(57)【要約】高分子電解質膜（１）と該高分子電解質膜（１）の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極（４、８）を有する膜−電極接合体（１０）と、膜−電極接合体（１０）と接触するように配設され、一方の主面に溝状の第１反応ガス流路（３７）が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータ（３０）と、膜−電極接合体（１０）と接触するように配設され、一方の主面に溝状の第２反応ガス流路（２７）が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータ（２０）と、を備え、第１反応ガス流路（２７）は、少なくともその上流端から最初に電極８と接触する部分と、第２反応ガス流路（２７）の上流端から最初に電極４と接触する部分と、の間（以下、第１セパレータ３０の最上流部８Ｃ）に形成されている流路の幅が、該第１セパレータ３０の最上流部８Ｃ以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている、高分子電解質形燃料電池。
2008126358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、
前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第２反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第１セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第１セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている、高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第２セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第２セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第２反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該流路の最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第１反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項８】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項９】
隣接する前記第１反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１０】
隣接する前記第２反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１１】
前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却流体流路が形成されており、
前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却流体流路を通流する冷却流体の温度よりも低い、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１２】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、それぞれ、厚み方向に貫通する第１反応ガス供給マニホールド孔及び第２反応ガス供給マニホールド孔が互いに対向するように設けられている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１３】
前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１４】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１５】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、渦巻状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１６】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第１反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分（以下、残部）の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項３に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１７】
第１反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１６に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１８】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１６に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１９】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第２反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項４に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２０】
第２反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１９に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２１】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１９に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２２】
複数の請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として、燃料電池が注目されている。燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池が挙げられる。高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、膜−電極接合体と、この膜−電極接合体を挟みかつそれぞれアノード及びカソードに接触するように配置されたアノード側セパレータ及びカソード側セパレータとを備えている。膜−電極接合体は、それぞれガス拡散層及び触媒層からなるアノード及びカソード（これらを電極という）を備えている。ガス拡散層には、反応ガスの流通パスとなる細孔が存在する。アノード側セパレータの一方の主面には、燃料ガス流路が形成されている。カソード側セパレータの一方の主面には、酸化剤ガス流路が形成されている。燃料ガス流路からアノードに供給された燃料ガス（水素）はイオン化（Ｈ＋）され、アノードのガス拡散層及び触媒層を通過し、高分子電解質膜中を水の介在によって通過して、カソード側に移動する。カソード側に到達した水素イオンは、カソードの触媒層において以下の発電反応により、水を生成する。【０００３】
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全反応：Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
生成された水（生成水）は、蒸気又は液体のまま、カソード側セパレータに形成された酸化剤ガス流路に流れ込む。また、カソード側で生成された水の一部は、アノード側に移動する（いわゆる、逆拡散）。そのため、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の上流部から下流部になるに連れて、酸化剤ガス及び燃料ガス（これらを反応ガスという）、それぞれに含まれる水蒸気分圧が上昇する。これにより、特に、燃料電池を高温高加湿（例えば、反応ガスの露点を燃料電池スタック内の温度と同じにする）の条件で運転するような場合には、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の下流部の流路に生成水が詰まったり、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路に対向するガス拡散層の細孔に生成水が詰まったりして、フラッディングが発生するという問題がある。【０００４】
フラッディングの発生を抑制する技術としては、例えば、酸化剤ガス流路の上流流路域から下流流路域にかけて、酸化剤ガス流路の深さ又は幅の少なくともいずれかを徐々に小さくした燃料電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池によると、酸化剤ガス流路の下流流路域における酸化剤ガスの流速が速くなり、酸化剤ガス流路に詰まった生成水を排出することが可能になる。
【特許文献１】特開平６−２６７５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成においては、燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、ガス拡散層の細孔に詰まった生成水を除去できないため、フラッディングの抑制が十分でないという問題を有していた。【０００６】
また、特許文献１の構成においては、燃料電池を高温低加湿（例えば、反応ガスの露点を燃料電池スタック内の温度よりも低くする）の条件で運転すると、反応ガス流路の上流部では、上記反応が充分に行われていないため、水が生成されず、高分子電解質膜の反応ガス流路の上流部に対向する部分が乾燥し、膜が劣化するおそれがあった。【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、フラッディングが十分に抑制された高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックを提供することを目的とする。また、本発明は、高分子電解質形燃料電池を高温低加湿条件下で運転するような場合に、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック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】
【０００８】
ところで、燃料電池の運転中においては、ガス拡散電極（以下、電極という）における反応ガス流路に面する部分の水分（液体及び気体の水）含有量が、電極における隣接する反応ガス流路間に形成されたリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低いことが知られている。図１５は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。【０００９】
本発明者等は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の点を見出した。すなわち、図１５に示すように、電極２０２における隣接する反応ガス流路２０３間に形成されたリブ部２０４に接触する部分２０２Ａに存在する水が、電極２０２における反応ガス流路２０３に面する部分２０２Ｂ側に拡散して、電極２０２のリブ部２０４と反応ガス流路２０３との境界近傍は、電極２０２の部分２０２Ｂの中央部分に対して、水分含有量が高くなっていることを見出した。換言すると、電極２０２のリブ部２０４に接触する部分２０２Ａから離れると水分含有量が少なくなることを見出した。そして、本発明者等は以下に記載する構成を採用することが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有効であるということを見出し、本発明を想到した。【００１０】
すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第２反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第１セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第１セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている。【００１１】
上述したように、電極における第１反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第１反応ガス流路が、第１セパレータの最上流部に形成されている流路の幅を該最上流部以外に形成されている流路の幅より小さくなるように形成している。このため、水分含有量が少ない電極の第１セパレータの最上流部に形成されている流路に面する部分（以下、電極の最上流部分）が小さいため、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、電極の最上流部分の乾燥を抑制することができ、ひいては、高分子電解質膜における第１反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。【００１２】
一方、第１反応ガス流路の第１セパレータの最上流部以外の部分に形成されている流路においては、第１セパレータの最上流部に形成されている流路に比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、電極における第１反応ガス流路の第１セパレータの最上流部以外の部分に形成されている流路に面する部分（以下、電極の下流部分）は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極（正確には、電極を構成するガス拡散層）の下流部分におけるフラッディングを抑制することができる。【００１３】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第２セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第２セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されていてもよい。【００１４】
これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第２反応ガス流路の第２セパレータの最上流部に形成されている流路の対向する部分の乾燥を抑制することができ、また、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極の下流部におけるフラッディングを抑制することができる。【００１５】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第２反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該流路の最上流部以外の流路の幅より小さく形成されていてもよい。【００１６】
上述したように、電極における第１反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第１反応ガス流路における最上流部の流路の幅を該最上流部以外の流路の幅より小さくなるように形成している。このため、水分含有量が少ない電極の第１反応ガス流路の最上流部に面する部分（以下、電極の最上流部分）が小さいため、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、電極の最上流部分の乾燥を抑制することができ、ひいては、高分子電解質膜における第１反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。【００１７】
一方、第１反応ガス流路の最上流部以外の流路においては、最上流部に比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、電極における第１反応ガス流路の最上流部以外の流路に面する部分（以下、電極の下流部分）は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極（正確には、電極を構成するガス拡散層）の下流部分におけるフラッディングを抑制することができる。【００１８】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第１反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該最上流部以外の流路の幅より小さく形成されていてもよい。【００１９】
これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第２反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、また、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極の下流部におけるフラッディングを抑制することができる。【００２０】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の深さよりも深く形成されていてもよい。【００２１】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の深さよりも深く形成されていてもよい。【００２２】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の断面積と略一致するように形成されていてもよい。【００２３】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の断面積と略一致するように形成されていてもよい。【００２４】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、隣接する前記第１反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されていてもよい。【００２５】
このような構成とすると、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分において、第１セパレータのリブ部と電極との接触面積が小さくなるため、発電反応によって発生した熱が第１セパレータに伝わりにくくなる。これにより、第１セパレータへの放熱が抑制され、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分における温度が高くなる。したがって、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分では生成水が蓄積して水蒸気分圧が高くなるにもかかわらず、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分はもとより、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分と面する電極のガス拡散層においてもフラッディングの発生が抑制される。【００２６】
一方、第１反応ガス流路の最上流部では、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、従来の構成では接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本発明の高分子電解質形燃料電池のように、第１反応ガス流路の最上流部において、リブ部と電極との接触面積を大きくすることにより、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。【００２７】
なお、第１反応ガス流路は、最上流部から下流になるにつれて単位面積当たりのリブ部の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。【００２８】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、隣接する前記第２反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されていてもよい。【００２９】
このような構成とすると、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分において、第２セパレータのリブ部と電極との接触面積が小さくなるため、発電反応によって発生した熱が第１セパレータに伝わりにくくなる。これにより、第２セパレータへの放熱が抑制され、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分における温度が高くなる。したがって、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分では生成水が蓄積して水蒸気分圧が高くなるにもかかわらず、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分はもとより、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分と面する電極のガス拡散層においてもフラッディングの発生が抑制される。【００３０】
一方、第２反応ガス流路の最上流部では、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、従来の構成では接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本発明の高分子電解質形燃料電池のように、第２反応ガス流路の最上流部において、リブ部と電極との接触面積を大きくすることにより、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。【００３１】
なお、第２反応ガス流路は、最上流部から下流になるにつれて単位面積当たりのリブ部の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。【００３２】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却流体流路が形成されており、前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却流体流路を通流する冷却流体の温度よりも低くてもよい。【００３３】
また、本発明に係る高分子電解質形高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、それぞれ、厚み方向に貫通する第１反応ガス供給マニホールド孔及び第２反応ガス供給マニホールド孔が互いに対向するように設けられていてもよい。【００３４】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されていてもよい。【００３５】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。【００３６】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、渦巻状に形成されていてもよい。【００３７】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第１反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分（以下、残部）の全部分の流路の幅より小さく形成されていてもよい。【００３８】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、第１反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。【００３９】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。【００４０】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第２反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分の全部分の流路の幅より小さく形成されていてもよい。【００４１】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、第２反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。【００４２】
さらに、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。【００４３】
また、本発明に係る燃料電池スタックは、複数の前記高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている。【００４４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、上記のような構成としたため、高温高加湿の条件で運転した場合に、反応ガス流路のみならず、ガス拡散層における生成水の詰まりをも防止して、フラッディングの発生を十分に抑制できるという効果を奏する。また、本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックによれば、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図３】図３は、図１の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図４】図４は、比較形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図５】図５は、図４の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図６】図６は、燃料電池の部位ごとの温度分布を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布、（ｂ）は比較形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布である。
【図７】図７は、本発明の第１変形例の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図８】図８は、図７の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の第２変形例の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１５】図１５は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す燃料電池スタックにおける燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、図１７に示す燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、図１７に示す燃料電池のアノード側セパレータ及びカソード側セパレータの構造を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の第９実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２５】図２５は、図２４に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２６】図２６は、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２７】図２７は、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２８】図２８は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３１】図３１は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３２】図３２は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３３】図３３は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３４】図３４は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３５】図３５は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  高分子電解質膜
２  アノード側触媒層
３  アノード側ガス拡散層
４  アノード（ガス拡散電極）
４Ａ  部分
４Ｂ  部分
４Ｃ  最上流部（セパレータの最上流部）
６  カソード側触媒層
７  カソード側ガス拡散層
８  カソード（ガス拡散電極）
８Ａ  部分
８Ｂ  部分
８Ｃ  最上流部（セパレータの最上流部）
１０  膜−電極接合体（電解質層−電極接合体）
２０  アノード側セパレータ（第２セパレータ）
２１  燃料ガス供給マニホールド孔
２２  燃料ガス排出マニホールド孔
２３  酸化剤ガス供給マニホールド孔
２４  酸化剤ガス排出マニホールド孔
２５  冷却流体供給マニホールド孔
２６  冷却流体排出マニホールド孔
２７  燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
２７Ａ  （燃料ガス流路の）上流部
２７Ｂ  （燃料ガス流路の）下流部
２７Ｃ  最上流部
２７Ｄ  下流部（残部）
２７Ｅ  部分
２８，３８  冷却流体流路
２９，３９  リブ部
２９Ａ  （燃料ガス流路の上流部の）リブ部
２９Ｂ  （燃料ガス流路の下流部の）リブ部
３０  カソード側セパレータ（第１セパレータ）
３１  燃料ガス供給マニホールド孔（第２反応ガス供給マニホールド孔）
３２  燃料ガス排出マニホールド孔
３３  酸化剤ガス供給マニホールド孔（第１反応ガス供給マニホールド孔）
３４  酸化剤ガス排出マニホールド孔
３５  冷却流体供給マニホールド孔
３６  冷却流体排出マニホールド孔
３７  酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）
３７Ａ  （酸化剤ガス流路の）上流部
３７Ｂ  （酸化剤ガス流路の）下流部
３７Ｃ  最上流部
３７Ｄ  下流部（残部）
３７Ｅ  部分
