JP7074094B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

マニホールドを流れる流体が外部に漏れることを抑制するために、セパレータに中空状のシール部を設けることが知られている。例えば、セパレータに形成された複数のマニホールド孔それぞれを囲むマニホールドシール部と、冷媒が流れる一対の冷媒マニホールド孔が外側に位置するように反応ガスが流れる複数のガスマニホールド孔をまとめて囲む外周シール部と、が設けられたセパレータが知られている。この場合、冷媒の一部が一対の冷媒マニホールドの一方から他方に向かって外周シール部内を流れるようになり、発電領域を流れる冷媒の流量が減少して冷却効率の低下が生じてしまう。そこで、外周シール部内に充填物を設けて、冷媒が外周シール部内を流れ難くすることが知られている（例えば、特許文献１）。

特表２０１７－５３５９１５号公報

しかしながら、外周シール部内に充填物を設けた場合、シール特性が低下してしまう。また、冷媒に反応ガスが混入した場合、反応ガスがラジエーターなどから漏れることが起こり得るため、冷媒への反応ガスの混入を抑制することが望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、シール特性の低下を抑制しつつ、冷媒への反応ガスの混入及び外周シール部内の冷媒の流れを低減することを目的とする。

本発明は、反応ガスが供給されて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周縁部に接合された枠状の絶縁フレームと、を有する複数のセルが積層された燃料電池であって、前記複数のセルの少なくとも一つは、前記膜電極接合体及び前記絶縁フレームに対向した第１セパレータと、前記膜電極接合体及び前記絶縁フレームとは反対側で前記第１セパレータに対向した第２セパレータと、を備え、前記第１及び第２セパレータには、前記反応ガスが流れる複数のガスマニホールド孔と冷媒が流れる一対の冷媒マニホールド孔とが形成されており、前記第１及び第２セパレータは、前記一対の冷媒マニホールド孔のうちの一方の冷媒マニホールド孔の周りを囲み、前記第１及び第２セパレータの界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる第１マニホールドシール部と、他方の冷媒マニホールド孔の周りを囲み、前記界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる第２マニホールドシール部と、前記一方の冷媒マニホールド孔が外側に位置するように前記複数のガスマニホールド孔と前記他方の冷媒マニホールド孔とをまとめて囲み、前記界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる外周シール部と、を有し、前記第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられた前記界面から突出する中空状の第１突出部で形成され、前記一方の冷媒マニホールド孔から発電領域に向かって延びて前記冷媒が流れる第１中継流路は、前記第１マニホールドシール部及び前記外周シール部に交差して延在し、前記第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられた前記界面から突出する中空状の第２突出部で形成され、前記他方の冷媒マニホールド孔から前記発電領域に向かって延びて前記冷媒が流れる第２中継流路は、前記第２マニホールドシール部に交差し且つ前記外周シール部に交差せずに延在する、燃料電池である。

本発明によれば、シール特性の低下を抑制しつつ、冷媒への反応ガスの混入及び外周シール部内の冷媒の流れを低減することができる。

図１は、燃料電池の斜視図である。 図２（ａ）は、実施例１におけるアノード及びカソードセパレータの平面図、図２（ｂ）は、膜電極ガス拡散層接合体と絶縁フレームの平面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ間からＣ－Ｃ間に相当する箇所の実施例１におけるセル積層体の一部の断面図である。 図４（ａ）は、比較例１におけるアノード及びカソードセパレータの平面図、図４（ｂ）は、比較例２におけるアノード及びカソードセパレータの平面図である。 図５（ａ）は、実施例２におけるアノード及びカソードセパレータの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の領域Ａの拡大図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ－Ｂ間に相当する箇所の実施例２におけるセル積層体の一部の断面図である。 図６（ａ）は、実施例３におけるアノード及びカソードセパレータの平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ間に相当する箇所の実施例３におけるセル積層体の一部の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、燃料電池１００の斜視図である。燃料電池１００は、例えば燃料電池自動車又は電気自動車などに搭載される。図１のように、燃料電池１００は、複数のセル１０が積層されたセル積層体１１と、一対のターミナルプレート１２ａ及び１２ｂと、一対の絶縁プレート１３ａ及び１３ｂと、一対のエンドプレート１４ａ及び１４ｂと、を備える。セル１０は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。

ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂはセル積層体１１の積層方向の両端部に配置されている。絶縁プレート１３ａ及び１３ｂはセル積層体１１の積層方向でターミナルプレート１２ａ及び１２ｂよりも外側に配置され、エンドプレート１４ａ及び１４ｂはセル積層体１１の積層方向で絶縁プレート１３ａ及び１３ｂよりも外側に配置されている。ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂは、緻密性カーボン又は銅などの導電性部材で形成され、セル１０で発電した電力を取り出すために用いられる。絶縁プレート１３ａ及び１３ｂは、ゴム又は樹脂などの絶縁性部材で形成され、ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂとエンドプレート１４ａ及び１４ｂとの間の絶縁を取るために用いられる。エンドプレート１４ａ及び１４ｂは、セル積層体１１とターミナルプレート１２ａ及び１２ｂと絶縁プレート１３ａ及び１３ｂとを締結するために用いられる。

セル１０とターミナルプレート１２ａと絶縁プレート１３ａとエンドプレート１４ａとは、それぞれ複数のマニホールド孔を有していて、それぞれの複数のマニホールド孔が連通して複数のマニホールド２０～２５が形成されている。マニホールド２０はセル１０に燃料ガスを供給するために用いられ、マニホールド２１はセル１０から燃料ガスを排出するために用いられる。マニホールド２２はセル１０に酸化剤ガスを供給するために用いられ、マニホールド２３はセル１０から酸化剤ガスを排出するために用いられる。マニホールド２４はセル１０に冷媒（例えば冷却水）を供給するために用いられ、マニホールド２５はセル１０から冷媒を排出するために用いられる。以下、マニホールド２０を燃料ガス供給マニホールド２０、マニホールド２１を燃料ガス排出マニホールド２１、マニホールド２２を酸化剤ガス供給マニホールド２２、マニホールド２３を酸化剤ガス排出マニホールド２３、と称す場合がある。マニホールド２４を冷媒供給マニホールド２４、マニホールド２５を冷媒排出マニホールド２５、と称す場合がある。

図２（ａ）は、実施例１におけるアノード及びカソードセパレータ３７、３８の平面図、図２（ｂ）は、膜電極ガス拡散層接合体３６と絶縁フレーム４７の平面図である。なお、図２（ａ）において、発電領域に対応する領域５７に形成される流路を形成するための凹凸については図示を省略している。図３（ａ）から図３（ｃ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ間からＣ－Ｃ間に相当する箇所の実施例１におけるセル積層体１１の一部の断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）、並びに、図３（ａ）から図３（ｃ）のように、セル１０は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）３６と、ＭＥＧＡ３６を囲む枠状の絶縁フレーム４７と、ＭＥＧＡ３６及び絶縁フレーム４７に対向したアノードセパレータ３７と、ＭＥＧＡ３６及び絶縁フレーム４７とは反対側でアノードセパレータ３７に対向したカソードセパレータ３８と、を備える。アノード及びカソードセパレータ３７、３８は、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばプレス成型したステンレス鋼などの金属部材で形成されている。絶縁フレーム４７は、例えばゴム又はエラストマー樹脂などの弾性を有する樹脂部材で形成されているが、弾性を有さない絶縁部材で形成されていてもよい。

ＭＥＧＡ３６は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）３５と、アノードガス拡散層３３及びカソードガス拡散層３４と、を備える。ＭＥＡ３５は、電解質膜３０と、電解質膜３０の一方の面の全面に設けられたアノード触媒層３１と、他方の面に電解質膜３０の外周縁部４２を露出させて設けられたカソード触媒層３２と、を備える。絶縁フレーム４７は、例えば接着剤などによって電解質膜３０の外周縁部４２に接合されている。

