JP2019153371A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】各単位セルにおける酸素流量を均一化することができ、低コスト化および出力向上を図ることができる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池３では、複数の単位セル４５が積層されて形成されるセルスタック１０を備え、セルスタック１０に、複数の単位セル４５のそれぞれに酸素を供給するための酸素供給路９１と、複数の単位セル４５のそれぞれから排気するための排気路８９とを形成する。そして、酸素供給路９１および／または排気路８９に、酸素の通過を許容する整流貫通穴１０１を積層方向に沿って互いに独立して複数有する整流板１００が、積層方向に沿って備えられる。また、整流板１００の開口面積率が、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなる。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池、詳しくは、固体高分子形の燃料電池に関する。

従来、固体高分子形の燃料電池として、メタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体燃料を使用する燃料電池が知られている。

このような燃料電池としては、例えば、複数の単位セルが積層されるスタック構造を有する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。単位セルは、固体高分子膜からなる電解質層と、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極と、燃料側電極に対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極に対向配置される酸素側セパレータとを備えている。

そして、そのような燃料電池では、液体燃料が燃料側電極に供給され、また、酸素（空気）が酸素側電極に供給されることにより、各単位セルにおいて、電気化学反応が生じ、発電される。

特開２０１３−０１２３２４号公報

しかるに、特許文献１に記載の燃料電池において、単位セルの積層体に酸素を供給し、また、その積層体から酸素を排出させる場合、酸素の供給圧力および酸素の排出圧力の圧力差（すなわち、酸素流量）が、酸素の流れ方向上流側の単位セルと、酸素の流れ方向下流側の単位セルとで大きく異なる場合がある。このような場合、酸素流量が小さい単位セルにあわせて、高圧で酸素を供給する必要があるため、消費電力が増大して高コスト化する場合がある。また、各単位セル間における出力差が大きくなるため、積層体の全体としての発電効率が低下する場合がある。

本発明は、各単位セルにおける酸素流量を均一化することができ、低コスト化および出力向上を図ることができる燃料電池である。

本発明［１］は、複数の単位セルが積層されてなる積層構造体を備える燃料電池であって、前記複数の単位セルのそれぞれは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟むように前記単位セルの積層方向に対向配置される１対のセパレータとを備え、前記１対のセパレータには、前記単位セルに供給するための酸素が通過する酸素供給口と、前記単位セルから排気するための排気口とが形成され、前記積層構造体は、前記複数の単位セルが積層されて、複数の前記酸素供給口が前記積層方向に互いに連通することにより形成される酸素供給路と、前記複数の単位セルが積層されて、複数の前記排気口が前記積層方向に互いに連通することにより形成される排気路とを有し、前記酸素供給路および／または前記排気路には、酸素の通過を許容する貫通穴を前記積層方向に沿って互いに独立して複数有する整流板が、前記積層方向に沿って備えられ、前記整流板の開口面積率が、前記酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなる、燃料電池を含んでいる。

本発明の燃料電池では、整流板の貫通穴による開口面積率が、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなっているため、酸素の流れ方向上流側において、酸素の供給圧力を増加させることができる。また、酸素の流れ方向下流側において、酸素の排出圧力を増加させることができる。

その結果、本発明の燃料電池では、各単位セルにおける酸素流量を均一化することができ、低コスト化および出力向上を図ることができる。

図１は、本発明の燃料電池の一実施形態が搭載された電動車両の概略構成図を示す。 図２は、図１に示す燃料電池を前右側から見た分解斜視図を示す。 図３は、図１に示す燃料電池を後左側から見た分解斜視図を示す。 図４Ａは、図２に示す燃料電池の正面図、図４Ｂは、図４Ａに示す燃料電池のＡ−Ａ断面図を示す。 図５Ａは、図２に示す燃料電池の正面図、図５Ｂは、図５Ａに示す燃料電池のＢ−Ｂ断面図を示す。 図６Ａは、図４Ｂに示す整流板を前右側から見た斜視図を示す。図６Ｂは、図４Ｂに示す整流板の上面図を示す。 図７Ａは、整流板を備えない燃料電池における酸素の供給圧力および酸素の排出圧力を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）構造解析したグラフである。図７Ｂは、整流板を備える燃料電池における酸素の供給圧力および酸素の排出圧力を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）構造解析したグラフである。 図８Ａは、本発明の燃料電池の他の実施形態（空気供給路に整流板が備えられる形態）の正面図、図８Ｂは、図８Ａに示す燃料電池のＢ−Ｂ断面図を示す。 図９は、本発明の燃料電池の他の実施形態（整流板に貫通穴が等間隔で形成される形態）の整流板の上面図を示す。

１．電動車両の全体構成
図１は、本発明の燃料電池の一実施形態が搭載された電動車両の概略構成図を示す。図１において、電動車両１は、燃料電池３およびバッテリ３７を選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、車両用燃料電池システムとしての燃料電池システム２を搭載している。

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。

なお、以下の説明において、電動車両１および燃料電池３に関し、方向について言及する場合には、電動車両１が水平面に配置されたときの方向を基準とし、具体的には、各図に示した矢印方向を基準とする。つまり、前後方向および左右方向が水平方向であり、上下方向が鉛直方向である。また、前後方向が積層方向の一例である。

（１）燃料電池
燃料電池３は、詳しくは後述するが、気体燃料または液体燃料が供給される燃料電池であり、好ましくは、液体燃料が供給される燃料電池である。

以下において、液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池について、詳述する。

燃料電池３は、カチオン交換型燃料電池またはアニオン交換型燃料電池として構成されている。燃料電池３は、電動車両１の中央下側に配置されている。

また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、単位セル４５（後述）１つあたりの出力である。

（２）燃料給排部
燃料給排部４は、燃料電池３に液体燃料を供給するように構成され、電動車両１において燃料電池３の後側に配置されている。

燃料給排部４は、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク１５と、燃料タンク１５から供給される液体燃料を燃料電池３に供給するための燃料供給管１７と、燃料電池３から排出される液体燃料を燃料供給管１７に戻すための還流管１６とを備えている。

燃料タンク１５は、電動車両１における後端部に配置され、略ボックス形状に形成されている。

燃料タンク１５に貯蔵される液体燃料としては、含水素液体燃料が挙げられる。含水素液体燃料は、分子中に水素原子を含有する液体燃料であって、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。

ヒドラジン類として、具体的には、例えば、ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）、水加ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ_２ＮＨ_２）_２ＣＯ_２）、塩酸ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・ＨＣｌ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２ＳＯ_４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ_３ＮＨＮＨ_２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２ＮＮＨ_２、ＣＨ_３ＮＨＮＨＣＨ_３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ_２）_２ＣＯ）などが挙げられる。上記例示の液体燃料は、単独または２種類以上組み合わせて用いることができる。

上記した燃料化合物のうち、炭素を含まない化合物、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどは、ＣＯおよびＣＯ_２の生成がなく、触媒の被毒が生じないことから、耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。

また、上記例示の液体燃料としては、上記の燃料化合物をそのまま用いてもよいが、上記例示の燃料化合物を、例えば、水および／またはアルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコールなど）などの溶液として用いることができる。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、１〜９０質量％、好ましくは、１〜３０質量％である。

燃料供給管１７は、燃料タンク１５と燃料電池３とを連結するように設けられ、詳しくは、その一端部（後端部）が燃料タンク１５の底壁に接続され、その他端部（前端部）が後述する燃料供給部９２に接続されている。

