JP2003197222A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP2003197222A JP2001396964A JP2001396964A JP2003197222A JP 2003197222 A JP2003197222 A JP 2003197222A JP 2001396964 A JP2001396964 A JP 2001396964A JP 2001396964 A JP2001396964 A JP 2001396964A JP 2003197222 A JP2003197222 A JP 2003197222A
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誠治 杉浦
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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(4A、4B、5
A、5B)に、ガスシール部材6,7(6Aa、6B
a、7Aa、7Ba)の外側に設けられる反応ガスおよ
び冷却媒体の連通孔と、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連通孔18と
ガス流路9とを連絡する連絡路25(25A、25B)
とを設け、冷却媒体流路を反応ガスの連通孔18に対し
て密封する冷却面シール部材27を、連絡路25から連
通孔18側にずれた位置に配置する。一方のセパレータ
4,5に、連通孔18と反応ガス流路9との間に凸部3
0(30A、30B)を設けるとともに、他方のセパレ
ータ5,4に前記凸部30を受け入れる凹部32(32
B、32A)を設け、その裏側に凸部34(34B,3
4A)を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極構造体を一対
のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを複数積層し
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】燃料電池セルには、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
構成された燃料電池セルは、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】各燃料電池セルでは、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、
隣接する燃料電池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。
【0006】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燃料電池セルに分配供
給するために貫通形成された連通孔の周囲、各燃料電池
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
収集して排出する連通孔の周囲、電極構造体の外周、隣
接する燃料電池セルのセパレータ間の外周等がある。シ
ール部材の材質としては、柔らかくて、適度に反発力の
ある有機ゴム等が採用されている。
【0007】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燃料電池セルを薄くするこ
と、具体的には、各燃料電池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。
【0008】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。
【0009】さらに、燃料電池セルにおいて、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。
【0010】図35は、従来の燃料電池を示す平面図で
ある。図中、符号107は、燃料電池106をセパレー
タ109、110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112は、
セパレータ109,110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。
【0011】図36は、図35の線F−Fで切断した従
来の燃料電池106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100および酸
化剤ガス流路101をそれぞれ密封するガスシール部材
102,103と、冷却媒体流路を密封する冷却面シー
ル部材104とを、燃料電池セル105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106の積層
方向の外形寸法を最小限に抑制している。
【0012】
【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106の場合に、各流路10
0,101を密封するガスシール部材102,103お
よび冷却面シール部材104の全てを燃料電池セル10
5の積層方向に一列に並べて配置すると、燃料電池10
6の厚さ寸法を、各燃料電池セル105の最小厚み寸法
に冷却面シール部材104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。
【0013】このことをさらに詳しく説明するために、
再度図36を参照する。この図36によれば、ガスシー
ル部材102、103、冷却面シール部材104によっ
て密封状態に隔離された燃料ガス連通孔107と燃料ガ
ス流路100とが連絡路108によって連絡されてい
る。該連絡路108は、燃料ガス流路100の周囲を全
周にわたって密封しているガスシール部材102をセパ
レータ109の厚さ方向に迂回するようにセパレータ1
09に設けられている。また、セパレータ110も酸化
剤ガス連通孔(図示略)近傍に同様の連絡路(図示略)
を有している。
【0014】したがって、各セパレータ109,110
は、連絡路108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102〜104が配置されてい
るシールラインの位置においては、図36の断面に見ら
れるように、強度を確保するための最小限度の肉厚寸法
となっており、それ以上の薄肉化を図ることができな
い。
【0015】また、各シール部材102〜104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102〜104の高さ寸法も
それ以上低減することはできない。
【0016】その結果、燃料電池106の厚さ寸法は、
2枚のセパレータ109,110の最小肉厚寸法、連絡
路108を構成するための厚さ寸法、2つのガスシール
部材102,103の高さ寸法、固体高分子電解質膜1
11の厚さ寸法および冷却面シール部材104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。
【0017】本発明は、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、積層方向の寸法を低減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。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明に係る燃料電池は、電解質の両面に
それぞれ電極を配した電極構造体(例えば、実施形態に
おける電極構造体3)と、該電極構造体を厚さ方向に挟
む一対のセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレ
ータ4A,4B、5A、5B)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流路(例えば、
実施形態における燃料ガス流路8,酸化剤ガス流路9)
をそれぞれ密封するガスシール部材(例えば、実施形態
におけるガスシール部材6A,6B、7A、7B)とか
ら構成された複数の燃料電池セル(例えば、実施形態に
おける燃料電池セル2A,2B)を、これら燃料電池セ
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(例えば、実施形態における冷却面シール部材2
7)を挟んで積層してなる燃料電池(例えば、実施形態
における燃料電池1)であって、前記各セパレータに、
前記ガスシール部材(例えば、実施形態における主環状
部6Aa,6Ba,7Aa,7Ba)外側に設けられる
反応ガス連通孔(例えば、実施形態における燃料ガス供
給口17,酸化剤ガス供給口18,燃料ガス排出口2
0,酸化剤ガス排出口21)および冷却媒体連通孔(例
えば、実施形態における冷却媒体供給口19,冷却媒体
排出口22)と前記各セパレータに、前記ガスシール部
材外側に設けられる反応ガス連通孔および冷却媒体連通
孔と、前記ガスシール部材をセパレータの厚さ方向に迂
回して反応ガス連通孔と反応ガス流路を連絡する反応ガ
ス連絡路(例えば、実施形態における燃料ガス連絡路2
3A、23B,酸化剤ガス連絡路25A、25B)とが
設けられ、一つの燃料電池セル(例えば、実施形態にお
ける燃料電池セル2A)と、該燃料電池セルの積層方向
に隣合う燃料電池セル(例えば、実施形態における燃料
