(57)【要約】  フレーム１３，１４の接合部に電極構造体１５が収容される。電極構造体１５の第１面に第１ガス拡散層１９及び第１ガス流路形成体２１が積層され、第２面に第２ガス拡散層２０及び第２ガス流路形成体２２が積層される。フレーム１３及びガス流路形成体２１の表面にセパレータ２３が接合され、フレーム１４及びガス流路形成体２２の表面にセパレータ２４が接合される。前記ガス流路形成体２２の平板材２５とセパレータ２４との間に水流路２８が形成される。水流路２８の深さは、ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２の深さよりも浅く設定される。ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２から連通孔２９を通して水流路２８に毛管作用により生成水が導かれる。水流路２８内の生成水は酸化ガスの圧力によって水流路２８の下流側に流動する。よって、カソード側の電極触媒層の浸蝕を防止することができるとともに、アノード側のガス流路形成体の耐久性を向上することができ、発電出力の低下を未然に防止することができる燃料電池を提供する。
2010113534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜のアノード側の面に積層された第１電極触媒層と、
同電解質膜のカソード側の面に積層された第２電極触媒層と、
前記第１電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するための第１ガス流路を備えた第１ガス流路形成体と、
前記第２電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するための第２ガス流路を備えた第２ガス流路形成体と、
前記第１ガス流路形成体に設けられた第１セパレータと、
前記第２ガス流路形成体の表面に積層された第２セパレータと、
前記燃料ガスの導入通路及び導出通路と、
前記酸化ガスの導入通路及び導出通路と
を備える燃料電池において、
前記第２ガス流路形成体は、平板材と、該平板材に一体に成形された第２ガス流路を形成するための複数の突部とを備え、
前記第２ガス流路形成体の前記平板材の表面と、該第２ガス流路形成体と対応する前記第２セパレータの裏面との間に水流路が形成され、
該水流路と前記第２ガス流路とは、前記第２ガス流路形成体の各突部の切り起こしによって成形された連通孔により連通され、
前記水流路の深さは、前記第２ガス流路の深さよりも浅く設定され、
前記第２ガス流路から前記連通孔を通して毛管作用により前記水流路に吸い込まれた水は、前記第２ガス流路内の前記酸化ガスの流動圧力によって前記酸化ガスの導出通路に排出される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記水流路は、前記第２ガス流路形成体における前記酸化ガスの導入通路側の端部から前記燃料ガスの導出通路側の端部までの全長にわたって連続するように形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池において、
前記第２ガス流路形成体において前記酸化ガスの導出通路と前記水流路とが接続する部分には、連続気孔を有する多孔質体よりなる排水促進部材が収容され、該排水促進部材の連続気孔の平均気孔径を水流路の深さよりも小さく設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の濡れ性を水流路の濡れ性よりも高く設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の水和性を水流路の水和性よりも高く設定する構成とのいずれか一つの構成が選択されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され前記第２ガス流路を形成するための第１突部と、前記平板材に成形され前記水流路を形成するための第２突部とにより構成され、
前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第２電極触媒層に向かって切り起こし成形され、
前記第２突部は、前記第２セパレータに向かって突出するとともに、前記平板材の複数箇所に点在するように押し出し成形され、
前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記第１突部は、ブリッジ状に成形され、
前記連通孔は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って前記第１突部を貫通し、ガスの流れ方向から見て前記第１突部の左端と右端との二箇所において開口するように形成され、
対を成す２つの前記第１突部は、前記ガスの流れ方向と直交する方向において隣接し、且つ前記一対の第１突部のうち、前記ガスの流れ方向の上流側に位置する突部の下流端部は、前記ガスの流れ方向の下流側に位置する突部の上流端部に隣接しており、
前記第２突部は、前記ガスの流れ方向の下流側から前記第１突部に隣接するように配設されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池おいて、
前記第１突部及び前記第２突部は、前記ガスの流路方向と直交する方向において交互に配列されて、列状を成す複数の突部群を構成し、
該突部群は、ガスの流れ方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に配置され、
前記各突部群の各列の間には、帯状の平板部が形成され、前記平板部と前記第２セパレータとの間には、前記水流路が形成され、
前記連通孔は、前記第１突部においてガスの流れ方向の上流に向かって開口するように形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され前記第２ガス流路を形成するための第１突部とにより構成され、
前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第２電極触媒層に向かって切り起こし成形され、
前記第２セパレータには、該第２セパレータと前記平板材との間に前記水流路を形成するための第２突部が該平板材に向かって突出するとともに、該第２セパレータの複数箇所に点在するように押し出し成形され、
前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１突部は、ガスの流れ方向と直交する方向から見た場合に、前記連通孔が半円形となるように半円管状に成形されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１突部は、半円管状の突部と扁平台状の突部との二種類を含み、前記二種類の突部は交互に点在するように成形され、前記扁平台状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は平面であり、前記半円管状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は円弧面である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の燃料電池において、
前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記水流路及び前記第２ガス流路を形成するための前記突部としての第１隆起と、前記平板材に成形され、同じく前記第２ガス流路を形成するための前記突部としての第２隆起とにより構成され、
前記第１隆起は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第２電極触媒層に向かって押し出し成形され、
前記第２突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第２セパレータに向かって押し出し成形され、
前記第１隆起及び前記第２隆起は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って所定のピッチで交互に成形されることにより、ガスの流れ方向と直交する方向に延びる隆起群を構成し、
前記連通孔は、前記ガスの流れ方向において隣接する２つの隆起の切り起こしによって形成され、
前記第１隆起及び前記第２隆起の頂部には、平面部がそれぞれ形成され、
該平面部のうち前記第２セパレータと対応する第１隆起の平面部には、前記第２セパレータと接触して、該平面部と前記第２セパレータとの間に前記水流路を形成するための突起が成形されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記各第１突部又は各第１隆起は、第２ガス流路がストレート流路と、蛇行流路との二種類となるように配列されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体と第１セパレータとの間には、前記水流路と同様の水流路が形成され、該第１ガス流路形成体は、前記第２ガス流路形成体と同様の構成を有する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記水流路の深さは、１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定され、第１ガス流路又は第２ガス流路の深さは、３０μｍ〜１０００μｍに設定されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記水流路の下流側の開口部は、ガスの導出通路と対応する位置に延長され、該開口部と対応する導出通路には、ガスの流速が速くなるように絞り部が形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ガス流路形成体の平板材及びセパレータには、水流路の下流側と対応するように、かつ平板材及びセパレータを貫通するようにガス通路が形成され、該ガス通路は、ガスの流速が速くなるように絞り部となっている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
電解質膜のアノード側の面に積層された第１電極触媒層と、
同電解質膜のカソード側の面に積層された第２電極触媒層と、
前記第１電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するための第１ガス流路を備えた第１ガス流路形成体と、
前記第２電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するための第２ガス流路を備えた第２ガス流路形成体と、
前記第１ガス流路形成体の表面に積層された第１セパレータと、
前記第２ガス流路形成体に設けられた第２セパレータと、
前記燃料ガスの導入通路及び導出通路と、
前記酸化ガスの導入通路及び導出通路と
を備える燃料電池において、
前記第１ガス流路形成体は、平板材と、該平板材に一体に成形された第１ガス流路を形成するための複数の突部とを備え、
