JP5189269B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、発電セルが積層された積層体を備える燃料電池に関する。

燃料電池においては、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）を含む発電セルを複数積層することで積層体を構成している。各発電セルにおいては、燃料ガス及び酸化剤ガスがアノード電極及びカソード電極にそれぞれ供給されることで、電気化学反応が行われ、発電が行われる。電気化学反応の際には、電気エネルギーが生成されるだけでなく熱エネルギーも発生するため、互いに隣接する発電セル間に形成された冷却水流路に冷却水を流すことで、各発電セルの冷却を行っている。

ただし、各発電セルの冷却の際には、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起されやすい発電セルが存在する。例えば、積層体の積層方向端部付近に位置する発電セルについては、電力取り出し用のターミナル電極（集電板）や、積層された発電セルを保持するために設けられたエンドプレート等からの放熱が多いため、温度低下が生じやすくなる。温度低下が生じた発電セルは、水蒸気の凝縮による結露が発生しやすいため、発電性能の低下を招きやすくなる。

下記特許文献１には、積層体の積層方向端部に断熱層やヒータを設ける構成が開示されている。特許文献１においては、この断熱層やヒータによって、積層体の積層方向端部付近に位置する発電セルの温度低下の抑制を図っている。

その他にも、下記特許文献２〜１３による燃料電池が開示されている。

特開平８−３０６３８０号公報 特開平５−１９０１９３号公報 特開平８−３２１３１４号公報 特開２００３−４５４５１号公報 特開２００２−３１３３８６号公報 特開平９−９２３２２号公報 特開２００５−１９７１５０号公報 特開２００１−５７２１８号公報 特開２００１−３５７８６９号公報 特開２００５−１９２２３号公報 特開２００５−２０３３１３号公報 特開２００３−３３８３０５号公報 特開２００５−１６６３０４号公報

特許文献１においては、積層体の積層方向端部に断熱層やヒータを設けることで、積層体の積層方向端部付近に位置する発電セルの温度低下の抑制を図っている。しかし、単に発電セルの温度低下を抑制するだけでは、発電セルにおいて水蒸気が凝縮するのを十分に抑制することが困難であり、発電セルの発電性能の低下を十分に抑制することが困難である。

本発明は、発電セルの発電性能の低下を十分に抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る燃料電池は、３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、複数箇所に配設された冷媒流路は、アノード電極とカソード電極との放熱能力差が前記積層方向位置に応じて異なるように放熱を行うためのものであり、複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間、または当該冷媒流路と当該カソード電極との間に断熱層が配設されていることで、当該アノード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力が、当該カソード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力と異なることを要旨とする。

また、本発明に係る燃料電池は、３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間、または当該冷媒流路と当該カソード電極との間に断熱層が配設されていることで、当該アノード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力が、当該カソード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力と異なることを要旨とする。

本発明の一態様では、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路は、前記積層方向に関する積層体の端部付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設されていることが好適である。

本発明の一態様では、前記積層方向に関する断熱層の変形を制限するための変形制限手段が設けられていることが好適である。この態様では、前記積層方向に関して断熱層を挟持する第１及び第２セパレータが配設されており、変形制限手段は、第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、変形制限手段は、第１セパレータに設けられ且つ第２セパレータ側へ突出する突出部を含むことが好適である。この態様では、断熱層における突出部と第２セパレータとの間に挟持された部分は、断熱層における他の部分に比べて剛性が高いことが好適である。

本発明の一態様では、変形制限手段は、第１セパレータに設けられ且つ第２セパレータ側へ突出する第１突出部と、第２セパレータに設けられ且つ前記積層方向に関して第１突出部と対向して第１セパレータ側へ突出する第２突出部と、を含むことが好適である。この態様では、断熱層における第１突出部と第２突出部との間に挟持された部分は、断熱層における他の部分に比べて剛性が高いことが好適である。

また、本発明に係る燃料電池は、３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路は、互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極を冷却するための冷媒が流れるアノード側冷媒流路と、他方のカソード電極を冷却するための冷媒が流れるカソード側冷媒流路と、を含み、カソード側冷媒流路の断面積がアノード側冷媒流路の断面積と異なり、アノード側冷媒流路とカソード側冷媒流路との間に断熱層が配設されていることを要旨とする。本発明の一態様では、アノード側冷媒流路及び断熱層に面する第１セパレータと、カソード側冷媒流路及び断熱層に面する第２セパレータと、が配設されており、カソード側冷媒流路の断面積がアノード側冷媒流路の断面積と異なるように、第２セパレータにおけるカソード側冷媒流路に面する部分の形状が第１セパレータにおけるアノード側冷媒流路に面する部分の形状と異なることが好適である。

本発明の一態様では、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように温度調整を行うための温度調整手段は、アノード電極及びカソード電極の一方の放熱を行ってから、アノード電極及びカソード電極の他方の放熱を行うための手段であることが好適である。

本発明の一態様では、各発電セルは、アノード電極と対向配置されたアノード側セパレータと、カソード電極と対向配置されたカソード側セパレータと、をさらに含み、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように温度調整を行うための温度調整手段は、互いに隣接する発電セルの一方のアノード側セパレータと他方のカソード側セパレータとの間に配設された前記冷媒流路を含み、冷媒流路を流れる冷媒とアノード側セパレータの接触面積が、冷媒流路を流れる冷媒とカソード側セパレータの接触面積と異なることが好適である。

本発明の一態様では、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように温度調整を行うための温度調整手段は、アノード電極の放熱を行うための第１の放熱手段と、第１の放熱手段と別に設けられ、カソード電極の放熱を行うための第２の放熱手段と、を含むことが好適である。

また、本発明に係る燃料電池は、３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、前記積層方向に関する積層体の一端部及び他端部に、アノード側ターミナル電極及びカソード側ターミナル電極がそれぞれ配設されており、アノード側ターミナル電極付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設された冷媒流路は、カソード電極の放熱能力がアノード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うためのものであり、カソード電極の放熱能力がアノード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間に第１の断熱層が配設されていることを要旨とする。本発明の一態様では、アノード側ターミナル電極に隣接する発電セルのアノード電極よりも前記積層方向の一端側に、第２の断熱層が配設されていることが好適である。

本発明の一態様では、カソード側ターミナル電極付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設された冷媒流路は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うためのものであることが好適である。

また、本発明の参考例に係る燃料電池は、３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間の熱交換量を前記積層方向位置に応じて異ならせるための温度調整手段が配設されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、互いに隣接する発電セルの組み合わせの一部における一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に、温度調整手段として断熱層が配設されていることが好適である。

本発明の一態様では、前記積層方向に関する積層体の端部付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に、温度調整手段として断熱層が配設されていることが好適である。

本発明によれば、発電セルが積層された燃料電池において、カソード電極とアノード電極との温度差を抑えるように各発電セルの温度調整を発電セルの位置に応じて適切に行うことができる。その結果、発電セルの発電性能の低下を十分に抑制することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池の概略構成を示す図である。本実施形態に係る燃料電池は、ｎ個（ｎは３以上の整数）の発電セル１４−１〜１４−ｎが積層された積層体１２を備える。なお、図１は、一例として、１０個の発電セル１４−１〜１４−１０がその積層方向の一端側から他端側へ発電セル１４−１〜１４−１０の順に積層された場合（ｎ＝１０の場合）を示している。ただし、積層体１２において、積層する発電セル１４−１〜１４−ｎの個数については、３以上（ｎ≧３）の範囲で任意に設定することができる。

発電セル１４−ｍ（ｍは１以上且つｎ以下の整数）は、電解質膜１６−ｍの片面にアノード電極１８−ｍが、他面にカソード電極２０−ｍがそれぞれ接合された膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下ＭＥＡと略す）２２−ｍと、アノード電極１８−ｍと対向配置されたアノード側セパレータ２８−ｍと、カソード電極２０−ｍと対向配置されたカソード側セパレータ３０−ｍと、を含む。ＭＥＡ２２−ｍは、アノード側セパレータ２８−ｍとカソード側セパレータ３０−ｍとの間に挟持されている。発電セル１４−ｍにおいては、アノード電極１８−ｍがカソード電極２０−ｍよりも発電セル１４−１〜１４−ｎの積層方向（以下積層方向と略す）の一端側に配置されている。なお、図１は、アノード側セパレータ２８−ｍ及びカソード側セパレータ３０−ｍにメタルセパレータを用いた例を示している。ただし、本実施形態では、アノード側セパレータ２８−ｍ及びカソード側セパレータ３０−ｍにカーボンセパレータを用いることもできる。

