(57)【要約】  燃料電池（１０）を構成するセルユニット（１２）は、第１電解質膜・電極構造体（１４）、第１セパレータ（１６）、第２電解質膜・電極構造体（１８）及び第２セパレータ（２０）を備える。第１及び第２電解質膜・電極構造体（１４、１８）は、外周に額縁部（２８ａ、２８ｂ）を有し、前記額縁部（２８ａ、２８ｂ）には、流体連通孔が積層方向に貫通形成される。第１及び第２セパレータ（１６、２０）は、流体連通孔の内方に配置されるとともに、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（８２ａ、８２ｂ）と２枚の金属プレート（１０２ａ、１０２ｂ）とを備える。
2012053288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質（２２）の両側に一対の電極（２４、２６）を配設した電解質・電極構造体（１４、１８）を、第１セパレータ（１６）及び第２セパレータ（２０）で挟持するセルユニット（１２）を備える燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体（１４、１８）の外周には、高分子材料で形成される枠部材（２８ａ、２８ｂ）が一体に設けられ、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）には、反応ガス入口連通孔（３０ａ、３４ａ）、反応ガス出口連通孔（３０ｂ、３４ｂ）、冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるとともに、前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材（４８、５０）が介装され、
少なくとも前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）は、外形が同一形状を有して互いに接合される２枚のプレート（８２ａ、８２ｂ）を備えるとともに、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端は、前記流体連通孔よりも内側に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端縁面に接する内側シールライン（５０）と、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端外方に配置される外側シールライン（４８）と、
を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記セルユニット（１２）は、第１の前記電解質・電極構造体（１４）、前記第１セパレータ（１６）、第２の前記電解質・電極構造体（１８）及び前記第２セパレータ（２０）を備え、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）は、それぞれ２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ）を接合して構成されるとともに、
２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ）間には、冷却媒体をセパレータ面方向に流通させる冷却媒体流路（８８）が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記セルユニット（１２２）は、第１の前記電解質・電極構造体（１２４）、前記第１セパレータ（１２６）、第２の前記電解質・電極構造体（１２８）及び前記第２セパレータ（１３０）を備え、
前記第１セパレータ（１２６）は、一方の面側に一方の反応ガスである燃料ガスをセパレータ面方向に流通させる燃料ガス流路（８６）が形成され、且つ他方の面側に他方の反応ガスである酸化剤ガスをセパレータ面方向に流通させる酸化剤ガス流路（８４）が形成される単一のプレート部材で構成され、
前記第２セパレータ（１３０）は、２枚の前記プレート（１４２ａ、１４２ｂ）を接合して構成されるとともに、
２枚の前記プレート（１４２ａ、１４２ｂ）間には、冷却媒体をセパレータ面方向に流通させる冷却媒体流路（８８）が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
電解質（２２）の両側に一対の電極（２４、２６）を配設した電解質・電極構造体（１４、１８）を、第１セパレータ（１６）及び第２セパレータ（２０）で挟持するセルユニット（１２）を備える燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体（１４、１８）の外周には、高分子材料で形成される枠部材（２８ａ、２８ｂ）が一体に設けられ、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）には、反応ガス入口連通孔（３０ａ、３４ａ）、反応ガス出口連通孔（３０ｂ、３４ｂ）、冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるとともに、前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材（４８、５０）が介装され、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端は、前記流体連通孔よりも内側に配置され、且つ、前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）には、前記電解質・電極構造体（１４、１８）を挟んでそれぞれ異なる反応ガスをセパレータ面方向に流通させる第１反応ガス流路（８４）及び第２反応ガス流路（８６）が形成される一方、
前記反応ガス入口連通孔（３０ａ）及び前記反応ガス出口連通孔（３０ｂ）と前記第１反応ガス流路（８４）とを連通する連結流路（１１３ａ、１１３ｂ）が形成されるとともに、
前記連結流路（１１３ｂ）は、前記枠部材（２８ｂ）の表面に形成され、前記セパレータ面方向に沿って延在する溝部（５６ａ）を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池において、前記第１セパレータ（１６）の表面には、前記溝部（５６ａ）に連通して前記セパレータ面方向に沿って延在する溝部（８７ａ）が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項５又は６記載の燃料電池において、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）は、セパレータ面外に外側シールライン（４８、７４）を有し且つセパレータ面内に内側シールライン（５０、７６）を有する２重シールラインを設けるとともに、
互いに隣接する一方の前記枠部材（２８ａ）の前記２重シールラインの一部と他方の前記枠部材（２８ｂ）の前記２重シールラインの一部とは、前記積層方向から見て異なる位置に配置されることにより、前記連結流路（１１３ａ、１１３ｂ）を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項５記載の燃料電池において、少なくとも前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）は、同一外形形状を有する２枚のプレート（８２ａ、８２ｂ）を接合して構成されるとともに、
２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ）間には、冷却媒体流路（８８）が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
電解質（２０）の両側に一対の電極（２４、２６）を配設した電解質・電極構造体（１４、１８）を、第１セパレータ（１６）及び第２セパレータ（２０）で挟持するセルユニット（１２）を備える燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体（１４、１８）の外周には、高分子材料で形成される枠部材（２８ａ、２８ｂ）が一体に設けられ、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）には、反応ガス入口連通孔（３０ａ、３４ａ）、反応ガス出口連通孔（３０ｂ、３４ｂ）、冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるとともに、前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材（４８、５０）が介装され、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端は、前記流体連通孔よりも内側に配置され、且つ、前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）には、前記電解質・電極構造体（１４、１８）を挟んでそれぞれ異なる反応ガスをセパレータ面方向に流通させる第１反応ガス流路（８６）及び第２反応ガス流路（８４）が形成される一方、
前記反応ガス入口連通孔（３４ａ）及び前記反応ガス出口連通孔（３４ｂ）と前記第１反応ガス流路（８６）とを連通する連結流路（１１４）が形成されるとともに、
前記連結流路（１１４）は、前記枠部材（２８ｂ）に形成され、前記セパレータ面方向に沿って延在する溝部（６２ａ、７２ａ）と、
前記溝部（６２ａ、７２ａ）に連通し、前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）を前記積層方向に貫通する孔部（９２ａ）と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池において、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）は、セパレータ面外に外側シールライン（４８、７４）を有し且つセパレータ面内に内側シールライン（５０、７６）を有する２重シールラインを設けるとともに、
互いに隣接する一方の前記枠部材（２８ｂ）の前記２重シールラインの一部と他方の前記枠部材（２８ａ）の前記２重シールラインの一部とは、前記積層方向から見て異なる位置に配置されることにより、前記連結流路（１１４）を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の燃料電池において、一方の前記枠部材（２８ｂ）に前記溝部（６２ａ、７２ａ）、第１貫通孔（６４ａ）及び第２貫通孔（６６ａ）が設けられ、
前記第１貫通孔（６４ａ）を介して一方の前記枠部材（２８ｂ）の両面に形成された前記溝部（６２ａ、７２ａ）が互いに連通するとともに、
前記第２貫通孔（６６ａ）を介して前記溝部（６２ａ、７２ａ）が前記孔部（９２ａ）から前記第１反応ガス流路（８６）に連通することを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池において、前記セルユニット（１２）は、第１の前記電解質・電極構造体（１４）、前記第１セパレータ（１６）、第２の前記電解質・電極構造体（１８）及び前記第２セパレータ（２０）を備え、
第２の前記電解質・電極構造体（１８）の前記枠部材（２８ｂ）に前記溝部（６２ａ、７２ａ）、前記第１貫通孔（６４ａ）及び前記第２貫通孔（６６ａ）が形成されるとともに、
