JP4830378B2

JP4830378B2 - 燃料電池及び燃料電池製造方法

Info

Publication number: JP4830378B2
Application number: JP2005203821A
Authority: JP
Inventors: 文彦乾; 誠治佐野; 博道佐藤; ▲隆▼ 梶原; 佳史大田; 祥宇佐美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007026737A

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、セパレータが複数の金属プレートを溶接した構成である場合において、燃料電池に供給される流体の漏れを抑制する技術に関する。

従来から、略平板状の膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）及びセパレータを主要な構成要素とし、これら膜電極複合体及びセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が開発されている。かかるセパレータとして、複数の金属プレートが積層された構成のセパレータが提案されている（下記特許文献１参照）。

特開平２００４−６１０４号公報

このようなスタック構造のセパレータにおいて、複数の金属プレート間の接合に接着剤を用いる場合がある。この場合、接着剤によりセパレータの厚みが増したり、金属プレート同士を直接接触させた場合に比べて熱伝導率が低下するといった問題があった。

かかる問題を解決するために、複数の金属プレート間を溶接により接合する方法が考えられる。しかしながら、溶接により接合する場合には、レーザ光や電子ビーム等を照射した部分が歪むために、シール性が低下して、燃料電池に供給される燃料ガスや酸化剤ガス等の流体が漏れるという問題が発生し得る。

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、複数の金属プレートを溶接して構成されたセパレータを備える燃料電池において、燃料電池に供給される流体の漏れを抑制する技術を提供することを目的とする。

前述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の燃料電池は、セパレータと膜電極複合体とが交互に積層された構成を有する燃料電池であって、前記セパレータの前記膜電極複合体と対向する面に当接するシール部と、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記燃料電池に供給される所定の流体の供給口と、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記所定の流体の排出口と、を備え、前記セパレータは、前記膜電極複合体の第１の電極との対向面を有する金属製の第１の電極対向プレートと、前記膜電極複合体の第２の電極との対向面を有する金属製の第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートに挟持される金属製の中間プレートと、を所定の溶接ラインに沿って溶接することにより構成されており、前記シール部は、前記セパレータに当接することにより前記燃料電池に供給される前記所定の流体の漏れを抑制するように構成されたシールラインを有し、前記シールライン及び前記所定の溶接ラインは、所定の位置関係となるように配置されており、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通し、前記供給口と連通する供給流路形成部と、厚さ方向に貫通し、前記排出口と連通する排出流路形成部と、を有し、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートは、それぞれ、前記供給口の一部を形成する第１の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第１の排出口形成部と、厚さ方向に貫通し、前記供給流路形成部と連通する流体供給孔と、厚さ方向に貫通し、前記排出流路形成部と連通する流体排出孔と、を有し、前記膜電極複合体は、前記供給口の一部を形成する第２の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第２の排出口形成部と、を有し、
前記所定の溶接ラインは、前記第１の供給口形成部または前記第１の排出口形成部のうち、少なくともいずれか一方を囲むように配置され、前記シールラインは、少なくとも、前記第２の供給口形成部と前記第２の排出口形成部とを、それぞれ囲むように配置された第１のシールラインと、当接する前記第１の電極プレート又は前記第２の電極プレートの有する、前記流体供給孔及び前記流体排出孔をいずれも囲むように配置された第２のシールラインと、を有し、前記所定の位置関係は、前記セパレータ及び前記膜電極複合体の積層方向と直交する射影面に対し前記シールラインを射影して得られるラインと、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係であり、かつ、前記射影面に対し前記第１のシールラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されると共に、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係であることを要旨とする。

このように、本発明の燃料電池では、シールライン及び所定の溶接ラインは、セパレータ及び膜電極複合体の積層方向と直交する射影面に対してシールラインを射影して得られるラインと、この射影面に対して溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係となるように配置されているので、このような重なりに起因する、燃料電池に供給される所定の流体の漏れを抑制することができる。

このような重なりに起因する漏れは、溶接によるセパレータの変形に起因して生じる。すなわち、セパレータは、溶接によって所定の溶接ラインに対応するラインで変形することになるので、シールラインは、上記の重なり部分に相当する、所定の溶接ラインに対応するラインにおいてセパレータと当接しなくなる。その結果、シールの気密性が低下して所定の流体の漏れが生じる。

また、本発明の燃料電池において、前記複数の金属プレートは、前記膜電極複合体の第１の電極との対向面を有する第１の電極対向プレートと、前記膜電極複合体の第２の電極との対向面を有する第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートに挟持される中間プレートと、であってもよい。

このように、本発明の燃料電池において、複数の金属プレートは、膜電極複合体の第１の電極との対向面を有する第１の電極対向プレートと、膜電極複合体の第２の電極との対向面を有する第２の電極対向プレートと、第１の電極対向プレート及び第２の電極対向プレートに挟持される中間プレートと、である。従って、例えば、膜電極複合体のアノードに燃料ガスを供給するための金属プレートと、カソードに酸化剤ガスを供給するための金属プレートと、これら２つの金属プレート間に配置され、内部を通る冷却媒体により燃料電池を冷却するための金属プレートと、から成る３層型セパレータを備える燃料電池として、本発明の燃料電池を適用することができる。

また、本発明の燃料電池において、さらに、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記流体の供給口と、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記流体の排出口と、を備え、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通し、前記供給口と連通する供給流路形成部と、厚さ方向に貫通し、前記排出口と連通する排出流路形成部と、を有し、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートは、それぞれ、前記供給口の一部を形成する第１の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第１の排出口形成部と、厚さ方向に貫通し、前記供給流路形成部と連通する流体供給孔と、厚さ方向に貫通し、前記排出流路形成部と連通する流体排出孔と、を有し、前記膜電極複合体は、前記供給口の一部を形成する第２の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第２の排出口形成部と、を有し、
前記所定の溶接ラインは、前記第１の供給口形成部または前記第１の排出口形成部のうち、少なくともいずれか一方を囲むように配置され、前記シールラインは、少なくとも、前記第２の供給口形成部と前記第２の排出口形成部とを、それぞれ囲むように配置された第１のシールラインと、当接する前記第１の電極プレート又は前記第２の電極プレートの有する、前記流体供給孔及び前記流体排出孔をいずれも囲むように配置された第２のシールラインと、を有し、
前記所定の位置関係は、前記射影面に対し前記第１のシールラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されると共に、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係であってもよい。

