JP5125217B2

JP5125217B2 - 燃料電池

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Publication number: JP5125217B2
Application number: JP2007129132A
Authority: JP
Inventors: 研二佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: JP2008287910A

Description

この発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池のシール構造に関する。

燃料電池は、複数の燃料電池セル（以下、「単位セル」と称す）が積層された燃料電池スタックとして使用される。単位セル自体も平面状の部材の積層体であり、電解質膜をその両側から電極で挟んで構成された膜電極接合体（ＭＥＡ;Membrane Electrode Assembly）を有し、該ＭＥＡをその両側からガス流路、およびセパレータで挟むことで構成されている。

このような燃料電池スタックにおいては、積層面からの反応ガスの漏洩を防止するために、種々のシール構造が採られている。例えば、特開２００６−２６０９１０号公報では、２種以上のゴム材料を組み合わせてシール部材を配置する燃料電池が開示されている。この燃料電池によれば、加圧力が弱い部分あるいは温度分布が高い部分には、シール性に優れるゴム材料からなるシール部材が配置され、加圧力が強い部分あるいは温度分布が低い部分には、それ程シール性に優れるゴム材料でない別の種類のシール部材が配置される。これにより、製造コストの増加を招くことなく、シール性を向上させることができる。

特開２００６−２６０９１０号公報特開２００６−１７２８４５号公報特開２００５−９３１６９号公報特開２００４−３１１２５４号公報特開２００４−１９３１０８号公報

ところで、ＭＥＡとセパレータとの間にガス流路を挟む構造の燃料電池においては、該ガス流路の外縁を囲むように配置されたシール部材が、スタックの積層方向に圧縮変形されることにより、該ガス流路をシールする仕組みになっている。ガス流路としては、例えば多孔体金属で構成された流路などが使用されるが、ガス供給の最適化を図るために、アノード側に配置されたガス流路の厚さと、カソード側に配置されたガス流路の厚さとが異なる厚さで構成される場合がある。かかる場合においては、該シール部材は所定の潰れ代（圧縮変形量）が確保されるように、各流路厚に対応した高さに設定されることが必要となる。

しかしながら、単純にシール部材の高さを該ＭＥＡの表裏で異なることとすると、高さの高いシール部材の変形量が、高さの低いシール部材の変形量に比して大きくなってしまう。これにより、該ＭＥＡにおいてせん断応力が発生し、燃料電池の耐久性が低下するおそれがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＭＥＡの両極におけるガス流路の厚さが異なる燃料電池において、耐久性を低下させることなく、反応ガスの漏れを抑制することのできる燃料電池を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
電解質膜を電極で挟んで構成された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体における一方の電極に配置された第１ガス流路と、
前記膜電極接合体における他方の電極に配置され、前記第１ガス流路よりも薄く形成された第２ガス流路と、
前記膜電極接合体との間で前記第１ガス流路および／または前記第２ガス流路を挟むセパレータと、
前記膜電極接合体とセパレータとの間に挟まれて、積層方向に収縮することにより燃料電池の気密を保つシール部材と、を複数積層して構成された燃料電池において、
前記シール部材は、
前記膜電極接合体における前記第１ガス流路側に配置された第１シール部材と、
前記膜電極接合体における前記第２ガス流路側に配置され、前記第１シール部材に比して積層方向の高さが低く形成された第２シール部材と、を含み、
前記燃料電池が所定の締結力で締結された場合に、前記第１シール部材と第２シール部材との積層方向の収縮量が略等しいことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記シール部材は、積層方向の高さが高いほど、硬度の高い弾性材料で構成されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記シール部材は、前記第１シール部材の硬度と前記第２シール部材の硬度との比率が、前記第１シール部材における積層方向の高さと前記第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記シール部材は、積層方向の高さが高いほど、前記膜電極接合体への接触面積が大きくなるように構成されていることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記シール部材は、前記第１シール部材における接触面積と前記第２シール部材における接触面積との比率が、前記第１シール部材における積層方向の高さと前記第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように構成されていることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記第１シール部材および前記第２シール部材は、前記膜電極接合体と一体として形成されていることを特徴とする。

