WO2011033745A1 - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents

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WO2011033745A1
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reaction gas
fuel cell
separator
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中川貴嗣
松本敏宏
吉本美由紀
新井健二
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パナソニック株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell used for a household cogeneration system, a portable power source, a power source for an electric vehicle, etc., and more particularly to a solid polymer fuel cell using a polymer electrolyte.
  • a solid polymer fuel cell basically comprises a polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions and a pair of catalyst electrodes (a fuel electrode and an air electrode) that sandwich the polymer electrolyte membrane.
  • the polymer electrolyte membrane is composed of an electrolyte having a polymer ion exchange membrane such as a fluororesin ion exchange membrane having a sulfonic acid group or a hydrocarbon resin ion exchange membrane.
  • a polymer ion exchange membrane such as a fluororesin ion exchange membrane having a sulfonic acid group or a hydrocarbon resin ion exchange membrane.
  • the polymer electrolyte membrane needs to contain a certain amount of moisture.
  • the catalyst electrode is located on the polymer electrolyte membrane side, and includes a catalyst layer that promotes a redox reaction in the catalyst electrode, and a gas diffusion layer that is located outside the catalyst layer and has both air permeability and conductivity.
  • the catalyst layer is mainly composed of carbon powder carrying a platinum group metal catalyst.
  • the gas diffusion layer is located on the catalyst layer side, and a carbon coat layer that improves the contact property with the catalyst layer; a base material layer for diffusing a gas supplied from the outside and supplying the catalyst layer; Consists of An assembly of these polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes (catalyst layer, carbon coat layer, and gas diffusion base material layer) is called a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”).
  • MEA membrane electrode assembly
  • the fuel cell In order to mechanically fix the MEA and prevent the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the MEA from being mixed, the fuel cell has a separator that sandwiches the MEA.
  • the reaction gas flow path for supplying the reaction gas to the MEA may be formed in a gas diffusion layer or the like, but is usually formed on the surface of the separator in contact with the MEA.
  • the reaction gas flow path is connected to a manifold hole provided in the separator.
  • the reaction gas can be supplied to the catalyst electrode or the unreacted surplus gas can be discharged through the reaction gas channel connected to the manifold hole. Further, the reaction gas supplied to the reaction gas channel may be humidified in advance.
  • a fuel cell stack is configured by stacking fuel cell single cells composed of an MEA and a pair of separators and sandwiching them between current collector plates, insulating plates, and end plates.
  • the fuel cell stack is usually fixed with a fastening rod.
  • the hydrogen supplied to the fuel electrode diffuses through the gas diffusion layer of the fuel electrode and reaches the catalyst layer.
  • hydrogen is divided into hydrogen ions and electrons.
  • Hydrogen ions move to the air electrode through the polymer electrolyte membrane in a water retaining state.
  • the electrons move from the fuel electrode to the air electrode through the separator in contact with the MEA. Electrons moving from the fuel electrode to the air electrode can be used as electric energy.
  • hydrogen ions that have moved through the polymer electrolyte membrane, electrons that have moved through the separator, and oxygen supplied to the air electrode react to generate water. Water generated at the time of power generation is used to keep the MEA moisturized and prevents MEA film deterioration due to drying.
  • a refrigerant flow path for flowing a refrigerant is usually provided for every one to three cells.
  • a fuel cell In order to uniformly supply reaction gas to each reaction gas channel, a fuel cell is known in which a separator has a gas distribution part that connects a reaction gas manifold hole and a reaction gas channel (for example, Patent Documents 1 to 4). 6).
  • FIG. 1 is a perspective view of a gas distribution part 32 of a separator included in the fuel cell disclosed in Patent Document 1.
  • the separator of Patent Document 1 includes a gas distribution portion 32 that connects the reaction gas supply manifold hole 20 and the region 11 where the reaction gas flow path is formed.
  • the gas distribution unit 32 has a plurality of convex portions 31.
  • the reaction gas supply manifold hole 20 flows into the gas distribution part.
  • the reaction gas is dispersed by the protrusions and can be uniformly distributed to each reaction gas.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of evenly distributing gas from a manifold hole to each reaction gas flow path.
  • the present invention relates to the following fuel cell.
  • a membrane electrode assembly having a polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a linear reaction gas defined by linear channel ribs sandwiching the membrane electrode assembly
  • a polymer electrolyte fuel having a pair of separators having a flow path, a reactive gas supply manifold hole and a reactive gas discharge manifold hole, and a gas inlet distributor connecting the reactive gas supply manifold hole and the reactive gas flow path
  • the gas inlet distribution section divides the gas inlet distribution section into a plurality of spaces, has a long axis perpendicular to the long axis of the linear gas flow path, and the linear gas flow N distribution ribs (n is an integer of 2 or more) having two or more slits parallel to the long axis of the path, and the distribution rib closest to the reaction gas supply manifold hole is the first among the ribs.
  • the apparatus further includes a gas outlet distributor that connects the reaction gas flow path and the reaction gas discharge manifold hole, the reaction gas supply manifold hole being positioned diagonally to the reaction gas discharge manifold hole, and The position of the reactive gas supply manifold hole and the position of the reactive gas discharge manifold hole are point-symmetric with respect to the center point of the separator, and the position and shape of the gas inlet distribution part, the position of the gas outlet distribution part, and The solid polymer fuel cell according to any one of [1] to [5], wherein the shape is point-symmetric with respect to the center point of the separator.
  • the sum of the height of the flow channel rib and the thickness of the membrane electrode assembly is equal to or greater than the sum of the height of the distribution rib and the thickness of the frame body, and the first distribution of the distribution ribs.
  • the polymer electrolyte fuel cell according to [8], wherein the height of the distribution rib gradually decreases from the first distribution rib toward the nth distribution rib.
  • the space other than the diffusion space among the spaces is a distribution space
  • the average area of the cross section of the diffusion space is parallel to the major axis of the reaction gas flow path of any of the distribution spaces
  • the polymer electrolyte fuel cell according to any one of [1] to [10] which is larger than an average area of a cross section perpendicular to the surface direction of the separator.
  • the separator further includes a coolant supply manifold hole and a linear coolant channel on the back surface of the surface on which the reaction gas channel is formed, and the coolant supply manifold hole is configured to supply the reaction gas.
  • the polymer electrolyte fuel cell according to any one of [1] to [11], which is adjacent to the manifold hole.
  • the refrigerant supply manifold further includes a refrigerant inlet distribution part that connects the refrigerant supply manifold hole and the refrigerant flow path, and the refrigerant inlet distribution part divides the gas inlet distribution part into a plurality of spaces, N distribution ribs (n is an integer greater than or equal to 2) having two or more slits having a major axis perpendicular to the major axis of the refrigerant channel and parallel to the major axis of the linear coolant channel.
  • the polymer electrolyte fuel cell according to [12] comprising: [14] The polymer electrolyte fuel cell according to any one of [1] to [13], wherein the distribution rib of the gas inlet distribution section is formed in the separator.
  • the separator has a central portion where the reaction gas is formed and an outer peripheral portion surrounding the central portion, and distribution ribs of the gas inlet distribution portion are formed on the frame body, and the outer peripheral portion Is a flat polymer fuel cell according to [7], which is a flat plate.
  • the reaction gas supplied from the reaction gas supply manifold hole is first filled in the diffusion space extending in the direction perpendicular to the reaction gas flow path, and then the reaction gas flow path is filled with each reaction gas flow path. Can be distributed evenly. For this reason, according to the present invention, it is possible to suppress a variation in current distribution in the cell, and to provide a fuel cell with high power generation performance.
  • the perspective view of the separator of the conventional fuel cell disclosed by patent document 1 1 is an exploded perspective view of a fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the pattern of the oxidizing gas inlet distribution part of Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the pattern of the fuel gas inlet distribution part of Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the pattern of the refrigerant
  • Sectional view of fuel cell of Embodiment 1 The figure which shows the pattern of the oxidizing gas inlet distribution part of Embodiment 2.
  • FIG. 1 The figure which shows the pattern of the oxidizing gas inlet distribution part of Embodiment 2.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a fuel cell according to an eighth embodiment.
  • the polymer electrolyte fuel cell of the present invention (hereinafter also simply referred to as “fuel cell”) includes (1) a membrane electrode assembly and (2) a pair of separators (a fuel electrode separator and an air electrode separator) sandwiching the membrane electrode assembly. ) And (3) a distribution unit. Each component will be described below.
  • a membrane / electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) has a polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes.
  • the polymer electrolyte membrane is a polymer membrane having a function of selectively transporting protons in a wet state.
  • the material of the polymer electrolyte membrane is not particularly limited as long as it selectively moves protons. Examples of such materials include fluorine-based polymer electrolyte membranes and hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes.
  • Specific examples of the fluorine-based polymer electrolyte membranes include DuPont's Nafion (registered trademark) membrane, Asahi Glass Co., Ltd. Flemion (registered trademark) membrane, Asahi Kasei Corporation's Aciplex (registered trademark) membrane, Japan Gore-Tex GORE-SELECT (registered trademark) film of the company.
  • the pair of catalyst electrodes includes a fuel electrode and an air electrode that sandwich a polymer electrolyte membrane.
  • the air electrode preferably has an air electrode catalyst layer in contact with the polymer electrolyte membrane and an air electrode gas diffusion layer laminated on the air electrode catalyst layer.
  • the fuel electrode preferably has a fuel electrode catalyst layer in contact with the polymer electrolyte membrane and a fuel electrode gas diffusion layer laminated on the fuel electrode catalyst layer.
  • the air electrode catalyst layer is a layer containing a catalyst that promotes a redox reaction of hydrogen and oxygen.
  • the air electrode catalyst layer is not particularly limited as long as it has conductivity and has a catalytic ability to promote a redox reaction of hydrogen and oxygen.
  • the air electrode catalyst layer includes, for example, platinum, an alloy of platinum and cobalt, an alloy of platinum, cobalt, and nickel as a catalyst.
  • the fuel electrode catalyst layer is a layer containing a catalyst that promotes the oxidation reaction of hydrogen.
  • the fuel electrode catalyst layer is not particularly limited as long as it has conductivity and has a catalytic ability to promote the oxidation reaction of hydrogen.
  • the fuel electrode catalyst layer includes, for example, platinum or an alloy of platinum and ruthenium as a catalyst.
  • the air electrode catalyst layer and the fuel electrode catalyst layer are, for example, carbon fine particles such as acetylene black, ketjen black, and vulcan that carry these catalysts on an electrolyte having proton conductivity and polytetrafluoroethylene having water repellency ( It is formed by mixing a resin such as Polytetrafluoroethylene (PTFE) and applying it onto the polymer electrolyte membrane.
  • carbon fine particles such as acetylene black, ketjen black, and vulcan that carry these catalysts on an electrolyte having proton conductivity and polytetrafluoroethylene having water repellency ( It is formed by mixing a resin such as Polytetrafluoroethylene (PTFE) and applying it onto the polymer electrolyte membrane.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the gas diffusion layer (air electrode gas diffusion layer and fuel electrode gas diffusion layer) is an electrically conductive porous layer disposed on the outermost side of the membrane electrode assembly (in contact with the separator).
  • the material of the gas diffusion layer is not particularly limited as long as it has conductivity and can diffuse the reaction gas.
  • the gas diffusion layer may be composed of a gas diffusion base layer that diffuses the gas supplied from the separator side into the catalyst layer, and a carbon coat layer that improves the contact between the gas diffusion base layer and the catalyst layer. Good.
  • the gas diffusion layer is formed by, for example, thermocompressing a carbon fiber attached with a resin such as PTFE having water repellency, a carbon cloth produced by weaving a filamentous carbon, a paper-like carbon paper, etc. on the surface of the catalyst layer, It may be produced.
  • the gas diffusion layer may be provided with a reaction gas flow path to be described later (see Embodiment 7, FIG. 16).
  • the membrane electrode assembly may be held by a frame.
  • the frame body reinforces the membrane electrode assembly by surrounding the edge of the membrane electrode assembly (see FIG. 2).
  • the frame material include polyphenylene sulfide (PPS), glass-filled polypropylene (PP-G), polystyrene (PS), and silicone (SI).
  • PPS and PP-G are desirable as the frame material from the viewpoints of heat-resistant temperature, cost, and durability.
  • the membrane electrode assembly held by the frame is also referred to as “frame integrated MEA”.
  • the separator is a member that prevents the reaction gas from being mixed and is electrically connected to the MEA. During power generation of the fuel cell, electrons move from the fuel electrode to the air electrode through the separator.
  • the separator has a central portion in which a plurality of linear reaction gas channels defined by ribs are formed, and an outer peripheral portion surrounding the central portion.
  • the ribs that define the reaction gas channel are also referred to as “channel ribs” hereinafter.
  • the width of the reaction gas channel is preferably 0.5 to 1.5 mm, and the depth is preferably 0.3 to 1.0 mm. Further, the reaction gas flow path may be formed not in the separator but in the above-described MEA gas diffusion layer (see Embodiment 8 and FIG. 17).
  • the separator is required to contact the MEA securely and be electrically connected to the MEA. More specifically, the top surface of the channel rib of the separator is required to contact the MEA.
  • the outer periphery of the separator has a reaction gas supply manifold hole and a reaction gas discharge manifold hole.
  • the reaction gas supply manifold hole is located diagonally to the reaction gas discharge manifold hole, and the position of the reaction gas supply manifold hole and the position of the reaction gas discharge manifold hole should be point-symmetric with respect to the center point of the separator. Preferred (see FIG. 2). If the reaction gas supply manifold hole is located diagonally to the reaction gas discharge manifold hole and is point-symmetric with respect to the center point of the separator, the reaction gas supply is possible regardless of the reaction gas flow path. This is because the reaction gas moves from the manifold hole to the reaction gas discharge manifold hole at the same distance, so that the pressure loss in the reaction gas flow path can be made uniform.
  • the outer periphery of the separator may further have a refrigerant supply manifold hole and a refrigerant discharge manifold hole.
  • the refrigerant supply manifold hole is preferably adjacent to the reaction gas supply manifold hole.
  • the separator may have a linear coolant channel on the back surface of the surface on which the reaction gas channel is formed (see Embodiment 3).
  • the width of the coolant channel is preferably 0.3 to 1.5 mm, and the depth is preferably 0.3 to 1.0 mm.
  • the material of the separator may be carbon or metal as long as it is conductive and can withstand the fastening pressure in the fuel cell stack.
  • metal separator materials include stainless steel plate materials, titanium plate materials, aluminum plate materials that have been subjected to surface treatment such as gold plating for reducing corrosion resistance and contact resistance. It is.
  • the reaction gas channel may be formed by pressing such a metal plate.
  • Distribution part A distribution part is the space which is formed between MEA and a separator, and connects a manifold hole and a reactive gas flow path.
  • the distribution unit has n distribution ribs that divide the distribution unit into a plurality of spaces and have a long axis perpendicular to the long axis of the linear gas flow path.
  • n means an integer of 2 or more.
  • the length in the direction perpendicular to the major axis of the reaction gas channel of the distribution section is preferably equal to or greater than the width of the central part of the separator formed with the reaction gas (length in the direction perpendicular to the major axis of the reaction gas channel). (See FIGS. 2 and 3).
  • the distribution unit may be provided between the separator and the catalyst electrode, but is preferably provided only between the separator and the frame. This is because if the distribution part is provided between the separator and the catalyst electrode, the polymer electrolyte membrane dries in the distribution part and the polymer electrolyte film is likely to deteriorate.
  • the distribution unit when the distribution unit is provided only between the separator and the frame, if the frame is too thick or the distribution rib is too high, the flow path rib may not contact the catalyst electrode (FIG. 8C). reference).
  • the catalyst electrode FOG. 8C. reference.
  • the sum of the thickness of the MEA and the height of the flow path rib is set so that the flow path rib reliably contacts the catalyst electrode.
  • the height of the distribution rib or more (see Embodiment 2), or the top surface of the distribution rib is preferably an elastic member (see Embodiment 3).
  • the fuel cell of the present invention has a gas inlet distribution part that connects at least the reaction gas supply manifold hole and the central part of the separator in which the reaction gas flow path is formed. You may have the gas outlet distribution part which connects the center part of the formed separator.
  • the distribution rib may be formed on the outer peripheral portion of the separator (see Embodiments 1 to 4), or may be formed on the frame body of the frame-integrated MEA (see Embodiments 6 and 7). ). Moreover, the distribution rib may be comprised from elastic members, such as a sealing material (refer Embodiment 3). Examples of the elastic member include ricone, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), and santoprene rubber.
  • the distribution rib may be formed by processing and forming the separator itself or the frame itself, or may be formed by arranging an elastic member such as a seal member on the separator or the frame.
  • an elastic member such as a seal member
  • the top surface of the distribution rib is an elastic member.
  • the separator when the separator is a metal separator, the outer periphery of the metal separator can be pressed; the distribution rib can be formed on the metal separator by arranging a seal member on the outer periphery of the metal separator.
  • the distribution rib and the metal separator are integrally formed, so that the distribution rib can be formed simply.
  • the distribution rib is formed by pressing the metal separator, the uneven pattern formed on the metal separator becomes complicated, and the metal separator may be distorted.
  • the sealing property between the metal separator and the MEA is lowered, and a diffusion space and a distribution space to be described later cannot be patterned with high accuracy, and the gas distribution property may be lowered.
  • the fuel cell of the present invention is characterized by the structure of the distribution part.
  • the structure of the gas distribution unit will be described separately for i) gas inlet distribution unit and ii) outlet distribution unit.
  • Gas inlet distribution section connects the reaction gas supply manifold hole and the reaction gas flow path, and the reaction gas supplied from the reaction gas supply manifold hole is supplied to each of the linear reaction gas flow paths. It has the function of distributing evenly.
  • the gas inlet distribution section has n distribution ribs that divide the distribution section into a plurality of spaces.
  • n means an integer of 2 or more.
  • the distribution rib has a long axis perpendicular to the long axis of the straight gas flow path. Therefore, the plurality of spaces defined by the distribution ribs also have a long axis perpendicular to the long axis of the linear reaction gas flow path.
  • Each distribution rib has a slit parallel to the long axis of the linear reaction gas flow path.
  • the slit provided in the distribution rib connects the space defined by the distribution rib. It is preferable that the dimensions (width and depth) of the slits of one distribution rib are the same. Moreover, it is preferable that the slits are arranged at equal intervals in one distribution rib.
  • the distribution rib closest to the reaction gas supply manifold hole is referred to as a first distribution rib; the distribution rib closest to the reaction gas flow path is referred to as an nth distribution rib.
  • the distribution section includes the first distribution rib, the second distribution rib,..., The (n ⁇ 1) -th distribution rib and the n-th distribution rib from the reaction gas supply manifold hole side toward the reaction gas flow path side.
