(57)【要約】【課題】燃料電池において、ＭＥＡとフレームとが相対的にずれることを抑制する技術を提供すること。【解決手段】燃料電池であって、少なくともアノード、カソード、および、電解質膜を備え、発電領域外である周縁部において、周縁部の他の部分より肉厚がある肉厚部を有する膜電極接合体と、膜電極接合体の周縁部に沿って形成されるフレーム部であって、膜電極接合体の周縁部のうち、肉厚部を含む所定領域を、所定の押圧力で挟持することにより、膜電極接合体に固定されるフレーム部と、を備える。【選択図】図３
2009064699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
少なくともアノード、カソード、および、電解質膜を備え、発電領域外である周縁部において、該周縁部の他の部分より肉厚がある肉厚部を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記周縁部に沿って形成されるフレーム部であって、前記膜電極接合体の前記周縁部のうち、前記肉厚部を含む所定領域を、所定の押圧力で挟持することにより、前記膜電極接合体に固定されるフレーム部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記フレーム部は、
第１部材と第２部材とを備え、前記肉厚部を含む所定領域を、前記第１部材と前記第２部材とで挟持すると共に、前記第１部材と前記第２部材とを所定の押圧力で保持することにより、前記膜電極接合体に固定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の燃料電池において、
前記フレーム部は、
前記膜電極接合体において、前記肉厚部を含む前記所定領域のうち、前記肉厚部よりも前記膜電極接合体の面に沿った方向に対して内側の部分を、挟持することを特徴とすることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記フレーム部は、
前記膜電極接合体において、前記肉厚部を含む前記所定領域のうち、前記肉厚部を、挟持することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記フレーム部は、
前記膜電極接合体の前記周縁部に接して設けられ、水分を保持可能な保水部を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記フレーム部は、
前記膜電極接合体の前記周縁部周辺に設けられ、熱を蓄熱可能であると共に、外部から所定のエネルギを受けた場合に、放熱可能な蓄熱部を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記保水部は、
前記膜電極接合体の前記肉厚部に接して設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池において、
前記蓄熱部は、
前記膜電極接合体の前記肉厚部に接して設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池において、
前記膜電極接合体の前記肉厚部は、
前記電解質膜によって形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池において、
前記膜電極接合体の前記肉厚部は、
前記膜電極接合体の周縁部における最端部に形成されてい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】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アノード、カソード、および、電解質膜を備える膜電極接合体（以下では、「ＭＥＡ」（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ）の周縁部にフレームが形成されたＭＥＡモジュールと、セパレータとを備える燃料電池が知られている（下記特許文献１参照）。この場合、ＭＥＡとフレームとは、例えば、接着剤を用いて固定する。なお、フレームは、例えば、ＭＥＡの周縁部を保護したり、ＭＥＡのアノードとカソードとの間の短絡を抑制したり、反応ガスのリークを抑制したりする機能を有する。
【０００３】
【特許文献１】特表平１０−５０９８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＭＥＡモジュールにおいて、発電中に接着剤が化学的に劣化したり、ＭＥＡ中の含水量の変化や、燃料電池の温度変化等により、例えば、電解質膜が収縮または膨張するため、ＭＥＡとフレームとの間にせん断力が生じ、ＭＥＡとフレームとが相対的にずれるおそれがあった。その結果、ＭＥＡのアノードとカソードとの間が短絡したり、反応ガスのリークが生じたりするなど、種々の不具合が生じるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、ＭＥＡとフレームとが相対的にずれることを抑制する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
