(57)【要約】【課題】シール部材を新たに設けることなく多孔体とフレームとの隙間へのガスの流れを抑制し、ガスが隙間に流れることによる燃料電池の発電効率の低下を防止することを目的とする。【解決手段】膜電極接合体３０と、前記膜電極接合体３０に隣接し所定方向に流れるガスを拡散する多孔体３５０であって、前記ガスが流れる方向に対して斜めに分割された第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを有する多孔体３５０と、前記膜電極接合体３０と前記多孔体３０とを内部に支持する開口部３２０を有するフレーム３００とを備える。【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、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に隣接し所定方向に流れるガスを拡散する多孔体であって、前記ガスが流れる方向に対して斜めに分割された第１の多孔体部と第２の多孔体部を有する多孔体と、
前記膜電極接合体と前記多孔体とを内部に支持する開口部を有するフレームと、
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、
前記多孔体の形状及び前記開口部の形状は矩形状である、燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１の多孔体部と第２の多孔体部は、
前記第１の多孔体部の一辺は、前記ガスが流れる方向と平行な前記開口部の２つの辺のうちの第１の辺と接し、
前記第２の多孔体部の一辺は、前記ガスが流れる方向と平行な前記開口部の２つの辺のうち前記第１の辺と異なる第２の辺と接し、
前記第１の多孔体部と第２の多孔体部とが接するように、
前記開口部内に配置される、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記ガスが流れる方向と前記多孔体を分割する分割線とがなす角度は、前記ガスが流れる方向と前記多孔体の対角線がなす角度よりも小さく、
かつ、前記第１の多孔体部の形状と前記第２の多孔体部の形状は台形である、燃料電池。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記分割線は前記多孔体の対角線と一致する、燃料電池。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池において、
前記ガスが流れる方向と前記分割線のなす角度は、その角度に対する正接の値が、前記ガスが流れる方向と垂直な方向における前記多孔体と前記開口部との間の隙間の長さを、前記ガスが流れる方向と平行な方向における前記多孔体と前記開口部の隙間の長さで割った値以上となる角度である、燃料電池。
【請求項７】
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ガスが流れる方向と平行な方向における前記多孔体と前記開口部の間の隙間の長さが、前記ガスが流れる方向と垂直な方向における前記多孔体と前記開口部の間の隙間の長さを、前記ガスが流れる方向と前記分割線のなす角度の正接の値で割った値以上になるような大きさに形成されている、燃料電池。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、さらに、
前記第２の多孔体部は、複数の多孔体部に分割されている、燃料電池。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載に燃料電池において、さらに、
前記フレームは、前記分割された多孔体部の位置を決めるための位置決め手段を備える、燃料電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池において、
前記位置決め手段は、フレームの一辺であって、前記分割された多孔体部におけるガスが流れる方向に対して垂直な辺に備えられ、前記第１の多孔体部を押圧し、前記第１の多孔体部と異なる多孔体部をフレームの一辺であって、ガスが流れる方向に対して平行な辺に押しつける、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に燃料ガスあるいは酸化ガスを拡散する多孔体の形状及びその配置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスあるいは酸化ガスの流路として多孔体を用い、多孔体において燃料ガスあるいは酸化ガスを拡散し、膜電極接合体に燃料ガスあるいは酸化ガスが供給されて発電する燃料電池が知られている（特許文献１）。しかし、従来の構成では、フレームの開口部内に多孔体を組み付ける際の組み付け誤差により、フレームの開口部と多孔体の間に隙間が生じる。