(57)【要約】【課題】  ガス流路層が分離したいわゆるフラットタイプのセパレータを具備する燃料電池に関し、自己加湿性に優れた燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池セル１００を構成するセパレータ７には、そのガス流路層４に当接する側面（面材７１）に複数の溝条が形成されていて、該溝条内に吸水性物質８が収容されている。この溝条は少なくとも、ガス供給用マニホールド７１ａ１の近傍に形成された第１の溝条７１ｅ１と、ガス排出用マニホールド７１ａ２の近傍に形成された第２の溝条７１ｅ２と、第１の溝条７１ｅ１および第２の溝条７１ｅ２を繋ぐ第３の溝条７１ｅ３と、からなり、第２の溝条７１ｅ２内の吸水性物質８で捕捉された水分を第３の溝条７１ｅ３を介して第１の溝条７１ｅ１へ送り、ガス供給用マニホールド７１ａ１から流入するガスによって第１の溝条７１ｅ１内の水分を蒸発させて流入ガスを加湿するようになっている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路層が分離された、フラットタイプの燃料電池用のセパレータであって、平面視が略矩形を呈し、その中央に集電部を有し、該集電部の周縁に非集電部を有するとともに、該非集電部には、ガス供給用マニホールド、ガス排出用マニホールド、冷却水供給用マニホールド、冷却水排水用マニホールドが形成されている、燃料電池用セパレータを備え、アノード側およびカソード側の該セパレータが膜電極接合体とガス流路層を挟持してなる、燃料電池において、
少なくともカソード側の前記セパレータには、そのガス流路層に当接する側面に複数の溝条が形成されており、該溝条内に吸水性物質が収容されている、もしくは、該溝条表面に親水性塗布層が形成されており、
前記溝条は少なくとも、ガス供給用マニホールドの近傍に形成された第１の溝条と、ガス排出用マニホールドの近傍に形成された第２の溝条と、第１の溝条および第２の溝条を繋ぐ第３の溝条と、からなり、
第２の溝条内の吸水性物質もしくは親水性塗布層で捕捉された水分を第３の溝条を介して第１の溝条へ送り、ガス供給用マニホールドから流入するガスによって第１の溝条内の水分を蒸発させるようになっている、燃料電池。
【請求項２】
前記第１の溝条と前記第２の溝条の間に、前記第３の溝条に連通している１以上の第４の溝条をさらに備え、該溝条内に吸水性物質が収容されている、もしくは、該溝条表面に親水性塗布層が形成されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１の溝条と第２の溝条は、ガス供給用マニホールドからガス排出用マニホールドへ向うガスの流れ方向に対して直交する方向に延びており、前記第４の溝条は、該ガスの流れ方向に対して直交する方向もしくは傾斜する方向に延びている、請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記非集電部には、貯水溝と、該貯水溝内に収容された吸水性物質もしくは親水性塗布層と、からなる貯水部が設けてあり、該貯水部と前記溝条が連通している、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流路層とセパレータが分離された、いわゆるフラットタイプモジュールセルからなる燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池のセルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層と、から膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成し、この外側にセパレータが配されて単セルを形成している。なお、各触媒層の外側にガス流れの促進と集電効率を高めるためのガス拡散層（ＧＤＬ）が設けられて膜電極接合体（ＭＥＧＡ：ＭＥＡとＧＤＬの接合体）を成し、このガス拡散層の外側にセパレータが配される形態もある。実際には、これらの燃料電池セルが発電性能に応じた段積だけ積層され、燃料電池スタックが形成されることになる。
【０００３】
上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが触媒層に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。この電気化学反応では、アノード電極にて生成されたプロトン（水素イオン）と水が水和状態で電解質膜を透過してカソード電極に至り、カソード電極にて生成水が生成されることとなる。
