(57)【要約】【課題】  燃料電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする。【解決手段】  燃料電池は、電解質層と、電解質層の両側に配置された拡散層と、拡散層の両側に配置されたセパレータと、を備えている。また、燃料電池は、拡散層の面方向に沿った拡散層内から燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために拡散層の周囲に配置されたシール部と、拡散層とシール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させる流路抵抗増大部と、を備えている。【選択図】        図４
2007012399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させる流路抵抗増大部と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、前記拡散層内から前記空間へと流出した反応ガスの流れの方向を、前記拡散層内に向かう方向へと変化させるように構成されている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成されている、燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、弾性体を用いて形成されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、前記シール部と一体として形成されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、前記燃料電池の前記拡散層を除く部材上に形成されていると共に、前記拡散層の端面からの圧力によって弾性変形している、燃料電池。
【請求項７】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記流路抵抗増大部は、前記セパレータ上に形成されていると共に、前記拡散層の端面からの圧力によって弾性変形している、燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、前記拡散層に対向する表面が平坦形状である、燃料電池。
【請求項９】
燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させるために、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成された弾性体の流路抵抗増大部と、を有し、
前記方法は、
（ａ）前記電解質層の周囲に、前記シール部と前記流路抵抗増大部とを形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記電解質層の上に、前記拡散層を設置する工程と、
（ｃ）前記拡散層の上に、前記セパレータを設置する工程と、を備える、燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させるために、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成された弾性体の流路抵抗増大部と、を有し、
前記方法は、
（ａ）前記セパレータの上に、前記シール部と前記流路抵抗増大部とを形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記セパレータの上に、前記拡散層を設置する工程と、
（ｃ）前記拡散層の上に、前記電解質層を設置する工程と、を備える、燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に燃料電池の発電効率の低下を抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、一般に、発電体とセパレータとが交互に積層された構成を有する。発電体は、例えば、電解質層の一方の表面にカソード電極層が配置され他方の表面にアノード電極層が配置されたＭＥＡ（（Membrane Electrode Assembly）、「膜・電極接合体」とも呼ぶ）と、ＭＥＡの両側の表面に配置された多孔体層と、から構成される。なお、本明細書では、電解質層の両側に配置された電極層およびＭＥＡの両側に配置された多孔体層の内の少なくとも１つの層を、「拡散層」と呼ぶものとする。
【０００３】
燃料電池の拡散層には、セパレータを介して、酸素を含む空気と水素を含む燃料ガスとが供給される。燃料電池に供給される空気および燃料ガスは、反応ガスとも呼ばれる。燃料電池の拡散層に供給された反応ガスは、拡散層内を流通しつつ電気化学反応に利用される。電気化学反応に利用されなかった反応ガスは、拡散層の外部へと排出される。
【０００４】
拡散層に供給された反応ガスの拡散層の面方向に沿った漏洩を防止するために、拡散層の周囲にシール部材が設けられることがある（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３１２７４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
