WO2007072671A1

WO2007072671A1 - 燃料電池のシール構造

Info

Publication number: WO2007072671A1
Application number: PCT/JP2006/324049
Authority: WO
Inventors: Motoharu Obika
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-06-28
Also published as: JPWO2007072671A1; CA2631439C; CN103337643A; CA2631439A1; CN101346840A; CN103337643B; US20090280375A1; EP1965455A4; KR100985261B1; KR20080077700A; JP4811410B2; CN101346840B; EP1965455A1; US8497046B2; EP1965455B1

Abstract

電解質膜 (11) の両側にアノード (11a) とカソード (11b) を設け、アノード (11a) に臨んで第 1 のセパレータ (2) を、カソード (11b) に臨んで第 2 のセパレータ (3) を配置する。電解質膜 (11) と第 1 のセパレータ (2) の間に第 1 のシール材 (12) を配置し、電解質膜 (11) と第 2 のセパレータ (3) の間に第 2 のシール材 (13) を配置する。シール材 (12、 13) は、シール反力が電解質膜 (11) にもたらす変形量に応じて、断面形状あるいはゴム硬度を変化させる。具体的には、電解質膜 (11) の変形量が多い部位において、シール材 (12) の電解質膜 (11) への接触面積を増やすか、あるいはシール材 (12) のゴム硬度を低くすることで、シール反力による電解質膜 (11) の変形を抑制し、燃料電池 (10) のシール性能を向上させる。

Description

明細書

燃料電池のシール構造発明の所属分野この発明は、燃料電池のシール構造に関する。発明の背景固体高分子型燃料電池は、一般に膜電極接合体（以下「MEA」という）と、 MEA の両面に積層された一対のセパレ一夕とを備えている。 MEA は、電解質膜と、電解質膜の一面に形成されたアノードと、電解質膜のもう一面に形成された力ソードとを備える。単体の燃料電池の出力電圧は低電圧であるため、燃料電池は一般に数多くの燃料電池を積層した燃料電池スタツクとして使用される。

アノードに臨むセパレ一夕には、水素（H₂) の流路が形成される。水素の流路には水素を多く含むアノードガスが供給される。. 力ソードに臨むセパレー夕には酸素（0₂) の流路が形成される。酸素の流路には酸素を多く含む力ソードガスが供給される。ァノードに接した水素（H₂)は、電子（e+) を放出した後、水素イオン（H+) となって電解質膜を透過し、力ソードに移動する。放出された電子（e+)の流れが燃料電池の出力となる。アノードガス及び力ソードガスは、このようにアノード及び力ソ一ドに接しつつセパレー夕の流路を流通する。アノードガスと力ソードガスが燃料電池から漏出するのを防止するため、セパレー夕と電解質膜との間にはシール部材が挟持される。

燃料電池が燃料電池スタックとして積層された状態では、セパレー夕と電解質膜に挟持されたシール部材は弾性変形しつつ、セパレー夕と電解質膜に密着している。弾性変形したシール材は反発力をセパレ一夕と電解質膜に及す。以下の説明では、このように弾性変形したシール部材の発力をシール反力と称する。

電解質膜はセパレ一夕に比べて剛性が低く、シール反力により変形しやすい。しかしながら、電解質膜が変形すると、シール部材のシール性能が低下してしまう。発明の開示日本国特許庁が 2004年に発行した JP2004- 165125Aは、電解質膜のこうした変形を防止するために、電解質膜を樹脂フレームで保持することを提案している。

しかしながら、従来技術においては樹脂フレームを用いることで、燃料電池の厚さが増加し、結果として燃料電池スタックの寸法が大きくなることは避けられない。

この発明の目的は、.したがって、燃料電池の厚さを増加させずに、シール部材の好ましいシール性能を確保することである。

以上の目的を達成するために、この発明は、表面に電極を形成した電解質膜と、電極に臨むガス通路を形成したセパレー夕とを備える燃料電池、とともに用いるシール構造において、電解質膜とセパレー夕に挟持される弾性のシール部材を備え、シール部材の電解質膜に対する接触面圧を、シール部材のシール反力が電解質膜にもたらす変形量が大きい部位ほど、低下させるように構成している。

この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。図面の簡単な説明

FIG. 1 はこの発明を適用する燃料電池スタックの斜視図である。

FIG. 2 はこの発明による燃料電池のシール構造を説明する、燃料電池の概略分解斜視図である。 FIG. 3はこの発明によるカソ一ド側のセパレー夕とシール部材の正面図である。

