(57)【要約】  電解質５をアノード電極７及びカソード電極６で挟んだ構造を有するセル構造体３と、セル構造体３との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域Ｇ１，Ｇ２を夫々形成する一対のセパレータ４とを備え、セル構造体３のアノード電極７側に、アノードガスの流通領域Ｇ１を囲繞する第１シール部Ｓ１と、第１シール部Ｓ１の外周側を囲繞する第２シール部Ｓ２とを備え、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２との間に、酸素含有ガスの流通路Ｆを形成した燃料電池ＦＣとし、二重のシール構造でアノードガスの漏出を抑制し、万一、第１シール部Ｓ１が劣化したとしても、第１シール部を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化する。
2018020686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備え、
前記セル構造体のアノード電極側に、アノードガスの流通領域を囲繞する第１シール部と、第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、
前記第１シール部と第２シール部との間に、酸素含有ガスの流通路を形成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セル構造体及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、
前記セル構造体のアノード電極側において、アノードガスの流通領域内にアノードガスのマニホールド穴を含むと共に、前記第１シール部と第２シール部との間にカソードガスのマニホールド穴が配置してあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セル構造体のカソード電極側に、アノードガスのマニホールド穴を囲繞する第３シール部と、カソードガスの流通領域を囲繞する第４シール部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１及び第２のシール部と、前記第３及び第４のシール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１及び第２のシール部のシール強度が、前記第３及び第４シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１シール部と第２シール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１シール部のシール強度が、前記第２シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１シール部が、溶接により形成され、前記第２シール部が、ガラス材により形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池を積層した構造を有し、
隣接する燃料電池同士が、相互間のセパレータを共用して夫々の燃料電池を構成していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セル構造体が、その周囲を保持するフレームを含み、
前記フレームが、その外周に、前記セパレータの周縁部よりも外周側に延出する延出部を有し、
隣接するセル構造体のフレームにおける前記延出部同士の間に、前記第２シール部を配置したことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル構造体を一対のセパレータで挟持した構造を有する燃料電池の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の燃料電池は、電解質層の両面に電極層を備えた膜電極接合体と、膜電極接合体を挟んで対向する一対のセパレータとを備えている。膜電極接合体及びセパレータには、反応ガスの供給用マニホールド及び排出用マニホールドが夫々形成してある。【０００３】
そして、燃料電池は、膜電極接合体の周縁部とセパレータとの間に、反応ガスの漏洩を防止するために、環状のシール部材が電極層の周囲を囲むように配置してある。また、膜電極接合体は、アノード側において、カソードガス用のマニホールドの周囲にシール部材を配置すると共に、カソード側において、アノードガスのマニホールドの周囲にシール部材を配置し、これにより、アノードガス及びカソードガスの夫々の流通空間を気密的に分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１１−２２８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したような燃料電池は、アノードガスに可燃性ガス（水素）が含まれているので、ガス漏れ対策を講じておく必要があり、安全性の向上を図るうえでさらなる改良を施すことが非常に重要である。【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、アノードガスの外部への漏出を抑制することができ、万一、アノードガスのシール部が劣化したとしても、シール部を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化することができる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】
【０００７】