の前記第１ガス流路形成体の前記平板材の表面と、該第１ガス流路形成体と対応する前記第１セパレータの裏面との間に水流路が形成され、
該水流路と前記第１ガス流路とは、前記第１ガス流路形成体の各突部の切り起こしによって成形された連通孔により連通され、
前記水流路の深さは、前記第１ガス流路の深さよりも浅く設定され、
前記第１ガス流路から前記連通孔を通して毛管作用により前記水流路に吸い込まれた水は、前記第１ガス流路内の前記燃料ガスの流動圧力によって前記燃料ガスの導出通路に排出される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料電池において、
前記水流路は、前記第１ガス流路形成体における前記燃料ガスの導入通路側の端部から前記燃料ガスの導出通路側の端部までの全域にわたって連続するように形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の燃料電池において、
前記第１ガス流路形成体において前記燃料ガスの導出通路と前記水流路とが接続する部分には、連続気孔を有する多孔質体よりなる排水促進部材が収容され、該排水促進部材の連続気孔の平均気孔径を水流路の深さよりも小さく設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の濡れ性を水流路の濡れ性よりも高く設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の水和性を水流路の水和性よりも高く設定する構成とのいずれか一つの構成が選択されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記第１ガス流路を形成するための第１突部と、前記平板材に成形され、前記水流路を形成するための第２突部とにより構成され、
前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第１電極触媒層に向かって切り起こし成形され、
前記第２突部は、前記第１セパレータに向かって突出するとともに、前記平板材の複数箇所に点在するように押し出し成形され、
前記連通孔は、前記第１突部において前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２０】
請求項１７に記載の燃料電池において、
前記第１突部は、ブリッジ状に成形され、
前記連通孔は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って前記第１突部を貫通し、ガスの流れ方向から見て前記第１突部の左端と右端との二箇所において開口するように形成され、
対を成す２つの前記第１突部は、前記ガスの流れ方向と直交する方向において隣接し、且つ前記一対の第１突部のうち、前記ガスの流れ方向の上流側に位置する突部の下流端部は、前記ガスの流れ方向の下流側に位置する突部の上流端部に隣接しており、
前記第２突部は、前記ガスの流れ方向の下流側から前記第１突部に隣接するように配設されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２１】
請求項１９に記載の燃料電池おいて、
前記第１突部及び前記第２突部は、前記ガスの流路方向と直交する方向において交互に配列されて、列状を成す複数の突部群を構成し、
該突部群は、ガスの流れ方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に配置され、
前記各突部群の各列の間には、帯状の平板部が形成され、前記平板部と前記第１セパレータとの間には、前記水流路が形成され、
前記連通孔は、前記第１突部においてガスの流れ方向の上流に向かって開口するように形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され前記第１ガス流路を形成するための第１突部とにより構成され、
前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第１電極触媒層に向かって切り起こし成形され、
前記第１セパレータには、第２突部が前記平板材に向かって突出するとともに、該第１セパレータの複数箇所に点在するように押し出し成形され、
前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２３】
請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１突部はガスの流れ方向と直交する方向から見た場合に、前記連通孔が半円形となるように半円管状に成形されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２４】
請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第１突部は、半円管状の突部と扁平台状の突部との二種類を含み、前記二種類の突部は交互に点在するように成形され、前記扁平台状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は平面であり、前記半円管状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は円弧面である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２５】
請求項１６又は１７に記載の燃料電池において、
前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記水流路及び前記第１ガス流路を形成するための前記突部としての第１隆起と、前記平板材に成形され、同じく前記第２ガス流路を形成するための前記突部としての第２隆起とにより構成され、
前記第１隆起は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第１電極触媒層に向かって押し出し成形され、
前記第２突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第１セパレータに向かって押し出し成形され、
前記第１隆起及び前記第２隆起は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って所定のピッチで交互に成形されることにより、ガスの流れ方向と直交する方向に延びる隆起群を構成し、
前記連通孔は、前記ガスの流れ方向において隣接する２つの隆起の切り起こしによって形成され、
前記第１隆起及び前記第２隆起の頂部には、平面部がそれぞれ形成され、
該平面部のうち前記第１セパレータと対応する第１隆起の平面部には、前記第１セパレータと接触して、該平面部と前記第１セパレータとの間に前記水流路を形成するための突起が成形されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２６】
請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記各第１突部又は各第１隆起は、第２ガス流路がストレート流路と、蛇行流路との二種類となるように配列されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２７】
請求項１６〜２６のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記水流路の深さは、１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定され、第１ガス流路の深さは、３０μｍ〜１０００μｍに設定されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２８】
請求項１６〜２７のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記水流路の下流側の開口部は、ガスの導出通路と対応する位置に延長され、該開口部と対応する導出通路の通路断面積は、ガスの流速が速くなるように狭く設定されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２９】
請求項１６〜２７のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ガス流路形成体の平板材及びセパレータには、それらと直交する方向に排水通路が形成され、該排水通路の通路断面積は、ガスの流速が速くなるように狭く設定されている
ことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車等に搭載される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、積層された多数枚の発電セルによって構成された電池スタックを備えている。図２３〜図２５により従来の発電セルについて説明する。図２３に示すように一対のフレーム１３，１４の接合部には電極構造体１５が装着されている。この電極構造体１５は、固体電解質膜１６と、アノード側に位置する電極触媒層１７と、カソード側に位置する電極触媒層１８とにより構成されている。固体電解質膜１６の外周縁は、前記両フレーム１３，１４により挟着されている。アノード側の電極触媒層１７は、電解質膜１６の上面に積層されており、カソード側の電極触媒層１８は、電解質膜１６の下面に積層されている。前記電極触媒層１７の上面にはアノード側のガス拡散層１９が積層され、前記電極触媒層１８の下面にはカソード側のガス拡散層２０が積層されている。さらに、ガス拡散層１９の上面にはアノード側のガス流路形成体２１が積層され、前記ガス拡散層２０の下面には、カソード側のガス流路形成体２２が積層されている。前記ガス流路形成体２１の上面には平板状のセパレータ２３が接合され、ガス流路形成体２２の下面には平板状のセパレータ２４が接合されている。【０００３】
図２４に示すように、前記ガス流路形成体２１（２２）は、ラスカットメタルにより形成されており、このラスカットメタルには、多数の六角形のリング部２１ａ（２２ａ）が蛇行するように形成されている。各リング部２１ａ（２２ａ）には、貫通孔２１ｂ（２２ｂ）が形成されている。燃料ガス（酸化ガス）は、リング部２１ａ（２２ａ）及び貫通孔２１ｂ（２２ｂ）によって形成されたガス流路を流れる。図２５は、ガス流路形成体２１，２２の一部を拡大して描いたものである。【０００４】
図２３に示すように、前記フレーム１３，１４には、燃料ガスの供給通路Ｍ１及び燃料ガスの導出通路Ｍ２が形成されている。燃料ガスの供給通路Ｍ１は、燃料ガスとしての水素ガスをアノード側のガス流路形成体２１のガス流路に供給するための通路である。燃料ガスの導出通路Ｍ２は、ガス流路形成体２１のガス流路を通過した燃料ガス、すなわち燃料オフガスを外部に導出するための通路である。前記フレーム１３，１４には、酸化ガスの供給通路及び酸化ガスの導出通路が形成されている。酸化ガスの供給通路は、図２３の紙面の裏側に位置し、酸化ガスとしての空気をカソード側のガス流路形成体２２のガス流路に供給するための通路である。酸化ガスの導出通路は、図２３の紙面の表側に位置し、ガス流路形成体２２のガス流路を通過した酸化ガス、すなわち酸化オフガスを外部に導出するための通路である。【０００５】