拡散層の周囲にシール部材を設ける場合、シール部材が拡散層の表面に乗り上げてシールが不完全となることを防止するために、シール部材は拡散層の端面から所定距離離れた位置に配置される。この結果、シール部材と拡散層との間に空間が形成される。そのため、燃料電池の拡散層に供給された反応ガスの一部が、当該空間を通過して発電に利用されないまま外部へと排出される場合があった。反応ガスの一部が発電に利用されないまま排出されると、燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。
【０００７】
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、燃料電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする技術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】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させる流路抵抗増大部と、を備える。
【０００９】
この燃料電池は、拡散層とシール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させる流路抵抗増大部を備えているため、拡散層内部から当該空間への反応ガスの流出が抑制さる。そのため、拡散層に供給された反応ガスの内、発電に供されない反応ガスの量を低減することができる。従って、この燃料電池では、発電効率の低下を抑制することができる。
【００１０】
上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、前記拡散層内から前記空間へと流出した反応ガスの流れの方向を、前記拡散層内に向かう方向へと変化させるように構成されているとしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、流路抵抗増大部によって、拡散層内から当該空間へと流出した反応ガスの流れの方向が、拡散層内に向かう方向へと変化するため、発電に供されない反応ガスの量をより低減することができる。従って、発電効率の低下をより抑制することができる。
【００１２】
また、上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成されているとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、流路抵抗増大部によって、当該空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させることができると共に、拡散層内から当該空間へと流出した反応ガスの流れの方向を拡散層内に向かう方向へと変化させることができる。
【００１４】
また、上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、弾性体を用いて形成されているとしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、拡散層と流路抵抗増大部とを密着させることができ、確実に当該空間の流路抵抗を増大させることができる。
【００１６】
また、上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、前記シール部と一体として形成されているとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、燃料電池の製造工程の簡素化を図ることができる。
【００１８】
また、上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、前記燃料電池の前記拡散層を除く部材上に形成されていると共に、前記拡散層の端面からの圧力によって弾性変形しているとしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、拡散層を除く部材上に形成された流路抵抗増大部が、拡散層の端面からの圧力によって弾性変形しているため、拡散層や流路抵抗増大部に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を流路抵抗増大部の弾性変形により吸収し、確実に当該空間の流路抵抗を増大させることができる。
【００２０】
また、上記燃料電池において、前記流路抵抗増大部は、前記セパレータ上に形成されていると共に、前記拡散層の端面からの圧力によって弾性変形しているとしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、セパレータ上に形成された流路抵抗増大部が、拡散層の端面からの圧力によって弾性変形しているため、拡散層や流路抵抗増大部に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を流路抵抗増大部の弾性変形により吸収し、確実に当該空間の流路抵抗を増大させることができる。
【００２２】
また、上記燃料電池において、前記セパレータは、前記拡散層に対向する表面が平坦形状であるとしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、発電効率の低下を抑制することができると共に、セパレータの製造の容易化・低コスト化を図ることができる。
