JP6559980B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜が一対の電極間に配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが、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、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を、それぞれ専用の流路に沿って気密（液密）に流通させる必要がある。従って、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとの間には、種々の形状を有するシール部材が介装されている。

シール部材は、セパレータ面方向に延在する流体通路やセパレータ積層方向に貫通する流体連通孔をシールするために、複雑な形状を有しており、例えば、２本の凸状シール部が互いに交差して連結される交差部が存在している。しかしながら、シール部材が積層方向に圧縮される際、交差部に局部的な面圧の増加が惹起されるおそれがある。これにより、シール部材の変形やシール性能の低下が発生するという問題が指摘されている。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池によれば、シール部材同士が干渉することを阻止して面圧や線圧の上昇を緩和することができ、シール性を確実に維持して所望の発電性能を確保することが可能になる、としている。

特許第４５０５１８８号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、シール部材の部分的な面圧の上昇を良好に抑制するとともに、特にシール形状の自由度が向上し、コンパクトに構成す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、電解質膜が一対の電極間に配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関するものである。この燃料電池では、一方のセパレータには、第１シール部材が設けられるとともに、前記一方のセパレータに隣接する他方のセパレータには、第２シール部材が設けられている。また、この燃料電池では、セパレータの一方の面には、第１シール部材が設けられるとともに、前記セパレータの他方の面には、第２シール部材が設けられている。

そして、第１シール部材は、電解質膜・電極構造体とセパレータとの積層方向に突出する第１凸状シール部と、前記第１凸状シール部同士が連結される交差部と、を設けている。一方、第２シール部材は、積層方向に突出する第２凸状シール部と、積層方向から見て交差部と対応する部位に、前記第２凸状シール部から交差部を有することなく独立して配置されると共に、前記第１凸状シール部に対して傾斜して延在するブロック状シールと、を設けている。

さらに、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、電解質膜の外周端部を周回する樹脂枠部材を設けるとともに、ブロック状シールは、積層方向から見て前記樹脂枠部材と重なる位置に配置されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、ブロック状シールは、積層方向から見て樹脂枠部材の角部と重なる位置に配置されることが好ましい。

本発明によれば、第２シール部材には、積層方向から見て第１シール部材の交差部と対応する部位にブロック状シールが設けられるとともに、前記ブロック状シールには、交差部が設けられていない。このため、交差部と一般部（単一の凸状シール部）との間に発生する面圧差が大幅に低減され、しかも局所的な面圧の上昇を確実に抑制することができる。従って、シール部材の部分的な応力の上昇を良好に抑制するとともに、特にシール形状の自由度が向上し、コンパクトに構成することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 前記第２セパレータに樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が積層された状態の正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の、図２に対応する断面説明図である。

図１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、水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に複数積層されて燃料電池スタックを構成する。燃料電池スタックは、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。なお、複数の燃料電池１０には、積層方向に締め付け荷重が均一に付与される。

燃料電池１０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２と、この樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１セパレータ（カソードセパレータ）１４及び第２セパレータ（アノードセパレータ）１６とを備える。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薄板を波形にプレス成形して構成される。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、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

図１及び図２に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２は、両極の平面寸法が異なる、所謂、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１２ａを備える。電解質膜・電極構造体１２ａは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するアノード電極２０及びカソード電極２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。

カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２２よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。また、アノード電極２０とカソード電極２２とは同一の平面寸法を有してもよい。

アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを設ける。第１電極触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂは、同一の（又は異なる）外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。

カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを設ける。第２電極触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｂは、同一の（又は異なる）外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。

第１電極触媒層２０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層２２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８の両面に形成される。

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、アノード電極２０及びカソード電極２２に接合される枠形状の樹脂枠部材２４を備える。図１に示すように、樹脂枠部材２４の上下両端には、それぞれ矢印Ｂ方向中央に、凹状部（切り欠き部）２４ａ、２４ｂが形成される。樹脂枠部材２４は、凹状部２４ａを設けることにより、後述する燃料ガス入口連通孔２８ａ側に突出する突起部２４ｔａを有する。樹脂枠部材２４は、凹状部２４ｂを設けることにより、後述する燃料ガス出口連通孔２８ｂ側に突出する突起部２４ｔｂを有する。

