(57)【要約】【課題】本発明は、多孔質体を用いてガス流路を形成する際に、多孔質体の周囲に形成される隙間にガスが流れるのを防止することを目的とする。【解決手段】燃料電池１００は、シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とが交互に積層されて成る。セパレータ４００は、空気流路形成部４３０を備え、その周囲に第２のシール部材４４０が形成されている。第２のシール部材４４０は、空気流路形成部４３０、ＭＥＡ２１０、および第１のシール部材２２０と接触し、第１のシール部材２２０と接触する部分のうち、対向面２２６と接触する範囲は、第１のシール部材２２０の内枠を起点として、凸部２２２の平板部３００との接触ラインまでの距離Ｌ１の１０％程度である。【選択図】図１
2008192338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と該電解質膜の両面に配置された電極とを含む発電体と、
前記発電体の両側に配置され、前記電極に反応ガスを供給するためのセパレータと、
前記発電体の外周に枠状に形成され、前記セパレータと対向する対向面上に凸部を有し、該凸部が前記セパレータと接触することによって前記電極に供給された前記反応ガスの漏洩を防止する、第１のシール部材と、
多孔質体から成り、前記発電体と前記セパレータとの間であって、前記第１のシール部材の内枠内に設けられると共に、該内枠との間に隙間を有するように配置され、前記セパレータを介して供給された前記反応ガスを流通させて前記電極に供給する反応ガス流路形成部と、
前記反応ガス流路形成部の外周の少なくとも一部に設けられる第２のシール部材と、
を備え、
前記第２のシール部材は、
前記反応ガス流路形成部、前記発電体、前記セパレータ、および前記第１のシール部材にそれぞれ接触すると共に、前記第１のシール部材と接触する部分のうち、前記対向面と接触する範囲は、前記第１のシール部材の内枠を起点として、前記凸部の前記セパレータとの接触ラインまでの距離の１５％以内であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第２のシール部材は、
積層される際に、前記発電体と前記セパレータとに接触して変形することを特徴とする燃料電池。
【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２のシール部材は、
積層される前は、前記セパレータと前記第１のシール部材との間に入り難い形状を成すことを特徴とする燃料電池。
【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、
前記第２のシール部材は、
前記第１のシール部材より柔軟性が高い材料より成ることを特徴とする燃料電池。
【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２のシール部材の体積は、
前記第１のシール部材の内枠端面を前記セパレータまで延長した延長面、前記発電体、前記反応ガス流路形成部、および前記セパレータとで囲まれた空間の体積よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【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、
前記第２のシール部材は、
積層される前は、前記反応ガス流路形成部の前記セパレータとの接触面に垂直な切断面の形状が、前記反応ガス流路形成部に向かって開口する略コの字形状を成すことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
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、
前記第２のシール部材は、
積層される前は、前記反応ガス流路形成部の前記セパレータとの接触面に垂直な切断面の形状が、長方形の１つの角に所定の半径の丸みを付けた形状を成し、前記丸みを付けた角の対角を成す２辺が、それぞれ前記セパレータと、前記反応ガス流路形成部と、に接することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
燃料電池であって、
電解質膜と該電解質膜の両面に配置された電極とを含む発電体と、
前記発電体の両側に配置され、前記電極に反応ガスを供給するためのセパレータと、
前記発電体の外周に枠状に形成され、前記セパレータと対向する対向面上に凸部を有し、該凸部が前記セパレータと接触することによって前記電極に供給された前記反応ガスの漏洩を防止する、第１のシール部材と、
多孔質体から成り、前記発電体と前記セパレータとの間であって、前記第１のシール部材の内枠内に設けられると共に、該内枠との間に隙間を有するように配置され、前記セパレータを介して供給された前記反応ガスを流通させて前記電極に供給する反応ガス流路形成部と、