【００２４】
また、上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第１の燃料電池の製造方法は、燃料電池を製造するための方法であって、
前記燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させるために、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成された弾性体の流路抵抗増大部と、を有し、
前記方法は、
（ａ）前記電解質層の周囲に、前記シール部と前記流路抵抗増大部とを形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記電解質層の上に、前記拡散層を設置する工程と、
（ｃ）前記拡散層の上に、前記セパレータを設置する工程と、を備える。
【００２５】
この燃料電池の製造方法によれば、弾性体である流路抵抗増大部が形成された後に拡散層が設置されるため、流路抵抗増大部や拡散層に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を流路抵抗増大部の弾性変形により吸収し、拡散層とシール部との間に形成された空間の流路抵抗を確実に増大させることができる。そのため、この燃料電池の製造方法によれば、確実に、発電効率の低下が抑制された燃料電池を製造することができる。
【００２６】
また、上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第２の燃料電池の製造方法は、燃料電池を製造するための方法であって、
前記燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された拡散層と、
前記拡散層の両側に配置されたセパレータと、
前記拡散層の面方向に沿った前記拡散層内から前記燃料電池の外部への反応ガスの漏洩を抑制するために前記拡散層の周囲に配置されたシール部と、
前記拡散層と前記シール部との間に形成された空間の少なくとも一部における流路抵抗を増大させるために、前記燃料電池の積層方向に沿った幅を有すると共に、前記拡散層の端面と前記シール部とを連結する形状に形成された弾性体の流路抵抗増大部と、を有し、
前記方法は、
（ａ）前記セパレータの上に、前記シール部と前記流路抵抗増大部とを形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記セパレータの上に、前記拡散層を設置する工程と、
（ｃ）前記拡散層の上に、前記電解質層を設置する工程と、を備える。
【００２７】
この燃料電池の製造方法によっても、弾性体である流路抵抗増大部が形成された後に拡散層が設置されるため、流路抵抗増大部や拡散層に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を流路抵抗増大部の弾性変形により吸収し、拡散層とシール部との間に形成された空間の流路抵抗を確実に増大させることができる。そのため、この燃料電池の製造方法によれば、確実に、発電効率の低下が抑制された燃料電池を製造することができる。
【００２８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池システム、燃料電池車両、それらの製造方法等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：
【００３０】
Ａ．実施例：
図１および図２は、本発明の実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。図３は、本発明の実施例としての燃料電池１００に用いられるセパレータ３００の平面構成を概略的に示す説明図である。図４は、本発明の実施例としての燃料電池１００に用いられる発電体２００およびシート部４００の平面構成を概略的に示す説明図である。図１（ａ）は、図３および図４における１−１切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を表しており、図２（ａ）は、図３および図４における２−２切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を表している。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１部を拡大して表しており、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２部を拡大して表している。図３は、図１および図２における上側から見たセパレータ３００の平面を表している。図４は、図１および図２における上側から見た発電体２００およびシート部４００の平面を表している。図３において、二点鎖線で囲んだ領域ＰＡは、発電体２００（図１および図２参照）と接する領域を表している。
【００３１】
本実施例の燃料電池１００は、図１および図２に示すように、発電体２００とセパレータ３００とが交互に積層された構成を有している。図１および図２では、燃料電池１００に含まれる発電体２００およびセパレータ３００の内の一部（単セル）を抜き出して示しており、他の発電体２００およびセパレータ３００は図示を省略している。なお、本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池である。
