(57)【要約】【課題】燃料電池の発電部における湿潤状態を改善する。【解決手段】膜電極接合体１０の供給用マニホールド孔Ｍ１、Ｍ３と発電部１１との間にある供給ガス通過領域ＳＡ及び排出用マニホールド孔Ｍ２、Ｍ４と発電部１１との間にある排ガス通過領域ＥＡには連続している吸水部材１３が設けられている。吸水部材１３を通過する供給ガスは吸水部材１３内の水分によって加湿されて発電部１１に流入する。発電部１１の排水を含む排ガスは、発電部１１から排水ガス通過領域ＥＡへと流入し、吸水部材１３が排水を吸水する。吸水部材１３の内部の水分は、湿度勾配に従って、排ガス通過領域ＥＡから供給ガス通過領域ＳＡへと移動する。【選択図】図６
2008186696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体と接して設けられた吸水部材と、
を備え、
前記膜電極接合体は、
電解質膜と電極層とを含む発電部と、
前記発電部に供給ガスを供給するための供給用マニホールド孔と、
前記発電部から排ガスを排出するための排出用マニホールド孔と、
を含み、
前記吸水部材は、前記供給用マニホールド孔と前記発電部との間にある供給ガス通過領域と、前記排出用マニホールド孔と前記発電部との間にある排ガス通過領域とに渡って連続して設けられていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、さらに、
前記膜電極接合体を挟持するセパレータを備え、
前記セパレータには、前記供給用マニホールド孔から前記排出用マニホールド孔に向かう流路を構成する流路溝が設けられている、燃料電池。  
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記供給用及び排出用マニホールド孔は、前記発電部に対して一方の側に片寄った位置に設けられている、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であって、
前記吸水部材は、前記供給ガス通過領域と前記排ガス通過領域との境界にガスをシールするための透水性シール層を有している、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であって、
前記電解質膜は、前記供給ガス通過領域及び前記排ガス通過領域まで延長された膜延長部を備え、前記膜延長部は前記吸水部材に接している、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であって、
前記吸水部材は、前記排出用マニホールド孔に突出している、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であって、
前記吸水部材には、凹凸が設けられている、燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池であって、
前記吸水部材は、前記排ガス通過領域より、前記供給ガス通過領域の方が、前記凹凸の数が多い、燃料電池。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８に記載の燃料電池であって、
前記吸水部材は、前記排ガス通過領域から前記発電部内に延長された延長部を有する、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】
燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。そこで、運転中の燃料電池の発電部を適度な湿潤状態に保たつため、これまで種々の技術が提案されてきた（特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１３４９９２
【特許文献２】特開２００４−２０６９１５
【特許文献３】特開２００４−２４１３６３
【特許文献４】特開２００６−２４４７８９
【特許文献５】特許第３１７７２５６号
【０００４】
ところで、燃料電池反応では一般に多量の水が発生し、排ガスによって排水を行うのが普通である。従って、発電部の湿潤状態を保つために発電部の保水性を向上すると、特に排ガス流路において水分が滞留する傾向にあり、発電効率が低下するおそれがある。一方、発電部の排水性を過度に向上すると、特に供給ガス流路付近において電解質膜が乾燥して発電効率が低下するおそれがある。従来は、このような問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池内の湿度分布を改善するとともに、発電部における湿潤状態を良好に保つ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一形態のよる燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体と接して設けられた吸水部材とを備え、前記膜電極接合体は、電解質膜と電極層とを含む発電部と、前記発電部に供給ガスを供給するための供給用マニホールド孔と、前記発電部から排ガスを排出するための排出用マニホールド孔とを含み、前記吸水部材は、前記供給用マニホールド孔と前記発電部との間にある供給ガス通過領域と、前記排出用マニホールド孔と前記発電部との間にある排ガス通過領域とに渡って連続して設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、吸水部材の水分によって供給ガスが加湿されて発電部に流入するため、発電部を湿潤状態にすることができる。また、排ガスに含まれる発電部からの排水を吸水部材が吸収するため、発電部からの排水効率を向上することができる。さらに、吸水部材に吸収された水分は、吸水部材の湿度勾配に応じて排ガス通過領域から供給ガス通過領域へと移動し、前記如く、供給ガスの加湿に供される。このように、燃料電池内部において水分の循環経路が形成され、燃料電池の湿度分布が改善される。また、この燃料電池内の水分の循環によって、発電部の湿潤状態を良好に保つことが可能となる。
【０００８】
前記燃料電池は、さらに、前記膜電極接合体を挟持するセパレータを備え、前記セパレータには、前記供給用マニホールド孔から前記排出用マニホールド孔に向かう流路を構成する流路溝が設けられているものとしても良い。
【０００９】
この構成によれば、燃料電池内のガスの流れ及び水分の流れを流路溝に沿った経路とすることができ、湿度分布を改善することができる。
【００１０】
前記供給用及び排出用マニホールド孔は、前記発電部に対して一方の側に片寄った位置に設けられているものとしても良い。
【００１１】
