JP3868810B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極構造体を一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池セルには、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置してなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持することにより平板状に構成されたものがある。このように構成された燃料電池セルは、その厚さ方向に複数積層されることにより燃料電池を構成している。
【０００３】
各燃料電池セルでは、アノード電極に対向配置されるアノード側セパレータの面に燃料ガス（例えば、水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置されるカソード側セパレータの面に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、隣接する燃料電池セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒体（例えば、純水）の流路が設けられている。
【０００４】
そして、アノード電極の電極反応面に燃料ガスを供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極に移動する。この間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極においては、酸化剤ガスが供給されているため、水素イオン、電子、および酸素が反応して、水が生成される。電極反応面では、水が生成される際に熱が発生するので、セパレータ間に流通させられる冷却媒体によって冷却されるようになっている。
【０００５】
これら燃料ガス、酸化剤ガス（総称して反応ガス）および冷却媒体は、各々独立した流路に流通させる必要があるため、各流路間を液密または気密状態に仕切るシール技術が重要となる。
【０００６】
密封すべき部位としては、例えば、反応ガスおよび冷却媒体を燃料電池の各燃料電池セルに分配供給するために貫通形成された連通孔の周囲、各燃料電池セルから排出された反応ガスおよび冷却媒体をそれぞれ収集して排出する連通孔の周囲、電極構造体の外周、隣接する燃料電池セルのセパレータ間の外周等がある。シール部材の材質としては、柔らかくて、適度に反発力のある有機ゴム等が採用されている。
【０００７】
一方、近年、実車への搭載に向けた実用化の動きの中で、燃料電池の小型軽量化、低コスト化が大きな課題となっている。
燃料電池を小型化するためには、燃料電池を構成する各燃料電池セルを薄くすること、具体的には、各燃料電池セル内部に形成されている反応ガスの流路を最大限に確保しながら、セパレータ間の間隔寸法を小さくすることや、セパレータを薄肉化することが考えられる。
【０００８】
ところが、セパレータを薄肉化することには、セパレータの強度や燃料電池の剛性上限界がある。また、セパレータ間の間隔寸法を小さくするには、シール部材の高さ寸法を低減することが効果的であるが、必要十分な密封性を確保するためには、十分な潰れ代を確保し得る高さ寸法が必要となるため、その低減にも自ずと限界がある。
【０００９】
さらに、燃料電池セルにおいて、シール部材が占有する空間は、反応ガスおよび冷却媒体を密封するために必要不可欠ではあるものの、実質的に発電に寄与しない空間であるため、極力小さくする必要がある。
【００１０】
図３５は、従来の燃料電池を示す平面図である。図中、符号１０７は、燃料電池１０６をセパレータ１０９、１１０の積層方向に貫通する燃料ガス供給口、排出口、酸化剤ガス供給口、排出口、冷却媒体供給口、排出口などの連通孔である。また、符号１１２は、セパレータ１０９，１１０に沿って複数の燃料ガス流路、酸化剤ガス流路および冷却媒体流路が形成されている領域である。
【００１１】
図３６は、図３５の線Ｆ−Ｆで切断した従来の燃料電池１０６を示す縦断面図である。平面視において、発電に寄与しないシール部材の占有空間を極力小さくするために、従来は、燃料ガス流路１００および酸化剤ガス流路１０１をそれぞれ密封するガスシール部材１０２，１０３と、冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材１０４とを、燃料電池セル１０５の積層方向に一列に並べて配置することにより、燃料電池１０６の積層方向の外形寸法を最小限に抑制している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成される燃料電池１０６の場合に、各流路１００，１０１を密封するガスシール部材１０２，１０３および冷却面シール部材１０４の全てを燃料電池セル１０５の積層方向に一列に並べて配置すると、燃料電池１０６の厚さ寸法を、各燃料電池セル１０５の最小厚み寸法に冷却面シール部材１０４の高さ寸法を加えて積層数倍した値より小さくすることができないという不都合がある。
【００１３】
このことをさらに詳しく説明するために、再度図３６を参照する。この図３６によれば、ガスシール部材１０２、１０３、冷却面シール部材１０４によって密封状態に隔離された燃料ガス連通孔１０７と燃料ガス流路１００とが連絡路１０８によって連絡されている。該連絡路１０８は、燃料ガス流路１００の周囲を全周にわたって密封しているガスシール部材１０２をセパレータ１０９の厚さ方向に迂回するようにセパレータ１０９に設けられている。また、セパレータ１１０も酸化剤ガス連通孔（図示略）近傍に同様の連絡路（図示略）を有している。
【００１４】
したがって、各セパレータ１０９，１１０は、連絡路１０８を形成するために比較的厚く形成されているが、各シール部材１０２〜１０４が配置されているシールラインの位置においては、図３６の断面に見られるように、強度を確保するための最小限度の肉厚寸法となっており、それ以上の薄肉化を図ることができない。
【００１５】
また、各シール部材１０２〜１０４は、密封性を確保するために必要最小限の高さ寸法とされているので、これらシール部材１０２〜１０４の高さ寸法もそれ以上低減することはできない。
【００１６】
その結果、燃料電池１０６の厚さ寸法は、２枚のセパレータ１０９，１１０の最小肉厚寸法、連絡路１０８を構成するための厚さ寸法、２つのガスシール部材１０２，１０３の高さ寸法、固体高分子電解質膜１１１の厚さ寸法および冷却面シール部材１０４の高さ寸法を加えたものを積層数倍した寸法となるが、これらは全て必要不可欠な寸法であるため、それ以上の寸法低減を図ることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池を構成するセパレータおよび電極構造体の間の各シール部材により各種流路を確実に密封しながら、積層方向の寸法を低減して小型軽量化した燃料電池を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る燃料電池は、電解質の両面にそれぞれ電極を配した電極構造体（例えば、実施形態における電極構造体３）と、該電極構造体を厚さ方向に挟む一対のセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ４Ａ，４Ｂ、５Ａ、５Ｂ）と、前記電極構造体の外周部に配置され、各セパレータと前記電極構造体との間に挟まれて両者間に形成される反応ガス流路（例えば、実施形態における燃料ガス流路８，酸化剤ガス流路９）をそれぞれ密封するガスシール部材（例えば、実施形態におけるガスシール部材６Ａ，６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）とから構成された複数の燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ａ，２Ｂ）を、これら燃料電池セル間に形成される冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材（例えば、実施形態における冷却面シール部材２７）を挟んで積層してなる燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）であって、前記各セパレータに、前記ガスシール部材（例えば、実施形態における主環状部６Ａａ，６Ｂａ，７Ａａ，７Ｂａ）外側に設けられる反応ガス連通孔（例えば、実施形態における燃料ガス供給口１７，酸化剤ガス供給口１８，燃料ガス排出口２０，酸化剤ガス排出口２１）および冷却媒体連通孔（例えば、実施形態における冷却媒体供給口１９，冷却媒体排出口２２）と前記各セパレータに、前記ガスシール部材外側に設けられる反応ガス連通孔および冷却媒体連通孔と、前記ガスシール部材をセパレータの厚さ方向に迂回して反応ガス連通孔と反応ガス流路を連絡する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂ，酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）とが設けられ、一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ａ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｂ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂまたは酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられ、少なくとも一方のセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ）に前記反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂまたは酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）の裏側を少なくともガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた凸部（例えば、実施形態における凸部３５Ａ、３５Ｂまたは凸部３４Ａ、３４Ｂ）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルとこれに隣合う燃料電池セルとのそれぞれ対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられているため、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらすことができる。これにより、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、一つの燃料電池セルのセパレータの反応ガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた凸部を設けることにより、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルに、積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる。したがって、その分反応ガス連絡路を形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００２０】
なお、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータの裏側に、他のセパレータが当接する場合（例えば、第１の実施の形態の酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ５Ａの場合）には、前記他のセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ４Ｂ）に、前記反応ガス連絡路の裏側に形成される凸部（例えば、実施の形態における凸部３０Ａ）を受け入れられる凹部（例えば、実施の形態における凹部３２Ｂ）を設けるとともに、この凹部の裏側を突出させることで上述した凸部（例えば、実施の形態における凸部３４Ｂ）を形成することができる。また、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータに、他のセパレータが当接しない場合（例えば、第２の実施の形態の酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ３３の場合）には、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ３３）において、前記反応ガス連絡路の裏面（例えば、実施の形態における裏面３３ａ）を突出させることで、上述した凸部（例えば、実施の形態における凸部３４Ｂ）を形成することができる。
【００２１】
燃料電池では、数百に及ぶ燃料電池セルを積層するので、燃料電池全体としては、各燃料電池セルごとに低減された厚さの積層数倍の大幅な小型化を図ることができる。特に、前記冷却媒体流路が各燃料電池セルごとではなく、複数の燃料電池セルごとに設けられる場合には、冷却媒体流路が形成されない燃料電池セル間に冷却面シール部材が不要となる。このため、燃料電池全体での厚さ寸法をさらに低減することが可能となり好ましい。
【００２２】
請求項２の発明に係る燃料電池は、前記一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｃ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｄ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ｃ、２３Ｄまたは酸化剤ガス連絡路２５Ｃ、２５Ｄ）が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成に係る燃料電池によれば、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に形成することが可能となる。よって、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらして、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に設けることができる。前記一つの燃料電池セルにおいて、積層方向から見て前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、反応ガス連通孔に対して開口されている。この部位の寸法が反応ガスを電極構造体に流入若しくは流出可能な寸法に確保されていれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。
【００２４】
請求項３の発明に係る燃料電池は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、前記一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｅ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｆ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ｅ，２３Ｆまたは酸化剤ガス連絡路２５Ｅ、２５Ｆ）が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に交差する方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成に係る燃料電池によれば、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、前記交差する方向に互いにずれた位置に設けられているので、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられている場合には、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらして、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に設けることができる。また、前記一つの燃料電池セルにおいて、積層方向から見て前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、反応ガス連通孔に対して開口されておらず、反応ガスが流入若しくは流出しない。したがって、この部位に絶縁を確保するのに必要な寸法が確保されれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。このため、上記した絶縁を確保するのに必要な寸法が、反応ガスを流入または流出可能な寸法よりも小さい場合には、請求項２の発明に比べて燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。
【００２６】
請求項４の発明に係る燃料電池は、請求項１から請求項３に記載の燃料電池において、前記冷却媒体流路を前記反応ガス連通孔に対して密封する冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路から前記反応ガス連通孔側にずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２７】
上記構成に係る燃料電池によれば、冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材が連絡路から連通孔側にずれた位置に配置されているので、積層方向に直交する方向から見て、燃料電池セルの積層方向に沿う連絡路の位置と冷却面シール部材の位置とを重なり合わせることが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セルごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００２８】
請求項５の発明に係る燃料電池は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の構成において、前記冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路近傍を除き、積層方向から見て、前記ガスシール部材と略同一位置に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
