(57)【要約】【課題】  燃料電池スタックの構成部品間のシール性を向上する。【解決手段】燃料電池１０において、その構成部品であるセパレータ２２、２３の第１の面には第１のシール材５１が配置され、第２の面には第２のシール材５２が配置されている。第１のシール材５１と第２のシール材は、それぞれ、セパレータ２２、２３と比較的狭い面積で接触するシール部ＳＢと比較的広い面積で接触するシール補助部ＨＢを有している。燃料電池１０において、第１のシール材５１のシール部と第２のシール材のシール補助部とが、セパレータ２２、２３を挟んで対向し、第１のシール材のシール補助部と第２のシール材のシール部とが、セパレータ２２、２３を挟んで対向している。この結果、セパレータの変形によるシール性の低下を抑制することができる【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状構造を有すると共に前記層状構造の積層方向に所定圧力で締結される燃料電池であって、
前記層状構造を構成する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持して前記層状構造を構成すると共に第１の面と第２の面を有するセパレータと、
前記セパレータの前記第１の面に配置されるシール材であって、前記第１の面と所定面積で接触するシール部と、前記第１の面と前記所定面積より広い面積で接触するシール補助部と、を有する第１のシール材と、
前記セパレータの前記第２の面に配置されるシール材であって、前記第２の面と所定面積で接触すると共に前記第１のシール材の前記シール補助部と前記セパレータを挟んで対向するシール部と、前記第２の面と前記所定面積より広い面積で接触すると共に前記第１のシール材の前記シール部と前記セパレータを挟んで対向するシール補助部と、を有する第２のシール材とを備える燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１のシール材または第２のシール材は、
前記シール補助部における前記所定圧力に対する積層方向の変形量が、前記シール部における前記変形量よりも少ない燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１のシール材または第２のシール材は、
前記シール部と前記シール補助部とが、同一材料を用いて一体成形される燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記シール部は、
前記セパレータとの接触部におけるシール方向に垂直な断面の形状が略三角形を有し、前記略三角形の頂点に対応する部分において前記セパレータと接触し、
前記シール補助部は、
前記セパレータとの接触部におけるシール方向に垂直な断面の形状が略四角形を有し、前記略四角形の一辺に対応する部分において前記セパレータと接触する燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記第１のシール材および第２のシール材のうち少なくとも一方は、前記膜電極接合体の外周端部に接合されていると共に、前記膜電極接合体を挟んで対向する２枚の前記セパレータ間に配置されている燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記セパレータは、
一方の面に当接する他のセパレータとの間に冷却媒体流路を形成する冷却媒体流路形成部と、他方の面に当接する前記膜電極接合体との間に反応ガス流路を形成する反応ガス流路形成部とを形成する連続した凹凸形状を有し、
前記第１のシール材および第２のシール材のうち少なくとも一方は、
前記セパレータと、前記セパレータとの間に冷却媒体流路を形成する前記他のセパレータとの間に配置されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に燃料電池の構成要素間のシーリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（酸素極と燃料極）に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式（１）および式（２）に示す反応が行なわれ、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。
【０００３】
カソード反応（酸素極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ  …（１）
アノード反応（燃料極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                   …（２）
【０００４】
かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。このようなスタック構造の燃料電池では、上述した燃料ガス、酸化ガス、さらには、燃料電池を冷却する冷却媒体（例えば、冷却水）が混合しないように、スタック構造を構成するセパレータやＭＥＡ間を確実にシールする必要がある。
【０００５】
その際、スタックの締結力によるセパレータの変形が生じ、シール性が悪化するという問題があった。特に、燃料電池の発電密度を向上させるため、セパレータを薄くする場合には、セパレータの変形が生じやすく、シール性の向上が課題であった。
【０００６】