前記溝部（６２ａ、７２ａ）は、前記第２貫通孔（６６ａ）を介して前記第１セパレータ（１６）に形成された前記孔部（９２ａ）から該第１セパレータ（１６）の前記第１反応ガス流路（８６）に連通する一方、
前記溝部（６２ａ、７２ａ）は、前記第２セパレータ（２０）の前記第１反応ガス流路（８６）に直接連通することを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項９記載の燃料電池において、少なくとも前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）は、外形が同一形状を有する２枚のプレート（８２ａ、８２ｂ）を接合して構成されるとともに、
２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ）間には、冷却媒体流路（８８）が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項１３記載の燃料電池において、２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ）は、外周縁部同士を周回して接合することにより、内部空間を形成するとともに、
前記連結流路（１１４）を構成する前記孔部（９２ａ）を周回して２枚の前記プレート（８２ａ、８２ｂ）同士を接合することにより、前記孔部（９２ａ）を前記内部空間から閉塞する接合部（１６６ａ）が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
電解質（２２）の両側に一対の電極（２４、２６）を配設した電解質・電極構造体（１４、１８）を、第１セパレータ（１６）及び第２セパレータ（２０）で挟持するセルユニット（１２）を備える燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体（１４、１８）の外周には、高分子材料で形成される枠部材（２８ａ、２８ｂ）が一体に設けられ、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）には、反応ガス入口連通孔（３０ａ、３４ａ）、反応ガス出口連通孔（３０ｂ、３４ｂ）、冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成される一方、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端は、前記流体連通孔よりも内側に配置されるとともに、少なくとも前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）は、内部に冷却媒体をセパレータ面方向に流通させる冷却媒体流路（８８）が形成される２枚のプレート（１０２ａ、１０２ｂ）を備え、
前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材（４８、５０）が介装され、且つ、前記冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び前記冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）と前記冷却媒体流路（８８）とを連通する連結流路（１１６ａ）が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
請求項１５記載の燃料電池において、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）は、セパレータ面外に外側シールライン（４８、７４）を有し且つセパレータ面内に内側シールライン（５０、７６）を有する２重シールラインを設けるとともに、
互いに隣接する一方の前記枠部材（２８ａ）の前記２重シールラインの一部と他方の前記枠部材（２８ｂ）の前記２重シールラインの一部とは、前記積層方向から見て異なる位置に配置されることにより、一方の前記枠部材（２８ａ）と他方の前記枠部材（２８ｂ）との間に前記連結流路（１１６ａ）を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の燃料電池において、２枚の前記プレート（１０２ａ、１０２ｂ）は、互いに外形が同一形状を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
請求項１５記載の燃料電池において、前記連結流路（１１６ａ）は、前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間に前記セパレータ面方向に沿って設けられる溝部（５８ａ）と、
一方の前記枠部材（２８ａ）に前記積層方向に形成され、前記溝部（５８ａ）に連通する第１孔部（４０ａ）と、
一方の前記枠部材（２８ａ）に隣接する一方の前記プレート（１０２ａ）に前記積層方向に形成され、前記第１孔部（４０ａ）と前記冷却媒体流路（８８）とを連通する第２孔部（１０６ａ）と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１９】
請求項１８記載の燃料電池において、前記溝部は、一方の前記枠部材（２８ａ）に設けられる第１溝部（４２ａ）と、
一方の前記枠部材（２８ａ）に積層される他方の前記枠部材（２８ｂ）に設けられる第２溝部（５８ａ）と、
を有するとともに、
前記第１溝部（４２ａ）と前記第２溝部（５８ａ）とは、端部同士が連通することを特徴とする燃料電池。
【請求項２０】
請求項１８記載の燃料電池において、一方の前記枠部材（２８ａ）と一方の前記プレート（１０２ａ）との間には、前記第１孔部（４０ａ）を周回するシール部材（５２ａ）が介装されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２１】
請求項１８記載の燃料電池において、互いに隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）の前記第１孔部（４０ａ、６０ａ）同士及び前記第２孔部（９０ａ、１０６ａ）同士は、前記積層方向から見て対して互いに重なり合わない位置に設定されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体を、第１セパレータ及び第２セパレータで挟持するセルユニットを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池では、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒層と多孔質カーボンからなる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（電解質・電極構造体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより単位セルが構成されている。通常、この単位セルを所定数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。【０００３】
一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する入口連通孔及び出口連通孔が設けられた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの入口連通孔から電極面方向に沿って形成された燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの出口連通孔に排出されている。【０００４】
例えば、特開平８−２２２２３７号公報に開示されている燃料電池用セパレータは、図３２に示すように、セパレータ板１を備えている。セパレータ板１は、金属板により構成されており、その表裏面に多数の突起２ａ、２ｂがエンボス加工乃至ディンプル加工により形成されている。セパレータ板１には、突起２ａ、２ｂが形成された領域の外側に、それぞれガスマニホールドを装填するためのマニホールド装填口３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが貫通形成されている。【０００５】
マニホールド装填口３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、例えば、燃料ガス導入マニホールド、酸化剤ガス導入マニホールド、燃料ガス排出マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドとして使用されている。
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、上記のセパレータ板１では、マニホールド装填口３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄが貫通形成されるため、前記セパレータ板１の面積が相当に大きくなってしまう。これにより、特に高価なステンレス等の素材の使用量が増大し、部品単価が高騰するという問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、比較的高価なセパレータを良好に小型化することができ、コストの削減を図ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体を、第１セパレータ及び第２セパレータで挟持するセルユニットを備える燃料電池に関するものである。
【０００９】
この燃料電池では、電解質・電極構造体の外周には、高分子材料で形成される枠部材が一体に設けられ、前記枠部材には、反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるとともに、前記積層方向に隣接する前記枠部材間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材が介装されている。
【００１０】
そして、少なくとも第１セパレータ又は第２セパレータは、外形が同一形状を有して互いに接合される２枚のプレートを備えるとともに、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの外周端は、流体連通孔よりも内側に配置されている。
【００１１】
また、本発明では、第１セパレータ及び第２セパレータの外周端は、流体連通孔よりも内側に配置され、且つ、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、電解質・電極構造体を挟んでそれぞれ異なる反応ガスをセパレータ面方向に流通させる第１反応ガス流路及び第２反応ガス流路が形成されている。
【００１２】
そして、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と第１反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されるとともに、前記連結流路は、枠部材の表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する溝部を有している。
【００１３】
