ガス流路形成体および燃料電池セル
【課題】冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を提供する。
【解決手段】第１の冷媒マニホールド孔と第２のトンネル構造部と第４の端辺に最も近い第３のガス流路とで囲まれた第１の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第１の部分に、第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成され、第２の冷媒マニホールド孔と第１のトンネル構造部と第３の端辺に最も近い第３のガス流路とで囲まれた第１の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第２の部分に、冷媒流路からの冷媒の流れが第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成され、第１の冷媒流路壁と第２の冷媒流路壁により形成されるガス流路形成面側の凹凸は、第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられる。
【解決手段】第１の冷媒マニホールド孔と第２のトンネル構造部と第４の端辺に最も近い第３のガス流路とで囲まれた第１の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第１の部分に、第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成され、第２の冷媒マニホールド孔と第１のトンネル構造部と第３の端辺に最も近い第３のガス流路とで囲まれた第１の領域の部分に対応する冷媒流路形成面の第２の部分に、冷媒流路からの冷媒の流れが第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成され、第１の冷媒流路壁と第２の冷媒流路壁により形成されるガス流路形成面側の凹凸は、第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池セルの発電領域に沿って流すガスおよび冷媒の流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。この燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）をセパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）により構成される。ＭＥＡは、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した構成を有している。
【０００３】
カソード側の触媒電極層へ酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）を供給するためのガス流路やアノード側の触媒電極層へ燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）を供給するためのガス流路は、セパレータのガス拡散層側の面に形成された溝や、ガス拡散層とセパレータとの間に別途設けられたガス流路部材により構成される。
【０００４】
図１６は、溝状のガス流路を有するアノード側のセパレータの一例を示す概略構成図である。このセパレータＳＰＡａは、導電性の金属板をプレス成型することにより、一方の面に冷媒の流路を形成し、他方の面にガス流路を形成したものである。図は、冷媒の流路が形成された面を示している。なお、冷媒の流路が形成された面を「冷媒流路形成面」と呼び、ガスの流路が形成された面を「ガス流路形成面」と呼ぶ。なお、以下の説明では、概略矩形形状の長辺に沿った方向を横方向あるいは左右方向とし、短辺に沿った方向を縦方向あるいは上下方向として説明する。
【０００５】
図に示すように、矩形状のセパレータＳＰＡａの上側および下側の端辺に、酸化ガスとしての酸素を含む空気（Ａｉｒ）のマニホールド（「酸化ガスマニホールド」と呼ぶ）を構成する酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯが配置されている。下側の酸化ガスマニホールド孔が入口側の酸化ガスマニホールド（「入口側酸化ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＯｉ（「入口側酸化ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）であり、上側の酸化ガスマニホールド孔が出口側の酸化ガスマニホールド（「出口側酸化ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＯｏ（「出口側酸化ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、各入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉの周囲を覆うようにシールラインＳＯｉが形成されており、各出口側酸化ガスマニホールドＡＭＯｏの周囲を覆うようにシールラインＳＯｏが形成されている。これらシールラインＳＯｉ，ＳＯｏの内側の領域は、このアノード側のセパレータＳＰＡａの上面に積層される隣の燃料電池セルのカソード側のセパレータ（不図示）に形成された連通孔および多孔体部材とともに、隣の燃料電池セルのカソード側の触媒電極層に供給する酸化ガスの流路の領域として機能する。
【０００６】
また、セパレータの左側の端辺の上端部（「左端上端部」と略す）および右側の端辺の下端部（「右端下端部」と略す）に、燃料ガスとしての水素のマニホールド（「燃料ガスマニホールド」と呼ぶ）を構成する燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨが配置され、左端上端部の燃料ガスマニホールド孔が入口側の燃料ガスマニホールド（「入口側燃料ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＨｉ（「入口側燃料ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）であり、右端下端部の燃料ガスマニホールド孔が出口側の燃料ガスマニホールド（「出口側燃料ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＨｏ（「出口側燃料ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉを覆うようにシールラインＳＨｉが形成されており、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏを覆うようにシールラインＳＨｏが形成されている。これらシールラインＳＨｉおよびＳＨｏの内側は、反対側の面に形成された燃料ガスの流路とともに、燃料ガスの流路の領域として機能する。そして、これらシールラインＳＨｉ，ＳＨｏの内側には、反対側の面に形成されている燃料ガス流路と、を繋ぐ連通孔ＨＨｉ，ＨＨｏが形成されている。
【０００７】
また、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの上側および入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉの下側には、冷媒のマニホールド（「冷媒マニホールド」と呼ぶ）を構成する冷媒マニホールド孔ＡＭＷが配置されている。出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの上側の冷媒マニホールド孔は、入口側の冷媒マニホールド（「入口側冷媒マニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＷｉ（「入口側冷媒マニホールド孔」とも呼ぶ）であり、入口側燃料ガスマニホールド孔の下側の冷媒マニホールド孔は、出口側の冷媒マニホールド（「出口側冷媒マニホールド（「出口側冷媒マニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＷｏ（「出口側冷媒マニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏまでの領域で、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏを除く領域を囲むように、シールラインＳＷが形成されている。このシールラインＳＷの内側の領域が冷媒の流路の領域として機能する。
【０００８】
ここで、図中ハッチングで示した部分はプレス成型により形成された凸部であり、これらの凸部は反対側の面では凹部となる。なお、ハッチング間隔の違いは段差を示している。冷媒流路形成面ではハッチングの間隔の狭い凸部は広い凸部よりも高さが高い構造となっており、反対側のガス流路形成面ではハッチン部の間隔の狭い部分は広い部分よりも深い凹部構造となる。
【０００９】
シールラインＳＷの内側の領域の上下端部には、左右方向に沿って延びる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏが形成されている。上側の凸部ＷＨｃｍｉと下側の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、上下方向に沿って延びる複数の凸部ＷＨが形成されている。凸部ＷＨは、高さが異なる２つの凸部ＷＨ１，ＷＨ２が、各凸部ＷＨの第１の凸部ＷＨ１同士および第２の凸部同士が左右方向に沿って配列されるように、上下方向に沿って交互に形成されている。これにより、左右方向に沿って並ぶ比較的高い第２の凸部ＷＨ２が冷媒の流路壁として機能し、左右方向に沿って並ぶ比較的低い第１の凸部ＷＨ１および凸部ＷＨの間の基板部ＷＢが、冷媒の流路として機能する。また、基板部ＷＢは、冷媒を上下方向にも流して拡散させる冷媒の流路として機能する。
【００１０】
なお、複数の凸部ＷＨは反対側の面において凹部となり、これら凹部は、膜電極接合体により発電が実行される発電領域に燃料ガスを供給する溝状の複数の流路（以下、「枝流路」とも呼ぶ）として機能する。そして、上下に設けられた凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏも反対側の面において凹部となり、これら凹部は複数の枝流路に燃料ガスを供給し、複数の枝流路から流れ出る燃料ガスを集める流路（以下、「共通流路」とも呼ぶ）として機能する。
【００１１】
そして、反対側の凹部が共通流路となる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏは、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたいで連通孔ＨＨｉ，ＨＨｏに繋げられ、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏで囲まれた燃料ガスの流路の領域に繋がるように、トンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏに繋げられている。これらトンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏは、反対側の面の凹部が、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたぐ燃料ガスの流路として機能する複数の凸部で構成されている。
【００１２】
ここで、左右端の凸部ＷＨの外側でトンネル構造部ＴＷｏの上側およびトンネル構造部ＴＷｉの下側の発電領域に対応する領域ＧＡ（図中、一点鎖線で示す）は、シールラインＳＷに囲まれた冷媒流路の領域内にあり、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭｉからの冷媒の流れを規制する流路壁となる凸部ＷＨｃｃｉ、および、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭｏへの冷媒の流れを規制する流路壁となる凸部ＷＨｃｃｏが形成されている。上記したように、これら凸部ＷＨｃｃｉ，ＷＨｃｃｏはプレス成型されているので、この領域ＧＡの反対側の面に、燃料ガスの流路を形成することが困難となる。このため、この領域に対応する発電領域に供給される燃料ガスはガス拡散層中を拡散するガスに依存するのみとなり、この領域での発電性能は他の領域の発電性能に比べて著しく低くなり、ほとんど利用不可な領域となる。従って、このような構造のセパレータを用いた場合には、発電領域の利用効率の点て不十分となる。すなわち、従来の構造では、発電領域の利用効率と冷却効率の双方の両立の点で不十分である、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１４１９７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造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】
【００１５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１６】
［適用例１］
燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第１の領域の内側には、
第１の端辺に沿って形成された第１のガス流路と、
前記第１の端辺に対向する第２の端辺に沿って形成された第２のガス流路と、
前記第１のガス流路と前記第２のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第３のガス流路と、
前記第１の領域の外側で前記第１の端辺に直交する第３の端辺側に形成された第１のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺に対向する第４の端辺側に形成された第２のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第４の端辺に沿って前記第２のガスマニホールド孔と並んで形成された第１の冷媒マニホールド孔と
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺側に前記第１のガスマニホールド孔と並んで形成された第２の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第１のガスマニホールド孔を覆う第１のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第２のガスマニホールド孔を覆う第２のシールラインと、
前記第１のガスマニホールド孔に前記第１のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第１のシールラインをまたぐように形成された第１のトンネル構造部と、