膜電極接合体（ＭＥＡ）における一方の電極に配置されたガス流路と、他方の電極に配置されたガス流路とが異なる厚さで構成されている燃料電池において、当該ＭＥＡとセパレータとの間に挟まれたシール部材は、対応するガス流路の厚さに応じてそれぞれ積層方向に異なる高さで構成されている。第１の発明によれば、これらの高さの異なるシール部材は、燃料電池が所定の締結力で締結された場合に、積層方向の圧縮変形量が略等しくなるように構成されている。このため、本発明によれば、該ＭＥＡにせん断応力が発生する事態を効果的に回避することができ、燃料電池の耐久性が低下する事態を効果的に抑制することができる。

第２の発明によれば、シール部材は、該シール部材の積層方向の高さが高いほど、硬度の高い弾性材料で構成されている。該シール部材に作用される圧縮力が等しい場合において、シール部材の積層方向の高さが高いほど圧縮変形量が大きくなる。一方、材料の硬度が高いほど圧縮変形量は小さくなる。このため、本発明によれば、シール部材の積層方向の高さが異なる場合であっても、使用される材料の硬度を調整することにより、これらのシール部材の圧縮変形量を等しくすることができる。

第３の発明によれば、第１シール部材の硬度と第２シール部材の硬度との比率が、第１シール部材における積層方向の高さと第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように、シール部材の硬度が設定される。シール部材の弾性域においては、ひずみ方向の長さは変形量と相関があり、また、材料の硬度に関しても変形量と相関がある。このため、本発明によれば、使用される材料の硬度を、シール部材の積層方向の高さ比率に応じて設定することにより、これらのシール部材の圧縮変形量を等しくすることができる。

第４の発明によれば、シール部材は、該シール部材の積層方向の高さが高いほど、ＭＥＡへの接触面積が大きくなるように構成されている。該シール部材に作用される圧縮力が等しい場合において、シール部材の積層方向の高さが高いほど圧縮変形量が大きくなる。一方、該圧縮力が作用する面積が大きいほど圧縮変形量は小さくなる。このため、本発明によれば、シール部材の積層方向の高さが異なる場合であっても、ＭＥＡへの接触面積を調整することにより、これらのシール部材の圧縮変形量を等しくすることができる。

第５の発明によれば、第１シール部材のＭＥＡへの接触面積と第２シール部材のＭＥＡへの接触面積との比率が、第１シール部材における積層方向の高さと第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように、シール部材の形状が設定される。シール部材の弾性域においては、ひずみ方向の長さは変形量と相関があり、また、ひずみ方向に対する作用面積に関しても変形量と相関がある。このため、本発明によれば、使用されるシール部材のＭＥＡへの接触面積を、シール部材の積層方向の高さ比率に応じて設定することにより、これらのシール部材の圧縮変形量を等しくすることができる。

第６の発明によれば、ＭＥＡと、第１シール部材と、第２シール部材とが一体として形成されたシール一体型ＭＥＡを用いて、本発明を実行することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
本発明の実施の形態としての燃料電池は、図７に示すような発電システム（燃料電池システム）に使用される。図７は、本発明にかかる燃料電池を使用可能な燃料電池システムの全体を示す概略構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載される車両用燃料電池システムとして好適である。尚、他の用途の燃料電池システムへの適用も勿論可能である。

図７に示す燃料電池システムでは、燃料ガスとしての水素（以下、「アノードガス」とも称す）が燃料電池１００に供給される。燃料電池１００に供給される水素は高圧の水素タンク１１４に貯蔵されている。水素タンク１１４と燃料電池１００のアノードとは水素供給管１１０によって接続され、水素供給管１１０の途中にはシャットバルブ１１６および調圧バルブ１１８が配置されている。また、燃料電池１００のアノードには、アノードオフガスを排出するためのオフガス排出管１１２が接続されている。オフガス排出管１１２は、水素供給管１１０における調圧バルブ１１８の下流側に接続され、水素供給管１１０と共に水素の循環系を構成している。オフガス排出管１１２の途中には、循環系内で水素を循環させるための循環ポンプ１２０が配置されている。

このシステムでは、酸化ガスとしての空気（以下、「カソードガス」とも称す）が燃料電池１００に供給される。燃料電池１００に供給される空気は、コンプレッサ１３４によって大気から取り込まれる。コンプレッサ１３４と燃料電池１００のカソードとは空気供給管１３０によって接続されている。また、燃料電池１００のカソードには、カソードオフガスを排出するためのオフガス排出管１３２が接続されている。オフガス排出管１３２は大気開放され、その管路の途中には空気圧を調整する為の調圧バルブ１３６が設けられている。

