(57)【要約】【課題】燃料電池において、アノードに燃料ガスを分散して供給することが可能な技術を提供すること。【解決手段】燃料電池であって、電解質膜の一方の面の外側に設けられ、アノードを含むアノード形成層と、電解質膜の他方の面の外側に設けられるカソードと、アノード形成層において、その厚さ方向に形成され、少なくともアノード形成層の電解質膜側とは反対面を複数のブロックに分割すると共に、隣接する各ブロック間でのガスの移動を抑制するための隔壁部と、燃料ガスが通過可能なガス通過部を有し、隔壁部によって分割された各ブロックに、ガス通過部を介して燃料ガスを導入するためのガス導入部と、を備える。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜の一方の面の外側に設けられ、アノードを含むアノード形成層と、
前記電解質膜の他方の面の外側に設けられるカソードと、
前記アノード形成層において、その厚さ方向に形成され、少なくとも前記アノード形成層の前記電解質膜側とは反対面を複数のブロックに分割すると共に、隣接する各ブロック間でのガスの移動を抑制するための隔壁部と、
燃料ガスが通過可能なガス通過部を有し、前記隔壁部によって分割された各ブロックに、前記ガス通過部を介して前記燃料ガスを導入するためのガス導入部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
分割された各ブロックにおいて、１つのブロックは、１つのガス通過部と対応するように配置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
分割された各ブロックは、ハニカム状に形成されることを特徴とする燃料電池。
【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、
前記カソードの外側に設けられ、前記カソードの面に沿った方向に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス流路形成部を備え、
分割された各ブロックにおいて、前記酸化ガス供給流路を流れる前記酸化ガスの流れ方向の上流側に対応するブロックが、下流側に対応するブロックより、体積が小さく形成されることを特徴とする燃料電池。
【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、
前記カソードの外側に設けられ、前記カソードの面に沿った方向に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス流路形成部を備え、
分割された各ブロックにおいて、前記酸化ガス供給流路を流れる前記酸化ガスの流れ方向の下流側に対応するブロックが、上流側に対応するブロックより、透気度が大きく形成されることを特徴とする燃料電池。
【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、
隔壁部は、各ブロックを、ドーム状であって、頂部が前記アノードの外側方向に向くように形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記隔壁部は、前記アノード形成部の前記電解質膜側とは反対面側よりも前記電解質膜側の方が薄くなるように形成されることを特徴とする燃料電池。
【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、
前記アノード形成部は、前記電解質膜の一方の面の外側に設けられる触媒層と、該触媒層の外側に設けられるガス拡散層と、を備え、
前記隔壁部は、少なくとも前記ガス拡散層に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、
前記隔壁部は、前記触媒層に接触せず、前記ガス拡散層内に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、
前記アノード形成部の外側に設けられ、ガス不透過であると共にシート状の導電性シート部であり、
前記ガス導入部の前記ガス通過部は、
前記導電性シート部のシート面に沿って分散して配置された複数の貫通孔であり、
さらに、前記燃料電池は、
前記導電性シート部の外側に設けられ、前記導電性シート部の面に沿った方向に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス流路形成部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池において、
前記アノードは、前記燃料ガス流路形成部によって形成される前記燃料ガス供給流路より、透気度が低いことを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の燃料電池において、
前記貫通孔は、前記導電性シート部において、その厚さ方向に対して傾斜して設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、
内部を前記燃料ガスが通るパイプ状部材であり、
前記ガス導入部の前記ガス通過部は、
前記パイプ状部材において、分散して配置された複数の貫通孔であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、
内部を前記燃料ガスが通るパイプ状部材であり、
前記ガス導入部の前記ガス通過部は、
前記パイプ状部材において、端部の開口部であることを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の燃料電池において、
各ブロックに供給された前記燃料ガスのほぼ全量をアノードで消費することを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノード側は、前記アノードに供給された燃料ガスを外部に排出しない閉塞構造であ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、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。このような燃料電池としては、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体（以下では、「ＭＥＡ」（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｅ）と呼ぶ）を備える。この燃料電池では、アノード上に、燃料ガス供給流路を形成する流路形成部材が配置される（特許文献１参照）。なお、流路形成部材としては、導電性多孔体などが用いられる。また、アノードまたはカソードは、触媒層の他、ガス拡散層を備える場合もある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸化ガスとして、一般的に、空気、または、空気と酸素との混合気体などを用いるが、この場合、空気中の窒素等が、カソード側からアノード側にリークしてくる場合がある。それに伴い、アノードにおいて、リークしてきた窒素等（以下では、リークガスとも呼ぶ）が燃料ガス供給流路に滞留するおそれがあった。このように、燃料ガス供給流路にリークガスが滞留すると、燃料ガスがアノード（アノード面）に対して分散して供給されず、それ故、アノードにおいて局所的に燃料ガスが供給されない部分が生じ、その部分で発電が抑制されるおそれがあった。その結果、燃料電池全体として発電効率が低下するおそれがあった。
【０００５】
特に、アノードデッドエンド運転型（例えば、燃料ガス供給流路に供給した燃料ガスを、ほぼ全量アノードに消費させて発電する運転態様）の燃料電池において、上記問題は、生じやすい。また、上記問題は、リークガスが滞留する場合に限られず、燃料ガス等に混ざった水素以外の物質が滞留する場合にも生じる問題である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池において、アノードに燃料ガスを分散して供給することが可能な技術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】
【０００７】
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。
【０００８】
[適用例１]
燃料電池であって、電解質膜の一方の面の外側に設けられ、アノードを含むアノード形成層と、前記電解質膜の他方の面の外側に設けられるカソードと、前記アノード形成層において、その厚さ方向に形成され、少なくとも前記アノード形成層の前記電解質膜側とは反対面を複数のブロックに分割すると共に、隣接する各ブロック間でのガスの移動を抑制するための隔壁部と、燃料ガスが通過可能なガス通過部を有し、前記隔壁部によって分割された各ブロックに、前記ガス通過部を介して前記燃料ガスを導入するためのガス導入部と、を備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成の燃料電池によれば、燃料電池において、アノードに燃料ガスを分散して供給することができる。
【００１０】
[適用例２]適用例１に記載の燃料電池において、
分割された各ブロックにおいて、１つのブロックは、１つのガス通過部と対応するように配置されていることを特徴とする燃料電池。
【００１１】
このようにすれば、各ブロック内で、局所的にリークガス等の不純物が滞留することを抑制することができる。
【００１２】
[適用例３]適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、
分割された各ブロックは、ハニカム状に形成されることを特徴とする燃料電池。
なお、この各ブロックは、アノードの厚さ方向から見た場合に、ハニカム状に形成される。
【００１３】
このようにすれば、各ブロックにおいて、そのブロックの隅まで燃料ガスを行き渡らせることができる。
【００１４】
[適用例４]適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記カソードの外側に設けられ、前記カソードの面に沿った方向に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス流路形成部を備え、分割された各ブロックにおいて、前記酸化ガス供給流路を流れる前記酸化ガスの流れ方向の上流側に対応するブロックが、下流側に対応するブロックより、体積が小さく形成されることを特徴とする燃料電池。
【００１５】
このようにすれば、アノードにおいて、発電電流量が大きくなる部分に多くの燃料ガスを供給することができるので、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００１６】
[適用例５]適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記カソードの外側に設けられ、前記カソードの面に沿った方向に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス流路形成部を備え、
分割された各ブロックにおいて、前記酸化ガス供給流路を流れる前記酸化ガスの流れ方向の下流側に対応するブロックが、上流側に対応するブロックより、透気度が大きく形成されることを特徴とする燃料電池。
【００１７】
このようにすれば、アノードにおいて、酸化ガスの流れ方向の下流側に対応する部分で、燃料ガスの供給量の減少を抑制することができる。それに伴い、その部分で、発電効率が高まるので、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００１８】
[適用例６]適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池において、
隔壁部は、各ブロックを、ドーム状であって、頂部が前記アノードの外側方向に向くように形成することを特徴とする燃料電池。
なお、ドーム状とは、断面が、徐々に小さくなる、若しくは、大きくなるような形状を総合的に含む概念である。また、この場合、頂部が曲面的に形成されることに限定されるものではない。
【００１９】
このようにすれば、各ブロックＢＬに導入された燃料ガスは、隔壁部の壁面に沿って、各ブロック内を拡散しやすくなる。従って、各ブロック内において、リークガス等の不純物が滞留しにくくなり、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００２０】
[適用例７]適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記隔壁部は、前記アノード形成部の前記電解質膜側とは反対面側よりも前記電解質膜側の方が薄くなるように形成されることを特徴とする燃料電池。
【００２１】
このようにすれば、各ブロックは、触媒層に接する面積が大きくなるので、各ブロック内を拡散する燃料ガスをより多く触媒層へ供給することができる。その結果、燃料電池の発電効率が向上する。
【００２２】
[適用例８]適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノード形成部は、前記電解質膜の一方の面の外側に設けられる触媒層と、該触媒層の外側に設けられるガス拡散層と、を備え、
前記隔壁部は、少なくとも前記ガス拡散層に形成されることを特徴とする燃料電池。
【００２３】
このようにすれば、触媒層に燃料ガスを分散して供給することができる。
【００２４】
[適用例９]適用例８に記載の燃料電池において、
前記隔壁部は、前記触媒層に接触せず、前記ガス拡散層内に形成されることを特徴とする燃料電池。