このような構成とすることで、本発明の燃料電池では、所定の溶接ラインは、第１の供給口形成部または第１の排出口形成部のうち、すくなくともいずれか一方を囲むように配置されているので、この所定の溶接ラインに囲まれた第１の供給口形成部または第１の排出口形成部からの、流体の漏れを抑制することができる。また、シールラインは、少なくとも、第２の供給口形成部及び第２の排出口形成部を、それぞれ囲む第１のシールラインと、当接する第１の電極プレート又は第２の電極プレートの有する、流体供給孔及び流体排出孔をいずれも囲むように配置された第２のシールラインと、から成る。従って、この第１のシールラインにより、第２の供給口生成部及び第２の排出口形成部からの、流体の漏れを抑制することができると共に、第２のシールラインにより、流体供給孔から供給されて流体排出孔から排出される流体の、燃料電池外部への漏れを抑制することができる。

さらに、このような構成とすることで、シールライン及び所定の溶接ラインの所定の位置関係は、上記射影面に対し第１のシールラインを射影して得られるラインが、この射影面に対し所定の溶接ラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されると共に、この射影面に対して所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、この射影面に対し第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係である。従って、シールライン及び所定の溶接ラインの位置関係を、射影面に対しシールラインを射影して得られるラインと、この射影面に対し所定の溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係にすることができる。

また、本発明の燃料電池において、前記第２のシールラインは、前記膜電極複合体の略縁部分において、前記膜電極複合体の外周に沿って配置されていてもよい。

このような構成とすることで、本発明の燃料電池では、第２のシールラインは、膜電極複合体の縁に近い部分（略縁部分）において、前記膜電極複合体の外周に沿って配置されている。従って、所定の溶接ラインをセパレータの略縁部分よりも内側に配置することにより、射影面に対し所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、射影面に対し第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係にすることができる。

本発明の膜電極複合体は、複数の金属プレートを所定の溶接ラインに沿って溶接することにより構成されたセパレータと交互に積層されることで、燃料電池を構成することが可能な膜電極複合体であって、前記セパレータに当接することにより前記燃料電池に供給される所定の流体の漏れを抑制するように構成されたシールラインを有するシール部を備え、前記シールラインの少なくとも一部は、前記膜電極複合体の略縁部分において、前記膜電極複合体の外周に沿って配置されていることを要旨とする。

このような構成とすることで、本発明の膜電極複合体では、シールラインの少なくとも一部は、膜電極複合体の縁に近い部分（略縁部分）において、前記膜電極複合体の外周に沿って配置されている。従って、燃料電池を構成する際に交互に積層されるセパレータの所定の溶接ラインを、セパレータの略縁部分よりも内側に配置することにより、シールライン及び所定の溶接ラインの位置関係を、セパレータ及び膜電極複合体の積層方向に直交する射影面に対しシールラインを射影して得られるラインと、この射影面に対し所定の溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係とすることができる。その結果、このような重なりに起因する、所定の流体の漏れを抑制することができる。

なお、本発明は、上記した燃料電池及び膜電極複合体といった装置発明の態様に限ることなく、燃料電池製造方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
Ａ２．燃料電池の動作：
Ａ３．比較例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係：
Ａ４．本実施例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係：
Ａ５．実施例の効果：
Ｂ．変形例：

Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の概要構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池１０は、複数の燃料電池モジュール２０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４と、を備えている。燃料電池１０は、燃料電池モジュール２０が、図１に示す積層方向に複数個積層された層状構造を有している。積層された燃料電池モジュール２０は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。そして、これらの２枚のエンドプレート３０が、ボルト３２によってテンションプレート３１と結合することにより、各燃料電池モジュール２０は、積層方向に所定の圧縮力で締結する。

燃料電池１０には、電池反応に供される反応ガス（燃料ガスと酸化剤ガス）と、燃料電池１０を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池１０のアノード電極側には、高圧水素を貯蔵した水素タンク２１０から、配管２５０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。この配管２５０には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ２２０および調圧バルブ２３０が配置されている。燃料電池１０のアノード電極側から排出された水素は、配管２６０を介して配管２５０に戻され、再び燃料電池１０に循環される。配管２６０上には、循環のための循環ポンプ２４０が配置されている。

燃料電池１０のカソード電極側には、エアポンプ３１０から、配管３５０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１０のカソード電極側から排出された空気は、配管３６０を介して大気中に放出される。燃料電池１０には、さらに、ラジエータ４２０から、配管４５０を介して、冷却媒体としての水が供給される。一方、燃料電池１０から排出された水は、配管４６０を介して、ラジエータ４２０に送られ、再び燃料電池１０に循環される。配管４６０上には、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。

なお、前述の水素タンク２１０の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。また、冷却媒体として、水の代わりに、エチレングリコール等の不凍水や空気等を用いてもよい。

図２は、図１における燃料電池モジュール２０の詳細構成を示す分解斜視図である。図２に示す積層方向は、図１に示す積層方向と同じである。図１に示すように、燃料電池モジュール２０は、シール一体型膜電極複合体（以下、シール一体型ＭＥＡと呼ぶ。）２１及びセパレータ２５を備えている。そして、燃料電池モジュール２０は、これらシール一体型ＭＥＡ２１及びセパレータ２５交互に積層されて構成されている。なお、図２では、それぞれ１つずつ示している。

このうち、セパレータ２５は、アノード対向プレート２２，中間プレート２３，カソード対向プレート２４を備えている。アノード対向プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１のアノード電極側に対向し、カソード対向プレート２４は、図面下方において隣接するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）のカソード電極に対向する。中間プレート２３は、これらアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４に挟持されている。

