JP2008218392A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、バッファ部から反応ガスがショートカットすることを確実に阻止することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０を構成する各発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１６を挟持する第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０を備える。第１金属セパレータ１８には、燃料ガス流路３４に連通し燃料ガスを積層方向に流す燃料ガス供給連通孔２４ａと、前記燃料ガス流路３４と前記燃料ガス供給連通孔２４ａとを連通する入口バッファ部３６ａとが設けられる。第１金属セパレータ１８に一体成形される第１シール部材５６は、シール部５６ａを有するとともに、前記シール部５６ａには、第１金属セパレータ１８の平坦面６０に対応し且つ入口バッファ部３６ａの外周部位に対応し、燃料ガスが流通することを阻止する閉塞シール６２が一体に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを積層するとともに、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に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、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。

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）とが設けられている。さらに、各発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って設けられている。

上記の発電セルでは、燃料ガス及び酸化剤ガス（以下、反応ガスともいう）を気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には、電解質膜・電極構造体とセパレータとのシール性を向上させるとともに、特に反応ガスがシール間の隙間から漏れる、所謂、ショートカットの発生を阻止するための燃料電池が開示されている。

この特許文献１では、電解質膜の両側に第１の電極と第２の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のセパレータ間に配設するとともに、前記第１及び第２のセパレータには、それぞれ所定の反応ガスを前記第１及び第２の電極に沿って供給する反応ガス流路が形成される燃料電池であって、少なくとも前記第１のセパレータには、該第１のセパレータの外周縁部を覆ってシール部材が設けられるとともに、前記シール部材は、前記第１の電極に対向する額縁状シール面を有し、前記額縁状シール面の内周端部と、前記内周端部に隣接する前記反応ガス流路の凸部との間隙には、該間隙に沿って反応ガスが流通することを阻止する複数の閉塞シールが設けられることを特徴としている。

特開２００５−１００９５０号公報（図２）

通常、燃料電池には、各発電セルの反応ガス流路に反応ガスを供給するための反応ガス供給連通孔と、前記反応ガス流路から使用済みの反応ガスを排出するための反応ガス排出連通孔とが、各発電セルの積層方向に沿って形成されている内部マニホールド型燃料電池が採用されている。

その際、各発電セルの反応ガス流路に反応ガスを確実且つ良好に分配供給する必要がある。このため、反応ガス流路と、反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔との間に、例えば、複数のエンボスを有するバッファ部を設ける構造が採用されている。

この場合、セパレータとして、金属プレートの両面にシール部材を一体成形した金属セパレータでは、このシール部材を成形する際に、型部材が接する型押さえ面（平坦面）が必要となっている。従って、特にバッファ部の外周部位には、型押さえ面に対応してシールが設けられていない平坦面が形成されてしまう。この平坦面には、反応ガスがショートカットするバイパス流路が構成され易く、前記反応ガスを電極反応面に確実且つ良好に供給することができないという問題がある。

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、バッファ部から反応ガスがショートカットすることを確実に阻止することができ、所望の発電性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。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを積層するとともに、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に関するものである。

金属セパレータには、反応ガス流路に連通し、反応ガスを前記金属セパレータの積層方向に流す反応ガス連通孔と、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、シール部材の成形時に型部材が接する型押さえ面に対応し且つ前記バッファ部の外周部位に対応し、前記反応ガスが流通することを阻止する閉塞シールとが設けられている。

また、閉塞シールは、反応ガス連通孔に近接して設けられることが好ましい。

さらに、閉塞シールは、複数に分割された直線状シールで構成されることが好ましい。

さらにまた、閉塞シールは、シール部材に一体的に形成され、金属セパレータから離間する方向に傾斜して突出することが好ましい。

また、閉塞シールは、シール部材の内周端部と金属セパレータの凸部との隙間に配設される複数の固形シールであることが好ましい。

さらに、閉塞シールは、シール部材の内周端部と金属セパレータの凸部との隙間に充填される複数の液状シールであることが好ましい。

さらにまた、反応ガス流路は、重力方向に向かって反応ガスを供給するとともに、前記反応ガス流路の上方に入口バッファ部が連通し、且つ前記反応ガス流路の下方に出口バッファ部が連通し、前記入口バッファ部の外周部位にのみ対応して閉塞シールが設けられることが好ましい。

本発明によれば、シール部材の成形時に型部材が接する型押さえ面に対応し且つバッファ部の外周部位に対応し、閉塞シールが設けられており、この閉塞シールの作用下に、前記バッファ部の外周部位に短絡ガス通路が形成されることを良好に防止している。