本発明に係わる燃料電池は、電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備えている。そして、燃料電池は、前記セル構造体のアノード電極側に、アノードガスの流通領域を囲繞する第１シール部と、前記第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、前記第１シール部と第２シール部との間に、酸素含有ガスの流通路を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる燃料電池では、セル構造体のアノード電極側と、これに対向するセパレータとの間において、第１シール部と第２シール部とで二重のシール構造を形成して、アノードガスの外部への漏出を防止する。また、燃料電池は、万一、第１シール部の外側にアノードガスが漏出しても、第１シール部とその外周側の第２シール部との間に、酸素含有ガスの流通路を形成しているので、第１シール部を通過したアノードガスは、酸素含有ガスと混合燃焼し、若しくは酸素含有ガスにより希釈される。【０００９】
このようにして、本発明に係わる燃料電池は、アノードガスの漏出を抑制することができ、万一、第１シール部が劣化したとしても、第１シール部を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化することができる。これにより、燃料電池は、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の燃料電池を含む燃料電池スタックを示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態を説明する燃料電池の斜視図である。
【図３】燃料電池の長辺部分の断面図である。
【図４】セル構造体のカソード電極側及びアノード電極側を説明する平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す燃料電池の長辺部分の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形を示す態燃料電池の長辺部分の断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示すアノード電極側の平面図である。
【図８】本発明の第５実施形態を示すアノード電極側の平面図である。
【図９】本発明の第６実施形態を示す燃料電池スタックの要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係わる燃料電池ＦＣを含む燃料電池スタックＦＳを概略的に示す図である。図示の燃料電池スタックＦＳは、発電領域１の周囲にフレーム２を備えたセル構造体３と、セパレータ４とを交互に積層した構造を有している。なお、図１には２枚のセル構造体３を示したが、実際には多数のセル構造体３を積層する。また、燃料電池スタックＦＳは、個々のセル構造体３の両面にガスの流通領域を形成する都合上、セパレータ４の数はセル構造体３の数よりも１枚多くなる。
【００１２】
燃料電池ＦＣは、図２に示すように、セル構造体３が、その周囲を保持するフレーム２を含み、このセル構造体３と、一対のセパレータ４，４とを備えている。すなわち、燃料電池ＦＣは、図１に示す燃料電池スタックＦＳにおいては、隣接するもの同士が、相互間のセパレータ４を共用して夫々の燃料電池ＦＣを形成している。
【００１３】
セル構造体３は、平面矩形を成すプレート状の多層構造体であり、図３に一部を示すように、図３中で上側のカソード電極（空気極）６と、図３中で下側のアノード電極（燃料極）７とで電解質５を挟んだ構造を有している。また、セル構造体３は、アノード電極７側に、発泡金属等の多孔質材から成る支持プレート８を有している。このセル構造体３は、支持プレート８により、アノード電極７へのガス透過性を維持しつつ機械的強度を高めたものであり、例えば、メタルサポートセルと称されることがある。
【００１４】
上記フレーム２は、セル構造体３の一部であり、その材料がとくに限定されるものではないが、樹脂や金属を用いることができる。このフレーム２は、電解質５、カソード電極６及びアノード電極７から成る発電領域１と一体成形しても良い。また、フレーム２は、中央に発電領域１を配置し得る大きさの多孔質材製の支持プレート８を使用し、この支持プレート８の周囲を圧縮して緻密化し、緻密化部分をフレーム（フレーム部）とすることもできる。
【００１５】
この実施形態のセル構造体３は、カソード電極６側に、エキスパンドメタルや金属メッシュ等のガス透過性を有する材料から成る補強プレート９を備えており、カソード電極６へのガス透過性を維持しつつ機械的強度をより一層高めている。
【００１６】
セパレータ４は、ステンレス等の金属材料から成ると共に、セル構造体３に対応した平面矩形の部材であり、プレス加工により凹凸を有する表裏反転形状に成形してある。燃料電池ＦＣにおいて、一対のセパレータ４，４のうちの一方のセパレータ４は、セル構造体３のカソード電極６側との間で、カソードガス（酸素含有ガス・空気）の流通領域Ｇ２を形成する。また、他方のセパレータ４は、セル構造体３のアノード電極７側との間で、アノードガス（水素含有ガス・水素ガス）の流通領域Ｇ１を形成する。
【００１７】
なお、燃料電池ＦＣは、先述したように、燃料電池スタックＦＳにおいては相互間のセパレータ４を共用している。このため、共用の各セパレータ４は、図３中の上側である一方側でカソードガスの流通領域Ｇ２を形成し、図３中の下側である他方側でアノードガスの流通領域Ｇ１を形成して、双方の流通領域Ｇ１，Ｇ２を分離している。各流通領域Ｇ１，Ｇ２は、夫々のガスのみが流通し得る全域である。
【００１８】
