(57)【要約】      （修正有）【課題】セパレータと多孔体を有するスタック構造の燃料電池において、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制した燃料電池の提供。【解決手段】燃料電池は、電解質膜８１０と電解質膜を挟持する２つの電極を有する膜電極接合体８００と、第１の面と第２の面とを有する多孔体８４０と、多孔体の第２の面８４０ｂに当接する当接面を有するセパレータ１０００とを備える。多孔体の第１の面３００ａは膜電極接合体の一方の電極に対向し、多孔体の第２の面は凹部を有する。セパレータの当接面は多孔体の第２の面が有する凹部の少なくとも一部と嵌合する凸部を有する。この燃料電池は、セパレータの凸部と多孔体の凹部とが嵌合するので、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制することができる。【選択図】図２
2006351423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜を挟持する２つの電極を有する膜電極接合体と、
第１の面と第２の面とを有する多孔体であって、前記第１の面は前記膜電極接合体の一方の電極に対向し、前記第２の面は凹部を有する多孔体と、
前記多孔体の前記第２の面に当接する当接面を有するセパレータであって、前記当接面は前記多孔体の前記第２の面が有する前記凹部の少なくとも一部と嵌合する凸部を有するセパレータと、
を備える燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１の面に対向する前記一方の電極における電気化学反応に供される反応ガスが流動するための反応ガス流路は、前記多孔体により形成される燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記当接面を有する第１のプレートを含み、
前記セパレータが有する凸部は、前記第１のプレートの一部が前記多孔体と当接する方向に突出した突出部である燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記突出部は、前記第１のプレートを塑性加工することにより形成される燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟持される中間プレートと、によって構成される燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記中間プレートは、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に流体を流動させるための流体流路を形成する流路形成部を有し、
前記第１のプレートの前記当接面において、前記凸部は前記中間プレートの前記流路形成部と重ならない位置に配置される燃料電池。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記凹部は、前記多孔体を貫通せず底部を有する有底凹部である燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特にスタック構造の構成部品のずれ抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を行うことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。
【０００３】
ところで、上記スタック構造の燃料電池として、膜電極接合体とセパレータの間に多孔体を配置し、配置された多孔体を反応ガス流路として用いるものが知られている（特許文献１）。この燃料電池では、反応ガス流路としての多孔体の一部に樹脂を含浸させることにより、反応ガスの流動経路を規定すると共に多孔体の変形を抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８７３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、多孔体とセパレータとを単純に積層しているので、多孔体とセパレータとの相対的な位置が、製造時や運転時においてずれるおそれがあった。このようなずれは、反応ガスの正常な流動を妨げたり、燃料電池の変形を招いたりし、燃料電池の性能劣化を引き起こすおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、セパレータと多孔体を有するスタック構造の燃料電池において、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、燃料電池を提供する。本発明に係る燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜を挟持する２つの電極を有する膜電極接合体と、第１の面と第２の面とを有する多孔体であって、前記第１の面は前記膜電極接合体の一方の電極に対向し、前記第２の面は凹部を有する多孔体と、前記多孔体の前記第２の面に当接する当接面を有するセパレータであって、前記当接面は前記多孔体の前記第２の面が有する前記凹部の少なくとも一部と嵌合する凸部を有するセパレータと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る燃料電池によれば、セパレータの凸部と多孔体の凸部とが嵌合するので、セパレータと多孔体との相対的な位置ずれを抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る燃料電池において、前記多孔体は、前記第１の面に対向する前記一方の電極における電気化学反応に供される反応ガスが流動するための反応ガス流路は、前記多孔体により形成されても良い。