(57)【要約】【課題】  簡易な手段によって電池反応用ガスの利用効率を向上可能な高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】  高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極７を有するＭＥＡ、並びにＭＥＡの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極７との間に間隙１０９を有して配設された一対のガスケット６を備えたＭＥＡ−ガスケット接合体１９と、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路がガスケット６、間隙１０９、ガス拡散電極７、間隙１０９、及びガスケット６の上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、間隙１０９の一部が閉塞手段（１１０）によって閉塞され、あるいは間隙１０９が波状に折れ曲げられている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するＭＥＡ、並びに前記ＭＥＡの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたＭＥＡ−ガスケット接合体と、該ＭＥＡ−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、
前記間隙の一部が閉塞手段によって閉塞されている、高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とを部分的に接させることである、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項３】
前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁部と前記ガス拡散電極の外縁部とを部分的に重ね、かつ前記導電性セパレータが前記ＭＥＡ−ガスケット接合体の外面に当接させることによって、前記ガス拡散電極の前記重ねられた部分を潰し、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とが部分的に接するようにすることである、請求項２に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】
前記閉塞手段が、塑性変形した塑性体によって前記間隙の一部を閉塞することである、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項５】
前記塑性体が熱可塑性樹脂からなる、請求項４に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項６】
前記間隙に拡幅部が形成され、前記拡幅部に置かれた前記塑性体が塑性変形することによって前記間隙の拡幅部を埋め、それによって前記間隙が閉塞されている、請求項５に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項７】
前記閉塞手段が、弾性変形した弾性体によって前記間隙の一部を閉塞することである、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項８】
前記間隙に拡幅部が形成され、前記導電性セパレータの内面の前記拡幅部に対応する位置に弾性体収容孔が配設され、該弾性体収容孔に前記弾性体が嵌め込まれ、前記導電性セパレータの内面が前記ＭＥＡ−ガスケット接合体の外面に当接することによって前記弾性体が前記間隙の拡幅部に嵌合し、それによって前記間隙が閉塞されている、請求項７に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項９】
高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するＭＥＡ、並びに前記ＭＥＡの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたＭＥＡ−ガスケット接合体と、該ＭＥＡ−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、
前記間隙が波状に折れ曲がっている、高分子電解質型燃料電池。
【請求項１０】
前記間隙が矩形波状、三角波状、その他直線以外の形状に折れ曲がっている、請求項９に記載の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質型燃料電池の構造に関し、特に、高分子電解質膜−電極接合体、ガスケット、及び導電性セパレータの積層組立て構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高分子電解質型燃料電池は以下に述べるような基本発電素子を備えている（例えば特許文献１参照）。図２１は、従来の基本発電素子である高分子電解質膜―電極接合体とガスケット１０６の接合体の構造を示す平面図である。高分子電解質膜―電極接合体はＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれる。図２２は、図２１のXXII部の構造を示す部分拡大平面図である。図２３は、図２２のXXIII−XXIII線断面を示す断面図である。
【０００３】
図２３において、ＭＥＡ１５は、水素イオンを選択的に透過するイオン交換膜からなる高分子電解質膜１２と、高分子電解質膜１２を挟むように形成される、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする一対の触媒層（カソード触媒層１３及びアノード触媒層１４）と、この一対の触媒層１３，１４の外面に高分子電解質膜１２の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極１０７，１０７とから構成されている。このガス拡散電極１０７，１０７は、通気性と電子伝導性を併せ持つ炭素繊維で主に構成されている。ガス拡散電極１０７，１０７に供給される燃料ガスあるいは酸化剤ガスが外にリークしたり、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合したりしないように、ＭＥＡ１５の両面の周縁部に、一対のガス拡散電極１０７，１０７との間に間隙１０９，１０９を有して一対のガスケット１０６，１０６が配設されている。ＭＥＡ１５とガスケット１０６，１０６は通常、熱圧着法により接合される。以下、このガスケット１０６，１０６が設けられたＭＥＡをＭＥＡ−ガスケット接合体と呼ぶ。図２３に拡大して示すように、ＭＥＡ１５のガス拡散電極１０７，１０７とガスケット１０６，１０６との間の間隙１０９，１０９の幅は、一般的には、０．２〜０．５ｍｍ程度である。このように間隙１０９，１０９を設けることにより、接合の際に、ガス拡散電極１０７，１０７とガスケット１０６，１０６との位置ズレが許容され、その接合が容易となる。
【０００４】
また、従来の構造とは異なり、ガスケットと一体化するＭＥＡも提案されている（例えば特許文献２乃至４参照）。
【特許文献１】特許第３０４５３１６号公報（第１図）
【特許文献２】ＵＳＰ第５４６４７００号公報
