燃料電池
【課題】反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができる燃料電池を提供する。
【解決手段】セパレータ（１２Ａ）の幅方向（Ｘ）において、電極層（１４Ａ）の一端部（１４Ａｅ）とガス分配部（３３）の一端部（３３ｅ）との距離（Ｌ１）がガス分配部（３３）の一端部（３３ｅ）と流体流路（３１）の一端部（３１ｅ）との距離（Ｌ２）よりも大きくなるように構成する。
【解決手段】セパレータ（１２Ａ）の幅方向（Ｘ）において、電極層（１４Ａ）の一端部（１４Ａｅ）とガス分配部（３３）の一端部（３３ｅ）との距離（Ｌ１）がガス分配部（３３）の一端部（３３ｅ）と流体流路（３１）の一端部（３１ｅ）との距離（Ｌ２）よりも大きくなるように構成する。
【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、反応ガスのショートカットを低減する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えば、高分子電解質型燃料電池）は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面に水素等の燃料ガスを供給すると共に他方の面に酸素等の酸化剤ガスを供給することにより、高分子電解質膜を介して電気化学反応を発生させ、それにより生じる反応エネルギーを電気的に取り出すものである。
【０００３】
燃料電池は、一般的には複数のセルを積層し、それらをボルトなどの締結部材で加圧締結することにより構成されている。１つのセルは、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assemblyという）を一対の板状の導電性のセパレータで挟んで構成されている。各セパレータには、それらを厚み方向に貫通する、反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を供給するための供給用マニホールドと、反応ガスを排出するための排出用マニホールドとが形成されている。各セパレータのＭＥＡ側の面には、供給用マニホールドと排出用マニホールドとに連通する流体流路が形成されている。
【０００４】
ＭＥＡは、高分子電解質膜と、当該電極膜の両面に配置された一対の電極層（多孔質電極ともいう）によって構成されている。一対の電極層は、それぞれ、高分子電解質膜よりも外形サイズが小さく、高分子電解質膜の周縁部が露出するように配置されている。高分子電解質膜と各電極層とは、熱プレスなどにより一体的に接合されている。高分子電解質膜の周縁部と各セパレータとの間には、反応ガスの漏洩を防止するための環状のシール部材が電極層の周縁部を囲むように配置されている。
【０００５】
燃料電池においては、一方のセパレータの流体流路に反応ガスとして燃料ガスが供給されると共に、他方のセパレータの流体流路に反応ガスとして酸化剤ガスが供給されることにより、高分子電解質膜を介して電極層に電気化学反応が発生する。燃料電池は、この電気化学反応により生じた電力を、各セパレータを通じて外部に取り出すように構成されている。
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池においては、本来、供給用マニホールドから供給された反応ガスの全部が流体流路を流れるべきところ、反応ガスの一部が流体流路ではなく電極層とシール部材との隙間に流れる、いわゆるショートカットの課題がある。電極層とシール部材との隙間を流れる反応ガスは発電に全く寄与しないため、ショートカットが発生した場合には、燃料電池の発電効率が低下することになる。
【０００７】
反応ガスのショートカットを低減する技術としては、例えば特許文献１（特開２００６−１２０３７６号公報）に開示されたものがある。図１３は、特許文献１の燃料電池が備える発電セル１００の構造を示す平面図である。図１４は、発電セル１００の一部拡大断面図である。
【０００８】
特許文献１には、図１３及び図１４に示すように、一方の電極層（アノード電極）１０１の外方に位置するシール部材１０２と、ＭＥＡ１０３の外方に位置するシール部材１０４との間に形成された隙間１０５に、第１リブ１０６と第２リブ１０７とを千鳥状に配置した構造が開示されている。この構造により、隙間１０５を通じて反応ガスがショートカットすることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の構造では、隙間１０５を通じた反応ガスのショートカットの防止には有効であるものの、電極層１０１とシール部材１０２との隙間１０８を反応ガスがショートカットすることを防ぐことはできない。従って、特許文献１の構造では、反応ガスのショートカットの課題を十分に解決することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、高分子電解質膜を挟んで互いに対向する一対の電極層と、前記電解質膜及び前記一対の電極層を挟んで互いに対向する一対のセパレータと、を備える燃料電池において、
前記セパレータを貫通するように設けられ、反応ガスが供給される供給用マニホールドと、
前記セパレータを貫通するように設けられ、前記反応ガスを排出する排出用マニホールドと、
前記供給用マニホールドと前記排出用マニホールドとの間において前記セパレータの幅方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成され、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記排出用マニホールドに導く流体流路と、
前記供給用マニホールドと前記流体流路との間に設けられ、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記複数の流路溝に分配するガス分配部と、
を備え、
前記セパレータの厚み方向から見たとき、前記セパレータの幅方向における、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きい、燃料電池燃料電池を提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記電極層の一端部に対して隙間を空けて設けられたシール部材又は枠体を備え、
前記流体流路の一端部に位置する前記流路溝の断面積が前記隙間の断面積よりも大きい、第１態様に記載の燃料電池を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、前記セパレータの幅方向における、前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との位置が一致している、第１又は２態様に記載の燃料電池を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる燃料電池によれば、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きくなるように構成されているので、供給用マニホールドからガス分配部に供給された燃料ガスが、流体流路に流れ易くなる。これにより、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の基本構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の燃料電池が備える発電セルの構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図２の発電セルが備えるアノードセパレータの一部拡大平面図である。
