JP2011014310A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能の向上を図ることのできる燃料電池を提供する。
【解決手段】弾性体は、板状部材４０における貫通孔の周囲を取り囲み、かつその先端が全領域に亘って板状部材４０に密着する第１突起Ｔ１０Ｌと、ガス拡散層２１ａ、２１ｂの周囲を取り囲むように、かつ反応膜１０の配置領域内に設けられる第２突起Ｓ２０Ｌと、第１突起Ｔ１０Ｌが設けられている領域と第２突起Ｓ２０Ｌが設けられている領域とを取り囲み、かつ反応膜１０の配置領域外に設けられると共に、その先端が全領域に亘ってセパレータ３０に密着する第３突起Ｓ３０Ｌと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

一般的に、燃料電池（固体高分子型燃料電池）は、単セルが複数重ね合わせられたセルスタックを備える構成である。ここで、単セルは、電解質膜と、電解質膜を挟み込むように設けられる触媒層と、さらにこれらを挟み込むように設けられるガス拡散層とからなる構成である。また、触媒層とガス拡散層とで電極を構成し、電解質膜の一方の面側がアノードとなり、他方の面側がカソードとなる。そして、アノード側に水素を含む燃料を流し、カソード側に酸素を含む酸化剤を流すことで、触媒層において反応が生じて発電がなされる。

図７〜図１２を参照して、従来例に係る燃料電池について説明する。なお、この従来例においては、電解質膜と、その両面に設けられる触媒層とが一体的に構成された反応膜を備えている。図７は従来例に係る燃料電池における単セル構成部の平面図の一部である。図８は従来例に係る燃料電池における単セル構成部の模式的断面図（図７中のＢＢ断面図）である。図９は従来例に係る燃料電池における単セル構成部を部品展開した模式的断面図である。図１０は従来例に係る反応膜の平面図の一部である。図１１は従来例に係るガス拡散層を一体的に備えたガスケットの平面図の一部である。図１２は従来例に係るセパレータの平面図の一部である。

上記の通り、燃料電池は、単セルが複数重ね合わせられたセルスタックを備える構成である。以下の説明では、単セルを構成する部材で構成される単セル構成部のみについて説明する。

単セル構成部２００は、反応膜２１０と、反応膜２１０を挟み込むように設けられるアノード側ガス拡散層２２１ａ及びカソード側ガス拡散層２２１ｂを備えるガスケット２２０と、これらを挟み込むように設けられる一対のセパレータ２３０とから構成される（図７〜図９参照）。

また、単セル構成部２００には、燃料用の流路となり、かつアノード側ガス拡散層２２１ａに燃料を供給するための燃料用マニホールドＲ１０と、酸化剤用の流路となり、かつカソード側ガス拡散層２２１ｂに酸化剤を供給するための酸化剤用マニホールドＲ２０とが設けられている。また、単セル構成部２００には、冷却水用の流路となる冷却水用マニホールドＲ３０も設けられている（図７参照）。

次に、ガスケット２２０について、特に、図１１を参照して説明する。ガスケット２２０は、アノード側ガス拡散層２２１ａと、カソード側ガス拡散層２２１ｂと、これらと一体的に設けられる弾性体２２５とから構成される。また、弾性体２２５には、燃料用マニホールドＲ１０の一部を形成する第１貫通孔２２２、酸化剤用マニホールドＲ２０の一部を形成する第２貫通孔２２３、及び冷却水用マニホールドＲ３０の一部を形成する第３貫通孔２２４が形成されている。また、この弾性体２２５には、セパレータ２３０などに密着する突起Ｓが設けられている。なお、図７及び図１１においては、この突起Ｓが設けられている位置を点線ＳＬにて示している。

