JP3702848B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体高分子型の燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池のセルは、プロトン伝導性のある高分子膜（電解質膜）の両面に触媒を坦持し、その両面にガス拡散電極を貼り付けた膜と、その片面にアノード側の燃料ガスである水素含有ガスを、もう一方の面にカソード側の酸化剤ガスである酸素含有ガスを流すための流路をそれぞれ溝状に形成したセパレータを設置して挟み込むことにより構成されている。
【０００３】
上記したセパレータ上に形成された反応ガスの流路は種々の条件を満たす必要がある。例えば、水素と酸素を反応させて行う発電反応を効率良く行うために、電極面上に反応ガスを広範に運搬する必要があるが、燃料電池における反応ガスは電極面上で消費されるため、流路の下流側ほどガス流量が少なくなる。従って、電極面上に所望の分布状態で反応ガスを運搬するために反応ガスの流路を適切に設計しなければならない。
【０００４】
また、燃料電池は発電反応に伴って発熱するが、燃料電池の運転状態を適切に保つためには温度を適切な範囲内に制御しなければならない。この温度制御のための熱媒体の一つとして反応ガスを用いる場合には、反応ガスによる熱移動を制御するために反応ガスの流路を適切に設計しなければならない。このような温度制御を目的とした流路を構成した先行技術としては、特開平１１−６７２５８号公報に記載されている。
【０００５】
この先行技術の燃料電池は、セパレータを挟むように配置した複数のセルの積層体からなり、隣接している一方のセルでは、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガス流路の流れ方向とが対向し、他方のセルでは、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガス流路の流れ方向とが並行するように配置することで温度制御している。
【０００６】
さらに、固体高分子型の燃料電池の電解質膜は水分を含有していないとプロトンを伝導しないため、膜が乾燥しないように加湿を行う必要がある。このため、一般的に反応ガスは加湿器で水分が与えられてから燃料電池に供給される。その一方でカソード側では発電反応によって水が生成するため、反応ガスの下流ほどガス中の水分が過剰になる傾向がある。水分は電解質膜中の水分濃度勾配によりアノード側に拡散するため、アノード側でも下流ほど水分が過剰になる傾向がある。この水分を適切にコントロールするために、反応ガスの上流側と下流側を隣接させ、ガス拡散電極層などを介して水分を反応ガスの下流側から上流側に拡散させるなどの手段がとられている。このような水分コントロールを目的とした流路形状の先行技術としては、特開２００１−１２６７４６号公報に記載されている。
【０００７】
この燃料電池は、セパレータに形成したガス供給用マニホールドとガス排出用マニホールドとの間に酸化剤ガスをガス排出用マニホールドに向かって流通させる複数のガス流通路を形成すると共に、各ガス流通路に対して酸化剤ガスのガス流が対向する向きとなるように複数の折り返し部を形成することにより、水分のコントロールを行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、燃料電池の反応ガスの流路にはさまざまな設計要求が存在している。しかしながら、現状の固体高分子型の燃料電池における反応ガスの流路は、平板状のセパレータの電解質膜に対向する側の一面に溝状に掘り込むことで形成されており、同一平面内に反応ガスの入口と出口が存在しなければならない。また、流れが混合しない流路交差部を設けることができないことから、流路形状には一定の制約条件があるという問題を有している。例えば、反応ガス流路を途中で交差しない複数の並列する流路とする場合には、それらの複数の流路は互いに交差しない一筆書き状の形状とする必要がある。
【０００９】
また従来の燃料電池においては、上述した流路設計上の制約と、アノード側とカソード側の反応ガスの混合を避けるためなどの理由から、セパレータを貫通する孔として形成されたマニホールドを除いては、一方のセパレータの電解質膜に接する側の同じ一面には、アノードガスとカソードガスの流路を同時に形成しないように設計されていた。
【００１０】
この制約は燃料電池の本質的な性質のみならず、流路設計上の制約そのものから生まれた制約条件であるが、逆に流路設計そのものを制約する条件ともなっている。
【００１１】
そこで、この発明は、セパレータの電解質膜に接する側の同一面に、アノードガス（燃料ガス）の流路とカソードガス（酸化剤ガス）の流路とを形成することを可能にし、これにより、流路設計の自由度を増大させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の燃料電池は、燃料ガスの流路が形成されたセパレータと、酸化剤ガスの流路が形成されたセパレータとで電解質膜が狭持された燃料電池であって、少なくとも一方の前記セパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方が形成され、前記電解質膜に開口部が形成され、前記一方のセパレータに形成された前記燃料ガスの流路または前記酸化剤ガスの流路が、前記開口部を通じて、前記電解質膜を挟んで対向する他方のセパレータに形成された流路と連通することを特徴とする。
【００１３】
このようにセパレータの同一面に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成することにより、流路設計の自由度を増大させることができる。
【００１５】
また、請求項１の発明では、一方のセパレータの流路から電解質膜の開口部を介してもう一方のセパレータの流路に反応ガスが流入するため、並行した流路が互いに交差しない一筆書き状の形状の流路とする制約条件がなくなると共に、反応ガスの入口及び出口が同一面上に存在しなければならない制約条件がなくなる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池であって、燃料ガスの流路または酸化剤ガスの流路が、入口側マニホールドから複数の流路にガスを分配する分配マニホールドと、前記分配マニホールドから分岐し並列に形成された主流路と、前記主流路の複数の流路から流入したガスを合流させ出口側マニホールドヘと導く合流マニホールドとから構成され、前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成され、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて前記主流路と接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明では、反応ガスの入口と出口の間が並行した流路によって接続されている場合に、設計の自由度が増大する。特に、途中に折り返し部が存在するなどによって反応ガスの入口と出口が接近する場合に対して、自由度が増大する。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２記載の燃料電池であって、前記主流路の終端部から、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて反対側の前記セパレータに形成された前記合流マニホールドにガスが流入することを特徴とする。
