(57)【要約】【課題】電解質膜の強度の向上と、燃料電池の構造の簡素化とを両立する。【解決手段】電解質膜１３は、電極層１４，１５と接して発電に寄与する内側中央部分の発電部ＥＡと、外周側部分にあって、発電部ＥＡの表面で規定される面よりも突出する突出枠部１３とを有する。さらに、突出枠部１３には、燃料電池反応に使用される反応ガスのためのガス導入部ＩＮｈとガス導出部ＯＵＴｈが形成されている。【選択図】図１
2008226657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、
該電解質膜に接して設けられる電極層と
を備え、
前記電解質膜は、
前記電極層と接して発電に寄与する内側中央部分の発電部と、
外周側部分にあって、前記発電部の表面で規定される面よりも突出する突出枠部と
を有し、
前記突出枠部は、燃料電池反応に使用される反応ガスのためのガス導入部とガス導出部が形成されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、さらに、
前記発電部と前記突出枠部の前記ガス導入部との間に設けられる第１の空間と、
前記発電部と前記突出枠部の前記ガス導出部との間に設けられる第２の空間と、
を有する、燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、
該電解質膜の両面に前記突出枠部をそれぞれ備えるとともに、前記第１の空間および第２の空間を、前記電解質膜の両面にそれぞれ有し、
前記電解質膜の酸化ガスの供給を受ける側に設けられた前記第２の空間と、前記電解質膜の燃料ガスの供給を受ける側に設けられた前記第１の空間とが、前記電解質膜を介して互いに対向するように構成された、燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、さらに、
前記発電部上の範囲を複数の領域に分けて、各領域を連通した状態とすることにより、１本の屈曲形状の前記反応ガス用の流路を形成する複数の突出リブ部
を有する、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、さらに、
複数本の前記反応ガス用の流路を形成する複数の突出リブ部
を有する、燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、フッ素系樹脂を材料とするものである、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電効率を向上するためには、電解質膜の膜抵抗を低減することが好ましく、そのために電解質膜の厚み（膜厚）を薄くすることが望まれている。一方、膜厚を薄くすると、電解質膜の強度が低減することになる。そこで、従来より、膜厚を薄くしながらも電解質膜の強度を確保するための技術が種々提案されている（下記の特許文献１、２等）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８３１６３
【特許文献２】特開２００４−１６５０４３
【０００４】
前記電解質膜は、電解質膜の外周側部分をフレームにより挟持することで固定されているのが一般的である（例えば、特許文献２）。このため、燃料電池はフレームが必要となり、構造が複雑であるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電解質膜の強度の向上と、燃料電池の構造の簡素化とを両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の一形態は、燃料電池であって、電解質膜と、該電解質膜に接して設けられる電極層とを備え、前記電解質膜は、前記電極層と接して発電に寄与する内側中央部分の発電部と、外周側部分にあって、前記発電部の表面で規定される面よりも突出する突出枠部とを有し、前記突出枠部は、燃料電池反応に使用される反応ガスのためのガス導入部とガス導出部が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、突出枠部によって電解質膜の強度を向上することができる。また、突出枠部と突出枠部に形成したガス導入部とガス導出部とによって、電解質膜そのもので電解質膜を教示するフレームと反応ガスの流路を形成することができるため、部品点数が少なくてすむ。したがって、電解質膜の強度の向上と、燃料電池の構造の簡素化とを両立することができる。
