特許 6663553 燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6663553

(24)【登録日】2020年2月19日

(45)【発行日】2020年3月13日

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20200302BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20200302BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20200302BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0258

   H01M8/2465

   !H01M8/10

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-227051(P2016-227051)

(22)【出願日】2016年11月22日

(65)【公開番号】特開2018-85207(P2018-85207A)

(43)【公開日】2018年5月31日

【審査請求日】2019年1月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】近藤 考司

(72)【発明者】

【氏名】橋本 圭二

(72)【発明者】

【氏名】菅野 大輔

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０３６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５３１９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２５８

Ｈ０１Ｍ ８／２４６５

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膜電極接合体を有する第１プレートと、同第１プレートを挟む一対の第１セパレータと、それら前記第１セパレータおよび前記第１プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第１流路と、を備えて積層された複数の発電セルと、
第２プレートと、同第２プレートを挟む一対の第２セパレータと、それら前記第２セパレータおよび前記第２プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第２流路と、を備えて前記発電セルの積層方向における両端のうちの少なくとも一方に設けられたエンドセルと、
前記第１セパレータと前記第１プレートと前記第２セパレータと前記第２プレートとに各別に形成された貫通孔からなるとともに、前記積層方向に延びて前記第１流路および前記第２流路に発電用ガスを分配して導入する導入路と、を有する燃料電池であって、
前記エンドセルは、
前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向上流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して下方に窪んでなる「第１構造」と、
前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して上方に突出してなる「第２構造」と、の両方の構造をなし、
前記エンドセルは、前記「第２構造」をなしており、前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっている燃料電池。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池において、
前記積層方向における一方の端部に配置される前記エンドセルは、前記導入路の外部から内部に発電用ガスを流入させるガス供給路が接続されており、前記「第１構造」と前記「第２構造」との両方の構造をなしていることを特徴とする燃料電池。

【請求項3】

請求項１または２に記載の燃料電池において、
前記エンドセルは、前記第２流路が前記導入路に各別に連通される複数の並列路からなるとともに、同複数の並列路のうちの下方側の並列路の圧力損失が上方側の並列路の圧力損失よりも小さくなっていることを特徴とする燃料電池。

【請求項4】

請求項３に記載の燃料電池において、
前記エンドセルは、前記下方側の並列路における前記導入路側の端部の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっていることを特徴とする燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のセルが積層されてなる燃料電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体高分子型の燃料電池の発電セルは、イオン交換膜からなる電解質膜を一対の電極で挟む構造の膜電極接合体（いわゆるＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを備えている。そして、一方のセパレータと膜電極接合体との間のガス流路に燃料ガス（例えば水素ガス）が供給され、他方のセパレータと膜電極接合体との間のガス流路に酸化ガス（例えば空気）が供給される。

【0003】

通常、燃料電池は複数の発電セルが積層された構造になっている。そして、燃料電池の内部には、各発電セルのガス流路に発電用ガスを分配して導入する導入路や、各ガス流路を通過した後の発電用ガスを合流させて排出する排出路が設けられている。

【0004】

特許文献１では、そうした燃料電池が、複数の発電セルの積層方向の端部に設けられたエンドセルを有している。エンドセルは例えば、プレートと同プレートを挟む一対のセパレータとからなる。そして、プレートと各セパレータの間には、上記導入路と排出路とを連通して発電用ガスの流れをバイパスするバイパス流路が区画形成されている。

【0005】

このエンドセルは、発電しない構造であり、複数の発電セルの積層方向の端部において断熱効果を発揮する。こうしたエンドセルにより、積層方向の端部に配置された発電セルの温度が低くなることが抑えられて、同発電セルの内部での結露等による水の発生が抑えられるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−１６４０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ここで、結露などによる水の発生は、発電セルの内部に限らず、燃料電池の外部から内部に発電用ガスを供給するガス供給路内でも起こりうる。そして、そうしたガス供給路内の水がガス流れによって押し流される等して発電セルに侵入して滞留すると、膜電極接合体へのガス供給量の低下を招いて、発電効率の低下を招くおそれがある。

【0008】

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電セルへの水の流入を抑えることのできる燃料電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するための燃料電池は、膜電極接合体を有する第１プレートと、同第１プレートを挟む一対の第１セパレータと、それら前記第１セパレータおよび前記第１プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第１流路と、を備えて積層された複数の発電セルと、第２プレートと、同第２プレートを挟む一対の第２セパレータと、それら前記第２セパレータおよび前記第２プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第２流路と、を備えて前記発電セルの積層方向における両端のうちの少なくとも一方に設けられたエンドセルと、前記第１セパレータと前記第１プレートと前記第２セパレータと前記第２プレートとに各別に形成された貫通孔からなるとともに、前記積層方向に延びて前記第１流路および前記第２流路に発電用ガスを分配して導入する導入路と、を有する燃料電池であって、前記エンドセルは、前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向上流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して下方に窪んでなる「第１構造」と、前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して上方に突出してなる「第２構造」と、のうちの少なくとも一方の構造をなしている。

【0010】

上記構成によれば、外部で発生して燃料電池の内部（導入路）に侵入した水を、導入路からエンドセル（第２流路）に流入する発電用ガスの流れによって同エンドセル内に吸引することができる。これにより、発電セルへの水の流入を抑えることができる。

【0011】

しかも、第１構造を採用することにより、導入路の前記エンドセル内に配置された部分のうちの上流側の部分を、発電セルの対応する部分（導入路の前記発電セル内に配置された部分のうちの上流側の部分）と比較して、底壁が下方に向けて凹んだ形状にすることができる。これにより、エンドセル内の導入路の上流側の部分が下方に広がる構造にすることができるため、同部分において発電用ガスの流れが下方に曲がり易くなり、その流れによって導入路内の水（あるいは水滴）が第２流路に流入し易くなる。

【0012】

また、第２構造が採用された燃料電池では、導入路の前記エンドセル内に配置された部分のうちの下流側の部分を、発電セルの対応する部分（導入路の前記発電セル内に配置された部分のうちの下流側の部分）と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状にすることができる。そのため、同部分に水（あるいは水滴）が当たるとともに、その水が下方に落ちることによって第２流路に流入するようになる。また、導入路の底壁における上方に突出した部分に発電用ガスの流れが突き当たることによって、その流れの一部が下方に偏向されるようになり、この発電用ガスの流れによって導かれて水（あるいは水滴）が第２流路に流入するようになる。

【0013】

このように上記構成によれば、第１構造および第２構造のいずれかを採用することにより、エンドセルの第２流路に水が流入し易くなるため、発電セルへの水の流入を抑えることができるようになる。

【0014】

上記燃料電池において、前記積層方向における一方の端部に配置される前記エンドセルは、前記導入路の外部から内部に発電用ガスを流入させるガス供給路が接続されており、前記「第１構造」と前記「第２構造」とのうちの少なくとも一方の構造をなしている。

【0015】

上記構成によれば、ガス供給路から導入路に水が流入した場合に、その水を、発電セルに到達する前にエンドセルの第２流路の内部に吸引することができる。これにより、発電セルに到達する水の量を抑えることができるため、同発電セルへの水の流入を的確に抑えることができる。

