JP2004207071A

JP2004207071A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2004207071A
Application number: JP2002375441A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 広行田中; Tadashi Nishiyama; 忠志西山; Taisuke Okonogi; 泰介小此木; Takamoto Nakagawa; 尊基中川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: US20090081509A1; US20040137304A1; JP3658391B2; US7488550B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、シール部材と金属セパレータとのシール性を確実に維持することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】第１金属セパレータ１８の面１８ａは、第１シール部材５０が一体化される。この第１シール部材５０は、第１金属セパレータ１８に一体化される根元部５６と、この根元部５６から所定の抜き勾配を有して柱状に立ち上がる柱状部５８と、前記柱状部５８の先端に所定の曲率を有して設けられる円弧状先端部６０とを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータには、積層方向に貫通する反応ガスや冷却媒体の流体入口用連通孔および流体出口用連通孔を連通して前記電極の面方向に沿って流体を供給する流体流路が形成された燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質（電解質膜）・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質・電極構造体およびセパレータを所定の数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
この場合、燃料電池内では、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体を、それぞれ専用の流路に沿って気密（液密）に流す必要がある。従って、通常、電解質・電極構造体とセパレータとの間には、種々のシール部材が介装されている。例えば、特許文献１のシール部材では、図９に示すように、合成ゴム材や合成樹脂材からなる硬度７０゜〜９０°の高硬度弾性体をベースガスケット１とし、このベースガスケット１の圧縮面に合成ゴム材からなる硬度３０゜〜５０°の低硬度ガスケット２を配置して構成されている。
【０００５】
ところが、上記の特許文献１では、低硬度ガスケット２がベースガスケット１に配置されているだけであり、前記低硬度ガスケット２に位置ずれが惹起されるおそれがある。このため、低硬度ガスケット２を介して所望のシール機能を有することができず、反応ガス（燃料ガスおよび／または酸化剤ガス）や冷却媒体のシール不良が発生し易いという問題がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献２のシール一体型セパレータの製造方法では、電極反応面または連通孔の外側を囲むように配設されるシール材が、燃料電池用セパレータ本体の両面に一体化される技術が開示されている。
【０００７】
この特許文献２では、セパレータ本体の両面に該セパレータ本体とは別体のシール材を配設したり、シール材を塗布したりする場合に比べて、シール材を高精度に位置決めすることができるとともに、組み付け工数が大幅に削減されるという効果がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３３２２７６号公報（段落［０００６］、図１）
【特許文献２】
特開２００２−２３７３１７号公報（段落［００１２］、図６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シール材は、一般的に先端部が先細りとなる山形形状（リップ形状）に構成されている場合が多い。このため、例えば、特許文献２のようにシール材がセパレータ本体に一体化されていても、特に、車載用燃料電池を構成する際等に、シール性が低下するおそれがある。
【００１０】
具体的には、走行時の振動や急停止または急発進時の衝撃等によって、シール材の先端部の位置がずれてしまい、良好な接触面積を確保することができずに所望のシール性を維持することが困難になる場合がある。特に、金属セパレータが使用される際には、この金属セパレータの表面に変形、反り、うねり等が惹起し易い。しかしながら、シール材の先端部は、金属セパレータの表面変化に良好に追従することができず、シール機能に必要なセパレータ表面とのシール面圧を確保することができないという問題がある。
【００１１】
しかも、複数の燃料電池を積層してスタックを構成する際に、シール材の先端部にずれが生じ易い。これにより、シール材の先端部の倒れ、面圧の低下、接触面接の低下等が惹起し、所望のシール性を維持することが極めて困難となってしまう。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、シール部材と金属セパレータとのシール性を確実に維持することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１および２に係る燃料電池では、金属セパレータは、少なくとも電極または連通孔の周囲を覆ってシール部材を一体化するとともに、前記シール部材は、前記金属セパレータに一体化される根元部と、この根元部から柱状に立ち上がる柱状部と、前記柱状部の先端に所定の曲率を有して設けられる円弧状先端部とを備えている。
