(57)【要約】【課題】簡単な構成で、外部からの衝撃を良好に受けることができ、しかもセルユニット間の位置決めを容易且つ確実に遂行可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、複数のセルユニット１２を積層するとともに、互いに隣接する前記セルユニット１２間には、冷却媒体流路４２が形成される。セルユニット１２を構成する第２金属セパレータ２８の外周端縁部には、樹脂枠部材８０が設けられる。樹脂枠部材８０には、互いの間に冷却媒体流路４２を形成する第１金属セパレータ２４及び第３金属セパレータ３０の外周端部を覆って、積層方向に突出する突起部８０ｂが形成される。【選択図】図３
2016110915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に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積層されるセルユニットを備え、複数の前記セルユニットが積層される燃料電池であって、
前記セルユニットの積層方向に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をそれぞれ流通させる複数の流体連通孔が形成されるとともに、互いに隣接する前記セルユニット間には、セパレータ面方向に沿って前記冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されており、
前記セルユニットの外周部には、前記流体連通孔の外方に位置し、互いの間に前記冷却媒体流路を形成する一対の前記セパレータの外周端部を覆って、前記積層方向に突出する樹脂枠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、外周部にシール部材が一体成形されるとともに、
前記樹脂枠部材は、前記セルユニットを構成する１つの前記セパレータの外周部に前記シール部材と一体に設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池において、前記樹脂枠部材は、前記シール部材と一体化される固定部と、
前記積層方向に突出して一対の前記セパレータの外周端部を覆う突起部と、
を一体に有することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池において、前記セルユニットの積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、
前記エンドプレート間には、前記積層方向に締め付け荷重を付与する連結バーが固定され、
前記突起部は、前記連結バーに対向して設けら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が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるセルユニットを備え、複数の前記セルユニットが積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、単位セル（セルユニット）が構成されている。
【０００３】
この燃料電池は、通常、数十〜数百の単位セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。その際、各単位セル同士を正確に位置決めする必要があり、このため、前記単位セルに形成された位置決め用孔部にノックピンを挿入する作業が行われている。しかしながら、単位セルの積層数が増加するのに伴って、ノックピンの挿入作業が困難なものとなる。従って、作業性が低下するとともに、部材の位置ずれが惹起し易く、シール機能が低下するという問題がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、電解質の両側に一対の電極を設けた少なくとも第１及び第２電解質・電極構造体と、少なくとも第１、第２及び第３セパレータとを設けている。第１セパレータ及び第２セパレータの間で、第１電解質・電極構造体を挟持する一方、前記第２セパレータ及び第３セパレータの間で、第２電解質・電極構造体を挟持している。そして、第１セパレータ乃至第３セパレータ同士を相互に位置決めするために、位置決め機構を備えている。
【０００５】
位置決め機構では、第２セパレータの一方の面から第１セパレータ側に第１凸状部が突出する一方、前記第２セパレータの他方の面から第３セパレータ側に第２凸状部が突出している。さらに、第１セパレータには、第１凸状部が嵌合する第１凹状部が設けられるとともに、第３セパレータには、第２凸状部が嵌合する第２凹状部が設けられている。
【０００６】
従って、第１セパレータ乃至第３セパレータ同士を精度よく位置決めすることができ、第１セパレータ又は第３セパレータに凸状部を設ける構成に比べ、第１凸状部及び第２凸状部が短尺化されて剛性が有効に向上する、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２０５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成で、外部からの衝撃を良好に受けることができ、しかもセルユニット間の位置決めが容易且つ確実に遂行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】
【０００９】
本発明は、電解質膜の両側に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積層されるセルユニットを備え、複数の前記セルユニットが積層される燃料電池に関するものである。この燃料電池では、セルユニットの積層方向に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をそれぞれ流通させる複数の流体連通孔が形成されている。そして、互いに隣接するセルユニット間には、セパレータ面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されている。
【００１０】
セルユニットの外周部には、流体連通孔の外方に位置し、互いの間に冷却媒体流路を形成する一対のセパレータの外周端部を覆って、積層方向に突出する樹脂枠部材が設けられている。
【００１１】
また、この燃料電池では、セパレータは、外周部にシール部材が一体成形されるとともに、樹脂枠部材は、セルユニットを構成する１つのセパレータの外周部に前記シール部材と一体に設けられることが好ましい。
【００１２】
さらに、この燃料電池では、樹脂枠部材は、シール部材と一体化される固定部と、積層方向に突出して一対のセパレータの外周端部を覆う突起部と、を一体に有することが好ましい。
【００１３】
