燃料電池

【課題】二重シールを簡単且つ経済的に構成することができ、製造コストを有効に抑制することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０を構成するセルユニット１２は、第１電解質膜・電極構造体１４、第１金属セパレータ１６、第２電解質膜・電極構造体１８及び第２金属セパレータ２０を備える。第１及び第２電解質膜・電極構造体１４、１８は、外周に樹脂枠部材２８ａ、２８ｂを有する。樹脂枠部材２８ａに設けられた二重シール５１は、外側シール部材４８及び内側シール部材５０を有するとともに、前記外側シール部材４８の先端が、樹脂枠部材２８ｂに当接する一方、前記内側シール部材５０の先端が、第１金属セパレータ１６の外周端縁面に当接する。外側シール部材４８及び内側シール部材５０は、同一の高さ寸法に設定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体と金属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採用している。この燃料電池では、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒層と多孔質カーボン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（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することによりセルユニット（単位セル）が構成されている。通常、このセルユニットを所定数だけ積層した燃料電池スタックが、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】
一般的に、この種の燃料電池では、セルユニットの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。
【０００４】
従って、セパレータには、複数の流体連通孔である燃料ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けられるため、前記セパレータの面積が相当に大きなものとなる。特に、セパレータとして金属セパレータが用いられる際には、高価なステンレス等の素材の使用量が増大し、部品単価が高騰するという問題がある。
【０００５】
そこで、電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層される燃料電池において、前記電解質・電極構造体の外周には、樹脂製の額縁部（樹脂枠部材）が設けられるとともに、この額縁部には、各流体連通孔が貫通形成される一方、金属セパレータは、前記流体連通孔の内方に配置される構成が考えられる。
【０００６】
この種の燃料電池では、一対の額縁部間に金属セパレータを挟持するため、特別なシール構造が必要になる。例えば、特許文献１には、上記の額縁付き電解質膜・電極構造体とは異なるものの、二重シール構造を採用する燃料電池が開示されている。
【０００７】
この燃料電池では、図２７に示すように、膜・電極構造体１の外部に突出する固体電解質膜２を第１のセパレータ３と第２のセパレータ４とで挟持するとともに、前記第１のセパレータ３には、二重シール５が設けられている。二重シール５は、固体電解質膜２に当接する内側シール５ａと、第２のセパレータ４側に設けられた平面シール部材６に当接する外側シール５ｂとを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２７６８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、二重シール５では、内側シール５ａの高さと外側シール５ｂの高さとが異なっており、シールリップ形状も異なっている。このため、内側シール５ａと外側シール５ｂとで、２種類のシール設計が必要になり、経済的ではないという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、二重シールを簡単且つ経済的に構成することができ、製造コストを有効に抑制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】
【００１１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体と金属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。
【００１２】
この燃料電池では、電解質・電極構造体の外周には、樹脂枠部材が一体に設けられ、前記樹脂枠部材には、積層方向に貫通し、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体である各流体を流通させる複数の流体連通孔が設けられている。一方、金属セパレータは、樹脂枠部材の外周端部よりも流体連通孔の内方に位置して一対の樹脂枠部材間に配置されている。
【００１３】
そして、一方の樹脂枠部材には、金属セパレータに先端が当接する内側シール部材と、他方の樹脂枠部材に先端が当接し且つ前記内側シール部材と同一の高さ寸法に設定される外側シール部材とを有する二重シールが設けられている。
【００１４】
また、この燃料電池では、一方の樹脂枠部材は、内側シール部材が設けられる部位の厚さが、外側シール部材が設けられる部位の厚さよりも肉薄に設定されるとともに、他方の樹脂枠部材は、前記内側シール部材に対向する部位から前記外側シール部材が当接する部位にわたって同一平面に形成されることが好ましい。
【００１５】
さらに、この燃料電池では、金属セパレータは、電解質・電極構造体を挟持する第１の金属セパレータ及び第２の金属セパレータと備え、少なくとも前記第１の金属セパレータ又は前記第２の金属セパレータは、内部に冷却媒体流路が形成される２枚のプレートで構成されることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、この燃料電池では、２枚のプレートは、互いに外形が同一形状を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、二重シールを構成する内側シール部材と外側シール部材とは、同一の高さ寸法に設定されている。従って、内側シール部材及び外側シール部材は、同一のシールリップ形状を有することもでき、前記内側シール部材及び前記外側シール部材は、同一の、すなわち、１種類のシール設計により製造することが可能になる。これにより、二重シールを簡単且つ経済的に構成することができ、燃料電池全体の製造コストを有効に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第１電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図４】前記第１電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第２電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図６】前記第２電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図７】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータのカソード面の説明図である。
【図８】前記第１金属セパレータのアノード面の説明図である。