上述したシール性向上を図る技術として、スタック締結時に変形量が小さい定寸部と、変形量が大きいシール部とを備える燃料電池用ガスケットが知られている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ０１／０１７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術では、組み付け誤差等でシール部の位置がずれると、ガスケットのシール圧によってセパレータに対して剪断応力がかかってしまう。その結果、セパレータの変形を引き起こし、シール性が悪化するおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を構成するセパレータの変形を抑制し、シール性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、層状構造を有すると共に前記層状構造の積層方向に所定圧力で締結される燃料電池を提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池は、前記層状構造を構成する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持して前記層状構造を構成すると共に第１の面と第２の面を有するセパレータと、前記セパレータの前記第１の面に配置されるシール材であって、前記第１の面と所定面積で接触するシール部と、前記第１の面と前記所定面積より広い面積で接触するシール補助部と、を有する第１のシール材と、前記セパレータの前記第２の面に配置されるシール材であって、前記第２の面と所定面積で接触すると共に前記第１のシール材の前記シール補助部と前記セパレータを挟んで対向するシール部と、前記第２の面と前記所定面積より広い面積で接触すると共に前記第１のシール材の前記シール部と前記セパレータを挟んで対向するシール補助部と、を有する第２のシール材とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る燃料電池によれば、セパレータの第１の面と接する第１のシール材と、第２の面と接する第２のシール材のそれぞれが、所定面積でセパレータと接触するシール部と、所定面積より広い面積でセパレータと接触するシール補助部とを有する。そして、第１のシール材のシール部と第２のシール材のシール補助部とが、セパレータを挟んで対向し、第１のシール材のシール補助部と第２のシール材のシール部とが、セパレータを挟んで対向している。この結果、組み付け誤差等により積層時に構成部品の面方向にシール部がずれたとしても、構成部品のシール部と対向する裏面部分にはシール補助部が接触する。したがって、シール部の圧力によって構成部品に剪断応力がかかることを防止でき、構成部品の変形によるシール性の低下を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記第１のシール材または第２のシール材は、前記シール補助部における前記所定圧力に対する積層方向の変形量が、前記シール部における前記変形量よりも少なくても良い。こうすれば、シール補助部は、圧力のばらつきに関わらずシール材の変形量を比較的一定に保つ定寸機能を持つので、構成部品の変形をより抑制しシール性をより向上できる。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記第１のシール材または第２のシール材は、前記シール部と前記シール補助部とが、同一材料を用いて一体成形されても良い。かかる場合には、シール部とシール補助部とを別体で構成する必要がなく、部品点数を増加させることなく、上述した効果を得られる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記シール部は、前記セパレータとの接触部におけるシール方向に垂直な断面の形状が略三角形を有し、前記略三角形の頂点に対応する部分において前記セパレータと接触し、前記シール補助部は、前記セパレータとの接触部におけるシール方向に垂直な断面の形状が略四角形を有し、前記略四角形の一辺に対応する部分において前記セパレータと接触しても良い。こうすれば、シール部は、シール方向と垂直な断面における三角形の頂点において、比較的狭い面積でセパレータと接触する。シール補助部は、シール方向と垂直な断面における四角形の一辺において比較的広い面積でセパレータと接触する。この結果、上述したように、シール部の圧力によって構成部品に剪断応力がかかることを防止でき、構成部品の変形によるシール性の低下を抑制することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記第１のシール材および第２のシール材のうち少なくとも一方は、前記膜電極接合体の外周端部に接合されていると共に、前記膜電極接合体を挟んで対向する２枚の前記セパレータ間に配置されていても良い。かかる場合には、膜電極接合体と膜電極接合体を一体化することで燃料電池構成を簡易にすることができる。
【００１６】
本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、一方の面に当接する他のセパレータとの間に冷却媒体流路を形成する冷却媒体流路形成部と、他方の面に当接する前記膜電極接合体との間に反応ガス流路を形成する反応ガス流路形成部とを形成する連続した凹凸形状を有し、前記第１のシール材および第２のシール材のうち少なくとも一方は、前記セパレータと、前記セパレータとの間に冷却媒体流路を形成する前記他のセパレータとの間に配置されていても良い。連続した凹凸形状により冷却媒体流路と反応ガス流路を形成するセパレータ（いわゆるプレスセパレータ）は、板厚を薄くすることができるが、このようなプレスセパレータの変形を抑制してシール性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１８】
Ａ．実施例
・燃料電池の構成：
図１〜図４を参照して、本実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図１は、本実施例に係る燃料電池の概略構成を示す説明図である。図２は、複数の単セルから構成されるモジュールの概略構成を示す説明図である。図３は、カソードセパレータの膜電極接合体（ＭＥＡ）との対向面（以下、ＭＥＡ対向面という。）の概略構成を示す説明図である。図４は、カソードセパレータの冷却流路が形成されている面（以下、冷却流路面という。）の概略構成を示す説明図である。
【００１９】
燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、複数の単セル２５からなるモジュール２０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４とを備えている。モジュール２０は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。すなわち、燃料電池１０は、単セル２５が、複数個積層された層状構造を有している。また、テンションプレート３１がボルト３２によって各エンドプレート３０に結合されることによって、各単セル２５は、積層方向に所定の圧力で締結される。
【００２０】
単セル２５は、図２に示すように、３つの略平板状の構成部品、すなわち、膜電極接合体２１と、膜電極接合体２１の両面にそれぞれ配置されたカソードセパレータ２２およびアノードセパレータ２３とによって構成されている。単セル２５を構成するカソードセパレータ２２とアノードセパレータ２３との間は、膜電極接合体２１の外周に接合された第１のシール材５１によってシールされている。モジュール２０は、図２に示すように、カソードセパレータ２２と、アノードセパレータ２３とが接するようにして、単セル２５を複数個積層されたものである。積層された一の単セル２５のカソードセパレータ２２と、これに隣接する他の単セル２５のアノードセパレータ２３との間は、外周部において第２のシール材５２によってシールされている。
【００２１】
膜電極接合体２１は、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜２１１と、電解質膜２１１の一方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、アノード電極、図示せず）、電解質膜２１１の他方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、カソード電極、図示せず）、各触媒層のセパレータ対向面に配置された拡散層２１２とを備えている。なお、膜−電極アッセンブリ２１は、電解質膜２１１と触媒層（電極）から構成されるものとし、これに別体の構成部材として拡散層が備えられても良い。いずれの場合にも、電解質膜２１１、触媒層および拡散層２１２が両セパレータ２２、２３によって挟持される。
【００２２】
カソードセパレータ２２は、金属製の薄板で形成されている。金属製の薄板としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）板やＳＵＳ（ステンレス）板の表面に腐食防止のためのメッキを施したものを用いることができる。カソードセパレータ２２の厚さは、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．２ｍｍ以下とすることができる。
【００２３】
カソードセパレータ２２は、ＭＥＡ対向面２２ａ（図３参照）と冷却流路面２２ｂ（図４参照）とを備えている。カソードセパレータ２２は、図３および図４に示すように、酸化ガス供給マニホールド形成部２２１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部２２１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部２２２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部２２２ｂを備えている。これら各形成部２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂは、積層時に酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、燃料ガス供給マニホールド、および燃料ガス排出マニホールドをそれぞれ形成する。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。
【００２４】
カソードセパレータ２２は、さらに、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂを備えている。これら各形成部２２３ａ、２２３ｂｂは、積層時に冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールドをそれぞれ形成する。冷却媒体は、燃料電池１０を冷却するために用いられる。冷却媒体としては、氷点下環境下における凍結を防止するために、例えば、エチレングリコールを成分に含む不凍液が用いられている。冷却媒体は、その他にも、水、空気、水素等、種々の液体、気体を用いることができる。
【００２５】
カソードセパレータ２２のＭＥＡ対向面２２ａの略中央部は、図３に示すように、組み付け時にＭＥＡ対向面２２ａが、膜電極接合体２１のカソード電極側に配置された拡散層２１２と対向する領域ＤＡ（以下、発電領域ＤＡという。）である。カソードセパレータ２２の発電領域ＤＡは、図２および図３に示すように凹凸が連続する形状（以下、凹凸形状という。）を有している。この形状は、例えば、プレス加工によって成形することができる。
【００２６】
上述した凹凸形状によって、カソードセパレータ２２のＭＥＡ対向面２２ａには、図３に示すように、組み付け時に拡散層２１２との間に酸化ガス流路４５を形成する酸化ガス流路形成部２２５が形成される。そして、カソードセパレータ２２の冷却流路面２２ｂには、図４に示すように、組み付け時にアノードセパレータ２３との間に冷却媒体流路４８を形成する冷却媒体流路形成部２２６が形成される。
【００２７】
酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス流路４５に導入されて発電に供され、例えば、図３に示すように流動して、酸化ガス排出マニホールドからセパレータ外へ排出される。冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路４８に導入されて燃料電池１０を冷却し、例えば、図４に示すように流動して、冷却媒体排出マニホールドからセパレータ外へ排出される。
【００２８】
また、図２、図３における破線ＳＬおよび点線ＨＬは、後述する第１のシール材５１、第２のシール材５２のシール部ＳＢおよびシール補助部ＨＢが接触するラインを示している。
【００２９】
