JP2011154799A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】反応ガスの均一分配性や生成水の排水性が向上した燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体と一対の多孔体流路層と金属板により形成された第１および第２のセパレータとを備える。セパレータは、膜電極接合体に対向する位置の外側に膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有する。第１のセパレータは、開口が形成される位置の少なくとも一部の金属板が膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有する。折り返し部分は、折り返し部分と第１のセパレータとの間に形成され膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と、反応ガス流路と、を連通する連通孔を有する。第２のセパレータは、折り返し部分を有さない。多孔体流路層の開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に沿って開口の幅より長く連続する第１の溝型空間が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の面にアノードが設けられ他方の面にカソードが設けられた構成の膜電極接合体を含む発電モジュールとセパレータとが交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。

燃料電池に供給された反応ガスはマニホールドを介して膜電極接合体に導かれ、膜電極接合体において利用されなかった反応ガスはマニホールドへと排出される。反応ガスのマニホールドから膜電極接合体への導入部分や膜電極接合体からマニホールドへの導出部分（以下、まとめて「反応ガス導出入部」とも呼ぶ）は、ガス流路の確保とガスシール性の確保との両立が要求される。

金属製セパレータにおけるマニホールド用の開口が形成される部分を折り返し、折り返し部分にマニホールドと内部ガス流路空間とを連通する連通孔を設けることにより形成された反応ガス導出入部の構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−２２１９０５号公報

上記従来の技術では、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの両方に折り返し加工を施す必要があるため、加工工程が煩雑化すると共に、燃料電池の積層方向に沿った大きさが増大する傾向にある。また、上記従来の技術では、反応ガス導出入部が膜電極接合体の幅全体にわたって設けられているわけではないため、反応ガスの均一分配性や生成水の排水性の点で向上の余地があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成し、かつ、反応ガスの均一分配性や生成水の排水性が向上した燃料電池を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
多孔体により形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された一対の多孔体流路層と、
金属板を加工することにより形成され、前記一対の多孔体流路層を挟むように配置された第１および第２のセパレータと、を備え、
前記第１および第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置の外側の位置に、前記膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有し、
前記第１のセパレータは、前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有し、
前記折り返し部分は、前記折り返し部分と前記第１のセパレータとの間に形成され前記膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と、前記反応ガス流路と、を連通する連通孔を有し、
前記第２のセパレータは、前記折り返し部分を有さず、
前記燃料電池における前記一対の多孔体流路層の少なくとも一方の前記開口に対向する側の端面近傍の位置に、前記開口と前記膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に沿って前記開口の幅より長く連続する第１の溝型空間が形成されている、燃料電池。

この燃料電池では、第１のセパレータに、金属板が膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有しており、折り返し部分は第１のセパレータとの間に膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間を形成し、折り返し部分には反応ガス流路と内部流路空間とを連通する連通孔が形成されている。そのため、この燃料電池では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第２のセパレータは折り返し部分を有さない。そのため、この燃料電池では、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。また、この燃料電池では、一対の多孔体流路層の少なくとも一方の開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に沿って開口の幅より長く連続する第１の溝型空間が形成されているため、第１の溝型空間内において反応ガスが開口と膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に流動することにより、反応ガスの均一分配性が向上する。また、第１の溝型空間内において生成水が開口と膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に流動することにより、生成水の排水性が向上する。

［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記第１の溝型空間は、前記多孔体流路層における断面が欠損してできた空間である、燃料電池。

この燃料電池では、多孔体流路層の断面を欠損させることにより燃料電池に第１の溝型空間を形成することができるため、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制しつつ、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

［適用例３］適用例２に記載の燃料電池であって、
前記第１の溝型空間は、前記第１の溝型空間が形成される前記多孔体流路層との間で反応ガスのやり取りを行う前記反応ガス流路を構成する前記開口と対向する位置においては、前記多孔体流路層の端面に達し、その他の位置においては、前記多孔体流路層の端面より内側に位置する、燃料電池。

この燃料電池では、第１の溝型空間が形成される多孔体流路層との間で反応ガスのやり取りを行う反応ガス流路を構成する開口と対向する位置においては、第１の溝型空間が多孔体流路層の端面に達するため、反応ガスおよび生成水の流通経路における流路抵抗を低減して反応ガスの均一分配性および生成水の排水性をより向上させることができる。また、その他の位置においては、第１の溝型空間が多孔体流路層の端面より内側に位置するため、シール材等の進入を抑制して第１の溝型空間を確保することができる。

［適用例４］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記第１および第２のセパレータの少なくとも一方は、前記開口に対向する側の前記多孔体流路層端面近傍の位置に、前記面方向に略直交する方向に沿って外側に凸な形状の第１の凸部を有し、
前記第１の溝型空間は、前記多孔体流路層の表面と前記第１の凸部の表面との間に形成される空間である、燃料電池。

この燃料電池では、セパレータに第１の凸部を設けることにより燃料電池に第１の溝型空間を形成することができるため、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制しつつ、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。また、この燃料電池では、第１の溝型空間を形成することによる発電面積（電極利用率）の低下を抑制することができる。

［適用例５］適用例４に記載の燃料電池であって、
前記第１の凸部を有する前記セパレータは、前記面方向に略直交する方向に沿って外側に凸な形状の複数の第２の凸部であって、前記多孔体流路層の表面と前記第２の凸部の表面との間に形成される空間が前記第１の溝型空間から前記面方向の内側に向かって伸びる複数の第２の溝型空間を構成するように配置された第２の凸部を有する、燃料電池。

この燃料電池では、生成水が第２の溝型空間において毛細管現象により吸い上げられ、これにより、第２の溝型空間と連通した第１の溝型空間内への生成水の進入が促進されるため、生成水の排水性をさらに一層向上させることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池システム、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。

本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。 燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。 単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。 単セル１４０の断面構成を示す説明図である。 単セル１４０の断面構成を示す説明図である。 カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。 第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。 カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。 カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。 多孔体流路層の加工方法の一例を示す説明図である。 第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの平面構成を示す説明図である。 第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。 第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。 第３実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｂの平面構成を示す説明図である。 第３実施例における単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。 第３実施例における単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。 第４実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｃの平面構成を示す説明図である。 第４実施例における単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。 第４実施例における単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。 第５実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。 第５実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。 第５実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。 第６実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｅの断面構成を示す説明図である。 第６実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｅの断面構成を示す説明図である。 第６実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。

燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。

さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。

図２は、燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。単セル１４０は、後述するように、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含む発電モジュールを、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。

燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向（すなわち膜電極接合体の面方向に略垂直な方向）に伸びる形状の反応ガス流路である。燃料電池１００の内部には、さらに、冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４と、が形成されている。

図３は、単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。図３（ａ）には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図３（ｂ）には、単セル１４０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図４および図５は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。

図４および図５に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を挟持する一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）と、を有している。発電モジュール２００は、カソード側多孔体流路層２３０と、カソード側拡散層２１７と、膜電極接合体２１０と、アノード側拡散層２１６と、アノード側多孔体流路層２２０と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の側に配置（塗布）されたカソード２１５と、電解質膜２１２の他方の側に配置（塗布）されたアノード２１４と、から構成されている。図２には、単セル１４０の平面における発電モジュール２００の位置をハッチングにより示している。