【図９】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータのカソード面の説明図である。
【図１０】前記第２金属セパレータのアノード面の説明図である。
【図１１】前記燃料電池の、図１中、ＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】前記燃料電池の、図１中、ＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。
【図１６】前記燃料電池の、図１５中、ＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
【図１７】前記燃料電池を構成する第１電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図１８】前記第１電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図１９】前記燃料電池を構成する第２電解質膜・電極構造体のカソード面の説明図である。
【図２０】前記第２電解質膜・電極構造体のアノード面の説明図である。
【図２１】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータのカソード面の説明図である。
【図２２】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータのカソード面の説明図である。
【図２３】前記第２金属セパレータのアノード面の説明図である。
【図２４】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図である。
【図２５】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＶ−ＸＸＶ線断面図である。
【図２６】前記燃料電池の、図１５中、ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線断面図である。
【図２７】特許文献１の燃料電池の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、複数のセルユニット１２を矢印Ａ方向（水平方向）に積層して構成される。
【００２０】
セルユニット１２は、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１４、第１金属セパレータ１６、第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１８及び第２金属セパレータ２０を備える。セルユニット１２が積層されることにより、第１電解質膜・電極構造体１４は、第２及び第１金属セパレータ２０、１６に挟持される一方、第２電解質膜・電極構造体１８は、前記第１及び第２金属セパレータ１６、２０に挟持される。
【００２１】
第１電解質膜・電極構造体１４と第２電解質膜・電極構造体１８とは、それぞれ、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（電解質）２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するカソード側電極２４及びアノード側電極２６とを備える（図２参照）。
【００２２】
固体高分子電解質膜２２は、カソード側電極２４及びアノード側電極２６と同一の表面積に設定される。なお、固体高分子電解質膜２２の外周部が、カソード側電極２４及びアノード側電極２６よりも突出してもよく、また、前記カソード側電極２４と前記アノード側電極２６との表面積が、互いに異なっていてもよい。
【００２３】
第１電解質膜・電極構造体１４では、固体高分子電解質膜２２、カソード側電極２４及びアノード側電極２６の外周端縁部には、絶縁性を有する高分子材料で形成される樹脂枠部材２８ａが、例えば、射出成形等により一体に成形される。第２電解質膜・電極構造体１８では、同様に固体高分子電解質膜２２、カソード側電極２４及びアノード側電極２６の外周端縁部には、高分子材料で形成される樹脂枠部材２８ｂが、例えば、射出成形等により一体に成形される。高分子材料としては、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。
【００２４】
樹脂枠部材２８ａ、２８ｂは、図１に示すように、矢印Ｃ方向に長尺な略長方形状を有するとともに、各長辺の中央部には、内方に切り欠くことにより、それぞれ一対の凹部２９ａ、２９ｂが形成される。
【００２５】
カソード側電極２４及びアノード側電極２６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た電極触媒層（図示せず）とを有する。
【００２６】
図１に示すように、樹脂枠部材２８ａ、２８ｂの矢印Ｃ方向（鉛直方向）の一端縁部（上端縁部）には、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３０ａ及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２７】
樹脂枠部材２８ａ、２８ｂの矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ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３０ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２８】
樹脂枠部材２８ａ、２８ｂの矢印Ｂ方向の両端縁部上方には、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３４ａが設けられるとともに、前記樹脂枠部材２８ａ、２８ｂの矢印Ｂ方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００２９】
各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接し、且つ、それぞれ矢印Ｂ方向両端の各辺（他方の２辺）に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂにそれぞれ近接し、且つ、それぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。なお、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとは、上下逆にして、すなわち、前記冷却媒体入口連通孔３４ａを酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂに近接して設けてもよい。
【００３０】
第１及び第２電解質膜・電極構造体１４、１８では、互いに対向する一方の２辺にある上下両短辺に、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａと、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、燃料ガス出口連通孔３２ｂとが設けられる一方、互いに対向する他方の２辺である左右両長辺には、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００３１】
