JP2003086203A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セパレータおよび電極構造体の間の各シール
部材により各種流路を確実に密封しながら、燃料電池を
小型軽量化する。 【解決手段】 各セパレータ４，５に、ガスシール部材
６，７の外側に設けられる反応ガスおよび冷却媒体用の
連通孔１７と、ガスシール部材６，７をセパレータ４，
５の厚さ方向に迂回して反応ガス用の連通孔１７とガス
流路８，９とを連絡する連絡路２３とを設け、冷却媒体
流路を反応ガス用の連通孔１７に対して密封する冷却面
シール部材２７を、連絡路２３から連通孔１７側にずれ
た位置に配置した燃料電池１を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電極構造体をセ
パレータで挟持してなる単位セルを複数積層して構成さ
れた燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】単位セルには、固体高分子電解質膜の両
側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置し
てなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持すること
により平板状に構成されたものがある。このように構成
された単位セルは、その厚さ方向に複数積層されること
により燃料電池を構成している。

【０００３】各単位セルでは、アノード電極に対向配置
されるアノード側セパレータの一面に燃料ガス（例え
ば、水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置
されるカソード側セパレータの一面に酸化剤ガス（例え
ば、酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、
隣接する単位セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒
体（例えば、純水）の流路が設けられている。

【０００４】そして、アノード電極の電極反応面に燃料
ガスを供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高
分子電解質膜を介してカソード電極に移動する。この間
に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネ
ルギとして利用される。カソード電極においては、酸化
剤ガスが供給されているため、水素イオン、電子、およ
び酸素が反応して、水が生成される。電極反応面では、
水が生成される際に熱が発生するので、セパレータ間に
流通させられる冷却媒体によって冷却されるようになっ
ている。

【０００５】これら燃料ガス、酸化剤ガス（総称して反
応ガス）および冷却媒体は、各々独立した流路に流通さ
せる必要があるため、各流路間を液密または気密状態に
仕切るシール技術が重要となる。密封すべき部位として
は、例えば、反応ガスおよび冷却媒体を燃料電池の各単
位セルに分配供給するために貫通形成された供給口の周
囲、各単位セルから排出された反応ガスおよび冷却媒体
をそれぞれ収集して排出する排出口の周囲、電極構造体
の外周、隣接する単位セルのセパレータ間の外周等があ
る。シール部材としては、有機ゴム等の柔らかくて、適
度に反発力のある材質のものが採用されている。

【０００６】一方、近年、実車への搭載に向けた実用化
の動きの中で、燃料電池の小型軽量化、低コスト化が大
きな課題となっている。燃料電池を小型化するために
は、燃料電池を構成する各単位セルを薄くすること、具
体的には、各単位セル内部に形成されている反応ガスの
流路を最大限に確保しながら、セパレータ間の間隔寸法
を小さくすることや、セパレータを薄肉化することが考
えられる。

【０００７】ところが、セパレータを薄肉化することに
は、セパレータの強度や燃料電池の剛性上限界がある。
また、セパレータ間の間隔寸法を小さくするには、シー
ル部材の高さ寸法を低減することが効果的であるが、必
要十分な密封性を確保するためには、十分な潰れ代を確
保し得るシール部材の高さ寸法が必要となるため、その
低減にも自ずと限界がある。

【０００８】さらに、単位セルにおいて、シール部材が
占有する空間は、反応ガスおよび冷却媒体を密封するた
めに必要不可欠ではあるものの、実質的に発電に寄与し
ない空間であるため、極力小さくする必要がある。

【０００９】図２４は、従来の燃料電池を示す平面図で
ある。図中、符号７０は、燃料電池をセパレータ７１の
積層方向に貫通する燃料ガス供給口、排出口、酸化剤ガ
ス供給口、排出口、冷却媒体供給口、排出口などの連通
孔である。また、符号７２は、セパレータ７１に沿って
複数の燃料ガス流路、酸化剤ガス流路および冷却媒体流
路が形成されている領域である。

【００１０】図２５は、図２４の線Ｘ−Ｘで切断した従
来の燃料電池７３を示す縦断面図である。平面視におい
て、発電に寄与しないシール部材の占有空間を極力小さ
くするために、従来は、燃料ガス流路７４および酸化剤
ガス流路７５をそれぞれ密封するガスシール部材７６，
７７と、冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材７８
とを、単位セル７９の積層方向に一列に並べて配置する
ことにより、燃料電池７３の外形寸法を最小限に抑制し
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成される燃料電池７３の場合に、各流路７４，７
５を密封するガスシール部材７６，７７および冷却面シ
ール部材７８の全てを単位セル７９の積層方向に一列に
並べて配置すると、燃料電池７３の厚さ寸法を、各単位
セル７９の厚さ寸法に単位セル７９間の冷却面シール部
材７８の高さ寸法を加えて積層数倍した値より小さくす
ることができないという不都合がある。