  • the space on the reaction gas supply manifold hole side of the gas inlet distribution portion from the first distribution rib is referred to as “diffusion space”; the space defined by the distribution rib other than the diffusion space is “ This is referred to as “distribution space”. That is, the distribution space means a space closer to the reaction gas flow channel than the first distribution rib. Further, among the distribution spaces, the space between the first distribution rib and the second distribution rib is referred to as “first distribution space”, and the space on the reaction gas flow path side from the nth distribution rib is referred to as “nth distribution space”. Called.
  • the distribution section has a diffusion space, a first distribution space, a second distribution space,..., An n ⁇ 1 distribution space and an nth distribution space from the reaction gas supply manifold hole side to the reaction gas flow path side.
  • the “diffusion space” is a space for diffusing the reaction gas flowing into the gas inlet distribution part in the width direction of the central part of the separator in which the reaction gas flow path is formed. This is a space for evenly distributing the reaction gas diffused in the width direction of the central portion of the separator in the space to each reaction gas channel.
  • each distribution rib may be different.
  • the first distribution rib is preferably the highest among the distribution ribs.
  • the height of the distribution rib gradually decreases from the first distribution rib toward the nth distribution rib (see Embodiment 2).
  • the position of the slit of the mth distribution rib is located between two adjacent slits of the m + 1th distribution rib. More specifically, the position of the slit of the mth distribution rib is located at the center between two adjacent slits of the m + 1th distribution rib.
  • “m” means any integer from 1 to n ⁇ 1.
  • it is preferable that the position of the slit which nth distribution rib has is located between two adjacent reaction gas flow paths.
  • the number of slits that the m-th distribution rib has is smaller than the number of slits that the m + 1-th distribution rib has. Therefore, among the distribution ribs, the first distribution rib has the smallest number of slits.
  • the number of slits included in the first distribution rib is preferably 6 or less.
  • the number of slits included in the mth distribution rib is preferably 1 ⁇ 2 of the number of slits included in the m + 1th distribution rib.
  • the number of slits included in the nth distribution rib is preferably 1 ⁇ 2 of the number of reaction gas flow paths included in the separator.
  • the present invention is characterized by the structure of the diffusion space and the distribution space.
  • the structure of the diffusion space and the distribution space will be described.
  • the diffusion space has a long axis perpendicular to the long axis of the reaction gas flow path. There is one diffusion space.
  • the cross-sectional area of the diffusion space is larger than the cross-sectional area of each slit of the first distribution rib.
  • the “cross-sectional area of the diffusion space” means the average area of the cross-section of the diffusion space that is parallel to the long axis of the reaction gas flow path and perpendicular to the surface direction of the separator.
  • the “cross-sectional area of the slit” means an area of a cross section of the slit that is parallel to the major axis of the distribution rib and perpendicular to the surface direction of the separator.
  • the cross-sectional area of the diffusion space is preferably 3 to 10 times the cross-sectional area of the slit of the first distribution rib. Further, the cross-sectional area of the diffusion space is preferably 0.9 times or more, more preferably 1 or more times the sum of the cross-sectional areas of the slits of the first distribution rib.
  • the diffusion space extends from an end in the long axis direction opposite to the reaction gas supply manifold hole (hereinafter also referred to as “end A”) to an end in the long axis direction on the reaction gas supply manifold hole side (hereinafter referred to as “end”). It may become wider toward the part B).
  • the width of the diffusion space (the length of the extended space in the major axis direction of the reaction gas flow path) increases from the end A toward the end B.
  • the diffusion space may be deepened (see Embodiment 4).
  • the cross-sectional area of the diffusion space is made larger than the cross-sectional area of the distribution space, and the pressure loss of the diffusion space is made lower than the pressure loss of the distribution space. It is preferable.
  • the “distribution space” is a space for evenly distributing the reaction gas diffused in the diffusion space in the direction perpendicular to the long axis of the reaction gas channel to each reaction gas channel. Therefore, it is preferable that the gas inlet distribution section has a large number of distribution spaces from the viewpoint of the distribution of the reaction gas. On the other hand, as the number of distribution spaces (ribs) increases, the pressure loss of the entire cell increases. For this reason, the number of distribution spaces is determined in consideration of the balance between the distribution of the reaction gas and the pressure loss. For example, in a fuel cell having a catalyst electrode size of 200 mm ⁇ 120 mm in length, the number of distribution spaces is 2 to 5 (that is, n is 2 to 5).
  • the cross-sectional area of the nth distribution space is preferably larger than the cross-sectional area of the 1st to (n-1) th distribution spaces.
  • the reaction gas supplied from the reaction gas supply manifold hole first flows into the diffusion space of the gas inlet distribution section.
  • the cross-sectional area of the diffusion space is larger than the cross-sectional area of each slit of the first distribution rib, and more preferably larger than the sum of the cross-sectional areas of the slits of the first distribution rib.
  • the pressure loss of the diffusion space is smaller than the pressure loss of the slit of the first distribution rib, and the reaction gas flowing into the diffusion space diffuses throughout the diffusion space before flowing into the slit of the first distribution rib. .
  • the reaction gas first diffuses in the width direction of the central portion of the separator in which the reaction gas flow path is formed.
  • reaction gas supplied to the diffusion space supplied from the reaction gas supply manifold hole may slightly leak from the slit near the reaction gas supply manifold hole of the first distribution rib before diffusing into the diffusion space.
  • the pressure loss in the diffusion space near the reaction gas supply manifold hole (end A) can be further reduced. Thereby, it is possible to prevent the reaction gas from leaking from the slits of the first distribution rib before filling the diffusion space.
  • the pressure of the reaction gas in the diffusion space increases, and the reaction gas flows into the first distribution space through the slit of the first distribution rib.
  • the pressure loss of the slits of one distribution rib is uniform. For this reason, the flow rate of the reaction gas flowing into each slit is also uniform.
  • the position of the slit of the first distribution rib is located between two adjacent slits of the second distribution rib, so that the reaction gas that has passed through the slit of the first distribution rib passes through the second rib. After the collision, the reaction gas is divided into two equal parts; the divided reaction gas flows into the second distribution space from the adjacent slits.
  • the reaction gas that has passed through the slit of the mth distribution rib is divided into two equal parts in the mth distribution space, and further passes through the slits of the m + 1th distribution rib, respectively. For this reason, as the reaction gas passes through the distribution space, it is evenly distributed in the width direction of the central portion of the separator (perpendicular to the major axis of the reaction gas). Finally, the reactive gas passes through the slit of the nth distribution rib and reaches the nth distribution space.
  • the flow rate of the reaction gas flowing out from each slit of the first distribution rib is made uniform, and the reaction gas flowing out from each slit of the first distribution rib is more evenly distributed.
  • the flow rate of the reaction gas is uniform in the width direction of the central portion of the separator in which the reaction gas flow path is formed.
  • the reaction gas that has reached the nth distribution space flows equally into the reaction gas flow path.
  • the reaction gas flowing out from the slit of the nth distribution rib is further divided into two equal parts, It flows into each reaction gas channel.
  • the cross-sectional area of the nth distribution space is large as described above, even if the positional relationship between the slit of the nth distribution rib and the reaction gas channel is shifted, the gas is evenly distributed to each reaction gas channel.
  • the reaction gas flow path is formed in the gas diffusion layer of the MEA (see Embodiment 8)
  • the positions of the slits of the nth distribution rib and the reaction gas flow path may be shifted when the fuel cell is assembled.
  • the positional relationship between the slit of the nth distribution rib and the reactive gas flow path shifts, the flow rate of the reactive gas flowing into each reactive gas flow path varies.
  • the reaction gas that has passed through the slits of the n-th distribution rib can diffuse in the n-th distribution space.
  • the flow rate of the reaction gas becomes uniform.
  • the variation in the flow rate of the reaction gas caused by the displacement of the positional relationship between the slit of the nth distribution rib and the reaction gas flow path is corrected.
  • the fuel cell of the present invention may have a gas outlet distributor that connects the reaction gas flow path and the reaction gas discharge manifold hole.
  • the position and structure of the gas inlet distributor and the position and structure of the gas outlet distributor are preferably point-symmetric with respect to the center point of the separator.
  • the reaction gas supply manifold hole is arranged diagonally to the reaction gas discharge manifold hole, and the position of the reaction gas supply manifold hole and the position of the reaction gas discharge manifold hole are symmetric with respect to the center point of the separator, and the gas inlet
  • the pressure loss of each reaction gas channel can be made uniform, and each reaction gas can be made uniform.
  • the flow rate of the reaction gas in the flow path can be made more uniform.
  • the flow rate of the reaction gas flowing through each reaction gas channel can be made uniform.
  • Embodiment 1 In Embodiment 1, a mode in which the separator is a metal separator will be described. In the first embodiment, a mode in which the distribution rib is formed on the separator by pressing the outer peripheral portion of the metal separator will be described.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell 1 has a frame-integrated MEA 100 and a pair of separators (an air electrode separator 200 and a fuel electrode separator 300) that sandwich the frame-integrated MEA 100.
  • the frame-integrated MEA 100 includes an MEA 101 and a frame 105 that holds the MEA 101.
  • the MEA 101 includes a polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes that sandwich the polymer electrolyte membrane (not shown).
  • the frame 105 includes a fuel gas supply manifold hole 110, a fuel gas discharge manifold hole 140, an oxidizing gas supply manifold hole 130, an oxidizing gas discharge manifold hole 160, a refrigerant supply manifold hole 120, and a refrigerant discharge manifold hole 150.
  • the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 also have a fuel gas supply manifold hole 110, a fuel gas discharge manifold hole 140, an oxidant gas supply manifold hole 130, an oxidant gas discharge manifold hole 160, a refrigerant supply manifold hole 120, and a refrigerant discharge at the outer periphery.
  • a manifold hole 150 is provided.
  • the outer peripheral portion of the air electrode separator 200 further has an oxidizing gas inlet distributor 210 and an oxidizing gas outlet distributor 260.
  • the oxidizing gas inlet distribution unit 210 and the oxidizing gas outlet distribution unit 260 overlap only the frame 105 and do not overlap the catalyst electrode 101.
  • the central portion of the air electrode separator 200 has an oxidizing gas channel 230 defined by the channel ribs 231.
  • the outer peripheral part of the fuel electrode separator 300 also has a fuel gas inlet distribution part 310 and a fuel gas outlet distribution part 360 (not shown) as in the air electrode separator 200 (see FIG. 4).
  • the fuel gas inlet distribution unit 310 and the fuel gas outlet distribution unit 360 overlap only the frame 105 and do not overlap the catalyst electrode 101.
  • the central portion of the fuel electrode separator 300 has a fuel gas flow path 330 defined by flow path ribs 331 (see FIG. 4).
  • the fuel gas supply manifold hole 110 and the oxidizing gas supply manifold hole 130 are adjacent to the refrigerant supply manifold hole 120.
  • the fuel gas supply manifold hole 110 is located diagonally to the fuel gas discharge manifold hole 140 and is point-symmetric with respect to the center point of the separator (or MEA).
  • the oxidizing gas supply manifold hole 130 is located diagonally to the oxidizing gas discharge manifold hole 160 and is point-symmetric with respect to the center point of the separator (or MEA).
  • the refrigerant supply manifold hole 120 and the refrigerant discharge manifold hole 150 are located on the same center line of the separator.
  • the position and structure of the gas inlet distributor and the position and structure of the gas outlet distributor are point symmetric with respect to the center point of the separator.
  • the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 have a refrigerant inlet distribution part 410, a refrigerant flow path 430, and a refrigerant outlet distribution part 460 on the back surface of the surface in contact with the MEA 100.
  • the position and structure of the refrigerant inlet distribution part 410 and the position and structure of the refrigerant outlet distribution part 460 are preferably point-symmetric with respect to the center point of the separator.
  • FIG. 3 shows an oxidizing gas inlet distributor 210 and an oxidizing gas flow channel 230 formed on the surface of the air electrode separator 200 in contact with the frame-integrated MEA 100. It is a figure which shows a pattern.
  • the air electrode separator 200 includes a sealing member 250 that surrounds the oxidizing gas supply manifold hole 130, the oxidizing gas inlet distributor 210, and the oxidizing gas channel 230.
  • the oxidizing gas inlet distribution section 210 connects the oxidizing gas supply manifold hole 130 and the linear oxidizing gas flow path 230.
  • the oxidant gas supply manifold hole 130 and the oxidant gas inlet distribution part 210 are connected via a flow path receiving part 240.
  • the oxidizing gas inlet distribution unit 210 includes one diffusion space 211 having a long axis perpendicular to the long axis of the oxidizing gas flow path 230 and three distribution spaces having a long axis perpendicular to the long axis of the oxidizing gas flow path 230 ( The first distribution space 212, the second distribution space 213, and the third distribution space 214), and the three distribution ribs that define the diffusion space 211 and the distribution space (first distribution rib 221, second distribution rib 222, third distribution rib) 223). Each distribution rib has a slit 225 connecting the distribution spaces.
  • the first distribution rib 221 has six slits 225 of the same size arranged at equal intervals; the second distribution rib 222 has twelve slits 225 of the same size arranged at equal intervals. And the third distribution rib 223 has 24 slits 225 of the same size arranged at equal intervals. Further, the number of oxidizing gas flow paths 230 is 48.
  • the cross-sectional area of the diffusion space 211 is larger than the cross-sectional area of the slit 225 included in the first distribution rib 221.
  • the depth of the diffusion space 211 is 0.25 to 0.50 mm and the width is 1.0 to 10.0 mm; the depth of the slit 225 included in the first distribution rib 221 is 0.25 to 0.00 mm.
  • the width is 50 mm and the width is 0.5 to 3.0 mm.
  • the depth of the first distribution space 212 and the second distribution space 213 is preferably 0.20 to 0.50 mm, and the width is preferably 1.0 to 1.5 mm.
  • the depth of the third distribution space 214 is preferably 0.20 to 0.50 mm, and the width is preferably 1.0 to 3.5 mm.
  • the depth of the slit included in the second distribution rib 222 and the third distribution rib 223 is preferably 0.20 to 0.50 mm and the width is preferably 0.2 to 1.5 mm.
  • the dimensions (depth and width) of the slits of the first distribution rib 221, the second distribution rib 222, and the third distribution rib 223 may be the same.
  • the slit 225 of the first distribution rib 221 is located at the center between the adjacent slits 225 of the second distribution rib 222; the slit 225 of the second distribution rib 222 is The third distribution rib 223 is located at the center between adjacent slits 225.
  • the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply manifold hole 130 first flows into the diffusion space 211 of the oxidizing gas inlet distributor 210.
  • the pressure loss of the diffusion space 211 is smaller than the pressure loss of the slit 225 of the first rib 221.
  • the oxidizing gas that has flowed into the diffusion space 211 first diffuses throughout the diffusion space 211 before flowing into the slit 225 of the first rib 221. Therefore, the oxidizing gas first diffuses in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas channel 230.
  • the oxidizing gas When the oxidizing gas further flows into the diffusion space 211 in which the oxidizing gas has diffused as a whole, the pressure of the oxidizing gas in the diffusion space 211 increases, and the oxidizing gas passes through the slit 225 of the first rib 221 and passes through the first distribution space. It flows into 212.
  • the slits 225 of the first ribs 221 have the same dimensions and the same pressure loss, so that the flow rate of the oxidizing gas flowing into the slits 225 of the first ribs 221 is uniform.
  • the oxidizing gas that has flowed into the first distribution space 212 through the slit 225 of the first rib 221 is divided into two equal parts as indicated by the arrows, and flows into the slit 225 adjacent to the second rib 222, respectively. It flows into the space 213.
  • the oxidizing gas that has flowed into the second distribution space 213 is divided into two equal parts as indicated by arrows, and flows into the slits 225 of the third ribs 223 and flows into the third distribution space 214, respectively.
  • the flow rate of the oxidizing gas flowing out from the respective slits 225 of the first rib 221 is made uniform, and the oxidizing gas flowing out of the respective slits 225 of the first rib 221 is more evenly distributed, whereby the third distribution.
  • the flow rate of the oxidizing gas is uniform in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas channel 230.
  • the oxidizing gas in the third distribution space 214 flows into each oxidizing gas flow path 230.
  • the flow rate of the oxidizing gas is uniform in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas flow channel 230. Therefore, the flow rate of the oxidizing gas in each oxidizing gas flow channel 230 is made uniform. can do.
  • FIG. 4 shows the structure of the fuel gas inlet distribution unit 310 and the fuel gas channel 330 formed on the surface of the fuel electrode separator 300 in contact with the frame-integrated MEA 100. It is a figure which shows a pattern.
  • the fuel electrode separator 300 includes a seal member 350 that surrounds the fuel gas supply manifold hole 110, the fuel gas inlet distributor 310, and the fuel gas flow path 330.
  • the fuel gas inlet distributor 310 connects the fuel gas supply manifold hole 110 and the linear fuel gas flow path 330.
  • the fuel gas supply manifold hole 110 and the fuel gas inlet distribution part 310 are connected via a flow path receiving part 340.
  • the fuel gas inlet distribution unit 310 includes a single diffusion space 311 having a long axis perpendicular to the long axis of the fuel gas flow path 330 and three distribution spaces having a long axis perpendicular to the long axis of the fuel gas flow path 330 ( The first distribution space 312, the second distribution space 313, and the third distribution space 314), and the three distribution ribs that define the diffusion space 311 and the distribution space (first distribution rib 321, second distribution rib 322, third distribution rib) 323). Each distribution rib has a slit 325 connecting the distribution spaces.
  • the structure of the fuel inlet distributor 310 is the same as that of the oxidizing gas inlet distributor 210 shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a refrigerant inlet distribution unit 410 and a linear refrigerant flow formed by adhering the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 adjacent to each other in the fuel cell stack. It is a figure which shows the pattern of the path
  • FIG. 5 As shown in FIG. 5, the refrigerant supply manifold hole 120, the refrigerant inlet distribution portion 410, and the refrigerant flow path 430 are surrounded by a seal member 450.
  • the refrigerant inlet distribution section 410 connects the refrigerant supply manifold hole 120 and the linear refrigerant flow path 430.
  • the refrigerant supply manifold hole 120 and the refrigerant inlet distribution part 410 are connected via a flow path receiving part 440.
  • the refrigerant inlet distribution unit 410 has n distribution ribs (first distribution rib 421, second distribution rib 422, and third distribution rib 423) that divide the refrigerant inlet distribution unit 410 into a plurality of spaces.
  • the distribution rib has a long axis perpendicular to the long axis of the straight refrigerant flow path 430 and has two or more slits 425 parallel to the long axis of the straight refrigerant flow path.
