JP2007207707A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックにおいて、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えたときに、シール部材が荷重方向に対して斜めに変形することによるシール性能の低下を抑制する。
【解決手段】膜電極接合体（ＭＥＧＡ４５１）の周囲に、フレーム４５０を一体的に形成したシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５において、フレーム４５０の両面に、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂを、積層方向から見て、所定距離離れた位置に形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池に関し、詳しくは、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有する燃料電池に関するものである。

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード（水素極）とカソード（酸素極）とを配置した膜電極接合体とセパレータとを交互に積層させたスタック構造を有するものがある（以下、このようなスタック構造を有する燃料電池を、燃料電池スタックとも呼ぶ）。

このような燃料電池スタックに関して、従来、反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）の漏洩を防止するための種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、燃料電池スタックにおいて、膜電極接合体と、弾性パッキング部材とを一体化する構成が記載されている。このような構成の燃料電池スタックでは、一般に、弾性パッキング部材は、電解質膜の両面に、その中心線の位置がほぼ一致するように設けられる（図８（ａ）上段参照）。そして、この弾性パッキング部材のシール性を得るために、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重が加えられる。こうすることによって、良好なシール性を得ることができる（図８（ａ）下段参照）。

特開２０００−１３３２９０号公報

しかし、例えば、製造上のバラツキにより、電解質膜の両面における弾性パッキング部材の中心線の位置がずれている場合には（図８（ｂ）上段参照）、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、弾性パッキング部材への荷重バランスが崩れて、弾性パッキング部材が、荷重方向（積層方向）に対して斜めに変形してしまう場合があった（図８（ｂ）下段参照）。この場合、弾性パッキング部材から所望の反力が得られず、シール性能が低下する場合があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えたときに、シール部材（弾性パッキング部材）が荷重方向に対して斜めに変形することによるシール性能の低下を抑制することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の燃料電池は、
所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有する燃料電池であって、
前記積層体は、前記積層体の外周に、前記積層体の表面に供給される反応ガスの漏洩を防止するためのシール部材を一体的に備え、
前記シール部材は、前記シール部材の両面において前記スタック構造の積層方向にそれぞれ突出し、対向する前記セパレータにそれぞれ当接する第１のシール部、および、第２のシール部を備え、
前記第１のシール部、および、前記第２のシール部は、前記積層方向から見て、所定距離離れた位置に形成されていることを要旨とする。

ここで、「所定距離」とは、第１のシール部と第２のシール部とを離して配置する目的で、予め設定された距離である。したがって、第１のシール部と第２のシール部とが、スタック構造の積層方向から見て、互いに重なるように、第１のシール部と第２のシール部とを形成したにも関わらず、製造上のバラツキや、誤差によって、第１のシール部と第２のシール部とが離れているものは含まない。

本発明によって、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、シール部材における第１のシール部に加わる締結荷重が第２のシール部に、第２のシール部に加わる締結荷重が第１のシール部に、直接的に加わらないようにすることができる。したがって、第１のシール部、および、第２のシール部の位置に、製造上の多少のバラツキが生じても、燃料電池スタックの積層方向に締結荷重を加えたときに、第１のシール部、および、第２のシール部が、荷重方向（積層方向）に対して斜めに変形してしまうことを抑制することができる。この結果、シール性能の低下を抑制することができる。

上記燃料電池において、
前記シール部材は、さらに、
前記第１のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第１のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第１のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第１の支持部と、
前記第２のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第２のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第２のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第２の支持部と、
を備えるようにしてもよい。

こうすることによって、第１のシール部、および、第２のシール部に加わる荷重を、それぞれ第１の支持部、および、第２の支持部によって、効果的に支持することができる。

上記燃料電池において、
前記第１の支持部、および、前記第２の支持部は、前記シール部材と一体的に形成されているようにしてもよい。

こうすることによって、燃料電池の製造時の部品点数を減少させ、燃料電池の製造を容易に行うことができる。

なお、上記第１の支持部、および、第２の支持部に相当するものを、シール部材の代わりに、セパレータに備えるようにしてもよい。

上記いずれかの燃料電池において、
前記セパレータは、
前記積層体のアノードに対向する平板状のアノード対向プレートと、
前記積層体のカソードに対向する平板状のカソード対向プレートと、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、
を備えるようにしてもよい。