【００１２】このことをさらに詳しく説明するために、
再度、図２５を参照する。この図２５によれば、ガスシ
ール部材７６，７７によって密封状態に隔離された燃料
ガス供給口７０と燃料ガス流路７４とが連絡路８０によ
って連絡されている。該連絡路８０は、燃料ガス流路７
４の周囲を全周にわたって密封しているガスシール部材
７７の燃料ガス供給口７０近傍をセパレータ８１の厚さ
方向に迂回するようにセパレータ８１に設けられてい
る。また、セパレータ８２も酸化剤ガス供給口（図示
略）において同様の連絡路（図示略）を有している。

【００１３】したがって、各セパレータ８１，８２は、
連絡路８０を形成するために比較的厚く形成されている
が、各シール部材７６〜７８が配置されているシールラ
インの位置においては、図２５の断面に見られるよう
に、強度を確保するための最小限の肉厚寸法となってお
り、それ以上の薄肉化を図ることができない。また、各
シール部材７６〜７８は、密封性を確保するために必要
最小限の高さ寸法とされているので、これらシール部材
７６〜７８の高さ寸法もそれ以上低減することはできな
い。

【００１４】その結果、燃料電池７３の厚さ寸法は、２
枚のセパレータ８１，８２の最小肉厚寸法、連絡路８０
を構成するための厚さ寸法、２つのガスシール部材７
６，７７の高さ寸法、固体高分子電解質膜８３の厚さ寸
法および冷却面シール部材７８の高さ寸法を加えたもの
を積層数倍した寸法となるが、これらは全て必要不可欠
な寸法であるため、それ以上の寸法低減を図ることは困
難であった。

【００１５】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たものであって、燃料電池を構成するセパレータおよび
電極構造体の間の各シール部材により各種流路を確実に
密封しながら、燃料電池の厚さ寸法を小さくして小型軽
量化した燃料電池を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、以下の手段を提案している。請求項１
に記載した発明は、電解質の両面にそれぞれ電極を配し
た電極構造体と、該電極構造体を厚さ方向に挟む一対の
セパレータと、前記電極構造体の外周部に配置され、各
セパレータと前記電極構造体との間に挟まれて両者間に
形成される反応ガス（すなわち、燃料ガスおよび酸化剤
ガス）用のガス流路をそれぞれ密封するガスシール部材
とから構成された複数の単位セルを、これら単位セル間
に形成される冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材
を挟んで積層してなる燃料電池であって、前記各セパレ
ータに、前記ガスシール部材の外側にセパレータを厚さ
方向に貫通して設けられる反応ガスおよび冷却媒体用の
連通孔（例えば、実施の形態における燃料ガス供給口１
７、酸化剤ガス供給口１８、冷却媒体供給口１９、燃料
ガス排出口２０、酸化剤ガス排出口２１、冷却媒体排出
口２２）と、前記ガスシール部材をセパレータの厚さ方
向に迂回して反応ガス用の連通孔とガス流路とを連絡す
る連絡路とが設けられ、前記冷却媒体流路を前記反応ガ
ス用の連通孔に対して密封する冷却面シール部材が、前
記連絡路に対して連通孔側にずれた位置に配置されてい
る燃料電池を提案している。

【００１７】この発明に係る燃料電池によれば、セパレ
ータに設けられた連通孔とガス流路とが、ガスシール部
材をセパレータの厚さ方向に迂回する連絡路によって連
絡されているので、ガスシール部材の位置では、連絡路
の高さ寸法とセパレータの必要最小限の厚さ寸法とが確
保されている必要がある。一方、冷却媒体流路を密封す
る冷却面シール部材が連絡路に退位して連通孔側にずれ
た位置に配置されているので、冷却面シール部材の積層
方向の位置をガスシール部材の近傍に設けられている連
絡路とは無関係に決定することが可能となる。

【００１８】その結果、単位セルの積層方向に沿う連絡
路の位置と冷却面シール部材の位置とを重なり合わせる
ことが可能となり、その重なり合った寸法分だけ、各単
位セル毎に厚さ寸法を低減することが可能となる。燃料
電池では、数百に及ぶ単位セルを積層するので、燃料電
池全体としては、各単位セル毎に低減された厚さの積層
数倍の大幅な小型化を図ることができる。

