(57)【要約】【課題】簡易な構成で、２重シール構造を構成するとともに、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では、第１電解質膜・電極構造体１６ａは、カソード電極５０の外周に設けられる第１枠状フィルム５４ａと、アノード電極５２の外周に設けられる第２枠状フィルム５４ｂとを備える。第１枠状フィルム５４ａは、第２枠状フィルム５４ｂの外周端よりも外方に伸びる突出部５４ａｔを有し、前記突出部５４ａｔと第２セパレータ１８との間には、外側シール部材４４ａが設けられる。第１枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂの積層方向の重なり部と第２セパレータ１８との間には、内側シール部材４４ｂが設けられる。【選択図】図２
2016110826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極を設ける電解質膜・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、
前記電解質膜・電極構造体は、一方の電極の外周から外方に延在して設けられる第１枠状フィルムと、
他方の電極の外周から外方に延在して設けられる第２枠状フィルムと、
を備えるとともに、
前記第１枠状フィルムは、前記第２枠状フィルムの外周端よりも外方に伸びる突出部を有し、
前記突出部と前記セパレータとの間には、外側シール部材が設けられ、
前記第１枠状フィルム及び前記第２枠状フィルムの積層方向の重なり部と前記セパレータとの間には、前記外側シール部材よりも内方に位置して内側シール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、前記第１枠状フィルムには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を前記積層方向に流通させる燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が貫通形成される一方、
前記第２枠状フィルムの外周端は、前記燃料ガス連通孔、前記酸化剤ガス連通孔及び前記冷却媒体連通孔よりも内方で終端す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る電解質膜・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電解質膜の一面にアノード電極が、前記電解質膜の他面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。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単位セル（発電セル）を構成している。この燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、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】
電解質膜・電極構造体では、一方の電極を構成するガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法（外径寸法）に設定されるとともに、他方の電極を構成するガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の平面寸法に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。
【０００４】
この段差ＭＥＡにおいて、電解質膜・電極構造体とセパレータとのシール性を向上させることを目的として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池では、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極とを、いずれか一方の面が他方の面内に収まるように配置して電極膜構造体を形成している。
【０００５】
そして、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極のうち表面積の大きな拡散電極の外周部分と一方のセパレータとの間に、表面積の小さな拡散電極を囲むように第１のシール（内側シール部材）が設けられている。さらに、一方のセパレータと他方のセパレータとの間であって、表面積の大きな拡散電極を囲むように第２のシール（外側シール部材）が設けられている。すなわち、内側シール部材と外側シール部材との２重シール構造が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の特許文献１では、アノード側拡散電極とカソード側拡散電極とが異なる表面積（外形寸法）を有している。このため、各電極を構成する拡散層として、例えば、カーボンペーパが用いられる際、寸法の異なる２種類のカーボンペーパを用意しなければならず、コストが高騰するという問題がある。
【０００８】
しかも、固体高分子電解質膜の外周縁部は、表面積の小さな拡散電極の外周端部から外方に露呈している。従って、固体高分子電解質膜の外周縁部が劣化し易いという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡易な構成で、２重シール構造を構成するとともに、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】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両側に電極を設ける電解質膜・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ものである。この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、一方の電極の外周から外方に延在して設けられる第１枠状フィルムと、他方の電極の外周から外方に延在して設けられる第２枠状フィルムと、を備えている。
【００１１】
そして、第１枠状フィルムは、第２枠状フィルムの外周端よりも外方に伸びる突出部を有し、前記突出部とセパレータとの間には、外側シール部材が設けられている。第１枠状フィルム及び第２枠状フィルムの積層方向の重なり部とセパレータとの間には、外側シール部材よりも内方に位置して内側シール部材が設けられている。
【００１２】
また、この燃料電池では、第１枠状フィルムには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を積層方向に流通させる燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が貫通形成されことが好ましい。その際、第２枠状フィルムの外周端は、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔よりも内方で終端することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、一方の電極の外周に設けられた第１枠状フィルムは、他方の電極の外周に設けられた第２枠状フィルムよりも大きな外形寸法（平面寸法）に設定されている。そして、第１枠状フィルムの突出部とセパレータとの間には、外側シール部材が設けられ、前記第１枠状フィルム及び第２枠状フィルムの積層方向の重なり部と前記セパレータとの間には、内側シール部材が設けられている。
