(57)【要約】【課題】簡単且つ効率的に、積層体を一体に接合するとともに、所望のシール性を確実に維持することを可能にする。【解決手段】燃料電池モジュール１０は、電解質膜・電極構造体２２を挟んで配設される第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６を備え、この第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６の外周部から内方にわたって第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６が設けられる。積層体１４は、第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６が溶着されることにより一体に接合される樹脂接合部６０を設けるとともに、この樹脂接合部６０は、連通孔内面に設けられる連続樹脂面５８と、外周部に設けられる連続外周樹脂面６２とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成される燃料電池モジュールであって、
前記セパレータは、少なくとも前記反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材で構成されるとともに、
前記積層体は、前記樹脂材の溶着により一体に接合される樹脂接合部を設けることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池モジュールにおいて、前記積層体に外力が付与されない状態で、電極面領域の前記積層方向の寸法が、前記樹脂接合部の前記積層方向の寸法よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成され、前記セパレータは、少なくとも前記反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材で構成されるとともに、前記積層体は、前記樹脂材の溶着により一体に接合される樹脂接合部を設ける複数の燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュール間に配設され、各燃料電池モジュール同士を電気的に接続するとともに、シール機能を有する介装部材と、
を設けることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池スタックにおいて、前記介装部材は、金属製プレートにシール部材を設けて構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成される燃料電池モジュールの作製方法であって、
前記セパレータは、少なくとも前記反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材で構成されるとともに、
前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとが積層された状態で、前記樹脂材が溶着されることにより前記積層体が一体に接合されることを特徴とする燃料電池モジュールの作製方法。
【請求項６】
請求項５記載の作製方法において、前記樹脂材は熱可塑性樹脂層であり、
前記積層体の前記外周部を加熱する一方、前記積層体に加熱された成形部材を押し込んで前記反応ガス連通孔を形成することを特徴とする燃料電池モジュールの作製方法。
【請求項７】
請求項６記載の作製方法において、前記反応ガス連通孔が形成された後、前記反応ガス連通孔と電極面に沿って前記反応ガスを供給する反応ガス流路とを連結する連結用溝部を形成することを特徴とする燃料電池モジュールの作製方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の作製方法において、前記積層体に外力が付与されない状態で、電極面領域の前記積層方向の寸法が、前記樹脂接合部の前記積層方向の寸法よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池モジュールの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成される燃料電池モジュール、前記燃料電池モジュールを積層する燃料電池スタック及び燃料電池モジュールの作製方法に関する。
【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、それぞれ電極触媒（電極触媒層）と多孔質カーボン（拡散層）からなるアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、この発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード側電極及びカソード側電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールド型の燃料電池を採用する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔を備えており、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路（酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路）の入口側端部及び出口側端部には、前記反応ガス入口連通孔及び前記反応ガス出口連通孔がそれぞれ連通している。
【０００４】
ところで、この種の燃料電池を積層する際、内部抵抗を小さくするとともに、反応ガスの混合や漏れを防止する必要がある。このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の単電池及びその製造方法では、図１２に示すように、電解質膜１及びスペーサ２が一対のフレーム３により挟持された電解質膜部材４と、集電極５が融着されて燃料ガスをシールするように弾性接着剤６が塗布されたセパレータ７とを積層し、電池モジュール８が組み付けられている。
【０００５】
電池モジュール８の両端に所定電圧を加え、その内部抵抗が所定値となるよう押圧荷重を調節して弾性接着剤６を硬化させることにより、前記電池モジュール８が製造されている。弾性接着剤６は、燃料電池に発生する応力を吸収して部材の変形を抑制するとともに、燃料ガスの混合や漏れを防止する、としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４９４１７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１では、電池モジュール８を組み付ける際に、セパレータ７の両面に熱硬化性の弾性接着剤６を塗布するとともに、このセパレータ７に電解質膜部材４を積層して加圧及び加熱処理が施されることにより、前記弾性接着剤６を硬化させている。
