专利名称：燃料电池构成部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池构成元件组合构成的燃料电池部件。
背景技术：
如图15所示，燃料电池的主要构成元件具有由碳板等构成的隔离器(集电极)51、用于使气体反应的由承载Pt催化剂的带有催化剂电极(催化剂层)以及电解质膜(离子交换膜)的一体元件构成的反应电极部(MEA)52、用于促进气体扩散的由碳纤维等构成的气体扩散层(GDL)53、用于密封气体和催化剂的衬垫(密封垫)54。
可是，在现有技术中存在如下缺点，即在组装燃料电池时，由于把这些构成元件顺次安装这种构成，组装需要花费很多力气和时间。
而且，最近研究出在碳板上一体形成衬垫的隔离器51与衬垫54的一体成型部件(参照2000-133288特许公开公报)，根据这种现有技术，能够减少组装隔离器51和衬垫54的分步的工作时间。可是，仍然存在组装气体扩散层53等其他部件的工作时间很多的问题。气体扩散层53一般由碳纤维构成，不能与碳板粘结。因此，在组装时位置难以确定，需要时间进行定位等。
而且，在现有技术中，如图16所示，在隔离器51与气体扩散层53分别作为单体进行组装的情况下，由于气体扩散层53处于夹持在隔离器51内的状态，在气体扩散层53周围残留空间55。因此，由于该空间55成为气体的近流通道路，阻碍气体扩散，由于这个原因，存在燃料电池的发电效率降低的问题。
而且，由于气体扩散层是由碳纤维等构成的多孔材料，在衬垫层压在气体扩散层上进行密封时，对着衬垫内侧的气体流路到朝向外侧的气体扩散层的空隙部分成为气体泄露的流路，存在气体泄露的缺点。而且，虽然为了密封，在气体扩散层与衬垫和隔离器之间加压，但是此时，担心气体扩散层部分破损。
而且，如图17和图18所示，其他现有技术中，通过把两面上固定气体扩散层(GDL)64的反应电极(MEA)61上的电解质膜(离子交换膜)62的周缘在平面方向上延长形成，在该周缘部分的两面设置蜜蜂垫等密封元件65，构成燃料电池单元的密封部。反应电极61是电解质膜62和设置在它的两面上的带有催化剂电极(催化剂层)63一体形成的，通过该反应电极61和它的两面上固定的气体扩散层64构成UEA 66，该UEA 66夹持在一对隔离器(集电极)67之间构成燃料电池单元。在上述构成中，气体扩散层64是由碳素纤维或者金属纤维等构成的多孔材料，在安装状态下压缩安装在一对隔离器67之间，因此容易发生疲劳现象。
可是，在现有技术中，由于如上所述的气体扩散层64固定在反应电极61上，一旦进行交换时，必须全部交换UEA 66，由于其中作为含有比较昂贵元件的电解质膜62，因此成本大幅度增加。
本发明就是鉴于上述几点，目的在于提供一种燃料电池构成部件，能够降低组装燃料电池构成元件的工作时间，而且此外，目的在于提供种燃料电池构成部件，能够提高燃料电池的发电效率，同时能够发挥优良的密封性能。
而且，本发明的目的在于提供一种燃料电池构成部件，能够提高燃料电池构成元件的替换和维护性能，同时能够抑制部件的成本。
此外，本发明的目的是提供一种燃料电池构成部件，在气体扩散层与衬垫的一体部件或者气体扩散层与衬垫和隔离器的一体部件中，能够把衬垫产生的永久压缩变形抑制得很小。
发明内容
为了实现上述目的，本发明权利要求1的燃料电池构成部件，其特征在于由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层和液态橡胶固化物等构成的衬垫一体成型而成。
而且，本发明权利要求2的燃料电池构成部件，其特征在于具有由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层的一体元件，在上述一体元件的气体扩散层一侧的单面上一体成型由液态橡胶固化物等构成的衬垫。
而且，本发明权利要求3的燃料电池构成部件，其特征在于具有由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层的一体元件，在上述一体元件的气体扩散层一侧的平面上一体成型由液态橡胶固化物等构成的衬垫，同时在对面上也一体成型有衬垫。
而且，本发明权利要求4的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件中，在隔离器上涂敷粘合剂，通过使浸透在气体扩散层中的衬垫橡胶与上述隔离器上的粘合剂反应，使上述气体扩散层以夹持形态一体成型而成。
而且，本发明权利要求5的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件中，在隔离器的单面上涂敷粘合剂，通过使浸透在气体扩散层中的衬垫橡胶与上述隔离器上的粘合剂反应，使上述气体扩散层以夹持形态一体成型，同时在对面上也涂敷粘合剂，一体成型有衬垫。
而且，本发明权利要求6的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件中，在隔离器上设置有贯通孔，通过使浸透在气体扩散层中的一部分橡胶通过上述贯通孔到达对面，在上述隔离器的两面一体成型有衬垫。
而且，本发明权利要求7的燃料电池构成部件，其特征在于在从两侧夹持单独电解质膜的一对气体扩散层的两面分别设置有衬垫。
而且，本发明权利要求8的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求7所述的燃料电池构成部件中，一个气体扩散层的隔离器一侧以及另一个气体扩散层的电解质膜一侧和隔离器一侧各个衬垫构成为双凸缘结构，一个气体扩散层的电解质膜一侧的衬垫构成为平面密封结构。
而且，本发明权利要求9的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求7或者8所述的燃料电池构成部件中，各个衬垫是使气体扩散层的多孔结构中含有液态橡胶。
而且，本发明权利要求10的燃料电池构成部件，其特征在于在从两侧夹持单独电解质膜的一对气体扩散层的周缘附近设置有贯通孔，通过上述贯通孔在上述气体扩散层的两面一体成型有衬垫。
而且，本发明权利要求11的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求10所述的燃料电池构成部件中，衬垫覆盖在气体扩散层的周缘部分，特别是覆盖在上述气体扩散层的端面。
而且，本发明权利要求12的燃料电池构成部件，其特征在于由碳纤维等构成的气体扩散层与由液态橡胶固化物等构成的衬垫是一体元件，上述气体扩散层与上述衬垫的密封凸缘不重叠地设置在平面上。