【００１４】
従って、簡易な構成で、２重シール構造を構成するとともに、燃料電池全体を経済的に製造することが可能になる。しかも、電解質膜の外周端部が外方に露呈することがなく、前記電解質膜の劣化を抑制することができる。
【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】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図４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、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。
【００１７】
発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ｂ及び第３セパレータ２０を有する。
【００１８】
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。
【００１９】
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、冷却媒体入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２６ｂ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。冷却媒体入口連通孔２４ａは、冷却媒体を供給する一方、燃料ガス出口連通孔２６ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２０】
発電ユニット１２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燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２１】
第１セパレータ１４の第１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直線状流路溝（又は波状流路溝でもよい）を有する。
【００２２】
第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２４ａと冷却媒体出口連通孔２４ｂとを連通する冷却媒体流路３０の一部が形成される。冷却媒体流路３０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の裏の面１４ｂと、後述する第２燃料ガス流路３８が形成される第３セパレータ２０の裏の面２０ｂとが、重なり合って形成される。
【００２３】
第２セパレータ１８の第１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２６ａと燃料ガス出口連通孔２６ｂとを連通する第１燃料ガス流路３２が形成される。第１燃料ガス流路３２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝（又は波状流路溝でもよい）を有する。
【００２４】
燃料ガス入口連通孔２６ａの近傍に位置して、複数の供給孔部３４ａが形成される。燃料ガス出口連通孔２６ｂの近傍に位置して、複数の排出孔部３４ｂが形成される。
【００２５】
第２セパレータ１８の第２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３６が形成される。第２酸化剤ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝（又は波状流路溝でもよい）を有する。
【００２６】
第３セパレータ２０の第２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２６ａと燃料ガス出口連通孔２６ｂに連通する第２燃料ガス流路３８が形成される。第２燃料ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝（又は波状流路溝でもよい）を有する。
【００２７】
第３セパレータ２０の燃料ガス入口連通孔２６ａの近傍に位置して、複数の供給孔部４０ａが形成される。燃料ガス出口連通孔２６ｂの近傍に位置して、複数の排出孔部４０ｂが形成される。供給孔部４０ａは、積層方向に沿って供給孔部３４ａ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４０ｂは、前記積層方向に沿って排出孔部３４ｂよりも内方にオフセットしている。
【００２８】
図１〜図４に示すように、第１セパレータ１４の面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シール部材４２が一体成形される。第２セパレータ１８の面１８ａ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シール部材４４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シール部材４６が一体成形される。
【００２９】
第１シール部材４２、第２シール部材４４及び第３シール部材４６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部材が用いられる。
【００３０】
図２に示すように、第２シール部材４４は、第１電解質膜・電極構造体１６ａに対向して設けられる。この第２シール部材４４は、第２セパレータ１８の外周縁部に設けられる外側シール部材４４ａと、前記外側シール部材４４ａの内方に位置して電極面を周回する内側シール部材４４ｂとを有する。第３シール部材４６は、第２電解質膜・電極構造体１６ｂに対向して設けられる。この第３シール部材４６は、第３セパレータ２０の外周縁部に設けられる外側シール部材４６ａと、前記外側シール部材４６ａの内方に位置して電極面を周回する内側シール部材４６ｂとを有する。第１シール部材４２、第２シール部材４４及び第３シール部材４６の外周端部には、外部からの塵埃の浸入を防止するために、外周凸部４２ｅ、４４ｅ及び４６ｅが必要に応じて設けられる。
【００３１】
図２〜図４に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２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）４８を備える。固体高分子電解質膜４８は、カソード電極５０及びアノード電極５２により挟持される。
【００３２】
カソード電極５０及びアノード電極５２は、同一の平面寸法（外形寸法）を有するとともに、固体高分子電解質膜４８は、前記カソード電極５０及び前記アノード電極５２よりも大きな平面寸法を有する。なお、固体高分子電解質膜４８、カソード電極５０及びアノード電極５２は、同一の平面寸法に設定されてもよい。
【００３３】
カソード電極５０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層５０ａ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５０ａの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層５０ｂとを有する。アノード電極５２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層５２ａ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５２ａの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層５２ｂとを有する。