こうすれば、セパレータの凸部は、反応ガスの流動経路を規定する役割を兼ねる。従って、セパレータの凸部の配置によって反応ガスの流動経路を制御して、燃料電池の性能向上を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記当接面を有する第１のプレートを含み、前記セパレータが有する凸部は、前記第１のプレートの一部が前記多孔体と当接する方向に突出した突出部であっても良い。かかる場合には、セパレータの凸部は、第１のプレートの一部であるので、部品点数の増加を抑制できる。
【００１１】
本発明に係る燃料電池において、前記突出部は、前記第１のプレートを塑性加工することにより形成されても良い。こうすれば、セパレータの突出部を容易に作製することができる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟持される中間プレートと、によって構成されても良い。かかる場合には、３層構造のセパレータを用いる燃料電池においてセパレータと多孔体との相対的な位置ずれを防止することができる。
【００１３】
本発明に係るセパレータにおいて、前記中間プレートは、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に流体を流動させるための流体流路を形成する流路形成部を有し、前記第１のプレートの前記当接面において、前記凸部は前記中間プレートの前記流路形成部と重ならない位置に配置されても良い。こうすれば、セパレータ内部に形成される流体流路を流れる流体の流動に対する凸部による影響を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る燃料電池において、前記凹部は、前記多孔体を貫通せず底部を有する有底凹部であっても良い。こうすれば、反応ガス流路としての多孔体の第１の面側の面積が減少しないので、凹部によって反応ガスの供給の均一性が低下することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１６】
Ａ．第１実施例：
・燃料電池の構成
図１〜図２を参照して、本発明の第１実施例に係るセパレータを含む燃料電池の概略構成について説明する。図１は、第１実施例における燃料電池の外観構成を示す説明図である。図２は、燃料電池の積層の単位２００の構成を示す説明図である。
【００１７】
燃料電池１００は、積層の単位２００が複数個積層された構造（いわゆるスタック構造）を有している。燃料電池１００には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
【００１８】
図２に示すように、積層の単位２００は、シール一体型膜電極接合体２０００とセパレータ１０００から構成される。
【００１９】
シール一体型膜電極接合体２０００は、シール部材７００と、膜電極接合体８００と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０を備えている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と耐熱性とを有する材料、例えば、シリコーンゴムやブチルゴムで形成されている。シール部材７００の中心部には、破線で示すように、膜電極接合体８００、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を配置するための孔７５０が設けられている。膜電極接合体８００は、電解質膜８１０と、電解質膜８１０を挟持するアノード８２０およびカソード８３０と、を備えている。
【００２０】
電解質膜８１０は、例えばフッ素系樹脂材料で形成され、湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質膜８１０の両側の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を有する層（図示は省略する）が設けられている。
【００２１】
アノード８２０およびカソード８３０は、共に、ガス透過性を有するガス拡散電極である。アノード８２０およびカソード８３０は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。
【００２２】
アノード側多孔体８４０は、第１の面８４０ａと第２の面８４０ｂを有している。第１の面８４０ａは、図２に示すように、アノード８２０に当接する面、すなわち、膜電極接合体８００のアノード側に対向する面である。第２の面８４０ｂは、燃料電池１００を構成する際に、セパレータ１０００に当接する面である。同様にして、カソード側多孔体８５０は、第１の面８５０ａと第２の面８５０ｂを有している。第１の面８５０ａは、図２に示すように、カソード８３０に当接する面、すなわち、膜電極接合体８００のカソード側に対向する面である。第２の面８５０ｂは、燃料電池１００を構成する際に、セパレータ１０００に当接する面である。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、上述したアノード８２０およびカソード８３０より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード８２０およびカソード８３０より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。
