JP2015069756A

JP2015069756A - 燃料電池

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Publication number: JP2015069756A
Application number: JP2013201385A
Authority: JP
Inventors: 裕樹岡部; Hiroki Okabe; 研二佐藤; Kenji Sato; 卓也栗原; Takuya Kurihara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: NO3050146T3; KR20160045139A; KR101840954B1; US10164268B2; AU2014326284B2; CN105580177B; AU2014326284A1; EP3050146A1; CA2925200A1; EP3050146B1; US20160233528A1; CN105580177A; JP5928427B2; CA2925200C; WO2015044774A1; DK3050146T3

Abstract

【課題】セパレータの面内にシール部材が配置される燃料電池において、電食によってシール部材が剥離することを抑制する。【解決手段】燃料電池は、電解質膜を含む発電体と、発電体に沿って設けられたセパレータと、燃料電池に供給される流体が流れる流路と、セパレータの面内において前記流路を囲み、前記流体が燃料電池の外部へ流出することを抑制する第１のシール部と、前記流路と前記第１のシール部との間に設けられた電食抑制部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池は、発電の基本単位となる単セルが複数積層されて構成されている。単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持する一対のセパレータと、を備えている。各単セルの周縁部には、燃料電池に供給される流体（酸化剤ガス、燃料ガス、冷却媒体）が通るマニホールドが形成されている（特許文献１参照）。セパレータの面内には、各マニホールドの周囲を囲むシール部材が設けられる。このシール部材によって、燃料電池の外部に流体が流出することが抑制される。

特開２００６−１４７４６８号公報

燃料電池の発電時において、マニホールド内の水分を通じて、マニホールド近傍に局所的な電気回路が形成され、電流が流れる場合がある。セパレータのマニホールド内に露出した部分に上記電流が流れると、セパレータの表面が酸化して劣化することがある。このような現象は電食と呼ばれる。電食が発生すると、セパレータの劣化が徐々に進行し、セパレータの面内に配置されたシール部材が剥離してしまう可能性がある。そのため、セパレータの面内にシール部材が配置される燃料電池において、電食によってシール部材が剥離することを抑制可能な技術が望まれていた。このような問題は、冷却媒体が流れるマニホールドに限らず、生成水が流れるカソード側のマニホールドやアノード側のマニホールドにも生じ得る問題であった。その他、従来の燃料電池においては、構成の簡素化や、低コスト化、省資源化、小型化等が望まれていた。

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、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜を含む発電体と；前記発電体に沿って設けられたセパレータと；前記燃料電池に供給される流体が流れる流路と；前記セパレータの面内において前記流路を囲み、前記流体が前記燃料電池の外部へ流出することを抑制する第１のシール部と；前記流路と前記第１のシール部との間に設けられた電食抑制部と、を備える。このような形態の燃料電池であれば、燃料電池に供給される流体が流れる流路と、第１のシール部との間に、電食抑制部が設けられる。そのため、電食抑制部の外側に配置された第１のシール部が電食によって剥離してしまうことを抑制することができる。

（２）上記形態の燃料電池において、前記流路は、前記セパレータの面を貫くように形成されたマニホールドであり、前記マニホールドには水素含有ガスが流れ、前記電食抑制部は、前記燃料電池が設置された際に、前記マニホールドの少なくとも重力方向下側に配置される第２のシール部を含んでもよい。電食はマニホールド内に溜まる水分を通じて生じる。そのため、電食抑制部（第２のシール部）は、このような形態のように、マニホールドの少なくとも重力方向下側に設けられていればよい。よって、電食抑制部を形成するための材料を削減することができる。

（３）上記形態の燃料電池において、前記流路は、前記セパレータの面を貫くように形成されたマニホールドを含み、前記電食抑制部は、前記マニホールドと前記第１のシール部との間に設けられた第２のシール部と、少なくとも一部が前記第２のシール部とは異なる位置に設けられ、前記第１のシール部と前記マニホールドとの間の距離を離間すべく、前記マニホールドの外縁を構成する前記セパレータの一部を前記マニホールドの内側に向けて延伸した延伸部と、を含んでもよい。このような形態であれば、延伸部によってマニホールドから第１のシール部までの距離が長くなるため、電食の要因となる電流が流れる回路の電気抵抗が増すことになる。そのため、第２のシール部が形成されていない部分についても、延伸部を設けることにより、効果的に電食を抑制することが可能になる。

