JP2010153087A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔体流路を備える燃料電池における排水性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】燃料電池であって、電解質膜２１と、電解質膜を挟持する電極層２２と、連通する複数の孔を備え、電極層に反応ガスを供給するための多孔体流路形成部２６，２７と、多孔体流路形成部と当接して配置されるセパレータ４０と、を備え、セパレータは、多孔体流路形成部と対向する面に、多孔体流路形成部と接触する接触面が多孔体流路形成部よりも濡れ易い、線状の凸部４１ｂを備え、多孔体流路形成部は、セパレータの凸部と接触すると共に、凸部以外の領域の少なくとも一部と接触する。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池に関する。

燃料電池において、反応ガスの流路として、連通する複数の孔を備える多孔体を用いる場合がある。このように、反応ガスの流路として多孔体を用いる場合に、排水性を向上させるために、多孔体内に樹脂流路壁を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、多孔体に親水剤を塗布して、単セルの厚み方向（電解質膜の面と垂直な方向）の排水性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−８７３１８号公報 特開２００７−２４２４１７号公報

例えば、複数の単セルを積層して燃料電池を構成する場合に、各単セルの電解質膜の面が重力方向と略平行になるように、燃料電池を設置する場合がある。このような場合に、特許文献１に記載されたように、多孔体内部に樹脂流路壁を設けて、ガス流路を形成しても、低負荷時には、生成水が重力方向の下部に溜まり、発電低下を引き起こすおそれがある。また、樹脂流路壁を設けることにより、反応ガスの圧損が大きくなるおそれがある。また、特許文献２に記載の技術を用いても、重力方向下部に水が溜まることを回避することができない。

そこで、本発明は、上記した従来技術の課題に鑑みて、多孔体流路を備える燃料電池における排水性を向上させる技術を提供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。

［適用例１］ 燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜を挟持する電極層と、
連通する複数の孔を備え、前記電極層に反応ガスを供給するための多孔体流路形成部と、
前記多孔体流路形成部と当接して配置されるセパレータと、
を備え、
前記セパレータは、
前記多孔体流路形成部と対向する面に、前記多孔体流路形成部と接触する接触面が前記多孔体流路形成部よりも濡れ易い、線状の凸部を備え、
前記多孔体流路形成部は、
前記セパレータの前記凸部と接触すると共に、前記凸部以外の領域の少なくとも一部と接触する、燃料電池。

この燃料電池によれば、凸部は、多孔体流路形成部よりも濡れ易いため、電極層で生成される生成水等の液体状の水（以下、単に「液水」という。）が、凸部に集まって、水のつらなり（パス）が形成される。そのため、線状を成す凸部を伝って水が排水されやすくなり、燃料電池の排水性が向上される。

［適用例２］ 適用例１に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、
前記反応ガスを前記多孔体流路形成部に供給する供給口と、
排ガスを前記多孔体流路形成部外に排出するための排出口と、
を備え、
前記凸部は、
前記供給口付近から前記排出口付近に向かって線状に形成されると共に、
前記排出口側の高さが、前記供給口側の高さよりも低い、燃料電池。

燃料電池内の液水は、多孔体流路形成部内を通って排出される。その液水の量は、供給口から排出口に向かって、増加する。凸部の高さを、供給口側よりも排出口側の方が低くなるように構成すると、多孔体流路形成部の厚さ（高さ）が、供給口側よりも排出口側の方が厚く（高く）なるため、多孔体流路形成部内を多くの液水を流すことができるようになる。その結果、燃料電池の排水性をさらに向上させることができる。

［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池において、
前記多孔体流路形成部は、
前記セパレータと接触する面が、前記セパレータの前記凸部による押圧力が無い状態では平面形状であり、前記燃料電池が完成された状態において、前記セパレータの前記凸部による押圧力により、前記セパレータの前記凸部以外の領域の少なくとも一部と接触する、燃料電池。

このようにすると、多孔体流路形成部において、セパレータの凸部により押し付けられた部分は、空孔径が小さくなる。多孔体流路形成部材が親水性の場合、小さい穴の方に水が集まるため、セパレータの凸部に水が集まり易くなる。その結果、燃料電池の排水性が、さらに向上される。

Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池１０は、燃料電池モジュールを、セパレータ４０を挟んで繰り返して積層することにより形成されている。また、燃料電池１０の内部には、積層方向に沿って、反応ガスとしてのアノードガスを供給するためのアノードガス供給マニホールド１１、およびアノードガスを排出するためのアノード排ガス排出マニホールド１２と、反応ガスとしてのカソードガスを供給するためのカソードガス供給マニホールド１３、およびカソードガスを排出するためのカソード排ガス排出マニホールド１４と、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールド１５、および冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールド１６と、が形成されている。

この燃料電池１０は、図１に燃料電池１０の構成部材を分解して示すように、電解質膜を有する発電体２０、アノードガスとしての水素ガスおよびカソードガスとしての空気が流れるガス流路としての多孔体２６、２７、電気化学反応により生ずる電気を集電する隔壁としてのセパレータ４０等を備える。燃料電池１０は、セパレータ４０、多孔体２７、発電体２０、多孔体２６、セパレータ４０・・・の順に繰り返して積層し、その両端からエンドプレート７１、７２で挟んで形成されている。エンドプレート７１、７２の積層方向の内側には、実際には、インシュレータおよびターミナル等が挟まれているが、図示を省略している。なお、発電体２０と、発電体２０の両側に配置された多孔体２６、２７とが上記した１つの燃料電池モジュールを構成する。

本実施例において、燃料電池１０は、図１に示すように、セパレータ４０、多孔体２７、発電体２０、多孔体２６の各面が、重力方向（図１においてｙ軸＋方向）に平行になるように配置される。例えば、燃料電池車に積載される場合には、セパレータ４０等の各面が、重力方向に略平行になるようにして、床下や、エンジンコンパートメント内等に配置される。

なお、エンドプレート７１には、アノードガス供給マニホールド１１、アノード排ガス排出マニホールド１２、カソードガス供給マニホールド１３、カソード排ガス排出マニホールド１４、冷却媒体供給マニホールド１５、および、冷却媒体排出マニホールド１６を、それぞれ対応する配管に接続するための貫通孔が形成されている。また、エンドプレート７２にも、アノードガス供給マニホールド１１を、対応する配管に接続するための貫通孔が形成されている。

発電体２０は、ＭＥＧＡ２５と、シールガスケット３０と、を備える。ＭＥＧＡ２５は、ＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）と、その両面に配置されるガス拡散層２３ａ、２３ｂと、を備える。ＭＥＡ２４は、固体高分子の電解質膜２１と、その両面に配置されるカソード２２ａと、アノード２２ｂと、を備える。

電解質膜２１は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ４０外形よりも小さい略長方形の外形に形成されている。電極触媒層であるカソード２２ａ、アノード２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金などを備えている。

ガス拡散層２３ａ、２３ｂは、気孔率が６０〜７０％程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。こうした材料からなるガス拡散層２３ａ、２３ｂは、接合によりＭＥＡ２４と一体化されてＭＥＧＡ２５となる。なお、ガス拡散層２３ａはＭＥＡ２４のカソード側に、ガス拡散層２３ｂはアノード側に、それぞれ配置され、各ガス拡散層２３ａ、２３ｂは、供給された反応ガスをその厚み方向に拡散して、対応する電極触媒層２２ａ、２２ｂの全面に反応ガスを供給している。

シールガスケット３０は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、ＭＥＧＡ２５の外周に射出成形され、ＭＥＧＡ２５外周の一部を厚み方向に挟むようにして、ＭＥＧＡ２５と一体的に形成されている。

シールガスケット３０の外形は、セパレータ４０と同一の略長方形形状に形成されており、その短辺に沿って、反応ガスおよび冷却水のマニホールドを形成する貫通孔が設けられている。このマニホールド用の貫通孔は、セパレータ４０に設けられた貫通孔と同一であるため、セパレータ４０の構造とともに、後述する。

