(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池に用いられる電解質膜の膨張・収縮に伴う破損を抑制することを目的とする。【解決手段】燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の外周部に形成され、電解質膜を支持する支持部と電解質膜の膨縮に伴い変形する変形部とを有する枠状部材と、を備える。【選択図】図３
2010027422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる電解質膜の外周部に形成される枠状部材であって、
前記電解質膜を支持する支持部と、
前記電解質膜の膨縮に伴い変形する変形部と、を備える枠状部材。
【請求項２】
燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の外周部に形成され、前記電解質膜を支持する支持部と、前記電解質膜の膨縮に伴い変形する変形部と、を有する枠状部材と、
を備える燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記枠状部材は、前記変形部が変形することにより枠の内周長が伸縮する燃料電池。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池において、
前記変形部は、湿度変化による膨張収縮率が前記支持部より高い燃料電池。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４に記載の燃料電池において、
前記変形部は、前記電解質膜と湿度変化による膨張収縮率が等しい燃料電池。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５に記載の燃料電池において、
前記支持部は、前記電解質膜の外周部の少なくとも一部を把持する２以上の把持部材を備え、
前記変形部は、異なる２つの前記把持部材の間に配置されている燃料電池。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池において、
前記電解質膜は、矩形形状を有し、
前記把持部材は、前記電解質膜の各辺に沿ってそれぞれ配置され、
前記変形部は、前記電解質膜の四隅にそれぞれ配置されている燃料電池。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の燃料電池において、
前記支持部は、前記把持部材を支持する枠状の外側支持部材を備え、
前記外側支持部材は、内周部において前記把持部材を支持し、
前記内周部と前記把持部材との間の少なくとも一部に隙間を有している燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、
前記枠状部材は、前記内周部と前記把持部材との間にガス遮断膜を備えている燃料電池。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項９に記載の燃料電池において、
前記変形部は、フッ素系固体高分子膜素材により形成されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる枠状部材及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池は、運転に伴い、内部において電気化学反応による温度変化や湿度変化が生じ、燃料電池を構成する種々の構成部材が膨張・収縮することが知られている（特許文献１）。固体高分子型の電解質膜も湿度変化により含水量が変化し膨張・収縮を繰り返す。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０２５３５号
【特許文献２】特開平５−１５１９８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電解質膜は燃料電池の内部において、膜を支持するための枠部材により周囲を固定されて用いられているため、電解質膜が膨張・収縮すると枠部材との膨張収縮率の違いにより電解質膜に応力が生じ、破損する虞があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、燃料電池に用いられる電解質膜の膨張・収縮に伴う破損を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。
【０００７】
本発明の第１の態様は、燃料電池に用いられる電解質膜の外周部に形成される枠状部材を提供する。本発明の第１の態様に係る枠状部材は、前記電解質膜を支持する支持部と、