ここで、セル構造体３のフレーム２、及びセパレータ４の一方の短辺部分には、アノードガスの供給用マニホールド穴Ｈ１、及びカソードガス排出用マニホールド穴Ｈ２が夫々形成してある。また、他方の短辺部分には、アノードガスの排出用マニホールド穴Ｈ３、及びカソードガスの供給用マニホールド穴Ｈ４が夫々形成してある。これらのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４は、セル構造体３及びセパレータ４を積層した状態で、互いに連通して燃料ガスや空気を流通させるマニホールドを夫々形成する。
【００１９】
燃料電池スタックＦＳは、図１に示すように、燃料電池ＦＣの積層体の上下に、集電板Ｃ１，Ｃ２を介してエンドプレートＥ１，Ｅ２を配置する。そして、燃料電池スタックＦＳは、両側のエンドプレートＥ１，Ｅ２をボルト・ナット類で連結して積層体を拘束する。エンドプレートＥ１，Ｅ２の連結には、必要に応じて、積層荷重を付与するためのスプリングを配置する。なお、集電板Ｃ１，Ｃ２及び一方のエンドプレートＥ２にも個々のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４が形成してある。
【００２０】
また、燃料電池スタックＦＳにおいて、各部材間には、図１中で点線で示すシール部材Ｓが配置してある。主なシール部材Ｓとしては、セル構造体３とセパレータ４との周縁部同士の間に配置したものと、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４の周囲に配置したものがある。その詳細は以下に述べる。
【００２１】
上記の燃料電池スタックＦＳを構成する燃料電池ＦＣは、図２〜４に示すように、セル構造体３のアノード電極７側に、アノードガスの流通領域Ｇ１を囲繞する第１シール部Ｓ１と、第１シール部Ｓ１の外周側を囲繞する第２シール部Ｓ２を備えている。第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２は、一定の間隔をおいて配置してあり、双方の間に、酸素含有ガスの流通路Ｆを形成している。
【００２２】
また、燃料電池ＦＣは、セル構造体３のアノード電極７側において、アノードガスの流通領域Ｇ１内にアノードガスのマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３を含むと共に、第１シール部と第２シール部との間にカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４が配置してある。
【００２３】
さらに、燃料電池ＦＣは、セル構造体３のカソード電極６側に、アノードガスのマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３を囲繞する第３シール部と、カソードガスの流通領域Ｇ２を囲繞する第４シール部とを備えている
【００２４】
つまり、燃料電池ＦＣは、図３中で右側に示すセル構造体３のアノード電極７側に、アノードガスの流通領域Ｇ１、すなわちアノード電極７及びマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３を含む流通領域Ｇ１を囲繞するように、無端状の第１シール部Ｓ１が配置してある。この際、カソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４は、第１シール部Ｓ１の外側となる。そして、セル構造体３のアノード電極７側には、アノードガスの流通領域Ｇ１及びカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４が含まれるように、フレーム２の周縁部に無端状の第２シール部Ｓ２が配置してある。
【００２５】
他方、セル構造体３のカソード電極６側では、図３中で左側に示すように、アノードガスのマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３の周囲に無端状の第３シール部Ｓ３が配置してある。また、同じくカソード電極６側では、カソードガスの流通領域Ｇ２、すなわちカソード電極６及びマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を含む流通領域Ｇ２を囲繞するように、フレーム２の周縁部に無端状の第４シール部Ｓ４が配置してある。
【００２６】
上記構成を備えた燃料電池ＦＣは、セル構造体３のカソード電極６にカソードガスを供給すると共に、アノード電極７にアノードガスを供給することで、各電極６，７及び電解質５における電気化学反応により電気エネルギを発生する。
【００２７】
この際、燃料電池ＦＣは、図３中の右側に示すアノード電極７側では、アノードガス（矢印ＡＧ）が、供給用のマニホールド穴Ｈ１からアノード電極７を経て排出用のマニホールド穴Ｈ３に流れる。また、図３中の左側に示すカソード電極６側では、カソードガス（矢印ＣＧ）が、供給用のマニホールドＨ４からカソード電極６を経て排出用のマニホールド穴Ｈ２に流れ、アノードガス（ＡＧ）とは逆向きの流れになる。
【００２８】
また、この実施形態の燃料電池ＦＣでは、セル構造体３のアノード電極７側において、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２との間に酸素含有ガスの流通路Ｆを形成し、この流通路Ｆにカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を配置しているので、図３中に短い矢印で示すように、流通路Ｆに酸素含有ガスであるカソードガスが継続的に流通する。この流通路Ｆに供給されるカソードガスは、発電領域１に供給する前のカソードガスの一部であるから、充分な酸素量を含有している。
【００２９】
上記構成を備えた燃料電池ＦＣは、セル構造体３のアノード電極７側と、これに対向するセパレータ４との間において、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２とにより、二重のシール構造を形成して、アノードガスの外部への漏出を防止する。
