JP2024008513A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池において異種の流体が流通する領域を隔てるシールに不良が生じたとしても効果的にこれらの流通領域の連通を抑制又は回避する技術を提供する。【解決手段】燃料極、空気極及び電解質を有する発電部４と、発電部４を支持するフレーム１０と、発電部４とフレーム１０とを挟む一対のセパレータ２０、４０と、を含むセル２を備える燃料電池１を提供する。セル２は、燃料ガスの流通のための燃料ガス流通領域ＦＲと、酸化剤ガスの流通のための酸化剤ガス流通領域ＯＲと、冷媒の流通のための冷媒流通領域ＣＲと、これらの流通領域のうち互いに隣接する２つの異なる流通領域の間に延在してこの２つの異なる流通領域を相互に隔離する２以上のシールライン５０、５４ａと、２以上のシールライン５０、５４ａによって２つの異なる流通領域と隔離され、燃料電池１の外部に連通する１以上の排出路６０と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本明細書が開示する技術は、燃料電池に関する。

燃料電池は、多数のセルを積層したスタックとして構成されている。例えば、高分子型燃料電池のセルは、フレームなどによって支持された発電部としての膜電極複合体（ＭＥＡ）がセパレータで挟持されて構成されている。セパレータは、接着剤などによって、フレーム等に接合されている。

セルにおいては、発電部を挟持するセパレータによって、燃料極に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通領域、空気極に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通領域、及びセル周囲に冷媒を流通させる冷媒流通領域が形成されている。これらの各流体流通領域は、セパレータ及びフレームに形成されたマニホールドと流路とから構成されている。

例えば、セパレータの燃料極に対向する側では、燃料極に燃料ガスのみを供給するために、燃料ガスマニホールドと燃料ガス流路を含む燃料ガス流通領域が、酸化剤ガスマニホールド及び冷媒マニホールドとの間がシールされて隔離されている（特許文献１）。

特開２０１１－１２９３６７号公報

こうしたシールは、接着剤などで形成されているが、燃料ガス流通領域と冷媒マニホールドとが隣接する部位で、燃料ガスと冷媒との差圧が生じることなどにより、シールに部分的な変形や剥離が生じる場合がある。かかる変形等によりシール不良が生じた場合には、その不良部位を介して燃料ガス流通領域と冷媒流通領域とが連通して、より高い圧力の燃料ガス流通領域からより低い圧力の冷媒流通領域へ、燃料ガスが流入してしまう可能性がある。かかる流入を予め回避又は抑制することが要請される。

本明細書は、燃料電池において異種の流体流通領域を隔てるシールに不良が生じたとしても効果的に異種の流体流通領域の連通を抑制又は回避する技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、燃料電池に具現化される。この燃料電池は、燃料極、空気極及び電解質を有する発電部と、発電部を支持するフレームと、発電部とフレームとを挟む一対のセパレータと、を含むセルを備える。セルは、燃料ガスの流通のための燃料ガス流通領域と、酸化剤ガスの流通のための酸化剤ガス流通領域と、冷媒の流通のための冷媒流通領域と、を備えている。セルは、これらの流通領域のうち互いに隣接する異なる２つの流通領域の間を延在して２つの異なる流通領域を相互に隔離する２以上のシールラインを備えている。セルは、また、２以上のシールラインによって異なる２つの流通領域と隔離され、燃料電池の外部と連通する１以上の排出路を備える。

本明細書に開示される燃料電池によれば、１以上の排出路は、隣接する異なる２つの流通領域からシールラインによって隔離されて外部と連通する。排出路と隣接する一方又は双方の流通領域との間のシールラインでシール不良が発生したとき、排出路が燃料電池の外部に連通していることによって差圧が生じる。この差圧により、シール不良で排出路と連通した流通領域の流体は排出路に流入しそのまま燃料電池の外部に排出される。このため、シール不良が発生しても、２つの異なる流通領域が相互に連通することが回避又は抑制され、異種流体が混合してしまったり隣接する他の流通領域に循環したりすることが回避又は抑制される。