こうしたマニホールド用の貫通孔の周囲には、各貫通孔を囲み、シールガスケット３０の厚み方向に凸の部位が形成されている。この凸の部位は、シールガスケット３０を挟むセパレータ４０に実質的に当接し、積層方向の所定の締結力を受け、潰れて変形する。その結果、凸の部位は、マニホールド内を流れる流体（水素ガス、空気、冷却水）の漏れを抑制するシールラインを形成する。

反応ガスが流れるガス流路としての多孔体２６、２７は、ＭＥＧＡ２５より小さい略長方形の外形であって、シールガスケット３０内に収まる外形の平板状に形成されている。本実施例において、多孔体２６、２７として、ステンレス鋼製の金属メッシュが用いられている。

この多孔体２６、２７の気孔率は、ＭＥＧＡ２５を構成するガス拡散層２３ａ、２３ｂの気孔率よりも大きく、約７０〜８０％程度であり、ＭＥＧＡ２５に反応ガスを供給する流路として機能する。

多孔体２６は、ＭＥＧＡ２５のカソード側（ＭＥＡ２４のカソード側）とセパレータ４０との間に配置され、セパレータ４０を介して供給されたカソードガス（空気）を、図に矢印で示すように、カソードガス供給マニホールド１３からカソード排ガス排出マニホールド１４へ流しつつ、ＭＥＧＡ２５のカソード側に空気を供給する。

多孔体２７は、ＭＥＧＡ２５のアノード側（ＭＥＡ２４のアノード側）とセパレータ４０との間に配置され、セパレータ４０を介して供給されたアノードガス（水素ガス）を、図に矢印で示すように、アノードガス供給マニホールド１１からアノード排ガス排出マニホールド１２へ流しつつ、ＭＥＧＡ２５のアノード側に供給する。

つまり、多孔体２６、２７は、所定方向へ反応ガスを流すことを主目的とするため、反応ガスの流れの圧力損失を抑え、排水性を向上するよう、比較的気孔率を大きく形成している。これに対して、上述のガス拡散層２３ａ、２３ｂは、厚み方向への拡散を主目的とするため、比較的気孔率を小さく形成している。

こうした多孔体２６、２７を流れる反応ガスは、流れの過程でＭＥＧＡ２５に供給され、ＭＥＧＡ２５のガス拡散層２３ａ、２３ｂの作用により、各電極触媒層２２ａ、２２ｂに拡散され、反応に供される。なお、この電気化学反応は発熱反応であり、燃料電池１０を所定温度範囲で運転するため、燃料電池１０内には冷却媒体（冷却水）が供給されている。

セパレータ４０は、ステンレス鋼製の三枚のプレートを積層して形成される三層積層型のセパレータである。具体的には、空気が流れる多孔体２６と接触するカソードプレート４１と、水素ガスが流れる多孔体２７と接触するアノードプレート４３と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート４２とから構成されている。なお、三枚のプレートは、チタン、チタン合金など、導電性の他の金属材料から構成されてもよい。また、カーボン製の薄板によって構成してもよいし、それらの複合材であってもよい。

図２（Ａ）は、セパレータ４０のアノードプレート４３の多孔体２７と対向する面を概略的に示す説明図である。アノードプレート４３には、アノードガス供給マニホールド１１を構成するアノードガス供給孔１１ｈと、アノード排ガス排出マニホールド１２を構成するアノード排ガス排出孔１２ｈと、その他のマニホールドを構成する貫通孔が設けられている。そして、アノードプレート４３の多孔体２７と対向する面には、アノードガス供給孔１１ｈと、アノード排ガス排出孔１２ｈとを繋ぐと共に、多孔体２７が嵌合される凹部４３ａが形成されている。図２（Ａ）において、多孔体２７を破線で示している。図示するように、多孔体２７が凹部４３ａに嵌合された状態で、燃料電池１０が完成され、アノードガスが供給されると、アノードガスは、アノードガス供給孔１１ｈから凹部４３ａを通って、多孔体２７の側面（厚み方向の面）から多孔体２７に供給される。