FIG. 4はこの発明によるアノード側のセパレー夕とシール部材の正面図である。

FIGs. 5A-5Dは FIG. 3の VA-VA矢視図、 VC-VC 矢視図、及び燃料電池の要部斜視図である。

FIG. 6 はアノードガス通路及び力ソードガス通路のリブの間隔 L と電解質膜の変形量との関係を説明するダイアグラムである。

FIG. 7は FIG. 2に類似するが、この発明の第 2の実施例を示す。

FIG. 8はこ φ発明を適用する燃料電池スタックの縦断面図である。好ましい実施例の説明

FIG. 1 を参照すると、自動車搭載用の燃料電池スタック 100 は、積層された数多くの固体高分子型の燃料電池 10 を備える。積層された燃料電池 10の両端には一対の集電板 20が積層され、さらにその外側に一対の絶縁板 30が積層される。これらの積層体は一対のエンドプレート 40に挟持される。

FIG. 8 を参照すると、一方のェンドブレ一卜 40 と絶縁板 30 との間に第 2 エンド, プレー卜 4QAと、パネを用いた加圧装置 60が挟持される。燃料電池スタック 100は、燃料電池 10の積層体と各プレー卜 20, 30, 40， 40Aの四隅を貫通するテンションボル卜 51 と、テンションボル卜 51 の両端に締め付けられたナット 50により一体化される。加圧装置 60はパネの反発力で第 2エンドプレー卜 40A を押圧することで、積層された燃料電池 10に圧縮力を常時負荷する。テンションロッド 51 を燃料電池 10、集電板 20、及び絶縁板 30 の積層体に貫通させずに、積層体の外側に配置し、積層体の横断面より一回り大きく形成した両端のエンドプレート 40 にテンションロッド 51 を貫通させてナット 50 で締め付けることでも燃料電池スタック 100 の一体化は可能である。燃料電池 10は 1ボル卜（V)程度の起電圧を有する。集電板 20は、緻密質カーボンのようなガス不透過性の導電性部材で構成される。

再び FIG. 1 を参照すると、集電板 20は上辺に出力端子 20aを備える。燃料電池スタック 1 の ¾電電力は、出力端子 20a によって取り出される。絶縁板 30は、ゴムのような絶縁性の部材で構成される。ェンドブレー卜 40と第 2エンドプレー卜 40Aは、鋼板のような剛性を備える金属材料で構成される。テンションロッド 51 は、鋼のような剛性を備える金属材料で構成される。燃料電池 10同士の電気短絡を防止するために、テンションロド 51の表面には絶縁処理が施される。

一方のェンドブレ一ト 40には、燃料電池スタック 100の縦断方向にそれぞれ形成された、アノードガス供給マ二ホールド 41a、アノードガス排出マ二ホールド 41b、力ソードガス供給マ二ホールド 42a、力ソードガス排出マ二ホールド 42b、冷却水供給マ二ホールド 43a、及び冷却水排出マ二ホールド 43bがそれぞれ開口する。

図の左下側のェンドブレー卜を正面から眺めた状態で、アノードガス排出マ二ホールド 41b はエンドプレー卜 40 の上端の左寄り部分に形成され、力ソードガス供給マ二ホールド 42aはエンドプレー卜 40の上端の右寄り部分に形成される。力ソードガス排出マ二ホールド 42bはエンドプレート 40の下端の左寄り部分に形成され、ァノ一ドガス供給マ二ホールド 41aはェンドブレ一卜 40の下端の右寄り部分に形成される。さらに、冷却水供給マ二ホールド 43aはエンドプレー卜 40の左端の下部に形成され、冷却水排出マ二ホールド 43bはエンドプレー卜 40の右端の上部に形成される。

FIG. 2 を参照すると、燃料電池 10は、 MEA 1 と、 MEA 1 を挟持する第 1 のセパレ一夕 2と第 2のセパレ一夕 3とを備える。

MEA 1 は、電解質膜 1 1 と、アノード 1 1aと、カソード l ibと、帯状の樹脂フィルム l lc， l ldと、シール部材 12、 13とを備える。アノード l la、樹脂フィルム l lc、及びシール部材 12は、第 1のセパレ一夕 2に面した電解質膜 1 1の一方の面に配置される。力ソード l lb、樹脂フィルム l ld、及びシール部材 13 は第 2 のセパレー夕 3 に面した電解質膜 1 1のもう一方の面に配置される。

電解質膜 1 1 は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜で構成される。電解質膜 1 1 は湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。

