燃料電池
【課題】反応ガスの圧力損失の増大を抑制しつつ、燃料電池を小型化するとともに、燃料電池のメンテナンス性を向上させる。
【解決手段】燃料電池１００は、単セル１１０が積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、膜電極接合体１０と、第１と第２のセパレータ３０，４０と、膜電極接合体１０の外周において第１と第２のセパレータ３０，４０とを接着する接着層６０とを備える。接着層６０には、貫通孔であるマニホールドＭ１と、アノード２との間を連通する水素通路を構成する水素通路部材５１が配置されている。水素通路部材５１は、マニホールドＭ１の貫通方向に沿って突出する壁部を有している。
【解決手段】燃料電池１００は、単セル１１０が積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、膜電極接合体１０と、第１と第２のセパレータ３０，４０と、膜電極接合体１０の外周において第１と第２のセパレータ３０，４０とを接着する接着層６０とを備える。接着層６０には、貫通孔であるマニホールドＭ１と、アノード２との間を連通する水素通路を構成する水素通路部材５１が配置されている。水素通路部材５１は、マニホールドＭ１の貫通方向に沿って突出する壁部を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、発電体である膜電極接合体をセパレータによって狭持した発電モジュールである単セルを、複数個積層したスタック構造を有するものが知られている（下記特許文献１等）。燃料電池は、一般に、車両などの限られた空間内に搭載される。そのため、燃料電池は、単セルを薄型化するなど、小型化されることが望ましい。また、燃料電池は、小型化された場合であっても、その内部に形成される反応ガスのための流路の圧力損失が増大してしまわないように構成されていることが好ましい。さらに、燃料電池では、一部の単セルのみに不具合が生じる場合があるため、単セルが交換可能に構成されることによって、保守性（メンテナンス性）が向上されていることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０５５９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１９０５号公報
【特許文献３】特開２００９−０９３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、反応ガスの圧力損失の増大を抑制しつつ、燃料電池を小型化するとともに、燃料電池のメンテナンス性を向上させる技術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】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］
複数の発電モジュールが積層された積層構造を有する燃料電池であって、前記発電モジュールは、電解質膜の両面に第１と第２の電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記第１と第２の電極のそれぞれに対応して配置され、前記第１の電極に供給される第１の反応ガスのための第１のマニホールドを構成する貫通孔が形成された第１と第２のセパレータと、前記膜電極接合体の外周において前記第１と第２のセパレータとを接着する接着層と、を備え、前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第１のマニホールドを構成する第１のマニホールド流路と、前記第１のマニホールド流路と、前記膜電極接合体の前記第１の電極との間を連通する第１の連通路と、が設けられ、前記第１の連通路には、前記第１のマニホールド流路との接続部において、前記第１のマニホールドの貫通方向に突出する第１の通路壁部が配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、接着層に第１の反応ガスのための第１のガス通路が設けられており、各発電モジュールをコンパクトに構成することができる。従って、燃料電池の小型化が可能である。そして、燃料電池を小型化した場合であっても、補強部としても機能する第１の通路壁部によって、第１のマニホールド流路と第１の連通路との接続部が閉塞されてしまう可能性が低減され、燃料電池における反応ガスの圧力損失の増大が抑制される。また、各発電モジュールが接着層により一体化された構成を有しているため、燃料電池において、不具合を生じている一部の発電モジュールのみの交換が容易となり、そのメンテナンス性が向上する。
【０００７】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記接着層は、前記膜電極接合体の前記第２の電極の外周において、前記第１の反応ガスが前記第２の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と前記第２のセパレータとを接着する第１の接着部を有し、前記第１の接着部は、前記第１の通路壁部から離間して設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１の連通路の一部を構成する第１の接着部を形成する際に、接着剤によって第１の通路壁部によって形成されるガス通路が閉塞されてしまう可能性が低減される。
【０００８】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池であって、前記発電モジュールは、さらに、前記第２のセパレータと前記第２の電極との間に配置され、前記第２の反応ガスを前記第２の電極の面に沿って拡散させるためのガス拡散部材を備え、前記第１と第２のセパレータには、前記第２の電極に供給される第２の反応ガスのための第２のマニホールドを構成する貫通孔が形成されており、前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第２のマニホールドを構成する第２のマニホールド流路と、前記第２のマニホールド流路と、前記ガス拡散部材との間を連通する第２の連通路と、が設けられ、前記第２の連通路には、前記第２のマニホールド流路との接続部において、前記第２のマニホールド流路の貫通方向に沿って突出する第２の通路壁部が配置され、前記第２のセパレータには、前記ガス拡散部材の端部が配置される位置に、前記第２の連通路と連結し、前記第２の反応ガスを、前記第２のセパレータの外表面側から前記ガス拡散部材に流入させるための溝部が設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第２の反応ガスのための第２の連通路についても、第１の反応ガスのための第１の連通路と同様に、第２の通路壁部によって、第２のマニホールド流路との接続部における閉塞が抑制される。また、第２のセパレータに設けられた溝部によって、ガス拡散部材に第２の反応ガスが流入する際の圧力損失が低減される。
【０００９】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池であって、前記接着層は、前記第１の電極の外周において、前記第２の反応ガスが前記第１の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と、前記第１のセパレータとを接着する第２の接着部を有し、前記第２の連通路は、前記第２の接着部と、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部とを離間する壁部を有する、燃料電池。
この燃料電池によれば、第２のガス通路において、ガス拡散部材に連結する溝部と第２の接着部とを離間するための壁部が設けられている。そのため、第２の接着部を形成する際に、接着剤の一部が、第２の反応ガスがガス拡散部材に流入するための流路を閉塞してしまうことを抑制できる。
【００１０】
［適用例５］
適用例３または適用例４記載の燃料電池であって、前記第１と第２の通路壁部は、前記第２のセパレータを、厚み方向に沿って凹凸させることにより形成されており、前記第１と第２の通路壁部の形成された面とは反対側の面に形成される凹部には樹脂部材が充填され、前記樹脂部材の下には、シール部材が配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１と第２の通路壁部を効率的に形成できる。また、第１と第２の通路壁部を設けたことによって形成された凹部には、樹脂部材が充填されるため、その凹部の下にシールラインが形成される場合であっても、燃料電池のシール性が低下してしまうことが抑制される。
【００１１】
［適用例６］
適用例３〜５のいずれか一つに記載の燃料電池であって、前記第１のセパレータは、前記第１の電極と重なり合う領域を厚み方向に沿って凹凸させることにより形成された、前記第１の反応ガスのための流路溝を有し、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部は、積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、互いに隣り合う前記発電モジュール同士の境界において、前記第１のセパレータの前記流路溝と重なり合うように配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１と第２のセパレータのそれぞれに、反応ガスの流路を構成する溝が形成されている場合であても、それらの溝部が互いに勘合し合うように配置されるため、燃料電池が大型化することが抑制される。
【００１２】
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、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】組み立てられた状態の燃料電池を示す概略図。
【図２】燃料電池の各構成部を分解して示す概略図。
【図３】膜電極接合体の詳細な構成を説明するための概略図。
【図４】ガス拡散部材の構成を説明するための概略図。
【図５】第１のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図６】第１のセパレータの構成を説明するための概略断面図。
【図７】第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図８】第２のセパレータの構成を説明するための概略断面図。
【図９】ガス通路部材の構成を説明するための概略図。
【図１０】単セルに形成される接着層の形成領域を説明するための模式図。
【図１１】燃料電池における水素の流れを説明するための模式図。
【図１２】燃料電池における酸素の流れを説明するための模式図。
【図１３】第２のセパレータに設けられた酸素流路溝の機能を説明するための模式図。
【図１４】単セルの組み立て工程を説明するための模式図。
【図１５】参考例としての燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図１６】参考例の単セルの組み立て工程を説明するための模式図。
【図１７】参考例の単セルの組み立て工程において生じる不具合を説明するための模式図。
【図１８】第２実施例としての燃料電池に用いられる第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図１９】第２実施例としての燃料電池に用いられる第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図２０】第２実施例の燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図２１】第２実施例の燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図２２】参考例として、第１実施例で説明したガス通路部材の形成方法を説明するための模式図。
【図２３】参考例として、第２実施例で説明したガス流路の形成方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
図１，図２は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。図１は、燃料電池１００が組み立てられた状態を示す概略図であり、図２は、燃料電池１００の各構成部を分解して示した概略図である。なお、図２では、単セル１１０の各構成部を一体的に組み付ける際に設けられる接着層６０の図示が省略されている。
【００１５】
燃料電池１００は、第１と第２の反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、発電モジュールである単セル１１０が複数個積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、膜電極接合体１０と、ガス拡散部材２０と、第１と第２のセパレータ３０，４０と、ガス通路部材５０と、を備える。
【００１６】
膜電極接合体１０は、電解質膜１の両面に第１と第２の電極２，３を配置した発電体である。単セル１１０では、膜電極接合体１０が、第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持される。第１と第２のセパレータ３０，４０は、金属板などの導電性を有する板状部材によって構成される。そして、第１と第２のセパレータ３０，４０は、プレス加工により、その外表面に、反応ガスや冷媒のための流路溝が形成されている。第１と第２のセパレータ３０，４０の流路溝の構成については後述する。
【００１７】
ガス拡散部材２０は、膜電極接合体１０と、第２のセパレータ４０との間に介挿される、導電性を有する多孔質な板状部材であり、酸素を、膜電極接合体１０の第２の電極３の全体に拡散して行き渡らせるためのガス拡散流路として機能する。なお、本実施例の燃料電池１００では、ガス拡散部材２０は、その外周端部の位置が、第２の電極３の外周端部の位置と、ほぼ揃うように配置されている。本実施例におけるガス拡散部材２０の詳細な構成については後述する。
【００１８】
ここで、単セル１１０では、膜電極接合体１０の外周全体に接着剤を配置して接着層６０を設けることにより、膜電極接合体１０と、第１と第２のセパレータ３０，４０とが、ガス拡散部材２０を含めて一体化される（図１）。なお、接着層６０は、単セル１１０において、流体の漏洩を防止するためのシール層として機能し、第１と第２のセパレータ３０，４０の間を電気的に絶縁する絶縁層としても機能する。単セル１１０における接着層６０の具体的な構成については後述する。
【００１９】
また、単セル１１０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドＭが、膜電極接合体１０を囲む外周領域に、第１と第２のセパレータ３０，４０および接着層６０を、厚み方向（積層方向）に貫通する貫通孔として形成されている。具体的に、マニホールドＭとしては、水素の供給用および排出用マニホールドＭ１，Ｍ２、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ３，Ｍ４、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ５，Ｍ６が設けられる。各マニホールドＭ１〜Ｍ８の具体的な形成位置については後述する。
【００２０】
ガス通路部材５０は、単セル１１０において、反応ガスのためのマニホールドＭと、膜電極接合体１０の発電領域（第１と第２の電極２，３）との間を連通するガス通路を構成する部材である。ガス通路部材５０は、第１と第２のセパレータ３０，４０の間において、マニホールドＭの近傍に配置される。単セル１１０では、ガス通路部材５０として、水素用のガス通路部材５１と、酸素用のガス通路部材５２とが、それぞれの反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４に対応して配置される。各通路部材５１，５２の詳細な構成については後述する。
【００２１】
さらに、燃料電池１００では、各単セル１１０の間に、マニホールドＭからの流体の漏洩を防止するためのシール部材７０が配置される。シール部材７０は、例えば、略円形断面の無端枠状の樹脂部材によって構成できる。なお、シール部材７０によって形成されるシールラインについては後述する。
【００２２】
このように、本実施例の燃料電池１００では、接着層６０によって一体的に構成された単セル１１０が、シール部材７０を狭持した状態で積層されている。この構成により、本実施例の燃料電池１００は、複数の単セル１１０のうち、一部の単セル１１０のみに不具合が生じた場合であっても、当該一部の単セル１１０と、シール部材７０の交換によって復旧させることが可能である。また、本実施例の燃料電池１００であれば、以下に説明する構成を有することにより、小型化され、劣化などの不具合の発生が抑制されている。
【００２３】
図３は、膜電極接合体１０の詳細な構成を説明するための概略図である。電解質膜１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す高分子薄膜である。電解質膜１としては、例えば、フッ素樹脂系のイオン交換膜を用いることができる。第１と第２の電極２，３はそれぞれ、触媒層２ｃ，３ｃと、ガス拡散層２ｇ，３ｇとが積層された構成を有する。
【００２４】
触媒層２ｃ，３ｃは、燃料電池反応を促進するための触媒（例えば白金（Ｐｔ）など）が担持された層である。触媒層２ｃ，３ｃは、触媒担持カーボンを、電解質膜１の外表面に付着させることにより形成することができる。
【００２５】
ガス拡散層２ｇ，３ｇは、第１または第２の電極２，３の全体に反応ガスを拡散させて行き渡らせるための層である。ガス拡散層２ｇ，３ｇは、炭素繊維や黒鉛繊維など、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材を、触媒層２ｃ，３ｃの上に重ねて配置し、ホットプレスすることにより形成することができる。
【００２６】
なお、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体１０の第１の電極２が、第１の反応ガスである水素の供給を受けてアノードとして機能し、第２の電極３が、第２の反応ガスである酸素の供給を受けてカソードとして機能する。以後、本明細書では、第１と第２の電極２，３をそれぞれ「アノード２」および「カソード３」とも呼ぶ。
【００２７】
ここで、本実施例の膜電極接合体１０では、アノード２とカソード３とが異なるサイズで構成されている。具体的には、アノード２は、電解質膜１とほぼ同じサイズで構成され、アノード２の外周端部と電解質膜１の外周端部とがほぼ揃った状態となっているのに対し、カソード３は、電解質膜１よりも小さいサイズで構成され、カソード３の外周端部は、電解質膜１の外周端部より内側に位置している。
【００２８】
即ち、膜電極接合体１０では、カソード３の外周において電解質膜１の外表面が露出しており、カソード３の外周端部と電解質膜１の外表面とで、段差部４が形成される。こうした構成により、燃料電池１００では、アノード２の端部とカソード３の端部とを離間させ、反応ガスが電気化学反応に用いられることなく、供給された側とは反対の側の電極の側へと移動してしまうクロスリークを抑制する。なお、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体１０に、この段差部４が設けられていることにより、後述する第１の接着部６１の形成が容易化されている。
【００２９】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例におけるガス拡散部材２０の構成を説明するための概略図である。図４（Ａ）は、ガス拡散部材２０の全体を示す概略斜視図であり、図４（Ｂ）は、ガス拡散部材２０の構成要素である波板部２３を示す概略斜視図である。なお、図４（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、三次元方向を示す矢印ｘ，ｙ，ｚが互いに対応するように図示されている。図４（Ｃ）は、単セル１１０にガス拡散部材２０が組み付けられたときの状態を示す概略断面図である。図４（Ｃ）では、紙面右側を酸素供給用マニホールドＭ３側とし、紙面左側を酸素排出用マニホールドＭ４側として図示してある。
【００３０】
本実施例の燃料電池１００では、ガス拡散部材２０として、１枚の金属板を、切削加工および折り加工により網目状に加工した、いわゆるエキスパンドメタルを用いている。このガス拡散部材２０は、複数の波板部２３がｚ方向に並列に配置された構成を有する（図４（Ａ））。各波板部２３は、互いに連続する第１ないし第４の壁部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが繰り返しｘ方向に順に配置された構成を有する（図４（Ｂ））。
【００３１】
波板部２３では、第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃは、それらの壁面が、互いに上下にオフセットされるとともに略平行となるように配列されている。また、第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃを連結する第２と第４の壁部２１ｂ、２１ｄは、その壁面が第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃの壁面に対して斜面を構成している。
【００３２】
そして、互いに隣り合って配列された波板部２３の、それぞれの第１の壁部２１ａと第３の壁部２１ｃとは、互いに連結されて、連続する壁部２１ｅ（以後、「連結壁部２１ｅ」とも呼ぶ）を構成する（図４（Ａ））。これによって、ガス拡散部材２０では、隣り合う波板部２３の間に、各壁部２１ａ〜２１ｄの壁面を辺とする略六角形の貫通孔２５が規則的に配列された状態で形成される。
