(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、シール部材をセパレータに強固に保持するとともに、電解質膜・電極構造体の位置決め精度を向上させることを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する第２金属セパレータ１８には、第２シール部材６８が一体化される。第２シール部材６８は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間に位置し、第２金属セパレータ１８の長辺方向内方に突出する下側突出端部６８ｂｅ２を有する。下側突出端部６８ｂｅ２には、第１電解質膜・電極構造体の外周端部に当接して前記第１電解質膜・電極構造体を位置決めする樹脂部材８０ｂが設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータは、長方形状を有し、シール部材が一体成形される燃料電池であって、
前記セパレータの短辺側には、一対の反応ガス連通孔が該セパレータの積層方向に貫通して形成され、
前記シール部材は、前記一対の反応ガス連通孔の間に位置し、前記セパレータの長辺方向内方に突出する突出端部を有するとともに、
前記突出端部には、前記電解質膜・電極構造体の外周端部に当接して該電解質膜・電極構造体を位置決めする樹脂部材が設けら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、前記セパレータは、前記長辺方向が重力方向に向かう立位姿勢で積層され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、前記樹脂部材は、前記突出端部に密着して設置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記樹脂部材の幅寸法は、前記突出端部と同一の幅寸法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、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され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の両側に、それぞれ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、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池では、車載用として使用される際に、通常、数十〜数百の単位セルが積層されて燃料電池スタックを構成している。
【０００３】
この場合、各燃料電池では、セパレータと電解質膜・電極構造体とを正確に位置決めする必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の製造方法が知られている。
【０００４】
この製造方法は、一主面に第１のガス流路が形成されるとともに、前記第１のガス流路を囲むようにリング状の第１のガスケットが設けられた第１のセパレータの前記一主面の前記第１のガスケットの内側領域に、高分子電解質膜と該高分子電解質膜を挟んで形成された第１及び第２の電極とを有する膜／電極接合体の前記第１の電極が位置するように、前記膜／電極接合体を配置する第１工程と、一主面に第２のガス流路が形成されるとともに、前記第２のガス流路を囲むようにリング状の第２のガスケットが設けられた第２のセパレータを、前記第２のセパレータの前記一主面の前記第２のガスケットの内側領域に前記膜／電極接合体の前記第２の電極が位置するように、前記膜／電極接合体が配置された前記第１のセパレータ上に設置することにより、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間に前記膜／電極接合体が挟持されたセルを作製する第２工程と、  作製された前記セルを複数積層してセルスタックを作製する第３工程とを有し、前記第１工程を行う際に前記第１のガスケットに対して前記第１の電極を位置決めするための弾性変形可能な第１の突出部が、前記第１のガスケットにその内側に向けて突出して設けられており、前記第１工程において、前記第１の突出部が前記第１の電極に押圧されて圧縮変形しながら前記第１の電極が前記第１のガスケットの内側に嵌め込まれることにより、前記第１の電極が前記第１のガスケットの内側領域に配置されることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２４１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、第１のガスケット及び第１の突出部は、弾性変形可能なシール材、例えば、フッ素ゴムやシリコーンゴム等のゴムシールが使用されている。
【０００７】
ところで、燃料電池では、セパレータとして、カーボンセパレータの他に金属セパレータが使用される場合がある。この種の金属セパレータとしては、薄板金属プレートに、上記のゴムシールが一体化されたシール一体型金属セパレータが用いられている。
【０００８】
しかしながら、燃料電池の発電時間が長くなるのに従って、ゴムシールに剥離が発生し易くなる。このため、金属セパレータの金属表面とゴムシールとの間に水等が進入してブリスター（水ぶくれ）が形成されることがある。従って、位置決め部位に剥離が惹起されるおそれがあり、電解質膜・電極構造体に位置ずれが発生するという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、シール部材をセパレータに強固に保持するとともに、電解質膜・電極構造体の位置決め精度を向上させることが可能な燃料電池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】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータは、長方形状を有し、シール部材が一体成形される燃料電池に関するものである。
【００１１】
この燃料電池では、セパレータの短辺側には、一対の反応ガス連通孔が前記セパレータの積層方向に貫通して形成されている。そして、シール部材は、一対の反応ガス連通孔の間に位置し、セパレータの長辺方向内方に突出する突出端部を有している。この突出端部には、電解質膜・電極構造体の外周端部に当接して前記電解質膜・電極構造体を位置決めする樹脂部材が設けられている。
【００１２】
また、この燃料電池では、セパレータは、長辺方向が重力方向に向かう立位姿勢で積層されることが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池では、樹脂部材は、突出端部に密着して設置されることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この燃料電池では、樹脂部材の幅寸法は、突出端部と同一の幅寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シール部材に設けられる突出端部には、電解質膜・電極構造体に当接して前記電解質膜・電極構造体を位置決めする樹脂部材が設けられている。このため、特に剥がれ易いシール部材の突出端部は、セパレータから剥離することを、樹脂部材を介して確実に阻止することができる。しかも、電解質膜・電極構造体は、シール部材に比べて変形し難い樹脂部材により位置決めされている。