燃料電池であって、
少なくともアノード、カソード、および、電解質膜を備え、発電領域外である周縁部において、該周縁部の他の部分より肉厚がある肉厚部を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記周縁部に沿って形成されるフレーム部であって、前記膜電極接合体の前記周縁部のうち、前記肉厚部を含む所定領域を、所定の押圧力で挟持することにより、前記膜電極接合体に固定されるフレーム部と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池によれば、燃料電池において、膜電極接合体とフレームとが相対的にずれることを抑制することができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１記載の燃料電池において、前記フレーム部は、第１部材と第２部材とを備え、前記肉厚部を含む所定領域を、前記第１部材と前記第２部材とで挟持すると共に、前記第１部材と前記第２部材とを所定の押圧力で保持することにより、前記膜電極接合体に固定されることを特徴とする燃料電池。
【００１０】
このようにすれば、第１部材と第２部材とを用いて、膜電極接合体とフレームとが相対的にずれることを抑制することができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記フレーム部は、前記膜電極接合体において、前記肉厚部を含む前記所定領域のうち、前記肉厚部よりも前記膜電極接合体の面に沿った方向に対して内側の部分を、挟持することを特徴とすることを特徴とする燃料電池。
【００１２】
このようにすれば、燃料電池において、電解質膜が収縮することにより、膜電極接合体とフレームとが相対的にずれることを抑制することができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記フレーム部は、前記膜電極接合体において、前記肉厚部を含む前記所定領域のうち、前記肉厚部を、挟持することを特徴とする燃料電池。
【００１４】
このようにすれば、燃料電池において、電解質膜が収縮または膨張することにより、膜電極接合体とフレームとが相対的にずれることを抑制することができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池において、前記フレーム部は、前記膜電極接合体の前記周縁部に接して設けられ、水分を保持可能な保水部を備えることを特徴とする燃料電池。
【００１６】
このようにすれば、電解質膜が収縮または膨張することを抑制することができる。その結果、電解質膜が収縮または膨張することにより、膜電極接合体とフレーム部とが相対的にずれることを抑制することができる。
【００１７】
[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池において、前記フレーム部は、前記膜電極接合体の前記周縁部周辺に設けられ、熱を蓄熱可能であると共に、外部から所定のエネルギを受けた場合に、放熱可能な蓄熱部を備えることを特徴とする燃料電池。
【００１８】
このようにすれば、電解質膜が収縮することを抑制することができる。その結果、電解質膜が収縮または膨張することにより、膜電極接合体とフレーム部とが相対的にずれることを抑制することができる。
【００１９】
[適用例７]
適用例５に記載の燃料電池において、前記保水部は、前記膜電極接合体の前記肉厚部に接して設けられることを特徴とする燃料電池。
【００２０】
このようにすれば、電解質膜が収縮または膨張することを抑制することができる。その結果、電解質膜が収縮または膨張することにより、膜電極接合体とフレーム部とが相対的にずれることを抑制することができる。
【００２１】
[適用例８]
適用例６に記載の燃料電池において、前記蓄熱部は、前記膜電極接合体の前記肉厚部に接して設けられることを特徴とする燃料電池。
【００２２】
このようにすれば、電解質膜が収縮することを抑制することができる。その結果、電解質膜が収縮または膨張することにより、膜電極接合体とフレーム部とが相対的にずれることを抑制することができる。
【００２３】
[適用例９]
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池において、前記膜電極接合体の前記肉厚部は、前記電解質膜によって形成されていることを特徴とする燃料電池。
【００２４】
このようにすれば、肉厚部を強固に形成することができ、燃料電池において、膜電極接合体とフレームとが相対的にずれることを抑制することができる。
【００２５】
[適用例１０]
