(57)【要約】  本発明の燃料電池用セパレータは、第１反応ガス流路１３１が、第１の部分４１と該第１の部分４１より上流側に位置する第２の部分５１とを有し、第１の部分４１が第１反応ガス流路１３１の第２の部分５１と下流端との間の部分のうちで上流端に最も近接し、第２の部分５１が第１反応ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで下流端に最も近接し、第１の部分４１と上流端との間に第２反応ガス流路１３２、１３３が介在せず、かつ、第２の部分５１と下流端との間に第２反応ガス流路が１３２、１３３介在するように形成され、かつ、第１反応ガス流路１３１は、第１の部分４１と下流端との間の部分（以下、特定部分）において、第２反応ガス流路１３２、１３３のうち少なくとも１の反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、
前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、
かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも１の反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流している、請求項５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池用セパレータと、
電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、
前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池、特に燃料電池用セパレータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ガスケットと、導電性の板状のセパレータと、を有している。そして、ＰＥＦＣは、一般的には、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルとを締結具により締結することにより、形成されている。【０００３】
ところで、セパレータの主面には、燃料ガス又は酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を供給し、排出するためのマニホールドを形成するマニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔と反応ガス排出用マニホールド孔）が設けられており、ガス拡散電極と当接する主面には、反応ガスが通流する溝状の反応ガス流路がこれらのマニホールド孔と連通するように設けられている。【０００４】
そして、この反応ガス流路を反応ガスが通流する間に、反応ガスがＭＥＡに供給され、ＭＥＡの内部において、電気化学反応により消費される。このため、反応ガス流路の下流部では、ガスが消費されることによって、水素、又は酸素濃度が低下してしまう。その結果、ガス濃度の低い反応ガス流路の下流部領域では、発電量が低下し、セル面内においてガス濃度に応じた発電分布が形成されてしまうという問題があった。【０００５】
このような問題に対して、ガス流路の形状を工夫して、セル面内でのガス濃度の均一化を図ることによって、発電効率を高めた燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面の概略構成を示す模式図である。【０００６】
図２２に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、複数本（図２２においては、３本）の流体通路２０１〜２０３（反応ガス流路）が、入口（反応ガス供給用マニホールド孔）２１１とその上流端が連通する略Ｌ字状の上流部と、出口（反応ガス排出用マニホールド孔）２１２とその下流端が連通する下流部と、上流部の下流端と下流部の上流端とを接続する中流部と、から構成されており、全体として渦巻状に形成されている。これにより、セパレータ２００の特定の部分に、流体通路の上流部又は下流部が集中することがないため、電極面内における反応ガス濃度が均一化されるとしている。
【特許文献１】特開平１０−２８４０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているセパレータ２００であっても、複数本の流体通路を通流する反応ガスの利用効率を改善するという観点からは、未だ改善の余地があることを本発明者等は見出した。【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、反応ガス流路を通流する反応ガスの利用効率を改善することができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。【００１０】
すなわち、上記特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、流体通路２０１〜２０３における上流部の上流端近傍部分を通流する反応ガスの一部が、該上流部と近接する下流部の上流端近傍部分に短絡し、これにより、流体通路２０１〜２０３を流れる反応ガスのうち、反応に寄与せず排出される反応ガスが生じ、反応ガスの利用効率が低下することを見出した。【００１１】
具体的に説明すると、流体通路２０１〜２０３は、ガス拡散電極のガス拡散層と隣接するように（ガス拡散層によって、セパレータ２００の開放面（上面）を覆われるように）配設されているため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を通流する（以下、ガス拡散層を通流するガスを伏流ガスという）。このため、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の下流部における、流体通路２０１の上流端部と最も近接する部分２０４を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０１の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０１の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０１を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率が低下する。【００１２】
また、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスが短絡するため、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスの一部が、流体通路２０１の上流部に流れ込む。そして、流体通路２０１の上流部に流れ込んだ反応ガスの一部が、流体通路２０１の下流部に短絡する。このため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの反応に寄与せずに排出される反応ガスの量がさらに大きくなり、反応ガスの利用効率がさらに低下する。【００１３】
さらに、流体通路２０３の上流部における流体通路２０３の下流端と最も近接する部分２０５を通流する反応ガスと、流体通路２０３の下流部を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０３の部分２０５近傍を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０３の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０３の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０３を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率がさらに低下する。【００１４】
このような問題に対して、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。【００１５】
すなわち、本発明に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも１の反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成されている。【００１６】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの濃度のバラツキを低減することができる。【００１７】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されていてもよい。【００１８】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通していてもよい。【００１９】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通していてもよい。【００２０】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通していてもよい。【００２１】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流してもよい。【００２２】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されていてもよい。【００２３】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。【００２４】
さらに、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されていてもよい。【００２５】
また、本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池セパレータと、電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている。【００２６】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減することができる。【００２７】
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】
【００２８】
本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。また、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路に沿って流れずに短絡する反応ガスを低減することにより、反応ガス流路を通流する反応ガスの反応に寄与せず排出される反応ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１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２】図２は、図１に示す燃料電池のカソードセパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２２】図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  高分子電解質膜
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノードガス拡散層
３ｂ  カソードガス拡散層
４ａ  アノード
４ｂ  カソード
５  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）
６  ガスケット
９  冷却媒体流路
１０  アノードセパレータ
１１  カソードセパレータ
２１  酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２２  酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２３  燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２４  燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２５  冷却媒体供給用マニホールド孔
２６  冷却媒体排出用マニホールド孔
３１ａ  第１上流直線部
３１ｂ  第１上流ターン部
３１ｃ  第２上流直線部
３１ｄ  第２上流ターン部
３１ｅ  第３上流直線部
３１ｆ  第３上流ターン部
３１ｇ  第１下流ターン部
３１ｈ  第１下流直線部
３１ｉ  第２下流ターン部
３１ｊ  第２下流直線部
３１ｋ  第３下流ターン部
３１ｍ  第３下流ターン部
３１ｎ  第４下流ターン部
３１ｐ  第４下流直線部
３３ａ  第１上流直線部
３３ｂ  第１上流ターン部
３３ｃ  第２上流直線部
３３ｄ  第２上流ターン部
３３ｅ  第３上流直線部
３３ｆ  第３上流ターン部
３３ｇ  第１下流ターン部
３３ｈ  第１下流直線部
３３ｉ  第２下流ターン部
３３ｊ  第２下流直線部
３３ｋ  第３下流ターン部
３３ｍ  第３下流ターン部
３３ｎ  第４下流ターン部
３３ｐ  第４下流直線部
４１  第１の部分
５１  第２の部分
５２  第３の部分
５３  第４の部分
６１  連通用流路
６２  窪み部
６３  突起
６４  第１反応ガス混合部
６５  第２反応ガス混合部
１００  燃料電池
１０１  中心軸
１３１  酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路、溝）
１３１ａ  上流部
１３１ｂ  中流部
１３１ｃ  下流部
１３２  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）
１３３  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）
１３４  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１３５  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１４１  第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）
１４２  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
１４３  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
２００  セパレータ
２０１  流体通路
２０２  流体通路
２０３  流体通路
２１１  入口
２１２  出口
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一また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がある。また、図２乃至図２１においては、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、また、第１反応ガス流路を明確にするためにハッチングを付している。【００３２】
（実施の形態１）
[燃料電池の構成]
図１は、本発明の実施の形態１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。直、図１においては、一部を省略している。【００３３】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池１００は、単電池（セル）であり、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）５と、ガスケット６と、アノードセパレータ１０と、カソードセパレータ１１と、を備えている。【００３４】
ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（電解質層；例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））１と、アノード４ａと、カソード４ｂと、を有している。【００３５】
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４ａ及びカソード４ｂ（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、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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（図示せず）。【００３６】
アノード４ａ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触媒層２ａと、アノード触媒層２ａ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ガス拡散層３ａと、を有している。同様に、カソード４ｂ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触媒層２ｂと、カソード触媒層２ｂ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ガス拡散層３ｂと、を有している。【００３７】
なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂ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、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂ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。【００３８】
また、ＭＥＡ５のアノード４ａ及びカソード４ｂ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６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防止され、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防止される。なお、ガスケット６の周縁部には、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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。【００３９】
また、ＭＥＡ５とガスケット６を挟むように、導電性を有する板状のアノードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１０とカソードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１１が配設されている。これにより、ＭＥＡ５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、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ１０、１１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。【００４０】
アノードセパレータ１０のアノード４ａと接触する一方の主面には、燃料ガスが通流するための溝状の第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）１４１と、第１燃料ガス流路に並走するように溝状の第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）１４２、１４３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。同様に、カソードセパレータ１１のカソード４ｂと接触する一方の主面には、酸化剤ガスが通流するための溝状の第１酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）１３１と、第１酸化剤ガス流路１３１と並走するように第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）１３２、１３３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。【００４１】
これにより、アノード４ａ及びカソード４ｂ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、冷却水等の冷却媒体を冷却媒体流路９に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。【００４２】
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を複数積層してセルスタック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、冷却媒体流路９を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却媒体流路９を設けない場合には、２つのＭＥＡ５に挟まれたセパレータを、一方の主面に第１燃料ガス流路１４１及び第２燃料ガス流路１４２、１４３を設け、他方の主面に第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を設けた、アノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１を兼ねるセパレータを使用してもよい。【００４３】
次に、カソードセパレータ１１について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、アノードセパレータ１０については、カソードセパレータ１１と基本的構成が同じであるため、その詳細な説明は省略する。【００４４】
[燃料電池用セパレータの構成]
図２は、図１に示す燃料電池１００のカソードセパレータ（本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ）１１の概略構成を示す模式図である。【００４５】
図２に示すように、本実施の形態１に係るカソードセパレータ１１は、板状で、かつ、略矩形に構成されている。カソードセパレータ１１の主面の周縁部には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔は、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２１、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２２、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２３、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２４、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給用マニホールド孔２５、及び冷却媒体を排出するための冷却媒体排出用マニホールド孔２６を構成する。【００４６】
酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１は、カソードセパレータ１１の一方の側部（図面左側の側部：以下、第一の側部という）の上部に設けられ、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、燃料電池用セパレータの他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の下部に設けられている。また、燃料ガス供給用マニホールド孔２３は、第２の側部の上部に設けられ、燃料ガス排出用マニホールド孔２４は、第１の側部の下部に設けられている。さらに、冷却媒体供給用マニホールド孔２５は、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の上部の第２の側部側に設けられ、冷却媒体排出用マニホールド孔２６は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の下部の第１の側部側に設けられている。【００４７】
なお、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド２２、及び燃料ガス供給用マニホールド孔２３と燃料ガス排出用マニホールド２４は、それぞれ、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部とは、カソードセパレータ１１の外周に対する中央部分をいう。【００４８】
そして、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通するように、溝状の第１酸化剤ガス流路１３１と、複数（ここでは、２）の溝状の第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように配設されている。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているため、以下の説明では、第１酸化剤ガス流路１３１について説明する。【００４９】
第１酸化剤ガス流路１３１は、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｌ字状の上流部１３１ａ（図２に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する下流部１３１ｃ（図２に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ（図２に示す破線内の流路）と、から構成され、上流部１３１ａと下流部１３１ｃで中流部１３１ｂを囲むように形成されている。【００５０】
ここで、上流部１３１ａは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の上流端である酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の接続端とし、他端を式：Ｌ１≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ１は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの流路長を示し、Ｌ２は、第１酸化剤ガス流路１３１の全流路長を示す。また、上流部１３１ａの他端は、式：Ｌ１≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。【００５１】
また、下流部１３１ｃは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の下流端である酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の接続端とし、他端を式：Ｌ３≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ３は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃの流路長を示す。また、下流部１３１ｃの他端は、式：Ｌ３≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。【００５２】
上流部１３１ａは、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている第１上流直線部３１ａと、その上流端が第１上流直線部３１ａの下流端と接続され、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げる第１上流ターン部３１ｂと、該第１上流ターン部３１ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている第２上流直線部３１ｃと、その上流端が第２上流直線部３１ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げる第２上流ターン部３１ｄと、から構成されている。【００５３】
中流部１３１ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。より詳しく説明すると、中流部１３１ｂは、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄの下流端から、第２の側部から第１の側部に向かって（以下、第１の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。【００５４】
下流部１３１ｃは、その上流端が中流部１３１ｂの下流端に接続され、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第１下流ターン部３１ｇと、該第１下流ターン部３１ｇの下流端に接続され、下方向に垂直に延びるように形成された第１下流直線部３１ｈと、該第１下流直線部３１ｈの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げる第２下流ターン部３１ｉと、該第２下流ターン部３１ｉの下流端に接続され、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する第２下流直線部３１ｊと、から構成されている。【００５５】
このように、第１酸化剤ガス流路１３１は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在されている。【００５６】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｇのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。なお、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端の間の部分が特定部分を構成する。【００５７】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と連通するための溝状の連通用流路６１が配設されている。連通用流路６１は、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流部（正確には、その第１下流ターン部）と、第２酸化剤ガス流路１３３の下流部（正確には、その下流部）と、を連通するように形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に短絡しても、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流することにより、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれが、特定流路を構成する。【００５８】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分である。【００５９】
[燃料電池の作用効果]
次に、本実施の形態１に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図２を参照しながら説明する。【００６０】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力差により、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込む。第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力勾配が大きい場合に、酸化剤ガスの短絡が起こりやすくなる。【００６１】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込んだ場合、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込む。このようにして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキが生じ、このバラツキにより反応ガスの利用効率が低下する。【００６２】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、第１の部分４１に連通用流路６１が配設されているので、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流する。これにより、短絡した酸化剤ガスが第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３にほぼ均一に分流される。このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができる。【００６３】
また、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部に短絡した酸化剤ガスが分流されるため、該第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量が、連通用流路６１が配設されていない場合に比べて増加する。このため、カソード４ｂにおける第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃと対向する部分のみならず、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部と対向する部分も、反応ガスの反応する場として寄与するので、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。【００６４】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。【００６５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【００６６】
図３に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分のうち、第１の部分４１から下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈの下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。【００６７】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。【００６８】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【００６９】
図４に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分である、第１の部分４１から第１酸化剤ガス流路１３１の下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。【００７０】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。【００７１】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【００７２】