第 1のセパレー夕 2は、シール部材 12を介してアノード 1 1aに接する。第 2のセパレー夕 3はシール部材 13を介してカソード l ibに接する。第 1のセパレ一夕 2と第 2 のセパレー夕 3 は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する金属薄板で構成される。燃料電池スタック 100の横断方向のセパレー夕 2 と 3の寸法は電解質膜 1 1 の寸法と略等しい

電解質膜 1 1及びセパレ一夕 2， 3 を、前述のアノードガス供給マ二ホールド 41a 、アノードガス排出マ二ホールド 41b、力ソードガス供給マ二ホールド 42a、力ソードガス排出マ二ホールド 42b、冷却水供給マ二ホールド 43a、及び冷却水排出マ二ホールド 43b がそれぞれ貫通する。前述のエンドプレート 40 に形成された各マ二ホールドの開口部は円形であるが、電解質膜 1 1 及びセパレー夕 2， 3 を貫通して形成されるこれらのマ二ホールドの横断面は矩形である。

アノード 1 1aは電解質膜 1 1 の一方の面に形成される。アノード 1 1a は、アノードガス供給マ二ホールド 41a、アノードガス排出マ二ホールド 41b、カソ一ドガス供給マ二ホールド 42a、力ソードガス排出マ二ホールド 42b、冷却水供給マ二ホールド 43a 、及び冷却水排出マ二ホールド 43b に囲まれた領域に位置するよう、電解質膜 1 1 よりも小さな寸法に形成される。

アノード 1 1 a は、ガス拡散層、撥水層、及び触媒層を備える。ガス拡散層は、充分なガス拡散性と導電性を有する材料、例えば、炭素繊維からなる糸を織成したカーボンクロス、で構成される。撥水層はポリエチレンフルォロエチレンと炭素材とを含む。触媒層は白金を担持した力一ボンブラック粒子で構成される。

カソード l ibは電解質膜 1 1 のもう一方の面に形成される。カソード l ibの形状と寸法及び構成はアノード 1 1aに略等しい。 FIGs. 5A-5Dを参照すると、電解質膜 11には、アノード 1 laを囲むように樹脂フィルム 1 1cを介してシール部材 12が取り付けられる。同様に電解質膜 1 1 には、カソード l ibを囲むように樹脂フィルム l idを介してシール部材 13が取り付けられる。

シール部材 12 と 13 はシリコンゴムのような弾性材料で構成される。樹脂フィルム 11cと l idは、シール部材 12と 13を電解質膜 11の所定位置に係止する役割をもつ。樹脂フィルム 1 1cと l idはまた電解質膜 11 の外周部を補強する役割ももつ。樹脂フィルム 1 1cと l idはさらに、高分子膜で構成された電解質膜 1 1 とシール部材 12 と 13 との直接の接触を防止して、これらの部材間の化学反応による劣化を防止する役割ももつ。樹脂フィルム 1 1c ど l idは、あらかじめシール部材 12 と 13 と熱処理により一体化され、裏面に塗布した粘着剤により電解質膜 1 1 に貼付けられる。

FIG. 4 を参照すると、アノード 1 1a に臨む第 1 のセパレ一夕 2 には、アノード 1 1aに面したアノードガス通路 32が形成される。アノードガス通路 32は数多くのリブ 2Aに画成されたサ一ペンタイン流路の集合体として構成される。アノードガス通路 32の両端はアノードガス供給マ二ホールド 41aとアノードガス排出マ二ホールド 41b に接続される。

樹脂フィルム 1 1cとシール部材 12は、' アノードガス通路 32の形成領域全体を外部. から遮断するとともに、力ソードガス供給マ二ホールド 42a 、力ソードガス排出マ二ホールド 42b、冷却水供給マ二ホールド 43a 、及び冷却水排出マ二ホールド 43b を囲むように配置され、これらのマ二ホールドを密閉状態に保つ。一方、樹脂フィルム 1 1cとシール部材 12 は、アノードガス通路 32 とアノードガス供給マ二ホールド 41a 及びアノードガス排出マ二ホールド 41bとの連通を妨げないように構成される。

このために、樹脂フィルム 11cとシール部材 12は、アノードガス通路 32の両端と、アノードガス供給マ二ホールド 41a及びアノードガス排出マ二ホールド 41bとの接続部に相当する図の領域 A3及び A4には配置されない。

