(57)【要約】【課題】排水性が向上した燃料電池を提供することを課題とする。【解決手段】膜電極接合体と、前記膜電極接合体に積層されたガス拡散層と、前記ガス拡散層に積層されたセパレータと、を備え、前記セパレータは、前記ガス拡散層側で反応ガスが流れるガス溝と前記ガス拡散層とは反対側で冷媒が流れる冷媒溝とが形成された流路部と、前記流路部の前記ガス溝側の第１面と、前記第１面とは反対側である前記冷媒溝側の第２面と、を含み、前記流路部は、前記ガス拡散層に当接したリブ部と、前記ガス拡散層から退避した底部と、前記リブ部と前記底部との間で前記リブ部及び底部に対して傾斜して連続した側部と、を含み、前記側部の前記第１面には、前記ガス溝に沿って延びた排水溝が形成されており、前記排水溝の水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下である、燃料電池。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に積層されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層に積層されたセパレータと、を備え、
前記セパレータは、前記ガス拡散層側で反応ガスが流れるガス溝と前記ガス拡散層とは反対側で冷媒が流れる冷媒溝とが形成された流路部と、前記流路部の前記ガス溝側の第１面と、前記第１面とは反対側である前記冷媒溝側の第２面と、を含み、
前記流路部は、前記ガス拡散層に当接したリブ部と、前記ガス拡散層から退避した底部と、前記リブ部と前記底部との間で前記リブ部及び底部に対して傾斜して連続した側部と、を含み、
前記側部の前記第１面には、前記ガス溝に沿って延びた排水溝が形成されており、
前記排水溝の水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下である、燃料電池。
【請求項２】
前記排水溝の水力直径は、５μｍ以上であって１５０μｍ以下である、請求項１の燃料電池。
【請求項３】
前記側部の前記第１面は、前記リブ部側から前記底部側に延びた第１傾斜面と、前記第１傾斜面と前記底部との間に位置して前記リブ部側から前記底部側に延びた第２傾斜面と、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に位置して前記第１傾斜面側から前記ガス拡散層側に向かうように傾斜した第３傾斜面と、を有し、
前記排水溝の内面の少なくとも一部は、前記第３傾斜面により画定される、請求項１又は２の燃料電池。
【請求項４】
前記排水溝が延びた方向から見て、前記第３傾斜面の長さは、前記第３傾斜面以外の前記側部の長さよりも短い、請求項３の燃料電池。
【請求項５】
前記側部の前記第２面は、前記排水溝に対向して前記排水溝の内面に対して相補形状である対向部位を含む、請求項１乃至４の何れかの燃料電池。
【請求項６】
前記底部の前記第２面は、平坦であり、前記セパレータに隣接した他のセパレータに導通接続される、請求項１乃至５の何れかの燃料電池。
【請求項７】
前記側部には、少なくとも前記リブ部と前記排水溝との間での前記第１面において、前記排水溝に連通した案内溝が形成されている、請求項１乃至６の何れかの燃料電池。
【請求項８】
前記案内溝の少なくとも一部は、前記リブ部の前記第１面に形成されている、請求項７の燃料電池。
【請求項９】
前記排水溝の水力直径は、前記案内溝の水力直径よりも小さい、請求項７又は８の燃料電池。
【請求項１０】
前記流路部は、前記リブ部に前記側部とは反対側で隣接し前記リブ部に対して傾斜して連続した隣接側部と、前記隣接側部に前記リブ部と反対側で隣接し前記ガス拡散層から退避した隣接底部と、を含み、
前記隣接側部の前記第１面には、前記ガス溝に沿って延びた隣接排水溝が形成されており、
前記隣接排水溝の水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下である、請求項１乃至９の何れかの燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のセパレータでは、一方側に反応ガスが流れるガス溝が形成されている。例えば発電反応によって発生した液水がガス溝内で滞留すると、これにより反応ガスの拡散性が低下し、燃料電池の発電性能が低下する場合がある。このような液水を燃料電池から排出するために、ガス溝の内面にこのガス溝に沿って延びた排水溝が設けられる場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２０５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電性能をより向上させるために、このような排水溝による排水性を向上させることが望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、排水性が向上した燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体に積層されたガス拡散層と、前記ガス拡散層に積層されたセパレータと、を備え、前記セパレータは、前記ガス拡散層側で反応ガスが流れるガス溝と前記ガス拡散層とは反対側で冷媒が流れる冷媒溝とが形成された流路部と、前記流路部の前記ガス溝側の第１面と、前記第１面とは反対側である前記冷媒溝側の第２面と、を含み、前記流路部は、前記ガス拡散層に当接したリブ部と、前記ガス拡散層から退避した底部と、前記リブ部と前記底部との間で前記リブ部及び底部に対して傾斜して連続した側部と、を含み、前記側部の前記第１面には、前記ガス溝に沿って延びた排水溝が形成されており、前記排水溝の水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下である、燃料電池によって達成できる。
【０００７】
排水溝の水力直径が２μｍ以上であることにより、排水溝により最大限捕捉できる液水の量を確保することができる。また、排水溝の水力直径が２００μｍ以下であることにより、排水溝の毛管力を確保することができ、これにより一度排水溝で捕捉した液水が排水溝から脱離してガス溝内に滞留することを抑制できる。このようにして、燃料電池の排水性が向上している。
【０００８】
前記排水溝の水力直径は、５μｍ以上であって１５０μｍ以下であってもよい。
【０００９】
前記排水溝が延びた方向から見て、前記第３傾斜面の長さは、前記第３傾斜面以外の前記側部の長さよりも短くてもよい。
【００１０】
前記側部の前記第２面は、前記排水溝に対向して前記排水溝の内面に対して相補形状である対向部位を含んでもよい。
【００１１】
前記底部の前記第２面は、平坦であり、前記セパレータに隣接した他のセパレータに導通接続されてもよい。
【００１２】
