JP5082467B2 - 燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータ - Google Patents

燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータ Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータに関する。特に反応ガスの供給および排出に関する。
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給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を直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む積層部材とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。
ここで、スタック構造の燃料電池として、厚さ方向と略垂直な内部流路を有するセパレータを用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。かかる燃料電池では、セパレータの内部流路を用いて電極に反応ガスを供給または排出する。このようなセパレータにおいて、上述の内部流路は、３枚の板部材を積層することにより形成されている。かかる内部流路の一端はセパレータを厚さ方向に貫通する反応ガスマニホールドと連通し、内部流路の他端はセパレータの電極対向面の表面に至る。そして、このような内部流路を介して、反応ガスマニホールドと電極との間で反応ガスの受け渡しが行われる。
特開平５−１０９４１５号公報 特開２００４−６１０４号公報 特開２００１−３２５９６８号公報 特開２００６−２２１９５５号公報
しかしながら、上記従来技術では、略矩形の発電領域の４辺のうち、互いに向かい合う２辺に沿って一方の反応ガス、すなわち、酸化ガスのための内部流路が設けられ、残りの２辺に沿って他方の反応ガス、すなわち、燃料ガスのための内部流路が設けられている。このため、発電領域において、酸化ガスと燃料ガスは、電解質膜の面方向であって互いに交差する方向に流動することとなる。このような反応ガスの流動は、必ずしも発電性能が良いとは限らず、さらに発電性能が良い流動の実現が求められていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の発電性能を向上することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、複数の発電体と複数のセパレータとを備える。前記複数の発電体は、第１の電極と第２の電極を有する。前記複数のセパレータは、一の前記発電体の前記第１の電極と対向する第１の面と、他の前記発電体の前記第２の電極と対向する第２の面と、第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極との間で供給または排出するための第１の反応ガス流路と、第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極との間で供給または排出するための第２の反応ガス流路とを有する。前記第１の反応ガス流路は、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する。前記第２の反応ガス流路は、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第２の面に開口する開口部を有する。前記第１の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部と、前記第２の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部は共に、前記セパレータにおいて、前記積層された際に前記発電体と対向する発電領域の周縁のうちの第１の部分に沿って配置されている。
第１の態様に係る燃料電池によれば、セパレータの内部を通る第１の反応ガスを供給または排出するための流路の開口部と、セパレータの内部を通る第２の反応ガスを供給または排出するための流路の開口部が、両方とも発電領域の同じ部分に沿って配置される。この結果、第１の反応ガスと第２の反応ガスを発電領域において平行に流動させることができる。したがって、内部に反応ガスの供給・排出のための流路を有するセパレータを用いる燃料電池の発電性能を向上することができる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の反応ガス流路は、前記第１の反応ガスを前記第１の電極から排出するための第１の反応ガス排出流路であり、前記セパレータは、さらに、前記第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極に供給するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第１の反応ガス供給流路を有し、前記第１の反応ガス排出流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第１の反応ガス供給流路の開口部は、前記発電領域の周縁のうち、前記第１の部分と前記発電領域を挟んだ反対側に位置する第２の部分に沿って配置されていても良い。こうすれば、第１の反応ガスは、発電領域の周縁の第２の部分から第１の部分に向かって流動し、第２の反応ガスは、第１の部分から、あるいは、第１の部分に向かって流動するので、第１の反応ガスと第２の反応ガスを発電領域において平行に流動させることができ、燃料電池の発電性能を向上することができる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記第２の反応ガス流路は、前記第２の反応ガスを前記第２の電極に供給するための第２の反応ガス供給流路であり、前記セパレータは、さらに、前記第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極から排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第２の反応ガス排出流路を有し、前記第２の反応ガス供給流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第２の反応ガス排出流路の開口部は、前記第２の部分に沿って配置されても良い。こうすれば、第１の反応ガスは、発電領域の周縁の第２の部分から第１の部分に向かって流動し、第２の反応ガスは、第１の部分から第２の部分に向かって流動する。この結果、第１の反応ガスと第２の反応ガスを発電領域において平行、かつ、反対向きに流動させることができる。したがって、燃料電池の発電性能をより向上することができる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略垂直であり、前記第２の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略平行であっても良い。こうすれば、第１の反応ガス流路と、第２の反応ガス流路とを、互いに干渉することなく、セパレータの内部に配置することができる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、複数の前記第１の反応ガス供給流路を備え、複数の前記第１の反応ガス供給流路は、それぞれの圧力損失が等しくなるように構成されても良い。こうすれば、各第１の反応ガス供給流路におけるガス流量を均一かすることができる。この結果、第１の反応ガスの供給が均一化でき、燃料電池の発電能力を向上することができる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、さらに、前記第１の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第１の反応ガスマニホールドと、前記第２の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第２の反応ガスマニホールドと、を備え、前記第２の反応ガス流路は、前記第２の反応ガスマニホールドから離れるに従って流路巾が狭くされていても良く、前記第２の反応ガス流路の開口部は、流路巾と同様に、前記第２の反応ガスマニホールドから離れるに従って流路巾が狭くされていても良い。こうすれば、第２の反応ガス流路における圧力損失を効率良く抑制することができる。
