(57)【要約】【課題】反応ガスを効率的に使用して、高分子電解質膜の周縁部の劣化を抑制し、発電性能を良好に向上させる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】電解質層１と該電解質層１の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極４ａ、４ｂを有する電解質層−電極接合体５と、電解質層−電極接合体５の電極４ａ、４ｂを囲むように配設された一対の環状のガスケット６ａ、６ｂと、板状で、電解質層−電極接合体５及びガスケット６ａ、６ｂを挟持するように配設され、電極４ａ、４ｂと当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路８、９が形成された一対の導電性のセパレータ７ａ、７ｂと、を備え、一対のガスケット６ａ、６ｂの少なくとも一方には、反応ガス流路８、９に連通し、電解質層１の周縁部に反応ガス流すように構成されたガスケット流路３１が設けられている、燃料電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と該電解質層の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、
前記電解質層−電極接合体の前記電解質の周縁部を挟み、かつ、前記一対の電極のそれぞれを囲むように配設された一対の環状のガスケットと、
板状で、前記電解質層−電極接合体及び前記一対のガスケットを挟持するように配設され、前記電極と当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路が形成された一対の導電性のセパレータと、を備え、
前記一対のガスケットの少なくとも一方には、前記反応ガス流路に連通し、前記電解質層の周縁部に接触しながら前記反応ガスが流れるように構成されたガスケット流路が設けられている、燃料電池。
【請求項２】
前記ガスケット流路は、前記電極の外周に沿うように形成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガスケット流路は、前記電極の外周を囲むように形成されている、請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガスケット流路は、前記反応ガス流路の前記電極と接触する部分より下流の部分と連通している、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータの他方の主面には、冷却媒体が流れる溝状の冷却媒体流路が形成されており、
前記冷却媒体流路の上流部は、少なくともその一部が前記セパレータの周縁部に設けられている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータに設けられた前記反応ガス流路の前記電極と接触する部分は、サーペンタイン状に形成されたサーペンタイン流路、と前記電極の周縁部に沿うように形成された周縁流路と、から構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータに設けられた前記反応ガス流路は、前記電極に接触しながら前記反応ガスが流れる第１反応ガス流路と、前記セパレータの厚み方向において前記ガスケット流路と接合するように形成された第２反応ガス流路と、から構成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セパレータの一方の主面には、複数の前記反応ガス流路が配設されており、
該複数の反応ガス流路の前記電極と接触する部分（以下、電極接触部）は並走するように形成され、該複数の反応ガス流路のうち最も外側に位置する一対の反応ガス流路の前記電極接触部の下流の部分は、前記電極の外周に沿うように形成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記複数の反応ガス流路のうち最も外側に位置する一対の反応ガス流路の前記電極接触部の下流の部分は、前記電極の外周を囲むように形成されている、請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記電解質層−電極接合体と前記ガスケットとの間に、環状のサブガスケットが設けられており、
前記サブガスケットには、前記セパレータの厚み方向において前記ガスケット流路に接合するようにサブガスケット流路が設けられている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記冷却流体流路の前記上流部以外の部分が、サーペンタイン状に形成されている、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項１２】
請求項１に記載の燃料電池を複数積層して締結されている、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及びこれを備える燃料電池スタック、特に、高分子電解質形燃料電池の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスを電気化学的に反応させることで、電気と熱を同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極積層体）と、ガスケットと、導電性のセパレータと、を有している。
【０００３】
ＭＥＡにおいては、ガス漏れを防止するためガスケットを配置する観点から、高分子電解質膜の主面の大きさが、ガス拡散電極の主面の大きさよりも大きく、かつ、正面視にて、高分子電解質膜の周縁部が、ガス拡散電極の外周よりも外側に突出するように構成されている。また、セパレータには、ガス拡散電極と当接する主面に燃料ガス又は酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を流すための溝状の反応ガス流路が設けられている。
【０００４】
そして、高分子電解質膜の周縁部にガスケットが配置されたＭＥＡが、一対のセパレータで挟まれて、セルが構成される。燃料電池スタックは、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルとを締結具により締結することにより、形成される。
【０００５】
このようなＰＥＦＣにおける反応ガス等の漏洩を防止する観点から、ガスセパレータ（セパレータ）の周縁部に不活性ガス又は水が流通する流通溝を設けた固体高分子電解質燃料電池スタックが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１５は、特許文献１に開示されている固体高分子電解質燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【０００６】
図１５に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池スタック２００では、ガスシールパッキン（ガスケット）２０１に、流通溝２０２に連通する連絡孔２０３を設けられている。これにより、該流通溝２０２に不活性ガス又は水を導入することができるようになっていると記載されている。
【特許文献１】特開平６−２６０１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池の発電を行う際には、反応ガスの反応により電気と水分が発生する。反応ガスの反応に伴う生成水は、カソードで発生し、一部の生成水はアノード側へ移動する（いわゆる、逆拡散）。そして、これらの生成水は、反応ガス流路に供給される。また、反応ガス流路を通流する反応ガスは、加湿されている。これにより、高分子電解質膜へ水分が供給される。
【０００８】
しかしながら、ガス拡散電極で覆われていない高分子電解質膜の周縁部においては、反応ガスが供給されないため、高分子電解質膜への水分の供給が充分ではなく、高分子電解質膜の乾燥により、その劣化が加速するおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、反応ガスを効率的に使用して、高分子電解質膜の周縁部の劣化を抑制し、発電性能を良好に向上させることができる燃料電池及び燃料電池スタック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】
【００１０】
本発明者等は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、高分子電解質膜の周縁部に配置されたガスケットに反応ガスが通流するガスケット流路を設けることによって、高分子電解質膜の周縁部に水分を供給することが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有効であるということを見出し、本発明を想到した。
【００１１】
すなわち、本発明に係る燃料電池は、電解質層と該電解質層の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、前記電解質層−電極接合体の前記電解質の周縁部を挟み、かつ、前記一対の電極のそれぞれを囲むように配設された一対の環状のガスケットと、板状で、前記電解質層−電極接合体及び前記一対のガスケットを挟持するように配設され、前記電極と当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路が形成された一対の導電性のセパレータと、を備え、前記一対のガスケットの少なくとも一方には、前記反応ガス流路に連通し、前記電解質層の周縁部に接触しながら前記反応ガスが流れるように構成されたガスケット流路が設けられている。
【００１２】
上述したように、反応ガス流路には、反応ガスの反応により生成した水分（水蒸気）が供給される。このため、反応ガス流路には、水蒸気が充分に含まれた反応ガスが存在する。本発明に係る燃料電池では、この水蒸気を充分に有する反応ガスを、電解質層の周縁部に配置されたガスケットに形成されたガスケット流路を通流させる。燃料電池の周縁部は、大気に近接していることから、中心部に比べて温度が低いため、ガスケット流路を通流する反応ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、凝縮した水を電解質層に供給することで、電解質層の周縁部の乾燥を抑制することができる。
【００１３】
なお、電解質層の周縁部に接触するとは、ガスケット流路に電解質層の周縁部が露出する（面する）状態をいう。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路は、前記電極の外周に沿うように形成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路は、前記電極の外周を囲むように形成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路は、前記反応ガス流路の前記電極と接触する部分より下流の部分と連通していてもよい。