また、かかる燃料電池は、接着不良や使用中の異常に影響を受けやすい接着剤層で形成したシールラインを備える場合に有用である。

第１の実施形態のセルを燃料極側のセパレータからみた平面図であって、燃料極側の側面におけるシールライン及び排出路のパターンを透視する図である。 図1Ａにおける１Ｂ－１Ｂ断面を示す図である。 セルを空気極側のセパレータからみた平面図であって空気極側にあるシールライン及び排出路のパターンを透視する図（ａ）とセルの燃料極側のセパレータからみた平面図であってセル間にあるシールライン及び排出路のパターンを示す図（ｂ）である。 セルにおける燃料ガス流通領域のシールラインのシール不良発生時の状態を示す図（ａ）と、冷媒流通領域のシールラインのシール不良発生時の状態を示す図（ｂ）である。 第２の実施形態のセルを燃料極側のセパレータからみた平面図であって、燃料極側の側面にあるシールライン及び排出路のパターンを透視する図である。 、図４Ａにおける４Ｂ－４Ｂ断面を示す図であり。 セルにおける燃料ガス流通領域のシールライン及び冷媒流通領域のシールラインのシール不良発生時の状態を示す図である。 セルにおける排出路等の他の態様を示す図（ａ）～図（ｃ）である。

本開示の一実施形態において、２以上のシールラインは、燃料ガス流通領域と冷媒流通領域との間をシールして相互に隔離するように構成されていてもよい。こうすることで、燃料ガスが冷媒に混入し、燃料ガスが冷媒とともに流通したり蓄積したりすることが回避又は抑制される。

本開示の一実施形態において、２以上のシールラインは、３つのシールラインを有し、１以上の排出路は、３つのシールラインによって異なる２つの流通領域とそれぞれ隔離されるとともに相互に隔離された２つの排出路を有するようにしてもよい。こうすることで、隣接する異なる２つの流通領域は、それぞれ排出路を備えることができ、異なる２つの流通領域を流通する流体を、それぞれ外部に排出できる。また、この実施形態において、２つの排出路は、異なる２つの流通領域を流通する流体に関連付けられた燃料電池の外部ユニットに接続されるようにしてもよい。こうすることで、燃料電池から排出された流体を、関連付けられた外部ユニットで処理することができる。

本開示の一実施形態において、２以上のシールラインは、燃料ガス流通領域と冷媒流通領域との間を相互に隔離する３つのシールラインを有し、１以上の排出路は、３つのシールラインによって燃料ガス流通領域と冷媒流通領域とそれぞれ隔離されるとともに相互に隔離された２つの排出路を有し、燃料ガス流通領域と隔離される一方の排出路は燃料電池の外部の燃料ガス循環又は排出系に接続され、冷媒流通領域と隔離される他方の排出路は燃料電池の外部の冷媒循環又は排出系に接続されるようにしてもよい。こうすることで、燃料ガスは、燃料ガス循環又は排出系で適切に処理され、冷媒は、冷媒循環又は排出系で回収再利用など適切に処理される。

本明細書において、燃料電池としては、特に限定するものではないが、例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）であることが好適な場合がある。本明細書において、燃料電池は、通常、セルが積層された積層体（スタック）の形態を少なくとも有している。なお、積層形態は特に限定されない。燃料電池は、必要に応じて、筐体（スタックケース）に収容されている。また、燃料電池システムは、燃料電池のほか、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒などの循環排出系を備えている。こうした循環排出系は、公知の各種構成を適宜採用して構成される。

以下、本開示の燃料電池の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１～図３は第１の実施形態に関する。第１の実施形態は、２つの異なる流体流通領域の間に２つのシールラインを有し、これらのシールラインで隔離された１つの排出路を備える２シールライン／１排出路によるシール構造に関する。図１Ａは、セルの燃料極側セパレータからみた平面図を示し、図１Ｂは、図１Ａ中の１Ｂ－１Ｂ断面図を示す。図２は、セルの他のシールライン及び排出路を示し、図３には、セルの燃料極側における燃料量ガスの流通時における作用を示す。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、燃料電池（ＰＥＦＣ）１のセル２は、発電部４の外周縁を支持するフレーム１０、燃料極側セパレータ２０、空気極側セパレータ４０を備えている。セパレータ２０、４０は、発電部４及びフレーム１０を挟んで一体化している。例えば、このセル２を積層したスタックを備える燃料電池１が構成され、さらに、所定の筐体に収容された燃料電池１に燃料ガス、酸化剤ガスをそれぞれ循環排出等するガス循環排出系（図示せず）と、冷媒を循環排出等する冷媒循環排出系（図示せず）などを備えて全体として、燃料電池システムなどとして構成される。

