JP2008140721A - Fuel cell and separator used for fuel cell - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the drainage of produced water and increase the uniformity of a power generation amount in a plane of a membrane electrode conjugant in a fuel cell. <P>SOLUTION: In a cell 40, a cathode side separator 45 is stacked on the cathode side of a seal gasket packaged type MEA 41. The cathode side separator 45 is constituted by laminating a first separator plate 42, a gasket 44, and a second separator plate 43 in this order, and has an air passage (a gap 44g) in the cathode side separator 45. The first separator plate 42 has a plurality of air supply ports 42h which are two-dimensionally dispersed, and a projecting part 42hp projecting to the cathode side and forming the side wall of the air supply port 42h is formed in the air supply port 42h. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池、および、燃料電池に用いられるセパレータに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell and a separator used in the fuel cell.

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、例えば、プロトン伝導性を有する所定の電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することによって構成される。   A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. This fuel cell is configured, for example, by sandwiching a membrane electrode assembly formed by joining gas diffusion electrodes on both surfaces of a predetermined electrolyte membrane having proton conductivity with a separator.

そして、従来、セパレータについて、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、電解質膜に接合された電極（ガス拡散電極）と接触するセパレータの表面に、複数のリブを配置することによって、供給ガス、すなわち、燃料ガス（例えば、水素）や、酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）が流れるガス流路を構成する技術が記載されている。   Conventionally, various techniques have been proposed for separators. For example, in the following Patent Document 1, a plurality of ribs are arranged on the surface of a separator that comes into contact with an electrode (gas diffusion electrode) joined to an electrolyte membrane, thereby supplying a supply gas, that is, a fuel gas (for example, hydrogen). In addition, a technique for configuring a gas flow path in which an oxidant gas (for example, air containing oxygen) flows is described.

特開平８−１８５８７３号公報JP-A-8-185873

ところで、燃料電池では、発電時に、上記電気化学反応によって、水（生成水）が生成される。そして、この生成水は、排出ガスとともに燃料電池の外部に排出される。しかし、上記特許文献１に記載された技術では、セパレータに形成されたリブとガス拡散電極との接触部において、供給ガス（反応ガス）の流速が低下するため、生成水が、リブとガス拡散電極との接触部に滞留して、ガス拡散電極への反応ガスの供給を阻害し、燃料電池の発電性能を低下させる場合があった。特に、高負荷時、すなわち、燃料電池における発電量が比較的多い場合には、多量の生成水が生成されるため、上記不具合が生じやすかった。つまり、上記特許文献１に記載の技術では、生成水の排水性が悪かった。   By the way, in the fuel cell, water (product water) is generated by the electrochemical reaction during power generation. This generated water is discharged to the outside of the fuel cell together with the exhaust gas. However, in the technique described in Patent Document 1, the flow rate of the supply gas (reactive gas) decreases at the contact portion between the rib formed on the separator and the gas diffusion electrode. In some cases, the fuel cell stays in contact with the electrode, obstructs the supply of the reaction gas to the gas diffusion electrode, and reduces the power generation performance of the fuel cell. In particular, when the load is high, that is, when the amount of power generated in the fuel cell is relatively large, a large amount of generated water is generated, and thus the above-described problem is likely to occur. That is, in the technique described in Patent Document 1, the drainage of generated water is poor.

また、上記特許文献１に記載された技術では、反応ガスは、ガス拡散電極の一端から導入され、発電によって消費されていくため、反応ガスの濃度は、反応ガスの流れの上流から下流にかけて、発電による反応ガスの消費に伴って低下していく。このため、反応ガスの導入部付近において、発電が集中しやすくなり、膜電極接合体の面内において、発電量が不均一になる場合があった。   Moreover, in the technique described in Patent Document 1, since the reaction gas is introduced from one end of the gas diffusion electrode and consumed by power generation, the concentration of the reaction gas is increased from the upstream to the downstream of the flow of the reaction gas. It decreases with the consumption of reaction gas by power generation. For this reason, power generation tends to concentrate in the vicinity of the reaction gas introduction portion, and the amount of power generation sometimes becomes uneven in the plane of the membrane electrode assembly.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、生成水の排水性を向上させるとともに、膜電極接合の面内における発電量の均一性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to improve the drainage of generated water and improve the uniformity of the power generation amount in the plane of the membrane electrode joint in a fuel cell. And

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の燃料電池は、電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持した燃料電池であって、前記セパレータは、該セパレータの内部に形成され、前記ガス拡散電極に供給すべき反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記ガス拡散電極側の前記セパレータの表面から前記反応ガス流路に貫通し、前記反応ガス流路から前記ガス拡散電極の表面に前記反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給口と、を備え、前記複数の反応ガス供給口は、前記表面に、二次元的に分散させて配置されており、前記複数の反応ガス供給口のうちの少なくとも一部は、前記表面から前記ガス拡散電極側に突出するとともに、前記反応ガス供給口の側壁をなす突出部を備えることを要旨とする。 In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration.
The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which a membrane electrode assembly formed by bonding gas diffusion electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators, and the separator is formed inside the separator, A reaction gas flow path for flowing a reaction gas to be supplied to the gas diffusion electrode, and a surface of the separator on the gas diffusion electrode side that penetrates the reaction gas flow path, from the reaction gas flow path to the gas diffusion electrode A plurality of reaction gas supply ports for supplying the reaction gas to the surface of the plurality of reaction gas, and the plurality of reaction gas supply ports are two-dimensionally distributed on the surface, At least a part of the reaction gas supply port protrudes from the surface toward the gas diffusion electrode and includes a protrusion that forms a side wall of the reaction gas supply port.

本発明では、セパレータの内部に反応ガス流路が形成されており、ガス拡散電極側のセパレータの表面に、二次元的に分散させて配置された複数の反応ガス供給口を備えているので、ガス拡散電極のほぼ全面に、濃度が等しい反応ガスを供給することができる。したがって、燃料電池、すなわち、膜電極接合体の面内における発電量の均一性を向上させることができる。また、複数の反応ガス供給口のうちの少なくとも一部が、上記突出部を備えているので、セパレータの突出部を備える側の面における突出部以外の領域には、凹部が形成されることになる。したがって、反応ガス供給口から供給された反応ガスの流速によって、上記生成水を、上記凹部に移動させやすくするとともに、この凹部に移動した生成水を、排出ガスの流速によって、燃料電池の外部に排出しやすくすることができる。つまり、本発明によって、燃料電池における生成水の排水性を向上させるとともに、膜電極接合体の面内における発電量の均一性を向上させることができる。   In the present invention, the reaction gas flow path is formed inside the separator, and the surface of the separator on the gas diffusion electrode side includes a plurality of reaction gas supply ports arranged in a two-dimensional manner. The reaction gas having the same concentration can be supplied to almost the entire surface of the gas diffusion electrode. Therefore, it is possible to improve the uniformity of the power generation amount in the plane of the fuel cell, that is, the membrane electrode assembly. In addition, since at least a part of the plurality of reaction gas supply ports includes the protruding portion, a recess is formed in a region other than the protruding portion on the surface of the separator including the protruding portion. Become. Therefore, the generated water is easily moved to the concave portion by the flow rate of the reactive gas supplied from the reactive gas supply port, and the generated water moved to the concave portion is moved outside the fuel cell by the flow rate of the exhaust gas. Easy to discharge. That is, according to the present invention, it is possible to improve the drainage of the generated water in the fuel cell and improve the uniformity of the power generation amount in the plane of the membrane electrode assembly.

上記燃料電池において、前記セパレータは、前記ガス拡散電極側に配置され、前記複数の反応ガス供給口を備える第１のセパレータ板と、第２のセパレータ板と、前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板とによって挟持され、前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記反応ガス流路を形成する反応ガス流路形成部材と、を備えるようにしてもよい。   In the fuel cell, the separator is disposed on the gas diffusion electrode side, the first separator plate including the plurality of reaction gas supply ports, the second separator plate, the first separator plate, A reaction gas flow path forming member that is sandwiched between a second separator plate and that forms the reaction gas flow path between the first separator plate and the second separator plate. Also good.

こうすることによって、内部に反応ガス流路を備えるセパレータを、比較的容易に構成することができる。なお、セパレータには、導電性が要求されるため、少なくとも第１のセパレータ板、および、第２のセパレータ板は、金属板等の導電性部材によって構成される。   By doing so, a separator having a reaction gas flow channel therein can be relatively easily configured. In addition, since electroconductivity is requested | required of a separator, at least 1st separator plate and 2nd separator plate are comprised by electroconductive members, such as a metal plate.

上記燃料電池において、前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板の一部に当接するとともに、導電性を有する支持部材を備えるようにすることが好ましい。   In the fuel cell, between the first separator plate and the second separator plate, the first separator plate and a part of the second separator plate are in contact with each other. It is preferable to provide the supporting member.

こうすることによって、第１のセパレータ板と、第２のセパレータ板との間の電気的な導通を確保することができる。さらに、セパレータが上記支持部材を備えない場合と比較して、セパレータの内部抵抗を低減することができる。また、一般に、セパレータには、燃料電池内部における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制するために、面に対して垂直な方向から押圧力が加えられる。本発明では、第１のセパレータ板と、第２のセパレータ板との間に、これらの一部に当接する支持部材を備えるので、この支持部材によって上記押圧力を支持することが可能であり、上記押圧力による反応ガス流路の圧縮変形を抑制することができる。   By doing so, it is possible to ensure electrical conduction between the first separator plate and the second separator plate. Furthermore, the internal resistance of the separator can be reduced as compared with the case where the separator does not include the support member. In general, a pressing force is applied to the separator from a direction perpendicular to the surface in order to suppress a decrease in cell performance due to an increase in contact resistance inside the fuel cell. In the present invention, since the first separator plate and the second separator plate are provided with a support member that comes into contact with a part of them, the support member can support the pressing force. Compressive deformation of the reaction gas channel due to the pressing force can be suppressed.

上記燃料電池において、前記支持部材は、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板のうちの少なくとも一方に、一体的に形成されているものとしてもよい。こうすることによって、支持部材を別部材で構成する場合と比較して、セパレータを構成する部品の部品点数を少なくすることができる。したがって、燃料電池の製造工程を簡略化することができる。   In the fuel cell, the support member may be formed integrally with at least one of the first separator plate and the second separator plate. By carrying out like this, compared with the case where a supporting member is comprised with another member, the number of parts of the part which comprises a separator can be decreased. Therefore, the manufacturing process of the fuel cell can be simplified.

なお、上記燃料電池において、前記支持部材は、ディンプル形状、および、リブ形状のうちの少なくとも一方の形状を有するものとしてもよい。これらの形状は、第１のセパレータ板や、第２のセパレータ板に対して、プレス加工や、切削加工を施すことによって、比較的容易に形成することができる。   In the fuel cell, the support member may have at least one of a dimple shape and a rib shape. These shapes can be formed relatively easily by subjecting the first separator plate or the second separator plate to pressing or cutting.

また、上記セパレータが、第１のセパレータ板と、第２のセパレータ板と、反応ガス流路形成部材とを備える燃料電池において、前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板と当接するとともに、導電性、および、ガス拡散性を有する支持部材を備えるようにしてよい。   Further, in the fuel cell in which the separator includes a first separator plate, a second separator plate, and a reactive gas flow path forming member, the separator is disposed between the first separator plate and the second separator plate. In addition, a support member having electrical conductivity and gas diffusibility may be provided in contact with the first separator plate and the second separator plate.

こうすることによって、第１のセパレータ板と、第２のセパレータ板との間の電気的な導通を確保するとともに、上記押圧力による反応ガス流路の圧縮変形を抑制することができる。   By doing so, it is possible to ensure electrical continuity between the first separator plate and the second separator plate, and to suppress compressive deformation of the reaction gas flow path due to the pressing force.

なお、上記燃料電池において、前記支持部材は、金属多孔体、または、金属製の網からなるものとしてもよい。こうすることによって、導電性、および、ガス拡散性を有する支持部材を、比較的容易に構成することができる。   In the fuel cell, the support member may be made of a metal porous body or a metal net. By doing so, a support member having conductivity and gas diffusibility can be configured relatively easily.