【００３３】
単セル１１０では、ガス拡散部材２０は、連結壁部２１ｅの互いに対向し合う２辺がそれぞれ、膜電極接合体１０のカソード３の外表面と、第２のセパレータ４０の外表面とに接するように配置される（図４（Ｃ））。そして、連結壁部２１ｅの壁面は、カソード３の外表面に対して、酸素供給用マニホールドＭ３側（紙面右側）が鋭角となる傾斜角を形成するように配置される。ガス拡散部材２０に流入した酸素は、各貫通孔２５をすり抜けて、酸素の供給側から酸素の排出側へと流れつつ、カソード３の電極面に沿った方向に拡散する。
【００３４】
なお、本明細書では、便宜上、ガス拡散部材２０を単セル１１０に組み付けたときに、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４と対向する、ガス拡散部材２０の側端部側をそれぞれ、「ガス拡散部材２０の入口側面側／出口側面側」と呼ぶ。また、ガス拡散部材２０のカソード３の電極面と対向し合う側を「ガス拡散部材２０の正面側」と呼び、第２のセパレータ４０の外表面と対向し合う側を「ガス拡散部材２０の背面側」と呼ぶ。
【００３５】
図５，図６は、第１のセパレータ３０の構成を説明するための概略図である。ここで、第１のセパレータ３０において、単セル１１０を構成したときに、膜電極接合体１０が配置される側の面を「第１の面Ｓ１」と呼び、その反対側の面を「第２の面Ｓ２」と呼ぶ。図５には、第１のセパレータ３０における第２の面Ｓ２側の構成を図示してある。図６には、図５に示すＡ−Ａ切断における第１のセパレータ３０の概略断面を図示してある。
【００３６】
なお、図５には、単セル１１０を構成したときに膜電極接合体１０が配置される領域を示す膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬを一点鎖線で図示してある。また、図５には、燃料電池１００を構成したときに、シール部材７０（図１，図２）が配置されて形成されるシールラインＳＬを二点鎖線で図示してある。
【００３７】
第１のセパレータ３０には、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔が、膜電極接合体１０の外周を囲むように配列して形成されている。なお、本明細書では、以後、燃料電池においてマニホールドを構成するために各構成部に設けられた貫通孔や流路についても、単に「マニホールド」と呼び、マニホールドと同様な符号を付すものとする。第１のセパレータ３０において、各マニホールドＭ１〜Ｍ６は、以下のように配列されている。
【００３８】
水素と冷媒のそれぞれの供給用マニホールドＭ１，Ｍ５は互いに隣り合うように配列され、水素と冷媒のそれぞれの排出用マニホールドＭ２，Ｍ６も互いに隣り合うように配列されている。そして、水素と冷媒の供給用マニホールドＭ１，Ｍ５の組と、水素と冷媒の排出用マニホールドＭ２，Ｍ６の組とはそれぞれ、膜電極接合体１０の互いに対向する外周二辺に沿って配列されている。酸素の供給用及び排出用マニホールドＭ３，Ｍ４はそれぞれ、膜電極接合体１０の残余の外周二辺に沿って配列されている。
【００３９】
なお、水素の供給用マニホールドＭ１と排出用マニホールドＭ２とは、膜電極接合体１０の発電領域を挟んで互いに対角する位置に形成されている。また、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４は、対応する膜電極接合体１０の外周二辺と同程度の幅を有する長方形形状で形成されている。各マニホールドＭ１〜Ｍ６の開口形状や配列は、他の構成であっても良い。
【００４０】
ここで、第１のセパレータ３０では、各マニホールドＭ１〜Ｍ６の形成領域が、第１のセパレータ３０の外周端部３２の外表面よりも低くなるように、第１の面Ｓ１側（図６の紙面右側）に窪み、シール部材７０を配置するためのシール部材配置部３１を形成している。また、第１のセパレータ３０では、シール部材配置部３１に囲まれた中央の領域が、シール部材配置部３１よりも第２の面Ｓ２側に突出し、アノード２を収容して配置するためのアノード配置部３３を形成している。
【００４１】
さらに、アノード配置部３３の第１の面Ｓ１側には、水素のための複数の並列な流路溝３５（以後、「水素流路溝３５」と呼ぶ）が、アノード配置部３３の板面を凹凸させることにより形成されている。水素流路溝３５は、水素供給用マニホールドＭ１側（図５の紙面左側）から水素排出用マニホールドＭ２側（図５の紙面右側）に向かって延びる直線状の溝として形成されている。
【００４２】
なお、水素流路溝３５の反対側の面（第２の面Ｓ２側の面）は、第１のセパレータ３０の外周端部３２の外表面と同一の仮想平面上に存在しており、単セル１１０を構成したときに、第２のセパレータ４０の板面と接触する。そして、第１のセパレータ３０の第１の面Ｓ１側に水素流路溝３５を形成したことにより第２の面Ｓ２側に形成される複数の並列な溝３６は、燃料電池１００を構成したときに冷媒のための流路として機能する。
【００４３】
第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１には、前記したとおり、シール部材７０（図１，図２）が配置される。燃料電池１００が構成されたときに、シール部材７０は、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４のそれぞれを囲むように配置される。そして、シール部材７０は、冷媒用のマニホールドＭ４，Ｍ５とアノード配置部３３とを囲むように配置される。これによって、各単セル１１０同士の間には冷媒の流路空間が形成される。
【００４４】
このように、本実施例の燃料電池１００では、シール部材７０の配置空間を、第１のセパレータ３０を窪ませて形成している。従って、シール部材７０を配置することにより、積層方向に燃料電池１００が大型化してしまうことが抑制されている。なお、シール部材７０によるシール性を向上させるために、シール部材配置部３１は、シールラインＳＬが同一の仮想平面上に存在するように平坦に形成されていることが好ましい。
【００４５】
図７，図８は、第２のセパレータ４０の構成を説明するための概略図である。ここで、第１のセパレータ３０と同様に、第２のセパレータ４０において、単セル１１０を構成したときに膜電極接合体１０が配置される側の面を「第１の面Ｓ１」と呼び、その反対側の面を「第２の面Ｓ２」と呼ぶ。
【００４６】
図７には、第２のセパレータ４０における第１の面Ｓ１側の構成を図示してある。図８には、図７に示すＡ−Ａ切断における第２のセパレータ４０の概略断面を図示してある。なお、図７には、ガス拡散部材２０が配置される領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してあり、ガス通路部材５０である水素通路部材５１および酸素通路部材５２のそれぞれが配置される領域ＰＭＡ１，ＰＭＡ２を二点鎖線で図示してある。
【００４７】
第２のセパレータ４０には、反応ガスおよび冷媒のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が、第１のセパレータ３０と同様な構成で形成されている。また、第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１側には、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれに並列に延びる２本の溝部４１が、第２のセパレータ４０の板面を凹凸させることにより形成されている。即ち、第２のセパレータ４０の第２の面Ｓ２側では、流路溝４１の形成部位が突出している。
【００４８】
これらの溝部４１は、酸素用マニホールドＭ３，Ｍ４と平行な、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡの外周二辺と重なる位置に形成されており、ガス拡散部材２０に酸素を流入させるためのガス流路溝として機能する。以後、第２のセパレータ４０に形成された溝部４１を「酸素流路溝４１」とも呼ぶ。
【００４９】
ここで、第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１側には、ガス通路部材５０である水素通路部材５１と酸素通路部材５２とが配置される。水素通路部材５１は、領域ＰＭＡ１として図示した位置、即ち、水素用のマニホールドＭ１，Ｍ２と膜電極接合体１０との間であって、水素用のマニホールドＭ１，Ｍ２の膜電極接合体１０側の端部に隣接する位置に配置される。
【００５０】
また、酸素通路部材５２は、領域ＰＭＡ２として図示した位置、即ち、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４と膜電極接合体１０との間の領域に配置される。なお、酸素通路部材５２の膜電極接合体１０側の一方の端部は、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれの端部に隣接して配置され、他方の端部は、酸素流路溝４１に重なるように配置される。
【００５１】
図９は、ガス通路部材５０の構成を説明するための概略図である。図９（Ａ）は、水素通路部材５１の構成を示す概略斜視図であり、図９（Ｂ）は、水素通路部材５１が単セル１１０において第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持された状態を示す概略断面図である。また、図９（Ｃ）は、酸素通路部材５２の構成を示す概略斜視図であり、図９（Ｄ）は、酸素通路部材５２が単セル１１０において第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持された状態を示す概略断面図である。なお、図９（Ｂ），（Ｄ）の概略断面図はそれぞれ、図８に示すＸ−Ｘ切断およびＹ−Ｙ切断に相当する切断面を示している。
【００５２】
水素通路部材５１および酸素通路部材５２はそれぞれ、板状部材をプレス加工して、波上に凹凸させることにより形成されている（図９（Ａ），（Ｃ））。水素通路部材５１および酸素通路部材５２は、単セル１１０に組み付けられたときに、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部において、貫通方向に沿って突出する壁部５３を形成する（図９（Ｂ），（Ｄ））。そして、各マニホールドＭ１〜Ｍ４と膜電極接合体１０との間の複数の並列なガス通路を形成する。
【００５３】
ところで、水素通路部材５１は、その上面５１ｔと底面５１ｂとが第１と第２のセパレータ３０，４０の両方に直接的に接触して配置される（図９（Ｂ））。従って、水素通路部材５１は、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の短絡を防止するために、非導電性部材で構成されることが好ましい。あるいは、水素通路部材５１は、絶縁コーティングされた導電性板状部材（例えば金属板）によって形成されるものとしても良い。また、水素通路部材５１を導電性板状部材で構成し、水素通路部材５１と第１または第２のセパレータ３０，４０との間に絶縁部材を介挿・配置するものとしても良い。
【００５４】
一方、酸素通路部材５２は、第２のセパレータ４０とは直接的に接触するように配置されるが、酸素通路部材５２と第１のセパレータ３０との間には接着層６０が形成される（図９（Ｄ））。従って、酸素通路部材５２は、導電性部材によって構成されるものとしても良い。この場合には、接着層６０によって、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の短絡が防止される。なお、酸素通路部材５２は、水素通路部材５１と同様な非導電性部材によって構成されるものとしても良い。
【００５５】
このように、本実施例の燃料電池１００では、各単セル１１０における反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部にガス通路部材５０が配置されている。このガス通路部材５０によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部には、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する通路壁部５３が形成され、その通路壁部５３が各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部を補強する支持部材として機能する。そのため、単セル１１０が薄型化された場合であっても、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の変形に起因する、反応ガスの通路入口／通路出口の閉塞や、第１と第２のセパレータ３０，４０同士の短絡の発生が抑制される。
【００５６】
図１０は、単セル１１０に形成される接着層６０の形成領域を説明するための模式図である。図１０には、模式的に線画として図示された第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１に、接着層６０が形成される領域をハッチングを付して示してある。ここで、接着層６０は、それぞれ接着領域と機能とが異なる第１〜第３の接着部６１〜６３を有する。図１０では、第１〜第３の接着部６１〜６３の形成領域をそれぞれ異なる種類のハッチングを付して図示してある。
【００５７】
なお、図１０には、図７と同様に、ガス通路部材５０の配置領域ＰＭＡ１，ＰＭＡ２を二点鎖線で図示し、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してある。さらに、図１０には、膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬを一点鎖線で図示してある。
【００５８】
接着層６０のうち、第１の接着部６１は、水素のマニホールドＭ１，Ｍ２とアノード２との間に形成される水素通路の一部を構成する部位である。第１の接着層６１は、水素がカソード３へと流入することを抑制するとともに、膜電極接合体１０と第２のセパレータ４０とを接着する。第１の接着部６１は、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡの外周端と、膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬとの間であって、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５の入口端部および出口端部が配置される領域に形成される。
【００５９】
第２の接着部６２は、酸素のマニホールドＭ３，Ｍ４とカソード３との間に形成される酸素通路に酸素が流入することを抑制するとともに、膜電極接合体１０と第１のセパレータ３０とを接着する部位である。第２の接着部６２は、酸素通路部材５２の配置領域ＰＭＡ２において、酸素通路部材５２と、第１のセパレータ３０と、膜電極接合体１０の端部とを接着するように形成される。
【００６０】
第３の接着部６３は、第１と第２のセパレータ３０，４０を互いに接着するとともに、単セル１１０の外部への流体の漏洩を防止するとともに、膜電極接合体１０の端部においてクロスリークが発生することを抑制する部位である。第３の接着部６３は、第１と第２の接着部６１，６２の形成領域と、水素通路部材５１の配置領域ＰＭＡ１を除く各マニホールドＭ１〜Ｍ６の外周の領域に形成される。
【００６１】
なお、第１の接着部６１と第３の接着部６３との間には、水素通路部材５１の開口部と、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５とを連結する通路を形成するための空隙部６５が形成されている。また、第３の接着部６３は、膜電極接合体１０の四隅の表面を被覆するように形成されており、水素の流路と酸素の流路とを分離する。
【００６２】
図１１（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池１００における水素の流れを説明するための模式図である。図１１（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１０に示すＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断に相当する切断面における燃料電池１００の概略断面と、水素の流れを示す矢印とを図示してある。なお、水素供給用マニホールドＭ１および水素排出用マニホールドＭ２における水素の流れは、図１１（Ａ），（Ｂ）に図示された方向とは反対の方向であっても良い。
【００６３】
水素供給用マニホールドＭ１に供給された水素は、各単セル１１０の水素通路部材５１によって形成された水素通路へと分岐流入し、水素通路部材５１から接着層６０における空隙部６５へと流れる（図１１（Ａ））。そして、水素は、膜電極接合体１０のカソード３及びガス拡散部材２０の端部を閉塞するように形成された第１の接着部６１の外表面に沿って流れ、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５に流入する。
【００６４】
水素は、水素流路溝３５を介して膜電極接合体１０のアノード２へと流れ、発電反応に用いられる。発電反応に用いられることのなかった水素を含む排ガスは、水素流路溝３５に沿って下流側へと流れ、接着層６０の空隙部６５を経て、水素通路部材５１の流路へと流入し、水素排出用マニホールドＭ２へと排出される。（図１１（Ｂ））。
【００６５】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池１００における酸素の流れを説明するための模式図である。図１２（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１０に示すＣ−Ｃ切断およびＤ−Ｄ切断に相当する切断面における燃料電池１００の概略断面と、酸素の流れを示す矢印とを図示してある。なお、酸素供給用マニホールドＭ３および酸素排出用マニホールドＭ４における酸素の流れは、図１２（Ａ），（Ｂ）に図示された方向とは反対の方向であっても良い。
【００６６】
酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、各単セル１１０の酸素通路部材５２によって形成された酸素通路へと分岐流入する（図１２（Ａ））。そして、酸素通路部材５２の酸素は、ガス拡散部材２０の入口側面側からガス拡散部材２０へと流入するとともに、第２のセパレータ４０に形成された酸素流路溝４１を介して、第２のセパレータ４０側である背面側からガス拡散部材２０へと流入する。
【００６７】
酸素は、ガス拡散部材２０において、膜電極接合体１０のカソード３の電極面に沿った方向に拡散しつつ下流側へと流れるとともに、カソード３へと流入して発電反応に用いられる。発電反応に用いられることのなかった酸素や、発電反応によって生じた水分を含む排ガスは、ガス拡散部材２０を介して、酸素排出用マニホールドＭ４側へと流れる（図１２（Ｂ））。なお、ガス拡散部材２０の排ガスは、出口側面側から直接、酸素通路部材５２へと流出するか、または、背面側から酸素流路溝４１を介して酸素通路部材５２へと流出する。
【００６８】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、第２のセパレータ４０に設けられた酸素流路溝４１の機能を説明するための模式図である。図１３（Ａ）には、本実施例における他の構成例として、酸素流路溝４１が省略された第２のセパレータ４０と、カソード３とにガス拡散部材２０が狭持された状態を図示してある。一方、図１３（Ｂ）には、本実施例と同様な構成例として、酸素流路溝４１が設けられた第２のセパレータ４０と、カソード３とにガス拡散部材２０が狭持された状態を図示してある。
【００６９】
第２のセパレータ４０において酸素流路溝４１が省略された場合には、酸素は、ガス拡散部材２０に対して、その入口側面側からのみ流入することになる（図１３（Ａ））。しかし、ガス拡散部材２０は、連結壁部２１ｅの壁面が、その酸素の流入方向に面するように配置されている。そのため、この構成例では、酸素がガス拡散部材２０に流入する際の圧力損失が比較的高くなる。これは、ガス拡散部材２０の出口側についても同様である。
【００７０】
これに対して、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられている場合には、酸素は、ガス拡散部材２０に対して、酸素流路溝４１を介して、その背面側からも流入可能となる（図１３（Ｂ））。ここで、ガス拡散部材２０の貫通孔２５を囲む壁面は、第２のセパレータ４０の外表面に対して傾斜角を有して配置されており、ガス拡散部材２０は、第２のセパレータ４０の外表面側に向かって開口するように配置されているものと解釈することができる。
【００７１】
即ち、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられていれば、ガス拡散部材２０に対して、酸素を、その入口側面側からの導入に加えて、その開口方向に沿った方向から導入することが可能となる。従って、この構成例の場合には、酸素がガス拡散部材２０に流入する際の圧力損失を低くすることができる。これは、ガス拡散部材２０の出口側についても同様である。
【００７２】