【００１９】
一般に、電解質膜に開口部を形成した場合、開口部の周辺では反応ガスの流路の方向が直角に２回変化するため、流路抵抗が大きくなる。これに対し、請求項３の発明では、電極面での反応でガスが消費され、流量が少なくなった主流路の終端部付近に電解質膜の開口部が存在するため、電解質膜の開口部でのガス流れの圧力損失が大きくならない。従って、請求項３の発明では、反応ガスの入口の直後に電解質膜の開口部から主流路に反応ガスが流入する場合に比べて、ガス流れの圧力損失を低くすることができる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項２または３記載の燃料電池であって、並列に形成された複数の前記主流路における隣接する前記主流路の流れ方向が互いに逆向きであることを特徴とする。
【００２１】
一般に、発電反応によって生成した水分は、反応ガスの流路下流側で過剰となる傾向がある。請求項４の発明では、隣接した主流路の流れ方向が逆向きとなっているため、水分がガス拡散層を透過して隣接した主流路の上流側に拡散する。このため、反応面上での加湿水と反応生成水とのバランスを良好に保つことができる。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成されており、前記主流路の末端付近に向けて該主流路と平行に複数の分岐流路が形成され分岐通路が反対側のセパレータ上のマニホールドとつながっていることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明では、主流路の末端付近に向けて主流路と平行に複数の分岐流路を設けているため、反応ガス流通のために形成する電解質膜の開口部を共通した一つの開口部とすることができる。このため、並列する複数の主流路の数と同数開口する必要がなくなり、電解質膜を簡単に作製することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、一方のセパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成したので、セパレータの電解質膜に接する同一面上に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路とを混在させないという制約条件を取り払うことができ、流路設計の自由度が増大する。
【００２５】
また、請求項１の発明によれば、一方のセパレータの流路から電解質膜の開口部を介してもう一方のセパレータの流路に反応ガスが流入するため、流路設計の自由度が増大する。特に、複数の並列する流路とした場合に流路が互いに交差しない一筆書き状の形状でなければならないという制約条件にかかわる流路設計の自由度が増す。また、反応ガスの入口および出口が同一平面状に存在していなければならないという制約条件にかかわる流路設計の自由度も増大する。
【００２６】
請求項２の発明によれば、分配マニホールドと合流マニホールドのいずれかが主流路部と電解質膜を挟んで反対側のセパレータ上に形成され、電解質膜に形成された開口部を通じて主流路部と接続されているため、反応ガスの入口と出口の間が並行した流路によって接続されている場合に、請求項１の発明と同様に流路設計の自由度が増大する。特に、請求項２の発明によれば、途中に折り返し部が存在するなどして反応ガスの入口と出口の部位が接近する場合において設計の自由度が顕著に増大する。
【００２７】
請求項３の発明によれば、主流路の終端部から、電解質膜に形成された開口部を通じて反対側のセパレータ上に形成された合流マニホールドにガスが流入するため、電解質膜の開口部でのガス流れの圧力損失が大きくならない。従って、反応ガスの入口の直後に電解質膜の開口部から主流路に反応ガスが流入する場合に比べて、ガス流れの圧力損失を低くすることができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、隣接した主流路の流れ方向が逆向きとなっているため、水分がガス拡散層を透過して隣接した主流路の上流側に拡散し、反応面上での加湿水と反応生成水とのバランスを良好に保つことができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、主流路の末端付近に向けて主流路と平行に複数の分岐流路を設けているため、反応ガス流通のために形成する電解質膜の開口部を共通した一つの開口部とすることができ、並列する複数の主流路の数と同数開口する必要がなくなる。このため、電解質膜を簡単に作製することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示する実施形態により、具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００３１】
［第１実施形態］
図１〜図３は、この発明の第１実施形態であり、固体高分子型の燃料電池のスタックから１つのセルのみを抜き出して示してある。図１はカソード側セパレータ１及びアノード側セパレータ２を電解質膜側から見た状態を示し、これらのセパレータ１、２は中心線３を中心に紙面を谷折りにするように向き合わされ、図示しない電極電解質複合体（ＭＥＡ）を挟み込むことによりで単セルを形成している。
【００３２】
カソード側セパレータ１には、６本の並列な主流路４が形成されている。セパレータ１を貫通して開口された入口側マニホールド５から酸化剤ガス（空気）が供給され、６本の並列する主流路４に導かれる。主流路４は平行に束ねられた渦巻き形状をなしており、セパレータ１の中央付近に主流路４の終端部６が存在している。
【００３３】
終端部６に到達した空気は平面上では行き場を失うが、この実施形態では紙面に垂直方向に流れの向きを変え、図２に示すような電解質膜１３に形成された開口部としての貫通孔１３ａを通じてアノード側セパレータ２上に形成された合流流路７に流入するようになっている。合流流路７に流入したガスはそのままアノード側セパレータ２上に形成された流路を通り、セパレータ２を貫通して開口された出口側マニホールド８に流れ込み、燃料電池のスタックの外へ排気されるようになっている。