図示しない水素ガスの供給源から水素ガスが図２３に矢印で示すガスの流れ方向Ｐに沿って前記燃料ガスの供給通路Ｍ１を通じて前記ガス流路形成体２１に供給されるとともに、図示しない空気の供給源から空気がガス流路形成体２２に供給されることにより、発電セル内で電気化学反応により発電が行われる。【０００６】
特許文献１には図２３に示す構成と同様の燃料電池が開示されている。
一方、従来の燃料電池として、特許文献２に開示されたものが提案されている。この燃料電池は図２６に示すように、空気極側コレクタ７１と、燃料極側コレクタ７２との間にセパレータ基板７３が介在されている。前記空気極側コレクタ７１は、図２７に示すように、固体電解質膜７４に接触され、かつ撥水層を備えた空気極側拡散層７５に接触される底部７１ａと、前記セパレータ基板７３に接触される頂部７１ｂと、底部７１ａ及び頂部７１ｂに形成された網目状の開口部７１ｃとにより構成されている。前記空気極側コレクタ７１に形成されたガス通路によって酸化ガスが空気極側拡散層７５に供給される。発電によってガス通路に生成され水がガス通路の下流側に流れる。【０００７】
又、従来の燃料電池として、特許文献３に開示されたものも提案されている。この燃料電池は図２８に示すように、電極構造体１５に接触されたガス拡散層８１と多孔質体よりなる排水層８２との間に電解質側ガス供給路８３が形成され、排水層８２の表面８４に排水路８５が形成されている。排水路８５には、専用の吸引手段（図示略）が設けられており、この排水路８５により、前記ガス供給路８３内に発電によって生成された水が排水層８２に形成された細隙を透過して排水路８５に導かれる。【０００８】
又、従来の燃料電池として、特許文献４に開示されたものも提案されている。この燃料電池はカソード側の触媒層の内部に生成水が透過する貫通孔を側壁に有する排水チューブが埋め込まれている。この排水チューブには、配管を通して排水ポンプが接続されている。そして、この排水ポンプによって排水チューブ内を減圧し、カソード側触媒層から生成水を排水チューブ内に吸引して、膜電極接合体の外部に排出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−８７７６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２７０５５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５８６７０号公報
【特許文献４】特開２００７‐２９４３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された燃料電池においては、図２５に示すように、ガス流路形成体２１（２２）は、多数の六角形のリング部２１ａ（２２ａ）が蛇行状に形成され、各リング部２１ａ（２２ａ）及び貫通孔２１ｂ（２２ｂ）により形成されたガス流路を通して燃料ガスが流れる。この構成により、複雑に蛇行するガス流路の壁面に発電によって生成された生成水が表面張力によって付着し易い。そのため、ガス流路形成体２１（２２）のガス流路から生成水の一部が外部に排出されずに、ガス流路内において水滴となって残留するおそれがある。このように生成水がガス流路内に残留すると、以下のような問題があることが判った。【００１１】
即ち、図２４に示すように、ガス拡散層１９，２０の表面に水滴Ｗが付着すると、燃料ガス（酸化ガス）がその水滴Ｗによって遮られ、前記ガス拡散層１９，２０及び電極触媒層１７，１８においてその水滴Ｗに対応する部分に供給されないことがある。その結果、電極触媒層１７，１８の燃料ガス（酸化ガス）が供給されない部分において、適正な電池反応が行われず、発電効率が低下するおそれがある。又、ガス拡散層１９，２０の表面に水滴Ｗが付着すると、ガス流路の通路面積が狭くなる。その結果、燃料ガス（酸化ガス）が流れ難くなり、燃料ガス（酸化ガス）の圧力損失が大きくなることに起因して、発電効率が低下するという問題があった。さらに、各発電セルのガス流路形成体２１（２２）のガス流路に残留した水滴Ｗの量の相違により、各発電セルにおける燃料ガス（酸化ガス）の流量、ひいては各発電セルの発電電圧のバラツキが生じることがある。その結果、燃料電池スタック全体の発電出力が低下し、この点からも発電効率が低下するという問題があった。【００１２】
一方、特許文献２に開示された燃料電池は、撥水層を備えた空気極側拡散層７５表面の水膜形成を防止することはできる。しかし、図２７に示すように、空気極側コレクタ７１は、網目状の開口部７１ｃを備えているため、生成水が付着し易い。このため、前記セパレータ基板７３に接触される各頂部７１ｂの間の溝部、つまり前記底部７１ａの反対側のガス通路に生成水の水滴が残留するので、ガスの供給が阻害されて、発電効率が低下するという問題があった。【００１３】
さらに、特許文献３に開示された燃料電池は、ガス供給路８３内の生成水を、多孔質体よりなる排水層８２の細隙を透過させて排水路８５に導くために専用の吸引手段が必要になるので、その分、発電電力が消耗されて、発電効率を向上することができないという問題があった。
特許文献４に開示された燃料電池は、生成水を排水するための排水ポンプが必要になるので、その分、発電電力が消耗されて、発電効率を向上することができないという問題があった。【００１４】
本発明の第１の目的は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、発電効率を向上させることができる燃料電池を提供することにある。本発明の第２の目的は、発電効率を向上させるとともに、アノード側のガス流路形成部材及びカソード側の電極触媒層の耐久性を向上させることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、電解質膜のアノード側の面に積層された第１電極触媒層と、同電解質膜のカソード側の面に積層された第２電極触媒層と、前記第１電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するための第１ガス流路を備えた第１ガス流路形成体と、前記第２電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するための第２ガス流路を備えた第２ガス流路形成体と、前記第１ガス流路形成体に設けられた第１セパレータと、前記第２ガス流路形成体の表面に積層された第２セパレータと、前記燃料ガスの導入通路及び導出通路と、前記酸化ガスの導入通路及び導出通路とを備える燃料電池において、前記第２ガス流路形成体は、平板材と、該平板材に一体に成形された第２ガス流路を形成するための複数の突部とを備え、前記第２ガス流路形成体の前記平板材の表面と、該第２ガス流路形成体と対応する前記第２セパレータの裏面との間に水流路が形成され、該水流路と前記第２ガス流路とは、前記第２ガス流路形成体の各突部の切り起こしによって成形された連通孔により連通され、前記水流路の深さは、前記第２ガス流路の深さよりも浅く設定され、前記第２ガス流路から前記連通孔を通して毛管作用により前記水流路に吸い込まれた水は、前記第２ガス流路内の前記酸化ガスの流動圧力によって前記酸化ガスの導出通路に排出される燃料電池が提供される。【００１６】
又、本発明の燃料電池において、前記水流路は、前記第２ガス流路形成体における前記酸化ガスの導入通路側の端部から前記燃料ガスの導出通路側の端部までの全長にわたって連続するように形成されていることが好ましい。【００１７】
又、本発明の燃料電池において、前記第２ガス流路形成体において前記酸化ガスの導出通路と前記水流路とが接続する部分には、連続気孔を有する多孔質体よりなる排水促進部材が収容され、該排水促進部材の連続気孔の平均気孔径を水流路の深さよりも小さく設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の濡れ性を水流路の濡れ性よりも高く設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の水和性を水流路の水和性よりも高く設定する構成とのいずれか一つの構成が選択されていることが好ましい。【００１８】
又、本発明の燃料電池において、前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され前記第２ガス流路を形成するための第１突部と、前記平板材に成形され前記水流路を形成するための第２突部とにより構成され、前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第２電極触媒層に向かって切り起こし成形され、前記第２突部は、前記第２セパレータに向かって突出するとともに、前記平板材の複数箇所に点在するように押し出し成形され、前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔であることが好ましい。【００１９】
又、本発明の燃料電池において、前記第１突部は、ブリッジ状に成形され、前記連通孔は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って前記第１突部を貫通し、ガスの流れ方向から見て前記第１突部の左端と右端との二箇所において開口するように形成され、対を成す２つの前記第１突部は、前記ガスの流れ方向と直交する方向において隣接し、且つ前記一対の第１突部のうち、前記ガスの流れ方向の上流側に位置する突部の下流端部は、前記ガスの流れ方向の下流側に位置する突部の上流端部に隣接しており、前記第２突部は、前記ガスの流れ方向の下流側から前記第１突部に隣接するように配設されていることが好ましい。【００２０】
又、本発明の燃料電池において、前記第１突部及び前記第２突部は、前記ガスの流路方向と直交する方向において交互に配列されて、列状を成す複数の突部群を構成し、該突部群は、ガスの流れ方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に配置され、前記各突部群の各列の間には、帯状の平板部が形成され、前記平板部と前記第２セパレータとの間には、前記水流路が形成され、前記連通孔は、前記第１突部においてガスの流れ方向の上流に向かって開口するように形成されることが好ましい。【００２１】
本発明の燃料電池において、前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記第２ガス流路を形成するための第１突部とにより構成され、前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第２電極触媒層に向かって切り起こし成形され、前記第２セパレータには、該第２セパレータと前記平板材との間に前記水流路を形成するための第２突部が該平板材に向かって突出するとともに、該第２セパレータの複数箇所に点在するように押し出し成形され、前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔であることが好ましい。【００２２】