前記側部には、少なくとも前記リブ部と前記排水溝との間での前記第１面において、前記排水溝に連通した案内溝が形成されていてもよい。
【００１３】
前記案内溝の少なくとも一部は、前記リブ部の前記第１面に形成されていてもよい。
【００１４】
前記排水溝の水力直径は、前記案内溝の水力直径よりも小さくてもよい。
【００１５】
前記流路部は、前記リブ部に前記側部とは反対側で隣接し前記リブ部に対して傾斜して連続した隣接側部と、前記隣接側部に前記リブ部と反対側で隣接し前記ガス拡散層から退避した隣接底部と、を含み、前記隣接側部の前記第１面には、前記ガス溝に沿って延びた隣接排水溝が形成されており、前記隣接排水溝の水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
排水性が向上した燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、燃料電池の単セルの分解斜視図である。
【図２】図２は、単セルが複数積層された燃料電池の部分断面図である。
【図３】図３は、セパレータの流路部の一部を示した斜視図である。
【図４】図４Ａは、セパレータの流路部の一部を示した断面図であり、図４Ｂは、溝の水力直径と毛管力との関係を示したグラフである。
【図５】図５Ａは、図４Ａの排水溝の拡大図であり、図５Ｂは、図５Ａの部分拡大図である。
【図６】図６Ａは、セパレータの流路部の一部を示した断面図であり、図６Ｂは、案内溝を示した断面図である。
【図７】図７は、セパレータの流路部の一部を示した断面図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、複数の変形例の排水溝の拡大断面図であり、図８Ｄは、図８Ｃの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、燃料電池１の単セル２の分解斜視図である。燃料電池１は、単セル２が複数積層されることで構成される。図１では、一つの単セル２のみを示し、その他の単セルについては省略してある。図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。単セル２は、図１に示したＺ方向で他の単セルと共に積層される。即ち、Ｚ方向は、複数の単セル２が積層される積層方向である。単セル２は略矩形状であり、単セル２の長手方向及び短手方向はそれぞれ図１に示したＹ方向及びＸ方向に相当する。
【００１９】
燃料電池１は、反応ガスとしてアノードガス（例えば水素）とカソードガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル２は、膜電極ガス拡散層接合体１０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、ＭＥＧＡ１０を支持する支持フレーム１８と、ＭＥＧＡ１０を挟持するアノードセパレータ２０及びカソードセパレータ４０（以下、セパレータと称する）とを含む。ＭＥＧＡ１０は、カソードガス拡散層１６ｃ及びアノードガス拡散層１６ａ（以下、拡散層と称する）を有している。支持フレーム１８は、略枠状であって内周側がＭＥＧＡ１０の周縁領域に接合されている。セパレータ２０及び４０と、支持フレーム１８が接合されたＭＥＧＡ１０とは、Ｚ方向に積層されている。
【００２０】
セパレータ２０の２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。同様に、支持フレーム１８の２つの短辺の一方側には孔ｓ１〜ｓ３が形成され、他方側には孔ｓ４〜ｓ６が形成されている。同様に、セパレータ４０の２つの短辺の一方側には孔ｃ１〜ｃ３が形成され、他方側には孔ｃ４〜ｃ６が形成されている。孔ａ１、ｓ１、及びｃ１は連通してアノード出口マニホールドを画定する。同様に、孔ａ２、ｓ２、及びｃ２は、冷媒入口マニホールドを、孔ａ３、ｓ３、及びｃ３はカソード入口マニホールドを、孔ａ４、ｓ４、及びｃ４はカソード出口マニホールドを、孔ａ５、ｓ５、及びｃ５は冷媒出口マニホールドを、孔ａ６、ｓ６、及びｃ６はアノード入口マニホールドを画定する。尚、本実施例の燃料電池１では、冷媒としては液体である冷却水が用いられる。
【００２１】
セパレータ２０は、ＭＥＧＡ１０に対向する面２０ａと、面２０ａの反対側の面２０ｂとを有している。セパレータ４０は、ＭＥＧＡ１０に対向する面４０ａと、面４０ａの反対側の面４０ｂとを有している。セパレータ２０の面２０ａには、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通してアノードガスが流れるアノード溝２０Ａが形成されている。セパレータ４０の面４０ａには、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通してカソードガスが流れるカソード溝４０Ａが形成されている。セパレータ２０の面２０ｂ、及びセパレータ４０の面４０ｂには、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒溝２０Ｂ及び４０Ｂがそれぞれ形成されている。アノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂはセパレータ２０の長手方向（Ｙ方向）に延びている。カソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂも同様に、セパレータ４０の長手方向（Ｙ方向）に延びている。これらの溝は、主に、ＸＹ平面において各セパレータのＭＥＧＡ１０に対向する領域に設けられている。
【００２２】
セパレータ２０及び４０の材料は、ガス遮断性及び導電性を有した材料であり、具体的には、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウムといった金属、又はカーボンを圧縮した緻密質カーボン、又はこれら複合した材料である。また、セパレータ２０及び４０は、プレス加工により成形されたものであるが、これに限定されず、切削加工により成形されたものであってもよい。
【００２３】
図２は、単セル２が複数積層された燃料電池１の模式的な部分断面図である。図２では、１つの単セル２のみを図示し、その他の単セルについては省略してある。図２が示す断面は、アノード溝２０Ａやカソード溝４０Ａ、及び冷媒溝２０Ｂ及び４０Ｂが延びたＹ方向に直交している。
【００２４】
