(57)【要約】【課題】燃料電池において発電部と積層方向に重なる部分と、それ以外の部分との温度差を抑制する。【解決手段】燃料電池は、発電部と、発電部と積層されるセパレータと、熱伝導部材とを備える。セパレータは、発電部と積層方向に重なる第１の領域と、発電部と積層方向に重ならない第２の領域と、を有する。熱伝導部材は、少なくともセパレータの第２の領域と積層方向に重なるように配置され、セパレータより熱伝導率が大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
発電部と、
前記発電部と積層されると共に、前記発電部と積層方向に重なる第１の領域と、前記発電部と積層方向に重ならない第２の領域と、を有するセパレータと、
少なくとも前記セパレータの前記第２の領域と積層方向に重なるように配置され、前記第１のセパレータより熱伝導率が大きい熱伝導部材と、
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、
前記セパレータは、複数備えられ、
前記熱伝導部材は、前記複数のセパレータのうち、一の前記発電部を挟んで隣り合う第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置される燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記熱伝導部材は、前記セパレータの内部に配置される燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記熱伝導部材は、一部が前記セパレータの前記第２の領域と積層方向に重なると共に、他の一部が前記セパレータの前記第１の領域と積層方向に重なるように配置されている燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項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２の領域に、反応ガスが流動するマニホールド孔を有し、
前記熱伝導部材は、前記マニホールド孔の周囲の少なくとも一部に沿って配置されている燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５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、前記発電部を冷却するための冷却媒体が流動する冷却媒体流路を有し、
前記熱伝導部材は、前記冷却媒体流路と積層方向に重なるように配置される燃料電池。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池において、
前記冷却媒体流路は、前記第２の領域を通るように配置されている燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記熱伝導部材は、前記第１のセパレータに接触している燃料電池。
【請求項９】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記マニホールド孔は、前記反応ガスを排出するための排出マニホールド孔である燃料電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池において、
前記排出マニホールド孔は、燃料電池の運転時において、前記第１の領域より重力方向の逆向きに位置する燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池において、
前記排出マニホールド孔は、内部に存在する水分が重力によって偏在する形状を有し、前記熱伝導部材は、前記排出マニホールド孔において水分が偏在する部分に沿って配置される、燃料電池。
【請求項１２】
燃料電池であって、
発電部と、
前記発電部と交互に積層されると共に、前記発電部と積層方向に重なる第１の領域と、前記発電部と積層方向に重ならない第２の領域と、前記発電部を冷却するための冷却媒体が流動する冷却媒体流路と、を有するセパレータと、
を備え、
前記冷却媒体流路は、前記第１の領域と前記第２の領域を通るように配置されている燃料電池。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記第２の領域に、積層方向に貫通すると共に、反応ガスが流動するマニホールド孔を有し、
前記冷却媒体流路は、前記マニホールド孔の周囲のうち、前記第１の領域の反対側に位置する部分に沿って配置されている燃料電池。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の燃料電池において、
前記マニホールド孔は、複数備えられ、
前記冷却媒体流路は、前記複数のマニホールド孔の間を通る燃料電池。
【請求項１５】
請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記冷却媒体流路は、前記第１の領域を通る第１の流路と、前記第２の領域を通る第２の流路とを含み、
前記第１の流路における冷却媒体の流動と、前記第２の流路における冷却媒体の流動は、運転条件に応じて、独立に制御される燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。特に燃料電池の温度管理に関する。
【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引き起こすことにより、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、略平板状の電解質膜を含む発電部とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。
【０００３】
燃料電池における電気化学反応は発熱反応であるため、燃料電池の運転中における温度管理が一つの重要な技術テーマとなっている。例えば、発電部と積層方向に重なる領域（発電領域）に溝状の反応ガス流路を有するセパレータを、熱伝導率の異なる２つの部材を用いて構成する技術が知られている（特許文献１）。上記技術では、反応ガス流路を形成している部分に熱伝導率の低い部材を配置することにより反応ガス流路内の温度を上昇させている。この結果、反応ガス流路内で水分が凝縮することを抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３４６９８号公報
【特許文献２】特開平７−２８２８３６号公報
【特許文献３】特開２００３−１３２９１１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、発電部と積層方向に重なる部分と、それ以外の部分との温度差については考慮されていない。このため、かかる温度差に起因して、発電性能の低下などの不具合が発生するおそれがあった。
【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、燃料電池において発電部と積層方向に重なる部分と、それ以外の部分との温度差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の第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、発電部と、前記発電部と積層されると共に、前記発電部と積層方向に重なる第１の領域と、前記発電部と積層方向に重ならない第２の領域と、を有するセパレータと、少なくとも前記セパレータの前記第２の領域と積層方向に重なるように配置され、前記第１のセパレータより熱伝導率が大きい熱伝導部材と、を備える。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、発電部と積層方向に重ならない第２の領域と積層方向に重なるように熱伝導部材が配置される。この結果、熱伝導部材を介して発電部の熱が第２の領域に伝わりやすくなる。従って、発電部と積層方向に重なる第１の領域と、第２の領域との間の温度差を小さくすることができる。この結果、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【０００９】
