(57)【要約】【課題】積層方向に延在する反応ガス連通孔と電極面方向に延在する反応ガス流路との間で反応ガスを良好に流すことができ、しかも前記積層方向の薄型化を図ることを可能にする。【解決手段】発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１４を第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８で挟持する。第１セパレータ１６は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部３６ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部３６ｂとを設ける。第２セパレータ１８は、第１入口切り欠き部３６ａと積層方向に沿って連通する第２供給孔部４２ａと、第１出口切り欠き部３６ｂと積層方向に沿って連通する第２排出孔部４２ｂとを設ける。【選択図】図１
2008123750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を第１セパレータと第２セパレータとで挟持する発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間に設けられ、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、該セパレータの積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池であって、
一方の発電セルを構成する前記第１セパレータは、前記反応ガス連通孔のいずれかに連通する切り欠き部を設けるとともに、
他方の発電セルを構成し、前記一方の発電セルの前記第１セパレータに隣接する前記第２セパレータは、前記積層方向に沿って前記切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための孔部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質の両側に電極を配設した第１電解質・電極構造体及び第２電解質・電極接合体を備え、前記第１電解質・電極接合体を第１セパレータと第２セパレータとで挟持する第１発電セルと、前記第２電解質・電極接合体を第３セパレータと第４セパレータとで挟持し前記第１発電セルと交互に積層される第２発電セルとを有し、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池であって、
前記第１セパレータは、前記反応ガス連通孔のいずれかに連通する第１切り欠き部を設けるとともに、
前記第１セパレータに隣接する前記第４セパレータは、前記積層方向に沿って前記第１切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための第１孔部を設け、
前記第３セパレータは、前記第１切り欠き部に連通する前記反応ガス連通孔に連通する第２切り欠き部を設けるとともに、
前記第３セパレータに隣接する前記第２セパレータは、前記積層方向に沿って前記第２切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための第２孔部を設け、
前記第１切り欠き部と前記第２切り欠き部とは、前記積層方向に互いにオフセットし、且つ前記第１孔部と前記第２孔部とは、前記積層方向に互いにオフセット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、電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第１セパレータと第２セパレータとで挟持するとともに、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設け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）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単位セルが構成されている。通常、この単位セルを所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する入口連通孔及び出口連通孔を設けた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの入口連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの出口連通孔に排出されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されているプロセス制御装置では、図１８に示すように、互いに平行に配置される２つの板１ａ、１ｂを重ね合わせた積層板がユニット２と交互に積層されている。ユニット２は、ＭＥＡ２ａを陽極２ｂ及び陰極２ｃで挟持するとともに、これらが一対の接触板２ｄに挟持されて構成されている。
【０００５】
板１ａとユニット２との間に第１室３ａが形成され、板１ｂと前記ユニット２との間に第２室３ｂが形成され、前記板１ａ、１ｂ間に第３室３ｃが形成されている。板１ａ、１ｂの端部には、パッキン４を介して積層方向に連通孔５が形成される。
【０００６】
この連通孔５は、板１ａ、１ｂ間に形成される流路６を介して、例えば、第２室３ｂに連通している。図示していないが、積層方向には、他の２つの連通孔が設けられており、他の２つの連通孔は、板１ａ、１ｂ間の流路（図示せず）を介して第１室３ａ及び第３室３ｃにそれぞれ連通している。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１８２７５号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、積層方向に形成されている連通孔５を第２室３ｂに連通するための流路６は、流体を良好に導入するために積層方向の流路高さを確保するとともに、パッキン４によるシール高さを確保する必要がある。このため、ユニット２同士の間隔が相当に大きくなり、燃料電池の小型化が図れないという問題がある。