樹脂枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。樹脂枠部材２４は、その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成してもよい。

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｃ方向（重力方向）の一端縁部（上端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び燃料ガス入口連通孔２８ａが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔２６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給し、燃料ガス入口連通孔２８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

燃料電池１０の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔２６ｂ及び燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔２８ｂが設けられる。

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、外方に突出して一対の冷却媒体入口連通孔３０ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、外方に突出して一対の冷却媒体出口連通孔３０ｂが設けられる。冷却媒体入口連通孔３０ａに冷却媒体が供給される一方、冷却媒体出口連通孔３０ｂから前記冷却媒体が排出される。

第１セパレータ１４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２６ａと酸化剤ガス出口連通孔２６ｂとに連通する酸化剤ガス流路３２が設けられる。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガスを重力方向下方に向かって流通させる。

第２セパレータ１６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２８ａと燃料ガス出口連通孔２８ｂとに連通する燃料ガス流路３４が形成される。燃料ガス流路３４は、燃料ガスを重力方向下方に向かって流通させる。

第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３０ａと冷却媒体出口連通孔３０ｂとに連通する冷却媒体流路３６が形成される。冷却媒体流路３６は、冷却媒体を水平方向に向かって流通させる。なお、冷却媒体を重力方向下方に向かって流通させる冷却媒体流路を用いてもよい。

第２セパレータ１６には、燃料ガス入口連通孔２８ａを燃料ガス流路３４に連通させる複数の供給孔部３８ａと、前記燃料ガス流路３４を燃料ガス出口連通孔２８ｂに連通させる複数の排出孔部３８ｂとが形成される。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４０が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４２が一体化される。

第１シール部材４０及び第２シール部材４２には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図２に示すように、第１シール部材４０は、第１セパレータ１４の面１４ａ側に平坦シール部４０ｆａを設けるとともに、前記第１セパレータ１４の面１４ｂ側に平坦シール部４０ｆｂ及び第１凸状シール部４０ｔを設ける。図１及び図３に示すように、第１凸状シール部４０ｔは、冷却媒体入口連通孔３０ａ及び冷却媒体出口連通孔３０ｂを冷却媒体流路３６に連通してこれらを囲繞する。第１凸状シール部４０ｔは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂを個別に周回シールする。

第１凸状シール部４０ｔは、燃料ガス入口連通孔２８ａの下方に配置される第１凸状シール部４０ｔａと、燃料ガス出口連通孔２８ｂの上方に配置される第１凸状シール部４０ｔｂとを有する。第１凸状シール部４０ｔａと第１凸状シール部４０ｔの一般部（単一シールライン）とは、交差部４０ｃａで合流（連結）する一方、第１凸状シール部４０ｔｂと前記第１凸状シール部４０ｔの一般部（単一シールライン）とは、交差部４０ｃｂで合流（連結）する。

第１凸状シール部４０ｔａ及び第１凸状シール部４０ｔにより囲繞される領域は、第２セパレータ１６の面１６ｂに設けられた平坦シール部４２ｆｂ（後述する）に接触し、前記面１６ｂ側で燃料ガス入口連通孔２８ａと供給孔部３８ａとを連通させる。第１凸状シール部４０ｔｂ及び第１凸状シール部４０ｔにより囲繞される領域は、第２セパレータ１６の面１６ｂに接触し、前記面１６ｂ側で燃料ガス出口連通孔２８ｂと排出孔部３８ｂとを連通させる。