さらにまた、本発明では、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と第１反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されるとともに、前記連結流路は、枠部材に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する溝部と、前記溝部に連通し、第１セパレータ又は第２セパレータを前記積層方向に貫通する孔部とを有している。
【００１４】
また、本発明では、電解質・電極構造体の外周には、高分子材料で形成される枠部材が一体に設けられ、前記枠部材には、反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されている。第１セパレータ及び第２セパレータの外周端は、流体連通孔よりも内側に配置されるとともに、少なくとも前記第１セパレータ又は前記第２セパレータは、内部に冷却媒体をセパレータ面方向に流通させる冷却媒体流路が形成される２枚のプレートを備えている。
【００１５】
そして、積層方向に隣接する枠部材間には、流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材が介装され、且つ、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔と冷却媒体流路とを連通する連結流路が形成されている。
【００１６】
本発明では、電解質・電極構造体の外周に設けられる枠部材には、流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるため、第１セパレータ及び第２セパレータには、前記流体連通孔を設ける必要がない。
【００１７】
従って、第１セパレータ及び第２セパレータは、発電領域に対応する外形寸法に設定することができ、小型軽量化が容易に図られ、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータの製造コストを削減することができる。これにより、第１セパレータ及び第２セパレータを効率的に製造することが可能になり、燃料電池全体を経済的に得ることができる。さらに、各セルユニット内では、シール部材を一面にのみ設けることが可能になり、燃料電池全体の積層方向の寸法を短尺化させることができる。
【００１８】
しかも、少なくとも第１セパレータ又は第２セパレータは、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚のプレートを備えている。このため、セパレータの製造コストが有効に削減され、経済的である。
【００１９】
さらに、本発明では、積層方向に隣接する枠部材間には、流体連通孔を周回して密封するシール部材が介装されるとともに、前記枠部材の表面及び第１セパレータの表面には、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されている。このため、構成の簡素化が図られるとともに、燃料電池全体の積層方向の寸法を有効に短尺化させることが可能になる。
【００２０】
また、本発明では、積層方向に隣接する枠部材間には、流体連通孔を周回して密封するシール部材が介装されるとともに、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と第１反応ガス流路とを連通する連結流路が形成され、前記連結流路は、前記枠部材に形成され、セパレータ面方向に沿って設けられる溝部と、前記溝部に連通し、第１セパレータ又は第２セパレータを積層方向に貫通する孔部とを有している。このため、構成の簡素化が図られるとともに、燃料電池全体の積層方向の寸法を短尺化させることが可能になる。
【００２１】
さらに、本発明では、積層方向に隣接する枠部材間には、流体連通孔を周回して密封するシール部材が介装されるとともに、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔と冷却媒体流路とを連通する連結流路が形成されている。このため、構成の簡素化が図られるとともに、燃料電池全体の積層方向の寸法を有効に短尺化させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第１電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図４】前記第１電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第２電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図６】前記第２電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図７】前記燃料電池を構成する第１セパレータのカソード面の説明図である。
【図８】前記第１セパレータのアノード面の説明図である。
【図９】前記燃料電池を構成する第２セパレータのカソード面の説明図である。
【図１０】前記第２セパレータのアノード面の説明図である。
【図１１】前記燃料電池の、図１中、ＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図１６】前記燃料電池の、図１５中、ＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
【図１７】前記燃料電池を構成する第１電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図１８】前記第１電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図１９】前記燃料電池を構成する第２電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図２０】前記第２電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図２１】前記燃料電池を構成する第１セパレータのカソード面の説明図である。
【図２２】前記第１セパレータのアノード面の説明図である。
【図２３】前記燃料電池を構成する第２セパレータのカソード面の説明図である。
【図２４】前記第２セパレータのアノード面の説明図である。
【図２５】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＶ−ＸＸＶ線断面図である。
【図２６】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図である。
【図２７】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２９】前記燃料電池を構成する第１セパレータのカソード面の説明図である。
【図３０】前記燃料電池の断面図である。
【図３１】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。
【図３２】特開平８−２２２２３７号公報の燃料電池用セパレータの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数のセルユニット１２が矢印Ａ方向（水平方向）に積層される。
【００２４】
セルユニット１２は、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１４、第１セパレータ１６、第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１８及び第２セパレータ２０を備える。セルユニット１２が積層されることにより、第１電解質膜・電極構造体１４は、第２及び第１セパレータ２０、１６に挟持される一方、第２電解質膜・電極構造体１８は、前記第１及び第２セパレータ１６、２０に挟持される。
【００２５】
第１セパレータ１６及び第２セパレータ２０は、後述するように、金属薄板を波形状にプレス成形して構成されているが、これに代えて、カーボンセパレータで構成してもよい。
【００２６】
第１電解質膜・電極構造体１４と第２電解質膜・電極構造体１８とは、それぞれ、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（電解質）２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するカソード側電極２４及びアノード側電極２６とを備える（図２参照）。
【００２７】
第１電解質膜・電極構造体１４では、固体高分子電解質膜２２は、カソード側電極２４及びアノード側電極２６と同一の表面積に設定される。なお、固体高分子電解質膜２２の外周部が、カソード側電極２４及びアノード側電極２６よりも突出してもよく、また、前記カソード側電極２４と前記アノード側電極２６の表面積が異なっていてもよい。
【００２８】
第１電解質膜・電極構造体１４では、固体高分子電解質膜２２、カソード側電極２４及びアノード側電極２６の外周端縁部には、絶縁性を有する高分子材料で形成される額縁部（枠部材）２８ａが、例えば、射出成形により一体成形される。第２電解質膜・電極構造体１８では、同様に固体高分子電解質膜２２、カソード側電極２４及びアノード側電極２６の外周端縁部には、高分子材料で形成される額縁部（枠部材）２８ｂが、例えば、射出成形により一体成形される。高分子材料としては、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。
【００２９】
カソード側電極２４及びアノード側電極２６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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２に当接する。
【００３０】
図１に示すように、額縁部２８ａ、２８ｂの矢印Ｃ方向（鉛直方向）の一端縁部（上端縁部）には、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入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、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入口連通孔３４ａが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００３１】
額縁部２８ａ、２８ｂの矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００３２】
なお、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、額縁部２８ａ、２８ｂに設けられていればよく、それぞれの位置は限定されない。
【００３３】
図３に示すように、額縁部２８ａには、第１電解質膜・電極構造体１４のカソード面（カソード側電極２４が設けられる面）１４ａ側の上部に、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方近傍に位置して複数の入口凸部３６ａ及び入口溝部３７ａが設けられる。額縁部２８ａのカソード面１４ａ側の上部には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ酸化剤ガス入口連通孔３０ａに近接して複数の入口溝部３８ａが設けられるとともに、前記冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ燃料ガス入口連通孔３４ａに近接して複数の入口孔部４０ａが貫通形成される。