適用例９に記載の燃料電池において、前記膜電極接合体の前記肉厚部は、前記膜電極接合体の周縁部における最端部に形成されていることを特徴とする燃料電池。このようにすれば、肉厚部を簡便に形成することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記した燃料電池の他、膜電極接合体や燃料電池システムなどの他の装置発明の態様で実現することも可能である。また、このような装置発明に限られず、燃料電池の製造方法や膜電極接合体とフレームとの接合方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池１０００の外観構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池１０００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０００は、複数の燃料電池セルＳＬと、エンドプレートＥＰと、テンションプレートＴＳと、インシュレータＩＳと、ターミナルＴＭと、を備えている。複数の燃料電池セルＳＬは、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭを挟んで、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持される。すなわち、燃料電池１０００は、燃料電池セルＳＬが、複数個積層されたスタック構造である。また、燃料電池１０００は、テンションプレートＴＳがボルトＢＴによって各エンドプレートＥＰに結合され、各燃料電池セルＳＬを、各部材を積層する方向（以下では、積層方向とも呼ぶ）に所定の力で締結する構造となっている。なお、積層方向に直交する方向であって、燃料電池セルＳＬに沿った方向を面方向とも呼ぶ。
【００２８】
燃料電池１０００には、酸化ガスが供給され、後述する各セル内酸化ガス流路に酸化ガスを導入するための酸化ガス供給マニホールド（図示せず）と、各セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド（図示せず）とが形成され、また、燃料ガスが供給され、後述する各セル内燃料ガス流路に燃料ガスを導入するための燃料ガス供給マニホールド（図示せず）と、各セル内燃料ガス流路から排出される燃料ガスを収集する燃料ガス排出マニホールド（図示せず）とが形成される。
【００２９】
図２は、燃料電池１０００の構成単位である燃料電池セルＳＬを表わす分解斜視図である。燃料電池セルＳＬは、ＭＥＡモジュールＭＤと、アノード側セパレータＳＰＡと、カソード側セパレータＳＰＣと、を備えている。
【００３０】
燃料電池セルＳＬは、ＭＥＡモジュールＭＤを、アノード側セパレータＳＰＡおよびカソード側セパレータＳＰＣで挟持することにより構成される。
【００３１】
アノード側セパレータＳＰＡおよびカソード側セパレータＳＰＣは、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボン、あるいはプレス成形した金属板により形成されている。アノード側セパレータＳＰＡおよびカソード側セパレータＳＰＣは、酸化ガスおよび燃料ガスが流れるガス流路の壁面を成す部材であって、その表面には、ガス流路を形成するための溝５１および溝５０がそれぞれ形成されている。アノード側セパレータＳＰＡ、カソード側セパレータＳＰＣ、および、ＭＥＡモジュールＭＤが積層されると、溝５０は、酸化ガスを後述のＭＥＡ１０に供給するための流路であるセル内酸化ガス流路を形成し、溝５１は、燃料ガスを後述のＭＥＡ１０に供給するための流路であるセル内燃料ガス流路を形成する。
【００３２】
セパレータＳＰＡ，ＳＰＣは、その外周近くの互いに対応する位置に、複数の孔部を備えている。セパレータＳＰＡ，ＳＰＣを、ＭＥＡモジュールＭＤと共に積層して燃料電池を組み立てると、各セパレータの対応する位置に設けられた孔部は、互いに重なり合って、各セパレータの積層方向に燃料電池１０００内部を貫通する流路を形成する。すなわち、セル内ガス流路に対して反応ガスを供給・排出する流路であるマニホールドを形成する。具体的には、溝５０と連通する孔部５３および５４は、それぞれ、酸化ガス供給マニホールドおよび酸化ガス排出マニホールドを形成し、溝５１と連通する孔部５５および５６は、それぞれ、燃料ガス供給マニホールドおよび燃料ガス排出マニホールドを形成する。溝５０が形成するセル内燃料ガス流路、および、溝５１が形成するセル内酸化ガス流路は、それぞれ、上記マニホールドと接続され、反応ガスが給排される。
【００３３】
Ａ２．ＭＥＡモジュールＭＤの構成：
図３は、本実施例のＭＥＡモジュールＭＤの断面図である。具体的には、図３（ａ）は、ＭＥＡモジュールＭＤの概略断面を示し、図３（ｂ）は、ＭＥＡ１０の拡大断面を示し、図３（ｃ）は、フレームＦＲの拡大断面を示す。ＭＥＡモジュールＭＤは、ＭＥＡ１０と、フレームＦＲとから構成される。ＭＥＡ１０において、反応ガスが供給され、電気化学反応が生じる領域を発電領域と呼ぶ。ＭＥＡ１０において、この発電領域外である周縁部に沿って、フレームＦＲが形成される。以下、ＭＥＡモジュールＭＤについて具体的に説明する。
【００３４】