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、複数備えられ、前記熱伝導部材は、前記複数のセパレータのうち、一の前記発電部を挟んで隣り合う第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されても良い。こうすれば、セパレータの構造を複雑にすることがない。
【００１０】
第１の態様に係る燃料電池において、前記熱伝導部材は、前記セパレータの内部に配置されても良い。
【００１１】
第１の態様に係る燃料電池において、前記熱伝導部材は、一部が前記セパレータの前記第２の領域と積層方向に重なると共に、他の一部が前記セパレータの前記第１の領域と積層方向に重なるように配置されても良い。こうすれば、熱伝導部材を介して発電部の熱が第２の領域により伝わりやすくなる。この結果、第１の領域と、第２の領域との間の温度差をより小さくすることができる。
【００１２】
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記第２の領域に、反応ガスが流動するマニホールド孔を有し、前記熱伝導部材は、前記マニホールド孔の周囲の少なくとも一部に沿って配置されていても良い。こうすれば、発電部と積層方向に重なる第１の領域と、反応ガスが流動するマニホールドとの間の温度差を小さくすることができる。この結果、マニホールドにおける水分の結露をはじめとする、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００１３】
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記発電体を冷却するための冷却媒体が流動する冷却媒体流路を有し、前記熱伝導部材は、前記冷却媒体流路と積層方向に重なるように配置されても良い。かかる場合において、前記冷却媒体流路は、前記第２の領域を通るように配置されていても良い。こうすれば、発電部の熱を吸収した冷却媒体の熱が熱伝導部材を介して第２の領域に伝わりやすくなる。この結果、第１の領域と、第２の領域との間の温度差をより小さくすることができる。
【００１４】
第１の態様に係る燃料電池において、前記熱伝導部材は、前記セパレータに接触していても良い。こうすれば、セパレータにおいて、発電部の熱が熱伝導部材を介して第２の領域に伝わりやすくなる。
【００１５】
第１の態様に係る燃料電池において、前記マニホールド孔は、前記反応ガスを排出するための排出マニホールド孔であっても良く、排出マニホールド孔は、燃料電池の運転時において、前記第１の領域より重力方向の逆向きに位置しても良い。かかる場合には、排出マニホールドにおいて起こりやすい反応ガス中の水分の結露を効果的に抑制することができる。
【００１６】
第１の態様に係る燃料電池において、排出マニホールド孔は、内部に存在する水分が重力によって偏在する形状を有し、前記熱伝導部材は、前記排出マニホールド孔において水分が偏在する部分に沿って配置されても良い。こうすれば、比較的小さな熱伝導部材を用いて、効率良く、反応ガス中の水分の結露を抑制することができる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、燃料電池を提供する。第２の態様に係る燃料電池は、発電部と、前記発電部と交互に積層されると共に、前記発電部と積層方向に重なる第１の領域と、前記発電部と積層方向に重ならない第２の領域と、前記発電部を冷却するための冷却媒体が流動する冷却媒体流路と、を有するセパレータと、を備え、前記冷却媒体流路は、前記第１の領域と前記第２の領域を通るように配置されていても良い。
【００１８】
第２の態様に係る燃料電池によれば、冷却媒体を、第１の領域を冷却すると共に、第２の領域を温めるために用いることができる。従って、発電部と積層方向に重なる第１の領域と、第２の領域との間の温度差を小さくすることができる。この結果、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００１９】
第２の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記第２の領域に、積層方向に貫通すると共に、反応ガスが流動するマニホールド孔を有し、前記冷却媒体流路は、前記マニホールド孔の周囲のうち、前記第１の領域の反対側に位置する部分に沿って配置されていても良い。こうすれば、発電部と積層方向に重なる第１の領域と、反応ガスが流動するマニホールドとの間の温度差を小さくすることができる。この結果、マニホールドにおける水分の結露をはじめとする、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００２０】
第２の態様に係る燃料電池において、前記マニホールド孔は、複数備えられ、前記冷却媒体流路は、前記複数のマニホールド孔の間を通っても良い。こうすれば、冷却媒体を用いて、効率良く、第１の領域と、反応ガスが流動するマニホールドとの間の温度差を小さくすることができる。
【００２１】
第２の態様に係る燃料電池において、前記冷却媒体流路は、前記第１の領域を通る第１の流路と、前記第２の領域を通る第２の流路とを含み、前記第１の流路における冷却媒体の流動と、前記第２の流路における冷却媒体の流動は、運転条件に応じて、独立に制御されても良い。こうすれば、冷却媒体を用いて、必要に応じて、第１の領域と、第２の領域との間の温度差を小さくすることができる。
【００２２】
本発明は、上記態様のほか、種々の態様にて実現され得る。例えば、本発明は、上記態様に係る燃料電池を含む燃料電池システム、上記態様に係る燃料電池を搭載した車両などの装置発明として実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施態様に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２４】
Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の構成について、図１〜図６を参照して説明する。図１および図２は、実施例に係る燃料電池の全体構成を示す図である。図３および図４は、実施例における膜電極接合体を説明する図である。図３は、膜電極接合体の平面図を示し、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図３におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面をそれぞれ示している。セパレータの平面図を示し、図６は、セパレータを構成する各プレートの平面図を示している。
【００２５】
図１に示すように、燃料電池１００は、複数の膜電極接合体２００とセパレータ６００とが交互に積層されたスタック構造を有している。図２に示すように、セパレータ６００と膜電極接合体２００との間には、アノード側多孔体８４０またはカソード側多孔体８５０が配置される。アノード側多孔体８４０は、図２に示す例のように、セパレータ６００と一体に構成されても良いし、別体として構成されても良い。
【００２６】
アノード側多孔体８４０は、セパレータ６００のアノード側と、膜電極接合体２００のアノード側との間に配置され、カソード側多孔体８５０は、セパレータ６００のカソード側と膜電極接合体２００のカソード側との間に配置されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、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、後述するアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０より空孔率が高く、ガスの流動抵抗が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。