（４）上記形態の燃料電池において、前記延伸部は、前記発電体を狭持する一対のセパレータのうちの、一方のセパレータに形成されてもよい。このような形態であれば、一対のセパレータのうちの一方のセパレータだけに延伸部を形成するため、燃料電池の重量が増加してしまうことを抑制することができる。

（５）上記形態の燃料電池において、前記第２のシール部の高さは、前記第１のシール部の高さよりも低くてもよい。このような形態であれば、シール部とセパレータとを接触させる際にがたつきが生じることを抑制することができる。また、第２のシール部に定寸部としての役割を与えることができるので、第１のシール部のシール性能を向上させることができる。

本発明は、上述した燃料電池としての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池の製造方法や、燃料電池を備える車両等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。単セルの概略構成を模式的に示す断面図である。第１のセパレータの概略構成を示す図である。第２のセパレータの概略構成を示す図である。図３におけるＡ−Ａ断面を示す模式図である。図４におけるＢ−Ｂ断面を示す模式図である。実施形態による効果を説明するための図である。

Ａ．実施形態
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより発電を行う燃料電池１００を備えている。燃料電池システム１は、例えば、車両に搭載される。

燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。以下の説明では、複数の単セル１４０を積層する方向を「積層方向」と呼ぶ。この積層方向は、燃料電池１００が設置された際には、重力方向に垂直な方向となる。

燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００における発電に利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有してもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６２および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００における発電に利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。

燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ９１および配管９２を介して、ラジエータ９０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管９３を介してラジエータ９０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。燃料ガスと、酸化剤ガスと、冷却媒体とは、特許請求の範囲における「流体」に相当する。

図２は、単セル１４０の概略構成を模式的に示す断面図である。単セル１４０は、膜電極接合体１０と、ガス拡散部材２０と、第１のセパレータ３０と、第２のセパレータ４０と、第１のシール部７０と、を備える。図２における下向きの方向は、燃料電池１００を設置したときに、重力方向下向きの方向となる。図２に示した各部材は、左側の面が第１の面、右側の面が第２の面であるものとする。膜電極接合体１０は、特許請求の範囲における「発電体」に相当する。

膜電極接合体１０は、周知の通り、電解質膜の一方の面にカソード触媒層が配置され、他方の面にアノード触媒層が配置されることにより構成される。電解質膜は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料等で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード触媒層およびアノード触媒層は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。それぞれの触媒層の表面には、炭素繊維や黒鉛繊維など、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材によって、ガス拡散層が形成されていてもよい。膜電極接合体１０のカソード側では、発電によって水が生成されるが、この水（生成水）は、膜電極接合体１０を透過してアノード側にも流出する。

膜電極接合体１０は、第１のセパレータ３０と第２のセパレータ４０とによって狭持される。第１のセパレータ３０と第２のセパレータ４０とは、金属板などの導電性を有する板状部材によって構成される。第１のセパレータ３０の中央部は、平面状に形成されている。第２のセパレータ４０の中央部には波板状の流路溝４１が形成されている。第１のセパレータ３０の第１の面側には、第１の面側に隣接する他の単セル１４０の第２のセパレータ４０に形成された流路溝４１が接する。この流路溝４１の第２の面と、第１のセパレータ３０の第１の面との間には、後述する冷却媒体供給マニホールド１７２から供給される冷却媒体が流れる。また、第２のセパレータ４０に形成された流路溝４１の第１の面側と、膜電極接合体１０のアノード触媒層との間には、後述する燃料ガス供給マニホールド１６２から供給される燃料ガスが流れる。