この構成によれば、供給ガス通過領域と排ガス通過領域との距離を短くすることができるため、吸水部材内部の水分の移動距離を短くできる。従って、燃料電池内部における水分の循環効率を向上することができる。
【００１２】
前記吸水部材は、前記供給ガス通過領域と前記排ガス通過領域との境界にガスをシールするための透水性シール層を有しているものとしても良い。
【００１３】
この構成によれば、透水性シール層によって、吸水部材内の供給ガス通過領域と排ガス通過領域との境界においてガスは透過されず、一方、水分は透過される。従って、効率的にガス流路を形成するとともに、水分の循環経路を形成することができる。
【００１４】
前記電解質膜は、前記供給ガス通過領域及び前記排ガス通過領域まで延長された膜延長部を備えており、前記膜延長部は前記吸水部材に接しているものとしても良い。
【００１５】
この構成によれば、吸水部材内部の水分が電解質膜の膜中へと移動することができ、膜中の湿度勾配に応じて水分が、供給ガス通過領域及び排ガス通過領域から発電部まで移動することができる。従って、発電部における電解質膜中の湿度分布を良好に保つことができる。
【００１６】
前記吸水部材は、前記排出用マニホールド孔に突出しているものとしても良い。
【００１７】
この構成によれば、吸水部材の排出用マニホールド孔に突出した部位は、マニホールド孔を通過するガスに曝されるため、排水性が向上する。従って、発電部において大量に排水が発生するような発電が行われても、発電効率が低下することを抑制できる。
【００１８】
前記吸水部材は、凹凸が設けられているものとしても良い。
【００１９】
この構成によれば、供給ガス及び排ガスと吸水部材との接触面積を凹凸を設けた分だけ増加させることができるため、吸水部材の吸水効率及び排水効率を向上することができる。従って、燃料電池内の湿度分布を改善することができる。
【００２０】
前記吸水部材は、前記排ガス通過領域より、前記供給ガス通過領域の方が、前記凹凸の数が多いものとしても良い。
【００２１】
この構成によれば、排ガス通過領域において排ガスと吸水部材との接触面積を供給ガス通過領域における供給ガスと吸水部材との接触面積より大きくすることができ、吸水部材の吸水効率が向上する。また、排ガス通過領域において吸水部材が占める空間が増加する分、排ガス通過領域における排ガスの流路面積が減少し、排ガスの流速をあげることができる。従って、発電部からの排水効率を向上することができる。
【００２２】
前記吸水部材は、前記排ガス通過領域から前記発電部内に延長された延長部を有するものとしても良い。
【００２３】
この構成によれば、多量の水分が滞留する可能性のある発電部の排ガス流路上にまで吸水部材を配置することができ、発電部の排水性を向上することができる。
【００２４】
なお、本発明は、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、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両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】
【００２５】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例として燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池１００は、燃料ガスと酸化ガス（供給ガス）の供給を受けて、その電気化学反応（燃料電池反応）によって発電する固体高分子型燃料電池である。具体的には、膜電極接合体１０のアノード電極側に燃料ガスとして水素が供給され、カソード電極側に酸化ガスとして酸素を含有する高圧空気が供給される。なお、燃料電池１００としては、固体高分子型燃料電池でなくとも良く、任意の種々のタイプの燃料電池に本発明を適用することが可能である。
【００２６】
この燃料電池１００は、発電体である膜電極接合体１０がセパレータＳＰによって挟持された状態で積層されたスタック構造を有している。セパレータＳＰはいわゆる２層式セパレータであり、アノードプレートＳＰａ及びカソードプレートＳＰｃを備える。アノードプレートＳＰａは、膜電極接合体１０のアノード電極層側に接し、カソードプレートＳＰｃは、膜電極接合体１０のカソード電極層側に接している。
【００２７】
セパレータＳＰは、膜電極接合体１０に対して供給ガスを誘導するための流路と、後述する膜電極接合体１０の発電部から排ガスを誘導するための流路とを形成する。また、セパレータＳＰは、膜電極接合体１０で発電された電気を集電する機能を有する。なお、セパレータＳＰとしては、２層式のものでなくとも良く、例えば、燃料電池を冷却するための冷媒の流路が設けられた中間プレートをアノードプレートＳＰａとカソードプレートＳＰｃとの間に設けた３層式のものとしても良い。
【００２８】
図２は、膜電極接合体１０のカソード電極側を示す概略図である。なお、膜電極接合体１０のアノード電極側の構成は、カソード電極側と同様の構成であるため、図示は省略する。
【００２９】
この膜電極接合体１０は、燃料電池反応が行われる発電部１１と、発電部１１を囲む外周シール枠部１２とを備えた略長方形の部材である。外周シール枠部１２の一辺には、発電部１１に対して一方の側の片寄った位置に、４つの貫通孔であるマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４が一列に設けられている。マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４と発電部１１との間には、吸水部材１３が配置されている。吸水部材１３と発電部１１との間には中間シール部１４が設けられている。
【００３０】
マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４は、燃料電池１００の外部から供給された供給ガスを膜電極接合体１０へ供給し、膜電極接合体１０の排ガスを燃料電池１００の外部へと排出するためのものである。具体的には、マニホールド孔Ｍ１は水素の供給を担い、マニホールド孔Ｍ２は反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスの排出を担う。マニホールド孔Ｍ３は高圧空気の供給を担い、マニホールド孔Ｍ４は反応に供されることのなかった酸素や、反応によって生成した水分などを含むカソード排ガスの排出を担う。
【００３１】