上記構成に係る燃料電池によれば、ガスシール部材を厚さ方向に迂回して形成される連絡路近傍は、該連絡路の高さ分だけセパレータを厚くせざるを得ないため、冷却面シール部材を連通孔側にずらして、ガスシール部材と冷却面シール部材とが、同一のシールラインに配されることを回避し、連絡路近傍以外の部分では、ガスシール部材と冷却面シール部材とを燃料電池セルの積層方向に一列に並んだ位置に配することにより、燃料電池セルの面積を低減することが可能となる。また、連通孔近傍でシールラインをずらすことにより、冷却面シール部材と連絡路とを積層方向に重なり合う位置に配置することが可能となり、冷却面シール部材とガスシール部材とを積層方向に近接させて燃料電池の厚さを低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態に係る燃料電池１は、図１、図２に示された燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとを相互に複数積層して構成されている。以下、燃料電池セル２Ｂの構成において燃料電池セル２Ａと同一の構成部分については、適宜その説明を省略する。燃料電池セル２Ａは、図１に示されるように、電極構造体３を一対のセパレータ４Ａ（アノード側），５Ａ（カソード側）で挟持することにより構成されている。また、燃料電池セル２Ｂは、図２に示されるように、電極構造体３を一対のセパレータ４Ｂ（アノード側），５Ｂ（カソード側）で挟持することにより構成されている。電極構造体３と各セパレータ４Ａ，５Ａとの間には、ガスシール部材６Ａ，７Ａがそれぞれ配置されている。また、電極構造体３と各セパレータ４Ｂ，５Ｂとの間には、ガスシール部材６Ｂ，７Ｂがそれぞれ配置されている。これらガスシール部材６（６Ａ、６Ｂ），７（７Ａ、７Ｂ）は、詳細を後述するように、電極構造体３の両側に燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９とを密封状態に画定している。
【００３１】
前記電極構造体３は、例えば、図３に示されるように、ペルフルオロスルホン酸ポリマーからなる固体高分子電解質膜１０（以下、単に電解質膜という。）と、この電解質膜１０の両面を挟むアノード電極１１およびカソード電極１２とを有している。
【００３２】
電解質膜１０は、例えば、図３に示されるように、複数の貫通孔１０ａを有している。電解質膜１０は、セパレータ４（４Ａ、４Ｂ），５（５Ａ、５Ｂ）と同等の大きさを有し、各貫通孔１０ａは、セパレータ４，５の各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２に対応する位置に配置されている。
【００３３】
前記アノード電極１１およびカソード電極１２は、例えば、多孔質カーボンクロスまたは多孔質カーボンペーパーからなるガス拡散層の電解質膜１０と接する表面に、Ｐｔを主体とする合金からなる触媒層を積層させることにより構成されている。
【００３４】
燃料電池セル２Ａ、２Ｂを構成する前記セパレータ４，５は、いずれもカーボン製平板の表面に、複数の溝１３〜１５（図２２参照）を削り込むことにより、一定の高さを有する凹凸が一定のパターンで多数形成された波板部４ａ，５ａと、該波板部４ａ，５ａに流通させる燃料ガス（例えば、水素ガス）、酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）および冷却媒体（例えば、純水）をそれぞれ供給、排出させるように各セパレータ４，５を貫通する燃料ガス供給口（反応ガス連通孔）１７、酸化剤ガス供給口（反応ガス連通孔）１８、冷却媒体供給口（冷却媒体連通孔）１９、燃料ガス排出口（反応ガス連通孔）２０、酸化剤ガス排出口（反応ガス連通孔）２１および冷却媒体排出口（冷却媒体連通孔）２２と、これら供給口１７〜１９や排出口２０〜２２および前記波板部４ａ，５ａをそれぞれ取り囲むように配置される平面部４ｂ，５ｂとを具備している。以下、セパレータ４，５のうちセパレータ４Ａ、５Ａについて図４および図５を参照して説明する。
【００３５】
前記冷却媒体供給口１９は、セパレータ４Ａ，５Ａ左側端部における幅方向（矢印Ｉで示した方向）のほぼ中央に配置されている。また、セパレータ４Ａ、５Ａの前記左側端部には、前記燃料ガス供給口１７と酸化剤ガス供給口１８が、前記冷却媒体供給口１９を挟んでセパレータ４Ａ，５Ａの前記幅方向の両側に配置されている。
前記冷却媒体排出口２２は、セパレータ４Ａ，５Ａ右側端部における前記幅方向のほぼ中央に配置されている。また、セパレータ４Ａ、５Ａの前記右側端部には、前記燃料ガス排出口２０と酸化剤ガス排出口２１が、前記冷却媒体排出口２２を挟んでセパレータ４Ａ，５Ａの前記幅方向の両側に配置されている。
そして、これら燃料ガス排出口２０および酸化剤ガス排出口２１は、それぞれ燃料ガス供給口１７および酸化剤ガス供給口１８に対して対角位置となるように配置されている。
【００３６】
各セパレータ４Ａ，５Ａの長さ方向（矢印Ｊで示した方向）に沿う、燃料ガス供給口１７および排出口２０、酸化剤ガス供給口１８および排出口２１の長さ寸法（矢印Ｋの長さ）は、隣接する冷却媒体供給口１９および排出口２２の長さ寸法（矢印Ｌの長さ）よりも短く形成されている。
これにより、燃料ガス供給口１７および排出口２０、酸化剤ガス供給口１８および排出口２１と波板部４ａ，５ａとの間の間隔寸法（矢印Ｍの長さ）は、冷却媒体供給口１９および排出口２２と波板部４ａ，５ａとの間の間隔寸法（矢印Ｎの長さ）よりも大きく形成されている。
【００３７】
セパレータ４Ａにおけるアノード側の面には、図４に示されるように、燃料ガス供給口１７と波板部４ａとの間および該波板部４ａと燃料ガス排出口２０との間に、燃料ガス供給口１７から供給されてきた燃料ガスを波板部４ａに流通させ、波板部４ａを通過した燃料ガスを燃料ガス排出口２０から排出させるための燃料ガス連絡路２３Ａがそれぞれ形成されている。該燃料ガス連絡路２３Ａは、セパレータ４Ａのアノード側の面に形成された複数の溝２３ａと、該溝２３ａ上に掛け渡される平板上のブリッジ板２３ｂとを備えている。ブリッジ板２３ｂが配置されるセパレータ４Ａの表面には、該ブリッジ板２３ｂをはめ込む窪み部２４が形成されており、それによってブリッジ板２３ｂの表面は、セパレータ４Ａの表面４ｂと同一平面内に配されている。
そして、セパレータ４Ａにおいて、前記酸化剤ガス供給口１８と波板部４ａとの間および該波板部４ａと前記酸化剤ガス排出口２１との間には、矢印Ｉ方向中心側に凸部３４Ａがそれぞれ設けられている。これについては詳細を後述する。
【００３８】
また、セパレータ５Ａにおけるカソード側の面にも、図５に示されるように、酸化剤ガス供給口１８と波板部５ａとの間および該波板部５ａと酸化剤ガス排出口２１との間に、酸化剤ガス供給口１８から供給されてきた酸化剤ガスを波板部５ａに流通させ、波板部５ａを通過した酸化剤ガスを酸化剤ガス排出口２１から排出させるための酸化剤ガス連絡路２５Ａがそれぞれ形成されている。該酸化剤ガス連絡路２５Ａは、セパレータ５Ａのカソード側の面に形成された複数の溝２５ａと、該溝２５ａ上に掛け渡される平板上のブリッジ板２５ｂとを備えている。ブリッジ板２５ｂが配置されるセパレータ５Ａの表面には、該ブリッジ板２５ｂをはめ込む穴部２４が形成されており、それによってブリッジ板２５ｂの表面は、セパレータ５Ａの表面５ｂと同一平面内に配されている。
そして、セパレータ５Ａにおいて、前記燃料ガス供給口１７と波板部５ａとの間および該波板部５ａと前記燃料ガス排出口２０との間には、矢印Ｉ方向中心側に凸部３５Ａがそれぞれ設けられている。これについては詳細を後述する。
【００３９】
なお、両セパレータ４Ａ，５Ａの冷却面側には、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、冷却媒体供給口１９と波板部４ａ，５ａとを結ぶ冷却媒体連絡路２６および該波板部４ａ，５ａと冷却媒体排出口２２とを結ぶ冷却媒体連絡路２６が設けられている。
そして、図６（ａ）に示されるように、セパレータ５Ａには、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａが形成される部位の裏側に凸部３０Ａが形成され、前記凸部３５Ａの裏側に凹部２９Ａが形成されている。
また、図６（ｂ）に示されるようにセパレータ４Ａには、前記燃料ガス連絡路２３Ａが形成される部位の裏側に凸部３１Ａが形成され、前記凸部３４Ａの裏側に凹部３２Ａが形成されている。これらについては詳細を後述する。
【００４０】
前記ガスシール部材６Ａは、図７に示されるように、波板部４ａ，５ａの外周を取り囲む主環状部６Ａａの両側に、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２をそれぞれ取り囲む複数の副環状部６Ａｂを有する形状に一体的に構成されている。ガスシール部材７Ａも、前記ガスシール部材６Ａと同様に主環状部７Ａａと副環状部７Ａｂとを有している。また、ガスシール部材６Ｂ、７Ｂも、前記ガスシール部材６Ａと同様に主環状部６Ｂａ、７Ｂａと副環状部６Ｂｂ、７Ｂｂとを有している。
【００４１】
このようなガスシール部材６Ａを、前記セパレータ４Ａのアノード側の面に配置した状態、電極構造体３のアノード側の面に配置した状態、および、ガスシール部材７Ａを前記セパレータ５Ａのカソード側の面に配置した状態をそれぞれ、図８、図１０、図１１に示す。
【００４２】
これらの図８、図１０、図１１によれば、ガスシール部材６Ａ，７Ａの主環状部６Ａａ，７Ａａは、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と波板部４ａ，５ａとの間の平面部４ｂ，５ｂを通過するように配置される。これにより、主環状部６Ａａ，７Ａａは、連絡路２３Ａ，２５Ａに設けられたブリッジ板２３ｂ，２５ｂの上を通過して、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と波板部４ａ，５ａとの間を連絡路２３Ａ，２５Ａを構成する溝２３ａ，２５ａのみによって連絡し、他の部分は密封状態に保持するようになっている。また、図８および図１０に示したように、ガスシール部材６Ａ、７Ａは、セパレータ４Ａ、５Ａにそれぞれ形成された凸部３４Ａ、３５Ａを迂回するように形成されている。
【００４３】
以下、燃料電池セル２Ｂについて説明する。図９に示したように、燃料電池セル２Ｂにおけるセパレータ４Ｂには、燃料電池セル２Ａと同様に、燃料ガス供給口１７、燃料ガス排出口２０と波板部４ａとを連絡する燃料ガス連絡路２３Ｂが形成されている。前記燃料ガス連絡路２３Ｂは、前記燃料ガス連絡路２３Ａと、積層方向から見て矢印Ｉ方向（燃料ガス供給口１７から燃料ガス流路８に向かう方向に直交する方向）にずれた位置に設けられている。また、セパレータ４Ｂにおいて、前記酸化剤ガス供給口１８と波板部４ａとの間および該波板部４ａと前記酸化剤ガス排出口２１との間には、矢印Ｉ方向先端側に凸部３４Ｂがそれぞれ設けられ、該凸部３４Ｂは前記凸部３４Ａと積層方向から見て矢印Ｉ方向にずれた位置に設けられている。
【００４４】
セパレータ４Ｂには、前記凸部３４Ｂの裏側に凹部３２Ｂが形成されている。前記凹部３２Ｂは、積層方向から見て、セパレータ５Ａに形成された凸部３０Ａの位置に形成され、該凸部３０Ａを受け入れられるように形成されている。また、セパレータ４Ａに形成された凹部３２Ａも、セパレータ５Ｂに形成された凸部３０Ｂを受け入れられるように、前記凸部３０Ｂの裏側に形成されている。
【００４５】
また、図１２に示したように、燃料電池セル２Ｂにおけるセパレータ５Ｂには、酸化剤ガス連絡路２５Ｂが形成されている。前記酸化剤ガス連絡路２５Ｂは、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａと、積層方向から見て矢印Ｉ方向（酸化剤ガス供給口１８から酸化剤ガス流路９に向かう方向に直交する方向）にずれた位置に設けられている。そして、セパレータ５Ｂにおいて、前記燃料ガス供給口１７と波板部５ａとの間および該波板部５ａと前記燃料ガス排出口２０との間には、矢印Ｉ方向先端側に凸部３５Ｂがそれぞれ設けられている。
【００４６】
セパレータ５Ｂには、前記凸部３５Ｂの裏側に凹部２９Ｂが形成されている。前記凹部２９Ｂは、積層方向から見て、セパレータ４Ａに形成された凸部３１Ａの位置に形成され、該凸部３１Ａを受け入れられるように形成されている。また、セパレータ５Ａに形成された凹部２９Ａも、セパレータ４Ｂに形成された凸部３１Ａを受け入れられるように形成されている。
なお、燃料電池セル２Ｂにおけるガスシール部材６Ｂ，７Ｂは、セパレータ４Ｂ、５Ｂにそれぞれ形成された凸部３４Ｂ、３５Ｂを迂回するように形成されている。
【００４７】
このように構成された燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとは、図１９に示されるように、冷却面シール部材２７を挟んで複数積層される。すなわち、図１および図２に示した燃料電池セル２Ａ、２Ｂ間には、冷却面シール部材２７が介装される。冷却面シール部材２７は、図１３に示されるように、主環状部２７ａと副環状部２７ｂとを一体的に連結した構造を有している。
【００４８】
このような冷却面シール部材２７を、各セパレータ４（４Ａ、４Ｂ），５（５Ａ、５Ｂ）の他面側に配置した状態を図１４に示す。
これによれば、冷却面シール部材２７の主環状部２７ａは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８と波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部４ａ，５ａとの間を通過して、冷却媒体供給口１９から冷却媒体連絡路２６を介して波板部４ａ，５ａに接続し、波板部４ａ，５ａから冷却媒体連絡路２６を介して冷却媒体排出口２２に接続する冷却媒体流路２８（図２１参照）の周囲を密封している。また、冷却面シール部材２７の副環状部２７ｂは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの各供給口１７，１８および各排出口２０，２１をそれぞれ独立して密封している。なお、図１４においては、図示都合上、詳細を後述する凸部３０Ａ、３０Ｂ、３１Ａ、３１Ｂや凹部２９Ａ、２９Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを省略している（図６参照）。
【００４９】
冷却面シール部材２７の主環状部２７ａのうち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８と波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部４ａ，５ａとの間を通過する部分は、破線で示された上記ガスシール部材の主環状部６ａ（６Ａａ、６Ｂａ），７ａ（７Ａａ、７Ｂａ）の通過位置と比較すると、供給口１７，１８または排出口２０，２１に、より近い位置を通過するようにずれた位置に配置されている。
【００５０】
このように構成された燃料電池１の各部の断面を図１９に示す。図１９（ａ）、（ｂ）は、図８に示される線Ａ−Ａ、図９に示される線Ｄ−Ｄに沿ってそれぞれ切断した縦断面図である。この図１９（ａ）、（ｂ）によれば、各セパレータ４（４Ａ，４Ｂ）、５（５Ａ，５Ｂ）を厚さ方向に貫通する酸化剤ガス供給口１８から酸化剤ガス連絡路２５（２５Ａ，２５Ｂ）を通してカソード電極１２とセパレータ５との間に形成されている酸化剤ガス流路９へ酸化剤ガスを流通させる経路が示されている。また、図２２は図８の線Ｆ−Ｆ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。図２３は図１１の線Ｇ−Ｇ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。以下において、燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとで共通する場合については、添え字（Ａ、Ｂ）の区別なく共通の番号で説明する。
【００５１】
図１９（ａ）、（ｂ）を見ると、電極構造体３とその両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封するガスシール部材６，７が、燃料電池セル２の積層方向に対向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置されている。酸化剤ガス流路９のガスシール部材７の主環状部７ａは、セパレータ５に形成されている酸化剤ガス連絡路２５に掛け渡されたブリッジ板２５ｂ上に配置されている。すなわち、酸化剤ガス連絡路２５は、ガスシール部材７の主環状部７ａをセパレータ５の厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材７の主環状部７ａの内外を連通させ、ガスシール部材７の主環状部７ａの外側の酸化剤ガス供給口１８から供給される酸化剤ガスを、ガスシール部材７の主環状部７ａの内側の酸化剤ガス流路９に流通させることを可能としている。
【００５２】
この場合において、各燃料電池セル２間を密封し冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材７が配置されている酸化剤ガス連絡路２５よりも酸化剤ガス供給口１８側にずれた位置に配置されている。その結果、冷却面シール部材２７は、セパレータ５の表面を厚さ方向に彫り込んで形成した酸化剤ガス連絡路２５の溝２５ａと厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。
【００５３】
また、図１１，図１２に示されているように、燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａと、燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂとは、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３（酸化剤ガス流路９）に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図１９（ａ）に示したように、前記燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６Ｂａ、７Ｂａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａの形成位置からずらして設けることができる。また、図１９（ｂ）に示したように、前記燃料電池セル２Ａのガスシール部材６Ａａ、７Ａａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂの形成位置からずらして設けることができる。
【００５４】