【０００９】
特に、車載用燃料電池スタックでは、多数、例えば、数百の燃料電池を積層して構成されている。従って、各燃料電池同士の間隔が大きくなっており、燃料電池スタック全体としての小型化が図られ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、積層方向に延在する反応ガス連通孔と電極面方向に延在する反応ガス流路との間で反応ガスを良好に流すことができ、しかも前記積層方向の薄型化を図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、電解質の両側に電極を配設した電解質・電極構造体を第１セパレータと第２セパレータとで挟持する発電セルを備え、前記発電セルが複数積層されるとともに、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池に関するものである。
【００１２】
そして、一方の発電セルを構成する第１セパレータは、反応ガス連通孔のいずれかに連通する切り欠き部を設けるとともに、他方の発電セルを構成し、前記一方の発電セルの前記第１セパレータに隣接する第２セパレータは、積層方向に沿って前記切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための孔部を設けている。
【００１３】
また、本発明は、電解質の両側に電極を配設した第１電解質・電極構造体及び第２電解質・電極接合体を備え、前記第１電解質・電極接合体を第１セパレータと第２セパレータとで挟持する第１発電セルと、前記第２電解質・電極接合体を第３セパレータと第４セパレータとで挟持し前記第１発電セルと交互に積層される第２発電セルとを有し、電極面方向に沿って延在する反応ガス流路と、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔とを設ける燃料電池に関するものである。
【００１４】
そこで、第１セパレータは、反応ガス連通孔のいずれかに連通する第１切り欠き部を設けるとともに、前記第１セパレータに隣接する第４セパレータは、積層方向に沿って前記第１切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための第１孔部を設け、第３セパレータは、前記第１切り欠き部に連通する前記反応ガス連通孔に連通する第２切り欠き部を設けるとともに、前記第３セパレータに隣接する第２セパレータは、前記積層方向に沿って前記第２切り欠き部に連通し前記反応ガス連通孔を前記反応ガス流路に連通させるための第２孔部を設けている。
【００１５】
そして、第１切り欠き部と第２切り欠き部とは、積層方向に互いにオフセットし、且つ第１孔部と第２孔部とは、前記積層方向に互いにオフセットしている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、第１セパレータに設けられる切り欠き部が、反応ガス用チャンバを構成しており、反応ガスは、反応ガス連通孔から前記切り欠き部に導入された後、孔部を通って反応ガス流路に確実に供給される。一方、反応ガス流路を流れた反応ガスは、孔部から切り欠き部に導入された後、反応ガス連通孔に円滑に排出される。従って、積層方向に延在する反応ガス連通孔と電極面方向に延在する反応ガス流路との間で反応ガスを良好に流すことができる。
【００１７】
しかも、第１セパレータに設けられる切り欠き部と第２セパレータに設けられる孔部とにより反応ガス用通路が形成されている。これにより、反応ガス導入部や反応ガス導出部における流路高さ及びシール高さを維持した状態で、積層方向の薄型化を図ることが可能になる。このため、燃料電池全体の小型化が容易に遂行され、特に車載用燃料電池スタックを良好にコンパクト化することができる。
【００１８】
また、本発明では、隣接する第１発電セル及び第２発電セルにおいて、第１切り欠き部と第２切り欠き部とが、積層方向に互いにオフセットするとともに、第１孔部と第２孔部とが、前記積層方向に互いにオフセットしている。従って、隣接する第１発電セルと第２発電セルでは、反応ガス導入部や反応ガス導出部における流路高さ及びシール高さを維持しながら、積層方向に対してより薄型化が図られ、燃料電池全体の小型化が良好に遂行される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２の分解斜視説明図である。図２は、燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図であり、図３は、燃料電池１０の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図であり、図４は、燃料電池１０の、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【００２０】
発電セル１２は、図１に示すように、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４を第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８で挟持する。第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータや金属セパレータで構成されるとともに、横長な長方形状を有している。
【００２１】