【００１７】
なお、反応ガス流路の電極と接触する部分とは、反応ガス流路に電極が露出している（面する）部分をいう。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータの他方の主面には、冷却媒体が流れる溝状の冷却媒体流路が形成されており、前記冷却媒体流路の上流部は、少なくともその一部が前記セパレータの周縁部に設けられていてもよい。
【００１９】
これにより、ガスケット流路が設けられたガスケットと当接するセパレータの周縁部が、冷却媒体流路の上流部分を通流する、温度が低い冷却媒体により冷却される。そして、冷却されたセパレータと当接するガスケットが、冷却される。このため、ガスケット流路を通流する反応ガスに含まれる水蒸気を容易に凝縮することができ、電解質層の周縁部の乾燥をより容易に抑制することができる。
【００２０】
ここで、冷却媒体流路の上流部は、冷却媒体流路のうち、一端を冷却媒体流路の上流端とし、他端を式：Ｌ１≦Ｌ２を満たす部分としたときの、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ１は、冷却媒体流路の上流部の流路長を示し、Ｌ２は、冷却媒体流路の全流路長を示す。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータに設けられた前記反応ガス流路の前記電極と接触する部分は、サーペンタイン状に形成されたサーペンタイン流路、と前記電極の周縁部に沿うように形成された周縁流路と、から構成されていてもよい。
【００２２】
これにより、水分を充分に含む反応ガスが、周縁流路とガスケット流路を通流することで、電解質層の周縁部に対して、電極の外周の内側及び外側の両方から水分を供給することができ、電解質層周縁部の乾燥による劣化をより効果的に抑制することができる。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池では、前記ガスケット流路が設けられた前記ガスケットと当接する前記セパレータに設けられた前記反応ガス流路は、前記電極に接触しながら前記反応ガスが流れる第１反応ガス流路と、前記セパレータの厚み方向において前記ガスケット流路と接合するように形成された第２反応ガス流路と、から構成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池では、前記セパレータの一方の主面には、複数の前記反応ガス流路が配設されており、該複数の反応ガス流路の前記電極と接触する部分（以下、電極接触部）は並走するように形成され、該複数の反応ガス流路のうち最も外側に位置する一対の反応ガス流路の前記電極接触部の下流の部分は、前記電極の外周に沿うように形成されていてもよい。
【００２５】
これにより、すべての反応ガス流路にガスケット流路が連通されることがないので、複数の反応ガス流路の全体的な圧力損失の上昇を緩和させることができる。
【００２６】
また、本発明に係る燃料電池では、前記複数の反応ガス流路のうち最も外側に位置する一対の反応ガス流路の前記電極接触部の下流の部分は、前記電極の外周を囲むように形成されていてもよい。
【００２７】
また、本発明に係る燃料電池では、前記電解質層−電極接合体と前記ガスケットとの間に、環状のサブガスケットが設けられており、前記サブガスケットには、前記セパレータの厚み方向において前記ガスケット流路に接合するようにサブガスケット流路が設けられていてもよい。
【００２８】
さらに、本発明に係る燃料電池では、前記冷却流体流路の前記上流部分以外の部分が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。
【００２９】
また、本発明に係る燃料電池スタックは、前記燃料電池を複数積層して締結されている。
【００３０】
なお、本明細書における「反応ガス」には、燃料ガス及び酸化剤ガスはもとより、当該燃料ガス及び酸化剤ガスが、電極反応により生成した生成物や未反応物を含む場合も含まれる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の燃料電池及び燃料電池スタックによれば、発電により水分をより多く含む反応ガスをガスケット流路に通流させ、反応ガスに含まれる水蒸気を凝縮して、電解質層の周縁部に供給することにより、電解質層の周縁部の乾燥による劣化を抑制することができ、発電性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３３】
（実施の形態１）
[燃料電池スタックの構成]
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図１においては、一部を省略している。
【００３４】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池（単セル）１１を備えている。なお、燃料電池１１は、ここでは、高分子電解質形燃料電池で構成されている。
【００３５】
燃料電池１１は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）５と、アノードガスケット６ａと、カソードガスケット６ｂと、アノードセパレータ７ａと、カソードセパレータ７ｂと、を備えている。
【００３６】
まず、ＭＥＡ５の構成について説明する。
【００３７】
ＭＥＡ５は、高分子電解質膜（電解質層）１と、アノード４ａと、カソード４ｂと、を有している。高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有している。高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するように、アノード４ａ及びカソード４ｂ（これらを電極という）が、それぞれ配設されている。なお、高分子電解質膜１の周縁部には、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている（図示せず）。
【００３８】
アノード４ａは、高分子電解質膜１の一方の主面上に設けられ、アノード触媒層２ａと、アノード触媒層２ａの主面上に設けられたアノードガス拡散層３ａと、を有している。アノード触媒層２ａ及びアノードガス拡散層３ａは、ここでは、高分子電解質膜１と相似の矩形に形成され、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、アノードガス拡散層３ａの方が、アノード触媒層２ａよりもその主面が大きくなるように構成されている。
【００３９】
カソード４ｂは、高分子電解質膜１の他方の主面上に設けられ、カソード触媒層２ｂと、カソード触媒層２ｂの主面上に設けられたカソードガス拡散層３ｂと、を有している。カソード触媒層２ｂ及びカソードガス拡散層３ｂは、ここでは、高分子電解質膜１と相似の矩形に形成され、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、カソードガス拡散層３ｂの方が、カソード触媒層２ｂよりもその主面が大きくなるように構成されている。
【００４０】
次に、ＭＥＡ５の各構成要素について説明する。
【００４１】
高分子電解質膜１は、固体電解質からなり、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性を有する。発電中のＭＥＡ５では、アノード４ａで生成する水素イオンは、この高分子電解質膜１中をカソード４ｂに向けて移動する。
【００４２】
高分子電解質膜１としては、特に限定されるものではなく、通常の固体高分子形燃料電池に搭載される高分子電解質膜を使用することができる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜（例えば、米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（商品名）、旭硝子（株）製のＦｌｅｍｉｏｎ（商品名）及びＡｃｉｐｌｅｘ（商品名）、又はジャパンゴアテックス（株）製のＧＳＩＩ（商品名）等）を使用することができる。
【００４３】
高分子電解質膜１の陽イオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、又はスルホンイミド基を有するものが好ましく挙げられる。プロトン伝導性の観点から、高分子電解質膜１はスルホン酸基を有するものが特に好ましい。
【００４４】
スルホン酸基を有する高分子電解質膜を構成する樹脂としては、イオン交換容量が０．５〜１．５ｍｅｑ／ｇの乾燥樹脂であることが好ましい。高分子電解質膜のイオン交換容量が０．５ｍｅｑ／ｇの乾燥樹脂以上であると、発電時における高分子電解質膜の抵抗値の上昇をより充分に低減できるので好ましく、イオン交換容量が１．５ｍｅｑ／ｇの乾燥樹脂以下であると、高分子電解質膜の含水率を適当に保ちつつ、触媒層中の良好なガス拡散特性を充分に確保しやすいため好ましい。また、以上と同様の観点から、イオン交換容量が、０．８〜１．２ｍｅｑ／ｇの乾燥樹脂が特に好ましい。
【００４５】
高分子電解質としては、ＣＦ2＝ＣＦ−（ＯＣＦ2ＣＦＸ）m−Ｏp−(ＣＦ2)n−ＳＯ3Ｈで表されるパーフルオロビニル化合物（ｍは０〜３の整数を示し、ｎは１〜１２の整数を示し、ｐは０又は１を示し、Ｘはフッ素原子又はトリフルオロメチル基を示す。）に基づく重合単位と、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位とを含む共重合体であることが好ましい。
【００４６】
上記フルオロビニル化合物の好ましい例としては、下記式（１）〜（３）で表される化
合物が挙げられる。ただし、下記式中、ｑは１〜８の整数、ｒは１〜８の整数、ｔは１〜
３の整数を示す。
【００４７】
ＣＦ2＝ＣＦＯ（ＣＦ2）q−ＳＯ3Ｈ      ・・・（１）
ＣＦ2＝ＣＦＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2）r−ＳＯ3Ｈ  ・・・（２）
ＣＦ2＝ＣＦ（ＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3））tＯ（ＣＦ2）2−ＳＯ3Ｈ  ・・・（３）
なお、高分子電解質膜１は、一種又は複数種の高分子電解質で構成されていてもよい。
【００４８】
また、高分子電解質膜１は、充分な機械的強度を確保する観点から、内部に水素イオン伝導を確保できる状態で配置される補強体（充填材）を含んでいてもよい。このような補強体としては、その内部に高分子電解質（水素イオン伝導性を有するもの）を充填可能な孔を有する多孔体又はフィブリル状の繊維からなるもの等が挙げられる。また、上記補強体を構成する材料としては、例えば、ポリテトラフルオルエチレン、又はポリフルオロアルコキシエチレンが挙げられる。
【００４９】