【0016】

上記燃料電池において、前記エンドセルは、前記「第２構造」をなしており、前記第２プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第２セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっていることが好ましい。

【0017】

上記構成によれば、導入路に流入した水がエンドセルの配設部分（第２流路と導入路との連通部分）に到達した場合に、その水が、第２プレートの貫通孔の内縁、あるいは下流側の第２セパレータの貫通孔の内縁に当たって下方に落ちることによって第２流路に流入するようになる。このように上記構成によれば、エンドセルの配設部分に到達した水を、同配設部分よりも下流側に通過させることのないように、第２流路に好適に流入させることができる。

【0018】

上記燃料電池において、前記エンドセルは、前記第２流路が前記導入路に各別に連通される複数の並列路からなるとともに、同複数の並列路のうちの下方側の並列路の圧力損失が上方側の並列路の圧力損失よりも小さくなっていることが好ましい。

【0019】

導入路からエンドセルの第２流路に水が流入した場合に、同第２流路内において水が滞留すると、その分だけ第２流路の流路断面積が小さくなってしまい、第２流路に流入する発電用ガスの流れが滞るようになって、導入路から第２流路への水の吸引を適正に行うことができなくなるおそれがある。

【0020】

上記構成では、複数の並列路のうちの、水が流入し易い下方側の並列路の圧力損失が、水が流入しにくい上方側の並列路の圧力損失よりも小さくなっている。そのため、上方側の並列路に流入する発電用ガスの量を少量に抑える一方で、下方側の並列路に流入する発電用ガスの量を多くすることができる。これにより、下方側の並列路内に水が吸引されて流入した場合に、その流入した水が並列路内に流入する比較的多量のガス流れによって押し流され易くなるため、並列路内での水の滞留を抑えることができ、第２流路に水を吸引する機能を維持することができる。

【0021】

上記燃料電池において、前記エンドセルは、前記下方側の並列路における前記導入路側の端部の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっていることが好ましい。

【0022】

上記構成によれば、導入路に流入した水がエンドセルの配設部分（第２流路と導入路との連通部分）に到達した場合に、その水が、第２流路を構成する複数の並列路のうちの上方側の並列路の端部ではなく、下方側の並列路の端部に位置するようになる。そのため、導入路から下方側の並列路に流入するガス流れを利用して、導入路内の水を第２流路に好適に吸入することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の燃料電池によれば、発電セルへの水の流入を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一実施形態の燃料電池の分解構造を概略的に示す略図。

【図2】発電セルの上流側第１セパレータの平面図。

【図3】発電セルのフレームプレートの平面図。

【図4】発電セルの下流側第１セパレータの平面図。

【図5】エンドセルの上流側第２セパレータの平面図。

【図6】エンドセルのフレームプレートの平面図。

【図7】エンドセルの下流側第２セパレータの平面図。

【図8】エンドセルの水素ガス排出路およびその周辺を燃料電池の外方側から見た平面図。

【図9】図８の９−９線に沿った燃料電池の端面図。

【図10】エンドセルの水素ガス導入路およびその周辺を燃料電池の外方側から見た平面図。

【図11】図１０の１１−１１線に沿った燃料電池の端面図。

【図12】エンドセル内での水素ガスの流通態様とともに示す上流側第２セパレータの平面図。

【図13】発電セル内での水素ガスの流通態様とともに示す上流側第１セパレータの平面図。

【図14】変形例の燃料電池の水素ガス導入路についての積層方向に沿った端面図。

【図15】変形例の燃料電池の水素ガス導入路についての積層方向に沿った端面図。

【図16】変形例の燃料電池の水素ガス導入路についての積層方向に沿った端面図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、燃料電池の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
先ず、燃料電池の概略構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池は、積層された複数（本実施形態では、３３０個）の発電セル１０と、それら発電セル１０をその積層方向Ｄ（図１の左右方向）において挟む位置に設けられた一対のエンドセル１１とを備えている。

【0026】

燃料電池の内部には、各発電セル１０や各エンドセル１１に対して、水素ガスを分配して導入する水素ガス導入路１２と、空気を分配して導入する空気導入路１３とが設けられている。また、燃料電池の内部には、各発電セル１０や各エンドセル１１を通過した後の水素ガスを合流させて排出する水素ガス排出路１４と、発電セル１０やエンドセル１１を通過した後の空気を合流させて排出する空気排出路１５とが設けられている。さらに、燃料電池の内部には、隣り合う発電セル１０の間や発電セル１０とエンドセル１１との間に冷却水を導入する冷却水導入路（図示略）と、冷却水を合流させて排出する冷却水排出路（図示略）とが設けられている。

【0027】

一対のエンドセル１１の一方（図１の左側）には、積層方向Ｄにおける外方側の端面を覆うように、スタックマニホールド１６が取り付けられている。このスタックマニホールド１６には、水素ガスを給排する水素ガス配管１７と、酸素ガス（具体的には空気）を給排する空気配管１８と、冷却水を給排する冷却水配管１９とが接続されている。燃料電池では、上記スタックマニホールド１６を介して、水素ガス導入路１２への水素ガスの供給や、空気導入路１３への空気の供給、水素ガス排出路１４からの水素ガスの排出、空気排出路１５からの空気の排出、冷却水導入路への冷却水の供給、冷却水排出路からの冷却水の排出が行われる。なお、水素ガス配管１７には、上記スタックマニホールド１６よりも上流側に、水素ガスを加湿する加湿器２０が設けられている。本実施形態では、スタックマニホールド１６および水素ガス配管１７が、水素ガス導入路１２の外部から内部に水素ガスを流入させるガス供給路に相当する。

【0028】

一対のエンドセル１１の他方（図１の右側）には、積層方向Ｄにおける外方側の端面を覆うように、エンドプレート２１が取り付けられている。このエンドプレート２１により、エンドセル１１の端面に配置された各流体流路（水素ガス導入路１２、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路、および冷却水排出路）の開口が塞がれている。

【0029】

なお本実施形態の燃料電池は、積層方向Ｄにおけるスタックマニホールド１６側の端部が下方になるように所定の角度α（本実施形態では、数°）だけ傾斜した状態で、電気自動車に電力源として搭載されている。このように傾斜した状態で燃料電池を搭載することにより、水素ガス排出路１４がスタックマニホールド１６側に向けて徐々に低くなるように傾斜した状態になっている。これにより、燃料電池は水素ガス排出路１４内の水を排出し易い構造になっている。

【0030】

次に、発電セル１０の構造について説明する。
発電セル１０は膜電極接合体５０Ａを有している。この膜電極接合体５０Ａは、固体高分子膜である電解質膜と、同電解質膜を挟む一対の電極と、それら電解質膜および電極を挟むカーボンシートからなる一対のガス拡散層とを備えた５層構造になっている。各発電セル１０は、上流側第１セパレータ３０と下流側第１セパレータ６０との間に平板形状のフレームプレート５０が挟まれた構造になっている。フレームプレート５０は、中央部分が上記膜電極接合体５０Ａをなすとともにそれ以外の部分が絶縁体によって構成されている。