【００３０】
また、燃料電池ＦＣは、図３中に点線矢印で示すように、万一、第１シール部Ｓ１の外側にアノードガスが漏出しても、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２との間に、酸素含有ガスの流通路Ｆがあるので、この流通路Ｆにおいて、アノードガスとカソードガス（酸素含有ガス）とが混合燃焼し、若しくはアノードガスがカソードガスにより希釈される。
【００３１】
このようにして、燃料電池ＦＣは、二重のシール構造により、アノードガスの外部への漏出を防止することができ、万一、第１シール部Ｓ１が劣化したとしても、流通路Ｆにおいて、第１シール部Ｓ１を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化することができる。これにより、高濃度のアノードガスが外部に排出されるような事態を未然に阻止することができ、安全性を高めることができる。
【００３２】
また、上記の燃料電池ＦＣは、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２の間にカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を配置し、流通路Ｆに酸素含有ガスとしてのカソードガスを流通させるようにしているので、流通路Ｆに対して、独立した酸素含有ガスの供給系を用いる必要がなく、装置構造並びにシステム全体の簡略化や低コスト化を実現することができる。
【００３３】
図５〜図９は、本発明に係わる燃料電池及び燃料電池スタックの第２〜第６の実施形態を示す図である。以下の各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
〈第２実施形態〉
燃料電池ＦＣは、より好ましい実施形態として、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２のシール強度と、第３及び第４のシール部Ｓ３，Ｓ４のシール強度とが、互いに異なるものにすることができる。この場合、さらに好ましい実施形態として、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２のシール強度が、第３及び第４シール部Ｓ３，Ｓ４のシール強度よりも大きいものとすることができる。
【００３５】
図５に示す燃料電池ＦＣは、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２が、溶接で形成してあり、第４のシール部Ｓ４が、低結晶化ガラス等のガラス材により形成されている。これにより、燃料電池ＦＣのシール構造は、アノード側及びカソード側でシール強度が互いに異なり、溶接を採用したアノード側のシール強度が相対的に大きいものとなる。なお、図５は、燃料電池ＦＣの長辺部分の断面であるから、第３シール部（Ｓ３）は図中に表れない。
【００３６】
第１及び第３のシール部Ｓ１，Ｓ３は、アノードガス及びカソードガスの両方に接触する。また、第２及び第４のシール部Ｓ２，Ｓ４は、主にカソードガスに接触する。そこで、燃料電池ＦＣは、接触するガスの種類等に応じて、各シール部Ｓ１〜Ｓ４のシール方法やシール部材の材料及びシール構造などを適宜選択して夫々のシール強度を異ならせる。
【００３７】
これにより、燃料電池ＦＣは、先の実施形態と同様に、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２から成る二重のシール構造により、アノードガスの外部への漏出を防止する。また、燃料電池ＦＣは、図中に点線矢印で示すように、万一、第１シール部Ｓ１が劣化したとしても、流通路Ｆにおいて、第１シール部Ｓ１を通過したアノードガスを燃焼若しくは希釈させ、外部に排出する前に無害化する。
【００３８】
そして、燃料電池ＦＣは、上記の作用効果に加えて、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２と、第３及び第４のシール部Ｓ３，Ｓ４とが、互いに異なるシール強度を有するので、腐食、酸化及び還元に対して、シール部Ｓ１〜Ｓ４のロバスト性の向上を実現することができ、信頼性並びに安全性のさらなる向上を図ることができる。
【００３９】
さらに、燃料電池ＦＣは、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２のシール強度を、第３及び第４のシール部Ｓ３，Ｓ４のシール強度よりも大きくすることで、腐食、酸化及び還元に対するシール部Ｓ１〜Ｓ４のロバスト性のさらなる向上を実現する。ここで、溶接部は、金属であり、高温の酸化環境に置かれると劣化する（酸化物層を生成して脆弱化する）ため、還元雰囲気に設けることが望ましい。このような観点から、上記実施形態では、アノードガス側である第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２に溶接を採用することで、上記ロバスト性の向上を実現している。
【００４０】
なお、上記実施形態では、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２を溶接で形成し、第３及び第４のシール部Ｓ３，Ｓ４をガラス材で形成することで、互いのシール強度を異ならせたものとした。ただし、シール強度は、例えば、溶接範囲を増減したり、ガラス材の組成を変えたりすることによっても設定し得る。したがって、例えば、アノード側の第１シール部Ｓ１及びカソード側の第３シール部Ｓ３を溶接で形成し、アノード側の第２シール部Ｓ２及びカソード側の第４シール部Ｓ４をガラス材で形成して、各シール部Ｓ１〜Ｓ４シール強度を互いに異ならせることも可能である。