電解質膜・電極構造体１４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（電解質）２０と、前記固体高分子電解質膜２０を挟持するカソード側電極２２及びアノード側電極２４とを備える。カソード側電極２２及びアノード側電極２４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。
【００２２】
発電セル１２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、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２６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２８ａ、及び燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２３】
発電セル１２の矢印Ｂ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ための燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２８ｂ、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２６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２４】
図５に示すように、第１セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａには、燃料ガス流路３２が形成される。燃料ガス流路３２は、燃料ガス入口連通孔３０ａの近傍で複数の第１供給孔部３４ａと連通するとともに、燃料ガス出口連通孔３０ｂの近傍で複数の第１排出孔部３４ｂに連通する。
【００２５】
第１セパレータ１６は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部３６ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部３６ｂとを設ける。第１入口切り欠き部３６ａ及び第１出口切り欠き部３６ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂと同一の開口高さ寸法を有し、実質的に、前記酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び前記酸化剤ガス出口連通孔２６ｂを内側に拡開している。
【００２６】
第１セパレータ１６の面１６ａには、第１シール部材（例えば、ガスケット）３８が設けられる。この第１シール部材３８は、燃料ガス流路３２を周回するとともに、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体入口連通孔２８ａ、燃料ガス出口連通孔３０ｂ、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔２８ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂを囲繞する。第１シール部材３８は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）、シリコーンゴム、ニトリルゴム又はアクリルゴムで構成される。第１セパレータ１６の面１６ｂは、平坦面に構成される。なお、以下に説明する各シール部材は、上記の第１シール部材３８と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａには、酸化剤ガス流路４０が形成される。図６に示すように、酸化剤ガス流路４０は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａの近傍で複数の第２供給孔部４２ａと連通するとともに、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂの近傍で複数の第２排出孔部４２ｂに連通する。第２セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する第２入口切り欠き部４４ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する第２出口切り欠き部４４ｂとを設ける。
【００２８】
図５及び図６に示すように、一方の発電セル１２を構成する第１セパレータ１６と、他方の発電セル１２を構成する第２セパレータ１８とが隣接して積層される際、前記第１セパレータ１６の第１供給孔部３４ａ及び第１排出孔部３４ｂは、第２セパレータ１８の第２入口切り欠き部４４ａ及び第２出口切り欠き部４４ｂと積層方向に沿って連通することにより、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが、燃料ガス流路３２に連通する（図３及び図５参照）。
【００２９】
同様に、第２セパレータ１８の第２供給孔部４２ａ及び第２排出孔部４２ｂは、第１セパレータ１６の第１入口切り欠き部３６ａ及び第１出口切り欠き部３６ｂと積層方向に沿って連通することにより、酸化剤ガス流路４０は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する（図２及び図６参照）。
【００３０】
図１に示すように、第２セパレータ１８の面１８ｂには、冷却媒体入口連通孔２８ａ及び冷却媒体出口連通孔２８ｂに連通する冷却媒体流路４６が形成される。第２セパレータ１８の面１８ａには、酸化剤ガス流路４０を周回する第２シール部材４８が設けられる一方（図６参照）、面１８ｂには、冷却媒体流路４６と冷却媒体入口連通孔２８ａ及び冷却媒体出口連通孔２８ｂとを周回する第３シール部材５０が設けられる（図１参照）。
【００３１】
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。
