(57)【要約】【課題】同一面内に複数の単セルを配置する燃料電池において、流路におけるシール性に対する信頼性を高める。【解決手段】燃料電池は、電解質層と一対のセパレータとを備える単セルを、複数積層することによって構成されると共に、単セルが積層される積層方向が互いに平行となるように並列に配置された複数の発電部と、複数の発電部の各々を囲む位置に配置され、絶縁性のゴムまたは樹脂によって形成されると共に、ガスまたは冷媒を給排するマニホールドとなる貫通孔が形成されたマニホールド形成部と、を備える。発電部は、セパレータの外周部において、絶縁性のゴムまたは樹脂によってマニホールド形成部と一体で形成され、ガス流路または冷媒流路におけるシール性を確保するシール部を備える。複数の発電部のうちの隣り合う発電部間に形成される貫通孔は、隣り合う前記発電部の双方に対して、ガスまたは冷媒を供給または排出する。【選択図】図１
2011165589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
表面に一対の電極が形成された電解質層と、前記電解質層を挟持するように配置されると共に、電気化学反応に供されるガスが流れるガス流路を前記電解質層との間に形成する一対のセパレータと、を備える単セルを、複数積層することによって構成されると共に、冷媒流路が内部に形成された複数の発電部であって、前記単セルが積層される積層方向が互いに平行となるように並列に配置された複数の発電部と、
前記複数の発電部の各々を囲む位置に配置されたマニホールド形成部であって、絶縁性のゴムまたは樹脂によって形成されると共に、前記発電部の側面に沿って前記積層方向に貫通し、前記単セル内に形成される前記ガス流路および前記冷媒流路に対して前記ガスまたは冷媒を供給または排出するマニホールドとなる貫通孔を有するマニホールド形成部と、
を備え、
前記発電部は、前記セパレータの外周部上において、絶縁性のゴムまたは樹脂によって前記マニホールド形成部と一体で形成され、前記ガス流路または前記冷媒流路におけるシール性を確保するシール部を備え、
前記複数の発電部のうちの隣り合う前記発電部間に形成される前記貫通孔は、隣り合う前記発電部の双方に対して、前記ガスまたは前記冷媒を供給または排出する
燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記マニホールド形成部と前記シール部は、同種のゴムまたは樹脂によって一体で形成されている
燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池であって、
前記一対のセパレータの内の少なくとも一方には、前記電解質層との間で前記ガス流路を形成するための凹凸形状が形成されており、
前記複数の発電部の各々は、前記少なくとも一方のセパレータとして、同じ凹凸形状が形成されたセパレータを備えている
燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の燃料電池であって、
前記積層方向が互いに平行となるように並列に配置された前記複数の発電部と、前記シール部を介して前記複数の発電部と一体で形成された前記マニホールド形成部とは、燃料電池モジュールを構成し、
複数の前記燃料電池モジュールを、前記単セルの積層の向きが前記積層方向で同じになるように、前記セパレータおよび対応する前記マニホールドの位置を重ね合わせて積層して成る
燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、さらに、
積層される前記燃料電池モジュール間において、隣り合う双方の前記燃料電池モジュールに接するように配置される中間板を備え、
前記中間板は、
同一の前記燃料電池モジュール内で並列に配置された複数の発電部の各々に対応して設けられた複数の導電部であって、隣り合う前記燃料電池モジュールにおける対応する位置に配置された双方の前記発電部に接触して設けられると共に、導電性材料によって構成される導電部と、
前記複数の導電部の各々に接続して設けられると共に、前記複数の導電部間の電気的な接続を遮断する位置に配置され、絶縁性材料によって構成される不導体部と、
前記中間板の表面に配置され、隣接する前記燃料電池モジュールとの間で、前記ガスおよび前記冷媒をシールするガスケット部と、
を備える燃料電池。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池であって、
前記中間板は、前記導体部と前記不導体部とのうち、一方を他方に嵌合させることにより構成されている
燃料電池。
【請求項７】
請求項５記載の燃料電池であって、
前記中間板は、多孔質体として形成した前記導体部に、前記不導体部を構成する前記絶縁性材料を含浸させることによって、前記導体部と前記不導体部を一体化して形成されている
燃料電池。
【請求項８】
請求項５記載の燃料電池であって、
前記導電部は、前記積層方向に垂直な方向に２分割されると共に、２分割された前記導電部の各々の部分は、間にフィルムを介して互いに接着されており、
前記中間板は、前記フィルムにおいて前記導電部の外周にはみ出して設けられた部分と、前記不導体部とを接着させることによって、前記導電部と前記不導体部とを接続して成る
燃料電池。
【請求項９】
請求項４記載の燃料電池であって、さらに、
積層される前記燃料電池モジュール間に配置され、隣接する前記燃料電池モジュールとの間で前記ガスおよび前記冷媒をシールするガスケット部を備える
燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池であって、
隣り合って積層される前記燃料電池モジュールのうちの一方の燃料電池モジュールにおいて、他方の燃料電池モジュール２０と接する端部に配置された前記セパレータと、前記他方の燃料電池モジュールにおいて前記一方の燃料電池モジュール２０と接する端部に配置された前記セパレータと、の双方は、外周部の対応する領域において、前記燃料電池モジュールの壁面の外側に突出する突出部を備え、
前記燃料電池は、さらに、隣り合って積層される前記燃料電池モジュールにおける前記突出部間を電気的に接続する第１の接続部を備える
燃料電池。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記複数の発電部と前記マニホールド形成部とを含む構成部材を内部に収納するケースであって、前記マニホールド内の前記ガスの圧力が上昇することによって、前記マニホールド形成部が変形する場合に、変形した前記マニホールド形成部が前記ケースの内壁面に当接することによって、前記マニホールド形成部の変形を抑制可能となるケースを備える
燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池であって、
前記ケースは、該ケースの内壁面が、前記マニホールド形成部における前記積層方向に平行な外壁側面に接するように形成されている
燃料電池。
【請求項１３】
請求項１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記燃料電池における前記積層方向の両端部に配置され、前記燃料電池を構成する他の積層部材に比べて剛性が高い部材であるエンドプレートと、
前記マニホールド形成部における、内部に前記貫通孔が形成される位置に対応する側壁に沿って配置され、両端部が前記エンドプレートに固着されることによって前記燃料電池全体を締結する板状部材であるテンションプレートと、
を備える燃料電池。
【請求項１４】
請求項１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記複数の発電部と前記マニホールド形成部とを含む構成部材を内部に収納するケースを備え、
前記ケースと前記構成部材との間に形成される空間に、ガスまたは液体を封入して成る  燃料電池。
【請求項１５】
請求項１４記載の燃料電池であって、
前記ケースと前記構成材料との間に形成される空間に、電気化学反応に供するために前記燃料電池に供給される水素を含有する燃料ガスと、電気化学反応に供するために前記燃料電池に供給される酸素を含有する酸化ガスと、不活性ガスと、から選択されるガスを封入して成る
燃料電池。
【請求項１６】
請求項１ないし１５いずれか記載の燃料電池であって、
前記マニホールド形成部と前記シール部は、同種のゴムを構成材料として一体で形成されると共に、前記マニホールド形成部は、前記構成材料において、前記ゴムに加えてさらに樹脂が混入されている
燃料電池。
【請求項１７】
請求項１ないし１６いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記マニホールド形成部は、該マニホールド形成部の内部に、該マニホールド形成部を構成するゴムまたは樹脂よりも弾性率が高い第１の補強部を埋め込んで成る
燃料電池。
【請求項１８】
請求項１ないし１７いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記マニホールド形成部における前記積層方向に平行な側壁面を覆う第２の補強部を備える
燃料電池。
【請求項１９】
請求項１ないし１８いずれか記載の燃料電池であって、さらに、
前記燃料電池における前記積層方向の両端部のうちの少なくとも一方に設けられ、前記並列に配置された複数の発電部のうちの特定の２つの発電部の端部間を電気的に接続することによって、前記燃料電池が備える前記複数の発電部全体を直列に接続する第２の接続部を備える
燃料電池。
【請求項２０】
燃料電池の製造方法であって、
表面に一対の電極が形成された電解質層と、該電解質層との間で、電気化学反応に供されるガスが流れるガス流路を形成する一対のセパレータと、を用意する第１の工程と、
前記電解質層を一対の前記セパレータで挟持して成る単セルを複数作製し、複数の前記単セルを積層して、冷媒流路が内部に形成された発電部を作製する工程であって、前記セパレータ間において、前記ガス流路および前記冷媒流路のシール性を確保するためのシール部となる絶縁性のゴムまたは樹脂を配置して、発電部を作製する第２の工程と、
前記ガス流路および前記冷媒流路に対してガスあるいは冷媒を供給または排出するための複数のマニホールドに対応する形状の凹凸が形成された金型内の定められた位置に、前記単セルが積層される積層方向が互いに平行となるように、複数の前記発電部を並列に配置する第３の工程と、