図５に示すように、本実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３が形成されている点が異なる。【００７３】
具体的には、窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略台形状に形成されており、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１でその上流端が接続されており、また、その下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈに接続されている。そして、窪み部６２の上流端及び下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれと連通するように形成されている。【００７４】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、１１個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから窪み部６２（第１の部分４１）に短絡した酸化剤ガス（以下、短絡ガス）と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３における窪み部６２の上流側（中流部）を通流する酸化剤ガス（通流ガス）と、が窪み部６２で合流される。窪み部６２で合流した短絡ガスと通流ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらのガスの混合が促進され、酸化剤ガスの供給量のバラツキの低減が図られる。そして、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。【００７５】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができ、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。【００７６】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【００７７】
図６に示すように、本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。【００７８】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。【００７９】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【００８０】
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【００８１】
図７に示すように、本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成が異なる。【００８２】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、下流部１３１ｃは、その上流端から第２下流直線部３１ｊまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２下流直線部３１ｊの下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３下流ターン部３１ｋの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第３下流直線部３１ｍの上流端が接続され、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通している。【００８３】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。【００８４】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【００８５】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図８においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【００８６】
図８に示すように、本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部の構成が異なる。【００８７】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、上流部１３１ａは、その上流端から第２上流ターン部３１ｄまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２上流ターン部３１ｄの下流端には、第１の側部方向に水平に延びる第３上流直線部３１ｅの上流端が接続され、その下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３上流ターン部３１ｆの上流端が接続され、その下流端は、中流部１３１ｂと接続されている。【００８８】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。【００８９】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【００９０】
（実施の形態８）
図９は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【００９１】
図９に示すように、本実施の形態８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端が、連通用流路６１に接続されている点が異なる。【００９２】
このように構成された本実施の形態８に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【００９３】
なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端を連通用流路６１に接続する構成としたが、これに限定されず、第２酸化剤ガス流路１３３の下流端を連通用流路６１に接続する構成としてもよい。【００９４】
（実施の形態９）
図１０は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１０においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【００９５】
図１０に示すように、本実施の形態９に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路が４本並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。【００９６】
第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。【００９７】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。【００９８】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端との間の部分（特定部分）には、複数の溝状の連通用流路６１が、所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５をそれぞれ連通するように設けられている。【００９９】
このように構成された本実施の形態９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１００】
なお、本実施の形態１〜９においては、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に、連通用流路６１を設けて短絡した酸化剤ガスを分流する構成としたが、これに限定されず、実施の形態４のように窪み部６２と突起６３を設けて、短絡した酸化剤ガスを混合して、混合した酸化剤ガスを分流するような構成としてもよい。【０１０１】
また、本実施の形態１〜９においては、複数の酸化剤ガス流路１３１〜１３５の下流端を酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように構成したが、これに限定されず、複数の第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５のうち、少なくとも１の酸化剤ガス流路の下流端を連通用流路６１に接続するような構成としてもよい。【０１０２】
（実施の形態１０）
図１１は、本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１０３】
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、かつ、互いに並走しながら屈曲するように形成された溝群からなる複数の反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記複数の反応ガス流路のうち最も外側の一対の反応ガス流路の一方が第１反応ガス流路を構成し、その他方が第３反応ガス流路を構成し、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路における前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第３反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第３反応ガス流路が介在するように形成され、隣接する前記溝間に形成される複数のリブのうち、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成されるリブ又は前記第３反応ガス流路のみによって形成されるリブの少なくとも何れか一方のリブ（以下、特定リブ）の幅が該特定リブ以外の何れかのリブの幅よりも広く形成されている。また、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブである。【０１０４】
具体的には、図１１に示すように、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通し、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように、溝１３１〜１３３が形成されている。このカソードセパレータ１１の一方の主面における、これらの溝と溝との間の部分が、カソード４ｂと当接するリブを形成する。また、溝１３１〜１３３は、それぞれ、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を構成する。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、最も外側の一対の溝１３１、１３３のうち、一方の溝１３１が第１酸化剤ガス流路１３１を構成し、その他方の溝１３３が、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）１３３を構成する。すなわち、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のうち、最も外側に位置する溝１３３が、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する。また、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているため、以下の説明では、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３について説明する。【０１０５】
第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｕ字状の上流部１３１ａ、１３３ａ（図１１に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する略Ｕ字状の下流部１３１ｃ、１３３ｃ（図１１に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａ、１３３ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ、１３３ｂと、から構成され、上流部１３１ａ、１３３ａと下流部１３１ｃ、１３３ｃで中流部１３１ｂ、１３３ｂを囲むように形成されている。【０１０６】
上流部１３１ａ、１３３ａは、それぞれ、第１上流直線部３１ａ、３３ａと、第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂと、第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄと、第３上流直線部３１ｅ、３３ｅと、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆと、から構成されている。【０１０７】
第１上流直線部３１ａ、３３ａは、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１に連通するように形成されていて、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている。第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂは、それぞれ、その上流端が第１上流直線部３１ａ、３３ａの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。第２上流直線部３１ｃ、３３ｃは、それぞれ、その上流端が第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている。第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄは、それぞれ、その上流端が第２上流直線部３１ｃ、３３ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げるように形成されている。第３上流直線部３１ｅ、３３ｅは、それぞれ、その上流端が第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄの下流端に接続されていて、第２の側部から第１の側部に向かって水平方向に延びるように形成されている。また、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆは、それぞれ、その上流端が第３上流直線部３１ｅ、３３ｅの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。【０１０８】
中流部１３１ｂ、１３３ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。【０１０９】
より詳しく説明すると、中流部１３１ｂ、１３３ｂは、それぞれ、上流部１３１ａ、１３３ａの第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆの下流端から、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延びて、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端に到る。【０１１０】
下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、から構成されている。【０１１１】
第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇは、それぞれ、その上流端が中流部１３１ｂ、１３３ｂの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第１下流直線部３１ｈ、３３ｈは、それぞれ、その上流端が第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇの下流端に接続されていて、第１の側部方向に水平方向に延びように形成されている。第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉは、それぞれ、その上流端が第１下流直線部３１ｈ、３３ｈの下流端に接続されていて、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げるように形成されている。第２下流直線部３１ｊ、３３ｊは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉに接続されていて、下方向に垂直に延びるように形成されている。第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋは、それぞれ、その上流端が第２下流直線部３１ｊ、３３ｊに接続されていて、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第３下流直線部３１ｍ、３３ｍは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋの下流端に接続されていて、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通するように形成されている。【０１１２】
このように、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在されている。【０１１３】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｉのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。【０１１４】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分であり、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの中で下流部１３１ｃとの圧力勾配が大きい部分である。具体的には、本実施の形態においては、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄが、第２の部分５１を構成する。【０１１５】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃは、第３の部分５２を有しており、上流部１３３ａは、第４の部分５３を有している。第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する第２下流ターン部３３ｉである。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する第２上流ターン部３３ｄの上下に延びる流路の下流端部分である。【０１１６】
そして、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成される複数のリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみによって形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみによって形成されるリブが、第２リブ７２を構成する。本実施の形態１においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第１上流直線部３１ａの下流端までの間の部分（すなわち、第１上流直線部３１ａと並走する部分）の幅が、第１リブ７１以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第１リブ７１が特定リブを構成する。なお、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分以外の部分は、他のリブと実質的に同じ幅になるように形成されている。【０１１７】
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚ（第１下流ターン部３１ｇの水平方向に延びる部分と、第１下流直線部３１ｈと、第２下流ターン部３１ｉの水平方向に延びる部分）を通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。【０１１８】
[燃料電池の作用効果]
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図１１を参照しながら説明する。【０１１９】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１における上流部１３１ａの第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の該第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差が大きいため、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込む。【０１２０】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に流れ込む。【０１２１】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。【０１２２】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成される第１リブ７１の第１上流直線部３１ａに並走する部分（第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと流路３１ｚの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。【０１２３】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、の間で生じる圧力差を低減することができ、第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部から第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを介して、流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。【０１２４】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。【０１２５】
このように、本実施の形態１０に係る燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。【０１２６】
（実施の形態１１）
図１２は、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１２７】
図１２に示すように、本実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１の構成が異なる。具体的には、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分（以下、単に部分という）の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１リブは、前記第１酸化剤ガス流路の前記上流端から前記第２の部分までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。【０１２８】
このように構成された本実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池であっても、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１２９】
（実施の形態１２）
図１３は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１３０】
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブである。【０１３１】
すなわち、図１３に示すように、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に代えて、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみから形成される第２リブ７２が、それ以外のリブ（第１リブ７１を含む）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。【０１３２】
具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分（第２上流ターン部３３ｄの水平方向に延びる部分、第３上流直線部３３ｅ、及び第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分（以下、流路３３ｙという）と、第３下流直線部３３ｍと、の間に形成される部分）の幅が、当該部分以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第２リブ７２が特定リブを構成する。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙ（特に、第４の部分５３）から第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍに短絡する酸化剤ガスを低減することができる。【０１３３】
次に、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００の作用効果について、説明する。【０１３４】
上述したように、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃ（正確には、第３下流直線部３３ｍ）を通流する酸化剤ガスと、の圧力差が大きいため、上流部１３３ａ（特に、第３酸化剤ガス流路１３３の第４の部分５３）を通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３３ｙに流れ込む。【０１３５】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａに流れ込む。そして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２から第３酸化剤ガス流路１３３に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙに流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに流れ込む。【０１３６】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。【０１３７】
しかしながら、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成される第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分（第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍと流路３３ｙの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３１の第３下流直線部３３ｍを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池の厚み方向から見て、第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから下流部１３３ｃの第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。【０１３８】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、生じる圧力差を低減することができ、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部から第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを介して、第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。【０１３９】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。【０１４０】
このように、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。【０１４１】
（実施の形態１３）
図１４は、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１４２】
図１４に示すように、本実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２リブ７２の構成が異なる。具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路は、第３の部分と該第３の部分より上流側に位置する第４の部分とを有し、前記第３の部分が前記第３反応ガス流路における前記第４の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第４の部分が前記第３反応ガス流路における前記上流端と前記第３の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接するように形成されており、前記第２リブは、前記第３反応ガス流路の前記第３の部分から前記下流端までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。【０１４３】
このように構成された本実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００であっても、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１４４】
（実施の形態１４）
図１５は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１４５】
本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブ及び前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブで構成されている。【０１４６】
具体的には、図１５に示すように、本実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に加えて、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１と同様に、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。すなわち、本実施の形態においては、第１リブ７１及び第２リブ７２が特定リブを構成する。【０１４７】
このように構成された本実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏し、かつ、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果も奏するので、より反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率をより改善することができる。【０１４８】
（実施の形態１５）
図１６は、本発明の実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１６においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【０１４９】
図１６に示すように、本実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。【０１５０】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎと、第４下流直線部３１ｐ、３３ｐと、から構成されていて、その上流端から第３下流直線部３１ｍ、３３ｍまでは、実施の形態１４に係るカソードセパレータ１１の第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃと同じように形成されている。そして、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍの下流端に、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第４下流直線部３１ｐ、３３ｐの上流端が接続され、その下流端が、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように形成されている。【０１５１】
また、第２リブ７２における第３下流直線部３３ｍ、第４下流ターン部３３ｎ、及び第４下流直線部３３ｐと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。【０１５２】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。また、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第１上流ターン部３３ｂの水平方向に延びる部分の下流端となる。【０１５３】
このように構成された本実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１５４】
（実施の形態１６）
図１７は、本発明の実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【０１５５】
図１７に示すように、本実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。【０１５６】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、略Ｌ字状に形成されていて、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊで構成されている。さらに、第２リブ７２における第２下流直線部３３ｊと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。【０１５７】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分の下流端となる。【０１５８】
このように構成された本実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１７）
図１８は、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１５９】