【００３４】
額縁部２８ａのカソード面１４ａ側の下部には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上方近傍に位置して複数の出口凸部３６ｂ及び出口溝部３７ｂが設けられる。額縁部２８ａのカソード面１４ａ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに近接して複数の出口溝部３８ｂが設けられるとともに、前記冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ燃料ガス出口連通孔３４ｂに近接して複数の出口孔部４０ｂが貫通形成される。
【００３５】
図４に示すように、額縁部２８ａには、第１電解質膜・電極構造体１４のアノード面（アノード側電極２６が設けられる面）１４ｂ側の上部に、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ燃料ガス入口連通孔３４ａに近接して複数の入口溝部４２ａが設けられる。入口溝部４２ａの下方近傍には、複数の入口孔部４０ａが貫通形成される。額縁部２８ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａの下方に位置して複数の入口溝部４６ａが設けられる。
【００３６】
額縁部２８ａのアノード面１４ｂ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ燃料ガス出口連通孔３４ｂに近接して複数の出口溝部４２ｂが設けられる。出口溝部４２ｂの上方近傍には、複数の出口孔部４０ｂが貫通形成される。額縁部２８ａには、燃料ガス出口連通孔３４ｂの上方に位置して複数の出口溝部４６ｂが設けられる。
【００３７】
額縁部２８ａのアノード面１４ｂ側には、外側シール部材（外側シールライン）４８及び内側シール部材（内側シールライン）５０が一体又は別体に成形される。外側シール部材４８及び内側シール部材５０には、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等の弾性シールが用いられる。なお、以下に説明する各シール部材は、上記の外側シール部材４８及び内側シール部材５０と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
外側シール部材４８は、額縁部２８ａの外周縁部から全流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂの外周並びに反応面（発電面）外周を周回する。この外側シール部材４８は、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂを囲繞する。外側シール部材４８により、入口溝部４２ａ及び入口孔部４０ａが、冷却媒体入口連通孔３２ａと一体に囲繞され、出口溝部４２ｂ及び出口孔部４０ｂが、冷却媒体出口連通孔３２ｂと一体に囲繞される。
【００３９】
内側シール部材５０は、外側シール部材４８の内方に位置するとともに、アノード側電極２６と入口溝部４６ａ及び出口溝部４６ｂとを一体に囲繞する。
【００４０】
内側シール部材５０は、第１セパレータ１６の外形形状に対応する輪郭線に沿って設けられ、前記第１セパレータ１６の外周端縁面全周（セパレータ面内）に接する。外側シール部材４８は、第１セパレータ１６の外周端外方（セパレータ面外）に配置される。外側シール部材４８及び内側シール部材５０により、全流体連通孔が周回密封される。
【００４１】
図３に示すように、額縁部２８ａのカソード面１４ａ側には、入口孔部４０ａを囲繞するリング状入口シール部材５２ａと、出口孔部４０ｂを囲繞するリング状出口シール部材５２ｂとが設けられる。
【００４２】
図５に示すように、額縁部２８ｂには、第２電解質膜・電極構造体１８のカソード面（カソード側電極２４が設けられる面）１８ａ側の上部に、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方近傍に位置して複数の入口凸部５４ａ及び複数の入口溝部５６ａが設けられる。
【００４３】
額縁部２８ｂのカソード面１８ａ側の上部には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ燃料ガス入口連通孔３４ａに近接して複数の入口溝部５８ａが設けられるとともに、前記冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ酸化剤ガス入口連通孔３０ａに近接して複数の入口孔部６０ａが形成される。第２電解質膜・電極構造体１８の入口孔部６０ａは、第１電解質膜・電極構造体１４の入口孔部４０ａと積層方向から見て互いに重なり合わない位置にオフセットして配置される。
【００４４】
額縁部２８ｂのカソード面１８ａ側の上部には、燃料ガス入口連通孔３４ａの下方近傍に位置して複数の入口溝部６２ａが設けられるとともに、前記入口溝部６２ａの下端部には、複数の入口孔部６４ａが貫通形成される。各入口孔部６４ａの下方には、所定の間隔だけ離間して複数の入口孔部６６ａが貫通形成される。
【００４５】
額縁部２８ｂのカソード面１８ａ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ燃料ガス出口連通孔３４ｂに近接して複数の出口溝部５８ｂが設けられるとともに、前記冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに近接して複数の出口孔部６０ｂが形成される。第２電解質膜・電極構造体１８の出口孔部６０ｂは、第１電解質膜・電極構造体１４の出口孔部４０ｂと積層方向から見て互いに重なり合わない位置にオフセットして配置される。
【００４６】
額縁部２８ｂのカソード面１８ａ側の下部には、燃料ガス出口連通孔３４ｂの上方近傍に位置して複数の出口溝部６２ｂが設けられるとともに、前記出口溝部６２ｂの上端部には、複数の出口孔部６４ｂが貫通形成される。各出口孔部６４ｂの上方には、所定の間隔だけ離間して複数の出口孔部６６ｂが貫通形成される。
【００４７】
図６に示すように、額縁部２８ｂには、第２電解質膜・電極構造体１８のアノード面（アノード側電極２６が設けられる面）１８ｂ側の上部に、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍で且つ酸化剤ガス入口連通孔３０ａに近接して複数の入口溝部６８ａが設けられる。入口溝部６８ａの下方近傍には、複数の入口孔部６０ａが貫通形成される。額縁部２８ｂには、燃料ガス入口連通孔３４ａの下方に位置して入口孔部６４ａ、６６ａを連通する複数の入口溝部７２ａが設けられる。
【００４８】
額縁部２８ｂのアノード面１８ｂ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍で且つ酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに近接して複数の出口溝部６８ｂが設けられる。出口溝部６８ｂの上方近傍には、複数の出口孔部６０ｂが形成される。燃料ガス出口連通孔３４ｂの上方に位置して出口孔部６４ｂ、６６ｂを連通する複数の出口溝部７２ｂが設けられる。
【００４９】
額縁部２８ｂには、アノード面１８ｂ側に外側シール部材（外側シールライン）７４及び内側シール部材（内側シールライン）７６が一体又は別体に成形される。外側シール部材７４は、額縁部２８ｂの外周縁部から全流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂの外周を周回する。
【００５０】
外側シール部材７４は、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂを囲繞する。外側シール部材７４により、入口溝部６８ａ及び入口孔部６０ａが、冷却媒体入口連通孔３２ａと一体に囲繞され、出口溝部６８ｂ及び出口孔部６０ｂが、冷却媒体出口連通孔３２ｂと一体に囲繞される。
【００５１】
内側シール部材７６は、外側シール部材７４の内方に位置するとともに、アノード側電極２６と入口孔部６４ａ、６６ａ、入口溝部７２ａ、出口孔部６４ｂ、６６ｂ及び出口溝部７２ｂとを一体に囲繞する。
【００５２】
内側シール部材７６は、第２セパレータ２０の外形形状に対応する輪郭線に沿って設けられ、前記第２セパレータ２０の外周端縁面全周に接する。外側シール部材７４は、第２セパレータ２０の外周端外方に配置される。外側シール部材７４及び内側シール部材７６により、全流体連通孔が周回密封される。
【００５３】
図５に示すように、額縁部２８ｂのカソード面１８ａ側には、入口孔部６０ａ、６６ａを囲繞するリング状入口シール部材７８ａ、８０ａと、出口孔部６０ｂ、６６ｂを囲繞するリング状出口シール部材７８ｂ、８０ｂとが設けられる。
【００５４】
第１及び第２セパレータ１６、２０は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂ（全流体連通孔）の内方に配置される寸法に設定される。
【００５５】
図２に示すように、第１セパレータ１６は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）８２ａ、８２ｂを備え、前記金属プレート８２ａ、８２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ密閉される内部空間を形成する。金属プレート８２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート８２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート８２ａ、８２ｂ間（内部空間）には、冷却媒体流路８８が形成される。
【００５６】
図７に示すように、第１セパレータ１６は、金属プレート８２ａの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した酸化剤ガス流路８４を設ける。酸化剤ガス流路８４の上流及び下流には、入口バッファ部８５ａ及び出口バッファ部８５ｂが設けられる。入口バッファ部８５ａの上方には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方に位置して複数の入口溝部８７ａが形成される。出口バッファ部８５ｂの下方には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上方に位置して複数の出口溝部８７ｂが形成される。
【００５７】
金属プレート８２ａの上部には、第２電解質膜・電極構造体１８の複数の入口孔部６０ａに連通する複数の穴部９０ａと、前記第２電解質膜・電極構造体１８の入口孔部６６ａに連通する複数の孔部９２ａとが形成される。孔部９２ａは、金属プレート８２ｂにも形成されて第１セパレータ１６を貫通する。
【００５８】
金属プレート８２ａの下部には、第２電解質膜・電極構造体１８の複数の出口孔部６０ｂに連通する複数の穴部９０ｂと、前記第２電解質膜・電極構造体１８の出口孔部６６ｂに連通する複数の孔部９２ｂとが形成される。孔部９２ｂは、金属プレート８２ｂにも形成されて第１セパレータ１６を貫通する。
【００５９】