再び FIG. 2を参照すると、第 1 のセパレー夕 2のアノードガス通路 32 と反対側の面には、冷却水通路 22が形成される。冷却水通路 22は数多くのリブに画成されたサーペンタイン流路の集合体として構成される。冷却水通路 22の両端は冷却水供給マニホ一ルド 43aと冷却水排出マ二ホールド 43bに接続される。

第 1 のセパレ一夕 2は隣接する燃料電池 10の第 2のセパレー夕 3に相接する。第 1のセパレー夕 2 と隣接する燃料電池 10の第 2 のセパレ一夕 3 との間には、冷却水通路 22の形成領域全体と、アノードガス供給マ二ホールド 41a、アノードガス排出マ二ホールド 41b、力ソードガス供給マ二ホールド 42a 、力ソードガス排出マ二ホールド 42b とをそれぞれ密閉するためのシール部材 16 が挟持される。一方、シール部材

16 は、冷却水通路 22 と冷却水供給マ二ホールド 43a 及び冷却水排出マ二ホールド 43bとの間の連通を妨げないよう、これらの間には配置されない。

FIG. 3 を参照すると、力ソード l ib に臨む第 2 のセパレー夕 3 には、力ソード l ibに臨む力ソードガス通路 31 が形成される。力ソードガス通路 31 は数多くのリブ 3Aに画成されたサーペンタイン流路の集合体として構成される。カソードガス通路 31 の両端は力ソードガス供給マ二ホールド 42aと力ソードガス排出マ二ホールド 42bに接続される。

樹脂フィルム l idとシール部材 13は；力ソードガス通路 31の形成領域全体を外部から遮断するとともに、アノードガス供給マ二ホールド 41 a 、アノードガス排出マ二ホールド 41b、冷却水供給マ二ホールド 43a、及び冷却水排出マ二ホールド 43bをそれぞれ囲むように配置され、これらのマ二ホールドを密閉状態に保つ。一方、樹脂フィルム l idとシール部材 13は、力ソードガス通路 31 と力ソードガス供給マ二ホールド 42a及び力ソードガス排出マ二ホールド 42b との連通を妨げないように構成される。そのため、樹脂フィルム lidとシール部材 13は、力ソードガス通路 31の両端とカソ一ドガス供給マ二ホールド 42a及びカソ一ドガス排出マ二ホールド 42bとの接続部に相当する図の領域 A1及び A2には配置されない。

シール部材 13は、幅広シール部 13aと、通常シール部 13b とからなる。幅広シ一ル部 13aは領域 A3と A4の裏面に配置されるシール部材 13に適用され、通常シール部 13bはその他の部位に配置されるシール部材 13に適用される。

再び FIG. 4を参照すると、シール部材 12は、幅広シール部 12a と、通常シール部 12bとからなる。 FIG. 5B に示すように、幅広シール部 12aは領域 A1 及び A2の裏面に配置されるシール部材 12に適用され、通常シール部 12bは FIG. 5Dに示すように、その他の部位に配置されるシール部材 12に適用される。

FIGs. 5A-5Dを参照すると、幅広シール部 12a， 13aは、通常シール部 12b， 13b と比べて樹脂フィルム 1 1cと l idに接する基部の幅が広い。

領域 A1及び A2の裏面に幅広シール部 12aを配置し、その他の部位に通常シール部 12bを配置することは、 'すなわち電解質 1 1 の裏面にシール部材 13が配置される部位に通常シール部 12bを適用し、電解質 1 1の裏面にシール部材 13が配置されない部位に幅広シール部 12aを適用することを意味する。

同様に、領域 A3と Mの裏面に幅広シール部 13aを配置し、その他の部位に通常シ一ル部 13bを配置することは、すなわち電解質 1 1の裏面にシール部材 12が配置される部位に通常シール部 13bを適用し、電解質 1 1の裏面にシール部材 12が配置されない部位に幅広シール部 13aを適用すること'を意味する。

ここで、幅広シール部 12a, 13aの適用は、その部分におけるシール部材 12, 13 と電解質膜 1 1 との接触面圧を低減する作用をもたらす。

燃料電池 10を燃料電池スタック 100に積層した状態では、 FIG. 5Aにおいて、第 2 のセパレ一夕 3の力ソードガス通路 31 のリブ 3Aが力ソード l ib を変形させつつ、 FIG. 5B に示すように樹脂フィルム 1 1c に当接する。したがって、積層状態では、電解質膜 1 1の幅広シール部 12aの裏面はリブ 3Aに支持され、電解質膜 1 1 の幅広シ一ル部 13bの裏面も同様にァノードガス通路 32 のリブ 2Aに支持される。 FIG. 5B に示すようにリブ 3A(2A)の間隔を Lとする。