第１の態様に係る燃料電池は、さらに、前記他の発電体の前記第２の電極と前記セパレータの前記第２の面との間に配置され、前記第２の反応ガスが内部を流動する多孔体を備え、前記多孔体の外形は、前記第２の面に形成された前記第２の反応ガス流路の開口部に沿うように形成されていても良い。こうすれば、第２の反応ガスが、第２の反応ガスマニホールドから前記多孔体に流入するまでの圧力損失をより抑制することができる。
第１の態様に係る燃料電池は、前記発電領域の外形は、略矩形であり、前記第１の部分は、前記略矩形の第１の辺の略全長に亘る部分であっても良く、前記セパレータは、さらに、前記第１の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第１の反応ガスマニホールドと、前記第２の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第２の反応ガスマニホールドと、を備え、前記第１の反応ガスマニホールドは、前記発電領域の外側に、前記第１の辺に沿って、前記第１の辺の略全長に亘って配置され、前記第２の反応ガスマニホールドは、前記発電領域の外側に前記第１の辺に隣接する第２の辺に沿って配置されても良い。
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記第１の面を有する第１プレートと、前記第２の面を有する第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、前記第１の反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の中間プレート貫通部と、前記第１プレートを貫通する第１プレート貫通部とによって形成され、前記第２の反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第２の中間プレート貫通部と、前記第２プレートを貫通する第２プレート貫通部とによって形成されても良い。こうすれば、３枚のプレートが積層された簡易な構成で上記セパレータを実現できる。
第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の電極は、カソードであり、前記第２の電極はアノードであり、前記第１の反応ガスは、酸化ガスであり、前記第２の反応ガスは、燃料ガスであっても良い。
本発明の第２の態様は、第１の電極と第２の電極を有する複数の発電体と交互に積層され、燃料電池を構成するセパレータを提供する。第２の態様に係るセパレータは、一の前記発電体の前記第１の電極と対向する第１の面と、他の前記発電体の前記第２の電極と対向する第２の面と、第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極との間で供給または排出するための第１の反応ガス流路と、第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極との間で供給または排出するための第２の反応ガス流路とを有する。前記第１の反応ガス流路は、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する。前記第２の反応ガス流路は、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第２の面に開口する開口部を有する。前記第１の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部と、前記第２の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部は共に、前記セパレータにおいて、前記積層された際に前記発電体と対向する発電領域の周縁のうちの第１の部分に沿って配置されている。
第２の態様に係るセパレータを用いて、燃料電池を構成すれば、第１の態様に係る燃料電池と同様の作用・効果を奏することができる。また、第２の態様に係るセパレータは、第１の態様に係る燃料電池と同様にして種々の態様にて実現され得る。
以下、燃料電池、燃料電池を構成するアッセンブリ、および、燃料電池を構成するシール一体部材について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図１および図２は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。
図１および図２に示すように、燃料電池１００は、複数の発電モジュール２００と、複数のセパレータ６００が交互に積層されたスタック構造を有している。
図１に示すように、燃料電池１００には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
図３および図４を参照しながら、発電モジュール２００の構成について説明する。図３は、発電モジュール２００の正面図（図２における右側から見た図）を示す図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図４においては、発電モジュール２００と共に、積層された燃料電池を構成する際に発電モジュール２００を挟持する２枚のセパレータ６００を図示している。
発電モジュール２００は、積層部材８００と、シール部材７００とから構成されている。
積層部材８００は、図４に示すように、発電体８１０と、アノード側拡散層８２０と、カソード側拡散層８３０と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０と、が積層されて構成されている。積層部材８００の構成する部材８２０〜８５０は、それぞれ、積層方向から見て、後述する発電領域ＤＡと概ね同じ形状を有する板状部材である。
発電体８１０は、本実施例では、一方の面にカソードとしての触媒層が、他方の面にアノードとしての触媒層が塗布されたイオン交換膜である（触媒層の図示は省略）。イオン交換膜は、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湿潤状態において良好なイオン導電性を有する。触媒層は、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。
アノード側拡散層８２０は、発電体８１０のアノード側の面に接して配置され、カソード側拡散層８３０は、発電体８１０のカソード側の面に接して配置される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０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る。
アノード側多孔体８４０は、発電体８１０のアノード側にアノード側拡散層８２０を挟んで配置され、カソード側多孔体８５０は、発電体８１０のカソード側にカソード側拡散層８３０を挟んで配置されている。カソード側多孔体８５０は、発電モジュール２００とセパレータ６００とを積層して燃料電池１００を構成した際に、カソード側に配置されたセパレータ６００の発電領域ＤＡに接触し、アノード側多孔体８４０は、アノード側に配置された他のセパレータ６００の発電領域ＤＡに接触する。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体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。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、上述したアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。