【００２７】
図１に示すように、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１１０ａ、１１０ｂと、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ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、冷却媒体が供給され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。
【００２８】
図３および図４を参照しながら、膜電極接合体２００の構成について説明する。膜電極接合体２００は、図３および図４に示すように、発電部８００と、非発電部７００とから構成されている。
【００２９】
発電部８００は、図４に示すように、発電体８１０と、アノード側拡散層８２０と、カソード側拡散層８３０と、が積層されて構成されている。
【００３０】
発電体８１０は、本実施例では、一方の面にカソードとしての触媒層が、他方の面にアノードとしての触媒層が塗布されたイオン交換膜である（触媒層の図示は省略）。イオン交換膜は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水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。触媒層は、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。
【００３１】
アノード側拡散層８２０は、発電体８１０のアノード側の面に接して配置され、カソード側拡散層８３０は、発電体８１０のカソード側の面に接して配置される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層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。
【００３２】
図３には、カソード側拡散層８３０とアノード側拡散層８２０の外周端が波線で示されている。この波線の内側の部分は、発電が行われる発電部８００である。
【００３３】
非発電部７００は、発電部８００の面方向の外周に全周に亘って配置されている。非発電部７００は、気密に接着された２枚のシール部材、すなわち、第１部材７００ａと第２部材７００ｂとから構成されている。第１部材７００ａと第２部材７００ｂは、発電体８１０とカソード側拡散層８３０とアノード側拡散層８２０の外周端部を挟むように構成されている。これによって、発電体８１０のアノード側とカソード側との間における反応ガスの混合を抑制している。第１部材７００ａと第２部材７００ｂは、絶縁性とガス不透性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、熱硬化性樹脂、汎用プラスチックなどの樹脂材料によって形成される。
【００３４】
非発電部７００には、図３においてクロスハッチングで示すように、図１における各マニホールド１１０ａ〜１６０に対応する貫通孔（マニホールド孔）が形成されている。非発電部７００は、図示されていない両側のそれぞれ隣接するセパレータ６００と気密に接着されてセパレータ６００との間をシールし、反応ガス（本実施例では、水素および空気）や冷却水の漏洩を防止する。具体的には、発電部８００の全周と、個々のマニホールド孔の全周（ただし、後述する反応ガスの供給／排出のための流路部分は除く）とがシールされる。
【００３５】
非発電部７００には、さらに、反応ガスの供給／排出のための流路として、燃料ガス供給流路６３０、燃料ガス排出流路６４０、酸化ガス供給流路６５０、酸化ガス排出流路６６０が形成されている。これらの流路６３０〜６４０は、図３において、シングルハッチングで示すように、非発電部７００を貫通しない溝状に形成されている。燃料ガス供給流路６３０および燃料ガス排出流路６４０は、図３における裏側、すなわち、非発電部７００のアノード側に形成され、酸化ガス供給流路６５０および酸化ガス排出流路６６０は、図３における表側、すなわち、非発電部７００のカソード側に形成されている。燃料ガス供給流路６３０は、燃料ガス供給マニホールド１３０とアノード側多孔体８４０とを連通し、燃料ガス排出流路６４０は、燃料ガス排出マニホールド１４０とアノード側多孔体８４０とを連通する。酸化ガス供給流路６５０は、酸化ガス供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂとカソード側多孔体８５０とを連通する。酸化ガス排出流路６６０は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂとカソード側多孔体８５０とを連通する。
【００３６】
図３に示すように、非発電部７００のカソード側（図３の表側）、すなわち、後述するセパレータ６００のカソードプレート４００の表面と接着される側には、熱伝導部材９００が配置される。熱伝導部材９００は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａおよび１２０ｂを形成する矩形の貫通孔の周囲のうちの３辺に沿って配置される。具体的には、熱伝導部材９００は、これらの矩形の貫通孔の周囲のうち、酸化ガス排出流路６６０と連通する部分を除く部分に沿って、コの字型に配置される。熱伝導部材９００のコの字型の端部は、図３に示すように、膜電極接合体２００の発電部８００（アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０に対応する部分）と燃料電池１００の積層方向に重なっている。一方、熱伝導部材９００の他の部分は、発電部と重ならない外側の領域に位置している。熱伝導部材９００は、第２部材７００ｂに、熱伝導部材９００の形状および厚さに対応する形状および深さに形成された凹部に、嵌るように配置される。
【００３７】
熱伝導部材９００は、後述するセパレータ６００より熱伝導率の高い材料を用いて形成される。本実施例では、熱伝導部材９００は、銅（熱伝導率約０．９５Ｃａｌ・ｃｍ-1・℃-1・秒-1）が用いられている。
【００３８】
次に、図５〜図６を参照して、セパレータ６００の構成を説明する。セパレータ６００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から構成されている。
【００３９】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例におけるアノードプレート３００（図６（Ａ））、カソードプレート４００（図６（Ｂ））、中間プレート５００（図６（Ｃ））の形状をそれぞれ示す説明図である。各プレート３００、４００、５００およびセパレータ６００の中央部に破線で示す領域は発電部８００と積層方向に重なり合う領域を示す。
【００４０】
各プレート３００、４００、５００は、上述した熱伝導部材９００より熱伝導性が低く、安価な材料により形成される。本実施例では、各プレートは、ステンレス鋼（熱伝導率約０．１５〜０．２０Ｃａｌ・ｃｍ-1・℃-1・秒-1）で形成されている。
【００４１】
アノードプレート３００およびカソードプレート４００には、図１における各マニホールドに対応して、プレートを厚さ方向に貫通するマニホールド形成部が形成されている。すなわち、アノードプレート３００には、マニホールド形成部３２２ａ、３２２ｂ、３２４ａ、３２４ｂ、３３０、３３２、３２６、３２８が、カソードプレート４００には、マニホールド形成部４２２ａ、４２２ｂ、４２４ａ、４２４ｂ、４３０、４３２、４２６、４２８が、それぞれ形成されている。