図３に示すように、樹脂枠部材２８ａには、第１電解質膜・電極構造体１４のカソード面（カソード側電極２４が設けられる面）１４ａ側の上部に、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下側近傍に位置して複数の入口溝部３６ａが設けられる。樹脂枠部材２８ａのカソード面１４ａ側の幅方向（矢印Ｂ方向）両端部上方には、各冷却媒体入口連通孔３４ａの下側近傍に複数の入口溝部３８ａが設けられるとともに、前記冷却媒体入口連通孔３４ａの上側近傍に複数の入口孔部４０ａが貫通形成される。
【００３２】
樹脂枠部材２８ａのカソード面１４ａ側の下部には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上側近傍に位置して複数の出口溝部３６ｂが設けられる。樹脂枠部材２８ａのカソード面１４ａ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの上側近傍に複数の出口溝部３８ｂが設けられるとともに、前記冷却媒体出口連通孔３４ｂの下側近傍に複数の出口孔部４０ｂが貫通形成される。
【００３３】
図４に示すように、樹脂枠部材２８ａには、第１電解質膜・電極構造体１４のアノード面（アノード側電極２６が設けられる面）１４ｂ側の幅方向両端部上方に、各冷却媒体入口連通孔３４ａの上側近傍に複数の入口溝部４２ａが設けられる。樹脂枠部材２８ａのカソード面１４ａ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの下側近傍に複数の出口溝部４２ｂが設けられる。
【００３４】
樹脂枠部材２８ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａの下方に位置して複数の入口溝部４６ａが設けられるとともに、燃料ガス出口連通孔３２ｂの上方に位置して複数の出口溝部４６ｂが設けられる。
【００３５】
樹脂枠部材２８ａのアノード面１４ｂ側には、外側シール部材（外側シールライン）４８及び内側シール部材（内側シールライン）５０が一体又は別体に成形されて二重シール５１が構成される。外側シール部材４８及び内側シール部材５０には、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が用いられる。なお、以下に説明する各シール部材は、上記の外側シール部材４８及び内側シール部材５０と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
外側シール部材４８は、樹脂枠部材２８ａの外周縁部から全流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂの外周並びに反応面（発電面）外周を周回する。この外側シール部材４８は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを囲繞する。外側シール部材４８により、入口溝部４２ａ及び入口孔部４０ａが、冷却媒体入口連通孔３４ａと一体に囲繞され、出口溝部４２ｂ及び出口孔部４０ｂが、冷却媒体出口連通孔３４ｂと一体に囲繞される。
【００３７】
内側シール部材５０は、外側シール部材４８の内方に位置するとともに、アノード側電極２６と入口溝部４６ａ及び出口溝部４６ｂとを一体に囲繞する。内側シール部材５０は、第１金属セパレータ１６の外形形状に対応する輪郭線に沿って設けられ、前記第１金属セパレータ１６の外周端縁面全周（セパレータ面内）に接する（図２参照）。外側シール部材４８は、第１金属セパレータ１６の外周端外方（セパレータ面外）に配置され、先端が樹脂枠部材２８ｂに当接する。外側シール部材４８及び内側シール部材５０により、全流体連通孔が周回密封される。
【００３８】
図２に示すように、樹脂枠部材２８ａ（一方の樹脂枠部材）は、外側シール部材４８が設けられる部位の厚さｔ１が、内側シール部材５０が設けられる部位の厚さｔ２よりも肉厚（ｔ１＞ｔ２）に設定される。厚さｔ１と厚さｔ２との差は、第１金属セパレータ１６の厚さｔ３に等しく設定される（ｔ１−ｔ２＝ｔ３）。
【００３９】
樹脂枠部材２８ｂ（他方の樹脂枠部材）は、外側シール部材４８に対向する部位から内側シール部材５０が当接する部位にわたって同一平面に形成される。外側シール部材４８及び内側シール部材５０は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有する。
【００４０】
図３に示すように、樹脂枠部材２８ａのカソード面１４ａ側には、入口孔部４０ａを囲繞するリング状入口シール部材５２ａと、出口孔部４０ｂを囲繞するリング状出口シール部材５２ｂとが設けられる。
【００４１】
図５に示すように、樹脂枠部材２８ｂには、第２電解質膜・電極構造体１８のカソード面（カソード側電極２４が設けられる面）１８ａ側の上部に、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下側近傍に位置して複数の入口溝部５６ａが設けられる。
【００４２】
樹脂枠部材２８ｂのカソード面１８ａ側の幅方向両端部上方には、各冷却媒体入口連通孔３４ａの上側近傍に複数の入口溝部５８ａが設けられるとともに、前記冷却媒体入口連通孔３４ａの下側近傍に複数の入口孔部６０ａが形成される。第２電解質膜・電極構造体１８の入口孔部６０ａは、第１電解質膜・電極構造体１４の入口孔部４０ａと積層方向に互いに重なり合わない位置にオフセットして配置される。
【００４３】
樹脂枠部材２８ｂのカソード面１８ａ側の上部には、燃料ガス入口連通孔３２ａの下側近傍に位置して複数の入口溝部６２ａが設けられるとともに、前記入口溝部６２ａの下端部には、複数の入口孔部６４ａが貫通形成される。各入口孔部６４ａの下方には、所定の間隔だけ離間して複数の入口孔部６６ａが貫通形成される。
【００４４】
樹脂枠部材２８ｂのカソード面１８ａ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの下側近傍に複数の出口溝部５８ｂが設けられるとともに、前記冷却媒体出口連通孔３４ｂの上側近傍に複数の出口孔部６０ｂが形成される。第２電解質膜・電極構造体１８の出口孔部６０ｂは、第１電解質膜・電極構造体１４の出口孔部４０ｂと積層方向に互いに重なり合わない位置にオフセットして配置される。
【００４５】
樹脂枠部材２８ｂのカソード面１８ａ側の下部には、燃料ガス出口連通孔３２ｂの上側近傍に位置して複数の出口溝部６２ｂが設けられるとともに、前記出口溝部６２ｂの上端部には、複数の出口孔部６４ｂが貫通形成される。各出口孔部６４ｂの上方には、所定の間隔だけ離間して複数の出口孔部６６ｂが貫通形成される。
【００４６】
図６に示すように、樹脂枠部材２８ｂには、第２電解質膜・電極構造体１８のアノード面（アノード側電極２６が設けられる面）１８ｂ側の幅方向両端部上方に、各冷却媒体入口連通孔３４ａの下側近傍に複数の入口溝部６８ａが設けられる。樹脂枠部材２８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａの下方に位置して入口孔部６４ａ、６６ａを連通する複数の入口溝部７２ａが設けられる。
【００４７】
樹脂枠部材２８ｂのアノード面１８ｂ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの上側近傍に複数の出口溝部６８ｂが設けられるとともに、燃料ガス出口連通孔３２ｂの上方に位置して出口孔部６４ｂ、６６ｂを連通する複数の出口溝部７２ｂが設けられる。
【００４８】