シール部材７００は、積層部材８００の面方向の外周に全周に亘って配置されている。シール部材７００は、金型のキャビティに積層部材８００の外周端部を臨ませて、成形材料を射出成形することによって作製され、これによって積層部材８００の外周端に隙間なく気密に一体化されている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーによって形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。
シール部材７００は、支持部７１０と、支持部７１０の両側に配置され、シールラインを形成するリブ７２０とを備えている。図３、４に示すように、支持部７１０には、図１における各マニホールド１２０〜１６０に対応する貫通孔（マニホールド孔）が形成されている。リブ７２０は、発電モジュール２００とセパレータ６００が積層された際に、隣接するセパレータ６００に密着してセパレータ６００との間をシールし、反応ガス（本実施例では、水素および空気）や冷却水の漏洩を防止する。リブ７２０は、図３に示すように、積層部材８００の全周を囲むシールラインと、個々のマニホールド孔の全周を囲むシールラインとを形成する。
次に、図５〜図８を参照して、セパレータ６００の構成を説明する。セパレータ６００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００から構成されている。
図５〜図７は、実施例におけるカソードプレート４００（図５）、アノードプレート３００（図６）、中間プレート５００（図７）の形状をそれぞれ示す説明図である。図５、図６、図７は、各プレート４００、３００、５００を図２の右側から見た様子を示している。図８は、実施例におけるセパレータの正面図である。図５〜図８において、各プレート３００、４００、５００およびセパレータ６００の中央部に破線で示す領域ＤＡは、セパレータ６００が発電モジュール２００と積層され燃料電池を構成する際に、発電モジュール２００の積層部材８００に含まれる発電体８１０に対向する領域であり、実際に発電が行われる領域（以下、発電領域ＤＡという。）である。発電領域ＤＡは、発電体８１０が矩形であるため、当然に矩形である。発電領域ＤＡの図５〜８における上方の辺Ｓ１を第１の辺と呼び、同様に、右方の辺Ｓ２を第２の辺、下方の辺Ｓ３を第３の辺、左方の辺Ｓ４を第４の辺と、それぞれ呼ぶ。第１の辺Ｓ１と第３の辺Ｓ３とは、互いに向かい合う辺である。同様に、第２の辺Ｓ２と第４の辺Ｓ４とは、互いに向かい合う辺である。また、第１の辺Ｓ１と第２の辺Ｓ２は、互いに隣接する辺である。同様に、第２の辺Ｓ２と第３の辺Ｓ３、第３の辺Ｓ３と第４の辺Ｓ４、第４の辺Ｓ４と第１の辺Ｓ１は、それぞれ、互いに隣接する辺である。
カソードプレート４００は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、カソードプレート４００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、酸化ガス供給スリット４４０と、酸化ガス排出スリット４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット４４０は、略長方形の長孔であり、発電領域ＤＡの内側に第１の辺Ｓ１に沿って配置されている。また、酸化ガス供給スリット４４０は、第１の辺Ｓ１のほぼ全長に亘って配置されている。酸化ガス排出スリット４４４は、酸化ガス供給スリット４４０と同様に略長方形の長孔であり、発電領域ＤＡの内側に第３の辺Ｓ３に沿って配置されている。また、酸化ガス排出スリット４４４は、第３の辺Ｓ３のほぼ全長に亘って形成されている。
アノードプレート３００は、カソードプレート４００と同様に、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、アノードプレート３００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、燃料ガス供給スリット３５０と、燃料ガス排出スリット３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、発電領域ＤＡの内側に第３の辺Ｓ３に沿って、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス排出スリット４４４と重ならないように配置されている。燃料ガス排出スリット３５４は、発電領域ＤＡの内側に第１の辺Ｓ１に沿って、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス供給スリット４４０と重ならないように配置されている。
中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、中間プレート５００を厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出のための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２と、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４と、一つの燃料ガス供給流路形成部５４６と、一つの燃料ガス排出流路形成部５４８を備えている。中間プレート５００は、さらに、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、発電領域ＤＡの外側にそれぞれ設けられている。
各冷却媒体流路形成部５５０は、発電領域ＤＡを図８における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、発電領域ＤＡの外側に至っている。すなわち、各中間プレート５００は、発電領域ＤＡの第２の辺Ｓ２および第４の辺Ｓ４を横切るように形成されている。冷却媒体流路形成部５５０は、図８における上下方向に、所定間隔をあけて並設されている。
複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２２と連通しており、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２とマニホールド形成部５２２は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス供給スリット４４０と重なる位置まで延びている。この結果、セパレータ６００を構成した際に、各酸化ガス供給流路形成部５４２は、それぞれ、酸化ガス供給スリット４４０と連通する。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２は、それぞれ、図７に示すように、同一の形状、すなわち、同一の長さＬおよび同一の巾Ｗを有する長孔形状を有している。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２は、それぞれ、同一の間隔ｔを空けて形成されている。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２は、互いに平行であり、長手方向が発電領域ＤＡの第１の辺Ｓ１に対して略垂直に延びている。
複数の酸化ガス排出流路形成部５４４の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２４と連通しており、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４とマニホールド形成部５２４は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス排出流路形成部５４４の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス排出スリット４４４と重なる位置まで延びている。この結果、セパレータ６００を構成した際に、各酸化ガス排出流路形成部５４４は、それぞれ、酸化ガス排出スリット４４４と連通する。複数の酸化ガス排出流路形成部５４４は、それぞれ、図７に示すように、同一の形状、すなわち、同一の長さＬおよび同一の巾Ｗを有する長孔形状を有している。複数の酸化ガス排出流路形成部５４４は、それぞれ、同一の間隔ｔを空けて形成されている。複数の酸化ガス排出流路形成部５４４は、互いに平行であり、長手方向が発電領域ＤＡの第３の辺Ｓ３に対して略垂直に延びている。