上述したいずれかの燃料電池において、前記ガス拡散電極は、アノード、および、カソードを含み、前記セパレータは、前記アノード側に配置されるアノード側セパレータと、前記カソード側に配置されるカソード側セパレータと、を含み、前記カソード側セパレータは、前記反応ガス流路として、前記カソードに供給すべき酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路と、前記複数の反応ガス供給口として、前記カソードの表面に前記酸化剤ガスを供給するための複数の酸化剤ガス供給口と、を備えるようにしてもよい。   In any one of the fuel cells described above, the gas diffusion electrode includes an anode and a cathode, and the separator includes an anode side separator disposed on the anode side, and a cathode side separator disposed on the cathode side. The cathode-side separator includes, as the reaction gas channel, an oxidant gas channel for flowing an oxidant gas to be supplied to the cathode, and the cathode surface as the plurality of reaction gas supply ports. And a plurality of oxidant gas supply ports for supplying the oxidant gas.

こうすることによって、カソードのほぼ全面に、濃度が等しい酸化剤ガスを供給することができる。また、カソードで生成された生成水を、燃料電池の外部に、効率的に排出することができる。   By doing so, it is possible to supply the oxidant gas having the same concentration to almost the entire surface of the cathode. Further, the produced water produced at the cathode can be efficiently discharged outside the fuel cell.

上記燃料電池において、前記アノード側セパレータは、前記反応ガス流路として、前記アノードに供給すべき燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、前記複数の反応ガス供給口として、前記アノードの表面に前記燃料ガスを供給するための複数の燃料ガス供給口と、を備えるようにしてもよい。   In the fuel cell, the anode-side separator is provided on the surface of the anode as the reaction gas passage, a fuel gas passage for flowing a fuel gas to be supplied to the anode, and the plurality of reaction gas supply ports. A plurality of fuel gas supply ports for supplying the fuel gas may be provided.

こうすることによって、アノードのほぼ全面に、濃度の等しい燃料ガスを供給することができる。また、カソードで生成され、電解質膜を介して、アノードに透過した生成水を、燃料電池の外部に、効率的に排出することができる。   By doing so, fuel gas having the same concentration can be supplied to almost the entire surface of the anode. In addition, the water produced at the cathode and permeated through the anode through the electrolyte membrane can be efficiently discharged out of the fuel cell.

本発明は、燃料電池に用いられるセパレータの発明として構成することもできる。すなわち、本発明のセパレータは、電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持した燃料電池に用いられる前記セパレータであって、前記セパレータの内部に形成され、前記ガス拡散電極に供給すべき反応ガスを流すための反応ガス流路と、前記ガス拡散電極側の前記セパレータの表面から前記反応ガス流路に貫通し、前記反応ガス流路から前記ガス拡散電極の表面に前記反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給口と、を備え、前記複数の反応ガス供給口は、前記表面に、二次元的に分散させて配置されており、前記複数の反応ガス供給口のうちの少なくとも一部は、前記表面から前記ガス拡散電極側に突出するとともに、前記反応ガス供給口の側壁をなす突出部を備えることを要旨とする。   The present invention can also be configured as an invention of a separator used in a fuel cell. That is, the separator according to the present invention is a separator used in a fuel cell in which a membrane electrode assembly formed by bonding gas diffusion electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators, and is formed inside the separator. A reaction gas flow path for flowing a reaction gas to be supplied to the gas diffusion electrode; a surface of the separator on the gas diffusion electrode side that penetrates the reaction gas flow path; and the gas from the reaction gas flow path A plurality of reaction gas supply ports for supplying the reaction gas to the surface of the diffusion electrode, and the plurality of reaction gas supply ports are two-dimensionally distributed on the surface, At least a part of the plurality of reaction gas supply ports protrudes from the surface toward the gas diffusion electrode and includes a protrusion that forms a side wall of the reaction gas supply port. And effect.

このようなセパレータを燃料電池に適用することによって、先に説明したように、燃料電池における生成水の排水性を向上させるとともに、膜電極接合体の面内における発電量の均一性を向上させることができる。なお、本発明のセパレータに、先に説明した種々の付加的要素を適用することが可能である。   By applying such a separator to a fuel cell, as described above, the drainage of generated water in the fuel cell is improved, and the uniformity of the power generation amount in the plane of the membrane electrode assembly is improved. Can do. It should be noted that the various additional elements described above can be applied to the separator of the present invention.

また、本発明は、上述の燃料電池、セパレータとしての構成の他、上述の燃料電池を備える燃料電池システムの発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。   The present invention can also be configured as an invention of a fuel cell system including the above-described fuel cell, in addition to the above-described configurations of the fuel cell and the separator. In addition, in each aspect, it is possible to apply the various additional elements shown above.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０００の概略構成は、後述する各実施例において共通である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1000 including a fuel cell stack 100 as an embodiment of the present invention. The schematic configuration of the fuel cell system 1000 is common to the embodiments described later.

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセル４０を、複数積層させたスタック構造を有している。各セル４０は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体をセパレータによって挟持した構成となっている。アノード、および、カソードは、それぞれ、電解質膜の各表面に接合された触媒層と、この触媒層の表面に接合されたガス拡散層とを備えている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質膜として、固体酸化物等、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水の流路が形成されている。なお、セル４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。   The fuel cell stack 100 has a stack structure in which a plurality of cells 40 that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked. Each cell 40 generally has a structure in which a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are bonded to each other on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity is sandwiched between separators. Each of the anode and the cathode includes a catalyst layer bonded to each surface of the electrolyte membrane and a gas diffusion layer bonded to the surface of the catalyst layer. In this example, a solid polymer membrane such as Nafion (registered trademark) is used as the electrolyte membrane. Other electrolyte membranes such as solid oxides may be used as the electrolyte membrane. Each separator is formed with a hydrogen flow path as a fuel gas to be supplied to the anode, an air flow path as an oxidant gas to be supplied to the cathode, and a cooling water flow path. The number of stacked cells 40 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 100.

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数のセル４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、水素や、空気や、冷却水を流すための供給口や、排出口が設けられている。また、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各セル４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各セル４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。   The fuel cell stack 100 is configured by stacking an end plate 10a, an insulating plate 20a, a current collecting plate 30a, a plurality of cells 40, a current collecting plate 30b, an insulating plate 20b, and an end plate 10b in this order from one end. These are provided with a supply port and a discharge port for flowing hydrogen, air, and cooling water in the fuel cell stack 100. Further, in the fuel cell stack 100, supply manifolds (hydrogen supply manifold, air supply manifold, cooling water supply manifold) for distributing and supplying hydrogen, air, and cooling water to the respective cells 40, respectively, A discharge manifold (anode off-gas discharge manifold, cathode off-gas discharge manifold, cooling) for collecting anode off-gas and cathode off-gas discharged from the anode and cathode of each cell 40 and cooling water and collecting them outside the fuel cell stack 100 Water discharge manifold) is formed.

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。   The end plates 10a and 10b are made of metal such as steel in order to ensure rigidity. The insulating plates 20a and 20b are formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collector plates 30a and 30b are formed of dense carbon, a gas-impermeable conductive member such as a copper plate. The current collector plates 30a and 30b are each provided with an output terminal (not shown) so that the power generated by the fuel cell stack 100 can be output.

なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、押圧力が加えられている。   Although not shown in the figure, the fuel cell stack 100 is provided with the purpose of suppressing a decrease in cell performance due to an increase in contact resistance at any part of the stack structure or a gas leak. A pressing force is applied in the stacking direction of the stack structure.

燃料電池スタック１００のアノードには、配管５３を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク５０の代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素リッチなガスを生成し、アノードに供給するものとしてもよい。   Hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell stack 100 from a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen via a pipe 53. Instead of the hydrogen tank 50, a hydrogen-rich gas may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde or the like as a raw material, and supplied to the anode.

水素タンク５０に貯蔵された高圧水素は、水素タンク５０の出口に設けられたシャットバルブ５１、レギュレータ５２によって圧力、および、供給量が調整されて、水素供給マニホールドを介して、各セル４０のアノードに供給される。各セル４０から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管５６を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出することができる。なお、アノードオフガスを燃料電池スタック１００の外部に排出する際には、アノードオフガスに含まれる水素は、図示しない希釈器や、燃焼器によって処理される。   The pressure and supply amount of the high-pressure hydrogen stored in the hydrogen tank 50 are adjusted by a shut valve 51 and a regulator 52 provided at the outlet of the hydrogen tank 50, and the anode of each cell 40 is passed through the hydrogen supply manifold. To be supplied. The anode off gas discharged from each cell 40 can be discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a discharge pipe 56 connected to the anode off gas discharge manifold. When discharging the anode off gas to the outside of the fuel cell stack 100, hydrogen contained in the anode off gas is processed by a diluter or a combustor (not shown).

また、配管５３、および、排出配管５６には、アノードオフガスを配管５３に再循環させるための循環配管５４が接続されている。そして、排出配管５６の循環配管５４との接続部の下流側には、排気バルブ５７が配設されている。また、循環配管５４には、ポンプ５５が配設されている。ポンプ５５、および、排気バルブ５７の駆動を制御することによって、アノードオフガスを外部に排出するか、配管５３に循環させるかを適宜切り換えることができる。アノードオフガスを配管５３に再循環させることによって、アノードオフガスに含まれる未消費の水素を効率よく利用することができる。   Further, a circulation pipe 54 for recirculating the anode off gas to the pipe 53 is connected to the pipe 53 and the discharge pipe 56. An exhaust valve 57 is disposed on the downstream side of the connection portion between the discharge pipe 56 and the circulation pipe 54. The circulation pipe 54 is provided with a pump 55. By controlling the driving of the pump 55 and the exhaust valve 57, it is possible to appropriately switch whether the anode off gas is discharged to the outside or circulated through the pipe 53. By recirculating the anode off gas to the pipe 53, unconsumed hydrogen contained in the anode off gas can be efficiently used.

燃料電池スタック１００のカソードには、配管６１を介して、コンプレッサ６０によって圧縮された圧縮空気が、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。そして、この圧縮空気は、配管６１に接続された空気供給マニホールドを介して、各セル４０のカソードに供給される。各セル４０のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管６２を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出される。排出配管６２からは、カソードオフガスとともに、燃料電池スタック１００のカソードで、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水も排出される。   Compressed air compressed by the compressor 60 is supplied to the cathode of the fuel cell stack 100 as an oxidant gas containing oxygen via a pipe 61. The compressed air is supplied to the cathode of each cell 40 via an air supply manifold connected to the pipe 61. Cathode off gas discharged from the cathode of each cell 40 is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a discharge pipe 62 connected to the cathode off gas discharge manifold. From the discharge pipe 62, the produced water generated by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen at the cathode of the fuel cell stack 100 is also discharged together with the cathode off gas.

燃料電池スタック１００は、上述した電気化学反応によって発熱するため、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水も供給される。この冷却水は、ポンプ７０によって、配管７２を流れ、ラジエータ７１によって冷却されて、燃料電池スタック１００に供給される。   Since the fuel cell stack 100 generates heat due to the above-described electrochemical reaction, cooling water for cooling the fuel cell stack 100 is also supplied to the fuel cell stack 100. The cooling water flows through the pipe 72 by the pump 70, is cooled by the radiator 71, and is supplied to the fuel cell stack 100.

燃料電池システム１０００の運転は、制御ユニット８０によって制御される。制御ユニット８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、例えば、各種バルブや、ポンプの駆動等、システムの運転を制御する。   The operation of the fuel cell system 1000 is controlled by the control unit 80. The control unit 80 is configured as a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and controls the operation of the system, for example, driving of various valves and pumps, according to a program stored in the ROM.

Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．セル：
燃料電池スタック１００を構成する各セル４０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の周囲にシールガスケットを配置したユニット（以下、「シールガスケット一体型ＭＥＡと呼ぶ）の両面を、後述するカソード側セパレータ４５、および、アノード側セパレータ４６によって挟持することによって構成されている。以下、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１、カソード側セパレータ４５、および、アノード側セパレータ４６について説明する。 B. First embodiment:
B1. cell:
Each cell 40 constituting the fuel cell stack 100 will be described later on both sides of a unit (hereinafter referred to as “sealed gasket integrated MEA”) in which a seal gasket is arranged around a membrane electrode assembly (MEA). It is comprised by pinching with the cathode side separator 45 and the anode side separator 46. Hereafter, the seal gasket integrated MEA41, the cathode side separator 45, and the anode side separator 46 are demonstrated.

