JP2009259487A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の反応ガスの電極面への配流性を向上する技術を提供する。
【解決手段】燃料電池スタックは、流体の漏洩を防止するためのシールガスケット１２によって外周縁を被覆された電解質膜１３を備える。電解質膜１３の両面にはそれぞれ、シールガスケット１２によって囲まれた発電領域１１に、２つの電極層１４ａ、１４ｃが配置されている。２つの電極層１４ａ、１４ｃの外表面には、２つの電極層１４ａ、１４ｃに反応ガスを供給するための流路となるガス流路部材６０が配置される。ガス流路部材６０は、２つの電極層１４ａ、１４ｃの全面を被覆する。
【選択図】図３

Description

この発明は、燃料電池に関する。

燃料電池は通常、電解質膜の両面にアノード及びカソードが配置された発電体である膜電極接合体（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。膜電極接合体は、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化ガス（反応ガス）が供給されてその電気化学反応（燃料電池反応）によって発電する。ところで、燃料電池では、発電効率を向上するためにアノード及びカソード全体に渡って反応ガスがほぼ一様に供給されることが好ましい。そのため、アノード及びカソードの外表面（電極面）には、反応ガスの流路として機能する多孔体などのガス流路部材が配置される場合がある（特許文献１等）。

特開２００７−２５０３５１号公報 特開２００７−５３００７号公報 特開２００７−１２３９９号公報

しかし、こうしたガス流路部材を電極面に配置しても、電極面には他の領域に比較して反応ガスの供給量が不足する領域が生じていた。これまで、こうした反応ガスの配流性に関しては十分な工夫がなされていないのが実情であった。

本発明は、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性を向上する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料電池であって、流体の漏洩を防止するためのシール部によって外周縁を被覆された電解質膜と、前記電解質膜の両面の前記シール部によって囲まれた発電領域に配置される電極層と、前記電極層の外表面に配置され、前記電極層に反応ガスを供給するための流路となるガス流路部材とを備え、前記ガス流路部材は、前記電極層の全面を被覆している、燃料電池。
この燃料電池によれば、ガス流路部材によって、電極層の全面に渡って反応ガスを供給することが可能である。従って、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性が向上し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記ガス流路部材の外周縁は、前記燃料電池に組み付けられた状態において、前記シール部材と接している、燃料電池。
この燃料電池によれば、反応ガスが、比較的流路抵抗の少ないガス流路部材とシール部との間へと流れて、反応に供されることなく排出されてしまうことを抑制できる。従って、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性が向上し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。

［適用例３］
適用例２記載の燃料電池であって、さらに、前記シール部を前記電解質膜の両面から挟持するセパレータを備え、前記シール部の外表面には、前記セパレータによって押圧されてシールラインを形成する突起部が設けられており、前記シールラインは、前記発電領域を囲む発電領域シールラインを含み、前記発電領域シールラインは、前記燃料電池に組み付けられている状態において、前記ガス流路部材の外周縁と接している、燃料電池。
この燃料電池によれば、発電領域外部へと反応ガスが流れてしまうことを抑制できる。従って、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性が向上し、燃料電池の発電効率を向上させることができる。

［適用例４］
適用例３記載の燃料電池であって、前記突起部の高さは、前記燃料電池に組み付けられていない状態において、前記ガス流路部材の厚みより大きい、燃料電池。
この燃料電池によれば、燃料電池として組み付けられたときに、突起部がセパレータに押圧されて横幅方向へと膨張し、ガス流路部材の外周端を押圧してシールする。従って、ガス流路部材の外部へと反応ガスが流れてしまうことを抑制でき、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性が向上する。

［適用例５］
適用例２ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池であって、前記セパレータには、前記反応ガスのためのガス流路が設けられており、前記前記ガス流路は、前記ガス流路部材へと連通している、燃料電池。
この燃料電池によれば、セパレータのガス流路からガス流路部材の領域へと反応ガスが流れてしまうことを抑制できる。従って、燃料電池の反応ガスの電極面への配流性が向上する。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。

