(57)【要約】【課題】燃料電池スタックにおいて、燃料ガス供給路を非循環型として燃料電池を定常的に運転する技術を提供する。【解決手段】本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する発電体を提供する。この発電体は、電解質部と、電解質部に反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、反応ガス供給流路の外周を包囲するシール部材である包囲シール部材と、反応ガス供給流路の外周と包囲シール部材との間における反応ガスの流れである脇流れを抑制する脇流れ抑制部とを備える。【選択図】図１０
2009187790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電する発電体であって、
電解質部と、
前記電解質部に反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、
前記反応ガス供給流路の外周を包囲するシール部材である包囲シール部材と、
前記反応ガス供給流路の外周と前記包囲シール部材との間における反応ガスの流れである脇流れを抑制する脇流れ抑制部と、
を備える発電体。
【請求項２】
請求項１記載の発電体であって、
前記脇流れ抑制部は、前記包囲シール部材から前記反応ガス供給流路の外周に向かって延びる線状のシール部材である線状シール部材を有する発電体。
【請求項３】
請求項２記載の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路の外周を超えて前記外周の内側まで延びる発電体。
【請求項４】
請求項２または３に記載の発電体であって、
前記線状シール部材のつぶし代の大きさは、前記包囲シール部材のつぶし代の大きさ以下である発電体。
【請求項５】
請求項４記載の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路側のつぶし代が前記包囲シール部材側のつぶし代よりも小さくなるような形状を有する発電体。
【請求項６】
請求項５記載の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記線状シール部材のつぶし代が前記包囲シール部材側から前記反応ガス供給流路側に近づくほど小さくなるような連続的な形状を有する発電体。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれかに記載の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路における反応ガスの流れる方向において、前記反応ガス供給流路が前記反応ガスの供給を受ける領域と、前記反応ガス供給流路が前記反応ガスを排出する領域と、の間に配置されている発電体。
【請求項８】
燃料電池積層ユニットであって、
請求項１ないし７のいずれかに記載の発電体と、
前記発電体に接合され、前記発電体に前記反応ガスを供給する流路を有するセパレータと、
を備えた燃料電池積層ユニット。
【請求項９】
燃料電池スタックであって、
請求項１ないし７のいずれかに記載の発電体と、
前記発電体と交互に積層され、前記発電体に前記反応ガスを供給する流路を有するセパレータと、
を備えた電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電解質と電解質に反応ガスを供給する反応ガス供給路を有する発電体と、発電体に反応ガスを供給するとともに集電機能を有するセパレータとを交互に積層して構成された燃料電池用スタックが提案されている。かかる積層構成においては、反応ガスを発電体に供給する際の漏洩を抑制するために、発電体とセパレータとの間にガスケットを挟持するシール構造が設けられることが通例である。このようなガスケットは、各反応ガスや冷媒の他の系統や外部への漏洩を抑制する目的で形成されたシールラインを有する。
【０００３】