電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード２１５およびアノード２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体（例えばエキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、反応ガスが流動する流路として機能する。

なお、以下の説明では、発電モジュール２００の各層を積層する方向を単に「積層方向」と呼ぶものとし、膜電極接合体２１０の面方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を単に「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に最も近い発電モジュール２００の各層の外周辺に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｙ方向に略垂直な面方向をＸ方向と呼ぶものとする（図３ないし図５参照）。

図４および図５に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、電解質膜２１２のＸ方向に沿った長さは、発電モジュール２００を構成する他の層（アノード２１４やカソード２１５）の長さより長い。すなわち、燃料電池１００の積層方向から発電モジュール２００を見ると、電解質膜２１２は他の層よりＸ方向に突出している。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における電解質膜２１２と他の層（アノード２１４やカソード２１５）の位置をハッチングにより示している。電解質膜２１２の突出部分には、耐久性やハンドリング性の向上のために、ＰＥＮ等による保護層が設けられているとしてもよい。

カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ３２０には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１が形成されていると共に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されている。

図６は、カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。図４および図６に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接した位置には、折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２は、後に詳述するように、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２１の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向（アノード側セパレータ３１０に向かう方向）で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向（膜電極接合体２１０に向かう方向）に折り返されることにより、形成される。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、折り返し部分３２２は、面方向に略垂直な（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２２の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりわずかにカソード側よりの位置である。折り返し部分３２２の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３５０が形成されている。また、折り返し部分３２２の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド１６２と内部流路空間３５０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。

積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３５０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２の平行部分に隣接するような位置である。

同様に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接した位置には、折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２３の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分３２５は、面方向に略垂直な垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２５の平行部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２と同様に、電解質膜２１２の位置よりわずかにカソード側よりの位置であり、電解質膜２１２との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。折り返し部分３２５の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部流路空間３６０が形成されている。折り返し部分３２５の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２と内部流路空間３６０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。

積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部流路空間３６０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２５の平行部分に隣接するような位置である。

なお、以下の説明では、カソード側セパレータ３２０における燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接する折り返し部分３２２を、燃料ガス側折り返し部分３２２とも呼び、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接する折り返し部分３２５を、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とも呼ぶ。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている。すなわち、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さより短い。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。

カソード側セパレータ３２０には、その他に、電解質膜２１２の突出部分に対向する位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２７が形成されている（図４（ａ）および（ｂ）参照）。凸部３２７の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とほぼ同じ位置である。凸部３２７の積層方向に沿った外側には、充填材４３０が充填されている。なお、凸部３２７は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５と対向する位置には形成されていない（図５（ａ）および（ｂ）参照）。

また、カソード側セパレータ３２０には、開口３２１の燃料ガス側折り返し部分３２２が形成されている側以外の三方を囲む位置、および、開口３２３の酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成されている側以外の三方を囲む位置に、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な凸部３２９が形成されている（図３ないし図５参照）。凸部３２９の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２および３２５の平行部分とほぼ同じ位置である。

図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０と同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１２が形成されている。凸部３１２の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１５が形成されている。凸部３１５の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５および凸部３２９の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。

なお、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０のように、折り返し部分３２２および３２５は形成されていない。第１実施例におけるカソード側セパレータ３２０は、本発明における第１のセパレータに相当し、第１実施例におけるアノード側セパレータ３１０は、本発明における第２のセパレータに相当する。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）は、シール材４２０によりシールされている。また、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間（図中のＲ１部分）は、シール材４１０によりシールされている。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間（図中のＲ３部分）は、シール材４４０によりシールされている。さらに、カソード側セパレータ３２０の凸部３２９とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５との間は、シール材４５０によりシールされている。各シール材は、シール箇所におけるシール機能と短絡防止機能とを発揮する。シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂が用いられる。図４に示すように、各シール材４１０，４２０，４４０，４５０の積層方向に沿った位置は、略同一となっている。

図３ないし図５には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近の構成も同様である。すなわち、単セル１４０における燃料ガス排出マニホールド１６４付近には、燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が膜電極接合体２１０の方向に折り返された折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２には、折り返し部分３２２とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と燃料ガス排出マニホールド１６４とを連通する連通孔が形成されている。また、単セル１４０における酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近には、酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口が形成されており、当該開口の隣には金属板の一部が膜電極接合体２１０の方向に折り返された折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５には、折り返し部分３２５とカソード側セパレータ３２０との間に形成された内部流路空間と酸化剤ガス排出マニホールド１５４とを連通する連通孔が形成されている。

図４および図５に示すように、単セル１４０には、複数の単セル１４０を積層した際に、図２および図３に示す発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬを形成するために、ガスケット５００が配置されている。ガスケット５００は、射出成形により形成される。ガスケット５００は、凸部５０２を有している。ある単セル１４０に配置されたガスケット５００の凸部５０２は、複数の単セル１４０を積層した際に、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の凸部３１２および３１５の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。単セル１４０の平面におけるガスケット５００および凸部５０２の配置は、図２および図３に示すシールラインＳＬが形成されるような配置となっており、図４および図５に示す断面においては、凸部３２４および凸部３２９と重なる配置となっている。

アノード側セパレータ３１０における膜電極接合体２１０と対向する位置には、複数のディンプル３１９が形成されている。複数の単セル１４０を積層した際に、ディンプル３１９の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル１４０のカソード側セパレータ３２０の表面に接触する。これにより、２つの単セル１４０間（すなわち、アノード側セパレータ３１０と当該アノード側セパレータ３１０に膜電極接合体２１０を挟まずに隣接するカソード側セパレータ３２０との間）には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図２に示した冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。

図４および図５に示すように、カソード側多孔体流路層２３０におけるマニホールド１６２および１５２を構成する開口３２１，３１１，３２３，３１３に対向する側の端面近傍の位置（端面から少し内側の位置）には、第１の溝型空間ＤＳが形成されている。同様に、アノード側多孔体流路層２２０における開口３２１，３１１，３２３，３１３に対向する側の端面近傍の位置（端面から少し内側の位置）には、第１の溝型空間ＤＳが形成されている。第１の溝型空間ＤＳは、開口３２１，３１１，３２３，３１３と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する略矩形断面の空間である。なお、同様に、多孔体流路層２３０および２２０における燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口に対向する側の端面近傍の位置（端面から少し内側の位置）にも第１の溝型空間ＤＳが形成されている。図２および図３には、単セル１４０の平面における第１の溝型空間ＤＳの配置を破線で示している。図２に示すように、第１の溝型空間ＤＳは、Ｙ方向に沿って、発電モジュール２００の幅とほぼ同じ長さに伸びる形状となっている。

図４（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部流路空間３５０に導かれる。内部流路空間３５０は、発電モジュール２００のアノード側の端面（面方向に略垂直な面）に連通している。そのため、内部流路空間３５０に導かれた燃料ガスは、発電モジュール２００のアノード側端面に達し、最も内部流路抵抗の小さいアノード側多孔体流路層２２０内に進入する。

