JP2007335353A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔体の外周側面から空隙への反応ガスの流出、いわゆる脇流れを抑制する。
【解決手段】カソードプレート４１及びアノードプレート４３には、多孔体２６，２７との接触面側に突出し、多孔体２６，２７の外周を取り囲むように、その外周に沿って帯状に延びるリブ４１ａ，４３ａが形成されている。発電体２０の両側より、多孔体２６，２７及びセパレータ４０を積層するに際し、カソードプレート４１のリブ４１ａとアノードプレート４３のリブ４３ａとが互いに対向するように配置して、それらリブ４１ａ，４３ａによって発電体２０におけるシールガスケット３０の一部を挟持するように、発電体２０と、多孔体２６，２７及びセパレータ４０と、を積層させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池に関するものである。

従来から、電解質膜や電極触媒層を備える発電部と、隔壁であるセパレータとを交互に積層する構造を基本とする燃料電池が知られており、こうした燃料電池については、種々の構造が検討されている。

例えば、所定の気孔率を有する多孔体を流路として用い、燃料電池の発電に利用される反応ガスを、その多孔体に流して、発電部に与えるものがある。こうした燃料電池では、反応ガスの漏れを抑えるリップ部（シールライン）を備えたシールガスケットを発電部の外周に備え、その発電部の両側に上記多孔体をそれぞれ配置し、その外側にセパレータを配置している。

また、シールガスケットの位置ずれを防止するために、シールガスケットと発電体とをフレームシートを介して一体的に構成した燃料電池も提案されている（特許文献１）。

特開２００２−２３１２７４号公報

ところで、上記した多孔体とシールガスケットを備えた燃料電池では、その構造上、セバレータと、シールガスケットと、多孔体の外周側面との間に空隙（隙間）が生じてしまう。このような燃料電池において、多孔体に反応ガスを供給すると、多孔体の外周側面から、流路抵抗の少ない上記の空隙へ反応ガスが流れ出る、いわゆる脇流れが生じてしまい、脇流れの反応ガスは発電部に与えられず、燃料電池の電気化学反応に供されないため、その分、反応ガスの利用率が低下し、発電性能が低下するという問題があった。

本発明は、空隙に反応ガスが流れ出るといった問題を踏まえて、空隙への反応ガスの流出を防止する燃料電池を提供することを目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池であって、
電解質膜及び電極を含む発電部と、
該発電部の両側に配置され、前記発電により生じた電流を集電し、隔壁として機能するセパレータと、
前記発電部の外周に配置され、前記反応ガスの漏れを抑えるためのシールガスケットと、
前記発電部と前記セパレータとの間に配置されると共に、供給された前記反応ガスの流路となって前記反応ガスを前記発電部に与える、所定の気孔率で形成された多孔体と、
を備え、
前記セパレータは、前記発電部側の表面であって、前記多孔体の外周に対応する所定の位置に、前記発電部側に突出し、前記多孔体の外周に沿って帯状に延びる凸部を有し、
前記セパレータは、前記発電部の両側に配置される際に、前記発電部の外周に配置される前記シールガスケットを、両側より、前記凸部にて挟持するよう配置されると共に、
前記セパレータの凸部と前記多孔体の外周側面との間には、気孔率が前記所定の気孔率より小さい埋め込み部材を備えることを要旨とする。

このように、本発明の燃料電池では、多孔体に反応ガスが供給されると、セパレータの凸部と多孔体の外周側面との間を埋める埋め込み部材が、多孔体よりも気孔率が小さいため、供給された反応ガスは、気孔率が大きく、圧力損失の低い多孔体の内部を流れることになる。つまり、多孔体へ供給された反応ガスは、多孔体の外周側面から空隙へ向かって流れ出ようとしても、埋め込み部材と凸部によっても阻まれるため、空隙へ反応ガスが流れ出る、いわゆる脇流れをほとんど生じることがない。

従って、本発明の燃料電池によれば、反応ガスが、セパレータとシールガスケットと多孔体とに囲まれた空隙へ流れ出る、いわゆる脇流れを防止することができる。よって、多孔体に供給された反応ガスを、確実に発電部に与えて、電気化学反応に供することができるため、反応ガスの利用率を向上させると共に、発電性能も向上させることができる。

