(57)【要約】【課題】この発明は、簡素な構成で、供給されたガスを有効に利用して発電を行うことができる燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】膜電極接合体１００に、ガス拡散層１０２、多孔質体層２０を積層する。その際、膜電極接合体１００の縁を露出させて、この露出部位にガスケット１１０、フレーム２２を取り付ける。フレーム２２は、ガス拡散層１０２多孔質体層２０の端面から所定の間隔を隔てて取り付けられる。セパレータ５０を、フレーム２２、多孔質体層２０に重ねて取り付け、空間２４を形成する。空間２４は、多孔質体層２０の端面に沿って伸びており、その端部で、フレーム２２が備えるガス流路に接続する。ガス流路から空間２４に水素を流入させることにより、多孔質体層２０内に水素を供給する。【選択図】図３
2008293913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に、該膜電極接合体の縁が露出するように積層されるガス流通層と、
前記露出された前記膜電極接合体の縁に、前記ガス流通層を囲うように備えられる枠部材と、
前記ガス流通層と前記枠部材とに重ねて取り付けられる板材と、を備え、
前記枠部材は、前記ガス流通層の一部の端面に沿って位置する第１の部分と、該ガス流通層の残部の端面に沿って位置する第２の部分とを含み、該第１の部分は該一部の端面から所定の間隔を隔てて備えられ、該第２の部分は該残部の端面との間を閉塞されて備えられ、
前記板材、前記第１の部分、前記一部の端面、および前記膜電極接合体によって囲まれる空間が、該一部の端面に沿って延びており、
前記枠部材と前記板材とのうち少なくとも一つにガス流路が形成され、該ガス流路の一端は外部に開放され、該ガス流路の他端は前記空間に接続していることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記ガス流路が前記空間の末端の近傍の部位に備えられ、該ガス流路の前記他端と該空間の該末端とが接続していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス流路は、前記一端から水素が流入されるアノード側ガス流路であって、
前記第１の部分と前記一部の端面との前記所定の間隔は、前記空間内における該一部の端面に沿う方向への水素の拡散を許容する寸法以上とされていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００６−１９０４９４号公報に開示されているように、膜電極接合体、ガス拡散層、セパレータの積層構造を備える燃料電池が知られている。上記従来の燃料電池によれば、上述した積層構造の端面に沿って、シール枠が取り付けられている。
【０００３】
このシール枠は、膜電極接合体とセパレータに密着して、これらの間に挟まれる空間を封止する機能を備えている。発電時には、セパレータに設けられたガス流路を介してガス拡散層へとガス（アノードには燃料ガス、カソードには酸化剤ガス）が供給される。ガス拡散層に供給されたガスは、その後、膜電極接合体に至り、電気化学的反応による発電反応に消費される。
【０００４】
ところで、積層構造の端面をシール枠で囲う燃料電池においては、燃料電池内の構成の設計公差に起因して、ガス拡散層とシール枠との間に隙間が生じうる。この隙間にガスが漏れて、ガス拡散層への燃料ガスの供給が効率よく行われなくなると、発電効率の低下を招いてしまう。よって、ガス利用効率の低下を防ぐ観点からは、何らかの対策を行うことが好ましい。
【０００５】
そこで、上記従来の技術によれば、セパレータに形成されるガス流路の構造を工夫することにより、この隙間を燃料電池内に存在する水蒸気によって閉塞している。これにより、隙間へのガス漏れを抑制し、発電効率の低下を防ぐこととしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９０４９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術のように、セパレータのガス流路の構造を工夫して隙間へのガス漏れを抑制する場合、セパレータの構造が複雑化するおそれがある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で、供給されたガスを有効に利用して発電を行うことができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に、該膜電極接合体の縁が露出するように積層されるガス流通層と、