【００４１】
〈第３実施形態〉
この実施形態の燃料電池ＦＣは、第１シール部Ｓ１のシール強度と、第２シール部Ｓ２のシール強度とが、互いに異なるものである。また、燃料電池ＦＣは、より好ましい実施形態として、第１シール部Ｓ１のシール強度が、第２シール部Ｓ２のシール強度よりも大きいものとすることができる。その具体例として、図６に示す燃料電池ＦＣは、第１シール部Ｓ１が、溶接により形成してあると共に、第２シール部Ｓ２が、ガラス材により形成してある。
【００４２】
上記構成を備えた燃料電池ＦＣは、第１シール部Ｓ１及び第２シール部Ｓ２の夫々の破断モード（破断に効く入力）が異なるものとなる。これにより、燃料電池ＦＣは、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ある入力に対して、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２の両方が同時に破断するような事態を未然に阻止する。
【００４３】
また、燃料電池ＦＣは、第１シール部Ｓ１のシール強度が、第２シール部Ｓ２のシール強度よりも大きいので、第１シール部Ｓ１によるアノードガスの封止機能が向上する。しかも、燃料電池ＦＣは、仮に、第１シール部Ｓ１が劣化したとしても、酸素含有ガスが流通している流通路Ｆにおいて、第１シール部Ｓ１を通過したアノードガスを燃焼若しくは希釈させ、外部に排出する前に無害化することができる。
【００４４】
さらに、燃料電池ＦＣは、第１シール部Ｓ１を溶接により形成し、第２シール部Ｓ２をガラス材により形成することで、アノードガスの封止機能が向上するうえに、高温時においては、第２シール部Ｓ２が軟化して脆弱さが下がり、シール機能のロバスト性の向上に貢献することができる。
【００４５】
〈第４実施形態〉  
図７に示す燃料電池ＦＣは、セル構造体３のアノード電極７側において、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２が、カソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を除くようにして、アノードガスの流通領域Ｇ１を囲繞している。そして、燃料電池ＦＣは、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２の間に酸素含有ガスの流通路Ｆを形成し、供給源１０から流通路Ｆに酸素含有ガスを継続的に供給する。また、図示の燃料電池ＦＣのアノード電極７側には、カソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を囲繞するシール部材Ｓ，Ｓが設けてある。
【００４６】
この場合、燃料電池ＦＣは、流通路Ｆに、酸素含有ガスの入口１１Ａを形成する。供給源１０は、例えば、カソードガスの供給系に含まれるものでも良いし、独立して酸素含有ガスを供給するものでも良い。また、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いれば、流通路Ｆに漏出したアノードガスとの混合燃焼がより促進され、アノードガスのさらなる無害化に貢献し得る。
【００４７】
なお、この実施形態の場合、図中に点線矢印で示すように、流通路Ｆの出口１１Ｂを設け、流通路Ｆにおける酸素含有ガスの流通性を高めるようにしても良い。また、この実施形態では、カソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を囲繞するシール部材Ｓ，Ｓを例示したが、マニホールド穴Ｈ２，Ｈ４の部分において、それらの内側及び外側を通るように第２シール部Ｓ２を分岐させても良い。
【００４８】
〈第５実施形態〉  
図８に示す燃料電池ＦＣは、セル構造体３のアノード電極７側において、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２の間に、酸素含有ガスの流通路Ｆを形成すると共に、カソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４の片方が配置してある。図示例では、カソードガスの供給用のマニホールド穴Ｈ４を流通路Ｆ内に配置し、排出用のマニホールド穴Ｈ２を囲繞するシール部材Ｓを設けている。この場合、図中の点線矢印で示すように、カソードガスの排出側のマニホールド穴Ｈ２の近傍に、酸素含有ガスの出口１１Ｂを設けたり、その出口１１Ｂから排出用マニホールド穴Ｈ２に至る通路を設けたりしても良い。
【００４９】
上記の燃料電池ＦＣにあっても、先の実施形態と同様に、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２から成る二重のシール構造により、外部へのアノードガスの漏出を防止し、万一、第１シール部Ｓ１が劣化しても、流通路Ｆにおいて、第１シール部Ｓ１を通過したアノードガスを燃焼若しくは希釈させ、外部に排出する前に無害化することができる。
【００５０】
〈第６実施形態〉
図９に示す燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態で説明した燃料電池ＦＣ（図２参照）を積層した構造を有し、その際、隣接する燃料電池ＦＣ同士が、相互間のセパレータ４を共用して夫々の燃料電池を構成している。また、燃料電池スタックＦＳは、燃料電池ＦＣを構成するセル構造体３が、その周囲を保持するフレーム２を含むものである。
【００５１】
上記の燃料電池スタックＦＳは、各セル構造体３のフレーム２が、その外周に、セパレータ４の周縁部よりも外周側に延出する延出部２Ａを有している。そして、燃料電池スタックＦＳは、隣接するセル構造体３，３のフレーム２，２において、延出部２Ａ，２Ａ同士の間に、第２シール部Ｓ２を配置している。
