(57)【要約】【課題】生成水の排水性能を高めることに加えて、単セルおよびスタックのコンパクト化も同時に図ることのできる燃料電池を提供する。【解決手段】膜電極接合体３をアノード側およびカソード側のガス流路層４，４’が挟持し、該ガス流路層４，４’をセパレータ５，５’が挟持することで単セル１００が形成され、複数の該単セル１００が積層されてなる燃料電池スタック１０００であり、単セル１００の平面視形状は略矩形となっており、該略矩形の対向する一組の端辺近傍の一方には供給マニホールド５４，４３が形成され、他方にはガス流路層４，４’内を通過したガスを排気するための排気マニホールド４４，５５が形成されており、少なくとも、排気マニホールド側の締結材が貫通するための貫通孔５７，４６が、ガス流路層４内を流れるガスの排気マニホールド４４よりも上流側で、その集電部４１内に形成されている。【選択図】図３
2009266727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜および電極触媒層をアノード側およびカソード側のガス拡散層が挟持して膜電極接合体を成し、該膜電極接合体をアノード側およびカソード側のガス流路層が挟持し、該ガス流路層をアノード側およびカソード側のセパレータが挟持することで単セルが形成され、複数の該単セルが積層されてスタックが形成されてなる燃料電池において、
前記単セルの平面視形状は略矩形となっており、該略矩形の対向する一組の端辺近傍の一方にはガスをガス流路層に供給するための供給マニホールドが形成され、他方にはガス流路層内を通過したガスを排気するための排気マニホールドが形成されており、
該単セルには、スタック形成時に単セルを締結材が貫通するための貫通孔が、前記供給マニホールド側と前記排気マニホールド側にそれぞれ開設されており、
少なくとも、排気マニホールド側の前記貫通孔が、ガス流路層内を流れるガスの排気マニホールドよりも上流側であって、かつ、ガス流路層における集電領域内に形成されている、燃料電池。
【請求項２】
電解質膜および電極触媒層をアノード側およびカソード側のガス拡散層が挟持して膜電極接合体を成し、該膜電極接合体をアノード側およびカソード側のガス流路層が挟持し、該ガス流路層をアノード側およびカソード側のセパレータが挟持することで単セルが形成され、複数の該単セルが積層されてスタックが形成されてなる燃料電池において、
前記単セルの平面視形状は略矩形となっており、該略矩形の対向する一組の端辺近傍の一方にはガスをガス流路層に供給するための供給マニホールドが形成され、他方にはガス流路層内を通過したガスを排気するための排気マニホールドが形成されており、
前記排気マニホールドの長さは前記供給マニホールドの長さよりも短くなっており、
前記単セルには、スタック形成時に単セルを締結材が貫通するための貫通孔が、前記供給マニホールド側と前記排気マニホールド側にそれぞれ開設されており、
前記排気マニホールドの両端側方であって前記供給マニホールドに対向する位置に、排気マニホールド側の前記貫通孔が形成されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に係り、特に、生成水の滞留によるフラッティングを効果的に抑止でき、しかもセルの平面積を小さくしてスタックのコンパクト化を図ることのできる燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の単セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側電極層およびカソード側電極層とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、もしくは、該電極層をガス拡散層（ＧＤＬ）で挟持してなる膜電極接合体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ＆  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、該膜電極接合体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス流路層およびセパレータを少なくとも備えている。なお、セパレータがガス流路層の作用をも兼ね備えたセル構造も従来一般に知られるところである。燃料電池スタックは、所要電力に応じてこの単セルを所定数だけ積層することによって形成されている。
【０００３】
上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが電極触媒に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。
