WO2012144385A1

WO2012144385A1 - 燃料電池

Info

Publication number: WO2012144385A1
Application number: PCT/JP2012/059873
Authority: WO
Inventors: 橋本　圭二; 浩右川尻; 諭二見
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-10-26
Anticipated expiration: 2013-10-18
Also published as: DE112012001737T5; US20140017582A1; CN103477485B; JP5678276B2; CA2831549C; DE112012001737B4; CA2831549A1; JP2012226914A; US9190680B2; CN103477485A

Abstract

燃料電池（１０）の酸化剤ガス流路（３０）は、複数の溝流路（３５ｂ）として構成された上流部分と、ガス拡散多孔体（２６）が配置された下流部分とを有する。燃料電池（１０）の燃料ガス流路（４０）は、複数の溝流路（４５ｂ）として構成された上流部分と、ガス拡散多孔体（２８）が配置された下流部分とを有する。燃料電池（１０）の各単セル（１２）の第１のセパレータ（２２）と同単セル（１２）に隣り合う単セル（１２）の第２のセパレータ（２４）との間には冷却媒体流路（５０）が形成されている。冷却媒体流路（５０）を冷却媒体が流れる方向は、酸化剤ガス流路（３０）を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。冷却媒体流路（５０）の上流部分は、冷却媒体流路（５０）の下流部分と比べて、冷却媒体流路（５０）と隣接する酸化剤ガス流路（３０）に面する膜電極接合体（２０）の面に近接して位置する。

Description

燃料電池

　本発明は、燃料電池に関する。

　固体高分子電解質形燃料電池では、膜電極接合体（membrane-electrode assembly、ＭＥＡ）とセパレータとが交互に配置されている。ＭＥＡは、イオン交換電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置されたアノード（燃料極）と、電解質膜の他方の面に配置されたカソード（酸素極）とからなる。セパレータは、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス（水素）及び酸化剤ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成する。燃料電池は、ＭＥＡとセパレータとからなる単セル（単電池）を積層して一体化したスタック構造を有する。固体高分子電解質形燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること等の利点を有するため、特に車両等の移動体用電源として注目されている。

　この種の燃料電池は、実用化のために小型化及び低コスト化が求められている。この点、高温無加湿下で運転可能な燃料電池であれば、冷却系及び加湿系を簡略化することができる。

　特許文献１には、最も乾燥しやすい酸化剤ガス流路の入口近傍、すなわち上流部分の水分量が不足している場合に、燃料ガス流量を増加させるか或いは燃料ガス圧力を減少させるかすることによって、酸化剤ガス流路の入口近傍の水分量を増加させるように構成された高温無加湿下で運転可能な燃料電池が開示されている。

　特許文献２には、図１２に示すような横断面を有する燃料電池が開示されている。この燃料電池の単セル１００はそれぞれ、膜電極接合体（ＭＥＡ）１０８と一対のセパレータ１１０，１１２とを備える。膜電極接合体１０８は、高分子電解質膜１０２がカソード（酸素極）１０４及びアノード（燃料極）１０６により挟まれた構成を有する。各単セル１００のセパレータ１１０，１１２は、膜電極接合体１０８を間に挟んで配置されている。セパレータ１１０とカソード１０４との間には酸化剤ガス流路１１４が形成されている。セパレータ１１２とアノード１０６との間には、燃料ガス流路１１６が形成されている。カソード１０４は、カソード触媒層１０４ａとガス拡散層１０４ｂを積層して形成されている。アノード１０６は、アノード触媒層１０６ａとガス拡散層１０６ｂを積層して形成されている。各セパレータ１１０，１１２は複数の溝を有している。各単セル１００のセパレータ１１０の溝は、同単セル１００に隣接する単セル１１０のセパレータ１１２の溝と対向して位置しており、この互いに対向する溝によって冷却媒体流路１２０が形成されている。冷却媒体流路１２０が膜電極接合体１０８の近傍に設けられているため、冷却媒体流路１２０を流れる冷却媒体（例えば冷却水）によって燃料電池は小さい熱抵抗で効率よく冷却される。

　特許文献３には、図１３に示すような横断面を有する燃料電池が開示されている。図１３中、図１２の燃料電池の構成と対応する構成については図１２と同一の符号を付している。図１３の燃料電池では、燃料ガス流路１１６及び酸化剤ガス流路１１４の各々の全体に均一にガスを拡散させるべく、ガス拡散多孔体１３０，１４０が燃料ガス流路１１６及び酸化剤ガス流路１１４にそれぞれ設けられており、これにより燃料電池の高性能化を図っている。

　又、特許文献４に記載の燃料電池では、燃料電池で生成する水の排水性を向上させるべく、ガス拡散多孔体に導水層を設けることが行われている。

特開２００９－２５９７５８号公報特開２００３－１９７２２２号公報特開２００７－８７７６８号公報国際公開第２０１０／１１３２５２号

　特許文献１及び特許文献２に記載の燃料電池は、冷却性が高いため、高温性能に優れる。しかしながら、特に水分量の多い酸化剤ガス流路の出口近傍すなわち下流部分の排水性及びガス拡散性が悪い。そのため、燃料電池の負荷がそれほど高くない領域、すなわち電池温度が約５０～約６０℃の常温域での運転性能が低いという問題がある。なお、この種の燃料電池を搭載した電気自動車の場合、巡航速度で走行時には常温域で燃料電池の発電が行われる。

　特許文献３に記載の燃料電池は、特に常温域での電圧安定性に優れるものの、熱抵抗が大きいために高温環境下での冷却性能が不足する傾向にある。そのため、高温性能が高くないという問題がある。