【００１４】
このため、シール部材は、所謂、蒲鉾形状に構成されており、従来のリップ形状に比べてシール部位との接触面積が増加している。従って、金属セパレータに特有の現象、例えば、燃料電池内部のガス圧力による変形、表面の反り、うねりまたは変形に対して、良好なシール性能を発揮することができる。
【００１５】
しかも、複数の燃料電池を積層してスタック化を図る際に、シール部材自体のずれに対する強度（タフネス）を向上させることが可能になる。さらに、シール部材の先端部は、シール部位に圧接した状態で、柱状部を介して前記シール部位と一体的に該シール部位の面方向（横方向）に追従することができる。これにより、燃料電池を車載用として使用する際に、シール部材をシール部位に確実に圧接することが可能になり、耐振動性および耐衝撃性の向上を図ることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る燃料電池では、シール部材の柱状部の幅寸法Ｗと、根元部から円弧状先端部までの高さ寸法Ｈとが、Ｈ／Ｗ≦１．５の関係を有している。このため、特に、スタック化を図る際、シール部材の倒れ（先端部の変形）が抑制されるとともに、前記シール部材自体のずれに対する強度を有効に向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の請求項４に係る燃料電池では、円弧状先端部の曲率半径は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定されている。曲率半径が１．０ｍｍ未満では、例えば、シール部位とのオフセットに対する追従性が低下する一方、曲率半径が３．０ｍｍを超えると、円弧状先端部が潰れ難くなって所望のシール性を発揮することができないからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池１０を積層する燃料電池スタック１２の要部断面説明図である。
【００１９】
図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１０を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１４ａ、１４ｂが配置される。エンドプレート１４ａ、１４ｂは、図示しないタイロッドを介して固定されることにより、積層されている燃料電池１０には、矢印Ａ方向に所定の締め付け荷重が付与される。
【００２０】
図１に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６が、第１および第２金属セパレータ１８、２０に挟持されて構成される。第１および第２金属セパレータ１８、２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成されており、厚さが、例えば、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍに設定されている。
【００２１】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口用連通孔）３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔（冷却媒体出口用連通孔）３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口用連通孔）３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２２】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口用連通孔）３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔（冷却媒体入口用連通孔）３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口用連通孔）３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２３】
電解質膜・電極構造体１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２４】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されてなる電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００２５】
第１金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６側の面１８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する直線状の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４２が設けられる。図１および図２に示すように、第２金属セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６側の面２０ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に延在する直線状の燃料ガス流路（反応ガス流路）４４が形成される。
【００２６】
第１金属セパレータ１８の面１８ｂと第２金属セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。この冷却媒体流路４６は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