次に、セパレータ２３０について、特に、図１２を参照して説明する。なお、図１２（ａ）はアノード側の面を示し、図１０（ｂ）はカソード側の面を示している。セパレータ
２３０には、燃料用マニホールドＲ１０の一部を形成する第１貫通孔２３２、酸化剤用マニホールドＲ２０の一部を形成する第２貫通孔２３３、及び冷却水用マニホールドＲ３０の一部を形成する第３貫通孔２３４が形成されている。そして、セパレータ２３０のアノード側の面には、第１貫通孔２３２に隣接して凹部２３５ａが形成され、かつこの凹部２３５ａ内を通るように、第１貫通孔２３２とアノード側ガス拡散層２２１ａとの間の流路を形成する複数の溝２３１ａが形成されている。また、セパレータ２３０のカソード側の面には、第２貫通孔２３３に隣接して凹部２３５ｂが形成され、かつこの凹部２３５ｂ内を通るように、第２貫通孔２３３とカソード側ガス拡散層２２１ｂとの間の流路を形成する複数の溝２３１ｂが形成されている。

そして、これらの凹部２３５ａ，２３５ｂには、それぞれ板状部材（ブリッジ）２４０が、複数の溝２３１ａ，２３１ｂの上を横切るように装着される。

以上の構成により、燃料用マニホールドＲ１０（第１貫通孔２２２，２３２）から燃料がアノード側ガス拡散層２２１ａに送られ、酸化剤用マニホールドＲ２０（第２貫通孔２２３，２３３）から酸化剤がカソード側ガス拡散層２２１ｂに送られる。これにより、燃料中に含まれる水素と酸化剤が反応して、発電がなされる。

ここで、上記の弾性体２２５に設けられた突起Ｓは、燃料，酸化剤、及び冷却水がそれぞれ流れる領域同士を隔離するために設けられている。つまり、この突起Ｓは、密閉領域を形成するために設けられており、その殆どの部分が、シール突起としての機能を発揮する。基本的には、アノード側ガス拡散層２２１ａ，カソード側ガス拡散層２２１ｂ及び各マニホールドの一部を形成する貫通孔を、それぞれ取り囲むように設けられている。

上記の通り、この従来例においては、アノード側ガス拡散層２２１ａに燃料を、カソード側ガス拡散層２２１ｂに酸化剤を送るために、セパレータ２３０に複数の溝２３１ａ，２３１ｂを形成している。そして、これら複数の溝２３１ａ，２３１ｂの上を横切るように板状部材２４０を装着し、かつ、この板状部材２４０を横切るように突起Ｓを密着させている（図７参照）。このような構成を採用している理由について、以下に説明する。なお、アノード側とカソード側の構成は同一のため、ここでは、カソード側を例にして説明する。

酸化剤用マニホールドＲ２０を流れる酸化剤は、上記の通り、カソード側ガス拡散層２２１ｂに送られる。従って、本来、酸化剤用マニホールドＲ２０の空間領域と、カソード側ガス拡散層２２１ｂに面する空間領域は、これらが空間によって繋がっていればよく、酸化剤の流路を確保するという限りにおいては、上記のような溝や板状部材や突起は不要である。一方、酸化剤用マニホールドＲ２０を流れる酸化剤がアノード側に漏れてしまわないように、アノード側においては、酸化剤用マニホールドＲ２０を取り囲む突起（図８における突起Ｓ１）が必要である。そして、この突起Ｓ１を、セパレータ２３０に対して、より確実に密着させて、シール性能を発揮させるためには、この突起Ｓ１の反対側が支えられる必要がある。そこで、この従来例では、突起Ｓ１の反対側を支えるために、この突起Ｓ１の真裏の同じ位置にも、セパレータ２３０に対して密着する突起（図８における突起Ｓ２）を設けている。しかし、この突起Ｓ２を設けただけでは、酸化剤用マニホールドＲ２０の空間領域と、カソード側ガス拡散層２２１ｂに面する空間領域との間が遮断されてしまう。そこで、上記のように酸化剤の流路となる複数の溝２３１ｂを設けた上で、突起Ｓ２が溝２３１ｂ内に押し込まれてしまわないように、板状部材２４０を設けている。

以上のように、弾性体２２５に設けられる突起Ｓのうち、マニホールドと、マニホールドから流体が送り込まれるガス拡散層との間を横切る部分は、それ自体が密閉領域を形成
するために設けられている訳ではなく、その反対側の突起（シール突起）を支えるために設けられている。

