(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、金属セパレータの変形等を確実に阻止するとともに、段差ＭＥＡの所望のシール機能を確保することを可能にする。【解決手段】第１及び第２金属セパレータ１８、２０に第１及び第２シール部材４２、５０が一体化される。第１金属セパレータ１８の両面では、第１内側凸状シール４６ａと第２内側凸状シール４６ｂとが略同一位置に配置されるとともに、第１外側凸状シール４４ａと第２外側凸状シール４４ｂとが略同一位置に配置されている。第２シール部材５０は、第１シール部材４２の第１外側凸状シール４４ａに接触する第１平面シール５２と、別の発電セル１２を構成する第１シール部材４２の第２内側凸状シール４６ｂ及び第２外側凸状シール４４ｂに接触する第２平面シール５４とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に第１電極と該第１電極よりも大きな表面積を有する第２電極とを配設した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を第１及び第２金属セパレータ間に配設する発電セルが複数積層される燃料電池であって、
前記第１金属セパレータの外周を覆って該第１金属セパレータの両面に一体的に設けられる第１シール部材と、
前記第２金属セパレータの外周を覆って該第２金属セパレータの両面に一体的に設けられる第２シール部材と、
を備えるとともに、
前記第１シール部材は、前記第１電極に対向する前記第１金属セパレータの一方の面に設けられ、該第１電極の外周から外方に突出する前記電解質膜・電極構造体の外周縁部に接触して周回する第１内側凸状シールと、
前記一方の面に設けられ、前記電解質膜・電極構造体の外周外方を周回する第１外側凸状シールと、
前記一方の面とは反対の他方の面に設けられ、前記第１内側凸状シールと略同一位置に配置される第２内側凸状シールと、
前記他方の面に設けられ、前記第１外側凸状シールと略同一位置に配置される第２外側凸状シールと、
を有し、
前記第２シール部材は、前記第２電極に対向する前記第２金属セパレータの一方の面に設けられ、前記第１外側凸状シールに接触する第１平面シールと、
前記一方の面とは反対の他方の面に設けられ、別の発電セルを構成する前記第１シール部材の前記第２内側凸状シール及び前記第２外側凸状シールに接触する第２平面シールと、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１金属セパレータの両面には、外周を覆って前記第１シール部材が額縁状に一体成形されるとともに、
前記第２金属セパレータの両面には、外周を覆って前記第２シール部材が額縁状に一体成形されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体と前記第１及び第２金属セパレータとの積層方向に貫通して燃料ガス供給連通孔、酸化剤ガス供給連通孔、冷却媒体供給連通孔、燃料ガス排出連通孔、酸化剤ガス排出連通孔及び冷却媒体排出連通孔の６つの連通孔が設けられるとともに、
前記第１及び第２金属セパレータの両側には、額縁状シール部材が設けられた部位に６つの前記連通孔がそれぞれ３つずつ分配して形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
燃料電池を構成し電解質膜・電極構造体を挟持するために使用される燃料電池用金属セパレータであって、
前記金属セパレータは、前記電解質膜・電極構造体の一方の面側に配置される第１金属セパレータと、
前記電解質膜・電極構造体の他方の面側に配置される第２金属セパレータと、
を備え、
前記第１金属セパレータの外周を覆って該第１金属セパレータの両面に額縁状のシール部材が一体成形されるとともに、
前記シール部材は、前記第１金属セパレータの両面に沿って周回し且つ略同一位置に設けられる第１及び第２凸状シールを有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【請求項５】
請求項４記載の金属セパレータにおいて、前記第１凸状シールは、第１内側凸状シールと、
前記第１内側凸状シールの外方を周回する第１外側凸状シールと、
を備え、
前記第２凸状シールは、前記第１内側凸状シールと略同一位置に配置される第２内側凸状シールと、
前記第１外側凸状シールと略同一位置に配置される第２外側凸状シールと、
を備えることを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【請求項６】
請求項４又は５記載の金属セパレータにおいて、前記第２金属セパレータの外周を覆って該第２金属セパレータの両面に平面シール部材が一体的に設けられるとともに、
前記平面シール部材は、前記第１凸状シールに接触する第１平面シールと、
前記第２凸状シールに接触する第２平面シールと、
を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に第１電極と該第１電極よりも大きな表面積を有する第２電極とを配設した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を第１及び第２金属セパレータ間に配設する発電セルが複数積層される燃料電池及び燃料電池用金属セパレータに関する。
【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）からなる電解質膜の両側に、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（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この発電セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、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、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】
上記の発電セルでは、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密に保持するために、種々のシール構造が採用されている。例えば、特許文献１に開示された燃料電池は、図４に示すように、電解質膜・電極接合体１が第１及び第２セパレータ２、３により挟持された発電セル４を備え、この発電セル４が複数積層されることによって燃料電池スタックが構成されている。
