燃料電池
【課題】加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成した燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、発電モジュールと、第１，２のセパレータと、第１のセパレータとの間に第１のセパレータ側で使用される反応ガス用流路と発電モジュールの第１のセパレータ側の端部とを連通する内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、第１のセパレータとの間に第２のセパレータ側で使用される反応ガス用流路と発電モジュールの第２のセパレータ側の端部とを連通する内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、を備える。第１の内部流路形成部材の端部は第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面に接触している。
【解決手段】燃料電池は、発電モジュールと、第１，２のセパレータと、第１のセパレータとの間に第１のセパレータ側で使用される反応ガス用流路と発電モジュールの第１のセパレータ側の端部とを連通する内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、第１のセパレータとの間に第２のセパレータ側で使用される反応ガス用流路と発電モジュールの第２のセパレータ側の端部とを連通する内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、を備える。第１の内部流路形成部材の端部は第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面に接触している。
【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る。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが設けられ他方の面にカソードが設けられた構成の膜電極接合体を含む発電モジュールとセパレータとが交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
【０００３】
燃料電池に供給された反応ガスはマニホールドを介して膜電極接合体に導かれ、膜電極接合体において利用されなかった反応ガスはマニホールドへと排出される。反応ガスのマニホールドから膜電極接合体への導入部分や膜電極接合体からマニホールドへの導出部分（以下、まとめて「反応ガス導出入部」とも呼ぶ）は、反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立が要求される。
【０００４】
金属製セパレータにおけるマニホールド用の開口が形成される部分を折り返し、折り返し部分にマニホールドと内部ガス流路空間とを連通する連通孔を設けることにより形成された反応ガス導出入部の構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術では、内部ガス流路空間における発電モジュールの面方向に沿った端部の位置に接着剤や熱可塑性樹脂といったシール材が配置され、シール材によって両極間における反応ガスの漏洩が防止される。そのため、シール材が不足している場合には、ガスシール性が確保されず反応ガスが漏洩するおそれがある一方、シール材が過剰である場合には、余剰のシール材が内部ガス流路空間に進入し、流路が閉塞されたり圧力損失の増加やばらつきが発生したりするおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成した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】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面に接触している、燃料電池。
【００１０】
この燃料電池では、第１の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第１のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第１のセパレータ側における端部とを連通する第１の内部流路空間が形成され、第２の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第２のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第２のセパレータ側における端部とを連通する第２の内部流路空間が形成される。また、シール部材によって、第１の内部流路形成部材および第２の内部流路形成部材と第２のセパレータとの間がシールされる。また、第１の内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面に接触している。そのため、この燃料電池では、第１の内部流路形成部材と第１のセパレータ側の拡散層との接触部分により、反応ガスの漏洩が抑制されてガスシール性が向上すると共に、第１の内部流路空間へのシール部材の進入が抑制され、第１の内部流路空間の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。そのため、この燃料電池では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【００１２】
この燃料電池では、折り返し部分が第２のセパレータ側に移動することを抑制することによって短絡を確実に抑制しつつ、別部品で第１，２の内部流路空間を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００１３】
［適用例３］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、前記一対の拡散層のそれぞれの外側に積層された一対の多孔体流路層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面と、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している、燃料電池。
【００１４】
この燃料電池では、第１の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第１のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第１のセパレータ側における端部とを連通する第１の内部流路空間が形成され、第２の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第２のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第２のセパレータ側における端部とを連通する第２の内部流路空間が形成される。また、シール部材によって、第１の内部流路形成部材および第２の内部流路形成部材と第２のセパレータとの間がシールされる。また、第１の内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が、第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面と、第１のセパレータ側の多孔体流路層の第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している。そのため、この燃料電池では、第１の内部流路形成部材と第１のセパレータ側の拡散層または第１のセパレータ側の多孔体流路層との接触部分により、ガスシール性を確保するために不足のないようにシール部材を充填してもシール部材が第１の内部流路空間の内部に進入することが抑制されるため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００１５】
［適用例４］適用例３に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【００１６】
この燃料電池では、別部品で第１，２の内部流路空間を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００１７】
［適用例５］適用例３または適用例４に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面に接触しており、
前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層における、前記拡散層の前記面方向に沿った外側端部に対応する位置から、前記第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分の前記面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている、燃料電池。
【００１８】
この燃料電池では、第１のセパレータ側の多孔体流路層における第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分におけるガスシール性を高めることができると共に、シール部材が第１のセパレータ側の多孔体流路層の内部を通って第１の内部流路空間に進入することが抑制されるため、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立をより確実に達成することができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。
【図３】単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。
【図４】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図５】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図６】カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【図７】第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。
【図９】カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。
【図１０】第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２２】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
【００２３】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００２４】
さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。
【００２５】
図２は、燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。単セル１４０は、後述するように、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含む発電モジュールを、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。
【００２６】
燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向（すなわち発電モジュールの面方向に略垂直な方向）に伸びる形状の反応ガス流路である。燃料電池１００の内部には、さらに、冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４と、が形成されている。
【００２７】
図３は、単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。図３（ａ）には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図３（ｂ）には、単セル１４０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図４および図５は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００２８】