なお、フィブリル状の繊維とは、表面に存在するフィブリル（小繊維）が毛羽立ち、ささくれた状態（フィブリル化した状態）となっている繊維をいい、各フィブリルの間に微細な空気溝(孔)が形成されている繊維をいう。例えば、セルロース系繊維はすべて、フィブリルが多数集まった束であり、各フィブリルの間には微細な空気溝(孔)がある。
【００５０】
また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池におけるガス拡散電極の触媒層と同様の構成を有していてもよく、例えば、電極触媒が担持された導電性炭素粒子（粉末）と、陽イオン（水素イオン）伝導性を有する高分子電解質と、を含むような構成であってもよく、また、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水材料を更に含むような構成であってもよい。また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。なお、高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜１を構成する材料と同種のものを使用してもよく、また、異なる種類のものを使用してもよい。
【００５１】
また、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂを構成する電極触媒としては、金属粒子を用いることができる。当該金属粒子としては、特に限定されず、種々の金属を使用することができるが、電極反応活性の観点から、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、クロム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、亜鉛及びスズからなる金属群より選択される少なくとも１以上の金属であることが好ましい。なかでも、白金、又は白金と上記金属群より選択される少なくとも一以上の金属との合金が好ましく、白金とルテニウムの合金が、アノード触媒層２ａにおいて触媒の活性が安定し、一酸化炭素に対する良好な耐久性を持たせることから特に好ましい。
【００５２】
また、電極触媒に用いる上記金属粒子は、平均粒径１〜５ｎｍであることが好ましい。平均粒径１ｎｍ以上の電極触媒は工業的に調製が容易であるため好ましく、また、５ｎｍ以下であると、電極触媒質量あたりの活性をより充分に確保しやすくなるため、燃料電池のコストダウンにつながり好ましい。
【００５３】
上記導電性炭素粒子は、比表面積が５０〜１５００ｍ2／ｇであることが好ましい。比表面積が５０ｍ2／ｇ以上であると、電極触媒の担持率を上げることが容易であり、得られたアノード触媒層２ａ、又はカソード触媒層２ｂの出力特性をより充分に確保できることから好ましく、比表面積が１５００ｍ2／ｇ以下であると、充分な大きさの細孔をより容易に確保できるようになり、かつ、高分子電解質による被覆がより容易となり、アノード触媒層２ａ、又はカソード触媒層２ｂの出力特性をより充分に確保できることから好ましい。上記と同様の観点から、比表面積は２００〜９００ｍ2／ｇであることが、より好ましい。
【００５４】
また、導電性炭素粒子は、その平均粒径が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。導電性炭素粒子の平均粒径が０．１μｍ以上であると、アノード触媒層２ａ、又はカソード触媒層２ｂ中のガス拡散性をより充分に確保し易くなり、フラッディングをより確実に抑制できるようになるため好ましい。また、導電性炭素粒子の平均粒径が１．０μｍ以下であると、高分子電解質による電極触媒の被覆状態をより容易に良好な状態とし易くなり、高分子電解質による電極触媒の被覆面積をより充分に確保し易くなるため、充分な電極性能をより確保し易くなり好ましい。
【００５５】
なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂは、貴金属からなる電極触媒を担持した導電性炭素粒子と、高分子電解質と、分散媒と、を含む触媒層形成用インクを用いて、当該分野で公知の方法により形成することができる。
【００５６】
また、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂを構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、ガス透過性を持たせるために、高比表面積のカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパー、又はカーボンクロス等を用いて作製された、多孔質構造を有する導電性基材を用いてもよい。また、充分な排水性を得る観点から、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子等をアノードガス拡散層３ａ、又はカソードガスガス拡散層３ｂの中に分散させてもよい。さらに、充分な電子伝導性を得る観点から、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料でアノードガス拡散層３ａ、又はカソードガス拡散層３ｂを構成してもよい。なお、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００５７】
次に、燃料電池１１の残りの構成について説明する。
【００５８】
ＭＥＡ５のアノード４ａ及びカソード４ｂの周囲には、高分子電解質膜１の周縁部を挟んで一対の断面形状が略矩形で環状のガスケット、すなわち、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂが配設されている。また、カソードガスケット６ｂには、厚み方向に貫通する貫通溝３１が形成されており、該貫通溝３１が、ガスケット流路３１を構成する。なお、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂの周縁部には、後述するように、燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔が設けられている（図４参照）。これにより、燃料ガス、空気や酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、燃料電池１１内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。
【００５９】
なお、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂの構成材料としては、優れたガスシール性を有していれば、特に限定されず、公知の高分子電解質形燃料電池のガスケットに使用されているものを使用することができる。例えば、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂは、Ｏリング、ゴム状シート（フッ素ゴムからなるシート等）、弾性樹脂と剛性樹脂との複合シート、フッ素系の合成樹脂シート等を用いて従来公知の方法によって作製することができる。
【００６０】
また、ＭＥＡ５とアノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂを挟むように、導電性を有する板状のアノードセパレータ７ａとカソードセパレータ７ｂが配設されている。また、これらのセパレータ７ａ、７ｂの周縁部には、後述するように、燃料ガス供給用マニホールド孔２３等の各マニホールド孔が設けられている（図２及び図３参照）。
【００６１】
これにより、ＭＥＡ５が機械的に固定され、複数の燃料電池１１をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ７ａ、７ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、または、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。
【００６２】
アノードセパレータ７ａのアノード４ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、アノード４ａに燃料ガスを供給し、電極反応により生成した生成物（例えば、水分）や未反応の燃料ガスをＭＥＡ５の外部に運び去るための溝状の燃料ガス流路８が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための冷却媒体流路１０が設けられている。なお、燃料ガス流路８は、ここでは、サーペンタイン状に形成されており（図示せず）、同様に、冷却媒体流路１０は、サーペンタイン状に形成されている（図３参照）。
【００６３】
同様に、カソードセパレータ７ｂのカソード４ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、カソード４ｂに酸化剤ガスを供給し、電極反応により生成した生成物や未反応の燃料ガスをＭＥＡ５の外部に運び去るための溝状の酸化剤ガス流路９が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための冷却媒体流路１０が設けられている。なお、酸化剤ガス流路９は、第１酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）９ａとガスケット流路３１と接合するように形成された第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）９ｂから構成されている（図４参照）。
【００６４】
これにより、アノード４ａ及びカソード４ｂには、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、冷却水等の冷却媒体を冷却媒体流路１０に通流させることにより、発生した熱の回収が行われ、発電中の燃料電池１１内の温度をほぼ一定に調節することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、製造工程を簡素化できる等の利点から、燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９は、各セパレータ７ａ、７ｂの内面に溝を設けることにより形成されている。また、上記と同様の利点から、冷却媒体流路１０も、各セパレータ７ａ、７ｂの外面に溝を設けることにより形成されている。
【００６６】
そして、このように構成された燃料電池１１が、複数（例えば、２０セル）積層されて、その両端に集電板及び絶縁板（いずれも図示せず）をそれぞれ配設し、絶縁板の両側に端板（図示せず）をそれぞれ配置して、締結具（図示せず）で締結されて、燃料電池スタック１００が形成される。なお、高分子電解質膜１等に設けられた燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔は、積層方向につながって、燃料ガス供給用マニホールド等の各マニホールドを構成する。すなわち、本実施の形態の燃料電池スタック１００は、セパレータ７ａ、７ｂ中にマニホールドを有する、いわゆる「内部マニホールド型」の構成を有している。
