JP5781969B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、反応ガス流路と反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔とを連結する入口バッファ部及び出口バッファ部が形成される燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池では、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールドを構成する場合が多い。

内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔）及び反応ガス出口連通孔（燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔）を備えている。反応ガス入口連通孔は、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路（燃料ガス流路、酸化剤ガス流路）の入口側に連通する一方、反応ガス出口連通孔は、前記反応ガス流路の出口側に連通している。

この場合、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔は、開口面積が比較的小さい。従って、反応ガス流路における反応ガスの流れを円滑に行うため、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔の近傍には、前記反応ガスを均等に分散させるためのバッファ部が必要になっている。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池セパレータは、図９に示すように、対角位置に入口マニホールド１ａ及び出口マニホールド１ｂが設けられるとともに、セパレータ面内には、ガス流路２が形成されている。

ガス流路２は、入口マニホールド１ａ及び出口マニホールド１ｂの通路幅より幅広に形成された流路幅を有し且つ流路を複数に分割するリブ３ａを設ける主流路部３と、前記入口マニホールド１ａ及び前記出口マニホールド１ｂと前記主流路部３との間に配置される配流部（バッファ部）４及び合流部（バッファ部）５とを備えている。

配流部４は、流路を複数に分割するリブ４ａを設けるとともに、前記リブ４ａの端部と主流路３のリブ３ａとの間には、隙間４ｂが形成されている。合流部５は、流路を複数に分割するリブ５ａを設けるとともに、前記リブ５ａの端部と主流路３のリブ３ａとの間には、隙間５ｂが形成されている。

特開２００６−１７２９２４号公報

上記の特許文献１では、発電部に設けられている主流路部３は、反応ガスを発電面全面に良好に流通させる機能を有する一方、配流部４及び合流部５は、前記反応ガスの流配制御や排水制御を行う機能を有している。

しかしながら、リブ４ａの端部と主流路３のリブ３ａとの間には、隙間４ｂが形成されるとともに、リブ５ａの端部と前記リブ３ａとの間には、隙間５ｂが形成されている。このため、反応ガスや生成水が隙間４ｂや５ｂに滞留し易くなり、前記反応ガスの流配性や前記生成水の排出性が著しく低下するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、反応ガス流路全体に反応ガスを均一且つ円滑に供給するとともに、排水性を良好に向上させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、前記電極面外に設けられ、前記反応ガス流路と前記反応ガス入口連通孔とを連結する入口バッファ部と、前記反応ガス流路と前記反応ガス出口連通孔とを連結する出口バッファ部とが形成される燃料電池に関するものである。

この燃料電池では、反応ガス流路は、セパレータに成形される複数本のライン状流路凸部間に形成される一方、入口バッファ部は、複数本のライン状入口凸部間に形成される入口ガイド流路を有し、且つ、出口バッファ部は、複数本のライン状出口凸部間に形成される出口ガイド流路を有している。

そして、入口凸部は、流路凸部の一端に連結されるとともに、出口凸部は、前記入口凸部が一端に連結されていない流路凸部の他端に連結されている。

また、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体の外周部には、樹脂製枠部材が設けられるとともに、入口バッファ部及び出口バッファ部は、前記樹脂製枠部材に形成されることが好ましい。

さらに、この燃料電池では、入口バッファ部及び出口バッファ部は、セパレータに形成されることが好ましい。

本発明によれば、反応ガス流路を構成する流路凸部には、入口バッファ部を構成する入口凸部及び出口バッファ部を構成する出口凸部が連結されている。このため、入口凸部と流路凸部との間、及び出口凸部と前記流路凸部との間には、隙間が形成されることがなく、反応ガス及び生成水の滞留を確実に抑制することができる。

しかも、入口凸部と出口凸部とは、異なる流路凸部の端部に連結されている。従って、隣接する流路凸部間（反応ガス流路溝間）に差圧を発生させることができ、反応ガス流路から生成水を容易且つ確実に排出することが可能になる。これにより、反応ガス流路に生成水が滞留することがなく、良好な発電反応が遂行される。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの一部分解概略斜視図である。 前記発電セルの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記発電セルを構成する第２セパレータの正面説明図である。 前記発電セルを構成する電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。 前記電解質膜・電極構造体の他方の面の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの一部分解概略斜視図である。 前記発電セルを構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記発電セルを構成する第２セパレータの正面説明図である。 特許文献１に開示されている燃料電池セパレータの説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。

