(57)【要約】【課題】反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通する連結流路が、生成水により閉塞されることを可及的に阻止し、効率的な発電を安定して行うことを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。第１セパレータ１４の面１４ａには、第１燃料ガス流路３６が設けられ、この第１燃料ガス流路３６は、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂに連通する。第１燃料ガス流路３６と燃料ガス出口連通孔３２ｂとは、出口側第１連結流路８０ｂを介して連通するとともに、前記出口側第１連結流路８０ｂには、撥水性多孔質材１１２ｂが設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する連結流路が設けられる燃料電池であって、
前記連結流路には、撥水性多孔質材が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記連結流路には、前記セパレータを積層方向に貫通して前記反応ガスを通過させる貫通孔が設けられるとともに、
前記撥水性多孔質材は、前記貫通孔に対向し該貫通孔を通過した前記反応ガスが当接する位置に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記連結流路は、複数の流路溝を備えるとともに、
前記撥水性多孔質材は、前記複数の流路溝の配列方向に沿って一体に配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記連結流路は、複数の流路溝を備えるとともに、
前記撥水性多孔質材は、各流路溝に個別に配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記撥水性多孔質材は、板状又は膜状に構成され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、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する連結流路が設けられる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００４】
この種の燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図１３に示すように、ＭＥＡ１とセパレータ２とが交互に積層されるとともに、積層方向に貫通して発電に用いられる空気を供給する空気供給マニホールド３ａと、利用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド３ｂとを備えている。
【０００６】
燃料電池に供給された空気は、空気供給用貫通孔４ａ、空気流路５ａ及び空気供給口６ａを経て空気流路形成部７の内部に流入している。その後、空気は、空気流路形成部７の内部を通過しつつＭＥＡ１における発電に利用され、利用されなかった空気は、空気排出口６ｂ、空気流路５ｂ、空気排出用貫通孔４ｂを経て燃料電池の外部に排出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の燃料電池では、ＭＥＡ１における発電によって水が生成され、この水が空気流路５ｂに滞留して前記空気流路５ｂを閉塞するおそれがある。このため、燃料電池間で空気の分配にばらつきが発生し易く、安定した発電が遂行されないという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通する連結流路が、生成水により閉塞されることを可及的に阻止し、効率的な発電を安定して行うことが可能な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】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する連結流路が設けられる燃料電池に関するものである。そして、この連結流路には、撥水性多孔質材が設けられている。
【００１１】
また、連結流路には、セパレータを積層方向に貫通して反応ガスを通過させる貫通孔が設けられるとともに、撥水性多孔質材は、前記貫通孔に対向し該貫通孔を通過した前記反応ガスが当接する位置に配置されることが好ましい。
【００１２】
さらに、連結流路は、複数の流路溝を備えるとともに、撥水性多孔質材は、前記複数の流路溝の配列方向に沿って一体に配設されることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、連結流路は、複数の流路溝を備えるとともに、撥水性多孔質材は、各流路溝に個別に配設されることが好ましい。
【００１４】
また、撥水性多孔質材は、板状又は膜状に構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通する連結流路に、撥水性多孔質材が設けられている。このため、例えば、反応ガス流路から排出される生成水が、いずれかの連結流路に滞留しても、撥水性多孔質材の内部に生成水が浸入することがない。従って、撥水性多孔質材の内部には、反応ガスが流通可能な流路を確保することができ、前記反応ガスの分配性を良好に維持して効率的な発電を安定して行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第１セパレータの一方の面側の説明図である。
【図５】前記第１セパレータの他方の面側の説明図である。
【図６】前記燃料電池を構成する第２セパレータの一方の面側の説明図である。
【図７】前記第２セパレータの他方の面側の説明図である。
【図８】前記燃料電池を構成する第３セパレータの正面説明図である。
【図９】前記第１セパレータの一部断面説明図である。
【図１０】前記第１セパレータの、図５中、Ｘ−Ｘ線断面説明図である。
【図１１】前記第１セパレータの、図５中、ＸＩ−ＸＩ線断面説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの一部断面説明図である。
【図１３】特許文献１の燃料電池の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視説明図である。図２は、燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図であり、図３は、前記燃料電池１０の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【００１８】
燃料電池１０は、複数の発電ユニット１２を水平方向（矢印Ａ方向）に積層して構成される。発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。
【００１９】
第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属セパレータに換えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
【００２０】
第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。