電解質膜３０は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層３１及びカソード触媒層３２は、電気化学反応を進行させる触媒（白金又は白金－コバルト合金など）を担持したカーボン粒子（カーボンブラックなど）と、スルホン酸基を有する固体高分子であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。アノードガス拡散層３３及びカソードガス拡散層３４は、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばカーボンクロス又はカーボンペーパなどの多孔質カーボン部材で形成されている。

アノード及びカソードセパレータ３７、３８は、マニホールド２０～２５を形成するためのガスマニホールド孔５０～５３及び冷媒マニホールド孔５４、５５が設けられている。ガスマニホールド孔５０及び５１は燃料ガスが流れ、ガスマニホールド孔５２及び５３は酸化剤ガスが流れ、冷媒マニホールド孔５４及び５５は冷媒が流れる。

絶縁フレーム４７は、マニホールド２０～２５を形成するためのガスマニホールド孔６０～６３及び冷媒マニホールド孔６４、６５が設けられている。ガスマニホールド孔６０及び６１は燃料ガスが流れ、ガスマニホールド孔６２及び６３は酸化剤ガスが流れ、冷媒マニホールド孔６４及び６５は冷媒が流れる。

アノードセパレータ３７のカソードセパレータ３８とは反対側の面には、燃料ガス供給マニホールド２０と燃料ガス排出マニホールド２１とを連通し、燃料ガスが流れるアノードガス流路３９が形成されている。カソードセパレータ３８のアノードセパレータ３７とは反対側の面には、酸化剤ガス供給マニホールド２２と酸化剤ガス排出マニホールド２３とを連通し、酸化剤ガスが流れるカソードガス流路４０が形成されている。アノードセパレータ３７及びカソードセパレータ３８それぞれの対向する側の面には、冷媒供給マニホールド２４と冷媒排出マニホールド２５とを連通し、冷媒が流れる冷媒流路４１が形成されている。アノードガス流路３９、カソードガス流路４０、及び冷媒流路４１は、アノードセパレータ３７及びカソードセパレータ３８の発電領域に対応する領域５７に形成された凹凸によって発電領域に形成されている。

アノード及びカソードセパレータ３７、３８には、マニホールド２０～２５を流れる流体が外部に漏れないように封止するために、マニホールドシール部４４ａ～４４ｆと外周シール部４４ｇが設けられている。マニホールドシール部４４ａはガスマニホールド孔５０を囲んで設けられ、マニホールドシール部４４ｂはガスマニホールド孔５１を囲んで設けられている。マニホールドシール部４４ｃはガスマニホールド孔５２を囲んで設けられ、マニホールドシール部４４ｄはガスマニホールド孔５３を囲んで設けられている。マニホールドシール部４４ｅは冷媒マニホールド孔５４を囲んで設けられ、マニホールドシール部４４ｆは冷媒マニホールド孔５５を囲んで設けられている。外周シール部４４ｇは、冷媒マニホールド孔５４が外側に位置するようにガスマニホールド孔５０～５３と冷媒マニホールド孔５５をまとめて囲んで設けられている。

アノード及びカソードセパレータ３７、３８は、マニホールドシール部４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの周り及び外周シール部４４ｇの周りで接合されている。アノード及びカソードセパレータ３７、３８の接合は、例えばレーザ溶接によって行われるが、アーク溶接又は熱圧着接合などの他の方法で接合されてもよい。図２（ａ）では、アノードセパレータ３７とカソードセパレータ３８とが接合された接合部４３を点線で示し、図３（ｃ）では、矢印で示している。