このように、本実施例の燃料電池１００では、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられているため、燃料電池１００内における酸素の圧力損失を低下させることができる。従って、燃料電池１００におけるカソード３への酸素の供給効率を向上させることができるとともに、カソード３側における排水性を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施例の燃料電池１００では、第２のセパレータ４０の酸素流路溝４１は、燃料電池１００を構成したときに、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５と互いに勘合し合うように形成されている。即ち、本実施例の燃料電池１００では、その積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、水素／冷媒の流路溝と、酸素の流路溝とが互いに重なり合う。さらに、燃料電池１００では、それら流体の流路溝と、シール部材７０の配置される空間とが互いに重なり合う。このように、本実施例の燃料電池１００では、単セル１１０同士の間に形成される空間が、流体流路やシール部材の配置領域として効率的に利用されており、そのサイズが積層方向に大型化してしまうことが抑制されている。
【００７４】
図１４（Ａ）〜（Ｆ）は、本実施例の単セル１１０の組み立て工程を説明するための模式図である。本実施例の単セル１１０は、膜電極接合体１０を第１と第２のセパレータ３０，４０で狭持して、接着層６０によって一体化した後に、打ち抜き工程によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を形成する。具体的には、単セル１１０は、以下のように組み立てられる。
【００７５】
なお、図１４（Ａ）〜（Ｆ）には、水素と酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部領域を図示してあり、以下では、その領域における工程について説明する。しかし、図示されていない水素と酸素の排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部領域についても、工程の内容は同様である。また、図１４（Ａ）〜（Ｄ）では、後続する打ち抜き工程によってマニホールドＭ１，Ｍ３が形成される領域を破線で図示してある。
【００７６】
第１工程では、第２のセパレータ４０の外表面上にガス拡散部材２０と膜電極接合体１０とを積層配置し、カソード３の側端面と、ガス拡散部材２０の側端部に、速乾性の液状接着剤を塗布して、第１の接着部６１を形成する（図１４（Ａ））。即ち、この工程では、第２のセパレータ４０と、膜電極接合体１０と、ガス拡散部材２０とが一体化される。そして、水素通路部材５１を所定の位置に配置するとともに、酸素通路部材５２を所定の位置に配置する（図１４（Ｂ））。
【００７７】
なお、この際に、水素通路部材５１および酸素通路部材５２は、それぞれの端部が、マニホールドＭ１〜Ｍ４の形成領域内に配置されることが好ましい。このように配置することによって、マニホールドＭの打ち抜き工程の際に、第１と第２のセパレータ３０，４０の端部が変形してしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００７８】
第２工程では、第２と第３の接着部６２，６３の形成領域に速乾性の液状接着剤を塗布しつつ、第１のセパレータ３０を膜電極接合体１０の上に積層配置する（図１４（Ｃ），（Ｄ））。なお、このとき、第３の接着部６３を形成するための接着剤は、マニホールドＭの形成領域まで、はみ出して塗布されることが好ましい。これによって、マニホールドＭの外周領域には、第１と第２のセパレータ３０，４０の間に確実に接着層６０が配置されることになるため、短絡を抑制できる。第３工程では、接着剤が乾燥した後に、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を打ち抜き工程により形成する（図１４（Ｅ），（Ｆ））。
【００７９】
なお、本実施例の単セル１１０の組み立て工程は、上記の工程に限定されるものではない。例えば、マニホールドＭ１〜Ｍ６は、上記のような打ち抜き工程によって形成されなくとも良い。具体的には、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成する貫通孔が予め形成された第１と第２のセパレータ３０，４０を準備しておき、それら第１と第２のセパレータ３０，４０によって膜電極接合体１０を狭持した後に、接着層６０を形成するものとしても良い。
【００８０】
ここで、本実施例の燃料電池１００では、上述したように、各マニホールドＭ１〜Ｍ８の打ち抜き工程において第１と第２のセパレータ３０，４０の端部が変形してしまうことが、当該端部に配置されたガス通路部材５０によって抑制される。また、本実施例の燃料電池１００であれば、以下に説明する参考例の燃料電池１００ａの製造工程において、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を上述したのと同様な打ち抜き工程によって形成する場合に発生する可能性のある不具合が抑制される。
【００８１】
図１５（Ａ），（Ｂ）は、参考例としての燃料電池１００ａの構成を説明するための概略図である。図１５（Ａ）は、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間における水素通路の構成を示す、図１１（Ａ）と同様な概略断面図である。図１５（Ｂ）は、酸素供給用マニホールドＭ３とカソード３との間における酸素通路の構成を示す、図１２（Ａ）と同様な概略断面図である。
【００８２】
参考例の燃料電池１００ａは、複数の単セル１１０ａが積層された積層構造を有する。各単セル１１０ａの構成は、マニホールドＭと膜電極接合体１０との間に形成されるガス通路の構成が異なる点以外は、本実施例の単セル１１０の構成とほぼ同様である。なお、参考例の燃料電池１００ａでは、排出側のガス通路の構成は、以下に説明する供給側のガス通路の構成と同様であるため、その図示および説明は省略する。
【００８３】
参考例の燃料電池１００ａでは、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間の水素通路は、板状部材である第１のシーリングプレート５５（「水素シーリングプレート５５」とも呼ぶ）によって形成される（図１５（Ａ））。水素シーリングプレート５５は、膜電極接合体１０のアノード２側とカソード３側とを分離するとともに、水素通路の底面を構成する。
【００８４】
水素シーリングプレート５５は、一方の端部の外表面が、電解質膜１の端部におけるカソード３側の外表面と面接触し、他方の端部の端面が水素供給用マニホールドＭ１の壁面を構成するように、第２のセパレータ４０の表面と並行に配置される。また、水素シーリングプレート５５は、カソード３の端部から突出した電解質膜１の外表面の一部が第１の接着部６１ａと直接的に接触するように、カソード３から離間して配置される。
【００８５】
なお、第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１には、水素の流路空間が確保されるように、水素シーリングプレート５５を保持する保持部３７が、水素シーリングプレート５５側に突出した複数の凸部として形成されている。保持部３７は、シール部材７０が配置位置からずれた位置において第１のセパレータ３０をプレス加工することにより形成される。
【００８６】
水素シーリングプレート５５と第２のセパレータ４０との間には、第１の接着部６１ａが形成される。第１の接着部６１ａは、ガス拡散部材２０の端部とカソード３の端面とをシールするシール部として機能する。また、第１の接着部６１ａの側面は、水素供給用マニホールドＭ１の壁面の一部を構成する。
【００８７】
水素供給用マニホールドＭ１から供給された水素は、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空隙として形成された水素通路に分岐流入する。そして、保持部３７をすり抜けて、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５を介して、アノード２へと供給される。なお、アノード２側の排ガスは、水素シーリングプレート５５によって、供給側と同様に形成された水素通路を介して、水素排出用マニホールドＭ２へと排出される（図示は省略）。
【００８８】
参考例の燃料電池１００ａでは、酸素供給用マニホールドＭ３とカソード３との間の酸素通路は、板状部材である第２のシーリングプレート５６（「酸素シーリングプレート５６」とも呼ぶ）と、ガス拡散部材２０とによって形成される（図１５（Ｂ））。なお、この参考例の燃料電池１００ａでは、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１は設けられていない。
【００８９】
参考例の燃料電池１００ａでは、ガス拡散部材２０の配置領域は、カソード３の外周端を超えて、第１と第２のセパレータ３０，４０の酸素供給用マニホールドＭ３まで延長されている。即ち、ガス拡散部材２０の入口側面側の端部が、酸素供給用マニホールドＭ３と直接的に接続されている。
【００９０】
酸素シーリングプレート５６は、その端面がカソード３の端面と面接触するように配置される。また、酸素シーリングプレート５６は、ガス拡散部材２０のカソード３の外周端部より突出した正面側を被覆するように配置される。ただし、酸素シーリングプレート５６の酸素供給用マニホールドＭ３側の一辺は、第１と第２のセパレータ３０，４０の酸素供給用マニホールドＭ３より内側（膜電極接合体１０側）に位置している。これによって、ガス拡散部材２０の酸素供給用マニホールドＭ３側の端部は、その正面側が酸素供給用マニホールドＭ３に向かって露出する。
【００９１】
酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０との間には、第２の接着部６２ａが形成される。第２の接着部６２ａは、酸素供給用マニホールドＭ３の酸素がアノード２へと流入しないように、膜電極接合体１０の端面をシールするように形成される。
【００９２】
酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、酸素供給用マニホールドＭ３内に露出しているガス拡散部材２０の端部に、その入口側面側および正面側から流入し、カソード３へと供給される。ところで、この参考例の燃料電池１００ａでは、酸素は、酸素供給用マニホールドＭ３に、膜電極接合体１０のカソード３側（図１５（Ｂ）の紙面下側）から供給されることが好ましい。これによって、ガス拡散部材２０への酸素の流入量を増大させることができる。カソード３側の排ガスは、ガス拡散部材２０の端部から直接的に、酸素排出用マニホールドＭ４へと排出される（図示は省略）。
【００９３】
図１６（Ａ）〜（Ｆ）は、参考例の単セル１１０ａの組み立て工程を説明するための模式図である。参考例の単セル１１０ａは、本実施例の単セル１１０と同様に、膜電極接合体１０と第１と第２のセパレータ３０，４０とを接着層６０によって一体化した後の打ち抜き工程によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ６が形成される。具体的には、単セル１１０ａは、以下のように組み立てられる。
【００９４】
なお、図１６（Ａ）〜（Ｆ）には、水素と酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部領域を図示してあり、以下では、その領域における工程について説明する。しかし、図示されていない水素と酸素の排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部領域についても、工程の内容は同様である。また、図１６（Ａ）〜（Ｄ）では、後続する打ち抜き工程によってマニホールドＭ１，Ｍ３が形成される領域を破線で図示してある。
【００９５】
第１工程では、第２のセパレータ４０の外表面上にガス拡散部材２０と膜電極接合体１０とを積層配置するとともに、膜電極接合体１０の上に第１のセパレータ３０を積層配置する（図１６（Ａ），（Ｂ））。このときに、各シーリングプレート５５，５６も所定の位置に配置しておく。第１または第２のセパレータ３０，４０と各シーリングプレート５５，５６の間には、各シーリングプレート５５，５６を保持するための部材が配置されるものとしても良い。
【００９６】
なお、水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５は、その一辺が水素供給用マニホールドＭ１の形成領域内に配置されることが好ましい。また、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、ガス拡散部材２０の端部が、酸素供給用マニホールドＭ３の形成領域内にまで突出して配置されていることが好ましい。
【００９７】
第２工程では、速乾性の液状接着剤によって接着層６０を形成する。水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５と、第２のセパレータ４０との間（第１の接着部６１ａの形成領域）から接着剤を充填する（図１６（Ｃ））。そして、そのまま連続して、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域も含む第１と第２のセパレータ３０，４０の間の空間に接着剤を充填する。
【００９８】
また、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０との間（第２の接着部６２ａの形成領域）に接着剤を充填する（図１６（Ｄ））。そして、第１と第２のセパレータ３０，４０の間（第３の接着部６３の形成領域）にも、接着剤を充填する。なお、このとき、接着剤は、酸素供給用マニホールドＭ３の形成領域にはみ出して塗布されることが好ましい。
【００９９】
第３工程では、接着剤が乾燥した後に、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を打ち抜き工程により形成する（図１６（Ｅ），（Ｆ））。こうした一連の工程によって、参考例の単セル１１０ａを組み立てることができる。しかし、この参考例の単セル１１０ａの組み立て工程では、接着層６０を形成するための接着剤の塗布工程において、以下のような不具合が発生してしまう可能性がある。
【０１００】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、参考例の単セル１１０ａの組み立て工程において生じる不具合を説明するための模式図である。なお、図１７（Ａ）〜（Ｄ）にはそれぞれ、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。なお、以下の説明では、水素および酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部についてそれぞれ説明するが、排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部についても同様の不具合が生じる可能性がある。
【０１０１】
図１７（Ａ）は、第２のセパレータ４０側を重力方向下側として、水素供給用マニホールドＭ１側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じた状態を模式的に示している。また、図１７（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、第１のセパレータ３０側を重力方向下側として、水素供給用マニホールドＭ１側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じるメカニズムを段階的に示している。
【０１０２】
図１６（Ｃ）で説明したように、水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５と第２のセパレータ４０の間の空間と、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の空間に連続して接着剤が塗布・充填される。このとき、第２のセパレータ４０を重力方向下側とした場合には、第１と第２のセパレータ３０，４０の間に接着剤を充填する際に、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空間に接着剤が流入してしまう可能性がある（図１７（Ａ））。即ち、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間の水素通路の入口が接着剤によって狭小化または閉塞されてしまう可能性がある。
【０１０３】
また、第１のセパレータ３０を重力方向下側として接着剤を充填する場合には、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の段差において、接着剤が途切れてしまう可能性がある（図１７（Ｂ））。接着剤が途切れてしまった後に、続けて接着剤を充填していくと、接着剤の一部が、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空間に流入するとともに、第２のセパレータ４０側に空隙が生じてしまう可能性がある。即ち、この場合には、水素通路入口の狭小化または閉塞とともに、第２のセパレータ４０と接着層６０との間に生じた空隙を起点とした水素の漏洩経路が生じてしまう可能性がある。
【０１０４】
図１７（Ｄ）は、第２のセパレータ４０側を重力方向下側として、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じた状態を模式的に示している。図１６（Ｄ）で説明したように、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０の間の空間に接着剤が充填される。このとき、酸素シーリングプレート５６の面上から、ガス拡散部材２０へと接着剤が流動してしまう可能性がある。この場合には、ガス拡散部材２０の正面側端部が接着剤によって閉塞されてしまうため、単セル１１０ａを構成したときに、ガス拡散部材２０の入口における酸素の圧力損失が増大してしまう。
【０１０５】
しかし、本実施例の単セル１１０であれば、参考例の単セル１１０ａの場合ほど接着剤を連続的に長い距離で塗布・充填したりする部位がない（図１４）。また、ガス流路の入口を構成する段差を介して連続して接着剤を塗布する部位もない。そのため、本実施例の単セル１１０であれば、接着層６０を形成するための接着剤の塗布量を低減するとともに、その塗布工程をより簡易化することができ、図１７で説明したような接着剤による不具合が生じることを抑制することができる。
【０１０６】
このように、本実施例の燃料電池１００であれば、単セル１１０やシール部材７０が交換可能に構成されているため、そのメンテナンス性が向上している。また、凹凸加工によって流体流路が形成された単層のセパレータ３０，４０を用いることにより、単セル１１０が薄型化されている。さらに、燃料電池１００では、その積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、ガス流路や冷媒流路、シール部材の配置空間が互いに重なり合うように構成されており、その全体のサイズが小型化されている。
【０１０７】
そして、本実施例の燃料電池１００では、各単セル１１０の反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に、補強部としても機能する壁部を有するガス通路部材５０が配置されている。このガス通路部材５０によって、第１と第２のセパレータ３０，４０の端部の変形が抑制され、反応ガスの流路入口や流路出口の閉塞や、短絡の発生が抑制される。また、本実施例の燃料電池１００であれば、接着層６０を形成するための接着剤の塗布量が低減され、接着剤の塗布工程を簡易化することができる。
【０１０８】
B．第２実施例：
図１８，図１９は本発明の第２実施例としての燃料電池１００Ａに用いられる第２のセパレータ４０Ａの構成を説明するための概略図である。図１８には、第２のセパレータ４０Ａにおける第１の面Ｓ１側を図示してある。また、図１９（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１８に示すＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断における第２のセパレータ４０Ａの概略断面を図示してある。なお、図１８には、ガス拡散部材２０が配置される領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してある。
【０１０９】
ここで、第２実施例の燃料電池１００Ａは、以下に説明する点以外は、第１実施例で説明した燃料電池１００と同様な構成である。燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０に換えて、第２のセパレータ４０Ａが用いられ、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部には、ガス通路部材５０に換えて、シーリングプレート５５，５６が配置される。そして、接着層６０における接着剤の塗布領域が異なる。
【０１１０】
第２のセパレータ４０Ａは、以下に説明する点以外は、第１実施例で説明した第２のセパレータ４０（図７）と同様な構成であり、反応ガスや冷媒のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が貫通孔として形成されるとともに、酸素流路溝４１が形成されている。また、第２のセパレータ４０Ａには、プレス加工により、第１の面Ｓ１側に突出させた部位が以下のように形成されている。
【０１１１】
第２のセパレータ４０Ａでは、水素の供給用および排出用マニホールドＭ１，Ｍ２のそれぞれと膜電極接合体１０の配置領域との間に、水素通路を構成する並列な水素通路壁４２が形成されている。また、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれと膜電極接合体１０の配置領域との間には、酸素通路を構成する並列な酸素通路壁４３が形成されている。
