(57)【要約】【課題】燃料電池の鉛直方向上側に設けられた積層方向に沿った排出用の反応ガス通路からセパレータと膜電極接合体との間の空間に水が流入するのを抑制する。【解決手段】セパレータの鉛直方向上側には、水平方向に沿うように設けられた貫通孔と、複数の連通路と、が形成されている。貫通孔は、複数の膜電極接合体と複数のセパレータとの積層方向に沿った排出用の反応ガス通路の一部を構成する。複数の連通路は、貫通孔と、セパレータと膜電極接合体との間に形成される空間と、を連通する。複数の連通路は、貫通孔の底よりも鉛直方向上側で、貫通孔に接続されている。【選択図】図８
2008153189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
複数の膜電極接合体と、
複数のセパレータと、
を備え、
前記各セパレータは、前記複数の膜電極接合体のうちの隣り合う２つの膜電極接合体の間に配置されており、
前記各セパレータの鉛直方向上側には、
水平方向に沿うように設けられて、前記複数の膜電極接合体と前記複数のセパレータとの積層方向に沿った排出用の反応ガス通路の一部を構成する貫通孔と、
前記貫通孔と、前記各セパレータと前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの第１の膜電極接合体との間に形成される空間と、を連通し、前記空間から排出された反応ガスが通る複数の連通路と、
が形成されており、
前記複数の連通路は、前記貫通孔の底よりも鉛直方向上側で、前記貫通孔に接続されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
鉛直方向下側に延びて前記反応ガス通路内の水を受け入れるための複数の溝部を含み、
前記複数の連通路は、前記複数の溝部以外の部位で前記貫通孔に接続されている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
前記複数の連通路に対応して設けられ、鉛直方向下側に延びて前記反応ガス通路内の水を受け入れるための複数の溝部を含み、
前記各連通路は、対応する前記溝部の底よりも鉛直方向上側で、前記対応する溝部に接続されている、燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
前記複数の連通路に対応して設けられると共に、水平方向に沿うように設けられた複数の部分孔を含み、
前記各連通路は、対応する前記部分孔の底よりも鉛直方向上側で、前記対応する部分孔に接続されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記各セパレータは、
前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの前記第１の膜電極接合体側に設けられた第１のプレートと、
前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの第２の膜電極接合体側に設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟まれた第３のプレートと、
を含み、
前記第１のプレートには、前記貫通孔の一部を構成する第１の孔と、前記複数の連通路の前記空間側の部分を構成する複数の第２の孔と、が形成されており、
前記第２のプレートには、前記貫通孔の一部を構成する第３の孔が形成されており、
前記第３のプレートには、前記貫通孔の一部を構成すると共に前記複数の連通路の前記貫通孔側の部分を構成する第４の孔が形成されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記複数のセパレータのうち、前記反応ガス通路の下流側の位置に配置された第１のセパレータの前記貫通孔の底は、前記反応ガス通路の上流側の位置に配置された第２のセパレータの前記貫通孔の底よりも鉛直方向下側に位置する、燃料電池。
【請求項７】
反応流体の供給を受けて発電する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池積層体であって、
互いに異なる反応流体が両面に供給される複数の膜電極接合体と、
前記複数の膜電極接合体の周縁部のうち上方に沿うように設けられ、前記複数の燃料電池セルを貫通して延在すると共に、それぞれの前記膜電極接合体の一の極につき複数の連通路を介して前記一の極と連通するマニホールドと、
を備え、
前記連通路のうち前記マニホールド内での開口端が、前記マニホールドの下面より鉛直上側に位置する
ことを特徴とする燃料電池積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関し、特に、水を排出するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、通常、膜電極接合体を含む発電ユニットとセパレータとが交互に積層された積層構造を有している。燃料電池内部には、積層方向に沿った反応ガス通路（ユニット間反応ガス通路）が設けられている。また、燃料電池内部には、発電ユニット毎に、膜電極接合体とセパレータとの間に、膜電極接合体に反応ガスを供給するための空間（ユニット内反応ガス通路）が設けられている。反応ガスは、供給用のユニット間反応ガス通路とユニット内反応ガス通路とを通って、膜電極接合体に供給され、電気化学反応に利用される。使用済みの反応ガスは、ユニット内反応ガス通路と排出用のユニット間反応ガス通路とを通って、燃料電池から排出される。
【０００３】
ところで、電気化学反応では、水（水蒸気）が生成される。水蒸気の一部は排出用のユニット間反応ガス通路で凝縮する。凝縮した水がユニット内反応ガス通路に侵入すると発電を阻害する虞がある。このため、水を排出する必要がある。
【０００４】
特許文献１では、燃料電池内部で生成された水（生成水）を排出するために、燃料電池の側方に設けられた出口側の酸化ガスマニホールド（ユニット間酸化ガス通路）の下端部を下方に延長させた延長部を設けることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６６２２５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３９９４３号公報
【特許文献３】特開２００６−１４３８６号公報
【特許文献４】特開２００１−１２６７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来では、燃料電池の鉛直方向上側に積層方向に沿った排出用の反応ガス通路（ユニット間反応ガス通路）が設けられている場合の水の排出については充分に考慮されていなかった。このため、上記の場合には、排出用のユニット間反応ガス通路よりも鉛直方向下側に配置された空間（ユニット内反応ガス通路）に水が侵入する虞があった。空間に侵入した水は、発電を阻害させたり、燃料電池に損傷を与える等の種々の問題を発生させ得る。
【０００７】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の鉛直方向上側に設けられた積層方向に沿った排出用の反応ガス通路からセパレータと膜電極接合体との間の空間に水が流入するの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】
【０００８】
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。
【０００９】
［適用例１］  燃料電池であって、
複数の膜電極接合体と、
複数のセパレータと、
を備え、
前記各セパレータは、前記複数の膜電極接合体のうちの隣り合う２つの膜電極接合体の間に配置されており、
前記各セパレータの鉛直方向上側には、
水平方向に沿うように設けられて、前記複数の膜電極接合体と前記複数のセパレータとの積層方向に沿った排出用の反応ガス通路の一部を構成する貫通孔と、
