JP2016058160A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム製凸部の剥離を可及的に抑制するとともに、連結流路に沿って流体を円滑且つ良好に流通させることを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する第１金属セパレータ１４には、第１シール部材４６が一体成形される。第１シール部材４６は、冷却媒体入口連通孔２５ａと冷却媒体流路３２との間に、複数本のゴム製凸部４６ｔａを設ける。ゴム製凸部４６ｔａ間には、入口連結流路５２ａが形成されるとともに、前記ゴム製凸部４６ｔａの冷却媒体流路３２側の端部４６ｔａｅには、該端部４６ｔａｅを覆って前記入口連結流路５２ａの一部を構成するフィルム部材５４ａが設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電ユニットが構成されている。この燃料電池は、発電ユニットを所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。

燃料電池は、積層されている各発電ユニットのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するとともに、発電ユニット間に冷却媒体を供給するため、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。具体的には、この燃料電池では、発電ユニットの積層方向に貫通して、酸化剤ガス（反応ガス）を流通させる酸化剤ガス連通孔、燃料ガス（反応ガス）を流通させる燃料ガス連通孔及び冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔が設けられている。

酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔を有し、燃料ガス連通孔は、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔を有している。さらに、冷却媒体連通孔は、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔を有している。

以下、説明の簡素化から、これらの連通孔は、流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）を流通させる流体連通孔ともいう。また、セパレータ面に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路、燃料ガスを流通させる燃料ガス流路及び冷却媒体を流通させる冷却媒体流路は、流体流路ともいう。

通常、燃料電池では、セパレータ（例えば、金属セパレータ）にゴム製シール部材が一体化されている。その際、シール部材には、流体連通孔と流体流路とを連通するための複数本の連結流路を形成する、所謂、ゴムブリッジ部（以下、ゴム製凸部ともいう）が一体成形される場合がある。

この種の構成では、燃料電池の発電時間が長くなるのに従って、ゴム製凸部（及びシール部材）がセパレータから剥離することがある。また、セパレータ表面とシール部材との間に水等が進入してブリスター（水ぶくれ）が形成され、シール部材によって構成される流体流路の流路断面が狭小化し、反応ガス流量や冷却水流量が減少するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池では、シール部材は、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されて金属セパレータの金属表面で終端する連結端部を有している。そして、少なくとも金属セパレータの金属表面からシール部材の連結端部を覆って屈曲するフィルム部材が設けられている。

これにより、シール部材の連結端部は、フィルム部材の屈曲部位により確実に保持され、前記連結端部と金属表面との間から水等が進入することを確実に阻止することができる、としている。

特開２０１３−２０６８１７号公報

本発明は、この種のゴム製凸部に関連してなされたものであり、前記ゴム製凸部の剥離を可及的に抑制するとともに、連結流路に沿って流体を円滑且つ良好に流通させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されている。セパレータには、電極面に沿って反応ガス又は冷却媒体である流体を供給する流体流路と、前記流体流路に連通し且つ該セパレータの積層方向に貫通する流体連通孔と、が形成されている。

燃料電池では、流体連通孔と流体流路との間には、複数本のゴム製凸部が設けられ、前記ゴム製凸部間には、前記流体連通孔と前記流体流路とを連通する連結流路が形成されている。そして、ゴム製凸部の流体流路側の端部には、該端部を覆って連結流路の一部を構成するフィルム部材が設けられている。

また、この燃料電池では、互いに隣接する一対のセパレータには、それぞれフィルム部材が設けられるとともに、該フィルム部材同士が重なり合うことにより、連結流路の一部が一体に構成されることが好ましい。

本発明によれば、ゴム製凸部の流体流路側の端部には、該端部を覆って連結流路の一部を構成するフィルム部材が設けられている。このため、ゴム製凸部の端部は、フィルム部材により確実に保持され、前記端部とセパレータ表面との間から水等が進入することを確実に阻止することができる。しかも、フィルム部材は、連結流路の一部を構成しており、流体の流通性を良好に確保することが可能になる。