本発明の燃料電池において、前記第１突部は、ガスの流れ方向と直交する方向から見た場合に、前記連通孔が半円形となるように半円管状に成形されていることが好ましい。
本発明の燃料電池において、前記第１突部は、半円管状の突部と扁平台状の突部との二種類を含み、前記二種類の突部は交互に点在するように成形され、前記扁平台状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は平面であり、前記半円管状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は円弧面であることが好ましい。【００２３】
又、本発明の燃料電池において、前記第２ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記水流路及び第２ガス流路を形成するための前記突部としての第１隆起と、前記平板材に成形され、同じく前記第２ガス流路を形成するための前記突部としての第２隆起とにより構成され、前記第１隆起は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第２電極触媒層に向かって押し出し成形され、前記第２突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第２セパレータに向かって押し出し成形され、前記第１隆起及び前記第２隆起は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って所定のピッチで交互に成形されることにより、ガスの流れ方向と直交する方向に延びる隆起群を構成し、前記連通孔は、前記ガスの流れ方向において隣接する２つの隆起の切り起こしによって形成され、前記第１隆起及び前記第２隆起の頂部には、平面部がそれぞれ形成され、該平面部のうち前記第２セパレータと対応する第１隆起の平面部には、前記第２セパレータと接触して、該平面部と前記第２セパレータとの間に前記水流路を形成するための突起が成形されていることが好ましい。【００２４】
本発明の燃料電池において、前記各第１突部又は各第１隆起は、第２ガス流路がストレート流路と、蛇行流路との二種類となるように配列されていることが好ましい。
又、本発明の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体と第１セパレータとの間には、前記水流路と同様の水流路が形成され、該第１ガス流路形成体は、前記第２ガス流路形成体と同様の構成を有することが好ましい。【００２５】
本発明の燃料電池において、前記水流路の深さは、１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定され、第１ガス流路又は第２ガス流路の深さは、３０μｍ〜１０００μｍに設定されていることが好ましい。【００２６】
本発明の燃料電池において、前記水流路の下流側の開口部は、ガスの導出通路と対応する位置に延長され、該開口部と対応する導出通路には、ガスの流速が速くなるように絞り部が形成されていることが好ましい。【００２７】
本発明の燃料電池において、前記ガス流路形成体の平板材及びセパレータには、水流路の下流側と対応するように、かつ平板材及びセパレータを貫通するようにガス通路が形成され、該ガス通路は、ガスの流速が速くなるように絞り部となっていることが好ましい。【００２８】
本発明の第２の目的を達成するため、本発明の第２の態様によれば、電解質膜のアノード側の面に積層された第１電極触媒層と、同電解質膜のカソード側の面に積層された第２電極触媒層と、前記第１電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するための第１ガス流路を備えた第１ガス流路形成体と、前記第２電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するための第２ガス流路を備えた第２ガス流路形成体と、前記第１ガス流路形成体の表面に積層された第１セパレータと、前記第２ガス流路形成体に設けられた第２セパレータと、前記燃料ガスの導入通路及び導出通路と、前記酸化ガスの導入通路及び導出通路とを備える燃料電池において、前記第１ガス流路形成体は、平板材と、該平板材に一体に成形された第１ガス流路を形成するための複数の突部とを備え、前記第１ガス流路形成体の前記平板材の表面と、該第１ガス流路形成体と対応する前記第１セパレータの裏面との間に水流路が形成され、該水流路と前記第１ガス流路とは、前記第１ガス流路形成体の各突部の切り起こしによって成形された連通孔により連通され、前記水流路の深さは、前記第１ガス流路の深さよりも浅く設定され、前記第１ガス流路から前記連通孔を通して毛管作用により前記水流路に吸い込まれた水は、前記第１ガス流路内の前記燃料ガスの流動圧力によって前記燃料ガスの導出通路に排出される燃料電池が提供される。【００２９】
又、本発明の燃料電池において、前記水流路は、前記第１ガス流路形成体における前記燃料ガスの導入通路側の端部から前記燃料ガスの導出通路側の端部までの全域にわたって連続するように形成されていることが好ましい。【００３０】
又、本発明の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体において前記燃料ガスの導出通路と前記水流路とが接続する部分には、連続気孔を有する多孔質体よりなる排水促進部材が収容され、該排水促進部材の連続気孔の平均気孔径を水流路の深さよりも小さく設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の濡れ性を水流路の濡れ性よりも高く設定する構成と、排水促進部材の連続気孔の水和性を水流路の水和性よりも高く設定する構成とのいずれか一つの構成が選択されていることが好ましい。【００３１】
又、本発明の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記第１ガス流路を形成するための第１突部と、前記平板材に成形され、前記水流路を形成するための第２突部とにより構成され、前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第１電極触媒層に向かって切り起こし成形され、前記第２突部は、前記第１セパレータに向かって突出するとともに、前記平板材の複数箇所に点在するように押し出し成形され、前記連通孔は、前記第１突部において前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔であることが好ましい。【００３２】
又、本発明の燃料電池において、請求項１２に記載の燃料電池において、前記第１突部は、ブリッジ状に成形され、前記連通孔は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って前記第１突部を貫通し、ガスの流れ方向から見て前記第１突部の左端と右端との二箇所において開口するように形成され、対を成す２つの前記第１突部は、前記ガスの流れ方向と直交する方向において隣接し、且つ前記一対の第１突部のうち、前記ガスの流れ方向の上流側に位置する突部の下流端部は、前記ガスの流れ方向の下流側に位置する突部の上流端部に隣接しており、前記第２突部は、前記ガスの流れ方向の下流側から前記第１突部に隣接するように配設されていることが好ましい。【００３３】
又、本発明の燃料電池において、前記第１突部及び前記第２突部は、前記ガスの流路方向と直交する方向において交互に配列されて、列状を成す複数の突部群を構成し、該突部群は、ガスの流れ方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に配置され、前記各突部群の各列の間には、帯状の平板部が形成され、前記平板部と前記第１セパレータとの間には、前記水流路が形成され、前記連通孔は、前記第１突部においてガスの流れ方向の上流に向かって開口するように形成されることが好ましい。【００３４】
本発明の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され前記第１ガス流路を形成するための第１突部とにより構成され、前記第１突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように前記第１電極触媒層に向かって切り起こし成形され、前記第１セパレータには、第２突部が前記平板材に向かって突出するとともに、該第１セパレータの複数箇所に点在するように押し出し成形され、前記連通孔は、前記第１突部の前記切り起こし成形により前記平板材に形成された孔であることが好ましい。【００３５】
本発明の燃料電池において、前記第１突部はガスの流れ方向と直交する方向から見た場合に、前記連通孔が半円形となるように半円管状に成形されていることが好ましい。
本発明の燃料電池において、前記第１突部は、半円管状の突部と扁平台状の突部との二種類を含み、前記二種類の突部は交互に点在するように成形され、前記扁平台状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は平面であり、前記半円管状の突部において前記第２電極触媒層に接触される面は円弧面であることが好ましい。【００３６】
又、本発明の燃料電池において、前記第１ガス流路形成体は、前記平板材と、該平板材に成形され、前記水流路及び前記第１ガス流路を形成するための前記突部としての第１隆起と、前記平板材に成形され、同じく前記第２ガス流路を形成するための前記突部としての第２隆起とにより構成され、前記第１隆起は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第１電極触媒層に向かって押し出し成形され、前記第２突部は、前記平板材の複数箇所に点在するように、前記第１セパレータに向かって押し出し成形され、前記第１隆起及び前記第２隆起は、ガスの流れ方向と直交する方向に沿って所定のピッチで交互に成形されることにより、ガスの流れ方向と直交する方向に延びる隆起群を構成し、前記連通孔は、前記ガスの流れ方向において隣接する２つの隆起の切り起こしによって形成され、前記第１隆起及び前記第２隆起の頂部には、平面部がそれぞれ形成され、該平面部のうち前記第１セパレータと対応する第１隆起の平面部には、前記第１セパレータと接触して、該平面部と前記第１セパレータとの間に前記水流路を形成するための突起が成形されていることが好ましい。【００３７】
本発明の燃料電池において、前記各第１突部又は各第１隆起は、第２ガス流路がストレート流路と、蛇行流路との二種類となるように配列されていることが好ましい。
本発明の燃料電池において、前記水流路の深さは、１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定され、第１ガス流路の深さは、３０μｍ〜１０００μｍに設定されていることが好ましい。【００３８】