【図４】図３のＡ１−Ａ１線を通るように切った発電セルの部分断面図である。
【図５】図３のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。
【図６】図５の点線で囲まれた領域の拡大平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大平面図である。
【図９】図８のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。
【図１０】図９の一部拡大斜視図である。
【図１１】図９のＡ２−Ａ２線を通るように切った発電セルの部分断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルの部分断面図である。
【図１３】特許文献１の燃料電池が備える発電セルの構造を示す平面図である。
【図１４】特許文献１の燃料電池が備える発電セルの一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同様の部品については同じ参照符号を付している。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の基本構成を模式的に示す分解斜視図である。本第１実施形態に係る燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる高分子電解質型燃料電池である。
【００１９】
本第１実施形態に係る燃料電池は、単電池である発電セル１０を複数積層した発電セル積層体１の積層方向の両端部を、集電板２及び絶縁板３を介して一対の端板４，４で挟持した状態で、締結部材（図示せず）を用いて加圧締結して構成されている。
【００２０】
集電板２は、発電セル１０が発電した電流を外部に導くためのものである。集電板２は、例えば、銅、真鍮などのガス不透過性の導電性材料で構成されている。集電板２には、外部電線との接続のため、積層方向Ｘと交差する方向に突出する電流取り出し端子部２ａが設けられている。絶縁板３は、例えば、フッ素系樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの絶縁性樹脂で構成されている。端板４は、例えば、鋼などの剛性の高い金属材料で構成されている。
【００２１】
図２は、発電セル１０の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、発電セル１０は、膜電極接合体１１（以下、ＭＥＡという）と、ＭＥＡ１１の両面に配置された一対の板状の導電性のセパレータ１２Ａ，１２Ｃとを有している。一対のセパレータの一方はアノードセパレータ１２Ａであり、他方はカソードセパレータ１２Ｃである。アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃは、例えば、カーボン系、又は金属系の平板で構成されている。
【００２２】
アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの上部には、それらを厚み方向に貫通する、燃料ガス供給用マニホールド２１と、酸化剤ガス供給用マニホールド２２と、冷却媒体供給用マニホールド２３とが設けられている。また、アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの下部には、それらを厚み方向に貫通する、燃料ガス排出用マニホールド２４と、酸化剤ガス排出用マニホールド２５と、冷却媒体排出用マニホールド２６とが設けられている。
【００２３】
アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１側の面には、燃料ガス供給用マニホールド２１を通じて供給された燃料ガスを燃料ガス排出用マニホールド２４に導くように、流体流路として燃料ガス流路３１が形成されている。燃料ガス流路３１は、アノードセパレータ１２Ａの幅方向であるＸ方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成されている。当該複数の流路溝は、それぞれ、Ｘ方向と直交するＹ方向に延在するストレート形状の流路溝である。なお、燃料ガス流路３１の各流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、波型形状の流路溝であっても、ターン部を有する蛇行形状の流路溝であってもよい。
【００２４】
カソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１側の面には、酸化剤ガス供給用マニホールド２２を通じて供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス排出用マニホールド２５に導くように、流体流路として酸化剤ガス流路３２が形成されている。酸化剤ガス流路３２は、Ｘ方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成されている。当該複数の流路溝は、それぞれ、Ｙ方向に延在するストレート形状の流路溝である。なお、酸化剤ガス流路３２の各流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、波型形状の流路溝であっても、ターン部を有する蛇行形状の流路溝であってもよい。
【００２５】
図３は、アノードセパレータ１２Ａの一部拡大平面図である。図３に示すように、燃料供給用マニホールド２１と燃料ガス流路３１との間、及び燃料ガス流路３１と燃料排出用マニホールド２４との間には、燃料ガスを燃料ガス流路３１の各流路溝に（好ましくは均一に）分配するためのガス分配部３３が設けられている。ガス分配部３３には、複数のエンボス３３ａと、分配用流路３３ｂとが設けられている。
【００２６】
また、酸化剤ガス供給用マニホールド２２と酸化剤ガス流路３２との間、及び酸化剤ガス流路３２と酸化剤ガス排出用マニホールド２５との間には、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３２に（好ましくは均一に）分配するためのガス分配部３４が設けられている。ガス分配部３４には、図示していないが、ガス分配部３３と同様に、複数のエンボスと、分配用流路とが設けられている。
【００２７】
アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面には、冷却媒体供給用マニホールド２３と冷却媒体排出用マニホールド２６とを連通するように、冷却媒体流路３５が形成されている。冷却媒体流路３５は、複数のストレート形状の流路溝で構成されている。なお、冷却媒体流路３５の流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００２８】
