(57)【要約】【課題】燃料電池で発生する熱の外部環境への放散を抑制して、冷媒によって効率的に回収することを目的とする。【解決手段】枠体と一体化されたＭＥＡと、アノードセパレータと、カソードセパレータとを有する固体高分子型燃料電池セルであって、前記枠体の外周シール材が、アノードセパレータとカソードセパレータの外周を覆う。さらに、外周シール材と、アノードセパレータおよびカソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の空隙を形成する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型ＭＥＡ；
前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ；および
前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ；を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成する、固体高分子型燃料電池セル。
【請求項２】
前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆う前記外周シール材の表面が凹凸を有する、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【請求項３】
前記外周シール材で覆われる、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周表面は凹凸を有する、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【請求項４】
前記外周シール材の外周表面は凹凸を有し、さらに外周シール材の外周表面に外装カバーが配置される、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【請求項５】
前記外周シール材と、前記流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【請求項６】
前記外周シール材は、発泡エラストマーである、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【請求項７】
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セルの積層体を有する、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池セル、および燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は燃料電池スタックを含み、燃料電池スタックは燃料電池セルを積層した構造を有する。燃料電池セルは、高分子電解質膜、および高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極（アノード電極とカソード電極）を有する膜電極接合体（membrane electrode assembly；以下「ＭＥＡ」とも称する）と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する。
【０００３】
高分子電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜や、炭化水素樹脂系イオン交換膜のような高分子イオン交換膜などを有する電解質から構成される。触媒電極は、高分子電解質膜側に位置し、触媒電極内における酸化還元反応を促進させる触媒層と、触媒層の外側に位置し、通気性および導電性を有するガス拡散層とから構成される。さらに、ガス拡散層は、触媒層側に位置し、触媒層との接触性を向上させるカーボンコート層と、外部から供給されるガスを拡散させて、触媒層に供給するためのガス拡散基材層とから構成される。アノード電極の触媒層には、例えば白金や白金とルテニウムとの合金などが含まれ；カソード電極の触媒層には、例えば、白金や白金とコバルトとの合金などが含まれる。膜電極接合体（ＭＥＡ）を、枠体と一体とすることで、燃料電池セルの組み立て作業性などを高める工夫なども提案されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
セパレータは、アノード電極に供給される燃料ガスとカソード電極に供給される酸化ガスとが混ざらないようにするための導電性部材である。
【０００５】
燃料電池スタックはこのような単セルを積層することで、電気的に直列に接続されうる。燃料電池は、燃料電池スタックで発電された電気を取り出すことはもちろん、発電により発生した熱を冷媒により回収して利用することがある（コジェネレーションシステム）。
【０００６】