これらの各プレート２２，２３，２４のうち、アノード対向プレート２２は、燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ，燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂ，酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２２ａ，酸化剤ガス排出マニホールド形成部２２２ｂ，冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａ，冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂを有している。これらの各マニホールド形成部２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，２２３ａ，２２３ｂは、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

さらに、アノード対向プレート２２は、後述するシール一体型ＭＥＡ２１のＭＥＡ部５０に対向する部分（以下、「発電部」と呼ぶ。）ＤＡに、複数個の燃料ガス供給孔２２５と、複数個の燃料ガス排出孔２２６と、を有している。これら燃料ガス供給孔２２５及び燃料ガス排出孔２２６は、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

カソード対向プレート２４は、アノード対向プレート２２と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａ，燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂ，酸化剤ガス供給マニホールド形成部２４２ａ，酸化剤ガス排出マニホールド形成部２４２ｂ，冷却媒体供給形成部マニホールド２４３ａ，冷却媒体排出マニホールド形成部２４３ｂを有している。これらの各マニホールド形成部２４１ａ，２４１ｂ，２４２ａ，２４２ｂ，２４３ａ，２４３ｂは、カソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

さらに、カソード対向プレート２４は、複数個の酸化剤ガス供給孔２４５と、複数個の酸化剤ガス排出孔２４６と、を有している。これら酸化剤ガス供給孔２４５及び複数個の酸化剤ガス排出孔２４６はカソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

中間プレート２３は、アノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ，燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂ，酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３２ａ，酸化剤ガス排出マニホールド形成部２３２ｂを有している。これらの各マニホールド形成部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂは、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

さらに、中間プレート２３は、複数の長孔である、燃料ガス供給流路形成部２３５，燃料ガス排出流路形成部２３６，酸化剤ガス供給流路形成部２３７，酸化剤ガス排出流路形成部２３８を備えている。これらの各流路形成部２３５〜２３８の一端は、それぞれ、各マニホールド形成部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂと連通している。また、燃料ガス供給流路形成部２３５及び燃料ガス排出流路形成部２３６の他端は、それぞれ、アノード対向プレート２２に形成された燃料ガス供給孔２２５及び燃料ガス排出孔２２６と連通している。同様にして、酸化剤ガス供給流路形成部２３７及び酸化剤ガス排出流路形成部２３８の他端は、それぞれ、カソード対向プレート２４に形成された酸化剤ガス供給孔２４５及び酸化剤ガス排出孔２４６に連通している。

また、中間プレート２３は、中間プレートを縦断する長孔の冷却媒体流路形成部２３９を複数個有している。そして、上述した中間プレート２３における各流路形成部２３５〜２３９は、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。

以上説明した各プレート２２，２３，２４は、いずれもチタン製の薄板に上述した各貫通部を形成することにより製作されている。従って、各プレート２２，２３，２４は、いずれも表裏対称の構造となっている。そして、各プレート２２，２３，２４は、互いに所定の溶接ラインに沿って溶接されて接合されている。なお、各プレート２２，２３，２４として、チタン製の薄板に代えて、例えば、チタン合金やステンレス製の薄板の表面に腐食防止のためのメッキを施したもの等、金属製の薄板を用いてもよい。

一方、シール一体型ＭＥＡ２１は、ＭＥＡ部５０と、ＭＥＡ部５０を囲むシール部５１と、を備えている。これらのうち、シール部５１はシリコンゴムから成る。また、シール部５１は、上述したアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａ，燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂ，酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａ，酸化剤ガス排出マニホールド形成部２１２ｂ，冷却媒体供給マニホールド形成部２１３ａ，冷却媒体排出マニホールド形成部２１３ｂを有している。なお、このシール一体型ＭＥＡ２１は、後述するＭＥＡ部５０における電極方向（アノード電極側又はカソード電極側）以外は、表裏対称の構造となっている。また、前述のシール部５１は、シリコンゴムに代えて、ブチルゴムやフッ素ゴム等の他の樹脂材料を用いて構成するようにしてもよい。

これらの各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂは、シール一体型ＭＥＡ２１（シール部５１）を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、シール部５１は、後述するシールライン（図示省略）を有している。このシールラインについては後述する。

図３は、図２のシール一体型ＭＥＡ２１及びセパレータ２５を積層した状態での、図２に示すＡ−Ａ断面を示す断面図である。図３に示すように、シール一体型ＭＥＡ２１においてＭＥＡ部５０は、電解質膜２１ｃ，アノード電極側拡散層２１ａ，カソード電極側拡散層２１ｂを備えている。なお、ＭＥＡ部５０は、その他に触媒層から成るアノード電極及びカソード電極等を備えているが、説明の便宜上省略している。

アノード電極側拡散層２１ａはセパレータ２５との対向面に配置され、カソード電極側拡散層２１ｂは、シール一体型ＭＥＡ２１の上方において隣接するセパレータ（図示省略）との対向面に配置されている。

一方、シール一体型ＭＥＡ２１においてシール部５１は、他の部分に比べて厚みを持たせるように形成された部分を備え、この部分の稜線としてシールラインを有している。このシールラインは、図３に示すようにセパレータ２５に当接している。

図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ，２４１ａにより燃料供給マニホールドが、また、酸化剤ガス供給マニホールド２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ，２４２ａにより酸化剤ガス供給マニホールドが、それぞれ形成されている。

また、中間プレート２３における貫通部である冷却媒体流路形成部２３９と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４と、で囲まれた空間（以下、「冷却媒体流路」と呼ぶ。）が複数形成されている。

また、中間プレート２３における貫通部である燃料ガス供給流路形成部２３５と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４と、で囲まれた空間（以下、「燃料ガス供給流路」と呼ぶ。）が形成されている。この燃料ガス供給流路の一端は、燃料ガス供給孔２２５に連通し、他端は燃料ガス供給マニホールドに連通している。

同様にして、酸化剤ガス供給流路形成部２３７と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４と、で囲まれた空間（以下、「酸化剤ガス供給流路」と呼ぶ。）が形成されている。この酸化剤ガス供給流路の一端は、酸化剤ガス供給孔２４５に連通し、他端は酸化剤ガス供給マニホールドに連通している。