本発明の燃料電池において、前記水流路の下流側の開口部は、ガスの導出通路と対応する位置に延長され、該開口部と対応する導出通路には、ガスの流速が速くなるように絞り部が形成されていることが好ましい。【００３９】
本発明の燃料電池において、前記ガス流路形成体の平板材及びセパレータには、水流路の下流側と対応するように、かつ平板材及びセパレータを貫通するようにガス通路が形成され、該ガス通路は、ガスの流速が速くなるように絞り部となっていることが好ましい。【００４０】
（作用）
カソード側に前記水流路が設けられている場合には、カソード側のガス流路形成体のガス流路内の生成水が連通孔を通して毛管作用によって前記水流路に吸い込まれ、該水流路内の水は、ガス流路内を流れる酸化ガスの流動圧力によって導出通路側へ排出されるため、電極触媒層に酸化ガスが適正に供給される。そのため、酸化ガス欠乏の発生が回避され、発電効率が向上する。ガス流路に生成水が残留するのが防止され、ガス流路内を流れる酸化ガスの生成水による圧力損失が低減されて、発電効率が向上する。【００４１】
アノード側に前記水流路が設けられている場合には、アノード側のガス流路形成体のガス流路内の浸透水が連通孔を通して毛管作用によって前記水流路に吸い込まれ、該水流路内の水は、ガス流路内を流れる燃料ガスの流動圧力によって導出通路側へ排出される。このため、電極触媒層に燃料ガスが適正に供給され、燃料欠乏の発生が回避され、発電効率が向上する。ガス流路形成体のガス流路に浸透水が残留することがないので、該浸透水によるガス流路内を流れる燃料ガスの圧力損失が低減されて、発電効率が向上する。アノード側の電極触媒層に水が浸入することが阻止されるため、該電極触媒層において燃料欠乏の発生が回避される。従って、燃料欠乏に起因する電極触媒層の電位の上昇が防止され、電極触媒層の電位の上昇によるガス流路形成体の腐蝕が防止される。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、アノード側に水流路が設けられている場合には、発電効率を向上することができるとともに、アノード側のガス流路形成体及びカソード側の電極触媒層の耐久性を向上することができる。又、カソード側に水流路が設けられている場合には、発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の燃料電池を具体化した第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】発電セルを示す縦断面図。
【図３】第１及び第２フレーム、電極構造体、第１及び第２ガス流路形成体、セパレータを示す分解斜視図。
【図４】ガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図５】発電セルの一部を拡大して示す縦断面図。
【図６】この発明の燃料電池の第２実施形態を示す縦断面図。
【図７】図６の燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図８】図６の燃料電池の一部を拡大して示す断面図。
【図９】この発明の燃料電池の第３実施形態を示す縦断面図。
【図１０】図９に示す燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分平面図。
【図１１】図９に示す燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図１２】この発明の燃料電池の変形例を示す縦断面図。
【図１３】この発明の燃料電池の別の変形例を示す縦断面図。
【図１４】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図１５】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図１６】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す部分斜視図。
【図１７】図１６のガス流路形成体を用いた燃料電池の縦断面図。
【図１８】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す部分斜視図。
【図１９】図１８のガス流路形成体を用いた燃料電池の縦断面図。
【図２０】図１８のガス流路形成体の部分平面図。
【図２１】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図２２】コマツナの燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図２３】従来の燃料電池を示す縦断面図。
【図２４】図２３に示す燃料電池の一部を拡大して示す断面図。
【図２５】図２３に示す燃料電池に用いられるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図２６】従来の別の燃料電池を示す部分斜視図。
【図２７】図２６の燃料電池の部分平断面図。
【図２８】従来の別の燃料電池を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる燃料電池を具体化した第１実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
【００４５】
図１に示すように、この第１実施形態の燃料電池スタック１１は、固体高分子型の燃料電池であり、積層された多数の発電セル１２によって構成されている。
発電セル１２は、図３に示すように四角枠状をなし、合成ゴム（又は合成樹脂）製の第１，第２フレーム１３，１４と、電極構造体としてのＭＥＡ１５（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ:膜−電極接合体）とを備えている。第１のフレーム１３は、その内側に燃料ガスの流路空間Ｓ１を区画しており、第２のフレーム１４は、その内側に酸化ガスの流路空間Ｓ２を区画している。ＭＥＡ１５は、両フレーム１３，１４間に配設されている。前記発電セル１２は、図１及び図２に示すように前記燃料ガスの流路空間Ｓ１に収容されたフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）よりなる第１ガス流路形成体２１と、前記酸化ガスの流路空間Ｓ２に収容されたチタン或いは金よりなる第２ガス流路形成体２２とを備えている。さらに、前記発電セル１２は、チタンよりなる第１セパレータ２３及び第２セパレータ２４を備えている。第１セパレータ２３は、平板状に形成され、第１フレーム１３及び第１ガス流路形成体２１の図示上面に接着されている。第２セパレータ２４は、フレーム１４及び第２ガス流路形成体２２の図示下面に接着されている。図３は、前記ガス流路形成体２１，２２の構成を平板状に簡略化して示している。
【００４６】
前記ＭＥＡ１５は、図１及び図２に示すように電解質膜１６と、第１電極触媒層１７及び第２電極触媒層１８と、導電性を有する第１ガス拡散層１９及び第２ガス拡散層２０とにより構成されている。第１電極触媒層１７は、電解質膜１６のアノード側の面、即ち図示上面に積層された触媒により形成されており、第２電極触媒層１８は、電解質膜１６のカソード側の面、即ち図示下面に積層された触媒によって形成されている。ガス拡散層１９，２０は、電極触媒層１７，１８の表面にそれぞれ接着されている。本実施形態に係る燃料電池の使用の際に、図１に示す燃料電池スタック１１の各発電セル１２の電極構造体１５は、鉛直方向と平行になっている。
【００４７】
前記固体電解質膜１６は、フッ素系の高分子膜により形成されている。前記電極触媒層１７，１８は、図５に示すように、触媒を担持する炭素粒子５１を備えており、炭素粒子５１の表面には、多数の白金（Ｐｔ）からなる触媒粒子５２が付着している。電極触媒層１７，１８は、電極触媒層を形成するためのペーストによって固体電解質膜１６に接着されている。触媒としての前記触媒粒子５２により、燃料電池の発電が行われる際にその発電効率を高めることができる。本実施形態において、炭素粒子５１の粒径は数μｍであり、触媒粒子５２の粒径は２ｎｍである。前記ガス拡散層１９，２０はカーボンペーパーにより構成されている。
【００４８】
次に、図４により前記ガス流路形成体２１，２２について説明する。アノード側に位置する第１ガス流路形成体２１とカソード側に位置する第２ガス流路形成体２２とは、同様に構成されているので、第１ガス流路形成体２１のみについて説明する。
【００４９】
前記第１ガス流路形成体２１は、図４に示すように、平板材２５を含み、その平板材２５における多数の箇所には、複数の第１突部２６及び第２突部２７が点在するように成形されている。第１突部２６は、ガス流路を形成するための突部であり、第１ガス拡散層１９側（図２参照）に突出するように切り起こし成形されている。第２突部２７は、水流路を形成するための突部であり、前記セパレータ２３側に突出するように押し出し成形されている。図２に示すように、前記各第１突部２６が前記第１ガス拡散層１９に接触することによって、平板材２５と第１ガス拡散層１９との間に燃料ガスのガス流路Ｔ１（燃料ガスの流路空間Ｓ１でもある）が形成されている。前記各第２突部２７が前記セパレータ２３に接触することによって、平板材２５とセパレータ２３との間に水流路２８が形成されている。
【００５０】
図４に示すように、前記各第１突部２６は、ブリッジ状に形成されており、各第１突部２６には、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑに沿って第１突部２６を貫通する連通孔２９が形成されている。すなわち、連通孔２９は、ガスの流れ方向Ｐから見て第１突部２６左端と右端との二箇所において開口するように形成されている。該連通孔２９によって、前記ガス流路Ｔ１と水流路２８とが連通されている。対を成す２つの第１突部２６は、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑにおいて隣接している。更に、一対の第１突部２６のうち、ガスの流れ方向Ｐの上流側に位置する突部の下流端部は、ガスの流れ方向Ｐの下流側に位置する突部の上流端部に隣接している。前記第２突部２７は、ガスの流れ方向Ｐの下流側から前記第１突部２６の下流端部に隣接するように成形されている。
【００５１】
図４に示すように、各第１突部２６は、ガスの流れ方向Ｐにおいて所定の間隔を隔てて列状に配設されている。列状をなす第１突部２６の複数の群は、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑにおいて、所定の幅Ｄだけ離隔されて配置されている。平板材２５には、互いに平行な複数の帯状平板部２５ａが形成されており、これら帯状平板部２５ａは、ガスの流れ方向Ｐにおいて平板材２５の全長にわたって延びている。帯状平板部２５ａとセパレータ２３との間には、前記水流路２８の一部である帯状水流路２８ａが形成されている。各帯状水流路２８ａは、ガスの流れ方向Ｐにおいて平板材２５とセパレータ２３との全長にわたって延びている。各一対の第１突部２６は、ガスの流れ方向Ｐにおいて所定の間隔Ｅだけ離隔されており、平板材２５には、前記帯状平板部２５ａと交差する平板部２５ｂが形成されている。前記平板部２５ｂとセパレータ２３との間には、前記水流路２８の一部であるバイパス水流路２８ｂが形成されている。