【００２５】
このようにすれば、隔壁部が、触媒層を傷つけることを防止することができる。
【００２６】
[適用例１０]適用例１ないし適用例９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、前記アノード形成部の外側に設けられ、ガス不透過であると共にシート状の導電性シート部であり、前記ガス導入部の前記ガス通過部は、前記導電性シート部のシート面に沿って分散して配置された複数の貫通孔であり、さらに、前記燃料電池は、前記導電性シート部の外側に設けられ、前記導電性シート部の面に沿った方向に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス流路形成部と、を備えることを特徴とする燃料電池。
【００２７】
このようにすれば、リークガス等の不純物がアノード形成層側から燃料ガス供給流路に進入することを抑制し、燃料ガス供給流路にリークガス等の不純物が滞留することを抑制している。その結果、アノードに燃料ガスを分散して供給することができる。
【００２８】
[適用例１１]適用例１ないし適用例１０のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノードは、前記燃料ガス流路形成部によって形成される前記燃料ガス供給流路より、透気度が低いことを特徴とする燃料電池。
【００２９】
このようにすれば、アノードにおいて、導電性シートの貫通孔を介して、供給された燃料ガスが、各ブロック内で拡散することを促進することができる。
【００３０】
[適用例１２]適用例１ないし適用例１１のいずれかに記載の燃料電池において、
前記貫通孔は、前記導電性シート部において、その厚さ方向に対して傾斜して設けられることを特徴とする燃料電池。
【００３１】
このようにすれば、貫通孔を介して各ブロックに導入された燃料ガスは、各ブロック内を拡散しやすくなる。従って、各ブロック内において、リークガスが滞留しにくくなり、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００３２】
[適用例１３]適用例１ないし適用例１２のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、
内部を前記燃料ガスが通るパイプ状部材であり、
前記ガス導入部の前記ガス通過部は、
前記パイプ状部材において、分散して配置された複数の貫通孔であることを特徴とする燃料電池。
【００３３】
このようにすれば、アノードに供給する燃料ガス量のばらつきを小さくすることができる。
【００３４】
[適用例１４]適用例１ないし適用例１３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス導入部は、内部を前記燃料ガスが通るパイプ状部材であり、前記ガス導入部の前記ガス通過部は、前記パイプ状部材において、端部の開口部であることを特徴とする燃料電池。
【００３５】
このようにすれば、アノードに供給する燃料ガス量のばらつきを小さくすることができる。
【００３６】
[適用例１５]適用例１ないし適用例１４のいずれかに記載の燃料電池において、
各ブロックに供給された前記燃料ガスのほぼ全量をアノードで消費することを特徴とする燃料電池。
【００３７】
このような燃料電池において、特に、上記適用例１ないし１４のいずれかに記載の燃料電池の構造を持つことで、リークガス等の不活性ガスの滞留を抑制し、アノードに燃料ガスを分散して供給することが可能となる。
【００３８】
[適用例１６]適用例１ないし適用例１５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノード側は、前記アノードに供給された燃料ガスを外部に排出しない閉塞構造であることを特徴とする燃料電池。
【００３９】
このような燃料電池において、特に、上記適用例１ないし１５のいずれかに記載の燃料電池の構造を持つことで、リークガス等の不活性ガスの滞留を抑制し、アノードに燃料ガスを分散して供給することが可能となる。
【００４０】
このタイプの燃料電池は、前記燃料ガスを供給して行なう運転の態様として、該供給されたほぼすべての燃料ガスをアノードで消費する態様を含む。ここで、燃料ガスのほぼすべてを消費するとは、燃料ガスのアノードから、積極的に燃料ガスを取り出して燃料ガス供給路に循環させるといった用い方をしないことを意味している。消費には、発電のための電気化学反応に用いられるだけでなく、電解質膜の反対側への透過も含まれる。また、現実に燃料電池を構成した場合に生じるリークも、消費に含ませて良い。燃料電池において、こうした燃料ガスの使い方をしながら発電することを、デッドエンド運転と呼ぶ。このとき、燃料ガスのほぼすべてを、外部に排出することなく、内部に滞留させた状態で発電に利用している運転の態様として捉えることができる。この場合、結果的には、燃料ガスが供給されるアノードは、一般的に、燃料ガスを外部に排出あるいは放出しない閉塞構造となる。
【００４１】
発電体のアノード側へ燃料ガスを供給して行なう燃料電池の運転を、アノードデッドエンド運転と呼ぶ。アノードデッドエンド運転では、燃料ガスのアノード側への供給を継続しつつ、アノード側からの燃料ガスの排出をしない状態で発電を継続する。結果的に、少なくとも定常発電時に供給された燃料ガスのほぼ全量をアノード側に留めて発電を行うことになる。発電体が、電解質膜の両面にアノードおよびカソードをそれぞれ接合してなるＭＥＡ（膜電極接合体）を備え、アノード側に燃料ガス（多くは、水素または水素含有ガス）を供給して発電を行う場合には、アノードに供給された燃料ガスのほぼすべてを、外部に排出することなく、内部に滞留させた状態で発電に利用することになる。この場合、結果的には、燃料ガスが供給されるアノード側は、一般的に、燃料ガスを外部に排出あるいは放出しない閉塞構造となる。
【００４２】
本願明細書では、燃料ガスの消費層（アノード）に供給されたほぼ総ての燃料ガスを燃料ガス消費層で消費する運転の態様を、デッドエンド運転と呼ぶが、燃料ガス消費層からの燃料ガスの循環を意図せず、燃料ガスの消費層から名目的に燃料ガスを取り出して利用する形態が加えられていたとしても、当該構成は、デッドエンド運転に含まれる。例えば、燃料ガス消費層あるいはその上流から僅かな燃料ガスを取り出す流路を設け、取り出した燃料ガスを燃焼して補機などのプレヒートに用いる構成などを考えることができる。こうした名目的な燃料ガスの消費は、燃料ガスの取り出しを、燃料ガスの消費層もしくはその上流からとすることに格別な意味がなければ、本願明細書における「ほぼすべての燃料ガスの燃料ガス消費層で消費する」ことから除外される構成とはならない。
【００４３】
本願発明の燃料電池は、さらに、アノード（または水素極）の不純物（たとえば窒素）の分圧が、カソード（または空気極）の不純物（たとえば窒素）の分圧とつりあった状態で継続的に発電する運転状態を実現するものとして把握することもできる。ここで、「つりあった状態」とは、たとえば平衡状態を意味し、必ずしも両者の分圧が等しい状態に限られない。
【００４４】
本願発明の燃料電池は、さらに、たとえば図３２や図３３に示されるような構成をも含む。図３２の構成例は、第１の流路と第２の流路と有している。第１の流路は、第２の流路よりも上流側に配置されている。第１の流路および第２の流路は、第１の流路あるいは第２の流路よりも流れの抵抗が高い高抵抗連通部２１００ｘを介して連通している。これらの流路は、発電領域面外（燃料電池セルの外部）から燃料ガス導入口（例えば、マニホールド）を経由して燃料ガスを導入する。換言すれば、第２の流路への燃料ガスの供給は、主として高抵抗連通部２１００ｘを介して（たとえば高抵抗連通部２１００ｘのみを介して）第１の流路から導入される。
【００４５】
なお、第１の流路や第２の流路は、後述の実施例のように多孔体を利用しても形成可能であるが、たとえばシール材Ｓ１、Ｓ２の挟持（図３２）やハニカム構造材Ｈ２を使用した流路の形成（図３３）として構成してもよい。
【００４６】
高抵抗連通部２１００ｘは、たとえば図３２や図３３に示されるような複数の導入部２１１０ｘ（貫通孔）が面内方向に分散した板状部材が利用可能である。高抵抗連通部２１００ｘは、以下のうちの少なくとも一つの役割を有している。第１の役割は、「第２の流路のうち燃料ガス導入口に近接する領域への燃料ガス供給を制限する役割」である。第２の役割は、「アノード反応部に沿った第２の流路の面直方向に働くガス圧の面内の不均一を抑制する役割」である。第３の役割は、「第１の流路を面内方向に流れる燃料ガスの向きを面直方向（あるいは面に交差する方向）に変換する役割」である。
【００４７】
本願発明の燃料電池は、さらに、以下のような燃料電池システムとして把握することもできる。すなわち、この燃料電池システムは、
供給されたほぼすべての燃料ガスをアノード反応部で消費する態様を含む燃料電池システムであって
発電セル内にアノードガスを導入する導入口と、
前記導入口から供給されたアノードガスをセル面内方向に導く第１のガス流路と、
前記アノード反応部に沿って延在し、
前記第１のガス流路より流れの抵抗が高く、第１のガス流路から第２のガス流路へのアノードガスの流入を妨げつつも、セル面内方向に分布した複数の連通部を介して、第１のガス流路から第２のガス流路へアノードガスを導く高抵抗部と、
を備える。
【００４８】
本願発明の燃料電池は、さらに、以下のような構成を含む燃料電池システムとして把握することもできる。すなわち、この燃料電池システムは、
前記高抵抗部は、前記アノード反応部のうち一の領域に対応した一の連通部と、他の領域に対応した他の連通部とを有し、
前記一の領域で消費されるアノードガスは、前記高抵抗部のうち一の連通部を通過したガスの比率が、他の連通部を通過したガスの比率より高い、
あるいは、
前記高抵抗部は、前記アノード反応部のうち一の領域に対応した一の連通部と、他の領域に対応した他の連通部とを有し、
前記一の連通部を通過したアノードガスは、前記アノード反応部のうちの一の領域で消費される比率が、他の領域で消費される比率より高い
といった構成も可能である。
【００４９】
一方、カソード流路は少なくとも上記高抵抗連通部が有さないことが好ましい。さらにカソード流路は、第２の流路も設けることなく、カソード導入口から供給されたカソードガスをセル面内方向に導く第１のガス流路のみとすることが好ましい。ただし、いわゆるガス拡散層を第２の流路と捉えれば、第１および第２の流路の組み合わせとしても良い。いずれにせよ、上記高抵抗連通部をカソード極からのみ省略することにより、カソードガスの送給機の仕事量の低減およびカソード極での排水性の向上が期待でき、特に、アノード極からの排水性能が低いシステム（燃料ガスの定常的排気の無い）燃料電池システムでは好適である。
【００５０】
なお、本発明は、上記した燃料電池に限られず、ＭＥＡやアノードなど、他の装置発明の態様で実現すること可能である。また、燃料電池の製造方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明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。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１０００の構成：
まず、本発明の第１実施例に係る燃料電池１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成について説明する。図１は、燃料電池システム１０００および燃料電池１００の説明図である。具体的には、図１（Ａ）は、燃料電池システム１０００のブロック図であり、図１（Ｂ）は、燃料電池１００の外観構成図である。この燃料電池システム１０００は、図１（Ａ）に示すように、主に、燃料電池１００と、高圧水素タンク１１００と、エアコンプレッサ１２００と、水素遮断弁１１２０と、レギュレータ１１３０と、制御部１３００とを備えている。
【００５２】
高圧水素タンク１１００は、燃料電池１００の燃料ガスとしての水素を貯蔵する。高圧水素タンク１１００は、水素供給配管１１１０によって、後述する燃料電池１００の燃料ガス供給マニホールドと接続している。水素供給配管１１１０には、上流側に水素遮断弁１１２０と、その下流側に水素の圧力を調整するためのレギュレータ１１３０が設けられている。
【００５３】
エアコンプレッサ１２００は、燃料電池１００に酸化ガスとしての高圧空気を供給する。エアコンプレッサ１２００は、空気供給配管１２１０によって、後述する燃料電池１００の酸化ガス供給マニホールドと接続している。空気供給配管１２１０には加湿器が設けられているものとしても良い。燃料電池１００のカソードで電気化学反応に供されなかった酸化ガスは、後述する酸化ガス排出マニホールドに接続する排出配管１２２０から燃料電池１００の外部へと排出される。
【００５４】
制御部１３００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。制御部１３００は、水素遮断弁１１２０や、エアコンプレッサ１２００などと信号線を介して接続され、これらを制御して、燃料電池１００の発電を実行する。
【００５５】
Ａ２．燃料電池１００の構成：
図２は、燃料電池１００の側面図である。図１または図２に示すように、燃料電池１００は、シール一体発電アセンブリ２００とセパレータ６００とが交互に積層された構造（いわゆるスタック構造）を有している。燃料電池１００は、シール一体発電アセンブリ２００およびセパレータ６００を所定枚数積層し、それらを積層方向に所定の締結力を付与するように締結することにより、製造される。なお、図２では、各シール一体発電アセンブリ２００およびセパレータ６００との間に空間が設けられているが、実際には、この空間はなく、それぞれ互いに接している。以下では、シール一体発電アセンブリ２００およびセパレータ６００を積層する方向を積層方向とも呼ぶ。図２に示されるシール部材７００（リブ７２０）についての詳細は、後述する。