【０００８】
しかしながら、多数の電解質膜部材４とセパレータ７とを積層する際には、各セパレータ７の両面に弾性接着剤６を塗布する作業が相当に煩雑化してしまい、生産性が低下するという問題がある。特に、電池モジュール８が数百枚のセパレータ７を使用する構成では、生産効率が著しく低下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、簡単且つ効率的に、積層体全体を一体に接合するとともに、所望のシール性を確実に維持することができ、しかも取り扱い性に優れる燃料電池モジュール、燃料電池スタック及び燃料電池モジュールの作製方法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、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成される燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの作製方法である。そして、セパレータは、少なくとも反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材で構成されるとともに、積層体は、前記樹脂材の溶着により一体に接合される樹脂接合部を設けている。
【００１１】
また、積層体に外力が付与されない状態で、電極面領域の積層方向の寸法が、樹脂接合部の前記積層方向の寸法よりも大きく設定されることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、セパレータとが複数積層される積層体を有し、前記積層体には、少なくとも反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔が前記積層方向に貫通して形成され、前記セパレータは、少なくとも前記反応ガス連通孔に対応する部位から前記外周部にわたって樹脂材で構成されるとともに、前記積層体は、前記樹脂材の溶着により一体に接合される樹脂接合部を設ける複数の燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュール間に配設され、各燃料電池モジュール同士を電気的に接続するとともに、シール機能を有する介装部材とを設けている。
【００１３】
さらにまた、介装部材は、金属製プレートにシール部材を設けて構成されることが好ましい。
【００１４】
また、樹脂材は熱可塑性樹脂層であり、積層体の外周部を加熱する一方、前記積層体に加熱された成形部材を押し込んで反応ガス連通孔を形成することが好ましい。さらに、反応ガス連通孔が形成された後、前記反応ガス連通孔と反応ガス流路（電極面に沿って反応ガスを供給する）とを連結する連結用溝部を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セパレータは、少なくとも反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材で構成されている。このため、電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層された状態で、樹脂材を、例えば、加熱溶融させるだけで、積層体全体が前記樹脂材の溶着により一体に接合される。これにより、各セパレータ毎に液状シールを塗布する作業が不要になり、燃料電池モジュールの作製作業が簡単且つ効率的に遂行可能になる。
【００１６】
しかも、積層体は、反応ガス連通孔に対応する部位から外周部にわたって樹脂材の溶着により一体に接合されている。従って、反応ガスの洩れが可及的に阻止されるとともに、シール構造が一挙に簡素化される。
【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モジュール１０の概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池モジュール１０の一部断面側面説明図であり、図３は、前記燃料電池モジュール１０を構成する発電セル１２の分解斜視説明図である。なお、発電セル１２は、実際上、後述するように、一体に結合されているが、図３では、説明のために分解した状態を示している。
【００１８】
燃料電池モジュール１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備え、前記積層体１４の積層方向両端部には、第１及び第２ターミナルプレート１６ａ、１６ｂと、第１及び第２絶縁プレート１８ａ、１８ｂと、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂとが、順次、設けられる。なお、燃料電池モジュール１０は、図示しないが、例えば、締め付けボルト等により締め付け保持される。
【００１９】
図２及び図３に示すように、発電セル１２は、互いに積層される電解質膜・電極構造体２２と、第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６とを備える。なお、第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６に代替して、例えば、金属セパレータを使用してもよい。
【００２０】
電解質膜・電極構造体２２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２８と、該固体高分子電解質膜２８を挟持するアノード側電極３０及びカソード側電極３２とを備える。アノード側電極３０及びカソード側電極３２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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。
【００２１】
図３に示すように、発電セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印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（反応ガス連通孔）４０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４２ａ、及び燃料ガス、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（反応ガス連通孔）４４ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２２】