３９Ａ  （酸化剤ガス流路の上流部の）リブ部
３９Ｂ  （酸化剤ガス流路の下流部の）リブ部
４０，４１  ガスケット
５１  合流部
５２  突起
６１    燃料電池スタック
６２  セル積層体
６３  第１の端板
６４  第２の端板
７１  中心軸
１００，１０１  燃料電池
１２７Ａ  往復部
１２７Ｂ  反転部
１３１  燃料ガス供給マニホールド
１３２  燃料ガス排出マニホールド
１３３  酸化剤ガス供給マニホールド
１３４  酸化剤ガス排出マニホールド
１３５  冷却流体供給マニホールド
１３６  冷却流体排出マニホールド
１３７Ａ  往復部
１３７Ｂ  反転部
１３７Ｃ  水平部
１３７Ｄ  垂直部
２０２  電極
２０２Ａ  部分
２０２Ｂ  部分
２０３  反応ガス流路
２０４  リブ部
Ｄ１  酸化剤ガスの全体としての流れ方向
Ｄ２，Ｄ４  冷却流体の全体としての流れ方向
Ｄ３  燃料ガスの全体としての流れ方向
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合もある。【００４９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の高分子電解質形燃料電池（以下、燃料電池という）の構成を示す部分断面図である。図２は、図１の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。図３は、図１の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１乃至図３を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。【００５０】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池１００は、膜−電極接合体１０と、この膜−電極接合体１０を挟むように配設されたカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ２０と、ガスケット４０，４１とを備えている。【００５１】
膜−電極接合体１０は、高分子電解質膜１と、この高分子電解質膜１の両側に配設されたアノード側触媒層２及びカソード側触媒層６と、アノード側触媒層２の高分子電解質膜１側の主面と反対側の主面に配設されたアノード側拡散層３と、カソード側触媒層６の高分子電解質膜１側の主面と反対側の主面に配設されたカソード側ガス拡散層７と、を備えている。【００５２】
高分子電解質膜１は、矩形の膜片に形成されている。高分子電解質膜１は、プロトン伝導性を有している。高分子電解質膜１は、陽イオン交換基として、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、及びスルホンイミド基を有するものが好ましい。プロトン伝導性の観点から、高分子電解質膜１はスルホン酸基を有するものがより好ましく、ＣＦ２＝ＣＦ−(ＯＣＦ２ＣＦＸ)ｍ−Ｏｐ−(ＣＦ２)ｎ−ＳＯ３Ｈで表されるパーフルオロビニル化合物（ｍは０〜３の整数を示し、ｎは１〜１２の整数を示し、ｐは０または１を示し、Ｘはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す）に基づく繰返し単位と、ＣＦ２＝ＣＦ２で表されるテトラフルオロエチレンに基づく繰返し単位と、を含むパーフルオロカーボン共重合体を構成材料となる高分子電解質として含む膜であることが特に好ましい。【００５３】
アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、高分子電解質膜１の両方の主面に対向するようにして配置されている。アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、電極触媒が担持された導電性炭素粒子と、陽イオン（水素イオン）伝導性を有する高分子電解質とを含むよう構成されていてもよく、更に、ポリテトラフルオロエチレンなどの撥水材料を更に含むよう構成されていてもよい。具体的には、高分子電解質として、高分子電解質膜１の構成材料として記載したものを使用することができる。なお、高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜１の構成材料と同種のものを使用してもよく、異なる種類のものを使用してもよい。電極触媒は、金属粒子（例えば貴金属からなる金属粒子）からなり、導電性炭素粒子（粉末）に担持されて用いられる。当該金属粒子は、特に限定されず種々の金属を使用することができるが、電極反応活性の観点から、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、クロム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、亜鉛及びスズからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。なかでも、白金及び白金との合金が好ましく、白金とルテニウムの合金が、アノードにおいては触媒の活性が安定することから特に好ましい。【００５４】
アノード側ガス拡散層３は、アノード側触媒層２の高分子電解質膜１から遠い方の主面に配設されている。カソード側ガス拡散層７は、カソード側触媒層６の高分子電解質膜１から遠い方の主面に配設されている。アノード側ガス拡散層３及びカソード側ガス拡散層７は、カーボン織布、カーボン不織布、カーボンペーパー、カーボン粉末シート等で構成されている。アノード側触媒層２とアノード側ガス拡散層３とは、互いに積層されることによって平板状のガス拡散電極（アノード）４を構成している。また、カソード側触媒層６とカソード側ガス拡散層７とは、互いに積層されることによって平板状のガス拡散電極（カソード）８を構成している。アノード４とカソード８とは、高分子電解質膜１を挟んで対向するように配置されている。【００５５】
次に、カソード側セパレータ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。【００５６】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３０は、矩形の板状に形成されている。カソード側セパレータ３０の周縁部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４と、燃料ガス供給マニホールド孔３１と、燃料ガス排出マニホールド孔３２と、冷却流体供給マニホールド孔３５と、冷却流体排出マニホールド孔３６とが形成されている。図２（ａ）に示すように、カソード側セパレータ３０の一方の主面には、カソード８を酸化剤ガスに暴露するための溝状の酸化剤ガス流路３７が形成されている。酸化剤ガス流路３７は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを接続するようにして形成されている。酸化剤ガス流路３７は、サーペンタイン状に形成されている。【００５７】
ここで、カソード側セパレータ３０の酸化剤ガス流路３７によって挟まれた部分をリブ部３９と定義する。この定義は、後述する比較形態、各変形例及び各実施形態においても当てはまる。また、本実施形態では、酸化剤ガス流路３７は、その形態において、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３に接続された上流端を含む上流部３７Ａと、上流部３７Ａより下流の部分であって酸化剤ガス排出マニホールド孔３４に接続された下流端を含む下流部３７Ｂとで構成されている。【００５８】
酸化剤ガス流路３７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。すなわち、酸化剤ガス流路３７は、上述の互いに平行に延びる複数の部分を構成する、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されるリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ１の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ１に対する比率：Ｗ１／Ｘ１が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ２の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ２に対する比率：Ｗ２／Ｘ２よりも大きくなっている。なお、本実施形態においては、上流部３７Ａにおける酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ１と、下流部３７Ｂにおける酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ２とがほぼ同じになるように形成されている。また、本実施形態においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の約５０％の位置で区切られている。なお、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。ここで、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとの区切りの位置は、カソード側セパレータ３０の熱伝導率、酸化剤ガスの流速、燃料電池１００の動作温度、酸化剤ガス中の加湿の度合等によって定められる。【００５９】
図２（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３０の他方の主面には、溝状の冷却流体流路３８が形成されている。冷却流体流路３８は、冷却流体供給マニホールド孔３５と、冷却流体排出マニホールド孔３６とを接続するようにして形成されている。冷却流体流路３８は、サーペンタイン状に形成されている。冷却流体流路３８は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。冷却流体流路３８と、その裏面に形成された酸化剤ガス流路３７とは、それぞれの主要部同士が略平行になるように形成されている。すなわち、冷却流体流路３８の主要部が、裏面に形成された酸化剤ガス流路３７の主要部に対して略平行になるように形成されている。【００６０】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、酸化剤ガス流路３７及び冷却流体流路３８は、酸化剤ガス流路３７内を流れる酸化剤ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ１と、裏面に形成された冷却流体流路３８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ２とが略一致するように形成されている。換言すると、酸化剤ガス流路３７内を流れる酸化剤ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ１と、裏面に形成された冷却流体流路３８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ２とが並行流となっている。【００６１】
上記のように構成されたカソード側セパレータ３０が、その酸化剤ガス流路３７の形成された主面がカソード８に接触するようにして配設されている。【００６２】
次に、アノード側セパレータ２０の構成について説明する。【００６３】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、アノード側セパレータ２０は、矩形の板状に形成されている。アノード側セパレータ２０の周縁部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３と、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４と、燃料ガス供給マニホールド孔２１と、燃料ガス排出マニホールド孔２２と、冷却流体供給マニホールド孔２５と、冷却流体排出マニホールド孔２６とが形成されている。図３（ａ）に示すように、アノード側セパレータ２０の一方の主面には、アノード４を燃料ガスに暴露するための溝状の燃料ガス流路２７が形成されている。燃料ガス流路２７は、燃料ガス供給マニホールド孔２１と燃料ガス排出マニホールド孔２２とを接続するようにして形成されている。燃料ガス流路２７は、サーペンタイン状に形成されている。【００６４】
ここで、アノード側セパレータ２０の燃料ガス流路２７によって挟まれた部分をリブ部２９と定義する。この定義は、後述する比較形態、各変形例及び各実施形態においても当てはまる。【００６５】
燃料ガス流路２７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。燃料ガス流路２７は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。燃料ガス流路２７は、横方向に直線的に延びる長い流路同士の間隔が、ほぼ同じになるように形成されている。換言すると、燃料ガス流路２７同士により挟まれたリブ部２９の幅が、燃料ガス流路２７の全領域において、ほぼ同じになっている。【００６６】
図３（ｂ）に示すように、アノード側セパレータ２０の他方の主面には、溝状の冷却流体流路２８が形成されている。冷却流体流路２８は、冷却流体供給マニホールド孔２５と冷却流体排出マニホールド孔２６とを接続するようにして形成されている。冷却流体流路２８は、サーペンタイン状に形成されている。冷却流体流路２８は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。【００６７】
冷却流体流路２８と、その裏面に形成された燃料ガス流路２７とは、それぞれの主要部同士が略平行になるように形成されている。すなわち、冷却流体流路２８の主要部が、裏面に形成された燃料ガス流路２７の主要部に対して略平行になるように形成されている。【００６８】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、燃料ガス流路２７及び冷却流体流路２８は、燃料ガス流路２７内を流れる燃料ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ３と、裏面に形成された冷却流体流路２８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ４とが略一致するように形成されている。換言すると、燃料ガス流路２７内を流れる燃料ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ３と、裏面に形成された冷却流体流路２８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ４とが並行流となっている。【００６９】
上記のように構成されたアノード側セパレータ２０が、その燃料ガス流路２７の形成された主面がアノード４に接触するようにして配設されている。【００７０】
ガスケット４０，４１は、矩形の環状に形成されている。ガスケット４０は、膜−電極接合体１０の周囲、かつ、アノード側セパレータ２０と膜−電極接合体１０の高分子電解質膜１との間に位置するように配置されている。ガスケット４１は、膜−電極接合体１０の周囲、かつ、カソード側セパレータ３０と膜−電極接合体１０の高分子電解質膜１との間に位置するように配置されている。ガスケット４０，４１は、フッ素ゴム、シリコンゴム、天然ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、臭化ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、ポリイソプロピレンポリマー、パーフルオロカーボン、熱可塑性エラストマー（ポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーなど）、ラテックス（イソプレンゴム、ブタジエンゴムなど）を用いた接着剤、液状の接着剤（ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどを用いた接着剤）等で構成されている。【００７１】
次に、以上のように構成された燃料電池１００の動作を説明する。【００７２】
図１乃至図３において、この燃料電池１００では、燃料ガス供給マニホールド孔２１，３１が適宜繋がって構成された燃料ガス供給マニホールド（図示せず）に燃料ガスが供給される。この燃料ガスは各セルの燃料ガス流路２７を通流する。一方、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３，３３が適宜繋がって構成された酸化剤ガス供給マニホールド（図示せず）に酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスは各セルの酸化剤ガス流路３７を通流する。また、冷却水供給マニホールド孔２５，３５が適宜繋がって構成された冷却水供給マニホールド（図示せず）に冷却水が供給される。この冷却水は各セルの冷却流体流路２８，３８を通流する。そして、膜−電極接合体１０のアノード及びカソードにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが反応して電気と熱とが発生する。この発生した電気はアノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０を通じて外部に出力される。反応しなかった（未消費の）燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド孔２２，３２が適宜繋がって構成された燃料ガス排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。また、反応しなかった（未消費の）酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４，３４が適宜繋がって構成された燃料ガス排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。一方、発生した熱は、冷却流体流路２８，３８を通流する冷却水によって回収される。この熱を回収した冷却水は、冷却水排出マニホールド孔２６，３６が適宜繋がって構成された冷却水排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。【００７３】
次に、本発明の作用効果を、その優位性を明らかにするために、比較形態と対比しつつ詳細に説明する。【００７４】
図４は、比較形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図５は、図４の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図４においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図４及び図５を参照しながら、比較形態の燃料電池について説明する。【００７５】
比較形態の燃料電池１０１においては、図４及び図５に示すように、燃料電池１０１に用いるカソード側セパレータ３０の構成を第１実施形態の燃料電池１００と変更している。【００７６】
すなわち、カソード側セパレータ３０における酸化剤ガス流路３７は、横方向に直線的に延びる流路（主要部）同士の幅が、ほぼ同じになるように形成されている。換言すると、酸化剤ガス流路３７同士により挟まれたリブ部３９の幅が、酸化剤ガス流路３７の全領域において、ほぼ同じになっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池１００の構成と同じである。【００７７】
次に、第１実施形態の燃料電池１００と比較形態の燃料電池１０１とを比較して、検討する。【００７８】
図６は、燃料電池の部位ごとの温度分布を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布、（ｂ）は比較形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布である。図６（ａ），（ｂ）において、横軸は部位を表わし、縦軸は温度を表わす。図６を参照しながら、第１実施形態の燃料電池と比較形態の燃料電池とを比較して、本実施形態の燃料電池の利点を明らかにする。【００７９】
図６（ａ）に示すように、第１実施形態の燃料電池１００においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａでは、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度はＴ２である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が大きくなる。【００８０】
一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂでは、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度は、Ｔ１とＴ２との間の温度（Ｔ１´）である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が上流部３７Ａよりも小さくなる。【００８１】
一方、図６（ｂ）に示すように、比較形態の燃料電池１０１においては、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度はＴ２である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、比較形態の燃料電池１０１では、全流域において、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が、第１実施形態の燃料電池１００の上流部３７Ａと同様に大きくなる。【００８２】
上記の事項を総括すると、第１実施形態の燃料電池１００においては、下流部３７Ｂのカソード側ガス拡散層７の温度が、比較形態の燃料電池１０１の全流域の温度に比べて高くなる。【００８３】
このように、本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなるので、カソード側触媒層６からカソード側セパレータ３０への熱の移動が少なくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂに対応するカソード側ガス拡散層７の温度が高くなる。これにより、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、酸化剤ガス流路３７はもとよりカソード側ガス拡散層７においてもフラッディングの発生が抑制される。【００８４】
一方、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａでは、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本実施形態の燃料電池１００のように、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいて、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。【００８５】
また、本実施形態の燃料電池１００では、冷却流体流路２８，３８、燃料ガス流路２７、及び酸化剤ガス流路３７は、それぞれの主要部同士が互いに略平行となるように形成されている。さらに、本実施形態の燃料電池１００では、冷却流体と酸化剤ガス及び燃料ガスとが並行流となるように、冷却流体流路３８，２８、酸化剤ガス流路３７、及び燃料ガス流路２７が形成されている。そのため、発電の集中する酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいては、その裏面に形成された冷却流体流路３８を、熱回収していない温度の低い冷却流体が通流するため、冷却効率が向上する。一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂにおいては、その裏面に形成された冷却流体流路３８を、熱回収して温度の高くなった冷却流体が通流するため、温度が上昇する。これにより、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂにおいて生成水がより結露しにくくなって、フラッディングの発生がさらに抑制される。【００８６】
なお、本発明の燃料電池１００におけるカソード側セパレータ３０においては、酸化剤ガス流路３７の流路長が長くなるので、流路内の流路抵抗が大きくなり、流路溝の構成を上流部３７Ａと下流部３７Ｂとで同じとすると圧力損失が増加して流量が減少する。したがって、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝を深く形成したり、複数の流路溝で構成したりして、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとでリブ部の割合を変えても圧力損失が変化しないようにすることが好ましい。【００８７】
［第１変形例］
図７は、第１実施形態の燃料電池の第１変形例を示す部分断面図である。図８は、図７の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図７においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図７及び図８を参照しながら、本変形例の燃料電池について説明する。【００８８】
本変形例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ２０の構成が第１実施形態の燃料電池と異なっている。すなわち、図７及び図８に示すように、本変形例では、燃料ガス流路２７は、その形態において、燃料ガス供給マニホールド孔２１に接続された上流端を含む上流部２７Ａと、上流部２７Ａより下流の部分であって燃料ガス排出マニホールド孔２２に接続された下流端を含む下流部２７Ｂとで構成されている。【００８９】
燃料ガス流路２７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。すなわち、燃料ガス流路２７は、上述の互いに平行に延びる複数の部分を構成する、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。燃料ガス流路２７は、その上流部２７Ａによって形成されたリブ部２９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図７に示すように、上流部２７Ａによって形成されたリブ部２９Ａの幅：Ｗ１の燃料ガス流路２７の幅：Ｙ１に対する比率：Ｗ１／Ｙ１が、下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂの幅：Ｗ２の燃料ガス流路２７の幅：Ｙ２に対する比率：Ｗ２／Ｙ２よりも大きくなっている。なお、本実施形態においては、上流部２７Ａにおける燃料ガス流路２７の幅：Ｙ１と、下流部２７Ｂにおける燃料ガス流路２７の幅：Ｙ２とがほぼ同じになるように形成されている。また、本実施形態においては、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとが、燃料ガス流路２７の全流路長の約５０％の位置で区切られている。なお、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとが、燃料ガス流路２７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。ここで、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとの区切りの位置は、アノード側セパレータ２０の熱伝導率、燃料ガスの流速、燃料電池１００の動作温度、燃料ガス中の加湿の度合等によって定められる。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池１００と同様である。【００９０】
このような構成とすると、第１実施形態の燃料電池１００において、さらに燃料ガス流路２７について酸化剤ガス流路３７と同様の効果が得られる。【００９１】
また、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂとアノード側ガス拡散層３との接触面積が比較形態のものよりも小さくなるので、アノード側触媒層２からアノード側セパレータ２０への熱の移動が少なくなり、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｂに対応するアノード側ガス拡散層３の温度が高くなる。これにより、発電反応により生成した生成水（カソード８側からアノード４側に拡散してきた生成水）が結露しにくくなって、燃料ガス流路２７はもとよりアノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。【００９２】
一方、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７の上流部３７Ａ，２７Ａでは、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本変形例の燃料電池１００のように、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいてリブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくし、かつ、燃料ガス流路２７の上流部２７Ａにおいてリブ部２９Ａとアノード４との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗がより低減され、電池電圧の低下がさらに抑制される。【００９３】
［第２変形例］
図９は、第１実施形態の燃料電池の第２変形例を示す部分断面図である。なお、図９においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図９を参照しながら、本変形例の燃料電池について説明する。【００９４】
本変形例の燃料電池１００においては、カソード側セパレータ３０として図５に示したセパレータを用いるとともに、アノード側セパレータ２０として図８に示したセパレータを用いる。それ以外の構成については、第１変形例の燃料電池と同様である。【００９５】