なお、この膜電極接合体１０には、２つの水素用のマニホールド孔Ｍ１、Ｍ２が、酸素用のマニホールド孔Ｍ３、Ｍ４を挟むように配置されており、水素供給用マニホールド孔Ｍ１と酸素排出用マニホールド孔Ｍ４とが隣り合い、水素排出用マニホールド孔Ｍ２と酸素供給用マニホールド孔Ｍ３とが隣り合っている。マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４は、他の構成・配置であっても良く、マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４に加えて、さらに、冷媒の供給及び排出を行うためのマニホールド孔が設けられているものとしても良い。
【００３２】
なお、外周シール枠部１２は、例えば、シリコンゴムや、テフロン（登録商標）や、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ）や、フェノール樹脂や、アクリル樹脂などのシール部材を、射出成型や圧縮成型をすることによって設けることがで、その表面には流体をシールするためのリップが設けられているものとしても良い。また、中間シール部１４は、例えば、エポキシ系充填剤や、フェノール系充填材や、アクリル系充填剤などによって形成することができる。
【００３３】
図３（Ａ）は、図２に示す３Ａ−３Ａ切断における膜電極接合体１０の断面を示す断面図である。発電部１１には、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質膜１５が含まれる。電解質膜１５は、アノード電極層１６ａとカソード電極層１６ｃとで挟持されている。電解質膜１５は、その外周縁である膜端部１５ｅが２つの電極層１６ａ、１６ｃの外周縁から突出している。膜端部１５ｅは、外周シール枠部１２及び中間シール部１４によって被覆されている。これによって、膜端部１５ｅの付近におけるクロスリークの発生が抑制される。ここで、「クロスリーク」とは、燃料電池の発電の際にアノード電極側の水素が反応に供されることなくカソード電極側に移動してしまう現象をいう。
【００３４】
なお、電解質膜１５としては、導電性と耐久性とを有するフッ素系固体高分子膜（例えば、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎフィルム、Ｎ−１１２」）を使用することができる。電解質膜１５としては、その他に、耐熱性の高いスルホン化ポリエーテルエーテルケトンや、ポリエーテルスルホンなどを用いることもできる。また、プロトンの伝導性の高い芳香族系エンジニアリングプラスチックを原料とする炭化水素系電解質膜を用いることも可能である。より具体的には、イオン交換容量が０．５〜２．０ｍｅｑ／ｇ程度である高分子電解質膜であることが好ましい。
【００３５】
図３（Ｂ）は、２つの電極層１６ａ、１６ｃの構成を説明するために、図３（Ａ）において破線で囲まれた領域３Ｂを拡大した拡大図である。２つの電極層１６ａ、１６ｃは、ガス拡散層１６１と、撥水層１６２、と触媒層１６３とを備えている。具体的には、電極層１６ａ、１６ｃの電解質膜１５と接しない外面（以後、単に「電極層１６ａ、１６ｃの外面」と呼ぶ）にはガス拡散層１６１が設けられ、電解質膜１５と接する面には触媒層１６３が設けられる。撥水層１６２は、ガス拡散層１６１と触媒層１６３との間に設けられている。
【００３６】
ガス拡散層１６１は、カーボンペーパーなどで構成することができ、供給された反応ガスを２つの電極層１６ｃ、１６ａの全体に行き渡らせる役割を担う。カーボンペーパーとしては、例えば東レ製のＴＧＰ−Ｈ０６０を使用することができる。ガス拡散層１６１は、その厚みを１９０μｍ程度としても良い。
【００３７】
撥水層１６２は、撥水性を有する部材によって構成され、触媒層１６３において燃料電池反応によって生成された水を効率よく電極層１６ａ、１６ｃの外部へと排水するためのものである。撥水層１６２は、例えばポリテトラフルオロエチレンをドクターブレード法によってガス拡散層１６１の表面に含浸塗布することによって設けることができる。撥水層１６２は、その厚みを３０μｍ程度としても良い。
【００３８】
触媒層１６３は、燃料電池反応を促進するための触媒が担持されている。触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）を採用することができる。触媒層１６３は、具体的に次のようにして設けることができる。白金原料としてＰｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2を用いて、カーボンブラックの上に還元析出方により白金微粒子（約４ｎｍ程度）を析出させて触媒微粒子を得る。この触媒微粒子を超音波ホモジナイザーによって水とエタノールの混合溶液中に超音波分散させ、さらに、フッ素系固体高分子電解質膜を７重量％添加して触媒インクを得る。この触媒インクをスプレーヤーで電解質膜１５の両面に吹きつけて塗布する。その後、溶媒を揮発乾固させることによって触媒層とする。触媒層１６３は、その厚みを１５μｍ程度としても良く、その白金の担持量は、０．５ｍｇ／ｃｍ2程度としても良い。
【００３９】
図３（Ａ）に示すように、アノード電極側及びカソード電極側にそれぞれ配置された２つの吸水部材１３の間には、ガス遮断膜１７が挟持されている。ガス遮断膜１７は、その外周縁である膜端部１７ｅが吸水部材１３の外周縁から突出している。膜端部１７ｅは、外周シール枠部１２及び中間シール部１４によって被覆されている。このガス遮断膜１７によって、供給ガスのクロスリークが抑制されている。
【００４０】
なお、吸水部材１３は、酸性雰囲気に対する耐久性が高く、吸湿性が高い材質であることが好ましい。吸水部材１３としては、例えば、セルロース繊維（例えば繊維径２０μｍ程度）を織り込んだ織布（例えば厚み２００μｍ程度）を用いることができる。これ以外にも、例えば、錦糸、アクリル、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリチオール等を用いることができる。また、既製品としては、東洋紡製の「ランシール」、帝人ファイバー製の「ベルオアシス」、東レ製の「キュープ」等を用いることができる。なお、繊維径としては、１５〜１５０μｍ程度でることが好ましく、３０〜１００μｍ程度であればより好ましい。また、４５〜８０μｍ程度であれば、さらに好ましい。ガス遮断膜１７としては、例えば、厚み７５μｍのポリイミドフィルムを用いることができる。
【００４１】
吸水部材１３としては、上記の他に、吸水性樹脂をフィルム形状に加工した吸水樹脂フィルムを用いるものとしても良い。吸水性樹脂としては、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸エステル共重合体が好ましく、ポリアミドや、ポリアクリルアミドであっても良い。また、上記樹脂組成物に対して可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含有させて、ポリマーブレンドとし、要求される力学的特性や耐熱性を実現するものとしても良い。なお、上記樹脂のフィルム形状への加工方法としては、Ｔダイ押し出し成型や、カレンダ成型や、キャスト成型や、ブロー成型などを採用することができる。