さらにまた、この燃料電池では、セルユニットの積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレート間には、積層方向に締め付け荷重を付与する連結バーが固定されることが好ましい。その際、突起部は、連結バーに対向して設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セルユニットの外周部には、樹脂枠部材が設けられている。樹脂枠部材は、互いの間に冷却媒体流路を形成する一対のセパレータの外周端部を覆って、積層方向に突出している。このため、セルユニット間は、樹脂枠部材により位置決めされている。従って、簡単な構成で、外部からの衝撃を良好に受けることができ、しかもセルユニット間の位置決めが容易且つ確実に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成するセルユニットの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記セルユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図５】前記セルユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。
【図６】前記セルユニットの要部の断面斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するセルユニットの第２金属セパレータの正面説明図である。
【図８】前記セルユニットの要部の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池１０は、複数のセルユニット１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ａ方向）に積層される燃料電池スタックを構成する。なお、複数のセルユニット１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して燃料電池１０を構成してもよい。
【００１７】
図１に示すように、セルユニット１２の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１４ａ、第１絶縁プレート１６ａ及び第１エンドプレート１８ａが、外方に向かって、順次、配設される。セルユニット１２の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが、外方に向かって、順次、配設される。
【００１８】
第１ターミナルプレート１４ａは、第１絶縁プレート１６ａの中央に形成された凹部（図示せず）に収容される。第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１出力端子２０ａは、第１絶縁プレート１６ａの中央に形成された孔部（図示せず）及び第１エンドプレート１８ａを貫通して外方に延在する。第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２出力端子２０ｂは、第２絶縁プレート１６ｂの中央に形成された孔部（図示せず）及び第２エンドプレート１８ｂを貫通して外方に延在する。
【００１９】
第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとの各辺間には、連結バー２２の両端がねじ２３により固定され、複数の積層されたセルユニット１２に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとは、互いの離間距離が一定に保持された状態で、固定される。
【００２０】
図２及び図３に示すように、セルユニット１２は、第１金属セパレータ２４、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ、第２金属セパレータ２８、第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂ及び第３金属セパレータ３０を積層する。
【００２１】
第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等により構成される。第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０は、平面が矩形状を有するとともに、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金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
【００２２】
図２に示すように、セルユニット１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向（積層方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。具体的には、酸化剤ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、第１金属セパレータ２４、第２金属セパレータ２８及び第３金属セパレータ３０の長辺方向の一端縁部に設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３２ａ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３４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２３】
セルユニット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３４ａ、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３２ｂが設けられる。
【００２４】
セルユニット１２の短辺方向（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冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔３６ａが設けられる。セルユニット１２の短辺方向の下端縁部には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂが設けられる。
【００２５】
図４に示すように、第１金属セパレータ２４の第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａに向かう面２４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路３８が形成される。第１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部（直線状流路溝部でもよい）３８ａを有する。