前記露出された前記膜電極接合体の縁に、前記ガス流通層を囲うように備えられる枠部材と、
前記ガス流通層と前記枠部材とに重ねて取り付けられる板材と、を備え、
前記枠部材は、前記ガス流通層の一部の端面に沿って位置する第１の部分と、該ガス流通層の残部の端面に沿って位置する第２の部分とを含み、該第１の部分は該一部の端面から所定の間隔を隔てて備えられ、該第２の部分は該残部の端面との間を閉塞されて備えられ、
前記板材、前記第１の部分、前記一部の端面、および前記膜電極接合体によって囲まれる空間が、該一部の端面に沿って延びており、
前記枠部材と前記板材とのうち少なくとも一つにガス流路が形成され、該ガス流路の一端は外部に開放され、該ガス流路の他端は前記空間に接続していることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ガス流路が前記空間の末端の近傍の部位に備えられ、該ガス流路の前記他端と該空間の該末端とが接続していることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ガス流路は、前記一端から水素が流入されるアノード側ガス流路であって、
前記第１の部分と前記一部の端面との前記所定の間隔は、前記空間内における該一部の端面に沿う方向への水素の拡散を許容する寸法以上とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、板材、ガス流通層の端面、枠部材および膜電極接合体によって囲まれる空間に、ガス流路を介してガスを流通させることができる。そして、当該空間はガス流通層の端面に沿って延びているため、この空間がガスで満たされることで、ガス流通層の端面側からその内部へとガスを供給することができる。このように、上述した空間が、ガス流通層の端面に沿ってガスを搬送し、かつ、当該端面から内部へと供給する機能を積極的に果たすので、簡易な構成で、ガス流通を行うことができる。同時に、端面と枠部材との間に生じる空間をガスの供給に積極的に利用しているので、隙間へのガス漏れを防止する特別の構造が必須にならない。従って、第１の発明によれば、ガスの利用効率低下の防止を、構成の簡素化とともに実現することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ガス流通層の端面に沿って延びる空間の末端と、ガス流路の端部とが接続されている。このように、当該空間とガス流路の端部同士を接続する構成によれば、燃料電池内における当該空間とガス流路の合計の流路長を短くでき、燃料電池の小型化が可能となる。
【００１４】
第３の発明によれば、ガス流通層の端面と枠部材との間の空間に流通性の高い水素を流すので、当該端面と当該枠部材との距離が比較的小さくとも、当該空間をガスの供給経路として利用することができる。従って、燃料電池が大型化するのを避けつつ、当該空間を水素の供給に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成および動作］
（アノード面側の構成）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池１０の構成を説明するための図である。図１は、燃料電池１０の構造をアノード側から見た図である。燃料電池１０は、アノード側のガス流通層として、多孔質体層２０を備えている。多孔質体層２０の紙面裏面側には、アノードのガス拡散層、アノードの電極触媒層および電解質膜が順次位置している。なお、図示を省略するが、実際には、燃料電池１０は、図１の紙面表面側に、集電板としてのセパレータを備えている。
【００１６】