上述したように、アノード側多孔体流路層２２０の端面から少し内側の位置には、内部流路抵抗のさらに小さい第１の溝型空間ＤＳが形成されているため、燃料ガスは、図２に示すように、第１の溝型空間ＤＳ内に進入して第１の溝型空間ＤＳ内をマニホールド用開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って拡散する。その後、燃料ガスは、Ｙ方向に沿って略均等に分配された状態でアノード側多孔体流路層２２０内を排出側に向かって流動しつつアノード側拡散層２１６およびアノード２１４に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった燃料ガスは、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳ内を燃料ガス排出マニホールド１６４に対向する位置に向かって流動し、燃料ガス排出マニホールド１６４側に形成された図示しない内部流路空間を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。

また、図５（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれる。内部流路空間３６０は、発電モジュール２００のカソード側の端面に連通している。そのため、内部流路空間３６０に導かれた酸化剤ガスは、発電モジュール２００のカソード側端面に達し、最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層２３０内に進入する。

上述したように、カソード側多孔体流路層２３０の端面から少し内側の位置には、内部流路抵抗のさらに小さい第１の溝型空間ＤＳが形成されているため、酸化剤ガスは、第１の溝型空間ＤＳ内に進入して第１の溝型空間ＤＳ内をＹ方向に沿って拡散する。その後、酸化剤ガスは、Ｙ方向に沿って略均等に分配された状態でカソード側多孔体流路層２３０内を排出側に向かって流動しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

なお、発電モジュール２００のカソード側では、膜電極接合体２１０における電気化学反応に伴い水が生成されるが、この生成水は、カソード側多孔体流路層２３０内を酸化剤ガスの流れに従い流動し、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳ内に進入して第１の溝型空間ＤＳ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、その後、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

図７は、第１実施例における単セル１４０の製造工程を示すフローチャートである。単セル１４０の製造工程のステップＳ１１０では、カソード側セパレータ３２０の成形が実行される。図８は、カソード側セパレータ３２０の成形工程を示すフローチャートである。また、図９は、カソード側セパレータ３２０の成形工程における各段階でのカソード側セパレータ３２０の状態を示す説明図である。図９には、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１付近の部分の状態を示しているが、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３付近の部分の状態も同様である。

カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２１０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板にプレス成形加工が施され、凸部３２４が形成される。図９（ａ）には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板がプレス機Ｐでプレスされ、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、金属板における凸部３２４が形成されない部分は、内部流路空間３５０（または内部流路空間３６０）となる。また、図９（ｂ）には、金属板における開口３２１が形成される位置より面方向内側（膜電極接合体２１０側）の位置に、凸部３２４が形成された様子を示している。なお、このプレス成型加工では、凸部３２４の他に、凸部３２７や凸部３２９も形成される。

カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２２０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に孔空け加工が施され、連通孔３２６が形成される。図９（ｃ）には、金属板に連通孔３２６が形成された様子を示している。連通孔３２６は、開口３２１（または開口３２３）の折り曲げ線付近にＸ方向に沿って並ぶように、かつ、Ｙ方向に沿った位置が凸部３２４と重ならないように、形成される。

カソード側セパレータ３２０の成形工程のステップＳ２３０では、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板に折り曲げ加工が施され、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。図９（ｄ）には、金属板に開口３２１が形成されると共に、開口３２１が形成される位置の部分の一部が折り曲げ加工される様子を示している。これにより、カソード側セパレータ３２０には、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されると共に、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５が形成される。

単セル１４０の製造工程（図７）のステップＳ１２０では、アノード側セパレータ３１０の成形が実行される。アノード側セパレータ３１０の成形では、材料としての金属板にプレス成型加工が施され、開口３１１および３１３や、ディンプル３１９、凸部３１２および３１５が形成される。

ステップＳ１３０では、カソード側セパレータ３２０にシール材が配置される。シール材は、上述したシール材４１０、４２０、４４０、４５０の位置に配置される。

ステップＳ１４０では、カソード側セパレータ３２０に発電モジュール２００を構成する各層が積層され、さらに、アノード側セパレータ３１０が積層される。ここで、発電モジュール２００を構成する各層の内、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、材料としての金属多孔体を加工することにより製造される。図１０は、多孔体流路層の加工方法の一例を示す説明図である。図１０（ａ）に示すように、材料としての金属多孔体ＥＭを外形打ち抜き用の金型ＭｕおよびＭｌを用いて切断加工することにより、図１０（ｂ）に示すアノード側多孔体流路層２２０（またはカソード側多孔体流路層２３０）が製造される。上側の金型Ｍｕの金属多孔体ＥＭに対向する面の所定の２箇所に凸部が形成されているため、切断加工の際に金属多孔体ＥＭが凸部によって押しつぶされ、金属多孔体ＥＭの断面の一部が欠損する。この断面が欠損した部分がアノード側多孔体流路層２２０（カソード側多孔体流路層２３０）における第１の溝型空間ＤＳとなる。

単セル１４０の製造工程（図７）のステップＳ１６０では、積層状態で熱圧着による接合が行われ、単セル１４０の製造が完了する。

以上説明したように、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されており、アノード側セパレータ３１０に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。カソード側セパレータ３２０には、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２１の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体２１０側に折り返されて形成された折り返し部分３２２を有する。また、カソード側セパレータ３２０は、金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が開口３２３の膜電極接合体２１０側の辺を折り曲げ線として膜電極接合体２１０側に折り返されて形成された折り返し部分３２５を有する。折り返し部分３２２および折り返し部分３２５の平行部分とカソード側セパレータ３２０との間には、膜電極接合体２１０の端面に連通する内部流路空間３５０および３６０が形成されている。また、折り返し部分３２２および折り返し部分３２５の垂直部分には、内部流路空間３５０および３６０と燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２とを連通する連通孔３２６が形成されている。また、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近にも、同様に、金属板の一部が折り返されることにより、折り返し部分が形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないため、カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０の両側に折り返し部分を形成する場合と比較して、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制することができる。

さらに、第１実施例の単セル１４０では、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０における各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置（端面から少し内側の位置）に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳが形成されている。そのため、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０の端面から内部に進入した反応ガスは、流入側に設けられた第１の溝型空間ＤＳ内をＹ方向に沿って拡散し、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０内を面内に沿って均一に分配された状態で流動する。その後、反応ガスは、排出側に設けられた第１の溝型空間ＤＳに一時的に溜まってから、各マニホールドへと排出される。従って、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガスの均一分配性を向上させることができる。また、排出側に設けられた第１の溝型空間ＤＳが反応ガスのバッファとして機能するため、流入側に第１の溝型空間ＤＳが設けられたことによる圧損の増大が抑制される。

なお、燃料電池において、単セル平面におけるマニホールド用開口の幅を大きくとることによっても反応ガスの均一分配性を向上させることはできるが、このような構成では単セル平面における発電領域の割合が低下してしまう。第１実施例の燃料電池１００では、単セル平面における発電領域面積の割合の低下を抑制しつつ、反応ガスの均一分配性を向上させることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、特にカソード側において、生成水が、カソード側多孔体流路層２３０内を均一に分配された状態で流動する酸化剤ガスの流れにのって排出側へと移動し、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳ内に進入して第１の溝型空間ＤＳ内に一時的に溜まった後に酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出されるため、局所的な生成水の残存や出口付近での水詰まりの発生が抑制されて排水性が向上され、排水性悪化に伴う反応ガスの拡散性の低下や電極腐食の発生を抑制することができる。