前記反応ガス流路形成部の外周の少なくとも一部に設けられる第２のシール部材と、
を備え、
前記第２のシール部材は、
前記反応ガス流路形成部、前記発電体、前記セパレータ、および前記第１のシール部材の内枠端面に接触し、前記第１のシール部材の前記対向面とは接触しないことを特徴とする燃料電池。
【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り、特に、発電性能の低下を抑制可能な燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、電解質膜上に電極が形成されると共に、この電極で進行する電気化学反応に供するためのガスが流れるガス流路が、電極上に形成される。このようなガス流路では、ガスシール性を確保する必要があり、そのための構成として、例えば、ガス流路の周囲にシール部材を配置する構成が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３１２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、多孔質体内に形成されている３次元的な空隙をガス流路とする場合、シール部材および多孔質体の製造誤差や組付けばらつき等により、シール部材の内側に多孔質体を配置する際に多孔質体の端部とシール部材の端部とが重なりあって、シール部材によるガスシール性を損なう可能性があった。そのため、従来は、ガスシール性を確保するために、製造誤差等を考慮して、多孔質体とシール部材とを配置した際に、多孔質体とシール部材との間に隙間ができるように設計されている。しかしながら、このような構成にすると、隙間は多孔質体内に比べて圧力損失が小さいため、隙間に優先的にガスが流れて、多孔質体内にガスが流入し難くなり、電極へのガス供給率が低下して、燃料電池における発電効率が低下する場合があった。
【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、多孔質体を用いてガス流路を形成する際に、多孔質体の周囲に形成される隙間にガスが流れるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明における燃料電池は、
電解質膜と該電解質膜の両面に配置された電極とを含む発電体と、
前記発電体の両側に配置され、前記電極に反応ガスを供給するためのセパレータと、
前記発電体の外周に枠状に形成され、前記セパレータと対向する対向面上に凸部を有し、該凸部が前記セパレータと接触することによって前記電極に供給された前記反応ガスの漏洩を防止する、第１のシール部材と、
多孔質体から成り、前記発電体と前記セパレータとの間であって、前記第１のシール部材の内枠内に設けられると共に、該内枠との間に隙間を有するように配置され、前記セパレータを介して供給された前記反応ガスを流通させて前記電極に供給する反応ガス流路形成部と、
前記反応ガス流路形成部の外周の少なくとも一部に設けられる第２のシール部材と、
を備え、
前記第２のシール部材は、
前記反応ガス流路形成部、前記発電体、前記セパレータ、および前記第１のシール部材にそれぞれ接触すると共に、前記第１のシール部材と接触する部分のうち、前記対向面と接触する範囲は、前記第１のシール部材の内枠を起点として、前記凸部の前記セパレータとの接触ラインまでの距離の１５％以内であることを要旨とする。
【０００７】
本発明の燃料電池によれば、第２のシール部材が反応ガス流路形成部、発電体、および第１のシール部材と接触するため、反応ガス流路形成部と第１のシール部材との間に形成された隙間の少なくとも一部を、第２のシール部材が埋めたような状態になる。そのため、反応ガス流路形成部に供給された反応ガスが、その隙間に流れるのを抑制することができる。すなわち、燃料電池内に供給された反応ガスが、効率よく電極反応に利用されるため、燃料電池における発電効率の低下を防止することができる。
【０００８】
また、第１のシール部材は発電体に比べて剛性が高いため、第１のシール部材の対向面と第２のシール部材とが接触する部分については、セパレータにかかる面圧が大きくなり、発電体と反応ガス流路形成部とが接触する部分（すなわち、発電する部分）の面圧が低くなって、発電効率が低下するおそれがあるが、本発明の燃料電池によれば、第２のシール部材が第１のシール部材の対向面と接触する範囲が狭いため、その問題を防止することができる。
【０００９】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材は、積層される際に、前記発電体と前記セパレータとに接触して変形することが好ましい。
【００１０】
このようにすると、第２のシール部材を、反応ガス流路形成部、発電体、セパレータ、および第１のシール部材に密着させるようにすることがき、第２のシール部材によるシール性を向上させることができる。