【００５６】
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１１０と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３０と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、本実施例の燃料電池１００は、アノード側に供給された燃料ガスを排出する構造とはなっておらず、すなわち、アノード側に供給された燃料ガスを外部に排出しない閉塞構造となっている（以下では、アノードデットエンド構造とも呼ぶ）。従って、燃料電池１００は、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールドは設けられていない。また、酸化ガスとしては空気が用いられ、燃料ガスとしては水素が用いられる。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。酸化ガスとして、空気に加えて高濃度の酸素を混合した混合ガスを用いてもよい。なお、本実施例の燃料電池１００には、比較的高圧な燃料ガスが供給される。
【００５７】
Ａ３．シール一体発電アセンブリ２００：
図３は、シール一体発電アセンブリ２００の正面図（図２において、シール一体発電アセンブリ２００を右側から見た図）である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面の一部を示す断面図である。図４においては、シール一体発電アセンブリ２００と共に、燃料電池を構成する際にシール一体発電アセンブリ２００を挟持する２枚のセパレータ６００を図示している。
【００５８】
シール一体発電アセンブリ２００は、図２、図３および図４に示すように、積層部材８００と、シール部材７００とで構成される。
【００５９】
積層部材８００は、図４に示すように、ＭＥＡ２４と、導電性シート８６０と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０とを備えている。導電性シート８６０は、ＭＥＡ２４と、アノード側多孔体８４０との間に配置される。
【００６０】
ＭＥＡ２４は、電解質膜８１０と、アノード８２０と、カソード８３０とを備えている。電解質膜８１０は、例えば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イオン交換膜である。アノード８２０は、電解質膜８１０の一方の面に設けられる触媒層８２０Ａと、触媒層８２０Ａの外側に設けられるアノード側拡散層８２０Ｂとから成る。カソード８３０は、電解質膜８１０の他方の面に設けられる触媒層８３０Ａと、触媒層８３０Ａの外側に設けられるカソード側拡散層８３０Ｂとから成る。触媒層８２０Ａおよび触媒層８３０Ａは、例えば、触媒（例えば、白金など）を担持した触媒担持担体（例えば、白金担持カーボンなど）と、電解質とから形成される。アノード側拡散層８２０Ｂおよびカソード側拡散層８３０Ｂ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、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。ＭＥＡ２４は、矩形状をしている。なお、アノード側拡散層８２０Ｂには、その内部に、本実施例の特徴部分である隔壁部８２５が形成されているが、これについての詳細は後述する。
【００６１】
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、例えば、エキスパンドメタル、パンチングメタル、メッシュ、または、フェルトなどが用いられる。また、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、シール一体発電アセンブリ２００とセパレータ６００とを積層して燃料電池１００を構成した際に、それぞれ、後述するセパレータ６００の発電領域ＤＡに接触する。さらに、アノード側多孔体８４０は、後述するように、燃料ガスをアノード８２０に供給するための燃料ガス供給流路として機能し、カソード側多孔体８５０は、後述するように、酸化ガスをカソード８３０に供給するための酸化ガス供給流路として機能する。なお、上述したアノード側拡散層８２０Ｂおよびカソード側拡散層８３０Ｂは、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０よりそれぞれ低い、言い換えれば、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０より透気度が高いものが用いられる。
【００６２】
図５は、導電性シート８６０およびアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。具体的には、図５（Ａ）は、図４において導電性シート８６０を上側から見た図を示し、図５（Ｂ）は、図４においてアノード側拡散層８２０Ｂを上側から見た図を示す。なお、図５（Ｂ）には、アノード側拡散層８２０Ｂと導電性シート８６０とを積層した場合において、アノード側拡散層８２０Ｂに対向する貫通孔８６５の位置が点線で示されている。
【００６３】
導電性シート８６０は、図５（Ａ）に示すように、シート状（薄膜状）に形成され、その表面に分散して設けられた多数の貫通孔８６５を有している。各貫通孔８６５は、円形で共に口径が等しく（すなわち、同形状であり）、導電性シート８６０の厚さ方向に貫通し、また、導電性シート８６０の表面に、格子状に設けられる。導電性シート８６０において、シート面の面積に対して各貫通孔８６５の開口部分が占める割合を開口率と呼ぶ。導電性シート８６０は、この開口率が比較的小さく設定される。導電性シート８６０の開口率は、５％未満が好ましく、３％未満がさらに好ましく、１％未満が特に好ましい。そのため、導電性シート８６０において、貫通孔８６５の口径は、比較的小さく、各貫通孔８６５間のピッチは比較的広くなっている。それに伴い、各貫通孔８６５を通過する燃料ガスは、大きな圧力損失を伴う。この導電性シート８６０は、金で形成されており、アノード側多孔体８４０の一方の面に、熱圧着、ろう付け、溶接などによって接合される。なお、図５では、図を見やすくするために、貫通孔８６５の口径を大きめに記載している。以下では、燃料電池１００において、積層部材８００の各部材の面に沿った方向を面方向とも呼ぶ。
【００６４】
ここで、アノード側拡散層８２０Ｂの内部に形成される隔壁部８２５について説明する。隔壁部８２５は、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、図４に示すように、導電性シート８６０側の面から触媒層８２０Ａ側の面まで、その厚さ方向（積層方向）に平行に伸びる隔壁である。また、隔壁部８２５は、以下のように配置される。すなわち、隔壁部８２５は、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、図５（Ｂ）に示すように、導電性シート８６０側の面を格子状に複数のブロック（以下では、一つ一つのブロックをそれぞれ、ブロックＢＬとも呼ぶ）に分割する。分割された各ブロックＢＬにおいて、１つのブロックＢＬは、導電性シート８６０の１つの貫通孔８６５と対向（連通）するように配置されている。この隔壁部８２５は、アノード側拡散層８２０Ｂの導電性シート８６０側の面において、隔壁部８２５を形成する部分を除いた部分にマスキングを施し、その状態で、アノード側拡散層８２０Ｂに樹脂を含浸させることにより形成する。このように形成された隔壁部８２５により、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、各ブロックＢＬ間では、ガスの移動が抑制される。なお、樹脂としては、ガス不透過な樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂、ＰＥ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ＡＢＳ樹脂、または、ＰＰ樹脂などを用いることができる。
【００６５】
シール部材７００は、面方向の外周に亘って配置されている。シール部材７００は、成形材料を射出成形することによって作製され、積層部材８００の外周端に隙間なく気密に一体化されている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力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、ゴムやエラストマーによって形成される。具体的には、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、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。
【００６６】
シール部材７００は、図２〜図４に示すように、支持部７１０と、支持部７１０の両側に配置され、シールラインを形成するリブ７２０とを備えている。支持部７１０には、図３に示すように、各マニホールド１２０〜１５０（図１参照）に対応する貫通孔（マニホールド孔）が形成されている。リブ７２０は、シール一体発電アセンブリ２００とセパレータ６００が積層された際に、隣接するセパレータ６００に密着してセパレータ６００との間をシールし、反応ガスや冷却水の漏洩を防止する。リブ７２０は、図３に示すように、積層部材８００の全周を囲むシールラインと、個々のマニホールド孔の全周を囲むシールラインとを形成する。
【００６７】
Ａ４．セパレータ６００の構成：
図６は、セパレータ６００のうちカソードプレート４００の形状を示す説明図である。図７は、セパレータ６００のうちアノードプレート３００の形状を示す説明図である。図８は、セパレータ６００のうち中間プレート５００の形状を示す説明図である。図９は、セパレータ６００の正面図である。次に、図６〜図９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、図６〜図８に示すカソードプレート４００、アノードプレート３００、および、中間プレート５００から構成されている。なお、図６、図７、図８は、各プレート４００、３００、５００を、図９は、セパレータ６００を、それぞれ図２の右側から見た様子を示している。また、図９における黒塗りまたは白抜きの矢印についての説明は、後述する。
【００６８】
図６〜図９において、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ＤＡは、セパレータ６００がシール一体発電アセンブリ２００と共に積層され燃料電池１００を構成する際に、シール一体発電アセンブリ２００の積層部材８００に含まれるＭＥＡ２４に対向する領域である。ＭＥＡ２４は、実際に発電が行われる領域であるので、この領域を以下では、発電領域ＤＡと呼ぶ。発電領域ＤＡは、ＭＥＡ２４が矩形であるため、当然に矩形である。
【００６９】
カソードプレート４００（図６）は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、５個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、酸化ガス供給スリット４４０と、酸化ガス排出スリット４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット４４０は、略長方形の長孔であり、発電領域ＤＡの内側であって発電領域ＤＡの上方の辺に沿って配置されている。酸化ガス排出スリット４４４は、酸化ガス供給スリット４４０と同様に略長方形の長孔であり、発電領域ＤＡの内側であって、発電領域ＤＡの下方の辺に沿って配置されている。
【００７０】
アノードプレート３００（図７）は、カソードプレート４００と同様に、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、５個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、燃料ガス供給スリット３５０を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、発電領域ＤＡの内側であって発電領域ＤＡの右方の辺に沿って、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス排出スリット４４４と重ならないように配置されている。
【００７１】
中間プレート５００（図８）は、上述の各プレート３００、４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のための３つのマニホールド形成部５２２〜５２６と、複数の酸化ガス導入流路形成部５４２と、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４と、一つの燃料ガス導入流路形成部５４６とを備えている。中間プレート５００は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２６は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。
【００７２】