膜電極接合体１０のカソード触媒層と、第１のセパレータ３０との間には、ガス拡散部材２０が配置される。ガス拡散部材２０は、導電性を有する多孔質な板状部材である。本実施形態では、ガス拡散部材２０として、１枚の金属板を、切削加工および折り加工により網目状に加工した、いわゆるエキスパンドメタルを用いる。ガス拡散部材２０には、後述する酸化剤ガス供給マニホールド１５２から供給される酸化剤ガスが流れる。

膜電極接合体１０の外周部には、接着層６０が設けられている。この接着層６０により、膜電極接合体１０と、第１および第２のセパレータ３０，４０とが、ガス拡散部材２０を含めて一体化される。接着層６０は、単セル１４０に供給される流体の漏洩を防止するためのシール層として機能し、また、第１のセパレータ３０と第２のセパレータ４０との間を電気的に絶縁する絶縁層としても機能する。接着層６０は、例えば、ゴムや樹脂によって形成される。

第１のセパレータ３０の第１の面側には、第１のシール部７０が配置される。第１のシール部７０は、隣接する単セル１４０の第２のセパレータ４０の第２の面側に接触する。第１のシール部７０は、後述する各マニホールドを流れる流体が、燃料電池１００の外部に流出することを抑制する。第１のシール部７０は、例えば、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性部材よって形成される。

図３は、第１のセパレータ３０の概略構成を示す図である。図３には、第１のセパレータ３０を第１の面側から見た状態を示している。図４は、第２のセパレータ４０の概略構成を示す図である。図４には、第２のセパレータ４０を第２の面側から見た状態を示している。図３，４に示すように、第１のセパレータ３０および第２のセパレータ４０には、それぞれ、以下の６種類のマニホールドが形成されている。これらのマニホールドは、各単セル１４０の周縁部を貫くように、燃料電池１００の積層方向に形成されている。

（Ａ）酸化剤ガスを各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２
（Ｂ）各単セル１４０において発電に利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４
（Ｃ）燃料ガスを各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２
（Ｄ）各単セル１４０において発電に利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４
（Ｅ）冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２
（Ｆ）各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４

図３および図４に示すように、本実施形態では、燃料電池１００が設置された際に、単セル１４０の重力方向下側の辺に沿って、酸化剤ガス供給マニホールド１５２が配置される。また、単セル１４０の重力方向上側の辺に沿って、酸化剤ガス排出マニホールド１５４が配置される。また、単セル１４０の図３における左側の辺に沿った重力方向上側に燃料ガス供給マニホールド１６２が配置される。また、単セル１４０の図３における左側の辺に沿った重力方向下側に冷却媒体供給マニホールド１７２が配置される。また、単セル１４０の図３における右側の辺に沿った重力方向上側に冷却媒体排出マニホールド１７４が配置される。また、単セル１４０の図３における右側の辺に沿った重力方向下側に燃料ガス排出マニホールド１６４が配置される。

図３に示すように、各マニホールドは、第１のセパレータ３０の第１の面３０ａにおいて、第１のシール部７０によって切れ目なく囲まれている。各マニホールドは、特許請求の範囲の「流路」に相当する。また、第１のセパレータ３０の第１の面３０ａにおいて、第１のシール部７０によって囲まれることによりセパレータの面上に形成された流路（冷却媒体供給マニホールド１７２と冷却媒体排出マニホールド１７４との間の流路）も、特許請求の範囲の「流路」に相当する。

本実施形態では、燃料ガス供給マニホールド１６２と第１のシール部７０との間、燃料ガス排出マニホールド１６４と第１のシール部７０との間、冷却媒体供給マニホールド１７２と第１のシール部７０との間、および、冷却媒体排出マニホールド１７４と第１のシール部７０との間、には、それぞれ、第２のシール部７１が配置されている。つまり、燃料ガス供給マニホールド１６２、燃料ガス排出マニホールド１６４、冷却媒体供給マニホールド１７２、および、冷却媒体排出マニホールド１７４には、二重のシールラインが形成されている。第２のシール部７１は、電食によってセパレータの表面が劣化することにより、第１のシール部７０が剥離してしまうことを抑制する。第２のシール部７１は、特許請求の範囲における「電食抑制部」に相当する。