図４は、図２のシール一体型ＭＥＡ２１及びセパレータ２５を積層した状態での、図２に示すＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図４に示すように、燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂ，２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂにより燃料ガス排出マニホールドが、また、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ，２４２ｂにより酸化剤ガス排出マニホールドが、それぞれ形成されている。

また、中間プレート２３における貫通部である燃料ガス排出流路形成部２３６と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４と、で囲まれた空間（以下、「燃料ガス排出流路」と呼ぶ。）が形成されている。この燃料ガス排出流路の一端は、燃料ガス排出孔２２６に連通し、他端は燃料ガス排出マニホールドに連通している。

同様にして、酸化剤ガス排出流路形成部２３８と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４と、で囲まれた空間（以下、「酸化剤ガス排出流路」と呼ぶ。）が形成されている。この酸化剤ガス排出流路の一端は、酸化剤ガス排出孔２４６に連通し、他端は酸化剤ガス排出マニホールドに連通している。

Ａ２．燃料電池の動作：
燃料電池１０に供給された燃料ガスとしての水素は、図３に示す燃料供給マニホールドを、図面上方から下方に流れる。一方、燃料電池１０から排出される水素は、図４に示す燃料ガス排出マニホールドを図面下方から上方に流れる。

ここで、図３に示す中間プレート２３において、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａを通過する水素の一部は、燃料ガス供給流路に流入し、燃料ガス供給孔２２５を通ってアノード対向プレート２２に対向するシール一体型ＭＥＡ２１のアノード電極側拡散層２１ａ（図示省略）に供給される。そして、この供給された水素は、発電部ＤＡ全体に亘って拡散し、アノード電極において電気化学反応に供される。

電気化学反応後、水素は、図４に示すアノード対向プレート２２の燃料ガス排出孔２２６を通って、燃料ガス排出流路に流入し、燃料ガス排出マニホールドを通って燃料電池１０から排出される。

上述した水素とは逆に、燃料電池１０供給された酸化剤ガスとしての空気は、図３に示す酸化剤ガス供給マニホールドを、図面下方から上方に流れる。一方、燃料電池１０から排出される空気は、図４に示す酸化剤ガス排出マニホールドを図面上方から下方に流れる。

ここで、図３に示す中間プレート２３において、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３２ａを通過する空気の一部は、酸化剤ガス供給流路に流入し、酸化剤ガス供給孔２４５を通ってカソード対向プレート２４に対向するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）のカソード電極側拡散層に供給される。そして、この供給された空気は、発電部全体に亘って拡散し、アノード電極において電気化学反応に供される。

電気化学反応後、空気は、図４に示すカソード対向プレート２４の酸化剤ガス排出孔２４６を通って、酸化剤排出流路に流入し、酸化剤ガス排出マニホールドを通って燃料電池１０から排出される。

燃料電池１０に供給された冷却媒体としての水は、図２に示す冷却媒体供給マニホールド形成部２１３ａ，２２３ａ，２４３ａを、この順序に通過しながら図面上方から下方に流れる。そして、中間プレート２３において、水の一部は、冷却媒体流路形成部２３９の片端側（図面奥側）から、図３及び図４に示す冷却媒体流路に流入する。この流入した水は、冷却媒体流路を通って中間プレート２３を縦断し、冷却媒体流路形成部２３９の他端側（図面手前側）から、カソード対向プレート２４の冷却媒体排出マニホールド形成部２４３ｂに流れ、燃料電池１０から排出される。

Ａ３．比較例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係：
次に、本発明の特徴部分であるシールライン及び溶接ラインの位置関係を説明する前に、本実施例と対比するために、従来技術の比較例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を説明する。

なお、以下の比較例における燃料電池の構成は、上述した実施例における燃料電池１０の構成に対して、各プレート２２，２３，２４間が接着剤を用いて所定のライン（以下、「接着ライン」と呼ぶ。）で接合されている点が異なる。なお、比較例における燃料電池の動作は、上述した実施例における動作と同じであるので説明を省略する。また、比較例の燃料電池において、上述した実施例の燃料電池１０と同じ部分については、説明の便宜上、同じ符号を付して説明する。

図５は、比較例における接着ラインを示す説明図である。なお、図４に示す２点鎖線は、中間プレート２３のアノード対向プレート２２と対向する面における接着ラインを示す。なお、中間プレート２３の裏面（カソード対向プレート２４と対向する面）にも同じ位置に接着ラインが配置されている。

図５に示すように、比較例における接着ラインは、接着ラインＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２から成る。これらのうち、接着ラインＡ１は、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ及び燃料ガス供給流路形成部２３５を囲んでいる。また同様にして、接着ラインＡ２は燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂ及び燃料ガス排出流路形成部２３６を、接着ラインＢ１は酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３２ａ及び酸化剤ガス供給流路形成部２３７を、接着ラインＢ２は酸化剤ガス排出マニホールド形成部２３２ｂ及び酸化剤ガス排出流路形成部２３８を、それぞれ囲んでいる。

また、接着ラインＣ１は、複数の冷却媒体流路形成部２３９の一端を囲むようにして接着ラインＡ１及び接着ラインＢ１と接し、接着ラインＣ２は、複数の冷却媒体流路形成部２３９の他端を囲むようにして接着ラインＡ２及び接着ラインＢ２と接している。

これらの接着ラインの効果として、例えば、接着ラインＡ１は、中間プレート２３における燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ及び燃料ガス供給流路形成部２３５からの水素の漏れを抑制する。さらに、この接着ラインＡ１は、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ及び燃料ガス供給流路形成部２３５に対向する、アノード対向プレート２２における燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ及び燃料ガス供給孔２２５からの水素の漏れを抑制する。

同様にして、接着ラインＡ２，Ｂ１，Ｂ２は、中間プレート２３において、それぞれが囲む各マニホールド形成部２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂ及び各流路形成部２３６〜２３８からの、水素または空気の漏れを抑制する。さらに、これら接着ラインＡ２，Ｂ１，Ｂ２は、それぞれが囲むマニホールド形成部２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂ及び流路形成部２３６〜２３８に対向する、アノード対向プレート２２におけるマニホールド形成部２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ及び供給孔２２６からの水素または空気の漏れを抑制する。

