(57)【要約】【課題】ガスシール部におけるシール性を向上させつつ、燃料電池の冷却効率を高める。【解決手段】燃料電池は、単セルを複数積層して成り、隣接する各々の単セルが備えるセパレータ間には冷媒流路が形成され、冷媒流路シール部が隣り合うセパレータの双方に接する冷媒シール位置は、第１のガスシール凸部と第２のガスシール凸部が膜−電極接合体を挟むガスシール位置よりも、セパレータの外周側に配置されており、単セルを構成する一対のセパレータの少なくとも一方は、表裏裏返しとなる形状であって膜−電極接合体側に凸であり、第１のガスシール凸部と第２のガスシール凸部の少なくとも一方に覆われるセパレータ凸部を有し、冷媒流路において、セパレータ凸部の裏返し構造である凹部が形成する空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部が設けられている。【選択図】図１
2011222393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と該電解質膜の両面に形成された電極とを備える膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体を挟持する位置に配置され、前記膜−電極接合体との間でガス流路を形成する一対のセパレータと、を備える複数の単セルを積層して成る燃料電池であって、
隣接する各々の単セルが備えるセパレータ間に配置されて、冷媒流路となる空間の一部を形成する冷媒流路形成部材と、
前記膜−電極接合体の外周部に沿って、前記一対のセパレータ間に配置されたガス流路シール部と、
隣接する各々の単セルが備えるセパレータの双方に接するように設けられて前記冷媒流路をシールする冷媒流路シール部と、
を備え、
前記一対のセパレータの少なくとも一方は、前記ガス流路シール部と接する位置に、表裏裏返しとなる形状であって前記膜−電極接合体側に凸であるセパレータ凸部を有し、
前記ガス流路シール部は、前記一対のセパレータの一方に接着して設けられ、第１のガスシール凸部を有する第１のガス流路シール部材と、前記一対のセパレータの他方に接着して設けられ、第２のガスシール凸部を有する第２のガス流路シール部材と、を備え、前記第１のガスシール凸部および前記第２のガスシール凸部によって前記膜−電極接合体を挟むことによって、前記膜−電極接合体の両面に形成される前記ガス流路をシールし、
前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部の少なくとも一方は、前記セパレータ凸部に沿う形状に形成され、
前記冷媒流路シール部が、前記隣り合うセパレータの双方に接する冷媒シール位置は、前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部が前記膜−電極接合体を挟むガスシール位置よりも、前記セパレータの外周側に配置されており、
前記冷媒流路において、前記セパレータ凸部の裏返し構造である凹部が形成する空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部が設けられている
燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記冷媒脇流れ抑制部は、前記凹部内に嵌め込まれた独立の部材から成る
燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記冷媒脇流れ抑制部は、前記セパレータ凸部が形成されたセパレータと前記冷媒流路を介して隣り合うセパレータにおいて、前記セパレータ凸部の裏返し構造である前記凹部の凹面に対して凸となるように設けた突出部である
燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記冷媒脇流れ抑制部は、前記冷媒流路シール部と一体で形成されている
燃料電池。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記冷媒脇流れ抑制部は、前記冷媒流路形成部材の外周の一部を延出させることによって形成されている
燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の燃料電池であって、
前記冷媒脇流れ抑制部が設けられた前記凹部は、前記冷媒流路形成部材の外周と前記冷媒流路シール部との間であって、前記冷媒流路への前記冷媒の流入部、および、前記冷媒流路からの前記冷媒の流出部から、離間した位置に設けられている
燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、
前記第１および第２のガスシール凸部は、前記膜−電極接合体で電気化学反応が進行する発電領域の外周全体を囲むように形成され、
前記第１のガスシール部材は、前記一対のセパレータの一方と前記膜−電極接合体との間に形成される第１のガスの流路への前記第１のガスの流入部、および、前記第１のガス流路からの前記第１のガスの流出部において、前記第１のガスの通り道となる第１の連通孔が形成されており、
前記第２のガスシール部材は、前記一対のセパレータの他方と前記膜−電極接合体との間に形成される第２のガスの流路への前記第２のガスの流入部、および、前記第２のガス流路からの前記第２のガスの流出部において、前記第２のガスの通り道となる第２の連通孔が形成されている
燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池であって、
前記第２のガスシール凸部の頭頂部は、前記第１のガスシール凸部の頭頂部よりも、前記発電領域の外周から離間した位置に配置されており、
前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部とは、各々の凸部の頭頂部近傍の側面において、前記膜−電極接合体を介して接する
燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池であって、
前記第１のガスシール部材は、さらに、前記第２のガスシール凸部よりも前記発電領域の外周全体から離間した位置に、前記発電領域の外周全体を囲むように形成された第３のガスシール凸部を備え、
前記第２のガスシール凸部と前記第３のガスシール凸部とは、各々の凸部の頭頂部近傍の側面において互いに接する
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、従来種々の形状のものが提案されている。一般には、電解質膜の表面に電極を形成して成る膜−電極接合体を、一対のセパレータで挟持して、各々のセパレータと膜−電極接合体との間にガス流路を形成した燃料電池が、広く知られている。このような燃料電池の一つとして、複数のプレートを積層して成るセパレータの内部に、燃料電池を冷却するための冷媒流路が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９２４００号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５１７４号公報
【特許文献３】特開２００９−０３７９６０号公報
【特許文献４】特開２００８−０３４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池においては、電極上に形成されるガス流路におけるシール性を確保することが重要であり、ガス流路のシール性を確保するためのシール部の構成についても、種々のものが提案されている。このようなガス流路のシール部の形状が、セパレータを構成して表面でガス流路を形成する板状部材の裏面側における冷媒流路の形状に影響する場合には、シール部の構成が冷媒の冷却効率に影響を与える場合もあり得る。このように、ガス流路のシール部の構成が冷媒流路の形状に影響を与える場合であっても、シール部におけるシール性の更なる向上や、冷却効率の確保など、燃料電池全体としての性能の向上が図られることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ガスシール部におけるシール性を向上させつつ、燃料電池の冷却効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
電解質膜と該電解質膜の両面に形成された電極とを備える膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体を挟持する位置に配置され、前記膜−電極接合体との間でガス流路を形成する一対のセパレータと、を備える複数の単セルを積層して成る燃料電池であって、
隣接する各々の単セルが備えるセパレータ間に配置されて、冷媒流路となる空間の一部を形成する冷媒流路形成部材と、
前記膜−電極接合体の外周部に沿って、前記一対のセパレータ間に配置されたガス流路シール部と、
隣接する各々の単セルが備えるセパレータの双方に接するように設けられて前記冷媒流路をシールする冷媒流路シール部と、