【０００４】
上記するセパレータの構造は、直線状、もしくは蛇行状のガス流路が一方側に形成され、冷却水用流路が他方側に形成されたものが従来一般の構造となっている。これに対して、ガス流路層をたとえばエキスパンドメタルから形成してセパレータと分離させ、その両側面をフラットタイプに形成したセパレータ（いわゆる、フラットタイプのセパレータ）が開発されている。より具体的には、２つの面材と、これらの間に介層された樹脂素材で枠状のスペーサとからなる３層構造のセパレータであり、一方の面材には、直線状の突起もしくは多数のディンプルが形成されていてその先端が他方の面材と当接するようになっており、対向する面材間で直線状の冷却水流路や乱流状の流路を形成するものである。従来構造のセパレータでは、その一方側にガス流路を形成し、その他方側に冷却水用流路を形成する加工の際に、精緻な加工精度が要求され、加工効率の低さが大きな課題であった。これに対して、このフラットタイプのセパレータとすることにより、精緻にガス流路を加工する必要がなくなり、冷却水用流路も、高い加工精度が要求されるものではないことから、加工効率が大幅に改善されるものである。
【０００５】
ところで、燃料電池のガス流路層（セパレータにガス流路層が形成された従来構造のものも含む）には、カソード側の特に酸化剤ガスのガス流出用マニホールド近傍で、電気化学反応にて生成された生成水が滞留し易く、これによってガス流れが阻害されるフラッティングが生じ易く、カソード側の酸化剤ガス流入用マニホールド近傍やアノード側では、ガスが乾いて電気化学反応が阻害されるドライアップが生じ易いという大きな課題が存在している。
【０００６】
上記する従来構造のセパレータに関し、セパレータのガス流路表面に吸水性物質を塗布した凹部を設け、これによって貯水能力を向上させて電解質膜の一時的な乾燥を抑制する燃料電池が特許文献１に開示されている。また、カソード側のセパレータのガス流路に親水基を有する繊維を設けてこれを水分移動手段とし、該繊維が乾燥した際の水蒸気でカソードガスを加湿する燃料電池が特許文献２に開示されている。さらに、ガス供給側流路とガス排出側流路の間で水を移動させるための親水処理が施された細溝を設けておき、生成水による自己加湿を実現できる燃料電池が特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１１５６２０号公報
【特許文献２】特開２００５−２３５７２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３の燃料電池では、セル内の保湿確保や自己加湿を実現可能としているが、これらの燃料電池を構成するセパレータはいずれも蛇行するガス流路を有するものであり、したがって、仮に生成水をこのガス流路に沿って移動させるとしても、流路の下流側から上流側へ移動効率は極めて悪く、自己加湿効果を十分に期待できるとは言い難いものである。また、これらのセパレータは本願発明が対象としているフラットタイプのセパレータではなく、セパレータにガス流路が形成されたものであることから、上記する課題、すなわち、精緻なガス流路加工が要求されることで製造効率が格段に低くなるという課題を有しており、効率的な大量生産をおこなうにあたり、改善の余地を多分に抱えた構造である。
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ガス流路層が分離したいわゆるフラットタイプのセパレータを具備する燃料電池に関し、自己加湿性に優れ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】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池は、ガス流路層が分離された、フラットタイプの燃料電池用のセパレータであって、平面視が略矩形を呈し、その中央に集電部を有し、該集電部の周縁に非集電部を有するとともに、該非集電部には、ガス供給用マニホールド、ガス排出用マニホールド、冷却水供給用マニホールド、冷却水排水用マニホールドが形成されている、燃料電池用セパレータを備え、アノード側およびカソード側の該セパレータが膜電極接合体とガス流路層を挟持してなる、燃料電池において、少なくともカソード側の前記セパレータには、そのガス流路層に当接する側面に複数の溝条が形成されており、該溝条内に吸水性物質が収容されている、もしくは、該溝条表面に親水性塗布層が形成されており、前記溝条は少なくとも、ガス供給用マニホールドの近傍に形成された第１の溝条と、ガス排出用マニホールドの近傍に形成された第２の溝条と、第１の溝条および第２の溝条を繋ぐ第３の溝条と、からなり、第２の溝条内の吸水性物質もしくは親水性塗布層で捕捉された水分を第３の溝条を介して第１の溝条へ送り、ガス供給用マニホールドから流入するガスによって第１の溝条内の水分を蒸発させるようになっているものである。