本発明の燃料電池において、前記多孔体が矩形形状を成し、前記多孔体を流れる前記反応ガスの主たる流れの方向が、前記矩形の対向する２辺と略平行である場合に、
前記セパレータの前記凸部は、対向する前記２辺に沿った位置に設けられていることが好ましい。

脇流れは、多孔体の外周側面のうち、反応ガスの主たる流れの方向に対し、略平行な辺に対応する外周側面において、生じやすいため、少なくとも、その部分に対応する位置に、凸部が設けられていればよいからである。

本発明の燃料電池において、前記セパレータの前記凸部は、前記多孔体の外周全てを取り囲むような位置に設けられていることが好ましい。

このように、凸部が、多孔体の外周全てを取り囲むような位置に設けられることにより、脇流れをほぼ完全に防止することができる。

本発明の燃料電池において、前記シールガスケットは、前記発電部の外周を挟み込んで、前記発電部と一体的に構成されており、
前記セパレータは、前記発電部の両側に配置される際に、前記シールガスケットにおける前記発電部の外周を挟み込んだ部分を、両側より、前記凸部にて挟持するよう配置されることが好ましい。

挟み込んだ部分は、シールガスケットと発電部との接合部分に当たるため、その部分を両側より凸部が挟持することによって、シールガスケットと発電部との接合部分での剥離を防止することができる。

本発明の燃料電池において、前記埋め込み部材は、前記セパレータと前記多孔体とを接合する接着性を有することが好ましい。

このような接着性を有することにより、セパレータと多孔体とを確実に接合することができ、多孔体のガタやずれを防止することができる。

本発明の燃料電池において、前記セパレータの前記凸部は、前記セパレータが金属板で構成される場合、前記金属板をプレス加工することにより、形成されるようにしてもよい。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池の概略構成：
Ａ−２．リブ近傍の構造：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．燃料電池の概略構成：
Ｂ−２．リブ近傍の構造：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池の概略構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。この燃料電池１０は、水素ガスと空気との供給を受け、水素と酸素との電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池であり、車両に搭載され、車両の動力源として使用されている。

図示するように、この燃料電池１０は、主に、電解質膜２１を有する発電体２０、水素ガス及び空気（反応ガスと呼ぶ）が流れる反応ガス流路としての多孔体２６，２７、電気化学反応により生ずる電気を集電する隔壁としてのセパレータ４０等を備え、これらを、セパレータ４０，多孔体２７，発電体２０，多孔体２６，セパレータ４０の順に繰り返して積層し、その両端からエンドプレート８５，８６で挟んで形成されている。

なお、エンドプレート８５には、反応ガス等を供給あるいは排出する貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して図示しない外部の水素タンクやコンプレッサ等から、燃料電池１０の内部に反応ガスが滞りなく供給されている。

発電体２０は、ＭＥＧＡ２５と、その外周を取り囲むように配置されたシールガスケット３０と、で一体的に構成されている。このうち、ＭＥＧＡ２５は、固体高分子の電解質膜２１を含むＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両側にガス拡散層２３ａ，２３ｂを配置して構成されている。

ＭＥＧＡ２５を形成するＭＥＡ２４は、電解質膜２１の表面上に、それぞれ電極触媒層２２ａ，２２ｂ（カソード，アノード）を備えている。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、その外形は、セパレータ４０の外形よりも小さい長方形の形状に形成されている。この電解質膜２１の表面上に形成された電極触媒層２２ａ，２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金などを備えている。

ＭＥＡ２４の外側に配置されるガス拡散層２３ａ，２３ｂは、気孔率が６０〜７０％程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。こうした材料からなるガス拡散層２３ａ，２３ｂは、接合によりＭＥＡ２４と一体化されてＭＥＧＡ２５となる。なお、ガス拡散層２３ａはＭＥＡ２４のカソード側に、ガス拡散層２３ｂはアノード側に、それぞれ配置され、各ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、供給された反応ガスをその厚み方向に拡散して、対応する電極触媒層２２ａ，２２ｂの全面に反応ガスを供給している。

ＭＥＧＡ２５の外周を囲むシールガスケット３０は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、ＭＥＧＡ２５の外周に射出成形され、ＭＥＧＡ２５の外周の一部を挟み込むようにして、ＭＥＧＡ２５と一体的に構成されている（図２参照）。