また、一方のセパレータ５Ａには、図１９に示したように、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａに対応する領域にわたって裏側に突出した凸部３０Ａが設けられている。これにより、当該凸部３０Ａの裏側に形成される酸化剤ガス連絡路２５Ａにおいて酸化剤ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。セパレータ５Ｂにおいても、セパレータ５Ａと同様に凸部３０Ｂが設けられ、酸化剤ガス連絡路２５Ｂにおいて酸化剤ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。
【００５５】
そして、前記セパレータ５Ａに当接する他方のセパレータ４Ｂには、前記凸部３０Ａを受け入れる凹部３２Ｂが設けられ、当該凹部３２Ｂ内に前記凸部３０Ａを収納している。また、前記セパレータ５Ｂに当接する他方のセパレータ４Ａには、前記凸部３０Ｂを受け入れる凹部３２Ａが設けられ、当該凹部３２Ａ内に前記凸部３０Ｂを収納している。なお、前記凹部３２は、前記凸部３０よりも平面寸法を大きくしてあり、これにより、凹部３２内に凸部３０部を収納する際の位置合わせを容易にしている。
【００５６】
また、前記セパレータ４Ｂにおいて、凹部３２Ｂの裏側を突出させて凸部３４Ｂを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３４Ｂがガスシール部材６Ｂａの位置と重なるようにしている。また、前記セパレータ４Ａにおいて、凹部３２Ａの裏側を突出させて凸部３４Ａを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３４Ａがガスシール部材６Ａａの位置と重なるようにしている。このように、酸化剤ガス連絡路２５を形成するセパレータ５Ａ、５Ｂと、これに隣合うセパレータ４Ｂ、４Ａとにおいて、酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂを形成する部位に対応する領域を突出させた凸部３４Ａ、３４Ｂを設けることにより、前記セパレータ５Ａ、５Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ、２Ａに積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる（図２３参照）。
【００５７】
このように、燃料電池セル２Ｂ（２Ａ）において、積層方向から見て燃料電池セル２Ａ（２Ｂ）の酸化剤ガス連絡路２５Ａ（２５Ｂ）を形成する部位には、酸化剤ガス連絡路２５Ｂ（２５Ａ）を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、燃料電池セル２Ａ（２Ｂ）の酸化剤ガス連絡路２５Ａ（２５Ｂ）を形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ（２Ａ）に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる（図１９（ａ）、（ｂ）の矢印Ｑ参照）。
上記においては、酸化剤ガス供給口１８について説明したが、酸化剤ガス排出口２１側においても同様のことが言える。
【００５８】
さらに、図２０（ａ）、（ｂ）は、図８に示される線Ｂ−Ｂ、図９に示される線Ｅ−Ｅに沿って切断した縦断面図である。この図２０（ａ）、（ｂ）によれば、各セパレータ４，５を厚さ方向に貫通する燃料ガス供給口１７から燃料ガス連絡路２３（２３Ａ，２３Ｂ）を通してアノード電極１１とセパレータ４との間に形成されている燃料ガス流路８への燃料ガスを流通させる経路が示されている。
【００５９】
この図２０（ａ）、（ｂ）においても、電極構造体３とその両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封するガスシール部材６，７が、燃料電池セル２の積層方向に対向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置されており、燃料ガス流路８のガスシール部材６の主環状部６ａは、セパレータ４に形成されている燃料ガス連絡路２３に掛け渡されたブリッジ板２３ｂ上に配置されている。すなわち、燃料ガス連絡路２３は、ガスシール部材６の主環状部６ａをセパレータ４の厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材６の主環状部６ａの内外を連通させ、ガスシール部材６の主環状部６ａの外側の燃料ガス供給口１７から供給される燃料ガスを、ガスシール部材６の主環状部６ａ内側の燃料ガス流路８に流通させることを可能としている。
【００６０】
また、図８，図９に示されているように、燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａと、燃料電池セル２Ｂの燃料ガス連絡路２３Ｂとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図２０（ａ）に示したように、前記燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６Ｂａ、７Ｂａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａの形成位置からずらして設けることができる。また、図２０（ｂ）に示したように、前記燃料電池セル２Ａのガスシール部材６Ａａ、７Ａａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｂの燃料ガス連絡路２３Ｂの形成位置からずらして設けることができる。
【００６１】
また、一方のセパレータ４Ａには、図２０に示したように、前記燃料ガス連絡路２３Ａに対応する領域にわたって裏側に突出した凸部３１Ａが設けられている。これにより、当該凸部３１Ａの裏側に形成される燃料ガス連絡路２３Ａにおいて燃料ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。セパレータ４Ｂにおいても、セパレータ４Ａと同様に凸部３１Ｂが設けられ、燃料ガス連絡路２３Ｂにおいて燃料ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。
【００６２】
そして、前記セパレータ４Ａに当接する他方のセパレータ５Ｂには、前記凸部３１Ａを受け入れる凹部２９Ｂが設けられ、当該凹部２９Ｂ内に前記凸部３１Ａを収納している。また、前記セパレータ４Ｂに当接する他方のセパレータ５Ａには、前記凸部３１Ｂを受け入れる凹部２９Ａが設けられ、当該凹部２９Ａ内に前記凸部３１Ｂを収納している。なお、前記凹部２９は、前記凸部３１よりも平面寸法を大きくしてあり、これにより、凹部２９内に凸部３１部を収納する際の位置合わせを容易にしている。
【００６３】
また、前記セパレータ５Ｂにおいて、凹部２９Ｂの裏側を突出させて凸部３５Ｂを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３５Ｂがガスシール部材７Ｂａの位置と重なるようにしている。また、前記セパレータ５Ａにおいて、凹部２９Ａの裏側を突出させて凸部３５Ａを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３５Ａがガスシール部材７Ａａの位置と重なるようにしている。このように、燃料ガス連絡路２３を形成するセパレータ４Ａ、４Ｂと、これに隣合うセパレータ５Ｂ、５Ａとにおいて、燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂを形成する部位に対応する領域を突出させた凸部３５Ａ、３５Ｂを設けることにより、前記セパレータ４Ａ、４Ｂの燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ、２Ａに積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる。
【００６４】
このようにしたため、燃料電池セル２Ｂにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｂを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂに、積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる（図２０（ａ）、（ｂ）の矢印Ｓ参照）。
燃料ガス排出口２０においても同様のことが言える。
【００６５】
この場合において、各燃料電池セル２間を密封して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材６，７が配置されている燃料ガス連絡路２３、酸化剤ガス連絡路２５よりも燃料ガス供給口１７、酸化剤ガス供給口１８側にずれた位置に配置されている。その結果、冷却面シール部材２７は、燃料ガス連絡路２３、酸化剤ガス連絡路２５を構成する溝２３ａ、２５ａとはセパレータ４、５の厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セル２ごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００６６】
したがって、連絡路２３，２５の形成されている位置におけるセパレータ４，５の肉厚寸法を確保しつつ、冷却面シール部材２７が十分な密封性を確保するために必要な、冷却面シール部材２７の占有高さを確保することができる。また、連絡路２３，２５を形成するのに必要な厚みを、双方のセパレータ４，５で確保していればよく、各セパレータ４，５ごとに連絡路２３，２５を形成するのに必要な厚みを確保する必要がないため、その分だけそれぞれのセパレータ４，５に必要な厚みを低減することができ、これにより燃料電池セル２の厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、冷却面シール部材２７（図１９（ｂ）、図２０（ｂ）の斜線部参照）が燃料電池セル２Ａ、２Ｂの厚さ低減の障害となっているが、冷却面のシール部材２７の厚さを低減させることにより、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることが可能である。
【００６８】
なお、図２１は、図８に示された線Ｃ−Ｃに沿う縦断面図を示している。これによれば、冷却媒体供給口１９から隣接する燃料電池セル２間に画定された冷却媒体流路２８に接続する冷却媒体の経路が示されている。
【００６９】
次に、図２４（ａ）、（ｂ）は本発明の第２実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ相当する縦断面図である。なお、以下の実施形態において第１実施形態の部材に対応する部材については、同一の符号を付して適宜その説明を省略する。この実施形態は、２つの燃料電池セル２Ａ，２Ｂごとに冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３を備えており、このセパレータ３３は第１実施形態におけるセパレータ４Ｂとセパレータ５Ａに相当し、連絡路２３，２５を形成できるだけの十分な厚みを備えている。この実施形態においても、第１実施形態と同様に、セパレータ４，５の厚みを低減できる効果がある。
【００７０】
また、燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａと、燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂとは、第１実施形態と同様に、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。本実施形態においては、燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６，７（図１９（ａ）の主環状部６Ｂａ、７Ｂａの斜線部参照）を、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａからずらしている。これにより、燃料電池セル２Ａにおける酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂに、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる（図１９の矢印Ｑ参照）。
【００７１】
本実施形態においては、図２４（ａ）に示したように、、酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ３３には、他のセパレータ４Ａ、５Ｂが当接しない。ゆえに、セパレータ３３における酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成する部位の裏面３３ａを突出させて凸部３４Ｂを形成し、積層方向に対して直交する方向から見て主環状部６Ｂａと重なるように配置している。本実施の形態においては、この凸部３４Ｂを燃料電池セル２Ｂの電極構造体３に当接させて、最大限に積層方向の寸法を低減できるようにしている。
【００７２】
また、図２４（ｂ）に示したように、酸化剤ガス連絡路２５Ｂを形成するセパレータ５Ｂには、セパレータ４Ａが当接するため、第１実施形態で述べたように、セパレータ５Ｂにおいて酸化剤ガス連絡路２５Ａの裏側に凸部３０Ｂを形成する一方、前記セパレータ４Ａに前記凸部３０部を受け入れられる凹部３２Ａを設けるとともにこの凹部３２Ａの裏側に突出する凸部３４Ａを設けることで、積層方向の寸法を低減することができる。
【００７３】
また、本実施形態においては、燃料ガス連絡路２３Ａと燃料ガス連絡路２３Ｂも同様に形成している（図２０の矢印Ｓ参照）。これらにより、燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。また、本実施形態においては、発電効率を高めるとともに電極構造体３の剛性を高めるために、燃料電池セル２Ｂの電極構造体３のサイズを燃料電池セル２Ａの電極構造体３よりも大きくしている。なお燃料電池セル２Ａ、２Ｂの電極構造体３は、シール部材６，７をずらして設けることができれば、第１実施形態に示したように、同一のサイズであってもよい。
【００７４】
このように、本実施形態においては、２つの燃料電池セル２Ａ、２Ｂごとに冷却媒体流路２８を設けるため、冷却媒体流路２８が形成されない燃料電池セル２Ａ、２Ｂ間に冷却面シール部材２７が不要となる。このため、燃料電池１全体での厚さ寸法をさらに低減することが容易となり好ましい。また、冷却媒体流路２８の形成箇所が少なくなる分、冷却面シール部材２７などの冷却用部材を低減でき、製造を容易化することができるという効果がある。なお、本実施形態においては、２セルごとに冷却を行う場合について説明したが、これに限らず、３つ以上の燃料電池セル２ごとに冷却を行うように燃料電池１を構成してもよい。
【００７５】
次に、図２５、図２６は本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９（ａ）、図２０（ａ）に相当する縦断面図である。この実施形態における燃料電池１は、図２５，図２６に示したように燃料電池セル２Ｃと燃料電池セル２Ｄとで構成されている。図１５，図１６に示されているように、燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃと、燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３（燃料ガス流路８）に向かう方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図２６に示したように、燃料電池セル２Ｄにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｄを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。
【００７６】
加えて、前記燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも外側に形成することが可能となる。よって、前記燃料電池セル２Ｄのガスシール部材６ａ、７ａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃ形成位置からずらして、前記燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも外側に設けることができる。前記燃料電池セル２Ｃにおいて、積層方向から見て前記燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを形成する部位には、燃料ガス供給口１７に対して開口されている。この部位の間隔（図２６の矢印Ｒ参照）が、燃料ガスを電極構造体３に流入若しくは流出可能な間隔を確保していれば、燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも突出させて設ける（矢印Ｔ参照）ことが可能となり、その分燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚さ寸法を低減することができる。燃料ガス排出口２０側の燃料ガス連絡路２３Ｃ、２３Ｄについても同様である。
【００７７】
また、本実施形態においては、図２５に示したように、燃料電池セル２Ｃの酸化剤ガス連絡路２５Ｃと、燃料電池セル２Ｄの酸化剤ガス連絡路２５Ｄとは、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３に向かう方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、燃料電池セル２Ｄにおける酸化剤ガス連絡路を形成する部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出させて設けることが可能となり、燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚さ寸法を低減することが可能となる。酸化剤ガス排出口２１側の酸化剤ガス連絡路（図示略）についても同様である。これについては、第４実施形態で説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、冷却面シール部材２７が燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚み低減の障害となっているが、第１実施形態の場合と同様にして、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることができる。
