JP2009146819A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】単セルを鉛直方向に複数積層させた燃料電池スタックにおいて、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドが、発電によって生成された生成水によって閉塞されることを抑制する。
【解決手段】単セル４０を鉛直方向に複数積層した燃料電池スタック１００において、単セル４０は、アノード４１１ａの表面側に積層され、水素の流路を構成するアノード側金属多孔体４３ａと、カソード４１１ｃの表面側に積層され、空気の流路を構成するカソード側金属多孔体４３ｃと、を備える。そして、アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉに、撥水処理を施す。
【選択図】図７

Description

本発明は、燃料電池スタックに関し、詳しくは、単セルを鉛直方向に複数積層した燃料電池スタックに関するものである。

燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。そして、この燃料電池には、単セル（燃料電池）を複数積層させた燃料電池スタックがある。

このような燃料電池スタックには、一般に、燃料電池スタックの外部から供給された燃料ガスを、各単セルのアノードに分岐して供給するための燃料ガス供給マニホールドや、各単セルのアノードから排出された排出ガスであるアノードオフガスを集合させて燃料電池スタックの外部に排出するためのアノードオフガス排出マニホールドや、燃料電池スタックの外部から供給された酸化剤ガスを、各単セルのカソードに分岐して供給するための酸化剤ガス供給マニホールドや、各単セルのカソードから排出された排出ガスであるカソードオフガスを集合させて燃料電池スタックの外部に排出するためのカソードオフガス排出マニホールドが備えられる。そして、燃料電池スタックを構成する各単セルにおいて、発電時に上記電気化学反応によって生成された生成水は、アノードオフガスや、カソードオフガスとともに、これらの排出ガスの流れによって、アノードオフガス排出マニホールドや、カソードオフガス排出マニホールドを介して、燃料電池スタックの外部に排水される。

特開２００６−１７９４５５号公報 特開２００７−４２５３８号公報 特表２００６−５０５９１０号公報 特開２０００−１６４２２９号公報

ところで、近年では、電源として、燃料電池スタックを搭載した電気自動車等の移動体が開発されている。そして、燃料電池スタックが移動体に搭載される際には、移動体における燃料電池スタックの搭載スペースの制限上、燃料電池スタックは、例えば、単セルの積層方向が水平方向となる向きで搭載される場合や、単セルの積層方向が鉛直方向となる向きで搭載される場合がある。そして、燃料電池スタックが、移動体に、単セルの積層方向が鉛直方向となる向きで搭載される場合には、先に説明した各種マニホールドの主流路において、各ガスは鉛直方向に流れることになる。さらに、燃料ガス供給マニホールドの主流路、および、酸化剤ガス供給マニホールドの主流路から、それぞれ、各単セルのアノード、および、カソードに分岐して供給された燃料ガス、および、酸化剤ガスは、それぞれ、各単セルのアノード、および、カソードの表面に沿って、アノードオフガス排出マニホールド、および、カソードオフガス排出マニホールドに向かって、水平方向に流れることになる。

そして、燃料電池スタックが搭載された移動体、例えば、電気自動車は、坂道やカーブ等、様々な路面上を走行したり、加減速したりするため、各単セルにおいて発電時に生成された生成水には、重力や遠心力等の外力が作用する。そして、単セルの積層方向が鉛直方向となる向きで、燃料電池スタックが移動体（例えば、電気自動車）に搭載されている場合において、燃料電池スタックが、例えば、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールド側に傾いた場合には、上記生成水は、重力によって、ガスの流れに逆らって、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドの方向に逆流する場合がある。この場合、上記生成水が、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドの少なくとも一部を閉塞し、単セルのアノードや、カソードへの、燃料ガスや、酸化剤ガスの供給を阻害するおそれがあった。しかし、従来、このような不具合については、考慮されていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、単セルを鉛直方向に複数積層させた燃料電池スタックにおいて、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドが、発電によって生成された生成水によって閉塞されることを抑制することを目的とする。

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。

［適用例１］燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを鉛直方向に複数積層した燃料電池スタックであって、前記燃料電池スタックの外部から供給された前記燃料ガスを、複数の前記単セルのアノードに分岐して供給するための燃料ガス供給マニホールドと、前記複数の単セルのアノードから排出された排出ガスであるアノードオフガスを集合させて前記燃料電池スタックの外部に排出するためのアノードオフガス排出マニホールドと、前記燃料電池スタックの外部から供給された前記酸化剤ガスを、前記複数の単セルのカソードに分岐して供給するための酸化剤ガス供給マニホールドと、前記複数の単セルのカソードから排出された排出ガスであるカソードオフガスを集合させて前記燃料電池スタックの外部に排出するためのカソードオフガス排出マニホールドと、を備え、前記単セルは、前記アノードの表面側に積層され、前記燃料ガスを前記アノードの表面に沿って流すための流路を構成するアノード側流路構成部材と、前記カソードの表面側に積層され、前記酸化剤ガスを前記カソードの表面に沿って流すための流路を構成するカソード側流路構成部材と、を備え、前記アノード側流路構成部材における、前記燃料ガス供給マニホールドから前記燃料ガスが導入される領域である燃料ガス導入領域、および、前記カソード側流路構成部材における、前記酸化剤ガス供給マニホールドから前記酸化剤ガスが導入される領域である酸化剤ガス導入領域の少なくとも一方に、撥水処理が施されている、燃料電池スタック。

適用例１の燃料電池スタックでは、上記アノード側流路構成部材における上記燃料ガス導入領域、および、上記カソード側流路構成部材における酸化剤ガス導入領域の少なくとも一方に、撥水処理が施されている。したがって、燃料電池スタックが、例えば、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水に外力が作用し、この生成水が、ガスの流れに逆らって、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドの方向に逆流した場合であっても、上記生成水を、撥水処理が施された上記燃料ガス導入領域、または、上記酸化剤ガス導入領域で撥水し、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドへの上記生成水の浸入を抑制することができる。この結果、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドが、上記生成水によって閉塞されることを抑制することができる。

［適用例２］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記カソード側流路構成部材における前記酸化剤ガス導入領域には、前記撥水処理が施されており、前記酸化剤ガス導入領域は、前記カソードと当接する領域以外の領域に配置されている、燃料電池スタック。

適用例２の燃料電池スタックでは、単セルにおいて、上記酸化剤ガス導入領域が、カソードと当接する領域以外の領域に配置されているので、先述したように、上記生成水が酸化剤ガス供給マニホールドの方向に逆流した場合に、カソードの表面の一部に上記生成水が滞留することを抑制することができる。したがって、カソードの全面を発電に有効利用することができる。

［適用例３］適用例２記載の燃料電池スタックであって、前記単セルは、さらに、前記カソード側の面において、前記酸化剤ガス導入領域以外の領域であって、前記カソードよりも外側の領域に、前記電気化学反応によって生成された生成水を貯水するためのカソード側貯水部を備える、燃料電池スタック。

適用例３の燃料電池スタックでは、単セルが上記カソード側貯水部を備えるので、燃料電池スタックが、例えば、上記酸化剤ガス導入領域の方向に傾いたときに、上記カソード側貯水部に上記生成水を貯水することができる。なお、上記カソード側流路構成部材の一部を上記カソード側貯水部として利用するものとしてもよいし、単セル内のカソード側の空隙を上記カソード側貯水部として利用するものとしてもよい。

