(57)【要約】【課題】デッドエンドタイプの水素ガス流路を備える燃料電池のタイプで、空気導入部の電解質が乾燥するのを防止する。【解決手段】燃料電池は、相対向する第１の辺と第２の辺を有する燃料電池の空気極側において第１の辺側から第２の辺側へ空気を流通させる空気流路５０を備え、燃料極側においてデッドエンドタイプの水素ガス流路３０を備える燃料電池であって、水素ガス流路は前記第２の辺側を水素ガス導入口とする第１の水素ガス流路３１、該第１の水素ガス流路３１に平行な第２の水素ガス流路３２、及び第１の水素ガス流路３１の第１の辺側端部と第２の水素ガス流路３２の第１の辺側端部とを結ぶ第１の屈曲部３１cを備えなる。【選択図】図３
2010153266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する第１の辺と第２の辺を有する燃料電池の空気極側において前記第１の辺側から前記第２の辺側へ空気を流通させる空気流路を備え、燃料極側においてデッドエンドタイプの水素ガス流路を備える燃料電池であって、
前記水素ガス流路は、前記第２の辺側を水素ガス導入口とする第１の水素ガス流路と、該第１の水素ガス流路に平行な第２の水素ガス流路と、前記第１の水素ガス流路の前記第１の辺側端部と前記第２の水素ガス流路の前記第１の辺側端部とを結ぶ第１の屈曲部と、を備えてなる燃料電池。
【請求項２】
前記第２の水素ガス流路の終端が前記第２の辺側において前記水素ガス導入口と隣接している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記水素ガス流路は、前記第２の水素ガス流路に平行な第３の水素ガス流路と、前記第２の水素ガス流路の前記第２の辺側端部と前記第３の水素ガス流路の前記第２の辺側端部とを結ぶ第２の屈曲部と、を更に備え、
前記第３の水素ガス流路の終端は前記第１の辺側において前記第１の屈曲部に隣接している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１の水素ガス流路が前記第２の水素ガス流路より幅狭に形成される、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【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】
将来の燃料電池実用化のため、小型・低コスト化が求められる。このため、運転条件は、冷却・加湿系簡略化のために「高温・無加湿」となり、加圧ポンプ排除、小型ファン・低補機動力のために「空気常圧・低流量」となり、循環ポンプ排除のために「水素加圧デッドエンド・循環なし」になると予測される。
【０００３】
燃料電池を「高温・無加湿」にすると、電解質の乾燥によりプロトン伝導が低下し、発電特性が低下する。この対策として、アノード又はカソードに流れる水素ガスと空気との流れの向きを逆にする対向流が広く知られている。この対向流では各極のガス導入部が対極の流路末端となるため、電解質を介した水の相互移動によりＭＥＡ内を適当に湿潤できるので、空気導入部の乾燥を抑制できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特に「高温・無加湿」と 「水素加圧デッドエンド・循環なし」の組み合わせでは、上記対向流によって生じるＭＥＡ内の湿潤の効果が低下する。これは水素デッドエンド系では水蒸気キャリアとなる水素ガスの流れが流路末端で停止するためである。このため、水素デッドエンド系では流路末端に対向する空気導入部からの無加湿空気流入に伴い、該空気導入部の電解質が乾燥して発電特性が低下する。しかも、乾燥部位の発電特性低下に伴う水素消費量の減少により、水素導入側にも乾燥が進行していくという悪循環が発生する。このような状態では、ＭＥＡの一部しか発電に寄与せず、本来の発電特性が得られないという課題を見出した。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、燃料極側においてデッドエンドタイプの水素ガス流路を備える燃料電池のタイプであって、空気導入部の電解質が乾燥することを防止する燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の局面の燃料電池は、