更に、このシステムでは、上記の反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）とは別に、燃料電池１００を冷却するための冷媒（水、不凍液或いは空気等）が燃料電池１００に供給される。燃料電池１００には冷媒を供給するための冷媒供給管１４０と冷媒を排出するための冷媒排出管１４２とが接続されている。冷媒供給管１４０と冷媒排出管１４２はともにラジエータ１４６に接続され、冷媒はラジエータ１４６を通って冷媒排出管１４２から冷媒供給管１４０へ循環するようになっている。冷媒排出管１４２の途中には、循環系内で冷媒を循環させるための循環ポンプ１４８が配置されている。

本実施の形態の燃料電池１００は単位セル１０を複数積層したスタック構造を有している。図１は、単位セル１０の分解斜視図を示す。この図に示すとおり、単位セル１０は、発電体１２、酸化ガスが流れる多孔体流路１４、燃料ガスが流れる多孔体流路１６、および隣接する発電体１２を隔離するセパレータ１８によって構成されている。発電体１２は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）２０の外側に、図示しないガス拡散層をシールガスケットで囲んで一体として形成されている。

多孔体流路１４および１６は、ステンレス鋼やチタン、或いはチタン合金などの発砲焼結金属や、金属メッシュなどの内部に多数の細孔を備えた多孔体によって形成されている。多孔体流路１４および１６は所定方向へ反応ガスを流すことを主目的としているため、反応ガスの流れの圧力損失を抑え、排水性を構造させるように、比較的気孔率の大きい多孔体が使用される。当該多孔体流路１４および１６に導入された反応ガスは内部の細孔を通過しＭＥＡ２０のアノードおよびカソードに供給される。

セパレータ１８は、ステンレス鋼、チタンなどの導電性の金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。より具体的には、多孔体流路１４と接触するカソードプレートと、多孔体流路１６と接触するアノードプレートと、これらのプレートの中間に挟まれた中間プレートとから構成されている。また、中間プレートには、冷媒流路としての複数の溝（図示せず）が形成されている。

次に、図２を参照して、発電体１２の構成について詳細に説明する。図２は、発電体１２の構成を説明するための図である。図２（ａ）は、発電体１２をスタックの積層方向からみた図を示す。また、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるII−II断面を模式的に示す断面図である。この図に示すとおり、ＭＥＡ２０は、電解質膜２２の表面上に、それぞれ電極触媒層としてのカソード２４およびアノード２６を備えている。電解質膜２２は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜である。当該電解質膜２２の表面上に形成されたカソード２４およびアノード２６は、電気化学反応を促進させる触媒（例えば、白金など）を備えている。

また、図２（ｂ）に示すとおり、ＭＥＡ２０におけるカソード２４およびアノード２６の外側には、ガス拡散層２８がそれぞれ配置されている。ガス拡散層２８は、気孔率が６０〜７０％程度のカーボン製の多孔体（例えば、カーボンクロスなど）により構成されている。以下、ガス拡散層２８が一体化されたＭＥＡ２０を、ＭＥＧＡ３０と称することとする。

また、本実施の形態の発電体１２は、ＭＥＧＡ３０の周囲をシールガスケット３２により囲まれて形成されている。シールガスケット３２は、シリコンゴム、ブチルゴム、或いはフッ素ゴムなどの弾性を有する絶縁性樹脂材料であり、該ＭＥＧＡ３０の周囲に射出成型されて、該ＭＥＧＡ３０の外周の一部を厚み方向に挟むように形成されている。

シールガスケット３２の外形は、セパレータ１８と同一の略長方形形状に形成されており、その４辺に沿って、反応ガスおよび冷媒のマニホールドを形成する貫通孔が設けられている。これらのマニホールドの周囲およびＭＥＧＡ３０の周囲には、シールガスケット３２のカソード２４側厚み方向に凸形状に形成されたリップ３４ａが設けられている。同様に、シールガスケット３２のアノード２６側には、凸形状に形成されたリップ３４ｂが形成されている（以下、これらを特に区別しないときは、単に「リップ３４」と称す）。リップ３４は、シールガスケット３２を挟むセパレータ１８に接触することにより、スタックの積層方向に所定の締結力（圧縮力）を受けて変形し、マニホールドやＭＥＧＡ３０表面を流れる反応ガスの漏れを抑制するシールラインを形成する。