【特許文献３】特開第２００２−４２８３８号公報
【特許文献４】特開第２００１−１５５７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この従来の高分子電解質型燃料電池は、高分子電解質膜１２の一方の主面を燃料ガスに、他方の主面を空気等の酸化剤ガスに暴露し、高分子電解質膜１２を介した化学反応によって水を合成し、これによって生じる反応エネルギを電気的に取り出すことを基本原理としている。
【０００６】
しかし、従来の高分子電解質型燃料電池では、図２１及び図２２に示すように、ガス拡散電極１０７とガスケット１０６との間に間隙１０９があることから、電池内に供給されたガスの一部は、この間隙１０９を伝って、排出されてしまう。
【０００７】
すなわち、図２１において、ＭＥＡ−ガスケット接合体の互いに対向する縁部に燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａ及び燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂが形成されている。一方、ＭＥＡ−ガスケット接合体の、燃料ガスに暴露される主面（図２１に示す面）には、表面に燃料ガス流路が形成されたアノード側の導電性セパレータ（図４参照）の片面が当接しており、この燃料ガス流路が、図２１に破線で示すように示すように、ＭＥＡ−ガスケット接合体の燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａ及び燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂ(正確には当該導電性セパレータの燃料ガス供給マニフォルド孔及び燃料ガス排出マニフォルド孔)間を結ぶように位置している。このため、燃料ガス流路と間隙１０９とが交差し、その交差点で互いに連通することになる。そして、燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａから燃料ガス流路に流入したガスの一部が図２１に矢印で示すように、この間隙１０９を経由して燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂに流出する。この間隙１０９を経由する燃料ガスは、ガス拡散電極１０７に暴露されずに排出されることになる。また、ＭＥＡ−ガスケット接合体の酸化剤ガスに暴露される主面には、表面に酸化剤ガス流路が形成されたカソード側の導電性セパレータ（図３参照）の片面が当接しており、上記と同様に、酸化剤ガス供給マニフォルド孔５Ａから酸化剤ガス流路に流入したガスの一部が間隙１０９を経由して酸化剤ガス排出マニフォルド孔５Ｂに流出する。このようなガス拡散電極１０７に暴露されない電池反応用ガスの存在は、この電池反応用ガスの利用効率、ひいては発電効率を損なう。
【０００８】
このため、従来の高分子電解質型燃料電池は、電池反応用ガスの利用効率を向上する必要があるという課題を有していた。
【０００９】
また、従来の構造とは異なり、ガスケットと一体化するＭＥＡでは、燃料電池のセル締結時にかなり大きな力が必要となりセルの締結用装置が大型化してしまうという問題や、温度変化や反応物質等に対する耐性に優れながら弾性に富むという液状ＥＰＤＭやゴム素材など特殊な素材をガスケットに使用するので燃料電池の製造コストの上昇が小さくないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な手段によって電池反応用ガスの利用効率を向上可能な高分子電解質型燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る高分子電解質型燃料電池は、高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するＭＥＡ、並びに前記ＭＥＡの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたＭＥＡ−ガスケット接合体と、該ＭＥＡ−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、前記間隙の一部が閉塞手段により閉塞されているものである。
【００１２】
このような構成とすると、ガスケットとガス拡散電極との間の間隙が閉塞されているので、ガス拡散電極に暴露されない電池反応用ガスが減少し、その分利用効率が向上する。
【００１３】
前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とを部分的に接させることであってもよい。
【００１４】
前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁部と前記ガス拡散電極の外縁部とを部分的に重ね、かつ前記導電性セパレータが前記ＭＥＡ−ガスケット接合体の外面に当接させることによって、前記ガス拡散電極の前記重ねられた部分を潰し、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とが部分的に接するようにすることであってもよい。
【００１５】
前記閉塞手段が、塑性変形した塑性体によって前記間隙の一部を閉塞することであってもよい。
【００１６】
前記塑性体が熱可塑性樹脂からなっていてもよい。
【００１７】
前記間隙に拡幅部が形成され、前記拡幅部に置かれた前記塑性体が塑性変形することによって前記間隙の拡幅部を埋め、それによって前記間隙が閉塞されていてもよい。
【００１８】
前記閉塞手段が、弾性変形した弾性体によって前記間隙の一部を閉塞することであってもよい。
【００１９】
前記間隙に拡幅部が形成され、前記導電性セパレータの内面の前記拡幅部に対応する位置に弾性体収容孔が配設され、該弾性体収容孔に前記弾性体が嵌め込まれ、前記導電性セパレータの内面が前記ＭＥＡ−ガスケット接合体の外面に当接することによって前記弾性体が前記間隙の拡幅部に嵌合し、それによって前記間隙が閉塞されていてもよい。
【００２０】
このような構成とすると、導電性セパレータ内面に嵌め込まれた弾性体が、ＭＥＡ−ガスケット接合体と、導電性セパレータとの位置決めとなり、ＭＥＡ−ガスケット接合体と前記導電性セパレータとの組立性も容易かつ良好となる。
【００２１】
また、本発明に係る高分子電解質型燃料電池は、高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するＭＥＡ、並びに前記ＭＥＡの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたＭＥＡ−ガスケット接合体と、該ＭＥＡ−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、前記間隙が波状に折れ曲がっていることである。
【００２２】
また、前記間隙が矩形波状、三角波状、その他直線以外の形状に折れ曲がっていてもよい。
【００２３】