このような構成とすると、発電反応により生成した生成水（カソード８側からアノード４側に拡散してきた生成水）が結露しにくくなって、燃料ガス流路２７はもとよりアノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。【００９６】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図１１は、図１０の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１０においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１０及び図１１を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。【００９７】
本実施形態の燃料電池１００では、燃料電池１００に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１０に示すように、本実施形態の燃料電池１００を構成するカソード側セパレータ３０では、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝は、その幅が底から開口に向かって広くなるように側壁がテーパ状に形成されている。かくして、図１１に示すように、酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１０に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ３の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ３に対する比率：Ｗ３／Ｘ３が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ４の酸化剤ガス流路３７の開口の幅：Ｘ４に対する比率：Ｗ４／Ｘ４よりも大きくなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池で用いたカソード側セパレータと同じである。【００９８】
このような構成としても、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなる。したがって、第１実施形態の燃料電池と同様の効果が得られる。【００９９】
また、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの開口の幅を、その側壁をテーパ状に形成することによって大きくしたため、酸化剤ガス流路３７の流路溝の断面積はそれほど大きくならず（図１０参照）、酸化剤ガス流路３７を通流する酸化剤ガスの流速があまり低下しない。これにより、流速の低下に起因するフラッディングの発生も抑制できる。【０１００】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図１３は、図１２の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１２においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１２及び図１３を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。【０１０１】
本実施形態の燃料電池１００では、燃料電池１００に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１２に示すように、本実施形態の燃料電池１００を構成するカソード側セパレータ３０では、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝は、その側壁の開口側の端の角部が直線的に面取り（カット）されている。かくして、図１３に示すように、酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１２に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ５の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ５に対する比率：Ｗ５／Ｘ５が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ６の酸化剤ガス流路３７の開口の幅：Ｘ６に対する比率：Ｗ６／Ｘ６よりも大きくなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池で用いたカソード側セパレータと同じである。【０１０２】
このような構成としても、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなる。したがって、第１実施形態の燃料電池と同様の効果が得られる。【０１０３】
また、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの開口の幅を、その側壁の開口側の角部を面取りすることによって大きくしたため、酸化剤ガス流路３７の流路溝の断面積はそれほど大きくならず（図１２参照）、酸化剤ガス流路３７を通流する酸化剤ガスの流速があまり低下しない。これにより、流速の低下に起因するフラッディングの発生も抑制できる。【０１０４】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。以下、図１４を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。【０１０５】
本実施形態の燃料電池では、燃料電池に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１４に示すように、本実施形態の燃料電池では、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７が複数の流路溝で構成されている。ここでは、流路溝は３本である。それぞれの流路溝は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを接続するようにして形成されている。そして、酸化剤ガス流路３７の途中には、各流路溝を合流させる合流部５１が形成されている。合流部５１は、酸化剤ガス流路３７における上流部３７Ａと下流部３７Ｂとの接続部分に形成されている。なお、本実施形態においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の約３０％の位置で区切られている。なお、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。また、合流部５１から下流部の流路本数が減少してもよい。合流部５１は略三角形状の凹部と、該凹部内に形成された複数（本実施形態では、６個）の柱状の突起５２とからなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池において用いたカソード側セパレータと同じである。【０１０６】
このような構成としても、第１実施形態の燃料電池と同様の効果を奏する。また、合流部５１においては突起５２とカソード側ガス拡散層７とが接触するのみであり、カソード側セパレータ３０とカソード側ガス拡散層７との接触面積が小さくなる。これにより、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂのみならず、合流部５１における温度低下も防止される。【０１０７】
さらに、このような構成とすると、合流部５１において酸化剤ガスが十分に混合された後に、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａから下流部３７Ｂへと酸化剤ガスが通流される。【０１０８】
なお、第１実施形態の第１変形例及び第２変形例の燃料ガス流路２７を、第２実施形態乃至第４実施形態のいずれかの酸化剤ガス流路３７と同様に構成してもよいことは言うまでもない。また、第１実施形態の燃料ガス流路２７、第２実施形態乃至第４実施形態の燃料ガス流路２７を、第２実施形態乃至第４実施形態のいずれかの酸化剤ガス流路３７と同様に構成してもよいことは言うまでもない。【０１０９】
また、上記の実施形態では、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７は、サーペンタイン状に形成され、あるいは、さらに合流部５１を有するように形成されたが、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７の形状はこれには限定されず、自身の異なる部位間で挟むようにしてリブ部３９，２９を形成するようなものであればよい。例えば、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７を複数の並行な流路溝で構成してもよく、あるいは一対の主流路溝間を複数の並行な支流路溝で接続するように構成してもよい。【０１１０】
さらに、上記の各実施形態及び各変形例では、酸化剤ガス流路３７又は燃料ガス流路２７が上流部３７Ａ，２７Ａと下流部３７Ｂ，２７Ｂとの２つの部分から成っていた。しかし、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７は、上流部３７Ａ，２７Ａの単位面積当たりのリブ部３９Ａ，２９Ａの面積と下流部３７Ｂ，２７Ｂの単位面積当たりのリブ部３９Ｂ，２９Ｂの面積との中間の面積割合である中流部を有していてもよい。また、上流部３７Ａ，２７Ａから下流部３７Ｂ，２７Ｂになるにつれて単位面積当たりのリブ部３９，２９の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。【０１１１】
（第５実施形態）
[燃料電池スタックの構成]
図１６は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１６において、燃料電池スタックの上下方向を図における上下方向として表している。【０１１２】
図１６に示すように、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタック６１は、板状の全体形状を有する高分子電解質形燃料電池（以下、単に燃料電池という）１００がその厚み方向に積層されてなるセル積層体６２と、セル積層体６２の両端に配置された第１及び第２の端板６３、６４と、セル積層体６２と第１及び第２の端板６３、６４とを燃料電池１００の積層方向において締結する図示されない締結具と、を有している。また、第１及び第２の端板６３、６４には、集電板及び絶縁板がそれぞれ配設されているが図示を省略している。なお、板状の燃料電池１００は、鉛直面に平行に延在しており、燃料電池１００の積層方向は水平方向となっている。【０１１３】
セル積層体６２における一方の側部（図面左側の側部：以下、第１の側部という）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス供給マニホールド孔１３３が設けられており、その下部には、冷却流体排出マニホールド１３６が設けられている。また、セル積層体６２の第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド１３３が配設されている上部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、冷却流体供給マニホールド１３５が設けられており、同様に、冷却流体排出マニホールド１３６が配設されている下部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス排出マニホールド１３２が設けられている。さらに、セル積層体６２における他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス供給マニホールド１３１が設けられており、その下部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス排出マニホールド１３４が設けられている。【０１１４】
そして、それぞれのマニホールドには、適宜な配管が設けられている。これにより、適宜な配管を介して、燃料電池スタック６１に燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却流体が供給され、排出される。【０１１５】
[高分子電解質形燃料電池の構成]
次に、本発明の第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池の構成について図１７を参照しながら説明する。【０１１６】
図１７は、図１６に示す燃料電池スタック６１における燃料電池１００の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図１７においては、一部を省略している。【０１１７】
図１７に示すように、第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池１００は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）１０と、ガスケット４０、４１と、アノード側セパレータ（第２セパレータ）２０と、カソード側セパレータ（第１セパレータ）３０と、を備えている。【０１１８】
ＭＥＡ１０は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））１と、アノード４と、カソード８と、を有している。【０１１９】
高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有している。高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するように、アノード４及びカソード８（これらを（ガス拡散）電極という）が、それぞれ配設されている。なお、高分子電解質膜１の周縁部には、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔（図示せず）が厚み方向に貫通するように設けられている。【０１２０】
アノード４は、高分子電解質膜１の一方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金等の貴金属）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるアノード側触媒層２と、アノード側触媒層２の主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノード側ガス拡散層３と、を有している。同様に、カソード８は、高分子電解質膜１の他方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金等の貴金属）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるカソード側触媒層６と、カソード側触媒層６の主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソード側ガス拡散層７と、を有している。【０１２１】
なお、アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、貴金属からなる電極触媒を担持した導電性炭素粒子と、高分子電解質と、分散媒と、を含む触媒層形成用インクを用いて、当該分野で公知の方法により形成することができる。また、アノード側ガス拡散層３及びカソード側ガス拡散層７を構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができ、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材を用いることができる。また、この導電性多孔質基材には、従来公知の方法で撥水処理を施しても構わない。【０１２２】
また、ＭＥＡ１０のアノード４及びカソード８の周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対の環状で略矩形のフッ素ゴム製のガスケット４０、４１が配設されている。これにより、燃料ガス、空気や酸化剤ガスが電池外にリークされることが抑制され、また、燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが抑制される。なお、ガスケット４０、４１の周縁部には、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔（図示せず）が厚み方向に貫通するように設けられている。【０１２３】
また、ＭＥＡ１０とガスケット４０、４１を挟むように、導電性を有する板状のアノード側セパレータ２０とカソード側セパレータ３０が配設されている。これにより、ＭＥＡ１０が機械的に固定され、複数の燃料電池１００をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ１０が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ２０、３０は、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、または、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。【０１２４】
アノード側セパレータ２０のアノード４と接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路（第２反応ガス流路）２７が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却流体が通流するための溝状の冷却流体流路２８が設けられている。同様に、カソード側セパレータ３０のカソード８と接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）３７が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却流体が通流するための溝状の冷却流体流路３８が設けられている。【０１２５】
これにより、アノード４及びカソード８には、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、冷却水等の冷却流体を冷却流体流路２８、３８に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。【０１２６】
なお、このように構成された燃料電池１００を単電池（セル）として使用してもよく、燃料電池１００を複数積層して燃料電池スタック６１として使用してもよい。また、燃料電池１００を積層する場合には、冷却流体流路２８、３８を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却流体流路２８、３８を設けない場合には、２つのＭＥＡ１０に挟まれたセパレータを、一方の主面に燃料ガス流路２７を設け、他方の主面に酸化剤ガス流路３７を設けた、アノード側セパレータ２０とカソード側セパレータ３０を兼ねるセパレータを使用してもよい。また、ここでは、第１セパレータをカソード側セパレータ３０とし、第２セパレータをアノード側セパレータ２０とし、また、第１反応ガス流路を酸化剤ガス流路３７とし、第２反応ガス流路を燃料ガス流路２７としたが、これに限定されず、第１セパレータをアノード側セパレータ２０とし、第２セパレータをカソード側セパレータ３０とし、また、第１反応ガス流路を燃料ガス流路２７とし、第２反応ガス流路を酸化剤ガス流路３７としてもよい。【０１２７】
[セパレータの構成]
次に、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０について、図１７乃至図１９を参照しながら詳細に説明する。
図１８は、図１７に示す燃料電池１００のアノード側セパレータ２０の概略構成を示す模式図である。また、図１９は、図１７に示す燃料電池１００のカソード側セパレータ３０の概略構成を示す模式図である。なお、図１８及び図１９において、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０における上下方向を図における上下方向として表している。【０１２８】
まず、アノード側セパレータ２０の構成について、図１７及び図１８を参照しながら詳細に説明する。
図１８に示すように、アノード側セパレータ２０は、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給用マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。具体的には、アノード側セパレータ２０における一方の側部（以下、第１の側部という）の上部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔（第１反応ガス供給マニホールド孔）３３が設けられており、その下部には、冷却流体排出マニホールド孔３６が設けられている。また、第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド孔３３が配設されている上部の内側には、冷却流体供給マニホールド孔３５が設けられており、同様に、冷却流体排出マニホールド孔３６が配設されている下部の内側には、燃料ガス排出マニホールド孔３２が設けられている。さらに、アノード側セパレータ２０における他方の側部（以下、第２の側部）の上部には、燃料ガス供給マニホールド孔（第２反応ガス供給マニホールド孔）３１が設けられており、その下部には、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４が設けられている。【０１２９】
なお、燃料ガス供給マニホールド孔３１と酸化剤ガス供給マニホールド孔３３は、アノード側セパレータ２０の中央部を挟んで互いに対向するように設けられている。ここで、アノード側セパレータ２０の中央部とは、アノード側セパレータ２０の外周に対する中央部分をいう。【０１３０】
そして、図１８に示すように、アノード側セパレータ２０の内面には、溝状の燃料ガス流路２７が、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。ここでは、燃料ガス流路２７は、１つの溝で構成されており、該溝は、往復部１２７Ａと反転部１２７Ｂとで実質的に構成されている。【０１３１】
具体的には、燃料ガス流路２７を構成する溝は、燃料ガス供給マニホールド孔３１から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを１２回繰り返し、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、燃料ガス排出マニホールド孔３２に到るように下方に延びている。このような、燃料ガス流路２７の水平方向に延びる部分が往復部１２７Ａを構成し、下方に延びる部分が反転部１２７Ｂを構成している。【０１３２】
なお、図１７及び図１８に示すように、燃料ガス流路２７を構成する溝と溝との間の部分が、アノード４と当接するリブ部２９を形成する。【０１３３】
次に、カソード側セパレータ３０の構成について、図１７及び図１９を参照しながら詳細に説明する。【０１３４】
図１９に示すように、カソード側セパレータ３０は、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給用マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。なお、各マニホールド孔の配置は、アノード側セパレータ２０と同じなので、その詳細な説明は省略する。
そして、図１９に示すように、カソード側セパレータ３０の内面には、溝状の酸化剤ガス流路３７が、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。酸化剤ガス流路３７と燃料ガス流路２７は、いわゆる並行流となるように構成されている。ここで、並行流について、図２０を参照しながら説明する。【０１３５】
図２０は、図１７に示す燃料電池１００のアノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０の構造を示す模式図である。なお、図２０において、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０は、燃料電池１００の厚み方向から見て透視的に描かれている。また、アノード側セパレータ２０の燃料ガス流路２７の溝及びカソード側セパレータ３０の酸化剤ガス流路３７の溝をそれぞれ１本の線で代表するようにして示し、各セパレータ２０、３０における上下方向を図における上下方向として表している。さらに、図２０においては、燃料ガス流路２７と酸化剤ガス流路３７のそれぞれの流路を見やすくするために、互いに上下方向に位置をずらして示している。【０１３６】
図２０に示すように、燃料ガス流路２７と酸化剤ガス流路３７は、一部に酸化剤ガスと燃料ガスが互いに対向するように流れる部分を有するが、燃料電池１００の厚み方向から見て、巨視的に（全体として）酸化剤ガスと燃料ガスの上流から下流への全体的な流れの方向が互いに一致するように構成されていることを、並行流という。【０１３７】
また、図１９に示すように、酸化剤ガス流路３７は、１つの溝で構成されており、該溝は、往復部１３７Ｃと反転部１３７Ｂとで実質的に構成されている。具体的には、酸化剤ガス流路３７を構成する溝は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを１３回繰り返し、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４に到るように下方に延びている。このような、酸化剤ガス流路３７の水平方向に延びる部分が往復部１３７Ｃを構成し、下方に延びる部分が反転部１３７Ｂを構成している。なお、酸化剤ガス流路３７を構成する溝と溝との間の部分が、カソード８と当接するリブ部３９を形成する。【０１３８】
さらに、図１７、図１９、及び図２０に示すように、酸化剤ガス流路３７は、最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを有している。最上流部３７Ｃは、カソード側セパレータ３０の厚み方向から見て、酸化剤ガス流路３７の上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと、燃料ガス流路２７の上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Ｅと、の間であるカソード側セパレータ３０の最上流部３０Ｅに形成されている流路からなる。換言すると、最上流部３７Ｃは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから最初に燃料ガス流路２７と重なってから離れる部分までの部分をいい、ここでは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分（すなわち、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから１つ目の往復部１３７Ａの下流端までの部分）である。また、下流部３７Ｄは、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃから下流側の部分をいう。【０１３９】
そして、最上流部３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部３７Ｄの全部分の流路の幅が、それぞれ、一定に形成されていて、最上流部３７Ｃの流路の幅は、下流部３７Ｄの流路の幅よりも小さくなるように形成されている。また、最上流部３７Ｃの流路の深さは、下流部３７Ｄの流路の深さよりも深くなるように形成されていて、最上流部３７Ｃを構成する溝の酸化剤ガスの流れに対して垂直方向の断面積（以下、単に流路の断面積という）が、下流部３７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されている。これにより、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄの圧力損失が同じになり、最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの流量が実質的に同じになる。【０１４０】
なお、ここでは、酸化剤ガス流路３７の上流端から部分３７Ｅまでの部分の流路の幅を、最上流部３７Ｃの流路の幅と同じにしたが、これに限定されず、下流部３７Ｄの流路の幅と同じにしてもよく、また、最上流部３７Ｃ及び下流部３７Ｄの流路の幅とは異なるようにしてもよい。【０１４１】
次に、第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池１００の作用効果について、図１７乃至図２０を参照しながら説明する。【０１４２】
[高分子電解質形燃料電池の作用効果]
上述したように、カソード８における酸化剤ガス流路３７に面する部分の水分含有量は、カソード８におけるリブ部３９に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、特に、燃料電池１００を高温低加湿の条件で運転するような場合に、カソード８における酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃに面する部分８Ａでは、水分含有量が少ない。このため、高分子電解質膜１における酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃに対向する部分（以下、高分子電解質膜１の最上流部分）では、乾燥しやすくなり、高分子電解質膜１が劣化するおそれがある。【０１４３】
しかしながら、第５実施形態に係る燃料電池１００においては、酸化剤ガス流路３７における最上流部３７Ｃの流路の幅を下流部３７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成することにより、水分含有量が少ないカソード８の部分８Ａが小さい。このため、高分子電解質膜１の最上流部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜１の劣化を抑制することができる。【０１４４】
一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄにおいては、最上流部３７Ｃに比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、カソード８における下流部３７Ｄに面する部分は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、第５実施形態に係る燃料電池１００を高温高加湿の条件で運転するような場合に、カソード８における下流部３７Ｄに面する部分のフラッディングを抑制することができる。【０１４５】