ＭＥＧＡ１０は、拡散層１６ａ及び１６ｃと、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）１１とを有している。ＭＥＡ１１は、電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面及び他方の面のそれぞれに形成されたアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃ（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜１２は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。触媒層１４ａ及び１４ｃは、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜１２に塗布することにより形成される。拡散層１６ａ及び１６ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層１６ａ及び１６ｃは、それぞれ触媒層１４ａ及び１４ｃに接合されている。尚、拡散層１６ａ及び１６ｃの少なくとも一方が、金属発泡焼結体や網状のエキスパンドメタル等の多孔体であってもよい。また、触媒層１４ａに撥水層が接合され、この撥水層に拡散層１６ａが接合されていてもよい。同様に、触媒層１４ｃに撥水層が接合され、この撥水層に拡散層１６ｃが接合されていてもよい。
【００２５】
アノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂは、Ｙ方向から見てその断面形状は波形状である。アノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂは、Ｘ方向、即ちアノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂが並んだ方向に繰り返し連続した、リブ部２１、側部２３、底部２５、及び側部２７により画定されている。リブ部２１は、拡散層１６ａに当接している。底部２５は、リブ部２１と略平行であり拡散層１６ａから退避している。側部２３は、リブ部２１とこのリブ部２１よりも＋Ｘ方向側にある底部２５との間で、このリブ部２１及び底部２５に対して傾斜して連続している。側部２７は、底部２５とこの底部２５よりも＋Ｘ方向側にあるリブ部２１との間で、この底部２５及びリブ部２１に対して傾斜して連続している。側部２３及び２７は、この側部２３及び２７の間のリブ部２１の、Ｘ方向の中心を通過するＹＺ平面に対して略対称である。
【００２６】
拡散層１６ａ側で、側部２３、底部２５、及び側部２７により囲まれた空間が、セパレータ２０のアノード溝２０Ａとして画定される。また、底部２５は図２Ａに示した単セル２の上方側に隣接する不図示の他の単セルのカソードセパレータに当接する。この不図示のカソードセパレータ側で、リブ部２１と、側部２３及び２７とにより囲まれた空間がセパレータ２０の冷媒溝２０Ｂとして画定される。このようにアノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂは、セパレータ２０に表裏一体に形成されている。アノード溝２０Ａは、拡散層１６ａ側でアノードガスが流れるガス溝の一例である。冷媒溝２０Ｂは、拡散層１６ａとは反対側で冷媒が流れる冷媒溝の一例である。アノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂは、拡散層１６ａ側で反応ガスが流れるアノード溝２０Ａと拡散層１６ａ側とは反対側で冷媒が流れる冷媒溝２０Ｂとが形成された流路部の一例である。セパレータ２０の面２０ａは、流路部のアノード溝２０Ａ側の第１面の一例であり、セパレータ２０の面２０ｂは、面２０ａとは反対側である冷媒溝２０Ｂ側の第２面の一例である。セパレータ４０の面４０ａは、流路部のカソード溝４０Ａ側の第１面の一例であり、セパレータ４０の面４０ｂは、面４０ａとは反対側である冷媒溝４０Ｂ側の第２面の一例である。
【００２７】
同様に、カソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂは、Ｙ方向から見てその断面形状は波形状である。カソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂは、Ｘ方向に繰り返し連続した、リブ部４１、側部４３、底部４５、側部４７により画定されている。リブ部４１は、拡散層１６ｃに当接している。底部４５は、リブ部４１と略平行であり拡散層１６ｃから退避している。側部４３は、リブ部４１とこのリブ部４１よりも＋Ｘ方向側にある底部４５との間で、このリブ部４１及び底部４５に対して傾斜して連続している。側部４７は、底部４５とこの底部４５よりも＋Ｘ方向側にあるリブ部４１との間で、この底部４５及びリブ部４１に対して傾斜して連続している。側部４３及び４７は、この側部４３及び４７の間のリブ部４１の、Ｘ方向の中心を通過するＹＺ平面に対して略対称である。
【００２８】
拡散層１６ｃ側で、側部４３、底部４５、及び側部４７により囲まれた空間が、セパレータ４０のカソード溝４０Ａとして画定される。また、底部４５は図２に示した単セル２の下方側に隣接する不図示の他の単セルのカソードセパレータに当接する。この不図示のカソードセパレータ側で、リブ部４１と、側部４３及び４７とにより囲まれた空間がセパレータ４０の冷媒溝４０Ｂとして画定される。このようにカソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂは、セパレータ４０に表裏一体に形成されている。カソード溝４０Ａは、拡散層１６ｃ側でカソードガスが流れるガス溝の一例である。冷媒溝４０Ｂは、拡散層１６ｃとは反対側で冷媒が流れる冷媒溝の一例である。カソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂは、拡散層１６ｃ側で反応ガスが流れるカソード溝４０Ａと拡散層１６ｃ側とは反対側で冷媒が流れる冷媒溝４０Ｂとが形成された流路部の一例である。
【００２９】
側部２７は、リブ部２１に側部２３とは反対側で隣接した隣接側部の一例である。隣接する２つの底部２５の一方は、側部２７にリブ部２１と反対側で隣接し拡散層１６ａから退避した隣接底部の一例である。側部４７は、リブ部４１に側部４３とは反対側で隣接した隣接側部の一例である。隣接する２つの底部４５の一方は、側部４７にリブ部４１と反対側で隣接し拡散層１６ｃから退避した隣接底部の一例である。
【００３０】