[本実施の形態の特徴的構成]
次に、図３乃至図５を参照して、本実施の形態の特徴的構成について説明する。図３は、本実施の形態の燃料電池１００を積層方向に切断した断面の一部を示す図である。この図に示すとおり、本実施の形態においては、ＭＥＧＡ３０のカソード２４側に配置された多孔体流路１４と、該ＭＥＧＡ３０におけるアノード２６側に配置された多孔体流路１６とが、反応ガスの供給を行う上でそれぞれ最適となる厚さに構成されている。このため、これら多孔体流路１４、１６は、互いに異なる厚さとして構成されている。

このような単位セル１０においては、リップ３４の高さが多孔体流路１４、１６の厚さに応じて設定される。より具体的には、多孔体流路１４に対応するリップ３４ａの高さは高く設定され、多孔体流路１４よりも薄い多孔体流路１６に対応するリップ３４ｂの高さは低く設定される。

しかしながら、これらのリップ３４ａ、３４ｂに同一の締結力が加わると、リップ３４ａと３４ｂとの間で圧縮変形量に差異が生じてしまう。図４は、単位セル１０に所定の締結力が作用した状態を説明するための模式図である。この図に示すとおり、リップ高さが高く設定されたリップ３４ａは、リップ３４ａに比して大きく変形することとなる。つまり、発電体１２におけるリップ３４とＭＥＧＡ３０との間の相対的位置関係にズレが発生してしまう。このため、発電体１２内部に生じるせん断応力により、発電体１２に破損等が発生し、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態における燃料電池においては、単位セル１０におけるリップ３４ａと３４ｂとに、硬度の異なる材料を用いることにより、これらリップ３４の圧縮変形量を等しくすることとする。図５は、リップ３４ａと３４ｂとが異なる材料で構成された単位セル１０の断面を模式的に示す図である。この図に示すとおり、シールガスケット３２におけるリップ３４ａ側とリップ３４ｂ側とは、それぞれ異なる組成の材料で構成されている。より具体的には、単位セル１０に所定の締結力が加えられた場合に、リップ３４ａとリップ３４ｂとの圧縮変形量が同一となるように、各材料の組成が決定される。以下、材料組成を決定するための演算の一例を説明する。尚、以下の演算においては、リップ３４ａ、３４ｂは、積層方向の断面形状が長方形のリップ形状であるとする。

先ず、リップ３４ａにおける応力σ_ａ、ひずみε_ａ、弾性係数Ｅ_ａ、高さｈ_ａ、圧縮変形量Δｈ_ａとすると、σ_ａおよびε_ａは近似的に以下に示す式で表される。
σ_ａ＝ε_ａＥ_ａ・・・（１）
ε_ａ＝Δｈ_ａ／ｈ_ａ・・・（２）

リップ３４ａとセパレータ１８との接触面積Ａ_ａ、スタック締結力Ｐとして上式（１）、（２）を変形すると、圧縮変形量Δｈ_ａは以下の式で表される。
Δｈ_ａ＝ｈ_ａσ_ａ／Ｅ_ａ＝Ｐｈ_ａ／Ａ_ａＥ_ａ・・・（３）

同様に、リップ３４ｂにおける応力σ_ｂ、ひずみε_ｂ、弾性係数Ｅ_ｂ、高さｈ_ｂ、圧縮変形量Δｈ_ｂ、接触面積Ａ_ｂ、締結力Ｐとすると、圧縮変形量Δｈ_ｂは以下の式で表される。
Δｈ_ｂ＝ｈ_ｂσ_ｂ／Ｅ_ｂ＝Ｐｈ_ｂ／Ａ_ｂＥ_ｂ・・・（４）

本実施の形態における単位セル１０においては、リップ３４の接触面積Ａ_ａおよびＡ_ｂが等しいため、リップ３４ａ、３４ｂの圧縮変形量Δｈ_ａ、Δｈ_ｂが等しくなるための弾性係数Ｅ_ａおよびＥ_ｂの関係は、上式（３）、（４）を整理して、以下のように導かれる。
Ｅ_ｂ／Ｅ_ａ＝ｈ_ｂ／ｈ_ａ・・・（５）

