(57)【要約】【課題】簡単な構成で、良好な発電性能を確保することを可能にする。【解決手段】電解質膜・電極構造体１２は、固体高分子電解質膜２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極２８及びカソード側電極３０とを備える。電解質膜・電極構造体１２は、全体として略四角形状に構成されるとともに、４つの角部から外方に突出する突出形状部１２ａ〜１２ｄを設ける。突出形状部１２ａ〜１２ｄは、先端が傾斜する略三角形状に形成される一方、電解質膜・電極構造体１２は、略四角形状の発電部３１を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両面に第１電極と第２電極とが配設され、燃料電池に組み込まれる電解質膜・電極構造体であって、
前記電解質膜・電極構造体は、全体として略四角形状に構成されるとともに、
少なくとも１つの角部には、外方に突出する突出形状部が設けられることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
【請求項２】
請求項１記載の電解質膜・電極構造体において、前記突出形状部は、前記電解質膜・電極構造体の対角位置に対応して少なくとも２つ設けられることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電解質膜・電極構造体において、前記突出形状部は、先端が傾斜する略三角形状に形成されることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電解質膜・電極構造体において、前記第１電極は、前記第２電極よりも小さな表面積に設定されるとともに、
前記第２電極は、前記固体高分子電解質膜の全周を覆って設けられることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電解質膜・電極構造体において、前記電解質膜・電極構造体は、回転対称形状であることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
【請求項６】
固体高分子電解質膜の両面に第１電極と第２電極とが配設される電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体を挟持する一対のセパレータとを備え、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池であって、
前記セパレータは、前記反応ガス流路に連通し且つ前記電解質膜・電極構造体の発電部の外方に位置して少なくとも１つのバッファ部を設ける一方、
前記電解質膜・電極構造体は、全体として略四角形状に構成されており、前記電解質膜・電極構造体の少なくとも１つの角部には、前記バッファ部に突出する突出形状部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池において、前記突出形状部は、前記電解質膜・電極構造体の対角位置に対応して少なくとも２つ設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項６又は７記載の燃料電池において、前記突出形状部は、先端が傾斜する略三角形状に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１電極は、前記第２電極よりも小さな表面積に設定されるとともに、
前記第２電極は、前記固体高分子電解質膜の全周を覆って設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記反応ガス流路は、セパレータ面内に偶数回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、
前記突出形状部は、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体は、回転対称形状である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、固体高分子電解質膜の両面に第１電極と第２電極とが配設される電解質膜・電極構造体及び前記電解質膜・電極構造体が組み込まれる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンとからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス（反応ガス）、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路は、一般的にセパレータの積層方向に貫通する流路入口連通孔から流路出口連通孔に向かって設けられる複数本の流路溝を備えるとともに、この流路溝は、直線流路溝や折り返し流路溝で構成されている。
【０００５】
ところが、複数本の流路溝に対して開口の小さな流路入口連通孔や流路出口連通孔が設けられる場合、前記流路溝に沿って燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体等の流体を円滑に流す一方、生成水が液状になって前記流路溝を塞ぐこと（フラッディング）を阻止するために、前記流路入口連通孔や前記流路出口連通孔の周囲にバッファ部が必要となっている。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池のガス通路板が知られている。この特許文献１では、図１０に示すように、例えば、酸化剤ガス側のガス通路板１を備えている。ガス通路板１の上部側には、酸化剤ガスの入口マニホールド２が設けられる一方、前記ガス通路板１の下部側には、酸化剤ガスの出口マニホールド３が形成されている。
【０００７】
ガス通路板１には、入口マニホールド２に連通する入口側通流溝４ａと、出口マニホールド３に連通する出口側通流溝４ｂと、前記入口側通流溝４ａと前記出口側通流溝４ｂとを連通する中間通流溝５とが設けられている。入口側通流溝４ａ及び出口側通流溝４ｂは、複数の突起６ａを介して格子状に形成される一方、中間通流溝５は、複数回折り返した曲折形状に形成され、複数本の直線状溝部７と、折り返し部位に複数の突起６ｂにより形成された格子状溝部８とを備えている。
【０００８】