電池セル2B)との、それぞれ対応する反応ガス連絡路
(例えば、実施形態における燃料ガス連絡路23A、2
3Bまたは酸化剤ガス連絡路25A、25B)が、積層
方向から見て互いにずれた位置に設けられ、少なくとも
一方のセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレー
タ4A、4B、5A、5B)に前記反応ガス連絡路(例
えば、実施形態における燃料ガス連絡路23A、23B
または酸化剤ガス連絡路25A、25B)の裏側を少な
くともガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた
凸部(例えば、実施形態における凸部35A、35Bま
たは凸部34A、34B)が設けられていることを特徴
とする。
【0019】上記構成に係る燃料電池によれば、一つの
燃料電池セルとこれに隣合う燃料電池セルとのそれぞれ
対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て互いにず
れた位置に設けられているため、前記隣合う燃料電池セ
ルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料
電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらすこ
とができる。これにより、前記隣合う燃料電池セルにお
いて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガ
ス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成する
のに必要な寸法を確保する必要がない。よって、一つの
燃料電池セルのセパレータの反応ガス連絡路に対応する
領域にわたって突出させた凸部を設けることにより、一
つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、
前記隣合う燃料電池セルに、積層方向に近づけた位置に
配置することが可能となる。したがって、その分反応ガ
ス連絡路を形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸
法を低減することが可能となる。
【0020】なお、前記反応ガス連絡路を形成するセパ
レータの裏側に、他のセパレータが当接する場合(例え
ば、第1の実施の形態の酸化剤ガス連絡路25Aを形成
するセパレータ5Aの場合)には、前記他のセパレータ
(例えば、実施の形態におけるセパレータ4B)に、前
記反応ガス連絡路の裏側に形成される凸部(例えば、実
施の形態における凸部30A)を受け入れられる凹部
(例えば、実施の形態における凹部32B)を設けると
ともに、この凹部の裏側を突出させることで上述した凸
部(例えば、実施の形態における凸部34B)を形成す
ることができる。また、前記反応ガス連絡路を形成する
セパレータに、他のセパレータが当接しない場合(例え
ば、第2の実施の形態の酸化剤ガス連絡路25Aを形成
するセパレータ33の場合)には、前記反応ガス連絡路
を形成するセパレータ(例えば、実施の形態におけるセ
パレータ33)において、前記反応ガス連絡路の裏面
(例えば、実施の形態における裏面33a)を突出させ
ることで、上述した凸部(例えば、実施の形態における
凸部34B)を形成することができる。
【0021】燃料電池では、数百に及ぶ燃料電池セルを
積層するので、燃料電池全体としては、各燃料電池セル
ごと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。特に、前記冷却媒体流路が各燃料電池セ
ルごとではなく、複数の燃料電池セルごとに設けられる
場合には、冷却媒体流路が形成されない燃料電池セル間
に冷却面シール部材が不要となる。このため、燃料電池
全体での厚さ寸法をさらに低減することが可能となり好
ましい。
【0022】請求項2の発明に係る燃料電池は、前記一
つの燃料電池セル(例えば、実施形態における燃料電池
セル2C)と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料
電池セル(例えば、実施形態における燃料電池セル2
D)との、それぞれ対応する反応ガス連絡路(例えば、
実施形態における燃料ガス連絡路23C、23Dまたは
酸化剤ガス連絡路25C、25D)が、積層方向から見
て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に互い
にずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【0023】上記構成に係る燃料電池によれば、前記隣
合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの
燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応
ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要が
ない。加えて、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡
路を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの電極構
造体よりも外側に形成することが可能となる。よって、
前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向
から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路
形成位置からずらして、前記一つの燃料電池セルの電極
構造体よりも外側に設けることができる。前記一つの燃
料電池セルにおいて、積層方向から見て前記隣合う燃料
電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、反応ガス
連通孔に対して開口されている。この部位の寸法が反応
ガスを電極構造体に流入若しくは流出可能な寸法に確保
されていれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡
路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構
造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分
燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。
【0024】請求項3の発明に係る燃料電池は、請求項
1または請求項2に記載の燃料電池において、前記一つ
の燃料電池セル(例えば、実施形態における燃料電池セ
ル2E)と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電
池セル(例えば、実施形態における燃料電池セル2F)
との、それぞれ対応する反応ガス連絡路(例えば、実施
形態における燃料ガス連絡路23E,23Fまたは酸化
剤ガス連絡路25E、25F)が、積層方向から見て反
応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に交差する
方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴と
する。
【0025】上記構成に係る燃料電池によれば、前記一
つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応
ガス連絡路が、前記交差する方向に互いにずれた位置に
設けられているので、前記隣合う燃料電池セルにおい
て、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス
連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するの
に必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記一つ
の燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガ
ス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応
ガス流路に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設
けられている場合には、前記隣合う燃料電池セルのガス
シール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セル
における反応ガス連絡路形成位置からずらして、前記一
つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に設けること
ができる。また、前記一つの燃料電池セルにおいて、積
層方向から見て前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡
路を形成する部位は、反応ガス連通孔に対して開口され
ておらず、反応ガスが流入若しくは流出しない。したが
って、この部位に絶縁を確保するのに必要な寸法が確保
されれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を
形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体
よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料
電池セルの厚さ寸法を低減することができる。このた
め、上記した絶縁を確保するのに必要な寸法が、反応ガ
スを流入または流出可能な寸法よりも小さい場合には、
請求項2の発明に比べて燃料電池セルの厚さ寸法を低減
することができる。
【0026】 請求項4の発明に係る燃料電池は、請求
項1から請求項3に記載の燃料電池において、前記冷却
媒体流路を前記反応ガス連通孔に対して密封する冷却面
シール部材が、前記反応ガス連絡路から前記反応ガス連
通孔側にずれた位置に設けられていることを特徴とす
る。
【0027】上記構成に係る燃料電池によれば、冷却媒
体流路を密封する冷却面シール部材が連絡路から連通孔
側にずれた位置に配置されているので、積層方向に直交
する方向から見て、燃料電池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
ことが可能となる。これにより、その重なり合った寸法
分だけ、各燃料電池セルごとに厚さ寸法を低減すること
が可能となる。
【0028】請求項5の発明に係る燃料電池は、請求項
1から請求項4のいずれかに記載の構成において、前記
冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路近傍を除き、
積層方向から見て、前記ガスシール部材と略同一位置に
配置されていることを特徴とする。
【0029】上記構成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燃料電池セ
ルの積層方向に一列に並んだ位置に配することにより、
燃料電池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、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。
【0030】
【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について、図面を用いて詳細に説明す
る。本実施形態に係る燃料電池1は、図1、図2に示さ
れた燃料電池セル2Aと燃料電池セル2Bとを相互に複
数積層して構成されている。以下、燃料電池セル2Bの
構成において燃料電池セル2Aと同一の構成部分につい
ては、適宜その説明を省略する。燃料電池セル2A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4A(アノード側),5A(カソード側)で挟持する
ことにより構成されている。また、燃料電池セル2B
は、図2に示されるように、電極構造体3を一対のセパ
レータ4B(アノード側),5B(カソード側)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4A,5Aとの間には、ガスシール部材6A,7
Aがそれぞれ配置されている。また、電極構造体3と各
セパレータ4B,5Bとの間には、ガスシール部材6
B,7Bがそれぞれ配置されている。これらガスシール
部材6(6A、6B),7(7A、7B)は、詳細を後
述するように、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。
【0031】前記電極構造体3は、例えば、図3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。
【0032】電解質膜10は、例えば、図3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1
0は、セパレータ4(4A、4B),5(5A、5B)
と同等の大きさを有し、各貫通孔10aは、セパレータ
4,5の各供給口17〜19、排出口20〜22に対応
する位置に配置されている。
【0033】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の電解質膜10と接
する表面に、Ptを主体とする合金からなる触媒層を積
層させることにより構成されている。
【0034】燃料電池セル2A、2Bを構成する前記セ
パレータ4,5は、いずれもカーボン製平板の表面に、
複数の溝13〜15(図22参照)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(反応ガス連通孔)1
7、酸化剤ガス供給口(反応ガス連通孔)18、冷却媒
体供給口(冷却媒体連通孔)19、燃料ガス排出口(反
応ガス連通孔)20、酸化剤ガス排出口(反応ガス連通
孔)21および冷却媒体排出口(冷却媒体連通孔)22
と、これら供給口17〜19や排出口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。以下、セパレ
ータ4,5のうちセパレータ4A、5Aについて図4お
よび図5を参照して説明する。
【0035】前記冷却媒体供給口19は、セパレータ4
A,5A左側端部における幅方向(矢印Iで示した方
向)のほぼ中央に配置されている。また、セパレータ4
A、5Aの前記左側端部には、前記燃料ガス供給口17
と酸化剤ガス供給口18が、前記冷却媒体供給口19を
挟んでセパレータ4A,5Aの前記幅方向の両側に配置
されている。前記冷却媒体排出口22は、セパレータ4
A,5A右側端部における前記幅方向のほぼ中央に配置
されている。また、セパレータ4A、5Aの前記右側端
部には、前記燃料ガス排出口20と酸化剤ガス排出口2
1が、前記冷却媒体排出口22を挟んでセパレータ4
A,5Aの前記幅方向の両側に配置されている。そし
て、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。
【0036】各セパレータ4A,5Aの長さ方向(矢印
Jで示した方向)に沿う、燃料ガス供給口17および排
出口20、酸化剤ガス供給口18および排出口21の長
さ寸法(矢印Kの長さ)は、隣接する冷却媒体供給口1
9および排出口22の長さ寸法(矢印Lの長さ)よりも
短く形成されている。これにより、燃料ガス供給口17
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(矢印Mの長
さ)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(矢印Nの長さ)よりも大
きく形成されている。
【0037】セパレータ4Aにおけるアノード側の面に
は、図4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燃料
ガス連絡路23Aがそれぞれ形成されている。該燃料ガ
ス連絡路23Aは、セパレータ4Aのアノード側の面に
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4Aの表面には、該
ブリッジ板23bをはめ込む窪み部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4Aの表面4bと同一平面内に配されている。そし
て、セパレータ4Aにおいて、前記酸化剤ガス供給口1
8と波板部4aとの間および該波板部4aと前記酸化剤
ガス排出口21との間には、矢印I方向中心側に凸部3
4Aがそれぞれ設けられている。これについては詳細を
後述する。
【0038】また、セパレータ5Aにおけるカソード側
の面にも、図5に示されるように、酸化剤ガス供給口1
8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、酸化剤ガス供給口18から供給さ
れてきた酸化剤ガスを波板部5aに流通させ、波板部5
aを通過した酸化剤ガスを酸化剤ガス排出口21から排
出させるための酸化剤ガス連絡路25Aがそれぞれ形成
されている。該酸化剤ガス連絡路25Aは、セパレータ
5Aのカソード側の面に形成された複数の溝25aと、
該溝25a上に掛け渡される平板上のブリッジ板25b
とを備えている。ブリッジ板25bが配置されるセパレ
ータ5Aの表面には、該ブリッジ板25bをはめ込む穴
部24が形成されており、それによってブリッジ板25
bの表面は、セパレータ5Aの表面5bと同一平面内に
配されている。そして、セパレータ5Aにおいて、前記
燃料ガス供給口17と波板部5aとの間および該波板部
5aと前記燃料ガス排出口20との間には、矢印I方向
中心側に凸部35Aがそれぞれ設けられている。これに
ついては詳細を後述する。
【0039】なお、両セパレータ4A,5Aの冷却面側
には、図6(a)、(b)に示されるように、冷却媒体
供給口19と波板部4a,5aとを結ぶ冷却媒体連絡路
26および該波板部4a,5aと冷却媒体排出口22と
を結ぶ冷却媒体連絡路26が設けられている。そして、
図6(a)に示されるように、セパレータ5Aには、前
記酸化剤ガス連絡路25Aが形成される部位の裏側に凸
部30Aが形成され、前記凸部35Aの裏側に凹部29
Aが形成されている。また、図6(b)に示されるよう
にセパレータ4Aには、前記燃料ガス連絡路23Aが形
成される部位の裏側に凸部31Aが形成され、前記凸部
34Aの裏側に凹部32Aが形成されている。これらに
ついては詳細を後述する。
【0040】前記ガスシール部材6Aは、図7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
6Aaの両側に、各供給口17〜19、排出口20〜2