【００２７】
第１金属セパレータ１８の面１８ａには、カソード側電極４０を覆って、すなわち、酸化剤ガス流路４２、酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを覆って、第１シール部材５０が一体化される。第１シール部材５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、またはアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が使用され、硬度が３０゜〜６０゜に設定される。
【００２８】
第１シール部材５０は、酸化剤ガス流路４２から冷却媒体入口連通孔３２ａおよび冷却媒体出口連通孔３２ｂを遮断するためのシール部５２ａ、５２ｂと、前記酸化剤ガス流路４２から燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂを遮断するためのシール部５４ａ、５４ｂとを一体的、あるいは個別に設けている。
【００２９】
図３に示すように、第１シール部材５０は、その断面形状が第１金属セパレータ１８の面１８ａに一体化される根元部５６と、この根元部５６から柱状に立ち上がる柱状部５８と、前記柱状部５８の先端に所定の曲率を有して設けられる円弧状先端部６０とを一体的に備える。なお、柱状部５８は、成形時に微小な型抜き勾配を設けてもよい。
【００３０】
円弧状先端部６０の曲率半径Ｒ１は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定されるとともに、シール幅が１．０ｍｍ以上である一方、固体高分子電解質膜３６を介装して第２金属セパレータ２０の面２０ａに圧接する際の接触幅が１．５ｍｍ以上である。第１シール部材５０のアスペクト比、すなわち、柱状部５８の幅寸法Ｗと根元部５６から円弧状先端部６０までの高さ寸法Ｈとは、Ｈ／Ｗ≦１．５の関係に設定される。柱状部５８と根元部５６との応力集中を防ぐために、該根元部５６の曲率半径Ｒ２が０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００３１】
図１および図２に示すように、第１金属セパレータ１８の面１８ｂには、冷却媒体流路４６、冷却媒体入口連通孔３２ａおよび冷却媒体出口連通孔３２ｂを覆って、第２シール部材６２が一体化される。この第２シール部材６２には、冷却媒体流路４６から酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを遮断するためのシール部６４ａ、６４ｂと、前記冷却媒体流路４６から燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂを遮断するためのシール部６６ａ、６６ｂとが一体的、あるいは個別に設けられる。第２シール部材６２は、断面矩形状に構成されている。
【００３２】
第２金属セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４６、冷却媒体入口連通孔３２ａおよび冷却媒体出口連通孔３２ｂを覆って、第３シール部材６８が一体化される。この第３シール部材６８は、冷却媒体流路４６から酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを遮断するためのシール部７０ａ、７０ｂと、前記冷却媒体流路４６から燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂを遮断するためのシール部７２ａ、７２ｂとを設けている。
【００３３】
この第３シール部材６８は、上記の第１シール部材５０と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
第２金属セパレータ２０の面２０ａには、アノード側電極３８を覆って、すなわち、燃料ガス流路４４、燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂを覆って、第４シール部材７４が一体化される。この第４シール部材７４は、燃料ガス流路４４から酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを遮蔽するためのシール部７６ａ、７６ｂと、前記燃料ガス流路４４から冷却媒体入口連通孔３２ａおよび冷却媒体出口連通孔３２ｂを遮断するためのシール部７８ａ、７８ｂとを設けている。この第４シール部材７４は、上記の第２シール部材６２と同様に、断面矩形状に構成される。
【００３５】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００３６】
まず、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００３７】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第１金属セパレータ１８の酸化剤ガス流路４２に導入され、矢印Ｂ方向に移動しながら電解質膜・電極構造体１６を構成するカソード側電極４０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第２金属セパレータ２０の燃料ガス流路４４に導入され、矢印Ｂ方向に移動しながら電解質膜・電極構造体１６を構成するアノード側電極３８に供給される。
【００３８】
従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３９】