【０００５】
第１セパレータ２の外周部分の表裏を覆って第１シール部材５が設けられるとともに、第２セパレータ３の外周部分の表裏を覆って第２シール部材６が設けられている。
【０００６】
第１シール部材５は、第１セパレータ２の一方の面に設けられる平面シール５ａと、前記第１セパレータ２の他方の面に設けられる平面シール５ｂと、前記平面シール５ｂに連続する肉厚シール５ｃとを有している。第２シール部材６は、第２セパレータ３の一方の面に設けられる外側凸状シール６ａ及び肉厚シール６ｂと、前記第２セパレータ３の他方の面に設けられる外側凸状シール６ｃ及び内側凸状シール６ｄとを有している。
【０００７】
発電セル４内では、第１シール部材５の平面シール５ｂ及び肉厚シール５ｃが、第２シール部材６の外側凸状シール６ｃ及び内側凸状シール６ｄと密着している。さらに、各発電セル４間では、第２シール部材６の外側凸状シール６ａ及び肉厚シール６ｂが、第１シール部材５の平面シール５ａと密着している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３０５００６号公報（段落［０１１０］〜［０１１１］、図１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記の第１シール部材５は、平面シール５ａ、５ｂ及び肉厚シール５ｃを設けるとともに、第２シール部材６は、外側凸状シール６ａ、６ｃ、肉厚シール６ｂ及び内側凸状シール６ｄを設けている。このため、第１及び第２シール部材５、６の構成が相当に複雑化し、前記第１及び第２シール部材５、６の製造コストが高騰するおそれがある。
【００１０】
しかも、第１及び第２シール部材５、６は、表裏のシール構造が異なっている。従って、例えば、金属製の第１及び第２セパレータ２、３に第１及び第２シール部材５、６を一体成形する際に、成形用射出圧力の偏り等によって前記第１及び第２セパレータ２、３が変形する場合がある。
【００１１】
さらに、最近、電解質膜の両側に第１電極と該第１電極よりも大きな表面積を有する第２電極とを配設した電解質膜・電極構造体（以下、単に段差ＭＥＡともいう）が使用されているが、上記の特許文献１では、この種の段差ＭＥＡに、直接、適用することができない。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、金属セパレータの変形等を確実に阻止するとともに、段差ＭＥＡの所望のシール機能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、薄肉化を図るとともに、変形の発生を良好に阻止し、しかも所望の絶縁性及び発電性能を確保することが可能な燃料電池用金属セパレータ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】
【００１４】
本発明は、電解質膜の両側に第１電極と該第１電極よりも大きな表面積を有する第２電極とを配設した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を第１及び第２金属セパレータ間に配設する発電セルが複数積層される燃料電池である。第１金属セパレータの外周を覆って該第１金属セパレータの両面に第１シール部材が一体的に設けられるとともに、第２金属セパレータの外周を覆って該第２金属セパレータの両面に第２シール部材が一体的に設けられている。
【００１５】
第１シール部材は、第１電極に対向する第１金属セパレータの一方の面に設けられ、該第１電極の外周から外方に突出する電解質膜・電極構造体の外周縁部に接触して周回する第１内側凸状シールと、前記一方の面に設けられ、前記電解質膜・電極構造体の外周外方を周回する第１外側凸状シールと、前記一方の面とは反対の他方の面に設けられ、前記第１内側凸状シールと略同一位置に配置される第２内側凸状シールと、前記他方の面に設けられ、前記第１外側凸状シールと略同一位置に配置される第２外側凸状シールとを備えている。
【００１６】
第２シール部材は、第２電極に対向する第２金属セパレータの一方の面に設けられ、第１シール部材の第１外側凸状シールに接触する第１平面シールと、前記一方の面とは反対の他方の面に設けられ、別の発電セルを構成する第１シール部材の第２内側凸状シール及び第２外側凸状シールに接触する第２平面シールとを備えている。
【００１７】
また、第１金属セパレータの両面には、外周を覆って第１シール部材が額縁状に一体成形されるとともに、第２金属セパレータの両面には、外周を覆って第２シール部材が額縁状に一体成形されることが好ましい。
【００１８】
さらに、電解質膜・電極構造体と第１及び第２金属セパレータとの積層方向に貫通して燃料ガス供給連通孔、酸化剤ガス供給連通孔、冷却媒体供給連通孔、燃料ガス排出連通孔、酸化剤ガス排出連通孔及び冷却媒体排出連通孔の６つの連通孔が設けられるとともに、前記第１及び第２金属セパレータの両側には、額縁状シール部材が設けられた部位に６つの前記連通孔がそれぞれ３つずつ分配して形成されることが好ましい。すなわち、連通孔の内側をシール部材で覆うことにより、第１及び第２金属セパレータの絶縁性を確保することができる。
【００１９】
さらにまた、本発明は、燃料電池を構成し電解質膜・電極構造体を挟持するために使用される燃料電池用金属セパレータである。金属セパレータは、電解質膜・電極構造体の一方の面側に配置される第１金属セパレータと、前記電解質膜・電極構造体の他方の面側に配置される第２金属セパレータとを備える。
【００２０】
第１金属セパレータの外周を覆って該第１金属セパレータの両面に額縁状のシール部材が一体成形されるとともに、前記シール部材は、前記第１金属セパレータの両面に沿って周回し且つ略同一位置に設けられる第１及び第２凸状シールを有している。
【００２１】
また、第１凸状シールは、第１内側凸状シールと、前記第１内側凸状シールの外方を周回する第１外側凸状シールとを備え、第２凸状シールは、前記第１内側凸状シールと略同一位置に配置される第２内側凸状シールと、前記第１外側凸状シールと略同一位置に配置される第２外側凸状シールとを備えることが好ましい。
【００２２】