【０００４】
ところで、上記する単セルでは、図７に示すように、平面視が矩形（正方形を含む）の膜電極接合体Ｃ（ＭＥＧＡ）の平面積に比してセパレータおよびガス流路層Ｇのそれを広くとり（セパレータおよびガス流路層Ｇは、中央の集電部Ｇ１とこの外周の枠部Ｇ２からなる）、セパレータおよびガス流路層Ｇを構成する枠部Ｇ２の隅角四隅にはスタック形成時に締結ボルトが貫通するための貫通孔Ｇ３、…が開設されている（したがって膜電極接合体Ｃからなる電極部、ガス流路層やセパレータの集電部Ｇ１には貫通孔が存在しない）。
【０００５】
なお、平面視矩形の一組の端辺近傍の一方には、酸化剤ガスや燃料ガスをガス流路層に供給するための供給マニホールドＧ４ａが、他方には、ガス流路層内を流れたガスを排気するための排気マニホールドＧ４ｂが、それぞれ開設されている。図示する構造の単セルＡを組み付け、組み付けられた所定数の単セルを図８のごとく積層し、最外側にエンドプレート、テンションプレートを配し、両端のテンションプレート間に押圧力（圧縮力）を加えることにより、定寸構造の燃料電池スタックＥが形成される。
【０００６】
単セルＡを構成するたとえばカソード側のガス流路層Ｇ’内における酸化剤ガスの流れを図９に模擬している。図示のごとく、セパレータからガス流路層Ｇ’が分離された、いわゆるフラットタイプモジュールのガス流路層Ｇ’では、ガス流路層Ｇ’がエキスパンドメタルなどから形成されているため、その面内の全体がガス流路を成している。したがって、供給マニホールドＧ４ａから流入した酸化剤ガスは流動抵抗を受けながらガス流路層Ｇ’内を流れ（ガス流れ：Ｆ）、排気マニホールドＧ４ｂを介して排気される。
【０００７】
図９からも明らかなように、ガス流路層Ｇ’においても、集電部Ｇ１’の外周の枠部Ｇ２’の隅角に貫通孔Ｇ３、…が配されており、貫通孔Ｇ３を形成するために設けられた枠部Ｇ２’があることで、ガス流路層Ｇ’の全体面積は大きくならざるを得ない。このことは、燃料電池スタックの平面積を広くしている原因となっており、結果、スタックの体格増を齎すものとなっている。
【０００８】
ところで、燃料電池の発電性能を阻害する要因の一つとして、特にカソード側のガス流路層に生成水が滞留してその多孔構造を閉塞する、フラッティングを挙げることができる。このフラッティングが生じてしまうと、その部位では生成水の滞留によって電気化学反応が阻害され、セルの発電性能が低下することになる。特に、ガス流路層においては、酸化剤ガスの供給マニホールド付近では流入する酸化剤ガスのガス流速は比較的速いものの、ガス流路層内を流れて排気マニホールド付近に達したガスの流速は相対的に低速となっており、このガスの流速低下により、ガス流路層内に存在する生成水を排気マニホールドに押し出すに十分な圧力が得られず、結果としてフラッティングに至り易いということが本発明者等によって特定されている。
【０００９】
ところで、上記フラッティングを抑止するために発案された従来技術として特許文献１に開示の燃料電池を挙げることができる。この燃料電池では、ガスの供給マニホールドから排気マニホールド（排水マニホールド）へのガス流路幅を段階的に狭めることでガスの流速を早め、もって排水性を高めるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１４３７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示の燃料電池によれば、排気（排水）マニホールド側の近傍で低速になりがちなガスの流速を速めることで、特に排気マニホールド付近で生じ易い生成水の滞留を効果的に抑制することができる。しかし、この燃料電池では、生成水の排水効率は高まるものの、上記する課題、すなわち、単セルおよびスタックのコンパクト化を図るまでには至らない。
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、生成水の排水性能を高めることに加えて、単セルおよびスタックのコンパクト化も同時に図ることの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】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池は、電解質膜および電極触媒層をアノード側およびカソード側のガス拡散層が挟持して膜電極接合体を成し、該膜電極接合体をアノード側およびカソード側のガス流路層が挟持し、該ガス流路層をアノード側およびカソード側のセパレータが挟持することで単セルが形成され、複数の該単セルが積層されてスタックが形成されてなる燃料電池において、前記単セルの平面視形状は略矩形となっており、該略矩形の対向する一組の端辺近傍の一方にはガスをガス流路層に供給するための供給マニホールドが形成され、他方にはガス流路層内を通過したガスを排気するための排気マニホールドが形成されており、該単セルには、スタック形成時に単セルを締結材が貫通するための貫通孔が、前記供給マニホールド側と前記排気マニホールド側にそれぞれ開設されており、少なくとも、排気マニホールド側の前記貫通孔が、ガス流路層内を流れるガスの排気マニホールドよりも上流側であって、かつ、ガス流路層における集電領域内に形成されているものである。