ＭＥＡ１０は、電解質膜４０と、電極であるカソード４１およびアノード４２と、ガス拡散層４３，４４と、を備え、一方の面にカソード４１が、他方の面にアノード４２が形成された電解質膜４０を、ガス拡散層４３，４４で挟持して構成される。
【００３５】
電解質膜４０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。そして、図３に示すように、電解質膜４０は、周縁部における最端部において、他の周縁部分より肉厚がある肉厚部４０Ａを有している。この肉厚部４０Ａは、円柱状に形成されている。ここで、電解質膜４０は、例えば、厚さが１０〜５０ミクロンのものを用い、この場合、肉厚部４０Ａは、例えば、厚さを１００〜５００ミクロンに形成することができる。また、肉厚部４０Ａは、枚葉状の電解質膜を用意し、その端部をロール状に巻いた状態で、熱プレスすることにより形成することができる。
【００３６】
カソード４１およびアノード４２は、カーボン粒子などの導電性を有する担体上に担持された、白金や白金合金等の触媒を備えている。ガス拡散層４３，４４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロスによって形成することができ、電気化学反応に供される反応ガスの流路になると共に、集電を行なう。また、ガス拡散層４３，４４は、ＭＥＡ１０の発電領域と略同じ大きさであり、すなわち、ＭＥＡ１０の発電領域部分にのみ形成されている。ガス拡散層４３は、上記カソード側セパレータＳＰＣと接触し、ガス拡散層４４は、アノード側セパレータＳＰＡと接触する。
【００３７】
ＭＥＡ１０において、電解質膜４０の肉厚部４０Ａの表面には、カソード４１およびアノード４２は、形成されていない。そして、ＭＥＡ１０において、図３に示すように、肉厚部４０Ａの厚さｔｋは、周縁部における他の部分の厚さｔｍより厚く形成されている。
【００３８】
フレームＦＲは、フレーム上部部材ＦＲ１と、フレーム下部部材ＦＲ２と、フレーム接合部材ＦＸと、保水剤２０と、シールパッキン２５と、を備える。フレームＦＲは、図３に示すように、ＭＥＡ１０の周縁部（肉厚部４０Ａおよび肉厚部４０Ａより内側部分）を、フレーム上部部材ＦＲ１とフレーム下部部材ＦＲ２とで挟持すると共に、フレーム接合部材ＦＸによってフレーム上部部材ＦＲ１とフレーム下部部材ＦＲ２とを所定の押圧力で保持する。これにより、フレームＦＲは、ＭＥＡ１０の周縁部にしっかり固定される。なお、この押圧力は、例えば、０．１〜２０ＭＰａとすることが好ましく、０．５〜１０ＭＰａとすることがさらに好ましく、１．０〜５．０ＭＰａとすることが特に好ましい。
【００３９】
また、フレーム上部部材ＦＲ１およびフレーム下部部材ＦＲ２は、ＭＥＡ１０を挟持した際、肉厚部４０Ａの外側に、四角柱状の空間（以下では、空間Ｐと呼ぶ）を形成する。保水剤２０は、この空間Ｐに充填され、肉厚部４０Ａと接している。さらに、ＭＥＡ１０の周縁部には、シールパッキン２５が配置され、カソード４１とアノード４２との間の反応ガスのリークを抑制するようにしている。フレーム上部部材ＦＲ１およびフレーム下部部材ＦＲ２は、電解質膜４０やカソード４１やアノード４２を劣化させる物質（以下では、劣化物質とも呼ぶ。例えば、珪素（Ｓｉ）等）を含有しない硬化樹脂で形成される。フレーム接合部材ＦＸは、チタンやステンレスなどの金属で形成され、表面を絶縁被覆されている。保水剤２０としては、ポリメタクリラート、ポリアクリロニトリル、または、ハイドロゲルなどの保水性を有する材料を用いる。保水剤２０が充填される空間は、例えば、肉厚部４０Ａの体積の０．１倍〜２０倍とすることが好ましく、肉厚部４０Ａの体積の０．５倍〜１０倍とすることがさらに好ましく、肉厚部４０Ａの体積の１倍〜５倍とすることが特に好ましい。シールパッキン２５は、劣化物質を含有しない材料（例えば、樹脂またはゴム）を用いる。
【００４０】
以上のように、本実施例の燃料電池１０００では、ＭＥＡモジュールＭＤにおいて、ＭＥＡ１０の周縁部における最端部に肉厚部４０Ａを有し、その肉厚部４０Ａおよび肉厚部４０Ａより内側部分を、フレーム上部部材ＦＲ１とフレーム下部部材ＦＲ２とで挟持し、フレーム上部部材ＦＲ１とフレーム下部部材ＦＲ２とを所定の押圧力で保持するようにしている。このようにすれば、ＭＥＡモジュールＭＤにおいて、所定条件下で電解質膜４０に収縮力または膨張力が生じても、肉厚部４０Ａが、フレーム上部部材ＦＲ１およびフレーム下部部材ＦＲ２に引っかかって、電解質膜４０が収縮または膨張することを抑制することができる。従って、ＭＥＡ１０とフレームＦＲとの間にせん断力が生じることを抑制でき、ＭＥＡ１０とフレームＦＲとが相対的にずれることを抑制することができる。その結果、ＭＥＡ１０のアノード４２とカソード４１との間が短絡したり、反応ガスのリークが生じたりするなどを抑制することができる。また、接着剤を用いることなく、押圧力でフレームＦＲをＭＥＡ１０に固定しているので、接着剤に混入される劣化物質によって、ＭＥＡ１０（特に、電解質膜４０）が劣化することを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施例の燃料電池１０００では、肉厚部４０Ａに接するように保水剤２０を配設するようにしている。このようにすれば、電解質膜４０が湿潤状態の時には、余分な水分を保水剤２０で吸収することができ、電解質膜４０が乾燥状態の時には、保水剤２０の水分を電解質膜４０に放出することが可能となる。そうすると、電解質膜４０が湿潤状態の時には、電解質膜４０が膨張することを抑制でき、電解質膜４０が乾燥状態の時には、電解質膜４０が収縮することを抑制することができる。その結果、電解質膜４０が収縮または膨張することにより、ＭＥＡ１０とフレームＦＲとが相対的にずれることを抑制することができる。
