(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側電極が電解質の一方面側に一体に連続して設けられるとともに、カソード側電極が前記電解質の他方面側に一体に連続して設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池であって、
前記セパレータは、外周部に該セパレータの積層方向に貫通して燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成される枠部材と、
前記枠部材内に、互いに絶縁状態に維持されて電極反応面の領域内に設けられる複数個の導電性部材と、
を備えるとともに、
前記複数個の導電性部材には、燃料ガス又は酸化剤ガスを通させるガス流路が前記電極反応面に沿って形成され、
前記アノード側電極に積層される前記セパレータの前記複数個の導電性部材と、前記カソード側電極に積層される前記セパレータの前記複数個の導電性部材とは、前記電解質・電極構造体を挟んで互いに対称位置に対向配置され、且つ互いに対向する前記導電性部材同士の間のインピーダンスを測定する測定手段に各々接続されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記導電性部材は、前記枠部材内に非導電性部材を介装して格子状に配列されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード側電極及びカソード側電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、所望の発電を確実に行うために、発電状況を正確に把握することが必要である。例えば、電解質膜は、発電性能を維持するために所望の湿潤状態に加湿しなければならず、この電解質膜が乾燥状態になると、発電性能が低下してしまう。
【０００４】
一方、発電による生成水量が多く、水過剰状態になると、フラッディングが惹起され易い。このため、反応ガスを流通させる通路等が詰まり、発電性能が低下してしまう。また、燃料ガスの不足に起因して性能低下が発生する場合がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の駆動装置が知られている。この燃料電池は、図１３に示すように、固体高分子電解質膜１ａを挟むようにしてアノード２ａとカソード３ａが接合されるとともに、その外側にそれぞれ燃料ガス流路５ａと酸化ガス流路６ａとを、予め形成されたセパレータ４ａが、これらを両端から挟むようにして配置されている。
【０００６】
燃料電池のアノード２ａ側には、白金線７ａの一方端が前記アノード２ａに接触しない位置で、固体高分子電解質膜１ａに接触するように保持されている。この接触部分は、基準電極のアノードとなっている。また、固体高分子電解質膜１ａに触れると同時に、燃料ガスである水素ガスにも触れるように、白金線７ａが配置されている。すなわち、この白金線７ａは、基準電極の１つである標準水素電極のアノードとして機能する。
【０００７】
さらに、標準水素電極の他端は、燃料電池のアノード２ａ側のセパレータ４ａとカソード３ａ側のセパレータ４ａとに、それぞれ接続され、各セパレータ４ａは、カソード８ａ、９ａとなっている。また、燃料電池のアノード２ａ側とカソード３ａ側との間の電圧Ｖ３を計測するために、前記燃料電池の各電極のセパレータ４ａは、それぞれ電圧計を介して導線により接続されている。
【０００８】
上記の構成により、燃料電池のアノード２ａ側が正常な（電気化学的にみて理想的挙動）状態における運転の場合、前記アノード２ａの電位と白金線７ａの電位は一致し、該アノード２ａと白金線７ａとの間の電圧Ｖ１はゼロとなり、電圧Ｖ２が電圧Ｖ３と等しくなっている。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている燃料電池は、図１４に示すように、電解質膜１ｂと、４分割されたアノード側触媒層・拡散層２ｂと、４分割されたカソード側触媒層・拡散層３ｂと、４分割されたアノード側セパレータ４ｂと、４分割されたカソード側セパレータ５ｂと、複数のアノード側セパレータ４ｂ間及び複数のカソード側セパレータ５ｂ間に配設されるそれぞれ複数の絶縁部材８ｂ、９ｂとを備えている。
【００１０】
各アノード側セパレータ４ｂと各アノード側触媒層・拡散層２ｂとの間には、アノードガス流路６ｂが形成される一方、各カソード側セパレータ５ｂと各カソード側触媒層・拡散層３ｂとの間には、カソードガス流路７ｂが形成されている。各アノード側セパレータ４ｂ間には、絶縁部材８ｂが介装されるとともに、各カソード側セパレータ５ｂ間には、絶縁部材９ｂが介装されている。
【００１１】
このため、燃料電池は、独立した４つの分割電池として動作することができるとともに、各分割電池のインピーダンスを測定することにより、燃料電池のインピーダンス分布を測定することが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２８２８３２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の特許文献１では、燃料電池全体のインピーダンスの計測が可能であるものの、燃料電池内部の電極面内環境分布（インピーダンス分布）を精度よく計測することが困難になる。このため、燃料電池を効率的に運転制御することができないという問題がある。
【００１４】