【００１３】
本発明の燃料電池は、ガス流路層がセパレータから分離されたいわゆるフラットタイプモジュールの単セルを具備する燃料電池スタックをその対象としている。
【００１４】
この形態の単セル構造では、その平面視が矩形もしくは正方形のガス流路層の対向する一組の端辺近傍に該端辺に沿って延びるマニホールドが開設されており、これがカソード側の場合は、酸化剤ガスをガス流路層に供給する供給マニホールドと、ガス流路層内を流れた酸化剤ガスを排気するための排気マニホールドがそれぞれの端辺近傍に形成されるものであり、アノード側では、同様の構成でガス流路層内を燃料ガスが流れるものである。
【００１５】
特にカソード側では、電気化学反応にて生成水が生成され、この排水が不十分な場合は、ガス流路層内に生成水が滞留し、酸化剤ガスの流れがこの生成水にて阻害されることで発電性能が低下してしまう、フラッティングに至り得る。
【００１６】
たとえば、このガス流路層は、多孔質構造のエキスパンドメタル（ラスメタルともいう）から形成されるものである。ここで、生成水の排水は、ガス流路層内を流れる酸化剤ガスがそのガス圧によって生成水を排気マニホールドへ押出すことによってなされている。しかし、酸化剤ガスがガス流路層内を流れる過程で受ける流動抵抗（圧力損失）により、この排気マニホールド近傍における酸化剤ガスの流速は供給マニホールド近傍のそれに比して格段に低下しており、その結果、生成水の滞留が生じ易くなっている。
【００１７】
そこで、本発明の燃料電池では、図９で示すように排気マニホールドの外側に設けられていた締結ボルト挿通用の貫通孔をガス流路層の内部に配置し、より具体的には、排気マニホールドよりもガス流れの上流側の集電部内に該貫通孔を配置した。これにより、排気マニホールドの上流側における酸化剤ガスの流れる幅をより狭くしてガスの流速を速め、より大きなガス圧を生成水に作用させることで効果的に排水をおこなうようにしたものである。
【００１８】
ここで、上記貫通孔が形成される部位は、ガス流路層やセパレータにおいては起電力の集電部に位置するものであり、膜電極接合体（ＭＥＧＡ）においては電極部に相当する。
【００１９】
本発明の構成によって奏される上記排水性の向上以外に期待される効果として、単セル、ひいてはこれが積層されてなるスタックの体格をより小さくでき、燃料電池のコンパクト化を実現できることが挙げられる。
【００２０】
さらに、その他の効果として、燃料電池の発電性能の向上が挙げられる。図９で示す従来構造では、中央の電極部および集電部と、その外周に位置する貫通孔位置、すなわち、締結ボルト位置が離れていることにより、スタック形成時に付与された圧縮力を電極部に十分作用できないという課題も有している。これは、スタックの外郭周辺部位が圧縮力を直接付与される部位であり、したがって付与された圧縮力相当で緊締されている一方で、これから離れた電極部や集電部の中央付近では実際に付与された圧縮力よりも少ない圧縮力しか作用していないことが原因の一つである。このことは、面内均一な圧縮力が電極部に作用していないことをも意味しており、発電性能の低下に直結するものである。
【００２１】
上記課題に対し、本発明の燃料電池のごとく、少なくともカソード側の貫通孔位置（締結ボルト位置）が従来構造の燃料電池に比してより中央側の集電部内に配置されたことにより、スタック形成時に付与される圧縮力により近い圧縮力を電極部に作用させることができ、電極部の面内により均一な圧縮力を作用させることが可能となって発電性能の向上に繋がるものである。
【００２２】
なお、燃料電池のより一層のコンパクト化を図りたい場合には、排気マニホールド側のみならず、供給マニホールド側の貫通孔位置（締結ボルト位置）も排気マニホールドと同様に配すればよい。すなわち、この場合は、供給マニホールドの下流側であって集電部内もしくは電極部内に貫通孔が配されることになる。
【００２３】