燃料電池から得られる電圧と電流は、一般的に、発電量を上げるために電流値を大きくすると、電圧値が低下する（燃料電池のＩＶ特性）。電圧値が低下するほど、発電量に対する発熱量の割合は大きくなり；電圧値が向上するほど、発電量に対する発熱量は小さくなる。一方で、燃料電池から発生する熱の一定量は外部環境へ放散されるが、この放熱量は燃料電池の運転状態に係わらず、ほぼ一定である。したがって、電流値が低い場合（つまり、発生する熱量が少ない場合）に、熱回収効率が低下しやすい。
【０００７】
発生した熱量の回収効率を高めるためには、外部環境への放熱を抑制することが好ましい。燃料電池での発電による熱が、外部環境へ放散されることを低減するために、燃料電池スタックをシリコーンゴムで密閉することが提案されている（特許文献２を参照）。燃料電池スタックをゴムで密閉するには、組み立てられた燃料電池スタックの側面外周を低粘度のゴムを用いて平坦化し；さらに高粘度のゴムで密閉する。そのための設備は大型になりやすく、かつ量産化は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００７／１２３１９１号パンフレット
【特許文献２】特表２００７−５３４１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、燃料電池で発生する熱の外部環境への放散を抑制して、冷媒によって熱を効率的に回収することを目的とする。さらに、前記燃料電池の組立工程の簡素化、燃料電池の修理の容易化、燃料電池のリサイクルを促進する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＭＥＡと一体化された枠体に、外周シールとして機能する部材を付加することで、燃料電池で発生する熱を効率的に回収し；さらに燃料電池セルや燃料電池スタックの組み立ておよび分解を容易にした。すなわち本発明は、以下に示す固体高分子型燃料電池セル、および燃料電池スタックに関する。
【００１１】
［１］燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記ガス流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型ＭＥＡ；前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ；および前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ；を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成する、固体高分子型燃料電池セル。
【００１２】
［２］前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆う前記外周シール材の表面が凹凸を有する、［１］に記載の固体高分子型燃料電池セル。
［３］前記外周シール材で覆われる、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周表面は凹凸を有する、［１］に記載の固体高分子型燃料電池セル。
［４］前記外周シール材の外周表面は凹凸を有し、さらに外周シール材の外周表面に外装カバーが配置される、［３］に記載の固体高分子型燃料電池セル。
【００１３】
［５］前記外周シール材と、前記ガス流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、［１］〜［４］のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池セル。
［６］前記外周シール材は、発泡エラストマーである、［１］〜［５］のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池セル。
［７］前記［１］〜［６］のいずれかに記載の燃料電池セルの積層体を有する、燃料電池スタック。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池セルおよび燃料電池スタックから得られる燃料電池は、発電により発生した熱を外部環境に放散しにくい。そのため該燃料電池は、熱を冷媒によって効率的に回収することができ、コジェネレーションシステムに好適に適用される。また、本発明の燃料電池は組み立てが容易であり、組み立て後の分解が容易であるので、修理やリサイクルしやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の燃料電池セルを構成する、枠体一体型ＭＥＡ、カソードセパレータ、およびアノードセパレータの斜視図である。各部材の一部は、断面を示している。
【図２Ａ】第１の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。
【図２Ｂ】枠体一体型ＭＥＡの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。