【００１９】請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃
料電池において、前記冷却面シール部材が、前記連絡路
近傍を除き、前記ガスシール部材と積層方向に沿って並
んだ位置に配置されている燃料電池を提案している。

【００２０】この発明に係る燃料電池によれば、ガスシ
ール部材を厚さ方向に迂回して形成される連絡路近傍
は、該連絡路の高さ分だけセパレータを厚くせざるを得
ないため、冷却面シール部材を連通孔側にずらして、ガ
スシール部材と冷却面シール部材とが、同一のシールラ
インに配されることを回避し、連絡路近傍以外の部分で
は、ガスシール部材と冷却面シール部材とを単位セルの
積層方向に一列に並んだ位置に配することにより、単位
セルの面積を低減することが可能となる。また、連通孔
近傍でシールラインをずらすことにより、請求項１記載
の燃料電池と同様に、冷却面シール部材と連絡路とを積
層方向に重なり合う位置に配置することが可能となり、
冷却面シール部材とガスシール部材とを積層方向に近接
させて燃料電池の厚さを低減することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
係る燃料電池１ついて、添付図面を参照しながら説明す
る。本実施形態に係る燃料電池１は、図１２に示される
ように、単位セル２を複数積層して構成されている。単
位セル２は、図１に示されるように、電極構造体３を一
対のセパレータ４，５で挟持することにより構成されて
いる。電極構造体３と各セパレータ４，５との間には、
ガスシール部材６，７がそれぞれ配置されている。これ
らガスシール部材６，７は、図１２に示されるように、
電極構造体３の両側に燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路
９とを密封状態に画定している。

【００２２】前記電極構造体２は、例えば、図２および
図１２に示されるように、ペルフルオロスルホン酸ポリ
マーからなる固体高分子電解質膜１０（以下、単に電解
質膜という。）と、この電解質膜１０の両面を挟むアノ
ード電極１１およびカソード電極１２とを有している。
電解質膜１０は、例えば、図２に示されるように、複数
の貫通孔１０ａを有している。電解質膜１０は、後述す
るセパレータ４，５と同等の大きさを有し、各貫通孔１
０ａは、セパレータ４，５の各供給口１７〜１９および
各排出口２０〜２２に対応する位置に配置されている。

【００２３】前記アノード電極１１およびカソード電極
１２は、例えば、多孔質カーボンクロスまたは多孔質カ
ーボンペーパーからなるガス拡散層を基材として電解質
膜１０と接する一表面に、Ｐｔを主体とする合金からな
る触媒層を配設させることにより構成されている。

【００２４】単位セル２を構成するセパレータ４，５に
は、２種類のセパレータ４，５がある。各セパレータ
４，５は、図３および図４に示されるように、いずれも
カーボン製平板の表面に、複数の溝１３〜１６（図１５
参照）を削り込むことにより、一定の高さを有する凹凸
が一定のパターンで多数形成された波板部４ａ，５ａ
と、該波板部４ａ，５ａに流通させる燃料ガス（例え
ば、水素ガス）、酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空
気）および冷却媒体（例えば、純水）をそれぞれ供給、
排出させるように各セパレータ４，５を貫通する燃料ガ
ス供給口（連通孔）１７、酸化剤ガス供給口（連通孔）
１８、冷却媒体供給口（連通孔）１９、燃料ガス排出口
（連通孔）２０、酸化剤ガス排出口（連通孔）２１およ
び冷却媒体排出口（連通孔）２２と、これら供給口１７
〜１９、排出口２０〜２２および前記波板部４ａ，５ａ
をそれぞれ取り囲むように配置される平面部４ｂ，５ｂ
とを具備している。

【００２５】前記冷却媒体供給口１９および冷却媒体排
出口２２は、図３および図４に示されるように、セパレ
ータ４，５の幅方向（図３の矢印Ｐ方向）のほぼ中央に
配置されている。また、前記燃料ガス供給口１７と酸化
剤ガス供給口１８は、前記冷却媒体供給口１９を挟んで
セパレータ４，５の幅方向の両側に配置されている。さ
らに、前記燃料ガス排出口２０と酸化剤ガス排出口２１
は、前記冷却媒体排出口２２を挟んでセパレータ４，５
の幅方向の両側に配置されている。これら燃料ガス排出
口２０および酸化剤ガス排出口２１は、それぞれ燃料ガ
ス供給口１７および酸化剤ガス供給口１８に対して対角
位置となるように配置されている。