還流管１６は、燃料電池３と燃料供給管１７とを連結するように設けられ、詳しくは、その一端部（前端部）が後述する燃料排出部９７に接続され、その他端部（下端部）が燃料供給管１７の途中、すなわち前後方向略中央部分に接続されている。

そのため、燃料電池３、還流管１６および燃料供給管１７の前側部分は、後述する燃料排出部９７から排出される液体燃料が、還流管１６および燃料供給管１７を介して、再度、後述する燃料供給部９２に流れるように形成されるクローズドライン（閉流路）を構成する。これにより、燃料電池３には、液体燃料が循環される。

また、燃料給排部４には、液体燃料とガス（気体）とを分離するための気液分離器１８と、気液分離器１８で分離されたガスを排出するためのガス排出管２２と、燃料電池３に液体燃料を輸送するための第１燃料輸送ポンプ１９および第２燃料輸送ポンプ２０とが設けられている。

気液分離器１８は、燃料電池３の後上側において、還流管１６の途中に介在されている。気液分離器１８は、略ボックス形状に形成されており、その底壁に底部流通口２４が２つ形成され、その後壁の上端部に上部流通口２５が１つ形成されている。

そして、気液分離器１８は、２つの底部流通口２４が還流管１６に接続されることにより、還流管１６に介装されている。これにより、気液分離器１８は、その内部空間が、クローズドラインの一部を形成している。

ガス排出管２２は、上部流通口２５と電動車両１の外部空間とを連通するように設けられ、詳しくは、その一端部（前端部）が上部流通口２５に接続され、その他端部（後端部）が大気に開放されている。

第１燃料輸送ポンプ１９は、燃料供給管１７の後側部分に介在されており、還流管１６および燃料供給管１７の接続部分と、燃料タンク１５との間に配置されている。

第１燃料輸送ポンプ１９としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。

また、第２燃料輸送ポンプ２０は、燃料供給管１７の前側部分に介在されており、還流管１６および燃料供給管１７の接続部分と、燃料電池３との間に配置されている。

第２燃料輸送ポンプ２０としては、例えば、第１燃料輸送ポンプ１９と同様の公知の送液ポンプが挙げられる。

第１燃料輸送ポンプ１９および第２燃料輸送ポンプ２０のそれぞれは、コントロールユニット３４（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット３４（後述）からの制御信号が、第１燃料輸送ポンプ１９および第２燃料輸送ポンプ２０のそれぞれに入力され、コントロールユニット３４（後述）が、第１燃料輸送ポンプ１９および第２燃料輸送ポンプ２０のそれぞれの駆動および停止を制御する。

さらに、燃料給排部４には、燃料供給管１７を開閉するための燃料供給弁２１と、ガス排出管２２を開放するためのガス排出弁２３とが設けられている。

燃料供給弁２１は、燃料供給管１７の前側部分に介在されており、還流管１６および燃料供給管１７の接続部分と、第１燃料輸送ポンプ１９との間に配置されている。燃料供給弁２１としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

そして、燃料供給弁２１が開放されることにより、燃料タンク１５から燃料電池３への液体燃料の供給が可能となり、燃料供給弁２１が閉鎖されることにより、燃料タンク１５から燃料電池３への液体燃料の供給が規制される。

また、ガス排出弁２３は、ガス排出管２２の途中に介在されており、ガス排出弁２３としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

そして、ガス排出弁２３が開放されることにより、気液分離器１８からのガスの排出が可能となり、気液分離器１８内の圧力が解放され、ガス排出弁２３が閉鎖されることにより、気液分離器１８からのガスの排出が規制される。

燃料供給弁２１およびガス排出弁２３のそれぞれは、コントロールユニット３４（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット３４（後述）からの制御信号が、燃料供給弁２１およびガス排出弁２３のそれぞれに入力され、コントロールユニット３４（後述）が、燃料供給弁２１およびガス排出弁２３のそれぞれの開閉を制御する。

（３）空気給排部
空気給排部５は、空気を燃料電池３に供給するための空気供給管２６と、燃料電池３から排出される空気を外部に排出するための空気排出管２７とを備えている。

空気供給管２６は、電動車両１の外部空間と燃料電池３とを連通するように設けられ、詳しくは、その一端部（前端部）が大気に開放され、他端部（後端部）が酸素供給部９５（後述）に接続されている。

また、空気排出管２７は、電動車両１の外部空間と燃料電池３とを連通するように設けられ、詳しくは、その一端部（前端部）が大気に開放され（ドレン）、他端部（後端部）が排気部９４（後述）に接続されている。

また、空気給排部５には、燃料電池３に空気を送るための空気供給ポンプ２８と、クロスリーク（後述）した液体燃料を回収するための燃料回収部３１とが設けられている。

空気供給ポンプ２８は、空気供給管２６の前側部分に介在されている。空気供給ポンプ２８としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。空気供給ポンプ２８は、コントロールユニット３４（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット３４（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ２８に入力され、コントロールユニット３４（後述）が、空気供給ポンプ２８の駆動および停止を制御する。

燃料回収部３１は、空気排出管２７の後側部分に介在されており、燃料電池３に対して、空気排出管２７内の空気の流れ方向下流側に配置されている。燃料回収部３１は、略ボックス形状に形成されており、その後壁における上端部に流入口３２が形成され、その前壁における上端部に排気口３３が形成されている。

そして、燃料回収部３１は、流入口３２および排気口３３のそれぞれが空気排出管２７に接続されることにより、空気排出管２７に介装されている。

さらに、空気給排部５には、空気供給管２６を開閉するための空気供給弁２９と、空気排出管２７を開閉するための空気排出弁３０とが設けられている。

空気供給弁２９は、空気供給管２６の後側部分に介在されており、空気供給ポンプ２８と燃料電池３との間に配置されている。空気供給弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

そして、空気供給弁２９が開放されることにより、燃料電池３への空気の供給が可能となり、空気供給弁２９が閉鎖されることにより、燃料電池３への空気の供給が規制される。

空気排出弁３０は、空気排出管２７の後側部分に介在されており、燃料回収部３１に対して空気の流れ方向下流側に配置されている。空気排出弁３０としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

そして、空気排出弁３０が開放されることにより、燃料電池３からの空気の排出が可能となり、空気排出弁３０が閉鎖されることにより、燃料電池３からの空気の排出が規制される。

空気供給弁２９および空気排出弁３０のそれぞれは、コントロールユニット３４（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット３４（後述）からの制御信号が、空気供給弁２９および空気排出弁３０のそれぞれに入力され、コントロールユニット３４（後述）が、空気供給弁２９および空気排出弁３０のそれぞれの開閉を制御する。

（４）制御部
制御部６は、燃料電池システム２を制御するためのコントロールユニット３４を備えている。

コントロールユニット３４は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。

（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換するためのモータ３５と、モータ３５に電気的に接続されるインバータ３６と、モータ３５による回生エネルギーを蓄電するための動力用バッテリ３７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８とを備えている。

モータ３５は、電動車両１の前端部に配置されており、燃料電池３よりも前側に配置されている。モータ３５としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。