相対向する第１の辺と第２の辺を有する燃料電池の空気極側において前記第１の辺側から前記第２の辺側へ空気を流通させる空気流路を備え、燃料極側においてデッドエンドタイプの水素ガス流路を備える燃料電池であって、
前記水素ガス流路は、前記第２の辺側を水素ガス導入口とする第１の水素ガス流路と、該第１の水素ガス流路に平行な第２の水素ガス流路と、前記第１の水素ガス流路の前記第１の辺側端部と前記第２の水素ガス流路の前記第１の辺側端部とを結ぶ第１の屈曲部と、を備えてなるものである。
この燃料電池によれば、水素ガスは、第１の水素ガス流路、第１の屈曲部、第２の水素ガス流路へと流れ、水素ガス流路がデッドエンドタイプであるから、第２の水素ガス流路の末端部にて水素ガスの流れが消滅する。
一方、従来のストレートの水素ガス流路では、空気流路の導入側に対向する部位で、水素ガスの流れが停止するのに対して、第１の局面の燃料電池によれば、デッドエンドタイプの水素ガス流路であっても、第１の辺側端部の空気流路の対向部となる、別言すれば、空気流路の導入対向部に対する水素ガス量は、第１の屈曲部、第２の水素ガス流路へと流れる量によって決まる。これにより、空気導入の対向部に対する水素ガスの流れが増大して水蒸気のキャリアガスとして機能し、空気流路の導入部の乾燥を抑制できる。したがって、空気流路の導入部の乾燥に伴う発電性能の低下を防止できる。
また、第１の屈曲部は、屈曲されていれば、形状の如何は問わないが、圧力損失、幅方向の長さの増加を考慮するとＵ形状が好ましい。
【０００７】
第２の局面の燃料電池は、前記第２の水素ガス流路の終端が前記第２の辺側において前記水素ガス導入口と隣接している、ことが好ましい。
これにより、第２の水素ガス流路の終端が水素ガス導入口と隣接しているので、第２の水素ガス流路の長さが第１の水素ガス流路とほぼ同一となる。
したがって、空気導入の対向部に対する水素ガス量は、第２の水素ガス流路の長さにより増大するから上記第１の局面の燃料電池よりも、空気流路の導入部の乾燥をより抑制できる。
また第１と第２の水素ガス流路に各々逆向きの流れが発生するため、燃料極内において少なからず対向琉の効果が期待できる。
また、水素ガス流路は、第１の水素ガス流路と第１の屈曲部と第２の水素ガス流路とにより水素ガス流路が例えば略Ｕ形状となることから、第１及び第２の水素ガス流路により形成される投影面積を、第２の水素ガス流路の終端が第２の辺側において水素ガス導入口と離れた場合に比較して狭くできるので、コンパクト化が可能になると共に設置面積を減少できる。設置面積が同一であれば、このような水素ガス流路を多数設置できるので、空気流路の導入部の乾燥をより一層抑制できる。
【０００８】
第３の局面の燃料電池における前記水素ガス流路は、前記第２の水素ガス流路に平行な第３の水素ガス流路と、前記第２の水素ガス流路の前記第２の辺側端部と前記第３の水素ガス流路の前記第２の辺側端部とを結ぶ第２の屈曲部と、を更に備え、前記第３の水素ガス流路の終端は前記第１の辺側において前記第１の屈曲部に隣接している、ことが好ましい。
これにより、水素ガスは水素ガス導入口から流れて第１の水素ガス流路、第１の屈曲部、第２の水素ガス流路、第２の屈曲部、第３の水素ガス流路を流れ、この第３の水素ガス流路の末端部で水素ガスの流れが消滅する。したがって、第３の局面の燃料電池は、空気導入の対向部に対する水素ガス量が第１の屈曲部、第２の水素ガス流路に加えて、第２の屈曲部、第３の水素ガス流路へ流れる量だけ増加するから、第２の局面の燃料電池に比較して第２の屈曲部、第３の水素ガス流路を流す流量を増大できるので、空気流路の導入部の乾燥をより抑制できる。