生じた隙間を流れる燃料ガスあるいは酸化ガスは発電反応に用いられることなく排出されるため、燃料電池の発電効率が低下するという問題があった。これに対し、フレームと多孔体の隙間にシール部材を挿入する技術が知られている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８７３１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１９１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、シール部材が新たに必要になるという問題がある。また、シール部材を用いた場合、シール部材の経年劣化により隙間にガスが漏れた場合には、燃料電池の発電効率が低下する恐れもある。
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決し、シール部材を用いることなく多孔体とフレームとの隙間にガスが流れることを抑制し、燃料電池の発電効率の低下を防止、抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体に隣接し所定方向に流れるガスを拡散する多孔体であって、前記ガスが流れる方向に対して斜めに分割された第１の多孔体部と第２の多孔体部を有する多孔体と、前記膜電極接合体と前記多孔体とを内部に支持する開口部を有するフレームとを備える。本発明に係る燃料電池によれば、多孔体を第１の多孔体部と第２の多孔体部に分割するので、ガスが流れる方向について隙間が生じないように第１の多孔体部と第２の多孔体部を配置できる。したがって、ガスの隙間流れを抑制するためのシール部材が不要となる。さらに、ガスの隙間流れを抑制できるので、燃料電池の発電効率の低下を防止、抑制することができる。
【０００７】
本発明に係る燃料電池において、 前記多孔体の形状及び前記開口部の形状は矩形状である。本発明に係る燃料電池によれば、多孔体の形状及び開口部の形状は矩形状なので、例えば、第１の多孔体部と第２の多孔体部を分割線に沿ってずらして配置することにより、多孔体部の辺と開口部の辺とを容易に密着できる。その結果、隙間を生じなくできるので、ガスの隙間流れを抑制するためのシール部材が不要となる。さらに、ガスの隙間流れを抑制できるので、燃料電池の発電効率の低下を防止、抑制できる。
【０００８】
本発明に係る燃料電池において、前記第１の多孔体部と第２の多孔体部は、前記第１の多孔体部の一辺は、前記ガスが流れる方向と平行な前記開口部の２つの辺のうちの第１の辺と接し、前記第２の多孔体部の一辺は、前記ガスが流れる方向と平行な前記開口部の２つの辺のうち前記第１の辺と異なる第２の辺と接し、前記第１の多孔体部と第２の多孔体部とが接するように、前記開口部内に配置される。本発明に係る燃料電池によれば、第１の多孔体部と開口部が密着し、第２の多孔体部と開口部が密着し、第１の多孔体部と第２の多孔体部が密着している。その結果、ガスが流れる方向について、隙間が生じないので、ガスの隙間流れを抑制するためのシール部材が不要となる。さらに、ガスの隙間流れを抑制できるので、燃料電池の発電効率の低下を防止、抑制できる。
【０００９】
本発明に係る燃料電池において、前記ガスが流れる方向と前記分割線とがなす角度は、前記ガスが流れる方向と前記多孔体の対角線がなす角度よりも小さく、かつ、前記第１の多孔体部の形状と前記第２の多孔体部の形状は台形である。本発明に係る燃料電池によれば、ガスが流れる方向について、第１の多孔体部と開口部との密着部のシール長及び第２の多孔体部と開口部との密着部のシール長は、多孔体のガス流れ方向の長さと同じ長さとなり、シール長を最も長くできる。その結果、多孔体と開口部との隙間を最小にでき、燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池において、前記分割線は前記多孔体の対角線と一致する。本発明に係る燃料電池によれば、ガスが流れる方向について、第１の多孔体部と開口部とのシール長及び第２の多孔体部と開口部とのシール長は、多孔体のガス流れ方向の長さと同じ長さとなり、第１の多孔体部と開口部とのシール長及び第２の多孔体部と開口部とのシール長を最も長くできる。さらに、ガスが流れる方向と垂直な方向について開口部と多孔体の間の隙間の長さに対する許容度を高めることができる。すなわち、ガスが流れる方向と垂直な方向について開口部と多孔体の間の隙間の長さが所定の長さ以上になると、第１の多孔体部と第２の多孔体部をいかに配置しても、ガス流れ方向についての隙間が生じてしまうが、本発明に係る燃料電池によれば、ガスが流れる方向と垂直な方向における開口部と多孔体の間の隙間の長さについて、ガス流れ方向についての隙間が生じないための限界を大きくすることができる。