このため、反応ガス連通孔からバッファ部に供給された反応ガスが、前記バッファ部の外周部位を通過して、所謂、ショートカットを発生することを確実に阻止することができる。これにより、発電に利用されない反応ガスを良好に削減することが可能になるとともに、前記反応ガスを電極面に均一に供給することができ、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の分解概略斜視図であり、図２は、複数の前記発電セル１２を矢印Ａ方向に積層してスタック化された前記燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。

燃料電池１０は、図２に示すように、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（図示せず）が配置される。エンドプレートは、図示しないタイロッドを介して固定され、又は、図示しないケーシング内に収容されることにより、積層されている複数の発電セル１２には、矢印Ａ方向に所定の締め付け荷重が付与される。

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、アノード側の第１金属セパレータ１８とカソード側の第２金属セパレータ２０とに挟持されている。第１及び第２金属セパレータ１８、２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有している。なお、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る。

発電セル１２の長辺方向（図１中、矢印Ｃ方向）の上端縁部には、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供給連通孔（反応ガス連通孔）２２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔（反応ガス連通孔）２４ａが設けられる。

発電セル１２の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔（反応ガス連通孔）２４ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス連通孔）２２ｂが設けられる。

発電セル１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔２６ａが設けられるとともに、短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔２６ｂが設けられる。

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２８と、前記固体高分子電解質膜２８を挟持するアノード側電極３０及びカソード側電極３２とを備える。アノード側電極３０は、カソード側電極３２よりも小さな表面積を有している。

アノード側電極３０及びカソード側電極３２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２８の両面に形成される。

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、燃料ガス供給連通孔２４ａと燃料ガス排出連通孔２４ｂとを連通する燃料ガス流路３４が形成される。この燃料ガス流路３４は、図３に示すように、重力方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の波状流路溝３４ａを有し、前記波状流路溝３４ａの矢印Ｃ方向上端及び下端に位置して入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂが設けられる。入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂは、複数のエンボス３８ａ、３８ｂを有する。

第１金属セパレータ１８の面１８ａには、燃料ガス供給連通孔２４ａと入口バッファ部３６ａとを連通する連通路形成用の複数の受け部４０ａと、燃料ガス排出連通孔２４ｂと出口バッファ部３６ｂとを連通する連通路形成用の複数の受け部４０ｂとが形成される。受け部４０ａ、４０ｂの近傍には、それぞれ複数の供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂが形成される。供給孔部４２ａは、面１８ｂ側で燃料ガス供給連通孔２４ａに連通する一方、排出孔部４２ｂは、同様に前記面１８ｂ側で燃料ガス排出連通孔２４ｂに連通する。

図４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、酸化剤ガス供給連通孔２２ａと酸化剤ガス排出連通孔２２ｂとを連通する酸化剤ガス流路４４が形成される。この酸化剤ガス流路４４は、重力方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の波状流路溝４４ａを有し、前記波状流路溝４４ａの矢印Ｃ方向上端及び下端に位置して入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂが設けられる。入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂは、複数のエンボス４８ａ、４８ｂを有する。

面２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔２２ａと入口バッファ部４６ａとを連通する連通路形成用の複数の受け部５０ａと、酸化剤ガス排出連通孔２２ｂと出口バッファ部４６ｂとを連通する連通路形成用の複数の受け部５０ｂとが設けられる。

図１に示すように、第２金属セパレータ２０の面２０ｂと、第１金属セパレータ１８の面１８ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔２６ａと冷却媒体排出連通孔２６ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、燃料ガス流路３４の裏面形状と酸化剤ガス流路４４の裏面形状とが重なり合うことによって、矢印Ｂ方向に延在して形成される。

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の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。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の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。第１及び第２シール部材５６、５８としては、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が用いられる。

図１及び図３に示すように、第１シール部材５６は、面１８ａ側に燃料ガス流路３４を囲繞して設けられるシール部５６ａと、このシール部５６ａの外方に設けられるシール部５６ｂとを有する。シール部５６ａは、燃料ガス流路３４、入口バッファ部３６ａ、出口バッファ部３６ｂ、供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂを周回する凸状シールを構成する。

第１金属セパレータ１８は、燃料ガス流路３４、入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂを形成する凸部５９を設けるとともに、この凸部５９とシール部５６ａとの間には、後述するように前記シール部５６ａを成形する際に型部材が接する型押さえ面に対応して平坦面６０が形成される。