各冷却媒体流路形成部５５０は、発電領域ＤＡを図８における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域ＤＡの外側に至っている。
【００７３】
中間プレート５００（図８）において、複数の酸化ガス導入流路形成部５４２の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２２と連通しており、複数の酸化ガス導入流路形成部５４２とマニホールド形成部５２２は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス導入流路形成部５４２の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス供給スリット４４０と重なる位置まで延びている。この結果、セパレータ６００を構成した際に、各酸化ガス導入流路形成部５４２は、それぞれ、酸化ガス供給スリット４４０と連通する。
【００７４】
中間プレート５００（図８）において、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２４と連通しており、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４とマニホールド形成部５２４は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス排出流路形成部５４４の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス排出スリット４４４と重なる位置まで延びている。この結果、セパレータ６００を構成した際に、各酸化ガス排出流路形成部５４４は、それぞれ、酸化ガス排出スリット４４４と連通する。
【００７５】
中間プレート５００（図８）において、燃料ガス導入流路形成部５４６の一端は、マニホールド形成部５２６と連通している。燃料ガス導入流路形成部５４６は、上述した酸化ガス排出流路形成部５４４と重ならない位置に、発電領域ＤＡの下方の辺に沿って延び、その他端は発電領域ＤＡの左方の辺近くにまで達している。燃料ガス導入流路形成部５４６のうち、発電領域ＤＡの内側の部分は、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したアノードプレート３００における燃料ガス供給スリット３５０と重なる。この結果、セパレータ６００を構成した際に、燃料ガス導入流路形成部５４６は燃料ガス供給スリット３５０と連通する。
【００７６】
セパレータ６００（図９）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９において貫通部である５つのマニホールド１１０〜１６０と、複数の酸化ガス導入流路６５０と、複数の酸化ガス排出流路６６０と、燃料ガス導入流路６３０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。
【００７７】
図９に示すように、複数の酸化ガス導入流路６５０は、それぞれ、上述したカソードプレート４００の酸化ガス供給スリット４４０と、中間プレート５００の酸化ガス導入流路形成部５４２の一つとによって形成される。各酸化ガス導入流路６５０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス供給マニホールド１１０と連通し、他端がカソードプレート４００側の表面（カソード側表面）に至り、カソード側表面に開口する流路である。また、図９に示すように、複数の酸化ガス排出流路６６０は、上述したカソードプレート４００の酸化ガス排出スリット４４４と、中間プレート５００の酸化ガス排出流路形成部５４４の一つとによって形成される。各酸化ガス排出流路６６０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス排出マニホールド１２０と連通し、他端がカソードプレート４００側のカソード側表面に至り、カソード側表面に開口する流路である。
【００７８】
図９に示すように、燃料ガス導入流路６３０は、上述したアノードプレート３００の燃料ガス供給スリット３５０と、中間プレート５００の燃料ガス供給スリット３５０とによって形成される。燃料ガス導入流路６３０は、一端が燃料ガス供給マニホールド１３０と連通し、他端がアノード側表面に開口する内部流路である。また、複数の冷却媒体流路６７０は、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図８）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。
【００７９】
Ａ５．燃料電池１００の動作：
図１０は、本実施例の燃料電池１００内における反応ガスの流れを示す説明図である。図１１は、図１０のＸ領域の拡大図である。図を見やすくするため、図１０においては、２つのシール一体発電アセンブリ２００と２つのセパレータ６００が積層された様子のみを図示している。図１０（Ａ）は、図９におけるＢ−Ｂ断面に対応する断面図を示している。図１０（Ｂ）は、右側の半分が図９におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図９におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示している。また、図１０、図１１では、反応ガスの流れを矢印で示している。図１１において、燃料ガスが右から左に流れているので、右側を上流側、左側を下流側とも呼ぶ。
【００８０】
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給され、その後、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つつ熱交換を行い、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。
【００８１】
酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図１０（Ａ）において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス導入流路６５０を通って、酸化ガス供給スリット４４０（図６）からカソード側多孔体８５０に流入する。カソード側多孔体８５０に流入した酸化ガスは、酸化ガス供給流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図９において白抜きの矢印で示すように上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出スリット４４４（図６）から酸化ガス排出流路６６０に流入し、酸化ガス導入流路６５０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０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８３０Ｂ全体に亘って拡散し、触媒層８３０Ａでカソード反応（例えば、２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に供される。
【００８２】
燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図１０（Ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス導入流路６３０を通って、燃料ガス供給スリット３５０（図７）からアノード側多孔体８４０に流入する。アノード側多孔体８４０に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を図９において黒塗りの矢印で示すように下方から上方に流動する。この際、燃料ガスは、図１１に示すように、アノード側多孔体８４０に当接する導電性シート８６０の各貫通孔８６５から、面方向に垂直な方向（積層方向）へ向かってアノード側拡散層８２０Ｂの各ブロックＢＬに流入し、各ブロックＢＬ内で拡散しつつ、触媒層８２０Ａでアノード反応（例えば、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-）に供される。
【００８３】
本実施例の燃料電池１００は、アノードデットエンド構造となっており、燃料ガス排出口または燃料ガス排出流路がなく、アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、ほぼ全量、アノード８２０に吸収され、消費される。ここで、「消費」とは、燃料ガスが、アノード８２０で電気化学反応によって発電に用いられることの他、燃料ガスがカソード８３０側へリークすることも含む概念である。
【００８４】
また、積層部材８００において、アノード８２０（アノード側拡散層８２０Ｂ）とアノード側多孔体８４０との間に、貫通孔８６５を有する導電性シート８６０を設けている。この場合、燃料ガスは、各貫通孔８６５を通過する際大きな圧力損失をうける。そうすると、アノード８２０（アノード側拡散層８２０Ｂ）とアノード側多孔体８４０との間には、大きな圧力差が生じ、アノード８２０（アノード側拡散層８２０Ｂ）に比べて、アノード側多孔体８４０の方が、圧力がかなり高くなる。それに伴い、各貫通孔８６５において、燃料ガスの流速が速くなり、その結果、リークガスの拡散速度より燃料ガスの流速が速くなる。その結果、リークガスがアノード側拡散層８２０Ｂからアノード側多孔体８４０（燃料ガス供給流路）に進入することが抑制され、アノード側多孔体８４０（燃料ガス供給流路）にリークガスが滞留することが抑制される。
【００８５】
以下では、下記の図１２に示す比較例としての燃料電池と比較して、本実施例の燃料電池１００の有効性を検討する。図１２は、比較例としての燃料電池であって、隔壁部８２５を有さないアノード側拡散層８２０Ｂにおける燃料ガスの拡散の様子を示す図である。この比較例における燃料電池の各部の符号は、上記実施例と同様なものを用いる。図１２において、右側を上流側、左側を下流側とも呼ぶ。比較例の燃料電池において、アノード側多孔体８４０では、内部の流動抵抗により、上流側から下流側に向けて燃料ガスの流速は、徐々に弱まる。それに伴い、各貫通孔８６５において、下流側に位置する各貫通孔８６５ほど、通過する燃料ガスの流速も徐々に弱まる。そうすると、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、燃料ガスの面方向の拡散流速も、下流側ほど徐々に弱まり、その結果、図１２に示すように、上流側から下流側に向かって燃料ガスの流れが生じるおそれがあった。
【００８６】
ところで、アノード側拡散層８２０Ｂには、リークガスがリークしてくるが、上述のようにアノード側拡散層８２０Ｂにおいて、上流側から下流側に向かって燃料ガスの流れが生じると、リークガスがその流れに逆らって拡散することができず、アノード側拡散層８２０Ｂの下流側に蓄積されるおそれがあった。それに伴い、アノード側拡散層８２０Ｂにおいてリークガスが蓄積された部分に対応する触媒層８２０Ａに燃料ガスの供給が阻害されるおそれがあった。
【００８７】
一方、以上のように、本実施例の燃料電池１００は、アノード側拡散層８２０Ｂを複数のブロックＢＬに分割する隔壁部８２５を備えている。このようにすれば、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、燃料ガスが面方向（上流側から下流側）に流れるのを抑制することができ、それに伴い、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、下流側など局所的にリークガスが滞留することを抑制することができる。その結果、触媒層８２０Ａ（カソード８３０）に燃料ガスを分散して供給することが可能となり、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。
【００８８】
また、アノード側拡散層８２０Ｂは、隔壁部８２５によって複数のブロックＢＬに分割されており、所定のブロックＢＬにおいて、リークガスの濃度が高まるおそれがある。しかしながら、本実施例の燃料電池１００では、比較的高圧な燃料ガスが供給される。そうすると、リークガス濃度が高まったブロックＢＬにおいて、燃料ガスがそのブロックＢＬに対応する触媒層８２０Ａに供給されることが阻害され、徐々にそのブロックＢＬにおいて燃料ガス濃度が高まる。それに伴い、そのブロックＢＬにおけるリークガスは、カソード８３０側に押し返される。従って、各ブロックＢＬにおいて、リークガス濃度が異常に高くなることを抑制することができ、その結果、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。
【００８９】
本実施例の燃料電池１００では、隔壁部８２５を、各ブロックＢＬのそれぞれに関して、１つのブロックＢＬが、導電性シート８６０の１つの貫通孔８６５と対向するように配置している。このようにすれば、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、各ブロックＢＬ内で、局所的にリークガスが滞留することを抑制することができる。
【００９０】
さらに、本実施例の燃料電池１００では、アノード側拡散層８２０Ｂは、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側多孔体８４０より低いものを用いている。このようにすれば、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、導電性シート８６０の貫通孔８６５を介して、供給された燃料ガスが、アノード側拡散層８２０Ｂの各ブロックＢＬ内で拡散することを促進することができる。