このように構成される燃料電池のガス通路板１では、入口側通流溝４ａ及び出口側通流溝４ｂがバッファ部を構成しており、供給ガスの電極への接触面積が広くなるとともに、この供給ガスが自由に移動することができる一方、中間通流溝５では、複数本の直線状溝部７を介して反応ガスを高速でむらなく通流させることができる、としている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０６５９４号公報（段落［００１９］〜［００２０］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この場合、上記のガス通路板１では、実際上、入口マニホールド２から出口マニホールド３に至る複数本の蛇行する流路（サーペンタイン流路）１ａが形成されている。その際、流路１ａの折り返し部位には、複数の突起６ｂにより形成された格子状溝部８が設けられるとともに、入口側通流溝４ａ及び出口側通流溝４ｂは、複数の突起６ａを介して格子状に形成されている。
【００１１】
ところが、入口側通流溝４ａ及び出口側通流溝４ｂと格子状溝部８とは、バッファ部を構成しており、このバッファ部では、接触抵抗が増大して発電性能が低下するという問題がある。特に、流路１ａを形成するガス通路板１の面内において、バッファ部に占有される面積が拡大してしまい、効率的な発電が遂行されない場合がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能な電解質膜・電極構造体及び燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、電解質膜・電極構造体が、全体として略四角形状に構成されるとともに、少なくとも１つの角部には、外方に突出する突出形状部が設けられている。この突出形状部は、実際上、電解質膜・電極構造体の発電部の外方に位置して設けられているバッファ部に突出している。
【００１４】
また、突出形状部が、電解質膜・電極構造体の対角位置に対応して少なくとも２つ設けられることが好ましい。例えば、２つの突出形状部は、反応ガス流路に反応ガスを供給する入口バッファ部と、前記反応ガス流路から使用済みの前記反応ガスを排出する出口バッファ部とに対応して形成されている。
【００１５】
通常、セパレータの一方の面に反応ガス流路が形成されるとともに、前記セパレータの他方の面に冷却媒体流路が形成される。そして、反応ガス流路には、入口バッファ部及び出口バッファ部が連通する一方、冷却媒体流路には、同様に入口バッファ部及び出口バッファ部が連通する。このため、セパレータを金属プレートで構成する際には、４つのバッファ部に対応して、前記金属プレートの表裏に凹凸部が設けられている。
【００１６】
さらに、突出形状部が、先端が傾斜する略三角形状に形成されることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、第１電極が第２電極よりも小さな表面積に設定されるとともに、前記第２電極が固体高分子電解質膜の全周を覆って設けられることが好ましい。電解質膜・電極構造体の表裏が容易に判別可能であり、燃料電池の組み付け時に、前記電解質膜・電極構造体の表裏を逆にすることがない。
【００１８】
また、電解質膜・電極構造体は、回転対称形状であることが好ましい。燃料電池の組み付け時に、電解質膜・電極構造体を左右逆にしても同一形状が得られ、前記燃料電池を容易且つ効率的に組み付けることができる。
【００１９】
また、反応ガス流路が、セパレータ面内に偶数回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、突出形状部が、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電解質膜・電極構造体が、少なくとも１つの角部に突出形状部を設け、この突出形状部でバッファ部を気密に閉塞することにより、前記バッファ部から反応ガスが洩れることがない。しかも、突出形状部のみが発電部の外方に設けられており、略四角形状に構成された電解質膜・電極構造体の略全面に沿って反応ガスを流すことができ、前記電解質膜・電極構造体の有効発電面積が拡大される。これにより、電解質膜・電極構造体の発電効率が向上し、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能になる。
【００２１】
また、反応ガスの良好な流れとフラッディングの防止とを行いながら、入口バッファ部及び出口バッファ部のシールが確実に遂行される。しかも、電解質膜・電極構造体の対角位置に対応して４つの突出形状部を形成することにより、前記突出形状部を介して金属プレートの４つのバッファ部を気密且つ確実に閉塞することができる。
【００２２】
さらに、電解質膜・電極構造体の発電面積率が向上し、一層効率的な発電が遂行可能になるとともに、所謂、段差ＭＥＡを用いて所望の発電機能を維持することができる。さらにまた、バッファ部を避けて発電部を設けることができ、接触抵抗の増大を阻止して発電性能の向上が容易に図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池１０を積層したスタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２４】
燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２とセパレータ１３とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ１３は、互いに積層される第１及び第２金属プレート１４、１６を備える。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２６】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２７】
図１及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極（第１電極）２８及びカソード側電極（第２電極）３０とを備える。アノード側電極２８は、カソード側電極３０よりも小さな表面積に設定されるとともに、前記カソード側電極３０は、固体高分子電解質膜２６の全周を覆って設けられる。
【００２８】
アノード側電極２８及びカソード側電極３０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜２６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜２６の両面に接合されている。
【００２９】
電解質膜・電極構造体１２は、全体として略四角形状に構成されるとともに、少なくとも１つの角部、本実施形態では、前記電解質膜・電極構造体１２の４つの角部には、各対角位置に対応して外方に突出する４つの突出形状部１２ａ〜１２ｄが設けられる。突出形状部１２ａ〜１２ｄは、後述するバッファ部の形状に対応して先端が傾斜する略三角形状に形成される。
【００３０】