次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４０】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属セパレータ１８、２０間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００４１】
この場合、本実施形態では、第１シール部材５０が第１金属セパレータ１８の面１８ａに一体化されるとともに、前記第１シール部材５０が、所謂、蒲鉾形状に構成されている。具体的には、図３に示すように、第１シール部材５０は、第１金属セパレータ１８と一体化される根元部５６と、この根元部５６から柱状に立ち上がる柱状部５８と、前記柱状部５８の先端に設けられる円弧状先端部６０とを備えている。
【００４２】
従って、第１シール部材５０は、従来のリップ形状のものに比べてシール部位（固体高分子電解質膜３６）との接触面積が増加し、第１および第２金属セパレータ１８、２０に特有の現象、例えば、燃料電池１０の内部のガス圧力による変形、表面の反り、うねりまたは変形に対して、良好なシール性能を発揮することができる。
【００４３】
しかも、複数の燃料電池１０を積層して燃料電池スタック１２を構成する際に、第１シール部材５０自体のずれに対する強度（タフネス）を向上させることが可能になる。さらに、第１シール部材５０の円弧状先端部６０は、シール部位に圧接した状態で、柱状部５８を介して前記シール部位と一体的に該シール部位の面方向に追随する。
【００４４】
これにより、燃料電池スタック１２を車載用として使用する際に、第１シール部材５０がシール部位に確実に圧接し、走行時の振動や急停止または急発進時の衝撃等を確実に吸収することができる。従って、耐振動性および耐衝撃性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００４５】
ここで、円弧状先端部６０の曲率半径Ｒ１が、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定されており、弾性率を下げてシール部位との密着性の向上を図っている。曲率半径が１．０ｍｍ未満では、例えば、シール部位とのオフセットに対する追従性が低下する一方、曲率半径が３．０ｍｍを超えると、円弧状先端部６０が潰れ難くなって所望のシール性を発揮することができないからである。
【００４６】
また、円弧状先端部６０は、シール幅が１．０ｍｍ以上である一方、シール部位に圧接して圧縮された際の接触幅が１．５ｍｍ以上に設定されている。このため、第１シール部材５０は、第１および第２金属セパレータ１８、２０の変形等に対するシール性の向上を図るとともに、燃料電池１０が積層される際のずれに対する強度の向上と、車載時の耐振動性および耐衝撃性の向上とを図ることができる。
【００４７】
さらにまた、第１シール部材５０のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）を１．５以下に設定している。このため、特に、燃料電池１０のスタック化を図る際、第１シール部材５０の円弧状先端部６０の倒れが抑制されるとともに、前記第１シール部材５０自体のずれに対する強度を有効に向上させることが可能になる。
【００４８】
また、根元部５６と柱状部５８との間の曲率半径Ｒ２が、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定される。従って、第１シール部材５０の圧縮時に根元部５６の応力集中を防止することができる。なお、根元部５６の曲率半径Ｒ２を０．３ｍｍ以上にすることにより、この根元部５６に作用する応力を有効に分散させて第１シール部材５０の割れを防ぐことが可能になる。一方、曲率半径Ｒ２を１．０ｍｍ以下に設定することにより、横方向の追従性の悪化を回避することができる。
【００４９】
この場合、第３シール部材６８は、上記の第１シール部材５０と同様の効果を有することができ、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
次いで、図４に示すように、従来のリップ形状のシール部材３を用いた場合と、本実施形態を用いた場合とにより、シール性を比較する実験を行った。このシール部材３は、先細り形状を有しており、その円弧状先端部４の曲率半径Ｒ３が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定された。
【００５１】
そこで、シール部材３が組み込まれた燃料電池１０を２セル積層したスタック（以下、従来構造という）と、本実施形態に係る燃料電池１０（円弧状先端部６０の曲率半径Ｒ１が１．５ｍｍで、アスペクト比がＨ／Ｗ＝１．２のシールが使用された）を２セル積層した燃料電池スタック１２（以下、本実施形態という）とを用意した。そして、アノード側電極３８側にのみヘリウムガスによりガス圧を印加した際のシール設定面圧とリーク発生ガス圧力とを検出したところ、図５に示す結果が得られた。なお、以下に示す図６〜図８では、上記と同様のシールが使用された。
【００５２】
これにより、ガス差圧を介して第１および第２金属セパレータ１８、２０に変形が発生し、従来構造では、シール性の低下が顕著となった。これに対して、本実施形態では、所謂、蒲鉾形状の第１および第３シール部材５０、６８を用いることにより、第１および第２金属セパレータ１８、２０のガス差圧による変形に良好に追従し、従来構造に比べてシール性が一挙に向上するという結果が得られた。
【００５３】
さらに、第１シール部材５０およびシール部材３を、セパレータ面方向にそれぞれ０．２５ｍｍおよび０．２０ｍｍずつオフセットさせて、それぞれのリーク発生ガス圧力を検出する実験を行った。
【００５４】
その結果、図６に示すように、従来構造では、シール部材３のオフセットによってシール性が著しく低下したのに対し、本実施形態では、第１シール部材５０のオフセットにも拘わらず、この第１シール部材５０がシール部位に確実に追従し、シール性が良好に向上するという結果が得られた。