発電セル１４−ｍにおいては、アノード側セパレータ２８−ｍに凹凸部が形成されていることで、アノード電極１８−ｍとアノード側セパレータ２８−ｍとの間に、図示しないアノードガス供給口及びアノードガス排出口と連通し、燃料ガス（アノードガス）が流れるアノードガス流路３８−ｍが形成されている。一方、カソード側セパレータ３０−ｍに凹凸部が形成されていることで、カソード電極２０−ｍとカソード側セパレータ３０−ｍとの間に、図示しないカソードガス供給口及びカソードガス排出口と連通し、酸化剤ガス（カソードガス）が流れるカソードガス流路４０−ｍが形成されている。発電セル１４−ｍにおいては、アノードガス供給口からアノードガス流路３８−ｍに流入した燃料ガスがアノード電極１８−ｍに供給され、カソードガス供給口からカソードガス流路４０−ｍに流入した酸化剤ガスがカソード電極２０−ｍに供給されることで、電気化学反応が行われ、発電が行われる。電気化学反応の際には、電気エネルギーが生成されるだけでなく熱エネルギーも発生する。電気化学反応に供された後の燃料ガスはアノードガス排出口から排出され、電気化学反応に供された後の酸化剤ガスはカソードガス排出口から排出される。ここでの燃料ガスとしては、例えば水素（Ｈ₂）を用いることができ、酸化剤ガスとしては、例えば空気を用いることができる。以上の発電セル１４−ｍの構成は、発電セル１４−１〜１４−ｎ（図１では発電セル１４−１〜１４−１０）の各々に関して共通するものである。そして、積層方向に関する積層体１２の一端部にはアノード側ターミナル電極（集電板）２３が配設されており、積層方向に関する積層体１２の他端部にはカソード側ターミナル電極（集電板）２４が配設されている。

積層体１２においては、互いに隣接する発電セル１４−ｊ，１４−(ｊ＋１)（ｊは１以上且つ(ｎ−１)以下の整数）の一方１４−(ｊ＋１)のアノード電極１８−(ｊ＋１)及び他方１４−ｊのカソード電極２０−ｊが積層方向に関してアノード側セパレータ２８−(ｊ＋１)及びカソード側セパレータ３０−ｊを挟んで互いに対向配置されている。そして、互いに隣接する発電セル１４−ｊ，１４−(ｊ＋１)間、より具体的には発電セル１４−(ｊ＋１)のアノード側セパレータ２８−(ｊ＋１)（アノード電極１８−(ｊ＋１)）と発電セル１４−ｊのカソード側セパレータ３０−ｊ（カソード電極２０−ｊ）との間には、図示しない冷媒供給口及び冷媒排出口と連通し、冷媒としての冷却液（冷却水）が流れる冷媒流路４２−ｊが形成されている。冷媒供給口から冷媒流路４２−ｊに流入した冷却液がアノード電極１８−(ｊ＋１)及びカソード電極２０−ｊと熱交換を行うことで、アノード電極１８−(ｊ＋１)及びカソード電極２０−ｊから熱を放出させて運び去ることができ、アノード電極１８−(ｊ＋１)及びカソード電極２０−ｊの温度を調整する（冷却を行う）ことができる。熱交換に供された後の冷却液は冷媒排出口から排出される。本実施形態では、発電セル１４−(ｊ＋１)のアノード電極１８−(ｊ＋１)と発電セル１４−ｊのカソード電極２０−ｊとの間にてアノード電極１８−(ｊ＋１)及びカソード電極２０−ｊの冷却を行うための冷媒流路４２−ｊが、積層方向に関する位置がそれぞれ異なる複数の箇所に形成されている。図１は、冷媒流路４２−１〜４２−９が発電セル１４−１，１４−２間〜発電セル１４−９，１４−１０間にそれぞれ形成された例を示している。

そして、本実施形態では、アノード側ターミナル電極２３付近（積層方向に関する積層体１２の一端部付近）にて互いに隣接する発電セル１４−１，１４−２の一方１４−２のアノード電極１８−２と他方１４−１のカソード電極２０−１との間に、導電性及び断熱性を有する断熱層３２−１が設けられている。図１に示す例では、断熱層３２−１は、アノード側ターミナル電極２３に最も近い発電セル１４−１のカソード側セパレータ３０−１と、発電セル１４−１に隣接する発電セル１４−２のアノード側セパレータ２８−２との間に配置されている。そして、断熱層３２−１とカソード側セパレータ３０−１との間に形成された空間を冷却液が流れる冷媒流路４２−１として機能させるとともに、断熱層３２−１とアノード側セパレータ２８−２との間に形成された空間３４−１については、冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。つまり、空間３４−１については、冷媒供給口及び冷媒排出口との連通を断ち、空気層とする。これによって、断熱層３２−１が冷媒流路４２−１と発電セル１４−２のアノード側セパレータ２８−２（アノード電極１８−２）との間に配置される。そのため、発電セル１４−１のカソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量（熱交換量）が発電セル１４−２のアノード電極１８−２から冷却液への放熱量（熱交換量）よりも大きくなるように、アノード電極１８−２及びカソード電極２０−１の温度調整（放熱）が行われる。つまり、カソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱能力が、アノード電極１８−２から冷却液への放熱能力よりも高くなる。

図１に示す例では、ＭＥＡ２２−１，２２−２間以外の互いに隣接するＭＥＡ２２−２，２２−３間〜ＭＥＡ２２−９，２２−１０間には、断熱層が設けられていない。そのため、発電セル１４−ｊのカソード電極２０−ｊから冷媒流路４２−ｊを流れる冷却液への放熱量が発電セル１４−(ｊ＋１)のアノード電極１８−(ｊ＋１)から冷却液への放熱量と等しくなる（あるいはほぼ等しくなる）条件が、２以上且つ(ｎ−１)以下のすべての整数ｊに関して成立している。したがって、図１に示す例では、複数箇所に形成された冷媒流路４２−１〜４２−９のうちの一部（冷媒流路４２−１）が、アノード電極１８−２の放熱量よりもカソード電極２０−１の放熱量の方が大きくなるように温度調整を行い、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との放熱量（放熱能力）の差が積層方向（ｊの値）に応じて変化する。

本実施形態では、２以上且つ(ｎ−１)以下のすべての整数ｊに関して、アノード側セパレータ２８−(ｊ＋１)とカソード側セパレータ３０−ｊとが接触しているため、アノード電極１８−(ｊ＋１)とカソード電極２０−ｊとの間で熱交換が行われる。一方、アノード側セパレータ２８−２とカソード側セパレータ３０−１との間には断熱層３２−１が配設されているため、アノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換量は、それ以外のアノード電極１８−(ｊ＋１)とカソード電極２０−ｊとの間の熱交換量よりも少なくなる。このように、互いに隣接する発電セルの組み合わせ（発電セル１４−１，１４−２、発電セル１４−２，１４−３〜発電セル１４−(ｎ−１)，１４−ｎ）の一部（発電セル１４−１，１４−２）における一方１４−２のアノード電極１８−２と他方１４−１のカソード電極２０−１との間に断熱層３２−１を配設することで、互いに隣接する発電セル１４−ｊ，１４−(ｊ＋１)（ｊは１以上且つ(ｎ−１)以下の整数）の一方１４−(ｊ＋１)のアノード電極１８−(ｊ＋１)と他方１４−ｊのカソード電極２０−ｊとの間の熱交換量が積層方向（ｊの値）に応じて異なる。