【００１１】
本発明に係る燃料電池において、前記ガスが流れる方向と前記分割線のなす角度θは、その角度に対する正接の値が、前記ガスが流れる方向と垂直な方向における前記多孔体と前記開口部との間の隙間の長さｘ１を、前記ガスが流れる方向と平行な方向における前記多孔体と前記開口部の隙間の長さｙ１で割った値以上となる角度である。本発明に係る燃料電池によれば、ｔａｎθ≧ｘ１／ｙ１を満たすような角度θで多孔体を第１の多孔体部と第２の多孔体部に分割するので、ガスが流れる方向についての隙間を生じなくさせることができる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池において、前記ガスが流れる方向と平行な方向における前記多孔体と前記開口部の間の隙間の長さｙ１が、前記ガスが流れる方向と垂直な方向における前記多孔体と前記開口部の間の隙間の長さｘ１を、前記ガスが流れる方向と前記分割線のなす角度θの正接の値で割った値以上になるような大きさに形成されている。本発明に係る燃料電池によれば、ガスが流れる方向と前記分割線のなす角度θを一定とした場合、前記ガスが流れる方向と平行な方向における前記多孔体と前記開口部の間の隙間の長さｙ１が、ｙ１≧ｘ１／ｔａｎθを満たすように、多孔体を形成するので、ガスが流れる方向についての隙間を生じなくさせることができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池は、さらに、前記第２の多孔体部は、複数の多孔体部に分割されている。本発明に係る燃料電池によれば、多孔体部の配置自由度がさらに増すので、ガスが流れる方向について隙間がなくなるように多孔体部配置することが容易になる。その結果、ガスの隙間流れを抑制するためのシール部材が不要となる。また、ガスの隙間流れを抑制できるので、燃料電池の発電効率の低下を防止、抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る燃料電池において、さらに、前記フレームは、前記分割された多孔体部の位置を決めるための位置決め手段を備える。本発明に係る燃料電池によれば、前記フレームは、前記分割された多孔体部位置を決める位置決め手段を備えるので、多孔体部とフレームとの間に隙間が生じないように、多孔体部を配置することが容易になる
【００１５】
本発明に係る燃料電池において、前記位置決め手段は、フレームの一辺であって、前記分割された多孔体部におけるガスが流れる方向に対して垂直な辺に備えられ、前記第１の多孔体部を押圧し、前記第１の多孔体部と異なる多孔体部をフレームの一辺であって、ガスが流れる方向に対して平行な辺に押しつける。本発明に係る燃料電池によれば、多孔体部におけるガスが流れる方向に対して垂直な辺に対する圧力と他の多孔体部からの垂直抗力の合力により、多孔体部はガスが流れる方向に対して垂直な方向に力が加わりフレームに押しつけられる。その結果、多孔体部とフレームが強く密着し隙間が生じにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例について、図面を用いて説明する。本実施例に係る燃料電池の概要について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係る燃料電池１０の外観を模式的に示す斜視図である。燃料電池１０は、セパレータ部２０と膜電極接合体部３０とが交互に積層されて構成される。燃料電池１０は、図１に示す燃料電池の上方側（ｚ軸プラス側）に酸化ガス供給マニホールド１０２、下方側（ｚ軸マイナス側）に酸化ガス排出マニホールド１０４、左方側（ｘ軸マイナス側）に燃料ガス供給マニホールド１０６と冷却水供給マニホールド１１０、右方側（ｘ軸プラス側）に燃料ガス排出マニホールド１０８と冷却水排出マニホールド１１２を備える。これらのマニホールド１０２〜１１２は、積層方向（ｙ軸方向）に貫通する。
【００１７】
図２を用いて本発明に係る燃料電池１０の構造について説明する。図２は、図１に示す燃料電池１０をｙｚ平面と平行な面で切った断面を模式的に示す説明図である。
【００１８】
本実施例において、セパレータ部２０は、例えば、樹脂製ラミネートフィルムでできている中間プレート２００と、中間プレート２００を両側から挟持する、例えば、金属材料でできているアノード側プレート２２０とカソード側プレート２４０とを備える。
【００１９】
膜電極接合体部３０は、膜電極接合体４０と、膜電極接合体４０の両面にそれぞれ隣接する多孔体３５０及び多孔体３５１と、膜電極接合体４０と多孔体３５０と多孔体３５１とを支持するフレーム３００とを備える。膜電極接合体４０は、電解質膜４００と、電解質膜４００の両面にそれぞれ隣接する触媒層４２０、４２１とを備える。