【０００８】
前記電解質膜は、さらに、前記発電部と前記突出枠部の前記ガス導入部との間に設けられる第１の空間と、前記発電部と前記突出枠部の前記ガス導出部との間に設けられる第２の空間と、を有する構成としてもよい。
【０００９】
前記ガス導入部から導入された反応ガスは、第１の空間で一旦拡がって発電部に至ることになる。このため、発電部へのガス分配を均一化することができる。また、発電部を出た反応ガスは、第２の空間を介して集められてガス導出部に至ることになることから、ガス導出部への反応ガスの集合を容易に行うことができる。
【００１０】
前記第１の空間および第２の空間を備えた燃料電池において、前記電解質膜は、該電解質膜の両面に前記突出枠部をそれぞれ備えるとともに、前記第１の空間および第２の空間を、前記電解質膜の両面にそれぞれ有し、前記電解質膜の酸化ガスの供給を受ける側に設けられた前記第２の空間と、前記電解質膜の燃料ガスの供給を受ける側に設けられた前記第１の空間とが、前記電解質膜を介して互いに対向するように構成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、電解質膜の酸化ガスの供給を受ける側（すなわちカソード側）で生成された水は、酸化ガスとともに、電解質膜の酸化ガスの供給を受ける側に設けられた第２の空間に一旦滞留される。第２の空間に滞留された水分は、電解質膜を透過して、アノード側、すなわち、電解質膜の燃料ガスの供給を受ける側に設けられた第１の空間に移行する。この結果、カソード側の生成水をアノード側で再利用することができるというカウンタフロー効果により燃料電池の内部加湿を行うことができる。したがって、外部に設ける生成水供給のための装置を削減することができる。
【００１２】
前記電解質膜は、さらに、前記発電部上の範囲を複数の領域に分けて、各領域を連通した状態とすることにより、１本の屈曲形状の前記反応ガス用の流路を形成する複数の突出リブ部を有する構成としてもよい。
【００１３】
この構成によれば、反応ガス用の屈曲形状の流路を部品点数を増やすことなく形成することができる。さらに、突出リブ部は、電解質膜材料で形成されることから、水を一時的に貯える水バッファ機能を有することになる。このために、セル内の水分が過多の時には、フラッディングを防止し、セル内の水分が不足した時には、ドライアップを防止することができる。
【００１４】
あるいは、前記電解質膜は、前記発電部上の範囲を複数の領域に分けて、各領域を連通した状態とすることにより、複数本の前記反応ガス用の流路を形成する複数の突出リブ部を有する構成としてもよい。この構成によれば、反応ガス用の複数の流路を部品点数を増やすことなく形成することができる。また、上記と同様に、突出リブ部は水バッファ機能を有し、フラッディングおよびドライアップを防止することができる。
【００１５】
本発明の燃料電池において、電解質膜はフッ素系樹脂を材料とするものとしてもよい。
【００１６】
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、電解質膜、その電解質膜を備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．構成：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池１０を分解して示す説明図である。図２は、組み立てた状態の燃料電池における図１のＡ−Ａ線矢視図である。燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池である。両図に示すように、燃料電池１０は、主として、電解質膜１３の両面に電極層１４，１５が配置された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという)１２と、このＭＥＡ１２を両面から挟み込む一対のセパレータ１６，１７とを備えている。この燃料電池１０は、単セルと呼ばれるものであり、起電力が０．６〜０．８Ｖ程度である。このため、例えば車両の駆動モータの供給電源として使用する場合には、多数の燃料電池１０を緊密に積層することで数百Ｖの直流電源とする。
【００１８】