前記第２のガスマニホールド孔に前記第２のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第２のシールラインをまたぐように形成された第２のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第１ないし前記第３のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第１の冷媒マニホールド孔と、前記第２のトンネル構造部と、前記第４の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第１の部分には、前記第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成されており、
前記第２の冷媒マニホールド孔と、前記第１のトンネル構造部と、前記第３の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた前記第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第２の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成されており、
前記第１の冷媒流路壁および前記第２の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、第１の冷媒流路壁および第２の冷媒流路壁をガス流路として利用して、第１の冷媒流路壁および第２の冷媒流路壁が形成されている領域に対応する発電領域の部分に、ガスを供給することができるので、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
［適用例２］
適用例１記載のガス流路形成体であって、
前記第１および第２のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、液体の水とガスを分離することができるので、液体の水がトンネル構造部内に滞留してガスの流れを阻害することを防止することが可能である。
【００１８】
［適用例３］
前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする適用例１または適用例２記載のガス流路形成体。
セパレータをガス流路形成体とすれば、燃料電池セルの構成を簡素化することが可能である。
【００１９】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
この燃料電池セルによれば、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
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、冷媒流路形成体、セパレータ、燃料電池セル、燃料電池等の種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例における燃料電池セルＦＵＣの概略平面図である。
【図２】アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰとは反対側の燃料ガスのガス流路形成面ＦＰを冷媒流路形成面ＷＰ側から見た概略平面図である。
【図３】発電体部ＰＢをアノードセパレータＳＰＡ側から見た概略平面図である。
【図４】カソードセパレータＳＰＣを発電体部ＰＢ側から見た概略平面図である。
【図５】図１のＡ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面を示す説明図である。
【図６】図１のＥ１−Ｅ１断面およびＥ２−Ｅ２断面を示す説明図である。
【図７】図１のＦ１−Ｆ１断面およびＦ２−Ｆ２断面を示す説明図である。
【図８】図１のＤ１−Ｄ１断面を示す説明図である。
【図９】図２の領域ＧＡ１に形成される冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２を利用した燃料ガス流路を拡大して示す説明図である。
【図１０】図９に示した燃料ガス流路の第１の変形例を示す説明図である。
【図１１】図９に示した燃料ガス流路の第２の変形例を示す説明図である。
【図１２】図９に示した燃料ガス流路の第３の変形例を示す説明図である。
【図１３】第２実施例における出口側トンネル構造部を示す説明図である。
【図１４】第２実施例の出口側トンネル構造部の第１の変形例を示す説明図である。
【図１５】第２実施例の出口側トンネル構造部の第２の変形例を示す説明図である。
【図１６】溝状のガス流路を有するアノード側のセパレータの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００２３】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池セルの構成：
図１は、第１実施例における燃料電池セルＦＵＣの概略平面図である。この燃料電池セルＦＵＣは、図１に示すように、発電体部ＰＢを発電体部ＰＢのアノード側のセパレータＳＰＡ（以下、「アノードセパレータ」とも呼ぶ）およびカソード側のセパレータＳＰＣ（以下、「カソードセパレータ」とも呼ぶ）で挟持した、平面形状が概略矩形形状の発電モジュールである。なお、図１は、燃料電池セルＦＵＣをアノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰ側から見た状態を示している。図２は、アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰとは反対側の燃料ガスのガス流路形成面ＦＰを冷媒流路形成面ＷＰ側から見た概略平面図である。図３は、発電体部ＰＢをアノードセパレータＳＰＡ側から見た概略平面図である。図４は、カソードセパレータＳＰＣを発電体部ＰＢ側から見た概略平面図である。なお、以下の説明では、概略矩形形状の長辺に沿った方向を横方向あるいは左右方向とし、短辺に沿った方向を縦方向あるいは上下方向として説明する。
【００２４】
燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、図の上側および下側の端辺に沿って、酸化ガスマニホールドＭＯが配置されている。下側の酸化ガスマニホールドＭＯが入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉであり、上側の酸化ガスマニホールドＭＯが出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏである。そして、入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉ、発電体部ＰＢの入口側酸化ガスマニホールド孔ＰＭＯｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＯｉによって構成されている。同様に、出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｏ、発電体部ＰＢの出口側酸化ガスマニホールド孔ＰＭＯｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＯｏによって構成されている。
【００２５】
また、燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、左側上端部および右側下端部に燃料ガスマニホールドＭＨが配置されている。左端上端部の燃料ガスマニホールドＭＨが入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉであり、右側下端部の燃料ガスマニホールドＭＨが出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏである。そして、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉ、発電体部ＰＢの入口側燃料ガスマニホールド孔ＰＭＨｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側燃料ガスマニホールド孔ＣＭＨｉによって構成されている。同様に、出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏ、発電体部ＰＢの出口側燃料ガスマニホールド孔ＰＭＨｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＨｏによって構成されている。
【００２６】
また、燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、左側および右側の端辺に沿って、冷媒マニホールドＭＷが配置されている。右側の出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏの上に並ぶ冷媒マニホールドＭＷが入口側冷媒マニホールドＭＷｉであり、左側の入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉの下に並ぶ冷媒マニホールドＭＷが出口側冷媒マニホールドＭＷｏである。そして、入口側冷媒マニホールドＭＷｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉ、発電体部ＰＢの入口側冷媒マニホールド孔ＰＭＷｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側冷媒マニホールド孔ＣＭＷｉによって構成されている。同様に、出口側冷媒マニホールドＭＷｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏ、発電体部ＰＢの出口側冷媒マニホールド孔ＰＭＷｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側冷媒マニホールド孔ＣＭＷｏによって構成されている。
【００２７】
そして、図１に示すように、アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰには、入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉの周囲を全体として覆うようにシールラインＳＯｉが形成されており、出口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｏの周囲を全体として覆うようにシールラインＳＯｏが形成されている。また、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉを覆うようにシールラインＳＨｉが形成されており、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏを覆うようにシールラインＳＨｏが形成されている。また、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏまでの領域で、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏで囲まれた領域を除く領域を囲むように、シールラインＳＷが形成されている。これらシールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏ，ＳＷは、後述するように、上面に積層される他の燃料電池セルのカソードセパレータＳＰＣに接触して、各シールラインで囲まれた領域内をシールし、各マニホールドを流れる流体の流路の領域の一部として機能する。ただし、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏで囲まれた領域は、自身の燃料電池セルではなく、上層の燃料電池セルＦＵＣの酸化ガス流路の一部となる。
【００２８】
アノードセパレータＳＰＡは、導電性の金属板をプレス成型することにより、図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰに形成された凸部（図中ハッチングで示した部分）が、冷媒の流路壁となって、冷媒流路が構成される。また、図２に示すように、表裏一体的にガス流路形成面ＦＰに形成された凹部（図中ハッチングで示した部分）が、燃料ガス流路となる。なお、このアノードセパレータＳＰＡは、カーボン等の導電性材料を用いて成型するようにしてもよい。
【００２９】
発電体部ＰＢは、図３に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）ＰＢ１のアノード側およびカソード側の面にガス拡散層（ＧＤＬ）ＰＢ２，ＰＢ３を配置し、さらに、カソード側のガス拡散層ＰＢ３の面に多孔体流路部ＰＢ４を配置して構成される発電体を、シール部ＰＢ５で覆った構造を有している。なお、ガス拡散層ＰＢ２，ＰＢ３内の領域が有効な発電領域ＰＡとして機能する。そして、図１ないし図４には、この発電領域ＰＡに対応する領域の外形が略矩形形状の破線で示されている。なお、各マニホールド孔ＰＭＯｉ，ＰＭＯｏ，ＰＭＨｉ，ＰＭＨｏ，ＰＭＷｉ，ＰＭＷｏはシール部ＰＢ５内、すなわち、発電領域ＰＡの端辺の外側に形成されている。
【００３０】
カソードセパレータＳＰＣは、図４に示すように、連通孔ＨＯｉ，ＨＯｏを有する導電性のフラットな金属板である。これら連通孔ＨＯｉ，ＨＯｏは、下層の燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡに形成されたシールラインＳＯｉ，ＳＯｏで囲まれた領域に対応する領域（図中一点鎖線の枠で示す）内、かつ、発電領域ＰＡに対応する領域（破線の枠で示す）内で、発電領域ＰＡに対応する領域の上下方向の端辺に沿って形成されている。なお、カソードセパレータＳＰＣは、カーボン等の導電性材料を用いて成型するようにしてもよい。
【００３１】
図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉおよび出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの横側には、横方向に沿って延びる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏが形成されている。そして、これら凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏは、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて凹部ＦＨｃｍｉ，ＦＨｃｍｏとなり、共通流路として機能する燃料ガス流路を構成する。
【００３２】
そして、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉと第１の凸部ＷＨｃｍｉとの間には、シールラインＳＨｉの内側に連通孔ＨＨｉが形成されており、この連通孔ＨＨｉと第１の凸部ＷＨｃｍｉに対応する第１の凹部ＦＨｃｍｉを繋ぐように入口側トンネル構造部ＴＷｉが形成されている。同様に、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏと第２の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、シールラインＳＨｏの内側に連通孔ＨＨｏが形成されており、この連通孔ＨＨｏと第２の凸部ＷＨｃｍｏに対応する第２の凹部ＦＨｃｍｏを繋ぐように出口側トンネル構造部ＴＷｏが形成されている。これらトンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏには、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、それぞれ複数のトンネル凸部ＴＷｉ１，ＴＷｏ１がシールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたぐように形成されており、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて燃料ガス流路として機能する複数のトンネル凹部ＴＦｉ１，ＴＦｏ１となる。