【００２６】
第１酸化剤ガス流路３８の入口側と酸化剤ガス入口連通孔３２ａとの間には、複数本の入口連結溝４０ａが形成される。第１酸化剤ガス流路３８の出口側と酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとの間には、複数本の出口連結溝４０ｂが形成される。
【００２７】
図２に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａと一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂとに連通する冷却媒体流路４２の一部が形成される。
【００２８】
第２金属セパレータ２８の第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａに向かう面２８ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する第１燃料ガス流路４４が形成される。第１燃料ガス流路４４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）４４ａを有する。
【００２９】
燃料ガス入口連通孔３４ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔３４ａと第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の供給流路溝部４６ａが形成される。複数の供給流路溝部４６ａは、蓋体４７ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔３４ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔３４ｂと第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の排出流路溝部４６ｂが形成される。複数の排出流路溝部４６ｂは、蓋体４７ｂにより覆われる。
【００３０】
図５に示すように、第２金属セパレータ２８の第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂに向かう面２８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとに連通する第２酸化剤ガス流路４８が形成される。第２酸化剤ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）４８ａを有する。
【００３１】
第２酸化剤ガス流路４８の入口側と酸化剤ガス入口連通孔３２ａとの間には、複数本の入口連結溝５０ａが形成される。第２酸化剤ガス流路４８の出口側と酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとの間には、複数本の出口連結溝５０ｂが形成される。
【００３２】
図２に示すように、第３金属セパレータ３０の第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂに向かう面３０ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する第２燃料ガス流路５２が形成される。第２燃料ガス流路５２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）５２ａを有する。
【００３３】
燃料ガス入口連通孔３４ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔３４ａと第２燃料ガス流路５２とを連通する複数の供給流路溝部５４ａが形成される。複数の供給流路溝部５４ａは、蓋体５５ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔３４ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔３４ｂと第２燃料ガス流路５２とを連通する複数の排出流路溝部５４ｂが形成される。複数の排出流路溝部５４ｂは、蓋体５５ｂにより覆われる。
【００３４】
第３金属セパレータ３０の面３０ｂには、第２燃料ガス流路５２の裏面形状である冷却媒体流路４２の一部が形成される。第３金属セパレータ３０の面３０ｂには、前記第３金属セパレータ３０に隣接する第１金属セパレータ２４の面２４ｂが積層されることにより、冷却媒体流路４２が一体に設けられる。
【００３５】
第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周縁部の両面を周回して第１シール部材５６が一体成形される。第２金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２金属セパレータ２８の外周縁部の両面を周回して第２シール部材５８が一体成形される。第３金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第３金属セパレータ３０の外周縁部の両面を周回して第３シール部材６０が一体成形される。
【００３６】
第１シール部材５６、第２シール部材５８及び第３シール部材６０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。
【００３７】
図２及び図３に示すように、第１シール部材５６は、均一の厚さを有して第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂの面方向に沿って延在する平面シール部５６ａを有する。第１金属セパレータ２４の面２４ａにおいて、図３及び図４に示すように、平面シール部５６ａからは、外側シール部材（凸状シール部材）５６ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。外側シール部材５６ｂは、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａの外方に且つ積層方向に沿って平面シール部５８ａを介装して第２金属セパレータ２８に対向する位置に設けられる。
【００３８】
第１金属セパレータ２４の面２４ｂにおいて、平面シール部５６ａからは、積層方向から見て後述する第１樹脂製フレーム７０ａ及び第２樹脂製フレーム７０ｂの外周縁部に重なり合う位置に、内側シール部材５６ｃが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００３９】