　又、図１２に示すようにセパレータ１１０，１１２の全面に設けられた溝で酸化剤ガス流路１１４及び燃料ガス流路１１６を形成したり、或いは図１３に示すように膜電極接合体１０８の全面に対応するようにガス拡散多孔体１３０，１４０を配置したりした場合、アノード（燃料極）及びカソード（酸素極）を均等に冷却することが可能である。しかし、酸化剤ガス流路の入口近傍（上流部分）に位置するカソードの部分を積極的に冷却することはできないため、高温性能に劣るという問題がある。

　そこで本発明の目的は、高温性能、高温無加湿下での運転性能、及び発電性能を向上させることができ、さらには、特に水分量の多い酸化剤ガス流路の下流部分の排水性及びガス拡散性を良好にして、常温域での電圧安定性を向上させることができる燃料電池を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様では、積層された複数の単セルを有する燃料電池を提供する。各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備える。各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されている。各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されている。各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と対向している。各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されている。各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。燃料ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第２のセパレータの面に複数の第２の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各燃料ガス流路の下流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されている。各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されている。互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置する。

　本発明の第２の態様では、積層された複数の単セルを有する燃料電池を提供する。各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備える。各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されている。各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されている。各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と対向している。各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されている。各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。燃料ガス流路の上流部分では、各単セルの膜電極接合体に面する第２のセパレータの面に複数の第２の溝が設けられている。各燃料ガス流路の下流部分及び上流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されている。各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されている。互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置する。

　本発明の第３の態様では、積層された複数の単セルを有する燃料電池を提供する。各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備える。各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されている。各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されている。各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と同じである。各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されている。各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。各燃料ガス流路の下流部分及び上流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されている。各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されている。互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有する。各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置する。

　上記第１～第３の態様の燃料電池において、各単セルの第１のセパレータは、冷却媒体流路の上流部分に対応する部分で同じ単セルの膜電極接合体に当接してもよい。

　上記第１～第３の態様の燃料電池において、各単セルの第１のセパレータと第１のガス拡散多孔体との間には、酸化剤ガス流路内の水を酸化剤ガス流路から排出するための第１の水流路が設けられてもよい。第１の水流路内の水は、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路を流れるのに伴って、酸化剤ガスが流れる方向と同じ方向にその隙間内を移動して酸化剤ガス流路から排出される。

　上記第１～第３の態様の燃料電池において、各単セルの第２のセパレータと第２のガス拡散多孔体との間には、燃料ガス流路内の水を燃料ガス流路から排出するための第２の水流路が設けられてもよい。第２の水流路内の水は、燃料ガスが燃料ガス流路を流れるのに伴って、燃料ガスが流れる方向と同じ方向にその隙間内を移動して燃料ガス流路から排出される。

　本発明によれば、高温性能、高温無加湿下での運転性能、及び発電性能を向上させることができ、さらには、特に水分量の多い酸化剤ガス流路の下流部分の排水性及びガス拡散性を良好にして、常温域での電圧安定性を向上させることができる。

　各単セルの第１のセパレータが、冷却媒体流路の上流部分に対応する部分で同じ単セルの膜電極接合体に当接している場合には、冷却媒体流路を流れる冷却媒体によって酸化剤ガス流路の上流部分を効率的に冷却することができ、高温性能、高温無加湿下での運転性能、及び発電性能の更なる向上が可能である。

　酸化剤ガス流路内の水を酸化剤ガス流路から排出するための第１の水流路を各単セルの第１のセパレータと第１のガス拡散多孔体との間に設けた場合には、酸化剤ガス流路の排水性が向上し、その結果、燃料電池の発電効率及び常温域での電圧安定性が向上する。

　燃料ガス流路内の水を燃料ガス流路から排出するための第２の水流路を各単セルの第２のセパレータと第２のガス拡散多孔体との間に設けた場合には、燃料ガス流路の排水性が向上し、その結果、燃料電池の発電効率が向上する。

本発明の第１実施形態の燃料電池の一部分を示す分解斜視図。図１に示す燃料電池を、セパレータに設けられた突条の間を通る垂直面で切断した縦断面図。図１に示す燃料電池を、セパレータに設けられた突条を通る垂直面で切断した縦断面図。図１に示す燃料電池のガス拡散多孔体の斜視図。図１に示す燃料電池を、酸化剤ガス流路の上流部分を通る水平面で切断した横断面図。図１に示す燃料電池の全体概略図。図７（ａ）は本発明の第２実施形態の燃料電池のガス拡散多孔体の一部分を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のガス拡散多孔体とセパレータと間に設けられた水流路を示す図。第２実施形態の燃料電池の単セルの一部分を示す断面図。本発明の第３実施形態の燃料電池を、セパレータに設けられた突条の間を通る垂直面で切断した縦断面図。第３実施形態の燃料電池を、セパレータに設けられた突条を通る垂直面で切断した縦断面図。本発明の変更例の燃料電池を、セパレータに設けられた突条を通る垂直面で切断した縦断面図。従来の燃料電池の横断面図。他の従来の燃料電池の横断面図。

　第１実施形態
　以下、本発明を具体化した第１実施形態の燃料電池を図１～図６を参照して説明する。

　図６に示すように、燃料電池１０は、多数の単セル１２（図２参照）が積層されたスタック構造を有している。積層された単セル１２は一対の集電板１１の間に配置されている。２つの集電板１１は一対の絶縁板１３の間に配置されている。２つの絶縁板１３は一対のエンドプレート１５の間に配置されている。締め付けボルト１７で締め付けることにより２つのエンドプレート１５の間に単セル１２、集電板１１及び絶縁板１３が挟まれている。