前記貫通孔と、前記各セパレータと前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの第１の膜電極接合体との間に形成される空間と、を連通し、前記空間から排出された反応ガスが通る複数の連通路と、
が形成されており、
前記複数の連通路は、前記貫通孔の底よりも鉛直方向上側で、前記貫通孔に接続されていることを特徴とする燃料電池。
【００１０】
この燃料電池では、セパレータには、貫通孔と、複数の連通路と、が形成されており、各連通路は、貫通孔の底よりも上側で貫通孔に接続されているため、排出用の反応ガス通路内の水が連通路を介して空間に流入するのを抑制することができる。
【００１１】
［適用例２］  適用例１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
鉛直方向下側に延びて前記反応ガス通路内の水を受け入れるための複数の溝部を含み、
前記複数の連通路は、前記複数の溝部以外の部位で前記貫通孔に接続されている、燃料電池。
【００１２】
このように、貫通孔が複数の溝部を含み、複数の連通路が、複数の溝部以外の部位で貫通孔に接続されていれば、排出用の反応ガス通路内の水が連通路を介して空間に流入するのを抑制することができる。
【００１３】
［適用例３］  適用例１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
前記複数の連通路に対応して設けられ、鉛直方向下側に延びて前記反応ガス通路内の水を受け入れるための複数の溝部を含み、
前記各連通路は、対応する前記溝部の底よりも鉛直方向上側で、前記対応する溝部に接続されている、燃料電池。
【００１４】
このように、貫通孔が複数の溝部を含み、各連通路が、対応する溝部の底よりも上側で該対応する溝部に接続されていれば、排出用の反応ガス通路内の水が連通路を介して空間に流入するのを抑制することができる。
【００１５】
［適用例４］  適用例１記載の燃料電池であって、
前記貫通孔は、
前記複数の連通路に対応して設けられると共に、水平方向に沿うように設けられた複数の部分孔を含み、
前記各連通路は、対応する前記部分孔の底よりも鉛直方向上側で、前記対応する部分孔に接続されている、燃料電池。
【００１６】
このように、貫通孔が複数の部分孔を含み、各連通路が、対応する部分孔の底よりも上側で該対応する部分孔に接続されていれば、排出用の反応ガス通路内の水が連通路を介して空間に流入するのを抑制することができる。
【００１７】
［適用例５］  適用例１ないし４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記各セパレータは、
前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの前記第１の膜電極接合体側に設けられた第１のプレートと、
前記隣り合う２つの膜電極接合体のうちの第２の膜電極接合体側に設けられた第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとに挟まれた第３のプレートと、
を含み、
前記第１のプレートには、前記貫通孔の一部を構成する第１の孔と、前記複数の連通路の前記空間側の部分を構成する複数の第２の孔と、が形成されており、
前記第２のプレートには、前記貫通孔の一部を構成する第３の孔が形成されており、
前記第３のプレートには、前記貫通孔の一部を構成すると共に前記複数の連通路の前記貫通孔側の部分を構成する第４の孔が形成されている、燃料電池。
【００１８】
こうすれば、セパレータの貫通孔と複数の連通路とを容易に作製することができる。
【００１９】
［適用例６］  適用例１ないし５のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記複数のセパレータのうち、前記反応ガス通路の下流側の位置に配置された第１のセパレータの前記貫通孔の底は、前記反応ガス通路の上流側の位置に配置された第２のセパレータの前記貫通孔の底よりも鉛直方向下側に位置する、燃料電池。
【００２０】
こうすれば、水を排出用の反応ガス通路の下流側に迅速に排出することができる。
【００２１】
［適用例７］  反応流体の供給を受けて発電する複数の燃料電池セルが積層された燃料電池積層体であって、
互いに異なる反応流体が両面に供給される複数の膜電極接合体と、
前記複数の膜電極接合体の周縁部のうち上方に沿うように設けられ、前記複数の燃料電池セルを貫通して延在すると共に、それぞれの前記膜電極接合体の一の極につき複数の連通路を介して前記一の極と連通するマニホールドと、
を備え、
前記連通路のうち前記マニホールド内での開口端が、前記マニホールドの下面より鉛直上側に位置する
ことを特徴とする燃料電池積層体。
【００２２】
この燃料電池積層体は、マニホールドを備えており、各連通路の開口端は、マニホールドの下面より鉛直上側に位置するため、マニホールド内の水が連通路に逆流するのを抑制することができる。
【００２３】
この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池およびその製造方法、該燃料電池を含む燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載する車両等の移動体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。ただし、実施例に先行して、比較例について説明する。
【００２５】
Ａ．比較例：
Ａ−１．燃料電池スタックの構成：
燃料電池システムは、通常、燃料電池スタック（以下、単に「スタック」とも呼ぶ）と、燃料ガス供給部と、酸化ガス供給部と、冷却液循環部と、各部を制御するコントローラと、を備えている。燃料ガス供給部は、燃料ガス（水素ガス）をスタックに供給する機能を有しており、例えば、水素タンクと減圧弁とを含んでいる。酸化ガス供給部は、酸化ガス（空気）をスタックに供給する機能を有しており、例えば、ブロワを含んでいる。冷却液循環部は、スタック内部で冷却液を循環させる機能を有しており、例えば、循環ポンプと熱交換機とを含んでいる。
【００２６】
なお、以下で説明する各図の上側は、鉛直方向上側を示し、各図の下側は、鉛直方向下側を示す。
【００２７】
図１は、比較例における燃料電池スタック１００の部分断面図である。図示するように、スタック１００は、複数の発電ユニット（単電池）２０が積層された構造を有しており、隣り合う２つの発電ユニット２０間には、セパレータ５０が設けられている。
【００２８】
発電ユニット２０は、膜−電極−ガス拡散層アセンブリ（以下、「ＭＥＧＡ」（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と呼ぶ）２２と、ＭＥＧＡ２２の両側に設けられた多孔質体２４ａ，２４ｃと、ＭＥＧＡ２２の周囲に設けられたガスケット２６と、を含んでいる。
【００２９】
ＭＥＧＡ２２は、電解質膜３０を含んでおり、電解質膜３０の一方の面には、触媒電極層（アノード）３１ａとガス拡散層３２ａとがこの順に形成されており、電解質膜３０の他方の面には、触媒電極層（カソード）３１ｃとガス拡散層３２ｃとがこの順に形成されている。
【００３０】
なお、電解質膜３０としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いることができる。また、触媒電極層３１ａ，３１ｃとしては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。ガス拡散層３２ａ，３２ｃは、カーボンペーパなどのガス透過性および導電性を有する材料で形成されている。
【００３１】