このような構成とすると、ガスケットとガス拡散電極との間の間隙に水分が滞留して、この間隙を閉塞するので、ガス拡散電極に暴露されない電池反応用ガスが減少し、その分利用効率が向上する。また、前記間隙に滞留する水分が多くなることから、高分子電解質型燃料電池の再起動時には、高分子電解質膜が含水している状態であるため、起動から定格運転に達するまでの時間が第１回目の起動時よりも短縮される。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明は、簡易な手段によって電池反応用ガスの利用効率を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質型燃料電池の構造を示す分解斜視図である。図１においては、説明の便宜上、高分子電解質型燃料電池の積層構造の一部を分解して示している。また、図２は図１のII−II線断面を示す断面図である。図１と同様、説明の便宜上、高分子電解質型燃料電池の積層構造の一部を分解して示している。
【００２７】
図１及び図２において、高分子電解質膜型燃料電池は、セル（単電池：図２参照）１８が積層されて構成されている。
【００２８】
セル１８は、図２に示すように、カソード側の導電性セパレータ（以下、カソードセパレータという）１とアノード側の導電性セパレータ（以下、アノードセパレータという）２とによって、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９を挟んだものである。
【００２９】
ＭＥＡ−ガスケット接合体１９、カソードセパレータ１、及びアノードセパレータ２の各々の互いに対向する一対の縁部には、図１に示すように、燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａと燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂの対、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニフォルド孔５Ａと酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニフォルド孔５Ｂとの対、及び冷却水を供給する水供給マニフォルド孔４Ａと冷却水を排出する水排出マニフォルド孔４Ｂとの対が、それぞれ穿ってある。
【００３０】
このように構成されたセル１８が、図２に示すように、間にＯリング（水冷面シール部材）８を挟むようにして積層され、この積層体が集電板（図示せず）及び絶縁板（図示せず）を介して端板（図示せず）で挟まれ、締結ボルト（図示せず）で両端から締結されている。このように形成された積層電池体はスタックと呼ばれ、このスタックが高分子電解質型燃料電池の主要部を構成している。このスタックでは、図１に示すように、その互いに対向する縁部に、燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａ及び燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂ、酸化剤ガス供給マニフォルド孔５Ａ及び酸化剤ガス排出マニフォルド孔５Ｂ、並びに水供給マニフォルド孔４Ａ及び水排出マニフォルド孔４Ｂによってそれぞれ構成される、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’及び燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’及び酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’、並びに水供給マニフォルド４Ａ’及び水排出マニフォルド４Ｂ’が、その積層方向にそれぞれ貫通している。
【００３１】
図３はカソードセパレータ１の酸化剤ガス流路のパターンを示す平面図、図４はアノードセパレータ２の燃料ガス流路のパターンを示す平面図である。
【００３２】
図１乃至図３を参照すると、カソードセパレータ１の、ＭＥＡ１５に当接する主面（以下、内面という）１ａには、酸化剤ガス供給マニフォルド孔５Ａと酸化剤ガス排出マニフォルド孔５Ｂとを結ぶように溝からなる酸化剤ガス流路１０が形成されている。一方、カソードセパレータ１の他方の主面（以下、外面という）１ｂには、水供給マニフォルド孔４Ａと水排出マニフォルド孔４Ｂとを結ぶように溝からなる冷却水流路９（図３には示さず）が形成されている。また、この外面１ｂの適所には、Ｏリング８を収容するためのＯリング収容溝８ａが形成されている（図２参照）。
【００３３】
図１、図２及び図４を参照すると、アノードセパレータ２の、ＭＥＡ１５に当接する主面（以下、内面という）２ａには、燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａと燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂとを結ぶように溝からなる燃料ガス流路１１が形成されている。一方、アノードセパレータ２の他方の主面（以下、外面という）２ｂには、水供給マニフォルド孔４Ａと水排出マニフォルド孔４Ｂとを結ぶように溝からなる冷却水流路９（図４には示さず）が形成されている。また、この外面２ｂの適所には、Ｏリング８を収容するためのＯリング収容溝８ａが形成されている（図２参照）。
【００３４】
図５はＭＥＡ−ガスケット接合体１９の構造を示す平面図、図６は図５のVI部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。
【００３５】
図２及び図５に示すように、本実施の形態のＭＥＡ−ガスケット接合体１９は、従来の技術の欄で説明したものと基本的に同じである。但し、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙の構造が若干異なる。したがって、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の詳しい説明は省略する。
【００３６】
図５において、触媒層１４（図示せず）が形成された高分子電解質膜１２（図示せず）の周縁部に環状（ここでは矩形の環状）のガスケット６が配設され、この環状のガスケット６の中空部に露出する触媒層１４の外面に高分子電解質膜１２の周縁より内方に位置するようにガス拡散層７が配設されている。高分子電解質膜１２の反対側の面、すなわち酸化剤ガス側の主面においても、これと同様に、高分子電解質膜１２に触媒層１３が形成され、ガスケット６が配設され、ガス拡散層７が配設される（図示せず）。そして、これらが熱圧着法により接合されてＭＥＡ−ガスケット接合体１９が形成される（図２３参照）。ガスケット６とガス拡散電極７との間には環状の間隙１０９が形成されている。
【００３７】
ここで、図６に特に示すように、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９には、本発明を特徴付ける、ガス拡散電極７とガスケット６との間隙１０９を閉塞する部分（以下、間隙閉塞部という）１１０（閉塞手段）が形成されている。すなわち、この間隙閉塞部１１０は、ガスケット６の中空部に露出する一対の触媒層１４の外面に一対のガス拡散層７が配設される際に、ガスケット６の内縁の一部とガス拡散電極７の外縁とが部分的に接するようにして配設することによって、形成されている。本実施の形態では、ガスケット６が矩形形状を有し、その内縁部６ａも矩形形状を有している。この矩形の内縁部６ａの４隅が直線状（三角形）に肉付けされ、この肉付け部６ｂに矩形のガス拡散電極７の４つの角部７ａが重ねられる。高分子電解質膜１２の反対側の面、すなわち、酸化剤ガス側の主面においても、これと同様に、ガスケット６の肉付け部６ｂにガス拡散電極７の角部７ａが重ねられる（図示せず）。そして、前述の通り熱接合されてＭＥＡ−ガスケット接合体１９が形成される。