これにより、ゴム製凸部の剥離を可及的に抑制するとともに、連結流路に沿って流体を円滑且つ良好に流通させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの一方の面の説明図である。 前記第１金属セパレータの他方の面の説明図である。 前記発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第３金属セパレータの正面説明図である。 前記発電ユニットの、図４中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 前記発電ユニットの、図４中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池１０は、矢印Ａ方向（例えば、水平方向）に複数の発電ユニット１２が積層されることにより、燃料電池スタックを構成する。この燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

発電ユニット１２は、第１金属セパレータ１４、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を積層する。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向（積層方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂが設けられる。

具体的には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂは、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の長辺方向の一端縁部に設けられる。以下に説明する他の流体連通孔においても、同様である。酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔２４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電ユニット１２の長辺方向（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２４ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ側に、矢印Ａ方向に互いに連通して冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２５ａが上下に設けられる。発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａ側に、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２５ｂが上下に設けられる。

図３に示すように、第１金属セパレータ１４の第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａに向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路２６が形成される。第１酸化剤ガス流路２６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）２６ａを有する。

第１酸化剤ガス流路２６の入口側と酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、複数本の入口連結溝３０ａが形成される。第１酸化剤ガス流路２６の出口側と酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、複数本の出口連結溝３０ｂが形成される。

図１及び図４に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔２５ａと一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂとに連通する冷却媒体流路３２の一部が形成される。

図１に示すように、第２金属セパレータ１８の第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａに向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとに連通する第１燃料ガス流路３４が形成される。第１燃料ガス流路３４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）３４ａを有する。

燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔２４ａと第１燃料ガス流路３４とを連通する複数の供給流路溝部３６ａが形成される。複数の供給流路溝部３６ａは、蓋体３７ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔２４ｂと第１燃料ガス流路３４とを連通する複数の排出流路溝部３６ｂが形成される。複数の排出流路溝部３６ｂは、蓋体３７ｂにより覆われる。

図５に示すように、第２金属セパレータ１８の第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂに向かう面１８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する第２酸化剤ガス流路３８が形成される。第２酸化剤ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）３８ａを有する。

第２酸化剤ガス流路３８の入口側と酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、複数本の入口連結溝４０ａが形成される。第２酸化剤ガス流路３８の出口側と酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、複数本の出口連結溝４０ｂが形成される。

図１に示すように、第３金属セパレータ２０の第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂに向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとに連通する第２燃料ガス流路４２が形成される。第２燃料ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）４２ａを有する。

燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔２４ａと第２燃料ガス流路４２とを連通する複数の供給流路溝部４４ａが形成される。複数の供給流路溝部４４ａは、蓋体４５ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔２４ｂと第２燃料ガス流路４２とを連通する複数の排出流路溝部４４ｂが形成される。複数の排出流路溝部４４ｂは、蓋体４５ｂにより覆われる。

図６に示すように、第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、第２燃料ガス流路４２の裏面形状である冷却媒体流路３２の一部が形成される。第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、前記第３金属セパレータ２０に隣接する第１金属セパレータ１４の面１４ｂが積層されることにより、冷却媒体流路３２が一体に設けられる。

図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材５０が一体成形される。

第１シール部材４６、第２シール部材４８及び第３シール部材５０としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又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等の弾性を有するシール材が用いられる。

図１〜図４に示すように、第１シール部材４６は、均一の厚さを有して第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂの面方向に沿って延在する平面シール部４６ａを有する。平面シール部４６ａからは、凸状シール部４６ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。

図２及び図４に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂにおいて、第１シール部材４６は、冷却媒体入口連通孔（流体連通孔）２５ａと冷却媒体流路（流体流路）３２との間に、複数本のゴム製凸部４６ｔａを有する。なお、ゴム製凸部４６ｔａは、第１シール部材４６とは別部材で構成してもよい。また、以下に説明する他のゴム製凸部も、同様である。