多孔質体２４ａ，２４ｃは、ＭＥＧＡ２２とセパレータ５０との間に配置されている。具体的には、アノード側の多孔質体２４ａは、ガス拡散層３２ａと、ガス拡散層３２ａに対向するセパレータ５０との間に配置されている。カソード側の多孔質体２４ｃは、カソード側のガス拡散層３２ｃと、ガス拡散層３２ｃに対向するセパレータ５０との間に配置されている。アノード側のガス拡散層３２ａと多孔質体２４ａとは、触媒電極層（アノード）３１ａに供給される燃料ガスが通るユニット内燃料ガス通路に設けられている。また、カソード側のガス拡散層３２ｃと多孔質体２４ｃとは、触媒電極層（カソード）３１ｃに供給される酸化ガスが通るユニット内酸化ガス通路に設けられている。なお、ユニット内通路は、図１に示すように、各発電ユニット２０内部において、電解質膜３０と平行に設けられた通路である。
【００３２】
なお、多孔質体２４ａ，２４ｃは、ガス透過性および導電性を有する板状部材であり、例えば、ステンレス鋼等の金属や、カーボンなどを用いて形成される。多孔質体としては、例えば、粉末状、球状あるいは繊維状の微小な金属片を焼結させたものを用いることができる。
【００３３】
ガスケット２６は、ＭＥＧＡ２２と一体的に形成されている。なお、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含む構造体を以下では「ユニットアセンブリ」と呼ぶ。
【００３４】
図２は、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含むユニットアセンブリを示す平面図である。図示するように、ユニットアセンブリは、略矩形の外形形状を有しており、枠状のガスケット２６の内側に、矩形のＭＥＧＡ２２が設けられている。図中、ＭＥＧＡ２２は、ハッチを付して示されている。なお、図２のユニットアセンブリのＡ−Ａ断面が図１に示されている。
【００３５】
ガスケット２６には、ユニット間酸化ガス通路を構成する第１および第２の長孔６１ｇ，６２ｇと、ユニット間燃料ガス通路を構成する第３および第４の長孔６３ｇ，６４ｇと、ユニット間冷却液通路を構成する第５および第６の長孔６５ｇ，６６ｇと、が形成されている。なお、ユニット間通路は、図１に示すように、スタック１００内部を貫通し、複数の発電ユニット２０の積層方向に沿った通路である。
【００３６】
ガスケット２６は、少なくとも図２に示す一点鎖線ＳＬの部分において、発電ユニット２０の両側に配置される２つのセパレータ５０と接触している。具体的には、ガスケット２６は、各長孔６１ｇ〜６６ｇの周囲とＭＥＧＡ２２の周囲とにおいて、２つのセパレータ５０と接触する。スタック１００は、通常、積層方向に押圧されるため、ガスケット２６が一点鎖線ＳＬの部分において２つのセパレータ５０と接触することにより、各ユニット間通路のシール性（気密性）が確保されると共に、各ユニット内通路のシール性が確保される。
【００３７】
なお、ユニットアセンブリは、例えば、射出成形処理によって形成可能である。具体的には、周囲に空間が設けられた金型内にＭＥＧＡ２２を配置し、該金型内の空間に樹脂材料を射出することによって形成される。樹脂材料としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性を有する樹脂材料が用いられる。
【００３８】
なお、本実施例における発電ユニット２０に含まれる電解質膜３０と２つの触媒電極層３１ａ，３１ｃとが、本発明における膜電極接合体に相当する。
【００３９】
セパレータ５０（図１）は、カソード側の多孔質体２４ｃに接するカソード側プレート５２と、アノード側の多孔質体２４ａに接するアノード側プレート５６と、２つのプレート５２，５６に挟まれた中間プレート５４と、を備えている。
【００４０】
図３は、セパレータ５０を構成する各プレート５２，５４，５６の平面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、カソード側プレート５２と、中間プレート５４と、アノード側プレート５６と、を示している。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）の各プレート５２，５４，５６のＡ−Ａ断面が、図１に示されている。
【００４１】
カソード側プレート５２（図３（Ａ））には、ユニット間酸化ガス通路を構成する第１および第２の長孔６１ｃ，６２ｃと、ユニット間燃料ガス通路を構成する第３および第４の長孔６３ｃ，６４ｃと、ユニット間冷却液通路を構成する第５および第６の長孔６５ｃ，６６ｃと、が形成されている。また、カソード側プレート５２には、第１の長孔６１ｃ付近に、ユニット内酸化ガス通路の入口として機能する複数の小孔７１ｃが形成されていると共に、第２の長孔６２ｃ付近に、ユニット内酸化ガス通路の出口として機能する複数の小孔７２ｃが形成されている（図１参照）。
【００４２】
アノード側プレート５６（図３（Ｃ））には、カソード側プレート５２と同様に、第１ないし第６の長孔６１ａ〜６６ａが形成されている。ただし、アノード側プレート５６には、第３の長孔６３ａ付近に、ユニット内燃料ガス通路の入口として機能する複数の小孔７３ａが形成されていると共に、第４の長孔６４ａ付近に、ユニット内燃料ガス通路の出口として機能する複数の小孔７４ａが形成されている。
【００４３】
中間プレート５４（図３（Ｂ））には、ユニット間酸化ガス通路を構成する第１の長孔６１ｍと、ユニット間酸化ガス通路とユニット内酸化ガス通路とを連通する複数の連通孔７１ｍと、が接続された櫛状の第１の孔が形成されている。同様に、中間プレート５４には、第２の長孔６２ｍと複数の連通孔７２ｍとが接続された櫛状の第２の孔が形成されている。また、中間プレート５４には、ユニット間燃料ガス通路を構成する第３の長孔６３ｍと、ユニット間燃料ガス通路とユニット内燃料ガス通路とを連通する複数の連通孔７３ｍと、が接続された櫛状の第３の孔が形成されている。同様に、中間プレート５４には、第４の長孔６４ｍと複数の連通孔７４ｍとが接続された櫛状の第４の孔が形成されている。さらに、中間プレート５４には、ユニット間冷却通路および隣り合う２つの発電ユニット２０間のユニット用冷却液通路を構成する複数の長孔７８が形成されている（図１参照）。
【００４４】
なお、３つのプレート５２，５４，５６は、例えば、ステンレス鋼などの導電性を有する金属製の板材に対して、打ち抜きプレス処理を施すことによって形成される。そして、３つのプレート５２，５４，５６は、例えば拡散接合により接合され、この結果、セパレータ５０が得られる。
【００４５】
図１に示すように、スタック１００に供給された酸化ガスは、中間プレート５４の長孔６１ｍおよび連通孔７１ｍと、カソード側プレート５２の小孔７１ｃと、を通って、多孔質体２４ｃに流入する。なお、酸化ガスは、ガス拡散層３２ｃを介して触媒電極（カソード）３１ｃに到達し、電気化学反応に利用される。多孔質体２４ｃを通過した使用済みの酸化ガスは、カソード側プレート５２の小孔７２ｃと、中間プレート５４の連通孔７２ｍおよび長孔６２ｍを通って、スタック１００から排出される。
【００４６】
同様に、スタック１００に供給された燃料ガスは、中間プレート５４の長孔６３ｍおよび連通孔７３ｍと、アノード側プレート５６の小孔７３ａと、を通って、多孔質体２４ａに流入する。なお、燃料ガスは、ガス拡散層３２ａを介して触媒電極（アノード）３１ａに到達し、電気化学反応に利用される。多孔質体２４ａを通過した使用済みの燃料ガスは、アノード側プレート５６の小孔７４ａと、中間プレート５４の連通孔７４ｍおよび長孔６４ｍを通って、スタック１００から排出される。
【００４７】
また、スタック１００に供給された冷却液は、中間プレート５４の長孔７８を通って、スタック１００から排出される。
【００４８】
図１に示すように、比較例では、複数の発電ユニット２０に酸化ガスを供給するための供給用のユニット間酸化ガス通路は、スタック１００の鉛直方向下側に設けられており、複数の発電ユニット２０からの使用済みの酸化ガスを外部に排出するための排出用のユニット間酸化ガス通路は、スタック１００の鉛直方向上側に設けられている。このように、酸化ガスを鉛直方向下側から上側に向かって流通させることにより、電解質膜３０が乾燥状態となるのを抑制することができる。
【００４９】