一方、近年では、さらに、同一の系統内（たとえば燃料ガス系統の内部）で電解質への反応ガスの供給効率を高めるための技術も公開されている。たとえば特許文献１は、多孔体として構成された反応ガス供給路の外周部の気孔率を小さくしてシールライン内部の脇流れ（バイパス流あるいは短絡流）を抑制する技術を公開している。「脇流れ」とは、反応ガス供給路に供給された反応ガスが反応ガス供給路から漏洩し、電解質への供給に寄与することなく下流にバイパスして（短絡して）流れることを意味する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５０３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来は、反応ガス供給路以外の工夫によって脇流れを抑制することについては十分な検討がなされていなかった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池において、電解質への反応ガスの供給効率を高め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】
【０００７】
［適用例１］
反応ガスの供給を受けて発電する発電体であって、
電解質部と、
前記電解質部に反応ガスを供給する反応ガス供給流路と、
前記反応ガス供給流路の外周を包囲するシール部材である包囲シール部材と、
前記反応ガス供給流路の外周と前記包囲シール部材との間における反応ガスの流れである脇流れを抑制する脇流れ抑制部と、
を備える発電体。
【０００８】
本発明の発電体では、反応ガス供給流路の外周と包囲シール部材との間における反応ガスの流れである脇流れが抑制されるので、反応ガス供給流路から電解質部への反応ガスの供給効率を高めることができる。さらに、本願発明では、反応ガス供給流路の外部で反応ガスの脇流れが抑制されるので、反応ガス供給流路の材質や構成を選ばないという利点を有している。たとえば多孔体だけでなく、エキスパンドメタルやプレス材で構成された反応ガス供給流路を使用する構成にも本発明は適用が可能である。
【０００９】
［適用例２］
適用例１の発電体であって、
前記脇流れ抑制部は、前記包囲シール部材から前記反応ガス供給流路の外周に向かって延びる線状のシール部材である線状シール部材を有する発電体。
【００１０】
こうすれば、シール部材の付加による発電体とセパレータとの間の面圧低下領域を小さくするとともに、反応ガス供給流路と包囲シール部材との間に流れる反応ガスの脇流れを効果的に抑制することができる。
【００１１】
線状シール部材は、たとえば相互に離間した部分的な堰を構成する複数のシール部材として構成しても良い。こうすれば、プレートへの反力を過度に大きくすることなく、線状シール部材の面圧を発生させることができる。このような堰としての線状シール部材は、包囲シール部材と反応ガス供給流路の外周とを連結するものであっても良いし、あるいは、反応ガス供給流路の外周と包囲シール部材との隙間における反応ガスの流れにおいて圧力降下を起こさせるように、隙間を塞ぐ（あるいは小さくする）形状を有していても良い。
【００１２】
［適用例３］
適用例２の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路の外周を超えて前記外周の内側まで延びる発電体。
【００１３】
こうすれば、反応ガス供給流路と包囲シール部材との間に流れる反応ガスの脇流れを、さらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
［適用例４］
適用例２または３の発電体であって、
前記線状シール部材のつぶし代の大きさは、前記包囲シール部材のつぶし代の大きさ以下である発電体。
【００１５】
線状シール部材は、反応ガス供給系統内部において効率向上のために反応ガスの漏洩を抑制するのに対して、包囲シール部材は、反応ガス供給系統からの反応ガスの漏洩を抑制するという線状シール部材よりも重要な役割を有している。このように、包囲シール部材と線状シール部材では、シーリングの重要性が相違する点を考慮し、本適用例は、シーリングの重要性に応じてつぶし代を相違させ、線状シール部材のつぶし代を比較的に小さくすることによってシーリングの重要性に応じたシール能力を実現させることができる。ただし、包囲シール部材と線状シール部材が交わる部分では、包囲シール部材と線状シール部材両者が同一のつぶし代を有するように構成することが好ましい。
【００１６】
［適用例５］
適用例４の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路側のつぶし代が前記包囲シール部材側のつぶし代よりも小さくなるような形状を有する発電体。
【００１７】
反応ガス供給流路側においては、セパレータへの集電効率の観点から、セパレータと反応ガス供給流路との間の面圧を維持することが望まれる。しかし、線状シール部材のつぶし代が大きくなると、線状シール部材に抗力が集中して周辺の面圧が低下する傾向がある。本適用例は、反応ガス供給流路側のつぶし代を包囲シール部材側のつぶし代よりも小さくなるような形状として、このような課題を解決している。ただし、包囲シール部材と線状シール部材が交わる部分では、包囲シール部材と線状シール部材両者が同一のつぶし代を有するように構成することが好ましい点は、上述の構成と同様である。