【0031】

図２に示すように、上流側第１セパレータ３０は、金属製の薄板状部材に対してプレス加工によって凹凸が付与されたものである。この凹凸は、発電セル１０の内部に水素ガスを通過させる第１流路（水素ガス流路１０Ａ）を区画したり、隣り合う発電セル１０の間に冷却水を流通させる冷却水流路を区画したりする役割がある。なお図２は、フレームプレート５０（図１参照）に対向する面が手前になる状態の上流側第１セパレータ３０を示している。

【0032】

上流側第１セパレータ３０は貫通孔３１〜３６を有している。貫通孔３１は上流側第１セパレータ３０の長手方向（図２の左右方向）における一方の縁部の上方部分（図２の左上）に設けられて、前記水素ガス導入路１２の一部を構成している。貫通孔３２は上流側第１セパレータ３０の長手方向における他方の縁部の下方部分（図２の右下）に設けられて、前記水素ガス排出路１４の一部を構成している。貫通孔３３は上流側第１セパレータ３０の長手方向における一方の縁部の上方部分（図２の右上）に設けられて、前記空気導入路１３の一部を構成している。貫通孔３４は上流側第１セパレータ３０の長手方向における他方の縁部の下方部分（図２の左下）に設けられて、前記空気排出路１５の一部を構成している。貫通孔３５は上流側第１セパレータ３０の長手方向における一方（図２の左側）の縁部に設けられて、前記冷却水流路に冷却水を分配して導入する冷却水導入路２２の一部を構成している。貫通孔３６は上流側第１セパレータ３０の長手方向における他方（図２の右側）の縁部に設けられて、冷却水流路を通過した後の冷却水を合流させて排出する冷却水排出路２３の一部を構成している。なお、各貫通孔３１，３２，３３，３４，３５，３６の内周縁は、フレームプレート５０から離間する方向に向けて窪んだ凹部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ，３６Ａになっている。

【0033】

上流側第１セパレータ３０の長手方向における中央部分には凹部３７が形成されている。この凹部３７の形成範囲は、膜電極接合体５０Ａに隣接する部分（図２中に破線で示す部分）を含んでいる。発電セル１０の内部では、上流側第１セパレータ３０と上記フレームプレート５０（図１参照）とが密着している。これにより、上流側第１セパレータ３０とフレームプレート５０との間には、凹部３７によって、水素ガスが通過する水素ガス流路１０Ａの一部になる空間が区画形成されている。

【0034】

上記凹部３７の底部には、複数の流路凸部３８が形成されている。これら流路凸部３８は細長い形状に形成されて並列に延びている。そして、これら流路凸部３８によって、水素ガス流路１０Ａが、水素ガス導入路１２（貫通孔３１）と水素ガス排出路１４（貫通孔３２）との間を各別に連通する複数（本実施形態では１０本）の並列路４０に区画されている。詳しくは、それら並列路４０は、水素ガス導入路１２に各別に接続される複数（同１０本）の導入流路４１と、導入流路４１を複数本（同８本）に分岐する分配流路４２と、それら分配流路４２に各別に接続されて平行に延びる複数（同８０本）の主流路４３とを有している。また、複数の並列路４０は、主流路４３を合流させて複数（同１０本）の流路に収束させる収束流路４４と、収束させた収束流路４４を水素ガス排出路１４に各別に接続する複数の排出流路４５とを有している。本実施形態では、１本の並列路４０に流入した水素ガスが８本の主流路４３に分配されるように、分配流路４２および収束流路４４の形状が定められている。なお本実施形態では、分配流路４２および主流路４３が分岐路に相当する。

【0035】

図３に示すように、フレームプレート５０は、各流体流路（水素ガス導入路１２、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路２２、および冷却水排出路２３）の一部を構成する貫通孔５１〜５６を有している。発電セル１０の内部では、それら貫通孔５１〜５６の周縁において、フレームプレート５０と上流側第１セパレータ３０（図２参照）とが密着している。これにより、フレームプレート５０と上流側第１セパレータ３０との対向面間において、水素ガス導入路１２や、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路２２、冷却水排出路２３がその外部に対してシールされている。

【0036】

ただし、図２または図３に示すように、フレームプレート５０には、貫通孔３１（詳しくは、凹部３１Ａ）に隣接する位置から凹部３７に隣接する位置まで延びる長孔５１Ａが複数（本実施形態では１０本）形成されている。これら長孔５１Ａは、上流側第１セパレータ３０と下流側第１セパレータ６０（図１参照）との間において、水素ガス導入路１２（詳しくは、貫通孔３１）と凹部３７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、各長孔５１Ａが、水素ガス流路１０Ａの一部（具体的には、各導入流路４１の上記水素ガス導入路１２側の部分）を構成する。

【0037】

また、フレームプレート５０には、貫通孔３２（詳しくは、凹部３２Ａ）に隣接する位置から凹部３７に隣接する位置まで延びる長孔５２Ａが複数（同１０本）形成されている。これら長孔５２Ａは、上流側第１セパレータ３０と下流側第１セパレータ６０との間において、水素ガス排出路１４（詳しくは、貫通孔３２）と凹部３７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、各長孔５２Ａが、水素ガス流路１０Ａの一部（具体的には、各排出流路４５の上記水素ガス排出路１４側の部分）を構成する。

【0038】

図４に示すように、下流側第１セパレータ６０は、金属製の薄板状部材にプレス加工により凹凸が付与されたものである。この凹凸は、発電セル１０の内部に空気を通過させるガス流路（空気流路１０Ｂ）を区画したり、前記冷却水流路を区画したりする役割がある。上記下流側第１セパレータ６０の形状は、基本的には、上流側第１セパレータ３０（図２参照）の形状の鏡像になっている。なお図４はフレームプレート５０（図１参照）に対向する面が手前になる状態の下流側第１セパレータ６０を示している。

【0039】

下流側第１セパレータ６０は貫通孔６１〜６６を有している。貫通孔６１は下流側第１セパレータ６０の長手方向における一方の縁部の上方部分（図４の右上）に設けられて、前記水素ガス導入路１２の一部を構成している。貫通孔６２は下流側第１セパレータ６０の長手方向における他方の縁部の下方部分（図４の左下）に設けられて、前記水素ガス排出路１４の一部を構成している。貫通孔６３は下流側第１セパレータ６０の長手方向における一方の縁部の上方部分（図４の左上）に設けられて、前記空気導入路１３の一部を構成している。貫通孔６４は下流側第１セパレータ６０の長手方向における他方の縁部の下方部分（図４の右下）に設けられて、前記空気排出路１５の一部を構成している。貫通孔６５は下流側第１セパレータ６０の長手方向における一方（図４の右側）の縁部に設けられて、前記冷却水導入路２２の一部を構成している。貫通孔６６は下流側第１セパレータ６０の長手方向における他方（図４の左側）の縁部に設けられて、前記冷却水排出路２３の一部を構成している。なお、各貫通孔６１，６２，６３，６４，６５，６６の内周縁は、フレームプレート５０から離間する方向に向けて窪んだ凹部６１Ａ，６２Ａ，６３Ａ，６４Ａ，６５Ａ，６６Ａになっている。