また、第３の局面の燃料電池は、第３の水素ガス流路の終端が第１の屈曲部と隣接しているので、第３の水素ガス流路の長さが第１の水素ガス流路とほぼ同一となる。空気導入の対向部に対する水素ガス量は、水素ガス流路の長さにより増大するから空気流路の導入部の湿潤を増大できる。
【０００９】
また、第３の局面の燃料電池は、第３の水素ガス流路の終端が第１の屈曲部と隣接しているので、第１と第３の水素ガス流路に各々逆向きの流れが発生するため、燃料極内において少なからず対向琉の効果が期待できる。また、水素ガス流路は、第１から第３の水素ガス流路により水素ガス流路が例えばＵ形状と逆Ｕ形状との中央のガス流路を重ねた略Ｎ形状となることから、第１から第３の水素ガス流路により形成される投影面積を狭くできるのでコンパクト化が可能になると共に、水素ガス流路の設置面積を減少できる。設置面積が同一であれば、このような水素ガス流路を多数設置できるので、空気流路の導入部の乾燥をより一層抑制できる。
【００１０】
第４の局面の燃料電池は、前記第１の水素ガス流路が前記第２の水素ガス流路より幅狭に形成される、ことが好ましい。
これにより、空気導入の対向部に流れる水素ガス量は、第２の水素ガス流路の幅が広くなるにつれて大きくなるが、第１の水素ガス流路の幅にはほとんど関係しない。したがって、第２の水素ガス流路の幅が第１の水素ガス流路の幅よりも広いほうが、第１の水素ガス流路と第２の水素ガス流路の幅が同一の場合に比較して、空気導入部の対向部に流れる水素ガス流量がさらに増加する。したがって、同一面積の水素ガス流路でも、第４の局面の燃料電池は、空気導入の対向部に流れる水素ガス量を増加できるので、より多くの水蒸気を空気導入の対向部に移動させることができ、空気流路の導入部の乾燥を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施例１
本発明の実施形態を図１から図３によって説明する。図１は燃料電池スタックにおける単一セルの断面図、図２は図１に示す水素ガス流路部の詳細図、図３は図１に示す水素ガス流路と空気流路との関係を示す模式図である。
燃料電池は、単位ユニットＵを複数接続しており、この単位ユニットＵは、図１に示すように、高分子電解質膜１１の両面にカソード側触媒層１２ａ及びアノード側触媒層１２ｂが積層されており、その外側がカソード側拡散層１３及びアノード側拡散層１４で挟まれ、ＭＥＡ１０を構成している。さらに、ＭＥＡ１０の両側からセパレータ１６、１７のリブ１６ａ、１７ａで圧接されており、これによりセパレータ１６、１７とカソード側拡散層１３及びアノード側拡散層１４との間に水素ガスを流すデッドエンドタイプの水素ガス流路部２０、空気を流す空気流路５０が形成されている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、水素ガス流路部２０は、ＭＥＡ１０に対向して多数の水素ガス流路３０を有しており、Ｎ形状の水素ガス流路３０は、二つのＵ形状部を連通して全体が略Ｎ形状と成っている。空気流路５０は、ＭＥＡ１０の相対向する水平な第１の辺（下辺）１０ａと水平な第２の辺(上辺)１０ｃに対応して、空気極側においても第１の辺１０ａ及び第２の辺１０ｃを有しており、第１の辺１０ａ側から第２の辺１０ｃ側へ空気を流通させるように形成されている。
【００１３】
Ｎ形状の水素ガス流路３０は、等間隔で設けられた同一幅でほぼ同一の長さの第１の水素ガス流路３１、第２の水素ガス流路３２、第３の水素ガス流路３３を有しており、第１の水素ガス流路３１の終端部と第２のガス流路３２の始端部とが第１の屈曲部３１ｃで連通され、第２の水素ガス流路３２の終端部と第３のガス流路３２の始端部とが第２の屈曲部３２ｃで連通されており、第１の屈曲部３１ｃがＭＥＡ１０を介して空気流路５０の導入部と第３の水素ガス流路３３の排出部とに対向している。