また、本発明による燃料電池の他の実施の形態は、電解質膜および電極触媒層をアノード側およびカソード側のガス拡散層が挟持して膜電極接合体を成し、該膜電極接合体をアノード側およびカソード側のガス流路層が挟持し、該ガス流路層をアノード側およびカソード側のセパレータが挟持することで単セルが形成され、複数の該単セルが積層されてスタックが形成されてなる燃料電池において、前記単セルの平面視形状は略矩形となっており、該略矩形の対向する一組の端辺近傍の一方にはガスをガス流路層に供給するための供給マニホールドが形成され、他方にはガス流路層内を通過したガスを排気するための排気マニホールドが形成されており、前記排気マニホールドの長さは前記供給マニホールドの長さよりも短くなっており、前記単セルには、スタック形成時に単セルを締結材が貫通するための貫通孔が、前記供給マニホールド側と前記排気マニホールド側にそれぞれ開設されており、前記排気マニホールドの両端側方であって前記供給マニホールドに対向する位置に、排気マニホールド側の前記貫通孔が形成されているものである。
【００２４】
本実施の形態では、排気マニホールドの長さを供給マニホールドの長さよりも短くしてこれを端辺近傍の中央位置に配置し、その両端の側方位置に貫通孔を配したものである。
【００２５】
この形態では、供給マニホールドの長さに対して排気マニホールドの長さを短くしたことにより、排気マニホールドの両端側方の貫通孔は、供給マニホールドと対向して配される。なお、この貫通孔の位置を、排気マニホールドの両端の側方位置であって、排気マニホールドよりも上流側とすることにより、単セルの排気マニホールド側の両隅角部をテーパー状に切欠くことも可能となり、燃料電池の一層のコンパクト化を実現することができる。
【００２６】
本実施の形態においても、排気マニホールド自体の長さが短くなったことにより、排気マニホールド近傍における酸化剤ガスのガス流速が従来構造のものに比して格段に速められ、生成水の排水性能を向上させることができる。
【００２７】
上記する本発明の燃料電池によれば、従来構造の燃料電池スタックにおける排気マニホールド側の締結ボルト位置を変更しただけの簡易な構造変更により、さらには、これに加えて排気マニホールドの長さを供給マニホールドに比して短くしただけの構造変更により、生成水の排水性を向上でき、燃料電池スタックのコンパクト化を実現でき、さらには、電極部および集電部にスタック形成時の圧縮力をより効果的に作用させることで発電性能を高めることができる。
【００２８】
このような、コンパクトで、排水性に優れ、発電性能に優れた燃料電池は、近時その生産が拡大しており、車載される燃料電池の高性能化が叫ばれている電気自動車やハイブリッド車等に好適である。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池によれば、締結材の配設位置（もしくは締結材用の貫通孔位置）を変更しただけの簡易な構造変更により、燃料電池のコンパクト化を図ることができ、生成水の排水性と発電性能の双方を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
図１は、本発明の燃料電池スタックを構成する単セルの一実施の形態の分解斜視図である。
【００３２】
図１に示す単セル１００の構造は、イオン交換膜である電解質膜とカソード側およびアノード側の電極層からなるＭＥＡ１と、これを挟持するカソード側、アノード側のガス拡散層２Ａ，２Ａ’（ＧＤＬ）と、から形成される膜電極接合体３（ＭＥＧＡ）と、この膜電極接合体３を挟持するカソード側、アノード側のガス流路層４，４’と、このガス流路層４，４’を挟持する３層構造のセパレータ５，５’と、からなり、その周縁に不図示の樹脂製のガスケットが一体に形成されて構成される。
【００３３】
ＭＥＡ１を構成する電解質膜は、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどからなり、電極層は白金やその合金からなる触媒をカーボン等に担持させた多孔質素材からなる。ガス拡散層２Ａ，２Ａ’はカーボンペーパーやカーボンクロスなどのガス透過性の素材から形成される。また、ガス流路層４，４’はその集電部が多孔質のエキスパンドメタルからなり、不図示のガスケットは、膜電極接合体３を成形型内に収容し、所望の樹脂を成形型内に射出するインサート成形にて形成することができる。
【００３４】
３層構造のセパレータ５は、隣接する単セルとの間でセル間を画成する面材５３と、これに対向するＭＥＧＡ側の面材５１と、これら面材５１，５３間に介層され、面材５１，５３の外周輪郭に沿う枠状（無端状）に形成された樹脂素材のスペーサ５２と、から構成されている。この面材５１，５３は、ガス不透過性の緻密なカーボン材や緻密黒鉛材などから形成される。面材５１における面材５３に対向する側面には、不図示の多数の突起（ディンプル）が備えてあり、この突起がスペーサ５２の厚み分の高さを有していることにより、３層構造となった際に、突起の先端が面材５３の側面と当接され、乱流状に突起間を流れる冷却水の流路が形成される。