インバータ３６は、モータ３５と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３６は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、インバータ３６としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。また、インバータ３６は、配線により、燃料電池３およびモータ３５にそれぞれ電気的に接続されるとともに、図示しないが、コントロールユニット３４と電気的に接続されており、これにより、燃料電池３の発電を制御している。

動力用バッテリ３７としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。また、動力用バッテリ３７は、インバータ３６と燃料電池３との間の配線に接続されている。これにより、動力用バッテリ３７は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ３５に電力を供給可能に構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３８は、動力用バッテリ３７と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３８は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力および動力用バッテリ３７の入出力電力を調整する機能を有している。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８は、コントロールユニット３４と電気的に接続されており（図１の破線参照）、これにより、コントロールユニット３４から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）を制御する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ３７にそれぞれ電気的に接続されるとともに、配線の分岐により、インバータ３６に電気的に接続されている。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８からモータ３５への電力は、インバータ３６において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力としてモータ３５に供給される。

２．燃料電池の詳細
燃料電池３は、図２および図３に示すように、積層構造体の一例としてのセルスタック１０と、セルスタック１０を挟むように設けられる１対のカバー１１とを備えている。

セルスタック１０は、複数の単位セル４５が前後方向に積層されて形成されている。

各単位セル４５は、膜電極接合体４６と、１対のセパレータの一例としてのアノード側セパレータ４７およびカソード側セパレータ４８とを備えている。

膜電極接合体４６は、左右方向に延びる正面視略矩形状の略平板形状に形成されており、電解質層５０と、電解質層５０を挟んで前後方向に対向配置される燃料側電極としてのアノード電極５１、および、酸素側電極としてのカソード電極５２とを備えている。

電解質層５０は、カチオン交換型またはアニオン交換型（好ましくは、アニオン交換型）の高分子電解質膜から形成されている。電解質層５０の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。

アノード電極５１は、電解質層５０の後面すべてにおいて、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極５１として形成することもできる。アノード電極５１は、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍの厚みで形成されている。

カソード電極５２は、電解質層５０の前面すべてにおいて、例えば、アノード電極５１と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。カソード電極５２は、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍの厚みで形成されている。

アノード側セパレータ４７は、膜電極接合体４６の後側に隣接配置されており、アノード側セパレータ本体５３と、アノード側シール５４とを備えている。

アノード側セパレータ本体５３は、膜電極接合体４６よりも大きな正面視略矩形状の略平板形状に形成されている。

アノード側セパレータ本体５３の下端部には、図２〜図５に示すように、燃料供給口の一例としてのアノード側燃料供給口５５と、アノード側冷却媒体供給口５６と、排気口の一例としてのアノード側排気口５７とが左右方向に並ぶように形成されている。

アノード側燃料供給口５５は、後述する燃料流路６２に液体燃料を供給するための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の右下側端部に配置されている。アノード側燃料供給口５５は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

アノード側冷却媒体供給口５６は、後述する第１冷却媒体流路６３に冷却媒体を供給するための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の下端部の左右方向中央に配置されている。アノード側冷却媒体供給口５６は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

アノード側排気口５７は、後述する酸素流路７９から排気させるための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の左下側端部に配置されている。アノード側排気口５７は、正面視略略矩形状に貫通形成されている。

また、アノード側セパレータ本体５３の上端部には、図２および図３に示すように、燃料排出口の一例としてのアノード側燃料排出口５８と、アノード側冷却媒体排出口５９と、酸素供給口の一例としてのアノード側酸素供給口６０とが左右方向に並ぶように形成されている。

アノード側燃料排出口５８は、後述する燃料流路６２から液体燃料を排出させるための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の左上側端部に配置されている。アノード側燃料排出口５８は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

アノード側冷却媒体排出口５９は、後述する第１冷却媒体流路６３から冷却媒体を排出させるための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の上端部の左右方向中央に配置されている。アノード側冷却媒体排出口５９は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

アノード側酸素供給口６０は、後述する酸素流路７９に酸素を供給するための開口部であって、アノード側セパレータ本体５３の右上側端部に配置されている。アノード側酸素供給口６０は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

また、アノード側セパレータ本体５３には、その前面に燃料流路形成領域Ａ１が区画され、その背面に第１冷却媒体流路形成領域Ａ４が区画されている。

燃料流路形成領域Ａ１は、アノード側セパレータ本体５３の前面における中央部分に配置されている。燃料流路形成領域Ａ１は、膜電極接合体４６と略同一の形状およびサイズに形成され、具体的には、左右方向に延びる正面視略矩形状に形成されている。

燃料流路形成領域Ａ１には、複数の燃料流路６２が形成されている。複数の燃料流路６２のそれぞれは、燃料流路形成領域Ａ１の前面から後方に向かって凹み、上下に延びる溝部として形成されており、左右方向に互いに間隔を隔てて並列配置されている。

第１冷却媒体流路形成領域Ａ４は、アノード側セパレータ本体５３の後面における中央部分に配置されている。また、図示しないが、第１冷却媒体流路形成領域Ａ４は、その下端部がアノード側冷却媒体供給口５６と連通しており、その上端部がアノード側冷却媒体排出口５９と連通している。

また、第１冷却媒体流路形成領域Ａ４には、複数の第１冷却媒体流路６３が形成されている。第１冷却媒体流路６３は、第１冷却媒体流路形成領域Ａ４の後面から前方に向かって凹み、上下に延びる溝部として形成されており、左右方向に互いに間隔を隔てて並列配置されている。

また、アノード側セパレータ本体５３の後面には、薄肉部６４が形成されている。

薄肉部６４は、前後方向（アノード側セパレータ４７の厚み方向）に投影したときに、燃料流路形成領域Ａ１の投影面の端縁と、アノード側燃料供給口５５およびアノード側燃料排出口５８のそれぞれの投影面の端縁との間の領域の２箇所に形成されている。なお、図２および図３では、薄肉部６４を便宜上省略している。

薄肉部６４は、アノード側セパレータ本体５３の後面から前方に向かって凹むように形成され、アノード側セパレータ本体５３の厚みが薄肉化されている。薄肉部６４は、アノード側燃料供給口５５およびアノード側燃料排出口５８のそれぞれに臨むように形成されている。

また、薄肉部６４には、アノード側燃料供給口５５およびアノード側燃料排出口５８により給排される液体燃料を通過させるための燃料用貫通孔６５が形成されている。

より具体的には、アノード側燃料供給口５５に臨む薄肉部６４に形成される燃料用貫通孔６５は、アノード側燃料供給口５５と燃料流路６２の下端部とを連通させるように、アノード側セパレータ本体５３を貫通して形成されている。また、アノード側燃料排出口５８に臨む薄肉部６４に形成される燃料用貫通孔６５は、アノード側燃料排出口５８と燃料流路６２の上端部とを連通させるように、アノード側セパレータ本体５３を貫通して形成されている。

アノード側シール５４は、図２、図３および図４に示すように、アノード側セパレータ本体５３の前面に密着固定されており、アノード側拡散層６６と、アノード側シール部分６７とを一体的に備えている。

アノード側拡散層６６は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から形成され、正面視略矩形状の略矩形平板形状に形成されている。また、アノード側拡散層６６は、膜電極接合体４６と略同一の形状およびサイズに形成され、具体的には、左右方向に延びる正面視略矩形状に形成されている。また、アノード側拡散層６６は、燃料流路形成領域Ａ１と前後方向に対向配置されている。