発電セル１２は、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６間に電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１８を挟持する。発電セル１２の長辺方向（図１中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応出口ガス連通孔）２４ｂが設けられる。

発電セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）２０ｂが設けられる。

第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。

第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１８に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）２６が形成される。酸化剤ガス流路２６は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数のライン状流路凸部２６ａ間に形成される。なお、酸化剤ガス流路２６は、蛇行流路を構成してもよい。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとを連通する冷却媒体流路２８の一部が形成される。冷却媒体流路２８は、酸化剤ガス流路２６の裏面形状と後述する燃料ガス流路３０の裏面形状とが重なり合って構成される。

図３に示すように、第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１８に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する燃料ガス流路３０が形成される。燃料ガス流路３０は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数のライン状流路凸部３０ａ間に形成される。

第１セパレータ１４の両方の面１４ａ、１４ｂには、第１シール部材３２が一体成形される。第２セパレータ１６の両方の面１６ａ、１６ｂには、第２シール部材３４が一体成形される。第１シール部材３２及び第２シール部材３４は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。

第１シール部材３２は、面１４ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス流路２６を囲繞して、これらを連通させる。第２シール部材３４は、図３に示すように、面１６ａにおいて、燃料ガス入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ及び燃料ガス流路３０を囲繞して、これらを連通させる。第２シール部材３４は、図１に示すように、面１６ｂにおいて、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び冷却媒体流路２８を囲繞して、これらを連通させる。

図２に示すように、電解質膜・電極構造体１８は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するカソード電極３８及びアノード電極４０とを備える。カソード電極３８及びアノード電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に形成される。

固体高分子電解質膜３６は、カソード電極３８及びアノード電極４０と同一の表面積、又はこれらよりも大きな表面積に設定される。固体高分子電解質膜３６の外周端縁部には、樹脂製の枠部材である樹脂枠部材（樹脂製枠部材）４２が、例えば、射出成形等により一体成形される。樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。

図１及び図４に示すように、電解質膜・電極構造体１８を構成する樹脂枠部材４２には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂが形成される。

図４に示すように、樹脂枠部材４２のカソード電極３８を設ける面４２ａには、酸化剤ガス流路２６と酸化剤ガス入口連通孔２０ａとを連結する入口バッファ部４４ａと、前記酸化剤ガス流路２６と酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとを連結する出口バッファ部４４ｂとが形成される。

入口バッファ部４４ａは、複数本のライン状入口凸部４６ａ間に形成される入口ガイド流路４８ａを有する。入口凸部４６ａは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに直接繋がっており、前記酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス流路２６との間を繋いでいればよく、直線形状の他、曲線形状等であってもよい。

入口凸部４６ａは、樹脂枠部材４２に一体に形成された、又は、別体部品を接合した樹脂凸部により構成されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから酸化剤ガス流路２６の幅方向（矢印Ｃ方向）に拡がるように延在している。入口凸部４６ａは、第１セパレータ１４と電解質膜・電極構造体１８とが積層された際、酸化剤ガス流路２６を構成する流路凸部２６ａの一端に連続して且つ隙間なく連結される。

入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａよりも幅広に形成されており、前記入口凸部４６ａの端部には、前記流路凸部２６ａと同一幅寸法を有する先細り部位４６ａｅが設けられる。なお、入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａと同一の幅寸法に形成されていてもよい。以下、出口凸部４６ｂ等でも、同様である。

出口バッファ部４４ｂは、複数本のライン状出口凸部４６ｂ間に形成される出口ガイド流路４８ｂを有する。出口凸部４６ｂは、樹脂枠部材４２に一体に形成された、又は、別体部品を接合した樹脂凸部により構成されるとともに、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂから酸化剤ガス流路２６の幅方向（矢印Ｃ方向）に拡がるように延在している。出口凸部４６ｂは、第１セパレータ１４と電解質膜・電極構造体１８とが積層された際、酸化剤ガス流路２６を構成する流路凸部２６ａの他端に連続して且つ隙間なく連結される。