また、上記の特許文献２の燃料電池では、４分割されたアノード側触媒層・拡散層２ｂと、４分割されたカソード側触媒層・拡散層３ｂとが設けられている。従って、この燃料電池を通常発電に使用すると、前記燃料電池全体の発電面積が小さくなってしまう。これにより、燃料電池全体の発電効率が低下し、前記燃料電池の小型化が容易に遂行されないという問題がある。
【００１５】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、発電効率の低下を抑制するとともに、燃料電池の電極反応面のインピーダンス分布を容易且つ正確に計測することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、アノード側電極が電解質の一方面側に一体に連続して設けられるとともに、カソード側電極が前記電解質の他方面側に一体に連続して設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層された燃料電池に関するものである。
【００１７】
この燃料電池では、セパレータは、外周部に前記セパレータの積層方向に貫通して燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成される枠部材と、前記枠部材内に、互いに絶縁状態に維持されて電極反応面の領域内に設けられる複数個の導電性部材とを備えている。
【００１８】
そして、複数個の導電性部材には、燃料ガス又は酸化剤ガスを通させるガス流路が電極反応面に沿って形成され、アノード側電極に積層されるセパレータの前記複数個の導電性部材と、カソード側電極に積層されるセパレータの前記複数個の導電性部材とは、電解質・電極構造体を挟んで互いに対称位置に対向配置され、且つ互いに対向する前記導電性部材同士の間のインピーダンスを測定する測定手段に各々接続されている。
【００１９】
また、この燃料電池では、導電性部材は、枠部材内に非導電性部材を介装して格子状に配列されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電解質・電極構造体の電極反応面に対向するセパレータ領域を複数の領域に分割して複数個の導電性部材が設けられるため、前記電極反応面内における各領域のインピーダンス分布を容易且つ正確に計測することができる。このため、電極面内の環境分布を精度よく計測することが可能になり、所望の発電状態を確実に維持することができる。
【００２２】
さらに、アノード側電極及びカソード側電極は、分割されることがなく、電解質の両側に連続して設けられている。しかも、導電性部材には、ガス流路が形成されている。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、良好な発電を確実に行うことが可能になり、燃料電池として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が組み込まれる燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池の要部分解斜視図である。
【図３】前記燃料電池の要部断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図５】面内環境計測装置の概略説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図８】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図９】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１１】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図１２】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図１３】特許文献１に開示されている駆動装置の一部断面説明図である。
【図１４】特許文献２に開示されている燃料電池の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、燃料電池スタック１２に組み込まれる。燃料電池スタック１２は、少なくとも１つの燃料電池１０と、複数の燃料電池１０ａとが積層されるとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして構成される。燃料電池１０と燃料電池１０ａとは、後述する連通孔の位置及び寸法並びに流路溝形状が同一であり、且つ、電極位置及び寸法も同一である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８とを備える。燃料電池１０の矢印Ｃ方向（図１中、鉛直方向）の一端縁部（上端縁部）には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔２０ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２２ａとが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２６】
燃料電池１０の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔２２ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２７】
燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔２４ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔２４ｂが設けられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体１４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、前記固体高分子電解質膜２６を挟持するカソード側電極２８及びアノード側電極３０とを備える。
【００２９】
図３に示すように、カソード側電極２８及びアノード側電極３０は、固体高分子電解質膜２６の両面に接合される電極触媒層２８ａ、３０ａと、前記電極触媒層２８ａ、３０ａに配設されるカーボンペーパ等からなるガス拡散層２８ｂ、３０ｂとを有する。電極触媒層２８ａ、３０ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜２６の両面に一様に塗布して形成される。
【００３０】
図２に示すように、第１セパレータ１６は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材３２を備える。
【００３１】
絶縁性樹脂枠部材３２は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合樹脂）等の非導電性樹脂で形成される。
【００３２】
絶縁性樹脂枠部材３２内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の導電性セグメント（導電性部材）３４が設けられる。導電性セグメント３４は、直方体や立方体形状を有するとともに、カーボン等を含んだ導電性樹脂により形成される。絶縁性樹脂枠部材３２は、熱可逆性樹脂又は熱硬化性樹脂であってもよい。使用される樹脂は、分子量、分子構造により融点を調整することができる。
【００３３】
各導電性セグメント３４は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の熱可逆性の非導電性樹脂（非導電性部材）３６を介装して格子状に配列される。非導電性樹脂３６と絶縁性樹脂枠部材３２とは、同種の樹脂が好ましい。界面が接合し易いからである。なお、非導電性樹脂３６と絶縁性樹脂枠部材３２とは、同一の樹脂で一体成形されてもよい。
【００３４】
第１セパレータ１６には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａに酸化剤ガス流路３８が設けられる。酸化剤ガス流路３８は、導電性セグメント３４及び非導電性樹脂３６に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の直線状（又はサーペンタイン状等の非直線状）流路溝を有しており、酸化剤ガス供給連通孔２０ａと酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとに連通する。
【００３５】
流路溝は、各導電性セグメント３４の面内に設けられており、非導電性樹脂３６の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成される。なお、流路溝は、非導電性樹脂３６の矢印Ｃ方向に延在する部分に設けてもよい。各導電性セグメント３４は、ＭＥＡ接触面積（電解質膜・電極構造体１４との接触面積）が同一に設定される。
【００３６】
図４に示すように、第２セパレータ１８は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材４０を備える。
【００３７】
絶縁性樹脂枠部材４０は、ＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂で形成され、前記絶縁性樹脂枠部材４０内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の導電性セグメント（導電性部材）４２が設けられる。
【００３８】
各導電性セグメント４２は、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂（非導電性部材）４４を介装して格子状に配列される。なお、非導電性樹脂４４と絶縁性樹脂枠部材４０とは、同一の樹脂で一体成形されてもよい。各導電性セグメント４２は、ＭＥＡ接触面積（電解質膜・電極構造体１４との接触面積）が同一に設定される。
【００３９】
第２セパレータ１８には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａに燃料ガス流路４６が設けられる。燃料ガス流路４６は、導電性セグメント４２及び非導電性樹脂４４に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝を有しており、燃料ガス供給連通孔２２ａと燃料ガス排出連通孔２２ｂとに連通する。流路溝は、各導電性セグメント４２の面内に設けられており、非導電性樹脂４４の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成される。なお、流路溝は、非導電性樹脂４４の矢印Ｃ方向に延在する部分に設けてもよい。
【００４０】
図３に示すように、各導電性セグメント３４は、第１セパレータ１６の両面に露出するとともに、各導電性セグメント４２は、第２セパレータ１８の両面に露出する。導電性セグメント３４と導電性セグメント４２とは、電解質膜・電極構造体１４に対して互いに対向して（対称に）配置される。互いにずれると、検出精度が低下するからである。
【００４１】