【００３２】
発電体２００は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、ＭＥＡ（（Membrane Electrode Assembly）、「膜・電極接合体」とも呼ぶ）２１０と、ＭＥＡ２１０を両側から挟むように配置されたアノード側多孔体層２２０およびカソード側多孔体層２３０と、を有している。またＭＥＡ２１０は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、イオン交換膜によって構成された電解質層２１２と、電解質層２１２を両側から挟むように配置されたアノード側ガス拡散電極層２１４およびカソード側ガス拡散電極層２１６と、を有している。
【００３３】
アノード側多孔体層２２０と、カソード側多孔体層２３０と、アノード側ガス拡散電極層２１４と、カソード側ガス拡散電極層２１６とは、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製多孔体やカーボン製多孔体を用いて構成されている。なお、本明細書では、アノード側多孔体層２２０と、カソード側多孔体層２３０と、アノード側ガス拡散電極層２１４と、カソード側ガス拡散電極層２１６との内の少なくとも１つの層を、「拡散層」とも呼ぶ。また、アノード側多孔体層２２０とカソード側多孔体層２３０とをまとめて、単に「多孔体層」とも呼ぶ。
【００３４】
セパレータ３００は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、カソード側多孔体層２３０に対向するカソード対向プレート３１０と、アノード側多孔体層２２０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、を積層した３層構造を有している。セパレータ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、金属製の略四角形平面の薄板である。
【００３５】
セパレータ３００には、図１および図３に示すように、酸化ガスとしての空気が流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、空気供給路６１０（図１（ａ））を形成する貫通口３４２と、空気排出路６２０（図１（ａ））を形成する貫通口３５２と、空気を空気供給路６１０から内部へと導くための空気流路３４４と、空気を空気排出路６２０へと導くための空気流路３５４と、空気流路３４４および３５４とカソード側多孔体層２３０とをそれぞれ連通するためにカソード対向プレート３１０に形成された空気供給口３４６および空気排出口３５６と、を有している。図１において矢印で示したように、空気供給路６１０に供給された空気は、貫通口３４２、空気流路３４４、空気供給口３４６を経てカソード側多孔体層２３０内部に流入する。その後、空気は、カソード側多孔体層２３０内部を通過しつつ電気化学反応に利用され、利用されなかった空気は、空気排出口３５６、空気流路３５４、貫通口３５２を経て空気排出路６２０に排出される。
【００３６】
同様に、セパレータ３００には、図２および図３に示すように、水素リッチな燃料ガスが流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、燃料供給路６３０（図２（ａ））を形成する貫通口３６２と、燃料排出路６４０（図２（ａ））を形成する貫通口３７２と、燃料ガスを燃料供給路６３０から内部へと導くための燃料流路３６４と、燃料ガスを燃料排出路６４０へと導くための燃料流路３７４と、燃料流路３６４および３７４とアノード側多孔体層２２０とをそれぞれ連通するためにアノード対向プレート３３０に形成された燃料供給口３６６および燃料排出口３７６と、を有している。図２において矢印で示したように、燃料供給路６３０に供給された燃料ガスは、貫通口３６２、燃料流路３６４、燃料供給口３６６を経てアノード側多孔体層２２０内部に流入する。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体層２２０内部を通過しつつ電気化学反応に利用され、利用されなかった燃料ガスは、燃料排出口３７６、燃料流路３７４、貫通口３７２を経て燃料排出路６４０に排出される。
【００３７】
さらに、セパレータ３００には、燃料電池１００を冷却する冷却媒体が流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、冷却媒体を供給する図示しない冷却媒体供給路を形成する貫通口３８２（図３）と、冷却媒体を排出する図示しない冷却媒体排出路を形成する貫通口３９２（図３）と、２つの貫通口３８２および３９２を連通する冷却媒体流路３８４（図３および図１（ａ））と、を有している。冷却媒体供給路に供給された冷却媒体は、貫通口３８２、冷却媒体流路３８４、貫通口３９２を経て、冷却媒体排出路に排出される。
【００３８】
なお、上述したセパレータ３００における空気、燃料ガス、冷却媒体が流通する流路の形成は、セパレータ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）に、所定の打ち抜き加工を施すことによって行われる。そのため、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ３００の製造の容易化・低コスト化を図ることができる。