【００２３】
セパレータ１０００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００を備えている。アノードプレート３００およびカソードプレート４００は、中間プレート５００を挟持するように、中間プレート５００の両側にそれぞれ接合されている。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。アノードプレート３００は、燃料電池１００を構成する際に、アノードプレート３００側に隣接するシール一体型膜電極接合体２０００のアノード側多孔体８４０の第２の面８４０ｂに当接する当接面３００ａを有している。同様に、カソードプレート４００は、燃料電池１００を構成する際に、カソードプレート４００側に隣接するシール一体型膜電極接合体２０００のカソード側多孔体８５０の第２の面８５０ｂに当接する当接面４００ａを有している。
【００２４】
図３〜図５を参照して、セパレータ１０００の構成について、さらに説明する。図３〜図５は、カソードプレート４００（図３）、アノードプレート３００（図４）、中間プレート５００（図５）の形状をそれぞれ示す説明図である。図３、図４（ａ）、図５は、各プレート４００、３００、５００を図２の右側から見た様子を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。図３〜図５において、各プレート３００、４００、５００の中央部に破線で示す領域ＤＡは、燃料電池１００を形成する際に、上述した膜電極接合体８００と対向する領域（以下、発電領域ＤＡという。）である。
【００２５】
カソードプレート４００は、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、複数の酸化ガス供給孔４４０と、複数の酸化ガス排出孔４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。複数の酸化ガス供給孔４４０は、発電領域ＤＡの端部（図３における上端部）に、並んで配置されている。複数の酸化ガス排出孔４４４は、発電領域ＤＡの端部（図３における下端部）に、並んで配置されている。
【００２６】
アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、複数の燃料ガス供給孔３５０と、複数の燃料ガス排出孔３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。複数の燃料ガス供給孔３５０は、発電領域ＤＡの端部の一部（図４（ａ）における右端部の下側）に、並んで配置されている。複数の燃料ガス排出孔３５４は、発電領域ＤＡの左端部の一部（図４（ａ）における左端部の上側）に、並んで配置されている。
【００２７】
アノードプレート３００の当接面３００ａは、さらに、４つの凸部３８０ａ〜３８０ｄを有している。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、短手方向の断面が凸型の形状を有し、当接面３００ａ側に突出している（図４（ｂ）参照）。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、長手方向が図４（ａ）における左右方向に延びる凸条部である。凸部３８０ａ〜３８０ｄは、図４に示すように、発電領域ＤＡにおいて、図４における上下方向にほぼ等間隔で配置されている。凸部３８０ａおよび３８０ｃの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図４における左端）に位置し、長手方向の他端は、発電領域ＤＡの他端（図４における右端）から所定長さだけ中央よりに位置している。一方、凸部３８０ｂおよび凸部３８０ｄの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図４における左端）から所定長さだけ中央よりに位置し、長手方向の他端は発電領域ＤＡの他端に位置している。各凸部３８０ａ〜３８０ｄは、アノードプレート３００をプレス加工することによって形成されることができる。
【００２８】
中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、供給流路形成部５４２、５４６および排出流路形成部５４４、５４８を備えている。中間プレート５００は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。
【００２９】
各冷却媒体流路形成部５５０は、発電領域ＤＡを図５における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域ＤＡの外側に至っている。冷却媒体流路形成部５５０は、図５における上下方向に、所定間隔をあけて並設されている。
【００３０】
