して、一対のセパレータの端部が接触する状態を、接触前後で示す、図９に対応する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  セパレータ、１２  膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  ガスケット、１５，１５ａ，１５ｂ  燃料電池セル  １６  締結用孔、１７  ガス流路、１８  カソード極、２０  アノード極、２２  セパレータ貫通孔、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  ガスケット貫通孔、２６  外側突部、２８  内側突部、３０  筋交い部、３２  片側折り返し部、３４  他側折り返し部、３６  幅広側流路、３８  幅狭側流路。
【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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