  • the refrigerant inlet distribution unit 410 is defined by distribution ribs, and has three or more refrigerant distribution spaces (first refrigerant distribution space 411, second refrigerant distribution space 412, and long axis perpendicular to the major axis of the refrigerant flow path 430.
  • a third refrigerant distribution space 413 and a fourth refrigerant distribution space 414) are provided. Adjacent refrigerant distribution spaces are connected by distribution rib slits 425.
  • the first distribution rib 421 has four slits 425; the second distribution rib 422 has twelve slits 425 of the same size arranged at equal intervals; the third distribution rib 423 has equal intervals Have 24 slits 425 of the same size.
  • the number of refrigerant flow paths 430 is 49. As will be described later, since the refrigerant flow path 430 and the reaction gas flow paths (230, 330) are in an integrated relationship, the number of refrigerant flow paths 430 (49) is the number of reaction gas flow paths (48). ) Will be more.
  • the cross-sectional area of the first refrigerant distribution space 411 is larger than the cross-sectional area of the slit 425 that the first distribution rib 421 has.
  • the depth of the first refrigerant distribution space 411 is 0.50 to 1.0 mm and the width is 1.0 to 10.0 mm; for example, the depth of the slit 425 included in the first distribution rib 421 is 0.00.
  • the width is 25 to 1.0 mm, and the width is 0.2 to 10 mm.
  • the first distribution rib 421 does not have a slit 425 at the center.
  • the cross-sectional area of the slit 425 on the center side is preferably larger than the cross-sectional area of the slit 425 on the end side.
  • the depth of the slit 425 on the end side of the first distribution rib 421 is about 0.25 mm and the width is about 2.0 mm; the depth of the slit 425 on the center side is about 0.25 mm; The width is about 3.0 mm.
  • the slit 425 included in the first distribution rib 421 is located at the center between the adjacent slits 425 included in the second distribution rib 422; the slit 425 included in the second distribution rib 422 is The third distribution rib 423 is located at the center between adjacent slits 425.
  • the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold hole 120 first flows into the first refrigerant distribution space 411 of the refrigerant inlet distribution unit 410.
  • the pressure loss of the diffusion space 411 is greater than the pressure loss of the slit 425 of the first distribution rib 421. Is also small.
  • the refrigerant that has flowed into the diffusion space 411 first diffuses throughout the first refrigerant distribution space 411 before flowing into the slits 425 of the first distribution rib 421. For this reason, the refrigerant first diffuses in a direction perpendicular to the long axis of the refrigerant flow path 430.
  • the refrigerant flows into the second refrigerant distribution space 412 through the slit 425 of the first distribution rib 421.
  • the refrigerant that has flowed into the second refrigerant space 412 is divided as indicated by the arrows, flows into the slits 425 of the second distribution ribs 422, and flows into the third refrigerant space 413, respectively.
  • the refrigerant flowing into the third refrigerant space 413 is divided into two equal parts as shown by the arrows, and flows into the slits 425 of the third distribution ribs 423 and flows into the fourth refrigerant distribution space 414, respectively.
  • the slit 425 is not formed in the central portion of the first distribution rib 421, so that the flow rate of the refrigerant in each refrigerant channel 430 can be made more uniform.
  • the refrigerant supply manifold hole 120 and the refrigerant discharge manifold hole 150 pass through the same center line of the separator (see FIG. 2), the refrigerant easily flows through the refrigerant flow path 430 at the center of the separator.
  • the slit is formed also in the central portion like the first distribution rib of the gas inlet distribution portion (210, 310), the refrigerant flows only through the refrigerant flow path 430 in the central portion, and on the end side. There is a possibility that the refrigerant flow path 430 may not flow.
  • the refrigerant may flow only through the refrigerant flow path 430 at both ends.
  • the cross-sectional area of the slit 425 at the center of the first distribution rib 421 is larger than the cross-sectional area of the slit 425 at the end of the first distribution rib 421.
  • the flow rate of the refrigerant passing through the slit 425 on the central portion side of the first distribution rib 421 is larger than the flow rate of the refrigerant passing through the slit 425 on the end portion side of the first distribution rib 421, and the refrigerant flow path 430 in the central portion is also present. Sufficient refrigerant can be supplied. For this reason, in this Embodiment, the flow volume of the refrigerant
  • the function of the refrigerant is to deprive the heat generated from the fuel cell and equalize the temperature of the fuel cell during power generation. For this reason, the refrigerant
  • coolant is not calculated
  • the separators (200, 300) are metal separators formed by pressing.
  • the separator has a concave / convex pattern integrated on the front and back surfaces, a constant thickness, and a corrugated cross-sectional shape. That is, the convex portion on the front surface of the separator corresponds to the concave portion on the back surface of the separator.
  • all of the distribution portions are formed by pressing the outer peripheral portion of the metal separator.
  • the refrigerant inlet distributor 410 and the refrigerant channel 430 are formed by bonding the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 together.
  • the shape of the metal separator that can form the refrigerant inlet distribution section 410 and the refrigerant flow path 430 by bonding together will be described.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA of the refrigerant inlet distribution part 410 and the refrigerant flow path 430 shown in FIG. 5;
  • FIG. 6B shows the refrigerant inlet distribution part 410 and the refrigerant flow path 430 shown in FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the CC line of the refrigerant inlet distribution portion 410 and the refrigerant flow path 430 shown in FIG. 5;
  • FIG. 6D is the refrigerant inlet distribution shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line DD of a portion 410 and a refrigerant flow path 430.
  • each of the separators (200, 300) has a surface M (hereinafter, also simply referred to as “intermediate surface”) having an intermediate height (lower than the top of the rib and higher than the bottom surface of the distribution space).
  • the depth D of the intermediate surface M may be about half the depth 310d of the distribution space of the fuel gas inlet distribution section 310. More specifically, the depth D of the intermediate surface M is about 0.25 mm, and the depth 310d of the distribution space of the fuel gas inlet distribution unit 310 is about 0.5 mm.
  • the slit 425 included in the rib of the refrigerant inlet distribution section 410 is formed by the intermediate surface M. In the region of the intermediate surface M, the distribution space of the oxidizing gas inlet distribution unit 210 and the distribution space of the fuel gas inlet distribution unit 310 are not blocked.
  • the refrigerant inlet distributor 410 and the refrigerant channel 430 can be formed by bonding the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 together. Moreover, since the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300 have the intermediate surface M, the patterns of the gas distribution unit and the refrigerant distribution unit can be different.
  • the sum of the thickness of the MEA and the height of the flow path rib is set to be larger than the sum of the thickness of the frame body and the height of the distribution rib.
  • a distribution rib is formed in a separator by cutting the outer peripheral part of a carbon separator.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the plane of the air electrode separator 200 of the fuel cell according to the second embodiment.
  • the same constituent elements as those of the fuel cell 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the air electrode separator 200 of the fuel cell according to the second embodiment has an oxidizing gas inlet distribution section 210 having the same pattern as that of the first embodiment.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view of the fuel cell 2 of the present embodiment taken along the line AA shown in FIG.
  • the sum of the thickness 101t of the MEA 101 and the height 231h of the channel rib 231 (hereinafter also referred to as “S1”) is the sum of the thickness 105t of the frame 105 and the height of the distribution rib 220h. It is larger than the sum (hereinafter also referred to as “S2”).
  • S1 the sum of the thickness 101t of the MEA 101 and the height 231h of the channel rib 231
  • S2 the sum of the thickness 105t of the frame 105 and the height of the distribution rib 220h. It is larger than the sum (hereinafter also referred to as “S2”).
  • S1 is too larger than S2
  • the gap G is increased between the distribution rib and the frame 105, and it is not preferable because the sealing of the distribution space cannot be maintained.
  • the difference between S1 and S2 is preferably 200 ⁇ m or less.
  • the height of the first distribution rib 221 is higher than the heights of the other distribution ribs (second distribution rib 222, third distribution rib 223).
  • FIG. 8B is an enlarged view of the first distribution rib 221, the second distribution rib 222, and the third distribution rib 223 shown in FIG. 8A.
  • the height of the distribution rib gradually decreases from the first distribution rib 221 toward the third distribution rib 223.
  • the second distribution rib 222 is preferably 10 to 40 ⁇ m lower than the first distribution rib 221
  • the third distribution rib 223 is preferably 40 to 86 ⁇ m lower than the second distribution rib 222.
  • the sum S1 of the thickness of the MEA 101 and the height 231h of the channel rib 231 is set to the thickness 105t of the frame 105 and the height of the distribution rib.
  • the MEA 101 and the flow path rib are reliably in contact with each other.
  • the sum S1 of the thickness 101t of the MEA 101 and the height 231h of the flow channel rib is smaller than the sum S2 of the thickness 105t of the frame 105 and the height 220h of the distribution rib.
  • a gap G is formed between the flow path rib 231 and the MEA 101, and the flow path rib 231 cannot contact the MEA 101. If the flow path rib 231 cannot contact the MEA 101, electrons cannot move from the air electrode to the fuel electrode, and electric energy cannot be extracted.
  • the distribution space may not be sealed even when a fastening pressure is applied to the fuel cell. If the distribution space is not sealed, the gas distribution function of the distribution unit is degraded. In particular, when the first distribution rib does not contact the frame body 105 and the diffusion space is not sealed, the gas distribution function of the distribution unit is significantly deteriorated.
  • the height of the first distribution rib is made higher than the height of the other distribution ribs, thereby making contact between the first distribution rib and the frame 105.
  • FIG. 9A is a diagram showing a contact area between the distribution ribs (221, 222, 223) and the frame body in the fuel cell of the present embodiment to which the fastening pressure (124 MPa) is applied.
  • a white area Y on the top surface of the distribution rib indicates a contact area with the frame.
  • the height of the distribution rib is gradually lowered from the first distribution rib 221 toward the third distribution rib 223 as shown in FIG. 8B.
  • the height of the first distribution rib is 0.25 mm
  • the height of the second distribution rib is 0.24 mm
  • the height of the third distribution rib is 0.21 mm.
  • the first distribution rib 221, the second distribution rib 222, and the third distribution rib 223 are all in contact with the frame. As a result, the distribution space is sealed, and the gas distribution function of the distribution unit is ensured.
  • FIG. 9B is a diagram showing a contact area between the distribution rib and the frame 105 when the heights of the distribution ribs (221, 222, 223) are all the same. As shown in FIG. 9B, when the heights of all the distribution ribs are the same, only the third distribution rib 223 contacts the frame, and the diffusion space 211 is not sealed. For this reason, the gas distribution function of a distribution part falls remarkably.
  • FIG. 9C is a diagram illustrating a contact area between the distribution rib and the frame body 105 when the height of the first distribution rib 221 and the height of the second distribution rib 222 are the same.
  • the first distribution rib has a height of 0.25 mm
  • the second distribution rib has a height of 0.25 mm
  • the third distribution rib has a height of 0.21 mm. It is.
  • the contact with the 1st distribution rib and a frame can be secured, and the gas distribution function of a distribution part is secured. Is done.
  • FIG. 10A shows an exploded cross-sectional view of the fuel cell 3 of the third embodiment.
  • the fuel cell 3 shown in FIG. 10A is the same as the fuel cell 2 of the second embodiment shown in FIG. 8A except that the structure of the distribution rib is different.
  • the same components as those of the fuel cell 2 of Embodiment 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the top surface of the distribution rib is made of an elastic member 170.
  • the sum S1 of the MEA thickness 101t and the flow path rib height 231h is the sum of the frame thickness 105t and the distribution rib height 220h. It may be S2 or less.
  • the height of all the distribution ribs may be the same.
  • FIG. 10B shows a state in which a fastening pressure is applied to the fuel cell 2 shown in FIG. 10A.
  • the elastic member 170 comes into contact with the frame and the elastic member 170 is crushed.
  • the distribution rib height 220h decreases, and the sum S1 of the MEA thickness 101t and the flow path rib height 231h is the sum of the thickness of the frame 105t and the distribution rib height 220h. Sum S2 or more.
  • MEA101 and the flow path rib 231 can contact.
  • the distribution rib can reliably contact the frame body 105, the sealing performance of the distribution space is ensured.
  • the distribution rib demonstrated the example which consists of a litigation
  • the distribution rib may be composed of only the elastic member 170 disposed on the separator.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view of the plane of the air electrode separator 200 of the fuel cell 4 of the fourth embodiment.
  • the same constituent elements as those of the fuel cell 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the width of the diffusion space 211 extends from the end A in the long axis direction opposite to the oxidizing gas supply manifold hole 210 to the long axis on the oxidizing gas supply manifold hole 210 side. It gradually becomes wider toward the end B in the direction. Accordingly, the width W2 near the end B of the diffusion space 211 is wider than the width W1 near the end A.
  • the pressure loss of the diffusion space in the vicinity of the reaction gas supply manifold hole can be further reduced, and the reaction gas reduces the diffusion space. It is possible to prevent leakage from the slit of the first distribution rib before filling.
  • the gas distribution unit has been described as having three or more distribution spaces and two or more distribution ribs.
  • a mode in which the gas distribution unit has one distribution rib will be described.
  • the fuel cell of Embodiment 5 is the same as the fuel cell 1 of Embodiment 1 except that the pattern of the gas distribution unit is different. Therefore, in Embodiment 5, only the pattern of a gas distribution part is demonstrated.
  • FIG. 12 is a diagram showing patterns of the oxidizing gas inlet distribution unit 210a and the oxidizing gas channel 230 formed on the surface of the air electrode separator 200a in contact with the MEA. It is.
  • the same components as those of the air electrode separator of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the oxidizing gas inlet distribution section 210a connects the oxidizing gas supply manifold hole 130 and the linear oxidizing gas flow path 230.
  • the oxidant gas supply manifold hole 130 and the oxidant gas inlet distribution part 210a are connected via a flow path receiving part 240.
  • the oxidizing gas inlet distribution part 210 a has one distribution rib 221 a having a long axis perpendicular to the long axis of the oxidizing gas channel 230.
  • the distribution rib 221a divides the oxidizing gas inlet distribution section 210a into a diffusion space 211 on the oxidizing gas supply manifold hole 130 side and a distribution space 212 on the oxidizing gas flow channel 230 side.
  • the distribution rib 221 a has two or more (six) distribution flow paths 227 that connect the diffusion space 211 and the distribution space 212.
  • the distribution channel 227 branches in a tournament table shape from the oxidizing gas supply manifold hole 130 side to the oxidizing gas channel 230 side.
  • the distribution channels 227 preferably all have the same dimensions.
  • the cross-sectional area of the diffusion space 211 is larger than the cross-sectional area of the distribution channel 227.
  • the depth of the diffusion space 211 is 0.25 to 0.50 mm
  • the width is 1.0 to 10.0 mm
  • the depth of the distribution channel 227 included in the first distribution rib 221a is 0.25 to
  • the width is 0.50 mm and the width is 0.5 to 3.0 mm.
  • the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply manifold hole 130 first flows into the diffusion space 211 of the oxidizing gas inlet distributor 210a.
  • the pressure loss of the diffusion space 211 is smaller than the pressure loss of the distribution channel 227.
  • the oxidizing gas that has flowed into the diffusion space 211 first diffuses throughout the diffusion space 211 before flowing into the distribution channel 227. Therefore, the oxidizing gas first diffuses in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas channel 230.
  • the pressure of the oxidizing gas in the diffusion space 211 increases, and the oxidizing gas flows into the distribution channel 227.
  • the dimensions of the six distribution channels 227 are the same and the pressure loss is the same, so the flow rate of the oxidizing gas flowing into each distribution channel 227 is also uniform.
  • the oxidizing gas flowing into each distribution channel 227 is evenly distributed in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas channel 230 and flows into the distribution space 212 by the distribution channel branched in a tournament table shape.
  • the flow rate of the oxidizing gas flowing into each distribution channel 227 is made uniform, and the oxidizing gas is more evenly distributed in each distribution channel 227, whereby the flow rate of the oxidizing gas in the first distribution space 212 is It becomes uniform in the direction perpendicular to the major axis of the oxidizing gas channel 230.
  • the oxidizing gas in the first distribution space 212 flows into each oxidizing gas channel 230.
  • the flow rate of the oxidizing gas is uniform in the direction perpendicular to the long axis of the oxidizing gas flow channel 230. Therefore, the flow rate of the oxidizing gas in each oxidizing gas flow channel 230 is made uniform. can do.
  • FIG. 13 is a diagram showing a pattern of the fuel gas inlet distribution unit 310a and the oxidizing gas channel 330 formed on the surface of the fuel electrode separator 300a that contacts the MEA. It is.
  • the same components as those of the fuel electrode separator of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the fuel gas inlet distribution section 310 a connects the fuel gas supply manifold hole 110 and the linear fuel gas flow path 330.
  • the fuel gas supply manifold hole 110 and the fuel gas inlet distribution part 310a are connected via a flow path receiving part 340.
  • the fuel gas inlet distribution section 310 a has one distribution rib 321 a having a long axis perpendicular to the long axis of the fuel gas flow path 330.
  • the distribution rib 321a divides the fuel gas inlet distribution portion 310a into a diffusion space 311 on the fuel gas supply manifold hole 110 side and a distribution space 312 on the fuel gas flow path 330 side.
  • the distribution rib 321 a has two or more (six) distribution flow paths 327 that connect the diffusion space 311 and the distribution space 312.
  • the distribution channel 327 branches from the fuel gas supply manifold hole 110 side to the fuel gas channel 330 side in a tournament table shape.
  • the distribution channels 327 preferably all have the same dimensions.
  • the structure of the fuel inlet distributor 310a is the same as that of the oxidizing gas inlet distributor 210a shown in FIG.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional view of the fuel cell stack 6 of the sixth embodiment.
  • the same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the distribution ribs (first distribution rib 321b, second distribution rib 322b, and third distribution rib 323b) of the fuel gas inlet distribution portion are the frames of the frame-integrated MEA 100. Formed on the body 105. Therefore, the outer peripheral portion of the fuel electrode separator 300b is a flat plate without an uneven shape.
  • the distribution rib of the oxidizing gas inlet distribution portion is formed by pressing the outer peripheral portion of the air electrode separator 200 which is a metal separator, as in the third embodiment. Further, the refrigerant inlet distribution portion is formed by bonding the air electrode separator 200 and the fuel electrode separator 300b together.
  • the outer peripheral portion of the fuel electrode separator becomes a flat plate, and the uneven shape of the fuel separator can be simplified. Thereby, distortion of a fuel electrode separator can be prevented.
  • FIG. 15 is a sectional view of the fuel cell stack 7 according to the seventh embodiment.