【０１１２】
さらに、第２のセパレータ４０Ａには、接着層６０を形成するために接着剤を塗布する領域を突出させた接着剤塗布部４４が形成されている。接着剤塗布部４４は、第２のセパレータ４０Ａの第１の面Ｓ１において、以下の領域を囲むように形成されている。接着剤塗布部４４は、水素の供給用および排出用のマニホールドＭ１，Ｍ２のそれぞれの形成領域を、水素通路壁４２の形成領域を含めて囲むように形成されている。
【０１１３】
また、接着剤塗布部４４は、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４の形成領域と、酸素通路壁４３の形成領域と、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡとを一つの領域として囲むように形成されている。さらに、接着剤塗布部４４は、冷媒の供給用および排出用マニホールドＭ５，Ｍ６の形成領域をそれぞれ囲むように形成されている。
【０１１４】
なお、接着剤塗布部４４の各通路壁４２，４３の形成領域と隣り合う端部には、各通路壁４２，４３の上に配置されるシーリングプレート５５，５６（後述）を係止して配置するために窪ませた段差部４５が設けられている。また、第２のセパレータ４０Ａには、第１実施例の単セル１１０の接着層６０に形成されていた空隙部６５（図１０）に相当する部位に、水素のための流路溝４６が、接着剤塗布部４４に挟まれた溝部として形成されている。
【０１１５】
ここで、接着剤塗布部４４は、第２のセパレータ４０Ａにおける第１の面Ｓ１側の面（以後、「接着剤塗布部４４の上面」と呼ぶ）全体が、同一の仮想平面上に存在するように形成されている（図１９）。また、各通路壁４２，４３の高さは、それらの上に配置されるシーリングプレート５５，５６の厚みの分だけ、接着剤塗布部４４より低く形成されている。
【０１１６】
また、第２実施例における第２のセパレータ４０Ａには、第１の面Ｓ１側に、通路壁４２，４３や接着剤塗布部４４が凸部として設けられたことにより、第２の面Ｓ２側に形成された凹部に樹脂部材４７が充填されている。これによって、第２のセパレータ４０Ａの第２の面Ｓ２側は、酸素流路溝４１のために突出している部位以外は、平坦な面となるように構成されている。
【０１１７】
なお、燃料電池１００Ａでは、各単セル１１０Ａの間に配置されるシール部材７０は、この樹脂部材４７によって平坦化された面と、第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１の底面とに狭持される。従って、第２のセパレータ４０Ａの基材に上述した凹凸部が形成されることによって、燃料電池１００Ａにおけるシール性が低下してしまうことが抑制されている。
【０１１８】
図２０，図２１は、第２実施例の燃料電池１００Ａの構成を説明するための概略図である。図２０（Ａ）は、図１８に示すＸ−Ｘ断面に相当する部位における燃料電池１００Ａの概略断面図である。また、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における燃料電池１００Ａの概略断面図である。
【０１１９】
図２１（Ａ）は、図１８に示すＹ−Ｙ断面に相当する部位における燃料電池１００Ａの概略断面図である。また、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における燃料電池１００Ａの概略断面図である。
【０１２０】
燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａに設けられた水素通路壁４２および酸素通路壁４３の上にそれぞれ、板状部材である水素シーリングプレート５５および酸素シーリングプレート５６が架設配置される。各シーリングプレート５５，５６は、その端部が、接着剤塗布部４４に設けられた段差部４５に係止されることにより、その外表面が接着剤塗布部４４の上面と連続した一平面を形成する。
【０１２１】
そして、燃料電池１００Ａでは、各シーリングプレート５５の外表面と、接着剤塗布部４４の上面とにそれぞれ接着剤が塗布されて接着層６０が形成される。これによって、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａと、膜電極接合体１０とが一体化される。なお、接着塗剤布部４４に設けられ段差部４５によって、接着剤の塗布工程の際に、接着剤塗布部４４の上面とシーリングプレート５５，５６との境界から、ガス通路内に接着剤が流入してしまうことが抑制されている。
【０１２２】
ここで、水素供給用マニホールドＭ１に供給された水素は、水素通路壁４２と水素シーリングプレート５５によって形成された水素通路に流入する。そして、第２のセパレータ４０Ａに設けられた流路溝４６を介して、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５へと流れて、アノード２に供給される（図２０（Ａ））。アノード２側の排ガスは、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５から第２のセパレータ４０Ａの流路溝４６を経て、水素通路壁４２と水素シーリングプレート５５によって形成された水素通路へと流れて、水素排出用マニホールドＭ２から排出される（図示せず）。
【０１２３】
一方、酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、酸素通路壁４３と酸素シーリングプレート５６によって形成された酸素通路に流入する。そして、ガス拡散部材２０へと流入し、カソード３に供給される（図２１（Ａ））。カソード３側の排ガスは、ガス拡散部材２０から、酸素通路壁４３と酸素シーリングプレート５６によって形成された酸素通路を介して、酸素排出用マニホールドＭ４から排出される（図示せず）。
【０１２４】
このように、第２実施例の燃料電池１００Ａであれば、第２のセパレータ４０Ａをプレス加工することにより、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の補強部としても機能する通路壁４２，４３が形成されている。従って、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａにおける反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の変形が抑制される。
【０１２５】
また、第２実施例の燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａの接着剤塗布部４４が突出している分だけ接着層６０の厚みが、第１実施例の場合より低減されている。また、接着剤が塗布される接着剤塗布部４４の上面と、シーリングプレート５５，５６の外表面とが、単一の仮想平面上にあり、接着剤の塗布が、より容易になっている。さらに、第２実施例の燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａの第２の面Ｓ２側の凹部に樹脂部材４７が充填されることにより、第２のセパレータ４０Ａの第１のシール面の平滑性が確保されている。
【０１２６】
C．参考例：
図２２は、参考例として、第１実施例で説明したガス通路部材５０の他の形成方法を説明するための模式図である。この参考例では、以下に説明する工程により、単セル１１０の製造工程において、第１のセパレータ３０を構成する基材の一部を用いて水素通路部材５１が形成される。なお、以下の説明では、水素供給側の水素通路部材５１の形成方法について説明するが、水素排出側の水素通路部材５１についても同様に形成することが可能である。また、酸素通路部材５２についても、同様な工程により形成することが可能である。
【０１２７】
第１工程（図２２（Ａ））では、単セル１１０に組み付けられる前の第１のセパレータ３０の基材に対して、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域（破線で図示）の外周輪郭線を構成する４辺のうちの連続する３辺に沿って切れ込み（厚み方向に貫通する切断線）を入れる。なお、図２２（Ａ）では、当該切れ込みによって形成された切断線を実線で示してある。
【０１２８】
ここで、水素供給用マニホールドＭ１の外周輪郭線のうちで、切れ込みを入れられなかった一辺は、後の工程で水素通路部材５１が配置される領域に隣接する一辺である。上記の切断線の形成により、第１のセパレータ３０の基材には、水素用マニホールドＭ１の形成領域に折り曲げ可能な板片部９０が形成される。この参考例に工程では、この板片部９０によって、水素通路部材５１を形成する。
【０１２９】
第２工程（図２２（Ｂ））では、板片部９０に、プレス加工により波板状に凹凸する凹凸部位９１を形成する。この凹凸部位９１が、水素通路部材５１における水素の流路溝を構成する。
【０１３０】
第３工程（図２２（Ｃ））では、板片部９０を、水素通路部材５１の配置領域に向かって折り曲げる。このとき、板片部９０と、第１のセパレータ３０の外表面との間には、絶縁性部材９２を介挿する。なお、絶縁性部材９２に換えて、板片部９０の外表面に絶縁皮膜を形成するものとしても良い。
【０１３１】
第４工程（図２２（Ｄ））では、第１と第２のセパレータ３０，４０によって膜電極接合体１０およびガス拡散部材２０が狭持された状態（図示は省略）で接着層６０を形成する。そして、各マニホールドＭを形成するための打ち抜き工程によって、板片部９０の折り曲げ部を切除する。これによって、水素用マニホールドＭ１が形成されるとともに、水素用マニホールドＭ１に連通する水素通路部材５１が形成され、単セル１１０が完成する。
【０１３２】
図２３は、参考例として、第２実施例で説明した、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４と、膜電極接合体１０の発電領域とを連通するガス通路の他の形成方法を説明するための模式図である。この参考例では、以下に説明する工程により、単セル１１０Ａの製造工程において、第２のセパレータ４０Ａを構成する基材の一部を用いて水素シーリングプレート５５が形成される。なお、以下の説明では、水素供給側の水素通路の形成方法について説明するが、水素排出側の水素通路についても同様に形成することが可能である。また、酸素通路についても、同様な工程により形成することが可能である。
【０１３３】
第１工程（図２３（Ａ））では、プレス加工により通路壁４２，４３や接着剤塗布部４４が形成された第２のセパレータ４０Ａの基材を準備する。そして、図２２（Ａ）で説明した第１工程と同様に、第２のセパレータ４０Ａの基材において、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域の外周輪郭線に沿った切断線を形成して、板片部９０を形成する。なお、図２３では、接着剤塗布部４４についての図示は省略してある。
【０１３４】
第２工程（図２３（Ｂ））では、板片部９０を、水素通路壁４２側へと折り返して、各水素通路壁４２の上に架設・配置させる。即ち、この参考例では、この板片部９０によって水素シーリングプレート５５が形成される。
【０１３５】
第３工程（図２３（Ｃ））では、板片部９０の外表面および接着剤塗布部４４（図示は省略）の上に接着剤を塗布して、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａによって膜電極接合体１０およびガス拡散部材２０（図示は省略）を狭持する。そして、各マニホールドＭを形成するための打ち抜き工程によって、板片部９０の折り曲げ部を切除する。これによって、水素用マニホールドＭ１が形成されるとともに、水素シーリングプレート５５が配置された水素通路が形成され、単セル１１０Ａが完成する。
【０１３６】
このように、図２２，図２３で説明した方法によれば、第１実施例および第２実施例で説明した単セル１１０，１１０Ａを効率的に形成することが可能である。
【０１３７】
D．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。
【０１３８】
D1．変形例１：
上記実施例にでは、第１と第２のセパレータ３０，４０（４０Ａ）の間には、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に、ガス通路部材５０や通路壁４２，４３によって、複数の並列なガス通路が形成されていた。しかし、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に形成されるガス通路は、他の構成を有する通路が形成されるものとしても良い。例えば、複数の略円柱状または略半球状の突起部が配列された、いわゆるディンプル形状のガス通路が形成されるものとしても良い。ガス通路は、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４との接続部において、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する通路壁を有していれば良い。
【０１３９】
D2．変形例２：
上記実施例では、水素用および酸素用のそれぞれのマニホールドＭ１〜Ｍ４と膜電極接合体１０との間に、マニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する壁部５３や通路壁４２，４３が配置されていた。しかし、水素用または酸素用のガス通路のうち、いずれか一方において、それらの通路壁は省略されるものとしても良い。
【０１４０】
D3．変形例３：
上記実施例では、ガス拡散部材２０としてエキスパンドメタルが用いられていた。しかし、ガス拡散部材２０は省略されるものとしても良い。また、ガス拡散部材２０としては、エキスパンドメタルに限らず、他の多孔質な導電性部材によって構成されるものとしても良い。ガス拡散部材２０としては、例えば、発泡金属や、いわゆるパンチングメタルなどの多孔質に加工された金属板によって構成されるものとしても良い。なお、第２のセパレータ４０には、第１のセパレータ２０と同様な酸素のための流路溝が形成されるものとしても良い。
【０１４１】
D4．変形例４：
上記実施例において、第２のセパレータ４０，４０Ａには酸素流路溝４１が形成されていた。しかし、酸素流路溝４１は省略されるものとしても良い。ただし、図１３で説明したように、酸素流路溝４１が設けられていた方が、燃料電池１００，１００Ａにおける酸素の圧力損失を低減できるため好ましい。
【０１４２】
D5．変形例５：
上記実施例では、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５は、複数の並列な直線流路溝として構成されていた。しかし、水素流路溝３５は他の構成の流路溝として構成されるものとしても良い。例えば、水素流路溝３５は、供給側の入口端部と排出側の出口端部とが、蛇腹状の往復流路溝によって連結された、いわゆるサーペンタイン状の流路溝として形成されるものとしても良い。また、水素流路溝３５は、ディンプル状の流路を構成するように形成されても良い。第１のセパレータ３０の水素流路溝３５は、省略されるものとしても良い。この場合には、第１のセパレータ３０とアノード２との間に、ガス拡散部材２０が介挿・配置されるものとしても良い。
【０１４３】
D6．変形例６：
上記実施例では、第１の電極２がアノードとして機能し、第２の電極３がカソードとして機能していた。しかし、燃料電池１００，１００Ａでは、第１の電極２をカソードとして機能させ、第２の電極３をアノードとして機能させるものとしても良い。
【０１４４】
D7．変形例７：
上記実施例において、膜電極接合体１０は、アノード２よりカソード３の方が小さいサイズで形成されていた。しかし、膜電極接合体１０では、カソード３の方がアノード２より小さいサイズで形成されるものとしても良いし、アノード２とカソード３とが、ほぼ同じサイズで構成されるものとしても良い。なお、アノード２とカソード３とを同じサイズで構成する場合には、電解質膜１の外周端部がアノード２またはカソード３の外周端部から突出されるように構成されることが好ましい。これによって、膜電極接合体１０の端部におけるクロスリークの発生を抑制することができる。また、上記実施例では、各電極２，３がガス拡散層２ｇ，３ｇを有していた。しかし、ガス拡散層２ｇ，３ｇは省略されるものとしても良い。
【０１４５】
D8．変形例８：
上記実施例では、燃料電池１００，１００Ａを、その積層方向に垂直な方向（側面方向）に沿って見たときに、水素流路溝３５と重なり合う空間にシール部材７０が配置されていた。しかし、シール部材７０を配置するための空間は、燃料電池１００，１００Ａを、その側面方向に沿って見たときに、水素流路溝と重なり合う位置に形成されていなくとも良い。ただし、上記実施例のようにシール部材７０を配置するための空間を形成することにより、燃料電池１００，１００Ａの小型化が可能である。
【０１４６】
D9．変形例９：
上記実施例において、各単セル１１０，１１０Ａの境界にはシール部材７０が配置されていた。しかし、各単セル１１０，１１０Ａの境界には、シール部材７０に換えて、単セル１１０，１１０Ａ同士を接着するとともに、当該境界位置のシール性を確保するための接着部が形成されるものとしても良い。ただし、この場合には、一部の単セル１１０，１１０Ａの交換性が低下するため、燃料電池１００，１００Ａのメンテナンス性が低下する可能性がある。
【符号の説明】
【０１４７】
１…電解質膜
２…アノード（第１の電極）
３…カソード（第２の電極）
２ｃ，３ｃ…触媒層
２ｇ，３ｇ…ガス拡散層
４…段差部
１０…膜電極接合体
２０…ガス拡散部材
２１ａ〜２１ｄ…壁部
２１ｅ…連結壁部
２３…波板部
２５…貫通孔
３０…第１のセパレータ
３１…シール部材配置部
３２…外周端部
３３…アノード配置部
３５…水素流路溝
３６…溝部
３７…保持部
４０，４０Ａ…第２のセパレータ
４１…酸素流路溝
４２…水素通路壁
４３…酸素通路壁
４４…接着剤塗布部
４５…段差部
４６…流路溝
４７…樹脂部材
５０…ガス通路部材
５１…水素通路部材
５１ｂ…底面
５１ｔ…上面
５２…酸素通路部材
５３…壁部
５５…水素シーリングプレート
５６…酸素シーリングプレート
６０…接着層
６１，６１ａ…第１の接着層
６２，６２ａ…第２の接着部
６３…第３の接着部
６５…空隙部
７０…シール部材
９０…板片部
９１…凹凸部位
９２…絶縁性部材
１００，１００Ａ，１００ａ…燃料電池
１１０，１１０Ａ，１１０ａ…単セル
Ｍ…マニホールド
Ｍ１…水素供給用マニホールド
Ｍ２…水素排出用マニホールド
Ｍ３…酸素供給用マニホールド
Ｍ４…酸素排出用マニホールド
Ｍ５…冷媒供給用マニホールド
Ｍ６…冷媒排出用マニホールド
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、発電体である膜電極接合体をセパレータによって狭持した発電モジュールである単セルを、複数個積層したスタック構造を有するものが知られている（下記特許文献１等）。燃料電池は、一般に、車両などの限られた空間内に搭載される。そのため、燃料電池は、単セルを薄型化するなど、小型化されることが望ましい。また、燃料電池は、小型化された場合であっても、その内部に形成される反応ガスのための流路の圧力損失が増大してしまわないように構成されていることが好ましい。さらに、燃料電池では、一部の単セルのみに不具合が生じる場合があるため、単セルが交換可能に構成されることによって、保守性（メンテナンス性）が向上されていることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０５５９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１９０５号公報
【特許文献３】特開２００９−０９３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、反応ガスの圧力損失の増大を抑制しつつ、燃料電池を小型化するとともに、燃料電池のメンテナンス性を向上させる技術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】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］
複数の発電モジュールが積層された積層構造を有する燃料電池であって、前記発電モジュールは、電解質膜の両面に第１と第２の電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記第１と第２の電極のそれぞれに対応して配置され、前記第１の電極に供給される第１の反応ガスのための第１のマニホールドを構成する貫通孔が形成された第１と第２のセパレータと、前記膜電極接合体の外周において前記第１と第２のセパレータとを接着する接着層と、を備え、前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第１のマニホールドを構成する第１のマニホールド流路と、前記第１のマニホールド流路と、前記膜電極接合体の前記第１の電極との間を連通する第１の連通路と、が設けられ、前記第１の連通路には、前記第１のマニホールド流路との接続部において、前記第１のマニホールドの貫通方向に突出する第１の通路壁部が配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、接着層に第１の反応ガスのための第１のガス通路が設けられており、各発電モジュールをコンパクトに構成することができる。従って、燃料電池の小型化が可能である。そして、燃料電池を小型化した場合であっても、補強部としても機能する第１の通路壁部によって、第１のマニホールド流路と第１の連通路との接続部が閉塞されてしまう可能性が低減され、燃料電池における反応ガスの圧力損失の増大が抑制される。また、各発電モジュールが接着層により一体化された構成を有しているため、燃料電池において、不具合を生じている一部の発電モジュールのみの交換が容易となり、そのメンテナンス性が向上する。