【００１６】
従って、簡単且つ経済的な構成で、シール部材をセパレータに強固に保持するとともに、電解質膜・電極構造体の位置決め精度を有効に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解概略斜視図である。
【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２金属セパレータの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第３金属セパレータの正面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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（発電セル）１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。
【００１９】
セルユニット１２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。
【００２０】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、長方形状を有し、長辺方向が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かう立位姿勢で積層される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０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金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、水平断面凹凸形状を有する。
【００２１】
第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂ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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード電極２４及びカソード電極２６とを備える。
【００２２】
アノード電極２４は、固体高分子電解質膜２２及びカソード電極２６よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、アノード電極２４とカソード電極２６とは、同一の平面寸法を有してもよく、また、前記アノード電極２４は、前記カソード電極２６よりも大きな平面寸法を有してもよい。
【００２３】
図１に示すように、固体高分子電解質膜２２及びカソード電極２６は、それぞれ矢印Ｃ方向両端部に、すなわち、上下両短辺に、長辺方向内方に切り欠いて上側凹部底面２８ａと下側凹部底面２８ｂとを設ける。
【００２４】
アノード電極２４及びカソード電極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２２の両面に形成される。
【００２５】
セルユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、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（空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス（水素ガス等）を供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。
【００２６】
セルユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、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が設けられる。
【００２７】
セルユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、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冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記セルユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００２８】
第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口（上端部）及び出口（下端部）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３８ａ及び出口バッファ部３８ｂが設けられる。
【００２９】
なお、第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向にジグザグ状に延在する複数の鋸歯状流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する第１酸化剤ガス流路５０、第２燃料ガス流路５８、第２酸化剤ガス流路６２、及び第２の実施形態でも同様である。
【００３０】
入口バッファ部３８ａ及び出口バッファ部３８ｂは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１燃料ガス流路３６の幅方向に燃料ガスを均一に分配する機能、及び前記第１燃料ガス流路３６の幅方向に流通する前記燃料ガスを燃料ガス出口連通孔３２ｂに均一に集合させる機能を有する。
【００３１】
第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。冷却媒体流路４４の一部は、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である。
【００３２】
燃料ガス入口連通孔３２ａの近傍には、複数の外側供給孔部４６ａと複数の内側供給孔部４６ｂとが形成される。燃料ガス出口連通孔３２ｂの近傍には、複数の外側排出孔部４８ａと複数の内側排出孔部４８ｂとが形成される。
【００３３】
第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口（上端部）及び出口（下端部）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５２ａ及び出口バッファ部５２ｂが設けられる。
【００３４】
図１及び図３に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａの近傍には、複数の供給孔部５６ａが形成される一方、燃料ガス出口連通孔３２ｂの近傍には、複数の排出孔部５６ｂが形成される。
【００３５】