発電部４は、イオン伝導性を有する高分子膜を電解質として用い、電解質を介して燃料極及び空気極とを一体化した膜電極複合体（ＭＥＡ）として形成されている。発電部４は、その燃料極に供給される燃料ガスとしての水素ガスと、空気極に酸化剤ガスとして供給される空気と、による電気化学反応により発電するようになっている。

フレーム１０は、発電部４の外周を囲繞して支持する。フレーム１０は、特に限定するものではないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ＰＶＤＦなどの熱可塑性樹脂、エチレン－プロピレンゴムなどのゴムや熱可塑性エラストマーなどの公知のこの種のフレームのための材料を適宜用いることができる。

フレーム１０は、中央に発電部４を備えるとともに、その長手方向の両側のエッジ領域Ｅ１、Ｅ２には、いずれも貫通孔として、燃料ガス用のマニホールドＨ１，Ｈ２、酸化剤ガス用のマニホールドＯ１，Ｏ２、及び冷媒用のマニホールドＣ１、Ｃ２を備えている。マニホールドＨ１，Ｈ２には、図示しない燃料ガス循環排出系から燃料ガスが供給され循環されるようになっている。マニホールドＯ１，Ｏ２には、図示しない酸化剤ガス循環排出系から酸化剤ガスが供給され循環されるようになっている。マニホールドＣ１、Ｃ２には図示しない冷媒循環排出系から冷媒が供給され循環されるようになっている。

セパレータ２０、４０は、それぞれ、フレーム１０とほぼ同等の外形形状を有する長方形状を有している。セパレータ２０、４０は、いずれも、マニホールドＨ１，Ｈ２、マニホールドＯ１，Ｏ２、及びマニホールドＣ１、Ｃ２を備えている。

さらに、セパレータ２０、４０の発電部４に対向する側面２０ａ、４０ａには、それぞれ、マニホールドＨ１、Ｈ２及びマニホールドＯ１、Ｏ２と連通して、燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ燃料極及び空気極に流通させるためのガス流路２２、４２が形成されている。これらのガス流路２２、４２は、発電部４に対応して形成されている。さらに、セパレータ２０、４０の隣接する他のセル２に対応する側面２０ｂ、４０ｂには、マニホールドＣ１、Ｃ２と連通してそれぞれ冷媒をセル２間に流通させるための冷媒流路４４が形成されている。こうした流路は、特に限定するものではないが、例えば、セパレータ２０、４０が波状ないしコルゲート形状に成形されることで形成されている。

セパレータ２０、４０は、特に限定するものではないが、金属板を成形した金属セパレータであってもよいし、カーボンなどの導電性材料と樹脂とを混合・成形した樹脂製セパレータであってもよい。金属セパレータは、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、メッキ処理鋼板、チタン鋼板又は炭素膜を有するチタン鋼板など公知の金属セパレータ材料から適宜選択された材料で形成されている。

次に、セル２において燃料ガスを燃料極に流通させるためのシール構造について、図１等を参照しつつ説明する。なお、図１Ａは、平面図ではあるが、セパレータ２０の燃料極に対向する側面２０ａにあるシールライン及び排出路のパタ－ンを透視して明示している。

図１Ａ及び図1Ｂに示すように、セパレータ２０の発電部４に対向する側面２０ａとフレーム１０及び発電部４（以下、フレーム１０等ともいう。）との間には、マニホールドＨ１、Ｈ２と発電部４とを囲んでシールして燃料ガス流通領域（以下、単に、燃料ガス領域という。）ＦＲを形成するシールライン５０が形成されている。さらに、同じ側面２０ａとフレーム１０等との間には、マニホールドＯ１、Ｏ２を囲んで酸化剤ガス流通領域（以下、単に、酸化剤ガス領域という。）ＯＲを形成するシールライン５２ａ、５２ｂと、マニホールドＣ１、Ｃ２を囲んで冷媒流通領域（以下、単に、冷媒領域という。）ＣＲを形成するシールライン５４ａ、５４ｂと、が形成されている。