前記電解質膜の膨縮に伴い変形する変形部と、を備える。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る枠状部材によれば、変形部が電解質膜の膨張・収縮に伴い変形するため、電解質膜の破損を抑制することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、燃料電池を提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の外周部に形成され、前記電解質膜を支持する支持部と前記電解質膜の膨縮に伴い変形する変形部とを有する枠状部材と、を備える。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る燃料電池によれば、電解質膜の外周部に形成された枠状部材は、電解質膜の膨張・収縮に伴い変形する変形部を備えているため、電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記枠状部材は、前記変形部が変形することにより枠の内周長が伸縮してもよい。この場合、電解質膜の膨張・収縮に伴い、枠の内周長が伸縮するため、電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記変形部は、湿度変化による膨張収縮率が前記支持部より高くてもよい。この場合、変形部が膨張・収縮することで電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記変形部は、前記電解質膜と湿度変化による膨張収縮率が等しくてもよい。この場合、変形部が電解質膜と同程度に膨張・収縮することで電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記支持部は、前記電解質膜の外周部の少なくとも一部を把持する２以上の把持部材を備え、前記変形部は、異なる２つの前記把持部材の間に配置されていてもよい。この場合、電解質膜が膨張・収縮すると、異なる２つの把持部材の間に配置されている変形部が変形するため、電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記電解質膜は、矩形形状を有し、前記把持部材は、前記電解質膜の各辺に沿ってそれぞれ配置され、前記変形部は、前記電解質膜の四隅にそれぞれ配置されていてもよい。この場合、電解質膜が膨張・収縮すると、電解質膜の四隅に配置されている変形部が変形するため、電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記支持部は、前記把持部材を支持する枠状の外側支持部材を備え、前記外側支持部材は、内周部において前記把持部材を支持し、前記内周部と前記把持部材との間の少なくとも一部に隙間を有していてもよい。この場合、燃料電池内において、外側支持部材が固定されていても、外側支持部材の内周部と把持部材との間に隙間があるため、枠状部材の内周長を伸縮させることができ、電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記枠状部材は、前記内周部と前記把持部材との間にガス遮断膜を備えていてもよい。この場合、前記把持部材と外側支持部材との間のガスの流通を抑制できる。
【００１８】
本発明の第２の態様に係る燃料電池において、前記変形部は、フッ素系固体高分子膜素材により形成されていてもよい。この場合、変形部が膨張・収縮することにより電解質膜の破損を抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、本発明に係る燃料電池を備える燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した移動体等の態様で実現できるほか、適宜、組合せたり、一部を省略して適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２１】
Ａ．第１の実施例
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池の断面構成を例示した説明図である。本実施例に係る燃料電池１００は、水素および空気の供給を受け、電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池である。
【００２２】
燃料電池１００は、シール部材一体型ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）２００と、アノード側セパレータ３１０と、カソード側セパレータ３３０と、アノード側拡散層４１０と、カソード側拡散層４３０と、を備える。燃料電池１００は、シール部材一体型ＭＥＡ２００のアノード側にアノード側拡散層４１０およびアノード側セパレータ３１０を順に積層した構成を備え、カソード側にカソード側拡散層４３０およびカソード側セパレータ３３０を順に積層した構成を備えている。図１は、シール部材一体型ＭＥＡ２００、アノード側拡散層４１０、アノード側セパレータ３１０、カソード側拡散層４３０、およびカソード側セパレータ３３０のそれぞれが複数積層された燃料電池１００の一部を抜き出して示しており、他は図示を省略している。なお、アノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３３０との間には、冷却水を流すための冷却水流路が形成された冷却水セパレータが配設されている。冷却水セパレータ内部を冷却水が流通することにより、燃料電池１００の電極反応に伴って生成される熱を取り除き、燃料電池１００の内部温度を所定の範囲内に保っている。シール部材一体型ＭＥＡ２００の構成については後に詳述する。