【００４２】
図４は、セパレータＳＰのカソードプレートＳＰｃ（図１）の構成を示す概略図である。図４は、カソードプレートＳＰｃの膜電極接合体１０のカソード電極層１６ｃと接する面を示している。なお、図４には、燃料電池１００として組み付けられた際に、カソードプレートＳＰｃが膜電極接合体１０の発電部１１、吸水部材１３、中間シール部１４と接する領域をそれぞれ、発電部領域１１ａ、吸水部材領域１３ａ、中間シール部領域１４ａとして図示してある。
【００４３】
カソードプレートＳＰｃには、膜電極接合体１０と同様に、貫通孔であるマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ４が設けられている。また、カソードプレートＳＰｃには、カソードプレートＳＰｃを薄肉化することによって、分岐流路溝２２ｃ、並列流路溝２３、集合流路溝２４ｃが設けられている。これらの流路溝２２ｃ、２３、２４ｃは、燃料電池１００として組み付けられた際に、それぞれガス流路を構成する。
【００４４】
流路溝２２ｃ、２３、２４ｃは、高圧空気が酸素供給用マニホールド孔Ｍ３から発電部１１を経て酸素排出用マニホールド孔Ｍ４に向かうように形成されている。具体的には、分岐流路溝２２ｃは、吸水部材領域１３ａ内に設けられており、酸素供給用マニホールド孔Ｍ３と連結している。また、分岐流路溝２２ｃは、並列流路溝２３と連結している。
【００４５】
並列流路溝２３は、複数の溝が並走する流路溝であり、その経路の形状は、略Ｕ字形を構成している。即ち、並列流路溝２３は、分岐流路溝２２ｃとの連結点から、中間シール部領域１４ａと対向する発電部領域１１ａの端辺１１ｅへ向かって直進し、端辺１１ｅの手前で折り返す。その後、再び、発電部領域１１ａから吸水部材領域１３ａへ向かって直進する。並列流路溝２３は、吸水部材領域１３ａに設けられた集合流路溝２４ｃと連結しており、集合流路溝２４ｃは、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４と連結している。
【００４６】
なお、分岐流路溝２２ｃと集合流路溝２４ｃとは隔壁２５によって隔てられており、隔壁２５は、吸水部材領域１３ａを横断し、発電部領域１１ａ内にまで延びている。並列流路溝２３は発電部領域１１ａにおいて、隔壁２５を挟むように折り返している。
【００４７】
図５は、セパレータＳＰのアノードプレートＳＰａ（図１）の構成を示す概略図である。図５は、アノードプレートＳＰａの膜電極接合体１０のアノード電極層１６ａと接する面を示している。アノードプレートＳＰａには、アノードプレートＳＰａを薄肉化することによって分岐流路溝２２ａと、並列流路溝２３と、集合流路溝２４ａとが設けられている。アノードプレートＳＰａの流路溝２２ａ、２３、２４ａは、分岐流路溝２２ａ及び集合流路溝２４ａが酸素用マニホールド孔Ｍ３、Ｍ４ではなく、水素用マニホールド孔Ｍ１、Ｍ２と連結している点以外は、カソードプレートＳＰｃの流路溝２２ｃ、２３、２４ｃと同じである。
【００４８】
セパレータＳＰを構成する２つのプレートＳＰｃ、ＳＰａは、例えば、次のようにして作ることができる。厚み０．１ｍｍ程度、長辺３５０ｍｍ×短辺１５０ｍｍ程度の略長方形のチタン基板に対して、打ち抜き加工やプレス加工などの板金加工によって上記マニホールド孔及び流路溝を設ける。発電部領域１１ａは、２２０ｍｍ×１２０ｍｍ程度の略長方形とし、吸水部材領域１３ａは、１２０ｍｍ×８０ｍｍ程度の略長方形としても良い。また、並列流路溝２３の溝幅及び溝同士の間隔を２ｍｍ程度としても良い。当該チタン基板の表面に対しては、防腐蝕加工を施すものとしても良い。具体的には、例えば、カーボンブラックを４０重量％分散したエチレンテトラフルオロエチレン共重合体溶液を、ディッピング法などの塗布成膜法によって当該チタン基板に塗布し、乾燥・硬化させる方法などがある。
【００４９】
図６（Ａ）は、発電中の膜電極接合体１０におけるガスの流れを説明するための説明図である。図６（Ａ）は、膜電極接合体１０のカソード電極側を示しており、以下の点以外は図２とほぼ同じである。図６（Ａ）には、燃料電池として組み付けられた際に、カソードプレートＳＰｃの流路溝２２ｃ、２３、２４ｃ及び隔壁２５（図４）が接する部位を破線で示している。また、図６（Ａ）には、ガスの流れを示す矢印（黒線）と、吸水部材１３における湿度勾配を示す矢印（白抜き）を付してある。
【００５０】
燃料電池１００の外部から酸素供給用マニホールド孔Ｍ３へと供給された高圧空気の一部は、酸素供給用マニホールド孔Ｍ３と連結している分岐流路溝２２ｃへと流入する。分岐流路溝２２ｃの高圧空気は、並列流路溝２３の各流路溝へと分散して発電部１１へと至り、発電に供される。発電部１１で反応に供されることのなかった酸素を含むカソード排ガスは、並列流路溝２３に沿って流れ、集合流路溝２４ｃへと至る。その後、カソード排ガスは、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４を介して燃料電池１００の外部へと排出される。
【００５１】
図６（Ｂ）は、膜電極接合体１０のアノード電極側を示しており、アノード電極側のガスの流れを示している点以外は、図６（Ａ）と同様である。水素の流れは、水素供給用マニホールド孔Ｍ１から供給されて、水素排出用マニホールド孔Ｍ２へと排出される点以外は、カソード電極側のガスの流れと同じである。
【００５２】
ところで、発電中の発電部１１は、適度に湿潤状態に保たれていることが好ましい。この理由は、発電部１１の水分が過多となると、余分な水分により供給ガスの流路の圧力損失が増加して発電効率が低下する可能性があり、発電部が過度に乾燥すると、電解質膜１５のプロトンの伝導性が低下して発電効率が低下する可能性があるからである。ここで、本実施例の構成における燃料電池１００内の水分の流れについて説明する。
【００５３】
なお、本明細書中において、供給ガスが供給用マニホールド孔から発電部へと至る間に通過する領域を「供給ガス通過領域」と呼び、排ガスが発電部から排出用マニホールド孔へと至る間に通過する領域を「排ガス通過領域」と呼ぶ。図６（Ａ）、（Ｂ）に、本実施例におけるこれらの領域を、供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡとして一点鎖線で示す。
【００５４】