このように、弾性係数が上式（５）に示す関係を満たすように材料を組成することにより、スタックに所定の締結力が作用した場合の、リップ３４ａおよびリップ３４ｂにおける圧縮変形量を等しくすることができる。これにより、発電体１２にせん断応力が発生する事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、リップ３４が、発電体１２と一体として形成されているが、リップ３４の構成はこれに限られない。すなわち、リップ３４に相当するシールガスケットが発電体１２とは別体として設けられた燃料電池において本発明を実行することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、多孔体流路１４が、多孔体流路１６に比して積層方向に厚く構成された燃料電池が使用されているが、燃料電池の構成はこれに限られない。すなわち、反応ガスの供給の最適化を図るために、燃料ガスが流通する多孔体流路１６が、多孔体流路１４に比して厚く構成された燃料電池において、本発明を実行することとしても良い。

また、上述した実施の形態１においては、シールガスケット３２におけるリップ３４の形状を柱形状としているが、リップ形状はこれに限定されない。すなわち、所定の締結力が加えられた場合に、圧縮変形量Δｈ_ａ、Δｈ_ｂが等しくなるように材料の組成を設定できるのであれば、積層方向の断面形状が台形形状や半円形状であってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、多孔体流路１４が前記第１の発明における「第１ガス流路」に、多孔体流路１６が前記第１の発明における「第２ガス流路」に、シールガスケット３２が前記第１の発明における「シール部材」に、リップ３４ａが前記第１の発明における「第１シール部材」に、リップ３４ｂが前記第１の発明における「第２シール部材」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図６は、本実施の形態２の燃料電池における単位セル４０の断面を模式的に示す図である。尚、図６に示す単位セル４０において、図５に示す単位セル１０と共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

この図に示すとおり、単位セル４０は、ＭＥＧＡ３０の周囲をシールガスケット４２により囲まれて形成されている。また、シールガスケット４２におけるマニホールドおよびＭＥＧＡ３０の周囲には、カソード２４側に凸形状として形成されたリップ４４ａと、アノード２６側に凸形状として形成されたリップ４４ｂとが設けられている（以下、これらを特に区別しないときは、単に「リップ４４」と称す）。リップ４４は、シールガスケット４２を挟むセパレータ１８に接触することにより、スタックの積層方向に所定の締結力（圧縮力）を受けて変形し、マニホールドやＭＥＧＡ３０表面を流れる反応ガスの漏れを抑制するシールラインを形成する。

［実施の形態２の特徴］
上述した本実施の形態１においては、燃料電池がスタックとして締結された場合に、シールガスケット３２におけるリップ３４ａ、３４ｂの圧縮変形量が等しくなるように、各リップにそれぞれ硬度の異なる材料を使用することとしている。つまり、シールガスケット３２が２種の材料で構成され、使用される材料、すなわち材料固有の弾性係数を変更することにより、リップ３４の圧縮変化量を調整することとしている。

一方、リップに使用される材料を変更しなくても、シールガスケットにおけるリップ形状により圧縮変化量を調整することも可能である。つまり、リップとセパレータとの接触面積を大きくするほど、当該リップにおける圧縮変形量を小さくすることが可能となる。そこで、本実施の形態２においては、リップ４４ａにおけるセパレータ１８との接触面積Ａ_ｂと、リップ４４ａにおける接触面積Ａ_ａとを調整することにより、これらリップ４４ａ、４４ｂにおける圧縮変形量を等しくすることとする。接触面積Ａ_ａおよびＡ_ｂの設定は、例えば、以下の演算により行うことができる。尚、以下の演算においては、リップ４４ａ、４４ｂは、積層方向の断面形状が長方形のリップ形状であるとする。

本実施の形態における単位セル４０においては、リップ４４ａの弾性係数Ｅ_ａとリップ４４ｂの弾性係数Ｅ_ｂが等しいため、上式（３）、（４）を整理すると以下の関係が導かれる。
Ａ_ｂ／Ａ_ａ＝ｈ_ｂ／ｈ_ａ・・・（６）