具体的には、電気化学反応により、カソード側では、水（生成水）が生成される。生成水は、気体（水蒸気）または液体（水）の状態で存在し、生成水の一部は、電解質膜３０を湿潤させる。生成水は、ユニット内酸化ガス通路を流通する酸化ガスによって、下流側に導かれる。このため、生成水は、ユニット内酸化ガス通路の下流側には、上流側よりも多く存在する。
【００５０】
仮に、酸化ガスを鉛直方向上側から下側に向かって流通させる場合には、換言すれば、供給用のユニット間酸化ガス通路がスタックの鉛直方向上側に設けられ、排出用のユニット間酸化ガス通路がスタックの鉛直方向下側に設けられる場合には、生成水は、重力によって鉛直方向下方、すなわち、ユニット内酸化ガス通路の下流側に向かう。また、生成水は、酸化ガスによってユニット内酸化ガス通路の下流側に運ばれる。このため、ユニット内酸化ガス通路の上流側では、生成水によって電解質膜を湿潤させることが比較的困難となり、電解質膜が乾燥状態となってしまう。
【００５１】
そこで、比較例では、酸化ガスを鉛直方向下側から上側に向かって流通させることによって、重力を利用して、生成水の一部を鉛直方向下方、すなわち、ユニット内酸化ガス通路の上流側に移動させている。これにより、ユニット内酸化ガス通路の上流側において電解質膜３０を湿潤状態とすることができる。
【００５２】
また、電解質膜３０の水分管理の観点から、燃料ガスと酸化ガスとは、対向して流れるのが好ましい。これは、仮に、燃料ガスと酸化ガスとが同じ方向に流れる場合には、電解質膜３０の上流側において過度に水分が少なくなり、下流側において過度に水分が多くなるためである。燃料ガスの流量は、通常、酸化ガスの流量よりも小さく、水素ガスの分子量は、酸素ガスの分子量よりも小さい。このため、仮に、燃料ガスを鉛直方向下側から上側に向かって流通させる場合には、燃料ガスの流れによって、ユニット内燃料ガス通路から水を排出するのが困難となる。そこで、比較例では、燃料ガスが、酸化ガスの流れとほぼ対向して流れると共に、鉛直方向上側から下側に向かって流通するように、設定されている。具体的には、図２，図３から分かるように、燃料ガスは、ＭＥＧＡ２２の鉛直方向上側の第１の端部から鉛直方向下側の第２の端部に向かって、ＭＥＧＡ２２の対角線に沿うように流通する。
【００５３】
Ａ−２．比較例における問題点：
水蒸気（生成水）を含む酸化ガスは、ユニット内酸化ガス通路から排出されて排出用のユニット間酸化ガス通路に流入する。ユニット間酸化ガス通路内部の温度は、通常、ユニット内酸化ガス通路内部の温度よりも低い。これは、排出用のユニット間酸化ガス通路はスタック１００の外側に配置されているためである。したがって、排出用のユニット間酸化ガス通路に流入した水蒸気の一部は、凝縮して水に変化する。しかしながら、比較例のスタック１００では、排出用のユニット間酸化ガス通路内部で凝縮した水を排出することが困難である。
【００５４】
図４は、燃料電池スタック１００内部の生成水を示す説明図である。図示するように、排出用のユニット間酸化ガス通路で凝縮した水（生成水）は、中間プレート５４に設けられた複数の連通孔７２ｍに流れ込む。複数の連通孔７２ｍに流れ込んだ水は、さらに、カソード側プレート５２に設けられた複数の小孔７２ｃを通って、多孔質体２４ｃに侵入する。
【００５５】
凝縮した水は、発電を阻害したり、スタックに損傷を与える等の種々の問題を発生させ得る。具体的には、ユニット内酸化ガス通路内部での酸化ガスの流通や拡散が阻害されて酸化ガスが触媒電極層３１ｃに充分に供給されず、発電ユニット２０による充分な発電が困難となる。また、電解質膜３０がフラッディング状態となり、発電ユニット２０による発電が困難となる。さらに、酸化ガス通路内部で水が凍結することによって、スタックの次回の発電を円滑に開始することが困難となったり、スタックに損傷を与えたりする。
【００５６】
そこで、実施例では、排出用のユニット間酸化ガス通路で凝縮した水がユニット内酸化ガス通路に流入しないように工夫している。
【００５７】
Ｂ．第１実施例：
図５，図６は、第１実施例における燃料電池スタック１００Ｂの部分断面図であり、図１に対応する。燃料電池スタック１００Ｂは、比較例の燃料電池スタック１００と同様であるが、発電ユニット２０Ｂのガスケット２６Ｂの形状と、セパレータ５０Ｂの各プレート５２Ｂ，５４Ｂ，５６Ｂの形状と、が変更されている。
【００５８】
図７は、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｂとを含むユニットアセンブリを示す平面図であり、図２に対応する。なお、図７のユニットアセンブリのＡ−Ａ断面が図５に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図６に示されている。
【００５９】
ガスケット２６Ｂは、比較例（図２）のガスケット２６と同様であるが、ガスケット２６Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、長孔６２ｇに代えて、櫛状の孔６２Ｂｇが形成されている。櫛状の孔６２Ｂｇは、比較例と同様の長孔部６７ｇと、該長孔部６７ｇの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８ｇと、を含む。なお、本実施例のガスケット２６Ｂは、櫛状の孔６２ｇの周囲において、両側に配置される２つのセパレータ５０Ｂと接触する。
【００６０】
図８は、セパレータ５０Ｂを構成する各プレート５２Ｂ，５４Ｂ，５６Ｂの平面図であり、図３に対応する。なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）の各プレート５２Ｂ，５４Ｂ，５６ＢのＡ−Ａ断面が図５に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図６に示されている。
【００６１】
カソード側プレート５２Ｂ（図８（Ａ））は、比較例（図３（Ａ））のカソード側プレート５２と同様であるが、カソード側プレート５２Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、長孔６２ｃに代えて、櫛状の孔６２Ｂｃが形成されている。櫛状の孔６２Ｂｃは、比較例と同様の長孔部６７ｃと、該長孔部６７ｃの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８ｃと、を含む。また、カソード側プレート５２Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、比較的多数の小孔７２ｃ（図３（Ａ）では１４個）に代えて、比較的少数の小孔７２Ｂｃ（図８（Ａ）では７個）が形成されている。なお、小孔７２Ｂｃの数は、溝部６８ｃの数と等しい。
【００６２】
アノード側プレート５６Ｂ（図８（Ｃ））は、比較例（図３（Ｃ））のアノード側プレート５６と同様であるが、アノード側プレート５６Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、長孔６２ａに代えて、櫛状の孔６２Ｂａが形成されている。櫛状の孔６２Ｂａは、比較例と同様の長孔部６７ａと、該長孔部６７ａの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８ａと、を含む。
【００６３】
中間プレート５４Ｂ（図８（Ｂ））は、比較例（図３（Ｂ））の中間プレート５４と同様であるが、中間プレート５４Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、図３（Ｂ）の長孔６２ｍと複数の連通孔７２ｍとが接続された櫛状の孔に代えて、櫛状の孔６２Ｂｍと複数の連通孔７２Ｂｍとが接続された孔が形成されている。櫛状の孔６２Ｂｍは、比較例と同様の長孔部６７ｍと、該長孔部６７ｍの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８ｍと、を含む。各連通孔７２Ｂｍは、Ｌ字状に形成されている。なお、連通孔７２Ｂｍの数（図８（Ｂ）では７個）は、比較例の連通孔７２ｍの数（図３（Ｂ）では１４個）よりも少なく、溝部６８ｍの数と等しく設定されている。