前記金型内に、成形材料としての絶縁性のゴムまたは樹脂を投入することによって、前記マニホールドが形成されたマニホールド形成部を、前記シール部と一体化して形成する第４の工程と、
を備え、
前記凹凸によって前記マニホールド形成部に設けられるマニホールドの内、隣り合う発電部間に配置されるマニホールドは、隣り合う前記発電部の双方に対して、前記ガスまたは前記冷媒を供給または排出するマニホールドである
燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、表面に一対の電極を設けた電解質層を含む部材を、一対のガスセパレータによって挟持して成る単セルを構成単位として、この単セルを積層することによって製造される。燃料電池を構成する各単セルに対して燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を供給するためのマニホールドを設ける方法としては、マニホールドを形成するための孔を設けたガスセパレータを用いて、積層体の内部にマニホールドを形成する方法（内部マニホールド型）と、単セルを積層した部材に対してマニホールドを外付けする方法（外部マニホールド型）とが知られている。いずれの方法を用いる場合であっても、単セルの積層体内に形成されるガス流路や冷媒流路におけるシール性、および、積層体内のこれらの流路とマニホールドとの接続部におけるシール性を確保することが重要である。このようなシール性を確保するための構成としては、単セルにおいて、セパレータ間の空隙に樹脂を注入することによって、電極／電解質膜接合体周縁部のシールと、電極／電解質膜接合体とセパレータとの一体化とを同時に行なう構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６４６５９号公報
【特許文献２】特開２００６−０９２９２４号公報
【特許文献３】特開２００５−１６６５９６号公報
【特許文献４】特開平８−２７３６９６号公報
【特許文献５】特開２００８−２１８０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単セル毎に内部のガス流路のシール性を確保したとしても、積層される単セル間において、積層体内部におけるシール性およびマニホールドとの接続部におけるシール性を確保する必要性は残る。また、近年、燃料電池の小型化の要請から、同一面内に複数の単セルを配置して、装置全体をコンパクト化する構成が提案されているが（例えば、特許文献４参照）、このような場合には特に、各単セル内の流路とマニホールドとを接続するために、面内で複数のガス流路を引き回す必要が生じるために、シール性の確保が困難化する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、同一面内に複数の単セルを配置する燃料電池において、単セルの積層体内に形成される流路におけるシール性、および、積層体内の流路とマニホールドとの接続部におけるシール性に対する信頼性を高め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、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池であって、
表面に一対の電極が形成された電解質層と、前記電解質層を挟持するように配置されると共に、電気化学反応に供されるガスが流れるガス流路を前記電解質層との間に形成する一対のセパレータと、を備える単セルを、複数積層することによって構成されると共に、冷媒流路が内部に形成された複数の発電部であって、前記単セルが積層される積層方向が互いに平行となるように並列に配置された複数の発電部と、
前記複数の発電部の各々を囲む位置に配置されたマニホールド形成部であって、絶縁性のゴムまたは樹脂によって形成されると共に、前記発電部の側面に沿って前記積層方向に貫通し、前記単セル内に形成される前記ガス流路および前記冷媒流路に対して前記ガスまたは冷媒を供給または排出するマニホールドとなる貫通孔を有するマニホールド形成部と、
を備え、
前記発電部は、前記セパレータの外周部上において、絶縁性のゴムまたは樹脂によって前記マニホールド形成部と一体で形成され、前記ガス流路または前記冷媒流路におけるシール性を確保するシール部を備え、
前記複数の発電部のうちの隣り合う前記発電部間に形成される前記貫通孔は、隣り合う前記発電部の双方に対して、前記ガスまたは前記冷媒を供給または排出する
燃料電池。
【０００８】
適用例１に記載の燃料電池によれば、マニホールド形成部とシール部とを一体形成するため、マニホールド形成部とシール部との接着性を高めることができる。これにより、ガス流路あるいは冷媒流路におけるシール性、および、これらの流路とマニホールドとの接続部におけるシール性に対する信頼性を高めることができる。また、適用例１に記載の燃料電池によれば、並列に配置された発電部間において、隣り合う双方の発電部に共通するマニホールドを設けているため、燃料電池全体として設けるべきマニホールドの数を削減することができ、燃料電池全体をコンパクト化することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記マニホールド形成部と前記シール部は、同種のゴムまたは樹脂によって一体で形成されている燃料電池。適用例２に記載の燃料電池によれば、シール部とマニホールド形成部とを界面無く接着することができるため、ガス流路あるいは冷媒流路におけるシール性、および、これらの流路とマニホールドとの接続部におけるシール性に対する信頼性を、さらに高めることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例１または２記載の燃料電池であって、前記一対のセパレータの内の少なくとも一方には、前記電解質層との間で前記ガス流路を形成するための凹凸形状が形成されており、前記複数の発電部の各々は、前記少なくとも一方のセパレータとして、同じ凹凸形状が形成されたセパレータを備えている燃料電池。適用例３に記載の燃料電池によれば、複数の発電部を設ける場合であっても、部品点数の増加を抑えることができる。さらに、各発電部において、セパレータの凹凸形状として設けられた流路パターンを共通とすることによって、隣り合う発電部間に同種のマニホールドを配置することが容易となり、隣り合う発電部の間に両者が共有するマニホールドを配置する構成を、容易に実現可能となる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１ないし３いずれか記載の燃料電池であって、前記積層方向が互いに平行となるように並列に配置された前記複数の発電部と、前記シール部を介して前記複数の発電部と一体で形成された前記マニホールド形成部とは、燃料電池モジュールを構成し、複数の前記燃料電池モジュールを、前記単セルの積層の向きが前記積層方向で同じになるように、前記セパレータおよび対応する前記マニホールドの位置を重ね合わせて積層して成る燃料電池。適用例４に記載の燃料電池によれば、燃料電池の組み立て動作を簡素化して組み立てを容易化することができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例４記載の燃料電池であって、さらに、積層される前記燃料電池モジュール間において、隣り合う双方の前記燃料電池モジュールに接するように配置される中間板を備え、前記中間板は、同一の前記燃料電池モジュール内で並列に配置された複数の発電部の各々に対応して設けられた複数の導電部であって、隣り合う前記燃料電池モジュールにおける対応する位置に配置された双方の前記発電部に接触して設けられると共に、導電性材料によって構成される導電部と、前記複数の導電部の各々に接続して設けられると共に、前記複数の導電部間の電気的な接続を遮断する位置に配置され、絶縁性材料によって構成される不導体部と、前記中間板の表面に配置され、隣接する前記燃料電池モジュールとの間で、前記ガスおよび前記冷媒をシールするガスケット部と、を備える燃料電池。適用例５に記載の燃料電池によれば、中間板を設けることにより、隣り合う燃料電池モジュール間におけるガスおよび冷媒のシール性と導電性とを確保することができる。
【００１３】
［適用例６］
適用例５記載の燃料電池であって、前記中間板は、前記導体部と前記不導体部とのうち、一方を他方に嵌合させることにより構成されている燃料電池。適用例６に記載の燃料電池によれば、導体部と不導体部の内の一方を他方に嵌合させることにより、導体部と不導体部との接続強度を向上させることができる。
【００１４】
［適用例７］
適用例５記載の燃料電池であって、前記中間板は、多孔質体として形成した前記導体部に、前記不導体部を構成する前記絶縁性材料を含浸させることによって、前記導体部と前記不導体部を一体化して形成されている燃料電池。適用例７に記載の燃料電池によれば、不導体部を構成する絶縁性材料を、多孔質体である導体部に含浸させることにより、導体部と不導体部との接続強度を向上させることができる。
【００１５】
［適用例８］
適用例５記載の燃料電池であって、前記導電部は、前記積層方向に垂直な方向に２分割されると共に、２分割された前記導電部の各々の部分は、間にフィルムを介して互いに接着されており、前記中間板は、前記フィルムにおいて前記導電部の外周にはみ出して設けられた部分と、前記不導体部とを接着させることによって、前記導電部と前記不導体部とを接続して成る燃料電池。適用例８に記載の燃料電池によれば、フィルムを介して導体部と不導体部とが接着されるので、接着面をより大きく確保し、導体部と不導体部との接続強度を向上させることができる。
【００１６】
［適用例９］
適用例４記載の燃料電池であって、さらに、積層される前記燃料電池モジュール間に配置され、隣接する前記燃料電池モジュールとの間で前記ガスおよび前記冷媒をシールするガスケット部を備える燃料電池。適用例９に記載の燃料電池によれば、ガスケットを設けることにより、積層される燃料電池モジュール間におけるガスおよび冷媒のシール性を確保することができる。
【００１７】
［適用例１０］
