(57)【要約】【課題】セパレータを簡単且つ良好に構成するとともに、経済的に製造することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ、第２セパレータ１８、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を有する。第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａの外周縁部には、第１樹脂枠部材６０ａと第１フィルム部材６２ａが一体成形される。第１セパレータ１４は、第１フィルム部材６２ａとの当接面に絶縁性フィルムによる第１フィルム被覆層４６を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体の外周に、外方に向かって樹脂枠部材とフィルム部材とが、順次、設けられる枠付き電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
前記セパレータは、少なくとも前記フィルム部材との当接面に絶縁性フィルムによるフィルム被覆層を備え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、互いに隣接する前記セパレータ間には、冷却媒体をセパレータ面に沿って流通させる冷却媒体流路が形成されるとともに、
前記冷却媒体流路を構成する一方のセパレータには、前記冷却媒体流路を構成する他方のセパレータに設けられた前記フィルム被覆層に直接接触するシール部材が一体化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、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体の外周に、外方に向かって樹脂枠部材とフィルム部材とが、順次、設けられる枠付き電解質膜・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を有している。固体高分子電解質膜の一方の側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を設けている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ間に挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成されている。燃料電池は、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて、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】
燃料電池では、電解質膜・電極構造体の外周部にシール部材が一体化される構成を採用する場合がある。燃料ガスや酸化剤ガスの漏れ、又はこれらのクロスリークを抑制することが可能になるからである。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、電解質膜・電極構造体の外周部にシール部材が設けられるとともに、前記シール部材には、リップ部が設けられている。このリップ部は、セパレータの表面に密着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の特許文献１では、セパレータに反応ガス流路を形成するために、前記セパレータを３枚のプレートにより構成している。このため、セパレータの構造が複雑化するとともに、プレート数が増加して経済的ではないという問題がある。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、セパレータを簡単且つ良好に構成するとともに、経済的に製造す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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体の外周に、外方に向かって樹脂枠部材とフィルム部材とが、順次、設けられる枠付き電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層されている。そして、セパレータは、少なくともフィルム部材との当接面に絶縁性フィルムによるフィルム被覆層を備えている。
【０００９】
また、この燃料電池では、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体をセパレータ面に沿って流通させる冷却媒体流路が形成されることが好ましい。その際、冷却媒体流路を構成する一方のセパレータには、前記冷却媒体流路を構成する他方のセパレータに設けられたフィルム被覆層に直接接触するシール部材が一体化されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電解質膜・電極構造体に一体化された樹脂枠部材には、反応ガスを反応ガス流路に流通させるための反応ガス通路部を形成することができる。このため、セパレータには、反応ガス流路を含む最低限の加工を施すとともに、フィルム被覆層を設けるだけでよい。従って、セパレータの製造作業が一挙に簡素化し、前記セパレータを簡単且つ良好に製造することが可能になる。これにより、燃料電池全体の製造コストが削減され、前記燃料電池を経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記発電ユニットの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記発電ユニットの、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記発電ユニットの、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【図５】前記発電ユニットの、図１中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。
【図６】前記発電ユニットを構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図７】前記発電ユニットを構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図８】前記発電ユニットを構成する第３セパレータの正面説明図である。
【図９】前記発電ユニットを構成する第１枠付き電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図１０】前記第１枠付き電解質膜・電極構造体の他方の面の説明図である。
【図１１】前記発電ユニットを構成する第２枠付き電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図１２】前記第２枠付き電解質膜・電極構造体の他方の面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図５に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池１０は、発電ユニット１２を備える。複数の発電ユニット１２は、水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に沿って互いに積層されることにより、例えば、燃料電池電気自動車に搭載される燃料電池スタックを構成する。
【００１３】
発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ、第２セパレータ１８、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を有する。
【００１４】
第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３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横長形状の金属板により構成される。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０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。なお、第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