【0040】

下流側第１セパレータ６０の長手方向における中央部分には凹部６７が形成されている。この凹部６７の形成範囲は、膜電極接合体５０Ａに隣接する部分（図４中に破線で示す部分）を含んでいる。発電セル１０の内部では、下流側第１セパレータ６０と上記フレームプレート５０（図３参照）とが密着している。これにより、下流側第１セパレータ６０とフレームプレート５０との間には、凹部６７によって、空気が通過する空気流路１０Ｂの一部になる空間が区画形成されている。

【0041】

上記凹部６７の底部には、複数の流路凸部６８が形成されている。これら流路凸部６８は細長い形状に形成されて並列に延びている。そして、これら流路凸部６８によって、空気流路１０Ｂが、空気導入路１３（貫通孔６３）と空気排出路１５（貫通孔６４）との間を各別に連通する複数（本実施形態では１０本）の並列路７０に区画されている。詳しくは、それら並列路７０は、空気導入路１３に各別に接続される複数（同１０本）の導入流路７１と、導入流路７１を複数本（同８本）に分岐する分配流路７２と、それら分配流路７２に各別に接続されて並列に延びる複数（同８０本）の主流路７３とを有している。また、複数の並列路７０は、主流路７３を合流させて複数（同１０本）の流路に収束させる収束流路７４と、収束させた収束流路７４を空気排出路１５に各別に接続する複数の排出流路７５とを有している。そして、本実施形態では、１本の並列路７０に流入した空気が８本の主流路７３に分配されるように、分配流路７２および収束流路７４の形状が定められている。これにより、各並列路７０の圧力損失がほぼ同一になっている。なお、上流側第１セパレータ３０の主流路４３（図２参照）は直線状の流路が等間隔で平行に延びているのに対して、下流側第１セパレータ６０の主流路７３は波状の流路が等間隔で並列に延びている。

【0042】

発電セル１０の内部では、フレームプレート５０（図３）の各貫通孔５１〜５６の周縁において、同フレームプレート５０と下流側第１セパレータ６０（図４参照）とが密着している。これにより、フレームプレート５０と下流側第１セパレータ６０との対向面間において、水素ガス導入路１２や、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路２２、冷却水排出路２３がその外部に対してシールされている。

【0043】

ただし、図３または図４に示すように、フレームプレート５０には、貫通孔６３（詳しくは、凹部６３Ａ）に隣接する位置から凹部６７に隣接する位置まで延びる長孔５３Ａが複数（本実施形態では１０本）形成されている。これら長孔５３Ａは、上流側第１セパレータ３０（図２参照）と下流側第１セパレータ６０との間において、空気導入路１３（詳しくは、貫通孔６３）と凹部６７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、各長孔５３Ａが、空気流路１０Ｂの一部（具体的には、各導入流路７１の上記空気導入路１３側の部分）を構成する。

【0044】

また、フレームプレート５０には、貫通孔６４（詳しくは、凹部６４Ａ）に隣接する位置から凹部６７に隣接する位置まで延びる長孔５４Ａが複数（同１０本）形成されている。これら長孔５４Ａは、上流側第１セパレータ３０と下流側第１セパレータ６０との間において、空気排出路１５（詳しくは、貫通孔６４）と凹部６７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、各長孔５４Ａが、空気流路１０Ｂの一部（具体的には、各排出流路７５の上記空気排出路１５側の部分）を構成する。

【0045】

燃料電池の内部において隣り合う一対の発電セル１０（図１）の間には、前記冷却水流路が、一方の発電セル１０の上流側第１セパレータ３０外面と他方の発電セル１０の下流側第１セパレータ６０外面とによって区画形成されている。また、一方（図１の左側）のエンドセル１１と発電セル１０との間には、エンドセル１１の下流側第２セパレータ１１０外面と発電セル１０の上流側第１セパレータ３０外面とによって、冷却水流路が区画形成されている。さらに、他方（図１の右側）のエンドセル１１と発電セル１０との間には、エンドセル１１の上流側第２セパレータ８０外面と発電セル１０の下流側第１セパレータ６０外面とによって、冷却水流路が区画形成されている。そして、これら冷却水流路には、冷却水導入路２２と冷却水排出路２３とが連通されている。

【0046】

次に、エンドセル１１の構造について説明する。
図１に示すように、エンドセル１１は、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間にフレームプレート１００が挟まれた構造になっている。

【0047】

図５に示すように、上流側第２セパレータ８０の基本構造は、上流側第１セパレータ３０（図２参照）と同様である。ただし、上流側第１セパレータ３０と上流側第２セパレータ８０とは、水素ガス導入路１２の一部を構成する貫通孔の形状と、水素ガス流路の一部を構成する分配流路および収束流路の形状とが大きく異なる。以下、この相違点を中心に上流側第２セパレータ８０の構造を説明する。なお、上記貫通孔、分配流路および収束流路以外の構成は上流側第１セパレータ３０と上流側第２セパレータ８０とで同様であるため、同一の符号を付して示し、以下での詳細な説明は割愛する。なお図５はフレームプレート１００（図１参照）に対向する面が手前になる状態の上流側第２セパレータ８０を示している。

【0048】

上流側第２セパレータ８０は、前記水素ガス導入路１２の一部を構成する貫通孔８１を有している。この貫通孔８１の内周縁は、フレームプレート１００から離間する方向に向けて窪んだ凹部８１Ａになっている。貫通孔８１は上流側第２セパレータ８０の長手方向（図５の左右方向）における一方の縁部の上方部分（図５の左上）に設けられている。この貫通孔８１の開口形状と上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１（図２参照）の開口形状とは共に、角が丸められた四角形状である。そして、貫通孔８１の略四角形状の開口における底辺にあたる部分が、上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１の開口における同部分よりも下方側になっている。これにより、貫通孔８１の開口形状が、上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１の開口形状よりも、下方側に広くなっている。

【0049】

上流側第２セパレータ８０の凹部３７の底部には、複数の流路凸部９８が形成されている。これら流路凸部９８によって、貫通孔８１（水素ガス導入路１２）と貫通孔３２（水素ガス排出路１４）とを連通して水素ガスを通過させる第２流路（以下、バイパス流路１１Ａ）が複数（本実施形態では１０本）の並列路９０に区画されている。そして、それら並列路９０のうちの上方側に配置される複数（同５本）の並列路９０は、流入した水素ガスが４本の主流路４３に分配されるように、分配流路９２および収束流路９４の形状が定められている。一方、全ての並列路９０のうちの下方側に配置される複数（同５本）の並列路９０は、流入した水素ガスが１２本の主流路４３に分配されるように、分配流路９２および収束流路９４の形状が定められている。

【0050】

図６に示すように、フレームプレート１００の基本構造は、フレームプレート５０（図３参照）と同様である。フレームプレート１００は、膜電極接合体５０Ａの代わりにプレート１００Ａを有している点と、前記水素ガス導入路１２の一部を構成する貫通孔１０１の形状とがフレームプレート５０と異なる。以下、この相違点を中心に、フレームプレート１００の構造について説明する。なお、図６において、フレームプレート５０と同様の構成は同一の符号を付して示し、以下での詳細な説明は割愛する。