FIG. 6を参照すると、リブ 2A(3A)の間隔 Lが大きいほど、シール部材 12(13)のシール反力による電解質膜 1 1 の変形量も増大する。一方、同じ条件において、この部分、すなわち領域 A1 と A2の裏側に配置されるシール部材 12に幅広シール部 12aを適用すると、シール部材 12と電解質膜 1 1 との接触面圧が小さくなるので、シール部材 12 に通常シール部 12b適用した場合と比べて、シール部材 12が電解質膜 11に及ぼすシール反力による電解質膜 1 1 の変形量を図の矢印に示すように減少させることが可能である。シール部材 13についても、同様に領域 A3 と A4の裏側のシール部材 12に幅広シール部 13aを適用すこるとで、シール部材 13と電解質膜 1 1 との接触面圧が小さくなるので、シール部材 13が電解質膜 1 1 に及ぼすシール反力による電解質膜 1 1 の変形量を小さくすることが可能である。

したがって、この発明により、燃料電池 10の厚さを増加させずに、電解質膜 1 1 の変形を抑制することができ、シール部材 12, 13の好ましいシール性能が確保される。次に FIG. 7を参照して、この発明の第 2の実施例を説明する。

この実施例はシール部材 12と 13の構成が第 1 の実施例と異なる。燃料電池 10及び燃料電池スタック 100の他の構成は第 1の実施例と同一である。

シール部材 12 は幅広シール部 12d と通常シール部 12e からなる。幅広シール部 12dはシール部材 12のジョイント部、すなわち複数のシール部材 12が集まる箇所に適用する。具体的には、力ソードガス供給マ二ホールド^ a、力ソードガス排出マニホ一ルド 42b、冷却水供給マ二ホールド 43a、及び冷却水排出マ二ホールド 43b をそれぞれ囲むシール部材 12 と、アノードガス通路 32 の形成領域全体を囲むシール部材 12 とのジョイン卜部である。

シール部材 13 は幅広シール部 13d と通常シール部 13e からなる。幅広シール部 13dはシール部材 13のジョイント部、すなわち複数のシール部材 13が集まる箇所にに適用する。具体的には、アノードガス供給マ二ホールド 41a、アノードガス排出マ二ホールド 41b、冷却水供給マ二ホールド 43a、及び冷却水排出マ二ホールド 43b をそれぞれ囲むシール部材 13 と、アノードガス通路 32の形成領域全体を囲むシール部材 13とのジョイン卜部である。

幅広シール部 12d， 13dの横断面の形状は、第 1 の実施 f'jの幅広シール部 12a, 13a と同一である。通常シール部 12e， 13eの横断面の形状は、第 1 の実施例の通常シール部 12b, 13bと同一である。

燃料電池スタック 100を組み立てた状態では、燃料電池 10に圧縮力が作用し、圧縮されたシール部材 12と 13のシール反力が電解質膜 1 1 に作用する。

シール部材 }2のジョイント部やシール部材 13のジョイント部が電解質膜 1 1 に当接する場所では、シール部材 12や 13 のその他の部分が電解質膜 1 1 に当接する場所とくらべて、より大きな変型力が電解質膜 1 1 に作用する。その結果、電解質膜 1 1 のジョイント部との当接部が大きく変形すると、シール部材 12や 13のシール能力が低下してしまう。

この実施例では、こうしたシール部材 12, 13 のジョイント部に幅広シール部 12d， 13dを適用することで、シール部材 12， 13 と電解質膜 1 1 との接触面積を増やす。その結果、シール反力が電解質膜 1 1 に及ぼす単位接触面積当たりの変形圧力が低下するので、交差部における電解質膜 1 1 の変形量の増大を防止して、シール部材 12, 13 のシール性能を好ましい状態に維持することができる。

2005年 12月 22 日を出願日とする日本国における特願 2004-369790号、の内容をここに引用により合体する。

以上のように、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさよざまな修正ある ^は変更を加えることが可能である。

例えば、本発明は自動車用の燃料電池スタック 100 に限定されず、一般的ないかなる燃料電池スタックにも可能である。集電板 23はガス不透過な導電性部材で構成する必要があるが、構成材料は緻密質カーボンに限定されず、例えば銅板で構成することも可能である。