ＭＥＡ１２は、電解質膜１３を二つの電極層１４，１５、つまり燃料極であるアノード１４と酸素極であるカソード１５とで挟みこんだものである。ここで、電解質膜１３は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製された膜であり、具体的にはフッ素系樹脂により形成された膜（デュポン社製のナフィオン膜等）や炭化水素系の膜などが挙げられる。なお、この実施例では、電解質膜１３は単なる平板形状でなく、本発明に係わる特徴的な形状をしているが、この形状については、後ほど詳述する。
【００１９】
アノード１４及びカソード１５は、それぞれ触媒電極１４ａ，１５ａ（図２参照、図１では図示せず）とガス拡散電極１４ｂ，１５ｂとによって構成されている。触媒電極１４ａ，１５ａは、電解質膜１３に接触する側に位置し、白金微粒子を担持させた導電性カーボンブラックにより形成されている。ガス拡散電極１４ｂ，１５ｂは、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、触媒電極に含まれる白金は、水素をプロトンと電子に分けるのを促進したり酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する作用を有するものであるが、同様の作用を有するものであれば白金以外のものを用いてもよい。また、ガス拡散電極１４ｂ，１５ｂは、カーボンクロスのほか、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成してもよく、十分なガス拡散性および導電性を有する多孔体であればよい。
【００２０】
２つのセパレータ１６、１７は、導電性を有する長辺形の板状部材であり、４個のマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４が貫通孔として設けられている。マニホールド孔Ｍ１はアノードガス（水素を含有する燃料ガス）の供給を担い、マニホールド孔Ｍ２は反応に供されることのなかったガスを含むアノード排ガスの排出を担う。マニホールド孔Ｍ３は、カソードガス（酸化ガス）の供給を担い、マニホールド孔Ｍ４は、反応に供されることのなかったガス及び燃料電池反応によって生成された水分を含むカソード排ガスの排出を担う。
【００２１】
マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４は、積層方向に沿って見たときに電解質膜１３とは重ならない部位に設けられており、セパレータ１６、１７の対向する２つの短辺近くにそれぞれ２個ずつ設けられている。より具体的には、アノードガス供給用マニホールド孔Ｍ１とカソード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ４とが、一方の同一短辺に沿って設けられ、アノード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ２とカソードガス供給用マニホールド孔Ｍ３とが他方の同一短辺上に設けられている。アノードガス供給用マニホールド孔Ｍ１が設けられた短辺側を「アノード供給側」と呼び、カソードガス供給用マニホールド孔Ｍ３が設けられた短辺側を「カソード供給側」と呼ぶ。なお、供給用のマニホールド孔Ｍ１、Ｍ３は、排出用のマニホールド孔Ｍ２、Ｍ４とセパレータ１６，１７の中央を挟んで対角する位置に設けられている。
【００２２】
前記セパレータ１６，１７に形成されるマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４は、単セル内ガス流路に接続されている。単セル内ガス流路は、セパレータ１６、１７と電解質膜１３の間に形成されるものであり、本実施例では、電解質膜１３の形状を特徴的なものとすることにより構成されている。この電解質膜１３の形状について次に説明する。
【００２３】
図３は、電解質膜１３の四面図を示す説明図である。図４は、電解質膜１３における図３のＢ−Ｂ線矢視図である。両図に示すように、電解質膜１３は、平板形状の基部１３ａと、基部１３ａの一方側の面（以下、表面とよぶ）から厚さ方向（図４中、上方向）に突出する突出枠部１３ｂと、基部１３ａの他方側の面（以下、裏面と呼ぶ）から厚さ方向（図４中、下方向）に突出する突出枠部１３ｃとを備える。本実施例では、基部１３ａの厚さｔ１は例えば５０［μｍ］であり、突出枠部１３ｂ、１３ｃの厚さｔ２は例えば１５０［μｍ］である。各部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは電解質膜材料である固体高分子材料により一体的に形成されたものである。