さらに、凹部４３ａには、複数の線状を成す凸部４３ｂが形成されている。図示するように、凸部４３ｂは、アノードガス供給孔１１ｈ付近からアノード排ガス排出孔１２ｈ付近に向かう線状を成す。この凸部４３ｂは、凸部４３ｂが形成されない場合、すなわち、アノードプレート４３の多孔体２７と対向する面が平面の場合に、多孔体２７内を流通するアノードガス（水素）の流れに沿うように形成されている。アノードガスの流れは、例えば、圧力測定、数値計算によるシミュレーション、可視化実験等によって、把握することができる。

図２（Ｂ）は、セパレータ４０のカソードプレート４１の多孔体２６と対向する面を概略的に示す説明図である。カソードプレート４１には、カソードガス供給マニホールド１３を構成するカソードガス供給孔１３ｈと、カソード排ガス排出マニホールド１４を構成するカソード排ガス排出孔１４ｈと、その他のマニホールドを構成する貫通孔が設けられている。そして、カソードプレート４１には、カソードガス供給孔１３ｈと、カソード排ガス排出孔１４ｈとを繋ぐと共に、多孔体２６が嵌合される凹部４１ａが形成されている。図２（Ｂ）において、多孔体２６を破線で示している。

さらに、凹部４１ａには、複数の線状を成す凸部４１ｂが形成されている。凸部４１ｂもアノードプレート４３に形成される凸部４３ｂと同様に、カソードガス供給孔１３ｈ付近からカソード排ガス排出孔１４ｈ付近に向かう線状を成す。

また、本実施例において、凸部４３ｂの多孔体２７と接触する接触面４３ｂＦは平面であるため、多孔体２７よりも濡れやすい。そのため、多孔体２７内に存在する液水は、セパレータ４０側に集まりやすい。同様に、多孔体２６内に存在する液水も、セパレータ４０側に集まりやすい。

なお、本実施例において、凸部４１ｂ、４３ｂは、ステンレス鋼製の平板を圧縮することによって形成される。しかしながら、凸部４１ｂ、４３ｂの形成方法は、本実施例に限定されず、鋳造、鍛造、切削、射出、印刷、レジスト等、金属やカーボンや樹脂を形成するための種々の方法を適用することができる。

中間プレート４２には、複数のマニホールドを構成する貫通孔と、略長方形の外形を成す中間プレート４２の長辺方向に沿う複数の切欠が形成されている。その切欠の両端はそれぞれ、冷却水の流れるマニホールド用の貫通孔と連通している。こうした構造の三枚のプレートを積層して接合することで、セパレータ４０の内部には、冷却水用の流路が、形成される。

図３（Ａ）は、燃料電池１０を、図２（Ａ）におけるＡ−Ａで切断した切断面を概略的に示す断面図である。図３（Ａ）では、燃料電池１０の一部である、発電体２０（ＭＥＧＡ２５）と、多孔体２７と、アノードプレート４３の切断面を図示している。図示するように、多孔体２７はアノードプレート４３に押圧されて、多孔体２７のアノードプレート４３と対向する面は、アノードプレート４３の凸部４３ｂとも凹部４３ａとも接触している。換言すると、多孔体２７は、アノードプレート４３の凹部４３ａと凸部４３ｂとに嵌合している。

本実施例において、凸部４３ｂの幅Ｗは、多孔体２７の平均空孔径よりも大きい。本実施例において、平均空孔径は、水銀圧入法によって計測される。凸部４３ｂの幅Ｗを多孔体２７の平均空孔径よりも大きくすると、凸部４３ｂの幅に対して複数の空孔から、多孔体２７内を流通する液水が集まる。その結果、容易に水のつらなり（パス）を作ることができる。なお、水のつらなり（パス）を、「排水パス」ともいう。