絶縁板 30 は絶縁性部材で構成する必要があるが、ゴムに限らず樹脂で構成することも可能である。

ェンドブレー卜 40 と第 2 エンドプレート 40Aは剛性を要するが、その材料は金属材料に限定されない。

テンションロッド 50は剛性を要するが、その材料は金属材料に限定されない。

MEA 1 についても様々な構成が可能である。

すなわち、電解質膜 1 1 は、プロトン伝導性のイオン交換膜であって湿潤状態で良好な電気伝導性を有する必要があるが、フッ素系樹脂に限定されず、他の固体高分子材料で構成することも可能である。

アノード 1 1a と力ソード l ibのガス拡散層は、充分なガス拡散性及び導電性を有する必要があるが、力一ボンクロスに限定されず、カーボンペーパーや力一ボンフェル卜で構成することも可能である。

アノード 1 1a及び力ソード l ib の触媒層は、ガス拡散層に担持される必要はなく、電解質膜 1 1 の表面に、触媒としての白金または白^と他の金属からなる合金を担持することで、触媒層を形成することも可能である。この場合には、ガス拡散層の表面に撥水層を積層したガス拡散層接合体を別に形成しておき、電解質膜. 1 1 の表面に担持されたアノード 1 1aと力ソード l ibと、最終的に一体化することで MEA 1 を構成する。セパレー夕 2 と 3 は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する限り、金属薄板で構成する必要はなく、例えばプレス加工した力一ボン材料で構成することが可能である。シール部材 12、 13 は、シリコンゴムに限らず、エチレン一プロピレンージェンモノマ一 (EPDM) ゴムまたはフッ素ゴムで構成しても良い。

第 1 の実施例における領域 A1 -A4の裏面に配置するシール部材 12， 13 に広幅シ一ル部 12a, 13aを適用する代わりに、この部分のゴム硬度を他の部分のシール部材 12， 13 より低くすることも可能である。ゴム硬度の低いシール部材は、シール反力が小さいので、電解質膜 11の変^^量を小さくすることができる。したがって、シール部材 12， 13をこのように構成することで、シール部材 12, 13の好ましいシール性能の維持に燜して第 1 の実施例と同等の好ましい効果が得られる。第 2 の実施例についても、同様に広幅シール部 12d, 13dに代えて、ゴム硬度の低いシール部材を適用することができる。適用産業分野以上のようにこの発明によれば、燃料電池の厚さを増やすことなく、シール反力による^質膜の変形を抑えて、シール部材の好ましいシーレ性能を確保することができる。したがって、燃料電池スタックの大型化させずに、好ましいシール性能を得ることができる。本発明は、したがって、燃料電池スタックの搭載スペースの限られた自動車に搭載する燃料電池スタックへの適用において、特に好ましい効果が得られる。

この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims

請求の範囲

1. 表面に電極（1 1a, l ib) を形成した電解質膜 1) と、電極（1 1a, l ib) に臨むガス通路（31 , 32)を形成したセパレー夕（2， 3) とを備える燃料電池（10)、とともに用いるシール構造において：

電解質膜（1 1) とセパレー夕（2， 3) に挟持される弾性のシール部材（12, 13)、シール部材 (12, 13)は、シール部材 (12, 13)のシール反力が電解質膜 (1 1)にもたらす変形量が大きい部位ほど、電解質膜 1) に対する接触面圧を低下させるように構成される、を備えた、燃料電池（10)のシール構造。

2. 請求の範囲第 1項のシール構造において、電極（l la， l ib)は電解質膜（1 1)のふたつの面に形成されたアノード（12)と力ソード（13)を備え、セパレー夕（2, 3)は、ァノード（1 1a)に相接する第 1のセパレ一タ（2)と力ソード（l ib)に相接する第 2のセパレー夕（3) とを備え、ガス通路（32, 31)は、アノード（1 1a)に臨んで第 1のセパレー夕（2) に形成されたアノードガス通路（32) と力ソード【l lb) に臨んで第 2のセパレー夕（3) に形成されたカソードガス通路（31) とを備え、シール部材（12, 13) は、電解質膜（1 1) と第 1 のセパレー夕（2) の間に挟持された第 1 のシール部材（12) と、電解質膜（1 1) と第 2のセパレー夕（3)の間に挟持された第 2のシール部材（13) とを備え、第 1のシール部材（12) と第 2のシール部材（13) は、燃料電池（10)の縦断方向に関して、第 1のシール部材（12) と第 2 のシール部材（13) とが重なって配置されない領域では、第 1 のシール部材（12) と第 2 のシール部材（13) が重なって配置される領域よりも、電解質膜（1 1)に対する接触面圧が低くなるように、構成される。