アノード及びカソードセパレータ３７、３８に形成される外周シール部４４ｇは、メタルばねとしての機能が発揮されるように、アノードセパレータ３７とカソードセパレータ３８との界面（接合面）からそれぞれ反対側に突出した中空状の突出部で形成されている。同様に、アノード及びカソードセパレータ３７、３８に形成されるマニホールドシール部４４ａ～４４ｆは、メタルばねとしての機能が発揮されるように、アノードセパレータ３７とカソードセパレータ３８との界面（接合面）からそれぞれ反対側に突出した中空状の突出部で形成されている。

外周シール部４４ｇは、樹脂膜などの弾性部材４６を介して絶縁フレーム４７に押圧されている。同様に、マニホールドシール部４４ａ～４４ｆは、弾性部材４６を介して絶縁フレーム４７に押圧されている。

アノード及びカソードセパレータ３７、３８には、マニホールド２０～２５と発電領域との間で流体の流通を可能とする中継流路を形成するための中空状の突出部４８ａ～４８ｆが設けられている。突出部４８ａは、燃料ガスを発電領域に供給する中継流路が形成されるように、ガスマニホールド孔５０からマニホールドシール部４４ａと交差してガスマニホールド孔５０とは反対側まで延びている。突出部４８ｂは、燃料ガスを発電領域から排出する中継流路が形成されるように、ガスマニホールド孔５１からマニホールドシール部４４ｂと交差してガスマニホールド孔５１とは反対側まで延びている。突出部４８ｃは、酸化剤ガスを発電領域に供給する中継流路が形成されるように、ガスマニホールド孔５２からマニホールドシール部４４ｃと交差してガスマニホールド孔５２とは反対側まで延びている。突出部４８ｄは、酸化剤ガスを発電領域から排出する中継流路が形成されるように、ガスマニホールド孔５３からマニホールドシール部４４ｄと交差してガスマニホールド孔５３とは反対側まで延びている。突出部４８ｅは、冷媒を発電領域に供給する中継流路４９ａが形成されるように、冷媒マニホールド孔５４からマニホールドシール部４４ｅ及び外周シール部４４ｇと交差して冷媒マニホールド孔５４とは反対側まで延びている。突出部４８ｆは、冷媒を発電領域から排出する中継流路４９ｂが形成されるように、冷媒マニホールド孔５５からマニホールドシール部４４ｆと交差して冷媒マニホールド孔５５とは反対側まで延びている。

突出部４８ａ、４８ｂで形成される中継流路がマニホールドシール部４４ａ、４４ｂと交差して延びているため、燃料ガスはマニホールドシール部４４ａ、４４ｂの内部空間に流入する。同様に、突出部４８ｃ、４８ｄで形成される中継流路がマニホールドシール部４４ｃ、４４ｄと交差して延びているため、酸化剤ガスはマニホールドシール部４４ｃ、４４ｄの内部空間に流入する。突出部４８ｅで形成される中継流路４９ａがマニホールドシール部４４ｅ及び外周シール部４４ｇと交差して延び、突出部４８ｆで形成される中継流路４９ｂがマニホールドシール部４４ｆと交差して延びていることから、冷媒はマニホールドシール部４４ｅ、４４ｆの内部空間４５ａ、４５ｂ及び外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに流入する。

ここで、比較例におけるセパレータについて説明する。図４（ａ）は、比較例１におけるアノード及びカソードセパレータ１３７、１３８の平面図、図４（ｂ）は、比較例２におけるアノード及びカソードセパレータ２３７、２３８の平面図である。

図４（ａ）のように、比較例１におけるアノード及びカソードセパレータ１３７、１３８では、外周シール部４４ｇは冷媒マニホールド孔５４及び５５の両方が外側に位置するようにガスマニホールド孔５０～５３をまとめて囲んで設けられている。したがって、突出部４８ｅは冷媒マニホールド孔５４からマニホールドシール部４４ｅ及び外周シール部４４ｇと交差して冷媒マニホールド孔５４とは反対側まで延び、突出部４８ｆは冷媒マニホールド孔５５からマニホールドシール部４４ｆ及び外周シール部４４ｇと交差して冷媒マニホールド孔５５とは反対側まで延びている。