【００１８】
［適用例６］
適用例５の発電体であって、
前記線状シール部材は、前記線状シール部材のつぶし代が前記包囲シール部材側から前記反応ガス供給流路側に近づくほど小さくなるような連続的な形状を有する発電体。
【００１９】
こうすれば、反応ガス供給流路における面圧低下を抑制して、セパレータによる集電効率の低下を低減することができる。
【００２０】
［適用例７］
適用例２ないし６のいずれかの発電体であって、
前記線状シール部材は、前記反応ガス供給流路における反応ガスの流れる方向において、前記反応ガス供給流路が前記反応ガスの供給を受ける領域と、前記反応ガス供給流路が前記反応ガスを排出する領域と、の間に配置されている発電体。
【００２１】
反応ガスの供給を受ける領域は反応ガスの圧力が高いのに対して反応ガスを排出する領域は反応ガスの圧力が低いので、両者の間に圧力差が生じやすい。この圧力差が脇流れの主な発生原因なので、両者の間に線状シール部材を設けることによって、脇流れを効果的に抑制することができる。ここで、「反応ガス供給流路における反応ガスの流れる方向」とは、図１のＺ軸方向を意味する。
【００２２】
［適用例８］
燃料電池積層ユニットであって、
適用例１ないし６のいずれかの発電体と、
前記発電体に接合され、前記発電体に前記反応ガスを供給する流路を有するセパレータと、
を備えた燃料電池積層ユニット。
【００２３】
［適用例９］
燃料電池スタックであって、
適用例１ないし６のいずれかの発電体と、
前記発電体と交互に積層され、前記発電体に前記反応ガスを供給する流路を有するセパレータと、
を備えた電池スタック。
【００２４】
なお、本発明は、燃料電池、燃料電池スタック製造方法、燃料電池システム、燃料電池搭載車両、膜電極接合体その他の種々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】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の比較例における燃料電池スタックの構成：
Ｂ．本発明の実施例における燃料電池スタックの構成：
Ｃ．変形例：
【００２６】
Ａ．本発明の比較例における燃料電池スタックの構成：
図１は、比較例の燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。比較例と後述する実施例では、固形高分子形の燃料電池を例にとって説明する。燃料電池スタック１００は、本比較例では、発電体２０とセパレータ４０とが交互に積層され、その積層体の両端から図示しないターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持されて形成されている。
【００２７】
発電体２０は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応によって発電する膜電極接合体２１を有する電解質部２５と、膜電極接合体２１に水素ガスを供給する水素極側多孔体流路１４ｈと、膜電極接合体２１に酸化剤ガスとしての空気を空気極側多孔体流路１４ａと、を備えている。
【００２８】
水素極側多孔体流路１４ｈおよび空気極側多孔体流路１４ａは、膜電極接合体２１での電気化学反応に供される反応ガス（水素を含有する燃料ガスあるいは酸素を含有する酸化剤ガス）の流路になるとともに集電機能を有する。多孔体流路１４ｈ、１４ａは、一般的に、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンナノチューブなどによって形成することができる。さらに、後述するエキスパンドメタルやプレス材も使用可能である。
【００２９】
セパレータ４０は、反応ガスの流路となる多孔体流路１４ｈ、１４ａの壁面を形成するように構成されている。セパレータ４０は、反応ガスが透過しない導電性部材、たとえば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや焼成カーボン、あるいはステンレス鋼といった種々の材料が使用可能である。本実施例では、セパレータ４０は、空気極側多孔体流路１４ａと接触するカソード側プレート４１と、水素極側多孔体流路１４ｈと接触するアノード側プレート４３と、これらの間に配される中間プレート４２とが一体となった３層セパレータとして構成されている。
【００３０】