図４及び図７に示すように、ゴム製凸部４６ｔａ間には、冷却媒体入口連通孔２５ａと冷却媒体流路３２とを連通する入口連結流路５２ａが形成される。図４に示すように、ゴム製凸部４６ｔａの冷却媒体流路３２側の端部４６ｔａｅには、該端部４６ｔａｅを覆って入口連結流路５２ａの一部を構成するフィルム部材５４ａが設けられる。

また、ゴム製凸部４６ｔａの冷却媒体入口連通孔２５ａ側の端部にも、フィルム部材を設けることができる。なお、第１シール部材４６の平面シール部４６ａが、冷却媒体入口連通孔２５ａの内壁面を覆って面１４ａ、１４ｂに一体に設けられている際には、冷却媒体入口連通孔２５ａにフィルム部材を用いなくてもよい。以下に説明するフィルム部材でも、同様である。

フィルム部材５４ａは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で形成される。図４及び図８に示すように、フィルム部材５４ａは、ゴム製凸部４６ｔａに連結される凸状部５４ａｔと、入口連結流路５２ａの一部を構成する凹状部５４ａｒとを、矢印Ｂ方向に沿って交互に形成する。

図４に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂにおいて、第１シール部材４６は、冷却媒体出口連通孔（流体連通孔）２５ｂと冷却媒体流路３２との間に、複数本のゴム製凸部４６ｔｂを有する。

ゴム製凸部４６ｔｂ間には、冷却媒体出口連通孔２５ｂと冷却媒体流路３２とを連通する出口連結流路５２ｂが形成される。ゴム製凸部４６ｔｂの冷却媒体流路３２側の端部４６ｔｂｅには、該端部４６ｔｂｅを覆って出口連結流路５２ｂの一部を構成するフィルム部材５４ｂが設けられる。フィルム部材５４ｂは、ゴム製凸部４６ｔｂに連結される凸状部５４ｂｔと、出口連結流路５２ｂの一部を構成する凹状部５４ｂｒとを、矢印Ｂ方向に沿って交互に形成する。

図１、図２及び図５に示すように、第２シール部材４８は、均一の厚さを有して第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂの面方向に沿って延在する平面シール部４８ａを有する。平面シール部４８ａからは、凸状シール部４８ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。

図１、図２及び図６に示すように、第３シール部材５０は、均一の厚さを有して第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂの面方向に沿って延在する平面シール部５０ａを有する。平面シール部５０ａからは、凸状シール部５０ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。

図６に示すように、第３金属セパレータ２０の面２０ｂにおいて、第３シール部材５０は、冷却媒体入口連通孔（流体連通孔）２５ａと冷却媒体流路（流体流路）３２との間に、複数本のゴム製凸部５０ｔａを有する。

図６及び図７に示すように、ゴム製凸部５０ｔａ間には、冷却媒体入口連通孔２５ａと冷却媒体流路３２とを連通する入口連結流路５６ａが形成される。ゴム製凸部５０ｔａの冷却媒体流路３２側の端部５０ｔａｅには、該端部５０ｔａｅを覆って入口連結流路５６ａの一部を構成するフィルム部材５８ａが設けられる。

図６及び図８に示すように、フィルム部材５８ａは、ゴム製凸部５０ｔａに連結される凸状部５８ａｔと、入口連結流路５６ａの一部を構成する凹状部５８ａｒとを、矢印Ｂ方向に沿って交互に形成する。

図６に示すように、第３金属セパレータ２０の面２０ｂにおいて、第３シール部材５０は、冷却媒体出口連通孔（流体連通孔）２５ｂと冷却媒体流路３２との間に設けられる複数本のゴム製凸部５０ｔｂを有する。