発電セル１２の矢印Ｂ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（反応ガス連通孔）４４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４２ｂ、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（反応ガス連通孔）４０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２３】
第１カーボンセパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路４６が設けられる。酸化剤ガス流路４６は、複数の流路溝を有するとともに、酸化剤ガス入口連通孔４０ａに連通する複数の入口溝部（連結用溝部）４６ａと、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに連通する複数の出口溝部（連結用溝部）４６ｂとを有する。なお、酸化剤ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に一往復半だけ折り返すサーペタイン流路を構成してもよい。
【００２４】
第２カーボンセパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス流路４８が設けられる。図４に示すように、燃料ガス流路４８は、酸化剤ガス流路４６と同様に、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝を有する。燃料ガス流路４８は、燃料ガス入口連通孔４４ａに連通する複数の入口溝部（連結用溝部）４８ａと、燃料ガス出口連通孔４４ｂに連通する複数の出口溝部（連結用溝部）４８ｂとを有する。
【００２５】
図３に示すように、第２カーボンセパレータ２６の面２６ｂには、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路５０が設けられる。冷却媒体流路５０は、冷却媒体入口連通孔４２ａに連通する複数の入口溝部（連結用溝部）５０ａと、冷却媒体出口連通孔４２ｂに連通する複数の出口溝部（連結用溝部）５０ｂとを有する。
【００２６】
第１カーボンセパレータ２４は、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂに対応する部位から外周部にわたって樹脂材、例えば、第１熱可塑性樹脂層５４で構成される。この第１熱可塑性樹脂層５４は、カーボン材に一部を含浸させて第１カーボンセパレータ２４に一体に構成される。
【００２７】
第２カーボンセパレータ２６は、第１カーボンセパレータ２４と同様に、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂに対応する部位から外周部にわたって樹脂材、例えば、第２熱可塑性樹脂層５６で構成される。
【００２８】
積層体１４は、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂの各内周面が、後述するように、第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６により積層方向に延在して覆われることにより、連続樹脂面５８を構成する（図５参照）。
【００２９】
図２に示すように、積層体１４は、各第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６を構成する第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６の溶着により一体に接合される樹脂接合部６０を設ける。積層体１４に第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂを介して締め付け荷重（外力）が付与されない状態では、図６に示すように、電極面領域Ｓの積層方向の寸法Ｈ１は、樹脂接合部６０の前記積層方向の寸法Ｈ２よりも大きく設定される。樹脂接合部６０は、連続樹脂面５８を有するとともに、積層体１４の外周部を覆って連続外周樹脂面６２を有する。
【００３０】
次に、燃料電池モジュール１０を作製する方法について説明する。
【００３１】
先ず、図７に示すように、電解質膜・電極構造体２２を挟んで第１及び第２セパレータ部材６４、６６が積層される。第１セパレータ部材６４は、第１カーボンセパレータ２４を作成するための中間プレート部材であり、第２セパレータ部材６６は、第２カーボンセパレータ２６を作成するための中間プレート部材である。
【００３２】
第１及び第２セパレータ部材６４、６６を構成する第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６には、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂが設けられていない。
【００３３】
第１セパレータ部材６４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面には、酸化剤ガス流路４６の入口及び出口に連通し、且つ酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに対応する部位近傍で終端する複数の入口溝部４６ａ１及び複数の出口溝部４６ｂ１が設けられる。
【００３４】
第２セパレータ部材６６の一方の面には、燃料ガス流路４８の入口及び出口に連通し、且つ燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂに対応する部位近傍で終端する複数の入口溝部４８ａ１及び複数の出口溝部４８ｂ１が設けられる。この第２セパレータ部材６６の他方の面には、冷却媒体流路５０の入口及び出口に連通し、且つ冷却媒体入口連通孔４２ａ及び冷却媒体出口連通孔４２ｂに対応する部位近傍で終端する複数の入口溝部５０ａ１及び複数の出口溝部５０ｂ１が設けられる。
【００３５】
なお、第１及び第２セパレータ部材６４、６６の外形寸法は、電解質膜・電極構造体２２を構成する固体高分子電解質膜２８の外形寸法よりも大きく設定することが好ましい。この固体高分子電解質膜２８の外周を覆って連続外周樹脂面６２を確実に形成するためである。