【００５２】
図３に示すように、前記第１フレーム１３の燃料ガスの流路空間Ｓ１は、平面視四角形状に形成されている。前記第１フレーム１３において互いに対向する平行な二辺１３１，１３２には、前記燃料ガスの流路空間Ｓ１と連通する長孔状の燃料ガス導入口１３ａ及び燃料ガス導出口１３ｂが形成されている。フレーム１３において二辺１３１，１３２と隣接する二辺１３３，１３４には、それぞれ長孔状の酸化ガス導入口１３ｃ及び酸化ガス導出口１３ｄが形成されている。
【００５３】
前記第２フレーム１４は、前記第１フレーム１３と同様に構成されている。第２フレーム１４には、前記フレーム１３の燃料ガス導入口１３ａ、燃料ガス導出口１３ｂ、酸化ガス導入口１３ｃ 及び酸化ガス導出口１３ｄ と対応するように、燃料ガス導入口１４ａ、燃料ガス導出口１４ｂ、酸化ガス導入口１４ｃ及び酸化ガス導出口１４ｄが形成されている。
【００５４】
第１セパレータ２３の四辺には、第１フレーム１３に形成された燃料ガス導入口１３ａ、燃料ガス導出口１３ｂ、酸化ガス導入口１３ｃ及び酸化ガス導出口１３ｄに対応して、燃料ガス導入口２３ａ、燃料ガス導出口２３ｂ、酸化ガス導入口２３ｃ及び酸化ガス導出口２３ｄが形成されている。同様に、第２セパレータ２４の四辺には、第２フレーム１４に形成された燃料ガス導入口１４ａ、燃料ガス導出口１４ｂ、酸化ガス導入口１４ｃ及び酸化ガス導出口１４ｄに対応して、燃料ガス導入口２４ａ、燃料ガス導出口２４ｂ、酸化ガス導入口２４ｃ及び酸化ガス導出口２４ｄが形成されている。
【００５５】
図１に示すように、前記第１，第２ガス流路形成体２１（２２）は、第１（第２）フレーム１３（１４）の燃料ガスの流路空間Ｓ１（酸化ガスの流路空間Ｓ２）内において、前記ガス拡散層１９（２０）の表面と、第１（第２）セパレータ２３（２４）の裏面とに接触されている。
【００５６】
図１及び図３に示すように、前記第１セパレータ２３の燃料ガス導入口２３ａ、フレーム１３の燃料ガス導入口１３ａ、第２フレーム１４の燃料ガス導入口１４ａ及び第２セパレータ２４の燃料ガス導入口２４ａによって、各発電セル１２に燃料ガスを供給するための供給通路Ｍ１が形成されている。第１セパレータ２３の燃料ガス導出口２３ｂ、第１フレーム１３の燃料ガス導出口１３ｂ、第２フレーム１４の燃料ガス導出口１４ｂ、セパレータ２３の燃料ガス導出口２３ｂ及び第２セパレータ２４の燃料ガス導出口２４ｂによって、各発電セル１２に燃料ガスの導出通路Ｍ２が形成されている。燃料電池の外部から燃料ガスの供給通路Ｍ１に供給された燃料ガスは、第１ガス流路形成体２１のガス流路Ｔ１を通り、発電に供された後、燃料ガスの導出通路Ｍ２に燃料オフガスとして導かれる。
【００５７】
第１セパレータ２３の酸化ガス導入口２３ｃ、フレーム１３の酸化ガス導入口１３ｃ、第２フレーム１４の酸化ガス導入口１４ｃ及び第２セパレータ２４の酸化ガス導入口２４ｃによって、各発電セル１２に酸化ガスを供給するための供給通路Ｒ１が形成されている。第１セパレータ２３の酸化ガス導出口２３ｄ、第１フレーム１３の酸化ガス導出口１３ｄ、第２フレーム１４の酸化ガス導出口１４ｄ及び第２セパレータ２４の酸化ガス導出口２４ｄによって、各発電セル１２に酸化オフガスを導出するための導出通路Ｒ２が形成されている。燃料電池の外部から酸化ガスの供給通路Ｒ１に供給された酸化ガスは、第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２を通り、発電に供された後、前記酸化ガスの導出通路Ｒ２に酸化オフガスとして導かれる。
【００５８】
この第１実施形態においては、前記第１突部２６の帯状平板部２５ａから突出する部分の高さ、換言すれば、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２のガス流路Ｔ１，Ｔ２の深さは、例えば３０μｍ〜１０００μｍの範囲に、望ましくは３０μｍ〜３００μｍの範囲に設定されており、一例として２００μｍに設定されている。前記第２突部２７の帯状平板部２５ａから突出する部分の高さ、換言すれば、前記水流路２８の深さは１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定されており、一例として３０μｍに設定されている。このように水流路２８が細隙状に、かつ水流路２８の深さがガス流路Ｔ１，Ｔ２の深さよりも浅く形成されているため、細隙状の水流路２８の毛管作用によりガス流路Ｔ１，Ｔ２内の水が連通孔２９を通して水流路２８に吸い込まれ易くなる。図４に示す帯状平板部２５ａの幅Ｄは、１００μｍ〜３００μｍに設定されており、平板部２５ｂの間隔Ｅは、５０μｍ〜１５０μｍに設定されている。
【００５９】
次に、前記のように構成した燃料電池の作用について説明する。
図２において、前記燃料ガスの供給通路Ｍ１に供給された燃料ガスは、前記第１ガス流路形成体２１のガス流路Ｔ１内を矢印方向に流れる際に、多数の第１突部２６に衝突して、燃料ガスの乱流が発生する。これにより、燃料ガスは、ガス流路Ｔ１内において拡散した状態となる。この燃料ガスは、第１ガス拡散層１９を通過することによってさらに適正に拡散されて、第１電極触媒層１７に均一に供給される。
【００６０】
図１において、前記酸化ガスの供給通路Ｒ１に供給された酸化ガスは、前記第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２内を矢印方向に流れる際に、多数の第１突部２６に衝突して、酸化ガスの乱流が発生する。これにより、酸化ガスは、ガス流路Ｔ２内において拡散した状態となる。この酸化ガスは、第２ガス拡散層２０を通過することによってさらに適正に拡散されて、電極触媒層１８に均一に供給される。燃料ガスと酸化ガスとの供給により、ＭＥＡ１５において電極反応が発生し、発電が行われる。積層された複数の発電セル１２によって構成された燃料電池スタック１１から、所望の電力が出力される。
【００６１】
上述の発電状態においては、カソード側の第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２に生成水が生成される。発電の際に用いられなかった一部の水素ガスは、燃料オフガスとして第１ガス流路形成体２１のガス流路Ｔ１及び燃料ガスの導出通路Ｍ２を通って外部に排出される。発電の際に酸化されなかった酸素ガスの一部は、窒素ガスとともに酸化オフガスとしてフレーム１３，１４に形成された酸化ガスの導出通路Ｒ２を通って外部に排出される。前記生成水の一部は、カソード側の前記第２電極触媒層１８、固体電解質膜１６、第１電極触媒層１７及び第１ガス拡散層１９を浸透して、第１ガス流路形成体２１のガス流路Ｔ１へ浸透水として流入する。
【００６２】
燃料ガスは、図２に矢印で示すようにガス流路Ｔ１を流れる際に、図４に示す多数の第１突部２６に衝突する。この際に燃料ガスに含まれる浸透水は、水滴Ｗとなって第１突部２６の前面に付着する。この水滴Ｗ（浸透水）は、燃料ガスの流動圧力によって第１突部２６に形成された連通孔２９を通じて第１突部２６の内部に流入する。この浸透水は、細隙状に形成された水流路２８の毛管作用により該水流路２８内に流入する。この水流路２８に吸い込まれた浸透水は、水の表面張力によって該水流路２８に保持水となって保持される。この保持水の作用によって、前記連通孔２９を通してガス流路Ｔ１内の水滴（浸透水）が保持水に接触したとき、表面積を低減しようとする水滴の性質により水滴が水流路２８内の保持水側に吸い込まれる。前記水流路２８に流入した保持水（浸透水）は、ガス流路Ｔ１内を流れる燃料ガスの流動圧力によってガスの流れ方向Ｐの下流側へ流動し、燃料ガスの導出通路Ｍ２へ排出される。
【００６３】
カソード側の第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２に生成された生成水は、上述したアノード側の水滴（浸透水）の排水作用と同様にして、酸化ガスの導出通路Ｒ２側へ排出される。
【００６４】
第１実施形態の燃料電池によれば、以下のような利点を得ることができる。
（１）上記第１実施形態では、アノード側の第１及び第２突部２６，２７を有する第１ガス流路形成体２１の平板材２５とセパレータ２３との間には、水流路２８が形成されている。前記水流路２８の深さがガス流路Ｔ１の深さよりも浅く形成されている。平板材２５と第１ガス拡散層１９との間に形成されたガス流路Ｔ１内の浸透水は、前記第１突部２６に形成された連通孔２９を介して前記水流路２８に導かれる。前記水流路２８内に導かれた浸透水は、燃料ガスの流動圧力によって燃料ガスの導出通路Ｍ２側へ排出される。このような構成により、第１電極触媒層１７に燃料ガスが適正に供給されるため、第１電極触媒層１７の水素欠乏状態が回避され、発電効率が向上する。
【００６５】
又、前記第１ガス流路形成体２１のガス流路Ｔ１内の浸透水は、連通孔２９を通して水流路２８に流入し、燃料ガスの導出通路Ｍ２へ排出される。これにより、前記ガス流路Ｔ１内に浸透水が残留するのが防止され、浸透水によるガス流路Ｔ１内を流れる燃料ガスの圧力損失が低減されるので、発電効率が向上する。さらに、第１電極触媒層１７の水素欠乏状態によって生じるアノード側の第１電極触媒層１７の電位の上昇による第１ガス流路形成体２１の腐蝕が防止されるため、その耐久性を向上することができる。第１ガス流路形成体２１の材料の選択基準が緩和され、第１ガス流路形成体２１の材料として安価な材料を用いることができ、材料コストを低減することができる。
【００６６】
（２）上記第１実施形態では、カソード側の第２ガス流路形成体２２の平板材２５とセパレータ２４との間に水流路２８が設けられたので、カソード側の第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２内の生成水が前記水流路２８によって酸化ガスの導出通路Ｒ２側へ排出される。これにより、第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２に生成水が残留するのが防止されて、ガス流路Ｔ２内を流れる酸化ガスの生成水による圧力損失が低減されるので、発電効率が向上する。又、電極触媒層１８に酸化ガスが適正に供給されて、酸化ガス欠乏状態が回避されるので、発電効率が向上する。
【００６７】