図３（Ｂ）は、燃料電池１０を、図２（Ａ）におけるＢ−Ｂで切断した切断面を概略的に示す断面図である。図３（Ｂ）では、図３（Ａ）と同様に、発電体２０（ＭＥＧＡ２５）と、多孔体２７と、アノードプレート４３の切断面を図示している。図２（Ｂ）に示すように、切断面Ｂ−Ｂは、線状を成す凸部４３ｂの端から端までを、凸部４３ｂに沿って切断している。図３（Ｂ）に示すように、凸部４３ｂは、アノードガス供給孔１１ｈ側の高さＨ１と、アノード排ガス排出孔１２ｈ側の高さＨ２とが等しい。

また、凸部４３ｂの高さＨ１（＝Ｈ２）は、多孔体２７の厚さＨ３の略半分である。多孔体２７において、凹部４３ａに押圧されている部分にも、アノードガスが流れるため、アノードガス流れの悪化を抑制しつつ、排水性を向上させることができる。

なお、本実施例において、カソードプレート４１側（すなわち、発電体２０と、多孔体２６と、カソードプレート４１）の断面構成も、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す断面構成と同様であるための、その説明を省略する。

図４は、比較例１のセパレータ４０ｐを用いた場合の、燃料電池の排水性を概念的に示す説明図である。図４では、多孔体２７をセパレータ４０ｐと共に示している。図４において、多孔体２７は破線で表示している。比較例１の燃料電池は、セパレータ４０ｐがセパレータ４０と異なる以外は、上記した実施例の燃料電池１０と同じである。比較例１においても、上記した第１の実施例と同様に、セパレータ４０ｐの面が、重力方向と略平行になるように燃料電池が配置されるものとする。

比較例１のセパレータ４０ｐの多孔体２７と対向する面は、平滑な平面である。燃料電池の発電時、多孔体２７内には、発電の際に生成される生成水を含む液水による水のパスが形成される。水のパスが形成されると、パスに沿って、水が排水される。

しかしながら、セパレータ４０ｐの多孔体２７と対向する面は、平滑な平面であるため、水の流れる方向が制限されず、重力によって、重力方向に垂れてしまう（図４）。このように、水が重力方向に垂れると、垂れた水が溜まり、排水不良が生じる。このような現象は、特に、燃料電池が高効率（低負荷）運転を行なう場合に、生じやすい。このように、多孔体２７内に水溜りが生じると、アノードガスの供給不良が生じ、発電不良（発電量低下、発電の不安定化）を生じるおそれがある。

これに対して、本実施例の燃料電池１０では、セパレータ４０のアノードプレート４３表面に線状の凸部４３ｂが形成されている。上記したように、凸部４３ｂの接触面４３ｂＦは、多孔体２７よりも濡れやすい。また、図３（Ａ）に示すように、凸部４３ｂが多孔体２７を押圧しているため、凸部４３ｂの接触面４３ｂＦは、凹部４３ａに比べて発電体２０との距離が短くなる。

したがって、液水が発電体２０から凸部４３ｂの接触面４３ｂＦに集まってくる。その結果、線状の凸部４３ｂに沿って水のつらなり（排水パス）が容易に形成される。そして、凸部４３ｂに沿って、アノードガス供給孔１１ｈ側からアノード排ガス排出孔１２ｈ側に向かって液水が移動して、アノード排ガス排出孔１２ｈを介して排出される。すなわち、凸部４３ｂによって、水の流れる方向が制限されるため、液水が重力方向に垂れて、多孔体２７の重力方向下部に水溜まりが生じることを抑制することができる。

カソードプレート４１側についても、同様である。したがって、本実施例の燃料電池１０は、比較例１の燃料電池に比較して排水性が向上され、燃料電池の発電不良を抑制することができる。

図５は、比較例２の燃料電池１０ｑの一部の断面構成を示す断面図である。図５では、図２（Ａ）におけるＡ−Ａで切断した切断面を、発電体２０（ＭＥＧＡ２５）と、多孔体２７ｑと、アノードプレート４３について、図示している。