第１セパレータ１６は、第１電解質膜・電極構造体１４の入口孔部４０ａを避けるための上部逃げ部９４ａと、前記第１電解質膜・電極構造体１４の出口孔部４０ｂを避けるための下部逃げ部９４ｂとを設ける。
【００６０】
図８に示すように、第１セパレータ１６は、金属プレート８２ｂの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した燃料ガス流路８６を設ける。燃料ガス流路８６の上流及び下流には、入口バッファ部９６ａ及び出口バッファ部９６ｂが設けられる。入口バッファ部９６ａの上方には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方に位置して複数の入口溝部９８ａと、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方に位置して複数の入口溝部１００ａとが形成される。入口溝部１００ａは、第１セパレータ１６の内部に冷却媒体通路を形成するための凹凸構造である。
【００６１】
出口バッファ部９６ｂの下方には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上方に位置して複数の出口溝部９８ｂと、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方に位置して複数の出口溝部１００ｂとが形成される。出口溝部１００ｂは、第１セパレータ１６の内部に冷却媒体通路を形成するための凹凸構造である。
【００６２】
図２に示すように、第２セパレータ２０は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）１０２ａ、１０２ｂを備え、前記金属プレート１０２ａ、１０２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉される。金属プレート１０２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート１０２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート１０２ａ、１０２ｂ間には、冷却媒体流路８８が形成される。
【００６３】
図９に示すように、第２セパレータ２０は、金属プレート１０２ａの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した酸化剤ガス流路８４を設ける。酸化剤ガス流路８４の上流及び下流には、入口バッファ部１０４ａ及び出口バッファ部１０４ｂが設けられる。金属プレート１０２ａの上方には、第１電解質膜・電極構造体１４の複数の入口孔部４０ａに連通する複数の穴部１０６ａが形成される。金属プレート１０２ａの下部には、第１電解質膜・電極構造体１４の複数の出口孔部４０ｂに連通する複数の穴部１０６ｂが形成される。
【００６４】
第２セパレータ２０は、第２電解質膜・電極構造体１８の入口孔部６０ａを避けるための上部逃げ部１０８ａと、前記第２電解質膜・電極構造体１８の出口孔部６０ｂを避けるための下部逃げ部１０８ｂとを設ける。
【００６５】
図１０に示すように、第２セパレータ２０は、金属プレート１０２ｂの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した燃料ガス流路８６を設ける。燃料ガス流路８６の上流及び下流には、入口バッファ部１１０ａ及び出口バッファ部１１０ｂが設けられる。
【００６６】
金属プレート１０２ｂの上部には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方に位置して複数の入口溝部１１２ａが形成される一方、前記金属プレート１０２ｂの下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方に位置して複数の出口溝部１１２ｂが形成される。入口溝部１１２ａ及び出口溝部１１２ｂは、それぞれ第２セパレータ２０の内部に冷却媒体通路を形成するための凹凸構造である。
【００６７】
図１１に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ｂとが形成される。なお、図示しないが、額縁部２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路が、同様に形成される。
【００６８】
酸化剤ガス連結流路１１３ａ、１１３ｂは、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。
【００６９】
酸化剤ガス連結流路１１３ｂは、額縁部２８ｂの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口凸部５４ａと、前記額縁部２８ｂに形成される入口溝部５６ａと、第１セパレータ１６を構成する金属プレート８２ａの表面に形成され、前記入口凸部５４ａ間の溝に連通して前記セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部８７ａとを有する。入口溝部５６ａと入口溝部８７ａとは、端部同士が連通する。
【００７０】
酸化剤ガス連結流路１１３ａは、額縁部２８ａの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口凸部３６ａと、入口溝部３７ａとを有する。
【００７１】
図１２に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路１１４が形成される。なお、図示しないが、額縁部２８ａ、２８ｂ間には、燃料ガス出口連通孔３４ｂと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路が、同様に形成される。
【００７２】
燃料ガス連結流路１１４は、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。
【００７３】
燃料ガス連結流路１１４は、第２電解質膜・電極構造体１８の額縁部２８ｂに形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部６２ａ、７２ａと、第１セパレータ１６の外周縁部を積層方向に貫通する孔部９２ａとを有する。なお、入口溝部６２ａは、第１電解質膜・電極構造体１４の額縁部２８ａに設けてもよい。
【００７４】
具体的には、額縁部２８ｂには、入口孔部（第１貫通孔）６４ａ及び入口孔部（第２貫通孔）６６ａが設けられ、前記入口孔部６４ａを介して前記額縁部２８ｂの両面に形成された入口溝部６２ａ、７２ａが互いに連通する。入口孔部６６ａは、孔部９２ａと積層方向に同軸上に又はオフセットして配置されており、前記入口孔部６６ａを介して入口溝部６２ａ、７２ａが前記孔部９２ａから第１セパレータ１６の燃料ガス流路（第１反応ガス流路）８６に連通する。入口溝部７２ａは、第２セパレータ２０の燃料ガス流路８６に直接連通する。
【００７５】
図１３及び図１４に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと第２セパレータ２０の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ａと、前記冷却媒体入口連通孔３２ａと第１セパレータ１６の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ｂとが形成される。なお、図示しないが、額縁部２８ａ、２８ｂ間には、冷却媒体出口連通孔３２ｂと冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路が形成される。
【００７６】
冷却媒体連結流路１１６ａ、１１６ｂは、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。なお、冷却媒体連結流路１１６ａ、１１６ｂは、額縁部２８ａ又は２８ｂの一方に形成してもよい。
【００７７】
図１３に示すように、冷却媒体連結流路１１６ａは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部４２ａ、５８ａと、額縁部２８ａに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）４０ａと、第２セパレータ２０を構成する金属プレート１０２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）１０６ａとを有する。入口溝部４２ａと入口溝部５８ａとは、端部同士が連通する。
【００７８】
図１４に示すように、冷却媒体連結流路１１６ｂは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部６８ａ、３８ａと、額縁部２８ｂに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）６０ａと、第１セパレータ１６を構成する金属プレート８２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）９０ａとを有する。入口溝部６８ａと入口溝部３８ａとは、端部同士が連通する。
【００７９】
額縁部２８ａの入口孔部４０ａ及び穴部１０６ａと、額縁部２８ｂの入口孔部６０ａ及び穴部９０ａとは、積層方向から見て互いに重なり合わない位置に設定される。
【００８０】
この燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００８１】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００８２】
各セルユニット１２では、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに供給された酸化剤ガスが、図１及び図１１に示すように、第１電解質膜・電極構造体１４の入口凸部３６ａ間と第２電解質膜・電極構造体１８の入口凸部５４ａ間から入口溝部５６ａとに導入される。
【００８３】
入口凸部３６ａに導入された酸化剤ガスは、入口溝部３７ａを通って前記第２セパレータ２０の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第１電解質膜・電極構造体１４のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口凸部３６ｂ間から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００８４】
一方、入口溝部５６ａ間に導入された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１８と第１セパレータ１６との間の入口溝部８７ａを通って前記第１セパレータ１６の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１８のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部８７ｂ、５６ｂから出口凸部５４ｂ間を通って酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００８５】