アノードセパレータ２３の構成は、基本的にはカソードセパレータ２２と同様であるので、簡単に説明する。アノードセパレータ２３は、カソードセパレータ２２と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部２３１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部２３１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部２３２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部２３２ｂ、冷却媒体供給マニホールド形成部２３３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部２３３ｂを備えている（図示は省略する）。アノードセパレータ２３は、カソードセパレータ２２と同様に凹凸形状を有し、これによって、ＭＥＡ対向面２３ａには組み付け時に燃料ガス流路４０を形成する燃料ガス流路形成部２３５が形成され、冷却流路面２３ｂには組み付け時に冷却媒体流路４８を形成する冷却媒体流路形成部２３６が形成される。
【００３０】
燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドから燃料ガス流路４０に導入されて発電に供され、燃料ガス排出マニホールドからセパレータ外へ排出される。冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路４８に導入されて燃料電池１０を冷却し、冷却媒体排出マニホールドセパレータ外へ排出される。
【００３１】
続いて、図２に加えて、図５〜図８を参照して、第１のシール材５１および第２のシール材５２について説明する。図５は、第１のシール材５１のカソードセパレータ２２（ＭＥＡ対向面２２ａ）と組み付け時に対向する面（以下、カソードセパレータ対向面という。）の概略構成を示す説明図である。図６は、第２のシール材５２のカソードセパレータ２２（冷却流路面２２ｂ）と組み付け時に対向する面（以下、カソードセパレータ対向面という。）の概略構成を示す説明図である。図７は、第１のシール材５１および第２のシール材５２の積層方向の断面を示す断面図である。図７（ａ）は、第１のシール材５１の図５におけるＡ−Ａ断面を示している。図７（ｂ）は、第２のシール材５２の図６におけるＢ−Ｂ断面を示している。また、図７（ａ）においては、第１のシール材５１に接合された膜電極接合体２１の図示を省略している。図８は、第１のシール材５１および第２のシール材５２の積層方向の圧力に対する変形量を示すグラフである。
【００３２】
第１のシール材５１は、図２および図５に示すように、膜電極接合体２１の外周に接合されている。第１のシール材５１には、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料が用いられる。第１のシール材５１は、金型のキャビティに膜電極接合体２１の外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、膜電極接合体２１と第１のシール材５１とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。
【００３３】
第１のシール材５１は、図５に示すように、上述したカソードセパレータ２２およびアノードセパレータ２３と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部５１１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部５１１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部５１２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部５１２ｂ、冷却媒体供給マニホールド形成部５１３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部５１３ｂとを有している。
【００３４】
図５における破線ＳＬは、後述するシール部ＳＢがカソードセパレータ２２のＭＥＡ対向面２２ａと接触して酸化ガスが漏れ出すのを防ぐシール線を示している。また、点線ＨＬは、後述するシール補助部ＨＢがカソードセパレータ２２のＭＥＡ対向面２２ａと接触するシール補助線を示している。
【００３５】
第１のシール材５１のシール線ＳＬに垂直な断面（例えば、図５におけるＡ−Ａ断面）は、図７（ａ）に示す形状を有している。図７（ａ）における点ＳＬは、図５におけるシール線ＳＬと対応し、図７（ａ）における点ＨＬは、図５におけるシール補助線ＨＬと対応している。
【００３６】
第１のシール材５１は、図７（ａ）に示すように、シール部ＳＢと、シール補助部ＨＢを有している。シール部ＳＢは、シール線ＳＬと垂直な断面が略三角形の凸形状を有し、組み付け時に略三角形の頂点に対応する部分においてカソードセパレータ２２と接触する。このため、シール部ＳＢとカソードセパレータとの接触面積は比較的狭くなる。すなわち、接触面のシール線と垂直方向の線長ａ（図２参照）が短い。一方、シール補助部ＨＢは、シール補助線ＨＬと垂直な断面が略四角形の凸型状を有し、組み付け時に略四角形の一辺に対応する部分においてカソードセパレータ２２と接触する。このため、シール補助部ＨＢとアノードセパレータ２３との接触面積は、比較的広くなる。すなわち、接触面のシール線と垂直方向の線長ｂ（図２参照）が長い。
【００３７】
このため、シール部ＳＢは、シール補助部ＨＢよりカソードセパレータ２２との接触圧力が高く、高いシール性を有する。一方で、シール補助部ＨＢは、シール線と垂直な断面の断面積が大きいため、見かけの弾性率が大きくなり、図８に示すように、シール部ＳＢより積層方向の圧力に対する変形量が小さい。また、図７（ａ）に示すように、シール部ＳＢの積層方向の端部は、シール補助部の積層方向の端部よりも、所定量ｈだけ突出している。このため、第１のシール材５１全体としては、図８に示すように、所定量ｈまでは比較的低い圧力で変形するが、変形量が所定量ｈを超えると、急激に変形に要する圧力が高くなり、容易には変形しない。