また、第１実施例では、多孔体流路層の加工に使用される金型Ｍｕに凸部を形成することにより、金属多孔体の一部を押しつぶして断面を欠損させ、この断面が欠損した空間が第１の溝型空間ＤＳとなるため、第１の溝型空間ＤＳの形成にあたって新たな部品を追加したり加工手順を変更したりする必要がなく、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、ガス流路を施した樹脂フレームや樹脂フィルム等の別部品を用いて反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、部品点数の低減、加工工程の簡易化、コストの低減を図ることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、反応ガス導出入部において反応ガスが発電モジュール２００の端面（面方向に略垂直な面）を介して導出入されるため、反応ガスを発電モジュール２００の積層面（面方向に平行な面）を介して導出入させることによりガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を実現する場合と比較して、電極利用率を向上させることができると共に、ガス溜まりによる排水性能の低下を抑制することができる。さらに、第１実施例の燃料電池１００では、ガスケット５００のバックアップ機能を電極ではなく金属製のセパレータにもたせることができるため、ガスケット５００のバックアップ機能を電極にもたせる場合と比較して、電極の耐久性を向上させることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と、アノード側セパレータ３１０と、の間がシール材によりシールされているため、セパレータと膜電極接合体との間をシールする場合と比較して、反応ガス導出入部におけるガスシール性の確保を達成しつつ、膜電極接合体２１０の面積を小さくすることができ、コストの低減を図ることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０側の電極（カソード）に酸化剤ガスを供給し、もしくは、カソードから酸化剤ガスを排出する内部流路空間３６０を形成する酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の面方向に沿った長さが、反対側の電極（アノード）に燃料ガスを供給し、もしくは、アノードから燃料ガスを排出する内部流路空間３５０を形成する燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分の面方向に沿った長さより長い。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、特に、酸化剤ガス側のガス導出入部における反応ガスの流路抵抗を低減することができる。また、第１実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の長さが積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている一方、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分の長さが積層方向に沿って電解質膜２１２と重ならないような長さとなっているため、燃料ガス用の内部流路空間３５０と発電モジュール２００のアノード側端面との連通を確保しつつ、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との関係を良好なシールが形成できる関係とすることができ、クロスリークの発生を抑制することができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間と、カソード側セパレータ３２０の凸部３２７と電解質膜２１２との間と、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１５との間と、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と電解質膜２１２との間とが、シール材によりシールされており、各シール材の積層方向に沿った位置は略同一となっているため、単純な形状のシール部品を用いることができ、あるいは、スクリーン印刷といった簡易な工法でシール材を塗工することができ、製造工程の簡易化およびコストの低減を図ることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、燃料ガス側折り返し部分３２２および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置に、内部流路空間３５０および３６０に突出する形状の凸部３２４が、折り曲げ線に略平行な方向に並んで複数形成されている。そのため、第１実施例の燃料電池１００では、内部流路空間３５０および３６０に、折り曲げ線に略垂直な方向（マニホールドから膜電極接合体２１０に向かう方向）に伸びる複数の小流路空間が形成されるため、反応ガス導出入部におけるガス分配性を向上させることができる。

また、第１実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０におけるガスケット５００の受け面（凸部３１２および凸部３１５）の積層方向に沿った位置が面内で同一となっているため、ガスケット５００の形状を簡易な形状とすることができ、成形金型のコスト低減を図ることができる。

Ｂ．第２実施例：
図１１は、第２実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ａの平面構成を示す説明図である。また、図１２および図１３は、第２実施例における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。図１２（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１の位置に相当する断面を示しており、図１２（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１の位置に相当する断面を示しており、図１３（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１の位置に相当する断面を示しており、図１３（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１の位置に相当する断面を示している。

第２実施例における単セル１４０ａの構成は、第１の溝型空間ＤＳａの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１２および図１３に示すように、第２実施例の単セル１４０ａにおいては、第１実施例と同様に、カソード側多孔体流路層２３０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２１，３１１，３２３，３１３に対向する側の端面近傍の位置に、第１の溝型空間ＤＳａが形成されている。ただし、第２実施例では、第１の溝型空間ＤＳａがカソード側多孔体流路層２３０内に形成されているのではない。第２実施例では、カソード側セパレータ３２０ａにおけるカソード側多孔体流路層２３０の端面から少し内側に入った位置からマニホールド用開口にかけて、積層方向に沿って外側に凸な形状の凸部３３４が設けられている。そして、カソード側多孔体流路層２３０の表面と凸部３３４の表面との間の空間が第１の溝型空間ＤＳａとして機能している。凸部３３４は、カソード側セパレータ３２０ａを製造する際の金属板のプレス加工において形成される。凸部３３４は、本発明における第１の凸部に相当する。

なお、単セル１４０ａにおける燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における断面構成も、図１２および図１３に示す断面構成と同様である。すなわち、第２実施例の単セル１４０ａにおいては、カソード側多孔体流路層２３０における燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口に対向する側の端面近傍の位置にも、第１の溝型空間ＤＳａが形成されている。

第２実施例における第１の溝型空間ＤＳａは、開口３２１，３１１，３２３，３１３と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する空間となっている。図１１には、単セル１４０ａの平面における第１の溝型空間ＤＳａの配置を破線で示している。図１１に示すように、第２実施例においても、第１の溝型空間ＤＳａは、Ｙ方向に沿って、発電モジュール２００の幅とほぼ同じ長さに伸びる形状となっている。

なお、第２実施例の単セル１４０ａでは、アノード側には第１の溝型空間ＤＳａが設けられていない。しかし、アノード側にも、カソード側と同様に、アノード側セパレータ３１０に凸部３３４を設けることによって第１の溝型空間ＤＳａが形成されているとしてもよい。

図１３（ａ）および（ｂ）において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部流路空間３６０に導かれ、カソード側多孔体流路層２３０の端面近傍に達する。カソード側多孔体流路層２３０の端面近傍には、内部流路抵抗の小さい第１の溝型空間ＤＳａが形成されているため、酸化剤ガスは、図１１に示すように、第１の溝型空間ＤＳａ内に進入して第１の溝型空間ＤＳａ内をマニホールド用開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って拡散する。その後、酸化剤ガスは、発電モジュール２００の各層の内で最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層２３０内に進入し、Ｙ方向に沿って略均等に分配された状態で、カソード側多孔体流路層２３０内を排出側に向かって流動しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳａ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

また、膜電極接合体２１０における電気化学反応に伴い生成された生成水は、カソード側多孔体流路層２３０内を酸化剤ガスの流れに従い流動し、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳａ内に進入して第１の溝型空間ＤＳａ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、その後、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

第２実施例の燃料電池を構成する単セル１４０ａでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ａに折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第２実施例の単セル１４０ａでは、第１実施例と同様に、カソード側多孔体流路層２３０における各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳａが形成されているため、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