【００２０】
多孔体３５０と多孔体３５１は、それぞれ酸化ガス、燃料ガスの流路をなす部材である。多孔体３５０と多孔体３５１は、さらに、それぞれ中を流れる酸化ガス、燃料ガスを拡散する部材でもある。本実施例では、多孔体３５０及び多孔体３５１として、例えば、ステンレス製の多孔体を用いている。フレーム３００として、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性樹脂材料によって形成されるフレームを用いている。電解質膜４００として、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いている。触媒層４２０及び触媒層４２１として、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒を、例えば、カーボンブラックのような担持体に担持した触媒層を用いている。
【００２１】
中間プレート２００、アノード側プレート２２０、カソード側プレート２４０、フレーム３００には、酸化ガス供給マニホールド１０２を形成するための酸化ガス供給マニホールド形成用孔２０２、２２２、２４２、３０２が、それぞれ形成されている。アノード側プレート２２０、カソード側プレート２４０、フレーム３００には、酸化ガス排出マニホールド１０４を形成するための酸化ガス排出マニホールド形成用孔２０４、２２４、２４４、３０４が、それぞれ形成されている。
【００２２】
カソード側プレート２４０には、酸化ガス供給マニホールド１０２から供給された酸化ガスをセパレータ部２０の内部を経由してセパレータ部２０の外部に隣接する多孔体３５０に導くための酸化ガス導入用孔２５６と、未反応の酸化ガスを多孔体３５０からセパレータ部２０の内部を経由して酸化ガス排出マニホールド１０４に導くための酸化ガス導出用孔２５８とが形成されている。
【００２３】
中間プレート２００には、酸化ガス供給マニホールド形成用孔２０２に、酸化ガス供給マニホールド形成用孔２０２と酸化ガス導入用孔２５６とを連通する酸化ガス供給用連通部２１６が形成され、酸化ガス排出マニホールド形成用孔２０４に、酸化ガス排出マニホールド形成用孔２０４と酸化ガス導出用孔２５８を連通する酸化ガス排出用連通部２１８が形成されている。
【００２４】
酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド１０２から酸化ガス供給マニホールド形成用孔２０２、酸化ガス供給用連通部２１６、酸化ガス導入用孔２５６を経由して多孔体３５０に供給され、未反応の酸化ガスは、酸化ガス導出用孔２５８、酸化ガス排出用連通部２１８、酸化ガス排出マニホールド形成用孔２０４を経由して酸化ガス排出マニホールド１０４に排出される。
【００２５】
図３を用いて、膜電極接合体部３０の構造について説明する。図３は、膜電極接合体部３０を模式的に示す平面図である。図３においては、膜電極接合体４０と奥側の多孔体３５１は、手前側の多孔体３５０により隠れるため、図面上に示していない。
【００２６】
フレーム３００の中央部には、辺３２０ａ、辺３２０ｂ、辺３２０ｃ、辺３２０ｄの４つの辺で囲まれる矩形状の開口部３２０が形成されている。図３において、フレーム３００の開口部３２０の上側には酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２が形成され、下側には酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４が形成され、左側には燃料ガス供給マニホールド形成用孔３０６と冷却水供給マニホールド形成用孔３１０が形成され、右側には燃料ガス排出マニホールド形成用孔３０８と冷却水排出マニホールド形成用孔３１２が形成されている。
【００２７】
手前側の多孔体３５０は、矩形状をしており、酸化ガスが流れる方向となす角の大きさが、酸化ガスが流れる方向と多孔体３５０の対角線とがなす角よりも小さくなる分割線３５０ａにより、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃに分割されている。ここで、本実施例では、酸化ガスは酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２から供給され、第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃを通って、酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４に排出される。したがって、酸化ガスが流れる方向は、図３において、図面の上方から下方に向かう方向である。
【００２８】