を備え、
前記一対のセパレータの少なくとも一方は、前記ガス流路シール部と接する位置に、表裏裏返しとなる形状であって前記膜−電極接合体側に凸であるセパレータ凸部を有し、
前記ガス流路シール部は、前記一対のセパレータの一方に接着して設けられ、第１のガスシール凸部を有する第１のガス流路シール部材と、前記一対のセパレータの他方に接着して設けられ、第２のガスシール凸部を有する第２のガス流路シール部材と、を備え、前記第１のガスシール凸部および前記第２のガスシール凸部によって前記膜−電極接合体を挟むことによって、前記膜−電極接合体の両面に形成される前記ガス流路をシールし、
前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部の少なくとも一方は、前記セパレータ凸部に沿う形状に形成され、
前記冷媒流路シール部が、前記隣り合うセパレータの双方に接する冷媒シール位置は、前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部が前記膜−電極接合体を挟むガスシール位置よりも、前記セパレータの外周側に配置されており、
前記冷媒流路において、前記セパレータ凸部の裏返し構造である凹部が形成する空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部が設けられている
燃料電池。
【０００８】
適用例１に記載の燃料電池によれば、セパレータの凸部上に重なるように、第１のガスシール凸部と第２のガスシール凸部の少なくとも一方を配置しているため、ガス流路シール部におけるガスシール性を高めることができる。また、冷媒シールの位置が、ガスシール位置よりも、ガスセパレータの外周側に配置されているため、ガスが流れて電気化学反応が起こり得る領域全体を、冷媒によって効率良く冷却することができる。このような燃料電池において、セパレータ凸部の裏返し構造である凹部が形成する空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部が設けられているため、ガスシール性を高めるためにセパレータ凸部を設けたことに起因する、冷媒流路における冷媒の脇流れの増大を抑えることができる。冷媒の脇流れを抑制することにより、冷媒流路形成部内を流れる冷媒流量を相対的に増加させることができるため、冷媒による燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記冷媒脇流れ抑制部は、前記凹部内に嵌め込まれた独立の部材から成る燃料電池。適用例２の燃料電池によれば、冷媒脇流れ抑制部を構成する材料の選択の自由度を高めることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例１記載の燃料電池であって、前記冷媒脇流れ抑制部は、前記セパレータ凸部が形成されたセパレータと前記冷媒流路を介して隣り合うセパレータにおいて、前記セパレータ凸部の裏返し構造である前記凹部の凹面に対して凸となるように設けた突出部である燃料電池。適用例３記載の燃料電池によれば、冷媒脇流れ抑制部をセパレータと一体で形成するため、冷媒脇流れ抑制部を設けることに起因する部品点数の増加を抑えることができる。さらに、燃料電池の組み立て時には、セパレータに設けた冷媒脇流れ抑制部である突出部を、隣り合うセパレータの凹部に嵌め込めばよいため、セパレータ間の位置合わせを容易化することができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１記載の燃料電池であって、前記冷媒脇流れ抑制部は、前記冷媒流路シール部と一体で形成されている燃料電池。適用例４記載の燃料電池によれば、冷媒脇流れ抑制部を冷媒流路シール部と一体で形成するため、冷媒脇流れ抑制部を設けることに起因する部品点数の増加を抑えることができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例１記載の燃料電池であって、前記冷媒脇流れ抑制部は、前記冷媒流路形成部材の外周の一部を延出させることによって形成されている燃料電池。適用例５記載の燃料電池によれば、冷媒脇流れ抑制部を冷媒流路形成部と一体で形成するため、冷媒脇流れ抑制部を設けることに起因する部品点数の増加を抑えることができる。さらに、燃料電池の組み立て時には、冷媒流路形成部に設けた冷媒脇流れ抑制部を、セパレータの凹部に嵌め込めばよいため、セパレータに対して冷媒流路形成部を位置合わしつつ積層する動作を、容易化することができる。
【００１３】
［適用例６］
適用例１ないし５いずれか記載の燃料電池であって、前記冷媒脇流れ抑制部が設けられた前記凹部は、前記冷媒流路形成部材の外周と前記冷媒流路シール部との間であって、前記冷媒流路への前記冷媒の流入部、および、前記冷媒流路からの前記冷媒の流出部から、離間した位置に設けられている燃料電池。適用例６記載の燃料電池によれば、冷媒の脇流れは、冷媒流路形成部と冷媒流路シール部との間の空隙であって、冷媒の流入部および流出部から離間した位置において生じるため、冷媒流路における脇流れを効果的に抑制することができる。
【００１４】
［適用例７］
適用例１ないし６いずれか記載の燃料電池であって、
前記第１および第２のガスシール凸部は、前記膜−電極接合体で電気化学反応が進行する発電領域の外周全体を囲むように形成され、
前記第１のガスシール部材は、前記一対のセパレータの一方と前記膜−電極接合体との間に形成される第１のガスの流路への前記第１のガスの流入部、および、前記第１のガス流路からの前記第１のガスの流出部において、前記第１のガスの通り道となる第１の連通孔が形成されており、
前記第２のガスシール部材は、前記一対のセパレータの他方と前記膜−電極接合体との間に形成される第２のガスの流路への前記第２のガスの流入部、および、前記第２のガス流路からの前記第２のガスの流出部において、前記第２のガスの通り道となる第２の連通孔が形成されている
燃料電池。
【００１５】
適用例７記載の燃料電池によれば、ガス流路に対するガスの流出入は、第１および第２の連通孔によって確保することができる。このとき、発電領域の外周全体を囲むように形成された第１および第２のガスシール凸部によって膜−電極接合体を挟んで、ガス流路をシールするため、接着などの特別な動作を行なうことなく各部材を積層するだけで、燃料電池の組付けを容易に行なうことが可能になる。
【００１６】
［適用例８］
適用例７記載の燃料電池であって、前記第２のガスシール凸部の頭頂部は、前記第１のガスシール凸部の頭頂部よりも、前記発電領域の外周から離間した位置に配置されており、前記第１のガスシール凸部と前記第２のガスシール凸部とは、各々の凸部の頭頂部近傍の側面において、前記膜−電極接合体を介して接する燃料電池。適用例８記載の燃料電池によれば、ガスシール凸部の頭頂部同士の点（あるいは線）による接触ではなく、面による接触によって、ガスシールを行なうことができる。そのため、各構成部材を積層して燃料電池を組み立てる際に、凸部の頭頂部でシール性を確保する場合ほどには、位置合わせを厳密に行なう必要がなく、積層の動作を容易化することができる。また、このように面による接触でシール性を確保する燃料電池においては、ガスセパレータ間に僅かな位置ずれが生じたとしても、各ガスシール凸部間の接触部において締結圧が損なわれ難いため、必要な締結圧を確保して高いシール性を維持することが可能になる。
【００１７】
［適用例９］
適用例８記載の燃料電池であって、前記第１のガスシール部材は、さらに、前記第２のガスシール凸部よりも前記発電領域の外周全体から離間した位置に、前記発電領域の外周全体を囲むように形成された第３のガスシール凸部を備え、前記第２のガスシール凸部と前記第３のガスシール凸部とは、各々の凸部の頭頂部近傍の側面において互いに接する燃料電池。適用例９記載の燃料電池によれば、ガス流路のシールを、第１のガスシール凸部と第２のガスシール凸部との接触部、および、第２のガスシール凸部と第３のガスシール凸部との間の接触部の２カ所で確保するため、ガスシールの信頼性を高めることができる。
【００１８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池における流体のシール方法や、燃料電池用セパレータなどの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】燃料電池１０の概略構成を表わす断面模式図である。
【図２】アノード対向セパレータ３０の様子を模式的に表わす平面図である。
【図３】カソード対向セパレータ３１の様子を模式的に表わす平面図である。
【図４】ガスセパレータ３０における線状凸部および凹部の形状（平面的な配置）を表わす平面図である。
【図５】ガスセパレータ３１における線状凸部および凹部の形状（平面的な配置）を表わす平面図である。
【図６】線状凸部に締結圧が加わる様子を表わす説明図である。
【図７】燃料電池１０の概略構成を表わす断面模式図である。