本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第２の部分との間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第１反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス混合部は、該第１反応ガス混合部より上流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第１反応ガス混合部より下流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第１反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第１反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも少ない。【０１６０】
すなわち、図１８に示すように、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３１ａ、１３３ａの途中に第１反応ガス混合部６４が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の上流端の位置が異なる。【０１６１】
具体的には、第１反応ガス混合部６４は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間に設けられており、ここでは、第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｃの上流端を接続する部分（実施の形態１０において、第１上流ターン部３１ｂに相当する部分）に設けられている。第１酸化剤ガス混合部６４は、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。【０１６２】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２酸化剤ガス流路１３２が連通している。すなわち、酸化剤ガス流路１３２の上流端は、窪み部６２となる。【０１６３】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａを通流した酸化剤ガスが、第１反応ガス混合部６４の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。【０１６４】
このように構成された本実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１６５】
なお、本実施の形態１７においては、第１反応ガス混合部６４を第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｂの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間であれば、どの部分であってもよい。また、本実施の形態においては、第１反応ガス混合部６４を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。
（実施の形態１８）
図１９は、本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１６６】
本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路における前記第３の部分と前記下流端の間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第２反応ガス混合部が形成されており、前記第２反応ガス混合部は、該第２反応ガス混合部より上流側の前記第３反応ガス流路及び該第３反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第２反応ガス混合部より下流側の前記第３反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第２反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第２反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも多い。【０１６７】
すなわち、図１９に示すように、本実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃの途中に第２反応ガス混合部６５が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端の位置が異なる。【０１６８】
具体的には、第２反応ガス混合部６５は、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間に設けられており、ここでは、第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分（実施の形態１２において、第３上流ターン部３３ｋに相当する部分）に設けられていて、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端となる。第２反応ガス混合部６５は、第１反応ガス混合部６４と同様に、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。【０１６９】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第３下流直線部３１ｍ、３３ｍが連通している。また、窪み部６２には、酸化剤ガス流路１３２の下流端が連通している。【０１７０】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊ及び第２酸化剤ガス流路１３２の下流部を通流した酸化剤ガスが、第２反応ガス混合部６５の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。【０１７１】
このように構成された本実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池においても、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池と同様の作用効果を奏する。【０１７２】
なお、本実施の形態１８においては、第２反応ガス混合部６５を第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間であれば、どの部分であってもよい。また、本実施の形態１８においては、第２反応ガス混合部６５を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。【０１７３】
（実施の形態１９）
図２０は、本発明の実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。【０１７４】
図２０に示すように、本実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３及び酸化剤ガス流路１３２の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。【０１７５】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。【０１７６】
このように構成された本実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１７７】
（実施の形態２０）
図２１は、本発明の実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２１においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。【０１７８】
図２１に示すように、本実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１、酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３が並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。なお、ここでは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたが、これに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。【０１７９】
第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。【０１８０】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。【０１８１】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３は、第３の部分５２と第４の部分５３を有している。上述したように第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第３の部分５２を構成する。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第４の部分５３を構成する。【０１８２】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成されるリブが第２リブ７２を構成する。また、本実施の形態においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分の幅と、第２リブにおける第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分と並走する部分の幅が、これら以外のリブの幅よりも広くなるように形成されている。【０１８３】
このように構成された本実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。【０１８４】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。【０１８５】
例えば、上述した本発明の実施の形態においては、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成したが、これに限定されず、第１リブ７１の上流端から下流端までの幅及び／又は第２リブ７２の上流端から下流端までの幅が、他のリブよりも広くなるように形成してもよい。また、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分以外の幅を実質的に同じになるように形成したが、これに限定されず、リブの幅をそれぞれ異なるように形成してもよい。さらに、本発明の作用効果が得られる範囲において、第１及び第２リブ７１、７２以外のリブの一部の幅が、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成されていてもよい。【０１８６】
なお、本実施の形態においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたがこれに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。【０１８７】
次に、本発明に係る燃料電池１００をシミュレーション解析によってその効果を検証した結果について説明する。【０１８８】
［試験例１］
本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００を実施例１とし、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、シミュレーション解析によってその効果を検証した。簡便に評価するために電極面のみを解析対象とした。【０１８９】
解析には、アンシス・ジャパン株式会社のＦＬＵＥＮＴ、ＰＥＭモジュールを使用した。発電条件は、電流密度０．２４Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率５５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。【０１９０】
その結果、高分子電解質膜１の含水量によって変化するプロトン導電率は、実施例１では、０．８１６Ｓ／ｍ、比較例１では０．７７１Ｓ／ｍとなり、本発明の構成によって電池性能に影響を与えるプロトン導電率が向上することが確認できた。【０１９１】
発明者らは、このことは以下の理由によるものと考察する。燃料電池１００を低加湿で運転した場合に、高分子電解質膜１が乾燥してプロトン導電率が小さくなるが、特に、セル内（セパレータの主面）のある部分（ここでは、第１酸化剤ガス流路の下流部）に発電が集中すると、発電に伴う発熱によって、当該部分に対応する高分子電解質膜１がより乾燥し、プロトン導電率がさらに小さくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の間で、酸化剤ガスが分配されることにより、発電の集中が緩和され、高分子電解質膜１の含水量が増加してプロトン導電率が向上したと考察する。【０１９２】
次に、本発明に係る燃料電池１００の発電実験を行った結果を示す。【０１９３】
［試験例２］
本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池（単電池）１００を実施例２とし、試験例１と同様に、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、燃料電池１００の起電力（電圧）を測定した。なお、発電条件は、電流密度０．１６Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率８５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。【０１９４】
その結果、実施例２では電圧が６９３ｍＶ、比較例１では、電圧が６８９ｍＶとなり、本発明の構成によってその起電力が増加し、電池性能が向上することが確認された。【０１９５】
このように、試験例１及び試験例２によって、本発明に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、従来の燃料電池１００に比べて、プロトン伝導率及び起電力が向上し、その性能が向上することが確認された。【０１９６】
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】
【０１９７】
本発明の燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池は、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができるので、効率よく発電することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月30日(2009.6.30)
【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、燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池、特に燃料電池用セパレータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ガスケットと、導電性の板状のセパレータと、を有している。そして、ＰＥＦＣは、一般的には、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルとを締結具により締結することにより、形成されている。
【０００３】
ところで、セパレータの主面には、燃料ガス又は酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を供給し、排出するためのマニホールドを形成するマニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔と反応ガス排出用マニホールド孔）が設けられており、ガス拡散電極と当接する主面には、反応ガスが通流する溝状の反応ガス流路がこれらのマニホールド孔と連通するように設けられている。
【０００４】
そして、この反応ガス流路を反応ガスが通流する間に、反応ガスがＭＥＡに供給され、ＭＥＡの内部において、電気化学反応により消費される。このため、反応ガス流路の下流部では、ガスが消費されることによって、水素、又は酸素濃度が低下してしまう。その結果、ガス濃度の低い反応ガス流路の下流部領域では、発電量が低下し、セル面内においてガス濃度に応じた発電分布が形成されてしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、ガス流路の形状を工夫して、セル面内でのガス濃度の均一化を図ることによって、発電効率を高めた燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面の概略構成を示す模式図である。
【０００６】
図２２に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、複数本（図２２においては、３本）の流体通路２０１〜２０３（反応ガス流路）が、入口（反応ガス供給用マニホールド孔）２１１とその上流端が連通する略Ｌ字状の上流部と、出口（反応ガス排出用マニホールド孔）２１２とその下流端が連通する下流部と、上流部の下流端と下流部の上流端とを接続する中流部と、から構成されており、全体として渦巻状に形成されている。これにより、セパレータ２００の特定の部分に、流体通路の上流部又は下流部が集中することがないため、電極面内における反応ガス濃度が均一化されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているセパレータ２００であっても、複数本の流体通路を通流する反応ガスの利用効率を改善するという観点からは、未だ改善の余地があることを本発明者等は見出した。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、反応ガス流路を通流する反応ガスの利用効率を改善することができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、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。
【００１１】
すなわち、上記特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、流体通路２０１〜２０３における上流部の上流端近傍部分を通流する反応ガスの一部が、該上流部と近接する下流部の上流端近傍部分に短絡し、これにより、流体通路２０１〜２０３を流れる反応ガスのうち、反応に寄与せず排出される反応ガスが生じ、反応ガスの利用効率が低下することを見出した。
【００１２】
具体的に説明すると、流体通路２０１〜２０３は、ガス拡散電極のガス拡散層と隣接するように（ガス拡散層によって、セパレータ２００の開放面（上面）を覆われるように）配設されているため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を通流する（以下、ガス拡散層を通流するガスを伏流ガスという）。このため、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の下流部における、流体通路２０１の上流端部と最も近接する部分２０４を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０１の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０１の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０１を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【００１３】
また、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスが短絡するため、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスの一部が、流体通路２０１の上流部に流れ込む。そして、流体通路２０１の上流部に流れ込んだ反応ガスの一部が、流体通路２０１の下流部に短絡する。このため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの反応に寄与せずに排出される反応ガスの量がさらに大きくなり、反応ガスの利用効率がさらに低下する。
【００１４】
さらに、流体通路２０３の上流部における流体通路２０３の下流端と最も近接する部分２０５を通流する反応ガスと、流体通路２０３の下流部を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０３の部分２０５近傍を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０３の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０３の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０３を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率がさらに低下する。
【００１５】
このような問題に対して、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。
【００１６】
すなわち、本発明に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも１の反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成されている。
【００１７】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの濃度のバラツキを低減することができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されていてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通していてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通していてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通していてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流してもよい。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、サーペンタイン状に形成されていてもよい。
【００２５】
さらに、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されていてもよい。
【００２６】
また、本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池セパレータと、電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている。
【００２７】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減することができる。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。また、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路に沿って流れずに短絡する反応ガスを低減することにより、反応ガス流路を通流する反応ガスの反応に寄与せず排出される反応ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１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２】図２は、図１に示す燃料電池のカソードセパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２２】図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面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】
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一また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がある。また、図２乃至図２１においては、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、また、第１反応ガス流路を明確にするためにハッチングを付している。
【００３２】
（実施の形態１）
[燃料電池の構成]
図１は、本発明の実施の形態１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。直、図１においては、一部を省略している。
【００３３】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池１００は、単電池（セル）であり、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）５と、ガスケット６と、アノードセパレータ１０と、カソードセパレータ１１と、を備えている。
【００３４】
ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（電解質層；例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））１と、アノード４ａと、カソード４ｂと、を有している。
【００３５】
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４ａ及びカソード４ｂ（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、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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（図示せず）。
【００３６】
アノード４ａ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触媒層２ａと、アノード触媒層２ａ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ガス拡散層３ａと、を有している。同様に、カソード４ｂ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触媒層２ｂと、カソード触媒層２ｂ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ガス拡散層３ｂと、を有している。
【００３７】
なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂ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、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂ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。
【００３８】
また、ＭＥＡ５のアノード４ａ及びカソード４ｂ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６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防止され、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防止される。なお、ガスケット６の周縁部には、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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。
【００３９】
また、ＭＥＡ５とガスケット６を挟むように、導電性を有する板状のアノードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１０とカソードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１１が配設されている。これにより、ＭＥＡ５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、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ１０、１１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。
【００４０】
アノードセパレータ１０のアノード４ａと接触する一方の主面には、燃料ガスが通流するための溝状の第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）１４１と、第１燃料ガス流路に並走するように溝状の第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）１４２、１４３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。同様に、カソードセパレータ１１のカソード４ｂと接触する一方の主面には、酸化剤ガスが通流するための溝状の第１酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）１３１と、第１酸化剤ガス流路１３１と並走するように第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）１３２、１３３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。
【００４１】
これにより、アノード４ａ及びカソード４ｂ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、冷却水等の冷却媒体を冷却媒体流路９に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
【００４２】
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を複数積層してセルスタック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、冷却媒体流路９を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却媒体流路９を設けない場合には、２つのＭＥＡ５に挟まれたセパレータを、一方の主面に第１燃料ガス流路１４１及び第２燃料ガス流路１４２、１４３を設け、他方の主面に第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を設けた、アノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１を兼ねるセパレータを使用してもよい。
【００４３】
次に、カソードセパレータ１１について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、アノードセパレータ１０については、カソードセパレータ１１と基本的構成が同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
[燃料電池用セパレータの構成]
図２は、図１に示す燃料電池１００のカソードセパレータ（本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ）１１の概略構成を示す模式図である。
【００４５】
図２に示すように、本実施の形態１に係るカソードセパレータ１１は、板状で、かつ、略矩形に構成されている。カソードセパレータ１１の主面の周縁部には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔は、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２１、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２２、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２３、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２４、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給用マニホールド孔２５、及び冷却媒体を排出するための冷却媒体排出用マニホールド孔２６を構成する。
【００４６】
酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１は、カソードセパレータ１１の一方の側部（図面左側の側部：以下、第一の側部という）の上部に設けられ、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、燃料電池用セパレータの他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の下部に設けられている。また、燃料ガス供給用マニホールド孔２３は、第２の側部の上部に設けられ、燃料ガス排出用マニホールド孔２４は、第１の側部の下部に設けられている。さらに、冷却媒体供給用マニホールド孔２５は、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の上部の第２の側部側に設けられ、冷却媒体排出用マニホールド孔２６は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の下部の第１の側部側に設けられている。
【００４７】
なお、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド２２、及び燃料ガス供給用マニホールド孔２３と燃料ガス排出用マニホールド２４は、それぞれ、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部とは、カソードセパレータ１１の外周に対する中央部分をいう。
【００４８】
そして、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通するように、溝状の第１酸化剤ガス流路１３１と、複数（ここでは、２）の溝状の第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように配設されている。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているため、以下の説明では、第１酸化剤ガス流路１３１について説明する。