而且，本发明权利要求13的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求12所述的燃料电池构成部件中，在气体扩散层与衬垫的粘合部，上述衬垫的一部分橡胶浸入到上述气体扩散层中。
而且，本发明权利要求14的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求12或者13所述的燃料电池构成部件中，衬垫是两面密封的衬垫或者是单面密封的衬垫。
而且，本发明权利要求15的燃料电池构成部件，其特征在于在上述权利要求12、13或者14所述的燃料电池构成部件中，由碳板等构成的隔离器相对于气体扩散层和衬垫进一步一体成型而成。
如果如同具有上述构成的本发明权利要求1所述的燃料电池构成部件一样，隔离器、气体扩散层和衬垫一体形成，或者如同发明权利要求2或3所述的燃料电池构成部件一样，由隔离器和气体扩散层构成的一体元件的气体扩散层一侧的单面上一体形成衬垫，则由于这些部件预先一体化，因此能够减少组装燃料电池时这些部件之间组装的工序。
此外，在本发明权利要求3所述的燃料电池构成部件中，由于隔离器和气体扩散层构成的一体元件的反面上也一体形成衬垫，构成双面衬垫的一体元件。
而且，在本发明权利要求4、5或者6所述的燃料电池构成部件中，由于衬垫橡胶浸透在气体扩散层中，使上述气体扩散层以夹持形态一体成型，衬垫与气体扩散层连接紧密，因此能够防止在两者之间形成成为气体近流路的空间。
而且，由于通过衬垫橡胶浸透在气体扩散层到达隔离器，使衬垫与隔离器一体化，能够防止形成气体泄露流路。
此外，在本发明权利要求5所述的燃料电池构成部件中，由于在隔离器的反面也涂敷粘合剂一体成型衬垫，而且在本发明权利要求6所述的燃料电池构成部件中，通过一部分橡胶通过贯通孔到达反面一体成型衬垫，构成两面衬垫的一体元件。
而且，与上述权利要求1至权利要求6的发明相关联，本申请中包括以下技术内容。
即，为了实现上述目的而提出本件申请的发明是关于把燃料电池的隔离器中所使用的碳板、用碳纤维等制作的气体扩散层、液态橡胶固化物构成的衬垫一体化，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。
而且，在本申请中，为了实现上述目的，提出如下技术内容。
①把燃料电池的隔离器中所使用的碳板、用碳纤维等制作的气体扩散层、液态橡胶固化物构成的衬垫一体化，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。
②在燃料电池的隔离器中所使用的碳板和用碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型液态橡胶固化物构成的衬垫(即只在离子交换膜侧上形成衬垫)，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。
③在燃料电池的隔离器中所使用的碳板和用碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型液态橡胶固化物构成的衬垫(即在离子交换膜侧上形成衬垫)，同时在位于碳板一侧的冷却水一侧也形成衬垫，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和两面衬垫的一体元件。
④在燃料电池的隔离器中所使用的碳板和用碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型液态橡胶固化物构成的衬垫(即只在离子交换膜侧上形成衬垫)，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，在碳板上涂敷粘合剂，浸透到气体扩散层中的橡胶与碳板上的粘合剂起反应，构成以夹持气体扩散层形态一体成型的制品。
⑤在燃料电池的隔离器中所使用的碳板和用碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型液态橡胶固化物构成的衬垫(即只在离子交换膜侧上形成衬垫)，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，在碳板上涂敷粘合剂，浸透到气体扩散层中的橡胶与碳板上的粘合剂起反应，构成以夹持气体扩散层形态一体成型的制品。而且，在其反面的碳板一侧上也涂敷粘合剂，构成液态橡胶固化物形成的两面衬垫。
⑥在燃料电池的隔离器中所使用的碳板和用碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型液态橡胶固化物构成的衬垫(即只在离子交换膜侧上形成衬垫)，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，在碳板上与衬垫的下部接触的地方间隔设置有贯通孔，浸透到气体扩散层中的橡胶通过该贯通孔，到达相反侧的碳板表面上，构成在两面上形成衬垫的制品。
上述提出的内容在现有技术中没有(隔离器和气体扩散层及衬垫3个元件一体化的制品)，一种制造方法是通过隔离器和气体扩散层借助于橡胶一体成型，实现隔离器和气体扩散层与衬垫3个元件的一体化制品。
可以使由碳纤维构成的气体扩散层浸透橡胶，然后使之固化。因此，通过在碳板上涂敷粘合剂，使透过的橡胶到达碳板上，能够粘合碳板和橡胶。此时，气体扩散层通过浸透的橡胶利用粘合剂固定在碳板上。后述实施例的图2是只在气体扩散层一侧(离子交换膜一侧)形成衬垫的制品，在成型过程中，衬垫通过碳板表面上涂敷的粘合剂粘合。而且图5是在图2所示的制品的隔离器反面(制冷剂面)上涂敷粘合剂、形成衬垫的两面衬垫制品。而且图7是在碳板上设置贯通孔、气体扩散层一侧的衬垫与其反面制冷剂一侧的衬垫不使用粘合剂固定的制品，通过这样的隔离器和气体扩散层与衬垫的粘合元件，在组装燃料电池时，能够省去组装碳板与气体扩散层的工作时间。
而且，在现有技术中，位于气体扩散层周围的空间成为气体的近道流路，阻碍气体扩散，导致发电效率降低，由于不存在那样的空间，气体扩散改善了，能够提高燃料电池的发电效率。
详细地说明图7，通过在碳板的衬垫形成的直线上设置规定间隔的贯通孔，可以在碳板的两面上形成衬垫。浸透到气体扩散层的橡胶通过所述贯通孔到达反面的碳板表面，在两面上形成衬垫。此时，由于衬垫通过贯通孔被固定，不需要粘合。
因此，根据上述构成以及作用，可以达到以下效果。
①能够减少燃料电池的组装时间。
②通过使气体扩散层与衬垫形成为一体，能够进一步提高气体的扩散性，提高发电效率。