燃料電池１０は、多孔質体層２０を囲うように位置するフレーム２２を備えている。フレーム２２の多孔質体層２０を囲う部分は、多孔質体層２０の外周領域よりも、所定の寸法だけ大きめに作られている。このため、多孔質体層２０とフレーム２２との間には、紙面上方側に空間２４が、紙面下方側に空間２６が、それぞれ生じている。なお、図１では、空間２４、２６から、電解質膜が露出している（ハッチングを施した部分）。この電解質膜は、多孔質体層２０の紙面裏側に位置している。
【００１７】
実施の形態１では、上述した所定寸法を、多孔質体層２０とフレーム２２との間の設計公差を含めつつ、水素の拡散を許容する値以上の距離となるように決定する。つまり、この空間２４、２６を紙面横方向に切断した断面積が、水素の拡散を許容する程度の大きさとなるようにする。空間２４、２６は、後述するように、多孔質体層２０へとガスを供給するためのガス流路として機能する。
【００１８】
多孔質体層２０の紙面左方、紙面右方には、フレーム２２との間で生ずる空間を閉塞する封止材３４が設けられている。実施の形態１では、封止材３４として、フレーム２２と多孔質体層２０との間に接着剤を注入している。これにより、多孔質体層２０の紙面上方および下方には空間２４、２６が生じるものの、多孔質体層２０の紙面左方および右方は封止材３４によって閉塞されることとなる。
【００１９】
図１に示すように、フレーム２２は、水素入口３０、水素出口３２を備えている。水素入口３０、水素出口３２は、燃料電池１０を貫通して設けられる孔である。複数の燃料電池１０が積層されて燃料電池スタックを形成する際には、これらの孔が積層方向に貫通して延び、アノードのマニホールドを形成することとなる。
【００２０】
フレーム２２は、水素入口３０と空間２４とを接続する溝２３を備えている。図１の紙面表面にセパレータ（図示せず）が取り付けられた際には、当該セパレータが溝２３に対して蓋をして、ガス流路を形成する。このガス流路が、水素入口３０と空間２４とを接続し、ガスの流通経路を形成する。
【００２１】
また、フレーム２２は、水素出口３２と空間２６とを接続する溝２７も備えている。図１の紙面表面にセパレータ（図示せず）が取り付けられた際に、当該セパレータが溝２７に対して蓋をして、ガス流路を形成する。このガス流路が、水素出口３２と空間２６とを接続し、ガスの流通経路を形成する。
【００２２】
このような構成によれば、燃料電池１０の発電時に、水素入口３０から溝２３を介して空間２４に水素を供給することができる。空間２４は、上述したように、多孔質体層２０の端面に沿って、水素の拡散を許容しうる大きさとされている。このため、溝２３から空間２４に流入した水素は、図１の紙面右方の端へ流れる。そして、その過程で、空間２４内が水素で満たされると共に、多孔質体層２０の端面から内部へと水素が流れ込むこととなる（図１の矢印）。
【００２３】
多孔質体層２０内に流入した水素は、図１の矢印の方向に流れると共に、紙面裏面側二位置するガス拡散層を介して、アノードの電極触媒層に到達する。電極触媒層に至った水素は、電気化学的反応によって電子とプロトン（Ｈ＋）に分離され、発電反応に供する。
【００２４】
また、多孔質体層２０内を流れる過程で、一部の水素は、発電に消費されずに残存する。また、アノードには、電解質膜を介してカソードから移動してきた窒素、水などが存在している。よって、多孔質体層２０の紙面下方の端面から空間２６へは、これらの残存水素、窒素、水などを含むアノードオフガスが流れ出る。空間２６の大きさも、多孔質体層２０の端面に沿うアノードオフガスの拡散を許容しうる程度に定められている。従って、その後、このアノードオフガスは、空間２６、溝２７を通って、水素出口３２へと流出する。
【００２５】
また、フレーム２２は、紙面上方に複数の空気入口４０を、紙面下方に複数の空気出口４２を、それぞれ備えている。空気入口４０、空気出口４２は、燃料電池１０を貫通して設けられる孔である。空気入口４０、空気出口４２は、図１の紙面裏面側に設けられるカソード側のフレームの構成と接続しており、空間２４、２６や溝２３、２７、水素入口３０、水素出口３２とは隔絶されている。よって、空気入口４０、空気出口４２は、図１に示すアノード側の多孔質体層２０側との間で、ガスの授受を生じない。なお、複数の燃料電池１０が積層されて燃料電池スタックを形成する際には、これらの孔が積層方向に貫通して延び、カソードのマニホールドを形成する。