A．第１実施例：
図１（Ａ）は、本発明の一実施例として燃料電池スタックの構成を示す概略図である。この燃料電池スタック１００は、反応ガスの供給を受けて、その電気化学反応（燃料電池反応）によって発電する固体高分子型燃料電池である。具体的には、燃料ガスとして水素が供給され、酸化ガスとして酸素を含有する高圧空気が供給される。なお、燃料電池スタック１００としては、固体高分子型燃料電池でなくとも良く、任意の種々のタイプの燃料電池に本発明を適用することが可能である。

燃料電池スタック１００は、複数のシール一体型膜電極接合体１０（後述）がセパレータ２０（後述）によって挟持された状態で積層された積層体３０を備えている。積層体３０は、その積層方向から２枚のエンドプレート４０に挟持されており、２枚のエンドプレート４０を介してその外周縁に設けられた締結部材５０によって、その積層方向に締結荷重を付与される。

図１（Ｂ）は、燃料電池スタック１００のうちの任意の１つのシール一体型膜電極接合体１０と、それを挟持する２つのセパレータ２０とを示す概略図である。このセパレータ２０は、アノードプレート２０ａとカソードプレート２０ｃとそれらに挟持される中間プレート２０ｉとを備える３層式セパレータである。アノードプレート２０ａは、シール一体型膜電極接合体１０のアノード側に配置され、カソードプレート２０ｃは、シール一体型膜電極接合体１０のカソード側に配置される。セパレータ２０は、カーボンや金属などのガス不透過の導電性部材によって構成することができる。

図２は、シール一体型膜電極接合体１０のアノード側の面を示す概略図である。なお、シール一体型膜電極接合体１０のカソード側の面は、アノード側の面と同様の構成であるため図示は省略する。

このシール一体型膜電極接合体１０は、燃料電池反応が行われる発電部１１と、その外周縁に設けられたシールガスケット１２とを有する略長方形の部材である。シールガスケット１２には、水素、空気、冷媒などの流体の供給及び排出を担う貫通孔であるマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が設けられている。具体的には以下の構成となる。

マニホールド孔Ｍ１は水素の供給を担い、マニホールド孔Ｍ２は反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスの排出を担う。マニホールド孔Ｍ３は空気の供給を担い、マニホールド孔Ｍ４は反応に供されることのなかった酸素や、反応によって生成した水分などを含むカソード排ガスの排出を担う。マニホールド孔Ｍ５、Ｍ６はそれぞれ、発電によって生じた燃料電池スタック１００の熱を冷却するための冷媒（水）の供給、排出を担う。

水素供給用マニホールド孔Ｍ１及び冷媒供給用マニホールド孔Ｍ５は、水素排出用マニホールド孔Ｍ２及び冷媒排出用マニホールド孔Ｍ６と、発電部１１を挟んで対向する位置に、シール一体型膜電極接合体１０の長辺に沿って設けられている。また、酸素供給用マニホールド孔Ｍ３は、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４と発電部１１を挟んで対向する位置に、シール一体型膜電極接合体１０の短辺に沿って略長辺形として、それぞれ１個ずつ設けられている。なお、マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６は、他の構成・配置であっても良い。

シールガスケット１２の外表面には、個々のマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６と発電部１１とをそれぞれ囲むようにシールラインＳＬ（一点鎖線で図示）が形成されている。シールラインＳＬについては後述する。なお、シールガスケット１２はシリコンゴムなどの絶縁性シール部材で構成することができる。

図３は、図２の３−３切断におけるシール一体型膜電極接合体１０の断面を示す概略断面図である。発電部１１には、電解質膜１３とアノード電極層１４ａとカソード電極層１４ｃとが含まれる。電解質膜１３は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。電解質膜１３の両面には、アノード電極層１４ａ及びカソード電極層１４ｃがそれぞれ配置されており、発電体である膜電極接合体１５が構成される。

各電極層１４ａ、１４ｃの電解質膜１３と接する面側には、それぞれ燃料電池反応を促進するための触媒が担持された触媒層（図示せず）が設けられている。また、各電極層１４ａ、１４ｃの電解質膜１３と接しない面側には、発電部１１の全体に反応ガスを行き渡らせるためのガス拡散層（図示せず）が設けられている。各電極層１４ａ、１４ｃはそれぞれ、例えば、カーボンペーパに触媒として白金（Ｐｔ）を担持させることによって構成できる。なお、本明細書中において、各電極層１４ａ、１４ｃの電解質膜１３と接しない側の外表面を「電極面」と呼ぶ。