本発明は、上述の燃料電池としての構成の他、この燃料電池を備える燃料電池システムの発明として構成することもできる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
Ｂ．燃料電池モジュール：
Ｂ１．セパレータ：
Ｂ２．シールガスケット一体型ＭＥＧＡ：
Ｃ．変形例：

Ａ．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセルを、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有している。各セルは、後述するように、プロトン伝導性を有する電解質膜を挟んで、アノードと、カソードとを配置した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、セルの積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０、絶縁板２０、集電板３０、複数の燃料電池モジュール４０、集電板５０、絶縁板６０、エンドプレート７０の順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を流すための図示しない供給口や、排出口や、流路が設けられている。水素は、図示しない水素タンクから供給される。また、空気や、冷却水は、図示しないポンプによって加圧されて供給される。燃料電池モジュール４０は、後述するセパレータ４１と、膜電極接合体、および、ガスケットを一体的に備えるシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とによって構成されている。この燃料電池モジュール４０については、後述する。

燃料電池スタック１００には、また、図示するように、テンションプレート８０が備えられている。燃料電池スタック１００には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制し、また、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のシール性能を十分に得るために、スタック構造の積層方向に押圧力が加えられ、テンションプレート８０をボルト８２によって燃料電池スタック１００の両端のエンドプレート１０，７０に固定することによって、各燃料電池モジュール４０は、積層方向に所定の締結力で締結されている。

なお、エンドプレート１０、７０、および、テンションプレート８０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０、６０は、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０、５０は、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０、５０には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。

Ｂ．燃料電池モジュール：
先に説明したように、燃料電池モジュール４０は、セパレータ４１と、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とによって構成されている。以下、セパレータ４１、および、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５について説明する。

Ｂ１．セパレータ：
図２は、セパレータ４１の構成部品、および、セパレータ４１の平面図である。本実施例におけるセパレータ４１は、それぞれ複数の貫通孔が設けられた３枚の金属製の平板、すなわち、カソード対向プレート４２と、中間プレート４３と、アノード対向プレート４４とから構成されている。そして、セパレータ４１は、カソード対向プレート４２と、中間プレート４３と、アノード対向プレート４４とを、この順に重ね合わせ、ホットプレス接合することによって作製されている。本実施例では、カソード対向プレート４２と、中間プレート４３と、アノード対向プレート４４とは、同一の四角形の形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。カソード対向プレート４２と、中間プレート４３と、アノード対向プレート４４として、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いるものとしてもよい。また、中間プレート４３として、樹脂製のプレートを用いるものとしてもよい。

図２（ａ）は、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のカソード側の面と当接するカソード対向プレート４２の平面図である。図示するように、カソード対向プレート４２は、空気供給用貫通孔４２２ａと、複数の空気供給口４２２ｉと、複数の空気排出口４２２ｏと、空気排出用貫通孔４２２ｂと、水素供給用貫通孔４２４ａと、水素排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとを備えている。本実施例では、空気供給用貫通孔４２２ａと、空気排出用貫通孔４２２ｂと、水素供給用貫通孔４２４ａと、水素排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとは、ほぼ矩形であり、複数の空気供給口４２２ｉと、複数の空気排出口４２２ｏとは、直径が同一の円形であるものとした。

図２（ｂ）は、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のアノード側の面と当接するアノード対向プレート４４の平面図である。図示するように、アノード対向プレート４４は、空気供給用貫通孔４４２ａと、空気排出用貫通孔４４２ｂと、水素供給用貫通孔４４４ａと、複数の水素供給口４４４ｉと、複数の水素排出口４４４ｏと、水素排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとを備えている。本実施例では、空気供給用貫通孔４４２ａと、空気排出用貫通孔４４２ｂと、水素供給用貫通孔４４４ａと、水素排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとは、ほぼ矩形であり、複数の水素供給口４４４ｉと、複数の水素排出口４４４ｏとは、直径が同一の円形であるものとした。