【００２６】
（カソード面側の構成）
図２は、燃料電池１０をカソード側から見た図である。燃料電池１０は、カソード側のガス流通層として、多孔質体層１２０を備えている。多孔質体層１２０は、アノードの多孔質体層２０と同様の構成とすることができる。多孔質体層１２０の紙面裏面側には、カソードのガス拡散層、カソードの電極触媒層および電解質膜が順次位置している。なお、図示を省略するが、実際には、図２の紙面表面側に、集電板としてのセパレータが取り付けられる。
【００２７】
燃料電池１０は、多孔質体層１２０を囲うように位置するフレーム１２２を備えている。フレーム１２２の多孔質体層１２０を囲う部分は、理想的には、多孔質体層１２０と密着して備えられることが好ましい。しかしながら、実際には、設計公差が必要となるため、多孔質体層２０の外周領域よりも大きめに作られている。このため、多孔質体層１２０とフレーム１２２との間には、紙面上方側に隙間１２４が、紙面下方側に隙間１２６が、それぞれ生じる。
【００２８】
隙間１２４が大きくなると、当該隙間１２４に漏れるガスの量も増える。このガス漏れの量が過大になると、多孔質体層１２０への燃料ガスの供給効率の低下を招くおそれがある。このため、実施の形態１では、隙間１２４を、ガスの拡散性が殆ど認められない程度の十分狭い寸法を目標として設計する。つまり、多孔質体層１２０の端面に沿うガスの流通を実質的に生じさせない程度を目標として、隙間１２４に関する設計公差を定める。具体的には、例えば、フレーム１２２と多孔質体層１２０との距離を、０．１ｍｍ程度とする。これにより、隙間１２４における空気の流通を抑えることができる。
【００２９】
フレーム１２２は、フレーム２２と同様に、紙面上方に複数の空気入口４０を、紙面下方に複数の空気出口４２を、それぞれ備えている。空気入口４０、空気出口４２は、燃料電池１０を貫通して設けられる孔であって、アノード側のフレーム２２の空気入口４０、空気出口４２とそれぞれ接続している。
【００３０】
フレーム１２２は、空気入口４０から紙面下方に延びる溝１４６を備えている。溝１４６は、多孔質体層１２０まで延びている。図１の紙面表面にセパレータ（図示せず）が取り付けられた際には、当該セパレータが溝１４６に蓋をして、ガス流路を形成する。このガス流路が、空気入口４０と多孔質体層１２０とを接続する。この溝１４６は、複数の空気入口４０のそれぞれについて備えられている。
【００３１】
また、フレーム１２２は、空気出口４２から紙面上方に延びる溝１４８を備えている。そして、セパレータ（図示せず）が紙面表面側に取り付けられた際にガス流路を形成して、空気出口４２と多孔質体層１２０とを接続する。溝１４８も、複数の空気出口４２のそれぞれについて備えられている。
【００３２】
このような構成によれば、空気入口４０から溝１４６を介して多孔質体層１２０に空気を供給することができる（図２の矢印）。多孔質体層１２０に流入した空気中の酸素は、紙面下方に流れる過程で発電に消費される。そして、発電に消費されなかった窒素などを含むカソードオフガスが、溝１４８を経由して空気出口４２から排出される。
【００３３】
（積層構造）
図３は、図１に示す燃料電池１０の平面図における、Ａ−Ａ線に沿う断面図である。また、図１と図２は、燃料電池１０のアノード側の面とカソード側の面、つまり、一つの燃料電池１０の表裏の面を示している。従って、図３は、図２に示す燃料電池１０の平面図における、Ａ−Ａ線に沿う断面図でもある。なお、燃料電池１０は、図１、２に示すように、上下方向および左右方向について、それぞれ、ほぼ対称の形状とされている。従って、図１、２において紙面左右方向および紙面上下方向に対称な位置の断面の構成も、図３の断面図に示す構造とほぼ同様となる。
【００３４】