【００３５】
図１で示すように、セパレータ５，５’、ガス流路層４，４’、ＭＥＧＡ３は、ともにその平面視形状が矩形もしくは正方形に形成されており、セパレータ５，５’、ガス流路層４，４’においては、それらの供給マニホールド５４，４３側で側方に張出した耳部５８，４７が設けられており、この耳部５８，４７に締結ボルトが貫挿する供給マニホールド側の貫通孔５６，４５が開設されている。また、セパレータ５，５’、ガス流路層４，４’には、それぞれの排気マニホールド５５，４４の上流側の集電部５９、４１に排気マニホールド側の貫通孔５７，４６が配設されている。さらに、ＭＥＧＡ３には、該貫通孔５７，４６に対応する位置に貫通孔３２が開設されている。
【００３６】
単セル１００を構成する各部材は、それらが組み付けられた際に、それらの供給マニホールド側の貫通孔５６，４７が同軸：Ｌ１上に位置決めされ、それらの排気マニホールド側の貫通孔５７，４６，３２が同軸：Ｌ２上に位置決めされ、各貫通孔が連通した連通孔に不図示の締結ボルトが貫挿されるようになっている。
【００３７】
図２は、カソード側のガス流路層を平面的に見た図であり、略矩形の枠部４２の対向する一組の端辺近傍の一方に、酸化剤ガスをエキスパンドメタル４１内に供給する供給マニホールド４３が開設されており、その他方に、エキスパンドメタル４１内を流れた酸化剤ガスと生成水を排気および排水する排気マニホールド４４が開設されている。同図と図９との比較から明らかなように、図２で示すガス流路層４では、排気マニホールド側の貫通孔４６，４６が、排気マニホールド４４の上流側であってエキスパンドメタルからなる集電部４１内に配置されたことにより、図９で示す従来のガス流路層に比してその平面積が格段に小さくなり、コンパクト化が図られている。
【００３８】
図２で示すように、排気マニホールド側の貫通孔４６が排気マニホールド４４のガス流れの上流側の集電部４１内に配置されたことにより、上記するコンパクト化のほかに、排気マニホールド４４近傍に流れる酸化剤ガスの流速を速めることにも繋がる。
【００３９】
このことを図３を基に説明すると、供給マニホールド４３からエキスパンドメタル４１内に流入してきた酸化剤ガスは、排気マニホールド４４に向ってエキスパンドメタル４１内を拡散しながら流動する。エキスパンドメタルは、メタル板を連続的にせん断加工することにより、たとえば断面が六角形の孔が連続し、かつこの連続する孔が交互にずらされた状態の多孔構造を呈しており、その面内に流動抵抗の異なる２方向性を有している。通常は、供給マニホールド４３から排気マニホールド４４へ向う方向が流動抵抗の大きな方向となるようにエキスパンドメタルが配され、酸化剤ガスの拡散流動を促進するようにしている。
【００４０】
供給マニホールド４３から集電部４１内を流れる酸化剤ガス（図中のガス流れ：Ｆ１）は、エキスパンドメタルによる流動抵抗によって排気マニホールド４４に向ってその流速が除々に低下していくが、排気マニホールド４４の上流側に貫通孔４６，４６（実際には、この貫通孔４６に不図示の締結ボルトが位置している）が存在することにより、この貫通孔４６（および不図示の締結ボルト）にてガスの流れ方向が中央側に変更され（ガス流れ：Ｆ２）、この付近での流路幅が狭められることでガスの流速が速められる。
【００４１】
特にカソード側のガス流路層４においては、一般に、その排気マニホールド近傍で電気化学反応にて生成された生成水が滞留し易くなっているが、この付近でのガスの流速が速められることにより、生成水を排気マニホールド４４に押出すガス圧が大きくなり、生成水の排水性が向上する。
【００４２】
図１で示す各構成部材が一体とされ、一体とされた単セル１００が所望の発電量に応じた基数だけ積層され、最外縁にエンドプレート２００、テンションプレート３００が配され、連通する各貫通孔に締結ボルトＢ，…が貫挿され、所望の圧縮力が各単セル１００に付与されて、図４で示すような燃料電池スタック１０００が形成される。
【００４３】
電気自動車等に車載される燃料電池システムは、この燃料電池と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
【００４４】
図５，６は、カソード側のガス流路層の他の実施の形態を説明したものである。なお、図示を省略するが、たとえば図５で示すガス流路層を具備する単セルは、該ガス流路層の形状に応じたセパレータを有するものであり、これらガス流路層およびセパレータの形状に応じた燃料電池スタックが形成されるものであることは言うまでもない。