③在不使用粘合剂的贯通孔类型的气体扩散层与衬垫的一体制品情况下，能够去掉涂敷粘合剂的工序，并且减少粘合剂的费用。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求7所述的燃料电池构成部件中，由于电解质膜与气体扩散层单独形成，从两侧夹持单独的电解质膜的一对气体扩散层的两面上分别设置有衬垫，在替换气体扩散层时，能够留下气体扩散层和单独的电解质膜，只替换设置有衬垫的气体扩散层。
而且，同时在本发明权利要求7所述的燃料电池构成部件中，通过气体扩散层与衬垫组合，构成燃料电池单元的密封部，电解质膜被放置在该密封部内部。因此，与上述现有技术相比较，能够缩小电解质膜的平面面积。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求8所述的燃料电池构成部件中，由于在一个气体扩散层的隔离器一侧以及另一个气体扩散层的电解质膜一侧和隔离器一侧，各个衬垫构成为双凸缘构造，该双凸缘结构是多个凸缘的结构，因此密封性好。而且，由于在一个气体扩散层的电解质膜一侧，衬垫构成为平面密封结构，因此能够抑制与此按压接触的电解质膜的变形。
而且，由于气体扩散层是多孔材料结构，与之一体化的衬垫分别如权利要求9所述，适合于使液态橡胶浸入气体扩散层的多孔材料结构中成型。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求10所述的燃料电池构成部件中，由于电解质膜与气体扩散层单独形成，在从两侧夹持单独电解质膜的一对气体扩散层的周缘附近设置有贯通孔，同时通过上述贯通孔在气体扩散层的两面一体成型衬垫，在替换气体扩散层时，能够留下气体扩散层和单独的电解质膜，只替换设置有衬垫的气体扩散层。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求11所述的燃料电池构成部件中，由于衬垫覆盖在气体扩散层的周缘部分，特别是覆盖在上述气体扩散层的端面，能够抑制密封流体透过气体扩散层从其端面方向泄露。
而且，与上述权利要求7至11的发明相关联，本申请中包含以下
①·本申请中提出的一种衬垫是燃料电池组单元的膜密封，与GDL成一体的衬垫，是夹持MEA的结构。
·而且，GDL一体衬垫是通过组合衬垫A和衬垫B构成的。衬垫A在隔离器一侧具有双密封凸缘。在MEA一侧具有平的密封面。衬垫B在隔离器一侧和MEA一侧同时具有双座密封凸缘，由于MEA一侧的内侧座构成为通过夹持MEA进行密封，在这部分的密封凸缘高度低。
·衬垫A、B和GDL内同时含有液态橡胶。
②·本申请中提出的衬垫减少高价MEA的面积，而且考虑由于疲劳进行交换的问题把GDL分离，通过使GDL与密封一体化，构成解决现有元件的结构。
·为了不影响密封性，GDL与密封的一体化，通过组合两种类型的衬垫A、B，而且带有双密封凸缘，内侧主要固定MEA，外侧构成密封件。
·考虑MEA的厚度，双凸缘的内侧在该部分的内侧高度低。一部分成为平面的目的是减少膜的变形，提高密封性能。
·为了浸有多孔材料，橡胶材料由液态橡胶构成，例如，由双液型的液态硅橡胶构成。而且，也可以是液态氟橡胶或者液态乙丙橡胶等。
③·而且，本申请提出的的衬垫是密封燃料电池的集电极(隔离器)和反应电极部之间的衬垫，把衬垫一体成型在GDL上位于夹持MEA的位置处。
·在GDL上设置贯通孔，一体形成衬垫，覆盖GDL的端部。
·一体成型通过LIM成型机实现。
·衬垫使用低硬度液态橡胶材料(Hs 20～60)。
④·而且，为了解决上述现有技术的问题，本申请提出的衬垫，将UEA分离为MEA和GDL，将衬垫与GDL一体化，在由于GDL疲劳交换UEA时能够反复利用MEA。
·由于GDL是多孔材料，虽然考虑到浸有液态橡胶，但为了提高生产性能，在GDL上形成衬垫时，在GDL一侧设置贯通孔，在此两面一体成型橡胶。
·成型时只在密封部周边使用模具压紧，在模具结构上不压缩气体扩散功能所需要的反应面上的多孔材料部分。而且，考虑到GDL的两端方向泄露，构成用橡胶覆盖端面的结构。
·衬垫的材料是可以通过低压喷射成型的橡胶，橡胶硬度为Hs20～60。
而且，如同在具有上述构成的本发明权利要求12所述的燃料电池构成部件，由于气体扩散层和衬垫的密封凸缘不重叠地设置在平面上，气体扩散层不位于衬垫密封凸缘的正下方，因此能够把衬垫上产生的永久压缩变形抑制得比较小。
而且，在这样将气体扩散层和衬垫的密封凸缘不重叠地设置在平面上时，把气体扩散层设置在衬垫的侧面或者把衬垫设置在气体扩散层的外侧都可以，而且在气体扩散层和衬垫一体化时，在气体扩散层和衬垫的粘合部把一部分衬垫液态橡胶浸入气体扩散层也可以(权利要求13)。
而且，衬垫有它的上下两面上分别具有密封凸缘的两面密封衬垫和上下两面任何一个上具有密封凸缘的单面密封衬垫(权利要求14)。而且，在气体扩散层和衬垫上一体形成由碳板等形成的隔离器(权利要求15)。
而且，与上述权利要求12至15的发明相关联，为了实现上述目的，本申请中包含以下技术内容。
(1)燃料电池使用的由碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，是气体扩散层固定在衬垫侧面的制品。
(2)燃料电池使用的由碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的气体扩散层和衬垫的一体元件，衬垫相对于气体扩散层在两面上形成，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，是气体扩散层固定在衬垫侧面的制品。
(3)燃料电池使用的由碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，在气体扩散层固定在衬垫侧面的制品中，是在衬垫与气体扩散层的粘合部的气体扩散层中浸含有橡胶状态的制品。
(4)燃料电池使用的由碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的气体扩散层和衬垫的一体元件，衬垫相对于气体扩散层在两面上形成，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，在气体扩散层固定在衬垫侧面的制品中，是在衬垫与气体扩散层的粘合部的气体扩散层中浸含有橡胶状态的制品。
(5)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，是气体扩散层固定在衬垫侧面的制品。
(6)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶的固化物的衬垫一体成型，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，在气体扩散层固定在衬垫侧面的制品中，是在衬垫与气体扩散层的粘合部的气体扩散层中浸含有橡胶状态的制品。