【００９１】
なお、本実施例の燃料電池１００では、燃料ガス供給流路に供給する燃料ガスの供給圧力（以下では、燃料ガス供給圧とも呼ぶ）、および、酸化ガス供給流路に供給する酸化ガスの供給圧力（酸化ガス供給圧とも呼ぶ）は、燃料ガス供給流路を流れる燃料ガスの圧力の最小値が、アノード８２０において、カソード８３０側から電解質膜８１０を介してリークしてくるリークガスの分圧の最大値より高くなるように、設定されることが好ましい。この場合、燃料ガス供給圧、または、酸化ガス供給圧のどちらか一方のみを調整して上記のように設定してもよいし、燃料ガス供給圧、および、酸化ガス供給圧の両方を調整して上記のように設定してもよい。なお、燃料ガス供給圧、または、酸化ガス供給圧の設定値は、例えば、実験的に定められる実験データに基づいて、決定される。
【００９２】
上記実施例において、アノード８２０は、請求項におけるアノードまたはアノード形成層に該当し、カソード８３０は、請求項におけるカソードに該当し、アノード側拡散層８２０Ｂは、請求項におけるガス拡散層に該当し、隔壁部８２５は、請求項における隔壁部に該当し、導電性シート８６０は、請求項におけるガス導入部または導電性シート部に該当し、貫通孔８６５は、請求項におけるガス通過部または貫通孔に該当し、アノード側多孔体８４０は、請求項における流路形成部材に該当する。
【００９３】
Ｂ．第２実施例：
図１３は、本発明の第２実施例に係る燃料電池１００Ａにおけるアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。この図１３は、第１実施例の燃料電池１００の図５（Ｂ）に対応する。また、この図１３のアノード側拡散層８２０Ｂには、アノード側拡散層８２０Ｂと導電性シート８６０とを積層した場合において、対向する貫通孔８６５の位置が点線で示されている。
【００９４】
本実施例の燃料電池１００Ａは、基本的に第１実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第１実施例の隔壁部８２５とは、異なる隔壁部８２５Ａを備える。燃料電池１００Ａにおいて、第１実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
本実施例の燃料電池１００Ａが備える隔壁部８２５Ａは、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、第１実施例の隔壁部８２５と同様に、導電性シート８６０側の面から触媒層８２０Ａ側の面まで、その厚さ方向（積層方向）に平行に伸びる隔壁であると共に、図１３に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、導電性シート８６０側の面を蜂の巣状（ハニカム状）に複数のブロックＢＬに分割する。すなわち、各ブロックは、その厚さ方向（積層方向）から見た場合において、蜂の巣状（ハニカム状）に形成されている。また、図１３に示すように、導電性シート８６０の貫通孔８６５は、各ブロックＢＬにおいて導電性シート８６０側の面の略中央部に対向して配置されている。各ブロックＢＬは、略正六角形であり、貫通孔８６５に対応する部分から、隔壁部８２５Ａの角部分と隔壁部８２５Ａの面部分までの距離は、それほど差はない。従って、貫通孔８６５を介して各ブロックＢＬに供給された燃料ガスは、各ブロックＢＬにおいて、各ブロックＢＬの隅まで行き渡りやすく、すなわち、各ブロックにおいて、拡散しやすい。また、各ブロックＢＬは、ハニカム状に形成されているので、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、面圧分布を均一化することが可能である。
【００９６】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、本発明の第３実施例に係る燃料電池１００Ｂにおける導電性シート８６０Ａおよびアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。この図１４は、第１実施例の燃料電池１００の図５に対応する。また、この図１４（Ｂ）のアノード側拡散層８２０Ｂには、アノード側拡散層８２０Ｂと導電性シート８６０Ａとを積層した場合において、対向する貫通孔８６５の位置が点線で示されている。
【００９７】
本実施例の燃料電池１００Ｂは、基本的に第１実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第１実施例の導電性シート８６０に対して導電性シート８６０Ａの貫通孔８６５の配置が異なり、また、第１実施例の隔壁部８２５とは、異なる隔壁部８２５Ｂを備える。燃料電池１００Ｂにおいて、第１実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
本実施例の燃料電池１００Ｂが備える導電性シート８６０Ａは、図１４（Ａ）に示すように、貫通孔８６５間のピッチが、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、狭くなるように、すなわち、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、貫通孔８６５間が密になるように、貫通孔８６５が配置されている。言い換えれば、貫通孔８６５間のピッチが、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、広くなるように、すなわち、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、貫通孔８６５間が疎になるように、貫通孔８６５が配置されている。
【００９９】
また、隔壁部８２５Ｂは、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、第１実施例の隔壁部８２５と同様に、導電性シート８６０Ａ側の面から触媒層８２０Ａ側の面まで、その厚さ方向（積層方向）に平行に伸びる隔壁であると共に、図１４に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、導電性シート８６０Ａ側の面を、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、面積が小さくなるように複数のブロックＢＬに分割する。言い換えれば、隔壁部８２５Ｂは、導電性シート８６０Ａ側の面を、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、面積が大きくなるように複数のブロックＢＬに分割する。すなわち、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、各ブロックＢＬの体積は、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、小さく形成されている。この場合、図１４に示すように、導電性シート８６０の貫通孔８６５は、各ブロックＢＬにおいて導電性シート８６０側の面の略中央部に対向して配置されている。
【０１００】
ところで、アノード８２０において、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうほど、発電電流量が大きくなり、言い換えれば、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうほど、燃料ガスの需要量が多くなる。一方、以上のように、本実施例の燃料電池１００Ｂでは、各ブロックＢＬの体積を、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、小さく形成している。このようにすれば、各ブロックＢＬにおいて、酸化ガスの流れ方向の下流側に比べて上流側のブロックＢＬの方が、燃料ガスが多く供給されることとなる。従って、ＭＥＡ２４において、発電電流量が大きくなる部分に多くの燃料ガスを供給することができるので、燃料電池１００Ｂにおいて、発電効率を向上させることができる。
【０１０１】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、本発明の第４実施例に係る燃料電池１００Ｃにおけるアノード側拡散層８２０Ｂ１の正面図である。この図１５は、第１実施例の燃料電池１００の図５（Ａ）に対応する。また、この図１５のアノード側拡散層８２０Ｂ１には、アノード側拡散層８２０Ｂ１と導電性シート８６０とを積層した場合において、対向する貫通孔８６５の位置が点線で示されている。
【０１０２】
本実施例の燃料電池１００Ｃは、基本的に第１実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第１実施例のアノード側拡散層８２０Ｂとは異なるアノード側拡散層８２０Ｂ１を備える。燃料電池１００Ｃにおいて、第１実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０３】
本実施例の燃料電池１００Ｃが備えるアノード側拡散層８２０Ｂ１は、図１５に示すように、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、透気度が大きくなるように形成されている。言い換えれば、アノード側拡散層８２０Ｂ１は、図１５に示すように、酸化ガスの流れ方向の下流側から上流側に向かうにつれて、透気度が小さくなるように形成されている。具体的には、アノード側拡散層８２０Ｂ１は、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、気孔率が大きくなるように形成されている。本実施例では、アノード側拡散層８２０Ｂ１の透気度を、気孔率を変化させることにより、変化させているが、これに限られず、アノード側拡散層８２０Ｂ１の透気度を、アノード側拡散層８２０Ｂ１内部の細孔の口径、アノード側拡散層８２０Ｂ１の材質、または、これらの組み合わせによって、変化させるようにしてもよい。
【０１０４】
ところで、ＭＥＡ２４において、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうほど、発電電流が小さくなり、言い換えれば、アノード８２０において燃料ガスの需要量が少なくなる。そうすると、アノード８２０において、酸化ガスの流れ方向の下流側に対応する部分では、燃料ガスの供給量が減少し、それに伴いリークガス分圧が高まり、すなわち、リークガスが滞留するおそれがあった。そうすると、その部分では、ますます燃料ガスの供給が抑制され、その結果、燃料電池１００Ｃの発電効率が低下するおそれがあった。
【０１０５】
一方、以上のように、本実施例の燃料電池１００Ｃでは、アノード側拡散層８２０Ｂ１は、酸化ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにつれて、透気度が大きくなるように形成されているので、アノード側拡散層８２０Ｂ１において、酸化ガスの流れ方向の下流側に対応する部分で、燃料ガスの供給量の減少を抑制することができる。それに伴い、その部分で、発電効率が高まるので、燃料電池１００Ｃの発電効率を向上させることができる。
【０１０６】
Ｅ．第５実施例：
図１６は、本発明の第５実施例の燃料電池１００Ｄにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。この図１６は、第１実施例の燃料電池１００の図１１に対応する。本実施例の燃料電池１００Ｄは、基本的に第１実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第１実施例の導電性シート８６０とは異なる導電性シート８６０Ｂを備える。燃料電池１００Ｄにおいて、第１実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
本実施例の燃料電池１００Ｄが備える導電性シート８６０Ｂは、図１６に示すように、貫通孔８６５Ａが、導電性シート８６０Ｂの厚さ方向（積層方向）に対して傾斜するように形成されている。この導電性シート８６０Ｂにおいて、各貫通孔８６５の配置は、第１実施例の導電性シート８６０における貫通孔８６５の配置と同様である。このようにすれば、燃料ガスは、アノード側多孔体８４０から貫通孔８６５Ａを介してアノード側拡散層８２０Ｂの各ブロックＢＬに導入される際、導電性シート８６０Ｂの厚さ方向（積層方向）に対して傾斜した方向から、導入される。そうすると、その燃料ガスは、各ブロックＢＬに導入された後、隔壁部８２５に当たって、各ブロックＢＬ内を拡散しやすくなる。従って、各ブロックＢＬ内において、リークガスが滞留しにくくなり、燃料電池１００Ｄの発電効率を向上させることができる。
【０１０８】
Ｆ．第６実施例：
図１７は、本発明の第６実施例の燃料電池１００Ｅにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。この図１７は、第５実施例の燃料電池１００の図１６に対応する。本実施例の燃料電池１００Ｅは、基本的に第５実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第５実施例の隔壁部８２５とは異なる隔壁部８２５Ｃを備える。なお、導電性シート８６０において、貫通孔８６５Ａの配置、貫通孔８６５Ａの傾斜は、第５実施例の導電性シート８６０と同様である。燃料電池１００Ｅにおいて、導電性シート８６０の他、第５実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０９】