図２（ｃ）は、中間プレート４３の平面図である。図示するように、中間プレート４３は、空気供給用貫通孔４３２ａと、空気排出用貫通孔４３２ｂと、水素供給用貫通孔４３４ａと、水素排出用貫通孔４３４ｂと、複数の冷却水流路形成用貫通孔４３６とを備えている。そして、空気供給用貫通孔４３２ａには、空気供給用貫通孔４３２ａからカソード対向プレート４２の複数の空気供給口４２２ｉに、それぞれ空気を流すための複数の空気供給用流路形成部４３２ｃが設けられている。また、空気排出用貫通孔４３２ｂには、カソード対向プレート４２の複数の空気排出口４２２ｏから空気排出用貫通孔４３２ｂに空気を流すための複数の空気排出用流路形成部４３２ｄが設けられている。また、水素供給用貫通孔４３４ａには、水素供給用貫通孔４３４ａからアノード対向プレート４４の複数の水素供給口４４４ｉに、それぞれ水素を流すための複数の水素供給用流路形成部４３２ｅが設けられている。また、水素排出用貫通孔４３４ｂには、アノード対向プレート４４の複数の水素排出口４４４ｏから水素排出用貫通孔４３４ｂに水素を流すための複数の水素排出用流路形成部４３２ｆが設けられている。

図２（ｄ）は、セパレータ４１の平面図である。ここでは、アノード対向プレート４４側から見た平面図を示した。

図から分かるように、アノード対向プレート４４と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４２において、空気供給用貫通孔４４２ａと、空気供給用貫通孔４３２ａと、空気供給用貫通孔４２２ａとは、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気排出用貫通孔４４２ｂと、空気排出用貫通孔４３２ｂと、空気排出用貫通孔４２２ｂも、それぞれ同じ位置に形成されている。また、水素供給用貫通孔４４４ａと、水素供給用貫通孔４３４ａと、水素供給用貫通孔４２４ａも、それぞれ同じ位置に形成されている。また、水素排出用貫通孔４４４ｂと、水素排出用貫通孔４３４ｂと、水素排出用貫通孔４２４ｂも、それぞれ同じ位置に形成されている。

また、アノード対向プレート４４と、カソード対向プレート４２において、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水供給用貫通孔４２６ａとは、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水排出用貫通孔４４６ｂと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂも、それぞれ同じ位置に形成されている。

また、中間プレート４３において、複数の冷却水流路形成用貫通孔４３６は、それぞれ、その一端が、アノード対向プレート４４の冷却水供給用貫通孔４４６ａ、および、カソード対向プレート４２の冷却水供給用貫通孔４２６ａと重なるとともに、その他端が、アノード対向プレート４４の冷却水排出用貫通孔４４６ｂ、および、カソード対向プレート４２の冷却水排出用貫通孔４２６ｂと重なるように形成されている。

なお、中間プレート４３における空気供給用流路形成部４３２ｃ、空気排出用流路形成部４３２ｄ、水素供給用流路形成部４３２ｅ、水素排出用流路形成部４３２ｆの幅は、それぞれ、カソード対向プレート４２の空気供給口４２２ｉ、空気排出口４２２ｏ、アノード対向プレート４４の水素供給口４４４ｉ、水素排出口４４４ｏの直径よりも大きく設定されている。こうすることによって、カソード対向プレート４２と、中間プレート４３と、アノード対向プレート４４とを重ね合わせて接合したときに、これらがわずかにずれても、所望の経路で空気や水素を流すことができる。

このセパレータ４１において、水素と、空気と、冷却水の流れは、以下の通りである。すなわち、カソード対向プレート４２の水素供給用貫通孔４２４ａ、中間プレート４３の水素供給用貫通孔４３４ａ、アノード対向プレート４４の水素供給用貫通孔４４４ａを流れる水素は、中間プレート４３の水素供給用貫通孔４３４ａから分岐して、複数の水素供給用流路形成部４３２ｅを通り、アノード対向プレート４４の複数の水素供給口４４４ｉから、後述するシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のＭＥＧＡ部４５１のアノードに対して垂直な方向に供給される。そして、アノードから排出されるアノードオフガスは、アノード対向プレート４４の複数の４４４ｏ、および、中間プレート４３の水素排出用流路形成部４３２ｆを通って、排出される。