ここで、安定したシール性能を発揮させるためには、セパレータ２３０の凹部２３５ａ，２３５ｂに対して板状部材２４０を装着した状態で、セパレータ２３０の表面に段差が生じていないのが理想的である。

しかしながら、装着性を良好にするために、凹部２３５ａ，２３５ｂの内側面と板状部材２４０の外側面との間にはクリアランスが設けられる。そのため、例えば、図８のＸ部分に示すように、凹部２３５ａ，２３５ｂの内側面と板状部材２４０の外側面との間には隙間が生じてしまう。また、凹部２３５ａ，２３５ｂの深さと板状部材２４０の厚みの寸法誤差の影響により、例えば、図７中Ｘ１で示す部分に段差も生じてしまう。また、反応膜２１０を、反応膜２１０よりも面積の大きなガスケット２２０によって挟み込んでいることから、反応膜２１０の端縁付近（例えば、図７中Ｘ２部分）においても段差が生じてしまう。

以上のような段差や隙間によって、シール性能に悪影響を与えてしまう。

なお、図７〜図９に示す単セル構成部を構成する反応膜２１０は、図１０（ａ）に示すように、セパレータ２３０よりも面積が小さくなるように構成されている。これに対して、図１０（ｂ）に示す反応膜２１０Ｘのように、セパレータ２３０と同じ大きさのものを用いた場合には、段差の存在によるシール性能の低下の問題をある程度解消することが可能となる。しかしながら、反応膜は一般的に非常に高価であるので、水素と酸化剤の反応領域付近にのみ設けるように、できる限り面積が小さいものを用いるのが望ましい。

特開２００７−２６９３１号公報 特開２００５−２６０５８号公報 米国２００９／００２９２３３ Ａ１公報

本発明の目的は、シール性能の向上を図ることのできる燃料電池を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の燃料電池は、電解質膜と該電解質膜の両面にそれぞれ設けられる触媒層とで構成される反応膜と、該反応膜を挟み込むように設けられる一対のガス拡散層と、これらを挟み込むように設けられる一対のセパレータの対向面とから構成される単セルが複数重ね合わされることで構成される燃料電池において、
前記一対のセパレータには、前記反応膜の配置領域の外側に、単セルの重ね合わせ方向に貫通するマニホールドの一部を形成する貫通孔がそれぞれ設けられた燃料電池であって、
前記一対のガス拡散層の周縁には、それぞれ弾性体が一体的に設けられており、
前記一対のセパレータには、それぞれ、前記貫通孔を含む領域に設けられる凹部が形成され、かつ、該凹部内を通るように前記貫通孔と前記ガス拡散層との間の流路を形成する複数の溝が形成されると共に、
前記マニホールドの一部を形成する貫通孔を有し、かつ前記複数の溝の上を横切るように前記凹部内に装着される板状部材を備え、
前記弾性体は、
前記板状部材における貫通孔の周囲を取り囲み、かつその先端が全領域に亘って該板状部材に密着する第１突起と、
前記ガス拡散層の周囲を取り囲むように、かつ前記反応膜の配置領域内に設けられる第２突起と、
第１突起が設けられている領域と第２突起が設けられている領域とを取り囲み、かつ前記反応膜の配置領域外に設けられると共に、その先端が全領域に亘ってセパレータに密着する第３突起と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１突起は、その先端が全領域に亘って板状部材に密着している。従って、板状部材とセパレータとの間にできる段差を通ることがないので、安定したシール性能を発揮させることができる。そして、第２突起によって、反応ガス（燃料及び酸化剤）が、反応領域外に漏れてしまうことを抑制できる。また、第３突起によって、燃料電池内の流体が、燃料電池の外部に漏れてしまうことを抑制できる。そして、第３突起は、第１突起が設けられている領域と第２突起が設けられている領域を取り囲むように設けられているので、これらの領域から漏れた流体が燃料電池の外部に漏れてしまうことを抑制できる。しかも、第３突起は、反応膜の領域外に設けられているので、反応膜によってできる段差を通ることもなく、かつその先端が全領域に亘ってセパレータに密着しているので、安定したシール性能が発揮される。