【００３３】
図５は、図１のＡ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面を示す説明図である。この図は、説明を容易にするため、１つの燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡに接する上層の燃料電池セルＦＵＣのカソードセパレータＳＰＣおよびカソードセパレータＳＰＣに接する下層の燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡを含めて示している。なお、以下に示す断面図においても同様である。
【００３４】
図に示すように、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉを流れる燃料ガス（Ｈ２）は、シールラインＳＨｉで囲まれた領域の連通孔ＨＨｉから入口側トンネル構造部ＴＷｉの複数の入口側トンネル凹部ＴＦｉ１を介して、共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉに供給される。
【００３５】
図示は省略するが、図１のＢ１−Ｂ１断面およびＢ２−Ｂ２断面も、Ａ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面と同様の構造を有している。そして、共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏを流れる燃料ガスは、出口側トンネル構造部ＴＷｏの複数の出口側トンネル凹部ＴＦｏ１から連通孔ＨＨｏを介してシールラインＳＨｏで囲まれた領域へ排出され、出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏへ排出される。
【００３６】
また、図１に示すように、上側の第１の凸部ＷＨｃｍｉと下側の第２の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、縦方向に沿って延びる複数の第３の凸部ＷＨが第１の凸部ＷＨｃｍｉと第２の凸部ＷＨｃｍｏに繋がるように形成されている。これら複数の第３の凸部ＷＨは、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて第３の凹部ＦＨとなり、枝流路として機能する燃料ガス流路を構成する。
【００３７】
図６は、図１のＥ１−Ｅ１断面およびＥ２−Ｅ２断面を示す説明図である。共通流路として機能する第１の凹部ＦＨｃｍｉを流れる燃料ガスは、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨを介して、共通流路として機能する第２の凹部ＦＨｃｍｏへ流れる。なお、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨを流れる燃料ガスは、ガス拡散層ＰＢ２中を拡散して膜電極接合体ＰＢ１のアノード側の触媒電極層（不図示）に供給される。
【００３８】
なお、第３の凹部ＦＨは、図２および図６に示すように、比較的浅い第１の部分凹部ＦＨ１（図２において狭い間隔のハッチングで示す）および比較的深い第２の部分凹部ＦＨ２（図２において広い間隔のハッチングで示す）が交互に配列された構成となっている。なお、第３の凹部ＦＨの深さの違いは、燃料ガス流路としては特に意味がなく、以下で説明するように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、縦方向に燃料ガスを流す枝流路としての第３の凹部ＦＨの構造と、横方向に冷媒を流すための冷媒流路壁の構造と、を表裏一体的に実現するためのものである。
【００３９】
図７は、図１のＦ１−Ｆ１断面およびＦ２−Ｆ２断面を示す説明図である。第１の部分凹部ＦＨ１および第２の部分凹部ＦＨ２は、図１に示す冷媒流路形成面ＷＰにおいて、第３の凸部ＷＨを構成する比較的低い第１の部分凸部ＷＨ１（図１において広い間隔のハッチングで示す）および比較的高い第２の部分凸部ＷＨ２（図１において狭い間隔のハッチングで示す）となる。そして、図１および図７に示すように、各第３の凸部ＷＨには、それぞれの第１の部分凸部ＷＨ１同士および第２の部分凸部同士が横方向に沿って配列されるように、第１の部分凸部ＷＨ１および第２の部分凸部ＷＨ２が縦方向に沿って交互に配列されている。これにより、横方向に沿って並ぶ比較的高い第２の部分凸部ＷＨ２は、上層のカソードセパレータＳＰＣに接することになり、冷媒を横方向に流すための冷媒流路壁を構成する。また、横方向に沿って並ぶ比較的低い第１の部分凸部ＷＨ１および第３の凸部ＷＨの間の基板部ＷＢが、冷媒を横方向に流す冷媒流路を構成する。また、基板部ＷＢは、冷媒を縦方向に流して拡散させる冷媒流路を構成する。
【００４０】
図８は、図１のＤ１−Ｄ１断面を示す説明図である。図８に示すように、入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉを流れる酸化ガス（Ａｉｒ、厳密にはＯ２）は、アノードセパレータＳＰＡに形成されたシールラインＳＯｉで囲まれた入口側の酸化ガス流路の領域を介して、上層の燃料電池セルＦＵＣのカソードセパレータＳＰＣの下側の連通孔ＨＯｉへ導かれる。下側の連通孔ＨＯｉは、酸化ガスを多孔体流路部ＰＢ４に供給するための酸化ガス供給側連通路として機能する。多孔体流路部ＰＢ４に供給された酸化ガスは、出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏの方向へ向かって、多孔体流路部ＰＢ４中を拡散しつつ流れ、ガス拡散層ＰＢ３中を拡散して膜電極接合体ＰＢ１のカソード側の触媒電極層（不図示）に供給される。
【００４１】
図示は省略するが、図１のＣ１−Ｃ１断面もＤ１−Ｄ１断面と同様の構造を有している。そして、多孔体流路部ＰＢ４およびガス拡散層ＰＢ３を流れた酸化ガスは、カソードセパレータＳＰＣの上側の連通孔ＨＯｏへ導かれる。上側の連通孔ＨＯｏは、酸化ガスを多孔体流路部ＰＢ４から、シールラインＳＯｏで囲まれた出口側の酸化ガス流路の領域の酸化ガス流路壁ＷＯｏで挟まれた酸化ガス流路を介して出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏへ排出する機能を有している。
【００４２】
図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、シールラインＳＷに囲まれた冷媒流路の領域内で、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉと右端の第３の凸部ＷＨとの間の発電領域ＰＡに対応する領域には、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから冷媒流路領域としてのシールラインＳＷに囲まれた領域内に流れ出る冷媒を、第３の凸部ＷＨの第１の部分凸部ＷＨ１および基板部ＷＢによって構成される冷媒流路の方向へ向くように、斜め方向に沿った凸状の冷媒流路壁ＷＷ１（発明の第１の冷媒流路壁に相当する）が形成されている。同様に、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏと、左端の第３の凸部ＷＨとの間の発電領域ＰＡに対応する領域にも、第３の凸部ＷＨの第１の部分凸部ＷＨ１および基板部ＷＢによって構成される冷媒流路を流れた冷媒が、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏの方向へ向くように、斜め方向に沿った冷媒流路壁ＷＷ２が形成されている。また、これら冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２は、図２に示すように、ガス流路形成面ＦＰにおいて対応する凹部ＦＦ１，ＦＦ２が凹部ＦＨに繋がるように形成されている。
【００４３】
本実施例の特徴は、以下で説明するように、冷媒流路形成面ＷＰの冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２およびこれら冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２によって構成されたガス流路形成面ＦＰのガス流路として機能する凹部ＦＦ１，ＦＦ２の構造にある。
【００４４】
図９は、図２の領域ＧＡ１に形成される冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２を利用した燃料ガス流路を拡大して示す説明図である。なお、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨは、図２に示すように、厳密には第１の部分凹部ＦＨ１と第２の部分凹部ＦＨ２で構成されるが、説明上特に区分する必要がないので、省略して示されている。領域ＧＡ１は、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏと、入口側トンネル構造部ＴＷｉと、左端の第３の凸部ＷＨに対応する第３の凹部ＦＨと、に囲まれた領域である。
【００４５】
図９に示すように、冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２は、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨに繋げられている。これにより、第３の凹部を流れる燃料ガスは、凹部ＦＦ２に流れ込み、領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給することができ、発電領域の利用効率を向上させることができる。また、この凹部ＦＦ２は、冷媒流路壁ＷＷ２をそのまま利用しているので、効率的な冷却のための冷媒の流れを維持することができる。従って、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能である。
【００４６】
また、図示は省略するが、領域ＧＡ２の冷媒流路壁ＷＷ１に対応する凹部ＦＦ１も、領域ＧＡ１の冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２と同様であり、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能である。なお、領域ＧＡ２は、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉと、出口側トンネル構造部ＴＷｏと、右端の第３の凸部ＷＨに対応する第３の凹部ＦＨと、に囲まれた領域である。
【００４７】
以上説明したように、本実施例では、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００４８】
なお、本実施例において、領域ＧＡ１が発明の第１の部分に対応し、領域ＧＡ２が発明の第２の部分に対応する。また、領域ＧＡ１に形成された冷媒流路壁ＷＷ１が第１の冷媒流路壁に対応し、領域ＧＡ２に形成された冷媒流路壁ＷＷ２が第２の冷媒流路壁に対応する。また、第１の凹部ＦＨｃｍｉ、第２の凹部ＦＨｃｍｏ、および、第３の凹部ＦＨが、第１ないし第３のガス流路に対応する。また、シールラインＳＯｉが第１のシールラインに対応し、シールラインＳＯｏが第２のシールラインに対応する。また、入口側トンネル構造部ＴＷｉが第１のトンネル構造部に対応し、出口側トンネル構造部ＴＷｏが第２のトンネル構造部に対応する。
【００４９】
Ａ２．変形例：
図１０は、図９に示した燃料ガス流路の第１の変形例を示す説明図である。図９に示した領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給する燃料ガス流路は、一方の端部が枝流路として機能する第３の凹部ＦＨに繋げられ、他方の端部が閉塞された複数の凹部ＦＦ２で構成されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域を蛇行して形成され、両端が第３の凹部ＦＨに繋げられた凹部ＦＦ２ａで構成するようにしてもよい。なお、この構成の場合には、図中クロスハッチングで示した部分の深さは他の部分の深さよりも浅い構造、すなわち、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、他の部分よりも壁面の高さが低い構造として、冷媒の流れる流路を確保する必要がある。
【００５０】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５１】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第１の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５２】
図１１は、図９に示した燃料ガス流路の第２の変形例を示す説明図である。この変形例は、第３の凹部ＦＨに沿って領域ＧＡ１に凹部ＦＨｂを形成し、この凹部ＦＨｂに冷媒流路壁ＷＷ２に対応する複数の凹部ＦＦ２を繋ぐ構造を示している。凹部ＦＨｂは、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１と共通流路として機能する第２の凹部ＦＨｃｍｉに繋げられている。なお、凹部ＦＨｂの接続先は、共通流路として機能する凹部でもよいしトンネル凹部でもよく、両方にまたがって繋げられていてもよい。また、凹部ＦＨｂも第３の凹部と同様に、深さの異なる部分凹部で構成し、冷媒の流れる流路を確保する必要がある。
【００５３】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５４】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第２の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５５】
図１２は、図９に示した燃料ガス流路の第３の変形例を示す説明図である。この変形例は、第１の変形例の凹部ＦＦ２ａと同様の凹部ＦＦ２ｃを、第３の凹部ＦＨではなく、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１および共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏに繋げた構造を示している。なお、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１へ繋げている端部は、共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉに繋げてもよいし、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１および第１の凹部ＦＨｃｍｉの両方にまたがって繋げてもよい。