【０００７】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記接着層は、前記膜電極接合体の前記第２の電極の外周において、前記第１の反応ガスが前記第２の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と前記第２のセパレータとを接着する第１の接着部を有し、前記第１の接着部は、前記第１の通路壁部から離間して設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１の連通路の一部を構成する第１の接着部を形成する際に、接着剤によって第１の通路壁部によって形成されるガス通路が閉塞されてしまう可能性が低減される。
【０００８】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池であって、前記発電モジュールは、さらに、前記第２のセパレータと前記第２の電極との間に配置され、前記第２の反応ガスを前記第２の電極の面に沿って拡散させるためのガス拡散部材を備え、前記第１と第２のセパレータには、前記第２の電極に供給される第２の反応ガスのための第２のマニホールドを構成する貫通孔が形成されており、前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第２のマニホールドを構成する第２のマニホールド流路と、前記第２のマニホールド流路と、前記ガス拡散部材との間を連通する第２の連通路と、が設けられ、前記第２の連通路には、前記第２のマニホールド流路との接続部において、前記第２のマニホールド流路の貫通方向に沿って突出する第２の通路壁部が配置され、前記第２のセパレータには、前記ガス拡散部材の端部が配置される位置に、前記第２の連通路と連結し、前記第２の反応ガスを、前記第２のセパレータの外表面側から前記ガス拡散部材に流入させるための溝部が設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第２の反応ガスのための第２の連通路についても、第１の反応ガスのための第１の連通路と同様に、第２の通路壁部によって、第２のマニホールド流路との接続部における閉塞が抑制される。また、第２のセパレータに設けられた溝部によって、ガス拡散部材に第２の反応ガスが流入する際の圧力損失が低減される。
【０００９】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池であって、前記接着層は、前記第１の電極の外周において、前記第２の反応ガスが前記第１の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と、前記第１のセパレータとを接着する第２の接着部を有し、前記第２の連通路は、前記第２の接着部と、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部とを離間する壁部を有する、燃料電池。
この燃料電池によれば、第２のガス通路において、ガス拡散部材に連結する溝部と第２の接着部とを離間するための壁部が設けられている。そのため、第２の接着部を形成する際に、接着剤の一部が、第２の反応ガスがガス拡散部材に流入するための流路を閉塞してしまうことを抑制できる。
【００１０】
［適用例５］
適用例３または適用例４記載の燃料電池であって、前記第１と第２の通路壁部は、前記第２のセパレータを、厚み方向に沿って凹凸させることにより形成されており、前記第１と第２の通路壁部の形成された面とは反対側の面に形成される凹部には樹脂部材が充填され、前記樹脂部材の下には、シール部材が配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１と第２の通路壁部を効率的に形成できる。また、第１と第２の通路壁部を設けたことによって形成された凹部には、樹脂部材が充填されるため、その凹部の下にシールラインが形成される場合であっても、燃料電池のシール性が低下してしまうことが抑制される。
【００１１】
［適用例６］
適用例３〜５のいずれか一つに記載の燃料電池であって、前記第１のセパレータは、前記第１の電極と重なり合う領域を厚み方向に沿って凹凸させることにより形成された、前記第１の反応ガスのための流路溝を有し、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部は、積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、互いに隣り合う前記発電モジュール同士の境界において、前記第１のセパレータの前記流路溝と重なり合うように配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、第１と第２のセパレータのそれぞれに、反応ガスの流路を構成する溝が形成されている場合であても、それらの溝部が互いに勘合し合うように配置されるため、燃料電池が大型化することが抑制される。
【００１２】
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、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】組み立てられた状態の燃料電池を示す概略図。
【図２】燃料電池の各構成部を分解して示す概略図。
【図３】膜電極接合体の詳細な構成を説明するための概略図。
【図４】ガス拡散部材の構成を説明するための概略図。
【図５】第１のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図６】第１のセパレータの構成を説明するための概略断面図。
【図７】第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図８】第２のセパレータの構成を説明するための概略断面図。
【図９】ガス通路部材の構成を説明するための概略図。
【図１０】単セルに形成される接着層の形成領域を説明するための模式図。
【図１１】燃料電池における水素の流れを説明するための模式図。
【図１２】燃料電池における酸素の流れを説明するための模式図。
【図１３】第２のセパレータに設けられた酸素流路溝の機能を説明するための模式図。
【図１４】単セルの組み立て工程を説明するための模式図。
【図１５】参考例としての燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図１６】参考例の単セルの組み立て工程を説明するための模式図。
【図１７】参考例の単セルの組み立て工程において生じる不具合を説明するための模式図。
【図１８】第２実施例としての燃料電池に用いられる第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図１９】第２実施例としての燃料電池に用いられる第２のセパレータの構成を説明するための概略図。
【図２０】第２実施例の燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図２１】第２実施例の燃料電池の構成を説明するための概略図。
【図２２】参考例として、第１実施例で説明したガス通路部材の形成方法を説明するための模式図。
【図２３】参考例として、第２実施例で説明したガス流路の形成方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
図１，図２は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。図１は、燃料電池１００が組み立てられた状態を示す概略図であり、図２は、燃料電池１００の各構成部を分解して示した概略図である。なお、図２では、単セル１１０の各構成部を一体的に組み付ける際に設けられる接着層６０の図示が省略されている。
【００１５】
燃料電池１００は、第１と第２の反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、発電モジュールである単セル１１０が複数個積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、膜電極接合体１０と、ガス拡散部材２０と、第１と第２のセパレータ３０，４０と、ガス通路部材５０と、を備える。
【００１６】
膜電極接合体１０は、電解質膜１の両面に第１と第２の電極２，３を配置した発電体である。単セル１１０では、膜電極接合体１０が、第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持される。第１と第２のセパレータ３０，４０は、金属板などの導電性を有する板状部材によって構成される。そして、第１と第２のセパレータ３０，４０は、プレス加工により、その外表面に、反応ガスや冷媒のための流路溝が形成されている。第１と第２のセパレータ３０，４０の流路溝の構成については後述する。
【００１７】
ガス拡散部材２０は、膜電極接合体１０と、第２のセパレータ４０との間に介挿される、導電性を有する多孔質な板状部材であり、酸素を、膜電極接合体１０の第２の電極３の全体に拡散して行き渡らせるためのガス拡散流路として機能する。なお、本実施例の燃料電池１００では、ガス拡散部材２０は、その外周端部の位置が、第２の電極３の外周端部の位置と、ほぼ揃うように配置されている。本実施例におけるガス拡散部材２０の詳細な構成については後述する。
【００１８】
ここで、単セル１１０では、膜電極接合体１０の外周全体に接着剤を配置して接着層６０を設けることにより、膜電極接合体１０と、第１と第２のセパレータ３０，４０とが、ガス拡散部材２０を含めて一体化される（図１）。なお、接着層６０は、単セル１１０において、流体の漏洩を防止するためのシール層として機能し、第１と第２のセパレータ３０，４０の間を電気的に絶縁する絶縁層としても機能する。単セル１１０における接着層６０の具体的な構成については後述する。
【００１９】
また、単セル１１０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドＭが、膜電極接合体１０を囲む外周領域に、第１と第２のセパレータ３０，４０および接着層６０を、厚み方向（積層方向）に貫通する貫通孔として形成されている。具体的に、マニホールドＭとしては、水素の供給用および排出用マニホールドＭ１，Ｍ２、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ３，Ｍ４、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ５，Ｍ６が設けられる。各マニホールドＭ１〜Ｍ８の具体的な形成位置については後述する。
【００２０】
ガス通路部材５０は、単セル１１０において、反応ガスのためのマニホールドＭと、膜電極接合体１０の発電領域（第１と第２の電極２，３）との間を連通するガス通路を構成する部材である。ガス通路部材５０は、第１と第２のセパレータ３０，４０の間において、マニホールドＭの近傍に配置される。単セル１１０では、ガス通路部材５０として、水素用のガス通路部材５１と、酸素用のガス通路部材５２とが、それぞれの反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４に対応して配置される。各通路部材５１，５２の詳細な構成については後述する。
【００２１】
さらに、燃料電池１００では、各単セル１１０の間に、マニホールドＭからの流体の漏洩を防止するためのシール部材７０が配置される。シール部材７０は、例えば、略円形断面の無端枠状の樹脂部材によって構成できる。なお、シール部材７０によって形成されるシールラインについては後述する。
【００２２】
このように、本実施例の燃料電池１００では、接着層６０によって一体的に構成された単セル１１０が、シール部材７０を狭持した状態で積層されている。この構成により、本実施例の燃料電池１００は、複数の単セル１１０のうち、一部の単セル１１０のみに不具合が生じた場合であっても、当該一部の単セル１１０と、シール部材７０の交換によって復旧させることが可能である。また、本実施例の燃料電池１００であれば、以下に説明する構成を有することにより、小型化され、劣化などの不具合の発生が抑制されている。
【００２３】
図３は、膜電極接合体１０の詳細な構成を説明するための概略図である。電解質膜１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す高分子薄膜である。電解質膜１としては、例えば、フッ素樹脂系のイオン交換膜を用いることができる。第１と第２の電極２，３はそれぞれ、触媒層２ｃ，３ｃと、ガス拡散層２ｇ，３ｇとが積層された構成を有する。
【００２４】
触媒層２ｃ，３ｃは、燃料電池反応を促進するための触媒（例えば白金（Ｐｔ）など）が担持された層である。触媒層２ｃ，３ｃは、触媒担持カーボンを、電解質膜１の外表面に付着させることにより形成することができる。
【００２５】
ガス拡散層２ｇ，３ｇは、第１または第２の電極２，３の全体に反応ガスを拡散させて行き渡らせるための層である。ガス拡散層２ｇ，３ｇは、炭素繊維や黒鉛繊維など、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材を、触媒層２ｃ，３ｃの上に重ねて配置し、ホットプレスすることにより形成することができる。
【００２６】
なお、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体１０の第１の電極２が、第１の反応ガスである水素の供給を受けてアノードとして機能し、第２の電極３が、第２の反応ガスである酸素の供給を受けてカソードとして機能する。以後、本明細書では、第１と第２の電極２，３をそれぞれ「アノード２」および「カソード３」とも呼ぶ。
【００２７】
ここで、本実施例の膜電極接合体１０では、アノード２とカソード３とが異なるサイズで構成されている。具体的には、アノード２は、電解質膜１とほぼ同じサイズで構成され、アノード２の外周端部と電解質膜１の外周端部とがほぼ揃った状態となっているのに対し、カソード３は、電解質膜１よりも小さいサイズで構成され、カソード３の外周端部は、電解質膜１の外周端部より内側に位置している。
【００２８】
即ち、膜電極接合体１０では、カソード３の外周において電解質膜１の外表面が露出しており、カソード３の外周端部と電解質膜１の外表面とで、段差部４が形成される。こうした構成により、燃料電池１００では、アノード２の端部とカソード３の端部とを離間させ、反応ガスが電気化学反応に用いられることなく、供給された側とは反対の側の電極の側へと移動してしまうクロスリークを抑制する。なお、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体１０に、この段差部４が設けられていることにより、後述する第１の接着部６１の形成が容易化されている。
【００２９】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例におけるガス拡散部材２０の構成を説明するための概略図である。図４（Ａ）は、ガス拡散部材２０の全体を示す概略斜視図であり、図４（Ｂ）は、ガス拡散部材２０の構成要素である波板部２３を示す概略斜視図である。なお、図４（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、三次元方向を示す矢印ｘ，ｙ，ｚが互いに対応するように図示されている。図４（Ｃ）は、単セル１１０にガス拡散部材２０が組み付けられたときの状態を示す概略断面図である。図４（Ｃ）では、紙面右側を酸素供給用マニホールドＭ３側とし、紙面左側を酸素排出用マニホールドＭ４側として図示してある。
【００３０】
本実施例の燃料電池１００では、ガス拡散部材２０として、１枚の金属板を、切削加工および折り加工により網目状に加工した、いわゆるエキスパンドメタルを用いている。このガス拡散部材２０は、複数の波板部２３がｚ方向に並列に配置された構成を有する（図４（Ａ））。各波板部２３は、互いに連続する第１ないし第４の壁部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが繰り返しｘ方向に順に配置された構成を有する（図４（Ｂ））。
【００３１】
波板部２３では、第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃは、それらの壁面が、互いに上下にオフセットされるとともに略平行となるように配列されている。また、第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃを連結する第２と第４の壁部２１ｂ、２１ｄは、その壁面が第１と第３の壁部２１ａ，２１ｃの壁面に対して斜面を構成している。
【００３２】
そして、互いに隣り合って配列された波板部２３の、それぞれの第１の壁部２１ａと第３の壁部２１ｃとは、互いに連結されて、連続する壁部２１ｅ（以後、「連結壁部２１ｅ」とも呼ぶ）を構成する（図４（Ａ））。これによって、ガス拡散部材２０では、隣り合う波板部２３の間に、各壁部２１ａ〜２１ｄの壁面を辺とする略六角形の貫通孔２５が規則的に配列された状態で形成される。
【００３３】
単セル１１０では、ガス拡散部材２０は、連結壁部２１ｅの互いに対向し合う２辺がそれぞれ、膜電極接合体１０のカソード３の外表面と、第２のセパレータ４０の外表面とに接するように配置される（図４（Ｃ））。そして、連結壁部２１ｅの壁面は、カソード３の外表面に対して、酸素供給用マニホールドＭ３側（紙面右側）が鋭角となる傾斜角を形成するように配置される。ガス拡散部材２０に流入した酸素は、各貫通孔２５をすり抜けて、酸素の供給側から酸素の排出側へと流れつつ、カソード３の電極面に沿った方向に拡散する。
【００３４】
なお、本明細書では、便宜上、ガス拡散部材２０を単セル１１０に組み付けたときに、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４と対向する、ガス拡散部材２０の側端部側をそれぞれ、「ガス拡散部材２０の入口側面側／出口側面側」と呼ぶ。また、ガス拡散部材２０のカソード３の電極面と対向し合う側を「ガス拡散部材２０の正面側」と呼び、第２のセパレータ４０の外表面と対向し合う側を「ガス拡散部材２０の背面側」と呼ぶ。
【００３５】
図５，図６は、第１のセパレータ３０の構成を説明するための概略図である。ここで、第１のセパレータ３０において、単セル１１０を構成したときに、膜電極接合体１０が配置される側の面を「第１の面Ｓ１」と呼び、その反対側の面を「第２の面Ｓ２」と呼ぶ。図５には、第１のセパレータ３０における第２の面Ｓ２側の構成を図示してある。図６には、図５に示すＡ−Ａ切断における第１のセパレータ３０の概略断面を図示してある。
【００３６】
なお、図５には、単セル１１０を構成したときに膜電極接合体１０が配置される領域を示す膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬを一点鎖線で図示してある。また、図５には、燃料電池１００を構成したときに、シール部材７０（図１，図２）が配置されて形成されるシールラインＳＬを二点鎖線で図示してある。
【００３７】
第１のセパレータ３０には、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成するための貫通孔が、膜電極接合体１０の外周を囲むように配列して形成されている。なお、本明細書では、以後、燃料電池においてマニホールドを構成するために各構成部に設けられた貫通孔や流路についても、単に「マニホールド」と呼び、マニホールドと同様な符号を付すものとする。第１のセパレータ３０において、各マニホールドＭ１〜Ｍ６は、以下のように配列されている。
【００３８】
水素と冷媒のそれぞれの供給用マニホールドＭ１，Ｍ５は互いに隣り合うように配列され、水素と冷媒のそれぞれの排出用マニホールドＭ２，Ｍ６も互いに隣り合うように配列されている。そして、水素と冷媒の供給用マニホールドＭ１，Ｍ５の組と、水素と冷媒の排出用マニホールドＭ２，Ｍ６の組とはそれぞれ、膜電極接合体１０の互いに対向する外周二辺に沿って配列されている。酸素の供給用及び排出用マニホールドＭ３，Ｍ４はそれぞれ、膜電極接合体１０の残余の外周二辺に沿って配列されている。
【００３９】
なお、水素の供給用マニホールドＭ１と排出用マニホールドＭ２とは、膜電極接合体１０の発電領域を挟んで互いに対角する位置に形成されている。また、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４は、対応する膜電極接合体１０の外周二辺と同程度の幅を有する長方形形状で形成されている。各マニホールドＭ１〜Ｍ６の開口形状や配列は、他の構成であっても良い。
【００４０】
ここで、第１のセパレータ３０では、各マニホールドＭ１〜Ｍ６の形成領域が、第１のセパレータ３０の外周端部３２の外表面よりも低くなるように、第１の面Ｓ１側（図６の紙面右側）に窪み、シール部材７０を配置するためのシール部材配置部３１を形成している。また、第１のセパレータ３０では、シール部材配置部３１に囲まれた中央の領域が、シール部材配置部３１よりも第２の面Ｓ２側に突出し、アノード２を収容して配置するためのアノード配置部３３を形成している。
【００４１】
さらに、アノード配置部３３の第１の面Ｓ１側には、水素のための複数の並列な流路溝３５（以後、「水素流路溝３５」と呼ぶ）が、アノード配置部３３の板面を凹凸させることにより形成されている。水素流路溝３５は、水素供給用マニホールドＭ１側（図５の紙面左側）から水素排出用マニホールドＭ２側（図５の紙面右側）に向かって延びる直線状の溝として形成されている。