樹脂枠部材２８ｂには、アノード面１８ｂ側に外側シール部材（外側シールライン）７４及び内側シール部材（内側シールライン）７６が一体又は別体に成形されて二重シール７７が構成される。外側シール部材７４は、樹脂枠部材２８ｂの外周縁部から全流体連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂの外周を周回する。
【００４９】
外側シール部材７４は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを囲繞する。外側シール部材７４により、入口溝部６８ａ及び入口孔部６０ａが、冷却媒体入口連通孔３４ａと一体に囲繞され、出口溝部６８ｂ及び出口孔部６０ｂが、冷却媒体出口連通孔３４ｂと一体に囲繞される。
【００５０】
内側シール部材７６は、外側シール部材７４の内方に位置するとともに、アノード側電極２６と入口孔部６４ａ、６６ａ、入口溝部７２ａ、出口孔部６４ｂ、６６ｂ及び出口溝部７２ｂとを一体に囲繞する。内側シール部材７６は、第２金属セパレータ２０の外形形状に対応する輪郭線に沿って設けられ、前記第２金属セパレータ２０の外周端縁面全周に接する。外側シール部材７４は、第２金属セパレータ２０の外周端外方に配置され、先端が樹脂枠部材２８ａに当接する。外側シール部材７４及び内側シール部材７６により、全流体連通孔が周回密封される。
【００５１】
図２に示すように、樹脂枠部材２８ｂ（一方の樹脂枠部材）は、外側シール部材７４が設けられる部位の厚さｔ４が、内側シール部材７６が設けられる部位の厚さｔ５よりも肉厚（ｔ４＞ｔ５）に設定される。厚さｔ４と厚さｔ５との差は、第２金属セパレータ２０の厚さｔ６に等しく設定される（ｔ４−ｔ５＝ｔ６）。
【００５２】
樹脂枠部材２８ａ（他方の樹脂枠部材）は、外側シール部材７４に対向する部位から内側シール部材７６が当接する部位にわたって同一平面に形成される。外側シール部材７４及び内側シール部材７６は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有する。
【００５３】
図５に示すように、樹脂枠部材２８ｂのカソード面１８ａ側には、入口孔部６０ａ、６６ａを囲繞するリング状入口シール部材７８ａ、８０ａと、出口孔部６０ｂ、６６ｂを囲繞するリング状出口シール部材７８ｂ、８０ｂとが設けられる。
【００５４】
第１及び第２金属セパレータ１６、２０の外形は、樹脂枠部材２８ａ、２８ｂの外周端部よりも酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ、燃料ガス入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂ（全流体連通孔）の内方に配置される寸法に設定される。
【００５５】
図２に示すように、第１金属セパレータ１６は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）８２ａ、８２ｂを備え、前記金属プレート８２ａ、８２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉される。金属プレート８２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート８２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート８２ａ、８２ｂ間には、冷却媒体流路８８が形成される。
【００５６】
図７に示すように、第１金属セパレータ１６は、金属プレート８２ａの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の波状流路溝を有した酸化剤ガス流路８４を設ける。酸化剤ガス流路８４の上流及び下流には、入口バッファ部８５ａ及び出口バッファ部８５ｂが設けられる。入口バッファ部８５ａの上方には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方に位置して複数の入口溝部８７ａが形成される。出口バッファ部８５ｂの下方には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上方に位置して複数の出口溝部８７ｂが形成される。
【００５７】
第１金属セパレータ１６は、矢印Ｃ方向に長尺な長方形状を有するとともに、短辺方向（矢印Ｂ方向）両端側には、冷却媒体入口連通孔３４ａの下方側に突出する一対の突起部８９ａと、冷却媒体出口連通孔３４ｂの上方側に突出する一対の突起部８９ｂとが設けられる。金属プレート８２ａには、突起部８９ａに第２電解質膜・電極構造体１８の複数の入口孔部６０ａに連通する複数の穴部９０ａが形成される。金属プレート８２ａには、突起部８９ｂに第２電解質膜・電極構造体１８の複数の出口孔部６０ｂに連通する複数の穴部９０ｂが形成される。
【００５８】
金属プレート８２ａの上部には、第２電解質膜・電極構造体１８の入口孔部６６ａに連通する複数の孔部９２ａが形成されるとともに、前記金属プレート８２ａの下部には、前記第２電解質膜・電極構造体１８の出口孔部６６ｂに連通する複数の孔部９２ｂが形成される。孔部９２ａ、９２ｂは、金属プレート８２ｂにも形成され、第１金属セパレータ１６を貫通する。
【００５９】
図８に示すように、第１金属セパレータ１６は、金属プレート８２ｂの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の波状流路溝を有した燃料ガス流路８６を設ける。燃料ガス流路８６の上流及び下流には、入口バッファ部９６ａ及び出口バッファ部９６ｂが設けられる。入口バッファ部９６ａの上方には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａの下方に位置して複数の入口溝部９８ａが形成されるとともに、出口バッファ部９６ｂの下方には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの上方に位置して複数の出口溝部９８ｂが形成される。
【００６０】
金属プレート８２ｂには、突起部８９ａに冷却媒体入口連通孔３４ａの下方に位置して、複数の入口溝部１００ａが形成される。金属プレート８２ｂには、各突起部８９ｂに冷却媒体出口連通孔３４ｂの上方に位置して複数の出口溝部１００ｂが形成される。
【００６１】
図２に示すように、第２金属セパレータ２０は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）１０２ａ、１０２ｂを備え、前記金属プレート１０２ａ、１０２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉される。金属プレート１０２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート１０２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート１０２ａ、１０２ｂ間には、冷却媒体流路８８が形成される。
【００６２】
図９に示すように、第２金属セパレータ２０は、矢印Ｃ方向両端にそれぞれ矢印Ｂ方向外方に突出して一対の突起部１０３ａ、１０３ｂが形成される。金属プレート１０２ａの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した酸化剤ガス流路８４を設ける。酸化剤ガス流路８４の上流及び下流には、入口バッファ部１０４ａ及び出口バッファ部１０４ｂが設けられる。
【００６３】