本実施例の燃料電池１００Ｅが備える隔壁部８２５Ｃは、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、第５実施例の隔壁部８２５と同様に、導電性シート８６０側の面から触媒層８２０Ａ側の面まで、その厚さ方向（積層方向）に平行に伸びる隔壁であると共に、図１７に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂを、複数のブロックＢＬに分割する。具体的には、隔壁部８２５Ｃは、各ブロックＢＬが、導電性シート８６０側（アノード８２０の外側）が頂部となるドーム状（半球状）になるように形成する。また、図１７に示すように、導電性シート８６０の貫通孔８６５Ａは、各ブロックＢＬにおいて導電性シート８６０側の面の略中央部に対向して配置され、それに伴い、燃料ガスは、アノード側多孔体８４０から貫通孔８６５Ａを介して各ブロックＢＬの頂部に導入される。このようにすれば、各ブロックＢＬに導入された燃料ガスは、隔壁部８２５Ｃの壁面に沿って、各ブロックＢＬ内を拡散しやすくなる。従って、各ブロックＢＬ内において、リークガスが滞留しにくくなり、燃料電池１００Ｄの発電効率を向上させることができる。
【０１１０】
Ｇ．第７実施例：
図１８は、本発明の第７実施例の燃料電池１００Ｆにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。この図１８は、第１実施例の燃料電池１００の図１１に対応する。本実施例の燃料電池１００Ｆは、基本的に第１実施例の燃料電池１００と同様の構成であるが、第１実施例の隔壁部８２５とは異なる隔壁部８２５Ｄを備える。燃料電池１００Ｆにおいて、第１実施例と同様の構成の部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１１１】
本実施例の燃料電池１００Ｅが備える隔壁部８２５Ｄは、図１８に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、導電性シート８６０側の面から、その厚さ方向（積層方向）に平行に伸びる隔壁であると共に、図１８に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂを、複数のブロックＢＬに分割する。この場合、隔壁部８２５は、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、触媒層８２０Ａに接触することなく、アノード側拡散層８２０Ｂ内部で留まった状態となっている。このようにすれば、隔壁部８２５Ｄが、触媒層８２０Ａを傷つけることを防止することができる。
【０１１２】
Ｈ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の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て実施することが可能である。
【０１１３】
Ｈ１．変形例１：
図１９は、変形例１における燃料電池の隔壁部８２５Ｅを説明するための図である。上記実施例の燃料電池１００では、隔壁部８２５は、アノード側拡散層８２０Ｂにおいて、平行に伸びるように形成されていたが、本発明は、これに限られるものではない。本変形例１の燃料電池における隔壁部８２５Ｅは、図１９に示すように、アノード側拡散層８２０Ｂ内において、導電性シート８６０側よりも触媒層８２０Ａ側（電解質膜８１０側）の方が薄くなるように形成してもよい。このようにすれば、各ブロックＢＬは、触媒層８２０Ａに接する面積が大きくなるので、各ブロックＢＬ内を拡散する燃料ガスをより多く触媒層８２０Ａへ供給することができる。その結果、燃料電池の発電効率が向上する。
【０１１４】
Ｈ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池では、隔壁部によって分割される各ブロックＢＬのそれぞれに関して、１つのブロックＢＬが、導電性シートの１つの貫通孔と対向するように配置しているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、隔壁部によって分割される各ブロックＢＬのそれぞれに関して、１つのブロックＢＬが、導電性シートの複数の貫通孔８６５と対応するように配置してもよい。このようにしても上記実施例の燃料電池と同様の効果を奏することができる。
【０１１５】
Ｈ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池において、導電性シートの各貫通孔の口径は、同様であったが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電性シートの各貫通孔において、酸化ガス供給スリット４４０（すなわち、カソード８３０に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給口）からの相対距離が遠くなる程、言い換えれば、酸化ガス排出スリット４４４（すなわち、カソード８３０から酸化ガスを排出するための酸化ガス排出口）からの相対距離が近くなるほど、その口径が大きくなるようにしてもよい。
【０１１６】
Ｈ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池において、導電性シートは、金シートが用いられているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電性シートは、金以外の導電性部材で形成されていてもよく、例えば、チタン、ステンレスで形成されてもよい。この場合、導電性シートは、アノード側多孔体８４０の一方の面に、熱圧着、ろう付け、溶接などによって接合される。
【０１１７】
また、導電性シートを、ポリマー型導電性ペーストで形成してもよい。このポリマー型導電性ペーストは、例えば、銀ペースト、カーボンペースト、銀・カーボンペーストなどがある。この場合、ポリマー型導電性ペーストをシート状にした後に、アノード側多孔体８４０の一方の面に熱圧着により接合するようにしてもよい。
【０１１８】
Ｈ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池において、アノード側に供給された燃料ガスを外部に排出しない閉塞構造（アノードデットエンド構造）となっているが、本発明はこれに限られるものではなく、アノード８２０側から燃料ガスを排出するための機構、例えば、燃料ガス排出口や燃料ガス排出流路、燃料ガス排出マニホールドなどを有していてもよい。この場合、この燃料電池は、燃料電池の外部に、燃料ガス排出マニホールドから排出される燃料ガスを遮断可能な遮断弁（以下では、遮断弁Ｎと呼ぶ）を備え、その遮断弁Ｎを閉弁した状態で、アノード側多孔体８４０(アノード側)に供給した燃料ガスのほぼ全量を、アノード８２０に吸収させ、消費させる作動モードを有していてもよい。このようにしても上記実施例の燃料電池１００と同様の効果を奏することができる。
【０１１９】
Ｈ６．変形例６：
上記実施例の燃料電池において、隔壁部を、アノード側拡散層８２０Ｂに樹脂を含浸させることによって形成するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、隔壁部を、アノード側拡散層８２０Ｂに、パンチングメタルや、積層した網状部材などを組み込むことによって形成してもよい。このようにしても上記実施例の燃料電池と同様の効果を奏することができる。
【０１２０】
Ｈ７．変形例７：
上記実施例の燃料電池のアノード８２０において、隔壁部を、アノード側拡散層８２０Ｂにのみ形成するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、隔壁部を、アノード側拡散層８２０Ｂだけでなく触媒層８２０Ａまで形成するようにしてもよい。このようにすれば、アノード側拡散層８２０Ｂおよび触媒層８２０Ａにおいて、燃料ガスが面方向に流れるのを抑制することができ、それに伴い、アノード側拡散層８２０Ｂおよび触媒層８２０Ａ（アノード８２０全体）において、局所的にリークガスが滞留することを抑制することができる。その結果、アノード８２０に燃料ガスを分散して供給することが可能となる。
【０１２１】
Ｈ８．変形例８：
上記実施例の燃料電池のアノード８２０は、触媒層８２０Ａの他、アノード側拡散層８２０Ｂを備えており、該アノード側拡散層８２０Ｂに隔壁部を形成するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、アノード８２０は、アノード側拡散層８２０Ｂを備えず、触媒層８２０Ａのみから構成され、触媒層８２０Ａのみに隔壁部を形成するようにしてもよい。このようにすれば、触媒層８２０Ａにおいて、燃料ガスが面方向に流れるのを抑制することができ、それに伴い、触媒層８２０Ａにおいて、局所的にリークガスが滞留することを抑制することができる。
【０１２２】
また、アノード８２０は、触媒層８２０Ａとアノード側拡散層８２０Ｂとの間に、さらに、導電性多孔体を設けるようにしてもよい。この導電性多孔体は、面方向における流動抵抗がより小さいもの、すなわち、面方向にガスが流れやすいものが好ましい。このようにすれば、アノード８２０において、燃料ガスの分散性を向上させることができる。
【０１２３】
Ｈ９．変形例９：
上記実施例の燃料電池は、酸化ガスとして、空気を用いているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化ガスとして、酸素を含めばよく、酸素以外のガスが混合した所定の混合ガスを用いることができる。
【０１２４】
Ｈ１０．変形例１０：
上記実施例の燃料電池において、アノード側拡散層８２０Ｂは、多孔質な材料で形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。アノード側拡散層８２０Ｂは、ガス拡散性を有していれば良く、例えば、空間であってもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
【０１２５】
Ｈ１１．変形例１１：
上記実施例の燃料電池は、アノードデットエンド運転型の燃料電池であり、燃料ガスを循環ポンプ等で循環させる必要がなく、省スペース化、または、循環のためのポンプ動力を削減することができ、エネルギ効率を向上させることができる。従って、上記実施例の燃料電池は、自動車、電車、飛行機、船舶、リニアモータカなどの移動体に搭載するのに好適である。
【０１２６】
Ｈ１２．変形例１２：
上記実施例の燃料電池は、アノードデットエンド運転型の燃料電池であるが、本発明はこれに限られるものではなく、燃料ガスを循環させる循環型燃料電池に適用してもよい。
【０１２７】
Ｈ１３．変形例１３：
上記実施例の燃料電池において、アノード側拡散層８２０Ｂは、アノード側多孔体８４０より透気度が高いものが用いられていたが、本発明はこれに限られるものではなく、アノード側多孔体８４０は、アノード側拡散層８２０Ｂより透気度が高いものを用いてもよい。このようにすれば、アノード側多孔体８４０において、燃料ガスが分散しやすくなり、その結果、各ブロックＢＬに分散して燃料ガスを供給することができる。
【０１２８】
Ｈ１４．変形例１４：
上記実施例の燃料電池は、固体高分子型の燃料電池であったが、本発明は、これに限られず、水素分離膜型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池等、種々の燃料電池に適用可能である。
【０１２９】
Ｈ１５．変形例１５：
上記実施例の燃料電池では、アノード８２０に供給された燃料ガスが、ほぼ全量、アノードで消費される構造を採用しているが、係る構造での運転が可能としているアノード８２０への燃料ガス供給の流路構成としては、種々の構成が採用可能である。以下では、上記実施例の燃料電池のように、アノード８２０にシャワー状に燃料ガスを供給する構成（シャワー流路タイプとも呼ぶ）の変形例を以下に説明する。
【０１３０】
シャワー流路の第１変形例：図２０は、シャワー流路の第１変形例の構成を示す説明図である。第１変形例は、上記実施例の導電性シート８６０に相当する分散板２１００がＭＥＡ２０００と一体として形成された構成を有している。ＭＥＡ２０００は、アノード２２００と電解質膜２３００とを有している。また、分散板２１００には、所定間隔で多数の貫通孔（オリフィス）２１１０が設けられている。
【０１３１】
図２１は、分散板２１００の機能を説明する説明図である。燃料ガスは、分散板２１００によって水素ガスを消費するアノード２２００から隔離された上流側の流路で分配される。上流側の流路で分配された燃料ガスは、分散板２１００に設けられた貫通孔２１１０を通って、燃料ガス消費層であるアノード２２００に局所的に供給される。つまり、本変形例の燃料電池では、燃料ガスは、貫通孔２１１０の存在位置に対応する部位のアノード２２００に直接的に供給される。こうした局所的な燃料ガスの供給を実現する構成としては、例えば、燃料ガスが、アノード２２００の他の領域を経由することなく、燃料ガスを消費する部位に直接供給する経路を有する構成、あるいはアノード２２００の面外の離れた方向（好ましくはアノード２２００から隔離された流路）からアノード２２００に向かって、主として垂直な方向に燃料ガスを供給する構成なども採用可能である。一方、アノード２２００は、窒素の滞留が発生しにくい形状とすればよい。例えば、平滑な面（フラットな面）から構成し、電解質膜２３００側に凹部などを有しない形状とすればよい。
【０１３２】