図３に示すように、燃料電池１０は、積層構造の中央に、膜電極接合体１００を備えている。膜電極接合体１００は、電解質膜の両面に電極触媒層が積層されて構成される。膜電極接合体１００のアノード側（図３の紙面左方）には、ガス拡散層１０２、多孔質体層２０、セパレータ５０が積層されている。また、膜電極接合体１００のカソード側（図３の紙面右方）には、ガス拡散層１０４、多孔質体層１２０、セパレータ１５０が積層されている。図３に示すように、多孔質体層２０、１２０、ガス拡散層１０２、１０４は、膜電極接合体１００の縁（ふち）の部分を露出するように形成される。
【００３５】
膜電極接合体１００の紙面上方には、ガスケット１１０が取り付けられている。ガスケット１１０は、膜電極接合体１００の露出部位に沿って取り付けられる。ガスケット１１０は、上述したフレーム２２、１２２によって挟み込まれている。そして、セパレータ５０、１５０が、フレーム２２、ガスケット１１０およびフレーム１２２を挟み込んでいる。なお、燃料電池１０では、図に示すように、フレーム２２、１２２、ガスケット１１０の紙面上方の端面から、多孔質体層２０、１２０の端面までの距離がＬ１となっている。
【００３６】
フレーム２２は、上述したように、多孔質体層２０の端面から所定距離だけ離して設けられる。このため、多孔質体層２０の端面とフレーム２２との間には、空間２４が生じている。この空間２４は、図３の紙面を貫通する方向に延びている。燃料電池１０の発電時には、この空間２４に、図３の紙面の裏側から表側に向かって水素が流入する。そして、空間２４内が水素で満たされるのに応じて、水素が多孔質体層２０に流入する（図３の紙面下方に向かう矢印）。
【００３７】
一方、図１、２でも示したように、燃料電池１０には、空気入口４０が設けられている。空気入口４０は、フレーム２２、１２２とを含めた積層構造部分を貫通する。フレーム１２２には、図２でも述べたように溝１４６が設けられている。溝１４６とセパレータ１５０とが接続することにより、空気入口４０、溝１４６、多孔質体層１２０を結ぶガスの流通経路が形成される。空気入口４０に、図３の矢印のように空気が流入すると、その後、この空気の一部は溝１４６に流入して紙面下方側へと流れる。そして、多孔質体層１２０に流れ込んで、更に紙面下方に流れる過程で発電に寄与する。
【００３８】
燃料電池１０のアノード側に生じる空間２４、２６と、カソード側に生じる隙間１２４、１２６は、多孔質体層とフレームとの間に存在する空間であるという点で共通する。しかしながら、アノード側の空間２４、２６は、上述したように、水素が多孔質体層２０の端面に沿って行き渡る程度に、多孔質体層２０の端面とフレーム２２とが離間されて生ずる空間である。これにより、空間２４、２６は、多孔質体層２０の端面に沿って水素を伝播し、供給する機能を備えることとなる。
【００３９】
一方、カソード側の隙間１２４、１２６は、多孔質体層１２０とフレーム１２２との間の設計公差に起因する空間である。よって、ガス漏れを防ぎガスの利用効率を高める観点からは、隙間１２４はできるだけ小さいほうが望ましい。よって、隙間１２４、１２６は、ガス（カソードにおいては空気、酸化剤ガスなど）の拡散が殆ど認められない程度の大きさを目標として設計される。このように、空間２４、２６と隙間１２４、１２６とは、その設計思想が根本的に異なる。
【００４０】
なお、上述したような設計思想の相違に起因して、図３に示すように、空間２４と隙間１２４とでは、その大きさ（紙面上下方向の寸法）が相違している。つまり、図３は、従来の思想（アノード側、カソード側の両方において設計公差による隙間をできるだけ小さくしたいという設計思想）に対する、本実施形態の思想の相違点が現れた例である。
【００４１】
（ガス流通用切欠き構造付フレームとの比較）
図４は、比較例を用いて、実施の形態１の燃料電池１０の有する利点を説明する図である。図４には、比較例である燃料電池２１０（図４（ａ））と、実施の形態１の燃料電池１０（図４（ｂ））とが示されている。
【００４２】
比較例である燃料電池２１０は、フレーム２２２、３２２、ガスケット３１０を備えている。フレーム２２２は、ガス流通用切欠き構造２２６を備えている点で、燃料電池１０のフレーム２２と相違している。また、比較例では、フレーム２２２と多孔質体層２０との間の空間２２４が、従来の設計思想と同様に、設計公差程度の寸法とされている。
【００４３】