【００４２】
中間プレート５００には、図１に示す反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のためのマニホールドに対応して、中間プレート５００を厚さ方向に貫通するマニホールド形成部５２２ａ、５２２ｂ、５２４ａ、５２４ｂ、５２６、５２８が形成されている。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。
【００４３】
各冷却媒体流路形成部５５０は、発電部８００を図６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、発電部８００の外側に至っている。冷却媒体流路形成部５５０は、発電部８００の全体に亘って配置されても良い。
【００４４】
図５には、上述した各プレート３００、４００、５００を用いて作製されたセパレータ６００の正面図が示されている。セパレータ６００は、中間プレート５００をアノードプレート３００およびカソードプレート４００で挟持するように中間プレート５００の両側にそれぞれ接合し、中間プレート５００における冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。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。この結果、図５においてハッチングで示すように、燃料電池１００を構成する際に図１に示す各マニホールドを形成するための貫通部と、複数の冷却媒体流路６７０とを備えたセパレータ６００が得られる。冷却媒体流路６７０は、セパレータ６００の内部を面方向に通る内部流路であり、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に連通し、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通する。
【００４５】
上述の熱伝導部材９００は、セパレータ６００のカソード側の表面に接触する。図５には、燃料電池１００を構成した際に、熱伝導部材９００が接触するセパレータ６００上の領域ＡＲを波線で示している。燃料電池１００において、熱伝導部材９００は、第２部材７００ｂのと、カソードプレート４００との間に挟まれ、第２部材７００ｂとカソードプレート４００は接触している。熱伝導部材９００の大部分は、燃料電池１００の積層方向から見て、上述した発電部８００と重ならない領域、本実施例では発電部８００の外側の領域に配置される。具体的には、図３および図５から解るように、熱伝導部材９００は燃料電池１００を積層方向に貫通する酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの周囲のうち、酸化ガス排出流路６６０が配置されていない部分に沿って、配置される。そして、熱伝導部材９００のコの字型の端部は、燃料電池の積層方向からみて、上述した発電部と重なっていると共に、セパレータ６００の内部に形成された冷却媒体流路６７０と重なっている。
【００４６】
・燃料電池の動作
図６を参照して、実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図６は、燃料電池の動作を説明する説明図である。図７は、酸化ガスの流れを示し、図８は、冷却媒体の流れを示している。図を見やすくするため、図７および図８においては、１つの膜電極接合体２００と膜電極接合体２００の両側に配置されたセパレータ６００のみを図示している。図７は、下側の半分が図３におけるＡ−Ａ断面に対応する断面図を示し、上側の半分が図３におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面を示している。図８は、右側の半分が図５におけるＥ−Ｅ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図５におけるＦ−Ｆ断面に対応する断面図を示している。
【００４７】
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂ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。
【００４８】
酸化ガス供給マニホールド１１０ａまたは１１０ｂに供給された酸化ガスは、図７において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス供給流路６５０を通って、カソード側多孔体８５０に供給される。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３における下方から上方に向かって流動する。そして、酸化ガスは、カソード側多孔体８５０から酸化ガス排出流路６６０に流入し、酸化ガス排出流路６６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０ａまたは１２０ｂへ排出される。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側拡散層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。
【００４９】
断面の図示は省略するが、燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、酸化ガスと同様に、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路６３０を通って、アノード側多孔体８４０に供給される。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。そして、燃料ガスは、アノード側多孔体８４０から燃料ガス排出流路６４０に流入し、燃料ガス排出流路６４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。アノード側多孔体８４０を流動する燃料ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード側拡散層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。
【００５０】
冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体流路６７０に供給される。冷却媒体流路６７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。冷却媒体は、主として発電部８００を流動している間に、上述した膜電極接合体２００の発電部の熱を吸収することにより発電部を冷却する。
【００５１】
以上説明した本実施例によれば、燃料電池における発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を小さくすることができる。上述した位置に熱伝導部材９００を配置することにより、発電部において発生した反応熱が酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ近傍に伝わりやすくなるためである。この結果、酸化ガスに含まれる水分（生成水など）が酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂにおいて急激に冷やされることにより発生する結露を抑制することができる。結露した水分は、酸化ガスの円滑な流動を妨げるため、発電性能の低下を引き起こす。発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ周辺との温度差が大きくなると、セパレータ６００や非発電部７００に熱ひずみが生じ、セパレータ６００と非発電部７００との間のシール性が悪化するおそれがある。本実施例では、かかる熱ひずみを抑制し、シール性を向上することができる。