また、燃料ガス入口連通孔３４ａに供給された燃料ガスは、図１及び図１２に示すように、第２電解質膜・電極構造体１８の入口溝部６２ａに導入される。燃料ガスは、入口溝部６２ａから入口孔部６４ａを通ってアノード側に移動し、一部分が入口溝部７２ａから第２セパレータ２０の燃料ガス流路８６に供給される。
【００８６】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１セパレータ１６の孔部９２ａを通って前記第１セパレータ１６と第１電解質膜・電極構造体１４との間に導入され、前記１セパレータ１６の燃料ガス流路８６に供給される。
【００８７】
第２セパレータ２０の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、出口溝部７２ｂに排出され、さらに出口孔部６４ｂから出口溝部６２ｂを通って燃料ガス出口連通孔３４ｂに排出される。一方、第１セパレータ１６の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、孔部９２ｂから出口孔部６６ｂを通って出口溝部７２ｂに排出され、同様に燃料ガス出口連通孔３４ｂに排出される。
【００８８】
これにより、第１電解質膜・電極構造体１４及び第２電解質膜・電極構造体１８では、それぞれカソード側電極２４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２６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。
【００８９】
さらにまた、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体の一部は、図１及び図１３に示すように、第１電解質膜・電極構造体１４の入口溝部４２ａに導入され、入口溝部５８ａから入口孔部４０ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部４０ａから第２セパレータ２０の穴部１０６ａを通って前記第２セパレータ２０の内部に導入される。
【００９０】
冷却媒体は、第２セパレータ２０内を入口溝部１１２ａに沿って流通し、冷却媒体流路８８に供給された後、出口溝部１１２ｂから穴部１０６ｂを通って前記第２セパレータ２０から排出される。さらに、この冷却媒体は、出口孔部４０ｂから出口溝部５８ｂ、４２ｂを通って冷却媒体出口連通孔３２ｂに排出される。
【００９１】
一方、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体の他の一部は、図１及び図１４に示すように、第２電解質膜・電極構造体１８の入口溝部６８ａに導入され、入口溝部３８ａから入口孔部６０ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部６０ａから第１セパレータ１６の穴部９０ａを通って前記第１セパレータ１６内部に導入される。
【００９２】
冷却媒体は、第１セパレータ１６内を入口溝部１００ａに沿って流通し、冷却媒体流路８８に供給された後、出口溝部１００ｂから穴部９０ｂを通って前記第１セパレータ１６から排出される。さらに、この冷却媒体は、出口孔部６０ｂから出口溝部３８ｂ、６８ｂを通って冷却媒体出口連通孔３２ｂに排出される。
【００９３】
このため、第１電解質膜・電極構造体１４及び第２電解質膜・電極構造体１８は、第１セパレータ１６内の冷却媒体流路８８及び第２セパレータ２０内の冷却媒体流路８８を流通する冷却媒体により冷却される。
【００９４】
この場合、第１の実施形態では、第１電解質膜・電極構造体１４を構成する額縁部２８ａ及び第２電解質膜・電極構造体１８を構成する額縁部２８ｂには、全流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、燃料ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが積層方向に貫通して形成されている。
【００９５】
このため、第１セパレータ１６及び第２セパレータ２０には、流体連通孔を設ける必要がなく、前記第１セパレータ１６及び前記第２セパレータ２０は、発電領域に対応する外形寸法に設定することができる。従って、第１セパレータ１６及び第２セパレータ２０は、小型軽量化が容易に図られ、前記第１セパレータ１６及び前記第２セパレータ２０の製造コストを削減することが可能になる。
【００９６】
これにより、第１セパレータ１６及び第２セパレータ２０を効率的に製造することができ、燃料電池１０全体を経済的に得ることが可能になる。
【００９７】
さらに、各セルユニット１２内の単位セル（２枚のセパレータと１枚のＭＥＡ）では、図２に示すように、外側シール部材４８及び内側シール部材５０と外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが、交互に設けられ、実質的に、シール部材が一面にのみ設けられている。このため、燃料電池１０全体の積層方向の寸法を良好に短尺化してコンパクト化が遂行される。
【００９８】
しかも、第１セパレータ１６は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート８２ａ、８２ｂを備え、前記金属プレート８２ａ、８２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉されている。同様に、第２セパレータ２０は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート１０２ａ、１０２ｂを備え、前記金属プレート１０２ａ、１０２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉されている。
【００９９】
第１セパレータ１６では、金属プレート８２ａ、８２ｂ間にシールが不要になるとともに、第２セパレータ２０では、金属プレート１０２ａ、１０２ｂ間にシールが不要になる。このため、第１の実施形態では、第１セパレータ１６及び第２セパレータ２０の製造コストが有効に削減され、燃料電池１０全体を経済的に製造することができる。
【０１００】
さらにまた、第１の実施形態では、図１１に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ｂとが形成されている。
【０１０１】
そして、酸化剤ガス連結流路１１３ａ、１１３ｂは、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成されている。
【０１０２】
具体的には、酸化剤ガス連結流路１１３ａは、額縁部２８ｂの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口凸部５４ａと、前記額縁部２８ｂに形成される入口溝部５６ａと、第１セパレータ１６を構成する金属プレート８２ａの表面に形成され、前記入口凸部５４ａ間の溝に連通して前記セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部８７ａとを有し、前記入口溝部５６ａと前記入口溝部８７ａとは、端部同士が連通している。従って、燃料電池１０の構成の簡素化が図られるとともに、前記燃料電池１０全体の積層方向の寸法を短尺化させることが可能になる。
【０１０３】
また、第１の実施形態では、図１２に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路１１４が形成されている。
【０１０４】
そして、燃料ガス連結流路１１４は、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成されている。
【０１０５】
燃料ガス連結流路１１４は、第２電解質膜・電極構造体１８の額縁部２８ｂに形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部６２ａ、７２ａと、第１セパレータ１６の外周縁部を積層方向に貫通する孔部９２ａとを有している。
【０１０６】
具体的には、額縁部２８ｂには、入口孔部６４ａ及び入口孔部６６ａが設けられ、前記入口孔部６４ａを介して前記額縁部２８ｂの両面に形成された入口溝部６２ａ、７２ａが互いに連通している。入口孔部６６ａは、孔部９２ａと積層方向に同軸上に配置され、前記入口孔部６６ａを介して入口溝部６２ａ、７２ａが前記孔部９２ａから第１セパレータ１６の燃料ガス流路８６に連通する一方、前記入口溝部７２ａは、第２セパレータ２０の燃料ガス流路８６に直接連通している。
【０１０７】
従って、燃料電池１０の構成の簡素化が図られるとともに、前記燃料電池１０全体の積層方向の寸法を短尺化させることが可能になる。
【０１０８】
さらに、第１の実施形態では、図１３及び図１４に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと第２セパレータ２０の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ａと、前記冷却媒体入口連通孔３２ａと第１セパレータ１６の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ｂとが形成されている。
【０１０９】
そして、冷却媒体連結流路１１６ａ、１１６ｂは、額縁部２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成されている。
【０１１０】
具体的には、図１３に示すように、冷却媒体連結流路１１６ａは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部４２ａ、５８ａと、額縁部２８ａに積層方向に形成される入口孔部４０ａと、金属プレート１０２ａに前記積層方向に形成される穴部１０６ａとを有し、前記入口溝部４２ａと前記入口溝部５８ａとは、端部同士が連通している。
【０１１１】
一方、図１４に示すように、冷却媒体連結流路１１６ｂは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部６８ａ、３８ａと、額縁部２８ｂに積層方向に形成される入口孔部６０ａと、金属プレート８２ａに前記積層方向に形成される穴部９０ａとを有し、前記入口溝部６８ａと前記入口溝部３８ａとは、端部同士が連通している。
【０１１２】
その際、額縁部２８ａの入口孔部４０ａ及び穴部１０６ａと、額縁部２８ｂの入口孔部６０ａ及び穴部９０ａとは、積層方向に対して互いに重なり合わない位置に設定されている。従って、燃料電池１０の構成の簡素化が図られるとともに、前記燃料電池１０全体の積層方向の寸法を短尺化させることが可能になる。
【０１１３】
なお、第１の実施形態では、燃料ガス用の流路構造に酸化剤ガスを流通させる一方、酸化剤ガス用の流路構造に燃料ガスを流通させてもよい。さらに、燃料ガス用及び酸化剤ガス用では、共に同一構造のブリッジ部を設けることができる。
【０１１４】
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１２０の分解斜視説明図である。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３以降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。
【０１１５】