図４および図５に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を挟持する一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）と、を有している。発電モジュール２００は、カソード側多孔体流路層２３０と、カソード側拡散層２１７と、膜電極接合体２１０と、アノード側拡散層２１６と、アノード側多孔体流路層２２０と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の側に配置（塗布）されたカソード２１５と、電解質膜２１２の他方の側に配置（塗布）されたアノード２１４と、から構成されている。図２には、単セル１４０の平面における発電モジュール２００の位置をハッチングにより示している。
【００２９】
電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード２１５およびアノード２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体（例えばエキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、反応ガスが流動する流路として機能する。
【００３０】
なお、以下の説明では、発電モジュール２００の各層を積層する方向を単に「積層方向」と呼ぶものとし、発電モジュール２００の面方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を単に「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に最も近い発電モジュール２００の各層の外周辺に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｙ方向に略垂直な面方向をＸ方向と呼ぶものとする（図３ないし図５参照）。
【００３１】
図４および図５に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０のＸ方向に沿った長さは、発電モジュール２００を構成する他の層（アノード２１４やカソード２１５、カソード側拡散層２１７、カソード側多孔体流路層２３０）の長さより長い。すなわち、燃料電池１００の積層方向から発電モジュール２００を見ると、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０は、他の層よりＸ方向に突出している。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における電解質膜２１２とアノード２１４およびカソード２１５の位置をハッチングにより示している。
【００３２】
カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ３２０には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１が形成されていると共に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されている。
【００３３】
図６は、カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。図４および図６に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接した位置には、折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２は、後に詳述するように、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２１の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向（アノード側セパレータ３１０に向かう方向）で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向（発電モジュール２００に向かう方向）に折り返されることにより、形成される。
【００３４】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、折り返し部分３２２は、面方向に略垂直な（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２２の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。折り返し部分３２２の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３５０が形成されている。内部流路空間３５０は、本発明における第２の内部流路空間に相当し、折り返し部分３２２は、本発明における第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材に相当する。また、折り返し部分３２２の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド１６２と内部流路空間３５０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている（図６参照）。
【００３５】
積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３５０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２の平行部分に隣接するような位置である。
【００３６】
同様に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接した位置には、折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２３の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分３２５は、面方向に略垂直な垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２５の平行部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２と同様に、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。折り返し部分３２５の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３６０が形成されている。内部流路空間３６０は、本発明における第１の内部流路空間に相当し、折り返し部分３２５は、本発明における第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材に相当する。折り返し部分３２５の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２と内部流路空間３６０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【００３７】
積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３６０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２５の平行部分に隣接するような位置である。
【００３８】
なお、以下の説明では、カソード側セパレータ３２０における燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接する折り返し部分３２２を、燃料ガス側折り返し部分３２２とも呼び、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接する折り返し部分３２５を、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とも呼ぶ。
【００３９】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている。すなわち、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さより短い。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。
【００４０】
カソード側セパレータ３２０には、その他に、電解質膜２１２の突出部分に対向する位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２７が形成されている（図４（ａ）および（ｂ）参照）。凸部３２７の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とほぼ同じ位置である。凸部３２７の積層方向に沿った外側には、充填材４３０が充填されている。なお、凸部３２７は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と対向する位置には形成されていない（図５（ａ）および（ｂ）参照）。
【００４１】
また、カソード側セパレータ３２０には、開口３２１の燃料ガス側折り返し部分３２２が形成されている側以外の三方を囲む位置、および、開口３２３の酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成されている側以外の三方を囲む位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２９が形成されている（図３ないし図５参照）。凸部３２９の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２および３２５の平行部分とほぼ同じ位置である。
【００４２】
カソード側セパレータ３２０における膜電極接合体２１０と対向する位置には、複数のディンプル３１９が形成されている。複数の単セル１４０を積層した際に、ディンプル３１９の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の表面に接触する。これにより、２つの単セル１４０間（すなわち、カソード側セパレータ３２０と当該カソード側セパレータ３２０に膜電極接合体２１０を挟まずに隣接するアノード側セパレータ３１０との間）には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図２に示した冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。
【００４３】
図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０と同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１２が形成されている。凸部３１２の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１５が形成されている。凸部３１５の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。
【００４４】
なお、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０のように、折り返し部分３２２および３２５は形成されていない。第１実施例におけるカソード側セパレータ３２０は、本発明における第１のセパレータに相当し、第１実施例におけるアノード側セパレータ３１０は、本発明における第２のセパレータに相当する。
【００４５】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）は、シール材４２０によりシールされている。また、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間（図中のＲ１部分）は、シール材４１０によりシールされている。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）は、シール材４４０によりシールされている。さらに、カソード側セパレータ３２０の凸部３２９とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５との間は、シール材４５０によりシールされている。各シール材は、シール箇所におけるガスシール機能と短絡防止機能とを発揮する。シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂が用いられる。