燃料電池スタック１００の内部流路は、燃料ガスが流れる燃料ガス流路と、空気が流れる空気流路と、冷却水が流れる冷却水流路とを備えている。これらの流路は、燃料電池スタック１００の断面Ａ−Ａおよび断面Ｂ−Ｂを示して説明される。
【００３１】
図２は、比較例の燃料電池スタック１００の断面Ａ−Ａを示す説明図である。図２は、燃料ガスとしての水素ガスを多孔体流路１４ｈに供給するための流路を示している。図３は、比較例の燃料電池スタック１００の断面Ｂ−Ｂを示す説明図である。図３は、水素ガスを多孔体流路１４ｈから排出するための流路と、酸化剤ガスとしての空気流路の全体と、冷却水流路と、を示している。
【００３２】
冷却水流路は、冷却水供給マニホルド１１ｗｍ（図１）と、冷却水供給路１２ｗ（図１、図３）と、冷却水排出マニホルド１３ｗｍ（図１）と、を備え、この順序で冷却水が流れるように構成されている。
【００３３】
燃料ガス流路は、燃料ガス供給マニホルド１１ｈｍ（図１、図２）と、燃料ガス供給路１２ｈ（図１、図２、図３）と、燃料ガス供給孔１３ｈ（図１、図２、図３）と、水素極側多孔体流路１４ｈ（図１、図２、図３）と、燃料ガス排出孔１５ｈ（図１、図３）と、燃料ガス排出路１６ｈ（図１、図３）と、燃料ガス排出マニホルド１７ｈｍ（図１）と、を備え、この順序で燃料ガスが流れるように構成されている。なお、燃料ガス排出路１６ｈは、燃料ガス排出マニホルド１７ｈｍと一部において連通するように燃料ガス供給路１２ｈと対称の形状を有している。
【００３４】
空気流路は、空気供給マニホルド１１ａｍ（図１、図３）と、空気供給路１２ａ（図１、図３）と、空気供給孔１３ａ（図１、図３）と、空気極側多孔体流路１４ａ（図１、図３）と、空気排出孔１５ａ（図１、図３）と、空気排出路１６ａ（図１）と、空気排出マニホルド１７ａｍ（図１）と、を備え、この順序で空気が流れるように構成されている。
【００３５】
図４は、本実施例の発電体２０の構成を示す説明図である。発電体２０は、前述のように水素極側多孔体流路１４ｈと、空気極側多孔体流路１４ａと、電解質部２５と、を備えている。電解質部２５は、シール部材２７と、膜電極接合体２１に剛性を持たせるとともにシール部材２７とを一体化する枠部２６と、を有している。
【００３６】
膜電極接合体２１は、前述のように燃料電池の電気化学反応が行われる部位であり、水素極側電極層２２と、電解質膜２３と、空気極側電極層２４とを備えている。電解質膜２３は、固体高分子材料により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜を有する。水素極側電極層２２及び空気極側電極層２４は、導電性を有する担体上に触媒を担持させることによって形成されている。
【００３７】
枠部２６は、膜電極接合体２１の両側に水素極側多孔体流路１４ｈ並びに空気極側多孔体流路１４ａを勘合させるための凹部を有するように構成されている。これにより、水素極側多孔体流路１４ｈ並びに空気極側多孔体流路１４ａが枠部２６に嵌め込まれると、嵌め込まれた流路１４ｈ、１４ａの面が領域２６ｓとほぼ同一平面上に配置されることになる（図２、図３）。このような構成によって、嵌め込まれた流路１４ｈ、１４ａは、領域２６ｓとセパレータ４０との圧接によって、ある程度の密閉状態に置かれることになる（図１、図３）。
【００３８】
ただし、領域２６ｓとセパレータ４０の圧接は、セパレータ４０と水素極側多孔体流路１４ｈ等の面圧の維持による集電効果の維持を考慮して低い面圧で行われるので、ある程度の漏洩は予め想定されている。したがって、水素極側多孔体流路１４ｈの封止は、枠部２６に設けられたシール部材２７によって行われている。
【００３９】
水素極側多孔体流路１４ｈへの反応ガスの供給は、燃料ガス供給孔１３ｈ（図１、図２）から水素極側多孔体流路１４ｈの反応ガス供給領域１４ｈｉ（図４の上側の黒塗りの領域）に対して行われる。反応ガスの排出は、水素極側多孔体流路１４ｈの反応ガス排出領域１４ｈｏｕｔ（図４の下側の黒塗りの領域）から燃料ガス排出孔１５ｈ（図１、図３）に対して行われる。
【００４０】
図５は、比較例の発電体２０の断面Ｃ−Ｃを示す説明図である。発電体２０は、枠部２６上にシール部材２７を備えている。シール部材２７は、本実施例では、弾性を有するシール部材を枠部２６に接着することによって構成されている。シール部材２７は、発電体２０とセパレータ４０との間の接合面において、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、冷却液流路の各流路の相互間の漏洩や各流路から外部への漏洩を防止することを目的として装備されている。枠部２６は、さらに、端部における剛性確保のための内部フレーム２６ｆを内部に備えている。