【００６７】
次に、カソードガスケット６ｂの構成について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、アノードガスケット６ａには、ガスケット流路３１が設けられていない。これ以外のアノードガスケット６ａの構成については、カソードガスケット６ｂと基本的構成が同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
[ガスケットの構成]
図２は、図１に示す燃料電池スタック１００における燃料電池１１のカソードガスケット６ｂの一方の主面（高分子電解質膜１と当接している側の主面：以下、内面という）の概略構成を示す模式図である。なお、図２においては、カソードガスケット６ｂにおける上下方向を図における上下方向として表し、また、後述する酸化剤ガス流路９の第１酸化剤ガス流路９ａを二点鎖線で示している。
【００６９】
図１及び図２に示すように、環状で、かつ、矩形に形成されており、その主面（内面）には中央開口が設けられている。該中央開口は、後述するカソード触媒層２ｂの主面より若干大きく形成されている。また、カソードガスケット６ｂの内面には、厚み方向に貫通する酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１等の各マニホールド孔が設けられている。なお、酸化剤ガス排出用マニホールド孔は、ここでは、２つ設けられている。
【００７０】
具体的には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１は、カソードガスケット６ｂの上部における一方の側部（図面左側の側部：以下、第１の側部という）に設けられ、また、一方の酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部という）側に設けられ、他方の酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｂは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の下方に設けられている。また、燃料ガス供給用マニホールド孔２３は、カソードガスケット６ｂの上部における酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａの間に設けられ、燃料ガス排出用マニホールド孔２４は、カソードガスケット６ｂの下部における第２の側部に設けられている。さらに、冷却媒体供給用マニホールド孔２５は、カソードガスケット６ｂの上部における第２の側部に設けられており、冷却媒体排出用マニホールド孔２６は、カソードガスケット６ｂの下部における第１の側部に設けられている。
【００７１】
なお、本実施の形態１においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔は、その開口形状が略円となるように形成されているが、これに限定されず、例えば、楕円や多角形等の任意の形状に形成されてもよい。
【００７２】
また、カソードガスケット６ｂの内面には、ガスケット流路３１が、中央開口（内周）を囲むように（カソード４ｂを囲むように）配設されている。ガスケット流路３１は、厚み方向に貫通する貫通溝で形成されている。そして、図１に示すように、ガスケット流路３１を形成する貫通溝は、高分子電解質膜１の周縁部が露出するように（接触するように）形成されている。
【００７３】
また、図２に示すように、ガスケット流路３１は、その上流端が、後述する酸化剤ガス流路９の第１酸化剤ガス流路９ａの下流端と接続するように形成されており、その下流端が、２つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａ、２２ｂと接続するように形成されている。
【００７４】
具体的には、ガスケット流路３１の上流端は、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の上方に位置しており、ガスケット流路３１は、その上流端からある距離下方に延びるように形成された流路３１ｃと、流路３１ｃの下流端から分岐している２つの流路３１ａ、３１ｂと、を有している。一方の分岐した流路３１ａは、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、流路３１ｃの下流端から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延びている。そして、流路３１ａは、そこから、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａに到るように上方に延びている。また、他方の分岐した流路３１ｂは、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、流路３１ｃの下流端から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延びている。そして、流路３１ｂは、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｂに到るように水平方向に延びている。このようにして、ガスケット流路３１は、全体として、カソードガスケット６ｂの中央開口（カソード４ｂの外周）に沿って、該開口を囲むように形成されている。
【００７５】
次に、カソードセパレータ７ｂについて、図１及び図３、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、アノードセパレータ７ａには、ガスケット流路３１に接合する流路は設けられておらず、通常の態様の燃料ガス流路が設けられている。また、アノードセパレータ７ａの他の構成については、カソードセパレータ７ｂと基本的構成が同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
[セパレータの構成]
図３は、図１に示す燃料電池スタック１００における燃料電池１１のカソードセパレータ７ｂの外面形状を示す模式図であり、図４は、図１に示す燃料電池スタック１００における燃料電池１１のカソードセパレータ７ｂの内面形状を示す模式図である。なお、図３及び図４においては、カソードセパレータ７ｂにおける上下方向を図における上下方向として表し、また、二点鎖線は、カソード４ｂの外周を表している。
【００７７】
図３に示すように、カソードセパレータ７ｂは、略矩形に形成されており、その外面の周縁部には、厚み方向に貫通する燃料ガス供給用マニホールド孔２３等の各マニホールド孔が形成されている。また、カソードセパレータ７ｂの外面には、冷却媒体供給用マニホールド孔２５と冷却媒体排出用マニホールド孔２６とを結ぶように、冷却媒体流路１０が設けられている。冷却媒体流路１０は、ここでは、１つの流路溝で構成されており、サーペンタイン状に形成されている。
【００７８】
また、図４に示すように、カソードセパレータ７ｂの内面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａ、２２ｂとを結ぶように、酸化剤ガス流路９が配設されている。酸化剤ガス流路９は、ここでは、１つの流路溝で構成されており、カソード４ｂが露出するように（カソード４ｂと接触するように）サーペンタイン状に形成された第１酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）９ａとカソード４ｂの外周に沿って囲むように形成された第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）９ｂとを有している。なお、第１酸化剤ガス流路９ａが、酸化剤ガス流路９の電極接触部を構成する。
【００７９】
第１酸化剤ガス流路９ａは、その上流端が、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１に接続され、その下流端が、カソード４ｂの外周に位置するように形成されており、往復部と反転部とで実質的に構成されている。そして、第１酸化剤ガス流路９ａの下流端は、カソードセパレータ７ｂの上下方向に延びるように形成された接続流路９ｃの上流端に接続されている。また、第２酸化剤ガス流路９ｂは、２つの流路９ｂ１、９ｂ２を有しており、これらの流路の上流端は、接続流路９ｃの下流端にそれぞれ接続され、それぞれの下流端は、２つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａ、２２ｂに接続されている。
【００８０】
具体的には、第１酸化剤ガス流路９ａは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１から燃料ガス排出用マニホールド孔２４の方向（すなわち、図２における斜め右下方向）にある距離延び、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延びている。ついで、その到達点から、下方にある距離延び、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを３回繰り返し、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、カソード４ｂの外周における下部に到るように下方に延びている。このような、第１酸化剤ガス流路９ａの水平方向に延びる部分が往復部を構成し、下方に延びる部分が反転部を構成している。
【００８１】
また、第２酸化剤ガス流路９ｂにおける一方の分岐した流路９ｂ１は、カソード４ｂの外周に沿って、接続流路９ｃの下流端から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延びている。そして、流路９ｂ１は、そこから、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２１ａに到るように上方に延びている。また、他方の分岐した流路９ｂ２は、カソード４ｂの外周に沿って、接続流路９ｃの下流端から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延びている。そして、流路９ｂ２は、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｂに到るように水平方向に延びている。このようにして、第２酸化剤ガス流路９ｂは、全体として、カソード４ｂの外周を囲むように形成されている。すなわち、第２酸化剤ガス流路９ｂは、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、ガスケット流路３１と重なる（ここでは、実質的に一致する）ように形成されており、カソードセパレータ７ｂの厚み方向において、ガスケット流路３１と接合している（図１参照）。