【００５５】
さらにまた、第１および第２金属セパレータ１８、２０に面方向に１０ｍｍのピッチでかつ厚さ方向に０．２ｍｍの段差を設けて表面うねりを形成した状態で、リーク発生ガス圧力を検出する実験を行った。この結果、図７に示すように、従来構造では、セパレータ表面うねりに追従することができず、シール性が低下したのに対し、本実施形態では、セパレータ表面うねりに確実に追従することができ、シール性が一挙に向上するという結果が得られた。
【００５６】
また、本実施形態に係る燃料電池スタック１２および従来構造のスタックに対し、積層方向に交差する面方向に対してスタックせん断荷重を付与し、この荷重方向に対するずれ量を検出する実験を行った。
【００５７】
その結果、図８に示すように、リップ形状のシール部材３では、スタックせん断荷重に対する強度（タフネス）が弱く、ずれ量が大きなものになったのに対し、本実施形態では、所謂、蒲鉾形状の第１および第３シール部材５０、６８自体のずれに対する強度（タフネス）が向上し、ずれ量が大幅に減少するという効果が得られた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、シール部材は、所謂、蒲鉾形状に構成されており、従来のリップ形状のものに比べて金属セパレータとの接触面積が増加している。従って、金属セパレータに特有な現象、例えば、燃料電池内部のガス圧力による変形、表面の反り、うねりまたは変形等に対して良好なシール性能を発揮することができる。
【００５９】
しかも、燃料電池を積層してスタック化を図る際に、シール部材自体のずれに対する強度を向上させることが可能になる。さらに、シール部材の先端部は、金属セパレータに圧接した状態で、前記金属セパレータと一体的に該金属セパレータの面方向（横方向）に追従する。これにより、燃料電池を車載用として使用する際に、シール部材が金属セパレータに確実に圧接し、耐振動性および耐衝撃性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池を積層する燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成するシール部材の断面説明図である。
【図４】従来技術に係るリップ形状のシール部材の一部断面説明図である。
【図５】従来構造と本実施形態におけるガス差圧によるリーク発生ガス圧力の比較説明図である。
【図６】前記従来構造と本実施形態におけるシールオフセットとリーク発生ガス圧力との関係説明図である。
【図７】前記従来構造と本実施形態におけるセパレータ表面うねりとリーク発生ガス圧力との関係説明図である。
【図８】前記従来構造と本実施形態におけるスタックせん断荷重とずれ量との関係説明図である。
【図９】従来技術に係るシール部材の断面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池１２…燃料電池スタック
１６…電解質膜・電極構造体１８、２０…金属セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６…固体高分子電解質膜３８…アノード側電極
４０…カソード側電極４２…酸化剤ガス流路
４４…燃料ガス流路４６…冷却媒体流路
５０、６２、６８、７４…シール部材
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ、７０ａ、７０ｂ、７２ａ、７２ｂ、７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂ…シール部
５６…根元部５８…柱状部
６０…円弧状先端部

Claims

電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータには、積層方向に貫通する反応ガス入口用連通孔および反応ガス出口用連通孔を連通して前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成された燃料電池であって、
前記金属セパレータは、少なくとも前記電極または前記連通孔の周囲を覆ってシール部材を一体化するとともに、
前記シール部材は、前記金属セパレータに一体化される根元部と、
前記根元部から柱状に立ち上がる柱状部と、
前記柱状部の先端に所定の曲率を有して設けられる円弧状先端部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータには、積層方向に貫通する冷却媒体入口用連通孔および冷却媒体出口用連通孔を連通して前記電極の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成された燃料電池であって、
前記金属セパレータは、少なくとも前記電極または前記連通孔の周囲を覆ってシール部材を一体化するとともに、
前記シール部材は、前記金属セパレータに一体化される根元部と、
前記根元部から柱状に立ち上がる柱状部と、
前記柱状部の先端に所定の曲率を有して設けられる円弧状先端部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
請求項１または２記載の燃料電池において、前記柱状部の幅寸法Ｗと、前記根元部から前記円弧状先端部までの高さ寸法Ｈとは、Ｈ／Ｗ≦１．５の関係を有することを特徴とする燃料電池。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記円弧状先端部の曲率半径は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定されることを特徴とする燃料電池。