さらに、本実施形態では、アノード側ターミナル電極２３に隣接する発電セル１４−１のアノード電極１８−１よりも積層方向の一端側に、導電性及び断熱性を有する断熱層３３が設けられている。図１に示す例では、断熱層３３は、アノード側ターミナル電極２３と発電セル１４−１のアノード側セパレータ２８−１との間に配置されている。そして、断熱層３３とアノード側ターミナル電極２３との間に形成された空間３５−１、及び断熱層３３とアノード側セパレータ２８−１との間に形成された空間３５−２については、いずれも冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。つまり、空間３５−１，３５−２についても、冷媒供給口及び冷媒排出口との連通を断ち、空気層とする。さらに、本実施形態では、前述のように、断熱層３２−１が積層体１２の端部近傍の発電セル１４−１，１４−２間にも設けられている。

ここで、本実施形態において、断熱層を積層体１２の端部のみにならず積層体１２内の発電セル１４−１，１４−２間にも設けている理由について説明する。もし仮に発電セル１４−１，１４−２間に断熱層３２−１がなければ、発電セル１４−１のうち発電セル１４−２側のカソード電極２０−１は、発電セル１４−１よりも高温側の発電セル１４−２との熱交換がスムーズに行われる結果、温度上昇が顕著になる。一方、発電セル１４−２のうち発電セル１４−１側のアノード電極１８−２は、発電セル１４−２よりも低温側の発電セル１４−１との熱交換がスムーズに行われる結果、温度低下が顕著になる。これによって、発電セル１４−１内でアノード電極１８−１とカソード電極２０−１とで大きな温度差が生じるとともに、発電セル１４−２内でアノード電極１８−２とカソード電極２０−２とで大きな温度差が生じる。なお、積層体１２において温度分布が生じるのは、積層体１２の温度（例えば発電セル１４−１〜１４−ｎの平均温度）と気温との間に差が生じている場合である。例えば、気温が積層体１２の温度に比べて低い場合には、中央の発電セルから端部の発電セルに近づくにつれて温度が低下する。逆に、気温が積層体１２の温度に比べて高い場合には、中央の発電セルから端部の発電セルに近づくにつれて温度が上昇する。いずれの場合においても、温度分布は、発電セル１４−１〜１４−ｎ間のみならず、単一の発電セル１４−ｍ内の極間においても生じる。この発電セル１４−ｍ内の温度分布は、積層体１２の温度と気温との差が大きなほど顕著になる。

発電セル１４−ｍにおいて、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの間に温度差が発生すると、水蒸気が温度の高い方の電極から電解質膜１６−ｍを透過して温度の低い方の電極へ移動する。例えば、アノード側ターミナル電極２３付近の発電セル１４−１においては、積層方向外側のアノード電極１８−１の温度が積層方向内側のカソード電極２０−１の温度よりも低くなりやすいため、水蒸気がカソード電極２０−１から電解質膜１６−１を透過してアノード電極１８−１へ移動しやすくなる。同様に、アノード側ターミナル電極２３付近の発電セル１４−２においても、アノード電極１８−２の温度がカソード電極２０−２の温度よりも低くなりやすく、水蒸気がカソード電極２０−２から電解質膜１６−２を透過してアノード電極１８−２へ移動しやすくなる。さらに、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの間に生じる温度差は発電セル１４−ｍの位置（積層方向）に応じて異なるため、電解質膜１６−ｍを透過して移動する水蒸気量も発電セル１４−ｍの位置に応じて変化する。例えば積層体１２の積層方向に関する中央部付近の発電セル１４−ｍにおいては、アノード側ターミナル電極２３付近の発電セル１４−１，１４−２と比較して、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの間に温度差が生じにくいため、電解質膜１６−ｍを透過して移動する水蒸気量も少なくなる。温度の低下しやすいアノード電極１８−１，１８−２に移動した水蒸気が凝縮して滞留すると、発電セル１４−１，１４−２の発電性能の低下を招きやすくなる。特に、アノード電極１８−１，１８−２においては、燃料ガス（水素ガス）の供給流量が酸化剤ガス（空気）と比較して少なくなるため、凝縮水が滞留しやすくなる。そのため、発電セル１４−ｍの位置に応じて異なるカソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの温度差を抑えるように、発電セル１４−１〜１４−ｎの各々の温度調整を行うことが要求される。

これに対して本実施形態では、冷媒流路４２−１と発電セル１４−２のアノード電極１８−２との間に断熱層３２−１を配置することで、発電セル１４−２のアノード電極１８−２から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量を発電セル１４−１のカソード電極２０−１から冷却液への放熱量よりも少なくしている。さらに、アノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換を抑制している。これによって、アノード電極１８−２の放熱量を減少させてアノード電極１８−２の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−２におけるカソード電極２０−２とアノード電極１８−２との温度差を低減することができる。そのため、発電セル１４−２において、カソード電極２０−２から電解質膜１６−２を透過してアノード電極１８−２へ水蒸気が移動するのを抑えることができる。それとともに、冷媒流路４２−１を流れる冷却液によるカソード電極２０−１の冷却効率を向上させることができ、カソード電極２０−１の放熱量を増大させてカソード電極２０−１の温度を低下させることができるので、発電セル１４−１におけるカソード電極２０−１とアノード電極１８−１との温度差を低減することができる。そのため、発電セル１４−１において、カソード電極２０−１から電解質膜１６−１を透過してアノード電極１８−１へ水蒸気が移動するのを抑えることができる。さらに、発電セル１４−１のアノード電極１８−１よりも積層方向の一端側に断熱層３３を配置することで、アノード電極１８−１の放熱量を減少させてアノード電極１８−１の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−１におけるカソード電極２０−１とアノード電極１８−１との温度差をさらに低減することができる。

一方、発電セル１４−１，１４−２と比較して、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの間に温度差が生じにくい発電セル（例えば積層体１２の中央部付近の発電セル）１４−ｍにおいては、アノード電極１８−ｍの放熱量がカソード電極２０−ｍの放熱量とほぼ等しくなる。そのため、アノード電極１８−ｍとカソード電極２０−ｍとで温度をほぼ等しく保つことができるので、電解質膜１６−ｍを介した水蒸気の移動を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷媒流路４２−１〜４２−９のうちの一部（冷媒流路４２−１）が、アノード電極１８−２の放熱量よりもカソード電極２０−１の放熱量の方が大きくなるように温度調整を行い、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との放熱量の差を積層方向に応じて異ならせることで、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの温度差を抑えるように発電セル１４−１〜１４−ｎの各々の温度調整を発電セル１４−１〜１４−ｎの位置（積層方向）に応じて適切に行うことができる。さらに、アノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換を断熱層３２−１により抑制し、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との間の熱交換量を積層方向に応じて異ならせることによっても、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの温度差を抑えることができる。したがって、発電セル１４−１〜１４−ｎにおいて、電解質膜１６−１〜１６−ｎを介した水蒸気の移動を抑えることができ、積層体１２の積層方向に関する含水量分布を改善することができる。その結果、凝縮水の滞留による発電セル１４−１〜１４−ｎの発電性能の低下を安定して抑止することができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

本実施形態において、冷媒流路４２−１とアノード電極１８−２との間に設ける断熱層３２−１については、アノード側セパレータ２８−２とアノードガス流路３８−２との間や、アノードガス流路３８−２とアノード電極１８−２との間に配置することもできる。断熱層３２−１をアノードガス流路３８−２とアノード電極１８−２との間に配置する場合は、燃料ガス（水素ガス）を透過可能なように断熱層３２−１の材料や構造を決定する。また、断熱層３３については、アノード側セパレータ２８−１とアノードガス流路３８−１との間や、アノードガス流路３８−１とアノード電極１８−１との間に配置することもできる。断熱層３３をアノードガス流路３８−１とアノード電極１８−１との間に配置する場合も、燃料ガスを透過可能なように断熱層３３の材料や構造を決定する。さらに、断熱層３３については、アノード側ターミナル電極２３よりも積層方向の外側に配置することもできる。この場合の断熱層３３については、必ずしも導電性を有する必要はなく、絶縁体を用いることもできる。