燃料ガス供給流路形成部５４６の一端は、マニホールド形成部５２６と連通している。燃料ガス供給流路形成部５４６は、第２の辺Ｓ２を横切って、上述した酸化ガス排出流路形成部５４４と重ならない位置に、第３の辺Ｓ３に沿って延び、その他端は発電領域ＤＡの第４の辺Ｓ４近くにまで達している。つまり、燃料ガス供給流路形成部５４６は概ね第３の辺Ｓ３の全長に亘って延びている。燃料ガス供給流路形成部５４６のうち、発電領域ＤＡの内側の部分は、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したアノードプレート３００における燃料ガス供給スリット３５０と重なる。この結果、セパレータ６００を構成した際に、燃料ガス供給流路形成部５４６は燃料ガス供給スリット３５０と連通する。
燃料ガス排出流路形成部５４８の一端は、マニホールド形成部５２８と連通している。燃料ガス排出流路形成部５４８は、第４の辺Ｓ４を横切って、上述した酸化ガス供給流路形成部５４２と重ならない位置に、第１の辺Ｓ１に沿って延び、その他端は発電領域ＤＡの第２の辺Ｓ２近くにまで達している。つまり、燃料ガス排出流路形成部５４８は概ね第１の辺Ｓ１の全長に亘って延びている。燃料ガス排出流路形成部５４８のうち、発電領域ＤＡの内側の部分は、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したアノードプレート３００における燃料ガス排出スリット３５４と重なる。この結果、セパレータ６００を構成した際に、燃料ガス排出流路形成部５４８は燃料ガス排出スリット３５４と連通する。
図８には、上述した各プレート３００、４００、５００を用いて作製されたセパレータ６００の正面図が示されている。セパレータ６００は、中間プレート５００をアノードプレート３００およびカソードプレート４００で挟持するように中間プレート５００の両側にそれぞれ接合し、中間プレート５００における冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。この結果、図８においてハッチングで示す貫通部である６つのマニホールド１１０〜１６０と、複数の酸化ガス供給流路６５０と、複数の酸化ガス排出流路６６０と、燃料ガス供給流路６３０と、燃料ガス排出流路６４０と、複数の冷却媒体流路６７０とを備えたセパレータ６００が得られる。
図８に示すように、セパレータ６００において、酸化ガス供給マニホールド１１０は、発電領域ＤＡの外側に、第１の辺Ｓ１に沿って、第１の辺Ｓ１の全長に亘って形成される。セパレータ６００において、酸化ガス排出マニホールド１２０は、発電領域ＤＡの外側に、第３の辺Ｓ３に沿って、第３の辺Ｓ３の全長に亘って形成される。セパレータ６００において、燃料ガス供給マニホールド１３０が、第２の辺Ｓ２うちの下端の一部に沿って形成され、第２の辺Ｓ２うちの残りの部分に沿って、冷却媒体排出マニホールド１６０が形成される。さらに、セパレータ６００において、燃料ガス排出マニホールド１４０が、第４の辺Ｓ４のうちの上端の一部に沿って形成され、第４の辺Ｓ４のうちの残りの部分に沿って、冷却媒体供給マニホールド１５０が形成される。
図８に示すように、複数の酸化ガス供給流路６５０は、それぞれ、上述したカソードプレート４００の酸化ガス供給スリット４４０と、中間プレート５００の酸化ガス供給流路形成部５４２の一つとによって形成される。各酸化ガス供給流路６５０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス供給マニホールド１１０と連通し、他端がカソードプレート４００側の表面（カソード側表面）に至り、カソード側表面に開口する流路である。各酸化ガス供給流路６５０の他端の開口部は、図８から解るように酸化ガス供給スリット４４０に対応する。各酸化ガス供給流路６５０は、それぞれ、同一の形状および大きさを有する。
図８に示すように、複数の酸化ガス排出流路６６０は、上述したカソードプレート４００の酸化ガス排出スリット４４４と、中間プレート５００の酸化ガス排出流路形成部５４４の一つとによって形成される。各酸化ガス排出流路６６０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス排出マニホールド１２０と連通し、他端がカソードプレート４００側のカソード側表面に至り、カソード側表面に開口する流路である。各酸化ガス排出流路６６０の他端の開口部は、図８から解るように酸化ガス排出スリット４４４に対応する。各酸化ガス排出流路６６０は、それぞれ、同一の形状および大きさを有する。
図８に示すように、燃料ガス排出流路６４０は、上述したアノードプレート３００の燃料ガス排出スリット３５４と、中間プレート５００の燃料ガス排出流路形成部５４８とによって形成される。燃料ガス排出流路６４０は、一端が燃料ガス排出マニホールド１４０と連通し、他端がアノードプレート３００側の表面（アノード側表面）に開口する内部流路である。燃料ガス排出流路６４０の他端の開口部は、図８から解るように燃料ガス排出スリット３５４に対応する。
図８に示すように、燃料ガス供給流路６３０は、上述したアノードプレート３００の燃料ガス供給スリット３５０と、中間プレート５００の燃料ガス供給スリット３５０とによって形成される。燃料ガス供給流路６３０は、一端が燃料ガス供給マニホールド１３０と連通し、他端がアノード側表面に開口する内部流路である。燃料ガス供給流路６３０の他端の開口部は、図８から解るように燃料ガス供給スリット３５０に対応する。
図８に示すように、複数の冷却媒体流路６７０は、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図７）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。
以上の説明から解るように、酸化ガス供給流路６５０および酸化ガス排出流路６６０は、発電領域ＤＡにおける流動方向と平行に（第１の辺Ｓ１および第３の辺Ｓ３に対して垂直に）複数配置されるのに対し、燃料ガス排出流路６４０および燃料ガス供給流路６３０は、発電領域ＤＡにおける流動方向と垂直に（第１の辺Ｓ１および第３の辺Ｓ３に対して平行に）一つだけ配置されている。こうすることにより、セパレータの内部で、各流路が干渉しないように、各流路６３０、６４０、６５０、６６０を配置することができる。
・燃料電池の動作
図９を参照して、実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図９は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図９においては、２つの発電モジュール２００と２つのセパレータ６００が積層された様子のみを図示している。図９（ａ）は、図８におけるＢ−Ｂ断面に対応する断面図を示している。図９（ｂ）は、右側の半分が図８におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図８におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示している。
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。
酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図９（ａ）において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路６５０を通って、酸化ガス供給流路６５０のカソード側表面の開口部からカソード側多孔体８５０に供給される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図８において白抜きの矢印で示すように上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路６６０のカソード側表面の開口部から酸化ガス排出流路６６０に流入し、酸化ガス排出流路６６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード側拡散層８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に供される。
燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図９（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１３０から燃料ガス供給流路６３０を通って、燃料ガス供給流路６３０のアノード側表面の開口部からアノード側多孔体８４０に供給される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を図８において黒塗りの矢印で示すように下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路６４０のアノード側表面の開口部から燃料ガス排出流路６４０に流入し、燃料ガス排出流路６４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。アノード側多孔体８４０を流動する燃料ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード側拡散層８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-）に供される。
冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体流路６７０に供給される。冷却媒体流路６７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。
以上説明した本実施例によれば、図８に示すように、酸化ガス供給流路６５０の開口部と、燃料ガス排出流路６４０の開口部が共に、発電領域ＤＡの第１の辺Ｓ１に沿って、第１の辺Ｓ１の全長に亘って配置されている。そして、酸化ガス排出流路６６０の開口部と、燃料ガス供給流路６３０の開口部が共に、発電領域ＤＡの第３の辺Ｓ３に沿って、第３の辺Ｓ３の全長に亘って配置されている。この結果、供給された酸化ガスが発電体８１０の面方向に流動する方向（図８：白抜きの矢印）と、供給された燃料ガスが発電体８１０の面方向に流動する方向（図８：黒塗りの矢印）とを平行にすることができる。そして、燃料ガスの供給側を第３の辺Ｓ３側、酸化ガスの供給側を第１の辺Ｓ１側とすることにより、２つの反応ガスの流動する方向を、平行、かつ、逆向きとすることができる（図８）。このような反応ガスの流し方をカウンターフローと呼ぶこととする。
カウンターフローにて発電を行うと、従来技術のように酸化ガスと燃料ガスの流動方向が直交する流し方（クロスフロー）と比較して、燃料電池の発電性能が向上することが解っている。
さらに、複数の酸化ガス供給流路６５０の形状および寸法をそれぞれ同一にしている。また、複数の酸化ガス排出流路６６０の形状および寸法をそれぞれ同一にしている。従って、各酸化ガス供給流路６５０および酸化ガス排出流路６６０における圧力損失の均一化が図れる。この結果、各酸化ガス供給流路６５０を通ってカソード側多孔体８５０に供給される酸化ガスの流量の均一化が図られる。従って、酸化ガスの供給を発電領域ＤＡ全体に亘り均一化でき、発電性能を向上することができる。
さらに、本実施例では、複数の酸化ガス供給流路６５０をそれぞれ、発電領域ＤＡにおける酸化ガスの流動方向（図８：白抜きの矢印）と平行に、発電領域ＤＡの第１の辺Ｓ１の一端から他端に亘って配列されている。同様にして、複数の酸化ガス排出流路６６０をそれぞれ、発電領域ＤＡにおける酸化ガスの流動方向と平行に、発電領域ＤＡの第３の辺Ｓ３の一端から他端に亘って配列されている。従って、酸化ガスの供給に伴う圧力損失を低く抑えると共に、酸化ガスの発電領域ＤＡへの供給は、より均一化される。
一方、本実施例では、燃料ガス供給流路６３０および燃料ガス排出流路６４０は、それぞれ一つずつである。一つの燃料ガス供給流路６３０を第３の辺Ｓ３に沿って形成し、一つの燃料ガス排出流路６４０を第１の辺Ｓ１に沿って形成することによって、発電領域ＤＡ全体への燃料ガスの供給を行っている。燃料ガスである水素は、酸化ガスである空気中における酸素と比較して拡散速度が速い（拡散速度は、拡散係数および濃度勾配に主として依存する。水素は拡散係数が酸素の約４倍である。また、燃料ガスは、純水素（水素濃度約１００％）を用いるのに対し、酸化ガスは空気（酸素濃度約２０％）を用いる。このため、酸化ガス中の酸素の拡散速度は、燃料ガス中の水素と比較してかなり低いことがわかる。）。このため、一つの燃料ガス供給流路６３０および燃料ガス排出流路６４０により、十分に電池反応に必要な水素が供給可能である。言い換えれば、燃料電池の電気化学反応は、酸素分子の拡散速度が遅いため、一般的に、カソードの３相界面における反応（２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に律速される。従って、酸化ガスの供給性を重視した流路構成とすることが、より電池性能の向上に繋がる。
さらに、複数の酸化ガス供給流路６５０は、発電領域ＤＡの第１の辺Ｓ１に対して、略垂直にされている。この結果、各酸化ガス供給流路６５０は、発電領域ＤＡを囲むシールライン（図３）の下を、シールラインに対して略垂直にトンネルすることになる。この結果、各酸化ガス供給流路６５０の上に位置するシールラインの線長を最小に押さえつつ、各酸化ガス供給流路６５０の流路巾を確保できる。複数の酸化ガス排出流路６６０は、同様に第３の辺Ｓ３に対して、略垂直にされており、シールラインの下をシールラインに対して略垂直にトンネルする。同様に、燃料ガス供給流路６３０は第２の辺Ｓ２に対して、燃料ガス排出流路６４０は第４の辺Ｓ４に対して、それぞれ略垂直にされている。これにより、この結果、燃料ガス供給流路６３０および燃料ガス排出流路６４０はそれぞれシールラインの下をシールラインに対して略垂直にトンネルする。この結果、シールラインにおいて、下に空間が位置する線長を最小に押さえてシール性の悪化を抑制することができる。
Ｂ．変形例：
・第１変形例：
図１０〜図１２を参照して、第１変形例について説明する。図１０は、第１変形例における中間プレート５００ａの形状を示す図である。図１１は、第１変形例におけるアノードプレート３００ａの形状を示す図である。図１２は、第１変形例におけるセパレータ６００ａの正面図である。
第１変形例におけるセパレータ６００ａ（図１２）は、中間プレート５００ａ（図１０）の構成と、アノードプレート３００ａ（図１１）の構成が、実施例におけるセパレータ６００（図８）と異なる。第１変形例におけるセパレータ６００ａのカソードプレートの構成は、実施例におけるカソードプレート４００（図５）と同一であるので、同一の符号を用い、その説明を省略する。
第１変形例における中間プレート５００ａの構成は、燃料ガス供給流路形成部５４６ａと燃料ガス排出流路形成部５４８ａの構成が、実施例における中間プレート５００（図７）の構成と異なる。第１変形例における中間プレート５００ａの燃料ガス供給流路形成部５４６ａは、実施例における中間プレート５００の燃料ガス供給流路形成部５４６と異なり、流路巾が一定でない。第１変形例において、燃料ガス供給流路形成部５４６ａの長手方向の辺のうち、発電領域ＤＡの第３の辺Ｓ３に近い辺は、第３の辺Ｓ３と平行であるが、第３の辺Ｓ３から遠い辺は、第３の辺Ｓ３と平行ではなく、第３の辺Ｓ３に対して傾斜している。この結果、第１変形例における中間プレート５００ａの燃料ガス供給流路形成部５４６ａは、マニホールド形成部５２８と連通する側の端部における巾ｓ１が、反対側の端部における巾ｓ２より広くなっている（図１０）。同様にして、第１変形例における中間プレート５００ａの燃料ガス排出流路形成部５４８ａは、実施例における中間プレート５００の燃料ガス排出流路形成部５４８と異なり、流路巾が一定でない。第１変形例において、燃料ガス排出流路形成部５４８ａの長手方向の辺のうち、発電領域ＤＡの第１の辺Ｓ１に近い辺は、第１の辺Ｓ１と平行であるが、第１の辺Ｓ１から遠い辺は、第１の辺Ｓ１と平行ではなく、第１の辺Ｓ１に対して傾斜している。この結果、第１変形例における中間プレート５００ａの燃料ガス排出流路形成部５４８ａは、マニホールド形成部５２６と連通する側の端部における巾ｓ１が、反対側の端部における巾ｓ２より広くなっている（図１０）。第１変形例における中間プレート５００ａの他の構成は、実施例における中間プレート５００の構成と同一であるので、同一の構成については図１０において、図７と同一の符号を付し、その説明を省略する。