第１の多孔体部３５０ｂは、台形形状を有し、第１の多孔体部３５０ｂの上部に底辺３５０ｄを、下部に底辺３５０ｅを、左部に側辺３５０ｆを、右上部に分割部３５０ｇを備える。第２の多孔体部３５０ｃは、台形形状を有し、第２の多孔体部３５０ｃの上部に底辺３５０ｈを、下部に底辺３５０ｉを、左下部に分割部３５０ｊを、右部に側辺３５０ｋを備える。第１の多孔体部３５０ｂの側辺３５０ｆと開口部の辺３２０ｃとは、密着し、第２の多孔体部３５０ｃの側辺３５０ｋと開口部の辺３２０ｄとは、密着し、第１の多孔体部３５０ｂの分割部３５０ｇと第２の多孔体部３５０ｃの分割部３５０ｊとは、密着している。その結果、酸化ガスが流れる方向に関して、酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２から酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４に至る隙間は生じない。したがって、隙間を埋めるためのシール部材が不要となる。
【００２９】
また、酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２から酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４に至る経路上で必ず第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃの少なくとも一方あるいは双方を通過する。一般的に、酸化ガスが流れる場合において、第１の多孔体部３５０ｂあるいは第２の多孔体部３５０ｃのいずれも通過せずに酸化ガスが流れる隙間が生じた場合、隙間を流れる酸化ガスは、燃料電池の発電反応に用いられることなく排出されるため、燃料電池の発電効率が低下する。しかし、本実施例によれば、酸化ガスの流れ方向に関して、第１の多孔体部３５０ｂあるいは第２の多孔体部３５０ｃのいずれをも通過せずに酸化ガスが流れる隙間が生じないため、燃料電池１０の発電効率の低下が起こりにくい。
【００３０】
さらに、酸化ガスが流れる方向となす角の大きさが、酸化ガスが流れる方向と多孔体３５０の対角線とがなす角よりも小さくなる分割線３５０ａにより、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃに分割することにより、開口部３２０の辺３２０ｄと第２の多孔体部３５０ｃの側辺３５０ｋとの間のシール長を多孔体３５０の酸化ガス流れ方向の長さと同じ長さにできる、すなわち、シール長を最も長くできる。その結果、多孔体と開口部との隙間を最小にできるので、燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３１】
また、酸化ガスが流れる方向に対して、多孔体３５０を斜めに分割することにより、例えば、燃料電池１０の電気化学反応により発生する熱により第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃが膨張しても、分割線方向に移動して吸収できるので、隙間が生じにくい。
【００３２】
多孔体３５０を２つに分割する場合、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを同じ形状に分割するのが好ましい。例えば、図３において、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを同じ形状に分割することにより、左右の通気抵抗のバランスをとることができるので、燃料電池１０の発電効率をよくすることができる。
【００３３】
図４を用いて、多孔体３５０と開口部３２０の隙間の大きさと多孔体３５０を分割する分割線と酸化ガスの流れる方向とのなす角度の関係について説明する。図４は、多孔体３５０と開口部３２０の間の隙間の大きさと多孔体３５０を分割する分割線３５０ａと酸化ガスの流れ方向とのなす角度の関係を示す説明図である。図４においては、開口部３２０及び開口部３２０の内側のみを描いている。
【００３４】
多孔体３５０を分割しない状態で開口部３２０内に配置する場合には、例えば、開口部３２０に多孔体３５０を、辺３２０ｂと辺３２０ｃとが接するように配置する。このとき、多孔体３５０と開口部３２０の辺３２０ｄとの間には、長さｘ１の隙間が生じる。一方、多孔体３５０と開口部３２０の辺３２０ａとの間には長さｙ１の隙間が生じる。
【００３５】
多孔体３５０をガス流れ方向とθの角度をなす分割線３５０ａで分割した第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを配置する場合には、例えば、第２の多孔体部３５０ｃを側辺３５０ｋが辺３２０ｄに接し、底辺３５０ｉが辺３２０ｂに接するように配置し、第１の多孔体部３５０ｂの側辺３５０ｆが辺３２０ｃに接する状態を維持させたまま、第１の多孔体部３５０ｂを配置する。