出口凸部４６ｂは、流路凸部２６ａよりも幅広に形成されており、前記出口凸部４６ｂの端部には、前記流路凸部２６ａと同一幅寸法を有する先細り部位４６ｂｅが設けられる。

入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａの一端に連結されるとともに、出口凸部４６ｂは、前記入口凸部４６ａが一端に連結されていない流路凸部２６ａの他端に連結される。図４に示すように、例えば、流路凸部２６ａは、７本の流路凸部２６ａ（１）〜２６ａ（７）を有する際、２本の入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａ（２）及び２６ａ（５）の一端に連結される。一方、２本の出口凸部４６ｂは、流路凸部２６ａ（３）及び２６ａ（６）の他端に連結される。

図５に示すように、樹脂枠部材４２のアノード電極４０を設ける面４２ｂには、燃料ガス流路３０と燃料ガス入口連通孔２４ａとを連結する入口バッファ部５０ａと、前記燃料ガス流路３０と燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連結する出口バッファ部５０ｂとが形成される。

入口バッファ部５０ａは、複数本のライン状入口凸部５２ａ間に形成される入口ガイド流路５４ａを有する。入口凸部５２ａは、樹脂枠部材４２に一体に形成された、又は、別体部品を接合した樹脂凸部により構成されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａから燃料ガス流路３０の幅方向（矢印Ｃ方向）に拡がるように延在している。入口凸部５２ａは、第２セパレータ１６と電解質膜・電極構造体１８とが積層された際、燃料ガス流路３０を構成する流路凸部３０ａの一端に連続して且つ隙間なく連結される。

入口凸部５２ａは、流路凸部３０ａよりも幅広に形成されており、前記入口凸部５２ａの端部には、前記流路凸部３０ａと同一幅寸法を有する先細り部位５２ａｅが設けられる。

出口バッファ部５０ｂは、複数本のライン状出口凸部５２ｂ間に形成される出口ガイド流路５４ｂを有する。出口凸部５２ｂは、樹脂枠部材４２に一体に形成された、又は、別体部品を接合した樹脂凸部により構成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂから燃料ガス流路３０の幅方向（矢印Ｃ方向）に拡がるように延在している。出口凸部５２ｂは、第２セパレータ１６と電解質膜・電極構造体１８とが積層された際、燃料ガス流路３０を構成する流路凸部３０ａの他端に連続して且つ隙間なく連結される。

出口凸部５２ｂは、流路凸部３０ａよりも幅広に形成されており、前記出口凸部５２ｂの端部には、前記流路凸部３０ａと同一幅寸法を有する先細り部位５２ｂｅが設けられる。

入口凸部５２ａは、流路凸部３０ａの一端に連結されるとともに、出口凸部５２ｂは、前記入口凸部５２ａが一端に連結されていない流路凸部３０ａの他端に連結される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから電解質膜・電極構造体１８を構成する樹脂枠部材４２に形成された入口ガイド流路４８ａに導入される。さらに、酸化剤ガスは、図１及び図２に示すように、入口ガイド流路４８ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路２６に供給される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路２６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１８のカソード電極３８に供給される。

一方、燃料ガスは、図１及び図５に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから電解質膜・電極構造体１８を構成する樹脂枠部材４２に形成された入口ガイド流路５４ａに導入される。さらに、燃料ガスは、図３に示すように、入口ガイド流路５４ａから第２セパレータ１６の燃料ガス流路３０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１８のアノード電極４０に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体１８では、カソード電極３８に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体１８のカソード電極３８に供給されて消費された酸化剤ガスは、樹脂枠部材４２の出口ガイド流路４８ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図４参照）。また、電解質膜・電極構造体１８のアノード電極４０に供給されて消費された燃料ガスは、樹脂枠部材４２の出口ガイド流路５４ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される（図５参照）。