【００２４】
図３の平面図に示すように、基部１３ａの表面の内側中央部分に、電極層（アノード）１４と接して発電に寄与する発電部ＥＡが設けられており、基部１３ａの表面の外周側部分に、前記突出枠部１３ｂが形成されている。突出枠部１３ｂは、基部１３ａの外周縁に沿った矩形枠において２箇所を切り欠いた形状をしている。この２箇所の切欠部は、発電部ＥＡを挟んで対角する部位に形成されており、アノードガスのためのガス導入部ＩＮｈとガス導出部ＯＵＴｈを構成する。換言すると、突出枠部１３ｂは、基部１３ａの隣接する２辺に沿って配置されるＬ字形の２つの突出枠部品、すなわち、第１の突出枠部品１３ｂ−１と第２の突出枠部品１３ｂ−２とにより構成され、両突出枠部品１３ｂ−１、１３ｂ−２との間にガス導入部ＩＮｈとガス導出部ＯＵＴｈとが形成される。
【００２５】
一方、基部１３ａの裏面の内側中央部分には、電極層（カソード）１５と接して発電に寄与する前記発電部ＥＡが位置し、基部１３ａの裏面の外周側部分に、前記突出枠部１３ｃが形成されている。突出枠部１３ｃは、表面側に設けられた突出枠部１３ｂと同一の形状（Ｌ字形の２つの突出枠部品１３ｃ−１，１３ｃ−２）をしており、カソードガスのためのガス導入部ＩＮｏとガス導出部ＯＵＴｏを形成する。
【００２６】
アノードガス導入部ＩＮｈ、アノードガス導出部ＯＵＴｈ、カソードガス導入部ＩＮｏおよびカソードガス導出部ＯＵＴｏのそれぞれは、電解質膜１３の厚さ方向に沿って見たときに重ならない部位に設けられている。電解質膜１３の表面に設けられたアノードガス導入部ＩＮｈと電解質膜１３の裏面に設けられたカソードガス導出部ＯＵＴｏとは、電解質膜１３の第１の辺Ｓ１側に位置するように設けられており、電解質膜１３の表面に設けられたアノードガス導出部ＯＵＴｈと裏面に設けられたカソードガス導入部ＩＮｏとは、電解質膜１３の第１の辺Ｓ１に対向する第２の辺Ｓ２側に位置するように設けられている。
【００２７】
なお、前記突出枠部１３ｂ、１３ｃ（突出枠部品１３ｂ−１、１３ｂ−２、１３ｃ−１，１３ｃ−２）は、前述したように基部１３ａの面から突出しているが、この突出する面は、発電部ＥＡの表面に続くもの（燃料電池１０の厚さ方向において同じ位置）であることから、発電部ＥＡの表面で規定される面であるとも言える。したがって、突出枠部１３ｂ、１３ｃは、発電部ＥＡの表面で規定される面よりも突出する部分である。上記
【００２８】
電解質膜１３の表面において、アノードガス導入部ＩＮｈと発電部ＥＡとの間には、ガス分配用の第１の空間ＳＰ１が形成されており、アノードガス導出部ＯＵＴｈと発電部ＥＡとの間には、ガス分配用の第２の空間ＳＰ２が形成されている。また、電解質膜１３の裏面において、カソードガス導入部ＩＮｏと発電部ＥＡとの間には、ガス分配用の第３の空間ＳＰ３が形成されており、カソードガス導出部ＯＵＴｏと発電部ＥＡとの間には、ガス分配用の第４の空間ＳＰ４が形成されている。なお、第１の空間ＳＰ１と第４の空間ＳＰ４は、電解質膜１３の厚さ方向に沿って見たときに重なる位置となっている。また、第２の空間ＳＰ２と第３の空間ＳＰ３は、電解質膜１３の厚さ方向に沿って見たときに重なる位置となっている。すなわち、第１の空間ＳＰ１と第４の空間ＳＰ４は電解質膜１３を介して互いに対向し、第２の空間ＳＰ２と第３の空間ＳＰ３は電解質膜１３を介して互いに対向する。
【００２９】
図３の平面図に示すように、アノードガス導入部ＩＮｈから導入されたアノードガスは、第１の空間ＳＰ１、発電部ＥＡ上の空間（すなわち、ガス拡散電極１４ｂ）、第２の空間ＳＰ２の順に流れて、アノードガス導出部ＯＵＴｈから排出される。この一連の流路がアノードガスについての単セル内ガス流路に相当する。一方、ＭＥＡ１２をセパレータ１６，１７で挟み込むと、アノードガス導入部ＩＮｈはアノードガス供給用マニホールド孔Ｍ１と連結し（図２参照）、アノードガス導出部ＯＵＴｈはアノード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ２と連結する。この結果、アノードガス供給用マニホールド孔Ｍ１、前記アノードガスについての単セル内ガス流路、アノード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ２と続く一連のアノードガス流路が構成される。
【００３０】