［適用例４］適用例３記載の燃料電池スタックであって、前記酸化剤ガス導入領域における前記撥水処理は、前記生成水を、前記カソード側貯水部に導くように施されている、燃料電池スタック。

適用例４の燃料電池スタックでは、上記酸化剤ガス導入領域における撥水処理が、上記生成水を、上記カソード側貯水部に導くように施されているので、上記生成水を速やかに上記カソード側貯水部に導くことができる。

［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記アノード側流路構成部材における前記燃料ガス導入領域には、前記撥水処理が施されており、前記燃料ガス導入領域は、前記アノードと当接する領域以外の領域に配置されている、燃料電池スタック。

適用例５の燃料電池スタックでは、単セルにおいて、上記燃料ガス導入領域が、アノードと当接する領域以外の領域に配置されているので、先述したように、上記生成水が燃料ガス供給マニホールドの方向に逆流した場合に、アノードの表面の一部に上記生成水が滞留することを抑制することができる。したがって、アノードの全面を発電に有効利用することができる。

［適用例６］適用例５記載の燃料電池スタックであって、前記単セルは、さらに、前記アノード側において、前記燃料ガス導入領域以外の領域であって、前記アノードよりも外側の領域に、前記電気化学反応によって生成された生成水を貯水するためのアノード側貯水部を備える、燃料電池スタック。

適用例６の燃料電池スタックでは、単セルが上記アノード側貯水部を備えるので、燃料電池スタックが、例えば、上記燃料ガス導入領域の方向に傾いたときに、上記アノード側貯水部に上記生成水を貯水することができる。なお、上記アノード側流路構成部材の一部を上記アノード側貯水部として利用するものとしてもよいし、単セル内のアノード側の空隙を上記アノード側貯水部として利用するものとしてもよい。

［適用例７］適用例６記載の燃料電池スタックであって、前記燃料ガス導入領域における前記撥水処理は、前記生成水を、前記アノード側貯水部に導くように施されている、燃料電池スタック。

適用例７の燃料電池スタックでは、上記燃料ガス導入領域における撥水処理が、上記生成水を、上記アノード側貯水部に導くように施されているので、上記生成水を速やかに上記アノード側貯水部に導くことができる。

［適用例８］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記単セルにおいて、前記アノードは、鉛直上方に配置されており、前記カソードは、鉛直下方に配置されている、燃料電池スタック。

適用例８の燃料電池スタックでは、単セルにおいて、アノードは、鉛直上方に配置されており、カソードは、鉛直下方に配置されているので、カソードで生成された上記生成水を、重力によって、カソードからカソード側流路構成部材に速やかに移動させ、上記生成水がカソードに滞留するのを抑制することができる。

本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。また、本発明は、上述の燃料電池スタックとしての構成の他、この燃料電池スタックを備える燃料電池システム、この燃料電池システムを備える車両等の移動体の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．車両の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える車両１０００の概略構成を示す説明図である。この車両１０００は、いわゆる電気自動車であり、電源として、燃料電池スタック１００や、図示しないバッテリを備えている。そして、車両１０００は、燃料電池スタック１００によって発電される電力や、バッテリから出力される電力によって、図示しないモータを駆動し、その動力によって、車輪を回転させて走行する。燃料電池スタック１００によって発電された電力は、バッテリに蓄電することも可能である。

本実施例では、車両１０００において、燃料電池スタック１００は、図示するように、居室の前方の居室外の空間に備えられているものとした。そして、燃料電池スタック１００は、複数の単セルが鉛直方向に積層された向きで設置されている。なお、図示は省略しているが、車両１０００の床下部や、居室の前方や後方の、居室外の空間には、それぞれ、燃料電池スタック１００やバッテリを備える燃料電池システムを構成する各種構成部品や、車輪を回転させるためのモータや、その他の機能部品等が配置されている。

Ａ２．燃料電池スタックの構成：
図２は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。図２（ａ）に、燃料電池スタック１００の上面図を示した。また、図２（ｂ）に、燃料電池スタック１００の側面図を示した。また、図２（ｃ）に、燃料電池スタック１００の下面図を示した。

この燃料電池スタック１００は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、鉛直方向に複数積層させたスタック構造を有している。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。また、本実施例では、セパレータは、後述するように、３層構造を有しており、セパレータ内には、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水の流路が形成されている。なお、燃料電池スタック１００における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、図２（ｂ）に示したように、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の単セル４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。本実施例では、これらは、それぞれ略矩形形状を有しているものとした。そして、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各膜電極接合体に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各膜電極接合体のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水をそれぞれ集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。

そして、図２（ａ）に示したように、エンドプレート１０ａの図示した下側長辺の内側には、下側長辺に沿って、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給口１２ｉが形成されている。また、エンドプレート１０ａの図示した左側短辺の内側には、水素供給マニホールドを構成する水素供給口１４ｉ、および、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給口１６ｉが形成されている。また、エンドプレート１０ａの図示した右側短辺には、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出口１６ｏが形成されている。

また、図２（ｃ）に示したように、エンドプレート１０ｂの図示した下側長辺の内側には、下側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出口１２ｏが形成されている。また、エンドプレート１０ｂの図示した右側短辺の内側には、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出口１４ｏが形成されている。

なお、空気供給口１２ｉや、カソードオフガス排出口１２ｏや、水素供給口１４ｉや、アノードオフガス排出口１４ｏや、冷却水供給口１６ｉや、冷却水排出口１６ｏの数、形状、配置は、図示した例に限られず、任意に設定可能である。

水素供給口１４ｉには、図示しない水素タンクから、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池スタック１００のアノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出口１４ｏから排出される。また、空気供給口１２ｉには、図示しないエアコンプレッサによって圧縮された酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が供給され、燃料電池スタック１００のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出口１２ｏから排出される。また、冷却水供給口１６ｉには、図示しないラジエータによって冷却され、ポンプによって加圧された冷却水が供給され、燃料電池スタック１００の内部を流れて、冷却水排出口１６ｏから排出されて循環する。

単セル４０は、膜電極接合体、および、シールガスケットを一体的に備えるユニットと、セパレータとによって構成されている。この単セル４０については、後述する。

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するために、鋼等の金属によって形成されている。また、絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。また、集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ、図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００によって発電された電力を出力可能となっている。

Ａ３．単セルの構成：
燃料電池スタック１００を構成する各単セル４０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の周囲にシールガスケットを配置したユニット（以下、シールガスケット一体型ＭＥＡと呼ぶ）の両面に、後述する金属多孔体を積層させ、これらを、後述するセパレータ４２によって挟持することによって構成されている。膜電極接合体は、電解質膜の一方の面に、カソードとして、カソード側触媒層と、カソード側ガス拡散層とがこの順に接合され、他方の面にアノードとして、アノード側触媒層と、アノード側ガス拡散層とがこの順に接合されたものである。カソード側ガス拡散層、および、アノード側ガス拡散層としては、例えば、カーボンクロスや、カーボンペーパ等を適用可能である。また、金属多孔体としては、例えば、発泡金属を焼結させたものや、エキスパンドメタル等を適用可能である。これらは、後述する第２実施例、および、第３実施例においても同様である。以下、単セル４０を構成するシールガスケット一体型ＭＥＡ４１、セパレータ４２、および、単セル４０の断面構造について説明する。