さらに、第２金属セパレータの外周を覆って該第２金属セパレータの両面に平面シール部材が一体的に設けられるとともに、前記平面シール部材は、第１凸状シールに接触する第１平面シールと、第２凸状シールに接触する第２平面シールとを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、第１シール部材の両面において、第１内側凸状シールと第２内側凸状シールとが略同一位置に配置されるとともに、第１外側凸状シールと第２外側凸状シールとが略同一位置に配置されている。従って、第１金属セパレータに第１シール部材を一体成形する際に、成形用射出圧力の偏り等が回避され、前記第１金属セパレータの変形を有効に低減することができる。
【００２４】
さらに、第２シール部材の両面には、第１及び第２平面シールが設けられるだけであり、この第２シール部材が経済的且つ簡単に成形される。しかも、第２金属セパレータに第２シール部材を成形する際に、この第２金属セパレータが変形することを良好に阻止することが可能になる。
【００２５】
さらにまた、第１シール部材には、第１及び第２内側凸状シールと第１及び第２外側凸状シールとが設けられる一方、第２シール部材には、凸状シールが設けられていない。これにより、第１金属セパレータと第２金属セパレータとを容易且つ確実に識別することができ、部品管理や燃料電池の組立作業が一挙に簡素化し、作業性の向上が図られる。
【００２６】
しかも、第１シール部材の凸状シールが第２シール部材の平面シールに接触するため、前記凸状シールを正確に位置決めする必要がなく、燃料電池の組み付け作業が容易になる。
【００２７】
また、本発明では、第１金属セパレータの両面に且つ略同一位置に第１及び第２凸状シールが設けられており、この第１及び第２凸状シールが補強用リブとして機能する。このため、第１金属セパレータを薄肉化する際に、前記第１金属セパレータに変形が発生することがなく、面圧分布の均一性による発電性能の安定性、シール性及び絶縁性を良好に確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の要部分解斜視説明図であり、図２は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層してスタック化された燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【００２９】
燃料電池１０は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１４ａ、１４ｂが配置される（図２参照）。エンドプレート１４ａ、１４ｂは、図示しないタイロッドを介して固定されることにより、積層されている発電セル１２には、矢印Ａ方向に所定の締め付け荷重が付与される。
【００３０】
図１に示すように、発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１６が、第１及び第２金属セパレータ１８、２０に挟持されて構成される。第１及び第２金属セパレータ１８、２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成されている。第１及び第２金属セパレータ１８、２０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００３１】
電解質膜・電極構造体１６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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極（第１電極）２４及びカソード側電極（第２電極）２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有している。
【００３２】
アノード側電極２４及びカソード側電極２６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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に接合されている。
【００３３】
発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）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、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３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び燃料ガス、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３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３４】
発電セル１２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３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、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３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３５】
図３に示すように、第１金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、後述するように、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、例えば、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に延在する燃料ガス流路３６が設けられる。
【００３６】
図１に示すように、第２金属セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６に向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直上方向（矢印Ｃ方向）に延在する酸化剤ガス流路３８が形成される。図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１８の面１８ｂと第２金属セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。この冷却媒体流路４０は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