電解質膜１３の外周縁（「膜端部１３ｅ」と呼ぶ）は、２つの電極層１４ａ、１４ｃの外周の端部（「電極端部１４ｅ」と呼ぶ）より突出しており、シールガスケット１２は、この膜端部１３ｅを被覆するように設けられている。即ち、２つの電極層１４ａ、１４ｃはそれぞれ、シールガスケット１２によって囲まれた領域に配置されている。このように、膜端部１３ｅがシールガスケット１２によって被覆されることにより、膜電極接合体１５がシールガスケット１２に一体的に保持される。また、燃料電池の発電の際に水素が反応に供されることなくカソード側に移動してしまう、いわゆるクロスリークの発生を抑制することができる。なお、このような構成により、このシール一体型膜電極接合体１０では、発電に供される発電部１１と電極面とがほぼ一致する。

シールガスケット１２の両面には、上述したシールラインＳＬ（図２）を形成する突起部であるリップ１６が設けられている。即ち、このリップ１６の頂点である頂部１６ｔが燃料電池スタック１００として組み付けられたときにセパレータ２０に一様に押圧されることによって、セパレータ２０とシールガスケット１２との接触界面における流体の漏洩を防止する。

ここで、燃料電池スタック１００として組み付けられるときに、シール一体型膜電極接合体１０の両電極面にはそれぞれ、反応ガスの流路となるガス流路部材６０が配置される。より具体的には、ガス流路部材６０は、発電部１１の外側に設けられたリップ１６によって囲まれた発電部１１を含む領域（「発電部シール領域１７」と呼ぶ）に配置される。ガス流路部材６０は、カーボンや、焼結金属などの導電性を有する多孔体で構成することができる。

ガス流路部材６０は、電極面に沿った方向に反応ガスを拡散させつつ、その厚み方向（図中の矢印Ｙ）に向かって反応ガスを透過する。また、ガス流路部材６０は、アノード又はカソードの電極面とセパレータ２０とに接しており、発電した電気をセパレータ２０へ導く導電パスとして機能する。なお、ガス流路部材６０における電極面と接する側の面の面積は、発電部シール領域１７の面積とほぼ等しく、電極面全体を被覆する。これにより、ガス流路部材６０は、２つの電極層１４ａ、１４ｃの電極面全体に一様に反応ガスを行き渡らせることができる。具体的な反応ガスの流れについては後述する。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、ガス流路部材６０のシール一体型膜電極接合体１０への配置状態をより具体的に説明するための模式図である。図４（Ａ）は、図３と同様なシール一体型膜電極接合体１０の概略断面図であり、ガス流路部材６０の配置されたシール一体型膜電極接合体１０が、セパレータ２０によって挟持される前の状態を示している。この状態では、リップ１６の電極面からの高さｈは、ガス流路部材６０の厚みｔよりもｘだけ大きい（ｘ＞０）。

図４（Ｂ）は、ガス流路部材６０の配置されたシール一体型膜電極接合体１０が、セパレータ２０によって挟持された後の状態を示している。この状態では、セパレータ２０によってリップ１６は押圧されてその高さｈがガス流路部材６０の厚みｔと等しくなる。このとき、リップ１６は押圧されて圧縮された分だけ電極面に沿った方向に膨張し、ガス流路部材６０の外周端面６０ｅを押圧して、ガス流路部材６０の外周端面６０ｅとリップ１６との間の空隙を低減する。これによって、反応ガスが、流路抵抗の比較的小さいリップ１６とガス流路部材６０との間の空隙へと流れて、反応に供されることなく燃料電池スタック１００の外部へと排出されてしまうことを抑制できる。