本実施例では、各電極側の供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡには連続している吸水部材１３が配置されている。供給ガス通過領域ＳＡと排ガス通過領域ＥＡとは、セパレータＳＰの隔壁２５によって隔てられている。従って、吸水部材１３内において水分が２つの領域ＳＡ、ＥＡの境界を跨いで移動することはできるが、供給ガス及び排ガスが２つの領域ＳＡ，ＥＡの境界を跨いで移動することは抑制されている。
【００５５】
供給ガスは、供給ガス通過領域ＳＡを通過するときに吸水部材１３に含まれる水分によって加湿されて発電部１１へと至る。従って、発電部１１を湿潤状態に保つことができる。一方、発電部１１を通過するガスは、発電部１１の余分な水分を伴って排ガス通過領域ＥＡへと至る。これによって発電部１１の排水を行うことができる。排ガス通過領域ＥＡに配置された吸水部材１３は、排ガスに含まれる水分を吸収する。従って、吸水部材１３の湿度分布は、図６（Ａ）、（Ｂ）の白抜きの矢印に示すように、供給ガス通過領域ＳＡより排ガス通過領域ＥＡの方が湿度の高い湿度勾配を示す。すると、吸水部材１３内の水分は、この湿度勾配に従って、排ガス通過領域から供給ガス通過領域へと移動する。本実施例では、このような燃料電池内の水分の循環によって効率よく発電部１１の湿潤状態を良好に保つことができる。なお、このような湿度勾配をさらに改善するために、排ガス通過領域ＥＡが、供給ガス通過領域ＳＡよりも鉛直方向に沿って上側に存在するように燃料電池を設置することが好ましい。
【００５６】
ところで、燃料電池の発電部を湿潤状態にする方法としては、供給ガスが燃料電池内に供給される前に、供給ガスを予め加湿器によって加湿して供給する方法がある。この方法では、加湿器と燃料電池の間に設けられた配管内やエアコンプレッサなどの補機の内部に結露を生じて発電効率を低下させる可能性がある。しかし、本実施例の構成によれば、供給ガスを燃料電池内の供給ガス通過領域において加湿することが可能であるため、燃料電池の外部において供給ガスを加湿する量を低減することができる。また、結露対策として燃料電池システム内に加熱用補機等が設けられている場合には、当該加熱用補機による補機損失も低減できる。若しくは、吸水部材１３による供給ガスの加湿量によっては、燃料電池の外部に加湿器やそれに付随する補機を設けることなく、発電部の湿潤状態を良好に保つことが可能である。
【００５７】
発電部の湿潤状態にする他の方法としては、冷媒である水の流路が設けられたセパレータのプレートを水透過性部材で形成する方法がある。この方法では、冷媒である水がプレートを介して供給ガスの流路に透過することによって、供給ガスを加湿することができる。しかし、この方法では、セパレータは、ガス遮蔽性を実現するとともにその強度を確保する必要から、その厚みが厚くなる傾向があり、燃料電池の体積の増加につながる。また、氷点下などの低温時には、プレート内部に含まれる水分の凍結による体積増加及び低温脆化のためにセパレータにクラックが生じるなど、セパレータの劣化の原因となる。一方、本実施例の構成によれば、セパレータを構成するプレートの厚みを厚くすることなく、セパレータのガス遮蔽性及びその強度を確保することが可能である。
【００５８】
その他の方法として、発電部に吸水部材を配置することによって発電部の湿潤状態を調整する方法がある。しかし、この方法によると、燃料電池の運転を停止した際に、吸水部材の内部に水分が残留する可能性が高くなる。即ち、発電部における排水性が低下する。発電部に水分が残留すると、発電部内の構成部材の劣化の原因となり、また、氷点下などの低温時には、その水分が凍結して発電効率の低下の原因ともなる。しかし、本実施例の吸水部材１３は発電部内に配置されていないため、発電部内の排水性が低下するおそれはない。
【００５９】
このように、本実施例の構成によれば、簡易な構成で燃料電池内の湿度分布が改善され、運転中の燃料電池の発電部における湿潤状態を良好に保持することができる。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例として膜電極接合体１０Ａのカソード電極側を示す概略図である。図７は、吸水部材１３の厚みを増して中間シール部１４を被覆している点と、吸水部材１３に透水性シール層１８が設けられている点以外は、図２とほぼ同じである。なお、膜電極接合体１０Ａのアノード電極側の構成は、カソード電極側と同様の構成であるため、図示は省略する。また、この膜電極接合体１０Ａは、以下に特に説明を付す部分以外は、第１実施例で説明したものと同様の部材によって構成されている。
【００６１】
図８（Ａ）は、図７に示す８Ａ−８Ａ切断における膜電極接合体１０Ａの断面を示す断面図である。吸水部材１３は、吸水部材１３のガス遮断膜１７と接しない外表面（以後、単に「吸水部材１３の外表面」と呼ぶ）が外周シール枠部１２及び２つの電極層１６ａ、１６ｃの外表面より上下にそれぞれ突出している。なお、吸水部材１３としては、例えば、繊維径５０μｍ程度のセルロース繊維を織り込んだ厚み１．８ｍｍ程度の透気性を有する織布を用いることができる。
【００６２】
図７に、第１実施例で説明した供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡを一点鎖線で示す。供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡは、吸水部材１３に設けられた透水性シール層１８によって隔てられている。
【００６３】
図８（Ｂ）は、図７に示す８Ｂ−８Ｂ切断における膜電極接合体１０Ａの断面を示す断面図である。図に示すように、透水性シール層１８は、吸水部材１３の外表面からガス遮断膜１７と接する面まで吸水部材１３にシール性接着剤を含浸することによって形成されている。この透水性シール層１８は、吸水部材１３の繊維を介して水分を透過するが、ガスは透過しない性質を有する。従って、吸水部材１３内において水分が供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡの境界を跨いで移動することはできるが、供給ガス及び排ガスが２つの領域ＳＡ、ＥＡの境界を跨いで移動することは抑制されている。透水性シール層１８は、例えば、エポキシ系充填剤や、フェノール系充填剤や、アクリル系充填剤などによって設けることができる。
【００６４】
図９は、本実施例で用いられるセパレータＳＰのカソードプレートＳＰｃＡの構成を示す概略図である。図９は、流路溝の形状が異なる点以外は、図４とほぼ同じである。なお、図９には、燃料電池１００として組み付けられた際に、カソードプレートＳＰｃＡが膜電極接合体１０Ａの発電部１１、吸水部材１３、透水性シール層１８と接する領域をそれぞれ、発電部領域１１ａ、吸水部材領域１３ａ、透水性シール層領域１８ａとして図示してある。