【００１１】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材は、積層される前は、前記セパレータと前記第１のシール部材との間に入り難い形状を成すことが好ましい。
【００１２】
このようにすることによって、第２のシール部材と第１のシール部材の対向面との接触範囲を狭くすることができる。
【００１３】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材は、前記第１のシール部材より柔軟性が高い材料より成ることが好ましい。
【００１４】
このようにすることによって、第２のシール部材が、隙間に流入しやすくなる。
【００１５】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材の体積は、前記第１のシール部材の内枠端面を前記セパレータまで延長した延長面、前記発電体、前記反応ガス流路形成部、および前記セパレータとで囲まれた空間の体積よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
このようにすることによって、第２のシール部材は、その空間に充填されて、反応ガス流路形成部等と密着することになるため、シール性を向上させることができる。
【００１７】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材は、積層される前は、前記反応ガス流路形成部の前記セパレータとの接触面に垂直な切断面の形状が、前記反応ガス流路形成部に向かって開口する略コの字形状を成すものであってもよい。
【００１８】
上記した燃料電池において、前記第２のシール部材は、積層される前は、前記反応ガス流路形成部の前記セパレータとの接触面に垂直な切断面の形状が、長方形の１つの角に所定の半径の丸みを付けた形状を成し、前記丸みを付けた角の対角を成す２辺が、それぞれ前記セパレータと、前記反応ガス流路形成部と、に接するようにしてもよい。
【００１９】
このようにすることによって、第２のシール部材は、積層される際に、セパレータと第１のシール部材との間に入り難くなる。
【００２０】
また、本発明における燃料電池は、
電解質膜と該電解質膜の両面に配置された電極とを含む発電体と、
前記発電体の両側に配置され、前記電極に反応ガスを供給するためのセパレータと、
前記発電体の外周に枠状に形成され、前記セパレータと対向する対向面上に凸部を有し、該凸部が前記セパレータと接触することによって前記電極に供給された前記反応ガスの漏洩を防止する、第１のシール部材と、
多孔質体から成り、前記発電体と前記セパレータとの間であって、前記第１のシール部材の内枠内に設けられると共に、該内枠との間に隙間を有するように配置され、前記セパレータを介して供給された前記反応ガスを流通させて前記電極に供給する反応ガス流路形成部と、
前記反応ガス流路形成部の外周の少なくとも一部に設けられる第２のシール部材と、
を備え、
前記第２のシール部材は、
前記反応ガス流路形成部、前記発電体、前記セパレータ、および前記第１のシール部材の内枠端面に接触し、前記第１のシール部材の前記対向面とは接触しないことを要旨とする。
【００２１】
本発明の燃料電池によれば、第２のシール部材が、第１のシール部材の対向面と接触しないため、発電体と反応ガス流路形成部とが接触する部分（すなわち、発電する部分）の密着が妨げられ難くなり、発電効率の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
本発明の一実施例としての燃料電池は、酸化ガスとしての空気と燃料ガスとしての水素とを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池である。この燃料電池は、シール部材一体型ＭＥＡとセパレータとが交互に積層されて成る。まず、燃料電池の概略構成について、図１に基づいて説明した後、シール部材一体型ＭＥＡおよびセパレータについて詳述する。図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示した断面図である。図１（ａ）は、後述する図２おけるＡ−Ａ切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１部を拡大して示している。図１では、燃料電池１００に含まれるシール部材一体型ＭＥＡ２００およびセパレータ４００の内の一部を抜き出して示しており、他のシール部材一体型ＭＥＡ２００およびセパレータ４００は図示を省略している。
【００２３】
燃料電池１００は、図１（ａ）に示すように、シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とが交互に積層されて成り、その積層方向に貫通し、発電に用いられる空気を供給する空気供給マニホールド６４０と、利用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド６５０と、を備えている。図１（ａ）において矢印で示したように、燃料電池１００に供給された空気は、空気供給用貫通孔３４２、空気流路３４４、空気供給口３４６を経て空気流路形成部４３０内部に流入する。その後、空気は、空気流路形成部４３０内部を通過しつつＭＥＡ２１０における発電に利用され、利用されなかった空気は、空気排出口３５６、空気流路３５４、空気排出用貫通孔３５２を経て燃料電池１００外へ排出される。