【００３４】
一方、アノード側の流路は、セパレータ２を貫通して開口された入口側マニホールド９から流入し、６本の並列する主流路４ａに分配される。主流路４ａは平行に束ねられたＳ字形状をなしている。そして、これら主流路４ａの終端部は、反応終了後の残留ガスがスタックの外へ排気されるように、セパレータ２を貫通して開口された出口側マニホールド１０に連通している。従来の燃料電池においては、セパレータを貫通するマニホールドを除いては、同じセパレータの電解質に向き合う側の同一平面内にアノードガスとカソードガスの流路を同時に形成することは無いが、この実施形態ではアノードガス（燃料ガス）の流路が形成されたセパレータ２の中央付近にカソードガスの合流流路７が形成されている点が一つの特徴となっている。
【００３５】
各セパレータ１、２には、セパレータに形成された流路とＭＥＡとの間のガス漏れを遮断するためのシール１１、１２が設けられている。シール１１、１２の基本形状はセパレータの輪郭と同じであるが、カソード側セパレータ１においては、通常の燃料電池と同様にカソード側の主流路４及び入り口側マニホールド５と、燃料ガスの入口マニホールド９、出口マニホールド１０とを遮断するためのシール部材１１ａと１１ｂが追加されている。アノード側セパレータのシール１２は、セパレータの輪郭に相当するシール部とカソード側の貫通マニホールドをシールするシール部材１２ａに加え、アノード側セパレータ２に形成された酸化剤ガスの合流流路７をその他のアノード側の流路と隔離するためのシール部材１２ｂが追加されている。
【００３６】
図２はこの実施形態の燃料電池の単セルの断面図であり、図１におけるカソード側セパレータ１のＡ−Ａ線断面と、アノード側セパレータのＢ−Ｂ線断面と、ＭＥＡとを組み合わせた断面状態を示している。
【００３７】
カソード側の入口側マニホールド５から流入したガスは主流路４を流れ、主流路４の終端部６に到達する。終端部６に到達したガスは電解質膜１３に形成された開口部としての貫通孔１３ａを通り、アノード側セパレータ２上に形成されたカソードガスの合流流路７に流入する。
【００３８】
１４、１５は電解質膜１３の表面に担持された触媒層を備えたガス拡散電極である。一般に触媒層を備えたガス拡散電極１４、１５は、電解質膜１３の中央部に矩形に形成されるが、この実施形態の場合は電解質膜１３の両面に酸化剤ガスが存在する部位１６、１７のみに触媒１４とガス拡散電極１５が存在しないようになっている。図３はこの変形したガス拡散電極１４、１５の形状を電解質膜１３からカソード側セパレータ１を見る向きで図示しており、触媒層を備えたガス拡散電極１４は、変形Ｕ字型の外形となって担持されている。
【００３９】
この実施形態では、セパレータ２の電解質膜１３に向き合う同一平面上に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成し、かつ、電解質膜１３に貫通孔１３ａを形成し、この貫通孔１３ａを通じて一方のセパレータ１上の流路から電解質膜１３を挟んで対向する他方のセパレータ２に対してガスを供給するように構成されているため、流路設計の自由度が三次元的に増大している。従って、従来の燃料電池では不可能であった流路の一端が他の流路に囲まれて行き場を失う流路形状が、カソード側の主流路において実現可能となっている。
【００４０】
［第２実施形態］
図４はこの発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、反応ガスの流路が複数の並列する主流路から構成された形態で、かつ、主流路において隣接する主流路の流れ方向が互いに逆方向となっている形態である。なお、図４はカソード側セパレータ２１の流路のみを示しているが、本実施形態ではアノード側とカソード側のガス流路形状は対称形をなしており、アノード側の流路形状は図４の向きが異なっているだけである。
【００４１】
カソード側の反応ガス（空気）はセパレータ２１を貫通する入口側マニホールド２３から供給される。この入口側マニホールド２３は分配マニホールドを兼用しており、主流路２２にガスを分配している。主流路２２は４本の並行したＳ字状の流路から構成されており、その内の２本の主流路２２ａは入口側マニホールド２３と直結しているが、残りの２本の主流路２２ｂは直結していない。
【００４２】
入口側マニホールド２３から主流路２２ａに流入したガスはＳ字状に流れ、ターンマニホールド２４で一旦合流する。その後、残りの２本の主流路２２ｂに流入し、往路側主流路２２ａと逆の経路を通って入口側マニホールド２３付近の終端に到達する。この終端部では、入口側マニホールド２３と往路側主流路２２ａに囲まれるため、復路側主流路２２ｂを流れてきたガスは平面上は行き場を失う。
【００４３】
ここで、ガスは電解質膜に開口した貫通孔を通過してアノード側セパレータに形成された合流マニホールド２５に流れ込み、セパレータを貫通する出口側マニホールド２６を通じて燃料電池のスタックの外へ排出される。
【００４４】
この実施形態においても、第１実施形態と同様に、セパレータの同一平面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成し、しかも電解質膜に開口した貫通孔を通じて反応ガスが一方のセパレータ上の流路からもう一方のセパレータ上の流路に流入するように構成されているため、セパレータの反応ガスの流路設計の自由度が増大しており、復路側主流路の終端部が行き場を失う流路形状を実現している。なお、本実施形態では、アノード側・カソード側の両方のセパレータにおいて、セパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方が形成されており、電解質の開口部（貫通孔）もアノード側・カソード側の流路双方に適用されている。
【００４５】
なお、図４中符号２７はアノード側入口マニホールドであり、対向するアノード側セパレータに燃料を供給するためのマニホールドである。符号２８は、アノード側合流マニホールドであり、図示しない電解質膜を貫通して通過した燃料が合流し、アノード出口側マニホールドへ排出される。
【００４６】
また、本実施形態では、隣接する主流路を流れるガスの方向が反対になっており、これにより流路の上流部と下流部が隣接する構造となっている。従って、発電反応によって生成し下流部において過剰となる水分が、電解質膜表面のガス拡散電極を経由して上流部に拡散し、電解質膜の加湿のために必要な水と反応によって生成する水とのバランスを良好に保つことが可能となる。
【００４７】
この実施形態では電解質膜を貫通してガスを流通させる部位はガス流路の下流に設けられている。これにより、逆方向にガスを流す場合に比べ、電解質を貫通する部位の屈曲流路を流れるガスの量が少なくなるため、圧力損失が小さくなる効果がある。