シールライン５０、５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、発電部４とセパレータ２０の発電部４に対向する側面２０ａ、２０ｂにおいてガス又は冷媒が遮断できる程度にセパレータ２０とフレーム１０とにシール部として形成されていればよい。特に限定するものではないが、例えば、図１Ｂに示すように、セパレータ２０がフレーム１０側に屈曲されて当該部分が接着剤層によりフレーム１０に固定されることでシールラインが形成されている。こうした接着剤としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。このほか、接着剤層は、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、アクリルゴムなどの種々の弾性シール材料など公知のシール材料から適宜選択されて形成されてもよい。

図１Ａに示すように、燃料ガス流通ＦＲと冷媒領域ＣＲとが隣接する個所においては、２本のシールライン５０、５４ａがおおむね並行してこれらの領域の間に延在している。また、冷媒領域ＣＲと酸化剤ガス領域ＯＲとが隣接する個所においては、２本のシールライン５４ａ、５２ａがおおむね並行してこれらの領域の間に延在している。同様に、燃料ガス領域ＦＲと酸化剤ガス領域ＯＲとが隣接する個所においては、２本のシールライン５０、５２ａがおおむね並行してこれらの領域の間に延在している。

さらに、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、セル２は、排出路６０を備えている。排出路６０は、並行して延在するシールライン５０、５４ａとの間（以下、シールライン５０／５４ａ間とも称する。）及びシールライン５０／５２ａ間に、外部に連通するように形成されている。また、排出路６０は、排出路６０を挟むように存在する２つのシールライン５０、５４ａ及びシールライン５０、５２ａによって隣接する流通領域と隔離されている。

図１Ａに示すように、外部に連通する排出路６０は、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲ及び酸化剤ガス領域ＯＲとの間にわたって、サブ排出路６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄが連通して形成されている。サブ排出路６０ａ、６０ｂは、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間であってシールライン５０／５４ａ間に形成されている。サブ排出路６０ｃは、冷媒領域ＣＲと酸化剤ガス領域ＯＲの間であってシールライン５４ａ／５２ａ間に形成されている。サブ排出路６０ｄは、燃料ガス領域ＦＲと酸化剤ガス領域ＯＲとの間であってシールライン５０／５２ａ間に形成されている。

サブ排出路６０ａ、６０ｃ、６０ｄは、それぞれセル２の端縁に端部を有しており、これらの端部においてそれぞれセル２の外部に向けて開口し、開口部６２ａ、６２ｃ、６２ｄを有している。サブ排出路６０ａ～６０ｄは、相互に連通しているため、排出路６０全体が外部に連通している。

排出路６０は、例えば、図１Ｂに示すように、セパレータ２０が屈曲されて凹凸形状に成形されることにより、シールライン５０等とともにフレーム１０から立ち上がり状のリブとして形成されている。

以上のセル２におけるシール構造について、エッジ領域Ｅ１について説明したが、他方のエッジ領域Ｅ２においても、同様の態様で、シールライン５０、５２ｂ、５４ｂ及び排出路６０が形成されている。

なお、図２（ａ）に、セパレータ４０の空気極側の側面４０ａのシールラインパターンを示し、図２（ｂ）に、セパレータ２０、４０間におけるシールラインパターンを示す。例えば、図２（ａ）に示すように、セパレータ４０の側面４０ａとフレーム１０等との間には、セパレータ２０の燃料極側の側面２０ａに準じて、マニホールドＯ１、Ｏ２と発電部４とを囲んでシールして酸化剤ガス領域ＯＲを形成するシールライン７０、マニホールドＨ１、Ｈ２を囲んで燃料ガス領域ＦＲを形成するシールライン７２ａ、７２ｂ、及びマニホールドＣ１、Ｃ２を囲んで冷媒領域ＣＲを形成するシールライン７４ａ、７４ｂが形成され、さらに、排出路８０が形成されている。

さらに、例えば、図２（ｂ）に示すように、セパレータ２０、４０間には、マニホールドＣ１、Ｃ２と発電部４に対向する冷媒流路４４とを囲んでシールして冷媒領域ＣＲを形成するシールライン９０、マニホールドＨ１、Ｈ２を囲んで燃料ガス領域ＦＲを形成するシールライン９２ａ、９２ｂと、マニホールドＯ１、Ｏ２を囲んで酸化剤ガス領域ＯＲを形成するシールライン９４ａ、９４ｂと、が形成され、さらに、排出路１００が形成されている。