【００３８】
図５に戻って説明を続けると、シール部ＳＢは、図５においてシール線ＳＬによって示すように、外周と各マニホールド形成部を囲むように配置され、酸化ガス、燃料ガス、冷却媒体が漏出、混合することを防止している。シール補助部ＨＢは、図５においてシール線補助線ＨＬによって示すように、シール部ＨＬと平行に配置されている。
【００３９】
第２のシール材５２は、基本的な構成は、第１のシール材５１と同じであるので、第１のシール材５１と異なる点のみ説明する。第２のシール材５２は、第１のシール材５１のように膜電極接合体２１と接合されておらず、図６に示すように、組み付け時に上述したセパレータ（カソードセパレータ２２およびアノードセパレータ２３）の凹凸形状部分と対向する領域がくり抜かれた環状に形成されている。
【００４０】
第２のシール材５２は、第１のシール材５１においてシール部ＳＢ部が形成されている位置にシール補助部ＨＢが形成され、第１のシール材５１においてシール補助部ＨＢが形成されている位置にシール部ＳＢが形成されている。例えば、セパレータ（カソードセパレータ２２またはアノードセパレータ２３）の外周をシールする部分において、図５においてシール線ＳＬとシール補助線ＨＢとによって示すように、第１のシール材５１では、シール部ＳＢが内側に配置され、シール補助部ＨＢが外側に配置されている。一方で、図６においてシール線ＳＬとシール補助線ＨＢとによって示すように、第２のシール材５２では、第１のシール材５１とは逆に、シール部ＳＢが外側に配置され、シール補助部ＨＢが内側に配置されている。
【００４１】
この結果、組み付け時において、第１のシール材５１のシール部ＳＢと、第２のシール材５２のシール補助部ＨＢとがセパレータ（カソードセパレータ２２またはアノードセパレータ２３）を挟んで積層方向に対向する。そして、第１のシール材５１のシール補助部ＨＢと、第２のシール材５２のシール部ＳＢとが、同様にセパレータを挟んで積層方向に対向する。すなわち、図２において一点破線Ｃ−Ｃで示すように、第１のシール材５１のシール線ＳＬをとおり積層方向に平行な直線上には、アノードセパレータ２３−シール部ＳＢ−カソードセパレータ２２−シール補助部ＨＢ−アノードセパレータ２３−シール部ＳＢ・・・という順番に各構成要素が配置される。また、図２においてシール２点破線Ｄ−Ｄで示すように、第２のシール材５２のシール線ＳＬをとおり積層方向に平行な直線上には、アノードセパレータ２３−シール補助部ＨＢ−カソードセパレータ２２−シール部ＳＢ−アノードセパレータ２３シール補助部ＨＢ・・・という順番に各構成要素が配置される。
【００４２】
図９は、本実施例に係る燃料電池１０の奏する効果について説明する説明図である。本実施例に係る燃料電池１０によれば、組み付け誤差等により組み付け時にセパレータ（カソードセパレータ２２またはアノードセパレータ２３）の面方向にシール部ＳＢがずれたとしても、セパレータのシール部ＳＢとの接触部の裏側部分にはシール補助部ＨＢが接触している。したがって、構成部品の変形によるシール性の低下を抑制することができる。詳しく説明すると、シール部ＳＢは接触圧力を確保するため接触面積が比較的小さくなっているので、図９（ｂ）に示す従来の構成のように、シール部ＳＢがセパレータを挟んで積層方向に対向していれば、セパレータの面方向（例えば、図９（ｂ）における矢印Y１方向）にシール部ＳＢがわずかにずれただけでも、図９（ｂ）において矢印Y２で示すように、セパレータに対して剪断応力が加わってしまう。この結果、セパレータが変形してシール性が低下する場合があった。しかし、本実施例では、図９（ａ）に示すように、セパレータとの接触面積が広いシール補助部ＨＢが、セパレータを挟んでシール部ＳＢと対向しているため、シール部がセパレータの面方向（例えば、図９（ａ）における矢印Y１方向）に多少ずれたとしても図９（ａ）において矢印Y２で示すようにシール部ＳＢの圧力を積層方向と垂直にシール補助部ＨＢが受けることができ、従来の構成のような剪断応力は発生しない。
【００４３】
さらに、第１のシール材５１および第２のシール材５２において、シール補助部ＨＢにおける圧力に対する積層方向の変形量が、シール部ＳＢにおける変形量よりも少ないので、圧力がばらつきにより大きくなったとしても、所定量ｈ以上は変形し難い（図８参照）。すなわち、シール補助部ＨＢは、圧力のばらつきに関わらず、シール材５１、５２の変形量を比較的一定に保つ定寸機能を持つので、構成部品の変形を防止し、シール性の低下をより抑制することができる。
【００４４】
また、第１のシール材５１と第２のシール材５２は、シール部ＳＢとシール補助部ＨＢとが同一材料を用いて一体成形されているので、部品点数を増加させることなく、上述の効果が得られる。
【００４５】
また、第１のシール材５１において、シール部ＳＢとシール補助部ＨＢは膜電極接合体２１に接合されているので、簡単な構成で膜電極接合体２１とセパレータ間のシール性向上を実現できる。
【００４６】
Ｂ．変形例：
図１０を参照して、変形例について説明する。図１０は変形例に係る第１のシール材および第２のシール材について説明する説明図である。図１０（ａ）においては、第１のシール材５１に接合された膜電極接合体２１は図示を省略している。変形例に係るシール材５１、５２は、実施例に係るシール材と同様に、シール部ＳＢとシール補助部ＨＢとを有しているが、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、一方の面側のシール部ＳＢと他方の面のシール補助部ＨＢとが、積層方向に並んでいる。図１０（Ｃ）に示すように、変形例に係るシール材５１、５２のおいても、積層時に、第１のシール材５１のシール部ＳＢと第２のシール材５２のシール補助部ＨＢとが、セパレータ（カソードセパレータ２２またはアノードセパレータ２３）を挟んで対向し、第１のシール材５１のシール補助部ＨＢと第２のシール材５２のシール部ＳＢとが、セパレータを挟んで対向する。この結果、変形例においても、実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００４７】