【００８２】
なお、本実施の形態における酸化剤ガス流路９は、通常の態様の酸化剤ガス流路の圧力損失と同じになるように形成されている。すなわち、通常の態様の酸化剤ガス流路の全流路長Ｌと酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れに対する垂直方向の断面積（以下、単に断面積という）Ｓとの比であるＬ／Ｓと、本実施の形態における酸化剤ガス流路９の全流路長Ｌ３と酸化剤ガス流路９における断面積Ｓ１との比であるＬ３／Ｓ１が一致するように、第１、第２酸化剤ガス流路９ａ、９ｂ及び接続流路９ｃの溝幅や溝の深さ、及びガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）が調整されている。
【００８３】
また、接続流路９ｃ及び第２酸化剤ガス流路９ｂは、接続流路９ｃ、第２酸化剤ガス流路９ｂ、及びガスケット流路３１で構成される流路の圧力損失が、第１酸化剤ガス流路９ａと比べて変化しないように形成されている。ここでは、接続流路９ｃ、第２酸化剤ガス流路９ｂ、及びガスケット流路３１で構成される流路の断面積Ｓ３と、第１酸化剤ガス流路９ａの断面積Ｓ２と、が一致するように、第１、第２酸化剤ガス流路９ａ、９ｂ及び接続流路９ｃの溝幅や溝の深さ、並びにガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）が調整されている。
【００８４】
これにより、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１から第１酸化剤ガス流路９ａの上流端に酸化剤ガスが供給され、供給された酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路９ａを通流して、接続流路９ｃ、第２酸化剤ガス流路９ｂ、及びガスケット流路３１で構成された流路に供給され、該流路を通流して、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２１ａ、２１ｂに排出される。
【００８５】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池スタック１００の作用効果について、図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００８６】
[燃料電池スタックの作用効果]
まず、燃料電池スタック１００の燃料ガス供給用マニホールド、又は酸化剤ガス供給用マニホールドから、燃料電池スタック１００を構成する各燃料電池１１の燃料ガス流路８、又は第１酸化剤ガス流路９ａに、加湿された燃料ガス、又は酸化剤ガスが供給される。燃料ガス流路８、又は第１酸化剤ガス流路９ａに供給された燃料ガス、又は酸化剤ガスは、それぞれ、燃料ガス流路８、又は第１酸化剤ガス流路９ａを通流する間に、アノード４ａ、又はカソード４ｂに供給される。
【００８７】
アノード４ａでは、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-の反応が起こり、また、カソード４ｂでは、１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏの反応が起こり、水（水蒸気）が生成される。また、これらの反応に伴って、電気及び熱が発生する。なお、カソード４ｂで生成された水の一部は、いわゆる逆拡散によってアノード４ａ側に移動する。
【００８８】
このようにして生成された水蒸気（燃料電池スタック１００に供給される前に反応ガスを加湿するための水蒸気を含む）は、未反応の燃料ガス、又は酸化剤ガスとともに、燃料ガス流路８、又は第１酸化剤ガス流路９ａを通流する。このため、第１酸化剤ガス流路９ａの下流部分には、水蒸気を充分に含有する酸化剤ガスが通流する。
【００８９】
そして、この水蒸気を充分に含有する酸化剤ガスが、第２酸化剤ガス流路９ｂとガスケット流路３１で構成される流路に供給される。第２酸化剤ガス流路９ｂ及びガスケット流路３１は、燃料電池１１（高分子電解質膜１）の周縁部に配設されており、燃料電池１１の周縁部は、大気に近接しているため、その中心部に比べて温度が低い。
【００９０】
このため、水蒸気を充分に含有する酸化剤ガスが、第２酸化剤ガス流路９ｂとガスケット流路３１で構成される流路を通流する間に、水蒸気を容易に凝縮することができる。そして、この凝縮した水は、高分子電解質膜１の周縁部に供給されるので、高分子電解質膜１の周縁部の乾燥を抑制することができる。
【００９１】
なお、本実施の形態においては、ガスケット流路３１全体を厚み方向に貫通する貫通溝で形成される構成としたが、これに限定されず、例えば、流路３１ｃのみを貫通溝で形成し、流路３１ａ、３１ｂを厚み方向に貫通しない溝で形成する構成としてもよく、また、ガスケット流路３１をカソードガスケット６ｂの内面に溝状に形成し、その上流端を厚み方向に貫通する貫通孔によって接続流路９ｃに連通させる構成としてもよい。
【００９２】
また、接続流路９ｃ、第２酸化剤ガス流路９ｂ、及びガスケット流路３１で構成される流路の断面積Ｓ３と、第１酸化剤ガス流路９ａの断面積Ｓ２と、が一致するように、第１、第２酸化剤ガス流路９ａ、９ｂ及び接続流路９ｃの溝幅や溝の深さ、並びにガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）が調整したが、これに限定されず、接続流路９ｃ及び第２酸化剤ガス流路９ｂは、接続流路９ｃ、第２酸化剤ガス流路９ｂ、及びガスケット流路３１で構成される流路の圧力損失が、第１酸化剤ガス流路９ａと比べて変化しなければ、第１、第２酸化剤ガス流路９ａ、９ｂ及び接続流路９ｃの溝幅や溝の深さ、並びにガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）は任意に設定することができる。
【００９３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックは、基本的構成は、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同じであるが、カソードセパレータ７ｂの外面に配設された冷却媒体流路１０の構成が以下のように異なる。
【００９４】
[セパレータの構成]
図５は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの外面形状を示す模式図である。なお、図５においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００９５】
本実施の形態２では、カソードセパレータ７ｂにおける冷却媒体流路１０を、カソード４ｂの外周に沿って、カソード４ｂの上部を囲むように形成している。ここで、カソード４ｂの上部とは、カソード４ｂにおける第１酸化剤ガス流路９ａの上流側の部分と対向する部分をいう。また、冷却媒体流路の上流部１０ｃは、冷却媒体流路１０のうち、一端を冷却媒体流路１０の上流端である冷却媒体供給用マニホールド孔２３の接続端とし、他端を式：Ｌ１≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ１は、冷却媒体流路１０の上流部１０ｃの流路長を示し、Ｌ２は、冷却媒体流路１０の全流路長を示す。
【００９６】
具体的には、冷却媒体流路１０の上流部１０ｃは、冷却媒体供給用マニホールド孔２３から下方にある距離延び、そこで２つの流路１０ａ、１０ｂに分岐している。一方の分岐した流路１０ａは、カソード４ｂの外周に沿って、分岐点から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、カソード４ｂの外周のうち第１の側部側端の略中央にまで下方に延び、その到達点で折り返している。そして、流路１０ａは、その折り返し点から、カソード４ｂの外周に沿って、上方にある距離延び、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、下方にある距離延び、他方の流路１０ｂと合流している。また、他方の流路１０ｂは、カソード４ｂの外周に沿って、分岐点から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、カソード４ｂの外周のうち第２の側部側端の略中央にまで下方にある距離延び、その到達点で折り返している。そして、流路１０ｂは、その折り返し点から、上方にある距離延び、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、流路１０ａと合流している。
【００９７】
このように、燃料電池１１で燃料ガスと酸化剤ガスとの反応時に生じる熱を吸収する前の温度の低い冷却媒体が通流する冷却媒体流路１０の上流部１０ｃを、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、カソードセパレータ７ｂの周縁部の上部に設けることにより、該カソードセパレータ７ｂの周縁部の上部を、カソードセパレータ７ｂの中心部に比べてより温度が低くなるようにすることができる。
【００９８】
例えば、アノード４ａ及びカソード４ｂの面積が１００ｃｍ2の燃料電池１１における燃料ガス及び酸化剤供給用マニホールド孔２３、２１の露点を６５℃となるように燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、燃料電池スタック１００を電流密度０．３Ａ／ｃｍ2で運転させたとする。カソード４ｂからアノード４ａに生成した水の１０％が移動すると仮定すると、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の露点は８５℃、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の露点は７２℃まで上昇する。このような場合において、燃料電池スタック１００のセパレータ７ａ、７ｂの熱伝導度等を考慮して、冷却媒体流路１０の上流部１０ｃに供給する冷却媒体の温度や流量を調整することにより、燃料ガス、又は酸化剤ガス排出用マニホールド孔２４、２２の露点よりもカソードセパレータ７ｂの周縁部の上部の温度を低くすることができる。
【００９９】
このため、ガスケット流路３１及び第２酸化剤ガス流路９ｂから構成される流路を通流する水蒸気をより容易に凝縮することができる。また、カソード４ｂの上部では、カソード４ｂの下部に比べて、水素と酸素の反応による生成水が少ないため、高分子電解質膜１の周縁部のうち、上部が乾燥しやすいが、本実施の形態においては、冷却水流路１０が上記のように構成されているため、高分子電解質膜１の周縁部の上部の乾燥をより抑制することができる。
【０１００】