【００１０】
本発明の燃料電池は、いわゆるフラットタイプモジュールセルからなるものであり、構成部材であるセパレータは、既述するように、２つの面材と、これらの間に介層された樹脂素材で枠状のスペーサとからなる３層構造のセパレータであり、一方の面材には、直線状の突起もしくは多数のディンプルが形成されていてその先端が他方の面材と当接するようになっており、対向する面材間で直線状の冷却水流路や乱流状の流路を形成するものである。
【００１１】
このセパレータのガス流路層側の側面には、吸水性もしくは親水性を有する複数の溝条が設けてあり、生成水をガス供給用マニホールド近傍に設けられた溝条（第１の溝条）に移動させ、ガス供給用マニホールドから流入するガス（カソード側の場合は酸化剤ガス）によって第１の溝条内の水分を蒸発させることにより、セル内を自己加湿することができる。
【００１２】
ここで、上記する第１の溝条、ガス排出用マニホールドの近傍に形成された第２の溝条やこれら第１、第２の溝条を繋ぐ（連通させる）第３の溝条内には、吸水性物質を収容したり、あるいは、溝条表面に親水性塗布層を形成することにより、生成水を効果的に捕捉して第１の溝条へ移動できるようになっている。
【００１３】
この吸水性物質としては、吸水性や重量（より軽量であること）などの観点から吸水性樹脂を使用するのが好ましく、たとえば、アクリロニトリルグラフト共重合体、アクリル酸グラフト共重合体、アクリルアミドグラフト共重合体などのでん粉系のポリマー、セルロース−アクリロニトリルグラフト共重合体、カルボキシメチルセルロース架橋体などのセルロース系ポリマー、ポリビニルアルコール架橋体、ポリビニルアルコール吸水ゲル凍結・解凍エラストマーなどのポリビニルアルコール系ポリマー、アクリル酸−ナトリウム・ビニルアルコール共重合体、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体などのアクリル酸系ポリマー、Ｎ−置換アクリルアミド架橋体などのアクリルアミド系ポリマーなどを挙げることができる。また、親水性塗布層は、上記する素材を含有する溶液や、酸化チタンなどの無機系親水剤を溝条表面に散布もしくは塗布等して形成することができる。
【００１４】
本発明の燃料電池を構成するセパレータによれば、生成水が滞留し易いガス排出用マニホールドの近傍から効果的にガス供給用マニホールド近傍へ水分を移動でき、ガス供給用マニホールドから流入してくる流入ガスによって溝条内の水分を効果的に蒸発させ、セル内を自己加湿することができる。
【００１５】
なお、第１の溝条と第２の溝条を繋ぐ第３の溝条は直線状であるのが望ましく、第２の溝条で捕捉された水分を短時間で第１の溝条へ移動できるのがよい。
【００１６】
上記する構造のセパレータは、電気化学反応にて生成される生成水を利用することから、少なくとも燃料電池セルのカソード側のセパレータに適用されるものであるが、カソード側とアノード側の双方に適用されてもよいことは勿論のことである。
【００１７】
ここで、第１の溝条と第２の溝条の間に、第３の溝条に連通している１以上の第４の溝条をさらに備え、該溝条内に吸水性物質が収容されている、もしくは、該溝条表面に親水性塗布層が形成されている形態であってもよい。
【００１８】
たとえば、セパレータの集電部に１以上の第４の溝条を設けておくことにより、生成水をより広い範囲で捕捉することができ、第１の溝条への提供水分量を増やすことが可能となる。
【００１９】
また、１以上の第４の溝条を設けておくことにより、たとえば低負荷発電時に効果的に生成水を捕捉して第１の溝条へ移動させることができ、さらには、生成水の滞留とこれに起因するフラッティングの発生を効果的に抑制することができる。
【００２０】
さらに、前記第１の溝条と第２の溝条は、ガス供給用マニホールドからガス排出用マニホールドへ向うガスの流れ方向に対して直交する方向に延びており、前記第４の溝条は、該ガスの流れ方向に対して直交する方向もしくは傾斜する方向に延びている実施の形態がより好ましい。
【００２１】