比較例１では、突出部４８ｅで形成される中継流路４９ａ及び突出部４８ｆで形成される中継流路４９ｂが外周シール部４４ｇに交差している。このため、冷媒供給マニホールド２４を流れる冷媒が中継流路４９ａを介して外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに流入する。外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに流入した冷媒は、中継流路４９ｂを介して冷媒排出マニホールド２５に流れ出る。このように、冷媒供給マニホールド２４を流れる冷媒が外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃを通って冷媒排出マニホールド２５に流れることが起こる。この場合、発電領域に供給される冷媒の流量が減少するため、冷却性能が低下してしまう。

図４（ｂ）のように、比較例２におけるアノード及びカソードセパレータ２３７、２３８では、外周シール部４４ｇがガスマニホールド孔５０～５３及び冷媒マニホールド孔５４、５５の全てをまとめて囲んで設けられている。したがって、突出部４８ｅは冷媒マニホールド孔５４からマニホールドシール部４４ｅと交差し且つ外周シール部４４ｇとは交差せずに延びている。突出部４８ｆは冷媒マニホールド孔５５からマニホールドシール部４４ｆと交差し且つ外周シール部４４ｇとは交差せずに延びている。

比較例２では、突出部４８ｅ、４８ｆで形成される中継流路４９ａ、４９ｂが外周シール部４４ｇと交差していないため、冷媒供給マニホールド２４を流れる冷媒が外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃを通って冷媒排出マニホールド２５に流れることが抑制される。しかしながら、冷媒マニホールド孔５４、５５はマニホールドシール部４４ｅ、４４ｆで囲まれているだけであるため、発電領域に供給された反応ガス（例えば水素）がマニホールドシール部４４ｅ、４４ｆを越えて、冷媒供給マニホールド２４及び冷媒排出マニホールド２５を流れる冷媒に混入することが起こり得る。冷媒に反応ガス（例えば水素）が混入すると、冷媒配管に備わるラジエーター及びリザーバータンクなどから反応ガス（例えば水素）が外部に漏れる懸念がある。

一方、実施例１では、図２（ａ）から図３（ｃ）のように、外周シール部４４ｇは、冷媒マニホールド孔５４が外側に位置するように複数のガスマニホールド孔５０～５３と冷媒マニホールド孔５５とをまとめて囲んで設けられている。そして、突出部４８ｅで形成され、冷媒マニホールド孔５４から発電領域に向かって延びる中継流路４９ａは、マニホールドシール部４４ｅ及び外周シール部４４ｇに交差するが、突出部４８ｆで形成され、冷媒マニホールド孔５５から発電領域に延びる中継流路４９ｂは、マニホールドシール部４４ｆに交差し且つ外周シール部４４ｇには交差しない。このため、冷媒供給マニホールド２４を流れる冷媒が中継流路４９ａを介して外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに流入したとしても、中継流路４９ｂが外周シール部４４ｇと交差していないことから、冷媒は外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに充満した後は外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃを流れなくなる。すなわち、外周シール部４４ｇ内に充填物を設けることなく外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃを冷媒が流れることを抑制できる。よって、シール特性の低下を抑制しつつ、発電領域に供給される冷媒の流量の減少を抑制でき、冷却性能の低下を抑制できる。また、冷媒マニホールド孔５４を囲むマニホールドシール部４４ｅが設けられているため、冷媒マニホールド孔５４は、マニホールドシール部４４ｅと外周シール部４４ｇとで囲まれるようになり、発電領域に供給された反応ガス（例えば水素）が冷媒マニホールド孔５４で構成される冷媒供給マニホールド２４を流れる冷媒に混入することが抑制される。したがって、実施例１によれば、シール特性の低下を抑制しつつ、冷媒への反応ガス（例えば水素）の混入及び外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの冷媒の流れを低減できる。