【００６４】
図３（Ｂ）と図８（Ｂ）とを比較して分かるように、比較例では、直線状の各連通孔７２ｍは、長孔６２ｍの底部に接続されているが、本実施例では、Ｌ字状の各連通孔７２Ｂｍは、櫛状の孔６２Ｂｍの対応する溝部６８ｍに接続されている。各連通孔７２Ｂｍは、対応する溝部６８ｍの底よりも鉛直方向上側において、より具体的には、対応する溝部６８ｍの深さのほぼ中間の位置で、対応する溝部６８ｍに接続されている。
【００６５】
図５，図６に示すように、鉛直方向下側に設けられた供給用のユニット間酸化ガス通路は、比較例と同様に、各ガスケット２６Ｂの長孔６１ｇと各セパレータ５０Ｂの長孔６１ｃ，６１ｍ，６１ａとで構成されている。一方、鉛直方向上側に設けられた排出用のユニット間酸化ガス通路は、比較例と異なり、各ガスケット２６Ｂの櫛状の孔６２Ｂｇと各セパレータ５０Ｂの櫛状の孔６２Ｂｃ，６２Ｂｍ，６２Ｂａとで構成されている。
【００６６】
スタック１００の外部から供給用のユニット間酸化ガス通路に供給された酸化ガスは、中間プレート５４Ｂの長孔６１ｍおよび複数の連通孔７１ｍと、カソード側プレート５２Ｂの複数の小孔７１ｃと、を通って、多孔質体２４ｃに流入する。多孔質体２４ｃを通過した使用済みの酸化ガスは、カソード側プレート５２Ｂの複数の小孔７２Ｂｃと、中間プレート５４Ｂの複数のＬ字状の連通孔７２Ｂｍと櫛状の孔６２Ｂｍを通って、排出用のユニット間酸化ガス通路に至り、その後、スタック１００の外部に排出される。
【００６７】
排出用のユニット間酸化ガス通路に流入した酸化ガス中の水蒸気（生成水）の一部は、該通路内で凝縮し、水に変化する。そして、水（生成水）は、図６に示すように、複数の溝部６８ｇ，６８ｃ，６８ｍ，６８ａで構成される複数の溝通路に流入する。複数の溝通路の底部に受け入れられた水は、使用済みの酸化ガスの流れに伴って、スタック１００の外部に排出される。なお、この説明から分かるように、複数の溝部６８ｇ，６８ｃ，６８ｍ，６８ａは、使用済みの酸化ガスが通る通路として機能すると共に、水（生成水）を排出するための排出通路として機能する。
【００６８】
複数の溝通路の底部に受け入れられた水は、図６に示すように、溝部６８ｍと連通孔７２Ｂｍとの接続位置ＣＮよりも鉛直方向下方に存在する。このため、水は、連通孔７２Ｂｍと小孔７２Ｂｃとを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入せずに済む。
【００６９】
以上説明したように、本実施例では、セパレータ５０Ｂには、複数の溝部６８ｃ，６８ｍ，６８ａを含む櫛状の孔６２Ｂｃ，６２Ｂｍ，６２Ｂａと、複数のＬ字状の連通孔７２Ｂｍおよび複数の小孔７２Ｂｃと、が形成されている。そして、各連通孔７２Ｂｍは、対応する溝部６８ｍの底よりも鉛直方向上側で、該対応する溝部６８ｍに接続されている。このため、排出用のユニット間酸化ガス通路で凝縮した水が複数の連通孔７２Ｂｍおよび複数の小孔７２Ｂｃを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入するのを抑制することができ、この結果、発電の阻害やスタックの損傷を抑制することができる。
【００７０】
なお、以上の説明から分かるように、本実施例におけるセパレータ５０Ｂの３つのプレートに形成された櫛状の孔６２Ｂｃ，６２Ｂｍ，６２Ｂａが、本発明における貫通孔に相当する。また、中間プレート５４Ｂに形成された複数のＬ字状の連通孔７２Ｂｍとカソード側プレート５２Ｂに形成された複数の小孔７２Ｂｃとで構成される複数の小通路が、本発明における複数の連通路に相当する。そして、排出用のユニット間酸化ガス通路が本発明における反応ガス通路に相当し、ユニット内酸化ガス通路が本発明における空間に相当する。
【００７１】
また、本実施例におけるカソード側プレート５２Ｂとアノード側プレート５６Ｂとが本発明における第１のプレートと第２のプレートに相当し、中間プレート５４Ｂが本発明における第３のプレートに相当する。そして、カソード側プレート５２Ｂに形成された櫛状の孔６２Ｂｃが本発明における第１の孔に相当し、複数の小孔７２Ｂｃが本発明における複数の第２の孔に相当する。また、アノード側プレート５６Ｂに形成された櫛状の孔６２Ｂａが本発明における第３の孔に相当する。さらに、中間プレート５４Ｂに形成された櫛状の孔６２Ｂｍと複数の連通孔７２Ｂｍとが接続された孔が本発明における第４の孔に相当する。
【００７２】
Ｃ．第２実施例：
図９は、第２実施例における燃料電池スタック１００Ｃの部分断面図であり、図６に対応する。第１実施例では、図６に示すように、複数の溝通路は、積層方向に渡って一定の深さに設定されているが、本実施例では、図９に示すように、複数の溝通路は、排出用のユニット間酸化ガス通路の下流側に向かって、すなわち、スタック１００Ｃの酸化ガス排出口（図示せず）に向かって、次第に深く設定されている。
【００７３】
具体的には、ユニット間酸化ガス通路の下流側の位置に配置された第１組の発電ユニット２０Ｃ1およびセパレータ５０Ｃ1では、ガスケット２６Ｃ1に形成された溝部６８ｇ1の深さと、各プレート５２Ｃ1，５４Ｃ1，５６Ｃ1に形成された溝部６８ｃ1，６８ｍ1，６８ａ1の深さとは、Ｄ１に設定されている。また、ユニット間酸化ガス通路の上流側の位置に配置された第２組の発電ユニット２０Ｃ2およびセパレータ５０Ｃ2では、ガスケット２６Ｃ2に形成された溝部６８ｇ2の深さと、各プレート５２Ｃ2，５４Ｃ2，５６Ｃ2に形成された溝部６８ｃ2，６８ｍ2，６８ａ2の深さとは、Ｄ２に設定されている。そして、下流側の溝部の深さＤ１は、上流側の溝部の深さＤ２よりも大きく設定されている。
【００７４】
本実施例の構成を採用すれば、複数の溝通路に流入した水（生成水）を、ユニット間酸化ガス通路の下流側に向かって、迅速に排出することができる。
【００７５】
なお、図９では、特定の１組の発電ユニットおよびセパレータの溝部の深さは一定であるが、異なっていてもよい。例えば、ガスケットの溝部の深さと、セパレータの溝部の深さと、が互いに異なっていてもよいし、セパレータを構成する３つのプレートの３つの溝部の深さが、互いに異なっていてもよい。また、図９では、各組の発電ユニットおよびセパレータの溝の深さは互いに異なっているが、これに代えて、連続する２以上の組の発電ユニットおよびセパレータの溝の深さは互いに同じであってもよい。一般には、ユニット間酸化ガス通路の下流側の位置に配置された第１のセパレータの複数の溝部は、該通路の上流側の位置に配置された第２のセパレータの複数の溝部よりも深く設定されていればよい。換言すれば、第１のセパレータの複数の溝部の底は、第２のセパレータの複数の溝部の底よりも鉛直方向下側に位置すればよい。
【００７６】
Ｄ．第３実施例：
図１０，図１１は、第３実施例における燃料電池スタック１００Ｄの部分断面図である。燃料電池スタック１００Ｄは、第１実施例（図５，図６）の燃料電池スタック１００Ｂと同様であるが、発電ユニット２０Ｄのガスケット２６Ｄの形状と、セパレータ５０Ｄの各プレート５２Ｄ，５４Ｄ，５６Ｄの形状と、が変更されている。
【００７７】
図１２は、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｄとを含むユニットアセンブリを示す平面図である。なお、図１２のユニットアセンブリのＡ−Ａ断面が図１０に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図１１に示されている。
【００７８】
ガスケット２６Ｄは、第１実施例（図７）のガスケット２６Ｂと同様であり、ガスケット２６Ｄの鉛直方向上側の辺付近には、櫛状の孔６２Ｄｇが形成されている。櫛状の孔６２Ｄｇは、長孔部６７Ｄｇと、該長孔部６７Ｄｇの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８Ｄｇと、を含む。