【００４２】
さらに、本実施例の燃料電池１０００では、ＭＥＡ１０の周縁部における最端部に、電解質膜４０の肉厚部４０Ａが形成された構成となっている。このようにすれば、カソード４１およびアノード４２は、肉厚部４０Ａを越えることが抑制され、すなわち、短絡を抑制することができる。また、反応ガスが、肉厚部４０Ａを越えることが抑制され、すなわち、反応ガスのリークも抑制することができる。
【００４３】
また、フレーム上部部材ＦＲ１、フレーム下部部材ＦＲ２、および、シールパッキン２５は、劣化物質を含有しない材料を用いているので、電解質膜４０が、劣化物質によって劣化することを抑制することができる。
【００４４】
なお、本実施例の燃料電池１０００では、燃料電池１０００を冷却する冷却媒体（水、エチレングリコール等の不凍水、空気等）を流通する機構を省略しているが、燃料電池１０００は、このような機構を備えていてもよい。また、電解質膜４０は、請求項における電解質膜に該当し、肉厚部４０Ａは、請求項における肉厚部に該当し、ＭＥＡ１０は、請求項における膜電極接合体に該当し、フレームＦＲは、請求項におけるフレーム部に該当し、フレーム上部部材ＦＲ１およびフレーム下部部材ＦＲ２は、請求項における第１部材または第２部材に該当し、保水剤２０は、請求項における保水部に該当する。
【００４５】
Ｂ．第２実施例：
図４は、本発明の第２実施例に係る燃料電池１０００ＡにおけるＭＥＡモジュールＭＤｘの断面図である。第２実施例の燃料電池１０００Ａは、基本的に第１実施例の燃料電池１０００と同様の構成であり、同様の部分には、同様の記号を付し説明を省略する。本実施例の燃料電池１０００Ａは、ＭＥＡモジュールＭＤｘの構成が、第１実施例の燃料電池１０００におけるＭＥＡモジュールＭＤの構成と相違する。以下に、図４を用いて、本実施例のＭＥＡモジュールＭＤｘについて説明する。
【００４６】
Ｂ１．ＭＥＡモジュールＭＤｘの構成：
本実施例のＭＥＡモジュールＭＤｘは、フレームＦＲｘにおいて、図４に示すように、空間Ｐに、蓄熱剤が充填された蓄熱カプセル３０が配設されている。本実施例では、蓄熱剤として、発電時における高温時（例えば、８０℃〜１００℃程度）に蓄熱し、所定値（以下では、閾値ｔｈｖと呼ぶ）以上の電圧を印加すると、放熱する材料を用いる。このような蓄熱剤としては、例えば、酢酸ナトリウム、酢酸カルシウム、酢酸カリウム等を用いることができる。また、蓄熱カプセル３０内には、電線３５が挿入され、この電線３５は、燃料電池１０００Ａの外部に設けられる電圧印加装置７７７と接続されている。従って、蓄熱カプセル３０の蓄熱剤には、電圧印加装置７７７によって電圧を印加することができる。電圧印加装置７７７は、燃料電池セルＳＬのインピーダンスを測定することにより、電解質膜４０が乾燥状態か否かを判断し、乾燥状態と判断した場合には、蓄熱カプセル３０の蓄熱剤に閾値ｔｈｖ以上の電圧を印加する。
【００４７】
このようにすれば、電解質膜４０が乾燥状態の時において、蓄熱カプセル３０の蓄熱剤に、電圧印加装置７７７から閾値ｔｈｖ以上の電圧が印加されることにより、蓄熱剤から熱が放出され、電解質膜４０を暖めることができる。そうすると、電解質膜４０が乾燥状態であっても、電解質膜４０に膨張力が生じるので、電解質膜４０が収縮することを抑制することができる。その結果、電解質膜４０が収縮することにより、ＭＥＡ１０とフレームＦＲｘとが相対的にずれることを抑制することができる。なお、蓄熱カプセル３０は、請求項における蓄熱部に該当する。
【００４８】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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。
【００４９】
Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例のフレームでは、電解質膜４０に隣接して保水剤２０のみが配設され、上記第２実施例のフレームでは、電解質膜４０に隣接して蓄熱カプセル３０のみが配設されているが、本発明はこれに限られるものではなく、フレームにおいて、電解質膜４０に隣接して保水剤２０および蓄熱カプセル３０を併設するようにしてもよい。このようにすれば、電解質膜４０が乾燥状態の時には、保水剤２０の水分を電解質膜４０に放出することが可能であると共に、電解質膜４０を暖めることができる。そうすると、電解質膜４０が収縮することをより抑制することができる。その結果、電解質膜４０が収縮することにより、ＭＥＡ１０とフレームＦＲとが相対的にずれることをより抑制することができる。特に、本変形例の構成は、燃料電池温度が氷点下になった場合に有効であると考えられる。なぜなら、このような状況では、保水剤２０が凍結することが考えられるが、蓄熱剤からの放出熱で、保水剤２０を解凍することが可能であるからある。
