(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池全体の小型化を図ることを可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と、アノード側複合セパレータ１４及びカソード側複合セパレータ１６とを備える。アノード側複合セパレータ１４を構成する第１樹脂枠部材５０の両面には、第１及び第２導電体５２、５４が設けられるとともに、カソード側複合セパレータ１６を構成する第２樹脂枠部材５９には、第３導電体６０が設けられる。第１及び第３導電体５２、６０は、電解質膜・電極構造体１２を構成する樹脂枠３４に接触し、発熱することによって溶着するとともに、所望のシールラインが形成される。【選択図】図１
2006210060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池であって、
前記セパレータは、導電性の電極反応部と、
前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の第１外周部と、
を備えるとともに、
前記電解質・電極構造体は、前記電極の周囲を覆って樹脂製の第２外周部を設け、
前記第１外周部と前記第２外周部との間に介装される発熱体を介して、前記第１外周部と前記第２外周部とを溶融により一体化することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池であって、
前記セパレータは、導電性の電極反応部と、
前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の外周部と、
を備えるとともに、
前記電解質・電極構造体を挟んで対向する一対のセパレータは、それぞれの外周部の間に介装される発熱体を介して、前記外周部同士を溶融により一体化す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、前記セパレータは、前記電極の面方向に沿って所望の反応ガスを供給する反応ガス流路と、
積層方向に貫通して前記反応ガスを通流させる反応ガス連通孔と、
を設け、
前記発熱体は、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結するシールラインを形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、互いに重なり合う２つのセパレータ間には、前記電極の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路と、
積層方向に貫通して前記冷却媒体を通流させる冷却媒体連通孔と、
が設けられるとともに、
前記２つのセパレータ間に介装される発熱体を介して、前記冷却媒体流路と前記冷却媒体連通孔とを連結するシールラインを形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、
一方のセパレータの電極反応部に一部を接触させて前記一方のセパレータと電気的に接続されることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、
前記電解質・電極構造体に一部を接触させて前記電解質・電極構造体と電気的に接続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、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層す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電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備えている。通常、単位セルが複数積層されることにより燃料電池が構成されている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する流体供給連通孔及び流体排出連通孔が燃料電池内部に設けられた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、流体である燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの流体供給連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流体排出連通孔に排出されている。
【０００６】
このため、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体が混在したり、漏洩したりすることを阻止する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている単電池は、図１８に示すように、電解質膜１と、この電解質膜１の外延部を支持する一対のフレーム２と、前記電解質膜１を両側から挟持する２つの電極３と、前記電極３を挟持するとともに、各電極３との間に反応ガス流路を形成する２つの集電極４と、両集電極４の外側に配置されるセパレータ５と、前記セパレータ５と前記フレーム２との間に介装されるシール部材６とを備えている。
【０００７】
一対のフレーム２は、樹脂により形成されており、各フレーム２から互いに近接する方向に突出する突出部２ａ、２ａが溶着される一方、突出部２ｂ、２ｂが電解質膜１に溶着されることにより一体化されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２３５３１４号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、燃料電池では、スタック全体の小型化を図るため、単電池（単位セル）の厚さを相当に薄肉化することが望まれている。従って、フレーム２と共にシール部材６自体を薄肉化する必要があり、前記シール部材６の寸法公差が高精度に要求される。これにより、シール部材６の製造コストが高騰するとともに、薄肉状の前記シール部材６の取り扱い作業性が著しく低下し、燃料電池の組立作業が煩雑化するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池全体の小型化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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池である。セパレータは、導電性の電極反応部と、前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の第１外周部とを備えるとともに、電解質・電極構造体は、電極の周囲を覆って樹脂製の第２外周部を設けている。そして、第１外周部と第２外周部との間に介装される発熱体を介して、前記第１外周部と前記第２外周部とが溶融により一体化されている。