適用例９記載の燃料電池であって、隣り合って積層される前記燃料電池モジュールのうちの一方の燃料電池モジュールにおいて、他方の燃料電池モジュール２０と接する端部に配置された前記セパレータと、前記他方の燃料電池モジュールにおいて前記一方の燃料電池モジュール２０と接する端部に配置された前記セパレータと、の双方は、外周部の対応する領域において、前記燃料電池モジュールの壁面の外側に突出する突出部を備え、前記燃料電池は、さらに、隣り合って積層される前記燃料電池モジュールにおける前記突出部間を電気的に接続する第１の接続部を備える燃料電池。適用例１０に記載の燃料電池によれば、隣り合う燃料電池モジュール間のシール性をガスケットによって確保する燃料電池において、隣り合う燃料電池モジュール間の導電性を、第１の接続部によって確保することができる。
【００１８】
［適用例１１］
適用例１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記複数の発電部と前記マニホールド形成部とを含む構成部材を内部に収納するケースであって、前記マニホールド内の前記ガスの圧力が上昇することによって、前記マニホールド形成部が変形する場合に、変形した前記マニホールド形成部が前記ケースの内壁面に当接することによって、前記マニホールド形成部の変形を抑制可能となるケースを備える燃料電池。適用例１１に記載の燃料電池によれば、ケースによってマニホールド形成部の変形を抑制し、マニホールド形成部の変形に起因する不都合を抑制することができる。
【００１９】
［適用例１２］
適用例１１記載の燃料電池であって、前記ケースは、該ケースの内壁面が、前記マニホールド形成部における前記積層方向に平行な外壁側面に接するように形成されている燃料電池。適用例１２に記載の燃料電池によれば、マニホールド形成部の変形をケースによって抑制する効果を、さらに高めることができる。
【００２０】
［適用例１３］
適用例１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記燃料電池における前記積層方向の両端部に配置され、前記燃料電池を構成する他の積層部材に比べて剛性が高い部材であるエンドプレートと、前記マニホールド形成部における、内部に前記貫通孔が形成される位置に対応する側壁に沿って配置され、両端部が前記エンドプレートに固着されることによって前記燃料電池全体を締結する板状部材であるテンションプレートと、を備える燃料電池。適用例１３に記載の燃料電池によれば、テンションプレートによって、マニホールド形成部の変形を抑制することができる。
【００２１】
［適用例１４］
適用例１ないし１０いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記複数の発電部と前記マニホールド形成部とを含む構成部材を内部に収納するケースを備え、前記ケースと前記構成部材との間に形成される空間に、ガスまたは液体を封入して成る燃料電池。適用例１４に記載の燃料電池によれば、構成部材を収納するケースにおいて、ガスまたは液体を封入することにより、マニホールド形成部の変形を抑制することができる。
【００２２】
［適用例１５］
適用例１４記載の燃料電池であって、前記ケースと前記構成材料との間に形成される空間に、電気化学反応に供するために前記燃料電池に供給される水素を含有する燃料ガスと、電気化学反応に供するために前記燃料電池に供給される酸素を含有する酸化ガスと、不活性ガスと、から選択されるガスを封入して成る燃料電池。適用例１５に記載の燃料電池によれば、燃料ガスあるいは酸化ガスを用いる場合には、ケース内に封入するために、別途、特別にガスを用意する必要がない。また、不活性ガスを用いる場合には、封入に用いるガスの反応性を考慮する必要が無く、封入のための構成の複雑化を抑制することができる。
【００２３】
［適用例１６］
適用例１ないし１５いずれか記載の燃料電池であって、前記マニホールド形成部と前記シール部は、同種のゴムを構成材料として一体で形成されると共に、前記マニホールド形成部は、前記構成材料において、前記ゴムに加えてさらに樹脂が混入されている燃料電池。適用例１６記載の燃料電池によれば、マニホールド形成部の構成材料として、ゴムに加えて樹脂を混入させることにより、マニホールド形成部の弾性率を高め、マニホールド形成部の変形を抑制することができる。
【００２４】
［適用例１７］
適用例１ないし１６いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記マニホールド形成部は、該マニホールド形成部の内部に、該マニホールド形成部を構成するゴムまたは樹脂よりも弾性率が高い第１の補強部を埋め込んで成る燃料電池。適用例１７記載の燃料電池によれば、第１の補強材を設けることにより、マニホールド形成部の変形を抑制することができる。
【００２５】
［適用例１８］
適用例１ないし１７いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記マニホールド形成部における前記積層方向に平行な側壁面を覆う第２の補強部を備える燃料電池。適用例１８に記載の燃料電池によれば、第２の補強部を設けることにより、マニホールド形成部の変形を抑制することができる。
【００２６】
［適用例１９］
適用例１ないし１８いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記燃料電池における前記積層方向の両端部のうちの少なくとも一方に設けられ、前記並列に配置された複数の発電部のうちの特定の２つの発電部の端部間を電気的に接続することによって、前記燃料電池が備える前記複数の発電部全体を直列に接続する第２の接続部を備える燃料電池。適用例１９に記載の燃料電池によれば、第２の接続部によって複数の発電部全体を直列に接続することにより、燃料電池全体を小型化しつつ、より高い出力電圧を得ることが可能になる。
【００２７】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池の製造方法などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施例の燃料電池１０の構成を表わす断面模式図である。
【図２】本実施例の燃料電池１０の構成を表わす断面模式図である。
【図３】燃料電池モジュール２０の外観の概略を表わす説明図である。
【図４】単セル１５の構成を表わす断面模式図である。
【図５】第１セパレータ３５の構成を表わす平面図である。
【図６】第２セパレータ３６の構成を表わす平面図である。
【図７】燃料電池モジュール２０の製造方法を表わす工程図である。
【図８】金型７０の内部の様子を模式的に表わす斜視図である。
【図９】中間板６０の概略構成を表わす平面図である。
【図１０】燃料電池１０を積層方向に垂直な方向から見た様子を表わす説明図である。
【図１１】接続板１４の構成を模式的に表わす平面図である。
【図１２】マニホールド形成部２４の変形を抑制する第１の変形例の説明図である。
【図１３】マニホールド形成部２４の変形を抑制する第２の変形例の説明図である。
【図１４】補強部９３を設けた様子を模式的に表わす斜視図である。
【図１５】中間板６０の第１の変形例を表わす断面模式図である。
【図１６】中間板６０の第２の変形例を表わす断面模式図である。
【図１７】中間板６０を設けない構造を例示する断面模式図である。
【図１８】接続部９４を設けた変形例の構造を例示する断面模式図である。
【図１９】変形例の燃料電池モジュール２０を表わす平面図である。
【図２０】同一面内に３つの単セルを配置する燃料電池モジュールの平面図である。
【図２１】同一面内に４つの単セルを配置する燃料電池モジュールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
Ａ．装置の全体構成：
図１および図２は、本実施例の燃料電池１０の構成を表わす断面模式図である。本実施例の燃料電池１０は、一つの面に２つの単セル１５が並んで配置された構造が複数積層されて成る燃料電池モジュール２０を構成単位として、製造されている。図３は、燃料電池モジュール２０の外観の概略を表わす説明図である。図３（Ａ）は斜視図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中に矢印Ａで示す方向から見た様子を表わす平面図である。本実施例では、一つの面に２つの単セル１５が並んで配置された構造を、２０個積層することによって、燃料電池モジュール２０を構成している。なお、図１は、図３（Ｂ）における１−１断面を表わしており、図２は、図３（Ｂ）における２−２断面を表わしている。また、図３では、燃料電池モジュール２０の表面に表われる凹凸形状については記載を省略すると共に、図３（Ｂ）では、断面図である図１、図２と同様のハッチを付して、各部の区別を明確化している。図１および図２では、燃料電池モジュール２０に加えて中間板６０を表わしているが、まず、燃料電池モジュール２０に係る構成について説明を行ない、中間板６０についてはその後に説明する。
【００３０】
最初に、燃料電池１０を構成する単セル１５の構成について説明する。図４は、図２中において破線で囲んだ領域Ｂを拡大して示す断面模式図である。単セル１５は、膜−電極接合体（ＭＥＡ、Membrane Electrode Assembly）３０と、ガス拡散層３１，３２と、流路形成多孔質体３３，３４と、第１セパレータ３５と、第２セパレータ３６と、を備えている。
【００３１】
ＭＥＡ３０は、電解質膜と、電解質膜の表面に形成された一対の電極（カソードおよびアノード）とを備えている。電解質膜は、固体高分子材料、例えばフッ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、湿潤状態で良好な導電性を示す。アノード電極およびカソード電極は、電解質膜上に形成された触媒電極層であり、電気化学反応を進行する触媒金属（例えば白金）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質と、電子伝導性を有するカーボン粒子と、を備えている。
【００３２】
ガス拡散層３１，３２は、平坦な薄板状部材であり、ＭＥＡ３０と面全体で接しつつ、ＭＥＡ３０を挟持するように、配置されている。ガス拡散層３１，３２は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、発泡金属や金属メッシュなどの金属製部材や、カーボンクロスやカーボンペーパなどのカーボン製部材により形成することができる。