金属プレート１０２ａには、各突起部１０３ａに冷却媒体入口連通孔３４ａの上方に位置し、第１電解質膜・電極構造体１４の複数の入口孔部４０ａに連通する複数の穴部１０６ａが形成される。金属プレート１０２ａには、各突起部１０３ｂに冷却媒体出口連通孔３４ｂの下方に位置し、第１電解質膜・電極構造体１４の複数の出口孔部４０ｂに連通する複数の穴部１０６ｂが形成される。
【００６４】
図１０に示すように、第２金属セパレータ２０は、金属プレート１０２ｂの面内に、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に延在する複数の流路溝を有した燃料ガス流路８６を設ける。燃料ガス流路８６の上流及び下流には、入口バッファ部１１０ａ及び出口バッファ部１１０ｂが設けられる。
【００６５】
金属プレート１０２ｂの各突起部１０３ａには、冷却媒体入口連通孔３４ａの上側近傍に位置して複数の入口溝部１１２ａが形成される一方、前記金属プレート１０２ｂの各突起部１０３ｂには、冷却媒体出口連通孔３４ｂの下側近傍に位置して複数の出口溝部１１２ｂが形成される。入口溝部１１２ａ及び出口溝部１１２ｂは、それぞれ第２金属セパレータ２０の内部に冷却媒体通路を形成するための凹凸構造を有する。
【００６６】
図１１に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１１３ｂとが形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路が形成される。
【００６７】
図１２に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路１１４が形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路が形成される。
【００６８】
図１３及び図１４に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、冷却媒体入口連通孔３４ａと第２金属セパレータ２０の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ａと、前記冷却媒体入口連通孔３４ａと第１金属セパレータ１６の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１１６ｂとが形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材２８ａ、２８ｂ間には、冷却媒体出口連通孔３４ｂと冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路が形成される。
【００６９】
冷却媒体連結流路１１６ａ、１１６ｂは、樹脂枠部材２８ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、樹脂枠部材２８ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向に異なる位置に配置されることにより形成される。
【００７０】
図１３に示すように、冷却媒体連結流路１１６ａは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部４２ａ、５８ａと、樹脂枠部材２８ａに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）４０ａと、第２金属セパレータ２０を構成する金属プレート１０２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）１０６ａとを有する。入口溝部４２ａと入口溝部５８ａとは、端部同士が連通する。
【００７１】
図１４に示すように、冷却媒体連結流路１１６ｂは、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部６８ａ、３８ａと、樹脂枠部材２８ｂに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）６０ａと、第１金属セパレータ１６を構成する金属プレート８２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）９０ａとを有する。入口溝部６８ａと入口溝部３８ａとは、端部同士が連通する。
【００７２】
樹脂枠部材２８ａの入口孔部４０ａ及び穴部１０６ａと、樹脂枠部材２８ｂの入口孔部６０ａ及び穴部９０ａとは、積層方向に対して互いに重なり合わない位置に設定される。
【００７３】
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。
【００７４】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ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３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００７５】
各セルユニット１２では、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに供給された酸化剤ガスが、図１及び図１１に示すように、第１電解質膜・電極構造体１４の入口溝部３６ａと第２電解質膜・電極構造体１８の間から入口溝部５６ａに導入される。
【００７６】
入口溝部３６ａに導入された酸化剤ガスは、第２金属セパレータ２０の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第１電解質膜・電極構造体１４のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部３６ｂ間から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００７７】
一方、入口溝部５６ａ間に導入された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１８と第１金属セパレータ１６との間の入口溝部８７ａを通って前記第１金属セパレータ１６の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１８のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部８７ｂ、５６ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００７８】
また、燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、図１及び図１２に示すように、第２電解質膜・電極構造体１８のカソード側の入口溝部６２ａに導入される。燃料ガスは、入口溝部６２ａから入口孔部６４ａを通ってアノード側に移動し、一部分が入口溝部７２ａから第２金属セパレータ２０の燃料ガス流路８６に供給される。
【００７９】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１金属セパレータ１６の孔部９２ａを通って前記第１金属セパレータ１６と第１電解質膜・電極構造体１４との間に導入され、前記第１金属セパレータ１６の燃料ガス流路８６に供給される。
【００８０】