【００１２】
また、本発明の燃料電池では、セパレータは、導電性の電極反応部と、前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の外周部とを備えるとともに、電解質・電極構造体を挟んで対向する一対のセパレータは、それぞれの外周部の間に介装される発熱体を介して、前記外周部同士が溶融により一体化されている。
【００１３】
さらに、セパレータは、電極の面方向に沿って所望の反応ガスを供給する反応ガス流路と、積層方向に貫通して前記反応ガスを通流させる反応ガス連通孔とを設け、発熱体は、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結するシールラインを形成することが好ましい。第１外周部材と第２外周部との間、又は外周部同士の間には、所望の気密性を有するシールラインが容易且つ確実に形成されるからである。
【００１４】
さらにまた、互いに重なり合う２つのセパレータ間には、電極の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路と、積層方向に貫通して前記冷却媒体を通流させる冷却媒体連通孔とが設けられるとともに、前記２つのセパレータ間に介装される発熱体を介して、前記冷却媒体流路と前記冷却媒体連通孔とを連結するシールラインが形成されることが好ましい。２つのセパレータ間には、所望の液密性を有するシールラインが容易且つ確実に形成されるからである。
【００１５】
また、発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、一方のセパレータの電極反応部に一部を接触させて前記一方のセパレータと電気的に接続されることが好ましく、さらに、前記発熱体は、電解質・電極構造体に一部を接触させて前記電解質・電極構造体と電気的に接続されることが好ましい。発熱体は、セル運転時の電圧を監視するためのセル電圧端子として利用することが可能になるからである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、セパレータの外周部と電解質・電極構造体の外周部、又は、一対のセパレータの外周部同士が、発熱体を介して溶融されることにより一体化される。このため、発熱体の形状を選択するだけで、所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池全体の小型化を図ることが可能になる。しかも、燃料電池が溶着により一体化されるため、前記燃料電池の取り扱い作業性が有効に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池１０が積層された状態の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２をアノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とで挟持して構成される。アノード側複合セパレータ１４及びカソード側複合セパレータ１６は、導電性の電極反応部と、後述する樹脂製の第１外周部（第１樹脂枠部材５０及び第２樹脂枠部材５９）との複合体で構成される。この導電性の電極反応部として、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が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、カーボン材等、種々の導電性材料が使用可能である。
【００１９】
燃料電池１０の長辺方向（図１中、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、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１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２０ｂとが設けられる。
【００２０】
燃料電池１０の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２０ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとが設けられる。
【００２１】
燃料電池１０の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、２２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、２２ｂが設けられる。
【００２２】
電解質膜・電極構造体１２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２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するアノード側電極２６及びカソード側電極２８とを備える。
【００２３】
図２に示すように、アノード側電極２６及びカソード側電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層３０ａ、３０ｂ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３０ａ、３０ｂの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層３２ａ、３２ｂとを有する。電極触媒層３２ａ、３２ｂは、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００２４】
カソード側電極２８の外周部には、図１及び図２に示すように、樹脂枠（樹脂製の第２外周部）３４が設けられる。この樹脂枠３４は、熱可塑性樹脂（エラストマと含む）で構成されており、ガス拡散層３０ｂの先端部分に含浸部位３４ａが設けられる（図２参照）。樹脂枠３４は、接着部位３６を介して固体高分子電解質膜２４に接着される。
【００２５】
図３に示すように、アノード側複合セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとに連通する燃料ガス流路４０が形成される。この燃料ガス流路４０は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部により構成される。