【００３８】
そして、図１に示すように、カソードセパレータ１及びアノードセパレータ２がＭＥＡ−ガスケット接合体１９の外面に当接されることによって、ガス拡散電極７の角部７ａのうち、ガスケット６の肉付け部６ｂ上に位置する部分は押し潰れて、ガスケット６の内縁とガス拡散電極７の外縁とが部分的に接することになる。ここで、ガス拡散電極７の主成分はもろい炭素繊維であり、その空隙率は８０〜９０％であるため、セル締結力による局所荷重によって、ガス拡散電極の角部７ａのうち、ガスケット６の肉付け部６ｂ上に位置する部分は容易に押し潰れる。図５にはＭＥＡ−ガスケット接合体１９の片面のみが示されているが、その反対側の面にも同様に間隙閉塞部１１０が形成される。
【００３９】
次に、以上のように構成された高分子電解質型燃料電池の動作を説明する。
図１乃至図６において、高分子電解質型燃料電池では、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’を通って燃料ガス（例えば水素）が供給され、この燃料ガスがアノードセパレータ２の燃料ガス流路１１に分岐して流入する。この燃料ガス流路１１を流れる過程で燃料ガスは、ＭＥＡ１５に接し、ガス拡散電極７を透過して、アノード触媒層１４を介して、高分子電解質膜１２に接触する。そこで燃料ガスと酸化剤ガスとが電池反応し、この電池反応に伴って消費される。このときの余剰の燃料ガスは燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’に到達し、そこを通って排出される。一方、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’を通って酸化剤ガス（例えば空気）が供給され、この酸化剤ガスがカソードセパレータ１の酸化剤ガス流路１０に分岐して流入する。この酸化剤ガス流路１０を流れる過程で酸化剤ガスは、ＭＥＡ１５に接し、ガス拡散電極７を透過して、カソード触媒層１３を介して、高分子電解質膜１２に接触する。そこで燃料ガスと酸化剤ガスとが電池反応し、この電池反応に伴って消費される。このときの余剰の酸化剤ガスは酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’に到達し、そこを通って排出される。また、この間、水供給マニフォルド４Ａ’から供給された冷却水が冷却水流路９を通って水排出マニフォルド４Ｂ’から排出され、それにより、スタックが冷却される。
【００４０】
この際、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９では、間隙閉塞部１１０が形成されているため、ガス拡散電極７とガスケット６との間隙１０９を経由して、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’から燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’に燃料ガスが流れること、及び酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’から酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’に酸化剤ガスが流れることが防止される。
【００４１】
次に、本実施の形態に即した実施例について説明する。
【００４２】
［実施例１］
実施例１では、図５及び図６に示すＭＥＡ−ガスケット接合体１９を以下のプロセスで製作した。
【００４３】
まず、比表面積８００ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸油量３６０ｍｌ／１００ｇのケッチェンブラックＥＣ（ケッチェンブラック・インターナショナル社製ファーネスブラック）に、白金を重量比１：１の割合で担持させた。次に、この触媒粉末１０ｇに、水３５ｇ及び水素イオン伝導性高分子電解質のアルコール分散液（旭硝子株式会社製、９％ＦＳＳ）５９ｇを混合し、超音波攪拌機を用いて分散させて、触媒層インクを作製した。そして、この触媒インクを、ポリプロピレンフィルム（東レ株式会社製トレファン５０−２５００）に塗装し、乾燥させることにより触媒層１３，１４を形成した。得られた触媒層１３，１４を１０４×２１６ｍｍに切断し、３３０×１５０ｍｍの高分子電解質膜１２（Ｄｕｐｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１７、厚み５０μｍ）の両面中央部に、温度１３５℃、圧力３．２ＭＰａの条件で転写した。
【００４４】
続いて、厚み５０μｍのＰＥＴのシートの両面にそれぞれ１００μｍのＥＰＤＭをコートして電子線架橋を行い、全厚み２５０μｍのシートガスケットを作製した。その後、このシートガスケットを、トムソン型を用いて、図５に示す形状、すなわち、全体サイズ１３０×３００ｍｍで、内縁部６ａの４つの隅部に肉付け部６ｂを有するようにした１０８×２２０ｍｍの中空部と、空気、燃料ガス、水各一対のマニフォルドとを備えた形状に打ち抜いて、ガスケット６を作製した。
【００４５】
ガス拡散電極７には、１０７×２１９ｍｍのサイズで、厚み０．３ｍｍの炭素繊維布（ジャパンゴアテックス株式会社  カーベルＣＬ３００）を用いた。
【００４６】
そして、高分子電解質膜中央部の触媒層１３，１４（図示せず）がガスケットの中空部に位置するようガスケット６，６を配置し、ガス拡散電極７，７を、触媒層１３，１４の外面に高分子電解質膜１２の周縁より内方に位置し、かつその４つの角部７ａがガスケット６の内縁部６ａの４つの隅部に設けた肉付け部６ｂに乗り上げるように配置した上で、１３０℃、２ＭＰａで1分間の熱圧着を行って、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９を形成した。このようにして、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９を間隙閉塞部１１０において閉塞したＭＥＡ−ガスケット接合体１９が得られた。なお、ガス拡散電極の４つの角部７ａは熱圧着によって厚み約４５μｍとなり、さらに、セル締結時において、カソードセパレータ１及びアノードセパレータ２がＭＥＡ−ガスケット接合体１９の外面に当接されることによって、さらに押し潰され、ガスケット６のガスシール機能の支障となるものではなかった。
【００４７】
これを、図３及び図４に示す形状のカソードセパレータ１及びアノードセパレータ２（厚さ３ｍｍの東海カーボン株式会社製グラッシーカーボンを材料として用い、切削機械加工で製作したもの。背面の水流路形状は図面上割愛してある）に挟んで、締結治具を用いて２．５トンの荷重をかけて締結し、図１及び図２に示す様式の４セルスタックを組立てた。
【００４８】
以上のようにして作製された４セルスタックの性能を確認するために、次のような特性試験を行った。また、比較例１として、図２１に示す従来の形状であって、肉付け部がない点を除き実施例１と同じ寸法のガスケット６及び実施例１と同じ寸法のガス拡散電極７を有するＭＥＡ１５を、実施例１と同様の製作プロセスで製作し、これを4セルスタックに組立てて、同一の特性試験を行った。