分散板２１００の貫通孔２１１０の径およびピッチは、実験的に定めることができるが、例えば所定の運転状態（たとえば定格運転状態）において、貫通孔２１１０を通過する燃料ガスの流速が窒素ガスの拡散による逆流を十分に抑制できるようにしても良い。係る条件が成立するように、貫通孔２１１０における十分な流速あるいは十分な圧力損失が発生するように、貫通孔２１１０の間隔と流路断面積を設定すればよい。たとえば、固体高分子型燃料電池では、分散板２１００の開口率を１％程度以下とすることで、十分な流速あるいは十分な圧力損失が発生することが確認された。このような開口率は、循環型の燃料ガス流路と比較すると１桁から２桁程度少ないため、循環型の燃料ガス流路にコンプレッサを用いて燃料ガスの流量を確保する構成とは本質的に異なっている。本実施例および変形例では、燃料タンクからの高圧水素を直接（あるいは所定の高圧圧力まで調圧弁で調圧した状態で）、燃料電池に導くことにより、開口率の低い構造でも十分な燃料ガスを確保している。
【０１３３】
シャワー流路の第２変形例：図２２は、シャワー流路の第２変形例の構成を示す説明図である。この変形例では、アノード２２００と電解質膜２３００とを備えたＭＥＡ２２０１上に配置される分散板２１０１を、緻密な多孔体を用いて実現している。分散板２１０１の多孔体の開口率は、十分な流速あるいは十分な圧力損失が発生するように選択されている。細孔を用いた場合には、細孔毎に、いわば離散化して、燃料ガスが局所的に供給されるのに対して、多孔体を用いた場合には、連続的に燃料ガスを供給することができるという利点を有している。また燃料ガスのアノード２２００への供給が一層均一化されるという利点も得られる。緻密な多孔体は、カーボン粉を焼結することによって製造しても良いし、カーボンや金属粉をバインド剤を用いて固めることにより製造することも可能である。多孔体は、連続多孔体であれば良く、厚さ方向への連続性を確保して面方向の連続性を確保しない異方性を備えたものとしても良い。多孔体の開口率については、シャワー流路の第１変形例と同様に決定すればよい。
【０１３４】
シャワー流路の第３変形例：図２３は、シャワー流路の第３変形例として、プレスメタルを用いて構成された分散板２１０２を示す説明図である。図２４は、図２３におけるＣ−Ｃ断面を示す模式図である。分散板２１０２は、分散板２１０２の上流側の流路を形成するための突部２１０２ｔを備え、この突部２１０２ｔの側面には細孔２１１２が形成されている。この分散板２１０２は、電解質膜２３００の両側にアノード２２００とカソード２４００とを備えたアノード２２００側に配置されており、図２４に示すように、突部２１０２ｔを利用して、分散板２１０２の上流側の流路を一体に形成している。燃料ガスは、この突部２１０２ｔの側面に形成された細孔２１１２を介して、アノード２２００に供給される。
【０１３５】
係る構成によれば、分散板２１０２をプレス加工により容易に形成することができるうえ、分散板２１０２上流の流路を簡易に形成できるという利点も得られる。細孔２１１２を通過した燃料ガスは、突部２１０２ｔ内部の空間を経て、アノード２２００に到るので、分散性を十分に確保することができる。細孔２１１２は、プレス加工に拠って形成しても良いし、突部２１０２ｔの形成の前工程または後工程において、放電加工など、他の手法により形成しても良い。細孔２１１２による開口率については、シャワー流路の第１変形例と同様に決定すればよい。
【０１３６】
シャワー流路の第４変形例：図２５は、シャワー流路の第４変形例として、分散板２０１４ｈｍの内部に、流路を形成した構成を示す説明図である。この変形例の分散板２０１４ｈｍは、長方形の形状の分散板２０１４ｈｍの短手方向に形成された複数の流路２１４２ｎと、この流路２１４２ｎから、分散板２０１４ｈｍの厚さ方向に設けられ、図示しないアノード側に開披した多数の細孔２１４３ｎとを備える。分散板２０１４ｈｍは、電解質膜２３００の両側に水素側電極（図示せず）とカソード２４００とを備えたＭＥＡ２２０３の水素側電極側に配置されており、分散板２０１４ｈｍを介して、燃料ガスの供給を受ける。係る構成に拠れば、各細孔２１４３ｎまでの流路を、個別に用意できるという利点が得られる。なお、図２５では、細孔２１４３ｎの配置は千鳥状としたが、格子状であってもよいし、ある程度ランダムに配置しても良い。
【０１３７】
シャワー流路の第５変形例：図２６は、シャワー流路の第５変形例として、パイプを使用して分散板２０１４ｈｐを形成した構成を示す説明図である。分散板２０１４ｈｐは、図２６に示したように、矩形のフレーム２１４０を備え、その短手方向に亘って、中空の多数のパイプ２１３０を備えている。このパイプ２１３０の表面には、複数の細孔２１４１ｎが形成されている。この分散板２０１４ｈｐは、アノード２２００とで電解質膜２３００とを備えたＭＥＡ２２０４のアノード２２００上に設置される。分散板２０１４ｈｐのフレーム２１４０に用意されたガス流入口から燃料ガスを供給すると、燃料ガスは、分散板２０１４ｈｐの各パイプ２１３０の内部を通り、細孔２１４１ｎから、アノード２２００へと分配される。係る構成によれば、燃料ガスを均一に分散できるのに加えて、分散板２０１４ｈｐを構成するのに細孔２１４１ｎを除いて穴加工を行なう必要がないという利点が得られる。細孔２１４１ｎは、アノード２２００側に向けて配置して良いし、反対側に向けて配置してもよい。後者の場合には、燃料ガスの分散性は一層改善される。
【０１３８】
以上説明したように、燃料ガスをアノード２２００に分散させつつ導く構造であれば、種々の構成を採用することができる。分散板としては、多孔体やプレスメタルに限られず、燃料ガスを分配しつつアノード２２００に導くように構成されていればよい。
【０１３９】
Ｈ１６．変形例１６：
上記実施例の燃料電池では、燃料ガス供給流路は、多孔体を用いた多孔体タイプの流路であったが、燃料ガス供給流路の形態は種々の構成を採ることができる。以下では、燃料ガス供給流路の変形例を説明する。
【０１４０】
図２７は、いわゆる分岐流路タイプの燃料ガス供給流路を用いた構成例を示す模式図である。図示する燃料ガス供給流路は、上記実施例の燃料電池におけるアノード側多孔体８４０に代えて用いられる流路形成部材５０００に、櫛歯状に形成されている。具体的には、ガス流路は、燃料ガスを導入する主流路５０１０、この主流路から分岐し、主流路５０１０とは交差する方向に形成された複数本の副流路５０２０、この副流路から更に櫛歯状に分岐する櫛歯流路５０３０から形成されている。主流路５０１０および副流路５０２０は、先端の櫛歯流路５０３０と比べて流路断面積を十分に確保しているので、流路形成部材５０００の面内の圧力分布は、アノード側多孔体８４０と同程度もしくはそれ以下となっている。
【０１４１】
この流路形成部材５０００は、カーボンや金属などを用いて形成することができる。カーボンを用いる場合は、型を用いてカーボン粉を高温または低温で焼結することにより、図２７に示した流路を備えた流路形成部材５０００を得ることができる。金属を用いる場合には、金属プレートから溝を削り出すことにより、同様の流路を備えた流路形成部材５０００を形成しても良いし、あるいはプレス加工により、図示する流路を備えた流路形成部材５０００を得ても良い。なお、流路形成部材５０００は、単品として設ける必要はなく、他の部材、例えばセパレータと一体に形成することも可能である。
【０１４２】
なお、この流路形成部材５０００は、アノード側多孔体８４０ごと代えて用いてもよいが、アノード側多孔体８４０および導電性シート８６０ごと代替してもよい。この場合には、櫛歯流路５０３０を十分に細い流路とし、副流路５０２０から、いわば毛細血管のように細かくかつ多数に分岐させておけばよい。また、図２７では、主流路５０１０を流路形成部材５０００の一縁部に沿って設けたが、流路形成部材５０００面内の燃料ガスの圧力差を小さくするために、主流路５０１０を複数の縁部に設けて、副流路５０２０の長さを短くしたり、あるいは主流路５０１０を流路形成部材の中心に設けて、副流路５０２０を主流路５０１０の左右に配置しても良い。同様に、櫛歯流路５０３０は、副流路５０２０の両側に設けても差し支えない。
【０１４３】
次に、図２８に基づいて、サーペンタイン型の流路構成について説明する。図２８は、流路が葛籠折れの形状をとっているサーペンタイン型流路を備えた流路形成部材の構成例を模式的に示す模式図である。図２８（Ａ）は、燃料ガスの流路が単一のタイプの流路形成部材５１００を例示し、図２８（Ｂ）は、燃料ガス流路が複数本統合されたタイプの流路形成部材５２００を例示している。
【０１４４】
図示するように、図２８（Ａ）に例示した流路形成部材５１００は、燃料ガスの流路を囲う外壁のうち対向する外壁５１１０，５１１５から、内側に向けて交互に延長された複数の流路壁５１２０を備える。流路壁５１２０で区切られた部分が連続する流路となっている。この一端に流入口５１５０が形成されており、燃料ガスはここから流路に供給される。この流路形成部材５１００は、図２７の流路形成部材５０００と同様、上記実施例のアノード側多孔体８４０に代えて用いられる。
【０１４５】
図２８（Ｂ）は、このサーペンタイン型流路が、複数本の流路の束として構成された例を示している。この場合、外壁５２１０および５２１５から内側に向けて交互に延長された複数の流路壁５２２０の間に、外壁５２１０，５２１５とは連設されていない仕切壁５２３０，５２４０が設けられている。また、流路の入り口には、流入口５２５０が形成されている。流入口５２５０から流入した燃料ガスは、仕切壁５２３０，５２４０を備えた幅広のサーペンタイン型流路を流れて、流路形成部材５２００の面方向にくまなく行き渡る。この流路形成部材５２００は、図２７の流路形成部材５０００と同様、上述した実施例の多孔体８４０に代えて用いられる。
【０１４６】
図２８に示した流路形成部材５１００，５２００は、図２７に示した櫛歯型の流路を備えた流路形成部材５０００と同様に、カーボンや金属から形成される。その形成方法も同様である。これらの流路形成部材５１００，５２００は、単品として設ける必要はなく、他の部材、例えばセパレータと一体に形成することも可能である。
【０１４７】
Ｈ１７．変形例１７：
図２９は、燃料ガス供給流路の変形例の一つとして、循環路タイプの燃料電池６０００の内部構成を模式的に示す説明図である。図示するように、本変形例の燃料電池６０００では、アノード側セパレータ６２００に、燃料ガス供給流路となる凹部６２２０と燃料ガス入口ポート６２１０と規制板６２３０とが設けられている。燃料ガス供給流路となる凹部６２２０は、アノード側セパレータ６２００のアノード６１００と対向する領域に亘って形成されている。アノード側セパレータ６２００における燃料ガス入口ポート６２１０には、ノズル６３００が、凹部６２２０に向けて燃料ガスを噴出可能に取り付けられている。このノズル６３００から燃料ガスを噴出することによって、燃料ガス入口ポート６２１０から、凹部６２２０内に燃料ガスが供給される。規制板６２３０は、燃料ガスの流れ方向を規制する部材であり、ノズル６３００の近傍から、凹部６２２０の中心付近に向けて、凹部６２２０の底面から立設されている。規制板６２３０のノズル６３００に近い側の端部は、ノズル６３００の側面形状に合わせて湾曲され、ノズル６３００との間で通路Ａを形成している。
【０１４８】
このような燃料電池６０００では、燃料ガス入口ポート６２１０から供給された燃料ガスが、ノズル６３００の噴射孔６３２０から燃料ガス供給流路（凹部６２２０）内に噴射されると、この燃料ガスは、アノード側セパレータ６２００の凹部６２２０の内側壁、および、規制板６２３０によって流れ方向が規制され、図中に白抜き矢印で示したように、アノード６１００の表面に沿って、図示した上流側から下流側に流れる。このとき、ノズル６３００から噴出する高速の燃料ガスによって生じるエゼクタ効果により、下流側の燃料ガスおよびリークガス（不活性ガス）を含む流体は、規制板６２３０の一方の端部とノズル６３００との間の隙間（通路Ａ）から吸引され、上流側に循環する。こうすることによって、燃料ガス供給流路、および、アノード６１２０表面における上記流体の滞留を抑制することができる。
【０１４９】
なお、上記変形例の燃料電池６０００では、エゼクタ効果を利用して、上記流体をアノード６１００の表面に沿った方向に循環させるものとしたが、燃料電池の内部において、アノードの表面に沿った方向に上記流体を循環させることが可能な構造であれば、他の構成を用いても良い。例えば、燃料電池６０００において、ノズル６３００や規制板６２３０の代わりに、アノード側セパレータ６２００や、アノード６１００の面内等、燃料ガス供給流路となり得る部位に、整流板を設けるようにし、この整流板、および燃料ガスの流れによって、上記流体をアノード６１００の表面に沿った方向に循環させるようにしてもよい。あるいは凹部６２２０などのガス流路に、微小なアクチュエータ（例えばマイクロマシン）を循環路に沿って組み込んで、燃料ガスの循環を起こさせる構造としても良い。このほか、凹部６２２０内に温度差を設けて対流を利用して循環を起こさせる構成も考えられる。
【０１５０】
Ｈ１８．変形例１８：
図３０及び図３１を用いて、上記実施例の燃料電池における燃料ガス供給形態の変形例について説明する。図３０は、燃料ガス供給形態の第１変形例としての燃料ガスの流れを説明する説明図である。図３１は、燃料ガス供給形態の第２変形例についての燃料ガスの流れを説明する説明図である。まず、両変形例に共通する構成から説明する。これら２つの燃料電池では、発電体は、フレーム７５５０とＭＥＡ７５１０とアノード側多孔体７５４０を備える。フレーム７５５０の中央部には、ＭＥＡ７５１０を嵌め込むための開口部７５５５が設けられており、この開口部７５５５を覆うように、ＭＥＡ７５１０が配置される。アノード側多孔体７５４０はＭＥＡ７５１０の上に配置される。また、フレーム７５５０の外周部には、燃料ガスや空気、あるいは冷却水が通る貫通孔が複数設けられているのは、上述した実施例と同一である。