一方、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間に形成された冷却媒体流路２８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１８を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、電解質膜・電極構造体１８を構成する樹脂枠部材４２には、酸化剤ガス流路２６側に、発電範囲（電極面）外に位置して入口バッファ部４４ａ及び出口バッファ部４４ｂが設けられている。そして、入口バッファ部４４ａを構成する入口凸部４６ａ及び出口バッファ部４４ｂを構成する出口凸部４６ｂは、酸化剤ガス流路２６を構成する流路凸部２６ａの端部に連結されている。

このため、入口凸部４６ａと流路凸部２６ａとの間、及び出口凸部４６ｂと前記流路凸部２６ａとの間には、隙間が形成されることがない。従って、酸化剤ガス及び生成水が滞留することを確実に抑制することができる。

しかも、入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａの一端に連結されるとともに、出口凸部４６ｂは、前記入口凸部４６ａが一端に連結されていない流路凸部２６ａの他端に連結されている。これにより、流路凸部２６ａ間に形成され、互いに隣接する酸化剤ガス流路溝間に差圧を発生させることができ、酸化剤ガス流路２６から生成水を容易且つ確実に排出することが可能になる。このため、酸化剤ガス流路２６に生成水が滞留することがなく、良好な発電反応が遂行されるという効果が得られる。

さらに、出口凸部４６ｂは、流路凸部２６ａよりも幅広に形成されており、前記出口凸部４６ｂの端部には、前記流路凸部２６ａと同一幅寸法を有する先細り部位４６ｂｅが設けられている。従って、酸化剤ガス流路２６に沿って流通した酸化剤ガスは、出口ガイド流路４８ｂに排出される際、先細り部位４６ｂｅに案内されて前記酸化剤ガスの流れに乱れが発生することがなく、該酸化剤ガスの円滑な流通が可能になる。

一方、入口凸部４６ａの端部には、流路凸部２６ａと同一幅寸法を有する先細り部位４６ａｅが設けられている。これにより、酸化剤ガスの円滑な流通が遂行される。なお、出口凸部４６ｂ及び入口凸部４６ａの端部に、先細り部位４６ｂｅ、４６ａｅが設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、流路凸部２６ａの端部に、先細り部位４６ｂｅ、４６ａｅに相当する拡開部位を設けてもよい。

また、電解質膜・電極構造体１８の燃料ガス流路３０側には、同様に入口バッファ部５０ａ及び出口バッファ部５０ｂが設けられている。このため、燃料ガス流路３０から生成水（酸化剤ガス流路２６から逆拡散した生成水）を容易且つ確実に排出することができる等、上記の酸化剤ガス流路２６側と同様の効果が得られる。なお、入口ガイド流路４８ａの間や出口ガイド流路４８ｂの間に突起物を設けてもよい。

図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０は、複数の発電セル６２を水平方向又は重力方向に積層して構成される。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

発電セル６２は、第１セパレータ６４及び第２セパレータ６６間に、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）６８を挟持する。第１セパレータ６４は、金属プレート７０と、前記金属プレート７０の外周を周回して一体化される樹脂枠部材７２とを有する。第２セパレータ６６は、金属プレート７４と、前記金属プレート７４の外周を周回して一体化される樹脂枠部材７６とを有する。

金属プレート７０は、薄板金属を波形状にプレス加工して構成されており、この金属プレート７０には、矢印Ｂ方向に直線状に延在する酸化剤ガス流路２６が形成される（図６及び図７参照）。

図７に示すように、樹脂枠部材７２には、酸化剤ガス流路２６が設けられる面７２ａに、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと前記酸化剤ガス流路２６とを連結する入口バッファ部４４ａ、及び、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと前記酸化剤ガス流路２６とを連結する出口バッファ部４４ｂが設けられる。

入口バッファ部４４ａを構成する入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａの一端に一体化されるとともに、出口バッファ部４４ｂを構成する出口凸部４６ｂは、前記流路凸部２６ａの他端に一体化される。入口凸部４６ａは、流路凸部２６ａの一端に連結されるとともに、出口凸部４６ｂは、前記入口凸部４６ａが一端に連結されていない流路凸部２６ａの他端に連結される。

図８に示すように、金属プレート７４は、薄板金属を波形状にプレス加工して構成されており、この金属プレート７４には、矢印Ｂ方向に直線状に延在する燃料ガス流路３０が形成される。