【００４１】
シール部材２７のシール厚さやシール幅は、予め設定された耐漏洩性能を満たすように決定される。シール厚さは、たとえば厚さを厚くすると積層時の「つぶし代」が大きくなって耐漏洩性能が高くなる一方、積層時の抗力を大きくする要因となる。積層時の抗力が大きくなると、積層時の締結荷重も大きくなるという問題を生じさせる。シール幅は、たとえば幅を狭くすると面圧を大きくして耐漏洩性能が高くなる一方、倒れや座屈を生じさせやすくなるという性質を有している。よって、シール部材２７のシール厚さやシール幅は、このような観点から決定されるので、図４や図５に示されるような狭い幅のシールラインが設定されることになる。
【００４２】
さらに、枠部２６上におけるシール部材２７の配置や、シール部材２７の近傍における枠部２６の断面形状も耐漏洩性能を考慮して決定される。たとえばシール部材２７に応力を集中させるために、シール部材２７の近傍においては枠部２６の積層方向の厚さを薄くして、これにより凹部２６ｒが形成されている。さらに、シール部材２７と水素極側多孔体流路１４ｈとの間には、Ｘ軸方向に所定の距離を設けることによって、シール部材２７による抗力で水素極側多孔体流路１４ｈとセパレータ４０との間の面圧低下による集電効果が発生しにくくなるように構成されている。
【００４３】
しかしながら、このようにして設計された発電体２０とセパレータ４０との間のシールラインの設計は、各系統の相互間の漏洩や各系統から外部への漏洩の防止という設計目的を達成する一方、水素極側多孔体流路１４ｈから膜電極接合体２１への反応ガスの供給という観点からは、「脇流れ」という問題で効率低下が生じていることが本願発明者によって見いだされた。本願発明者は、出願時の技術常識からかけ離れた方法で、この課題を解決することに成功した。
【００４４】
図６は、本実施例の発電体２０とセパレータ４０との間で「脇流れ」が生じる様子を示す説明図である。設計上は、反応ガス供給領域１４ｈｉから供給された水素ガスが水素極側多孔体流路１４ｈの内部を通過して反応ガス排出領域１４ｈｏｕｔから排出される事になっているが、現実には、その一部が反応ガス供給領域１４ｈｉから供給された水素ガスが凹部２６ｒ（図５）によって形成された隙間を通過して反応ガス排出領域１４ｈｏｕｔに到達することが分かった。このような想定外の流れは、本明細書では、脇流れとよばれる。
【００４５】
図７および図８は、出願時の技術常識に基づいて設計されたシールラインを説明する説明図である。このシールラインは、水素極側多孔体流路１４ｈから隙間（凹部２６ｒによって形成）への漏洩を防止することを目的としてシール部材２７ｃを設けたものである。このシールラインは、他のシールラインと同様の同一の設計思想によって設計されているので、水素ガスを封じ込めるために閉じた形状を有している。しかしながら、このような一般的なシール設計では、以下のような問題を生じさせることが分かった。
【００４６】
図９は、出願時の技術常識に基づいて設計されたシールラインの問題点を示す説明図である。シール部材２７ｃによるシーリングは、水素極側多孔体流路１４ｈの外側の領域２１ｉｚ（面圧低下領域）、すなわちシール部材２７ｃの近傍において、シール部材２７ｃの抗力によって面圧が過度に低下するという問題が生じることが発明者の解析によって見いだされた。加えて、シール部材２７ｃの抗力がシール部材２７ｃの内側で新たな隙間を生じさせ、これが新たな脇流れを生じさせる可能性の存在をも見いだした。このように、一般的なシール設計の技術では、この問題は解決できないことが分かった。
【００４７】
Ｂ．本発明の実施例における燃料電池スタックの構成：
図１０は、本願発明者によって創作された新規の技術的思想に基づいて設計されたシールラインを説明する説明図である。従来の技術的思想では、空気供給マニホルド１１ａｍ、１７ａｍや燃料ガス供給マニホルド１１ｈｍ、１７ｈｍ、冷却水供給マニホルド１１ｗｍ、１３ｗｍといった各流路は、シール部材２７によって形成された各流路を囲む閉じたシールラインで封止されている。さらに、水素極側多孔体流路１４ｈの外周は、シール部材２７のうちの特定の部分２７ｓ（ハッチングされた部分）でシールされている。特定の部分２７ｓは、特許請求の範囲における「包囲シール部材」に相当する。
【００４８】