アノード側シール部分６７は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、アノード側拡散層６６の周囲を囲むように設けられ、アノード側拡散層６６の周端部に接合されている。また、アノード側シール部分６７は、その前後方向長さ（厚み）が、アノード側拡散層６６の前後方向長さ（厚み）よりも長くなるように形成されており、アノード側拡散層６６よりも前側に膨出している。

また、アノード側シール部分６７には、アノード側拡散層６６よりも下側において、３つの第１開口部６８が、左右方向に並ぶように形成されている。第１開口部６８は、アノード側燃料供給口５５、アノード側冷却媒体供給口５６およびアノード側排気口５７のそれぞれに対応して配置され、アノード側シール部分６７を前後方向に貫通して形成されている。３つの第１開口部６８のそれぞれは、前後方向に投影したときに、対応するアノード側燃料供給口５５、アノード側冷却媒体供給口５６およびアノード側排気口５７のそれぞれと一致する形状およびサイズに形成されている。なお、アノード側燃料供給口５５に対応する第１開口部６８が、燃料供給口の一例として対応し、アノード側排気口５７に対応する第１開口部６８が、酸素排出口の一例として対応する。

そして、３つの第１開口部６８のそれぞれは、図４および図５に示すように、対応するアノード側燃料供給口５５、アノード側冷却媒体供給口５６およびアノード側排気口５７のそれぞれと、前後方向に互いに連通するように隣接配置されている。

また、アノード側シール部分６７には、図２および図３に示すように、アノード側拡散層６６よりも上側において、３つの第２開口部６９が、左右方向に並ぶように形成されている。第２開口部６９は、アノード側燃料排出口５８、アノード側冷却媒体排出口５９およびアノード側酸素供給口６０のそれぞれに対応して配置され、アノード側シール部分６７を前後方向に貫通して形成されている。３つの第２開口部６９のそれぞれは、前後方向に投影したときに、対応するアノード側燃料排出口５８、アノード側冷却媒体排出口５９およびアノード側酸素供給口６０のそれぞれと一致する形状およびサイズに形成されている。なお、アノード側燃料排出口５８に対応する第２開口部６９が、燃料排出口の一例として対応し、アノード側酸素供給口６０に対応する第２開口部６９が、酸素供給口の一例として対応する。

そして、３つの第２開口部６９のそれぞれは、図４および図５に示すように、対応するアノード側燃料排出口５８、アノード側冷却媒体排出口５９およびアノード側酸素供給口６０のそれぞれと、前後方向に互いに連通するように隣接配置されている。

カソード側セパレータ４８は、図２および図３に示すように、膜電極接合体４６の前側に隣接配置されている。つまり、アノード側セパレータ４７およびカソード側セパレータ４８は、膜電極接合体４６を挟むように、前後方向に対向配置されている。

カソード側セパレータ４８は、カソード側セパレータ本体７０と、カソード側シール７１とを備えている。

カソード側セパレータ本体７０は、アノード側セパレータ４７と同様に、膜電極接合体４６よりも大きな正面視略矩形状の略平板形状に形成されている。

また、カソード側セパレータ本体７０の下端部には、燃料供給口の一例としてのカソード側燃料供給口７２と、カソード側冷却媒体供給口７３と、排気口の一例としてのカソード側排気口７４とが左右方向に並ぶように形成されている。

カソード側燃料供給口７２は、燃料流路６２に燃料を供給するための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の右下側端部に配置されている。カソード側燃料供給口７２は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

カソード側冷却媒体供給口７３は、後述する第２冷却媒体流路７８に冷却媒体を供給するための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の下端部の左右方向中央に配置されている。カソード側冷却媒体供給口７３は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

カソード側排気口７４は、後述する酸素流路７９から排気させるための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の左下側端部に配置されている。カソード側排気口７４は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

また、カソード側セパレータ本体７０の上端部には、アノード側セパレータ４７と同様に、燃料排出口の一例としてのカソード側燃料排出口７５と、カソード側冷却媒体排出口７６と、酸素供給口の一例としてのカソード側酸素供給口７７とが左右方向に並ぶように形成されている。

カソード側燃料排出口７５は、燃料流路６２から液体燃料を排出させるための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の左上側端部に配置されている。カソード側燃料排出口７５は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

カソード側冷却媒体排出口７６は、後述する第２冷却媒体流路７８から冷却媒体を排出させるための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の上端部の左右方向中央に配置されている。カソード側冷却媒体排出口７６は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

カソード側酸素供給口７７は、後述する酸素流路７９に酸素を供給するための開口部であって、カソード側セパレータ本体７０の右上側端部に配置されている。カソード側酸素供給口７７は、正面視略矩形状に貫通形成されている。

また、カソード側セパレータ本体７０には、その前面に第２冷却媒体流路形成領域Ａ２が区画され、その後面に酸素流路形成領域Ａ３が区画されている。

第２冷却媒体流路形成領域Ａ２は、カソード側セパレータ本体７０の前面における中央部分に配置されている。また、図示しないが、第２冷却媒体流路形成領域Ａ２は、その下端部がカソード側冷却媒体供給口７３と連通しており、その上端部がカソード側冷却媒体排出口７６と連通している。

また、第２冷却媒体流路形成領域Ａ２には、複数の第２冷却媒体流路７８が形成されている。複数の第２冷却媒体流路７８のそれぞれは、第２冷却媒体流路形成領域Ａ２の前面から後方に向かって凹み、上下に延びる溝部として形成されており、左右方向に互いに間隔を隔てて並列配置されている。

また、酸素流路形成領域Ａ３は、カソード側セパレータ本体７０の後面おける中央部分に配置されている。また、図示しないが、酸素流路形成領域Ａ３は、膜電極接合体４６と略同一の形状およびサイズに形成され、具体的には、左右方向に延びる正面視略矩形状に形成されている。

また、酸素流路形成領域Ａ３には、複数の酸素流路７９が形成されている。複数の酸素流路７９のそれぞれは、酸素流路形成領域Ａ３の後面から前方に向かって凹み、上下に延びる溝部として形成されており、左右方向に互いに間隔を隔てて並列配置されている。

また、カソード側セパレータ本体７０の前面には、図５Ｂに示すように、アノード側セパレータ４７の後面と同様に、薄肉部８０が形成されている。

薄肉部８０は、前後方向（カソード側セパレータ４８の厚み方向）に投影したときに、第２冷却媒体流路形成領域Ａ２の投影面の端縁と、カソード側酸素供給口７７およびカソード側排気口７４のそれぞれの投影面の端縁との間の領域の２箇所に形成されている。なお、図２および図３では、薄肉部８０を便宜上省略している。

薄肉部８０は、図５Ｂに示すように、カソード側セパレータ本体７０の前面から後方に向かって凹むように形成され、カソード側セパレータ本体７０の厚みが薄肉化されている。薄肉部８０は、カソード側酸素供給口７７およびカソード側排気口７４のそれぞれに臨むように形成されている。

また、薄肉部８０には、カソード側酸素供給口７７およびカソード側排気口７４により給排される液体燃料を通過させるための酸素用貫通孔８１が形成されている。

より具体的には、カソード側酸素供給口７７に臨む薄肉部８０に形成される酸素用貫通孔８１は、カソード側酸素供給口７７と酸素流路７９の上端部とを連通させるように、カソード側セパレータ本体７０を貫通して形成されている。また、カソード側排気口７４に臨む薄肉部８０に形成される酸素用貫通孔８１は、カソード側排気口７４と酸素流路７９の下端部とを連通させるように、カソード側セパレータ本体７０を貫通して形成されている。