　燃料電池１０には、酸化剤ガス管路系、燃料ガス管路系、及び冷却媒体管路系が接続されている。酸化剤ガス管路系は、酸化剤ガスとしての空気（酸素）を燃料電池１０に対して供給及び排出するためのものであって、図６に示すように、燃料電池１０の図示しない酸化剤ガス供給口に接続された酸化剤ガス供給管５１と、燃料電池１０の図示しない酸化剤ガス排出口に接続された酸化剤ガス排出管５２とを備える。

　燃料ガス管路系は、燃料ガスとしての水素を燃料電池１０に対して供給及び排出するためのものであって、燃料電池１０の図示しない燃料ガス供給口に接続された燃料ガス供給管５４と、燃料電池１０の図示しない燃料ガス排出口に接続された燃料ガス排出管５６とを備える。

　冷却媒体管路系は、冷却媒体としての水を燃料電池１０に対して供給及び排出するためのものであって、燃料電池１０の図示しない冷却媒体供給口に接続された冷却媒体供給管５８と、燃料電池１０の図示しない冷却媒体排出口に接続された冷却媒体排出管６０とを備える。

　（単セル１２）
　図２に示すように、各単セル１２は、固体高分子電解質膜１４がアノード１６とカソード１８の間に設けられた膜電極接合体（ＭＥＡ）２０を備えている。ＭＥＡ２０は、第１のセパレータ２２と第２のセパレータ２４との間に配置されている。第１のセパレータ２２とＭＥＡ２０との間には第１のガス拡散多孔体２６が配置されている。第２のセパレータ２４とＭＥＡ２０との間には第２のガス拡散多孔体２８が配置されている。

　ＭＥＡ２０においては、燃料極であるアノード１６が電解質膜１４の一方の面に配置され、酸素極であるカソード１８が電解質膜１４の他方の面に配置されている。

　電解質膜１４は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料から形成されている。そのような固体高分子材料の例としてはフッ素系の高分子膜（例えば、デュポン社製のナフィオン膜等）がある。

　アノード１６は、電極触媒層１６ａとガス拡散層１６ｂとを備える。カソード１８は、電極触媒層１８ａとガス拡散層１８ｂとを備える。電極触媒層１６ａ，１８ａは電解質膜１４と接触しており、白金微粒子を担持させた導電性カーボンブラックにより形成されている。ガス拡散層１６ｂ，１８ｂは、電極触媒層１６ａ，１８ａに積層されており、導電性を有するカーボンペーパーにより構成されている。電極触媒層１６ａ，１８ａに含まれる白金は、プロトンと電子への水素の分離及び酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する。同様の働きをする触媒を白金の代わりに使用してもよい。また、ガス拡散層１６ｂ，１８ｂは、十分なガス拡散性及び導電性を有してさえいればカーボンペーパー以外の材料から形成してもよく、例えば炭素繊維からなるカーボンクロス又はカーボンフェルトで形成してもよい。

　（第１のセパレータ２２及び酸化剤ガス流路３０）
　第１のセパレータ２２はチタンからなり、導電性を有する。ただし、第１のセパレータ２２の材質はチタンに限定されない。導電性を有する炭素系又は金属系のその他の材料から第１のセパレータ２２を形成してもよい。図２に示すように、各単セル１２の第１のセパレータ２２とＭＥＡ２０との間には酸化剤ガス流路３０が形成されている。酸化剤ガス流路３０は、燃料電池１０に設けられた前記酸化剤ガス供給口及び前記酸化剤ガス排出口に対して、図示しないマニホールドホールを介して接続されている。

　図１に示すように、各第１のセパレータ２２は、酸化剤ガス流路３０の下流側に位置する大型の平板部３２と、酸化剤ガス流路３０の上流側に位置する小型の平板部３４とを有する。各第１のセパレータ２２の２つの平板部３２，３４は互いに平行であり、段差部３３によって互いに一体に連結されている。図２に示すように、各単セル１２の第１のセパレータ２２の大型の平板部３２は、同単セル１２のＭＥＡ２０と同単セル１２に隣り合う単セル１２のＭＥＡ２０との間の略中間に位置している。各第１のセパレータ２２の小型の平板部３４は、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向、すなわち図２中に破線の矢印Ｕで示す第１の方向の長さが、同じ第１のセパレータ２２の大型の平板部３２のそれよりも短い。段差部３３は、第１の方向Ｕに対して傾斜している。

　図１及び図５に示すように、各第１のセパレータ２２には、第１の方向Ｕと平行に延びる複数の突条３５が設けられている。各単セル１２の第１のセパレータ２２の突条３５は、金型プレス成形により、同じ単セル１２のＭＥＡ２０に向かって突出するように形成されている。各第１のセパレータ２２の突条３５は、大型の平板部３２の第１の方向Ｕの略中央から段差部３３を横切って小型の平板部３４の第１の方向Ｕの略中央まで延びている。

　各第１のセパレータ２２の互いに隣り合う突条３５同士は等ピッチで配置されることが望ましいが、場合によっては不等ピッチでもよい。

　突条３５がプレス成形により形成されることより、各単セル１２の第１のセパレータ２２は、図５に示すように、その単セル１２のＭＥＡ２０に面する面とは反対側の面に、第１の方向Ｕと平行に延びる複数の溝３６を有している。また、各第１のセパレータ２２の互いに隣り合う突条３５同士の間にはそれぞれ、図１及び図５に示すように第１の溝３５ｂが形成されている。ＭＥＡ２０に面する各突条３５の部分は、図１及び図５に示すように平坦な壁部３５ａとして形成されており、図３及び図５に示すように酸化剤ガス流路３０の上流部分でＭＥＡ２０のカソード１８（ガス拡散層１８ｂ）に対して密接している。