【００７８】
次に、図２７は本発明の第４実施形態を示すものであり、第３実施形態の図２５に相当する縦断面図である。この実施形態においては、第３実施形態に対して２つの燃料電池セル２Ｃ，２Ｄごとに、冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３（第３実施形態におけるセパレータ４Ｄ、セパレータ５Ｃに相当）を備えており、このセパレータ３３においては冷却面シール部材２７を設ける必要がない。このため、第３実施形態において説明したように、燃料電池セル２Ｄにおける酸化剤ガス連絡路２５Ｄを形成する部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出する方向にずらして設ける（図２５の矢印Ｔ参照）ことが可能となる。
【００７９】
本実施形態においては、図２７に示されているように、酸化剤ガス連絡路２５Ｄを形成するセパレータ３３の裏面３３ｂが、燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出する方向にずらして設けられている。なお、電極構造体３に対して酸化剤ガスを供給排出する必要流量を確保できる間隔であれば、図２７に示した寸法Ｘをさらに小さくして、セパレータ３３の裏面３３ｂを燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出させて設けることも可能である。燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの燃料ガス連絡路においても同様である。これらにより、燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。
【００８０】
次に、図２８、図２９は本発明の第５実施形態を示すものであり、それぞれ第１実施形態の図１９、２０に相当する縦断面図である。この実施形態における燃料電池１は、図２８、図２９に示したように燃料電池セル２Ｅと燃料電池セル２Ｆとで構成されている。図１７（ａ）、（ｂ）に示されているように、燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅと、燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向および交差する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、前記燃料電池セル２Ｆにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｆを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記燃料電池セル２Ｅと、前記燃料電池セル２Ｆとの燃料ガス連絡路２３Ｅ、２３Ｆが、燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられているため、前記燃料電池セル２Ｆのガスシール部材６ａ、７ａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅの形成位置からずらして、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも外側に設けることができる。
【００８１】
また、前記燃料電池セル２Ｅにおいて、積層方向から見て前記燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆを形成する部位には、燃料ガスが流入若しくは流出しない。したがって、この部位が絶縁を確保するのに必要な寸法を確保していれば、燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる（図２９の矢印Ｕ参照）。燃料ガス排出口２０側の燃料ガス連絡路２３Ｅ、２３Ｆについても同様である。また、図２８に示したように、燃料電池セル２Ｅの酸化剤ガス連絡路２５Ｅと、燃料電池セル２Ｆの酸化剤ガス連絡路２５Ｆについても同様である。このため、燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することが可能となる。上記した絶縁を確保するのに必要な寸法（図２８（ｂ）の矢印Ｗ）が、反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を流入または流出可能な寸法（図２６の矢印Ｒ）よりも小さい場合には、第３実施形態の燃料電池セル２Ｃ、２Ｄに比べて燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。なお、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、冷却面シール部材２７が燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚み低減の障害となっているが、第１実施形態の場合と同様にして、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることができる。
【００８２】
次に、図３０（ａ）、（ｂ）は本発明の第６実施形態を示すものであり、第５実施形態の図２８（ａ）、（ｂ）にそれぞれ相当する縦断面図である。この実施形態においては、第５実施形態における２つの燃料電池セル２Ｅ，２Ｆごとに、冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３（第５実施形態におけるセパレータ４Ｆ、５Ｅに相当）を備えており、このセパレータ３３においては冷却面シール部材２７を設ける必要がない。このため、第５実施形態において説明したように、燃料電池セル２Ｆの酸化剤ガス連絡路２５Ｆを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも突出する方向に近づけて設けることが可能となり、その分燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。
【００８３】
本実施形態においては、図３０に示されているように、酸化剤ガス連絡路２５Ｆを形成するセパレータ３３の裏面３３ｃが、対向するセパレータ４Ｅの表面に対して絶縁を確保する距離（矢印Ｖ）まで近づいている。なお、絶縁を確保できる間隔であれば、図２７に示した寸法Ｖをさらに小さくして、セパレータ３３の裏面３３ｃを燃料電池セル２Ｅの電極構造体３に対して突出させて設けることも可能である。また、燃料ガス連絡路（図示略）においても同様であるため、これにより燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。上記した絶縁を確保するのに必要な寸法（図３０の矢印Ｖ）が、反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を流入または流出可能な寸法（図２７の矢印Ｘ）よりも小さい場合には、第４実施形態の燃料電池セル２Ａ、２Ｃに比べて燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。
【００８４】
次に、図３１〜図３４は本発明の第７実施形態を示すものであり、それぞれ第１実施形態の図１９〜図２２に相当する縦断面図である。この実施形態においては、セパレータ４、５は、いずれも板厚０．２〜０．５ｍｍ程度のステンレス製板材をプレス成形することにより、図１に示すような、波板部４ａ、５ａと、供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と、平面部４ｂ、５ｂとを具備している。本実施形態における燃料電池１は、第１実施形態の場合と同様に、各燃料電池セル２Ａと２Ｂとの間を密封して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材７の主環状部７ａが配置されている連絡路２３，２５よりもそれぞれ供給口１７，１８側にずれた位置に配置されている。
【００８５】
その結果、冷却面シール部材２７は、セパレータ４，５表面同士を合わせて形成した連絡路２３，２５の溝２３ａ、２５ａと厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セル２ごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
また、セパレータ５Ａ、５Ｂに、ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂに対応する領域にわたって凸部３０Ａ、３０Ｂを形成するとともに、セパレータ４Ｂ、４Ａをガス連絡路２５Ａ，２５Ｂに対応する領域にわたって突出させた凸部３４Ｂ、３４Ａを設け、この凸部３４Ｂ、３４Ａの裏側の凹部３２Ｂ，３２Ａにより、前記凸部３０Ａ、３０Ｂを受け入れている。また、セパレータ４Ａ、４Ｂに、ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂに対応する領域にわたって凸部３１Ａ、３１Ｂを形成するとともに、セパレータ５Ｂ、５Ａのガス連絡路２３Ａ，２３Ｂに対応する領域にわたって突出させた凸部３５Ｂ、３５Ａを設け、この凸部３５Ｂ、３５Ａの裏側の凹部２９Ｂ，２９Ａにより、前記凸部３１Ａ、３１Ｂを受け入れている。したがって、金属材料をプレス成形したセパレータ４，５であっても、第１実施形態の場合と同様に、燃料電池セル２Ａ，２Ｂごとの厚みを低減することができ、燃料電池１の高さを大幅に低減することができる。
また、このようにプレス成形したセパレータ４，５を用いて、第２実施形態から第６実施形態に示した構造の燃料電池１を構成することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明には以下の効果がある。
（１） 請求項１記載の発明に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となるため、その分反応ガス連絡路を形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸法をさらに低減することが可能となる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法を大幅に削減することができるという効果がある。
【００８７】
（２） 請求項２記載の発明に係る燃料電池によれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することが可能となる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法をさらに大幅に削減することができるという効果がある。
【００８８】
（３） 請求項３記載の発明に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルに、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる。加えて、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられている場合には、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置のセパレータ同士を、絶縁を確保するための最小限度の厚みまで近づけることができる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法をさらに大幅に削減することができるという効果がある。
【００８９】
（４） 請求項４記載の発明に係る燃料電池によれば、燃料電池セルの厚さ方向に沿う冷却面シール部材の位置と連絡路の位置とを重ならせることができるので、その重なった分の厚さ寸法を燃料電池セルごとに節約することができる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法を大幅に削減することができるという効果がある。
【００９０】
（５） 請求項５記載の発明に係る燃料電池によれば、連絡路の近傍においては、上述した冷却面シール部材を連絡路からずらし、それ以外の部分においては、ガスシール部材と厚さ方向に一列に並べるように配置することにより、燃料電池の面積の増加を抑えつつ、厚さ寸法を大幅に低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図である。
【図２】 図２は本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】 図１または図２の燃料電池セルを構成する電極構造体を示す平面図である。
【図４】 図１の燃料電池セルを構成する一方のセパレータを示す平面図である。
【図５】 図１の燃料電池セルを構成する他方のセパレータを示す平面図である。
【図６】 図３および図４のセパレータの裏面を示す平面図である
【図７】 図１の燃料電池セルを構成するガスシール部材を示す平面図である。
【図８】 図８は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図９】 図９は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１０】 図９のガスシール部材を図２の電極構造体上に配置した状態を示す平面図である。
【図１１】 図１１は本発明の第１実施形態から第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１２】 図１２は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１３】 図１の燃料電池を構成する冷却面シール部材を示す平面図である。
【図１４】 図１３の冷却面シール部材を図６のセパレータ上に配置した状態を示す平面図である。
【図１５】 図１５は本発明の第３実施形態および第４実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１６】 図１６は本発明の第３実施形態および第４実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１７】 図１７は本発明の第５実施形態および第６実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１８】 図１８は本発明の第５実施形態および第６実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１９】 本発明の第１実施形態に係る燃料電池を図８の線Ａ−Ａ断面、図９の線Ｄ−Ｄ断面で切断した縦断面図である。
【図２０】 本発明の第１実施形態に係る燃料電池を図８の線Ｂ−Ｂ断面、図９の線Ｅ−Ｅ断面で切断した縦断面図である。
【図２１】 図８の線Ｃ−Ｃ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２２】 図８の線Ｆ−Ｆ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２３】 図１１の線Ｇ−Ｇ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２４】 本発明の第２実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２５】 本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２６】 本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２７】 本発明の第４実施形態を示すものであり、第３実施形態の図２５に相当する縦断面図である。
【図２８】 本発明の第５実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２９】 本発明の第５実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２０に相当する縦断面図である。
【図３０】 本発明の第６実施形態を示すものであり、第５実施形態の図２８に相当する縦断面図である。
【図３１】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図３２】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２０に相当する縦断面図である。
【図３３】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２１に相当する縦断面図である。
【図３４】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２２に相当する縦断面図である。
【図３５】 従来の燃料電池の燃料電池セルを概略的に示す平面図である。
【図３６】 従来の燃料電池における燃料ガス連通孔近傍を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２（２Ａ〜２Ｆ） 燃料電池セル
３ 電極構造体
４，５（４Ａ〜４Ｆ、５Ａ〜５Ｆ） セパレータ
６，７（６Ａ〜６Ｆ、７Ａ〜７Ｆ） ガスシール部材
８，９ ガス流路
１０ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
１１ アノード電極（電極）
１２ カソード電極（電極）
１７ 燃料ガス供給口（反応ガス連通孔）
１８ 酸化剤ガス供給口（反応ガス連通孔）
１９ 冷却媒体供給口（冷却媒体連通孔）
２０ 燃料ガス排出口（反応ガス連通孔）
２１ 酸化剤ガス排出口（反応ガス連通孔）
２２ 冷却媒体排出口（冷却媒体連通孔）
２３（２３Ａ〜２３Ｆ） 燃料ガス連絡路（反応ガス連絡路）
２５（２５Ａ〜２５Ｆ） 酸化剤ガス連絡路（反応ガス連絡路）
２７ 冷却面シール部材
２８ 冷却媒体流路
３０（３０Ａ〜３０Ｆ） 凸部
３２（３２Ａ〜３２Ｆ） 凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極構造体を一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池セルには、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置してなる電極構造体を、一対のセパレータで挟持することにより平板状に構成されたものがある。このように構成された燃料電池セルは、その厚さ方向に複数積層されることにより燃料電池を構成している。
【０００３】