【図８】シーリングプレート３６の様子を表わす側面図である。
【図９】冷媒脇流れ抑制部４２が配置された様子を表わす断面模式図である。
【図１０】冷媒が流れる様子をガスセパレータ３０の冷媒流路面上で示す説明図である。
【図１１】燃料電池１１０の構成を表わす断面模式図である。
【図１２】燃料電池２１０の構成を表わす断面模式図である。
【図１３】ガスケット２３４の構成を表わす平面図である。
【図１４】燃料電池３１０の構成を表わす断面模式図である。
【図１５】冷媒流路形成部３２５の構成を表わす平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．燃料電池１０の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例の燃料電池１０の概略構成を表わす断面模式図である。本実施例の燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池であり、図１に示す単セル１５を複数積層したスタック構造を有している。
【００２１】
単セル１５は、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された電極（アノードおよびカソード）と、を備える膜−電極接合体（ＭＥＡ、Membrane Electrode Assembly）２０を備える。また、ＭＥＡ２０を両側から挟持する一対のガス拡散層２１，２２と、ガス拡散層２１，２２に接するように積層された一対のガス流路形成部２３，２４と、ガス流路形成部２３，２４に接するようにさらに積層された一対のガスセパレータ３０，３１と、を備える。ガスセパレータ３０とＭＥＡ２０との間には、水素を含有する燃料ガスが流れるセル内燃料ガス流路が形成され、ガスセパレータ３１とＭＥＡ２０との間には、酸素を含有する酸化ガス（本実施例では、空気）が流れるセル内酸化ガス流路が形成される。以下の説明では、ガスセパレータ３０を、アノード対向セパレータ３０とも呼ぶこととし、ガスセパレータ３１を、カソード対向セパレータ３１とも呼ぶこととする。また、複数の単セル１５が積層されて成る本実施例の燃料電池１０において、隣り合う単セル間には、一方の単セル１５が備えるガスセパレータ３０と、他方の単セル１５が備えるガスセパレータ３１との双方に接するように冷媒流路形成部２５が配置されて、セル間冷媒流路が形成されている。
【００２２】
電解質膜は、固体高分子材料、例えば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あり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノードおよびカソードは、触媒（例えば白金、あるいは白金合金）を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体（例えば、カーボン粒子）上に担持させることによって形成されている。カソードおよびアノードを形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜上に塗布すればよい。ガス拡散層２１，２２は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロスによって形成することができる。ＭＥＡ２０とガス拡散層２１，２２とは、ＭＥＡ２０をガス拡散層２１，２２によって挟持して、プレス接合することによって一体化されている。
【００２３】
ガス流路形成部２３，２４は、エキスパンドメタルや発泡金属などの金属製多孔質体や、波板状の金属板、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製のエキスパンドメタルを用いている。ガス拡散層２１とガスセパレータ３０の間において、ガス流路形成部２３によって形成される空間は、ガス拡散層２１内に形成される空間と共に、既述したセル内燃料ガス流路として機能する。また、ガス拡散層２２とガスセパレータ３１の間において、ガス流路形成部２４によって形成される空間は、ガス拡散層２２内に形成される空間と共に、既述したセル内酸化ガス流路として機能する。
【００２４】
冷媒流路形成部２５は、エキスパンドメタルや発泡金属などの金属製多孔質体や、波板状の金属板、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製の波板状部材を用いている。ガスセパレータ３０と３１との間において、冷媒流路形成部２５によって形成される空間は、既述したセル間冷媒流路として機能する。
【００２５】
ガスセパレータ３０，３１は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成される薄板状部材である。本実施例では、ステンレス鋼を用いて形成しており、ガスセパレータ３０，３１に設けた後述する凹凸形状や孔部を、プレス加工や打ち抜き加工により形成することによって、ガスセパレータ３０，３１を薄型化している。ガスセパレータ３０，３１は、既述したセル内燃料ガス流路、セル内酸化ガス流路、あるいはセル間冷媒流路の壁面を成す部材であって、ガス流路形成部２３，２４あるいは冷媒流路形成部２５との接触部分は平坦面に形成されると共に、その他の部分には所定の凹凸形状が形成されている。
【００２６】
図２は、アノード対向セパレータ３０の様子を模式的に表わす平面図である。図２（Ａ）は、セル内燃料ガス流路を形成する面（ガス流路面）を表わし、図２（Ｂ）は、セル間冷媒流路を形成する面（冷媒流路面）を表わす。図３は、カソード対向セパレータ３１の様子を模式的に表わす平面図である。図３（Ａ）は、セル内酸化ガス流路を形成する面（ガス流路面）を表わし、図３（Ｂ）は、セル間冷媒流路を形成する面（冷媒流路面）を表わす。ガスセパレータ３０，３１は、その外周近くに、複数の孔部（孔部５０〜５９）を備えている。具体的には、ガスセパレータ３０，３１の一辺（図２（Ａ）および図３（Ａ）に示す辺ａ）に沿って、辺ａの方向を長手方向とする孔部である孔部５０〜５２が形成され、辺ａに対向する辺（図２（Ａ）および図３（Ａ）に示す辺ｂ）に沿って、辺ｂの方向を長手方向とする孔部である孔部５３〜５５が形成されている。また、ガスセパレータ３０，３１の他の辺（図２（Ａ）および図３（Ａ）に示す辺ｃ）に沿って、辺ｃの方向を長手方向とする孔部である孔部５６，５７が形成されており、辺ｃに対向する辺（図２（Ａ）および図３（Ａ）に示す辺ｄ）に沿って、辺ｄの方向を長手方向とする孔部である孔部５８，５９が形成されている。単セル１５を複数積層して燃料電池を組み立てると、各ガスセパレータの対応する位置に設けられた孔部は、互いに重なり合って、ガスセパレータの（以下、積層方向と呼ぶ）に燃料電池内部を貫通する流体流路を形成する。具体的には、孔部５０〜５２は、セル内酸化ガス流路へと酸化ガスを供給する酸化ガス供給マニホールドを形成し（図２、３ではAir inと表わす）、孔部５３〜５５は、セル内酸化ガス流路から酸化ガスが排出される酸化ガス排出マニホールドを形成する（図２、３ではAir outと表わす）。また、孔部５６は、セル内燃料ガス流路から燃料ガスが排出される燃料ガス排出マニホールドを形成し（図２、３ではH２ outと表わす）、孔部５９は、セル内燃料ガス流路へと燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールドを形成する（図２、３ではH２ inと表わす）。また、孔部５７は、セル間冷媒流路へと冷媒を供給する冷媒供給マニホールドを形成し（図２、３ではCLT inと表わす）、孔部５８は、セル間冷媒流路から冷媒が排出される冷媒排出マニホールドを形成する（図２、３ではCLT outと表わす）。
【００２７】
なお、図１および図２（Ａ）において、ＭＥＡ２０において電気化学反応が進行する領域、具体的には、ＭＥＡ２０とガス拡散層２１，２２とが接する領域と、積層方向に重なる領域を、発電領域として示している。図２（Ａ）に示すように、発電領域は、四角形状に形成されている。また、図１に示すように、本実施例では、ガス流路形成部２３，２４、冷媒流路形成部２５もまた、発電領域と重なる形状に形成されている。
【００２８】
Ｂ．シールに係る構成：
図１〜３に示すように、燃料電池１０は、ガスセパレータ３０，３１上に、さらに、ガスケット３２，３４，３５および、シーリングプレート３３，３６を備えている。燃料電池１０では、これらのガスケットおよびシーリングプレートに線状の頭頂部を有する凸部を設けることによって、セル内燃料ガス流路、セル内酸化ガス流路、およびセル間冷媒流路をシールしている。なお、ガスケットおよびシーリングプレートは、共に、流路をシールするための部材であるが、シーリングプレートは、全体としてセル内ガス流路（セル内燃料ガス流路およびセル内酸化ガス流路）をシールしつつ、特定箇所において、セル内ガス流路とガスマニホールドとの間のガスの流通を可能にする。シーリングプレートの構造については、後に詳しく説明する。なお、図１は、図２にける１−１断面であって、孔部５１およびその近傍の様子を表わしている。