【００４９】
両者を、セル温度が７０度、燃料ガスが純水素（露点７０度となるように加湿、燃料利用率；８０％）、かつ酸化ガスが空気（露点７０度となるように加湿、空気利用率；４０％）という条件で運転し、電流―電圧特性を測定して、図７の結果を得た。図７に示すように、図中実線で示す実施例の結果は図中破線で示す比較例１に比して、ガス供給量が少ない低電流密度側での出力の改善が認められ、高分子電解質型燃料電池の発電効率の向上が確認された。
【００５０】
また、図８に、８０セルスタックを製作したときの、各セルにおける燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失の状況を示す。図８に示すように、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間での圧力損失は各セル毎のばらつきが従来例に比して低減した。この理由は、以下の通りである。つまり、従来例では、ガス拡散電極７とガスケット６の中空部との位置決めがセル組立てプロセス上困難であるため、ガス拡散電極７の外縁部では、間隙１０９の幅が均一とはならない。その結果、燃料ガス供給マニフォルド孔３Ａから燃料ガス排出ガスマニフォルド孔３Ｂに至る間隙１０９を経由する燃料ガスの量は、各セル毎にまちまちな量となり、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失は各セル毎に一定ではなかった。しかし、本実施例において、間隙１０９を経由する燃料ガスが遮断されていることから、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失の各セル毎のバラツキが少なくなったものとなったものと推定される。これによって、特に、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失が高いセルにおいては、ガス供給量が少ない、電流密度の低い領域における運転時に水の排出が困難であり、ひいてはフラッディングが発生するという課題が改善され、高分子電解質型燃料電池の安定した運転にとっても好ましい結果がもたらされた。また、酸化剤ガスについても同様に間隙１０９を経由する酸化剤ガスが遮断されていることから、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’と酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’との間における圧力損失の各セル毎のバラツキが少なくなるものと推察される。
【００５１】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る高分子電解質型燃料電池のＭＥＡ−ガスケット接合体１９の構造を示す平面図、図１０（ａ）は、図９のＸ部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図９及び図１０（ａ）において、図５及び図６と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図９及び図１０（ａ）に示すように、本実施の形態のＭＥＡ−ガスケット接合体１９は、実施の形態１のＭＥＡ−ガスケット接合体１９とは、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の構造が若干相違し、その他の点は同様である。
【００５３】
具体的には、図９及び図１０（ａ）に示すように、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９において、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９が矩形波状（ピッチ６ｍｍ×５０ターン）に形成されている。すなわち、ガス拡散電極７の外縁が、連続した矩形の凹凸形状（ピッチ６ｍｍ×５０ターン）に形成され、このガス拡散電極７の周囲に、内縁部６ａがガス拡散電極７の外縁の凹凸形状に所定の間隙を有して噛み合う連続した矩形の凹凸形状に形成されたガスケット６が配設されている。例えば、本実施の形態では、ガスケット６の内縁部６ａはガス拡散電極７の外縁部よりも縦横とも１ｍｍ程度大きいサイズを有している。つまり、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９は、平均して０．５ｍｍ程度の幅を有している。
【００５４】
次に、以上のように構成された高分子電解質型燃料電池の動作を説明する。この高分子電解質型燃料電池では、その動作原理上、所望の電池性能が得られるには、高分子電解質膜が充分に含水する必要があることから、燃料ガス及び酸化剤ガスには水分が含まれている。このため、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の燃料ガス側の主面において、起動の当初には、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９に燃料ガスの一部が流れるが、間隙１０９が矩形波状に形成されているので、時間の経過とともに、燃料ガスに含まれている水分が、間隙１０９のいずれかの折曲部に溜まることによって該間隙１０９を閉塞し、燃料ガスの流れが遮断される。これにより、間隙１０９を経由して、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’から燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’に燃料ガスが流れることが防止される。また、同様に、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の酸化剤ガス側の主面において、酸化剤ガスに含まれている水分あるいはＭＥＡ１５において生成される水が、経時的に、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９のいずれかの折曲部に溜まることによって、酸化剤ガスの流れが遮断されるため、ガス拡散電極７とガスケット６との間隙１０９を経由して、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’から酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’に酸化剤ガスが流れることも防止される。
【００５５】
以下、本実施の形態に即した実施例について説明する。
【００５６】
［実施例２］
実施例２として、図９及び図１０（ａ）に示すＭＥＡ−ガスケット接合体１９を、間隙１０９の形状を除き、実施例１と同様に製作した。
【００５７】
そして、本実施例のＭＥＡ−ガスケット接合体１９の性能を確認するために、次のような特性試験を行った。また、実施例１との比較に用いた比較例１を再度製作し、これを4セルスタックに組立てて、同一の特性試験を行った。
【００５８】