【００２６】各セパレータ４，５の長さ方向（図３の矢
印Ｑ方向）に沿う、燃料ガス供給口１７および排出口２
０、酸化剤ガス供給口１８および排出口２１の長さ寸法
は、隣接する冷却媒体供給口１９および排出口２２より
も短く形成されている。これにより、燃料ガス供給口１
７および排出口２０、酸化剤ガス供給口１８および排出
口２１と波板部４ａ，５ａとの間の間隔寸法は、冷却媒
体供給口１９および排出口２２と波板部４ａ，５ａとの
間の間隔寸法よりも大きく形成されている。

【００２７】一方のセパレータ４の一面側には、図３に
示されるように、燃料ガス供給口１７と波板部４ａとの
間および該波板部４ａと燃料ガス排出口２０との間に、
燃料ガス供給口１７から供給されてきた燃料ガスを波板
部４ａに流通させ、波板部４ａを通過した燃料ガスを燃
料ガス排出口２０から排出させるための連絡路２３がそ
れぞれ形成されている。該連絡路２３は、セパレータの
一面側に形成された複数の溝２３ａと、該溝２３ａ上に
掛け渡される平板上のブリッジ板２３ｂとを備えてい
る。ブリッジ板２３ｂが配置されるセパレータ４の表面
には、該ブリッジ板２３ｂをはめ込む凹部２４が形成さ
れており、それによってブリッジ板２３ｂの表面は、セ
パレータ４の平面部４ｂと段差なくと同一平面内に配さ
れている。

【００２８】また、他方のセパレータ５の一面側にも、
図４に示されるように、酸化剤ガス供給口１８と波板部
５ａとの間、および、該波板部５ａと酸化剤ガス排出口
２１との間に、一方のセパレータ４ａと同様に、複数の
溝２５ａとブリッジ板２５ｂとからなる連絡口２５が設
けられている。なお、両セパレータ４，５の他面側に
は、図５に示されるように、冷却媒体供給口１９と波板
部４ａ，５ａとを結ぶ連絡路２６および該波板部４ａ，
５ａと冷却媒体排出口２２とを結ぶ連絡路２６が設けら
れている。

【００２９】前記ガスシール部材６，７は、図６に示さ
れるように、波板部４ａ，５ａの外周を取り囲む主環状
部６ａ，７ａの両側に、各供給口１７〜１９および排出
口２０〜２２をそれぞれ取り囲む複数の副環状部６ｂ，
７ｂを有する形状に一体的に構成されている。このよう
なガスシール部材６，７を、前記一方のセパレータ４の
一面側に配置した状態、電極構造体３の一面側に配置し
た状態、および、前記他方のセパレータ５の一面側に配
置した状態をそれぞれ、図７〜図９に示す。

【００３０】これらの図７〜図９によれば、ガスシール
部材６，７の主環状部６ａ，７ａは、各供給口１７〜１
９および排出口２０〜２２と波板部４ａ，５ａとの間の
平面部４ｂ，５ｂを通過するように配置される。これに
より、主環状部６ａ，７ａは、連絡路２３，２５に設け
られたブリッジ板２３ｂ，２５ｂの上を通過して、各供
給口１７〜１９および排出口２０〜２２と波板部４ａ，
５ａとの間を連絡路２３，２５を構成する溝２３ａ，２
５ａのみによって連絡し、他の部分は液密状態に密封す
るようになっている。

【００３１】このように構成された単位セル２は、図１
２に示されるように、冷却面シール部材２７を挟んで複
数積層される。冷却面シール部材２７は、図１０に示さ
れるように、主環状部２７ａと副環状部２７ｂとを一体
的に連結した構造を有している。

【００３２】このような冷却面シール部材２７を、各セ
パレータ４，５の他面側に配置した状態を図１１に示
す。これによれば、冷却面シール部材２７の主環状部２
７ａは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８
と波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部
４ａ，５ａとの間を通過して、冷却媒体供給口１９から
連絡路２６を介して波板部４ａ，５ａに接続し、波板部
４ａ，５ａから連絡路２６を介して冷却媒体排出口２２
に接続する冷却媒体流路２８の周囲を密封している。ま
た、冷却面シール部材２７の副環状部２７ｂは、燃料ガ
スおよび酸化剤ガスの各供給口１７，１８および各排出
口２０，２１を、それぞれ独立して密封している。