Ａ３．１．シールガスケット一体型ＭＥＡ：
図３は、第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１の概略構造を示す説明図である。図３（ａ）に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側から見た平面図を示した。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。

図３（ａ）に示したように、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１は、略矩形形状を有しており、矩形形状を有するＭＥＡ４１１の周囲に、シリコーンゴムからなるシールガスケット４１０を一体形成したものである。ＭＥＡ４１１は、図３（ｂ）に示したように、電解質膜４１１ｍの両面に、それぞれカソード４１１ｃ（カソード側触媒層４１１ｃｃ、カソード側ガス拡散層４１１ｃｄ）、および、アノード４１１ａ（アノード側触媒層４１１ａｃ、アノード側ガス拡散層４１１ａｄ）を接合したものである。

そして、図３（ａ）に示したように、シールガスケット４１０の図示した下側長辺部のＭＥＡ４１１の近傍領域には、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４１２ｉが、シールガスケット４１０の下側長辺に沿って形成されている。シールガスケット４１０における３つの空気供給用貫通孔４１２ｉの形成位置は、エンドプレート１０ａに形成された３つの空気供給口１２ｉの形成位置と対応している。

また、シールガスケット４１０の図示した上側長辺部のＭＥＡ４１１の近傍領域には、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏが、シールガスケット４１０の上側長辺に沿って形成されている。シールガスケット４１０における３つのカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏの形成位置は、エンドプレート１０ｂに形成された３つのカソードオフガス排出口１２ｏの形成位置と対応している。

また、シールガスケット４１０の図示した左側短辺部のＭＥＡ４１１の近傍領域には、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４１４ｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４１６ｉとが形成されている。シールガスケット４１０における水素供給用貫通孔４１４ｉ、および、冷却水供給用貫通孔４１６ｉの形成位置は、それぞれ、エンドプレート１０ａに形成された水素供給口１４ｉ、および、冷却水供給口１６ｉの形成位置と対応している。

また、シールガスケット４１０の図示した右側短辺部のＭＥＡ４１１の近傍領域には、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４１４ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４１６ｏとが形成されている。シールガスケット４１０におけるアノードオフガス排出用貫通孔４１４ｏの形成位置、および、冷却水排出用貫通孔４１６ｏの形成位置は、それぞれ、エンドプレート１０ｂに形成されたアノードオフガス排出口１４ｏ、および、エンドプレート１０ａに形成された冷却水排出口１６ｏの形成位置と対応している。

また、図３（ａ），（ｂ）に示したように、シールガスケット４１０における、上述した各貫通孔、および、ＭＥＡ４１１の周囲には、シールガスケット４１０の両面にライン状の突起部を形成することによって、シールラインＳＬがそれぞれ形成されている。このシールラインＳＬによって、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と後述するセパレータ４２とを積層したときに、上述した各貫通孔内を流れる水素や、空気や、冷却水、および、ＭＥＡ４１１の表面を流れる水素や、空気等の外部へ漏洩を抑制することができる。

なお、図３（ａ）に示したように、本実施例では、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、各空気供給用貫通孔４１２ｉとＭＥＡ４１１との距離は、各カソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏとＭＥＡ４１１との距離よりも長くなるように設定されている。

図４は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、ＭＥＡ４１１におけるアノード４１１ａの表面、および、カソード４１１ｃの表面に、それぞれ、アノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃを積層させた状態を示す説明図である。シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側から見た平面図を示した。アノード側金属多孔体４３ａは、水素供給マニホールドから供給された水素をＭＥＡ４１１のアノード４１１ａの表面に沿って流すための流路を構成し、本発明におけるアノード側流路構成部材に相当する。また、カソード側金属多孔体４３ｃは、空気供給マニホールドから供給された空気をＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃの表面に沿って流す流路を構成し、本発明におけるカソード側流路構成部材に相当する。

図中の破線で囲われた領域は、ＭＥＡ４１１に対応した領域を表している。そして、図示するように、アノード側金属多孔体４３ａにおいて、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａと当接する領域以外の領域であって、空気供給用貫通孔４１２ｉとＭＥＡ４１１との間の領域４３ａｉには、撥水処理が施されている。このアノード側金属多孔体４３ａにおける領域４３ｃｉは、後述するように、水素供給マニホールドから水素が導入される領域であり、以下、水素導入領域４３ａｉと呼ぶ。また、カソード側金属多孔体４３ｃにおいて、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと当接する領域以外の領域であって、空気供給用貫通孔４１２ｉとＭＥＡ４１１との間の領域４３ｃｉにも、撥水処理が施されている。このカソード側金属多孔体４３ｃにおける領域４３ｃｉは、後述するように、空気供給マニホールドから空気が導入される領域であり、以下、空気導入領域４３ｃｉと呼ぶ。アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉに撥水処理が施されている理由については後述する。

なお、上述した撥水処理には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等が用いられる。また、アノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおいて、水素導入領域４３ａｉ、および、空気導入領域４３ｃｉ以外の領域には、親水処理が施されている。この親水処理には、例えば、金メッキが用いられる。

Ａ３．２．セパレータ：
図５は、第１実施例におけるセパレータ４２の構成部品の平面図である。本実施例におけるセパレータ４２は、それぞれ複数の貫通孔が設けられた３枚の金属製の平板、すなわち、カソード対向プレート４２ｃと、中間プレート４２ｍと、アノード対向プレート４２ａとから構成されている。そして、セパレータ４２は、中間プレート４２ｍを、カソード対向プレート４２ｃと、アノード対向プレート４２ａとによって挟み、これらをホットプレス接合することによって作製されている。本実施例では、カソード対向プレート４２ｃと、中間プレート４２ｍと、アノード対向プレート４２ａとは、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同一の略矩形形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。カソード対向プレート４２ｃと、中間プレート４２ｍと、アノード対向プレート４２ａとして、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いるものとしてもよい。

図５（ａ）は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側の面と当接するカソード対向プレート４２ｃの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた矩形領域は、先に示したアノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃに対応する領域を表している。

図示するように、カソード対向プレート４２ｃには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２ｃｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｃｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｃｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ｃｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ｃｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｃｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。

また、カソード対向プレート４２ｃには、図示するように、空気供給用貫通孔４２２ｃｉ近傍の、カソード側金属多孔体４３ｃの空気導入領域４３ｃｉと対向する位置に配置された空気供給口４２２ｏｓと、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｃｏ近傍の、カソード側金属多孔体４３ｃの端部領域と対向する位置に配置されたカソードオフガス排出口４２２ｏｅとが形成されている。本実施例では、空気供給口４２２ｏｓと、カソードオフガス排出口４２２ｏｅとは、カソード側金属多孔体４３ｃの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。

図５（ｂ）は、中間プレート４２ｍの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた矩形領域は、先に示したアノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃに対応する領域を表している。

図示するように、中間プレート４２ｍには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２ｍｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｍｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。また、中間プレート４２ｍには、冷却水供給マニホールドを構成する複数の冷却水流路形成用貫通孔４２６ｍも形成されている。