【００５６】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５７】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第３の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５８】
以上説明したように、領域ＧＡ１，ＧＡ２に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給するための冷媒流路壁を利用した燃料ガス流路の構造は、図９に示した構造に限定されるものではなく、例えば、図１０〜図１２に示した種々の構造とすることが可能である。すなわち、冷媒流路壁を利用した燃料ガス流路の構造は、冷却効率を考慮して形成された冷媒流路壁を利用して、領域ＧＡ１，２に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給することが可能な構造であればよい。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．トンネル構造部の構造：
図１３は、第２実施例における出口側トンネル構造部を示す説明図である。図１３（Ａ）は第２実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏａを拡大して示しており、図１３（Ｂ）は第１実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏを拡大して示している。
【００６０】
図１３（Ｂ）に示すように、第１実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏには、複数の出口側トンネル凹部ＴＦｏ１が凹状の燃料ガス流路として形成されている。これら出口側トンネル凹部ＴＦｏ１は、上述したように、共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏを流れる燃料ガスを出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏへ排出する機能を有している。なお、第１実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉも、拡大図示は省略するが、同様に、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉから共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉへ燃料ガスを供給する機能を有する複数の入口側トンネル凹部ＴＦｉ１を有している。
【００６１】
トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１を流れる燃料ガスは、あらかじめ加湿されることや発電により水（Ｈ２Ｏ）が含まれている。この水が液体の水（以下、「液水」と呼ぶ）としてトンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留すると、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＨｉ１を閉塞し、燃料ガスの流れを阻害してしまうことになる。これにより、燃料電池の発電性能の低下を招くことになる。また、燃料電池の運転停止時に、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留した液水が、氷点下環境において凍結すると、トンネル凹部ＴＦｏ１を閉塞し、燃料ガスの流れを阻害してしまうことになる。通常、運転停止時において、燃料電池セル内に滞留する液水を除去するためにパージを行うが、パージガスの流速が小さい場合や、時間が短い場合等液水を除く力が弱いもしくは不十分な場合には液水が滞留することになる。これにより、その後の運転始動時の始動性の低下や始動ができない、等の影響を招くことになる。上記問題は、液水と燃料ガスの流れる通路が同一であることに起因する。
【００６２】
一方、図１３（Ａ）に示すように、本実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏａは、出口側トンネル凹部ＴＦｏ１を流れる燃料ガスの流れ方向に対して垂直な方向（図の上下方向）が鉛直方向となるように燃料電池セルを配置するものとする。そして、出口側トンネル凹部ＴＦｏ１の隔壁に空隙ＴＭａを設けるとともに、鉛直方向最下端の隔壁の側面に溝ＴＭｂを設けて、燃料ガス流路を略網目状の構造としている。なお、本実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、拡大図示は省略するが、同様に、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１の隔壁に空隙ＴＭａを設けるとともに、鉛直方向最下端の隔壁の側面に溝ＴＭｂを設けて、燃料ガス流路を略網目状の構造としている。
【００６３】
本実施例の構造では、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１を流れる液水を、重力によって、空隙ＴＭａを介して下端へ移動させ、溝ＴＭｂに集めることができる。これにより、燃料ガスを流すトンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留する液水を分離し、燃料ガスの通路を確保することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６４】
Ｂ２．変形例：
図１４は、第２実施例の出口側トンネル構造部の第１の変形例を示す説明図である。図に示すように、第１の変形例のトンネル構造部ＴＷｏｂは、１つの出口側トンネル凹部ＴＦｏ１中に、毛細管現象を発生する毛細管構造ＴＣを有している。これにより、出口側トンネル凹部ＴＦｏのうち、毛細管構造ＴＣを挟んで一方の凹部を燃料ガスの通路として確保し、他方の凹部を液水の通路として確保して、液水と燃料ガスとを分離することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６５】
なお、第２実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、上記第１の変形例の構造と同様に、１つの入口側トンネル凹部ＴＦｉ１中に、毛細管構造ＴＣを有する構造としてもよい。
【００６６】
図１５は、第２実施例の出口側トンネル構造部の第２の変形例を示す説明図である。図に示すように、第２の変形例のトンネル構造部ＴＷｏｃは、１つの出口側トンネル凹部ＴＦｏ１中に、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａと比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂとが交互に配列された多孔体部ＴＰが設けられた構造を有している。水は比較的小さい孔を通り、ガスは比較的大きい孔を通る性質を有しているので、上記構造とすれば、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａを燃料ガスの通路として確保し、比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂを液水の通路として確保して、液水と燃料ガスとを分離することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６７】
なお、第２実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、上記第２の変形例の構造と同様に、１つの入口側トンネル凹部ＴＦｉ１中に、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａと比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂとが交互に配列された多孔体部ＴＰが設けられた構造としてもよい。
【００６８】
以上説明したように、トンネル構造部の構造は、図１３に示した構造に限定されるものではなく、例えば、図１４および図１５に示した種々の構造とすることが可能である。すなわち、トンネル構造部の構造は、燃料ガスと液水とを分離して、燃料ガスの通路を確保することが可能な構造であればよい。
【００６９】
Ｃ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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る。
【００７０】
（１）変形例１：
上記実施例では、アノードセパレータの一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面とする構造を例に説明したが、アノードセパレータもフラットセパレータとし、アノードセパレータと発電体部との間に、一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面として、燃料ガス流路と冷媒流路壁とを表裏一体的に形成したガス流路形成体を配置し、本発明を適用するようにしてもよい。
【００７１】
（２）変形例２：
また、上記実施例および変形例１では、燃料ガス流路形成面の燃料ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造を例に示しているが、酸化ガス流路形成面の酸化ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造に本発明を適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
ＦＵＣ…燃料電池セル
ＳＰＡ…アノードセパレータ
ＳＰＣ…カソードセパレータ
ＰＢ…発電体部
ＰＡ…発電領域
ＭＨ…燃料ガスマニホールド
ＭＯ…酸化ガスマニホールド
ＭＷ…冷媒マニホールド
ＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド
ＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド
ＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド
ＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド
ＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド
ＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド
ＡＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＰＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＣＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＰＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＣＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＰＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＣＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＡＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド孔
ＰＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド孔
ＣＭＨｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＰＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＣＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＡＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＰＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＣＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＷＰ…冷媒流路形成面
ＦＰ…ガス流路形成面
ＷＨｃｍｉ…第１の凸部
ＦＨｃｍｉ…第１の凹部
ＷＨｃｍｏ…第２の凸部
ＦＨｃｍｏ…第２の凹部
ＷＨ…第３の凸部
ＦＨ…第３の凹部
ＷＨ１…第１の部分凸部
ＷＨ２…第２の部分凸部
ＦＨ１…第１の部分凹部
ＦＨ２…第２の部分凹部
ＷＢ…基板部
ＴＷｉ…入口側トンネル構造部
ＴＷｏ…出口側トンネル構造部
ＧＡ１…領域
ＧＡ２…領域
ＰＢ１…膜電極接合体
ＰＢ２…ガス拡散層
ＰＢ３…ガス拡散層
ＰＢ４…多孔体流路部
ＰＢ５…シール部
ＳＷ…シールライン
ＳＨｉ…シールライン
ＳＯｉ…シールライン
ＳＯｏ…シールライン
ＳＨｏ…シールライン
ＨＨｉ…連通孔
ＨＨｏ…連通孔
ＨＯｉ…連通孔
ＨＯｏ…連通孔
ＷＯｉ…酸化ガス流路壁
ＷＯｏ…酸化ガス流路壁
ＷＷｉ…冷媒流路壁
ＷＷｏ…冷媒流路壁
ＷＷ１…冷媒流路壁
ＷＷ２…冷媒流路壁
ＴＷｉａ…入口側トンネル構造部
ＴＷｏａ…出口側トンネル構造部
ＴＷｏｂ…出口側トンネル構造部
ＴＷｏｃ…出口側トンネル構造部
ＴＷｉ１…入口側トンネル凸部
ＴＦｉ１…入口側トンネル凹部
ＴＷｏ１…出口側トンネル凸部
ＴＦｏ１…出口側トンネル凹部
ＦＦ１…凹部
ＦＦ２…凹部
ＦＦ２ａ…凹部
ＦＦ２ｃ…凹部
ＴＣ…毛細管構造
ＴＰ…多孔体部
ＦＨｂ…凹部
ＴＭａ…空隙
ＴＭｂ…溝
ＴＰ…多孔体部
ＴＰａ…多孔体
ＴＰｂ…多孔体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池セルの発電領域に沿って流すガスおよび冷媒の流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。この燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）をセパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）により構成される。ＭＥＡは、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した構成を有している。
【０００３】
カソード側の触媒電極層へ酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）を供給するためのガス流路やアノード側の触媒電極層へ燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）を供給するためのガス流路は、セパレータのガス拡散層側の面に形成された溝や、ガス拡散層とセパレータとの間に別途設けられたガス流路部材により構成される。
【０００４】
