(57)【要約】【課題】金属セパレータに一体化されるシール部材を有効に削減することができ、軽量化及び低コスト化を図ることを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成するアノード側金属セパレータ３４の金属外周端部３４ｍｅ及びカソード側金属セパレータ４０の金属外周端部４０ｍｅは、第１シール部材９０及び第３シール部材９４から外方に露呈する。中間金属セパレータ３８の金属外周端部３８ｍｅは、第２シール部材９２に被覆され、且つ、前記第２シール部材９２は、隣接するアノード側金属セパレータ３４及びカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｅ１、９２ｅ２を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを有する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記金属セパレータは、互いに隣接する第１金属セパレータ及び１以上の第２金属セパレータを有するとともに、
前記第２金属セパレータの金属外周端部は、前記シール部材から外方に露呈する一方、
前記第１金属セパレータの金属外周端部は、前記シール部材に被覆され、且つ、前記シール部材は、隣接する１以上の前記第２金属セパレータの外周端部を覆う位置まで積層方向に延在することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、互いに隣接する前記第１金属セパレータの前記シール部材同士は、前記積層方向に延在し且つ互いに前記積層方向に交差するセパレータ面方向に沿って重なり部位を有することを特徴と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、カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを有する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、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。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層されることにより、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】
セパレータとしては、例えば、薄板状の金属プレートにシール部材が一体成形された金属セパレータが採用されている。この種の金属セパレータが用いられる燃料電池として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。
【０００４】
この特許文献１は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属セパレータとが交互に積層されるとともに、前記金属セパレータにシール部材が設けられる燃料電池に関するものである。そして、金属セパレータには、少なくともシール部材又は該金属セパレータの変形量を規制するために、該金属セパレータを両面から挟んでその外周端部を周回して荷重受け部材が設けられている。
【０００５】
荷重受け部材は、平坦な上面を有する形状であるとともに、隣り合う荷重受け部材の上面同士が所定の隙間を有して対向するように配置されている。これにより、燃料電池内部のガス圧力による金属セパレータの変動が発生した際や、燃料電池外部からの振動及び衝撃による前記金属セパレータの変動が発生した際、隣り合う荷重受け部材の上面同士が接触している。
【０００６】
従って、金属セパレータやシール部材に過剰な変形が発生することを阻止することができ、良好なシール性を発揮することが可能になるとともに、前記金属セパレータ同士の電気的接触を良好に阻止することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４５０５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、この種の金属セパレータでは、金属プレートの面内に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするためにシール部材が一体成形されている。このシール部材は、金属プレートの外周端部を覆って外方に突出するとともに、所望の幅寸法を有する荷重受け部材を一体に備えている。
【０００９】
上記のように、各金属セパレータは、荷重受け部材を一体化したシール部材を有している。従って、金属セパレータ全体として重量が増加するとともに、製造コストが高くなるおそれがある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、金属セパレータに一体化されるシール部材を有効に削減することができ、軽量化及び低コスト化を図ることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と、シール部材が一体成形された金属セパレータとを有する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関するものである。
【００１２】
この燃料電池スタックでは、金属セパレータは、互いに隣接する第１金属セパレータ及び１以上の第２金属セパレータを有するとともに、前記第２金属セパレータの金属外周端部は、シール部材から外方に露呈している。一方、第１金属セパレータの金属外周端部は、シール部材に被覆され、且つ、前記シール部材は、隣接する１以上の第２金属セパレータの外周端部を覆う位置まで積層方向に延在している。
【００１３】
また、この燃料電池スタックでは、互いに隣接する第１金属セパレータのシール部材同士は、積層方向に延在し且つ互いに前記積層方向に交差するセパレータ面方向に沿って重なり部位を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１金属セパレータに隣接する１以上の第２金属セパレータは、金属外周端部がシール部材から外方に露呈している。このため、第２金属セパレータに一体成形されるシール部材は、使用量が良好に削減され、軽量化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００１５】
しかも、第１金属セパレータに一体成形されるシール部材は、隣接する１以上の第２金属セパレータの外周端部を覆う位置まで積層方向に延在している。従って、第２金属セパレータは、積層方向に交差する方向に位置ずれが惹起することを有効に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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スタック１０は、複数の発電ユニット（燃料電池）１２ａ、１２ｂが立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に交互に積層された積層体１４を備える。