第２のシール部７１は、対応する各マニホールドの周囲の一部に設けられている。具体的には、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４に対して設けられた第２のシール部７１は、燃料電池１００が設置された際に、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４の重力方向下側の一部に沿って配置されている。つまり、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４に対して設けられた第２のシール部７１は、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４の重力方向上側にあたる部分に切れ目を有している。このように、第２のシール部７１が、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４の下側だけに設けられているのは、電食の要因となる水（生成水）は、これらのマニホールドの流路全体を満たすほど流れることはないため、これらのマニホールドの重力方向上側に電食が生じるおそれがないからである。

また、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に対して設けられた第２のシール部７１は、各マニホールドの周囲のうち、第１のシール部７０が設けられている側（セパレータの外側に該当する側）に設けられている。つまり、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に対して設けられた第２のシール部７１は、第１のシール部７０が設けられていない側（セパレータの内側に該当する側）に切れ目を有している。このような位置に切れ目があるのは、第１のシール部７０が設けられていない側に第２のシール部７１が設けられてしまうと、冷却媒体供給マニホールド１７２と冷却媒体排出マニホールド１７４との間の冷却媒体の流れが阻害されてしまうからである。

第２のシール部７１は、上述のように、第１のシール部７０が電食によって剥離することを抑制するためにマニホールド近傍に存在するシール部材であり、電食の影響を受ける可能性のある部位に設けられていればよい。そのため、第２のシール部７１は、第１のシール部７０のようにマニホールドの全周を囲む必要がなく、マニホールドの周囲の一部に設けられていればよい。よって、第２のシール部７１を形成するための材料を削減することが可能である。

図５は、図３におけるＡ−Ａ断面を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態では、第２のシール部７１の積層方向に沿った高さＨ２は、第１のシール部７０の高さＨ１よりも低く形成されている。そのため、マニホールドの外周全体を囲む第１のシール部７０が、隣接する単セル１４０に接触する際に、がたつきが生じてしまうことを抑制することができる。また、第２のシール部７１は、電食を抑制するためのものであり、流体の外部への流出を抑制するためのものではない。そのため、第１のシール部７０よりも高さが低くてもかまわない。また、このような構成であれば、第２のシール部７１に、定寸部としての役割、つまり、各単セル１４０間の間隔を規定する役割、を持たせることができる。よって、第１のシール部７０には、専ら、シールのための機能を持たせることが可能となり、シール性能を向上させることができる。なお、他の実施形態では、第２のシール部７１の高さＨ２と、第１のシール部７０の高さＨ１とは同じでもよい。

図３に示すように、第１のセパレータ３０には、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４の外縁の一部に、延伸部７３が設けられている。延伸部７３は、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４の外縁を構成する第１のセパレータ３０の一部を、これらのマニホールドの内側に向けて延伸することで形成されている。この延伸部７３は、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４の両方を囲む第１のシール部７０と、これらのマニホールドとの間の距離を離間させるために設けられている。後述するように、この距離が離れているほど、第１のシール部７０に電食の影響が及ぶことを抑制することができるからである。延伸部７３は、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４の両方を囲む第１のシール部７０の近傍の位置に設けられている。また、延伸部７３は、第２のシール部７１が設けられていない位置（設けることが困難な位置）に設けられている。つまり、延伸部７３は、第２のシール部７１が設けられている位置とは異なる位置に設けられている。ただし、第２のシール部７１と延伸部７３とが設けられた位置は、完全に異なった位置である必要はなく、一部が重複していてもよい。延伸部７３は、第２のシール部７１と同様に、特許請求の範囲における「電食抑制部」に相当する。つまり、本実施形態では、電食抑制部として、第２のシール部７１と延伸部７３とが燃料電池１００に備えられている。