また、本実施形態では、断熱層３２−１に代えて、または断熱層３２−１に加えて、アノード側セパレータ２８−２の材料の熱伝導率をカソード側セパレータ３０−１の材料の熱伝導率よりも低くすることもできる。また、断熱層３２−１に代えて、または断熱層３２−１に加えて、アノード側セパレータ２８−２の板厚（積層方向に関する厚さ）をカソード側セパレータ３０−１の板厚（積層方向に関する厚さ）よりも厚くすることもできる。これらの構成によっても、発電セル１４−２のアノード電極１８−２の放熱量を発電セル１４−１のカソード電極２０−１の放熱量よりも少なくすることができるとともに、アノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換を抑制することができる。また、本実施形態では、ペルチェ素子を用いることによっても、アノード電極１８−２の放熱量がカソード電極２０−１の放熱量よりも少なくなるように、アノード電極１８−２及びカソード電極２０−１の温度調整を行うことができる。

また、図２に示す構成例では、図１に示す構成例と比較して、アノード側ターミナル電極２３と断熱層３３との間にセパレータ２９−１が配置されており、断熱層３３と発電セル１４−１のアノード側セパレータ２８−１との間にセパレータ３１−１が配置されている。つまり、断熱層３３は、積層方向に関してセパレータ２９−１，３１−１間に挟持されている。そして、発電セル１４−１のカソード側セパレータ３０−１と断熱層３２−１との間にセパレータ２９−２が配置されており、断熱層３２−１と発電セル１４−２のアノード側セパレータ２８−２との間にセパレータ３１−２が配置されている。つまり、断熱層３２−１は、積層方向に関してセパレータ２９−２，３１−２間に挟持されている。さらに、セパレータ２９−２とカソード側セパレータ３０−１との間に形成された空間を冷却液が流れる冷媒流路４２−１として機能させるとともに、セパレータ３１−２とアノード側セパレータ２８−２との間に形成された空間３４−１、セパレータ２９−１とアノード側ターミナル電極２３との間に形成された空間３５−１、及びセパレータ３１−１とアノード側セパレータ２８−１との間に形成された空間３５−２については、いずれも冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。

さらに、断熱層３３とセパレータ２９−１との間に、図示しないアノードガス供給口及びアノードガス排出口と連通し、燃料ガスが流れるアノードガスバイパス流路３９−１が形成されており、断熱層３２−１とセパレータ２９−２との間にも、アノードガス供給口及びアノードガス排出口と連通し、燃料ガスが流れるアノードガスバイパス流路３９−２が形成されている。そして、断熱層３３とセパレータ３１−１との間に、図示しないカソードガス供給口及びカソードガス排出口と連通し、酸化剤ガスが流れるカソードガスバイパス流路４１−１が形成されており、断熱層３２−１とセパレータ３１−２との間にも、カソードガス供給口及びカソードガス排出口と連通し、酸化剤ガスが流れるカソードガスバイパス流路４１−２が形成されている。

積層体１２には、配管を介して水分を含む反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が供給される。例えば外気温が低い場合や、反応ガスの湿度が高い場合には、配管の内壁面の凝縮水が反応ガスとともに積層体１２に供給される。この凝縮水の発電セル１４−１〜１４−ｎへの供給量が増大すると、発電セル１４−１〜１４−ｎの発電性能の低下を招きやすくなる。

これに対して図２に示す構成例では、アノードガス供給口に供給された凝縮水をアノードガスバイパス流路３９−１，３９−２を介してアノードガス排出口へ排出することができるので、凝縮水が燃料ガスとともに発電セル１４−１〜１４−ｎに供給されるのを抑制することができる。同様に、カソードガス供給口に供給された凝縮水をカソードガスバイパス流路４１−１，４１−２を介してカソードガス排出口へ排出することができるので、凝縮水が酸化剤ガスとともに発電セル１４−１〜１４−ｎに供給されるのを抑制することができる。したがって、発電セル１４−１〜１４−ｎの発電性能の低下をさらに安定して抑止することができる。

さらに、図２に示す構成例については、ＭＥＡを断熱層３２−１，３３に置き換えるだけで実現可能なため、積層体１２の形成を容易に行うことができる。

なお、図１に示す構成例においても、アノードガスバイパス流路３９−１及びカソードガスバイパス流路４１−１のいずれか１つ以上を断熱層３３の内部に形成することもできる。同様に、アノードガスバイパス流路３９−２及びカソードガスバイパス流路４１−２のいずれか１つ以上を断熱層３２−１の内部に形成することもできる。ただし、図１，２に示す構成例においては、必ずしもアノードガスバイパス流路３９−１，３９−２やカソードガスバイパス流路４１−１，４１−２を介して凝縮水をバイパスさせなくてもよい。

また、図３に示す構成例では、図２に示す構成例と比較して、セパレータ２９−１にはセパレータ３１−１側へ突出する突出部（凸部）５９が設けられ、セパレータ３１−１にはセパレータ２９−１側へ突出する突出部（凸部）６１が設けられている。突出部５９は、積層方向に関して突出部６１と対向配置されている。積層方向に関してセパレータ２９−１，３１−１間に挟持された断熱層３３は、断熱材３３ａ，３３ｂと、断熱材３３ａ，３３ｂよりも剛性の高い断熱材３３ｃと、を含む。断熱材３３ａ，３３ｂは、セパレータ２９−１における突出部５９以外の部分とセパレータ３１−１における突出部６１以外の部分との間に挟持され、断熱材３３ｃは、セパレータ２９−１の突出部５９とセパレータ３１−１の突出部６１との間に挟持されている。つまり、断熱層３３における突出部５９，６１間に挟持された部分（断熱材３３ｃ）は、断熱層３３における他の部分（断熱材３３ａ，３３ｂ）に比べて剛性が高く且つ積層方向の厚さが薄い。また、断熱材３３ａは、ＭＥＡ２２−１の外周よりも外方へ張り出している。なお、図３では、説明の便宜上、アノードガス流路３８−１，３８−２及びカソードガス流路４０−１，４０−２の図示を省略している。

同様に、セパレータ２９−２にはセパレータ３１−２側へ突出する突出部（凸部）６９が設けられ、セパレータ３１−２にはセパレータ２９−２側へ突出する突出部（凸部）７１が設けられている。突出部６９は、積層方向に関して突出部７１と対向配置されている。積層方向に関してセパレータ２９−２，３１−２間に挟持された断熱層３２−１は、断熱材３２−１ａ，３２−１ｂと、断熱材３２−１ａ，３２−１ｂよりも剛性の高い断熱材３２−１ｃと、を含む。断熱材３２−１ａ，３２−１ｂは、セパレータ２９−２における突出部６９以外の部分とセパレータ３１−２における突出部７１以外の部分との間に挟持され、断熱材３２−１ｃは、セパレータ２９−２の突出部６９とセパレータ３１−２の突出部７１との間に挟持されている。つまり、断熱層３２−１における突出部６９，７１間に挟持された部分（断熱材３２−１ｃ）は、断熱層３２−１における他の部分（断熱材３２−１ａ，３２−１ｂ）に比べて剛性が高く且つ積層方向の厚さが薄い。また、断熱材３２−１ａは、ＭＥＡ２２−１，２２−２の外周よりも外方へ張り出している。そして、ＭＥＡ２２−１の周囲には、断熱材４５が設けられている。

ここでの断熱材３２−１ａ，３２−１ｂ，３３ａ，３３ｂとしては、導電性を有する材料が用いられ、一方、断熱材３２−１ｃ，３３ｃについては、必ずしも導電性を有する必要はなく、絶縁体を用いることもできる。断熱材３２−１ｃ，３３ｃとしては、断熱性能と強度を優先した材料が用いられ、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂やガラス繊維やセラミック等を用いることができる。

そして、図３に示す構成例では、セパレータ３１−２とアノード側セパレータ２８−２との間に形成された空間を、アノード電極１８−２を冷却するための冷却液が流れる冷媒流路（アノード側冷媒流路）３４−１として機能させるとともに、セパレータ２９−２とカソード側セパレータ３０−１との間に形成された空間を、カソード電極２０−１を冷却するための冷却液が流れる冷媒流路（カソード側冷媒流路）４２−１として機能させる。つまり、断熱層３２−１は積層方向に関して冷媒流路３４−１，４２−１間に配置され、セパレータ３１−２は冷媒流路３４−１及び断熱層３２−１に面し、セパレータ２９−２は冷媒流路４２−１及び断熱層３２−１に面する。そして、セパレータ３１−１とアノード側セパレータ２８−１との間に形成された空間を、アノード電極１８−１を冷却するための冷却液が流れる冷媒流路３５−２として機能させる。つまり、セパレータ３１−１は、冷媒流路３５−２及び断熱層３３に面する。