【００４６】
図３ないし図５には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近の構成も同様である。すなわち、単セル１４０における燃料ガス排出マニホールド１６４付近には、燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が発電モジュール２００の方向に折り返された折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２には、折り返し部分３２２とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と燃料ガス排出マニホールド１６４とを連通する連通孔が形成されている。また、単セル１４０における酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近には、酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が発電モジュール２００の方向に折り返された折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５には、折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と酸化剤ガス排出マニホールド１５４とを連通する連通孔が形成されている。
【００４７】
図４および図５に示すように、単セル１４０には、複数の単セル１４０を積層した際に、図２および図３に示す発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬを形成するために、ガスケット５００が配置されている。ガスケット５００は、射出成形により形成される。ガスケット５００は、凸部５０２を有している。ある単セル１４０に配置されたガスケット５００の凸部５０２は、複数の単セル１４０を積層した際に、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。単セル１４０の平面におけるガスケット５００および凸部５０２の配置は、図２および図３に示すシールラインＳＬが形成されるような配置となっており、図４および図５に示す断面においては、凸部３２４および凸部３２９と重なる配置となっている。
【００４８】
図４（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれる。内部流路空間３５０は、発電モジュール２００のアノード側における面方向に沿った端部に連通している。そのため、内部流路空間３５０に導かれた燃料ガスは、発電モジュール２００の端部に達し、最も内部流路抵抗の小さいアノード側多孔体流路層２２０内に進入する。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体流路層２２０内を拡散しつつアノード側拡散層２１６およびアノード２１４に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド１６４側に形成された図示しない内部流路空間を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。
【００４９】
また、図５（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれる。内部流路空間３６０は、発電モジュール２００のカソード側における面方向に沿った端部に連通している。そのため、内部流路空間３６０に導かれた酸化剤ガスは、発電モジュール２００の端部に達し、最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層２３０内に進入する。その後、酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層２３０内を拡散しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。
【００５０】
図７は、第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。単セル１４０の製造工程のステップＳ１１０では、カソード側セパレータ３２０の成形が実行される。図８は、カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。また、図９は、カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。図９には、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１付近の部分の状態を示しているが、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３付近の部分の状態も同様である。
【００５１】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２１０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板にプレス成形加工が施され、凸部３２４が形成される。図９（ａ）には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板がプレス機Ｐでプレスされ、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、金属板における凸部３２４が形成されない部分は、内部流路空間３５０（または内部流路空間３６０）となる。また、図９（ｂ）には、金属板における開口３２１が形成される位置より面方向内側（発電モジュール２００側）の位置に、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、このプレス成型加工では、凸部３２４の他に、凸部３２７や凸部３２９も形成される。
【００５２】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２２０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に孔空け加工が施され、連通孔３２６が形成される。図９（ｃ）には、金属板に連通孔３２６が形成された様子を示している。連通孔３２６は、開口３２１（または開口３２３）の折り曲げ線付近にＸ方向に沿って並ぶように、かつ、Ｙ方向に沿った位置が凸部３２４と重ならないように、形成される。
【００５３】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２３０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に折り曲げ加工が施され、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。図９（ｄ）には、金属板に開口３２１が形成されると共に、開口３２１が形成される位置の部分の一部が折り曲げ加工される様子を示している。これにより、カソード側セパレータ３２０には、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されると共に、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。
【００５４】
単セル１４０の製造工程（図７）のステップＳ１２０では、アノード側セパレータ３１０の成形が実行される。アノード側セパレータ３１０の成形では、材料としての金属板にプレス成型加工が施され、開口３１１および３１３や、凸部３１２および３１５が形成される。ステップＳ１３０では、カソード側セパレータ３２０にシール材が配置される。シール材は、上述したシール材４１０、４２０、４４０、４５０の位置に配置される。ステップＳ１４０では、カソード側セパレータ３２０に発電モジュール２００を構成する各層が積層され、さらに、アノード側セパレータ３１０が積層される。ステップＳ１５０では、積層状態で熱圧着による接合が行われ、単セル１４０の製造が完了する。
【００５５】
ここで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、カソード側拡散層２１７の端部がカソード側多孔体流路層２３０よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部（図中においてＯＬと示す部分）が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面（積層方向外側の表面）に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とが積層方向に沿ってオーバーラップしている。なお、図示しないが、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても、同様に、カソード側拡散層２１７の端部がカソード側多孔体流路層２３０よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触している。
【００５６】
このように、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分により空気がアノード側に漏洩することが抑制され、ガスシール性を確保することができる。特に、折り曲げ加工により形成される酸化剤ガス側折り返し部分３２５には、スプリングバックによって、その端部が積層方向に沿ってアノード側セパレータ３１０側に近づく方向の力が作用するため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部は、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に押し付けられる。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分によって、良好なガスシール性を確保することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分によって、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とアノード側セパレータ３１０との間のシール材４４０が内部流路空間３６０の内部に進入することが抑制されるため、シール材４４０の進入による内部流路空間３６０の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５にスプリングバックによる力が作用しても、カソード側拡散層２１７の存在により、酸化剤ガス側折り返し部分３２５がアノード側セパレータ３１０に近づくことが制限されるため、カソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０との接触による短絡を確実に抑制することができる。
【００５７】
以上説明したように、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されており、アノード側セパレータ３１０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、折り返し部分３２２および折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間には、発電モジュール２００の端部に連通する内部流路空間３５０および３６０が形成されている。各折り返し部分とアノード側セパレータ３１０との間はシール材によりシールされている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができると共に、カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０の両方に反応ガス用の内部流路空間を形成する場合と比較して、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。特に、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分により、空気がアノード側に漏洩することが抑制されてガスシール性が向上すると共に、内部流路空間３６０へのシール材４４０の進入が抑制され、内部流路空間３６０の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。従って、第１実施例の燃料電池１００では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００５８】