【００２４】
また、燃料電池１００は、同様に、水素供給マニホールド(図示しない)、水素排出マニホールド(図示しない)を備えている。燃料電池１００に供給された水素は、空気と同様に、各流路等を流通してＭＥＡ２１０における発電に利用され、利用されなかった空気は、排出される。各マニホールドは、後述するように、セパレータ４００に形成された貫通孔およびシール部材一体型２００に形成された貫通孔によって構成されている。
【００２５】
燃料電池１００は、シール部材一体型２００とセパレータ４００とを積層して成る積層体の両端に集電板(図示しない)および絶縁板(図示しない)を備え、テンションプレート(図示しない)によって、積層方向に締結荷重がかけられている。これにより、積層状態が保持されると共に、電極と反応ガス流路の接触状態が良好に保たれている。
【００２６】
Ａ１．１．シール部材一体型ＭＥＡの構成：
シール部材一体型ＭＥＡ２００は、図１（ａ）に示すように、ＭＥＡ２１０と、ＭＥＡ２１０の外周部に設けられた第１のシール部材２２０と、を有している。
【００２７】
ＭＥＡ２１０は、図１（ｂ）に示すように、電解質膜２１２の一方の面にアノード２１４、他方の面にカソード２１５が配置され、さらに、アノード２１４側にアノード側拡散層２１６、カソード２１５側にカソード側拡散層２１７が配置された構成を成す。本実施例において、電解質膜２１２としては、フッ素系樹脂により形成された高分子電解質膜を、アノード２１４およびカソード２１５としては、触媒として白金および白金合金を担持したカーボンクロスより形成された電極を、拡散層２１６、２１７としてはカーボン多孔体を、それぞれ用いるものとした。なお、電解質膜として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。電極は、炭素繊維からなるカーボンペーパーまたはカーボンフェルトにより形成してもよい。拡散層は、金属多孔体を用いてもよい。本実施例におけるＭＥＡ２１０が、請求項における発電体に相当する。
【００２８】
第１のシール部材２２０は、図１（ｂ）に示すように、ＭＥＡ２１０の周縁部を挟持するように形成されている。そして、第１のシール部材２２０は、上記した各マニホールドを構成する貫通孔を備え、その貫通孔の周囲、および電極（アノード２１４およびカソード２１５）の周囲を囲むよう形成された凸部２２２を備えている。この凸部２２２は、平板部３００と対向する対向面２２４、２２６の両面に形成されている。
【００２９】
本実施例において、第１のシール部材２２０は、シリコーンゴムを用いて射出成形により成形される。第１のシール部材２２０を成形する際には、シリコーンゴムがＭＥＡ２１０の周縁部に覆いかぶさるようにして、シリコーンゴムをＭＥＡ２１０の内部に含浸させ、いわゆるアンカー効果により第１のシール部材２２０とＭＥＡ２１０とを結合している。本実施例において、第１のシール部材２２０としては、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。
【００３０】
凸部２２２は、平板部３００に密着して、ＭＥＡ２１０に供給された反応ガス（燃料ガスおよび空気）の外部への漏洩を抑制するとともに、各マニホールドを流通する反応ガスの外部への漏洩を抑制する。
【００３１】
Ａ１．２．セパレータ４００の構成：
セパレータ４００の構成について、図１ないし図３に基づいて説明する。図２は、燃料電池１００を上方から見て示した平面図、図３はセパレータ４００のＭＥＡ２１０と接触する面を、カソード側から見て示した平面図である。セパレータ４００は、図１（ａ）に示すように、平板部３００と、水素流路形成部４１０、空気流路形成部４３０と、第２のシール部材４２０、４４０と、を有している。本実施例における水素流路形成部４１０、空気流路形成部４３０が、請求項における反応ガス流路形成部に、平板部３００が請求項におけるセパレータに、相当する。
【００３２】
平板部３００は、図１（ｂ）に示すように、カソード２１５に対向するカソード対向プレート３１０と、アノード２１４に対向するアノード対向プレート３３０と、カソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３３０に狭持された中間プレート３２０と、が積層された３層構造を有している。平板部３００を構成する３枚のプレート（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３３０、中間プレート３２０）は、略長方形状を成す金属平板である（図２）。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、平板部３００には、その外周部に、３つの空気供給用貫通孔３４２、３つの空気排出用貫通孔３５２、１つの水素供給用貫通孔３６２、１つの水素排出用貫通孔３７２が形成されている。そして、空気流路形成部４３０と接触して、空気を供給するためにカソード対向プレートに形成された空気供給口３４６と、空気供給用貫通孔３４２とを連通するように、空気流路３４４が形成されている。同様に、空気流路形成部４３０と接触して、空気を排出するためにカソード対向プレートに形成された空気排出口３５６と、空気排出用貫通孔３５２とを連通するように、空気流路３５４が形成されている。