たとえば、第４の溝条がガス供給用マニホールドからガス排出用マニホールドへ向う方向（沿う方向）に延びていると、ガス供給用マニホールドから流入してきたガス（たとえば酸化剤ガス）がこの溝条に沿ったショートカットルートを流れ、膜電極接合体へのガスの拡散供給が阻害される虞がある。
【００２２】
そこで、第１の溝条と第２の溝条を、ガス供給用マニホールドからガス排出用マニホールドへ向うガスの流れ方向に対して直交する方向に形成し、第４の溝条を、該ガスの流れ方向に対して直交する方向もしくは傾斜する方向に形成しておくことで、上記するガスのショートカット流れの問題を解消することができる。
【００２３】
また、本発明による燃料電池の他の実施の形態として、貯水溝と、該貯水溝内に収容された吸水性物質もしくは親水性塗布層と、からなる貯水部が非集電部に設けられていて、この貯水部と溝条（たとえば第１の溝条）が連通している形態であってもよい。
【００２４】
たとえば、第１の溝条内で収容しきれない水分は、第１の溝条に連通する貯水部に移動させて蓄えておき、第１の溝条〜第４の溝条内の水分が少なくなった段階で、水濃度勾配を利用して貯水部から第１の溝条へ水分を提供することができる。
【００２５】
この貯水部を非集電部に設けておき、これに水分を蓄えておくことで、自己加湿をおこなう本発明の燃料電池セル内における水分枯渇の可能性を低減でき、より一層自己加湿性能に優れた燃料電池を得ることができる。
【００２６】
上記する本発明の燃料電池によれば、自己加湿性能に優れ、外部加湿機構を不要とした燃料電池を得ることができる。その適用分野は、家庭用の定置型燃料電池や車載用燃料電池などの他方面に亘るものであるが、特に、近時その生産が拡大しており、車載機器に一層の高性能化、軽量化を要求する電気自動車やハイブリッド車に好適である。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池によれば、自己加湿性能に優れたフラットタイプモジュールセルからなる燃料電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルの縦断面図である。図１に示す燃料電池セル１００の構造は、イオン交換膜である電解質膜とカソード側およびアノード側の触媒層とからなるＭＥＡ１と、これを挟持するカソード側およびアノード側のガス拡散層２，２（ＧＤＬ）と、から形成される膜電極接合体３（ＭＥＧＡ）と、この膜電極接合体３を挟持するカソード側およびアノード側のガス流路層４，４Ａと、このガス流路層４，４Ａを挟持する３層構造のセパレータ７，７と、からなり、その周縁にたとえばゴム等の樹脂製のガスケット５が一体に形成されている。
【００２９】
ＭＥＡ１を構成する電解質膜は、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどからなり、電極層は白金やその合金からなる触媒をカーボン等に担持させた多孔質素材からなる。ガス拡散層２は、カーボンペーパーやカーボンクロスなどのガス透過性の素材から形成される。また、ガス流路層４，４Ａは、その集電部が多孔質のエキスパンドメタルからなり、ガスケット５は、膜電極接合体３を成形型内に収容し、所望の樹脂を成形型内に射出するインサート成形にて形成することができる。
【００３０】
なお、図示する実施例において、アノード側のガス流路層４Ａを形成するエキスパンドメタルは、その端部がカソード側に屈曲し、さらに屈曲してマニホールド６側に延びることでガスケット５の補強材４１となっている。
【００３１】
ガスケット５とその補強材４１には、冷却水供給用および排水用のマニホールド６，６、燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのマニホールド６と、反応後のガスを排気するためのマニホールド６が穿孔されており、ガスケット５に設けられた無端状のリブ５１が各マニホールド６を囲繞することによって流体シールが形成されている。
【００３２】
また、実際の燃料電池においては、所望する発電量に応じて燃料電池セル１００が所定段積層されて燃料電池スタックが形成されるものである。
【００３３】
電気自動車等に車載される燃料電池システムは、この燃料電池と、燃料ガスや酸化剤ガスを収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
【００３４】
図２は、３層構造のセパレータ７を分解斜視図として示したものである。このセパレータ７は、隣接する燃料電池セルとの間でセル間を画成する面材７３と、これに対向するＭＥＧＡ側の面材７１と、これら面材７１，７３間に介層され、面材７１，７３の外周輪郭に沿う枠状（無端状）に形成された樹脂素材のスペーサ７２と、から構成されている。