図１６は、溝状のガス流路を有するアノード側のセパレータの一例を示す概略構成図である。このセパレータＳＰＡａは、導電性の金属板をプレス成型することにより、一方の面に冷媒の流路を形成し、他方の面にガス流路を形成したものである。図は、冷媒の流路が形成された面を示している。なお、冷媒の流路が形成された面を「冷媒流路形成面」と呼び、ガスの流路が形成された面を「ガス流路形成面」と呼ぶ。なお、以下の説明では、概略矩形形状の長辺に沿った方向を横方向あるいは左右方向とし、短辺に沿った方向を縦方向あるいは上下方向として説明する。
【０００５】
図に示すように、矩形状のセパレータＳＰＡａの上側および下側の端辺に、酸化ガスとしての酸素を含む空気（Ａｉｒ）のマニホールド（「酸化ガスマニホールド」と呼ぶ）を構成する酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯが配置されている。下側の酸化ガスマニホールド孔が入口側の酸化ガスマニホールド（「入口側酸化ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＯｉ（「入口側酸化ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）であり、上側の酸化ガスマニホールド孔が出口側の酸化ガスマニホールド（「出口側酸化ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＯｏ（「出口側酸化ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、各入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉの周囲を覆うようにシールラインＳＯｉが形成されており、各出口側酸化ガスマニホールドＡＭＯｏの周囲を覆うようにシールラインＳＯｏが形成されている。これらシールラインＳＯｉ，ＳＯｏの内側の領域は、このアノード側のセパレータＳＰＡａの上面に積層される隣の燃料電池セルのカソード側のセパレータ（不図示）に形成された連通孔および多孔体部材とともに、隣の燃料電池セルのカソード側の触媒電極層に供給する酸化ガスの流路の領域として機能する。
【０００６】
また、セパレータの左側の端辺の上端部（「左端上端部」と略す）および右側の端辺の下端部（「右端下端部」と略す）に、燃料ガスとしての水素のマニホールド（「燃料ガスマニホールド」と呼ぶ）を構成する燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨが配置され、左端上端部の燃料ガスマニホールド孔が入口側の燃料ガスマニホールド（「入口側燃料ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＨｉ（「入口側燃料ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）であり、右端下端部の燃料ガスマニホールド孔が出口側の燃料ガスマニホールド（「出口側燃料ガスマニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＨｏ（「出口側燃料ガスマニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉを覆うようにシールラインＳＨｉが形成されており、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏを覆うようにシールラインＳＨｏが形成されている。これらシールラインＳＨｉおよびＳＨｏの内側は、反対側の面に形成された燃料ガスの流路とともに、燃料ガスの流路の領域として機能する。そして、これらシールラインＳＨｉ，ＳＨｏの内側には、反対側の面に形成されている燃料ガス流路と、を繋ぐ連通孔ＨＨｉ，ＨＨｏが形成されている。
【０００７】
また、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの上側および入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉの下側には、冷媒のマニホールド（「冷媒マニホールド」と呼ぶ）を構成する冷媒マニホールド孔ＡＭＷが配置されている。出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの上側の冷媒マニホールド孔は、入口側の冷媒マニホールド（「入口側冷媒マニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＷｉ（「入口側冷媒マニホールド孔」とも呼ぶ）であり、入口側燃料ガスマニホールド孔の下側の冷媒マニホールド孔は、出口側の冷媒マニホールド（「出口側冷媒マニホールド（「出口側冷媒マニホールド」とも呼ぶ）を構成するマニホールド孔ＡＭＷｏ（「出口側冷媒マニホールド孔」とも呼ぶ）である。そして、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏまでの領域で、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏを除く領域を囲むように、シールラインＳＷが形成されている。このシールラインＳＷの内側の領域が冷媒の流路の領域として機能する。
【０００８】
ここで、図中ハッチングで示した部分はプレス成型により形成された凸部であり、これらの凸部は反対側の面では凹部となる。なお、ハッチング間隔の違いは段差を示している。冷媒流路形成面ではハッチングの間隔の狭い凸部は広い凸部よりも高さが高い構造となっており、反対側のガス流路形成面ではハッチン部の間隔の狭い部分は広い部分よりも深い凹部構造となる。
【０００９】
シールラインＳＷの内側の領域の上下端部には、左右方向に沿って延びる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏが形成されている。上側の凸部ＷＨｃｍｉと下側の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、上下方向に沿って延びる複数の凸部ＷＨが形成されている。凸部ＷＨは、高さが異なる２つの凸部ＷＨ１，ＷＨ２が、各凸部ＷＨの第１の凸部ＷＨ１同士および第２の凸部同士が左右方向に沿って配列されるように、上下方向に沿って交互に形成されている。これにより、左右方向に沿って並ぶ比較的高い第２の凸部ＷＨ２が冷媒の流路壁として機能し、左右方向に沿って並ぶ比較的低い第１の凸部ＷＨ１および凸部ＷＨの間の基板部ＷＢが、冷媒の流路として機能する。また、基板部ＷＢは、冷媒を上下方向にも流して拡散させる冷媒の流路として機能する。
【００１０】
なお、複数の凸部ＷＨは反対側の面において凹部となり、これら凹部は、膜電極接合体により発電が実行される発電領域に燃料ガスを供給する溝状の複数の流路（以下、「枝流路」とも呼ぶ）として機能する。そして、上下に設けられた凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏも反対側の面において凹部となり、これら凹部は複数の枝流路に燃料ガスを供給し、複数の枝流路から流れ出る燃料ガスを集める流路（以下、「共通流路」とも呼ぶ）として機能する。
【００１１】
そして、反対側の凹部が共通流路となる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏは、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたいで連通孔ＨＨｉ，ＨＨｏに繋げられ、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏで囲まれた燃料ガスの流路の領域に繋がるように、トンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏに繋げられている。これらトンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏは、反対側の面の凹部が、シールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたぐ燃料ガスの流路として機能する複数の凸部で構成されている。
【００１２】
ここで、左右端の凸部ＷＨの外側でトンネル構造部ＴＷｏの上側およびトンネル構造部ＴＷｉの下側の発電領域に対応する領域ＧＡ（図中、一点鎖線で示す）は、シールラインＳＷに囲まれた冷媒流路の領域内にあり、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭｉからの冷媒の流れを規制する流路壁となる凸部ＷＨｃｃｉ、および、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭｏへの冷媒の流れを規制する流路壁となる凸部ＷＨｃｃｏが形成されている。上記したように、これら凸部ＷＨｃｃｉ，ＷＨｃｃｏはプレス成型されているので、この領域ＧＡの反対側の面に、燃料ガスの流路を形成することが困難となる。このため、この領域に対応する発電領域に供給される燃料ガスはガス拡散層中を拡散するガスに依存するのみとなり、この領域での発電性能は他の領域の発電性能に比べて著しく低くなり、ほとんど利用不可な領域となる。従って、このような構造のセパレータを用いた場合には、発電領域の利用効率の点て不十分となる。すなわち、従来の構造では、発電領域の利用効率と冷却効率の双方の両立の点で不十分である、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１４１９７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造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】
【００１５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１６】
［適用例１］
燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第１の領域の内側には、
第１の端辺に沿って形成された第１のガス流路と、
前記第１の端辺に対向する第２の端辺に沿って形成された第２のガス流路と、
前記第１のガス流路と前記第２のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第３のガス流路と、
前記第１の領域の外側で前記第１の端辺に直交する第３の端辺側に形成された第１のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺に対向する第４の端辺側に形成された第２のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第４の端辺に沿って前記第２のガスマニホールド孔と並んで形成された第１の冷媒マニホールド孔と
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺側に前記第１のガスマニホールド孔と並んで形成された第２の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第１のガスマニホールド孔を覆う第１のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第２のガスマニホールド孔を覆う第２のシールラインと、
前記第１のガスマニホールド孔に前記第１のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第１のシールラインをまたぐように形成された第１のトンネル構造部と、
前記第２のガスマニホールド孔に前記第２のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第２のシールラインをまたぐように形成された第２のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第１ないし前記第３のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第１の冷媒マニホールド孔と、前記第２のトンネル構造部と、前記第４の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第１の部分には、前記第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成されており、
前記第２の冷媒マニホールド孔と、前記第１のトンネル構造部と、前記第３の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた前記第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第２の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成されており、
前記第１の冷媒流路壁および前記第２の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、第１の冷媒流路壁および第２の冷媒流路壁をガス流路として利用して、第１の冷媒流路壁および第２の冷媒流路壁が形成されている領域に対応する発電領域の部分に、ガスを供給することができるので、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
［適用例２］
適用例１記載のガス流路形成体であって、
前記第１および第２のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。
このガス流路形成体では、液体の水とガスを分離することができるので、液体の水がトンネル構造部内に滞留してガスの流れを阻害することを防止することが可能である。
【００１８】
［適用例３］
前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする適用例１または適用例２記載のガス流路形成体。
セパレータをガス流路形成体とすれば、燃料電池セルの構成を簡素化することが可能である。
【００１９】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
この燃料電池セルによれば、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
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、冷媒流路形成体、セパレータ、燃料電池セル、燃料電池等の種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例における燃料電池セルＦＵＣの概略平面図である。
【図２】アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰとは反対側の燃料ガスのガス流路形成面ＦＰを冷媒流路形成面ＷＰ側から見た概略平面図である。
【図３】発電体部ＰＢをアノードセパレータＳＰＡ側から見た概略平面図である。
【図４】カソードセパレータＳＰＣを発電体部ＰＢ側から見た概略平面図である。
【図５】図１のＡ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面を示す説明図である。