なお、冷却媒体流路１０に供給する冷却媒体の温度や流量を調整することにより、ガスケット流路３１及び第２酸化剤ガス流路９ｂで構成される流路で凝縮される水蒸気の量を調整することが好ましい。
【０１０１】
また、ここでは、カソードセパレータ７ｂの周縁部に設けられた冷却媒体流路１０の上流部１０ｃは、複数の流路（ここでは、２つの流路１０ａ、１０ｂ）に分岐した後、合流して冷却媒体流路の下流部に連通する構成としたが、合流せずに冷却媒体流路１０の下流部に連通する構成としてもよい。
【０１０２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタックは、基本的構成は、実施の形態２に係る燃料電池スタック１００と同じであるが、カソードセパレータ７ｂの外面に配設された冷却媒体流路１０の上流部１０ｃの構成が、以下のように異なる。
【０１０３】
[セパレータの構成]
図６は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの外面形状を示す模式図である。なお、図６においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１０４】
図６に示すように、本実施の形態３のカソードセパレータ７ｂにおける冷却媒体流路１０の上流部１０ｃは、分岐した流路１０ａ、１０ｂがカソード４ｂの外周全体を囲むように形成されている。具体的には、一方の分岐した流路１０ａは、カソード４ｂの外周に沿って、分岐点から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延び、その到達点で折り返している。そして、流路１０ａは、その折り返し点から、カソード４ｂの外周に沿って、上方にある距離延び、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、下方にある距離延び、他方の流路１０ｂと合流している。また、他方の流路１０ｂは、カソード４ｂの外周に沿って、分岐点から、下方にある距離延び、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点で折り返している。そして、流路１０ｂは、その折り返し点から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、流路１０ａと合流している。
【０１０５】
これにより、燃料電池１１で燃料ガスと酸化剤ガスとの反応時に生じる熱を吸収する前の温度の低い冷却媒体が通流する冷却媒体流路１０の上流部１０ｃを、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、ガスケット流路３１に対応する部分であるカソードセパレータ７ｂの周縁部の略全体に設けることにより、該カソードセパレータ７ｂの周縁部全体が、その中心部に比べてより温度が低くすることができる。このため、ガスケット流路３１及び第２酸化剤ガス流路９ｂから構成される流路を通流する水蒸気をより容易に凝縮することができ、高分子電解質膜１の周縁部全体の乾燥をより抑制することができる。
【０１０６】
なお、冷却媒体流路１０に供給する冷却媒体の温度や流量を調整することにより、ガスケット流路３１及び第２酸化剤ガス流路１０ｂで構成される流路で凝縮される水蒸気の量を調整することが好ましい。また、ここでは、カソードセパレータ７ｂの周縁部に設けられた冷却媒体流路１０の上流部１０ｃは、複数の流路（ここでは、２つの流路１０ａ、１０ｂ）に分岐した後、合流して冷却媒体流路の下流部に連通する構成としたが、合流せずに冷却媒体流路１０の下流部に連通する構成としてもよい。
【０１０７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックは、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と基本的構成は同じであるが、カソードガスケット６ｂ及びカソードセパレータ７ｂの構成が以下のように異なる。
【０１０８】
[ガスケットの構成]
図７は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。なお、図７においては、カソードガスケットにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１０９】
図７に示すように、本実施の形態４のカソードガスケット６ｂの内面には、１つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔が設けられており、また、ガスケット流路３１の流路３１ａ、３１ｂの下流端が、該１つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように配設されている。
【０１１０】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の第２の側部側に設けられている。また、ガスケット流路３１の流路３１ａは、流路３１ｃの下流端から、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、分岐点から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点で折り返している。そして、流路３１ａは、折り返し点から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に到るように延びている。また、他方の分岐した流路３１ｂは、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、流路３１ｃの下流端から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、その到達点で折り返している。そして、流路３１ｂは、その到達点から、下方にある距離延び、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に到るように延びている。
【０１１１】
なお、ガスケット流路３１は、流路３１ａ、３１ｂに分岐するまでの流路は、酸化剤ガス流路９の第２酸化剤ガス流路９ｂと連通するように、厚み方向に貫通する貫通溝で形成されているが、流路３１ａ、３１ｂは、貫通しない溝で形成されている。
【０１１２】
［セパレータの構成］
図８は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。なお、図８においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１１３】
図８に示すように、本実施の形態４のカソードセパレータ７ｂの内面には、１つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔が設けられており、また、酸化剤ガス流路９の下流端を接続流路９の下流端としている。
【０１１４】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の第２の側部側に設けられている。また、酸化剤ガス流路９の接続流路９ｃは、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、カソードガス流路３１の流路３１ｃと重なるように形成されていて、流路３１ｃと連通している。これにより、酸化剤ガス流路９を通流する酸化剤ガスは、接続流路９ｃと流路３１ｃで構成される流路を経由してガスケット流路３１の流路３１ａ、３１ｂを通流する。
【０１１５】
このように構成された実施の形態４に係る燃料電池スタックも、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同様の作用効果を奏する。
【０１１６】
なお、本実施の形態においては、カソードセパレータ７ｂの内面に第２酸化剤ガス流路９ｂを設けない構成としたが、これに限定されず、第２酸化剤ガス流路９ｂを設ける構成としてもよい。
【０１１７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックは、実施の形態４に係る燃料電池スタックと基本的構成は同じであるが、カソードガスケット６ｂにおけるガスケット流路３１及びカソードセパレータ７ｂにおける酸化剤ガス流路９の構成が以下のように異なる。
【０１１８】
[ガスケットの構成]
図９は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。なお、図９においては、カソードガスケットにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１１９】
図９に示すように、カソードガスケット６ｂの内面には、貫通溝からなる流路３１ｃ１に接続された溝状の流路３１ａと、貫通溝からなる流路３１ｃ２に接続された溝状の流路３１ｂと、からなるガスケット流路３１が配設されている。
【０１２０】
流路３１ｃ１は、その上流端が燃料ガス排出用マニホールド孔２３の下方に位置し、上方向に延びるように形成されており、その下流端が、流路３１ａの上流端に接続されている。流路３１ａは、その上流端から、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に到るように延び、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に接続されている。
【０１２１】
一方、流路３１ｃ２は、その上流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２１の下方に位置し、第１の側部に向かって水平方向に延びるように形成されており、その下流端が、流路３１ｂの上流端に接続されている。流路３１ｂは、その上流端から、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、下方にある距離延び、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に到るように延び、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に接続されている。
【０１２２】
[セパレータの構成]
図１０は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。なお、図１０においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１２３】
図１０に示すように、カソードセパレータ７ｂの内面には、第１酸化剤ガス流路９ａと接続流路９ｃ１、９ｃ２が配設されている。第１酸化剤ガス流路９ａは、サーペンタイン状に形成されたサーペンタイン流路９ａ３と、サーペンタイン流路９ａ３の下流端から２つに分岐され、カソード４ｂの周縁部に沿うように形成された周縁流路９ａ１、９ａ２と、から構成されている。
【０１２４】