【００１８】
積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００１９】
燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持され、あるいは、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持される。
【００２０】
図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２２ａ、２２ｂが設けられる。端子部２２ａ、２２ｂは、絶縁性筒体２４に挿入されてエンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。
【００２１】
絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、中央部に矩形状の凹部２６ａ、２６ｂが設けられるとともに、この凹部２６ａ、２６ｂの略中央に孔部２８ａ、２８ｂが形成される。凹部２６ａ、２６ｂには、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂが収容される。ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２２ａ、２２ｂは、絶縁性筒体２４を介装して孔部２８ａ、２８ｂに挿入される。
【００２２】
図２及び図３に示すように、発電ユニット１２ａは、アノード側金属セパレータ（第２金属セパレータ）３４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）３６ａ、中間金属セパレータ（第１金属セパレータ）３８、第２電解質膜・電極構造体３６ｂ及びカソード側金属セパレータ（第２金属セパレータ）４０を設ける。
【００２３】
発電ユニット１２ａは、上記のように、３枚のセパレータと２枚のＭＥＡとにより構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、５枚のセパレータと４枚のＭＥＡにより構成してもよい。また、発電ユニット１２ｂにおいても、同様である。
【００２４】
アノード側金属セパレータ３４、中間金属セパレータ３８及びカソード側金属セパレータ４０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。アノード側金属セパレータ３４、中間金属セパレータ３８及びカソード側金属セパレータ４０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
【００２５】
第１電解質膜・電極構造体３６ａ及び第２電解質膜・電極構造体３６ｂは、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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード電極４４及びカソード電極４６とを備える。アノード電極４４は、カソード電極４６よりも小さな平面寸法（表面積）を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極４４は、カソード電極４６よりも大きな平面寸法を有してもよく、又は、前記カソード電極４６と同一の平面寸法を有していてもよい。
【００２６】
アノード電極４４及びカソード電極４６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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。
【００２７】
図３に示すように、発電ユニット１２ａの長辺方向の（矢印Ｃ方向）上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、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５０ａ、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５２ａが設けられる。
【００２８】
発電ユニット１２ａの長辺方向の（矢印Ｃ方向）下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔５２ｂ、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５０ｂが設けられる。
【００２９】
発電ユニット１２ａの短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔５４ａが設けられる。発電ユニット１２ａの短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔５４ｂが設けられる。
【００３０】
各冷却媒体入口連通孔５４ａ、５４ａは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び燃料ガス入口連通孔５２ａに近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔５４ｂ、５４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ及び燃料ガス出口連通孔５２ｂにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。
【００３１】
アノード側金属セパレータ３４の第１電解質膜・電極構造体３６ａに向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔５２ａと燃料ガス出口連通孔５２ｂとを連通する波形状の第１燃料ガス流路５６が形成される。第１燃料ガス流路５６は、矢印Ｃ方向に延在し、その入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５８及び出口バッファ部６０が設けられる。
【００３２】
アノード側金属セパレータ３４の面３４ｂには、冷却媒体入口連通孔５４ａと冷却媒体出口連通孔５４ｂとを連通する冷却媒体流路６４の一部が形成される。冷却媒体流路６４は、第１燃料ガス流路５６の裏面形状である。冷却媒体流路６４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部５８及び出口バッファ部６０の裏面形状である入口バッファ部５８ａ及び出口バッファ部６０ａが設けられる。
【００３３】