【0051】

フレームプレート１００は、中央部分が上記プレート１００Ａをなすとともにそれ以外の部分が絶縁体によって構成されている。プレート１００Ａは、非通気性の電気伝導体（本実施形態では、金属板）からなるプレート本体と同プレート本体を挟む一対のカーボンシートとを備えた３層構造である。このプレート１００Ａは、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０とに接触しており、それら上流側第２セパレータ８０および下流側第２セパレータ１１０を導通している。なお、各エンドセル１１は膜電極接合体５０Ａ（図１参照）を備えていないため、水素ガスおよび空気が通過するとはいえ、発電しない構造になっている。

【0052】

フレームプレート１００は、水素ガス導入路１２の一部を構成する貫通孔１０１と、前記貫通孔５２〜５６とを有している。貫通孔１０１は、フレームプレート１００の長手方向（図６の左右方向）における一方の縁部の上方部分（図６の左上）に設けられている。この貫通孔１０１の開口形状とフレームプレート５０の貫通孔５１（図３参照）の開口形状とは共に、角が丸められた四角形状である。そして、貫通孔１０１の略四角形状の開口における底辺にあたる部分が、フレームプレート５０の貫通孔５１の開口における同部分よりも下方側になっている。これにより、貫通孔１０１の開口形状が、上流側第２セパレータ８０の貫通孔８１と略同一の形状（詳しくは、若干小さい形状）になっており、フレームプレート５０の貫通孔５１の開口形状よりも下方側に広くなっている。

【0053】

エンドセル１１の内部では、各貫通孔１０１，５２〜５６の周縁において、フレームプレート１００と上流側第２セパレータ８０（図５参照）とが密着している。これにより、上流側第２セパレータ８０とフレームプレート１００との対向面間において、水素ガス導入路１２や、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路２２、冷却水排出路２３がその外部に対してシールされている。

【0054】

ただし、図５または図６に示すように、フレームプレート１００には、貫通孔８１（詳しくは、凹部８１Ａ）に隣接する位置から凹部３７に隣接する位置まで延びる長孔５１Ａが複数形成されている。これら長孔５１Ａは、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間において、水素ガス導入路１２（詳しくは、貫通孔８１）と凹部３７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、フレームプレート１００の各長孔５１Ａが、バイパス流路１１Ａにおける各導入流路４１の上記水素ガス導入路１２側の部分を構成する。

【0055】

また、フレームプレート１００には、貫通孔３２（詳しくは、凹部３２Ａ）に隣接する位置から凹部３７に隣接する位置まで延びる長孔５２Ａが複数形成されている。これら長孔５２Ａは、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間において、水素ガス排出路１４（詳しくは、貫通孔３２）と凹部３７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、フレームプレート１００の各長孔５２Ａが、バイパス流路１１Ａにおける各排出流路４５の上記水素ガス排出路１４側の部分を構成する。

【0056】

図７に示すように、下流側第２セパレータ１１０は、下流側第１セパレータ６０（図４参照）と略同一の構造である。以下、下流側第２セパレータ１１０の構造を、下流側第１セパレータ６０との相違点を中心に説明する。なお、図７において、下流側第１セパレータ６０と同一形状の構成は同一の符号を付して示し、以下での詳細な説明は割愛する。

【0057】

下流側第２セパレータ１１０は、前記水素ガス導入路１２の一部を構成する貫通孔１１１と前記貫通孔６２〜６６とを有している。貫通孔１１１は下流側第２セパレータ１１０の長手方向（図７の左右方向）における一方の縁部の上方部分（図７の左上）に設けられている。貫通孔１１１の内周縁は、フレームプレート１００から離間する方向に向けて窪んだ凹部１１１Ａになっている。この貫通孔１１１の開口形状と下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１（図４参照）の開口形状とは共に、角が丸められた四角形状である。そして、貫通孔１１１の略四角形状の開口における底辺にあたる部分が、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１の開口における同部分よりも上方側になっている。これにより、貫通孔１１１の開口形状における下方側の部分が、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１の開口形状における同部分よりも上方側に狭くなっている。

【0058】

エンドセル１１の内部では、各貫通孔１１１，６２〜６６の周縁において、下流側第２セパレータ１１０とフレームプレート１００（図５参照）とが密着している。これにより、フレームプレート１００と下流側第２セパレータ１１０との対向面間において、水素ガス導入路１２や、空気導入路１３、水素ガス排出路１４、空気排出路１５、冷却水導入路２２、冷却水排出路２３がその外部に対してシールされている。

【0059】

ただし、図６または図７に示すように、フレームプレート１００には、貫通孔６３（詳しくは、凹部６３Ａ）に隣接する位置から凹部６７に隣接する位置まで延びる長孔５３Ａが複数形成されている。これら長孔５３Ａは、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間において、空気導入路１３（詳しくは、貫通孔６３）と凹部６７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、フレームプレート１００の各長孔５３Ａが、空気導入路１３と空気排出路１５とを連通するバイパス流路１１Ｂ（図１参照）の一部（具体的には、各導入流路７１の上記空気導入路１３側の部分）を構成する。

【0060】

また、フレームプレート１００には、貫通孔６４（詳しくは、凹部６４Ａ）に隣接する位置から凹部６７に隣接する位置まで延びる長孔５４Ａが複数形成されている。これら長孔５４Ａは、上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間において、空気排出路１５（詳しくは、貫通孔６４）と凹部６７の内部とを連通する隙間になる。本実施形態では、フレームプレート１００の各長孔５４Ａが、バイパス流路１１Ｂにおける各排出流路７５の上記空気排出路１５側の部分を構成する。

【0061】

図８および図９に示すように、発電セル１０およびエンドセル１１において、水素ガス排出路１４を構成する各貫通孔３２，５２，６２は略同一の形状になっている。詳しくは、上流側第１セパレータ３０の貫通孔３２と下流側第１セパレータ６０の貫通孔６２と上流側第２セパレータ８０の貫通孔３２と下流側第２セパレータ１１０の貫通孔６２とが同一形状になっている。また、フレームプレート５０の貫通孔５２とフレームプレート１００の貫通孔５２とが同一形状であり、且つ各貫通孔３２，６２よりも若干小さい形状になっている。同様に、発電セル１０およびエンドセル１１において、空気導入路１３を構成する各貫通孔３３，５３，６３や、空気排出路１５を構成する各貫通孔３４，５４，６４、冷却水導入路２２を構成する各貫通孔３５，５５，６５、冷却水排出路２３を構成する各貫通孔３６，５６，６６は、それぞれ略同一の形状になっている。

【0062】

これに対して、図１０および図１１に示すように、発電セル１０およびエンドセル１１において、水素ガス導入路１２を構成する各貫通孔３１，５１，６１，８１，１０１，１１１は異なる形状になっている。