図１５及び図１６に示すように、燃料電池１２０は、複数のセルユニット１２２を積層して構成されるとともに、前記セルユニット１２２は、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１２４、第１セパレータ１２６、第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１２８及び第２セパレータ１３０を備える。
【０１１６】
第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８は、額縁部１３２ａ及び額縁部１３２ｂを設ける。図１７に示すように、額縁部１３２ａのカソード面１２４ａ側の上部には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍に入口溝部３８ａを設けることがなく、前記冷却媒体入口連通孔３２ａの幅方向にわたって複数の入口孔部１３４ａが形成される。入口孔部１３４ａは、リング状入口シール部材１３６ａにより囲繞される。
【０１１７】
額縁部１３２ａのカソード面１２４ａ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍に出口溝部３８ｂを設けることがなく、前記冷却媒体出口連通孔３２ｂの幅方向にわたって複数の出口孔部１３４ｂが形成される。出口孔部１３４ｂは、リング状出口シール部材１３６ｂにより囲繞される。
【０１１８】
図１８に示すように、額縁部１３２ａのアノード面１２４ｂ側の上部には、複数の入口孔部１３４ａに対応する複数の入口溝部１３８ａが設けられる一方、前記アノード面１２４ｂ側の下部には、複数の出口孔部１３４ｂに対応する複数の出口溝部１３８ｂが設けられる。
【０１１９】
図１９に示すように、額縁部１３２ｂのカソード面１２８ａ側の上部には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方近傍に入口孔部６０ａを設けることがなく、前記冷却媒体入口連通孔３２ａの幅方向にわたって複数の入口溝部１４０ａが形成される。
【０１２０】
額縁部１３２ｂのカソード面１２８ａ側の下部には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方近傍に出口孔部６０ｂを設けることがなく、前記冷却媒体出口連通孔３２ｂの幅方向にわたって複数の出口溝部１４０ｂが形成される。
【０１２１】
図２０に示すように、額縁部１３２ｂのアノード面１２８ｂ側には、入口溝部６８ａ及び出口溝部６８ｂが設けられていない。
【０１２２】
第１セパレータ１２６は、単一の金属プレート部材で構成される。図２１に示すように、第１セパレータ１２６の一方の面に設けられる酸化剤ガス流路８４の上方には、複数の孔部９２ａと複数の入口溝部８７ａとが形成される一方、穴部９０ａが設けられない。酸化剤ガス流路８４の下方には、複数の孔部９２ｂと複数の出口溝部８７ｂとが形成される一方、穴部９０ｂが設けられない。
【０１２３】
図２２に示すように、第１セパレータ１２６の他方の面に設けられる燃料ガス流路８６の上方には、複数の入口溝部９８ａが設けられる一方、入口溝部１００ａが設けられない。燃料ガス流路８６の下方には、複数の出口溝部９８ｂが設けられる一方、出口溝部１００ｂが設けられない。
【０１２４】
図２３に示すように、第２セパレータ１３０は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）１４２ａ、１４２ｂを備え、前記金属プレート１４２ａ、１４２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉される。金属プレート１４２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート１４２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート１４２ａ、１４２ｂ間には、冷却媒体流路８８が形成される。
【０１２５】
図２３に示すように、金属プレート１４２ａの上方には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方に該冷却媒体入口連通孔３２ａの幅方向にわたって複数の穴部１４４ａが形成される。酸化剤ガス流路８４の下方には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方に該冷却媒体出口連通孔３２ｂの幅方向にわたって複数の穴部１４４ｂが形成される。
【０１２６】
図２４に示すように、金属プレート１４２ｂの上方には、冷却媒体入口連通孔３２ａの下方に該冷却媒体入口連通孔３２ａの幅方向にわたって複数の入口溝部１４６ａが形成される。燃料ガス流路８６の下方には、冷却媒体出口連通孔３２ｂの上方に該冷却媒体出口連通孔３２ｂの幅方向にわたって複数の出口溝部１４６ｂが形成される。
【０１２７】
図２５に示すように、積層方向に隣接する額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１２４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１５０ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１２８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１５０ｂとが形成される。なお、図示しないが、額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路が、同様に形成される。
【０１２８】
酸化剤ガス連結流路１５０ａ、１５０ｂは、額縁部１３２ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部１３２ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。
【０１２９】
酸化剤ガス連結流路１５０ｂは、額縁部１３２ｂの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口凸部（第１溝部）５４ａと、前記額縁部１３２ｂの表面に形成される入口溝部５６ａと、第１セパレータ１２６の表面に形成され、前記入口凸部５４ａ間の溝に連通して前記セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部（第２溝部）８７ａとを有する。入口溝部５６ａと入口溝部８７ａとは、端部同士が連通する。
【０１３０】
酸化剤ガス連結流路１５０ａは、額縁部１３２ａの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って設けられる入口凸部３６ａと、入口溝部３７ａとを有する。
【０１３１】
図２６に示すように、積層方向に隣接する額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路１５２が形成される。なお、図示しないが、額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、燃料ガス出口連通孔３４ｂと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路が、同様に形成される。
【０１３２】
燃料ガス連結流路１５２は、額縁部１３２ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部１３２ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。
【０１３３】
燃料ガス連結流路１５２は、第２電解質膜・電極構造体１２８の額縁部１３２ｂに形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部６２ａ、７２ａと、第１セパレータ１２６の外周縁部を積層方向に貫通する孔部９２ａとを有する。なお、入口溝部６２ａは、第１電解質膜・電極構造体１２４の額縁部１３２ａに形成してもよい。
【０１３４】
具体的には、額縁部１３２ｂには、入口孔部６４ａ及び入口孔部６６ａが設けられ、前記入口孔部６４ａを介して前記額縁部１３２ｂの両面に形成された入口溝部６２ａ、７２ａが互いに連通する。入口孔部６６ａは、孔部９２ａと積層方向に同軸上に又はオフセットして配置されており、前記入口孔部６６ａを介して入口溝部６２ａ、７２ａが前記孔部９２ａから第１セパレータ１２６の燃料ガス流路８６に連通する。入口溝部７２ａは、第２セパレータ１３０の燃料ガス流路８６に直接連通する。
【０１３５】
図２７に示すように、積層方向に隣接する額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと第２セパレータ１３０の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１５４が形成される。なお、図示しないが、額縁部１３２ａ、１３２ｂ間には、冷却媒体出口連通孔３２ｂと冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路が、同様に形成される。
【０１３６】
冷却媒体連結流路１５４は、額縁部１３２ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、額縁部１３２ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向から見て異なる位置に配置されることにより形成される。
【０１３７】
冷却媒体連結流路１５４は、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部１３８ａ、１４０ａと、額縁部１３２ａに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）１３４ａと、金属プレート１４２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）１４４ａとを有する。入口溝部１３８ａと入口溝部１４０ａとは、端部同士が連通する。
【０１３８】
この燃料電池１２０の動作について、以下に概略的に説明する。
【０１３９】
各セルユニット１２２では、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに供給された酸化剤ガスが、図１５及び図２５に示すように、第１電解質膜・電極構造体１２４の入口凸部３６ａ間と第２電解質膜・電極構造体１２８の入口凸部５４ａ間から入口溝部５６ａとに導入される。
【０１４０】
入口凸部３６ａに導入された酸化剤ガスは、入口溝部３７ａを通って第２セパレータ１３０の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第１電解質膜・電極構造体１２４のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口凸部３６ｂ間から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【０１４１】