　各酸化剤ガス流路３０の上流部分は、ＭＥＡ２０に面する第１のセパレータ２２の面に複数の第１の溝３５ｂが設けられていることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各酸化剤ガス流路３０の下流部分には、第１のガス拡散多孔体２６が配置されている。

　（第２のセパレータ２４及び燃料ガス流路４０）
　第２のセパレータ２４はチタンからなり、導電性を有する。ただし、第２のセパレータ２４の材質はチタンに限定されない。導電性を有する炭素系又は金属系のその他の材料から第２のセパレータ２４を形成してもよい。

　図２に示すように、各単セル１２の第２のセパレータ２４とＭＥＡ２０との間には燃料ガス流路４０が形成されている。本実施形態では、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と燃料ガス流路４０を燃料ガスが流れる方向は互いに対向している。すなわち、酸化剤ガスと燃料ガスは互いに対向流となるように流れる。燃料ガス流路４０は、燃料電池１０に設けられた前記燃料ガス供給口及び前記燃料ガス排出口に対して、図示しないマニホールドホールを介して接続されている。

　図１に示すように、各第２のセパレータ２４は、燃料ガス流路４０の下流側に位置する大型の平板部４２と、燃料ガス流路４０の上流側に位置する小型の平板部４４とを有する。各第２のセパレータ２４の２つの平板部４２，４４は互いに平行であり、段差部４３によって互いに一体に連結されている。図２に示すように、各単セル１２の第２のセパレータ２４の大型の平板部４２は、同単セル１２のＭＥＡ２０と同単セル１２に隣り合う単セル１２のＭＥＡ２０との間の略中間に位置している。各第２のセパレータ２４の小型の平板部４４は、燃料ガス流路４０を燃料ガスが流れる方向、すなわち図２中に破線の矢印Ｐで示す第２の方向の長さが、同じ第２のセパレータ２４の大型の平板部４２のそれよりも短い。段差部４３は、第２の方向Ｐに対して傾斜している。なお、本実施形態では、第２の方向Ｐは第１の方向Ｕとは１８０度反対である。

　図２及び図３に示すように、各第２のセパレータ２４には、第２の方向Ｐと平行に延びる複数の突条４５が設けられている。各第２のセパレータ２４に設けられている突条４５の数及びピッチは、各第１のセパレータ２２に設けられている突条３５の数及びピッチと同じである。第１のセパレータ２２と第２のセパレータ２４は、突条３５と突条４５がそれぞれ互いに整合するように配置されている。

　各単セル１２の第２のセパレータ２４の突条４５は、金型プレス成形により、同じ単セル１２のＭＥＡ２０に向かって突出するように形成されている。各第２のセパレータ２４の突条４５は、大型の平板部４２の第２の方向Ｐの略中央から段差部４３を横切って小型の平板部４４の第２の方向Ｐの略中央まで延びている。

　突条４５がプレス成形により形成されることより、各単セル１２の第２のセパレータ２４は、図１に示すように、その単セル１２のＭＥＡ２０に面する面とは反対側の面に、第２の方向Ｐと平行に延びる複数の溝４６を有している。また、各第２のセパレータ２４の互いに隣り合う突条４５同士の間にはそれぞれ、図２に示すように第２の溝４５ｂが形成されている。

　ＭＥＡ２０に面する各突条４５の部分は、図２及び図３に示すように平坦な壁部４５ａとして形成されており、燃料ガス流路４０の上流部分でＭＥＡ２０のアノード１６（ガス拡散層１６ｂ）に対して密接している。

　各燃料ガス流路４０の上流部分は、ＭＥＡ２０に面する第２のセパレータ２４の面に複数の第２の溝４５ｂが設けられていることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されている。各燃料ガス流路４０の下流部分には、第２のガス拡散多孔体２８が配置されている。

　図２に示すように、各単セル１２の第２のセパレータ２４の大型の平板部４２は、同単セル１２に隣り合う単セル１２の第１のセパレータ２２の大型の平板部３２と密接して電気的に接続されている。

　又、各単セル１２の第２のセパレータ２４の溝４６は、同単セル１２に隣り合う単セル１２の第１のセパレータ２２の溝３６に対して、図３中に符号Ａで示す部分でオーバーラップして連通している。

　（冷却媒体流路５０）
　各単セル１２の第１のセパレータ２２と、同単セル１２に隣り合う単セル１２の第２のセパレータ２４とによって、より具体的には第１のセパレータ２２に設けられた溝３６と第２のセパレータ２４に設けられた溝４６とによって冷却媒体流路５０は形成されている。第１のセパレータ２２の小型の平板部３４と第２のセパレータ２４の大型の平板部４２との間の隙間が冷却媒体流路５０の入口として機能し、第２のセパレータ２４の小型の平板部４４と第１のセパレータ２２の大型の平板部３２との間の隙間が冷却媒体流路５０の出口として機能する。

　図３に示すように、各冷却媒体流路５０の上流部分、すなわち溝３６は、冷却媒体流路５０の下流部分、すなわち溝４６と比べて、冷却媒体流路５０と隣接する酸化剤ガス流路３０に面するＭＥＡ２０の面に近接して位置する。換言すれば、各冷却媒体流路５０の上流部分は、冷却媒体流路５０を形成している第１及び第２のセパレータ２２，２４のうち第１のセパレータ２２を備える単セル１２のＭＥＡ２０に近接して位置する。又、各冷却媒体流路５０の下流部分、すなわち溝４６は、冷却媒体流路５０の上流部分、すなわち溝３６と比べて、冷却媒体流路５０と隣接する燃料ガス流路４０に面するＭＥＡ２０の面に近接して位置する。換言すれば、各冷却媒体流路５０の下流部分は、冷却媒体流路５０を形成している第１及び第２のセパレータ２２，２４のうち第２のセパレータ２４を備える単セル１２のＭＥＡ２０に近接して位置する。