冷却媒体流路３５の各流路溝は、図１に示すように複数の発電セル１０が積層されたとき、隣接する発電セル１０に形成された冷却媒体流路３５の流路溝と一体化して、大面積の流路溝を構成するように形成されている。なお、冷却媒体流路３５は、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面の両方に設けられる必要はなく、いずれか一方にのみ設けてもよい。
【００２９】
図４は、図３のＡ１−Ａ１線を通るように切った発電セル１０の部分断面図である。図４に示すように、ＭＥＡ１１は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜１３と、当該高分子電解質膜１３の両面に形成された一対の多孔質電極である電極層１４Ａ，１４Ｃとを有している。一対の電極層の一方は、アノード電極１４Ａであり、他方はカソード電極１４Ｃである。アノード電極１４Ａは、高分子電解質膜１３の一方の表面に設けられており、アノード触媒層１５Ａと、その外側にガス通気性及び導電性を備えるアノードガス拡散層１６Ａとを有している。アノードガス拡散層１６Ａは、アノード触媒層１５Ａよりも外形サイズが大きく形成されている。同様に、カソード電極１４Ｃは、高分子電解質膜１３の他方の表面に設けられており、カソード触媒層１５Ｃと、その外側にガス通気性及び導電性を備えるカソードガス拡散層１６Ｃとを有している。カソードガス拡散層１６Ｃは、カソード触媒層１５Ｃよりも外形サイズが大きく形成されている。
【００３０】
図３及び図４に示すように、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１側の面には、アノード電極１４Ａの周縁部を包囲するように環状のシール部材３６が設けられている。このシール部材３６は、燃料ガス供給用マニホールド２１及び燃料ガス排出用マニホールド２４も包含するように配置されている。このシール部材３６により、燃料ガスの外部への漏洩が防止されている。また、酸化剤ガス供給用マニホールド２２、冷却媒体供給用マニホールド２３、酸化剤ガス排出用マニホールド２５、及び冷却媒体排出用マニホールド２６のそれぞれの周縁部には、環状のシール部材３７が配置されている。これらのシール部材３７により、酸化剤ガス及び冷却媒体の燃料ガス流路３１への流入が防止されている。
【００３１】
同様に、カソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１側の面には、カソード電極１４Ｃの周縁部を包囲するように環状のシール部材３８が設けられている。このシール部材３８は、酸化剤ガス供給用マニホールド２２及び酸化剤ガス排出用マニホールド２５も包含するように配置されている。このシール部材３８により、酸化剤ガスの外部への漏洩が防止されている。また、燃料ガス供給用マニホールド２１、冷却媒体供給用マニホールド２３、燃料ガス排出用マニホールド２４、及び冷却媒体排出用マニホールド２６のそれぞれの周縁部には、環状のシール部材（図示せず）が配置されている。これらのシール部材により、燃料剤ガス及び冷却媒体の酸化剤ガス流路３２への流入が防止されている。
【００３２】
なお、図示していないが、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面には、冷却媒体供給用マニホールド２３、冷却媒体排出用マニホールド２６、及び冷却媒体流路３５を包含するように環状のシール部材が設けられている。このシール部材により、冷却媒体の外部への漏洩が防止されている。
【００３３】
前記各シール部材としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のシール部材を用いることができる。
【００３４】
次に、図４〜図６を用いて、アノードセパレータ１２Ａとアノード電極１４Ａとシール部材３６との位置関係について説明する。図５は、アノードセパレータ２上にアノード電極１４Ａを配置した状態を、燃料電池の厚み方向であるＺ方向から見た平面図である。図６は、図５の点線で囲まれた領域Ｂ１の拡大平面図である。ここでは、Ｘ方向における、ガス分配部３３の一端部を３３ｅとし、アノード電極１４Ａの一端部を１４Ａｅとする。また、Ｘ方向における燃料ガス流路３１の一端部、すなわち、最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの一端部を３１ｅとする。
【００３５】
図４及び図６に示すように、本第１実施形態の燃料電池は、ガス分配部３３の一端部３３ｅとアノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとの距離Ｌ２がガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅとの距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されている。ここで、アノード電極１４Ａは、厚さ数１００μｍの柔軟な導電性の多孔質部材で構成されるが一般的である。この場合、アノード電極１４Ａは、外形寸法の精度が悪く、０．５ｍｍ程度のバラツキを有する。このため、アノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との間には、組立時にアノード電極１４Ａがシール部材３６上に乗り上げるのを防止するため、例えば０．３ｍｍ程度の隙間４０が設けられている。また、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積は、隙間４０の断面積よりも大きくなるように設計されている。
【００３６】
本第１実施形態によれば、前記構成により、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが、燃料ガス流路３１に流れ易くなる。これにより、燃料ガスがアノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との隙間４０に流れることを低減することができる。従って、簡単な構成で、反応ガス（燃料ガス）のショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、前記ではアノードセパレータ１２Ａについてのみ説明したが、図４に示すように、カソードセパレータ１２Ｃもアノードセパレータ１２Ｃと同様に、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されている。これにより、反応ガス（酸化剤ガス）のショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの両方を、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成する必要はなく、少なくともいずれか一方が、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されていればよい。
【００３９】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大斜視図である。本第２実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、ガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅの位置が一致している点である。すなわち、距離Ｌ１＝０となっている。