(7)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即只在离子交换膜侧形成衬垫)，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，是气体扩散层固定在衬垫侧面的制品。
(8)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即只在离子交换膜侧形成衬垫)，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，在气体扩散层固定在衬垫侧面的制品中，是在衬垫与气体扩散层的粘合部的气体扩散层中浸含有橡胶状态的制品。
(9)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即在离子交换膜侧形成衬垫)，同时在位于碳板一侧的冷却水一侧也形成衬垫，构成燃料电池用的碳板与气体扩散层和两面衬垫的一体元件，气体扩散层不位于衬垫凸缘的正下方，是气体扩散层固定在衬垫侧面的制品。
(10)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即只在离子交换膜侧形成衬垫)，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件，在碳板上涂敷粘合剂，浸透到气体扩散层中的橡胶与碳板上的粘合剂起反应，在构成以夹持气体扩散层形态一体成型的制品中，是在衬垫与气体扩散层的粘合部的气体扩散层中浸含有橡胶状态的制品。
(11)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即只在离子交换膜侧形成衬垫)，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。在碳板上涂敷粘合剂，衬垫与碳板上的粘合剂起反应，衬垫与碳板形成一体。同时，不位于衬垫正下方而位于侧面的气体扩散层通过衬垫固定。位于它的反面的碳板一侧上也涂敷粘合剂，构成液态橡胶固化物形成的两面衬垫。
(12)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上成型有作为液态橡胶的固化物的衬垫(即只在离子交换膜侧形成衬垫)，是燃料电池使用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。在碳板上涂敷粘合剂，衬垫与碳板上的粘合剂起反应，衬垫与碳板形成一体。同时，不位于衬垫正下方而位于侧面的气体扩散层含有橡胶，气体扩散层通过衬垫固定。位于它的反面的碳板一侧上也涂敷粘合剂，构成液态橡胶固化物形成的两面衬垫。
(13)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层是一体元件，在碳板上衬垫正下方间隔设置有贯通孔，衬垫通过该贯通孔形成在气体扩散层的两面上，同时不位于衬垫正下方而位于侧面上的气体扩散层被固定。不使用粘合剂制作燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。
(14)燃料电池使用的隔离器中的碳板与碳纤维等制作的气体扩散层是一体元件，在碳板上衬垫正下方间隔设置有贯通孔，衬垫通过该贯通孔形成在气体扩散层的两面上，同时不位于衬垫正下方而位于侧面上的气体扩散层浸含橡胶，气体扩散层通过衬垫固定。不使用粘合剂制作燃料电池用的碳板与气体扩散层和衬垫的一体元件。
如上所述例子，在燃料电池使用的隔离器中的碳纤维等制作的气体扩散层与作为液态橡胶固化物的衬垫一体形成的制品、或者碳板与碳纤维等制作的气体扩散层和作为液态橡胶固化物的衬垫一体形成的制品中，气体扩散层不位于衬垫的正下方，气体扩散层位于衬垫的侧面，通过气体扩散层中含有橡胶与衬垫固定，由于气体扩散层不位于衬垫的正下方，能够把衬垫上产生的永久压缩变形抑制得较小。
图1是本发明第一实施例的燃料电池构成部件的简要透视图；图2是沿着图1中的A-A线剖开的剖面图；图3是示出同一燃料电池构成部件的组装状态的主要部分的剖面图；图4是本发明第二实施例的燃料电池构成部件的简要透视图；图5是沿着图4中的B-B线剖开的剖面图；图6是本发明第三实施例的燃料电池构成部件的简要透视图；图7是沿着图6中的C-C线剖开的剖面图；图8是本发明第四实施例的燃料电池构成部件的剖面图；图9是本发明第五实施例的燃料电池构成部件的剖面图；图10是示出形成同一燃料电池构成部件的成型机的主要部分的剖面图；图11是本发明第六实施例的燃料电池构成部件的平面图；图12是沿着图11中的D-D线剖开的剖面放大图；图13是本发明第七实施例的燃料电池构成部件的平面图；图14是沿着图13中的E-E线剖开的剖面放大图；图15是现有例的燃料电池构成的说明图；图16是示出现有例的燃料电池构成部件的组装状态的主要部分的剖面图；图17是其他现有例的燃料电池的剖面图；图18是图17主要部分的放大图。
具体实施例方式
下面根据
本发明的实施例。
第一实施例图1示出本发明第一实施例的燃料电池构成部件(燃料电池隔离器)1的简要透视图，图2中示出它的沿着A-A线剖开的剖面图。而且，图3是示出该燃料电池构成部件1的组装状态的剖面图。而且，在该图3中，符号6是与该燃料电池构成部件1组合的反应电极(MEA薄膜电极组件)。
该实施例的燃料电池构成部件1的构成如下所述。
即，首先设置有由具有规定厚度的碳板构成的隔离器(隔离器本体)2，在该隔离器2的一面上一体形成有碳纤维制成的气体扩散层3和由液态橡胶固化物制成的衬垫4。
衬垫4具有一体的位于设置在隔离器2的一面上的容纳槽2a内的平板状的基部4a和一体形成在该基部4a上的截面略呈梯形的凸缘部4b，通过位于容纳部2a正上方位置的气体扩散层3的碳纤维中浸含的该衬垫4的液态橡胶与预先涂敷在容纳槽2a内面的粘合剂5反应固定，把气体扩散层3夹持在与隔离器2之间，使一体形成在隔离器2上。
而且，气体扩散层3通过位于容纳槽2a正上方位置的所述气体扩散层3的碳纤维中浸透的衬垫4的液态橡胶与容纳槽2a内的粘合剂5反应固定，夹持在衬垫4与隔离器2之间，一体形成在隔离器2上。
所述气体扩散层3形成为与隔离器2形状大致相同的平面形状，而且，衬垫4的凸缘部4b上面突出形成在气体扩散层3的外部。