次に、セル２における流体の流通の一例としての燃料ガスの流通について図３を参照して説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図１Ｂに示す図１Ａの１Ｂ－１Ｂ断面に対応している。なお、燃料電池１においては、排出路６０への流体の流入が生じるシール不良が発生したとき、燃料ガス領域ＦＲ、酸化剤ガス領域ＯＲ、冷媒領域ＣＲ及び排出路６０には、燃料ガス領域ＦＲ＞酸化剤ガス領域ＯＲ＞冷媒領域ＣＲ＞排出路６０という差圧が生じる。

セパレータ２０の側面２０ａとフレーム１０との間におけるシールライン５０、５４ａにおいてシール不良が発生していない状況では、燃料ガス領域ＦＲ及び冷媒領域ＣＲは、相互に隔離され、これらの異種流体の流通領域は連通せず、異種流体のいかなる混合も発生しない。

一方、図３（ａ）に示すように、例えば、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間において、シールライン５０のみにシール不良が発生して燃料ガス領域ＦＲとサブ排出路６０ａに連通が生じると、互いに連通したこれらの領域の差圧のために、燃料ガスは、排出路６０ａに流入する。燃料ガスは、開口部６２ａ、６２ｃ、６２ｄを介して燃料電池１の外部に排出される。このため、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの連通は生じない。なお、シールライン５４ａのみにシール不良が発生して冷媒領域ＣＲと排出路６０ａとに連通が生じても、差圧のために、冷媒は排出路６０ａに流入して外部に排出されるのみであり、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの連通は生じない。

さらに、図３（ｂ）に示すように、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間において、シールライン５０、５４ａの双方にシール不良が発生したとき、燃料ガスも冷媒も、差圧によって、排出路６０ａに流入し、開口部６２ａ、６２ｃ、６２ｄを介して外部に排出される。２つのシールライン５０、５４ａにシール不良が発生しても、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間には連通は生じない。

こうしたシール構造は、特に、シールラインが接着剤層で形成されている場合に有用である。

なお、以上の説明においては、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間について説明したが、酸化剤ガス領域ＯＲと冷媒領域ＣＲとの間のシールライン５２ａ／５４ａ及び排出路６０ｃについても、酸化剤ガス領域ＯＲと燃料ガス領域ＦＲのシールライン５２ａ／５０と排出路６０ｄについても、同様の作用効果が生じる。また、セパレータ４０の空気極に対向する側面４０ａにおけるこれらのガス等の流通領域においても、また、セパレータ２０、４０間におけるこれらのガス等の流通領域についても、同様の作用効果が生じる。

以上のとおり、領域ＦＲ、ＣＲ、ＯＲのうち２つの異なる領域の間に延在して相互に隔離する２つのシールライン５０、５４ａ、５２ａ等と、これらのシールライン５０、５４ａ、５２ａ等によって２つの異なる流通領域と隔離されて燃料電池１の外部に連通する排出路６０と、を備えることで、シール不良が発生したとしても、隣接する流通領域の連通を回避又は抑制できる。また、燃料ガスの冷媒循環排出系への混入、冷媒循環排出系における循環及び蓄積を効果的に回避できる。

なお、第１の実施形態においては、排出路６０は、燃料ガス領域ＦＲ、冷媒領域ＣＲ及び酸化剤ガス領域ＯＲのうち、隣接する２つの異なる流通領域の間の全てに備えるようにしたが、これに限定するものではない。必要に応じて、排出路を備える領域を変更することができる。例えば、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの間においてのみ備えるようにしてもよい。