3. 請求の範囲第 2項のシール構造において、燃料電池（10) は電解質膜（1 1) と第 1 のセパレ一夕（2) と第 2 のセパレー夕（3) とを貫通して、力ソードガス通路（31) に接続する力ソードガス供給マ二ホールド（42a) と力ソードガス排出マ二ホールド（42b)とを備え、燃料電池（10) の縦断方向に関して、第 1 のシール部材（12) と第 2のシール部材（13) とが重なって配置されない領域は、力ソードガス通路（31 ) と力ソードガス供給マ二ホールド（42a) とが接続する第 1 の接続領域（A1) と、力ソードガス通路（31 ) とカソードガス排出マ二ホールド（42b) とが接続する第 2の接続領域（A2)であり、燃料電池（10)の縦断方向に関して、第 1の接続領域（A 1)または第 2の接続領域（A2)に重なる部位に配置される第 1 のシール部材（12) は、電解質膜（1 1) に対する接触面圧が他の領域に配置される第 1のシール部材（12)よりも低くなるように、構成される。

4. 請求の範囲第 2項または第 3項のシール構造において、燃料電池（10)は電解質膜 (1 1)と第 1 のセパレー夕（2) と第 2 のセパレ一夕（3) とを貫通して、アノードガス通路（32) に接続するアノードガス供給マ二ホールド（41a) とアノードガス排出マ二ホールド（41 b) とを備え、燃料電池（10) の縦断方向に関して第 1 のシール部材（12) と第 2のシール部材（13)とが重なって配置されない領域は、アノードガス通路（32)とァノ一ドガス排出マ二ホールド（41b) とが接続する第 3の接続領域（A3) と、アノードガス通路（32) とアノードガス供給マ二ホールド（41 a) とが接続する第 4の接続領域（A4) であり、燃料電池（10)の縦断方向に関して、第 3 の接続領域（A3) または第 4 の接続領域（A4)に重なる部位に配置される第 2のシール部材（13)は、電解質膜（1 1 )に対する接触面圧が他の領域に配置される第 1 のシール部材（12) よりも低くなるように、構成される。

5. 請求の範囲第 1 項のシール構造において、シール部材（12， 13) は同一面に配置された複数本のシール部材を備え、シール反力が電解質膜 1 ) にもたらす変形量が大きい部位は、複数のシール部材のジョイン卜部（12d， 13d)である。

6. 請求の範囲第 5項のシール構造において、電極（l la, l ib)は電解質膜（1 1)のふたつの面に形成されたアノード（12)と力ソード（13)を備え、セパレー夕（2, 3)は、ァノ一ド（l la)に相接する第 1のセパレー夕（2)と力ソード（l ib)に相接する第 2のセパレー夕（3) とを備え、ガス通路（32, 31)は，アノード（l la)に臨んで第 1のセパレ一夕 ) に形成されたアノードガス通路（32) と力ソード（l ib) に臨んで第 2のセパレー夕（3) に形成された力ソードガス通路（31) とを備え、シール部材（12, 13) は、電解質膜（1 1) と第 1 のセパレー夕（2) の間に挟持された第 1 のシール部材（12) と、電解質膜（1 1) と第 2のセパレー夕（3) の問に挟持された第 2のシール部材（13) とを備え、燃料電池 (10)は電解質膜（1 1) と第 1のセパレー夕（2) と第 2のセパレー夕（3) とを貫通して、力ソードガス通路（31) に接続する力ソードガス供給マ二ホールド（42a) とアノードガス排出マ二ホールド（42b)、及び電解質膜（1 1) と第 1 のセパレー夕（2) と第 2 のセパレー夕（3)とを貫通して、アノードガス通路（32) に接続するアノードガス供給マ二ホールド（41a) とアノードガス排出マ二ホールド（41b) と、を備え、第 1 のシール部材 ( 12) はアノードガス通路（32) の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス供給マ二ホールド（42a) の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス排出マ二ホールド (42b)の周りに配置されたシール部材と、を含み、ジョイント部（12d， 12e)は、ァノードガス通路 2) の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス供!;合マ二ホールド (42a)の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス排出マ二ホールド (42b)の周りに配置されたシール部材のうちの少なくともふたつのシール部材の接合部で構成される。