Ｂ２．シールガスケット一体型ＭＥＡ：
図２は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１の概略構造を示す説明図である。図２（ａ）に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側から見た平面図を示した。また、図２（ｂ）には、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。また、図２（ｃ）には、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。 B2. Seal gasket integrated MEA:
FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic structure of the seal gasket-integrated MEA 41. FIG. 2A is a plan view of the seal gasket-integrated MEA 41 as viewed from the cathode side. FIG. 2B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図２（ａ）に示したように、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１は、矩形形状を有しており、矩形形状を有するＭＥＡ４１１の周囲に、シリコーンゴムからなるシールガスケット４１０を配置したものである。また、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、ＭＥＡ４１１のカソード側、および、アノード側には、カソード側金属多孔体層４１１ｃ、および、アノード側金属多孔体層４１１ａが、それぞれ配設されている。カソード側金属多孔体層４１１ｃ、および、アノード側金属多孔体層４１１ａは、後述するカソード側セパレータ４５、および、アノード側セパレータ４６から、それぞれ供給された空気、および、水素を拡散させつつ、カソード、および、アノードに供給するガス流路を構成する。また、カソード側金属多孔体層４１１ｃ、および、アノード側金属多孔体層４１１ａは、導電性を有しており、ガス拡散電極の一部としても機能している。これらのガス流路を形成するための部材として、金属多孔体の代わりに、カーボンクロス等、導電性、および、ガス拡散性を有する他の部材を用いるようにしてもよい。また、本実施例では、シールガスケット４１０として、シリコーンゴムを用いるものとしたが、これに限られず、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。   As shown in FIG. 2A, the seal gasket-integrated MEA 41 has a rectangular shape, and a seal gasket 410 made of silicone rubber is disposed around the MEA 411 having a rectangular shape. Further, as shown in FIGS. 2B and 2C, the cathode side metal porous body layer 411c and the anode side metal porous body layer 411a are arranged on the cathode side and the anode side of the MEA 411, respectively. It is installed. The cathode side metal porous body layer 411c and the anode side metal porous body layer 411a are formed by diffusing air and hydrogen supplied from a cathode side separator 45 and an anode side separator 46, respectively, described later, And the gas flow path supplied to an anode is comprised. Moreover, the cathode side metal porous body layer 411c and the anode side metal porous body layer 411a have conductivity, and also function as part of the gas diffusion electrode. As a member for forming these gas flow paths, other members having conductivity and gas diffusibility such as carbon cloth may be used instead of the metal porous body. In this embodiment, silicone rubber is used as the seal gasket 410. However, the present invention is not limited to this, and other members having gas impermeability, elasticity, and heat resistance may be used.

図２（ａ）に示したように、シールガスケット４１０の一方の長辺部（図示した上側）のＭＥＡ４１１の近傍領域には、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４１２ｉが形成されている。本実施例では、これらの各貫通孔は、すべて同一の矩形形状であるものとした。また、本実施例では、空気供給用貫通孔４１２ｉの数は、３つであるものとしたが、この数は任意に設定可能である。   As shown in FIG. 2A, three air supply through holes 412i constituting an air supply manifold are formed in the vicinity of the MEA 411 on one long side portion (the upper side in the drawing) of the seal gasket 410. ing. In the present embodiment, all of these through holes have the same rectangular shape. In the present embodiment, the number of air supply through holes 412i is three, but this number can be arbitrarily set.

また、シールガスケット４１０の他方の長辺部（図示した下側）のＭＥＡ４１１の近傍領域には、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏが形成されている。本実施例では、これらの各貫通孔は、すべて同一の矩形形状であるものとした。また、本実施例では、カソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏの数は、３つであるものとしたが、この数は任意に設定可能である。   Further, in the vicinity of the MEA 411 on the other long side (the lower side in the figure) of the seal gasket 410, three cathode offgas discharge through holes 412o constituting a cathode offgas discharge manifold are formed. In the present embodiment, all of these through holes have the same rectangular shape. In the present embodiment, the number of cathode offgas discharge through holes 412o is three, but this number can be arbitrarily set.

また、シールガスケット４１０の一方の短辺部（図示した左側）のＭＥＡ４１１の近傍領域には、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４１４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４１３ｉとが、上下に配置して形成されている。また、シールガスケット４１０の他方の短辺部（図示した右側）のＭＥＡ４１１の近傍領域には、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４１３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４１４ｏとが、上下に配置して形成されている。本実施例では、水素、アノードオフガス、および、冷却水を流すためのこれらの各貫通孔は、すべて同一の矩形形状であるものとした。   Further, in the vicinity of the MEA 411 on one short side (left side in the drawing) of the seal gasket 410, a cooling water supply through-hole 414i constituting the cooling water supply manifold and a hydrogen supply / discharge for constituting the hydrogen supply manifold are provided. A through hole 413i is formed so as to be arranged vertically. Further, in the region near the MEA 411 on the other short side (right side in the drawing) of the seal gasket 410, an anode off-gas discharge through-hole 413o constituting the anode off-gas discharge manifold and a cooling water discharge constituting the cooling water discharge manifold are provided. The through holes 414o for use are formed so as to be arranged vertically. In this embodiment, each of the through holes for flowing hydrogen, anode off gas, and cooling water has the same rectangular shape.

また、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、シールガスケット４１０は、カソード側の厚さ、すなわち、ＭＥＡ４１１からシールガスケット４１０のカソード側表面までの厚さが、カソード側金属多孔体層４１１ｃの厚さよりも厚くなるように形成されている。そして、シールガスケット４１０のカソード側の厚さは、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側に、後述するカソード側セパレータ４５を積層したときに、カソード側セパレータ４５に形成された後述する突出部４２ｈｐの先端部がカソード側金属多孔体層４１１ｃと当接するように設定されている。   As shown in FIGS. 2B and 2C, the seal gasket 410 has a cathode side thickness, that is, a thickness from the MEA 411 to the cathode side surface of the seal gasket 410. The layer 411c is formed to be thicker than the layer 411c. The thickness of the seal gasket 410 on the cathode side is the tip of a protrusion 42hp described later formed on the cathode separator 45 when the cathode separator 45 described later is laminated on the cathode of the seal gasket integrated MEA 41. The portion is set so as to contact the cathode side metal porous body layer 411c.

また、図２（ａ），（ｃ）に示したように、シールガスケット４１０において、ＭＥＡ４１１とカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏとの間の領域には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と、後述するカソード側セパレータ４５とを積層させたときに、カソード側金属多孔体層４１１ｃの端部とカソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏとを連通する流路を形成する凹部４１２ｄが形成されている。   Further, as shown in FIGS. 2A and 2C, in the seal gasket 410, the region between the MEA 411 and the cathode offgas discharge through hole 412o has a seal gasket-integrated MEA 41 and a cathode side described later. When the separator 45 is laminated, a recess 412d is formed that forms a flow path that connects the end of the cathode-side metal porous layer 411c and the cathode offgas discharge through hole 412o.

なお、図示は省略しているが、シールガスケット４１０における、上述した各貫通孔、および、ＭＥＡ４１１の周囲には、適宜、シールガスケット４１０の両面にライン状の突起部を形成することによって、シールラインが形成されている。このシールラインによって、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と後述するカソード側セパレータ４５、および、アノード側セパレータ４６とを積層したときに、上述した各貫通孔内を流れる水素や、空気や、冷却水等、および、ＭＥＡ４１１の表面を流れる空気や、水素の外部へ漏洩を抑制することができる。   Although not shown in the drawing, a seal-like line is formed by forming line-shaped protrusions on both sides of the seal gasket 410 as appropriate around each of the above-described through holes and the MEA 411 in the seal gasket 410. Is formed. With this seal line, when the seal gasket-integrated MEA 41 and the cathode side separator 45 and the anode side separator 46, which will be described later, are stacked, hydrogen, air, cooling water, etc. flowing through the above-mentioned through holes, and , Leakage of air flowing on the surface of the MEA 411 and hydrogen to the outside can be suppressed.

Ｂ３．カソード側セパレータ：
カソード側セパレータ４５は、後述する第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合することによって構成される。 B3. Cathode side separator:
The cathode-side separator 45 is configured by stacking and joining a first separator plate 42, a gasket 44, and a second separator plate 43, which will be described later, in this order.

Ｂ３．１．第１のセパレータ板：
図３は、第１のセパレータ板４２の概略構造を示す説明図である。この第１のセパレータ板４２は、カソード側セパレータ４５において、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１と当接する部材である。図３（ａ）に、第１のセパレータ板４２の平面図を示した。図中の破線で囲った領域は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、本実施例では、第１のセパレータ板４２として、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同一の矩形形状を有するステンレス鋼製の板を用いるものとした。 B3.1. First separator plate:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic structure of the first separator plate 42. The first separator plate 42 is a member that contacts the seal gasket-integrated MEA 41 described above in the cathode-side separator 45. FIG. 3A shows a plan view of the first separator plate 42. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA 411 in the seal gasket-integrated MEA 41. FIG. 3B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In this embodiment, as the first separator plate 42, a stainless steel plate having the same rectangular shape as the seal gasket-integrated MEA 41 is used.

図３（ａ）に示したように、第１のセパレータ板４２には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４２２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４２２ｏと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４２４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４２３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４２３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４２４ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in FIG. 3 (a), the first separator plate 42 has three air supply through holes constituting the air supply manifold at positions corresponding to the through holes formed in the seal gasket integrated MEA 41. Hole 422i, three cathode offgas discharge through holes 422o constituting the cathode offgas discharge manifold, cooling water supply through holes 424i constituting the cooling water supply manifold, and hydrogen supply discharge through holes constituting the hydrogen supply manifold 423i, an anode offgas discharge through-hole 423o constituting the anode offgas discharge manifold, and a cooling water discharge through hole 424o forming the cooling water discharge manifold are formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

また、第１のセパレータ板４２において、ＭＥＡ４１１に対応する破線で囲まれた領域には、複数の貫通孔４２ｈが二次元的に分散させて配置されている。本実施例では、複数の貫通孔４２ｈは、格子状に配置されているものとした。また、本実施例では、複数の貫通孔４２ｈは、すべて直径が同一の円形であるものとした。複数の貫通孔４２ｈは、後述するように、ＭＥＡ４１１のカソードに空気を供給するための空気供給口として機能するので、以下、貫通孔４２ｈを、空気供給口４２ｈと呼ぶ。   In the first separator plate 42, a plurality of through holes 42h are two-dimensionally distributed in a region surrounded by a broken line corresponding to the MEA 411. In the present embodiment, the plurality of through holes 42h are arranged in a lattice pattern. In the present embodiment, the plurality of through holes 42h are all circular with the same diameter. Since the plurality of through holes 42h function as air supply ports for supplying air to the cathode of the MEA 411 as will be described later, the through holes 42h are hereinafter referred to as air supply ports 42h.

また、図３（ｂ）に示したように、各空気供給口４２ｈには、ＭＥＡ４１１のカソード側に突出するとともに、空気供給口４２ｈの側壁をなす突出部４２ｈｐが形成されている。空気供給口４２ｈ、および、突出部４２ｈｐは、例えば、ステンレス鋼製の平板に、プレス加工を施すことによって、突出部４２ｈｐに対応する凹部を形成し、この凹部の底部に、打ち抜き加工によって、貫通孔を形成することによって、第１のセパレータ板４２に、一体的に形成することができる。また、空気供給口４２ｈ、および、突出部４２ｈｐは、ステンレス鋼製の平板に、打ち抜き加工によって、複数の貫通孔を形成し、各貫通孔に、導電性を有するパイプ形状の部材を接合することによって、形成するようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 3B, each air supply port 42h is formed with a protruding portion 42hp that protrudes toward the cathode side of the MEA 411 and forms the side wall of the air supply port 42h. The air supply port 42h and the protrusion 42hp are formed by, for example, pressing a flat plate made of stainless steel to form a recess corresponding to the protrusion 42hp, and penetrating the bottom of the recess by punching. By forming the hole, the first separator plate 42 can be integrally formed. In addition, the air supply port 42h and the protrusion 42hp are formed by punching a stainless steel flat plate into a plurality of through holes, and a pipe-shaped member having conductivity is joined to each through hole. May be formed.