  • the same constituent elements as those of the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the distribution ribs of the oxidizing gas inlet distributor and the fuel gas inlet distributor are formed in the frame 105 of the frame-integrated MEA 100. Specifically, distribution ribs (first distribution rib 221c, second distribution rib 222c and third distribution rib 223c) of the oxidizing gas inlet distribution portion are formed on the frame body 105; similarly, distribution ribs of the fuel gas inlet distribution portion (First distribution rib 321c, second distribution rib 322c, and third distribution rib 323c) are formed on the frame 105. Therefore, the outer peripheral part of a separator (200c, 300c) does not have uneven
  • the refrigerant distribution portion cannot be formed as in the first embodiment only by bonding the air electrode separator 200c and the fuel electrode separator 300c (FIG. 6A).
  • the distribution ribs (first distribution rib 421c, second distribution rib 422c, and third distribution rib 423c) of the refrigerant inlet distribution portion are seal members disposed on the outer peripheral portion (flat plate) of the separator. It is.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of the fuel cell according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the fuel electrode separator 300d does not have a fuel gas flow path.
  • FIG. 17 is a partially enlarged view of a cross section taken along line AA of the fuel cell 5 shown in FIG.
  • the same constituent elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the fuel gas flow path 330 d is formed in the gas diffusion layer 104 of the MEA 101. For this reason, the center part of the fuel electrode separator 300d is a flat plate without an uneven shape.
  • Example 1 A simulation experiment was conducted to show that the present invention improves the distribution of the reaction gas. Specifically, the flow of gas in the power generation state of the fuel cell of the first embodiment was analyzed using a PUE module of ANSYS FLUENT.
  • the size of the catalyst electrode was 120 mm wide and 200 mm long.
  • the width of the oxidizing gas channel 230 was 1.0 mm, the depth was 0.3 mm, and the number was 48.
  • the width of the distribution rib defining the flow path was 1.5 mm, and the pitch between the flow paths was 2.5 mm.
  • the width of the fuel gas channel 330 was 1.0 mm, the depth was 0.5 mm, and the number was 48.
  • the width of the distribution rib defining the flow path was 1.5 mm, and the pitch between the flow paths was 2.5 mm.
  • the oxidizing gas channel and the fuel gas channel were arranged to face each other.
  • the oxidizing gas inlet distributor 210 was set to have four distribution spaces and three distribution ribs.
  • the width of the diffusion space 211 was 10 mm and the depth was 0.5 mm.
  • the width of the 1st distribution space 212 and the 2nd distribution space 213 was 1 mm, and the depth was 0.5 mm.
  • the width of the third distribution space 214 was 3.5 mm and the depth was 0.5 mm. All the distribution ribs had a width of 1.5 mm.
  • the width of the slit of the first distribution rib 221 was 3 mm.
  • the slit width of the second distribution rib 222 and the third distribution rib 223 was 1.5 mm.
  • the fuel gas inlet distributor 310 has the same dimensions as the oxidizing gas distributor except that the depth of the distribution space is 0.25 mm.
  • the standard flow rate of oxidizing gas per cell was 1.737 L / min, and the standard flow rate of fuel gas was 0.713 L / min.
  • the dew point of the oxidizing gas was 65 ° C.
  • the dew point of the fuel gas was 65 ° C.
  • the cell temperature was 80 ° C.
  • the oxidizing gas was air
  • the fuel gas was hydrogen
  • carbon dioxide was mixed at a volume ratio of 25%.
  • the current density during power generation was set to 0.24 A / cm 2 .
  • Comparative Example 1 As a comparative example, a simulation was performed under the same conditions as in the experimental example, except that the distribution unit was set not to have a distribution space and distribution ribs.
  • FIG. 18 shows the analysis result in the oxidizing gas channel
  • FIG. 19 shows the analysis result in the fuel gas channel.
  • the vertical axis indicates the ratio to the average flow rate in%
  • the horizontal axis indicates the channel number.
  • the average flow rate is a value obtained by dividing the flow rate of the supplied gas by the number of reaction gas flow paths.
  • the ratio to the average flow rate 100%, it means that the flow rate of the reaction gas flowing through the reaction gas channel is the same as the average flow rate; when it exceeds 100%, the reaction gas flowing through the reaction gas channel Is less than 100%, it means that the flow rate of the reaction gas flowing in the reaction gas flow path is less than the average flow rate.
  • the variation in the flow rate of the oxidizing gas in each oxidizing gas flow channel could be suppressed to within 5%.
  • the variation in the flow rate of the oxidizing gas in each oxidizing gas channel was 30% or more.
  • the variation in the flow rate of the fuel gas in each fuel gas flow channel could be suppressed to within 1%.
  • the variation in the flow rate of the fuel gas between the fuel gas flow paths was 10% or more.
  • the reason why the variation in the gas flow rate in the fuel electrode is smaller than that in the oxidation electrode is considered to be due to the fact that the fuel gas is less viscous than the oxidation gas.
  • a fuel cell stack for a stationary home cogeneration system is required to have high power generation efficiency. For this reason, in the fuel cell stack for household cogeneration systems, the flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell is reduced in order to increase the utilization rate of the reaction gas and increase the power generation efficiency.
  • an oxidizing gas is supplied at a rate of 0.1 L / min to 3 L / min and a fuel gas is supplied at a rate of 0.05 L / min to 1.2 L / min per unit cell having a catalyst electrode area of 240 cm 2 .
  • the oxygen utilization rate (limit utilization rate) of the oxidizing gas up to 80% and the hydrogen utilization rate (limit utilization rate) of the fuel gas up to 95%.
  • the current density becomes 0.02 A / cm 2 to 0.4 A / cm 2 .
  • the fuel cell of the present invention when the flow rate of the reaction gas is 2 L / min or less, the variation in the flow rate of the reaction gas can be suppressed to 5% or less. For this reason, the fuel cell of the present invention is particularly suitable as a fuel cell for household cogeneration systems.
  • the flow rate of the reaction gas is 5% in the oxidizing gas passage and 1% in the fuel gas passage. Even if there is a variation in the range, the current distribution of the electrode is stabilized uniformly.
  • Example 2 A simulation experiment was conducted to show the relationship between the flow rate of the reaction gas and the distribution of the reaction gas.
  • the simulation was performed under the same conditions as in Experimental Example 1, except that the flow rate of the reaction gas was a variable.
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, a simulation was performed under the same conditions as in Experimental Example 2, except that the distribution unit was set not to have a distribution space and distribution ribs.
  • the fuel cell of the present invention exhibits high reaction gas distribution even when the flow rate of the reaction gas is increased. Therefore, the fuel cell of the present invention is also suitable as a fuel cell for automobiles with a large reactive gas flow rate.
  • the current density in normal power generation is 0.5 A / cm 2 to 2 A / cm 2 .
  • a fuel cell unit per area of the catalyst electrode 240 cm 2 the oxidizing gas 3.5L / min ⁇ 8L / min, a fuel gas 1.4 L / min ⁇ Supply 6 L / min.
  • the fuel cell of the present invention Since the fuel cell of the present invention has high reactive gas distribution, it is suitable as a fuel cell stack for a home cogeneration system. In addition, the fuel cell of the present invention has a high reaction gas distribution property even when the flow rate of the reaction gas is large. Therefore, the fuel cell of the present invention can exhibit high power generation performance as a fuel cell for electric vehicles and a mobile fuel cell.
  • Fuel cell 100 Frame-integrated MEA 101 MEA 105 Frame 102 Electrolyte Membrane 103 Catalyst Layer 104 Gas Diffusion Layer 110 Fuel Gas Supply Manifold Hole 120 Refrigerant Supply Manifold Hole 130 Oxidizing Gas Supply Manifold Hole 140 Fuel Gas Discharge Manifold Hole 150 Refrigerant Discharge Manifold Hole 160 Oxidizing Gas Discharge Manifold Hole 170 Elastic Member 200
  • Air electrode separator 210 Oxidizing gas inlet distribution section 211 Diffusion space 212, 213, 214 Distribution space 221, 222, 223 Distribution rib 225, 325, 425 Slit 227, 327 Distribution flow path 230 Oxidation gas flow path 231 Flow path rib 240, 340, 440 Flow path receiving part 250, 350, 450 Seal member 260 Oxidizing gas outlet distribution part 300 Fuel electrode separator 310 Fuel gas inlet distribution part 311 Diffusion space 312, 313, 3 14 Distribution space 321, 32

Landscapes

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Abstract

　本発明の燃料電池は、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、反応ガス供給マニホールド孔と反応ガス流路とを接続するガス入口分配部と、を有し、ガス入口分配部は、ガス入口分配部を複数のスペースに区切り、直線状のガス流路の長軸に垂直な長軸を有し、かつ直線状のガス流路の長軸に平行な２以上のスリットを有するｎ個［ｎは２以上の整数である］の分配リブを有し、リブのうち、最も前記反応ガス供給マニホールド孔側の分配リブを第１分配リブとし、最も前記反応ガス流路側の分配リブを第ｎ分配リブとし、前記スペースのうち前記第１分配リブよりも前記反応ガス供給マニホールド孔側のスペースを拡散スペースとしたとき、拡散スペースの断面面積は、第１分配リブが有するスリットの断面面積よりも大きい。

Description

固体高分子型燃料電池