各燃料電池セルでは、アノード電極に対向配置されるアノード側セパレータの面に燃料ガス（例えば、水素）の流路が設けられ、カソード電極に対向配置されるカソード側セパレータの面に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）の流路が設けられている。また、隣接する燃料電池セルの隣接するセパレータ間には、冷却媒体（例えば、純水）の流路が設けられている。
【０００４】
そして、アノード電極の電極反応面に燃料ガスを供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極に移動する。この間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極においては、酸化剤ガスが供給されているため、水素イオン、電子、および酸素が反応して、水が生成される。電極反応面では、水が生成される際に熱が発生するので、セパレータ間に流通させられる冷却媒体によって冷却されるようになっている。
【０００５】
これら燃料ガス、酸化剤ガス（総称して反応ガス）および冷却媒体は、各々独立した流路に流通させる必要があるため、各流路間を液密または気密状態に仕切るシール技術が重要となる。
【０００６】
密封すべき部位としては、例えば、反応ガスおよび冷却媒体を燃料電池の各燃料電池セルに分配供給するために貫通形成された連通孔の周囲、各燃料電池セルから排出された反応ガスおよび冷却媒体をそれぞれ収集して排出する連通孔の周囲、電極構造体の外周、隣接する燃料電池セルのセパレータ間の外周等がある。シール部材の材質としては、柔らかくて、適度に反発力のある有機ゴム等が採用されている。
【０００７】
一方、近年、実車への搭載に向けた実用化の動きの中で、燃料電池の小型軽量化、低コスト化が大きな課題となっている。
燃料電池を小型化するためには、燃料電池を構成する各燃料電池セルを薄くすること、具体的には、各燃料電池セル内部に形成されている反応ガスの流路を最大限に確保しながら、セパレータ間の間隔寸法を小さくすることや、セパレータを薄肉化することが考えられる。
【０００８】
ところが、セパレータを薄肉化することには、セパレータの強度や燃料電池の剛性上限界がある。また、セパレータ間の間隔寸法を小さくするには、シール部材の高さ寸法を低減することが効果的であるが、必要十分な密封性を確保するためには、十分な潰れ代を確保し得る高さ寸法が必要となるため、その低減にも自ずと限界がある。
【０００９】
さらに、燃料電池セルにおいて、シール部材が占有する空間は、反応ガスおよび冷却媒体を密封するために必要不可欠ではあるものの、実質的に発電に寄与しない空間であるため、極力小さくする必要がある。
【００１０】
図３５は、従来の燃料電池を示す平面図である。図中、符号１０７は、燃料電池１０６をセパレータ１０９、１１０の積層方向に貫通する燃料ガス供給口、排出口、酸化剤ガス供給口、排出口、冷却媒体供給口、排出口などの連通孔である。また、符号１１２は、セパレータ１０９，１１０に沿って複数の燃料ガス流路、酸化剤ガス流路および冷却媒体流路が形成されている領域である。
【００１１】
図３６は、図３５の線Ｆ−Ｆで切断した従来の燃料電池１０６を示す縦断面図である。平面視において、発電に寄与しないシール部材の占有空間を極力小さくするために、従来は、燃料ガス流路１００および酸化剤ガス流路１０１をそれぞれ密封するガスシール部材１０２，１０３と、冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材１０４とを、燃料電池セル１０５の積層方向に一列に並べて配置することにより、燃料電池１０６の積層方向の外形寸法を最小限に抑制している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成される燃料電池１０６の場合に、各流路１００，１０１を密封するガスシール部材１０２，１０３および冷却面シール部材１０４の全てを燃料電池セル１０５の積層方向に一列に並べて配置すると、燃料電池１０６の厚さ寸法を、各燃料電池セル１０５の最小厚み寸法に冷却面シール部材１０４の高さ寸法を加えて積層数倍した値より小さくすることができないという不都合がある。
【００１３】
このことをさらに詳しく説明するために、再度図３６を参照する。この図３６によれば、ガスシール部材１０２、１０３、冷却面シール部材１０４によって密封状態に隔離された燃料ガス連通孔１０７と燃料ガス流路１００とが連絡路１０８によって連絡されている。該連絡路１０８は、燃料ガス流路１００の周囲を全周にわたって密封しているガスシール部材１０２をセパレータ１０９の厚さ方向に迂回するようにセパレータ１０９に設けられている。また、セパレータ１１０も酸化剤ガス連通孔（図示略）近傍に同様の連絡路（図示略）を有している。
【００１４】
したがって、各セパレータ１０９，１１０は、連絡路１０８を形成するために比較的厚く形成されているが、各シール部材１０２〜１０４が配置されているシールラインの位置においては、図３６の断面に見られるように、強度を確保するための最小限度の肉厚寸法となっており、それ以上の薄肉化を図ることができない。
【００１５】
また、各シール部材１０２〜１０４は、密封性を確保するために必要最小限の高さ寸法とされているので、これらシール部材１０２〜１０４の高さ寸法もそれ以上低減することはできない。
【００１６】
その結果、燃料電池１０６の厚さ寸法は、２枚のセパレータ１０９，１１０の最小肉厚寸法、連絡路１０８を構成するための厚さ寸法、２つのガスシール部材１０２，１０３の高さ寸法、固体高分子電解質膜１１１の厚さ寸法および冷却面シール部材１０４の高さ寸法を加えたものを積層数倍した寸法となるが、これらは全て必要不可欠な寸法であるため、それ以上の寸法低減を図ることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池を構成するセパレータおよび電極構造体の間の各シール部材により各種流路を確実に密封しながら、積層方向の寸法を低減して小型軽量化した燃料電池を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る燃料電池は、電解質の両面にそれぞれ電極を配した電極構造体（例えば、実施形態における電極構造体３）と、該電極構造体を厚さ方向に挟む一対のセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ４Ａ，４Ｂ、５Ａ、５Ｂ）と、前記電極構造体の外周部に配置され、各セパレータと前記電極構造体との間に挟まれて両者間に形成される反応ガス流路（例えば、実施形態における燃料ガス流路８，酸化剤ガス流路９）をそれぞれ密封するガスシール部材（例えば、実施形態におけるガスシール部材６Ａ，６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）とから構成された複数の燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ａ，２Ｂ）を、これら燃料電池セル間に形成される冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材（例えば、実施形態における冷却面シール部材２７）を挟んで積層してなる燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）であって、前記各セパレータに、前記ガスシール部材（例えば、実施形態における主環状部６Ａａ，６Ｂａ，７Ａａ，７Ｂａ）外側に設けられる反応ガス連通孔（例えば、実施形態における燃料ガス供給口１７，酸化剤ガス供給口１８，燃料ガス排出口２０，酸化剤ガス排出口２１）および冷却媒体連通孔（例えば、実施形態における冷却媒体供給口１９，冷却媒体排出口２２）と前記各セパレータに、前記ガスシール部材外側に設けられる反応ガス連通孔および冷却媒体連通孔と、前記ガスシール部材をセパレータの厚さ方向に迂回して反応ガス連通孔と反応ガス流路を連絡する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂ，酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）とが設けられ、一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ａ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｂ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂまたは酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられ、少なくとも一方のセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ）に前記反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂまたは酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂ）の裏側を少なくともガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた凸部（例えば、実施形態における凸部３５Ａ、３５Ｂまたは凸部３４Ａ、３４Ｂ）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルとこれに隣合う燃料電池セルとのそれぞれ対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられているため、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらすことができる。これにより、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、一つの燃料電池セルのセパレータの反応ガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた凸部を設けることにより、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルに、積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる。したがって、その分反応ガス連絡路を形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００２０】
なお、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータの裏側に、他のセパレータが当接する場合（例えば、第１の実施の形態の酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ５Ａの場合）には、前記他のセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ４Ｂ）に、前記反応ガス連絡路の裏側に形成される凸部（例えば、実施の形態における凸部３０Ａ）を受け入れられる凹部（例えば、実施の形態における凹部３２Ｂ）を設けるとともに、この凹部の裏側を突出させることで上述した凸部（例えば、実施の形態における凸部３４Ｂ）を形成することができる。また、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータに、他のセパレータが当接しない場合（例えば、第２の実施の形態の酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ３３の場合）には、前記反応ガス連絡路を形成するセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ３３）において、前記反応ガス連絡路の裏面（例えば、実施の形態における裏面３３ａ）を突出させることで、上述した凸部（例えば、実施の形態における凸部３４Ｂ）を形成することができる。
【００２１】
燃料電池では、数百に及ぶ燃料電池セルを積層するので、燃料電池全体としては、各燃料電池セルごとに低減された厚さの積層数倍の大幅な小型化を図ることができる。特に、前記冷却媒体流路が各燃料電池セルごとではなく、複数の燃料電池セルごとに設けられる場合には、冷却媒体流路が形成されない燃料電池セル間に冷却面シール部材が不要となる。このため、燃料電池全体での厚さ寸法をさらに低減することが可能となり好ましい。
【００２２】
請求項２の発明に係る燃料電池は、前記一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｃ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｄ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ｃ、２３Ｄまたは酸化剤ガス連絡路２５Ｃ、２５Ｄ）が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成に係る燃料電池によれば、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に形成することが可能となる。よって、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらして、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に設けることができる。前記一つの燃料電池セルにおいて、積層方向から見て前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、反応ガス連通孔に対して開口されている。この部位の寸法が反応ガスを電極構造体に流入若しくは流出可能な寸法に確保されていれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。
【００２４】
請求項３の発明に係る燃料電池は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、前記一つの燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｅ）と、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セル（例えば、実施形態における燃料電池セル２Ｆ）との、それぞれ対応する反応ガス連絡路（例えば、実施形態における燃料ガス連絡路２３Ｅ，２３Ｆまたは酸化剤ガス連絡路２５Ｅ、２５Ｆ）が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に交差する方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成に係る燃料電池によれば、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、前記交差する方向に互いにずれた位置に設けられているので、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、反応ガス連絡路を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられている場合には、前記隣合う燃料電池セルのガスシール部材を、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置からずらして、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも外側に設けることができる。また、前記一つの燃料電池セルにおいて、積層方向から見て前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、反応ガス連通孔に対して開口されておらず、反応ガスが流入若しくは流出しない。したがって、この部位に絶縁を確保するのに必要な寸法が確保されれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。このため、上記した絶縁を確保するのに必要な寸法が、反応ガスを流入または流出可能な寸法よりも小さい場合には、請求項２の発明に比べて燃料電池セルの厚さ寸法を低減することができる。
【００２６】
請求項４の発明に係る燃料電池は、請求項１から請求項３に記載の燃料電池において、前記冷却媒体流路を前記反応ガス連通孔に対して密封する冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路から前記反応ガス連通孔側にずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２７】
上記構成に係る燃料電池によれば、冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材が連絡路から連通孔側にずれた位置に配置されているので、積層方向に直交する方向から見て、燃料電池セルの積層方向に沿う連絡路の位置と冷却面シール部材の位置とを重なり合わせることが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セルごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００２８】
請求項５の発明に係る燃料電池は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の構成において、前記冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路近傍を除き、積層方向から見て、前記ガスシール部材と略同一位置に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