【００３７】
第１金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第１金属セパレータ１８の外周端部を周回して、第１シール部材４２が射出成形等により額縁状に一体化される。第１シール部材４２は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。第１シール部材４２の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定される。
【００３８】
図２に示すように、第１シール部材４２は、第１金属セパレータ１８の外周端部に近接して面１８ａに設けられる第１外側凸状シール４４ａを備え、この第１外側凸状シール４４ａから内方に所定の距離だけ離間して第１内側凸状シール４６ａが設けられる。第１外側凸状シール４４ａは、電解質膜・電極構造体１６の外周外方を周回するとともに、第１内側凸状シール４６ａは、アノード側電極２４の外周外方を周回する。
【００３９】
図３に示すように、第１外側凸状シール４４ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを囲繞する。第１内側凸状シール４６ａは、燃料ガス流路３６を囲繞するとともに、前記第１内側凸状シール４６ａと第１外側凸状シール４４ａとの間には、電解質膜・電極構造体１６の外周端部が配置される（図２参照）。
【００４０】
第１シール部材４２は、第１金属セパレータ１８の外周端部に近接して面１８ｂに設けられる第２外側凸状シール４４ｂを備え、この第２外側凸状シール４４ｂから内方に所定の距離だけ離間して第２内側凸状シール４６ｂが設けられる（図２参照）。第２外側凸状シール４４ｂは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを囲繞する。第２内側凸状シール４６ｂは、冷却媒体流路４０を囲繞するとともに、前記冷却媒体入口連通孔３２ａ及び前記冷却媒体出口連通孔３２ｂを前記冷却媒体流路４０に連通する。
【００４１】
図２に示すように、第１及び第２外側凸状シール４４ａ、４４ｂは、第１金属セパレータ１８を挟んで略同一位置に設定されるとともに、第１及び第２内側凸状シール４６ａ、４６ｂは、前記第１金属セパレータ１８を挟んで略同一位置に設定される。
【００４２】
第２金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第２金属セパレータ２０の外周端部を周回して、第２シール部材５０が射出成形等により額縁状に一体化される。第２シール部材５０は、第１シール部材４２と同一の材料で構成してもよく、また、異なる材料で構成してもよい。第２シール部材５０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定される。
【００４３】
第２シール部材５０は、第２金属セパレータ２０の面２０ａに一体化される第１平面シール５２と、前記第２金属セパレータ２０の面２０ｂに一体化される第２平面シール５４とを備える。図１に示すように、第１平面シール５２は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが酸化剤ガス流路３８に連通するようにこれらの周囲を囲繞して形成される。第２平面シール５４は、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び冷却媒体出口連通孔３２ｂを冷却媒体流路４０に連通して形成される。
【００４４】
図２に示すように、第１平面シール５２は、第２平面シール５４よりも短尺に構成される。第１シール部材４２の第１外側凸状シール４４ａが第２シール部材５０の第１平面シール５２に接触するとともに、第１内側凸状シール４６ａが電解質膜・電極構造体１６の固体高分子電解質膜２２の外周縁部に直接接触する。なお、固体高分子電解質膜２２をアノード側電極２４と同一の寸法に構成する際には、カソード側電極２６の外周縁部にシール材を含浸させて、この外周縁部に第１内側凸状シール４６ａを直接接触させてもよい。
【００４５】
第１シール部材４２の第２外側凸状シール４４ｂ及び第２内側凸状シール４６ｂは、別の発電セル１２を構成する第２金属セパレータ２０に一体化された第２シール部材５０の第２平面シール５４に接触する。
【００４６】
図１及び図３に示すように、第１金属セパレータ１８は、冷却媒体流路４０が設けられた面１８ｂに、それぞれ燃料ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂに連通する複数の通路５６ａ、５６ｂが形成される。各通路５６ａ、５６ｂは、複数の孔部５８ａ、５８ｂに連通するとともに、前記孔部５８ａ、５８ｂは、面１８ａに設けられた燃料ガス流路３６に連通する。
【００４７】
酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、第１及び第２シール部材４２、５０の額縁状シールを設けた部位に形成されており、それぞれの内側がシールで覆われており、第１及び第２金属セパレータ１８、２０の絶縁性を確保している。
【００４８】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４９】
まず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ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３４ａ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３２ａ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】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ２０の酸化剤ガス流路３８に導入され、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動する。このため、酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体１６を構成するカソード側電極２６に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから通路５６ａ及び孔部５８ａを通って第１金属セパレータ１８の燃料ガス流路３６に導入される（図３参照）。この燃料ガスは、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動し、電解質膜・電極構造体１６を構成するアノード側電極２４に供給される。