Ｂ３．２．第２のセパレータ板：
図４は、第２のセパレータ板４３の概略構造を示す説明図である。図４（ａ）に、第２のセパレータ板４３の平面図を示した。図中の破線で囲った領域は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図４（ｂ）には、図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、本実施例では、第２のセパレータ板４３として、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同一の矩形形状を有するステンレス鋼製の板を用いるものとした。 B3.2. Second separator plate:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic structure of the second separator plate 43. FIG. 4A shows a plan view of the second separator plate 43. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA 411 in the seal gasket-integrated MEA 41. FIG. 4B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In the present embodiment, a stainless steel plate having the same rectangular shape as the seal gasket-integrated MEA 41 is used as the second separator plate 43.

図４（ａ）に示したように、第２のセパレータ板４３には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４３２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４３２ｏと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４３４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４３３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４３３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４３４ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in FIG. 4 (a), the second separator plate 43 has three air supply through holes constituting the air supply manifold at positions corresponding to the respective through holes formed in the seal gasket integrated MEA 41. A hole 432i, three cathode offgas discharge through holes 432o constituting the cathode offgas discharge manifold, a coolant supply through hole 434i constituting the cooling water supply manifold, and a hydrogen supply discharge through hole constituting the hydrogen supply manifold. 433i, an anode offgas discharge through-hole 433o constituting the anode offgas discharge manifold, and a cooling water discharge through hole 434o forming the cooling water discharge manifold are formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

また、第２のセパレータ板４３において、ＭＥＡ４１１に対応する破線で囲まれた領域には、図４（ｂ）に示したように、第１のセパレータ板４２側に凸の形状を有する複数のディンプル部４３ｄが格子状に配置されて形成されている。そして、複数のディンプル部４３ｄは、後述するように、第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、第１のセパレータ板４２の一部と当接するように、第１のセパレータ板４２における空気供給口４２ｈの形成位置と、第２のセパレータ板４３におけるディンプル部４３ｄの形成位置とが、千鳥配置となるように配置されている。なお、本実施例では、複数のディンプル部４３ｄの外形形状は、すべて直径が同一の円形であるものとした。これら複数のディンプル部４３ｄは、例えば、ステンレス鋼製の平板に、プレス加工を施すことによって、形成することができる。   Further, in the second separator plate 43, a plurality of dimples having a convex shape on the first separator plate 42 side are shown in a region surrounded by a broken line corresponding to the MEA 411 as shown in FIG. The portions 43d are formed in a grid pattern. Then, as will be described later, the plurality of dimple portions 43d are formed when the first separator plate 42, the gasket 44, and the second separator plate 43 are overlapped and joined in this order. 42, the formation position of the air supply port 42h in the first separator plate 42 and the formation position of the dimple portion 43d in the second separator plate 43 are arranged in a staggered manner so as to contact a part of the plate 42. ing. In the present embodiment, the outer shapes of the plurality of dimple portions 43d are all circular with the same diameter. The plurality of dimple portions 43d can be formed, for example, by pressing a flat plate made of stainless steel.

また、複数のディンプル部４３ｄは、第１のセパレータ板４２の一部と当接して、燃料電池スタック１００において、スタック構造の積層方向に押圧力が加えられたときの、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３との間に形成される空間、すなわち、後述する空気の流路の圧縮変形を抑制する機能を有している。また、複数のディンプル部４３ｄは、第１のセパレータ板４２と第２のセパレータ板４３との電気的な導通を確保する機能を有している。ディンプル部４３ｄは、本発明における導電性を有する支持部材に相当する。   Further, the plurality of dimple portions 43d are in contact with a part of the first separator plate 42, and when the pressing force is applied in the stacking direction of the stack structure in the fuel cell stack 100, the first separator plate 42 is provided. And a space formed between the second separator plate 43, that is, a function of suppressing compressive deformation of an air flow path to be described later. In addition, the plurality of dimple portions 43 d have a function of ensuring electrical continuity between the first separator plate 42 and the second separator plate 43. The dimple portion 43d corresponds to the conductive support member in the present invention.

Ｂ３．３．ガスケット：
図５は、ガスケット４４の平面図である。このガスケット４４としては、例えば、金属製の部材を用いるものとしてもよいし、シリコーンゴム等の弾性部材を用いるものとしてもよい。 B3.3. gasket:
FIG. 5 is a plan view of the gasket 44. As the gasket 44, for example, a metal member may be used, or an elastic member such as silicone rubber may be used.

図示するように、ガスケット４４には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４４２ｏと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４４４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４４３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４４３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４４４ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in the figure, the gasket 44 includes three cathode offgas discharge through-holes 442o constituting a cathode offgas discharge manifold at positions corresponding to the respective through holes formed in the seal gasket-integrated MEA 41, and a cooling water supply manifold. The cooling water supply through-hole 444i, the hydrogen supply / discharge through-hole 443i, the anode off-gas discharge through-hole 443o, and the cooling water discharge manifold are configured. A cooling water discharge through hole 444o is formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

また、ガスケット４４において、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域と、３つの空気供給用貫通孔４１２ｉに対応する領域と、ＭＥＡ４１１に対応する領域と３つの空気供給用貫通孔４１２ｉに対応する領域との間の領域には、貫通孔４４１が形成されている。この貫通孔４４１は、第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、カソード側セパレータ４５の内部に空気の流路（空隙）を形成する。ガスケット４４は、本発明における反応ガス流路形成部材に相当する。   In the gasket 44, the region corresponding to the MEA 411 in the seal gasket integrated MEA 41, the region corresponding to the three air supply through holes 412i, the region corresponding to the MEA 411, and the three air supply through holes 412i. A through hole 441 is formed in a region between the regions. The through-hole 441 has an air flow path (gap in the cathode side separator 45 when the first separator plate 42, the gasket 44, and the second separator plate 43 are overlapped and joined in this order. ). The gasket 44 corresponds to the reactive gas flow path forming member in the present invention.

なお、ガスケット４４の厚さは、第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３に形成されたディンプル部４３ｄとが当接するように、ディンプル部４３ｄの高さとほぼ同じ値が設定されている。   The thickness of the gasket 44 is such that when the first separator plate 42, the gasket 44, and the second separator plate 43 are overlapped in this order and joined, The height of the dimple portion 43d is set to be approximately the same as that of the dimple portion 43d formed on the separator plate 43.

Ｂ３．４．カソード側セパレータの構造：
図６は、カソード側セパレータ４５の概略構造を示す説明図である。このカソード側セパレータ４５は、先に説明したとおり、第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合することによって構成される。図６（ａ）に、カソード側セパレータ４５の平面図を示した。また、図６（ｂ）には、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。また、図６（ｂ）には、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。 B3.4. Structure of cathode separator:
FIG. 6 is an explanatory view showing a schematic structure of the cathode separator 45. As described above, the cathode-side separator 45 is configured by overlapping and joining the first separator plate 42, the gasket 44, and the second separator plate 43 in this order. FIG. 6A shows a plan view of the cathode side separator 45. FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図６（ａ）に示したように、第１のセパレータ板４２に形成された空気供給口４２ｈと、第２のセパレータ板４３に形成されたディンプル部４３ｄとは、千鳥配置となっている。また、図６（ｂ）に示したように、第２のセパレータ板４３に形成されたディンプル部４３ｄは、第１のセパレータ板４２の一部と当接している。また、図６（ｃ）に示したように、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３との間には、空気の流路（空隙４４ｇ）が形成されている。   As shown in FIG. 6A, the air supply port 42h formed in the first separator plate 42 and the dimple portion 43d formed in the second separator plate 43 are in a staggered arrangement. Further, as shown in FIG. 6B, the dimple portion 43 d formed on the second separator plate 43 is in contact with a part of the first separator plate 42. In addition, as shown in FIG. 6C, an air flow path (gap 44 g) is formed between the first separator plate 42 and the second separator plate 43.

Ｂ４．アノード側セパレータ：
図７は、アノード側セパレータ４６の概略構造を示す説明図である。図７（ａ）に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と当接する側から見たアノード側セパレータ４６の平面図を示した。また、図７（ｂ）には、図７（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。 B4. Anode side separator:
FIG. 7 is an explanatory view showing a schematic structure of the anode separator 46. FIG. 7A is a plan view of the anode-side separator 46 as viewed from the side in contact with the seal gasket-integrated MEA 41. FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図７（ａ）に示したように、アノード側セパレータ４６には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４６２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４６２ｏと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４６４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４６３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４６３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４６４ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in FIG. 7A, the anode-side separator 46 has three air supply through holes 462i constituting the air supply manifold at positions corresponding to the through holes formed in the seal gasket-integrated MEA 41. Three cathode offgas discharge through-holes 462o constituting a cathode offgas discharge manifold, a cooling water supply through hole 464i constituting a cooling water supply manifold, and a hydrogen supply / discharge through hole 463i constituting a hydrogen supply manifold The anode off gas discharge through hole 463o constituting the anode off gas discharge manifold and the cooling water discharge through hole 464o constituting the cooling water discharge manifold are respectively formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

また、アノード側セパレータ４６におけるＭＥＡ４１１のアノードと対向する側の表面には、図示するように、水素供給排出用貫通孔４６３ｉからアノードオフガス排出用貫通孔４６３ｏに、アノード側金属多孔体層４１１ａの表面に沿って水素が流れる流路を形成する溝部４６３ｄ、および、アノード側金属多孔体層４１１ａと当接するリブ部４６３ｒが形成されている。また、図示したアノード側セパレータ４６の裏面には、アノード側セパレータ４６をカソード側セパレータ４５と積層させたときに、冷却水供給用貫通孔４６４ｉから冷却水排出用貫通孔４６４ｏに、冷却水が流れる流路を形成する溝部４６４ｄ、および、燃料電池スタック１００において、カソード側セパレータ４５における第２のセパレータ板４３と当接するリブ部４６４ｒが形成されている。   Further, on the surface of the anode separator 46 on the side facing the anode of the MEA 411, as shown in the drawing, the surface of the anode-side metal porous body layer 411a extends from the hydrogen supply / discharge through-hole 463i to the anode off-gas discharge through-hole 463o. A groove portion 463d that forms a flow path through which hydrogen flows and a rib portion 463r that contacts the anode-side metal porous body layer 411a are formed. In addition, on the back surface of the illustrated anode-side separator 46, when the anode-side separator 46 is laminated with the cathode-side separator 45, the cooling water flows from the cooling-water supply through-hole 464i to the cooling-water discharge through-hole 464o. In the fuel cell stack 100, a groove 464d that forms a flow path and a rib 464r that contacts the second separator plate 43 in the cathode separator 45 are formed.

Ｂ５．空気の供給、および、生成水の排出：
図８は、セル４０における空気の供給、および、生成水の排出の様子を示す説明図である。セル４０の概略断面構造を示した。なお、セル４０における水素、および、冷却水の流れは、先に説明した通りである。 B5. Air supply and product water discharge:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing air supply and discharge of generated water in the cell 40. A schematic cross-sectional structure of the cell 40 is shown. Note that the flow of hydrogen and cooling water in the cell 40 is as described above.

先に説明したように、カソード側セパレータ４５を構成する第１のセパレータ板４２には、突出部４２ｈｐが形成されており、本実施例では、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側に、カソード側セパレータ４５を積層させたとき、すなわち、第１のセパレータ板４２をシールガスケット一体型ＭＥＡ４１のシールガスケット４１０のカソード側の表面に当接させたときに、図示するように、この突出部４２ｈｐの先端部が、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側に配置されたカソード側金属多孔体層４１１ｃと当接する。そして、第１のセパレータ板４２において、突出部４２ｈｐによって形成された突出部４２ｈｐの周囲の凹部は、カソード側金属多孔体層４１１ｃとは当接せずに、カソード側金属多孔体層４１１ｃと、第１のセパレータ板４２との間に、空隙４５ｇが形成されている。   As described above, the first separator plate 42 constituting the cathode side separator 45 is formed with the protrusion 42hp. In this embodiment, the cathode side separator is connected to the cathode side of the seal gasket integrated MEA 41. 45, when the first separator plate 42 is brought into contact with the cathode-side surface of the seal gasket 410 of the seal gasket-integrated MEA 41, as shown in the drawing, the tip of the protrusion 42hp Is in contact with the cathode-side metal porous body layer 411c disposed on the cathode side of the seal gasket-integrated MEA 41. In the first separator plate 42, the recess around the protrusion 42hp formed by the protrusion 42hp does not contact the cathode-side metal porous layer 411c, and the cathode-side metal porous layer 411c, A gap 45 g is formed between the first separator plate 42 and the first separator plate 42.