さらに、Ｎ形状の水素ガス流路３０は、第２の屈曲部３２ｃが第１の水素ガス流路３１の水素導入部に対向すると共に、該水素導入部とＭＥＡ１０を介して空気流路５０の排出部に対向している。
【００１４】
Ｎ形状の水素ガス流路３０は、第２の辺１０ｃ側を水素ガス導入口２０ａとすると共に、空気流路５０に対して平行な第１の水素ガス流路３１と、第１の水素ガス流路３１に平行な第２の水素ガス流路３２と、第１の水素ガス流路３１の第１の辺側端部と第２の水素ガス流路２２の第１の辺側端部とを結ぶＵ形状の第１の屈曲部３１ｃを有している。
【００１５】
そして、Ｎ形状の水素ガス流路３０は、第２の水素ガス流路３２の終端が第２の辺側において水素ガス導入口３０ａと対向して隣接している。
さらに、Ｎ形状の水素ガス流路３０は、第２の水素ガス流路３２と平行な第３の水素ガス流路３３及び第２の水素ガス流路３２の第２の辺側端部と第３の水素ガス流路３３の第２の辺側端部とを結ぶＵ形状の第２の屈曲部３２ｃを有しており、第３の水素ガス流路３３の終端は第１の辺側において第１の屈曲部３１ｃに対向して隣接している。
Ｎ形状の水素ガス流路３０は、第１の屈曲部３１ｃと第２の屈曲部３２ｃとを有するので、折り返し回数となるターン数が２回に形成されている。
【００１６】
＜水素ガス流路部２０の末端部における水素ガス量Ｑｄの算出＞
図４に示すように、水素デッドエンド系において水素ガス流路３０がｎ回ターン（折り返す）している場合、Ｎ形状の水素ガス流路３０における空気流路５０の導入部に対向する部位（空気流路の導入対向部）の水素ガス量は、末端微小領域ａ×Ｗに相当する部分に流れるもので、ＭＥＡ１０の発電分布がないという仮定の下、図５に示す点線の枠内を水素ガス流路３０を成す流路の本数倍した面積で消費される水素量に相当する。
【００１７】
即ち、ＭＥＡ１０全体の水素消費量をＣＨ２とすると、空気流路５０の導入対向部の水素ガス量ＱｄはＭＥＡ１０の全面積Ｄ×Ｗとの比により以下の式で示される。
【数１】
2010153266.tif 000003
ここに、Ｄ：ＭＥＡ１０の縦寸法、Ｗ:ＭＥＡ１０の横寸法、ａ：末端微小領域の寸法
ｎ：水素ガス流路のターン数、ｎｓ：水素ガス流路の本数（組数）
Ｐｒ：リブ幅、Ｐｄ：水素ガス流路の幅
ＣＨ２：電極面積Ｄ×Ｗにおける水素消費量（ファラデー則）
また、水素ガス流路３０の本数ｎｓは下式で示せるため
【数２】
2010153266.tif 000004
水素ガス流路部２０の末端部における水素ガス量Ｑｄは下式となる。
【数３】
2010153266.tif 000005
空気流路５０の導入対向部の水素ガス量Ｑｄは数式３によれば、水素ガス流路３０の長さ方向のＭＥＡ１０の形状に基づく寸法Ｄと、Ｎ形状の水素ガス流路３０の末端部の指標とするべく設けた任意寸法である末端微小領域の長さａ、及び水素ガス流路３０の屈曲部３１ｃ,３２cの数となるターン数ｎによって決定される。
【００１８】
＜ＭＥＡ全体の水素消費量に対する水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２＞
水素デッドエンド系では空気導入対向部の水素ガス量Ｑｄは、ＭＥＡ１０の全体の水素消費量以上にはならないため、数式３を変形し、ＭＥＡ全体の水素消費量に対する空気導入の対向部の水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２の関係に整理すると下式となる。
【数４】
2010153266.tif 000006
即ち、数式４によれば、水素ガス流路部２０のターン数ｎが大きいほど末端微小領域に流れる水素ガスが多く、対向流の効果が増大することになる。
末端微小領域ａ＝０．５ｃｍとおいたとき、燃料電池スタックとして現実的なＭＥＡ１０のＤ寸法５〜２０ｃｍを本式に代入すると、図６に示す結果が得られる。