【００４９】
第１酸化剤ガス流路１３１は、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｌ字状の上流部１３１ａ（図２に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する下流部１３１ｃ（図２に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ（図２に示す破線内の流路）と、から構成され、上流部１３１ａと下流部１３１ｃで中流部１３１ｂを囲むように形成されている。
【００５０】
ここで、上流部１３１ａは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の上流端である酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の接続端とし、他端を式：Ｌ１≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ１は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの流路長を示し、Ｌ２は、第１酸化剤ガス流路１３１の全流路長を示す。また、上流部１３１ａの他端は、式：Ｌ１≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。
【００５１】
また、下流部１３１ｃは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の下流端である酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の接続端とし、他端を式：Ｌ３≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ３は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃの流路長を示す。また、下流部１３１ｃの他端は、式：Ｌ３≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。
【００５２】
上流部１３１ａは、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている第１上流直線部３１ａと、その上流端が第１上流直線部３１ａの下流端と接続され、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げる第１上流ターン部３１ｂと、該第１上流ターン部３１ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている第２上流直線部３１ｃと、その上流端が第２上流直線部３１ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げる第２上流ターン部３１ｄと、から構成されている。
【００５３】
中流部１３１ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。より詳しく説明すると、中流部１３１ｂは、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄの下流端から、第２の側部から第１の側部に向かって（以下、第１の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【００５４】
下流部１３１ｃは、その上流端が中流部１３１ｂの下流端に接続され、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第１下流ターン部３１ｇと、該第１下流ターン部３１ｇの下流端に接続され、下方向に垂直に延びるように形成された第１下流直線部３１ｈと、該第１下流直線部３１ｈの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げる第２下流ターン部３１ｉと、該第２下流ターン部３１ｉの下流端に接続され、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する第２下流直線部３１ｊと、から構成されている。
【００５５】
このように、第１酸化剤ガス流路１３１は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在されている。
【００５６】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｇのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。なお、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端の間の部分が特定部分を構成する。
【００５７】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と連通するための溝状の連通用流路６１が配設されている。連通用流路６１は、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流部（正確には、その第１下流ターン部）と、第２酸化剤ガス流路１３３の下流部（正確には、その下流部）と、を連通するように形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に短絡しても、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流することにより、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれが、特定流路を構成する。
【００５８】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分である。
【００５９】
[燃料電池の作用効果]
次に、本実施の形態１に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００６０】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力差により、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込む。第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力勾配が大きい場合に、酸化剤ガスの短絡が起こりやすくなる。
【００６１】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込んだ場合、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込む。このようにして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキが生じ、このバラツキにより反応ガスの利用効率が低下する。
【００６２】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、第１の部分４１に連通用流路６１が配設されているので、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流する。これにより、短絡した酸化剤ガスが第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３にほぼ均一に分流される。このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができる。
【００６３】
また、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部に短絡した酸化剤ガスが分流されるため、該第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量が、連通用流路６１が配設されていない場合に比べて増加する。このため、カソード４ｂにおける第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃと対向する部分のみならず、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部と対向する部分も、反応ガスの反応する場として寄与するので、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。
【００６４】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【００６５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００６６】
図３に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分のうち、第１の部分４１から下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈの下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。
【００６７】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【００６８】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００６９】
図４に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分である、第１の部分４１から第１酸化剤ガス流路１３１の下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。
【００７０】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【００７１】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００７２】
図５に示すように、本実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３が形成されている点が異なる。
【００７３】
具体的には、窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略台形状に形成されており、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１でその上流端が接続されており、また、その下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈに接続されている。そして、窪み部６２の上流端及び下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれと連通するように形成されている。
【００７４】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、１１個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから窪み部６２（第１の部分４１）に短絡した酸化剤ガス（以下、短絡ガス）と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３における窪み部６２の上流側（中流部）を通流する酸化剤ガス（通流ガス）と、が窪み部６２で合流される。窪み部６２で合流した短絡ガスと通流ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらのガスの混合が促進され、酸化剤ガスの供給量のバラツキの低減が図られる。そして、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。
【００７５】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができ、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。
【００７６】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００７７】
図６に示すように、本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。
【００７８】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【００７９】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００８１】
図７に示すように、本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成が異なる。
【００８２】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、下流部１３１ｃは、その上流端から第２下流直線部３１ｊまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２下流直線部３１ｊの下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３下流ターン部３１ｋの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第３下流直線部３１ｍの上流端が接続され、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通している。
【００８３】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。
【００８４】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００８５】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図８においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００８６】
図８に示すように、本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部の構成が異なる。
【００８７】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、上流部１３１ａは、その上流端から第２上流ターン部３１ｄまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２上流ターン部３１ｄの下流端には、第１の側部方向に水平に延びる第３上流直線部３１ｅの上流端が接続され、その下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３上流ターン部３１ｆの上流端が接続され、その下流端は、中流部１３１ｂと接続されている。
【００８８】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。
【００８９】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００９０】
（実施の形態８）
図９は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００９１】
図９に示すように、本実施の形態８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端が、連通用流路６１に接続されている点が異なる。
【００９２】
このように構成された本実施の形態８に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００９３】
なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端を連通用流路６１に接続する構成としたが、これに限定されず、第２酸化剤ガス流路１３３の下流端を連通用流路６１に接続する構成としてもよい。
【００９４】
（実施の形態９）
図１０は、本発明の実施の形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１０においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００９５】
図１０に示すように、本実施の形態９に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路が４本並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。
【００９６】
第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【００９７】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。
【００９８】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端との間の部分（特定部分）には、複数の溝状の連通用流路６１が、所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５をそれぞれ連通するように設けられている。
【００９９】
このように構成された本実施の形態９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１００】
なお、本実施の形態１〜９においては、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に、連通用流路６１を設けて短絡した酸化剤ガスを分流する構成としたが、これに限定されず、実施の形態４のように窪み部６２と突起６３を設けて、短絡した酸化剤ガスを混合して、混合した酸化剤ガスを分流するような構成としてもよい。
【０１０１】
また、本実施の形態１〜９においては、複数の酸化剤ガス流路１３１〜１３５の下流端を酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように構成したが、これに限定されず、複数の第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５のうち、少なくとも１の酸化剤ガス流路の下流端を連通用流路６１に接続するような構成としてもよい。
【０１０２】
（実施の形態１０）
図１１は、本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１０３】
本発明の実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、かつ、互いに並走しながら屈曲するように形成された溝群からなる複数の反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記複数の反応ガス流路のうち最も外側の一対の反応ガス流路の一方が第１反応ガス流路を構成し、その他方が第３反応ガス流路を構成し、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路における前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第３反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第３反応ガス流路が介在するように形成され、隣接する前記溝間に形成される複数のリブのうち、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成されるリブ又は前記第３反応ガス流路のみによって形成されるリブの少なくとも何れか一方のリブ（以下、特定リブ）の幅が該特定リブ以外の何れかのリブの幅よりも広く形成されている。また、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブである。
【０１０４】
具体的には、図１１に示すように、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通し、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように、溝１３１〜１３３が形成されている。このカソードセパレータ１１の一方の主面における、これらの溝と溝との間の部分が、カソード４ｂと当接するリブを形成する。また、溝１３１〜１３３は、それぞれ、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を構成する。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、最も外側の一対の溝１３１、１３３のうち、一方の溝１３１が第１酸化剤ガス流路１３１を構成し、その他方の溝１３３が、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）１３３を構成する。すなわち、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のうち、最も外側に位置する溝１３３が、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する。また、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているため、以下の説明では、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３について説明する。
【０１０５】
第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｕ字状の上流部１３１ａ、１３３ａ（図１１に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する略Ｕ字状の下流部１３１ｃ、１３３ｃ（図１１に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａ、１３３ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ、１３３ｂと、から構成され、上流部１３１ａ、１３３ａと下流部１３１ｃ、１３３ｃで中流部１３１ｂ、１３３ｂを囲むように形成されている。
【０１０６】
上流部１３１ａ、１３３ａは、それぞれ、第１上流直線部３１ａ、３３ａと、第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂと、第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄと、第３上流直線部３１ｅ、３３ｅと、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆと、から構成されている。
【０１０７】
第１上流直線部３１ａ、３３ａは、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１に連通するように形成されていて、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている。第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂは、それぞれ、その上流端が第１上流直線部３１ａ、３３ａの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。第２上流直線部３１ｃ、３３ｃは、それぞれ、その上流端が第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている。第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄは、それぞれ、その上流端が第２上流直線部３１ｃ、３３ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げるように形成されている。第３上流直線部３１ｅ、３３ｅは、それぞれ、その上流端が第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄの下流端に接続されていて、第２の側部から第１の側部に向かって水平方向に延びるように形成されている。また、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆは、それぞれ、その上流端が第３上流直線部３１ｅ、３３ｅの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。
【０１０８】
中流部１３１ｂ、１３３ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【０１０９】
より詳しく説明すると、中流部１３１ｂ、１３３ｂは、それぞれ、上流部１３１ａ、１３３ａの第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆの下流端から、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延びて、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端に到る。
【０１１０】
下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、から構成されている。
【０１１１】
第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇは、それぞれ、その上流端が中流部１３１ｂ、１３３ｂの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第１下流直線部３１ｈ、３３ｈは、それぞれ、その上流端が第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇの下流端に接続されていて、第１の側部方向に水平方向に延びように形成されている。第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉは、それぞれ、その上流端が第１下流直線部３１ｈ、３３ｈの下流端に接続されていて、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げるように形成されている。第２下流直線部３１ｊ、３３ｊは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉに接続されていて、下方向に垂直に延びるように形成されている。第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋは、それぞれ、その上流端が第２下流直線部３１ｊ、３３ｊに接続されていて、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第３下流直線部３１ｍ、３３ｍは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋの下流端に接続されていて、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通するように形成されている。
【０１１２】
このように、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在されている。
【０１１３】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｉのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。
【０１１４】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分であり、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの中で下流部１３１ｃとの圧力勾配が大きい部分である。具体的には、本実施の形態においては、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄが、第２の部分５１を構成する。
【０１１５】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃは、第３の部分５２を有しており、上流部１３３ａは、第４の部分５３を有している。第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する第２下流ターン部３３ｉである。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する第２上流ターン部３３ｄの上下に延びる流路の下流端部分である。
【０１１６】
そして、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成される複数のリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみによって形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみによって形成されるリブが、第２リブ７２を構成する。本実施の形態１においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第１上流直線部３１ａの下流端までの間の部分（すなわち、第１上流直線部３１ａと並走する部分）の幅が、第１リブ７１以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第１リブ７１が特定リブを構成する。なお、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分以外の部分は、他のリブと実質的に同じ幅になるように形成されている。
【０１１７】
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚ（第１下流ターン部３１ｇの水平方向に延びる部分と、第１下流直線部３１ｈと、第２下流ターン部３１ｉの水平方向に延びる部分）を通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１１８】
[燃料電池の作用効果]
次に、本実施の形態１０に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図１１を参照しながら説明する。
【０１１９】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１における上流部１３１ａの第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の該第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差が大きいため、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込む。
【０１２０】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に流れ込む。
【０１２１】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成される第１リブ７１の第１上流直線部３１ａに並走する部分（第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと流路３１ｚの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１２３】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、の間で生じる圧力差を低減することができ、第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部から第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを介して、流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１２４】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１２５】
このように、本実施の形態１０に係る燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１２６】
（実施の形態１１）
図１２は、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１２７】
図１２に示すように、本実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１の構成が異なる。具体的には、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分（以下、単に部分という）の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本発明の実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１リブは、前記第１酸化剤ガス流路の前記上流端から前記第２の部分までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。
【０１２８】
このように構成された本実施の形態１１に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池であっても、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１２９】
（実施の形態１２）
図１３は、本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１３０】
本発明の実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブである。
【０１３１】
すなわち、図１３に示すように、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に代えて、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみから形成される第２リブ７２が、それ以外のリブ（第１リブ７１を含む）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。
【０１３２】