図１に示すように、第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２燃料ガス流路５８の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。
【００３６】
図４に示すように、第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６２が形成される。第２酸化剤ガス流路６２は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路６２の入口（上端部）及び出口（下端部）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６４ａ及び出口バッファ部６４ｂが設けられる。
【００３７】
第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６２の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。
【００３８】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の上部短辺側には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス入口連通孔３２ａとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置して、樹脂ノック部材６５ａが設けられる。樹脂ノック部材６５ａには、図示しないノックピンが挿入されるノック孔６５ａｆが貫通形成される。
【００３９】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の下部短辺側には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置して、樹脂ノック部材６５ｂが設けられる。樹脂ノック部材６５ｂには、図示しないノックピンが挿入されるノック孔６５ｂｆが貫通形成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０のノック孔６５ａｆ、６５ｂｆに挿入されるノックピンにより、これら３枚のセパレータの位置決めがなされる。
【００４０】
図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材６６が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材６８が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７０が一体成形される。
【００４１】
第１シール部材６６、第２シール部材６８及び第３シール部材７０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。
【００４２】
図１に示すように、第１シール部材６６は、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂに面方向に沿って平坦状に延在する平坦シール部６６ａと、前記平坦シール部６６ａから積層方向に突出する凸状シール部６６ｂとを有する。
【００４３】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ側には、燃料ガス入口連通孔３２ａと各外側供給孔部４６ａとを連通する複数の通路７２ａが設けられる。面１４ｂ側には、外側供給孔部４６ａと内側供給孔部４６ｂとを連通する複数の通路７２ｂが形成される。面１４ａ側には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと各外側排出孔部４８ａとを連通する複数の通路７２ｃが形成される。面１４ｂ側には、外側排出孔部４８ａと内側排出孔部４８ｂとを連通する複数の通路７２ｄが形成される。通路７２ａ〜７２ｄは、第１シール部材６６を凹凸状に形成することにより設けられる。
【００４４】
第２シール部材６８は、第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂに面方向に沿って平坦状に延在する平坦シール部６８ａと、前記平坦シール部６８ａから積層方向に突出する凸状シール部６８ｂとを有する。
【００４５】
図３に示すように、第２金属セパレータ１８の第２シール部材６８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１酸化剤ガス流路５０とを連通する複数の入口連結流路７４ａを形成する。第２シール部材６８は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第１酸化剤ガス流路５０とを連通する複数の出口連結流路７４ｂを形成する。
【００４６】
第２シール部材６８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと供給孔部５６ａとを連通する複数の通路７６ａを形成するとともに、燃料ガス出口連通孔３２ｂと排出孔部５６ｂとを連通する複数の通路７６ｂを形成する。
【００４７】
第２金属セパレータ１８の面１８ａにおいて、第２シール部材６８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス入口連通孔３２ａとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置し、前記第２金属セパレータ１８の長辺方向内方に突出する上側突出端部６８ｂｅ１を有する。上側突出端部６８ｂｅ１は、凸状シール部６８ｂの先端部（高さが小さくなる部位）に設けられるとともに、前記上側突出端部６８ｂｅ１には、矢印Ｂ方向略中央部に樹脂部材８０ａが設けられる。
【００４８】
樹脂部材８０ａは、例えば、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）等により構成され、四角柱形状を有する。樹脂部材８０ａは、上側突出端部６８ｂｅ１に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８０ａの幅寸法Ｈ１は、前記上側突出端部６８ｂｅ１と同一の幅寸法Ｈ１に設定される。樹脂部材８０ａには、第１電解質膜・電極構造体１６ａの上側凹部底面２８ａが当接して前記第１電解質膜・電極構造体１６ａを位置決めする。
【００４９】
第２シール部材６８は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置し、第２金属セパレータ１８の長辺方向内方に突出する下側突出端部６８ｂｅ２を有する。下側突出端部６８ｂｅ２は、凸状シール部６８ｂの先端部（高さが小さくなる部位）に設けられるとともに、前記下側突出端部６８ｂｅ２には、矢印Ｂ方向略中央部に樹脂部材８０ｂが設けられる。
【００５０】
樹脂部材８０ｂは、上記の樹脂部材８０ａと同様に構成される。樹脂部材８０ｂは、下側突出端部６８ｂｅ２に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８０ｂの幅寸法Ｈ２は、前記下側突出端部６８ｂｅ２と同一の幅寸法Ｈ２に設定される。樹脂部材８０ｂには、第１電解質膜・電極構造体１６ａの下側凹部底面２８ｂが当接して前記第１電解質膜・電極構造体１６ａを位置決めする。樹脂部材８０ａ、８０ｂは、第１金属セパレータ１４の第１シール部材６６との間に隙間を有する（図２参照）。