図２に示すように、第２シール部材４２は、第２セパレータ１６の面１６ｂ側に平坦シール部４２ｆｂを設けるとともに、前記第２セパレータ１６の面１６ａ側に平坦シール部４２ｆａ及び第２凸状シール部４２ｔ１、４２ｔ２を設ける。図１及び図４に示すように、第２凸状シール部４２ｔ１は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２８ａ、燃料ガス出口連通孔２８ｂ、冷却媒体入口連通孔３０ａ及び冷却媒体出口連通孔３０ｂを個別に周回シールする。

第２凸状シール部４２ｔ２は、第２凸状シール部４２ｔ１の内側に配置され、供給孔部３８ａ及び排出孔部３８ｂを燃料ガス流路３４に連通してこれらを囲繞する。第２凸状シール部４２ｔ１と第２凸状シール部４２ｔ２との間には、積層方向から見て交差部４０ｃａと対応する部位に、前記第２凸状シール部４２ｔ１、４２ｔ２から独立（離間）して一対のブロック状シール部４２ｓａが設けられる。

図４に示すように、ブロック状シール部４２ｓａは、第２凸状シール部４２ｔ２の角部Ｒ形状に沿った湾曲形状を有し、積層方向から見て第１凸状シール部４０ｔの垂直部分と交差している。具体的には、ブロック状シール部４２ｓａの長手方向略中央部は、積層方向から見て第１凸状シール部４０ｔの垂直部分と互いに重なり合っている。ブロック状シール部４２ｓａの長手方向両端は、第１凸状シール部４０ｔの垂直部分から左右外方にそれぞれ傾斜して延在する。

第２凸状シール部４２ｔ１と第２凸状シール部４２ｔ２との間には、積層方向から見て交差部４０ｃｂと対応する部位に、前記第２凸状シール部４２ｔ１、４２ｔ２から独立（離間）して一対のブロック状シール部４２ｓｂが設けられる。ブロック状シール部４２ｓａ及び４２ｓｂには、交差部が設けられていない。

ブロック状シール部４２ｓｂは、第２凸状シール部４２ｔ２の角部Ｒ形状に沿った湾曲形状を有し、積層方向から見て第１凸状シール部４０ｔの垂直部分と交差している。具体的には、ブロック状シール部４２ｓｂの長手方向略中央部は、積層方向から見て第１凸状シール部４０ｔの垂直部分と互いに重なり合っている。ブロック状シール部４２ｓｂの長手方向両端は、第１凸状シール部４０ｔの垂直部分から左右外方にそれぞれ傾斜して延在する。ブロック状シール部４２ｓａ及び４２ｓｂは、第２シール部材４２に一体且つ同一材料で形成される。

図５に示すように、一対のブロック状シール部４２ｓａは、積層方向から見て樹脂枠部材２４の突起部２４ｔａと重なる位置に配置される。ブロック状シール部４２ｓａは、突起部２４ｔａの角部形状に沿って傾斜姿勢で設けられる。図４に示すように、ブロック状シール部４２ｓａと第２凸状シール部４２ｔ１との間は、所定の距離Ｌ１、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、１．５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定される。ブロック状シール部４２ｓａと第２凸状シール部４２ｔ２との間は、所定の距離Ｌ２、例えば、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、好ましくは、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍに設定される。

図５に示すように、一対のブロック状シール部４２ｓｂは、積層方向から見て樹脂枠部材２４の突起部２４ｔｂと重なる位置に配置される。ブロック状シール部４２ｓｂは、突起部２４ｔｂの角部形状に沿って傾斜姿勢で設けられ、上記の一対のブロック状シール部４２ｓａと同様に構成される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ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２８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔３０ａ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、酸化剤ガス入口連通孔２６ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路３２に導入され、重力方向（矢印Ｃ方向）下方に移動して樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２２に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２８ａから供給孔部３８ａを通って第２セパレータ１６の燃料ガス流路３４に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３４に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）下方に移動し、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２０に供給される。