【００２９】
図４および図５は、ガスセパレータ３０、３１上に配置されたガスケットやシーリングプレートに形成された線状凸部の形状（頭頂部の平面的な配置）、および、ガスセパレータ３０，３１に形成された凹部を表わす平面図である。具体的には、図４（Ａ）は、ガスセパレータ３０のガス流路面に配置されたガスケットおよびシーリングプレートに形成された線状凸部の形状を表わす。図４（Ｂ）は、ガスセパレータ３０の冷媒流路面に配置されたガスケットに形成された線状凸部、および、ガスセパレータ３０の冷媒流路面に形成された凹部の形状を表わす。図５（Ａ）は、ガスセパレータ３１のガス流路面に配置されたガスケットおよびシーリングプレートに形成された線状凸部の形状を表わす。図５（Ｂ）は、ガスセパレータ３１の冷媒流路面に形成された凹部の形状を表わす。なお、図４および図５では、図２および図３に示したガスケットおよびシーリングプレートの内、シーリングプレートの位置のみ破線で示す。本実施例の燃料電池１０では、ガスセパレータ３０，３１に凹凸形状を形成すると共に、形成したセパレータ凸部上に、ガスケットの線状凸部を重ねて配置することにより、セル内ガス流路におけるシール性の向上を図っている。以下に、シールに係る構造の説明として、まず、ガスケットおよびシーリングプレートの配置と、ガスケットおよびシーリングプレートに形成した線状の凸部の配置について詳しく説明する。
【００３０】
ガスセパレータ３０のガス流路面側において、孔部５０〜５９が設けられた領域よりも中心部寄りの位置であって、発電領域よりも外周寄りの位置には、ガスケット３２およびシーリングプレート３３が配置されている（図２（Ａ）参照）。これらガスケット３２およびシーリングプレート３３は、全体として第１のガス流路シール部材を構成しており、セル内燃料ガス流路をシールするための凸部である第１線状凸部６０および第３線状凸部６２が形成されている（図１参照）。第１線状凸部６０および第３線状凸部６２は、発電領域の外周全体を囲む形状に形成されると共に、第１線状凸部６０よりも第３線状凸部６２の方が、より外周寄りに形成されている（図４（Ａ）参照）。
【００３１】
また、ガスセパレータ３１のガス流路面側には、ガスケット３５およびシーリングプレート３６が配置されている（図３（Ａ）参照）。孔部５０〜５９が設けられた領域よりも中心部寄りの位置であって、発電領域よりも外周寄りの位置には、ガスケット３５の一部とシーリングプレート３６が配置されている。これらこれらガスケット３５の一部とシーリングプレート３６は、全体として第２のガス流路シール部材を構成しており、セル内酸化ガス流路をシールするための凸部である第２線状凸部６１が形成されている（図１参照）。この第２線状凸部６１は、発電領域の外周全体を囲む形状に形成されている（図５（Ａ）参照）。第２線状凸部６１は、積層方向に第１線状凸部６０と重なる位置と、積層方向に第３線状凸部６２と重なる位置との間に設けられており、ＭＥＡ２０を介して、第１線状凸部６０および第３線状凸部６２と接触する（図１参照）。なお、ＭＥＡ２０において、第２線状凸部６１と第１線状凸部６０との間に挟まれる部位よりも外周寄りには、電極が形成されている必要はない。このように、第２線状凸部６１と、第１線状凸部６０および第３線状凸部６２とが接触することにより、セル内燃料ガス流路およびセル内酸化ガス流路がシールされる。
【００３２】
ガスセパレータ３１のガス流路面側において、ガスケット３５には、上記第２線状凸部６１に加えてさらに、第４線状凸部６３が形成されている（図１参照）。この第４線状凸部６３は、第２線状凸部６１が形成された位置以外の、孔部５０〜５９を囲む位置に形成されている（図５（Ａ）参照）。第４線状凸部６３は、単セル１５内でガスセパレータ３１に対向して配置されたガスセパレータ３０表面に当接している（図１参照）。これにより、孔部５０〜５９の外周において、ガスあるいは冷媒がシールされる。なお、図２（Ａ）および図４（Ａ）に示したガスセパレータ３０のガス流路面においては、第４線状凸部６３の頭頂部が当接する箇所を、シーリングラインＳＬとして２点鎖線で示している。
【００３３】
また、ガスセパレータ３０の冷媒流路面には、第５線状凸部６４が形成されたガスケット３４が配置されている（図１参照）。ガスケット３４および第５線状凸部６４は、発電領域を囲む位置と、孔部５０〜５９を囲む位置とに配置されている（図２（Ｂ）、図４（Ｂ）参照）。第５線状凸部６４は、冷媒流路形成部２５を介して隣接する単セル１５が備えるガスセパレータ３１の表面に当接する（図１参照）。これにより、セル間冷媒流路がシールされると共に、孔部５０〜５９の外周において、ガスあるいは冷媒がシールされる。ただし、第５線状凸部６４は、発電領域の全周を囲んで形成されているのではなく、発電領域の全周の内、孔部５７および孔部５８の長手方向の辺に沿った位置には設けられていない。すなわち、セル間冷媒流路への冷媒の流入部である孔部５７に沿う領域、および、セル間冷媒流路からの冷媒の流出部である孔部５８に沿い領域には設けられていない。これにより、セル間冷媒流路と冷媒マニホールドとが連通可能となっている。なお、図３（Ｂ）および図５（Ｂ）に示したガスセパレータ３１の冷媒流路面においては、第５線状凸部６４の頭頂部が当接する箇所を、シーリングラインＳＬとして２点鎖線で示している。
【００３４】
単セル１５が積層されて成る燃料電池１０では、上記のようにガスセパレータ３０，３１上に配置されたガスケットやシーリングプレートに形成された各々の線状凸部が、積層方向に重なる位置に配置される。燃料電池１０では、後述するように、積層方向に締結圧が加えられており、締結圧に対して、ガスセパレータやシーリングプレートからガスセパレータへと反力が生じることで、シール性が実現される。ここで、燃料電池１０では、積層方向に重なる冷媒シールの位置（第５線状凸部６４がガスセパレータ３１に当接する位置）の方が、積層方向に重なるガスシールの位置（第１線状凸部６０と第２線状凸部６１とが、ＭＥＡ２０を介して接する位置）よりも、ガスセパレータの外周寄りに設けられている。そのため、冷媒によって、ガスが流れて電気化学反応が起こり得る領域全体を効率良く冷却することができる。また、第３線状凸部６２と第５線状凸部６４とは、ガスセパレータ３０の双方の面において互いに重なる位置に設けられている。これにより、燃料電池１０全体で、第３線状凸部６２と第５線状凸部６４とが互いに支え合い、各々の線状凸部におけるシール性を高めることができる。
【００３５】
ガスセパレータ３０，３１においては、ガスケットが備える線状凸部と重なる位置の一部に、線状凸部と同じ向きに凸となる凸部が、表裏反転する形状として設けられている。このようなガスセパレータ３０，３１に形成された凸部上では、ガスケットの線状凸部は、凸部に沿う形状に形成されている。具体的には、ガスセパレータ３０のガス流路面では、ガスケット３２に形成された第１線状凸部６０と重なる位置に、セパレータ凸部７０が設けられている（図１参照）。シーリングプレート３３に形成された第１線状凸部６０と重なる位置には、セパレータ凸部７０は設けられていない。図４（Ａ）では、第１線状凸部６０の内、セパレータ凸部７０上に形成された部分（ガスケット３２に形成された部分）は、より太い線で表わし、セパレータ凸部７０が形成されていない平坦面上に形成されている部分（シーリングプレート３３に形成された部分）は、より細い線で表わしている。なお、第３線状凸部６２の一部は、後述するように線状の凹部上に形成されているが、図４（Ａ）では、第３線状凸部６２については、より細い線で表わしている。
【００３６】
同様に、ガスセパレータ３１のガス流路面では、ガスケット３５に形成された第２線状凸部６１と重なる位置に、セパレータ凸部７１が設けられている（後述する図７参照）。シーリングプレート３６に形成された第２線状凸部６１と重なる位置には、セパレータ凸部７１は設けられていない。図５（Ａ）では、第２線状凸部６１の内、セパレータ凸部７１上に形成された部分（ガスケット３５に形成された部分）は、より太い線で表わし、セパレータ凸部７１が形成されていない平坦面上に形成されている部分（シーリングプレート３６に形成された部分）は、より細い線で表わしている。なお、第４線状凸部６３は、平坦面上に形成されているため、より細い線で表わしている。
【００３７】
同様に、ガスセパレータ３０の冷媒流路面では、ガスケット３４に形成された第５線状凸部６４の内の、発電領域の外周に沿って設けられた部分と重なる位置に、セパレータ凸部７４が設けられている（図１参照）。図４（Ｂ）では、第５線状凸部６４の内、セパレータ凸部７４上に形成された部分は、より太い線で表わし、セパレータ凸部７４が形成されていない平坦面上に形成されている部分は、より細い線で表わしている。
【００３８】