比較例２の燃料電池１０ｑでは、多孔体２７ｑの表面は、凸部４３ｂとは接触するものの、凹部４３ａとは接触していない。すなわち、凹部４３ａと多孔体２７ｑとに囲まれる空間が形成される。燃料電池１０ｑが高効率（低負荷）運転を行なう場合、アノードガスは、抵抗の小さい上記空間を流れやすくなり、多孔体２７ｑ内を流れるアノードガスの流量が少なくなるおそれがある。液水は、多孔体２７ｑ内を流通して、排出される。また、液水は、多孔体２７ｑ内を流通するアノードガスによって生じる圧力差によって、排水される。そのため、多孔体２７ｑ内をアノードガスが流れにくいと、排水パスに生じる圧力差が小さくなり、排水性が低下するおそれがある。

これに対して、本実施例の燃料電池１０では、多孔体２７が、凹部４３ａに入り込んでいるため、アノードガスは、多孔体２７内を流通しやすい。したがって、比較例２の燃料電池１０ｑに比較して、多孔体２７内を流通するアノードガスによる圧力差が大きくなるため、排水性が向上される。

Ｂ．第２の実施例：
図６は、第２の実施例におけるアノードプレート４３Ａの概略構成を示す説明図である。図６（Ａ）は、アノードプレート４３Ａの多孔体２７と対向する面を概略的に示す説明図である。本実施例のアノードプレート４３Ａは、凸部４３Ａｂの断面形状が第１の実施例と異なる以外は、第１の実施例と同様であるため、その説明は省略する。

図６（Ｂ）は、燃料電池の一部である、発電体２０（ＭＥＧＡ２５）と、多孔体２７と、アノードプレート４３Ａを、図６（Ａ）におけるＣ−Ｃで切断した切断面を概略的に示す断面図である。本実施例のアノードプレート４３Ａにおいて、凸部４３Ａｂのアノード排ガス排出孔１２ｈ側の高さ（＝０）は、アノードガス供給孔１１ｈ側の高さＨ４よりも低い。そして、第１の実施例と同様に、多孔体２７は、アノードプレート４３Ａの凸部４３Ａｂに押圧されて表面形状が変形している。すなわち、多孔体２７の厚さ（高さ）が、アノードガス供給孔１１ｈ側よりもアノード排ガス排出孔１２ｈ側の方が厚く（高く）なる。

多孔体２７内を通って排出される液水の量は、アノードガス供給孔１１ｈからアノード排ガス排出孔１２ｈに向かって、増加する。凸部４３Ａｂの高さを、アノードガス供給孔１１ｈ側よりもアノード排ガス排出孔１２ｈ側の方が低くなるように構成すると、上記したように、多孔体２７の厚さ（高さ）が、アノードガス供給孔１１ｈ側よりもアノード排ガス排出孔１２ｈ側の方が厚く（高く）なるため、アノード排ガス排出孔１２ｈ付近において、排水しやすくなり、多孔体２７内を多くの液水を流すことができるようになる。その結果、燃料電池の排水性をさらに向上させることができる。

Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の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て実施することが可能である。

（１）セパレータに形成される凸部の形状は、上記した実施例に限定されず、種々の形状に形成することができる。例えば、図７は、変形例１、２のアノードプレート４３Ｃ、４３Ｄの概略構成を示す平面図である。変形例１のアノードプレート４３Ｃ（図７（Ａ））では、凸部４３Ｃｂの長さを、重力方向上側（アノードプレート４３Ｃの多孔体２７と対向する面を、アノードガス供給孔１１ｈと１アノード排ガス排出孔１２ｈとを通り、凹部４３ａの面積を略２等分する線によって２等分した場合に、紙面右上側）において、重力方向下側（アノードプレート４３Ｃの多孔体２７と対向する面を、アノードガス供給孔１１ｈと１アノード排ガス排出孔１２ｈとを通り、凹部４３ａの面積を略２等分する線によって２等分した場合に、紙面左下側）よりも短くなるように、形成している。多孔体内の液水は、重力方向下側に溜まりやすい。すなわち、多孔体内の液水は、重力方向上側には溜まりにくい。