図３は、セパレータ４０の流路部の一部を示した斜視図である。図３では、カソードガスが流れるセパレータ４０の面４０ａ側を示している。図３において、カソードガス及び冷媒は＋Ｙ方向に流れる。セパレータ４０の面４０ａには、排水溝４３ｇ及び４７ｇや案内溝４１ｇが形成されている。具体的には、排水溝４３ｇ及び４７ｇは、それぞれ側部４３及び４７にカソード溝４０Ａに沿って延びて形成され、詳細には、カソード溝４０Ａと平行である。排水溝４７ｇは、側部４７の面４０ａにカソード溝４０Ａ溝に沿って延びた隣接排水溝の一例である。また、案内溝４１ｇは、リブ部４１とそのリブ部４１に隣接した側部４３及び４７の一部とに、Ｘ方向に延びて形成されており、Ｙ方向に所定のピッチで複数形成されている。これら案内溝４１ｇは、一端が排水溝４３ｇに連通し、他端が排水溝４７ｇに連通している。尚、図３から明らかであるが、案内溝４１ｇや、排水溝４３ｇ及び４７ｇの各幅や各深さは、カソード溝４０Ａや冷媒溝４０Ｂの各幅や各深さよりも小さい。
【００３１】
図４Ａは、セパレータ４０の流路部の一部を示した断面図である。図４Ａの断面は、カソード溝４０Ａ等が延びたＹ方向に垂直であり、図４Ａは、排水溝４３ｇ及び４７ｇがそれぞれ延びた方向に垂直な断面から見た場合での、セパレータ４０の流路部の一部を示しているともいえる。排水溝４３ｇは、Ｙ方向に垂直な方向から見て、側部４３の略中央部に形成されている。排水溝４３ｇは、排水溝４３ｇが延びた方向に垂直な断面視で略Ｖ字状である。換言すれば、排水溝４３ｇは、側部４３の一部に段状に形成された部分によって画定されている。排水溝４７ｇについても同様である。排水溝４３ｇの幅や深さは、これら排水溝４３ｇが延びた方向で略一定であるがこれに限定されない。排水溝４７ｇについても同様である。
【００３２】
発電反応により生じた生成水は、排水溝４３ｇ及び４７ｇにより捕捉される。排水溝４３ｇ及び４７ｇで捕捉された液水は、カソードガスの圧力を受けて排水溝４３ｇ及び４７ｇに沿ってカソードガスの下流側へと流れ、カソードガス排出マニホールドを介して燃料電池１の外部へ排出される。尚、案内溝４１ｇや対向部位４１ｈについては、詳しくは後述する。
【００３３】
次に、排水溝４３ｇの水力直径について説明する。溝の水力直径とは、その溝の断面積と等価とみなせる断面積を有した円管の直径を意味する。従って、溝の水力直径が大きいほど、その溝の断面積が大きいことを示し、その溝で捕捉できる液水の量も多いことを示す。従って、溝による排水性を考慮すると、その溝の水力直径は大きいほどよい。しかしながら、溝の水力直径が増大するほど、溝の毛管力が低下することが知られている。図４Ｂは、溝の水力直径と毛管力との関係を示したグラフである。横軸は水力直径を示し、縦軸は毛管力を示している。図４Ｂに示すように、水力直径と毛管力との関係は反比例の関係にある。ここで、毛管力が大きいほどその溝の液水の保持力が大きいことを示す。従って、水力直径が大きいほど、その溝で捕捉できる液水の量は確保できるが、毛管力は低下し、一度溝で捕捉した液水が溝から脱離し、この溝を有効利用して液水を排出することが困難となる可能性がある。
【００３４】
従って本実施例での排水溝４３ｇの水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下に設定されている。排水溝４３ｇの水力直径が２μｍ以上であることにより、排水溝４３ｇが最大限捕捉できる液水の量が確保されている。これにより、例えば燃料電池１の運転状態がカソード溝４０Ａ内で液水が発生しやすい状態であっても、カソード溝４０Ａ内での液水の滞留が抑制される。また、排水溝４３ｇの水力直径が２００μｍ以下であるため、毛管力による排水溝４３ｇの液水の保持力が確保されている。これにより、例えば排水溝４３ｇにより一度捕捉された液水が、カソードガスからの圧力や燃料電池１から外部に加えられた振動、その他重力の作用等によって排水溝４３ｇから脱離してカソード溝４０Ａ内で滞留することが抑制される。以上のように、排水溝４３ｇが有効利用されて排水性が向上している。排水溝４７ｇについても同様である。
【００３５】
排水溝４３ｇの水力直径は、５μｍ以上であって１５０μｍ以下が好ましい。排水溝４３ｇの水力直径が５μｍ以上であることにより、上述した２μｍ以上の場合よりも排水溝４３ｇの毛管力は低下するが排水溝４３ｇが最大限捕捉できる液水の量を確保できる。また、排水溝４３ｇの水力直径が１５０μｍ以下であることにより、上述した２００μｍ以下の場合よりも排水溝４３ｇが最大限捕捉できる液水の量は低下するが毛管力を確保することができる。排水溝４３ｇの水力直径がこのような範囲に設定されていることにより、排水溝４３ｇが捕捉できる液水の量の確保と毛管力の確保とを両立でき、排水溝４３ｇによる排水性が向上している。排水溝４３ｇの水力直径は、更に好ましくは７μｍ以上であって１５０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以上であって１００μｍ以下である。尚、排水溝４３ｇの水力直径は小さいほど、排水溝４３ｇの形成やその寸法精度を維持することが困難となる場合があるため、このような事情を考慮して適宜設定することが望ましい。
【００３６】
尚、溝の水力直径とは、溝の断面と等価な円管の直径を意味する。溝の水力直径は、以下のようにして算出できる。最初に、溝の断面積を、濡れ縁長さで除算する。このようにして算出された値に４を乗算する。これにより、溝の水力直径が算出される。濡れ縁長さとは、溝が延びた方向から見て溝の内面の長さである。排水溝４３ｇの水力直径の具体的な算出方法については、後述する。
【００３７】
図５Ａは、図４Ａの排水溝４３ｇの拡大図である。尚、図５Ａでは案内溝４１ｇについては省略してある。また、図５Ａでは、排水溝４３ｇを流れる液水Ｗを図示している。側部４３の面４０ａは、リブ部４１側から底部４５側に順に、面４３１ａ、４３３ａ、及び４３２ａを含む。面４３１ａは、リブ部４１の面４０ａから＋Ｘ方向と−Ｚ方向との間の方向であって拡散層１６ｃから離れるようにリブ部４１側から底部４５側に延びている。面４３３ａは、面４３１ａから＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との間の方向であって拡散層１６ｃに接近するように延びている。面４３２ａは、面４３３ａから＋Ｘ方向と−Ｚ方向との間の方向であって拡散層１６ｃから離れるようにリブ部４１側から底部４５側に延びて、底部４５の面４０ａに連続している。面４３１ａのリブ部４１に対する傾斜角度と、面４３２ａのリブ部４１に対する傾斜角度とは、僅かに異なっているが同一であってもよい。
【００３８】
上述したように、面４３１ａ及び４３２ａがそれぞれリブ部４１側から底部４５側に向けて拡散層１６ｃから離れるように傾斜しているのに対し、面４３３ａは、面４３１ａから拡散層１６ｃに接近するように傾斜している。換言すれば、面４３３ａと面４３２ａとの＋Ｘ方向での接続位置は、面４３３ａと面４３１ａとの＋Ｘ方向での接続位置よりも＋Ｘ方向側に位置しており、面４３３ａと面４３２ａとの＋Ｚ方向での接続位置は、面４３３ａと面４３１ａとの＋Ｚ方向での接続位置よりも＋Ｚ方向側、即ち拡散層１６ｃに近い位置にあるといえる。面４３３ａと、面４３３ａに−Ｘ方向で対向する面４３１ａの一部分とによって、断面視で略Ｖ字状の排水溝４３ｇが画定されている。面４３１ａは、リブ部４１側から底部４５側に延びた第１傾斜面の一例である。面４３２ａは、面４３１ａと底部４５との間に位置してリブ部４１側から底部４５側に延びた第２傾斜面の一例である。面４３３ａは、面４３１ａと面４３２ａとの間に位置して面４３１ａ側から拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜した第３傾斜面の一例である。