また、第２実施例の単セル１４０ａでは、カソード側セパレータ３２０ａを製造するための金属板のプレス加工において凸部３３４を設けることにより第１の溝型空間ＤＳａが形成されるため、第１の溝型空間ＤＳａの形成にあたって新たな部品を追加したり加工手順を変更したりする必要がなく、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

また、第２実施例の単セル１４０ａでは、第１の溝型空間ＤＳａが、多孔体流路層２３０の断面を欠損させて形成されているのではなく、カソード側セパレータ３２０に凸部３３４を設けることにより形成されているため、第１の溝型空間ＤＳａを形成することによる発電面積（電極利用率）の低下を抑制することができる。また、第２実施例の単セル１４０ａでは、カソード側多孔体流路層２３０が押しつぶされて内部応力が蓄積されることがなく、カソード側多孔体流路層２３０における反りの発生が抑制されるため、カソード側多孔体流路層２３０の反りを矯正する工程を省略することができ、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

Ｃ．第３実施例：
図１４は、第３実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｂの平面構成を示す説明図である。また、図１５および図１６は、第３実施例における単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。図１５には燃料ガス排出マニホールド１６４近傍の位置（図１４のＡ２−Ａ２の位置）の断面を示しており、図１６には酸化剤ガス排出マニホールド１５４近傍の位置（図１４のＣ２−Ｃ２の位置）の断面を示している。なお、図１５（ａ）および図１６（ａ）には、凸部３２４が形成された位置における断面を示しており、図１５（ｂ）および図１６（ｂ）には、凸部３２４が形成されていない位置における断面を示している。

第３実施例における単セル１４０ｂの構成は、第１の溝型空間ＤＳの構成の点が、第１実施例における単セル１４０の構成と異なっており、その他の点では第１実施例における単セル１４０の構成と同じである。図１５および図１６に示すように、第３実施例の単セル１４０ｂにおいては、第１実施例と同様に、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂにおける燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口３２１，３１１，３２３，３１３に対向する側の端面近傍の位置に、第１の溝型空間ＤＳｂが形成されている。

なお、単セル１４０ｂにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近における断面構成も、図１５および図１６に示す断面構成と同様である。すなわち、第３実施例の単セル１４０ｂにおいては、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口に対向する側の端面近傍の位置にも、第１の溝型空間ＤＳｂが形成されている。

第３実施例における第１の溝型空間ＤＳｂは、第１実施例と同様に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する空間となっており、Ｙ方向に沿って、発電モジュール２００の幅とほぼ同じ長さに伸びる形状となっている。第３実施例の第１の溝型空間ＤＳｂは、第１実施例と同様に、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの製造の際に、金属多孔体を押しつぶして金属多孔体の断面の一部を欠損させることにより、形成される。

図１５および図１６に示すように、第３実施例における単セル１４０ｂでは、第１の溝型空間ＤＳｂの一部が、第１実施例のように多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面より内側に位置するのではなく、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面に達するように形成されている。具体的には、第１の溝型空間ＤＳｂは、第１の溝型空間ＤＳｂが形成される多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行うマニホールドを構成する開口と対向する位置においては、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面に達するように形成され、その他の位置においては、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面より内側に形成されている。

例えば、カソード側の第１の溝型空間ＤＳｂは、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、カソード側多孔体流路層２３０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行う酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口３２３および３１３と対向する位置においては、多孔体流路層２３０ｂの端面に達するように形成されているが、その他の位置、例えば図１５（ａ）および（ｂ）に示すようなカソード側多孔体流路層２３０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行うマニホールドではない燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口３２１および３１１と対向する位置においては、多孔体流路層２３０ｂの端面より内側に形成されている。図１４には、単セル１４０ｂにおけるカソード側の第１の溝型空間ＤＳｂの配置を破線で示している。

反対に、アノード側の第１の溝型空間ＤＳｂは、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、アノード側多孔体流路層２２０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行う燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口３２１および３１１と対向する位置においては、多孔体流路層２２０ｂの端面に達するように形成されているが、その他の位置、例えば図１６（ａ）および（ｂ）に示すようなアノード側多孔体流路層２２０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行うマニホールドではない酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口３２３および３１３と対向する位置においては、多孔体流路層２２０ｂの端面より内側に形成されている。

図１４に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、図示しない連通孔を介して内部流路空間に導かれ、カソード側多孔体流路層２３０ｂの端面近傍に達する。カソード側多孔体流路層２３０ｂの端面近傍には、内部流路抵抗の小さい第１の溝型空間ＤＳｂが形成されているため、酸化剤ガスは、第１の溝型空間ＤＳｂ内に進入して第１の溝型空間ＤＳｂ内をマニホールド用開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って拡散する。その後、酸化剤ガスは、発電モジュール２００の各層の内で最も内部流路抵抗の小さいカソード側多孔体流路層２３０ｂ内に進入し、Ｙ方向に沿って略均等に分配された状態で、カソード側多孔体流路層２３０ｂ内を排出側に向かって流動しつつカソード側拡散層２１７およびカソード２１５に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった酸化剤ガスは、図１４および図１６に示すように、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳｂ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された内部流路空間３６０を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

また、膜電極接合体２１０における電気化学反応に伴い生成された生成水は、カソード側多孔体流路層２３０ｂ内を酸化剤ガスの流れに従い流動し、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳｂ内に進入して第１の溝型空間ＤＳｂ内を酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置に向かって流動し、その後、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。

また、アノード側でも同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、図示しない連通孔を介して内部流路空間に導かれ、アノード側多孔体流路層２２０ｂの端面近傍に達し、アノード側多孔体流路層２２０ｂの端面近傍に形成された内部流路抵抗の小さい第１の溝型空間ＤＳｂ内に進入してＹ方向に沿って拡散する。その後、燃料ガスは、発電モジュール２００の各層の内で最も内部流路抵抗の小さいアノード側多孔体流路層２２０ｂ内に進入し、Ｙ方向に沿って略均等に分配された状態でアノード側多孔体流路層２２０ｂ内を排出側に向かって流動しつつアノード側拡散層２１６およびアノード２１４に供給される。発電モジュール２００において利用されなかった燃料ガスは、図１５に示すように、排出側に形成された第１の溝型空間ＤＳｂ内を燃料ガス排出マニホールド１６４に対向する位置に向かって流動し、内部流路空間３５０を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。

第３実施例の燃料電池を構成する単セル１４０ｂでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第３実施例の単セル１４０ｂでは、第１実施例と同様に、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂにおける各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳｂが形成されているため、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

特に、第３実施例の単セル１４０ｂでは、第１の溝型空間ＤＳｂが形成される多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂとの間で反応ガスのやり取りを行うマニホールドを構成する開口と対向する位置において、第１の溝型空間ＤＳｂが、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面に達するように形成されているため、反応ガスおよび生成水の流通経路における流路抵抗を低減して反応ガスの均一分配性および生成水の排水性をより向上させることができる。また、その他の位置においては、第１の溝型空間ＤＳｂが、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの端面より内側に形成されているため、第１の溝型空間ＤＳｂへのシール材４１０の進入を抑制して第１の溝型空間ＤＳｂを確保することができる。