第１変形例におけるアノードプレート３００ａの構成は、燃料ガス供給スリット３５０ａと燃料ガス排出スリット３５４ａの構成が、実施例におけるアノードプレート３００（図６）の構成と異なる。第１変形例におけるアノードプレート３００ａの燃料ガス供給スリット３５０ａの巾は、スリットの巾が上述した燃料ガス供給流路形成部５４６ａのマニホールド形成部５２６と反対側の端部の巾ｓ２と同じにされている（図１１）。燃料ガス排出スリット３５４ａについても同様である。第１変形例におけるアノードプレート３００ａの他の構成は、実施例におけるアノードプレート３００の構成と同一であるので、同一の構成については図１１において、図６と同一の符号を付し、その説明を省略する。
上述したアノードプレート３００ａ（図１１）および中間プレート５００ａ（図１０）と、実施例と同一のカソードプレート４００（図５）とから構成される本変形例におけるセパレータ６００ａは、燃料ガス供給マニホールド１３０に近い側（上流側）ほど流路巾が広く、遠い側（下流側）ほど流路巾が狭くなる燃料ガス供給流路６３０ａを有している。こうすることにより、燃料ガス供給流路６３０ａを通過する際の燃料ガスの圧力損失を抑制することができる。その理由をもう少し詳しく説明する。燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路６３０ａに流入した燃料ガスは、燃料ガス供給流路６３０ａの長孔状の開口部（燃料ガス供給スリット３５０ａ）の各部分を介してアノード側多孔体８４０に供給されていく。したがって、燃料ガス供給流路６３０ａにおいて、燃料ガスの流量は、上流側ほど多く、下流側ほど少なくなる。そうすると、実施例のように燃料ガス供給流路の流路巾が同じ場合には、燃料ガス供給流路における圧力損失は、上流側ほど大きく下流側ほど小さくなるから、本変形例のように燃料ガス供給流路６３０ａの流路巾を上流ほど広く下流ほど狭くすることにより、燃料ガス供給流路６３０ａの流路面積を抑制しつつ圧力損失を抑制することができる。燃料ガス供給流路６３０ａの流路面積は、なるべく狭い方が、セパレータのスペースの有効利用の観点から好ましい。燃料ガス供給流路６３０ａにおける圧力損失を小さくすることにより、長孔状の開口部（燃料ガス供給スリット３５０ａ）のうち、燃料ガス供給マニホールド１３０に近い部分からアノード側多孔体８４０に供給される燃料ガスと、燃料ガス供給マニホールド１３０から遠い部分からアノード側多孔体８４０に供給される燃料ガスとの流量の差分を抑制することができる。この結果、燃料ガスの発電領域ＤＡへの供給は、より均一化される。この結果、燃料電池の発電性能を向上することができる。
さらに、本変形例におけるセパレータ６００ａは、燃料ガス排出マニホールド１４０に近い側（下流側）ほど流路巾が広く、遠い側（上流側）ほど流路巾が狭くなる燃料ガス排出流路６４０ａを有している。こうすることにより、燃料ガス排出流路６４０ａを通過する際の燃料ガスの圧力損失を抑制することができる。その理由について説明する。燃料ガス排出流路６４０ａの長孔状の開口部（燃料ガス排出スリット３５４ａ）の各部分から燃料ガスが燃料ガス排出流路６４０ａに流入する。したがって、燃料ガス排出流路６４０ａにおいて、燃料ガスの流量は、上流側ほど少なく、下流側ほど多くなる。そうすると、実施例のように燃料ガス排出流路の流路巾が同じ場合には、燃料ガス排出流路における圧力損失は、上流側ほど小さく下流側ほど大きくなるから、本変形例のように燃料ガス排出流路６４０ａの流路巾を上流ほど狭く下流ほど広くすることにより、燃料ガス排出流路６４０ａの流路面積を抑制しつつ圧力損失を抑制することができる。この結果、燃料ガスの発電領域ＤＡへの供給は、さらに均一化される。この結果、燃料電池の発電性能をより向上することができる。
・第２変形例：
図１３〜図１４を参照して、第２変形例について説明する。図１３は、第２変形例におけるアノードプレート３００ｂの形状を示す図である。図１４は、第２変形例におけるセパレータ６００ｂの正面図である。
第２変形例におけるセパレータ６００ｂ（図１４）は、アノードプレート３００ｂ（図１３）の構成が、上述した第１変形例におけるセパレータ６００ｂ（図１２）と異なる。また、第２変形例において用いられるアノード側多孔体８４０ｂの形状は、実施例におけるアノード側多孔体８４０と異なる。第２変形例におけるセパレータ６００ｂの中間プレートおよびカソードプレートの構成は、第１変形例と同一であるので、その説明を省略する。
第２変形例におけるアノードプレート３００ｂの構成は、燃料ガス供給スリット３５０ｂと燃料ガス排出スリット３５４ｂの構成が、実施例におけるアノードプレート３００（図６）の構成と異なる。第２変形例におけるアノードプレート３００ｂの燃料ガス供給スリット３５０ｂの巾は、燃料ガス供給マニホールド形成部３２６に近い側の巾が広く、遠い側の巾が狭くされている。同様にして、第２変形例におけるアノードプレート３００ｂの燃料ガス排出スリット３５４ｂの巾は、燃料ガス排出マニホールド形成部３２８に近い側の巾が広く、遠い側の巾が狭くされている。この結果、セパレータ６００ｂを構成した際、アノードプレート３００ｂの燃料ガス供給スリット３５０ｂは、中間プレート５００ａにおける燃料ガス供給流路形成部５４６ａと、発電領域ＤＡの内部においてぴたりと重なる（図１４）。同様にして、アノードプレート３００ｂの燃料ガス排出スリット３５４ｂは、中間プレート５００ａにおける燃料ガス排出流路形成部５４８ａと、発電領域ＤＡの内部においてぴたりと重なる（図１４）。
図１４には、第２変形例において、セパレータ６００ｂを用いて燃料電池を構成する際に用いられるアノード側多孔体８４０ｂの形状が一点波線で示されている。本変形例において用いられるアノード側多孔体８４０ｂの形状は、燃料電池を構成した際に、セパレータ６００ｂのアノード側表面に開口している燃料ガス排出流路６４０ｂの開口部（燃料ガス排出スリット３５４ｂ）および燃料ガス供給流路６３０ｂの開口部（燃料ガス供給スリット３５０ｂ）と、重ならないように設定されている。具体的には、アノード側多孔体８４０ｂの形状は、図１４に示すように、両方の開口部（燃料ガス排出スリット３５４ｂと燃料ガス供給スリット３５０ｂ）の発電領域ＤＡの中央側の辺に沿って、平行四辺形にされている。
本変形例によれば、燃料ガス供給流路６３０ｂは、燃料ガス供給マニホールド１３０から近いほど巾が広く、遠いほど巾が狭い開口部を有している。さらに、当該開口部と積層方向に重ならない形状を有するアノード側多孔体８４０ｂを用いている。これによって、燃料ガスが燃料ガス供給マニホールド１３０からアノード側多孔体８４０の端部に供給されるまでの間に、実施例および第１変形例と比較して大きな空間が形成される。この結果、燃料ガス供給マニホールド１３０からアノード側多孔体８４０の端部まで燃料ガスが流動する際の圧力損失をより低減することができる。この結果、燃料ガスの発電領域ＤＡへの供給をさらに均一化し、燃料電池の発電性能を向上することができる。
同様にして、本変形例では、燃料ガスがアノード側多孔体８４０の他方の端部から燃料ガス排出マニホールド１４０に排出されるまでの間に、実施例および第１変形例と比較して大きな空間が形成される。この結果、アノード側多孔体８４０の端部から燃料ガス排出マニホールド１４０まで燃料ガスが流動する際の圧力損失をより低減することができる。この結果、燃料ガスの発電領域ＤＡへの供給をさらに均一化し、燃料電池の発電性能を向上することができる。
・第３変形例：