　冷却媒体流路５０は、燃料電池１０に設けられた前記冷却媒体供給口及び前記冷却媒体排出口に対して、図示しないマニホールドホールを介して接続されている。図３中に破線の矢印Ｓで示す冷却水等の冷却媒体が冷却媒体流路５０を流れる方向は、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。すなわち、冷却媒体と酸化剤ガスは互いに平行流（コフロー）となるように流れる。

　上記のように冷却媒体流路５０が形成されていることにより、冷却媒体流路５０の上流部分では、酸化剤ガス流路３０の上流部分に位置するカソード１８の部分が効率よく冷却される一方、冷却媒体流路５０の下流部分では、燃料ガス流路４０の上流部分に位置するアノード１６の部分が効率よく冷却されることになる。本実施形態ではこのように、カソード１８とアノード１６のそれぞれを全体に均等に冷却するのではなく、最も乾燥しやすい酸化剤ガス流路３０の入口近傍、すなわち上流部分に位置するカソード１９の部分を積極的に冷却することができる。

　（ガス拡散多孔体２６，２８）
　次に、ガス拡散多孔体２６，２８について説明する。図４は第１のガス拡散多孔体２６の一部分を示す斜視図であるが、第２のガス拡散多孔体２８も第１のガス拡散多孔体２６と同一の構成を有する。

　各ガス拡散多孔体２６，２８は、図４に示すように、多数の六角形のリング部２６ａ，２８ａが千鳥状に設けられたラスカットメタルにより形成されている。各ガス拡散多孔体２６，２８は、リング部２６ａ，２８ａの貫通孔２６ｂ，２８ｂ）の軸線が前記第１の方向Ｕ又は第２の方向Ｐと交差して延びるように酸化剤ガス流路３０又は燃料ガス流路４０内に配置される。そのため、リング部２６ａ，２８ａの貫通孔２６ｂ，２８ｂであるガス拡散多孔体２６，２８のガス流路２６ｃ，２８ｃを通過することによって、酸化剤ガス又は燃料ガスは酸化剤ガス流路３０又は燃料ガス流路４０内で拡散されることになる。

　各単セル１２の第１のガス拡散多孔体２６は、同じ単セル１２のカソード１８及び第１のセパレータ２２に接触して両者を電気的に接続している。各単セル１２の第２のガス拡散多孔体２８は、同じ単セル１２のアノード１６及び第２のセパレータ２４に接触して両者を電気的に接続している。

　次に、本実施形態の燃料電池１０の作用について説明する。

　燃料電池１０の発電時には、図２に示すように、酸化剤ガス流路３０及び燃料ガス流路４０をそれぞれ酸化剤ガス（本実施形態では空気）及び燃料ガス（本実施形態では水素ガス）が互いに対向流となるように通過する。又、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と同じ方向に、冷却媒体（本実施形態では冷却水）が冷却媒体流路５０を通過する。

　図３に示すように、冷却媒体は、第１のセパレータ２２の小型の平板部３４と第２のセパレータ２４の大型の平板部４２との間の隙間から冷却媒体流路５０に入ってまず溝３６を通過する。溝３６を冷却媒体が通過することにより、酸化剤ガス流路３０の上流部分に位置するカソード１８の部分が、壁部３５ａを介して冷却される。図３中の矢印Ｑは、カソード１８からの熱の移動方向を示している。

　続いて冷却媒体は溝４６を通過する。溝４６を冷却媒体が通過することにより、燃料ガス流路４０の上流部分に位置するアノード１６の部分が、壁部４５ａを介して冷却される。図３中の矢印Ｒは、アノード１６からの熱の移動方向を示している。その後、冷却媒体は、第２のセパレータ２４の小型の平板部４４と第１のセパレータ２２の大型の平板部３２との間の隙間から冷却媒体流路５０の外に出る。このように本実施形態では、酸化剤ガス流路３０の上流部分に位置するカソード１８の部分を、酸化剤ガス流路３０の下流部分に位置するカソード１８の部分よりも積極的に冷却する。又、燃料ガス流路４０の上流部分に位置するアノード１６の部分を、燃料ガス流路４０の下流部分に位置するアノード１６の部分よりも積極的に冷却する。

　一般に、無加湿の燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して燃料電池を運転した場合、すなわち、いわゆる無加湿運転の場合には、燃料電池１０の各単セル１２の面内で水分量分布の偏りが生じやすくなる。より具体的には、酸化剤ガス流路３０の入口近傍（上流部分）は乾燥状態になりやすく、酸化剤ガス流路３０の出口近傍（下流部分）は湿潤状態になりやすい。このため、各単セル１２の面内で水分量の均一化を図る必要がある。

　本実施形態では上記のように、酸化剤ガス流路３０の入口近傍（上流部分）を積極的に冷却することで燃料電池１０の高温性能を向上させている。

　酸化剤ガス流路３０の下流部分では、発電による酸化剤ガス中の酸素の消費に伴って酸素濃度の低下が起こるとともに、カソード１８上の反応で水が生成する。この生成水は、第１のガス拡散多孔体２６のガス流路２６ｃを通って酸化剤ガス流路３０を流れる酸化剤ガス（酸化剤オフガス）により酸化剤ガス流路３０の外に排出される。酸化剤ガス流路３０の下流部分に第１のガス拡散多孔体２６が配置されているため、生成水によるガス拡散層１８ｂにおけるガス拡散の阻害が抑制される。その結果、燃料電池１０の発電性能は向上する。また、酸化剤ガス流路３０の下流部分の排水性が向上するために、常温域での電圧安定性が向上する。