また、第１実施例の燃料電池１００では、内部流路空間３５０を確保する内部流路形成部材としての燃料ガス側折り返し部分３２２が、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２１の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として発電モジュール２００側に折り返されて形成される。また、内部流路空間３６０を確保する内部流路形成部材としての酸化剤ガス側折り返し部分３２５が、金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２３の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として発電モジュール２００側に折り返されて形成される。そして、各折り返し部分には、各マニホールドと、内部流路空間３５０および内部流路空間３６０とを連通する連通孔３２６が形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、各折り返し部分がアノード側セパレータ３１０側に移動することを抑制することによって短絡を確実に抑制しつつ、別部品で内部流路空間３５０，３６０を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。図１０（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１の位置に相当する断面を示しており、図１０（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１の位置に相当する断面を示している。
【００６０】
第２実施例における単セル１４０ａの構成は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部付近の構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、第２実施例の単セル１４０ａにおいては、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、２３０の端部がカソード側拡散層２１７よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部（図中においてＯＬと示す部分）が、カソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面（積層方向内側の表面）に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側多孔体流路層２３０とが積層方向に沿ってオーバーラップしている。なお、図示しないが、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても、同様に、カソード側多孔体流路層２３０の端部がカソード側拡散層２１７よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面に接触している。
【００６１】
カソード側多孔体流路層２３０における、カソード側拡散層２１７の面方向に沿った外側端部に対応する位置から、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と積層方向に沿ってオーバーラップした部分ＯＬの面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている。目止め処理は、例えば、カソード側多孔体流路層２３０に樹脂を含浸させることによって、カソード側多孔体流路層２３０内の空隙を埋める処理である。なお、目止め処理として、カソード側多孔体流路層２３０をつぶして内部の空隙をなくす処理が行われるとしてもよい。
【００６２】
このように、第２実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側多孔体流路層２３０とのオーバーラップ部分により、ガスシール性を確保するために不足のないようにシール材４４０を充填しても、シール材４４０が内部流路空間３６０の内部に進入することが抑制される。そのため、第２実施例の燃料電池１００では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。特に、第２実施例の燃料電池１００では、カソード側多孔体流路層２３０における、カソード側拡散層２１７の面方向に沿った外側端部に対応する位置から、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と積層方向に沿ってオーバーラップした部分ＯＬの面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分に目止め処理が施されているため、シール材がカソード側多孔体流路層２３０内部の空隙を通って内部流路空間３６０に進入することが良好に抑制され、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を確実に達成することができる。
【００６３】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６４】
上記各実施例における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施例では、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５により内部流路空間３５０，３６０が形成（確保）されるとしているが、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５を形成する代わりに、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３２０とは別部品として、金属や樹脂により内部流路形成部材を形成することによって内部流路空間３５０，３６０を確保するとしてもよい。この場合にも、内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面と、カソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面と、の一方に接触した構成を採用することにより、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００６５】
また、上記各実施例では、発電モジュール２００がアノード側多孔体流路層２２０およびカソード側多孔体流路層２３０を含んでいるとしているが、発電モジュール２００がアノード側多孔体流路層２２０およびカソード側多孔体流路層２３０の一方または両方を含まないものとしてもよい。
【００６６】
また、上記各実施例の単セル１４０において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、上記各実施例の単セル１４０の構成では、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されており、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないが、反対に、アノード側セパレータ３１０に折り返し部分が形成され、カソード側セパレータ３２０には折り返し部分は形成されていない構成を採用することも可能である。
【００６７】
また、上記各実施例では、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０のＸ方向に沿った長さが、発電モジュール２００を構成する他の層の長さより長いとしているが、電解質膜２１２の長さのみが他の層より長く、アノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０の長さは他の層と同じであるとしてもよい。
【００６８】
また、上記各実施例では、折り返し部分３２２および３２５の垂直部分に複数の連通孔３２６が設けられているが、複数の連通孔３２６の代わりに連続したスリット状の開口が設けられているとしてもよい。また、上記各実施例では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体を用いて形成されるとしているが、カーボン多孔体といった他の材料を用いて形成されるとしてもよい。
【００６９】
また、上記各実施例では、各マニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１５２、燃料ガス供給マニホールド１６２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、燃料ガス排出マニホールド１６４）を構成する開口のすべてに隣接して折り返し部分が形成されているとしているが、一部の開口のみに隣接して折り返し部分が形成されているとしてもよい。
【００７０】
また、上記各実施例の単セル１４０における各マニホールドの配置はあくまで一例であり、各マニホールドの異なる配置を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側多孔体流路層
２３０…カソード側多孔体流路層
３１０…アノード側セパレータ
３１１…開口
３１２…凸部
３１３…開口
３１５…凸部
３１７…端部折り曲げ部分
３１９…ディンプル
３２０…カソード側セパレータ
３２１…開口
３２２…燃料ガス側折り返し部分
３２３…開口
３２４…凸部
３２５…酸化剤ガス側折り返し部分
３２６…連通孔
３２７…凸部
３２９…凸部
３５０…内部流路空間
３６０…内部流路空間
４１０…シール材
４２０…シール材
４３０…充填材
４４０…シール材
４５０…シール材
５００…ガスケット
５０２…凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが設けられ他方の面にカソードが設けられた構成の膜電極接合体を含む発電モジュールとセパレータとが交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
【０００３】
燃料電池に供給された反応ガスはマニホールドを介して膜電極接合体に導かれ、膜電極接合体において利用されなかった反応ガスはマニホールドへと排出される。反応ガスのマニホールドから膜電極接合体への導入部分や膜電極接合体からマニホールドへの導出部分（以下、まとめて「反応ガス導出入部」とも呼ぶ）は、反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立が要求される。
【０００４】
金属製セパレータにおけるマニホールド用の開口が形成される部分を折り返し、折り返し部分にマニホールドと内部ガス流路空間とを連通する連通孔を設けることにより形成された反応ガス導出入部の構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術では、内部ガス流路空間における発電モジュールの面方向に沿った端部の位置に接着剤や熱可塑性樹脂といったシール材が配置され、シール材によって両極間における反応ガスの漏洩が防止される。そのため、シール材が不足している場合には、ガスシール性が確保されず反応ガスが漏洩するおそれがある一方、シール材が過剰である場合には、余剰のシール材が内部ガス流路空間に進入し、流路が閉塞されたり圧力損失の増加やばらつきが発生したりするおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成した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】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面に接触している、燃料電池。