【００５２】
特に、燃料電池の外気温が低い（例えば、氷点下）場合には、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部との温度差が大きくなりやすいため、上述したような熱伝導部材９００を配置する効果が大きい。また、燃料電池１００の小型化の要請のため、セパレータ６００の厚さを薄くすることが望まれるが、セパレータ６００が薄くなると、面方向の熱伝導性が悪化する。このため、セパレータ６００が薄い場合ほど、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部との温度差が大きくなりやすいため、熱伝導部材９００を配置する効果が大きい。
【００５３】
酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂが重力方向の逆向きに位置し、酸化ガス供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂが重力方向に位置する状態で、燃料電池１００が運転される場合には、さらに、熱伝導部材９００を配置する効果が大きい。詳しく説明すると、かかる状態では、酸化ガス供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂから酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂに向かって、膜電極接合体２００を面方向に流動する酸化ガスは、重力に逆らって下から上に流動することになる。そうすると、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの近傍の酸化ガス排出流路６６０において結露した水分は、重力によって排出されることが期待できない。また、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂにおいて結露した水分は、重力によって酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂにおいて酸化ガス排出流路６６０と連通する部分に滞留しやすい。このため、かかる状態で運転される場合は、酸化ガス排出流路６６０や酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂにおける水分の結露は、酸化ガスの流動を妨げやすく、発電性能上、より大きな問題となり得る。本実施例では、熱伝導部材９００を配置して、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの近傍で温度の低下を抑制できるため、酸化ガス排出流路６６０における結露を効果的に抑制することができる。
【００５４】
また、本実施例では、熱伝導部材９００のコの字型の端部が発電部と積層方向に重なるように、熱伝導部材９００を配置しているので、発電部の熱が熱伝導部材９００を介して、マニホールド１２０ａ、１２０ｂに伝わりやすい。この結果、さらに効果的に、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を抑制することができる。
【００５５】
Ｂ．変形例：
上記実施例では、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの周囲にのみ、熱伝導部材９００を配置しているが、他のマニホールドの周囲に熱伝導部材を配置しても良い。他のマニホールドの周囲に熱伝導部材を配置する例を、第１変形例および第２変形例として説明する。
【００５６】
・第１変形例：
図９を参照して、第１変形例について説明する。図９は、第１変形例における膜電極接合体を示す図である。
【００５７】
第１変形例における膜電極接合体２００ｂには、実施例と同様に酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの周囲に配置された熱伝導部材９００に加えて、別の熱伝導部材９０１が配置されている。熱伝導部材９０１は、熱伝導部材９００と同じ材料により形成され、燃料ガス排出マニホールド１４０の周囲に沿って配置される（図９）。熱伝導部材９０１は、膜電極接合体２００ｂの第１部材７００ａ（図９における裏側）に配置される。従って、第１変形例における膜電極接合体２００ｂを用いた燃料電池において、熱伝導部材９０１は、膜電極接合体２００ｂの第１部材部材７００ａの側と、アノードプレート３００とにそれぞれ接触する。
【００５８】
第１変形例における燃料電池のその他の構成は、実施例における燃料電池１００の構成と同一であるので、説明を省略する。
【００５９】
第１変形例によれば、上述した実施例における作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を得られる。すなわち、燃料電池における発電部と積層方向に重なる部分と、燃料ガス排出マニホールド１４０の内部および周辺との温度差を小さくすることができる。この結果、燃料ガス排出マニホールド１４０における結露の抑制や、燃料ガス排出マニホールド１４０の周辺のシール性の確保など、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００６０】
・第２変形例：
図１０を参照して、第２変形例について説明する。図１０は、第２変形例における膜電極接合体を示す図である。
【００６１】
第２変形例における膜電極接合体２００ｃには、第１変形例と同様に配置された熱伝導部材９００、９０１に加えて、さらに熱伝導部材９０２および９０３が配置されている。熱伝導部材９０２および９０３は、例えば、熱伝導部材９００と同じ材料により形成される。熱伝導部材９０２は、酸化ガス供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂの周囲に沿って配置され、熱伝導部材９０３は、燃料ガス供給マニホールド１３０の周囲に沿って配置される（図１０）。
【００６２】
第２変形例における燃料電池のその他の構成は、実施例における燃料電池１００の構成と同一であるので、説明を省略する。
【００６３】
第２変形例によれば、上述した第１変形例における作用・効果に加えて、以下のような作用・効果を得られる。すなわち、燃料電池における発電部と積層方向に重なる部分と、反応ガスの供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂ、１３０の内部および周辺との温度差を小さくすることができる。この結果、これらの供給マニホールド１１０ａ、１１０ｂ、１３０の周辺のシール性の確保など、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００６４】
上記実施例におけるセパレータ６００に代えて、冷却媒体流路の通過経路を工夫したセパレータを用いることにより、さらに、効果的に上述した温度差を抑制することができる。かかる例を第３変形例および第４変形例として説明する。
【００６５】
・第３変形例：
図１１を参照して、第３変形例について説明する。図１１は、第３変形例におけるセパレータを示す図である。図１１においては、図の煩雑を避けるため、セパレータの内部に形成された冷却媒体流路を太線の矢印を用いて表す。実際には、図６（Ｃ）に示す冷却媒体流路形成部５５０のようなスリットを、中間プレートにおいて、太線で示す経路上に形成することにより、本変形例におけるセパレータが作製される。以降に示す図１２、図１３においても同様である。
【００６６】