シールガスケット３０の外形は、セパレータ４０と同一の略長方形の形状に形成されており、その４辺に沿って、反応ガス及び冷却水のマニホールドを形成する貫通孔が設けられている。このマニホールド用の貫通孔は、セパレータ４０に設けられた貫通孔と同一であるため、セパレータ４０の構造とともに、後述する。

こうしたマニホールド用の貫通孔の周囲には、各貫通孔を囲むように、シールガスケット３０の厚み方向に凸状をしたリップ部３０ａが形成されている。また、ＭＥＧＡ２５の露出した部分の周囲にも、その露出部分を取り囲むように、同様のリップ部３０ｂが形成されている。なお、貫通孔を囲むリップ部３０ａは、ＭＥＧＡ２５の露出部分を取り囲むリップ部の一部を兼ねている。これらリップ部３０ａ，３０ｂは、シールガスケット３０を挟むセパレータ４０に当接し、積層方向の所定の締結力を受け、潰れて変形する。その結果、リップ部３０ａ，３０ｂは、マニホールド内を流れる流体（水素，空気，冷却水）の漏れや多孔体２６，２７を流れる反応ガスの漏れを抑制するシールラインＳＬを形成する（図２参照）。

本実施例の燃料電池１０は、燃料電池１０内からの流体の漏れの対応を、シールガスケット３０を挟み込む構成で行ない、樹脂フレーム等をセパレータ間に挟んで接着する構成は採っていない。こうすることで、樹脂フレーム等、部品点数を低減し、燃料電池１０の容積、重量を低減している。

次に、反応ガスが流れる多孔体２６，２７について説明する。多孔体２６，２７は、ステンレス鋼やチタン，チタン合金等の発泡金属や金属メッシュなど、内部に多数の細孔を備えた金属の多孔体からなる。この多孔体２６，２７は、ＭＥＧＡ２５より小さい略長方形の形状を成し、シールガスケット３０内に収まる大きさに形成されている。

この多孔体２６，２７の気孔率は、ＭＥＧＡ２５を構成するガス拡散層２３ａ，２３ｂの気孔率よりも大きく、約７０〜８０％程度であり、ＭＥＧＡ２５に反応ガスを供給する流路として機能する。

例えば、多孔体２６は、ＭＥＧＡ２５のカソード側（ＭＥＡ２４のカソード側）とセパレータ４０との間に配置され、セパレータ４０を介して供給された空気を図示する上方から下方へ流し、ＭＥＧＡ２５のカソード側に空気を供給する。

他方、多孔体２７は、ＭＥＧＡ２５のアノード側（ＭＥＡ２４のアノード側）とセパレータ４０との間に配置され、セパレータ４０を介して供給された水素ガスを図示する右方から左方へ流し、ＭＥＧＡ２５のアノード側に供給する。

つまり、多孔体２６，２７は、所定方向へ反応ガスを流すことを主目的とするため、反応ガスの流れの圧力損失を抑え、排水性を向上するよう、比較的気孔率を大きく形成している。これに対して、上述のガス拡散層２３ａ，２３ｂは、厚み方向への拡散を主目的とするため、比較的気孔率を小さく形成している。

こうした多孔体２６，２７を流れる反応ガスは、流れの過程でＭＥＧＡ２５に供給され、ＭＥＧＡ２５のガス拡散層２３ａ，２３ｂの作用により、各電極触媒層２２ａ，２２ｂに拡散され、反応に供される。なお、この電気化学反応は発熱反応であり、燃料電池１０を所定温度範囲で運転するため、燃料電池１０内には冷却水が供給されている。

次に電気化学反応により生ずる電気を集電するセパレータ４０について説明する。セパレータ４０は、三つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。具体的には、空気が流れる多孔体２６と接触するカソードプレート４１と、水素ガスが流れる多孔体２７と接触するアノードプレート４３と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート４２とから構成されている。