また、アノード対向プレート４４の空気供給用貫通孔４４２ａ、中間プレート４３の空気供給用貫通孔４３２ａ、カソード対向プレート４２の空気供給用貫通孔４２２ａを流れる空気は、中間プレート４３の空気供給用貫通孔４３２ａから分岐して、空気供給用流路形成部４３２ｃを通り、カソード対向プレート４２の複数の空気供給口４２２ｉから、後述するシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のＭＥＧＡ部４５１のカソードに対して垂直な方向に供給される。そして、カソードから排出されるカソードオフガスは、カソード対向プレート４２の複数の空気排出口４２２ｏ、および、中間プレート４３の４３２ｄを通って、排出される。

また、アノード対向プレート４４の冷却水供給用貫通孔４４６ａ、中間プレート４３の複数の冷却水流路形成用貫通孔４３６の一端、カソード対向プレート４２の冷却水供給用貫通孔４２６ａを流れる冷却水は、中間プレート４３の冷却水流路形成用貫通孔４３６から分岐して、中間プレート４３内を通り、冷却水流路形成用貫通孔４３６の他端から排出される。

Ｂ２．シールガスケット一体型ＭＥＧＡ：
図３、および、図４は、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５を示す説明図である。図３に、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のカソード側から見た平面図を示した。また、図４に、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のアノード側から見た平面図を示した。シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５の外形形状は、セパレータ４１の外形形状と同じである。

図示するように、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５は、後述するＭＥＧＡ部４５１の周囲をフレーム４５０によって支持したものである。本実施例では、フレーム４５０として、シリコーンゴムを用いるものとしたが、これに限られず、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。

ＭＥＧＡ部４５１は、図示は省略するが、電解質膜の一方（カソード側）の面に、カソード用触媒層と、カソード用拡散層とをこの順に積層させ、他方（アノード側）の面に、アノード用触媒層と、アノード用拡散層とを、この順にそれぞれ積層させた膜電極接合体である。本実施例では、アノード用拡散層、および、カソード用拡散層として、金属多孔体を用いるものとした。こうすることによって、アノード、および、カソードの全面に、効率よく拡散させてガスを供給することができる。アノード用拡散層、および、カソード用拡散層として、金属多孔体の代わりに、カーボン等、導電性、および、ガス拡散性を有する他の部材を用いるようにしてもよい。

フレーム４５０には、図示するように、セパレータ４１と同様に、空気供給用貫通孔４５２ａと、水素供給用貫通孔４５４ａと、空気排出用貫通孔４５２ｂと、水素排出用貫通孔４５４ｂと、冷却水供給用貫通孔４５６ａと、冷却水排出用貫通孔４５６ｂとが形成されている。そして、これら各貫通孔、および、ＭＥＧＡ部４５１の周囲には、それぞれシール部、および、支持部が一体的に成形されている。シール部、および、支持部については、後述する。

具体的には、図３に示したように、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のカソード側の面には、各貫通孔、および、ＭＥＧＡ部４５１の周囲に、シール部（カソード側シール部）４５８ａが設けられており、さらにその周囲に、支持部（カソード側支持部）４５９ａが設けられている。カソード側シール部４５８ａは、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とセパレータ４１とを積層させたときに、セパレータ４１に当接し、フレーム４５０のカソード側の面におけるシールライン（カソード側シールライン）を形成する。また、図４に示したように、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のアノード側の面には、各貫通孔、および、ＭＥＧＡ部４５１の周囲に、支持部（アノード側支持部）４５９ｂが設けられており、さらにその周囲に、シール部（アノード側シール部）４５８ｂが設けられている。アノード側シール部４５８ｂは、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とセパレータ４１とを積層させたときに、セパレータ４１に当接し、フレーム４５０のアノード側の面におけるシールライン（アノード側シールライン）を形成する。つまり、フレーム４５０は、水素や、酸素や、冷却水の漏洩を防止するためのガスケットとして機能する。

図５は、図４におけるＡ−Ａ断面図である。図５（ａ）に、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５の断面図を示した。また、図５（ｂ）にシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とセパレータ４１とを積層させて、積層方向に締結荷重を加えたときの様子を示した。