【００３５】
面材７１，７３とスペーサ７２の対応する各端部位置（非集電部）には、冷却水供給用マニホールド７１ｂ１，７２ｂ１，７３ｂ１、冷却水排水用マニホールド７１ｂ２，７２ｂ２，７３ｂ２、酸化剤ガス供給用マニホールド７１ａ１，７２ａ１，７３ａ１、酸化剤ガス排出用マニホールド７１ａ２，７２ａ２，７３ａ２，燃料ガス供給用マニホールド７１ｃ１，７２ｃ１，７３ｃ１、燃料ガス排出用マニホールド７１ｃ２，７２ｃ２，７３ｃ２がそれぞれ開設されており、３層構造に一体とされた際（図中のＸ方向）に、燃料電池セル１００の各マニホールド６が形成されるようになっている。
【００３６】
また、面材７１における面材７３に対向する側面には、多数のディンプル７１ｄ、…が備えてあり、このディンプル７１ｄがスペーサ７２の厚み分の高さを有していることにより、３層構造となった際に、ディンプル７１ｄの先端が面材７３の側面と当接される。
【００３７】
一方、スペーサ７２のうち、冷却水供給用マニホールド７２ｂ１および排水用マニホールド７２ｂ２，燃料ガス供給用マニホールド７２ｃ1および燃料ガス排出用マニホールド７２ｃ２の近傍には、これらのマニホールドの長手方向に間隔を置いて、他方のマニホールド側に延びる複数の突出部７２ｄ、…が備えてあり、突出部７２ｄ，７２ｄ間の隙間を介して、ディンプル７１ｄ、…内に冷却水が流れるようになっている。
【００３８】
図３は、図２のセパレータのIII方向の矢視図であり、自己加湿機構の一実施の形態を示した図である。
【００３９】
図３で示す面材７１の側面は、ガス流路層４に対向する側面であり、酸化剤ガス供給用マニホールド７１ａ１から流入する酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出用マニホールド７１ａ２に向かって不図示のガス流路層（エキスパンドメタル）内を流れながら（図中のＹ１方向）、ガス拡散層を介してＭＥＧＡ３に拡散供給される。
【００４０】
図示する面材７１の側面において、各マニホールド７１ａ１，７１ａ２，７１ｂ１，７１ｃ１，７１ｂ２，７１ｃ２の内側には、複数の溝条が形成されている。
【００４１】
具体的には、酸化剤ガス供給用マニホールド７１ａ１の近傍には、該マニホールド７１ａ１の長手方向に延びて、他の溝条に比して幅の大きな（溝体積の大きな）第１の溝条７１ｅ１が形成されており、酸化剤ガス排出用マニホールド７１ａ２の近傍には、該マニホールド７１ａ２の長手方向に延びる第２の溝条７１ｅ２が形成されている。
【００４２】
この第１の溝条７１ｅ１と第２の溝条７１ｅ２の間には、これらに平行に延びる複数の第４の溝条７１ｅ４，…が形成されており、第１の溝条７１ｅ１と第２の溝条７１ｅ２と第４の溝条７１ｅ４，…のそれぞれの端部を、冷却水供給用マニホールド７１ｂ１と燃料ガス供給用マニホールド７１ｃ１、冷却水排水用マニホールド７１ｂ２と燃料ガス排出用マニホールド７１ｃ２の近傍に形成された第３の溝条７１ｅ３，７１ｅ３が連通している。
【００４３】
図示するように、第１の溝条７１ｅ１と第２の溝条７１ｅ２、および第４の溝条７１ｅ４，…は酸化剤ガスの流れＹ１の流れ方向に対して直交する方向に延びており、したがって、これらの溝条が酸化剤ガスのショートカットルートを形成する危険性はない。なお、これらが酸化剤ガスの流れＹ１の流れ方向に沿う方向に延びている場合には、このルートに沿ってガスが流れ易くなり、ＭＥＧＡに対する十分な酸化剤ガスの提供が阻害される危険性がある。
【００４４】
また、各溝条７１ｅ１，７１ｅ２，７１ｅ３，７１ｅ４には、吸水性樹脂材８が収容されており、これが面材７１の表面レベルまで達していて、各溝条を吸水自在に閉塞している。なお、図４は、第１の溝条７１ｅ１を取り上げてその断面を見た図であり、溝条７１ｅ１内に吸水性樹脂材８が収容され、該溝条７１ｅ１の上端レベルまで閉塞している。
【００４５】
ここで、この吸水性物質８としては、吸水性や重量（より軽量であること）などの観点から吸水性樹脂を使用するのが好ましく、たとえば、アクリロニトリルグラフト共重合体、アクリル酸グラフト共重合体、アクリルアミドグラフト共重合体などのでん粉系のポリマー、セルロース−アクリロニトリルグラフト共重合体、カルボキシメチルセルロース架橋体などのセルロース系ポリマー、ポリビニルアルコール架橋体、ポリビニルアルコール吸水ゲル凍結・解凍エラストマーなどのポリビニルアルコール系ポリマー、アクリル酸−ナトリウム・ビニルアルコール共重合体、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体などのアクリル酸系ポリマー、Ｎ−置換アクリルアミド架橋体などのアクリルアミド系ポリマーを挙げることができる。吸水性物質８は、これらの素材を使用した無垢で多孔質な形態のものであってもよいし、これらの素材を使用した織布や不織布の形態のものであってもよい。