【００６５】
このカソードプレートＳＰｃＡには流路溝として、吸水部材配置流路溝２６及び並列流路溝２３Ａが設けられている。吸水部材配置流路溝２６は、吸水部材領域１３ａとほぼ重なるように設けられており、酸素用マニホールド孔Ｍ３、Ｍ４と連結している。燃料電池として組み付けられたとき、この吸水部材配置流路溝２６には、吸水部材１３が、吸水部材１３の外表面と吸水部材配置流路溝２６の底面とが接するように配置される。
【００６６】
並列流路溝２３Ａは、分岐流路溝２２ｃ及び集合流路溝２４ｃと連結する代わりに吸水部材配置流路溝２６と連結している点以外は、図４の並列流路溝２３と同じである。なお、この並列流路溝２３Ａによって囲まれる隔壁２５Ａは、透水性シール層領域１８ａと連接している。
【００６７】
図１０は、本実施例で用いられるセパレータＳＰのアノードプレートＳＰａＡの構成を示す概略図である。図１０は、吸水部材配置流路溝２６が水素用マニホールド孔Ｍ１、Ｍ２と連結している点以外は図９とほぼ同じである。
【００６８】
図１１（Ａ）は、燃料電池１００が発電を行うときのガスの流れを説明するための説明図である。図１１（Ａ）は、膜電極接合体１０Ａのカソード電極側を示しており、以下の点以外は図７とほぼ同じである。図１１（Ａ）には、燃料電池１００として組み付けられた際に、カソードプレートＳＰｃＡの流路溝２６、２３Ａ及び隔壁２５Ａ（図９）が接する部位を破線で示している。また、図１１（Ａ）には、ガスの流れを示す矢印（黒線）と、後述する吸水部材１３における湿度勾配を示す矢印（白抜き）を付してある。
【００６９】
酸素供給用マニホールド孔Ｍ３から供給された高圧空気は、供給ガス通過領域ＳＡに配置された吸水部材１３へと流入する。供給ガス通過領域ＳＡの高圧ガスは、並列流路溝２３Ａの各流路溝へと分散して発電部１１へと至り、発電に供される。発電部１１で反応に供されることのなかった酸素を含むカソード排ガスは、並列流路溝２３Ａに沿って隔壁２５Ａを挟んで折り返した後、排ガス通過領域ＥＡに配置された吸水部材１３へと流入し、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４へと排出される。
【００７０】
図１１（Ｂ）は、膜電極接合体１０Ａのアノード電極側を示しており、アノード電極側のガスの流れを示している点以外は、図１１（Ａ）と同様である。水素の流れは、水素供給用マニホールド孔Ｍ１から供給されて、水素排出用マニホールド孔Ｍ２へと排出される点以外は、カソード電極側のガスの流れと同じである。
【００７１】
また、膜電極接合体１０Ａ内での水分の流れは、第１実施例と同様になる。具体的には次のとおりである。供給ガスは、供給ガス通過領域ＳＡにおいて、吸水部材１３によって加湿されて発電部１１へと流入する。また、発電部１１からの排ガスに含まれる水分を排ガス通過領域ＥＡにおいて吸水部材１３が吸収するため、図１１（Ａ）、（Ｂ）の白抜きの矢印に示すように吸水部材１３の内部に湿度勾配が生じる。従って、吸水部材１３の内部の水分は、排ガス通過領域ＥＡから供給ガス通過領域ＳＡへと透水性シール層１８を透過して移動する。
【００７２】
このように、本実施例の構成によれば、第１実施例と同様に簡易な構成で運転中の燃料電池の発電部における湿潤状態を良好に保持することができる。また、本実施例の構成では、第１実施例に比較して吸水部材１３の厚みを増している分、供給ガス及び排ガスと吸水部材１３とが接触する領域が増加するため加湿・吸水効率が向上する。あるいは、吸水部材１３の厚みを増している分、加湿・吸水効率を第１実施例より低下させることなく、供給ガス通過領域ＳＡ及び排ガス通過領域ＥＡの面積を減少させることが可能となり、燃料電池の小型化も可能である。
【００７３】
Ｃ．第３実施例：
図１２は、第３実施例として膜電極接合体１０Ｂのカソード電極側の構成を示す概略図である。図１２は、中間シール部１４が無い点以外は、図２とほぼ同じである。なお、膜電極接合体１０Ｂのアノード電極側の構成もカソード電極側の構成と同様であるため、図示は省略する。この膜電極接合体１０Ｂは、以下に特に説明を付す部分以外は、第１実施例で説明したものと同様の部材によって構成されている。
【００７４】
図１３は、図１２に示す１３−１３切断における膜電極接合体１０Ｂの断面を示す断面図である。図１３は、ガス遮断膜１７及び中間シール部１４が設けられることなく、電解質膜１５が吸水部材１３によって挟持されるように延長され、膜端部１５ｅが外周シール枠部１２によって被覆されている点以外は、図３（Ａ）とほぼ同じである。
【００７５】
なお、この膜電極接合体１０Ｂは、燃料電池として組み付けられるときは、第１実施例で説明した２つのプレートＳＰｃ、ＳＰａによって構成されるセパレータＳＰによって挟持される。
【００７６】
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、発電中の膜電極接合体１０Ｂにおけるガスの流れを説明するための説明図である。図１４（Ａ）、（Ｂ）は、膜電極接合体１０に替えて膜電極接合体１０Ｂが示されている点以外は、図６（Ａ）、（Ｂ）とほぼ同じである。
【００７７】
このように、本実施例の構成によっても、第１実施例と同様なガスの流れを実現できる。また、本実施例の構成によれば、水分の流れは、第１実施例で説明した水分の循環経路に加えて、さらに、図１３において矢印で示すように、吸水部材１３から電解質膜１５の内部へも水分が侵入する。そのため、図１４（Ａ）、（Ｂ）の破線矢印で示すように、膜中の湿度勾配に応じて、発電部１１にまで水分が移動することが可能であり、発電部１１における電解質膜中の湿度分布が改善される。このように、本実施例の構成によれば、中間シール部１４を設けることなく、さらに簡易な構成で運転中の燃料電池の発電部における湿潤状態をさらに、良好に保持することができる。
【００７８】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、第４実施例として膜電極接合体１０Ｃのカソード電極側の構成を示す概略図である。図１６は、図１５に示す１６−１６切断における膜電極接合体１０Ｃの断面を示す断面図である。図１５及び図１６はそれぞれ、カソード電極側の吸水部材１３が酸素排出用マニホールド孔Ｍ４に突出している点以外は図２及び図３（Ａ）と同じである。なお、この膜電極接合体１０Ｃは、以下において特に説明を付す部分以外は、第１実施例で説明した膜電極接合体１０と同様の部材によって構成されている。
【００７９】