このように、各ガスセパレータ３０，３１にセパレータ凸部７０，７１，７４を設け、凸部７０，７１，７４を線状凸部が覆うようにガスケットを配置することにより、本実施例では、セル内ガス流路およびセル間冷媒流路におけるシール性を向上させている。図６は、燃料電池の内部において、ガスケットに形成された線状凸部に締結圧が加わる様子を表わす説明図である。図６（Ａ）は、セパレータ凸部７０，７１，７４上に、線状凸部を有するガスケット３２，３４，３５を配置した様子を表わす説明図であり、図６（Ｂ）は、セパレータ凸部を有しない平坦なガスセパレータ面上にガスケットを配置した様子を表わす説明図である。図６中、ガスケットとガスセパレータとの接触部に加えられる締結圧は、白抜きの矢印で示しており、締結圧に対してガスケットにおいてガスセパレータに対して生じる反力は、ハッチを付した矢印で示している。図６（Ａ）に示すように、セパレータ凸部上にガスケットを配置する場合には、線状凸部の頭頂部近傍の位置においてガスケットの厚みが抑えられているため、ガスケットと接触するいずれのガスセパレータとの間においても、ガスケットにおいて強い反力が生じ、セル内ガス流路におけるシール性を充分に確保することができる。これに対して、図６（Ｂ）に示すように、セパレータ凸部を形成しない平坦面上にガスケットを配置する場合には、線状凸部の頭頂部近傍の位置においてガスケットの厚みが特に厚くなるため、線状凸部とは反対側の面では、ガスケットからガスセパレータに生じる反力が弱くなってしまう。
【００３９】
また、ガスセパレータ３０，３１に設けられたガス流路面側に凸であるセパレータ凸部７０，７１は、既述したように表裏反転する形状であるため、各ガスセパレータの裏面には凹部が形成されている。図４（Ｂ）では、セパレータ凸部７０の裏面形状としての凹部８０の位置が、一点鎖線で示されている。また、図５（Ｂ）では、セパレータ凸部７１の裏面形状としての凹部８１が、一点鎖線で示されている。なお、ガスセパレータ３０では、冷媒流路側に凸であるセパレータ凸部７４の裏側形状として、ガス流路面側に凹部が形成されているが、この凹部上には、ガスケット３２に形成された第３線状凸部６２が配置されているため、図４（Ａ）においてこの凹部は表わされていない。
【００４０】
既述したように、シーリングプレート３３，３６は、セル内ガス流路をシールすると共に、セル内ガス流路と、このセル内ガス流路に対応するガスセパレータとを連通させる部材である。シーリングプレート３３は、セル内燃料ガス流路と燃料ガスマニホールド（孔部５６あるいは５９）とを連通させる。また、シーリングプレート３６は、セル内酸化ガス流路と酸化ガスマニホールド（孔部５０〜５５）とを連通させる。図７は、シーリングプレート３６が表わされた図１と同様に、シーリングプレート３３が配置される様子を表わす断面模式図である。図７は、孔部５９およびその近傍の様子を表わしており、図７に示す断面の位置は、７−７断面として図２（Ａ）に示されている。図１および図７では、ガスマニホールドを流れる酸化ガス（図１中のＯ２）あるいは燃料ガス（図７中のＨ２）がセル内ガス流路へと流れ込む様子を、白抜きの矢印で示している。
【００４１】
シーリングプレート３３，３６には、上記したセル内ガス流路とマニホールドとを連通可能となるように、複数の連通孔３８が形成されている。図８は、図１に示したシーリングプレート３６の様子を表わす側面図であり、図１において酸化ガスの流れ方向を表わした矢印と同じ方向からシーリングプレート３６を見た様子を表わしている。図８に示したシーリングプレート３６には、セル内酸化ガス流路と孔部５１とを連通させるための平行な複数の連通孔３８が形成されている。他のシーリングプレート３６および３３にも、同様に、ガスマニホールドとセル内ガス流路との間のガス流れ方向と平行に、複数の連通孔が形成されている。
【００４２】
ここで、シーリングプレート３３，３６は、燃料電池１０を構成する各部材を積層して全体を締結する際に、締結圧によって連通孔３８が潰れない程度の剛性を有する部材によって構成されている。具体的には、シーリングプレート３３，３６は、例えば、燃料電池１０の運転温度で充分に安定なプラスチック等の樹脂、あるいは、樹脂コーティングされた薄板状金属によって構成することができる。樹脂材料を用いる場合には、例えば射出成形によってシーリングプレート３３，３６の形状に成形すればよい。連通孔３８は、成形の後に、例えば、切削加工等に形成することができる。なお、ガスセパレータ３０，３１において、シーリングプレート３３，３６が配置される箇所には、セパレータ凸部７０，７１が設けられていないため、シーリングプレート３３，３６に形成された連通孔３８において、これらのセパレータ凸部によってガスの流れが抑制されることがない。
【００４３】
なお、ガスケット３２，３４，３５は、燃料電池１０の締結時に、隣接部材との間でシーリングのための反力を生じる弾性を有すると共に、燃料電池１０の運転温度で充分に安定な部材によって構成すればよい。このようなガスケットの材料としては、ゴムや、熱可塑性エラストマーを用いることができる。ゴムとしては、例えば、シリコン系ゴム、ポリイソブチレン（ＰＩＢ、ブチルゴム）、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭなどのエチレン・プロピレン系ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ウレタンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＮ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、多硫化ゴム、エピクロロヒドリンゴム（ＣＯ、ＣＥＯ）を用いることができる。熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマーやフッ素系エラストマーを用いることができる。ガスケット３２，３４，３５もまた、例えば射出成形によって形成すればよい。
【００４４】
このようにして作製したシーリングプレート３３，３６およびガスケット３２，３４，３５は、燃料電池１０の組み立てに先立って、ガスセパレータ３０，３１上の所定の位置に固着させておけばよい。ガスセパレータ３０，３１において、各ガスケットおよびシーリングプレートが配置される箇所には所定の凹凸形状が形成されているため、このようなガスセパレータの凹凸形状にガスケットおよびシーリングプレートを嵌め込むことにより、ガスケットおよびシーリングプレートの固着を行なうことができる。あるいは、ガスケットおよびシーリングプレートをガスセパレータに固着させる際の信頼性を高めるために、接着剤を用いて固着させることとしても良い。いずれの場合であっても、ガスケットおよびシーリングプレートとガスセパレータとが、対応する凹凸形状を有することにより、容易に位置合わせして、両者を固着させることができる。さらに、ガスケットおよびシーリングプレートは、ガスセパレータ３０，３１と別体で形成するのではなく、一体で形成しても良い。すなわち、ガスケットあるいはシーリングプレートに対応する形状を有する金型内に、ガスセパレータ３０，３１を配置して、射出成形を行なってガスケットあるいはシーリングプレートを形成することにより、ガスケットあるいはシーリングプレートをガスセパレータ３０，３１と一体形成することもできる。
【００４５】
Ｃ．冷媒の脇流れ抑制に係る構成：
燃料電池１０においては、既述したように、ガスセパレータ３０，３１において、ガスケットに設けた線状凸部と重なる位置に、セパレータ凸部７０，７１を設けており、ガスセパレータ３０，３１の冷媒流路面側には、上記セパレータ凸部の裏返し形状としての凹部８０，８１が形成されている。ここで、隣り合う単セル１５間に形成されるセル間冷媒流路では、冷媒流路形成部２５の外周と、ガスケット３４との間に、空隙が形成される。このような空隙を冷媒が流れる際の流路抵抗は、一般に、冷媒流路形成部２５内の細孔を冷媒が流れる際の流路抵抗よりも小さくなる。特に、冷媒流路形成部２５の外周とガスケット３４との間の空隙に凹部８０，８１が形成されている場合には、流路抵抗の小さい空隙において冷媒の流路断面積が大きくなることにより、冷媒がさらに流れやすくなる。このように、冷媒流路形成部２５の外周に形成される空隙を流れる冷媒（以下、冷媒流路形成部２５の外周を冷媒が流れることを、冷媒の脇流れという）の流量が増加すると、冷媒流路形成部２５内部を流れる冷媒流量が相対的に減少する。本実施例では、このような冷媒の脇流れを抑制するために、冷媒流路形成部２５の外周の空隙に、冷媒脇流れ抑制部を設けている。
【００４６】