　本発明は、家庭用コージェネレーションシステム、ポータブル電源、電気自動車用電源等に使用される燃料電池、特に高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池に関するものである。
　固体高分子型燃料電池は、基本的に、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、ならびに高分子電解質膜を挟持する一対の触媒電極（燃料極および空気極）から構成される。上記構成を有する燃料電池の燃料極に水素を含む燃料ガスを供給し、空気極に酸素を含む酸化ガスを供給することで、電気エネルギを継続的に取り出すことができる。
　高分子電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜や、炭化水素樹脂系イオン交換膜のような高分子イオン交換膜などを有する電解質から構成される。また、高分子電解質膜が、イオン輸送機能を有するためには、高分子電解質膜が一定量の水分を含むことが必要である。
　触媒電極は、高分子電解質膜側に位置し、触媒電極内における酸化還元反応を促進させる触媒層と、触媒層の外側に位置し、通気性および導電性を併せ持つガス拡散層とから構成される。触媒層は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする。さらに、ガス拡散層は、触媒層側に位置し、触媒層との接触性を向上させるカーボンコート層と、外部から供給されるガスを拡散させて、触媒層に供給するための基材層とから構成される。これら高分子電解質膜および一対の触媒電極（触媒層、カーボンコート層およびガス拡散基材層）を一体化したものは、膜電極接合体（membrane electrode assembly；以下「ＭＥＡ」という）と呼ばれる。
　ＭＥＡを機械的に固定し、かつＭＥＡに供給される燃料ガスと酸化ガスとが混ざらないようにするため、燃料電池はＭＥＡを挟むセパレータを有する。
　反応ガスをＭＥＡに供給するための反応ガス流路は、ガス拡散層などに形成されることもあるが、通常は、セパレータの表面のうちＭＥＡに接する面に形成される。反応ガス流路は、セパレータに設けられたマニホールド孔と接続している。マニホールド孔と接続した反応ガス流路を通じて、触媒電極に反応ガスを供給したり、未反応の余剰ガスを排出することができる。また、反応ガス流路に供給される反応ガスは予め加湿されていてもよい。
　このようにＭＥＡおよび一対のセパレータからなる燃料電池単セルを積層し、集電板、絶縁板および端板で挟むことで燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは通常、締結ロッドで固定されている。
　上記構成を有する燃料電池において、燃料極に水素を含む燃料ガスを、空気極に酸素を含む酸化ガスを供給すると、以下の反応により電気エネルギを得ることができる。
　まず、燃料極に供給された水素は、燃料極のガス拡散層を拡散し触媒層に達する。触媒層において、水素は、水素イオンと電子に分けられる。水素イオンは、保水状態の高分子電解質膜を通して空気極に移動する。電子は、ＭＥＡに接触したセパレータを通って燃料極から空気極に移動する。燃料極から空気極へ移動する電子は、電気エネルギとして利用されうる。空気極の触媒層では、高分子電解質膜を通して移動してきた水素イオンと、セパレータを通って移動してきた電子と、空気極に供給された酸素とが反応し、水が生成される。発電時に生成された水は、ＭＥＡを保湿するために用いられ、乾燥によるＭＥＡの膜劣化を防止する。
　また、上述した反応では熱が発生することから、燃料電池は発電中に発熱する。このため燃料電池の温度状態を良好な条件に維持するために、燃料電池を冷媒等で冷却する必要がある。燃料電池セルを積層した燃料電池スタックでは、通常、１～３セルごとに、冷媒を流すための冷媒流路が設けられる。
　燃料電池の発電性能を向上させるには、各反応ガス流路に供給される反応ガスの流量を均一にすることが必要になる。各反応ガス流路に均一量の反応ガスを供給することで、触媒電極での反応が均一になり、電流分布が生じにくくなり、発電性能が向上する。
　各反応ガス流路に反応ガスを均一に供給するために、セパレータが反応ガスマニホールド孔と反応ガス流路とを接続するガス分配部を有する燃料電池が知られている（例えば、特許文献１～６参照）。
　図１は、特許文献１に開示された燃料電池が有するセパレータのガス分配部３２の斜視図である。図１に示されるように、特許文献１のセパレータは、反応ガス供給マニホールド孔２０と反応ガス流路が形成された領域１１とを接続するガス分配部３２を有する。ガス分配部３２は、複数の凸部３１を有する。
　このように、反応ガス供給マニホールド孔２０と反応ガス流路が形成された領域１１とを接続するガス分配部３２が、複数の突起を有すると、反応ガス供給マニホールド孔２０からガス分配部に流入した反応ガスが突起によって分散され、各反応ガスに均一に分配されうる。
　また、ＭＥＡに外周を覆う枠体を設け、ガス分配部がＭＥＡの触媒電極に重ならないように、ガス分配部を枠体とセパレータとの間にのみ形成する技術が知られている（例えば特許文献７および８参照）。
特開２００７－１４１５３７号公報 特開２００９－１４０７０４号公報 特開２００９－０５９６８５号公報 特開２００９－０５９５１３号公報 特開２００８－１２３７５０号公報 特開２００９－００４２３０号公報 特開２００７－３１７５２０号公報 特開２００７－２００８６４号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたようなガス分配部では、反応ガスを反応ガス供給マニホールドから離れた反応ガス流路にまで分配されることができなかった。このため、特許文献１に記載されたような燃料電池では、各反応ガス流路に流れる反応ガスの流量にばらつきが生じる。これにより、セル内で電流分布のばらつきが拡大し発電性能が低下することがあった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マニホールド孔から各反応ガス流路に均等にガスを分配することを可能とした燃料電池を提供することを目的とする。
　本発明は以下に示す燃料電池に関する。
　［１］高分子電解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟み、直線状の流路リブによって規定された直線状の反応ガス流路、反応ガス供給マニホールド孔および反応ガス排出マニホールド孔を有する一対のセパレータと、前記反応ガス供給マニホールド孔と前記反応ガス流路とを接続するガス入口分配部と、を有する固体高分子型燃料電池であって、前記ガス入口分配部は、前記ガス入口分配部を複数のスペースに区切り、前記直線状のガス流路の長軸に垂直な長軸を有し、かつ前記直線状のガス流路の長軸に平行な２以上のスリットを有するｎ個［ｎは２以上の整数である］の分配リブを有し、前記リブのうち、最も前記反応ガス供給マニホールド孔側の分配リブを第１分配リブとし、最も前記反応ガス流路側の分配リブを第ｎ分配リブとし、前記スペースのうち前記第１分配リブよりも前記反応ガス供給マニホールド孔側のスペースを拡散スペースとしたとき、前記拡散スペースの、前記反応ガス流路の長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の平均面積は、前記第１分配リブが有するスリットの、前記分配リブの長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の面積よりも大きく、前記第ｍ［ｍは１～ｎ－１までの任意の整数である］分配リブが有するスリットの位置は、前記第ｍ＋１分配リブが有する２つの隣接するスリットの間に位置する、固体高分子型燃料電池。
　［２］前記拡散スペースの断面の平均面積は、前記第１分配リブが有するスリットの断面の面積の総和の０．９倍以上である、［１］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［３］前記第ｍ分配リブが有するスリットの数は、前記第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数よりも少ない、［１］または［２］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［４］前記第ｍ分配リブが有するスリットの数は、前記第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数の１／２である、［１］～［３］のいずれか一つに記載の固体高分子型燃料電池。
　［５］前記第ｎ分配リブが有するスリットの数は、前記セパレータが有する反応ガス流路の本数の１／２である、［４］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［６］前記反応ガス流路と前記反応ガス排出マニホールド孔とを接続するガス出口分配部をさらに有し、前記反応ガス供給マニホールド孔は、前記反応ガス排出マニホールド孔の対角に位置し、かつ前記反応ガス供給マニホールド孔の位置と前記反応ガス排出マニホールド孔の位置とは、前記セパレータの中心点に関して点対称であり、前記ガス入口分配部の位置および形状と、前記ガス出口分配部の位置および形状とは、前記セパレータの中心点に関して点対称である、［１］～［５］のいずれか一つに記載の固体高分子燃料電池。
　［７］前記膜電極接合体を保持する枠体をさらに有し、前記ガス入口分配部は、前記セパレータと前記枠体との間に設けられる、［１］～［６］のいずれか一つに記載の固体高分子型燃料電池。
　［８］前記流路リブの高さと、前記膜電極接合体の厚さとの和は、前記分配リブの高さと前記枠体の厚さとの和以上であり、前記分配リブのうち前記第１分配リブが最も高い、［７］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［９］前記分配リブの高さは、前記第１分配リブから前記第ｎ分配リブに向かって、徐々に減少する、［８］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［１０］前記分配リブの頂面は、弾性部材からなる、［７］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［１１］前記スペースのうち、前記拡散スペース以外のスペースを分配スペースとしたとき、前記拡散スペースの断面の平均面積は、いずれの前記分配スペースの、前記反応ガス流路の長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の平均面積よりも大きい、［１］～［１０］のいずれか一つに記載の固体高分子型燃料電池。
　［１２］前記セパレータは、冷媒供給マニホールド孔と、前記反応ガス流路が形成された面の裏面に直線状の冷媒流路と、をさらに有し、前記冷媒供給マニホールド孔は、前記反応ガス供給マニホールド孔に隣接する、［１］～［１１］のいずれか一つに記載の固体高分子型燃料電池。
　［１３］前記冷媒供給マニホールド孔と、前記冷媒流路とを接続する冷媒入口分配部をさらに有し、前記冷媒入口分配部は、前記ガス入口分配部を複数のスペースに区切り、前記直線状の冷媒流路の長軸に垂直な長軸を有し、かつ前記直線状の冷媒流路の長軸に平行な２以上のスリットを有するｎ個［ｎは２以上の整数である］の分配リブを有する、［１２］に記載の固体高分子型燃料電池。
　［１４］前記ガス入口分配部の分配リブは、前記セパレータに形成される、［１］～［１３］のいずれか一つに記載の固体高分子型燃料電池。
　［１５］前記セパレータは、前記反応ガスが形成された中央部と、前記中央部を囲む外周部とを有し、前記ガス入口分配部の分配リブは、前記枠体に形成され、前記外周部は、平板である、［７］に記載の固体高分子型燃料電池。
　本発明の燃料電池によれば、反応ガス供給マニホールド孔から供給された反応ガスを、まず反応ガス流路に対して垂直方向に伸びた拡散スペースに充満させ、その後、それぞれの反応ガス流路に均等に分配することができる。このため、本発明によれば、セル内での電流分布のばらつきを抑えることができ、発電性能の高い燃料電池を提供することができる。
特許文献１に開示された従来の燃料電池のセパレータの斜視図 実施の形態１の燃料電池の分解斜視図 実施の形態１の酸化ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態１の燃料ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態１の冷媒入口分配部のパターンを示す図 実施の形態１の燃料電池の断面図 実施の形態２の酸化ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態２の燃料電池の断面図 分配リブと枠体との接触領域を示す図 実施の形態３の燃料電池の断面図 実施の形態４の酸化ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態５の酸化ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態５の燃料ガス入口分配部のパターンを示す図 実施の形態６の燃料電池の断面図 実施の形態７の燃料電池の断面図 実施の形態８の燃料電池の分解斜視図 実施の形態８の燃料電池の断面図 実験例１および比較例１のシミュレーション結果を示すグラフ（空気極側） 実験例１および比較例１のシミュレーション結果を示すグラフ（燃料極側） 実験例２および比較例２のシミュレーション結果を示すグラフ
　本発明の固体高分子型燃料電池（以下単に「燃料電池」とも称する）は、（１）膜電極接合体と、（２）膜電極接合体を挟む一対のセパレータ（燃料極セパレータおよび空気極セパレータ）と、（３）分配部とを有する。以下それぞれの構成要素について説明する。
　（１）膜電極接合体
　膜電極接合体（以下「ＭＥＡ」とも称する）は、高分子電解質膜および一対の触媒電極を有する。高分子電解質膜は、湿潤状態において、プロトンを選択的に輸送する機能を有する高分子膜である。高分子電解質膜の材料は、プロトンを選択的に移動させるものであれば特に限定されない。このような材料の例にはフッ素系の高分子電解質膜や炭化水素系の高分子電解質膜などが含まれる。フッ素系の高分子電解質膜の具体的な例には、デュポン社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）膜や旭硝子株式会社のＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）膜、旭化成株式会社のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）膜、ジャパンゴアテックス社のＧＯＲＥ－ＳＥＬＥＣＴ（登録商標）膜などが含まれる。
　一対の触媒電極は、高分子電解質膜を挟む燃料極および空気極からなる。空気極は、高分子電解質膜に接する空気極触媒層と、空気極触媒層に積層される空気極ガス拡散層とを有することが好ましい。同様に、燃料極は、高分子電解質膜に接する燃料極触媒層と、燃料極触媒層に積層される燃料極ガス拡散層とを有することが好ましい。
　空気極触媒層は、水素および酸素の酸化還元反応を促進する触媒を含む層である。空気極触媒層は、導電性を有し、かつ水素および酸素の酸化還元反応を促進する触媒能を有するものであれば特に限定されない。空気極触媒層は、例えば触媒として白金や白金とコバルトとの合金、白金とコバルトとニッケルとの合金など含む。
　燃料極触媒層は、水素の酸化反応を促進する触媒を含む層である。燃料極触媒層は、導電性を有し、かつ水素の酸化反応を促進する触媒能を有するものであれば特に限定されない。燃料極触媒層は、例えば、触媒として白金や白金とルテニウムとの合金などを含む。
　空気極触媒層および燃料極触媒層は、例えば、これらの触媒を担持させたアセチレンブラックやケッチェンブラック、バルカンなどのカーボン微粒子に、プロトン導電性を有する電解質と撥水性を有するポリテトラフルオロエチレン（Polytetrafluoroethylene　ＰＴＦＥ）などの樹脂を混合し、高分子電解質膜上に塗布することで形成される。
　ガス拡散層（空気極ガス拡散層および燃料極ガス拡散層）は、膜電極接合体の最も外側に配置される（セパレータに接する）導電性を有する多孔質層である。ガス拡散層の材料は、導電性を有し、かつ反応ガスが拡散できるものであれば特に限定されない。ガス拡散層は、セパレータ側から供給されるガスを触媒層に拡散させるガス拡散基材層と、ガス拡散基材層と触媒層との接触性を向上させるカーボンコート層とから構成されていてもよい。
　ガス拡散層は、例えば、撥水性を有するＰＴＦＥなどの樹脂を付帯させた炭素繊維や、糸状のカーボンを織って作製したカーボンクロス、紙状のカーボンペーパーなどを触媒層表面に熱圧着して、作製されてもよい。また、ガス拡散層には、後述する反応ガス流路が形成されていてもよい（実施の形態７、図１６参照）。
　膜電極接合体は枠体によって保持されてもよい。枠体は、膜電極接合体の縁を囲むことで、膜電極接合体を補強する（図２参照）。枠体の材料には、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やガラス入りポリプロピレン（ＰＰ－Ｇ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン（ＳＩ）などが含まれる。枠体の材料としては、耐熱温度、コスト、耐久性の観点からＰＰＳおよびＰＰ－Ｇが望ましい。枠体によって保持された膜電極接合体を以下、「枠体一体型ＭＥＡ」とも称する。
　（２）セパレータ
　セパレータは、反応ガスの混合を防止し、ＭＥＡと電気的に接続した部材である。燃料電池の発電中、電子はセパレータを通って燃料極から空気極に移動する。セパレータは、リブによって規定された直線状の複数の反応ガス流路が形成された中央部と、中央部を囲む外周部とを有する。反応ガス流路を規定するリブを以下「流路リブ」とも称する。反応ガス流路の幅は、０．５～１．５ｍｍであり、深さは、０．３～１．０ｍｍであることが好ましい。また、反応ガス流路は、セパレータではなく、上述したＭＥＡのガス拡散層に形成される場合もある（実施の形態８参照、図１７参照）。
　燃料電池の発電中、電子はセパレータを通って燃料極から空気極に移動する。このため、セパレータがＭＥＡに接触し、ＭＥＡと電気的に接続しなければ、電子が移動することができず、電気エネルギを取り出すことができない。このため、セパレータは、ＭＥＡに確実に接触し、ＭＥＡと電気的に接続することが求められる。より具体的には、セパレータが有する流路リブの頂面がＭＥＡに接触することが求められる。
　セパレータの外周部は、反応ガス供給マニホールド孔、反応ガス排出マニホールド孔を有する。反応ガス供給マニホールド孔は、反応ガス排出マニホールド孔の対角に位置し、かつ反応ガス供給マニホールド孔の位置と、反応ガス排出マニホールド孔の位置とは、セパレータの中心点に関して点対称であることが好ましい（図２参照）。反応ガス供給マニホールド孔が、反応ガス排出マニホールド孔の対角に位置し、セパレータの中心点に関して点対称であると、反応ガスがいずれの反応ガス流路を流れる場合であっても、反応ガス供給マニホールド孔から反応ガス排出マニホールド孔まで反応ガスが移動する距離が同じになるので、反応ガス流路の圧力損失を均一にすることができるからである。
　セパレータの外周部は、さらに冷媒供給マニホールド孔、冷媒排出マニホールド孔を有していてもよい。冷媒供給マニホールド孔は、反応ガス供給マニホールド孔に隣接することが好ましい。反応ガスの露点が燃料電池の発電時の温度よりも低い場合、反応ガス供給マニホールド孔付近の高分子電解質膜が乾燥し、膜抵抗が上昇し、燃料電池の出力密度が下がったり、高分子電解質膜が劣化したりする。しかし冷媒供給マニホールド孔を、反応ガス供給マニホールド孔に隣接させることで、反応ガス供給マニホールド孔付近の反応ガスの相対湿度を上げることができ、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、発電性能の低下や高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
　また、セパレータは反応ガス流路が形成された面の裏面に直線状の冷媒流路を有していてもよい（実施の形態３参照）。冷媒流路の幅は、０．３～１．５ｍｍであり、深さは、０．３～１．０ｍｍであることが好ましい。
　セパレータの材料は、導電性を有し、かつ燃料電池スタックにおける締結圧に耐えうる部材であれば、カーボンであっても金属であってもよい。金属製のセパレータ（以下単に「金属セパレータ」とも称する）の材料の例には、耐食性や接触抵抗低減のための金メッキなどの表面処理が施されたステンレス鋼板材やチタン板材、アルミ板材などが含まれる。このような金属プレートをプレス加工することによって反応ガス流路を形成してもよい。
　（３）分配部
　分配部は、ＭＥＡとセパレータとの間に形成され、マニホールド孔と反応ガス流路とを接続する空間である。分配部は、分配部を複数のスペースに区切り、直線状のガス流路の長軸に垂直な長軸を有するｎ個の分配リブを有する。ここでｎとは２以上の整数を意味する。分配部の反応ガス流路の長軸に垂直方向の長さは、反応ガス形成されたセパレータの中央部の幅（反応ガス流路の長軸に垂直方向の長さ）以上であることが好ましい（図２および図３参照）。
　分配部はセパレータと触媒電極との間に設けられてもよいが、セパレータと枠体との間にのみ設けられることが好ましい。分配部がセパレータと触媒電極との間に設けられると分配部において高分子電解質膜が乾燥し、高分子電解質膜が劣化しやすいからである。
　一方、分配部をセパレータと枠体との間にのみ設けた場合、枠体が厚過ぎたり、分配リブが高すぎたりすると、流路リブと触媒電極とが接触しない場合が発生する（図８Ｃ参照）。上述のように、燃料電池の発電中、電子はセパレータの流路リブと触媒電極との接触面を通って、燃料極から空気極に移動する。このため、流路リブと触媒電極とが接触しないと、電子が移動することができず、電気エネルギを取り出すことができない。このため分配部がセパレータと枠体との間にのみ設けられる場合、流路リブが触媒電極に確実に接触するように、ＭＥＡの厚さと流路リブの高さとの和を、枠体の厚さと分配リブの高さとの和以上としたり（実施の形態２参照）、分配リブの頂面を弾性部材としたりすることが好ましい（実施の形態３参照）。