従って、各樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２２ａ及び第１電極触媒層２０ａ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、カソード電極２２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。アノード電極２０に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部３８ｂを通り燃料ガス出口連通孔２８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路３６に導入された後、水平方向（矢印Ｂ方向）一方に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３０ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１に示すように、第２シール部材４２には、第１シール部材４０の交差部４０ｃａ、４０ｃｂと積層方向に対応する部位にブロック状シール部４２ｓａ、４２ｓｂが設けられている。そして、ブロック状シール部４２ｓａ、４２ｓｂには、交差部が設けられていない（図４及び図５参照）。

このため、ブロック状シール部４２ｓａ、４２ｓｂでは、通常、交差部と一般部（単一シール部）との間に発生する面圧差が大幅に低減され、しかも局所的な面圧の上昇を確実に抑制することができる。従って、第２シール部材４２の部分的な面圧の上昇を良好に抑制するとともに、特にシール形状の自由度が向上し、コンパクトに構成することが可能になるという効果が得られる。

また、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２は、電解質膜・電極構造体１２ａの外周端部を周回する樹脂枠部材２４を設けている。そして、ブロック状シール部４２ｓａ、４２ｓｂは、積層方向から見て樹脂枠部材２４と重なる位置に配置されている（図５参照）。これにより、樹脂枠部材２４に係るシール面圧の上昇を確実に抑制することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池５０を構成する第２セパレータ５２の正面説明図である。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。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

第２セパレータ５２は、金属プレート又はカーボンプレートで構成され、第２シール部材４２を設ける。第２シール部材４２は、ブロック状シール部４２ｓａ及び４２ｓｂに代えて、ブロック状シール部４２ｓｃ及び４２ｓｄを備える。ブロック状シール部４２ｓｃ及び４２ｓｄは、矢印Ｃ方向に延在するとともに、交差部を設けていない。

このように構成される第２の実施形態では、第２シール部材４２の部分的な面圧の上昇を良好に抑制するとともに、特にシール形状の自由度が向上する等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、２枚のセパレータ間に１枚の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を挟持した燃料電池を構成し、各燃料電池間に冷却媒体流路を形成する、所謂、各セル冷却構造を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、３枚以上のセパレータと２枚以上の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を備え、前記セパレータと前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体とを交互に積層したセルユニットを構成し、各セルユニット間に冷却媒体流路を形成する、所謂、間引き冷却構造を採用してもよい。

また、第２セパレータ１６、５２には、供給孔部３８ａ及び排出孔部３８ｂが設けられているが、これに限定するものではない。例えば、セパレータ面に複数本の溝部を形成するとともに、前記溝部を蓋部材により覆って供給通路及び排出通路を形成してもよい。

さらに、交差部とブロック状シール部とは、上記の第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、シールの交差部であれば任意に部位に設定することが可能である。しかも、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に限定されるものではなく、樹脂枠を用いない電解質膜・電極構造体にも適用することができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池６０の、図２に対応する断面説明図である。

燃料電池６０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１セパレータ（カソードセパレータ）６２及び第２セパレータ（アノードセパレータ）６４を備える。第１セパレータ６２及び第２セパレータ６４は、例えば、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。

第１セパレータ６２の面６２ａ、６２ｂには、この第１セパレータ６２の外周端部を周回して、第１シール部材６６が一体化される。第２セパレータ６４の面６４ａ、６４ｂには、この第２セパレータ６４の外周端部を周回して、第２シール部材６８が一体化される。

第１シール部材６６は、第１セパレータ６２の面６２ａ側に平坦シール部４０ｆａが設けられるとともに、前記平坦シール部４０ｆａには、第２凸状シール部６６ｔが一体成形される。平坦シール部４０ｆａには、積層方向から見て交差部４０ｃａと対応する部位に、第２凸状シール部６６ｔから独立（離間）してブロック状シール部６６ｓａが設けられる。

このように、第３の実施形態では、第１セパレータ６２の一方の面６２ｂには、平坦シール部４０ｆｂ（第１シール部材）が設けられるとともに、前記第１セパレータ６２の他方の面６２ａには、平坦シール部４０ｆａ（第２シール部材）が設けられている。そして、平坦シール部４０ｆｂは、交差部４０ｃａを設けている。一方、平坦シール部４０ｆａは、積層方向から見て交差部４０ｃａと対応する部位に、交差部を有することなく、独立してブロック状シール部６６ｓａを設けている。