【００３９】
このように、排水溝４３ｇの内面の一部を画定する面４３３ａが拡散層１６ｃ側に向けて延びていることにより、例えば、拡散層１６ｃで発生した生成水が、リブ部４１の面４０ａから面４３１ａ上に流れて排水溝４３ｇに流入した場合や、案内溝４１ｇを介して排水溝４３ｇに流入した場合に、生成水が排水溝４３ｇから面４３２ａ上に流出することが抑制される。即ち、面４３３ａにより排水溝４３ｇによる液水の捕捉性が向上している。これにより排水性が向上している。排水溝４７ｇについても同様である。
【００４０】
また、断面視で、面４３３ａの長さＬは、面４３３ａ以外の面４３１ａや面４３２ａの長さよりも短く形成されている。これにより、カソードガスの圧損の増大を抑制できる。断面視で面４３３ａの長さが面４３１ａや面４３２ａの長さよりも長いと、面４３３ａがカソード溝４０Ａ側に大きく突出していることになり、カソードガスの圧損が増大するからである。具体的には、面４３３ａの長さＬは例えば０．２ｍｍ以下が好ましい。排水溝４７ｇについても同様である。
【００４１】
また、図４Ａ及び図５Ａに示すように、側部４３の面４０ｂは、側部４３の面４０ａと略同じ形状である。即ち、側部４３の面４０ｂは、側部４３の面４０ａと相補形状であり、換言すれば略相似している。このため、面４０ｂで排水溝４３ｇに対向した対向部位４３ｈも、排水溝４３ｇの内面と相補形状であり、排水溝４３ｇと同様に断面視で略Ｖ字状で冷媒溝４０Ｂ側に突出している。このように対向部位４３ｈが排水溝４３ｇと相補形状であるため、例えば面４０ｂが冷媒溝４０Ｂ側に突出した対向部位４３ｈを有しておらずに滑らかに略直線状に連続している場合での排水溝４３ｇに対向する部位の表面積と比較して、対向部位４３ｈの表面積が確保されている。
【００４２】
ここで、拡散層１６ｃ内やカソード溝４０Ａ内では、発電反応により生じた熱や、不図示のコンプレッサにより圧縮されて高温となったカソードガスが流れることにより、比較的高温となっている。これにより、カソード溝４０Ａ内では、発電反応により生じた生成水の一部や、燃料電池１に供給される前にカソードガスに含まれていた水分が、水蒸気となって流れる。これに対して、カソード溝４０Ａの反対側の冷媒溝４０Ｂでは、低温の冷媒が流れている。
【００４３】
ここで、上述したように対向部位４３ｈの表面積が確保されているため、排水溝４３ｇの内面に接する水蒸気と、対向部位４３ｈに接する冷媒との熱交換効率が向上している。即ち、排水溝４３ｇの内面が、冷媒によりより冷却されやすい構成となっている。このため、排水溝４３ｇ内での水蒸気の凝縮が促進されている。これにより、燃料電池１の排水性が向上している。排水溝４７ｇや排水溝４７ｇに対向する対向部位４７ｈについても同様である。
【００４４】
本実施例での排水溝４３ｇは、側部４３に形成されており底部４５には形成されていない。また、底部４５の面４０ｂは、平坦に形成されている。例えば、底部４５の面４０ａに窪んだ排水溝を形成することも考えられる。しかしながら、底部４５の面４０ａに排水溝を形成すると、底部４５の剛性が部分的に低下して、底部４５の面４０ｂを平坦に維持することが困難となる可能性がある。また、底部４５の面４０ｂの全面に亘って隣接するセパレータが当接する場合、面４０ｂの底部４５の排水溝に対向する部位を冷媒溝４０Ｂ側に突出させることは困難である。ここで、セパレータ４０の底部４５の面４０ｂは、セパレータ４０に隣接するセパレータに当接して、両者は導通接続され、両者間の接触抵抗は小さい方が好ましい。このような接触抵抗の増大を抑制するためには、セパレータ４０の底部４５の面４０ｂと隣接するセパレータとの密着面積が大きいことが望ましく、そのためには底部４５の面４０ｂが平坦であることが望ましい。本実施例では、排水溝４３ｇを底部４５ではなく、側部４３に設けることにより、底部４５の面４０ｂを平坦に維持でき、セパレータ間の接触抵抗の増大が抑制されている。
【００４５】
次に、排水溝４３ｇの水力直径の算出について説明する。図５Ｂは、図５Ａの部分拡大図である。図５Ｂには、液水Ｗの断面積Ａと、面４３１ａと面４３３ａとに液水Ｗが接触した長さｓとを示している。ここで、断面積Ａは、排水溝４３ｇに最大限捕捉された液水Ｗの断面積である。このため、断面積Ａが排水溝４３ｇの断面積とみなすことができる。また、長さｓは、排水溝４３ｇの濡れ縁長さに相当する。図５Ｂに示した例では、長さｓは、面４３３ａの長さと、面４３３ａと−Ｘ方向で対向した面４３１ａの一部分の長さとの合計である。排水溝４３ｇの水力直径は、上記の断面積Ａを長さｓで除算して４を乗算することにより算出できる。
【００４６】
次に、本実施例の案内溝４１ｇについて説明する。図６Ａは、セパレータ４０の流路部の一部を示した断面図である。図６Ａの断面は、カソード溝４０Ａが延びたＹ方向に直交するＸ方向に垂直である。案内溝４１ｇは、リブ部４１と、側部４３及び４７の一部分とに亘って形成され、Ｘ方向に延びている。案内溝４１ｇの幅、深さは部位によらずに略一定であるが、これに限定されない。ここで、案内溝４１ｇは、排水溝４３ｇよりもリブ部４１側の側部４３で面４０ａに対して窪んでいる。このため、排水溝４３ｇよりもリブ部４１側の側部４３の面４０ａに液水が付着した場合であっても、カソード溝４０Ａ内を流れるカソードガスの圧力により、＋Ｙ方向に流れて側部４３で案内溝４１ｇに捕捉される。このように案内溝４１ｇで捕捉された液水は排水溝４３ｇへと案内され、液水は案内溝４１ｇから排水溝４３ｇへと連続的に流れる。このように排水性が向上している。
【００４７】
また、上述したように案内溝４１ｇは、排水溝４３ｇのみならず、排水溝４７ｇにも連通している。このため、リブ部４１で案内溝４１ｇに捕捉された液水は、この案内溝４１ｇに連通した排水溝４３ｇ及び４７ｇの少なくとも何れかに案内されるため、排水性が向上している。
【００４８】
また、案内溝４１ｇは、排水溝４３ｇ及び４７ｇよりも、拡散層１６ｃに当接するリブ部４１側に形成されている。これにより、発電反応によりＭＥＡ１１のカソード側で発生した生成水を、案内溝４１ｇで容易に捕捉することができる。
【００４９】