【００２１】
アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する段差型ＭＥＡを構成している。固体高分子電解質膜２２、アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、それぞれ矢印Ｂ方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。
【００２２】
アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００２３】
発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３２ａが設けられる。
【００２４】
発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３０ｂが設けられる。
【００２５】
発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００２６】
図４に示すように、第１セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。
【００２７】
図５に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４の上端部及び下端部近傍には、入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０の裏面形状であるバッファ部４６、４８が設けられる。
【００２８】
第２セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、図６に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。
【００２９】
図７に示すように、第２セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路（反応ガス流路）５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。
【００３０】
図８に示すように、第３セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６６が形成される。
【００３１】
第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。
【００３２】
第３セパレータ２０の面２０ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。
【００３３】
第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。
【００３４】
第１〜第３シール部材７４、７６及び７８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３５】
第１シール部材７４は、図４に示すように、第１セパレータ１４の外周端部に近接して、面１４ａに設けられる外側シール７４ａを備え、この外側シール７４ａから内方に離間し、第１燃料ガス流路３６を囲繞する内側シール７４ｂが設けられる。
【００３６】
図５に示すように、第１シール部材７４は、第１セパレータ１４の面１４ｂ側に設けられ、外側シール７４ａに対応する外側シール７４ｃと、内側シール７４ｂに対応し、冷却媒体流路４４を囲繞する内側シール７４ｄとを有する。
【００３７】
図４及び図５に示すように、第１セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する入口側第１連結流路８０ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する出口側第１連結流路８０ｂとが設けられる。
【００３８】
入口側第１連結流路８０ａは、外側シール７４ａに囲繞される領域内と、外側シール７４ｃ及び内側シール７４ｄ間の連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側供給孔部８２ａと、内側シール７４ｂに囲繞される領域内と、前記連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側供給孔部８２ｂとを有する。
【００３９】
図４に示すように、面１４ａ側には、燃料ガス入口連通孔３２ａと各外側供給孔部８２ａとを連通する複数の通路８４ａが設けられる。図５に示すように、面１４ｂ側には、外側供給孔部８２ａと内側供給孔部８２ｂとを連通する複数の通路８４ｂが形成される。
【００４０】
出口側第１連結流路８０ｂは、同様に、外側シール７４ａに囲繞される領域内と、連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側排出孔部８６ａと、内側シール７４ｂに囲繞される領域内と、前記連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側排出孔部８６ｂとを有する。
【００４１】
面１４ａ側には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと各外側排出孔部８６ａとを連通する複数の通路８８ａが形成される。図５に示すように、面１４ｂ側には、外側排出孔部８６ａと内側排出孔部８６ｂとを連通する複数の通路８８ｂが形成される。
【００４２】
図６に示すように、第２シール部材７６は、第２セパレータ１８の面１８ａの外周端部に近接して設けられる外側シール７６ａを備え、この外側シール７６ａの内方には、第１酸化剤ガス流路５０を囲繞して内側シール７６ｂが設けられる。外側シール７６ａと内側シール７６ｂとは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第１酸化剤ガス流路５０とを連通しており、これらの連通部分に複数の入口側連結流路８９ａ及び複数の出口側連結流路８９ｂを形成する複数の受け部９０ａ、９０ｂが設けられる。
【００４３】
図７に示すように、第２シール部材７６は、第２セパレータ１８の面１８ｂ側の外周端部に近接して設けられる外側シール７６ｃと、第２燃料ガス流路５８を囲繞する内側シール７６ｄとを有する。
【００４４】
図６及び図７に示すように、第２セパレータ１８には、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する入口側第２連結流路９２ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する出口側第２連結流路９２ｂとが設けられる。
【００４５】
入口側第２連結流路９２ａは、外側シール７６ａに囲繞される領域内と、内側シール７６ｄに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の供給孔部９４を有する。面１８ａ側には、燃料ガス入口連通孔３２ａと供給孔部９４とを連通する通路９６ａが形成される。
【００４６】