ガス流通用切欠き構造２２６は、フレーム２２２に、図４の紙面貫通方向に渡って設けられる切り欠き部である。具体的には、フレーム２２２は、ガス流通用切欠き構造２２６の位置が部分的に切り欠かれ、この凹んだ部位が図４の紙面貫通方向に延びる形状とされている。なお、図示しないが、ガス流通用切欠き構造２２６以外の部位に関しては、フレーム２２２とフレーム２２は同じ構造とされている。従って、フレーム２２２も、フレーム２２の溝２３、水素入口３０と同じ構造を備えている。
【００４４】
ガス流通用切欠き構造２２６の紙面裏面側の末端部位は、燃料電池１０の空間２４と同様に、フレーム２２２の溝を介して水素入口と接続している。ガス流通用切欠き構造２２６は、水素入口から水素の供給を受けて、この水素を多孔質体層２０に供給すべく設けられる。このように、ガス流通用切欠き構造２２６によって形成される空間は、水素を多孔質体層２０側に供給するためのガス流路として機能する。
【００４５】
水素を円滑に流通させる観点から、ガス流通用切欠き構造２２６は、その流路断面積がある特定の値以上とされる。具体的には、水素の拡散を許容し、図４の紙面貫通方向に十分に水素が行き渡るように設計される。これに起因して、フレーム２２２は、ガス流通用切欠き構造２２６分だけ紙面縦方向に大きな寸法となる。その結果、フレーム２２２の端面と多孔質体層２０の端面との間の距離はＬ０となり、燃料電池１０における当該距離に比してＬ２だけ大きくなる。
【００４６】
燃料電池２１０のように、フレームがガス流通用切欠き構造を備える場合、フレームに切り欠き部を設ける加工が必要となる。その結果、フレーム構造の複雑化、製造工程の複雑化を招いてしまう。また、ガス流通用切欠き構造２２６の構造を確保できる程度までフレームの寸法を大きくせざるを得ず、フレーム側構造の小型化を妨げるおそれがある。
【００４７】
これに対し、既述したように、実施の形態１の燃料電池では、空間２４が、多孔質体層２０の端面に沿って水素を搬送する機能を備えている。これにより、フレーム２２に特別の加工を施すことなく、ガス流通用切欠き構造２２６を備える場合と同等の機能を得ることが可能となる。そして、実施の形態１の構造によれば、ガス流通用切欠き構造が必須の構成とならないため、フレーム２２の紙面上下方向に見た寸法を小さくすることが出来る（図４に示すように、Ｌ１＜Ｌ０とすることができる）。従って、空間２４を所定の大きさ以上（水素の流通を許容する大きさ以上）にするという点を差し引いても、フレーム近傍の構造を、比較例である燃料電池２１０に比して小さくすることが可能となる。
【００４８】
以上説明したように、実施の形態１の燃料電池１０によれば、空間２４を用いて、多孔質体層２０の端面に沿ってガスを流通させることができる。そして、空間２４が水素で満たされることで、多孔質体層２０の端面側からその内部へと水素を供給することができる。このように、空間２４が水素を供給する機能を積極的に果たすので、比較例２１０のガス流通用切欠き構造２２６などの流路構造を省略することができる。
【００４９】
また、実施の形態１の構成によれば、端面と枠部材との間に生じる空間をガスの供給に積極的に利用している。このため、従来の技術において種々検討されているような、隙間へのガス漏れを防止するための特別の構造を設けることも省略できる。従って、ガスの利用効率低下の防止を行いつつ、構成の簡素化を実現することができる。
【００５０】
なお、上記説明した実施の形態１では、膜電極接合体１００が、前記第１の発明における「膜電極接合体」に、ガス拡散層１０２と多孔質体層２０の積層構造が、前記第１の発明における「ガス流通層」に、フレーム２２が、前記第１の発明における「枠部材」に、それぞれ相当している。そして、実施の形態１では、図１におけるフレーム２２の長手部分が、前記第１の発明における「第１の部分」に、図１におけるフレーム２２の短手部分が、前記第１の発明における「第２の部分」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、セパレータ５０が、前記第１の発明における「板材」に、空間２４、２６が、前記第１の発明における「空間」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、水素入口３０と溝２３で構成される流路と、水素出口３２と溝２７とで構成される流路とが、それぞれ、前記第１の発明における「ガス流路」に相当している。