一方、入口溝部５６ａ間に導入された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１２８と第１セパレータ１２６との間の入口溝部８７ａを通って前記第１セパレータ１２６の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１２８のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部８７ｂ、５６ｂから出口凸部５４ｂ間を通って酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【０１４２】
また、燃料ガス入口連通孔３４ａに供給された燃料ガスは、図１５及び図２６に示すように、第２電解質膜・電極構造体１２８の入口溝部６２ａに導入される。燃料ガスは、入口溝部６２ａから入口孔部６４ａを通ってアノード側に移動し、一部分が入口溝部７２ａから第２セパレータ１３０の燃料ガス流路８６に供給される。
【０１４３】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１セパレータ１２６の孔部９２ａを通って前記第１セパレータ１２６と第１電解質膜・電極構造体１２４との間に導入され、前記１セパレータ１２６の燃料ガス流路８６に供給される。
【０１４４】
第２セパレータ１３０の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、出口溝部７２ｂに排出され、さらに出口孔部６４ｂから出口溝部６２ｂを通って燃料ガス出口連通孔３４ｂに排出される。一方、第１セパレータ１２６の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、孔部９２ｂから出口孔部６６ｂを通って出口溝部７２ｂに排出され、同様に燃料ガス出口連通孔３４ｂに排出される。
【０１４５】
これにより、第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８では、それぞれカソード側電極２４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２６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。
【０１４６】
さらにまた、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、図１５及び図２７に示すように、第１電解質膜・電極構造体１２４の入口溝部１３８ａに導入され、入口溝部１４０ａから入口孔部１３４ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部１３４ａから第２セパレータ１３０の穴部１４４ａを通って前記第２セパレータ１３０の内部に導入される。
【０１４７】
冷却媒体は、第２セパレータ１３０内を入口溝部１４６ａに沿って流通し、冷却媒体流路８８に供給された後、出口溝部１４６ｂから穴部１４４ｂを通って前記第２セパレータ１３０から排出される。さらに、冷却媒体は、出口孔部１３４ｂから出口溝部１４０ｂ、１３８ｂを通って冷却媒体出口連通孔３２ｂに排出される。
【０１４８】
このため、第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８は、第２セパレータ１３０内の冷却媒体流路８８を流通する冷却媒体により間引き冷却される。
【０１４９】
この場合、第２の実施形態では、第１セパレータ１２６及び第２セパレータ１３０は、小型軽量化が容易に図られるとともに、製造コストが有効に削減され、燃料電池１２０全体を経済的に製造することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１５０】
図２８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１６０の分解斜視説明図である。
【０１５１】
燃料電池１６０は、複数のセルユニット１６２が積層されるとともに、前記セルユニット１６２は、第１電解質膜・電極構造体１４、第１セパレータ１６４、第２電解質膜・電極構造体１８及び第２セパレータ２０を備える。第１セパレータ１６４は、２枚の金属プレート８２ａ、８２ｂを備え、前記金属プレート８２ａ、８２ｂは、外周縁部同士を周回して、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ密閉される内部空間を形成する。
【０１５２】
金属プレート８２ａ、８２ｂには、図２９及び図３０に示すように、複数の孔部９２ａ、９２ｂが貫通して形成される。２枚の金属プレート８２ａ、８２ｂ間には、孔部９２ａ、９２ｂを周回して前記金属プレート８２ａ、８２ｂ同士を、例えば、溶接や接着により一体化することにより、前記孔部９２ａ、９２ｂを内部空間（冷却媒体流路８８）から閉塞する接合部１６６ａ、１６６ｂが設けられる。
【０１５３】
この第３の実施形態では、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。しかも、孔部９２ａ、９２ｂを周回して閉塞する接合部１６６ａ、１６６ｂが設けられるため、前記孔部９２ａ、９２ｂから金属プレート８２ａ、８２ｂ間（第１セパレータ１６４内部）に燃料ガスが進入することを可及的に阻止することが可能になる。
【０１５４】
図３１は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１７０の断面説明図である。
【０１５５】
燃料電池１７０では、第１セパレータ１６が入口溝部８７ａ及び出口溝部８７ｂを設けていない。このため、特に、第１セパレータ１６の構造が簡素化され、経済的である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月21日(2013.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１セパレータ１６の孔部９２ａを通って前記第１セパレータ１６と第１電解質膜・電極構造体１４との間に導入され、前記第１セパレータ１６の燃料ガス流路８６に供給される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
さらにまた、第１の実施形態では、図１１に示すように、積層方向に隣接する額縁部２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ｂとが形成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
具体的には、酸化剤ガス連結流路１１３ｂは、額縁部２８ｂの表面に形成され、セパレータ面方向に沿って延在する入口凸部５４ａと、前記額縁部２８ｂに形成される入口溝部５６ａと、第１セパレータ１６を構成する金属プレート８２ａの表面に形成され、前記入口凸部５４ａ間の溝に連通して前記セパレータ面方向に沿って延在する入口溝部８７ａとを有し、前記入口溝部５６ａと前記入口溝部８７ａとは、端部同士が連通している。従って、燃料電池１０の構成の簡素化が図られるとともに、前記燃料電池１０全体の積層方向の寸法を短尺化させることが可能になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１セパレータ１２６の孔部９２ａを通って前記第１セパレータ１２６と第１電解質膜・電極構造体１２４との間に導入され、前記第１セパレータ１２６の燃料ガス流路８６に供給される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
電解質（２２）の両側に一対の電極（２４、２６）を配設した電解質・電極構造体（１４、１８）を、第１セパレータ（１６）及び第２セパレータ（２０）で挟持するセルユニット（１２）を備える燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体（１４、１８）の外周には、高分子材料で形成される枠部材（２８ａ、２８ｂ）が一体に設けられ、前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）には、反応ガス入口連通孔（３０ａ、３４ａ）、反応ガス出口連通孔（３０ｂ、３４ｂ）、冷却媒体入口連通孔（３２ａ）及び冷却媒体出口連通孔（３２ｂ）を含む流体連通孔が積層方向に貫通して形成されるとともに、前記積層方向に隣接する前記枠部材（２８ａ、２８ｂ）間には、前記流体連通孔及び反応面外周を周回して密封するシール部材（４８、５０）が介装され、
前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）の外周端は、前記流体連通孔よりも内側に配置され、且つ、前記第１セパレータ（１６）及び前記第２セパレータ（２０）には、前記電解質・電極構造体（１４、１８）を挟んでそれぞれ異なる反応ガスをセパレータ面方向に流通させる第１反応ガス流路（８６）及び第２反応ガス流路（８４）が形成される一方、
前記反応ガス入口連通孔（３４ａ）及び前記反応ガス出口連通孔（３４ｂ）と前記第１反応ガス流路（８６）とを連通する連結流路（１１４）が形成されるとともに、
前記連結流路（１１４）は、前記枠部材（２８ｂ）に形成され、前記セパレータ面方向に沿って延在する溝部（６２ａ、７２ａ）と、
前記溝部（６２ａ、７２ａ）に連通し、前記第１セパレータ（１６）又は前記第２セパレータ（２０）を前記積層方向に貫通する孔部（９２ａ）と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012053288.tif 000035
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2012053288.tif 000036
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2012053288.tif 000037
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2012053288.tif 000038
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2012053288.tif 000039
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2012053288.tif 000040
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2012053288.tif 000041
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2012053288.tif 000042
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７】
2012053288.tif 000043
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
2012053288.tif 000044
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３０】
2012053288.tif 000045
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３１】
2012053288.tif 000046
【国際調査報告】
2012053288.tif 000047
2012053288.tif 000048