【００４８】
［第３実施形態］
図５〜図７は、この発明の第３実施形態であり、図５はカソード側セパレータ３１を電解質側から見た状態を示す図、図６は単セルの断面図、図７は分解斜視図である。この実施形態の基本構成は、上記した第２実施形態と同様であるが、複数の主流路３２がＳ字状ではなく平行な直線状となっている点が異なる。
【００４９】
カソード側セパレータ３１を貫通する入口側マニホールド３３から供給されたガスはセパレータを貫通しない溝状の分配マニホールド３４に流入する。分配マニホールド３４は主流路３２ａに対してガスを分配する。
【００５０】
分配マニホールド３４からは、並列する主流路のうち一本おきに形成された往路側主流路３２ａにガスが流入する。往路側主流路３２ａを流れ終えたガスは一旦ターンマニホールド部３５で合流し、往路側主流路３２ａと逆方向に流れる復路側主流路３２ｂに分配される。復路側主流路３２ｂの終端部３６において、ガスは行き場を失い、電解質膜に開口された貫通孔を通じて反対側のアノード側セパレータ４５に形成された合流マニホールド３７に流入する。アノード側セパレータ４５に形成された合流マニホールド３７を流れたガスは、セパレータを貫通する出口側マニホールドからスタックの外へ排出される。なお、電解質膜４６にはガスを流入させるための貫通孔３８が復路側主流路３２ｂの終端部３６と同じ位置に同じ個数（本実施形態では４箇所）開口されている。
【００５１】
この実施形態においてもアノード側のガス流路はカソード側と対象形に形成されており、アノード側の合流マニホールド３９がカソード側の主流路３２ａと同じ面に形成されている。電解質膜４６上の反応面４３はアノード側のターンマニホールド３５とカソード側のターンマニホールドとで挟まれる位置４３に形成される。
【００５２】
シール４０はセパレータの輪郭と同じ形状のシール部材に加え、アノード側のガス流路とカソード側のガス流路を隔てるためのシール部材４１が追加されている。また、反対側のセパレータのシール部材４１に相当するシール部材の圧縮力を受けるために、ブリッジシール４２が付け加えられている。
【００５３】
この実施形態の効果は、第２実施形態の場合と同様である。本実施形態では、同一のセパレータの厚さ方向の異なる位置に合流マニホールドを形成する必要がないのでセパレータの厚さを低減することが可能になる効果と、セパレータの裏面のほぼ全面に冷却水通路４４を設けることが可能になり冷却性が向上するという効果が得られる。なお、セパレータに貫通流路を設ける場合と比較したこの実施形態の効果は、第２実施形態のような流路形状でも同様に得られるものである。
【００５４】
図７は第３実施形態の燃料電池の単セルの構成を示している。カソード側セパレータ３１とアノード側セパレータ４５とが、電解質膜４６と、カソード側のシール部材４７およびアノード側のシール部材４８とを挟み込んで単セルを形成している。
【００５５】
［第４実施形態］
図８及び図９は本発明の第４実施形態を示す。この実施形態では、反応ガスの流路構成は第３実施形態と同様であるが、合流マニホールド付近の流路形状が異なっている。
【００５６】
すなわち、第３実施形態の合流マニホールド３９は単純な矩形をしているが、この実施形態の場合は復路側主流路３２ｂの端部と同じ個数だけ、復路側主流路３２ｂと平行する方向に枝状の分岐流路５１が形成されている。また、分岐流路５１は、反対側のセパレータ上のマニホールドとつながっている。枝状の分岐流路５１を形成したことにより、本実施形態では第３実施形態のように復路側主流路３２ｂの終端部の個数分だけ電解質膜４６に貫通孔を開口する必要がなくなり、全ての復路側主流路３２ｂの終端部に共通する長孔５２を開口するだけで、ガスを反対側セパレータ上の流路に流すことができる。なお、第３実施形態のような合流側マニホールドの形状に対して、このような長孔５２を形成した場合には、長孔５２を通じて往路側主流路３２ａの入口付近と復路側主流路３２ｂとが短絡して、ガスが主流路を流れにくくなる。
【００５７】
すなわち、長孔５２の内、復路側主流路３２ｂの終端部の間に位置する部位５３においては、往路側主流路３２ａの入口付近と復路側主流路３２ｂの出口付近は厳密にはシールされず、電解質膜４６の厚さ分の短絡流路が残存することになる。しかしながら、仮にこの部位をガスが短絡しても、同じ種類のガス同士が混合するため、安全上の問題はない。しかも、短絡部位の厚みが主流路部の厚みに対して極めて小さいために圧力損失が大きく、かつこの薄い短絡部に実際の運転時には水分が浸透してさらに圧力損失が大きくなるため、短絡部が存在していても事実上は問題とならないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のセパレータの展開図である。
【図２】第１実施形態の単セルの断面図である。
【図３】第１実施形態の電解質膜における触媒層とガス拡散電極の形状を示す正面図である。
【図４】第２実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図５】第３実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図６】第３実施形態の単セルの断面図である。
【図７】第３実施形態の分解斜視図である。
【図８】第４実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図９】第４実施形態の単セルの断面図である。
【符号の説明】
１ カソード側セパレータ
２ アノード側セパレータ
４ 主流路
５ 入口側マニホールド
７ 合流路
８ 出口側マニホールド
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体高分子型の燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池のセルは、プロトン伝導性のある高分子膜（電解質膜）の両面に触媒を坦持し、その両面にガス拡散電極を貼り付けた膜と、その片面にアノード側の燃料ガスである水素含有ガスを、もう一方の面にカソード側の酸化剤ガスである酸素含有ガスを流すための流路をそれぞれ溝状に形成したセパレータを設置して挟み込むことにより構成されている。
【０００３】
上記したセパレータ上に形成された反応ガスの流路は種々の条件を満たす必要がある。例えば、水素と酸素を反応させて行う発電反応を効率良く行うために、電極面上に反応ガスを広範に運搬する必要があるが、燃料電池における反応ガスは電極面上で消費されるため、流路の下流側ほどガス流量が少なくなる。従って、電極面上に所望の分布状態で反応ガスを運搬するために反応ガスの流路を適切に設計しなければならない。
【０００４】