また、接着ラインＣ１，Ｃ２は、接着ラインＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２と共に、これら接着ラインで囲まれる上述した冷却媒体流路からの水の漏れを抑制する。

なお、図５に示す中間プレート２３の裏面においても同じ位置に接着ラインが配置されているので、カソード対向プレート２４においても同様にして、水素，空気，水の漏れを抑制する。

一方、シール一体型ＭＥＡ２１においても、前述の各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂやＭＥＡ部５０を流体が流れるので、これら各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂやＭＥＡ部５０から流体が漏れないようにする必要がある。そこで、シール一体型ＭＥＡ２１では、シール部５１において、シールラインがセパレータ２５に当接することにより、流体の漏れを抑制するように構成されている。

図６は、比較例におけるシール一体型ＭＥＡ２１のシールラインを示す説明図である。図６に示す破線は、シール一体型ＭＥＡ２１のアノード対向プレート２２と対向する面におけるシールラインを示す。なお、シール一体型ＭＥＡ２１の裏面（図示せざるカソード対向プレートと対向する面）にも同じ位置にシールラインが配置されている。

図６に示すように、比較例におけるシールラインは、シールラインＭ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２から成る。これらのうち、シールラインＭは、ＭＥＡ部５０を囲んでいる。また同様にして、シールラインＸ１は燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａを、シールラインＸ２は燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂを、シールランＹ１は酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａを、シールラインＹ２は酸化剤ガス排出マニホールド形成部２１２ｂを、シールラインＺ１は冷却媒体供給マニホールド形成部２１３ａを、シールラインＺ２は冷却媒体排出マニホールド形成部２１３ｂを、それぞれ囲んでいる。

これらのシールラインの効果として、例えば、シールラインＸ１は、シール一体型ＭＥＡ２１における燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａからの水素の漏れを抑制する。さらに、このシールラインＸ１は、燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａに対向する、アノード対向プレート２２における燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａからの水素の漏れを抑制する。

同様にして、シールラインＸ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２は、シール一体型ＭＥＡ２１において、それぞれが囲むマニホールド形成部２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂからの、水素または空気または水の漏れを抑制する。さらに、これらシールラインＸ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２は、それぞれが囲むマニホールド形成部２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂに対向する、アノード対向プレート２２におけるマニホールド形成部２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，２２３ａ，２２３ｂからの水素または空気または水の漏れを抑制する。

また、シールラインＭは、このシールラインＭで囲まれたＭＥＡ部５０から水素が漏れるのを防ぐ。さらに、対向するアノード対向プレート２２における燃料ガス供給孔２２５及び燃料ガス排出孔２２６をいずれも囲むので、発電部ＤＡに拡散された水素が、燃料電池１０の外部へ漏れるのを抑制する。

なお、図６に示すシール一体型ＭＥＡ２１の裏面において同じ位置にシールラインが配置されているので、カソード対向プレート（図示省略）において、上述したアノード対向プレート２２の各部分に対応する部分から、水素，空気，水が漏れるのを抑制する。

以上説明したように、比較例における燃料電池１０は、上述した接着ラインにおいて各プレート２２，２３，２４間が接着剤で接合することにより、また、前述のシールラインにおいてシール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とが当接することにより、燃料電池１０を流れる水素，空気，水の漏れを抑制している。

ここで、上述した比較例において、セパレータの厚みを減らしたり、熱伝導率を向上させるために、接着剤に代えて、溶接によって各プレート２２，２３，２４間を接合する場合について、以下説明する。なお、各プレート２２，２３，２４間の溶接ラインは、図５に示す接着ラインと同じであり、シール一体型ＭＥＡ２１におけるシールラインは、図６に示すシールラインと同じである。

各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合、各プレート２２，２３，２４を重ね合わせた上で、アノード対向プレート２２の溶接面（中間プレート２３と対向する面）とは反対側、すなわち、シール一体型ＭＥＡ２１と対向することとなる面（以下、「ＭＥＡ対向面」と呼ぶ。）において、レーザ光を照射する。

このとき、このレーザ光は、このＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるライン（以下、「対応ライン」と呼ぶ。）に沿って照射される。その結果、溶接面において、溶接ラインで金属が融解／凝固してアノード対向プレート２２と中間プレート２３とが接合する。同様にして、カソード対向プレート２４のＭＥＡ対応面において、対応ラインに沿ってレーザ光が照射されてカソード対向プレート２４と中間プレート２３とが溶接ラインで接合する。

図７は、各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合の、比較例における対応ラインを示す説明図である。なお、図７に示す２点鎖線は、各プレートを重ね合わせて溶接した後のアノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面における対応ラインを示す。

図７に示すように、各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合の、比較例における対応ラインは、図５に示す接着ライン（溶接ライン）と同じ位置となる。以下、図５に示す溶接ラインＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２に、それぞれ対応する対応ラインを、対応ラインＡ１１，Ａ２１，Ｂ１１，Ｂ２１，Ｃ１１，Ｃ２１と呼ぶ。なお、カソード対向プレート２４側における対応ラインも同じ位置となる。

そして、これらの対応ラインにおいて、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面は、レーザ光の熱により歪みや反りが生じて変形する。このように、対応ラインにおいて変形したアノード対向プレート２２とシール一体型ＭＥＡ２１とが重ねられると、シールライン及び溶接ラインの位置関係により水素の漏れが生じるおそれがある。

図８は、各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合の、比較例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を示す説明図である。図８において、破線は、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるライン（すなわち、積層された場合にシールラインが当接することになるライン）を示す。また、２点鎖線は、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるライン（すなわち対応ライン）を示す。

図８に示すように、シールライン及び溶接ラインの位置関係が、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるラインと、が重なる部分があるような位置関係である場合には、シールラインと対応ラインとが重なる部分（以下、「重なり部分」と呼ぶ。）が生じることとなる。