【００３６】
次いで、図８に示すように、第１セパレータ部材６４、電解質膜・電極構造体２２及び第２セパレータ部材６６がそれぞれ積層された積層体１４ａを用意する。そして、この積層体１４ａを構成する第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６が、図示しない加熱機構、例えば、加熱炉や加熱ヒータ又は加熱エア等によって加熱される。このため、積層体１４ａは、第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６が加熱溶融され、第１セパレータ部材６４、電解質膜・電極構造体２２及び第２セパレータ部材６６の外周部から所定の範囲にわたって溶着される。
【００３７】
その際、所定温度に加熱された成形部材７０が、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂに対応する部位に積層方向に向かって押し込まれる。
【００３８】
従って、各成形部材７０が押し込まれる積層体１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂが成形されるとともに、これらの連通孔内周面は、第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６の溶融部分によって覆われ、連続樹脂面５８が形成される。
【００３９】
さらに、積層体１４ａの外周部の加熱処理及び成形部材７０による加熱押し込み処理が終了した後、入口溝部４６ａ、４８ａ及び５０ａと出口溝部４６ｂ、４８ｂ及び５０ｂが形成される。具体的には、図９に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４０ａに孔開け用の工具７２が配置され、この工具７２が入口溝部４６ａ１に向かって連続樹脂面５８に押し込まれる。これにより、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス流路４６とは、複数の入口溝部４６ａを介して連通する。ここで、各入口溝部４６ａに対応して複数の工具７２を一体的に配置し、各入口溝部４６ａを同時に形成してもよい。
【００４０】
同様に、工具７２を用いて複数の入口溝部４８ａ１及び５０ａ１と複数の出口溝部４６ｂ１、４８ｂ１及び５０ｂ１とが形成される。このため、樹脂接合部６０を介して積層方向に一体に接合された積層体１４が得られる。
【００４１】
なお、上記の接合作業時には、積層体１４の電極面領域Ｓに予め湾曲形状を付与する。これにより、図６に示すように、樹脂接合部６０が形成された際には、電極面領域Ｓの積層方向の寸法Ｈ１が、前記樹脂接合部６０の前記積層方向の寸法Ｈ２よりも大きくなるように調整される。
【００４２】
積層体１４は、積層方向両端部に第１及び第２ターミナルプレート１６ａ、１６ｂと、第１及び第２絶縁プレート１８ａ、１８ｂと、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂとが配設され、図示しない締付ボルト等によって締付保持されることにより、燃料電池モジュール１０が構成される。
【００４３】
この場合、第１の実施形態では、電解質膜・電極構造体２２と第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６とは、第１及び第２熱可塑性樹脂層５４、５６の溶着により一体に接合されている。このため、例えば、第１及び第２カーボンセパレータ２４、２６毎に液状シールを塗布する作業が不要になり、燃料電池モジュール１０の作成作業が簡単且つ効率的に遂行可能になる。
【００４４】
しかも、積層体１４は、樹脂接合部６０により一体に接合されるとともに、この樹脂接合部６０は、連続樹脂面５８及び連続外周樹脂面６２を有している。従って、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂを確実にシールすることができる。これにより、酸化剤ガス、冷却媒体及び燃料ガスの漏れが可及的に阻止されるとともに、個別のシール部材、例えば、パッキン部材等が不要になり、シール構造が一挙に簡素化されるという効果が得られる。
【００４５】
さらに、積層体１４では、積層方向に延在する連続樹脂面５８が設けられている。従って、この連続樹脂面５８には、積層方向に沿って段差が発生することがなく、酸化剤ガス、冷却媒体及び燃料ガスが円滑且つ良好に積層方向に沿って流動することができる。
【００４６】
さらにまた、積層体１４は、図６に示すように、電極面領域Ｓの積層方向の寸法Ｈ１が、樹脂接合部６０の前記積層方向の寸法Ｈ２よりも大きく設定されている。このため、第１及び第２エンドプレート２０ａ、２０ｂを介して積層体１４の積層方向に締め付け荷重を付与する際、電極面領域Ｓに対して所望の電極面圧を確実に付与することができ、発電性能の向上を図ることが可能になるという利点がある。
【００４７】
このように構成される燃料電池モジュール１０の動作について、以下に説明する。
【００４８】
図１に示すように、燃料電池モジュール１０を構成する第１エンドプレート２０ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ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４４ａ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４２ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００４９】
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４０ａから入口溝部４６ａを通って第１カーボンセパレータ２４の酸化剤ガス流路４６に導入される。このため、酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極３２に沿って移動する。
【００５０】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４４ａから入口溝部４８ａを通って第２カーボンセパレータ２６の燃料ガス流路４８に導入される（図４参照）。従って、燃料ガスは、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３０に沿って移動する。
【００５１】