図２、図３及び図５に示すように、第２シール部材５８は、均一の厚さを有して第２金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂの面方向に沿って延在する平面シール部５８ａを有する。第２金属セパレータ２８の面２８ａにおいて、平面シール部５８ａからは、積層方向から見て第１樹脂製フレーム７０ａの外周縁部に重なり合う位置に、断面矩形状を有する内側シール部材５８ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００４０】
図３に示すように、第２金属セパレータ２８の面２８ｂには、第２樹脂製フレーム７０ｂの外方に且つ積層方向から見て第３金属セパレータ３０に重なり合う位置に、断面矩形状の外側シール部材５８ｃが配置される。
【００４１】
図２及び図３に示すように、第３シール部材６０は、均一の厚さを有して第３金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂの面方向に沿って延在する平面シール部６０ａを有する。第３金属セパレータ３０の面３０ａにおいて、平面シール部６０ａからは、積層方向から見て第２樹脂製フレーム７０ｂの外周縁部に重なり合う位置に、断面矩形状を有する内側シール部材６０ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００４２】
図３に示すように、第３金属セパレータ３０の面３０ｂには、第１樹脂製フレーム７０ａ及び第２樹脂製フレーム７０ｂの外方に且つ積層方向に沿って第１金属セパレータ２４に重なり合う位置に、断面矩形状の外側シール部材６０ｃが配置される。
【００４３】
図２及び図３に示すように、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂは、それぞれ電解質膜・電極構造体６２を備える。電解質膜・電極構造体６２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）６４と、前記固体高分子電解質膜６４を挟持するアノード電極６６及びカソード電極６８とを備える。
【００４４】
固体高分子電解質膜６４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。カソード電極６８は、固体高分子電解質膜６４及びアノード電極６６よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成する。
【００４５】
なお、アノード電極６６、カソード電極６８及び固体高分子電解質膜６４は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極６６は、カソード電極６８及び固体高分子電解質膜６４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有していてもよい。
【００４６】
アノード電極６６及びカソード電極６８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６４の両面に形成される。
【００４７】
第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａは、固体高分子電解質膜６４の外周を周回するとともに、アノード電極６６及びカソード電極６８に接合される第１樹脂製フレーム７０ａを備える。第１樹脂製フレーム７０ａ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）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。第１樹脂製フレーム７０ａは、その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成してもよく、熱可塑性樹脂が好ましい。
【００４８】
第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂは、固体高分子電解質膜６４の外周を周回するとともに、アノード電極６６及びカソード電極６８に接合される第２樹脂製フレーム７０ｂを備える。第２樹脂製フレーム７０ｂは、第１樹脂製フレーム７０ａと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図２に示すように、第１樹脂製フレーム７０ａのカソード電極６８側の面には、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと第１酸化剤ガス流路３８の入口側との間に位置して入口バッファ部７２ａが設けられる。第１樹脂製フレーム７０ａのカソード電極６８側の面には、酸化剤ガス出口連通孔３２ｂと第１酸化剤ガス流路３８の出口側との間に位置して、出口バッファ部７２ｂが設けられる。入口バッファ部７２ａ及び出口バッファ部７２ｂは、複数本のライン状凸部及びエンボス部を有するが、前記エンボス部のみを有してもよい。以下に説明するバッファ部は、同様に構成される。
【００５０】
第１樹脂製フレーム７０ａのアノード電極６６側の面には、燃料ガス入口連通孔３４ａと第１燃料ガス流路４４との間に位置して入口バッファ部７４ａが設けられる。第１樹脂製フレーム７０ａのアノード電極６６側の面には、燃料ガス出口連通孔３４ｂと第１燃料ガス流路４４との間に位置して、出口バッファ部７４ｂが設けられる。
【００５１】
第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂに設けられる第２樹脂製フレーム７０ｂは、カソード電極６８側の面に、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと第２酸化剤ガス流路４８との間に位置して入口バッファ部７６ａが設けられる。第２樹脂製フレーム７０ｂのカソード電極６８側の面には、酸化剤ガス出口連通孔３２ｂと第２酸化剤ガス流路４８との間に位置して、出口バッファ部７６ｂが形成される。
【００５２】
第２樹脂製フレーム７０ｂのアノード電極６６側の面には、燃料ガス入口連通孔３４ａと第２燃料ガス流路５２との間に位置して入口バッファ部７８ａが設けられる。第２樹脂製フレーム７０ｂのアノード電極６６側の面には、燃料ガス出口連通孔３４ｂと第２燃料ガス流路５２との間に位置して、出口バッファ部７８ｂが設けられる。
【００５３】
セルユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方のセルユニット１２を構成する第１金属セパレータ２４と、他方のセルユニット１２を構成する第３金属セパレータ３０との間には、冷却媒体流路４２が形成される。セルユニット１２の外周部には、互いの間に冷却媒体流路４２を形成する第１金属セパレータ２４及び第３金属セパレータ３０（一対のセパレータ）の外周端部を覆って、積層方向に突出する樹脂枠部材８０が設けられる。