電解質膜・電極構造体１２は、平面形状が１８０゜の回転で同一形状を有する回転対称形状に設定される。具体的には、固体高分子電解質膜２６、アノード側電極２８及びカソード側電極３０が、それぞれ回転対称形状に設定される（図３参照）。この電解質膜・電極構造体１２は、略四角形状の発電部３１を有しており、突出形状部１２ａ〜１２ｄは、前記発電部３１の外方に設けられている。
【００３１】
図１及び図４に示すように、第１金属プレート１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに近接して設けられる略直角三角形状（略三角形状）の入口バッファ部３４と、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに近接して設けられる略直角三角形状（略三角形状）の出口バッファ部３６とを備える。入口バッファ部３４及び出口バッファ部３６は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス３４ａ、３６ａが設けられている。
【００３２】
入口バッファ部３４と出口バッファ部３６とは、酸化剤ガス流路３２を構成する複数の酸化剤ガス流路溝３８を介して連通している。各酸化剤ガス流路溝３８は、互いに平行して矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在している。入口バッファ部３４及び出口バッファ部３６は、発電部３１の外部に配置されており、電解質膜・電極構造体１２の突出形状部１２ａ、１２ｂが前記入口バッファ部３４及び前記出口バッファ部３６の形状に対応している。
【００３３】
酸化剤ガス流路３２は、第１金属プレート１４の面１４ａ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、突出形状部１２ａ、１２ｂは、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されている。
【００３４】
第１金属プレート１４の面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス流路３２を覆って酸化剤ガスのシールを行う平面状シール４０ａが設けられる。
【００３５】
第１金属プレート１４と第２金属プレート１６との互いに対向する面１４ｂ、１６ａ間には、冷却媒体流路４２が一体的に形成される。図５に示すように、冷却媒体流路４２は、冷却媒体入口連通孔２２ａの矢印Ｃ方向の両端近傍に設けられる、例えば、略三角形状の第１及び第２の入口バッファ部４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂの矢印Ｃ方向の両側近傍に設けられる、例えば、略三角形状の第１及び第２の出口バッファ部４８、５０とを備える。
【００３６】
第１の入口バッファ部４４と第２の出口バッファ部５０とは、互いに略対称形状に構成されるとともに、第２の入口バッファ部４６と第１の出口バッファ部４８とは、互いに略対称形状に構成される。第１の入口バッファ部４４、第２の入口バッファ部４６、第１の出口バッファ部４８及び第２の出口バッファ部５０は、複数のエンボス４４ａ、４６ａ、４８ａ及び５０ａにより構成されている。
【００３７】
冷却媒体入口連通孔２２ａと第１及び第２の入口バッファ部４４、４６とは、第１及び第２の入口連絡流路５２、５４を介して連通する一方、冷却媒体出口連通孔２２ｂと第１及び第２の出口バッファ部４８、５０とは、第１及び第２の出口連絡流路５６、５８を介して連通する。
【００３８】
冷却媒体流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝６０と、矢印Ｃ方向に延在する複数の直線状流路溝６２とを有する。この冷却媒体流路４２は、第１金属プレート１４と第２金属プレート１６とに振り分けられており、前記第１及び第２金属プレート１４、１６を互いに重ね合わせることによって、前記冷却媒体流路４２が形成される。図６に示すように、第１金属プレート１４の面１４ｂには、面１４ａ側に形成される酸化剤ガス流路３２を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。
【００３９】
なお、面１４ｂには、面１４ａに形成された酸化剤ガス流路３２が凸状に突出しているが、冷却媒体流路４２を分かり易くするために、該凸状部分の図示は省略する。また、図７に示す面１６ａでも同様に、面１６ｂに形成された燃料ガス流路（反応ガス流路）６６（図８参照）の凸状部分の図示は省略する。
【００４０】
面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａに第１の入口連絡流路５２を介して連通する第１の入口バッファ部４４と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに第１の出口連絡流路５８を介して連通する第２の出口バッファ部５０とが設けられる。面１４ｂには、直線状流路溝６０の一部を構成する複数の溝６０ａが矢印Ｂ方向に延在して設けられるとともに、直線状流路溝６２の一部を構成する複数の溝６２ａが矢印Ｃ方向に延在して設けられる。
【００４１】
第１金属プレート１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体のシールを行う平面状シール４０ｂが設けられる。平面状シール４０ａ、４０ｂは、第１金属プレート１４の外周端部を覆って一体的に設けられる第１シール部材４０を構成している（図２参照）。
【００４２】
図７に示すように、第２金属プレート１６の面１６ａには、後述する燃料ガス流路６６を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。具体的には、冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する第２の入口バッファ部４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する第１の出口バッファ部４８とが設けられる。
【００４３】
面１６ａには、直線状流路溝６０の一部を構成する複数の溝６０ｂが矢印Ｂ方向に延在して設けられるとともに、直線状流路溝６２の一部を構成する複数の溝６２ｂが矢印Ｃ方向に延在して設けられる。
【００４４】
図８に示すように、第２金属プレート１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ｂには、燃料ガス流路６６が設けられる。燃料ガス流路６６は、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接して設けられる略直角三角形状（略三角形状）の入口バッファ部６８と、燃料ガス出口連通孔２４ｂに近接して設けられる略直角三角形状（略三角形状）の出口バッファ部７０とを備える。
【００４５】