【００４０】
本第２実施形態によれば、ガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅの位置が一致しているので、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが、燃料ガス流路３１に一層流れ易くなる。これにより、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、前記では、アノード側について説明したが、カソード側も同様に構成されてもよいことは言うまでもない。
【００４２】
《第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大平面図である。図９は、図８のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。図１０は、図９の一部拡大斜視図である。図１１は、図９のＡ２−Ａ２線を通るように切った発電セルの部分断面図である。本第３実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、燃料ガス流路３１がアノードセパレータ１２Ａではなくアノードガス拡散層１６Ａに設けられている点である。
【００４３】
本第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されているので、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが燃料ガス流路３１に流れ易くなる。これにより、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、アノードガス拡散層１６Ａにプレス加工などにより燃料ガス流路３１を設ける場合、アノードガス拡散層１６Ａの外形寸法の精度が一層低下することになる。このため、アノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との間の隙間４０をより広く（例えば０．５ｍｍ以上）設けることが望まれる。このため、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積が隙間４０の断面積よりも大きくなるように設計することが好ましい。
【００４５】
なお、前記では、アノード側について説明したが、カソード側も同様に構成されてもよいことは言うまでもない。
【００４６】
《第４実施形態》
図１２は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルの部分断面図である。本第４実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、高分子電解質膜１３の周縁部を保持するように枠体５０が形成され、当該枠体５０と各セパレータ１２Ａ，１２Ｃとの間にシール部材３６，３８が設けられている点である。
【００４７】
枠体５０は、アノード電極１４Ａ及びカソード電極１４Ｃの保護と、ハンドリング性を向上させることを目的として設けられている。枠体４０の材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などの樹脂系の材料を用いることができる。
【００４８】
本第４実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されているので、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、枠体５０は、射出成形等によって、高分子電解質膜１３の周縁部に形成されている。この枠体５０の形成時において、枠体５０とアノード電極１４Ａ、及び枠体５０とカソード電極１４Ｃとの間には隙間５１が生じる。本第４実施形態においては、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積が隙間５１の断面積よりも大きくなるように設計することが好ましい。これにより、燃料ガスが燃料ガス流路３１に一層流れ易くすることができる。従って、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００５０】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００５１】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる燃料電池は、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができるので、例えば、家庭用コージェネレーションシステム、自動車用燃料電池、モバイル用燃料電池、バックアップ用燃料電池などの用途に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 発電セル積層体
２ 集電板
３ 絶縁板
４ 端板
１０ セル
１１ ＭＥＡ
１２Ａ アノードセパレータ（セパレータ）
１２Ｃ カソードセパレータ（セパレータ）
１３Ａ アノード電極（電極層）
１３Ｃ カソード電極（電極層）
１４Ａ アノード触媒層
１４Ｃ カソード触媒層
１５Ａ アノードガス拡散層
１５Ｃ カソードガス拡散層
２１ 燃料ガス供給用マニホールド（供給用マニホールド）
２２ 酸化剤ガス供給用マニホールド（供給用マニホールド）
２３ 冷却媒体供給用マニホールド
２４ 燃料ガス排出用マニホールド
２５ 酸化剤ガス排出用マニホールド
２６ 冷却媒体排出用マニホールド
３１ 燃料ガス流路（流体流路）
３２ 酸化剤ガス流路（流体流路）
３３，３４ ガス分配部
３５ 冷却媒体流路
３６〜３８ シール部材
４０ 隙間
５０ 枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、反応ガスのショートカットを低減する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えば、高分子電解質型燃料電池）は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面に水素等の燃料ガスを供給すると共に他方の面に酸素等の酸化剤ガスを供給することにより、高分子電解質膜を介して電気化学反応を発生させ、それにより生じる反応エネルギーを電気的に取り出すものである。
【０００３】
燃料電池は、一般的には複数のセルを積層し、それらをボルトなどの締結部材で加圧締結することにより構成されている。１つのセルは、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assemblyという）を一対の板状の導電性のセパレータで挟んで構成されている。各セパレータには、それらを厚み方向に貫通する、反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を供給するための供給用マニホールドと、反応ガスを排出するための排出用マニホールドとが形成されている。各セパレータのＭＥＡ側の面には、供給用マニホールドと排出用マニホールドとに連通する流体流路が形成されている。
【０００４】