【００５４】
図３及び図６に示すように、樹脂枠部材８０は、第２金属セパレータ２８を構成する金属プレート２８ｐの外周端縁部に一体成形され、又は、別部材を固着して形成される。第２シール部材５８は、樹脂枠部材８０の一部を埋設して第２金属セパレータ２８に一体成形される。第２シール部材５８の外形寸法は、第１シール部材５６及び第３シール部材６０の外形寸法よりも所定の長さｈだけ長尺に設定される。
【００５５】
樹脂枠部材８０は、第２シール部材５８に埋設される固定部８０ａと、前記固定部８０ａの外周端部に一体に設けられ、所定の幅寸法（所定の長さｈ）を有して積層方向に突出する突起部８０ｂとを有する。突起部８０ｂは、連結バー２２に当接する。突起部８０ｂの先端８０ｂｓと樹脂枠部材８０が埋設された第２シール部材５８の表面との間隔Ｓは、締め付け保持された状態で、第１シール部材５６の全体幅寸法と第３シール部材６０の全体幅寸法との和に等しく設定される。樹脂枠部材８０は、第１樹脂製フレーム７０ａ及び第２樹脂製フレーム７０ｂと同様の材料で形成される。
【００５６】
図１に示すように、第１エンドプレート１８ａの上部側には、長辺方向両側に酸化剤ガス供給マニホールド８１ａ及び燃料ガス供給マニホールド８２ａが設けられる。第１エンドプレート１８ａの下部側には、長辺方向両側に酸化剤ガス排出マニホールド８１ｂ及び燃料ガス排出マニホールド８２ｂが設けられる。酸化剤ガス供給マニホールド８１ａと酸化剤ガス排出マニホールド８１ｂとは、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとに連通する。燃料ガス供給マニホールド８２ａと燃料ガス排出マニホールド８２ｂとは、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する。
【００５７】
第２エンドプレート１８ｂには、図示しないが、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａに一体に連通する冷却媒体供給マニホールドと、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂに一体に連通する冷却媒体排出マニホールドとが、上下に設けられる。
【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、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス供給マニホールド８１ａから酸化剤ガス入口連通孔３２ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート１８ａの燃料ガス供給マニホールド８２ａから燃料ガス入口連通孔３４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
【００６０】
一方、第２エンドプレート１８ｂの冷却媒体供給マニホールド（図示せず）から上部の冷却媒体入口連通孔３６ａ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。
【００６１】
このため、図２に示すように、酸化剤ガスは、一部が酸化剤ガス入口連通孔３２ａから入口バッファ部７２ａを通って第１金属セパレータ２４の第１酸化剤ガス流路３８に供給される。酸化剤ガスは、他の一部が酸化剤ガス入口連通孔３２ａから入口バッファ部７６ａを通って第２金属セパレータ２８の第２酸化剤ガス流路４８に導入される。
【００６２】
酸化剤ガスは、図２、図４及び図５に示すように、第１酸化剤ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａのカソード電極６８に供給される。また、酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂのカソード電極６８に供給される。
【００６３】
一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給流路溝部４６ａ、５４ａに導入される。供給流路溝部４６ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部７４ａを通って第２金属セパレータ２８の第１燃料ガス流路４４に供給される。供給流路溝部５４ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部７８ａを通って第３金属セパレータ３０の第２燃料ガス流路５２に供給される。
【００６４】
燃料ガスは、第１燃料ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａのアノード電極６６に供給される。また、燃料ガスは、第２燃料ガス流路５２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂのアノード電極６６に供給される。
【００６５】
従って、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂでは、各カソード電極６８に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極６６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。
【００６６】
次いで、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂの各カソード電極６８に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部７２ｂ、７６ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔３２ｂに排出される。第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂのアノード電極６６に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部７４ｂ、７８ｂを通って燃料ガス出口連通孔３４ｂに排出される。
【００６７】
一方、上部一対の冷却媒体入口連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路４２に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔３６ａから冷却媒体流路４２に供給され、矢印Ｃ方向（重力方向）に流動して第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向下方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂに排出される。