第２金属セパレータ２０の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、出口溝部７２ｂに排出され、さらに出口孔部６４ｂから出口溝部６２ｂを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。一方、第１金属セパレータ１６の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、孔部９２ｂから出口孔部６６ｂを通って出口溝部７２ｂに排出され、同様に燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００８１】
これにより、第１電解質膜・電極構造体１４及び第２電解質膜・電極構造体１８では、それぞれカソード側電極２４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２６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。
【００８２】
さらにまた、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体の一部は、図１及び図１３に示すように、第１電解質膜・電極構造体１４の入口溝部４２ａに導入され、入口溝部５８ａから入口孔部４０ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部４０ａから第２金属セパレータ２０の穴部１０６ａを通って前記第２金属セパレータ２０の内部に導入される。
【００８３】
冷却媒体は、第２金属セパレータ２０内を各入口溝部１１２ａに沿って矢印Ｂ方向に且つ互いに内側方向に流通し、冷却媒体流路８８に供給される。互いに内側方向に流通する冷却媒体は、冷却媒体流路８８の矢印Ｂ方向中央部側で衝突し、重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動した後、前記冷却媒体流路８８の下部側で矢印Ｂ方向両側に振り分けられる。そして、各出口溝部１１２ｂから穴部１０６ｂを通って第２金属セパレータ２０から排出される。さらに、この冷却媒体は、出口孔部４０ｂから出口溝部５８ｂ、４２ｂを通って冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【００８４】
一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体の他の一部は、図１及び図１４に示すように、第２電解質膜・電極構造体１８の入口溝部６８ａに導入され、入口溝部３８ａから入口孔部６０ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部６０ａから第１金属セパレータ１６の穴部９０ａを通って前記第１金属セパレータ１６内部に導入される。
【００８５】
冷却媒体は、第１金属セパレータ１６内を入口溝部１００ａに沿って矢印Ｂ方向に且つ互いに内側方向に流通し、冷却媒体流路８８に供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路８８に沿って重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動した後、矢印Ｂ方向両側に振り分けられる。冷却媒体は、各出口溝部１００ｂから穴部９０ｂを通って第１金属セパレータ１６から排出される。さらに、この冷却媒体は、出口孔部６０ｂから出口溝部３８ｂ、６８ｂを通って冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【００８６】
このため、第１電解質膜・電極構造体１４及び第２電解質膜・電極構造体１８は、第１金属セパレータ１６内の冷却媒体流路８８及び第２金属セパレータ２０内の冷却媒体流路８８を流通する冷却媒体により冷却される。
【００８７】
この場合、第１の実施形態では、図２、図１２〜図１４に示すように、樹脂枠部材２８ａに設けられた二重シール５１は、外側シール部材４８及び内側シール部材５０を有するとともに、前記外側シール部材４８の先端が、樹脂枠部材２８ｂに当接する一方、前記内側シール部材５０の先端が、第１金属セパレータ１６の外周端縁面に当接している。そして、外側シール部材４８及び内側シール部材５０は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有することができる。
【００８８】
従って、外側シール部材４８及び内側シール部材５０は、同一の、すなわち、１種類のシール設計により製造することが可能になる。これにより、二重シール５１を簡単且つ経済的に構成することができ、製造コストを有効に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００８９】
また、図２、図１２〜図１４に示すように、樹脂枠部材２８ｂに設けられた二重シール７７は、外側シール部材７４及び内側シール部材７６を有するとともに、前記外側シール部材７４の先端が、樹脂枠部材２８ａに当接する一方、前記内側シール部材７６の先端が、第２金属セパレータ２０の外周端縁面に当接している。そして、外側シール部材７４及び内側シール部材７６は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有することができる。
【００９０】
従って、外側シール部材７４及び内側シール部材７６は、同一の、すなわち、１種類のシール設計により製造することが可能になる。これにより、二重シール７７を簡単且つ経済的に構成することができ、製造コストを有効に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００９１】
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１２０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。
【００９２】
図１５及び図１６に示すように、燃料電池１２０は、複数のセルユニット１２２を積層して構成されるとともに、前記セルユニット１２２は、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１２４、第１金属セパレータ１２６、第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１２８及び第２金属セパレータ１３０を備える。
【００９３】
第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８は、樹脂枠部材１３２ａ及び樹脂枠部材１３２ｂを設ける。図１７に示すように、樹脂枠部材１３２ａのカソード面１２４ａ側の幅方向両端部上方には、各冷却媒体入口連通孔３４ａの下側近傍に入口溝部３８ａを設けることがなく、前記冷却媒体入口連通孔３４ａの幅方向（矢印Ｃ方向）にわたって複数の入口孔部１３４ａが形成される。入口孔部１３４ａは、リング状入口シール部材１３６ａにより囲繞される。
【００９４】
樹脂枠部材１３２ａのカソード面１２４ａ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの上側近傍に出口溝部３８ｂを設けることがなく、前記冷却媒体出口連通孔３４ｂの幅方向（矢印Ｃ方向）にわたって複数の出口孔部１３４ｂが形成される。出口孔部１３４ｂは、リング状出口シール部材１３６ｂにより囲繞される。
【００９５】