さらに、冷媒流路４２−１の断面積を冷媒流路３４−１の断面積及び冷媒流路３５−２の断面積と異ならせるように、セパレータ２９−２における冷媒流路４２−１に面する部分の形状を、セパレータ３１−２における冷媒流路３４−１に面する部分の形状、及びセパレータ３１−１における冷媒流路３５−２に面する部分の形状と異ならせる。より具体的な例としては、図３に示すように、セパレータ２９−２における冷媒流路４２−１に面する部分に窪み部（凹部）６３が形成されているのに対して、セパレータ３１−２における冷媒流路３４−１に面する部分、及びセパレータ３１−１における冷媒流路３５−２に面する部分には窪み部（凹部）が形成されておらず、平坦な形状である。そのため、冷媒流路４２−１の断面積が冷媒流路３４−１の断面積及び冷媒流路３５−２の断面積よりも大きく、冷媒流路４２−１を流れる冷却液の流量を冷媒流路３４−１を流れる冷却液の流量及び冷媒流路３５−２を流れる冷却液の流量よりも増大させることができる。これによって、カソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量が、アノード電極１８−２から冷媒流路３４−１を流れる冷却液への放熱量、及びアノード電極１８−１から冷媒流路３５−２を流れる冷却液への放熱量よりも大きくなる。ただし、セパレータ３１−２における冷媒流路３４−１に面する部分、及びセパレータ３１−１における冷媒流路３５−２に面する部分に、窪み部（凹部）を形成することもできる。その場合は、セパレータ３１−２における冷媒流路３４−１に面する窪み部、及びセパレータ３１−１における冷媒流路３５−２に面する窪み部については、その深さ及び幅のいずれか１つ以上をセパレータ２９−２における冷媒流路４２−１に面する窪み部６３よりも小さく設定することで、冷媒流路３４−１，３５−２の断面積を冷媒流路４２−１の断面積よりも小さく設定する。

以上説明した図３に示す構成例によれば、セパレータ２９−２，３１−２に積層方向の外力が作用して断熱層３２−１がセパレータ２９−２，３１−２により挟圧されても、セパレータ２９−２，３１−２に設けられた突出部６９，７１により積層方向に関する断熱層３２−１（断熱材３２−１ａ，３２−１ｂ）の変形（圧縮によるつぶれ）を制限することができる。そのため、断熱層３２−１（断熱材３２−１ａ，３２−１ｂ）の断熱性能を安定して維持することができる。さらに、突出部６９，７１により断熱材３２−１ｂの位置決めを行うこともできる。そして、突出部６９，７１間に挟まれた断熱材３２−１ｃについては、断熱材３２−１ａ，３２−１ｂよりも剛性の高い材料、つまり断熱材３２−１ａ，３２−１ｂよりも積層方向に変形しにくい（同じ大きさの積層方向の外力に対して積層方向の変形量が少ない）材料を用いているため、積層方向に関する断熱材３２−１ａ，３２−１ｂの圧縮変形をさらに抑制することができる。

同様に、セパレータ２９−１，３１−１に積層方向の外力が作用して断熱層３３がセパレータ２９−１，３１−１により挟圧されても、セパレータ２９−１，３１−１に設けられた突出部５９，６１により積層方向に関する断熱層３３（断熱材３３ａ，３３ｂ）の変形（圧縮によるつぶれ）を制限することができる。そのため、断熱層３３（断熱材３３ａ，３３ｂ）の断熱性能を安定して維持することができる。さらに、突出部５９，６１により断熱材３３ｂの位置決めを行うこともできる。そして、突出部５９，６１間に挟まれた断熱材３３ｃについては、断熱材３３ａ，３３ｂよりも剛性の高い材料、つまり断熱材３３ａ，３３ｂよりも積層方向に変形しにくい（同じ大きさの積層方向の外力に対して積層方向の変形量が少ない）材料を用いているため、積層方向に関する断熱材３３ａ，３３ｂの圧縮変形をさらに抑制することができる。

さらに、図３に示す構成例によれば、発電セル１４−１の構造を発電セル１４−２〜１４−ｎに対して変更することなく（カソード側セパレータ３０−１の形状をカソード側セパレータ３０−２〜３０−ｎに対して変更することなく）、冷媒流路４２−１の断面積を冷媒流路３４−１，３５−２の断面積と異ならせることができ、カソード電極２０−１の放熱量をアノード電極１８−１，１８−２の放熱量と異ならせることができる。したがって、積層体１２の形成を容易に行うことができる。

なお、図３に示す構成例では、突出部６９，７１のいずれか一方を省略することもできる。例えば突出部７１を省略した場合は、積層方向に関する断熱材３２−１ａ，３２−１ｂの圧縮変形を突出部６９により制限することができる。さらに、断熱層３２−１における突出部６９とセパレータ３１−２との間に挟持された部分（断熱材３２−１ｃ）の剛性が、断熱層３２−１における他の部分（断熱材３２−１ａ，３２−１ｂ）の剛性に比べて高いことで、積層方向に関する断熱材３２−１ａ，３２−１ｂの圧縮変形をさらに抑制することができる。同様に、図３に示す構成例では、突出部５９，６１のいずれか一方を省略することもできる。例えば突出部６１を省略した場合は、積層方向に関する断熱材３３ａ，３３ｂの圧縮変形を突出部５９により制限することができる。さらに、断熱層３３における突出部５９とセパレータ３１−１との間に挟持された部分（断熱材３３ｃ）の剛性が、断熱層３３における他の部分（断熱材３３ａ，３３ｂ）の剛性に比べて高いことで、積層方向に関する断熱材３３ａ，３３ｂの圧縮変形をさらに抑制することができる。

また、図３に示す構成例では、断熱材３２−１ｃを省略した場合でも、積層方向に関する断熱材３２−１ａ，３２−１ｂの圧縮変形を突出部６９，７１により制限することができる。同様に、断熱材３３ｃを省略した場合でも、積層方向に関する断熱材３３ａ，３３ｂの圧縮変形を突出部５９，６１により制限することができる。

また、図３に示す構成例では、セパレータ３１−２とアノード側セパレータ２８−２との間に形成された空間３４−１、及びセパレータ３１−１とアノード側セパレータ２８−１との間に形成された空間３５−２については、いずれも冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成することもできる。

また、本実施形態では、積層方向に関する積層体１２の一端部付近（アノード側ターミナル電極２３付近）における断熱層として、断熱層３２−１，３３の他に、例えば図４に示すように、導電性及び断熱性を有する断熱層３２−２を互いに隣接する発電セル１４−２，１４−３の一方１４−３のアノード側セパレータ２８−３（アノード電極１８−３）と他方１４−２のカソード側セパレータ３０−２（カソード電極２０−２）との間に設けることもできる。図４に示す構成例では、断熱層３２−２とカソード側セパレータ３０−２との間に形成された空間を冷却液が流れる冷媒流路４２−２として機能させるとともに、断熱層３２−２とアノード側セパレータ２８−３との間に形成された空間３４−２については、冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。これによって、断熱層３２−２が冷媒流路４２−２と発電セル１４−３のアノード側セパレータ２８−３（アノード電極１８−３）との間に配置される。そのため、発電セル１４−１のカソード電極２０−２から冷媒流路４２−２を流れる冷却液への放熱量（熱交換量）が発電セル１４−３のアノード電極１８−３から冷却液への放熱量（熱交換量）よりも大きくなるように、アノード電極１８−３及びカソード電極２０−２の温度調整が行われる。したがって、図４に示す構成例では、冷媒流路４２−１〜４２−９のうちの一部（冷媒流路４２−１，４２−２）が、アノード電極１８−２，１８−３の放熱量よりもカソード電極２０−１，２０−２の放熱量の方がそれぞれ大きくなるように温度調整を行う。さらに、アノード電極１８−３とカソード電極２０−２との間の熱交換量も断熱層３２−２により抑制される。