図５（ａ）に示したように、本実施例では、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの断面形状は、半円形であり、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂの断面形状は、矩形であるものとした。そして、カソード側シール部４５８ａの中心軸と、アノード側シール部４５８ｂの中心軸とは、ずれている。つまり、カソード側シール部４５８ａと、アノード側シール部４５８ｂとは、カソード側シールラインと、アノード側シールラインとが、互いに異なる位置に配置されるように形成されている。また、カソード側シール部４５８ａの中心軸と、アノード側支持部４５９ｂの中心軸とは、互いに一致しており、アノード側シール部４５８ｂの中心軸と、アノード側支持部４５９ｂの中心軸とは、互いに一致している。

なお、カソード側シール部４５８ａとアノード側シール部４５８ｂの高さは、同じである。カソード側支持部４５９ａとアノード側支持部４５９ｂの高さは、同じである。また、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの高さｈ１は、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂの高さよりも高い。これらの高さは、任意に設定可能であり、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５とセパレータ４１とを積層させて、積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂから所望の反力が得られるように設定されている。

また、図５（ｂ）に示したように、アノード側支持部４５９ｂは、セパレータ４１に当接することによって、カソード側シール部４５８ａに対して積層方向に作用する荷重を支持している。また、カソード側支持部４５９ａは、セパレータ４１に当接することによって、アノード側シール部４５８ｂに対して積層方向に作用する荷重を支持している。

以上説明した本実施例の燃料電池スタック１００によれば、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５において、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂを、カソード側シールラインと、アノード側シールラインとが、互いに異なる位置に配置されるように、所定距離離れた位置に形成されているので、燃料電池スタック１００の積層方向に締結荷重を加えたときに、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５におけるカソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂに加わる締結荷重が、それぞれアノード側シール部４５８ｂ、および、カソード側シール部４５８ａに、直接的に加わらないようにすることができる。したがって、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの位置に、製造上の多少のバラツキが生じても、燃料電池スタック１００の積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂが、荷重方向（積層方向）に対して斜めに変形してしまうことを抑制することができる。この結果、シール性能の低下を抑制することができる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの断面形状は、半円形であるものとしたが、これに限られない。

図６は、変形例としてのカソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂを示す説明図である。ここでは、図４におけるＡ−Ａ断面図を示した。図６（ａ）には、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの断面形状が、半楕円形である例を示した。また、図６（ｂ）には、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂの断面形状が、台形である例を示した。なお、図示は省略したが、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂの断面形状も、矩形に限られない。

また、上記実施例では、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂが、フレーム４５０に一体的に形成されているものとしたが、これに限られない。図６（ｃ）に示したように、例えば、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂを別部材として作製し、フレーム４５０と接合するようにしてもよい。ただし、上記実施例のように、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂを一体的に成形すれば、燃料電池スタック１００の製造時の部品点数を減少させ、燃料電池スタック１００の製造を容易に行うことができるという利点がある。

Ｃ２．変形例２：
図７は、変形例としてのセパレータ４１Ａ、および、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５Ａの断面図である。ここでは、図５に示した例と同じ部位の断面図を示した。本変形例では、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５Ａは、カソード側支持部４５９ａ、および、アノード側支持部４５９ｂを備えていない。この代わりに、セパレータ４１Ａが、シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５のアノード側シール部４５８ｂ、および、カソード側シール部４５８ａと対向する位置に、凸部４１Ａａ，４１Ａｂを備えている。そして、この凸部４１Ａａ，４１Ａｂは、図からも分かるように、それぞれ上記実施例におけるカソード側支持部４５９ａ、アノード側支持部４５９ｂと同等の機能を奏する。すなわち、凸部４１Ａａは、アノード側シール部４５８ｂに対して積層方向に作用する荷重を支持し、凸部４１Ａｂは、カソード側シール部４５８ａに対して積層方向に作用する荷重を支持している。このようにすることによっても、上記実施例と同様に、燃料電池スタック１００の積層方向に締結荷重を加えたときに、カソード側シール部４５８ａ、および、アノード側シール部４５８ｂが、荷重方向（積層方向）に対して斜めに変形してしまうことを抑制し、シール性能の低下を抑制することができる。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、セパレータは、カソード対向プレートと、中間プレートと、アノード対向プレートとの３枚のプレートによって構成されているものとしたが、これに限られない。例えば、カーボン等、１つのブロック状の部材を加工して形成したセパレータを用いるものとしてもよい。