また、第３実施例では、多孔体流路層２３０ｂおよび２２０ｂの製造の際に金属多孔体を押しつぶして金属多孔体の断面の一部を欠損させることにより、第１の溝型空間ＤＳｂが形成されるため、第１の溝型空間ＤＳの形成にあたって新たな部品を追加したり加工手順を変更したりする必要がなく、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

Ｄ．第４実施例：
図１７は、第４実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｃの平面構成を示す説明図である。また、図１８および図１９は、第４実施例における単セル１４０ｃの断面構成を示す説明図である。図１８（ａ）には燃料ガス排出マニホールド１６４近傍の位置（図１７のＡ３−Ａ３の位置）の断面を示しており、図１８（ｂ）には燃料ガス排出マニホールド１６４近傍の別の位置（図１７のＢ３−Ｂ３の位置）の断面を示しており、図１９（ａ）には酸化剤ガス排出マニホールド１５４近傍の位置（図１７のＣ３−Ｃ３の位置）の断面を示しており、図１９（ｂ）には酸化剤ガス排出マニホールド１５４近傍の別の位置（図１７のＤ３−Ｄ３の位置）の断面を示している。

第４実施例における単セル１４０ｃの構成は、第２の溝型空間ＣＳが形成されている点が、第２実施例における単セル１４０ａ（図１１ないし図１３参照）の構成と異なっており、その他の点では第２実施例における単セル１４０ａの構成と同じである。図１７ないし図１９に示すように、第４実施例の単セル１４０ｃにおいては、第２実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ｃにおけるカソード側多孔体流路層２３０の端面から少し内側に入った位置からマニホールド用開口にかけて、積層方向に沿って外側に凸な形状の凸部３３４が設けられており、カソード側多孔体流路層２３０の表面と凸部３３４の表面との間の空間が第１の溝型空間ＤＳｃとして機能している。

また、第４実施例における単セル１４０ｃでは、図１７に示すように、排出側の第１の溝型空間ＤＳｃから面方向の内側に向かって伸びる複数の第２の溝型空間ＣＳが形成されている。第２の溝型空間ＣＳは、積層方向から見て櫛形状に形成されており、第１の溝型空間ＤＳｃと連通している。図１８および図１９に示すように、カソード側セパレータ３２０ｃにおける凸部３３４の内側に隣接して、積層方向に沿って外側に凸な形状の凸部３３２が設けられており、カソード側多孔体流路層２３０の表面と凸部３３２の表面との間の空間が第２の溝型空間ＣＳとして機能している。なお、複数の第２の溝型空間ＣＳの個数やＹ方向に沿った位置は任意に設定可能である。凸部３３２は、本発明における第２の凸部に相当する。

単セル１４０ｃにおける燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近における断面構成は、第２の溝型空間ＣＳが形成されていない点を除き、図１８および図１９に示す断面構成と同様である。すなわち、第４実施例の単セル１４０ｃにおいては、カソード側多孔体流路層２３０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口に対向する側の端面近傍の位置にも、第１の溝型空間ＤＳｃが形成されている（図１７参照）。

なお、第４実施例の単セル１４０ｃでは、アノード側には第１の溝型空間ＤＳｃが設けられていないが、アノード側にも、カソード側と同様に、アノード側セパレータ３１０ｃに凸部３３４を設けることによって第１の溝型空間ＤＳｃが形成されているとしてもよい。

第４実施例の燃料電池を構成する単セル１４０ｃでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ｃに折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、第２実施例と同様に、カソード側多孔体流路層２３０における各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳｃが形成されているため、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、カソード側の排出側の第１の溝型空間ＤＳｃから面方向の内側に向かって伸びる複数の第２の溝型空間ＣＳが形成されているため、生成水が第２の溝型空間ＣＳにおいて毛細管現象により吸い上げられ、これにより、第２の溝型空間ＣＳと連通した排出側の第１の溝型空間ＤＳ内への生成水の進入が促進される。従って、第４実施例の単セル１４０ｃでは、燃料電池における生成水の排水性をさらに一層向上させることができる。

また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、カソード側セパレータ３２０ｃを製造するための金属板のプレス加工において凸部３３４および凸部３３２を設けることにより第１の溝型空間ＤＳｃおよび第２の溝型空間ＣＳが形成されるため、第１の溝型空間ＤＳｃおよび第２の溝型空間ＣＳの形成にあたって新たな部品を追加したり加工手順を変更したりする必要がなく、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、第１の溝型空間ＤＳｃおよび第２の溝型空間ＣＳが、多孔体流路層２３０の断面を欠損させて形成されているのではなく、カソード側セパレータ３２０ｃに凸部３３４および凸部３３２を設けることにより形成されているため、第１の溝型空間ＤＳｃおよび第２の溝型空間ＣＳを形成することによる発電面積（電極利用率）の低下を抑制することができる。また、第４実施例の単セル１４０ｃでは、カソード側多孔体流路層２３０が押しつぶされて内部応力が蓄積されることがなく、カソード側多孔体流路層２３０における反りの発生が抑制されるため、カソード側多孔体流路層２３０の反りを矯正する工程を省略することができ、製造工程の煩雑化や製造コストの増大を抑制することができる。

Ｅ．第５実施例：
図２０および図２１は、第５実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｄの断面構成を示す説明図である。図２０（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１の位置に相当する断面を示しており、図２０（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１の位置に相当する断面を示しており、図２１（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１の位置に相当する断面を示しており、図２１（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１の位置に相当する断面を示している。

第５実施例における単セル１４０ｄの構成は、カソード側セパレータ３２０ｄおよびアノード側セパレータ３１０ｄの構成の点が、第２実施例における単セル１４０ａ（図１１ないし図１３参照）の構成と異なっており、その他の点では第２実施例における単セル１４０ａの構成と同じである。第５実施例における単セル１４０ｄでは、アノード側セパレータ３１０ｄの面方向に沿った端部に、カソード側セパレータ３２０ｄから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されている。ここで、アノード側セパレータ３１０ｄの面方向に沿った端部は、燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２に隣接する位置と、アノード側セパレータ３１０ｄの最外周部と、を意味している。端部折り曲げ部分３１７の面方向に平行な部分の積層方向に沿った位置は、ディンプル３１９の積層方向に沿った最外部の位置と一致している。また、第５実施例における単セル１４０ｄでは、カソード側セパレータ３２０ｄのガスケット５００が形成されている位置の少し内側の位置に傾斜部３４２が形成されている。カソード側セパレータ３２０ｄの傾斜部３４２より外側部分の積層方向に沿った位置は、カソード側セパレータ３２０ｄの発電モジュール２００に対向する部分（凸部３３４を除く）の積層方向に沿った位置と一致している。なお、単セル１４０ｄにおける燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における断面構成は、図２０および図２１に示す断面構成と同様である。

第５実施例の燃料電池を構成する単セル１４０ｄでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ｄに折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第５実施例の単セル１４０ｄでは、第２実施例と同様に、カソード側多孔体流路層２３０における各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳが形成されているため、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