樹脂枠部材７６の燃料ガス流路３０側の面７６ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと前記燃料ガス流路３０とを連結する入口バッファ部５０ａ、及び、燃料ガス出口連通孔２４ｂと前記燃料ガス流路３０とを連結する出口バッファ部５０ｂが設けられる。

入口バッファ部５０ａを構成する入口凸部５２ａは、流路凸部３０ａの一端に一体化されるとともに、出口バッファ部５０ｂを構成する出口凸部５２ｂは、前記流路凸部３０ａの他端に一体化される。入口凸部５２ａは、流路凸部３０ａの一端に連結されるとともに、出口凸部５２ｂは、前記入口凸部５２ａが一端に連結されていない流路凸部３０ａの他端に連結される。

図６に示すように、電解質膜・電極構造体６８は、固体高分子電解質膜３６の両側に、カソード電極３８とアノード電極４０とが設けられるとともに、前記固体高分子電解質膜３６が、第１セパレータ６４及び第２セパレータ６６の外周と略同じ表面積を有し、樹脂枠部材を用いていない。

固体高分子電解質膜３６には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体入口連通孔２２ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが形成される。

このように構成される第２の実施形態では、図７に示すように、第１セパレータ６４には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス流路２６とを連結する入口バッファ部４４ａ、及び、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと前記酸化剤ガス流路２６とを連結する出口バッファ部４４ｂが設けられている。このため、酸化剤ガス流路２６に生成水が滞留することがなく、良好な発電反応が遂行される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。一方、燃料ガス流路３０でも、同様の効果が得られる。

なお、第２の実施形態では、第１セパレータ６４を構成する樹脂枠部材７２に、入口バッファ部４４ａ及び出口バッファ部４４ｂが設けられるとともに、第２セパレータ６６を構成する樹脂枠部材７６に、入口バッファ部５０ａ及び出口バッファ部５０ｂが設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、第１の実施形態の第１セパレータ１４と第２セパレータ１６とに、それぞれプレス加工により入口バッファ部４４ａ及び出口バッファ部４４ｂと入口バッファ部５０ａ及び出口バッファ部５０ｂとを一体成形してもよい。

１０、６０…燃料電池 １２、６２…発電セル
１４、１６、６４、６６…セパレータ １８、６８…電解質膜・電極構造体
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔 ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔 ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６…酸化剤ガス流路 ２６ａ、３０ａ…流路凸部
２８…冷却媒体流路 ３０…燃料ガス流路
３２、３４…シール部材 ３６…固体高分子電解質膜
３８…カソード電極 ４０…アノード電極
４２、７２、７６…樹脂枠部材 ４４ａ、５０ａ…入口バッファ部
４４ｂ、５０ｂ…出口バッファ部 ４６ａ、５２ａ…入口凸部
４６ａｅ、４６ｂｅ、５２ａｅ、５２ｂｅ…先細り部位
４６ｂ、５２ｂ…出口凸部 ４８ａ、５４ａ…入口ガイド流路
４８ｂ、５４ｂ…出口ガイド流路 ７０、７４…金属プレート

Claims (3)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、前記電極面外に設けられ、前記反応ガス流路と前記反応ガス入口連通孔とを連結する入口バッファ部と、前記反応ガス流路と前記反応ガス出口連通孔とを連結する出口バッファ部とが形成される燃料電池であって、
   前記反応ガス流路は、前記セパレータに成形される複数本のライン状流路凸部間に形成される一方、
   前記入口バッファ部は、複数本のライン状入口凸部間に形成される入口ガイド流路を有し、且つ、前記出口バッファ部は、複数本のライン状出口凸部間に形成される出口ガイド流路を有し、
   前記入口凸部は、前記流路凸部の一端に連結されるとともに、前記出口凸部は、前記入口凸部が一端に連結されていない前記流路凸部の他端に連結されることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体の外周部には、樹脂製枠部材が設けられるとともに、
   前記入口バッファ部及び前記出口バッファ部は、前記樹脂製枠部材に形成されることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１記載の燃料電池において、前記入口バッファ部及び前記出口バッファ部は、前記セパレータに形成されることを特徴とする燃料電池。

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