（３）上記第１実施形態では、アノード側及びカソード側に前記水流路２８が設けられ、ガス流路Ｔ１，Ｔ２内の浸透水及び生成水は、共に燃料ガスの導出通路Ｍ２，Ｒ２に適正に排出される。そのため、各発電セル１２の発電出力のバラツキをなくすことができ、燃料電池の発電特性を安定化することができる。例えば、燃料電池の低負荷運転状態においては、ガス流路形成体２１，２２のガス流路Ｔ１，Ｔ２を流れるガスの流速が低く、ガス流路Ｔ１，Ｔ２内に滞留する浸透水及び生成水の水量がアンバランスとなる。しかし、第１実施形態では、各発電セル１２に前記水流路２８によって水の排水が適正に行われるため、各発電セル１２の発電出力のバラツキが解消され、電池特性を向上することができる。又、燃料電池の高負荷運転状態においては、カソード側の第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２に生成される生成水の水量が多くなる。この生成水も前記水流路２８によって適正に排水されるため、酸化ガスのガス流路Ｔ２内における拡散性が向上し、発電出力を安定化させることができる。
【００６８】
（４）上記第１実施形態では、図４に示すように、第１突部２６のガスの流れ方向Ｐの上流側の前面に燃料ガスが当たるため、燃料ガス中に含まれる浸透水が水滴Ｗとなって第１突部２６に付着し易くなる。第１突部２６の下流側に第２突部２７が設けられたので、前記連通孔２９を通して第１突部２６の内部に流入した水滴Ｗを第２突部２７に当てて帯状水流路２８ａ及びバイパス水流路２８ｂへ適正に分流させることができる。
【００６９】
（５）上記第１実施形態では、図４に示すように前記水流路２８として、ガスの流れ方向Ｐにおける平板材２５の全長にわたって連続する帯状水流路２８ａが用いられたので、該帯状水流路２８ａに流入した浸透水（生成水）を円滑に燃料ガスの導出通路Ｍ２（Ｒ２）側へ排出することができる。
【００７０】
（６）上記第１実施形態では、複数列の帯状水流路２８ａの間に、バイパス水流路２８ｂが設けられたので、図４に示すように、隣接する２つの第１突部２６のうち下流側の第１突部２６の連通孔２９から浸透水（生成水）をバイパス水流路２８ｂに導くことができ、該バイパス水流路２８ｂから帯状水流路２８ａに浸透水を円滑に導くことができる。従って、浸透水（生成水）を効率的に排出することができる。
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。以下に示す各実施形態において、前述した第１実施形態と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態との異なる構成、作用及び効果を中心に説明する。
【００７１】
図７に示すように、この第２実施形態では、前記ガス流路形成体２１，２２に形成された第１突部２６及び第２突部２７は、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑにおいて交互に配列され、列状に形成されている。各第１突部２６は、方向Ｑにおいて同第１突部２６に隣り合う２つの第２突部２７と接続されている。第１突部２６及び第２突部２７は、平板材２５において方向Ｑに延びる複数の列状の突部群を構成している。これら突部群は、ガスの流れ方向Ｐにおいて所定の間隔を隔てて平行に形成されている。平板材２５において各突部群の間の部分には、方向Ｑに延びる多数の帯状平板部２５ａが互に平行に形成されている。前記第１突部２６には、燃料ガス（酸化ガス）の流れ方向Ｐの上流側に向かって開口する連通孔２９が成形されている。該連通孔２９は、前記帯状平板部２５ａとセパレータ２３（２４）との間に形成された帯状水流路２８ａと連通されている。
【００７２】
図７に示すように、前記帯状水流路２８ａは、方向Ｑに延びるように形成されており、図６及び図８に示すように、ガスの流れ方向Ｐにおいて突部群により分断されている。
図６及び図８に示すように、第２ガス流路形成体２２において酸化ガスの導出通路Ｒ２と第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２及び水流路２８とが接続する部分において、例えば連続気孔を備えたウレタンスポンジ、海面等の多孔質体よりなる排水促進部材３０が収容されている。この排水促進部材３０の連続気孔の気孔率は、５０〜８０容量％の範囲に設定されている。又、前記連続気孔の平均孔径は、前記水流路２８の深さ（１０μｍ〜５０μｍ）よりも小さく（例えば５０μｍ〜２５μｍ）設定されている。そして、この排水促進部材３０により、ガス流路Ｔ２を流れ出た酸化オフガスを円滑に通過させるとともに、水流路２８から流れ出た浸透水（生成水）を前記連続気孔の毛管作用により吸い込むことができる。
【００７３】
この第２実施形態においては、前記第１ガス流路形成体２１の全体の厚さは、例えは、３００μｍに設定されている。第１突部２６の平板材２５から突出する部分の高さは、１７０μｍ０．１７に設定されており、第２突部２７の平板材２５から突出する部分の高さは３０μｍに設定されている。第１突部２６及び帯状平板部２５ａのガスの流れ方向Ｐにおける幅は、２００μｍに設定されている。
【００７４】
次に、前記のように構成された第２実施形態の燃料電池の作用について説明する。
アノード側とカソード側とのガス流路Ｔ１，Ｔ２において、浸透水及び生成水が同様の態様で排出されるため、図７，８を用いてカソード側の生成水が排出される態様のみについて説明する。
【００７５】
図７に示すように、前記第１突部２６に形成された連通孔２９はガスの流れ方向Ｐの上流側に開口するように形成されているので、帯状平板部２５ａの上面に付着した生成水の水滴Ｗが酸化ガスの流動圧力によって連通孔２９を介して帯状水流路２８ａに進入する。
【００７６】
図８に示すように、ガス流路Ｔ２から複数の連通孔２９のうち上流側の連通孔２９に流入した生成水Ｗは、セパレータ２４の裏面に付着されるとともに、ガス流路Ｔ２から連通孔２９内に流入する酸化ガスの流動圧力によって水流路２８に流入する。この水流路２８内の生成水Ｗは、連通孔２９に流入する酸化ガスの流動圧力によって、下流側の連通孔２９へ流出し、セパレータ２４の裏面に沿って更に下流側に流動し、下流側の帯状水流路２８ａに押し込まれる。この動作が順次繰り返されることにより、生成水が酸化ガスの導出通路Ｒ２側へ排出される。従って、この第２実施形態のように各帯状水流路２８ａがガスの流れ方向Ｐに関して第１突部２６によって分断されていても、水流路２８は、実質的に帯状水流路２８ａがガスの流れ方向Ｐに関して連通されている場合と同様の機能を有する。
【００７７】
第２ガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２から流出した酸化オフガスは、排水促進部材３０の連続気孔を通過した後、酸化ガスの導出通路Ｒ２へ排出される。一方、前記排水促進部材３０の毛管作用によって、最下流側の帯状水流路２８ａ内の生成水は排水促進部材３０内に流入される。排水促進部材３０内に流入された生成水は、該排水促進部材３０の連続気孔を通過する酸化オフガスの流動圧力よって積極的に導出されることにより、酸化ガスの導出通路Ｒ２へ効率よく排出される。
【００７８】
上述したように、第２実施形態においてもアノード側及びカソード側のガス流路形成体２１，２２のガス流路Ｔ１，Ｔ２の浸透水及び生成水が水流路２８（帯状水流路２８ａ）を介して適正に排出される。すなわち、第２実施形態の燃料電池により、第１実施形態の燃料電池と同様の効果が得られる。
【００７９】
更に、第２実施形態においては、前記排水促進部材３０が設けられたので、排水促進部材３０が設けられていない構成と比較して、排水能力が向上する。
（第３実施形態）
次に、図９〜図１３に基づいて、この発明の第３実施形態について説明する。
【００８０】
図１０及び図１１に示すように、アノード側の前記第１ガス流路形成体２１においては、水流路２８及びガス流路Ｔ１を成形するための突部としての多数の第１隆起３１が前記第１セパレータ２３に向かって押し出し成形されるとともに、同じくガス流路Ｔ１を形成するための突部としての多数の第２隆起３２が前記ガス拡散層１９に向かって押し出し成形されている。第１隆起３１及び第２隆起３２は、ガス流れ方向Ｐと直交する方向Ｑに沿って等ピッチで交互に成形されており、方向Ｑに沿って延びる多数の隆起群を構成している。各第１隆起３１の頂部には、前記セパレータ２３の裏面と対応する平面部３１ａが形成され、該平面部３１ａには、ガスの流れ方向Ｐと平行に延びるストリップ状の突起３１ｂが形成されている。該突起３１ｂがセパレータ２３の裏面に接触されることにより、平面部３１ａとセパレータ２３との間に前記水流路２８が形成されている。前記第２隆起３２の頂部にも平面部３２ａが形成され、該平面部３２ａは、前記第１ガス拡散層１９に面接触されている。ストリップ状の突起３１ｂに代えて、球状等、他の形状の突起が形成されてもよい。
【００８１】
図１０に示すように、各隆起群において、ガスの流れ方向Ｐと直交するＱ方向における第１隆起３１の配列ピッチＦは、等しく設定されている。以下、図１０に示される隆起群を、流れ方向Ｐに沿って順次に第１隆起群〜第９隆起群と称する。第２隆起群〜第５隆起群は、第１隆起群から、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑに沿って配列ピッチＦの四分の一ずつ順次に右側に変位するように配置されている。第６隆起群〜第９隆起群は、第５隆起群から、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑに沿って配列ピッチＦの四分の一ずつ順次に左側に変位するように配置されている。第１ガス流路形成体２１における第１隆起群〜第９隆起群以外の隆起群も、同様に配置されている。
【００８２】
ガスの流れ方向Ｐに関して隣接する第１隆起３１と第２隆起３２との間には、前記連通孔２９が形成されている。該連通孔２９は両隆起３１，３２が平板材から鍛造成形される際に切り起こし成形される。前記第１ガス流路形成体２１の第１隆起３１及び第２隆起３２によって、ガス流路Ｔ１が形成されている。ガスがこのガス流路Ｔ１を流れる際に、ガスの乱流が発生する。
【００８３】
カソード側の第２ガス流路形成体２２は、第１ガス流路形成体２１と同様の態様をもって構成されている。
上記第３実施形態においては、図９に示すように、カソード側の供給通路Ｒ１からガス流路形成体２２のガス流路Ｔ２に進入した酸化ガスは、図１０に矢印で示すように、蛇行して乱流状態となって拡散しつつ、酸化ガスの導出通路Ｒ２側に流れる。ガス流路Ｔ２内の生成水の水滴Ｗは、連通孔２９を通して、多数箇所に点在する平面部３１ａとセパレータ２４とによって形成された水流路２８の毛管作用により、連通孔２９を通して水流路２８に流入する。水流路２８に流入した生成水は、ガス流路Ｔ２を流れるガスの流動圧力によって、水流路２８を通じてセパレータ２４の裏面に沿って下流側に移動する。この動作を繰り返すことによって、水流路２８により生成水が円滑に下流側に案内される。図１０において、生成水Ｗの流動経路が矢印Ｌ１，Ｌ２により示されている。
【００８４】
上記第３実施形態においても、前記排水促進部材３０が設けられている。そのため、排水促進部材３０が設けられていない構成と比較して、排水能力が向上する。
（変形例）
なお、本発明は以下のような実施形態に変更してもよい。
【００８５】
・図１２に示すように、第１実施形態の燃料電池において、第２ガス流路形成体２２において酸化ガスの導出通路Ｒ２と水流路２８とが接続する部分に排水促進部材３０が配設されてもよい。同様に図示しないが、第１ガス流路形成体２１において燃料ガスの導出通路Ｍ２と水流路２８とが接続する部分に排水促進部材３０が配設されてもよい。このような構成により、水流路２８内の生成水（浸透水）が排水促進部材３０によって効率よく排出される。