该燃料电池构成部件1中，由于如上所述由碳板构成的隔离器2、由碳纤维构成的气体扩散层3、由液态橡胶固化物构成的衬垫4相互形成为一体，在组装燃料电池时能够省去这些部件之间相互组装的工序。
而且，由于通过形成衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中并与容纳槽2a内的粘合剂5反应固定，以夹持气体扩散层3的状态一体形成在隔离器2上，是衬垫4与气体扩散层3紧密粘合的结构。因此，能够防止在该衬垫4与气体扩散层3之间形成如同上述现有技术那样成为气体近流路的空间。
而且，由于通过形成衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中并到达隔离器2，使衬垫4与隔离器2直接一体形成，能够防止在隔离器2和衬垫4二者之间形成气体泄露流路。
第二实施例图4示出本发明第二实施例的燃料电池构成部件(燃料电池隔离器)1的简要透视图，图5中示出它的沿着B-B线剖开的剖面图。
该实施例的燃料电池构成部件1的构成如下所述。
即，首先设置有由具有规定厚度的碳板构成的隔离器(隔离器本体)2，在该隔离器2的一面上一体形成有碳纤维制成的气体扩散层3和由液态橡胶固化物制成的衬垫4，同时在隔离器2的反面上也一体形成有由液态橡胶固化物制成的衬垫7。
隔离器2的一面上设置的一个衬垫4具有一体的设置在隔离器2的一面上的容纳槽2a内的平板状的基部和一体形成在该基部4a上的截面略呈梯形的凸缘部4b，通过位于容纳部2a正上方位置的气体扩散层3的碳纤维中浸含的该衬垫4的液态橡胶与预先涂敷在容纳槽2a内面的粘合剂5反应固定，把气体扩散层3夹持在与隔离器2之间，使一体形成在隔离器2上。
而且，气体扩散层3通过位于容纳槽2a正上方位置的所述气体扩散层3的碳纤维中浸透的衬垫4的液态橡胶与容纳槽2a内的粘合剂5反应固定，夹持在衬垫4与隔离器2之间，一体形成在隔离器2上。
所述气体扩散层3形成为与隔离器2形状大致相同的平面形状，而且，衬垫4的凸缘部4b上面突出形成在气体扩散层3的外部。
而且，隔离器2的反面上设置的另一个衬垫7具有一体的平板状的基部7a和一体形成在该基部7a上的截面略呈三角形的凸缘部7b，通过涂敷在隔离器2反面上的粘合剂8一体形成在隔离器2上。
该燃料电池构成部件1中，由于如上所述由碳板构成的隔离器2、由碳纤维构成的气体扩散层3、由液态橡胶固化物构成的衬垫4、7相互形成为一体，在组装燃料电池时能够省去这些部件之间相互组装的工序。
而且，由于通过形成一个衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中与容纳槽2a内的粘合剂5反应固定，以夹持气体扩散层3的状态一体形成在隔离器2上，是衬垫4与气体扩散层3紧密粘合的结构。因此，能够防止在该衬垫4与气体扩散层3之间形成如同上述现有技术那样成为气体近流路的空间。
而且，由于通过形成一个衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中并到达隔到离器2，使衬垫4与隔离器2直接一体形成，能够防止在隔离器2和衬垫4二者之间形成气体泄露流路。
第三实施例图6示出本发明第三实施例的燃料电池构成部件(燃料电池隔离器)1的简要透视图，图7中示出它的沿着C-C线剖开的剖面图。
该实施例的燃料电池构成部件1的构成如下所述。
即，首先设置有由具有规定厚度的碳板构成的隔离器(隔离器本体)2，在该隔离器2的一面上一体形成有碳纤维制成的气体扩散层3和由液态橡胶固化物制成的衬垫4，同时在隔离器2的反面上也一体形成有由液态橡胶固化物制成的衬垫7。
隔离器2的一面上设置的一个衬垫4具有一体的设置在隔离器2的一面上的容纳槽2a内的平板状的基部4a和一体形成在该基部4a上的截面略呈梯形的凸缘部4b，隔离器2的反面上设置的另一个衬垫7具有一体的平板状的基部7a和一体形成在该基部7a上的截面略呈三角形的凸缘部7b，所述一对衬垫4、7通过位于容纳部2a正上方位置的气体扩散层3的碳纤维中浸含的一部分液态橡胶通过预先涂敷在容纳槽2a底面上的贯通孔2b，到达反面，形成两面衬垫，不用粘合剂就一体形成在隔离器2上。所需要数量的贯通孔2b沿着衬垫4、7的延伸方向排成一列设置。
而且，气体扩散层3通过位于容纳槽2a正上方位置的所述气体扩散层3的碳纤维中浸透的一部分液态橡胶穿过贯通孔2b，到达反面，形成两面衬垫，夹持在一个衬垫4和隔离器2之间一体形成在隔离器2上。
所述气体扩散层3形成为与隔离器2形状大致相同的平面形状，而且，一个衬垫4的凸缘部4b上面突出形成在气体扩散层3的外部。
该燃料电池构成部件1中，由于如上所述由碳板构成的隔离器2、由碳纤维构成的气体扩散层3、由液态橡胶固化物构成的一对衬垫4、7相互形成为一体，在组装燃料电池时能够省去这些部件之间相互组装的工序。
而且，由于通过形成一个衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中固定，以夹持气体扩散层3的状态一体形成在隔离器2上，所以是衬垫4与气体扩散层3紧密粘合的结构。因此，能够防止在该衬垫4与气体扩散层3之间形成如同上述现有技术那样成为气体近流路的空间。
而且，由于通过形成一个衬垫4的液态橡胶浸透到气体扩散层3的碳纤维中并到达隔到离器2，使衬垫4与隔离器2直接一体形成，能够防止在隔离器2和衬垫4二者之间形成气体泄露流路。
而且，由于一对衬垫4、7不通过粘合剂一体形成在隔离器2上，能够省去制造该燃料电池构成部件1的工序中的涂敷粘合剂的步骤，因此能够提供制造更容易、而且成本更低的产品。
第四实施例图8示出本发明第四实施例的燃料电池构成部件(燃料电池衬垫)的截面，该燃料电池构成部件的构成如下所述。
即，首先在图面上下方向的中央设置有电解质膜(离子交换膜)12和带催化剂电极(催化剂层)13、14一体构成的反应电极部(MEA)11，分别由碳纤维或者金属纤维等构成的气体扩散层(GDL)15、16分别非粘合地叠放在所述反应电极部11的上下两侧，进一步在该气体扩散层15、16的上下两侧分别叠放隔离器(集电极)17、18，构成一个单元的层叠体。
设定电解质膜12的周缘部在平面方向上比带催化剂的电极13、14突出，但是比上下的气体扩散层15、16短，在该上下气体扩散层15、16的周缘部的两面分别一体形成衬垫(密封衬垫)19、20、21、22。
其中，首先图中上侧的气体扩散层15的隔离器17一侧的衬垫19构成为具有外侧凸缘19a和内侧凸缘19b的双凸缘结构，两个凸缘19a和19b任何一个都与隔离器17紧密粘合。图中上侧的气体扩散层15的反应电极部11一侧的衬垫20构成为形成为平板形状的平面密封部，紧密接触在支撑其内侧一部分的电解质膜12上。由于气体扩散层15是多孔结构，所述两个衬垫19、20通过其中浸含的液态硅橡胶形成，而且因此互相形成为一体。