【００２３】
アノード側拡散層４１０およびカソード側拡散層４３０は、発泡焼結金属体等の導電性多孔体により構成されている。本実施例では、チタン発泡焼結金属体を用いている。チタン発泡焼結金属体は、ドクターブレード法等により作製することができる。アノード側拡散層４１０およびカソード側拡散層４３０は、内部でガスが拡散できるものであれば、発泡焼結金属体に限らず、例えば、ステンレス鋼により形成されたエキスパンドメタルであってもよいし、撥水加工が施されたカーボンフェルトであってもよい。また、これらを複数組み合わせてもよい。また、燃料電池１００は、アノード側拡散層４１０およびカソード側拡散層４３０を備えない構成としてもよい。
【００２４】
なお、撥水加工が施されたカーボンフェルトは、例えば、カーボンとテフロン（登録商標）を混合させた混合液を、カーボンフェルトに含浸させることにより作製することができる。また、カーボンフェルトの代わりに、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス等を用いてもよい。
【００２５】
アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３３０は、発電された電気を集電する導電性部材であり、例えば、ステンレス鋼製の薄板により形成される。アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３３０は、他にチタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いてもよいし、カーボン製の平板を用いるものとしてもよい。
【００２６】
アノード側セパレータ３１０は、アノード側拡散層４１０と対向する面に複数の凹凸状のリブ３１２が形成されている。同様に、カソード側セパレータ３３０には、カソード側拡散層４３０と対向する面に複数の凹凸状のリブ３３２が形成されている。アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３３０が、ＭＥＡ２１０、アノード側拡散層４１０、およびカソード側拡散層４３０を両側から挟み込むことによって、アノードガスとしての水素、カソードガスとしての空気が流れる流路がそれぞれ形成される。
【００２７】
燃料電池１００に供給された空気は、図示しないカソードガス供給マニホールドを通り、カソード側セパレータ３３０のリブ３３２によって形成される流路を通って、カソード側拡散層４３０に流入し、カソード側拡散層４３０内を流通しつつ、ＭＥＡ２１０に供給されて電極反応に利用される。電極反応に利用されなかった空気を含むカソード排ガスは、図示しないカソード排ガス排出マニホールドに排出され、カソード排ガス排出マニホールドを通って燃料電池１００の外へ排出される。
【００２８】
同様に、燃料電池１００に供給された水素は、燃料電池１００内を流通して電極反応に利用され、電極反応に利用されなかった水素を含むアノード排ガスは、燃料電池１００の外へ排出される。
【００２９】
Ａ２．シール部材一体型ＭＥＡの構成：
図２は、シール部材一体型ＭＥＡの外観を例示した説明図である。シール部材一体型ＭＥＡ２００は、ＭＥＡ２１０とシール部材２２０とを備え、略長方形状のＭＥＡ２１０の外周に、枠状のシール部材２２０が形成されている。シール部材２２０は特許請求の範囲における「枠状部材」に該当する。
【００３０】
ＭＥＡ２１０は、図１に示すように、電解質膜２１２の一方の面にアノード２１４、他方の面にカソード２１５を備える。電解質膜２１２は、プロトン伝導性の固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標))を用いている。なお、高分子電解質膜としては、Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)に限定されず、例えば、アシプレックス（登録商標）、フレミオン（登録商標）等の他のフッ素系スルホン酸膜を用いてもよい。また、例えば、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等を用いてもよい。また、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の補強材を含む機械的特性を強化した複合高分子膜を用いてもよい。
【００３１】
アノード２１４およびカソード２１５は、触媒としての白金が担持されたカーボンブラックを、プロトン伝導性を有する高分子材料であるアイオノマーで被覆して形成される。本実施例において、カーボンブラックとして、Ｋｅｔｊｅｎ（登録商標）を用い、アイオノマーとして電解質膜２１２と同様に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を用いている。なお、本実施例において、触媒として白金を用いているが、その他、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミニウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム等の種々の金属を用いることができる。また、これらの２種類以上を組み合わせた合金も用いることができる。