【００４６】
また、吸水性物質８を溝条内に収容する代わりに、溝条表面に親水性塗布層を形成する形態であってもよい。この場合の親水性塗布素材も、上記する吸水性物質８と同素材の樹脂を含有する溶液や酸化チタンなどの無機系親水剤を使用し、溝条表面に散布もしくは塗布等して形成することができる。
【００４７】
燃料電池セル１００内での発電経過に伴い、カソード側の触媒層では生成水が生成され、これがガス拡散層２を介してガス流路層４に排出され、図示する面材７１の側面に到達する。
【００４８】
面材７１の側面に到達した生成水は、各溝条７１ｅ２，７１ｅ４内の吸水性物質８にて捕捉されて溝条７１ｅ３に送られ（Ｙ２方向）、溝条７１ｅ３内の吸水性物質８を介して第１の溝条７１ｅ１に送られる（Ｙ３方向）。
【００４９】
他の溝条に比して溝内体積の大きな第１の溝条７１ｅ１内の吸水性物質８により、送られてきた生成水を捕捉して貯水する。
【００５０】
酸化剤ガス供給用マニホールド７１ａ１の近傍に第１の溝条７１ｅ１内で貯水された生成水が存在することにより、マニホールド７１ａ１から流入してきた酸化剤ガスが貯水された水分を効果的に蒸発させることができ、いわゆるセル内の自己加湿を実現することができる。なお、セパレータの集電性能の観点から、第１の溝条７１ｅ１，第２の溝条７１ｅ２、第３の溝条７１ｅ３は、面材７１の電極部の周縁、すなわち、非電極部に形成されるのが好ましい。
【００５１】
図５は、図３に対応する態様で示したものであり、自己加湿機構の他の実施の形態を示した図である。
【００５２】
図示例は、面材７１内において、酸化剤ガスの流れＹ１の流れ方向に対して傾斜した方向に延びる第４の溝条７１ｅ５を具備する形態であり、他の構成は図３で示す形態と同様である。
【００５３】
図６は、図３、図５に対応する態様で示したものであり、自己加湿機構のさらに他の実施の形態を示した図である。
【００５４】
この図示例は、図３で示す自己加湿機構に対して、非集電部に１以上の貯水溝７１ｅ６を設け、貯水溝７１ｅ６内に吸水性物質８Ａを収容し、これを第１の溝条７１ｅ１に連通させた構成を付加したものである。
【００５５】
この貯水溝７１ｅ６にて生成水を一時的に貯水しておくことにより、第１の溝条７１ｅ１〜第４の溝条７１ｅ４のすべての溝条内の生成水が少なくなる、もしくは生成水が完全に無くなった場合でも、貯水溝７１ｅ６にて貯水された水分を水濃度勾配を利用して自然に第１の溝条７１ｅ１に送ることにより、セル内の自己加湿性能を維持することが可能となる。
【００５６】
上記する本発明のフラットタイプのセパレータを具備する燃料電池セル（燃料電池）によれば、セパレータを構成するガス流路層に対向する面材の側面に簡易な構造変更を加えるだけで、自己加湿性能に優れた燃料電池を得ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルの縦断面図である。
【図２】３層構造のセパレータの分解斜視図である。
【図３】図２のセパレータのIII方向の矢視図であって、自己加湿機構の一実施の形態を示した図である。
【図４】図３のIV−IV矢視図である。
【図５】図３に対応する図であって、自己加湿機構の他の実施の形態を示した図である。
【図６】図３に対応する図であって、自己加湿機構のさらに他の実施の形態を示した図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ＭＥＡ、２…ガス拡散層（ＧＤＬ）、３…膜電極接合体（ＭＥＧＡ）、４，４Ａ…ガス流路層、４１…補強材、５…ガスケット、５１…リブ、６…マニホールド、７…セパレータ、７１，７３…面材、７２…スペーサ、７１ｅ１…第１の溝条、７１ｅ２…第２の溝条、７１ｅ３…第３の溝条、７１ｅ４、７１ｅ５…第４の溝条、７１ｅ６…貯水溝、８，８Ａ…吸水性樹脂材、１００…燃料電池セル
【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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