第１の実施形態では、排出路６０を構成するサブ排出路６０ａ、６０ｃ、６０ｄは、それぞれ外部に連通する開口部６２ａ、６２ｃ、６２ｄを備えるものとしたが、これに限定するものではない。開口部６２ａ等から排出される流体の処理等の観点から、排出路６０において単一又は２個など開口部を備えるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
図４～図６は、第２の実施形態に関する。第２の実施形態は、２つの異なる流体流通領域の間に３つのシールラインを有し、これらのシールラインで相互に隔離された２つの排出路を備える３シールライン／２排出路によるシール構造に関する。図４Ａは、セル２を燃料極側セパレータ２０から見た平面図を示し、図４Ｂは、図４Ａにおける４Ｂ－４Ｂ断面を示し、図５には、セル２の燃料極側における燃料ガスの流通時における作用を示す。なお、図４Ａは、平面図ではあるが、セパレータ２０の燃料極側の側面２０ａにあるシールライン及び排出路のパタ－ンを透視して明示している。また、以下の説明においては、第１の実施形態と共通する構造については説明を省略するとともに、第１の実施形態と共通する部材について同様の符号を用いて説明する。なお、以下の説明においては、セル２のエッジ領域Ｅ１寄りの部分についてのみ説明し、エッジ領域Ｅ２については、エッジ領域Ｅ１に準ずるものとして説明を省略する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、セパレータ２０の側面２０ａには、マニホールドＨ１、Ｈ２と発電部４とを囲んでシールして燃料ガス領域ＦＲを形成するシールライン１１０を備えている。さらに、側面２０ａには、マニホールドＯ１、Ｏ２をそれぞれ囲んで酸化剤ガス領域ＯＲを形成するシールライン１２０と、マニホールドＣ１、Ｃ２をそれぞれ囲んで冷媒領域ＣＲを形成するシールライン１３０と、を備えている。

本実施形態では、セル２は、追加のシールライン１４０を備えている。シールライン１４０は、燃料ガス領域ＦＲと、燃料ガス領域ＦＲに隣接する冷媒領域ＣＲ及び酸化剤ガス領域ＯＲとの間において，シールライン１１０に沿って延在している。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、シールライン１４０は、具体的には、シールライン１１０、１３０の間及びシールライン１１０、１２０の間に介在して延在している。

この結果、図４Ａに示すように、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとが隣接する個所においては、３本のシールライン１１０、１４０、１３０がおおむね並行してこれらの領域の間に延在している。また、燃料ガス領域ＦＲと酸化剤ガス領域ＯＲとが隣接する個所においても３本のシールライン１１０、１４０、１２０がおおむね並行してこれらの領域の間に延在している。

セル２は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、２本の排出路１５０、１６０を、備えている。排出路１５０は、追加のシールライン１４０が形成された範囲において、シールライン１１０とシールライン１４０との間に形成されている。排出路１６０は、少なくとも追加のシールライン１４０が形成された範囲において、シールライン１４０と、シールライン１３０、１２０の燃料ガス領域ＦＲに隣接する部分１３０ａ、１２０ａとの間に形成されている。排出路１５０は、シールライン１１０によって隣接する燃料ガス領域ＦＲ、から隔離され、排出路１６０は、シールライン１３０ａ、１２０ａによって、冷媒領域ＣＲ及び燃料ガス領域ＦＲから、隔離されている。また、排出路１５０、１６０は、シールライン１４０によって相互に隔離されている。

なお、図４Ａに示すように、排出路１６０は、分岐して連通するサブ排出路１６２を備えている。サブ排出路１６２は、冷媒領域ＣＲと酸化剤ガス領域ＯＲとの間において分岐してシールライン１３０の酸化剤ガス領域ＯＲに隣接する一部と、シールライン１２０の冷媒領域ＣＲに隣接する一部との間に延在している。サブ排出路１６２は、これらのシールライン１３０、１２０の一部によって冷媒領域ＣＲ、酸化剤ガス領域ＯＲと隔離されている。

シールライン１１０、１２０、１３０、１４０及び排出路１５０、１６０は、例えば、図４Ｂに示すように、セパレータ２０が屈曲されて凹凸形状に成形されることにより、フレーム１０に対してシール部及びリブとして形成されている。

ここで、図４Ａに示すように、排出路１５０、１６０は、それぞれ単一の開口部１５０ａ、１６０ａを有する。これにより、排出路１５０，１６０は、それぞれセル２の外部に連通している。開口部１５０ａは、セル２の長尺端縁に到達する一方の端部においてセル２の外部に開口している。排出路１５０のセル２の短尺端縁近傍に到達する他方の端部においては、封止されている。また、開口部１６０ａは、セル２の長尺端縁に到達する一つの端部においてのみ開口し、セル２の短尺端縁に近傍にまで到達する他の２つの端部は封止されている。

以上のことから、排出路１５０は、燃料ガス領域ＦＲと隣接するシールライン１１０によってこの領域ＦＲと隔離されるとともに、シール不良時には燃料ガス専用の排出口として機能する。また、排出路１６０は、冷媒領域ＣＲ及び酸化剤ガス領域ＯＲと隣接するシールライン１３０、１２０によってこれらの領域ＣＲ、ＯＲと隔離されるとともに、シール不良時には冷媒及び酸化剤ガスの排出路として機能する。

