元件上附带同一符号，省略重复的说明。另外，附图的尺寸比例为了方便说明进行了夸张，有时与实际的比率不同。
[0092](第一实施方式)
[0093]如图1?图3所示，第一实施方式的燃料电池I是堆栈式燃料电池，具有层叠有多个燃料电池的一个单位即单电池4的单元层叠体20，该燃料电池的一个单位即单电池4层叠有一组片状隔板2和片状膜电极接合体3。单电池4的层叠数没有特别限定，不管是仅具有单一单电池4的电池，还是层叠有多个单电池4的电池，都包含在本发明的燃料电池中。单元层叠体20在单电池层叠方向的两端配置有集电板(未图示)。集电板具备将在单元层叠体20中产生的电动势引出的输出端子。单元层叠体20的两端由配置于集电板的外侧的一对端板31、32夹持。由此，构成燃料电池组。单元层叠体20优选在外部下方连接有配流装置100。
[0094]如图1、图8?图11所示，在配流装置100上设有对单元层叠体20供给或排出燃料电池I所需要的各种流体的外部岐管42、43、44。在第一实施方式中，在端板31、32中的一端板32的内部，设有所有流体的外部岐管42、43、44。此外，也将外部岐管42、43、44统称为“外部岐管41”。下面，对第一实施方式的燃料电池I进行详细描述。
[0095][膜电极接合体]
[0096]如图4所示，膜电极接合体3为从进深向跟前依次由气体扩散层5a —催化剂层6a —电解质膜7 —催化剂层6b —气体扩散层5b这五层构成的接合体。膜电极接合体3在俯视时呈大致矩形状。膜电极接合体3通过与相同的大致矩形状的隔板2组合，供给或排出氧(氧化气体)及氢(燃料气体)，由此，具有构成燃料电池的功能。
[0097]在膜电极接合体3中，将具备氢侧的催化剂层6a的面称为阳极，将具备氧侧的催化剂层6b的面称为阴极。膜电极接合体3往往称为MEA (membrane electrode assembly),气体扩散层5往往称为⑶L (gas diffus1n lyaer)。
[0098]另外，往往将催化剂层6a —电解质膜7 —催化剂层6b这三层称为CCM(catalystcoated membrane)，且将催化剂层6 (有时将6a、6b统称为6) —气体扩散层5 (有时将5a、5b统称为5)这两层称为气体扩散电极或⑶E (gasdiffus1n electrode)。另外，往往将由催化剂层6及气体扩散层5构成的层称为电极层，且将气体扩散电极简称为电极。
[0099]此外，上述膜电极接合体3及隔板2也可以不是完全的矩形状，如果能够特定后述的流路长L及流路宽W，则也可以为大致矩形状。S卩，两者既可以将矩形的角部倒角，也可以进一步为椭圆形状。
[0100][气体扩散层]
[0101]气体扩散层5a、5b具有将向燃料电池供给的燃料气体及氧化气体供给到催化剂层6a、6b的功能、及在催化剂层6a、6b和隔板2之间交换电子的功能。气体扩散层5a、5b在无损本发明的目的的范围内，也可以在表层或内部或其双方进一步含有其他部件(层)。例如，也可以在气体扩散层5a、5b的催化剂层6a、6b侧设有含有碳粒子的碳粒子层。
[0102]气体扩散层5a、5b优选为由具有导电性的材料构成的多孔质体，更优选为包含纸、无纺布、机织布、针织布或网在内的纤维材料。作为具有导电性的材料，例如可举出碳材料或金属材料。
[0103]在气体扩散层5由纤维材料构成的情况下，表面的平均纤维间距离的半值r优选为100 μm以下，更优选为50 μm以下，进一步优选为20 μπι以下，更进一步优选为15 μπι以下，特别优选为1ym以下，最优选为5 μπι以下。这里定义的平均纤维间距离的半值r指的是平均纤维间距离的一半的距离。即，在气体扩散层由纵线和横线形成的平织的纤维材料构成的情况下，指的是相邻的两根纵线或横线之间的距离的一半。
[0104]此外，在图4中，上述气体扩散层5a、5b及催化剂层6a、6b成为分体的层。但是，气体扩散层和催化剂层也可以一体化成为单一的层。
[0105][长宽比]