ＭＥＡは、高分子電解質膜と、当該電極膜の両面に配置された一対の電極層（多孔質電極ともいう）によって構成されている。一対の電極層は、それぞれ、高分子電解質膜よりも外形サイズが小さく、高分子電解質膜の周縁部が露出するように配置されている。高分子電解質膜と各電極層とは、熱プレスなどにより一体的に接合されている。高分子電解質膜の周縁部と各セパレータとの間には、反応ガスの漏洩を防止するための環状のシール部材が電極層の周縁部を囲むように配置されている。
【０００５】
燃料電池においては、一方のセパレータの流体流路に反応ガスとして燃料ガスが供給されると共に、他方のセパレータの流体流路に反応ガスとして酸化剤ガスが供給されることにより、高分子電解質膜を介して電極層に電気化学反応が発生する。燃料電池は、この電気化学反応により生じた電力を、各セパレータを通じて外部に取り出すように構成されている。
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池においては、本来、供給用マニホールドから供給された反応ガスの全部が流体流路を流れるべきところ、反応ガスの一部が流体流路ではなく電極層とシール部材との隙間に流れる、いわゆるショートカットの課題がある。電極層とシール部材との隙間を流れる反応ガスは発電に全く寄与しないため、ショートカットが発生した場合には、燃料電池の発電効率が低下することになる。
【０００７】
反応ガスのショートカットを低減する技術としては、例えば特許文献１（特開２００６−１２０３７６号公報）に開示されたものがある。図１３は、特許文献１の燃料電池が備える発電セル１００の構造を示す平面図である。図１４は、発電セル１００の一部拡大断面図である。
【０００８】
特許文献１には、図１３及び図１４に示すように、一方の電極層（アノード電極）１０１の外方に位置するシール部材１０２と、ＭＥＡ１０３の外方に位置するシール部材１０４との間に形成された隙間１０５に、第１リブ１０６と第２リブ１０７とを千鳥状に配置した構造が開示されている。この構造により、隙間１０５を通じて反応ガスがショートカットすることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の構造では、隙間１０５を通じた反応ガスのショートカットの防止には有効であるものの、電極層１０１とシール部材１０２との隙間１０８を反応ガスがショートカットすることを防ぐことはできない。従って、特許文献１の構造では、反応ガスのショートカットの課題を十分に解決することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、高分子電解質膜を挟んで互いに対向する一対の電極層と、前記電解質膜及び前記一対の電極層を挟んで互いに対向する一対のセパレータと、を備える燃料電池において、
前記セパレータを貫通するように設けられ、反応ガスが供給される供給用マニホールドと、
前記セパレータを貫通するように設けられ、前記反応ガスを排出する排出用マニホールドと、
前記供給用マニホールドと前記排出用マニホールドとの間において前記セパレータの幅方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成され、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記排出用マニホールドに導く流体流路と、
前記供給用マニホールドと前記流体流路との間に設けられ、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記複数の流路溝に分配するガス分配部と、
を備え、
前記セパレータの厚み方向から見たとき、前記セパレータの幅方向における、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きい、燃料電池燃料電池を提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記電極層の一端部に対して隙間を空けて設けられたシール部材又は枠体を備え、
前記流体流路の一端部に位置する前記流路溝の断面積が前記隙間の断面積よりも大きい、第１態様に記載の燃料電池を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、前記セパレータの幅方向における、前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との位置が一致している、第１又は２態様に記載の燃料電池を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる燃料電池によれば、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きくなるように構成されているので、供給用マニホールドからガス分配部に供給された燃料ガスが、流体流路に流れ易くなる。これにより、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の基本構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の燃料電池が備える発電セルの構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図２の発電セルが備えるアノードセパレータの一部拡大平面図である。
【図４】図３のＡ１−Ａ１線を通るように切った発電セルの部分断面図である。
【図５】図３のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。
【図６】図５の点線で囲まれた領域の拡大平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大平面図である。
【図９】図８のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。
【図１０】図９の一部拡大斜視図である。
【図１１】図９のＡ２−Ａ２線を通るように切った発電セルの部分断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルの部分断面図である。
【図１３】特許文献１の燃料電池が備える発電セルの構造を示す平面図である。
【図１４】特許文献１の燃料電池が備える発電セルの一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同様の部品については同じ参照符号を付している。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の基本構成を模式的に示す分解斜視図である。本第１実施形態に係る燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる高分子電解質型燃料電池である。
【００１９】
本第１実施形態に係る燃料電池は、単電池である発電セル１０を複数積層した発電セル積層体１の積層方向の両端部を、集電板２及び絶縁板３を介して一対の端板４，４で挟持した状態で、締結部材（図示せず）を用いて加圧締結して構成されている。
【００２０】