シール部５６ａには、入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂの外周部位に対応し且つ平坦面６０に対応し、燃料ガスが流通（ショートカット）することを阻止する複数の閉塞シール６２が一体成形される。閉塞シール６２は、第１金属セパレータ１８から離間する方向に傾斜して突出形成される。閉塞シール６２は、燃料ガス供給連通孔２４ａ及び燃料ガス排出連通孔２４ｂに近接する部位の他、複数に分割された直線状シールで構成される。

図４に示すように、第２シール部材５８は、第２金属セパレータ２０の面２０ａ側に酸化剤ガス流路４４、入口バッファ部４６ａ、出口バッファ部４６ｂ、酸化剤ガス供給連通孔２２ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２２ｂを囲繞して形成されるシール部５８ａを有する。第２金属セパレータ２０は、酸化剤ガス流路４４、入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂを形成する凸部６４を設けるとともに、前記凸部６４とシール部５８ａとの間には、型押さえ面に対応して平坦面６６が形成される。

シール部５８ａには、平坦面６６に対応し且つ入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂの外周部位に対応し、酸化剤ガスが流通（ショートカット）することを阻止する複数の閉塞シール６８が一体成形される。閉塞シール６８は、特に、酸化剤ガス供給連通孔２２ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２２ｂに近接して設けられ、複数に分解された直線状シールを構成するとともに、第２金属セパレータ２０から離間する方向に傾斜して突出する。

次いで、第１及び第２金属セパレータ１８、２０を製造する作業について説明する。

第１金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、第１シール部材５６が一体成形されるとともに、第２金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、第２シール部材５８が一体成形される。その際、第１金属セパレータ１８では、プレス加工によって両方の面１８ａ、１８ｂに燃料ガス流路３４及び冷却媒体流路５４が形成される一方、第２金属セパレータ２０では、プレス加工によって両方の面２０ａ、２０ｂに酸化剤ガス流路４４及び冷却媒体流路５４が形成される。

先ず、図５に示すように、第１金属セパレータ１８は、シール成形用金型８０内に配置される。金型８０は、第１型８２と第２型８４とを備え、前記第１及び第２型８２、８４間には、キャビティ８６と逃げ８８とが形成される。この逃げ８８は、凸部５９と入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂを構成するエンボス３８ａ、３８ｂとを収容する。逃げ８８とキャビティ８６との間には、第１金属セパレータ１８に接触する型押さえ部８２ａ、８４ａが距離Ｈ１にわたって設けられる。

キャビティ８６は、第１シール部材５６の形状に対応しており、このキャビティ８６の内側（凸部５９側）端部には、閉塞シール６２の形状に対応する突起状キャビティ８６ａが連通する。キャビティ８６ａは、第２型８４に設けられており、第１金属セパレータ１８の面１８ａから離間する方向に角度θ°（３０°＜θ°＜６０°）だけ傾斜する。このキャビティ８６ａの長さＨ２は、閉塞シール６２が凸部５９の近傍まで覆って所望の閉塞機能を有する寸法に設定される。

そこで、第１及び第２型８２、８４が第１金属セパレータ１８を挟持して型締めされた状態で、キャビティ８６、８６ａに溶融ゴムが充填される。このため、所定の時間だけ経過すると、第１金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、第１シール部材５６が一体化されるとともに、前記第１シール部材５６を構成するシール部５６ａの内周端部には、第１金属セパレータ１８から離間する方向に傾斜して閉塞シール６２が一体的に突出形成される。

さらに、第１及び第２型８２、８４が型開きされ、第１金属セパレータ１８が金型８０から離型される。

一方、第２金属セパレータ２０では、図示しないシール成形用金型を介してこの第２金属セパレータ２０の両方の面２０ａ、２０ｂに第２シール部材５８が一体化される。この第２シール部材５８を構成するシール部５８ａの内周端部には、第２金属セパレータ２０から離間する方向に傾斜して閉塞シール６８が一体的に突出形成される。

次いで、電解質膜・電極構造体１６を挟んで第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０が配置され、積層方向（矢印Ａ方向）にプレスされる。従って、第１金属セパレータ１８では、図２に示すように、閉塞シール６２は、前記第１金属セパレータ１８の面１８ａ側に揺動し、シール部５６ａの内周端部と凸部５９との間に形成された平坦面６０に密着する。

同様に、第２金属セパレータ２０では、閉塞シール６８は、前記第２金属セパレータ２０の面２０ａ側に揺動し、シール部５８ａの内周端部と凸部６４との間に形成された平坦面６６に密着する。

これにより、発電セル１２が構成され、前記発電セル１２が所定数だけ積層されるとともに、積層方向に締め付け保持されることによって、燃料電池１０が組み付けられる。

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。

先ず、図１に示すように、燃料電池１０では、酸化剤ガス供給連通孔２２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔２６ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の発電セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。

酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔２２ａから第２金属セパレータ２０の酸化剤ガス流路４４に導入され、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極３２に沿って移動する。

その際、図４に示すように、第２金属セパレータ２０の面２０ａでは、酸化剤ガス供給連通孔２２ａを流れる酸化剤ガスは、複数の受け部５０ａ間を通って入口バッファ部４６ａに供給される。この入口バッファ部４６ａに供給された酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に分散されるとともに、酸化剤ガス流路４４を構成する複数の波状流路溝４４ａに沿って鉛直下方向に流動し、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極３２に供給される。

一方、燃料ガスは、図１及び図３に示すように、第１金属セパレータ１８の面１８ｂにおいて、燃料ガス供給連通孔２４ａから複数の供給孔部４２ａを通って面１８ａ側に供給される。この燃料ガスは、受け部４０ａ間を通って入口バッファ部３６ａに導入される。入口バッファ部３６ａで矢印Ｂ方向に分散された燃料ガスは、燃料ガス流路３４を構成する複数の波状流路溝３４ａに沿って鉛直下方向に移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極３０に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０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（図２参照）。

次いで、カソード側電極３２に供給されて消費された酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス流路４４の下部に連通する出口バッファ部４６ｂに送られる。さらに、酸化剤ガスは、出口バッファ部４６ｂから複数の受け部５０ｂ間に沿って酸化剤ガス排出連通孔２２ｂに排出される。

同様に、アノード側電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、図１及び図３に示すように、燃料ガス流路３４の下部に連通する出口バッファ部３６ｂに送られた後、複数の受け部４０ｂ間を流れる。燃料ガスは、複数の排出孔部４２ｂを通って面１８ｂ側に移動し、燃料ガス排出連通孔２４ｂに排出される。

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔２６ａから第１及び第２金属セパレータ１８、２０間の冷却媒体流路５４に導入された後、矢印Ｂ方向（水平方向）に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体排出連通孔２６ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１及び図３に示すように、第１金属セパレータ１８に設けられている第１シール部材５６のシール部５６ａには、入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂの外周部位に対応し且つ凸部５９と前記シール部５６ａとの間に形成される平坦面６０に対応して、閉塞シール６２が設けられている。

このため、閉塞シール６２は、平坦面６０に密着し、この平坦面６０に供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂを短絡させる短絡通路が形成されることを阻止することが可能になる。従って、燃料ガス供給連通孔２４ａから供給孔部４２ａを通って入口バッファ部３６ａに供給された燃料ガスが、前記入口バッファ部３６ａの外周を通過して、所謂、ショートカットを発生することを確実に阻止することができる。

これにより、発電に利用されない燃料ガスを良好に削減することが可能になるとともに、前記燃料ガスをアノード側電極３０の電極面に均一に供給することができ、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行されるという効果が得られる。

さらに、閉塞シール６２は、シール部５６ａの内周端部に一体成形されている。従って、第１シール部材５６の成形時にシール部５６ａ及び閉塞シール６２が同時に成形され、前記第１シール部材５６全体の製造作業が有効に簡素化される。

なお、第２金属セパレータ２０では、第２シール部材５８がシール部５８ａの内周端部に一体成形される複数の閉塞シール６８を有している。このため、上記の第１金属セパレータ１８に設けられる第１シール部材５６と同様の効果が得られる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータ９０の正面説明図である。なお、第１の実施形態に採用されている第１金属セパレータ１８と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１金属セパレータ９０では、第１シール部材５６のシール部５６ａに、特に燃料ガス供給連通孔２４ａ及び燃料ガス排出連通孔２４ｂに近接する位置に対応して閉塞シール６２が設けられている。従って、第１金属セパレータ９０は、閉塞シール６２の数を削減するとともに、上記の第１金属セパレータ１８と同様の効果を得ることができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００の一部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１００を構成する各発電セル１０２は、電解質膜・電極構造体１６を挟持する第１金属セパレータ１０４及び第２金属セパレータ１０６を備える。第１金属セパレータ１０４は、第１シール部材５６を一体成形するとともに、この第１シール部材５６とは別体に構成される閉塞シール１０８を備える。閉塞シール１０８は、閉塞シール６２と同様に、平坦面６０に対応し且つ入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂの外周部位に対応して設けられている。

一方、第２金属セパレータ１０６では、上記の第１金属セパレータ１０４と同様に、個別に構成される閉塞シール（図示せず）が用いられる。この閉塞シールは、閉塞シール６８と同様の位置に設定される。