図１８に示すように、樹脂枠部材１３２ａのアノード面１２４ｂ側の幅方向両端部上方には、複数の入口孔部１３４ａに対応する複数の入口溝部１３８ａが設けられる一方、前記アノード面１２４ｂ側の幅方向両端部下方には、複数の出口孔部１３４ｂに対応する複数の出口溝部１３８ｂが設けられる。
【００９６】
図１９に示すように、樹脂枠部材１３２ｂのカソード面１２８ａ側の幅方向両端部上方には、各冷却媒体入口連通孔３４ａの下側近傍に入口孔部６０ａを設けることがなく、前記冷却媒体入口連通孔３４ａの幅方向にわたって複数の入口溝部１４０ａが形成される。
【００９７】
樹脂枠部材１３２ｂのカソード面１２８ａ側の幅方向両端部下方には、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの上側近傍に出口孔部６０ｂを設けることがなく、前記冷却媒体出口連通孔３４ｂの幅方向にわたって複数の出口溝部１４０ｂが形成される。
【００９８】
図２０に示すように、樹脂枠部材１３２ｂのアノード面１２８ｂ側には、入口溝部６８ａ及び出口溝部６８ｂが設けられていない。
【００９９】
第１金属セパレータ１２６は、単一の金属プレート部材で構成される。図２１に示すように、第１金属セパレータ１２６の一方の面に設けられる酸化剤ガス流路８４の上方には、複数の孔部９２ａと複数の入口溝部８７ａとが形成される一方、酸化剤ガス流路８４の下方には、複数の孔部９２ｂと複数の出口溝部８７ｂとが形成される。
【０１００】
第１金属セパレータ１２６の幅方向両端部には、それぞれ一対の突起部８９ａ、８９ｂが設けられることがなく、それぞれ複数の穴部９０ａ、９０ｂが設けられない。
【０１０１】
図１６に示すように、第２金属セパレータ１３０は、外形が同一形状を有して互いに積層される２枚の金属プレート（例えば、ステンレスプレート）１４２ａ、１４２ｂを備え、前記金属プレート１４２ａ、１４２ｂは、外周縁部を、例えば、溶接や接着により一体化され、且つ内部が密閉される。金属プレート１４２ａには、カソード側電極２４に対向して酸化剤ガス流路８４が形成されるとともに、金属プレート１４２ｂには、アノード側電極２６に対向して燃料ガス流路８６が形成される。金属プレート１４２ａ、１４２ｂ間には、冷却媒体流路８８が形成される。
【０１０２】
図２２に示すように、金属プレート１４２ａの幅方向両端部上方には、矢印Ｃ方向に比較的長尺な一対の突起部１４３ａが設けられる。突起部１４３ａには、各冷却媒体入口連通孔３４ａの幅方向にわたって複数の穴部１４４ａが形成される。金属プレート１４２ａの幅方向両端部下方には、矢印Ｃ方向に比較的長尺な一対の突起部１４３ｂが設けられる。突起部１４３ｂには、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの幅方向にわたって複数の穴部１４４ｂが形成される。
【０１０３】
図２３に示すように、金属プレート１４２ｂの一対の突起部１４３ａには、各冷却媒体入口連通孔３４ａの幅方向にわたって複数の入口溝部１４６ａが形成される。金属プレート１４２ｂの一対の突起部１４３ｂには、各冷却媒体出口連通孔３４ｂの幅方向にわたって複数の出口溝部１４６ｂが形成される。
【０１０４】
図２４に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１電解質膜・電極構造体１２４の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１５０ａと、前記酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２電解質膜・電極構造体１２８の酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路１５０ｂとが形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路８４とを連通する酸化剤ガス連結流路が形成される。
【０１０５】
図２５に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路１５２が形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと燃料ガス流路８６とを連通する燃料ガス連結流路が形成される。
【０１０６】
図２６に示すように、積層方向に隣接する樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、冷却媒体入口連通孔３４ａと第２金属セパレータ１３０の冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路１５４が形成される。なお、図示しないが、樹脂枠部材１３２ａ、１３２ｂ間には、冷却媒体出口連通孔３４ｂと冷却媒体流路８８とを連通する冷却媒体連結流路が形成される。
【０１０７】
冷却媒体連結流路１５４は、樹脂枠部材１３２ａの外側シール部材４８及び内側シール部材５０と、樹脂枠部材１３２ｂの外側シール部材７４及び内側シール部材７６とが積層方向に異なる位置に配置されることにより形成される。
【０１０８】
冷却媒体連結流路１５４は、セパレータ面方向に沿って設けられる入口溝部１３８ａ、１４０ａと、樹脂枠部材１３２ａに積層方向に形成される入口孔部（第１孔部）１３４ａと、金属プレート１４２ａに前記積層方向に形成される穴部（第２孔部）１４４ａとを有する。入口溝部１３８ａと入口溝部１４０ａとは、端部同士が連通する。
【０１０９】
図１６に示すように、樹脂枠部材１３２ａ（一方の樹脂枠部材）は、外側シール部材４８が設けられる部位の厚さｔ７が、内側シール部材５０が設けられる部位の厚さｔ８よりも肉厚（ｔ７＞ｔ８）に設定される。厚さｔ７と厚さｔ８との差は、第１金属セパレータ１２６の厚さｔ９に等しく設定される（ｔ７−ｔ８＝ｔ９）。
【０１１０】
樹脂枠部材１３２ｂ（他方の樹脂枠部材）は、外側シール部材４８に対向する部位から内側シール部材５０が当接する部位にわたって同一平面に形成される。外側シール部材４８及び内側シール部材５０は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有する。
【０１１１】
樹脂枠部材１３２ｂ（一方の樹脂枠部材）は、外側シール部材７４が設けられる部位の厚さｔ１０が、内側シール部材７６が設けられる部位の厚さｔ１１よりも肉厚（ｔ１０＞ｔ１１）に設定される。厚さｔ１０と厚さｔ１１との差は、第２金属セパレータ１３０の厚さｔ１２に等しく設定される（ｔ１０−ｔ１１＝ｔ１２）。
【０１１２】
樹脂枠部材１３２ａ（他方の樹脂枠部材）は、外側シール部材７４に対向する部位から内側シール部材７６が当接する部位にわたって同一平面に形成される。外側シール部材７４及び内側シール部材７６は、同一の高さ寸法に設定されるとともに、同一のシールリップ形状を有する。
【０１１３】
このように構成される燃料電池１２０の動作について、以下に概略的に説明する。
【０１１４】
各セルユニット１２２では、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに供給された酸化剤ガスが、図１５及び図２４に示すように、第１電解質膜・電極構造体１２４の入口溝部３６ａ間と第２電解質膜・電極構造体１２８の入口溝部５６ａ間に導入される。
【０１１５】
入口溝部３６ａに導入された酸化剤ガスは、第２金属セパレータ１３０の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第１電解質膜・電極構造体１２４のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部３６ｂ間から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【０１１６】