【００３３】冷却面シール部材２７の主環状部２７ａの
うち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８と
波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部４
ａ，５ａとの間を通過する部分は、破線で示された上記
ガスシール部材の主環状部６ａ，７ａの通過位置と比較
すると、供給口１７，１８または排出口２０，２１に、
より近い位置を通過するようにずれた位置に配置されて
いる。

【００３４】このように構成された燃料電池１の各部の
断面を図１２〜図１５に示す。これらの図は、単に断面
のみを示し、図中の波線は、左右に示される図が、連続
した部材であることを示している。図１２は、図７に示
される線Ａ−Ａに沿って切断した縦断面図である。この
図１２によれば、各セパレータ４，５を厚さ方向に貫通
する燃料ガス供給口１７から連絡路２３を通してアノー
ド電極１１とセパレータ４との間に形成されている燃料
ガス流路８へ燃料ガスを流通させる経路が示されてい
る。

【００３５】この図１２を見ると、電極構造体３とその
両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封す
るガスシール部材６，７が、単位セル２の積層方向に対
向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置され
ている。燃料ガス流路のガスシール部材６は、セパレー
タ４に形成されている連絡路２３に掛け渡されたブリッ
ジ板２３ｂ上に配置されている。すなわち、連絡路２３
は、ガスシール部材６をセパレータ４の厚さ方向に迂回
して、該ガスシール部材６の内外を連通させ、ガスシー
ル部材６の外側の燃料ガス供給口１７から供給される燃
料ガスを、ガスシール部材６内側の燃料ガス流路８に流
通させることを可能としている。

【００３６】この場合において、各単位セル２間を密封
して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材
２７は、前記ガスシール部材６，７が配置されている連
絡路２３に対して燃料ガス供給口１７側にずれた位置に
配置されている。その結果、冷却面シール部材２７は、
セパレータ４の一表面を厚さ方向に彫り込んで形成した
連絡路２３を構成する溝２３ａとはセパレータ４の厚さ
方向に重なる位置に配置することが可能となる。

【００３７】上記においては、燃料ガス供給口１７につ
いて説明したが、燃料ガス排出口２０においても同様の
ことが言える。さらに、図１３は、図７に示される線Ｂ
−Ｂに沿って切断した縦断面図である。この図１３によ
れば、各セパレータ４，５を厚さ方向に貫通する酸化剤
ガス供給口１８から連絡路２５を通してカソード電極１
２とセパレータ５との間に形成されている酸化剤ガス流
路９へ酸化剤ガスを流通させる経路が示されている。

【００３８】この図１３においても、電極構造体３とそ
の両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封
するガスシール部材６，７が、単位セル２の積層方向に
対向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置さ
れており、ガスシール部材７は、セパレータ５に形成さ
れている連絡路２５に掛け渡されたブリッジ板２５ｂ上
に配置されている。すなわち、連絡路２５は、ガスシー
ル部材７をセパレータ５の厚さ方向に迂回して、該ガス
シール部材７の内外を連通させ、ガスシール部材７の外
側の酸化剤ガス供給口１８から供給される酸化剤ガス
を、ガスシール部材７の内側の酸化剤ガス流路９に流通
させることを可能としている。

【００３９】この場合において、各単位セル２間を密封
して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材
２７は、前記ガスシール部材７が配置されている連絡路
２５よりも酸化剤ガス供給口１８側にずれた位置に配置
されている。その結果、冷却面シール部材２７は、セパ
レータ５の一表面を厚さ方向に彫り込んで形成した連絡
路２５の溝２５ａと厚さ方向に重なる位置に配置するこ
とが可能となる。酸化剤ガス排出口２１側においても同
様のことが言える。

【００４０】したがって、連絡路２３，２５の形成され
ている位置におけるセパレータ４，５の肉厚寸法を確保
しつつ、冷却面シール部材２７が十分な密封性を確保す
るために必要な、冷却面シール部材２７の占有高さを節
約して、燃料電池１の高さを大幅に低減することができ
る。

【００４１】なお、図１４，１５は、それぞれ、図７に
示された線Ｃ−Ｃ、線Ｄ−Ｄに沿う縦断面図を示してい
る。これによれば、冷却媒体供給口１９から隣接する単
位セル２間に画定された冷却媒体流路２８に接続する冷
却媒体の経路、並びに、波板部４ａ，５ａによって画定
された燃料ガス流路８、酸化剤ガス流路９および冷却媒
体流路２８がそれぞれ示されている。