吸水部材１３の突出部１３ｐは、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４内へ、例えば８ｍｍ程度突出しているものとしても良い。発電中の酸素排出用マニホールド孔Ｍ４には高圧ガスが流れているため、この突出部１３ｐは乾燥しやすい。従って、カソード電極側の吸水部材１３の内部の水分は湿度勾配に応じて突出部１３ｐへと流動する量が増加する。即ち、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４を介して外部へと排水される水分量が増加して、排水性が向上する。従って、本実施例の構成によれば、大量の水分が発生するような高電流密度の発電を行った場合に、吸水部材１３に水分が排ガス通過領域に凝集して発電効率が低下する可能性を低減できる。なお、アノード電極側の吸水部材１３にも水素排出用マニホールド孔Ｍ２内に突出する突出部を設けても良い。
【００８０】
Ｅ．第５実施例：
図１７は、第５実施例として膜電極接合体１０Ｄのカソード電極側の構成を示す概略図である。図１７は、吸水部材１３に畝状の凸部Ｕ１、Ｕ２が設けられている点以外は、ほぼ図２と同じである。この膜電極接合体１０Ｄは、燃料電池として組み付けられるときは、第１実施例で説明したカソードプレートＳＰｃ及びアノードプレートＳＰａによって構成されるセパレータＳＰによって挟持される。図１７には、セパレータＳＰのカソードプレートＳＰｃの流路溝２２ｃ、２３、２４ｃと接する部位を破線で示している。なお、この膜電極接合体１０Ｄは、以下において特に説明を付す部分以外は、第１実施例で説明した膜電極接合体１０と同様の部材によって構成されている。
【００８１】
図１８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１７に示す１８Ａ−１８Ａ切断及び１８Ｂ−１８Ｂ切断における膜電極接合体１０Ｄの一部断面を示す断面図である。即ち、図１８（Ａ）は、膜電極接合体１０Ｄの排ガス通過領域における断面図であり、図１８（Ｂ）は供給ガス通過領域における断面図である。なお、図１８（Ａ）、（Ｂ）には、膜電極接合体１０Ｄを挟持するセパレータＳＰの各プレートＳＰｃ、ＳＰａが破線で示してある。
【００８２】
図１８（Ａ）、（Ｂ）からも理解できるように、吸水部材１３の凸部Ｕ１、Ｕ２は、吸水部材１３を波折り加工することによって設けられている。具体的には凸部Ｕ１は谷折り加工、山折り加工を繰り返すことによって２つの山折り部Ｕ１ｍを有するように設けられている。凸部Ｕ２は一連の谷折り加工、山折り加工、谷折り加工によって１つの山折り部Ｕ２ｍを有するように設けられている。また、凸部Ｕ１は、排ガス通過領域における並列流路溝２３に収納されるように設けられており、凸部Ｕ２は、供給ガス通過領域における並列流路溝２３に収納されるように設けられている。なお、凸部Ｕ１、Ｕ２の山折り部Ｕ１ｍ、Ｕ２ｍの数は任意であり、それぞれに対して、さらに複数の山折り部Ｕ１ｍ、Ｕ２ｍが設けられていても良い。ただし、山折り部Ｕ１ｍの数が山折り部Ｕ２ｍの数より多いことが好ましい。
【００８３】
このような構成とすることによって、凸部Ｕ１、Ｕ２が設けられている分だけ第１実施例よりも供給ガス及び排ガスが吸水部材１３と接する領域を増すことができ、供給ガスへの加湿効率及び排ガスからの吸水効率が向上する。また、排ガス通過領域に設けられた凸部Ｕ１の山折り部の数を供給ガス通過領域に設けられた凸部Ｕ２の山折り部の数より多くすることによって、排ガス通過領域における流路面積は減少する。従って、排ガス通過領域における排ガスの流速が増大するため、排出用マニホールド孔Ｍ２、Ｍ４への排水性を向上できる。従って、排ガスのガス流路におけるフラッディングの発生の可能性を低減できる。
【００８４】
Ｆ．第６実施例：
図１９は、第６実施例として膜電極接合体１０Ｅのカソード電極側の構成を示す概略図である。図１７は、吸水部材１３が凸部Ｕ３を有し、かつ、この凸部Ｕ３が発電部１１に延長している部位を有している点以外は、ほぼ図２と同じである。この膜電極接合体１０Ｅは、燃料電池として組み付けられるときは、第１実施例で説明したカソードプレートＳＰｃ及びアノードプレートＳＰａによって構成されるセパレータＳＰによって挟持される。図１９には、セパレータＳＰのカソードプレートＳＰｃの流路溝２２ｃ、２３、２４ｃと接する部位を破線で示している。なお、膜電極接合体１０Ｅのアノード電極側の構成はカソード電極側と同様であるため、図示を省略する。また、以下において特に説明を付す部分以外は、第１実施例で説明した膜電極接合体１０と同様の部材によって構成されている。
【００８５】
この膜電極接合体１０Ｅの吸水部材１３は、排ガス通過領域において折り加工によって凸部Ｕ３が設けられている。この凸部Ｕ３は、中間シール部１４を跨いで発電部１１まで延長された延長部１３ｅｘを有している。なお、延長部１３ｅｘは、例えば５０ｍｍ程度の長さで設けられているものとしても良い。
【００８６】
図２０（Ａ）は、凸部Ｕ３の形状を説明するための説明図であり、図１９に示す２０Ａ−２０Ａ切断における膜電極接合体１０Ｅの一部断面を示す断面図である。なお、図２０（Ａ）には、膜電極接合体１０Ｅを挟持するセパレータＳＰの各プレートＳＰｃ、ＳＰａを破線で示してある。図２０（Ａ）に示すように、吸水部材１３の凸部Ｕ３は、各プレートＳＰｃ、ＳＰａに設けられた並列流路溝２３の形状と同様な矩形に折り加工されることによって設けられている。
【００８７】
図２０（Ｂ）は、図１９に示す２０Ｂ−２０Ｂ切断における膜電極接合体１０Ｅの一部断面を示す断面図であり、吸水部材１３の延長部１３ｅｘの形状を説明するための説明図である。図２０（Ｂ）には、図２０（Ａ）と同様に、セパレータＳＰの各プレートＳＰｃ、ＳＰａを破線で示してある。延長部１３ｅｘは、吸水部材１３を打ち抜き加工することによって、吸水部材１３の凸部Ｕ３を形成する部位のみが発電部１１まで延長されて形成されている。
【００８８】
並列流路溝２３のうち、排出用マニホールド孔Ｍ２、Ｍ４に近い部位には、運転状況によっては、排ガスに含まれる排水が溜まりやすい傾向にある。そこで上述したように、並列流路溝２３の内壁面に接した吸水部材１３の凸部Ｕ３を設けることによって、流路内の水分が凸部Ｕ３に吸収され、水分による流路の閉塞を抑制できる。また、発電部１１内に延長部１３ｅｘを有する分だけ、排ガスと吸水部材１３との接触領域が増加し、吸水効率が向上する。また、凸部Ｕ３が設けられた部位の流路断面積は減少するため、当該流路において排ガスの流速が増して排水性を向上することができる。
【００８９】
Ｇ．変形例：
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。
【００９０】
Ｇ１．変形例１：