上記実施例では、セパレータ６００の表面に開口する内部流路の開口部は、略長孔形状のスリットを用いているが、これに限られない。図１５は、第３変形例におけるカソードプレート４００ｃの形状を示す図である。図１６は、第３変形例におけるアノードプレート３００ｃの形状を示す図である。図１５に示すように、第３変形例におけるカソードプレート４００ｃは、実施例におけるカソードプレート４００の酸化ガス供給スリット４４０に代えて、複数の酸化ガス供給孔４４０ｃを備えている。複数の酸化ガス供給孔４４０ｃは、第１の辺Ｓ１に沿って等間隔で、第１の辺Ｓ１の全長に亘って並んで配置されている。また、第３変形例におけるカソードプレート４００ｃは、実施例におけるカソードプレート４００の酸化ガス排出スリット４４４に代えて、複数の酸化ガス排出孔４４４ｃを備えている。複数の酸化ガス排出孔４４４ｃは、第３の辺Ｓ３に沿って等間隔で、第３の辺Ｓ３の全長に亘って並んで配置されている。同様にして、図１６に示すように、第３変形例におけるアノードプレート３００ｃは、実施例におけるアノードプレート３００の燃料ガス排出スリット３５４に代えて、複数の燃料ガス排出孔３５４ｃを、燃料ガス供給スリット３５０に代えて、複数の燃料ガス供給孔３５０ｃを備えている。複数の燃料ガス排出孔３５４ｃおよび燃料ガス供給孔３５０ｃは、それぞれ、第１の辺Ｓ１および第３の辺Ｓ３に沿って、上述したカソードプレートの酸化ガス排出孔４４４ｃ、酸化ガス供給孔４４０ｃと積層方向に重ならない位置に、それぞれ辺の全長に亘って、並んで配置されている。本変形例におけるセパレータのその他の構成は、実施例におけるセパレータ６００と同一であるので、説明を省略する。本変形例においても、実施例と同様の作用・効果を得られる。
・第４変形例：
上記実施例では、発電領域ＤＡは略矩形形状を有しており、略矩形形状の第１の辺Ｓ１に沿って、燃料ガス排出スリット３５４および酸化ガス供給スリット４４０が配置され、
第３の辺Ｓ３に沿って、燃料ガス供給スリット３５０と酸化ガス排出スリット４４４が配置されている。発電領域の形状は、これに限られず、他の任意の形状とすることができる。かかる場合には、発電領域の任意の形状の周縁のうちの第１の部分に燃料ガス排出スリットおよび酸化ガス供給スリット４４０が配置され、第１の部分と発電領域を挟んで向かい合う第２の部分に燃料ガス供給スリット３５０および酸化ガス排出スリット４４４が配置されればよい。このような場合に、第１の部分と第２の部分と間に、発電領域の全域が含まれることが望ましい。こうすれば、発電領域の全域に亘って、燃料ガスと酸化ガスとを互いに平行かつ反対向きに流動させることができ、燃料電池の発電性能を向上することができる。
・第５変形例：
上記実施例におけるセパレータ６００では、燃料ガス排出マニホールド１４０および燃料ガス排出流路６４０を設けているが、例えば、燃料電池から水素を全く排出しない完全デッドエンド型の燃料電池においては、燃料ガス排出マニホールド１４０および燃料ガス排出流路６４０が省略されても良い。かかる場合であっても、発電による水素の消費に応じて、燃料ガス供給マニホールド１３０および燃料ガス供給流路６３０を介して燃料電池が発電領域ＤＡに供給され、第３の辺Ｓ３側から第１の辺Ｓ１側に向かって流動するので、上述したカウンターフローを実現して、発電性能を向上することができる。
・その他の変形例：
上記各実施例では、積層部材８００の各部材やセパレータ６００の各部材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、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ６００は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
上記各実施例では、セパレータ６００は３層の金属板を積層した構成であり、その発電領域ＤＡに対応する部分が平坦な形状であるとしているが、これに代えて他の任意の形状とすることが可能である。具体的には、発電領域に対応する表面に溝状の反応ガス流路が形成されたセパレータ（例えば、カーボンで作製される）を採用しても良いし、発電領域に対応する部分に反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータ（例えば、金属板をプレス成形して作製される）を採用しても良い。
また、上記実施例では、積層部材８００は、発電体８１０、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０から構成されているが、これに限られない。例えば、反応ガス流路が形成されたセパレータや、反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータを用いる場合には、アノード側およびカソード側多孔体は無くても良い。
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
実施例における燃料電池の構成を示す第１の説明図。 実施例における燃料電池の構成を示す第２の説明図。 発電モジュールの正面図（図２における右側から見た図）を示す図。 図３におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。 実施例におけるカソードプレートの形状を示す説明図。 実施例におけるアノードプレートの形状を示す説明図。 実施例における中間プレートの形状を示す説明図。 実施例におけるセパレータの正面図。 燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図。 第１変形例における中間プレートの形状を示す図。 第１変形例におけるアノードプレートの形状を示す図。 第１変形例におけるセパレータの正面図。 第２変形例におけるアノードプレートの形状を示す図。 第２変形例におけるセパレータの正面図。 第３変形例におけるカソードプレートの形状を示す図。 第３変形例におけるアノードプレートの形状を示す図。
符号の説明
１００…燃料電池
１１０…酸化ガス供給マニホールド
１２０…酸化ガス排出マニホールド
１３０…燃料ガス供給マニホールド
１４０…燃料ガス排出マニホールド
１５０…冷却媒体供給マニホールド
１６０…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
３００、３００ａ、３００ｂ…アノードプレート
３２２〜３３２…マニホールド形成部
３５０、３５０ａ、３５０ｂ…燃料ガス供給スリット
３５４、３５４ａ、３５４ｂ…燃料ガス排出スリット
４００…カソードプレート
４２２〜４３２…マニホールド形成部
４４０…酸化ガス供給スリット
４４４…酸化ガス排出スリット
５００、５００ｂ…中間プレート
５２２〜５３２…マニホールド形成部
５４２…酸化ガス供給流路形成部
５４４…酸化ガス排出流路形成部
５４６、５４６ａ…燃料ガス供給流路形成部
５４８、５４８ａ…燃料ガス排出流路形成部
５５０…冷却媒体流路形成部
６００、６００ａ、６００ｂ…セパレータ
６３０、６３０ａ、６４０ｂ…燃料ガス供給流路
６４０、６４０ａ、６４０ｂ…燃料ガス排出流路
６５０…酸化ガス供給流路
６６０…酸化ガス排出流路
６７０…冷却媒体流路
７００…シール部材
７１０…支持部
７２０…リブ
８００…積層部材
８１０…発電体
８２０…アノード側拡散層
８３０…カソード側拡散層
８４０、８４０ｂ…アノード側多孔体
８５０…カソード側多孔体

Claims (10)

  1. 燃料電池であって、
    第１の電極と第２の電極を有する複数の発電体と、
    前記発電体と交互に積層され、燃料電池を構成する複数のセパレータであって、
    一の前記発電体の前記第１の電極と対向する第１の面と、
    他の前記発電体の前記第２の電極と対向する第２の面と、
    第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極との間で供給または排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第１の反応ガス流路と、
    第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極との間で供給または排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第２の面に開口する開口部を有する第２の反応ガス流路と、を有する前記複数のセパレータと、
    を備え、
    前記第１の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部と、前記第２の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部は共に、前記セパレータにおいて、前記積層された際に前記発電体と対向する発電領域の周縁のうちの第１の部分に沿って配置され、
    前記第１の反応ガス流路は、前記第１の反応ガスを前記第１の電極から排出するための第１の反応ガス排出流路であり、