2をそれぞれ取り囲む複数の副環状部6Abを有する形
状に一体的に構成されている。ガスシール部材7Aも、
前記ガスシール部材6Aと同様に主環状部7Aaと副環
状部7Abとを有している。また、ガスシール部材6
B、7Bも、前記ガスシール部材6Aと同様に主環状部
6Ba、7Baと副環状部6Bb、7Bbとを有してい
る。
【0041】このようなガスシール部材6Aを、前記セ
パレータ4Aのアノード側の面に配置した状態、電極構
造体3のアノード側の面に配置した状態、および、ガス
シール部材7Aを前記セパレータ5Aのカソード側の面
に配置した状態をそれぞれ、図8、図10、図11に示
す。
【0042】これらの図8、図10、図11によれば、
ガスシール部材6A,7Aの主環状部6Aa,7Aa
は、各供給口17〜19、排出口20〜22と波板部4
a,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6Aa,7Aaは、連
絡路23A,25Aに設けられたブリッジ板23b,2
5bの上を通過して、各供給口17〜19、排出口20
〜22と波板部4a,5aとの間を連絡路23A,25
Aを構成する溝23a,25aのみによって連絡し、他
の部分は密封状態に保持するようになっている。また、
図8および図10に示したように、ガスシール部材6
A、7Aは、セパレータ4A、5Aにそれぞれ形成され
た凸部34A、35Aを迂回するように形成されてい
る。
【0043】以下、燃料電池セル2Bについて説明す
る。図9に示したように、燃料電池セル2Bにおけるセ
パレータ4Bには、燃料電池セル2Aと同様に、燃料ガ
ス供給口17、燃料ガス排出口20と波板部4aとを連
絡する燃料ガス連絡路23Bが形成されている。前記燃
料ガス連絡路23Bは、前記燃料ガス連絡路23Aと、
積層方向から見て矢印I方向(燃料ガス供給口17から
燃料ガス流路8に向かう方向に直交する方向)にずれた
位置に設けられている。また、セパレータ4Bにおい
て、前記酸化剤ガス供給口18と波板部4aとの間およ
び該波板部4aと前記酸化剤ガス排出口21との間に
は、矢印I方向先端側に凸部34Bがそれぞれ設けら
れ、該凸部34Bは前記凸部34Aと積層方向から見て
矢印I方向にずれた位置に設けられている。
【0044】セパレータ4Bには、前記凸部34Bの裏
側に凹部32Bが形成されている。前記凹部32Bは、
積層方向から見て、セパレータ5Aに形成された凸部3
0Aの位置に形成され、該凸部30Aを受け入れられる
ように形成されている。また、セパレータ4Aに形成さ
れた凹部32Aも、セパレータ5Bに形成された凸部3
0Bを受け入れられるように、前記凸部30Bの裏側に
形成されている。
【0045】また、図12に示したように、燃料電池セ
ル2Bにおけるセパレータ5Bには、酸化剤ガス連絡路
25Bが形成されている。前記酸化剤ガス連絡路25B
は、前記酸化剤ガス連絡路25Aと、積層方向から見て
矢印I方向(酸化剤ガス供給口18から酸化剤ガス流路
9に向かう方向に直交する方向)にずれた位置に設けら
れている。そして、セパレータ5Bにおいて、前記燃料
ガス供給口17と波板部5aとの間および該波板部5a
と前記燃料ガス排出口20との間には、矢印I方向先端
側に凸部35Bがそれぞれ設けられている。
【0046】セパレータ5Bには、前記凸部35Bの裏
側に凹部29Bが形成されている。前記凹部29Bは、
積層方向から見て、セパレータ4Aに形成された凸部3
1Aの位置に形成され、該凸部31Aを受け入れられる
ように形成されている。また、セパレータ5Aに形成さ
れた凹部29Aも、セパレータ4Bに形成された凸部3
1Aを受け入れられるように形成されている。なお、燃
料電池セル2Bにおけるガスシール部材6B,7Bは、
セパレータ4B、5Bにそれぞれ形成された凸部34
B、35Bを迂回するように形成されている。
【0047】このように構成された燃料電池セル2Aと
燃料電池セル2Bとは、図19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。すなわち、
図1および図2に示した燃料電池セル2A、2B間に
は、冷却面シール部材27が介装される。冷却面シール
部材27は、図13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。
【0048】このような冷却面シール部材27を、各セ
パレータ4(4A、4B),5(5A、5B)の他面側
に配置した状態を図14に示す。これによれば、冷却面
シール部材27の主環状部27a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から冷却媒体連絡路26を介
して波板部4a,5aに接続し、波板部4a,5aから
冷却媒体連絡路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(図21参照)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。なお、図14においては、図示都合上、詳細を後述
する凸部30A、30B、31A、31Bや凹部29
A、29B、32A、32Bを省略している(図6参
照)。
【0049】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(6Aa、6Ba),7
a(7Aa、7Ba)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。
【0050】このように構成された燃料電池1の各部の
断面を図19に示す。図19(a)、(b)は、図8に
示される線A−A、図9に示される線D−Dに沿ってそ
れぞれ切断した縦断面図である。この図19(a)、
(b)によれば、各セパレータ4(4A,4B)、5
(5A,5B)を厚さ方向に貫通する酸化剤ガス供給口
18から酸化剤ガス連絡路25(25A,25B)を通
してカソード電極12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。また、図22は図8の線F−F断面で
切断した図1の燃料電池を示す縦断面図である。図23
は図11の線G−G断面で切断した図1の燃料電池を示
す縦断面図である。以下において、燃料電池セル2Aと
燃料電池セル2Bとで共通する場合については、添え字
(A、B)の区別なく共通の番号で説明する。
【0051】図19(a)、(b)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、燃料電池セル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。酸化剤ガス流路9のガスシール
部材7の主環状部7aは、セパレータ5に形成されてい
る酸化剤ガス連絡路25に掛け渡されたブリッジ板25
b上に配置されている。すなわち、酸化剤ガス連絡路2
5は、ガスシール部材7の主環状部7a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の主環状部
7aの内外を連通させ、ガスシール部材7の主環状部7
a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の主環状部7a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。
【0052】この場合において、各燃料電池セル2間を
密封し冷却媒体流路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が配置されている酸化
剤ガス連絡路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の表面を厚さ方向に彫り込んで形
成した酸化剤ガス連絡路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。
【0053】また、図11,図12に示されているよう
に、燃料電池セル2Aの酸化剤ガス連絡路25Aと、燃
料電池セル2Bの酸化剤ガス連絡路25Bとは、積層方
向から見て酸化剤ガス供給口18から電極構造体3(酸
化剤ガス流路9)に向かう方向に直交する方向に互いに
ずれた位置に設けられている。このため、図19(a)
に示したように、前記燃料電池セル2Bのガスシール部
材6Ba、7Baを、積層方向から見て燃料電池セル2
Aの酸化剤ガス連絡路25Aの形成位置からずらして設
けることができる。また、図19(b)に示したよう
に、前記燃料電池セル2Aのガスシール部材6Aa、7
Aaを、積層方向から見て燃料電池セル2Bの酸化剤ガ
ス連絡路25Bの形成位置からずらして設けることがで
きる。
【0054】また、一方のセパレータ5Aには、図19
に示したように、前記酸化剤ガス連絡路25Aに対応す
る領域にわたって裏側に突出した凸部30Aが設けられ
ている。これにより、当該凸部30Aの裏側に形成され
る酸化剤ガス連絡路25Aにおいて酸化剤ガスが十分流
通できるだけの必要な寸法を確保している。セパレータ
5Bにおいても、セパレータ5Aと同様に凸部30Bが
設けられ、酸化剤ガス連絡路25Bにおいて酸化剤ガス
が十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。
【0055】そして、前記セパレータ5Aに当接する他
方のセパレータ4Bには、前記凸部30Aを受け入れる
凹部32Bが設けられ、当該凹部32B内に前記凸部3
0Aを収納している。また、前記セパレータ5Bに当接