第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８には、それぞれ燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするために、第１シール部材４８及び第２シール部材４９が、一体的又は個別に設けられる。第１シール部材４８及び第２シール部材４９は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材を使用する。
【００４２】
図１に示すように、燃料電池１０ａは、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２とを備える。なお、燃料電池１０ａでは、燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２は、金属セパレータ又はカーボンセパレータが使用される。第１セパレータ５０の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、電極反応面の領域に沿って冷却媒体を矢印Ｂ方向に流通させる冷却媒体流路５４が設けられる。第２セパレータ５２の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、同様に冷却媒体流路５４が形成される。なお、第１セパレータ１６の面１６ｂ及び第２セパレータ１８の面１８ｂにも、冷却媒体流路５４を形成してもよい。
【００４４】
図５に示すように、燃料電池スタック１２は、面内環境計測装置６０に接続される。面内環境計測装置６０は、端部が第１セパレータ１６の各導電性セグメント３４に接続される配線６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ及び６２ｅと、端部が第２セパレータ１８の各導電性セグメント４２に電気的に接続される配線６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ及び６３ｅとを備える。配線６２ａ〜６２ｅ及び配線６３ａ〜６３ｅには、それぞれ交流電圧を検出するための交流電圧測定器６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅが配設される。なお、配線数は、導電性セグメント３４、４２の分割数に応じて種々変更可能である。
【００４５】
燃料電池スタック１２の積層方向両端には、配線６６の両端が電気的に接続される。配線６６には、外部負荷６８と交流電流を検出するための交流電流測定器７０とが配設される。外部負荷６８は、燃料電池スタック１２から直流電流を出力させるとともに、この直流電流に交流電流を重畳させる機能を有する。外部負荷６８としては、例えば、電子負荷装置が使用されるが、これに代えて、例えば、電流アンプ等を流用することもできる。
【００４６】
このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。
【００４７】
図１に示すように、酸化剤ガス供給連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔２４ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
【００４８】
酸化剤ガスは、第１セパレータ１６、５０に設けられている各酸化剤ガス流路３８に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するカソード側電極２８に沿って移動する。一方、燃料ガス供給連通孔２２ａに供給された燃料ガスは、第２セパレータ１８、５２の各燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極３０に沿って移動する。
【００４９】
従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極２８に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層２８ａ、３０ａ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５０】
次いで、カソード側電極２８に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂに排出される。同様に、アノード側電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔２２ｂに排出される。
【００５１】
また、冷却媒体供給連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２の各冷却媒体流路５４に導入される。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔２４ｂに排出される。
【００５２】
上記の発電時において、図５に示すように、面内環境計測装置６０では、外部負荷６８により燃料電池スタック１２から直流電流を出力させるとともに、この直流電流に交流電流を重畳させている。
【００５３】
このため、各交流電圧測定器６４ａ〜６４ｅは、交流電流に対する交流電圧を測定する一方、交流電流測定器７０により交流電流が測定されている。従って、測定された交流電圧及び交流電流から、各導電性セグメント３４、４２間の交流インピーダンスが算出される。これにより、燃料電池１０全体のインピーダンス分布が検出され、前記燃料電池１０の電極面内の発電状況を検出することが可能になる。