図３の底面図に示すように、カソードガス導入部ＩＮｏから導入されたカソードガスは、第３の空間ＳＰ３、発電部ＥＡ上の空間（すなわち、ガス拡散電極１５ｂ）、第４の空間ＳＰ４の順に流れて、カソードガス導出部ＯＵＴｏから排出される。この一連の流路がカソードガスについての単セル内ガス流路に相当する。一方、ＭＥＡ１２をセパレータ１６，１７で挟み込むと、カソードガス導入部ＩＮｏはカソードガス供給用マニホールド孔Ｍ３と連結し（図２参照）、カソードガス導出部ＯＵＴｏはカソード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ４と連結する。この結果、カソードガス供給用マニホールド孔Ｍ３、前記カソードガスについての単セル内ガス流路、カソード排ガス排出用マニホールド孔Ｍ４と続く一連のカソードガス流路が構成される。
【００３１】
前記形状の電解質膜１３は、予め電池構造にあわせて外形加工した平板形状の電解質膜に、突出枠部１３ｂ、１３ｃ（突出枠部品１３ｂ−１、１３ｂ−２、１３ｃ−１、１３ｃ−２）に対応する部分にマスクを載せて、アッシング処理（Ｏ2プラズマ処理）を行うことにより、突出枠部１３ｂ、１３ｃ以外の部分を薄膜化することにより製作される。なお、製作方法についてはこの方法に限り必要はなく、突出枠部１３ｂ、１３ｃ以外の部分を押圧して薄膜化する方法、あるいは型の中に熱溶解した電解質膜材料を入れて固める方法等、他の方法によって製作するものとしてもよい。
【００３２】
図２に示すように、一対のセパレータ１６，１７の間は、接着剤２０によって固着されている。詳細には、電解質膜１３の第１の辺Ｓ１の側面より外側のマニホールド孔Ｍ１、Ｍ２周りと、電解質膜１３の第１の辺Ｓ１の側面より外側のマニホールド孔Ｍ３、Ｍ４周りに接着剤２０が充填されている。さらに、電解質膜１３の突出枠部１３ｂ、１３ｃ（突出枠部品１３ｂ−１、１３ｂ−２、１３ｃ−１、１３ｃ−２）の表面にも接着剤（図示せず）が充填されており、セパレータ１６，１７と電解質膜１３との間も接着剤により固着されている。この結果、アノードガスやカソードガスが単セル内ガス流路から漏洩することがない。
【００３３】
Ａ−２．作用、効果：
以上のように構成された第１実施例の燃料電池１０によれば、突出枠部１３ｂ（１３ｃ）によって電解質膜１３の強度を向上することができる。また、突出枠部１３ｂ（１３ｃ）と突出枠部１３ｂ（１３ｃ）に形成したガス導入部ＩＮｈ、ＯＵＴｈ（ＩＮｏ、ＯＵＴｏ）によって、電解質膜そのものでアノードガス（カソードガス）の単セル内ガス流路を形成することができるため、従来技術で言うフレーム等が不要となる。このため、燃料電池１０は部品点数が少なくてすむ。したがって、燃料電池１０は、電解質膜１３の強度の向上と、燃料電池１０の構造の簡素化とを両立することができる。
【００３４】
図５は、電解質膜１３によって形成される単セル内ガス流路を示す説明図である。図示は、第１実施例の燃料電池１０に備えられるＭＥＡ１２を立てて、厚さ方向の真ん中で切り開いたものである。図示の右半分がアノード１４側であり、図示の左半分がカソード１５側である。アノードガス導入部ＩＮｈから導入されたアノードガスは、第１の空間ＳＰ１で一旦拡がってアノード１４のガス拡散電極１４ｂに至ることになる。このため、ガス拡散電極１４ｂ、延いては発電部ＥＡへのガス分配を均一化することができる。また、発電部ＥＡを出たアノードガスは、第２の空間ＳＰ２を介して集められてアノードガス導出部ＯＵＴｈに至ることになることから、アノードガス導出部ＯＵＴｈへのアノードガスの集合を容易に行うことができる。カソードガスについても、第３の空間（本発明でいう「第１の空間」に対応）ＳＰ３でガスの分配が均一化され、第４の空間（本発明でいう「第２の空間」に対応）ＳＰ４でガスの集合が容易なものとなされている。
【００３５】
また、図５からもよく判るように、上述した構成のＭＥＡ１２では、カソード１５側のガス導出部ＯＵＴｏに接する第４の空間ＳＰ４とアノード１４側のガス導出部ＯＵＴｈに接する第１の空間とが電解質膜１３を介して互いに対向する。カソード１５側で生成された水Ｗは、酸化ガスとともに第４の空間ＳＰ４に一旦滞留される。第４の空間ＳＰ４に滞留された水分Ｗは、電解質膜１３を透過して、アノード１４側の第１の空間ＳＰ１に移行する。この結果、カソード１５側の生成水Ｗをアノード１４側で再利用することができるというカウンタフロー効果により燃料電池１０の内部加湿を行うことができる。したがって、外部に設ける生成水供給のための装置を削減することができる。
【００３６】
Ｂ．第２実施例：