　本発明の燃料電池は、少なくとも反応ガス供給マニホールド孔と、反応ガス流路が形成されたセパレータの中央部とを接続するガス入口分配部を有するが、反応ガス排出マニホールド孔と反応ガス流路が形成されたセパレータの中央部とを接続するガス出口分配部を有していてもよい。
　分配リブは、セパレータの外周部に形成されてもよいし（実施の形態１～４参照）、枠体一体型ＭＥＡの枠体に形成されてもよい（実施の形態６、実施の形態７参照）。また、分配リブは、シール材などの弾性部材から構成されていてもよい（実施の形態３参照）。弾性部材の例には、リコーンやエチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、サントプレーンゴムなどが含まれる。
　分配リブは、セパレータ自体または枠体自体を加工形成することで形成されてもよいし、セパレータまたは枠体にシール部材などの弾性部材を配置することで形成されてもよい。分配リブをシール部材で形成した場合、分配リブの頂面は、弾性部材となる。
　例えばセパレータが金属セパレータである場合、金属セパレータの外周部をプレス加工したり；金属セパレータの外周部にシール部材を配置することで金属セパレータに分配リブを形成することができる。
　金属セパレータをプレス加工することによって、分配リブを形成する場合、分配リブと金属セパレータとは一体的に形成されるので、簡素に分配リブを形成することができる。
　しかし、金属セパレータをプレス加工することによって、分配リブを形成する場合、金属セパレータに形成される凹凸パターンが複雑になり、金属セパレータが歪む場合がある。金属セパレータが歪むと金属セパレータとＭＥＡとのシール性が低下し、後述する拡散スペースおよび分配スペースを高精度でパターニングすることができず、ガスの分配性が低下する場合がある。
　一方で、金属セパレータの外周部にシール部材を配置することで、分配リブする場合や、枠体に分配リブを形成する場合は、金属セパレータの外周部は平板になるので、金属セパレータが歪むことを防止することができる。このため後述する拡散スペースおよび分配スペースを高精度でパターニングすることができ、ガスの分配性の低下を抑制することができる。
　本発明の燃料電池は分配部の構造に特徴を有する。以下ｉ）ガス入口分配部とii）出口分配部に分けてガス分配部の構造について説明する。
　ｉ）ガス入口分配部について
　ガス入口分配部は、反応ガス供給マニホールド孔と、反応ガス流路とを接続し、反応ガス供給マニホールド孔から供給された反応ガスを直線状の反応ガス流路それぞれに均等に分配する機能を有する。
　ガス入口分配部は、分配部を複数のスペースに区切るｎ個の分配リブを有する。ここでｎとは２以上の整数を意味する。分配リブは、直線状のガス流路の長軸に垂直な長軸を有する。したがって、分配リブによって規定された複数のスペースも直線状の反応ガス流路の長軸に垂直な長軸を有する。
　それぞれの分配リブは、直線状の反応ガス流路の長軸に平行なスリットを有する。分配リブに設けられたスリットは、分配リブによって規定されるスペースを接続する。１つの分配リブが有するスリットの寸法（幅および深さ）は同一であることが好ましい。また、１つの分配リブ内ではスリットは等間隔に配置されることが好ましい。
　本発明では、分配リブのうち、最も反応ガス供給マニホールド孔側の分配リブを第１分配リブと称し；最も反応ガス流路側の分配リブを第ｎ分配リブと称する。したがって分配部は、反応ガス供給マニホールド孔側から反応ガス流路側に向かって、第１分配リブ、第２分配リブ・・・第ｎ－１分配リブ、第ｎ分配リブを有する。
　また、本発明では、また、ガス入口分配部のうち第１分配リブよりも反応ガス供給マニホールド孔側のスペースを「拡散スペース」と称し；拡散スペース以外の、分配リブによって規定されたスペースを「分配スペース」と称する。すなわち、分配スペースは第１分配リブよりも反応ガス流路側のスペースを意味する。さらに分配スペースのうち、第１分配リブと第２分配リブとの間のスペースを「第１分配スペース」と称し、第ｎ分配リブよりも反応ガス流路側のスペースを「第ｎ分配スペース」と称する。
　したがって分配部は、反応ガス供給マニホールド孔側から反応ガス流路側に向かって、拡散スペース、第１分配スペース、第２分配スペース・・・第ｎ－１分配スペース、第ｎ分配スペースを有する。
　「拡散スペース」とは、ガス入口分配部に流入した反応ガスを、反応ガス流路が形成されたセパレータの中央部の幅方向に拡散させるための空間であり、「分配スペース」とは、拡散スペースでセパレータの中央部の幅方向に拡散した反応ガスを各反応ガス流路に均等に分配するためのスペースである。
　各分配リブの高さは異なっていてもよい。例えば分配リブのうち第１分配リブが最も高いことが好ましい。さらに、分配リブの高さは、第１分配リブから第ｎ分配リブに向かって、徐々に減少することが好ましい（実施の形態２参照）。
　また、第ｍ分配リブが有するスリットの位置は、第ｍ＋１分配リブが有する２つの隣接するスリットの間に位置する。より具体的には、第ｍ分配リブが有するスリットの位置は、第ｍ＋１分配リブが有する２つの隣接するスリットの間の中央に位置する。ここで「ｍ」とは１～ｎ－１までの任意の整数を意味する。また、第ｎ分配リブが有するスリットの位置は、２つの隣接する反応ガス流路の間に位置することが好ましい。
　第ｍ分配リブが有するスリットの数は、第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数よりも少ない。したがって、分配リブのうち、第１分配リブが有するスリットの数が最も少ない。第１分配リブが有するスリットの数は、６以下であることが好ましい。また、第ｍ分配リブが有するスリットの数は、第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数の１／２であることが好ましい。さらに第ｎ分配リブが有するスリットの数は、セパレータが有する反応ガス流路の本数の１／２であることが好ましい。
　本発明では、拡散スペースおよび分配スペースの構造に特徴を有する。以下拡散スペースおよび分配スペースの構造について説明する。
　拡散スペースは、反応ガス流路の長軸に垂直の長軸を有する。拡散スペースの数は１つである。拡散スペースの断面積は、第１分配リブのそれぞれのスリットの断面積よりも大きい。ここで「拡散スペースの断面積」とは、反応ガス流路の長軸に平行で、かつセパレータの面方向に垂直な拡散スペースの断面の平均面積を意味する。また「スリットの断面積」とは、分配リブの長軸に平行で、かつセパレータの面方向に垂直なスリットの断面の面積を意味する。
　具体的には、拡散スペースの断面積は、第１分配リブが有するスリットの断面積の３～１０倍であることが好ましい。また、拡散スペースの断面積は、第１分配リブが有するスリットの断面積の総和の０．９倍以上であることが好ましく、１倍以上であることがさらに好ましい。
　また、拡散スペースは、反応ガス供給マニホールド孔と反対側の長軸方向の端部（以下「端部Ａ」とも称する）から、反応ガス供給マニホールド孔側の長軸方向の端部（以下「端部Ｂ」とも称する）に向かって、広くなってもよい。拡散スペースを端部Ａから端部Ｂに向かって広くするには、端部Ａから端部Ｂに向かって拡散スペースの幅（拡張スペースの反応ガス流路の長軸方向の長さ）を広くしてもよいし（実施の形態４参照）、拡散スペースの深さを深くしてもよい。
　また、拡散スペースには、最も多くの反応ガスが流入するので、拡散スペースの断面積を、分配スペースの断面積よりも大きくして、拡散スペースの圧力損失を分配スペースの圧力損失よりも低くすることが好ましい。
　「分配スペース」は、拡散スペースで反応ガス流路の長軸に垂直方向に拡散した反応ガスを各反応ガス流路に均等に分配するためのスペースである。したがって、反応ガスの分配性という観点からは、ガス入口分配部が有する分配スペースの数は多いことが好ましい。一方で分配スペースの（リブの）数が増加するとセル全体の圧力損失が増大する。このため分配スペースの数は、反応ガスの分配性と圧力損失とのバランスを鑑みながら決定される。例えば、触媒電極のサイズが縦２００ｍｍ×１２０ｍｍの燃料電池では、分配スペースの数は、２～５（すなわちｎは２～５）である。
　また、第ｎ分配スペースの断面積は、第１～第ｎ－１分配スペースの断面積よりも大きいことが好ましい。
　次に本発明の燃料電池における反応ガス供給マニホールド孔から反応ガス流路へのガスの流れについて説明する。
　反応ガス供給マニホールド孔から供給された反応ガスは、まずガス入口分配部の拡散スペース内に流入する。上述のように拡散スペースの断面積は、第１分配リブの各スリットの断面積よりも大きく、さらに、好ましくは第１分配リブのスリットの断面積の総和よりも大きい。このため、拡散スペースの圧力損失は第１分配リブのスリットの圧力損失よりも小さく、拡散スペース内に流入した反応ガスは、第１分配リブのスリットに流入する前に、拡散スペース全体に拡散する。このため、反応ガスは、反応ガス流路が形成されたセパレータの中央部の幅方向にまず拡散する。
　また、反応ガス供給マニホールド孔から供給された拡散スペースに供給された反応ガスは、拡散スペースに拡散する前に僅かながらも第１分配リブの反応ガス供給マニホールド孔付近のスリットから漏れ出すことがある。しかし上述したように、拡散スペースを端部Ａから端部Ｂに向かって広くすることで、反応ガス供給マニホールド孔（端部Ａ）近傍の拡散スペースの圧力損失をさらに下げることができる。これにより、反応ガスが拡散スペースを満たす前に第１分配リブのスリットから漏れ出すことを防止することができる。
　反応ガスが充満した拡散スペース内にさらに反応ガスが拡散スペースに流入すると、拡散スペース内の反応ガスの圧力が高まり、反応ガスは、第１分配リブのスリットを通って、第１分配スペースに流入する。上述のように、一つの分配リブが有するスリットは同じ寸法を有することから、１つの分配リブが有するスリットの圧力損失は均一である。このため、それぞれのスリットに流入する反応ガスの流量も均一になる。
　上述のように第１分配リブが有するスリットの位置は、第２分配リブが有する２つの隣接するスリットの間に位置するので、第１分配リブのスリットを通過した反応ガスは、第２リブに衝突した後に２等分され；２等分された反応ガスは、それぞれ隣接するスリットから第２分配スペースに流入する。
　このように、第ｍ分配リブのスリットを通過した反応ガスは、第ｍ分配スペースで２等分され、それぞれ第ｍ＋１分配リブのスリットをさらに通過する。このため、反応ガスは分配スペースを通過するにつれて、セパレータの中央部の幅方向（反応ガスの長軸に垂直方向）に均等に分配される。最後に、反応ガスは、第ｎ分配リブのスリットを通過し、第ｎ分配スペースに到達する。
　このように、第１分配リブのそれぞれのスリットから流出する反応ガスの流量を均一にし、第１分配リブのそれぞれのスリットから流出した反応ガスをさらに均等に分配することで、第ｎ分配スペースでは、反応ガスの流量は、反応ガス流路が形成されたセパレータの中央部の幅方向に均等になる。
　第ｎ分配スペースに到達した反応ガスは、それぞれ反応ガス流路に均等に流入する。上述のように、第ｎ分配リブのスリットの位置は、２つの隣接する反応ガス流路の間に位置するので、第ｎ分配リブのスリットから流出した反応ガスは、さらに２等分されて、それぞれの反応ガス流路に流入する。
　また、上述のように第ｎ分配スペースの断面積は大きいので、第ｎ分配リブのスリットと反応ガス流路との位置関係がずれたとしても、各反応ガス流路にガスが均等に分配される。例えば、反応ガス流路がＭＥＡのガス拡散層に形成される場合（実施の形態８参照）、燃料電池の組み立て時に第ｎ分配リブのスリットと反応ガス流路との位置がずれる場合がある。このように第ｎ分配リブのスリットと反応ガス流路との位置関係がずれると、各反応ガス流路に流入する反応ガスの流量がばらつく。しかし、本発明のように、断面積が大きい第ｎ分配スペースを設けると、第ｎ分配リブのスリットを通過した反応ガスは、第ｎ分配スペースで拡散することができ、第ｎ分配スペース内では、反応ガスの流量が均一になる。これにより、第ｎ分配リブのスリットと反応ガス流路との位置関係のずれによって生じる反応ガスの流量のバラツキが補正される。
　ii）ガス出口分配部について
　上述のように、本発明の燃料電池は、反応ガス流路と反応ガス排出マニホールド孔とを接続するガス出口分配部を有していてもよい。ガス入口分配部の位置および構造と、ガス出口分配部の位置および構造とは、セパレータの中心点に関して点対称であることが好ましい。
　反応ガス供給マニホールド孔を、反応ガス排出マニホールド孔の対角に配置し、かつ反応ガス供給マニホールド孔の位置と、反応ガス排出マニホールド孔の位置とを、セパレータの中心点に関して点対称とし、ガス入口分配部の位置および構造と、ガス出口分配部の位置および構造とを、セパレータの中心点に関して点対称にすることで、各反応ガス流路の圧力損失を均一にすることができ、各反応ガス流路内の反応ガスの流量を、さらに均一にすることができる。
　このように本発明によれば、各反応ガス流路に流れる反応ガスの流量を均一にすることができる。
　以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の実施の形態は本発明の範囲を限定するものではない。
　［実施の形態１］
　実施の形態１では、セパレータが金属セパレータである形態について説明する。また、実施の形態１では、金属セパレータの外周部をプレス加工することによってセパレータに分配リブを形成した形態について説明する。
　図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池の分解斜視図である。図２に示されるように燃料電池１は、枠体一体型ＭＥＡ１００と、枠体一体型ＭＥＡ１００を挟む一対のセパレータ（空気極セパレータ２００および燃料極セパレータ３００）を有する。
　本実施の形態では枠体一体型ＭＥＡ１００は、ＭＥＡ１０１と、ＭＥＡ１０１を保持する枠体１０５とを有する。ＭＥＡ１０１は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極とを有する（不図示）。
　枠体１０５は、燃料ガス供給マニホールド孔１１０、燃料ガス排出マニホールド孔１４０、酸化ガス供給マニホールド孔１３０、酸化ガス排出マニホールド孔１６０、冷媒供給マニホールド孔１２０および冷媒排出マニホールド孔１５０を備える。
　空気極セパレータ２００および燃料極セパレータ３００も、外周部に燃料ガス供給マニホールド孔１１０、燃料ガス排出マニホールド孔１４０、酸化ガス供給マニホールド孔１３０、酸化ガス排出マニホールド孔１６０、冷媒供給マニホールド孔１２０および冷媒排出マニホールド孔１５０を備える。
　空気極セパレータ２００の外周部は、さらに酸化ガス入口分配部２１０、酸化ガス出口分配部２６０を有する。酸化ガス入口分配部２１０および酸化ガス出口分配部２６０は、枠体１０５にのみ重なり、触媒電極１０１に重ならない。空気極セパレータ２００の中央部は、流路リブ２３１によって規定された酸化ガス流路２３０を有する。
　燃料極セパレータ３００の外周部も、空気極セパレータ２００と同様に、燃料ガス入口分配部３１０および燃料ガス出口分配部３６０（不図示）を有する（図４参照）。燃料ガス入口分配部３１０および燃料ガス出口分配部３６０は、枠体１０５のみに重なり、触媒電極１０１に重ならない。燃料極セパレータ３００の中央部は、流路リブ３３１によって規定された燃料ガス流路３３０を有する（図４参照）。
　燃料ガス供給マニホールド孔１１０および酸化ガス供給マニホールド孔１３０は、冷媒供給マニホールド孔１２０に隣接している。また、燃料ガス供給マニホールド孔１１０は、燃料ガス排出マニホールド孔１４０の対角に位置し、かつセパレータ（またはＭＥＡ）の中心点に関して点対称である。同様に、酸化ガス供給マニホールド孔１３０は、酸化ガス排出マニホールド孔１６０の対角に位置し、かつセパレータ（またはＭＥＡ）の中心点に関して点対称である。一方で冷媒供給マニホールド孔１２０と、冷媒排出マニホールド孔１５０とは、セパレータの同一中心線上に位置している。
　ガス入口分配部の位置および構造と、ガス出口分配部の位置および構造とは、セパレータの中心点に関して点対称である。
　また、空気極セパレータ２００および燃料極セパレータ３００は、ＭＥＡ１００と接する面の裏面に、冷媒入口分配部４１０、冷媒流路４３０および冷媒出口分配部４６０を有する。冷媒入口分配部４１０の位置および構造と、冷媒出口分配部４６０の位置および構造とは、セパレータの中心点に関して点対称であることが好ましい。
　１）空気極セパレータ２００の酸化ガス入口分配部２１０の構造について
　図３は、空気極セパレータ２００の枠体一体型ＭＥＡ１００に接する面に形成された酸化ガス入口分配部２１０および酸化ガス流路２３０のパターンを示す図である。図３に示されるように、空気極セパレータ２００は、酸化ガス供給マニホールド孔１３０、酸化ガス入口分配部２１０、酸化ガス流路２３０を取り囲むシール部材２５０を有する。
　また、図３に示されるように酸化ガス入口分配部２１０は酸化ガス供給マニホールド孔１３０と直線状の酸化ガス流路２３０とを接続する。酸化ガス供給マニホールド孔１３０と酸化ガス入口分配部２１０とは流路受け部２４０を介して連結されている。
　酸化ガス入口分配部２１０は、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直な長軸を有する１つの拡散スペース２１１と、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直な長軸を有する３つの分配スペース（第１分配スペース２１２、第２分配スペース２１３および第３分配スペース２１４）と、拡散スペース２１１および分配スペースを規定する３つの分配リブ（第１分配リブ２２１、第２分配リブ２２２、第３分配リブ２２３）とを有する。それぞれの分配リブは分配スペース同士を接続するスリット２２５を有する。
　第１分配リブ２２１は、等間隔に配置された同一の寸法の６個のスリット２２５を有し；第２分配リブ２２２は、等間隔に配置された同一の寸法の１２個のスリット２２５を有し；第３分配リブ２２３は等間隔に配置された同一の寸法の２４個のスリット２２５を有する。また、酸化ガス流路２３０の数は４８本である。
　拡散スペース２１１の断面積は、第１分配リブ２２１が有するスリット２２５の断面積よりも大きい。例えば、拡散スペース２１１の深さは０．２５～０．５０ｍｍであり、幅は１．０～１０．０ｍｍであり；第１分配リブ２２１が有するスリット２２５の深さは０．２５～０．５０ｍｍであり、幅は０．５～３．０ｍｍである。
　第１分配スペース２１２および第２分配スペース２１３の深さは０．２０～０．５０ｍｍであり、幅は、１．０～１．５ｍｍであることが好ましい。また、第３分配スペース２１４の深さは０．２０～０．５０ｍｍであり、幅は、１．０～３．５ｍｍであることが好ましい。
　第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３が有するスリットの深さは、０．２０～０．５０ｍｍであり、幅が０．２～１．５ｍｍであることが好ましい。また、第１分配リブ２２１、第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３が有するスリットの寸法（深さおよび幅）は同一であってもよい。
　また、図３に示されるように第１分配リブ２２１が有するスリット２２５は、第２分配リブ２２２が有する隣接するスリット２２５の間の中央に位置し；第２分配リブ２２２が有するスリット２２５は、第３分配リブ２２３が有する隣接するスリット２２５の間の中央に位置する。
　次に、酸化ガス供給マニホールド孔１３０から酸化ガス流路２３０への酸化ガスの流れについて説明する。図３に示された矢印は酸化ガスの動きを示す。
　図３に示されるように、酸化ガス供給マニホールド孔１３０から供給された酸化ガスは、まず酸化ガス入口分配部２１０の拡散スペース２１１内に流入する。上述のように拡散スペース２１１の断面積は、第１リブ２２１のスリット２２５の断面積よりも大きいので、拡散スペース２１１の圧力損失は第１リブ２２１のスリット２２５の圧力損失よりも小さい。このため、拡散スペース２１１内に流入した酸化ガスは、第１リブ２２１のスリット２２５に流入する前に、まず拡散スペース２１１全体に拡散する。このため、酸化ガスは、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向にまず拡散する。
　全体に酸化ガスが拡散した拡散スペース２１１内にさらに酸化ガスが流入すると、拡散スペース２１１内の酸化ガスの圧力が高まり、酸化ガスは、第１リブ２２１のスリット２２５を通って、第１分配スペース２１２に流入する。上述のように、第１リブ２２１が有するスリット２２５の寸法は同じであり、圧力損失が同じであることから第１リブ２２１のスリット２２５に流入する酸化ガスの流量も均一である。
　第１リブ２２１のスリット２２５を通って、第１分配スペース２１２に流入した酸化ガスは、矢印に示すように２等分され、それぞれ第２リブ２２２の隣接するスリット２２５に流入し、第２分配スペース２１３に流入する。第２分配スペース２１３に流入した酸化ガスは、矢印に示すように２等分され、それぞれ第３リブ２２３のスリット２２５に流入し、第３分配スペース２１４に流入する。
　このように、第１リブ２２１のそれぞれのスリット２２５から流出する酸化ガスの流量を均一にし、第１リブ２２１のそれぞれのスリット２２５から流出した酸化ガスをさらに均等に分配することで、第３分配スペース２１４では、酸化ガスの流量は、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向に均等になる。
　最後に第３分配スペース２１４の酸化ガスが各酸化ガス流路２３０に流入する。上述のように、第３分配スペース２１４では、酸化ガスの流量は、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向に均等になるので、各酸化ガス流路２３０内の酸化ガスの流量を均一にすることができる。
　２）燃料極セパレータ３００の燃料ガス入口分配部３１０の構造について