而且，图中下侧的气体扩散层16的反应电极部11一侧的衬垫21构成为具有外侧凸缘21a和内侧凸缘21b的双凸缘结构，外侧凸缘21a与衬垫20的平面密封部紧密接触，内侧凸缘21b与电解质膜12紧密接触。在电解质膜12的厚度部分，内侧凸缘21b形成为比外侧凸缘21a的高度低。图中下侧的气体扩散层16的隔离器18一侧的衬垫22构成为具有外侧凸缘22a和内侧凸缘22b的双凸缘结构，两个凸缘22a和22b任何一个都与隔离器18紧密粘合。由于气体扩散层16是多孔结构，所述两个衬垫21、22通过其中浸含的液态硅橡胶形成，而且因此互相形成为一体。
而且，各部分设定为如下尺寸。
电解质膜12的厚度50～150μm气体扩散层15、16的厚度0.5～1mm凸缘19a、19b、21a、22a、22b的高度0.5mm平面密封部20的厚度0.3mm凸缘21b的高度0.4mm。
上述构成的组装结构构成作为组装完成品的燃料电池单元，通过上述构成具有实现以下效果的特点。
即，首先，由于如上所述具有电解质膜12的反应电极部11和设置在它的两面上的气体扩散层15、16分别成型，在从两侧夹持单独的反应电极部11的一对气体扩散层15、16的两面上分别设置衬垫19、20、21、22，在由于发生疲劳等时需要替换气体扩散层15、16时，能够留下单独的反应电极部11，只替换设置有衬垫19、20、21、22的气体扩散层15、16的替代品。因此，由于不必一一替换作为价格比较昂贵部件的反应电极部12，因此能够降低部件成本乃至维护成本。替换操作非常容易。
而且，由于在从两侧夹持构造为非粘合的单独结构的反应电极部11的一对气体扩散层15、16的上下两面上分别设置4组衬垫19、20、21、22，通过所述气体扩散层15、16以及衬垫19、20、21、22的组合构成单元的密封部，电解质膜12被容纳在所述密封部的内侧。因此，由于与现有技术比较能够缩小作为比较昂贵部件的电解质膜12的平面面积，因此能够降低该部分和该部件的成本。
此外，由于各个衬垫19、21、22构成为凸缘结构，能够发挥优良的密封性能，而且由于衬垫20构成为平面密封结构，能够把它按压接触的电解质膜12的变形抑制的较小。
第五实施例图9示出本发明第五实施例的燃料电池构成部件(燃料电池衬垫)的截面，该燃料电池构成部件的构成如下所述。
即，首先在图面上下方向的中央设置有电解质膜(离子交换膜)12和带催化剂电极(催化剂层)13、14一体构成的反应电极部(MEA)11，由碳纤维或者金属纤维等构成的气体扩散层(GDL)15、16分别非粘合地叠放在所述反应电极部11的上下两侧，进一步在该气体扩散层15、16的上下两侧分别叠放隔离器(集电极)17、18，构成一个单元的层叠体。
设定电解质膜12的周缘部在平面方向上比带催化剂的电极13、14突出，但是与上下的气体扩散层15、16大致相同长度(平面面积)，在该上下气体扩散层15、16的周缘部设置所需要数目的贯通各自板厚方向的贯通孔23、24，通过该贯通孔23、24，衬垫19、20、21、22非粘合地一体形成在气体扩散层15、16的两面上。
一体形成在图中上侧的气体扩散层15上的衬垫19、20中，与上侧隔离器17紧密接触的上侧衬垫19和与电解质膜12紧密接触的下侧衬垫20通过填充在贯通孔23内的橡胶25一体形成，进一步一体形成覆盖气体扩散层15的端面15a的膜状覆盖部26，覆盖气体扩散层15的整个周缘部。
而且，一体形成在图中下侧的气体扩散层16上的衬垫21、22中，与电解质膜12紧密接触的上侧衬垫21和与下侧隔离器18紧密接触的下侧衬垫22通过填充在贯通孔24内的橡胶27一体形成，进一步一体形成覆盖气体扩散层16的端面16a的膜状覆盖部28，覆盖气体扩散层16的整个周缘部。
这样的衬垫19、20、21、22可以利用液态橡胶通过低压喷射成型形成，橡胶的硬度设置在Hs为20～60水平。
上述构成的组装结构构成作为组装完成品的燃料电池单元，通过上述构成具有实现以下效果的特点。
即，首先，由于如上所述具有电解质膜12的反应电极部11和设置在它的两面上的气体扩散层15、16分别成型，在从两侧夹持单独的反应电极部11的一对气体扩散层15、16的周缘部附近设置贯通孔23、24，同时衬垫19、20、21、22通过该贯通孔23、24一体成形在气体扩散层15、16的两面上，在由于发生疲劳等需要替换气体扩散层15、16时，能够留下单独的反应电极部11，只替换一体形成衬垫19、20、21、22的气体扩散层15、16的替代品。因此，由于不必一一替换作为价格比较昂贵部件的电解质膜12，因此能够降低部件成本乃至维护成本。替换操作非常容易。
此外，由于衬垫19、20、21、22支撑一体形成在其上面的覆盖部分26、28，并覆盖气体扩散层15、16的周缘部，特别是形成为覆盖气体扩散层15、16的端面15a、16a，能够防止密封流体透过气体扩散层15、16，沿着它的端面15a、16a方向泄露。因此，能够提供沿着端面方向具有优良的密封性能的燃料电池构成部件。
而且，该燃料电池构成部件的成型不使用利穆(LIM)成型机进行，如图10所示，在模板29、30的分模部设置有凹陷部31、32，成型时只合模压紧气体扩散层15、16的周缘附近。这样，就能够不压缩气体扩散层15、16的反应面多孔部而进行气体扩散机能所需要的成型。
第六实施例图11示出本发明第六实施例的燃料电池构成部件41的平面图，图12中示出它的沿着D-D线剖开的剖面图。
该实施例的燃料电池构成部件41是气体扩散层42和衬垫43的一体元件，构成如下所述。
即，首先设置有具有规定平面形状的平板状气体扩散层42，衬垫43设置在该气体扩散层42的外周缘部42a的外侧(图12中的左侧)周围。
气体扩散层42由碳纤维形成，衬垫43由液态橡胶的固化物形成，通过形成衬垫43的一部分液态橡胶浸含在气体扩散层42的外周缘部42a内，气体扩散层42与衬垫43一体化。图中为了说明方便，在浸含部分用点表示出来。
衬垫43在它的上下两面分别具有密封凸缘43a、43b，形成为两面密封类型的衬垫，上侧密封凸缘43a的密封面43c的高度位置设置在气体扩散层42的上面42b的高度位置的上方，而且下侧密封凸缘43b的密封面43d的高度位置设置在气体扩散层42的下面42c的高度位置的下方。因此，气体扩散层42设置在衬垫43的高度范围内，而且设置在位于衬垫43内侧的侧面上，这样气体扩散层42与衬垫43的密封凸缘43a、43b设置成在平面上上下不重叠的形式。