集電板２は、発電セル１０が発電した電流を外部に導くためのものである。集電板２は、例えば、銅、真鍮などのガス不透過性の導電性材料で構成されている。集電板２には、外部電線との接続のため、積層方向Ｘと交差する方向に突出する電流取り出し端子部２ａが設けられている。絶縁板３は、例えば、フッ素系樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの絶縁性樹脂で構成されている。端板４は、例えば、鋼などの剛性の高い金属材料で構成されている。
【００２１】
図２は、発電セル１０の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、発電セル１０は、膜電極接合体１１（以下、ＭＥＡという）と、ＭＥＡ１１の両面に配置された一対の板状の導電性のセパレータ１２Ａ，１２Ｃとを有している。一対のセパレータの一方はアノードセパレータ１２Ａであり、他方はカソードセパレータ１２Ｃである。アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃは、例えば、カーボン系、又は金属系の平板で構成されている。
【００２２】
アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの上部には、それらを厚み方向に貫通する、燃料ガス供給用マニホールド２１と、酸化剤ガス供給用マニホールド２２と、冷却媒体供給用マニホールド２３とが設けられている。また、アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの下部には、それらを厚み方向に貫通する、燃料ガス排出用マニホールド２４と、酸化剤ガス排出用マニホールド２５と、冷却媒体排出用マニホールド２６とが設けられている。
【００２３】
アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１側の面には、燃料ガス供給用マニホールド２１を通じて供給された燃料ガスを燃料ガス排出用マニホールド２４に導くように、流体流路として燃料ガス流路３１が形成されている。燃料ガス流路３１は、アノードセパレータ１２Ａの幅方向であるＸ方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成されている。当該複数の流路溝は、それぞれ、Ｘ方向と直交するＹ方向に延在するストレート形状の流路溝である。なお、燃料ガス流路３１の各流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、波型形状の流路溝であっても、ターン部を有する蛇行形状の流路溝であってもよい。
【００２４】
カソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１側の面には、酸化剤ガス供給用マニホールド２２を通じて供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス排出用マニホールド２５に導くように、流体流路として酸化剤ガス流路３２が形成されている。酸化剤ガス流路３２は、Ｘ方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成されている。当該複数の流路溝は、それぞれ、Ｙ方向に延在するストレート形状の流路溝である。なお、酸化剤ガス流路３２の各流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、波型形状の流路溝であっても、ターン部を有する蛇行形状の流路溝であってもよい。
【００２５】
図３は、アノードセパレータ１２Ａの一部拡大平面図である。図３に示すように、燃料供給用マニホールド２１と燃料ガス流路３１との間、及び燃料ガス流路３１と燃料排出用マニホールド２４との間には、燃料ガスを燃料ガス流路３１の各流路溝に（好ましくは均一に）分配するためのガス分配部３３が設けられている。ガス分配部３３には、複数のエンボス３３ａと、分配用流路３３ｂとが設けられている。
【００２６】
また、酸化剤ガス供給用マニホールド２２と酸化剤ガス流路３２との間、及び酸化剤ガス流路３２と酸化剤ガス排出用マニホールド２５との間には、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３２に（好ましくは均一に）分配するためのガス分配部３４が設けられている。ガス分配部３４には、図示していないが、ガス分配部３３と同様に、複数のエンボスと、分配用流路とが設けられている。
【００２７】
アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面には、冷却媒体供給用マニホールド２３と冷却媒体排出用マニホールド２６とを連通するように、冷却媒体流路３５が形成されている。冷却媒体流路３５は、複数のストレート形状の流路溝で構成されている。なお、冷却媒体流路３５の流路溝は、ストレート形状の流路溝に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００２８】
冷却媒体流路３５の各流路溝は、図１に示すように複数の発電セル１０が積層されたとき、隣接する発電セル１０に形成された冷却媒体流路３５の流路溝と一体化して、大面積の流路溝を構成するように形成されている。なお、冷却媒体流路３５は、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面の両方に設けられる必要はなく、いずれか一方にのみ設けてもよい。
【００２９】
図４は、図３のＡ１−Ａ１線を通るように切った発電セル１０の部分断面図である。図４に示すように、ＭＥＡ１１は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜１３と、当該高分子電解質膜１３の両面に形成された一対の多孔質電極である電極層１４Ａ，１４Ｃとを有している。一対の電極層の一方は、アノード電極１４Ａであり、他方はカソード電極１４Ｃである。アノード電極１４Ａは、高分子電解質膜１３の一方の表面に設けられており、アノード触媒層１５Ａと、その外側にガス通気性及び導電性を備えるアノードガス拡散層１６Ａとを有している。アノードガス拡散層１６Ａは、アノード触媒層１５Ａよりも外形サイズが大きく形成されている。同様に、カソード電極１４Ｃは、高分子電解質膜１３の他方の表面に設けられており、カソード触媒層１５Ｃと、その外側にガス通気性及び導電性を備えるカソードガス拡散層１６Ｃとを有している。カソードガス拡散層１６Ｃは、カソード触媒層１５Ｃよりも外形サイズが大きく形成されている。
【００３０】
図３及び図４に示すように、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１側の面には、アノード電極１４Ａの周縁部を包囲するように環状のシール部材３６が設けられている。このシール部材３６は、燃料ガス供給用マニホールド２１及び燃料ガス排出用マニホールド２４も包含するように配置されている。このシール部材３６により、燃料ガスの外部への漏洩が防止されている。また、酸化剤ガス供給用マニホールド２２、冷却媒体供給用マニホールド２３、酸化剤ガス排出用マニホールド２５、及び冷却媒体排出用マニホールド２６のそれぞれの周縁部には、環状のシール部材３７が配置されている。これらのシール部材３７により、酸化剤ガス及び冷却媒体の燃料ガス流路３１への流入が防止されている。
【００３１】