図中に実線矢印で示したように、第２のセパレータ板４３の空気供給用貫通孔４３２ｉ、ガスケット４４の貫通孔４４１、第１のセパレータ板４２の空気供給用貫通孔４２２ｉを流れる空気は、ガスケット４４の貫通孔４４１から分岐して、第１のセパレータ板４２と第２のセパレータ板４３との間に形成された空気の流路（空隙４４ｇ）を通り、第１のセパレータ板４２の複数の空気供給口４２ｈから、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のカソード側金属多孔体層４１１ｃに対して垂直な方向にそれぞれ供給される。そして、この供給された空気は、その流速によってカソード側金属多孔体層４１１ｃ中を広がり、ＭＥＡ４１１のカソードに供給され、発電に供される。このとき、カソード側金属多孔体層４１１ｃ中における空気の流速は、カソード側金属多孔体層４１１ｃのほぼ全面で等しくなる。   As indicated by solid arrows in the figure, the air flowing through the air supply through hole 432i of the second separator plate 43, the through hole 441 of the gasket 44, and the air supply through hole 422i of the first separator plate 42 are: A plurality of first separator plates 42 diverge from the through holes 441 of the gasket 44 and pass through an air flow path (gap 44g) formed between the first separator plate 42 and the second separator plate 43. Are supplied in a direction perpendicular to the cathode-side metal porous body layer 411c of the seal gasket-integrated MEA 41. The supplied air spreads in the cathode-side metal porous body layer 411c depending on the flow velocity, is supplied to the cathode of the MEA 411, and is used for power generation. At this time, the flow velocity of the air in the cathode side metal porous body layer 411c is equal over substantially the entire surface of the cathode side metal porous body layer 411c.

そして、図中に破線矢印で示したように、ＭＥＡ４１１のカソードで発電によって生成された生成水と、発電で未消費のカソードオフガスとは、空気供給口４２ｈから供給された空気の流速によって、空隙４５ｇに流れる。そして、空隙４５ｇに移動した生成水は、カソードオフガスの流れによって、空隙４５ｇからシールガスケット一体型ＭＥＡ４１の凹部４１２ｄを通って、カソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏに排出される。つまり、本実施例のセル４０では、ＭＥＡ４１１のアノードへ供給される空気の経路と、アノードで生成された生成水の排出の経路とが異なっている。したがって、生成水のセル４０内での滞留を抑制し、効率的に排出することができる。   As shown by the broken line arrows in the figure, the generated water generated by the power generation at the cathode of the MEA 411 and the cathode off gas not consumed by the power generation are separated by the flow rate of the air supplied from the air supply port 42h. It flows to 45g. The generated water that has moved to the gap 45g is discharged from the gap 45g through the recess 412d of the seal gasket-integrated MEA 41 into the cathode offgas discharge through-hole 412o by the flow of the cathode offgas. That is, in the cell 40 of the present embodiment, the path of the air supplied to the anode of the MEA 411 is different from the path of discharging the generated water generated at the anode. Therefore, the residence in the cell 40 of generated water can be suppressed and discharged efficiently.

以上説明した第１実施例のセル４０によれば、カソード側セパレータ４５の内部に空気の流路を備えており、ガス拡散電極としてのカソード側金属多孔体層４１１ｃと当接する側のカソード側セパレータ４５の表面、すなわち、第１のセパレータ板４２に、二次元的に分散させて配置された複数の空気供給口４２ｈを備えているので、カソード側金属多孔体層４１１ｃのほぼ全面に、酸化剤ガスとしての酸素の濃度が等しい空気を供給することができる。したがって、燃料電池としてのセル４０のＭＥＡ４１１の面内における発電量の均一性を向上させることができる。また、第１のセパレータ板４２に形成された複数の空気供給口４２ｈが、突出部４２ｈｐを備えているので、突出部４２ｈｐ以外の領域には、凹部が形成されることになる。したがって、空気供給口４２ｈから供給された空気の流速によって、発電によってカソードで生成された生成水を、上記凹部とカソード側金属多孔体層４１１ｃとによって形成された空隙４５ｇに移動させやすくするとともに、この空隙４５ｇに移動した生成水を、カソードオフガスの流速によって、セル４０の外部に排出しやすくすることができる。つまり、本実施例のセル４０によって、セル４０における生成水の排水性を向上させるとともに、ＭＥＡ４１１の面内における発電量の均一性を向上させることができる。   According to the cell 40 of the first embodiment described above, an air flow path is provided inside the cathode side separator 45, and the cathode side separator on the side in contact with the cathode side metal porous body layer 411c as a gas diffusion electrode. 45, that is, the first separator plate 42 is provided with a plurality of air supply ports 42h that are two-dimensionally dispersed, so that the oxidizer is almost entirely disposed on the cathode-side metal porous body layer 411c. Air having the same concentration of oxygen as gas can be supplied. Accordingly, it is possible to improve the uniformity of the power generation amount in the plane of the MEA 411 of the cell 40 as the fuel cell. Further, since the plurality of air supply ports 42h formed in the first separator plate 42 are provided with the protruding portions 42hp, a recess is formed in a region other than the protruding portions 42hp. Accordingly, the flow rate of the air supplied from the air supply port 42h facilitates the movement of the generated water generated at the cathode by power generation to the gap 45g formed by the recess and the cathode-side metal porous body layer 411c. The generated water that has moved to the gap 45g can be easily discharged out of the cell 40 by the flow rate of the cathode off gas. That is, the cell 40 of the present embodiment can improve the drainage of the generated water in the cell 40 and improve the uniformity of the power generation amount in the plane of the MEA 411.

Ｃ．第２実施例：
図９は、第２実施例のセル４０Ａの概略断面構造を示す説明図である。このセル４０Ａは、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａの構造が、第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１と異なっていること以外は、第１実施例のセル４０と同じである。 C. Second embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic cross-sectional structure of the cell 40A of the second embodiment. The cell 40A is the same as the cell 40 of the first embodiment, except that the structure of the seal gasket-integrated MEA 41A is different from the seal gasket-integrated MEA 41 in the first embodiment.

図示するように、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａは、第１実施例におけるシールガスケット一体型ＭＥＡ４１とは異なり、シールガスケット４１０Ａのカソード側の厚さ、すなわち、ＭＥＡ４１１からシールガスケット４１０Ａのカソード側表面までの厚さが、カソード側金属多孔体層４１１ｃの厚さとほぼ等しくなるように形成されている。したがって、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａのカソード側に、カソード側セパレータ４５を積層したとき、すなわち、第１のセパレータ板４２をシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａのシールガスケット４１０Ａのカソード側の表面に当接させたときに、第１のセパレータ板４２に形成された突出部４２ｈｐは、カソード側金属多孔体層４１１ｃに埋め込まれ、カソード側金属多孔体層４１１ｃのほぼ全面が、第１のセパレータ板４２と当接し、第１実施例における空隙４５ｇは形成されない。   As shown in the figure, the seal gasket-integrated MEA 41A differs from the seal gasket-integrated MEA 41 in the first embodiment in that the thickness of the seal gasket 410A on the cathode side, that is, the thickness from the MEA 411 to the cathode-side surface of the seal gasket 410A. Is formed to be substantially equal to the thickness of the cathode-side metal porous body layer 411c. Therefore, when the cathode separator 45 is laminated on the cathode side of the seal gasket-integrated MEA 41A, that is, when the first separator plate 42 is brought into contact with the cathode-side surface of the seal gasket 410A of the seal gasket-integrated MEA 41A. Further, the protruding portion 42hp formed on the first separator plate 42 is embedded in the cathode-side metal porous body layer 411c, and almost the entire surface of the cathode-side metal porous body layer 411c is in contact with the first separator plate 42, The gap 45g in the first embodiment is not formed.

このセル４０Ａにける空気の供給、および、生成水の排出は、第１実施例のセル４０とほぼ同じである。   The supply of air and the discharge of generated water in the cell 40A are substantially the same as those of the cell 40 of the first embodiment.

図中に実線矢印で示したように、第２のセパレータ板４３の空気供給用貫通孔４３２ｉ、ガスケット４４の貫通孔４４１、第１のセパレータ板４２の空気供給用貫通孔４２２ｉを流れる空気は、ガスケット４４の貫通孔４４１から分岐して、第１のセパレータ板４２と第２のセパレータ板４３との間に形成された空気の流路（空隙４４ｇ）を通り、第１のセパレータ板４２の複数の空気供給口４２ｈから、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａのカソード側金属多孔体層４１１ｃに対して垂直な方向にそれぞれ供給される。そして、この供給された空気は、その流速によってカソード側金属多孔体層４１１ｃ中を広がり、ＭＥＡ４１１のカソードに供給され、発電に供される。このとき、カソード側金属多孔体層４１１ｃ中における空気の流速は、カソード側金属多孔体層４１１ｃのほぼ全面で等しくなる。   As indicated by solid arrows in the figure, the air flowing through the air supply through hole 432i of the second separator plate 43, the through hole 441 of the gasket 44, and the air supply through hole 422i of the first separator plate 42 are: A plurality of first separator plates 42 diverge from the through holes 441 of the gasket 44 and pass through an air flow path (gap 44g) formed between the first separator plate 42 and the second separator plate 43. From the air supply port 42h, the gas is supplied in a direction perpendicular to the cathode-side metal porous body layer 411c of the seal gasket-integrated MEA 41A. The supplied air spreads in the cathode-side metal porous body layer 411c depending on the flow velocity, is supplied to the cathode of the MEA 411, and is used for power generation. At this time, the flow velocity of the air in the cathode side metal porous body layer 411c is equal over substantially the entire surface of the cathode side metal porous body layer 411c.

そして、図中に破線矢印で示したように、ＭＥＡ４１１のカソードで発電によって生成された生成水と、発電で未消費のカソードオフガスとは、空気供給口４２ｈから供給された空気の流速によって、突出部４２ｈｐによって相対的に形成された第１のセパレータ板４２の凹部に流れる。そして、この凹部に移動した生成水は、カソードオフガスの流れによって、凹部からシールガスケット一体型ＭＥＡ４１Ａの凹部４１２ｄを通って、カソードオフガス排出用貫通孔４１２ｏに排出される。   As shown by the broken line arrows in the figure, the generated water generated by the power generation at the cathode of the MEA 411 and the cathode off-gas not consumed by the power generation protrude depending on the flow rate of the air supplied from the air supply port 42h. It flows into the concave portion of the first separator plate 42 formed relatively by the portion 42hp. The generated water that has moved to this recess is discharged from the recess through the recess 412d of the seal gasket-integrated MEA 41A into the cathode offgas discharge through-hole 412o by the flow of the cathode offgas.

以上説明した第２実施例のセル４０Ａによっても、第１実施例のセル４０と同様に、セル４０Ａにおける生成水の排水性を向上させるとともに、ＭＥＡ４１１の面内における発電量の均一性を向上させることができる。   As with the cell 40 of the first embodiment, the cell 40A of the second embodiment described above improves the drainage of the generated water in the cell 40A and improves the uniformity of the power generation amount in the plane of the MEA 411. be able to.

また、第２実施例のセル４０Ａでは、カソード側金属多孔体層４１１ｃのほぼ全面が、第１のセパレータ板４２と当接するので、第１実施例のセル４０と比較して、カソード側金属多孔体層４１１ｃと、第１のセパレータ板４２との接触抵抗を低減することができる。   Further, in the cell 40A of the second embodiment, almost the entire surface of the cathode-side porous metal layer 411c is in contact with the first separator plate 42, so that the cathode-side metal porous layer is compared with the cell 40 of the first embodiment. The contact resistance between the body layer 411c and the first separator plate 42 can be reduced.