実施例においては、金属薄板にプレス加工等により、反応ガスの流路を形成したセパレータを用いているが、これに限られるものではない。例えば、反応ガスの流路を形成しないフラットなセパレータであっても良い。また、セパレータの材質についても、カーボン薄板、伝導性樹脂等、他の材質を用いても良いことはいうまでもない。
【００４８】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例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の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例に係る燃料電池の概略構成を示す説明図である。
【図２】複数の単セルから構成されるモジュールの概略構成を示す説明図である。
【図３】カソードセパレータのＭＥＡ対向面の概略構成を示す説明図である。
【図４】カソードセパレータの冷却流路面の概略構成を示す説明図である。
【図５】第１のシール材５１のカソードセパレータ対向面の概略構成を示す説明図である。
【図６】第２のシール材５２のカソードセパレータ対向面の概略構成を示す説明図である。
【図７】第１のシール材５１および第２のシール材５２の積層方向の断面を示す断面図である。
【図８】第１のシール材５１および第２のシール材５２の積層方向の圧力に対する変形量を示すグラフである。
【図９】実施例に係る燃料電池１０の奏する効果について説明する説明図である。
【図１０】変形例に係る第１のシール材および第２のシール材について説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…燃料電池
２０…モジュール
２１…膜電極接合体
２１１…電解質膜
２１２…拡散層
２２…カソードセパレータ
２２ａ…ＭＥＡ対向面
２２ｂ…冷却流路面
２２１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２２１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２２２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２２２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２２３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２２３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２４ａ…冷却ガス供給マニホールド形成部
２２４ｂ…冷却ガス排出マニホールド形成部
２２５…酸化ガス流路形成部
２２６…冷却媒体流路形成部
２３…アノードセパレータ２３
２３ａ…ＭＥＡ対向面
２３ｂ…冷却流路面
２３１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２３１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２３２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２３２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２３３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２３３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２３４ａ…冷却ガス供給マニホールド形成部
２３４ｂ…冷却ガス排出マニホールド形成部
２３５…燃料ガス流路形成部
２３６…冷却媒体流路形成部
３０…エンドプレート
３１…テンションプレート
３２…ボルト
３３…インシュレータ
３４…ターミナル
４０…燃料ガス流路
４５…酸化ガス流路
４８…冷却媒体流路
５１…第１のシール材
５１ａ…カソードセパレータ接触面
５１ｂ…アノードセパレータ接触面
５１１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
５１１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
５１２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
５１２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
５１３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
５１３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
５２…第２のシール材
５２ａ…カソードセパレータ接触面
５２ｂ…アノードセパレータ接触面
５２１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
５２１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
５２２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
５２２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
５２３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
５２３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
ＨＢ…シール補助部
ＳＢ…シール部
ＤＡ…発電領域ＤＡ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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