図５は、セパレータ２０を構成するアノードプレート２０ａの構成を示す概略図である。なお、図には、燃料電池スタック１００を積層方向に沿って見たときに、ガス流路部材６０の配置領域が投影される領域をガス流路部材配置領域６０ａとして破線で示す。アノードプレート２０ａには、シール一体型膜電極接合体１０と同様に貫通孔であるマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が設けられている。また、ガス流路部材配置領域６０ａ内には、長辺形の貫通孔である水素流入孔Ｐ１及び水素流出孔Ｐ２が設けられている。水素流入孔Ｐ１は、水素供給用マニホールド孔Ｍ１側のガス流路部材配置領域６０ａの短辺に沿って設けられており、水素流出孔Ｐ２は、水素排出用マニホールド孔Ｍ２側のガス流路部材配置領域６０ａの短辺に沿って設けられている。水素流入孔Ｐ１は、発電部１１への水素の供給孔として機能し、水素流出孔Ｐ２は、発電部１１からのアノード排ガスの排出孔として機能する。なお、具体的な水素の流れについては後述する。

図６は、カソードプレート２０ｃの構成を示す概略図である。図５は、水素流入孔Ｐ１及び水素流出孔Ｐ２に換えて、酸素流入孔Ｐ３及び酸素流出孔Ｐ４が設けられている点以外は、図５のアノードプレート２０ａと同じである。酸素流入孔Ｐ３及び酸素流出孔Ｐ４はそれぞれ、ガス流路部材配置領域６０ａ内に酸素供給用マニホールド孔Ｍ３及び酸素排出用マニホールド孔Ｍ４と並列に設けられた貫通孔である。酸素流入孔Ｐ３は、発電部１１への空気の供給孔として機能し、酸素流出孔Ｐ４は、発電部１１からのカソード排ガスの排出孔として機能する。具体的な空気の流れについては後述する。

図７は、中間プレート２０ｉの構成を示す概略図である。図７には、図５及び図６と同様にガス流路部材配置領域６０ａが破線で示してある。また、燃料電池スタック１００を積層方向に沿って見たときに、アノードプレート２０ａの水素流入孔Ｐ１及び水素流出孔Ｐ２と重なる領域を連通領域Ｐ１ａ、Ｐ２ａとして破線で示す。同様に、カソードプレート２０ｃの酸素流入孔Ｐ３及び酸素流出孔Ｐ４と重なる領域を連通領域Ｐ３ａ、Ｐ４ａとして破線で示す。さらに、図７には、燃料電池スタック１００を積層方向に沿って見たときに、２つのプレート２０ａ、２０ｃに設けられている冷媒用マニホールド孔Ｍ５、Ｍ６と重なる領域を破線で示してある。

中間プレート２０ｉには、他のプレート２０ａ、２０ｃと同様に水素用マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ２及び酸素用マニホールド孔Ｍ３〜Ｍ４が設けられている。中間プレート２０ｉには、２つのアノード流路ＡＰ１、ＡＰ２が貫通して設けられている。第１のアノード流路ＡＰ１は、水素供給用マニホールド孔Ｍ１と連通しており、連通領域Ｐ１ａとほぼ重なるように設けられている。第２のアノード流路ＡＰ２は、水素排出用マニホールド孔Ｍ２と連通しており、連通領域Ｐ２ａとほぼ重なるように設けられている。

また、中間プレート２０ｉには、櫛歯状のスリットである２組のカソード流路列ＣＰ１、ＣＰ２が貫通して設けられている。第１のカソード流路列ＣＰ１は、一端が酸素供給用マニホールド孔Ｍ３と連通しており、他端が連通領域Ｐ３ａと重なるように設けられている。第２のカソード流路列ＣＰ２は、一端が酸素排出用マニホールド孔Ｍ４と連通しており、他端が連通領域Ｐ４ａと重なるように設けられている。具体的な水素及び空気の流れについては後述する。

さらに、中間プレート２０ｉには、複数の並列な冷媒流路ＷＰが貫通して設けられている。冷媒流路ＷＰは、２つのプレート２０ａ、２０ｃに設けられた冷媒用マニホールド孔Ｍ５、Ｍ６と連通するように設けられている。従って、冷媒供給用マニホールド孔Ｍ５へ供給された冷媒は、その一部が分岐して、図中の矢印が示すように冷媒流路ＷＰを通過し、発電によって生じた熱を伴って冷媒排出用マニホールド孔Ｍ６へと排出される。なお、冷媒流路ＷＰは、冷媒が発電部１１の全体を冷却できるように設けられていることが好ましい。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、燃料電池スタック１００内における水素及び空気の流れを模式的に示す説明図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、燃料電池スタック１００として組み付けられた際のセパレータ２０に挟持された任意のシール一体型膜電極接合体１０における一部位の概略断面図である。具体的には以下の通りである。