【００７９】
図１３は、セパレータ５０Ｄを構成する各プレート５２Ｄ，５４Ｄ，５６Ｄの平面図である。なお、図１３（Ａ）〜（Ｃ）の各プレート５２Ｄ，５４Ｄ，５６ＤのＡ−Ａ断面が図１０に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図１１に示されている。
【００８０】
カソード側プレート５２Ｄ（図１３（Ａ））は、第１実施例（図８（Ａ））のカソード側プレート５２Ｂと同様であり、カソード側プレート５２Ｄの鉛直方向上側の辺付近には、櫛状の孔６２Ｄｃが形成されている。櫛状の孔６２Ｄｃは、長孔部６７Ｄｃと、該長孔部６７Ｄｃの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８Ｄｃと、を含む。また、カソード側プレート５２Ｄの鉛直方向上側の辺付近には、複数の小孔７２Ｄｃが形成されている。なお、小孔７２Ｄｃは隣り合う２つの溝部６８Ｄｃの間に設けられており、小孔７２Ｄｃの数は溝部６８Ｄｃの数よりも１だけ少ない。
【００８１】
アノード側プレート５６Ｄ（図１３（Ｃ））は、第１実施例（図８（Ｃ））のアノード側プレート５６Ｂと同様であり、アノード側プレート５６Ｄの鉛直方向上側の辺付近には、櫛状の孔６２Ｄａが形成されている。櫛状の孔６２Ｄａは、長孔部６７Ｄａと、該長孔部６７ａの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８Ｄａと、を含む。
【００８２】
中間プレート５４Ｄ（図１３（Ｂ））は、第１実施例（図８（Ｂ））の中間プレート５４Ｂと同様であり、中間プレート５４Ｂの鉛直方向上側の辺付近には、櫛状の孔６２Ｄｍと複数の連通孔７２Ｄｍとが接続された孔が形成されている。櫛状の孔６２Ｄｍは、長孔部６７Ｄｍと、該長孔部６７Ｄｍの底部から鉛直方向下側に延びる複数の溝部６８Ｄｍと、を含む。各連通孔７２Ｄｍは、直線状に形成されている。なお、連通孔７２Ｄｍは隣り合う２つの溝部６８Ｄｍの間に設けられており、連通孔７２Ｄｍの数は溝部６８Ｄｍの数よりも１だけ少ない。
【００８３】
図８（Ｂ）と図１３（Ｂ）とを比較して分かるように、第１実施例では、Ｌ字状の各連通孔７２Ｂｍは、櫛状の孔６２Ｂｍのうちの対応する溝部６８ｍに接続されているが、本実施例では、直線状の各連通孔７２Ｄｍは、櫛状の孔６２Ｄｍのうちの長孔部６７Ｄｍに接続されている。複数の連通孔７２Ｄｍは、複数の溝部６８Ｄｍよりも鉛直方向上側において、より具体的には、長孔部６７Ｄｍの底部で、櫛状の孔６２Ｄｍに接続されている。
【００８４】
図１０，図１１に示すように、鉛直方向下側に設けられた供給用のユニット間酸化ガス通路は、各ガスケット２６Ｄの長孔６１ｇと各セパレータ５０Ｄの長孔６１ｃ，６１ｍ，６１ａとで構成されている。また、鉛直方向上側に設けられた排出用のユニット間酸化ガス通路は、各ガスケット２６Ｄの櫛状の孔６２Ｄｇと各セパレータ５０Ｄの櫛状の孔６２Ｄｃ，６２Ｄｍ，６２Ｄａとで構成されている。
【００８５】
スタック１００の外部から供給用のユニット間酸化ガス通路に供給された酸化ガスは、中間プレート５４Ｄの長孔６１ｍおよび複数の連通孔７１ｍと、カソード側プレート５２Ｄの複数の小孔７１ｃと、を通って、多孔質体２４ｃに流入する。多孔質体２４ｃを通過した使用済みの酸化ガスは、カソード側プレート５２Ｄの複数の小孔７２Ｄｃと、中間プレート５４Ｄの複数の直線状の連通孔７２Ｄｍおよび櫛状の孔６２Ｄｍと、を通って、排出用のユニット間酸化ガス通路に至り、その後、スタック１００の外部に排出される。
【００８６】
排出用のユニット間酸化ガス通路に流入した酸化ガス中の水蒸気（生成水）の一部は、該通路内で凝縮し、水に変化する。水（生成水）は、図１１に示すように、複数の溝部６８Ｄｇ，６８Ｄｃ，６８Ｄｍ，６８Ｄａで構成される複数の溝通路に受け入れられる。複数の溝通路の底部の水は、長孔部６７Ｄｍと連通孔７２Ｄｍとの接続位置よりも鉛直方向下方に存在する。このため、水は、連通孔７２Ｄｍと小孔７２Ｄｃとを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入せずに済む。
【００８７】
以上説明したように、本実施例では、セパレータ５０Ｄには、複数の溝部６８Ｄｃ，６８Ｄｍ，６８Ｄａを含む櫛状の孔６２Ｄｃ，６２Ｄｍ，６２Ｄａと、複数の直線状の連通孔７２Ｄｍおよび複数の小孔７２Ｄｃと、が形成されている。そして、各連通孔７２Ｄｍは、溝部６８Ｄｍ以外の部位で、より具体的には、長孔部６７Ｄｍの底部で、櫛状の孔６２Ｄｍに接続されている。このため、排出用のユニット間酸化ガス通路で凝縮した水が複数の連通孔７２Ｄｍおよび複数の小孔７２Ｄｃを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入するのを抑制することができ、この結果、発電の阻害やスタックの損傷を抑制することができる。
【００８８】
なお、以上の説明から分かるように、本実施例におけるセパレータ５０Ｄの３つのプレートに形成された櫛状の孔６２Ｄｃ，６２Ｄｍ，６２Ｄａが、本発明における貫通孔に相当する。また、中間プレート５４Ｄに形成された複数の直線状の連通孔７２Ｄｍとカソード側プレート５２Ｄに形成された複数の小孔７２Ｄｃとで構成される複数の小通路が、本発明における複数の連通路に相当する。
【００８９】
また、本実施例におけるカソード側プレート５２Ｄとアノード側プレート５６Ｄとが本発明における第１のプレートと第２のプレートに相当し、中間プレート５４Ｄが本発明における第３のプレートに相当する。そして、カソード側プレート５２Ｄに形成された櫛状の孔６２Ｄｃが本発明における第１の孔に相当し、複数の小孔７２Ｄｃが本発明における複数の第２の孔に相当する。また、アノード側プレート５６Ｄに形成された櫛状の孔６２Ｄａが本発明における第３の孔に相当する。さらに、中間プレート５４Ｄに形成された櫛状の孔６２Ｄｍと複数の連通孔７２Ｄｍとが接続された孔が本発明における第４の孔に相当する。
【００９０】
なお、本実施例を採用する場合にも、第２実施例で説明したように、排出用のユニット間酸化ガス通路の下流側の位置に配置された第１のセパレータの複数の溝部の底が、該通路の上流側の位置に配置された第２のセパレータの複数の溝部の底よりも鉛直方向下側に位置するようにしてもよい。
【００９１】
Ｅ．第４実施例：
図１４，図１５は、第４実施例における燃料電池スタック１００Ｅの部分断面図である。燃料電池スタック１００Ｅは、第１実施例（図５，図６）の燃料電池スタック１００Ｂと同様であるが、発電ユニット２０Ｅのガスケット２６Ｅの形状と、セパレータ５０Ｅの各プレート５２Ｅ，５４Ｅ，５６Ｅの形状と、が変更されている。
【００９２】
図１６は、ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｅとを含むユニットアセンブリを示す平面図である。なお、図１６のユニットアセンブリのＡ−Ａ断面が図１４に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図１５に示されている。
【００９３】
ガスケット２６Ｅは、第１実施例（図７）のガスケット２６Ｂと同様であるが、ガスケット２６Ｅの鉛直方向上側の辺付近には、排出用のユニット間酸化ガス通路を構成する略矩形の複数の孔（以下「部分孔」と呼ぶ）６２Ｅｇが形成されている。
【００９４】
図１７は、セパレータ５０Ｅを構成する各プレート５２Ｅ，５４Ｅ，５６Ｅの平面図である。なお、図１７（Ａ）〜（Ｃ）の各プレート５２Ｅ，５４Ｅ，５６ＥのＡ−Ａ断面が図１４に示されており、Ｂ−Ｂ断面が図１５に示されている。
【００９５】
カソード側プレート５２Ｅ（図１７（Ａ））は、第１実施例（図８（Ａ））のカソード側プレート５２Ｂと同様であるが、カソード側プレート５２Ｅの鉛直方向上側の辺付近には、排出用のユニット間酸化ガス通路を構成する複数の部分孔６２Ｅｃが形成されている。また、カソード側プレート５２Ｅの鉛直方向上側の辺付近には、複数の小孔７２Ｅｃが形成されている。なお、小孔７２Ｅｃは隣り合う２つの部分孔６２Ｅｃの間に設けられており、小孔７２Ｅｃの数は部分孔６２Ｅｃの数よりも１だけ少ない。