【００３２】
シール部材２２０は、外部固定枠２２０ａと内部固定枠２２０ｂとを備える。外部固定枠２２０ａは、シリコーンゴムを用いて射出成形により形成され、図２に示すように、カソードガス供給用貫通孔１０６ｓと、カソード排ガス排出用貫通孔１０８ｓと、アノードガス供給用貫通孔１０２ｓと、アノード排ガス排出用貫通孔１０４ｓと、冷却水供給用貫通孔１１０ｓと、冷却水排出用貫通孔１１２ｓとを備える。また、表面に反応ガスの漏洩を防止するためのシールラインＳＬが形成されている。各貫通孔は、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３３０にそれぞれ形成された貫通孔と共に、反応ガスおよび冷却水を給排するためのマニホールドを構成する。外部固定枠２２０ａは、特許請求の範囲における「外側支持部材」に該当する。
【００３３】
図３は、シール部材一体型ＭＥＡの一部を透視した説明図である。内部固定枠２２０ｂは、ＭＥＡ２１０の外周部に形成された枠状の外形を備え、ＭＥＡ２１０を支持している。内部固定枠２２０ｂは、外部固定枠２２０ａの内枠として外部固定枠２２０ａに嵌め入れられた状態で配置されている。また、外部固定枠２２０ａは、外枠として内部固定枠２２０ｂを支持している。内部固定枠２２０ｂは、把持部材２２１ｂと変形部材２２２ｂとを備えている。
【００３４】
把持部材２２１ｂは、外部固定枠２２０ａと同様にシリコーンゴムを用いて射出成形により形成され、ＭＥＡ２１０の各辺に沿ってそれぞれ配置されている。把持部材２２１ｂの両端部は、ＭＥＡ２１０の四隅部分において、異なる電解質膜２１２の端部と変形部材２２２ｂを介して接続されている。
【００３５】
変形部材２２２ｂは、湿度変化による膨張収縮率が把持部材２２１ｂや外部固定枠２２０ａなどシール部材２２０を構成するその他の構成部材より高く、電解質膜２１２と等しくなるように、電解質膜２１２と同じフッ素系高分子膜素材により形成されている。変形部材２２２ｂは、伸縮することにより内部固定枠２２０ｂの内周長を変化させて、電解質膜２１２の膨縮に伴い生じる応力を緩和させる緩和部材として機能する。変形部材２２２ｂは、シール部材２２０を構成するその他の構成部材より湿度変化による膨張収縮率が高く、電解質膜２１２と膨張収縮率が近い材料であれば、フッ素系高分子膜素材以外の材料であってもよい。また、湿度変化による膨張収縮率が電解質膜２１２より高い材料であってもよいし低い材料であってもよい。
【００３６】
変形部材２２２ｂの形状、寸法については特に限定はないが、本実施例では、ＭＥＡ２１０の四隅に形成される異なる２つの把持部材２２１ｂの隙間方向の変形部材２２２ｂの厚さＬを１〜２ｍｍ程度としている。変形部材２２２ｂは、把持部材２２１ｂの端部に接着により固定されている。
【００３７】
図４は、図１のＸ部を拡大した説明図である。把持部材２２１ｂは、電解質膜２１２の外周部の一部を挟み込んで成形され、電解質膜２１２を把持している。本実施例では、把持部材２２１ｂは、電解質膜２１２のみを把持しているが、カソード２１５およびアノード２１４を含めて把持する態様としてもよい。また、カソード側拡散層４３０やアノード側拡散層４１０がカーボンペーパー等であれば、さらにこれらを含めて把持する態様としてもよい。
【００３８】
外部固定枠２２０ａの内周辺は、コの字状の断面を備え、内側に内部固定枠２２０ｂが嵌め込まれている。そのため、内部固定枠２２０ｂは、積層方向の移動が抑制されている。また、ＭＥＡ２１０の膜面に沿った方向において、内部固定枠２２０ｂの外部固定枠２２０ａと対向する面（以後、内部固定枠当接面２２０ｂｆと呼ぶ）と、外部固定枠２２０ａの内部固定枠２２０ｂと対向する面（以後、外部固定枠当接面２２０ａｆと呼ぶ）との間には、クリアランスＣが存在している。内部固定枠２２０ｂは、このクリアランスＣにより、ＭＥＡ２１０の膜面に沿った方向に移動可能となるように外部固定枠２２０ａに支持されている。シール部材２２０は、クリアランスＣを介してアノード側とカソード側のガスが互いに流入することを防ぐため、内部固定枠当接面２２０ｂｆと外部固定枠当接面２２０ａｆとの間にガス遮断膜２４０を備えている。ガス遮断膜２４０は、内部固定枠２２０ｂと外部固定枠２２０ａとの間の全周に渡って配置され、本実施例では２枚配置されているが、これに限られず、１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。
【００３９】
Ａ３．電解質膜変形時における内部固定枠の状態：
電解質膜２１２が膨張・収縮する際の内部固定枠２２０ｂの変形について説明する。図５は、基準時における内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。図５では、外部固定枠２２０ａについて、外部固定枠当接面２２０ａｆを破線で示した以外は図示を省略している。ここで、「基準時」とは、以後の説明のために設定したものであり、内部固定枠２２０ｂが特定の状態にある時を意味するものではなく、例えば、燃料電池１００の停止時であってもよいし、運転時であってもよい。