また、第５実施形態に係る燃料電池１００では、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの流路の断面積が、下流部３７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されているため、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄの圧力損失が同じになる。このため、酸化剤ガス流路３７における最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの流量が実質的に同じにすることができる。【０１４６】
（第６実施形態）
図２１は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２１においては、一部を省略している。【０１４７】
図２１に示すように、本発明の第６実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。
すなわち、第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄは、酸化剤ガスの流れに対して垂直方向の断面が、略台形状に形成されていて、その開口面積が、最上流部３７Ｃの開口面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。なお、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じとは、最上流部３７Ｃを通流する酸化剤ガスの圧力損失と下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの圧力損失が実質的に同じであることを意味する。【０１４８】
このように構成された第６実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１４９】
（第７実施形態）
図２２は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２２においては、一部を省略している。【０１５０】
図２２に示すように、本発明の第７実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。【０１５１】
すなわち、第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄを構成する溝の周面が、外方に拡がるように段状に形成されていて、その開口面積が、最上流部３７Ｃの開口面積よりも大きくなるように構成されている。換言すると、下流部３７Ｄで形成されたリブ部３９の縁部が面取りされている。
これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。【０１５２】
このように構成された第７実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１５３】
（第８実施形態）
図２３は、本発明の第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２３においては、一部を省略している。【０１５４】
図２３に示すように、本発明の第８実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。
すなわち、第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃを構成する溝の周面が、その開口部分が内方に凹むように段状に形成されていて、最上流部３７Ｃの開口面積が、下流部３７Ｄの開口面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。【０１５５】
このように構成された第８実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１５６】
（第９実施形態）
図２４は、本発明の第９実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２５は、図２４に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２４においては、一部を省略し、図２５においては、アノード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。【０１５７】
図２４及び図２５に示すように、第９実施形態に係る燃料電池１００は、第５実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの流路の幅と下流部３７Ｄの流路の幅が略一致するように形成され、また、最上流部３７Ｃの流路の深さと下流部３７Ｄの流路の深さが略一致するように形成されている点が異なり、また、アノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７の構成が異なる。【０１５８】
具体的には、図２５に示すように、燃料ガス流路２７は、最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを有している。最上流部２７Ｃは、アノード側セパレータ２０の厚み方向から見て、燃料ガス流路２７の上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Ｅと、酸化剤ガス流路３７の上流短から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと、の間であるアノード側セパレータ２０の最上流部２０Ｅ（図２０参照）に形成されている流路からなる。換言すると、最上流部２７Ｃは、燃料ガス流路２７の部分２７Ｅから最初に酸化剤ガス流路３７と重なってから離れる部分をいい、ここでは、燃料ガス流路２７の上流端から、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した部分（すなわち、燃料ガス流路２７の部分２７Ｅから１つ目の往復部１２７Ａの下流端までの部分）である。また、下流部（残部）２７Ｄは、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃから下流側の部分をいう。【０１５９】
そして、最上流部２７Ｃの全部分の流路の幅と下流部２７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定になるように形成されていて、最上流部２７Ｃの流路の幅が、下流部２７Ｄの流路の幅よりも小さくなるように形成されている。また、最上流部２７Ｃの流路の深さは、下流部２７Ｄの流路の深さよりも深くなるように形成されていて、最上流部２７Ｃを構成する溝の燃料ガスの流れに対して垂直方向の断面積（以下、単に流路の断面積という）が、下流部２７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されている。これにより、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄの圧力損失が同じになり、最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを通流する燃料ガスの流量が実質的に同じになる。【０１６０】
このように構成された第９実施形態に係る燃料電池１００では、燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃの流路の幅を下流部２７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成することにより、水分含有量が少ないアノード４の部分４Ａが小さい。このため、高分子電解質膜１における燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃと対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜１の劣化を抑制することができる。【０１６１】
一方、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｄにおいては、最上流部２７Ｃに比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、アノード４における下流部２７Ｄに面する部分は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、第９実施形態に係る燃料電池１００を高温高加湿の条件で運転するような場合に、アノード４における下流部２７Ｄに面する部分のフラッディングを抑制することができる。【０１６２】
また、第９実施形態に係る燃料電池１００では、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃの流路の断面積が、下流部２７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されているため、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄの圧力損失が同じになる。このため、燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを通流する燃料ガスの流量が実質的に同じにすることができる。【０１６３】
なお、燃料ガス流路２７の形状を第６乃至第８実施形態に示す酸化剤ガス流路３７と同様の形状に形成してもよい。【０１６４】
（第１０実施形態）
図２６は、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２６においては、一部を省略している。【０１６５】
図２６に示すように、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池１００は、第５実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、アノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７が、第９実施形態に係る燃料電池１００のアノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７と同様に構成されている点が異なる。【０１６６】
このように構成された、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池１００では、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏し、かつ、第９実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１６７】
（第１１実施形態）
図２７は、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２７においては、一部を省略している。【０１６８】
図２７に示すように、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池１００は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス流路３７で形成されるリブ部３７及び燃料ガス流路２７で形成されるリブ部２７が以下のように異なる。【０１６９】
すなわち、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃを構成する溝と、下流部３７Ｄを構成する溝と、の間に形成されたリブ部３９Ａの幅が、下流部３７Ｄを構成する溝のみで形成されたリブ部３９Ｂの幅よりも大きくなるように構成されている。また、同様に、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃを構成する溝と、下流部２７Ｄを構成する溝と、の間に形成されたリブ部２９Ａの幅が、下流部２７Ｄを構成する溝のみで形成されたリブ部２９Ｂの幅よりも大きくなるように構成されている。【０１７０】
このように構成された、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池１００は、第１０実施形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１７１】
さらに、第１１実施形態に係る燃料電池１００は、カソード側セパレータ３０におけるリブ部３９Ｂとカソード８（正確には、カソード側ガス拡散層７）との接触面積が、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積よりも小さくなるので、カソード８（正確には、カソード側触媒層６（図６参照））からカソード側セパレータ３０への熱の移動が少なくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄに対向するカソード側ガス拡散層７の温度が高くなる。このため、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄでのフラッディングの発生が抑制され、また、カソード側ガス拡散層７においてもフラッディングの発生が抑制される。同様に、アノード側セパレータ２０におけるリブ部２９Ｂとアノード４（正確には、アノード側ガス拡散層３）との接触面積が、リブ部２９Ａとアノード４との接触面積よりも小さくなるので、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｄでのフラッディングの発生が抑制され、また、アノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。【０１７２】
一方、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃでは、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。同様に、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃでは、リブ部２９Ａとアノード４との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。【０１７３】
なお、本実施形態においては、リブ部２９Ａ及びリブ部３９Ａともに、その幅をリブ部２９Ｂ及びリブ部３９Ｂよりも大きくなるように構成したが、これに限定されず、リブ部２９Ａの幅のみを他のリブ部の幅よりも大きくなるように構成してもよく、また、リブ部３９Ａの幅のみを他のリブ部の幅よりも大きくなるように構成してもよい。【０１７４】
（第１２実施形態）
図２８は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図２９は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２８及び図２９においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。【０１７５】
図２８及び図２９に示すように、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０のそれぞれに設けられた燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が、渦巻状に形成されている点が異なる。なお、以下の説明においては、燃料ガス流路２７は、酸化剤ガス流路３７と同様に構成されているので、酸化剤ガス流路３７について説明する。【０１７６】
具体的には、図２９に示すように、酸化剤ガス流路３７は、水平方向に延びるように形成された水平部１３７Ｃと、上下方向に延びるように形成された垂直部１３７Ｂと、から実質的に構成されており、カソード側セパレータ３０の周縁部から中央部に向かって収束するように、時計回りに流路が形成され、カソード側セパレータ３０の中央部で折り返して、カソード側セパレータ３０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに流路が形成されている。【０１７７】
そして、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃは、ここでは、酸化剤ガス流路３７の上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、最上流部３７Ｃは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Eから１つ目の水平部１３７Ｃの下流端までの部分）の流路で構成されている。また、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部３７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定になるように形成されていて、最上流部３７Ｃの流路の幅が、下流部３７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成されている。【０１７８】
このように構成された、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池においても、第１０実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１７９】
なお、本実施形態においては、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７ともに、その流路を渦巻状に形成したが、これに限定されず、燃料ガス流路２７のみを渦巻状に形成してもよく、酸化剤ガス流路３７のみを渦巻状に形成してもよい。【０１８０】
（第１３実施形態）
図３０は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３１は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３０及び図３１においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。【０１８１】
本発明の第１３実施形態に係る燃料電池は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、図３０及び図３１に示すように、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が複数の溝（ここでは、燃料ガス流路２７が２つの溝、酸化剤ガス流路３７が３つの溝）で構成されている点が異なる。また、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃが、その上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Eと第１の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、燃料ガス流路２７の部分２７Eから１つ目の往復部１２７Ａの下流端までの部分）の流路で構成されており、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃが、その上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Eと第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、酸化剤ガス流路３７の部分３７Eから１つ目の往復部１３７Ｃの下流端までの部分）の流路で構成されている点が、第１０実施形態に係る燃料電池１００と異なる。【０１８２】
このように構成された、第１３実施形態に係る燃料電池であっても、第１０実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１８３】
（第１４実施形態）
図３２は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３３は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３２及び図３３においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。【０１８４】
本発明の第１４実施形態に係る燃料電池は、第１３実施形態に係る燃料電池と基本的構成は同じであるが、図３２及び図３３に示すように、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が、それぞれ渦巻状に形成されている点が異なる。また、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の最上流部２７Ｃ、３７Ｃは、それぞれ、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の上流端から、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した部分（換言すると、最上流部２７Ｃ、３７Ｃは、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の上流端から１つ目の水平部の下流端までの部分）で構成されている点が異なる。【０１８５】
このように構成された本発明の第１４実施形態に係る燃料電池であっても、第１３実施形態に係る燃料電池と同様の作用効果を奏する。【０１８６】
（第１５実施形態）
図３４は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３５は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３４及び図３５においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。また、図３４においては、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２のみを図示し、他のマニホールド孔については図示するのを省略し、図３５においては、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４のみを図示し、他のマニホールド孔については図示するのを省略している。【０１８７】
本発明の第１５実施形態に係る燃料電池は、第１４実施形態に係る燃料電池と基本的構成は同じであるが、図３２及び図３３に示すように、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０が、それぞれ、円板状に形成されている点が異なる。また、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２は、アノード側セパレータ２０の中心部（中心軸７１）を挟んで対向するように設けられており、同様に、酸化剤ガス供給マニホールド孔３２と酸化剤ガス排出マニホールド孔３３は、カソード側セパレータ３０の中心部（中心軸７１）を挟んで対向するように設けられている点が異なる。【０１８８】
また、第１５実施形態に係る燃料電池の燃料ガス流路２７は、その上流端からアノード側セパレータ２０の中心部に向かって収束するように、時計回りに弧を描くように流路が形成され、アノード側セパレータ２０の中央部で折り返して、アノード側セパレータ２０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに弧を描くように流路が形成されている。同様に、酸化剤ガス流路３７は、その上流端からカソード側セパレータ３０の中心部に向かって収束するように、時計回りに弧を描くように流路が形成され、カソード側セパレータ３０の中央部で折り返して、カソード側セパレータ３０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに弧を描くように流路が形成されている。【０１８９】
さらに、第１５実施形態に係る燃料電池の燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃが、その上流端からアノード４と最初に接触する２７Eとその上流端から半周まわって到達した部分との間の流路で構成され、また、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Cが、その上流端からカソード８と最初に接触する３７Eとその上流端から半周まわって到達した部分との間の流路で構成されている点が、第１４実施形態に係る燃料電池と異なる。【０１９０】
このように構成された、第１５実施形態に係る燃料電池であっても、第１４実施形態に係る燃料電池と同様の作用効果を奏する。【０１９１】
なお、上記実施形態においては、燃料電池スタックとして、各マニホールド孔がセパレータに設けられたいわゆる内部マニホールド形を採用したが、これに限定されず、燃料電池スタックとして、外部マニホールド形を採用してもよい。【０１９２】
また、上記実施形態においては、燃料ガス供給マニホールド孔３１と酸化剤ガス供給マニホールド孔３３を互いに対向するように設けたが、これに限定されず、互いに近接するように設けてもよい。【０１９３】
さらに、上記実施形態においては、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の最上流部２７Ｃ、３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部２７Ｄ、３７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定に形成されているとしたが、これに限定されず、本発明の作用効果が得られる範囲において、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの一部、及び／又は下流部２７Ｄ、３７Ｄの一部の流路の幅が、異なっていてもよく、また、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの一部の流路の幅が、下流部２７Ｄ、３７Ｄの流路の幅よりも大きくなるように形成されていてもよく、また、下流部２７Ｄ、３７Ｄの一部の流路の幅が、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの流路の幅よりも小さくなるように形成されていてもよい。【０１９４】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、フラッディングを十分に抑制可能な高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックとして有用である。また、本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能な高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックとして有用である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月30日(2008.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、
前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第２反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該流路の最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第２セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第２セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第１反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項８】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項９】
隣接する前記第１反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１０】
隣接する前記第２反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１１】
前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却流体流路が形成されており、
前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却流体流路を通流する冷却流体の温度よりも低い、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１２】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、それぞれ、厚み方向に貫通する第１反応ガス供給マニホールド孔及び第２反応ガス供給マニホールド孔が互いに対向するように設けられている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１３】
前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１４】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１５】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、渦巻状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１６】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第１反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分（以下、残部）の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１７】
第１反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１６に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１８】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１６に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１９】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第２反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項４に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２０】