【００３４】
また、水素が流通する流路についても同様に、水素流路形成部４１０と接触して、水素を供給するためにアノード対向プレートに形成された水素供給口３６６と、水素供給用貫通孔３６２とを連通するように、水素流路３６４が形成されている。また、水素流路形成部４１０と接触して、水素を排出するためにアノード対向プレートに形成された水素排出口３７６と、水素排出用貫通孔３７２とを連通するように、水素流路３７４が形成されている。
【００３５】
空気流路形成部４３０は、図３に示すように、略長方形を成す薄板状に形成され、第１のシール部材２２０の内枠ＩＲ（図３において、内枠ＩＲを２点鎖線で示す。）内に、その内枠ＩＲとの間に隙間を有するように配置されている。また、空気流路形成部４３０は、図１（ｂ）に示すように、平板部３００のカソード対向プレート３１０と、カソード側拡散層２１７との間に配置されている。水素流路形成部４１０についても、同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
本実施例において、反応ガス流路形成部４１０、４３０は、チタンなどの金属から成る多孔質体によって形成することができる。金属多孔質体としては、例えば、発泡金属焼結体や、球状あるいは繊維状の微小な金属を焼結させた焼結体を用いることができる。なお、反応ガス流路形成部４１０、４３０を、カーボン多孔質体によって形成することも可能である。
【００３７】
第２のシール部材４４０は、図３に示すように、空気流路形成部４３０の周囲を一周するように形成されている。図３において、第１のシール部材２２０の凸部２２２と平板部３００とが接するライン（接触ラインＳＬ）を、１点鎖線で示している。なお、第２のシール部材４２０については、第２のシール部材４４０と同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
ここで、各構成部品が積層された際に、第２のシール部材４４０が充填される隙間について、第２のシール部材４４０がない場合を例に、説明する。図４は、シール部材一体型ＭＥＡ２００と、セパレータ４００との間の隙間を示す説明図である。シール部材一体型ＭＥＡ２００と、セパレータ４００とを交互に積層すると、図４に示すように、セパレータ４００とシール部材一体型ＭＥＡ２００との間に隙間ができる。以後、この隙間を、第１のシール部材２２０の内枠端面を平板部３００まで延長した仮想延長面Ｆ１（図４において、破線で示す。）を境にして、第１の隙間Ｓ１、第２の隙間Ｓ２とに分けて説明する。
【００３９】
第１の隙間Ｓ１は、セパレータ４００、ＭＥＡ２１０、および仮想延長面Ｆ１に囲まれている。第１の隙間Ｓ１ができるのは、空気流路形成部４３０および水素流路形成部４１０の外形が、第１のシール部材２２０の内枠の大きさより小さいからである。これは、寸法誤差や組付けバラつき等によって第１のシール部材２２０と空気流路形成部４３０、および第１のシール部材２２０と水素流路形成部４１０とが重なることにより、シールが不完全となったり面圧のばらつきが発生して発電性能が低下したりすることを防止するためである。
【００４０】
第２の隙間Ｓ２は、平板部３００、第１のシール部材２２０、および仮想延長面Ｆ１に囲まれている。第２の隙間Ｓ２ができるのは、第１のシール部材２２０と平板部３００との接触面積を小さくして面圧を集中させて、シール性能を高めるために、第１のシール部材２２０に凸部２２２が設けられているからである。
【００４１】
第２のシール部材４４０は、図１（ｂ）に示すように、シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とを積層した際に、第１の隙間Ｓ１に充填されると共に、第２の隙間Ｓ２にも少し流入している。本実施例において、図３に示すように、第１のシール部材２２０の内枠ＩＲと、接触ラインＳＬとの距離をＬ１とすると、第２のシール部材４４０が第１のシール部材２２０の対向面２２６と接触する部分の内枠ＩＲからの距離Ｌ２は、距離Ｌ１の約１０％程度である。
【００４２】
ここで、第２のシール部材４４０は、第１のシール部材２２０より柔軟性の高い材料が用いられる。例えば、第２のシール部材４４０には、エラストマー系樹脂やゴム系のシール材が用いられる。
【００４３】