本実施例のＭＥＡ−ガスケット接合体１９を用いた4セルスタックをセル温度が７０度、燃料ガスが純水素（露点７０度となるように加湿、燃料利用率；８０％）、かつ酸化ガスが空気（露点７０度となるように加湿、空気利用率；４０％）という条件で運転し、その運転開始からの、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失の推移を測定し、図１１の結果を得た。図１１において、起動から約１０分間内に燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’と燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’との間における圧力損失は逓増して、その後定常状態に達している。この圧力損失の挙動は、燃料ガスに含まれている水分が経時的にガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９を閉塞することによるものと推察される。
【００５９】
また、本実施例の再起動特性を図１２に示す。図１２において、従来例（比較例１）の４セルスタックは、再起動に際して、起動から定格運転に達するまでの時間が第１回目の起動時とほぼ同じであったのに対し、本実施例の４セルスタックは、図１２から明らかなように、再起動に際して、起動から定格運転に達するまでの時間が従来例に比べ短縮された。高分子電解質型燃料電池は、その動作原理上、高分子電解質膜が充分に含水するまでは所望の電池特性が得られず、概ね起動から数分〜十数分かかって定格運転に達するのが通常である。ところが、本実施例においては、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の形状が波状に折れ曲がっていることにより、燃料ガス供給ガスマニフォルド孔３Ａと燃料ガス排出マニフォルド孔３Ｂとの間、及び酸化剤ガス供給ガスマニフォルド孔５Ａと酸化剤ガス排出マニフォルド孔５Ｂとの間をつなぐ間隙１０９，１０９が長くなり、そこに燃料ガスに含まれる水分が多く滞留する。こうして、高分子電解質型燃料電池の再起動時には、間隙１０９，１０９に水が貯蔵されていて、高分子電解質膜が含水している状態であるため、起動から定格運転に達するまでの時間が第１回目の起動時よりも短縮されたものと推察される。
【００６０】
［変形例１］
図１０（ｂ）及び（ｃ）は、実施の形態２の変形例１にかかる図９のＸ部に相当する部位の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図１０（ｂ）においては、間隙１０９が三角波状が連なる形状（ピッチ６ｍｍ×５０ターン）となっており、図１０（ｃ）においては、間隙１０９が円弧状が連なる形状（ピッチ６ｍｍ×５０ターン）となっている。このように、間隙１０９が三角波状、その他直線以外の形状に形成されても、間隙１０９は屈曲部を有して長くなり、そこに燃料ガスに含まれる水分が多く滞留するので、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３に係る高分子電解質型燃料電池のＭＥＡ−ガスケット接合体１９の構造を示す平面図、図１４は、図１３のXIV部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図１５は、図１４のXV−XV線断面を示す断面図である。図１３乃至図１５において、図５及び図６と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図１３乃至図１５に示すように、本実施の形態のＭＥＡ−ガスケット接合体１９は、実施の形態１において説明したものと基本的に同じであり、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の構造が若干相違する。以下、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の詳しい説明は省略し、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。
【００６３】
図１４に示すように、本実施の形態では、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の燃料ガス側の主面におけるガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の一部に塑性体１６が配設されている。また、塑性体１６が配設される位置には、ガスケット６の内縁部６ａに、塑性体１６の大きさに応じた半円状の切欠を設け、間隙１０９の拡幅部１６ａを形成している。なお、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の反対側の面、すなわち酸化剤ガス側の主面においても、これと同様に、間隙１０９の一部に塑性体１６が配設され、間隙１０９の拡幅部１６ａが形成されている（図示せず）。
【００６４】
図１４及び図１５に示すように、このＭＥＡ−ガスケット接合体１９は、高分子電解質１２と、高分子電解質膜１２中央部の両面に配置した触媒層１３，１４と、触媒層１３，１４の外面に高分子電解質膜１２の周縁より内方に位置するように配設されたガス拡散電極７，７と、ＭＥＡ１５の両面の周縁部に間隙１０９，１０９を有して配設されたガスケット６，６と、ガスケット６，６の拡幅部１６ａ，１６ａ（図１５では図示せず）に置かれた塑性体１６，１６（閉塞手段）とを接合することにより形成する。塑性体１６，１６は塑性変形することによって、間隙１０９，１０９の拡幅部１６ａ，１６ａを埋める。本実施の形態では、塑性体１６を熱可塑性樹脂とし、ＭＥＡ１５とガスケット６，６とを熱圧着する。塑性体１６，１６は、熱圧着により溶解し、ガスケット６，６とガス拡散電極７，７の間隙１０９，１０９の拡幅部１６ａ，１６ａを塞ぐ形で固化する。
【００６５】
このように構成された高分子電解質型燃料電池では、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の燃料ガス側の主面において、間隙１０９に塑性体１６が配設されているため、該間隙１０９を経由して、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’から燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’に燃料ガスが流れることが防止される。また、同様に、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の酸化剤ガス側の主面においても、隙間１０９に塑性体１６が配設されているため、該間隙１０９を経由して、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’から酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’に酸化剤ガスが流れることが防止される。
【００６６】
以下、本実施の形態に即した実施例について説明する。
【００６７】
［実施例３］
実施例３として、図１３乃至図１５に示すＭＥＡ−ガスケット接合体１９を以下のプロセスで製作した。
【００６８】
まず、実施例１同様の手法を用いて高分子電解質膜１２に触媒層１３，１４を転写した。
【００６９】