また、中間プレート４２ｍにおいて、空気供給用貫通孔４２２ｍｉには、空気供給用貫通孔４２２ｍｉから、カソード対向プレート４２ｃに形成された空気供給口４２２ｏｓに、空気を流すための複数の空気供給用流路形成部４２２ｍｉｐが、櫛歯状に設けられている。また、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏには、カソード対向プレート４２ｃに形成されたカソードオフガス排出口４２２ｏｅから、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏに、カソードオフガスを流すための複数のカソードオフガス排出用流路形成部４２２ｍｏｐが、櫛歯状に設けられている。また、水素供給用貫通孔４２４ｍｉには、この水素供給用貫通孔４２４ｍｉから、後述するアノード対向プレート４２ａに形成された水素供給口４２４ｈｓに、水素を流すための水素供給用流路形成部４２４ｍｉｐが設けられている。また、アノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏには、後述するアノード対向プレート４２ａに形成されたアノードオフガス排出口４２４ｈｅから、アノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏに、アノードオフガスを流すためのアノードオフガス排出用流路形成部４２４ｍｏｐが設けられている。

図５（ｃ）は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側の面と当接するアノード対向プレート４２ａの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた矩形領域は、先に示したアノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃに対応する領域を表している。

図示するように、アノード対向プレート４２ａには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２ａｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ａｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ａｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ａｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ａｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ａｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。

また、アノード対向プレート４２ａには、図示するように、空気供給用貫通孔４２２ａｉ近傍の、アノード側金属多孔体４３ａの水素導入領域４３ａｉと対向する位置に配置された水素供給口４２４ｈｓと、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ａｏ近傍の、アノード側金属多孔体４３ａの端部領域と対向する位置に配置されたアノードオフガス排出口４２４ｈｅとが形成されている。本実施例では、水素供給口４２４ｈｓと、アノードオフガス排出口４２４ｈｅとは、カソード対向プレート４２ｃに形成された空気供給口４２２ｏｓ、および、カソードオフガス排出口４２２ｏｅと同様に、アノード側金属多孔体４３ａの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。

図６は、セパレータ４２の平面図である。このセパレータ４２は、先に説明したように、カソード対向プレート４２ｃと、中間プレート４２ｍと、アノード対向プレート４２ａとを、ホットプレス接合することによって形成されている。ここでは、アノード対向プレート４２ａ側から見た様子を示した。

図から分かるように、アノード対向プレート４２ａにおいて、水素供給口４２４ｈｓは、中間プレート４２ｍに形成された水素供給用流路形成部４２４ｍｉｐと重なるように形成されている。また、アノード対向プレート４２ａにおいて、アノードオフガス排出口４２４ｈｅは、中間プレート４２ｍに形成されたアノードオフガス排出用流路形成部４２４ｍｏｐと重なるように形成されている。

また、カソード対向プレート４２ｃにおいて、空気供給口４２２ｏｓは、中間プレート４２ｍに形成された複数の空気供給用流路形成部４２２ｍｉｐの各端部と重なるように形成されている。また、カソード対向プレート４２ｃにおいて、カソードオフガス排出口４２２ｏｅは、中間プレート４２ｍに形成された複数のカソードオフガス排出用流路形成部４２２ｍｏｐの各端部と重なるように形成されている。

また、中間プレート４２ｍにおいて、複数の冷却水流路形成用貫通孔４２６ｍは、それぞれ、その一端が、アノード対向プレート４２ａに形成された冷却水供給用貫通孔４２６ａｉ、および、カソード対向プレート４２ｃに形成された冷却水供給用貫通孔４２６ｃｉと重なるとともに、その他端が、アノード対向プレート４２ａに形成された冷却水排出用貫通孔４２６ａｏ、および、カソード対向プレート４２ｃに形成された冷却水排出用貫通孔４２６ｃｏと重なるように形成されている。

Ａ３．３．単セルの断面構造：
図７は、単セル４０の断面構造を示す説明図である。セパレータ４２と、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１とを積層させたときの、図６におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、本実施例の燃料電池スタック１００では、単セル４０において、カソード４１１ｃは、電解質膜４１１ｍの下面に形成されており、また、アノード４１１ａは、電解質膜４１１ｍの上面に形成されているものとした。

図中に矢印で示したように、単セル４０において、燃料電池スタック１００の外部から供給された空気は、カソード対向プレート４２ｃの空気供給用貫通孔４２２ｃｉを通り、中間プレート４２ｍの空気供給用貫通孔４２２ｍｉから分岐して、空気供給用流路形成部４２２ｍｉｐを通り、カソード対向プレート４２ｃの空気供給口４２２ｏｓから、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉの表面に対して垂直な方向に供給される。

そして、空気供給口４２２ｏｓから供給された空気は、カソード側金属多孔体４３ｃ中、および、カソード側ガス拡散層４１１ｃｄ中を拡散しつつ流れ、発電時に生成された生成水とともに、カソード対向プレート４２ｃのカソードオフガス排出口４２２ｏｅから、カソード側金属多孔体４３ｃの表面に対して垂直な方向に排出され、中間プレート４２ｍのカソードオフガス排出用流路形成部４２２ｍｏｐ、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏを通って、アノード対向プレート４２ａのカソードオフガス排出用貫通孔４２２ａｏ等を通じて、燃料電池スタック１００の外部に排出される。

また、図６、および、図７から分かるように、燃料電池スタック１００の外部から供給された水素は、カソード対向プレート４２ｃの水素供給用貫通孔４２４ｃｉを通り、中間プレート４２ｍの水素供給用貫通孔４２４ｍｉから分岐して、水素供給用流路形成部４２４ｍｉｐを通り、アノード対向プレート４２ａの水素供給口４２４ｈｓから、アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉの表面に対して垂直な方向に供給される。

そして、水素供給口４２４ｈｓから供給された水素は、アノード側金属多孔体４３ａ中、および、アノード側ガス拡散層４１１ａｄ中を拡散しつつ流れ、発電時に生成された生成水とともに、アノード対向プレート４２ａのアノードオフガス排出口４２４ｈｅから、アノード側金属多孔体４３ａの表面に対して垂直な方向に排出され、中間プレート４２ｍのアノードオフガス排出用流路形成部４２４ｍｏｐ、アノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏを通って、アノード対向プレート４２ａのアノードオフガス排出用貫通孔４２４ａｏ等を通じて、燃料電池スタック１００の外部に排出される。

また、図６、および、図７から分かるように、燃料電池スタック１００の外部から供給された冷却水は、カソード対向プレート４２ｃの冷却水供給用貫通孔４２６ｃｉ、中間プレート４２ｍの冷却水流路形成用貫通孔４２６ｍを通って、アノード対向プレート４２ａの冷却水排出用貫通孔４２６ａｏ等を通じて、燃料電池スタック１００の外部に排出される。

Ａ４．効果：
図８は、第１実施例の燃料電池スタック１００の効果を示す説明図である。燃料電池スタック１００を搭載した車両１０００が坂道を走行し、燃料電池スタック１００が空気供給マニホールド側に傾いたときの単セル４０の断面を示した。