【００３９】
ＭＥＡ２１０の周囲には、図１および図２に示すように、シート部４００が設けられている。シート部４００は、図４に示すように、上述の空気、燃料ガス、冷却媒体が流通する流路を形成するための複数の孔を有している。すなわち、シート部４００は、空気供給路６１０（図１（ａ））を形成する空気供給路形成孔４４２と、空気排出路６２０（図１（ａ））を形成する空気排出路形成孔４５２と、燃料供給路６３０（図２（ａ））を形成する燃料供給路形成孔４６２と、燃料排出路６４０（図２（ａ））を形成する燃料排出路形成孔４７２と、冷却媒体供給路（図示せず）を形成する冷却媒体供給路形成孔４８２と、冷却媒体排出路（図示せず）を形成する冷却媒体排出路形成孔４９２と、を有している。
【００４０】
シート部４００とセパレータ３００との間には、図１および図２に示すように、シール部５００が設けられている。本実施例では、シール部５００は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料により形成される。シール部５００は、セパレータ３００とシート部４００とに挟まれて圧縮されることにより、セパレータ３００およびシート部４００に密着し、シールを行う。シール部５００は、アノード側多孔体層２２０およびカソード側多孔体層２３０に供給された反応ガス（空気および燃料ガス）の層方向に沿った漏洩を抑制すると共に、上述した各種流路（空気供給路６１０、空気排出路６２０、燃料供給路６３０、燃料排出路６４０、冷却媒体供給路、冷却媒体排出路）を形成するために、設けられる。そのため、シール部５００は、図４に示すように、発電体２００のアノード側多孔体層２２０の周囲を取り囲むと共に、シート部４００に形成された各孔の周囲を取り囲むように配置されている。なお、図５には、シール部５００として、シール部５００のセパレータ３００との当接部（シールライン）を示している。また、カソード側も同様に、シール部５００が、発電体２００のカソード側多孔体層２３０の周囲を取り囲むと共に、シート部４００に形成された各孔の周囲を取り囲むように配置されている。
【００４１】
シール部５００の内、多孔体層（２２０および２３０）の周囲に設けられた部分は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、多孔体層の端面から所定距離離れた位置に配置される。これは、シール部５００と多孔体層の端面との距離が近過ぎると、積層時にシール部５００が多孔体層の表面に乗り上げてシールが不完全となるおそれがあるからである。この結果、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、シール部５００と多孔体層の端面との間には、空間（以下「多孔体層周囲空間Ｓ」と呼ぶ）が形成される。
【００４２】
本実施例の燃料電池１００では、図４に示すように、多孔体層周囲空間Ｓに、シール部５００とアノード側多孔体層２２０の端面とを連結する形状に形成された複数の枝シール部５１０が設けられている。本実施例では、枝シール部５１０は、シール部５００の一部として同一材料で一体として形成される。この枝シール部５１０は、アノード側では、図４に示すように、燃料供給路形成孔４６２から燃料排出路形成孔４７２へと向かう方向（図４の発電体２００の長辺方向）に沿ったシール部５００の部分に形成される。枝シール部５１０は、多孔体層周囲空間Ｓにおける、発電体２００の長辺方向に沿った流路を遮断するように形成されている。この点については、後述する。
【００４３】
カソード側も同様に、多孔体層周囲空間Ｓにシール部５００とカソード側多孔体層２３０の端面とを連結する形状に形成された複数の枝シール部５１０が設けられている。カソード側では、枝シール部５１０は、空気供給路形成孔４４２から空気排出路形成孔４５２へと向かう方向（図４の短辺方向）に沿ったシール部５００の部分に形成される。
【００４４】
図５は、本実施例における燃料電池１００の製造工程の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、電解質層２１２の両側にアノード側ガス拡散電極層２１４およびカソード側ガス拡散電極層２１６が設置されて、ＭＥＡ２１０が形成される。ステップＳ１２０では、ＭＥＡ２１０の周囲に、孔空け加工済みのシート部４００が設置される。ステップＳ１３０では、シート部４００の表面に、枝シール部５１０を含むシール部５００が形成される。ステップＳ１４０では、ＭＥＡ２１０の両側に、多孔体層（アノード側多孔体層２２０およびカソード側多孔体層２３０）が設置され、発電体２００が形成される。ステップＳ１５０では、発電体２００の両側にセパレータ３００が設置される。以上の工程に従って、燃料電池１００が製造される。
【００４５】