このような技術常識に対して、本実施例のシール部材２７ｘは、敢えて開いた線状のシール部材として構成されている。このような線状のシール部材２７ｘは、出願時の当業者の技術常識では、その終端の処理が問題となる。しかし、本願発明者は、次の２つの着目点によって、これが大きな問題とはならないことを見いだした。第１の着眼点は、このシールの目的が異系統や外部への漏洩防止ではなく、高効率化であって完全な封止が要求されていない点である。第２の着眼点は、凹部２６ｒと水素極側多孔体流路１４ｈとの間の完全な封止に拘ることなく、脇流れを抑制するには、凹部２６ｒと水素極側多孔体流路１４ｈとの間の圧力差を軽減すればよく、この圧力の軽減は、凹部２６ｒによって形成される隙間を「高抵抗」の構造で分断することによって実現されるという点である。
【００４９】
このような構成では、水素極側多孔体流路１４ｈの外周における面圧低下領域２１ｉｚａ（図１０）が外周の部分的な領域に止まるため、比較例で外周全体に発生する面圧低下領域２１ｉｚ（図９）よりも効率低下を抑制することができる。これにより、水素極側多孔体流路１４ｈの面圧低下を抑制しつつ脇流れを抑制することができることが分かる。
【００５０】
図１１は、本実施例のシール部材２７ｘを別の角度から示す断面図Ｅ−Ｅを示す説明図である。図１１から分かるように、本実施例では、空気極側多孔体流路１４ａにもシール部材２７ｘが備えられている。ここで、シール部材２７ｘは、枠部２６の両側でシール部材２７ｘが相互にバックアップ（支持）する位置に配置して、シール部材２７ｘに十分に面圧が加えられるように構成することが好ましい。
【００５１】
このように、枠部２６の両側でシール部材２７ｘが相互バックアップする構成においては、線状のシール部材２７ｘが直線形状を有することが好ましい。線状のシール部材２７ｘが直線形状を有すれば、水素極側多孔体流路１４ｈと空気極側多孔体流路１４ａの端部位置が一致しないように構成においても簡易に構成可能だからである。両者の端部が一致しない構成は、水素極側多孔体流路１４ｈと空気極側多孔体流路１４ａの端末での相互漏洩が効果的に抑制できるという効果を有している。
【００５２】
さらに、図１１から分かるように、シール部材２７ｘは、積層方向（Ｙ軸方向）における高さが変化するように形成されている。具体的には、水素極側多孔体流路１４ｈの外周を包囲するシール部材２７の近づくほど高く、水素極側多孔体流路１４ｈに近づくほど低くなるように構成されている。この形状は、本願発明者によって新規に創作された構成であって、水素極側多孔体流路１４ｈの近傍における面圧低下をさらに抑制して、セパレータ４０への集電効率の低下を低減させることができるという付加的な効果を奏する。
【００５３】
このように、本実施例では、脇流れが抑制されるので、水素極側多孔体流路１４ｈから膜電極接合体２１への水素ガスの供給効率を高めることができる。さらに、本願発明では、水素極側多孔体流路１４ｈの外部で反応ガスの脇流れが抑制されるので、反応ガス供給流路の材質や構成を選ばないという利点を有している。たとえば多孔体としての水素極側多孔体流路１４ｈだけでなく、エキスパンドメタルやプレス材で構成された反応ガス供給流路を使用する構成にも本発明は適用が可能である。
【００５４】
なお、上述の実施例では、水素極側流路と空気極側流路の双方に適用する例を示して説明しているが、一方のみにも本発明は適用可能である。
【００５５】
また、本実施例では、必須の要件ではないが、特にシール部材２７ｘが相互に離間した部分的な堰を構成する複数のシール部材として構成されているので、プレートへの反力を過度に大きくすることなく、シール部材２７ｘの面圧を発生させることができる。このような堰としてのシール部材２７ｘは、包囲シール部材２７ｓと反応ガス供給流路１４ｈ、１４ａの外周とを連結するものであっても良いし、あるいは、反応ガス供給流路１４ｈ、１４ａの外周と包囲シール部材２７ｓとの隙間における反応ガスの流れにおいて圧力降下を起こさせるように、隙間を塞ぐ（あるいは小さくする）形状を有していても良い。
【００５６】
このような種々の構成は、たとえば脇流れの原因となっている反応ガス供給流路１４ｈ、１４ａにおける圧力降下に起因する反応ガス供給流路１４ｈ、１４ａの反応ガスの入口と出口の間の圧力差を各堰で段階的に（あるいは一つの段階で）低減させることによって、脇流れを低減させる役割を果たすものとして構成されていても良い。
【００５７】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。特に、上記各実施例における構成要素中の独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。さらに、たとえば以下のような変形例も実施可能である。