具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分（第２上流ターン部３３ｄの水平方向に延びる部分、第３上流直線部３３ｅ、及び第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分（以下、流路３３ｙという）と、第３下流直線部３３ｍと、の間に形成される部分）の幅が、当該部分以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第２リブ７２が特定リブを構成する。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙ（特に、第４の部分５３）から第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍに短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１３３】
次に、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００の作用効果について、説明する。
【０１３４】
上述したように、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃ（正確には、第３下流直線部３３ｍ）を通流する酸化剤ガスと、の圧力差が大きいため、上流部１３３ａ（特に、第３酸化剤ガス流路１３３の第４の部分５３）を通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３３ｙに流れ込む。
【０１３５】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａに流れ込む。そして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２から第３酸化剤ガス流路１３３に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙに流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに流れ込む。
【０１３６】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【０１３７】
しかしながら、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成される第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分（第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍと流路３３ｙの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３１の第３下流直線部３３ｍを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池の厚み方向から見て、第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから下流部１３３ｃの第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１３８】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、生じる圧力差を低減することができ、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部から第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを介して、第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１３９】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１４０】
このように、本実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１４１】
（実施の形態１３）
図１４は、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１４２】
図１４に示すように、本実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２リブ７２の構成が異なる。具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本発明の実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路は、第３の部分と該第３の部分より上流側に位置する第４の部分とを有し、前記第３の部分が前記第３反応ガス流路における前記第４の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第４の部分が前記第３反応ガス流路における前記上流端と前記第３の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接するように形成されており、前記第２リブは、前記第３反応ガス流路の前記第３の部分から前記下流端までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。
【０１４３】
このように構成された本実施の形態１３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００であっても、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１４４】
（実施の形態１４）
図１５は、本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１４５】
本発明の実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブ及び前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブで構成されている。
【０１４６】
具体的には、図１５に示すように、本実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に加えて、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１と同様に、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。すなわち、本実施の形態においては、第１リブ７１及び第２リブ７２が特定リブを構成する。
【０１４７】
このように構成された本実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏し、かつ、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果も奏するので、より反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【０１４８】
（実施の形態１５）
図１６は、本発明の実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１６においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１４９】
図１６に示すように、本実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。
【０１５０】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎと、第４下流直線部３１ｐ、３３ｐと、から構成されていて、その上流端から第３下流直線部３１ｍ、３３ｍまでは、実施の形態１４に係るカソードセパレータ１１の第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃと同じように形成されている。そして、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍの下流端に、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第４下流直線部３１ｐ、３３ｐの上流端が接続され、その下流端が、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように形成されている。
【０１５１】
また、第２リブ７２における第３下流直線部３３ｍ、第４下流ターン部３３ｎ、及び第４下流直線部３３ｐと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。
【０１５２】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。また、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第１上流ターン部３３ｂの水平方向に延びる部分の下流端となる。
【０１５３】
このように構成された本実施の形態１５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１５４】
（実施の形態１６）
図１７は、本発明の実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１５５】
図１７に示すように、本実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。
【０１５６】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、略Ｌ字状に形成されていて、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊで構成されている。さらに、第２リブ７２における第２下流直線部３３ｊと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。
【０１５７】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分の下流端となる。
【０１５８】
このように構成された本実施の形態１６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
（実施の形態１７）
図１８は、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１５９】
本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第２の部分との間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第１反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス混合部は、該第１反応ガス混合部より上流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第１反応ガス混合部より下流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第１反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第１反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも少ない。
【０１６０】
すなわち、図１８に示すように、本発明の実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３１ａ、１３３ａの途中に第１反応ガス混合部６４が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の上流端の位置が異なる。
【０１６１】
具体的には、第１反応ガス混合部６４は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間に設けられており、ここでは、第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｃの上流端を接続する部分（実施の形態１０において、第１上流ターン部３１ｂに相当する部分）に設けられている。第１酸化剤ガス混合部６４は、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。
【０１６２】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２酸化剤ガス流路１３２が連通している。すなわち、酸化剤ガス流路１３２の上流端は、窪み部６２となる。
【０１６３】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａを通流した酸化剤ガスが、第１反応ガス混合部６４の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。
【０１６４】
このように構成された本実施の形態１７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１６５】
なお、本実施の形態１７においては、第１反応ガス混合部６４を第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｂの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間であれば、どの部分であってもよい。また、本実施の形態においては、第１反応ガス混合部６４を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。
（実施の形態１８）
図１９は、本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１６６】
本発明の実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路における前記第３の部分と前記下流端の間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第２反応ガス混合部が形成されており、前記第２反応ガス混合部は、該第２反応ガス混合部より上流側の前記第３反応ガス流路及び該第３反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第２反応ガス混合部より下流側の前記第３反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第２反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第２反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも多い。
【０１６７】
すなわち、図１９に示すように、本実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃの途中に第２反応ガス混合部６５が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端の位置が異なる。
【０１６８】
具体的には、第２反応ガス混合部６５は、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間に設けられており、ここでは、第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分（実施の形態１２において、第３上流ターン部３３ｋに相当する部分）に設けられていて、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端となる。第２反応ガス混合部６５は、第１反応ガス混合部６４と同様に、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。
【０１６９】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第３下流直線部３１ｍ、３３ｍが連通している。また、窪み部６２には、酸化剤ガス流路１３２の下流端が連通している。
【０１７０】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊ及び第２酸化剤ガス流路１３２の下流部を通流した酸化剤ガスが、第２反応ガス混合部６５の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。
【０１７１】
このように構成された本実施の形態１８に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池においても、実施の形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池と同様の作用効果を奏する。
【０１７２】
なお、本実施の形態１８においては、第２反応ガス混合部６５を第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間であれば、どの部分であってもよい。また、本実施の形態１８においては、第２反応ガス混合部６５を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。
【０１７３】
（実施の形態１９）
図２０は、本発明の実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１７４】
図２０に示すように、本実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３及び酸化剤ガス流路１３２の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。
【０１７５】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【０１７６】
このように構成された本実施の形態１９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１０に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１７７】
（実施の形態２０）
図２１は、本発明の実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２１においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１７８】
図２１に示すように、本実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１、酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３が並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。なお、ここでは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたが、これに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。
【０１７９】
第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【０１８０】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。
【０１８１】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３は、第３の部分５２と第４の部分５３を有している。上述したように第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第３の部分５２を構成する。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第４の部分５３を構成する。
【０１８２】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成されるリブが第２リブ７２を構成する。また、本実施の形態においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分の幅と、第２リブにおける第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分と並走する部分の幅が、これら以外のリブの幅よりも広くなるように形成されている。
【０１８３】
このように構成された本実施の形態２０に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１４に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１８４】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１８５】
例えば、上述した本発明の実施の形態においては、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成したが、これに限定されず、第１リブ７１の上流端から下流端までの幅及び／又は第２リブ７２の上流端から下流端までの幅が、他のリブよりも広くなるように形成してもよい。また、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分以外の幅を実質的に同じになるように形成したが、これに限定されず、リブの幅をそれぞれ異なるように形成してもよい。さらに、本発明の作用効果が得られる範囲において、第１及び第２リブ７１、７２以外のリブの一部の幅が、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成されていてもよい。
【０１８６】
なお、本実施の形態においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたがこれに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。
【０１８７】
次に、本発明に係る燃料電池１００をシミュレーション解析によってその効果を検証した結果について説明する。
【０１８８】
［試験例１］
本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００を実施例１とし、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、シミュレーション解析によってその効果を検証した。簡便に評価するために電極面のみを解析対象とした。
【０１８９】
解析には、アンシス・ジャパン株式会社のＦＬＵＥＮＴ、ＰＥＭモジュールを使用した。発電条件は、電流密度０．２４Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率５５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。
【０１９０】
その結果、高分子電解質膜１の含水量によって変化するプロトン導電率は、実施例１では、０．８１６Ｓ／ｍ、比較例１では０．７７１Ｓ／ｍとなり、本発明の構成によって電池性能に影響を与えるプロトン導電率が向上することが確認できた。
【０１９１】
発明者らは、このことは以下の理由によるものと考察する。燃料電池１００を低加湿で運転した場合に、高分子電解質膜１が乾燥してプロトン導電率が小さくなるが、特に、セル内（セパレータの主面）のある部分（ここでは、第１酸化剤ガス流路の下流部）に発電が集中すると、発電に伴う発熱によって、当該部分に対応する高分子電解質膜１がより乾燥し、プロトン導電率がさらに小さくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の間で、酸化剤ガスが分配されることにより、発電の集中が緩和され、高分子電解質膜１の含水量が増加してプロトン導電率が向上したと考察する。
【０１９２】
次に、本発明に係る燃料電池１００の発電実験を行った結果を示す。
【０１９３】
［試験例２］
本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池（単電池）１００を実施例２とし、試験例１と同様に、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、燃料電池１００の起電力（電圧）を測定した。なお、発電条件は、電流密度０．１６Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率８５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。
【０１９４】
その結果、実施例２では電圧が６９３ｍＶ、比較例１では、電圧が６８９ｍＶとなり、本発明の構成によってその起電力が増加し、電池性能が向上することが確認された。
【０１９５】
このように、試験例１及び試験例２によって、本発明に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、従来の燃料電池１００に比べて、プロトン伝導率及び起電力が向上し、その性能が向上することが確認された。
【０１９６】
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】
【０１９７】
本発明の燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池は、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができるので、効率よく発電することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
【符号の説明】
【０１９８】
１  高分子電解質膜
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノードガス拡散層
３ｂ  カソードガス拡散層
４ａ  アノード
４ｂ  カソード
５  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）
６  ガスケット
９  冷却媒体流路
１０  アノードセパレータ
１１  カソードセパレータ
２１  酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２２  酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２３  燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２４  燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２５  冷却媒体供給用マニホールド孔
２６  冷却媒体排出用マニホールド孔
３１ａ  第１上流直線部
３１ｂ  第１上流ターン部
３１ｃ  第２上流直線部
３１ｄ  第２上流ターン部
３１ｅ  第３上流直線部
３１ｆ  第３上流ターン部
３１ｇ  第１下流ターン部
３１ｈ  第１下流直線部
３１ｉ  第２下流ターン部
３１ｊ  第２下流直線部
３１ｋ  第３下流ターン部
３１ｍ  第３下流ターン部
３１ｎ  第４下流ターン部
３１ｐ  第４下流直線部
３３ａ  第１上流直線部
３３ｂ  第１上流ターン部
３３ｃ  第２上流直線部
３３ｄ  第２上流ターン部
３３ｅ  第３上流直線部
３３ｆ  第３上流ターン部
３３ｇ  第１下流ターン部
３３ｈ  第１下流直線部
３３ｉ  第２下流ターン部
３３ｊ  第２下流直線部
３３ｋ  第３下流ターン部
３３ｍ  第３下流ターン部
３３ｎ  第４下流ターン部
３３ｐ  第４下流直線部
４１  第１の部分
５１  第２の部分
５２  第３の部分
５３  第４の部分
６１  連通用流路
６２  窪み部
６３  突起
６４  第１反応ガス混合部
６５  第２反応ガス混合部
１００  燃料電池
１０１  中心軸
１３１  酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路、溝）
１３１ａ  上流部
１３１ｂ  中流部
１３１ｃ  下流部
１３２  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）
１３３  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）
１３４  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１３５  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１４１  第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）
１４２  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
１４３  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
２００  セパレータ
２０１  流体通路
２０２  流体通路
２０３  流体通路
２１１  入口
２１２  出口
【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】
厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、
前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、
かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも１の反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流している、請求項５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、サーペンタイン状に形成されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池用セパレータと、
電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、
前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている、燃料電池。
【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】
【図１】
2009084183.tif 000025
【図２】
2009084183.tif 000026
【図３】
2009084183.tif 000027
【図４】
2009084183.tif 000028
【図５】
2009084183.tif 000029
【図６】
2009084183.tif 000030
【図７】
2009084183.tif 000031
【図８】
2009084183.tif 000032
【図９】
2009084183.tif 000033
【図１０】
2009084183.tif 000034
【図１１】
2009084183.tif 000035
【図１２】
2009084183.tif 000036
【図１３】
2009084183.tif 000037
【図１４】
2009084183.tif 000038
【図１５】
2009084183.tif 000039
【図１６】
2009084183.tif 000040
【図１７】
2009084183.tif 000041
【図１８】
2009084183.tif 000042
【図１９】
2009084183.tif 000043
【図２０】
2009084183.tif 000044
【図２１】
2009084183.tif 000045
【図２２】
2009084183.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
すなわち、本発明に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも最も前記第１反応ガス流路と近接されている第２反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成され、前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【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】
厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、屈曲するように形成された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら屈曲するように形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、
前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路の前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第２反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第２反応ガス流路が介在するように形成され、
かつ、前記第１反応ガス流路は、前記第１の部分と前記下流端との間の部分（以下、特定部分）において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも最も前記第１反応ガス流路と近接されている第２反応ガス流路（以下、特定流路）と連通するように形成され、
前記第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１部分との間及び前記１以上の第２反応ガス流路の該第１反応ガス流路の前記第２の部分と前記第１の部分との間に対応する部分が、渦巻状に形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流している、請求項５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池用セパレータと、
電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、
前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている、燃料電池。
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月14日(2010.5.14)
【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、燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池、特に燃料電池用セパレータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ガスケットと、導電性の板状のセパレータと、を有している。そして、ＰＥＦＣは、一般的には、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルとを締結具により締結することにより、形成されている。