このように構成される第３の実施形態では、燃料ガスが入口バッファ部３６ａの外周を通過して、所謂、ショートカットを発生することを確実に阻止することができ、簡単な構成で、効率的且つ経済的な発電が遂行される等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１１０の一部断面説明図である。

燃料電池１１０を構成する各発電セル１１２は、電解質膜・電極構造体１６を挟持する第１金属セパレータ１１４及び第２金属セパレータ１１６を備える。第１金属セパレータ１１４では、上記の閉塞シール６２、１０８と同一の位置に液状シールからなる閉塞シール１１８が設けられる。同様に、第２金属セパレータ１１６では、上記の閉塞シール６８等と同一位置に、液状シールからなる閉塞シール（図示せず）が設けられる。

これにより、第４の実施形態では、簡単な構成で、効率的な発電が遂行される等、第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータ１２０の正面説明図である。なお、第１の実施形態に採用されている第１金属セパレータ１８と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１金属セパレータ１２０では、第１シール部材５６のシール部５６ａには、入口バッファ部３６ａの外周部位にのみ対応し且つ平坦面６０に対応し、燃料ガスが流通（ショートカット）することを阻止する複数の閉塞シール６２が一体成形される。

従って、出口バッファ部３６ｂ側には、閉塞シール６２が設けられないため、特に排水駆動力が小さい低負荷発電時にも、水滴が上から下に流れて重力方向に向かう排水性を有することができる。このため、燃料ガスの円滑な流れを確保することが可能になり、発電安定性が良好に向上するという効果が得られる。

図１０は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータ１３０の正面説明図である。なお、第２の実施形態に採用されている第１金属セパレータ９０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１金属セパレータ１３０では、第１シール部材５６のシール部５６ａに、燃料ガス供給連通孔２４ａに近接する位置に対応して閉塞シール６２が設けられる一方、燃料ガス排出連通孔２４ｂに近接する位置に対応して閉塞シール６２が設けられてない。従って、第１金属セパレータ１３０は、特に低負荷発電時にも、排水性を有して燃料ガスの円滑な流れを確保し、発電安定性の向上を図ることができる等、上記の第１金属セパレータ９０と同様の効果を得ることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解概略斜視図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。 前記発電セルを構成する第２金属セパレータの正面図である。 前記第１金属セパレータに第１シール部材を一体化する金型の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の一部断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の一部断面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。

符号の説明

１０、１００、１１０…燃料電池 １２、１０２、１１２…発電セル
１６…電解質膜・電極構造体
１８、２０、９０、１０４、１０６、１１４、１１６、１２０、１３０…金属セパレータ
２２ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ２２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２４ａ…燃料ガス供給連通孔 ２４ｂ…燃料ガス排出連通孔
２６ａ…冷却媒体供給連通孔 ２６ｂ…冷却媒体排出連通孔
２８…固体高分子電解質膜 ３０…アノード側電極
３２…カソード側電極 ３４…燃料ガス流路
３６ａ、４６ａ…入口バッファ部 ３６ｂ、４６ｂ…出口バッファ部
４２ａ…供給孔部 ４２ｂ…排出孔部
４４…酸化剤ガス流路 ５４…冷却媒体流路
５６、５８…シール部材 ５６ａ、５６ｂ、５８ａ…シール部
５９…凸部 ６０、６６…平坦面
６２、６８、１０８、１１８…閉塞シール
８０…金型

Claims (7)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを積層するとともに、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、
   前記金属セパレータには、前記反応ガス流路に連通し、前記反応ガスを前記金属セパレータの積層方向に流す反応ガス連通孔と、
   前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、
   前記シール部材の成形時に型部材が接する型押さえ面に対応し且つ前記バッファ部の外周部位に対応し、前記反応ガスが流通することを阻止する閉塞シールと、
   が設けられることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記閉塞シールは、前記反応ガス連通孔に近接して設けられることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１記載の燃料電池において、前記閉塞シールは、複数に分割された直線状シールで構成されることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記閉塞シールは、前記シール部材に一体的に形成され、前記金属セパレータから離間する方向に傾斜して突出することを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記閉塞シールは、前記シール部材の内周端部と前記金属セパレータの凸部との隙間に配設される複数の固形シールであることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記閉塞シールは、前記シール部材の内周端部と前記金属セパレータの凸部との隙間に充填される複数の液状シールであることを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１〜６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、重力方向に向かって前記反応ガスを供給するとともに、
   前記反応ガス流路の上方に入口バッファ部が連通し、且つ前記反応ガス流路の下方に出口バッファ部が連通し、
   前記入口バッファ部の外周部位にのみ対応して前記閉塞シールが設けられることを特徴とする燃料電池。

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