ゴム製凸部５０ｔｂ間には、冷却媒体出口連通孔２５ｂと冷却媒体流路３２とを連通する出口連結流路５６ｂが形成される。ゴム製凸部５０ｔｂの冷却媒体流路３２側の端部５０ｔｂｅには、該端部５０ｔｂｅを覆って出口連結流路５６ｂの一部を構成するフィルム部材５８ｂが設けられる。フィルム部材５８ｂは、ゴム製凸部５０ｔｂに連結される凸状部５８ｂｔと、出口連結流路５６ｂの一部を構成する凹状部５８ｂｒとを交互に形成する。

図７に示すように、互いに隣接する第１金属セパレータ１４と第３金属セパレータ２０とが重なり合うと、ゴム製凸部４６ｔａとゴム製凸部５０ｔａとが当接し、入口連結流路５２ａと入口連結流路５６ａとが一体に連通する。図示しないが、ゴム製凸部４６ｔｂとゴム製凸部５０ｔｂとが当接することにより、出口連結流路５２ｂと出口連結流路５６ｂとが一体に連通する。

図８に示すように、互いに隣接する第１金属セパレータ１４と第３金属セパレータ２０とが重なり合うと、フィルム部材５４ａの凸状部５４ａｔとフィルム部材５８ａの凸状部５８ａｔとが当接する。凹状部５４ａｒと凹状部５８ａｒとは、一体に連通する。図示しないが、フィルム部材５４ｂの凸状部５４ｂｔとフィルム部材５８ｂの凸状部５８ｂｔとが当接することにより、凹状部５４ｂｒと凹状部５８ｂｒとが一体に連通する。

図１及び図２に示すように、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂは、それぞれ電解質膜・電極構造体６０を備える。電解質膜・電極構造体６０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た固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）６２と、前記固体高分子電解質膜６２を挟持するアノード電極６４及びカソード電極６６とを備える。

固体高分子電解質膜６２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。カソード電極６６は、固体高分子電解質膜６２及びアノード電極６４よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成する。

なお、アノード電極６４、カソード電極６６及び固体高分子電解質膜６２は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極６４は、カソード電極６６及び固体高分子電解質膜６２の平面寸法よりも小さな平面寸法を有していてもよい。

アノード電極６４及びカソード電極６６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜６２の両面に形成される。

第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａは、固体高分子電解質膜６２の外周を周回するとともに、アノード電極６４及びカソード電極６６に接合される第１樹脂枠部材６８を備える。

第１樹脂枠部材６８は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。

第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂは、固体高分子電解質膜６２の外周を周回するとともに、アノード電極６４及びカソード電極６６に接合される第２樹脂枠部材７０を備える。第２樹脂枠部材７０は、第１樹脂枠部材６８と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。

図１に示すように、第１樹脂枠部材６８のカソード電極６６側の面には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第１酸化剤ガス流路２６の入口側との間に位置して入口バッファ部７２ａが設けられる。第１樹脂枠部材６８のカソード電極６６側の面には、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２６の出口側との間に位置して、出口バッファ部７２ｂが設けられる。入口バッファ部７２ａ及び出口バッファ部７２ｂは、複数本のライン状凸部及びエンボス部を有するが、前記エンボス部のみを有してもよい。以下に説明するバッファ部は、同様に構成される。

第１樹脂枠部材６８のアノード電極６４側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａと第１燃料ガス流路３４との間に位置して入口バッファ部７４ａが設けられる。第１樹脂枠部材６８のアノード電極６４側の面には、燃料ガス出口連通孔２４ｂと第１燃料ガス流路３４との間に位置して、出口バッファ部７４ｂが設けられる。

第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂに設けられる第２樹脂枠部材７０は、カソード電極６６側の面に、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第２酸化剤ガス流路３８との間に位置して入口バッファ部７６ａが設けられる。第２樹脂枠部材７０のカソード電極６６側の面には、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第２酸化剤ガス流路３８との間に位置して、出口バッファ部７６ｂが形成される。