中間金属セパレータ３８の第１電解質膜・電極構造体３６ａに向かう面３８ａには、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを連通する波形状の第１酸化剤ガス流路６６が形成される。第１酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。
【００３４】
中間金属セパレータ３８の第２電解質膜・電極構造体３６ｂに向かう面３８ｂには、燃料ガス入口連通孔５２ａと燃料ガス出口連通孔５２ｂとを連通する波形状の第２燃料ガス流路７２が形成される。第２燃料ガス流路７２の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８ａ及び出口バッファ部７０ａが設けられる。
【００３５】
カソード側金属セパレータ４０の第２電解質膜・電極構造体３６ｂに向かう面４０ａには、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを連通する波形状の第２酸化剤ガス流路７８が形成される。第２酸化剤ガス流路７８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部８０及び出口バッファ部８２が設けられる。カソード側金属セパレータ４０の面４０ｂには、冷却媒体流路６４の一部が形成される。冷却媒体流路６４の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部８０ａ及び出口バッファ部８２ａが設けられる。
【００３６】
アノード側金属セパレータ３４は、燃料ガス入口連通孔５２ａと第１燃料ガス流路５６とを連通する複数の供給連結路８４ａと、燃料ガス出口連通孔５２ｂと前記第１燃料ガス流路５６とを連通する複数の排出連結路８４ｂとを有する。中間金属セパレータ３８は、燃料ガス入口連通孔５２ａと第２燃料ガス流路７２とを連通する複数の供給連結路８６ａと、燃料ガス出口連通孔５２ｂと前記第２燃料ガス流路７２とを連通する複数の排出連結路８６ｂとを有する。
【００３７】
アノード側金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このアノード側金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材９０が一体成形される。中間金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂには、この中間金属セパレータ３８の外周端縁部を周回して第２シール部材９２が一体成形されるとともに、カソード側金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂには、このカソード側金属セパレータ４０の外周端縁部を周回して第３シール部材９４が一体成形される。
【００３８】
第１シール部材９０、第２シール部材９２及び第３シール部材９４としては、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を有するシール部材が用いられる。
【００３９】
図２及び図３に示すように、第１シール部材９０は、アノード側金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂに、セパレータ面方向に沿って均等な厚さを有して延在する平坦シール部９０ａを有する。面３４ａでは、第１燃料ガス流路５６を囲繞して凸状シール部９０ｂが平坦シール部９０ａに一体に設けられる。
【００４０】
図２に示すように、面３４ｂでは、冷却媒体流路６４と冷却媒体入口連通孔５４ａ及び冷却媒体出口連通孔５４ｂとを囲繞して、凸状シール部９０ｃが平坦シール部９０ａに一体に設けられる。面３４ｂでは、図３に示すように、凸状シール部９０ｄが酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、燃料ガス入口連通孔５２ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ及び燃料ガス出口連通孔５２ｂを囲繞する。アノード側金属セパレータ３４の金属外周端部３４ｍｅは、第１シール部材９０から外部に露呈する（図２及び図３参照）。
【００４１】
図２及び図３に示すように、第２シール部材９２は、中間金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂに、セパレータ面方向に沿って均等な厚さを有して延在する平坦シール部９２ａを有する。
【００４２】
面３８ａでは、凸状シール部９２ｂが、第１酸化剤ガス流路６６と酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを囲繞して、平坦シール部９２ａに一体に設けられる。面３８ａでは、凸状シール部９２ｂが、燃料ガス入口連通孔５２ａ、冷却媒体入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５２ｂ及び冷却媒体出口連通孔５４ｂを囲繞する。
【００４３】
面３８ｂでは、第２燃料ガス流路７２を囲繞して凸状シール部９２ｃが平坦シール部９２ａに一体に設けられる。第２シール部材９２は、中間金属セパレータ３８の金属外周端部３８ｍｅを被覆してセパレータ面方向外方に突出する板状突起部９２ｄを有する（図２及び図３参照）。
【００４４】
板状突起部９２ｄの一方の面側には、積層方向（矢印Ａ方向）に延在し、隣接するアノード側金属セパレータ３４の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ｂを構成するカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｅ１が、中間金属セパレータ３８の金属外周端部３８ｍｅに亘って一体成形される。
【００４５】
板状突起部９２ｄの他方の面側には、積層方向（矢印Ａ方向）に延在し、隣接するカソード側金属セパレータ４０の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ｂを構成するアノード側金属セパレータ３４の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｅ２が、カソード側金属セパレータ４０の金属外周端部４０ｍｅに亘って一体成形される。図２に示すように、積層体１４の一方の端部に配置された発電ユニット１２ａでは、板状被覆部９２ｅ２は、隣接するカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで、すなわち、他の板状被覆部９２ｅ２よりも短尺に構成される。
【００４６】