【００４２】
なお、水素流路溝３５の反対側の面（第２の面Ｓ２側の面）は、第１のセパレータ３０の外周端部３２の外表面と同一の仮想平面上に存在しており、単セル１１０を構成したときに、第２のセパレータ４０の板面と接触する。そして、第１のセパレータ３０の第１の面Ｓ１側に水素流路溝３５を形成したことにより第２の面Ｓ２側に形成される複数の並列な溝３６は、燃料電池１００を構成したときに冷媒のための流路として機能する。
【００４３】
第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１には、前記したとおり、シール部材７０（図１，図２）が配置される。燃料電池１００が構成されたときに、シール部材７０は、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４のそれぞれを囲むように配置される。そして、シール部材７０は、冷媒用のマニホールドＭ４，Ｍ５とアノード配置部３３とを囲むように配置される。これによって、各単セル１１０同士の間には冷媒の流路空間が形成される。
【００４４】
このように、本実施例の燃料電池１００では、シール部材７０の配置空間を、第１のセパレータ３０を窪ませて形成している。従って、シール部材７０を配置することにより、積層方向に燃料電池１００が大型化してしまうことが抑制されている。なお、シール部材７０によるシール性を向上させるために、シール部材配置部３１は、シールラインＳＬが同一の仮想平面上に存在するように平坦に形成されていることが好ましい。
【００４５】
図７，図８は、第２のセパレータ４０の構成を説明するための概略図である。ここで、第１のセパレータ３０と同様に、第２のセパレータ４０において、単セル１１０を構成したときに膜電極接合体１０が配置される側の面を「第１の面Ｓ１」と呼び、その反対側の面を「第２の面Ｓ２」と呼ぶ。
【００４６】
図７には、第２のセパレータ４０における第１の面Ｓ１側の構成を図示してある。図８には、図７に示すＡ−Ａ切断における第２のセパレータ４０の概略断面を図示してある。なお、図７には、ガス拡散部材２０が配置される領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してあり、ガス通路部材５０である水素通路部材５１および酸素通路部材５２のそれぞれが配置される領域ＰＭＡ１，ＰＭＡ２を二点鎖線で図示してある。
【００４７】
第２のセパレータ４０には、反応ガスおよび冷媒のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が、第１のセパレータ３０と同様な構成で形成されている。また、第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１側には、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれに並列に延びる２本の溝部４１が、第２のセパレータ４０の板面を凹凸させることにより形成されている。即ち、第２のセパレータ４０の第２の面Ｓ２側では、流路溝４１の形成部位が突出している。
【００４８】
これらの溝部４１は、酸素用マニホールドＭ３，Ｍ４と平行な、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡの外周二辺と重なる位置に形成されており、ガス拡散部材２０に酸素を流入させるためのガス流路溝として機能する。以後、第２のセパレータ４０に形成された溝部４１を「酸素流路溝４１」とも呼ぶ。
【００４９】
ここで、第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１側には、ガス通路部材５０である水素通路部材５１と酸素通路部材５２とが配置される。水素通路部材５１は、領域ＰＭＡ１として図示した位置、即ち、水素用のマニホールドＭ１，Ｍ２と膜電極接合体１０との間であって、水素用のマニホールドＭ１，Ｍ２の膜電極接合体１０側の端部に隣接する位置に配置される。
【００５０】
また、酸素通路部材５２は、領域ＰＭＡ２として図示した位置、即ち、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４と膜電極接合体１０との間の領域に配置される。なお、酸素通路部材５２の膜電極接合体１０側の一方の端部は、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれの端部に隣接して配置され、他方の端部は、酸素流路溝４１に重なるように配置される。
【００５１】
図９は、ガス通路部材５０の構成を説明するための概略図である。図９（Ａ）は、水素通路部材５１の構成を示す概略斜視図であり、図９（Ｂ）は、水素通路部材５１が単セル１１０において第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持された状態を示す概略断面図である。また、図９（Ｃ）は、酸素通路部材５２の構成を示す概略斜視図であり、図９（Ｄ）は、酸素通路部材５２が単セル１１０において第１と第２のセパレータ３０，４０に狭持された状態を示す概略断面図である。なお、図９（Ｂ），（Ｄ）の概略断面図はそれぞれ、図８に示すＸ−Ｘ切断およびＹ−Ｙ切断に相当する切断面を示している。
【００５２】
水素通路部材５１および酸素通路部材５２はそれぞれ、板状部材をプレス加工して、波上に凹凸させることにより形成されている（図９（Ａ），（Ｃ））。水素通路部材５１および酸素通路部材５２は、単セル１１０に組み付けられたときに、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部において、貫通方向に沿って突出する壁部５３を形成する（図９（Ｂ），（Ｄ））。そして、各マニホールドＭ１〜Ｍ４と膜電極接合体１０との間の複数の並列なガス通路を形成する。
【００５３】
ところで、水素通路部材５１は、その上面５１ｔと底面５１ｂとが第１と第２のセパレータ３０，４０の両方に直接的に接触して配置される（図９（Ｂ））。従って、水素通路部材５１は、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の短絡を防止するために、非導電性部材で構成されることが好ましい。あるいは、水素通路部材５１は、絶縁コーティングされた導電性板状部材（例えば金属板）によって形成されるものとしても良い。また、水素通路部材５１を導電性板状部材で構成し、水素通路部材５１と第１または第２のセパレータ３０，４０との間に絶縁部材を介挿・配置するものとしても良い。
【００５４】
一方、酸素通路部材５２は、第２のセパレータ４０とは直接的に接触するように配置されるが、酸素通路部材５２と第１のセパレータ３０との間には接着層６０が形成される（図９（Ｄ））。従って、酸素通路部材５２は、導電性部材によって構成されるものとしても良い。この場合には、接着層６０によって、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の短絡が防止される。なお、酸素通路部材５２は、水素通路部材５１と同様な非導電性部材によって構成されるものとしても良い。
【００５５】
このように、本実施例の燃料電池１００では、各単セル１１０における反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部にガス通路部材５０が配置されている。このガス通路部材５０によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部には、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する通路壁部５３が形成され、その通路壁部５３が各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部を補強する支持部材として機能する。そのため、単セル１１０が薄型化された場合であっても、各マニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の変形に起因する、反応ガスの通路入口／通路出口の閉塞や、第１と第２のセパレータ３０，４０同士の短絡の発生が抑制される。
【００５６】
図１０は、単セル１１０に形成される接着層６０の形成領域を説明するための模式図である。図１０には、模式的に線画として図示された第２のセパレータ４０の第１の面Ｓ１に、接着層６０が形成される領域をハッチングを付して示してある。ここで、接着層６０は、それぞれ接着領域と機能とが異なる第１〜第３の接着部６１〜６３を有する。図１０では、第１〜第３の接着部６１〜６３の形成領域をそれぞれ異なる種類のハッチングを付して図示してある。
【００５７】
なお、図１０には、図７と同様に、ガス通路部材５０の配置領域ＰＭＡ１，ＰＭＡ２を二点鎖線で図示し、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してある。さらに、図１０には、膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬを一点鎖線で図示してある。
【００５８】
接着層６０のうち、第１の接着部６１は、水素のマニホールドＭ１，Ｍ２とアノード２との間に形成される水素通路の一部を構成する部位である。第１の接着層６１は、水素がカソード３へと流入することを抑制するとともに、膜電極接合体１０と第２のセパレータ４０とを接着する。第１の接着部６１は、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡの外周端と、膜電極接合体１０の外周輪郭投影線ＭＰＬとの間であって、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５の入口端部および出口端部が配置される領域に形成される。
【００５９】
第２の接着部６２は、酸素のマニホールドＭ３，Ｍ４とカソード３との間に形成される酸素通路に酸素が流入することを抑制するとともに、膜電極接合体１０と第１のセパレータ３０とを接着する部位である。第２の接着部６２は、酸素通路部材５２の配置領域ＰＭＡ２において、酸素通路部材５２と、第１のセパレータ３０と、膜電極接合体１０の端部とを接着するように形成される。
【００６０】
第３の接着部６３は、第１と第２のセパレータ３０，４０を互いに接着するとともに、単セル１１０の外部への流体の漏洩を防止するとともに、膜電極接合体１０の端部においてクロスリークが発生することを抑制する部位である。第３の接着部６３は、第１と第２の接着部６１，６２の形成領域と、水素通路部材５１の配置領域ＰＭＡ１を除く各マニホールドＭ１〜Ｍ６の外周の領域に形成される。
【００６１】
なお、第１の接着部６１と第３の接着部６３との間には、水素通路部材５１の開口部と、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５とを連結する通路を形成するための空隙部６５が形成されている。また、第３の接着部６３は、膜電極接合体１０の四隅の表面を被覆するように形成されており、水素の流路と酸素の流路とを分離する。
【００６２】
図１１（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池１００における水素の流れを説明するための模式図である。図１１（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１０に示すＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断に相当する切断面における燃料電池１００の概略断面と、水素の流れを示す矢印とを図示してある。なお、水素供給用マニホールドＭ１および水素排出用マニホールドＭ２における水素の流れは、図１１（Ａ），（Ｂ）に図示された方向とは反対の方向であっても良い。
【００６３】
水素供給用マニホールドＭ１に供給された水素は、各単セル１１０の水素通路部材５１によって形成された水素通路へと分岐流入し、水素通路部材５１から接着層６０における空隙部６５へと流れる（図１１（Ａ））。そして、水素は、膜電極接合体１０のカソード３及びガス拡散部材２０の端部を閉塞するように形成された第１の接着部６１の外表面に沿って流れ、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５に流入する。
【００６４】
水素は、水素流路溝３５を介して膜電極接合体１０のアノード２へと流れ、発電反応に用いられる。発電反応に用いられることのなかった水素を含む排ガスは、水素流路溝３５に沿って下流側へと流れ、接着層６０の空隙部６５を経て、水素通路部材５１の流路へと流入し、水素排出用マニホールドＭ２へと排出される。（図１１（Ｂ））。
【００６５】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池１００における酸素の流れを説明するための模式図である。図１２（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１０に示すＣ−Ｃ切断およびＤ−Ｄ切断に相当する切断面における燃料電池１００の概略断面と、酸素の流れを示す矢印とを図示してある。なお、酸素供給用マニホールドＭ３および酸素排出用マニホールドＭ４における酸素の流れは、図１２（Ａ），（Ｂ）に図示された方向とは反対の方向であっても良い。
【００６６】
酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、各単セル１１０の酸素通路部材５２によって形成された酸素通路へと分岐流入する（図１２（Ａ））。そして、酸素通路部材５２の酸素は、ガス拡散部材２０の入口側面側からガス拡散部材２０へと流入するとともに、第２のセパレータ４０に形成された酸素流路溝４１を介して、第２のセパレータ４０側である背面側からガス拡散部材２０へと流入する。
【００６７】
酸素は、ガス拡散部材２０において、膜電極接合体１０のカソード３の電極面に沿った方向に拡散しつつ下流側へと流れるとともに、カソード３へと流入して発電反応に用いられる。発電反応に用いられることのなかった酸素や、発電反応によって生じた水分を含む排ガスは、ガス拡散部材２０を介して、酸素排出用マニホールドＭ４側へと流れる（図１２（Ｂ））。なお、ガス拡散部材２０の排ガスは、出口側面側から直接、酸素通路部材５２へと流出するか、または、背面側から酸素流路溝４１を介して酸素通路部材５２へと流出する。
【００６８】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、第２のセパレータ４０に設けられた酸素流路溝４１の機能を説明するための模式図である。図１３（Ａ）には、本実施例における他の構成例として、酸素流路溝４１が省略された第２のセパレータ４０と、カソード３とにガス拡散部材２０が狭持された状態を図示してある。一方、図１３（Ｂ）には、本実施例と同様な構成例として、酸素流路溝４１が設けられた第２のセパレータ４０と、カソード３とにガス拡散部材２０が狭持された状態を図示してある。
【００６９】
第２のセパレータ４０において酸素流路溝４１が省略された場合には、酸素は、ガス拡散部材２０に対して、その入口側面側からのみ流入することになる（図１３（Ａ））。しかし、ガス拡散部材２０は、連結壁部２１ｅの壁面が、その酸素の流入方向に面するように配置されている。そのため、この構成例では、酸素がガス拡散部材２０に流入する際の圧力損失が比較的高くなる。これは、ガス拡散部材２０の出口側についても同様である。
【００７０】
これに対して、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられている場合には、酸素は、ガス拡散部材２０に対して、酸素流路溝４１を介して、その背面側からも流入可能となる（図１３（Ｂ））。ここで、ガス拡散部材２０の貫通孔２５を囲む壁面は、第２のセパレータ４０の外表面に対して傾斜角を有して配置されており、ガス拡散部材２０は、第２のセパレータ４０の外表面側に向かって開口するように配置されているものと解釈することができる。
【００７１】
即ち、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられていれば、ガス拡散部材２０に対して、酸素を、その入口側面側からの導入に加えて、その開口方向に沿った方向から導入することが可能となる。従って、この構成例の場合には、酸素がガス拡散部材２０に流入する際の圧力損失を低くすることができる。これは、ガス拡散部材２０の出口側についても同様である。
【００７２】
このように、本実施例の燃料電池１００では、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１が設けられているため、燃料電池１００内における酸素の圧力損失を低下させることができる。従って、燃料電池１００におけるカソード３への酸素の供給効率を向上させることができるとともに、カソード３側における排水性を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施例の燃料電池１００では、第２のセパレータ４０の酸素流路溝４１は、燃料電池１００を構成したときに、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５と互いに勘合し合うように形成されている。即ち、本実施例の燃料電池１００では、その積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、水素／冷媒の流路溝と、酸素の流路溝とが互いに重なり合う。さらに、燃料電池１００では、それら流体の流路溝と、シール部材７０の配置される空間とが互いに重なり合う。このように、本実施例の燃料電池１００では、単セル１１０同士の間に形成される空間が、流体流路やシール部材の配置領域として効率的に利用されており、そのサイズが積層方向に大型化してしまうことが抑制されている。
【００７４】
図１４（Ａ）〜（Ｆ）は、本実施例の単セル１１０の組み立て工程を説明するための模式図である。本実施例の単セル１１０は、膜電極接合体１０を第１と第２のセパレータ３０，４０で狭持して、接着層６０によって一体化した後に、打ち抜き工程によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を形成する。具体的には、単セル１１０は、以下のように組み立てられる。
【００７５】
なお、図１４（Ａ）〜（Ｆ）には、水素と酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部領域を図示してあり、以下では、その領域における工程について説明する。しかし、図示されていない水素と酸素の排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部領域についても、工程の内容は同様である。また、図１４（Ａ）〜（Ｄ）では、後続する打ち抜き工程によってマニホールドＭ１，Ｍ３が形成される領域を破線で図示してある。
【００７６】
第１工程では、第２のセパレータ４０の外表面上にガス拡散部材２０と膜電極接合体１０とを積層配置し、カソード３の側端面と、ガス拡散部材２０の側端部に、速乾性の液状接着剤を塗布して、第１の接着部６１を形成する（図１４（Ａ））。即ち、この工程では、第２のセパレータ４０と、膜電極接合体１０と、ガス拡散部材２０とが一体化される。そして、水素通路部材５１を所定の位置に配置するとともに、酸素通路部材５２を所定の位置に配置する（図１４（Ｂ））。
【００７７】
なお、この際に、水素通路部材５１および酸素通路部材５２は、それぞれの端部が、マニホールドＭ１〜Ｍ４の形成領域内に配置されることが好ましい。このように配置することによって、マニホールドＭの打ち抜き工程の際に、第１と第２のセパレータ３０，４０の端部が変形してしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００７８】
第２工程では、第２と第３の接着部６２，６３の形成領域に速乾性の液状接着剤を塗布しつつ、第１のセパレータ３０を膜電極接合体１０の上に積層配置する（図１４（Ｃ），（Ｄ））。なお、このとき、第３の接着部６３を形成するための接着剤は、マニホールドＭの形成領域まで、はみ出して塗布されることが好ましい。これによって、マニホールドＭの外周領域には、第１と第２のセパレータ３０，４０の間に確実に接着層６０が配置されることになるため、短絡を抑制できる。第３工程では、接着剤が乾燥した後に、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を打ち抜き工程により形成する（図１４（Ｅ），（Ｆ））。
【００７９】
なお、本実施例の単セル１１０の組み立て工程は、上記の工程に限定されるものではない。例えば、マニホールドＭ１〜Ｍ６は、上記のような打ち抜き工程によって形成されなくとも良い。具体的には、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成する貫通孔が予め形成された第１と第２のセパレータ３０，４０を準備しておき、それら第１と第２のセパレータ３０，４０によって膜電極接合体１０を狭持した後に、接着層６０を形成するものとしても良い。
【００８０】
ここで、本実施例の燃料電池１００では、上述したように、各マニホールドＭ１〜Ｍ８の打ち抜き工程において第１と第２のセパレータ３０，４０の端部が変形してしまうことが、当該端部に配置されたガス通路部材５０によって抑制される。また、本実施例の燃料電池１００であれば、以下に説明する参考例の燃料電池１００ａの製造工程において、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を上述したのと同様な打ち抜き工程によって形成する場合に発生する可能性のある不具合が抑制される。