第２反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１９に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２１】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１９に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２２】
複数の請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている、燃料電池スタック。
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月19日(2009.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として、燃料電池が注目されている。燃料電池としては、例えば、高分子電解質形燃料電池が挙げられる。高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、膜−電極接合体と、この膜−電極接合体を挟みかつそれぞれアノード及びカソードに接触するように配置されたアノード側セパレータ及びカソード側セパレータとを備えている。膜−電極接合体は、それぞれガス拡散層及び触媒層からなるアノード及びカソード（これらを電極という）を備えている。ガス拡散層には、反応ガスの流通パスとなる細孔が存在する。アノード側セパレータの一方の主面には、燃料ガス流路が形成されている。カソード側セパレータの一方の主面には、酸化剤ガス流路が形成されている。燃料ガス流路からアノードに供給された燃料ガス（水素）はイオン化（Ｈ＋）され、アノードのガス拡散層及び触媒層を通過し、高分子電解質膜中を水の介在によって通過して、カソード側に移動する。カソード側に到達した水素イオンは、カソードの触媒層において以下の発電反応により、水を生成する。
【０００３】
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全反応：Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
生成された水（生成水）は、蒸気又は液体のまま、カソード側セパレータに形成された酸化剤ガス流路に流れ込む。また、カソード側で生成された水の一部は、アノード側に移動する（いわゆる、逆拡散）。そのため、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の上流部から下流部になるに連れて、酸化剤ガス及び燃料ガス（これらを反応ガスという）、それぞれに含まれる水蒸気分圧が上昇する。これにより、特に、燃料電池を高温高加湿（例えば、反応ガスの露点を燃料電池スタック内の温度と同じにする）の条件で運転するような場合には、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の下流部の流路に生成水が詰まったり、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路に対向するガス拡散層の細孔に生成水が詰まったりして、フラッディングが発生するという問題がある。
【０００４】
フラッディングの発生を抑制する技術としては、例えば、酸化剤ガス流路の上流流路域から下流流路域にかけて、酸化剤ガス流路の深さ又は幅の少なくともいずれかを徐々に小さくした燃料電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池によると、酸化剤ガス流路の下流流路域における酸化剤ガスの流速が速くなり、酸化剤ガス流路に詰まった生成水を排出することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６７５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成においては、燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、ガス拡散層の細孔に詰まった生成水を除去できないため、フラッディングの抑制が十分でないという問題を有していた。
【０００７】
また、特許文献１の構成においては、燃料電池を高温低加湿（例えば、反応ガスの露点を燃料電池スタック内の温度よりも低くする）の条件で運転すると、反応ガス流路の上流部では、上記反応が充分に行われていないため、水が生成されず、高分子電解質膜の反応ガス流路の上流部に対向する部分が乾燥し、膜が劣化するおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、フラッディングが十分に抑制された高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタックを提供することを目的とする。また、本発明は、高分子電解質形燃料電池を高温低加湿条件下で運転するような場合に、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック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】
ところで、燃料電池の運転中においては、ガス拡散電極（以下、電極という）における反応ガス流路に面する部分の水分（液体及び気体の水）含有量が、電極における隣接する反応ガス流路間に形成されたリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低いことが知られている。図１５は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。
【００１０】
本発明者等は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の点を見出した。すなわち、図１５に示すように、電極２０２における隣接する反応ガス流路２０３間に形成されたリブ部２０４に接触する部分２０２Ａに存在する水が、電極２０２における反応ガス流路２０３に面する部分２０２Ｂ側に拡散して、電極２０２のリブ部２０４と反応ガス流路２０３との境界近傍は、電極２０２の部分２０２Ｂの中央部分に対して、水分含有量が高くなっていることを見出した。換言すると、電極２０２のリブ部２０４に接触する部分２０２Ａから離れると水分含有量が少なくなることを見出した。そして、本発明者等は以下に記載する構成を採用することが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有効であるということを見出し、本発明を想到した。
【００１１】
すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第２反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第１セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第１セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている。
【００１２】
上述したように、電極における第１反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第１反応ガス流路が、第１セパレータの最上流部に形成されている流路の幅を該最上流部以外に形成されている流路の幅より小さくなるように形成している。このため、水分含有量が少ない電極の第１セパレータの最上流部に形成されている流路に面する部分（以下、電極の最上流部分）が小さいため、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、電極の最上流部分の乾燥を抑制することができ、ひいては、高分子電解質膜における第１反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００１３】
一方、第１反応ガス流路の第１セパレータの最上流部以外の部分に形成されている流路においては、第１セパレータの最上流部に形成されている流路に比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、電極における第１反応ガス流路の第１セパレータの最上流部以外の部分に形成されている流路に面する部分（以下、電極の下流部分）は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極（正確には、電極を構成するガス拡散層）の下流部分におけるフラッディングを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第２セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第２セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されていてもよい。
【００１５】
これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第２反応ガス流路の第２セパレータの最上流部に形成されている流路の対向する部分の乾燥を抑制することができ、また、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極の下流部におけるフラッディングを抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第２反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該流路の最上流部以外の流路の幅より小さく形成されていてもよい。
【００１７】
上述したように、電極における第１反応ガス流路に面する部分の水分含有量は、電極におけるリブ部に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、本発明においては、第１反応ガス流路における最上流部の流路の幅を該最上流部以外の流路の幅より小さくなるように形成している。このため、水分含有量が少ない電極の第１反応ガス流路の最上流部に面する部分（以下、電極の最上流部分）が小さいため、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、電極の最上流部分の乾燥を抑制することができ、ひいては、高分子電解質膜における第１反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００１８】
一方、第１反応ガス流路の最上流部以外の流路においては、最上流部に比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、電極における第１反応ガス流路の最上流部以外の流路に面する部分（以下、電極の下流部分）は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極（正確には、電極を構成するガス拡散層）の下流部分におけるフラッディングを抑制することができる。
【００１９】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第１反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該最上流部以外の流路の幅より小さく形成されていてもよい。
【００２０】
これにより、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温低加湿の条件で運転するような場合に、高分子電解質膜における第２反応ガス流路の最上流部に対向する部分の乾燥を抑制することができ、また、特に、本発明に係る高分子電解質形燃料電池を高温高加湿の条件で運転するような場合に、電極の下流部におけるフラッディングを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の深さよりも深く形成されていてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の深さよりも深く形成されていてもよい。
【００２３】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の断面積と略一致するように形成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の部分の流路の断面積と略一致するように形成されていてもよい。
【００２５】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、隣接する前記第１反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されていてもよい。
【００２６】
このような構成とすると、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分において、第１セパレータのリブ部と電極との接触面積が小さくなるため、発電反応によって発生した熱が第１セパレータに伝わりにくくなる。これにより、第１セパレータへの放熱が抑制され、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分における温度が高くなる。したがって、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分では生成水が蓄積して水蒸気分圧が高くなるにもかかわらず、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分はもとより、第１反応ガス流路の最上流部以外の部分と面する電極のガス拡散層においてもフラッディングの発生が抑制される。
【００２７】
一方、第１反応ガス流路の最上流部では、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、従来の構成では接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本発明の高分子電解質形燃料電池のように、第１反応ガス流路の最上流部において、リブ部と電極との接触面積を大きくすることにより、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。
【００２８】
なお、第１反応ガス流路は、最上流部から下流になるにつれて単位面積当たりのリブ部の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。
【００２９】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、隣接する前記第２反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されていてもよい。
【００３０】
このような構成とすると、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分において、第２セパレータのリブ部と電極との接触面積が小さくなるため、発電反応によって発生した熱が第１セパレータに伝わりにくくなる。これにより、第２セパレータへの放熱が抑制され、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分における温度が高くなる。したがって、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分では生成水が蓄積して水蒸気分圧が高くなるにもかかわらず、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分はもとより、第２反応ガス流路の最上流部以外の部分と面する電極のガス拡散層においてもフラッディングの発生が抑制される。
【００３１】
一方、第２反応ガス流路の最上流部では、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、従来の構成では接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本発明の高分子電解質形燃料電池のように、第２反応ガス流路の最上流部において、リブ部と電極との接触面積を大きくすることにより、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。
【００３２】
なお、第２反応ガス流路は、最上流部から下流になるにつれて単位面積当たりのリブ部の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。
【００３３】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却流体流路が形成されており、前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却流体流路を通流する冷却流体の温度よりも低くてもよい。
【００３４】
また、本発明に係る高分子電解質形高分子電解質形燃料電池では、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、それぞれ、厚み方向に貫通する第１反応ガス供給マニホールド孔及び第２反応ガス供給マニホールド孔が互いに対向するように設けられていてもよい。
【００３５】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されていてもよい。
【００３６】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。
【００３７】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、渦巻状に形成されていてもよい。
【００３８】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第１反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分（以下、残部）の全部分の流路の幅より小さく形成されていてもよい。
【００３９】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、第１反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。
【００４０】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。
【００４１】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第２反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分の全部分の流路の幅より小さく形成されていてもよい。
【００４２】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、第２反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。
【００４３】
さらに、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されていてもよい。
【００４４】
また、本発明に係る燃料電池スタックは、複数の前記高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている。
【００４５】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、上記のような構成としたため、高温高加湿の条件で運転した場合に、反応ガス流路のみならず、ガス拡散層における生成水の詰まりをも防止して、フラッディングの発生を十分に抑制できるという効果を奏する。また、本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックによれば、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図３】図３は、図１の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図４】図４は、比較形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図５】図５は、図４の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図６】図６は、燃料電池の部位ごとの温度分布を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布、（ｂ）は比較形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布である。
【図７】図７は、本発明の第１変形例の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図８】図８は、図７の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の第２変形例の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。
【図１５】図１５は、燃料電池運転中における、電極の水分含有量を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す燃料電池スタックにおける燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、図１７に示す燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、図１７に示す燃料電池のアノード側セパレータ及びカソード側セパレータの構造を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の第９実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２５】図２５は、図２４に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２６】図２６は、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２７】図２７は、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２８】図２８は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３１】図３１は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３２】図３２は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３３】図３３は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３４】図３４は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３５】図３５は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合もある。
【００４９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の高分子電解質形燃料電池（以下、燃料電池という）の構成を示す部分断面図である。図２は、図１の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。図３は、図１の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１乃至図３を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。
【００５０】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池１００は、膜−電極接合体１０と、この膜−電極接合体１０を挟むように配設されたカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ２０と、ガスケット４０，４１とを備えている。
【００５１】
膜−電極接合体１０は、高分子電解質膜１と、この高分子電解質膜１の両側に配設されたアノード側触媒層２及びカソード側触媒層６と、アノード側触媒層２の高分子電解質膜１側の主面と反対側の主面に配設されたアノード側拡散層３と、カソード側触媒層６の高分子電解質膜１側の主面と反対側の主面に配設されたカソード側ガス拡散層７と、を備えている。
【００５２】
高分子電解質膜１は、矩形の膜片に形成されている。高分子電解質膜１は、プロトン伝導性を有している。高分子電解質膜１は、陽イオン交換基として、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、及びスルホンイミド基を有するものが好ましい。プロトン伝導性の観点から、高分子電解質膜１はスルホン酸基を有するものがより好ましく、ＣＦ２＝ＣＦ−(ＯＣＦ２ＣＦＸ)ｍ−Ｏｐ−(ＣＦ２)ｎ−ＳＯ３Ｈで表されるパーフルオロビニル化合物（ｍは０〜３の整数を示し、ｎは１〜１２の整数を示し、ｐは０または１を示し、Ｘはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す）に基づく繰返し単位と、ＣＦ２＝ＣＦ２で表されるテトラフルオロエチレンに基づく繰返し単位と、を含むパーフルオロカーボン共重合体を構成材料となる高分子電解質として含む膜であることが特に好ましい。
【００５３】
アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、高分子電解質膜１の両方の主面に対向するようにして配置されている。アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、電極触媒が担持された導電性炭素粒子と、陽イオン（水素イオン）伝導性を有する高分子電解質とを含むよう構成されていてもよく、更に、ポリテトラフルオロエチレンなどの撥水材料を更に含むよう構成されていてもよい。具体的には、高分子電解質として、高分子電解質膜１の構成材料として記載したものを使用することができる。なお、高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜１の構成材料と同種のものを使用してもよく、異なる種類のものを使用してもよい。電極触媒は、金属粒子（例えば貴金属からなる金属粒子）からなり、導電性炭素粒子（粉末）に担持されて用いられる。当該金属粒子は、特に限定されず種々の金属を使用することができるが、電極反応活性の観点から、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、クロム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、亜鉛及びスズからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。なかでも、白金及び白金との合金が好ましく、白金とルテニウムの合金が、アノードにおいては触媒の活性が安定することから特に好ましい。
【００５４】
アノード側ガス拡散層３は、アノード側触媒層２の高分子電解質膜１から遠い方の主面に配設されている。カソード側ガス拡散層７は、カソード側触媒層６の高分子電解質膜１から遠い方の主面に配設されている。アノード側ガス拡散層３及びカソード側ガス拡散層７は、カーボン織布、カーボン不織布、カーボンペーパー、カーボン粉末シート等で構成されている。アノード側触媒層２とアノード側ガス拡散層３とは、互いに積層されることによって平板状のガス拡散電極（アノード）４を構成している。また、カソード側触媒層６とカソード側ガス拡散層７とは、互いに積層されることによって平板状のガス拡散電極（カソード）８を構成している。アノード４とカソード８とは、高分子電解質膜１を挟んで対向するように配置されている。
【００５５】
次に、カソード側セパレータ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００５６】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３０は、矩形の板状に形成されている。カソード側セパレータ３０の周縁部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４と、燃料ガス供給マニホールド孔３１と、燃料ガス排出マニホールド孔３２と、冷却流体供給マニホールド孔３５と、冷却流体排出マニホールド孔３６とが形成されている。図２（ａ）に示すように、カソード側セパレータ３０の一方の主面には、カソード８を酸化剤ガスに暴露するための溝状の酸化剤ガス流路３７が形成されている。酸化剤ガス流路３７は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを接続するようにして形成されている。酸化剤ガス流路３７は、サーペンタイン状に形成されている。
【００５７】
ここで、カソード側セパレータ３０の酸化剤ガス流路３７によって挟まれた部分をリブ部３９と定義する。この定義は、後述する比較形態、各変形例及び各実施形態においても当てはまる。また、本実施形態では、酸化剤ガス流路３７は、その形態において、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３に接続された上流端を含む上流部３７Ａと、上流部３７Ａより下流の部分であって酸化剤ガス排出マニホールド孔３４に接続された下流端を含む下流部３７Ｂとで構成されている。
【００５８】