Ｄ．第３実施例：
図１０は、第３実施例のセル４０Ｂの断面構造を示す説明図である。このセル４０Ｂは、カソード側セパレータ４５Ｂの構造が、第１実施例におけるカソード側セパレータ４５と異なっていること以外は、第１実施例のセル４０と同じである。 D. Third embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of the cell 40B of the third embodiment. The cell 40B is the same as the cell 40 of the first embodiment, except that the structure of the cathode side separator 45B is different from the cathode side separator 45 of the first embodiment.

本実施例におけるカソード側セパレータ４５Ｂは、図示は省略しているが、第２のセパレータ板４３Ｂが、第１実施例における第２のセパレータ板４３とは異なり、ディンプル部４３ｄを備えておらず、平板状のステンレス鋼からなる。そして、本実施例では、第１実施例における第２のセパレータ板４３に形成されたディンプル部４３ｄの代わりに、図示するように、カソード側セパレータ４５Ｂは、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３Ｂとの間のＭＥＡ４１１に対応する領域に、ガスケット４４とほぼ等しい厚さを有する金属多孔体層４５ｐを備えている。この金属多孔体層４５ｐは、第１のセパレータ板４２、および、第２のセパレータ板４３Ｂに当接している。金属多孔体層４５ｐは、導電性、および、ガス拡散性を有しており、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３との電気的な導通を確保するとともに、空気の流路の圧縮変形を抑制する機能を有している。この金属多孔体層４５ｐは、本発明における導電性、および、ガス拡散性を有する支持部材に相当する。   The cathode separator 45B in this embodiment is not shown, but the second separator plate 43B is not provided with the dimple portion 43d unlike the second separator plate 43 in the first embodiment, Made of flat stainless steel. In this embodiment, instead of the dimple portion 43d formed on the second separator plate 43 in the first embodiment, as shown in the figure, the cathode side separator 45B includes the first separator plate 42 and the second separator plate 42d. A porous metal layer 45p having a thickness substantially equal to that of the gasket 44 is provided in a region corresponding to the MEA 411 between the separator plate 43B and the separator plate 43B. The metal porous body layer 45p is in contact with the first separator plate 42 and the second separator plate 43B. The metal porous body layer 45p has conductivity and gas diffusibility, and ensures electrical continuity between the first separator plate 42 and the second separator plate 43, and an air flow path. Has a function of suppressing the compression deformation. The metal porous body layer 45p corresponds to a support member having conductivity and gas diffusibility in the present invention.

このセル４０Ｂにける空気の供給、および、生成水の排出は、図から分かるように、第１実施例のセル４０とほぼ同じであり、詳細な説明は省略する。   The supply of air and the discharge of generated water in the cell 40B are substantially the same as those of the cell 40 of the first embodiment, as will be understood from the figure, and detailed description thereof will be omitted.

以上説明した第３実施例のセル４０Ｂによっても、第１実施例のセル４０と同様に、セル４０Ｂにおける生成水の排水性を向上させるとともに、ＭＥＡ４１１の面内における発電量の均一性を向上させることができる。   As with the cell 40 of the first embodiment, the cell 40B of the third embodiment described above improves the drainage of the generated water in the cell 40B and improves the uniformity of the power generation amount in the plane of the MEA 411. be able to.

また、第３実施例のカソード側セパレータ４５Ｂでは、金属多孔体層４５ｐのほぼ全面が、第１のセパレータ板４２、および、第２のセパレータ板４３Ｂと当接するので、第１実施例のセル４０と比較して、カソード側セパレータ４５Ｂの内部抵抗を低減することができる。   Further, in the cathode side separator 45B of the third embodiment, almost the entire surface of the metal porous body layer 45p is in contact with the first separator plate 42 and the second separator plate 43B, so that the cell 40 of the first embodiment is used. As compared with the above, the internal resistance of the cathode-side separator 45B can be reduced.

Ｅ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。 E. Variation:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in various aspects is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、第１のセパレータ板４２において、複数の空気供給口４２ｈは、格子状に配置されているものとしたが、本発明は、これに限られない。第１のセパレータ板４２において、複数の空気供給口４２ｈは、二次元的に分散させて配置されていればよい。また、上記実施例では、複数の空気供給口４２ｈは、すべて同一の円形であるものとしたが、他の形状としてもよいし、また、それぞれ大きさが異なるようにしてもよい。 E1. Modification 1:
In the above embodiment, in the first separator plate 42, the plurality of air supply ports 42h are arranged in a lattice shape, but the present invention is not limited to this. In the first separator plate 42, the plurality of air supply ports 42h only need to be two-dimensionally distributed. In the above embodiment, the plurality of air supply ports 42h are all in the same circular shape, but may have other shapes, or may have different sizes.

Ｅ２．変形例２：
上記第１実施例、および、第２実施例では、第２のセパレータ板４３に形成された複数のディンプル部４３ｄの外形形状は、すべて直径が同一の円形であるものとしたが、本発明は、これに限られない。ディンプル部４３ｄの形状は、他の形状としてもよいし、また、それぞれ大きさが異なるようにしてもよい。また、第２のセパレータ板４３における複数のディンプル部４３ｄの配置は、第１のセパレータ板４２の空気供給口４２ｈの形成位置と一致しない範囲内で、任意に設定可能である。 E2. Modification 2:
In the first embodiment and the second embodiment, the outer shapes of the plurality of dimple portions 43d formed on the second separator plate 43 are all circular with the same diameter. Not limited to this. The shape of the dimple portion 43d may be another shape, or may have a different size. Further, the arrangement of the plurality of dimple portions 43d in the second separator plate 43 can be arbitrarily set within a range that does not coincide with the formation position of the air supply port 42h of the first separator plate 42.

Ｅ３．変形例３：
上記第１実施例、および、第２実施例では、導電性を有する支持部材として、カソード側セパレータを構成する第２のセパレータ板４３に複数のディンプル部４３ｄを設けるものとしたが、本発明は、これに限られない。上記支持部材として、第１のセパレータ板４２に、第２のセパレータ板４３側に凸の形状を有するディンプル部を設けるようにしてもよい。また、導電性を有する別部材を用意し、これを第１のセパレータ板４２、および、第２のセパレータ板４３の少なくとも一方に接合するようにしてもよい。 E3. Modification 3:
In the first embodiment and the second embodiment, the plurality of dimple portions 43d are provided on the second separator plate 43 constituting the cathode separator as the conductive support member. Not limited to this. As the support member, the first separator plate 42 may be provided with a dimple portion having a convex shape on the second separator plate 43 side. Alternatively, another member having conductivity may be prepared, and this may be joined to at least one of the first separator plate 42 and the second separator plate 43.

図１１は、変形例としての第２のセパレータ板４３Ｃの概略構造を示す説明図である。図１１（ａ）に、第２のセパレータ板４３Ｃの平面図を示した。図中の破線で囲った領域は、先に説明したシールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図１１（ｂ）には、図１１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、第２のセパレータ板４３Ｃに形成された各貫通孔の配置、および、形状は、第１実施例における第２のセパレータ板４３と同じである。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a second separator plate 43C as a modified example. FIG. 11A shows a plan view of the second separator plate 43C. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA 411 in the seal gasket-integrated MEA 41 described above. FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The arrangement and shape of the through holes formed in the second separator plate 43C are the same as those of the second separator plate 43 in the first embodiment.

図示するように、この第２のセパレータ板４３Ｃは、第１実施例における第２のセパレータ板４３における複数のディンプル部４３ｄの代わりに、第１のセパレータ板４２側に凸の形状を有する複数のリブ部４３ｒを備えている。そして、これら複数のリブ部４３ｒは、第１のセパレータ板４２と、ガスケット４４と、第２のセパレータ板４３Ｃとを、この順に重ね合わせて接合したときに、第１のセパレータ板４２の一部と当接するように、第１のセパレータ板４２における空気供給口４２ｈの形成位置と一致しない位置に配置されている。なお、本変形例では、複数のリブ部４３ｒの外形形状は、すべて同一の矩形形状であるものとしたが、他の形状としてもよい。また第２のセパレータ板４３Ｃにおける複数のリブ部４３ｒの配置は、第１のセパレータ板４２の空気供給口４２ｈの形成位置と一致しない範囲内で、任意に設定可能である。   As shown in the figure, the second separator plate 43C has a plurality of convex shapes on the first separator plate 42 side instead of the plurality of dimple portions 43d in the second separator plate 43 in the first embodiment. A rib 43r is provided. And these some rib parts 43r are a part of 1st separator plate 42, when the 1st separator plate 42, the gasket 44, and the 2nd separator plate 43C are piled up and joined in this order. The first separator plate 42 is disposed at a position that does not coincide with the formation position of the air supply port 42h. In the present modification, the outer shapes of the plurality of rib portions 43r are all the same rectangular shape, but may be other shapes. The arrangement of the plurality of ribs 43r on the second separator plate 43C can be arbitrarily set within a range that does not coincide with the formation position of the air supply port 42h of the first separator plate 42.

Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、カソード側セパレータ４５と、アノード側セパレータ４６とを別個に形成するものとしたが、これらを一体的に形成するようにしてもよい。 E4. Modification 4:
In the above embodiment, the cathode side separator 45 and the anode side separator 46 are formed separately, but they may be formed integrally.

以下、カソード側セパレータとアノード側セパレータとを一体的に形成した変形例としてのセパレータ４５Ｄについて説明する。なお、このセパレータ４５Ｄは、先に説明した第１実施例におけるカソード側セパレータ４５の第２のセパレータ板４３に、さらに、後述するガスケット４８、および、アノード対向板４７をこの順に接合することによって構成されるものとした。   Hereinafter, a separator 45D as a modified example in which the cathode side separator and the anode side separator are integrally formed will be described. The separator 45D is constructed by further joining a gasket 48 and an anode facing plate 47, which will be described later, in this order to the second separator plate 43 of the cathode side separator 45 in the first embodiment described above. It was supposed to be.

図１２は、セパレータ４５Ｄにおいて、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側に配置されるアノード対向板４７の概略構造を示す説明図である。図１２（ａ）に、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側から見たアノード対向板４７の平面図を示した。図中の破線で囲った領域は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域を表している。また、図１２（ｂ）には、図１２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。なお、本実施例では、アノード対向板４７として、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１と同一の矩形形状を有するステンレス鋼製の板を用いるものとした。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic structure of the anode facing plate 47 arranged on the anode side of the seal gasket-integrated MEA 41 in the separator 45D. FIG. 12A shows a plan view of the anode facing plate 47 viewed from the anode side of the seal gasket-integrated MEA 41. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA 411 in the seal gasket-integrated MEA 41. FIG. 12B shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In this embodiment, as the anode facing plate 47, a stainless steel plate having the same rectangular shape as that of the seal gasket-integrated MEA 41 is used.

図１２（ａ）に示したように、アノード対向板４７には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４７２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４７２ｏと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔４７４ｉと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４７３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４７３ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔４７４ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in FIG. 12A, the anode facing plate 47 has three air supply through holes 472i constituting the air supply manifold at positions corresponding to the through holes formed in the seal gasket integrated MEA 41. Three cathode offgas discharge through holes 472o constituting a cathode offgas discharge manifold, a cooling water supply through hole 474i constituting a cooling water supply manifold, and a hydrogen supply / discharge through hole 473i constituting a hydrogen supply manifold, The anode off-gas discharge through-hole 473o constituting the anode off-gas discharge manifold and the cooling water discharge through-hole 474o constituting the cooling water discharge manifold are respectively formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

そして、水素供給排出用貫通孔４７３ｉには、水素供給排出用貫通孔４７３ｉからシールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側金属多孔体層４１１ａの端部に水素を流すための複数の水素供給用流路形成部４７３ｉｐが設けられている。また、アノードオフガス排出用貫通孔４７３ｏには、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側金属多孔体層４１１ａの端部からアノードオフガス排出用貫通孔４７３ｏにアノードオフガスを流すための複数のアノードオフガス排出用流路形成部４７３ｏｐが設けられている。   The hydrogen supply / discharge through hole 473i is formed with a plurality of hydrogen supply flow paths for flowing hydrogen from the hydrogen supply / discharge through hole 473i to the end of the anode-side metal porous body layer 411a of the seal gasket-integrated MEA 41. A portion 473ip is provided. The anode off-gas discharge through-hole 473o has a plurality of anode off-gas discharge flows for flowing the anode off-gas from the end of the anode-side metal porous body layer 411a of the seal gasket-integrated MEA 41 to the anode off-gas discharge through-hole 473o. A path forming portion 473op is provided.