【００１０】
この燃料電池では、第１の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第１のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第１のセパレータ側における端部とを連通する第１の内部流路空間が形成され、第２の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第２のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第２のセパレータ側における端部とを連通する第２の内部流路空間が形成される。また、シール部材によって、第１の内部流路形成部材および第２の内部流路形成部材と第２のセパレータとの間がシールされる。また、第１の内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面に接触している。そのため、この燃料電池では、第１の内部流路形成部材と第１のセパレータ側の拡散層との接触部分により、反応ガスの漏洩が抑制されてガスシール性が向上すると共に、第１の内部流路空間へのシール部材の進入が抑制され、第１の内部流路空間の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。そのため、この燃料電池では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【００１２】
この燃料電池では、折り返し部分が第２のセパレータ側に移動することを抑制することによって短絡を確実に抑制しつつ、別部品で第１，２の内部流路空間を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００１３】
［適用例３］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、前記一対の拡散層のそれぞれの外側に積層された一対の多孔体流路層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面と、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している、燃料電池。
【００１４】
この燃料電池では、第１の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第１のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第１のセパレータ側における端部とを連通する第１の内部流路空間が形成され、第２の内部流路形成部材により、第１のセパレータとの間に、第２のセパレータ側の電極層において使用される反応ガス用の反応ガス流路と発電モジュールの第２のセパレータ側における端部とを連通する第２の内部流路空間が形成される。また、シール部材によって、第１の内部流路形成部材および第２の内部流路形成部材と第２のセパレータとの間がシールされる。また、第１の内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が、第１のセパレータ側の拡散層の第１のセパレータ側の表面と、第１のセパレータ側の多孔体流路層の第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している。そのため、この燃料電池では、第１の内部流路形成部材と第１のセパレータ側の拡散層または第１のセパレータ側の多孔体流路層との接触部分により、ガスシール性を確保するために不足のないようにシール部材を充填してもシール部材が第１の内部流路空間の内部に進入することが抑制されるため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００１５】
［適用例４］適用例３に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【００１６】
この燃料電池では、別部品で第１，２の内部流路空間を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００１７】
［適用例５］適用例３または適用例４に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面に接触しており、
前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層における、前記拡散層の前記面方向に沿った外側端部に対応する位置から、前記第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分の前記面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている、燃料電池。
【００１８】
この燃料電池では、第１のセパレータ側の多孔体流路層における第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分におけるガスシール性を高めることができると共に、シール部材が第１のセパレータ側の多孔体流路層の内部を通って第１の内部流路空間に進入することが抑制されるため、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立をより確実に達成することができる。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。
【図３】単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。
【図４】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図５】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図６】カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【図７】第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。
【図９】カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。
【図１０】第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２２】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
【００２３】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００２４】
さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。
【００２５】
図２は、燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。単セル１４０は、後述するように、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含む発電モジュールを、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。
【００２６】
燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向（すなわち発電モジュールの面方向に略垂直な方向）に伸びる形状の反応ガス流路である。燃料電池１００の内部には、さらに、冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４と、が形成されている。
【００２７】
図３は、単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。図３（ａ）には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図３（ｂ）には、単セル１４０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図４および図５は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００２８】
図４および図５に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を挟持する一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）と、を有している。発電モジュール２００は、カソード側多孔体流路層２３０と、カソード側拡散層２１７と、膜電極接合体２１０と、アノード側拡散層２１６と、アノード側多孔体流路層２２０と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の側に配置（塗布）されたカソード２１５と、電解質膜２１２の他方の側に配置（塗布）されたアノード２１４と、から構成されている。図２には、単セル１４０の平面における発電モジュール２００の位置をハッチングにより示している。
【００２９】
電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード２１５およびアノード２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体（例えばエキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、反応ガスが流動する流路として機能する。
【００３０】
なお、以下の説明では、発電モジュール２００の各層を積層する方向を単に「積層方向」と呼ぶものとし、発電モジュール２００の面方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を単に「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に最も近い発電モジュール２００の各層の外周辺に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｙ方向に略垂直な面方向をＸ方向と呼ぶものとする（図３ないし図５参照）。
【００３１】
図４および図５に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０のＸ方向に沿った長さは、発電モジュール２００を構成する他の層（アノード２１４やカソード２１５、カソード側拡散層２１７、カソード側多孔体流路層２３０）の長さより長い。すなわち、燃料電池１００の積層方向から発電モジュール２００を見ると、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０は、他の層よりＸ方向に突出している。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における電解質膜２１２とアノード２１４およびカソード２１５の位置をハッチングにより示している。
【００３２】
カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ３２０には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１が形成されていると共に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されている。
【００３３】
図６は、カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。図４および図６に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接した位置には、折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２は、後に詳述するように、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２１の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向（アノード側セパレータ３１０に向かう方向）で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向（発電モジュール２００に向かう方向）に折り返されることにより、形成される。