【００４２】次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料
電池３０について、図１６および図１７を参照して、以
下に説明する。なお、本実施形態においては、第１の実
施形態と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明
を簡略化することにする。図１６，図１７は、それぞ
れ、第１の実施形態における図１２，図１４に対応する
縦断面図である。

【００４３】本実施形態に係る燃料電池３０は、第１の
実施形態に係る燃料電池１が各単位セル２毎に冷却媒体
流路２８を形成していたのに対し、２つの単位セル３
１，３２毎に１つの冷却媒体流路３３を形成している点
で相違している。すなわち、冷却媒体流路３３が形成さ
れる部分においては、第１の実施形態に係る燃料電池１
と同様に、図１７に示されるように、２つのセパレータ
３４，３５を対向させ、これらの間に冷却面シール部材
２７を挟むことにより、冷却媒体流路３３を形成するよ
うにしているが、冷却媒体流路３３が形成されない部分
においては、第１の実施形態におけるセパレータ６，７
を一体にしたような単一のセパレータ３７が使用されて
いる。

【００４４】本実施形態に係る燃料電池３０も、第１の
実施形態に係る燃料電池１と同様に、電極構造体３とそ
の両側に配される一対のセパレータ３４，３７（また
は、セパレータ３５，３７）との間を密封するガスシー
ル部材６，７が、単位セル３１，３２の積層方向に対向
する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置されて
いる。燃料ガス流路８のガスシール部材６が、セパレー
タ３４，３７に形成されている連絡路２３に掛け渡され
たブリッジ板２３ｂ上に配置され、それによって、連絡
路２３が、ガスシール部材６をセパレータ３４，３７の
厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材６の内外を連通
させ、ガスシール部材６の外側の燃料ガス供給口１７か
ら供給される燃料ガスを、ガスシール部材６内側の燃料
ガス流路８に流通させることを可能としている。酸化剤
ガス流路９側でも同様である。

【００４５】そして、冷却媒体流路３３を画定している
冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材６，７が
配置されている連絡路２３よりも燃料ガス供給口１７側
にずれた位置に配置されることにより、第１の実施形態
と同様、セパレータ３４，３７の一表面を厚さ方向に彫
り込んで形成した連絡路２３を構成する溝２３ａを冷却
面シール部材２７とはセパレータ３４，３７の厚さ方向
に重なる位置に配置することが可能となる。その結果、
高さ寸法を大幅に低減した燃料電池３０を構成すること
ができる。

【００４６】また、冷却媒体流路３３を２つの単位セル
３１，３２毎に設けることにより、冷却面シール部材２
７の数量を減らしてコスト低減を図ることができるとと
もに、冷却媒体流路３３を設けていない一体型のセパレ
ータ３７の厚さ寸法を低減することにより、燃料電池３
０の高さ寸法をさらに低減することが可能となる。

【００４７】次に、本発明の第３の実施形態に係る燃料
電池４０について、図１８，図１９を参照して以下に説
明する。図１８，図１９は、それぞれ、第１の実施形態
における図１２，図１４に対応する縦断面図である。本
実施形態に係る燃料電池４０は、ガスシール部材４１の
構造において第１の実施形態に係る燃料電池１と相違し
ている。

【００４８】本実施形態におけるガスシール部材４１
は、第１の実施形態の電解質膜１０を両側から挟む一対
のガスシール部材６，７に代えて、電解質膜１０の一面
側に配されるセパレータ４２と電解質膜１０との間を密
封する内側シール部４１ａと、電解質膜１０の外側に配
置され、対向する一対のセパレータ４２，４３間を密封
する外側シール部４１ｂとを備えた２重のガスシール部
材４１を採用している。

【００４９】本実施形態に係る燃料電池４０において
も、連絡路２３は、ガスシール部材４１をセパレータ４
２の厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材４１の内外
を連通し、ガスシール部材４１の外側の燃料ガス供給口
１７から供給される燃料ガスを、ガスシール部材４１内
側の燃料ガス流路８に流通させることを可能としてい
る。そして、前記ガスシール部材４１が配置されている
連絡路２３よりも燃料ガス供給口１７側にずれた位置に
冷却面シール部材２７を配置することにより、上記実施
形態と同様、連絡路２３を構成する溝２３ａを冷却面シ
ール部材２７とはセパレータ４２，４３の厚さ方向に重
なる位置に配置することができ、高さ寸法の低減された
燃料電池４０を構成することができる。