【００８１】
図１５（Ａ），（Ｂ）は、参考例としての燃料電池１００ａの構成を説明するための概略図である。図１５（Ａ）は、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間における水素通路の構成を示す、図１１（Ａ）と同様な概略断面図である。図１５（Ｂ）は、酸素供給用マニホールドＭ３とカソード３との間における酸素通路の構成を示す、図１２（Ａ）と同様な概略断面図である。
【００８２】
参考例の燃料電池１００ａは、複数の単セル１１０ａが積層された積層構造を有する。各単セル１１０ａの構成は、マニホールドＭと膜電極接合体１０との間に形成されるガス通路の構成が異なる点以外は、本実施例の単セル１１０の構成とほぼ同様である。なお、参考例の燃料電池１００ａでは、排出側のガス通路の構成は、以下に説明する供給側のガス通路の構成と同様であるため、その図示および説明は省略する。
【００８３】
参考例の燃料電池１００ａでは、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間の水素通路は、板状部材である第１のシーリングプレート５５（「水素シーリングプレート５５」とも呼ぶ）によって形成される（図１５（Ａ））。水素シーリングプレート５５は、膜電極接合体１０のアノード２側とカソード３側とを分離するとともに、水素通路の底面を構成する。
【００８４】
水素シーリングプレート５５は、一方の端部の外表面が、電解質膜１の端部におけるカソード３側の外表面と面接触し、他方の端部の端面が水素供給用マニホールドＭ１の壁面を構成するように、第２のセパレータ４０の表面と並行に配置される。また、水素シーリングプレート５５は、カソード３の端部から突出した電解質膜１の外表面の一部が第１の接着部６１ａと直接的に接触するように、カソード３から離間して配置される。
【００８５】
なお、第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１には、水素の流路空間が確保されるように、水素シーリングプレート５５を保持する保持部３７が、水素シーリングプレート５５側に突出した複数の凸部として形成されている。保持部３７は、シール部材７０が配置位置からずれた位置において第１のセパレータ３０をプレス加工することにより形成される。
【００８６】
水素シーリングプレート５５と第２のセパレータ４０との間には、第１の接着部６１ａが形成される。第１の接着部６１ａは、ガス拡散部材２０の端部とカソード３の端面とをシールするシール部として機能する。また、第１の接着部６１ａの側面は、水素供給用マニホールドＭ１の壁面の一部を構成する。
【００８７】
水素供給用マニホールドＭ１から供給された水素は、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空隙として形成された水素通路に分岐流入する。そして、保持部３７をすり抜けて、第１のセパレータ３０に設けられた水素流路溝３５を介して、アノード２へと供給される。なお、アノード２側の排ガスは、水素シーリングプレート５５によって、供給側と同様に形成された水素通路を介して、水素排出用マニホールドＭ２へと排出される（図示は省略）。
【００８８】
参考例の燃料電池１００ａでは、酸素供給用マニホールドＭ３とカソード３との間の酸素通路は、板状部材である第２のシーリングプレート５６（「酸素シーリングプレート５６」とも呼ぶ）と、ガス拡散部材２０とによって形成される（図１５（Ｂ））。なお、この参考例の燃料電池１００ａでは、第２のセパレータ４０に酸素流路溝４１は設けられていない。
【００８９】
参考例の燃料電池１００ａでは、ガス拡散部材２０の配置領域は、カソード３の外周端を超えて、第１と第２のセパレータ３０，４０の酸素供給用マニホールドＭ３まで延長されている。即ち、ガス拡散部材２０の入口側面側の端部が、酸素供給用マニホールドＭ３と直接的に接続されている。
【００９０】
酸素シーリングプレート５６は、その端面がカソード３の端面と面接触するように配置される。また、酸素シーリングプレート５６は、ガス拡散部材２０のカソード３の外周端部より突出した正面側を被覆するように配置される。ただし、酸素シーリングプレート５６の酸素供給用マニホールドＭ３側の一辺は、第１と第２のセパレータ３０，４０の酸素供給用マニホールドＭ３より内側（膜電極接合体１０側）に位置している。これによって、ガス拡散部材２０の酸素供給用マニホールドＭ３側の端部は、その正面側が酸素供給用マニホールドＭ３に向かって露出する。
【００９１】
酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０との間には、第２の接着部６２ａが形成される。第２の接着部６２ａは、酸素供給用マニホールドＭ３の酸素がアノード２へと流入しないように、膜電極接合体１０の端面をシールするように形成される。
【００９２】
酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、酸素供給用マニホールドＭ３内に露出しているガス拡散部材２０の端部に、その入口側面側および正面側から流入し、カソード３へと供給される。ところで、この参考例の燃料電池１００ａでは、酸素は、酸素供給用マニホールドＭ３に、膜電極接合体１０のカソード３側（図１５（Ｂ）の紙面下側）から供給されることが好ましい。これによって、ガス拡散部材２０への酸素の流入量を増大させることができる。カソード３側の排ガスは、ガス拡散部材２０の端部から直接的に、酸素排出用マニホールドＭ４へと排出される（図示は省略）。
【００９３】
図１６（Ａ）〜（Ｆ）は、参考例の単セル１１０ａの組み立て工程を説明するための模式図である。参考例の単セル１１０ａは、本実施例の単セル１１０と同様に、膜電極接合体１０と第１と第２のセパレータ３０，４０とを接着層６０によって一体化した後の打ち抜き工程によって、各マニホールドＭ１〜Ｍ６が形成される。具体的には、単セル１１０ａは、以下のように組み立てられる。
【００９４】
なお、図１６（Ａ）〜（Ｆ）には、水素と酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部領域を図示してあり、以下では、その領域における工程について説明する。しかし、図示されていない水素と酸素の排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部領域についても、工程の内容は同様である。また、図１６（Ａ）〜（Ｄ）では、後続する打ち抜き工程によってマニホールドＭ１，Ｍ３が形成される領域を破線で図示してある。
【００９５】
第１工程では、第２のセパレータ４０の外表面上にガス拡散部材２０と膜電極接合体１０とを積層配置するとともに、膜電極接合体１０の上に第１のセパレータ３０を積層配置する（図１６（Ａ），（Ｂ））。このときに、各シーリングプレート５５，５６も所定の位置に配置しておく。第１または第２のセパレータ３０，４０と各シーリングプレート５５，５６の間には、各シーリングプレート５５，５６を保持するための部材が配置されるものとしても良い。
【００９６】
なお、水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５は、その一辺が水素供給用マニホールドＭ１の形成領域内に配置されることが好ましい。また、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、ガス拡散部材２０の端部が、酸素供給用マニホールドＭ３の形成領域内にまで突出して配置されていることが好ましい。
【００９７】
第２工程では、速乾性の液状接着剤によって接着層６０を形成する。水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５と、第２のセパレータ４０との間（第１の接着部６１ａの形成領域）から接着剤を充填する（図１６（Ｃ））。そして、そのまま連続して、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域も含む第１と第２のセパレータ３０，４０の間の空間に接着剤を充填する。
【００９８】
また、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０との間（第２の接着部６２ａの形成領域）に接着剤を充填する（図１６（Ｄ））。そして、第１と第２のセパレータ３０，４０の間（第３の接着部６３の形成領域）にも、接着剤を充填する。なお、このとき、接着剤は、酸素供給用マニホールドＭ３の形成領域にはみ出して塗布されることが好ましい。
【００９９】
第３工程では、接着剤が乾燥した後に、各マニホールドＭ１〜Ｍ８を打ち抜き工程により形成する（図１６（Ｅ），（Ｆ））。こうした一連の工程によって、参考例の単セル１１０ａを組み立てることができる。しかし、この参考例の単セル１１０ａの組み立て工程では、接着層６０を形成するための接着剤の塗布工程において、以下のような不具合が発生してしまう可能性がある。
【０１００】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、参考例の単セル１１０ａの組み立て工程において生じる不具合を説明するための模式図である。なお、図１７（Ａ）〜（Ｄ）にはそれぞれ、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。なお、以下の説明では、水素および酸素の供給用マニホールドＭ１，Ｍ３側の端部についてそれぞれ説明するが、排出用マニホールドＭ２，Ｍ４側の端部についても同様の不具合が生じる可能性がある。
【０１０１】
図１７（Ａ）は、第２のセパレータ４０側を重力方向下側として、水素供給用マニホールドＭ１側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じた状態を模式的に示している。また、図１７（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、第１のセパレータ３０側を重力方向下側として、水素供給用マニホールドＭ１側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じるメカニズムを段階的に示している。
【０１０２】
図１６（Ｃ）で説明したように、水素供給用マニホールドＭ１側の端部では、水素シーリングプレート５５と第２のセパレータ４０の間の空間と、第１と第２のセパレータ３０，４０の間の空間に連続して接着剤が塗布・充填される。このとき、第２のセパレータ４０を重力方向下側とした場合には、第１と第２のセパレータ３０，４０の間に接着剤を充填する際に、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空間に接着剤が流入してしまう可能性がある（図１７（Ａ））。即ち、水素供給用マニホールドＭ１とアノード２との間の水素通路の入口が接着剤によって狭小化または閉塞されてしまう可能性がある。
【０１０３】
また、第１のセパレータ３０を重力方向下側として接着剤を充填する場合には、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の段差において、接着剤が途切れてしまう可能性がある（図１７（Ｂ））。接着剤が途切れてしまった後に、続けて接着剤を充填していくと、接着剤の一部が、水素シーリングプレート５５と第１のセパレータ３０との間の空間に流入するとともに、第２のセパレータ４０側に空隙が生じてしまう可能性がある。即ち、この場合には、水素通路入口の狭小化または閉塞とともに、第２のセパレータ４０と接着層６０との間に生じた空隙を起点とした水素の漏洩経路が生じてしまう可能性がある。
【０１０４】
図１７（Ｄ）は、第２のセパレータ４０側を重力方向下側として、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部に接着層６０を形成する際に不具合が生じた状態を模式的に示している。図１６（Ｄ）で説明したように、酸素供給用マニホールドＭ３側の端部では、酸素シーリングプレート５６と第１のセパレータ３０の間の空間に接着剤が充填される。このとき、酸素シーリングプレート５６の面上から、ガス拡散部材２０へと接着剤が流動してしまう可能性がある。この場合には、ガス拡散部材２０の正面側端部が接着剤によって閉塞されてしまうため、単セル１１０ａを構成したときに、ガス拡散部材２０の入口における酸素の圧力損失が増大してしまう。
【０１０５】
しかし、本実施例の単セル１１０であれば、参考例の単セル１１０ａの場合ほど接着剤を連続的に長い距離で塗布・充填したりする部位がない（図１４）。また、ガス流路の入口を構成する段差を介して連続して接着剤を塗布する部位もない。そのため、本実施例の単セル１１０であれば、接着層６０を形成するための接着剤の塗布量を低減するとともに、その塗布工程をより簡易化することができ、図１７で説明したような接着剤による不具合が生じることを抑制することができる。
【０１０６】
このように、本実施例の燃料電池１００であれば、単セル１１０やシール部材７０が交換可能に構成されているため、そのメンテナンス性が向上している。また、凹凸加工によって流体流路が形成された単層のセパレータ３０，４０を用いることにより、単セル１１０が薄型化されている。さらに、燃料電池１００では、その積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、ガス流路や冷媒流路、シール部材の配置空間が互いに重なり合うように構成されており、その全体のサイズが小型化されている。
【０１０７】
そして、本実施例の燃料電池１００では、各単セル１１０の反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に、補強部としても機能する壁部を有するガス通路部材５０が配置されている。このガス通路部材５０によって、第１と第２のセパレータ３０，４０の端部の変形が抑制され、反応ガスの流路入口や流路出口の閉塞や、短絡の発生が抑制される。また、本実施例の燃料電池１００であれば、接着層６０を形成するための接着剤の塗布量が低減され、接着剤の塗布工程を簡易化することができる。
【０１０８】
B．第２実施例：
図１８，図１９は本発明の第２実施例としての燃料電池１００Ａに用いられる第２のセパレータ４０Ａの構成を説明するための概略図である。図１８には、第２のセパレータ４０Ａにおける第１の面Ｓ１側を図示してある。また、図１９（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１８に示すＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断における第２のセパレータ４０Ａの概略断面を図示してある。なお、図１８には、ガス拡散部材２０が配置される領域ＥＭＡを一点鎖線で図示してある。
【０１０９】
ここで、第２実施例の燃料電池１００Ａは、以下に説明する点以外は、第１実施例で説明した燃料電池１００と同様な構成である。燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０に換えて、第２のセパレータ４０Ａが用いられ、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部には、ガス通路部材５０に換えて、シーリングプレート５５，５６が配置される。そして、接着層６０における接着剤の塗布領域が異なる。
【０１１０】
第２のセパレータ４０Ａは、以下に説明する点以外は、第１実施例で説明した第２のセパレータ４０（図７）と同様な構成であり、反応ガスや冷媒のためのマニホールドＭ１〜Ｍ６が貫通孔として形成されるとともに、酸素流路溝４１が形成されている。また、第２のセパレータ４０Ａには、プレス加工により、第１の面Ｓ１側に突出させた部位が以下のように形成されている。
【０１１１】
第２のセパレータ４０Ａでは、水素の供給用および排出用マニホールドＭ１，Ｍ２のそれぞれと膜電極接合体１０の配置領域との間に、水素通路を構成する並列な水素通路壁４２が形成されている。また、酸素の供給用および排出用マニホールドＭ３，Ｍ４のそれぞれと膜電極接合体１０の配置領域との間には、酸素通路を構成する並列な酸素通路壁４３が形成されている。
【０１１２】
さらに、第２のセパレータ４０Ａには、接着層６０を形成するために接着剤を塗布する領域を突出させた接着剤塗布部４４が形成されている。接着剤塗布部４４は、第２のセパレータ４０Ａの第１の面Ｓ１において、以下の領域を囲むように形成されている。接着剤塗布部４４は、水素の供給用および排出用のマニホールドＭ１，Ｍ２のそれぞれの形成領域を、水素通路壁４２の形成領域を含めて囲むように形成されている。
【０１１３】
また、接着剤塗布部４４は、酸素用のマニホールドＭ３，Ｍ４の形成領域と、酸素通路壁４３の形成領域と、ガス拡散部材２０の配置領域ＥＭＡとを一つの領域として囲むように形成されている。さらに、接着剤塗布部４４は、冷媒の供給用および排出用マニホールドＭ５，Ｍ６の形成領域をそれぞれ囲むように形成されている。
【０１１４】
なお、接着剤塗布部４４の各通路壁４２，４３の形成領域と隣り合う端部には、各通路壁４２，４３の上に配置されるシーリングプレート５５，５６（後述）を係止して配置するために窪ませた段差部４５が設けられている。また、第２のセパレータ４０Ａには、第１実施例の単セル１１０の接着層６０に形成されていた空隙部６５（図１０）に相当する部位に、水素のための流路溝４６が、接着剤塗布部４４に挟まれた溝部として形成されている。
【０１１５】
ここで、接着剤塗布部４４は、第２のセパレータ４０Ａにおける第１の面Ｓ１側の面（以後、「接着剤塗布部４４の上面」と呼ぶ）全体が、同一の仮想平面上に存在するように形成されている（図１９）。また、各通路壁４２，４３の高さは、それらの上に配置されるシーリングプレート５５，５６の厚みの分だけ、接着剤塗布部４４より低く形成されている。
【０１１６】
また、第２実施例における第２のセパレータ４０Ａには、第１の面Ｓ１側に、通路壁４２，４３や接着剤塗布部４４が凸部として設けられたことにより、第２の面Ｓ２側に形成された凹部に樹脂部材４７が充填されている。これによって、第２のセパレータ４０Ａの第２の面Ｓ２側は、酸素流路溝４１のために突出している部位以外は、平坦な面となるように構成されている。
【０１１７】
なお、燃料電池１００Ａでは、各単セル１１０Ａの間に配置されるシール部材７０は、この樹脂部材４７によって平坦化された面と、第１のセパレータ３０のシール部材配置部３１の底面とに狭持される。従って、第２のセパレータ４０Ａの基材に上述した凹凸部が形成されることによって、燃料電池１００Ａにおけるシール性が低下してしまうことが抑制されている。
【０１１８】
図２０，図２１は、第２実施例の燃料電池１００Ａの構成を説明するための概略図である。図２０（Ａ）は、図１８に示すＸ−Ｘ断面に相当する部位における燃料電池１００Ａの概略断面図である。また、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における燃料電池１００Ａの概略断面図である。
【０１１９】
図２１（Ａ）は、図１８に示すＹ−Ｙ断面に相当する部位における燃料電池１００Ａの概略断面図である。また、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における燃料電池１００Ａの概略断面図である。
【０１２０】
燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａに設けられた水素通路壁４２および酸素通路壁４３の上にそれぞれ、板状部材である水素シーリングプレート５５および酸素シーリングプレート５６が架設配置される。各シーリングプレート５５，５６は、その端部が、接着剤塗布部４４に設けられた段差部４５に係止されることにより、その外表面が接着剤塗布部４４の上面と連続した一平面を形成する。
【０１２１】
そして、燃料電池１００Ａでは、各シーリングプレート５５の外表面と、接着剤塗布部４４の上面とにそれぞれ接着剤が塗布されて接着層６０が形成される。これによって、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａと、膜電極接合体１０とが一体化される。なお、接着塗剤布部４４に設けられ段差部４５によって、接着剤の塗布工程の際に、接着剤塗布部４４の上面とシーリングプレート５５，５６との境界から、ガス通路内に接着剤が流入してしまうことが抑制されている。
【０１２２】
ここで、水素供給用マニホールドＭ１に供給された水素は、水素通路壁４２と水素シーリングプレート５５によって形成された水素通路に流入する。そして、第２のセパレータ４０Ａに設けられた流路溝４６を介して、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５へと流れて、アノード２に供給される（図２０（Ａ））。アノード２側の排ガスは、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５から第２のセパレータ４０Ａの流路溝４６を経て、水素通路壁４２と水素シーリングプレート５５によって形成された水素通路へと流れて、水素排出用マニホールドＭ２から排出される（図示せず）。
【０１２３】
一方、酸素供給用マニホールドＭ３に供給された酸素は、酸素通路壁４３と酸素シーリングプレート５６によって形成された酸素通路に流入する。そして、ガス拡散部材２０へと流入し、カソード３に供給される（図２１（Ａ））。カソード３側の排ガスは、ガス拡散部材２０から、酸素通路壁４３と酸素シーリングプレート５６によって形成された酸素通路を介して、酸素排出用マニホールドＭ４から排出される（図示せず）。