三つのプレートは、ステンレス鋼やチタン，チタン合金など、導電性の金属材料から構成されている。

三つのプレートには、上述の各種マニホールドを構成する貫通孔が設けられている。具体的には、略長方形形状のセパレータ４０の長辺のうち、図示する上方に空気供給用の貫通孔が、図示する下方に空気排出用の貫通孔が、それぞれ設けられている。また、セパレータ４０の短辺のうち、図示する右上方向に水素供給用の貫通孔が、図示する左下方向に水素排出用の貫通孔が、それぞれ設けられている。なお、冷却水に関しては、セパレータ４０短辺の図示する左上方向に供給用の貫通孔が、図示する右下方向に排出用の貫通孔が、それぞれ設けられている。

カソードプレート４１には、こうしたマニホールド用の貫通孔に加え、多孔体２６への空気の出入口となる孔部４５，４６が複数形成されている。同様に、アノードプレート４３には、マニホールド用の貫通孔に加え、多孔体２７への水素ガスの出入口となる孔部（図示なし）が複数形成されている。

中間プレート４２に設けられた複数のマニホールド用の貫通孔のうち、空気の流れるマニホールド用の貫通孔は、カソードプレート４１の孔部４５，４６と連通するように形成されている。また、水素ガスの流れるマニホールド用の貫通孔は、アノードプレート４３の孔部と連通するように形成されている。

なお、中間プレート４２には、略長方形を成す外形の長辺方向に沿って複数の切欠が形成され、その切欠の両端はそれぞれ、冷却水の流れるマニホールド用の貫通孔と連通している。

こうした構造の三つのプレートを積層して接合することで、セパレータ４０の内部には、各種流体の流路が形成される。

一方、本実施例における特徴的な構成として、カソードプレート４１及びアノードプレート４３には、多孔体２６，２７との接触面側に突出し、多孔体２６，２７の外周を取り囲むように、その外周に沿って帯状に延びるリブ４１ａ，４３ａが形成されている。なお、図１では、アノードプレート４３のリブ４３ａは、隠れて見えていない。

このようなリブ４１ａ，４３ａは、カソードプレート４１，アノードプレート４３を構成する金属の薄板に、プレス加工を施すことにより形成される。

図２は、本発明の第１実施例としての燃料電池１０の一部を積層方向に切断した断面図であって、具体的には、図１におけるＸ−Ｘ’方向の断面を示している。図示するように、セパレータ４０及びシールガスケット３０の積層により形成されるマニホールド内を流れる空気の一部は、セパレータ４０の内部（中間プレート４２の部分）を通って、孔部４５から多孔体２６へ供給される。そして、反応に供された後のガス、あるいは、供されない空気は、多孔体２６を流れて、孔部４６からセパレータ４０内部を経て、マニホールドへ流れる。なお、水素ガスの流れについての説明は省略するが、空気の流れと同様である。

図３は、従来例としての燃料電池の一部を積層方向に切断した断面図である。上述したとおり、従来においては、図３に示すように、セパレータ４０と、シールガスケット３０と、多孔体２６，２７の外周側面との間に、空隙Ａ，Ｂが形成される。そして、セパレータ４０を介して多孔体２６，２７に供給された反応ガスは、所定の気孔率を有する多孔体２６，２７内部を流れるよりも、圧力損失がほとんどない上記の空隙Ａ，Ｂへ流れ易いため、多孔体２６，２７の外周側面から、上記の空隙Ａ，Ｂへ反応ガスが流れ出る、いわゆる脇流れが生じてしまう。

これに対し、本実施例では、上述したとおり、カソードプレート４１及びアノードプレート４３において、多孔体２６，２７との接触面側に、リブ４１ａ，４３ａを形成して、反応ガスが空隙Ａ，Ｂへ流れ出るのを防止するようにしている。

Ａ−２．リブ近傍の構造：
本実施例においては、発電体２０の両側より、多孔体２６，２７及びセパレータ４０を積層するに先立ち、図２に示すように、まず、カソードプレート４１に形成されたリブ４１ａによって囲まれる平坦面に、多孔体２６を載置し、リブ４１ａと多孔体２６の外周側面との隙間をロウ材２８で埋め、リブ４１ａと多孔体２６とをロウ材２８によって接合させる。同様に、アノードプレート４３に形成されたリブ４３ａによって囲まれる平坦面に、多孔体２７を載置し、リブ４３ａと多孔体２７の外周側面との隙間をロウ材２９で埋め、リブ４３ａと多孔体２７とをロウ材２９によって接合させる。そして、発電体２０の両側より、多孔体２６，２７及びセパレータ４０を積層するに際し、カソードプレート４１のリブ４１ａとアノードプレート４３のリブ４３ａとが互いに対向するように配置して、それらリブ４１ａ，４３ａによって発電体２０におけるシールガスケット３０の一部を挟持するように、発電体２０と、多孔体２６，２７及びセパレータ４０と、を積層させる。