【0063】

詳しくは、上流側第２セパレータ８０の貫通孔８１の開口形状が、上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１の開口形状よりも下方側に広くなっている。また、フレームプレート１００の貫通孔１０１の開口形状が、上流側第２セパレータ８０の貫通孔８１と略同一の形状であり、且つフレームプレート５０の貫通孔５１の開口形状よりも下方側に広くなっている。

【0064】

これにより、水素ガスの流れ方向上流側（以下、単に上流側）の上流側第２セパレータ８０の貫通孔８１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分、およびフレームプレート１００の貫通孔１０１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分の両方が、発電セル１０の対応する部分と比較して、下方に窪んだ構造（第１構造）になっている。

【0065】

一方、下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１の開口形状は、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１の開口形状と比較して、下方側の部分が上方に突出することによって狭くなっている。

【0066】

これにより、水素ガスの流れ方向下流側（以下、単に下流側）の下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分が、発電セル１０の対応する部分（詳しくは、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分）と比較して上方に突出した構造（第２構造）になっている。

【0067】

図１０に示す線Ｗは、静止状態の燃料電池において、想定範囲における最大の流量で水素ガス導入路１２に水が流入した場合における水位（以下、最大水位）を示している。なお、この最大水位Ｗは、発明者等による各種の実験やシミュレーションの結果から求められた水位を示している。

【0068】

図１０に示すように、下流側第２セパレータ１１０では、貫通孔１１１の開口部分の下端が最大水位Ｗよりも上方になるように、同貫通孔１１１の形状が定められている。
また、上流側第２セパレータ８０では、下方側の並列路９０（図５参照）の中で最も上方側に配置される並列路９０の上記水素ガス導入路１２側の端部上端（図中に矢印Ｅで示す部分）が最大水位Ｗよりも上方になるように、各並列路９０の形状が定められている。なお図１０中の一点鎖線は、下方側の並列路９０と上方側の並列路９０との境界を示している。

【0069】

以下、上述した構造のエンドセル１１を採用することによる作用効果を説明する。
エンドセル１１の内部には、水素ガス導入路１２と水素ガス排出路１４とを連通するバイパス流路１１Ａが形成されている。そのため、水素ガス配管１７や加湿器２０で発生して燃料電池の内部（水素ガス導入路１２）に侵入した水を、水素ガス導入路１２からエンドセル１１（詳しくは、バイパス流路１１Ａ）に流入する水素ガスの流れによって同エンドセル１１の内部に吸引することができる。これにより、発電セル１０への水の流入を抑えることができるようになる。

【0070】

しかも、図１１に示すように、前記「第１構造」が採用されているために、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの上流側の部分を、発電セル１０の対応する部分（詳しくは、水素ガス導入路１２の発電セル１０内に配置された部分のうちの上流側の部分）と比較して、底壁が下方に向けて凹んだ形状にすることができる。これにより、エンドセル１１内の水素ガス導入路１２の上流側の部分が下方に広がる構造になるため、同部分において水素ガスの流れが下方に曲がり易くなり、その流れによって水素ガス導入路１２内の水（あるいは水滴）がバイパス流路１１Ａに流入し易くなる。

【0071】

また、前記「第２構造」が採用されているため、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの下流側の部分を、発電セル１０の対応する部分（水素ガス導入路１２の発電セル１０内に配置された部分のうちの下流側の部分）と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状にすることができる。そのため、同部分に水（あるいは水滴）が当たるとともに、その水が下方に落ちることによってバイパス流路１１Ａに流入するようになる。また、水素ガス導入路１２の底壁における上方に突出した部分に水素ガスの流れが突き当たることによって、その流れの一部が下方に偏向されるようになり、この水素ガスの流れによって導かれて水（あるいは水滴）がバイパス流路１１Ａに流入するようになる。

【0072】

このように本実施形態によれば、「第１構造」および「第２構造」が採用されているために、エンドセル１１のバイパス流路１１Ａに水が流入し易くなっており、発電セル１０への水の流入を抑えることができるようになる。

【0073】

本実施形態の燃料電池では、積層方向Ｄにおける一方（図１の左側）の端部に配置されたエンドセル１１に、スタックマニホールド１６を介して水素ガス配管１７が接続されている。これにより、水素ガス配管１７やスタックマニホールド１６から水素ガス導入路１２に水が流入した場合に、その水が発電セル１０に到達する前にエンドセル１１によって吸引されるようになるため、発電セル１０に到達する水の量を抑えることができる。また、電気自動車の走行時における揺れや旋回などによって、水素ガス導入路１２に流入した水が発電セル１０の配設部分を通過して前記スタックマニホールド１６から遠い側（図１の右側）のエンドセル１１の配設位置まで到達する場合がある。こうした場合に、エンドセル１１の配設位置に到達した水を同エンドセル１１のバイパス流路１１Ａの内部に吸引させることができる。本実施形態の燃料電池によれば、このようにして発電セル１０への水の流入を的確に抑えることができる。

【0074】

ここで、エンドセル１１のバイパス流路１１Ａに水が流入した場合に、同バイパス流路１１Ａ内において水が滞留すると、その分だけバイパス流路１１Ａ（詳しくは、水が流入した並列路９０）の流路断面積が小さくなってしまい、バイパス流路１１Ａに流入する水素ガスの流れが滞るようになるおそれがある。そして、この場合には水素ガス導入路１２からバイパス流路１１Ａへの水の吸引を適正に行うことができなくなる。

【0075】

図５に示すように、エンドセル１１のバイパス流路１１Ａでは、１本の並列路９０が水素ガスの分配対象とする主流路４３の本数（詳しくは、１本の並列路９０に接続される主流路４３の本数）が、上方側の並列路９０よりも下方側の並列路９０において多くなっている。これにより、上方側の並列路９０における主流路４３の流路断面積の積算値（４本分）と比較して、下方側の並列路９０における主流路４３の流路断面積の積算値（１２本分）が大きくなっている。そのため、バイパス流路１１Ａを構成する複数の並列路９０のうちの、水が流入し難い上方側の並列路９０の圧力損失と比較して、水が流入し易い下方側の並列路９０の圧力損失を小さくすることができる。

【0076】

したがって、図１２に模式的に示すように、上方側の並列路９０に流入する水素ガスの量を少量に抑える一方で、下方側の並列路９０に流入する水素ガスの量を多くすることができる。これにより、下方側の並列路９０内に水が吸引されて流入した場合に、その流入した水が並列路９０内に流入する比較的多量のガス流れによって押し流され易くなるため、並列路９０内での水の滞留を抑えることができ、バイパス流路１１Ａに水を吸引する機能を維持することができる。なお図１２中の一点鎖線は、下方側の並列路９０と上方側の並列路９０との境界を示している。

【0077】

また図２に示すように、発電セル１０の水素ガス流路１０Ａでは、１本の並列路４０が水素ガスの分配対象とする主流路４３の本数が各並列路４０において同一（８本）になっている。そのため、各並列路４０における主流路４３の流路断面積の積算値（８本分）も同一になっており、それら並列路４０の圧力損失がほぼ等しくなっている。