第２樹脂枠部材７０のアノード電極６４側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａと第２燃料ガス流路４２との間に位置して入口バッファ部７８ａが設けられる。第２樹脂枠部材７０のアノード電極６４側の面には、燃料ガス出口連通孔２４ｂと第２燃料ガス流路４２との間に位置して、出口バッファ部７８ｂが設けられる。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、冷却媒体流路３２が形成される。

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。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、上下一対の冷却媒体入口連通孔２５ａ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。

このため、酸化剤ガスは、一部が酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部７２ａを通って第１金属セパレータ１４の第１酸化剤ガス流路２６に供給される。酸化剤ガスは、他の一部が酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部７６ａを通って第２金属セパレータ１８の第２酸化剤ガス流路３８に導入される。

酸化剤ガスは、図１、図３及び図５に示すように、第１酸化剤ガス流路２６に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａのカソード電極６６に供給される。また、酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂのカソード電極６６に供給される。

一方、燃料ガスは、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給流路溝部３６ａ、４４ａに導入される。供給流路溝部３６ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部７４ａを通って第２金属セパレータ１８の第１燃料ガス流路３４に供給される。供給流路溝部４４ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部７８ａを通って第３金属セパレータ２０の第２燃料ガス流路４２に供給される。

燃料ガスは、第１燃料ガス流路３４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａのアノード電極６４に供給される。また、燃料ガスは、第２燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂのアノード電極６４に供給される。

従って、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂでは、各カソード電極６６に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極６４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て発電が行われる。

次いで、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂの各カソード電極６６に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部７２ｂ、７６ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに排出される。第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂのアノード電極６４に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部７４ｂ、７８ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。

一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔２５ａに供給された冷却媒体は冷却媒体流路３２に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔２５ａから冷却媒体流路３２に供給され、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂに排出される。

この場合、本実施形態では、図２及び図４に示すように、ゴム製凸部４６ｔａの冷却媒体流路３２側の端部４６ｔａｅには、該端部４６ｔａｅを覆って入口連結流路５２ａの一部を構成するフィルム部材５４ａが設けられている。このため、ゴム製凸部４６ｔａの端部４６ｔａｅは、フィルム部材５４ａにより確実に保持され、前記端部４６ｔａｅと第１金属セパレータ１４の表面（セパレータ表面）との間から水等が進入することを確実に阻止することができる。

同様に、ゴム製凸部４６ｔｂの冷却媒体流路３２側の端部４６ｔｂｅには、該端部４６ｔｂｅを覆って出口連結流路５２ｂの一部を構成するフィルム部材５４ｂが設けられている。従って、ゴム製凸部４６ｔｂの端部４６ｔｂｅは、フィルム部材５４ｂにより確実に保持され、前記端部４６ｔｂｅと第１金属セパレータ１４の表面（セパレータ表面）との間から水等が進入することを確実に阻止することが可能になる。

一方、図２及び図６に示すように、ゴム製凸部５０ｔａの冷却媒体流路３２側の端部５０ｔａｅには、該端部５０ｔａｅを覆って入口連結流路５６ａの一部を構成するフィルム部材５８ａが設けられている。同様に、ゴム製凸部５０ｔｂの冷却媒体流路３２側の端部５０ｔｂｅには、該端部５０ｔｂｅを覆って出口連結流路５６ｂの一部を構成するフィルム部材５８ｂが設けられている。

これにより、ゴム製凸部５０ｔａの端部５０ｔａｅ及びゴム製凸部５０ｔｂの端部５０ｔｂｅは、フィルム部材５８ａ、５８ｂにより確実に保持され、水等が進入することを確実に阻止することができる。

しかも、図２及び図８に示すように、フィルム部材５４ａ、５８ａは、凹状部５４ａｒ、５８ａｒが一体に連通して、入口連結流路５２ａ、５６ａの一部を構成している。このため、冷却媒体入口連通孔２５ａから冷却媒体流路３２に流通する冷却媒体の流通性を良好に確保することが可能になる。