【００３４】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、折り返し部分３２２は、面方向に略垂直な（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２２の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。折り返し部分３２２の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３５０が形成されている。内部流路空間３５０は、本発明における第２の内部流路空間に相当し、折り返し部分３２２は、本発明における第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材に相当する。また、折り返し部分３２２の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド１６２と内部流路空間３５０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている（図６参照）。
【００３５】
積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３５０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２の平行部分に隣接するような位置である。
【００３６】
同様に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接した位置には、折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２３の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分３２５は、面方向に略垂直な垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２５の平行部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２と同様に、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。折り返し部分３２５の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３６０が形成されている。内部流路空間３６０は、本発明における第１の内部流路空間に相当し、折り返し部分３２５は、本発明における第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材に相当する。折り返し部分３２５の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２と内部流路空間３６０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【００３７】
積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３６０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２５の平行部分に隣接するような位置である。
【００３８】
なお、以下の説明では、カソード側セパレータ３２０における燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接する折り返し部分３２２を、燃料ガス側折り返し部分３２２とも呼び、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接する折り返し部分３２５を、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とも呼ぶ。
【００３９】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている。すなわち、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さより短い。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。
【００４０】
カソード側セパレータ３２０には、その他に、電解質膜２１２の突出部分に対向する位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２７が形成されている（図４（ａ）および（ｂ）参照）。凸部３２７の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とほぼ同じ位置である。凸部３２７の積層方向に沿った外側には、充填材４３０が充填されている。なお、凸部３２７は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と対向する位置には形成されていない（図５（ａ）および（ｂ）参照）。
【００４１】
また、カソード側セパレータ３２０には、開口３２１の燃料ガス側折り返し部分３２２が形成されている側以外の三方を囲む位置、および、開口３２３の酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成されている側以外の三方を囲む位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２９が形成されている（図３ないし図５参照）。凸部３２９の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２および３２５の平行部分とほぼ同じ位置である。
【００４２】
カソード側セパレータ３２０における膜電極接合体２１０と対向する位置には、複数のディンプル３１９が形成されている。複数の単セル１４０を積層した際に、ディンプル３１９の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の表面に接触する。これにより、２つの単セル１４０間（すなわち、カソード側セパレータ３２０と当該カソード側セパレータ３２０に膜電極接合体２１０を挟まずに隣接するアノード側セパレータ３１０との間）には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図２に示した冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。
【００４３】
図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０と同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１２が形成されている。凸部３１２の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１５が形成されている。凸部３１５の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。
【００４４】
なお、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０のように、折り返し部分３２２および３２５は形成されていない。第１実施例におけるカソード側セパレータ３２０は、本発明における第１のセパレータに相当し、第１実施例におけるアノード側セパレータ３１０は、本発明における第２のセパレータに相当する。
【００４５】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）は、シール材４２０によりシールされている。また、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間（図中のＲ１部分）は、シール材４１０によりシールされている。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）は、シール材４４０によりシールされている。さらに、カソード側セパレータ３２０の凸部３２９とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５との間は、シール材４５０によりシールされている。各シール材は、シール箇所におけるガスシール機能と短絡防止機能とを発揮する。シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂が用いられる。
【００４６】
図３ないし図５には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近の構成も同様である。すなわち、単セル１４０における燃料ガス排出マニホールド１６４付近には、燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が発電モジュール２００の方向に折り返された折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２には、折り返し部分３２２とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と燃料ガス排出マニホールド１６４とを連通する連通孔が形成されている。また、単セル１４０における酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近には、酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が発電モジュール２００の方向に折り返された折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５には、折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と酸化剤ガス排出マニホールド１５４とを連通する連通孔が形成されている。
【００４７】
図４および図５に示すように、単セル１４０には、複数の単セル１４０を積層した際に、図２および図３に示す発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬを形成するために、ガスケット５００が配置されている。ガスケット５００は、射出成形により形成される。ガスケット５００は、凸部５０２を有している。ある単セル１４０に配置されたガスケット５００の凸部５０２は、複数の単セル１４０を積層した際に、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。単セル１４０の平面におけるガスケット５００および凸部５０２の配置は、図２および図３に示すシールラインＳＬが形成されるような配置となっており、図４および図５に示す断面においては、凸部３２４および凸部３２９と重なる配置となっている。
【００４８】
図４（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれる。内部流路空間３５０は、発電モジュール２００のアノード側における面方向に沿った端部に連通している。そのため、内部流路空間３５０に導かれた燃料ガスは、発電モジュール２００の端部に達し、最も内部流路抵抗の小さいアノード側多孔体流路層２２０内に進入する。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体流路層２２０内を拡散しつつアノード側拡散層２１６およびアノード２１４に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド１６４側に形成された図示しない内部流路空間を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。
【００４９】