カソード側シール７１は、図２、図３および図５に示すように、カソード側セパレータ本体７０の後面に密着固定されており、カソード側拡散層８２と、カソード側シール部分８３とを一体的に備えている。

カソード側拡散層８２は、図２および図３に示すように、例えば、アノード側拡散層６６と同様の硬質のガス透過性材料から形成され、正面視略矩形状の略矩形平板形状に形成されている。また、カソード側拡散層８２は、膜電極接合体４６と略同一の形状およびサイズに形成され、具体的には、左右方向に延びる正面視略矩形状に形成されている。また、カソード側拡散層８２は、酸素流路形成領域Ａ３と前後方向に対向配置されている。

カソード側シール部分８３は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、カソード側拡散層８２の周囲を囲むように設けられ、カソード側拡散層８２の周端部に接合されている。また、カソード側シール部分８３は、その前後方向（厚み方向）長さが、カソード側拡散層８２の前後方向長さよりも長くなるように形成されており、カソード側拡散層８２よりも後側に膨出している。

また、カソード側シール部分８３には、カソード側拡散層８２よりも下側において、３つの第３開口部８４が、左右方向に並ぶように形成されている。第３開口部８４は、カソード側燃料供給口７２、カソード側冷却媒体供給口７３およびカソード側排気口７４のそれぞれに対応して配置され、カソード側シール部分８３を前後方向に貫通して形成されている。３つの第３開口部８４のそれぞれは、前後方向に投影したときに、対応するカソード側燃料供給口７２、カソード側冷却媒体供給口７３およびカソード側排気口７４のそれぞれと一致する形状およびサイズに形成されている。なお、カソード側燃料供給口７２に対応する第３開口部８４が、燃料供給口の一例として対応し、カソード側排気口７４に対応する第３開口部８４が、酸素排出口の一例として対応する。

そして、３つの第３開口部８４のそれぞれは、図４および図５に示すように、対応するカソード側燃料供給口７２、カソード側冷却媒体供給口７３およびカソード側排気口７４のそれぞれと前後方向に互いに連通するように、対応するカソード側燃料供給口７２、カソード側冷却媒体供給口７３およびカソード側排気口７４の後側に隣接配置されるとともに、３つの第１開口部６８のぞれぞれと前後方向に互いに連通するように、３つの第１開口部６８の前側に隣接配置されている。

また、カソード側シール部分８３には、図２および図３に示すように、カソード側拡散層８２よりも上側において、３つの第４開口部８５が、左右方向に並ぶように形成されている。第４開口部８５は、カソード側燃料排出口７５、カソード側冷却媒体排出口７６およびカソード側酸素供給口７７のそれぞれに対応して配置され、カソード側シール部分８３を前後方向に貫通して形成されている。３つの第４開口部８５のそれぞれは、前後方向に投影したときに、対応するカソード側燃料排出口７５、カソード側冷却媒体排出口７６およびカソード側酸素供給口７７のそれぞれと一致する形状およびサイズに形成されている。なお、カソード側燃料排出口７５に対応する第４開口部８５が、燃料排出口の一例として対応し、カソード側酸素供給口７７に対応する第４開口部８５が、酸素供給口の一例として対応する。

そして、３つの第４開口部８５のそれぞれは、図４および図５に示すように、対応するカソード側燃料排出口７５、カソード側冷却媒体排出口７６およびカソード側酸素供給口７７のそれぞれと前後方向に互いに連通するように、対応するカソード側燃料排出口７５、カソード側冷却媒体排出口７６およびカソード側酸素供給口７７の後側に隣接配置されるとともに、３つの第２開口部６９のぞれぞれと前後方向に互いに連通するように、３つの第２開口部６９の前側に隣接配置されている。

このような単位セル４５は、上記し、図４および図５に示すように、前後方向に積層され、セルスタック１０を構成する。

セルスタック１０には、図４Ｂに示すように、各単位セル４５のアノード電極５１に液体燃料を供給するための燃料供給路８８と、各単位セル４５のアノード電極５１から液体燃料を排出するための燃料排出路９０とが形成されている。

燃料供給路８８は、セルスタック１０の右下端部において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、燃料供給路８８は、各単位セル４５のカソード側燃料供給口７２、第３開口部８４、第１開口部６８およびアノード側燃料供給口５５が前後方向に互いに連通することにより形成されている。

燃料排出路９０は、セルスタック１０の左上端部において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、燃料排出路９０は、各単位セル４５のアノード側燃料排出口５８、第２開口部６９、第４開口部８５およびカソード側燃料排出口７５が前後方向に互いに連通することにより形成されている。

また、燃料供給路８８および燃料排出路９０は、各単位セル４５の上下２つの燃料用貫通孔６５および燃料流路６２を介して互いに連通している。

また、セルスタック１０には、図５Ｂに示すように、各単位セル４５のカソード電極５２に酸素を供給するための酸素供給路９１と、各単位セル４５のカソード電極５２から排気するための排気路８９とが形成されている。

酸素供給路９１は、セルスタック１０の右上端部において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、酸素供給路９１は、各単位セル４５のカソード側酸素供給口７７、第４開口部８５、第２開口部６９およびアノード側酸素供給口６０が前後方向に互いに連通することにより形成されている。

排気路８９は、セルスタック１０の左下端部において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、排気路８９は、各単位セル４５のアノード側排気口５７、第１開口部６８、第３開口部８４およびカソード側排気口７４が前後方向に互いに連通することにより形成されている。

また、酸素供給路９１および排気路８９は、各単位セル４５の上下２つの酸素用貫通孔８１および酸素流路７９を介して互いに連通している。

また、セルスタック１０には、図示しないが、各単位セル４５の第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給路と、各単位セル４５の第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８から冷却媒体を排出するための冷却媒体排出路とが形成されている。

冷却媒体供給路（図示せず）は、セルスタック１０の下端部における左右方向中央において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、冷却媒体供給路（図示せず）は、図２および図３に示すように、各単位セル４５のカソード側冷却媒体供給口７３、第３開口部８４、第１開口部６８およびアノード側冷却媒体供給口５６が前後方向に互いに連通することにより形成されている。冷却媒体排出路（図示せず）は、セルスタック１０の上端部における左右方向中央において、前後方向に複数の単位セル４５を貫通（通過）するように形成されている。詳しくは、冷却媒体排出路（図示せず）は、各単位セル４５のアノード側冷却媒体排出口５９、第２開口部６９、第４開口部８５およびカソード側冷却媒体排出口７６が前後方向に互いに連通することにより形成されている。

また、冷却媒体供給路（図示せず）および冷却媒体排出路（図示せず）は、各単位セル４５の第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８を介して互いに連通している。

なお、互いに前後方向に隣接されるアノード側セパレータ本体５３とカソード側セパレータ本体７０との間には、図示しないシール部材が介在されている。シール部材（図示せず）は、少なくとも、アノード側燃料供給口５５およびカソード側燃料供給口７２と、アノード側燃料排出口５８およびカソード側燃料排出口７５と、アノード側酸素供給口６０およびカソード側酸素供給口７７と、アノード側排気口５７およびカソード側排気口７４とを囲むように設けられ、アノード側冷却媒体供給口５６およびアノード側冷却媒体排出口５９による第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８への冷却媒体の通過を許容する。