図６は、図４におけるＢ−Ｂ断面を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態では、延伸部７３は、膜電極接合体１０を狭持する第１のセパレータ３０と第２のセパレータとのうち、第１のセパレータ３０の方だけに形成されている。延伸部７３の第２の面（裏面）側には、接着層６０は配置されているものの、第２のセパレータ４０は配置されていない。つまり、第２のセパレータ４０には、延伸部７３は形成されていない。そのため、第２のセパレータ４０に延伸部７３を設けることによって燃料電池システム１の重量が増加してしまうことを抑制することができる。また、第２のセパレータ４０に延伸部７３を設けることによって冷却媒体供給マニホールド１７２からの流体の流れが遮られることを抑制することができる。

図７は、本実施形態による効果を説明するための図である。燃料電池１００によって発電が行われると、その発電に伴い、各マニホールド内の冷却媒体や生成水を通じて、セパレータ３０，４０の表面において、酸化反応が生じる場合がある。酸化反応が生じると、例えば、チタン製のセパレータ３０，４０にカーボンによって表面処理がされている場合には、チタンとカーボンとの界面のＴｉＣ（炭化チタン）が酸化し、剥離が生じる。このような現象は、「電食」と呼ばれる。酸化反応は、例えば、以下の式（１）のように表される。

ＴｉＣ＋Ｈ₂Ｏ→Ｔｉ³⁺＋ＣＯ＋２Ｈ⁺＋５ｅ^- ・・・（１）

このような反応が生じると、各マニホールドの近傍に局所的に電気回路が形成され、電流が流れる。流れる電流が大きいほど、上述した酸化反応の速度が速くなり、剥離が早く進行する。電流Ｉの大きさは、例えば、以下の式（２）によって表される（図７参照）。

Ｉ＝Ｅ／（Ｌ／（σ＊Ａ））・・・（２）
ただし、Ｉは電流。Ｅは、発電時における単セル１４０の電圧（約１Ｖ）。Ｌは、マニホールドからシール部までの距離。σは、生成水または冷却媒体の導電率。Ａは、マニホールドの外周における単セル１４０間の隙間の開口面積。

このような現象に対して、本実施形態の燃料電池１００では、第１のシール部７０の内側に、第２のシール部７１が配置されており、この第２のシール部７１によって単セル１４０間の隙間の開口面積Ａが狭められている。そうすると、電流Ｉが流れる回路の電気抵抗が増すことになり、電流Ｉは小さくなる。上記式（２）を参照しても、開口面積Ａの値が小さくなるほど、電流Ｉが低減することが理解できる。よって、本実施形態によれば、第２のシール部７１を設けることにより、第１のシール部７０まで電食が進行することが抑制され、その結果、第１のシール部７０が剥離することを抑制することができる。特に、本実施形態では、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４に対して第２のシール部７１が配置されているため、燃料ガスの流出を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４の周縁に、延伸部７３が設けられている。そのため、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４から、これらのマニホールドを両方囲む第１のシール部７０までの距離Ｌが長くなる。そうすると、電流Ｉが流れる回路の電気抵抗が増すことになり、電流Ｉは小さくなる。上記式（２）を参照しても、距離Ｌの値が大きくなるほど、電流Ｉが低減することが理解できる。よって、本実施形態によれば、延伸部７３を設けることにより、電食の進行を抑制することが可能となり、第１のシール部７０が剥離することを抑制することができる。

また、延伸部７３は、マニホールドの周囲に第２のシール部７１を配置した場合に、流体の流れが阻害されてしまう部分（冷却媒体供給マニホールド１７２と冷却媒体排出マニホールド１７４との間の位置）に配置することが可能である。つまり、本実施形態によれば、第２のシール部７１が設けられない部分についても、延伸部７３を設けることにより、効果的に電食を抑制することができる。

Ｂ．変形例：
上記実施形態では、燃料電池１００は、電食抑制部として、第２のシール部７１および延伸部７３の両方を備えているが、いずれか一方だけを備えることにしてもよい。