[0106]如上所述，燃料电池I具有将在大致矩形的电解质膜7的两面具备阳极及阴极的大致矩形的电极层(催化剂层6及气体扩散层5)的膜电极接合体3和大致矩形的隔板2层叠而形成的单元层叠体20。
[0107]在单元层叠体20的内部具备阳极流路、阴极流路、及冷却流体流路。这三个流路中的、至少阳极流路及阴极流路由多个线状肋构成。各流路形成于对向的两个边之间，具有从其一边导入燃料气体(阳极气体)、氧化气体(阴极气体)、及冷却流体等，从另一边排出的构造。
[0108]在本实施方式的燃料电池中，沿着流路的方向的电极层的长度(L)和相对于流路的方向而正交的宽度方向的电极层的宽度(W)之比即长宽比R(L/W)不足I。
[0109]具体而言，在呈大致矩形的膜电极接合体3的电极层中，如图5(B)所示，在设氧化气体流动的方向(箭头Ml所示的方向)为短边、相对于氧化气体流动的方向而正交的方向(箭头M2所示的方向)为长边时，长宽比R用R =短边/长边=L/W来定义。严格地说，膜电极接合体3的长宽比R为设置于引起发电的有源区的催化剂层6a、6b的长度(L)相对于宽度(W)之比(L/W)。此外，在该实施方式中，因为膜电极接合体3的概念是包含催化剂层6a、6b在内，所以为了方便起见，以下表达为膜电极接合体3的长宽比R。
[0110]此外，在上述中，设氧化气体流动的方向为短边、相对于氧化气体流动的方向而正交的方向为长边，将膜电极接合体3的长宽比R定义为R =短边/长边=L/W。但是，也可以设阳极侧的燃料气体流动的方向或冷却层的冷却流体流动的方向为短边、相对于燃料气体流动的方向而正交的方向或相对于冷却层的冷却流体流动的方向而正交的方向为长边，来定义膜电极接合体3的长宽比R。
[0111]膜电极接合体3的长宽比R为0.01以上且不足I。长宽比的下限值优选为0.05以上，更优选为0.1以上，进一步优选为0.2以上。另一方面，长宽比的上限值优选为不足0.9，更优选为不足0.8，进一步优选为不足0.7，最优选为不足0.6。在长宽比R不足0.01的情况下，因为燃料电池的外形过于细长，所以在考虑车载等时，有可能产生障碍。
[0112]当更详细说明时，如图3所示，在膜电极接合体3的长宽比R为0.01以上且不足I的矩形状的情况下，隔板2的形状也以与膜电极接合体3 —致的方式制成矩形状。而且，例如，如图7(A)所示，在隔板2A为高长宽比(R为I以上)的情况下，因为流路长度也变长，所以压力损失增大。与此相对，如图7(B)所示，在隔板2B为低长宽比(R为0.01以上且不足I)的情况下，因为流路长度变短，所以与隔板2A相比，压力损失减少。S卩，即使在与隔板2A面积相同，且向流路的流量相同的情况下，也能够通过如隔板2B那样使长宽比R下降，来减小压力损失。因此，即使如图7(C)那样减小长宽比R且降低流路的高度的情况下，也能够维持与隔板2A同等的压力损失，并且能够降低隔板2自身的高度。
[0113]另外，因为流路的截面积为隔板2C的流路比隔板2B的流路小，所以反应气体的流速为隔板2C的流路比隔板2B的流路快。其结果是，能够由反应气体将流路内存在的生成水吹走，所以能够抑制水湿(flooding)。特别是，如隔板2C那样的结构易滞留生成水，优选应用于阴极侧，但在应用于阳极侧的情况下，或在应用于冷却流体的情况下，也能够有助于燃料电池的小型化。
[0114]在此，在本实施方式的燃料电池中，燃料气体流动的方向优选为与氧化气体流动的方向平行。但是，燃料气体流动的方向也可制成与氧化气体流动的方向垂直(交叉)。在平行的情况下，燃料气体流动的方向和氧化气体流动的方向也可以为同方向(同向)、反方向(反向)中的任一种，但优选反向。
[0115]另外，在本实施方式中，冷却流体流动的方向优选为与氧化气体流动的方向平行，但也可设为垂直(交叉)。在平行的情况下，冷却流体流动的方向和氧化气体流动的方向也可以为同方向(同向)、逆方向(反向)中的任一种，但优选同向。
[0116][流路开口部]