【０１２４】
このように、第２実施例の燃料電池１００Ａであれば、第２のセパレータ４０Ａをプレス加工することにより、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の補強部としても機能する通路壁４２，４３が形成されている。従って、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａにおける反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部の変形が抑制される。
【０１２５】
また、第２実施例の燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａの接着剤塗布部４４が突出している分だけ接着層６０の厚みが、第１実施例の場合より低減されている。また、接着剤が塗布される接着剤塗布部４４の上面と、シーリングプレート５５，５６の外表面とが、単一の仮想平面上にあり、接着剤の塗布が、より容易になっている。さらに、第２実施例の燃料電池１００Ａでは、第２のセパレータ４０Ａの第２の面Ｓ２側の凹部に樹脂部材４７が充填されることにより、第２のセパレータ４０Ａの第１のシール面の平滑性が確保されている。
【０１２６】
C．参考例：
図２２は、参考例として、第１実施例で説明したガス通路部材５０の他の形成方法を説明するための模式図である。この参考例では、以下に説明する工程により、単セル１１０の製造工程において、第１のセパレータ３０を構成する基材の一部を用いて水素通路部材５１が形成される。なお、以下の説明では、水素供給側の水素通路部材５１の形成方法について説明するが、水素排出側の水素通路部材５１についても同様に形成することが可能である。また、酸素通路部材５２についても、同様な工程により形成することが可能である。
【０１２７】
第１工程（図２２（Ａ））では、単セル１１０に組み付けられる前の第１のセパレータ３０の基材に対して、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域（破線で図示）の外周輪郭線を構成する４辺のうちの連続する３辺に沿って切れ込み（厚み方向に貫通する切断線）を入れる。なお、図２２（Ａ）では、当該切れ込みによって形成された切断線を実線で示してある。
【０１２８】
ここで、水素供給用マニホールドＭ１の外周輪郭線のうちで、切れ込みを入れられなかった一辺は、後の工程で水素通路部材５１が配置される領域に隣接する一辺である。上記の切断線の形成により、第１のセパレータ３０の基材には、水素用マニホールドＭ１の形成領域に折り曲げ可能な板片部９０が形成される。この参考例に工程では、この板片部９０によって、水素通路部材５１を形成する。
【０１２９】
第２工程（図２２（Ｂ））では、板片部９０に、プレス加工により波板状に凹凸する凹凸部位９１を形成する。この凹凸部位９１が、水素通路部材５１における水素の流路溝を構成する。
【０１３０】
第３工程（図２２（Ｃ））では、板片部９０を、水素通路部材５１の配置領域に向かって折り曲げる。このとき、板片部９０と、第１のセパレータ３０の外表面との間には、絶縁性部材９２を介挿する。なお、絶縁性部材９２に換えて、板片部９０の外表面に絶縁皮膜を形成するものとしても良い。
【０１３１】
第４工程（図２２（Ｄ））では、第１と第２のセパレータ３０，４０によって膜電極接合体１０およびガス拡散部材２０が狭持された状態（図示は省略）で接着層６０を形成する。そして、各マニホールドＭを形成するための打ち抜き工程によって、板片部９０の折り曲げ部を切除する。これによって、水素用マニホールドＭ１が形成されるとともに、水素用マニホールドＭ１に連通する水素通路部材５１が形成され、単セル１１０が完成する。
【０１３２】
図２３は、参考例として、第２実施例で説明した、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４と、膜電極接合体１０の発電領域とを連通するガス通路の他の形成方法を説明するための模式図である。この参考例では、以下に説明する工程により、単セル１１０Ａの製造工程において、第２のセパレータ４０Ａを構成する基材の一部を用いて水素シーリングプレート５５が形成される。なお、以下の説明では、水素供給側の水素通路の形成方法について説明するが、水素排出側の水素通路についても同様に形成することが可能である。また、酸素通路についても、同様な工程により形成することが可能である。
【０１３３】
第１工程（図２３（Ａ））では、プレス加工により通路壁４２，４３や接着剤塗布部４４が形成された第２のセパレータ４０Ａの基材を準備する。そして、図２２（Ａ）で説明した第１工程と同様に、第２のセパレータ４０Ａの基材において、水素供給用マニホールドＭ１の形成領域の外周輪郭線に沿った切断線を形成して、板片部９０を形成する。なお、図２３では、接着剤塗布部４４についての図示は省略してある。
【０１３４】
第２工程（図２３（Ｂ））では、板片部９０を、水素通路壁４２側へと折り返して、各水素通路壁４２の上に架設・配置させる。即ち、この参考例では、この板片部９０によって水素シーリングプレート５５が形成される。
【０１３５】
第３工程（図２３（Ｃ））では、板片部９０の外表面および接着剤塗布部４４（図示は省略）の上に接着剤を塗布して、第１と第２のセパレータ３０，４０Ａによって膜電極接合体１０およびガス拡散部材２０（図示は省略）を狭持する。そして、各マニホールドＭを形成するための打ち抜き工程によって、板片部９０の折り曲げ部を切除する。これによって、水素用マニホールドＭ１が形成されるとともに、水素シーリングプレート５５が配置された水素通路が形成され、単セル１１０Ａが完成する。
【０１３６】
このように、図２２，図２３で説明した方法によれば、第１実施例および第２実施例で説明した単セル１１０，１１０Ａを効率的に形成することが可能である。
【０１３７】
D．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。
【０１３８】
D1．変形例１：
上記実施例にでは、第１と第２のセパレータ３０，４０（４０Ａ）の間には、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に、ガス通路部材５０や通路壁４２，４３によって、複数の並列なガス通路が形成されていた。しかし、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の端部に形成されるガス通路は、他の構成を有する通路が形成されるものとしても良い。例えば、複数の略円柱状または略半球状の突起部が配列された、いわゆるディンプル形状のガス通路が形成されるものとしても良い。ガス通路は、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４との接続部において、反応ガスのマニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する通路壁を有していれば良い。
【０１３９】
D2．変形例２：
上記実施例では、水素用および酸素用のそれぞれのマニホールドＭ１〜Ｍ４と膜電極接合体１０との間に、マニホールドＭ１〜Ｍ４の貫通方向に沿って突出する壁部５３や通路壁４２，４３が配置されていた。しかし、水素用または酸素用のガス通路のうち、いずれか一方において、それらの通路壁は省略されるものとしても良い。
【０１４０】
D3．変形例３：
上記実施例では、ガス拡散部材２０としてエキスパンドメタルが用いられていた。しかし、ガス拡散部材２０は省略されるものとしても良い。また、ガス拡散部材２０としては、エキスパンドメタルに限らず、他の多孔質な導電性部材によって構成されるものとしても良い。ガス拡散部材２０としては、例えば、発泡金属や、いわゆるパンチングメタルなどの多孔質に加工された金属板によって構成されるものとしても良い。なお、第２のセパレータ４０には、第１のセパレータ２０と同様な酸素のための流路溝が形成されるものとしても良い。
【０１４１】
D4．変形例４：
上記実施例において、第２のセパレータ４０，４０Ａには酸素流路溝４１が形成されていた。しかし、酸素流路溝４１は省略されるものとしても良い。ただし、図１３で説明したように、酸素流路溝４１が設けられていた方が、燃料電池１００，１００Ａにおける酸素の圧力損失を低減できるため好ましい。
【０１４２】
D5．変形例５：
上記実施例では、第１のセパレータ３０の水素流路溝３５は、複数の並列な直線流路溝として構成されていた。しかし、水素流路溝３５は他の構成の流路溝として構成されるものとしても良い。例えば、水素流路溝３５は、供給側の入口端部と排出側の出口端部とが、蛇腹状の往復流路溝によって連結された、いわゆるサーペンタイン状の流路溝として形成されるものとしても良い。また、水素流路溝３５は、ディンプル状の流路を構成するように形成されても良い。第１のセパレータ３０の水素流路溝３５は、省略されるものとしても良い。この場合には、第１のセパレータ３０とアノード２との間に、ガス拡散部材２０が介挿・配置されるものとしても良い。
【０１４３】
D6．変形例６：
上記実施例では、第１の電極２がアノードとして機能し、第２の電極３がカソードとして機能していた。しかし、燃料電池１００，１００Ａでは、第１の電極２をカソードとして機能させ、第２の電極３をアノードとして機能させるものとしても良い。
【０１４４】
D7．変形例７：
上記実施例において、膜電極接合体１０は、アノード２よりカソード３の方が小さいサイズで形成されていた。しかし、膜電極接合体１０では、カソード３の方がアノード２より小さいサイズで形成されるものとしても良いし、アノード２とカソード３とが、ほぼ同じサイズで構成されるものとしても良い。なお、アノード２とカソード３とを同じサイズで構成する場合には、電解質膜１の外周端部がアノード２またはカソード３の外周端部から突出されるように構成されることが好ましい。これによって、膜電極接合体１０の端部におけるクロスリークの発生を抑制することができる。また、上記実施例では、各電極２，３がガス拡散層２ｇ，３ｇを有していた。しかし、ガス拡散層２ｇ，３ｇは省略されるものとしても良い。
【０１４５】
D8．変形例８：
上記実施例では、燃料電池１００，１００Ａを、その積層方向に垂直な方向（側面方向）に沿って見たときに、水素流路溝３５と重なり合う空間にシール部材７０が配置されていた。しかし、シール部材７０を配置するための空間は、燃料電池１００，１００Ａを、その側面方向に沿って見たときに、水素流路溝と重なり合う位置に形成されていなくとも良い。ただし、上記実施例のようにシール部材７０を配置するための空間を形成することにより、燃料電池１００，１００Ａの小型化が可能である。
【０１４６】
D9．変形例９：
上記実施例において、各単セル１１０，１１０Ａの境界にはシール部材７０が配置されていた。しかし、各単セル１１０，１１０Ａの境界には、シール部材７０に換えて、単セル１１０，１１０Ａ同士を接着するとともに、当該境界位置のシール性を確保するための接着部が形成されるものとしても良い。ただし、この場合には、一部の単セル１１０，１１０Ａの交換性が低下するため、燃料電池１００，１００Ａのメンテナンス性が低下する可能性がある。
【符号の説明】
【０１４７】
１…電解質膜
２…アノード（第１の電極）
３…カソード（第２の電極）
２ｃ，３ｃ…触媒層
２ｇ，３ｇ…ガス拡散層
４…段差部
１０…膜電極接合体
２０…ガス拡散部材
２１ａ〜２１ｄ…壁部
２１ｅ…連結壁部
２３…波板部
２５…貫通孔
３０…第１のセパレータ
３１…シール部材配置部
３２…外周端部
３３…アノード配置部
３５…水素流路溝
３６…溝部
３７…保持部
４０，４０Ａ…第２のセパレータ
４１…酸素流路溝
４２…水素通路壁
４３…酸素通路壁
４４…接着剤塗布部
４５…段差部
４６…流路溝
４７…樹脂部材
５０…ガス通路部材
５１…水素通路部材
５１ｂ…底面
５１ｔ…上面
５２…酸素通路部材
５３…壁部
５５…水素シーリングプレート
５６…酸素シーリングプレート
６０…接着層
６１，６１ａ…第１の接着層
６２，６２ａ…第２の接着部
６３…第３の接着部
６５…空隙部
７０…シール部材
９０…板片部
９１…凹凸部位
９２…絶縁性部材
１００，１００Ａ，１００ａ…燃料電池
１１０，１１０Ａ，１１０ａ…単セル
Ｍ…マニホールド
Ｍ１…水素供給用マニホールド
Ｍ２…水素排出用マニホールド
Ｍ３…酸素供給用マニホールド
Ｍ４…酸素排出用マニホールド
Ｍ５…冷媒供給用マニホールド
Ｍ６…冷媒排出用マニホールド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電モジュールが積層された積層構造を有する燃料電池であって、
前記発電モジュールは、
電解質膜の両面に第１と第２の電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記第１と第２の電極のそれぞれに対応して配置され、前記第１の電極に供給される第１の反応ガスのための第１のマニホールドを構成する貫通孔が形成された第１と第２のセパレータと、
前記膜電極接合体の外周において前記第１と第２のセパレータとを接着する接着層と、
を備え、
前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第１のマニホールドを構成する第１のマニホールド流路と、前記第１のマニホールド流路と、前記膜電極接合体の前記第１の電極との間を連通する第１の連通路と、が設けられ、
前記第１の連通路には、前記第１のマニホールド流路との接続部において、前記第１のマニホールドの貫通方向に突出する第１の通路壁部が配置されている、燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記接着層は、前記膜電極接合体の前記第２の電極の外周において、前記第１の反応ガスが前記第２の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と前記第２のセパレータとを接着する第１の接着部を有し、
前記第１の接着部は、前記第１の通路壁部から離間して設けられている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池であって、
前記発電モジュールは、さらに、
前記第２のセパレータと前記第２の電極との間に配置され、前記第２の反応ガスを前記第２の電極の面に沿って拡散させるためのガス拡散部材を備え、
前記第１と第２のセパレータには、前記第２の電極に供給される第２の反応ガスのための第２のマニホールドを構成する貫通孔が形成されており、
前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第２のマニホールドを構成する第２のマニホールド流路と、前記第２のマニホールド流路と、前記ガス拡散部材との間を連通する第２の連通路と、が設けられ、
前記第２の連通路には、前記第２のマニホールド流路との接続部において、前記第２のマニホールド流路の貫通方向に沿って突出する第２の通路壁部が配置され、
前記第２のセパレータには、前記ガス拡散部材の端部が配置される位置に、前記第２の連通路と連結し、前記第２の反応ガスを、前記第２のセパレータの外表面側から前記ガス拡散部材に流入させるための溝部が設けられている、燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記接着層は、前記第１の電極の外周において、前記第２の反応ガスが前記第１の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と、前記第１のセパレータとを接着する第２の接着部を有し、
前記第２の連通路は、前記第２の接着部と、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部とを離間する壁部を有する、燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の燃料電池であって、
前記第１と第２の通路壁部は、前記第２のセパレータを、厚み方向に沿って凹凸させることにより形成されており、
前記第１と第２の通路壁部の形成された面とは反対側の面に形成される凹部には樹脂部材が充填され、前記樹脂部材の下には、シール部材が配置されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータは、前記第１の電極と重なり合う領域を厚み方向に沿って凹凸させることにより形成された、前記第１の反応ガスのための流路溝を有し、
前記第２のセパレータに設けられた前記溝部は、積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、互いに隣り合う前記発電モジュール同士の境界において、前記第１のセパレータの前記流路溝と重なり合うように配置されている、燃料電池。
【請求項１】
複数の発電モジュールが積層された積層構造を有する燃料電池であって、
前記発電モジュールは、
電解質膜の両面に第１と第２の電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記第１と第２の電極のそれぞれに対応して配置され、前記第１の電極に供給される第１の反応ガスのための第１のマニホールドを構成する貫通孔が形成された第１と第２のセパレータと、
前記膜電極接合体の外周において前記第１と第２のセパレータとを接着する接着層と、
を備え、
前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第１のマニホールドを構成する第１のマニホールド流路と、前記第１のマニホールド流路と、前記膜電極接合体の前記第１の電極との間を連通する第１の連通路と、が設けられ、
前記第１の連通路には、前記第１のマニホールド流路との接続部において、前記第１のマニホールドの貫通方向に突出する第１の通路壁部が配置されている、燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記接着層は、前記膜電極接合体の前記第２の電極の外周において、前記第１の反応ガスが前記第２の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と前記第２のセパレータとを接着する第１の接着部を有し、
前記第１の接着部は、前記第１の通路壁部から離間して設けられている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池であって、
前記発電モジュールは、さらに、
前記第２のセパレータと前記第２の電極との間に配置され、前記第２の反応ガスを前記第２の電極の面に沿って拡散させるためのガス拡散部材を備え、
前記第１と第２のセパレータには、前記第２の電極に供給される第２の反応ガスのための第２のマニホールドを構成する貫通孔が形成されており、
前記接着層には、厚み方向に貫通し、前記第２のマニホールドを構成する第２のマニホールド流路と、前記第２のマニホールド流路と、前記ガス拡散部材との間を連通する第２の連通路と、が設けられ、
前記第２の連通路には、前記第２のマニホールド流路との接続部において、前記第２のマニホールド流路の貫通方向に沿って突出する第２の通路壁部が配置され、
前記第２のセパレータには、前記ガス拡散部材の端部が配置される位置に、前記第２の連通路と連結し、前記第２の反応ガスを、前記第２のセパレータの外表面側から前記ガス拡散部材に流入させるための溝部が設けられている、燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記接着層は、前記第１の電極の外周において、前記第２の反応ガスが前記第１の電極へと流入することを抑制するとともに、前記膜電極接合体と、前記第１のセパレータとを接着する第２の接着部を有し、
前記第２の連通路は、前記第２の接着部と、前記第２のセパレータに設けられた前記溝部とを離間する壁部を有する、燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の燃料電池であって、
前記第１と第２の通路壁部は、前記第２のセパレータを、厚み方向に沿って凹凸させることにより形成されており、
前記第１と第２の通路壁部の形成された面とは反対側の面に形成される凹部には樹脂部材が充填され、前記樹脂部材の下には、シール部材が配置されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータは、前記第１の電極と重なり合う領域を厚み方向に沿って凹凸させることにより形成された、前記第１の反応ガスのための流路溝を有し、
前記第２のセパレータに設けられた前記溝部は、積層方向に垂直な方向に沿ってみたときに、互いに隣り合う前記発電モジュール同士の境界において、前記第１のセパレータの前記流路溝と重なり合うように配置されている、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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−５４８７２（Ｐ２０１３−５４８７２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１１６１（Ｐ２０１１−１９１１６１）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【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２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【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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