【００１９】
図６によれば、空気導入対向部の水素ガス量は、ＭＥＡ１０のＤ寸法には殆ど依存せず、Ｎ形状の水素ガス流路３０のターン回数（屈曲部の数）により変化する。これは、水素ガス流路３０の溝幅・溝ピッチ・長さ等の流路形状に関わらず、単純にターン回数のみのパラメータで空気流路５０の導入対向部に流れる水素ガス量を決定できることを意味する。
これは、数式４の分子がｎＤ>>ａであるから、下式となることからも理解できる。
【数５】
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数式５によれば、物理的には、ターン数プラス１が水素ガス流路部２０の全体本数に相当し、ターン数が第１の水素ガス流路３１を除く水素ガス流路の本数となる。
【００２０】
したがって、水素ガス流路３０のターン回数を増やし末端微小領域に流れる水素ガス量を多くすることで、対向流が増大できる。さらに、図６によれば、空気流路５０の導入対向部におけるターン回数による水素ガス量Ｑｄの増加は、５回以下でも十分得られる。
【００２１】
一方、水素ガス流路３０のターン数が多くなると、水素ガス流路３０の圧力損失が増大したり、主に停止時などセル温度が下がったときに発生する凝縮水により水素ガス流路３０の水詰まりなどが生じたりするおそれがある。このため、Ｎ形状の水素ガス流路３０のターン数を５回以下で、３回ターンぐらいまでが好ましい。
【００２２】
上記のように構成された燃料電池の動作を図１から図３、図７、図８を参照して説明する。図７は本発明の一実施例による燃料電池スタックの動作を示す断面図、図８は従来の水素ガス流路の平面図(ａ)、本発明の他の実施例を示す水素ガス流路の平面図（b）である。
空気流路５０に空気を、水素ガス流路３０に水素ガスをそれぞれ供給して負荷を接続すると、水素ガスは、第１の屈曲部３１ｃ、第２の水素ガス流路３２、第２の屈曲部、第３の水素ガス流路３３を流れる。Ｎ形状の水素ガス流路３０に供給された水素ガス中に含まれる水素は、ＭＥＡ１０により水素イオンとなり、空気流路５０に供給された空気中に含まれる酸素と反応し、水を生成する。
特に、図７に示すように、空気流路５０の導入対向部に生成された水は、ＭＥＡ１０の空気流路５０の導入部から排出部に流れ、ＭＥＡ１０を介して水素ガス流路部２０に流れ、水素ガス流路部２０の末端部からＭＥＡ１０を介して空気流路５０の導入部に流れるという循環水となる。
なお、空気流路５０の導入対向部以外で生成された水も、空気流路５０の排出部へと流れ、ＭＥＡ１０を介して水素ガス流路部２０に流れ、水素ガス流路部２０の末端部からＭＥＡ１０を介して空気流路５０の導入部に流れるという循環水となる。
【００２３】
この時、空気流路５０の導入対向部における水素ガス流は、第１の屈曲部３１ｃ、第２の水素ガス流路３２、第２の屈曲部３２ｃ、第３の水素ガス流路３３を流れることにより生じる。図８（ａ）に示す従来のターン数がない真直ぐな多数のＩ形状の水素ガス流路１３０（以下、従来のストレート流路１３０という）では、上記第１の屈曲部３１ｃ、第２の水素ガス流路３２、第３の水素ガス流路３３が存在しないので、Ｎ形状の水素ガス流路３０は、ストレート流路１３０に比較して大量の水素ガスを空気流路５０の導入対向部に流すことができる。
【００２４】
上記のように構成されたＮ形状の水素ガス流路３０は、空気流路５０に対して平行な第１から第３の水素ガス流路３１，３２，３３と、第１及び第２の水素ガス流路３１，３２との第１の辺側端部どうしを結ぶ第１の屈曲部３１ｃと、第２の水素ガス流路３２の終端が第２の辺側において水素ガス導入口３０ａと対向隣接しており、さらに、第２及び第３の水素ガス流路３２，３３の第２の辺側端部どうしを結ぶ第２の屈曲部３２ｃを有し、第３の水素ガス流路３３の終端は第１の辺側で第１の屈曲部３１ｃに対向隣接している。