図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図７に示した８Ａ−８Ａ切断及び８Ｂ−８Ｂ切断における概略断面図であり、水素の流路を示している。燃料電池スタック１００の外部から水素供給用マニホールド孔Ｍ１へ供給された水素の一部は、図８（Ａ）の矢印に示すように、中間プレート２０ｉに設けられた第１のアノード流路ＡＰ１へと流入する。その後、アノードプレート２０ａに設けられた水素流入孔Ｐ１を介してアノード側に配置されたガス流路部材６０へと至る。一方、アノード排ガスは、図８（Ｂ）の矢印に示すように、ガス流路部材６０から水素流出孔Ｐ２を介して第２のアノード流路ＡＰ２へと流入し、水素排出用マニホールド孔Ｍ２へと至り、燃料電池スタック１００の外部へ排出される。

図８（Ｃ）は、図７に示した８Ｃ−８Ｃ切断における断面図であり、空気の流路を示している。燃料電池スタック１００の外部からマニホールド孔Ｍ３へ供給された空気の一部は、図８（Ｃ）の矢印に示すように、中間プレート２０ｉに設けられた第１のカソード流路列ＣＰ１へと流入する。その後、カソードプレート２０ｃに設けられた酸素流入孔Ｐ３を介してカソード側のガス流路部材６０へと流入する。一方、カソード排ガスは、ガス流路部材から酸素流出孔Ｐ４を介して第２のカソード流路列ＣＰ２へと流入し、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４へと至り、燃料電池スタック１００の外部へ排出される。

このように、２つのプレート２０ａ、２０ｃの貫通孔Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はガス流路部材配置領域６０ａに設けられているため（図５，図６）、上述したセパレータ２０における反応ガスの流路は、電極面に配置されたガス流路部材６０と直接的に連通する。これによって、ガス流路部材６０の外部に反応ガスが流れてしまうことを抑制できる。なお、ガス流路部材６０における反応ガスの流れについては以下に説明する。

図９（Ａ）は、ガス流路部材６０内における反応ガスの流れを説明するための模式図である。図９（Ａ）は、ガス流路部材６０内における水素の流れを示す矢印が追加されており、水素の排出側が省略されている点以外は、図８（Ａ）とほぼ同じである。なお、水素の排出側における水素の流れと、空気の供給側及び排出側における空気の流れも同様であるため、図示及び説明は省略する。上述したように、反応ガスはガス流路部材６０内を電極面に沿った方向に拡散しつつ、その厚み方向に流れる。従って、水素流入孔Ｐ１から流入した水素は、ガス流路部材６０のほぼ全体に行き渡る。

図９（Ｂ）は、比較例としての燃料電池スタック１００ａにおけるガス流路部材６０内における反応ガスの流れを説明するための模式図である。比較例の燃料電池スタック１００ａは、シール一体型膜電極接合体１０ａの構成が本実施例の燃料電池スタック１００のシール一体型膜電極接合体１０と異なっており、 図９（Ｂ）は、シール一体型膜電極接合体１０ａの構成が異なる点以外は、図９（Ａ）とほぼ同じである。比較例のシール一体型膜電極接合体１０ａは、膜端部１３ｅとともに電極端部１４ｅがシールガスケット１２によって被覆されている。

本実施例の燃料電池スタック１００では、ガス流路部材６０が電極面を被覆するように配置されているため、ガス流路部材６０を介して水素が電極端部１４ｅまで供給される（図９（Ａ））。一方、比較例の燃料電池スタック１００ａは、ガス流路部材６０と電極端部１４ｅとが接しておらず、電極端部１４ｅまで供給される水素量は本実施例のシール一体型膜電極接合体１０に比較して低減してしまう。このように、本実施例の構成によれば、電極端部１４ｅを含む電極面全体により一様に反応ガスを行き渡らせることができる。また、電極面とガス流路部材６０との接触面積が大きい分だけ、ガス流路部材６０による集電効率が向上する。