酸化剤ガス流路３７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。すなわち、酸化剤ガス流路３７は、上述の互いに平行に延びる複数の部分を構成する、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されるリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ１の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ１に対する比率：Ｗ１／Ｘ１が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ２の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ２に対する比率：Ｗ２／Ｘ２よりも大きくなっている。なお、本実施形態においては、上流部３７Ａにおける酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ１と、下流部３７Ｂにおける酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ２とがほぼ同じになるように形成されている。また、本実施形態においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の約５０％の位置で区切られている。なお、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。ここで、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとの区切りの位置は、カソード側セパレータ３０の熱伝導率、酸化剤ガスの流速、燃料電池１００の動作温度、酸化剤ガス中の加湿の度合等によって定められる。
【００５９】
図２（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３０の他方の主面には、溝状の冷却流体流路３８が形成されている。冷却流体流路３８は、冷却流体供給マニホールド孔３５と、冷却流体排出マニホールド孔３６とを接続するようにして形成されている。冷却流体流路３８は、サーペンタイン状に形成されている。冷却流体流路３８は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。冷却流体流路３８と、その裏面に形成された酸化剤ガス流路３７とは、それぞれの主要部同士が略平行になるように形成されている。すなわち、冷却流体流路３８の主要部が、裏面に形成された酸化剤ガス流路３７の主要部に対して略平行になるように形成されている。
【００６０】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、酸化剤ガス流路３７及び冷却流体流路３８は、酸化剤ガス流路３７内を流れる酸化剤ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ１と、裏面に形成された冷却流体流路３８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ２とが略一致するように形成されている。換言すると、酸化剤ガス流路３７内を流れる酸化剤ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ１と、裏面に形成された冷却流体流路３８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ２とが並行流となっている。
【００６１】
上記のように構成されたカソード側セパレータ３０が、その酸化剤ガス流路３７の形成された主面がカソード８に接触するようにして配設されている。
【００６２】
次に、アノード側セパレータ２０の構成について説明する。
【００６３】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、アノード側セパレータ２０は、矩形の板状に形成されている。アノード側セパレータ２０の周縁部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３と、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４と、燃料ガス供給マニホールド孔２１と、燃料ガス排出マニホールド孔２２と、冷却流体供給マニホールド孔２５と、冷却流体排出マニホールド孔２６とが形成されている。図３（ａ）に示すように、アノード側セパレータ２０の一方の主面には、アノード４を燃料ガスに暴露するための溝状の燃料ガス流路２７が形成されている。燃料ガス流路２７は、燃料ガス供給マニホールド孔２１と燃料ガス排出マニホールド孔２２とを接続するようにして形成されている。燃料ガス流路２７は、サーペンタイン状に形成されている。
【００６４】
ここで、アノード側セパレータ２０の燃料ガス流路２７によって挟まれた部分をリブ部２９と定義する。この定義は、後述する比較形態、各変形例及び各実施形態においても当てはまる。
【００６５】
燃料ガス流路２７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。燃料ガス流路２７は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。燃料ガス流路２７は、横方向に直線的に延びる長い流路同士の間隔が、ほぼ同じになるように形成されている。換言すると、燃料ガス流路２７同士により挟まれたリブ部２９の幅が、燃料ガス流路２７の全領域において、ほぼ同じになっている。
【００６６】
図３（ｂ）に示すように、アノード側セパレータ２０の他方の主面には、溝状の冷却流体流路２８が形成されている。冷却流体流路２８は、冷却流体供給マニホールド孔２５と冷却流体排出マニホールド孔２６とを接続するようにして形成されている。冷却流体流路２８は、サーペンタイン状に形成されている。冷却流体流路２８は、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。
【００６７】
冷却流体流路２８と、その裏面に形成された燃料ガス流路２７とは、それぞれの主要部同士が略平行になるように形成されている。すなわち、冷却流体流路２８の主要部が、裏面に形成された燃料ガス流路２７の主要部に対して略平行になるように形成されている。
【００６８】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、燃料ガス流路２７及び冷却流体流路２８は、燃料ガス流路２７内を流れる燃料ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ３と、裏面に形成された冷却流体流路２８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ４とが略一致するように形成されている。換言すると、燃料ガス流路２７内を流れる燃料ガスの上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ３と、裏面に形成された冷却流体流路２８内を流れる冷却流体の上流側から下流側への全体としての流れ方向Ｄ４とが並行流となっている。
【００６９】
上記のように構成されたアノード側セパレータ２０が、その燃料ガス流路２７の形成された主面がアノード４に接触するようにして配設されている。
【００７０】
ガスケット４０，４１は、矩形の環状に形成されている。ガスケット４０は、膜−電極接合体１０の周囲、かつ、アノード側セパレータ２０と膜−電極接合体１０の高分子電解質膜１との間に位置するように配置されている。ガスケット４１は、膜−電極接合体１０の周囲、かつ、カソード側セパレータ３０と膜−電極接合体１０の高分子電解質膜１との間に位置するように配置されている。ガスケット４０，４１は、フッ素ゴム、シリコンゴム、天然ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、臭化ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、ポリイソプロピレンポリマー、パーフルオロカーボン、熱可塑性エラストマー（ポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーなど）、ラテックス（イソプレンゴム、ブタジエンゴムなど）を用いた接着剤、液状の接着剤（ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどを用いた接着剤）等で構成されている。
【００７１】
次に、以上のように構成された燃料電池１００の動作を説明する。
【００７２】
図１乃至図３において、この燃料電池１００では、燃料ガス供給マニホールド孔２１，３１が適宜繋がって構成された燃料ガス供給マニホールド（図示せず）に燃料ガスが供給される。この燃料ガスは各セルの燃料ガス流路２７を通流する。一方、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３，３３が適宜繋がって構成された酸化剤ガス供給マニホールド（図示せず）に酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスは各セルの酸化剤ガス流路３７を通流する。また、冷却水供給マニホールド孔２５，３５が適宜繋がって構成された冷却水供給マニホールド（図示せず）に冷却水が供給される。この冷却水は各セルの冷却流体流路２８，３８を通流する。そして、膜−電極接合体１０のアノード及びカソードにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが反応して電気と熱とが発生する。この発生した電気はアノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０を通じて外部に出力される。反応しなかった（未消費の）燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド孔２２，３２が適宜繋がって構成された燃料ガス排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。また、反応しなかった（未消費の）酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４，３４が適宜繋がって構成された燃料ガス排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。一方、発生した熱は、冷却流体流路２８，３８を通流する冷却水によって回収される。この熱を回収した冷却水は、冷却水排出マニホールド孔２６，３６が適宜繋がって構成された冷却水排出マニホールド（図示せず）を通って外部に排出される。
【００７３】
次に、本発明の作用効果を、その優位性を明らかにするために、比較形態と対比しつつ詳細に説明する。
【００７４】
図４は、比較形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図５は、図４の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）はカソードガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図４においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図４及び図５を参照しながら、比較形態の燃料電池について説明する。
【００７５】
比較形態の燃料電池１０１においては、図４及び図５に示すように、燃料電池１０１に用いるカソード側セパレータ３０の構成を第１実施形態の燃料電池１００と変更している。
【００７６】
すなわち、カソード側セパレータ３０における酸化剤ガス流路３７は、横方向に直線的に延びる流路（主要部）同士の幅が、ほぼ同じになるように形成されている。換言すると、酸化剤ガス流路３７同士により挟まれたリブ部３９の幅が、酸化剤ガス流路３７の全領域において、ほぼ同じになっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池１００の構成と同じである。
【００７７】
次に、第１実施形態の燃料電池１００と比較形態の燃料電池１０１とを比較して、検討する。
【００７８】
図６は、燃料電池の部位ごとの温度分布を示す図であって、（ａ）は第１実施形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布、（ｂ）は比較形態の燃料電池の断面における部位ごとの温度分布である。図６（ａ），（ｂ）において、横軸は部位を表わし、縦軸は温度を表わす。図６を参照しながら、第１実施形態の燃料電池と比較形態の燃料電池とを比較して、本実施形態の燃料電池の利点を明らかにする。
【００７９】
図６（ａ）に示すように、第１実施形態の燃料電池１００においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａでは、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度はＴ２である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が大きくなる。
【００８０】
一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂでは、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度は、Ｔ１とＴ２との間の温度（Ｔ１´）である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が上流部３７Ａよりも小さくなる。
【００８１】
一方、図６（ｂ）に示すように、比較形態の燃料電池１０１においては、カソード側触媒層６のカソード側ガス拡散層７側の主面（カソード側ガス拡散層７のカソード側触媒層６側の主面）の温度はＴ１である。カソード側ガス拡散層７のカソード側セパレータ３０側の主面（カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側の主面）の温度はＴ２である。カソード側セパレータ３０のカソード側ガス拡散層７側と反対側の主面の温度はＴ３である。すなわち、比較形態の燃料電池１０１では、全流域において、セルの中心（高分子電解質膜１）からセルの厚み方向に、カソード側触媒層６、カソード側ガス拡散層７、カソード側セパレータ３０と、セルの外側に向かうに連れて温度が低くなると共に、温度低下の勾配が、第１実施形態の燃料電池１００の上流部３７Ａと同様に大きくなる。
【００８２】
上記の事項を総括すると、第１実施形態の燃料電池１００においては、下流部３７Ｂのカソード側ガス拡散層７の温度が、比較形態の燃料電池１０１の全流域の温度に比べて高くなる。
【００８３】
このように、本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなるので、カソード側触媒層６からカソード側セパレータ３０への熱の移動が少なくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂに対応するカソード側ガス拡散層７の温度が高くなる。これにより、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなって、酸化剤ガス流路３７はもとよりカソード側ガス拡散層７においてもフラッディングの発生が抑制される。
【００８４】
一方、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａでは、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本実施形態の燃料電池１００のように、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいて、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。
【００８５】
また、本実施形態の燃料電池１００では、冷却流体流路２８，３８、燃料ガス流路２７、及び酸化剤ガス流路３７は、それぞれの主要部同士が互いに略平行となるように形成されている。さらに、本実施形態の燃料電池１００では、冷却流体と酸化剤ガス及び燃料ガスとが並行流となるように、冷却流体流路３８，２８、酸化剤ガス流路３７、及び燃料ガス流路２７が形成されている。そのため、発電の集中する酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいては、その裏面に形成された冷却流体流路３８を、熱回収していない温度の低い冷却流体が通流するため、冷却効率が向上する。一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂにおいては、その裏面に形成された冷却流体流路３８を、熱回収して温度の高くなった冷却流体が通流するため、温度が上昇する。これにより、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂにおいて生成水がより結露しにくくなって、フラッディングの発生がさらに抑制される。
【００８６】
なお、本発明の燃料電池１００におけるカソード側セパレータ３０においては、酸化剤ガス流路３７の流路長が長くなるので、流路内の流路抵抗が大きくなり、流路溝の構成を上流部３７Ａと下流部３７Ｂとで同じとすると圧力損失が増加して流量が減少する。したがって、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝を深く形成したり、複数の流路溝で構成したりして、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとでリブ部の割合を変えても圧力損失が変化しないようにすることが好ましい。
【００８７】
［第１変形例］
図７は、第１実施形態の燃料電池の第１変形例を示す部分断面図である。図８は、図７の燃料電池に用いるアノード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は燃料ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図７においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図７及び図８を参照しながら、本変形例の燃料電池について説明する。
【００８８】
本変形例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ２０の構成が第１実施形態の燃料電池と異なっている。すなわち、図７及び図８に示すように、本変形例では、燃料ガス流路２７は、その形態において、燃料ガス供給マニホールド孔２１に接続された上流端を含む上流部２７Ａと、上流部２７Ａより下流の部分であって燃料ガス排出マニホールド孔２２に接続された下流端を含む下流部２７Ｂとで構成されている。
【００８９】
燃料ガス流路２７は、互いに平行に延びる複数の部分を有している。すなわち、燃料ガス流路２７は、上述の互いに平行に延びる複数の部分を構成する、横方向に直線的に延びる長い流路（主要部）と、縦方向に直線的に延びる短い流路とから構成されている。燃料ガス流路２７は、その上流部２７Ａによって形成されたリブ部２９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図７に示すように、上流部２７Ａによって形成されたリブ部２９Ａの幅：Ｗ１の燃料ガス流路２７の幅：Ｙ１に対する比率：Ｗ１／Ｙ１が、下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂの幅：Ｗ２の燃料ガス流路２７の幅：Ｙ２に対する比率：Ｗ２／Ｙ２よりも大きくなっている。なお、本実施形態においては、上流部２７Ａにおける燃料ガス流路２７の幅：Ｙ１と、下流部２７Ｂにおける燃料ガス流路２７の幅：Ｙ２とがほぼ同じになるように形成されている。また、本実施形態においては、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとが、燃料ガス流路２７の全流路長の約５０％の位置で区切られている。なお、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとが、燃料ガス流路２７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。ここで、上流部２７Ａと下流部２７Ｂとの区切りの位置は、アノード側セパレータ２０の熱伝導率、燃料ガスの流速、燃料電池１００の動作温度、燃料ガス中の加湿の度合等によって定められる。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池１００と同様である。
【００９０】
このような構成とすると、第１実施形態の燃料電池１００において、さらに燃料ガス流路２７について酸化剤ガス流路３７と同様の効果が得られる。
【００９１】
また、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｂによって形成されたリブ部２９Ｂとアノード側ガス拡散層３との接触面積が比較形態のものよりも小さくなるので、アノード側触媒層２からアノード側セパレータ２０への熱の移動が少なくなり、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｂに対応するアノード側ガス拡散層３の温度が高くなる。これにより、発電反応により生成した生成水（カソード８側からアノード４側に拡散してきた生成水）が結露しにくくなって、燃料ガス流路２７はもとよりアノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。
【００９２】
一方、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７の上流部３７Ａ，２７Ａでは、電池反応に関与する反応ガスの量が多いため電流が集中し、接触抵抗の増大によって電池電圧が低下するおそれがある。しかし、本変形例の燃料電池１００のように、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａにおいてリブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくし、かつ、燃料ガス流路２７の上流部２７Ａにおいてリブ部２９Ａとアノード４との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗がより低減され、電池電圧の低下がさらに抑制される。
【００９３】
［第２変形例］
図９は、第１実施形態の燃料電池の第２変形例を示す部分断面図である。なお、図９においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図９を参照しながら、本変形例の燃料電池について説明する。
【００９４】
本変形例の燃料電池１００においては、カソード側セパレータ３０として図５に示したセパレータを用いるとともに、アノード側セパレータ２０として図８に示したセパレータを用いる。それ以外の構成については、第１変形例の燃料電池と同様である。
【００９５】
このような構成とすると、発電反応により生成した生成水（カソード８側からアノード４側に拡散してきた生成水）が結露しにくくなって、燃料ガス流路２７はもとよりアノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。
【００９６】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図１１は、図１０の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１０においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１０及び図１１を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。
【００９７】
本実施形態の燃料電池１００では、燃料電池１００に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１０に示すように、本実施形態の燃料電池１００を構成するカソード側セパレータ３０では、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝は、その幅が底から開口に向かって広くなるように側壁がテーパ状に形成されている。かくして、図１１に示すように、酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１０に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ３の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ３に対する比率：Ｗ３／Ｘ３が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ４の酸化剤ガス流路３７の開口の幅：Ｘ４に対する比率：Ｗ４／Ｘ４よりも大きくなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池で用いたカソード側セパレータと同じである。
【００９８】
このような構成としても、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなる。したがって、第１実施形態の燃料電池と同様の効果が得られる。
【００９９】
また、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの開口の幅を、その側壁をテーパ状に形成することによって大きくしたため、酸化剤ガス流路３７の流路溝の断面積はそれほど大きくならず（図１０参照）、酸化剤ガス流路３７を通流する酸化剤ガスの流速があまり低下しない。これにより、流速の低下に起因するフラッディングの発生も抑制できる。
【０１００】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態の燃料電池の構成を示す部分断面図である。図１３は、図１２の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。なお、図１２においては、冷却流体流路の図示を省略している。以下、図１２及び図１３を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。
【０１０１】
本実施形態の燃料電池１００では、燃料電池１００に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１２に示すように、本実施形態の燃料電池１００を構成するカソード側セパレータ３０では、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの流路溝は、その側壁の開口側の端の角部が直線的に面取り（カット）されている。かくして、図１３に示すように、酸化剤ガス流路３７は、その上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの単位面積当たりの面積が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの単位面積当たりの面積よりも大きくなっている。換言すると、図１２に示すように、上流部３７Ａによって形成されたリブ部３９Ａの幅：Ｗ５の酸化剤ガス流路３７の幅：Ｘ５に対する比率：Ｗ５／Ｘ５が、下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂの幅：Ｗ６の酸化剤ガス流路３７の開口の幅：Ｘ６に対する比率：Ｗ６／Ｘ６よりも大きくなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池で用いたカソード側セパレータと同じである。
【０１０２】
このような構成としても、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂによって形成されたリブ部３９Ｂとカソード側ガス拡散層７との接触面積が比較形態のものよりも小さくなる。したがって、第１実施形態の燃料電池と同様の効果が得られる。
【０１０３】
また、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂの開口の幅を、その側壁の開口側の角部を面取りすることによって大きくしたため、酸化剤ガス流路３７の流路溝の断面積はそれほど大きくならず（図１２参照）、酸化剤ガス流路３７を通流する酸化剤ガスの流速があまり低下しない。これにより、流速の低下に起因するフラッディングの発生も抑制できる。
【０１０４】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態の燃料電池に用いるカソード側セパレータの両方の主面の構成を示す図であって、（ａ）は酸化剤ガス流路が形成された主面を示す平面図、（ｂ）は冷却流体流路が形成された主面を示す平面図である。以下、図１４を参照しながら、本実施形態の燃料電池について説明する。
【０１０５】
本実施形態の燃料電池では、燃料電池に用いるカソード側セパレータ３０の構造が第１実施形態のものと異なっている。すなわち、図１４に示すように、本実施形態の燃料電池では、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７が複数の流路溝で構成されている。ここでは、流路溝は３本である。それぞれの流路溝は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを接続するようにして形成されている。そして、酸化剤ガス流路３７の途中には、各流路溝を合流させる合流部５１が形成されている。合流部５１は、酸化剤ガス流路３７における上流部３７Ａと下流部３７Ｂとの接続部分に形成されている。なお、本実施形態においては、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の約３０％の位置で区切られている。なお、上流部３７Ａと下流部３７Ｂとが、酸化剤ガス流路３７の全流路長の３０％〜７０％の位置で区切られていてもよい。また、合流部５１から下流部の流路本数が減少してもよい。合流部５１は略三角形状の凹部と、該凹部内に形成された複数（本実施形態では、６個）の柱状の突起５２とからなっている。それ以外の構成については、第１実施形態の燃料電池において用いたカソード側セパレータと同じである。
【０１０６】
このような構成としても、第１実施形態の燃料電池と同様の効果を奏する。また、合流部５１においては突起５２とカソード側ガス拡散層７とが接触するのみであり、カソード側セパレータ３０とカソード側ガス拡散層７との接触面積が小さくなる。これにより、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｂのみならず、合流部５１における温度低下も防止される。
【０１０７】
さらに、このような構成とすると、合流部５１において酸化剤ガスが十分に混合された後に、酸化剤ガス流路３７の上流部３７Ａから下流部３７Ｂへと酸化剤ガスが通流される。