【0078】

したがって、図１３に模式的に示すように、発電セル１０の水素ガス流路１０Ａ（各並列路４０）には、水素ガスが、流入量の偏りが抑えられた状態で満遍なく流入するようになる。その一方で、上述したようにエンドセル１１のバイパス流路１１Ａ（図１２）には、上方側の並列路９０への流入量を少量に抑えることによって下方側の並列路９０への流入量が多くなる態様で、水素ガスが流入するようになる。こうしたことから、燃料電池の内部において水素ガス導入路１２から水素ガスが流入する部分（具体的には、発電セル１０の各並列路４０、エンドセル１１の下方側の並列路９０、および上方側の並列路９０）の中でも、エンドセル１１の下方側の並列路９０に流入する水素ガスの量を最も多くすることができる。これにより、水素ガス導入路１２内の水がエンドセル１１に吸引され易くなるため、発電セル１０への水の流入を好適に抑えることができる。

【0079】

図１０に示すように、エンドセル１１の下方側の５本の並列路９０における水素ガス導入路１２側（図１０の左側）の端部の上端Ｅ（詳しくは、それら並列路９０と貫通孔３１との連通部分の上端）が前記最大水位Ｗよりも上方になっている。そのため、水素ガス導入路１２に流入した水がエンドセル１１の配設部分（詳しくは、水素ガス導入路１２とバイパス流路１１Ａとの連通部分）に到達した場合に、その水が、上方側の並列路９０の端部ではなく、水素ガスの流入量が多いために流入速度が速い下方側の並列路９０の端部に位置するようになる。したがって、水素ガス導入路１２から下方側の並列路９０に流入する水素ガスの流れを利用して、水素ガス導入路１２内の水をバイパス流路１１Ａに好適に吸入することができる。

【0080】

エンドセル１１では、下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分の上端が、最大水位Ｗよりも上方になっている。そのため、水素ガス導入路１２に流入した水がエンドセル１１の配設部分（バイパス流路１１Ａと水素ガス導入路１２との連通部分）に到達した場合に、その水が、下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１の内縁に当たって堰き止められるとともに下方に落ちることによってバイパス流路１１Ａに流入するようになる。このように本実施形態によれば、水素ガス導入路１２におけるエンドセル１１の配設部分に到達した水を、同配設部分よりも下流側に通過させることのないように、バイパス流路１１Ａに好適に流入させることができる。

【0081】

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）水素ガス配管１７や加湿器２０で発生して水素ガス導入路１２に侵入した水を、水素ガス導入路１２からエンドセル１１のバイパス流路１１Ａに流入する水素ガスの流れによって同バイパス流路１１Ａの内部に吸引することができる。そのため、発電セル１０への水の流入を抑えることができる。しかも、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの上流側の部分が下方に広がる構造になっており、同下流側の部分が、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状になっている。これにより、エンドセル１１のバイパス流路１１Ａに水が流入し易い構造になるため、発電セル１０への水の流入を抑えることができるようになる。

【0082】

（２）積層方向Ｄにおける一方の端部に配置されるエンドセル１１にスタックマニホールド１６を介して水素ガス配管１７が接続されている。これにより、水素ガス配管１７から水素ガス導入路１２に水が流入した場合に、その水が発電セル１０に到達する前にエンドセル１１のバイパス流路１１Ａの内部に吸引されるようになるため、発電セル１０への水の流入を的確に抑えることができる。

【0083】

（３）エンドセル１１において、下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分の上端を最大水位Ｗよりも上方にした。そのため、水素ガス導入路１２におけるエンドセル１１の配設部分に到達した水を、同配設部分よりも下流側に通過させることのないように、バイパス流路１１Ａに好適に流入させることができる。

【0084】

（４）バイパス流路１１Ａを構成する複数の並列路９０のうちの、水が流入し難い上方側の並列路９０の圧力損失と比較して、水が流入し易い下方側の並列路９０の圧力損失を小さくした。これにより、下方側の並列路９０内に水が吸引されて流入した場合に、その流入した水が並列路９０内に流入する比較的多量のガス流れによって押し流され易くなるため、並列路９０内での水の滞留を抑えることができ、バイパス流路１１Ａに水を吸引する機能を維持することができる。

【0085】

（５）下方側の並列路９０の中で最も上方側に配置される並列路９０における水素ガス導入路１２側の端部の上端を、前記最大水位Ｗよりも上方にした。そのため、水素ガス導入路１２から下方側の並列路９０に流入する水素ガスの流れを利用して、水素ガス導入路１２内の水をバイパス流路１１Ａに好適に吸入することができる。

【0086】

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上流側第１セパレータ３０や上流側第２セパレータ８０の主流路４３を波状の流路が並列に延びる形状にしたり、下流側第１セパレータ６０や下流側第２セパレータ１１０の主流路７３を直線状の流路が平行に延びる形状にしたりしてもよい。

【0087】

・下流側第２セパレータ１１０の貫通孔１１１における水素ガス導入路１２の底壁にあたる部分の上端を、最大水位Ｗよりも下方にしたり、最大水位Ｗと同一の高さにしたりしてもよい。

【0088】

・「第１構造」および「第２構造」のうちの少なくとも一方の構造をなすのであれば、エンドセル１１において水素ガス導入路１２を構成する各貫通孔８１，１０１，１１１の開口形状は、任意の形状に変更することができる。なお、この場合の「第１構造」は、上流側第２セパレータに形成された貫通孔における水素ガス導入路の底壁にあたる部分、およびエンドセルのフレームプレートに形成された貫通孔における水素ガス導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、発電セルの対応する部分と比較して下方に窪んでなる構造である。また、この場合の「第２構造」は、エンドセルのフレームプレートに形成された貫通孔における水素ガス導入路の底壁にあたる部分、および下流側第２セパレータに形成された貫通孔における水素ガス導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、発電セルの対応する部分と比較して上方に突出してなる構造である。以下、そうした燃料電池の具体例について説明する。

【0089】

図１４に示すように、上流側第２セパレータ１２０の貫通孔１２１の開口形状を、上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１の開口形状と同一にしてもよい。なお、図１４において、上記実施形態のエンドセル１１（図１１参照）と同様の構成は同一の符号を付して示し、ここでの詳細な説明は割愛する。

【0090】

こうした構成によっても、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの上流側の部分を、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が下方に向けて凹んだ形状にすることができる。しかも、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの下流側の部分を、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状にすることができる。

【0091】

図１５に示すように、上流側第２セパレータ１２０の貫通孔１２１の開口形状を上流側第１セパレータ３０の貫通孔３１の開口形状と同一にするとともに、下流側第２セパレータ１３０の貫通孔１３１の開口形状を、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１の開口形状と同一にしてもよい。なお、図１５において、上記実施形態のエンドセル１１（図１１参照）と同様の構成は同一の符号を付して示し、ここでの詳細な説明は割愛する。

【0092】

こうした構成によっても、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの上流側の部分を、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が下方に向けて凹んだ形状にすることができる。また上記構成によれば、水素ガス導入路１２を構成する各貫通孔１２１，１０１，１３１の内縁が同水素ガス導入路１２内に突出しない構造になるため、同水素ガス導入路１２の圧力損失を小さくすることができる。