【００３４】
第１電解質膜・電極構造体１６ａは、カソード電極５０（一方の電極）の外周端部を覆って第１枠状フィルム５４ａを設けるとともに、アノード電極５２（他方の電極）の外周端部を覆って第２枠状フィルム５４ｂを設ける。図２に示すように、第１枠状フィルム５４ａの内周端部５４ａｅは、ガス拡散層５０ａの外周端部を覆って配置される。第２枠状フィルム５４ｂの内周端部５４ｂｅは、ガス拡散層５２ａの外周端部を覆って配置される。第１枠状フィルム５４ａと第２枠状フィルム５４ｂとは、溶着又は接着により気密に固定される。
【００３５】
第１枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂ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枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂ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い。
【００３６】
第１枠状フィルム５４ａは、第２枠状フィルム５４ｂの外周端よりも外方に伸びる突出部５４ａｔを有する。図１に示すように、突出部５４ａｔには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００３７】
突出部５４ａｔには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に位置して、複数の酸化剤ガス供給孔部５６ａが形成される。突出部５４ａｔには、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍に位置して、複数の酸化剤ガス排出孔部５６ｂが形成される。
【００３８】
第２枠状フィルム５４ｂの外周端は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの内方で終端する。
【００３９】
第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、カソード電極５０（一方の電極）の外周端部を覆って第１枠状フィルム５８ａを設けるとともに、アノード電極５２（他方の電極）の外周端部を覆って第２枠状フィルム５８ｂを設ける。図２に示すように、第１枠状フィルム５８ａの内周端部５８ａｅは、ガス拡散層５０ａの外周端部を覆って配置される。第２枠状フィルム５８ｂの内周端部５８ｂｅは、ガス拡散層５２ａの外周端部を覆って配置される。第１枠状フィルム５８ａと第２枠状フィルム５８ｂとは、溶着又は接着により気密に固定される。
【００４０】
第１枠状フィルム５８ａは、第２枠状フィルム５８ｂの外周端よりも外方に伸びる突出部５８ａｔを有する。図１に示すように、突出部５８ａｔには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００４１】
突出部５８ａｔには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの近傍に位置して、複数の酸化剤ガス供給孔部６０ａが形成される。突出部５８ａｔには、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの近傍に位置して、複数の酸化剤ガス排出孔部６０ｂが形成される。突出部５８ａｔには、燃料ガス入口連通孔２６ａの近傍に位置して、複数の燃料ガス供給孔部６２ａが形成される。突出部５８ａｔには、燃料ガス出口連通孔２６ｂの近傍に位置して、複数の燃料ガス排出孔部６２ｂが形成される。燃料ガス供給孔部６２ａは、供給孔部３４ａと積層方向に連通する一方、燃料ガス排出孔部６２ｂは、排出孔部３４ｂと積層方向に連通する。
【００４２】
第２枠状フィルム５８ｂの外周端は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、冷却媒体入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの内方で終端する。
【００４３】
図２〜図４に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａの突出部５４ａｔと第２セパレータ１８との間には、第２シール部材４４の外側シール部材４４ａが配置される。第１枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂの積層方向の重なり部と、第２セパレータ１８との間には、内側シール部材４４ｂが配置される。外側シール部材４４ａ及び内側シール部材４４ｂは、当接により弾性変形して気密性が確保される。第１枠状フィルム５４ａと第１セパレータ１４の面１４ａとは、例えば、溶着又は接着により固定されることが好ましい。
【００４４】
第２電解質膜・電極構造体１６ｂの突出部５８ａｔと第３セパレータ２０との間には、第３シール部材４６の外側シール部材４６ａが配置される。第１枠状フィルム５８ａと第２枠状フィルム５８ｂとの積層方向の重なり部と、第３セパレータ２０との間には、内側シール部材４６ｂが配置される。外側シール部材４６ａ及び内側シール部材４６ｂは、当接により弾性変形して気密性が確保される。第１枠状フィルム５８ａと第２セパレータ１８の面１８ｂとは、例えば、溶着又は接着により固定されることが好ましい。
【００４５】
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３０が形成される。
【００４６】
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。
【００４７】
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２６ａには、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２４ａ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。
【００４８】
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から第１電解質膜・電極構造体１６ａの酸化剤ガス供給孔部５６ａ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から第２電解質膜・電極構造体１６ｂの酸化剤ガス供給孔部６０ａを通って第２セパレータ１８の第２酸化剤ガス流路３６に供給される。
【００４９】
図１に示すように、酸化剤ガスは、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電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極５０に供給される。残余の酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路３６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極５０に供給される。