[0117]在本实施方式中，分别在各流路(阳极流路、阴极流路、及冷却流体流路)的两端设有两个以上的流路开口部。通过设置两个以上的流路开口部，即使在宽度方向上宽的本实施方式的燃料电池中，也容易沿宽度方向均等地供给气体及冷却流体。
[0118]如图5(B)所示，在膜电极接合体3的对向的二个边(长边)的外周部设有多个燃料气体流路开口部9、冷却水流路开口部10、及氧化气体流路开口部11作为流路开口部。在燃料气体流路开口部9和氧化气体流路开口部11之间夹设有冷却水流路开口部10。根据需要，冷却水流路开口部10配置于膜电极接合体3的外周部短边也无妨。图5(C)的符号“ 8 ”表示扩宽部，符号“ 12 ”表示密封材料。
[0119]如图4、及图5㈧所示，在电解质膜7的对向的二个边(长边)的外周部也设有多个燃料气体流路开口部9、冷却水流路开口部10、及氧化气体流路开口部11作为流路开口部。但是，流路开口部不必设置于电解质膜7。例如，沿着具有与催化剂层相同的平面形状的电解质膜的外缘配置设有流路开口部的树脂制的载片。然后，使电解质膜的外缘和载片的内缘气密地密合。由此，能够体现与图4的膜电极接合体3相同的功能。
[0120]另外，如图5(B)、及图5(C)所示，分别在膜电极接合体3的成为阴极侧及阳极侧的面的外周缘设有密封材料12。具体而言，在电解质膜7的成为阴极侧的面的外周缘，围绕整个外周并且围绕燃料气体流路开口部9和冷却水流路开口部10的周围地设有密封材料12。其中，在氧化气体流路开口部11的周围未设有密封材料12。另一方面，省略图示，在电解质膜7的成为阳极侧的面的外周缘，围绕整个外周并且围绕氧化气体流路开口部11和冷却水流路开口部10的周围地设有密封材料12。其中，在燃料气体流路开口部9的周围未设有密封材料12。
[0121]密封材料12具有选择使哪种流体(燃料气体、氧化气体、冷却流体)向膜电极接合体3流通的开关功能。例如，由图5(B)可知，因为在氧化气体流路开口部11的前面，密封材料12被打开，所以显示的是膜电极接合体3的阴极侧。
[0122]如图5(A)所示，氧化气体流路开口部11的截面积之和AOx优选为阴极催化剂层6b的催化剂面积Acat的5 %以上20 %以下。在AOx不足5 %的情况下，有可能向膜电极接合体3的宽度方向M2及层叠方向的氧化气体配流性下降，并且氧化气体流路开口部11内的通气压力损失增加。相反，在AOx超过20%的情况下，燃料电池的容积变大，所以不优选。
[0123]燃料气体流路开口部9的截面积之和Are优选为阳极催化剂层6a的催化剂面积Acat的5%以上20%以下。在Are不足5%的情况下，有可能向膜电极接合体3的宽度方向M2的燃料气体配流性下降，并且燃料气体流路开口部9内的通气压力损失增加。相反，在Are超过20 %的情况下，燃料电池的容积变大，所以不优选。
[0124]氧化气体流路开口部11的数量优选对一个有源区(存在催化剂层6a、6b的区域)分割成多个。该氧化气体的流路开口部分割数NOx的下限优选为2以上，更优选为5以上，进一步优选为10以上，更进一步优选为15以上。通过将NOx设为2以上，能够将氧化气体更加容易且均匀地导入膜电极接合体3。NOx的上限优选为100以下，更优选为50以下，进一步优选为30以下，更进一步优选为20以下。在NOx超过100的情况下，虽然在燃料电池为非常大型时障碍少，但每个氧化气体流路开口部11所需要的密封材料的面积变大。因此，有可能难以实现本申请的目的即小型化。在图5(A) (B)中，在膜电极接合体3的长边(宽度W)的一方，分割成四个氧化气体流路开口部11。
[0125]与氧化气体流路开口部11的情况同样，燃料气体的流路开口部分割数NRe的下限优选为2以上，更优选为5以上，进一步优选为10以上，更进一步优选为15以上。NRe的上限优选为100以下，更优选为50以下，进一步优选为30以下，更进一步优选为20以下。在图5(A) (B)中，在膜电极接合体3的长边(宽度W)的一方，分割成四个燃料气体流路开口部9。
[0126][扩宽部]
[0127]扩宽部8是为向配置于相邻的异种流体用的流路开口部的前面的催化剂层供给氧化气体或燃料气体而