【０１０８】
なお、第１実施形態の第１変形例及び第２変形例の燃料ガス流路２７を、第２実施形態乃至第４実施形態のいずれかの酸化剤ガス流路３７と同様に構成してもよいことは言うまでもない。また、第１実施形態の燃料ガス流路２７、第２実施形態乃至第４実施形態の燃料ガス流路２７を、第２実施形態乃至第４実施形態のいずれかの酸化剤ガス流路３７と同様に構成してもよいことは言うまでもない。
【０１０９】
また、上記の実施形態では、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７は、サーペンタイン状に形成され、あるいは、さらに合流部５１を有するように形成されたが、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７の形状はこれには限定されず、自身の異なる部位間で挟むようにしてリブ部３９，２９を形成するようなものであればよい。例えば、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７を複数の並行な流路溝で構成してもよく、あるいは一対の主流路溝間を複数の並行な支流路溝で接続するように構成してもよい。
【０１１０】
さらに、上記の各実施形態及び各変形例では、酸化剤ガス流路３７又は燃料ガス流路２７が上流部３７Ａ，２７Ａと下流部３７Ｂ，２７Ｂとの２つの部分から成っていた。しかし、酸化剤ガス流路３７及び燃料ガス流路２７は、上流部３７Ａ，２７Ａの単位面積当たりのリブ部３９Ａ，２９Ａの面積と下流部３７Ｂ，２７Ｂの単位面積当たりのリブ部３９Ｂ，２９Ｂの面積との中間の面積割合である中流部を有していてもよい。また、上流部３７Ａ，２７Ａから下流部３７Ｂ，２７Ｂになるにつれて単位面積当たりのリブ部３９，２９の面積を徐々に変化（小さく）させてもよい。
【０１１１】
（第５実施形態）
[燃料電池スタックの構成]
図１６は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１６において、燃料電池スタックの上下方向を図における上下方向として表している。
【０１１２】
図１６に示すように、本発明の第５実施形態に係る燃料電池スタック６１は、板状の全体形状を有する高分子電解質形燃料電池（以下、単に燃料電池という）１００がその厚み方向に積層されてなるセル積層体６２と、セル積層体６２の両端に配置された第１及び第２の端板６３、６４と、セル積層体６２と第１及び第２の端板６３、６４とを燃料電池１００の積層方向において締結する図示されない締結具と、を有している。また、第１及び第２の端板６３、６４には、集電板及び絶縁板がそれぞれ配設されているが図示を省略している。なお、板状の燃料電池１００は、鉛直面に平行に延在しており、燃料電池１００の積層方向は水平方向となっている。
【０１１３】
セル積層体６２における一方の側部（図面左側の側部：以下、第１の側部という）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス供給マニホールド孔１３３が設けられており、その下部には、冷却流体排出マニホールド１３６が設けられている。また、セル積層体６２の第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド１３３が配設されている上部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、冷却流体供給マニホールド１３５が設けられており、同様に、冷却流体排出マニホールド１３６が配設されている下部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス排出マニホールド１３２が設けられている。さらに、セル積層体６２における他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス供給マニホールド１３１が設けられており、その下部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス排出マニホールド１３４が設けられている。
【０１１４】
そして、それぞれのマニホールドには、適宜な配管が設けられている。これにより、適宜な配管を介して、燃料電池スタック６１に燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却流体が供給され、排出される。
【０１１５】
[高分子電解質形燃料電池の構成]
次に、本発明の第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池の構成について図１７を参照しながら説明する。
【０１１６】
図１７は、図１６に示す燃料電池スタック６１における燃料電池１００の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図１７においては、一部を省略している。
【０１１７】
図１７に示すように、第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池１００は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）１０と、ガスケット４０、４１と、アノード側セパレータ（第２セパレータ）２０と、カソード側セパレータ（第１セパレータ）３０と、を備えている。
【０１１８】
ＭＥＡ１０は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））１と、アノード４と、カソード８と、を有している。
【０１１９】
高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有している。高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するように、アノード４及びカソード８（これらを（ガス拡散）電極という）が、それぞれ配設されている。なお、高分子電解質膜１の周縁部には、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔（図示せず）が厚み方向に貫通するように設けられている。
【０１２０】
アノード４は、高分子電解質膜１の一方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金等の貴金属）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるアノード側触媒層２と、アノード側触媒層２の主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノード側ガス拡散層３と、を有している。同様に、カソード８は、高分子電解質膜１の他方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金等の貴金属）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるカソード側触媒層６と、カソード側触媒層６の主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソード側ガス拡散層７と、を有している。
【０１２１】
なお、アノード側触媒層２及びカソード側触媒層６は、貴金属からなる電極触媒を担持した導電性炭素粒子と、高分子電解質と、分散媒と、を含む触媒層形成用インクを用いて、当該分野で公知の方法により形成することができる。また、アノード側ガス拡散層３及びカソード側ガス拡散層７を構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができ、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材を用いることができる。また、この導電性多孔質基材には、従来公知の方法で撥水処理を施しても構わない。
【０１２２】
また、ＭＥＡ１０のアノード４及びカソード８の周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対の環状で略矩形のフッ素ゴム製のガスケット４０、４１が配設されている。これにより、燃料ガス、空気や酸化剤ガスが電池外にリークされることが抑制され、また、燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが抑制される。なお、ガスケット４０、４１の周縁部には、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等の各マニホールド孔（図示せず）が厚み方向に貫通するように設けられている。
【０１２３】
また、ＭＥＡ１０とガスケット４０、４１を挟むように、導電性を有する板状のアノード側セパレータ２０とカソード側セパレータ３０が配設されている。これにより、ＭＥＡ１０が機械的に固定され、複数の燃料電池１００をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ１０が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ２０、３０は、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、または、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。
【０１２４】
アノード側セパレータ２０のアノード４と接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路（第２反応ガス流路）２７が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却流体が通流するための溝状の冷却流体流路２８が設けられている。同様に、カソード側セパレータ３０のカソード８と接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）３７が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却流体が通流するための溝状の冷却流体流路３８が設けられている。
【０１２５】
これにより、アノード４及びカソード８には、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、冷却水等の冷却流体を冷却流体流路２８、３８に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
【０１２６】
なお、このように構成された燃料電池１００を単電池（セル）として使用してもよく、燃料電池１００を複数積層して燃料電池スタック６１として使用してもよい。また、燃料電池１００を積層する場合には、冷却流体流路２８、３８を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却流体流路２８、３８を設けない場合には、２つのＭＥＡ１０に挟まれたセパレータを、一方の主面に燃料ガス流路２７を設け、他方の主面に酸化剤ガス流路３７を設けた、アノード側セパレータ２０とカソード側セパレータ３０を兼ねるセパレータを使用してもよい。また、ここでは、第１セパレータをカソード側セパレータ３０とし、第２セパレータをアノード側セパレータ２０とし、また、第１反応ガス流路を酸化剤ガス流路３７とし、第２反応ガス流路を燃料ガス流路２７としたが、これに限定されず、第１セパレータをアノード側セパレータ２０とし、第２セパレータをカソード側セパレータ３０とし、また、第１反応ガス流路を燃料ガス流路２７とし、第２反応ガス流路を酸化剤ガス流路３７としてもよい。
【０１２７】
[セパレータの構成]
次に、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０について、図１７乃至図１９を参照しながら詳細に説明する。
図１８は、図１７に示す燃料電池１００のアノード側セパレータ２０の概略構成を示す模式図である。また、図１９は、図１７に示す燃料電池１００のカソード側セパレータ３０の概略構成を示す模式図である。なお、図１８及び図１９において、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０における上下方向を図における上下方向として表している。
【０１２８】
まず、アノード側セパレータ２０の構成について、図１７及び図１８を参照しながら詳細に説明する。
図１８に示すように、アノード側セパレータ２０は、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給用マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。具体的には、アノード側セパレータ２０における一方の側部（以下、第１の側部という）の上部には、酸化剤ガス供給マニホールド孔（第１反応ガス供給マニホールド孔）３３が設けられており、その下部には、冷却流体排出マニホールド孔３６が設けられている。また、第１の側部の酸化剤ガス供給マニホールド孔３３が配設されている上部の内側には、冷却流体供給マニホールド孔３５が設けられており、同様に、冷却流体排出マニホールド孔３６が配設されている下部の内側には、燃料ガス排出マニホールド孔３２が設けられている。さらに、アノード側セパレータ２０における他方の側部（以下、第２の側部）の上部には、燃料ガス供給マニホールド孔（第２反応ガス供給マニホールド孔）３１が設けられており、その下部には、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４が設けられている。
【０１２９】
なお、燃料ガス供給マニホールド孔３１と酸化剤ガス供給マニホールド孔３３は、アノード側セパレータ２０の中央部を挟んで互いに対向するように設けられている。ここで、アノード側セパレータ２０の中央部とは、アノード側セパレータ２０の外周に対する中央部分をいう。
【０１３０】
そして、図１８に示すように、アノード側セパレータ２０の内面には、溝状の燃料ガス流路２７が、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。ここでは、燃料ガス流路２７は、１つの溝で構成されており、該溝は、往復部１２７Ａと反転部１２７Ｂとで実質的に構成されている。
【０１３１】
具体的には、燃料ガス流路２７を構成する溝は、燃料ガス供給マニホールド孔３１から第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを１２回繰り返し、そこから、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、燃料ガス排出マニホールド孔３２に到るように下方に延びている。このような、燃料ガス流路２７の水平方向に延びる部分が往復部１２７Ａを構成し、下方に延びる部分が反転部１２７Ｂを構成している。
【０１３２】
なお、図１７及び図１８に示すように、燃料ガス流路２７を構成する溝と溝との間の部分が、アノード４と当接するリブ部２９を形成する。
【０１３３】
次に、カソード側セパレータ３０の構成について、図１７及び図１９を参照しながら詳細に説明する。
【０１３４】
図１９に示すように、カソード側セパレータ３０は、板状で、略４角形（ここでは、矩形）に形成されており、その周縁部には、燃料ガス供給用マニホールド孔３１等の各マニホールド孔が、厚み方向に貫通するように設けられている。なお、各マニホールド孔の配置は、アノード側セパレータ２０と同じなので、その詳細な説明は省略する。
そして、図１９に示すように、カソード側セパレータ３０の内面には、溝状の酸化剤ガス流路３７が、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４とを結ぶようにサーペンタイン状に形成されている。酸化剤ガス流路３７と燃料ガス流路２７は、いわゆる並行流となるように構成されている。ここで、並行流について、図２０を参照しながら説明する。
【０１３５】
図２０は、図１７に示す燃料電池１００のアノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０の構造を示す模式図である。なお、図２０において、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０は、燃料電池１００の厚み方向から見て透視的に描かれている。また、アノード側セパレータ２０の燃料ガス流路２７の溝及びカソード側セパレータ３０の酸化剤ガス流路３７の溝をそれぞれ１本の線で代表するようにして示し、各セパレータ２０、３０における上下方向を図における上下方向として表している。さらに、図２０においては、燃料ガス流路２７と酸化剤ガス流路３７のそれぞれの流路を見やすくするために、互いに上下方向に位置をずらして示している。
【０１３６】
図２０に示すように、燃料ガス流路２７と酸化剤ガス流路３７は、一部に酸化剤ガスと燃料ガスが互いに対向するように流れる部分を有するが、燃料電池１００の厚み方向から見て、巨視的に（全体として）酸化剤ガスと燃料ガスの上流から下流への全体的な流れの方向が互いに一致するように構成されていることを、並行流という。
【０１３７】
また、図１９に示すように、酸化剤ガス流路３７は、１つの溝で構成されており、該溝は、往復部１３７Ｃと反転部１３７Ｂとで実質的に構成されている。具体的には、酸化剤ガス流路３７を構成する溝は、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３から第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、その到達点から、第１の側部に向かって水平方向にある距離延び、そこから、下方にある距離延びている。そして、上記延在パターンを１３回繰り返し、そこから、第２の側部に向かって水平方向にある距離延び、その到達点から、酸化剤ガス排出マニホールド孔３４に到るように下方に延びている。このような、酸化剤ガス流路３７の水平方向に延びる部分が往復部１３７Ｃを構成し、下方に延びる部分が反転部１３７Ｂを構成している。なお、酸化剤ガス流路３７を構成する溝と溝との間の部分が、カソード８と当接するリブ部３９を形成する。
【０１３８】
さらに、図１７、図１９、及び図２０に示すように、酸化剤ガス流路３７は、最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを有している。最上流部３７Ｃは、カソード側セパレータ３０の厚み方向から見て、酸化剤ガス流路３７の上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと、燃料ガス流路２７の上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Ｅと、の間であるカソード側セパレータ３０の最上流部３０Ｅに形成されている流路からなる。換言すると、最上流部３７Ｃは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから最初に燃料ガス流路２７と重なってから離れる部分までの部分をいい、ここでは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分（すなわち、酸化剤ガス流路３７の部分３７Ｅから１つ目の往復部１３７Ａの下流端までの部分）である。また、下流部３７Ｄは、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃから下流側の部分をいう。
【０１３９】
そして、最上流部３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部３７Ｄの全部分の流路の幅が、それぞれ、一定に形成されていて、最上流部３７Ｃの流路の幅は、下流部３７Ｄの流路の幅よりも小さくなるように形成されている。また、最上流部３７Ｃの流路の深さは、下流部３７Ｄの流路の深さよりも深くなるように形成されていて、最上流部３７Ｃを構成する溝の酸化剤ガスの流れに対して垂直方向の断面積（以下、単に流路の断面積という）が、下流部３７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されている。これにより、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄの圧力損失が同じになり、最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの流量が実質的に同じになる。
【０１４０】
なお、ここでは、酸化剤ガス流路３７の上流端から部分３７Ｅまでの部分の流路の幅を、最上流部３７Ｃの流路の幅と同じにしたが、これに限定されず、下流部３７Ｄの流路の幅と同じにしてもよく、また、最上流部３７Ｃ及び下流部３７Ｄの流路の幅とは異なるようにしてもよい。
【０１４１】
次に、第５実施形態に係る高分子電解質形燃料電池１００の作用効果について、図１７乃至図２０を参照しながら説明する。
【０１４２】
[高分子電解質形燃料電池の作用効果]
上述したように、カソード８における酸化剤ガス流路３７に面する部分の水分含有量は、カソード８におけるリブ部３９に接触する部分の水分含有量に比べて低くなるが、特に、燃料電池１００を高温低加湿の条件で運転するような場合に、カソード８における酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃに面する部分８Ａでは、水分含有量が少ない。このため、高分子電解質膜１における酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃに対向する部分（以下、高分子電解質膜１の最上流部分）では、乾燥しやすくなり、高分子電解質膜１が劣化するおそれがある。
【０１４３】
しかしながら、第５実施形態に係る燃料電池１００においては、酸化剤ガス流路３７における最上流部３７Ｃの流路の幅を下流部３７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成することにより、水分含有量が少ないカソード８の部分８Ａが小さい。このため、高分子電解質膜１の最上流部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【０１４４】
一方、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄにおいては、最上流部３７Ｃに比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、カソード８における下流部３７Ｄに面する部分は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、第５実施形態に係る燃料電池１００を高温高加湿の条件で運転するような場合に、カソード８における下流部３７Ｄに面する部分のフラッディングを抑制することができる。
【０１４５】
また、第５実施形態に係る燃料電池１００では、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの流路の断面積が、下流部３７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されているため、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄの圧力損失が同じになる。このため、酸化剤ガス流路３７における最上流部３７Ｃと下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの流量が実質的に同じにすることができる。
【０１４６】
（第６実施形態）
図２１は、本発明の第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２１においては、一部を省略している。
【０１４７】
図２１に示すように、本発明の第６実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。
すなわち、第６実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄは、酸化剤ガスの流れに対して垂直方向の断面が、略台形状に形成されていて、その開口面積が、最上流部３７Ｃの開口面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。なお、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じとは、最上流部３７Ｃを通流する酸化剤ガスの圧力損失と下流部３７Ｄを通流する酸化剤ガスの圧力損失が実質的に同じであることを意味する。
【０１４８】
このように構成された第６実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１４９】
（第７実施形態）
図２２は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２２においては、一部を省略している。
【０１５０】
図２２に示すように、本発明の第７実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。
【０１５１】
すなわち、第７実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄを構成する溝の周面が、外方に拡がるように段状に形成されていて、その開口面積が、最上流部３７Ｃの開口面積よりも大きくなるように構成されている。換言すると、下流部３７Ｄで形成されたリブ部３９の縁部が面取りされている。
これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。
【０１５２】
このように構成された第７実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１５３】
（第８実施形態）
図２３は、本発明の第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２３においては、一部を省略している。
【０１５４】
図２３に示すように、本発明の第８実施形態に係る燃料電池は、第５実施形態に係る燃料電池１００を基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の構成が以下のように異なる。
すなわち、第８実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃを構成する溝の周面が、その開口部分が内方に凹むように段状に形成されていて、最上流部３７Ｃの開口面積が、下流部３７Ｄの開口面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、最上流部３７Ｃの流路の深さを下流部３７Ｄの流路の深さより大きくすることなく、最上流部３７Ｃの流路の断面積と下流部３７Ｄの流路の断面積を実質的に同じにすることができる。
【０１５５】
このように構成された第８実施形態に係る燃料電池においても、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１５６】
（第９実施形態）
図２４は、本発明の第９実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２５は、図２４に示す燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２４においては、一部を省略し、図２５においては、アノード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１５７】
図２４及び図２５に示すように、第９実施形態に係る燃料電池１００は、第５実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、カソード側セパレータ３０に形成された酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの流路の幅と下流部３７Ｄの流路の幅が略一致するように形成され、また、最上流部３７Ｃの流路の深さと下流部３７Ｄの流路の深さが略一致するように形成されている点が異なり、また、アノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７の構成が異なる。
【０１５８】
具体的には、図２５に示すように、燃料ガス流路２７は、最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを有している。最上流部２７Ｃは、アノード側セパレータ２０の厚み方向から見て、燃料ガス流路２７の上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Ｅと、酸化剤ガス流路３７の上流短から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと、の間であるアノード側セパレータ２０の最上流部２０Ｅ（図２０参照）に形成されている流路からなる。換言すると、最上流部２７Ｃは、燃料ガス流路２７の部分２７Ｅから最初に酸化剤ガス流路３７と重なってから離れる部分をいい、ここでは、燃料ガス流路２７の上流端から、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した部分（すなわち、燃料ガス流路２７の部分２７Ｅから１つ目の往復部１２７Ａの下流端までの部分）である。また、下流部（残部）２７Ｄは、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃから下流側の部分をいう。
【０１５９】
そして、最上流部２７Ｃの全部分の流路の幅と下流部２７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定になるように形成されていて、最上流部２７Ｃの流路の幅が、下流部２７Ｄの流路の幅よりも小さくなるように形成されている。また、最上流部２７Ｃの流路の深さは、下流部２７Ｄの流路の深さよりも深くなるように形成されていて、最上流部２７Ｃを構成する溝の燃料ガスの流れに対して垂直方向の断面積（以下、単に流路の断面積という）が、下流部２７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されている。これにより、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄの圧力損失が同じになり、最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを通流する燃料ガスの流量が実質的に同じになる。
【０１６０】