また、図５（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれる。内部流路空間３６０は、発電モジュール２００のカソード側における面方向に沿った端部に連通している。そのため、内部流路空間３６０に導かれた酸化剤ガスは、発電モジュール２００の端部に達し、最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層２３０内に進入する。その後、酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層２３０内を拡散しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。
【００５０】
図７は、第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。単セル１４０の製造工程のステップＳ１１０では、カソード側セパレータ３２０の成形が実行される。図８は、カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。また、図９は、カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。図９には、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１付近の部分の状態を示しているが、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３付近の部分の状態も同様である。
【００５１】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２１０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板にプレス成形加工が施され、凸部３２４が形成される。図９（ａ）には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板がプレス機Ｐでプレスされ、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、金属板における凸部３２４が形成されない部分は、内部流路空間３５０（または内部流路空間３６０）となる。また、図９（ｂ）には、金属板における開口３２１が形成される位置より面方向内側（発電モジュール２００側）の位置に、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、このプレス成型加工では、凸部３２４の他に、凸部３２７や凸部３２９も形成される。
【００５２】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２２０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に孔空け加工が施され、連通孔３２６が形成される。図９（ｃ）には、金属板に連通孔３２６が形成された様子を示している。連通孔３２６は、開口３２１（または開口３２３）の折り曲げ線付近にＸ方向に沿って並ぶように、かつ、Ｙ方向に沿った位置が凸部３２４と重ならないように、形成される。
【００５３】
カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２３０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に折り曲げ加工が施され、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。図９（ｄ）には、金属板に開口３２１が形成されると共に、開口３２１が形成される位置の部分の一部が折り曲げ加工される様子を示している。これにより、カソード側セパレータ３２０には、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されると共に、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。
【００５４】
単セル１４０の製造工程（図７）のステップＳ１２０では、アノード側セパレータ３１０の成形が実行される。アノード側セパレータ３１０の成形では、材料としての金属板にプレス成型加工が施され、開口３１１および３１３や、凸部３１２および３１５が形成される。ステップＳ１３０では、カソード側セパレータ３２０にシール材が配置される。シール材は、上述したシール材４１０、４２０、４４０、４５０の位置に配置される。ステップＳ１４０では、カソード側セパレータ３２０に発電モジュール２００を構成する各層が積層され、さらに、アノード側セパレータ３１０が積層される。ステップＳ１５０では、積層状態で熱圧着による接合が行われ、単セル１４０の製造が完了する。
【００５５】
ここで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、カソード側拡散層２１７の端部がカソード側多孔体流路層２３０よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部（図中においてＯＬと示す部分）が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面（積層方向外側の表面）に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とが積層方向に沿ってオーバーラップしている。なお、図示しないが、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても、同様に、カソード側拡散層２１７の端部がカソード側多孔体流路層２３０よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触している。
【００５６】
このように、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分により空気がアノード側に漏洩することが抑制され、ガスシール性を確保することができる。特に、折り曲げ加工により形成される酸化剤ガス側折り返し部分３２５には、スプリングバックによって、その端部が積層方向に沿ってアノード側セパレータ３１０側に近づく方向の力が作用するため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部は、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に押し付けられる。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分によって、良好なガスシール性を確保することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分によって、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とアノード側セパレータ３１０との間のシール材４４０が内部流路空間３６０の内部に進入することが抑制されるため、シール材４４０の進入による内部流路空間３６０の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５にスプリングバックによる力が作用しても、カソード側拡散層２１７の存在により、酸化剤ガス側折り返し部分３２５がアノード側セパレータ３１０に近づくことが制限されるため、カソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０との接触による短絡を確実に抑制することができる。
【００５７】
以上説明したように、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されており、アノード側セパレータ３１０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、折り返し部分３２２および折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間には、発電モジュール２００の端部に連通する内部流路空間３５０および３６０が形成されている。各折り返し部分とアノード側セパレータ３１０との間はシール材によりシールされている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができると共に、カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０の両方に反応ガス用の内部流路空間を形成する場合と比較して、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。特に、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分により、空気がアノード側に漏洩することが抑制されてガスシール性が向上すると共に、内部流路空間３６０へのシール材４４０の進入が抑制され、内部流路空間３６０の閉塞や圧力損失の増大を抑制することができる。従って、第１実施例の燃料電池１００では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００５８】
また、第１実施例の燃料電池１００では、内部流路空間３５０を確保する内部流路形成部材としての燃料ガス側折り返し部分３２２が、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２１の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として発電モジュール２００側に折り返されて形成される。また、内部流路空間３６０を確保する内部流路形成部材としての酸化剤ガス側折り返し部分３２５が、金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２３の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として発電モジュール２００側に折り返されて形成される。そして、各折り返し部分には、各マニホールドと、内部流路空間３５０および内部流路空間３６０とを連通する連通孔３２６が形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、各折り返し部分がアノード側セパレータ３１０側に移動することを抑制することによって短絡を確実に抑制しつつ、別部品で内部流路空間３５０，３６０を確保する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。図１０（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１の位置に相当する断面を示しており、図１０（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１の位置に相当する断面を示している。
【００６０】
第２実施例における単セル１４０ａの構成は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部付近の構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、第２実施例の単セル１４０ａにおいては、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、２３０の端部がカソード側拡散層２１７よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部（図中においてＯＬと示す部分）が、カソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面（積層方向内側の表面）に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側多孔体流路層２３０とが積層方向に沿ってオーバーラップしている。なお、図示しないが、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても、同様に、カソード側多孔体流路層２３０の端部がカソード側拡散層２１７よりＸ方向外側に突出しており、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面に接触している。
【００６１】