一方、入口溝部５６ａ間に導入された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１２８と第１金属セパレータ１２６との間の入口溝部８７ａを通って前記第１金属セパレータ１２６の酸化剤ガス流路８４に供給される。酸化剤ガス流路８４に供給された酸化剤ガスは、第２電解質膜・電極構造体１２８のカソード側電極２４に供給された後、残余の酸化剤ガスは、出口溝部８７ｂ、５６ｂ間を通って酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【０１１７】
また、燃料ガス入口連通孔３２ａに供給された燃料ガスは、図１５及び図２５に示すように、第２電解質膜・電極構造体１２８のカソード側の入口溝部６２ａに導入される。燃料ガスは、入口溝部６２ａから入口孔部６４ａを通ってアノード側に移動し、一部分が入口溝部７２ａから第２金属セパレータ１３０の燃料ガス流路８６に供給される。
【０１１８】
燃料ガスの残余の部分は、入口孔部６６ａ及び第１金属セパレータ１２６の孔部９２ａを通って前記第１金属セパレータ１２６と第１電解質膜・電極構造体１２４との間に導入され、前記第１金属セパレータ１２６の燃料ガス流路８６に供給される。
【０１１９】
第２金属セパレータ１３０の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、出口溝部７２ｂに排出され、さらに出口孔部６４ｂから出口溝部６２ｂを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。一方、第１金属セパレータ１２６の燃料ガス流路８６を流通した使用済みの燃料ガスは、孔部９２ｂから出口孔部６６ｂを通って出口溝部７２ｂに排出され、同様に燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【０１２０】
これにより、第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８では、それぞれカソード側電極２４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２６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。
【０１２１】
さらにまた、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１５及び図２６に示すように、第１電解質膜・電極構造体１２４の入口溝部１３８ａに導入され、入口溝部１４０ａから入口孔部１３４ａに供給される。冷却媒体は、入口孔部１３４ａから第２金属セパレータ１３０の穴部１４４ａを通って前記第２金属セパレータ１３０の内部に導入される。
【０１２２】
冷却媒体は、第２金属セパレータ１３０内を各入口溝部１４６ａに沿って矢印Ｂ方向に且つ互いに内側方向に流通し、冷却媒体流路８８に供給される。互いに内側方向に流通する冷却媒体は、冷却媒体流路８８の矢印Ｂ方向中央部側で衝突し、重力方向に移動した後、前記冷却媒体流路８８の下部側で矢印Ｂ方向両側に振り分けられる。そして、各出口溝部１４６ｂから穴部１４４ｂを通って前記第２金属セパレータ１３０から排出される。さらに、冷却媒体は、出口孔部１３４ｂから出口溝部１４０ｂ、１３８ｂを通って冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【０１２３】
このため、第１電解質膜・電極構造体１２４及び第２電解質膜・電極構造体１２８は、第２金属セパレータ１３０内の冷却媒体流路８８を流通する冷却媒体により間引き冷却される。
【０１２４】
この場合、第２の実施形態では、二重シール５１、７７を簡単且つ経済的に構成することができ、製造コストを有効に抑制することが可能になる等、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】
【０１２５】
１０、１２０…燃料電池１２、１２２…セルユニット
１４、１８、１２４、１２８…電解質膜・電極構造体
１６、２０、１２６、１３０…セパレータ
２２…固体高分子電解質膜２４…カソード側電極
２６…アノード側電極
２８ａ、２８ｂ、１３２ａ、１３２ｂ…樹脂枠部材
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…燃料ガス入口連通孔３２ｂ…燃料ガス出口連通孔
３４ａ…冷却媒体入口連通孔３４ｂ…冷却媒体出口連通孔
３６ａ、３８ａ、４２ａ、４６ａ、５６ａ、５８ａ、６２ａ、６８ａ、７２ａ、８７ａ、９８ａ、１００ａ、１１２ａ、１３８ａ、１４０ａ、１４６ａ…入口溝部
３６ｂ、３８ｂ、４２ｂ、４６ｂ、５６ｂ、５８ｂ、６２ｂ、６８ｂ、７２ｂ、８７ｂ、９８ｂ、１００ｂ、１１２ｂ、１３８ｂ、１４０ｂ、１４６ｂ…出口溝部
４０ａ、６０ａ、６４ａ、６６ａ、１３４ａ…入口孔部
４０ｂ、６０ｂ、６４ｂ、６６ｂ、１３４ｂ…出口孔部
４８、７４…外側シール部材５０、７６…内側シール部材
５１、７７…二重シール
８２ａ、８２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ…金属プレート
８４…酸化剤ガス流路８６…燃料ガス流路
８８…冷却媒体流路
９０ａ、９０ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１４４ａ、１４４ｂ…穴部
９２ａ、９２ｂ…孔部
１１６ａ、１１６ｂ、１５４…冷却媒体連結流路

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される燃料電池であって、
電解質・電極構造体の外周には、樹脂枠部材が一体に設けられ、前記樹脂枠部材には、積層方向に貫通し、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体である各流体を流通させる複数の流体連通孔が設けられる一方、
前記金属セパレータは、前記樹脂枠部材の外周端部よりも前記流体連通孔の内方に位置して一対の樹脂枠部材間に配置されるとともに、
一方の前記樹脂枠部材には、前記金属セパレータに先端が当接する内側シール部材と、
他方の前記樹脂枠部材に先端が当接し且つ前記内側シール部材と同一の高さ寸法に設定される外側シール部材と、
を有する二重シール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、一方の前記樹脂枠部材は、前記内側シール部材が設けられる部位の厚さが、前記外側シール部材が設けられる部位の厚さよりも肉薄に設定されるとともに、
他方の前記樹脂枠部材は、前記内側シール部材に対向する部位から前記外側シール部材が当接する部位にわたって同一平面に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記金属セパレータは、前記電解質・電極構造体を挟持する第１の金属セパレータ及び第２の金属セパレータと備え、
少なくとも前記第１の金属セパレータ又は前記第２の金属セパレータは、内部に冷却媒体流路が形成される２枚のプレートで構成され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、２枚の前記プレートは、互いに外形が同一形状を有することを特徴とする燃料電池。

【図１】