【００９６】
アノード側プレート５６Ｅ（図１７（Ｃ））は、第１実施例（図８（Ｃ））のアノード側プレート５６Ｂと同様であるが、アノード側プレート５６Ｄの鉛直方向上側の辺付近には、排出用のユニット間酸化ガス通路を構成する複数の部分孔６２Ｅａが形成されている。
【００９７】
中間プレート５４Ｅ（図１７（Ｂ））は、第１実施例（図８（Ｂ））の中間プレート５４Ｂと同様であるが、中間プレート５４Ｅの鉛直方向上側の辺付近には、排出用のユニット間酸化ガス通路を構成する複数の部分孔６２Ｅｍと、複数の連通孔７２Ｅｍと、が接続された孔が形成されている。各連通孔７２Ｅｍは、Ｔ字状に形成されている。なお、連通孔７２Ｅｍは隣り合う２つの部分孔６２Ｅｍの間に設けられており、連通孔７２Ｅｍの数は部分孔６２Ｅｍの数よりも１だけ少ない。
【００９８】
図８（Ｂ）と図１７（Ｂ）とを比較して分かるように、第１実施例では、Ｌ字状の各連通孔７２Ｂｍは、櫛状の孔６２Ｂｍのうちの対応する溝部６８ｍに接続されているが、本実施例では、Ｔ字状の各連通孔７２Ｅｍは、対応する２つの部分孔６２Ｅｍに接続されている。各連通孔７２Ｂｍは、対応する２つの部分孔６２Ｅｍの底部よりも鉛直方向上側において、より具体的には、２つの部分孔６２Ｅｍの向かい合う２つの側辺の上端側で、対応する２つの部分孔６２Ｅｍに接続されている。
【００９９】
図１４，図１５に示すように、鉛直方向下側に設けられた供給用のユニット間酸化ガス通路は、各ガスケット２６Ｅの長孔６１ｇと各セパレータ５０Ｅの長孔６１ｃ，６１ｍ，６１ａとで構成されている。また、鉛直方向上側に設けられた排出用のユニット間酸化ガス通路は、複数の部分通路を含み、複数の部分通路は、各ガスケット２６Ｅの複数の部分孔６２Ｅｇと各セパレータ５０Ｅの複数の部分孔６２Ｅｃ，６２Ｅｍ，６２Ｅａとで構成されている。
【０１００】
スタック１００の外部から供給用のユニット間酸化ガス通路に供給された酸化ガスは、中間プレート５４Ｅの長孔６１ｍおよび複数の連通孔７１ｍと、カソード側プレート５２Ｅの複数の小孔７１ｃと、を通って、多孔質体２４ｃに流入する。多孔質体２４ｃを通過した使用済みの酸化ガスは、カソード側プレート５２Ｅの複数の小孔７２Ｅｃと、中間プレート５４Ｅの複数のＴ字状の連通孔７２Ｅｍおよび複数の部分孔６２Ｅｍと、を通って、排出用のユニット間酸化ガス通路に至り、その後、スタック１００の外部に排出される。
【０１０１】
排出用のユニット間酸化ガス通路に流入した酸化ガス中の水蒸気（生成水）の一部は、該通路内で凝縮し、水に変化する。水（生成水）は、図１５に示すように、複数の部分孔６２Ｅｇ，６２Ｅｃ，６２Ｅｍ，６２Ｅａで構成される複数の部分通路の底部に受け入れられる。複数の部分通路の底部の水は、図１５に示すように、部分孔６２Ｅｍと連通孔７２Ｅｍとの接続位置ＣＮよりも鉛直方向下方に存在する。このため、水は、連通孔７２Ｅｍと小孔７２Ｅｃとを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入せずに済む。
【０１０２】
以上説明したように、本実施例では、セパレータ５０Ｅには、複数の部分孔６２Ｅｃ，６２Ｅｍ，６２Ｅａと、複数のＴ字状の連通孔７２Ｅｍおよび複数の小孔７２Ｅｃと、が形成されている。そして、各連通孔７２Ｅｍは、対応する２つの部分孔６２Ｅｍの底部よりも鉛直方向上側で、対応する２つの部分孔６２Ｅｍに接続されている。このため、排出用のユニット間酸化ガス通路で凝縮した水が複数の連通孔７２Ｅｍおよび複数の小孔７２Ｅｃを介して、ユニット内酸化ガス通路に流入するのを抑制することができ、この結果、発電の阻害やスタックの損傷を抑制することができる。
【０１０３】
なお、以上の説明から分かるように、本実施例におけるセパレータ５０Ｅの３つのプレートに形成された複数の部分孔６２Ｅｃ，６２Ｅｍ，６２Ｅａが、本発明における貫通孔に相当する。また、中間プレート５４Ｅに形成された複数のＴ字状の連通孔７２Ｅｍとカソード側プレート５２Ｄに形成された複数の小孔７２Ｅｃとで構成される複数の小通路が、本発明における複数の連通路に相当する。
【０１０４】
また、本実施例におけるカソード側プレート５２Ｅとアノード側プレート５６Ｅとが本発明における第１のプレートと第２のプレートに相当し、中間プレート５４Ｅが本発明における第３のプレートに相当する。そして、カソード側プレート５２Ｅに形成された部分孔６２Ｅｃが本発明における第１の孔に相当し、複数の小孔７２Ｅｃが本発明における複数の第２の孔に相当する。また、アノード側プレート５６Ｅに形成された部分孔６２Ｅａが本発明における第３の孔に相当する。さらに、中間プレート５４Ｄに形成された複数の部分孔６２Ｅｍと複数の連通孔７２Ｅｍとが接続された孔が本発明における第４の孔に相当する。
【０１０５】
特に、本実施例では、排出用のユニット間酸化ガス通路は、複数の部分通路で構成されており、隣り合う２つの部分通路間の部位、すなわち、隣り合う２つの部分孔間の部位は、梁部として機能する。このため、本実施例では、第１ないし第３実施例と比較して、セパレータ５０Ｅの強度を向上させることができる。そして、セパレータ５０Ｅの梁部に連通孔７２Ｅｍが形成されており、梁部において、連通孔７２Ｅｍが部分孔６２Ｅｃに接続されている。このため、本実施例では、梁部を有効に利用することができると共に、第１ないし第３実施例のように、溝部を設けずに済むという利点がある。また、部分孔６２Ｅｍと連通孔７２Ｅｍとの接続位置ＣＮを、部分孔６２Ｅｍの底部よりも鉛直方向上側に容易に配置することができるという利点がある。
【０１０６】
なお、本実施例を採用する場合にも、第２実施例で説明したように、排出用のユニット間酸化ガス通路の下流側の位置に配置された第１のセパレータの複数の部分孔の底が、該通路の上流側の位置に配置された第２のセパレータの複数の部分孔の底よりも鉛直方向下側に位置するようにしてもよい。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（１）上記実施例では、ＭＥＧＡ２２は、矩形形状を有しており、ＭＥＧＡ２２の鉛直方向に沿う辺は、水平方向に沿う辺よりも長く設定されている。しかしながら、これに代えて、ＭＥＧＡ２２の鉛直方向に沿う辺が、水平方向に沿う辺よりも短く設定されていてもよい。こうすれば、セル内酸化ガス通路の長さが比較的短く設定されるため、酸化ガスの圧力損失を低減することができるという利点がある。
【０１０９】
（２）上記実施例では、燃料電池の鉛直方向上側に排出用のユニット間酸化ガス通路が設けられているが、これに代えて、または、これと共に、燃料電池の鉛直方向上側に排出用のユニット間燃料ガス通路が設けられていてもよい。カソード側で生成された水（生成水）の一部は電解質膜を介してアノード側に到達し得る。したがって、燃料電池の鉛直方向上側に排出用のユニット間燃料ガス通路が設けられている場合には、ユニット間燃料ガス通路付近に本発明が適用されてもよい。
【０１１０】
一般には、セパレータの鉛直方向上側には、セパレータの鉛直方向上側の辺に沿うように、換言すれば、水平方向に沿うように、排出用の反応ガス通路の一部を構成する貫通孔が形成されていればよい。
【０１１１】
（３）第１実施例では、発電ユニット２０Ｂおよびセパレータ５０Ｂに設けられた溝部６８ｇ，６８ｃ，６８ｍ，６８ａは、ガスケット２６Ｂおよび各プレート５２Ｂ，５４Ｂ，５６Ｂの鉛直方向上側の辺に対して垂直に延びているが、これに代えて、該上側の辺に対して斜めに延びていてもよい。第３実施例についても同様である。
【０１１２】
また、第１および第３実施例では、セパレータの貫通孔は、１つの長孔部を含んでいるが、複数の部分孔を含んでいてもよい。こうすれば、部分孔間の梁部により、セパレータの強度を向上させることができるという利点がある。
【０１１３】
一般には、貫通孔は、鉛直方向下側に延びる複数の溝部を含んでいればよい。