【００３６】
多孔体３５０と開口部３２０の辺３２０ａとの間の隙間の長さｙ１の値が、Ａ＝ｘ１／ｔａｎθで示される値よりも大きければ、底辺３５０ｄと辺３２０ａとが接しない状態で、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとが接するように第１の多孔体部３５０ｂを配置することができる。一方、多孔体３５０と開口部３２０の辺３２０ａとの間の隙間の長さｙ１の値がＡの値よりも小さい場合には、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとが接するように第１の多孔体部３５０ｂを配置すると、底辺３５０ｄが辺３２０ａから図面上方に突き出る。すなわち、底辺３５０ｄが辺３２０ａから突き出ないように第１の多孔体部３５０ｂを配置すれば、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとの間に隙間が生じる。
【００３７】
したがって、底辺３５０ｄと辺３２０ａとが接しない状態で、かつ、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとが接して隙間を生じさせないためには、ｙ１≧ｘ１／ｔａｎθを満たさなければならない。すなわち、分割線３５０ａが酸化ガスの流れる方向となす角θは、ｔａｎθ≧ｘ１／ｙ１を満たす角度、すなわちａｒｃｔａｎ（ｘ１／ｙ１）以上の角度があればよい。ただし、θの値は９０度以下である。
【００３８】
分割線３５０ａは、多孔体３５０の対角線と一致させてもよい。分割線３５０ａを多孔体３５０の対角線と一致させることにより、第１の多孔体部３５０ｂと開口部３２０とのシール長及び第２の多孔体部３５０ｃと開口部３２０とのシール長は、多孔体３５０のガス流れ方向の長さと同じ長さとなり、シール長を最も長くできる。その結果、多孔体と開口部との隙間を最小にでき、燃料電池の発電効率を良くすることができる。
【００３９】
さらに、分割線３５０ａを多孔体３５０の対角線と一致させることにより、ガスが流れる方向と垂直な方向について開口部３２０と多孔体３５０の間の隙間の長さに対する許容度を高めることができる。すなわち、ガスが流れる方向と垂直な方向について開口部３２０と多孔体３５０の間の隙間の長さが所定の長さ以上になると、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃをいかに配置しても、どこかにガス流れ方向についての隙間が生じてしまう。しかし、分割線３５０ａを多孔体３５０の対角線と一致させることにより、ガスが流れる方向と垂直な方向についての開口部と多孔体の間の隙間の長さに関して、ガス流れ方向についての隙間が生じないための限界値を大きくすることができる。
【００４０】
ここで、多孔体３５０を対角線と一致する分割線３５０ａで分割した場合において、ｙ１≧ｘ１／ｔａｎθを満たさない場合には、側辺３５０ｋと辺３２０ｄの間の隙間の長さｘ１を小さくするか、底辺３５０ｄと辺３２０ａの間の隙間ｙ１を大きくする必要がある。ここで、一旦、多孔体３５０と開口部３２０を形成した後、側辺３５０ｋと辺３２０ｄの間の隙間の長さｘ１を小さくすることは、多孔体３５０を大きくするか、開口部３２０を小さくする必要があり、困難である。一方、底辺３５０ｄと辺３２０ａの間の隙間ｙ１を大きくすることは、例えば、多孔体３５０を削って酸化ガスの流れる方向の大きさを小さくするか、開口部３２０を削って酸化ガスの流れる方向の大きさを大きくすればよいため、容易である。
【００４１】
以上、本実施例によれば、酸化ガスが流れる方向に対して斜めに分割された第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを有する多孔体３５０を備えている。したがって、酸化ガスが流れる方向について隙間が生じないように第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃを配置できる。その結果、酸化ガスの隙間流れを防止、抑制するためのシール部材が不要となる。また、酸化ガスの隙間流れが発生しないため、燃料電池の効率低下を防止、抑制できる。
【００４２】
（変形例）
なお、図５に示すように、多孔体３５０を酸化ガスが流れる方向となす角の大きさが、酸化ガスが流れる方向と多孔体３５０の対角線とがなす角よりも大きくなる分割線３５０ｔで分割してもよい。図５は、多孔体３５０を酸化ガスが流れる方向となす角の大きさが、酸化ガスが流れる方向と多孔体３５０の対角線とがなす角よりも大きくなる分割線３５０ｔで分割する場合の実施例を示す説明図である。
【００４３】