【００５０】
一方、燃料ガスは、図１及び図３に示すように、燃料ガス入口連通孔２６ａから第２電解質膜・電極構造体１６ｂの燃料ガス供給孔部６２ａ及び第２セパレータ１８の供給孔部３４ａを通って第１燃料ガス流路３２に供給される。残余の燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２６ａから第３セパレータ２０の供給孔部４０ａを通って第２燃料ガス流路３８に供給される。
【００５１】
燃料ガスは、図１に示すように、第１燃料ガス流路３２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極５２に供給される。残余の燃料ガスは、第２燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５２に供給される。
【００５２】
従って、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂでは、各カソード電極５０に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極５２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層５０ｂ、５２ｂ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５３】
次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極５０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出孔部５６ｂ、６０ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５４】
第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５２に供給されて消費された燃料ガスは、一部が排出孔部３４ｂから燃料ガス排出孔部６２ｂを通って、残余が排出孔部４０ｂを通って、それぞれ燃料ガス出口連通孔２６ｂに排出される。
【００５５】
一方、冷却媒体入口連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路３０に沿って矢印Ｂ方向に流動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、冷却媒体出口連通孔２４ｂに排出される。
【００５６】
この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａにおいて、カソード電極５０の外周端部を覆って第１枠状フィルム５４ａが設けられている。さらに、アノード電極５２の外周端部を覆って、第１枠状フィルム５４ａよりも外形寸法の小さな第２枠状フィルム５４ｂが設けられている。
【００５７】
第１枠状フィルム５４ａは、第２枠状フィルム５４ｂの外周端よりも外方に伸びる突出部５４ａｔを有している。そして、第１枠状フィルム５４ａの突出部５４ａｔと第２セパレータ１８との間には、第２シール部材４４の外側シール部材４４ａが配置されている。一方、第１枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂの積層方向の重なり部と第２セパレータ１８との間には、内側シール部材４４ｂが配置されている。
【００５８】
従って、第１の実施形態では、簡易な構成で、２重シール構造を構成するとともに、燃料電池１０全体を経済的に製造することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
しかも、固体高分子電解質膜４８は、カソード電極５０及びアノード電極５２の端部から外方に突出する先端部を第１枠状フィルム５４ａと第２枠状フィルム５４ｂとに覆われている。これにより、固体高分子電解質膜４８は、外部に直接晒されることがなく、前記固体高分子電解質膜４８の劣化の発生を可及的に抑制することができる。
【００６０】
さらにまた、第１枠状フィルム５４ａ及び第２枠状フィルム５４ｂの厚さを調整するだけで、ゴムシールの線圧を最適化することが可能になるという利点が得られる。
【００６１】
一方、第２電解質膜・電極構造体１６ｂにおいても、上記の第１電解質膜・電極構造体１６ａと同様の効果が得られる。
【００６２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０の要部断面説明図である。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。
【００６３】
燃料電池７０を構成する第１電解質膜・電極構造体７２ａは、第１枠状フィルム７４ａ及び第２枠状フィルム７４ｂを設ける。第１枠状フィルム７４ａの内周端部７４ａｅは、カソード電極５０を構成するガス拡散層５０ａと電極触媒層５０ｂとの間に介装される。第２枠状フィルム７４ｂの内周端部７４ｂｅは、アノード電極５２を構成するガス拡散層５２ａと電極触媒層５２ｂとの間に介装される。
【００６４】
燃料電池７０を構成する第２電解質膜・電極構造体７２ｂは、第１枠状フィルム７６ａ及び第２枠状フィルム７６ｂを設ける。第１枠状フィルム７６ａの内周端部７６ａｅは、カソード電極５０を構成するガス拡散層５０ａと電極触媒層５０ｂとの間に介装される。第２枠状フィルム７６ｂの内周端部７６ｂｅは、アノード電極５２を構成するガス拡散層５２ａと電極触媒層５２ｂとの間に介装される。
【００６５】
このように構成される第２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。
【００６６】
なお、第１及び第２の実施形態では、２枚のＭＥＡと３枚のセパレータとを有する発電ユニット１２を備え、各発電ユニット１２間に冷却媒体流路３０が形成される、所謂、間引き冷却構造のユニットを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、単一のＭＥＡを一対のセパレータで挟持する、所謂、各セル冷却構造のユニットを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０、７０…燃料電池                １２…発電ユニット
１４、１８、２０…セパレータ
１６ａ、１６ｂ、７２ａ、７２ｂ…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…冷却媒体入口連通孔          ２４ｂ…冷却媒体出口連通孔
２６ａ…燃料ガス入口連通孔          ２６ｂ…燃料ガス出口連通孔
２８、３６…酸化剤ガス流路          ３０…冷却媒体流路
３２、３８…燃料ガス流路            ４２、４４、４６…シール部材
４４ａ、４６ａ…外側シール部材      ４４ｂ、４６ｂ…内側シール部材
４８…固体高分子電解質膜            ５０…カソード電極
５２…アノード電極
５４ａ、５４ｂ、５８ａ、５８ｂ、７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ…枠状フィルム
５４ａｔ、５８ａｔ…突出部
【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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