【０１１４】
（４）第１実施例では、中間プレートに設けられた連通孔７２Ｂｍは、Ｌ字状の形状を有しているが、これに代えて、他の形状を有していてもよい。例えば、連通孔７２Ｂｍは、折れ線状の屈曲部分に代えて、曲線状の屈曲部分を有していてもよい。また、連通孔７２Ｂｍは、Ｔ字状の形状を有していてもよい。この場合には、Ｔ字状の連通孔は、隣り合う２つの溝部６８ｍに接続されればよい。
【０１１５】
また、第１実施例では、中間プレートに設けられた連通孔７２Ｂｍは、溝部６８ｍとの接続点付近において、中間プレートの鉛直方向上側の辺に対して平行に延びているが、これに代えて、該上側の辺に対して斜めに延びていてもよい。ただし、凝縮した水が連通孔７２Ｂｍに流入するのを防止するために、連通孔７２Ｂｍは、溝部６８ｍとの接続点付近において、溝部６８ｍに向かって斜め下方に延びていることが好ましい。
【０１１６】
一般には、連通路は、対応する溝部の底よりも鉛直方向上側で、対応する溝部に接続されていればよい。
【０１１７】
（５）第３実施例では、中間プレートに設けられた連通孔７２Ｄｍは、直線状の形状を有しているが、これに代えて、他の形状を有していてもよい。例えば、連通孔７２Ｄｍは、折れ線状または曲線状の屈曲部分を含んでいてもよい。一般には、複数の連通路は、複数の溝部以外の部位で貫通孔に接続されていればよい。
【０１１８】
（６）第４実施例では、中間プレートに設けられた連通孔７２Ｅｍは、Ｔ字状の形状を有しているが、これに代えて、他の形状を有していてもよい。例えば、連通孔７２Ｅｍは、折れ線状の屈曲部分に代えて、曲線状の屈曲部分を有していてもよい。また、連通孔７２Ｅｍは、Ｌ字状の形状を有していてもよい。この場合には、Ｌ字状の連通孔は、隣り合う２つの部分孔６２Ｅｍのうちの一方に接続されればよい。
【０１１９】
また、第４実施例では、中間プレートに設けられた連通孔７２Ｅｍは、部分孔６２Ｅｍとの接続点付近において、中間プレートの鉛直方向上側の辺に対して平行に延びているが、これに代えて、該上側の辺に対して斜めに延びていてもよい。
【０１２０】
一般には、各連通路は、対応する部分孔の底よりも鉛直方向上側で、対応する部分孔に接続されていればよい。
【０１２１】
（７）上記のように、セパレータの複数の連通路は、種々の態様で形成可能である。一般には、複数の連通路は、貫通孔の底よりも鉛直方向上側で、貫通孔に接続されていればよい。
【０１２２】
（８）上記実施例では、セパレータは、３つのプレートで構成されているが、これに代えて、より少数のプレート（すなわち１つまたは２つのプレート）で構成されていてもよいし、より多数のプレート（すなわち４つ以上のプレート）で構成されていてもよい。例えば、第１実施例において、中間プレートに形成された各孔７１ｍ，７２Ｂｍ，７３ｍ，７４ｍ，７８に対応する凹部を、アノード側プレートとカソード側プレートとの少なくとも一方に形成すれば、中間プレートを省略して、セパレータを２つのプレートで構成可能である。ただし、上記実施例のように、セパレータが３つのプレートを含んでいれば、孔を形成するだけで済むため、セパレータの貫通孔と複数の連通路とを容易に作製することができるという利点がある。
【０１２３】
（９）上記実施例では、セパレータの形状に注目して、本発明を説明した。マニホールドに注目すれば、以下のように換言可能である。すなわち、燃料電池積層体は、互いに異なる反応ガスが両面に供給される複数の膜電極接合体と、複数の膜電極接合体の周縁部のうちの上方に沿うように設けられたマニホールドと、を備えている。マニホールドは、複数の燃料電池セルを貫通して延在すると共に、それぞれの膜電極接合体の一の極につき複数の連通路を介して一の極と連通する。そして、連通路のマニホールド内での開口端は、マニホールドの下面より鉛直上側に位置している。
【０１２４】
ここで、マニホールドは、上記実施例におけるユニット間酸化ガス通路と連通路とに相当する。また、連通孔の開口端は、上記実施例におけるユニット間酸化ガス通路と連通路との接続部分に相当する。
【０１２５】
上記の構成を採用すれば、具体的には、各連通路の開口端の下端がマニホールドの下面より鉛直上側に位置すれば、仮に、マニホールド自体が水の流れ方向下流側に向かって下向きに傾斜している場合でも、マニホールド内の水が連通路に逆流するするのを抑制することができる。
【０１２６】
（１０）上記実施例では、固体高分子型の燃料電池スタックが利用されているが、他のタイプの燃料電池スタックが利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】比較例における燃料電池スタック１００の部分断面図である。
【図２】ＭＥＧＡ２２とガスケット２６とを含むユニットアセンブリを示す平面図である。
【図３】セパレータ５０を構成する各プレート５２，５４，５６の平面図である。
【図４】燃料電池スタック１００内部の生成水を示す説明図である。
【図５】第１実施例における燃料電池スタック１００Ｂの部分断面図である。
【図６】第１実施例における燃料電池スタック１００Ｂの部分断面図である。
【図７】ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｂとを含むユニットアセンブリを示す平面図である。
【図８】セパレータ５０Ｂを構成する各プレート５２Ｂ，５４Ｂ，５６Ｂの平面図である。
【図９】第２実施例における燃料電池スタック１００Ｃの部分断面図である。
【図１０】第３実施例における燃料電池スタック１００Ｄの部分断面図である。
【図１１】第３実施例における燃料電池スタック１００Ｄの部分断面図である。
【図１２】ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｄとを含むユニットアセンブリを示す平面図である。
【図１３】セパレータ５０Ｄを構成する各プレート５２Ｄ，５４Ｄ，５６Ｄの平面図である。
【図１４】第４実施例における燃料電池スタック１００Ｅの部分断面図である。
【図１５】第４実施例における燃料電池スタック１００Ｅの部分断面図である。
【図１６】ＭＥＧＡ２２とガスケット２６Ｅとを含むユニットアセンブリを示す平面図である。
【図１７】セパレータ５０Ｅを構成する各プレート５２Ｅ，５４Ｅ，５６Ｅの平面図である。
【符号の説明】
【０１２８】
２０，２０Ｂ，２０Ｃ1，２０Ｃ2，２０Ｄ，２０Ｅ…発電ユニット
２２…ＭＥＧＡ
２４ａ，２４ｃ…多孔質体
２６，２６Ｂ，２６Ｃ1，２６Ｃ2，２６Ｄ，２６Ｅ…ガスケット
３０…電解質膜
３１ａ，３１ｃ…触媒電極層
３２ａ，３２ｃ…ガス拡散層
５０，５０Ｂ，５０Ｃ1，５０Ｃ2，５０Ｄ，５０Ｅ…セパレータ
５２，５２Ｂ，５２Ｃ1，５２Ｃ2，５２Ｄ，５２Ｅ…カソード側プレート
５４，５４Ｂ，５４Ｃ1，５４Ｃ2，５４Ｄ，５４Ｅ…中間プレート
５６，５６Ｂ，５６Ｃ1，５６Ｃ2，５６Ｄ，５６Ｅ…アノード側プレート
６１ａ〜６６ａ…長孔
６１ｃ〜６６ｃ…長孔
６１ｇ〜６６ｇ…長孔
６１ｍ〜６４ｍ…長孔
６２Ｂｇ，６２Ｂｃ，６２Ｂｍ，６２Ｂａ…櫛状の孔
６２Ｄｇ，６２Ｄｃ，６２Ｄｍ，６２Ｄａ…櫛状の孔
６２Ｅｇ，６２Ｅｃ，６２Ｅｍ，６２Ｅａ…部分孔
６７ｇ，６７ｃ，６７ｍ，６７ａ…長孔部
６７Ｄｇ，６７Ｄｃ，６７Ｄｍ，６７Ｄａ…長孔部
６８ｇ，６８ｃ，６８ｍ，６８ａ…溝部
６８ｇ1，６８ｃ1，６８ｍ1，６８ａ1…溝部
６８ｇ2，６８ｃ2，６８ｍ2，６８ａ2…溝部
６８Ｄｇ，６８Ｄｃ，６８Ｄｍ，６８Ｄａ…溝部
７１ｃ，７２ｃ，７２Ｂｃ，７２Ｄｃ，７２Ｅｃ…小孔
７１ｍ，７２ｍ，７２Ｂｍ，７２Ｄｍ，７２Ｅｍ…連通孔
７３ａ，７４ａ…小孔
７３ｍ，７４ｍ…連通孔
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…燃料電池スタック
【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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