【０００３】
ところで、セパレータの主面には、燃料ガス又は酸化剤ガス（これらを反応ガスという）を供給し、排出するためのマニホールドを形成するマニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔と反応ガス排出用マニホールド孔）が設けられており、ガス拡散電極と当接する主面には、反応ガスが通流する溝状の反応ガス流路がこれらのマニホールド孔と連通するように設けられている。
【０００４】
そして、この反応ガス流路を反応ガスが通流する間に、反応ガスがＭＥＡに供給され、ＭＥＡの内部において、電気化学反応により消費される。このため、反応ガス流路の下流部では、ガスが消費されることによって、水素、又は酸素濃度が低下してしまう。その結果、ガス濃度の低い反応ガス流路の下流部領域では、発電量が低下し、セル面内においてガス濃度に応じた発電分布が形成されてしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、ガス流路の形状を工夫して、セル面内でのガス濃度の均一化を図ることによって、発電効率を高めた燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面の概略構成を示す模式図である。
【０００６】
図２２に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、複数本（図２２においては、３本）の流体通路２０１〜２０３（反応ガス流路）が、入口（反応ガス供給用マニホールド孔）２１１とその上流端が連通する略Ｌ字状の上流部と、出口（反応ガス排出用マニホールド孔）２１２とその下流端が連通する下流部と、上流部の下流端と下流部の上流端とを接続する中流部と、から構成されており、全体として渦巻状に形成されている。これにより、セパレータ２００の特定の部分に、流体通路の上流部又は下流部が集中することがないため、電極面内における反応ガス濃度が均一化されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているセパレータ２００であっても、複数本の流体通路を通流する反応ガスの利用効率を改善するという観点からは、未だ改善の余地があることを本発明者等は見出した。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、反応ガス流路を通流する反応ガスの利用効率を改善することができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、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。
【００１１】
すなわち、上記特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータ２００では、流体通路２０１〜２０３における上流部の上流端近傍部分を通流する反応ガスの一部が、該上流部と近接する下流部の上流端近傍部分に短絡し、これにより、流体通路２０１〜２０３を流れる反応ガスのうち、反応に寄与せず排出される反応ガスが生じ、反応ガスの利用効率が低下することを見出した。
【００１２】
具体的に説明すると、流体通路２０１〜２０３は、ガス拡散電極のガス拡散層と隣接するように（ガス拡散層によって、セパレータ２００の開放面（上面）を覆われるように）配設されているため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を通流する（以下、ガス拡散層を通流するガスを伏流ガスという）。このため、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の下流部における、流体通路２０１の上流端部と最も近接する部分２０４を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０１の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０１の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０１を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【００１３】
また、３本ある流体通路２０１〜２０３のうち、最も下側にある流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスが短絡するため、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスと、流体通路２０１の上流部を通流する反応ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、残りの２本の流体通路２０２、２０３の上流部を通流する反応ガスの一部が、流体通路２０１の上流部に流れ込む。そして、流体通路２０１の上流部に流れ込んだ反応ガスの一部が、流体通路２０１の下流部に短絡する。このため、流体通路２０１〜２０３を通流する反応ガスの反応に寄与せずに排出される反応ガスの量がさらに大きくなり、反応ガスの利用効率がさらに低下する。
【００１４】
さらに、流体通路２０３の上流部における流体通路２０３の下流端と最も近接する部分２０５を通流する反応ガスと、流体通路２０３の下流部を通流する反応ガスと、の圧力差が大きく、また、その流路間の距離が小さいため（圧力差の勾配が大きいため）、流体通路２０３の部分２０５近傍を通流する反応ガスの一部が、ガス拡散層を経由して、流体通路２０３の下流部に流れ込む（短絡する）。そして、流体通路２０３の下流部に流れ込んだ反応ガスは、そのまま下流部を通流して出口２１２から排出される。このため、流体通路２０３を通流する反応ガスの一部が、反応に寄与せずに排出され、反応ガスの利用効率がさらに低下する。
【００１５】
このような問題に対して、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。
【００１６】
すなわち、本発明に係る燃料電池用セパレータは、周縁部に設けられ、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、周縁部に設けられ、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面に、折り返し部分を有する渦巻き状に形成され、その上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続された溝状の第１反応ガス流路と、少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら渦巻き状に形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた燃料電池用セパレータであって、前記セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の前記折り返し部分より下流の部分で、最も前記上流端に近接する部分を最近接部分と定義した場合に、前記１以上の第２反応ガス流路は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の上流端と前記最近接部分との間に位置しないように並走しており、前記第１反応ガス流路は、前記最近接部分と前記下流端との間の部分である特定部分において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも最も前記第１反応ガス流路と近接している第２反応ガス流路である特定流路と連通するように形成されている。
【００１７】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの濃度のバラツキを低減することができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されていてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通していてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通していてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通していてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流してもよい。
【００２３】
さらに、本発明に係る燃料電池用セパレータでは、前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池セパレータと、電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている。
【００２５】
この構成によれば、第１反応ガス流路の上流端部と第１の部分との間で反応ガスの短絡が生じるが、そのような場合でも、短絡した反応ガスが第２反応ガス流路の少なくとも１の反応ガス流路を通流することにより、該反応ガス流路に分流される。このため、第１及び第２反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減することができる。
【００２６】
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】
【００２７】
本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。また、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、反応ガス流路に沿って流れずに短絡する反応ガスを低減することにより、反応ガス流路を通流する反応ガスの反応に寄与せず排出される反応ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１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２】図２は、図１に示す燃料電池のカソードセパレータの概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の参考形態１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の参考形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の参考形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の参考形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の参考形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の参考形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の参考形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の参考形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、本発明の参考形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の参考形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の参考形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の参考形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【図２２】図２２は、特許文献１に開示されている燃料電池におけるセパレータの主面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】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一また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がある。また、図２乃至図２１においては、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、また、第１反応ガス流路を明確にするためにハッチングを付している。
【００３０】
（実施の形態１）
[燃料電池の構成]
図１は、本発明の実施の形態１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。直、図１においては、一部を省略している。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池１００は、単電池（セル）であり、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）５と、ガスケット６と、アノードセパレータ１０と、カソードセパレータ１１と、を備えている。
【００３２】
ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（電解質層；例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））１と、アノード４ａと、カソード４ｂと、を有している。
【００３３】
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４ａ及びカソード４ｂ（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、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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（図示せず）。
【００３４】
アノード４ａ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触媒層２ａと、アノード触媒層２ａ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ガス拡散層３ａと、を有している。同様に、カソード４ｂ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触媒層２ｂと、カソード触媒層２ｂ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ガス拡散層３ｂと、を有している。
【００３５】
なお、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂ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、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｂ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。
【００３６】
また、ＭＥＡ５のアノード４ａ及びカソード４ｂ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６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防止され、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防止される。なお、ガスケット６の周縁部には、後述する反応ガス供給用マニホールド孔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。
【００３７】
また、ＭＥＡ５とガスケット６を挟むように、導電性を有する板状のアノードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１０とカソードセパレータ（燃料電池用セパレータ）１１が配設されている。これにより、ＭＥＡ５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、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ１０、１１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。
【００３８】
アノードセパレータ１０のアノード４ａと接触する一方の主面には、燃料ガスが通流するための溝状の第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）１４１と、第１燃料ガス流路に並走するように溝状の第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）１４２、１４３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。同様に、カソードセパレータ１１のカソード４ｂと接触する一方の主面には、酸化剤ガスが通流するための溝状の第１酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）１３１と、第１酸化剤ガス流路１３１と並走するように第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）１３２、１３３が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路９が設けられている。
【００３９】
これにより、アノード４ａ及びカソード４ｂ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、冷却水等の冷却媒体を冷却媒体流路９に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
【００４０】
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を複数積層してセルスタック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、冷却媒体流路９を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却媒体流路９を設けない場合には、２つのＭＥＡ５に挟まれたセパレータを、一方の主面に第１燃料ガス流路１４１及び第２燃料ガス流路１４２、１４３を設け、他方の主面に第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を設けた、アノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１を兼ねるセパレータを使用してもよい。
【００４１】
次に、カソードセパレータ１１について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。なお、アノードセパレータ１０については、カソードセパレータ１１と基本的構成が同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
[燃料電池用セパレータの構成]
図２は、図１に示す燃料電池１００のカソードセパレータ（本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ）１１の概略構成を示す模式図である。
【００４３】
図２に示すように、本実施の形態１に係るカソードセパレータ１１は、板状で、かつ、略矩形に構成されている。カソードセパレータ１１の主面の周縁部には、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔は、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２１、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２２、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）２３、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）２４、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給用マニホールド孔２５、及び冷却媒体を排出するための冷却媒体排出用マニホールド孔２６を構成する。
【００４４】
酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１は、カソードセパレータ１１の一方の側部（図面左側の側部：以下、第一の側部という）の上部に設けられ、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、燃料電池用セパレータの他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の下部に設けられている。また、燃料ガス供給用マニホールド孔２３は、第２の側部の上部に設けられ、燃料ガス排出用マニホールド孔２４は、第１の側部の下部に設けられている。さらに、冷却媒体供給用マニホールド孔２５は、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の上部の第２の側部側に設けられ、冷却媒体排出用マニホールド孔２６は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の下部の第１の側部側に設けられている。
【００４５】
なお、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド２２、及び燃料ガス供給用マニホールド孔２３と燃料ガス排出用マニホールド２４は、それぞれ、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部とは、カソードセパレータ１１の外周に対する中央部分をいう。
【００４６】
そして、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通するように、溝状の第１酸化剤ガス流路１３１と、複数（ここでは、２）の溝状の第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように配設されている。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているため、以下の説明では、第１酸化剤ガス流路１３１について説明する。
【００４７】
第１酸化剤ガス流路１３１は、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｌ字状の上流部１３１ａ（図２に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する下流部１３１ｃ（図２に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ（図２に示す破線内の流路）と、から構成され、上流部１３１ａと下流部１３１ｃで中流部１３１ｂを囲むように形成されている。
【００４８】
ここで、上流部１３１ａは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の上流端である酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１の接続端とし、他端を式：Ｌ１≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ１は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの流路長を示し、Ｌ２は、第１酸化剤ガス流路１３１の全流路長を示す。また、上流部１３１ａの他端は、式：Ｌ１≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。
【００４９】
また、下流部１３１ｃは、第１酸化剤ガス流路１３１のうち、一端を第１酸化剤ガス流路１３１の下流端である酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の接続端とし、他端を式：Ｌ３≦Ｌ２を満たす部分とし、これらの間の部分をいう。なお、上記式中、Ｌ３は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃの流路長を示す。また、下流部１３１ｃの他端は、式：Ｌ３≦｛（１／３）×Ｌ２｝を満たす部分であることがより好ましい。
【００５０】
上流部１３１ａは、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている第１上流直線部３１ａと、その上流端が第１上流直線部３１ａの下流端と接続され、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げる第１上流ターン部３１ｂと、該第１上流ターン部３１ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている第２上流直線部３１ｃと、その上流端が第２上流直線部３１ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げる第２上流ターン部３１ｄと、から構成されている。
【００５１】
中流部１３１ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。より詳しく説明すると、中流部１３１ｂは、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄの下流端から、第２の側部から第１の側部に向かって（以下、第１の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【００５２】
下流部１３１ｃは、その上流端が中流部１３１ｂの下流端に接続され、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第１下流ターン部３１ｇと、該第１下流ターン部３１ｇの下流端に接続され、下方向に垂直に延びるように形成された第１下流直線部３１ｈと、該第１下流直線部３１ｈの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げる第２下流ターン部３１ｉと、該第２下流ターン部３１ｉの下流端に接続され、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する第２下流直線部３１ｊと、から構成されている。
【００５３】
このように、第１酸化剤ガス流路１３１は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３が介在されている。
【００５４】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｇのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。なお、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端の間の部分が特定部分を構成する。
【００５５】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と連通するための溝状の連通用流路６１が配設されている。連通用流路６１は、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流部（正確には、その第１下流ターン部）と、第２酸化剤ガス流路１３３の下流部（正確には、その下流部）と、を連通するように形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に短絡しても、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流することにより、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれが、特定流路を構成する。
【００５６】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分である。
【００５７】
[燃料電池の作用効果]
次に、本実施の形態１に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００５８】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力差により、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込む。第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、該第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃを通流する酸化剤ガスとの圧力勾配が大きい場合に、酸化剤ガスの短絡が起こりやすくなる。
【００５９】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡して、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に流れ込んだ場合、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１の部分４１に流れ込む。このようにして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキが生じ、このバラツキにより反応ガスの利用効率が低下する。
【００６０】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、第１の部分４１に連通用流路６１が配設されているので、短絡した酸化剤ガスが連通用流路６１を通流する。これにより、短絡した酸化剤ガスが第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３にほぼ均一に分流される。このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができる。
【００６１】
また、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部に短絡した酸化剤ガスが分流されるため、該第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量が、連通用流路６１が配設されていない場合に比べて増加する。このため、カソード４ｂにおける第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃと対向する部分のみならず、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部と対向する部分も、反応ガスの反応する場として寄与するので、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。
【００６２】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【００６３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００６４】
図３に示すように、本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分のうち、第１の部分４１から下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈの下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。
【００６５】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【００６６】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００６７】
図４に示すように、本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、複数の連通用流路６１が、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分である、第１の部分４１から第１酸化剤ガス流路１３１の下流端までの間に所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２と、第２酸化剤ガス流路１３３と、を互いに連通するように配設されている点が異なる。
【００６８】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキをより低減し、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【００６９】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００７０】
図５に示すように、本実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３が形成されている点が異なる。
【００７１】
具体的には、窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略台形状に形成されており、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１でその上流端が接続されており、また、その下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃにおける第１下流直線部３１ｈに接続されている。そして、窪み部６２の上流端及び下流端は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のそれぞれと連通するように形成されている。
【００７２】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、１１個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい。
【００７３】
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから窪み部６２（第１の部分４１）に短絡した酸化剤ガス（以下、短絡ガス）と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３における窪み部６２の上流側（中流部）を通流する酸化剤ガス（通流ガス）と、が窪み部６２で合流される。窪み部６２で合流した短絡ガスと通流ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらのガスの混合が促進され、酸化剤ガスの供給量のバラツキの低減が図られる。そして、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３に分流される。