入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス６８ａ、７０ａを設けている。入口バッファ部６８と出口バッファ部７０とは、燃料ガス流路６６を構成する複数の燃料ガス流路溝７２を介して連通している。各燃料ガス流路溝７２は、互いに平行して矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在している。入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０は、発電部３１の外部に配置されており、電解質膜・電極構造体１２の突出形状部１２ｃ、１２ｄが前記入口バッファ部６８及び前記出口バッファ部７０の形状に対応している。
【００４６】
燃料ガス流路６６は、面１６ｂ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、突出形状部１２ｃ、１２ｄは、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されている。
【００４７】
第２金属プレート１６の外周端部を覆って第２シール部材７４が一体成形される。この第２シール部材７４は、図７に示すように、面１６ａに設けられて冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体のシールを行う線状シール７４ａを有する。第２シール部材７４は、図８に示すように、面１６ｂに設けられて燃料ガス入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ及び燃料ガス流路６６を覆って燃料ガスのシールを行う線状シール７４ｂを有する。
【００４８】
このように構成される本実施形態に係る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４９】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５０】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１金属プレート１４の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガス流路３２では、図４に示すように、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部３４に導入された後、複数の酸化剤ガス流路溝３８に分散される。このため、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス流路溝３８を介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極３０に沿って移動する。
【００５１】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属プレート１６の燃料ガス流路６６に導入される。この燃料ガス流路６６では、図８に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部６８に導入された後、複数の燃料ガス流路溝７２に分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝７２を介して蛇行し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２８に沿って移動する。
【００５２】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５３】
次いで、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部３６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図１参照）。同様に、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部７０から燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される（図８参照）。
【００５４】
一方、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属プレート１４、１６間に形成された冷却媒体流路４２に導入される。この冷却媒体流路４２では、図５に示すように、冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に延在する第１及び第２の入口連絡流路５２、５４を介して第１及び第２の入口バッファ部４４、４６に冷却媒体が一旦導入される。
【００５５】
第１及び第２の入口バッファ部４４、４６に導入された冷却媒体は、複数の直線状流路溝６０に分散されて水平方向（矢印Ｂ方向）に移動するとともに、その一部が複数の直線状流路溝６２に供給されて鉛直方向（矢印Ｃ方向）に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２の電極面全面にわたって供給された後、第１及び第２の出口バッファ部４８、５０に一旦導入され、さらに第１及び第２の出口連絡流路５６、５８を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５６】
この場合、本実施形態では、電解質膜・電極構造体１２が、全体として略四角形状に構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体１２の各角部から外方に突出する４つの突出形状部１２ａ〜１２ｄが設けられる。突出形状部１２ａ、１２ｂは、入口バッファ部３４及び出口バッファ部３６を気密に閉塞する一方、突出形状部１２ｃ、１２ｄは、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０を気密に閉塞している。
【００５７】
このため、突出形状部１２ａ〜１２ｄは、酸化剤ガス及び燃料ガスの洩れを阻止するシール機能を有することができ、シール構造の簡素化が容易に図られる。しかも、酸化剤ガス流路３２は、入口バッファ部３４及び出口バッファ部３６に連通するとともに、燃料ガス流路６６は、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０に連通している。これにより、酸化剤ガス及び燃料ガスの円滑な流れとフラッディングの防止とを確実に行いながら、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの洩れを良好に阻止することが可能になる。
【００５８】