【００５２】
第２シール部Ｓ２は、先の実施形態で説明したように、アノードガスの流通領域Ｇ１を囲繞する第１シール部Ｓ１に対して、その外周側を囲繞している。ただし、この実施形態の第２シール部Ｓ２は、フレーム２の延出部２Ａ，２Ａ同士の間、すなわちセパレータ４が存在しない部分に配置してある。これにより、第２シール部Ｓ２は、セル構造体３のカソード電極６側に配置する第４シール部（Ｓ４）を一体化している。
【００５３】
上記の燃料電池スタックＦＳは、第２シール部Ｓ２が、第４シール部Ｓ４を一体化したものとしても、第１シール部Ｓ１でアノードガスを封止すると共に、第２シール部Ｓ２でカソードガスを封止する。そのうえで、燃料電池スタックＦＳは、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２との間に、酸素含有ガスの流通路Ｆを形成する。したがって、流通路Ｆに流通させる酸素含有ガスは、構造上、カソードガスを用いるのがより好ましい。
【００５４】
上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態で説明した燃料電池ＦＣと同様に、第１及び第２のシール部Ｓ１，Ｓ２から成る二重のシール構造により、外部へのアノードガスの漏出を防止する。また、燃料電池スタックＦＳは、万一、第１シール部Ｓ１が劣化したとしても、流通路Ｆにおいてアノードガスを燃焼若しくは希釈させ、外部に排出す前に無害化することができる。
【００５５】
さらに、上記の燃料電池スタックＦＳは、第２シール部Ｓ２が、第４シール部Ｓ４を一体化したものになっているので、その分、部品点数や工数を削減することができ、製造効率の向上や低コスト化を実現することができる。
【００５６】
本発明に係わる燃料電池及び燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更したり、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることが可能である。
【００５７】
また、上記の各実施形態では、セル構造体３のアノード電極７側に、第１シール部Ｓ１と第２シール部Ｓ２とを備え、第１シール部Ｓ１の外側にカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を配置した構成を例示した。
【００５８】
本発明の燃料電池ＦＣは、夫々のガスの流通領域Ｇ１，Ｇ２が気密的に分離されていれば良いので、アノード電極７側において、第１シール部Ｓ１の内側にカソードガスのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４を配置し、そのマニホールド穴Ｈ２，Ｈ４の周囲に別のシール部（図７，８のシール部材Ｓ）を配置しても構わない。この場合、流通路Ｆに酸素含有ガスを供給する構成としては、図７に示すような独立した供給源１０や、マニホールド穴Ｈ２，Ｈ４から流通路Ｆに至るカソードガス（酸素含有ガス）の連絡路を用いることができ、これにより、各実施形態と同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｆ  流通路
ＦＣ  燃料電池
ＦＳ  燃料電池スタック
Ｇ１  アノードガスの流通領域
Ｇ２  カソードガスの流通領域
Ｈ１，Ｈ３  アノードガスのマニホールド穴
Ｈ２，Ｈ４  カソードガスのマニホールド穴
Ｓ１  第１シール部
Ｓ２  第２シール部
Ｓ３  第３シール部
Ｓ４  第４シール部
２  フレーム
２Ａ  延出部
３  セル構造体
４  セパレータ
５  電解質
６  カソード電極
７  アノード電極
【図１】
2018020686.tif 000003
【図２】
2018020686.tif 000004
【図３】
2018020686.tif 000005
【図４】
2018020686.tif 000006
【図５】
2018020686.tif 000007
【図６】
2018020686.tif 000008
【図７】
2018020686.tif 000009
【図８】
2018020686.tif 000010
【図９】
2018020686.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月27日(2017.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備え、
前記セル構造体が、その周囲を保持する金属フレームを含み、
前記金属フレーム及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、
前記セル構造体のアノード電極側で前記金属フレームの周縁部に、アノードガスのマニホールド穴を含む流通領域を囲繞する第１シール部と、第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、