この結果、従来例において形成されていた空隙Ａ，Ｂの部分には、図２に示すように、セパレータ４０に形成されたリブ４１ａ，４３ａと埋め込んだロウ材２８，２９とが位置することになるため、空隙Ａ，Ｂの大部分は、これらリブ４１ａ，４３ａ及びロウ材２８，２９によって埋め尽くされることになる。

なお、本実施例において、ＭＥＧＡ２５が請求項における発電部に、セパレータ４０が請求項におけるセパレータに、シールガスケット３０が請求項におけるシールガスケットに、多孔体２６，２７が請求項における多孔体に、リブ４１ａ，４３ａが請求項における凸部に、ロウ材２８，２９が請求項における埋め込み部材に、それぞれ、相当する。

従って、上記したように、セパレータ４０の空気用の孔部４５や図示しない水素用の孔部から多孔体２６，２７に反応ガスが供給されると、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７の外周側面との隙間を埋めるロウ材２８，２９は、多孔体２６，２７よりも気孔率が小さいため、供給された反応ガスは、気孔率が大きく、圧力損失の低い多孔体２６，２７の内部を流れることになる。つまり、多孔体２６，２７へ供給された反応ガスは、多孔体２６，２７の外周側面から、空隙Ａ，Ｂへ向かって流れ出ようとしても、まず、ロウ材２８，２９によって阻まれ、さらに、リブ４１ａ，４３ａによっても阻まれるため、空隙Ａ，Ｂへ反応ガスが流れ出る、いわゆる脇流れをほとんど生じることがない。特に、リブ４１ａ，４３ａは、シールガスケット３０の一部を両側より挟持して、リブ４１ａ，４３ａの先端でシールガスケット３０を押しつぶしているため、反応ガスが空隙Ａ，Ｂへ流れ出るのをほぼ完全に封止することができる。

以上のように、本実施例の燃料電池１０によれば、反応ガスが、セパレータ４０とシールガスケット３０と多孔体２６，２７とに囲まれた空隙Ａ，Ｂへ流れ出る、いわゆる脇流れを防止することができる。従って、多孔体２６，２７に供給された反応ガスを、確実にＭＥＧＡ２５に与えて、電気化学反応に供することができるため、反応ガスの利用率を向上させると共に、発電性能も向上させることができる。

本実施例の燃料電池１０によれば、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７の外周側面との隙間をロウ材２８，２９によって埋め、さらに、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７とをロウ材２８，２９によって接合させているため、多孔体２６，２７に寸法誤差があったとしても、多孔体２６，２７のガタやずれを防止することができる。

本実施例の燃料電池１０によれば、カソードプレート４１及びアノードプレート４３に形成されるリブ４１ａ，４３ａは、多孔体２６，２７の外周を取り囲むように、形成されるため、カソードプレート４１及びアノードプレート４３に多孔体２６，２７を載置する際に、リブ４１ａ，４３ａによって、多孔体２６，２７を容易に位置決めすることが可能となる。

また、本実施例の燃料電池１０では、カソードプレート４１及びアノードプレート４３に形成されるリブ４１ａ，４３ａによって、発電体２０におけるシールガスケット３０の一部を挟持しているが、図２に示すように、発電体２０において、その挟持されている部分は、シールガスケット３０がＭＥＧＡ２５の外周を挟み込んでいる部分（接合部分）に当たる。すなわち、リブ４１ａ，４３ａは、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５との接合部分を挟持していることになる。一方において、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５とは、上記したとおり、一体的に構成されているが、使用環境や使用状態などによって劣化が生じると、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５との接合部分で剥離が発生し、反応ガスである水素ガスと空気とがクロスリークする場合がある。しかし、本実施例の燃料電池１０によれば、上述したとおり、シールガスケット３０とＭＥＧＡ２５との接合部分が、リブ４１ａ，４３ａによって挟持されているため、その部分での剥離を防止することができ、クロスリークの発生を回避することができる。