反応ガスの供給流路形成部５４２、５４６と排出流路形成部５４４、５４８は、それぞれ対応するマニホールド形成部５２２〜５２８と一端が連通し、櫛歯形状を形成している。これらの流路形成部５４２〜５４８の他端は、３つのプレートを接合した際に、それぞれ対応するガス供給／排出孔３５０、３５４、４４０、４４４と連通する。
【００３１】
次に、図６を参照して、シール一体型膜電極接合体２０００の構成について、さらに説明する。図６は、シール一体型膜電極接合体２０００の形状を示す説明図である。図６（ａ）は、図２の左側からみた様子を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示している。
【００３２】
シール一体型膜電極接合体２０００を構成するシール部材７００は、セパレータ１０００を構成するアノードプレート３００およびカソードプレート４００と同様に、厚さ方向に貫通する貫通部である６個のマニホールド形成部７２２〜７３２を有している。シール部材７００は、各マニホールド形成部の周囲および発電領域ＤＡの周囲をシールして、各流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却媒体）の漏出、混合を防止する。
【００３３】
シール一体型膜電極接合体２０００を構成するアノード側多孔体８４０の第２の面８４０ｂは、図６に示すように、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄを有している。４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄは、燃料電池１００を構成した際に、上述したアノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄと一対一に対応し、それぞれ嵌合するように形成される。すなわち、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄは、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄに対応する位置に形成され、４つの凹部８４５ａ〜８４５ｄの短手方向の断面は、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄの短手方向の断面形状（凸型の形状）に対応する凹型の形状を有している。
【００３４】
・燃料電池の動作
図７〜図８を参照して、第１実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図７は、燃料電池の反応ガスの流れを示す第１の説明図である。図を見やすくするため、図７（ａ）においては、セパレータ１０００のみを図示し、図７（ｂ）（ｃ）においては、セパレータ１０００およびシール一体型膜電極接合体２０００が積層された様子を図示している。図７（ａ）はセパレータ１０００を、アノードプレート３００の当接面３００ａ側から見た様子を示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示している。図８は、燃料電池の反応ガスの流れを示す第２の説明図である。図８は、図７（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を図７（ａ）の左側から見た図を示している。
【００３５】
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。
【００３６】
酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図８において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路９５０を通って、カソード側多孔体８５０に供給される。酸化ガス供給流路９５０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの供給流路形成部５４２（図５）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス供給孔４４０（図３）によって形成される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図８における上下方向に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路９６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。酸化ガス排出流路９６０は、上述した中間プレート５００に形成された酸化ガスの排出流路形成部５４４（図５）とカソードプレート４００に形成された酸化ガス排出孔４４４（図３）によって形成される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ）に供される。
【００３７】
燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図７（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路９３０を通って、アノード側多孔体８４０に供給される。燃料ガス供給流路９３０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの供給流路形成部５４６（図５）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス供給孔３５０（図４）によって形成される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を流動する。
【００３８】
ここで、アノード側多孔体８４０に形成された凹部８４５ａ〜８４５ｄ（図６）と嵌合している凸部３８０ａ〜３８０ｄ（図４、図８）によって、アノード側多孔体８４０の内部が区画される。この結果、アノード側多孔体８４０の内部において燃料ガスの流動が制御され、アノード側多孔体８４０の内部全体を蛇行する燃料ガスの流動経路が規定される。図７（ａ）における矢印は、蛇行する燃料ガスの流動経路を示している。また、図８における記号Ｒ１およびＲ２は、図７（ａ）に示す矢印に対応する記号であり、記号Ｒ１は図８の手前から奥に向かう燃料ガスの流動経路を示し、記号Ｒ２は図８の奥から手前に向かう燃料ガスの流動経路を示している。
【００３９】
燃料ガス供給流路９３０からアノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、図７（ａ）に示す上述の流動経路を流動して、燃料ガス排出流路９４０に至る。燃料ガスは、図７（ｃ）において矢印で示すように、燃料ガス排出流路９４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。燃料ガス排出流路９４０は、上述した中間プレート５００に形成された燃料ガスの排出流路形成部５４８（図５）とアノードプレート３００に形成された燃料ガス排出孔３５４（図４）によって形成される。アノード側多孔体８４０を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）に供される。
【００４０】
なお、図８に示すように、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５ｄの深さ、および、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄの高さはアノード側多孔体８４０の厚さより所定量ｈだけ小さく設定されている（図８）。すなわち、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５は、アノード側多孔体８４０を貫通せず、所定の厚さｈの底部を有する有底凹部である。
【００４１】
冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体から冷却媒体流路９７０に供給される。冷却媒体流路９７０は、図７（ａ）および図８に示すように、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図５）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。冷却媒体流路９７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路９７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体流路９７０の他端から冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。ここで、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重ならない位置に形成されている。すなわち、図８に示すように、アノードプレート３００の凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００の緻密な部分Ｓ（空洞でない部分）と重なるように配置されている。
【００４２】
以上のように構成された燃料電池１００によれば、アノードプレート３００に形成された凸部３８０ａ〜３８０ｄと、アノード側多孔体８４０に形成された凹部８４５ａ〜８４５ｄとが嵌合するので、セパレータ１０００とアノード側多孔体８４０との相対的な位置ずれ、ひいては、セパレータ１０００とアノード側多孔体８４０を含むシール一体型膜電極接合体２０００との相対的な位置ずれを抑制することができる。
【００４３】
さらに、アノードプレート３００に形成された凸部３８０ａ〜３８０ｄによって、アノード側多孔体８４０の内部に、燃料ガスの流動経路が規定され、燃料ガスがアノード側多孔体８４０の全体に亘って流動する。この結果、アノード８２０への燃料ガスの供給の均一性が向上することにより、電池性能を向上させることができる。
【００４４】
さらに、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重ならない位置に形成されているので、冷却媒体流路形成部５５０によってセパレータ１０００の内部に形成される冷却媒体流路９７０を流れる冷却媒体の流動が、凸部３８０ａ〜３８０ｄによって影響をうけることを防止することができる。もし、凸部３８０ａ〜３８０ｄが、中間プレート５００に形成されている冷却媒体流路形成部５５０と重なっていると、凸部３８０ａ〜３８０ｄの中間プレート５００側にある空間Ｖ（図８参照）と冷却媒体流路９７０とが連通してしまう場合がある。かかる場合、冷却媒体が流動する流路断面積が変動することにより、冷却媒体の圧力損失、流動量、流速、分配の均一性等が変動してしまい、想定している冷却性能が得られなくなるおそれがある。