　図４は、燃料極セパレータ３００の枠体一体型ＭＥＡ１００に接する面に形成された燃料ガス入口分配部３１０および燃料ガス流路３３０のパターンを示す図である。図４に示されるように、燃料極セパレータ３００は、燃料ガス供給マニホールド孔１１０、燃料ガス入口分配部３１０、燃料ガス流路３３０を取り囲むシール部材３５０を有する。
　また、図４に示されるように燃料ガス入口分配部３１０は燃料ガス供給マニホールド孔１１０と直線状の燃料ガス流路３３０とを接続する。燃料ガス供給マニホールド孔１１０と燃料ガス入口分配部３１０とは流路受け部３４０を介して連結されている。
　燃料ガス入口分配部３１０は、燃料ガス流路３３０の長軸に垂直な長軸を有する１つの拡散スペース３１１と、燃料ガス流路３３０の長軸に垂直な長軸を有する３つの分配スペース（第１分配スペース３１２、第２分配スペース３１３および第３分配スペース３１４）と、拡散スペース３１１および分配スペースを規定する３つの分配リブ（第１分配リブ３２１、第２分配リブ３２２、第３分配リブ３２３）とを有する。それぞれの分配リブは分配スペース同士を接続するスリット３２５を有する。
　図４に示されるように、燃料入口分配部３１０の構造は、図３に示された酸化ガス入口分配部２１０の構造と同様であることから、詳細な説明を省略する。
　３）冷媒入口分配部４１０の構造について
　図５は、燃料電池スタックにおいて隣接する空気極セパレータ２００と燃料極セパレータ３００とを貼り合わせることによって形成された、冷媒入口分配部４１０および直線状の冷媒流路４３０のパターンを示す図である。図５に示されるように、冷媒供給マニホールド孔１２０、冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０は、シール部材４５０によって取り囲まれる。
　また、図５に示されるように冷媒入口分配部４１０は、冷媒供給マニホールド孔１２０と直線状の冷媒流路４３０とを接続する。冷媒供給マニホールド孔１２０と冷媒入口分配部４１０とは流路受け部４４０を介して連結されている。
　冷媒入口分配部４１０は、冷媒入口分配部４１０を複数のスペースに区切るｎ個の分配リブ（第１分配リブ４２１、第２分配リブ４２２、第３分配リブ４２３）を有する。分配リブは、直線状の冷媒流路４３０の長軸に垂直な長軸を有し、直線状の冷媒流路の長軸に平行な２以上のスリット４２５を有する。
　また、冷媒入口分配部４１０は、分配リブによって規定され、冷媒流路４３０の長軸に垂直な長軸を有する３以上の冷媒分配スペース（第１冷媒分配スペース４１１、第２冷媒分配スペース４１２、第３冷媒分配スペース４１３および第４冷媒分配スペース４１４）を有する。隣接する冷媒分配スペースは、分配リブのスリット４２５によって接続される。
　第１分配リブ４２１は、４個のスリット４２５を有し；第２分配リブ４２２は、等間隔に配置された同一の寸法の１２個のスリット４２５を有し；第３分配リブ４２３は等間隔に配置された同一の寸法の２４個のスリット４２５を有する。また、冷媒流路４３０の数は４９本である。後述するように、冷媒流路４３０と反応ガス流路（２３０、３３０）とは表裏一体の関係にあるので、冷媒流路４３０の本数（４９本）は、反応ガス流路の本数（４８本）よりも多くなる。
　第１冷媒分配スペース４１１の断面積は、第１分配リブ４２１が有するスリット４２５の断面積よりも大きい。例えば、第１冷媒分配スペース４１１の深さは０．５０～１．０ｍｍであり、幅は１．０～１０．０ｍｍであり；例えば第１分配リブ４２１が有するスリット４２５の深さは０．２５～１．０ｍｍであり、幅は０．２～１０ｍｍである。
　また、図５に示されるように第１分配リブ４２１は、中央部にはスリット４２５を有さない。さらに、第１分配リブ４２１が有する４つのスリット４２５のうち、中央部側のスリット４２５の断面積は、端部側のスリット４２５の断面積よりも大きいことが好ましい。例えば、第１分配リブ４２１の端部側のスリット４２５の深さは約０．２５ｍｍであり、幅が約２．０ｍｍであり；中央側のスリット４２５の深さが約０．２５ｍｍであり、幅が約３．０ｍｍである。
　また、図５に示されるように第１分配リブ４２１が有するスリット４２５は、第２分配リブ４２２が有する隣接するスリット４２５の間の中央に位置し；第２分配リブ４２２が有するスリット４２５は、第３分配リブ４２３が有する隣接するスリット４２５の間の中央に位置する。
　次に、冷媒供給マニホールド孔１２０から冷媒流路４３０への冷媒の流れについて説明する。図５に示された矢印は冷媒の動きを示す。
　図５に示されるように、冷媒供給マニホールド孔１２０から供給された冷媒は、まず冷媒入口分配部４１０の第１冷媒分配スペース４１１内に流入する。上述のように第１冷媒分配スペース４１１の断面積は、第１分配リブ４２１のスリット４２５の断面積よりも大きいので、拡散スペース４１１の圧力損失は第１分配リブ４２１のスリット４２５の圧力損失よりも小さい。このため、拡散スペース４１１内に流入した冷媒は、第１分配リブ４２１のスリット４２５に流入する前に、まず第１冷媒分配スペース４１１全体に拡散する。このため、冷媒は、冷媒流路４３０の長軸に垂直方向にまず拡散する。
　その後、冷媒は、第１分配リブ４２１のスリット４２５を通って、第２冷媒分配スペース４１２に流入する。第２冷媒スペース４１２に流入した冷媒は、矢印に示すように分割され、それぞれ第２分配リブ４２２のスリット４２５に流入し、第３冷媒スペース４１３に流入する。第３冷媒スペース４１３に流入した冷媒は、矢印に示すように２等分され、それぞれ第３分配リブ４２３のスリット４２５に流入し、第４冷媒分配スペース４１４に流入する。このように、分配リブに設けられたスリットで冷媒を分配することで、各冷媒流路４３０内の冷媒の流量を均一にすることができる。
　また、上述のように第１分配リブ４２１の中央部にスリット４２５を形成しないことで、各冷媒流路４３０内の冷媒の流量をより均一にすることができる。上述のように冷媒供給マニホールド孔１２０と、冷媒排出マニホールド孔１５０とは、セパレータの同一中心線を通るので（図２参照）、冷媒はセパレータの中央部の冷媒流路４３０を流れやすい。このため、ガス入口分配部（２１０、３１０）の第１分配リブのように、中央部にも、スリットが形成した場合、冷媒が中央部の冷媒流路４３０のみを流れて、端部側の冷媒流路４３０を流れない恐れがある。
　一方、図５に示されるように第１分配リブ４２１が両端部にのみスリット４２５を有すると、冷媒が両端部の冷媒流路４３０のみを流れるおそれがある。しかし、本実施の形態では上述のように、第１分配リブ４２１の中央部側のスリット４２５の断面積は、第１分配リブ４２１の端部側のスリット４２５の断面積よりも大きいことから、第１分配リブ４２１の中央部側のスリット４２５を通る冷媒の流量は、第１分配リブ４２１の端部側のスリット４２５を通る冷媒の流量よりも多くなり、中央部の冷媒流路４３０にも十分な冷媒を供給することができる。このため、本実施の形態では、各冷媒流路４３０内の冷媒の流量も均一にすることができる。
　一方、冷媒の機能は、燃料電池から発生する熱を奪い、発電中の燃料電池の温度を均一化することである。このため冷媒には、反応ガスほどの均一な分配性は求められない。
　４）燃料極セパレータ３００および空気極セパレータ２００の形状について
　上述のように、本実施の形態ではセパレータ（２００、３００）は、プレス加工によって形成された、金属セパレータである。このため、セパレータは、表面と裏面とに表裏一体の凹凸パターンを有し、厚さが一定で波形の断面形状を有する。すなわち、セパレータの表面の凸部は、セパレータの裏面の凹部に対応する。また、上述のように分配部は全て金属セパレータの外周部をプレス加工することによって形成される。
　また、上述したように、本実施の形態では、空気極セパレータ２００と燃料極セパレータ３００とを貼り合わせることによって冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０が形成される。以下、貼り合わせることによって、冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０を形成できる金属セパレータの形状について説明する。
　図６Ａは、図５に示された冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０のＡＡ線による断面図であり；図６Ｂは、図５に示された冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０のＢＢ線による断面図であり；図６Ｃは、図５に示された冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０のＣＣ線による断面図であり；図６Ｄは、図５に示された冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０のＤＤ線による断面図である。
　図６Ａ～図６Ｂに示されるように、ガス入口分配部（２１０、３１０）のリブは、裏面の冷媒入口分配部４１０の分配スペースに対応し、ガス入口分配部の分配スペースは、裏面の冷媒入口分配部４１０のリブに対応している。一方で、セパレータ（２００、３００）はそれぞれ、中間程度の（リブの頂点よりも低く、分配スペースの底面よりも高い）高さの面Ｍ（以下単に「中間面」とも称する）を有する。例えば、図６Ｂに示されるように、中間面Ｍの深さＤは、燃料ガス入口分配部３１０の分配スペースの深さ３１０ｄの半分程度でよい。より具体的には、中間面Ｍの深さＤは約０．２５ｍｍであり、燃料ガス入口分配部３１０の分配スペースの深さ３１０ｄは、約０．５ｍｍである。
　図６Ｂ～図６Ｃに示されるように、冷媒入口分配部４１０のリブが有するスリット４２５は、中間面Ｍによって形成されている。中間面Ｍの領域では、酸化ガス入口分配部２１０の分配スペース、燃料ガス入口分配部３１０の分配スペースは閉塞されない。
　このように空気極セパレータ２００と燃料極セパレータ３００とを貼り合わせることによって冷媒入口分配部４１０および冷媒流路４３０を形成することができる。また、空気極セパレータ２００と燃料極セパレータ３００が中間面Ｍを有することで、ガス分配部と、冷媒分配部とのパターンを違えることができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２では、流路リブと触媒電極との接触を確実にするために、ＭＥＡの厚さと流路リブの高さとの和を、枠体の厚さと分配リブの高さとの和よりも大きくした形態について説明する。また、本実施の形態では、分配リブは、カーボンセパレータの外周部を切削加工することでセパレータに形成される。
　図７は、実施の形態２の燃料電池の空気極セパレータ２００の平面の一部拡大図である。実施の形態１の燃料電池１と、同一の構成要件については同一の符号を付し説明を省略する。図７に示されるように実施の形態２の燃料電池の空気極セパレータ２００は、実施の形態１と同様のパターンの酸化ガス入口分配部２１０を有する。
　図８Ａは、図７に示されたＡＡ線による本実施の形態の燃料電池２の断面図である。図８Ａに示されるように、ＭＥＡ１０１の厚さ１０１ｔと流路リブ２３１の高さ２３１ｈとの和（以下「Ｓ１」とも称する）は、枠体１０５の厚さ１０５ｔと分配リブの高さ２２０ｈの和（以下「Ｓ２」とも称する）よりも大きい。このように、Ｓ１を、Ｓ２よりも大きくすることで、流路リブ２３１とＭＥＡ１０１の触媒電極とが確実に接触する。一方、Ｓ１がＳ２よりも大きすぎると、分配リブと枠体１０５との間に隙間Ｇが大きくなり、分配スペースの密閉性が保てなくなるので好ましくない。Ｓ１とＳ２との差は、２００μｍ以下であることが好ましい。
　また、本実施の形態では、図８Ｂに示されるように第１分配リブ２２１の高さは、他の分配リブ（第２分配リブ２２２、第３分配リブ２２３）の高さよりも高い。図８Ｂは、図８Ａに示された、第１分配リブ２２１、第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３の拡大図である。
　さらに本実施の形態では、分配リブの高さは、第１分配リブ２２１から第３分配リブ２２３に向かって徐々に低くなることが好ましい。具体的には、第２分配リブ２２２は第１分配リブ２２１よりも１０～４０μｍ低いことが好ましく、第３分配リブ２２３は第２分配リブ２２２よりも４０～８６μｍ低いことが好ましい。
　このように分配リブの高さを調整する理由については、後述する「分配スペースの密閉性について」で詳細に説明する。
　上述のように、本実施の形態では、図８Ａに示されるように、ＭＥＡ１０１の厚さと流路リブ２３１の高さ２３１ｈとの和Ｓ１を、枠体１０５の厚さ１０５ｔと分配リブの高さ２２０ｈとの和Ｓ２よりも大きくすることで、ＭＥＡ１０１と流路リブと接触を確実にしている。
　一方、図８Ｃに示されるように、ＭＥＡ１０１の厚さ１０１ｔと流路リブの高さ２３１ｈとの和Ｓ１が、枠体１０５の厚さ１０５ｔと分配リブの高さ２２０ｈとの和Ｓ２よりも小さかった場合、流路リブ２３１と、ＭＥＡ１０１との間に隙間Ｇが形成され、流路リブ２３１が、ＭＥＡ１０１に接触することができない。流路リブ２３１が、ＭＥＡ１０１に接触することができないと、電子が空気極から燃料極に移動することができなくなり、電気エネルギを取り出せなくなる。
　図８Ａ～図８Ｃでは、空気極セパレータ２００についてのみ説明したが、燃料極セパレータ３００も、空気極セパレータ２００と同様の形状を有する。
　分配スペースの密閉性について
　上述のように、ＭＥＡの厚さと流路リブの高さとの和Ｓ１を、枠体の厚さと分配リブの高さとの和Ｓ２よりも大きくすることで、流路リブとＭＥＡとの接触は確実になるが、分配リブと枠体との間に隙間が形成されるおそれがある（図８Ａ参照）。
　このように、分配リブと枠体との間に隙間が形成されてしまうと、燃料電池に締結圧が加えられた場合であっても、分配スペースが密閉されない場合がある。分配スペースが密閉されないと、分配部のガス分配機能が低下する。特に、第１分配リブが枠体１０５に接触せず、拡散スペースが密閉されなかった場合、分配部のガス分配機能が著しく低下する。
　しかし、本実施の形態では、図８Ｂに示されるように、第１分配リブの高さを他の分配リブの高さよりも高くすることで、第１分配リブと、枠体１０５との接触を確実にしている。
　図９Ａは、締結圧（１２４ＭＰａ）が加えられた本実施の形態の燃料電池における、分配リブ（２２１、２２２、２２３）と枠体との接触領域を示す図である。分配リブの頂面における白くなった領域Ｙが枠体との接触領域を示す。
　図９Ａに示された酸化ガス入口分配部２１０では、図８Ｂに示されたように分配リブの高さを、第１分配リブ２２１から第３分配リブ２２３に向かって徐々に低くしている。具体的には、第１分配リブの高は０．２５ｍｍであり、第２分配リブの高さは、０．２４ｍｍであり、第３分配リブの高さは０．２１ｍｍである。
　図９Ａに示されるように、第１分配リブ２２１から第３分配リブ２２３に向かって徐々に低くすると、第１分配リブ２２１、第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３全てが枠体に接触する。したがって、本実施の形態によれば、第１分配リブ２２１、第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３が全て枠体に接触する。これにより分配スペースが密閉され、分配部のガス分配機能が確保される。
　一方、図９Ｂは、分配リブ（２２１、２２２、２２３）の高さが全て同じであった場合の、分配リブと枠体１０５との接触領域を示す図である。図９Ｂに示されるように、全ての分配リブの高さが同じであった場合、第３分配リブ２２３のみが枠体に接触し、拡散スペース２１１が密閉されない。このため、分配部のガス分配機能が著しく低下する。
　また、図９Ｃは、第１分配リブ２２１の高さと第２分配リブ２２２の高さが同じであった場合の、分配リブと枠体１０５との接触領域を示す図である。図９Ｃに示された分配部２１０では、第１分配リブの高が０．２５ｍｍであり、第２分配リブの高さが、０．２５ｍｍであり、第３分配リブの高さが０．２１ｍｍである。
　図９Ｃに示されるように、第１分配リブ２２１の高さと第２分配リブ２２２の高さが同じであった場合、第２分配リブ２２２のみが枠体に接触し、拡散スペース２１１が密閉されない。このため、分配部のガス分配機能が著しく低下する。
　このように、第１分配リブの高さを、他の分配リブの高さよりも高くすれば、第１分配リブと枠体との接触を確保することができ、分配部のガス分配機能が確保される。
　（実施の形態３）
　実施の形態２では、ＭＥＡの厚さと流路リブの高さとの和を、枠体の厚さと分配リブの高さとの和よりも大きくすることで、流路リブとＭＥＡとの接触を確実にした形態について説明した。実施の形態３では分配リブの頂面を弾性部材とすることで、流路リブとＭＥＡとの接触を確実にした形態について説明する。
　図１０Ａは、実施の形態３の燃料電池３の分解断面図を示す。図１０Ａに示された燃料電池３は、分配リブの構造が異なる以外は、図８Ａに示された実施の形態２の燃料電池２と同じである。実施の形態２の燃料電池２と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
　図１０Ａに示されるように、実施の形態３の燃料電池３では、分配リブの頂面が弾性部材１７０からなる。また、本実施の形態では、実施の形態２と異なり、ＭＥＡの厚さ１０１ｔと流路リブの高さ２３１ｈとの和Ｓ１は、枠体の厚さ１０５ｔと分配リブの高さ２２０ｈとの和Ｓ２以下であってもよい。さらに全ての分配リブの高さは同じであってよい。
　図１０Ｂは、図１０Ａに示された燃料電池２に締結圧を加えた様子を示す。図１０Ｂに示されるように、燃料電池２に矢印Ｘ方向からの締結圧が加わると、弾性部材１７０が枠体に接触し、弾性部材１７０が潰れる。弾性部材１７０が潰れると、分配リブの高さ２２０ｈが低くなり、ＭＥＡの厚さ１０１ｔと流路リブの高さ２３１ｈとの和Ｓ１が、枠体１０５ｔの厚さと分配リブの高さ２２０ｈとの和Ｓ２以上になる。これにより、ＭＥＡ１０１と流路リブ２３１とが接触することができる。また、分配リブも枠体１０５に確実に接触することができるので、分配スペースの密封性も確保される。
　また、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、分配リブが、セパレータを加工成形することで形成された突起と、突起の頂面に配置された弾性部材からなる例について説明したが、本実施の形態では、分配リブは、図１０Ｃに示されるようにセパレータに配置された弾性部材１７０のみから構成されてもよい。
　（実施の形態４）
　実施の形態４では、拡散スペースの長軸に沿って拡散スペースの幅が変動する形態について説明する。
　図１１は、実施の形態４の燃料電池４の空気極セパレータ２００の平面の一部拡大図である。実施の形態１の燃料電池１と、同一の構成要件については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１１に示されるように、本実施の形態では、拡散スペース２１１の幅は、酸化ガス供給マニホールド孔２１０と反対側の長軸方向の端部Ａから、酸化ガス供給マニホールド孔２１０側の長軸方向の端部Ｂに向かって、徐々に広くなる。したがって、拡散スペース２１１の端部Ｂ近傍の幅Ｗ２は、端部Ａ近傍の幅Ｗ１よりも広い。
　このように、拡散スペースの幅を、端部Ａから端部Ｂに向かって広くすることで反応ガス供給マニホールド孔近傍の拡散スペースの圧力損失をさらに下げることができ、反応ガスが、拡散スペースを満たす前に第１分配リブのスリットから漏れ出すことを防止することができる。
　（実施の形態５）
　実施の形態１～４では、ガス分配部が３以上の分配スペースおよび２以上の分配リブを有する形態について説明した。実施の形態５では、ガス分配部が１つの分配リブを有する形態について説明する。
　実施の形態５の燃料電池は、ガス分配部のパターンが異なる以外は、実施の形態１の燃料電池１と同じである。したがって、実施の形態５では、ガス分配部のパターンについてのみ説明する。
　１）空気極セパレータ２００ａの酸化ガス入口分配部２１０ａの構造について
　図１２は、空気極セパレータ２００ａのＭＥＡに接する面に形成された酸化ガス入口分配部２１０ａおよび酸化ガス流路２３０のパターンを示す図である。実施の形態１の空気極セパレータと同一の構成部材については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１２に示されるように酸化ガス入口分配部２１０ａは酸化ガス供給マニホールド孔１３０と直線状の酸化ガス流路２３０とを接続する。酸化ガス供給マニホールド孔１３０と酸化ガス入口分配部２１０ａとは流路受け部２４０を介して連結されている。
　酸化ガス入口分配部２１０ａは、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直な長軸を有する１つの分配リブ２２１ａを有する。分配リブ２２１ａは、酸化ガス入口分配部２１０ａを、酸化ガス供給マニホールド孔１３０側の拡散スペース２１１と、酸化ガス流路２３０側の分配スペース２１２とに区切る。
　分配リブ２２１ａは、拡散スペース２１１と分配スペース２１２とを接続する２以上（６個）の分配流路２２７を有する。分配流路２２７は、酸化ガス供給マニホールド孔１３０側から酸化ガス流路２３０側にトーナメント表状に分岐している。分配流路２２７は全て同じ寸法を有することが好ましい。
　拡散スペース２１１の断面積は、分配流路２２７の断面積よりも大きい。例えば、拡散スペース２１１の深さは０．２５～０．５０ｍｍであり、幅は１．０～１０．０ｍｍであり；第１分配リブ２２１ａが有する分配流路２２７の深さは０．２５～０．５０ｍｍであり、幅は０．５～３．０ｍｍである。
　次に、酸化ガス供給マニホールド孔１３０から酸化ガス流路２３０への酸化ガスの流れについて説明する。図１２に示された矢印は酸化ガスの動きを示す。
　図１２に示されるように、酸化ガス供給マニホールド孔１３０から供給された酸化ガスは、まず酸化ガス入口分配部２１０ａの拡散スペース２１１内に流入する。上述のように拡散スペース２１１の断面積は、分配流路２２７の断面積よりも大きいので、拡散スペース２１１の圧力損失は分配流路２２７の圧力損失よりも小さい。このため、拡散スペース２１１内に流入した酸化ガスは、分配流路２２７に流入する前に、まず拡散スペース２１１全体に拡散する。このため、酸化ガスは、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向にまず拡散する。