さらに、図４に示す構成例では、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との放熱量（放熱能力）の差を積層方向（ｊの値）に応じて異ならせるために、断熱層３２−２の断熱性能を断熱層３２−１の断熱性能と異ならせる。例えば断熱層３２−２の積層方向に関する厚さを断熱層３２−１の積層方向に関する厚さよりも薄くすることで、断熱層３２−２の断熱性能を断熱層３２−１よりも低下させる。これによって、カソード電極２０−２とアノード電極１８−３との放熱量の差がカソード電極２０−１とアノード電極１８−２との放熱量の差よりも小さくなる。そのため、アノード側ターミナル電極２３付近においては、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との放熱量の差が、アノード側ターミナル電極２３に近づくにつれて増大する。さらに、断熱層３２−２の断熱性能を断熱層３２−１の断熱性能よりも低下させることで、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との間の熱交換量が積層方向（ｊの値）に応じて異なり、アノード電極１８−３とカソード電極２０−２との間の熱交換量が、アノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換量よりも多くなる。

図４に示す構成例によれば、発電セル１４−３のアノード電極１８−３の放熱量を減少させてアノード電極１８−３の温度を上昇させることができるとともに、発電セル１４−２のカソード電極２０−２の放熱量を増大させてカソード電極２０−２の温度を低下させることができる。その際には、アノード電極１８−３の温度上昇幅がアノード電極１８−２の温度上昇幅よりも小さくなるとともに、カソード電極２０−２の温度低下幅がカソード電極２０−１の温度低下幅よりも小さくなる。したがって、発電セル１４−ｍにおけるカソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの温度差をより適切に抑えることができる。なお、図４に示す構成例では、図３に示す断熱層３２−１の圧縮変形を制限するための構成（突出部６９，７１）を断熱層３２−１，３２−２に適用することもできる。

また、本実施形態では、図５に示すように、カソード側ターミナル電極２４付近（積層方向に関する積層体１２の他端部付近）にて互いに隣接する発電セル１４−９，１４−１０の一方１４−１０のアノード電極１８−１０と他方１４−９のカソード電極２０−９との間に、導電性及び断熱性を有する断熱層３２−９を設けることもできる。図５に示す構成例では、断熱層３２−９は、カソード側ターミナル電極２４に最も近い発電セル１４−１０のアノード側セパレータ２８−１０と、発電セル１４−１０に隣接する発電セル１４−９のカソード側セパレータ３０−９との間に配置されている。そして、断熱層３２−９とアノード側セパレータ２８−１０との間に形成された空間を冷却液が流れる冷媒流路４２−９として機能させるとともに、断熱層３２−９とカソード側セパレータ３０−９との間に形成された空間３４−９については、冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。これによって、断熱層３２−９が冷媒流路４２−９と発電セル１４−９のカソード側セパレータ３０−９（カソード電極２０−９）との間に配置される。そのため、発電セル１４−１０のアノード電極１８−１０から冷媒流路４２−９を流れる冷却液への放熱量が発電セル１４−９のカソード電極２０−９から冷却液への放熱量よりも大きくなるように、アノード電極１８−１０及びカソード電極２０−９の温度調整が行われる。つまり、アノード電極１８−１０から冷媒流路４２−９を流れる冷却液への放熱能力が、カソード電極２０−９から冷却液への放熱能力よりも高くなる。したがって、図５に示す構成例では、複数箇所に形成された冷媒流路４２−１〜４２−９のうちの一部（冷媒流路４２−１，４２−９）が、アノード電極１８−２，１８−１０の放熱量がカソード電極２０−１，２０−９の放熱量とそれぞれ異なるように温度調整を行い、アノード電極１８−(ｊ＋１)とカソード電極２０−ｊとの放熱量（放熱能力）の差が積層方向（ｊの値）に応じて変化する。さらに、アノード電極１８−１０とカソード電極２０−９との間の熱交換量が断熱層３２−９により抑えられることで、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との間の熱交換量も積層方向に応じて変化する。

さらに、図５に示す構成例では、カソード側ターミナル電極２４に隣接する発電セル１４−１０のカソード電極２０−１よりも積層方向の他端側に、導電性及び断熱性を有する断熱層４４が設けられている。ここでの断熱層４４は、カソード側ターミナル電極２４と発電セル１４−１０のカソード側セパレータ３０−１０との間に配置されている。そして、断熱層４４とカソード側ターミナル電極２４との間に形成された空間３５−３、及び断熱層４４とカソード側セパレータ３０−１０との間に形成された空間３５−４については、いずれも冷却液を供給しない（冷媒流路として機能させない）ように構成する。なお、断熱層４４については、カソード側ターミナル電極２４よりも積層方向の外側に配置することもできる。この場合の断熱層４４については、必ずしも導電性を有する必要はなく、絶縁体を用いることもできる。

カソード側ターミナル電極２４付近の発電セル１４−９，１４−１０においては、積層方向外側のカソード電極２０−１０の温度が積層方向内側のアノード電極１８−１０の温度よりも低くなりやすく、カソード電極２０−９の温度がアノード電極１８−９の温度よりも低くなりやすい。これに対して図５に示す構成例では、冷媒流路４２−９と発電セル１４−９のカソード電極２０−９との間に断熱層３２−９を配置することで、発電セル１４−９のカソード電極２０−９から冷媒流路４２−９を流れる冷却液への放熱量を発電セル１４−１０のアノード電極１８−１０から冷却液への放熱量よりも少なくしている。さらに、アノード電極１８−１０とカソード電極２０−９との間の熱交換を抑制している。これによって、発電セル１４−９のカソード電極２０−９の放熱量を減少させてカソード電極２０−９の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−９におけるアノード電極１８−９とカソード電極２０−９との温度差を低減することができる。それとともに、冷媒流路４２−９を流れる冷却液による発電セル１４−１０のアノード電極１８−１０の冷却効率を向上させることができ、アノード電極１８−１０の放熱量を増大させてアノード電極１８−１０の温度を低下させることができるので、発電セル１４−１０におけるアノード電極１８−１０とカソード電極２０−１０との温度差を低減することができる。さらに、断熱層４４によってカソード電極２０−１０の放熱量を減少させてカソード電極２０−１０の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−１０におけるアノード電極１８−１０とカソード電極２０−１０との温度差をさらに低減することができる。したがって、発電セル１４−９，１４−１０において、電解質膜１６−９，１６−１０を介した水蒸気の移動を抑えることができる。

なお、図５に示す構成例では、冷媒流路４２−８と発電セル１４−８のカソード電極２０−８との間に断熱層をさらに配置することもできる。ここでの断熱層については、断熱層３２−９よりも断熱性能を低下させることが好ましく、これによって、カソード側ターミナル電極２４付近においては、アノード電極１８−(ｊ＋１)とカソード電極２０−ｊとの放熱量の差が、カソード側ターミナル電極２４に近づくにつれて増大する。また、図５に示す構成例では、図３に示す断熱層３２−１の圧縮変形を制限するための構成（突出部６９，７１）を断熱層３２−９に適用することもでき、図３に示す断熱層３３の圧縮変形を制限するための構成（突出部５９，６１）を断熱層４４に適用することもできる。

また、例えば積層体１２の中央部付近の発電セルにおいてカソード電極とアノード電極との間に温度差が生じやすい場合は、積層体１２の中央部付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に断熱層を配置することもできる。また、本実施形態では、積層体１２の端部の断熱層３３，４４を省略することもできる。