ここで、前記一対のガス拡散層の一方の周縁に設けられる弾性体と、前記一対のガス拡散層の他方の周縁に設けられる弾性体とは、一体成形によって一体的に構成されており、一体的に構成された弾性体のうち一対のガス拡散層間の部分が折り曲げられることによって、前記反応膜を挟み込むように、これら一対のガス拡散層が配置されるとよい。

こうすることで、部品点数を削減することができる。また、反応膜に対する一対のガス拡散層の配置関係の位置合わせを簡単に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、シール性能を向上させることができる。

図１は本発明の実施例に係る燃料電池における単セル構成部の平面図の一部である。 図２は本発明の実施例に係る燃料電池における単セル構成部の模式的断面図（図１中のＡＡ断面図）である。 図３は本発明の実施例に係る燃料電池における単セル構成部を部品展開した模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係る反応膜の平面図の一部である。 図５は本発明の実施例に係るガス拡散層を一体的に備えたガスケットの平面図の一部である。 図６は本発明の実施例に係るセパレータの平面図の一部である。 図７は従来例に係る燃料電池における単セル構成部の平面図の一部である。 図８は従来例に係る燃料電池における単セル構成部の模式的断面図（図７中のＢＢ断面図）である。 図９は従来例に係る燃料電池における単セル構成部を部品展開した模式的断面図である。 図１０は従来例に係る反応膜の平面図の一部である。 図１１は従来例に係るガス拡散層を一体的に備えたガスケットの平面図の一部である。 図１２は従来例に係るセパレータの平面図の一部である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例に係る燃料電池について説明する。なお、上記の通り、燃料電池（固体高分子型燃料電池）は、単セルが複数重ね合わせられたセルスタックを備える構成である。そして、セルスタックを構成する複数の単セルは、いずれも同一の構成である。従って、以下の説明では、単セルを構成する部材で構成される単セル構成部のみについて説明し、セルスタックの詳細説明は省略する。なお、本実施例に係る単セルの形状は、中心線Ｌを挟んで対称的な形状であり、図１，４，５，６においては、中心線Ｌの一方側のみを示している。

＜単セル構成部＞
単セル構成部１００は、反応膜１０と、反応膜１０を挟み込むように設けられるアノード側ガス拡散層２１ａ及びカソード側ガス拡散層２１ｂを備えるガスケット２０と、これらを挟み込むように設けられる一対のセパレータ３０とから構成される（図１〜図３参照）。ここで、本実施例に係る反応膜１０は、電解質膜とその両面に設けられる触媒層とが一体的に構成された膜（ＣＣＭ）である。

なお、単セル構成部１００における単セルは、反応膜１０と、反応膜１０を挟み込むように設けられるアノード側ガス拡散層２１ａ及びカソード側ガス拡散層２１ｂを備えるガスケット２０と、これらを挟み込むように設けられる一対のセパレータ３０の対向面とによって構成される。つまり、一対のセパレータ３０のうち、対向面ではない面（図２中、上側のセパレータ３０の上面と、下側のセパレータ３０の下面）は、図２に示す単セルの構成ではなく、セルスタックを構成した場合に、当該単セルにそれぞれ隣接する単セルの構成となる。

また、単セル構成部１００には、燃料用の流路となり、かつアノード側ガス拡散層２１ａに燃料を供給するための燃料用マニホールドＲ１と、酸化剤用の流路となり、かつカソード側ガス拡散層２１ｂに酸化剤を供給するための酸化剤用マニホールドＲ２とが設けられている。また、単セル構成部１００には、冷却水用の流路となる冷却水用マニホールドＲ３も設けられている（図１参照）。

以上のように構成される単セル（単セル構成部１００）が複数重ね合わされることでセルスタックが構成される。なお、セルスタックは、上記の通り、単セルが複数重ねられる構成であり、図示するまでもないので、特に図示しない。そして、このセルスタックに、例えば、重ねられた状態にある複数の単セル（単セル構成部）を保持するための保持部材などの部品が適宜取り付けられることで燃料電池が構成される。