上述したように、案内溝４１ｇは、その一端が排水溝４３ｇに連通しており、排水溝４３ｇを通過するように連通しているのではない。従って、案内溝４１ｇは、排水溝４３ｇと底部４５との間の側部４３の領域には形成されていない。案内溝４１ｇが排水溝４３ｇに通過するように連通している場合には、リブ部４１側から排水溝４３ｇに向かって案内溝４１ｇを流れる液水が排水溝４３ｇを通過して、排水溝４３ｇに案内できない可能性がある。本実施例では案内溝４１ｇの一端が排水溝４３ｇに連通していることにより、案内溝４１ｇから排水溝４３ｇへと液水を適切に案内できる。同様に、案内溝４１ｇの他端も排水溝４７ｇに連通している。
【００５０】
図６Ｂは、案内溝４１ｇを示した断面図である。図６Ｂの断面は、案内溝４１ｇが延びた方向に垂直である。排水溝４３ｇと同様に、面４０ｂの案内溝４１ｇに対向した対向部位４１ｈは案内溝４１ｇに相補形状であり冷媒溝４０Ｂ側に突出している。これにより、上述した排水溝４３ｇと同様に、案内溝４１ｇの内面上での凝縮水の発生が促進され、排水性が向上している。
【００５１】
ここで、排水溝４３ｇ及び４７ｇの各水力直径は、案内溝４１ｇの水力直径よりも小さい。ここで、図４Ｂに示したように、溝の水力直径が小さいほど毛管力が増大するため、排水溝４３ｇ及び４７ｇの各毛管力は、案内溝４１ｇの毛管力よりも大きい。これにより、案内溝４１ｇ内の液水は、毛管力が大きい排水溝４３ｇ及び４７ｇの何れかに流れることが促進され、排水性が向上している。本実施例では、排水溝４３ｇ及び４７ｇと案内溝４１ｇとの深さは略同じであり、排水溝４３ｇ及び４７ｇのそれぞれは案内溝４１ｇよりも幅が狭く形成されているが、これに限定されず、例えば、排水溝４３ｇ及び４７ｇと案内溝４１ｇとの幅が略同じであり、排水溝４３ｇ及び４７ｇのそれぞれが案内溝４１ｇよりも深さが浅くてもよい。
【００５２】
尚、案内溝４１ｇについても、排水溝４３ｇと同様に、案内溝４１ｇの水力直径は、２μｍ以上であって２００μｍ以下であるが、５μｍ以上であって１５０μｍ以下でもよい。また、案内溝４１ｇの水力直径は、好ましくは７μｍ以上であって１５０μｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以上であって１００μｍ以下である。案内溝４１ｇの水力直径をこのような範囲に設定することにより、案内溝４１ｇが保持できる液水の量を確保しつつ液水の保持力も確保することができる。しかしながら、案内溝４１ｇの水力直径は必ずしも上記範囲を満たす必要はない。案内溝４１ｇが満水になると案内溝４１ｇから排水溝４３ｇ及び４７ｇの何れかに液水が溢れ出るからである。
【００５３】
排水溝４３ｇ及び４７ｇと案内溝４１ｇとが形成されたセパレータ４０の面４０ａが重力方向上方を向くようにして燃料電池１が使用される場合には、重力の作用によって拡散層１６ｃ側から面４０ａ側に落下した液水も、排水溝４３ｇ及び４７ｇや案内溝４１ｇで容易に捕捉することができる。
【００５４】
排水溝４３ｇ及び４７ｇや案内溝４１ｇは、親水処理がなされていることが望ましい。これにより、排水溝４３ｇ及び４７ｇや案内溝４１ｇ内での液水の流動性が向上し、排水性が向上する。親水処理としては、周知の種々の技術を適用可能であり、例えば、プラズマ処理、紫外線処理、親水被膜の形成等が挙げられる。
【００５５】
案内溝４１ｇは、排水溝４３ｇ及び４７ｇの双方に連通しているが、何れか一方にのみ連通していてもよい。この場合も、案内溝４１ｇから排水溝４３ｇ及び４７ｇの一方に液水を案内することができるからである。また、案内溝４１ｇはリブ部４１にも形成されているが、リブ部４１には形成されておらずに側部４３及び４７の少なくとも一方にのみ形成されていてもよい。例えば、案内溝４１ｇがリブ部４１には形成されておらずに側部４３にのみ形成されている場合には、案内溝４１ｇは、側部４３の、リブ部４１と排水溝４３ｇとの間の領域に形成されて排水溝４３ｇに連通していればよい。この場合も、側部４３に形成された案内溝４１ｇにより液水を捕捉でき、案内溝４１ｇから排水溝４３ｇに液水を案内できるからである。
【００５６】
側部４３における排水溝４３ｇの位置は、リブ部４１及び底部４５の何れからも同じ距離となるように側部４３の略中央に形成されているが、これに限定されない。排水溝４３ｇが延びた方向は、−Ｚ方向から見て、カソード溝４０Ａの延びた方向に対して僅かに傾斜していてもよい。また、排水溝４３ｇは、排水性を考慮すると直線状に延びていることが好ましいが、−Ｚ方向から見て、カソード溝４０Ａが延びた方向に対して緩やかに湾曲した形状であってもよいし、複数の直線状の部分が異なる角度で連通した形状でもよい。排水溝４７ｇについても同様である。また、排水溝４３ｇ及び４７ｇは平行でなくてもよい。側部４３及び４７の何れか一方にのみ排水溝が形成されていてもよい。
【００５７】
案内溝４１ｇは、−Ｚ方向から見て、カソード溝４０Ａの延びた方向に対して直交する方向に延びているが、これに限定されない。案内溝４１ｇは、−Ｚ方向から見て直線状であるがこれに限定されず、湾曲した形状であってもよいし、複数の直線状の部分が異なる角度で連通した形状でもよい。また、案内溝４１ｇは、−Ｚ方向から見て排水溝４３ｇ及び４７ｇに直交するように連通しているが、これに限定されない。例えば、側部４３で案内溝４１ｇは、カソードガスが流れる方向に沿うように、＋Ｙ方向と＋Ｘ方向との間の方向に延びて排水溝４３ｇに接続されていてもよい。同様に、側部４７で案内溝４１ｇは、カソードガスが流れる方向に沿うように、＋Ｙ方向と−Ｘ方向との間の方向に延びて排水溝４７ｇに接続されていてもよい。Ｙ方向に並んだ複数の案内溝４１ｇのピッチは、一定に限定されない。例えば、液水が発生しやすい部分により狭いピッチで複数の案内溝４１ｇを形成してもよい。
【００５８】
図７は、セパレータ２０の流路部の一部を示した断面図である。図７は、セパレータ２０のアノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂが延びた方向に対して垂直な断面図である。セパレータ４０と同様に、アノード側のセパレータ２０においても、側部２３及び２７にはそれぞれ排水溝２３ｇ及び２７ｇが形成され、側部２３及び２７とリブ部２１とには排水溝２３ｇ及び２７ｇに連通した複数の案内溝２１ｇが形成されている。これらの排水溝２３ｇ及び２７ｇや案内溝２１ｇに対向する面２０ｂの対向部位２３ｈ、２７ｈ、及び２１ｈは、それぞれ排水溝２３ｇ及び２７ｇや案内溝２１ｇと相補形状であり冷媒溝２０Ｂ側に突出しているため、排水性が向上している。尚、セパレータ２０のアノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂの形状及び大きさは、それぞれセパレータ４０のカソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂの形状及び大きさと略同じであり、アノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂの形状とカソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂの形状とはＸＹ平面で略対称である。