【００３３】
流路形成多孔質体３３，３４は、平坦な薄板状部材であり、各々、ガス拡散層３１，３２と面全体で接するように、ガス拡散層３１，３２上に積層されている。流路形成多孔質体３３，３４は、電子伝導性を有する多孔質体、例えば、発泡金属や金属メッシュなどの金属製多孔質体、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される。流路形成多孔質体３３，３４は、ガス拡散層３１，３２よりも空隙率の高い部材によって構成されている。
【００３４】
第１セパレータ３５および第２セパレータ３６は、略矩形の薄板状部材であって、ガス不透過の導電性部材によって形成されており、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等のカーボン製部材や、ステンレス鋼やチタンあるいはチタン合金などの金属部材によって形成することができる。第１セパレータ３５は、プレス成形によって、表裏で互いに反転する凹凸形状が形成されている。第１セパレータ３５の一方の面上では、流路形成多孔質体３３およびガス拡散層３１を間に介してＭＥＡ３０との間に形成される空間によって、電気化学反応に供される水素を含有する燃料ガスが流れるセル内燃料ガス流路が形成される。また、第１セパレータ３５の他方の面上では、隣り合う単セル１５が備える第２セパレータ３６との間で、燃料電池を冷却するための冷媒が流れるセル間冷媒流路が形成される。第２セパレータ３６は、凹凸のない平坦な部材であって、第１セパレータ３５と略同一の大きさを有している。第２セパレータ３６の一方の面上では、流路形成多孔質体３４およびガス拡散層３２を間に介してＭＥＡ３０との間に形成される空間によって、電気化学反応に供される酸素を含有する酸化ガスが流れるセル内酸化ガス流路が形成される。そして、第２セパレータ３６の他方の面上では、上記したように、隣り合う単セル１５が備える第１セパレータ３５との間で、セル間冷媒流路が形成される。
【００３５】
各単セル１５の内部では、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６の外周部に沿って、セル内シール部３７が設けられている。セル内シール部３７は、ＭＥＡ３０の外周部を内包しており、セル内シール部３７によって、セル内燃料ガス流路およびセル内酸化ガス流路のシール性が確保される。また、隣り合う単セル１５間では、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６の外周部に沿って、セル間シール部３８が設けられている。セル間シール部３８によって、セル間冷媒流路のシール性が確保される。本実施例では、これらセル内シール部３７およびセル間シール部３８は、絶縁性のゴムによって形成されている。
【００３６】
燃料電池モジュール２０は、図１〜３に示すように、２つの発電部２２，２３と、発電部２２，２３の外側に設けられたマニホールド形成部２４と、を備えている。発電部２２，２３は、それぞれ、図２および図４に示すように、複数の単セル１５が積層されることによって形成されている。発電部２２と発電部２３とは、図１に示すように、各々の発電部を構成する構成部材の積層の向きが、互いに反転した構造となっている。また、マニホールド形成部２４は、ゴムによって形成されており、各単セル１５の外周部に設けられた既述したセル内シール部３７と一体で形成されている。
【００３７】
マニホールド形成部２４には、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールドを形成する２つの孔部４０（図３中、H2 inと表わす）と、燃料ガス排出マニホールドを形成する１つの孔部４２（図３中、H2 outと表わす）と、酸化ガス供給マニホールドを形成する２つの孔部４２（図３中、O2 inと表わす）と、酸化ガス排出マニホールドを形成する２つの孔部４３（図３中、O2 outと表わす）と、冷媒供給マニホールドを形成する１つの孔部４４（図３中、CLT inと表わす）と、冷媒排出マニホールドを形成する２つの孔部４５（図３中、CLT outと表わす）と、が設けられている。燃料ガス供給マニホールドは、燃料電池１０の外部から燃料ガスの供給を受けて、各単セル１５内のセル内燃料ガス流路へと燃料ガスを分配する。燃料ガス排出マニホールドは、セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスを集合させて、燃料電池１０の外部へと導く。酸化ガス供給マニホールドは、燃料電池１０の外部から酸化ガスの供給を受けて、各単セル１５内のセル内酸化ガス流路へと酸化ガスを分配する。酸化ガス排出マニホールドは、セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスを集合させて、燃料電池１０の外部へと導く。冷媒供給マニホールドは、燃料電池１０の外部から冷媒の供給を受けて、各単セル１５間に設けられたセル間冷媒流路へと冷媒を分配する。冷媒排出マニホールドは、セル間冷媒流路を通過した冷媒を集合させて、燃料電池１０の外部へと導く。
【００３８】
図５は、燃料電池モジュール２０の発電部２２が備える第１セパレータ３５の構成を表わす平面図である。図５（Ａ）は、図３（Ｂ）と同じ方向から見た平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の裏面を表わす平面図である。以下の説明では、図５（Ａ）に表わす面をおもて面と呼び、図５（Ｂ）に表わす面を裏面と呼ぶ。第１セパレータ３５は、おもて面上でセル内燃料ガス流路を形成し、裏面上でセル間冷媒流路を形成する。既述したように、第１セパレータ３５は、表裏で互いに反転する凹凸形状が形成されている。具体的には、２つの長辺の各々に沿って設けられ、互いに離間した複数の突起部５０が形成された攪拌領域Ｃ1、Ｃ２と、２つの攪拌領域間に配置され、互いに平行な複数の凸条５２が形成された直進領域Ｄと、が形成されている。図５では、攪拌領域Ｃ1およびＣ2を一点鎖線で囲んで示し、直進領域Ｄを二点差線で囲んで示している。なお、攪拌領域Ｃ1およびＣ2では、おもて面と裏面のそれぞれにおいて、突起部５０と共に、反対側の面の突起部５０の裏側形状としての凹部５１が設けられており、これらの突起部５０および凹部５１が、規則的な位置に配置されている。また、直進領域Ｄでは、おもて面と裏面のそれぞれにおいて、互いに平行な複数の凸条５２が設けられると共に、隣り合う凸条５２間には、反対側の面の凸条５２の裏側形状としての溝５３が形成されている。
【００３９】
図５（Ａ）においては、さらに、第１セパレータ３５のおもて面上でセル内シール部３７が設けられる箇所をハッチを付して示しており、図５（Ｂ）においては、第１セパレータ３５の裏面上でセル間シール部３８が設けられる箇所をハッチを付して示している。また、図６は、発電部２２が備える第２セパレータ３６の構成を表わす平面図である。図６（Ａ）は、図３（Ｂ）と同じ方向から見たおもて面の平面図であり、図６（Ｂ）は裏面を表わす平面図である。第２セパレータ３６は、おもて面上でセル間冷媒流路を形成し、裏面上でセル内酸化ガス流路を形成する。第２セパレータ３６は、既述したように、平坦な平板状に形成されている。図６（Ａ）においては、さらに、第２セパレータ３６のおもて面上でセル間シール部３８が設けられる箇所をハッチを付して示しており、図６（Ｂ）においては、第２セパレータ３６の裏面上でセル内シール部３７が設けられる箇所をハッチを付して示している。
【００４０】
発電部２２、２３の各々においては、第１セパレータ３５のおもて面上に形成されるセル内ガス流路は、図５（Ａ）においてＥ部として示したセル内シール部３７が設けられない外周部領域を介して、孔部４０と連通する。また、図５（Ａ）においてＦ部として示したセル内シール部３７が設けられない外周部領域を介して、孔部４１と連通している。これにより、燃料電池の発電時には、燃料ガス供給マニホールドからセル内燃料ガス流路に流入した燃料ガスは、第１セパレータ３５と流路形成多孔質体３３との間の空間においては、攪拌領域Ｃ1で拡散した後に、直進領域Ｄに形成された複数の溝流路内を直進し、攪拌領域Ｃ2を経由して燃料ガス排出マニホールドへと流出する。
【００４１】
また、発電部２２、２３の各々においては、第１セパレータ３５の裏面と第２セパレータ３６のおもて面との間に形成されるセル間冷媒流路は、図５（Ｂ）においてＨ部として示したセル間シール部３８が設けられない外周部領域および図６（Ａ）においてＩ部として示したセル間シール部３８が設けられない外周領域を介して、孔部４４と連通する。また、図５（Ｂ）においてＧ部として示したセル間シール部３８が設けられない外周部領域および図６（Ａ）においてＪ部として示したセル間シール部３８が設けられない外周部領域を介して、孔部４５と連通している。これにより、燃料電池の発電時には、冷媒供給マニホールドからセル間冷媒流路に流入した冷媒は、攪拌領域Ｃ2で拡散した後に、直進領域Ｄに形成された複数の溝５３内を直進し、攪拌領域Ｃ1を経由して冷媒排出マニホールドへと流出する。
【００４２】
また、発電部２２、２３の各々においては、第２セパレータ３６の裏面上に形成されるセル内酸化ガス流路は、図６（Ｂ）においてＫ部として示したセル内シール部３７が設けられない外周部領域を介して、孔部４２と連通する。また、図６（Ｂ）においてＬ部として示したセル内シール部３７が設けられない外周部領域を介して、孔部４３と連通する。これにより、燃料電池の発電時には、酸化ガス供給マニホールドからセル内酸化ガス流路に流入した酸化ガスは、流路形成多孔質体３４内に形成されるセル内酸化ガス流路内を、酸化ガス排出マニホールドに向かって直進する。
【００４３】
図７は、燃料電池モジュール２０の製造方法を表わす工程図である。燃料電池モジュール２０を作製する際には、まず、燃料電池モジュール２０を構成する各積層部材を用意する（ステップＳ１００）。具体的には、ＭＥＡ３０、ガス拡散層３１，３２、流路形成多孔質体３３，３４、第１セパレータ３５、第２セパレータ３６を用意する。
【００４４】