【００４０】
図６は、電解質膜が膨張した際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。図６は、基準時より電解質膜２１２が膨張した状態を表している。この状態は、例えば、図５が燃料電池１００の停止時であれば、運転を開始し、電気化学反応により生じた生成水により燃料電池１００の内部湿度が上昇した場合に生じうる。変形部材２２２ｂは、電解質膜２１２と同じ素材で形成されているため、湿度が上昇すると電解質膜２１２と同様に膨張する。その結果、電解質膜２１２の膨張に伴って、内部固定枠２２０ｂの内周長が長くなるため、電解質膜２１２が膨張しても電解質膜２１２に生じる応力は抑制される。また、クリアランスＣにより、内部固定枠２２０ｂの外周長が長くなっても、内部固定枠当接面２２０ｂｆが外部固定枠当接面２２０ａｆを押圧することを抑制できるため、電解質膜２１２の膨張により外部固定枠２２０ａが変形することを抑制できる。
【００４１】
図７は、電解質膜が収縮した際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。図７は、基準時より電解質膜２１２が収縮した状態を表している。この状態は、例えば、図５の状態から停止時間の継続により電解質膜２１２が包含する水分がさらになくなった場合に生じうる。この場合でも、変形部材２２２ｂは、電解質膜２１２と同じ素材で形成されているため、電解質膜２１２と同様に乾燥して収縮する。その結果、電解質膜２１２の収縮に伴って、内部固定枠２２０ｂの内周長が短くなるため、電解質膜２１２が収縮しても電解質膜２１２に生じる応力は抑制される。また、内部固定枠２２０ｂは、ＭＥＡ２１０の膜面に沿った方向に移動可能となるように外部固定枠２２０ａに支持されているため、電解質膜２１２の収縮により外部固定枠２２０ａが変形することを抑制できる。
【００４２】
図８は、電解質膜が部位により膨縮状態が異なる際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。図８は、基準時と比較し、電解質膜２１２の一部が収縮し、他の一部が膨張した状態を表している。この状態は、例えば、図５が燃料電池１００の運転時であれば、運転の継続によりカソードガスの上流側で電解質膜２１２が乾燥収縮し、下流側で滞留した生成水により膨潤状態となった場合に生じうる。この場合でも、変形部材２２２ｂは、ＭＥＡ２１０の四隅にそれぞれ配置されているため、湿度が高く電解質膜２１２が膨張している付近の変形部材２２２ｂは同様に膨張し、電解質膜２１２が乾燥している付近の変形部材２２２ｂは収縮する。その結果、電解質膜２１２の部分的な膨張・収縮に伴って、内部固定枠２２０ｂが変形するため、部分的な膨張・収縮により電解質膜２１２に生じる応力が抑制される。
【００４３】
以上説明した第１の実施例に係るシール部材２２０によれば、電解質膜２１２の膨張・収縮に伴い、変形部材２２２ｂが変形するため、電解質膜２１２の破損を抑制することができる。具体的には、シール部材２２０において、電解質膜２１２を支持している内部固定枠２２０ｂは、電解質膜２１２の膨張・収縮に伴い、四隅に配置された変形部材２２２ｂが変形するため、内周長を変化させることができる。これにより、電解質膜２１２が内部固定枠２２０ｂに固定されていても、膨張・収縮による膜の破損を抑制することができる。
【００４４】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、電解質膜２１２を支持するシール部材２２０に電解質膜２１２の膨張・収縮に伴い変形する変形部材２２２ｂが備えられているため、電解質膜２１２の破損を抑制することができる。これにより、燃料電池１００の起動や停止により生じる湿度の変化により、電解質膜２１２に膨縮が生じても膜の破損を抑制することができる。
【００４５】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、シール部材２２０に備えられた変形部材２２２ｂは、シール部材２２０を構成する他の部材より湿度変化による膨張収縮率が高いため、湿度変化により内部固定枠２２０ｂの内周長を変化させることができ、湿度変化による電解質膜２１２の膨張・収縮に伴う電解質膜２１２の破損を抑制することができる。
【００４６】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、変形部材２２２ｂは、電解質膜２１２と湿度変化による膨張収縮率が等しいため、湿度変化により電解質膜２１２の膨張・収縮と同程度、変形部材２２２ｂが膨張・収縮することで、内部固定枠２２０ｂの内周長を変化させて電解質膜２１２の破損を抑制することができる。