前記第１シール部と第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスが流通する流通路を形成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記セル構造体のカソード電極側に、アノードガスのマニホールド穴を囲繞する第３シール部と、カソードガスの流通領域を囲繞する第４シール部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１及び第２のシール部と、前記第３及び第４のシール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１及び第２のシール部のシール強度が、前記第３及び第４シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１シール部と第２シール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１シール部のシール強度が、前記第２シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１シール部が、溶接により形成され、前記第２シール部が、ガラス材により形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池を積層した構造を有し、
隣接する燃料電池同士が、相互間のセパレータを共用して夫々の燃料電池を構成していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セル構造体が、その周囲を保持するフレームを含み、
前記フレームが、その外周に、前記セパレータの周縁部よりも外周側に延出する延出部を有し、
隣接するセル構造体のフレームにおける前記延出部同士の間に、前記第２シール部を配置したことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池スタック。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
の外部への漏出を抑制することができ、万一、アノードガスのシール部が劣化したとしても、シール部を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化することができる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
［０００７］
本発明に係わる燃料電池は、電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備えている。そして、燃料電池は、前記セル構造体が、その周囲を保持する金属フレームを含み、前記金属フレーム及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、前記セル構造体のアノード電極側で前記金属フレームの周縁部に、アノードガスのマニホールド穴を含む流通領域を囲繞する第１シール部と、前記第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、前記第１シール部と第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスが流通する流通路を形成したことを特徴としている。
発明の効果
［０００８］
本発明に係わる燃料電池では、セル構造体のアノード電極側における金属フレームの周縁部と、これに対向するセパレータとの間において、第１シール部と第２シール部とで二重のシール構造を形成して、アノードガスの外部への漏出を防止する。また、燃料電池は、万一、第１シール部の外側にアノードガスが漏出しても、第１シール部とその外周側の第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスの流通路を形成しているので、第１シール部を通過したアノードガスは、カソードガスと混合燃焼し、若しくはカソードガスにより希釈される。
［０００９］
このようにして、本発明に係わる燃料電池は、アノードガスの漏出を抑制することができ、万一、第１シール部が劣化したとしても、第１シール部を通過したアノードガスを外部に排出する前に無害化することができる。これにより、燃料電池は、安全性を高めることができる。
図面の簡単な説明
［００１０］
［図１］本発明の燃料電池を含む燃料電池スタックを示す分解斜視図である。
［図２］本発明の第１実施形態を説明する燃料電池の斜視図である。
［図３］燃料電池の長辺部分の断面図である。
［図４］セル構造体のカソード電極側及びアノード電極側を説明する平面図であ
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月28日(2017.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備え、
前記セル構造体が、その周囲を保持する金属フレームを含み、
前記金属フレーム及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、
前記セル構造体のアノード電極側で前記金属フレームの周縁部に、アノードガスのマニホールド穴を含む流通領域を囲繞する第１シール部と、第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、
前記第１シール部と第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスが流通する流通路を形成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記セル構造体のカソード電極側に、アノードガスのマニホールド穴を囲繞する第３シール部と、カソードガスの流通領域を囲繞する第４シール部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１及び第２のシール部と、前記第３及び第４のシール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１及び第２のシール部のシール強度が、前記第３及び第４シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１シール部と第２シール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項１，３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１シール部のシール強度が、前記第２シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１シール部が、溶接により形成され、前記第２シール部が、ガラス材により形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池を積層した構造を有し、