【００２６】
図１に示すように、アノード側複合セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路４２が形成される。この冷却媒体流路４２は、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部により構成される。
【００２７】
カソード側複合セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路４４が設けられる。この酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する。
【００２８】
図１〜図４に示すように、アノード側複合セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、導電性の電極反応部である燃料ガス流路４０の周囲を覆って、第１樹脂枠部材（樹脂製の第１外周部）５０が射出成形等により一体化される。第１樹脂枠部材５０としては、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテル−テルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＬＣＰ（液晶プラスチック）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）とＰＳ（ポリスチレン）のアロイ等が用いられる。
【００２９】
図２に示すように、第１樹脂枠部材５０の両面には、第１及び第２導電体（発熱体）５２、５４がアノード側複合セパレータ１４の成形時に一体的に設けられる。第１及び第２導電体５２、５４は、例えば、銅箔をスクリーン印刷することにより設けられる。
【００３０】
図３に示すように、第１導電体５２は、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとを燃料ガス流路４０に連結するシールラインを形成する。この第１導電体５２には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとの間、及び燃料ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとの間に位置し、アノード側複合セパレータ１４の矢印Ｂ方向両端部に延在する通電部５６ａ、５６ｂが一体的に設けられる。
【００３１】
図１に示すように、第２導電体５４は、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとを冷却媒体流路４２に連結するシールラインを形成する。この第２導電体５４には、第１導電体５２と同様に、アノード側複合セパレータ１４の矢印Ｂ方向両端部に延在する通電部５８ａ、５８ｂが一体的に設けられる。
【００３２】
図１に示すように、カソード側複合セパレータ１６の面１６ａには、導電性の電極反応部である酸化剤ガス流路４４の周囲を覆って、第２樹脂枠部材（樹脂製の第１外周部）５９が一体化される。第２樹脂枠部材５９には、第３導電体（発熱体）６０が一体成形される。この第３導電体６０は、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとを酸化剤ガス流路４４に連結するシールラインを形成する。
【００３３】
第３導電体６０には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとの間、及び燃料ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとの間に位置し、カソード側複合セパレータ１６の矢印Ｂ方向両端部に延在する通電部６２ａ、６２ｂが一体的に設けられる。この通電部６２ｂには、酸化剤ガス流路４４側に突出して導通部６４が一体成形される。
【００３４】
図４に示すように、カソード側複合セパレータ１６が電解質膜・電極構造体１２に積層される際、導通部６４は、前記電解質膜・電極構造体１２を構成するカソード側電極２８に、より具体的には、ガス拡散層３０ｂに直接接触している。すなわち、通電部６２ｂは、カソード側電極２８に一部を接触させて電気的に接続されることにより、後述するように、セル電圧端子を構成する。
【００３５】
なお、第１〜第３導電体５２、５４及び６０は、銅箔をスクリーン印刷することにより設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、銅をスパッタリングして薄層６６ａを形成することにより第１〜第３導電体５２、５４及び６０を構成してもよい。図６に示すように、複数本の銅製細線６６ｂによって第１〜第３導電体５２、５４及び６０を構成してもよく、さらに、図７に示すように、カーボン製フェルト材６６ｃによって前記第１〜第３導電体５２、５４及び６０を構成してもよい。
【００３６】
次に、このように構成される燃料電池１０を組み立てる作業について、説明する。
【００３７】
先ず、電解質膜・電極構造体１２を挟んで、アノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とが配設されることにより、燃料電池１０が積層される。この燃料電池１０は、複数積層されてユニット７０が得られ、このユニット７０は、例えば、図８に示す加熱装置８０に配置される。加熱装置８０は、電源部８２を備えており、この電源部８２の一方のケーブル８４ａが、各燃料電池１０の通電部５６ａ、５８ａ及び６２ａに接続されるとともに、他方のケーブル８４ｂが、前記燃料電池１０の通電部５６ｂ、５８ｂ及び６２ｂに接続される。
【００３８】
そこで、ユニット７０には、積層方向（矢印方向）に所定の面圧が付与されるとともに、電源部８２が駆動されて第１〜第３導電体５２、５４及び６０に通電される。このため、第１〜第３導電体５２、５４及び６０は、通電によって発熱する。
【００３９】
第１導電体５２は、電解質膜・電極構造体１２を構成する樹脂枠３４に接触しており、この樹脂枠３４及び第１樹脂枠部材５０が前記第１導電体５２に沿って溶融する。さらに、通電が停止されることによって、第１導電体５２を覆って樹脂枠３４及び第１樹脂枠部材５０が溶着し、電解質膜・電極構造体１２とアノード側複合セパレータ１４の面１４ａとが密着する。その際、樹脂枠３４と第１樹脂枠部材５０との間には、第１導電体５２の形状に沿って燃料ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂと燃料ガス流路４０とを連結するシールラインが形成される。
【００４０】