【図３】燃料電池スタックを含む、燃料電池の斜視図である。
【図４Ａ】第２の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。
【図４Ｂ】枠体一体型ＭＥＡの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。
【図５Ａ】第３の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。
【図５Ｂ】枠体一体型ＭＥＡの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。
【図６】第４の態様の枠体一体型ＭＥＡを示す斜視図である。一部は断面を示している。
【図７】本発明の燃料電池セルの作製フローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の固体高分子型燃料電池セルは、１）枠体一体型ＭＥＡ、２）アノードセパレータ、および３）カソードセパレータを有する。
【００１７】
枠体一体型ＭＥＡは、流路口が形成された枠体と、枠体の枠内部に配置された固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟む一対の電極（アノード電極とカソード電極）と、流路口と電極を囲うシール材と、枠体の外周に配置された外周シール材と、を有する。これらは、一体となって枠体一体型ＭＥＡを構成していることが好ましい。
【００１８】
アノードセパレータおよびカソードセパレータは、導電性材料で形成されている。導電性材料の例には、カーボン材料や金属が含まれる。カーボンセパレータの厚さは、２〜３ｍｍ程度であるが、さらに薄くすることもできる。
【００１９】
アノードセパレータのアノード電極と対向する面には、燃料ガスが流れる溝（流路）が形成されており、その溝を介して燃料ガスがアノード電極に供給されたり、アノード電極から排出されたりする。カソードセパレータのカソード電極と対向する面には、酸化剤ガスが流れる溝（流路）が形成されており、その溝を介して酸化剤ガスがカソード電極に供給されたり、カソード電極から排出されたりする。
【００２０】
枠体一体型ＭＥＡの枠体の材質は、耐薬品性が高く、溶出が少ないオレフィン系樹脂であることが好ましく、オレフィン系樹脂の例にはポリプロピレンやポリエチレンなどが含まれる。溶出を抑えて電池の寿命を延ばすためである。さらに枠体の材質は、高い耐熱性も求められる。燃料電池の使用環境は、例えば約６０〜８０℃だからである。したがって、枠体の材質はポリプロピレンがより好ましい。
【００２１】
枠体には、複数の流路口が形成されている。流路口とは、１）燃料ガス供給マニホールドを構成するガス流路口と、２）燃料ガス排出マニホールドを構成するガス流路口と、３）酸化剤ガス供給マニホールドを構成するガス流路口と、４）酸化剤ガス排出マニホールドを構成するガス流路口と、５）冷媒供給マニホールドを構成する冷媒流路口と、６）冷媒排出マニホールドを構成する冷媒流路口とを含みうる。
【００２２】
枠体の枠内部に配置される高分子電解質膜は、水素イオンは通すが、電子は通さない薄いフィルム状の膜であればよく特に限定されない。一般的には、フッ素樹脂系の高分子膜が用いられる。
【００２３】
高分子電解質膜の両面に配置される一対の電極は、酸化剤が供給されるカソード電極（空気極ともいう）と、燃料ガスが供給されるアノード電極（燃料極ともいう）とからなる。各電極は、特に制限されないが、白金などの触媒を担持したカーボンなどであればよい。
【００２４】
流路口と電極を囲うシール材は、流路口や電極を流れるガスや冷媒が外部にもれたり、外部のガスがガス流路口や電極に入り込んだりすることを防止する部材である。シール材の材質は、通常はゴムなどである。
【００２５】
さらに、本発明の枠体一体型ＭＥＡの枠体の外周には、外周シール材が配置されていることを特徴とする。枠体の外周に配置された外周シール材は、弾性材料で形成されていることが好ましい。弾性材料はゴムなどであり、ゴムの種類にはイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどがあるが、特に限定されない。
【００２６】
枠体一体型ＭＥＡとアノードセパレータとカソードセパレータとを積層して、固体高分子型燃料電池セルとしたときに、枠体一体型ＭＥＡの外周シール材は、各セパレータの外周を覆うことが好ましい。セパレータの外周を覆う外周シール材は、セパレータが有する熱が外部環境に放散することを抑制する。
【００２７】
セパレータが有する熱の外部環境への放散を抑制するため、セパレータの外周と外周シール材との間には、独立した複数の空隙が形成されていることが好ましい。空隙が断熱層として作用するので、熱放散がより抑制されるからである。複数の空隙は、互いに独立していることが好ましい。空隙同士での熱の対流を抑制するためである。この空隙を形成する手段については後述する。
【００２８】