同様に、フィルム部材５４ｂ、５８ｂは、凹状部５４ｂｒ、５８ｂｒが一体に連通して、出口連結流路５２ｂ、５６ｂの一部を構成している。従って、冷却媒体流路３２から冷却媒体出口連通孔２５ｂに流通する冷却媒体の流通性を良好に確保することができる。

これにより、ゴム製凸部４６ｔａ、４６ｔｂ、５０ｔａ及び５０ｔｂの剥離を可及的に抑制するとともに、入口連結流路５２ａ、５６ａ及び出口連結流路５２ｂ、５６ｂに沿って冷却媒体を円滑且つ良好に流通させることが可能になるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、冷却媒体入口連通孔２５ａと冷却媒体流路３２との入口連結流路５２ａ、５６ａ、及び冷却媒体出口連通孔２５ｂと前記冷却媒体流路３２との出口連結流路５２ｂ、５６ｂに適用しているが、これに限定されるものではない。

例えば、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２６（さらに第２酸化剤ガス流路３８）とに適用することができる。同様に、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂと第１燃料ガス流路３４（さらに第２燃料ガス流路４２）とに適用することが可能である。

また、本実施形態では、発電ユニット１２は、３枚のセパレータと２枚の樹脂枠付きＭＥＡとを有し、各発電ユニット１２間に冷却媒体流路３２が形成されている（所謂、間引き冷却）。本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、２枚のセパレータ間に１枚の樹脂枠付きＭＥＡが挟持される発電ユニット（所謂、各セル冷却）にも、適用することができる。

また、本実施形態では、第１樹脂枠付きＭＥＡ１６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ１６ｂを用いているが、これに限定されるものではない。第１樹脂枠部材６８及び第２樹脂枠部材７０を不要にした電解質膜・電極構造体６０からなる、所謂、段差ＭＥＡを採用してもよい。

１０…燃料電池 １２…発電ユニット
１４、１８、２０…金属セパレータ １６ａ、１６ｂ…樹脂枠付きＭＥＡ
２２ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ２２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔 ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２５ａ…冷却媒体入口連通孔 ２５ｂ…冷却媒体出口連通孔
２６、３８…酸化剤ガス流路 ３２…冷却媒体流路
３４、４２…燃料ガス流路 ４６、４８、５０…シール部材
４６ａ、４８ａ、５０ａ…平面シール部
４６ｂ、４８ｂ、５０ｂ…凸状シール部
４６ｔａ、４６ｔｂ、５０ｔａ、５０ｔｂ…ゴム製凸部
４６ｔａｅ、４６ｔｂｅ、５０ｔａｅ、５０ｔｂｅ…端部
５２ａ、５６ａ…入口連結流路 ５２ｂ、５６ｂ…出口連結流路
５４ａ、５４ｂ、５８ａ、５８ｂ…フィルム部材
５４ａｒ、５４ｂｒ、５８ａｒ、５８ｂｒ…凹状部
５４ａｔ、５４ｂｔ、５８ａｔ、５８ｂｔ…凸状部
６０…電解質膜・電極構造体 ６２…固体高分子電解質膜
６４…アノード電極 ６６…カソード電極
６８、７０…樹脂枠部材

Claims (2)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータには、電極面に沿って反応ガス又は冷却媒体である流体を供給する流体流路と、前記流体流路に連通し且つ該セパレータの積層方向に貫通する流体連通孔と、が形成される燃料電池であって、
   前記流体連通孔と前記流体流路との間には、複数本のゴム製凸部が設けられ、
   前記ゴム製凸部間には、前記流体連通孔と前記流体流路とを連通する連結流路が形成されるとともに、
   前記ゴム製凸部の前記流体流路側の端部には、該端部を覆って前記連結流路の一部を構成するフィルム部材が設けられることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、互いに隣接する一対の前記セパレータには、それぞれ前記フィルム部材が設けられるとともに、
   該フィルム部材同士が重なり合うことにより、前記連結流路の一部が一体に構成されることを特徴とする燃料電池。

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