このように構成された第９実施形態に係る燃料電池１００では、燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃの流路の幅を下流部２７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成することにより、水分含有量が少ないアノード４の部分４Ａが小さい。このため、高分子電解質膜１における燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃと対向する部分の乾燥を抑制することができ、高分子電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【０１６１】
一方、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｄにおいては、最上流部２７Ｃに比べて流路の幅が大きくなるように形成されているため、アノード４における下流部２７Ｄに面する部分は水分含有量が少なくなる。これにより、特に、第９実施形態に係る燃料電池１００を高温高加湿の条件で運転するような場合に、アノード４における下流部２７Ｄに面する部分のフラッディングを抑制することができる。
【０１６２】
また、第９実施形態に係る燃料電池１００では、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃの流路の断面積が、下流部２７Ｄの流路の断面積と略一致するように形成されているため、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄの圧力損失が同じになる。このため、燃料ガス流路２７における最上流部２７Ｃと下流部２７Ｄを通流する燃料ガスの流量が実質的に同じにすることができる。
【０１６３】
なお、燃料ガス流路２７の形状を第６乃至第８実施形態に示す酸化剤ガス流路３７と同様の形状に形成してもよい。
【０１６４】
（第１０実施形態）
図２６は、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２６においては、一部を省略している。
【０１６５】
図２６に示すように、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池１００は、第５実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、アノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７が、第９実施形態に係る燃料電池１００のアノード側セパレータ２０に形成された燃料ガス流路２７と同様に構成されている点が異なる。
【０１６６】
このように構成された、本発明の第１０実施形態に係る燃料電池１００では、第５実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏し、かつ、第９実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１６７】
（第１１実施形態）
図２７は、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図２７においては、一部を省略している。
【０１６８】
図２７に示すように、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池１００は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス流路３７で形成されるリブ部３７及び燃料ガス流路２７で形成されるリブ部２７が以下のように異なる。
【０１６９】
すなわち、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃを構成する溝と、下流部３７Ｄを構成する溝と、の間に形成されたリブ部３９Ａの幅が、下流部３７Ｄを構成する溝のみで形成されたリブ部３９Ｂの幅よりも大きくなるように構成されている。また、同様に、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃを構成する溝と、下流部２７Ｄを構成する溝と、の間に形成されたリブ部２９Ａの幅が、下流部２７Ｄを構成する溝のみで形成されたリブ部２９Ｂの幅よりも大きくなるように構成されている。
【０１７０】
このように構成された、本発明の第１１実施形態に係る燃料電池１００は、第１０実施形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１７１】
さらに、第１１実施形態に係る燃料電池１００は、カソード側セパレータ３０におけるリブ部３９Ｂとカソード８（正確には、カソード側ガス拡散層７）との接触面積が、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積よりも小さくなるので、カソード８（正確には、カソード側触媒層６（図６参照））からカソード側セパレータ３０への熱の移動が少なくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄに対向するカソード側ガス拡散層７の温度が高くなる。このため、発電反応により生成した生成水が結露しにくくなり、酸化剤ガス流路３７の下流部３７Ｄでのフラッディングの発生が抑制され、また、カソード側ガス拡散層７においてもフラッディングの発生が抑制される。同様に、アノード側セパレータ２０におけるリブ部２９Ｂとアノード４（正確には、アノード側ガス拡散層３）との接触面積が、リブ部２９Ａとアノード４との接触面積よりも小さくなるので、燃料ガス流路２７の下流部２７Ｄでのフラッディングの発生が抑制され、また、アノード側ガス拡散層３においてもフラッディングの発生が抑制される。
【０１７２】
一方、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃでは、リブ部３９Ａとカソード８との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。同様に、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃでは、リブ部２９Ａとアノード４との接触面積を大きくすることによって、接触抵抗が低減され、電池電圧の低下が抑制される。
【０１７３】
なお、本実施形態においては、リブ部２９Ａ及びリブ部３９Ａともに、その幅をリブ部２９Ｂ及びリブ部３９Ｂよりも大きくなるように構成したが、これに限定されず、リブ部２９Ａの幅のみを他のリブ部の幅よりも大きくなるように構成してもよく、また、リブ部３９Ａの幅のみを他のリブ部の幅よりも大きくなるように構成してもよい。
【０１７４】
（第１２実施形態）
図２８は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図２９は、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２８及び図２９においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１７５】
図２８及び図２９に示すように、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０のそれぞれに設けられた燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が、渦巻状に形成されている点が異なる。なお、以下の説明においては、燃料ガス流路２７は、酸化剤ガス流路３７と同様に構成されているので、酸化剤ガス流路３７について説明する。
【０１７６】
具体的には、図２９に示すように、酸化剤ガス流路３７は、水平方向に延びるように形成された水平部１３７Ｃと、上下方向に延びるように形成された垂直部１３７Ｂと、から実質的に構成されており、カソード側セパレータ３０の周縁部から中央部に向かって収束するように、時計回りに流路が形成され、カソード側セパレータ３０の中央部で折り返して、カソード側セパレータ３０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに流路が形成されている。
【０１７７】
そして、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃは、ここでは、酸化剤ガス流路３７の上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Ｅと第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、最上流部３７Ｃは、酸化剤ガス流路３７の部分３７Eから１つ目の水平部１３７Ｃの下流端までの部分）の流路で構成されている。また、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部３７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定になるように形成されていて、最上流部３７Ｃの流路の幅が、下流部３７Ｄの流路の幅より小さくなるように形成されている。
【０１７８】
このように構成された、本発明の第１２実施形態に係る燃料電池においても、第１０実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１７９】
なお、本実施形態においては、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７ともに、その流路を渦巻状に形成したが、これに限定されず、燃料ガス流路２７のみを渦巻状に形成してもよく、酸化剤ガス流路３７のみを渦巻状に形成してもよい。
【０１８０】
（第１３実施形態）
図３０は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３１は、本発明の第１３実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３０及び図３１においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１８１】
本発明の第１３実施形態に係る燃料電池は、第１０実施形態に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、図３０及び図３１に示すように、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が複数の溝（ここでは、燃料ガス流路２７が２つの溝、酸化剤ガス流路３７が３つの溝）で構成されている点が異なる。また、燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃが、その上流端から最初にアノード４と接触する部分２７Eと第１の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、燃料ガス流路２７の部分２７Eから１つ目の往復部１２７Ａの下流端までの部分）の流路で構成されており、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Ｃが、その上流端から最初にカソード８と接触する部分３７Eと第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した点までの部分との間（換言すると、酸化剤ガス流路３７の部分３７Eから１つ目の往復部１３７Ｃの下流端までの部分）の流路で構成されている点が、第１０実施形態に係る燃料電池１００と異なる。
【０１８２】
このように構成された、第１３実施形態に係る燃料電池であっても、第１０実施形態に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１８３】
（第１４実施形態）
図３２は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３３は、本発明の第１４実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３２及び図３３においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【０１８４】
本発明の第１４実施形態に係る燃料電池は、第１３実施形態に係る燃料電池と基本的構成は同じであるが、図３２及び図３３に示すように、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７が、それぞれ渦巻状に形成されている点が異なる。また、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の最上流部２７Ｃ、３７Ｃは、それぞれ、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の上流端から、第２の側部に向かって水平方向に延びて到達した部分（換言すると、最上流部２７Ｃ、３７Ｃは、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の上流端から１つ目の水平部の下流端までの部分）で構成されている点が異なる。
【０１８５】
このように構成された本発明の第１４実施形態に係る燃料電池であっても、第１３実施形態に係る燃料電池と同様の作用効果を奏する。
【０１８６】
（第１５実施形態）
図３４は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のアノード側セパレータの概略構成を示す模式図である。また、図３５は、本発明の第１５実施形態に係る燃料電池のカソード側セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図３４及び図３５においては、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおける上下方向を図における上下方向として表している。また、図３４においては、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２のみを図示し、他のマニホールド孔については図示するのを省略し、図３５においては、酸化剤ガス供給マニホールド孔３３と酸化剤ガス排出マニホールド孔３４のみを図示し、他のマニホールド孔については図示するのを省略している。
【０１８７】
本発明の第１５実施形態に係る燃料電池は、第１４実施形態に係る燃料電池と基本的構成は同じであるが、図３２及び図３３に示すように、アノード側セパレータ２０及びカソード側セパレータ３０が、それぞれ、円板状に形成されている点が異なる。また、燃料ガス供給マニホールド孔３１と燃料ガス排出マニホールド孔３２は、アノード側セパレータ２０の中心部（中心軸７１）を挟んで対向するように設けられており、同様に、酸化剤ガス供給マニホールド孔３２と酸化剤ガス排出マニホールド孔３３は、カソード側セパレータ３０の中心部（中心軸７１）を挟んで対向するように設けられている点が異なる。
【０１８８】
また、第１５実施形態に係る燃料電池の燃料ガス流路２７は、その上流端からアノード側セパレータ２０の中心部に向かって収束するように、時計回りに弧を描くように流路が形成され、アノード側セパレータ２０の中央部で折り返して、アノード側セパレータ２０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに弧を描くように流路が形成されている。同様に、酸化剤ガス流路３７は、その上流端からカソード側セパレータ３０の中心部に向かって収束するように、時計回りに弧を描くように流路が形成され、カソード側セパレータ３０の中央部で折り返して、カソード側セパレータ３０の周縁部に向かって発散するように、反時計回りに弧を描くように流路が形成されている。
【０１８９】
さらに、第１５実施形態に係る燃料電池の燃料ガス流路２７の最上流部２７Ｃが、その上流端からアノード４と最初に接触する２７Eとその上流端から半周まわって到達した部分との間の流路で構成され、また、酸化剤ガス流路３７の最上流部３７Cが、その上流端からカソード８と最初に接触する３７Eとその上流端から半周まわって到達した部分との間の流路で構成されている点が、第１４実施形態に係る燃料電池と異なる。
【０１９０】
このように構成された、第１５実施形態に係る燃料電池であっても、第１４実施形態に係る燃料電池と同様の作用効果を奏する。
【０１９１】
なお、上記実施形態においては、燃料電池スタックとして、各マニホールド孔がセパレータに設けられたいわゆる内部マニホールド形を採用したが、これに限定されず、燃料電池スタックとして、外部マニホールド形を採用してもよい。
【０１９２】
また、上記実施形態においては、燃料ガス供給マニホールド孔３１と酸化剤ガス供給マニホールド孔３３を互いに対向するように設けたが、これに限定されず、互いに近接するように設けてもよい。
【０１９３】
さらに、上記実施形態においては、燃料ガス流路２７及び酸化剤ガス流路３７の最上流部２７Ｃ、３７Ｃの全部分の流路の幅と下流部２７Ｄ、３７Ｄの全部分の流路の幅は、それぞれ、一定に形成されているとしたが、これに限定されず、本発明の作用効果が得られる範囲において、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの一部、及び／又は下流部２７Ｄ、３７Ｄの一部の流路の幅が、異なっていてもよく、また、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの一部の流路の幅が、下流部２７Ｄ、３７Ｄの流路の幅よりも大きくなるように形成されていてもよく、また、下流部２７Ｄ、３７Ｄの一部の流路の幅が、最上流部２７Ｃ、３７Ｃの流路の幅よりも小さくなるように形成されていてもよい。
【０１９４】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、フラッディングを十分に抑制可能な高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックとして有用である。また、本発明の高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックは、高温低加湿の条件で運転した場合に、高分子電解質膜の乾燥を抑制し、これにより、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能な高分子電解質形燃料電池及び燃料電池スタックとして有用である。
【符号の説明】
【０１９６】
１  高分子電解質膜
２  アノード側触媒層
３  アノード側ガス拡散層
４  アノード（ガス拡散電極）
４Ａ  部分
４Ｂ  部分
４Ｃ  最上流部（セパレータの最上流部）
６  カソード側触媒層
７  カソード側ガス拡散層
８  カソード（ガス拡散電極）
８Ａ  部分
８Ｂ  部分
８Ｃ  最上流部（セパレータの最上流部）
１０  膜−電極接合体（電解質層−電極接合体）
２０  アノード側セパレータ（第２セパレータ）
２１  燃料ガス供給マニホールド孔
２２  燃料ガス排出マニホールド孔
２３  酸化剤ガス供給マニホールド孔
２４  酸化剤ガス排出マニホールド孔
２５  冷却流体供給マニホールド孔
２６  冷却流体排出マニホールド孔
２７  燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
２７Ａ  （燃料ガス流路の）上流部
２７Ｂ  （燃料ガス流路の）下流部
２７Ｃ  最上流部
２７Ｄ  下流部（残部）
２７Ｅ  部分
２８，３８  冷却流体流路
２９，３９  リブ部
２９Ａ  （燃料ガス流路の上流部の）リブ部
２９Ｂ  （燃料ガス流路の下流部の）リブ部
３０  カソード側セパレータ（第１セパレータ）
３１  燃料ガス供給マニホールド孔（第２反応ガス供給マニホールド孔）
３２  燃料ガス排出マニホールド孔
３３  酸化剤ガス供給マニホールド孔（第１反応ガス供給マニホールド孔）
３４  酸化剤ガス排出マニホールド孔
３５  冷却流体供給マニホールド孔
３６  冷却流体排出マニホールド孔
３７  酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）
３７Ａ  （酸化剤ガス流路の）上流部
３７Ｂ  （酸化剤ガス流路の）下流部
３７Ｃ  最上流部
３７Ｄ  下流部（残部）
３７Ｅ  部分
３９Ａ  （酸化剤ガス流路の上流部の）リブ部
３９Ｂ  （酸化剤ガス流路の下流部の）リブ部
４０，４１  ガスケット
５１  合流部
５２  突起
６１    燃料電池スタック
６２  セル積層体
６３  第１の端板
６４  第２の端板
７１  中心軸
１００，１０１  燃料電池
１２７Ａ  往復部
１２７Ｂ  反転部
１３１  燃料ガス供給マニホールド
１３２  燃料ガス排出マニホールド
１３３  酸化剤ガス供給マニホールド
１３４  酸化剤ガス排出マニホールド
１３５  冷却流体供給マニホールド
１３６  冷却流体排出マニホールド
１３７Ａ  往復部
１３７Ｂ  反転部
１３７Ｃ  水平部
１３７Ｄ  垂直部
２０２  電極
２０２Ａ  部分
２０２Ｂ  部分
２０３  反応ガス流路
２０４  リブ部
Ｄ１  酸化剤ガスの全体としての流れ方向
Ｄ２，Ｄ４  冷却流体の全体としての流れ方向
Ｄ３  燃料ガスの全体としての流れ方向
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と該高分子電解質膜の周縁部より内方の部分を挟む一対の電極を有する膜−電極接合体と、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第１反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第１セパレータと、
板状で、前記膜−電極接合体と接触するように配設され、前記電極と接触する一方の主面に溝状の第２反応ガス流路が屈曲するように形成された導電性の第２セパレータと、を備え、
前記第１反応ガス流路は、前記第１セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第２反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該流路の最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分と、前記第１反応ガス流路の上流端から最初に前記電極と接触する部分と、の間（以下、第２セパレータの最上流部）に形成されている流路の幅が、該第２セパレータの最上流部以外に形成されている流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記第２反応ガス流路は、前記第２セパレータの厚み方向から見て、少なくともその上流端から最初に前記電極と接触する部分から最初に前記第１反応ガス流路と重なってから離れる部分までの流路（以下、最上流部）の幅が、該最上流部以外の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の深さが、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の深さよりも深く形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と略一致するように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項８】
隣接する前記第１反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項９】
隣接する前記第２反応ガス流路間に形成されるリブ部のうち、前記最上流部によって形成されるリブ部の幅が、他のリブ部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１０】
前記第１セパレータの他方の主面及び／又は前記第２セパレータの他方の主面には、溝状の冷却流体流路が形成されており、
前記第１反応ガス流路を通流する第１反応ガス及び記第２反応ガス流路を通流する第２反応ガスの露点が、前記冷却流体流路を通流する冷却流体の温度よりも低い、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１１】
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータには、それぞれ、厚み方向に貫通する第１反応ガス供給マニホールド孔及び第２反応ガス供給マニホールド孔が互いに対向するように設けられている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１２】
前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路は、並行流となるように形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１３】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１４】
前記第１反応ガス流路及び／又は前記第２反応ガス流路が、渦巻状に形成されている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１５】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第１反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分（以下、残部）の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１６】
第１反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１５に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１７】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１５に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１８】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が、該第２反応ガス流路の前記最上流部を除いた部分の全部分の流路の幅より小さく形成されている、請求項３に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項１９】
第２反応ガス流路の前記残部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１８に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２０】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の全部分の流路の幅が一定になるように形成されている、請求項１８に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項２１】
複数の請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池が積層して締結されている、燃料電池スタック。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】図面
【図１】
2008126358.tif 000038
【図２】
2008126358.tif 000039
【図３】
2008126358.tif 000040
【図４】
2008126358.tif 000041
【図５】
2008126358.tif 000042
【図６】
2008126358.tif 000043
【図７】
2008126358.tif 000044
【図８】
2008126358.tif 000045
【図９】
2008126358.tif 000046
【図１０】
2008126358.tif 000047
【図１１】
2008126358.tif 000048
【図１２】
2008126358.tif 000049
【図１３】
2008126358.tif 000050
【図１４】
2008126358.tif 000051
【図１５】
2008126358.tif 000052
【図１６】
2008126358.tif 000053
【図１７】
2008126358.tif 000054
【図１８】
2008126358.tif 000055
【図１９】
2008126358.tif 000056
【図２０】
2008126358.tif 000057
【図２１】
2008126358.tif 000058
【図２２】
2008126358.tif 000059
【図２３】
2008126358.tif 000060
【図２４】
2008126358.tif 000061
【図２５】
2008126358.tif 000062
【図２６】
2008126358.tif 000063
【図２７】
2008126358.tif 000064
【図２８】
2008126358.tif 000065
【図１９】
2008126358.tif 000066
【図３０】
2008126358.tif 000067
【図３１】
2008126358.tif 000068
【図３２】
2008126358.tif 000069
【図３３】
2008126358.tif 000070
【図３４】
2008126358.tif 000071
【図３５】
2008126358.tif 000072
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月29日(2009.12.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記第１反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第１反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と一致するように形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記第２反応ガス流路の前記最上流部の流路の断面積が、前記第２反応ガス流路の前記最上流部以外の流路の断面積と一致するように形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【国際調査報告】
2008126358.tif 000073
2008126358.tif 000074
2008126358.tif 000075
2008126358.tif 000076