空気流路形成部４３０の周囲に第２のシール部材４４０を形成する際には、エラストマー系樹脂等のシール材料を空気流路形成部４３０の内部に含浸させることによって、いわゆるアンカー効果により結合する。図１（ｂ）では、空気流路形成部４３０の内部に含浸させたシール材料を、第２のシール部材４４０を示すハッチングと同じハッチングを付して示している。
【００４４】
続いて、各構成部品を積層する過程において第２のシール部材４４０が変形する様子について、図１(ｂ)および図５に基づいて、詳しく説明する。図５は、シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とを積層する過程を概略的に示す説明図である。図５(ａ)は積層する前の状態、図５（ｂ）は積層した後の状態である。図５(ａ)に示すように、第２のシール部材４４０は、積層される前は、積層方向に平行な断面が、空気流路形成部４３０に向かって開口したコの字形状を成しており、空気流路形成部４３０との間に空間４４０ｓができている。
【００４５】
シール部材一体型ＭＥＡ２００と、セパレータ４００とを交互に積層すると、カソード側拡散層２１７が第２のシール部材４４０に接触して、第２のシール部材４４０に、積層方向の荷重がかかる。そうすると、第２のシール部材４４０は、空間４４０ｓを埋めるようにつぶれていき、第２の隙間Ｓ２にはあまり入っていかない。(図５（ｂ）)。
【００４６】
また、第２のシール部材４４０は、第１の隙間Ｓ１の体積より大きく形成されているため、荷重をかけていくと、図５（ｂ）に示すように、第１の隙間Ｓ１から溢れる。第２のシール部材４４０は、第１のシール部材２２０と接触しているため、第１のシール部材２２０側にはほとんど広がらず、図５（ｂ）の矢印で示すように、空気流路形成部４３０とカソード側拡散層２１７との間に入り込む。第２のシール部材４４０は、上記したように、柔軟性の高い材料によって形成されているため、その一部は、カソード側拡散層２１７と空気流路形成部４３０との間に挟まれて、空気流路形成部４３０の空隙内に入り込む。
【００４７】
したがって、図１（ｂ）に示すように、第２のシール部材４４０は、第２の隙間Ｓ２に少し入り込む程度で（上記したように、距離Ｌ１の１０％程度）、ほとんどが第１の隙間Ｓ１に充填される。
【００４８】
Ａ２．実施例の効果：
以上説明したように、本実施例の燃料電池１００によれば、第１の隙間Ｓ１に第２のシール部材４２０、４４０が充填されているため、水素流路形成部４１０、空気流路形成部４３０に供給された反応ガスが、第１の隙間Ｓ１に流れるのを阻止することができる（図１（ｂ）において、第１の隙間Ｓ１に流れようとする反応ガスを破線矢印で示している）。すなわち、燃料電池１００内に供給された反応ガスは、水素流路形成部４１０、空気流路形成部４３０の周囲にできた隙間に流れず、水素流路形成部４１０、空気流路形成部４３０内に流れるようになるため、燃料電池１００における反応ガスの利用効率を向上させることができる。
【００４９】
ここで、本実施例の燃料電池１００のさらなる効果を、図７に示す比較例と比較して説明する。図７は、第２のシール部材の比較例を示す説明図である。図７(ａ)は積層する前の状態、図７（ｂ）は積層した後の状態を示している。図７に示すように、比較例の第２のシール部材４４０ａは、第１の隙間Ｓ１に充填される部分と、第２の隙間Ｓ２の一部に充填される部分とを含む。第２のシール部材４２０ａについては、第２のシール部材４４０ａと同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とを積層して、積層方向に荷重をかけると、図７（ｂ）に示すように、第２のシール部材４４０ａは、第１の隙間Ｓ１に充填されると共に、第２の隙間Ｓ２の一部に充填される。第２のシール部材４４０ａが、第１のシール部材２２０の対向面２２６と接触する部分の、第１のシール部材２２０の内枠を起点とした距離Ｌ２ａは、距離Ｌ１の約５０％にも及ぶ。
【００５１】
ＭＥＡ２１０のカソード側拡散層２１７には、上記したように、クッション性のあるカーボン多孔体が用いられており、一方、第１のシール部材２２０はシリコーンゴムより成るため、第１のシール部材２２０はＭＥＡ２１０に比べて剛性が高い。そのため、比較例のように、第２の隙間Ｓ２に第２のシール部材４４０ａが入っていると、その部分は、他の部分に比べて面圧が高くなり、発電部（ＭＥＡ２１０と空気流路形成部４３０とが重なっている部分）に面圧がかかりにくくなって、発電性能が低下するおそれがある。比較例では、第２の隙間に第２のシール部材４２０ａが比較的多く入っているが、本発明の燃料電池１００によれば、第２の隙間Ｓ２内に、第２のシール部材４４０ａが少ししか流入しないため、比較例のように局所的に面圧が高い部分ができるのを防止することができる。そのために発電性能が低下するという問題を防止することができる。