7. 請求の範囲 6項シール構造において、燃料電池（10) は電解質膜（1 1) と第 1 のセパレー夕（2) と第 2のセパレー夕（3) とを貫通する冷却水供給マ二ホールド（43a) と冷却水排出マ二ホールド（43b) とをさらに備え、第 1 のシール部材（12) は冷却水供給マ二ホールド（43a)の周りに配置されたシール部材と、冷却水排出マ二ホールド（43b)の周りに配置されたシール部材とをさらに含み、ジョイント部（12d， 13d) は、アノードガス通路（32)の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス供給マ二ホールド（42a) の周りに配置されたシール部材と、力ソードガス排出マ二ホールド（42b)の周りに配置されたシール部材と、冷却水供給マ二ホールド ¾)の周りに配置されたシール部材と、冷却水排出マ二ホールド（43b)の周りに配置されたシール部材と、のうちの少なくともふたつのシール部材の接合部で構成される。

8. 請求の範囲第 5項のシール構造において、電極（1 1a, l ib)は電解質膜（1 1)のふたつの面に形成されたアノード（12)と力ソード（13)を備え、セパレ一夕（2, 3)は、ァノ一ド（1 1a)に相接する第 1のセパレー夕（2) と力ソード（l ib)に相接する第 2のセパレ一夕（3) とを備え、ガス通路（32, 31)は、アノード（1 1a).に臨んで第 1のセパレー夕（2) に形成されたアノードガス通路（32) と力ソード（l ib) に臨んで第 2のセパレ一夕（3) に形成された力ソードガス通路（31) とを備え、シール部材（12， 13) は、電解質膜（1 1) と第 1 のセパレ一夕（2) の間に挟持された第 1 のシール部材（12) と、電解質膜（1 1) と第 2のセパレー夕（3) の間に挟持された第 2のシール部材 3) とを備え、燃料電池 ( 10)は電解質膜（1 1) と第 1のセパレ一夕（2) と第 2のセパレ一夕（3) とを貫通して、力ソードガス通路（31) に接続する力ソードガス供給了二ホールド（42a) とアノードガス排出マ二ホールド（42b)、及び電解質膜（1 1) と第 1 のセパレー夕（2) と第 2 のセパレー夕（3)とを貫通して、.アノードガス通路（32)に接続するアノードガス供給マニホ一ルド（41a) とアノードガス排出マ二ホールド（41b) と、を備え、第 2 のシール部材は力ソードガス通路（31) の周りに配置されたシール部材と、アノードガス供給マ二ホールド（41a)の周りに配置されたシール部材と、アノードガス排出マ二ホールド（41b)の周りに配置されたシール部材と、を含み、ジョイント部（12d, 13d) は力ソードガス通路（31) の周りに配置されたシール部材と、アノードガス供給マ二ホールド（41a) の周りに配置されたシール部材と、アノードガス排出マ二ホールド（41b)の周りに配置されたシール部材のうちの少なくともふたつのシール部材の接合部で構成される。

9. 請求の範囲第 8項のシール構造において、燃料電池（10) は電解質膜（1 1) と第 1 のセパレ一タ（2) .と第 2のセパレー夕（3) とを貫通する冷却水供給マ二ホールド（43a) と冷却水排出マ二ホールド（43b) とをさらに備え、第 2のシール部材（13) は冷却水供給マ二ホールド（43a) の周りに配置されたシール部材と、冷却水排出マ二ホールド (43b) の周りに配置されたシール部材とをさらに含み、ジョイント部（12d, 13d) は力ソードガス通路（31) の周りに配置されたシール部材と、アノードガス供給マ二ホールド（41a)の周りに配置されたシール部材と、アノードガス排出マ二ホールド（41b)の周りに配置されたシール部材、冷却水供給マ二ホールド（43a)の周りに配置されたシール部材と、冷却水排出マ二ホールド（43b)の周りに配置されたシール部材と、のうちの少なくともふたつのシール部材の接合部で構成される。

10. 請求の範囲第 1項から第 9項のいずれかのシール構造において、シール部材（12, 13)は電解質膜（1 1) に接する底面の幅を広げることで電解質膜（1 1) に対する接触面圧を低下させるように、さらに構成される。

1 1. 請求の範囲第 1項から第 9項のいずれかのシール構造において、シール部材（12， 13) はゴム硬度を低下させることで電解質膜（1 1) に対する接触面圧を低下させるように、さらに構成される。

12. 請求の範囲第 1項から第 11項のいずれかのシール構造において、シール部材（12， 13)はあらかじめ樹脂フィルム（l lc， l id)を介して電解質膜（1 1)に係止される。