外周シール材は、前述の枠体に形成された流路口と電極を囲うシール材と同一の材料（例えばゴム）で形成されていてもよい。枠体の流路口と電極を囲うシール材は、枠内部に一体化されたＭＥＡを含む枠体に２色成形することにより配置されうるが；流路口と電極を囲うシール材と、外周シール材とが同一の材料であれば、ガス流路口と電極を囲うシール材と外周シール材とを、一工程で同時に成形することができる。
【００２９】
一方、外周シール材の材料は、発泡エラストマーであってもよい。発泡エラストマーとは、エラストマーの内部で発泡させて得られる発泡材である。発泡エラストマーは、内部に多数の気泡を有し、その気泡が断熱層として作用するので断熱性能が高い。よって、発泡エラストマーからなる外周シール材は、セパレータが有する熱量が外部環境に放散することをより効果的に抑制しうる。
【００３０】
枠体一体型ＭＥＡは、任意の方法で作製されうるが、例えば、図７に示されるフローで作製されうる。
【００３１】
Ａステップで固体高分子電解質膜を用意し；Ｂステップで枠体を用意する。Ｃステップでは、Ａステップで用意した固体高分子電解質膜を、Ｂステップで用意した枠体の枠の内部に配置した状態で、固体高分子電解質膜の両面それぞれにアノード電極およびカソード電極を形成して、ＭＥＡを枠内部に固定する。
【００３２】
Ｄ１ステップでは、枠体の流路口を囲うシール材と、電極を囲うシール材とを形成（例えば２色形成）する。Ｄ２ステップでは、枠体の外周シール材を形成する。これにより、枠体一体型ＭＥＡが作製される。Ｄ１ステップとＤ２ステップとは、その順序は限定されず；かつ枠体の外周シール材が、枠体の流路口を囲うシール材や電極を囲うシール材の材質と同じであれば、１ステップで行うこともできる。
【００３３】
Ｅステップで、得られた枠体一体型ＭＥＡと、アノードセパレータと、カソードセパレータとを積層すれば、燃料電池セルが得られる。さらに燃料電池セルを積層すれば、燃料電池スタックが得られる。
【００３４】
このように本発明によれば、燃料電池セルを組み立てたときに、外周シール材がセパレータを覆っているので、燃料電池セル組み立て後、または燃料電池スタック組み立て後に、外周シール材を配置する必要がない。したがって、外周シール材を設けるための設備が必要なく、製造も容易である。
【００３５】
また、組み立てられた燃料電池セルまたは燃料電池スタックの分解も、外周シール材を除去する必要がないので容易である。したがって、組み立て後に燃料電池を修理したり、部材を交換したり、リサイクルすることも容易となる。
【００３６】
前記の通り、本発明の固体高分子型燃料電池セルは、アノードセパレータとカソードセパレータとで、枠体一体型ＭＥＡを挟んで積層させることで得ることができる。この積層により、アノードセパレータとカソードセパレータの外周（側面外周）は、枠体一体型ＭＥＡの外周シールにより覆われる。このアノードセパレータとカソードセパレータの外周と、枠体一体型ＭＥＡの外周シール材とは、完全に密着することなく、互いの間に独立した複数の空隙を形成していることを特徴とする。
【００３７】
セパレータの外周と外周シールとの間に、独立した複数の空隙を形成するには、１）外周シール材の表面であって、セパレータの外周を覆う表面を凹凸形状とするか（後述の実施の形態１を参照）；または２）セパレータの外周の表面（外周シール材で覆われる表面）を凹凸形状とすればよい（後述の実施の形態２および３を参照）。外周シール材の表面またはセパレータの外周の表面を凹凸形状とすれば、セパレータと外周シール材は凸部でのみ接触して、凹部では接触せずに空隙が形成される。
【００３８】
固体高分子型燃料電池セルは、ＭＥＡで発電を行うが、発電とともに熱も発生する。発電において発生した熱は、冷媒に効率よく吸収されて回収されることが好ましい。そのためには、発生した熱量が外部環境に放熱されることを抑制することが好ましい。前記の通り、セパレータは導電性部材であり、一般的に金属やカーボン材料からなり、これらは一般的に熱伝導性が高い。したがって特に、ＭＥＡでの発電によって発生した熱量はセパレータを伝わって外部に放出されやすい。
【００３９】
そこで本発明は、セパレータの外周を、枠体の外周シール材で覆っているが；さらに、セパレータの外周と、外周シール材との間に複数の空隙を設けている。空隙が形成されればその空隙が断熱層として作用して、セパレータの熱量の放散をより効果的に抑制できる。
【００４０】
本発明の固体高分子型燃料電池セルを積層すれば、燃料電池スタックを得ることができる。固体高分子型燃料電池セルの積層数は、所望の出力に応じて適宜設定すればよい。固体高分子型燃料電池スタックは、その両端を集電板ではさまれ；さらにエンドプレートで挟まれていてもよい。
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００４２】
[実施の形態１]