【００３２】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ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３０ａ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２８ａ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。
【００３３】
酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給された酸化剤ガスは、図２に示すように、一方の発電セル１２を構成する第１セパレータ１６に設けられた第１入口切り欠き部３６ａに導入された後、他方の発電セル１２を構成し、第１セパレータ１６に隣接する第２セパレータ１８に設けられた複数の第２供給孔部４２ａに供給される。第１入口切り欠き部３６ａと第２供給孔部４２ａとは、積層方向に連通しているからである。
【００３４】
第２供給孔部４２ａを通った酸化剤ガスは、第２セパレータ１８の面１８ａ側に移動して、この面１８ａに設けられている酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動する（図２及び図６参照）。
【００３５】
一方、燃料ガス入口連通孔３０ａに供給された燃料ガスは、図３に示すように、一方の発電セル１２を構成する第２セパレータ１８に設けられた第２入口切り欠き部４４ａに導入された後、他方の発電セル１２を構成し、前記第２セパレータ１８に隣接して積層される第１セパレータ１６の第１供給孔部３４ａに供給される。この第１供給孔部３４ａを通って面１６ａ側に移動した燃料ガスは、この面１６ａに設けられている燃料ガス流路３２に沿って矢印Ｂ方向に移動する（図５参照）。
【００３６】
これにより、図１に示すように、電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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。
【００３７】
発電反応に使用された酸化剤ガスは、第２セパレータ１８に設けられている第２排出孔部４２ｂを通って第１セパレータ１６に設けられている第１出口切り欠き部３６ｂに導入され、この第１出口切り欠き部３６ｂに連通する酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに排出される（図６参照）。
【００３８】
同様に、発電反応に使用された燃料ガスは、第１セパレータ１６に設けられている第１排出孔部３４ｂを通って第２セパレータ１８の第２出口切り欠き部４４ｂに導入され、この第２出口切り欠き部４４ｂに連通する燃料ガス出口連通孔３０ｂに排出される（図５参照）。
【００３９】
また、冷却媒体は、図１に示すように、第２セパレータ１８の冷却媒体流路４６に供給され、この冷却媒体流路４６に沿って矢印Ｂ方向に移動する。冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２８ｂに排出される。
【００４０】
この場合、第１の実施形態では、図１及び図５に示すように、第１セパレータ１６には、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部３６ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部３６ｂとが設けられている。そして、第２セパレータ１８には、積層方向に沿って第１入口切り欠き部３６ａに連通する第２供給孔部４２ａと、前記積層方向に沿って第１出口切り欠き部３６ｂに連通する第２排出孔部４２ｂとが設けられている（図５及び図６参照）。
【００４１】
このため、第１入口切り欠き部３６ａ及び第１出口切り欠き部３６ｂは、酸化剤ガス用チャンバを構成しており、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａから前記第１入口切り欠き部３６ａに導入された後、第２供給孔部４２ａを通って酸化剤ガス流路４０に確実に供給される。さらに、酸化剤ガス流路４０を流れた酸化剤ガスは、第２排出孔部４２ｂから第１出口切り欠き部３６ｂに導入された後、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに円滑に排出される。
【００４２】
しかも、第１セパレータ１６に設けられる第１入口切り欠き部３６ａ及び第１出口切り欠き部３６ｂと、第２セパレータ１８に設けられる第２供給孔部４２ａ及び第２排出孔部４２ｂとにより、酸化剤ガス用通路が形成されている。
【００４３】
これにより、発電セル１２では、酸化剤ガス導入部及び酸化剤ガス導出部において、積層方向の流路高さ及びシール高さを維持した状態で、前記積層方向の薄肉化を図ることができる。
【００４４】
一方、燃料ガス導入部及び燃料ガス導出部においても同様に、燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する第２入口切り欠き部４４ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する第２出口切り欠き部４４ｂと、第１供給孔部３４ａ及び第１排出孔部３４ｂとは、積層方向に沿って連通している（図５参照）。従って、酸化剤ガス導入部及び酸化剤ガス導出部と同様の効果が得られる。
【００４５】
このため、第１の実施形態では、発電セル１２の薄型化が図られ、特に多数の前記発電セル１２が積層される燃料電池１０全体の小型化が、容易且つ確実に遂行されるという効果が得られる。