第３変形例におけるセパレータ６００ａにおいて、図１１に示すように複数の冷却媒体流路６７０ａの一つは、発電部８００と重なる発電領域だけでなく、発電部と重ならない領域も通るように配置される。具体的には、複数の冷却媒体流路６７０のうち、図１１における最上部の流路の一部は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａの図１１における左側の辺に沿って配置されている。また、当該流路の他の一部は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａと酸化ガス排出マニホールド１２０ｂとの間を通るように配置されている。さらに、当該流路の他の一部は、酸化ガス排出マニホールド１２０ｂの図１１における右側の辺に沿って配置されている。冷却媒体流路のうち、このように発電部８００の外側に配置された部分は、熱伝導部材９００と積層方向に重なっている（図１１）。
【００６７】
第３変形例における燃料電池のその他の構成は、実施例における燃料電池１００の構成と同一であるので、説明を省略する。
【００６８】
第３変形例によれば、冷却媒体は、発電部８００の外側である酸化ガス排出マニホールド１２０ａおよび酸化ガス排出マニホールド１２０ｂの周囲にも流動する。冷却媒体は、発電部と重なる領域においては、発電部から熱を奪い冷却する機能を果たし、酸化ガス排出マニホールド１２０ａおよび１２０ｂの周辺領域においては、当該周辺部分を温める機能を果たす。この結果、さらに効果的に、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を抑制することができる。
【００６９】
また、冷却媒体流路のうち、発電部８００の外側に配置された部分は、熱伝導部材９００と積層方向に重なるので、冷却媒体を介して熱伝導部材９００に発電部の熱を伝えることができる。この結果、さらに効果的に、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を抑制することができる。
【００７０】
・第４変形例：
図１２および図１３を参照して、第４変形例について説明する。図１２は、第４変形例におけるセパレータを示す図である。第４変形例における燃料電池には、実施例と同様の冷却媒体供給マニホールド１５０、冷却媒体排出マニホールド１６０に加えて、サブ冷却媒体供給マニホールド１５１とサブ冷却媒体排出マニホールド１６１を、さらに備える。サブ冷却媒体供給マニホールド１５１およびサブ冷却媒体排出マニホールド１６１は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂが形成されている領域の一方の側と、他方の側にそれぞれ形成されている。サブ冷却媒体供給マニホールド１５１およびサブ冷却媒体排出マニホールド１６１は、他のマニホールドと同様に、セパレータ６００ｃ（図１２）および膜電極接合体（図示省略）を貫通する貫通孔によって形成される。
【００７１】
第４変形例におけるセパレータ６００ｃの内部には、実施例と同様の冷却媒体流路６７０に加えて、サブ冷却媒体供給マニホールド１５１とサブ冷却媒体排出マニホールド１６１とを連通するサブ冷却媒体流路６７２が形成されている。サブ冷却媒体流路６７２は、図１２に示すように、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂの周囲のうち、発電部８００とは反対側の部分を通るように配置されている。サブ冷却媒体流路６７２は、また、熱伝導部材９００と積層方向に重なるように配置されている。冷却水が、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体排出マニホールド１６０に流れる間に熱を受け取り、サブ冷却媒体供給マニホールド１５１からサブ冷却媒体排出マニホールド１６１に流れる間に熱を与えるように、冷却水を流すと良い。
【００７２】
図１３は、第４変形例における燃料電池を含む燃料電池システムの概略構成図である。図１３においては、燃料電池システムのうち、本変形例の説明に必要な部分である冷却媒体の供給／排出系のみを図示し、他の部分、例えば、反応ガスの供給／排出系については、図示を省略している。
【００７３】
第４変形例における燃料電池システム１０００は、冷却媒体の供給／排出系として、一般的な燃料電池システムと同様に、冷却媒体供給部５０と、冷却媒体供給管５４と、冷却媒体排出管５７とを備えている。冷却媒体供給管５４は、冷却媒体供給部５０と燃料電池１００の冷却媒体供給マニホールド１５０とを接続する配管である。冷却媒体排出管５７は、燃料電池１００の冷却媒体排出マニホールド１６０と冷却媒体供給部５０とを接続する配管である。冷却媒体供給部５０は、冷却媒体タンク、冷却媒体ポンプ、ラジエータなどを含み、冷却媒体を燃料電池１００の内部に循環させる周知の装置である。
【００７４】
第４変形例おける燃料電池システム１０００は、さらに、サブ冷却媒体供給管５６と、サブ冷却媒体排出管５５とを備えている。サブ冷却媒体供給管５６の一端は、冷却媒体排出管５７に分岐弁３２を介して接続されており、サブ冷却媒体供給管５６の他端は、上述したサブ冷却媒体供給マニホールド１５１に接続されている。サブ冷却媒体供給管５６の途中には、バイパスポンプ３３が配置されている。サブ冷却媒体排出管５５の一端は、冷却媒体供給管５４に逆止弁３１を介して接続されており、サブ冷却媒体排出管５５の他端は、上述したサブ冷却媒体排出マニホールド１６１に接続されている。
【００７５】
燃料電池システム１０００は、さらに、システム全体を制御する制御回路４０を備えている。制御回路４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有する周知の計算機であり、かかる計算機が実現する制御機能の一つとして、冷却制御部４１を備えている。
【００７６】
燃料電池の運転中において、冷却制御部４１は、サブ冷却媒体流路６７２における冷却媒体の流動を、冷却媒体流路６７０における冷却媒体の流動とは、独立して制御することができる。例えば、本実施例では、冷却制御部４１は、冷却媒体供給部５０、分岐弁３２、バイパスポンプ３３を制御して、冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０にのみ、冷却媒体を循環させる第１の動作モードと、冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に加えて、サブ冷却媒体供給マニホールド１５１およびサブ冷却媒体排出マニホールド１６１に冷却媒体を循環させる第２の動作モードとを切り替えることができる。具体的には、冷却制御部４１は、第１の動作モードにおいては、バイパスポンプ３３を停止すると共に、分岐弁３２を制御して冷却媒体排出管５７とサブ冷却媒体供給管５６とが連通しないようにする。この結果、第１の動作モードでは、燃料電池１００の各セパレータ６００ｃ（図１２）における冷却媒体流路６７０にのみ冷却媒体が流動し、サブ冷却媒体流路６７２には冷却媒体が流動しない。冷却制御部４１は、第２の動作モードにおいては、バイパスポンプ３３を駆動すると共に、分岐弁３２を制御して冷却媒体排出管５７とサブ冷却媒体供給管５６とを連通させる。この結果、第２の動作モードでは、各セパレータ６００ｃ（図１２）における冷却媒体流路６７０とサブ冷却媒体流路６７２の両方に冷却媒体が流動する。第２の動作モードでは、冷却媒体流路６７０を流動して冷却媒体排出管５７に排出された冷却媒体が、バイパスされてサブ冷却媒体供給管５６およびサブ冷却媒体供給マニホールド１５１を通って、サブ冷却媒体流路６７２に供給される。この結果、冷却媒体流路６７０を流動する冷却媒体は、発電部を冷却する機能を果たし、サブ冷却媒体流路６７２を流動する冷却媒体は、酸化ガス排出マニホールド１２０ａおよび１２０ｂの周辺を温める機能を果たす。この結果、第２の動作モードでは、上述した第３変形例と同様に、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を抑制することができる。
【００７７】