続いて、厚み５０μｍのＰＥＴの両面にそれぞれ１００μｍのＥＰＤＭをコートして電子線架橋を行い、全厚み２５０μｍのシートガスケットを作製した。その後、このシートガスケットを、トムソン型を用いて、図１３に示す形状、すなわち、半円状の切欠をもつ１０８×２２０ｍｍの内縁部６ａと、燃料ガス、水及び酸化剤ガス各一対のマニフォルド孔３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂとをもつ、１３０×３００ｍｍの形状に打ち抜いて、ガスケット６を作製した。
【００７０】
また、塑性体１６を形成するための材料部材として、直径３ｍｍのポリエチレン丸棒を４００μｍ厚にスライスしたポリエチレンチップを用いた。
【００７１】
そして、図１４及び図１５に示すように、高分子電解質１２と、高分子電解質膜１２中央部の両面に配置した触媒層１３，１４と、触媒層１３，１４の外面に高分子電解質膜１２の周縁より内方に位置するように配置したガス拡散電極７，７（１０７ｍｍ×２１９ｍｍ、ジャパンゴアテックス株式会社製カーベルＣＬ３００）と、ガス拡散電極７，７との間に間隙１０９，１０９を有して配設したガスケット６，６と、間隙１０９の拡幅部１６ａ，１６ａに置かれたポリエチレンチップ１６，１６とを、１３０℃、２ＭＰａで1分間の熱圧着を行って、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９を形成した。このとき、ポリエチレンチップ１６は溶解したのち固化し、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の拡幅部１６ａを閉塞した。これを、実施例１と同様にして、4セルスタックに組立て、実施例1と同様の特性試験を行い、同様の好ましい結果を得た。
【００７２】
（実施の形態４）
図１６は、本発明の実施の形態４に係る高分子電解質型燃料電池のカソードセパレータ内面１ａの構造を示す平面図、図１７は、図１６のXVII部の構造を拡大して示す部分拡大平面図及び部分拡大断面図である。図１８は、本発明の実施の形態４に係る高分子電解質型燃料電池のＭＥＡ−ガスケット接合体１９の構造を示す平面図、図１９は、図１８のXIX部と、XIX部に当接するカソードセパレータ１及びアノードセパレータ２との積層構造を分解して示す部分拡大分解斜視図である。図２０は、セル締結時における図１９のXX−XX線断面を示す断面図である。図１６乃至図２０において、図５及び図６と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図１６乃至図１９に示すように、本実施の形態のカソードセパレータ１及びＭＥＡ−ガスケット接合体１９は、実施の形態１において説明したものと基本的に同じであり、カソードセパレータ内面１ａと、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の構造とが若干相違する。以下、カソードセパレータ１及びＭＥＡ−ガスケット接合体１９の詳しい説明は省略し、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。また、アノードセパレータ内面２ａは、カソードセパレータ内面１ａと本実施形態における特徴的構成が同一であることから、図示を省略した。
【００７４】
図１６及び図１７に示すように、本実施の形態では、カソードセパレータ内面１ａに、本実施形態を特徴付ける、弾性体１７（閉塞手段）が配設されている。弾性体１７は、ここでは円柱形状を有している。図１６及び図１７に示すように、本実施の形態では、カソードセパレータ内面１ａには、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９のガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９に対応する位置であって、矩形の環状の間隙１０９の４隅部分に対応する位置に、弾性体１７の嵌め込み用の弾性体収納孔１７ａが設けられている。そして、弾性体１７は、図１７に示すように、この弾性体収納孔１７ａに嵌め込まれている。
【００７５】
一方、図１８に示すように、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の酸化剤ガス側、すなわち図１６のカソードセパレータ内面１ａと当接される側の主面における間隙１０９の一部には円形の拡幅部１７ｂが形成されている。この拡幅部１７ｂは、本実施の形態では、間隙１０９の４つの隅部、つまり、ガスケット内縁部６ａの４つの隅部とガス拡散電極７の４つの角部とを丸取りすることによって形成されている。すなわち、この拡幅部１７ｂは、ガスケット内縁部６ａの４つの隅部の切欠とガス拡散電極７の４つの角部の切欠とが略円形をなすようにして配設されることにより形成されている。
【００７６】
また、図示しないが、これと同様に、アノードセパレータ内面２ａにも、弾性体収納孔１７ａが設けられ、この弾性体収納孔１７ａに弾性体１７が嵌め込まれている。そして、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の燃料ガス側、すなわちアノードセパレータ内面２ａと当接される側の主面においても、これと同様に、間隙１０９に拡幅部１７ｂが形成されている。
【００７７】
そして、図１９に示すように、カソードセパレータ１と、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９と、アノードセパレータ２とはセル１８の締結時に積層される。セル締結後は、図１９及び図２０に示すように、間隙１０９の４隅において、弾性体１７が、拡幅部１７ｂに嵌り込み、間隙１０９を閉塞することになる。
【００７８】
以上のように構成された高分子電解質型燃料電池では、ガスケット６とガス拡散電極７との間隙１０９の４隅に弾性体１７がそれぞれ配設されているため、この間隙１０９を経由して、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の燃料ガス側の主面においては、燃料ガス供給マニフォルド３Ａ’から燃料ガス排出マニフォルド３Ｂ’に燃料ガスが流れることが防止され、同様に、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の酸化剤ガス側の主面においては、酸化剤ガス供給マニフォルド５Ａ’から酸化剤ガス排出マニフォルド５Ｂ’に酸化剤ガスが流れることが防止される。
【００７９】
以下、本実施の形態に即した実施例について説明する。
【００８０】
［実施例4］
実施例４として、図１６及び図１７に示すカソードセパレータ１及び図１９乃至図２０に示すＭＥＡ−ガスケット接合体１９を作製した。アノードセパレータ２はカソードセパレータ１と同様であり、図面は割愛した。図１６及び図１７において、カソードセパレータ内面１ａには、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９の間隙１０９の４隅に対応する位置に弾性体１７が嵌り込むように弾性体収納孔１７ａを穿った。アノードセパレータ内面２ａについても同様に弾性体収納孔１７ａを穿った。弾性体１７は、ゴム製ボス（材質：バイトン(ＤＵＰＯＮＴ)、硬度Ｈｓ５５）で構成した。
【００８１】