【００４６】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０の分解斜視説明図である。図８は、燃料電池６０の、図７中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面説明図であり、図９は、燃料電池６０の、図７中、ＩＸ−ＩＸ線断面説明図であり、図１０は、燃料電池６０の、図７中、Ｘ−Ｘ線断面説明図であり、図１１は、燃料電池６０の、図７中、ＸＩ−ＸＩ線断面説明図である。
【００４７】
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。
【００４８】
燃料電池６０は、第１発電セル６２ａと第２発電セル６２ｂとを交互に矢印Ａ方向（水平方向）に積層して構成される。第１発電セル６２ａは、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）６４ａを第１セパレータ６６及び第２セパレータ６８で挟持する。第２発電セル６２ｂは、第２電解質膜・電極構造体６４ｂを第３セパレータ７０及び第４セパレータ７２で挟持する。
【００４９】
第２電解質膜・電極構造体６４ｂは、実際上、第１電解質膜・電極構造体６４ａと同一であり、この第１電解質膜・電極構造体６４ａを面方向に１８０゜旋回して配置することにより構成される。第１電解質膜・電極構造体６４ａ及び第２電解質膜・電極構造体６４ｂを構成する固体高分子電解質膜（電解質）２０ａ、２０ｂは、一端部に２つの凹部７４を形成する一方、他端部に凸部７６を形成する。
【００５０】
図１２に示すように、第１セパレータ６６の第１電解質膜・電極構造体６４ａに向かう面６６ａには、第１燃料ガス流路３２ａが形成される。第１燃料ガス流路３２ａは、燃料ガス入口連通孔３０ａの上部側近傍で複数の第１供給孔部７８ａと連通するとともに、燃料ガス出口連通孔３０ｂの上部側近傍で複数の第１排出孔部７８ｂに連通する。
【００５１】
第１セパレータ６６は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部８０ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部８０ｂとを設ける。第１入口切り欠き部８０ａ及び第１出口切り欠き部８０ｂは、開口形状が略長方形状に設定されており、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂの上部側にそれぞれ連通して矢印Ｂ方向に延在する。
【００５２】
図１３に示すように、第１セパレータ６６の面６６ｂには、第１冷却媒体流路４６ａが形成される。第１冷却媒体流路４６ａは、冷却媒体入口連通孔２８ａと冷却媒体出口連通孔２８ｂとに連通する。
【００５３】
第１セパレータ６６の面６６ａには、第１燃料ガス流路３２ａを周回して内側シール部材８２ａと、前記内側シール部材８２ａを周回するとともに、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体入口連通孔２８ａ、燃料ガス出口連通孔３０ｂ、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔２８ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂを囲繞する外側シール部材８２ｂとが設けられる（図１２参照）。内側シール部材８２ａは、固体高分子電解質膜２０ａの外周端縁部に当接するために、前記固体高分子電解質膜２０ａの形状に対応して成形される。
【００５４】
図１３に示すように、面６６ｂには、第１冷却媒体流路４６ａを冷却媒体入口連通孔２８ａ及び冷却媒体出口連通孔２８ｂに連通するシール部材８４が設けられる。
【００５５】
第２セパレータ６８の第１電解質膜・電極構造体６４ａに向かう面６８ａには、図１４に示すように、第１酸化剤ガス流路４０ａが形成される。第１酸化剤ガス流路４０ａは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａの下部側近傍で複数の第２供給孔部８６ａと連通するとともに、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂの下部側近傍で複数の第２排出孔部８６ｂに連通する。
【００５６】
第２セパレータ６８は、燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する第２入口切り欠き部８８ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する第２出口切り欠き部８８ｂとを設ける。第２入口切り欠き部８８ａ及び第２出口切り欠き部８８ｂは、開口形状が略長方形状に設定されており、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂの下部側にそれぞれ連通して矢印Ｂ方向に延在する。第２セパレータ６８の面６８ｂは、平坦面を構成する。
【００５７】
図１５に示すように、第３セパレータ７０の第２電解質膜・電極構造体６４ｂに向かう面７０ａには、第２燃料ガス流路３２ｂが形成される。第２燃料ガス流路３２ｂは、燃料ガス入口連通孔３０ａの下部側近傍で複数の第３供給孔部９０ａと連通するとともに、燃料ガス出口連通孔３０ｂの下部側近傍で複数の第３排出孔部９０ｂに連通する。第３供給孔部９０ａは、第１供給孔部７８ａと積層方向に互いにオフセットする一方、第３排出孔部９０ｂは、第１排出孔部７８ｂと積層方向に互いにオフセットする。
【００５８】
第３セパレータ７０は、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第３入口切り欠き部９２ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第３出口切り欠き部９２ｂとを設ける。第３入口切り欠き部９２ａ及び第３出口切り欠き部９２ｂは、開口形状が略長方形状に設定されており、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂの下部側にそれぞれ連通して矢印Ｂ方向に延在する。第３入口切り欠き部９２ａは、第１入口切り欠き部８０ａと積層方向に互いにオフセットする一方、第３出口切り欠き部９２ｂは、第１出口切り欠き部８０ｂと積層方向に互いにオフセットする。