＜ガスケット＞
ガスケット２０について、特に、図５を参照して説明する。ガスケット２０は、一対のガス拡散層ＧＤＬ（アノード側ガス拡散層２１ａ及びカソード側ガス拡散層２１ｂ）と、
これらと一体的に設けられる弾性体２５とから構成される。より具体的には、ガス拡散層に液状ゴムを射出成形によって含浸させて、ガス拡散層の周縁に弾性体２５を一体的に設けている。

また、弾性体２５には、燃料用マニホールドＲ１の一部を形成する第１貫通孔２２、酸化剤用マニホールドＲ２の一部を形成する第２貫通孔２３、及び冷却水用マニホールドＲ３の一部を形成する第３貫通孔２４が形成されている。また、この弾性体２５には、セパレータ３０などに密着する突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂ，Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ３０ａ，Ｓ３０ｂ，Ｔ１０ａ，Ｔ１０ｂが設けられている。なお、図１及び図５においては、これらの突起が設けられている位置を点線Ｓ１０ａＬ，Ｓ１０ｂＬ，Ｓ２０ａＬ，Ｓ２０ｂＬ，Ｓ３０ａＬ，Ｓ３０ｂＬ，Ｔ１０ａＬ，Ｔ１０ｂＬにて示している。

そして、本実施例に係るガスケット２０は、アノード側ガス拡散層２１ａの周縁に設けられる弾性体と、カソード側ガス拡散層２１ｂの周縁に設けられる弾性体とが、一体成形によって一体的に構成された弾性体２５を備えた構成である。そして、この弾性体２５のうちアノード側ガス拡散層２１ａとカソード側ガス拡散層２１ｂとの間の部分２５Ｒが折り曲げられることによって、反応膜１０を挟み込むように、これらアノード側ガス拡散層２１ａとカソード側ガス拡散層２１ｂが配置される構成を採用している（図２，図３及び図５参照）。

＜セパレータ＞
セパレータ３０について、特に、図６を参照して説明する。なお、図６（ａ）はアノード側の面を示し、図６（ｂ）はカソード側の面を示している。セパレータ３０には、燃料用マニホールドＲ１の一部を形成する第１貫通孔３２、酸化剤用マニホールドＲ２の一部を形成する第２貫通孔３３、及び冷却水用マニホールドＲ３の一部を形成する第３貫通孔３４が形成されている。

そして、セパレータ３０のアノード側の面には、第１貫通孔３２を含む領域に設けられる凹部３５ａが形成され、かつこの凹部３５ａ内を通るように、第１貫通孔３２とアノード側ガス拡散層２１ａとの間の流路を形成する複数の溝３１ａが形成されている。また、セパレータ３０のカソード側の面には、第２貫通孔３３を含む領域に設けられる凹部３５ｂが形成され、かつこの凹部３５ｂ内を通るように、第２貫通孔３３とカソード側ガス拡散層２１ｂとの間の流路を形成する複数の溝３１ｂが形成されている。

そして、これらの凹部３５ａ，３５ｂには、それぞれ板状部材４０が装着される。ここで、板状部材４０は、マニホールドの一部を形成する貫通孔４１を有しており、複数の溝３１ａ，３１ｂの上を横切るように装着される。

以上の構成により、燃料用マニホールドＲ１（第１貫通孔２２，３２）から燃料がアノード側ガス拡散層２１ａに送られ、酸化剤用マニホールドＲ２（第２貫通孔２３，３３）から酸化剤がカソード側ガス拡散層２１ｂに送られる。これにより、燃料中に含まれる水素と酸化剤が反応して、発電がなされる。