その後、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６の所定の位置に、セル内シール部３７あるいはセル間シール部３８の形成材料であるゴムを配置する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０でゴムを配置する位置は、図５あるいは図６においてセル内シール部３７あるいはセル間シール部３８が設けられるべき位置としてハッチを付して示した位置である。ステップＳ１１０においてセパレータ上に配置するゴムとしては、例えば、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴムを用いることができる。燃料電池１０の運転温度下、および、燃料電池１０の内部環境において充分に安定であれば良い。また、本実施例では、セル内シール部３７およびセル間シール部３８をゴムによって構成したが、これらのシール部は、架橋、熱硬化性、熱可塑性などを利用して成形でき、燃料電池の運転温度域における耐熱性を有する弾性部材であればよい。例えば、セル内シール部３７およびセル間シール部３８を、樹脂である熱可塑性エラストマー、具体的には、スチレン系エラストマーやフッ素系エラストマーなどによって構成しても良い。セル内シール部３７あるいはセル間シール部３８の形成材料である高分子弾性材料は、後述するように、マニホールド形成部２４の構成材料と同種の材料であることが望ましい。ここで、ステップＳ１１０で各シール部の形成材料をセパレータ上に配置する際には、シール部の形成材料が液体の場合には、例えばスクリーン印刷等により、シール部の形成材料をセパレータ上に塗布すればよい。また、シール部の形成材料が固体の場合には、各シール部の形状に成形した形成材料を、セパレータ上に配置すればよい。
【００４５】
ステップＳ１１０の後には、ステップＳ１１０でゴムを配置した第１セパレータ３５および第２セパレータ３６と、ＭＥＡ３０、ガス拡散層３１，３２、流路形成多孔質体３３，３４を、図１，２に示す所定の順序で積層して、発電部２２，２３を組み立てる（ステップＳ１２０）。その後、組み立てた発電部２２，２３を、金型７０内に配置する（ステップＳ１３０）。
【００４６】
図８は、内部に発電部２２，２３を配置した金型７０の内部の様子を模式的に表わす斜視図である。金型７０には、図８に示すように、マニホールド形成部２４の孔部４０〜４５を形成するための、略四角柱状の凸部８０〜８５が形成されている。凸部８０〜８５の各々の側面が、発電部２２，２３の積層方向の側面と接するように、金型７０内に発電部２２，２３を配置すると、金型７０を所定の型圧で型締めして射出成形を行ない、マニホールド形成部２４を発電部２２，２３と一体成形することによって（ステップＳ１４０）、燃料電池モジュール２０を完成する。射出成形の際には、マニホールド形成部２４の成形材料としての液状ゴムが金型７０内に投入された後、加硫工程が行われる。この加硫工程では、マニホールド形成部２４を構成するゴムと共に、セル内シール部３７およびセル間シール部３８の形成材料であるゴムの加硫も行なわれる。本実施例では、マニホールド形成部２４の形成材料であるゴムと、セル内シール部３７およびセル間シール部３８の形成材料であるゴムとは、同種のゴムを用いている。セル内シール部３７およびセル間シール部３８を、既述したようにゴム以外の高分子弾性材料を用いて構成する場合には、マニホールド形成部２４も、上記シール部と同種の構成材料を用いて形成し、加熱等によりシール部と一体化すればよい。これにより、マニホールド形成部２４と、セル内シール部３７あるいはセル間シール部３８とを、充分に接着させつつ、界面を形成することなく一体形成することができる。
【００４７】
なお、図１，２に示したように、マニホールド形成部２４の表面には、中間板６０における後述するガスケット６４と接する位置に、当接板２５が配置されている。当接板２５は、マニホールド形成部２４の構成部材よりも剛性の高い薄板状部材であって、樹脂や金属などによって形成されている。図８では記載を省略しているが、金型７０内の所定の位置には、予め、当接板２５となる所定形状の薄板状部材が配置されており、燃料電池モジュール２０の射出成形時には、当接板２５も一体形成される。また、本実施例では、射出成形時には、燃料電池を組み立てた際に燃料電池に加えられる締結圧と同じ圧力において、型締めが行なわれる。すなわち、積層された燃料電池内と同じ状態にして、燃料電池モジュール２０の一体形成が行なわれる。
【００４８】
次に、図１および２に示した中間板６０について説明する。図９は、中間板６０の概略構成を表わす平面図であり、図２中に矢印Ａで示す方向から見た様子を表わしている。中間板６０は、平面視矩形の薄板状部材であり、導電部６１、６２および不導体部６３を備えると共に、１０個の孔部が設けられている。中間板６０に設けられた孔部は、中間板６０を燃料電池モジュール２０に重ね合わせて燃料電池１０を組み立てたときに、燃料電池モジュール２０に設けられた孔部４０〜４５と重なって、全体としてマニホールドを形成するものである。図９では、中間板６０に形成された各孔部には、燃料電池モジュール２０における対応する孔部と同じ参照番号を付している。
【００４９】
導電部６１，６２は、それぞれ、中間板６０と燃料電池モジュール２０とを積層したときに、燃料電池モジュール２０の発電部２２，２３と重なる領域に設けられており、各セパレータよりも一回り小さく形成されている。導電部６１，６２は、いずれも、導電性材料、例えば、ステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属や、圧縮カーボンのような炭素材料によって構成されている。なお、図２に示すように、本実施例の導電部６１，６２の一方の面には、流路を形成する溝６５を含む凹凸形状が設けられている。具体的には、隣接する発電部２２，２３の端部のセパレータが第２セパレータ３６である側の面に、溝６５が設けられている。この溝６５は、燃料電池１０の内部において、孔部４４，４５と連通しており、冷媒の流路を形成する。溝６５を含む凹凸形状は、上記した孔部間を連通可能な形状であれば良く、例えば、図５（Ｂ）に示した第１セパレータ３５の裏面と同様のパターンの凹凸を設けることができる。
【００５０】
不導体部６３は、導電部６１，６２を囲む領域に設けられており、絶縁性材料、例えば、絶縁性の樹脂によって形成されている。図９に示すように、本実施例では、不導体部６３は、燃料電池モジュール２０との接触面において、燃料電池モジュール２０端部のセパレータの外周部およびマニホールド形成部２４全体を覆うように設けられているが、不導体部６３を、中間板６０におけるより狭い範囲に設けることとしても良い。すなわち、導電部６１，６２を、より広い範囲に設けることとしても良く、不導体部６３は、導電部６１と導電部６２との間を面内で絶縁可能となる位置に設けられていれば良い。
【００５１】
図１，２に示すように、不導体部６３における導電部６１，６２との接続部には、楔形の突出部６６が設けられている。この突出部６６が導電部６１，６２内に嵌合することによって、導電部６１，６２と不導体部６３とが一体化されている。なお、本実施例では、不導体部６３側に突出部を設けたが、同様の突出部を導電部６１，６２側に設けて不導体部６３内に嵌合させることによって、両者を一体化することとしても良い。導電部６１，６２と不導体部６３との接触部は、本来、導電部６１，６２の厚みに相当する狭い面積しか有していないが、このように両者を嵌合させることにより、両者の接触面積を広げ、両者の接続の強度を高めることができる。なお、嵌合のために設ける突出部の形状は、楔形に限るものではなく、接触面積を広げて接続強度を高めることができれば、異なる形状であっても良い。
【００５２】
中間板６０の不導体部６３には、その両面において、導電部６１，６２あるいは孔部４０〜４５を囲むように、ガスケット６４が設けられている。図９では、中間板６０の面上でガスケット６４が設けられている箇所を、破線で示している。ガスケット６４は、マニホールド形成部２４やセル内シール部３７，セル間シール部３８の構成材料と同様の、ゴムや熱可塑性エラストマー等の高分子弾性材料によって構成されている。ガスケット６４は、図１，２に示すように、不導体部６３と接する側は平坦面となっており、この平坦面において不導体部６３に接着されている。ガスケット６４における他方の側には、リップ６９が形成されており、このリップ６９において、燃料電池モジュール２０端部の第１セパレータ３５、第２セパレータ３６、あるいは当接板２５と接することによって、所望のシール性を実現している。なお、既述したように、中間板６０において導電部６１，６２をより広い範囲に設ける場合には、ガスケット６４の少なくとも一部は、導電部６１，６２上に設けることとしても良い。
【００５３】
燃料電池１０を組み立てる際には、必要な数の燃料電池モジュール２０を用意し、隣り合う燃料電池モジュール２０間に中間板６０を介在させつつ燃料電池モジュール２０を積層する。これにより、各燃料電池モジュール２０における孔部４０〜４５が積層方向に重なり合って、燃料電池１０全体として、燃料ガスや酸化ガスあるいは冷媒を供給または排出するためのマニホールドが形成される。そのため、燃料電池モジュールを積層した燃料電池１０の端部において、燃料ガスや酸化ガスあるいは冷媒を供給または排出するための装置を、対応するマニホールドに接続することによって、各単セル１５に対して、燃料ガスや酸化ガスあるいは冷媒を給排することが可能になる。
【００５４】
図１０は、燃料電池１０を積層方向に垂直な方向から見た様子を模式的に表わす説明図である。燃料電池モジュール２０を所定数積層した構造の一方の端部には、集電板１３が配置され、他方の端部には、接続板１４が配置されている。集電板１３は、図９に示した中間板６０とほぼ同じ構成を有しており、さらに、導電部６１と電気的に接続した端子と、導電部６２と電気的に接続した端子とを備えている。図１１は、接続板１４の構成を模式的に表わす平面図である。接続板１４も、中間板６０と共通する構成を有しており、共通する部分には同じ参照番号を付している。図１１に示すように、接続板１４は、中間板６０とは異なり、中間板６０における導電部６１，６２が連続した形状の、導電部６７を備えている。既述したように、発電部２２と発電部２３とは、単セル１５の積層の向き（電解質膜に対して電極を配置する向き）が反転しているため、上記他方の端部に配置された接続板１４において発電部２２と発電部２３とが接続されることによって、発電部２２と発電部２３とは直列に接続された状態となる。