上記構成に係る燃料電池によれば、ガスシール部材を厚さ方向に迂回して形成される連絡路近傍は、該連絡路の高さ分だけセパレータを厚くせざるを得ないため、冷却面シール部材を連通孔側にずらして、ガスシール部材と冷却面シール部材とが、同一のシールラインに配されることを回避し、連絡路近傍以外の部分では、ガスシール部材と冷却面シール部材とを燃料電池セルの積層方向に一列に並んだ位置に配することにより、燃料電池セルの面積を低減することが可能となる。また、連通孔近傍でシールラインをずらすことにより、冷却面シール部材と連絡路とを積層方向に重なり合う位置に配置することが可能となり、冷却面シール部材とガスシール部材とを積層方向に近接させて燃料電池の厚さを低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態に係る燃料電池１は、図１、図２に示された燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとを相互に複数積層して構成されている。以下、燃料電池セル２Ｂの構成において燃料電池セル２Ａと同一の構成部分については、適宜その説明を省略する。燃料電池セル２Ａは、図１に示されるように、電極構造体３を一対のセパレータ４Ａ（アノード側），５Ａ（カソード側）で挟持することにより構成されている。また、燃料電池セル２Ｂは、図２に示されるように、電極構造体３を一対のセパレータ４Ｂ（アノード側），５Ｂ（カソード側）で挟持することにより構成されている。電極構造体３と各セパレータ４Ａ，５Ａとの間には、ガスシール部材６Ａ，７Ａがそれぞれ配置されている。また、電極構造体３と各セパレータ４Ｂ，５Ｂとの間には、ガスシール部材６Ｂ，７Ｂがそれぞれ配置されている。これらガスシール部材６（６Ａ、６Ｂ），７（７Ａ、７Ｂ）は、詳細を後述するように、電極構造体３の両側に燃料ガス流路８と酸化剤ガス流路９とを密封状態に画定している。
【００３１】
前記電極構造体３は、例えば、図３に示されるように、ペルフルオロスルホン酸ポリマーからなる固体高分子電解質膜１０（以下、単に電解質膜という。）と、この電解質膜１０の両面を挟むアノード電極１１およびカソード電極１２とを有している。
【００３２】
電解質膜１０は、例えば、図３に示されるように、複数の貫通孔１０ａを有している。電解質膜１０は、セパレータ４（４Ａ、４Ｂ），５（５Ａ、５Ｂ）と同等の大きさを有し、各貫通孔１０ａは、セパレータ４，５の各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２に対応する位置に配置されている。
【００３３】
前記アノード電極１１およびカソード電極１２は、例えば、多孔質カーボンクロスまたは多孔質カーボンペーパーからなるガス拡散層の電解質膜１０と接する表面に、Ｐｔを主体とする合金からなる触媒層を積層させることにより構成されている。
【００３４】
燃料電池セル２Ａ、２Ｂを構成する前記セパレータ４，５は、いずれもカーボン製平板の表面に、複数の溝１３〜１５（図２２参照）を削り込むことにより、一定の高さを有する凹凸が一定のパターンで多数形成された波板部４ａ，５ａと、該波板部４ａ，５ａに流通させる燃料ガス（例えば、水素ガス）、酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）および冷却媒体（例えば、純水）をそれぞれ供給、排出させるように各セパレータ４，５を貫通する燃料ガス供給口（反応ガス連通孔）１７、酸化剤ガス供給口（反応ガス連通孔）１８、冷却媒体供給口（冷却媒体連通孔）１９、燃料ガス排出口（反応ガス連通孔）２０、酸化剤ガス排出口（反応ガス連通孔）２１および冷却媒体排出口（冷却媒体連通孔）２２と、これら供給口１７〜１９や排出口２０〜２２および前記波板部４ａ，５ａをそれぞれ取り囲むように配置される平面部４ｂ，５ｂとを具備している。以下、セパレータ４，５のうちセパレータ４Ａ、５Ａについて図４および図５を参照して説明する。
【００３５】
前記冷却媒体供給口１９は、セパレータ４Ａ，５Ａ左側端部における幅方向（矢印Ｉで示した方向）のほぼ中央に配置されている。また、セパレータ４Ａ、５Ａの前記左側端部には、前記燃料ガス供給口１７と酸化剤ガス供給口１８が、前記冷却媒体供給口１９を挟んでセパレータ４Ａ，５Ａの前記幅方向の両側に配置されている。
前記冷却媒体排出口２２は、セパレータ４Ａ，５Ａ右側端部における前記幅方向のほぼ中央に配置されている。また、セパレータ４Ａ、５Ａの前記右側端部には、前記燃料ガス排出口２０と酸化剤ガス排出口２１が、前記冷却媒体排出口２２を挟んでセパレータ４Ａ，５Ａの前記幅方向の両側に配置されている。
そして、これら燃料ガス排出口２０および酸化剤ガス排出口２１は、それぞれ燃料ガス供給口１７および酸化剤ガス供給口１８に対して対角位置となるように配置されている。
【００３６】
各セパレータ４Ａ，５Ａの長さ方向（矢印Ｊで示した方向）に沿う、燃料ガス供給口１７および排出口２０、酸化剤ガス供給口１８および排出口２１の長さ寸法（矢印Ｋの長さ）は、隣接する冷却媒体供給口１９および排出口２２の長さ寸法（矢印Ｌの長さ）よりも短く形成されている。
これにより、燃料ガス供給口１７および排出口２０、酸化剤ガス供給口１８および排出口２１と波板部４ａ，５ａとの間の間隔寸法（矢印Ｍの長さ）は、冷却媒体供給口１９および排出口２２と波板部４ａ，５ａとの間の間隔寸法（矢印Ｎの長さ）よりも大きく形成されている。
【００３７】
セパレータ４Ａにおけるアノード側の面には、図４に示されるように、燃料ガス供給口１７と波板部４ａとの間および該波板部４ａと燃料ガス排出口２０との間に、燃料ガス供給口１７から供給されてきた燃料ガスを波板部４ａに流通させ、波板部４ａを通過した燃料ガスを燃料ガス排出口２０から排出させるための燃料ガス連絡路２３Ａがそれぞれ形成されている。該燃料ガス連絡路２３Ａは、セパレータ４Ａのアノード側の面に形成された複数の溝２３ａと、該溝２３ａ上に掛け渡される平板上のブリッジ板２３ｂとを備えている。ブリッジ板２３ｂが配置されるセパレータ４Ａの表面には、該ブリッジ板２３ｂをはめ込む窪み部２４が形成されており、それによってブリッジ板２３ｂの表面は、セパレータ４Ａの表面４ｂと同一平面内に配されている。
そして、セパレータ４Ａにおいて、前記酸化剤ガス供給口１８と波板部４ａとの間および該波板部４ａと前記酸化剤ガス排出口２１との間には、矢印Ｉ方向中心側に凸部３４Ａがそれぞれ設けられている。これについては詳細を後述する。
【００３８】
また、セパレータ５Ａにおけるカソード側の面にも、図５に示されるように、酸化剤ガス供給口１８と波板部５ａとの間および該波板部５ａと酸化剤ガス排出口２１との間に、酸化剤ガス供給口１８から供給されてきた酸化剤ガスを波板部５ａに流通させ、波板部５ａを通過した酸化剤ガスを酸化剤ガス排出口２１から排出させるための酸化剤ガス連絡路２５Ａがそれぞれ形成されている。該酸化剤ガス連絡路２５Ａは、セパレータ５Ａのカソード側の面に形成された複数の溝２５ａと、該溝２５ａ上に掛け渡される平板上のブリッジ板２５ｂとを備えている。ブリッジ板２５ｂが配置されるセパレータ５Ａの表面には、該ブリッジ板２５ｂをはめ込む穴部２４が形成されており、それによってブリッジ板２５ｂの表面は、セパレータ５Ａの表面５ｂと同一平面内に配されている。
そして、セパレータ５Ａにおいて、前記燃料ガス供給口１７と波板部５ａとの間および該波板部５ａと前記燃料ガス排出口２０との間には、矢印Ｉ方向中心側に凸部３５Ａがそれぞれ設けられている。これについては詳細を後述する。
【００３９】
なお、両セパレータ４Ａ，５Ａの冷却面側には、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、冷却媒体供給口１９と波板部４ａ，５ａとを結ぶ冷却媒体連絡路２６および該波板部４ａ，５ａと冷却媒体排出口２２とを結ぶ冷却媒体連絡路２６が設けられている。
そして、図６（ａ）に示されるように、セパレータ５Ａには、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａが形成される部位の裏側に凸部３０Ａが形成され、前記凸部３５Ａの裏側に凹部２９Ａが形成されている。
また、図６（ｂ）に示されるようにセパレータ４Ａには、前記燃料ガス連絡路２３Ａが形成される部位の裏側に凸部３１Ａが形成され、前記凸部３４Ａの裏側に凹部３２Ａが形成されている。これらについては詳細を後述する。
【００４０】
前記ガスシール部材６Ａは、図７に示されるように、波板部４ａ，５ａの外周を取り囲む主環状部６Ａａの両側に、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２をそれぞれ取り囲む複数の副環状部６Ａｂを有する形状に一体的に構成されている。ガスシール部材７Ａも、前記ガスシール部材６Ａと同様に主環状部７Ａａと副環状部７Ａｂとを有している。また、ガスシール部材６Ｂ、７Ｂも、前記ガスシール部材６Ａと同様に主環状部６Ｂａ、７Ｂａと副環状部６Ｂｂ、７Ｂｂとを有している。
【００４１】
このようなガスシール部材６Ａを、前記セパレータ４Ａのアノード側の面に配置した状態、電極構造体３のアノード側の面に配置した状態、および、ガスシール部材７Ａを前記セパレータ５Ａのカソード側の面に配置した状態をそれぞれ、図８、図１０、図１１に示す。
【００４２】
これらの図８、図１０、図１１によれば、ガスシール部材６Ａ，７Ａの主環状部６Ａａ，７Ａａは、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と波板部４ａ，５ａとの間の平面部４ｂ，５ｂを通過するように配置される。これにより、主環状部６Ａａ，７Ａａは、連絡路２３Ａ，２５Ａに設けられたブリッジ板２３ｂ，２５ｂの上を通過して、各供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と波板部４ａ，５ａとの間を連絡路２３Ａ，２５Ａを構成する溝２３ａ，２５ａのみによって連絡し、他の部分は密封状態に保持するようになっている。また、図８および図１０に示したように、ガスシール部材６Ａ、７Ａは、セパレータ４Ａ、５Ａにそれぞれ形成された凸部３４Ａ、３５Ａを迂回するように形成されている。
【００４３】
以下、燃料電池セル２Ｂについて説明する。図９に示したように、燃料電池セル２Ｂにおけるセパレータ４Ｂには、燃料電池セル２Ａと同様に、燃料ガス供給口１７、燃料ガス排出口２０と波板部４ａとを連絡する燃料ガス連絡路２３Ｂが形成されている。前記燃料ガス連絡路２３Ｂは、前記燃料ガス連絡路２３Ａと、積層方向から見て矢印Ｉ方向（燃料ガス供給口１７から燃料ガス流路８に向かう方向に直交する方向）にずれた位置に設けられている。また、セパレータ４Ｂにおいて、前記酸化剤ガス供給口１８と波板部４ａとの間および該波板部４ａと前記酸化剤ガス排出口２１との間には、矢印Ｉ方向先端側に凸部３４Ｂがそれぞれ設けられ、該凸部３４Ｂは前記凸部３４Ａと積層方向から見て矢印Ｉ方向にずれた位置に設けられている。
【００４４】
セパレータ４Ｂには、前記凸部３４Ｂの裏側に凹部３２Ｂが形成されている。前記凹部３２Ｂは、積層方向から見て、セパレータ５Ａに形成された凸部３０Ａの位置に形成され、該凸部３０Ａを受け入れられるように形成されている。また、セパレータ４Ａに形成された凹部３２Ａも、セパレータ５Ｂに形成された凸部３０Ｂを受け入れられるように、前記凸部３０Ｂの裏側に形成されている。
【００４５】
また、図１２に示したように、燃料電池セル２Ｂにおけるセパレータ５Ｂには、酸化剤ガス連絡路２５Ｂが形成されている。前記酸化剤ガス連絡路２５Ｂは、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａと、積層方向から見て矢印Ｉ方向（酸化剤ガス供給口１８から酸化剤ガス流路９に向かう方向に直交する方向）にずれた位置に設けられている。そして、セパレータ５Ｂにおいて、前記燃料ガス供給口１７と波板部５ａとの間および該波板部５ａと前記燃料ガス排出口２０との間には、矢印Ｉ方向先端側に凸部３５Ｂがそれぞれ設けられている。
【００４６】
セパレータ５Ｂには、前記凸部３５Ｂの裏側に凹部２９Ｂが形成されている。前記凹部２９Ｂは、積層方向から見て、セパレータ４Ａに形成された凸部３１Ａの位置に形成され、該凸部３１Ａを受け入れられるように形成されている。また、セパレータ５Ａに形成された凹部２９Ａも、セパレータ４Ｂに形成された凸部３１Ａを受け入れられるように形成されている。
なお、燃料電池セル２Ｂにおけるガスシール部材６Ｂ，７Ｂは、セパレータ４Ｂ、５Ｂにそれぞれ形成された凸部３４Ｂ、３５Ｂを迂回するように形成されている。
【００４７】
このように構成された燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとは、図１９に示されるように、冷却面シール部材２７を挟んで複数積層される。すなわち、図１および図２に示した燃料電池セル２Ａ、２Ｂ間には、冷却面シール部材２７が介装される。冷却面シール部材２７は、図１３に示されるように、主環状部２７ａと副環状部２７ｂとを一体的に連結した構造を有している。
【００４８】
このような冷却面シール部材２７を、各セパレータ４（４Ａ、４Ｂ），５（５Ａ、５Ｂ）の他面側に配置した状態を図１４に示す。
これによれば、冷却面シール部材２７の主環状部２７ａは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８と波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部４ａ，５ａとの間を通過して、冷却媒体供給口１９から冷却媒体連絡路２６を介して波板部４ａ，５ａに接続し、波板部４ａ，５ａから冷却媒体連絡路２６を介して冷却媒体排出口２２に接続する冷却媒体流路２８（図２１参照）の周囲を密封している。また、冷却面シール部材２７の副環状部２７ｂは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの各供給口１７，１８および各排出口２０，２１をそれぞれ独立して密封している。なお、図１４においては、図示都合上、詳細を後述する凸部３０Ａ、３０Ｂ、３１Ａ、３１Ｂや凹部２９Ａ、２９Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを省略している（図６参照）。
【００４９】
冷却面シール部材２７の主環状部２７ａのうち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口１７，１８と波板部４ａ，５ａとの間、排出口２０，２１と波板部４ａ，５ａとの間を通過する部分は、破線で示された上記ガスシール部材の主環状部６ａ（６Ａａ、６Ｂａ），７ａ（７Ａａ、７Ｂａ）の通過位置と比較すると、供給口１７，１８または排出口２０，２１に、より近い位置を通過するようにずれた位置に配置されている。
【００５０】
このように構成された燃料電池１の各部の断面を図１９に示す。図１９（ａ）、（ｂ）は、図８に示される線Ａ−Ａ、図９に示される線Ｄ−Ｄに沿ってそれぞれ切断した縦断面図である。この図１９（ａ）、（ｂ）によれば、各セパレータ４（４Ａ，４Ｂ）、５（５Ａ，５Ｂ）を厚さ方向に貫通する酸化剤ガス供給口１８から酸化剤ガス連絡路２５（２５Ａ，２５Ｂ）を通してカソード電極１２とセパレータ５との間に形成されている酸化剤ガス流路９へ酸化剤ガスを流通させる経路が示されている。また、図２２は図８の線Ｆ−Ｆ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。図２３は図１１の線Ｇ−Ｇ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。以下において、燃料電池セル２Ａと燃料電池セル２Ｂとで共通する場合については、添え字（Ａ、Ｂ）の区別なく共通の番号で説明する。
【００５１】
図１９（ａ）、（ｂ）を見ると、電極構造体３とその両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封するガスシール部材６，７が、燃料電池セル２の積層方向に対向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置されている。酸化剤ガス流路９のガスシール部材７の主環状部７ａは、セパレータ５に形成されている酸化剤ガス連絡路２５に掛け渡されたブリッジ板２５ｂ上に配置されている。すなわち、酸化剤ガス連絡路２５は、ガスシール部材７の主環状部７ａをセパレータ５の厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材７の主環状部７ａの内外を連通させ、ガスシール部材７の主環状部７ａの外側の酸化剤ガス供給口１８から供給される酸化剤ガスを、ガスシール部材７の主環状部７ａの内側の酸化剤ガス流路９に流通させることを可能としている。
【００５２】
この場合において、各燃料電池セル２間を密封し冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材７が配置されている酸化剤ガス連絡路２５よりも酸化剤ガス供給口１８側にずれた位置に配置されている。その結果、冷却面シール部材２７は、セパレータ５の表面を厚さ方向に彫り込んで形成した酸化剤ガス連絡路２５の溝２５ａと厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。
【００５３】
また、図１１，図１２に示されているように、燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａと、燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂとは、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３（酸化剤ガス流路９）に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図１９（ａ）に示したように、前記燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６Ｂａ、７Ｂａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａの形成位置からずらして設けることができる。また、図１９（ｂ）に示したように、前記燃料電池セル２Ａのガスシール部材６Ａａ、７Ａａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂの形成位置からずらして設けることができる。
【００５４】
また、一方のセパレータ５Ａには、図１９に示したように、前記酸化剤ガス連絡路２５Ａに対応する領域にわたって裏側に突出した凸部３０Ａが設けられている。これにより、当該凸部３０Ａの裏側に形成される酸化剤ガス連絡路２５Ａにおいて酸化剤ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。セパレータ５Ｂにおいても、セパレータ５Ａと同様に凸部３０Ｂが設けられ、酸化剤ガス連絡路２５Ｂにおいて酸化剤ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。
【００５５】
そして、前記セパレータ５Ａに当接する他方のセパレータ４Ｂには、前記凸部３０Ａを受け入れる凹部３２Ｂが設けられ、当該凹部３２Ｂ内に前記凸部３０Ａを収納している。また、前記セパレータ５Ｂに当接する他方のセパレータ４Ａには、前記凸部３０Ｂを受け入れる凹部３２Ａが設けられ、当該凹部３２Ａ内に前記凸部３０Ｂを収納している。なお、前記凹部３２は、前記凸部３０よりも平面寸法を大きくしてあり、これにより、凹部３２内に凸部３０部を収納する際の位置合わせを容易にしている。