【００５９】
図１６に示すように、第３セパレータ７０の面７０ｂには、第２冷却媒体流路４６ｂが形成される。第２冷却媒体流路４６ｂは、冷却媒体入口連通孔２８ａと冷却媒体出口連通孔２８ｂとに連通する。
【００６０】
第３セパレータ７０の面７０ａには、第２燃料ガス流路３２ｂを周回して内側シール部材９４ａと、外側シール部材９４ｂとが設けられる（図１５参照）。図１６に示すように、面７０ｂには、第２冷却媒体流路４６ｂを冷却媒体入口連通孔２８ａ及び冷却媒体出口連通孔２８ｂに連通するシール部材９６が設けられる。
【００６１】
第４セパレータ７２の第２電解質膜・電極構造体６４ｂに向かう面７２ａには、図１７に示すように、第２酸化剤ガス流路４０ｂが形成される。第２酸化剤ガス流路４０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａの上部側近傍で複数の第４供給孔部９８ａに連通するとともに、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂの上部側近傍で複数の第４排出孔部９８ｂに連通する。第４供給孔部９８ａは、第２供給孔部８６ａと積層方向に互いにオフセットする一方、第４排出孔部９８ｂは、第２排出孔部８６ｂと積層方向に互いにオフセットする。
【００６２】
第４セパレータ７２は、燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する第４入口切り欠き部１００ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する第４出口切り欠き部１００ｂとを設ける。第４入口切り欠き部１００ａ及び第４出口切り欠き部１００ｂは、開口形状が略長方形状に設定されており、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂの上部側にそれぞれ連通して矢印Ｂ方向に延在する。第４入口切り欠き部１００ａは、第２入口切り欠き部８８ａと積層方向に互いにオフセットする一方、第４出口切り欠き部１００ｂは、第２出口切り欠き部８８ｂと積層方向に互いにオフセットする。第４セパレータ７２の面７２ｂは、平坦面を構成する。
【００６３】
このように構成される燃料電池６０の動作について、以下に説明する。
【００６４】
図７及び図８に示すように、これにより、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給された酸化剤ガスは、第１セパレータ６６に設けられている第１入口切り欠き部（第１切り欠き部）８０ａに導入された後、第４セパレータ７２に形成されている第４供給孔部（第１孔部）９８ａを通ってこの第４セパレータ７２の面７２ａ側に移動する。
【００６５】
面７２ａでは、酸化剤ガスが第２酸化剤ガス流路４０ｂに沿って移動した後、第４排出孔部（第１孔部）９８ｂを通って第１セパレータ６６の第１出口切り欠き部（第１切り欠き部）８０ｂから酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに排出される（図７参照）。
【００６６】
一方、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給された酸化剤ガスの一部は、第３セパレータ７０に設けられている第３入口切り欠き部（第２切り欠き部）９２ａに導入された後、第２セパレータ６８に設けられている第２供給孔部（第２孔部）８６ａを通って面６８ａ側の第１酸化剤ガス流路４０ａに供給される（図９参照）。
【００６７】
第１酸化剤ガス流路４０ａを移動した酸化剤ガスは、第２排出孔部（第２孔部）８６ｂを通って第３セパレータ７０の第３出口切り欠き部（第２切り欠き部）９２ｂから酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに排出される（図７参照）。
【００６８】
一方、燃料ガス入口連通孔３０ａに供給された燃料ガスの一部は、第４セパレータ７２に設けられている第４入口切り欠き部１００ａに導入された後、第１セパレータ６６に設けられている第１供給孔部７８ａを通って面６６ａ側の第１燃料ガス流路３２ａに供給される（図７及び図１１参照）。
【００６９】
第１燃料ガス流路３２ａを通った燃料ガスは、第１排出孔部７８ｂを通って第４セパレータ７２の第４出口切り欠き部１００ｂから燃料ガス出口連通孔３０ｂに排出される（図７参照）。
【００７０】
また、燃料ガス入口連通孔３０ａに供給された燃料ガスの一部は、第２セパレータ６８に設けられている第２入口切り欠き部８８ａに導入された後、第３セパレータ７０に設けられている第３供給孔部９０ａを通って面７０ａ側の第２燃料ガス流路３２ｂに供給される（図７及び図１０参照）。
【００７１】
第２燃料ガス流路３２ｂを通った燃料ガスは、第３排出孔部９０ｂを通って第２セパレータ６８の第２出口切り欠き部８８ｂから燃料ガス出口連通孔３０ｂに排出される（図７参照）。
【００７２】
これにより、第１電解質膜・電極構造体６４ａ及び第２電解質膜・電極構造体６４ｂでは、それぞれカソード側電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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。なお、冷却媒体入口連通孔２８ａに供給された冷却媒体は、第１冷却媒体流路４６ａ及び第２冷却媒体流路４６ｂに導入された後、冷却媒体出口連通孔２８ｂに排出される。
【００７３】