【００５１】
従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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て発電が行われる。
【００５２】
次いで、カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される（図１参照）。アノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、孔部５８ｂ及び通路５６ｂを通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５３】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ１８、２０間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５４】
この場合、本実施形態では、図２に示すように、第１金属セパレータ１８の外周端部を周回して第１シール部材４２が一体化されている。この第１シール部材４２は、一方の面に第１内側凸状シール４６ａ及び第１外側凸状シール４４ａを有するとともに、他方の面に第２内側凸状シール４６ｂ及び第２外側凸状シール４４ｂを有している。
【００５５】
そして、第１金属セパレータ１８の両面において、第１内側凸状シール４６ａと第２内側凸状シール４６ｂとが略同一位置に配置されるとともに、第１外側凸状シール４４ａと第２外側凸状シール４４ｂとが略同一位置に配置されている。従って、第１金属セパレータ１８に第１シール部材４２を一体成形する際に、成形用射出圧力の偏り等が回避され、前記第１金属セパレータ１８の変形を有効に低減することができるという効果が得られる。
【００５６】
その際、第１金属セパレータ１８を型（図示せず）により矯正した状態で、第１シール部材４２が射出成形されることにより、前記第１金属セパレータ１８のうねりや反りを良好に矯正することが可能になる。
【００５７】
しかも、第１シール部材４２は、第１及び第２内側凸状シール４６ａ、４６ｂと第１及び第２外側凸状シール４４ａ、４４ｂとを有しており、これらが補強用リブとして機能する。このため、第１金属セパレータ１８を薄肉化しても、該第１金属セパレータ１８に変形が発生することがなく、面圧分布の均一化による発電性能の安定性、シール性及び絶縁性を確保することができる。なお、第２金属セパレータ２０及び第２シール部材５０においても、上記と同様の効果が得られる。
【００５８】
一方、第２シール部材５０は、第１シール部材４２の第１外側凸状シール４４ａに接触する第１平面シール５２と、別の発電セル１２を構成する第１シール部材４２の第２内側凸状シール４６ｂ及び第２外側凸状シール４４ｂに接触する第２平面シール５４とを備えている。
【００５９】
このため、第２シール部材５０の両面には、第１及び第２平面シール５２、５４が設けられるだけであり、この第２シール部材５０が経済的且つ簡単に成形される。しかも、第２金属セパレータ２０に第２シール部材５０を成形する際に、この第２金属セパレータ２０が変形することを良好に阻止することが可能になるという利点がある。
【００６０】
また、第１及び第２シール部材４２、５０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定されている。従って、第１及び第２金属セパレータ１８、２０に反りやうねりが発生していても、前記第１及び第２金属セパレータ１８、２０の外周端部が第１及び第２シール部材４２、５０から外部に露呈することがなく、所望の絶縁性を確保するとともに、面圧分布が不均一になることを回避することができる。
【００６１】
さらに、第１シール部材４２には、第１及び第２内側凸状シール４６ａ、４６ｂと第１及び第２外側凸状シール４４ａ、４４ｂとが設けられる一方、第２シール部材５０には、凸状シールが設けられていない。これにより、第１金属セパレータ１８と第２金属セパレータ２０とを容易且つ確実に識別することができ、部品管理や燃料電池の組立作業が一挙に簡素化し、作業性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】特許文献１に開示された燃料電池の説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…燃料電池                  １２…発電セル
１６…電解質膜・電極構造体      １８、２０…金属セパレータ
２２…固体高分子電解質膜        ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極            ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔    ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔      ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔      ３６…燃料ガス流路
３８…酸化剤ガス流路            ４０…冷却媒体流路
４２、５０…シール部材          ４４ａ、４４ｂ…外側凸状シール
４６ａ、４６ｂ…内側凸状シール  ５２、５４…平面シール
５６ａ、５６ｂ…通路            ５８ａ、５８ｂ…孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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