【００５０】
Ｃ２．変形例２：
図５は、肉厚部４０Ａの形成位置に関する変形例を示す図である。上記実施例の燃料電池において、電解質膜４０の肉厚部４０Ａは、ＭＥＡ１０において、周縁部における最端部に形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。電解質膜４０の肉厚部４０Ａは、ＭＥＡ１０の周縁部のいずれが場所に形成されていればよく、例えば、図５に示すように、周縁部の真ん中辺りに形成されていてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００５１】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例において、肉厚部４０Ａは、円柱状に形成されていたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、肉厚部４０Ａは、四角柱状や三角柱状に形成されていてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００５２】
Ｃ４．変形例４：
上記第１実施例において、保水剤２０は、肉厚部４０Ａに接する場所に配置されていたが、本発明はこれに限られるものでなく、保水剤２０は、肉厚部４０Ａ以外のＭＥＡ１０の周縁部に接する位置に配置されていてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００５３】
Ｃ５．変形例５：
上記第２実施例において、蓄熱カプセル３０は、肉厚部４０Ａに接する場所に配置されていたが、本発明はこれに限られるものでなく、蓄熱カプセル３０は、ＭＥＡ１０の周縁部周辺のいずれかの位置に配置するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００５４】
Ｃ６．変形例６：
上記第２実施例において、蓄熱カプセル３０の蓄熱剤は、電圧印加装置７７７により電圧を印加されると、放熱する材料を用いていたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、蓄熱カプセル３０の蓄熱剤は、所定の電界をかけることにより、放熱する材料を用いてもよい。この場合には、例えば、電解質膜４０が乾燥すると、燃料電池１０００の各セパレータに電流を流し、各セパレータを高電位にすることにより、電界を生じさせ、それにより、この蓄熱剤から熱を放出させるようにする。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【００５５】
Ｃ７．変形例７：
上記実施例のＭＥＡモジュールＭＤでは、フレーム上部部材ＦＲ１とフレーム下部部材ＦＲ２の２つの部材を用いて、ＭＥＡ１０を挟持するようにしていたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ある程度弾力性のある部材をコの字状に曲げて、ＭＥＡ１０を挟持するようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池１０００の外観構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１０００の構成単位である燃料電池セルＳＬを表わす分解斜視図である。
【図３】第１実施例のＭＥＡモジュールＭＤの断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る燃料電池１０００ＡにおけるＭＥＡモジュールＭＤｘの断面図である。
【図５】肉厚部４０Ａの形成位置に関する変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ＭＥＡ
２０…保水剤
２５…シールパッキン
３０…蓄熱カプセル
３５…電線
４０…電解質膜
４０Ａ…肉厚部
４１…カソード
４２…アノード
４３，４４…ガス拡散層
５０，５１…溝
５３〜５６…孔部
７７７…電圧印加装置
１０００，１０００Ａ…燃料電池
ＭＤ，ＭＤｘ…ＭＥＡモジュール
ＳＬ…燃料電池セル
ＴＭ…ターミナル
ＥＰ…エンドプレート
ＦＲ，ＦＲｘ…フレーム
ＩＳ…インシュレータ
ＴＳ…テンションプレート
ＦＸ…フレーム接合部材
ＦＲ１…フレーム上部部材
ＦＲ２…フレーム下部部材
ＳＰＡ…アノード側セパレータ
ＳＰＣ…カソード側セパレータ
【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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