ガスセパレータ３０上において、第１線状凸部６０と重なるセパレータ凸部７０の裏側構造である凹部８０には、独立の部材である冷媒脇流れ抑制部４０が配置されている（図１および図４（Ｂ）参照）。凹部８０は、冷媒流路形成部２５の外周とガスケット３４との間において、ガスセパレータ３０の長手方向の辺（辺ａおよび辺ｂ）に沿って延出する形状に形成されており、冷媒脇流れ抑制部４０は、上記長手方向の辺の中央部近傍に配置されている。図１に示すように、冷媒脇流れ抑制部４０は、凹部８０の内壁面形状に沿う形状に形成された先端部を、凹部８０に嵌め込むことによって配置されている。冷媒脇流れ抑制部４０の他端は、ガスセパレータ３０に対向するガスセパレータ３１に接しているが、接しないこととしても良い。ただし、冷媒脇流れ抑制部４０の他端がガスセパレータ３１に接する場合には、冷媒脇流れ抑制部４０の高さは、燃料電池１０の締結時に、冷媒流路形成部２５にかかる締結圧を低減させない高さとすることが望ましい。これにより、冷媒脇流れ抑制部４０に起因する接触抵抗の増大を抑制することができる。また、冷媒脇流れ抑制部４０は、締結時にガスケット３４よりも大きな反力を発生しないことが望ましい。これにより、冷媒脇流れ抑制部４０を設けることに起因するセル間冷媒流路におけるシール性の低下を抑制できる。このような冷媒脇流れ抑制部４０は、金属板や樹脂プレート等、燃料電池１０の運転温度で安定な種々の材料から成る部材によって構成することができる。冷媒脇流れ抑制部４０を、燃料電池１０を構成する他の部材とは別体の独立した部材とすることで、冷媒脇流れ抑制部４０の構成材料の選択の自由度を高めることができる。例えば、ゴムや熱可塑性エラストマー等から成る弾性部材を用いれば、冷媒脇流れ抑制部４０をガスセパレータ３０上の所定の位置に嵌め込んで保持する動作が容易となる。また、樹脂製の部材を用いる場合には、冷媒脇流れ抑制部４０に起因する燃料電池１０の重量増加を抑制することができる。さらに、冷媒脇流れ抑制部４０を独立の部材で構成することにより、燃料電池１０の組み立ての際に、ガスセパレータ３０上に冷媒脇流れ抑制部４０を配置した後に冷媒流路形成部２５を積層する場合には、冷媒脇流れ抑制部４０が配置された位置よりもガスセパレータ３０の中央部よりの位置に冷媒流路形成部２５を配置すればよい。そのため、冷媒流路形成部２５を配置する際の位置合わせが容易になる効果が得られる。
【００４７】
同様に、ガスセパレータ３１上において、第２線状凸部６１と重なる位置に設けたセパレータ凸部７１の裏側構造である凹部８１には、独立の部材である冷媒脇流れ抑制部４２が配置されている。図９は、冷媒脇流れ抑制部４２が配置された位置に対応する図３（Ｂ）の９−９断面であって、孔部５０と孔部５１との間の領域の近傍の様子を表わす断面模式図である。ここで、９−９断面には、冷媒脇流れ抑制部４０は設けられていないが、図９では、冷媒脇流れ抑制部４０に対応する位置を、破線で示している。また、図３（Ｂ）および図５（Ｂ）においては、冷媒脇流れ抑制部４２の平面的な配置を示している。ガスセパレータ３１には、孔部５０と５１、孔部５１と５２、孔部５３と５４、孔部５４と５５の間の領域の近傍において、凹部８１が形成されており（図５（Ｂ）参照）、この凹部８１に嵌め込まれるように、冷媒脇流れ抑制部４２が配置されている（図９参照）。図９に示す冷媒脇流れ抑制部４２は、ガスセパレータ３０には当接しない形状であるが、ガスセパレータ３０に当接する形状としても良い。また、冷媒脇流れ抑制部４２は、既述した冷媒脇流れ抑制部４０と同様に種々の材料から成る部材により構成することが可能であるが、弾性部材によって構成すれば、凹部８１に嵌め込んで保持する動作が容易となる。なお、冷媒脇流れ抑制部４０，４２は、接着剤を用いてガスセパレータ３０，３１上に接着しても良い。
【００４８】
燃料電池１０を組み立てる際には、ガスセパレータ３０，３１上の所定の位置に、ガスケット３２，３４，３５、および、シーリングプレート３３，３６を固着させると共に、冷媒脇流れ抑制部４０，４２を嵌め込む。そして、このようなガスセパレータ３０，３１と、ＭＥＡ２０、ガス拡散層２１，２２、ガス流路形成部２３，２４、および冷媒流路形成部２５を、順次積層する。このように、単セル１５の積層体を作製する際には、その両端部の各々に、出力端子を備える集電板と、絶縁板と、エンドプレートとが配置される。そして、エンドプレートの両側から所定の押圧力を加えつつ、燃料電池１０全体の締結が行なわれ、燃料電池１０が完成する。
【００４９】
以上のように構成された本実施例の燃料電池１０によれば、ガスセパレータ３０，３１のガス流路面側に設けられたセパレータ凸部７０，７１上に重なるように、ガスケット３２，３５あるいはシーリングプレート３３，３６に設けた線状凸部６０，６１を配置しているため、線状凸部６０，６１におけるシール性を高めることができる。また、燃料電池１０では、積層方向に重なる冷媒シールの位置の方が、積層方向に重なるガスシールの位置よりも、ガスセパレータの外周寄りに設けられているため、ガスが流れて電気化学反応が起こりうる領域全体を、効率良く冷却することができる。このような燃料電池１０において、本実施例では、ガスセパレータ３０，３１の冷媒流路面側に、セパレータ凸部７０，７１の裏側構造である凹部８０，８１に冷媒脇流れ抑制部４０，４２が設けられているため、シール性を高めるためにセパレータ凸部７０，７１を設けたことに起因する冷媒の脇流れの増大を抑えることができる。冷媒の脇流れを抑制することにより、冷媒流路形成部２５内を流れる冷媒流量を相対的に増加させることができるため、冷媒による燃料電池１０の冷却効率を向上させることができる。
【００５０】
ここで、セル間冷媒流路では、冷媒は、冷媒供給マニホールドを構成する孔部５７から、冷媒排出マニホールドを構成する孔部５８へと流れる。そのため、セル間冷媒流路における脇流れは、孔部５６，５０，５１，５２に沿う流れと、孔部５３，５４，５５，５９に沿う流れとが生じる。図１０は、冷媒が流れる様子を、ガスセパレータ３０の冷媒流路面上において示す説明図である。図１０では、冷媒の脇流れの様子を、破線の矢印で示している。また、図１０では、冷媒流路形成部２５内を流れる冷媒を、孔部５７から孔部５８へと向かう白抜き矢印によって表わしている。
【００５１】
セル間冷媒流路を冷媒が流れる際の圧損の内、冷媒流路形成部２５内を冷媒が流れる際の圧損をΔＰ１、冷媒流路形成部２５の外周に形成される空隙を冷媒が脇流れする際の圧損をΔＰ２とすると（図１０参照）、冷媒流路形成部２５内を通過する（発電領域を流れる）冷媒の流量を確保するためには、「ΔＰ１＜ΔＰ２」とする必要がある。本実施例では、シール性を高めるためにセパレータ凸部７０，７１を設けたことにより、その裏側構造としての凹部８０，８１において冷媒流路の断面積が大きくなる。このような凹部８０，８１に冷媒脇流れ抑制部４０，４２を設けることにより、冷媒が脇流れする際の圧損ΔＰ２の低下を抑制することができる。冷媒脇流れ抑制部４０，４２の形状は、「ΔＰ１＜ΔＰ２」を実現できる形状であれば良く、これにより、冷媒流路形成部２５内を流れる冷媒流量を確保する効果を得ることができる。
【００５２】
ガスセパレータ３０，３１の冷媒流路面側に設けられた凹部の内、特に凹部８０は、ガスセパレータ３０の長手方向の辺（辺ａあるいは辺ｂ）に沿って連続して設けられているため、流路抵抗を小さくして冷媒の脇流れを増大させる作用が強い。したがって、凹部８０における長手方向に延出する部位に設けられた冷媒脇流れ抑制部４０は、特に、冷媒の脇流れを抑制する効果が高い。ただし、ガスセパレータ３１の長手方向の辺の近傍において互いに離間して設けられた凹部８１もまた、冷媒流路の断面積が部分的に大きくなることにより、脇流れをし易くする作用を有する。そのため、凹部８１に設ける冷媒脇流れ抑制部４２によっても、冷媒の脇流れを抑制する高い効果が得られる。
【００５３】
また、冷媒脇流れ抑制部４０，４２を設けることにより、さらに、発電領域全体における冷媒流量を均一化して、発電領域内で冷却効率を均一化させることができ、燃料電池の性能を向上させる効果が得られる。すなわち、冷媒脇流れ抑制部４０，４２は、冷媒流路形成部材の外周とガスケット３４との間に形成される空隙の内、凹部８０，８１の一部分だけに設けられるため、冷媒は、冷媒脇流れ抑制部４０，４２が設けられていない外周部の空隙内へと容易に広がることができる。そして、空隙には冷媒脇流れ抑制部４０，４２が設けられているため、空隙内に広がった冷媒は、その後、冷媒流路形成部２５内へと流入する。このように、冷媒が、外周部の空隙内に一旦広がった後に冷媒流路形成部２５へと流入する経路をとり易くなることより、発電領域全体における冷媒流量を均一化することができる。例えば、冷媒マニホールドの位置関係によっては、発電領域内において、冷媒流量に不均一が生じる。特に、本実施例では、２つの冷媒マニホールドは対角の近傍にあるため、冷媒脇流れ抑制部を設けない場合には、孔部５７から孔部５８へと冷媒が流れる際には、発電領域における残余の角部の近傍では冷媒流量が相対的に少なくなる。このような燃料電池１０の冷媒流路形成部２５の外周部空隙において、冷媒を流入し易くする凹部８０，８１が設けられると共に、セパレータ長手方向に形成された空隙の中ほどに冷媒脇流れ抑制部４０，４２が設けられることにより、冷媒脇流れ抑制部４０内において、上記残余の角部の近傍における冷媒流量を相対的に増加させることができる。
【００５４】