また、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに充填物を設けなくて済むため、コストの増大を抑制することができる。また、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに充填物を設けた場合では、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに冷媒が流れ込んだ際に充填物が冷媒に押されて剥がれ、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの冷媒の流れを抑制することが難しくなることがあるが、実施例１では、このようなことが生じることがない。

図５（ａ）は、実施例２におけるアノード及びカソードセパレータ３７ａ、３８ａの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の領域Ａの拡大図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ－Ｂ間に相当する箇所の実施例２におけるセル積層体１１の一部の断面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）のように、アノード及びカソードセパレータ３７ａ、３８ａには、アノードセパレータ３７ａとカソードセパレータ３８との間に外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃと冷媒マニホールド孔５５とを連通する連通流路７０が形成されるような中空状の突出部７２が設けられている。連通流路７０の高さは、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さよりも低くなっている。

実施例２によれば、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃと冷媒マニホールド孔５５とを連通する連通流路７０が設けられている。連通流路７０の高さは外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さよりも低くなっている。これにより、外周シール部４４ｇから連通流路７０を介して冷媒マニホールド孔５５に冷媒が少し流れるようになる。実施例１では、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃに充満した冷媒は流れないため、冷媒に腐食が生じて、燃料電池１００に悪影響を及ぼすことが考えられる。しかしながら、実施例２によれば、外周シール部４４ｇから冷媒マニホールド孔５５に連通流路７０を介して冷媒が少量流れるため、冷媒の腐食を抑制できる。

外周シール部４４ｇから連通流路７０を介して冷媒マニホールド孔５５に流れる冷媒の流量が多いと、発電領域に供給される冷媒の流量が減少して、冷却性能が低下してしまう。したがって、連通流路７０の高さＨ１は、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さＨ２の、１／３以下である場合が好ましく、１／４以下である場合がより好ましく、１／５以下である場合が更に好ましい。連通流路７０の幅（図５（ｂ）のＷ１に相当）は、外周シール部４４ｇの幅（図５（ｂ）のＷ２に相当）の１／２以下が好ましく、１／３以下がより好ましく、１／４以下が更に好ましい。連通流路７０は１本だけ設けられていることが好ましい。

図６（ａ）は、実施例３におけるアノード及びカソードセパレータ３７ｂ、３８ｂの平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ間に相当する箇所の実施例３におけるセル積層体１１の一部の断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、アノード及びカソードセパレータ３７ｂ、３８ｂには、アノードセパレータ３７ｂとカソードセパレータ３８ｂとの間に外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃと発電領域に形成される冷媒流路４１とを連通する連通流路８０が形成されるような中空状の突出部８２が設けられている。連通流路８０の高さは、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さよりも低くなっている。

実施例３によれば、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃと冷媒流路４１とを連通する連通流路８０が設けられている。連通流路８０の高さは外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さよりも低くなっている。これにより、外周シール部４４ｇから連通流路８０を介して冷媒流路４１に冷媒が少量流れるようになる。よって、実施例３によれば、外周シール部４４ｇから冷媒流路４１に冷媒が少量流れるため、冷媒の腐食を抑制できる。

発電領域に供給される冷媒の流量が減少して冷却性能が低下することを抑制するために、連通流路８０の高さは、外周シール部４４ｇの内部空間４５ｃの高さの、１／３以下である場合が好ましく、１／４以下である場合がより好ましく、１／５以下である場合が更に好ましい。連通流路８０の幅は、外周シール部４４ｇの幅の１／２以下が好ましく、１／３以下がより好ましく、１／４以下が更に好ましい。連通流路８０は１本だけ設けられていることが好ましい。