【００４５】
図５で示すガス流路層４Ａは、排気マニホールド４４Ａの長さが供給マニホールド４３の長さよりも短くなっており、該排気マニホールド４４Ａの両端の側方でこれよりも上流側に排気マニホールド側の貫通孔４６が開設されたものである。
【００４６】
図示例では、貫通孔４６を回避するような形状の集電部４１Ａが設けてあり、さらには、図示位置に貫通孔４６が開設されたことにより、余分なスペースとなった枠部４２Ａの排気マニホールド側の隅角部をテーパー状に切欠いてテーパー部４８としたものである。
【００４７】
テーパー部４８を設けたことで、ガス流路層の平面積をより一層小さくでき、単セルおよび燃料電池スタックの一層のコンパクト化を図ることができる。また、このガス流路層４Ａにおいても、排気マニホールド４４Ａの上流側にて中央側へ流れ方向が変更されるガス流れ：Ｆ２が励起され、ガス流速を速めて排水性を向上させることができる。なお、この形態では、同図からも明らかなように、中央側へ絞られたガス流れの幅と同幅の排気マニホールド４４Ａとなっており、スタックの長手方向へ延びる連通孔での排水性も向上させることができる。
【００４８】
さらに、図６で示すガス流路層４Ｂは、排気マニホールド側のみならず、供給マニホールド側の貫通孔４５，４５も集電部４１内に配置するものであり、上記する耳部が省略された枠部４２Ｂを有することで、より一層小さな平面積のガス拡散層が形成され、燃料電池スタックの一層のコンパクト化を図ることができる。
【００４９】
このガス流路層４Ｂにおいても、排気マニホールド４４の上流側にてガス流れ：Ｆ２が励起され、上記するガス流路層４，４Ａと同様にガスの流速を速めることができる。
【００５０】
上記するガス流路層４，４Ａ，４Ｂを有し、それらに形成された排気マニホールド側の貫通孔に対応する位置に貫通孔を有するセパレータ、膜電極接合体を備えた単セルが積層された燃料電池スタックによれば、少なくとも排気マニホールド側の締結ボルト用貫通孔を該排気マニホールドの上流側に配しただけの簡易な構造変更により、排水性能の向上と、燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。さらに、締結ボルトの一部が単セルの中央側に配置されたことにより、スタック形成時の圧縮力を電極部により効果的に付与することが可能となり、電極部への面内均一な圧縮力の付与を実現でき、燃料電池の発電性能の向上に繋がる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の燃料電池スタックを構成する単セルの一実施の形態の分解斜視図である。
【図２】図１の単セルを構成するガス流路層の平面図である。
【図３】図２で示すガス流路層内におけるガス流れを説明した図である。
【図４】図１の分解斜視図が組み付けられた単セルが積層されてなる燃料電池スタックの斜視図である。
【図５】他の実施の形態のガス流路層の平面図であって、ガス流れを説明した図である。
【図６】さらに他の実施の形態のガス流路層の平面図であって、ガス流れを説明した図である。
【図７】従来の燃料電池スタックを構成する単セルの一実施の形態の分解斜視図である。
【図８】図７の分解斜視図が組み付けられた単セルが積層されてなる従来の燃料電池スタックの斜視図である。
【図９】図７の単セルを構成する従来のガス流路層の平面図であって、ガス流れを説明した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…ＭＥＡ、２Ａ，２Ａ’…第１のガス拡散層（ＧＤＬ）、３…膜電極接合体（ＭＥＧＡ）、４，４’，４Ａ，４Ｂ，…ガス流路層、５，５’…セパレータ、５１…面材、５２…スペーサ、５３…面材、４１…集電部（エキスパンドメタル）、４２…枠材、４３…供給マニホールド、４４，４４Ａ…排気マニホールド、４５…供給マニホールド側の貫通孔、４６…排気マニホールド側の貫通孔、１００…単セル、１０００…燃料電池スタック、Ｂ…締結ボルト
【図１】
2009266727.tif 000003
【図２】
2009266727.tif 000004
【図３】
2009266727.tif 000005
【図４】
2009266727.tif 000006
【図５】
2009266727.tif 000007
【図６】
2009266727.tif 000008
【図７】
2009266727.tif 000009
【図８】
2009266727.tif 000010
【図９】
2009266727.tif 000011