図６は、本実施例における枝シール部５１０の形成方法の一例を示す説明図である。図６は、図４と同様に、図１および図２における上側から見た発電体２００およびシート部４００の平面を表している。図６（ａ）は、ＭＥＡ２１０の表面にアノード側多孔体層２２０が設置される前の状態を示しており、図６（ｂ）は、アノード側多孔体層２２０が設置された後の状態を示している。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、シール部５００が形成される際に（図５のステップＳ１３０）、枝シール部５１０のそれぞれは、ＭＥＡ２１０側の先端がＭＥＡ２１０の表面に重複する位置まで達するような形状に形成される。なお、燃料電池１００の積層方向に沿った枝シール部５１０の大きさは、シール部５００と同様に、セパレータ３００設置時にセパレータ３００に圧縮されるような大きさとなっている。
【００４７】
シール部５００が形成された後、ＭＥＡ２１０の表面にアノード側多孔体層２２０が設置される（図５のステップＳ１４０）。このとき、図６（ｂ）に示すように、枝シール部５１０は、アノード側多孔体層２２０の端面から力を受けて弾性変形し、アノード側多孔体層２２０に密着する。その後、セパレータ３００が設置されると（図５のステップＳ１５０）、枝シール部５１０はセパレータ３００に圧縮されてセパレータ３００に密着する。このようにして、シール部５００と一体としてシート部４００上に形成された枝シール部５１０は、アノード側多孔体層２２０およびセパレータ３００と密着する。そのため、上述したように、枝シール部５１０は、多孔体層周囲空間Ｓにおける、図４（および図６）の発電体２００の長辺方向に沿った流路を遮断する。
【００４８】
なお、図６では、アノード側の枝シール部５１０を示したが、カソード側の枝シール部５１０も、アノード側の枝シール部５１０と同様に形成される。
【００４９】
本実施例の燃料電池１００では、上述した枝シール部５１０を有するため、発電効率の低下を抑制することができる。この点について、図４を用いて説明する。図４には、発電体２００のアノード側多孔体層２２０におけるセパレータ３００の燃料供給口３６６（図２）および燃料排出口３７６（図２）に接する位置を点線で示している。アノード側多孔体層２２０における燃料供給口３６６に接する位置に供給された燃料ガスは、最終的に燃料排出口３７６に接する位置へと到達し、燃料排出路６４０（図２（ａ））へ排出される。この間、燃料ガスは、図２に示すようにアノード側多孔体層２２０内部を流通しつつ、発電に供される。しかし、多孔体層周囲空間Ｓにおける流路抵抗がアノード側多孔体層２２０内部における流路抵抗より小さいと、図４において破線の矢印で示したように、燃料ガスの一部が多孔体層周囲空間Ｓ内部を流通する場合がある。供給された燃料ガスの一部が多孔体層周囲空間Ｓ内部を流通して、そのまま排出されると、この分の燃料ガスは発電に供されない。その結果、燃料電池１００の発電効率は低下してしまう。
【００５０】
本実施例の燃料電池１００では、多孔体層周囲空間Ｓに枝シール部５１０が設けられているため、多孔体層周囲空間Ｓの流路抵抗が増大している。そのため、アノード側では、アノード側多孔体層２２０内部から多孔体層周囲空間Ｓへの燃料ガスの流出が抑制され、アノード側多孔体層２２０に供給された燃料ガスの内、発電に供されない燃料ガスの量を低減することができる。また、枝シール部５１０は、多孔体層周囲空間Ｓにおける、図４の発電体２００の長辺方向に沿った流路を遮断しているため、図４において実線の矢印で示したように、アノード側多孔体層２２０内部から多孔体層周囲空間Ｓへと流出した反応ガスの流れの方向を、アノード側多孔体層２２０内に向かう方向へと変化させるように機能する。そのため、アノード側多孔体層２２０に供給された燃料ガスは、多孔体層周囲空間Ｓに流出しても、枝シール部５１０に導かれて再びアノード側多孔体層２２０内部へと流入する。そのため、発電に供されない燃料ガスの量をより低減することができる。同様に、カソード側では、発電に供されない空気の量を低減することができる。従って、本実施例の燃料電池１００では、発電効率の低下を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施例の燃料電池１００では、枝シール部５１０は、シール部５００と一体として形成されているため、製造工程の簡素化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施例の燃料電池１００では、枝シール部５１０のそれぞれが、ＭＥＡ２１０側の先端がＭＥＡ２１０の表面に重複する位置まで達するような形状に形成され、その後、多孔体層の端面から力を受けて弾性変形し、多孔体層に密着する。そのため、多孔体層や、枝シール部５１０に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を弾性変形により吸収して確実に多孔体層周囲空間Ｓの流路抵抗を増大させることができる。
【００５３】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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において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。
【００５４】
Ｂ−１．変形例１：