【００４７】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、変形部材２２２ｂは、異なる２つの把持部材２２１ｂの間に配置されているため、湿度変化により、近傍の電解質膜２１２と同程度、膨張・収縮することができるため、電解質膜２１２の各部分において膨張・収縮状態が異なっていても電解質膜２１２の破損を抑制することができる。
【００４８】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、変形部材２２２ｂは、電解質膜２１２の四隅にそれぞれ配置されているため、電解質膜２１２の膨張・収縮に伴う、電解質膜の破損を抑制することができる。具体的には、電解質膜２１２は、膨縮の際、四隅が最も膨縮による変化が大きく、破損が生じやすい。しかし、変形部材２２２ｂが四隅に配置され、電解質膜２１２と同様に膨縮するため、電解質膜２１２の破損をより効果的に抑制することができる。
【００４９】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、シール部材２２０は、外部固定枠２２０ａを備えているため、電解質膜２１２の膨張・収縮に伴う、電解質膜２１２の破損を抑制することができる。具体的には、外部固定枠２２０ａが燃料電池１００に固定されていても、外部固定枠２２０ａはクリアランスＣを設けて内部固定枠２２０ｂを支持しているため、内部固定枠２２０ｂが電解質膜２１２の膨縮に伴い変形しても外部固定枠２２０ａと干渉することを抑制できる。
【００５０】
第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、シール部材２２０は、外部固定枠２２０ａと内部固定枠２２０ｂとの間にガス遮断膜２４０を備えていているため、ガスのクロスリークを抑制することができる。
【００５１】
Ｂ．変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような実施も可能である。
【００５２】
Ｂ１．変形例１：
図９は変形例に係る内部固定枠を模式的に示した説明図である。第１の実施例では、変形部材２２２ｂは、ＭＥＡ２１０の四隅に配置されるものとしたが、これに限らず、図９に示すように、ＭＥＡ２１０の四隅以外に配置されていても電解質膜２１２の膨張・収縮に伴う電解質膜２１２の破損を抑制することができる。また、把持部材２２１ｂや変形部材２２２ｂの数は２つ以上であれば、それぞれ４つでなくてもよい。
【００５３】
Ｂ２．変形例２：
図１０は変形例に係る燃料電池の断面構成の一部を例示した説明図である。第１の実施例では、シール部材２２０は外部固定枠２２０ａと内部固定枠２２０ｂの２つの固定枠を備える態様として示したが、これに限らず、図１０に示すように、例えば、シール部材２５０を介して１つの固定枠のみにより構成されていてもよい。
【００５４】
Ｂ３．変形例３：
第１の実施例では、変形部材２２２ｂの厚さＬを１〜２ｍｍ程度としていが、これに限らず、電解質膜２１２の膨張・収縮に合わせてこれ以外の厚さとしてもよい。
【００５５】
Ｂ４．変形例４：
第１の実施例では、内部固定枠２２０ｂは、電解質膜２１２の膨縮に伴い変形部材２２２ｂが膨縮することで内周長を変化させているが、内部固定枠２２０ｂに用いられる変形部材２２２ｂは湿度変化により膨縮する材料に限られず、例えば、電解質膜２１２の膨縮に伴い伸縮するゴム等を用いてもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る燃料電池の断面構成を例示した説明図である。
【図２】シール部材一体型ＭＥＡの外観を例示した説明図である。
【図３】シール部材一体型ＭＥＡの一部を透視した説明図である。
【図４】図１のＸ部を拡大した説明図である。
【図５】基準時における内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。
【図６】電解質膜が膨潤した際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。
【図７】電解質膜が収縮した際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。
【図８】電解質膜が部位により膨縮状態が異なる際の内部固定枠の状態を模式的に示した説明図である。
【図９】変形例に係る内部固定枠を模式的に示した説明図である。
【図１０】変形例に係る燃料電池の断面構成の一部を例示した説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…燃料電池
２００…シール部材一体型ＭＥＡ
２１０…ＭＥＡ
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２２０…シール部材
２２０ａ…外部固定枠
２２０ｂ…内部固定枠
２２１ｂ…把持部材
２２２ｂ…変形部材
２４０…ガス遮断膜
３１０…アノード側セパレータ
３３０…カソード側セパレータ
４１０…アノード側拡散層
４３０…カソード側拡散層
【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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