さらに、突出形状部１２ａ〜１２ｄのみが、発電部３１の外方に突出している。従って、略四角形状に構成された電解質膜・電極構造体１２の全面に沿って酸化剤ガス及び燃料ガスを流すことができ、前記電解質膜・電極構造体１２の有効発電面積が拡大される。これにより、電解質膜・電極構造体１２の発電効率が向上し、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
特に、セパレータ１３は、第１及び第２金属プレート１４、１６を備えている。このため、第１金属プレート１４の面１４ａには、入口バッファ部３４及び出口バッファ部３６の他に、冷却媒体用の第１の入口バッファ部４４及び第２の出口バッファ部５０に対応する凹凸形状部が設けられている。同様に、第２金属プレート１６の面１６ｂには、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０の他に、冷却媒体用の第２の入口バッファ部４６及び第１の出口バッファ部４８に対応する凹凸形状部が設けられている。その際、電解質膜・電極構造体１２には、４つの角部に対応して突出形状部１２ａ〜１２ｄが形成されており、酸化剤ガス及び燃料ガスの洩れを可及的に阻止することが可能になる。
【００６０】
さらにまた、突出形状部１２ａ〜１２ｄは、入口バッファ部３４、６８及び出口バッファ部３６、７０の形状に対応して略三角形状に形成されている。従って、電解質膜・電極構造体１２の発電面積率が向上し、一層効率的な発電が遂行されるという利点がある。
【００６１】
また、酸化剤ガス流路３２は、面１４ａ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、突出形状部１２ａ、１２ｂは、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されている。同様に、燃料ガス流路６６は、面１６ｂ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成するとともに、突出形状部１２ｃ、１２ｄは、前記サーペンタイン流路の折り返し幅寸法と略同一の幅寸法に設定されている。このため、電解質膜・電極構造体１２は、入口バッファ部３４、６８及び出口バッファ部３６、７０を避けて電極面を設けることができ、接触抵抗が増大することを阻止して発電性能の向上を容易に図ることができる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、アノード側電極２８は、カソード側電極３０よりも小さな表面積に設定されるとともに、電解質膜・電極構造体１２は、平面形状が１８０゜の回転で同一形状を有する回転対称形状に設定されている。このため、電解質膜・電極構造体１２の表裏が容易に判別可能であり、燃料電池１０の組み付け時に、前記電解質膜・電極構造体１２の表裏を逆にすることがない。一方、燃料電池１０の組み付け時に、電解質膜・電極構造体１２を左右逆にしても同一形状が得られ、例えば、突出形状部１２ａ、１２ｂは、出口バッファ部３６及びを気密に閉塞するとともに、突出形状部１２ｃ、１２ｄは、出口バッファ部７０及び入口バッファ部６８を気密に閉塞することが可能になる。これにより、燃料電池１０を容易且つ効率的に組み付けることができるという効果が得られる。
【００６３】
なお、入口バッファ部３４、６８及び出口バッファ部３６、７０が略四角形状に構成される際には、電解質膜・電極構造体１２に代替して、図９に示す電解質膜・電極構造体８０を使用することができる。この電解質膜・電極構造体８０は、固体高分子電解質膜２６の両面にアノード側電極２８及びカソード側電極３０が配設されており、全体として略四角形状に構成される。電解質膜・電極構造体８０の１以上の角部、例えば、４つの角部には、外方に突出する略四角形状の突出形状部８０ａ〜８０ｄが設けられ、前記電解質膜・電極構造体８０は、回転対称形状に設定される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池を積層したスタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池を構成する本発明の実施形態に係る電解質膜・電極構造体の斜視図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第１金属プレートの一方の面の正面図である。
【図５】セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。
【図６】前記第１金属プレートの他方の面の正面説明図である。
【図７】第２金属プレートの一方の面の正面説明図である。
【図８】前記第２金属プレートの他方の面の正面説明図である。
【図９】他の電解質膜・電極構造体の斜視説明図である。
【図１０】特許文献１の燃料電池のガス通路板の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…燃料電池                    １２、８０…電解質膜・電極構造体
１２ａ〜１２ｄ、８０ａ〜８０ｄ…突出形状部
１３…セパレータ                  １４、１６…金属プレート
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔      ２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔        ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔        ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６…固体高分子電解質膜          ２８…アノード側電極
３０…カソード側電極              ３１…発電部
３２…酸化剤ガス流路
３４、４４、４６、６８…入口バッファ部
３６、４８、５０、７０…出口バッファ部
４０、７４…シール部材            ４２…冷却媒体流路
６６…燃料ガス流路
【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】
2005044774.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月17日(2004.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005044774.tif 000013
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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