＜弾性体に設けられる突起＞
弾性体２５に備えられる突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂ，Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ３０ａ，Ｓ３０ｂ，Ｔ１０ａ，Ｔ１０ｂについて詳細に説明する。これらの突起は、背景技術においても説明したように、燃料，酸化剤、及び冷却水がそれぞれ流れる領域同士を隔離するために設けられている。そして、本実施例に係る弾性体２５に備えられる突起のうち、突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂ，Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ３０ａ，Ｓ３０ｂは、密閉領域を形成するために設けられており、突起Ｔ１０ａ，Ｔ１０ｂは、その反対側（裏面側）の突起を支え
るために設けられている。なお、各図において、これらの突起の符号について、添え字の「ａ」はアノード側にある突起を示し、添え字の「ｂ」はカソード側にある突起を示し、「ａ」「ｂ」を添えていない場合には、両者を区別しない場合を示している。また、添え字に「Ｌ」を付しているものは、突起が配置されている領域を示している。なお、図５においては、突起が設けられていない側の面が表になった状態を示している。

そして、本実施例に係る弾性体２５においては、大別すると、４種類の突起（以下、第１突起Ｔ１０と、第２突起Ｓ２０と、第３突起Ｓ３０と、第４突起Ｓ１０と称する。）が設けられている。

第１突起Ｔ１０は、板状部材４０における貫通孔４１の周囲を取り囲み、かつその先端が全領域に亘って板状部材４０に密着するように構成されている。この第１突起Ｔ１０の真裏の位置に、第４突起Ｓ１０が設けられる。

この第４突起Ｓ１０には、アノード側に設けられる第４突起Ｓ１０ａと、カソード側に設けられる第４突起Ｓ１０ｂがある。第４突起Ｓ１０ａは、酸化剤がアノード側ガス拡散層２１ａに漏れるのを防止するために設けられ、第４突起Ｓ１０ｂは、燃料がカソード側ガス拡散層２１ｂに漏れるのを防止するために設けられる。これら第４突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂは、その先端が全領域に亘ってセパレータ３０に密着する。

そして、これら第４突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂの真裏に設けられる第１突起Ｔ１０ｂ，Ｔ１０ａは、これら第４突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂを支えるために設けられる。これにより、第４突起Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂは、弾性反発力が得られ、セパレータ３０に対して、より確実に密着する。

第２突起Ｓ２０は、ガス拡散層の周囲を取り囲むように、かつ反応膜１０の配置領域内に設けられる。なお、第２突起Ｓ２０には、アノード側に設けられる第２突起Ｓ２０ａと、カソード側に設けられる第２突起Ｓ２０ｂがある。第２突起Ｓ２０ａは、アノード側ガス拡散層２１ａの周囲を取り囲むように設けられ、第２突起Ｓ２０ｂは、カソード側ガス拡散層２１ｂの周囲を取り囲むように設けられる。これにより、反応ガス（燃料及び酸化剤）が反応領域外に漏れてしまうことを防止している。

第３突起Ｓ３０は、第１突起Ｔ１０が設けられている領域（第４突起Ｓ１０が設けられている領域も同様）と第２突起Ｓ２０が設けられている領域とを取り囲み、かつ反応膜１０の配置領域外に設けられると共に、その先端が全領域に亘ってセパレータ３０に密着するように設けられる。なお、第３突起Ｓ３０は、冷却水用マニホールドＲ３（及び、これの一部を形成する第３貫通孔２４，３４）の周囲を取り囲む部分を有している（図１及び図５参照）。また、この第３突起Ｓ３０も、アノード側に設けられる第３突起Ｓ３０ａと、カソード側に設けられる第３突起Ｓ３０ｂがある。

＜本実施例の優れた点＞
以上のように、本実施例に係る燃料電池（単セル）においては、第１突起Ｔ１０は、その先端が全領域に亘って板状部材４０に密着している。このように、本実施例においては、板状部材４０とセパレータ３０との間に段差が生じていたとしても、マニホールド（マニホールドの一部を形成する貫通孔）の周囲を取り囲むように設けられる突起（第１突起Ｔ１０）は段差を通らない。従って、安定したシール性能を発揮させることができる。