具体的には、周縁流路９ａ１は、その上流端から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、カソード４ｂの外周に到るように、上方にある距離延びている。また、周縁流路９ａ２は、その上流端から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方にある距離延び、その到達点から、カソード４ｂの外周に到るように、第１の側部に向かって水平方向にある距離延びている。
【０１２５】
また、接続流路９ｃ１、９ｃ２は、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、それぞれ、上述したガスケット流路３１の流路３１ｃ１、３１ｃ２と重なり合うように形成され、ガスケット流路３１に接合している。
【０１２６】
これにより、本実施の形態５に係る燃料電池スタックでは、第１酸化剤ガス流路９ａの周縁流路９ａ１、９ａ２からカソード４ｂの周縁部に酸化剤ガスが供給されるので、接続流路９ｃ１、９ｃ２とガスケット流路３１から構成される流路からだけでなく、該カソード４ｂの周縁部からも、高分子電解質膜１の周縁部に水分が供給される。換言すると、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、カソード４ｂの外周の内側と外側の両方から、高分子電解質膜１に水分が供給される。このため、高分子電解質膜１の周縁部の乾燥による劣化をより抑制することができる。
【０１２７】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックは、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と基本的構成は同じであるが、カソードガスケット６ｂ及びカソードセパレータ７ｂの構成が以下のように異なる。
【０１２８】
[ガスケットの構成]
図１１は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。なお、図１１においては、カソードガスケットにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１２９】
図１１に示すように、本実施の形態６のカソードガスケット６ｂの内面には、３つの酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられており、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｃは、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の第２の側部側に設けられている。また、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１が、上下方向に長い長孔形状（短形の対抗する直線の２辺が半円の２辺に置換された形状）に形成されている。
【０１３０】
また、ガスケット流路３１は、貫通溝からなる流路３１ａ、３１ｂから構成されており、流路３１ａの上流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｃの上方に位置していて、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａに接続されている。一方、流路３１ｂの上流端は、燃料ガス排出用マニホールド孔２４の下方に位置していて、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｂに接続されている。
【０１３１】
そして、流路３１ａは、その上流端から、第２の側部に向かって水平方向に延びるように形成されており、そこから、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、上方向にある距離延び、そこから、第１の側部に向かって水平にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａに到るように延びている。また、流路３１ｂは、その上流端から、下方向にある距離延び、そこから、カソードガスケット６ｂの中央開口（内周）に沿って（カソード４ｂの外周に沿って）、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、上方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｂに到るように延びている。
【０１３２】
［セパレータの構成］
図１２は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。なお、図１２においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１３３】
図１２に示すように、本実施の形態６のカソードセパレータ７ｂの内面には、複数（ここでは、４つ）の溝状の酸化剤ガス流路９１〜９４が配設されている。酸化剤ガス流路９１〜９４の電極接触部である第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａは、サーペンタイン状に、かつ、並走するように形成されている。
【０１３４】
また、一対の最も外側に位置する酸化剤ガス流路９１、９４における電極接触部の下流の部分である第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂが、カソード４ｂの外周に沿って、かつ、該カソード４ｂの外周を囲むように形成されていて、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、ガスケット流路３１と重なるように形成されていて、ガスケット流路３１に接合されている。そして、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂの下流端は、それぞれ、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ａ、２２ｂに接続されている。一方、酸化剤ガス流路９２、９３の下流部である第２酸化剤ガス流路９２ｂ、９３ｂは、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｃに到るように形成されていて、その下流端が、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２ｃに接続されている。
【０１３５】
なお、本実施の形態における酸化剤ガス流路９１〜９４は、通常の態様の酸化剤ガス流路の圧力損失と同じになるように形成されている。また、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂは、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂ及びガスケット流路３１で構成される流路の圧力損失が、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂ以外の第１酸化剤ガス流路９１ａ等の流路の圧力損失と比べて変化しないように形成されている。ここでは、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂ及びガスケット流路３１で構成される流路の断面積Ｓ４と、第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂ以外の第１酸化剤ガス流路９１ａ等の断面積Ｓ５と、が一致するように酸化剤ガス流路９１〜９４の溝幅や溝の深さ、並びにガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）が調整されている。
【０１３６】
このように酸化剤ガス流路が複数形成された実施の形態６に係る燃料電池スタックにおいても、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同様の作用効果を奏する。
【０１３７】
なお、本実施の形態においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１を、上下方向に長い長孔形状に形成したが、これに限定されず、その形状は任意である。また、ガスケット流路３１全体を厚み方向に貫通する貫通溝で構成したが、これに限定されず、例えば、流路３１ａ、３１ｂの上流端からある距離までの部分を貫通溝で形成し、それ以外の部分を溝で形成する構成としてもよい。また、ガスケット流路３１をカソードガスケット６ｂの内面に溝状に形成して、その上流端を厚み方向に貫通する貫通孔によって第１酸化剤ガス流路９１ａ、９４ａの下流端に連通させる構成としてもよい。さらに、酸化剤ガス流路９１、９４の第２酸化剤ガス流路９１ｂ、９４ｂを設けない構成としてもよい。
【０１３８】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタックは、実施の形態６に係る燃料電池スタック１００と基本的構成は同じであるが、カソードセパレータ７ｂの構成が以下のように異なる。
【０１３９】
[セパレータの構成]
図１３は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。なお、図１３においては、カソードセパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１４０】
図１３に示すように、本実施の形態７のカソードセパレータ７ｂの内面には、複数（ここでは、４つ）の溝状の酸化剤ガス流路９１〜９４が配設されており、酸化剤ガス流路９１〜９４における第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａの途中（ここでは、第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａの下流側）には、該第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａを連通するように窪み部９５が形成されている。
【０１４１】
窪み部９５は、カソードセパレータ７ｂの厚み方向から見て、略台形状に形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起９６が設けられている。突起９６は、均等なピッチで複数（ここでは、１２個）形成されている。なお、突起９６は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起２７の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい。また、窪み部９５は、第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａと同じ深さに形成されている。
【０１４２】