する他方のセパレータ4Aには、前記凸部30Bを受け
入れる凹部32Aが設けられ、当該凹部32A内に前記
凸部30Bを収納している。なお、前記凹部32は、前
記凸部30よりも平面寸法を大きくしてあり、これによ
り、凹部32内に凸部30部を収納する際の位置合わせ
を容易にしている。
【0056】また、前記セパレータ4Bにおいて、凹部
32Bの裏側を突出させて凸部34Bを形成して、積層
方向に直交する方向から見て、前記凸部34Bがガスシ
ール部材6Baの位置と重なるようにしている。また、
前記セパレータ4Aにおいて、凹部32Aの裏側を突出
させて凸部34Aを形成して、積層方向に直交する方向
から見て、前記凸部34Aがガスシール部材6Aaの位
置と重なるようにしている。このように、酸化剤ガス連
絡路25を形成するセパレータ5A、5Bと、これに隣
合うセパレータ4B、4Aとにおいて、酸化剤ガス連絡
路25A、25Bを形成する部位に対応する領域を突出
させた凸部34A、34Bを設けることにより、前記セ
パレータ5A、5Bの酸化剤ガス連絡路25A、25B
を形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル2B、2
Aに積層方向に近づけた位置に配置することが可能とな
る(図23参照)。
【0057】このように、燃料電池セル2B(2A)に
おいて、積層方向から見て燃料電池セル2A(2B)の
酸化剤ガス連絡路25A(25B)を形成する部位に
は、酸化剤ガス連絡路25B(25A)を形成するのに
必要な寸法を確保する必要がない。よって、燃料電池セ
ル2A(2B)の酸化剤ガス連絡路25A(25B)を
形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル2B(2
A)に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置する
ことが可能となる(図19(a)、(b)の矢印Q参
照)。上記においては、酸化剤ガス供給口18について
説明したが、酸化剤ガス排出口21側においても同様の
ことが言える。
【0058】さらに、図20(a)、(b)は、図8に
示される線B−B、図9に示される線E−Eに沿って切
断した縦断面図である。この図20(a)、(b)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から燃料ガス連絡路23(23A,23
B)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への燃料ガスを流通させ
る経路が示されている。
【0059】この図20(a)、(b)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、燃料電池
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、燃料ガス流路8のガスシ
ール部材6の主環状部6aは、セパレータ4に形成され
ている燃料ガス連絡路23に掛け渡されたブリッジ板2
3b上に配置されている。すなわち、燃料ガス連絡路2
3は、ガスシール部材6の主環状部6a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の主環状部
6aの内外を連通させ、ガスシール部材6の主環状部6
a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の主環状部6a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。
【0060】また、図8,図9に示されているように、
燃料電池セル2Aの燃料ガス連絡路23Aと、燃料電池
セル2Bの燃料ガス連絡路23Bとは、積層方向から見
て燃料ガス供給口17から電極構造体3に向かう方向に
直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。こ
のため、図20(a)に示したように、前記燃料電池セ
ル2Bのガスシール部材6Ba、7Baを、積層方向か
ら見て燃料電池セル2Aの燃料ガス連絡路23Aの形成
位置からずらして設けることができる。また、図20
(b)に示したように、前記燃料電池セル2Aのガスシ
ール部材6Aa、7Aaを、積層方向から見て燃料電池
セル2Bの燃料ガス連絡路23Bの形成位置からずらし
て設けることができる。
【0061】また、一方のセパレータ4Aには、図20
に示したように、前記燃料ガス連絡路23Aに対応する
領域にわたって裏側に突出した凸部31Aが設けられて
いる。これにより、当該凸部31Aの裏側に形成される
燃料ガス連絡路23Aにおいて燃料ガスが十分流通でき
るだけの必要な寸法を確保している。セパレータ4Bに
おいても、セパレータ4Aと同様に凸部31Bが設けら
れ、燃料ガス連絡路23Bにおいて燃料ガスが十分流通
できるだけの必要な寸法を確保している。
【0062】そして、前記セパレータ4Aに当接する他
方のセパレータ5Bには、前記凸部31Aを受け入れる
凹部29Bが設けられ、当該凹部29B内に前記凸部3
1Aを収納している。また、前記セパレータ4Bに当接
する他方のセパレータ5Aには、前記凸部31Bを受け
入れる凹部29Aが設けられ、当該凹部29A内に前記
凸部31Bを収納している。なお、前記凹部29は、前
記凸部31よりも平面寸法を大きくしてあり、これによ
り、凹部29内に凸部31部を収納する際の位置合わせ
を容易にしている。
【0063】また、前記セパレータ5Bにおいて、凹部
29Bの裏側を突出させて凸部35Bを形成して、積層
方向に直交する方向から見て、前記凸部35Bがガスシ
ール部材7Baの位置と重なるようにしている。また、
前記セパレータ5Aにおいて、凹部29Aの裏側を突出
させて凸部35Aを形成して、積層方向に直交する方向
から見て、前記凸部35Aがガスシール部材7Aaの位
置と重なるようにしている。このように、燃料ガス連絡
路23を形成するセパレータ4A、4Bと、これに隣合
うセパレータ5B、5Aとにおいて、燃料ガス連絡路2
3A、23Bを形成する部位に対応する領域を突出させ
た凸部35A、35Bを設けることにより、前記セパレ
ータ4A、4Bの燃料ガス連絡路23A、23Bを形成
する部位は、これに隣合う燃料電池セル2B、2Aに積
層方向に近づけた位置に配置することが可能となる。
【0064】このようにしたため、燃料電池セル2Bに
おいて、積層方向から見て燃料電池セル2Aの燃料ガス
連絡路23Aを形成する部位には、燃料ガス連絡路23
Bを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よ
って、燃料電池セル2Aの燃料ガス連絡路23Aを形成
する部位は、これに隣合う燃料電池セル2Bに、積層方
向に近づけた位置に配置することが可能となる(図20
(a)、(b)の矢印S参照)。燃料ガス排出口20に
おいても同様のことが言える。
【0065】この場合において、各燃料電池セル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
る燃料ガス連絡路23、酸化剤ガス連絡路25よりも燃
料ガス供給口17、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、燃料ガス連絡路23、酸化剤ガス連絡路25を構成
する溝23a、25aとはセパレータ4、5の厚さ方向
に重なる位置に配置することが可能となる。これによ
り、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セル2ご
とに厚さ寸法を低減することが可能となる。
【0066】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の占有高さを確
保することができる。また、連絡路23,25を形成す
るのに必要な厚みを、双方のセパレータ4,5で確保し
ていればよく、各セパレータ4,5ごとに連絡路23,
25を形成するのに必要な厚みを確保する必要がないた
め、その分だけそれぞれのセパレータ4,5に必要な厚
みを低減することができ、これにより燃料電池セル2の
厚さ寸法を低減することが可能となる。
【0067】なお、本実施形態においては、冷却面シー
ル部材27(図19(b)、図20(b)の斜線部参
照)が燃料電池セル2A、2Bの厚さ低減の障害となっ
ているが、冷却面のシール部材27の厚さを低減させる
ことにより、上記した障害を除去して燃料電池1全体の
厚さ寸法を低減させることが可能である。
【0068】なお、図21は、図8に示された線C−C
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から隣接する燃料電池セル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が示されて
いる。
【0069】次に、図24(a)、(b)は本発明の第
2実施形態を示すものであり、第1実施形態の図19
(a)、(b)にそれぞれ相当する縦断面図である。な
お、以下の実施形態において第1実施形態の部材に対応
する部材については、同一の符号を付して適宜その説明
を省略する。この実施形態は、2つの燃料電池セル2
A,2Bごとに冷却媒体流路28を形成して、2セル
(2つの燃料電池セル)ごとに冷却を行っている点が異
なるものである。本実施形態の燃料電池1は、冷却媒体
流路28を形成しないセパレータ33を備えており、こ
のセパレータ33は第1実施形態におけるセパレータ4