【００４５】
さらに、アノード側多孔体８４０の凹部８４５ａ〜８４５ｄは、所定の厚さｈの底部を有する有底凹部である。このため、アノード側多孔体８４０を流動する燃料ガスの一部は、厚さｈの底部に流入することができる。これによって、アノード８２０において、凹部８４５ａ〜８４５と対向する部分にも燃料ガスが容易に拡散することができる。この結果、アノード８２０に対する燃料ガスの供給の均一性が向上することにより、電池性能を向上させることができる。
【００４６】
さらに、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、アノードプレート３００をプレス加工することにより、アノードプレート３００の一部として形成される。この結果、凸部３８０ａ〜３８０ｄは、容易に作製されることができる。また、凸部３８０ａ〜３８０ｄを設けるために部品点数が増加することもない。
【００４７】
Ｂ．第２実施例：
上記第１実施例では、アノード側多孔体８４０に凹部８４５ａ〜８４５ｄを設け、これらの凹部８４５ａ〜８４５ｄと嵌合する凸部３８０ａ〜３８０をアノードプレート３００に設けている。これに代えてあるいは加えて、カソード側多孔体８５０に凹部を設け、凹部と嵌合する凸部をカソードプレート４００側に設けても良い。第２実施例として、図９を参照しながら、このような構成の一例について説明する。図９は、第２実施例におけるセパレータの構成および反応ガスの流れを示す説明図である。図９（ａ）は、第２実施例に係るセパレータ１０００をカソードプレート４００の当接面４００ａ側から見た様子を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＦ−Ｆ断面を図９（ａ）における下側から見た断面図を示している。
【００４８】
第２実施例において、第１実施例と異なる点は、セパレータの一部の構成とカソード側多孔体８５０の一部の構成のみである。第２実施例に係る燃料電池の基本的な構成は、第１実施例と同様であるので、第１実施例と同一の構成については、図９において第１実施例と同一の符号（図７参照）を付し、その説明を省略する。
【００４９】
第２実施例におけるセパレータ１０００は、第１実施例と同様に３枚のプレート３００、４００、５００とによって構成される。第２実施例におけるセパレータ１０００は、第１実施例と異なり、酸化ガス供給マニホールドが３つのマニホールド１１０ａ〜１１０ｃに分割されており、酸化ガス排出マニホールドが３つのマニホールド１２０ａ〜１２０ｃに分割されている。３つに分割された各酸化ガス供給マニホールド１１０ａ〜１１０ｃごとに、それぞれのマニホールドと連通する酸化ガス供給流路９５０が、第１実施例と同様の構造にて、形成されている。また、３つに分割された各酸化ガス排出マニホールド１２０ａ〜１２０ｃごとに、それぞれのマニホールドと連通する酸化ガス排出流路９６０が、第１実施例と同様の構造にて、形成されている。
【００５０】
第２実施例におけるカソードプレート４００は、第１実施例と異なり、カソード側多孔体８５０との当接面４００ａに凸部４８０ａ、４８０ｂが形成されている。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、第１実施例においてアノードプレート３００に形成されている凸部３８０ａ〜３８０ｄと同様に、短手方向の断面が凸型の形状を有し、当接面４００ａ側に突出している（図９（ｂ））。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、長手方向が図９（ａ）における上下方向に延びる凸条部である。各凸部４８０ａおよび４８０ｂの長手方向の一端は発電領域ＤＡの一端（図９（ａ）における上端）に位置し、長手方向の他端は発電領域ＤＡの他端（図９（ａ）における下端）に位置している。各凸部４８０ａ、４８０ｂは、図９（ａ）に示すように、３つに分割された酸化ガス供給マニホールド１１０ａ〜１１０ｃおよび酸化ガス排出マニホールド１２０ａ〜１２０ｃに対応して、発電領域ＤＡを３つに分割するように配置される。
【００５１】
さらに、第２実施例におけるカソード側多孔体８５０の第２の面８５０ｂには、図９（ｂ）に示すように、燃料電池を構成した際に、上述したカソードプレート４００の凸部４８０ａ、４８０ｂにそれぞれ嵌合する凹部８５５ａ、８５５ｂが形成されている。
【００５２】
第２実施例に係る燃料電池では、カソード側多孔体８５０の凹部８５５ａ、８５５ｂと嵌合している凸部４８０ａ、４８０ｂによって、カソード側多孔体８５０の内部は、図９（ａ）の上下方向に流動する３つの流動経路に分けられる。図９（ａ）における３つの矢印および図９（ｂ）における３つの記号Ｒ２は、これらの３つの流動経路を示している。この結果、酸化ガス供給マニホールド１１０ａに供給された酸化ガスは、図９の右側の流動経路を通って、発電領域ＤＡを挟んで向かい合う酸化ガス排出マニホールド１２０ａへ排出される。同様に、酸化ガス供給マニホールド１１０ｂ、１１０ｃに供給された酸化ガスは、それぞれ図９の中央の流動経路、左側の流動経路を通って、それぞれ酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｃへ排出される。