上記実施例において、カソード電極側及びアノード電極側に吸水部材１３を配置していたが、いずれか一方のみに吸水部材１３を配置するものとしても良い。ただし、燃料電池反応によって水が発生するのは主にカソード電極側であるため、カソード電極側に吸水部材１３が配置されている方が効果が大きく好ましい。
【００９１】
Ｇ２．変形例２：
上記実施例において、セパレータＳＰを構成するプレートＳＰｃ、ＳＰａには流路溝が設けられていたが、流路溝が設けられていない構成であっても良い。ただし、流路溝を設けることによって、ガス及び水分の流れを流路溝に沿わせることができ、燃料電池内の湿度分布を改善する上で好ましい。
【００９２】
Ｇ３．変形例３：
上記実施例において、供給用マニホールド孔Ｍ１、Ｍ３と排出用マニホールド孔Ｍ２、Ｍ４とが発電部１１に対して一方の片寄った位置に設けられていたが、そうでなくとも良い。例えば、供給用マニホールド孔Ｍ１、Ｍ３と排出用マニホールド孔Ｍ２、Ｍ４とが発電部１１を挟んで対向する位置に設けられていても良い。ただし、上記実施例の構成によれば、吸水部材１３の内部における水分の移動距離を短くすることができ、効率的に水分の循環が行われる。
【００９３】
Ｇ４．変形例４：
上記実施例において、吸水部材１３は、単体の部材によって構成されていたが、複数に分離した部材によって構成されているものとしても良く、この場合には、吸水部材１３は連接して配置されていればよい。即ち、本明細書において「連続した吸水部材」とは、単体で構成された吸水部材のみではなく、分離した複数の吸水部材１３が連接して配置された状態をも含んでいる。
【００９４】
Ｇ５．変形例５：
第５及び第６実施例において、吸水部材１３は、板状部材を折り加工することによって凸部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が設けられていたが、他の部材を成型することによって凹凸が設けられているものとしても良い。また、第５実施例では、凸部Ｕ１の山折り部Ｕ１ｍの数が凸部Ｕ２の山折り部Ｕ２ｍの数より多くなるように加工することによって、排ガス通過領域に設けられた凹凸の数が供給ガス通過領域に設けられた凹凸の数より多くなるように構成されていた。しかし、当該凹凸の数は、排ガス通過領域と供給ガス通過領域とで同じであるとしても良いし、供給ガス通過領域の方が凹凸の数が多いものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】燃料電池の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図３】第１実施例における膜電極接合体の断面を示す断面図である。
【図４】第１実施例におけるセパレータのカソードプレートを示す概略図である。
【図５】第１実施例におけるセパレータのアノードプレートを示す概略図である。
【図６】第１実施例における燃料電池のガス及び水分の流れを説明するための説明図である。
【図７】第２実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図８】第２実施例における膜電極接合体の断面を示す断面図である。
【図９】第２実施例におけるセパレータのカソードプレートを示す概略図である。
【図１０】第２実施例におけるセパレータのアノードプレートを示す概略図である。
【図１１】第２実施例における燃料電池のガス及び水分の流れを説明するための説明図である。
【図１２】第３実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図１３】第３実施例における膜電極接合体の断面を示す断面図である。
【図１４】第３実施例における燃料電池のガス及び水分の流れを説明するための説明図である。
【図１５】第４実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図１６】第４実施例における膜電極接合体の断面を示す断面図である。
【図１７】第５実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図１８】第５実施例における膜電極接合体の一部断面を示す断面図である。
【図１９】第６実施例における膜電極接合体を示す概略図である。
【図２０】第６実施例における膜電極接合体の一部断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…膜電極接合体
１１…発電部
１１ａ…発電部領域
１１ｅ…端辺
１２…外周シール枠部
１３…吸水部材
１３ａ…吸水部材領域
１３ｅｘ…延長部
１３ｐ…突出部
１４…中間シール部
１４ａ…中間シール部領域
１５…電解質膜
１５ｅ…膜端部
１６ａ…アノード電極層
１６ｃ…カソード電極層
１７…ガス遮断膜
１７ｅ…膜端部
１８…透水性シール層
１８ａ…透水性シール層領域
２２ｃ、２２ａ…分岐流路溝
２３、２３Ａ…並列流路溝
２３…並列流路溝
２４ｃ、２４ａ…集合流路溝
２５、２５Ａ…隔壁
２６…吸水部材配置流路溝
１００…燃料電池
１６１…ガス拡散層
１６２…撥水層
１６３…触媒層
ＥＡ…排ガス通過領域
Ｍ１〜Ｍ４…マニホールド孔
ＳＡ…供給ガス通過領域
ＳＰ…セパレータ
ＳＰａ、ＳＰａＡ…アノードプレート
ＳＰｃ、ＳＰｃＡ…カソードプレート
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３…凸部
Ｕ１ｍ、Ｕ２ｍ…山折り部
【図１】
2008186696.tif 000003
【図２】
2008186696.tif 000004
【図３】
2008186696.tif 000005
【図４】
2008186696.tif 000006
【図５】
2008186696.tif 000007
【図６】
2008186696.tif 000008
【図７】
2008186696.tif 000009
【図８】
2008186696.tif 000010
【図９】
2008186696.tif 000011
【図１０】
2008186696.tif 000012
【図１１】
2008186696.tif 000013
【図１２】
2008186696.tif 000014
【図１３】
2008186696.tif 000015
【図１４】
2008186696.tif 000016
【図１５】
2008186696.tif 000017
【図１６】
2008186696.tif 000018
【図１７】
2008186696.tif 000019
【図１８】
2008186696.tif 000020
【図１９】
2008186696.tif 000021
【図２０】
2008186696.tif 000022