在具有上述构成的燃料电池构成部件41中，由于如上所述气体扩散层42与衬垫43的密封凸缘43a、43b设置成在平面上上下不重叠的形式，气体扩散层42不位于衬垫43的密封凸缘43a、43b的正下方或者正上方，这样与上述现有技术比较就能够把衬垫43上产生的永久压缩变形抑制得较小。
第七实施例图13示出本发明第七实施例的燃料电池构成部件41的平面图，图14中示出它的沿着E-E线剖开的剖面图。
该实施例的燃料电池构成部件41是气体扩散层42和衬垫43与隔离器44的一体元件，构成如下所述。
即，首先设置有具有规定平面形状的平板状气体扩散层42，衬垫43设置在该气体扩散层42的外周缘部42a的外侧(图14中的左侧)周围，该气体扩散层42和衬垫43叠放在隔离器44的一侧(图14中的上面一侧)。
气体扩散层42由碳纤维形成，衬垫43由液态橡胶的固化物形成，隔离器44由碳板形成。而且，通过形成衬垫43的一部分液态橡胶浸含在气体扩散层42的外周缘部42a内，气体扩散层42与衬垫43一体化(图中为了说明方便，在浸含部分用点表示出来)，通过一部分液态橡胶与涂敷在隔离器44上的粘合剂45反应，使衬垫43与隔离器44一体化。
衬垫43形成为在它的上面具有密封凸缘43a的单面密封类型的衬垫，在它的下面设置有相对于隔离器44的安装部43e。密封凸缘43a的密封面43c的高度位置设置在气体扩散层42的上面42b的高度位置的上方，而且安装部43e的安装面43f的高度位置设置在气体扩散层42的下面42c的高度位置的下方。因此，气体扩散层42设置在衬垫43的高度范围内，而且设置在位于衬垫43内侧的侧面上，这样气体扩散层42与衬垫43的密封凸缘43a设置成在平面上上下不重叠的形式。
而且，在隔离器44的一面上设置有用于涂敷粘合剂45固定衬垫43的沟状凹陷部44a，而且，该凹陷部44a的内侧设置有用于容易给气体扩散层42定位的台阶部44b。
在具有上述构成的燃料电池构成部件41中，由于如上所述气体扩散层42与衬垫43的密封凸缘43a设置成在平面上上下不重叠的形式，气体扩散层42不位于衬垫43的密封凸缘43a的正下方。因此，这样与上述现有技术比较就能够把衬垫43上产生的永久压缩变形抑制得较小。
发明效果以及产业上利用的可能性本发明具有以下效果。
即首先，在具有上述构成的本发明权利要求1的燃料电池构成部件中，由于碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层和液态橡胶固化物等构成的衬垫一体成型，在组装燃料电池时，能够省去这些部件之间互相组装的工序。因此，能够简化燃料电池的组装作业。而且，通过这些部件一体化，能够显著提高安装在气体扩散层上的衬垫部的密封性。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求2的燃料电池构成部件中，由于由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的单面上利用液态橡胶固化物等一体成型衬垫，在组装燃料电池时，能够省去这些部件之间互相组装的工序。因此，能够简化燃料电池的组装作业。而且，通过这些部件一体化，能够显著提高安装在气体扩散层上的衬垫部的密封性。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求3的燃料电池构成部件中，由于由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层的一体元件的气体扩散层一侧的平面上利用液态橡胶固化物等一体成型衬垫，同时在反面上也一体成型衬垫，在组装燃料电池时，能够省去这些部件之间互相组装的工序。因此能够简化燃料电池的组装作业。而且，通过这些部件一体化，能够显著提高安装在气体扩散层上的衬垫部的密封性。该权利要求的发明提供的是两面衬垫的一体元件。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求4的燃料电池构成部件中，由于在隔离器上涂敷粘合剂，通过使浸透在气体扩散层中的衬垫橡胶与上述隔离器上的粘合剂反应，使以夹持上述气体扩散层形态一体成型，构成衬垫与气体扩散层紧密粘合的结构，能够防止在衬垫与气体扩散层之间形成成为气体近流路的空间。因此能够提高气体的扩散性，这样能够提高燃料电池的发电效率。
而且，由于通过衬垫橡胶浸透到气体扩散层到达隔离器，使衬垫与隔离器一体化，能够防止形成气体泄露流路，这样能够提高密封性。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求5的燃料电池构成部件中，同样由于在隔离器上涂敷粘合剂，通过使浸透在气体扩散层中的衬垫橡胶与上述隔离器上的粘合剂反应，使以夹持上述气体扩散层形态一体成型，构成衬垫与气体扩散层紧密粘合的结构，能够防止在衬垫与气体扩散层之间形成成为气体近流路的空间。因此能够提高气体的扩散性，这样能够提高燃料电池的发电效率。
而且，由于通过衬垫橡胶浸透到气体扩散层到达隔离器，使衬垫与隔离器一体化，能够防止形成气体泄露流路，这样能够提高密封性。
而且，由于在反面也涂敷粘合剂使衬垫一体成形，根据该发明权利要求提供一种两面衬垫的一体元件。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求6的燃料电池构成部件中，在隔离器上设置有贯通孔，通过使浸透在气体扩散层中的一部分橡胶通过贯通孔到达反面，在上述隔离器的两面一体成型衬垫，构成衬垫与气体扩散层紧密粘合的结构，能够防止在衬垫与气体扩散层之间形成成为气体近流路的空间。因此，能够提高气体的扩散性，这样能够提高燃料电池的发电效率。
而且，由于通过衬垫橡胶浸透到气体扩散层到达隔离器，使衬垫与隔离器一体化，能够防止形成气体泄露的流路，这样能够提高密封性。
而且，由于在隔离器的两面上一体成型衬垫，根据该发明权利要求提供一种两面衬垫的一体元件。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求7的燃料电池构成部件中，由于电解质膜和气体扩散层分别成型，从两侧分别夹持单独的电解质膜的一对气体扩散层的两面上分别设置有衬垫，在替换气体扩散层时，可以留下与气体扩散层分开的电解质膜，只替换设置有衬垫的气体扩散层的替代品。因此，由于不需要一一替换作为价格比较昂贵的部件的电解质膜，能够降低部件的成本乃至维护成本。