具体的には、図８に示すように、シールラインＭ及び対応ラインＡ１１は、重なり部分ｑ１，ｑ５において、シールラインＭ及び対応ラインＢ１１は重なり部分ｑ２，ｑ６において、シールラインＭ及び対応ラインＢ２１は重なり部分ｑ３，ｑ５において、シールラインＭ及び対応ラインＡ２１は重なり部分ｑ４，ｑ６において、それぞれ重なることとなる。

そして、シールライン及び溶接ラインが前述のような位置関係にある場合には、重なり部分ｑ１〜ｑ６から水素が漏れることになる。かかる水素の漏れについて、重なり部分ｑ５を例として、図９を用いて説明する。

図９は、図８におけるＬ−Ｌ断面の一部を示す断面図である。図９において、点Ｐ１，Ｐ２及び重なり部分ｑ５は、それぞれ、図８に示す点Ｐ１，Ｐ２及び重なり部分ｑ５と同じである。なお、Ｌ−Ｌ断面には、燃料ガス供給マニホールド，アノード対向プレート２２における燃料ガス供給孔２２５，中間プレート２３における燃料ガス供給流路形成部２３５は含まれないが、説明の便宜上、図示している。

点Ｐ１〜点Ｐ２の領域（ライン）は、図８に示すように、対応ラインＡ１１及び対応ラインＢ２１の一部であるので、図９に示すように、点Ｐ１〜点Ｐ２の領域において、アノード対向プレート２２は、変形している。その結果、重なり部分ｑ５では、シールラインＭは、アノード対向プレート２２に当接しなくなっている。

ここで、図９において太い実線で示すように、燃料電池１０に供給される水素の一部は、中間プレート２３において、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａから燃料ガス供給流路に流入し、燃料ガス供給孔２２５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のアノード電極側拡散層２１ａに供給される。このとき、重なり部分ｑ５において、シールラインＭがアノード対向プレート２２に当接しなくなるため、アノード電極側拡散層２１ａに供給された水素の一部は、この部分からシールラインＭの外側に漏れて燃料電池１０の外部へと漏れることとなる。

なお、このような水素の漏れは、図９に示す重なり部分ｑ５以外にも、重なり部分ｑ１〜ｑ４，ｑ６においても発生することになる。さらに、カソード対向プレート２４の対応ラインについても、重なり部分ｑ１〜ｑ６と同じ部分において対応ラインと重なることとなるため、上述した水素の漏れと同様に、これら重なり部分から空気が漏れることになる。

以上説明した比較例の燃料電池に対し、本実施例の燃料電池１０は、前述の水素や空気の漏れを抑制しつつ、各プレート間を溶接により接合した構成となっている。以下、本発明の特徴部分である、シールライン及び溶接ラインの位置関係について説明する。

Ａ４．本実施例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係：
図１０は、本発明の一実施例としてのシール一体型ＭＥＡ２１におけるシールラインを示す説明図である。図１０に示す破線は、シール一体型ＭＥＡ２１のアノード対向プレート２２と対向する面におけるシールラインを示す。なお、シール一体型ＭＥＡ２１の裏面（図示せざるカソード対向プレートと対向する面）にも同じ位置にシールラインが配置されている。

図１０に示すように、本実施例におけるシールラインは、シールラインＮ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２から成る。

図１０に示すように、シール一体型ＭＥＡ２１におけるシールラインには、図６に示す比較例におけるシールラインＭが含まれていない。しかしながら、シールラインＮが、シール一体型ＭＥＡ２１の縁に近い部分において外周に沿って配置されているので、このシールラインＮが、アノード対向プレート２２における燃料ガス供給孔２２５及び燃料ガス排出孔２２６をいずれも囲むこととなる。その結果、ＭＥＡ部５０に供給され、アノード対向プレート２２の発電部ＤＡに亘って拡散された水素が、燃料電池の外部へ漏れるのを抑制することができる。

同様に、裏面においても、カソード対向プレート（図示省略）の酸化剤ガス供給孔及び酸化剤ガス排出孔をいずれも囲むこととなり、ＭＥＡ部５０に供給され、カソード対向プレートの発電部に亘って拡散された空気が、燃料電池の外部へ漏れるのを抑制することができる。

一方、本実施例における溶接ラインは、図５に示す比較例における溶接ライン（接着ライン）と同じであるものとする。従って、本実施例における対応ラインは、図７に示す比較例における対応ラインと同じとなる。

図１１は、本実施例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を示す説明図である。図１１において、破線は、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるライン（すなわち、積層された場合にシールラインが当接することになるライン）を示す。また、２点鎖線は、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるライン（すなわち対応ライン）を示す。

なお、このアノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面は、請求項における射影面に相当する。

図１１に示すように、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して、シールラインＸ１を射影して得られるラインは、対応ラインＡ１１に囲まれた領域に包含されている。同様にして、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して、シールラインＸ２，Ｙ１，Ｙ２を射影して得られるラインは、それぞれ、対応ラインＡ２１，Ｂ１１，Ｂ２１に囲まれた領域に包含されている。また、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して、シールラインＺ１，Ｚ２を射影して得られるラインは、対応ラインＣ１１，Ｃ２１及びＡ１１，Ａ２１，Ｂ１１，Ｂ２１に囲まれた領域に包含されている。

さらに、全ての対応ラインが、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインＭを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されている。

従って、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと対応ラインとの重なり部分が生じていない。

このように、本実施例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係は、アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと、対向ライン（アノード対向プレート２２のＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるライン）と、が互いに重ならないような位置関係にある。

そして、シールライン及び溶接ラインがこのような位置関係にある場合には、シールラインは、変形部分である対応ライン以外の部分でアノード対向プレート２２に当接するので、供給された水素が燃料電池の外部へ漏れるのを抑制することができる。

カソード対向プレート（図示省略）についても同様に、カソード対向プレートのＭＥＡ対向面における対応ラインとシール一体型ＭＥＡのシールラインとは重ならないこととなる。従って、シールラインは、供給された空気が燃料電池の外部へ漏れるのを抑制することができる。

このようにして、本実施例の燃料電池１０では、各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合しつつも、水素，空気，水の漏れを抑制することができる。