また、アノード対向板４７において、ＭＥＡ４１１に対応する破線で囲まれた領域には、図１２（ｂ）に示したように、第２のセパレータ板４３側に凸の形状を有する複数のディンプル部４７ｄが格子状に配置されて形成されている。そして、複数のディンプル部４７ｄは、後述するように、アノード対向板４７と、ガスケット４８と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、第２のセパレータ板４３の一部と当接するように、第２のセパレータ板４３におけるディンプル部４３ｄの形成位置と、アノード対向板４７におけるディンプル部４７ｄの形成位置とが、千鳥配置となるように配置されている。なお、本変形例では、複数のディンプル部４７ｄの外形形状は、すべて直径が同一の円形であるものとした。これら複数のディンプル部４７ｄは、例えば、ステンレス鋼製の平板に、プレス加工を施すことによって、形成することができる。   In the anode facing plate 47, a plurality of dimple portions 47d having a convex shape on the second separator plate 43 side are formed in a region surrounded by a broken line corresponding to the MEA 411 as shown in FIG. Are arranged in a grid pattern. As will be described later, when the anode facing plate 47, the gasket 48, and the second separator plate 43 are overlapped and joined in this order, the plurality of dimple portions 47d are connected to the second separator plate 43. The position where the dimple portion 43d is formed on the second separator plate 43 and the position where the dimple portion 47d is formed on the anode facing plate 47 are arranged in a staggered manner so as to contact a part. In this modification, the outer shapes of the plurality of dimple portions 47d are all circular with the same diameter. The plurality of dimple portions 47d can be formed, for example, by pressing a flat plate made of stainless steel.

また、複数のディンプル部４７ｄは、第２のセパレータ板４３の一部と当接して、燃料電池スタック１００において、スタック構造の積層方向に押圧力が加えられたときの、アノード対向板４７と、第２のセパレータ板４３との間に形成される空間、すなわち、後述する冷却水の流路の圧縮変形を抑制する機能を有している。   The dimple portions 47d are in contact with a part of the second separator plate 43, and in the fuel cell stack 100, when the pressing force is applied in the stacking direction of the stack structure, the anode facing plate 47, It has a function of suppressing the compressive deformation of a space formed between the second separator plate 43, that is, a cooling water passage to be described later.

図１３は、ガスケット４８の平面図である。このガスケット４８としては、先に説明したガスケット４４と同様に、金属製の部材を用いるものとしてもよいし、シリコーンゴム等の弾性部材を用いるものとしてもよい。   FIG. 13 is a plan view of the gasket 48. As the gasket 48, similarly to the gasket 44 described above, a metal member may be used, or an elastic member such as silicone rubber may be used.

図示するように、ガスケット４８には、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１に形成された各貫通孔と対応する位置に、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給用貫通孔４８２ｉと、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔４８２ｏと、水素供給マニホールドを構成する水素供給排出用貫通孔４８３ｉと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔４８３ｏとがそれぞれ形成されている。これらの各貫通孔の形状は、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１において、これらと対応する各貫通孔の形状と同じである。   As shown in the figure, the gasket 48 includes three air supply through holes 482i constituting the air supply manifold and a cathode off gas discharge manifold at positions corresponding to the respective through holes formed in the seal gasket integrated MEA 41. Three cathode off-gas discharge through-holes 482o, a hydrogen supply / discharge through-hole 483i constituting the hydrogen supply manifold, and an anode off-gas discharge through-hole 483o constituting the anode off-gas discharge manifold are formed. The shape of each of these through holes is the same as the shape of each of the corresponding through holes in the seal gasket-integrated MEA 41.

また、ガスケット４８において、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１におけるＭＥＡ４１１に対応する領域と、冷却水供給用貫通孔４１４ｉ、および、冷却水排出用貫通孔４１４ｏに対応する領域と、ＭＥＡ４１１に対応する領域と冷却水供給用貫通孔４１４ｉに対応する領域との間の領域と、ＭＥＡ４１１に対応する領域と冷却水排出用貫通孔４１４ｏに対応する領域との間の領域には、貫通孔４８１が形成されている。この貫通孔４８１は、アノード対向板４７と、ガスケット４８と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、セパレータ４５Ｄの内部に冷却水の流路（空隙）を形成する。   Further, in the gasket 48, an area corresponding to the MEA 411 in the seal gasket-integrated MEA 41, an area corresponding to the cooling water supply through hole 414i and the cooling water discharge through hole 414o, an area corresponding to the MEA 411, and the cooling water. A through hole 481 is formed in a region between the region corresponding to the supply through hole 414i and a region between the region corresponding to the MEA 411 and the region corresponding to the cooling water discharge through hole 414o. The through-hole 481 forms a cooling water flow path (gap) inside the separator 45D when the anode facing plate 47, the gasket 48, and the second separator plate 43 are overlapped and joined in this order. To do.

なお、ガスケット４８の厚さは、アノード対向板４７と、ガスケット４８と、第２のセパレータ板４３とを、この順に重ね合わせて接合したときに、第２のセパレータ板４３と、アノード対向板４７に形成されたディンプル部４７ｄとが当接するように、ディンプル部４７ｄの高さとほぼ同じ値が設定されている。   The thickness of the gasket 48 is such that when the anode facing plate 47, the gasket 48, and the second separator plate 43 are overlapped and joined in this order, the second separator plate 43 and the anode facing plate 47 are joined. The height of the dimple portion 47d is set to be approximately the same value so that the dimple portion 47d formed in the contact with the dimple portion 47d is in contact with the dimple portion 47d.

図１４は、セパレータ４５Ｄの概略構造を示す説明図である。なお、先に説明したように、セパレータ４５Ｄは、カソード側セパレータ４５の第２のセパレータ板４３に、さらに、ガスケット４８、および、アノード対向板４７をこの順に接合することによって構成されるが、ここでは、図示の簡略化のため、第２のセパレータ板４３に、ガスケット４８、および、アノード対向板４７と接合した状態を示すこととし、第１のセパレータ板４２、および、ガスケット４４の図示は省略した。図１４（ａ）に、セパレータ４５Ｄの平面図を示した。また、図１４（ｂ）には、図１４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。また、図１４（ｂ）には、図１４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic structure of the separator 45D. As described above, the separator 45D is configured by further joining the gasket 48 and the anode facing plate 47 in this order to the second separator plate 43 of the cathode side separator 45. For simplification of illustration, the second separator plate 43 is shown as being joined to the gasket 48 and the anode facing plate 47, and the first separator plate 42 and the gasket 44 are not shown. did. FIG. 14A shows a plan view of the separator 45D. FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図１４（ａ）に示したように、アノード対向板４７に形成されたディンプル部４７ｄと、第２のセパレータ板４３に形成されたディンプル部４３ｄとは、千鳥配置となっている。また、図１４（ｂ）に示したように、アノード対向板４７に形成されたディンプル部４７ｄは、第２のセパレータ板４３の一部と当接している。また、図１４（ｃ）に示したように、アノード対向板４７と、第２のセパレータ板４３との間には、冷却水の流路（空隙４８ｇ）が形成されている。   As shown in FIG. 14A, the dimple portions 47d formed on the anode facing plate 47 and the dimple portions 43d formed on the second separator plate 43 are arranged in a staggered manner. As shown in FIG. 14B, the dimple portion 47 d formed on the anode facing plate 47 is in contact with a part of the second separator plate 43. Further, as shown in FIG. 14C, a cooling water flow path (gap 48 g) is formed between the anode facing plate 47 and the second separator plate 43.

図１５は、変形例としてのセル４０Ｄにおける水素の供給、および、アノードオフガスの排出の様子を示す説明図である。シールガスケット一体型ＭＥＡ４１とセパレータ４５Ｄとを積層させたときの、図１４におけるＣ−Ｃ断面図を示した。なお、セル４０Ｄにおける空気、生成水の流れは、第１実施例と同じであるので、説明を省略する。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing how hydrogen is supplied and anode off-gas is discharged in a cell 40D as a modification. The CC sectional view in FIG. 14 when the seal gasket-integrated MEA 41 and the separator 45D are laminated is shown. In addition, since the flow of air and generated water in the cell 40D is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

図中に実線矢印で示したように、第２のセパレータ板４３の水素供給排出用貫通孔４２３ｉ、ガスケット４４の水素供給排出用貫通孔４４３ｉ、第２のセパレータ板４３の水素供給排出用貫通孔４３３ｉ、ガスケット４８の水素供給排出用貫通孔４８３ｉ、アノード対向板４７の水素供給排出用貫通孔４７３ｉを流れる水素は、アノード対向板４７の水素供給排出用貫通孔４７３ｉから分岐して、複数の水素供給用流路形成部４７３ｉｐを通り、シールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側金属多孔体層４１１ａの端部にそれぞれ供給される。そして、この供給された水素は、アノード側金属多孔体層４１１ａ中を、ほぼ面に沿って拡散しつつ流れ、ＭＥＡ４１１のカソードに供給され、発電に供される。そして、発電で未消費のアノードオフガスは、複数のアノードオフガス排出用流路形成部４７３ｏｐを通り、アノードオフガス排出用貫通孔４７３ｏに排出される。   As indicated by solid arrows in the figure, the hydrogen supply / discharge through hole 423i of the second separator plate 43, the hydrogen supply / discharge through hole 443i of the gasket 44, and the hydrogen supply / discharge through hole of the second separator plate 43 are shown. 433i, hydrogen supply / discharge through-hole 483i of the gasket 48, and hydrogen flowing through the hydrogen supply / discharge through-hole 473i of the anode facing plate 47 branch from the hydrogen supply / discharge through-hole 473i of the anode facing plate 47, It passes through the supply flow path forming portion 473ip and is supplied to the end portion of the anode-side metal porous body layer 411a of the seal gasket-integrated MEA 41. The supplied hydrogen flows in the anode-side metal porous body layer 411a while diffusing substantially along the surface, supplied to the cathode of the MEA 411, and used for power generation. The anode off gas that has not been consumed in power generation passes through the plurality of anode off gas discharge flow path forming portions 473op and is discharged into the anode off gas discharge through hole 473o.

なお、冷却水は、図中に破線矢印で示したように、アノード対向板４７と第２のセパレータ板４３との間に形成された空隙４８ｇを流れる。   Note that the cooling water flows through a gap 48g formed between the anode facing plate 47 and the second separator plate 43, as indicated by broken line arrows in the figure.

以上説明した本変形例のセル４０Ｄによれば、カソード側セパレータと、アノード側セパレータとを一体的に形成したセパレータ４５Ｄを用いるので、燃料電池スタック１００を構成する部品の部品点数を減少させるこができる。したがって、燃料電池スタック１００の組み付け性を向上させることができる。   According to the cell 40D of this modification described above, since the separator 45D in which the cathode side separator and the anode side separator are integrally formed is used, the number of parts constituting the fuel cell stack 100 can be reduced. it can. Therefore, the assembly property of the fuel cell stack 100 can be improved.

Ｅ５．変形例５：
上記第３実施例では、第１のセパレータ板４２と、第２のセパレータ板４３Ｂとの間に、金属多孔体層４５ｐを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。金属多孔体層４５ｐの代わりに、導電性、および、ガス拡散性を有する他の支持部材、例えば、金属製の網等を備えるようにしてもよい。 E5. Modification 5:
In the third embodiment, the metal porous body layer 45p is provided between the first separator plate 42 and the second separator plate 43B. However, the present invention is not limited to this. Instead of the metal porous body layer 45p, another support member having conductivity and gas diffusibility, for example, a metal net or the like may be provided.

Ｅ６．変形例６：
上記実施例、および、変形例では、第１のセパレータ板４２に形成されたすべての空気供給口４２ｈに突出部４２ｈｐを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。第１のセパレータ板４２に形成された一部の空気供給口４２ｈに突出部４２ｈｐを備えるようにしてもよい。 E6. Modification 6:
In the above-described embodiments and modifications, all the air supply ports 42h formed in the first separator plate 42 are provided with the protruding portions 42hp, but the present invention is not limited to this. You may make it equip some air supply ports 42h formed in the 1st separator plate 42 with the protrusion part 42hp.