１対のカバー１１は、正面視略矩形状の略平板形状に形成され、アノード側セパレータ４７およびカソード側セパレータ本体７０のぞれぞれと同一のサイズに形成されている。

また、前側のカバー１１には、図２に示すように、上側部分において、３つの貫通穴９８が形成されており、燃料排出部９７と、冷却媒体排出部９６と、酸素供給部９５とが設けられている。

具体的には、前側のカバー１１の上側部分に形成される貫通穴９８は、左側から右側に向かって順に、燃料排出路９０、冷却媒体排出路（図示せず）および酸素供給路９１のそれぞれに対応して形成され、左右方向に互いに間隔を隔てて形成されている（図４および図５参照）。

また、前側のカバー１１の各貫通穴９８は、正面視略円形状に形成され、カバー１１を前後方向に貫通して形成されている。

燃料排出部９７は、図２および図３に示すように、単位セル４５から燃料を排出させるために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、燃料排出部９７は、図４Ｂに示すように、その後端部が左上側の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が燃料排出路９０の上端部と連通するように、前側のカバー１１の左上側端部に配置されている。

冷却媒体排出部９６は、図２および図３に示すように、単位セル４５から冷却媒体を排出させるために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、冷却媒体排出部９６は、その後端部が上側中央の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が冷却媒体排出路（図示せず）と連通するように、前側のカバー１１の上端部の左右方向中央に配置されている。

酸素供給部９５は、単位セル４５に酸素を供給するために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、酸素供給部９５は、図５Ｂに示すように、その後端部が右上側の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が酸素供給路９１の上端部と連通するように、前側のカバー１１の右上側端部に配置されている。

また、後側のカバー１１には、図３に示すように、下側部分において、３つの貫通穴９８が形成されており、燃料供給部９２と、冷却媒体供給部９３と、排気部９４とが設けられている。

具体的には、後側のカバー１１の下側部分に形成される貫通穴９８は、右側から左側に向かって順に、燃料供給路８８、冷却媒体供給路（図示せず）および排気路８９のそれぞれに対応して形成され、左右方向に互いに間隔を隔てて形成されている（図４および図５参照）。

なお、前側のカバー１１と、それに隣接するカソード側セパレータ本体７０との間には、図示しないシール部材が介在されている。シール部材（図示せず）は、少なくとも、カソード側燃料供給口７２、カソード側排気口７４、カソード側燃料排出口７５およびカソード側酸素供給口７７を囲むように設けられ、カソード側冷却媒体供給口７３による第２冷却媒体流路７８への冷却媒体の通過を許容する。

また、後側のカバー１１の各貫通穴９８は、正面視略円形状に形成され、カバー１１を前後方向に貫通して形成されている。

燃料供給部９２は、単位セル４５に液体燃料を供給するために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、燃料供給部９２は、図４Ｂに示すように、その前端部が右下側の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が燃料供給路８８の下端部と連通するように、後側のカバー１１の右下側端部に配置されている。

冷却媒体供給部９３は、図２および図３に示すように、単位セル４５に冷却媒体を供給するために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、冷却媒体供給部９３は、その前端部が下側中央の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が冷却媒体供給路（図示せず）と連通するように、後側のカバー１１の下端部の左右方向中央に配置されている。

排気部９４は、単位セル４５から酸素を排出させるために設けられ、前後方向に延びる略円筒形状に形成されている。また、排気部９４は、図５Ｂに示すように、その前端部が左下側の貫通穴９８に嵌入されることにより、その内部空間が排気路８９の下端部と連通するように、後側のカバー１１の左下側端部に配置されている。

なお、後側のカバー１１と、それに隣接するアノード側セパレータ本体５３との間には、図示しないシール部材が介在されている。シール部材（図示せず）は、少なくとも、アノード側燃料供給口５５、アノード側排気口５７、アノード側酸素供給口６０およびアノード側燃料排出口５８を囲むように設けられ、アノード側冷却媒体供給口５６による第１冷却媒体流路６３への冷却媒体の通過を許容する。

また、図５Ｂに示すように、燃料電池３の排気路８９には、整流板１００が設けられている。

整流板１００は、アノード側セパレータ４７およびカソード側セパレータ４８とは別部材として構成されており、例えば、エンジニアリングプラスチックなどの絶縁性の樹脂材料から形成されている。

整流板１００は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、排気路８９の左右方向長さ（内寸）と略同一の左右方向長さを有し、排気路８９の前後方向長さ（内寸）と略同一の前後方向長さを有する上面視略矩形状の板状部材として形成されている。整流板１００の厚みは、例えば、１〜１０ｍｍである。

また、整流板１００は、酸素の通過を許容する貫通穴の一例としての整流貫通穴１０１を、整流板１００の長手方向（単位セル４５の積層方向（排気路８９における酸素の流れ方向））に沿って、互いに独立して複数有している。

なお、図５Ｂにおいては、整流貫通穴１０１を省略して示している。

各整流貫通穴１０１は、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、整流板１００の幅方向（左右方向）に沿って延び、整流板１００を厚み方向に貫通する上面視略矩形状のスリットとして形成されている。

このような整流貫通穴１０１は、整流板１００の長手方向（前後方向）前後方向において互いに間隔を隔てるように、複数（図６では８つ）形成されている。また、各整流貫通穴１０１は、例えば、同一形状に形成されており、整流板１００の長手方向（前後方向（排気路８９における酸素の流れ方向））に沿って、不等間隔に形成されている。

なお、各整流貫通穴１０１の間隔（距離）は、図６Ｂに２点鎖線で示されるように、整流貫通穴１０１の幅方向（整流板１００の前後方向）における中心線を基準とする。

より具体的には、各整流貫通穴１０１は、整流板１００の前側（すなわち、排気路８９における酸素の流れ方向上流側）において互いに隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌが比較的狭くなるように、形成されている。

また、各整流貫通穴１０１は、整流板１００の後側（すなわち、排気路８９における酸素の流れ方向下流側）において互いに隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌが比較的広くなるように、形成されている。

好ましくは、各整流貫通穴１０１は、整流板１００の最も前側において互いに隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌが最も狭く、かつ、整流板１００の最も後側において互いに隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌが最も広くなるように、形成されている。

すなわち、この整流板１００では、隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌが酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って大きくなるように、整流貫通穴１０１が形成される。これによって、整流板１００の上面視における開口面積率を、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくできる。

開口面積率とは、整流板１００を所定面積毎に区画した場合の上面視において、各区間の総面積に対する整流貫通穴１０１の面積（合計）の割合である。

例えば、整流板１００を前後方向に沿って等間隔の複数区間（例えば、２〜３０区間、好ましくは、２〜５区間）に区分し、上面視における各区間の総面積に対する整流貫通穴１０１の面積を求めることにより、開口面積率が算出される。

より具体的には、例えば、図６Ｂに破線で示されるように、整流板１００を前後方向に沿って３つの区間Ｓに区分し、整流板１００の前側から後側に向かって、区間Ｓ１、区間Ｓ２および区間Ｓ３と呼称する。