先に説明したように、単セルを鉛直方向に複数積層した燃料電池スタックでは、単セルにおいて、発電時に生成された生成水は、カソードオフガスや、アノードオフガスとともに、これらのガスの流れによって、カソードオフガス排出マニホールドや、アノードオフガス排出マニホールドを介して、燃料電池スタックの外部に排水される。しかし、このような燃料電池スタックが車両１０００に搭載され、例えば、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾いた場合には、上記生成水は、重力によって、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流する場合がある。この場合、上記生成水が、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの少なくとも一部を閉塞し、単セルのカソードや、アノードへの、空気や、水素の供給を阻害するおそれがあった。

そこで、第１実施例の燃料電池スタック１００では、単セル４０において、アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉに、撥水処理を施すこととした。こうすることによって、図示したように、燃料電池スタック１００が、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水Ｗに外力が作用し、この生成水Ｗが、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流した場合であっても、上記生成水Ｗを、撥水処理が施された空気導入領域４３ｃｉ、および、水素導入領域４３ａｉで撥水し、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドへの上記生成水Ｗの浸入を抑制することができる。この結果、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドが、上記生成水Ｗによって閉塞されることを抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池スタック１００では、単セル４０において、空気導入領域４３ｃｉが、カソード４１１ｃと当接する領域以外の領域に配置されているので（図４，７，８参照）、先述したように、上記生成水Ｗが空気供給マニホールドの方向に逆流した場合に、カソード４１１ｃの表面の一部に上記生成水が滞留することを抑制することができる。したがって、カソード４１１ｃの全面を発電に有効利用することができる。

また、本実施例の燃料電池スタック１００では、単セル４０において、アノード４１１ａは、電解質膜４１１ｍの上面に形成されており、カソード４１１ｃは、電解質膜４１１ｍの下面に形成されているので、発電時にカソード４１１ｃで生成された生成水を、重力によって、カソード４１１ｃからカソード側金属多孔体４３ｃ速やかに移動させ、上記生成水がカソード４１１ｃに滞留するのを抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
図示は省略するが、第２実施例の燃料電池スタックも、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、車両１０００に、複数の単セルが鉛直方向に積層された向きで設置される。そして、第２実施例の燃料電池スタックの構成は、第１実施例の燃料電池スタック１００の構成とほぼ同じである。ただし、第２実施例の燃料電池スタックでは、後述する単セル４０Ａの構造の一部が、第１実施例における単セル４０と異なっている。以下、第２実施例の燃料電池スタックにおける単セル４０Ａを構成するシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａ、および、セパレータ４２Ａについて説明する。なお、単セル４０Ａにおけるガスの流れは、先に説明した単セル４０におけるガスの流れと同じであるので、単セル４０Ａの断面構造についての図示および説明は省略する。

Ｂ１．シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａ：
図９は、第２実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａの概略構造を示す説明図である。図４に示した第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同様に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａにおいて、ＭＥＡ４１１におけるアノード４１１ａの表面、および、カソード４１１ｃの表面に、それぞれ、アノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃを積層させた状態を示した。図中の破線で囲われた領域は、ＭＥＡ４１１に対応した領域を表している。

図３、および、図４と図９との比較から分かるように、第２実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａの構造は、第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１の構造とほぼ同じである。ただし、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａでは、シールガスケット４１０Ａに形成された空気供給用貫通孔４１２Ａｉの大きさ、および、配置が、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と異なっており、３つの空気供給用貫通孔４１２Ａｉの間の距離が、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１における３つの空気供給用貫通孔４１２ｉの間の距離よりも長く設定されている。そして、これに伴い、空気供給用貫通孔４１２Ａｉ近傍のシールラインＳＬの配置が、第１実施例と異なっている。さらに、アノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃの形状が、第１実施例におけるアノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃの形状と異なっている。

すなわち、図９に示したように、第２実施例におけるアノード側金属多孔体４３Ａａでは、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａと当接する領域以外の領域であって、各空気供給用貫通孔４１２ＡｉとＭＥＡ４１１との間の領域に、それぞれ、撥水処理が施された水素導入領域４３Ａａｉが設けられている。そして、各水素導入領域４３ａｉの間の領域、および、各空気供給用貫通孔４１２Ａｉの間の領域（領域４３Ａａｗ）にも、アノード側金属多孔体４３Ａａが配置されており、これらの領域４３Ａａｗには、親水処理が施されている。また、カソード側金属多孔体４３Ａｃにおいて、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと当接する領域以外の領域であって、各空気供給用貫通孔４１２ＡｉとＭＥＡ４１１との間の領域に、それぞれ、撥水処理が施された空気導入領域４３Ａｃｉが設けられている。そして、各空気導入領域４３ｃｉの間の領域、および、各空気供給用貫通孔４１２Ａｉの領域（領域４３Ａｃｗ）にも、カソード側金属多孔体４３Ａｃが配置されており、これらの領域４３Ａｃｗにも、親水処理が施されている。

アノード側金属多孔体４３Ａａにおける各領域４３Ａａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃにおける各領域４３Ａｃｗは、それぞれ、第２実施例の燃料電池スタックが空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水Ｗに外力が作用し、この生成水Ｗが、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流したときに（図８参照）、図中に矢印で示したように、生成水Ｗを貯水する機能を奏する。アノード側金属多孔体４３Ａａにおける各領域４３Ａａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃにおける各領域４３Ａｃｗは、それぞれ、本発明におけるアノード側貯水部、および、カソード側貯水部に相当する。

Ｂ２．セパレータ：
図１０は、第２実施例におけるセパレータ４２Ａの構成部品の平面図である。本実施例におけるセパレータ４２Ａは、第１実施例におけるセパレータ４２と同様に、それぞれ複数の貫通孔が設けられた３枚の金属製の平板、すなわち、カソード対向プレート４２Ａｃと、中間プレート４２Ａｍと、アノード対向プレート４２Ａａとから構成されている。そして、セパレータ４２Ａは、中間プレート４２Ａｍを、カソード対向プレート４２Ａｃと、アノード対向プレート４２Ａａとによって挟み、これらをホットプレス接合することによって作製されている。本実施例においても、カソード対向プレート４２Ａｃと、中間プレート４２Ａｍと、アノード対向プレート４２Ａａとは、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａと同一の略矩形形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。

図１０（ａ）は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａのカソード側の面と当接するカソード対向プレート４２Ａｃの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１ＡにおけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた領域は、先に示したアノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃに対応する領域を表している。

図示するように、カソード対向プレート４２Ａｃには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａに形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２Ａｃｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｃｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｃｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ｃｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ｃｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｃｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａにおいて、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。

また、カソード対向プレート４２Ａｃには、図示するように、３つの空気供給用貫通孔４２２Ａｃｉ近傍の、カソード側金属多孔体４３ｃの空気導入領域４３Ａｃｉと対向する位置にそれぞれ配置された３つの空気供給口４２２Ａｏｓと、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｃｏ近傍の、カソード側金属多孔体４３Ａｃの端部領域と対向する位置に配置されたカソードオフガス排出口４２２ｏｅとが形成されている。本実施例では、各空気供給口４２２Ａｏｓは、対応する各空気供給用貫通孔４２２Ａｃｉの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。また、カソードオフガス排出口４２２ｏｅは、カソード側金属多孔体４３Ａｃの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。