この場合、第２の実施形態では、第１セパレータ６６に設けられ、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部８０ａと、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部８０ｂとが、それぞれ第４セパレータ７２に設けられている第４供給孔部９８ａと第４排出孔部９８ｂとに、積層方向に沿って連通している。
【００７４】
同様に、第４セパレータ７２に設けられ、燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する第４入口切り欠き部１００ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する第４出口切り欠き部１００ｂとが、第１セパレータ６６に設けられている第１供給孔部７８ａと第１排出孔部７８ｂとに積層方向に沿って連通している。これにより、燃料電池６０全体の小型化が容易に遂行される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７５】
さらに、第２の実施形態では、第１燃料ガス流路３２ａに連通する第１供給孔部７８ａ及び第１排出孔部７８ｂは、第２燃料ガス流路３２ｂに連通する第３供給孔部９０ａ及び第３排出孔部９０ｂと積層方向に互いにオフセットして設定される。
【００７６】
一方、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する第１入口切り欠き部８０ａと第３入口切り欠き部９２ａとは、積層方向に互いにオフセットするとともに、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する第１出口切り欠き部８０ｂと第３出口切り欠き部９２ｂとは、積層方向に互いにオフセットしている。
【００７７】
また、燃料ガス側でも同様に、第２供給孔部８６ａ及び第２排出孔部８６ｂは、第４供給孔部９８ａ及び第４排出孔部９８ｂと積層方向に互いにオフセットするとともに、第２入口切り欠き部８８ａ及び第２出口切り欠き部８８ｂは、第４入口切り欠き部１００ａ及び第４出口切り欠き部１００ｂと、積層方向に互いにオフセットしている。
【００７８】
従って、隣接する第１発電セル６２ａ及び第２発電セル６２ｂにおいて、酸化剤ガスと燃料ガスとを含む反応ガス導入部及び反応ガス導出部では、流路高さ及びシール高さを維持しながら、積層方向に対してより薄型化が図られる。これにより、燃料電池６０全体の小型化が一層良好に遂行されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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セル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線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記燃料電池の、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【図５】前記発電セルを構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図６】前記発電セルを構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図７】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８】前記燃料電池の、図７中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面説明図である。
【図９】前記燃料電池の、図７中、ＩＸ−ＩＸ線断面説明図である。
【図１０】前記燃料電池の、図７中、Ｘ−Ｘ線断面説明図である。
【図１１】前記燃料電池の、図７中、ＸＩ−ＸＩ線断面説明図である。
【図１２】前記燃料電池を構成する第１セパレータの一方の面の説明図である。
【図１３】前記第１セパレータの他方の面の説明図である。
【図１４】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図１５】前記燃料電池を構成する第３セパレータの一方の面の説明図である。
【図１６】前記第３セパレータの他方の面の説明図である。
【図１７】前記燃料電池を構成する第４セパレータの正面説明図である。
【図１８】特許文献１のプロセス制御装置の説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、６０…燃料電池                    １２、６２ａ、６２ｂ…発電セル
１４、６４ａ、６４ｂ…電解質膜・電極構造体
１６、１８、６６、６８、７０、７２…セパレータ
２０、２０ａ、２０ｂ…固体高分子電解質膜
２２…カソード側電極                    ２４…アノード側電極
２６ａ…酸化剤ガス入口連通孔            ２６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２８ａ…冷却媒体入口連通孔              ２８ｂ…冷却媒体出口連通孔
３０ａ…燃料ガス入口連通孔              ３０ｂ…燃料ガス出口連通孔
３２、３２ａ、３２ｂ…燃料ガス流路
３４ａ、４２ａ、７８ａ、８６ａ、９０ａ、９８ａ…供給孔部
３４ｂ、４２ｂ、７８ｂ、８６ｂ、９０ｂ、９８ｂ…排出孔部
３６ａ、４４ａ、８０ａ、８８ａ、９２ａ、１００ａ…入口切り欠き部
３６ｂ、４４ｂ、８０ｂ、８８ｂ、９２ｂ、１００ｂ…出口切り欠き部
４０…酸化剤ガス流路
【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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