【0093】

図１６に示すように、フレームプレート１４０の貫通孔１４１の開口形状を、フレームプレート５０の貫通孔５１の開口形状と比較して、下方側の部分を上方に突出させることによって狭くしてもよい。また、下流側第２セパレータ１３０の貫通孔１３１の開口形状を、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６１の開口形状と同一にしてもよい。なお、図１６において、上記実施形態のエンドセル１１（図１１参照）と同様の構成は同一の符号を付して示し、ここでの詳細な説明は割愛する。

【0094】

こうした構成によっても、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの上流側の部分を、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が下方に向けて凹んだ形状にすることができる。しかも、水素ガス導入路１２のエンドセル１１内に配置された部分のうちの下流側の部分を、発電セル１０の対応する部分と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状にすることができる。

【0095】

・バイパス流路１１Ａの一部を構成する複数の主流路４３の通路幅や通路高さを互いに相異させる等して各主流路４３の流路断面積を相異させることによって、複数の並列路９０の圧力損失を互いに相異させるようにしてもよい。

【0096】

・上流側第２セパレータ８０と下流側第２セパレータ１１０との間に、フレームプレート１００が挟み込まれた構造のエンドセル１１を採用にすることに限らず、多孔質材料からなるプレートやシート（例えばガス拡散層と同一構造のカーボンシート）が挟み込まれた構造のエンドセルを採用することもできる。この場合、１つのエンドセルに水素ガスと空気とを共に通過させるようにすると、エンドセルの内部において水素ガスの流れと空気の流れとが干渉して、エンドセル内部への水の吸引やエンドセル外部への水の排出をうまく行うことができなくなるおそれがある。そのため、こうした場合には、水素ガスのみが通過する構造のエンドセルと空気のみが通過する構造のエンドセルとからなる一対のエンドセルを、複数の発電セル１０の積層方向Ｄの両端に設けることが好ましい。

【0097】

・下方側の並列路９０の上記水素ガス導入路１２側の端部上端を、前記最大水位Ｗよりも下方にしたり、最大水位Ｗと同一の高さにしたりしてもよい。
・エンドセルの下流側第２セパレータとして、基本構造が上流側第２セパレータ８０の形状の鏡像となるものを採用することができる。例えばエンドセルの下流側第２セパレータの複数の並列路のうちの、上方側の並列路の圧力損失と比較して、下方側の並列路の圧力損失を小さくするようにしてもよい。こうした構成によれば、空気配管から空気導入路に水が侵入するおそれのある燃料電池において、その侵入した水を空気導入路からバイパス流路に流入する空気の流れによって同バイパス流路の内部に吸引することができ、発電セルへの水の流入を抑えることができる。しかも、エンドセルの下方側の並列路内に水が吸引されて流入した場合に、その流入した水が同並列路内に流入する比較的多量のガス流れによって押し流され易くなるため、並列路内での水の滞留を抑えることができ、バイパス流路に水を吸引する機能を維持することができる。

【0098】

・エンドセル１１のバイパス流路１１Ａを構成する複数の並列路９０のうちの上方側の並列路９０の圧力損失と下方側の並列路９０の圧力損失とを同一にしてもよい。
・水素ガス導入路１２に適用した「第１構造」および「第２構造」と同様の構造を、空気導入路１３に適用することができる。

【0099】

空気導入路１３に適用する「第１構造」としては例えば、上流側第２セパレータ８０の貫通孔３３の開口形状を上流側第１セパレータ３０の貫通孔３３の開口形状よりも下方側に広くするとともに、フレームプレート１００の貫通孔５３の開口形状をフレームプレート５０の貫通孔５３の開口形状よりも下方側に広くした構造を採用することができる。これにより、空気の流れ方向上流側の上流側第２セパレータ８０の貫通孔３３における空気導入路１３の底壁にあたる部分、およびフレームプレート１００の貫通孔３３における空気導入路１３の底壁にあたる部分の両方を、発電セル１０の対応する部分と比較して下方に窪んだ構造にすることができる。

【0100】

また、空気導入路１３に適用する「第２構造」としては例えば、下流側第２セパレータ１１０の貫通孔６３の開口形状を、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６３の開口形状と比較して、下方側の部分が上方に突出することによって狭くした構造を採用することができる。これにより、空気の流れ方向下流側の下流側第２セパレータ１１０の貫通孔６３における空気導入路１３の底壁にあたる部分が、発電セル１０の対応する部分（詳しくは、下流側第１セパレータ６０の貫通孔６３における空気導入路１３の底壁にあたる部分）と比較して上方に突出した構造にすることができる。

【0101】

こうした「第１構造」や「第２構造」を空気導入路１３に採用することにより、空気導入路１３内に水が侵入した場合にその水がエンドセル１１のバイパス流路１１Ｂに流入し易い構造になるため、発電セル１０への水の流入を抑えることができるようになる。

【0102】

・燃料電池に設けられる複数のエンドセルのうちの幾つかに、上記実施形態の燃料電池のエンドセル１１を適用するようにしてもよい。
・複数の発電セル１０の積層方向Ｄの両端に、エンドセル１１を１つずつ設けることに限らず、複数のエンドセルを設けるようにしてもよい。

【0103】

・発電セル１０の積層方向Ｄにおける両端のうちの一方のみにエンドセルが設けられる燃料電池にも、上記実施形態の燃料電池は適用することができる。
・上記実施形態の燃料電池は、水素ガス配管１７に加湿器２０が設けられていない燃料電池にも適用することができる。

【0104】

・上記実施形態の燃料電池は、電気自動車に搭載される燃料電池に限らず、住宅用の燃料電池など、地面に対して移動不能に固定される燃料電池にも適用可能である。

【符号の説明】

【0105】

１０…発電セル、１０Ａ…水素ガス流路、１０Ｂ…空気流路、１１…エンドセル、１１Ａ，１１Ｂ…バイパス流路、１２…水素ガス導入路、１３…空気導入路、１４…水素ガス排出路、１５…空気排出路、１６…スタックマニホールド、１７…水素ガス配管、１８…空気配管、１９…冷却水配管、２０…加湿器、２１…エンドプレート、２２…冷却水導入路、２３…冷却水排出路、３０…上流側第１セパレータ、３１〜３６…貫通孔、３１Ａ〜３６Ａ…凹部、３７，６７…凹部、３８，６８，９８…流路凸部、４０，７０，９０…並列路、４１，７１…導入流路、４２，７２，９２…分配流路、４３，７３…主流路、４４，７４，９４…収束流路、４５，７５…排出流路、５０…フレームプレート（第１プレート）、５０Ａ…膜電極接合体、５１〜５６，１０１，１４１…貫通孔、５１Ａ〜５４Ａ…長孔、６０…下流側第１セパレータ、６１〜６６…貫通孔、６１Ａ〜６６Ａ…凹部、８０，１２０…上流側第２セパレータ、８１，１２１…貫通孔、８１Ａ…凹部、１００，１４０…フレームプレート（第２プレート）、１００Ａ…プレート、１１０，１３０…下流側第２セパレータ、１１１，１３１…貫通孔、１１１Ａ…凹部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】