実施例１から実施例３において、外周シール部４４ｇは、冷媒マニホールド孔５４、５５のうちの一方の冷媒マニホールド孔が外側に位置するように複数のガスマニホールド孔５０～５３と他方の冷媒マニホールド孔とをまとめて囲んで設けられていればよい。このような外周シール部４４ｇを有するアノード及びカソードセパレータは、複数のセル１０のうちの少なくとも一つのセルに備わっていればよいが、半分以上のセルに備わっている場合が好ましく、３／４以上のセルに備わっている場合がより好ましく、全てのセルに備わっている場合が更に好ましい。このような外周シール部４４ｇを有するアノード及びカソードセパレータを備えていないセルは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したアノード及びカソードセパレータを備えている場合でもよい。また、実施例１から実施例３では、アノード及びカソードセパレータの両方に、中継流路４９ａ及び４９ｂを形成するための突出部４８ｅ及び４８ｆが設けられている場合を例に示したが、いずれか一方のセパレータに中継流路４９ａ及び４９ｂを形成するための突出部が設けられている場合でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ セル
１１ セル積層体
１２ａ、１２ｂ ターミナルプレート
１３ａ、１３ｂ 絶縁プレート
１４ａ、１４ｂ エンドプレート
２０、２１、２２、２３、２４、２５ マニホールド
３０ 電解質膜
３１ アノード触媒層
３２ カソード触媒層
３３ アノードガス拡散層
３４ カソードガス拡散層
３５ 膜電極接合体
３６ 膜電極ガス拡散層接合体
３７、３７ａ、３７ｂ アノードセパレータ
３８、３８ａ、３８ｂ カソードセパレータ
３９ アノードガス流路
４０ カソードガス流路
４１ 冷媒流路
４２ 外周縁部
４３ 接合部
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ マニホールドシール部
４４ｇ 外周シール部
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 内部空間
４６ 弾性部材
４７ 絶縁フレーム
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ 突出部
４９ａ、４９ｂ 中継流路
５０、５１、５２、５３ ガスマニホールド孔
５４、５５ 冷媒マニホールド孔
５７ 発電領域に対応する領域
６０、６１、６２、６３ ガスマニホールド孔
６４、６５ 冷媒マニホールド孔
７０ 連通流路
７２ 突出部
８０ 連通流路
８２ 突出部
１００ 燃料電池

Claims (1)

1. 反応ガスが供給されて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周縁部に接合された枠状の絶縁フレームと、を有する複数のセルが積層された燃料電池であって、
   前記複数のセルの少なくとも一つは、
   前記膜電極接合体及び前記絶縁フレームに対向した第１セパレータと、
   前記膜電極接合体及び前記絶縁フレームとは反対側で前記第１セパレータに対向した第２セパレータと、を備え、
   前記第１及び第２セパレータには、前記反応ガスが流れる複数のガスマニホールド孔と冷媒が流れる一対の冷媒マニホールド孔とが形成されており、
   前記第１及び第２セパレータは、前記一対の冷媒マニホールド孔のうちの一方の冷媒マニホールド孔の周りを囲み、前記第１及び第２セパレータの界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる第１マニホールドシール部と、他方の冷媒マニホールド孔の周りを囲み、前記界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる第２マニホールドシール部と、前記一方の冷媒マニホールド孔が外側に位置するように前記複数のガスマニホールド孔と前記他方の冷媒マニホールド孔とをまとめて囲み、前記界面からそれぞれ反対側に突出して前記絶縁フレームに押圧された中空状の突出部からなる外周シール部と、を有し、
   前記第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられた前記界面から突出する中空状の第１突出部で形成され、前記一方の冷媒マニホールド孔から発電領域に向かって延びて前記冷媒が流れる第１中継流路は、前記第１マニホールドシール部及び前記外周シール部に交差して延在し、
   前記第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられた前記界面から突出する中空状の第２突出部で形成され、前記他方の冷媒マニホールド孔から前記発電領域に向かって延びて前記冷媒が流れる第２中継流路は、前記第２マニホールドシール部に交差し且つ前記外周シール部に交差せずに延在する、燃料電池。

Images