図１０（ｂ）は、中間プレート４２Ａｍの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１ＡにおけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた領域は、先に示したアノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃに対応する領域を表している。

図示するように、中間プレート４２Ａｍには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａに形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２Ａｍｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ｍｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａにおいて、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。また、中間プレート４２Ａｍには、冷却水供給マニホールドを構成する複数の冷却水流路形成用貫通孔４２６ｍも形成されている。

また、中間プレート４２Ａｍにおいて、各空気供給用貫通孔４２２Ａｍｉには、各空気供給用貫通孔４２２Ａｍｉから、カソード対向プレート４２Ａｃに形成された空気供給口４２２Ａｏｓに、それぞれ、空気を流すための複数の空気供給用流路形成部４２２ｍｉｐが、櫛歯状に設けられている。また、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏには、カソード対向プレート４２Ａｃに形成されたカソードオフガス排出口４２２ｏｅから、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ｍｏに、カソードオフガスを流すための複数のカソードオフガス排出用流路形成部４２２ｍｏｐが、櫛歯状に設けられている。また、水素供給用貫通孔４２４ｍｉには、この水素供給用貫通孔４２４ｍｉから、後述するアノード対向プレート４２Ａａに形成された各水素供給口４２４ｈｓに、水素を流すための水素供給用流路形成部４２４ｍｉｐが設けられている。また、アノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏには、後述するアノード対向プレート４２Ａａに形成されたアノードオフガス排出口４２４ｈｅから、アノードオフガス排出用貫通孔４２４ｍｏに、アノードオフガスを流すためのアノードオフガス排出用流路形成部４２４ｍｏｐが設けられている。

図１０（ｃ）は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａのアノード側の面と当接するアノード対向プレート４２Ａａの平面図である。図中の破線で囲われた矩形領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１ＡにおけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図中の一点鎖線で囲われた領域は、アノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃに対応する領域を表している。

図示するように、アノード対向プレート４２Ａａには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａに形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２２Ａａｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出用貫通孔４２２ａｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２４ａｉと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２６ａｉと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２６ａｏと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２４ａｏとが形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａにおいて、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。

また、アノード対向プレート４２Ａａには、図示するように、各空気供給用貫通孔４２２ａｉ近傍の、アノード側金属多孔体４３ａの各水素導入領域４３ａｉと対向する位置にそれぞれ配置された３つの水素供給口４２４Ａｈｓと、カソードオフガス排出用貫通孔４２２ａｏ近傍の、アノード側金属多孔体４３Ａａの端部領域と対向する位置に配置された水素供給口４２４ｈｓとが形成されている。本実施例では、各水素供給口４２４ｈｓは、各空気供給用貫通孔４２２Ａｃｉの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。また、アノードオフガス排出口４２４ｈｅは、アノード側金属多孔体４３Ａａの長辺の長さとほぼ等しい幅を有するスリット形状を有するものとした。

図１１は、セパレータ４２Ａの平面図である。このセパレータ４２Ａは、先に説明したように、カソード対向プレート４２Ａｃと、中間プレート４２Ａｍと、アノード対向プレート４２Ａａとを、ホットプレス接合することによって形成されている。ここでは、アノード対向プレート４２Ａａ側から見た様子を示した。

図から分かるように、アノード対向プレート４２Ａａにおいて、各水素供給口４２４ｈｓは、中間プレート４２Ａｍに形成された水素供給用流路形成部４２４ｍｉｐと重なるように形成されている。また、アノード対向プレート４２Ａａにおいて、アノードオフガス排出口４２４ｈｅは、中間プレート４２Ａｍに形成されたアノードオフガス排出用流路形成部４２４ｍｏｐと重なるように形成されている。

また、カソード対向プレート４２Ａｃにおいて、各空気供給口４２２ｏｓは、中間プレート４２Ａｍに形成された複数の空気供給用流路形成部４２２ｍｉｐの各上端部と重なるように形成されている。また、カソード対向プレート４２Ａｃにおいて、カソードオフガス排出口４２２ｏｅは、中間プレート４２Ａｍに形成された複数のカソードオフガス排出用流路形成部４２２ｍｏｐの各下端部と重なるように形成されている。

また、中間プレート４２Ａｍにおいて、複数の冷却水流路形成用貫通孔４２６ｍは、それぞれ、その一端が、アノード対向プレート４２Ａａに形成された冷却水供給用貫通孔４２６ａｉ、および、カソード対向プレート４２Ａｃに形成された冷却水供給用貫通孔４２６ｃｉと重なるとともに、その他端が、アノード対向プレート４２Ａａに形成された冷却水排出用貫通孔４２６ａｏ、および、カソード対向プレート４２Ａｃに形成された冷却水排出用貫通孔４２６ｃｏと重なるように形成されている。

Ｂ３．効果：
以上説明した第２実施例の燃料電池スタックでは、単セル４０Ａにおいて、アノード側金属多孔体４３Ａａにおける水素導入領域４３Ａａｉ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃにおける空気導入領域４３Ａｃｉに、撥水処理が施されている。また、アノード側金属多孔体４３Ａａ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃに、それぞれ、アノード側貯水部（領域４３Ａａｗ）、および、カソード側貯水部（領域４３Ａｃｗ）が設けられている。こうすることによって、燃料電池スタックが、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水Ｗに外力が作用し、この生成水Ｗが、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流した場合であっても、上記生成水Ｗを、撥水処理が施された空気導入領域４３Ａｃｉ、および、水素導入領域４３Ａａｉで撥水するとともに、カソード側貯水部、および、アノード側貯水部に貯水し、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドへの上記生成水Ｗの浸入を抑制することができる。この結果、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドが、上記生成水Ｗによって閉塞されることを抑制することができる。

Ｃ．第３実施例：
図示は省略するが、第３実施例の燃料電池スタックも、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、車両１０００に、複数の単セルが鉛直方向に積層された向きで設置される。そして、第３実施例の燃料電池スタックの構成は、第１実施例の燃料電池スタック１００の構成とほぼ同じである。ただし、第３実施例の燃料電池スタックでは、単セルの構造の一部が、第１実施例における単セル４０と異なっている。以下、第３実施例の燃料電池スタックにおける単セルを構成するシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ｂについて説明する。なお、第３実施例の燃料電池スタックにおけるセパレータは、先に説明したセパレータ４２と同じであり、また、単セルにおけるガスの流れは、先に説明した単セル４０におけるガスの流れと同じであるので、第３実施例におけるセパレータ、および、単セルの断面構造についての図示および説明は省略する。

図１２は、第３実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ｂの概略構造を示す説明図である。図４に示した第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同様に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ｂにおいて、ＭＥＡ４１１におけるアノード４１１ａの表面、および、カソード４１１ｃの表面に、それぞれ、アノード側金属多孔体４３Ｂａ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃを積層させた状態を示した。図中の破線で囲われた領域は、ＭＥＡ４１１に対応した領域を表している。