上記実施例における、枝シール部５１０の構成は、あくまで一例であり、枝シール部５１０の構成を他の構成とすることもできる。例えば、枝シール部５１０を設ける箇所数や多孔体層周囲空間Ｓにおける位置は、任意に設定可能である。また、上記実施例では、枝シール部５１０が、アノード側およびカソード側の両方に形成されるとしているが、どちらか一方の側のみに形成されるとしてもよい。また、枝シール部５１０は、必ずしも多孔体層周囲空間Ｓにおける、図４の発電体２００の長辺方向に沿った流路を遮断する必要は無い。例えば、枝シール部５１０が、シール部５００と多孔体層（２２０および２３０）の端面とを連結する形状でなくてもよく、枝シール部５１０と多孔体層端面との間に隙間があってもよい。また、枝シール部５１０が、積層時にセパレータ３００と密着するような形状に形成されていなくてもよい。また、枝シール部５１０は、必ずしもシール部５００と一体として形成される必要はなく、シール部５００とは独立した部材として、独立の材料を用いて形成されてもよい。また、枝シール部５１０が弾性変形していなくてもよい。
【００５５】
また、上記実施例において、枝シール部５１０の代わりに、多孔体層周囲空間Ｓにおける流路抵抗を増大させるための他の構成を設けてもよい。例えば、多孔体層周囲空間Ｓに、流路抵抗を増大させるための凹凸形状の障害物を形成するとしてもよい。なお、本明細書において、「流路抵抗を増大する」とは、流路抵抗を無限大に増大させること、すなわち、流体の流れを遮断することをも含むものとする。
【００５６】
Ｂ−２．変形例２：
上記実施例において、図５に示した燃料電池１００の製造工程とは異なる他の製造工程を採用することも可能である。例えば、燃料電池１００の製造工程として、まず、セパレータ３００に枝シール部５１０を含むシール部５００を形成し、その後、セパレータ３００の上に多孔体層（アノード側多孔体層２２０およびカソード側多孔体層２３０）を設置し、最後にシート部４００およびＭＥＡ２１０を設置するような製造工程を採用してもよい。このようにしても、上記実施例と同様に、発電効率の低下を抑制することができる。また、この製造工程において、枝シール部５１０のそれぞれを、上記実施例と同様の形状に形成することによって、多孔体層や、枝シール部５１０に寸法誤差があった場合にも、当該誤差を弾性変形により吸収して確実に多孔体層周囲空間Ｓの流路抵抗を増大させることができる。
【００５７】
Ｂ−３．変形例３：
上記実施例における燃料電池１００の構成は、あくまで一例であり、燃料電池１００の構成を他の構成とすることも可能である。例えば、ＭＥＡ２１０の厚さがシート部４００の厚さよりも厚く、アノード側ガス拡散電極層２１４およびカソード側ガス拡散電極層２１６（図１（ｂ）および図２（ｂ））の端面の少なくとも一部が、多孔体層周囲空間Ｓに面する構成としてもよい。また、燃料電池１００が必ずしもシート部４００を有する必要はなく、燃料電池１００がシート部４００を有さない場合に、シール部５００が、発電体２００の端面に直接接続された構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施例では、セパレータ３００は３層の金属板を積層した構成であり、発電体２００に対向する表面が平坦形状であるとしているが、セパレータ３００の構成および形状は他の任意の構成および形状とすることが可能である。例えば、表面に溝が形成された形状のカーボン製セパレータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池の断面構成を概略的に示す説明図。
【図２】本発明の実施例としての燃料電池の断面構成を概略的に示す説明図。
【図３】本発明の実施例としての燃料電池に用いられるセパレータの平面構成を概略的に示す説明図。
【図４】本発明の実施例としての燃料電池に用いられる発電体およびシート部の平面構成を概略的に示す説明図。
【図５】本実施例における燃料電池の製造工程の流れを示すフローチャート。
【図６】本実施例における枝シール部の形成方法の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００６０】
１００...燃料電池
２００...発電体
２１０...ＭＥＡ
２１２...電解質層
２１４...アノード側ガス拡散電極層
２１６...カソード側ガス拡散電極層
２２０...アノード側多孔体層
２３０...カソード側多孔体層
３００...セパレータ
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...貫通口
３４４...空気流路
３４６...空気供給口
３５２...貫通口
３５４...空気流路
３５６...空気排出口
３６２...貫通口
３６４...燃料流路
３６６...燃料供給口
３７２...貫通口
３７４...燃料流路
３７６...燃料排出口
３８２...貫通口
３８４...冷却媒体流路
３９２...貫通口
４００...シート部
４４２...空気供給路形成孔
４５２...空気排出路形成孔
４６２...燃料供給路形成孔
４７２...燃料排出路形成孔
４８２...冷却媒体供給路形成孔
４９２...冷却媒体排出路形成孔
５００...シール部
５１０...枝シール部
６１０...空気供給路
６２０...空気排出路
６３０...燃料供給路
６４０...燃料排出路
【図１】
2007012399.tif 000003
【図２】
2007012399.tif 000004
【図３】
2007012399.tif 000005
【図４】
2007012399.tif 000006
【図５】
2007012399.tif 000007
【図６】
2007012399.tif 000008