【００５１】
第１電解質膜・電極構造体１６ａは、上下に設けられている上側凹部底面２８ａ及び下側凹部底面２８ｂが樹脂部材８０ａ、８０ｂに当接して位置決めされる。第１電解質膜・電極構造体１６ａは、さらに長辺側である両側部が、第２シール部材６８を構成し、矢印Ｃ方向に延在する凸状部（図示せず）や前記第２シール部材６８に設けられる樹脂部材（図示せず）に当接して位置決めされることが好ましい。なお、以下に説明する第２電解質膜・電極構造体１６ｂでも、同様である。
【００５２】
図４に示すように、第３シール部材７０は、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂに面方向に沿って平坦状に延在する平坦シール部７０ａと、前記平坦シール部７０ａから積層方向に突出する凸状シール部７０ｂとを有する。
【００５３】
第３金属セパレータ２０の第３シール部材７０は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２酸化剤ガス流路６２とを連通する複数の入口連結流路８２ａを形成する。第３シール部材７０は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第２酸化剤ガス流路６２とを連通する複数の出口連結流路８２ｂを形成する。
【００５４】
第３金属セパレータ２０の面２０ａにおいて、第３シール部材７０は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス入口連通孔３２ａとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置し、前記第３金属セパレータ２０の長辺方向内方に突出する上側突出端部７０ｂｅ１を有する。上側突出端部７０ｂｅ１は、凸状シール部７０ｂの先端部（高さが小さくなる部位）に設けられるとともに、前記上側突出端部７０ｂｅ１には、矢印Ｂ方向略中央部に樹脂部材８４ａが設けられる。
【００５５】
樹脂部材８４ａは、上記の樹脂部材８０ａと同様に構成される。樹脂部材８４ａは、上側突出端部７０ｂｅ１に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８４ａの幅寸法Ｈ３は、前記上側突出端部７０ｂｅ１と同一の幅寸法Ｈ３に設定される。樹脂部材８４ａには、第２電解質膜・電極構造体１６ｂの上側凹部底面２８ａが当接して前記第２電解質膜・電極構造体１６ｂを位置決めする。
【００５６】
第３シール部材７０は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間（一対の反応ガス連通孔の間）に位置し、第３金属セパレータ２０の長辺方向内方に突出する下側突出端部７０ｂｅ２を有する。下側突出端部７０ｂｅ２は、凸状シール部７０ｂの先端部（高さが小さくなる部位）に設けられるとともに、前記下側突出端部７０ｂｅ２には、矢印Ｂ方向略中央部に樹脂部材８４ｂが設けられる。
【００５７】
樹脂部材８４ｂは、上記の樹脂部材８０ａと同様に構成される。樹脂部材８４ｂは、下側突出端部７０ｂｅ２に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８４ｂの幅寸法Ｈ４は、前記下側突出端部７０ｂｅ２と同一の幅寸法Ｈ４に設定される。樹脂部材８４ｂには、第２電解質膜・電極構造体１６ｂの下側凹部底面２８ｂが当接して前記第２電解質膜・電極構造体１６ｂを位置決めする。樹脂部材８４ａ、８４ｂは、第２金属セパレータ１８の第２シール部材６８との間に隙間を有する（図２参照）。
【００５８】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００５９】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ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３２ａに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３４ａ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。
【００６０】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６２に導入される。
【００６１】
第２金属セパレータ１８では、図３に示すように、酸化剤ガスは、入口連結流路７４ａから入口バッファ部５２ａを通って第１酸化剤ガス流路５０に導入される。第３金属セパレータ２０では、図４に示すように、酸化剤ガスは、入口連結流路８２ａから入口バッファ部６４ａを通って第２酸化剤ガス流路６２に導入される。
【００６２】
従って、酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０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１６ａのカソード電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６２に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給される（図１参照）。
【００６３】
一方、燃料ガスは、図１及び図３に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１８との間に形成された通路７２ａ、７６ａに導入される。通路７２ａに導入された燃料ガスは、外側供給孔部４６ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、通路７２ｂを通って内側供給孔部４６ｂから面１４ａ側に導入される。
【００６４】
このため、燃料ガスは、第１燃料ガス流路３６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１６ａのアノード電極２４に供給される（図１参照）。
【００６５】
また、通路７６ａに導入された燃料ガスは、供給孔部５６ａを通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。これにより、燃料ガスは、面１８ｂ側で第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給される（図１参照）。
【００６６】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４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。
【００６７】
次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図３に示すように、第１酸化剤ガス流路５０から出口バッファ部５２ｂに送られる。酸化剤ガスは、出口連結流路７４ｂから酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００６８】