　生成水の一部は、電解質膜１４を透過して、アノード１６の電極触媒層１６ａ及びガス拡散層１６ｂ並びに燃料ガス流路４０の第２のガス拡散多孔体２８に浸透する。この浸透水は、第２のガス拡散多孔体２８のガス流路２８ｃを通って燃料ガス流路４０を流れる燃料ガス（燃料オフガス）により燃料ガス流路４０の外に排出される。

　本実施形態は、以下の効果を有する。

　（１）　本実施形態の燃料電池１０の場合、酸化剤ガス流路３０は、複数の溝流路として構成された上流部分と、ガス拡散多孔体２６が配置された下流部分とを有する。燃料ガス流路４０は、複数の溝流路として構成された上流部分と、ガス拡散多孔体２８が配置された下流部分とを有する。各単セル１２の第１のセパレータ２２と同単セル１２に隣り合う単セル１２の第２のセパレータ２４との間には冷却媒体流路５０が形成されている。冷却媒体流路５０を冷却媒体が流れる方向は、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。冷却媒体流路５０の上流部分は、冷却媒体流路５０の下流部分と比べて、冷却媒体流路５０と隣接する酸化剤ガス流路に面するＭＥＡ２０の面に近接して位置する。そのため本実施形態の燃料電池１０によれば、高温性能、高温無加湿下での運転性能、及び発電性能が向上する。また、特に水分量の多い酸化剤ガス流路の下流部分の排水性及びガス拡散性が良好であることから、常温域での電圧安定性が向上する。高温無加湿下での運転性能及び発電性能が向上する結果、燃料電池１０は小型化及び低コスト化が可能である。

　さらには、本実施形態の燃料電池１０の場合、ガス拡散多孔体２６，２８が酸化剤ガス流路３０及び燃料ガス流路４０のそれぞれの下流部分にだけ配置されている。そのため、アノード１６及びカソード１８のそれぞれの全面に対応するようにガス拡散多孔体を配置した場合に比べて、燃料電池１０の軽量化が可能である。

　（２）　本実施形態の燃料電池１０の場合、各単セル１２の第１のセパレータ２２は、冷却媒体流路５０の上流部分に対応する部分で同じ単セル１２のＭＥＡ２０のカソード１８に当接している。そのため、冷却媒体流路５０を流れる冷却媒体によって酸化剤ガス流路３０の上流部分を効率的に冷却することができ、高温性能、高温無加湿下での運転性能、及び発電性能の更なる向上が可能である。

　第２実施形態
　次に、本発明の第２実施形態の燃料電池を、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図８を参照して説明する。第２実施形態の燃料電池は、図４に示す第１及び第２のガス拡散多孔体２６，２８の代わりに図７（ａ）に示す第１及び第２のガス拡散多孔体７０，８０が使用されている点で第１実施形態の燃料電池１０と異なる。以下、第１実施形態の燃料電池１０の構成と同一の又は対応する第２実施形態の燃料電池の構成（ただし第１及び第２のガス拡散多孔体７０，８０を除く）には第１実施形態の説明で使用したのと同一の符号を付す。

　図７（ａ）に示すように、第１及び第２のガス拡散多孔体７０，８０は、断面略Ｓ字状の多数の切り起こし部を有する平板部７２，８２を備える。各切り起こし部は、平板部７２，８２と一体に形成されており、第１の突部７４，８４及び第２の突部７６，８６を形成している。第１の突部７４，８４は、平板部７２，８２の一方の面から突出した切り起こし部の一部分であって、扁平な台形状の断面を有する。第１の突部７４，８４の断面形状は半円形状であってもよい。第２の突部７６，８６は、平板部７２，８２の他方の面から突出した切り起こし部の別の一部分であって、半円形状の断面を有する。第２の突部７６，８６の断面形状は台形状であってもよい。第２の突部７６，８６の高さは、第１の突部７４，８４の高さに比べて小さい。

　図８に示すように、第１のガス拡散多孔体７０は、第１の突部７４がカソード１８のガス拡散層１８ｂと接触してかつ第２の突部７６が第１のセパレータ２２に接触するようにして酸化剤ガス流路３０の下流部分に配置されている。同様に、第２のガス拡散多孔体８０は、第１の突部８４がアノード１６のガス拡散層１６ｂと接触してかつ第２の突部８６が第２のセパレータ２４に接触するようにして燃料ガス流路４０の下流部分に配置されている。

　図７（ａ）及び図８に示すように、第１のセパレータ２２と第１のガス拡散多孔体７０との間、より正確には第１のガス拡散多孔体７０の平板部７２との間には、第２の突部７６の高さと同じ幅の隙間が形成されている。この隙間は、酸化剤ガス流路３０内の水を酸化剤ガス流路３０から排出するための第１の水流路７８として機能する。すなわち、酸化剤ガス流路３０の下流部分は、平板部７２によって第１の水流路７８とそれ以外の部分に区画されている。第１の水流路７８は、第１の突部７４の切り起こし形成に伴って生じる凹所７５を通じて酸化剤ガス流路３０のそれ以外の部分と連通している。第１の水流路７８の幅は例えば５μｍ～３０μｍであって、酸化剤ガス流路３０のそれ以外の部分の幅、例えば１００μｍ～５００μｍよりも小さい。カソード１８上の反応で生成した水は、毛管作用によって凹所７５を通って第１の水流路７８に移動する。そして、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路３０を第１の方向Ｕに流れるのに伴ってそれと同じ方向、すなわち図７（ｂ）中の矢印方向に第１の水流路７８内を移動して酸化剤ガス流路３０から排出される。