【００５５】
集電板１３および接続板１４のさらに外側には、絶縁板１２が配置され、さらにその外側、すなわち、燃料電池１０の両端部には、エンドプレート１１が配置される。エンドプレート１１の両側から所定の押圧力を加えつつ、燃料電池１０全体の締結が行なわれる。なお、接続板１４の形状は、図１１に示した形状に限るものではない。燃料電池モジュール２０を積層した構造の一方の端部において、発電部２２と発電部２３とを直列に接続可能であれば、異なる形状の接続部を用いても良い。
【００５６】
以上のように構成された本実施例の燃料電池１０によれば、マニホールド形成部２４と、セル内シール部３７と、セル間シール部３８とを、界面無く一体形成するため、セル内ガス流路あるいはセル間冷媒流路におけるシール性、および、これらの流路とマニホールドとの接続部におけるシール性に対する信頼性を高めることができる。ここで、本実施例では、セル内シール部３７およびセル間シール部３８を構成するゴム等の高分子弾性材料（エラストマ）と、マニホールド形成部２４の構成材料とを、同種の材料としているが、同種の材料とは、全く同じ物質である必要はない。例えば、高分子弾性材料の構成単位であるモノマの構造が同じであって、用いるポリマの分子量が異なる材料を用いても良い。あるいは、このような分子量の違いに加えて、または分子量の違いに代えて、高分子弾性材料に添加する添加物（例えば、可塑剤、安定剤、難燃剤など）の添加量を異ならせても良い。例えば、実施例のように高分子弾性材料としてゴムを用いる場合には、同じ架橋剤系の高分子弾性材料（用いる架橋剤（加硫剤および／または加硫促進剤）が同じである高分子弾性材料）を用いることができる。このように同種の材料を用いることにより、セル内シール部３７およびセル間シール部３８とマニホールド形成部２４とを、界面無く接着することができる。なお、セル内シール部３７およびセル間シール部３８の構成材料と、マニホールド形成部２４の構成材料として、異種のゴムあるいは樹脂を用いる場合には、両者の間に界面が形成され得るが、一体形成することにより両者の間に充分な接着性が実現される材料を適宜組み合わせるならば、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、本実施例の燃料電池１０によれば、同一面内に複数（実施例では２個）の単セル１５を配置する燃料電池において、並列に配置された発電部２２，２３間において、隣り合う双方の発電部に共通するマニホールド（燃料ガス排出マニホールドを形成する孔部４１および冷媒供給マニホールドを形成する孔部４４）を設けている。このように、隣り合う発電部同士でマニホールドを共有させることにより、燃料電池全体として設けるべきマニホールドの数を削減することができ、燃料電池全体をコンパクト化することができる。
【００５８】
また、マニホールドとなる孔部を、高分子弾性材料によって形成しているため、例えばマニホールド孔を設けたセパレータを積層してマニホールドを形成する場合に比べて、燃料電池全体に対するセパレータ材料の占める割合を抑制することができ、燃料電池全体を軽量化することができる。セパレータは、一般に、金属や圧縮カーボンによって形成されるが、これらのセパレータ材料に比べて、通常は高分子弾性材料の方が比重が小さいためである。また、金属製のセパレータを打ち抜いてマニホールド孔を形成する場合には、打ち抜き部を破棄する必要が生じるが、本実施例のように高分子弾性材料を成形してマニホールド形成部２４を設ける場合には、材料を無駄なく利用可能となる。また、比較的高価な金属を廃棄する必要が無いことにより、さらなるコスト削減が可能になる。
【００５９】
さらに、本実施例の燃料電池１０によれば、構成単位である燃料電池モジュール２０を積層することによって燃料電池１０を製造するため、燃料電池の組み立て動作を簡素化して組み立てを容易化することができる。また、燃料電池モジュール２０を積層する際に、隣り合う燃料電池モジュール２０間に、導電部６１，６２、不導体部６３およびガスケット６４を備える中間板６０を配置するため、隣り合う燃料電池モジュール２０間におけるガスおよび冷媒のシール性と導電性とを確保することができる。また、本実施例では、一定の方向に単セル１５が積層された複数の発電部を、中間板６０を介してさらに同じ向きに積層すると共に、燃料電池端部の接続板１４において、並列に配置された発電部２２，２３の端部同士を接続して、燃料電池全体として、全ての発電部２２，２３を直列に接続している。そのため、燃料電池１０全体を小型化しつつ、より高い出力電圧を得ることが可能になる。このように、出力電流を抑えつつ、出力電圧を高めることにより、燃料電池１０から負荷に対して電力を供給する際に、送電ロスを抑制することができる。また、高い出力電圧が得られることにより、電力供給を受ける負荷が、高電圧を必要とする機器である場合には、負荷への電力供給に先立って電圧を上昇させるための昇圧コンバータを小型化あるいは不要とすることが可能になる。
【００６０】
また、本実施例では、凹凸形状が設けられた第１セパレータ３５を含む全ての積層部材を、並列に設けられる発電部２２，２３において共通して用いている。そのため、同一面内に複数の単セル１５を配置する場合であっても、部品点数の増加を抑えることができる。さらに、発電部２２，２３において、セパレータの凹凸形状として設けられた流路パターンを共通とすることによって、並列に配置される発電部２２と発電部２３との間に、同種のマニホールドを配置することが容易となり、発電部２２，２３の間に両者が共有するマニホールドを配置する構成を、容易に実現可能となる。
【００６１】
また、本実施例の燃料電池１０によれば、発電部２２，２３の周囲に、ゴム弾性を有するマニホールド形成部２４を設けているため、燃料電池１０全体における発電部２２，２３の相対的な剛性を高めることができる。そのため、燃料電池１０の組み立て締結時に、マニホールド形成部２４に優先して、発電部２２，２３において締結圧を受けることができる。その結果、燃料電池１０の組み立て時に、例えば締結圧を目安にして締結の程度を調節する場合には、発電部２２，２３において所望の締結圧を生じさせて、各々の単セル１５における集電性を確保することが可能になる。
【００６２】
また、本実施例の燃料電池１０によれば、セル内燃料ガス流路を形成するための凹凸形状を設けたセパレータ、および、セル間冷媒流路を形成するための凹凸形状を設けたセパレータとして、表裏で互いに反転する凹凸形状が形成された単一の第１セパレータ３５を用いているため、燃料電池１０全体の構成を簡素化すると共に薄型化することが可能になる。また、本実施例では、セル内酸化ガス流路を形成するためのセパレータとしては、平坦な薄板状部材である第２セパレータ３６が用いられている。この第２セパレータ３６は、同じく平坦な板状部材である流路形成多孔質体３４に積層して用いられており、また、セル内シール部３７およびセル間シール部３８との間で面接触するように、これらのシール部と一体形成されているため、第２セパレータ３６に対してガスケットのリップが当接して局所的に荷重がかかることが無い。そのため、第２セパレータ３６は、ガスケット等から局所的な荷重が加えられるセパレータに比べて薄く形成することが可能になり、燃料電池１０全体の薄型化が可能になる。第２セパレータ３６は、例えば、数μｍ〜１００μｍ程度の厚みとすることができるが、ハンドリング性を確保するためには、数十μｍ以上の厚みとすることが望ましい。なお、発電部２２，２３の端部に配置されて、中間板６０のガスケット６４から荷重を受ける第２セパレータ３６については、より厚く、例えば１００μｍ以上の厚みとすることが望ましい。
【００６３】
Ｂ．マニホールド形成部２４の変形抑制のための変形例：
既述した実施例の燃料電池１０では、マニホールド形成部２４を、セパレータの構成材料に比べて剛性の低い高分子弾性材料によって形成している。そのため、マニホールド内を通過する流体、すなわち、燃料ガスや酸化ガスや冷媒の圧力が高いときには、マニホールド形成部２４が流体圧力によって外側に向かって膨張・変形される。具体的には、個々の燃料電池モジュール２０が、略そろばん型に変形する可能性がある。このようにマニホールド形成部２４が変形すると、燃料電池モジュール２０と中間板６０との間のガスケット６４を介したシール性が低下する可能性がある。また、マニホールド形成部２４が変形して、マニホールドの径が変化すると、燃料電池１０内を流れるガスの圧力が変動して、電気化学反応に供されるガス圧が不安定になるという問題も生じ得る。そのため、燃料電池１０の性能を充分に維持するためには、マニホールド内を流れる流体の圧力に起因するマニホールド形成部２４の変形を抑制することが重要である。以下に、マニホールド形成部２４の変形を抑制するための構成を順次説明する。
【００６４】
Ｂ−１．変形例１：
図１２は、マニホールド形成部２４の変形抑制のための第１の変形例を表わす説明図である。図１２では、図１０に示した積層構造のうち、燃料電池モジュール２０と中間板６０とを積層した一部のみの様子を、図２と同様の断面において示している。ここでは、燃料電池は、燃料電池モジュール２０および中間板６０を積層した積層体を収納するケース９０を備えている。そして、このケース９０は、ケース９０の内壁面が、積層体における積層方向に平行な側面とぴったり接触する大きさに設けられている。ケース９０は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム製の金属部材等、マニホールド形成部２４よりも剛性の高い部材によって形成すればよい。このような構成とすれば、ケース９０によってマニホールド形成部２４の変形を抑制することができる。また、燃料電池を構成する積層体の外周に、絶縁性のマニホールド形成部２４を配置すると共に、ケース９０の内壁面に、マニホールド形成部２４が接するように配置しているため、ケース９０の内壁面に、絶縁性のシートなどを別途配置する必要が無く、ケース９０の構成を簡素化することができる。
【００６５】