このように、接触面積Ａが上式（６）に示す関係を満たすようにリップ４４が形成されることにより、スタックに所定の締結力が作用した場合の、リップ４４ａおよびリップ４４ｂにおける圧縮変形量Δｈ_ａ、Δｈ_ｂを等しくすることができる。これにより、発電体１２の内部にせん断応力が発生し、燃料電池の耐久性が低下する事態を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、リップ４４が、発電体１２と一体として形成されているが、リップ４４の構成はこれに限られない。すなわち、リップ４４に相当するシールガスケットが発電体１２とは別体として設けられた燃料電池において本発明を実行することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、多孔体流路１４が、多孔体流路１６に比して積層方向に厚く構成された燃料電池が使用されているが、燃料電池の構成はこれに限られない。すなわち、反応ガスの供給の最適化を図るために、燃料ガスが流通する多孔体流路１６が、多孔体流路１４に比して厚く構成された燃料電池において、本発明を実行することとしても良い。

また、上述した実施の形態２においては、シールガスケット４２におけるリップ４４の形状を柱形状としているが、リップ形状はこれに限定されない。すなわち、所定の締結力が加えられた場合に、圧縮変形量Δｈ_ａ、Δｈ_ｂが等しくなるようにリップ４４の形状を設定できるのであれば、積層方向の断面形状が台形形状や半円形状であってもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、多孔体流路１４が前記第１の発明における「第１ガス流路」に、多孔体流路１６が前記第１の発明における「第２ガス流路」に、シールガスケット４２が前記第１の発明における「シール部材」に、リップ４４ａが前記第１の発明における「第１シール部材」に、リップ４４ｂが前記第１の発明における「第２シール部材」に、それぞれ相当している。

単位セル１０の分解斜視図を示す図である。発電体１２の構成を説明するための図である。本実施の形態１の燃料電池１００を積層方向に切断した断面の一部を示す図である。単位セル１０に所定の締結力が作用した状態を説明するための模式図である。本実施の形態１の単位セル１０におけるシールガスケット３２の構成を説明するための図である。本実施の形態２の単位セル４０におけるシールガスケット４２の構成を説明するための図である。燃料電池システムの全体を示す概略構成図である。

符号の説明

１０単位セル
１２発電体
１４多孔体流路（カソード側）
１６多孔体流路（アノード側）
１８セパレータ
２０ＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)
２２電解質膜
２４カソード
２６アノード
２８ガス拡散層
３０ＭＥＧＡ
３２シールガスケット
３４リップ
４０単位セル
４２シールガスケット
４４リップ
１００燃料電池
１１０水素供給管
１１２オフガス排出管
１１４水素タンク
１１６シャットバルブ
１１８調圧バルブ
１２０循環ポンプ
１３０空気供給管
１３２オフガス排出管
１３４コンプレッサ
１３６調圧バルブ
１４０冷媒供給管
１４２冷媒排出管
１４６ラジエータ
１４８循環ポンプ

Claims

電解質膜を電極で挟んで構成された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体における一方の電極に配置された第１ガス流路と、
前記膜電極接合体における他方の電極に配置され、前記第１ガス流路よりも薄く形成された第２ガス流路と、
前記膜電極接合体との間で前記第１ガス流路および／または前記第２ガス流路を挟むセパレータと、
前記膜電極接合体とセパレータとの間に挟まれて、積層方向に収縮することにより燃料電池の気密を保つシール部材と、を複数積層して構成された燃料電池において、
前記シール部材は、
前記膜電極接合体における前記第１ガス流路側に配置された第１シール部材と、
前記膜電極接合体における前記第２ガス流路側に配置され、前記第１シール部材に比して積層方向の高さが低く形成された第２シール部材と、を含み、
前記燃料電池が所定の締結力で締結された場合に、前記第１シール部材と第２シール部材との積層方向の収縮量が略等しいことを特徴とする燃料電池。
前記シール部材は、積層方向の高さが高いほど、硬度の高い弾性材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
前記シール部材は、前記第１シール部材の硬度と前記第２シール部材の硬度との比率が、前記第１シール部材における積層方向の高さと前記第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
前記シール部材は、積層方向の高さが高いほど、前記膜電極接合体への接触面積が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
前記シール部材は、前記第１シール部材における接触面積と前記第２シール部材における接触面積との比率が、前記第１シール部材における積層方向の高さと前記第２シール部材における積層方向の高さとの比率と略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
前記第１シール部材および前記第２シール部材は、前記膜電極接合体と一体として形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の燃料電池。