【００５３】
第２実施例における燃料電池によれば、カソードプレート４００に形成された凸部４８０ａ、４８０ｂと、カソード側多孔体８５０に形成された凹部８５５ａ、８５５ｂとが嵌合するので、セパレータ１０００とカソード側多孔体８５０との相対的な位置ずれ、ひいては、セパレータ１０００とカソード側多孔体８５０を含むシール一体型膜電極接合体２０００との相対的な位置ずれを抑制することができる。
【００５４】
さらに、カソードプレート４００に形成された凸部４８０ａ、４８０ｂよって、カソード側多孔体８５０の内部が３つの流動経路に分けられる。このため、例えば、外部の酸化ガス供給部から酸化ガスが供給されるのは、図９（ａ）の右側の酸化ガス供給マニホールド１１０ａのみとし、酸化ガス排出マニホールド１２０ａに排出された酸化ガスを中央の酸化ガス供給マニホールド１１０ｂに供給し、中央の酸化ガス排出マニホールド１２０ｂに排出された酸化ガスを左側の酸化ガス供給マニホールド１１０ｃに供給する構成とするとする。かかる場合、酸化ガスの流動経路の長さが第１実施例のような構成（酸化ガス供給／排出マニホールド１１０／１２０がそれぞれ１つずつの構成）と比較して長くなる。この結果、酸化ガスの流動速度が速くなり、酸化ガス中に含まれる水分（例えば、カソード反応によって生成される生成水）の排出性を向上することができる。
【００５５】
Ｃ．変形例：
上記実施例では、セパレータ１０００を構成する各プレート３００、４００、５００にステンレス鋼を用いているが、他の材料を用いても良い。例えば、カソードプレート４００およびアノードプレート３００には、ガス不透性と導電性とを有する種々の材料、具体的には、チタン、チタン合金が用いられ得る。また、上述の材料に耐食性の向上のための表面処理（例えば、耐食性のメッキ）を施したものを用いても良い。
【００５６】
また、上記実施例における凸部３８０ａ〜３８０ｄ、４８０ａ、４８０ｄおよび凹部８４５ａ〜８４５ｄ、８５５ａ、８５５ｂの配置位置、配置数は、自由に変更することができる。これらの配置位置および配置数を変更することによって、アノード側多孔体８４０やカソード側多孔体８５０の内部に形成される反応ガスの流動経路を自由に設定することができる。
【００５７】
また、上記実施例において、互いに嵌合する複数組の凸部と凹部のうち、位置ずれを抑制する機能を有するのは一部であっても良い。例えば、ある組の凸部と凹部は、位置ずれを抑制するために比較的小さめの隙間で（理想的には隙間なく）嵌合させ、他の組は比較的大きめの隙間で嵌合させても良い。
【００５８】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施例における燃料電池の外観構成を示す説明図。
【図２】燃料電池の積層の単位２００の構成を示す説明図。
【図３】カソードプレート４００の形状を示す説明図。
【図４】アノードプレート３００の形状を示す説明図。
【図５】中間プレート５００の形状を示す説明図。
【図６】シール一体型膜電極接合体２０００の形状を示す説明図。
【図７】燃料電池の反応ガスの流れを示す第１の説明図。
【図８】燃料電池の反応ガスの流れを示す第２の説明図。
【図９】第２実施例におけるセパレータの構成および反応ガスの流れを示す説明図。
【符号の説明】
【００６０】
１００...燃料電池
１１０、１１０ａ〜１１０ｃ...酸化ガス供給マニホールド
１２０、１２０ａ〜１２０ｃ...酸化ガス排出マニホールド
１３０...燃料ガス供給マニホールド
１４０...燃料ガス排出マニホールド
１５０...冷却媒体供給マニホールド
１６０...冷却媒体排出マニホールド
２００...積層の単位
３００...アノードプレート
３００ａ...当接面
３２２、３２４，３２６，３２８、３３０、３３２...マニホールド形成部
３５０...燃料ガス供給孔
３５４...燃料ガス排出孔
３８０ａ〜３８０ｄ...凸部
４００...カソードプレート
４００ａ...当接面
４２２、４２４，４２６，４２８、４３０、４３２...マニホールド形成部
４４０...酸化ガス供給孔
４４４...酸化ガス排出孔
４８０ａ、４８０ｂ...凸部
５００...中間プレート
５２２、５２４，５２６，５２８...マニホールド形成部
５４２...流路形成部
５４２、５４６...供給流路形成部
５４４、５４８...排出流路形成部
５５０...冷却媒体流路形成部
７００...シール部材
７２２、７２４、７２６、７２８、７３０、７３２...マニホールド形成部
７５０...孔
８００...膜電極接合体
８1０...電解質膜
８２０...アノード
８３０...カソード
８４０...アノード側多孔体
８４０ａ...第１の面
８４０ｂ...第２の面
８４５ａ〜８４５ｄ...凹部
８５０...カソード側多孔体
８５０ａ...第１の面
８５０ｂ...第２の面
８５５ａ、８５５ｂ...凹部
９３０...燃料ガス供給流路
９４０...燃料ガス排出流路
９５０...酸化ガス供給流路
９６０...酸化ガス排出流路
９７０...冷却媒体流路
１０００...セパレータ
２０００...シール一体型膜電極接合体
【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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