このような整流板１００を、図５Ｂに示されるように、排気路８９に配置すると、区間Ｓ１が酸素の流れ方向における最も上流側に対応し、区間Ｓ２が酸素の流れ方向中流域に対応し、区間Ｓ３が酸素の流れ方向における最も下流側に対応する。

このような整流板１００では、酸素の流れ方向における上流側（前側）の区間Ｓ１では、開口面積率（区間Ｓ１の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ１の総面積）が、下流側（後側）の区間Ｓ３の開口面積率に比べて大きくなっている。

換言すれば、酸素の流れ方向における下流側（後側）の区間Ｓ３では、開口面積率（区間Ｓ３の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ３の総面積）が、上流側（前側）の区間Ｓ１の開口面積率に比べて小さくなっている。

また、酸素の流れ方向における中流域の区間Ｓ２では、開口面積率（区間Ｓ２の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ２の総面積）が、上流側の区間Ｓ１の開口面積率に比べて小さくなっており、かつ、下流側の区間Ｓ３の開口面積率に比べて大きくなっている。

すなわち、整流貫通穴１０１による開口面積率が、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなるように、整流板１００および整流貫通穴１０１が形成されている。

また、このような整流板１００は、図５Ｂが参照されるように、排気路８９を上下方向に分割するように、排気路８９に配置および固定される。これにより、排気路８９において、整流板１００により分割される上側の空間が、整流板１００により分割される下側の空間よりも狭くなる。

また、整流板１００は、整流板１００の前端部が排気路８９の前端部と接触し、整流板１００の後端部が排気路８９の後端部と接触するように配置され、さらに、整流板１００の下面が、排気部９４よりも上側になるように、固定される。

これにより、酸素供給部９５から供給され、酸素流路７９を通過した空気が、整流板１００の整流貫通穴１０１を通過した後に、排気部９４から排出可能とされている。

また、この燃料電池３には、さらに、導電性材料によって形成される図示しない集電板が備えられており、集電板（図示せず）に備えられた端子から燃料電池３で発生した起電力を外部に取り出すことができるように構成されている。

３．発電動作
次いで、電動車両１における発電について説明する。

電動車両１では、図１に示すように、発電動作時において、まず、コントロールユニット３４からの制御信号により、燃料供給弁２１、ガス排出弁２３、空気供給弁２９および空気排出弁３０が開放されるとともに、第１燃料輸送ポンプ１９、第２燃料輸送ポンプ２０および空気供給ポンプ２８が駆動される。

そうすると、燃料タンク１５に貯蔵される液体燃料が、第１燃料輸送ポンプ１９および第２燃料輸送ポンプ２０の駆動により、燃料供給管１７を介して、図４Ｂに示す燃料供給部９２に供給される。また、空気供給ポンプ２８の駆動により、空気供給管２６に電動車両１の外部から酸素、具体的には、空気が取り込まれ、その空気が、空気供給管２６を介して、図５Ｂに示す酸素供給部９５に供給される。

さらに、図示しないが、冷却媒体（例えば、水）が、冷却媒体供給管（図示せず）を介して、冷却媒体供給部９３に供給される。

燃料供給部９２に供給された液体燃料は、図４Ｂに示すように、燃料供給部９２を介して、燃料供給路８８に、燃料方向Ｘ（後側から前側に向かう方向）に沿って供給される。

そして、燃料供給路８８内に供給された液体燃料は、各単位セル４５のカソード側燃料供給口７２を通過し、アノード側燃料供給口５５に到達する。

そうすると、各単位セル４５のそれぞれにおいて、液体燃料は、液体燃料の流圧により、各燃料用貫通孔６５に供給された後、各燃料用貫通孔６５を通過して、各燃料流路６２（燃料流路形成領域Ａ１）の下端部に供給される。また、燃料流路６２に供給された液体燃料は、アノード側拡散層６６の後面と接触しながら、燃料流路６２に沿って上方に向かって移動され、上側の燃料用貫通孔６５に到達する。

そうすると、液体燃料は、各燃料用貫通孔６５を通過し、各アノード側燃料排出口５８に排出され、燃料排出路９０に到達する。

そして、燃料排出路９０に到達した液体燃料は、燃料方向Ｘ（後側から前側に向かう方向）に沿って移動され、各カソード側燃料排出口７５を通過して燃料排出部９７から排出される。

また、酸素供給部９５に供給された空気は、図５Ｂに示すように、酸素供給部９５を介して、酸素供給路９１に、酸素方向Ｙ（前側から後側に向かう方向）に沿って供給される。

そして、酸素供給路９１内に供給された空気は、各単位セル４５のアノード側酸素供給口６０を通過し、カソード側酸素供給口７７に到達する。

そうすると、各単位セル４５のそれぞれにおいて、空気は、各酸素用貫通孔８１に供給された後、各酸素用貫通孔８１を通過して、各酸素流路７９（酸素流路形成領域Ａ３）の上端部に供給される。そして、酸素流路７９に供給された空気は、カソード側拡散層８２の前面と接触しながら、酸素流路７９に沿って下方に向かって移動され、下側の酸素用貫通孔８１に到達する。

そうすると、空気は、各酸素用貫通孔８１を通過し、各カソード側排気口７４に排出され、排気路８９に到達する。

そして、排気路８９に到達した空気の一部は、整流板１００により堰き止められ、空気の残部が、整流板１００の整流貫通穴１０１を通過し、整流板１００の上側から下側へ移動する。

その後、整流貫通穴１０１を通過した空気のみが、整流板１００の下側において、酸素方向Ｙ（前側から後側に向かう方向）に沿って移動され、各アノード側排気口５７を通過して排気部９４から排出される。

このようにして、液体燃料は、燃料流路６２に供給され、アノード側拡散層６６を介して、アノード電極５１に供給される。また、酸素（空気）は、酸素流路７９に供給され、カソード側拡散層８２を介して、カソード電極５２に供給される。

このとき、アノード電極５１およびカソード電極５２において、連続的に電気化学的反応が生じ、燃料電池３では、起電力が生じ発電される。例えば、液体燃料がヒドラジンである場合、各単位セル４５では、下記反応式（１）〜（３）で表される反応が生じ、燃料電池３の発電が行なわれる。
（１） Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ （アノード電極５１での反応）
（２） Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極５２での反応）
（３） Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ （単位セル４５全体での反応）
また、冷却媒体供給部９３に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給部９３を介して、冷却媒体供給路（図示せず）に供給され、さらには、図４Ｂおよび図５Ｂに示すように、第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８に供給される。そして、第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８に供給された冷却媒体は、第１冷却媒体流路６３および第２冷却媒体流路７８を下側から上側に通過した後、冷却媒体排出路（図示せず）に到達し、冷却媒体排出部９６から、燃料電池３外に排出される。これにより、各単位セル４５が、所定の温度（例えば、−３０〜１２０℃）に冷却される。

４．作用・効果
上記したように燃料電池３に酸素を供給し、また、その燃料電池３から酸素を排出させる場合、整流板１００を設けないと、酸素の供給圧力および酸素の排出圧力の圧力差（すなわち、酸素流量）が、酸素の流れ方向上流側の単位セル４５と、酸素の流れ方向下流側の単位セル４５とで大きく異なる場合がある。

図７Ａに、整流板１００を備えない燃料電池３における酸素の供給圧力および酸素の排出圧力を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）構造解析したグラフを示す。また、図７Ｂに、整流板１００を備える燃料電池３における酸素の供給圧力および酸素の排出圧力を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）構造解析したグラフを示す。