【００７４】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部を通流する酸化剤ガスの供給量のバラツキを低減することができ、酸化剤ガスの利用効率を改善することができる。
【００７５】
（参考形態１）
図６は、本発明の参考形態１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００７６】
図６に示すように、本参考形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。
【００７７】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【００７８】
このように構成された本参考形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００７９】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００８０】
図７に示すように、本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成が異なる。
【００８１】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、下流部１３１ｃは、その上流端から第２下流直線部３１ｊまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２下流直線部３１ｊの下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３下流ターン部３１ｋの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第３下流直線部３１ｍの上流端が接続され、その下流端は、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通している。
【００８２】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。
【００８３】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００８４】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図８においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００８５】
図８に示すように、本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部の構成が異なる。
【００８６】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａは、Ｕ字状に形成されている。より詳しくは、上流部１３１ａは、その上流端から第２上流ターン部３１ｄまでは、実施の形態１に係るカソードセパレータ１１の第１酸化剤ガス流路１３１と同じであり、第２上流ターン部３１ｄの下流端には、第１の側部方向に水平に延びる第３上流直線部３１ｅの上流端が接続され、その下流端には、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第３上流ターン部３１ｆの上流端が接続され、その下流端は、中流部１３１ｂと接続されている。
【００８７】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、第１酸化剤ガス流路１３１と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。
【００８８】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００８９】
（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【００９０】
図９に示すように、本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端が、連通用流路６１に接続されている点が異なる。
【００９１】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００９２】
なお、本実施の形態においては、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端を連通用流路６１に接続する構成としたが、これに限定されず、第２酸化剤ガス流路１３３の下流端を連通用流路６１に接続する構成としてもよい。
【００９３】
（実施の形態８）
図１０は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１０においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【００９４】
図１０に示すように、本実施の形態８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１と第２酸化剤ガス流路が４本並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。
【００９５】
第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【００９６】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。
【００９７】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１と下流端との間の部分（特定部分）には、複数の溝状の連通用流路６１が、所定の間隔で、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５をそれぞれ連通するように設けられている。
【００９８】
このように構成された本実施の形態９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、実施の形態１に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００９９】
なお、本実施の形態１〜８においては、第１酸化剤ガス流路１３１の特定部分に、連通用流路６１を設けて短絡した酸化剤ガスを分流する構成としたが、これに限定されず、実施の形態４のように窪み部６２と突起６３を設けて、短絡した酸化剤ガスを混合して、混合した酸化剤ガスを分流するような構成としてもよい。
【０１００】
また、本実施の形態１〜８においては、複数の酸化剤ガス流路１３１〜１３５の下流端を酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように構成したが、これに限定されず、複数の第２酸化剤ガス流路１３２〜１３５のうち、少なくとも１の酸化剤ガス流路の下流端を連通用流路６１に接続するような構成としてもよい。
【０１０１】
（参考形態２）
図１１は、本発明の参考形態２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１０２】
本発明の参考形態２に係る燃料電池用セパレータは、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、少なくとも一方の主面にその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続され、かつ、互いに並走しながら屈曲するように形成された溝群からなる複数の反応ガス流路と、を備えた板状の燃料電池用セパレータであって、前記複数の反応ガス流路のうち最も外側の一対の反応ガス流路の一方が第１反応ガス流路を構成し、その他方が第３反応ガス流路を構成し、前記第１反応ガス流路が、第１の部分と該第１の部分より上流側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分が前記第１反応ガス流路における前記第２の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第２の部分が前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第１の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接し、前記第１の部分と前記上流端との間に前記第３反応ガス流路が介在せず、かつ、前記第２の部分と前記下流端との間に前記第３反応ガス流路が介在するように形成され、隣接する前記溝間に形成される複数のリブのうち、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成されるリブ又は前記第３反応ガス流路のみによって形成されるリブの少なくとも何れか一方のリブ（以下、特定リブ）の幅が該特定リブ以外の何れかのリブの幅よりも広く形成されている。また、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブである。
【０１０３】
具体的には、図１１に示すように、カソードセパレータ１１の一方の主面には、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２を連通し、カソード４ｂの主面の全域に酸化剤ガスが供給されるように、溝１３１〜１３３が形成されている。このカソードセパレータ１１の一方の主面における、これらの溝と溝との間の部分が、カソード４ｂと当接するリブを形成する。また、溝１３１〜１３３は、それぞれ、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を構成する。第１酸化剤ガス流路１３１と、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３は、互いに並走するように形成されている。ここで、並走するとは、複数の酸化剤ガス流路が、互いに並んで設けられていることをいう。なお、最も外側の一対の溝１３１、１３３のうち、一方の溝１３１が第１酸化剤ガス流路１３１を構成し、その他方の溝１３３が、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）１３３を構成する。すなわち、第２酸化剤ガス流路１３２、１３３のうち、最も外側に位置する溝１３３が、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する。また、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているため、以下の説明では、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３について説明する。
【０１０４】
第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と連通する略Ｕ字状の上流部１３１ａ、１３３ａ（図１１に示す一点鎖線内の流路）と、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通する略Ｕ字状の下流部１３１ｃ、１３３ｃ（図１１に示す二点鎖線内の流路）と、上流部１３１ａ、１３３ａの下流端とその上流端が接続され、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端とその下流端が接続される渦巻状の中流部１３１ｂ、１３３ｂと、から構成され、上流部１３１ａ、１３３ａと下流部１３１ｃ、１３３ｃで中流部１３１ｂ、１３３ｂを囲むように形成されている。
【０１０５】
上流部１３１ａ、１３３ａは、それぞれ、第１上流直線部３１ａ、３３ａと、第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂと、第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄと、第３上流直線部３１ｅ、３３ｅと、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆと、から構成されている。
【０１０６】
第１上流直線部３１ａ、３３ａは、それぞれ、その上流端が酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１に連通するように形成されていて、カソードセパレータ１１の第１の側部から第２の側部に向かって延びるように（水平方向に延びるように）形成されている。第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂは、それぞれ、その上流端が第１上流直線部３１ａ、３３ａの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。第２上流直線部３１ｃ、３３ｃは、それぞれ、その上流端が第１上流ターン部３１ｂ、３３ｂの下流端に接続され、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって延びるように（垂直方向に延びるように）形成されている。第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄは、それぞれ、その上流端が第２上流直線部３１ｃ、３３ｃの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折れ曲げるように形成されている。第３上流直線部３１ｅ、３３ｅは、それぞれ、その上流端が第２上流ターン部３１ｄ、３３ｄの下流端に接続されていて、第２の側部から第１の側部に向かって水平方向に延びるように形成されている。また、第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆは、それぞれ、その上流端が第３上流直線部３１ｅ、３３ｅの下流端に接続されていて、流路を水平方向からカソードセパレータ１１の上下方向に折れ曲げるように形成されている。
【０１０７】
中流部１３１ｂ、１３３ｂは、渦巻状に形成されており、具体的には、カソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【０１０８】
より詳しく説明すると、中流部１３１ｂ、１３３ｂは、それぞれ、上流部１３１ａ、１３３ａの第３上流ターン部３１ｆ、３３ｆの下流端から、カソードセパレータ１１の下部から上部に向かって（以下、上方向という）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部から第２の側部に向かって（以下、第２の側部方向）水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上部から下部に向かって（以下、下方向）垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、カソードセパレータ１１の中央部に到る。そして、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、カソードセパレータ１１の上方向に垂直にある距離延び、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延び、そこから、下方向に垂直にある距離延び、そこから、第２の側部方向にある距離水平に延び、そこから、上方向に垂直ある距離延びて、下流部１３１ｃ、１３３ｃの上流端に到る。
【０１０９】
下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、から構成されている。
【０１１０】
第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇは、それぞれ、その上流端が中流部１３１ｂ、１３３ｂの下流端に接続され、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第１下流直線部３１ｈ、３３ｈは、それぞれ、その上流端が第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇの下流端に接続されていて、第１の側部方向に水平方向に延びように形成されている。第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉは、それぞれ、その上流端が第１下流直線部３１ｈ、３３ｈの下流端に接続されていて、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げるように形成されている。第２下流直線部３１ｊ、３３ｊは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉに接続されていて、下方向に垂直に延びるように形成されている。第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋは、それぞれ、その上流端が第２下流直線部３１ｊ、３３ｊに接続されていて、流路を垂直方向から水平方向に折り曲げるように形成されている。第３下流直線部３１ｍ、３３ｍは、それぞれ、その上流端が第２下流ターン部３１ｋ、３３ｋの下流端に接続されていて、第２の側部方向に水平に延びるように形成され、その下流端が酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２と連通するように形成されている。
【０１１１】
このように、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３は、垂直方向、又は水平方向に延びる直線部と、流路を垂直方向から水平方向、又は水平方向から垂直方向に折り曲げるターン部と、から全体として屈曲するように形成されており、酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３に並ぶようにして設けられている。また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第１の部分４１と第１酸化剤ガス流路１３１の上流端の間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在しておらず、また、第１酸化剤ガス流路１３１における後述する第２の部分５１と第１酸化剤ガス流路１３１の下流端との間には、カソードセパレータ１１の主面と平行な方向において、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３が介在されている。
【０１１２】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃは、第１の部分４１を有しており、上流部１３１ａは、第２の部分５１を有している。第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分である。換言すると、第１の部分４１は、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃのうち、上流部１３１ａとの間の圧力勾配が最も大きい部分（第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから短絡する反応ガスの量が最も多い部分）である。具体的には、本実施の形態においては、下流部１３１ｃの第１下流ターン部３１ｉのうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と近接する部分が、第１の部分４１を構成する。
【０１１３】
一方、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である。換言すると、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端から下流端に向かう方向において該上流端から最も遠い部分であり、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａの中で下流部１３１ｃとの圧力勾配が大きい部分である。具体的には、本実施の形態においては、上流部１３１ａの第２上流ターン部３１ｄが、第２の部分５１を構成する。
【０１１４】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃは、第３の部分５２を有しており、上流部１３３ａは、第４の部分５３を有している。第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する第２下流ターン部３３ｉである。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する第２上流ターン部３３ｄの上下に延びる流路の下流端部分である。
【０１１５】
そして、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成される複数のリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみによって形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみによって形成されるリブが、第２リブ７２を構成する。本実施の形態１においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第１上流直線部３１ａの下流端までの間の部分（すなわち、第１上流直線部３１ａと並走する部分）の幅が、第１リブ７１以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第１リブ７１が特定リブを構成する。なお、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分以外の部分は、他のリブと実質的に同じ幅になるように形成されている。
【０１１６】
これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚ（第１下流ターン部３１ｇの水平方向に延びる部分と、第１下流直線部３１ｈと、第２下流ターン部３１ｉの水平方向に延びる部分）を通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１１７】
[燃料電池の作用効果]
次に、本参考形態２に係る燃料電池１００の作用効果について、図１及び図１１を参照しながら説明する。
【０１１８】
上述したように、第１酸化剤ガス流路１３１における上流部１３１ａの第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の該第１上流直線部３１ａと最も近接する流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差が大きいため、上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込む。
【０１１９】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａに流れ込む。そして、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３から第１酸化剤ガス流路１３１に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１）に流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に流れ込む。
【０１２０】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚ（特に、第１の部分４１）に短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【０１２１】
しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成される第１リブ７１の第１上流直線部３１ａに並走する部分（第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと流路３１ｚの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａを通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３１ｚを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池１００の厚み方向から見て、第１リブ７１の第１上流直線部３１ａと並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の抵抗を増加することができる。このため、第１酸化剤ガス流路１３１の第１上流直線部３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１２２】
また、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａから流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部を通流する酸化剤ガスと、第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを通流する酸化剤ガスと、の間で生じる圧力差を低減することができ、第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の上流部から第１酸化剤ガス流路１３１の上流部１３１ａを介して、流路３１ｚへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１２３】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１２４】
このように、本参考形態２に係る燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１２５】
（参考形態３）
図１２は、本発明の参考形態３に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１２６】
図１２に示すように、本参考形態３に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１の構成が異なる。具体的には、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分（以下、単に部分という）の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本参考形態３に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１リブは、前記第１酸化剤ガス流路の前記上流端から前記第２の部分までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。
【０１２７】
このように構成された本参考形態３に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池であっても、参考形態２に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１２８】
（参考形態４）
図１３は、本発明の参考形態４に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１２９】
本発明の参考形態４に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブである。
【０１３０】
すなわち、図１３に示すように、本参考形態４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に代えて、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみから形成される第２リブ７２が、それ以外のリブ（第１リブ７１を含む）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。
【０１３１】
具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分（第２上流ターン部３３ｄの水平方向に延びる部分、第３上流直線部３３ｅ、及び第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分（以下、流路３３ｙという）と、第３下流直線部３３ｍと、の間に形成される部分）の幅が、当該部分以外のリブの幅よりも広く形成されていて、該第２リブ７２が特定リブを構成する。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙ（特に、第４の部分５３）から第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍに短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１３２】
次に、本参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００の作用効果について、説明する。
【０１３３】
上述したように、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃ（正確には、第３下流直線部３３ｍ）を通流する酸化剤ガスと、の圧力差が大きいため、上流部１３３ａ（特に、第３酸化剤ガス流路１３３の第４の部分５３）を通流する酸化剤ガスの一部が、カソードガス拡散層３ｂを経由して、流路３３ｙに流れ込む。
【０１３４】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスが短絡するため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、圧力差が生じる。この圧力差により、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａに流れ込む。そして、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２から第３酸化剤ガス流路１３３に流れ込んだ酸化剤ガスの一部が、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙに流れ込み、全体として、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３第２酸化剤ガス流路１３２、１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに流れ込む。
【０１３５】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスの一部が、第１酸化剤ガス流路１３１の流路３３ｙに短絡することによって、反応に使われないまま酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に排出され、反応ガスの利用効率が低下する。
【０１３６】
しかしながら、本参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、隣接する溝１３１〜１３３の間に形成されるリブのうち、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成される第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分（第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍと流路３３ｙの間に形成される部分）の幅が、他のリブの幅よりも広く形成されている。これにより、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙを通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３１の第３下流直線部３３ｍを通流する酸化剤ガスとの圧力差により生じる当該流路間の圧力勾配を小さくすることができる。換言すると、カソードガス拡散層３ｂ（正確には、カソードガス拡散層３ｂにおける、燃料電池の厚み方向から見て、第２リブ７２の第３下流直線部３３ｍに並走する部分と一致する部分）を酸化剤ガスが通流する際の流体抵抗を増加することができる。このため、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから下流部１３３ｃの第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスの流量を低減することができる。
【０１３７】
また、第３酸化剤ガス流路１３３の流路３３ｙから第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができるため、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部を通流する酸化剤ガスと、第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを通流する酸化剤ガスとの間で、生じる圧力差を低減することができ、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２の上流部から第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３３ａを介して、第３下流直線部３３ｍへ短絡する酸化剤ガスを低減することができる。
【０１３８】
このため、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２及び第３酸化剤ガス流路１３３を通流する酸化剤ガスのうち、燃料ガスとの反応に使用されずに、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２から排出される酸化剤ガスを低減することができ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１３９】
このように、本参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率を改善することができる。
【０１４０】
（参考形態５）
図１４は、本発明の参考形態５に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１４１】
図１４に示すように、本参考形態５に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第２リブ７２の構成が異なる。具体的には、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分の幅が、他のリブの幅よりも広くなるように形成されている。すなわち、本発明の参考形態５に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路は、第３の部分と該第３の部分より上流側に位置する第４の部分とを有し、前記第３の部分が前記第３反応ガス流路における前記第４の部分と前記下流端との間の部分のうちで前記上流端に最も近接し、前記第４の部分が前記第３反応ガス流路における前記上流端と前記第３の部分との間の部分のうちで前記下流端に最も近接するように形成されており、前記第２リブは、前記第３反応ガス流路の前記第３の部分から前記下流端までの部分の幅が、それ以外の部分の幅よりも広く形成されている。