　同様に、第２のセパレータ２４と第２のガス拡散多孔体８０との間、より正確には第２のガス拡散多孔体８０の平板部８２との間には、第２の突部８６の高さと同じ幅の隙間が形成されている。この隙間は、燃料ガス流路４０内の水を燃料ガス流路４０から排出するための第２の水流路８８として機能する。すなわち、燃料ガス流路４０の下流部分は、平板部８２によって第２の水流路８８とそれ以外の部分に区画されている。第２の水流路８８は、第１の突部８４の切り起こし形成に伴って生じる凹所８５を通じて燃料ガス流路４０のそれ以外の部分と連通している。第２の水流路８８の幅は例えば５μｍ～３０μｍであって、燃料ガス流路４０のそれ以外の部分の幅、例えば１００μｍ～５００μｍよりも小さい。カソード１８上の反応で生成した後に電解質膜１４を透過して燃料ガス流路４０に浸透した水は、毛管作用によって凹所８５を通って第２の水流路８８に移動する。そして、燃料ガスが燃料ガス流路４０を第２の方向Ｐに流れるのに伴ってそれと同じ方向、すなわち図７（ｂ）中の矢印方向とは反対の方向に第２の水流路８８内を移動して燃料ガス流路４０から排出される。

　第２実施形態は、以下の効果を有する。

　（１）　第２実施形態の燃料電池の場合、各単セル１２の第１のセパレータ２２と第１のガス拡散多孔体７０との間に第１の水流路７８が設けられており、酸化剤ガス流路３０内の水は、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路３０を流れるのに伴って、酸化剤ガスが流れる方向と同じ方向に第１の水流路７８内を移動して酸化剤ガス流路３０から排出される。かくして酸化剤ガス流路３０の排水性は向上する。その結果、酸化剤ガス流路３０を流れる酸化剤ガスがカソード１８の電極触媒層１８ａにまで適正に拡散して安定供給される。また、酸化剤ガス流路３０の圧力損失が低下する。これらにより、燃料電池の発電効率は向上する。また、カソード１８上の反応で生成した水の滞留が起こりやすい常温域での電圧安定性も向上する。

　（２）　第２実施形態の燃料電池の場合、各単セル１２の第２のセパレータ２４と第２のガス拡散多孔体８０との間に第２の水流路８８が設けられており、燃料ガス流路４０内の水は、燃料ガスが燃料ガス流路４０を流れるのに伴って、燃料ガスが流れる方向と同じ方向に第２の水流路８８内を移動して燃料ガス流路４０から排出される。かくして燃料ガス流路４０の排水性は向上する。その結果、燃料ガス流路４０を流れる燃料ガスがアノード１６の電極触媒層１６ａにまで適正に拡散して安定供給される。また、燃料ガス流路４０の圧力損失が低下する。これらにより、燃料電池の発電効率は向上する。また、アノード１６の電極触媒層１６ａへの燃料ガスの供給が欠乏したときに生じる電位上昇が原因で電極触媒層１６ａに腐食が起こるのを回避することもできる。

　第３実施形態
　次に、本発明の第３実施形態の燃料電池を、第１実施形態の燃料電池１０と異なる点を中心にして、図９及び図１０を参照して説明する。

　第１実施形態の燃料電池１０は、第２のセパレータ２４に設けられた突条４５の壁部４５ａがＭＥＡ２０のアノード１６に対して接触する構成を有している。これに対し、第３実施形態の燃料電池は、図９に示すように、第２のセパレータ２４の突条４５の壁部４５ａがアノード１６から離間している。そして、壁部４５ａとアノード１６との間の隙間、すなわち燃料ガス流路４０の上流部分には、第３のガス拡散多孔体２９が配置されている。第３のガス拡散多孔体２９は、燃料ガス流路４０の下流部分にある第２のガス拡散多孔体２８とは厚さが異なるだけで、第２のガス拡散多孔体２８と同様、体多数の六角形のリング部が千鳥状に設けられた構成を有している。各単セル１２の第３のガス拡散多孔体２９は、同じ単セル１２のアノード１６及び第２のセパレータ２４に接触して両者を電気的に接続している。

　したがって、第３実施形態の燃料電池では、燃料ガス流路４０の下流部分に第２のガス拡散多孔体２８が設けられているだけでなく、燃料ガス流路４０の上流部分には第３のガス拡散多孔体２９が設けられている。また、第１実施形態の燃料電池１０と同様、各燃料ガス流路３０の上流部分では、ＭＥＡ２０に面する第２のセパレータ２４の面に複数の第２の溝４５ｂが設けられている。

　第１実施形態の燃料電池１０と同様、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と燃料ガス流路４０を燃料ガスが流れる方向は互いに対向している。

　また、各単セル１２の第２のセパレータ２４の溝４６は、同単セル１２に隣り合う単セル１２の第１のセパレータ２２の溝３６に対して、図１０中に符合Ａで示す部分でオーバーラップして連通しており、これにより、冷却媒体流路５０が形成されている。第１実施形態の燃料電池１０と同様、冷却水等の冷却媒体が冷却媒体流路５０を流れる方向は、酸化剤ガス流路３０を酸化剤ガスが流れる方向と同じである。

　第３実施形態では、第１実施形態の（１）及び（２）の利点に加えて、以下の利点を有する。

　（１）　第３実施形態の燃料電池の場合、燃料ガス流路４０の下流部分に第２のガス拡散多孔体２８が設けられているだけでなく、燃料ガス流路４０の上流部分には第３のガス拡散多孔体２９が設けられている。そのため、燃料ガス流路４０の下流部分だけでなく上流部分でも、燃料ガスを均一に拡散させることができる。カソード１８上の反応で生成した後に電解質膜１４を透過して燃料ガス流路４０に浸透した水は、第３のガス拡散多孔体２９及び第２のガス拡散多孔体２８を通過して流れる燃料ガス（燃料オフガス）により燃料ガス流路４０の外に排出される。