一方、第３導電体６０は、電解質膜・電極構造体１２を構成する樹脂枠３４の他方の面に接触している。従って、第３導電体６０が発熱することによって、樹脂枠３４及び第２樹脂枠部材５９は、前記第３導電体６０の形状に沿って溶融し、電解質膜・電極構造体１２とカソード側複合セパレータ１６の面１６ａとが溶着する。その際、樹脂枠３４と第２樹脂枠部材５９との間には、第３導電体６０の形状に沿って酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路４４とを連結するシールラインが形成される。
【００４１】
さらに、各燃料電池１０を構成するアノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とは、第２導電体５４が発熱することによって第１及び第２樹脂枠部材５０、５９が溶融して溶着される。このため、各燃料電池１０同士は、アノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とが溶着されて一体化されるとともに、これらの間には、第２導電体５４の形状に沿って冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂと冷却媒体流路４２とを連結するシールラインが形成される。
【００４２】
これにより、所定数の燃料電池１０が積層されたユニット７０は、加熱装置８０により互いに溶着して一体化される。従って、燃料電池１０の組み立て作業性が一挙に向上し、生産性が向上するとともに、前記燃料電池１０の取り扱い作業性が良好になるという効果がある。
【００４３】
なお、上記の加熱装置８０に代えて、例えば、図９に示す高周波誘導加熱装置９０を用いてもよい。この高周波誘導加熱装置９０は、コイル９２を備えており、前記コイル９２の内方にユニット７０が配置された状態で、前記コイル９２に高周波電流が供給される。このため、第１〜第３導電体５２、５４及び６０が高周波誘導加熱され、上記の加熱装置８０と同様に、各燃料電池１０及び前記燃料電池１０同士が溶着されて一体化される。
【００４４】
次に、上記の燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４５】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ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２０ａ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２２ａ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。
【００４６】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａからカソード側複合セパレータ１６の酸化剤ガス流路４４に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極２８に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２０ａからアノード側複合セパレータ１４の燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２６に供給される。
【００４７】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極２８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３２ｂ、３２ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４８】
次いで、カソード側電極２８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１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極２６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２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４９】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、アノード側複合セパレータ１４の冷却媒体流路４２に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００５０】
この場合、第１の実施形態では、アノード側複合セパレータ１４を構成する第１樹脂枠部材５０の両面には、第１及び第２導電体５２、５４が設けられるとともに、カソード側複合セパレータ１６を構成する第２樹脂枠部材５９の一方の面には、第３導電体６０が設けられている。そして、電解質膜・電極構造体１２を挟んで、アノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とを積層した状態で、加熱装置８０又は高周波誘導加熱装置９０を介して第１〜第３導電体５２、５４及び６０が発熱される。
【００５１】
これによって、樹脂枠３４と第１及び第２樹脂枠部材５０、５９とは、第１〜第３導電体５２、５４及び６０の形状に沿って溶融されるため、電解質膜・電極構造体１２の両面には、アノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とが溶着して一体化される。しかも、第１導電体５２は、燃料ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂと燃料ガス流路４０とを連結するシールラインを形成する一方、第３導電体６０は、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路４４とを連通するシールラインを形成する。
【００５２】
従って、電解質膜・電極構造体１２とアノード側複合セパレータ１４及びカソード側複合セパレータ１６との間には、薄肉状のシール部材（例えば、ガスケット）を配設する必要がない。これにより、第１の実施形態では、簡単な作業で、燃料ガス及び酸化剤ガスの所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができるという効果が得られる。
【００５３】