以上の実施形態の説明では、冷媒流路４２−１〜４２−９が設けられているものとした。ただし、本実施形態では、冷媒流路４２−１〜４２−９が設けられていない場合でも、例えばアノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間に断熱層３２−１を配設してアノード電極１８−２とカソード電極２０−１との間の熱交換を抑制することや、アノード電極１８−１０とカソード電極２０−９との間に断熱層３２−９を配設してアノード電極１８−１０とカソード電極２０−９との間の熱交換を抑制することによって、カソード電極２０−ｊとアノード電極１８−(ｊ＋１)との間の熱交換量を積層方向に応じて異ならせることもできる。これによっても、カソード電極２０−ｍとアノード電極１８−ｍとの温度差を抑えるように発電セル１４−１〜１４−ｎの各々の温度調整を発電セル１４−１〜１４−ｎの位置（積層方向）に応じて適切に行うことができる。なお、本実施形態では、アノード電極１８−２に面するアノード側セパレータ２８−２とカソード電極２０−１に面するカソード側セパレータ３０−１とが別体であるものとしたが、これらのセパレータは一体であってもよい。

「実施形態２」
図６は、本発明の実施形態２に係る燃料電池の概略構成を示す図である。本実施形態では、発電セル１４−１のカソード側セパレータ３０−１に形成された凹凸部の（積層方向に関する）深さが、発電セル１４−２のアノード側セパレータ２８−２に形成された凹凸部の深さよりも深く設定されている。つまり、冷媒流路４２−１を流れる冷却液とカソード側セパレータ３０−１との接触面積が、冷媒流路４２−１を流れる冷却液とアノード側セパレータ２８−２との接触面積よりも大きく設定されている。これによって、発電セル１４−１のカソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量（熱交換量）が発電セル１４−２のアノード電極１８−２から冷却液への放熱量（熱交換量）よりも大きくなるように、アノード電極１８−２及びカソード電極２０−１の温度調整を行うことができる。そして、カソード側セパレータ３０−１の凹凸部の深さがカソード側セパレータ３０−２〜３０−１０の凹凸部の深さよりも深く設定され、アノード側セパレータ２８−２の凹凸部の深さがアノード側セパレータ２８−３〜２８−１０の凹凸部の深さよりも浅く設定されている。つまり、冷却液とカソード側セパレータ３０−１との接触面積が冷却液とカソード側セパレータ３０−２〜３０−１０のいずれか１つとの接触面積よりも大きく設定され、冷却液とアノード側セパレータ２８−２との接触面積が冷却液とアノード側セパレータ２８−３〜２８−１０のいずれか１つとの接触面積よりも小さく設定されている。他の構成については、実施形態１（図１に示す構成例）と同様である。

本実施形態でも、実施形態１と同様に、アノード電極１８−２の放熱量を減少させてアノード電極１８−２の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−２におけるカソード電極２０−２とアノード電極１８−２との温度差を低減することができる。それとともに、カソード電極２０−１の放熱量を増大させてカソード電極２０−１の温度を低下させることができるので、発電セル１４−１におけるカソード電極２０−１とアノード電極１８−１との温度差を低減することができる。

本実施形態では、図７に示すように、カソード側セパレータ３０−１に形成する凹凸のピッチをアノード側セパレータ２８−２に形成する凹凸のピッチよりも短くすることもできる。これによっても、冷媒流路４２−１を流れる冷却液とカソード側セパレータ３０−１との接触面積を、冷媒流路４２−１を流れる冷却液とアノード側セパレータ２８−２との接触面積よりも大きく設定することができる。

また、本実施形態では、冷媒流路４２−９を流れる冷却液と発電セル１４−１０のアノード側セパレータ２８−１０との接触面積を、冷媒流路４２−９を流れる冷却液と発電セル１４−９のカソード側セパレータ３０−９との接触面積よりも大きく設定することもできる。これによって、発電セル１４−１０のアノード電極１８−１０から冷媒流路４２−９を流れる冷却液への放熱量が発電セル１４−９のカソード電極２０−９から冷却液への放熱量よりも大きくなるように、アノード電極１８−１０及びカソード電極２０−９の温度調整を行うことができる。

「実施形態３」
図８は、本発明の実施形態３に係る燃料電池の概略構成を示す図である。本実施形態では、発電セル１４−１のカソード側セパレータ３０−１と発電セル１４−２のアノード側セパレータ２８−２との間に仕切壁５４−１が配設されている。ここでの仕切壁５４−１については、導電性及び断熱性を有することが好ましい。そして、仕切壁５４−１とカソード側セパレータ３０−１との間に形成された空間を、発電セル１４−１のカソード電極２０−１の冷却を行うための冷却液が流れる冷媒流路４２−１として機能させる。さらに、仕切壁５４−１とアノード側セパレータ２８−２との間に形成された空間についても、発電セル１４−２のアノード電極１８−２の冷却を行うための冷却液が流れる冷媒流路５２−１として機能させる。ただし、本実施形態では、冷媒流路４２−１，５２−１に冷却液を流すことでカソード電極２０−１及びアノード電極１８−２の放熱を行うときは、図８の矢印に示すように、冷却液を先に冷媒流路４２−１に流すことで、カソード電極２０−１の放熱（カソード電極２０−１との熱交換）を先に行う。そして、カソード電極２０−１との熱交換が行われた後の冷却液を冷媒流路５２−１に流すことで、アノード電極１８−２の放熱（アノード電極１８−２との熱交換）を後に行う。これによっても、カソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量（熱交換量）がアノード電極１８−２から冷媒流路５２−１を流れる冷却液への放熱量（熱交換量）よりも大きくなるように、アノード電極１８−２及びカソード電極２０−１の温度調整を行うことができる。他の構成については、実施形態１（図１に示す構成例）と同様である。

本実施形態では、冷媒流路４２−１を流れる冷却液によるカソード電極２０−１の冷却効率が向上するとともに、冷媒流路５２−１を流れる冷却液によるアノード電極１８−２の冷却効率が低下する。したがって、実施形態１，２と同様に、アノード電極１８−２の放熱量を減少させてアノード電極１８−２の温度を上昇させることができるので、発電セル１４−２におけるカソード電極２０−２とアノード電極１８−２との温度差を低減することができる。それとともに、カソード電極２０−１の放熱量を増大させてカソード電極２０−１の温度を低下させることができるので、発電セル１４−１におけるカソード電極２０−１とアノード電極１８−１との温度差を低減することができる。

本実施形態では、仕切壁５４−１を設ける代わりに、図９に示すように、冷媒流路４２−１と冷媒流路５２−１とを互いに積層方向と垂直方向にずらすこともできる。これによっても、図９の矢印に示すように、冷却液を冷媒流路４２−１に流してカソード電極２０−１の放熱を先に行ってから、冷却液を冷媒流路５２−１に流してアノード電極１８−２の放熱を後に行うことができる。

また、本実施形態では、カソード電極２０−１の放熱を行うための冷媒流路４２−１とアノード電極１８−２の放熱を行うための冷媒流路５２−１との連通を遮断して、冷媒流路４２−１，５２−１を別々の冷却ライン（冷却系統）にすることもできる。そして、冷媒流路４２−１に供給する冷却液の流量が冷媒流路５２−１に供給する冷却液の流量よりも多くなるように、冷媒流路４２−１への冷却液の供給流量及び冷媒流路５２−１への冷却液の供給流量を別々に制御する。これによっても、カソード電極２０−１から冷媒流路４２−１を流れる冷却液への放熱量がアノード電極１８−２から冷媒流路５２−１を流れる冷却液への放熱量よりも大きくなるように、アノード電極１８−２及びカソード電極２０−１の温度調整を行うことができる。

また、本実施形態では、発電セル１４−９のカソード側セパレータ３０−９と発電セル１４−１０のアノード側セパレータ２８−１０との間に、導電性及び断熱性を有する仕切壁を設けることもできる。そして、仕切壁とアノード側セパレータ２８−１０との間に形成された冷媒流路（以下アノード側冷媒流路とする）に冷却液を先に流すことで発電セル１４−１０のアノード電極１８−１０の放熱を先に行ってから、仕切壁とカソード側セパレータ３０−９との間に形成された冷媒流路（以下カソード側冷媒流路とする）に冷却液を後に流すことで発電セル１４−９のカソード電極２０−９の放熱を後に行うこともできる。これによって、アノード電極１８−１０からアノード側冷媒流路を流れる冷却液への放熱量がカソード電極２０−９からカソード側冷媒流路を流れる冷却液への放熱量よりも大きくなるように、アノード電極１８−１０及びカソード電極２０−９の温度調整を行うことができる。