【００５４】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池１０を構成する電解質膜・電極構造体１４の電極反応面に対向するセパレータ領域を複数の領域に分割して複数個の導電性セグメント３４、４２が設けられている。このため、電極反応面内における各領域の交流インピーダンスを計測することができ、インピーダンス分布を容易且つ正確に検出することが可能になる。従って、燃料電池１０の電極面内の環境分布を精度よく計測することができ、所望の発電状態を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【００５５】
さらに、燃料電池１０では、カソード側電極２８及びアノード側電極３０は、分割されることがなく一体で、固体高分子電解質膜２６の両面に連続して設けられている。しかも、複数個の導電性セグメント３４の表面には、酸化剤ガス流路３８が形成される一方、複数個の導電性セグメント４２の表面には、燃料ガス流路４６が形成されている。
【００５６】
これにより、燃料電池１０は、発電面積の減少による発電効率の低下を抑制するとともに、良好な発電を確実に行うことが可能になり、燃料電池スタック１２を構成する燃料電池１０として、他の燃料電池１０ａと同様に好適に使用することができるという利点がある。
【００５７】
なお、第１の実施形態では、燃料電池１０の内部抵抗を測定するために、交流インピーダンス法を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池１０に一定電流を通電させておき、瞬間的に電流を遮断する際の電圧変化から内部抵抗を測定する電流遮断法を適用してもよい。また、燃料電池１０に一定電流を通電させておき、ステップ状に電流を変化させる際の電圧変化から内部抵抗を測定するステップ法を適用することもできる。
【００５８】
図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池８０は、複数の燃料電池１０ａ（図１参照）と共に図示しない燃料電池スタックに組み込まれる。
【００５９】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３及び第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ８２及び第２セパレータ８４とを備える。第１セパレータ８２は、外周部に酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される金属枠部材８６を備える。金属枠部材８６は、例えば、鉄やアルミニウム等で構成される。
【００６１】
金属枠部材８６内には、格子状に形成されたＰＰやＡＢＳ樹脂等の熱可逆性の非導電性樹脂（非導電性部材）８８が一体化され、前記非導電性樹脂８８を介して各導電性セグメント３４が格子状に配列される。
【００６２】
第２セパレータ８４は、外周部に酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される金属枠部材９０を備える。
【００６３】
金属枠部材９０内には、格子状に形成されたＰＰやＡＢＳ樹脂等の熱可逆性の非導電性樹脂（非導電性部材）９２が一体化され、前記非導電性樹脂９２を介して各導電性セグメント４２が格子状に配列される。
【００６４】
このように構成される第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００は、複数の燃料電池１０ａ（図１参照）と共に図示しない燃料電池スタックに組み込まれる。
【００６６】
燃料電池１００は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ１０２及び第２セパレータ１０４とを備える。第１セパレータ１０２では、図７及び図８に示すように、各導電性セグメント３４が絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域に非導電性樹脂３６を介装して格子状に配列される。
【００６７】
第１セパレータ１０２には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１０２ａに酸化剤ガス流路３８ａが設けられる。酸化剤ガス流路３８ａは、導電性セグメント３４及び非導電性樹脂３６に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。波状流路溝は、波長（周期）λ１を有し、波長λ１×２が、導電性セグメント３４の矢印Ｃ方向の配列間隔（ピッチ）Ｐ１と同一寸法に設定される（λ１×２＝Ｐ１）。各導電性セグメント３４は、電解質膜・電極構造体１４との接触形状及び接触面積が同一に設定される。なお、波長λ１＝配列間隔Ｐ１の関係に設定されてもよく、波長λ１×整数＝配列間隔Ｐ１であればよい。
【００６８】
図９に示すように、第２セパレータ１０４では、各導電性セグメント４２が絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域に非導電性樹脂４４を介装して格子状に配列される。第２セパレータ１０４には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１０４ａに燃料ガス流路４６ａが設けられる。燃料ガス流路４６ａは、導電性セグメント４２及び非導電性樹脂４４に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。