【００１５】
図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（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、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔２４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００１６】
発電ユニット１２の長辺方向（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２４ａ、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２２ｂが設けられる。
【００１７】
発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ側に近接し、矢印Ａ方向に互いに連通して冷却媒体を供給する上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａが設けられる。発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａ側に近接し、冷却媒体を排出する上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂが設けられる。
【００１８】
図６に示すように、第１セパレータ１４の第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路２８が形成される。第１酸化剤ガス流路２８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（直線状流路溝でもよい）２８ａを有する。
【００１９】
酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に位置して、複数本の入口連結溝３０ａが形成される。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍に位置して、複数本の出口連結溝３０ｂが形成される。
【００２０】
図１に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａと上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂとを連通する冷却媒体流路３２の一部が形成される。冷却媒体流路３２は、第１酸化剤ガス流路２８が形成される第１セパレータ１４の裏面と、後述する第２燃料ガス流路４２が形成される第３セパレータ２０の裏面と、が重なり合って形成される。
【００２１】
第２セパレータ１８の第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する第１燃料ガス流路３４が形成される。第１燃料ガス流路３４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝（直線状流路溝でもよい）３４ａを有する。
【００２２】
燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍に位置して、複数の供給孔部３６ａが形成される。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍に位置して、複数の排出孔部３６ｂが形成される。
【００２３】
図７に示すように、第２セパレータ１８の第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路３８が形成される。第２酸化剤ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝（直線状流路溝でもよい）３８ａを有する。
【００２４】
酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に位置して、複数本の入口連結溝４０ａが形成される。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍に位置して、複数本の出口連結溝４０ｂが形成される。
【００２５】
図１に示すように、第３セパレータ２０の第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する第２燃料ガス流路４２が形成される。第２燃料ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝（直線状流路溝でもよい）４２ａを有する。
【００２６】
燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍に位置して、複数の供給孔部４４ａが形成される。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍に位置して、複数の排出孔部４４ｂが形成される。供給孔部４４ａは、積層方向に沿って供給孔部３６ａよりも内方（発電面側）にオフセットするとともに、排出孔部４４ｂは、前記積層方向に沿って排出孔部３６ｂよりも内方にオフセットしている。
【００２７】
図２〜図５に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１フィルム被覆層４６が一体成形される。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２フィルム被覆層４８が一体成形される。第３セパレータ２０の面２０ａには、この第３セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３フィルム被覆層５０が一体成形される。
【００２８】
第１フィルム被覆層４６、第２フィルム被覆層４８及び第３フィルム被覆層５０は、セパレータ面に沿って均一な厚さを有する絶縁性フィルムを一体化して構成される。
【００２９】
図２及び図８に示すように、第３セパレータ２０の面２０ｂには、第３フィルム被覆層５０を設けることなく（又は、第３フィルム被覆層５０を設けた状態で）、シール部材５２が一体化される。シール部材５２は、冷却媒体入口連通孔２６ａ及び冷却媒体出口連通孔２６ｂと冷却媒体流路３２とを周回してこれらを連通させる。シール部材５２は、面２０ｂに沿って均一な厚さを有して延在する平面シール部５２ｆを有し、前記平面シール部５２ｆから内側シール部５２ａと外側シール部５２ｂとが一体に膨出形成される。
【００３０】
シール部材５２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材が用いられる。
【００３１】
図２〜図５に示すように、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２枠付き電解質膜・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（陽イオン交換膜）５４を備える。固体高分子電解質膜５４は、カソード電極５６及びアノード電極５８により挟持されて電解質膜・電極構造体５９を構成する。
【００３２】
カソード電極５６は、アノード電極５８及び固体高分子電解質膜５４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差ＭＥＡを構成する。なお、アノード電極５８は、カソード電極５６及び固体高分子電解質膜５４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有してもよい。
【００３３】
カソード電極５６及びアノード電極５８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５４の両面に形成される。
【００３４】