なお、ケース９０は、その内壁面が、燃料電池を構成する積層体の側壁面とぴったり接触するように形成するのではなく、若干の隙間が設けられるように形成しても良い。変形したマニホールド形成部２４がケース内壁面に当接することによって、それ以後の変形が抑えられ、マニホールド形成部２４の変形量が許容範囲内に抑制されればよい。ここで、マニホールド形成部２４とケース内壁面との距離は、例えば、マニホールド形成部２４の変形量と、マニホールド形成部２４の端部におけるシール性の低下の可能性の関係とを、予め実験的に調べることによって設定すればよい。すなわち、シール性低下の程度が許容範囲となるように、マニホールド形成部２４の許容できる変形量を予め設定して、マニホールド形成部２４とケース内壁面の距離を、上記設定した値以下とすればよい。
【００６６】
Ｂ−２．変形例２：
図１３は、マニホールド形成部２４の変形抑制のための第２の変形例を表わす説明図である。具体的には、図１３は、図１０に示した積層体構造に対して、締結部材としての４枚のテンションプレート９１を取り付けた様子を表わす斜視図である。テンションプレート９１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム等の金属材料により構成された板状部材である。本変形例では、積層体に対して積層方向の所定の圧力を加えつつ、積層体の両端部に配置されたエンドプレート１１に対してボルト９２を用いてテンションプレート９１を止めつけることにより、燃料電池の締結を行なっている。４枚のテンションプレート９１は、複数の燃料電池モジュール２０を積層して成る略四角柱形状の燃料電池積層体における、積層方向に平行な各々の側面に当接するように配置されている。本実施例では、各燃料電池モジュール２０において、略四角柱形状の側壁面の内側に沿ってマニホールドが設けられている。そのため、このようにマニホールドが形成される位置に対応する側壁面に沿ってテンションプレートを設けることにより、マニホールド形成部２４の変形を抑制することができる。なお、テンションプレート９１は、マニホールド形成部２４の変形を抑制可能となるように、内部にマニホールドが形成された部位に対応して配置されていれば良く、図１３とは異なる形状であっても良い。
【００６７】
Ｂ−３．変形例３：
マニホールド形成部２４の変形抑制のための第１の変形例では、燃料電池の積層体の側壁面に、ケースの内壁面を近づけて、ケース９０によってマニホールド形成部２４の変形を物理的に抑制しているが、積層体とケース９０の内壁面との間に形成される空間に、流体を充填することとしても良い。積層体とケース内壁面との間の空間に充填する流体としては、例えば、電気化学反応に供する燃料ガスや酸化ガス、あるいは、窒素ガスなどの不活性ガスを用いることができる。あるいは、ガスではなく、液体、具体的には、冷媒として用いる冷却水や純水を用いることができる。このような流体を上記空間に充填することにより、マニホールド形成部２４の変形を抑制することができる。ここで、ケース内に封入する流体として、燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を用いる場合には、ケース内に封入するために、別途、新たな流体を用意する必要がない。また、不活性ガスを用いる場合には、封入に用いるガスの反応性を考慮する必要が無く、安全性を高めると共に、封入のための構成の複雑化を抑制することができる。なお、上記空間に充填する流体は、例えば、定常運転時にマニホールド内を流れる流体と同等の圧力とすればよい。流体の充填は、ケース９０内に積層体を配置した後に行なえばよい。
【００６８】
Ｂ−４．変形例４：
実施例では、マニホールド形成部２４をゴムによって形成したが、成形材料のゴムに対して、樹脂を混合しても良い。一般に、ゴムに比べて樹脂の方が弾性率が高いため、ゴムに樹脂を混合することによって、マニホールド形成部２４を変形し難くすることができ、マニホールド形成部２４の撓みを抑制することができる。既述したように、マニホールド形成部２４は、セル内シール部３７およびセル間シール部３８と、同種の材料によって一体形成されているが、マニホールド形成部２４の構成材料に樹脂を混合することによって、シール部において充分なゴム弾性を確保しつつ、マニホールド形成部２４の変形を抑制することができる。なお、ゴムに混合する樹脂は、マニホールド形成部２４全体の弾性率を高めることができ、燃料電池の内部環境で充分な耐久性を有するものであればよい。
【００６９】
Ｂ−５．変形例５：
マニホールド形成部２４の変形を抑制するために、マニホールド形成部２４を成形する際に、ゴムあるいは樹脂から成るマニホールド形成部２４の基部よりも弾性率が高い（外力によって変形しにくい）部材である補強部を埋め込むこととしても良い。マニホールド形成部２４内に埋め込む補強部としては、例えば、ナイロンコードやスチールコードのようなひも状の補強部材を用いることができる。マニホールド形成部２４の成形時には、これらの補強部を金型７０内に配置した後に、成形材料を投入すればよい。このような補強部は、金型内に配置する前に、予め接着剤を塗布することにより、マニホールド形成部２４を構成する高分子弾性材料との接着性を高めることができる。例えば、補強部として金属製部材を用いる場合に、金属とゴムとを接着する加硫接着剤を予め補強部に塗布しておけば、マニホールド形成部２４を構成するゴム部分と補強部との接着が可能になる。このように、個々の燃料電池モジュール２０において、マニホールド形成部２４に補強部を埋め込むことで、燃料電池全体の変形を抑制することができる。
【００７０】
Ｂ−６．変形例６：
マニホールド形成部２４の変形を抑制するために、マニホールド形成部２４の外周、具体的には、燃料電池モジュール２０における積層方向に平行な側壁面を覆うように、補強部を配置することとしても良い。
【００７１】
図１４は、燃料電池モジュール２０における積層方向に平行な４つの側壁面に、補強部９３を設けた様子を模式的に表わす斜視図である。図１４では、補強部９３が設けられた燃料電池モジュール２０の側壁面にハッチを付して示している。このような補強部９３は、例えば、金型７０内でマニホールド形成部２４を一体形成する際に、金型の内壁面に予め補強部９３となる部材を配置しておき、マニホールド形成部２４の成形と同時に、マニホールド形成部２４の表面貼り付けることとすれば良い。補強部９３となる部材としては、例えば、帆布、金属メッシュ、金属以外の樹脂等の材料から成る網、樹脂等により形成されるフィルムを用いることができる。補強部９３を貼り付ける際には、上記した各部材が、積層方向に垂直な方向に、マニホールド形成部２４の側壁面を巻回するように、各部材を配置すればよい。このようにマニホールド形成部２４の成形時に同時に補強部９３を貼り付ける場合には、金型７０内に配置する補強部９３におけるマニホールド形成部２４との接着面に、マニホールド形成部２４の構成材料と補強部９３の構成材料に応じた接着剤を、予め塗布しておけばよい。これにより、マニホールド形成部２４を一体成形する際の、マニホールド形成部２４と補強部９３との接着性を高めることができる。
【００７２】
また、金型内に予め補強部９３となる部材を配置することによってマニホールド形成部２４に補強部９３を貼り付ける代わりに、成形した後のマニホールド形成部２４の側壁面に補強部９３を巻き付けることとしても良い。この場合には、補強部９３として、例えば、樹脂製のベルトやひも、あるいは金属ワイヤを用いることができる。補強部９３を巻き付ける場合には、図１４のように個々の燃料電池モジュール２０毎に巻き付けを行なっても良く、また、燃料電池モジュール２０と中間板６０とを所定数積層した積層体全体に対して、補強部９３の巻き付けを行なっても良い。このような補強部９３の巻き付けは、上記した各部材が、積層方向に垂直な方向に、マニホールド形成部２４の側壁面を巻回するように行なえばよい。貼り付けや成形後の巻き付けによってマニホールド形成部２４の側壁面に補強部９３を巻回することで、マニホールド形成部２４が変形しようとするときには、補強部９３の張力によりこれを抑え、マニホールド形成部２４の変形を抑制することができる。
【００７３】
なお、マニホールド形成部２４の変形を抑制するためには、既述したマニホールド形成部２４の変形抑制のための変形例である変形例１ないし変形例６を適宜組み合わせることとしても良い。
【００７４】
Ｃ．中間板６０に係る変形例：
Ｃ−１．変形例１：
実施例では、中間板６０において、導電部６１，６２と不導体部６３とは、嵌合によって接続したが、異なる構成としても良い。図１５は、中間板６０の第１の変形例の構成を表わす断面模式図である。図１５では、導電部６１と不導体部６３との接続部近傍の様子のみを表わしている。本変形例では、導電部６１は、多孔質な導電性部材、例えば発泡金属によって構成されている。そして、導電部６１，６２において、不導体部６３との接続部の近傍では、不導体部６３の構成材料が、内部に含浸されている。このような不導体部６３は、不導体部を形成するための所定形状の金型内に多孔質な導電部６１，６２を配置して、充分な圧力で不導体部６３の形成材料を金型内に投入して、形成材料を導電部６１，６２内に圧入することにより形成することができる。
【００７５】
Ｃ−２．変形例２：
図１６は、中間板６０の第２の変形例の構成を表わす断面模式図である。図１６においても、導電部６１と不導体部６３との接続部近傍の様子のみを表わしている。中間板６０の第２の変形例では、導体部６１は、第１層６１ａおよび第２層６１ｂの２層に、厚み方向に（積層方向に垂直な方向に）２分割して形成されている。第１層６１ａと第２層６１ｂとの間には、フィルム６８が配置されており、第１層６１ａ，第２層６１ｂとフィルム６８との間は、接着剤によって接着されている。フィルム６８は、第１層６１ａおよび第２層６１ｂの外側にはみ出して設けられており、はみ出した外側部分において、接着剤によって不導体部６３と接着されている。フィルム６８は、燃料電池の運転温度など、燃料電池の内部の条件下で充分な耐久性を有する材料によって形成されていれば良く、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＰ（ポリプロピレン）等の樹脂によって構成することができる。このような構成とすれば、フィルム６８を介在させることにより、不導体部６３およびフィルム６８における接着面が広がるため、不導体部６３と導電部６１，６２との接続強度を高めることができる。
【００７６】
Ｃ−３．変形例３：