【００５６】
また、前記セパレータ４Ｂにおいて、凹部３２Ｂの裏側を突出させて凸部３４Ｂを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３４Ｂがガスシール部材６Ｂａの位置と重なるようにしている。また、前記セパレータ４Ａにおいて、凹部３２Ａの裏側を突出させて凸部３４Ａを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３４Ａがガスシール部材６Ａａの位置と重なるようにしている。このように、酸化剤ガス連絡路２５を形成するセパレータ５Ａ、５Ｂと、これに隣合うセパレータ４Ｂ、４Ａとにおいて、酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂを形成する部位に対応する領域を突出させた凸部３４Ａ、３４Ｂを設けることにより、前記セパレータ５Ａ、５Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ、２Ａに積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる（図２３参照）。
【００５７】
このように、燃料電池セル２Ｂ（２Ａ）において、積層方向から見て燃料電池セル２Ａ（２Ｂ）の酸化剤ガス連絡路２５Ａ（２５Ｂ）を形成する部位には、酸化剤ガス連絡路２５Ｂ（２５Ａ）を形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、燃料電池セル２Ａ（２Ｂ）の酸化剤ガス連絡路２５Ａ（２５Ｂ）を形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ（２Ａ）に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる（図１９（ａ）、（ｂ）の矢印Ｑ参照）。
上記においては、酸化剤ガス供給口１８について説明したが、酸化剤ガス排出口２１側においても同様のことが言える。
【００５８】
さらに、図２０（ａ）、（ｂ）は、図８に示される線Ｂ−Ｂ、図９に示される線Ｅ−Ｅに沿って切断した縦断面図である。この図２０（ａ）、（ｂ）によれば、各セパレータ４，５を厚さ方向に貫通する燃料ガス供給口１７から燃料ガス連絡路２３（２３Ａ，２３Ｂ）を通してアノード電極１１とセパレータ４との間に形成されている燃料ガス流路８への燃料ガスを流通させる経路が示されている。
【００５９】
この図２０（ａ）、（ｂ）においても、電極構造体３とその両側に配される一対のセパレータ４，５との間を密封するガスシール部材６，７が、燃料電池セル２の積層方向に対向する位置で電解質膜１０を厚さ方向に挟んで配置されており、燃料ガス流路８のガスシール部材６の主環状部６ａは、セパレータ４に形成されている燃料ガス連絡路２３に掛け渡されたブリッジ板２３ｂ上に配置されている。すなわち、燃料ガス連絡路２３は、ガスシール部材６の主環状部６ａをセパレータ４の厚さ方向に迂回して、該ガスシール部材６の主環状部６ａの内外を連通させ、ガスシール部材６の主環状部６ａの外側の燃料ガス供給口１７から供給される燃料ガスを、ガスシール部材６の主環状部６ａ内側の燃料ガス流路８に流通させることを可能としている。
【００６０】
また、図８，図９に示されているように、燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａと、燃料電池セル２Ｂの燃料ガス連絡路２３Ｂとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図２０（ａ）に示したように、前記燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６Ｂａ、７Ｂａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａの形成位置からずらして設けることができる。また、図２０（ｂ）に示したように、前記燃料電池セル２Ａのガスシール部材６Ａａ、７Ａａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｂの燃料ガス連絡路２３Ｂの形成位置からずらして設けることができる。
【００６１】
また、一方のセパレータ４Ａには、図２０に示したように、前記燃料ガス連絡路２３Ａに対応する領域にわたって裏側に突出した凸部３１Ａが設けられている。これにより、当該凸部３１Ａの裏側に形成される燃料ガス連絡路２３Ａにおいて燃料ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。セパレータ４Ｂにおいても、セパレータ４Ａと同様に凸部３１Ｂが設けられ、燃料ガス連絡路２３Ｂにおいて燃料ガスが十分流通できるだけの必要な寸法を確保している。
【００６２】
そして、前記セパレータ４Ａに当接する他方のセパレータ５Ｂには、前記凸部３１Ａを受け入れる凹部２９Ｂが設けられ、当該凹部２９Ｂ内に前記凸部３１Ａを収納している。また、前記セパレータ４Ｂに当接する他方のセパレータ５Ａには、前記凸部３１Ｂを受け入れる凹部２９Ａが設けられ、当該凹部２９Ａ内に前記凸部３１Ｂを収納している。なお、前記凹部２９は、前記凸部３１よりも平面寸法を大きくしてあり、これにより、凹部２９内に凸部３１部を収納する際の位置合わせを容易にしている。
【００６３】
また、前記セパレータ５Ｂにおいて、凹部２９Ｂの裏側を突出させて凸部３５Ｂを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３５Ｂがガスシール部材７Ｂａの位置と重なるようにしている。また、前記セパレータ５Ａにおいて、凹部２９Ａの裏側を突出させて凸部３５Ａを形成して、積層方向に直交する方向から見て、前記凸部３５Ａがガスシール部材７Ａａの位置と重なるようにしている。このように、燃料ガス連絡路２３を形成するセパレータ４Ａ、４Ｂと、これに隣合うセパレータ５Ｂ、５Ａとにおいて、燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂを形成する部位に対応する領域を突出させた凸部３５Ａ、３５Ｂを設けることにより、前記セパレータ４Ａ、４Ｂの燃料ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂ、２Ａに積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる。
【００６４】
このようにしたため、燃料電池セル２Ｂにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｂを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。よって、燃料電池セル２Ａの燃料ガス連絡路２３Ａを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂに、積層方向に近づけた位置に配置することが可能となる（図２０（ａ）、（ｂ）の矢印Ｓ参照）。
燃料ガス排出口２０においても同様のことが言える。
【００６５】
この場合において、各燃料電池セル２間を密封して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材６，７が配置されている燃料ガス連絡路２３、酸化剤ガス連絡路２５よりも燃料ガス供給口１７、酸化剤ガス供給口１８側にずれた位置に配置されている。その結果、冷却面シール部材２７は、燃料ガス連絡路２３、酸化剤ガス連絡路２５を構成する溝２３ａ、２５ａとはセパレータ４、５の厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セル２ごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００６６】
したがって、連絡路２３，２５の形成されている位置におけるセパレータ４，５の肉厚寸法を確保しつつ、冷却面シール部材２７が十分な密封性を確保するために必要な、冷却面シール部材２７の占有高さを確保することができる。また、連絡路２３，２５を形成するのに必要な厚みを、双方のセパレータ４，５で確保していればよく、各セパレータ４，５ごとに連絡路２３，２５を形成するのに必要な厚みを確保する必要がないため、その分だけそれぞれのセパレータ４，５に必要な厚みを低減することができ、これにより燃料電池セル２の厚さ寸法を低減することが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、冷却面シール部材２７（図１９（ｂ）、図２０（ｂ）の斜線部参照）が燃料電池セル２Ａ、２Ｂの厚さ低減の障害となっているが、冷却面のシール部材２７の厚さを低減させることにより、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることが可能である。
【００６８】
なお、図２１は、図８に示された線Ｃ−Ｃに沿う縦断面図を示している。これによれば、冷却媒体供給口１９から隣接する燃料電池セル２間に画定された冷却媒体流路２８に接続する冷却媒体の経路が示されている。
【００６９】
次に、図２４（ａ）、（ｂ）は本発明の第２実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ相当する縦断面図である。なお、以下の実施形態において第１実施形態の部材に対応する部材については、同一の符号を付して適宜その説明を省略する。この実施形態は、２つの燃料電池セル２Ａ，２Ｂごとに冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３を備えており、このセパレータ３３は第１実施形態におけるセパレータ４Ｂとセパレータ５Ａに相当し、連絡路２３，２５を形成できるだけの十分な厚みを備えている。この実施形態においても、第１実施形態と同様に、セパレータ４，５の厚みを低減できる効果がある。
【００７０】
また、燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａと、燃料電池セル２Ｂの酸化剤ガス連絡路２５Ｂとは、第１実施形態と同様に、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３に向かう方向に直交する方向に互いにずれた位置に設けられている。本実施形態においては、燃料電池セル２Ｂのガスシール部材６，７（図１９（ａ）の主環状部６Ｂａ、７Ｂａの斜線部参照）を、積層方向から見て燃料電池セル２Ａの酸化剤ガス連絡路２５Ａからずらしている。これにより、燃料電池セル２Ａにおける酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成する部位は、これに隣合う燃料電池セル２Ｂに、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる（図１９の矢印Ｑ参照）。
【００７１】
本実施形態においては、図２４（ａ）に示したように、、酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成するセパレータ３３には、他のセパレータ４Ａ、５Ｂが当接しない。ゆえに、セパレータ３３における酸化剤ガス連絡路２５Ａを形成する部位の裏面３３ａを突出させて凸部３４Ｂを形成し、積層方向に対して直交する方向から見て主環状部６Ｂａと重なるように配置している。本実施の形態においては、この凸部３４Ｂを燃料電池セル２Ｂの電極構造体３に当接させて、最大限に積層方向の寸法を低減できるようにしている。
【００７２】
また、図２４（ｂ）に示したように、酸化剤ガス連絡路２５Ｂを形成するセパレータ５Ｂには、セパレータ４Ａが当接するため、第１実施形態で述べたように、セパレータ５Ｂにおいて酸化剤ガス連絡路２５Ａの裏側に凸部３０Ｂを形成する一方、前記セパレータ４Ａに前記凸部３０部を受け入れられる凹部３２Ａを設けるとともにこの凹部３２Ａの裏側に突出する凸部３４Ａを設けることで、積層方向の寸法を低減することができる。
【００７３】
また、本実施形態においては、燃料ガス連絡路２３Ａと燃料ガス連絡路２３Ｂも同様に形成している（図２０の矢印Ｓ参照）。これらにより、燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。また、本実施形態においては、発電効率を高めるとともに電極構造体３の剛性を高めるために、燃料電池セル２Ｂの電極構造体３のサイズを燃料電池セル２Ａの電極構造体３よりも大きくしている。なお燃料電池セル２Ａ、２Ｂの電極構造体３は、シール部材６，７をずらして設けることができれば、第１実施形態に示したように、同一のサイズであってもよい。
【００７４】
このように、本実施形態においては、２つの燃料電池セル２Ａ、２Ｂごとに冷却媒体流路２８を設けるため、冷却媒体流路２８が形成されない燃料電池セル２Ａ、２Ｂ間に冷却面シール部材２７が不要となる。このため、燃料電池１全体での厚さ寸法をさらに低減することが容易となり好ましい。また、冷却媒体流路２８の形成箇所が少なくなる分、冷却面シール部材２７などの冷却用部材を低減でき、製造を容易化することができるという効果がある。なお、本実施形態においては、２セルごとに冷却を行う場合について説明したが、これに限らず、３つ以上の燃料電池セル２ごとに冷却を行うように燃料電池１を構成してもよい。
【００７５】
次に、図２５、図２６は本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９（ａ）、図２０（ａ）に相当する縦断面図である。この実施形態における燃料電池１は、図２５，図２６に示したように燃料電池セル２Ｃと燃料電池セル２Ｄとで構成されている。図１５，図１６に示されているように、燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃと、燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３（燃料ガス流路８）に向かう方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、図２６に示したように、燃料電池セル２Ｄにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｄを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。
【００７６】
加えて、前記燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも外側に形成することが可能となる。よって、前記燃料電池セル２Ｄのガスシール部材６ａ、７ａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｃの燃料ガス連絡路２３Ｃ形成位置からずらして、前記燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも外側に設けることができる。前記燃料電池セル２Ｃにおいて、積層方向から見て前記燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを形成する部位には、燃料ガス供給口１７に対して開口されている。この部位の間隔（図２６の矢印Ｒ参照）が、燃料ガスを電極構造体３に流入若しくは流出可能な間隔を確保していれば、燃料電池セル２Ｄの燃料ガス連絡路２３Ｄを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｃの電極構造体３よりも突出させて設ける（矢印Ｔ参照）ことが可能となり、その分燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚さ寸法を低減することができる。燃料ガス排出口２０側の燃料ガス連絡路２３Ｃ、２３Ｄについても同様である。
【００７７】
また、本実施形態においては、図２５に示したように、燃料電池セル２Ｃの酸化剤ガス連絡路２５Ｃと、燃料電池セル２Ｄの酸化剤ガス連絡路２５Ｄとは、積層方向から見て酸化剤ガス供給口１８から電極構造体３に向かう方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、燃料電池セル２Ｄにおける酸化剤ガス連絡路を形成する部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出させて設けることが可能となり、燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚さ寸法を低減することが可能となる。酸化剤ガス排出口２１側の酸化剤ガス連絡路（図示略）についても同様である。これについては、第４実施形態で説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、冷却面シール部材２７が燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの厚み低減の障害となっているが、第１実施形態の場合と同様にして、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることができる。
【００７８】
次に、図２７は本発明の第４実施形態を示すものであり、第３実施形態の図２５に相当する縦断面図である。この実施形態においては、第３実施形態に対して２つの燃料電池セル２Ｃ，２Ｄごとに、冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３（第３実施形態におけるセパレータ４Ｄ、セパレータ５Ｃに相当）を備えており、このセパレータ３３においては冷却面シール部材２７を設ける必要がない。このため、第３実施形態において説明したように、燃料電池セル２Ｄにおける酸化剤ガス連絡路２５Ｄを形成する部位は、積層方向に隣合う燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出する方向にずらして設ける（図２５の矢印Ｔ参照）ことが可能となる。
【００７９】
本実施形態においては、図２７に示されているように、酸化剤ガス連絡路２５Ｄを形成するセパレータ３３の裏面３３ｂが、燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出する方向にずらして設けられている。なお、電極構造体３に対して酸化剤ガスを供給排出する必要流量を確保できる間隔であれば、図２７に示した寸法Ｘをさらに小さくして、セパレータ３３の裏面３３ｂを燃料電池セル２Ｃの電極構造体３に対して突出させて設けることも可能である。燃料電池セル２Ｃ、２Ｄの燃料ガス連絡路においても同様である。これらにより、燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。