【００５８】
Ｃ−１．上述の実施例では、シール部材２７ｘが水素極側多孔体流路１４ｈの外周を超えて、その内側まで延びているが、第１変形例のシール部材２７ｘｖ（図１２）のように、水素極側多孔体流路１４ｈの外周の外側で止まるように構成しても良い。この変形例は、面圧低下領域２１ｉｚａｖがさらに狭くなるので、セパレータ４０への集電効率の低減をさらに抑制することができるという利点を有する。ただし、実施例は、変形例よりも脇流れをさらに効果的に抑制することができるという利点を有する。
【００５９】
Ｃ−２．上述の実施例では、発電体２０とセパレータ４０とが別体として構成されているが、たとえば第２変形例の一体構成（図１３）として本発明を適用しても良い。この構成は、セパレータ４０への集電効率を低下させることなく、空気極側多孔体流路１４ａにおける脇流れを防止することができるという利点を有している。さらに、本構成は、空気極側多孔体流路１４ａと水素極側多孔体流路１４ｈとを入れ替えて実現しても良い。
【００６０】
Ｃ−３．上述の各実施例では、固体高分子型燃料電池が例示されているが、これに限られず固体酸化物型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池といった他の型の燃料電池に適用することができる。
【００６１】
Ｃ−４．上述の各実施例では、線状のシール部材によって脇流れが抑制されているが、たとえば線状のシール部材の代わりにスポンジ状の部材を使用する構成、あるいは所定の粘度の流体（たとえば液体シール）線状シール部材を凹部２６ｒに塗布して水素極側多孔体流路１４ｈや空気極側多孔体流路１４ａの下流側に堆積させる構成といった種々の構成が使用可能である。本発明の脇流れ抑制部は、一般に反応ガス供給流路の外周と包囲シール部材との間における反応ガスの流れである脇流れを抑制するものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】比較例の燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図。
【図２】比較例の燃料電池スタック１００の断面Ａ−Ａを示す説明図。
【図３】比較例の燃料電池スタック１００の断面Ｂ−Ｂを示す説明図。
【図４】本実施例の発電体２０の構成を示す説明図。
【図５】本実施例の発電体２０の断面Ｃ−Ｃを示す説明図。
【図６】本実施例の発電体２０とセパレータ４０との間で「脇流れ」が生じる様子を示す説明図。
【図７】出願時の技術常識に基づいて設計されたシールラインを説明する説明図。
【図８】出願時の技術常識に基づいて設計されたシールラインを説明する説明図。
【図９】出願時の技術常識に基づいて設計されたシールラインの問題点を示す説明図。
【図１０】本願発明者によって創作された新規の技術的思想に基づいて設計されたシールラインを説明する説明図。
【図１１】本実施例のシール部材２７ｘを別の角度から示す断面図Ｅ−Ｅを示す説明図。
【図１２】第１変形例のシール部材２７ｘｖを示す説明図。
【図１３】第２変形例の一体構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００６３】
１１ａｍ…空気供給マニホルド
１１ｈｍ…燃料ガス供給マニホルド
１１ｗｍ…冷却水供給マニホルド
１２ａ…空気供給路
１２ｈ…燃料ガス供給路
１２ｗ…冷却水供給路
１３ａ…空気供給孔
１３ｈ…燃料ガス供給孔
１３ｗｍ…冷却水排出マニホルド
１４ｈｏｕｔ…反応ガス排出領域
１４ａ…空気極側多孔体流路
１４ｈ…水素極側多孔体流路
１４ｈ…多孔体流路
１４ｈ…流路
１４ｈｉ…反応ガス供給領域
１４ｈ並…水素極側多孔体流路
１５ａ…空気排出孔
１５ｈ…燃料ガス排出孔
１６ａ…空気排出路
１６ｈ…燃料ガス排出路
１７ａｍ…空気排出マニホルド
１７ｈｍ…燃料ガス排出マニホルド
２０…発電体
２１…膜電極接合体
２１ｉｚａ…面圧低下領域
２１ｉｚ…面圧低下領域
２２…水素極側電極層
２３…電解質膜
２４…空気極側電極層
２５…電解質部
２６…枠部
２６ｒ…凹部
２６ｓ…領域
２７…シール部材
２７ｃ…シール部材
２７ｘ、２７ｘｖ…シール部材
４０…セパレータ
４１…カソード側プレート
４２…中間プレート
４３…アノード側プレート
１００…燃料電池スタック
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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