中間板６０は、既述したように、隣り合う燃料電池モジュール２０間におけるシール性および導電性を確保するための部材であるが、充分なシール性および導電性が確保されるならば、中間板６０を設けないこととしても良い。図１７は、中間板６０を設けない変形例に係る構造を例示する断面模式図である。図１７は、図２と同様の位置の断面であって、隣り合う２つの燃料電池モジュール２０を分離して、その接続部近傍の様子を表わしたものである。図１７に示す燃料電池では、燃料電池モジュール２０において、図１，２に示した実施例と同様の位置に当接板２５が設けられている。そして、隣り合う燃料電池モジュール２０間には、実施例の燃料電池においてガスケット６４が配置されていた位置と同じ位置に、ガスケット６４が配置されている。すなわち、隣り合う燃料電池モジュール２０において対向して設けられた当接板２５間、および、各々の燃料電池モジュール２０の端部において対向して設けられたセパレータの外周部間に、ガスケット６４が配置されている。このような構造を得るために、本変形例では、ガスケット６４に対応する凹凸形状を有する金型７０を用いて、予め金型７０内に当接板２５となる金属製部材を配置しておき、マニホールド形成部２４の成形材料を金型７０内に投入している。これにより、一方の端部側に設けた当接板２５およびセパレータ上にはガスケット６４が固着され、他方の端部側に設けた当接板２５およびセパレータ上にはガスケット６４が設けられていない、燃料電池モジュール２０を得ることができる。このように、中間板６０に代えてガスケット６４を設けることによって、シール性を確保しても良い。なお、中間板６０を設けない場合には、隣り合う燃料電池モジュール２０間では、各々の燃料電池モジュール２０の端部に配置されるセパレータ同士が接触することによって、導電性が確保される。これにより、隣り合う燃料電池モジュール２０の内の一方が備える発電部２２，２３が、それぞれ、他方の燃料電池モジュール２０が備える対応する発電部と、直列に接続される。
【００７７】
図１７では、燃料電池モジュール２０同士の接続部において、一方の燃料電池モジュール２０に、当接板２５を介してマニホールド形成部２４に接着されたガスケット６４を設けたが、いずれにも接着されていないシール部材（例えばＯリング）を、対向する当接板２５間に配置することとしても良い。また、図１７では、ガスケット６４を接着する側のマニホールド形成部２４にも当接板２５を設けたが、接着側には当接板２５を設けないこととしても良い。すなわち、燃料電池モジュール２０同士の接続部において、一方の燃料電池モジュール２０に設けた当接板２５に当接する凸部を、他方の燃料電池モジュール２０のマニホールド形成部２４において、当接板２５を介することなく一体形成しても良い。いずれの場合であっても、マニホールド形成部において、接着されることなくガスケット等のシール部材が当接する部位に当接板を設けることにより、弾性体であるシール部に充分な反力を発生させ、シール性を確保することが可能になる。
【００７８】
Ｃ−４．変形例４：
中間板６０を設けることなく、燃料電池モジュール２０同士の接続部においてガスケットなどのシール部材を配置する場合に、燃料電池モジュール２０間の導電性を確保するための更なる構造を設けても良い。図１８は、中間板６０を設けることなく、燃料電池モジュール２０端部のセパレータ間を電気的に接続するための接続部９４を設けた変形例の構造を例示する断面模式図である。図１８は、図２と同様の位置の断面であって、隣り合う２つの燃料電池モジュール２０の接続部近傍の様子を表わしたものである。なお、図１８では、構成を簡略化して、各燃料電池モジュール２０が、２つの単セル１５から構成されるように表わしている。また、図１９は、図１８に示す燃料電池モジュール２０を、図３の矢印Ａと同じ向きから見た様子を表わす平面図である。
【００７９】
図１８および図１９に示す変形例の燃料電池では、燃料電池モジュール２０の端部に配置された第１セパレータ３５および第２セパレータ３６は、孔部４１，４４に近接する辺以外の辺が、燃料電池モジュール２０の側壁に達するように設けられている。その中で、孔部４３に近接する辺は、燃料電池モジュール２０の側壁面を越えて外部に突出するように設けられている。図１８，図１９では、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６において、燃料電池モジュール２０の側壁面を越えて突出する部分を、突出部３９として示している。そして、隣り合う燃料電池モジュール２０間においては、一方の燃料電池モジュール２０の発電部２２の端部に配置された第１セパレータ３５の突出部３９と、他方の燃料電池モジュール２０の発電部２２の端部に配置された第２セパレータ３６の突出部３９とが、接続部９４によって電気的に接続されている。発電部２３においても同様である。ここで、接続部９４は、金属等の導電性材料によって形成される部材である。以上のように構成された本変形例の燃料電池によれば、隣り合う燃料電池モジュール２０間においては、セパレータに設けた突出部３９と接続部９４とによって、電気的な接続に対する信頼性を確保することができる。
【００８０】
なお、突出部３９を有する第１セパレータ３５および第２セパレータ３６間には、隣り合う燃料電池モジュール２０間におけるシール性を確保するためのガスケット６４が配置されている。また、各燃料電池モジュール２０を構成するセパレータの内、端部に配置されて突出部３９を設けたセパレータ以外のセパレータは、既述した実施例と同様の構成を有している。また、燃料電池モジュール２０の端部に配置したセパレータにおいて、突出部３９を設けた辺以外の辺は、燃料電池モジュール２０の側壁に達するように延出させることなく、実施例と同様に、近接する孔部との境界と重なるように、あるいは近接する孔部との境界よりも中央部寄りとなるように、形成しても良い。
【００８１】
Ｄ．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。
【００８２】
Ｄ１．変形例１：
実施例では、各燃料電池モジュール２０に２つの発電部を設け、同一面内に２つの単セル１５を配置することとしたが、同一面内に３以上の単セル１５を配置することとしても良い。同一面内に３以上の単セル１５を配置する場合であっても、同一面内で隣り合う単セル間に配置されるマニホールドを、隣り合う単セル１５同士が共有する配置とすることにより、燃料電池全体を小型化する同様の効果が得られる。
【００８３】
図２０は、同一面内に３つの単セルを配置する燃料電池モジュールの一例を示す平面図であり、図２１は、同一面内に４つの単セルを配置する燃料電池モジュール２０の一例を示す平面図である。図２０および図２１に示す燃料電池モジュールは、実施例と同様の積層部材を積層して成る発電部を備えている。図中、参照番号２２を付した発電部は、実施例における発電部２２と同じ向きに各積層部材を積層して成る発電部を示す。また、参照番号２３を付した発電部は、実施例における発電部２３と同じ向きに各積層部材を積層して成る発電部、すなわち、発電部２２とは構成部材の積層の向きが互いに反転している発電部を示す。また、図２１において、参照番号２２および２３を上下反転して表示した発電部は、それぞれ、発電部２２あるいは発電部２３を、平面視で上下反転して配置したものであることを示す。このように、同一面内で隣り合う発電部間に、隣り合う両発電部が共通して用いるマニホールドを配置すると共に、隣り合う発電部間でマニホールドの共有が可能となる向きとなるように各々の発電部を配置することで、マニホールドの数を削減することによる燃料電池の小型化が可能になる。このとき、燃料電池モジュールを積層して成る燃料電池の両端部で、特定の２つの発電部間を電気的に接続して、複数の発電部の全てを順次接続し、全体として全ての発電部を直列に接続することにより、燃料電池全体としての出力電圧を高めることが可能になる。
【００８４】
Ｄ２．変形例２：
各燃料電池モジュール２０が備える発電部２２，２３は、実施例とは異なる構成としても良い。例えば、実施例では、所定の凹凸形状を有する第１セパレータ３５とＭＥＡ３０との間に流路形成多孔質体３３を配置して、セル内燃料ガス流路を形成したが、流路形成多孔質体３３は設けないこととしても良い。この場合には、凹凸形状を有する第１セパレータ３５とＭＥＡ３０との間に形成される空間によって、セル内燃料ガス流路を形成することができる。
【００８５】
また、実施例では、第１セパレータ３５は、一方の面上にセル内燃料ガス流路を形成すると共に、他方の面上にセル間冷媒流路を形成するように、表裏で互いに反転する凹凸形状が形成されているが、第２セパレータ３６と同様の平坦な薄板状部材によって構成しても良い。この場合には、隣接する単セル１５間に、セル間冷媒流路となる空間を形成するための部材を別途配置すればよい。このような場合であっても、セル内シール部３７、セル間シール部３８およびマニホールド形成部２４を一体形成することにより、実施例と同様に、シール性を向上させる効果を得ることができる。
【００８６】
Ｄ３．変形例３：
実施例では、燃料電池モジュールを積層して成る燃料電池を、固体高分子形燃料電池としたが、異なる種類の燃料電池において本願発明を適用しても良い。発電時の温度など、燃料電池の運転条件下において充分な耐久性を有する高分子弾性材料を用いて、セル内シール部、セル間シール部およびマニホールド形成部を一体成形するならば、実施例と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０…燃料電池
１１…エンドプレート
１２…絶縁板
１３…集電板
１４…接続板
１５…単セル
２０…燃料電池モジュール
２２，２３…発電部
２４…マニホールド形成部
２５…当接板
３０…ＭＥＡ
３１，３２…ガス拡散層
３３，３４…流路形成多孔質体
３５…第１セパレータ
３６…第２セパレータ
３７…セル内シール部
３８…セル間シール部
３９…突出部
４０〜４５…孔部
５０…突起部
５１…凹部
５２…凸条
５３…溝
６０…中間板
６１，６２…導電部
６１ａ…第１層
６１ｂ…第２層
６３…不導体部
６４…ガスケット
６５…溝
６６…突出部
６７…導電部
６８…フィルム
６９…リップ
７０…金型
８０〜８５…凸部
９０…ケース
９１…テンションプレート
９２…ボルト
９３…補強部
９４…接続部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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