Bとセパレータ5Aに相当し、連絡路23,25を形成
できるだけの十分な厚みを備えている。この実施形態に
おいても、第1実施形態と同様に、セパレータ4,5の
厚みを低減できる効果がある。
【0070】また、燃料電池セル2Aの酸化剤ガス連絡
路25Aと、燃料電池セル2Bの酸化剤ガス連絡路25
Bとは、第1実施形態と同様に、積層方向から見て酸化
剤ガス供給口18から電極構造体3に向かう方向に直交
する方向に互いにずれた位置に設けられている。本実施
形態においては、燃料電池セル2Bのガスシール部材
6,7(図19(a)の主環状部6Ba、7Baの斜線
部参照)を、積層方向から見て燃料電池セル2Aの酸化
剤ガス連絡路25Aからずらしている。これにより、燃
料電池セル2Aにおける酸化剤ガス連絡路25Aを形成
する部位は、これに隣合う燃料電池セル2Bに、積層方
向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能とな
る(図19の矢印Q参照)。
【0071】本実施形態においては、図24(a)に示
したように、、酸化剤ガス連絡路25Aを形成するセパ
レータ33には、他のセパレータ4A、5Bが当接しな
い。ゆえに、セパレータ33における酸化剤ガス連絡路
25Aを形成する部位の裏面33aを突出させて凸部3
4Bを形成し、積層方向に対して直交する方向から見て
主環状部6Baと重なるように配置している。本実施の
形態においては、この凸部34Bを燃料電池セル2Bの
電極構造体3に当接させて、最大限に積層方向の寸法を
低減できるようにしている。
【0072】また、図24(b)に示したように、酸化
剤ガス連絡路25Bを形成するセパレータ5Bには、セ
パレータ4Aが当接するため、第1実施形態で述べたよ
うに、セパレータ5Bにおいて酸化剤ガス連絡路25A
の裏側に凸部30Bを形成する一方、前記セパレータ4
Aに前記凸部30部を受け入れられる凹部32Aを設け
るとともにこの凹部32Aの裏側に突出する凸部34A
を設けることで、積層方向の寸法を低減することができ
る。
【0073】また、本実施形態においては、燃料ガス連
絡路23Aと燃料ガス連絡路23Bも同様に形成してい
る(図20の矢印S参照)。これらにより、燃料電池1
全体の寸法厚みを低減させている。また、本実施形態に
おいては、発電効率を高めるとともに電極構造体3の剛
性を高めるために、燃料電池セル2Bの電極構造体3の
サイズを燃料電池セル2Aの電極構造体3よりも大きく
している。なお燃料電池セル2A、2Bの電極構造体3
は、シール部材6,7をずらして設けることができれ
ば、第1実施形態に示したように、同一のサイズであっ
てもよい。
【0074】このように、本実施形態においては、2つ
の燃料電池セル2A、2Bごとに冷却媒体流路28を設
けるため、冷却媒体流路28が形成されない燃料電池セ
ル2A、2B間に冷却面シール部材27が不要となる。
このため、燃料電池1全体での厚さ寸法をさらに低減す
ることが容易となり好ましい。また、冷却媒体流路28
の形成箇所が少なくなる分、冷却面シール部材27など
の冷却用部材を低減でき、製造を容易化することができ
るという効果がある。なお、本実施形態においては、2
セルごとに冷却を行う場合について説明したが、これに
限らず、3つ以上の燃料電池セル2ごとに冷却を行うよ
うに燃料電池1を構成してもよい。
【0075】次に、図25、図26は本発明の第3実施
形態を示すものであり、第1実施形態の図19(a)、
図20(a)に相当する縦断面図である。この実施形態
における燃料電池1は、図25,図26に示したように
燃料電池セル2Cと燃料電池セル2Dとで構成されてい
る。図15,図16に示されているように、燃料電池セ
ル2Cの燃料ガス連絡路23Cと、燃料電池セル2Dの
燃料ガス連絡路23Dとは、積層方向から見て燃料ガス
供給口17から電極構造体3(燃料ガス流路8)に向か
う方向に互いにずれた位置に設けられている。このた
め、図26に示したように、燃料電池セル2Dにおい
て、積層方向から見て燃料電池セル2Cの燃料ガス連絡
路23Cを形成する部位には、燃料ガス連絡路23Dを
形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。
【0076】加えて、前記燃料電池セル2Dの燃料ガス
連絡路23Dを、積層方向から見て燃料電池セル2Cの
電極構造体3よりも外側に形成することが可能となる。
よって、前記燃料電池セル2Dのガスシール部材6a、
7aを、積層方向から見て燃料電池セル2Cの燃料ガス
連絡路23C形成位置からずらして、前記燃料電池セル
2Cの電極構造体3よりも外側に設けることができる。
前記燃料電池セル2Cにおいて、積層方向から見て前記
燃料電池セル2Dの燃料ガス連絡路23Dを形成する部
位には、燃料ガス供給口17に対して開口されている。
この部位の間隔(図26の矢印R参照)が、燃料ガスを
電極構造体3に流入若しくは流出可能な間隔を確保して
いれば、燃料電池セル2Dの燃料ガス連絡路23Dを形
成する部位は、前記燃料電池セル2Cの電極構造体3よ
りも突出させて設ける(矢印T参照)ことが可能とな
り、その分燃料電池セル2C、2Dの厚さ寸法を低減す
ることができる。燃料ガス排出口20側の燃料ガス連絡
路23C、23Dについても同様である。
【0077】また、本実施形態においては、図25に示
したように、燃料電池セル2Cの酸化剤ガス連絡路25
Cと、燃料電池セル2Dの酸化剤ガス連絡路25Dと
は、積層方向から見て酸化剤ガス供給口18から電極構
造体3に向かう方向に互いにずれた位置に設けられてい
る。このため、燃料電池セル2Dにおける酸化剤ガス連
絡路を形成する部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル
2Cの電極構造体3に対して突出させて設けることが可
能となり、燃料電池セル2C、2Dの厚さ寸法を低減す
ることが可能となる。酸化剤ガス排出口21側の酸化剤
ガス連絡路(図示略)についても同様である。これにつ
いては、第4実施形態で説明する。なお、本実施形態に
おいては、第1実施形態の場合と同様に、冷却面シール
部材27が燃料電池セル2C、2Dの厚み低減の障害と
なっているが、第1実施形態の場合と同様にして、上記
した障害を除去して燃料電池1全体の厚さ寸法を低減さ
せることができる。
【0078】次に、図27は本発明の第4実施形態を示
すものであり、第3実施形態の図25に相当する縦断面
図である。この実施形態においては、第3実施形態に対
して2つの燃料電池セル2C,2Dごとに、冷却媒体流
路28を形成して、2セル(2つの燃料電池セル)ごと
に冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態
の燃料電池1は、冷却媒体流路28を形成しないセパレ
ータ33(第3実施形態におけるセパレータ4D、セパ
レータ5Cに相当)を備えており、このセパレータ33
においては冷却面シール部材27を設ける必要がない。
このため、第3実施形態において説明したように、燃料
電池セル2Dにおける酸化剤ガス連絡路25Dを形成す
る部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル2Cの電極構
造体3に対して突出する方向にずらして設ける(図25
の矢印T参照)ことが可能となる。
【0079】本実施形態においては、図27に示されて
いるように、酸化剤ガス連絡路25Dを形成するセパレ
ータ33の裏面33bが、燃料電池セル2Cの電極構造
体3に対して突出する方向にずらして設けられている。
なお、電極構造体3に対して酸化剤ガスを供給排出する
必要流量を確保できる間隔であれば、図27に示した寸
法Xをさらに小さくして、セパレータ33の裏面33b
を燃料電池セル2Cの電極構造体3に対して突出させて
設けることも可能である。燃料電池セル2C、2Dの燃
料ガス連絡路においても同様である。これらにより、燃
料電池1全体の寸法厚みを低減させている。
【0080】次に、図28、図29は本発明の第5実施
形態を示すものであり、それぞれ第1実施形態の図1
9、20に相当する縦断面図である。この実施形態にお
ける燃料電池1は、図28、図29に示したように燃料
電池セル2Eと燃料電池セル2Fとで構成されている。
図17(a)、(b)に示されているように、燃料電池
セル2Eの燃料ガス連絡路23Eと、燃料電池セル2F
の燃料ガス連絡路23Fとは、積層方向から見て燃料ガ
ス供給口17から電極構造体3に向かう方向および交差
する方向に互いにずれた位置に設けられている。このた
め、前記燃料電池セル2Fにおいて、積層方向から見て
燃料電池セル2Eの燃料ガス連絡路23Eを形成する部
位には、燃料ガス連絡路23Fを形成するのに必要な寸
法を確保する必要がない。加えて、前記燃料電池セル2
Eと、前記燃料電池セル2Fとの燃料ガス連絡路23
E、23Fが、燃料ガス供給口17から電極構造体3に
向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられてい
るため、前記燃料電池セル2Fのガスシール部材6a、
7aを、積層方向から見て燃料電池セル2Eの燃料ガス
連絡路23Eの形成位置からずらして、前記燃料電池セ
ル2Eの電極構造体3よりも外側に設けることができ
る。
【0081】また、前記燃料電池セル2Eにおいて、積
層方向から見て前記燃料電池セル2Fの燃料ガス連絡路
23Fを形成する部位には、燃料ガスが流入若しくは流
出しない。したがって、この部位が絶縁を確保するのに