ところで、本実施例のシール一体型膜電極接合体１０は、電解質膜１３の外周縁にシールガスケット１２を射出成形した後に、電解質膜１３の外表面に２つの電極層１４ａ、１４ｃを形成して製造される。一方、比較例のシール一体型膜電極接合体１０ａは、電解質膜１３に２つの電極層１４ａ、１４ｃを形成した後に、シールガスケット１２を射出成形して製造される。従って、シールガスケット１２の成形工程における成形不良が発生した場合には、比較例のシール一体型膜電極接合体１０ａの製造工程では、電解質膜１３とともに電極層１４ａ、１４ｃが廃棄されてしまう。一方、本実施例のシール一体型膜電極接合体１０の製造工程では、シールガスケット１２の成形不良が発生した場合であっても、当該成形不良となった電解質膜１３のみが廃棄され、電極層１４ａ、１４ｃの廃棄は回避できるため、製造コストの増加を抑制できる。

このように、本実施例の構成によれば、電極面への反応ガスの配流性を向上させることができ、電極面の単位面積あたりの発電量（電極利用率）を向上させることができる。従って、燃料電池スタック１００の発電効率を向上させることができる。

B．第２実施例：
図１０は、本発明の第２実施例としてのシール一体型膜電極接合体１０Ｂ及びガス流路部材６０の構成を示す概略断面図である。図１０は、ガス流路部材６０の電極面と接する側の面の面積が電極面の面積とほぼ等しい点と、シールガスケット１２の構成が異なる点以外は、図３とほぼ同じである。なお、第２実施例の燃料電池スタックの他の構成は、第１実施例のものと同様である。

このシール一体型膜電極接合体１０Ｂのシールガスケット１２には、発電部１１を囲む第１と第２のリップ１６ａ、１６ｂが設けられている。具体的には、第１のリップ１６ａは電極端部１４ｅに隣接して設けられており、第２のリップ１６ｂは第１のリップ１６ａの外側に設けられている。即ち、発電部１１は、第１と第２のリップ１６ａ、１６ｂによって形成される２重のシールラインによって囲まれており、発電部１１と発電部シール領域１７とがほぼ一致する。

このように、第２実施例の構成であっても、電極面がガス流路部材６０によって被覆されているため、第１実施例と同様に、電極面への反応ガスの配流性を向上させることができ、電極利用率を向上させることができる。従って、燃料電池スタックの発電効率を向上させることができる。

C．変形例：
なお、この発明は上記の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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

C1．変形例１：
上記実施例においてガス流路部材６０は、カーボンや、焼結金属などの導電性を有する多孔体で構成されていた。しかし、ガス流路部材６０としては、上記部材に限定されるものではなく、ガスの透過性を有する導電性部材であれば良い。例えば、エキスパンドメタルや、パンチングメタルなど、金属板を加工して複数の貫通孔が設けられた部材であっても良い。

C2．変形例２：
上記実施例において、ガス流路部材６０の外周縁は、発電部１１を囲むシールラインＳＬを形成するリップ１６と接するように配置されていたが、ガス流路部材６０は、リップ１６と接していなくとも良い。ただし、反応に供されることなく排出されてしまう反応ガスを低減するために、ガス流路部材６０の外周縁とリップ１６とが、燃料電池に組み付けられた状態で接することが好ましい。

C3．変形例３：
上記実施例において、セパレータ２０は、いわゆる３層セパレータを構成していたが、これに限定されることはなく、他の構成を有していても良い。例えば、中間プレート２０ｉが省略された２層式セパレータであっても良い。ただし、上記実施例のようにセパレータに設けられた反応ガスのための流路は、ガス流路部材６０と直接的に連通していることが好ましい。

C4．変形例４：
上記実施例において、リップ１６は、その高さｈが燃料電池スタック１００に組み付けられていない状態でガス流路部材６０の厚みｔより大きくなるように設けられていた。しかし、リップ１６の高さｈは、ガス流路部材６０の厚みｔ以下であっても良い。ただし、この場合には、燃料電池スタックとして組み付けられたときに、リップ１６の高さｈとガス流路部材６０の厚みｔとがほぼ等しくなるように、リップ１６及びガス流路部材６０が変形することが好ましい。