【００５０】さらに、この２重のガスシール部材４１を
用いることにより、第１および第２の実施形態における
ガスシール部材６，７と同様に、電解質膜１０の両側に
形成されるガス流路８，９を確実に密封することができ
るうえに、電解質膜１０の片側にガスシール部材４１を
配して、ガスシール部材４１の占有スペースを低減して
燃料電池４０の高さ寸法を低減することができる。

【００５１】なお、この第３の実施形態に係る燃料電池
４０において、第２の実施形態に示した２セル毎に冷却
媒体流路３３を設ける構造を採用することにしてもよ
い。その場合には、上記第２の実施形態に係る燃料電池
３０における高さ寸法の低減効果に、冷却媒体流路３３
を間引いたことによる高さ寸法の低減効果が加わり、一
層の小型化を図ることが可能となる。

【００５２】次に、本発明の第４の実施形態に係る燃料
電池５０について、図２０，図２１を参照して、以下に
説明する。図２０，図２１は、それぞれ、第３の実施形
態における図１８，図１９に対応する縦断面図である。
本実施形態に係る燃料電池５０は、図１８に示すよう
に、電解質膜１０の両面に同等の大きさの電極１１，１
２を配置した第３の実施形態に係る燃料電池４０の電極
構造体３に代えて、一方の電極５１を他方の電極５２よ
りも大きく形成して、その大きな電極５１によって電解
質膜１０の一面全体を受けるように構成した段差状の電
極構造体５３を採用している点において、上記実施形態
に係る燃料電池４０と相違している。

【００５３】本実施形態に係る燃料電池５０において
も、ガスシール部材４１を単位セル５４の積層方向に迂
回してガスシール部材４１の内外を連絡する連絡路２３
が設けられ、該連絡路２３から燃料ガス供給口１７方向
にずれた位置に冷却面シール部材２７が設けられている
ので、冷却面シール部材２７と連絡路２３とをセパレー
タ４２の厚さ方向に重なる位置に配置して燃料電池５０
の高さ寸法の低減を図ることができる。なお、本実施形
態に係る燃料電池５０においても、第２の実施形態にお
いて説明した２セル毎に冷却媒体流路３３を設けること
にしてもよい。

【００５４】次に、この発明の第５の実施形態に係る燃
料電池６０について、図２２，図２３を参照して、以下
に説明する。本実施形態に係る燃料電池６０は、金属製
薄板をプレス加工により波板状に形成したセパレータ６
１，６２を採用している点において、カーボン製セパレ
ータを採用している第１〜第４の実施形態に係る燃料電
池１，３０，４０，５０と相違している。

【００５５】本実施形態に係る燃料電池６０において
も、電解質膜１０を両側から挟むガスシール部材６，７
の位置で、ガスシール部材６，７との間隔をあける方向
にセパレータ６２を湾曲させて連絡路２３を形成し、該
連絡路２３に掛け渡したブリッジ板２３ｂによってガス
シール部材６を支持するように構成している。したがっ
て、連絡路２３はガスシール部材６をセパレータ６１，
６２の積層方向に迂回してガスシール部材６の内外を連
通している。

【００５６】また、冷却面シール部材２７は、前記連絡
路２３から燃料ガス供給口１７方向にずれた位置に配置
されており、これによって、セパレータ６１，６２の積
層方向に連絡路２３と重なる位置に配置されるようにな
っている。その結果、対向するセパレータ６１，６２の
間隔寸法を低減し、燃料電池６０全体の高さ寸法を低減
することができるという効果がある。

【００５７】なお、上記第５の実施形態においては、カ
ーボン製セパレータの場合の第１の実施形態に対応する
ものについて図面を参照して説明したが、第２〜第４の
実施形態に記載されたような場合、すなわち、２セル毎
に冷却媒体流路３３を設ける場合、内側シール部４１ａ
と外側シール部４１ｂとを有する２重のガスシール部材
４１を用いる場合、大きさの異なる電極５１，５２によ
って電解質膜１０を挟んだ段差のある電極構造体５３を
用いる場合のいずれについても金属製セパレータ６１，
６２を用いて同様の作用効果を奏することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を奏する。 （１） 請求項１記載の発明にかかる燃料電池によれ
ば、単位セルの厚さ方向に沿う冷却面シール部材の位置
と連絡路の位置とを重ならせることができるので、その
重なった分の厚さ寸法を単位セルごとに節約することが
できる。その結果、複数の単位セルを積層状態に配して
なる燃料電池の厚さ寸法を大幅に削減することができる
という効果がある。 （２） 請求項２記載の発明にかかる燃料電池によれ
ば、連絡路の近傍においては、上述した冷却面シール部
材を連絡路からずらし、それ以外の部分においてはガス
シール部材と厚さ方向に一列に並べるように配置するこ
とにより、燃料電池の面積の増加を抑えつつ、厚さ寸法
を大幅に低減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る燃料電池を構成
する単位セルを模式的に示す分解斜視図である。