【図６】図１のＥ１−Ｅ１断面およびＥ２−Ｅ２断面を示す説明図である。
【図７】図１のＦ１−Ｆ１断面およびＦ２−Ｆ２断面を示す説明図である。
【図８】図１のＤ１−Ｄ１断面を示す説明図である。
【図９】図２の領域ＧＡ１に形成される冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２を利用した燃料ガス流路を拡大して示す説明図である。
【図１０】図９に示した燃料ガス流路の第１の変形例を示す説明図である。
【図１１】図９に示した燃料ガス流路の第２の変形例を示す説明図である。
【図１２】図９に示した燃料ガス流路の第３の変形例を示す説明図である。
【図１３】第２実施例における出口側トンネル構造部を示す説明図である。
【図１４】第２実施例の出口側トンネル構造部の第１の変形例を示す説明図である。
【図１５】第２実施例の出口側トンネル構造部の第２の変形例を示す説明図である。
【図１６】溝状のガス流路を有するアノード側のセパレータの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００２３】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池セルの構成：
図１は、第１実施例における燃料電池セルＦＵＣの概略平面図である。この燃料電池セルＦＵＣは、図１に示すように、発電体部ＰＢを発電体部ＰＢのアノード側のセパレータＳＰＡ（以下、「アノードセパレータ」とも呼ぶ）およびカソード側のセパレータＳＰＣ（以下、「カソードセパレータ」とも呼ぶ）で挟持した、平面形状が概略矩形形状の発電モジュールである。なお、図１は、燃料電池セルＦＵＣをアノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰ側から見た状態を示している。図２は、アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰとは反対側の燃料ガスのガス流路形成面ＦＰを冷媒流路形成面ＷＰ側から見た概略平面図である。図３は、発電体部ＰＢをアノードセパレータＳＰＡ側から見た概略平面図である。図４は、カソードセパレータＳＰＣを発電体部ＰＢ側から見た概略平面図である。なお、以下の説明では、概略矩形形状の長辺に沿った方向を横方向あるいは左右方向とし、短辺に沿った方向を縦方向あるいは上下方向として説明する。
【００２４】
燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、図の上側および下側の端辺に沿って、酸化ガスマニホールドＭＯが配置されている。下側の酸化ガスマニホールドＭＯが入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉであり、上側の酸化ガスマニホールドＭＯが出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏである。そして、入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉ、発電体部ＰＢの入口側酸化ガスマニホールド孔ＰＭＯｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＯｉによって構成されている。同様に、出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｏ、発電体部ＰＢの出口側酸化ガスマニホールド孔ＰＭＯｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＯｏによって構成されている。
【００２５】
また、燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、左側上端部および右側下端部に燃料ガスマニホールドＭＨが配置されている。左端上端部の燃料ガスマニホールドＭＨが入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉであり、右側下端部の燃料ガスマニホールドＭＨが出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏである。そして、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉ、発電体部ＰＢの入口側燃料ガスマニホールド孔ＰＭＨｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側燃料ガスマニホールド孔ＣＭＨｉによって構成されている。同様に、出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏ、発電体部ＰＢの出口側燃料ガスマニホールド孔ＰＭＨｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側酸化ガスマニホールド孔ＣＭＨｏによって構成されている。
【００２６】
また、燃料電池セルＦＵＣには、図１に示すように、左側および右側の端辺に沿って、冷媒マニホールドＭＷが配置されている。右側の出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏの上に並ぶ冷媒マニホールドＭＷが入口側冷媒マニホールドＭＷｉであり、左側の入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉの下に並ぶ冷媒マニホールドＭＷが出口側冷媒マニホールドＭＷｏである。そして、入口側冷媒マニホールドＭＷｉは、図１〜図４に示すように、アノードセパレータＳＰＡの入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉ、発電体部ＰＢの入口側冷媒マニホールド孔ＰＭＷｉ、および、カソードセパレータＳＰＣの入口側冷媒マニホールド孔ＣＭＷｉによって構成されている。同様に、出口側冷媒マニホールドＭＷｏは、アノードセパレータＳＰＡの出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏ、発電体部ＰＢの出口側冷媒マニホールド孔ＰＭＷｏ、および、カソードセパレータＳＰＣの出口側冷媒マニホールド孔ＣＭＷｏによって構成されている。
【００２７】
そして、図１に示すように、アノードセパレータＳＰＡの冷媒流路形成面ＷＰには、入口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｉの周囲を全体として覆うようにシールラインＳＯｉが形成されており、出口側酸化ガスマニホールド孔ＡＭＯｏの周囲を全体として覆うようにシールラインＳＯｏが形成されている。また、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉを覆うようにシールラインＳＨｉが形成されており、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏを覆うようにシールラインＳＨｏが形成されている。また、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏまでの領域で、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏで囲まれた領域を除く領域を囲むように、シールラインＳＷが形成されている。これらシールラインＳＯｉ，ＳＯｏ，ＳＨｉ，ＳＨｏ，ＳＷは、後述するように、上面に積層される他の燃料電池セルのカソードセパレータＳＰＣに接触して、各シールラインで囲まれた領域内をシールし、各マニホールドを流れる流体の流路の領域の一部として機能する。ただし、シールラインＳＯｉ，ＳＯｏで囲まれた領域は、自身の燃料電池セルではなく、上層の燃料電池セルＦＵＣの酸化ガス流路の一部となる。
【００２８】
アノードセパレータＳＰＡは、導電性の金属板をプレス成型することにより、図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰに形成された凸部（図中ハッチングで示した部分）が、冷媒の流路壁となって、冷媒流路が構成される。また、図２に示すように、表裏一体的にガス流路形成面ＦＰに形成された凹部（図中ハッチングで示した部分）が、燃料ガス流路となる。なお、このアノードセパレータＳＰＡは、カーボン等の導電性材料を用いて成型するようにしてもよい。
【００２９】
発電体部ＰＢは、図３に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）ＰＢ１のアノード側およびカソード側の面にガス拡散層（ＧＤＬ）ＰＢ２，ＰＢ３を配置し、さらに、カソード側のガス拡散層ＰＢ３の面に多孔体流路部ＰＢ４を配置して構成される発電体を、シール部ＰＢ５で覆った構造を有している。なお、ガス拡散層ＰＢ２，ＰＢ３内の領域が有効な発電領域ＰＡとして機能する。そして、図１ないし図４には、この発電領域ＰＡに対応する領域の外形が略矩形形状の破線で示されている。なお、各マニホールド孔ＰＭＯｉ，ＰＭＯｏ，ＰＭＨｉ，ＰＭＨｏ，ＰＭＷｉ，ＰＭＷｏはシール部ＰＢ５内、すなわち、発電領域ＰＡの端辺の外側に形成されている。
【００３０】
カソードセパレータＳＰＣは、図４に示すように、連通孔ＨＯｉ，ＨＯｏを有する導電性のフラットな金属板である。これら連通孔ＨＯｉ，ＨＯｏは、下層の燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡに形成されたシールラインＳＯｉ，ＳＯｏで囲まれた領域に対応する領域（図中一点鎖線の枠で示す）内、かつ、発電領域ＰＡに対応する領域（破線の枠で示す）内で、発電領域ＰＡに対応する領域の上下方向の端辺に沿って形成されている。なお、カソードセパレータＳＰＣは、カーボン等の導電性材料を用いて成型するようにしてもよい。
【００３１】
図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉおよび出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏの横側には、横方向に沿って延びる凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏが形成されている。そして、これら凸部ＷＨｃｍｉ，ＷＨｃｍｏは、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて凹部ＦＨｃｍｉ，ＦＨｃｍｏとなり、共通流路として機能する燃料ガス流路を構成する。
【００３２】
そして、入口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｉと第１の凸部ＷＨｃｍｉとの間には、シールラインＳＨｉの内側に連通孔ＨＨｉが形成されており、この連通孔ＨＨｉと第１の凸部ＷＨｃｍｉに対応する第１の凹部ＦＨｃｍｉを繋ぐように入口側トンネル構造部ＴＷｉが形成されている。同様に、出口側燃料ガスマニホールド孔ＡＭＨｏと第２の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、シールラインＳＨｏの内側に連通孔ＨＨｏが形成されており、この連通孔ＨＨｏと第２の凸部ＷＨｃｍｏに対応する第２の凹部ＦＨｃｍｏを繋ぐように出口側トンネル構造部ＴＷｏが形成されている。これらトンネル構造部ＴＷｉ，ＴＷｏには、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、それぞれ複数のトンネル凸部ＴＷｉ１，ＴＷｏ１がシールラインＳＨｉ，ＳＨｏをまたぐように形成されており、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて燃料ガス流路として機能する複数のトンネル凹部ＴＦｉ１，ＴＦｏ１となる。
【００３３】
図５は、図１のＡ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面を示す説明図である。この図は、説明を容易にするため、１つの燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡに接する上層の燃料電池セルＦＵＣのカソードセパレータＳＰＣおよびカソードセパレータＳＰＣに接する下層の燃料電池セルＦＵＣのアノードセパレータＳＰＡを含めて示している。なお、以下に示す断面図においても同様である。
【００３４】
図に示すように、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉを流れる燃料ガス（Ｈ２）は、シールラインＳＨｉで囲まれた領域の連通孔ＨＨｉから入口側トンネル構造部ＴＷｉの複数の入口側トンネル凹部ＴＦｉ１を介して、共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉに供給される。
【００３５】
図示は省略するが、図１のＢ１−Ｂ１断面およびＢ２−Ｂ２断面も、Ａ１−Ａ１断面およびＡ２−Ａ２断面と同様の構造を有している。そして、共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏを流れる燃料ガスは、出口側トンネル構造部ＴＷｏの複数の出口側トンネル凹部ＴＦｏ１から連通孔ＨＨｏを介してシールラインＳＨｏで囲まれた領域へ排出され、出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏへ排出される。
【００３６】
また、図１に示すように、上側の第１の凸部ＷＨｃｍｉと下側の第２の凸部ＷＨｃｍｏとの間には、縦方向に沿って延びる複数の第３の凸部ＷＨが第１の凸部ＷＨｃｍｉと第２の凸部ＷＨｃｍｏに繋がるように形成されている。これら複数の第３の凸部ＷＨは、図２のガス流路形成面ＦＰにおいて第３の凹部ＦＨとなり、枝流路として機能する燃料ガス流路を構成する。
【００３７】
図６は、図１のＥ１−Ｅ１断面およびＥ２−Ｅ２断面を示す説明図である。共通流路として機能する第１の凹部ＦＨｃｍｉを流れる燃料ガスは、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨを介して、共通流路として機能する第２の凹部ＦＨｃｍｏへ流れる。なお、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨを流れる燃料ガスは、ガス拡散層ＰＢ２中を拡散して膜電極接合体ＰＢ１のアノード側の触媒電極層（不図示）に供給される。
【００３８】
なお、第３の凹部ＦＨは、図２および図６に示すように、比較的浅い第１の部分凹部ＦＨ１（図２において狭い間隔のハッチングで示す）および比較的深い第２の部分凹部ＦＨ２（図２において広い間隔のハッチングで示す）が交互に配列された構成となっている。なお、第３の凹部ＦＨの深さの違いは、燃料ガス流路としては特に意味がなく、以下で説明するように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、縦方向に燃料ガスを流す枝流路としての第３の凹部ＦＨの構造と、横方向に冷媒を流すための冷媒流路壁の構造と、を表裏一体的に実現するためのものである。
【００３９】