また、第５実施例の単セル１４０ｄでは、切断加工や孔空け加工に伴ってバリや反りが発生しやすいためにセパレータ間の短絡が発生しやすい金属製のアノード側セパレータ３１０ｄの端部に、カソード側セパレータ３２０ｄから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されているため、セパレータ間の距離を大きくしてセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができると共に端部の曲げ変形を抑制することができる。また、第５実施例の単セル１４０ｄでは、端部折り曲げ部分３１７の存在により両セパレータ間に余分なシール材のバッファ空間が確保されるため、セパレータ間に不足ない量のシール材を配置しても、はみ出したシール材を除去する作業が必要なくなるため、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができる。

また、第５実施例における単セル１４０ｄでは、熱圧着工程の精度を向上させることにより単セルの品質を向上させることができる。図２２は、第５実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。第５実施例における単セル１４０ｄでは、端部折り曲げ部分３１７の平行部分の積層方向に沿った位置がディンプル３１９の積層方向に沿った最外部の位置と一致しており、また、カソード側セパレータ３２０ｄの傾斜部３４２より外側部分の積層方向に沿った位置がカソード側セパレータ３２０ｄの発電モジュール２００に対向する部分の位置と一致している。そのため、図２２に示すように、熱圧着工程用の下側治具Ｇｌとして、ワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができると共に、上側治具Ｇｕとして、ガスケット５００や凸部３３４との干渉を避けるための掘り込み部以外の部分ではワーク側表面に凹凸加工を施す必要のない平坦形状の治具を使用することができる。従って、第５実施例における単セル１４０ｄを製造するための熱圧着工程では、ワーク側表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された治具を用いることができ、結果として、製造される単セル１４０ｄの精度を向上させることができる。特に、第５実施例における単セル１４０ｄを製造するための熱圧着工程では、ガスケット５００の周辺部分の積層方向に沿った位置の精度を向上させることができるため、ガスケット５００周辺部の位置の精度が低下してシール反力が低下しガスリークが発生することを抑制することができる。また、第５実施例における単セル１４０ｄを製造するための熱圧着工程では、下側治具Ｇｌとワークとの接着面積が大きくなるため、ワークに均一に荷重をかけることができ、製造される単セル１４０ｄの精度を向上させることができる。

Ｆ．第６実施例：
図２３および図２４は、第６実施例における燃料電池を構成する単セル１４０ｅの断面構成を示す説明図である。図２３（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１の位置に相当する断面を示しており、図２３（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１の位置に相当する断面を示しており、図２３（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１の位置に相当する断面を示しており、図２３（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１の位置に相当する断面を示している。

第６実施例における単セル１４０ｅの構成は、ディンプル３１９ｅの位置とアノード側セパレータ３１０ｅの構成の点が、第２実施例における単セル１４０ａ（図１１ないし図１３参照）の構成と異なっており、その他の点では第２実施例における単セル１４０ａの構成と同じである。第６実施例における単セル１４０ｅでは、ディンプル３１９ｅが、アノード側セパレータ３１０ｅではなくカソード側セパレータ３２０ｅに形成されている。ディンプル３１９ｅの積層方向に沿った最外部の位置は、カソード側セパレータ３２０ｅの端部の積層方向に沿った位置（すなわち凸部３３４の積層方向に沿った最外部の位置）と同一となっている。また、第６実施例における単セル１４０ｅでは、第５実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０ｅの面方向に沿った端部に、カソード側セパレータ３２０ｅから離れる方向に折り曲げられた端部折り曲げ部分３１７が形成されている。端部折り曲げ部分３１７の面方向に平行な部分の積層方向に沿った位置は、アノード側セパレータ３１０ｅの平坦部分（凸部３１５を除く部分）の積層方向に沿った位置と一致している。なお、単セル１４０ｅにおける燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近における断面構成は、図２３および図２４に示す断面構成と同様である。

第６実施例の燃料電池を構成する単セル１４０ｅでは、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ３２０ｅに折り返し部分３２２および３２５が形成されているため、加工工程の煩雑化や燃料電池の大きさの増大を抑制しつつ、反応ガス導出入部におけるガス流路の確保とガスシール性の確保との両立を達成することができる。また、第６実施例の単セル１４０ｅでは、第２実施例と同様に、カソード側多孔体流路層２３０における各マニホールドを構成する開口に対向する側の端面近傍の位置に、開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って連続する第１の溝型空間ＤＳが形成されているため、反応ガスの均一分配性および生成水の排水性を向上させることができる。

また、第６実施例の単セル１４０ｅでは、第５実施例と同様に、セパレータ間の短絡が発生しやすい金属製のアノード側セパレータ３１０ｅの端部に端部折り曲げ部分３１７が形成されているため、セパレータ間の距離を大きくしてセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができると共に端部の曲げ変形を抑制することができる。また、第６実施例の単セル１４０ｅでは、端部折り曲げ部分３１７の存在により両セパレータ間に余分なシール材のバッファ空間が確保されるため、セパレータ間に不足ない量のシール材を配置しても、はみ出したシール材を除去する作業が必要なくなるため、作業工程の煩雑化を抑制しつつセパレータ間の短絡の発生を効果的に抑制することができる。

また、第６実施例における単セル１４０ｅでは、第５実施例と同様に、熱圧着工程の精度を向上させることにより単セルの品質を向上させることができる。図２５は、第６実施例における単セルの熱圧着工程の様子を示す説明図である。第６実施例における単セル１４０ｅでは、端部折り曲げ部分３１７の平行部分の積層方向に沿った位置がアノード側セパレータ３１０ｅの平坦部分の位置と一致しており、また、カソード側セパレータ３２０ｅの凸部３３４における面方向に平行な部分の積層方向に沿った位置がディンプル３１９ｅの最外側部の位置と同じとなっているため、図２５に示すように、熱圧着工程においてワーク側表面の位置精度が良好であり内部歪みや反りの発生が抑制された治具を用いることができ、結果として、製造される単セル１４０ｅの精度を向上させることができる。特に、第６実施例における単セル１４０ｅを製造するための熱圧着工程では、ガスケット５００の周辺部分の積層方向に沿った位置の精度を向上させることができるため、ガスケット５００周辺部の位置の精度が低下してシール反力が低下しガスリークが発生することを抑制することができる。また、第６実施例における単セル１４０ｅを製造するための熱圧着工程では、下側治具Ｇｌとワークとの接着面積が大きくなるため、ワークに均一に荷重をかけることができ、製造される単セル１４０ｅの精度を向上させることができる。

また、第６実施例における単セル１４０ｅでは、生成水の多いカソード側にディンプル３１９ｅが形成されているため、カソード側多孔体流路層２３０内の生成水がディンプル３１９ｅとカソード側多孔体流路層２３０との間の空間に吸い上げられて保持されることにより、生成水によるカソード側多孔体流路層２３０における燃料ガスの流通の阻害を抑制することができると共に、生成水の排出能力を向上させることができる。また、第６実施例における単セル１４０ｅでは、第５実施例（図２０および図２１）のようにカソード側セパレータ３２０に傾斜部３４２を設ける必要がないため、内部流路空間３５０および３６０における同一の流路断面を確保するために要する単セル１４０の長さを短くすることができる。