これにより、空気流路５０の導入対向部における水素ガス量は、第１の屈曲部３１ｃ、第２の水素ガス流路３２、第２の屈曲部３２ｃ、第３の水素ガス流路３３を流れることにより、デッドエンドタイプの水素ガス流路３０を備える燃料電池のタイプでも、従来のストレート流路１３０に比較して大量の水素ガスを空気流路５０の導入対向部に流すことによりＭＥＡ１０に適度な湿潤をもたらす。したがって、空気流路５０の導入部の乾燥を防止できるので、発電性能の低下を防止できる。
【００２５】
また、図８（ｂ）に示すように、Ｎ形状の水素ガス流路３０に代えて、Ｕ形状の水素ガス流路２３０を備えても良い。Ｕ形状の水素ガス流路２３０は、第２の辺１０ｃ側を水素ガス導入口とする第１の水素ガス流路３１、第１の水素ガス流路３１に平行な終端を有する第２の水素ガス流路３２、及び第１の水素ガス流路３１の第１の辺１０ａ側端部と第２の水素ガス流路３２の第１の辺１０ａ側端部とを結ぶ第１の屈曲部３１ｃとを備えも良い。なお、図８(ｂ)中、図と同一符号分は、同一部分を示し説明を省略する。
このように構成されたＵ形状の水素ガス流路２３０によれば、従来のストレート流路１３０に比較して大量の水素ガスを空気流路５０の導入対向部に流すことができると共に、水素加圧量を減少できる。したがって、空気流路５０の導入部の乾燥を防止できる。
【００２６】
図８（ｂ）に示すように、第２の水素ガス流路３２の終端が第２の辺１０ｃ側において水素ガス導入口と隣接していることが好ましい。
このように形成された水素ガス流路２３０によれば、第１と第２の水素ガス流路に各々逆向きの流れが発生するため、燃料極内において少なからず対向琉の効果が期待できる。また、水素ガス流路は略Ｕ形状となるので、同一投影面積において、多数の水素ガス流路２３０を設けることができる。したがって、多数のＵ形状の水素ガス流路２３０を配置して水素ガス流路部２０を形成できるので、空気流の導入対向部の水素ガス量を増大して空気流路５０の導入部の乾燥を適切に防止できる。
【００２７】
＜実験結果＞
次に、ターン数が異なる３種類の水素ガス流路３０、１３０、２３０を用意し、実験により燃料電池スタックの電流密度対セル電圧、電流密度対セル抵抗の特性を測定することにより、空気流路５０の導入部の湿潤の程度を客観的に判定するとともに、燃料電池性能の向上がみられるのを確認した。
水素ガス流路は、図８（ａ）に示す従来のストレートな多数のＩ形状の水素ガス流路１３０、図８（ｂ）に示すように、１回のターン数を有するＵ形状の水素ガス流路２３０、本実施例の水素ガス流路３０をそれぞれ適用し、カソード側となる空気流路５０は水素ガス流路１３０と同形状のストレート流路を適用している。
【００２８】
発電条件は、温度：７０℃、アノード：無加湿水素加圧デッドエンド（1kgf/cm2-G）
カソード：無加湿空気常圧フロー（ストイキ２相当）、  対向流
【００２９】
上記発電条件において、３種類の水素ガス流路３０、１３０、２３０をそれぞれ適用した燃料電池の電流密度に対応するセル抵抗、セル電圧を測定した特性曲線図を、それぞれ図９、図１０に示す。図９及び図１０によれば、水素ガス流路部２０のターン回数が多いほど、燃料電池スタックのセル抵抗が減少し、セル電圧が向上した。
図９によれば、特にセル抵抗は、水素ガス流路部２０のターン回数が多いほど、はっきりと低下している。上記空気導入対向部の水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２によってセル抵抗の傾向を明確にするために、水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２を横軸に整理すると図１１に示すように、水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２の値が大きいほどフル加湿（１００％―ＲＨ）時のセル抵抗である４ｍΩ前後に収束していく傾向が見られた。したがって、水素ガス量比Ｑｄ／ＣＨ２の増加に伴い、空気導入対向部の湿潤が加速することが確認できた。