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。 セパレータ４１の構成部品およびセパレータ４１の平面図である。 シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５を示す説明図である。 シールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５を示す説明図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 変形例としてのカソード側シール部４５８ａおよびアノード側シール部４５８ｂを示す説明図である。 変形例としてのセパレータ４１Ａおよびシールガスケット一体型ＭＥＧＡ４５Ａの断面図である。 従来例としてのパッキング部材を示す説明図である。

符号の説明

１００...燃料電池スタック
１０，７０...エンドプレート
２０，６０...絶縁板
３０，５０...集電板
４０...燃料電池モジュール
４１，４１Ａ...セパレータ
４１Ａａ，４１Ａｂ...凸部
４２...カソード対向プレート
４２２ａ...空気供給用貫通孔
４２２ｂ...空気排出用貫通孔
４２２ｉ...空気供給口
４２２ｏ...空気排出口
４２４ａ...水素供給用貫通孔
４２４ｂ...水素排出用貫通孔
４２６ａ...冷却水供給用貫通孔
４２６ｂ...冷却水排出用貫通孔
４３...中間プレート
４３２ａ...空気供給用貫通孔
４３２ｂ...空気排出用貫通孔
４３２ｃ...空気供給用流路形成部
４３２ｄ...空気排出用流路形成部
４３２ｅ...水素供給用流路形成部
４３２ｆ...水素排出用流路形成部
４３４ａ...水素供給用貫通孔
４３４ｂ...水素排出用貫通孔
４３６...冷却水流路形成用貫通孔
４４...アノード対向プレート
４４２ａ...空気供給用貫通孔
４４２ｂ...空気排出用貫通孔
４４４ａ...水素供給用貫通孔
４４４ｂ...水素排出用貫通孔
４４４ｉ...水素供給口
４４４ｏ...水素排出口
４４６ａ...冷却水供給用貫通孔
４４６ｂ...冷却水排出用貫通孔
４５，４５Ａ...シールガスケット一体型ＭＥＧＡ
４５０...フレーム
４５１...ＭＥＧＡ部
４５２ａ...空気供給用貫通孔
４５２ｂ...空気排出用貫通孔
４５４ａ...水素供給用貫通孔
４５４ｂ...水素排出用貫通孔
４５６ａ...冷却水供給用貫通孔
４５６ｂ...冷却水排出用貫通孔
４５８ａ...カソード側シール部
４５８ｂ...アノード側シール部
４５９ａ...カソード側支持部
４５９ｂ...アノード側支持部
７０...エンドプレート
８０...テンションプレート
８２...ボルト

Claims (4)

1. 所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有する燃料電池であって、
   前記積層体は、前記積層体の外周に、前記積層体の表面に供給される反応ガスの漏洩を防止するためのシール部材を一体的に備え、
   前記シール部材は、前記シール部材の両面において前記スタック構造の積層方向にそれぞれ突出し、対向する前記セパレータにそれぞれ当接する第１のシール部、および、第２のシール部を備え、
   前記第１のシール部、および、前記第２のシール部は、前記積層方向から見て、所定距離離れた位置に形成されている、
   燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池であって、
   前記シール部材は、さらに、
   前記第１のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第１のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第１のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第１の支持部と、
   前記第２のシール部の反対側の面において、前記積層方向から見て、前記第２のシール部と重なる位置に配置され、前記セパレータに当接することによって、前記第２のシール部に対して積層方向に作用する荷重を支持する第２の支持部と、
   を備える燃料電池。
3. 請求項２記載の燃料電池であって、
   前記第１の支持部、および、前記第２の支持部は、前記シール部材と一体的に形成されている、
   燃料電池。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池であって、
   前記セパレータは、
   前記積層体のアノードに対向する平板状のアノード対向プレートと、
   前記積層体のカソードに対向する平板状のカソード対向プレートと、
   前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、
   を備える燃料電池。

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