上記実施形態では、第２のシール部７１が、燃料ガス供給マニホールド１６２、燃料ガス排出マニホールド１６４、冷却媒体供給マニホールド１７２、および、冷却媒体排出マニホールド１７４、に対して設けられている。これに対して、第２のシール部７１は、燃料ガス供給マニホールド１６２、燃料ガス排出マニホールド１６４、酸化剤ガス供給マニホールド１５２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、冷却媒体供給マニホールド１７２、および、冷却媒体排出マニホールド１７４のうちの一部または全部に対して設けられてもよい。

上記実施形態では、第２のシール部７１は、マニホールドの外周の一部を囲っているが、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４以外のマニホールド（燃料ガス供給マニホールド１６２、燃料ガス排出マニホールド１６４、酸化剤ガス供給マニホールド１５２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４）については、外周全体を囲うように形成されてもよい。

上記実施形態では、延伸部７３は、第１のセパレータ３０だけに設けられている。これに対して、延伸部７３は、第１のセパレータ３０と第２のセパレータ４０の両方に設けられてもよい。また、上記実施形態では、延伸部７３の裏面に接着層６０が設けられているが、延伸部７３の裏面に接着層６０は設けられていなくてもよい。また、延伸部７３は、第２のセパレータ４０だけに設けられていてもよい。その他、延伸部７３は、接着層６０だけによって形成されてもよい。

上記実施形態では、延伸部７３が、冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に設けられている。これに対して、延伸部７３は、冷却媒体供給マニホールド１７２、冷却媒体排出マニホールド１７４、酸化剤ガス供給マニホールド１５２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、燃料ガス供給マニホールド１６２、燃料ガス排出マニホールド１６４のうちの一部または全部に設けられていてもよい。

上記実施形態において、単セル１４０の構成は任意に変更可能である。例えば、膜電極接合体１０に沿って酸化剤ガス、燃料ガス、冷却媒体が流れるそれぞれの流路は、エキスパンドメタルや流路溝に限らず、種々の形態を採用することが可能である。また、燃料電池１００を構成する各部の材料は、上記実施形態において説明した材料に限定されず、適正な種々の材料を用いることができる。また、上記実施形態の燃料電池１００に形成された各マニホールドの配置は一例であり、異なる配置を採用することも可能である。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…燃料電池システム
１０…膜電極接合体
２０…ガス拡散部材
３０…第１のセパレータ
３０ａ…第１の面
４０…第２のセパレータ
４１…流路溝
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…接着層
６１…配管
６３…排出配管
７０…第１のシール部
７１…第２のシール部
７３…延伸部
７５…第３のシール部
９０…ラジエータ
９１…ウォーターポンプ
９２…配管
９３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド

Claims

燃料電池であって、
電解質膜を含む発電体と、
前記発電体に沿って設けられたセパレータと、
前記燃料電池に供給される流体が流れる流路と、
前記セパレータの面内において前記流路を囲み、前記流体が前記燃料電池の外部へ流出することを抑制する第１のシール部と、
前記流路と前記第１のシール部との間に設けられた電食抑制部と、
を備える燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記流路は、前記セパレータの面を貫くように形成されたマニホールドであり、
前記マニホールドには水素含有ガスが流れ、
前記電食抑制部は、前記燃料電池が設置された際に、前記マニホールドの少なくとも重力方向下側に配置される第２のシール部を含む、
燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記流路は、前記セパレータの面を貫くように形成されたマニホールドを含み、
前記電食抑制部は、
前記マニホールドと前記第１のシール部との間に設けられた第２のシール部と、
少なくとも一部が前記第２のシール部とは異なる位置に設けられ、前記第１のシール部と前記マニホールドとの間の距離を離間すべく、前記マニホールドの外縁を構成する前記セパレータの一部を前記マニホールドの内側に向けて延伸した延伸部と、を含む、
燃料電池。
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記延伸部は、前記発電体を狭持する一対のセパレータのうちの、一方のセパレータに形成されている、
燃料電池。
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記第２のシール部の高さは、前記第１のシール部の高さよりも低い、燃料電池。