また、本実施例の燃料電池１０では、上述したとおり、リブ４１ａ，４３ａは、カソードプレート４１及びアノードプレート４３にそれぞれプレス加工を施すことにより形成されているため、そのリブ４１ａ，４３ａを、中間プレート４２側から見ると、図２に示すように、溝状になっている。このため、例え、カソード側において、電気化学反応により生成水が生じ、その生成水が空気と共に孔部４６からセパレータ４０の内部に入って、リブ４１ａ，４３ａの部分で、図２の生成水３５のごとく、滞ったとしても、反応ガスである空気は、生成水３５を迂回して、溝状を成すリブ４１ａ，４３ａに沿って流れるため、空気の流れが生成水３５によって阻害されるのを回避することができる。

なお、本実施例において、カソードプレート４１及びアノードプレート４３に形成されるリブ４１ａ，４３ａの高さについては、特に言及しなかったが、これらリブ４１ａ，４３ａの高さは、実際には、多孔体２６，２７の厚さや、シールガスケット３０の挟持すべき部分の厚さなどを考慮して設定するようにする。例えば、積層した際に、リブ４１ａ，４３ａの先端でシールガスケット３０を押しつぶすことができ、かつ、セパレータ４０と多孔体２６，２７との接触抵抗が低減されるような高さに設定することが好ましい。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．燃料電池の概略構成：
図４は、本発明の第２実施例としての燃料電池の一部の概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池１０’は、第１実施例の燃料電池１０と基本的な構造は同じである。従って、第１実施例の燃料電池１０と同じ部品に対しては同一番号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、本実施例の燃料電池１０’は、第１実施例と同様に、主に、発電体２０’、多孔体２６，２７、セパレータ４０等を備え、これらを、セパレータ４０，多孔体２７，発電体２０’，多孔体２６，セパレータ４０の順に繰り返して積層し、その両端からエンドプレート８５，８６で挟んで形成されている。

本実施例の燃料電池１０’が、第１実施例の燃料電池１０と構成上異なる点は、発電体２０’におけるシールガスケット３０’の構成である。すなわち、第１実施例では、シールガスケット３０に形成されるリップ部として、マニホールド用の各貫通孔を囲むリップ部３０ａの他、ＭＥＧＡ２５の露出部分を取り囲むリップ部３０ｂが形成されていたが、本実施例では、ＭＥＧＡ２５の露出部分を取り囲むリップ部３０ｂの役割（すなわち、多孔体２６，２７を流れる反応ガスの漏れを抑制する役割）を、セパレータ４０に形成されるリブ４１ａ，４３ａに代わりに持たせ、リップ部３０ｂを無くす構成とした。

図５は、本発明の第２実施例としての燃料電池１０’の一部を積層方向に切断した断面図であって、具体的には、図４におけるＹ−Ｙ’方向の断面、すなわち、マニホールド用の貫通孔に架かっていない部分の断面を示している。

Ａ−２．リブ近傍の構造：
本実施例においても、第１実施例と同様の方法にて、発電体２０’に多孔体２６，２７及びセパレータ４０を積層させる。すなわち、カソードプレート４１及びアノードプレート４３に形成されたリブ４１ａ，４３ａによって囲まれる平坦面に、多孔体２６，２７を載置し、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７の外周側面との隙間をロウ材２８，２９で埋めて、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７とをロウ材２８、２９によって接合させた上で、カソードプレート４１のリブ４１ａとアノードプレート４３のリブ４３ａとが互いに対向するように配置して、それらリブ４１ａ，４３ａによって発電体２０’におけるシールガスケット３０’の一部を挟持するように、発電体２０’と、多孔体２６，２７及びセパレータ４０と、を積層させる。

この結果、従来例において形成されていた空隙Ａ，Ｂの部分に、図５に示すように、セパレータ４０に形成されたリブ４１ａ，４３ａと埋め込んだロウ材２８，２９とが位置することになるため、空隙Ａ，Ｂにおける多孔体側の部分は、これらリブ４１ａ，４３ａ及びロウ材２８，２９によって埋められることになる。