排出路１５０の開口部１５０ａは、スタックを収容するスタックケースの外部に設置されている燃料ガス循環排出系の一部である換気装置２００に接続され、燃料ガス領域ＦＲからリークした燃料ガスを安全に換気できるようになっている。また、排出路１６０の開口部１６０ａは、スタックを収容するスタックケースの外部に設置されている冷媒循環排出系の一部である冷媒タンク３００に接続され、排出路１６０に流入した冷媒や酸化剤ガスが、冷媒タンク３００に貯留できるようになっている。

なお、第１の実施形態と同様、セル２の空気極側及びセル２間においても、図４Ａのシールラインパターン及び排出路のパターンに準じて、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、それぞれ酸化剤ガス領域ＯＲ及び冷媒領域ＣＲの連通を抑制又は回避できるシールライン及び排出路が形成されている。

次に、こうしたセル２のシール構造における燃料ガスの流通について図５を参照して説明する。図５に示すように、シールライン１１０、１３０の一方又は双方にシール不良が発生したとき、燃料ガスは排出路１５０に流入し、冷媒は、排出路１６０に流入する。燃料ガスは、さらに、開口部１５０ａを介して、燃料ガス循環排出系の換気装置２００に供給され、冷媒は、開口部１６０ａを介して、冷媒循環排出系の冷媒タンク３００に供給される。

こうすることで、燃料ガス領域ＦＲと冷媒領域ＣＲとの連通を回避できる。また、セル２ないしスタックから排出される燃料ガス及び冷媒は、スタックケース外部においてそれぞれ適切に処理される。すなわち、燃料電池１の外部であるがスタックケースの内部に燃料ガスや冷媒が流出し、蓄積すること及び当該蓄積による不都合（スタックケース内の燃料ガス濃度の上昇や冷媒による他部品の腐食や冷媒もれ等）が抑制又は回避されている。また、燃料ガス領域ＦＲのシールライン１１０及び冷媒領域ＣＲのシールライン１３０に同時に不良が発生したとしても、燃料ガスと冷媒との混合物が発生しない。

なお、シールライン１４０は、燃料ガス領域ＦＲ等とは接していないため、シールライン１１０、１３０にシール不良が発生する状況下においても、シール不良の発生は回避又は抑制されている。したがって、燃料ガスと冷媒との混合物の生成は十分に回避又は抑制されている。

また、燃料ガス領域ＦＲと酸化剤ガス領域ＯＲとが隣接する個所において、シールライン１１０、１２０の一方又は双方にシール不良が発生した個所において生じたとき、酸化剤ガス領域ＯＲから酸化剤ガスが排出路１６０に流入し、燃料ガス領域ＦＲからは燃料ガスが排出路１５０に流入し、それぞれ排出される。このため、燃料ガス領域ＦＲと酸化剤ガス領域ＯＲの連通及びこれらの流体の混合物の生成も回避又は抑制される。

排出路１５０、１６０の開口部１５０ａ、１６０ａは、エッジ領域Ｅ１につき、単一であるため、セル２ないし燃料電池１からの燃料ガス及び冷媒を燃料ガス循環排出系及び冷媒循環排出系への接続構造を簡素化することができる。

この実施形態では、排出路１５０は燃料ガスのみを排出する。このため、燃料ガス循環システムの換気ユニットに接続するほか、燃料ガスの循環ユニットに接続することもできる。さらに、排出路１５０の開口部１５０ａには、シールライン１１０のシール不良を検知可能に水素センサを備えることもできる。さらにまた、開口部１５０ａには、スタックケースの外部の燃料ガス循環システムの一部としてあるいは独立して、漏れた燃料ガスを吸引可能に吸引機構を備えるようにすることもできる。

この実施形態では、排出路１６０は冷媒及び／又は酸化剤ガスのみを排出する。スタックケースの外部の冷媒循環系に排出路１６０からの冷媒及び／又は酸化剤ガスが流入することがあっても、燃料ガスが閉鎖系の冷媒循環システムに蓄積することが回避されている。また、開口部１６０ａには、シールライン１３０のシール不良を検知可能に冷媒を検出するセンサを備えることができる。