一方、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図４に示すように、第２酸化剤ガス流路６２から出口バッファ部６４ｂに送られる。酸化剤ガスは、出口連結流路８２ｂから酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００６９】
第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、図１に示すように、内側排出孔部４８ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部４８ａに導入され、再度、面１４ａ側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部４８ａから通路７２ｃを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００７０】
また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５６ｂを通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、図３に示すように、通路７６ｂを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００７１】
一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１金属セパレータ１４と第３金属セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【００７２】
この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、第２シール部材６８は、上下に上側突出端部６８ｂｅ１及び下側突出端部６８ｂｅ２が設けられるとともに、前記上側突出端部６８ｂｅ１及び前記下側突出端部６８ｂｅ２には、樹脂部材８０ａ、８０ｂが設けられている。そして、第１電解質膜・電極構造体１６ａは、上下に設けられている上側凹部底面２８ａ及び下側凹部底面２８ｂが樹脂部材８０ａ、８０ｂに当接して位置決めされている（図２参照）。
【００７３】
このため、特に重力方向下方に配置され、水が進入して剥がれ易い第２シール部材６８の先端部である下側突出端部６８ｂｅ２は、樹脂部材８０ｂを介して第２金属セパレータ１８から剥離することを確実に阻止することができる。
【００７４】
さらに、樹脂部材８０ａは、上側突出端部６８ｂｅ１に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８０ａの幅寸法Ｈ１は、前記上側突出端部６８ｂｅ１と同一の幅寸法Ｈ１に設定されている。同様に、樹脂部材８０ｂは、下側突出端部６８ｂｅ２に隙間なく密着するとともに、前記樹脂部材８０ｂの幅寸法Ｈ２は、前記下側突出端部６８ｂｅ２と同一の幅寸法Ｈ２に設定されている。
【００７５】
従って、簡単且つ経済的な構成で、第２シール部材６８を第２金属セパレータ１８に強固且つ確実に保持することが可能になるという効果が得られる。しかも、第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２シール部材６８に比べて変形し難い樹脂部材８０ａ、８０ｂにより位置決めされている。これにより、第１電解質膜・電極構造体１６ａの位置決め精度を有効に向上させることができる。
【００７６】
なお、第３金属セパレータ２０では、上記の第２金属セパレータ１８と同様に構成されており、同様の効果を得ることが可能になる。
【００７７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００の要部断面説明図である。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。
【００７８】
燃料電池１００は、複数のセルユニット（発電セル）１０２を水平方向又は重力方向に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。
【００７９】
セルユニット１０２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１０４、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ１０６を設ける。
【００８０】
第２金属セパレータ１０４の第２シール部材６８は、下側突出端部６８ｂｅ２に樹脂部材１０８が設けられる。樹脂部材１０８は、断面略Ｌ字状を有し、下側突出端部６８ｂｅ２の先端から段差なく連続している。第３金属セパレータ１０６の第３シール部材７０は、下側突出端部７０ｂｅ２に樹脂部材１１０が設けられる。樹脂部材１１０は、断面略Ｌ字状を有し、下側突出端部７０ｂｅ２の先端から段差なく連続している。なお、図示しないが、上側突出端部６８ｂｅ１、７０ｂｅ１にも、同様に樹脂部材が設けられる。
【００８１】
このように構成される第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、樹脂部材１０８、１１０は、断面略Ｌ字状を有している。このため、第２シール部材６８及び第３シール部材７０の成形時に、ゴムがはみ出すことを防止するとともに、過圧縮した場合のシール側面当てとして機能することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０、１００…燃料電池            １２、１０２…セルユニット
１４、１８、２０、１０４、１０６…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜          ２４…アノード電極
２６…カソード電極                ２８ａ…上側凹部底面
２８ｂ…下側凹部底面              ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔      ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔        ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔        ３６、５８…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路                ５０、６２…酸化剤ガス流路
６６、６８、７０…シール部材
６８ｂｅ１、７０ｂｅ１…上側突出端部
６８ｂｅ２、７０ｂｅ２…下側突出端部
７４ａ、８２ａ…入口連結流路      ７４ｂ、８２ｂ…出口連結流路
８０ａ、８０ｂ、８４ａ、８４ｂ、１０８、１１０…樹脂部材
【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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