図３、および、図４と図１２との比較から分かるように、第３実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ｂの構造は、第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１の構造とほぼ同じである。ただし、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａでは、空気供給用貫通孔４１２ｉ近傍のシールラインＳＬの配置が、第１実施例と異なっており、シールガスケット４１０Ｂにおける図示した右下の領域に、シールラインＳＬで囲まれた領域が設けられている。さらに、アノード側金属多孔体４３Ｂａ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃの形状が、第１実施例におけるアノード側金属多孔体４３ａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃの形状と異なっている。

すなわち、図１２に示したように、第３実施例におけるアノード側金属多孔体４３Ｂａでは、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａと当接する領域以外の領域であって、空気供給用貫通孔４１２ｉとＭＥＡ４１１との間の領域に、撥水処理が施された水素導入領域４３Ｂａｉが設けられている。そして、先述したシールガスケット４１０Ｂにおける図示した右下の領域にも、アノード側金属多孔体４３Ｂａの一部（領域４３Ｂａｗ）が配置されており、この領域４３Ｂａｗには、親水処理が施されている。また、カソード側金属多孔体４３Ｂｃにおいて、ＭＥＡ４１１のカソード４１１ｃと当接する領域以外の領域であって、空気供給用貫通孔４１２ｉとＭＥＡ４１１との間の領域に、撥水処理が施された空気導入領域４３Ｂｃｉが設けられている。そして、先述したシールガスケット４１０Ｂにおける図示した右下の領域にも、カソード側金属多孔体４３Ｂｃの一部（領域４３Ｂｃｗ）が配置されており、この領域４３Ｂｃｗにも、親水処理が施されている。

アノード側金属多孔体４３Ｂａにおける領域４３Ｂａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃにおける領域４３Ｂｃｗは、それぞれ、第３実施例の燃料電池スタックが空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水Ｗに外力が作用し、この生成水Ｗが、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流したときに（図８参照）、図中に矢印で示したように、生成水Ｗを貯水する機能を奏する。アノード側金属多孔体４３Ｂａにおける領域４３Ｂａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃにおける領域４３Ｂｃｗは、それぞれ、本発明におけるアノード側貯水部、および、カソード側貯水部に相当する。

なお、本実施例では、図示したように、アノード側金属多孔体４３Ｂａの水素導入領域４３Ｂａｉにおける撥水処理、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃの空気導入領域４３Ｂｃｉにおける撥水処理は、第３実施例の燃料電池スタックが空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流したときに、生成水Ｗを、速やかにアノード側貯水部（領域４３Ｂａｗ）、および、カソード側貯水部（領域４３Ｂｃｗ）に導くことができるように、アノード側貯水部方向、および、カソード側貯水部方向に傾斜して施されている。

以上説明した第３実施例の燃料電池スタックでは、単セルにおいて、アノード側金属多孔体４３Ｂａにおける水素導入領域４３Ｂａｉ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃにおける空気導入領域４３Ｂｃｉに、撥水処理が施されている。また、アノード側金属多孔体４３Ｂａ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃに、それぞれ、アノード側貯水部（領域４３Ｂａｗ）、および、カソード側貯水部（領域４３Ｂｃｗ）が設けられている。こうすることによって、燃料電池スタックが、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールド側に傾く等により、発電によって生成された生成水Ｗに外力が作用し、この生成水Ｗが、ガスの流れに逆らって、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドの方向に逆流した場合であっても、上記生成水Ｗを、撥水処理が施された空気導入領域４３Ｂｃｉ、および、水素導入領域４３Ｂａｉで撥水するとともに、カソード側貯水部、および、アノード側貯水部に速やかに移動させて貯水し、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドへの上記生成水Ｗの浸入を抑制することができる。この結果、空気供給マニホールドや、水素供給マニホールドが、上記生成水Ｗによって閉塞されることを抑制することができる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記第１実施例では、アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉの双方に、撥水処理を施すものとしたが、本発明は、これに限られない。水素導入領域４３ａｉ、および、空気導入領域４３ｃｉの少なくとも一方に撥水処理を施すようにすればよい。これは、第２実施例、および、第３実施例においても同様である。

Ｄ２．変形例２：
上記第１実施例では、アノード側金属多孔体４３ａにおける水素導入領域４３ａｉ、および、カソード側金属多孔体４３ｃにおける空気導入領域４３ｃｉは、それぞれ、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａ、および、カソード４１１ｃと当接しない領域に配置するものとしたが、本発明は、これに限られない。ただし、水素導入領域４３ａｉ、および、空気導入領域４３ｃｉを、それぞれ、ＭＥＡ４１１のアノード４１１ａ、および、カソード４１１ｃと当接しない領域に配置することによって、上記生成水が逆流したときに、アノード４１１ａや、カソード４１１ｃの表面の一部に滞留することを抑制し、アノード４１１ａや、カソード４１１ｃの全面を発電に有効利用することができる。これは、第２実施例、および、第３実施例においても同様である。

Ｄ３．変形例３：
上記第１実施例では、単セル４０において、アノード４１１ａは、電解質膜４１１ｍの上面に配置されており、カソード４１１ｃは、電解質膜４１１ｍの下面に配置されているものとしたが、本発明は、これに限られず、アノード４１１ａを、電解質膜４１１ｍの下面に配置し、カソード４１１ｃを、電解質膜４１１ｍの上面に配置するようにしてもよい。ただし、アノード４１１ａを、電解質膜４１１ｍの上面に配置し、カソード４１１ｃを、電解質膜４１１ｍの下面に配置することによって、カソード４１１ｃで生成された上記生成水Ｗを、重力によって、カソード４１１ｃからカソード側金属多孔体４３ｃに速やかに移動させ、上記生成水Ｗがカソード４１１ｃに滞留するのを抑制することができる。

Ｄ４．変形例４：
上記第２実施例では、アノード側金属多孔体４３Ａａの一部の領域４３Ａａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ａｃの一部の領域４３Ａｃｗを、それぞれ、アノード側貯水部、および、カソード側貯水部として利用するものとしたが、本発明は、これに限られない。これらの領域を空隙として、それぞれ、アノード側貯水部、および、カソード側貯水部として利用するようにしてもよい。

また、上記第３実施例では、アノード側金属多孔体４３Ｂａの一部の領域４３Ｂａｗ、および、カソード側金属多孔体４３Ｂｃの一部の領域４３Ｂｃｗを、それぞれ、アノード側貯水部、および、カソード側貯水部として利用するものとしたが、本発明は、これに限られない。これらの領域を空隙として、それぞれ、アノード側貯水部、および、カソード側貯水部として利用するようにしてもよい。

Ｄ５．変形例５：
上記第１ないし第３実施例において、アノード側金属多孔体４３ａ，４３Ａａ，４３Ｂａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃ，４３Ａｃ，４３Ｂｃは、それぞれ、単一の部材からなるものとしてもよいし、複数の部材からなるものとしてもよい。アノード側金属多孔体４３ａ，４３Ａａ，４３Ｂａ、および、カソード側金属多孔体４３ｃ，４３Ａｃ，４３Ｂｃが、複数の部材からなる場合には、水素導入領域４３ａｉ，４３Ａａｉ，４３Ｂａｉ、および、空気導入領域４３ｃｉ，４３Ａｃｉ，４３Ｂｃｉの気孔率を他の領域における気孔率よりも小さくするようにしてもよい。こうすることによって、燃料ガス供給マニホールドや、酸化剤ガス供給マニホールドへの生成水の浸入を抑制する効果を、さらに高めることができる。