以上説明した第２の実施形態では、燃料ガス領域ＦＲ／冷媒領域ＣＲ間と、燃料ガス領域ＦＲ／酸化剤ガス領域ＯＲ間とに、３シールライン／２排出路によるシール構造を備え、酸化剤ガス領域ＯＲと冷媒領域ＣＲとの間には、２シールライン／１排出路によるシール構造を備えるものとしたが、これに限定するものではない。隣接する２つの領域間において、３シールライン／２排出路によるシール構造を適宜備えるようにすることができる。

第２の実施形態では、セパレータ２０の側面２０ａのみならず、セパレータ４０の側面４０ａ及びセル２間において同様のシール構造を備えるものとしたがこれに限定するものではない。シール不良リスクに応じて適切なシール構造が選択される。

以上説明した第１及び第２の実施形態では、排出路を、セパレータ２０等を屈曲させることでリブを成形するなどして形成したがこれに限定するものではない。例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、シールライン４００／４１０間において、フレーム１０に貫通孔１０ａを形成することで、排出路４２０を形成してもよい。また、フレーム１０の両面に凹部１０ｂを形成することで、排出路４３０、４４０を形成してもよい。また、セル２間におけるシールライン５００／５１０間に排出路６００を形成する場合には、図６（ｃ）に示すように、セパレータ２０、４０を凹凸状に成形しつつ溶接することでシールライン５００、５１０を形成するとともに排出路６００を形成することができる。

上記の態様では、燃料電池及び燃料電池システムとして説明したが、本明細書の開示によれば、燃料電池を構成するセル、燃料電池における燃料ガス、酸化剤ガス及び冷媒から選択される１種又は２種以上の漏れの抑制方法又は当該漏れの検出方法としても実施できる。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：燃料電池
２：セル
４：発電部
１０：フレーム
２０：燃料極側セパレータ
２０ａ：燃料極側セパレータの発電部（燃料極）に対向する側面
４０：空気極側セパレータ
４０ａ：空気極側セパレータの発電部（空気極）に対向する側面
５０、５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ：シールライン
６０：排出路
６０ａ～６０ｄ：サブ排出路
６２ａ、６２ｃ、６２ｄ：開口部
１１０、１２０、１３０、１４０：シールライン
１５０、１６０：排出路
１５０ａ、１６０ａ：開口部
１６２：サブ排出路
ＦＲ：燃料ガス流通領域（燃料ガス領域）
ＯＲ：酸化剤ガス流通領域（酸化剤ガス領域）
ＣＲ：冷媒流通領域（冷媒領域）

Claims (5)

1. 燃料電池であって、
   燃料極、空気極及び電解質を有する発電部と、前記発電部を支持するフレームと、前記発電部と前記フレームとを挟む一対のセパレータと、を含むセルを備え、
   前記セルは、燃料ガスの流通のための燃料ガス流通領域と、酸化剤ガスの流通のための酸化剤ガス流通領域と、冷媒の流通のための冷媒流通領域と、これらの流通領域のうち互いに隣接する２つの異なる流通領域の間に延在して前記２つの異なる流通領域を相互に隔離する２以上のシールラインと、前記２以上のシールラインによって前記２つの異なる流通領域と隔離され、前記燃料電池の外部に連通する１以上の排出路と、を備える、燃料電池。
2. 前記２以上のシールラインは、前記燃料ガス流通領域と前記冷媒流通領域との間を相互に隔離するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記２以上のシールラインは、３つのシールラインを有し、前記１以上の排出路は、前記３つのシールラインによって前記２つの異なる流通領域と隔離されるとともに相互に隔離された２つの前記排出路を有する、請求項１に記載の燃料電池。
4. ２つの前記排出路は、それぞれ、前記２つの異なる流通領域を流通する流体に関連付けられた前記燃料電池の外部ユニットに接続される、請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記２以上のシールラインは、前記燃料ガス流通領域と前記冷媒流通領域との間を相互に隔離する３つのシールラインを有し、
   前記１以上の排出路は、前記３つのシールラインによって前記燃料ガス流通領域と前記冷媒流通領域と隔離されるとともに相互に隔離された２つの前記排出路を有し、
   前記燃料ガス流通領域と隔離される一方の前記排出路は前記燃料電池の外部の燃料ガス循環排出系に接続され、前記冷媒流通領域と隔離される他方の前記排出路は前記燃料電池の外部の冷媒循環排出系に接続される、請求項１に記載の燃料電池。