　全体に酸化ガスが拡散した拡散スペース２１１内にさらに酸化ガスが流入すると、拡散スペース２１１内の酸化ガスの圧力が高まり、酸化ガスは、分配流路２２７に流入する。上述のように、６つの分配流路２２７の寸法は同じであり、圧力損失が同じであることから各分配流路２２７に流入する酸化ガスの流量も均一である。
　各分配流路２２７に流入する酸化ガスは、トーナメント表状に分岐した分配流路によって、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向に均等に分配され分配スペース２１２に流入する。
　このように、各分配流路２２７に流入する酸化ガスの流量を均一にし、各分配流路２２７で酸化ガスをさらに均等に分配することで、第１分配スペース２１２では、酸化ガスの流量は、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向に均等になる。
　そして第１分配スペース２１２の酸化ガスが各酸化ガス流路２３０に流入する。上述のように、第１分配スペース２１２では、酸化ガスの流量は、酸化ガス流路２３０の長軸に垂直方向に均等になるので、各酸化ガス流路２３０内の酸化ガスの流量を均一にすることができる。
　２）燃料極セパレータ３００ａの燃料ガス入口分配部３１０ａの構造について
　図１３は、燃料極セパレータ３００ａのＭＥＡに接する面に形成された燃料ガス入口分配部３１０ａおよび酸化ガス流路３３０のパターンを示す図である。実施の形態１の燃料極セパレータと同一の構成部材については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１３に示されるように燃料ガス入口分配部３１０ａは燃料ガス供給マニホールド孔１１０と直線状の燃料ガス流路３３０とを接続する。燃料ガス供給マニホールド孔１１０と燃料ガス入口分配部３１０ａとは流路受け部３４０を介して連結されている。
　燃料ガス入口分配部３１０ａは、燃料ガス流路３３０の長軸に垂直な長軸を有する１つの分配リブ３２１ａを有する。分配リブ３２１ａは、燃料ガス入口分配部３１０ａを、燃料ガス供給マニホールド孔１１０側の拡散スペース３１１と、燃料ガス流路３３０側の分配スペース３１２とに区切る。
　分配リブ３２１ａは、拡散スペース３１１と分配スペース３１２とを接続する２以上（６個）の分配流路３２７を有する。分配流路３２７は、燃料ガス供給マニホールド孔１１０側から燃料ガス流路３３０側にトーナメント表状に分岐している。分配流路３２７は全て同じ寸法を有することが好ましい。
　図１３に示されるように、燃料入口分配部３１０ａの構造は、図１１に示された酸化ガス入口分配部２１０ａの構造と同様であることから説明を省略する。
　（実施の形態６）
　実施の形態６では、燃料ガス分配部の分配リブがＭＥＡの枠体に形成される形態について説明する。
　図１４は、実施の形態６の燃料電池スタック６の断面図を示す。実施の形態１と同一の構成要件については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１４に示されるように、本実施の形態では、燃料ガス入口分配部の分配リブ（第１分配リブ３２１ｂ、第２分配リブ３２２ｂおよび第３分配リブ３２３ｂ）は、枠体一体型ＭＥＡ１００の枠体１０５に形成される。したがって、燃料極セパレータ３００ｂの外周部は、凹凸形状を有さず平板である。
　一方で、酸化ガス入口分配部の分配リブは、実施の形態３と同様に金属セパレータである空気極セパレータ２００の外周部をプレス加工することによって形成される。また、空気極セパレータ２００と燃料極セパレータ３００ｂとを貼り合わせることで、冷媒入口分配部が形成される。
　このように、燃料ガス入口分配部の分配リブをＭＥＡの枠体に形成することで、燃料極セパレータの外周部が平板になり、燃料セパレータの凹凸形状を単純にすることができる。これにより、燃料極セパレータの歪みを防止することができる。
　（実施の形態７）
　実施の形態７では、酸化ガス分配部および燃料ガス分配部の分配リブが枠体に形成される形態について説明する。
　図１５は、実施の形態７の燃料電池スタック７の断面図を示す。実施の形態６と同一の構成要件については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１５に示されるように、本実施の形態では、酸化ガス入口分配部および燃料ガス入口分配部の分配リブは、枠体一体型ＭＥＡ１００の枠体１０５に形成される。具体的には、酸化ガス入口分配部の分配リブ（第１分配リブ２２１ｃ、第２分配リブ２２２ｃおよび第３分配リブ２２３ｃ）が枠体１０５に形成され；同様に燃料ガス入口分配部の分配リブ（第１分配リブ３２１ｃ、第２分配リブ３２２ｃおよび第３分配リブ３２３ｃ）が枠体１０５に形成される。したがって、セパレータ（２００ｃ、３００ｃ）の外周部は、凹凸形状を有さず平板である。
　セパレータ（２００ｃ、３００ｃ）の外周部が平板であると、空気極セパレータ２００ｃおよび燃料極セパレータ３００ｃを貼り合わせただけでは、実施の形態１のように冷媒分配部を形成することができない（図６Ａ～Ｄ参照）。このため、本実施の形態では、冷媒入口分配部の分配リブ（第１分配リブ４２１ｃ、第２分配リブ４２２ｃおよび第３分配リブ４２３ｃ）は、セパレータの外周部（平板）に配置されたシール部材である。
　このように、燃料ガス入口分配部および酸化ガス入口分配部の分配リブを枠体に形成することで、空気極セパレータおよび燃料極セパレータ両方の凹凸形状を単純にすることができる。このため、本実施の形態によれば、空気極セパレータおよび燃料極セパレータ両方の歪みを防止する効果が高い。
　（実施の形態８）
　実施の形態８では、反応ガス流路がガス拡散層に形成されている例について説明する。
　図１６は、本発明の実施の形態８の燃料電池の分解斜視図である。実施の形態１と同一の構成部材については同一の符号を付し説明を省略する。図１６に示されるように、燃料極セパレータ３００ｄは、燃料ガス流路を有さない。
　図１７は、図１６に示された燃料電池５のＡＡ線による断面の一部拡大図である。実施の形態１と同一の構成要件については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１７に示されるように、燃料ガス流路３３０ｄは、ＭＥＡ１０１のガス拡散層１０４に形成されている。このため燃料極セパレータ３００ｄの中央部は凹凸形状を有さず平板である。
　（実験例１）
　本発明によって反応ガスの分配性が向上することを示すためシミュレーション実験を行った。具体的には、ＡＮＳＹＳ社のＦＬＵＥＮＴのＰＥＭモジュールを用いて、実施の形態１の燃料電池の発電状態におけるガスの流れ方を解析した。
　次にシミュレーションにおける各種パラメータについて説明する。触媒電極のサイズは横１２０ｍｍ、縦２００ｍｍとした。
　酸化ガス流路２３０の幅を１．０ｍｍとし、深さを０．３ｍｍとし、本数を４８本とした。流路を規定する分配リブの幅を１．５ｍｍとし、流路間のピッチを２．５ｍｍとした。燃料ガス流路３３０の幅を１．０ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとし、本数を４８本とした。流路を規定する分配リブの幅を１．５ｍｍとし、流路間のピッチを２．５ｍｍとした。酸化ガス流路と燃料ガス流路とは対向するように配置した。
　酸化ガス入口分配部２１０は、４つ分配スペースおよび３つの分配リブを有するように設定した。拡散スペース２１１の幅を１０ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとした。第１分配スペース２１２および第２分配スペース２１３の幅を１ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとした。第３分配スペース２１４の幅を３．５ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとした。
　分配リブの幅は全て１．５ｍｍとした。第１分配リブ２２１のスリットの幅を３ｍｍとした。第２分配リブ２２２および第３分配リブ２２３のスリットの幅を１．５ｍｍとした。
　燃料ガス入口分配部３１０では、分配スペースの深さを０．２５ｍｍとした以外は、酸化ガス分配部と同じ寸法にした。
　１セルあたりの酸化ガスの標準状態の流量を１．７３７Ｌ／ｍｉｎとし、燃料ガスの標準状態の流量を０．７１３Ｌ／ｍｉｎとした。酸化ガスの露点を６５℃とし、燃料ガスの露点を６５℃とし、セル温度を８０℃とした。酸化ガスを空気とし、燃料ガスを水素に、二酸化炭素を体積比率にして２５％混入させたガスとした。発電時における電流密度を、０．２４Ａ／ｃｍ２とした。
　（比較例１）
　比較例として分配部が分配スペースおよび分配リブを有さないように設定した以外は、実験例と同じ条件でシミュレーションを行った。
　（解析結果）
　実験例の解析結果を図１８および図１９に示す。図１８は、酸化ガス流路における解析結果を示し、図１９は燃料ガス流路における解析結果を示す。図１８および図１９では縦軸は、平均流量に対する割合を％で示し、横軸は流路番号を示す。
　平均流量とは、供給したガスの流量を反応ガス流路の数で割った値である。平均流量に対する割合が１００％である場合、その反応ガス流路に流れる反応ガスの流量が平均流量と同じであることを意味し；１００％超であると、その反応ガス流路に流れる反応ガスの流量が平均流量よりも多いことを意味し；１００％未満であると、その反応ガス流路に流れる反応ガスの流量が平均流量よりも少ないことを意味する。
　図１８に示されるように、分配部が分配スペースおよび分配リブを有する実験例では、各酸化ガス流路の酸化ガスの流量のばらつきを５％以内に抑えることができた。一方比較例では、各酸化ガス流路の酸化ガスの流量のばらつきは３０％以上であった。また、図１９に示されるように、分配部が分配スペースおよび分配リブを有する実験例では、各燃料ガス流路の燃料ガスの流量のばらつきは１％以内に抑えることができた。一方比較例では、燃料ガス流路間の燃料ガスの流量のばらつきは１０％以上であった。
　また、燃料極のほうが酸化極よりもガスの流量のバラツキが小さかったのは、燃料ガスの方が酸化ガスよりも粘性が小さいことに起因すると考えられる。
　これらの結果は本発明によって反応ガス流路内のガスの流量を一定にすることができることを示唆する。また、比較例で示されたように分配部が分配スペースを有しない場合、分配部に流入した反応ガスは、均等に分配されることなく反応ガス流路に流入するので、反応ガス流路間の反応ガスの流量がばらつく。
　定置型の家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池スタックでは、発電効率が高いことが求められる。このため、家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池スタックでは、反応ガスの利用率を上げて、発電効率を高めるために、燃料電池に供給する反応ガスの流量を少なくしている。具体的には、触媒電極の面積が２４０ｃｍ２の燃料電池単セルあたり、酸化ガスを０．１Ｌ／ｍｉｎ～３Ｌ／ｍｉｎ、燃料ガスを０．０５Ｌ／ｍｉｎ～１．２Ｌ／ｍｉｎ程度供給する。これにより、酸化ガスの酸素利用率（限界利用率）を最高８０％まで、燃料ガスの水素利用率（限界利用率）を最高９５％まで向上させることができる。また、このような条件下で家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池スタックを運転すると電流密度は、０．０２Ａ／ｃｍ２～０．４Ａ／ｃｍ２になる。
　上述のように本発明の燃料電池によれば、２Ｌ／ｍｉｎ以下の反応ガスの流量では、反応ガスの流量のバラツキ５％以下に抑えることができる。このため、本発明の燃料電池は、家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池として特に適している。
　また、上述したように、酸素の限界利用率が８０％で、水素の限界利用率が９５％であれば、反応ガスの流量が酸化ガス流路で５％、燃料ガス流路で１％の範囲でバラついたとしても、電極の電流分布が均一に安定する。
　（実験例２）
　反応ガスの流量と反応ガスの分配性との関係を示すためシミュレーション実験を行った。実験例２では、反応ガスの流量を変数とした以外は、実験例１と同じ条件でシミュレーションを行った。
　（比較例２）
　比較例２では、分配部が分配スペースおよび分配リブを有さないように設定した以外は、実験例２と同じ条件でシミュレーションを行った。
　（解析結果）
　実験例２および比較例２の解析結果を図２０に示す。図２０のグラフでは、縦軸は、流量のバラツキを％で示し、反応ガスの流量を示す。流量のバラツキとは、各反応ガス流路に流れる反応ガスの流量の最大値と最小値との差を、反応ガス流路に流れる反応ガスの平均流量で割った値を示したものである。
　図２０のグラフに示されるように、実験例２および比較例２では、反応ガスの流量が増加するとともに、反応ガスの流量のバラツキも増加した。しかしながら、実験例２における反応ガスの流量のバラツキは、比較例２における反応ガスの流量のバラツキよりも常に低かった。
　具体的には、酸化ガス流路では、酸化ガスの流量が３Ｌ／ｍｉｎであっても、酸化ガスの流量のバラツキを５％以内に抑えることができた。また、燃料ガス流路では、燃料ガスの流量が１．２Ｌ／ｍｉｎであっても、燃料ガスの流量のバラツキを１％以内に抑えることができた。
　一方、分配部が分配スペースを有さない比較例２では、反応ガスのバラツキは最小でも６％以上であった。
　このように本発明の燃料電池は、反応ガスの流量が増加した場合であっても、高い反応ガスの分配性を示す。したがって本発明の燃料電池は、反応ガスの流量が多い自動車用燃料電池としても適している。
　自動車用燃料電池では、通常の発電における電流密度は０．５Ａ／ｃｍ２～２Ａ／ｃｍ２である。この電流密度を達成するため、自動車用燃料電池では、触媒電極の面積が２４０ｃｍ２の燃料電池単セルあたり、酸化ガスを３．５Ｌ／ｍｉｎ～８Ｌ／ｍｉｎ、燃料ガスを１．４Ｌ／ｍｉｎ～６Ｌ／ｍｉｎを供給する。
　本出願は、２００９年９月１６日出願の特願２００９－２１４６９３および２０１０年２月１７日出願の特願２０１０－３２６１９に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本発明の燃料電池は、高い反応ガスの分配性を有するので、家庭用コージェネレーションシステム用燃料電池スタックとして適している。また、本発明の燃料電池は、反応ガスの流量が多くても場合でも高い反応ガスの分配性を有する。このため本発明の燃料電池は、電気自動車用燃料電池、モバイル用燃料電池としても、高い発電性能を発揮することができる。
　１、２、３、５、６、７　燃料電池
　１００　枠体一体型ＭＥＡ
　１０１　ＭＥＡ
　１０５　枠体
　１０２　電解質膜
　１０３　触媒層
　１０４　ガス拡散層
　１１０　燃料ガス供給マニホールド孔
　１２０　冷媒供給マニホールド孔
　１３０　酸化ガス供給マニホールド孔
　１４０　燃料ガス排出マニホールド孔
　１５０　冷媒排出マニホールド孔
　１６０　酸化ガス排出マニホールド孔
　１７０　弾性部材
　２００　空気極セパレータ
　２１０　酸化ガス入口分配部
　２１１　拡散スペース
　２１２、２１３、２１４　分配スペース
　２２１、２２２、２２３　分配リブ
　２２５、３２５、４２５　スリット
　２２７、３２７　分配流路
　２３０　酸化ガス流路
　２３１　流路リブ
　２４０、３４０、４４０　流路受け部
　２５０、３５０、４５０　シール部材
　２６０　酸化ガス出口分配部
　３００　燃料極セパレータ
　３１０　燃料ガス入口分配部
　３１１　拡散スペース
　３１２、３１３、３１４　分配スペース
　３２１、３２２、３２３　分配リブ
　３３０　燃料ガス流路
　３３１　流路リブ
　３６０　燃料ガス出口分配部
　４１０　冷媒入口分配部
　４１１、４１２、４１３、４１４　分配スペース
　４２１、４２２、４２３　分配リブ
　４３０　冷媒流路
　４３１　流路リブ
　４６０　冷媒出口分配部
 

Claims (15)

  1. 　高分子電解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極を有する膜電極接合体と、
    　前記膜電極接合体を挟み、直線状の流路リブによって規定された直線状の反応ガス流路、反応ガス供給マニホールド孔および反応ガス排出マニホールド孔を有する一対のセパレータと、
    　前記反応ガス供給マニホールド孔と前記反応ガス流路とを接続するガス入口分配部と、を有する固体高分子型燃料電池であって、
    　前記ガス入口分配部は、前記ガス入口分配部を複数のスペースに区切り、前記直線状のガス流路の長軸に垂直な長軸を有し、かつ前記直線状のガス流路の長軸に平行な２以上のスリットを有するｎ個［ｎは２以上の整数である］の分配リブを有し、
    　前記リブのうち、最も前記反応ガス供給マニホールド孔側の分配リブを第１分配リブとし、最も前記反応ガス流路側の分配リブを第ｎ分配リブとし、前記スペースのうち前記第１分配リブよりも前記反応ガス供給マニホールド孔側のスペースを拡散スペースとしたとき、
    　前記拡散スペースの、前記反応ガス流路の長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の平均面積は、前記第１分配リブが有するスリットの、前記分配リブの長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の面積よりも大きく、
    　前記第ｍ［ｍは１～ｎ－１までの任意の整数である］分配リブが有するスリットの位置は、前記第ｍ＋１分配リブが有する２つの隣接するスリットの間に位置する、固体高分子型燃料電池。
  2. 　前記拡散スペースの断面の平均面積は、前記第１分配リブが有するスリットの断面の面積の総和の０．９倍以上である、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  3. 　前記第ｍ分配リブが有するスリットの数は、前記第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数よりも少ない、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  4. 　前記第ｍ分配リブが有するスリットの数は、前記第ｍ＋１分配リブが有するスリットの数の１／２である、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  5. 　前記第ｎ分配リブが有するスリットの数は、
    　前記セパレータが有する反応ガス流路の本数の１／２である、請求項４に記載の固体高分子型燃料電池。
  6. 　前記反応ガス流路と前記反応ガス排出マニホールド孔とを接続するガス出口分配部をさらに有し、
    　前記反応ガス供給マニホールド孔は、前記反応ガス排出マニホールド孔の対角に位置し、かつ前記反応ガス供給マニホールド孔の位置と前記反応ガス排出マニホールド孔の位置とは、前記セパレータの中心点に関して点対称であり、
    　前記ガス入口分配部の位置および形状と、前記ガス出口分配部の位置および形状とは、前記セパレータの中心点に関して点対称である、請求項１に記載の固体高分子燃料電池。
  7. 　前記膜電極接合体を保持する枠体をさらに有し、
    　前記ガス入口分配部は、前記セパレータと前記枠体との間に設けられる、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  8. 　前記流路リブの高さと、前記膜電極接合体の厚さとの和は、前記分配リブの高さと前記枠体の厚さとの和以上であり、前記分配リブのうち前記第１分配リブが最も高い、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池。
  9. 　前記分配リブの高さは、前記第１分配リブから前記第ｎ分配リブに向かって、徐々に減少する、請求項８に記載の固体高分子型燃料電池。
  10. 　前記分配リブの頂面は、弾性部材からなる、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池。
  11. 　前記スペースのうち、前記拡散スペース以外のスペースを分配スペースとしたとき、前記拡散スペースの断面の平均面積は、
    　いずれの前記分配スペースの、前記反応ガス流路の長軸に平行で、かつ前記セパレータの面方向に垂直な断面の平均面積よりも大きい、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  12. 　前記セパレータは、冷媒供給マニホールド孔と、前記反応ガス流路が形成された面の裏面に直線状の冷媒流路と、をさらに有し、
    　前記冷媒供給マニホールド孔は、前記反応ガス供給マニホールド孔に隣接する、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  13. 　前記冷媒供給マニホールド孔と、前記冷媒流路とを接続する冷媒入口分配部をさらに有し、
    　前記冷媒入口分配部は、前記ガス入口分配部を複数のスペースに区切り、前記直線状の冷媒流路の長軸に垂直な長軸を有し、かつ前記直線状の冷媒流路の長軸に平行な２以上のスリットを有するｎ個［ｎは２以上の整数である］の分配リブを有する、請求項１２に記載の固体高分子型燃料電池。
  14. 　前記ガス入口分配部の分配リブは、前記セパレータに形成される、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
  15. 　前記セパレータは、前記反応ガスが形成された中央部と、前記中央部を囲む外周部とを有し、
    　前記ガス入口分配部の分配リブは、前記枠体に形成され、
    　前記外周部は、平板である、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池。
     
     
     
     
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