本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える車両１０００の概略構成を示す説明図である。 本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。 第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１の概略構造を示す説明図である。 シールガスケット一体型ＭＥＡ４１においてＭＥＡ４１１におけるアノード４１１ａの表面およびカソード４１１ｃの表面にそれぞれアノード側金属多孔体４３ａおよびカソード側金属多孔体４３ｃを積層させた状態を示す説明図である。 第１実施例におけるセパレータ４２の構成部品の平面図である。 セパレータ４２の平面図である。 単セル４０の断面構造を示す説明図である。 第１実施例の燃料電池スタック１００の効果を示す説明図である。 第２実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａの概略構造を示す説明図である。 第２実施例におけるセパレータ４２Ａの構成部品の平面図である。 セパレータ４２Ａの平面図である。 第３実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ｂの概略構造を示す説明図である。

符号の説明

１０００…車両
１００…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
１２ｉ…空気供給口
１２ｏ…カソードオフガス排出口
１４ｉ…水素供給口
１４ｏ…アノードオフガス排出口
１６ｉ…冷却水供給口
１６ｏ…冷却水排出口
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
４０，４０Ａ…単セル
４１，４１Ａ，４１Ｂ…シールガスケット一体型ＭＥＡ
４１０，４１０Ａ，４１０Ｂ…シールガスケット
４１２ｉ，４１２Ａｉ…空気供給用貫通孔
４１２ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４１４ｉ…水素供給用貫通孔
４１４ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４１６ｉ…冷却水供給用貫通孔
４１６ｏ…冷却水排出用貫通孔
４１１…ＭＥＡ
４１１ｍ…電解質膜
４１１ａ…アノード
４１１ａｃ…アノード側触媒層
４１１ａｄ…アノード側ガス拡散層
４１１ｃ…カソード
４１１ｃｃ…カソード側触媒層
４１１ｃｄ…カソード側ガス拡散層
４２，４２Ａ…セパレータ
４２ｃ，４２Ａｃ…カソード対向プレート
４２２ｃｉ，４２２Ａｃｉ…空気供給用貫通孔
４２２ｏｓ，４２２Ａｏｓ…空気供給口
４２２ｃｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４２２ｏｅ…カソードオフガス排出口
４２４ｃｉ…水素供給用貫通孔
４２４ｃｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４２６ｃｉ…冷却水供給用貫通孔
４２６ｃｏ…冷却水排出用貫通孔
４２ｍ，４２Ａｍ…中間プレート
４２２ｍｉ，４２２Ａｍｉ…空気供給用貫通孔
４２２ｍｉｐ…空気供給用流路形成部
４２２ｍｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４２２ｍｏｐ…カソードオフガス排出用流路形成部
４２４ｍｉ…水素供給用貫通孔
４２４ｍｉｐ…水素供給用流路形成部
４２４ｍｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４２４ｍｏｐ…アノードオフガス排出用流路形成部
４２６ｍ…冷却水流路形成用貫通孔
４２ａ，４２Ａａ…アノード対向プレート
４２２ａｉ，４２２Ａａｉ…空気供給用貫通孔
４２２ａｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４２４ａｉ…水素供給用貫通孔
４２４ａｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４２６ａｉ…冷却水供給用貫通孔
４２６ａｏ…冷却水排出用貫通孔
４２４ｈｓ，４２４Ａｈｓ…水素供給口
４２４ｈｅ…アノードオフガス排出口
４３ａ，４３Ａａ，４３Ｂａ…アノード側金属多孔体
４３ａｉ，４３Ａａｉ，４３Ｂａｉ…水素導入領域
４３Ａａｗ，４３Ｂａｗ…アノード側貯水部
４３ｃ，４３Ａｃ，４３Ｂｃ…カソード側金属多孔体
４３ｃｉ，４３Ａｃｉ，４３Ｂｃｉ…空気導入領域
４３Ａｃｗ，４３Ｂｃｗ…カソード側貯水部
ＳＬ…シールライン
Ｗ…生成水

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを鉛直方向に複数積層した燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックの外部から供給された前記燃料ガスを、複数の前記単セルのアノードに分岐して供給するための燃料ガス供給マニホールドと、
   前記複数の単セルのアノードから排出された排出ガスであるアノードオフガスを集合させて前記燃料電池スタックの外部に排出するためのアノードオフガス排出マニホールドと、
   前記燃料電池スタックの外部から供給された前記酸化剤ガスを、前記複数の単セルのカソードに分岐して供給するための酸化剤ガス供給マニホールドと、
   前記複数の単セルのカソードから排出された排出ガスであるカソードオフガスを集合させて前記燃料電池スタックの外部に排出するためのカソードオフガス排出マニホールドと、
   を備え、
   前記単セルは、
   前記アノードの表面側に積層され、前記燃料ガスを前記アノードの表面に沿って流すための流路を構成するアノード側流路構成部材と、
   前記カソードの表面側に積層され、前記酸化剤ガスを前記カソードの表面に沿って流すための流路を構成するカソード側流路構成部材と、を備え、
   前記アノード側流路構成部材における、前記燃料ガス供給マニホールドから前記燃料ガスが導入される領域である燃料ガス導入領域、および、前記カソード側流路構成部材における、前記酸化剤ガス供給マニホールドから前記酸化剤ガスが導入される領域である酸化剤ガス導入領域の少なくとも一方に、撥水処理が施されている、
   燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
   前記カソード側流路構成部材における前記酸化剤ガス導入領域には、前記撥水処理が施されており、
   前記酸化剤ガス導入領域は、前記カソードと当接する領域以外の領域に配置されている、
   燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックであって、
   前記単セルは、さらに、前記カソード側において、前記酸化剤ガス導入領域以外の領域であって、前記カソードよりも外側の領域に、前記電気化学反応によって生成された生成水を貯水するためのカソード側貯水部を備える、
   燃料電池スタック。
4. 請求項３記載の燃料電池スタックであって、
   前記酸化剤ガス導入領域における前記撥水処理は、前記生成水を、前記カソード側貯水部に導くように施されている、
   燃料電池スタック。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記アノード側流路構成部材における前記燃料ガス導入領域には、前記撥水処理が施されており、
   前記燃料ガス導入領域は、前記アノードと当接する領域以外の領域に配置されている、
   燃料電池スタック。
6. 請求項５記載の燃料電池スタックであって、
   前記単セルは、さらに、前記アノード側において、前記燃料ガス導入領域以外の領域であって、前記アノードよりも外側の領域に、前記電気化学反応によって生成された生成水を貯水するためのアノード側貯水部を備える、
   燃料電池スタック。
7. 請求項６記載の燃料電池スタックであって、
   前記燃料ガス導入領域における前記撥水処理は、前記生成水を、前記アノード側貯水部に導くように施されている、
   燃料電池スタック。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記単セルにおいて、前記アノードは、鉛直上方に配置されており、前記カソードは、鉛直下方に配置されている、
   燃料電池スタック。

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