図５に示す実施例では、多孔体３５０は、酸化ガスが流れる方向となす角の大きさが、酸化ガスが流れる方向と多孔体３５０の対角線とがなす角よりも大きくなる分割線３５０ｔにより第３の多孔体部３５０ｍと第４の多孔体部３５０ｎに分割される。図５に示す実施例においても、酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２から酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４に至る経路上で必ず第３の多孔体部３５０ｍ及び第４の多孔体部３５０ｎの少なくとも一方を通過し、隙間のみを通過することはない。したがって、酸化ガスの流れ方向に関して第３の多孔体部３５０ｍあるいは第４の多孔体部３５０ｎのいずれも通過せずに酸化ガスが流れる隙間が生じないため、燃料電池１０の発電効率の低下が起こりにくい。
【００４４】
本実施例では、酸化ガスが流れる多孔体３５０を分割する場合について説明したが、燃料ガスが流れる多孔体３５１についても分割することにより燃料ガスの隙間流れを抑制できるのは言うまでもない。
【００４５】
本実施例では、多孔体３５０を２つに分割する場合について説明したが、例えば、図６に示すように３つに分割してもよい。図６は、多孔体３５０を３つの多孔体部に分割する実施例を示す説明図である。図６に示す実施例では、第２の多孔体部３５０ｃを、さらに分割線３５０ｑで分割することにより、第５の多孔体部３５０ｒと第６の多孔体部３５０ｓに分割し、多孔体３５０を３つに分割している。多孔体３５０を３つに分割することによっても、酸化ガスが流れる方向について、隙間が生じないように、第１の多孔体部３５０ｂ、第５の多孔体部３５０ｒ、第６の多孔体部３５０ｓを配置できる。したがって、酸化ガスの隙間流れを防止抑制できる。その結果、燃料電池１０の発電効率の低下を起こりにくくできる。なお、多孔体３５０を４つ以上の多孔体部に分割してもよい。多孔体部の配置の自由度が増し、酸化ガスの隙間流れを抑制し易くなる。
【００４６】
多孔体３５０を３つに分割する場合において、分割線３５０ａと分割線３５０ｑは、酸化ガスの流れる方向について対称であってもよい。例えば、第１の多孔体部３５０ｂと第６の多孔体部３５０ｓを、酸化ガス流れ方向の位置（ｙ座標）が同じになるように配置すれば、第１の多孔体部３５０ｂと第５の多孔体部３５０ｒが接する部分と、第５の多孔体部３５０ｒと第６の多孔体部３５０ｓが接する部分の長さを同じにできるため、例えば図７において、接する部分について左右の通気抵抗を同じにできる。その結果、電気化学反応の左右のバランスがとれるので燃料電池の発電効率をよくすることができる。
【００４７】
多孔体３５０を３つに分割する場合、さらに、分割線３５０ａと分割線３５０ｑの対称軸は、多孔体３５０の中心線Ａ−Ａを通ってもよい。例えば、図６において、分割線３５０ａと分割線３５０ｑの対称軸が多孔体３５０の中心線Ａ−Ａを通るように多孔体３５０を分割すれば、酸化ガスの流れについて、より左右のバランスをとることができるため、通気抵抗についても、より左右のバランスをとることができる。その結果、電気化学反応についても、より左右のバランスをとれるので燃料電池の発電効率をよりよくすることができる。
【００４８】
本実施例では、開口部３２０に酸化ガスの流れる方向と垂直な辺には何も設けていなかったが、図７に示すように、第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃをフレーム３００に押しつけるためのバネ部３２２を設けてもよい。図７は、フレーム３００の開口部３２０に第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃを押しつけるためのバネ部３２２を備える実施例を示す説明図である。図７において、酸化ガスが流れる方向と垂直な辺である、フレーム３００の開口部３２０の辺３２０ａと辺３２０ｂにはバネ部３２２が備えられている。バネ部３２２として、例えば、板バネを用いることができる。
【００４９】
第１の多孔体部３５０ｂは、バネ部３２２から押される力と、第２の多孔体部３５０ｃからの垂直抗力により、開口部３２０の辺３２０ｃの方向に押しつけられる。したがって、側辺３５０ｆと辺３２０ｃとは、強く密着し、側辺３５０ｆと辺３２０ｃとの間には、隙間が生じない。第２の多孔体部３５０ｃは、バネ部３２２から押される力と、第１の多孔体部３５０ｂからの垂直抗力により、開口部３２０の辺３２０ｄの方向に押しつけられる。したがって、側辺３５０ｋと辺３２０ｄとは、強く密着し、側辺３５０ｋと辺３２０ｄとの間には、隙間が生じない。また、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃは相互に垂直抗力により押しつけられている。したがって、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとは、強く密着し、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとの間には、隙間が生じない。すなわち、酸化ガス供給マニホールド形成用孔３０２から酸化ガス排出マニホールド形成用孔３０４に至る経路上で必ず第１の多孔体部３５０ｂ及び第２の多孔体部３５０ｃの一方あるいは双方を通過し、隙間のみを通過することはない。