第３シール部材９４は、カソード側金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂに、セパレータ面方向に沿って均等な厚さを有して延在する平坦シール部９４ａを有する。面４０ａでは、凸状シール部９４ｂが、第２酸化剤ガス流路７８と酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを囲繞して、平坦シール部９４ａに一体に設けられる。
【００４７】
面４０ａでは、凸状シール部９４ｂが、燃料ガス入口連通孔５２ａ、冷却媒体入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５２ｂ及び冷却媒体出口連通孔５４ｂを囲繞する。カソード側金属セパレータ４０の金属外周端部４０ｍｅは、第３シール部材９４から外部に露呈する（図２及び図３参照）。
【００４８】
発電ユニット１２ｂは、上記の発電ユニット１２ａと略同様に構成されており、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。
【００４９】
図２に示すように、発電ユニット１２ｂを構成する中間金属セパレータ３８には、第２シール部材９２が一体成形される。第２シール部材９２は、中間金属セパレータ３８の金属外周端部３８ｍｅを被覆してセパレータ面方向外方に突出する板状突起部９２ｆを有する。
【００５０】
板状突起部９２ｆは、発電ユニット１２ａを構成する中間金属セパレータ３８に一体成形された第２シール部材９２の板状被覆部９２ｅ１、９２ｅ２よりも外方に突出する。板状突起部９２ｆの先端には、積層方向（矢印Ａ方向）に延在し、隣接するアノード側金属セパレータ３４の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ａを構成するカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｇ１が一体成形される。
【００５１】
板状突起部９２ｆの先端には、積層方向（矢印Ａ方向）に延在し、隣接するカソード側金属セパレータ４０の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ａを構成するアノード側金属セパレータ３４の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｇ２が一体成形される。
【００５２】
板状被覆部９２ｇ１、９２ｇ２は、板状突起部９２ｆの先端に一体に設けられ、それぞれの端部は、隣接する一方の発電ユニット１２ａの板状突起部９２ｄの近傍と、隣接する他方の発電ユニット１２ａの板状突起部９２ｄの近傍とに近接する。互いに隣接する板状被覆部９２ｅ１と板状被覆部９２ｇ２とは、積層方向に交差するセパレータ面方向に沿って重なり部位Ｓ１を有する。互いに隣接する板状被覆部９２ｅ２と板状被覆部９２ｇ１とは、積層方向に交差するセパレータ面方向に沿って重なり部位Ｓ２を有する。
【００５３】
積層体１４の他方の端部に配置された発電ユニット１２ｂでは、板状被覆部９２ｇ１は、これに隣接するカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで、すなわち、他の板状被覆部９２ｇ１よりも短尺に構成される。
【００５４】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００５５】
先ず、図１に示すように、エンドプレート２０ａに設けられた酸化剤ガス入口連通孔５０ａに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５２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔５４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５６】
このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａから中間金属セパレータ３８の第１酸化剤ガス流路６６及びカソード側金属セパレータ４０の第２酸化剤ガス流路７８に導入される。酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体３６ａのカソード電極４６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路７８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体３６ｂのカソード電極４６に供給される。
【００５７】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔５２ａからアノード側金属セパレータ３４の第１燃料ガス流路５６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体３６ａのアノード電極４４に供給される。また、燃料ガスは、中間金属セパレータ３８の第２燃料ガス流路７２に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体３６ｂのアノード電極４４に供給される。
【００５８】
従って、第１電解質膜・電極構造体３６ａ及び第２電解質膜・電極構造体３６ｂでは、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４４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て発電が行われる。
【００５９】
次いで、第１電解質膜・電極構造体３６ａ及び第２電解質膜・電極構造体３６ｂの各カソード電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。第１電解質膜・電極構造体３６ａのアノード電極４４に供給されて消費された燃料ガス、及び第２電解質膜・電極構造体３６ｂのアノード電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔５２ｂに排出される。
【００６０】
一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔５４ａに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット１２ａを構成するアノード側金属セパレータ３４と、他方の発電ユニット１２ｂを構成するカソード側金属セパレータ４０との間に形成された冷却媒体流路６４に導入される。
【００６１】
各冷却媒体入口連通孔５４ａ、５４ａから冷却媒体流路６４に供給される冷却媒体は、一旦矢印Ｂ方向（水平方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して第１電解質膜・電極構造体３６ａ及び第２電解質膜・電極構造体３６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔５４ｂ、５４ｂに排出される。