【０１５１】
燃料ガス供給形態の第１変形例および第２変形例は、上記実施例と比較して、アノード側多孔体において、２つの方向から燃料ガスが供給される点で異なる。燃料ガス供給形態の第１変形例と第２変形例は、全体構造はほぼ同一であり、燃料ガスが、図示しないセパレータを介して供給される点は、同一であるが、アノード側多孔体７５４０への燃料ガスの供給方向が互いに異なっている。燃料ガス供給形態の第１変形例では、図３０に示すように、アノード側多孔体７５４０に燃料ガスを供給するための一つの燃料ガス供給スリット７４１７ａは、フレーム７５５０の開口部７５５５の外縁部のうち、一つの長辺近傍に設けられ、もう一つの燃料ガス供給スリット７４１７ｂは、対向するもう一つの長辺近傍に配置されている。他方、第２の変形例では、図３１に示したように、燃料ガス供給スリット７５１７ａ及び７５１７ｂは、それぞれ、開口部７５５５の対向する２つの短辺に隣接して配置されている。
【０１５２】
燃料ガス供給形態の第１変形例では、燃料ガスは、燃料ガス供給スリット７４１７ａや燃料ガス供給スリット７４１７ｂを通り、アノード側多孔体７５４０の中で長辺端部側から中央方向、すなわち矢印７６００ａの方向（図３０において上から下）へ、あるいは矢印７６００ｂの方向（図３１において下から上）に供給される。このとき、燃料ガス供給スリット７４１７ａを通ってアノード側多孔体７５４０に供給された燃料ガスと燃料ガス供給スリット７４１７ｂを通ってアノード側多孔体７５４０に供給された燃料ガスは、モジュールの中央付近でぶつかり混合する。一方、燃料ガス供給形態の第２変形例では、燃料ガスは、燃料ガス供給スリット７５１７ａや燃料ガス供給スリット７５１７ｂを通り、アノード側多孔体７５４０の中で短辺端部側から中央方向、すなわち矢印７７００ａの方向（図３１において左から右）及び矢印７７００ｂの方向（図３１において右から左）に流れる。燃料ガス供給形態の第２の変形例でも、燃料ガス供給スリット７５１７ａを通ってアノード側多孔体７５４０に供給された燃料ガスと燃料ガス供給スリット７５１７ｂを通ってアノード側多孔体７５４０に供給された燃料ガスは、モジュールの中央付近でぶつかり混合する。
【０１５３】
以上説明した燃料ガス供給形態の第１と第２の変形例によれば、燃料ガスは、アノード側多孔体７５４０に対して、対向する２つの辺の端部側に設けられた燃料ガス供給スリット７４１７ａおよび７４１７ｂ（あるいは燃料ガス供給スリット７５１７ａおよび７５１７ｂ）から、対向する２方向に供給される。対向流として供給された燃料ガスは、アノード側多孔体７５４０の中央部でぶつかって互いに混合するので、リークガス（不活性ガス）が局在化しにくいという利点が得られる。したがって、燃料電池の発電効率を向上させることができる。もとより、対向する２辺から燃料ガスを供給することにより、アノード側多孔体７５４０内での燃料ガスの分布の偏りが抑制されるという利点も得られる。なお、燃料ガス供給形態の第１と第２の変形例では燃料ガス供給流路として多孔体を用いているが、燃料ガス供給流路は多孔体に限られず、後述する種々の供給方式が利用可能である。
【０１５４】
Ｈ１９．変形例１９：
上記実施例の燃料電池の始動時制御について説明する。本変形例の燃料電池では、始動時において、アノード側の燃料ガス流路に燃料ガスの供給が開始され、所定時間ＴＡ経過後、初めて負荷を接続し、燃料電池から電流を取り出している。このようにすれば、燃料電池の発電終了後にカソード側からアノード側にリークし滞留しているリークガス（窒素ガスまたは不活性ガス）は、所定時間ＴＡの間に、燃料ガスの圧力で、カソード側に押し返され、リークガス滞留量が減少してから負荷が接続されることになる。したがって、アノード８２０において、燃料電池の始動時に燃料ガスが欠乏した状態で運転されるという事態の発生を抑制することができる。なお、この場合の「始動」とは、燃料電池に反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）を供給すると共に、燃料電池に負荷を接続することをいう。燃料電池の停止時にリークガスがアノード側に滞留するのは、燃料ガスの供給が停止された結果、アノード側の燃料ガス圧力が低下するためである。特にアノードデッドエンドの構成を採用した場合、燃料ガスの供給によるリークガスの排出路への排出が期待できない。したがって、燃料ガスの供給を開始してから、負荷を接続するまでに十分な時間ＴＡを確保することは有効である。
【０１５５】
燃料電池の始動時において、燃料ガスの供給量および電気的な負荷を接続するまでの所定時間ＴＡのうち少なくとも一方を、燃料電池の運転開始時におけるリークガス滞留量に基づいて決定する構成とすることも可能である。このリークガス滞留量は、例えば、燃料電池において前回の起動終了時から今回の始動時までの燃料電池停止期間や燃料電池の温度から推定するようにしてもよい。燃料電池の温度は、例えば、燃料電池を冷却する冷媒の温度等に基づいて検出することができる。このようにすれば、燃料電池の始動時間の短縮化を実現しつつ、アノード側の燃料ガス流路におけるリークガス滞留量を減少させることができる。
【０１５６】
また、燃料電池の始動時に負荷を接続するタイミングを、アノード側の水素濃度に基づいて決定しても良い。上記実施例の燃料電池において、水素濃度センサをアノード側の燃料ガス流路内の所定部位に取り付け、始動時において、アノード側の燃料ガス流路に燃料ガスの供給が開始された後、水素濃度センサから検出される水素濃度値を監視する。水素濃度値が、所定の閾値より高くなった場合に、電気的な負荷を接続するものとすれば、アノード８２０において、水素欠乏運転となることを抑制することができる。このほか、アノード側の圧力や温度から、電気的な負荷の接続のタイミングを求める構成なども可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】燃料電池システム１０００および燃料電池１００の説明図である。
【図２】燃料電池１００の側面図である。
【図３】シール一体発電アセンブリ２００の正面図（図２においてシール一体発電アセンブリ２００を右側から見た図）である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面の一部を示す断面図である。
【図５】導電性シート８６０およびアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。
【図６】セパレータ６００のうちカソードプレート４００の形状を示す説明図である。
【図７】セパレータ６００のうちアノードプレート３００の形状を示す説明図である。
【図８】セパレータ６００のうち中間プレート５００の形状を示す説明図である。
【図９】セパレータ６００の正面図である。
【図１０】本実施例の燃料電池１００内における反応ガスの流れを示す説明図である。
【図１１】図１０のＸ領域の拡大図である。
【図１２】比較例としての燃料電池であって隔壁部８２５を有さないアノード側拡散層８２０Ｂにおける燃料ガスの拡散の様子を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る燃料電池１００Ａにおけるアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。
【図１４】本発明の第３実施例に係る燃料電池１００Ｂにおける導電性シート８６０Ａおよびアノード側拡散層８２０Ｂの正面図である。
【図１５】本発明の第４実施例に係る燃料電池１００Ｃにおけるアノード側拡散層８２０Ｂ１の正面図である。
【図１６】本発明の第５実施例の燃料電池１００Ｄにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。
【図１７】本発明の第６実施例の燃料電池１００Ｅにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。
【図１８】本発明の第７実施例の燃料電池１００Ｆにおけるアノード側の燃料ガスの流れを示す説明図である。
【図１９】変形例１における燃料電池の隔壁部８２５Ｅを説明するための図である。
【図２０】シャワー流路の第１変形例の構成を示す説明図である。
【図２１】分散板２１００の機能を説明する説明図である。
【図２２】シャワー流路の第２変形例の構成を示す説明図である。
【図２３】シャワー流路の第３変形例としてプレスメタルを用いて構成された分散板２１０２を示す説明図である。
【図２４】図２３におけるＣ−Ｃ断面を示す模式図である。
【図２５】シャワー流路の第４変形例として分散板２０１４ｈｍの内部に流路を形成した構成を示す説明図である。
【図２６】シャワー流路の第５変形例としてパイプを使用して分散板２０１４ｈｐを形成した構成を示す説明図である。
【図２７】いわゆる分岐流路タイプの燃料ガス供給流路を用いた構成例を示す模式図である。
【図２８】流路が葛籠折れの形状をとっているサーペンタイン型流路を備えた流路形成部材の構成例を模式的に示す模式図である。
【図２９】燃料ガス供給流路の変形例の一つとして循環路タイプの燃料電池６０００の内部構成を模式的に示す説明図である。
【図３０】燃料ガス供給形態の第１変形例としての燃料ガスの流れを説明する説明図である。
【図３１】燃料ガス供給形態の第２変形例についての燃料ガスの流れを説明する説明図である。
【図３２】本発明の燃料電池の一つの構成例（その１）を示す図である。
【図３３】本発明の燃料電池の一つの構成例（その２）を示す図である。
【符号の説明】
【０１５８】
２４…ＭＥＡ
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ…燃料電池
１１０…酸化ガス供給マニホールド
１２０…酸化ガス排出マニホールド
１３０…燃料ガス供給マニホールド
１５０…冷却媒体供給マニホールド
１６０…冷却媒体排出マニホールド
２００…シール一体発電アセンブリ
３００…アノードプレート
３２２…マニホールド形成部
３５０…燃料ガス供給スリット
４００…カソードプレート
４２２…マニホールド形成部
４４０…酸化ガス供給スリット
４４４…酸化ガス排出スリット
５００…中間プレート
５２２〜５２６…マニホールド形成部
５４２…酸化ガス導入流路形成部
５４４…酸化ガス排出流路形成部
５４６…燃料ガス導入流路形成部
５５０…冷却媒体流路形成部
６００…セパレータ
６３０…燃料ガス導入流路
６５０…酸化ガス導入流路
６６０…酸化ガス排出流路
６７０…冷却媒体流路
７００…シール部材
７１０…支持部
７２０…リブ
８００…積層部材
８１０…電解質膜
８２０…アノード
８２０Ａ…触媒層
８２０Ｂ…アノード側拡散層
８２０Ｂ１…アノード側拡散層
８２０Ａ側…触媒層
８２５，８２５Ａ〜Ｅ…隔壁部
８３０…カソード
８３０Ａ…触媒層
８３０Ｂ…カソード側拡散層
８４０…アノード側多孔体
８４０…多孔体
８５０…カソード側多孔体
８６０，８６０Ａ，８６０Ｂ…導電性シート
８６５，８６５Ａ…貫通孔
１０００…燃料電池システム
１１００…高圧水素タンク
１１１０…水素供給配管
１１２０…水素遮断弁
１１２０…遮断弁
１１３０…レギュレータ
１２００…エアコンプレッサ
１２１０…空気供給配管
１２２０…排出配管
１３００…制御部
２０００…ＭＥＡ
２０１４ｈｍ…分散板
２０１４ｈｐ…分散板
２１００…分散板
２１０１…分散板
２１０２…分散板
２１０２ｔ…突部
２１０２上流…分散板
２１１０…貫通孔
２１１２…細孔
２１３０…パイプ
２１４０…フレーム
２１４１ｎ…細孔
２１４２ｎ…流路
２１４３ｎ…細孔
２２００…アノード
２２０１…ＭＥＡ
２２０３…ＭＥＡ
２２０４…ＭＥＡ
２３００…電解質膜
２４００…カソード
５０００…流路形成部材
５０００面…流路形成部材
５０１０…主流路
５０２０…副流路
５０３０…櫛歯流路
５１００…流路形成部材
５１１０…外壁
５１２０…流路壁
５１５０…流入口
５２００…流路形成部材
５２１０…外壁
５２２０…流路壁
５２３０…仕切壁
５２５０…流入口
６０００…燃料電池
６１００…アノード
６１２０表面…アノード
６２００…アノード側セパレータ
６２１０…燃料ガス入口ポート
６２２０…凹部
６２３０…規制板
６３００…ノズル
６３２０…噴射孔
７４１７ａ…燃料ガス供給スリット
７４１７ｂ…燃料ガス供給スリット
７５１０…ＭＥＡ
７５１７ａ…燃料ガス供給スリット
７５１７ｂ…燃料ガス供給スリット
７５４０…アノード側多孔体
７５５０…フレーム
７５５５…開口部
【図１】
2008243788.tif 000003
【図２】
2008243788.tif 000004
【図３】
2008243788.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008243788.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008243788.tif 000009
【図８】
2008243788.tif 000010
【図９】
2008243788.tif 000011
【図１０】
2008243788.tif 000012
【図１１】
2008243788.tif 000013
【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】
2008243788.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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