カソード側多孔体流路層２３０における、カソード側拡散層２１７の面方向に沿った外側端部に対応する位置から、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と積層方向に沿ってオーバーラップした部分ＯＬの面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている。目止め処理は、例えば、カソード側多孔体流路層２３０に樹脂を含浸させることによって、カソード側多孔体流路層２３０内の空隙を埋める処理である。なお、目止め処理として、カソード側多孔体流路層２３０をつぶして内部の空隙をなくす処理が行われるとしてもよい。
【００６２】
このように、第２実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に沿った内側端部がカソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面に接触しているため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側多孔体流路層２３０とのオーバーラップ部分により、ガスシール性を確保するために不足のないようにシール材４４０を充填しても、シール材４４０が内部流路空間３６０の内部に進入することが抑制される。そのため、第２実施例の燃料電池１００では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。特に、第２実施例の燃料電池１００では、カソード側多孔体流路層２３０における、カソード側拡散層２１７の面方向に沿った外側端部に対応する位置から、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と積層方向に沿ってオーバーラップした部分ＯＬの面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分に目止め処理が施されているため、シール材がカソード側多孔体流路層２３０内部の空隙を通って内部流路空間３６０に進入することが良好に抑制され、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を確実に達成することができる。
【００６３】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６４】
上記各実施例における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施例では、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５により内部流路空間３５０，３６０が形成（確保）されるとしているが、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５を形成する代わりに、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３２０とは別部品として、金属や樹脂により内部流路形成部材を形成することによって内部流路空間３５０，３６０を確保するとしてもよい。この場合にも、内部流路形成部材の面方向に沿った内側端部が、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面と、カソード側多孔体流路層２３０のアノード側セパレータ３１０側の表面と、の一方に接触した構成を採用することにより、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部における反応ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。
【００６５】
また、上記各実施例では、発電モジュール２００がアノード側多孔体流路層２２０およびカソード側多孔体流路層２３０を含んでいるとしているが、発電モジュール２００がアノード側多孔体流路層２２０およびカソード側多孔体流路層２３０の一方または両方を含まないものとしてもよい。
【００６６】
また、上記各実施例の単セル１４０において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、上記各実施例の単セル１４０の構成では、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されており、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないが、反対に、アノード側セパレータ３１０に折り返し部分が形成され、カソード側セパレータ３２０には折り返し部分は形成されていない構成を採用することも可能である。
【００６７】
また、上記各実施例では、電解質膜２１２およびアノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０のＸ方向に沿った長さが、発電モジュール２００を構成する他の層の長さより長いとしているが、電解質膜２１２の長さのみが他の層より長く、アノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０の長さは他の層と同じであるとしてもよい。
【００６８】
また、上記各実施例では、折り返し部分３２２および３２５の垂直部分に複数の連通孔３２６が設けられているが、複数の連通孔３２６の代わりに連続したスリット状の開口が設けられているとしてもよい。また、上記各実施例では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体を用いて形成されるとしているが、カーボン多孔体といった他の材料を用いて形成されるとしてもよい。
【００６９】
また、上記各実施例では、各マニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１５２、燃料ガス供給マニホールド１６２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、燃料ガス排出マニホールド１６４）を構成する開口のすべてに隣接して折り返し部分が形成されているとしているが、一部の開口のみに隣接して折り返し部分が形成されているとしてもよい。
【００７０】
また、上記各実施例の単セル１４０における各マニホールドの配置はあくまで一例であり、各マニホールドの異なる配置を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側多孔体流路層
２３０…カソード側多孔体流路層
３１０…アノード側セパレータ
３１１…開口
３１２…凸部
３１３…開口
３１５…凸部
３１７…端部折り曲げ部分
３１９…ディンプル
３２０…カソード側セパレータ
３２１…開口
３２２…燃料ガス側折り返し部分
３２３…開口
３２４…凸部
３２５…酸化剤ガス側折り返し部分
３２６…連通孔
３２７…凸部
３２９…凸部
３５０…内部流路空間
３６０…内部流路空間
４１０…シール材
４２０…シール材
４３０…充填材
４４０…シール材
４５０…シール材
５００…ガスケット
５０２…凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面に接触している、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【請求項３】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、前記一対の拡散層のそれぞれの外側に積層された一対の多孔体流路層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面と、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面に接触しており、
前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層における、前記拡散層の前記面方向に沿った外側端部に対応する位置から、前記第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分の前記面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている、燃料電池。
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面に接触している、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【請求項３】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、前記一対の拡散層のそれぞれの外側に積層された一対の多孔体流路層と、を有する発電モジュールと、
金属板を加工することにより形成され、前記発電モジュールを挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールの面方向に沿って前記発電モジュールに対向する位置より外側の位置に前記面方向に略垂直な複数の反応ガス流路を構成する開口を有する第１および第２のセパレータと、
前記第１のセパレータとの間に、前記第１のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第１のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第１の内部流路空間を形成する第１の内部流路形成部材と、
前記第１のセパレータとの間に、前記第２のセパレータ側の前記電極層において使用される反応ガス用の前記反応ガス流路と前記発電モジュールの前記第２のセパレータ側における前記面方向に沿った端部とを連通する第２の内部流路空間を形成する第２の内部流路形成部材と、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材と前記第２のセパレータとの間をシールするシール部材と、を備え、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記拡散層の前記第１のセパレータ側の表面と、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面と、の一方に接触している、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材および前記第２の内部流路形成部材は、前記第１のセパレータの前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記発電モジュール側の辺を折り曲げ線として前記発電モジュール側に折り返されて形成された折り返し部分により形成され、
前記折り返し部分は、前記反応ガス流路と、前記第１の内部流路空間および前記第２の内部流路空間と、を連通する連通孔を有する、燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池であって、
前記第１の内部流路形成部材の前記面方向に沿った内側端部は、前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層の前記第２のセパレータ側の表面に接触しており、
前記第１のセパレータ側の前記多孔体流路層における、前記拡散層の前記面方向に沿った外側端部に対応する位置から、前記第１の内部流路形成部材と積層方向に沿って重なった部分の前記面方向に沿った内側端部に対応する位置までの部分には、目止め処理が施されている、燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３３３２５（Ｐ２０１２−３３３２５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７０３９８（Ｐ２０１０−１７０３９８）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【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２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【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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