また、燃料電池は発電反応に伴って発熱するが、燃料電池の運転状態を適切に保つためには温度を適切な範囲内に制御しなければならない。この温度制御のための熱媒体の一つとして反応ガスを用いる場合には、反応ガスによる熱移動を制御するために反応ガスの流路を適切に設計しなければならない。このような温度制御を目的とした流路を構成した先行技術としては、特開平１１−６７２５８号公報に記載されている。
【０００５】
この先行技術の燃料電池は、セパレータを挟むように配置した複数のセルの積層体からなり、隣接している一方のセルでは、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガス流路の流れ方向とが対向し、他方のセルでは、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガス流路の流れ方向とが並行するように配置することで温度制御している。
【０００６】
さらに、固体高分子型の燃料電池の電解質膜は水分を含有していないとプロトンを伝導しないため、膜が乾燥しないように加湿を行う必要がある。このため、一般的に反応ガスは加湿器で水分が与えられてから燃料電池に供給される。その一方でカソード側では発電反応によって水が生成するため、反応ガスの下流ほどガス中の水分が過剰になる傾向がある。水分は電解質膜中の水分濃度勾配によりアノード側に拡散するため、アノード側でも下流ほど水分が過剰になる傾向がある。この水分を適切にコントロールするために、反応ガスの上流側と下流側を隣接させ、ガス拡散電極層などを介して水分を反応ガスの下流側から上流側に拡散させるなどの手段がとられている。このような水分コントロールを目的とした流路形状の先行技術としては、特開２００１−１２６７４６号公報に記載されている。
【０００７】
この燃料電池は、セパレータに形成したガス供給用マニホールドとガス排出用マニホールドとの間に酸化剤ガスをガス排出用マニホールドに向かって流通させる複数のガス流通路を形成すると共に、各ガス流通路に対して酸化剤ガスのガス流が対向する向きとなるように複数の折り返し部を形成することにより、水分のコントロールを行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、燃料電池の反応ガスの流路にはさまざまな設計要求が存在している。しかしながら、現状の固体高分子型の燃料電池における反応ガスの流路は、平板状のセパレータの電解質膜に対向する側の一面に溝状に掘り込むことで形成されており、同一平面内に反応ガスの入口と出口が存在しなければならない。また、流れが混合しない流路交差部を設けることができないことから、流路形状には一定の制約条件があるという問題を有している。例えば、反応ガス流路を途中で交差しない複数の並列する流路とする場合には、それらの複数の流路は互いに交差しない一筆書き状の形状とする必要がある。
【０００９】
また従来の燃料電池においては、上述した流路設計上の制約と、アノード側とカソード側の反応ガスの混合を避けるためなどの理由から、セパレータを貫通する孔として形成されたマニホールドを除いては、一方のセパレータの電解質膜に接する側の同じ一面には、アノードガスとカソードガスの流路を同時に形成しないように設計されていた。
【００１０】
この制約は燃料電池の本質的な性質のみならず、流路設計上の制約そのものから生まれた制約条件であるが、逆に流路設計そのものを制約する条件ともなっている。
【００１１】
そこで、この発明は、セパレータの電解質膜に接する側の同一面に、アノードガス（燃料ガス）の流路とカソードガス（酸化剤ガス）の流路とを形成することを可能にし、これにより、流路設計の自由度を増大させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の燃料電池は、燃料ガスの流路が形成されたセパレータと、酸化剤ガスの流路が形成されたセパレータとで電解質膜が狭持された燃料電池であって、少なくとも一方の前記セパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方が形成され、前記電解質膜に開口部が形成され、前記一方のセパレータに形成された前記燃料ガスの流路または前記酸化剤ガスの流路が、前記開口部を通じて、前記電解質膜を挟んで対向する他方のセパレータに形成された流路と連通することを特徴とする。
【００１３】
このようにセパレータの同一面に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成することにより、流路設計の自由度を増大させることができる。
【００１５】
また、請求項１の発明では、一方のセパレータの流路から電解質膜の開口部を介してもう一方のセパレータの流路に反応ガスが流入するため、並行した流路が互いに交差しない一筆書き状の形状の流路とする制約条件がなくなると共に、反応ガスの入口及び出口が同一面上に存在しなければならない制約条件がなくなる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池であって、燃料ガスの流路または酸化剤ガスの流路が、入口側マニホールドから複数の流路にガスを分配する分配マニホールドと、前記分配マニホールドから分岐し並列に形成された主流路と、前記主流路の複数の流路から流入したガスを合流させ出口側マニホールドヘと導く合流マニホールドとから構成され、前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成され、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて前記主流路と接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明では、反応ガスの入口と出口の間が並行した流路によって接続されている場合に、設計の自由度が増大する。特に、途中に折り返し部が存在するなどによって反応ガスの入口と出口が接近する場合に対して、自由度が増大する。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２記載の燃料電池であって、前記主流路の終端部から、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて反対側の前記セパレータに形成された前記合流マニホールドにガスが流入することを特徴とする。
【００１９】
一般に、電解質膜に開口部を形成した場合、開口部の周辺では反応ガスの流路の方向が直角に２回変化するため、流路抵抗が大きくなる。これに対し、請求項３の発明では、電極面での反応でガスが消費され、流量が少なくなった主流路の終端部付近に電解質膜の開口部が存在するため、電解質膜の開口部でのガス流れの圧力損失が大きくならない。従って、請求項３の発明では、反応ガスの入口の直後に電解質膜の開口部から主流路に反応ガスが流入する場合に比べて、ガス流れの圧力損失を低くすることができる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項２または３記載の燃料電池であって、並列に形成された複数の前記主流路における隣接する前記主流路の流れ方向が互いに逆向きであることを特徴とする。