必要な寸法を確保していれば、燃料電池セル2Fの燃料
ガス連絡路23Fを形成する部位は、前記燃料電池セル
2Eの電極構造体3よりも突出させて設けることが可能
となり、その分燃料電池セル2E、2Fの厚さ寸法を低
減することができる(図29の矢印U参照)。燃料ガス
排出口20側の燃料ガス連絡路23E、23Fについて
も同様である。また、図28に示したように、燃料電池
セル2Eの酸化剤ガス連絡路25Eと、燃料電池セル2
Fの酸化剤ガス連絡路25Fについても同様である。こ
のため、燃料電池セル2E、2Fの厚さ寸法を低減する
ことが可能となる。上記した絶縁を確保するのに必要な
寸法(図28(b)の矢印W)が、反応ガス(燃料ガ
ス、酸化剤ガス)を流入または流出可能な寸法(図26
の矢印R)よりも小さい場合には、第3実施形態の燃料
電池セル2C、2Dに比べて燃料電池セル2E、2Fの
厚さ寸法を低減することができる。なお、本実施形態に
おいては、第1実施形態の場合と同様に、冷却面シール
部材27が燃料電池セル2E、2Fの厚み低減の障害と
なっているが、第1実施形態の場合と同様にして、上記
した障害を除去して燃料電池1全体の厚さ寸法を低減さ
せることができる。
【0082】次に、図30(a)、(b)は本発明の第
6実施形態を示すものであり、第5実施形態の図28
(a)、(b)にそれぞれ相当する縦断面図である。こ
の実施形態においては、第5実施形態における2つの燃
料電池セル2E,2Fごとに、冷却媒体流路28を形成
して、2セル(2つの燃料電池セル)ごとに冷却を行っ
ている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池1
は、冷却媒体流路28を形成しないセパレータ33(第
5実施形態におけるセパレータ4F、5Eに相当)を備
えており、このセパレータ33においては冷却面シール
部材27を設ける必要がない。このため、第5実施形態
において説明したように、燃料電池セル2Fの酸化剤ガ
ス連絡路25Fを形成する部位は、前記燃料電池セル2
Eの電極構造体3よりも突出する方向に近づけて設ける
ことが可能となり、その分燃料電池セル2E、2Fの厚
さ寸法を低減することができる。
【0083】本実施形態においては、図30に示されて
いるように、酸化剤ガス連絡路25Fを形成するセパレ
ータ33の裏面33cが、対向するセパレータ4Eの表
面に対して絶縁を確保する距離(矢印V)まで近づいて
いる。なお、絶縁を確保できる間隔であれば、図27に
示した寸法Vをさらに小さくして、セパレータ33の裏
面33cを燃料電池セル2Eの電極構造体3に対して突
出させて設けることも可能である。また、燃料ガス連絡
路(図示略)においても同様であるため、これにより燃
料電池1全体の寸法厚みを低減させている。上記した絶
縁を確保するのに必要な寸法(図30の矢印V)が、反
応ガス(燃料ガス、酸化剤ガス)を流入または流出可能
な寸法(図27の矢印X)よりも小さい場合には、第4
実施形態の燃料電池セル2A、2Cに比べて燃料電池セ
ル2E、2Fの厚さ寸法を低減することができる。
【0084】次に、図31〜図34は本発明の第7実施
形態を示すものであり、それぞれ第1実施形態の図19
〜図22に相当する縦断面図である。この実施形態にお
いては、セパレータ4、5は、いずれも板厚0.2〜
0.5mm程度のステンレス製板材をプレス成形するこ
とにより、図1に示すような、波板部4a、5aと、供
給口17〜19、排出口20〜22と、平面部4b、5
bとを具備している。本実施形態における燃料電池1
は、第1実施形態の場合と同様に、各燃料電池セル2A
と2Bとの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の主
環状部7aが配置されている連絡路23,25よりもそ
れぞれ供給口17,18側にずれた位置に配置されてい
る。
【0085】その結果、冷却面シール部材27は、セパ
レータ4,5表面同士を合わせて形成した連絡路23,
25の溝23a、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。これにより、その重なり合った
寸法分だけ、各燃料電池セル2ごとに厚さ寸法を低減す
ることが可能となる。また、セパレータ5A、5Bに、
ガス連絡路25A、25Bに対応する領域にわたって凸
部30A、30Bを形成するとともに、セパレータ4
B、4Aをガス連絡路25A,25Bに対応する領域に
わたって突出させた凸部34B、34Aを設け、この凸
部34B、34Aの裏側の凹部32B,32Aにより、
前記凸部30A、30Bを受け入れている。また、セパ
レータ4A、4Bに、ガス連絡路23A、23Bに対応
する領域にわたって凸部31A、31Bを形成するとと
もに、セパレータ5B、5Aのガス連絡路23A,23
Bに対応する領域にわたって突出させた凸部35B、3
5Aを設け、この凸部35B、35Aの裏側の凹部29
B,29Aにより、前記凸部31A、31Bを受け入れ
ている。したがって、金属材料をプレス成形したセパレ
ータ4,5であっても、第1実施形態の場合と同様に、
燃料電池セル2A,2Bごとの厚みを低減することがで
き、燃料電池1の高さを大幅に低減することができる。
また、このようにプレス成形したセパレータ4,5を用
いて、第2実施形態から第6実施形態に示した構造の燃
料電池1を構成することができる。
【0086】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
には以下の効果がある。 (1) 請求項1記載の発明に係る燃料電池によれば、
一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路を形成する
部位は、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形
成する部位に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配
置することが可能となるため、その分反応ガス連絡路を
形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸法をさらに
低減することが可能となる。その結果、複数の燃料電池
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。
【0087】(2) 請求項2記載の発明に係る燃料電
池によれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路
を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造
体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃
料電池セルの厚さ寸法を低減することが可能となる。そ
の結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃
料電池の厚さ寸法をさらに大幅に削減することができる
という効果がある。
【0088】(3) 請求項3記載の発明に係る燃料電
池によれば、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡
路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルに、積層
方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能と
なる。加えて、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う
燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、積層方向から見て
反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に対して
も互いにずれた位置に設けられている場合には、前記隣
合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの
燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置のセパレ
ータ同士を、絶縁を確保するための最小限度の厚みまで
近づけることができる。その結果、複数の燃料電池セル
を積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法をさらに大
幅に削減することができるという効果がある。
【0089】(4) 請求項4記載の発明に係る燃料電
池によれば、燃料電池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燃料電池セルごと
に節約することができる。その結果、複数の燃料電池セ
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。
【0090】(5) 請求項5記載の発明に係る燃料電
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
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の第1実施形態に係る燃料電池
を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図であ
る。
【図2】 図2は本発明の第1実施形態に係る燃料電池