【００８０】
次に、図２８、図２９は本発明の第５実施形態を示すものであり、それぞれ第１実施形態の図１９、２０に相当する縦断面図である。この実施形態における燃料電池１は、図２８、図２９に示したように燃料電池セル２Ｅと燃料電池セル２Ｆとで構成されている。図１７（ａ）、（ｂ）に示されているように、燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅと、燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆとは、積層方向から見て燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向および交差する方向に互いにずれた位置に設けられている。このため、前記燃料電池セル２Ｆにおいて、積層方向から見て燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅを形成する部位には、燃料ガス連絡路２３Ｆを形成するのに必要な寸法を確保する必要がない。加えて、前記燃料電池セル２Ｅと、前記燃料電池セル２Ｆとの燃料ガス連絡路２３Ｅ、２３Ｆが、燃料ガス供給口１７から電極構造体３に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられているため、前記燃料電池セル２Ｆのガスシール部材６ａ、７ａを、積層方向から見て燃料電池セル２Ｅの燃料ガス連絡路２３Ｅの形成位置からずらして、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも外側に設けることができる。
【００８１】
また、前記燃料電池セル２Ｅにおいて、積層方向から見て前記燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆを形成する部位には、燃料ガスが流入若しくは流出しない。したがって、この部位が絶縁を確保するのに必要な寸法を確保していれば、燃料電池セル２Ｆの燃料ガス連絡路２３Ｆを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる（図２９の矢印Ｕ参照）。燃料ガス排出口２０側の燃料ガス連絡路２３Ｅ、２３Ｆについても同様である。また、図２８に示したように、燃料電池セル２Ｅの酸化剤ガス連絡路２５Ｅと、燃料電池セル２Ｆの酸化剤ガス連絡路２５Ｆについても同様である。このため、燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することが可能となる。上記した絶縁を確保するのに必要な寸法（図２８（ｂ）の矢印Ｗ）が、反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を流入または流出可能な寸法（図２６の矢印Ｒ）よりも小さい場合には、第３実施形態の燃料電池セル２Ｃ、２Ｄに比べて燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。なお、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、冷却面シール部材２７が燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚み低減の障害となっているが、第１実施形態の場合と同様にして、上記した障害を除去して燃料電池１全体の厚さ寸法を低減させることができる。
【００８２】
次に、図３０（ａ）、（ｂ）は本発明の第６実施形態を示すものであり、第５実施形態の図２８（ａ）、（ｂ）にそれぞれ相当する縦断面図である。この実施形態においては、第５実施形態における２つの燃料電池セル２Ｅ，２Ｆごとに、冷却媒体流路２８を形成して、２セル（２つの燃料電池セル）ごとに冷却を行っている点が異なるものである。本実施形態の燃料電池１は、冷却媒体流路２８を形成しないセパレータ３３（第５実施形態におけるセパレータ４Ｆ、５Ｅに相当）を備えており、このセパレータ３３においては冷却面シール部材２７を設ける必要がない。このため、第５実施形態において説明したように、燃料電池セル２Ｆの酸化剤ガス連絡路２５Ｆを形成する部位は、前記燃料電池セル２Ｅの電極構造体３よりも突出する方向に近づけて設けることが可能となり、その分燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。
【００８３】
本実施形態においては、図３０に示されているように、酸化剤ガス連絡路２５Ｆを形成するセパレータ３３の裏面３３ｃが、対向するセパレータ４Ｅの表面に対して絶縁を確保する距離（矢印Ｖ）まで近づいている。なお、絶縁を確保できる間隔であれば、図２７に示した寸法Ｖをさらに小さくして、セパレータ３３の裏面３３ｃを燃料電池セル２Ｅの電極構造体３に対して突出させて設けることも可能である。また、燃料ガス連絡路（図示略）においても同様であるため、これにより燃料電池１全体の寸法厚みを低減させている。上記した絶縁を確保するのに必要な寸法（図３０の矢印Ｖ）が、反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を流入または流出可能な寸法（図２７の矢印Ｘ）よりも小さい場合には、第４実施形態の燃料電池セル２Ａ、２Ｃに比べて燃料電池セル２Ｅ、２Ｆの厚さ寸法を低減することができる。
【００８４】
次に、図３１〜図３４は本発明の第７実施形態を示すものであり、それぞれ第１実施形態の図１９〜図２２に相当する縦断面図である。この実施形態においては、セパレータ４、５は、いずれも板厚０．２〜０．５ｍｍ程度のステンレス製板材をプレス成形することにより、図１に示すような、波板部４ａ、５ａと、供給口１７〜１９、排出口２０〜２２と、平面部４ｂ、５ｂとを具備している。本実施形態における燃料電池１は、第１実施形態の場合と同様に、各燃料電池セル２Ａと２Ｂとの間を密封して冷却媒体流路２８を画定している冷却面シール部材２７は、前記ガスシール部材７の主環状部７ａが配置されている連絡路２３，２５よりもそれぞれ供給口１７，１８側にずれた位置に配置されている。
【００８５】
その結果、冷却面シール部材２７は、セパレータ４，５表面同士を合わせて形成した連絡路２３，２５の溝２３ａ、２５ａと厚さ方向に重なる位置に配置することが可能となる。これにより、その重なり合った寸法分だけ、各燃料電池セル２ごとに厚さ寸法を低減することが可能となる。
また、セパレータ５Ａ、５Ｂに、ガス連絡路２５Ａ、２５Ｂに対応する領域にわたって凸部３０Ａ、３０Ｂを形成するとともに、セパレータ４Ｂ、４Ａをガス連絡路２５Ａ，２５Ｂに対応する領域にわたって突出させた凸部３４Ｂ、３４Ａを設け、この凸部３４Ｂ、３４Ａの裏側の凹部３２Ｂ，３２Ａにより、前記凸部３０Ａ、３０Ｂを受け入れている。また、セパレータ４Ａ、４Ｂに、ガス連絡路２３Ａ、２３Ｂに対応する領域にわたって凸部３１Ａ、３１Ｂを形成するとともに、セパレータ５Ｂ、５Ａのガス連絡路２３Ａ，２３Ｂに対応する領域にわたって突出させた凸部３５Ｂ、３５Ａを設け、この凸部３５Ｂ、３５Ａの裏側の凹部２９Ｂ，２９Ａにより、前記凸部３１Ａ、３１Ｂを受け入れている。したがって、金属材料をプレス成形したセパレータ４，５であっても、第１実施形態の場合と同様に、燃料電池セル２Ａ，２Ｂごとの厚みを低減することができ、燃料電池１の高さを大幅に低減することができる。
また、このようにプレス成形したセパレータ４，５を用いて、第２実施形態から第６実施形態に示した構造の燃料電池１を構成することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明には以下の効果がある。
（１） 請求項１記載の発明に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位に、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となるため、その分反応ガス連絡路を形成する位置における燃料電池セルの厚さ寸法をさらに低減することが可能となる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法を大幅に削減することができるという効果がある。
【００８７】
（２） 請求項２記載の発明に係る燃料電池によれば、前記隣合う燃料電池セルの反応ガス連絡路を形成する部位は、前記一つの燃料電池セルの電極構造体よりも突出させて設けることが可能となり、その分燃料電池セルの厚さ寸法を低減することが可能となる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法をさらに大幅に削減することができるという効果がある。
【００８８】
（３） 請求項３記載の発明に係る燃料電池によれば、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路を形成する部位は、前記隣合う燃料電池セルに、積層方向に可能な限り近づけた位置に配置することが可能となる。加えて、前記一つの燃料電池セルと、前記隣合う燃料電池セルとの反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に対しても互いにずれた位置に設けられている場合には、前記隣合う燃料電池セルにおいて、積層方向から見て、一つの燃料電池セルにおける反応ガス連絡路形成位置のセパレータ同士を、絶縁を確保するための最小限度の厚みまで近づけることができる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法をさらに大幅に削減することができるという効果がある。
【００８９】
（４） 請求項４記載の発明に係る燃料電池によれば、燃料電池セルの厚さ方向に沿う冷却面シール部材の位置と連絡路の位置とを重ならせることができるので、その重なった分の厚さ寸法を燃料電池セルごとに節約することができる。その結果、複数の燃料電池セルを積層状態に配してなる燃料電池の厚さ寸法を大幅に削減することができるという効果がある。
【００９０】
（５） 請求項５記載の発明に係る燃料電池によれば、連絡路の近傍においては、上述した冷却面シール部材を連絡路からずらし、それ以外の部分においては、ガスシール部材と厚さ方向に一列に並べるように配置することにより、燃料電池の面積の増加を抑えつつ、厚さ寸法を大幅に低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図である。
【図２】 図２は本発明の第１実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】 図１または図２の燃料電池セルを構成する電極構造体を示す平面図である。
【図４】 図１の燃料電池セルを構成する一方のセパレータを示す平面図である。
【図５】 図１の燃料電池セルを構成する他方のセパレータを示す平面図である。
【図６】 図３および図４のセパレータの裏面を示す平面図である
【図７】 図１の燃料電池セルを構成するガスシール部材を示す平面図である。
【図８】 図８は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図９】 図９は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１０】 図９のガスシール部材を図２の電極構造体上に配置した状態を示す平面図である。
【図１１】 図１１は本発明の第１実施形態から第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１２】 図１２は本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１３】 図１の燃料電池を構成する冷却面シール部材を示す平面図である。
【図１４】 図１３の冷却面シール部材を図６のセパレータ上に配置した状態を示す平面図である。
【図１５】 図１５は本発明の第３実施形態および第４実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１６】 図１６は本発明の第３実施形態および第４実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１７】 図１７は本発明の第５実施形態および第６実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１８】 図１８は本発明の第５実施形態および第６実施形態に係る燃料電池を構成する燃料電池セルを示す平面図である。
【図１９】 本発明の第１実施形態に係る燃料電池を図８の線Ａ−Ａ断面、図９の線Ｄ−Ｄ断面で切断した縦断面図である。
【図２０】 本発明の第１実施形態に係る燃料電池を図８の線Ｂ−Ｂ断面、図９の線Ｅ−Ｅ断面で切断した縦断面図である。
【図２１】 図８の線Ｃ−Ｃ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２２】 図８の線Ｆ−Ｆ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２３】 図１１の線Ｇ−Ｇ断面で切断した図１の燃料電池を示す縦断面図である。
【図２４】 本発明の第２実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２５】 本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２６】 本発明の第３実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２７】 本発明の第４実施形態を示すものであり、第３実施形態の図２５に相当する縦断面図である。
【図２８】 本発明の第５実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図２９】 本発明の第５実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２０に相当する縦断面図である。
【図３０】 本発明の第６実施形態を示すものであり、第５実施形態の図２８に相当する縦断面図である。
【図３１】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図１９に相当する縦断面図である。
【図３２】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２０に相当する縦断面図である。
【図３３】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２１に相当する縦断面図である。
【図３４】 本発明の第７実施形態を示すものであり、第１実施形態の図２２に相当する縦断面図である。
【図３５】 従来の燃料電池の燃料電池セルを概略的に示す平面図である。
【図３６】 従来の燃料電池における燃料ガス連通孔近傍を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２（２Ａ〜２Ｆ） 燃料電池セル
３ 電極構造体
４，５（４Ａ〜４Ｆ、５Ａ〜５Ｆ） セパレータ
６，７（６Ａ〜６Ｆ、７Ａ〜７Ｆ） ガスシール部材
８，９ ガス流路
１０ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
１１ アノード電極（電極）
１２ カソード電極（電極）
１７ 燃料ガス供給口（反応ガス連通孔）
１８ 酸化剤ガス供給口（反応ガス連通孔）
１９ 冷却媒体供給口（冷却媒体連通孔）
２０ 燃料ガス排出口（反応ガス連通孔）
２１ 酸化剤ガス排出口（反応ガス連通孔）
２２ 冷却媒体排出口（冷却媒体連通孔）
２３（２３Ａ〜２３Ｆ） 燃料ガス連絡路（反応ガス連絡路）
２５（２５Ａ〜２５Ｆ） 酸化剤ガス連絡路（反応ガス連絡路）
２７ 冷却面シール部材
２８ 冷却媒体流路
３０（３０Ａ〜３０Ｆ） 凸部
３２（３２Ａ〜３２Ｆ） 凹部
Claims (5)
- 電解質の両面にそれぞれ電極を配した電極構造体と、該電極構造体を厚さ方向に挟む一対のセパレータと、前記電極構造体の外周部に配置され、各セパレータと前記電極構造体との間に挟まれて両者間に形成される反応ガス流路をそれぞれ密封するガスシール部材とから構成された複数の燃料電池セルを、これら燃料電池セル間に形成される冷却媒体流路を密封する冷却面シール部材を挟んで積層してなる燃料電池であって、
前記各セパレータに、前記ガスシール部材の外側に設けられる反応ガス連通孔および冷却媒体連通孔と、前記ガスシール部材をセパレータの厚さ方向に迂回して反応ガス連通孔と反応ガス流路を連絡する反応ガス連絡路とが設けられ、
一つの燃料電池セルと、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セルとの、それぞれ対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て互いにずれた位置に設けられ、
少なくとも一方のセパレータに前記反応ガス連絡路の裏側を少なくともガス連絡路に対応する領域にわたって突出させた凸部が設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 前記一つの燃料電池セルと、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セルとの、それぞれ対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
- 前記一つの燃料電池セルと、該燃料電池セルの積層方向に隣合う燃料電池セルとの、それぞれ対応する反応ガス連絡路が、積層方向から見て反応ガス連通孔から反応ガス流路に向かう方向に交差する方向に互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
- 前記冷却媒体流路を前記反応ガス連通孔に対して密封する冷却面シール部材が、前記連絡路から前記反応ガス連通孔側にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池。
- 前記冷却面シール部材が、前記反応ガス連絡路近傍を除き、積層方向から見て、前記ガスシール部材と略同一位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
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