同様に、カソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１側の面には、カソード電極１４Ｃの周縁部を包囲するように環状のシール部材３８が設けられている。このシール部材３８は、酸化剤ガス供給用マニホールド２２及び酸化剤ガス排出用マニホールド２５も包含するように配置されている。このシール部材３８により、酸化剤ガスの外部への漏洩が防止されている。また、燃料ガス供給用マニホールド２１、冷却媒体供給用マニホールド２３、燃料ガス排出用マニホールド２４、及び冷却媒体排出用マニホールド２６のそれぞれの周縁部には、環状のシール部材（図示せず）が配置されている。これらのシール部材により、燃料剤ガス及び冷却媒体の酸化剤ガス流路３２への流入が防止されている。
【００３２】
なお、図示していないが、アノードセパレータ１２ＡのＭＥＡ１１と反対側の面及びカソードセパレータ１２ＣのＭＥＡ１１と反対側の面には、冷却媒体供給用マニホールド２３、冷却媒体排出用マニホールド２６、及び冷却媒体流路３５を包含するように環状のシール部材が設けられている。このシール部材により、冷却媒体の外部への漏洩が防止されている。
【００３３】
前記各シール部材としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のシール部材を用いることができる。
【００３４】
次に、図４〜図６を用いて、アノードセパレータ１２Ａとアノード電極１４Ａとシール部材３６との位置関係について説明する。図５は、アノードセパレータ２上にアノード電極１４Ａを配置した状態を、燃料電池の厚み方向であるＺ方向から見た平面図である。図６は、図５の点線で囲まれた領域Ｂ１の拡大平面図である。ここでは、Ｘ方向における、ガス分配部３３の一端部を３３ｅとし、アノード電極１４Ａの一端部を１４Ａｅとする。また、Ｘ方向における燃料ガス流路３１の一端部、すなわち、最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの一端部を３１ｅとする。
【００３５】
図４及び図６に示すように、本第１実施形態の燃料電池は、ガス分配部３３の一端部３３ｅとアノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとの距離Ｌ２がガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅとの距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されている。ここで、アノード電極１４Ａは、厚さ数１００μｍの柔軟な導電性の多孔質部材で構成されるが一般的である。この場合、アノード電極１４Ａは、外形寸法の精度が悪く、０．５ｍｍ程度のバラツキを有する。このため、アノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との間には、組立時にアノード電極１４Ａがシール部材３６上に乗り上げるのを防止するため、例えば０．３ｍｍ程度の隙間４０が設けられている。また、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積は、隙間４０の断面積よりも大きくなるように設計されている。
【００３６】
本第１実施形態によれば、前記構成により、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが、燃料ガス流路３１に流れ易くなる。これにより、燃料ガスがアノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との隙間４０に流れることを低減することができる。従って、簡単な構成で、反応ガス（燃料ガス）のショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、前記ではアノードセパレータ１２Ａについてのみ説明したが、図４に示すように、カソードセパレータ１２Ｃもアノードセパレータ１２Ｃと同様に、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されている。これにより、反応ガス（酸化剤ガス）のショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、アノードセパレータ１２Ａ及びカソードセパレータ１２Ｃの両方を、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成する必要はなく、少なくともいずれか一方が、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されていればよい。
【００３９】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大斜視図である。本第２実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、ガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅの位置が一致している点である。すなわち、距離Ｌ１＝０となっている。
【００４０】
本第２実施形態によれば、ガス分配部３３の一端部３３ｅと燃料ガス流路３１の一端部３１ｅの位置が一致しているので、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが、燃料ガス流路３１に一層流れ易くなる。これにより、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、前記では、アノード側について説明したが、カソード側も同様に構成されてもよいことは言うまでもない。
【００４２】
《第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルのアノードセパレータの一部拡大平面図である。図９は、図８のアノードセパレータ上にアノード電極を配置した状態を示す平面図である。図１０は、図９の一部拡大斜視図である。図１１は、図９のＡ２−Ａ２線を通るように切った発電セルの部分断面図である。本第３実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、燃料ガス流路３１がアノードセパレータ１２Ａではなくアノードガス拡散層１６Ａに設けられている点である。
【００４３】
本第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されているので、燃料ガス供給用マニホールド２１からガス分配部３３に供給された燃料ガスが燃料ガス流路３１に流れ易くなる。これにより、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、アノードガス拡散層１６Ａにプレス加工などにより燃料ガス流路３１を設ける場合、アノードガス拡散層１６Ａの外形寸法の精度が一層低下することになる。このため、アノード電極１４Ａの一端部１４Ａｅとシール部材３６との間の隙間４０をより広く（例えば０．５ｍｍ以上）設けることが望まれる。このため、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積が隙間４０の断面積よりも大きくなるように設計することが好ましい。
【００４５】