図７は、図１のＦ１−Ｆ１断面およびＦ２−Ｆ２断面を示す説明図である。第１の部分凹部ＦＨ１および第２の部分凹部ＦＨ２は、図１に示す冷媒流路形成面ＷＰにおいて、第３の凸部ＷＨを構成する比較的低い第１の部分凸部ＷＨ１（図１において広い間隔のハッチングで示す）および比較的高い第２の部分凸部ＷＨ２（図１において狭い間隔のハッチングで示す）となる。そして、図１および図７に示すように、各第３の凸部ＷＨには、それぞれの第１の部分凸部ＷＨ１同士および第２の部分凸部同士が横方向に沿って配列されるように、第１の部分凸部ＷＨ１および第２の部分凸部ＷＨ２が縦方向に沿って交互に配列されている。これにより、横方向に沿って並ぶ比較的高い第２の部分凸部ＷＨ２は、上層のカソードセパレータＳＰＣに接することになり、冷媒を横方向に流すための冷媒流路壁を構成する。また、横方向に沿って並ぶ比較的低い第１の部分凸部ＷＨ１および第３の凸部ＷＨの間の基板部ＷＢが、冷媒を横方向に流す冷媒流路を構成する。また、基板部ＷＢは、冷媒を縦方向に流して拡散させる冷媒流路を構成する。
【００４０】
図８は、図１のＤ１−Ｄ１断面を示す説明図である。図８に示すように、入口側酸化ガスマニホールドＭＯｉを流れる酸化ガス（Ａｉｒ、厳密にはＯ２）は、アノードセパレータＳＰＡに形成されたシールラインＳＯｉで囲まれた入口側の酸化ガス流路の領域を介して、上層の燃料電池セルＦＵＣのカソードセパレータＳＰＣの下側の連通孔ＨＯｉへ導かれる。下側の連通孔ＨＯｉは、酸化ガスを多孔体流路部ＰＢ４に供給するための酸化ガス供給側連通路として機能する。多孔体流路部ＰＢ４に供給された酸化ガスは、出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏの方向へ向かって、多孔体流路部ＰＢ４中を拡散しつつ流れ、ガス拡散層ＰＢ３中を拡散して膜電極接合体ＰＢ１のカソード側の触媒電極層（不図示）に供給される。
【００４１】
図示は省略するが、図１のＣ１−Ｃ１断面もＤ１−Ｄ１断面と同様の構造を有している。そして、多孔体流路部ＰＢ４およびガス拡散層ＰＢ３を流れた酸化ガスは、カソードセパレータＳＰＣの上側の連通孔ＨＯｏへ導かれる。上側の連通孔ＨＯｏは、酸化ガスを多孔体流路部ＰＢ４から、シールラインＳＯｏで囲まれた出口側の酸化ガス流路の領域の酸化ガス流路壁ＷＯｏで挟まれた酸化ガス流路を介して出口側酸化ガスマニホールドＭＯｏへ排出する機能を有している。
【００４２】
図１に示すように、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、シールラインＳＷに囲まれた冷媒流路の領域内で、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉと右端の第３の凸部ＷＨとの間の発電領域ＰＡに対応する領域には、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉから冷媒流路領域としてのシールラインＳＷに囲まれた領域内に流れ出る冷媒を、第３の凸部ＷＨの第１の部分凸部ＷＨ１および基板部ＷＢによって構成される冷媒流路の方向へ向くように、斜め方向に沿った凸状の冷媒流路壁ＷＷ１（発明の第１の冷媒流路壁に相当する）が形成されている。同様に、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏと、左端の第３の凸部ＷＨとの間の発電領域ＰＡに対応する領域にも、第３の凸部ＷＨの第１の部分凸部ＷＨ１および基板部ＷＢによって構成される冷媒流路を流れた冷媒が、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏの方向へ向くように、斜め方向に沿った冷媒流路壁ＷＷ２が形成されている。また、これら冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２は、図２に示すように、ガス流路形成面ＦＰにおいて対応する凹部ＦＦ１，ＦＦ２が凹部ＦＨに繋がるように形成されている。
【００４３】
本実施例の特徴は、以下で説明するように、冷媒流路形成面ＷＰの冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２およびこれら冷媒流路壁ＷＷ１，ＷＷ２によって構成されたガス流路形成面ＦＰのガス流路として機能する凹部ＦＦ１，ＦＦ２の構造にある。
【００４４】
図９は、図２の領域ＧＡ１に形成される冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２を利用した燃料ガス流路を拡大して示す説明図である。なお、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨは、図２に示すように、厳密には第１の部分凹部ＦＨ１と第２の部分凹部ＦＨ２で構成されるが、説明上特に区分する必要がないので、省略して示されている。領域ＧＡ１は、出口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｏと、入口側トンネル構造部ＴＷｉと、左端の第３の凸部ＷＨに対応する第３の凹部ＦＨと、に囲まれた領域である。
【００４５】
図９に示すように、冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２は、枝流路として機能する第３の凹部ＦＨに繋げられている。これにより、第３の凹部を流れる燃料ガスは、凹部ＦＦ２に流れ込み、領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給することができ、発電領域の利用効率を向上させることができる。また、この凹部ＦＦ２は、冷媒流路壁ＷＷ２をそのまま利用しているので、効率的な冷却のための冷媒の流れを維持することができる。従って、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能である。
【００４６】
また、図示は省略するが、領域ＧＡ２の冷媒流路壁ＷＷ１に対応する凹部ＦＦ１も、領域ＧＡ１の冷媒流路壁ＷＷ２に対応する凹部ＦＦ２と同様であり、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能である。なお、領域ＧＡ２は、入口側冷媒マニホールド孔ＡＭＷｉと、出口側トンネル構造部ＴＷｏと、右端の第３の凸部ＷＨに対応する第３の凹部ＦＨと、に囲まれた領域である。
【００４７】
以上説明したように、本実施例では、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００４８】
なお、本実施例において、領域ＧＡ１が発明の第１の部分に対応し、領域ＧＡ２が発明の第２の部分に対応する。また、領域ＧＡ１に形成された冷媒流路壁ＷＷ１が第１の冷媒流路壁に対応し、領域ＧＡ２に形成された冷媒流路壁ＷＷ２が第２の冷媒流路壁に対応する。また、第１の凹部ＦＨｃｍｉ、第２の凹部ＦＨｃｍｏ、および、第３の凹部ＦＨが、第１ないし第３のガス流路に対応する。また、シールラインＳＯｉが第１のシールラインに対応し、シールラインＳＯｏが第２のシールラインに対応する。また、入口側トンネル構造部ＴＷｉが第１のトンネル構造部に対応し、出口側トンネル構造部ＴＷｏが第２のトンネル構造部に対応する。
【００４９】
Ａ２．変形例：
図１０は、図９に示した燃料ガス流路の第１の変形例を示す説明図である。図９に示した領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給する燃料ガス流路は、一方の端部が枝流路として機能する第３の凹部ＦＨに繋げられ、他方の端部が閉塞された複数の凹部ＦＦ２で構成されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、領域ＧＡ１に対応する発電領域ＰＡの領域を蛇行して形成され、両端が第３の凹部ＦＨに繋げられた凹部ＦＦ２ａで構成するようにしてもよい。なお、この構成の場合には、図中クロスハッチングで示した部分の深さは他の部分の深さよりも浅い構造、すなわち、冷媒流路形成面ＷＰにおいて、他の部分よりも壁面の高さが低い構造として、冷媒の流れる流路を確保する必要がある。
【００５０】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５１】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第１の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５２】
図１１は、図９に示した燃料ガス流路の第２の変形例を示す説明図である。この変形例は、第３の凹部ＦＨに沿って領域ＧＡ１に凹部ＦＨｂを形成し、この凹部ＦＨｂに冷媒流路壁ＷＷ２に対応する複数の凹部ＦＦ２を繋ぐ構造を示している。凹部ＦＨｂは、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１と共通流路として機能する第２の凹部ＦＨｃｍｉに繋げられている。なお、凹部ＦＨｂの接続先は、共通流路として機能する凹部でもよいしトンネル凹部でもよく、両方にまたがって繋げられていてもよい。また、凹部ＦＨｂも第３の凹部と同様に、深さの異なる部分凹部で構成し、冷媒の流れる流路を確保する必要がある。
【００５３】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５４】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第２の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５５】
図１２は、図９に示した燃料ガス流路の第３の変形例を示す説明図である。この変形例は、第１の変形例の凹部ＦＦ２ａと同様の凹部ＦＦ２ｃを、第３の凹部ＦＨではなく、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１および共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏに繋げた構造を示している。なお、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１へ繋げている端部は、共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉに繋げてもよいし、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１および第１の凹部ＦＨｃｍｉの両方にまたがって繋げてもよい。
【００５６】
この構成においても、冷媒による冷却効率を維持しつつ、発電領域の利用効率を向上させることが可能であり、従来技術において課題とされていた、冷却効率と発電領域の利用効率の双方を両立可能に、冷媒流路およびガス流路が表裏一体的に形成された構造を実現することが可能である。
【００５７】
なお、図示は省略するが、領域ＧＡ２においても第３の変形例と同様の構成とすることが可能である。
【００５８】
以上説明したように、領域ＧＡ１，ＧＡ２に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給するための冷媒流路壁を利用した燃料ガス流路の構造は、図９に示した構造に限定されるものではなく、例えば、図１０〜図１２に示した種々の構造とすることが可能である。すなわち、冷媒流路壁を利用した燃料ガス流路の構造は、冷却効率を考慮して形成された冷媒流路壁を利用して、領域ＧＡ１，２に対応する発電領域ＰＡの領域に燃料ガスを供給することが可能な構造であればよい。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．トンネル構造部の構造：
図１３は、第２実施例における出口側トンネル構造部を示す説明図である。図１３（Ａ）は第２実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏａを拡大して示しており、図１３（Ｂ）は第１実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏを拡大して示している。
【００６０】
図１３（Ｂ）に示すように、第１実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏには、複数の出口側トンネル凹部ＴＦｏ１が凹状の燃料ガス流路として形成されている。これら出口側トンネル凹部ＴＦｏ１は、上述したように、共通流路としての第２の凹部ＦＨｃｍｏを流れる燃料ガスを出口側燃料ガスマニホールドＭＨｏへ排出する機能を有している。なお、第１実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉも、拡大図示は省略するが、同様に、入口側燃料ガスマニホールドＭＨｉから共通流路としての第１の凹部ＦＨｃｍｉへ燃料ガスを供給する機能を有する複数の入口側トンネル凹部ＴＦｉ１を有している。
【００６１】
トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１を流れる燃料ガスは、あらかじめ加湿されることや発電により水（Ｈ２Ｏ）が含まれている。この水が液体の水（以下、「液水」と呼ぶ）としてトンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留すると、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＨｉ１を閉塞し、燃料ガスの流れを阻害してしまうことになる。これにより、燃料電池の発電性能の低下を招くことになる。また、燃料電池の運転停止時に、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留した液水が、氷点下環境において凍結すると、トンネル凹部ＴＦｏ１を閉塞し、燃料ガスの流れを阻害してしまうことになる。通常、運転停止時において、燃料電池セル内に滞留する液水を除去するためにパージを行うが、パージガスの流速が小さい場合や、時間が短い場合等液水を除く力が弱いもしくは不十分な場合には液水が滞留することになる。これにより、その後の運転始動時の始動性の低下や始動ができない、等の影響を招くことになる。上記問題は、液水と燃料ガスの流れる通路が同一であることに起因する。
【００６２】
一方、図１３（Ａ）に示すように、本実施例の出口側トンネル構造部ＴＷｏａは、出口側トンネル凹部ＴＦｏ１を流れる燃料ガスの流れ方向に対して垂直な方向（図の上下方向）が鉛直方向となるように燃料電池セルを配置するものとする。そして、出口側トンネル凹部ＴＦｏ１の隔壁に空隙ＴＭａを設けるとともに、鉛直方向最下端の隔壁の側面に溝ＴＭｂを設けて、燃料ガス流路を略網目状の構造としている。なお、本実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、拡大図示は省略するが、同様に、入口側トンネル凹部ＴＦｉ１の隔壁に空隙ＴＭａを設けるとともに、鉛直方向最下端の隔壁の側面に溝ＴＭｂを設けて、燃料ガス流路を略網目状の構造としている。
【００６３】
本実施例の構造では、トンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１を流れる液水を、重力によって、空隙ＴＭａを介して下端へ移動させ、溝ＴＭｂに集めることができる。これにより、燃料ガスを流すトンネル凹部ＴＦｏ１，ＴＦｉ１に滞留する液水を分離し、燃料ガスの通路を確保することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６４】