冷却制御部４１は、所定の運転条件に応じて、第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替える。例えば、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差が大きくなると予測される運転条件である場合には、第２の動作モードが選択され、それ以外の運転条件である場合には、第１の動作モードが選択される。具体例としては、温度センサ（図示省略）によって計測された外気温が所定値以下（例えば、氷点下）である場合には、第２の動作モードが選択され、所定値以上である場合には、第１の動作モードが選択される。
【００７８】
以上説明した第４変形例によれば、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を抑制することができるので、第３変形例と同様の作用・効果を実現できる。さらに、第４変形例によれば、運転条件に応じて、必要な場合にのみサブ冷却媒体流路６７２に冷却媒体を流動させるので、常時サブ冷却媒体流路６７２に冷却媒体を流動させる場合より冷却媒体の供給／排出系の動作に必要なエネルギー（例えば、バッテリの電力）を節約することができる。
【００７９】
なお、上述した第３変形例および第４変形例において、熱伝導部材を配置せず、冷却媒体を酸化ガス排出マニホールド１２０ａおよび酸化ガス排出マニホールド１２０ｂの周囲に流動させるだけでも良い。かかる場合であっても、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂ内部および周辺との温度差を従来より抑制することができる。
【００８０】
・第５変形例：
図１４を参照して、第５変形例について説明する。図１４は、第５変形例におけるセパレータを示す図である。第５変形例における燃料電池には、実施例における酸化ガス排出マニホールド１２０ａ、１２０ｂとは、形状の異なる酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂが形成されている。本変形例における燃料電池は、酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂが重力方向の逆向きに位置し、酸化ガス供給マニホールド１１１ａ、１１１ｂが重力方向に位置する状態（図１４におけるＹ軸の正方向が重力方向になる状態）で、運転されることを前提に作製されている。本変形例におけるセパレータ６００ｃにおける酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂを形成する貫通孔（図１４）から解るように、酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂの断面形状は、燃料電池の運転時における重力方向の辺（図１４におけるＹ軸の正方向の辺）が、重力方向に対して垂直ではなく、所定の角度に傾斜している。図示は省略するが、膜電極接合体の非発電部にも、同様の形状の貫通孔が酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂを形成するために設けられている。この結果、酸化ガス排出マニホールド１２１ａの内部で結露した水分は、酸化ガス排出マニホールド１２１ａの図１４におけるＸ軸の正方向側に、重力によって偏在させられる。そして、もう一つの酸化ガス排出マニホールド１２１ｂの内部で結露した水分は、酸化ガス排出マニホールド１２１ｂの図１４におけるＸ軸の負方向側に、重力によって偏在させられる。
【００８１】
さらに、本変形例においては、熱伝導部材は、図１４に示された熱伝導部材が接触する領域ＡＲ２の形状から解るように、酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂの周囲のうち、結露した水分が偏在する部分に沿って配置される。この結果、本実施例では、酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂの内部のうち、水分が偏在する部分のみを温め、発電部との温度差を抑制することができる。この結果、小さな熱伝導部材を用いて効率的に酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂにおける水分の結露を抑制することができる。
【００８２】
なお、図１４に示すように、本変形例における燃料電池の酸化ガス供給マニホールド１１１ａ、１１１ｂの形状は、重力方向と逆方向の辺（図１４におけるＹ軸の負方向の辺）が、発電部８００を挟んで向かい合う酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂの傾斜した辺と平行になるように、傾斜している。これは、図１４において、太線の矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１１ａ、１１１ｂから酸化ガス排出マニホールド１２１ａ、１２１ｂに至る酸化ガスの流動経路の経路長が、発電部８００の各部において等しくなるようにするためである。こうすることにより、各流動経路における酸化ガスの圧力損失を等しくし、発電部８００における酸化ガスの均一な供給が実現される。
【００８３】
・第６変形例：
上記実施例および変形例における各マニホールドの配置、および、セパレータの内部の冷却媒体流路の配置、および、熱伝導部材の配置は、一例であり、様々な変形が可能である。上記実施例および変形例と異なる配置の例を第６変形例として図１５を参照して説明する。図１５は、第６変形例におけるセパレータを示す図である。図１５には、第６変形例における熱伝導部材の配置を示すために、第６変形例におけるセパレータが、燃料電池を構成する際に、熱伝導部材と接触する領域ＡＲ５を波線で示している。また、図１５には、さらに、第６変形例における膜電極接合体の構成を示すために、第６変形例におけるセパレータが、燃料電池を構成する際に、膜電極接合体の２つの発電部８００ａおよび８００ｂと対向する領域を波線で示している。
【００８４】
第６変形例における膜電極接合体は、図示を省略するが、図１５に示すセパレータ６００ｄとほぼ同様の大きさと形状を有し、図１５に示す波線の領域にそれぞれ対応する２つ発電部８００ａ、８００ｂをそれぞれ含む２つの発電部と、図１５に示すセパレータ６００ｄに示すマニホールドを形成するための貫通孔に対応する貫通孔を有する非発電部を備えている。
【００８５】
第６変形例における燃料電池は、セパレータ６００ｄにおける各マニホールドを形成する貫通孔（図１５）から解るように、発電部８００ａと発電部８００ｂとの間に３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃを備えている。また、第６変形例における燃料電池は、３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃと発電部８００ａを挟んだ反対側に３つ（１１５ａ〜１１５ｃ）、発電部８００ｂを挟んだ反対側に３つ（１１５ｄ〜１１５ｆ）の合計６つの酸化ガス供給マニホールドを備えている。酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド１１５ａ〜１１５ｃから酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃへと流動すると共に、酸化ガス供給マニホールド１１５ｄ〜１１５ｆから酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃへと流動する。
【００８６】
第６変形例における燃料電池は、実施例と同様に、セパレータ６００ｄのカソード側と、膜電極接合体の非発電部のカソード側との間に熱伝導部材を備えている。積層方向から見た発電部材の位置は、図１５において波線（ＡＲ５）で示すように、３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃと、６つの酸化ガス供給マニホールド１１５ａ〜１１５ｆの近傍である。具体的には、発電部材は、上述の各マニホールドの図１５におけるＸ軸方向の両側の辺に沿って、配置されている。