なお、前記では、アノード側について説明したが、カソード側も同様に構成されてもよいことは言うまでもない。
【００４６】
《第４実施形態》
図１２は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池が備える発電セルの部分断面図である。本第４実施形態にかかる燃料電池が前記第１実施形態にかかる燃料電池と異なる点は、高分子電解質膜１３の周縁部を保持するように枠体５０が形成され、当該枠体５０と各セパレータ１２Ａ，１２Ｃとの間にシール部材３６，３８が設けられている点である。
【００４７】
枠体５０は、アノード電極１４Ａ及びカソード電極１４Ｃの保護と、ハンドリング性を向上させることを目的として設けられている。枠体４０の材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などの樹脂系の材料を用いることができる。
【００４８】
本第４実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなるように構成されているので、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、枠体５０は、射出成形等によって、高分子電解質膜１３の周縁部に形成されている。この枠体５０の形成時において、枠体５０とアノード電極１４Ａ、及び枠体５０とカソード電極１４Ｃとの間には隙間５１が生じる。本第４実施形態においては、燃料ガス流路３１の最もシール部材３６側に位置する流路溝３１ａの断面積が隙間５１の断面積よりも大きくなるように設計することが好ましい。これにより、燃料ガスが燃料ガス流路３１に一層流れ易くすることができる。従って、簡単な構成で、反応ガスのショートカットを一層低減させ、発電効率を向上させることができる。
【００５０】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００５１】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる燃料電池は、反応ガスのショートカットを一層低減させて発電効率を向上させることができるので、例えば、家庭用コージェネレーションシステム、自動車用燃料電池、モバイル用燃料電池、バックアップ用燃料電池などの用途に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 発電セル積層体
２ 集電板
３ 絶縁板
４ 端板
１０ セル
１１ ＭＥＡ
１２Ａ アノードセパレータ（セパレータ）
１２Ｃ カソードセパレータ（セパレータ）
１３Ａ アノード電極（電極層）
１３Ｃ カソード電極（電極層）
１４Ａ アノード触媒層
１４Ｃ カソード触媒層
１５Ａ アノードガス拡散層
１５Ｃ カソードガス拡散層
２１ 燃料ガス供給用マニホールド（供給用マニホールド）
２２ 酸化剤ガス供給用マニホールド（供給用マニホールド）
２３ 冷却媒体供給用マニホールド
２４ 燃料ガス排出用マニホールド
２５ 酸化剤ガス排出用マニホールド
２６ 冷却媒体排出用マニホールド
３１ 燃料ガス流路（流体流路）
３２ 酸化剤ガス流路（流体流路）
３３，３４ ガス分配部
３５ 冷却媒体流路
３６〜３８ シール部材
４０ 隙間
５０ 枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜を挟んで互いに対向する一対の電極層と、前記電解質膜及び前記一対の電極層を挟んで互いに対向する一対のセパレータと、を備える燃料電池において、
前記セパレータを貫通するように設けられ、反応ガスが供給される供給用マニホールドと、
前記セパレータを貫通するように設けられ、前記反応ガスを排出する排出用マニホールドと、
前記供給用マニホールドと前記排出用マニホールドとの間において前記セパレータの幅方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成され、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記排出用マニホールドに導く流体流路と、
前記供給用マニホールドと前記流体流路との間に設けられ、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記複数の流路溝に分配するガス分配部と、
を備え、
前記セパレータの厚み方向から見たとき、前記セパレータの幅方向における、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きい、燃料電池。
【請求項２】
前記電極層の一端部に対して隙間を空けて設けられたシール部材又は枠体を備え、
前記流体流路の一端部に位置する前記流路溝の断面積が前記隙間の断面積よりも大きい、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セパレータの幅方向における、前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との位置が一致している、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項１】
高分子電解質膜を挟んで互いに対向する一対の電極層と、前記電解質膜及び前記一対の電極層を挟んで互いに対向する一対のセパレータと、を備える燃料電池において、
前記セパレータを貫通するように設けられ、反応ガスが供給される供給用マニホールドと、
前記セパレータを貫通するように設けられ、前記反応ガスを排出する排出用マニホールドと、
前記供給用マニホールドと前記排出用マニホールドとの間において前記セパレータの幅方向に並列に設けられた複数の流路溝で構成され、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記排出用マニホールドに導く流体流路と、
前記供給用マニホールドと前記流体流路との間に設けられ、前記供給用マニホールドを通じて供給された前記反応ガスを前記複数の流路溝に分配するガス分配部と、
を備え、
前記セパレータの厚み方向から見たとき、前記セパレータの幅方向における、前記電極層の一端部と前記ガス分配部の一端部との距離が前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との距離よりも大きい、燃料電池。
【請求項２】
前記電極層の一端部に対して隙間を空けて設けられたシール部材又は枠体を備え、
前記流体流路の一端部に位置する前記流路溝の断面積が前記隙間の断面積よりも大きい、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セパレータの幅方向における、前記ガス分配部の一端部と前記流体流路の一端部との位置が一致している、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２２８１８７（Ｐ２０１１−２２８１８７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８３８７（Ｐ２０１０−９８３８７）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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