図６は、本発明の第２実施例としての燃料電池に備えられる電解質膜１１３を示す説明図である。図７は、図６のＣ−Ｃ線矢視図である。両図に示すように、この電解質膜１１３は、第１実施例の電解質膜１３と同一の構成、すなわち、基部１３ａと突出枠部１３ｂ、１３ｃを備え、その上で、基部１３ａの表面から突出する２本の突出リブ部１１３ｄを備えた構成である。２本の突出リブ部１１３ｄは、発電部ＥＡ２上の範囲の幅（図中、上下方向の幅）を３等分するように配置される直線状の突出片であり、一方側の突出リブ部１１３ｄは第１の突出枠部品１３ｂ−１から図中右側に向かって、他方側の突出リブ部１１３ｄは第２の突出枠部品１３ｂ−２から図中左側に向かって（すなわち互いに交互）に延びている。２本の突出リブ部１１３ｄで分けられる３つの領域は連通しており、その結果、発電部ＥＡ２上の範囲（アノード側）に、蛇行状（屈曲形状）の１本の大きな燃料ガス用の単セル内ガス流路が形成されることになる。突出リブ部１１３ｄは、電解質膜材料である固体高分子材料により一体的に形成されたものである。
【００３７】
発電部ＥＡ２の裏面（カソード側）にも、上記アノード側と同様に、２本の突出リブ部１１３ｅが設けられている。２本の突出リブ部１１３ｅは、発電部ＥＡ２上の範囲（カソード側）を３つの領域に分けて、各領域を連通した状態とすることにより、１本の屈曲形状の酸化ガス用の単セル内ガス流路を形成する。
【００３８】
なお、本第２実施例の発電部ＥＡ２は、第１実施例の発電部ＥＡに比べて図中左右方向に横長の形状となっており、第１実施例で言う第１ないし第４の空間ＳＰ１〜ＳＰ４は除かれている。勿論、突出リブ部１１３ｄの存在する部分は発電部ＥＡを形成していない。すなわち、電極層１４，１５を形成する触媒電極（図示せず）とガス拡散電極１１４ｂ，１１５ｂ（図７参照）は、第１実施例よりも横長の範囲（図６中、破線部）において突出リブ部１１３ｄ、１１３ｅの存在する部分を除いた部分に配置される。
【００３９】
以上のように構成された第２実施例の燃料電池によれば、第１実施例と同様に、電解質膜の強度の向上と、燃料電池の構造の簡素化とを両立することができる。特にこの実施例では、単セル内ガス流路の流れ方向を屈曲形状に規定する流路壁を電解質膜１１３により一体的に形成していることから、こうした流路壁形成のためのパーツを別途必要とせず、より一層の構造の簡略化を図ることができる。
【００４０】
また、電解質膜材料で形成された突出リブ部１１３ｄ、１１３ｅは、その壁部において水を一時的に貯える水バッファ機能を有する。このために、セル内の水分が過多の時には、突出リブ部１１３ｄ、１１３ｅは吸水し、電解質膜１１３付近のフラッディングを防止することができる。一方、セル内の水分が不足した時には、突出リブ部１１３ｄ、１１３ｅは貯えられた水を他の部分、すなわち発電部ＥＡや反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガス）中へ供給し、電解質膜１１３付近のドライアップを防止することができる。さらには、突出リブ部１１３ｄ、１１３ｅに貯えられた水は濃度拡散によって拡がることから、発電部ＥＡにおける水分布の傾きを抑制することもできる。
【００４１】
なお、前記第２実施例の変形例として、図８に示すように、複数の突出リブ部２１３ｄを、突出枠部２１３ｂを構成する第１の突出枠部品２１３ｂ−１と第２の突出枠部品２１３ｂ−２から離れた位置に配列した構成としてもよい。図中、ＥＡ３は発電部であり、この発電部ＥＡ３上の範囲に、複数の突出リブ部２１３ｄが備えられている。この変形例の電解質膜２１３によれば、反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガス）用の複数のストレート溝を、複数の突出リブ部２１３ｄにより部品点数を増やすことなく形成することができる。
【００４２】
Ｃ．その他の変形例：
なお、この発明は前記の実施例やその変形例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、例えば次のような変形も可能である。
【００４３】
（１）前記第１実施例において、電解質膜１３は第１ないし第４の空間ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する構成となっていたが、これに換えて、図９に示すように、電解質膜３１３は、第１ないし第４の空間ＳＰ１〜ＳＰ４を備えておらず、発電部ＥＡの４方向が、突出枠部２１３ｂを構成する第１の突出枠部品２１３ｂ−１と第２の突出枠部品２１３ｂ−２に沿う構成としてもよい。この構成によっても、第１実施例と同様に、電解質膜の強度の向上と、燃料電池の構造の簡素化とを両立することができる。