【００５１】
換言すれば、実施の形態１の燃料電池１０では、前記第１の発明における「空間」が、前記第１の発明における「ガス流通層」の対向する二つの端面にそれぞれ備えられた構成に相当している。そして、二つの「空間」のうち、一方がガス供給用の空間として機能し、他方がガス排出用の空間として機能している。
【００５２】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、燃料電池のアノード側に、空間２４、２６を生じさせるようにした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。カソード側とアノード側の構造を反転させてもよい。換言すれば、実施の形態１の燃料電池１０の構成において、流通させるガスの種類を逆にすることとしてもよい。この場合には、空間２４の寸法（フレーム２２と多孔質体層２０の端面との距離）は、例えば、０．３ｍｍ程度とすることができる。
【００５３】
（第２変形例）
実施の形態１の思想を、アノードとカソードの両方に適用することとしてもよい。この場合には、図３において、隙間１２４についても、紙面を貫通する方向への空気の流通を許容しうる程度に大きくする。具体的には、実施の形態１では、隙間１２４の紙面上下方向の離間距離は０．１ｍｍだが、第２変形例ではこれを０．３ｍｍまで拡大する。これにより、隙間１２４が、空気の流通を許容しうる程度の空間とされ、カソードの空気流通用の空間として機能することとなる。この場合、空気入口４０、空気出口４２の数を燃料電池１０よりも少なくして、燃料電池１０の小型化を図っても良い。
【００５４】
（第３変形例）
実施の形態１では、多孔質体層２０の対向する２つの端面（図１における、紙面上側の端面と、紙面下側の端面）の両方に沿って、それぞれ空間２４、２６が備えられる構成としている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。水素を供給する側の端面、またはアノードオフガスが流出する側の端面のいずれか一方にのみ、本発明にかかる空間を備える構成としても良い。例えば、実施の形態１において、空間２４、２６のいずれか一方を、比較例に示したガス流通用切欠き構造２２６の構成と置換してもよい。
【００５５】
（第４変形例）
実施の形態１では、燃料電池１０の面方向に見た場合に、水素が流れる方向と、空気が流れる方向とが同一の方向となるようにした（このような構造は、「コフロー構造」とも呼ばれる）。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、実施形態１において、水素入口と水素出口とを逆にして、水素供給を、図１の紙面上方に向かって行うことができる。つまり、図１の矢印とは逆の方向に水素が流れるように、水素供給を行うことができる。そして、カソード側の空気の流れは、図２に示したとおりに行う。
【００５６】
この場合、アノードの多孔質体層における水素の流れと、カソードの多孔質体層における空気の流れとが逆方向となる。このようなガス流れによって、発電を行うこととしてもよい。なお、この変形例のように、水素と空気とが逆方向に向かって流れるような構成は、「カウンターフロー構造」とも呼ばれる。
【００５７】
（第５変形例）
実施の形態１では、コフロー構造の燃料電池１０に対して、本発明の思想を適用した。また、第４変形例では、カウンターフロー構造の燃料電池に対して、本発明の思想を適用した。しかしながら、本発明はこれらの形態に限られるものではない。
【００５８】
例えば、実施の形態１において、ガスの流通用の空間を、図１の多孔質体層２０の紙面左方端面、紙面右方端面に設けることとしても良い。この場合には、燃料電池の面内における、水素の流通方向と空気の流通方向とが交差することとなる。なお、このような構造は、「クロスフロー構造」とも呼称される。
【００５９】