隣接する燃料電池同士が、相互間のセパレータを共用して夫々の燃料電池を構成していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セル構造体が、その周囲を保持するフレームを含み、
前記フレームが、その外周に、前記セパレータの周縁部よりも外周側に延出する延出部を有し、
隣接するセル構造体のフレームにおける前記延出部同士の間に、前記第２シール部を配置したことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池スタック。
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月18日(2019.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備え、
前記セル構造体及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、
前記セル構造体のアノード電極側の周縁部に、アノードガスのマニホールド穴を含む流通領域を囲繞する第１シール部と、第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、
前記第１シール部と第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスが流通する流通路を形成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セル構造体のカソード電極側に、アノードガスのマニホールド穴を囲繞する第３シール部と、カソードガスの流通領域を囲繞する第４シール部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１及び第２のシール部と、前記第３及び第４のシール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１及び第２のシール部のシール強度が、前記第３及び第４シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１シール部と第２シール部とは、互いにシール強度が異なるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１シール部のシール強度が、前記第２シール部のシール強度よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１シール部が、溶接により形成され、前記第２シール部が、ガラス材により形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池を積層した構造を有し、
隣接する燃料電池同士が、相互間のセパレータを共用して夫々の燃料電池を構成していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項９】
前記セル構造体が、その周囲を保持するフレームを含み、
前記フレームが、その外周に、前記セパレータの周縁部よりも外周側に延出する延出部を有し、
隣接するセル構造体のフレームにおける前記延出部同士の間に、前記第２シール部を配置したことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記セル構造体が、その周囲を保持する金属フレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、電解質をアノード電極及びカソード電極で挟んだ構造を有するセル構造体と、前記セル構造体との間にアノードガス及びカソードガスの流通領域を夫々形成する一対のセパレータとを備え、  前記セル構造体及びセパレータが、アノードガス及びカソードガスを流通させるための夫々のマニホールド穴を備えており、  前記セル構造体のアノード電極側の周縁部に、アノードガスのマニホールド穴を含む流通領域を囲繞する第１シール部と、第１シール部の外周側を囲繞する第２シール部とを備え、  前記第１シール部と第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスが流通する流通路を形成したことを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係わる燃料電池では、セル構造体のアノード電極側の周縁部と、これに対向するセパレータとの間において、第１シール部と第２シール部とで二重のシール構造を形成して、アノードガスの外部への漏出を防止する。また、燃料電池は、万一、第１シール部の外側にアノードガスが漏出しても、第１シール部とその外周側の第２シール部との間に、カソードガスのマニホールド穴を配置するとともにカソードガスの流通路を形成しているので、第１シール部を通過したアノードガスは、カソードガスと混合燃焼し、若しくはカソードガスにより希釈される。
【国際調査報告】
2018020686.tif 000012
2018020686.tif 000013
2018020686.tif 000014
2018020686.tif 000015