【００２１】
一般に、発電反応によって生成した水分は、反応ガスの流路下流側で過剰となる傾向がある。請求項４の発明では、隣接した主流路の流れ方向が逆向きとなっているため、水分がガス拡散層を透過して隣接した主流路の上流側に拡散する。このため、反応面上での加湿水と反応生成水とのバランスを良好に保つことができる。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成されており、前記主流路の末端付近に向けて該主流路と平行に複数の分岐流路が形成され分岐通路が反対側のセパレータ上のマニホールドとつながっていることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明では、主流路の末端付近に向けて主流路と平行に複数の分岐流路を設けているため、反応ガス流通のために形成する電解質膜の開口部を共通した一つの開口部とすることができる。このため、並列する複数の主流路の数と同数開口する必要がなくなり、電解質膜を簡単に作製することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、一方のセパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成したので、セパレータの電解質膜に接する同一面上に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路とを混在させないという制約条件を取り払うことができ、流路設計の自由度が増大する。
【００２５】
また、請求項１の発明によれば、一方のセパレータの流路から電解質膜の開口部を介してもう一方のセパレータの流路に反応ガスが流入するため、流路設計の自由度が増大する。特に、複数の並列する流路とした場合に流路が互いに交差しない一筆書き状の形状でなければならないという制約条件にかかわる流路設計の自由度が増す。また、反応ガスの入口および出口が同一平面状に存在していなければならないという制約条件にかかわる流路設計の自由度も増大する。
【００２６】
請求項２の発明によれば、分配マニホールドと合流マニホールドのいずれかが主流路部と電解質膜を挟んで反対側のセパレータ上に形成され、電解質膜に形成された開口部を通じて主流路部と接続されているため、反応ガスの入口と出口の間が並行した流路によって接続されている場合に、請求項１の発明と同様に流路設計の自由度が増大する。特に、請求項２の発明によれば、途中に折り返し部が存在するなどして反応ガスの入口と出口の部位が接近する場合において設計の自由度が顕著に増大する。
【００２７】
請求項３の発明によれば、主流路の終端部から、電解質膜に形成された開口部を通じて反対側のセパレータ上に形成された合流マニホールドにガスが流入するため、電解質膜の開口部でのガス流れの圧力損失が大きくならない。従って、反応ガスの入口の直後に電解質膜の開口部から主流路に反応ガスが流入する場合に比べて、ガス流れの圧力損失を低くすることができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、隣接した主流路の流れ方向が逆向きとなっているため、水分がガス拡散層を透過して隣接した主流路の上流側に拡散し、反応面上での加湿水と反応生成水とのバランスを良好に保つことができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、主流路の末端付近に向けて主流路と平行に複数の分岐流路を設けているため、反応ガス流通のために形成する電解質膜の開口部を共通した一つの開口部とすることができ、並列する複数の主流路の数と同数開口する必要がなくなる。このため、電解質膜を簡単に作製することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示する実施形態により、具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００３１】
［第１実施形態］
図１〜図３は、この発明の第１実施形態であり、固体高分子型の燃料電池のスタックから１つのセルのみを抜き出して示してある。図１はカソード側セパレータ１及びアノード側セパレータ２を電解質膜側から見た状態を示し、これらのセパレータ１、２は中心線３を中心に紙面を谷折りにするように向き合わされ、図示しない電極電解質複合体（ＭＥＡ）を挟み込むことによりで単セルを形成している。
【００３２】
カソード側セパレータ１には、６本の並列な主流路４が形成されている。セパレータ１を貫通して開口された入口側マニホールド５から酸化剤ガス（空気）が供給され、６本の並列する主流路４に導かれる。主流路４は平行に束ねられた渦巻き形状をなしており、セパレータ１の中央付近に主流路４の終端部６が存在している。
【００３３】
終端部６に到達した空気は平面上では行き場を失うが、この実施形態では紙面に垂直方向に流れの向きを変え、図２に示すような電解質膜１３に形成された開口部としての貫通孔１３ａを通じてアノード側セパレータ２上に形成された合流流路７に流入するようになっている。合流流路７に流入したガスはそのままアノード側セパレータ２上に形成された流路を通り、セパレータ２を貫通して開口された出口側マニホールド８に流れ込み、燃料電池のスタックの外へ排気されるようになっている。
【００３４】
一方、アノード側の流路は、セパレータ２を貫通して開口された入口側マニホールド９から流入し、６本の並列する主流路４ａに分配される。主流路４ａは平行に束ねられたＳ字形状をなしている。そして、これら主流路４ａの終端部は、反応終了後の残留ガスがスタックの外へ排気されるように、セパレータ２を貫通して開口された出口側マニホールド１０に連通している。従来の燃料電池においては、セパレータを貫通するマニホールドを除いては、同じセパレータの電解質に向き合う側の同一平面内にアノードガスとカソードガスの流路を同時に形成することは無いが、この実施形態ではアノードガス（燃料ガス）の流路が形成されたセパレータ２の中央付近にカソードガスの合流流路７が形成されている点が一つの特徴となっている。
【００３５】