C5．変形例５：
上記実施例において、各電極層１４ａ、１４ｃはガス拡散層を含んでおり、その外側にガス流路部材６０が設けられていたが、ガス流路部材６０を省略し、セパレータ２０と各電極層１４ａ、１４ｃとが直接的に接するように構成しても良い。この場合には、ガス拡散層がガス流路部材として機能し、各電極層１４ａ、１４ｃのうちの触媒層が電極層として機能していると解釈することができる。

C6．変形例６：
上記実施例において、各電極層１４ａ、１４ｃはガス拡散層を含んでいたが、ガス拡散層を省略し、ガス流路部材６０と各電極層１４ａ、１４ｃの触媒層とが直接的に接するように構成しても良い。この場合には、ガス流路部材６０が、各電極層１４ａ、１４ｃにおけるガス拡散層としても機能していると解釈することができる。

燃料電池スタックの構成を示す概略図。 シール一体型膜電極接合体の構成を示す概略図。 シール一体型膜電極接合体及びガス流路部材の構成を示す概略断面図。 ガス流路部材のシール一体型膜電極接合体部における配置状態を説明するための模式図。 セパレータのうちアノードプレートの構成を示す概略図。 セパレータのうちカソードプレートの構成を示す概略図。 セパレータのうち中間プレートの構成を示す概略図。 燃料電池スタックにおける反応ガスの流れを説明するための説明図。 第１実施例及び比較例のガス流路部材における反応ガスの流れを示す模式図。 第２実施例におけるシール一体型膜電極接合体及びガス流路部材を示す概略断面図。

符号の説明

１０，１０ａ，１０Ｂ…シール一体型膜電極接合体
１１…発電部
１２…シールガスケット
１３…電解質膜
１３ｅ…膜端部
１４ａ…アノード電極層
１４ｃ…カソード電極層
１４ｅ…電極端部
１５…膜電極接合体
１６…リップ
１６ａ…第１のリップ
１６ｂ…第２のリップ
１６ｔ…頂部
１７…発電部シール領域
２０…セパレータ
２０ａ…アノードプレート
２０ｃ…カソードプレート
２０ｉ…中間プレート
３０…積層体
４０…エンドプレート
５０…締結部材
６０…ガス流路部材
６０ａ…ガス流路部材配置領域
６０ｅ…外周端面
１００，１００ａ…燃料電池スタック
ＡＰ１…第１のアノード流路
ＡＰ２…第２のアノード流路
ＣＰ１…第１のカソード流路列
ＣＰ２…第２のカソード流路列
Ｐ１…水素流入孔
Ｐ１ａ…連通領域
Ｐ２…水素流出孔
Ｐ２ａ…連通領域
Ｐ３…酸素流入孔
Ｐ３ａ…連通領域
Ｐ４…酸素流出孔
Ｐ４ａ…連通領域
ＳＬ…シールライン
ＷＰ…冷媒流路

Claims (5)

1. 燃料電池であって、
   流体の漏洩を防止するためのシール部によって外周縁を被覆された電解質膜と、
   前記電解質膜の両面の前記シール部によって囲まれた発電領域に配置される電極層と、
   前記電極層の外表面に配置され、前記電極層に反応ガスを供給するための流路となるガス流路部材と、
   を備え、
   前記ガス流路部材は、前記電極層の全面を被覆している、燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池であって、
   前記ガス流路部材の外周縁は、前記燃料電池に組み付けられた状態において、前記シール部材と接している、燃料電池。
3. 請求項２記載の燃料電池であって、さらに、
   前記シール部を前記電解質膜の両面から挟持するセパレータを備え、
   前記シール部の外表面には、前記セパレータによって押圧されてシールラインを形成する突起部が設けられており、
   前記シールラインは、前記発電領域を囲む発電領域シールラインを含み、
   前記発電領域シールラインは、前記燃料電池に組み付けられている状態において、前記ガス流路部材の外周縁と接している、燃料電池。
4. 請求項３記載の燃料電池であって、
   前記突起部の高さは、前記燃料電池に組み付けられていない状態において、前記ガス流路部材の厚みより大きい、燃料電池。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
   前記セパレータには、前記反応ガスのためのガス流路が設けられており、
   前記前記ガス流路は、前記ガス流路部材へと連通している、燃料電池。

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