図７Ａに示されるように、通常、整流板１００を備えない燃料電池３では、酸素の流れ方向上流側では、単位セル４５に対する酸素の供給圧力が比較的低くなり、また、酸素の流れ方向下流側では、単位セル４５に対する酸素の供給圧力が比較的高くなる。

また、酸素の流れ方向上流側では、単位セル４５からの酸素の排出圧力が比較的高くなり、また、酸素の流れ方向下流側では、単位セル４５からの酸素の排出圧力が比較的低くなる。

このような場合において、各単位セル４５に対する酸素の供給量は、酸素の供給圧力と酸素の排出圧力との圧力差に依存する。

例えば、図７Ａでは、酸素の流れ方向上流側の単位セル４５では、酸素の供給圧力と酸素の排出圧力との圧力差が４９１．７Ｐａであるのに対して、酸素の流れ方向下流側の単位セル４５では、酸素の供給圧力と酸素の排出圧力との圧力差が５４９．６Ｐａであり、それらの間に５７．９Ｐａの差異が生じている。

そのため、酸素の流れ方向上流側の単位セル４５と、酸素の流れ方向下流側の単位セル４５とにおいて、酸素の供給量にばらつきが生じ、発電効率の低下を惹起する場合がある。

また、酸素の供給量が少ない単位セル４５にあわせて、空気供給ポンプ２８の出力を上げて、より高圧で酸素を供給する場合、消費電力が増大して高コスト化する場合がある。

これに対して、上記の燃料電池３では、整流板１００が備えられており、また、整流板１００の整流貫通穴１０１による開口面積率が、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなっている。

そのため、図７Ｂに示されるように、酸素の流れ方向上流側において、酸素の供給圧力を増加させることができ、また、酸素の流れ方向下流側において、酸素の排出圧力を増加させることができる。

具体的には、図７Ｂでは、酸素の流れ方向上流側の単位セル４５では、酸素の供給圧力と酸素の排出圧力との圧力差が５２５．１Ｐａであり、酸素の流れ方向下流側の単位セル４５では、酸素の供給圧力と酸素の排出圧力との圧力差が５４０．０Ｐａであり、それらの差異が１４．９Ｐａに低減されている。

つまり、整流板１００を備える上記の燃料電池３では、各単位セル４５における酸素流量の差異を低減して、酸素流量の均一化を図ることができ、低コスト化および出力向上を図ることができる。

５．変形例
上記した燃料電池３では、排気路８９に整流板１００を備えることにより、各単位セル４５における酸素流量を均一化しているが、例えば、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、排気路８９に代えて、酸素供給路９１に整流板１００を備えることもできる。

このような場合、整流板１００は、整流板１００の前端部が酸素供給路９１の前端部と接触し、整流板１００の後端部が酸素供給路９１の後端部と接触するように配置され、さらに、整流板１００の上面が、酸素供給部９５よりも下側になるように、固定されている。

これにより、酸素供給部９５から供給された空気が、整流板１００の整流貫通穴１０１を通過した後に、酸素流路７９を通過した後に、排気部９４から排出可能とされている。

このような方法でも、酸素の流れ方向上流側において、酸素の供給圧力を増加させることができ、また、酸素の流れ方向下流側において、酸素の排出圧力を増加させることができる。

その結果、上記の燃料電池３では、各単位セル４５における酸素流量を均一化することができ、低コスト化および出力向上を図ることができる。

さらには、図示しないが、排気路８９と酸素供給路９１との両方に、整流板１００を備えることもできる。

効率的に酸素流量を均一化する観点から、好ましくは、少なくとも排気路８９に整流板１００を備える。また、好ましくは、酸素供給路９１に整流板１００を備えることなく、排気路８９に整流板１００を備える。

また、上記した説明では、複数の整流貫通穴１０１の大きさを同じにし、かつ、隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌを酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って大きくすることによって、整流板１００の開口面積率を、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくしている。

しかし、整流板１００の開口面積率を、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくできれば、その方法は特に限定されず、例えば、図９に示されるように、隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌを等間隔にし、かつ、整流貫通穴１０１の大きさを、酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って小さくすることもできる。

このような整流板１００でも、酸素の流れ方向における上流側（前側）の区間Ｓ１では、開口面積率（区間Ｓ１の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ１の総面積）が、下流側（後側）の区間Ｓ３の開口面積率に比べて大きくなっている。

換言すれば、酸素の流れ方向における下流側（後側）の区間Ｓ３では、開口面積率（区間Ｓ３の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ３の総面積）が、上流側（前側）の区間Ｓ１の開口面積率に比べて小さくなっている。

また、酸素の流れ方向における中流域の区間Ｓ２では、開口面積率（区間Ｓ２の整流貫通穴１０１の合計面積／区間Ｓ２の総面積）が、上流側の区間Ｓ１の開口面積率に比べて小さくなっており、かつ、下流側の区間Ｓ３の開口面積率に比べて大きくなっている。

すなわち、整流貫通穴１０１による開口面積率が、酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなるように、整流板１００および整流貫通穴１０１が形成されている。

このような整流板１００を用いても、酸素の流れ方向上流側において、酸素の供給圧力を増加させることができ、また、酸素の流れ方向下流側において、酸素の排出圧力を増加させることができる。

その結果、上記の燃料電池３では、各単位セル４５における酸素流量を均一化することができ、低コスト化および出力向上を図ることができる。

さらには、図示しないが、整流貫通穴１０１の大きさを、酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って小さくし、かつ、隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌを酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って大きくすることもできる。

効率的に酸素流量を均一化する観点から、好ましくは、複数の整流貫通穴１０１の大きさを同じにし、かつ、隣り合う整流貫通穴１０１の間隔Ｌを酸素の流れ方向上流側から下流側へ向かうに従って大きくする。

また、上記した説明では、整流貫通穴１０１をスリット形状としているが、整流貫通穴１０１の形状は、特に制限されず、例えば、円形状、多角形状などであってもよい。

３ 燃料電池
１０ セルスタック
４５ 単位セル
４６ 膜電極接合体
４７ アノード側セパレータ
４８ カソード側セパレータ
８９ 排気路
９１ 酸素供給路
１００ 整流板
１０１ 整流貫通穴

Claims (1)

1. 複数の単位セルが積層されてなる積層構造体を備える燃料電池であって、
   前記複数の単位セルのそれぞれは、
   膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟むように前記単位セルの積層方向に対向配置される１対のセパレータとを備え、
   前記１対のセパレータには、前記単位セルに供給するための酸素が通過する酸素供給口と、前記単位セルから排気するための排気口とが形成され、
   前記積層構造体は、
   前記複数の単位セルが積層されて、複数の前記酸素供給口が前記積層方向に互いに連通することにより形成される酸素供給路と、
   前記複数の単位セルが積層されて、複数の前記排気口が前記積層方向に互いに連通することにより形成される排気路とを有し、
   前記酸素供給路および／または前記排気路には、
   酸素の通過を許容する貫通穴を前記積層方向に沿って互いに独立して複数有する整流板が、前記積層方向に沿って備えられ、
   前記整流板の開口面積率が、前記酸素の流れ方向上流側から下流側に向かうに従って小さくなる
   ことを特徴とする、燃料電池。

Images