従って、セパレータ４０の空気用の孔部４５や図示しない水素用の孔部から多孔体２６，２７に反応ガスが供給されると、第１実施例の場合と同様に、供給された反応ガスは、ロウ材２８，２９に比較して気孔率が大きく、圧力損失の低い多孔体２６，２７の内部を流れることになる。つまり、多孔体２６，２７へ供給された反応ガスは、多孔体２６，２７の外周側面から、空隙Ａ，Ｂへ向かって流れ出ようとしても、まず、ロウ材２８，２９によって阻まれ、さらに、リブ４１ａ，４３ａによっても阻まれるため、空隙Ａ，Ｂへ反応ガスが流れ出る、いわゆる脇流れをほとんど生じることがない。

また、リブ４１ａ，４３ａは、シールガスケット３０’の一部を両側より挟持して、リブ４１ａ，４３ａの先端でシールガスケット３０’を押しつぶしているため、反応ガスが空隙Ａ，Ｂへ流れ出るのを完全に封止することができ、従って、上述したように、シールガスケット３０’において、ＭＥＧＡ２５の露出部分を取り囲むリップ部３０ｂを無くしたとしても、リブ４１ａ，４３ａが、リップ部３０ｂに代わって、多孔体２６，２７を流れる反応ガスの漏れを抑制することができる。

以上のように、本実施例の燃料電池１０’によれば、反応ガスが、セパレータ４０とシールガスケット３０’と多孔体２６，２７とに囲まれた空隙Ａ，Ｂへ流れ出る、いわゆる脇流れを防止することができる。従って、多孔体２６，２７に供給された反応ガスを、確実に発電部に与えて、電気化学反応に供することができるため、反応ガスの利用率を向上させると共に、発電性能も向上させることができる。

また、本実施例の燃料電池１０’によれば、セパレータ４０に形成されたリブ４１ａ，４３ａが、シールガスケットのリップ部３０ｂの役割を果たすので、シールガスケットからリップ部３０ｂを無くすことができ、従って、シールガスケット３０’としては、リップ部３０ｂを形成しなくて済む分、その構成が容易となる。

さらに、本実施例の燃料電池１０’では、本実施例の第１実施例で挙げた、その他の効果についても、同様に奏することができる。

Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

上記した第１の実施例では、図１に示したとおり、多孔体２６において、供給された空気を上方から下方へ流し、多孔体２７において、供給された水素ガスを右方から左方へ流し、空気と水素ガスを互いに直交する方向に流すようにしているため、カソードプレート４１及びアノードプレート４３には、リブ４１ａ，４３ａを、多孔体２６，２７の外周を取り囲むように形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、空気と水素ガスを互いに平行な方向に流すようにした場合は、略長方形の形状を成す多孔体２６，２７において、４辺のうち、何れかの対向する２辺については、その流れの方向と略平行となる。このような場合には、カソードプレート４１及びアノードプレート４３において、リブ４１ａ，４３ａを、その２辺に沿った位置のみに形成し、他の対向する２辺（すなわち、流れの方向と略直交する２辺）に沿った位置には、形成しないようにしてもよい。

脇流れは、多孔体２６，２７の外周側面のうち、反応ガスの主たる流れの方向に対し、略平行な辺に対応する外周側面において、生じやすいため、少なくとも、その部分に対応する位置に、リブ４１ａ、４３ａが形成されていればよいからである。

上記した実施例においては、リブ４１ａ，４３ａは、カソードプレート４１，アノードプレート４３を構成する金属の薄板に、プレス加工を施すことによって形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、金属板にエッチング処理や機械加工を施して、不要な部分を除去することによって、リブ４１ａ，４３ａを形成するようにしてもよい。或いは、断面が凸状で、外形が帯状を成す部材を、金属板に貼り付けることによって、リブ４１ａ，４３ａを形成するようにしてもよい。

上記した実施例においては、セパレータ４０として、三つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータを用いて、反応ガスを、マニホールドから、セパレータ４０の内部（中間プレート４２の部分）を通して、孔部から多孔体２６，２７へ供給し、その排ガスを、他方の孔部から４０の内部を介して、マニホールドに排出するようにしていたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。

例えば、セパレータとして、三層積層型でなく、二層積層型を用いても、一層型を用いてよい。なお、一層型の場合、リブ４１ａ，４３ａの形成には、プレス加工以外の方法を用いる必要がある。