【００６９】
波状流路溝は、波長（周期）λ２を有し、波長λ２×２が、導電性セグメント４２の矢印Ｃ方向の配列間隔（ピッチ）Ｐ２と同一寸法に設定される（λ×２＝Ｐ２）。各導電性セグメント４２は、電解質膜・電極構造体１４との接触形状及び接触面積が同一に設定される。また、波長λ２＝配列間隔Ｐ２の関係に設定されてもよい。なお、波長λ１は、波長λ２と同一であり、配列間隔Ｐ１は、配列間隔Ｐ２と同一である。
【００７０】
このように構成される第３の実施形態では、波形状の酸化剤ガス流路３８ａ及び波形状の燃料ガス流路４６ａを有するとともに、各導電性セグメント３４及び各導電性セグメント４２は、それぞれ電解質膜・電極構造体１４との接触形状及び接触面積が同一に設定されている。このため、燃料電池１００の電極面内の環境分布を精度よく計測することができ、所望の発電状態を確実に維持することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
図１０に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１２０は、複数の燃料電池１０ａ（図１参照）と共に図示しない燃料電池スタックに組み込まれる。
【００７２】
燃料電池１２０は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ１２２及び第２セパレータ１２４とを備える。第１セパレータ１２２では、図１０及び図１１に示すように、各導電性セグメント３４ａが絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域に非導電性樹脂３６を介装して格子状に配列される。導電性セグメント３４ａは、正面視で正方形状を有する。
【００７３】
第１セパレータ１２２には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１２２ａに酸化剤ガス流路３８ｂが設けられる。酸化剤ガス流路３８ｂは、導電性セグメント３４ａ及び非導電性樹脂３６に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。波状流路溝は、波長（周期）λ３を有し、前記波長λ３が、導電性セグメント３４ａの矢印Ｃ方向の配列間隔（ピッチ）Ｐ３とは異なる寸法に設定される。各導電性セグメント３４ａは、電解質膜・電極構造体１４との接触形状が異なり且つ接触面積が同一に設定される。
【００７４】
図１２に示すように、第２セパレータ１２４では、各導電性セグメント４２ａが絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域に非導電性樹脂４４を介装して格子状に配列される。導電性セグメント４２ａは、正面視で正方形状を有する。
【００７５】
第２セパレータ１２４には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１２４ａに燃料ガス流路４６ｂが設けられる。燃料ガス流路４６ｂは、導電性セグメント４２ａ及び非導電性樹脂４４に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。波状流路溝は、波長（周期）λ４を有し、前記波長λ４が、導電性セグメント４２ａの矢印Ｃ方向の配列間隔（ピッチ）Ｐ４とは異なる寸法に設定される。各導電性セグメント４２ａは、電解質膜・電極構造体１４との接触形状が異なり且つ接触面積が同一に設定される。
【００７６】
このように構成される第４の実施形態では、波形状の酸化剤ガス流路３８ｂ及び波形状の燃料ガス流路４６ｂを有するとともに、各導電性セグメント３４ａ及び各導電性セグメント４２ａは、それぞれ電解質膜・電極構造体１４との接触面積が同一に設定されている。従って、燃料電池１２０の電極面内の環境分布を精度よく計測することができ、所望の発電状態を確実に維持することが可能になる等、上記の第１及び第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７７】
１０、１０ａ、８０、１００、１２０…燃料電池
１２…燃料電池スタック              １４…電解質膜・電極構造体
１６、１８、５０、５２、８２、８４、１０２、１０４、１２２、１２４…セパレータ
２０ａ…酸化剤ガス供給連通孔        ２０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２２ａ…燃料ガス供給連通孔          ２２ｂ…燃料ガス排出連通孔
２４ａ…冷却媒体供給連通孔          ２４ｂ…冷却媒体排出連通孔
２６…固体高分子電解質膜            ２８…カソード側電極
２８ａ、３０ａ…電極触媒層          ２８ｂ、３０ｂ…ガス拡散層
３０…アノード側電極                ３２、４０…絶縁性樹脂枠部材
３４、３４ａ、４２、４２ａ…導電性セグメント
３６、４４、８８、９２…非導電性樹脂
３８、３８ａ、３８ｂ…酸化剤ガス流路
４６、４６ａ、４６ｂ…燃料ガス流路  ４８、４９…シール部材
５４…冷却媒体流路                  ６０…面内環境計測装置
６２ａ〜６２ｅ、６３ａ〜６３ｅ、６６…配線
６４ａ〜６４ｅ…交流電圧測定器      ６８…外部負荷
７０…交流電流測定器
【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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