を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図であ
る。
【図3】 図1または図2の燃料電池セルを構成する電
極構造体を示す平面図である。
【図4】 図1の燃料電池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5】 図1の燃料電池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6】 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7】 図1の燃料電池セルを構成するガスシール部
材を示す平面図である。
【図8】 図8は本発明の第1実施形態または第2実施
形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面
図である。
【図9】 図9は本発明の第1実施形態または第2実施
形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面
図である。
【図10】 図9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11】 図11は本発明の第1実施形態から第2実
施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平
面図である。
【図12】 図12は本発明の第1実施形態または第2
実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す
平面図である。
【図13】 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14】 図13の冷却面シール部材を図6のセパレ
ータ上に配置した状態を示す平面図である。
【図15】 図15は本発明の第3実施形態および第4
実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す
平面図である。
【図16】 図16は本発明の第3実施形態および第4
実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す
平面図である。
【図17】 図17は本発明の第5実施形態および第6
実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す
平面図である。
【図18】 図18は本発明の第5実施形態および第6
実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す
平面図である。
【図19】 本発明の第1実施形態に係る燃料電池を図
8の線A−A断面、図9の線D−D断面で切断した縦断
面図である。
【図20】 本発明の第1実施形態に係る燃料電池を図
8の線B−B断面、図9の線E−E断面で切断した縦断
面図である。
【図21】 図8の線C−C断面で切断した図1の燃料
電池を示す縦断面図である。
【図22】 図8の線F−F断面で切断した図1の燃料
電池を示す縦断面図である。
【図23】 図11の線G−G断面で切断した図1の燃
料電池を示す縦断面図である。
【図24】 本発明の第2実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図19に相当する縦断面図である。
【図25】 本発明の第3実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図19に相当する縦断面図である。
【図26】 本発明の第3実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図19に相当する縦断面図である。
【図27】 本発明の第4実施形態を示すものであり、
第3実施形態の図25に相当する縦断面図である。
【図28】 本発明の第5実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図19に相当する縦断面図である。
【図29】 本発明の第5実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図20に相当する縦断面図である。
【図30】 本発明の第6実施形態を示すものであり、
第5実施形態の図28に相当する縦断面図である。
【図31】 本発明の第7実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図19に相当する縦断面図である。
【図32】 本発明の第7実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図20に相当する縦断面図である。
【図33】 本発明の第7実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図21に相当する縦断面図である。
【図34】 本発明の第7実施形態を示すものであり、
第1実施形態の図22に相当する縦断面図である。
【図35】 従来の燃料電池の燃料電池セルを概略的に
示す平面図である。
【図36】 従来の燃料電池における燃料ガス連通孔近
傍を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 燃料電池 2(2A〜2F) 燃料電池セル 3 電極構造体 4,5(4A〜4F、5A〜5F) セパレータ 6,7(6A〜6F、7A〜7F) ガスシール部材 8,9 ガス流路 10 固体高分子電解質膜(電解質膜) 11 アノード電極(電極) 12 カソード電極(電極) 17 燃料ガス供給口(反応ガス連通孔) 18 酸化剤ガス供給口(反応ガス連通孔) 19 冷却媒体供給口(冷却媒体連通孔) 20 燃料ガス排出口(反応ガス連通孔) 21 酸化剤ガス排出口(反応ガス連通孔) 22 冷却媒体排出口(冷却媒体連通孔) 23(23A〜23F) 燃料ガス連絡路(反応ガス連
絡路) 25(25A〜25F) 酸化剤ガス連絡路(反応ガス
連絡路) 27 冷却面シール部材 28 冷却媒体流路 30(30A〜30F) 凸部 32(32A〜32F) 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井ノ上 雅次郎 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 菊池 英明 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08

Claims (5)

    【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燃料電池セルを、これら燃料電
    池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設け
    られる反応ガス連通孔および冷却媒体連通孔と、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
    ス連通孔と反応ガス流路を連絡する反応ガス連絡路とが
    設けられ、 一つの燃料電池セルと、該燃料電池セルの積層方向に隣
    合う燃料電池セルとの、それぞれ対応する反応ガス連絡
    路が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられ、 少なくとも一方のセパレータに前記反応ガス連絡路の裏
    側を少なくともガス連絡路に対応する領域にわたって突
    出させた凸部が設けられていることを特徴とする燃料電
    池。
  2. 【請求項2】 前記一つの燃料電池セルと、該燃料電池
    セルの積層方向に隣合う燃料電池セルとの、それぞれ対
    応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連
    通孔から反応ガス流路に向かう方向に互いにずれた位置
    に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃
    料電池。
  3. 【請求項3】 前記一つの燃料電池セルと、該燃料電池
    セルの積層方向に隣合う燃料電池セルとの、それぞれ対
    応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連
    通孔から反応ガス流路に向かう方向に交差する方向に互
    いにずれた位置に設けられていることを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の燃料電池。
  4. 【請求項4】 前記冷却媒体流路を前記反応ガス連通孔
    に対して密封する冷却面シール部材が、前記連絡路から
    前記反応ガス連通孔側にずれた位置に設けられているこ
    とを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載
    の燃料電池。
  5. 【請求項5】 前記冷却面シール部材が、前記反応ガス
    連絡路近傍を除き、積層方向から見て、前記ガスシール
    部材と略同一位置に配置されていることを特徴とする請
    求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池。
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