【００６２】
この場合、第１の実施形態では、図２及び図３に示すように、発電ユニット１２ａにおいて、アノード側金属セパレータ３４及びカソード側金属セパレータ４０は、金属外周端部３４ｍｅ、４０ｍｅが第１シール部材９０及び第３シール部材９４から外方に露呈している。このため、アノード側金属セパレータ３４に一体成形される第１シール部材９０及びカソード側金属セパレータ４０に一体成形される第３シール部材９４は、使用量が良好に削減され、軽量化及び低コスト化が図られるという効果が得られる。
【００６３】
しかも、中間金属セパレータ３８に一体成形される第２シール部材９２は、金属外周端部３８ｍｅを被覆してセパレータ面方向外方に突出する板状突起部９２ｄを有している。そして、板状突起部９２ｄの一方の面側には、積層方向に延在し、隣接するアノード側金属セパレータ３４の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ｂを構成するカソード側金属セパレータ４０の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｅ１が一体成形されている。
【００６４】
板状突起部９２ｄの他方の面側には、積層方向に延在し、隣接するカソード側金属セパレータ４０の外周端部及び隣接する発電ユニット１２ｂを構成するアノード側金属セパレータ３４の外周端部を覆う位置まで延在する板状被覆部９２ｅ２が一体成形されている。
【００６５】
従って、アノード側金属セパレータ３４及びカソード側金属セパレータ４０は、それぞれの外周端部が板状被覆部９２ｅ１、９２ｅ２に対向して配置されている。これにより、アノード側金属セパレータ３４及びカソード側金属セパレータ４０は、積層方向に交差する方向に位置ずれが惹起することを有効に抑制される。
【００６６】
さらにまた、発電ユニット１２ｂでは、第２シール部材９２は、積層方向に延在する板状被覆部９２ｇ１、９２ｇ２を一体成形している。そして、互いに隣接する板状被覆部９２ｅ１と板状被覆部９２ｇ２とは、セパレータ面方向に沿って重なり部位Ｓ１を有する。一方、互いに隣接する板状被覆部９２ｅ２と板状被覆部９２ｇ１とは、セパレータ面方向に沿って重なり部位Ｓ２を有している。これにより、互いに隣接する発電ユニット１２ａ、１２ｂ、相互の位置ずれを良好に抑制することができるという利点が得られる。
【００６７】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部断面説明図である。
【００６８】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック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。
【００６９】
燃料電池スタック１００では、発電ユニット１２ａを構成する中間金属セパレータ３８に第２シール部材９２が一体成形されるとともに、前記第２シール部材９２には、セパレータ面方向外方に突出して板状突起部９２ｄが一体成形される。板状突起部９２ｄの先端には、板状被覆部９２ｅ１と平行して積層方向に延在する板状被覆部９２ｈが一体成形される。板状被覆部９２ｅ１、９２ｈ間には、発電ユニット１２ｂ側の第２シール部材９２に一体成形されている板状被覆部９２ｇ２が配置される。
【００７０】
このように構成される第２の実施形態では、発電ユニット１２ａ側に設けられている第２シール部材９２の積層方向に延在する一対の板状被覆部９２ｅ１、９２ｈ間に、発電ユニット１２ｂ側に設けられている第２シール部材９２の板状被覆部９２ｇ２が、積層方向に突出して配置されている。従って、発電ユニット１２ｂを構成する中間金属セパレータ３８がセパレータ面方向に飛び出すことを確実に阻止することが可能になる。
【００７１】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の一部省略断面説明図である。
【００７２】
燃料電池スタック１１０では、発電ユニット１２ａを構成する中間金属セパレータ３８に設けられる第２シール部材９２は、板状突起部９２ｄを設けることがなく、積層方向に延在する板状被覆部９２ｅ１、９２ｅ２を一体に有する。発電ユニット１２ｂを構成する中間金属セパレータ３８では、第２シール部材９２は、板状突起部９２ｆを有するとともに、板状被覆部９２ｇ１、９２ｇ２を設けていない。
【００７３】
このように構成される第３の実施形態では、発電ユニット１２ａ側の第２シール部材９２及び発電ユニット１２ｂ側の第２シール部材９２は、第１及び第２の実施形態に比べて構成が簡素化しており、経済的に製造することができるという利点がある。
【００７４】
なお、第１〜第３の実施形態では、発電ユニット１２ａ、１２ｂが、３枚以上のセパレータと２枚以上のＭＥＡとからなる、所謂、間引き冷却構造の燃料電池を用いているが、これに限定されるものではない。すなわち、２枚のセパレータ間に１枚のＭＥＡを挟持する発電ユニット（燃料電池）を複数積層するとともに、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される各セル冷却型の燃料電池を採用しても、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１００、１１０…燃料電池スタック
１２ａ、１２ｂ…発電ユニット        １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート  １８ａ、１８ｂ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート      ３４、４０…金属セパレータ
３４ｍｅ、３８ｍｅ、４０ｍｅ…金属外周端部
３６ａ、３６ｂ…電解質膜・電極構造体
３８…中間金属セパレータ            ４２…固体高分子電解質膜
４４…アノード電極                  ４６…カソード電極
５０ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ５０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
５２ａ…燃料ガス入口連通孔          ５２ｂ…燃料ガス出口連通孔
５４ａ…冷却媒体入口連通孔          ５４ｂ…冷却媒体出口連通孔
５６、７２…燃料ガス流路            ６４…冷却媒体流路
６６、７８…酸化剤ガス流路          ９０、９２、９４…シール部材
９２ｄ、９２ｆ…板状突起部
９２ｅ１、９２ｅ２、９２ｇ１、９２ｇ２、９２ｈ…板状被覆部
【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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