なお、冷媒流路形成部２５を作製する際に、冷媒流路形成部２５外周の空隙に起因する冷媒の脇流れを抑えるには、一般に、冷媒流路形成部２５を精度良く作製し、冷媒流路形成部２５の外周とガスケット３４の内周との間の空隙をできるだけ小さくする必要が生じる。しかしながら本実施例では、冷媒脇流れ抑制部４０，４２によって脇流れを抑制しているため、冷媒流路形成部２５の製造の精度を高める必要がなく、製造コストの削減が可能になる。
【００５５】
また、本実施例の燃料電池１０によれば、上記した冷媒脇流れ抑制部４０，４２に係る効果に加えて、さらに、以下に示す種々の効果を奏する。本実施例の燃料電池１０によれば、燃料電池の積層の動作の際に確保すべきシール性を、物理的なシールのみにより実現することができる。具体的には、シールのための線状凸部が形成されたガスケットおよびシーリングプレートを、予めガスセパレータ３０，３１の所定の位置に固着させておけば、このようなガスセパレータを、ＭＥＡ２０等の他の部材と共に所定の順序で重ね合わせて、最終的に全体を締結するだけで、流路のシールを行なうことができる。ここで、各ガスマニホールドとセル内ガス流路との接続は、シーリングプレートに設けられた連通孔３８によって確保されており、第１ないし第３線状凸部は、全体として連続して発電領域全周を囲む形状に形成されている。このように、発電領域全周を囲む形状の線状凸部でＭＥＡ２０を挟むことによってガスシール性を確保するため、各部材の積層時に接着などの特別な動作を行なう必要がなく、燃料電池の組付けを容易に行なうことができる。特に、ガスケットおよびシーリングプレートのガスセパレータへの固着の際に接着剤を用いない場合には、燃料電池全体で接着剤を用いる必要が無くなり、接着剤の劣化による接着性の低下に起因するシール性の低下を抑えることができる。
【００５６】
また、燃料電池１０によれば、セル内ガス流路のシールを、第１線状凸部６０と第２線状凸部６１との接触部、および、第２線状凸部６１と第３線状凸部６２との間の接触部の２カ所で確保する２重シールとすることにより、ガスシールの信頼性を高めることができる。なお、図１に示す燃料電池１０では、ＭＥＡ２０は、第２線状凸部６１と第１線状凸部６０によって挟まれると共に、第２線状凸部６１と第３線状凸部６２によっても挟まれることとしたが、異なる構成としても良い。第２線状凸部６１と第１線状凸部６０には挟まれるが、第２線状凸部６１と第３線状凸部６２には挟まれないこととしても良い。ＭＥＡ２０を挟んでいなくても、第２線状凸部６１と第３線状凸部６２とがさらに接することにより、２重シールにしてガスシールの信頼性を高める効果を得ることができる。さらに、本実施例では、このようなシールのための線状凸部間の接触部を、各線状凸部の頭頂部近傍の側面に設け、頭頂部における点（あるいは線）による接触ではなく、面による接触としている。そのため、ガスケットやシーリングプレートを固着したガスセパレータを積層する際に、線状凸部の頭頂部でシール性を確保する場合ほどには、位置合わせを厳密に行なう必要がなく、積層の動作を容易化することができる。また、このように面による接触でシール性を確保する燃料電池１０においては、燃料電池１０の使用中にガスセパレータ間に僅かな位置ずれが生じたとしても、各線状凸部間の接触部において締結圧が損なわれ難いため、必要な締結圧を確保して高いシール性を維持することが可能になる。
【００５７】
なお、第１実施例では、凹部８０に冷媒脇流れ抑制部４０を設け、凹部８１に冷媒脇流れ抑制部４２を設けたが、異なる構成としても良い。例えば、冷媒脇流れ抑制部４０と４２のうちのいずれかのみを設けることとしても良い。あるいは、冷媒脇流れ抑制部４２を設ける場合に、セパレータの長手方向の辺（辺ａあるいは辺ｂ）に沿って並ぶ２つの冷媒脇流れ抑制部４２の内の、いずれか一方のみを設けることとしても良い。辺ａあるいは辺ｂに沿う脇流れを抑えるためには、各辺について少なくとも一つの冷媒脇流れ抑制部を設ければよい。また、冷媒脇流れ抑制部４０，４２の頭頂部は、凹部８０，８１の内壁面に沿う（接する）形状ではなく、内壁面との間に空隙が形成される形状であっても良い。冷媒脇流れ抑制部４０，４２を凹部８０，８１に嵌め込んで保持することができれば、セパレータを積層して燃料電池を組み付ける動作を容易化する効果が得られる。いずれの構成であっても、冷媒脇流れ抑制部を設けることにより、冷媒流路形成部２５内を冷媒が流れる際の圧損をΔＰ１よりも、冷媒流路形成部２５の外周に形成される空隙を冷媒が脇流れする際の圧損をΔＰ２を高めることができれば、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００５８】
Ｄ．第２実施例：
燃料電池１０では、ガスセパレータ３０，３１間に形成される冷媒が流れる空隙に、ガスセパレータとは別体の冷媒脇流れ抑制部４０，４２を配置したが、異なる構成としても良い。以下に、異なる構成の冷媒脇流れ抑制部を備える実施例について、順次説明する。
【００５９】
図１１は、第２実施例の燃料電池１１０の構成を表わす断面模式図である。燃料電池１１０は、冷媒脇流れ抑制部に係る部分以外の構成は、燃料電池１０と同じであり、燃料電池１０と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。燃料電池１１０は、隣り合う一方のガスセパレータの一部分によって冷媒脇流れ抑制部を構成しており、ガスセパレータ３１に代えて、ガスセパレータ１３１を備えている。ガスセパレータ１３１においては、燃料電池１０において冷媒脇流れ抑制部４０が配置された位置と同じ位置に、冷媒流路面側に凸であって表裏反転する形状に形成され、ガスセパレータ３０の凹部８０の内壁面に沿った形状の、冷媒脇流れ抑制凸部１４０が形成されている。
【００６０】
以上のように構成された燃料電池１１０においても、冷媒脇流れ抑制凸部１４０を設けて、冷媒流路形成部２５内を冷媒が流れる際の圧損ΔＰ１よりも、冷媒流路形成部２５の外周に形成される空隙を冷媒が脇流れする際の圧損ΔＰ２を高めることにより、第１実施例と同様の効果が得られる。このとき、冷媒脇流れ抑制凸部１４０は、その頭頂部が凹部８０の内壁面に当接するように形成されている必要はなく、冷媒が脇流れする際の圧損を充分に高めることができれば、凸部の高さがより低くても良い。
【００６１】
また、燃料電池１１０によれば、冷媒脇流れ抑制部を、冷媒脇流れ抑制凸部としてガスセパレータと一体で形成するため、第１実施例に比べて部品点数を抑えることができる。さらに、燃料電池１１０の組み立て時には、ガスセパレータ１３１の冷媒脇流れ抑制凸部１４０を、ガスセパレータ３０の凹部８０に嵌め込めばよいため、ガスセパレータ１３１とガスセパレータ３０との間の位置合わせを容易化することができる。
【００６２】
なお、図１１では、冷媒脇流れ抑制部４０に対応する冷媒脇流れ抑制凸部１４０のみを設けているが、冷媒脇流れ抑制凸部１４０に加えて、あるいは冷媒脇流れ抑制凸部１４０に代えて、冷媒流路側に凸となる同様の冷媒脇流れ抑制凸部１４２を、ガスセパレータ３０において冷媒脇流れ抑制部４２と同じ位置に設けることとしても良い。
【００６３】
Ｅ．第３実施例：
図１２は、第３実施例の燃料電池２１０の構成を、図１と同様の位置において示した断面模式図である。燃料電池２１０は、冷媒脇流れ抑制部に係る部分以外の構成は、燃料電池１０と同じであり、燃料電池１０と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。図１２は、図１と同様の位置における断面の様子を表わしている。燃料電池２１０は、ガスケット３４に代えてガスケット２３４を備えており、冷媒流路側に設けられたガスケット２３４の一部分によって冷媒脇流れ抑制部を構成している。ガスケット２３４においては、燃料電池１０において冷媒脇流れ抑制部４０が配置された位置と同じ位置に、発電領域側に延出して設けられ、ガスセパレータ３０の凹部８０を塞ぐと共に、ガスセパレータ３１側に凸である、冷媒脇流れ抑制部２４０が形成されている。図１３は、ガスセパレータ３０の冷媒流路側に配置され、冷媒脇流れ抑制部２４０が形成されたガスケット２３４の構成を表わす平面図である。図１２および図１３では、ガスケット２３４における冷媒脇流れ抑制部２４０である部分を、破線で囲んで示している。
【００６４】
以上のように構成された燃料電池２１０においても、冷媒脇流れ抑制部２４０を設けて、冷媒流路形成部２５内を冷媒が流れる際の圧損ΔＰ１よりも、冷媒流路形成部２５の外周に形成される空隙を冷媒が脇流れする際の圧損ΔＰ２を高めることにより、第１実施例と同様の効果が得られる。このとき、冷媒脇流れ抑制部２４０は、図１２に示すように凹部８０上に形成される空間全体を塞ぐように形成する必要はなく、凹部８０上の空間の少なくとも一部を塞いでいれば良く、冷媒が脇流れする際の圧損を充分に高めることができれば良い。また、燃料電池２１０によれば、冷媒脇流れ抑制部２４０を、ガスケット２３４と一体で形成するため、第１実施例に比べて部品点数を抑える効果が得られる。
【００６５】