あるいは、アノード電極１８−１０の放熱を行うためのアノード側冷媒流路とカソード電極２０−９の放熱を行うためのカソード側冷媒流路との連通を遮断して、アノード側冷媒流路とカソード側冷媒流路とを別々の冷却ライン（冷却系統）にすることもできる。そして、アノード側冷媒流路に供給する冷却液の流量がカソード側冷媒流路に供給する冷却液の流量よりも多くなるように、アノード側冷媒流路への冷却液の供給流量及びカソード側冷媒流路への冷却液の供給流量を別々に制御する。これによっても、アノード電極１８−１０の放熱量がカソード電極２０−９の放熱量よりも大きくなるように、アノード電極１８−１０及びカソード電極２０−９の温度調整を行うことができる。

以上の実施形態１〜３の説明では、主に、発電セル１４−ｍ（ｍは１以上且つｎ以下の整数）のアノード側セパレータ２８−ｍ及びカソード側セパレータ３０−ｍにメタルセパレータを用いた場合について説明した。ただし、実施形態１〜３では、アノード側セパレータ２８−ｍ及びカソード側セパレータ３０−ｍにカーボンセパレータを用いることもできる。

以上説明した各実施形態において、隣接する発電セル間に断熱層を設けたり、隣接する発電セル間で中央寄りの発電セルよりも端部寄りの発電セル側の冷媒による持ち去り熱量を多くする冷媒流路を設けたりしているのは、隣接する発電セルのうち端部側の発電セルの中央側の極が、端部側の極に比べて温度上昇するのを抑えるためである。換言すれば、各実施形態では、互いに隣接する第１及び第２の発電セルであって、第１の発電セルよりも端部側に位置する第２の発電セルに含まれる二極のうち、第１の発電セル側の極が、第１の発電セル側から吸熱するのを抑制する抑制手段（断熱層や冷媒流路）を新たに設けている。これによって、第２の発電セル内の極間の温度差が低減し、ひいては凝縮水が生じるのを抑制する。ここでの抑制手段としては、全ての発電セル間に同程度の性能の抑制手段を設けてもよいが、低温時における積層体全体の速やかな暖機や、小型化、内部抵抗等の観点からすれば、全ての発電セル間に設けることは好ましくない。このため、各実施形態では、積層体端部側の発電セル間ほど中央側の発電セル間よりも相対的に吸熱を抑えるよう抑制手段（断熱層や冷媒流路）を構成することにより、一の発電セル内での温度差の低減を実現している。なお、抑制手段として発電セル間の断熱層と冷媒流路との少なくとも一方を設けることで、一の発電セル内での温度差の低減を実現することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態１に係る燃料電池の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る燃料電池の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る燃料電池の他の概略構成を示す図である。

符号の説明

１２ 積層体、１４−１〜１４−１０ 発電セル、１６−１〜１６−１０ 電解質膜、１８−１〜１８−１０ アノード電極、２０−１〜２０−１０ カソード電極、２２−１〜２２−１０ 膜電極接合体（ＭＥＡ）、２３ アノード側ターミナル電極、２４ カソード側ターミナル電極、２８−１〜２８−１０ アノード側セパレータ、３０−１〜３０−１０ カソード側セパレータ、３２−１，３２−２，３２−９，３３，４４ 断熱層、３８−１〜３８−１０ アノードガス流路、４０−１〜４０−１０ カソードガス流路、４２−１〜４２−９，５２−１ 冷媒流路。

Claims (14)

1. ３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、
   各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、
   積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、
   冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、
   複数箇所に配設された冷媒流路は、アノード電極とカソード電極との放熱能力差が前記積層方向位置に応じて異なるように放熱を行うためのものであり、
   複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、
   アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間、または当該冷媒流路と当該カソード電極との間に断熱層が配設されていることで、当該アノード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力が、当該カソード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力と異なる、燃料電池。
2. ３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、
   各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、
   積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、
   冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、
   複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、
   アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間、または当該冷媒流路と当該カソード電極との間に断熱層が配設されていることで、当該アノード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力が、当該カソード電極から当該冷媒流路を流れる冷媒への放熱能力と異なる、燃料電池。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池であって、
   アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路は、前記積層方向に関する積層体の端部付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設されている、燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の燃料電池であって、
   前記積層方向に関する断熱層の変形を制限するための変形制限手段が設けられている、燃料電池。
5. 請求項４に記載の燃料電池であって、
   前記積層方向に関して断熱層を挟持する第１及び第２セパレータが配設されており、
   変形制限手段は、第１及び第２セパレータの少なくとも一方に設けられている、燃料電池。
6. 請求項５に記載の燃料電池であって、
   変形制限手段は、第１セパレータに設けられ且つ第２セパレータ側へ突出する突出部を含む、燃料電池。
7. 請求項６に記載の燃料電池であって、
   断熱層における突出部と第２セパレータとの間に挟持された部分は、断熱層における他の部分に比べて剛性が高い、燃料電池。
8. 請求項５に記載の燃料電池であって、
   変形制限手段は、第１セパレータに設けられ且つ第２セパレータ側へ突出する第１突出部と、第２セパレータに設けられ且つ前記積層方向に関して第１突出部と対向して第１セパレータ側へ突出する第２突出部と、を含む、燃料電池。
9. 請求項８に記載の燃料電池であって、
   断熱層における第１突出部と第２突出部との間に挟持された部分は、断熱層における他の部分に比べて剛性が高い、燃料電池。
10. ３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、
    各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、
    積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、
    冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、
    複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、
    アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うための冷媒流路は、
    互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極を冷却するための冷媒が流れるアノード側冷媒流路と、他方のカソード電極を冷却するための冷媒が流れるカソード側冷媒流路と、を含み、
    カソード側冷媒流路の断面積がアノード側冷媒流路の断面積と異なり、
    アノード側冷媒流路とカソード側冷媒流路との間に断熱層が配設されている、燃料電池。
11. 請求項１０に記載の燃料電池であって、
    アノード側冷媒流路及び断熱層に面する第１セパレータと、カソード側冷媒流路及び断熱層に面する第２セパレータと、が配設されており、
    カソード側冷媒流路の断面積がアノード側冷媒流路の断面積と異なるように、第２セパレータにおけるカソード側冷媒流路に面する部分の形状が第１セパレータにおけるアノード側冷媒流路に面する部分の形状と異なる、燃料電池。
12. ３以上の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池であって、
    各発電セルは、電解質膜の片面及び他面にアノード電極及びカソード電極がそれぞれ接合された接合体を含み、アノード電極がカソード電極よりも発電セルの積層方向の一端側に配置されており、
    積層体には、アノード電極に供給される燃料ガスの流れるアノードガス流路と、カソード電極に供給される酸化剤ガスの流れるカソードガス流路と、冷媒の流れる冷媒流路とが独立に形成されており、
    冷媒流路は、前記積層方向に関して複数箇所に配設され、その各々が互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間にて当該アノード電極及び当該カソード電極の放熱を行い、
    複数箇所に配設された冷媒流路の一部は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力と異なるように放熱を行うためのものであり、
    前記積層方向に関する積層体の一端部及び他端部に、アノード側ターミナル電極及びカソード側ターミナル電極がそれぞれ配設されており、
    アノード側ターミナル電極付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設された冷媒流路は、カソード電極の放熱能力がアノード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うためのものであり、
    カソード電極の放熱能力がアノード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うための冷媒流路と当該アノード電極との間に第１の断熱層が配設されている、燃料電池。
13. 請求項１２に記載の燃料電池であって、
    アノード側ターミナル電極に隣接する発電セルのアノード電極よりも前記積層方向の一端側に、第２の断熱層が配設されている、燃料電池。
14. 請求項１２または１３に記載の燃料電池であって、
    カソード側ターミナル電極付近にて互いに隣接する発電セルの一方のアノード電極と他方のカソード電極との間に配設された冷媒流路は、アノード電極の放熱能力がカソード電極の放熱能力よりも高くなるように放熱を行うためのものである、燃料電池。

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