また、第２突起Ｓ２０によって、反応ガス（燃料中に含まれる水素及び酸化剤）が、反応領域外に漏れてしまうことを抑制できる。

更に、第３突起Ｓ３０によって、燃料電池内の流体が、燃料電池の外部に漏れてしまうことを抑制できる。そして、第３突起Ｓ３０は、第１突起Ｔ１０が設けられている領域第４突起Ｓ１０が設けられている領域も同様）と第２突起Ｓ２０が設けられている領域を取り囲むように設けられているので、これらの領域から漏れた流体が燃料電池の外部に漏れてしまうことを抑制できる。しかも、第３突起Ｓ３０は、反応膜１０の領域外に設けられているので、反応膜１０によってできる段差を通ることもなく、かつその先端が全領域に亘ってセパレータ３０に密着しているので、安定したシール性能が発揮される。

そして、本実施例に係る燃料電池によれば、反応膜１０が配置される領域の外側にマニホールドが形成される構成を採用しており、一般的に高価な反応膜１０をセパレータ３０と同じ大きさにする必要がなく、コスト増加を抑制できる。にもかかわらず、反応膜１０によって生じる段差がシール性能に悪影響を与えることを回避できる。

また、本実施例においては、アノード側ガス拡散層２１ａの周縁に設けられる弾性体と、カソード側ガス拡散層２１ｂの周縁に設けられる弾性体とが、一体成形によって一体的に構成された弾性体２５を備えたガスケット２０を採用している。

従って、これらを別体で構成した場合と比べて、部品点数を削減することができる。また、反応膜１０に対するアノード側ガス拡散層２１ａ及びカソード側ガス拡散層２１ｂの配置関係の位置合わせを簡単に行うことができる。

１０ 反応膜
２０ ガスケット
２１ａ アノード側ガス拡散層
２１ｂ カソード側ガス拡散層
２２ 第１貫通孔
２３ 第２貫通孔
２４ 第３貫通孔
２５ 弾性体
３０ セパレータ
３１ａ，３１ｂ 溝
３２ 第１貫通孔
３３ 第２貫通孔
３４ 第３貫通孔
３５ａ，３５ｂ 凹部
４０ 板状部材
４１ 貫通孔
１００ 単セル構成部
Ｒ１ 燃料用マニホールド
Ｒ２ 酸化剤用マニホールド
Ｒ３ 冷却水用マニホールド
Ｓ１０ 第４突起
Ｓ２０ 第２突起
Ｓ３０ 第３突起
Ｔ１０ 第１突起

Claims (2)

1. 電解質膜と該電解質膜の両面にそれぞれ設けられる触媒層とで構成される反応膜と、該反応膜を挟み込むように設けられる一対のガス拡散層と、これらを挟み込むように設けられる一対のセパレータの対向面とから構成される単セルが複数重ね合わされることで構成される燃料電池において、
   前記一対のセパレータには、前記反応膜の配置領域の外側に、単セルの重ね合わせ方向に貫通するマニホールドの一部を形成する貫通孔がそれぞれ設けられた燃料電池であって、
   前記一対のガス拡散層の周縁には、それぞれ弾性体が一体的に設けられており、
   前記一対のセパレータには、それぞれ、前記貫通孔を含む領域に設けられる凹部が形成され、かつ、該凹部内を通るように前記貫通孔と前記ガス拡散層との間の流路を形成する複数の溝が形成されると共に、
   前記マニホールドの一部を形成する貫通孔を有し、かつ前記複数の溝の上を横切るように前記凹部内に装着される板状部材を備え、
   前記弾性体は、
   前記板状部材における貫通孔の周囲を取り囲み、かつその先端が全領域に亘って該板状部材に密着する第１突起と、
   前記ガス拡散層の周囲を取り囲むように、かつ前記反応膜の配置領域内に設けられる第２突起と、
   第１突起が設けられている領域と第２突起が設けられている領域とを取り囲み、かつ前記反応膜の配置領域外に設けられると共に、その先端が全領域に亘ってセパレータに密着する第３突起と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 前記一対のガス拡散層の一方の周縁に設けられる弾性体と、前記一対のガス拡散層の他方の周縁に設けられる弾性体とは、一体成形によって一体的に構成されており、一体的に構成された弾性体のうち一対のガス拡散層間の部分が折り曲げられることによって、前記反応膜を挟み込むように、これら一対のガス拡散層が配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。

Images