従って、ブロック状シール部６６ｓａでは、通常、交差部と一般部（単一シール部）との間に発生する面圧差が大幅に低減され、しかも局所的な面圧の上昇を確実に抑制することができる。これにより、シール形状の自由度が向上し、コンパクトに構成することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、５０、６０…燃料電池 １２…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
１２ａ…電解質膜・電極構造体 １４、１６、５２、６２、６４…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜 ２０…アノード電極
２２…カソード電極 ２４…樹脂枠部材
２４ａ、２４ｂ…凹状部 ２４ｔａ、２４ｔｂ…突起部
２６ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ２６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２８ａ…燃料ガス入口連通孔 ２８ｂ…燃料ガス出口連通孔
３０ａ…冷却媒体入口連通孔 ３０ｂ…冷却媒体出口連通孔
３２…酸化剤ガス流路 ３４…燃料ガス流路
３６…冷却媒体流路 ３８ａ…供給孔部
３８ｂ…排出孔部 ４０、４２、６６、６８…シール部材
４０ｃａ、４０ｃｂ…交差部
４０ｆａ、４０ｆｂ、４２ｆａ、４２ｆｂ…平坦シール部
４０ｔ、４０ｔａ、４０ｔｂ、４２ｔ１、４２ｔ２、６６ｔ…凸状シール部
４２ｓａ、４２ｓｂ、４２ｓｃ、４２ｓｄ、６６ｓａ…ブロック状シール部

Claims (6)

1. 電解質膜が一対の電極間に配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
   一方のセパレータには、第１シール部材が設けられるとともに、前記一方のセパレータに隣接する他方のセパレータには、第２シール部材が設けられ、
   前記第１シール部材は、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突出する第１凸状シール部と、
   前記第１凸状シール部同士が連結される交差部と、
   を設ける一方、
   前記第２シール部材は、前記積層方向に突出する第２凸状シール部と、
   積層方向から見て前記交差部と対応する部位に、前記第２凸状シール部から交差部を有することなく独立して配置されると共に、前記第１凸状シール部に対して傾斜して延在するブロック状シールと、
   を設けることを特徴とする燃料電池。
2. 電解質膜が一対の電極間に配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
   前記セパレータの一方の面には、第１シール部材が設けられるとともに、前記セパレータの他方の面には、第２シール部材が設けられ、
   前記第１シール部材は、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突出する第１凸状シール部と、
   前記第１凸状シール部同士が連結される交差部と、
   を設ける一方、
   前記第２シール部材は、前記積層方向に突出する第２凸状シール部と、
   積層方向から見て前記交差部と対応する部位に、前記第２凸状シール部から交差部を有することなく独立して配置されると共に、前記第１凸状シール部に対して傾斜して延在するブロック状シールと、
   を設けることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体は、前記電解質膜の外周端部を周回する樹脂枠部材を設けるとともに、
   前記ブロック状シールは、前記積層方向から見て前記樹脂枠部材と重なる位置に配置されることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項３記載の燃料電池において、前記ブロック状シールは、前記積層方向から見て前記樹脂枠部材の角部と重なる位置に配置されることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記ブロック状シールは、前記第１凸状シール部の隣接する２つの前記交差部の間に１つのみ配置されることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１記載の燃料電池において、前記他方のセパレータには、前記他方のセパレータの厚さ方向に貫通して反応ガスを流す連通孔と、前記電解質膜・電極構造体の電極面に沿って前記反応ガスを流す反応ガス流路とが設けられ、
   前記ブロック状シールは、前記第２凸状シール部のうち前記連通孔を全周にわたって囲繞する部分と、前記第２凸状シール部のうち前記反応ガス流路を囲繞する部分との間に設けられていることを特徴とする燃料電池。

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