【図２】 図１の単位セルを構成する電極構造体を示
す平面図である。

【図３】 図１の単位セルを構成する、一方のセパレ
ータを示す平面図である。

【図４】 図１の単位セルを構成する、他方のセパレ
ータを示す平面図である。

【図５】 図３および図４のセパレータの裏面を示す
平面図である。

【図６】 図１の単位セルを構成するガスシール部材
を示す平面図である。

【図７】 図６のガスシール部材を図３のセパレータ
上に配置した状態を示す平面図である。

【図８】 図６のガスシール部材を図２の電極構造体
上に配置した状態を示す平面図である。

【図９】 図６のガスシール部材を図４のセパレータ
上に配置した状態を示す平面図である。

【図１０】 図１の燃料電池を構成する冷却面シール
部材を示す平面図である。

【図１１】 図１０の冷却面シール部材を図５のセパ
レータ上に配置した状態を示す平面図である。

【図１２】 図７の線Ａ−Ａで切断した図１の燃料電
池を示す縦断面図である。

【図１３】 図７の線Ｂ−Ｂで切断した図１の燃料電
池を示す縦断面図である。

【図１４】 図７の線Ｃ−Ｃで切断した図１の燃料電
池を示す縦断面図である。

【図１５】 図７の線Ｄ−Ｄで切断した図１の燃料電
池を示す縦断面図である。

【図１６】 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池
を示す図１２と同様の縦断面図である。

【図１７】 図１６の燃料電池を示す図１４と同様の
縦断面図である。

【図１８】 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池
を示す図１２と同様の縦断面図である。

【図１９】 図１８の燃料電池を示す図１４と同様の
縦断面図である。

【図２０】 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池
を示す図１２と同様の縦断面図である。

【図２１】 図２０の燃料電池を示す図１４と同様の
縦断面図である。

【図２２】 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池
を示す図１２と同様の縦断面図である。

【図２３】 図２２の燃料電池を示す図１４と同様の
縦断面図である。

【図２４】 従来の燃料電池の単位セルを概略的に示
す平面図である。

【図２５】 図２４の燃料電池を線Ｘ−Ｘで切断した
連通孔近傍を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１；３０；４０；５０；６０ 燃料電池 ２；３１，３２ 単位セル ３；５３ 電極構造体 ４，５；３４，３５；４２，４３；６１，６２ セパレ
ータ ６，７；４１ ガスシール部材 ８，９ ガス流路 １０ 固体高分子電解質膜（電解質） １１；５２ アノード電極（電極） １２；５１ カソード電極（電極） １７ 燃料ガス供給口（連通孔） １８ 酸化剤ガス供給口（連通孔） １９ 冷却媒体供給口（連通孔） ２０ 燃料ガス排出口（連通孔） ２１ 酸化剤ガス排出口（連通孔） ２２ 冷却媒体排出口（連通孔） ２３，２５ 連絡路 ２７ 冷却面シール部材 ２８；３３ 冷却媒体流路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質の両面にそれぞれ電極を配した
   電極構造体と、該電極構造体を厚さ方向に挟む一対のセ
   パレータと、前記電極構造体の外周部に配置され、各セ
   パレータと前記電極構造体との間に挟まれて両者間に形
   成される反応ガス用のガス流路をそれぞれ密封するガス
   シール部材とから構成された複数の単位セルを、これら
   単位セル間に形成される冷却媒体流路を密封する冷却面
   シール部材を挟んで積層してなる燃料電池であって、 前記各セパレータに、前記ガスシール部材の外側にセパ
   レータを厚さ方向に貫通して設けられる反応ガスおよび
   冷却媒体用の連通孔と、前記ガスシール部材をセパレー
   タの厚さ方向に迂回して反応ガス用の連通孔とガス流路
   とを連絡する連絡路とが設けられ、 前記冷却媒体流路を前記反応ガス用の連通孔に対して密
   封する冷却面シール部材が、前記連絡路に対して連通孔
   側にずれた位置に配置されている燃料電池。
2. 【請求項２】 前記冷却面シール部材が、前記連絡路
   近傍を除き、積層方向からみて、前記ガスシール部材と
   略同一位置に配置されている請求項１記載の燃料電池。