さらに、複数の燃料電池１０を積層したユニット７０に対して、上記の溶融加熱処理が施される。このため、各燃料電池１０間、すなわち、アノード側複合セパレータ１４とカソード側複合セパレータ１６とは、第２導電体５４の発熱作用下に一体化されるとともに、これらの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂと冷却媒体流路４２とを連結するシールラインが形成される。
【００５４】
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池１０及び燃料電池スタック全体の小型化を容易に図ることが可能になる。
【００５５】
さらにまた、カソード側複合セパレータ１６では、第３導電体６０が導通部６４を備えている。この導通部６４は、図４に示すように、電解質膜・電極構造体１２を構成するカソード側電極２８に直接接触して前記カソード側電極２８に電気的に接続されている。従って、導通部６４に一体化される通電部６２ｂは、セル電圧端子として機能する。すなわち、通電部６２ｂには、図示しないセル電圧検出器が接続され、例えば、セル電圧モニタによって各燃料電池１０の電位を検出することができる。
【００５６】
なお、第１の実施形態では、アノード側複合セパレータ１４及びカソード側複合セパレータ１６を構成する金属プレート部分の外方に突出して第１及び第２樹脂枠部材５０、５９が成形されており、この第１及び第２樹脂枠部材５０、５９にのみ（金属プレート部分以外）酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ、燃料ガス入口連通孔２０ａ、燃料ガス出口連通孔２０ｂ、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂが形成されているが、これに限定されるものではない。
【００５７】
例えば、アノード側複合セパレータ１４及びカソード側複合セパレータ１６を構成する導電性プレート部分に酸化剤ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ、燃料ガス入口連通孔２０ａ、燃料ガス出口連通孔２０ｂ、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂが形成されるとともに、これらを囲繞して前記導電性プレート部分に第１及び第２樹脂枠部材５０、５９を成形してもよい。
【００５８】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００の要部分解斜視図であり、図１１は、前記燃料電池１００の一部拡大平面説明図である。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。また、以下に説明する第３〜第６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。
【００５９】
燃料電池１００は、電解質膜・電極構造体１０２をアノード側複合セパレータ１０４及びカソード側複合セパレータ１０６により挟持して構成される。アノード側複合セパレータ１０４では、第１導電体５２の通電部５６ａ、５６ｂと、第２導電体５４の導電部５８ａ、５８ｂとが、積層方向（矢印Ａ方向）に対して矢印Ｃ方向に離間して設けられる。カソード側複合セパレータ１０６では、第３導電体６０の通電部６２ａ、６２ｂが、積層方向に対して第１及び第２導電体５２、５４の通電部５６ａ、５８ａ間及び通電部５６ｂ、５８ｂ間に対応して設けられる。
【００６０】
カソード側複合セパレータ１０６の矢印Ｂ方向両端部には、第２導電体５４の通電部５８ａ、５８ｂの位置に対応して切り欠き部１０８ａ、１０８ｂが形成される。電解質膜・電極構造体１０２の矢印Ｂ方向両端部には、それぞれ通電部５６ａ、５８ａ及び６２ａと、通電部５６ｂ、５８ｂ及び６２ｂを外部に露呈させるための切り欠き部１１０ａ、１１０ｂが形成される。
【００６１】
このように構成される第２の実施形態では、複数の燃料電池１００が積層されてユニットが構成される際、第１及び第３導電体５２、６０の通電部５６ａ、６２ａ及び５６ｂ、６２ｂは、電解質膜・電極構造体１０２の切り欠き部１１０ａ、１１０ｂを介して前記電解質膜・電極構造体１０２の両側から外部に露呈する。さらに、第２導電体５４の通電部５８ａ、５８ｂは、切り欠き部１１０ａ、１１０ｂとカソード側複合セパレータ１０６の切り欠き部１０８ａ、１０８ｂとを介して外部に露呈する（図１１参照）。
【００６２】
これにより、通電部５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ及び６２ａ、６２ｂを介して、第１〜第３導電体５２、５４及び６０に対する通電処理が、一層容易且つ確実に遂行されるという効果が得られる。
【００６３】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１２０が積層された状態の要部拡大断面図である。
【００６４】
燃料電池１２０は、電解質膜・電極構造体１２２を挟持するアノード側複合セパレータ１２４と、カソード側複合セパレータ１６とを備える。電解質膜・電極構造体１２２は、アノード側電極２６の表面積がカソード側電極２８の表面積よりも小さく設定されるとともに、前記アノード側電極２６の外周部及び前記カソード側電極２８の外周部にそれぞれ樹脂枠１２６ａ、１２６ｂを設ける。樹脂枠１２６ａ、１２６ｂは、接着部位３６ａ、３６ｂを介して固体高分子電解質膜２４の両面に接着される。
【００６５】
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１３０が積層された状態の要部拡大断面図である。
【００６６】
燃料電池１３０は、電解質膜・電極構造体１３２を挟持するアノード側複合セパレータ１３４及びカソード側複合セパレータ１６を備える。電解質膜・電極構造体１３２では、第３の実施形態と同様に、アノード側電極２６及びカソード側電極２８に接着部位３６ａ、３６ｂを介して樹脂枠１３６ａ、１３６ｂが設けられる。カソード側電極２８を構成するガス拡散層３０ｂの先端部分には、金属に樹脂が含浸された含浸部位３４ａが設けられる。
【００６７】
このように構成される第３及び第４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。
【００６８】
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１４０の要部分解斜視説明図であり、図１５は、前記燃料電池１４０の、図１４中、ＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【００６９】