各セパレータ１、２には、セパレータに形成された流路とＭＥＡとの間のガス漏れを遮断するためのシール１１、１２が設けられている。シール１１、１２の基本形状はセパレータの輪郭と同じであるが、カソード側セパレータ１においては、通常の燃料電池と同様にカソード側の主流路４及び入り口側マニホールド５と、燃料ガスの入口マニホールド９、出口マニホールド１０とを遮断するためのシール部材１１ａと１１ｂが追加されている。アノード側セパレータのシール１２は、セパレータの輪郭に相当するシール部とカソード側の貫通マニホールドをシールするシール部材１２ａに加え、アノード側セパレータ２に形成された酸化剤ガスの合流流路７をその他のアノード側の流路と隔離するためのシール部材１２ｂが追加されている。
【００３６】
図２はこの実施形態の燃料電池の単セルの断面図であり、図１におけるカソード側セパレータ１のＡ−Ａ線断面と、アノード側セパレータのＢ−Ｂ線断面と、ＭＥＡとを組み合わせた断面状態を示している。
【００３７】
カソード側の入口側マニホールド５から流入したガスは主流路４を流れ、主流路４の終端部６に到達する。終端部６に到達したガスは電解質膜１３に形成された開口部としての貫通孔１３ａを通り、アノード側セパレータ２上に形成されたカソードガスの合流流路７に流入する。
【００３８】
１４、１５は電解質膜１３の表面に担持された触媒層を備えたガス拡散電極である。一般に触媒層を備えたガス拡散電極１４、１５は、電解質膜１３の中央部に矩形に形成されるが、この実施形態の場合は電解質膜１３の両面に酸化剤ガスが存在する部位１６、１７のみに触媒１４とガス拡散電極１５が存在しないようになっている。図３はこの変形したガス拡散電極１４、１５の形状を電解質膜１３からカソード側セパレータ１を見る向きで図示しており、触媒層を備えたガス拡散電極１４は、変形Ｕ字型の外形となって担持されている。
【００３９】
この実施形態では、セパレータ２の電解質膜１３に向き合う同一平面上に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成し、かつ、電解質膜１３に貫通孔１３ａを形成し、この貫通孔１３ａを通じて一方のセパレータ１上の流路から電解質膜１３を挟んで対向する他方のセパレータ２に対してガスを供給するように構成されているため、流路設計の自由度が三次元的に増大している。従って、従来の燃料電池では不可能であった流路の一端が他の流路に囲まれて行き場を失う流路形状が、カソード側の主流路において実現可能となっている。
【００４０】
［第２実施形態］
図４はこの発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、反応ガスの流路が複数の並列する主流路から構成された形態で、かつ、主流路において隣接する主流路の流れ方向が互いに逆方向となっている形態である。なお、図４はカソード側セパレータ２１の流路のみを示しているが、本実施形態ではアノード側とカソード側のガス流路形状は対称形をなしており、アノード側の流路形状は図４の向きが異なっているだけである。
【００４１】
カソード側の反応ガス（空気）はセパレータ２１を貫通する入口側マニホールド２３から供給される。この入口側マニホールド２３は分配マニホールドを兼用しており、主流路２２にガスを分配している。主流路２２は４本の並行したＳ字状の流路から構成されており、その内の２本の主流路２２ａは入口側マニホールド２３と直結しているが、残りの２本の主流路２２ｂは直結していない。
【００４２】
入口側マニホールド２３から主流路２２ａに流入したガスはＳ字状に流れ、ターンマニホールド２４で一旦合流する。その後、残りの２本の主流路２２ｂに流入し、往路側主流路２２ａと逆の経路を通って入口側マニホールド２３付近の終端に到達する。この終端部では、入口側マニホールド２３と往路側主流路２２ａに囲まれるため、復路側主流路２２ｂを流れてきたガスは平面上は行き場を失う。
【００４３】
ここで、ガスは電解質膜に開口した貫通孔を通過してアノード側セパレータに形成された合流マニホールド２５に流れ込み、セパレータを貫通する出口側マニホールド２６を通じて燃料電池のスタックの外へ排出される。
【００４４】
この実施形態においても、第１実施形態と同様に、セパレータの同一平面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方を形成し、しかも電解質膜に開口した貫通孔を通じて反応ガスが一方のセパレータ上の流路からもう一方のセパレータ上の流路に流入するように構成されているため、セパレータの反応ガスの流路設計の自由度が増大しており、復路側主流路の終端部が行き場を失う流路形状を実現している。なお、本実施形態では、アノード側・カソード側の両方のセパレータにおいて、セパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方が形成されており、電解質の開口部（貫通孔）もアノード側・カソード側の流路双方に適用されている。
【００４５】
なお、図４中符号２７はアノード側入口マニホールドであり、対向するアノード側セパレータに燃料を供給するためのマニホールドである。符号２８は、アノード側合流マニホールドであり、図示しない電解質膜を貫通して通過した燃料が合流し、アノード出口側マニホールドへ排出される。
【００４６】
また、本実施形態では、隣接する主流路を流れるガスの方向が反対になっており、これにより流路の上流部と下流部が隣接する構造となっている。従って、発電反応によって生成し下流部において過剰となる水分が、電解質膜表面のガス拡散電極を経由して上流部に拡散し、電解質膜の加湿のために必要な水と反応によって生成する水とのバランスを良好に保つことが可能となる。
【００４７】
この実施形態では電解質膜を貫通してガスを流通させる部位はガス流路の下流に設けられている。これにより、逆方向にガスを流す場合に比べ、電解質を貫通する部位の屈曲流路を流れるガスの量が少なくなるため、圧力損失が小さくなる効果がある。
【００４８】
［第３実施形態］
図５〜図７は、この発明の第３実施形態であり、図５はカソード側セパレータ３１を電解質側から見た状態を示す図、図６は単セルの断面図、図７は分解斜視図である。この実施形態の基本構成は、上記した第２実施形態と同様であるが、複数の主流路３２がＳ字状ではなく平行な直線状となっている点が異なる。
【００４９】
カソード側セパレータ３１を貫通する入口側マニホールド３３から供給されたガスはセパレータを貫通しない溝状の分配マニホールド３４に流入する。分配マニホールド３４は主流路３２ａに対してガスを分配する。
【００５０】
分配マニホールド３４からは、並列する主流路のうち一本おきに形成された往路側主流路３２ａにガスが流入する。往路側主流路３２ａを流れ終えたガスは一旦ターンマニホールド部３５で合流し、往路側主流路３２ａと逆方向に流れる復路側主流路３２ｂに分配される。復路側主流路３２ｂの終端部３６において、ガスは行き場を失い、電解質膜に開口された貫通孔を通じて反対側のアノード側セパレータ４５に形成された合流マニホールド３７に流入する。アノード側セパレータ４５に形成された合流マニホールド３７を流れたガスは、セパレータを貫通する出口側マニホールドからスタックの外へ排出される。なお、電解質膜４６にはガスを流入させるための貫通孔３８が復路側主流路３２ｂの終端部３６と同じ位置に同じ個数（本実施形態では４箇所）開口されている。