これにより、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０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、発電が行われる。
【００５２】
次いで、カソード側電極３２に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口溝部４６ｂから酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに排出される（図３参照）。同様に、アノード側電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、出口溝部４８ｂから燃料ガス出口連通孔４４ｂに排出される（図４参照）。
【００５３】
一方、冷却媒体入口連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、入口溝部５０ａから第２カーボンセパレータ２６に形成された冷却媒体流路５０に導入される。この冷却媒体流路５０では、冷却媒体が矢印Ｂ方向に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２の発電領域全面にわたって冷却した後、出口溝部５０ｂから冷却媒体出口連通孔４２ｂに排出される。
【００５４】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池モジュール８０が積層される燃料電池スタック８２の側面説明図であり、図１１は、前記燃料電池スタック８２の分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池モジュール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。
【００５５】
燃料電池スタック８２は、複数の燃料電池モジュール８０と、前記燃料電池モジュール８０間に配設される介装部材８４とを備える。介装部材８４は、金属製プレート８６とシール部材８８とを設けて構成される。
【００５６】
図１１に示すように、金属製プレート８６は、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷却媒体入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂを設ける一方、シール部材８８は、これらを囲繞して酸化剤ガス、冷却媒体及び燃料ガスの漏れを阻止する。
【００５７】
介装部材８４は、各燃料電池モジュール８０間に配設されることにより、前記燃料電池モジュール８０同士を電気的に接続する機能を有する。
【００５８】
燃料電池スタック８２は、積層方向両端に第１及び第２エンドプレート９０ａ、９０ｂを設けている。この第１及び第２エンドプレート９０ａ、９０ｂには、燃料電池モジュール８０の電極面領域Ｓに対応して膨出部９２ａ、９２ｂを設けることにより、前記電極面領域Ｓに所望の面圧を一層確実に付与することが可能になる。なお、膨出部９２ａ、９２ｂを設けることにより、例えば、各燃料電池モジュール８０の電極面領域Ｓの積層方向の寸法を、樹脂接合部６０の前記積層方向の寸法と同等に設定してもよい。
【００５９】
このように、第２の実施形態では、予め複数の燃料電池モジュール８０を作製しておき、各燃料電池モジュール８０間に介装部材８４を配設するだけで、燃料電池スタック８２を構成することができる。従って、燃料電池スタック８２全体の製造作業が一挙に簡素化且つ良好に遂行されるとともに、取り扱い作業性に優れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池モジュールの一部断面側面説明図である。
【図３】前記燃料電池モジュールを構成する発電セルの分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池モジュールを構成する第２カーボンセパレータの説明図である。
【図５】前記燃料電池モジュールを構成する樹脂接合部の一部説明図である。
【図６】前記樹脂接合部の説明図である。
【図７】前記燃料電池モジュールの作製方法の説明図である。
【図８】前記燃料電池モジュールの作製方法の説明図である。
【図９】前記燃料電池モジュールの作製方法の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池モジュールが積層される燃料電池スタックの側面説明図である。
【図１１】前記燃料電池スタックの分解斜視説明図である。
【図１２】特許文献１の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、８０…燃料電池モジュール      １２…発電セル
１４…積層体
２０ａ、２０ｂ、９０ａ、９０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体          ２４、２６…カーボンセパレータ
２８…固体高分子電解質膜            ３０…アノード側電極
３２…カソード側電極                ４０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
４０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ４２ａ…冷却媒体入口連通孔
４２ｂ…冷却媒体出口連通孔          ４４ａ…燃料ガス入口連通孔
４４ｂ…燃料ガス出口連通孔          ４６…酸化剤ガス流路
４６ａ、４８ａ、５０ａ…入口溝部    ４６ｂ、４８ｂ、５０ｂ…出口溝部
４８…燃料ガス流路                  ５０…冷却媒体流路
５４、５６…熱可塑性樹脂層          ５８…連続樹脂面
６０…樹脂接合部                    ６２…連続外周樹脂面
６４、６６…セパレータ部材          ８２…燃料電池スタック
８４…介装部材                      ８６…金属製プレート
８８…シール部材
【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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【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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