図１〜図５に示すように、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａは、カソード電極５６の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜５４の外周縁部に第１樹脂枠部材６０ａが設けられる。第１樹脂枠部材６０ａは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、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）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等で構成される。
【００３５】
図２に示すように、第１樹脂枠部材６０ａの外周縁部６０ａｅには、額縁平板形状の第１フィルム部材６２ａが接着剤層６３ａを介して接合される。第１フィルム部材６２ａは、例えば、第１樹脂枠部材６０ａと同一の材料で構成される。電解質膜・電極構造体５９の外周に、外方に向かって第１樹脂枠部材６０ａと第１フィルム部材６２ａとが、順次、設けられる。
【００３６】
第１樹脂枠部材６０ａの外周縁部６０ａｅは、所定の幅寸法（外周端部から内方に向かう寸法）に亘って薄肉状に形成される。第１フィルム部材６２ａの内周縁部６２ａｅは、所定の幅寸法（内周端部から内方に向かう寸法）に亘って薄肉状に形成される。第１樹脂枠部材６０ａの外周縁部６０ａｅと第１フィルム部材６２ａの内周縁部６２ａｅとの重なり部位に、額縁形状に接着剤が塗布されて接着剤層６３ａが形成される。
【００３７】
図１〜図５に示すように、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂは、カソード電極５６の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜５４の外周縁部に第２樹脂枠部材６０ｂが設けられる。第２樹脂枠部材６０ｂは、第１樹脂枠部材６０ａと同様に構成される。
【００３８】
図２に示すように、第２樹脂枠部材６０ｂの外周縁部６０ｂｅには、額縁平板形状の第２フィルム部材６２ｂが接着剤層６３ｂを介して接合される。第２フィルム部材６２ｂは、例えば、第２樹脂枠部材６０ｂと同一の材料で構成される。第２樹脂枠部材６０ｂの外周縁部６０ｂｅと第２フィルム部材６２ｂの内周縁部６２ｂｅとの重なり部位に、額縁形状に接着剤が塗布されて接着剤層６３ｂが形成される。
【００３９】
図１及び図９に示すように、第１樹脂枠部材６０ａのカソード電極５６側の面には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に複数個のエンボス部６４ａを有する入口バッファ部６６ａが設けられる。入口バッファ部６６ａと第１酸化剤ガス流路２８との間には、複数本のライン状ガイド通路６８ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍には、複数個のエンボス部６４ｂを有する出口バッファ部６６ｂが設けられる。出口バッファ部６６ｂと第１酸化剤ガス流路２８との間には、複数本のライン状ガイド通路６８ｂが設けられる。
【００４０】
図２、図６及び図９に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａに設けられた第１フィルム被覆層４６と、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａに設けられた第１フィルム部材６２ａとが互いに接合（接着又は加熱溶着）される。第１フィルム被覆層４６と第１フィルム部材６２ａとの間では、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２８とが周回され、これらが連通する。
【００４１】
図２及び図１０に示すように、第１樹脂枠部材６０ａのアノード電極５８側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍に複数個のエンボス部７０ａを有する入口バッファ部７２ａが設けられる。入口バッファ部７２ａと第１燃料ガス流路３４との間には、複数本のライン状ガイド通路７４ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数個のエンボス部７０ｂを有する出口バッファ部７２ｂが設けられる。出口バッファ部７２ｂと第１燃料ガス流路３４との間には、複数本のライン状ガイド通路７４ｂが設けられる。
【００４２】
図１、図２及び図１０に示すように、第２セパレータ１８の面１８ａに設けられた第２フィルム被覆層４８と、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａに設けられた第１フィルム部材６２ａとが互いに接合（接着又は加熱溶着）される。第２フィルム被覆層４８と第１フィルム部材６２ａとの間では、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂと第１燃料ガス流路３４とが周回され、これらが連通する。
【００４３】
図１及び図１１に示すように、第２樹脂枠部材６０ｂのカソード電極５６側の面には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に複数個のエンボス部７６ａを有する入口バッファ部７８ａが設けられる。入口バッファ部７８ａと第２酸化剤ガス流路３８との間には、複数本のライン状ガイド通路８０ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍には、複数個のエンボス部７６ｂを有する出口バッファ部７８ｂが設けられる。出口バッファ部７８ｂと第２酸化剤ガス流路３８との間には、複数本のライン状ガイド通路８０ｂが設けられる。
【００４４】
図２及び図１１に示すように、第２セパレータ１８の面１８ｂに設けられた第２フィルム被覆層４８と、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂに設けられた第２フィルム部材６２ｂとが互いに接合（接着又は加熱溶着）される。第２フィルム被覆層４８と第２フィルム部材６２ｂとの間では、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第２酸化剤ガス流路３８とが周回され、これらが連通する。
【００４５】
図２及び図１２に示すように、第２樹脂枠部材６０ｂのアノード電極５８側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍に複数個のエンボス部８２ａを有する入口バッファ部８４ａが設けられる。入口バッファ部８４ａと第２燃料ガス流路４２との間には、複数本のライン状ガイド通路８６ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数個のエンボス部８２ｂを有する出口バッファ部８４ｂが設けられる。出口バッファ部８４ｂと第２燃料ガス流路４２との間には、複数本のライン状ガイド通路８６ｂが設けられる。
【００４６】
図１、図２及び図１２に示すように、第３セパレータ２０の面２０ａに設けられた第３フィルム被覆層５０と、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂに設けられた第２フィルム部材６２ｂとが互いに接合（接着又は加熱溶着）される。第３フィルム被覆層５０と第２フィルム部材６２ｂとの間では、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂと第２燃料ガス流路４２とが周回され、これらが連通する。
【００４７】
発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３セパレータ２０との間には、冷却媒体流路３２が形成される。
【００４８】
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。