而且，在本发明权利要求7的燃料电池构成部件中，同时通过组合气体扩散层和衬垫构成燃料电池单元的密封部，电解质膜放置在该密封部的内部。因此，与现有技术比较能够减小作为价格比较昂贵的部件的电解质膜的平面面积，能够降低该部分和部件的成本。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求8的燃料电池构成部件中，由于一个气体扩散层的隔离器一侧以及另一个气体扩散层的电解质膜一侧和隔离器一侧的衬垫分别构成为双凸缘结构，能够发挥优良的密封性能，而且，由于一个气体扩散层的电解质膜一侧的衬垫构成为平面密封结构，能够把与它按压接触的电解质膜的变形抑制得较小。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求9的燃料电池构成部件中，由于通过使气体扩散层的多孔结构中含有液态橡胶形成衬垫，能够使衬垫强固而且容易地一体化在气体扩散层上。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求10的燃料电池构成部件中，由于电解质膜和气体扩散层分别成型，在从两侧夹持单独的电解质膜的一对气体扩散层的周缘附近设置有贯通孔，而且通过上述贯通孔在上述气体扩散层的两面一体成型衬垫，在替换气体扩散层时，可以留下与气体扩散层分开的电解质膜，只替换设置有衬垫的气体扩散层的替代品。因此，由于不需要一一替换作为价格比较昂贵的部件的电解质膜，能够降低部件的成本乃至维护成本。
此外，在具有上述构成的本发明权利要求11的燃料电池构成部件中，由于衬垫覆盖在气体扩散层的周缘部分，特别是覆盖在上述气体扩散层的端面，能够防止密封流体透过气体扩散层，从它的端面方向泄露。因此，能够提供一种沿着它的端面发挥优良的密封性的燃料电池构成部件。
而且，在具有上述构成的本发明权利要求12至15的燃料电池构成部件中，由于气体扩散层与衬垫的密封凸缘设置成在平面上不重叠的形式，气体扩散层不位于衬垫密封凸缘的正下方，这样与现有技术比较能够把衬垫上产生的永久压缩变形抑制得比较小。因此，是气体扩散层和衬垫的一体元件或者是气体扩散层和衬垫与隔离器的一体元件，能够减少组装燃料电池的工作时间，此外，能够提供一种燃料电池构成部件，能够把衬垫上产生的永久变形抑制得较小。
权利要求
1.一种燃料电池构成部件，其特征在于由碳板等构成的隔离器(2)、由碳纤维等构成的气体扩散层(3)和液态橡胶固化物等构成的衬垫(4)一体成型而成。
2.一种燃料电池构成部件，其特征在于具有由碳板等构成的隔离器(2)、由碳纤维等构成的气体扩散层(3)的一体元件，在所述一体元件的气体扩散层(3)一侧的单面上一体成型由液态橡胶固化物等构成的衬垫(4)。
3.一种燃料电池构成部件，其特征在于具有由碳板等构成的隔离器(2)、由碳纤维等构成的气体扩散层(3)的一体元件，在所述一体元件的气体扩散层(3)一侧的单面上一体成型由液态橡胶固化物等构成的衬垫(4)，同时在反面上也一体成型有衬垫(7)。
4.根据权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件，其特征在于在隔离器(2)上涂敷粘合剂(5)，通过使浸透在气体扩散层(3)中的衬垫(4)的橡胶与所述隔离器(2)上的粘合剂(5)反应，以夹持所述气体扩散层(3)的形态一体成型而成。
5.根据权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件，其特征在于在隔离器(2)上的单面上涂敷粘合剂(5)，通过使浸透在气体扩散层(3)中的衬垫(4)的橡胶与所述隔离器(2)上的粘合剂(5)反应，以夹持所述气体扩散层(3)的形态一体成型，同时在反面上也涂敷粘合剂(8)，一体成型有衬垫(7)。
6.根据权利要求1、2或者3所述的燃料电池构成部件，其特征在于在隔离器(2)上设置有贯通孔(2b)，通过使浸透在气体扩散层(3)中的一部分橡胶通过所述贯通孔(2b)到达反面，在所述隔离器(2)的两面一体成型有衬垫(4)、(7)。
7.一种燃料电池构成部件，其特征在于在从两侧夹持单独的电解质膜(12)的一对气体扩散层(15)、(16)的两面上分别设置有衬垫(19)、(20)、(21)、(22)。
8.根据权利要求7所述的燃料电池构成部件，其特征在于一个气体扩散层(15)的隔离器(17)一侧以及另一个气体扩散层(16)的电解质膜(12)一侧和隔离器(18)一侧的各个衬垫(19)、(21)、(22)构成为双凸缘结构，一个气体扩散层(15)的电解质膜(12)一侧的衬垫(20)构成为平面密封结构。
9.根据权利要求7或者8所述的燃料电池构成部件，其特征在于各个衬垫(19)、(20)、(21)、(22)是使气体扩散层(15)、(16)的多孔结构中含有液态橡胶。
10.一种燃料电池构成部件，其特征在于在从两侧夹持单独的电解质膜(12)的一对气体扩散层(15)、(16)的周缘附近设置有贯通孔(23)、(24)，通过所述贯通孔(23)、(24)在所述气体扩散层(15)、(16)的两面上一体成型有衬垫(19)、(20)、(21)、(22)。
11.根据权利要求10所述的燃料电池构成部件，其特征在于衬垫(19)、(20)、(21)、(22)覆盖在气体扩散层(15)、(16)的周缘部分，特别是覆盖在所述气体扩散层(15)、(16)的端面(15a)、(16a)。
12.一种燃料电池构成部件，其特征在于由碳纤维等构成的气体扩散层(42)与由液态橡胶固化物等构成的衬垫(43)是一体元件，所述气体扩散层(42)与所述衬垫(43)的密封凸缘(43a)、(43b)不重叠地设置在平面上。
13.根据权利要求12所述的燃料电池构成部件，其特征在于在气体扩散层(42)与衬垫(43)的粘合部，所述衬垫(43)的一部分橡胶浸入到所述气体扩散层(42)中。
14.根据权利要求12或者13所述的燃料电池构成部件，其特征在于衬垫(43)是两面密封的衬垫或者是单面密封的衬垫。
15.根据权利要求12、13或者14所述的燃料电池构成部件，其特征在于由碳板等构成的隔离器(44)相对于气体扩散层(42)和衬垫(43)进一步一体成型而成。
全文摘要
为了提供一种能够减少组装燃料电池部件的工作时间的燃料电池构成部件，而且提供一种能够提高燃料电池单元部件的交换性能和维护性能、并抑制部件的成本的燃料电池构成部件，使由碳板等构成的隔离器、由碳纤维等构成的气体扩散层和由液态橡胶固化物等构成的衬垫一体成型，并且，在从两侧夹持单独的电解质膜的一对气体扩散层的两面上分别设置衬垫。
文档编号H01M8/10GK1557034SQ01811760
公开日2004年12月22日 申请日期2001年5月22日 优先权日2000年6月29日
发明者黑木雄一, 宏, 蔵野庆宏, 井上智广, 广 申请人:Nok株式会社