Ｇ．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。

Ｇ１．変形例１：
上記各実施例における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施例では、流入側のマニホールド（燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２）を構成する開口に対向する側の多孔体流路層端面近傍と、排出側のマニホールド（燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４）を構成する開口に対向する側の多孔体流路層端面近傍とに、第１の溝型空間ＤＳが形成されているとしているが、第１の溝型空間ＤＳが、流入側と排出側とのどちらか一方のマニホールドを構成する開口に対向する側の多孔体流路層端面近傍のみに形成されているとしてもよい。また、第１の溝型空間ＤＳは、必ずしもアノード側とカソード側との両方に形成されている必要はなく、アノード側とカソード側とのいずれか一方のみに形成されているとしてもよい。

また、上記各実施例では、第１の溝型空間ＤＳは、マニホールドを構成する開口と膜電極接合体２１０とを結ぶ方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿って、発電モジュール２００の幅とほぼ同じ長さに伸びる形状であるとしているが、第１の溝型空間ＤＳの長さは、少なくとも開口の多孔体流路層側の幅より長ければ、燃料電池における反応ガスの均一分配性や生成水の排水性を向上させることができる。また、上記各実施例では、第１の溝型空間ＤＳは略矩形断面の連続空間であるとしているが、第１の溝型空間ＤＳの断面は矩形以外の形状（例えば円形形状や多角形形状）であるとしてもよい。また、上記各実施例では、第１の溝型空間ＤＳは、多孔体流路層の材料としての金属多孔体を押しつぶして金属多孔体の断面の一部を欠損させることにより形成されるとしているが、他の方法（例えば、断面の切り取り）によって金属多孔体の断面の一部を欠損させて第１の溝型空間ＤＳが形成されるとしてもよい。

また、上記第２実施例では、カソード側セパレータ３２０ａに、面方向に沿って多孔体流路層２３０の端面近傍からマニホールド用の開口近傍まで伸びる凸部３３４が形成されているが、凸部３３４は第１の溝型空間ＤＳが形成されるように多孔体流路層２３０の端面近傍に設けられていればよく、カソード側セパレータ３２０ａの多孔体流路層２３０の端面近傍以外の部分が平坦形状であるものとしてもよい。

また、上記各実施例では、折り返し部分３２２および３２５の垂直部分に複数の連通孔３２６が設けられているが、複数の連通孔３２６の代わりに連続したスリット状の開口が設けられているとしてもよい。また、上記各実施例では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体を用いて形成されるとしているが、カーボン多孔体といった他の材料を用いて形成されるとしてもよい。

また、上記各実施例では、発電モジュール２００がアノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７を含んでいるとしているが、発電モジュール２００がアノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７の一方または両方を含まないものとしてもよい。

Ｇ２．変形例２：
上記各実施例の単セル１４０において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、上記各実施例の単セル１４０の構成では、カソード側セパレータ３２０に折り返し部分３２２および３２５が形成されており、アノード側セパレータ３１０には折り返し部分は形成されていないが、反対に、アノード側セパレータ３１０に折り返し部分が形成され、カソード側セパレータ３２０には折り返し部分は形成されていない構成を採用することも可能である。このような構成の場合には、折り返し部分の面方向に沿った長さは、上記各実施例とは逆に、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４を構成する開口３２１および３１１に隣接した折り返し部分の方が、酸化剤ガス供給マニホールド１５２および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を構成する開口３２３および３１３に隣接した折り返し部分より長いことが好ましい。すなわち、折り返し部分が形成されるセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さの方が、反対側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さより長いことが好ましい。また、折り返し部分が形成されるセパレータ側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さは、積層方向（面方向に略垂直な方向）に沿って電解質膜２１２と重なるような長さであることが好ましく、反対側の電極で利用される反応ガスを流動させるマニホールドを構成する開口に隣接する折り返し部分の長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重ならない長さであることが好ましい。

また、上記各実施例では、マニホールド（酸化剤ガス供給マニホールド１５２、燃料ガス供給マニホールド１６２、酸化剤ガス排出マニホールド１５４、燃料ガス排出マニホールド１６４）を構成する開口のすべてに隣接して折り返し部分が形成されているとしているが、一部の開口のみに隣接して折り返し部分が形成されているとしてもよい。

１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側多孔体流路層
２３０…カソード側多孔体流路層
３１０…アノード側セパレータ
３１１…開口
３１２…凸部
３１３…開口
３１５…凸部
３１７…端部折り曲げ部分
３１９…ディンプル
３２０…カソード側セパレータ
３２１…開口
３２２…燃料ガス側折り返し部分
３２３…開口
３２４…凸部
３２５…酸化剤ガス側折り返し部分
３２６…連通孔
３２７…凸部
３２９…凸部
３３２…凸部
３３４…凸部
３４２…傾斜部
３５０…内部流路空間
３６０…内部流路空間
４１０…シール材
４２０…シール材
４３０…充填材
４４０…シール材
４５０…シール材
５００…ガスケット
５０２…凸部

Claims (5)

1. 燃料電池であって、
   電解質膜と前記電解質膜の両面に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、
   多孔体により形成され、前記膜電極接合体を挟むように配置された一対の多孔体流路層と、
   金属板を加工することにより形成され、前記一対の多孔体流路層を挟むように配置された第１および第２のセパレータと、を備え、
   前記第１および第２のセパレータは、前記膜電極接合体に対向する位置の外側の位置に、前記膜電極接合体の面方向に略垂直な反応ガス流路を構成する開口を有し、
   前記第１のセパレータは、前記開口が形成される位置の少なくとも一部の前記金属板が前記開口の前記膜電極接合体側の辺を折り曲げ線として前記膜電極接合体側に折り返されて形成された折り返し部分を有し、
   前記折り返し部分は、前記折り返し部分と前記第１のセパレータとの間に形成され前記膜電極接合体の端面に連通する内部流路空間と、前記反応ガス流路と、を連通する連通孔を有し、
   前記第２のセパレータは、前記折り返し部分を有さず、
   前記燃料電池における前記一対の多孔体流路層の少なくとも一方の前記開口に対向する側の端面近傍の位置に、前記開口と前記膜電極接合体とを結ぶ方向に交差する方向に沿って前記開口の幅より長く連続する第１の溝型空間が形成されている、燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記第１の溝型空間は、前記多孔体流路層における断面が欠損してできた空間である、燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記第１の溝型空間は、前記第１の溝型空間が形成される前記多孔体流路層との間で反応ガスのやり取りを行う前記反応ガス流路を構成する前記開口と対向する位置においては、前記多孔体流路層の端面に達し、その他の位置においては、前記多孔体流路層の端面より内側に位置する、燃料電池。
4. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記第１および第２のセパレータの少なくとも一方は、前記開口に対向する側の前記多孔体流路層端面近傍の位置に、前記面方向に略直交する方向に沿って外側に凸な形状の第１の凸部を有し、
   前記第１の溝型空間は、前記多孔体流路層の表面と前記第１の凸部の表面との間に形成される空間である、燃料電池。
5. 請求項４に記載の燃料電池であって、
   前記第１の凸部を有する前記セパレータは、前記面方向に略直交する方向に沿って外側に凸な形状の複数の第２の凸部であって、前記多孔体流路層の表面と前記第２の凸部の表面との間に形成される空間が前記第１の溝型空間から前記面方向の内側に向かって伸びる複数の第２の溝型空間を構成するように配置された第２の凸部を有する、燃料電池。

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