【００５２】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例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で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。
【００５３】
（１）上記した実施例において、第２のシール部材４４０として、積層前の断面形状が略コの字形状を成すものを示したが、断面形状はこの形状に限定されない。例えば、図６に示すような断面形状を成すように形成してもよい。図６は、上記した実施例の燃料電池の変形例を示す説明図である。
【００５４】
変形例の燃料電池１００ｂの第２のシール部材４４０ｂは、積層方向に平行な断面が、図示するように、長方形の１つの角が丸められた形状を成している。燃料電池１００ｂにおける第２のシール部材４４０ｂでは、丸められた角が第１のシール部材２２０側の角であるため、シール部材一体型ＭＥＡ２００と、セパレータ４００とを交互に積層した場合に、カソード側拡散層２１７、第２のシール部材４４０ｂ、第１のシール部材２２０で囲まれる空間ができる。第２のシール部材４２０ｂに積層方向の荷重がかかると、第２のシール部材４２０ｂはその空間を埋めるようにしてつぶされて、第２の隙間にあまり入り込まずに、第１の隙間に充填される。したがって、上記した実施例と同様の効果が得られる。
【００５５】
（２）上記した実施例において、第２のシール部材４４０は、空気流路形成部４３０の周囲を一周するように設けられているものを示したが、空気流路形成部４３０の周囲の一部にのみ設けられるようにしてもよい。一部にのみ設けても、空気流路形成部４３０に供給された反応ガスが、第１の隙間Ｓ１に流れるのを抑制することができるため、発電効率の低下を抑制することができる。
【００５６】
（３）上記した実施例において、第２のシール部材４４０が第２の隙間Ｓ２に入るのは、第２の隙間Ｓ２の内枠端面から、凸部２２２までの距離の約１０パーセント程度であるが、第２のシール部材４４０が第２の隙間Ｓ２に入る範囲は、少ない方が好ましい。第２のシール部材４２０を、第２の隙間Ｓ２に入らないようにする（第１のシール部材２２０の対向面２２６とは接触しないようにする）と、セパレータの第２の隙間Ｓ２ができる部分には面圧が生じないため、発電部の面圧は低下しない。すなわち、発電部の面圧を低下させることなく、反応ガスが反応ガス流路形成部の周囲にできた隙間に流れるのを阻止することができるため、好適である。なお、第２のシール部材４４０が第２の隙間Ｓ２に入る範囲が、第２の隙間Ｓ２の内枠端面から、凸部２２２までの距離Ｌ１の１５％以内であれば、第２のシール部材４４０が第２の隙間Ｓ２に入ることによって、その部分の面圧が高くなっても、発電部の面圧低下に及ぼす影響は、許容できる範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示した断面図である。
【図２】燃料電池１００を上方から見て示した平面図である。
【図３】セパレータ４００のＭＥＡ２１０と接触する面を、カソード側から見て示した平面図である。
【図４】シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００との間の隙間を示す説明図である。
【図５】シール部材一体型ＭＥＡ２００とセパレータ４００とを積層する過程を概略的に示す説明図である。
【図６】実施例の燃料電池の変形例を示す説明図である。
【図７】第２のシール部材の比較例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…燃料電池
１００ｂ…燃料電池
２００…シール部材一体型ＭＥＡ
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…第１のシール部材
２２２…凸部
２２４…対向面
２２６…対向面
３００…平板部
３１０…カソード対向プレート
３２０…中間プレート
３３０…アノード対向プレート
３４２…空気供給用貫通孔
３４４…空気流路
３４６…空気供給口
３５２…空気排出用貫通孔
３５４…空気流路
３５６…空気排出口
３６２…水素供給用貫通孔
３６４…水素流路
３６６…水素供給口
３７２…水素排出用貫通孔
３７４…水素流路
３７６…水素排出口
４００…セパレータ
４１０…水素流路形成部
４２０…第２のシール部材
４２０ａ…第２のシール部材
４２０ｂ…第２のシール部材
４３０…空気流路形成部
４４０…第２のシール部材
４４０ａ…第２のシール部材
４４０ｂ…第２のシール部材
４４０ｓ…空間
６４０…空気供給マニホールド
６５０…空気排出マニホールド
Ｆ１…仮想延長面
Ｓ１…第１の隙間
Ｌ１…内枠から接触ラインＳＬまでの距離
Ｓ２…第２の隙間
Ｌ２…内枠からの距離
ＳＬ…接触ライン
ＩＲ…内枠
Ｌ２ａ…内枠からの距離
【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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