【０１４２】
このように構成された本参考形態５に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００であっても、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１４３】
（参考形態６）
図１５は、本発明の参考形態６に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１４４】
本発明の参考形態６に係る燃料電池用セパレータでは、前記特定リブは、前記第１反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第１リブ及び前記第３反応ガス流路を構成する溝のみによって形成される第２リブで構成されている。
【０１４５】
具体的には、図１５に示すように、本参考形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１リブ７１に加えて、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１と同様に、第２リブ７２における第３酸化剤ガス流路１３３の第３下流直線部３３ｍと並走する部分が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）よりも、その幅が広くなるように形成されている点が異なる。すなわち、本参考形態６においては、第１リブ７１及び第２リブ７２が特定リブを構成する。
【０１４６】
このように構成された本参考形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００では、参考形態２に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏し、かつ、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果も奏するので、より反応ガスの短絡を低減し、反応に寄与せず排出されていた反応ガスを減少させ、反応ガスの利用効率をより改善することができる。
【０１４７】
（参考形態７）
図１６は、本発明の参考形態７に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１６においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１４８】
図１６に示すように、本参考形態７に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２が設けられている位置と、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。
【０１４９】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第２の側部の上部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊと、第３下流ターン部３１ｋ、３３ｋと、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍと、第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎと、第４下流直線部３１ｐ、３３ｐと、から構成されていて、その上流端から第３下流直線部３１ｍ、３３ｍまでは、参考形態６に係るカソードセパレータ１１の第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃと同じように形成されている。そして、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、第３下流直線部３１ｍ、３３ｍの下流端に、流路を水平方向から垂直方向に折り曲げる第４下流ターン部３１ｎ、３３ｎの上流端が接続され、その下流端には、上方向に垂直に延びる第４下流直線部３１ｐ、３３ｐの上流端が接続され、その下流端が、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２に連通するように形成されている。
【０１５０】
また、第２リブ７２における第３下流直線部３３ｍ、第４下流ターン部３３ｎ、及び第４下流直線部３３ｐと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。
【０１５１】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第１上流ターン部３１ｂとなる。また、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第１上流ターン部３３ｂの水平方向に延びる部分の下流端となる。
【０１５２】
このように構成された本参考形態７に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、参考形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１５３】
（参考形態８）
図１７は、本発明の参考形態８に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図１７においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１５４】
図１７に示すように、本参考形態８に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態６に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２の配置される位置と、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３２、１３３の下流部の構成と、第２リブ７２の構成と、が異なる。
【０１５５】
具体的には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、第１の側部の下部に設けられている。また、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃは、それぞれ、略Ｌ字状に形成されていて、第１下流ターン部３１ｇ、３３ｇと、第１下流直線部３１ｈ、３３ｈと、第２下流ターン部３１ｉ、３３ｉと、第２下流直線部３１ｊ、３３ｊで構成されている。さらに、第２リブ７２における第２下流直線部３３ｊと並走する部分の幅が、それ以外のリブ（第１リブ７１における第１上流直線部３１ａと並走する部分を除く）の幅よりも、広くなるように形成されている。
【０１５６】
なお、第２酸化剤ガス流路１３２は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３と同様に構成されているので、詳細な説明は省略する。また、第１酸化剤ガス流路１３１の下流部１３１ｃが上記のように構成されているので、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第１の部分４１との間の部分のうちで、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分である第２の部分５１は、上流部１３１ａにおける第３上流ターン部３１ｆとなる。さらに、第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３３ｃが上記のように構成されているので、第４の部分５３は、第３上流ターン部３３ｆの水平方向に延びる部分の下流端となる。
【０１５７】
このように構成された本参考形態８に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、参考形態６に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１５８】
（参考形態９）
図１８は、本発明の参考形態９に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１５９】
本発明の参考形態９に係る燃料電池用セパレータでは、前記第１反応ガス流路における前記上流端と前記第２の部分との間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第１反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス混合部は、該第１反応ガス混合部より上流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第１反応ガス混合部より下流側の前記第１反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第１反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第１反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも少ない。
【０１６０】
すなわち、図１８に示すように、本発明の参考形態９に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の上流部１３１ａ、１３３ａの途中に第１反応ガス混合部６４が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の上流端の位置が異なる。
【０１６１】
具体的には、第１反応ガス混合部６４は、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間に設けられており、ここでは、第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｃの上流端を接続する部分（参考形態２において、第１上流ターン部３１ｂに相当する部分）に設けられている。第１酸化剤ガス混合部６４は、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。
【０１６２】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２上流直線部３１ｃ、３３ｃと、第２酸化剤ガス流路１３２が連通している。すなわち、酸化剤ガス流路１３２の上流端は、窪み部６２となる。
【０１６３】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい。
【０１６４】
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第１上流直線部３１ａ、３３ａを通流した酸化剤ガスが、第１反応ガス混合部６４の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。
【０１６５】
このように構成された本参考形態９に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、参考形態２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１６６】
なお、本参考形態９においては、第１反応ガス混合部６４を第１上流直線部３１ａの下流端と第２上流直線部３１ｂの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と第２の部分５１の間であれば、どの部分であってもよい。また、本実施の形態においては、第１反応ガス混合部６４を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。
【０１６７】
（参考形態１０）
図１９は、本発明の参考形態１０に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１６８】
本発明の参考形態１０に係る燃料電池用セパレータでは、前記第３反応ガス流路における前記第３の部分と前記下流端の間にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる第２反応ガス混合部が形成されており、前記第２反応ガス混合部は、該第２反応ガス混合部より上流側の前記第３反応ガス流路及び該第３反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路を通流する前記反応ガスを合流させ、合流させた後の前記反応ガスを該第２反応ガス混合部より下流側の前記第３反応ガス流路及び該第１反応ガス流路以外の前記複数の反応ガス流路のうち少なくとも１の前記反応ガス流路に分流させ、前記第２反応ガス混合部より上流側に設けられた前記反応ガス流路の数は、前記第２反応ガス混合部より下流側に設けられた前記反応ガス流路の数よりも多い。
【０１６９】
すなわち、図１９に示すように、本参考形態１０に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を基本的構成は同じであるが、第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３の下流部１３１ｃ、１３３ｃの途中に第２反応ガス混合部６５が設けられている点と、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端の位置が異なる。
【０１７０】
具体的には、第２反応ガス混合部６５は、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間に設けられており、ここでは、第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分（参考形態４において、第３上流ターン部３３ｋに相当する部分）に設けられていて、第２酸化剤ガス流路１３２の下流端となる。第２反応ガス混合部６５は、第１反応ガス混合部６４と同様に、窪み部６２と該窪み部６２の底面から立設された複数の突起６３から構成されている。
【０１７１】
窪み部６２は、カソードセパレータ１１の厚み方向から見て、略矩形状に形成されており、その上流端には、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊが連通しており、また、その下流端は、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第３下流直線部３１ｍ、３３ｍが連通している。また、窪み部６２には、酸化剤ガス流路１３２の下流端が連通している。
【０１７２】
また、窪み部６２は、第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３と同じ深さに形成されており、その底面には、該底面から厚み方向に突出した多数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起６３が設けられている。突起６３は、均等なピッチで複数（ここでは、２個）形成されている。なお、突起６３は、ここでは、略円柱形により形成されているが、これに限定されず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形であってもよい。また、ここでは、突起６３の立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形としたが、これに限定されず、楕円柱形であってもよい。
【０１７３】
これにより、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３の第２下流直線部３１ｊ、３３ｊ及び第２酸化剤ガス流路１３２の下流部を通流した酸化剤ガスが、第２反応ガス混合部６５の窪み部６２で合流する。窪み部６２で合流した酸化剤ガスは、窪み部６２に縞状に配置された複数の突起６３により、その流れが乱され、これらの酸化剤ガスの混合が促進され、混合された酸化剤ガスは、窪み部６２の下流端から第１酸化剤ガス流路１３１及び第３酸化剤ガス流路１３３に分流される。
【０１７４】
このように構成された本参考形態１０に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池においても、参考形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池と同様の作用効果を奏する。
【０１７５】
なお、本参考形態１０においては、第２反応ガス混合部６５を第２下流直線部３３ｊの下流端と第３下流直線部３３ｍの上流端を接続する部分に設けたが、これに限定されず、第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２と下流端の間であれば、どの部分であってもよい。また、本参考形態１０においては、第２反応ガス混合部６５を窪み部６２と突起６３で構成したが、これに限定されず、各流路を互いに連通する連通用流路を設けて構成してもよい。
【０１７６】
（参考形態１１）
図２０は、本発明の参考形態１１に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。
【０１７７】
図２０に示すように、本参考形態１１に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、参考形態２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１と基本的構成は同じであるが、第１及び第３酸化剤ガス流路１３１、１３３及び酸化剤ガス流路１３２の中流部がサーペンタイン状に形成されている点が異なる。以下に、第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂの構成について説明する。
【０１７８】
第１酸化剤ガス流路１３１の中流部１３１ｂは、その上流部１３１ａの下流端から第１の側部方向に水平方向にある距離延び、そこから、流路を上方向に延びつつ、１８０度ターンさせ、そこから、第２の側部方向に水平にある距離延び、そこから、上方向に垂直にある距離延びる。そして、この延在パターンを２回繰り返し、そこから、第１の側部方向に水平にある距離延びて、下流部１３１ｃの上流端に到る。
【０１７９】
このように構成された本参考形態１１に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、参考形態２に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１８０】
（参考形態１２）
図２１は、本発明の参考形態１２に係る燃料電池用セパレータの概略構成を示す模式図である。なお、図２１においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２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。
【０１８１】
図２１に示すように、本参考形態１２に係る燃料電池用セパレータ（カソードセパレータ）１１は、円板状に形成されており、また、その主面には、第１酸化剤ガス流路１３１、酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３が並走して形成されている。酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２は、カソードセパレータ１１の中心部（中心軸１０１）を挟んで対向するように設けられている。なお、ここでは、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたが、これに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。
【０１８２】
第１酸化剤ガス流路１３１、第２酸化剤ガス流路１３２、及び第３酸化剤ガス流路１３３は、全体として、渦巻状に形成されており、具体的には、その上流端からカソードセパレータ１１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、カソードセパレータ１１の中央部で折り返して、カソードセパレータ１１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。
【０１８３】
また、第１酸化剤ガス流路１３１は、第１の部分４１と第２の部分５１を有している。上述したように、第１の部分は、第１酸化剤ガス流路１３１における第２の部分５１と下流端との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の上流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第１の部分４１を構成する。また、第２の部分５１は、第１酸化剤ガス流路１３１における上流端と第１の部分４１との間の部分のうち、最も第１酸化剤ガス流路１３１の下流端に近接する部分であり、ここでは、第１酸化剤ガス流路１３１における、第１酸化剤ガス流路１３１の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第２の部分５１を構成する。
【０１８４】
さらに、第３酸化剤ガス流路１３３は、第３の部分５２と第４の部分５３を有している。上述したように第３の部分５２は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第１の部分４１に対応する部分であり、第４の部分５３と下流端との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の上流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の上流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第３の部分５２を構成する。一方、第４の部分５３は、第３酸化剤ガス流路１３３における第１酸化剤ガス流路１３１の第２の部分５１に対応する部分であり、第３酸化剤ガス流路１３３における上流端と第３の部分５２との間の部分のうち、最も第３酸化剤ガス流路１３３の下流端に近接する部分である。ここでは、第３酸化剤ガス流路１３３における、第３酸化剤ガス流路１３３の下流端と中心軸１０１を結ぶ線と交わる部分のうち、最もセパレータ１１の外周に近い部分が、第４の部分５３を構成する。
【０１８５】
そして、第１酸化剤ガス流路１３１を構成する溝１３１のみで形成されるリブが、第１リブ７１を構成し、第３酸化剤ガス流路１３３を構成する溝１３３のみで形成されるリブが第２リブ７２を構成する。また、本参考形態においては、第１リブ７１における第１酸化剤ガス流路１３１の上流端から第２の部分５１までの部分と並走する部分の幅と、第２リブにおける第３酸化剤ガス流路１３３の第３の部分５２から下流端までの部分と並走する部分の幅が、これら以外のリブの幅よりも広くなるように形成されている。
【０１８６】
このように構成された本参考形態１２に係る燃料電池用セパレータ１１を備えた燃料電池１００においても、参考形態６に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【０１８７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１８８】
例えば、上述した本発明の実施の形態においては、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成したが、これに限定されず、第１リブ７１の上流端から下流端までの幅及び／又は第２リブ７２の上流端から下流端までの幅が、他のリブよりも広くなるように形成してもよい。また、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分以外の幅を実質的に同じになるように形成したが、これに限定されず、リブの幅をそれぞれ異なるように形成してもよい。さらに、本発明の作用効果が得られる範囲において、第１及び第２リブ７１、７２以外のリブの一部の幅が、第１リブ７１の上流端から第１の部分までの部分の幅及び／又は第２リブ７２の第３の部分から下流端までの部分の幅が、これら以外の部分の幅よりも広くなるように形成されていてもよい。
【０１８９】
なお、本実施の形態においては、酸化剤ガス供給用マニホールド孔２１と酸化剤ガス排出用マニホールド孔２２をカソードセパレータ１１の中心軸を挟んで対向するように設けたがこれに限定されず、これらのマニホールド孔は、カソードセパレータ１１の周縁部に配置されていれば、どの位置に設けられてもよい。
【０１９０】
次に、本発明に係る燃料電池１００をシミュレーション解析によってその効果を検証した結果について説明する。
【０１９１】
［試験例１］
本発明の実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００を実施例１とし、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、シミュレーション解析によってその効果を検証した。簡便に評価するために電極面のみを解析対象とした。
【０１９２】
解析には、アンシス・ジャパン株式会社のＦＬＵＥＮＴ、ＰＥＭモジュールを使用した。発電条件は、電流密度０．２４Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率５５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。
【０１９３】
その結果、高分子電解質膜１の含水量によって変化するプロトン導電率は、実施例１では、０．８１６Ｓ／ｍ、比較例１では０．７７１Ｓ／ｍとなり、本発明の構成によって電池性能に影響を与えるプロトン導電率が向上することが確認できた。
【０１９４】
発明者らは、このことは以下の理由によるものと考察する。燃料電池１００を低加湿で運転した場合に、高分子電解質膜１が乾燥してプロトン導電率が小さくなるが、特に、セル内（セパレータの主面）のある部分（ここでは、第１酸化剤ガス流路の下流部）に発電が集中すると、発電に伴う発熱によって、当該部分に対応する高分子電解質膜１がより乾燥し、プロトン導電率がさらに小さくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、第１酸化剤ガス流路１３１及び第２酸化剤ガス流路１３２、１３３の間で、酸化剤ガスが分配されることにより、発電の集中が緩和され、高分子電解質膜１の含水量が増加してプロトン導電率が向上したと考察する。
【０１９５】
次に、本発明に係る燃料電池１００の発電実験を行った結果を示す。
【０１９６】
［試験例２］
本発明の実施の形態４に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池（単電池）１００を実施例２とし、試験例１と同様に、図２２に示すセパレータ２００を用いた燃料電池１００を比較例１として、燃料電池１００の起電力（電圧）を測定した。なお、発電条件は、電流密度０．１６Ａ／ｃｍ２、燃料利用率７５％、酸素利用率８５％、燃料ガスには水素７５％、二酸化炭素２５％の混合ガス、酸化剤ガスには空気とし、燃料ガスの露点は６５℃、酸化剤ガスの露点は３５℃、電池温度を９０℃とした。
【０１９７】
その結果、実施例２では電圧が６９３ｍＶ、比較例１では、電圧が６８９ｍＶとなり、本発明の構成によってその起電力が増加し、電池性能が向上することが確認された。
【０１９８】
このように、試験例１及び試験例２によって、本発明に係る燃料電池用セパレータ１１を用いた燃料電池１００では、従来の燃料電池１００に比べて、プロトン伝導率及び起電力が向上し、その性能が向上することが確認された。
【０１９９】
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】
【０２００】
本発明の燃料電池用セパレータ及びそれを備える燃料電池は、反応ガス流路を通流する反応ガスの供給量のバラツキを低減し、反応ガスの利用効率を改善することができるので、効率よく発電することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
【符号の説明】
【０２０１】
１  高分子電解質膜
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノードガス拡散層
３ｂ  カソードガス拡散層
４ａ  アノード
４ｂ  カソード
５  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）
６  ガスケット
９  冷却媒体流路
１０  アノードセパレータ
１１  カソードセパレータ
２１  酸化剤ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２２  酸化剤ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２３  燃料ガス供給用マニホールド孔（反応ガス供給用マニホールド孔）
２４  燃料ガス排出用マニホールド孔（反応ガス排出用マニホールド孔）
２５  冷却媒体供給用マニホールド孔
２６  冷却媒体排出用マニホールド孔
３１ａ  第１上流直線部
３１ｂ  第１上流ターン部
３１ｃ  第２上流直線部
３１ｄ  第２上流ターン部
３１ｅ  第３上流直線部
３１ｆ  第３上流ターン部
３１ｇ  第１下流ターン部
３１ｈ  第１下流直線部
３１ｉ  第２下流ターン部
３１ｊ  第２下流直線部
３１ｋ  第３下流ターン部
３１ｍ  第３下流ターン部
３１ｎ  第４下流ターン部
３１ｐ  第４下流直線部
３３ａ  第１上流直線部
３３ｂ  第１上流ターン部
３３ｃ  第２上流直線部
３３ｄ  第２上流ターン部
３３ｅ  第３上流直線部
３３ｆ  第３上流ターン部
３３ｇ  第１下流ターン部
３３ｈ  第１下流直線部
３３ｉ  第２下流ターン部
３３ｊ  第２下流直線部
３３ｋ  第３下流ターン部
３３ｍ  第３下流ターン部
３３ｎ  第４下流ターン部
３３ｐ  第４下流直線部
４１  第１の部分
５１  第２の部分
５２  第３の部分
５３  第４の部分
６１  連通用流路
６２  窪み部
６３  突起
６４  第１反応ガス混合部
６５  第２反応ガス混合部
１００  燃料電池
１０１  中心軸
１３１  酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路、溝）
１３１ａ  上流部
１３１ｂ  中流部
１３１ｃ  下流部
１３２  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）
１３３  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路、溝）、第３酸化剤ガス流路（第３反応ガス流路）
１３４  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１３５  第２酸化剤ガス流路（第２反応ガス流路）
１４１  第１燃料ガス流路（第１反応ガス流路）
１４２  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
１４３  第２燃料ガス流路（第２反応ガス流路）
２００  セパレータ
２０１  流体通路
２０２  流体通路
２０３  流体通路
２１１  入口
２１２  出口
【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】
周縁部に設けられ、厚み方向に貫通する反応ガス供給用マニホールド孔と、
周縁部に設けられ、厚み方向に貫通する反応ガス排出用マニホールド孔と、
少なくとも一方の主面に、折り返し部分を有する渦巻き状に形成され、その上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、その下流端が前記反応ガス排出用マニホールド孔に接続された溝状の第１反応ガス流路と、
少なくともその上流端が前記反応ガス供給用マニホールド孔に接続され、かつ、前記第１反応ガス流路と並走しながら渦巻き状に形成された１以上の溝状の第２反応ガス流路と、を備えた燃料電池用セパレータであって、
前記セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の前記折り返し部分より下流の部分で、最も前記上流端に近接する部分を最近接部分と定義した場合に、
前記１以上の第２反応ガス流路は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記第１反応ガス流路の上流端と前記最近接部分との間に位置しないように並走しており、
前記第１反応ガス流路は、前記最近接部分と前記下流端との間の部分である特定部分において、前記１以上の第２反応ガス流路のうち少なくとも最も前記第１反応ガス流路と近接している第２反応ガス流路である特定流路と連通するように形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記特定流路は、その下流端が前記反応ガス供給マニホールド孔に接続されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記特定流路は、その下流端が前記特定部分において前記第１反応ガス流路に接続されるようにして該第１反応ガス流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記第１反応ガス流路は、溝状の連通流路により接続されるようにして前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記特定部分にその底面に複数の突起が立設された窪みからなる反応ガス混合部が形成されており、前記第１反応ガス流路と前記特定流路とが前記反応ガス混合部において合流しており、それにより、第１反応ガス流路が前記特定流路と連通している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記第１反応ガス流路と前記特定流路とは、前記反応ガス混合部において前記反応ガス排出用マニホールド孔に向けて分流している、請求項５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記反応ガス供給用マニホールド孔と前記反応ガス排出用マニホールド孔は、前記燃料電池用セパレータの中心部を挟んで互いに対向するように配置されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータを含む一対の燃料電池用セパレータと、
電解質層と該電解質層を挟む一対の電極を有する電解質層−電極接合体と、を備え、
前記電解質層−電極接合体は、一対の前記燃料電池用セパレータに挟まれている、燃料電池。
【国際調査報告】
2009084183.tif 000047
2009084183.tif 000048
2009084183.tif 000049
2009084183.tif 000050