【００８６】
・図１３に示すように、第１実施形態の燃料電池において、セパレータ２４に多数の排水孔３５が形成され、セパレータ２３において排水孔３５に対応する部分に連通路３６が形成されてもよい。このような構成により、酸化オフガス及び生成水が排水孔３５を通じて酸化ガスの導出通路Ｒ２に排出される。又、図１４に示すように、セパレータ２４に１つの排水口３７が形成され、該排水口３７に排水促進部材３０が収容されてもよい。
【００８７】
・図１５（ａ）に示すように、前記第１ガス流路形成体２１の第２突部２７が省略され、第１セパレータ２３に前記第２突部２７と同様の機能を有する第２突部２３ｅがプレス成形されてもよい。同様に、図１５（ｂ）に示すように前記第２ガス流路形成体２２の第２突部２７が省略され、第２セパレータ２４に前記第２突部２７と同様の機能を有する第２突部２４ｅがプレス成形されてもよい。
【００８８】
・第１実施形態では、図４に示すように、連通孔２９は、ガスの流れ方向Ｐから見て左端と右端とに開口するように形成されている。これに限らず、連通孔２９は、一箇所又は三箇所以上において開口するように形成されてもよい。
【００８９】
・図１６及び図１７に示すように、前記第１突部２６を半円管状にしてもよい。具体的には、ガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑから見た場合、第１突部２６は半円環状を呈し、連通孔２９は半円形を呈する。図１７に示すように、第１突部２６の高さｈと、ガスの流れ方向Ｐに関する第１突部２６の幅ｎの比を小さくしてもよい。この実施形態では、前記第２突部２７は、第１突部２６の上流側に形成されている。第１突部２６は、前記水流路２８が破線で示すように蛇行するように点在されている。
【００９０】
この実施形態においては、第１突部２６の内側空間の内周面が図１７に示すように、半円弧面に形成されている。そのため、ガス流路Ｔ２に生成された生成水が第１突部２６の内側空間に進入して水滴として安定して保持され、第１突部２６の保水性を向上することができる。即ち、第２ガス拡散層２０の表面に付着した水滴は、表面張力によって球状になる傾向にあるので、第１突部２６の半円筒状の内側空間に流入し易くなる。このため、第２ガス拡散層２０の表面の水滴の成長が防止され、水滴によるガスの供給不足が解消され、発電性能が向上する。又、水滴の付着によって第２ガス拡散層２０が局部的に劣化することを防止して、拡散層２０の耐久性を向上することができる。
【００９１】
・図１８〜図２０に示すように、形状の異なる第１突部を配設してもよい。具体的には、セパレータ２３には、半円管状の第１突部２６と扁平台状の第１突部２６１とが点在するように形成されている。前述したガスの流れ方向Ｐと直交する方向Ｑから見た場合、第１突部２６は半円管状を呈する。第１突部２６１が扁平台状に形成されることにより、同第１突部２６１と前記第２ガス拡散層２０との接触面積は広くなる。そして、図２０に示されるように、ガスの流れ方向Ｐに関して、二種類の第１突部２６，２６１及び第２突部２７が存在しない帯状平板部２５ａが形成されている。即ち、ガス流路Ｔ２は、前記帯状平板部２５ａによって形成される直線帯状のガス流路Ｔ２ｓを備えている。前記ガス流路Ｔ２は、このガス流路Ｔ２ｓとは別に、蛇行するガス流路Ｔ２ｄを備えている。このガス流路Ｔ２ｄは、ガスの流れ方向Ｐに関して、千鳥足跡状に配設された第１突部２６と、偏平台形状の第１突部２６１とによって形成された蛇行する平板部２５ｃによって形成されている。前記水流路２８は、二種類の前記ガス流路Ｔ２ｓ，Ｔ２ｄの裏側において、両ガス流路Ｔ２ｓ，Ｔ２ｄと同様の平面形状に形成されている。
【００９２】
この実施形態においては、半円管状の前記第１突部２６のみが点在しているセパレータと比較して、前記第２ガス拡散層２０と接触する面積が偏平台形状の第１突部２６１によって広くなる。そのため、第１突部２６が前記第２ガス拡散層２０に食い込むのを防止することができるとともに、発電された電気の流路抵抗が低減される。一方、半円管状に形成された多数の第１突部２６によって生成水を水滴として保持する能力も高められ、前述した図１６に示す構成の効果も奏する。さらに、前記直線帯状の前記ガス流路Ｔ２ｓによって、ガスの流路圧損が低減されるので、例えばガスを供給するコンプレッサ等の周辺機器の動力損失を低減することができる。
【００９３】
・図２１に示すように、前記ガス流路形成体２１の下流側端縁２１ａ（水流路２８の下流側の開口部）を、導出通路Ｍ２まで延長し、前記フレーム１３の燃料ガス導出口１３ｂの前記下流側端縁２１ａと対向する壁面に突条部１３ｅを設ける。そして、該突条部１３ｅと前記端縁２１ａとの間に、導出通路Ｍ２の通路断面積を狭くして、燃料ガスの流速を速くするための絞り部４１を形成してもよい。この実施形態においては、絞り部４１を流れる流速の速いガスのベンチュリー効果によって、前記水流路２８内に存在する水を、適正に吸い出すことができるので、排水をより適正に行うことができる。
【００９４】
・図２２に示すように、前記ガス流路形成体２１の平板材２５にガス通路２１ｂを設け、前記セパレータ２４に形成された排水孔３５にガス通路としての機能をもたせる。又、前記ガス通路２１ｂ及び排水孔３５に絞り部３８としての機能をもたせるようにしてもよい。この実施形態においても、絞り部３８を流れる流速の速いガスのベンチュリー効果によって、水流路２８内の水を適正に吸い出すことができるので、排水をより適正に行うことができる。
【００９５】
・前述した他の実施形態の各突部又は各隆起のレイアウトを変更することにより、前述した二種類のガス流路Ｔ２ｓ，Ｔ２ｄが形成されるようにしてもよい。
・第２実施形態では、排水促進部材３０の連続気孔の平均気孔径を、前記水流路２８の深さ（１０μｍ〜５０μｍ）よりも小さく（例えば５μｍ〜２５μｍ）設定して、毛管作用により水流路２８内の水を排水促進部材３０の連続気孔に吸い込むようにした。これに代えて、前記排水促進部材３０の連続気孔の濡れ性が水流路２８の濡れ性よりも高く設定されてもよい。換言すれば、前記排水促進部材３０の連続気孔の液滴接触角が水流路２８の液滴接触角よりも大きく設定されていてもよい。又、前記排水促進部材３０の連続気孔の水和性が、水流路２８の水和性よりも高くなるようにしてもよい。これらの場合には、排水促進部材３０の連続気孔の平均気孔径が、前記水流路２８の深さよりも大きく設定されていても、水流路２８内の水が排水促進部材３０の連続気孔に適正に吸い込まれる。
【００９６】
・第３実施形態では、ガス流路形成体２１，２２の第１隆起３１に形成された平面部３１ａに突起３１ｂが形成されているが、この突起３１ｂが省略されてもよい。又、セパレータ２３，２４に突起３１ｂと同様の機能を有する突起が成形されてもよい。
【００９７】
・図示しないが、前記各実施形態において、アノード側のみに水流路２８が設けられてもよい。このような構成によれば、燃料電池の発電効率を向上することができるとともに、アノード側の第２ガス流路形成体２２及びカソード側の電極触媒層１８の耐久性を向上することができる。又、カソード側のみに水流路２８が設けられてもよい。このような構成により、燃料電池の発電効率を向上することもできる。
【００９８】
・前記各実施形態の燃料電池において、発電セル１２のセパレータ２３，２４に冷却水を通過させるための溝が形成されてもよい。
・前記各実施形態の燃料電池において、ガス拡散層１９，２０が省略されてもよい。
【００９９】
・カソード側のみに前記水流路２８を設けた燃料電池において、アノード側の第１ガス流路形成体２１と第１セパレータ２３とが一体的に構成されていてもよい。又、フレーム１３と第１セパレータ２３とが金属材料により例えば鍛造により一体的に構成されていてもよい。
【０１００】
・アノード側のみに前記水流路２８を設けた燃料電池において、カソード側の第２ガス流路形成体２２と第２セパレータ２４とが一体的に構成されていてもよい。又、フレーム１４と第２セパレータ２４とが金属材料により例えば鍛造により一体的に構成されていてもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
【図１】この発明の燃料電池を具体化した第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】発電セルを示す縦断面図。
【図３】第１及び第２フレーム、電極構造体、第１及び第２ガス流路形成体、セパレータを示す分解斜視図。
【図４】ガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図５】発電セルの一部を拡大して示す縦断面図。
【図６】この発明の燃料電池の第２実施形態を示す縦断面図。
【図７】図６の燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図８】図６の燃料電池の一部を拡大して示す断面図。
【図９】この発明の燃料電池の第３実施形態を示す縦断面図。
【図１０】図９に示す燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分平面図。
【図１１】図９に示す燃料電池におけるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図１２】この発明の燃料電池の変形例を示す縦断面図。
【図１３】この発明の燃料電池の別の変形例を示す縦断面図。
【図１４】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図１５】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図１６】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す部分斜視図。
【図１７】図１６のガス流路形成体を用いた燃料電池の縦断面図。
【図１８】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す部分斜視図。
【図１９】図１８のガス流路形成体を用いた燃料電池の縦断面図。
【図２０】図１８のガス流路形成体の部分平面図。
【図２１】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図２２】この発明の燃料電池の更に別の変形例を示す縦断面図。
【図２３】従来の燃料電池を示す縦断面図。
【図２４】図２３に示す燃料電池の一部を拡大して示す断面図。
【図２５】図２３に示す燃料電池に用いられるガス流路形成体を示す部分斜視図。
【図２６】従来の別の燃料電池を示す部分斜視図。
【図２７】図２６の燃料電池の部分平断面図。
【図２８】従来の別の燃料電池を示す縦断面図。
【国際調査報告】
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