　上記実施形態は次のように変更しても良い。

　・　第３実施形態において、燃料ガス流路４０を燃料ガスが流れる方向を、酸化剤流路３０を酸化剤ガスが流れる方向、すなわち第１の方向Ｕと同じに変更してもよい。この場合、燃料ガス流路４０の上流部分に第２のガス拡散多孔体２８が配置され、燃料ガス流路４０の下流部分に第３のガス拡散多孔体２９が配置されることになる。また、第２のセパレータ２４に設けられた第２の溝４５ｂは、燃料ガス流路４０の下流部分に位置することになる。この変更例の場合も、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　・　上記の変更例に、次の変更をさらに加えて図１１に示すような構成としてもよい。すなわち、第２のセパレータ２４の第２の溝４５ｂを省略する。また、第３のガス拡散多孔体２９を省略して、その代わりに第２のガス拡散多孔体２８を、燃料ガス流路４０の上流部分及び下流部分の両方に位置するような大きさに変更する。この場合も、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　・　前記各実施形態では、冷却媒体として冷却水を使用したが、冷却水以外の冷却媒体、例えばオイル、アルコール等を使用してもよい。

　・　第２実施形態では、酸化剤ガス流路３０の下流部分は、第１のガス拡散多孔体７０によって第１のセパレータ２２と第１のガス拡散多孔体７０との間の第１の水流路７８とそれ以外の部分に区画されている。第１の水流路７８の幅は、５μｍ～３０μｍの範囲に限られるものでなく、１０μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。また、酸化剤ガス流路３０のそれ以外の部分の幅は、１００μｍ～５００μｍの範囲に限られるものでなく、３０μｍ～１０００μｍの範囲であってもよい。

　・　第２実施形態では、燃料ガス流路４０の下流部分は、第２のガス拡散多孔体８０によって第２のセパレータ２４と第２のガス拡散多孔体８０との間の第２の水流路８８とそれ以外の部分に区画されている。第２の水流路８８の幅は、５μｍ～３０μｍの範囲に限られるものでなく、１０μｍ～５０μｍの範囲であってもよい。また、燃料ガス流路３０のそれ以外の部分の幅は、１００μｍ～５００μｍの範囲に限られるものでなく、３０μｍ～１０００μｍの範囲であってもよい。

Claims

　積層された複数の単セルを有する燃料電池であって、各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備え、各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されており、各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されており、各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と対向しており、その燃料電池の特徴とするところは、
　各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されており、各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されており、
　各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、燃料ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第２のセパレータの面に複数の第２の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されており、各燃料ガス流路の下流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されており、
　各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されており、互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じであり、各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置することにある、燃料電池。
　積層された複数の単セルを有する燃料電池であって、各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備え、各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されており、各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されており、各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と対向しており、その燃料電池の特徴とするところは、
　各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されており、各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されており、
　各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、燃料ガス流路の上流部分では、各単セルの膜電極接合体に面する第２のセパレータの面に複数の第２の溝が設けられており、各燃料ガス流路の下流部分及び上流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されており、
　各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されており、互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じであり、各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置することにある、燃料電池。
　積層された複数の単セルを有する燃料電池であって、各単セルは、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ電極を配置した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を間に挟んで配置される第１のセパレータ及び第２のセパレータとを備え、各単セルの第１のセパレータと膜電極接合体との間には酸化剤ガス流路が形成されており、各単セルの第２のセパレータと膜電極接合体との間には燃料ガス流路が形成されており、各単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向は、同じ単セルの燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向と同じであり、その燃料電池の特徴とするところは、
　各酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、酸化剤ガス流路の上流部分は、各単セルの膜電極接合体に面する第１のセパレータの面に複数の第１の溝が設けられることによって互いに独立した複数の溝流路として構成されており、各酸化剤ガス流路の下流部分には第１のガス拡散多孔体が配置されており、
　各燃料ガス流路は、燃料ガス流路を燃料ガスが流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、各燃料ガス流路の下流部分及び上流部分には第２のガス拡散多孔体が配置されており、
　各単セルの第１のセパレータと同単セルに隣り合う単セルの第２のセパレータとの間には冷却媒体流路が形成されており、互いに隣り合う単セル同士の間の冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向は、それらの単セルの酸化剤ガス流路を酸化剤ガスが流れる方向と同じであり、各冷却媒体流路は、冷却媒体流路を冷却媒体が流れる方向に関して上流部分及び下流部分を有し、各冷却媒体流路の上流部分は、同じ冷却媒体流路の下流部分と比べて、その冷却媒体流路と隣接する酸化剤ガス流路に面する膜電極接合体の面に近接して位置することにある、燃料電池。
　各単セルの第１のセパレータは、冷却媒体流路の上流部分に対応する部分で同じ単セルの膜電極接合体に当接している、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の燃料電池。
　各単セルの第１のセパレータと第１のガス拡散多孔体との間には、酸化剤ガス流路内の水を酸化剤ガス流路から排出するための第１の水流路が設けられており、第１の水流路内の水は、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路を流れるのに伴って、酸化剤ガスが流れる方向と同じ方向に移動して酸化剤ガス流路から排出される、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の燃料電池。
　各単セルの第２のセパレータと第２のガス拡散多孔体との間には、燃料ガス流路内の水を燃料ガス流路から排出するための第２の水流路が設けられており、第２の水流路内の水は、燃料ガスが燃料ガス流路を流れるのに伴って、燃料ガスが流れる方向と同じ方向に移動して燃料ガス流路から排出される、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の燃料電池。