Ａ５．実施例の効果：
以上説明したように、本実施例の燃料電池では、シール一体型ＭＥＡ２１におけるシールライン及びアノード対向プレート２２における溶接ラインの位置関係は、アノード対向プレートのＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと、アノード対向プレートのＭＥＡ対向面に対して溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係としている。

それ故、シールラインは、溶接により変形した対応ラインとは重ならず、この対応ライン以外の部分において対向するプレートと当接することになる。その結果、対応ラインとシールラインとの重なりに起因する水素の漏れを抑制することができる。同様にして、カソード対向プレート２４についても、溶接ラインとシールラインとの位置関係が同様な位置関係となり、対応ラインとシールラインとの重なりに起因する空気の漏れを抑制することができる。

また、シール一体型ＭＥＡは、シールラインとして、シール一体型ＭＥＡの縁に近い部分において外周に沿って配置されたシールラインＮを両面に備えている。従って、アノード対向プレート２２に対向する面におけるシールラインＮは、アノード対向プレート２２における燃料ガス供給孔２２５及び燃料ガス排出孔２２６をいずれも囲むこととなる。

その結果、ＭＥＡ部に供給され、アノード対向プレート２２の発電部ＤＡに亘って拡散された水素が、燃料電池の外部へ漏れるのを抑制することができる。同様にして、カソード対向プレートに対向する面におけるシールラインＮは、カソード対向プレートにおける酸化剤ガス供給孔及び酸化剤ガス排出孔をいずれも囲むこととなるので、空気が燃料電池の外部に漏れるのを抑制することができる。

Ｂ．変形例：
なお、本発明は、前述の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上述した実施例では、セパレータ２５は、アノード対向プレート２２，中間プレート２３，カソード対向プレート２４の合計３枚の金属プレートで構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、２枚の金属プレートで構成されるもの、または、４枚以上の金属プレートで構成されるものであってもよい。複数の金属プレートを備え、各々の金属プレート間が溶接ラインで溶接される構成のセパレータであれば、本発明を適用することにより、このセパレータを備えた燃料電池において、燃料ガス，酸化剤ガス，冷却媒体が漏れるのを抑制することが可能となる。

Ｂ２．変形例２：
上述した実施例におけるシール一体型ＭＥＡ２１において、シールラインは、図１０に示す位置に配置されるものとしたが、これらの部分に加えて、従来におけるシールラインと同様に、ＭＥＡ部５０を囲む部分に配置するようにしてもよい。さらに、ＭＥＡ部５０を囲む部分の他にも、対向するプレートの対応ラインと重なる部分にも、加えて配置するようにしてもよい。

これらの部分にシールラインを加えて配置した場合においても、図１０に示すように、シール一体型ＭＥＡの縁に近い部分と、各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂを囲む部分と、にシールラインが配置されているので、燃料ガス，酸化剤ガス，冷却媒体が漏れるのを防ぐことが可能となる。

Ｂ３．変形例３：
上述した実施例におけるセパレータ２５では、溶接ラインは、図４に示す部分に配置する構成であるものとしたが、図４に示す部分に加えて、他の部分に溶接ラインを配置する構成であっても構わない。このような構成であっても、溶接ライン及びシールラインの位置関係を、アノード対向プレートのＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと、この面に対して溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係にすれば、シールライン及び対応ラインが互いに重ないようにすることが可能となる。その結果、燃料ガスの漏れを抑制することができる。

また、カソード対向プレートのＭＥＡ対向面においても同様にして、酸化剤ガスの漏れを抑制することができる。なお、このように他の部分にも溶接ラインを加えることにより、セパレータにおけるシール性を増すことができると共に、各プレート間の結合を強めることができる。

Ｂ４．変形例４：
上述した実施例における燃料電池は、膜電極複合体として、シール一体型ＭＥＡを用いる構成であったが、シール一体型ＭＥＡに代えて、シール部とは別体のＭＥＡを用いる構成であってもよい。例えば、上記特許文献１に記載されている燃料電池のように、セパレータとＭＥＡとの間にシール部材を介装するようにして積層することにより、ＭＥＡとシール部材とが一体となるような構成とすればよい。この場合、このシール部材におけるシールラインを、上述した実施例におけるシール部のシールラインと同様な位置に配置するようにすればよい。

このような構成であっても、シール部材におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を、アノード対向プレートのＭＥＡ対向面に対してシールラインを射影して得られるラインと、この面に対して溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係にすることができる。その結果、燃料ガスの漏れを抑制することができる。また、カソード対向プレートのＭＥＡ対向面においても同様にして、酸化剤ガスの漏れを抑制することができる。

本発明の一実施例としての燃料電池の概要構成を示す説明図。図１における燃料電池モジュール２０の詳細構成を示す分解斜視図。図２のシール一体型ＭＥＡ２１及びセパレータ２５を積層した状態での、図２に示すＡ−Ａ断面を示す断面図。図２のシール一体型ＭＥＡ２１及びセパレータ２５を積層した状態での、図２に示すＢ−Ｂ断面を示す断面図。比較例における接着ラインを示す説明図。比較例におけるシール一体型ＭＥＡ２１のシールラインを示す説明図。各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合の、比較例における対応ラインを示す説明図。各プレート２２，２３，２４間を溶接により接合する場合の、比較例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を示す説明図。図８におけるＬ−Ｌ断面の一部を示す断面図。本発明の一実施例としてのシール一体型ＭＥＡ２１におけるシールラインを示す説明図。本実施例におけるシールライン及び溶接ラインの位置関係を示す説明図。