出口側第２連結流路９２ｂは、同様に、外側シール７６ａに囲繞される領域内と内側シール７６ｄに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の排出孔部９８を有する。面１８ａ側には、排出孔部９８を燃料ガス出口連通孔３２ｂに連通する複数の通路１００ａが形成される。
【００４７】
図８に示すように、第３シール部材７８は、面２０ａ側の外周端部に近接して設けられる外側シール７８ａを備える。この外側シール７８ａの内方には、第２酸化剤ガス流路６６を囲繞する内側シール７８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第２酸化剤ガス流路６６の連通部分には、複数の入口側連結流路１０１ａ及び複数の出口側連結流路１０１ｂを形成する複数の受け部１０２ａ、１０２ｂが設けられる。
【００４８】
図１に示すように、第３シール部材７８は、第３セパレータ２０の面２０ｂの外周端部に近接して設けられる外側シール７８ｃと、冷却媒体流路４４を囲繞して設けられる内側シール７８ｄとを有する。
【００４９】
図４及び図９に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａには、入口側第１連結流路８０ａに対応して撥水性多孔質材１１０ａが配設される一方、出口側第１連結流路８０ｂに対応して撥水性多孔質材１１０ｂが配設される。
【００５０】
撥水性多孔質材１１０ａ、１１０ｂは、例えば、カーボンペーパからなり、数十μｍ以上の細孔径を有するとともに、撥水剤、例えば、フッ素系撥水剤による撥水処理が施されている。
【００５１】
撥水性多孔質材１１０ａ、１１０ｂは、長方形状の板状又は膜状に構成され、それぞれ複数の外側供給孔部８２ａ及び複数の外側排出孔部８６ａを閉塞し、且つ、複数の通路８４ａ及び複数の通路８８ａの配列方向に沿って一体に配設される。
【００５２】
図５に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、同様に、入口側第１連結流路８０ａ及び出口側第１連結流路８０ｂに対応して連結シール７４ｅ、７４ｅに囲繞される領域内に、撥水性多孔質材１１２ａ、１１２ｂが配設される。撥水性多孔質材１１２ａ、１１２ｂは、上記の撥水性多孔質材１１０ａ、１１０ｂと同様に構成される。
【００５３】
なお、以下に説明する撥水性多孔質材は、同様に、上記の撥水性多孔質材１１０ａ、１１０ｂと同様に構成される。また、材質は、カーボンペーパに代えて、樹脂材を用いてもよい。
【００５４】
撥水性多孔質材１１２ａは、外側供給孔部８２ａ及び内側供給孔部８２ｂを覆うとともに、複数の通路８４ｂの配列方向に沿って一体に配設される。撥水性多孔質材１１２ｂは、同様に、外側排出孔部８６ａ及び内側排出孔部８６ｂを覆うとともに、複数の通路８８ｂの配列方向に沿って一体に配設される（図１０参照）。
【００５５】
第２セパレータ１８の面１８ａには、図６に示すように、入口側第２連結流路９２ａ及び出口側第２連結流路９２ｂに対応して撥水性多孔質材１１４ａ、１１４ｂが配設される。
【００５６】
撥水性多孔質材１１４ａは、複数の供給孔部９４を覆い、且つ、複数の通路９６ａの配列方向に沿って一体に配設される。撥水性多孔質材１１４ｂは、同様に、複数の排出孔部９８を覆い、且つ複数の通路１００ａの配列方向に沿って一体に配設される。
【００５７】
複数の受け部９０ａには、複数の入口側連結流路８９ａを覆って撥水性多孔質材１１６ａが配設される一方、複数の受け部９０ｂには、複数の出口側連結流路８９ｂを覆って撥水性多孔質材１１６ｂが配設される。
【００５８】
第３セパレータ２０の面２０ａには、図８に示すように、複数の受け部１０２ａに、複数の入口側連結流路１０１ａを覆って撥水性多孔質材１１８ａが配設される一方、複数の受け部１０２ｂに、複数の出口側連結流路１０１ｂを覆って撥水性多孔質材１１８ｂが配設される。
【００５９】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００６０】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００６１】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される（図６及び図８参照）。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される（図１参照）。
【００６２】
一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１セパレータ１４と第２セパレータ１８との間に形成された通路８４ａ、９６ａに導入される。図４に示すように、通路８４ａに導入された燃料ガスは、外側供給孔部８２ａを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、図５に示すように、燃料ガスは、通路８４ｂを通って内側供給孔部８２ｂから面１４ａ側に導入される。
【００６３】
このため、図４に示すように、燃料ガスは、通路８４ｂを通って入口バッファ部３８に送られ、第１燃料ガス流路３６に沿って、重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される。
【００６４】
また、通路９６ａに導入された燃料ガスは、図６に示すように、供給孔部９４を通って第２セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図７に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で入口バッファ部６０に供給された後、第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。
【００６５】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００６６】
次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００６７】
第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、図４に示すように、出口バッファ部４０から内側排出孔部８６ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。
【００６８】
図５に示すように、面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８６ａに導入され、再度、面１４ａ側に移動する。このため、図４に示すように、燃料ガスは、外側排出孔部８６ａから通路８８ａを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００６９】
また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、図７に示すように、出口バッファ部６２から排出孔部９８を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、図６に示すように、通路１００ａを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００７０】