    前記セパレータは、さらに、前記第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極に供給するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第１の反応ガス供給流路を有し、
    前記第１の反応ガス排出流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第１の反応ガス供給流路の開口部は、前記発電領域の周縁のうち、前記第１の部分と前記発電領域を挟んだ反対側に位置する第２の部分に沿って配置され、
    前記第２の反応ガス流路は、前記第２の反応ガスを前記第２の電極に供給するための第２の反応ガス供給流路であり、
    前記セパレータは、さらに、前記第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極から排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第２の反応ガス排出流路を有し、
    前記第２の反応ガス供給流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第２の反応ガス排出流路の開口部は、前記第２の部分に沿って配置され、
    前記第１の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略垂直であり、
    前記第２の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略平行である、、燃料電池。
  2. 請求項１に記載の燃料電池において、
    前記セパレータは、複数の前記第１の反応ガス供給流路を備え、
    複数の前記第１の反応ガス供給流路は、それぞれの圧力損失が等しくなるように構成されている燃料電池。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池において、
    前記セパレータは、さらに、
    前記第１の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第１の反応ガスマニホールドと、
    前記第２の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第２の反応ガスマニホールドと、
    を備え、
    前記第２の反応ガス流路は、前記第２の反応ガスマニホールドから離れるに従って流路巾が狭くされている、燃料電池。
  4. 請求項３に記載の燃料電池において、
    前記第２の反応ガス流路の開口部は、流路巾と同様に、前記第２の反応ガスマニホールドから離れるに従って流路巾が狭くされている、燃料電池。
  5. 請求項４に記載の燃料電池は、さらに、
    前記他の発電体の前記第２の電極と前記セパレータの前記第２の面との間に配置され、前記第２の反応ガスが内部を流動する多孔体を備え、
    前記多孔体の外形は、前記第２の面に形成された前記第２の反応ガス流路の開口部に沿うように形成されている、燃料電池。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
    前記発電領域の外形は、略矩形であり、
    前記第１の部分は、前記略矩形の第１の辺の略全長に亘る部分である、燃料電池。
  7. 請求項６に記載の燃料電池において、
    前記セパレータは、さらに、
    前記第１の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第１の反応ガスマニホールドと、
    前記第２の反応ガス流路の他端と連通し、前記セパレータを貫通する第２の反応ガスマニホールドと、
    を備え、
    前記第１の反応ガスマニホールドは、前記発電領域の外側に、前記第１の辺に沿って、前記第１の辺の略全長に亘って配置され、
    前記第２の反応ガスマニホールドは、前記発電領域の外側に前記第１の辺に隣接する第２の辺に沿って配置される、燃料電池。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
    前記セパレータは、前記第１の面を有する第１プレートと、前記第２の面を有する第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、
    前記第１の反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の中間プレート貫通部と、前記第１プレートを貫通する第１プレート貫通部とによって形成され、
    前記第２の反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第２の中間プレート貫通部と、前記第２プレートを貫通する第２プレート貫通部とによって形成される、燃料電池。
  9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池において、
    前記第１の電極は、カソードであり、前記第２の電極はアノードであり、
    前記第１の反応ガスは、酸化ガスであり、前記第２の反応ガスは、燃料ガスである、燃料電池。
  10. 第１の電極と第２の電極を有する複数の発電体と交互に積層され、燃料電池を構成するセパレータであって、
    前記積層された際に一の前記発電体の前記第１の電極と対向する第１の面と、
    前記積層された際に他の前記発電体の前記第２の電極と対向する第２の面と、
    第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極との間で供給または排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第１の反応ガス流路と、
    第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極との間で供給または排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第２の面に開口する開口部を有する第２の反応ガス流路と、
    を備え、
    前記第１の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部と、前記第２の反応ガス流路の開口部の少なくとも一部は共に、前記積層された際に前記発電体と対向する発電領域の周縁のうちの第１の部分に沿って配置され、
    前記第１の反応ガス流路は、前記第１の反応ガスを前記第１の電極から排出するための第１の反応ガス排出流路であり、
    前記セパレータは、さらに、前記第１の反応ガスを前記第１の面に対向する前記第１の電極に供給するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第１の反応ガス供給流路を有し、
    前記第１の反応ガス排出流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第１の反応ガス供給流路の開口部は、前記発電領域の周縁のうち、前記第１の部分と前記発電領域を挟んだ反対側に位置する第２の部分に沿って配置され、
    前記第２の反応ガス流路は、前記第２の反応ガスを前記第２の電極に供給するための第２の反応ガス供給流路であり、
    前記セパレータは、さらに、前記第２の反応ガスを前記第２の面に対向する前記第２の電極から排出するための流路であって、前記セパレータの内部を通り、一端に前記第１の面に開口する開口部を有する第２の反応ガス排出流路を有し、
    前記第２の反応ガス供給流路の開口部は、前記第１の部分に沿って配置され、前記第２の反応ガス排出流路の開口部は、前記第２の部分に沿って配置され、
    前記第１の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略垂直であり、
    前記第２の反応ガス流路における流動方向は、前記第１の部分に対して略平行である、
    セパレータ。
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