【００４４】
（２）前記第１実施例において、セパレータ１６，１７と電解質膜１３とは接着されていたが、接着されていなくともよく、例えばボルト等により締結される構成としてもよい。
【００４５】
（３）前記第１実施例において、セパレータ１６，１７は他の構成のセパレータであってもよい。例えば、燃料電池を冷却するための冷媒を供給するための冷媒用マニホールド孔や、冷媒流路が設けられた３層式のセパレータを用いるものとしてもよい。
【００４６】
（４）前記第１実施例において、突出枠部１３ｂを構成する第１の突出枠部品１３ｂ−１と第２の突出枠部品１３ｂ−２とは、電解質膜の厚さ方向から見てＬ字の形状をしていたが、これに換えてコの字の形状（図８参照）や、円弧形状等の他の形状としてもよい。
【００４７】
（５）前記第２実施例の図８に示した変形例では、突出リブ部２１３ｄは、ストレート溝を構成する直線状のリブであったが、これに換えて、立方体等の凸部を複数備える構成としてもよい。すなわち、電解質膜は、電解質膜は、発電部上の範囲に突出する複数の凸部を一体的に備える構成としてもよい。この構成によれば、複数の凸部によりガスの流れを複数方向に分散することが可能であり、この構成を部品点数を増やすことなく実現することができる。
【００４８】
（６）前記各実施例では、電解質膜は、アノード側、カソード側の双方に突出枠部を備える構成としていたが、これに換えて、いずれか一方だけに突出枠部を備え、他方側については従来通り、別体のフレームを備える構成としてもよい。
【００４９】
（７）前記各実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、必ずしも固体高分子型燃料電池である必要がなく、各種タイプの燃料電池に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池１０を分解して示す説明図である。
【図２】組み立てた状態の燃料電池における図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】電解質膜１３の四面図を示す説明図である。
【図４】電解質膜１３における図３のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図５】電解質膜１３によって形成される単セル内ガス流路を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例としての燃料電池に備えられる電解質膜１１３を示す説明図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図８】第２実施例の変形例を示す説明図である。
【図９】他の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…燃料電池
１２…ＭＥＡ（膜電極接合体）
１３ｃ−１…突出枠部品
１３ｂ−１…突出枠部品
１３…電解質膜
１３ａ…部
１３ａ…基部
１３ｂ…突出枠部
１３ｂ−１…第１の突出枠部品
１３ｂ−２…第２の突出枠部品
１３ｃ…突出枠部
１３ｃ−１…第１の突出枠部品
１３ｂ−２…第２の突出枠部品
１４…電極層（アノード）
１４ａ…触媒電極
１４ｂ…ガス拡散電極
１５…電極層（カソード）
１５ａ…触媒電極
１５ｂ…ガス拡散電極
１６，１７…セパレータ
２０…接着剤
１１３…電解質膜
１１３ｄ…突出リブ部
１１３ｅ…突出リブ部
１１４ｂ，１１５ｂ…ガス拡散電極
２１３…電解質膜
２１３ｂ…突出枠部
２１３ｂ−１…第１の突出枠部品
２１３ｂ−２…第２の突出枠部品
２１３ｄ…突出リブ部
３１３…電解質膜
Ｍ１〜Ｍ４…マニホールド孔
ＥＡ…発電部
ＩＮｈ…アノードガス導入部
ＯＵＴｈ…アノードガス導出部
ＩＮｏ…カソードガス導入部
ＯＵＴｏ…カソードガス導出部
ＳＰ１…第１の空間
ＳＰ２…第２の空間
ＳＰ３…第３の空間
ＳＰ４…第４の空間
【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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