なお、冷媒脇流れ抑制部２４０は、図１２，１３に示した形状以外にも、種々の変形が可能である。例えば、図１２では、冷媒脇流れ抑制部２４０は、ガスセパレータ３１に当接する凸部を有しているが、この凸部においてシール性を確保する必要はないため、上記凸部は、ガスセパレータ３０に接しないこととしても良い。あるいは、冷媒脇流れ抑制部２４０に加えて、あるいは冷媒脇流れ抑制部２４０に代えて、ガスセパレータ３１の凹部８１上の空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部２４２を、ガスケット２３４と一体で設けることとしても良い。また、ガスケット２３４の凸形状を、積層方向に逆転する向きに配置しても良い。具体的には、ガスセパレータ３０にセパレータ凸部７４を設けることなく、ガスケット２３４をガスセパレータ３１上に配置し、第５線状凸部６４がガスセパレータ３０に当接する形状としても良い。このような場合であっても、ガスケット２３４と一体で、凹部８０と凹部８１の少なくとも一方上の空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部を設けるならば、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
Ｆ．第４実施例：
図１４は、第４実施例の燃料電池３１０の構成を、図１と同様の位置において示した断面模式図である。燃料電池３１０は、冷媒脇流れ抑制部に係る部分以外の構成は、燃料電池１０と同じであり、燃料電池１０と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。燃料電池３１０は、冷媒流路形成部２５に代えて冷媒流路形成部３２５を備えており、冷媒流路形成部３２５の一部分によって冷媒脇流れ抑制部を構成している。冷媒流路形成部３２５においては、燃料電池１０において冷媒脇流れ抑制部４０が配置された位置と同じ位置に、冷媒流路形成部３２５の外周をセパレータ外周側に延出して凹部８０上の空間を塞ぐように形成された、冷媒脇流れ抑制部３４０が設けられている。図１５は、ガスセパレータ３０の冷媒流路側に配置され、冷媒脇流れ抑制部３４０が形成された冷媒流路形成部３２５の構成を表わす平面図である。図１４および図１５では、冷媒流路形成部３２５における冷媒脇流れ抑制部３４０である部分を、破線で囲んで示している。
【００６７】
冷媒流路形成部３２５を、例えば波板状の金属部材により構成する場合には、まず、波板状に成形する前の金属平板から、打ち抜き加工等により、冷媒脇流れ抑制部３４０に対応する位置に冷媒脇流れ抑制部３４０となる突出部を設けた、全体として四角形状の部材を作製する。その後、用意した部材をプレス加工して、波板状に加工する。上記突出部については、さらにプレス加工によって折り曲げを行なうことで、凹部８０に嵌り込む形状の冷媒脇流れ抑制部３４０を形成することができる。あるいは、平板状の多孔質体によって冷媒流路形成部３２５を形成する場合には、四角形状の多孔質体とは別体で用意した部材を、多孔質体に接着や嵌め込みによって固着させることによって、冷媒脇流れ抑制部３４０を形成しても良い。
【００６８】
以上のように構成された燃料電池３１０においても、冷媒脇流れ抑制部３４０を設けて、冷媒流路形成部３２５内を冷媒が流れる際の圧損ΔＰ１よりも、冷媒流路形成部３２５の外周に形成される空隙を冷媒が脇流れする際の圧損ΔＰ２を高めることにより、第１実施例と同様の効果が得られる。このとき、冷媒脇流れ抑制部３４０は、図１４に示すように凹部８０上に形成される空間全体を塞ぐように形成する必要はなく、凹部８０上の空間の少なくとも一部を塞ぐことによって、冷媒が脇流れする際の圧損を充分に高めることができれば良い。また、燃料電池３１０によれば、冷媒脇流れ抑制部３４０を冷媒流路形成部３２５と一体で形成するため、第１実施例に比べて部品点数を抑えることができる。さらに、燃料電池３１０の組み立て時には、冷媒流路形成部３２５の冷媒脇流れ抑制部３４０を、ガスセパレータ３０の凹部８０に嵌め込めばよいため、ガスセパレータ３０に対して冷媒流路形成部３２５を位置合わせしつつ積層する動作を、容易化することができる。
【００６９】
なお、冷媒流路形成部３２５に設ける冷媒脇流れ抑制部は、図１４，１５に示した形状以外にも、種々の変形が可能である。例えば、冷媒脇流れ抑制部３４０に加えて、あるいは冷媒脇流れ抑制部３４０に代えて、ガスセパレータ３１の凹部８１上の空間の少なくとも一部を塞ぐ冷媒脇流れ抑制部３４２を、冷媒流路形成部３２５と一体で設けることとしても良い。
【００７０】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７１】
Ｇ１．変形例１：
第１ないし第３実施例では、ガスセパレータの長手方向の辺（辺ａおよび辺ｂ）における冷媒の脇流れを抑制するために、長手方向の辺の各々について冷媒脇流れ抑制部を設けたが、異なる構成としても良い。冷媒脇流れ抑制部は、冷媒マニホールドの配置に応じて、セル間冷媒流路となる面内を冷媒が流れる際の脇流れを抑制可能となる位置に設ければよい。例えば、発電領域の一の角部の近傍に、冷媒供給マニホールドとなる孔部と冷媒排出マニホールドとなる孔部とが配置されて、冷媒が冷媒流路内において発電領域の外周に沿って旋回するように流れる場合には、冷媒脇流れ抑制部は、発電領域の外周の１カ所に設ければよい。冷媒流路形成部の外周と、セル間冷媒流路をシールするガスケットのシール位置との間であって、セル間冷媒流路への冷媒の出入り口から離間した位置に、ガスシール性を高めるためのセパレータ凸部の裏返し形状としての凹部が形成されている場合には、このような凹部に冷媒脇流れ抑制部を設けることにより、冷媒の脇流れを抑制する効果が得られる。セル間冷媒流路における冷媒入り口部から冷媒出口部に向かって冷媒が脇流れする経路において、冷媒脇流れ抑制部が設けられていればよい。
【００７２】
Ｇ２．変形例２：
第１ないし第３実施例では、セル内ガス流路をシールするために、一方のガスセパレータ上に２本の線状凸部を形成し、他方のガスセパレータ上に、上記２本の線状凸部の双方と接する１本の線状凸部を形成したが、異なる構成としても良い。例えば、双方のガスセパレータの互いに重なる位置に、単一の線状凸部を設け、各々の線状凸部の頭頂部同士を、ＭＥＡ２０を介して接触させることにより、セル内ガス流路をシールしても良い。ガスシール性を高めるためにガスセパレータにおいて線状凸部と重なる位置に設けるセパレータ凸部は、少なくとも一方のガスセパレータに設ければ良く、上記セパレータ凸部の裏側形状としての凹部に冷媒脇流れ抑制部を設けるならば、セパレータ凸部に起因する冷媒の脇流れを抑制する同様の効果が得られる。燃料電池においては、積層方向におけるガスシールの位置よりも、積層方向における冷媒シールの位置の方が、ガスセパレータの外周寄りである場合に、ガスシールのための線状凸部と重なるセパレータ凸部をガスセパレータに表裏反転する形状に形成するならば、冷媒の脇流れが促進され得る。このような場合に、セパレータ凸部の裏側に冷媒脇流れ抑制部を設ければ、実施例と同様の効果が得られる。
【００７３】
Ｇ３．変形例３：
第１ないし第３実施例では、燃料電池を固体高分子形燃料電池としたが、異なる構成としても良い。ＭＥＡを挟持する一対のガスセパレータの各々にガスケットを設け、ガスケットによってＭＥＡを挟むことによってガス流路のシールが可能となる燃料電池であれば、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１１０，２１０，３１０…燃料電池
１５…単セル
２０…ＭＥＡ
２１，２２…ガス拡散層
２３，２４…ガス流路形成部
２５，３２５…冷媒流路形成部
３０，３１，１３１…ガスセパレータ
３２，３４，３５，２３４…ガスケット
３３，３６…シーリングプレート
３８…連通孔
４０，４２，２４０，２４２，３４０，３４２…冷媒脇流れ抑制部
５０〜５９…孔部
６０…第１線状凸部
６１…第２線状凸部
６２…第３線状凸部
６３…第４線状凸部
７０，７１，７４…セパレータ凸部
８０，８１…凹部
１４０，１４２…冷媒脇流れ抑制凸部
【図１】
2011222393.tif 000003
【図２】
2011222393.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011222393.tif 000006
【図５】
2011222393.tif 000007
【図６】
2011222393.tif 000008
【図７】
2011222393.tif 000009
【図８】
2011222393.tif 000010
【図９】
2011222393.tif 000011
【図１０】
2011222393.tif 000012
【図１１】
2011222393.tif 000013
【図１２】
2011222393.tif 000014
【図１３】
2011222393.tif 000015
【図１４】
2011222393.tif 000016
【図１５】
2011222393.tif 000017