【００５９】
本実施例では、排水溝２３ｇ及び２７ｇや案内溝２１ｇは、セパレータ２０の重力方向下方を向いた面２０ａに窪んで形成されている。ここで、排水溝２３ｇ及び２７ｇや案内溝２１ｇの水力直径は、上述した排水溝４３ｇと同様の範囲に設定されている。これにより、毛管力により、液水が重力によってこれら溝から脱離することが抑制される。これらのセパレータ２０及び４０を有する燃料電池１の向きが重力方向に対して何れの向きで使用されても、液水が重力によりこれらの溝から脱離することが抑制され、排水性が向上する。
【００６０】
上述したセパレータ４０のカソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂや、セパレータ２０のアノード溝２０Ａ及び冷媒溝２０Ｂは、直線状に延びているが、これに限定されず、少なくとも一方のセパレータの溝が波状に延びていてもよい。例えば、セパレータ４０のカソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂが波状に延びている場合には、側部４３及び４７や排水溝４３ｇ及び４７ｇも波状に延びて形成される。
【００６１】
上記実施例では、アノード側のセパレータ２０に排水溝２３ｇ及び２７ｇが形成され、カソード側のセパレータ４０にも排水溝４３ｇ及び４７ｇが形成されているが、これに限定されない。セパレータ２０及び４０の何れか一方にのみ、排水溝が形成されていてもよい。尚、発電反応による生成水の発生量は、一般的にアノード側よりもカソード側での方が多いため、カソード側のセパレータ４０に排水溝４３ｇ及び４７ｇの少なくとも一方を設けることが好ましい。
【００６２】
上記実施例では、セパレータ２０の側部２３及び２７は、互いに略平行なリブ部２１及び底部２５に対して傾斜しているが、これに限定されず、例えば、側部２３及び２７のそれぞれがリブ部及び底部２５に対して略直交してもよい。セパレータ４０の側部４３及び４７についても同様である。
【００６３】
上述したセパレータ２０及び４０のそれぞれは、一層構造であるが、複数の層から構成されるものであってもよい。例えば、金属層と導電性樹脂層とを含むセパレータであってもよい。金属層は、例えば金属板である。導電性樹脂層は、例えば絶縁性の樹脂バインダ中に、金属製である導電性の粒子が分散されたものである。
【００６４】
上記のセパレータは、冷媒として液体を用いた水冷式の燃料電池に採用するものに限定されず、例えば冷媒として空気を用いた空冷式の燃料電池に採用してもよい。
【００６５】
次に排水溝の変形例について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、複数の変形例の排水溝の拡大断面図である。尚、変形例については、上述した実施例と類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、第１〜第３変形例の排水溝４３ｇａ〜４３ｇｃを示した拡大断面図である。図８Ａ〜図８Ｃは、図４Ｂに対応している。
【００６６】
図８Ａに示すセパレータ４０１では、側部４３Ａの面４０ａは、リブ部４１側から底部４５側にかけて順に、面４３１ａ１、４３１ａ２、４３１ａ３、４３３ａ１、及び４３２ａ１を有している。面４３１ａ１及び４３２ａ１は、＋Ｘ方向と−Ｚ方向との間の方向に略直線状に延びている。面４３１ａ２は、面４３１ａ１よりも＋Ｘ方向に対して急角度で面４３１ａ１から、拡散層１６ｃから退避するように底部４５側に延びている。面４３１ａ３は、面４３１ａ２から＋Ｘ方向に延びている。面４３３ａ１は、面４３１ａ３から、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との間の方向で拡散層１６ｃ側に向かうように延びている。排水溝４３ｇａは、面４３１ａ２の一部分と、面４３１ａ３と、面４３３ａ１とにより、断面視で略台形状に画定されている。面４３１ａ１及び４３１ａ２は、リブ部４１側から底部４５側に延びた第１傾斜面の一例である。面４３２ａ１は、面４３１ａ１及び４３１ａ２と底部４５との間に位置してリブ部４１側から底部４５側に延びた第２傾斜面の一例である。面４３３ａ１は、面４３１ａ１及び４３１ａ２と面４３２ａ１との間に位置して、面４３１ａ１及び４３１ａ２側から拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜した第３傾斜面の一例である。尚、面４３３ａ１は、＋Ｘ方向に延びた面４３１ａ３を介して面４３１ａ２に連続している。
【００６７】
排水溝４３ｇａの水力直径も、上述した排水溝４３ｇと同じ範囲に設定されているため、排水溝４３ｇａが捕捉する液水の量と、毛管力による排水溝４３ｇａの液水の保持力とが確保されている。尚、排水溝４３ｇａの水力直径は、排水溝４３ｇａに最大限捕捉された液水Ｗの断面積を、液水Ｗが接触している面４３１ａ２、４３１ａ３、及び４３３ａ１の部分の合計の長さで除算して、４で乗算することにより算出できる。
【００６８】
また、上述したように面４３３ａ１は、面４３１ａ２側から拡散層１６ｃ側に向かうように延びているため、面４３１ａ１及び４３１ａ２や案内溝４１ｇから排水溝４３ｇａに流入した液水が面４３２ａ１側に流出することが抑制される。また、面４３３ａ１の長さは、面４３１ａ１等よりも短いため、カソードガスの圧損の増大を抑制できる。また、側部４３Ａにおいても面４０ｂは面４０ａと相補形状であり、対向部位４３ｈａも排水溝４３ｇａと相補形状であり冷媒溝４０Ｂ側に突出しているため、対向部位４３ｈａの表面積が確保されており、排水性が向上している。
【００６９】
尚、面４３１ａ１及び４３２ａ１は、略同じ傾斜角度であるが、これらがリブ部４１側から底部４５側に延びている限り、面４３１ａ１及び４３２ａ１のそれぞれの傾斜角度は違っていてもよい。
【００７０】
図８Ｂに示すセパレータ４０２では、側部４３Ｂの面４０ａは、リブ部４１側から底部４５側にかけて順に、面４３１ａ１、４３１ａ４、４３１ａ５、及び４３２ａ１を有している。面４３１ａ４は、面４３１ａ１から略−Ｚ方向に延びており、詳細には−Ｚ方向と−Ｘ方向との間の方向に延びている。面４３１ａ５は、面４３１ａ４から略＋Ｘ方向に延びており、詳細には＋Ｘ方向と−Ｚ方向との間の方向に延びている。即ち、面４３１ａ５は、面４３１ａ４側から拡散層１６ｃ側に向けて延びているわけではない。面４３１ａ４及び４３１ａ５により、排水溝４３ｇｂは断面視で略三角形状に画定されている。