【００５１】
この実施形態においてもアノード側のガス流路はカソード側と対象形に形成されており、アノード側の合流マニホールド３９がカソード側の主流路３２ａと同じ面に形成されている。電解質膜４６上の反応面４３はアノード側のターンマニホールド３５とカソード側のターンマニホールドとで挟まれる位置４３に形成される。
【００５２】
シール４０はセパレータの輪郭と同じ形状のシール部材に加え、アノード側のガス流路とカソード側のガス流路を隔てるためのシール部材４１が追加されている。また、反対側のセパレータのシール部材４１に相当するシール部材の圧縮力を受けるために、ブリッジシール４２が付け加えられている。
【００５３】
この実施形態の効果は、第２実施形態の場合と同様である。本実施形態では、同一のセパレータの厚さ方向の異なる位置に合流マニホールドを形成する必要がないのでセパレータの厚さを低減することが可能になる効果と、セパレータの裏面のほぼ全面に冷却水通路４４を設けることが可能になり冷却性が向上するという効果が得られる。なお、セパレータに貫通流路を設ける場合と比較したこの実施形態の効果は、第２実施形態のような流路形状でも同様に得られるものである。
【００５４】
図７は第３実施形態の燃料電池の単セルの構成を示している。カソード側セパレータ３１とアノード側セパレータ４５とが、電解質膜４６と、カソード側のシール部材４７およびアノード側のシール部材４８とを挟み込んで単セルを形成している。
【００５５】
［第４実施形態］
図８及び図９は本発明の第４実施形態を示す。この実施形態では、反応ガスの流路構成は第３実施形態と同様であるが、合流マニホールド付近の流路形状が異なっている。
【００５６】
すなわち、第３実施形態の合流マニホールド３９は単純な矩形をしているが、この実施形態の場合は復路側主流路３２ｂの端部と同じ個数だけ、復路側主流路３２ｂと平行する方向に枝状の分岐流路５１が形成されている。また、分岐流路５１は、反対側のセパレータ上のマニホールドとつながっている。枝状の分岐流路５１を形成したことにより、本実施形態では第３実施形態のように復路側主流路３２ｂの終端部の個数分だけ電解質膜４６に貫通孔を開口する必要がなくなり、全ての復路側主流路３２ｂの終端部に共通する長孔５２を開口するだけで、ガスを反対側セパレータ上の流路に流すことができる。なお、第３実施形態のような合流側マニホールドの形状に対して、このような長孔５２を形成した場合には、長孔５２を通じて往路側主流路３２ａの入口付近と復路側主流路３２ｂとが短絡して、ガスが主流路を流れにくくなる。
【００５７】
すなわち、長孔５２の内、復路側主流路３２ｂの終端部の間に位置する部位５３においては、往路側主流路３２ａの入口付近と復路側主流路３２ｂの出口付近は厳密にはシールされず、電解質膜４６の厚さ分の短絡流路が残存することになる。しかしながら、仮にこの部位をガスが短絡しても、同じ種類のガス同士が混合するため、安全上の問題はない。しかも、短絡部位の厚みが主流路部の厚みに対して極めて小さいために圧力損失が大きく、かつこの薄い短絡部に実際の運転時には水分が浸透してさらに圧力損失が大きくなるため、短絡部が存在していても事実上は問題とならないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のセパレータの展開図である。
【図２】第１実施形態の単セルの断面図である。
【図３】第１実施形態の電解質膜における触媒層とガス拡散電極の形状を示す正面図である。
【図４】第２実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図５】第３実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図６】第３実施形態の単セルの断面図である。
【図７】第３実施形態の分解斜視図である。
【図８】第４実施形態のカソード側セパレータの正面図である。
【図９】第４実施形態の単セルの断面図である。
【符号の説明】
１ カソード側セパレータ
２ アノード側セパレータ
４ 主流路
５ 入口側マニホールド
７ 合流路
８ 出口側マニホールド
Claims (5)
- 燃料ガスの流路が形成されたセパレータと、酸化剤ガスの流路が形成されたセパレータとで電解質膜が狭持された燃料電池であって、
少なくとも一方の前記セパレータの同一面内に燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路の両方が形成され、前記電解質膜に開口部が形成され、前記一方のセパレータに形成された前記燃料ガスの流路または前記酸化剤ガスの流路が、前記開口部を通じて、前記電解質膜を挟んで対向する他方のセパレータに形成された流路と連通することを特徴とする燃料電池。 - 燃料ガスの流路または酸化剤ガスの流路が、入口側マニホールドから複数の流路にガスを分配する分配マニホールドと、前記分配マニホールドから分岐し並列に形成された主流路と、前記主流路の複数の流路から流入したガスを合流させ出口側マニホールドヘと導く合流マニホールドとから構成され、前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成され、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて前記主流路と接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
- 前記主流路の終端部から、前記電解質膜に形成された前記開口部を通じて反対側の前記セパレータに形成された前記合流マニホールドにガスが流入することを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
- 並列に形成された複数の前記主流路における隣接する前記主流路の流れ方向が互いに逆向きであることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池。
- 前記分配マニホールドと前記合流マニホールドのいずれかが前記主流路と前記電解質膜を挟んで反対側の前記セパレータに形成されており、前記主流路の末端付近に向けて該主流路と平行に複数の分岐流路が形成され分岐通路が反対側のセパレータ上のマニホールドとつながっていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
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