また、反応ガスの流路として、マニホールドからセパレータとシールガスケットとの間を介して、多孔体の外周側面より多孔体の内部に反応ガスを供給し、その排ガスを多孔体の外周側面から、セパレータとシールガスケットとの間を介して、マニホールドに排出するようにしてもよい。この場合、マニホールドから多孔体に至る反応ガス流路に当たる部分と、多孔体からマニホールドに至る排ガス流路に当たる部分には、反応ガスの供給や排ガスの排出を妨げないよう、リブ４１ａ，４３ａを形成しないか、或いは、形成しても、その高さを抑えるようにする必要がある。

上記した実施例では、ロウ材２８，２９によって、リブ４１ａ，４３ａと多孔体２６，２７の外周側面との隙間を埋めると共に、両者を接合させるようにしていたが、ロウ材に代えて、接着性を有する樹脂を用いるようにしてもよい。例えば、熱硬化性樹脂である、エポキシ樹脂，フェノール，ポリスチレン，尿素樹脂などを用いてもよく、熱可塑性樹脂である、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート），ＰＳ（ポリスチレン），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン），ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）などを用いるようにしてもよい。

本発明の第１実施例としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。 本発明の第１実施例としての燃料電池１０の一部を積層方向に切断した断面図である。 従来例としての燃料電池１０の一部を積層方向に切断した断面図である。 本発明の第２実施例としての燃料電池の一部の概略構成を示す説明図である。 本発明の第２実施例としての燃料電池１０’の一部を積層方向に切断した断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池
２０，２０’…発電体
２１…電解質膜
２２ａ，２２ｂ…電極触媒層
２３ａ，２３ｂ…ガス拡散層
２４…ＭＥＡ
２５…ＭＥＧＡ
２６，２７…多孔体
２８，２９…ロウ材
３０，３０’…シールガスケット
３０ａ，３０ｂ…リップ部
３５…生成水
４０…セパレータ
４１…カソードプレート
４１ａ…リブ
４２…中間プレート
４３…アノードプレート
４３ａ…リブ
４５，４６…孔部
８５，８６…エンドプレート
Ａ…空隙
Ｂ…空隙
ＳＬ…シールライン

Claims (6)

1. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池であって、
   電解質膜及び電極を含む発電部と、
   該発電部の両側に配置され、前記発電により生じた電流を集電し、隔壁として機能するセパレータと、
   前記発電部の外周に配置され、前記反応ガスの漏れを抑えるためのシールガスケットと、
   前記発電部と前記セパレータとの間に配置されると共に、供給された前記反応ガスの流路となって前記反応ガスを前記発電部に与える、所定の気孔率で形成された多孔体と、
   を備え、
   前記セパレータは、前記発電部側の表面であって、前記多孔体の外周に対応する所定の位置に、前記発電部側に突出し、前記多孔体の外周に沿って帯状に延びる凸部を有し、
   前記セパレータは、前記発電部の両側に配置される際に、前記発電部の外周に配置される前記シールガスケットを、両側より、前記凸部にて挟持するよう配置されると共に、
   前記セパレータの凸部と前記多孔体の外周側面との間には、気孔率が前記所定の気孔率より小さい埋め込み部材を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記多孔体が矩形形状を成し、前記多孔体を流れる前記反応ガスの主たる流れの方向が、前記矩形の対向する２辺と略平行である場合に、
   前記セパレータの前記凸部は、対向する前記２辺に沿った位置に設けられていることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記セパレータの前記凸部は、前記多孔体の外周全てを取り囲むような位置に設けられていることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１ないし請求項３のうちの任意の１つに記載の燃料電池において、
   前記シールガスケットは、前記発電部の外周を挟み込んで、前記発電部と一体的に構成されており、
   前記セパレータは、前記発電部の両側に配置される際に、前記シールガスケットにおける前記発電部の外周を挟み込んだ部分を、両側より、前記凸部にて挟持するよう配置されることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の燃料電池において、
   前記埋め込み部材は、前記セパレータと前記多孔体とを接合する接着性を有することを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１ないし請求項５のうちの任意の１つに記載の燃料電池において、
   前記セパレータの前記凸部は、前記セパレータが金属板で構成される場合、前記金属板をプレス加工することにより、形成されることを特徴とする燃料電池。

Images