これにより、第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａを通流する酸化剤ガスが、窪み部９５で合流される。窪み部９５で合流した酸化剤ガスは、窪み部９５に島状に配置された複数の突起９６により、その流れが乱され、これらのガスの混合が促進され、酸化剤ガスの圧力の均一化が図られる。そして、混合された酸化剤ガスは、窪み部９５の下流端から第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａに分流される。このため、酸化剤ガス流路９１〜９４を通流する酸化剤ガスの圧力損失の差を低減することができる。
【０１４３】
このように構成された実施の形態７に係る燃料電池スタックにおいても、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と同様の作用効果を奏する。
【０１４４】
なお、本実施の形態においては、窪み部９５及び突起９６を第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａの下流側（第２酸化剤ガス流路に近い側）に配置する構成としたが、これに限定されず、第１酸化剤ガス流路９１ａ〜９４ａの上流側に配置してもよい。
【０１４５】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８に係る燃料電池スタックは、実施の形態１に係る燃料電池スタック１００と基本的構成は同じであるが、高分子電解質膜とガスケットの間にサブガスケットが配置されている点が異なる。
【０１４６】
[燃料電池スタックの構成]
図１４は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図１４においては、一部を省略している。
【０１４７】
図１４に示すように、本実施の形態８に係る燃料電池スタック１００における燃料電池１１では、高分子電解質膜１の周縁部を挟んで一対の断面形状が略矩形で環状のアノードサブガスケット１３ａ及びカソードサブガスケット１３ｂが配設されている。また、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂの周縁部には、燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔が設けられている（図示せず）。
【０１４８】
アノードサブガスケット１３ａ及びカソードサブガスケット１３ｂは、セル１１の積層方向（カソードセパレータ７ｂの厚み方向）から見て、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂと同じ形状となるように形成されている。また、カソードサブガスケット１３ｂには、厚み方向に貫通する貫通溝３２が、セル１１の積層方向から見て、ガスケット流路３１と重なるように形成されており、該貫通溝３２が、サブガスケット流路３２を構成する。そして、このサブガスケット流路３２は、ガスケット流路３１に接合されている。
【０１４９】
また、アノードサブガスケット１３ａ及びカソードサブガスケット１３ｂを構成する材料としては、優れたガスシール性と適度な剛性を有していれば、特に限定されず、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の樹脂フィルム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系の合成樹脂フィルム、フッ素系合成樹脂シート等のゴム状シート（フッ素ゴムからなるシート等）、又は弾性樹脂と剛性樹脂との複合シート等が挙げられる。
【０１５０】
なお、本実施の形態においては、カソードガスケット６ｂにガスケット流路３１を配設し、カソードサブガスケット１３ｂにサブガスケット流路３２を配設する構成としたが、これに限定されず、アノードガスケット６ａにガスケット流路３１を配設し、アノードサブガスケット１３ａにサブガスケット流路３２を配設する構成としてもよく、また、アノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂの両方にガスケット流路３１を配設し、アノードサブガスケット１３ａ及びカソードサブガスケット１３ｂの両方にサブガスケット流路３２を配設する構成としてもよい。
【０１５１】
また、本実施の形態においては、サブガスケット流路３２を厚み方向に貫通する貫通溝で構成したが、これに限定されず、サブガスケット流路３２に酸化剤ガスが通流するように、例えば、その上流端からの一部を貫通溝で形成し、サブガスケット流路３２の他の部分を厚み方向に貫通しない溝で形成する構成としてもよい。
【０１５２】
さらに、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路９ｂ、ガスケット流路３１、及びサブガスケット流路３２で構成される流路の圧力損失と、第１酸化剤ガス流路９ａの圧力損失と、が一致するように構成されている。具体的には、ここでは、第２酸化剤ガス流路９ｂ、ガスケット流路３１、及びサブガスケット流路３２で構成される流路の断面積Ｓ６と、第１酸化剤ガス流路９ａの断面積Ｓ１と、が一致するように、第１及び第２酸化剤ガス流路９ａ、９ｂの溝幅や溝の深さ、ガスケット流路３１の溝幅や溝の深さ（カソードガスケット６ｂの厚み）、及び、サブガスケット流路３２の溝幅や溝の深さ（カソードサブガスケット１３ｂの厚み）が調整されている。
【０１５３】
これにより、燃料電池スタック１００を組み立てるときに、アノードサブガスケット１３ａ及びカソードサブガスケット１３ｂにより、高分子電解質膜１にかかる圧力を均一にすることができる。このため、高分子電解質膜１の破損を抑制することができる。また、第２酸化剤ガス流路９ｂ、ガスケット流路３１、及びサブガスケット流路３２で構成される流路を通流する酸化剤ガスに含有されている水蒸気を凝縮し、凝縮した水を高分子電解質膜１の周縁部に供給することで、高分子電解質膜１の周縁部の乾燥を抑制することができる。
【０１５４】
なお、上記実施の形態１〜８においては、カソードガスケット６ｂにガスケット流路３１を設ける構成としたが、これに限定されず、アノードガスケット６ａにガスケット流路３１を設ける構成としてもよく、また、ガスケット流路３１をアノードガスケット６ａ及びカソードガスケット６ｂの両方に設ける構成としてもよい。
【０１５５】
また、上記実施の形態１〜８においては、燃料電池スタック１００をいわゆる内部マニホールド型として構成したが、これに限定されず、いわゆる外部マニホールド型として構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明の燃料電池及び燃料電池システムは、高分子電解質膜の乾燥による劣化を抑制し、高分子型固体電解質膜を用いた燃料電池、特に、定置型コジェネレーションシステムや電気自動車等に応用できるので、燃料電池等の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの一方の主面の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの外面形状を示す模式図である。
【図４】図１に示す燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの外面形状を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの外面形状を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードガスケットの内面形状を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態７に係る燃料電池スタックにおける燃料電池のカソードセパレータの内面形状を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態８に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】特許文献１に開示されている固体高分子電解質燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１  高分子電解質膜（電解質層）
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノードガス拡散層
３ｂ  カソードガス拡散層
４ａ  アノード
４ｂ  カソード
５  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）
６ａ  アノードガスケット
６ｂ  カソードガスケット
７ａ  アノードセパレータ
７ｂ  カソードセパレータ
８  燃料ガス流路
９  酸化剤ガス流路
９ａ  第１酸化剤ガス流路
９ａ１  周縁流路
９ａ２  周縁流路
９ａ３  サーペンタイン流路
９ｂ  第２酸化剤ガス流路
９ｂ１  流路
９ｂ２  流路
９ｃ  接続流路
９ｃ１  接続流路
９ｃ２  接続流路
１０  冷却媒体流路
１０ａ  上流部
１１  燃料電池
１３ａ  アノードサブガスケット
１３ｂ  カソードサブガスケット
２１  酸化剤ガス供給用マニホールド孔
２２  酸化剤ガス排出用マニホールド孔
２２ａ  酸化剤ガス排出用マニホールド孔
２２ｂ  酸化剤ガス排出用マニホールド孔
２２ｃ  酸化剤ガス排出用マニホールド孔
２３  燃料ガス供給用マニホールド孔
２４  燃料ガス排出用マニホールド孔
２５  冷却媒体供給用マニホールド孔
２６  冷却媒体排出用マニホールド孔
３１  ガスケット流路
３１ａ  流路
３１ｂ  流路
３１ｃ  流路
３１ｃ１  流路
３１ｃ２  流路
３２  サブガスケット流路
１００  燃料電池スタック
２００  燃料電池スタック
２０１  ガスシールパッキン（ガスケット）
２０２  流通溝
２０３  連絡孔
【図１】
2009199882.tif 000003
【図２】
2009199882.tif 000004
【図３】
2009199882.tif 000005
【図４】
2009199882.tif 000006
【図５】
2009199882.tif 000007
【図６】
2009199882.tif 000008
【図７】
2009199882.tif 000009
【図８】
2009199882.tif 000010
【図９】
2009199882.tif 000011
【図１０】
2009199882.tif 000012
【図１１】
2009199882.tif 000013
【図１２】
2009199882.tif 000014
【図１３】
2009199882.tif 000015
【図１４】
2009199882.tif 000016
【図１５】
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