即ち、水素ガス流路部２０のターン回数を増やすことで、空気導入部に対向する部位の水素ガス量が増え、水蒸気のキャリアガスとして機能することで、対向部位の空気導入部の乾燥を抑制していることが実験によっても確かめられた。
【００３０】
実施例２
上記実施例１では、第１の水素ガス流路３１の幅と第２の水素ガス流路３２の幅が同一であったが、本実施例の水素ガス流路部は、第１の水素ガス流路３１が第２の水素ガス流路３２より幅狭に形成されているものである。水素ガス量Ｑｄは、図５に示すように、第１の水素ガス流路３１の幅にほとんど影響されないからである。
このように構成された水素ガス流路部によれば、第１の水素ガス流路３１と第２の水素ガス流路３２との幅が同一の場合に比較して、多数の水素ガス流路３０を設けることができるので、水素ガス流路部３０の全体のターン数を増加して空気流路５０の空気導入部の乾燥をより一層抑制できる。
【００３１】
実施形態３
上記実施形態の１の水素ガス流路３０は、２回のターン数を有する略Ｎ形状であったが、本実施例における水素ガス流路３３０は図１２に示すように、３回のターン数を有する略Ｗ形状でも良い。図１２中、図３と同一符号は、同一部分を示し、説明を省略する。
図１２において、略Ｗ形状の水素ガス流路３３０は、第３の水素ガス流路３３と平行な第４の水素ガス流路３３４及び第３の水素ガス流路３３の第１の辺１０ａの側端部と第４の水素ガス流路３３の第２の辺側端部とを結ぶＵ形状の第３の屈曲部３３ｃを有しており、第４の水素ガス流路３３の終端は第２の辺１０ｃ側において第１の屈曲部３１ｃに対向して隣接している。
このように構成された略Ｗ形状の水素ガス流路３３０を用いた燃料電池によれば、空気流路５０の導入対向部の水素ガス量をＮ形状の水素ガス流路３０よりも、第３の屈曲部３３ｃ、第４の水素ガス流路を流れる分増大して空気流路５０の導入部の乾燥を、Ｎ形状の水素ガス流路３０よりも、防止できる。
【００３２】
この発明は、上記発明の実施例及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示す燃料電池スタックにおける単一セルの断面図である。
【図２】図１に示す水素ガス流路部の詳細図である。
【図３】図１に示す水素ガス流路と空気流路との関係を示す模式図である。
【図４】図３に示す水素ガス流路と末端微小領域との関係図である。
【図５】水素ガス流路部の末端部における水素ガス量Ｑｄの算出するための図４を拡大した拡大図である。
【図６】水素ガス量比率と水素ガス流路のターン数との関係を示す曲線図である。
【図７】本発明の一実施例による燃料電池スタックの動作を示す断面図である。
【図８】従来の水素ガス流路の平面図(ａ)、本発明の他の実施例を示す水素ガス流路の平面図（b）である。
【図９】３種類の水素ガス流路をそれぞれ適用した燃料電池の電流密度対セル抵抗の特性曲線図である。
【図１０】３種類の水素ガス流路をそれぞれ適用した燃料電池の電流密度対セル電圧の特性曲線図である。
【図１１】３種類の水素ガス流路をそれぞれ適用した燃料電池の空気導入対向部の水素ガス量比対セル抵抗の特性曲線図である。
【図１２】本発明の他の実施例を示す３回のターン数を有する略Ｗ形状の水素ガス流路の平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
３０…Ｎ形状の水素ガス流路
３１…第１の水素ガス流路
３１ｃ…第１の屈曲部
３２…第２の水素ガス流路
３２ｃ…第２の屈曲部
３３…第２の水素ガス流路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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