図１には、枠体一体型ＭＥＡ１０、およびカソードセパレータ２０とアノードセパレータ３０とからなる一対のセパレータが示される。枠体一体型ＭＥＡ１０と、カソードセパレータ２０とアノードセパレータ３０とが積層されると、燃料電池セルが構成される。
【００４３】
枠体一体型ＭＥＡ１０は、枠体１１とＭＥＡ１２とを有する。ＭＥＡ１２のカソードセパレータ２０に対向する面はカソード電極であり、ＭＥＡ１２のアノードセパレータ３０に対向する面はアノード電極である。枠体１１には、燃料ガスが流れる流路口１３および１３’と、冷媒が流れる流路口１４および１４’と、酸化剤ガスが流れる流路口１５および１５'とが形成されている。
【００４４】
枠体一体型ＭＥＡ１０は、各流路口およびＭＥＡ１２の電極を囲むシール材１７−１〜１７−５を有する。これらのうちシール材１７−１は、酸化剤ガスが流れる流路口１５および１５’と、ＭＥＡ１２のカソード電極とを囲み；流路口１５および１５’と、ＭＥＡ１２とが連通できるようにしている。
【００４５】
図示されないが、枠体一体型ＭＥＡ１０の、アノードセパレータ３０と対向する面にも、各流路口およびＭＥＡ１２の電極を囲むシール材を有する。当該シール材の一つは、燃料ガスが流れる流路口１３および１３’と、ＭＥＡ１２のカソード電極とを囲み；流路口１３および１３’と、ＭＥＡ１２とが連通できるようにしている。
【００４６】
さらに、枠体一体型ＭＥＡ１０の枠体１１の外周には外周シール材１６が配置されている。
【００４７】
カソードセパレータ２０の、ＭＥＡ１２と対向する面には、酸素を含む酸化剤ガス（例えば空気）が流れるためのガス流路が形成されており；ガス流路の両端はそれぞれ、枠体１１の流路口１５および１５’と連通している。流路口１５および１５’を通して酸化剤ガスが、ガス流路に供給されたり、ガス流路から排出されたりする。
【００４８】
アノードセパレータ３０の、ＭＥＡ１２と対向する面には、燃料ガス（例えば水素）が流れるためのガス流路が形成されており；ガス流路の両端はそれぞれ、流路口１３および１３’と連通している。流路口１３および１３’を通して燃料ガスが、ガス流路に供給されたり、ガス流路から排出されたりする。
【００４９】
図２Ａには、図１に示された枠体一体型ＭＥＡ１０と、カソードセパレータ２０と、アノードセパレータ３０とからなる燃料電池セルを、３つ積層した状態が示される。図２Ａに示されるように、枠体一体型ＭＥＡ１０の外周シール材１６が、カソードセパレータ２０と、アノードセパレータ３０の外周を覆っている。また、燃料電池セルの積層により、外周シール１６同士が互いに密着して、枠体一体型ＭＥＡ１０と、セパレータ２０および３０とを覆うため、スタック全体が外周シール材１６で覆われている。
【００５０】
カソードセパレータ２０のガス流路に流れる酸化剤ガスと、アノードセパレータ３０に流れる燃料ガスとを用いて、ＭＥＡ１２で発電が行われる。この発電において発生した熱量は、冷媒が流れる流路口１４および１４’を流れる冷媒に、効率よく吸収されることが好ましい。そのためには、ＭＥＡ１２での発電によって発生した熱量が外部環境に放熱されることを抑制することが好ましい。
【００５１】
前記の通りセパレータは、一般的に熱伝導性が高い金属やカーボン材料からなる。したがって特に、ＭＥＡでの発電によって発生した熱量はセパレータを伝わって外部環境に放出されやすい。そこで本発明は、枠体とセパレータの外周とを外周シール材で覆っているが；さらに、図２Ｂに示されるように、セパレータ（２０または３０）の外周を覆う外周シール材１６の表面が凹凸形状を有するので、セパレータ（２０または３０）と外周シール材１６とが密着することなく、独立した複数の空隙が形成されている。この空隙は、断熱層として作用するので、断熱シール性がより向上する。
【００５２】
図２Ｂに示されるように、セパレータ（２０または３０）と、外周シール材１６とは完全に密着することなく、両者の間に複数の空隙が形成される。ここで、「セパレータ（２０または３０）と断熱シール材１６との接触面積」は、両者が完全に密着したと仮定した場合の両者の接触面積に対して、３０〜５０％、好ましくは約３０％である。接触面積が小さいほど断熱性は高まるが、接触面積が小さすぎるとシール材１６の剛性を確保できないことがある。
【００５３】
外周シール材１６の凹部は、セパレータの厚さ方向にわたって形成されていることが好ましい。セパレータとの接触面積をできるだけ減らすためである。
【００５４】
また、図２Ｂに示されるように、外周シール材１６の表面に形成された凹凸の、凹部の幅Ｌ１と、凸部の幅Ｌ２との比率は、Ｌ１：Ｌ２＝約２：１であればよく；Ｌ１＝約２ｍｍ、Ｌ２＝約１ｍｍであればよい。凹部により形成される空隙それぞれの体積が大きすぎると、空隙内で対流が発生するため、断熱性が低下するおそれがある。Ｌ３は、シール材１６の剛性の確保などの点から、適宜設定すればよい。
【００５５】