一方、図１８において、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９には、ガスケット内縁部６ａの４つの隅及びガス拡散電極７の４つの角の丸取りした切欠からなる、間隙１０９の拡幅部１７ｂを形成した。そして、このカソードセパレータ１、アノードセパレータ２、及びＭＥＡ−ガスケット接合体１９を用いて、実施例１と同様の手法でセルスタックを製作した。
【００８２】
本実施例についても実施例1同様の特性試験に供し、同様の好ましい結果を得た。
【００８３】
なお、本実施例の副次的な効果として、カソードセパレータ内面１ａ及びアノードセパレータ内面２ａに嵌め込まれたゴム製ボス１７が、ＭＥＡ−ガスケット接合体１９と、カソードセパレータ１と、アノードセパレータ２との位置決めとなり、積層時の組立性が容易かつ良好となった。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る高分子電解質型燃料電池は、簡易な手段によって電池反応用ガスの利用効率を向上することが可能な高分子電解質型燃料電池等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高分子電解質型燃料電池の構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るカソードセパレータの酸化剤流路パターンを示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るアノードセパレータの燃料ガス流路パターンを示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る高分子電解質型燃料電池が備えるＭＥＡ―ガスケット接合体の構造を示す平面図である。
【図６】図５のVI部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図７】本発明の実施例１に係る高分子電解質型燃料電池と従来の高分子電解質型燃料電池例との電池特性比較図である。
【図８】本発明の実施例１に係る高分子電解質型燃料電池と従来の高分子電解質型燃料電池例との各セル間の燃料ガス供給マニフォルドと燃料ガス排出マニフォルドとの間における圧力損失比較図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る高分子電解質型燃料電池が備えるＭＥＡ―ガスケット接合体の構造を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ部の構造を拡大して示す部分拡大平面図（ａ）と、実施の形態２の変形例１にかかる図９のＸ部に相当する部位の構造を拡大して示す部分拡大平面図（ｂ）、（ｃ）である。
【図１１】本発明の実施例２に係る高分子電解質型燃料電池の燃料ガス供給マニフォルドと燃料ガス排出マニフォルドとの間における圧力損失の起動特性図である。
【図１２】本発明の実施例２に係る高分子電解質型燃料電池の電池電圧の起動特性図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る高分子電解質型燃料電池が備えるＭＥＡ―ガスケット接合体の構造を示す平面図である。
【図１４】図１３のXIV部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図１５】図１４のXV−XV線断面を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る高分子電解質型燃料電池が備えるカソードセパレータ内面の構造を示す平面図である。
【図１７】図１６のXVII部の構造を拡大して示す部分拡大平面図及び部分拡大断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る高分子電解質型燃料電池が備えるＭＥＡ―ガスケット接合体の構造を示す平面図である。
【図１９】図１８のXIX部と、XIX部に当接するカソードセパレータ１及びアノードセパレータ２との積層構造を分解して示す部分拡大分解斜視図である。
【図２０】図１９の締結時のXX−XX線断面を示す断面図である。
【図２１】従来のＭＥＡ―ガスケット接合体の構造を示す平面図である。
【図２２】図２１のXXII部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図２３】図２２のXXIII−XXIII線断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  カソードセパレータ
１ａ  カソードセパレータ内面
１ｂ  カソードセパレータ外面
２  アノードセパレータ
２ａ  アノードセパレータ内面
２ｂ  アノードセパレータ外面
３Ａ  燃料ガス供給マニフォルド孔
３Ａ’  燃料ガス供給マニフォルド
３Ｂ  燃料ガス排出マニフォルド孔
３Ｂ’  燃料ガス排出マニフォルド
４Ａ  水供給マニフォルド孔
４Ａ’  水供給マニフォルド
４Ｂ  水排出マニフォルド孔
４Ｂ’  水排出マニフォルド
５Ａ  酸化剤ガス供給マニフォルド孔
５Ａ’  酸化剤ガス供給マニフォルド
５Ｂ  酸化剤ガス排出マニフォルド孔
５Ｂ’  酸化剤ガス排出マニフォルド
６  ガスケット
６ａ  内縁部
６ｂ  肉付け部
７  ガス拡散電極
７ａ  角部
８  Ｏリング
８ａ  Ｏリング収容溝
９  冷却水流路
１０  酸化剤ガス流路
１１  燃料ガス流路
１２  高分子電解質膜
１３  カソード触媒層
１４  アノード触媒層
１５  高分子電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）
１６  塑性体
１６ａ  拡幅部
１７  弾性体
１７ａ  弾性体収納孔
１７ｂ  拡幅部
１８  セル
１９  ＭＥＡ−ガスケット接合体
１０６  ガスケット
１０７  ガス拡散電極
１０９  間隙
１１０  間隙閉塞部
【図１】
2005100970.tif 000003
【図２】
2005100970.tif 000004
【図３】
2005100970.tif 000005
【図４】
2005100970.tif 000006
【図５】
2005100970.tif 000007
【図６】
2005100970.tif 000008
【図７】
2005100970.tif 000009
【図８】
2005100970.tif 000010
【図９】
2005100970.tif 000011
【図１０】
2005100970.tif 000012
【図１１】
2005100970.tif 000013
【図１２】
2005100970.tif 000014
【図１３】
2005100970.tif 000015
【図１４】
2005100970.tif 000016
【図１５】
2005100970.tif 000017
【図１６】
2005100970.tif 000018
【図１７】
2005100970.tif 000019
【図１８】
2005100970.tif 000020
【図１９】
2005100970.tif 000021
【図２０】
2005100970.tif 000022
【図２１】
2005100970.tif 000023
【図２２】
2005100970.tif 000024
【図２３】
2005100970.tif 000025