【００５０】
バネ部３２２は、ガスが流れる方向に対して垂直な辺である、第１の多孔体部３５０ｂの２つの底辺３５０ｄ、３５０ｅのうち長い方の底辺である底辺３５０ｅを押すように設けられている。これにより、分割部３５０ｇと分割部３５０ｊとが押し合うようにすることができる。なお、本変形例では、バネ部３２２を用いたが、例えば、第１の多孔体部３５０ｂ及び第２の多孔体部３５０ｃの位置決めをするための突起であってもよい。突起を備えることにより、例えば、第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃの位置決めが容易になる。
【００５１】
なお、実施例の説明では、第１の多孔体部３５０ｂ、第２の多孔体部３５０ｃの製造方法については説明しなかったが、多孔体部として直接製造するのではなく、一旦矩形状の多孔体３５０を製造した後に分割して製造することが好ましい。第１の多孔体部３５０ｂと第２の多孔体部３５０ｃとを別個に製造する場合には、例えば、第１の多孔体部３５０ｂの分割部３５０ｇと酸化ガスが流れる方向のなす角の角度と、第２の多孔体部３５０ｃの分割部３５０ｊと酸化ガスが流れる方向のなす角の角度を同じにすることは難しい。角度を完全に同じにできないと、例えば、第１の多孔体部３５０ｂの分割部３５０ｇと第２の多孔体部３５０ｃの分割部３５０ｊとを密着させることが困難となる。すなわち、第１の多孔体部３５０ｂの分割部３５０ｇと第２の多孔体部３５０ｃの分割部３５０ｊとの間に隙間が生じ、その隙間に酸化ガスが流れることにより多孔体を流れる酸化ガス量、すなわち、電池反応に用いられる酸化ガス量が減少し、燃料電池の発電効率が低下するからである。
【００５２】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池の外観を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示す燃料電池をｙｚ平面と平行な面で切った断面を模式的に示す説明図。
【図３】膜電極接合体部を模式的に示す平面図。
【図４】多孔体と開口部の間の隙間の大きさと多孔体を分割する分割線と酸化ガスの流れ方向とのなす角度の関係を示す説明図。
【図５】図３に示す多孔体を切る分割線の位置を変えた実施例を模式的に示す説明図。
【図６】多孔体を３つの多孔体部に分割する場合の実施例を説明する図。
【図７】フレームの開口部に多孔体部を押しつけるためのバネ部を備える実施例を示す説明図。
【符号の説明】
【００５４】
１０…燃料電池
２０…セパレータ部
３０…膜電極接合体部
４０…膜電極接合体
１０２…酸化ガス供給マニホールド
１０４…酸化ガス排出マニホールド
１０６…燃料ガス供給マニホールド
１０８…燃料ガス排出マニホールド
１１０…冷却水供給マニホールド
１１２…冷却水排出マニホールド
２００…中間プレート
２０２…酸化ガス供給マニホールド形成用孔
２０４…酸化ガス排出マニホールド形成用孔
２１６…酸化ガス供給用連通部
２１８…酸化ガス排出用連通部
２２０…アノード側プレート
２４０…カソード側プレート
２５６…酸化ガス導入用孔
２５８…酸化ガス導出用孔
３００…フレーム
３０２…酸化ガス供給マニホールド形成用孔
３０４…酸化ガス排出マニホールド形成用孔
３０６…燃料ガス供給マニホールド形成用孔
３０８…燃料ガス排出マニホールド形成用孔
３１０…冷却水供給マニホールド形成用孔
３１２…冷却水排出マニホールド形成用孔
３２０…開口部
３２０ａ…辺
３２０ｂ…辺
３２０ｃ…辺
３２０ｄ…辺
３２２…バネ部
３５０…多孔体
３５０ａ…分割線
３５０ｂ…第１の多孔体部
３５０ｃ…第２の多孔体部
３５１…多孔体
３５０ｄ…底辺
３５０ｅ…底辺
３５０ｆ…側辺
３５０ｇ…分割部
３５０ｈ…底辺
３５０ｉ…底辺
３５０ｊ…分割部
３５０ｋ…側辺
３５０ｍ…第３の多孔体部
３５０ｎ…第４の多孔体部
３５０ｑ…分割線
３５０ｒ…第５の多孔体部
３５０ｓ…第６の多孔体部
３５０ｔ…分割線
４００…電解質膜
４２０…触媒層
４２１…触媒層
【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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