一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１セパレータ１４と第３セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【００７１】
この場合、第１の実施形態では、例えば、第１燃料ガス流路３６に連通する出口側第１連結流路８０ｂには、撥水性多孔質材１１２ｂが配設されている（図５参照）。この出口側第１連結流路８０ｂには、第１燃料ガス流路３６を通って発電に使用された燃料ガスに伴って、生成水が導入されている。このため、図１０に示すように、いずれかの通路８８ｂに生成水Ｗが滞留しても、撥水性多孔質材１１２ｂ内に前記生成水Ｗが浸入することがない。
【００７２】
従って、撥水性多孔質材１１２ｂ内には、使用済みの燃料ガスが流通可能な流路を確保するとともに、閉塞された前記通路８８ｂに隣接する他の通路８８ｂに燃料ガスを分配するためのバイパス流路としての機能を有することができる。これにより、燃料ガスの分配性を良好に維持し、効率的な発電を行うことが可能になるという効果が得られる。
【００７３】
さらに、第１の実施形態では、図１１に示すように、出口側第１連結流路８０ｂに配設される撥水性多孔質材１１２ｂは、複数の内側排出孔部８６ｂ及び複数の外側排出孔部８６ａに対向して配置されている。このため、第１燃料ガス流路３６から複数の内側排出孔部８６ｂを通って各通路８８ｂに導入される燃料ガスは、前記内側排出孔部８６ｂに対向する撥水性多孔質材１１２ｂの面に当接する。
【００７４】
従って、通路８８ｂで水滴化した生成水は、燃料ガスが撥水性多孔質材１１２ｂの面に当接する際の衝撃により細分化され、通路８８ｂから外側排出孔部８６ａを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに良好に排出される。これにより、通路８８ｂは、生成水による閉塞から容易且つ確実に解除され、燃料ガスの分配性が一層向上するという利点が得られる。
【００７５】
一方、図５に示すように、入口側第１連結流路８０ａには、撥水性多孔質材１１２ａが配設されている。このため、複数の通路８４ｂのいずれかが、結露水によって閉塞されても、撥水性多孔質材１１２ａ内に燃料ガス流路を形成することができる。これにより、第１燃料ガス流路３６に燃料ガスを良好に分配供給することが可能になる他、上記の撥水性多孔質材１１２ｂと同様の効果が得られる。
【００７６】
さらにまた、図６に示すように、第２セパレータ１８には、入口側第２連結流路９２ａ及び出口側第２連結流路９２ｂに、それぞれ撥水性多孔質材１１４ａ、１１４ｂが配設されている。従って、上記の撥水性多孔質材１１２ａ、１１２ｂと同様の効果が得られる。
【００７７】
また、第２セパレータ１８の面１８ａには、第１酸化剤ガス流路５０に連通する入口側連結流路８９ａ及び出口側連結流路８９ｂを覆って撥水性多孔質材１１６ａ、１１６ｂが配設されている。このため、入口側連結流路８９ａのいずれか及び出口側連結流路８９ｂのいずれかに、凝縮水が滞留しても、撥水性多孔質材１１６ａ、１１６ｂの内部を酸化剤ガスが流れることができる。これにより、酸化剤ガスの分配性が低下することを良好に阻止することが可能になり、効率的な発電を安定して行うことができるという効果が得られる。
【００７８】
同様に、第３セパレータ２０の面２０ａには、入口側連結流路１０１ａ及び出口側連結流路１０１ｂを覆って撥水性多孔質材１１８ａ、１１８ｂが配設されている。従って、酸化剤ガスの分配性が良好に向上する等、上記の撥水性多孔質材１１６ａ、１１６ｂと同様の効果が得られる。
【００７９】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ１２０の一部断面説明図である。
【００８０】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する第１セパレータ１４と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
第１セパレータ１２０は、出口側第１連結流路８０ｂの各通路８８ｂを形成する側面部に、それぞれ撥水性多孔質材１２２が設けられる。この撥水性多孔質材１２２は、板状の他、例えば、ペーストの塗布膜により構成してもよい。
【００８２】
このように構成される第２の実施形態では、通路８８ｂのいずれかが、生成水により閉塞されても、前記通路８８ｂを形成する側面に設けられている撥水性多孔質材１２２の内部を通って燃料ガスが流れることができる。このため、燃料ガスの分配性を有効に維持することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８３】
なお、第２の実施形態では、出口側第１連結流路８０ｂについてのみ説明したが、他の部位においても同様に構成されることができる。また、各通路８８ｂを構成する側面に、撥水性多孔質材１２２が設けられているが、これに限定されるものでなく、例えば、前記通路８８ｂを構成する底面に設けてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…燃料電池                    １２…発電ユニット
１４、１８、２０、１２０…セパレータ
１６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜          ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極              ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔      ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔        ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔        ３６、５８…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路                ５０、６６…酸化剤ガス流路
７４、７６、７８…シール部材      ８０ａ…入口側第１連結流路
８０ｂ…出口側第１連結流路        ８２ａ…外側供給孔部
８２ｂ…内側供給孔部
８４ａ、８４ｂ、８８ａ、８８ｂ、９６ａ、１００ａ…通路
８６ａ…外側排出孔部              ８６ｂ…内側排出孔部
８９ａ、１０１ａ…入口側連結流路  ８９ｂ、１０１ｂ…出口側連結流路
９２ａ…入口側第２連結流路        ９２ｂ…出口側第２連結流路
９４…供給孔部                    ９８…排出孔部
１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１２２…撥水性多孔質材
【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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【図１３】
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