枠体一体型ＭＥＡ１０と、カソードセパレータ２０と、アノードセパレータ３０とからなる燃料電池セルを積層して得られる燃料電池スタック１００は、図３に示されるように一対の集電板１１０と１１０’で挟まれ；さらに、一対のエンドプレート１２０と１２０’で挟まれて、燃料電池とされうる。燃料電池スタック１００と、集電板１１０と１１０’と、エンドプレート１２０と１２０’とは、例えばボルトとナットなどの締結部材１３０で一体化される。
【００５６】
[実施の形態２]
図４Ａには、図２Ａと同様に、３つの燃料電池セルが積層された状態が示される。各燃料電池セルは、枠体一体型ＭＥＡ１０’と、カソードセパレータ２０’と、アノードセパレータ３０’とを有する。枠体一体型ＭＥＡ１０’は、外周シール材１６’の形状が、図２Ａにおける枠体一体型ＭＥＡ１０の外周シール材１６の形状と相違するが、他の構成は同様である。また、カソードセパレータ２０’およびアノードセパレータ３０’は、その外周面（外周シール材１６’と対向する面）の形状が、図２Ａにおけるカソードセパレータ２０およびアノードセパレータ３０の外周面と相違するが、他の構成は同様である。
【００５７】
図４Ｂに示されるように、セパレータ（２０’または３０’）の外周表面は、凹凸形状を有するので、セパレータ（２０’または３０’）の外周表面と外周シール材１６’とが密着することなく、独立した複数の空隙が形成される。実施の形態１と同様に、空隙が断熱層として作用するため、同様の断熱効果が得られる。
【００５８】
[実施の形態３]
図５Ａには、図４Ａと同様に、３つの燃料電池セルが積層された状態が示される。各燃料電池セルは、枠体一体型ＭＥＡ１０’’と、カソードセパレータ２０’と、アノードセパレータ３０’とを有する。枠体一体型ＭＥＡ１０’’は、その外周シール材１６’’の形状が、図４Ａにおける枠体一体型ＭＥＡ１０’の外周シール材１６’の形状と相違するものの、他の構成は同様である。また、カソードセパレータ２０’とアノードセパレータ３０’は、図４Ａにおける各セパレータと同様である。
【００５９】
図５Ａに示される燃料電池セルの積層体は、外装カバー４０によってその周囲を覆われる。外装カバー４０は、枠体一体型ＭＥＡ１０’’の外周シール材１６’’に接触する。
【００６０】
図５Ｂに示されるように、セパレータ（２０’または３０’）の外周表面は、凹凸形状を有するので、セパレータ（２０’または３０’）の外周表面と外周シール材１６’’とが密着することなく、複数の空隙が形成される。さらに、外周シール材１６’’の外周にも、凹凸形状が形成されている。したがって、外周シール材１６’’と外装カバー４０とが密着することはなく、燃料電池セルで発生した熱量の外部環境への放散がさらに抑制される。
【００６１】
[実施の形態４]
図６には、枠体一体型ＭＥＡ１０’’’が示される。枠体一体型ＭＥＡ１０’’’は、突起１８を有すること以外は、図１に示される枠体一体型ＭＥＡ１０と同様である。突起１８は、外周シール材１６と同様の材質（弾性部材）で構成されていればよく、外周シール材１６を成形するときに一体成形することができる。図６に示される枠体一体型ＭＥＡ１０’’’は、図１に示されるカソードセパレータ２０とアノードセパレータ３０とともに燃料電池セルを構成し；さらに図２に示されるように、燃料電池セルを積層してスタックを構成し；図３に示されるように燃料電池とされることができる。
【００６２】
突起１８は、本発明の燃料電池を所定の位置に設置しようとするときの足場とされることが好ましい。突起１８を足場として燃料電池を設置すれば、外周シール材１６と設置部位との接触面積が低減される。そのため、燃料電池セルで発生した熱量が、外周シール材１６を伝わって外部環境へ放散することを、さらに抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の燃料電池は、コジェネレーションシステムに適用されることで、システムの熱回収効率を高めることができる。また、本発明の燃料電池は、組み立てと分解が容易であるので、リサイクルもしやすくなる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０’、１０’’、１０’’’  枠体一体型ＭＥＡ
１１  枠体
１２  ＭＥＡ
１３、１３’  燃料ガスが流れる流路口
１４、１４’  冷媒が流れる流路口
１５、１５’  酸化剤ガスが流れる流路口
１６、１６’、１６’’  外周シール材
１７−１〜１７−５  シール材
１８  突起
２０、２０’  カソードセパレータ
３０、３０’  アノードセパレータ
４０  外装カバー
１００  燃料電池スタック
１１０、１１０’  集電板
１２０、１２０’  エンドプレート
１３０  締結部材
Ｌ１〜Ｌ３  長さ
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図７】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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