Ｂ２．変形例：
図１４は、第２実施例の出口側トンネル構造部の第１の変形例を示す説明図である。図に示すように、第１の変形例のトンネル構造部ＴＷｏｂは、１つの出口側トンネル凹部ＴＦｏ１中に、毛細管現象を発生する毛細管構造ＴＣを有している。これにより、出口側トンネル凹部ＴＦｏのうち、毛細管構造ＴＣを挟んで一方の凹部を燃料ガスの通路として確保し、他方の凹部を液水の通路として確保して、液水と燃料ガスとを分離することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６５】
なお、第２実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、上記第１の変形例の構造と同様に、１つの入口側トンネル凹部ＴＦｉ１中に、毛細管構造ＴＣを有する構造としてもよい。
【００６６】
図１５は、第２実施例の出口側トンネル構造部の第２の変形例を示す説明図である。図に示すように、第２の変形例のトンネル構造部ＴＷｏｃは、１つの出口側トンネル凹部ＴＦｏ１中に、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａと比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂとが交互に配列された多孔体部ＴＰが設けられた構造を有している。水は比較的小さい孔を通り、ガスは比較的大きい孔を通る性質を有しているので、上記構造とすれば、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａを燃料ガスの通路として確保し、比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂを液水の通路として確保して、液水と燃料ガスとを分離することが可能であり、燃料ガスの流れを阻害してしまうことを抑制することができる。
【００６７】
なお、第２実施例の入口側トンネル構造部ＴＷｉａも、上記第２の変形例の構造と同様に、１つの入口側トンネル凹部ＴＦｉ１中に、比較的孔径の大きい多孔体ＴＰａと比較的孔径の小さい多孔体ＴＰｂとが交互に配列された多孔体部ＴＰが設けられた構造としてもよい。
【００６８】
以上説明したように、トンネル構造部の構造は、図１３に示した構造に限定されるものではなく、例えば、図１４および図１５に示した種々の構造とすることが可能である。すなわち、トンネル構造部の構造は、燃料ガスと液水とを分離して、燃料ガスの通路を確保することが可能な構造であればよい。
【００６９】
Ｃ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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る。
【００７０】
（１）変形例１：
上記実施例では、アノードセパレータの一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面とする構造を例に説明したが、アノードセパレータもフラットセパレータとし、アノードセパレータと発電体部との間に、一方の面を燃料ガス流路形成面とし他方の面を冷媒流路形成面として、燃料ガス流路と冷媒流路壁とを表裏一体的に形成したガス流路形成体を配置し、本発明を適用するようにしてもよい。
【００７１】
（２）変形例２：
また、上記実施例および変形例１では、燃料ガス流路形成面の燃料ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造を例に示しているが、酸化ガス流路形成面の酸化ガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路壁とを表裏一体的に形成した構造に本発明を適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
ＦＵＣ…燃料電池セル
ＳＰＡ…アノードセパレータ
ＳＰＣ…カソードセパレータ
ＰＢ…発電体部
ＰＡ…発電領域
ＭＨ…燃料ガスマニホールド
ＭＯ…酸化ガスマニホールド
ＭＷ…冷媒マニホールド
ＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド
ＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド
ＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド
ＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド
ＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド
ＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド
ＡＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＰＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＣＭＯｉ…入口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＰＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＣＭＯｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＰＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＣＭＨｉ…入口側燃料ガスマニホールド孔
ＡＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド孔
ＰＭＨｏ…出口側燃料ガスマニホールド孔
ＣＭＨｏ…出口側酸化ガスマニホールド孔
ＡＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＰＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＣＭＷｉ…入口側冷媒マニホールド孔
ＡＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＰＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＣＭＷｏ…出口側冷媒マニホールド孔
ＷＰ…冷媒流路形成面
ＦＰ…ガス流路形成面
ＷＨｃｍｉ…第１の凸部
ＦＨｃｍｉ…第１の凹部
ＷＨｃｍｏ…第２の凸部
ＦＨｃｍｏ…第２の凹部
ＷＨ…第３の凸部
ＦＨ…第３の凹部
ＷＨ１…第１の部分凸部
ＷＨ２…第２の部分凸部
ＦＨ１…第１の部分凹部
ＦＨ２…第２の部分凹部
ＷＢ…基板部
ＴＷｉ…入口側トンネル構造部
ＴＷｏ…出口側トンネル構造部
ＧＡ１…領域
ＧＡ２…領域
ＰＢ１…膜電極接合体
ＰＢ２…ガス拡散層
ＰＢ３…ガス拡散層
ＰＢ４…多孔体流路部
ＰＢ５…シール部
ＳＷ…シールライン
ＳＨｉ…シールライン
ＳＯｉ…シールライン
ＳＯｏ…シールライン
ＳＨｏ…シールライン
ＨＨｉ…連通孔
ＨＨｏ…連通孔
ＨＯｉ…連通孔
ＨＯｏ…連通孔
ＷＯｉ…酸化ガス流路壁
ＷＯｏ…酸化ガス流路壁
ＷＷｉ…冷媒流路壁
ＷＷｏ…冷媒流路壁
ＷＷ１…冷媒流路壁
ＷＷ２…冷媒流路壁
ＴＷｉａ…入口側トンネル構造部
ＴＷｏａ…出口側トンネル構造部
ＴＷｏｂ…出口側トンネル構造部
ＴＷｏｃ…出口側トンネル構造部
ＴＷｉ１…入口側トンネル凸部
ＴＦｉ１…入口側トンネル凹部
ＴＷｏ１…出口側トンネル凸部
ＴＦｏ１…出口側トンネル凹部
ＦＦ１…凹部
ＦＦ２…凹部
ＦＦ２ａ…凹部
ＦＦ２ｃ…凹部
ＴＣ…毛細管構造
ＴＰ…多孔体部
ＦＨｂ…凹部
ＴＭａ…空隙
ＴＭｂ…溝
ＴＰ…多孔体部
ＴＰａ…多孔体
ＴＰｂ…多孔体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第１の領域の内側には、
第１の端辺に沿って形成された第１のガス流路と、
前記第１の端辺に対向する第２の端辺に沿って形成された第２のガス流路と、
前記第１のガス流路と前記第２のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第３のガス流路と、
前記第１の領域の外側で前記第１の端辺に直交する第３の端辺側に形成された第１のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺に対向する第４の端辺側に形成された第２のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第４の端辺に沿って前記第２のガスマニホールド孔と並んで形成された第１の冷媒マニホールド孔と
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺側に前記第１のガスマニホールド孔と並んで形成された第２の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第１のガスマニホールド孔を覆う第１のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第２のガスマニホールド孔を覆う第２のシールラインと、
前記第１のガスマニホールド孔に前記第１のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第１のシールラインをまたぐように形成された第１のトンネル構造部と、
前記第２のガスマニホールド孔に前記第２のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第２のシールラインをまたぐように形成された第２のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第１ないし前記第３のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第１の冷媒マニホールド孔と、前記第２のトンネル構造部と、前記第４の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第１の部分には、前記第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成されており、
前記第２の冷媒マニホールド孔と、前記第１のトンネル構造部と、前記第３の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた前記第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第２の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成されており、
前記第１の冷媒流路壁および前記第２の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。
【請求項２】
請求項１記載のガス流路形成体であって、
前記第１および第２のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。
【請求項３】
前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス流路形成体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
【請求項１】
燃料電池セルに用いられ、ガス流路形成面の溝状のガス流路と冷媒流路形成面の冷媒流路とが表裏一体的に形成された構造を有するガス流路形成体であって、
前記燃料電池セルの略矩形状の発電領域に対応する前記ガス流路形成面の第１の領域の内側には、
第１の端辺に沿って形成された第１のガス流路と、
前記第１の端辺に対向する第２の端辺に沿って形成された第２のガス流路と、
前記第１のガス流路と前記第２のガス流路との間を繋ぐように形成された複数の第３のガス流路と、
前記第１の領域の外側で前記第１の端辺に直交する第３の端辺側に形成された第１のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺に対向する第４の端辺側に形成された第２のガスマニホールド孔と、
前記第１の領域の外側で前記第４の端辺に沿って前記第２のガスマニホールド孔と並んで形成された第１の冷媒マニホールド孔と
前記第１の領域の外側で前記第３の端辺側に前記第１のガスマニホールド孔と並んで形成された第２の冷媒マニホールド孔と、
前記冷媒流路形成面において前記第１のガスマニホールド孔を覆う第１のシールラインと、
前記冷媒流路形成面において前記第２のガスマニホールド孔を覆う第２のシールラインと、
前記第１のガスマニホールド孔に前記第１のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第１のシールラインをまたぐように形成された第１のトンネル構造部と、
前記第２のガスマニホールド孔に前記第２のガス流路を繋げるために、前記冷媒流路形成面において前記第２のシールラインをまたぐように形成された第２のトンネル構造部と、
を備えており、
前記第１ないし前記第３のガス流路により、前記冷媒流路形成面側に形成される凹凸は、前記冷媒流路を形成しており、
前記第１の冷媒マニホールド孔と、前記第２のトンネル構造部と、前記第４の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第１の部分には、前記第１の冷媒マニホールド孔からの冷媒の流れが前記冷媒流路方向に向くように規制する第１の冷媒流路壁が形成されており、
前記第２の冷媒マニホールド孔と、前記第１のトンネル構造部と、前記第３の端辺に最も近い前記第３のガス流路と、で囲まれた前記第１の領域の部分に対応する前記冷媒流路形成面の第２の部分には、前記冷媒流路からの冷媒の流れが前記第２の冷媒マニホールド孔の方向に向くように規制する第２の冷媒流路壁が形成されており、
前記第１の冷媒流路壁および前記第２の冷媒流路壁により形成される前記ガス流路形成面側の凹凸は、前記第１ないし第３のガス流路のいずれかに繋げられている、
ことを特徴とするガス流路形成体。
【請求項２】
請求項１記載のガス流路形成体であって、
前記第１および第２のトンネル構造部の少なくとも一方は、液水とガスを分離する分離構造を有することを特徴とするガス流路形成体。
【請求項３】
前記ガス流路形成体は、前記燃料電池セルに用いられるセパレータであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス流路形成体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガス流路形成体を備える燃料電池セル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１６９１１０（Ｐ２０１２−１６９１１０Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４１４（Ｐ２０１１−２８４１４）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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