燃料電池１４０は、電解質膜・電極構造体１２を挟持するアノード側複合セパレータ１４４及びカソード側複合セパレータ１４６を備える。アノード側複合セパレータ１４４に設けられる第２導電体５４は、通電部５８ｂとは反対側に、すなわち、冷却媒体流路４２側に突出する通電部１４８を設ける。この通電部１４８は、アノード側複合セパレータ１４４の金属部位１５０に接触しており、通電部５８ｂは、セル電圧端子として利用される（図１５参照）。従って、第５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。
【００７０】
なお、第１〜第５の実施形態では、アノード側複合セパレータ１４、１０４、１２４、１３４及び１４４と、カソード側複合セパレータ１６、１０６及び１４６とに、第１〜第３導電体５２、５４及び６０が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、電解質膜・電極構造体１２、１０２、１２２及び１３２を構成する樹脂枠３４の一方の面に第１導電体５２を、あるいは、前記樹脂枠３４の両方の面に第１及び第３導電体５２、６０を、それぞれ設けてもよい。
【００７１】
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１６０の要部分解斜視説明図であり、図１７は、前記燃料電池１６０の、図１６中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。
【００７２】
燃料電池１６０は、電解質膜・電極構造体１６２を挟持するアノード側複合セパレータ１６４及びカソード側複合セパレータ１６６を備える。電解質膜・電極構造体１６２は、固体高分子電解質膜２４と略同一表面積に設定されるカソード側電極２８と、前記カソード側電極２８よりも小さな表面積に設定されるアノード側電極２６とを備える。
【００７３】
アノード側複合セパレータ１６４は、燃料ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂに近接して複数の供給孔部１６８ａ及び排出孔部１６８ｂを設ける。アノード側複合セパレータ１６４は、電解質膜・電極構造体１６２に向かう一方の面に第１導電体を設けることがなく、他方の面に第３導電体５４を設ける。
【００７４】
カソード側複合セパレータ１６６に設けられる第３導電体６０は、アノード側複合セパレータ１６４を構成する第１樹脂枠部材５０に直接接触している。この第３導電体６０が発熱することによって、第１樹脂枠部材５０と第２樹脂枠部材５９とが一体化し、且つ電解質膜・電極構造体１６２を挟んでカソード側電極２８側に酸化剤ガス用のシールラインが形成される。
【００７５】
これにより、第６の実施形態では、アノード側複合セパレータ１６４とカソード側複合セパレータ１６６とに設けられた第１樹脂枠部材５０と第２樹脂枠部材５９とは、第３導電体６０の発熱作用下に溶融して一体化される。このため、所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができる等、第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成するアノード側複合セパレータの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池の、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】銅製スパッタにより導電体を構成する際の説明図である。
【図６】銅製細線により前記導電体を構成する際の説明図である。
【図７】カーボン製フェルト材により前記導電体を構成する際の説明図である。
【図８】加熱装置の概略説明図である。
【図９】高周波誘導加熱装置の概略説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１１】前記燃料電池の一部拡大平面説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池が積層された状態の要部拡大断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池が積層された状態の要部拡大断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１５】前記燃料電池の、図１４中、ＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１７】前記燃料電池の、図１６中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。
【図１８】特許文献１の単電池の一部断面説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０、１００、１２０、１３０、１４０、１６０…燃料電池
１２、１０２、１２２、１３２、１６２…電解質膜・電極構造体
１４、１０４、１２４、１３４、１４４、１６４…アノード側複合セパレータ
１６、１０６、１４６、１６６…カソード側複合セパレータ
１８ａ…酸化剤ガス入口連通孔        １８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２０ａ…燃料ガス入口連通孔          ２０ｂ…燃料ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔          ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４…固体高分子電解質膜            ２６…アノード側電極
２８…カソード側電極                ３０ａ、３０ｂ…ガス拡散層
３２ａ、３２ｂ…電極触媒層
３４、１２６ａ、１２６ｂ、１３６ａ、１３６ｂ…樹脂枠
４０…燃料ガス流路                  ４２…冷却媒体流路
４４…酸化剤ガス流路                ５０、５９…樹脂枠部材
５２、５４、６０…導電体
５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ、６２ａ、６２ｂ、１４８…通電部
６４…導通部                        ８０…加熱装置
９０…高周波誘導加熱装置
１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…切り欠き部
１５０…金属部位
【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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