アノードプレート４３Ｃに凸部４３Ｃｂが形成されていると、形成されていない場合に比べて、ガスが流れにくくなる。そのため、多孔体において、液水の溜まりにくい、重力方向上側の凸部４３Ｃｂの長さを短くすることにより、上記した実施例に比べて、ガスの流れを向上させることができる。また、重力方向上側に、凸部４３Ｃｂを設けない場合と比べると、燃料電池モジュールを押圧する押圧力を、面内において略一定にすることができる。そのため、例えば、ＭＥＡ２４とガス拡散層２３ｂとの剥離を低減することが可能となり、耐久性を向上させることができる。

変形例２のアノードプレート４３Ｄ（図７（Ｂ））では、重力方向下側には、上記した実施例と同様の線状の凸部４３Ｄｂが設けられ、重力方向上側には、点状の凸部４３Ｄｃが設けられている。このようにすると、ガスの流れをさらに向上させることができる。また、点状の凸部４３Ｄｃを設けることにより、重力方向上側に凸部を設けず、平滑な平面に形成する場合に比べて、燃料電池モジュールを押圧する押圧力を、面内において略一定にすることができる。

図８は、変形例３、４のアノードプレート４３Ｅ、４３Ｆの概略構成を示す断面図である。アノードプレート４３Ｅ、４３Ｆにおいて、凸部４３Ｅｂ、４３Ｆｂの平面形状は、第１の実施例（図２（Ａ））と同様である。そして、図８（Ａ）、（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ切断面を示す。変形例３のアノードプレート４３Ｅ（図８（Ａ））では、凸部４３Ｅｂの断面形状は、アノードガス供給孔側から徐々に高さが高くなり、一定の高さを保ち、アノード排ガス排出孔側に向かって、徐々に高さが低くなっている。このように、凸部４３Ｅｂの高さを徐々に変化させることにより、ガスの流れの損失を低減することができる。

また、上記した実施例２と変形例３では、凸部の高さを、直線的に変化させているが、例えば、変形例４のアノードプレート４３Ｆ（図８（Ｂ））に示すように、凸部４３Ｆｂの高さが、階段状に変化するように構成してもよい。

（２）上記した実施例では、多孔体２６、２７として、ステンレス鋼製の金属メッシュを用いているが、これに限定されず、内部に多数の細孔を備えた種々の導電性の多孔体を用いることができる。例えば、チタン、チタン合金等から成る発泡金属や金属メッシュ、カーボン多孔体、カーボンメッシュなどを用いてもよい。たとえば、多孔体２６、２７として、発泡金属を用いる場合には、セパレータ４０と接触する面に、セパレータ４０の凸部と嵌合する凹部を設ける構成にしてもよい。このようにしても、多孔体２６、２７が、セパレータ４０の凸部以外の領域と接触する。そして、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。

（３）上記した実施例において、反応ガス流路として、カソード側に多孔体２６、アノード側に多孔体２７を配置しているが、カソード側、アノード側のいずれか一方にのみ多孔体が配置される構成にしてもよい。

（４）上記した実施例において、アノードプレート４３の凸部４３ｂの高さＨ１（＝Ｈ２）は、多孔体２７の厚さＨ３の略半分に形成される例を示したが、凸部４３ｂの高さは上記した実施例に限定されない。例えば、凸部４３ｂの高さＨ１（＝Ｈ２）を、多孔体２７の厚さＨ３の略半分よりも高く形成してもよい。凸部４３ｂの高さＨ１（＝Ｈ２）は、多孔体２７の厚さＨ３から平均空孔径を引いた長さよりも短い長さ（高さ）に構成することが好ましい。このようにすると、凹部４３ａに押圧されている部分も、アノードガスの流れが確保されるため、アノードガス流れの悪化を抑制することができる。

（５）上記した実施例において、多孔体２７は、表面が略平面形状のものを例示した。そして、燃料電池１０が完成されたときに、セパレータ４０の凸部４３ｂの押圧力によって、多孔体２７の表面形状が変形されて、セパレータ４０の凹部４３ａに、多孔体２７が入り込むように、燃料電池１０を、形成している。しかしながら、多孔体の表面形状は、上記した実施例に限定されず、多孔体は、セパレータの凸部と接触すると共に、セパレータの凸部以外の部分の少なくとも一部に接触するように構成されればよい。例えば、多孔体のセパレータと対向する面に、セパレータの凸部、凹部と嵌合する凹凸を形成してもよい。このようにしても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。