【００８７】
第６変形例における燃料電池は、さらに、図１５に示すように、２つの燃料ガス供給マニホールド１３５ａ、１３５ｂと、一つの燃料ガス排出マニホールド１４５を備えている。燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド１３５ａから燃料ガス排出マニホールド１４５へと流動すると共に、燃料ガス供給マニホールド１３５ｂから燃料ガス排出マニホールド１４５へと流動する。
【００８８】
第６変形例における燃料電池は、さらに、図１５に示すように、２つの冷却媒体供給マニホールド１５５ａ、１５５ｂと、２つの冷却媒体排出マニホールド１６５ａ、１６５ｂとを備えている。そして、第６変形例における燃料電池のセパレータ６００ｄの内部には、図１５において太線の矢印で示すように、複数の冷却媒体流路が形成されている。各冷却媒体流路は、一端が冷却媒体供給マニホールド１５５ａまたは１５５ｂと、他端が冷却媒体排出マニホールド１６５ａまたは１６５ｂと連通している。複数の冷却媒体流路は、発電部８００ａおよび８００ｂの全体に亘って配置されていると共に、その一部は発電部８００ａおよび８００ｂの外側において、３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃと、６つの酸化ガス供給マニホールド１１５ａ〜１１５ｆの周囲にも配置される。これらのマニホールドの周囲に配置されている部分は、熱伝導部材と積層方向に重なっている。例えば、一つの冷却媒体流路は、図１５に示すように、冷却媒体流路のうち、３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃの間を縫うように配置されている。
【００８９】
このように構成された燃料電池によれば、熱伝導部材の配置、冷却媒体流路の配置により、発電部と積層方向に重なる部分と、酸化ガス供給／排出マニホールドの内部および周辺との温度差を抑制することができる。この結果、実施例と同様に、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００９０】
さらに、本変形例における燃料電池では、水分を多く含む酸化ガスが流動する３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃが、積層方向からみて、２つの発電部に挟まれた略中央部に配置されている。この結果、３つの酸化ガス排出マニホールド１２５ａ〜１２５ｃの内部は、外気温の影響を受けにくく、外気温が低い場合であっても、発電部と積層方向に重なる部分との温度差が生じにくい。この結果、さらに、かかる温度差に起因する不具合を抑制することができる。
【００９１】
・第７変形例：
熱伝導部材９００は、上記実施例では、膜電極接合体２００を挟んで隣り合うセパレータ６００の間に配置されているが、これに限られない。例えば、熱伝導部材９００は、セパレータ６００の内部に配置されても良い。図１６を参照して、かかる例を、第７変形例として説明する。図１６は、第７変形例におけるセパレータを構成する各プレートを示す図である。
【００９２】
第７変形例におけるセパレータが、図６に示す実施例におけるセパレータと異なる点は、図１６（Ｃ）においてハッチングで示すように、中間プレート５００の一部が、熱伝導部材９００で作成されている点である。例えば、中間プレート５００において熱伝導部材９００に対応する貫通孔を設け、その貫通孔に熱伝導部材９００を嵌め込むことにより作製されている。第７変形例におけるセパレータのその他の構成は、図６に示すセパレータと同一であるので、図１６において、図６と同一の符号を付し、その説明を省略すう。このようにしても、発電部８００と非発電部７００との温度差を低減することができる。
【００９３】
・その他の変形例：
上記実施例では、発電部８００の各部材やセパレータ６００の各部材などの材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ６００は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。熱伝導部材９００の材料には、セパレータ６００に用いられる材料より、熱伝導率の高い材料が用いられれば良い。
【００９４】
上記実施例では、セパレータ６００は３層の金属板を積層した構成であり、その発電領域ＤＡに対応する部分が平坦な形状であるとしているが、これに代えて他の任意の形状とすることが可能である。具体的には、発電領域に対応する表面に溝状の反応ガス流路が形成されたセパレータ（例えば、カーボンで作製される）を採用しても良いし、発電領域に対応する部分に反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータ（例えば、金属板をプレス成形して作製される）を採用しても良い。
【００９５】
また、上記実施例では、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を備えているが、これに限られない。例えば、反応ガス流路が形成されたセパレータや、反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータを用いる場合には、アノード側およびカソード側多孔体は無くても良い。
【００９６】
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】
【００９７】
【図１】実施例に係る燃料電池の全体構成を示す第１の図である。
【図２】実施例に係る燃料電池の全体構成を示す第２の図である。
【図３】実施例における膜電極接合体の構成を示す第１の図である。
【図４】実施例における膜電極接合体の構成を示す第２の図である。
【図５】実施例におけるセパレータの構成を示す第１の図である。
【図６】実施例におけるセパレータの構成を示す第２の図である。
【図７】燃料電池の動作を説明する第１の説明図である。
【図８】燃料電池の動作を説明する第２の説明図である。
【図９】第１変形例における膜電極接合体を示す図である。
【図１０】第２変形例における膜電極接合体を示す図である。
【図１１】第３変形例におけるセパレータを示す図である。
【図１２】第４変形例におけるセパレータを示す図である。
【図１３】第４変形例における燃料電池を含む燃料電池システムの概略構成図である。
【図１４】第５変形例におけるセパレータを示す図である。
【図１５】第６変形例におけるセパレータを示す図である。
【図１６】第７変形例におけるセパレータを構成する各プレートを示す図。
【符号の説明】
【００９８】
３１…逆止弁
３２…分岐弁
３３…バイパスポンプ
４０…制御回路
４１…冷却制御部
５０…冷却媒体供給部
５４…冷却媒体供給管
５５…サブ冷却媒体排出管
５６…サブ冷却媒体供給管
５７…冷却媒体排出管
１００…燃料電池
１１０ａ〜１６５ｂ…マニホールド
２００、２００ｂ、２００ｃ…膜電極接合体
３００…アノードプレート
４００…カソードプレート
５００…中間プレート
６００、６００ａ〜６００ｄ…セパレータ
６３０…燃料ガス供給流路
６４０…燃料ガス排出流路
６５０…酸化ガス供給流路
６６０…酸化ガス排出流路
６７０〜６７２…冷却媒体流路
７００…非発電部
８００…発電部
８１０…発電体
８２０…アノード側拡散層
８３０…カソード側拡散層
８４０…アノード側多孔体
８５０…カソード側多孔体
９００〜９０３…熱伝導部材
【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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