【００４９】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａには、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２４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａには、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。
【００５０】
このため、酸化剤ガスは、図１及び図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部６６ａ及びライン状ガイド通路６８ａを通って第１セパレータ１４の第１酸化剤ガス流路２８に供給される。残余の酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部７８ａ及びライン状ガイド通路８０ａを通って第２セパレータ１８の第２酸化剤ガス流路３８に導入される。
【００５１】
酸化剤ガスは、図１に示すように、第１酸化剤ガス流路２８に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極５６に供給される。残余の酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極５６に供給される。
【００５２】
一方、燃料ガスは、図３に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２セパレータ１８の供給孔部３６ａを通って入口バッファ部７２ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部７２ａ及びライン状ガイド通路７４ａを通って第２セパレータ１８の第１燃料ガス流路３４に供給される。
【００５３】
残余の燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２４ａから第３セパレータ２０の供給孔部４４ａを通って入口バッファ部８４ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部８４ａ及びライン状ガイド通路８６ａを通って第３セパレータ２０の第２燃料ガス流路４２に供給される。
【００５４】
燃料ガスは、図１に示すように、第１燃料ガス流路３４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極５８に供給される。残余の燃料ガスは、第２燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５８に供給される。
【００５５】
従って、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂでは、各カソード電極５６に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極５８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。
【００５６】
次いで、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極５６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図９及び図１１に示すように、ライン状ガイド通路６８ｂ、８０ｂから出口バッファ部６６ｂ、７８ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５７】
第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５８に供給されて消費された燃料ガスは、図１０及び図１２に示すように、ライン状ガイド通路７４ｂ、８６ｂから出口バッファ部７２ｂ、８４ｂに導入される。図１に示すように、燃料ガスは、排出孔部３６ｂ、４４ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。
【００５８】
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、冷却媒体流路３２に導入される。冷却媒体は、一旦、矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂに排出される。
【００５９】
この場合、本実施形態では、例えば、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａは、段差ＭＥＡの外周部に第１樹脂枠部材６０ａが一体化されるとともに、前記第１樹脂枠部材６０ａの外周縁部６０ａｅには、第１フィルム部材６２ａが接着されている。
【００６０】
そして、図９に示すように、第１樹脂枠部材６０ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第１酸化剤ガス流路２８との間に、反応ガス通路部である入口バッファ部６６ａ及びライン状ガイド通路６８ａが設けられている。一方、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２８との間に、反応ガス通路部である出口バッファ部６６ｂ及びライン状ガイド通路６８ｂが設けられている。
【００６１】
このため、第１セパレータ１４には、第１酸化剤ガス流路２８を含む最低限の加工（プレス加工）を施すとともに、第１フィルム被覆層４６を設けるだけでよい。従って、第１セパレータ１４の製造作業が一挙に簡素化し、前記第１セパレータ１４を簡単且つ良好に製造することが可能になる。
【００６２】
第２セパレータ１８においても、同様である一方、第３セパレータ２０では、最低限の加工を施し且つ面２０ｂにシール部材５２が一体成形されている。これより、燃料電池１０全体の製造コストが削減され、前記燃料電池１０を経済的に製造することができるという効果が得られる。
【００６３】
さらに、図２に示すように、第１セパレータ１４は、少なくとも第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａの第１フィルム部材６２ａに、直接、接触する第１フィルム被覆層４６を備えている。一方、第２セパレータ１８は、第１枠付き電解質膜・電極構造体１６ａの第１フィルム部材６２ａと、第２枠付き電解質膜・電極構造体１６ｂの第２フィルム部材６２ｂとに、直接、接触する第２フィルム被覆層４８を備えている。このため、簡単な構成で、燃料ガス及び酸化剤ガスの漏れを確実に抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…燃料電池                      １２…発電ユニット
１４、１８、２０…セパレータ
１６ａ、１６ｂ…枠付き電解質膜・電極構造体
２２ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ２２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔          ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６ａ…冷却媒体入口連通孔          ２６ｂ…冷却媒体出口連通孔
２８、３８…酸化剤ガス流路          ３２…冷却媒体流路
３４、４２…燃料ガス流路            ４６、４８、５０…フィルム被覆層
５２…シール部材                    ５４…固体高分子電解質膜
５６…カソード電極                  ５８…アノード電極
５９…電解質膜・電極構造体          ６０ａ、６０ｂ…樹脂枠部材
６２ａ、６２ｂ…フィルム部材        ６３ａ、６３ｂ…接着剤層
６６ａ、７２ａ、７８ａ、８４ａ…入口バッファ部
６６ｂ、７２ｂ、７８ｂ、８４ｂ…出口バッファ部
６８ａ、６８ｂ、７４ａ、７４ｂ、８０ａ、８０ｂ、８６ａ、８６ｂ…ライン状ガイド通路
【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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