【００７１】
排水溝４３ｇｂの水力直径も、上述した排水溝４３ｇと同じ範囲に設定されているため、排水溝４３ｇｂが捕捉できる液水の量と排水溝４３ｇｂの液水の保持力とが確保されている。尚、排水溝４３ｇｂの水力直径は、排水溝４３ｇに最大限捕捉された液水Ｗの断面積を、液水Ｗが接触している面４３１ａ４及び４３１ａ５の部分の合計の長さで除算して、４で乗算することにより算出できる。側部４３Ｂにおいても、面４０ｂは面４０ａと相補形状であり、対向部位４３ｈｂも排水溝４３ｇｂと相補形状であり冷媒溝４０Ｂ側に突出しているため、対向部位４３ｈｂの表面積が確保されており、排水性が向上している。尚、面４３１ａ５は、面４３１ａ４側から拡散層１６ｃ側に向けて延びていてもよい。これにより、面４３１ａ１から排水溝４３ｇｂに流入した液水が面４３２ａ１側に流出することが抑制される。
【００７２】
図８Ｃに示すセパレータ４０３では、側部４３Ｃの排水溝４３ｇｃは、互いに沿うように２つ形成され、２つの排水溝４３ｇｃはそれぞれ断面視で略半円状である。具体的には、側部４３Ｃの面４０ａは、リブ部４１側から底部４５側にかけて順に、面４３１ａ１、４３１ａ６、４３３ａ７、４３１ａ８、４３１ａ６、４３３ａ７、及び４３２ａ１を有している。互いに隣接した面４３１ａ６及び４３３ａ７は、中心が同一である円弧面を画定し、排水溝４３ｇｃを画定している。２つの排水溝４３ｇｃの各水力直径も、上述した排水溝４３ｇと同じ範囲に設定されているため、各排水溝４３ｇｃが捕捉できる液水の量と各排水溝４３ｇｃの液水の保持力とが確保されている。尚、排水溝４３ｇｃの水力直径は、排水溝４３ｇｃに最大限捕捉された液水Ｗの断面積を、液水Ｗが接触している面４３１ａ６及び４３３ａ７の部分の合計の長さで除算して、４で乗算することにより算出できる。尚、面４３１ａ８は、２つの排水溝４３ｇｃとの間に位置して、面４３１ａ１及び４３２ａ１と略同じ傾斜角度である。
【００７３】
図８Ｄは、図８Ｃの部分拡大図である。面４３１ａ６は、面４３１ａ１から−Ｘ方向と−Ｚ方向との間の方向に延び、徐々に＋Ｘ方向に延びるように湾曲している。面４３３ａ７は、面４３１ａ６から＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との間の方向に延びるように湾曲している。ここで、面４３１ａ６と面４３３ａ７との境界は、Ｚ方向に直交する位置である。
【００７４】
２つの排水溝４３ｇｃのうちリブ部４１に近い排水溝４３ｇｃに関して、面４３１ａ１及び４３１ａ６は、リブ部４１側から底部４５側に延びた第１傾斜面の一例である。面４３１ａ８は、面４３１ａ１及び４３１ａ６と底部４５との間に位置してリブ部４１側から底部４５側に延びた第２傾斜面の一例である。面４３３ａ７は、面４３１ａ１及び４３１ａ６と面４３１ａ８との間に位置して面４３１ａ１及び４３１ａ６から拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜した第３傾斜面の一例である。面４３３ａ７が拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜しているため、面４３１ａ１や案内溝４１ｇから排水溝４３ｇｃに流入した液水が面４３１ａ８に流出することが抑制される。
【００７５】
また、２つの排水溝４３ｇｃのうち底部４５に近い排水溝４３ｇｃに関して、面４３１ａ８は、リブ部４１側から底部４５側に延びた第１傾斜面の一例である。面４３２ａ１は、面４３１ａ８と底部４５との間に位置してリブ部４１側から底部４５側に延びた第２傾斜面の一例である。面４３３ａ７は、面４３１ａ８と面４３２ａ１との間に位置して面４３１ａ８から拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜した第３傾斜面の一例である。面４３３ａ７が拡散層１６ｃ側に向かうように傾斜しているため、面４３１ａ８上から排水溝４３ｇｃに流入した液水が面４３２ａ１に流出することが抑制される。
【００７６】
また、２つの排水溝４３ｇｃがリブ部４１側から底部４５側の方向に並んで設けられているため、リブ部４１側の排水溝４３ｇｃから面４３１ａ８に液水が流出したとしても、底部４５側の排水溝４３ｇｃによりその液水を捕捉することができ、排水性が向上している。また、側部４３Ｃにおいても、面４０ｂは面４０ａと相補形状であり、２つの排水溝４３ｇｃに対応するように２つの対向部位４３ｈｃも相補形状であって冷媒溝４０Ｂ側に突出しているため、対向部位４３ｈａの表面積が確保されており、排水性が向上している。また、２つの面４３３ａ７の合計の長さは、面４３１ａ１や面４３２ａ１よりも短いため、カソードガスの圧損の増大を抑制できる。
【００７７】
上述した略台形状や略三角形状の排水溝が単一の側部に対して複数設けられていてもよい。また、単一の側部に略半円状の排水溝、略台形状の排水溝、略三角形状の排水溝の少なくとも２つが設けられていてもよい。また、単一の側部に上述した略半円形状の排水溝が一つだけ設けられていてもよい。以上のように、排水溝の断面形状は、製造の容易性や液水の捕捉性等を考慮して、適宜設計することが望ましい。尚、案内溝４１ｇも、上記の変形例と同様に、略台形状や略三角形状であってもよいし、このような形状の微細溝が案内溝４１ｇに隣接して設けられていてもよい。
【００７８】
上述した実施例及び変形例では、カソード溝４０Ａ及び冷媒溝４０Ｂは表裏一体に形成されているが、これに限定されず、図４Ａと同様の断面視でカソード溝及び冷媒溝がＸ方向で互いに重ならない程度にＺ方向に離れていてもよい。また、上述した実施例及び変形例では、排水溝に対向する対向部位が冷媒溝側に突出しているが、排水溝の水力直径が上述した範囲に設定されていれば、このような対向部位は設けられていなくてもよい。
【００７９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  燃料電池
２  単セル
２０  アノードセパレータ
４０  カソードセパレータ
２０ａ、４０ａ  面（第１面）
２０ｂ、４０ｂ  面（第２面）
２０Ａ  アノード溝
４０Ａ  カソード溝
２０Ｂ、４０Ｂ  冷媒溝
２１、４１  リブ部
２５、４５  底部
２３、２７、４３、４７  側部
２１ｇ、４１ｇ  案内溝
２３ｇ、２７ｇ、４３ｇ、４７ｇ  排水溝
２３ｈ、２７ｈ、４３ｈ、４７ｈ  対向部位
４３１ａ、４３１ａ１  面（第１傾斜面）
４３２ａ、４３２ａ１  面（第２傾斜面）
４３３ａ、４３３ａ１、４３３ａ７  面（第３傾斜面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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