この場合は、具体的には、先ず、多孔質体層２０の紙面左側端面とフレーム２２との距離、および、多孔質体層２０の紙面右側端面とフレーム２２との距離を、水素の流通を許容する程度に大きく設計しておく。そして、実施の形態１の燃料電池１０とは逆に、空間２４、２６が形成されている位置を封止材で封止する構成とする。なおかつ、実施の形態１の燃料電池１０において、封止材３４を注入しない構造とする。封止材３４が存在しないことにより、当該位置が、中空状、つまり空の状態となる。この中空状の空間を溝２３、２７に接続すればよい。
【００６０】
なお、実施の形態１の燃料電池１０では、図３にあるように、空間２４が隙間１２４よりも大きい。しかしながら、本発明においてこのような大小関係が常に満たされるわけではない。例えば、アノードを流れる水素は、空気に比して、拡散性（流通性）が高い。これに起因して、水素を流通させるために必要とされる空間と、空気を流通させるために必要とされる空間とでは、その大きさが同一ではない。
【００６１】
従って、カソードとアノードでフレームと多孔質体層の端面との距離とを同じ値にした場合であっても、カソードには空気流通性が十分に抑制された設計公差による隙間が生じていて、アノードでは水素流通性が確保された空間が生じているという状態もありうる。
【００６２】
なお、実施の形態１では、多孔質体層２０の端面とフレーム２２とを、封止材３４を用いて閉塞している。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、次のような形態としても良い。先ず、フレーム２２のうち、空間２４、２６を生じさせる側の部分については、多孔質体層２０の端面との距離がガス流通性を確保できるほどに大きくなるように形成する。
【００６３】
そして、フレーム２２のうち、空間２４、２６を生じさせない側の部分については、多孔質体層２０の端面との距離を、設計公差も考慮しつつ、ガスの拡散性が抑えられるほどにできるだけ小さくする。このようにして、封止材３４を用いずに、多孔質体層２０の一部の端面側の隙間を閉塞してもよい。
【００６４】
なお、実施の形態１の燃料電池１０は、電解質膜上における多孔質体層２０の輪郭が矩形とされている。しかしながら、本発明はこれに限られない。多孔質体層２０の輪郭が、多角形状や曲線を含む形状とされていてもよい。
【００６５】
また、実施の形態１では、フレーム２２、１２２を、多孔質体層２０、１２０などの端面に沿って取り付けている。このフレーム２２、１２２は金属などの剛性材料で形成してもよいが、必ずしも本発明がこれに限られるわけではない。例えば、ゴムによって形成されるリング状のシール部材をフレーム２２、１２２の代わりに用いても良い。この場合には、溝２３、２７の代わりに、セパレータ５０に溝を形成して、空間２４へのガス流路を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池のアノード側の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池のカソード側の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１の燃料電池の図１、２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】実施の形態１を比較例とともに説明するための図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  燃料電池
２０、１２０  多孔質体層
２２、１２２、２２２、３２２  フレーム
２３、２７  溝
２４、２６、２２４  空間
３０  水素入口
３２  水素出口
３４  封止材
４０  空気入口
４２  空気出口
５０、１５０  セパレータ
１００  膜電極接合体
１０２、１０４  ガス拡散層
１１０、３１０  ガスケット
１２４、１２６  隙間
１４６、１４８  溝
２１０  燃料電池
２２６  ガス流通用切欠き構造
【図１】
2008293913.tif 000003
【図２】
2008293913.tif 000004
【図３】
2008293913.tif 000005
【図４】
2008293913.tif 000006