【００６８】
この場合、第１の実施形態では、図３及び図６に示すように、セルユニット１２の外周部には、樹脂枠部材８０が設けられている。具体的には、セルユニット１２を構成する第２金属セパレータ２８の外周縁部に、樹脂枠部材８０が設けられている。そして、樹脂枠部材８０は、互いの間に冷却媒体流路４２を形成する第１金属セパレータ２４及び第３金属セパレータ３０の外周端部を覆って、積層方向に突出する突起部８０ｂを有している。
【００６９】
一方のセルユニット１２を構成する樹脂枠部材８０の先端８０ｂｓは、他方のセルユニット１２を構成する第２金属セパレータ２８の第２シール部材５８に当接し、一対の前記第２シール部材５８間には、所定の間隔Ｓが形成されている。このため、一対の第２シール部材５８間の間隔Ｓには、第１金属セパレータ２４及び第３金属セパレータ３０が嵌め込まれる。
【００７０】
従って、互いの間に冷却媒体流路４２を形成する第１金属セパレータ２４及び第３金属セパレータ３０は、樹脂枠部材８０により容易且つ高精度に位置決め配置される。これにより、セルユニット１２間、すなわち、冷却媒体流路４２のずれ量を抑制することができ、冷却媒体の流配及び圧損等を所望の状態に設定することが可能になる。このため、発電性能や耐久性の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００７１】
しかも、樹脂枠部材８０では、突起部８０ｂの積層方向の長さを設定するだけで、セルユニット１２の厚さを最適化することが可能になる。従って、燃料電池１０全体を良好に締め付け保持することができ、荷重抜けを確実に抑制するとともに、シール線圧の最適化が容易に可能になる。
【００７２】
さらに、図３に示すように、特に連結バー２２によりセルユニット１２に衝撃荷重Ｆが付与された際、この衝撃荷重Ｆは、前記連結バー２２に当接する樹脂枠部材８０の突起部８０ｂにより受けることができる。突起部８０ｂは、積層方向に突出するとともに、表面が平坦面に構成されている。これにより、衝撃荷重Ｆは、部分的に集中することがなく、突起部８０ｂの幅方向に分散されて衝突保護面積が一挙に増加し、耐衝突性が向上するという効果が得られる。
【００７３】
なお、第１の実施形態では、セルユニット１２は、３枚のセパレータと２枚の樹脂枠付きＭＥＡとを有し、各セルユニット１２間に冷却媒体流路４２が形成されている（所謂、間引き冷却）。本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、２枚のセパレータ間に１枚の樹脂枠付きＭＥＡが挟持される発電ユニット（所謂、各セル冷却）にも、適用することができる。
【００７４】
また、第１の実施形態では、第１樹脂枠付きＭＥＡ２６ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ２６ｂを用いているが、これに限定されるものではない。第１樹脂製フレーム７０ａ及び第２樹脂製フレーム７０ｂを不要にした電解質膜・電極構造体６２からなる、所謂、段差ＭＥＡを採用してもよい。以下に説明する第２の実施形態でも、同様である。
【００７５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するセルユニット９０の第２金属セパレータ９２の正面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する第２金属セパレータ２８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。
【００７６】
第２金属セパレータ９２の外周部には、樹脂枠部材９４が設けられる。図８に示すように、樹脂枠部材９４は、第２シール部材５８に埋設される固定部９４ａと、前記固定部９４ａの外周端部に一体に設けられ、所定の幅寸法（所定の長さＨ）を有して積層方向に突出する支持部９４ｂとを有する。支持部９４ｂには、内方に膨出する肉厚な突起部９６が所定の部位に且つ所定の数だけ設けられる。
【００７７】
突起部９６は、図７に示すように、第２金属セパレータ９２の４辺に各連結バー２２に対向して設けられる。突起部９６は、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとの間、燃料ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとの間、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａの間、及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂの間に配置される。突起部９６の内面位置は、第１シール部材５６及び第３シール部材６０の外周面に当接する位置に設定される。
【００７８】
このように構成される第２の実施形態では、樹脂枠部材９４は、各連結バー２２に対向して突起部９６が設けられている。このため、連結バー２２からの衝撃荷重Ｆは、突起部９６を介して確実に受けることができる。従って、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…燃料電池                    １２、９０…セルユニット
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート    ２２…連結バー
２４、２８、３０、９２…金属セパレータ
２６ａ、２６ｂ…樹脂枠付きＭＥＡ  ３２ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔      ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔        ３６ａ…冷却媒体入口連通孔
３６ｂ…冷却媒体出口連通孔        ３８、４８…酸化剤ガス流路
４２…冷却媒体流路                ４４、５２…燃料ガス流路
５６、５８、６０…シール部材      ６２…電解質膜・電極構造体
６４…固体高分子電解質膜          ６６…アノード電極
６８…カソード電極                ７０ａ、７０ｂ…樹脂製フレーム
８０、９４…樹脂枠部材            ８０ａ、９４ａ…固定部
８０ｂ、９６…突起部
【図１】
2016110915.tif 000003
【図２】
2016110915.tif 000004
【図３】
2016110915.tif 000005
【図４】
2016110915.tif 000006
【図５】
2016110915.tif 000007
【図６】
2016110915.tif 000008
【図７】
2016110915.tif 000009
【図８】
2016110915.tif 000010