（６）燃料電池における各マニホールドを構成する貫通孔の配置は、上記した実施例に限定されない。また、セパレータの多孔体と対向する面の形状も上記した実施例に限定されない。例えば、上記した実施例において、アノードプレート４３には、凹部４３ａが形成されているが、凹部４３ａを備えない構成にしてもよい。また、上記した実施例において、反応ガスは多孔体の側面（厚さ方向の面）から供給される構成を例示したが、多孔体のセパレータと対向する面から反応ガスが供給されるように、セパレータに供給孔を設けてもよい。

第１の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。 セパレータ４０の多孔体２６、２７と対向する面を概略的に示す説明図である。 燃料電池１０を、図２（Ａ）におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂで切断した切断面を概略的に示す断面図である。 比較例１のセパレータ４０ｐを用いた場合の燃料電池の排水性を概念的に示す説明図である。 比較例２の燃料電池１０ｑの一部の断面構成を示す断面図である。 第２の実施例におけるアノードプレート４３Ａの概略構成を示す説明図である。 変形例１、２のアノードプレート４３Ｃ、４３Ｄの概略構成を示す平面図である。 変形例３、４のアノードプレート４３Ｅ、４３Ｆの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０、１０ｑ…燃料電池
１１…アノードガス供給マニホールド
１１ｈ…アノードガス供給孔
１２…アノード排ガス排出マニホールド
１２ｈ…アノード排ガス排出孔
１３…カソードガス供給マニホールド
１３ｈ…カソードガス供給孔
１４…カソード排ガス排出マニホールド
１４ｈ…カソード排ガス排出孔
１５…冷却媒体供給マニホールド
１６…冷却媒体排出マニホールド
２０…発電体
２１…電解質膜
２２ａ…カソード
２２ｂ…アノード
２３ａ、２３ｂ…ガス拡散層
２４…ＭＥＡ
２６、２７、２７ｑ…多孔体
３０…シールガスケット
４０、４０ｐ…セパレータ
４１…カソードプレート
４１ａ…凹部
４１ｂ…凸部
４２…中間プレート
４３、４３Ａ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ、４３Ｆ…アノードプレート
４３ａ…凹部
４３ｂ、４３Ａｂ、４３Ｃｂ、４３Ｄｂ、４３Ｅｂ、４３Ｄｃ、４３Ｆｂ…凸部
４３ｂＦ…接触面
７１…エンドプレート
７２…エンドプレート

Claims (3)

1. 燃料電池であって、
   電解質膜と、
   前記電解質膜を挟持する電極層と、
   連通する複数の孔を備え、前記電極層に反応ガスを供給するための多孔体流路形成部と、
   前記多孔体流路形成部と当接して配置されるセパレータと、
   を備え、
   前記セパレータは、
   前記多孔体流路形成部と対向する面に、前記多孔体流路形成部と接触する接触面が前記多孔体流路形成部よりも濡れ易い、線状の凸部を備え、
   前記多孔体流路形成部は、
   前記セパレータの前記凸部と接触すると共に、前記凸部以外の領域の少なくとも一部と接触する、燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記セパレータは、
   前記反応ガスを前記多孔体流路形成部に供給する供給口と、
   排ガスを前記多孔体流路形成部外に排出するための排出口と、
   を備え、
   前記凸部は、
   前記供給口付近から前記排出口付近に向かって線状に形成されると共に、
   前記排出口側の高さが、前記供給口側の高さよりも低い、燃料電池。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池であって、
   前記多孔体流路形成部は、
   前記セパレータと接触する面が、前記セパレータの前記凸部による押圧力が無い状態では平面形状であり、前記燃料電池が完成された状態において、前記セパレータの前記凸部による押圧力により、前記セパレータの前記凸部以外の領域の少なくとも一部と接触する、燃料電池。

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