符号の説明

１０...燃料電池
２０...燃料電池モジュール
３０...エンドプレート
３１...テンションプレート
３２...ボルト
３３...インシュレータ
３４...ターミナル
２１０...水素タンク
２２０...シャットバルブ
２３０...調圧バルブ
２４０...循環ポンプ
２５０...配管
２６０...配管
３１０...エアポンプ
３５０...配管
３６０...配管
４１０...循環ポンプ
４２０...ラジエータ
４５０...配管
４６０...配管
２１...シール一体型ＭＥＡ
２１ａ...アノード電極側拡散層
２１ｂ...カソード電極側拡散層
２１ｃ...電解質膜
２２...アノード対向プレート
２３...中間プレート
２４...カソード対向プレート
２５...セパレータ
２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ，２４１ａ，...燃料ガス供給マニホールド形成部
２１１ｂ，２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂ，...燃料ガス排出マニホールド形成部
２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ，...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ，２４２ｂ，...酸化剤ガス排出マニホールド形成部
２１３ａ，２２３ａ，２４３ａ...冷却媒体供給マニホールド
２１３ｂ，２２３ｂ，２４３ｂ...冷却媒体排出マニホールド
２２５...燃料ガス供給孔
２２６...燃料ガス排出孔
ＤＡ...発電部
２３９...冷却媒体流路形成部
２３５...燃料ガス供給流路形成部
２３６...燃料ガス排出流路形成部
２３７...酸化剤ガス供給流路形成部
２３８...酸化剤ガス排出流路形成部
２４５...酸化剤ガス供給孔
２４６...酸化剤ガス排出孔
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２...接着ライン
Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｍ，Ｎ...シールライン
Ａ１１，Ａ２１，Ｂ１１，Ｂ２１，Ｃ１１，Ｃ２１...対応ライン
Ｐ１，Ｐ２...点
ｑ１〜ｑ６...重なり部分

Claims

セパレータと膜電極複合体とが交互に積層された構成を有する燃料電池であって、
前記セパレータの前記膜電極複合体と対向する面に当接するシール部と、
前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記燃料電池に供給される所定の流体の供給口と、
前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する、前記所定の流体の排出口と、
を備え、
前記セパレータは、前記膜電極複合体の第１の電極との対向面を有する金属製の第１の電極対向プレートと、前記膜電極複合体の第２の電極との対向面を有する金属製の第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートに挟持される金属製の中間プレートと、を所定の溶接ラインに沿って溶接することにより構成されており、
前記シール部は、前記セパレータに当接することにより前記燃料電池に供給される前記所定の流体の漏れを抑制するように構成されたシールラインを有し、
前記シールライン及び前記所定の溶接ラインは、所定の位置関係となるように配置されており、
前記中間プレートは、厚さ方向に貫通し、前記供給口と連通する供給流路形成部と、厚さ方向に貫通し、前記排出口と連通する排出流路形成部と、を有し、
前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートは、それぞれ、前記供給口の一部を形成する第１の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第１の排出口形成部と、厚さ方向に貫通し、前記供給流路形成部と連通する流体供給孔と、厚さ方向に貫通し、前記排出流路形成部と連通する流体排出孔と、を有し、
前記膜電極複合体は、前記供給口の一部を形成する第２の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第２の排出口形成部と、を有し、
前記所定の溶接ラインは、前記第１の供給口形成部または前記第１の排出口形成部のうち、少なくともいずれか一方を囲むように配置され、
前記シールラインは、少なくとも、
前記第２の供給口形成部と前記第２の排出口形成部とを、それぞれ囲むように配置された第１のシールラインと、
当接する前記第１の電極プレート又は前記第２の電極プレートの有する、前記流体供給孔及び前記流体排出孔をいずれも囲むように配置された第２のシールラインと、
を有し、
前記所定の位置関係は、前記セパレータ及び前記膜電極複合体の積層方向と直交する射影面に対し前記シールラインを射影して得られるラインと、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係であり、かつ、前記射影面に対し前記第１のシールラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されると共に、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係であることを特徴とする燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第２のシールラインは、前記膜電極複合体の略縁部分において、前記膜電極複合体の外周に沿って配置されていることを特徴とする燃料電池。
複数の金属プレートを所定の溶接ラインに沿って溶接することにより構成されたセパレータと、前記セパレータに当接することにより燃料電池に供給される所定の流体の漏れを抑制するように構成されたシールラインが配置されたシール部を有する膜電極複合体と、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する前記所定の流体の供給口と、前記膜電極複合体と前記セパレータとを厚さ方向に連通する前記所定の流体の排出口と、を備える前記燃料電池を製造するための製造方法であって、
前記シールライン及び前記溶接ラインが所定の位置関係となるように、前記膜電極複合体と、前記セパレータと、を交互に積層する工程を備え、
前記複数の金属プレートは、前記膜電極複合体の第１の電極との対向面を有する第１の電極対向プレートと、前記膜電極複合体の第２の電極との対向面を有する第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートに挟持される中間プレートと、から構成され、
前記中間プレートは、厚さ方向に貫通し、前記供給口と連通する供給流路形成部と、厚さ方向に貫通し、前記排出口と連通する排出流路形成部と、を有し、
前記第１の電極対向プレート及び前記第２の電極対向プレートは、それぞれ、前記供給口の一部を形成する第１の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第１の排出口形成部と、厚さ方向に貫通し、前記供給流路形成部と連通する流体供給孔と、厚さ方向に貫通し、前記排出流路形成部と連通する流体排出孔と、を有し、
前記膜電極複合体は、前記供給口の一部を形成する第２の供給口形成部と、前記排出口の一部を形成する第２の排出口形成部と、を有し、
前記所定の溶接ラインは、前記第１の供給口形成部または前記第１の排出口形成部のうち、少なくともいずれか一方を囲むように配置され、
前記シールラインは、少なくとも、
前記第２の供給口形成部と前記第２の排出口形成部とを、それぞれ囲むように配置された第１のシールラインと、
当接する前記第１の電極プレート又は前記第２の電極プレートの有する、前記流体供給孔及び前記流体排出孔をいずれも囲むように配置された第２のシールラインと、
を有し、
前記所定の位置関係は、前記セパレータ及び前記膜電極複合体の積層方向と直交する射影面に対し前記シールラインを射影して得られるラインと、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインと、が互いに重ならないような位置関係であり、かつ、前記射影面に対し前記第１のシールラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されると共に、前記射影面に対し前記所定の溶接ラインを射影して得られるラインが、前記射影面に対し前記第２のシールラインを射影して得られるラインで囲まれた領域に包含されるような位置関係であることを特徴とする燃料電池製造方法。