Ｅ７．変形例７：
上記実施例、および、変形例では、本発明をセルのカソード側に適用した場合について説明したが、さらに、アノード側に適用するようにしてもよい。こうすることによって、アノードのほぼ全面に、濃度の等しい水素を供給することができる。また、カソードで生成され、電解質膜を介して、アノードに透過した生成水を、燃料電池の外部に、効率的に排出することができる。 E7. Modification 7:
In the above embodiments and modifications, the case where the present invention is applied to the cathode side of the cell has been described. However, the present invention may be applied to the anode side. By doing so, hydrogen having the same concentration can be supplied to almost the entire surface of the anode. In addition, the water produced at the cathode and permeated through the anode through the electrolyte membrane can be efficiently discharged out of the fuel cell.

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 1000 provided with the fuel cell stack 100 as one Example of this invention. シールガスケット一体型ＭＥＡ４１の概略構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of seal gasket integrated type MEA41. 第１のセパレータ板４２の概略構造を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a first separator plate 42. 第２のセパレータ板４３の概略構造を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a second separator plate 43. ガスケット４４の平面図である。4 is a plan view of a gasket 44. FIG. カソード側セパレータ４５の概略構造を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a cathode side separator 45. FIG. アノード側セパレータ４６の概略構造を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing a schematic structure of an anode separator 46. FIG. セル４０における空気の供給および生成水の排出の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of supply of the air in cell 40, and discharge | emission of produced water. 第２実施例のセル４０Ａの概略断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic sectional structure of the cell 40A of 2nd Example. 第３実施例のセル４０Ｂの断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-section of the cell 40B of 3rd Example. 変形例としての第２のセパレータ板４３Ｃの概略構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the 2nd separator plate 43C as a modification. セパレータ４５Ｄにおいてシールガスケット一体型ＭＥＡ４１のアノード側に配置されるアノード対向板４７の概略構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the anode opposing board 47 arrange | positioned in the separator 45D at the anode side of seal gasket integrated MEA41. ガスケット４８の平面図である。3 is a plan view of a gasket 48. FIG. セパレータ４５Ｄの概略構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of separator 45D. 変形例としてのセル４０Ｄにおける水素の供給およびアノードオフガスの排出の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of supply of hydrogen in the cell 40D as a modification, and discharge | emission of anode off gas.

符号の説明Explanation of symbols

１０００...燃料電池システム
１００...燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ...エンドプレート
２０ａ，２０ｂ...絶縁板
３０ａ，３０ｂ...集電板
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｄ...セル
４１，４１Ａ...シールガスケット一体型ＭＥＡ
４１０...シールガスケット
４１１...ＭＥＡ
４１１ａ...アノード側金属多孔体層
４１１ｃ...カソード側金属多孔体層
４１２ｉ...空気供給用貫通孔
４１２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４１２ｄ...凹部
４１３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４１３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４１４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４１４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４２...第１のセパレータ板
４２ｈ...空気供給口（貫通孔）
４２ｈｐ...突出部
４２２ｉ...空気供給用貫通孔
４２２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４２３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４２３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４２４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４２４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４３，４３Ｂ，４３Ｃ...第２のセパレータ板
４３ｄ...ディンプル部
４３ｒ...リブ部
４３２ｉ...空気供給用貫通孔
４３２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４３３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４３３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４３４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４３４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４４...ガスケット
４４ｇ...空隙
４４１...貫通孔
４４２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４４３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４４３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４４４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４４４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４５，４５Ｂ...カソード側セパレータ
４５ｇ...空隙
４５ｐ...金属多孔体層
４５Ｄ...セパレータ
４６...アノード側セパレータ
４６２ｉ...空気供給用貫通孔
４６２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４６３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４６３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４６３ｄ...溝部
４６３ｒ...リブ部
４６４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４６４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４６４ｄ...溝部
４６４ｒ...リブ部
４７...アノード対向板
４７ｄ...ディンプル部
４７２ｉ...空気供給用貫通孔
４７２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４７３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４７３ｉｐ...水素供給用流路形成部
４７３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
４７３ｏｐ...アノードオフガス排出用流路形成部
４７４ｉ...冷却水供給用貫通孔
４７４ｏ...冷却水排出用貫通孔
４８...ガスケット
４８ｇ...空隙
４８１...貫通孔
４８２ｉ...空気供給用貫通孔
４８２ｏ...カソードオフガス排出用貫通孔
４８３ｉ...水素供給排出用貫通孔
４８３ｏ...アノードオフガス排出用貫通孔
５０...水素タンク
５１...シャットバルブ
５２...レギュレータ
５３...配管
５４...循環配管
５５...ポンプ
５６...排出配管
５７...排気バルブ
６０...コンプレッサ
６１...配管
６２...排出配管
７０...ポンプ
７１...ラジエータ
７２...配管
８０...制御ユニット 1000 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell stack 10a, 10b ... End plate 20a, 20b ... Insulating plate 30a, 30b ... Current collector plate 40, 40A, 40B, 40D ... Cell 41, 41A ... MEA with seal gasket
410 ... Seal gasket 411 ... MEA
411a ... Anode-side porous metal layer 411c ... Cathode-side porous metal layer 412i ... Air supply through-hole 412o ... Cathode off-gas discharge through-hole 412d ... Recess 413i ... Hydrogen supply Discharge through hole 413o ... Anode off gas discharge through hole 414i ... Cooling water supply through hole 414o ... Cooling water discharge through hole 42 ... First separator plate 42h ... Air supply port (Through hole)
42hp ... protruding portion 422i ... air supply through hole 422o ... cathode off gas discharge through hole 423i ... hydrogen supply discharge through hole 423o ... anode off gas discharge through hole 424i ... cooling Through hole for water supply 424o ... Through hole for cooling water discharge 43, 43B, 43C ... Second separator plate 43d ... Dimple part 43r ... Rib part 432i ... Through hole for air supply 432o ... Cathode off gas discharge through hole 433i ... Hydrogen supply discharge through hole 433o ... Anode off gas discharge through hole 434i ... Cooling water supply through hole 434o ... Cooling water discharge through hole 44 ... Gas 44g ... Gap 441 ... Through hole 442o ... Through hole for cathode offgas discharge 443i ... Through hole for hydrogen supply / discharge 443o ... Through hole for anode offgas discharge 444i ... Cooling Through hole for water supply 444o .. .Cooling water discharge through holes 45, 45B ... Cathode side separator 45g ... Air gap 45p ... Metal porous body layer 45D ... Separator 46 ... Anode side separator 462i ... Air supply through hole 462o ... Cathode off-gas discharge through hole 463i ... Hydrogen supply / discharge through hole 463o ... Anode off gas discharge through hole 463d ... Groove 463r ... Rib 464i ... Cooling water supply through Hole 464o ... Cooling water discharge through hole 464d ... Groove part 464r ... Rib part 47 ... Anode counter plate 47d ... Dimple part 472i ... Air supply through hole 472o ... Cathode off gas Through-hole for discharging 473i ... Through hole for discharging and supplying hydrogen 473ip ... Through passage forming portion for supplying hydrogen 473o ... Through hole for discharging anode off-gas 473op ... Through passage forming portion for discharging anode off-gas 474i .. Through water supply Hole 474o ... Cooling water discharge through hole 48 ... Gasket 48g ... Air gap 481 ... Through hole 482i ... Air supply through hole 482o ... Cathode off-gas discharge through hole 483i ... Through hole for hydrogen supply and discharge 483o ... Through hole for discharging anode off gas 50 ... Hydrogen tank 51 ... Shut valve 52 ... Regulator 53 ... Pipe 54 ... Circulation pipe 55 ... Pump 56 ... Discharge piping 57 ... Exhaust valve 60 ... Compressor 61 ... Piping 62 ... Discharge piping 70 ... Pump 71 ... Radiator 72 ... Piping 80 ... Control unit

Claims (8)

電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持した燃料電池であって、
前記セパレータは、
該セパレータの内部に形成され、前記ガス拡散電極に供給すべき反応ガスを流すための反応ガス流路と、
前記ガス拡散電極側の前記セパレータの表面から前記反応ガス流路に貫通し、前記反応ガス流路から前記ガス拡散電極の表面に前記反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給口と、を備え、
前記複数の反応ガス供給口は、前記表面に、二次元的に分散させて配置されており、
前記複数の反応ガス供給口のうちの少なくとも一部は、前記表面から前記ガス拡散電極側に突出するとともに、前記反応ガス供給口の側壁をなす突出部を備える、燃料電池。 A fuel cell in which a membrane electrode assembly formed by bonding gas diffusion electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators,
The separator is
A reaction gas passage formed inside the separator for flowing a reaction gas to be supplied to the gas diffusion electrode;
A plurality of reaction gas supply ports for penetrating from the surface of the separator on the gas diffusion electrode side to the reaction gas channel, and for supplying the reaction gas from the reaction gas channel to the surface of the gas diffusion electrode; Prepared,
The plurality of reaction gas supply ports are two-dimensionally distributed on the surface, and
At least a part of the plurality of reaction gas supply ports protrudes from the surface toward the gas diffusion electrode, and includes a protrusion that forms a side wall of the reaction gas supply port. 請求項１記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、
前記ガス拡散電極側に配置され、前記複数の反応ガス供給口を備える第１のセパレータ板と、
第２のセパレータ板と、
前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板とによって挟持され、前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記反応ガス流路を形成する反応ガス流路形成部材と、
を備える燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The separator is
A first separator plate disposed on the gas diffusion electrode side and provided with the plurality of reaction gas supply ports;
A second separator plate;
A reaction gas flow path that is sandwiched between the first separator plate and the second separator plate and forms the reaction gas flow path between the first separator plate and the second separator plate. A forming member;
A fuel cell comprising: 請求項２記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板の一部に当接するとともに、導電性を有する支持部材を備える、燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
Between the 1st separator plate and the 2nd separator plate, while contacting a part of the 1st separator plate and the 2nd separator plate, it has an electroconductive support member. ,Fuel cell. 請求項３記載の燃料電池であって、
前記支持部材は、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板のうちの少なくとも一方に、一体的に形成されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The support member is a fuel cell formed integrally with at least one of the first separator plate and the second separator plate. 請求項４記載の燃料電池であって、
前記支持部材は、ディンプル形状、および、リブ形状のうちの少なくとも一方の形状を有する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 4, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the support member has at least one of a dimple shape and a rib shape. 請求項２記載の燃料電池であって、
前記第１のセパレータ板と、前記第２のセパレータ板との間に、前記第１のセパレータ板、および、前記第２のセパレータ板と当接するとともに、導電性、および、ガス拡散性を有する支持部材を備える、燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
Between the first separator plate and the second separator plate, the first separator plate and the second separator plate are in contact with the first separator plate and the second separator plate, and the support has conductivity and gas diffusibility. A fuel cell comprising a member. 請求項６記載の燃料電池であって、
前記支持部材は、金属多孔体、または、金属製の網からなる、燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein
The support member is a fuel cell made of a metal porous body or a metal net. 電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持した燃料電池に用いられる前記セパレータであって、
前記セパレータの内部に形成され、前記ガス拡散電極に供給すべき反応ガスを流すための反応ガス流路と、
前記ガス拡散電極側の前記セパレータの表面から前記反応ガス流路に貫通し、前記反応ガス流路から前記ガス拡散電極の表面に前記反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給口と、を備え、
前記複数の反応ガス供給口は、前記表面に、二次元的に分散させて配置されており、
前記複数の反応ガス供給口のうちの少なくとも一部は、前記表面から前記ガス拡散電極側に突出するとともに、前記反応ガス供給口の側壁をなす突出部を備える、セパレータ。 A separator used for a fuel cell in which a membrane electrode assembly formed by bonding gas diffusion electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators,
A reaction gas flow path formed inside the separator for flowing a reaction gas to be supplied to the gas diffusion electrode;
A plurality of reaction gas supply ports for penetrating from the surface of the separator on the gas diffusion electrode side to the reaction gas channel, and for supplying the reaction gas from the reaction gas channel to the surface of the gas diffusion electrode; Prepared,
The plurality of reaction gas supply ports are two-dimensionally distributed on the surface, and
At least a part of the plurality of reaction gas supply ports protrudes from the surface toward the gas diffusion electrode and includes a protrusion that forms a side wall of the reaction gas supply port.

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