(57)【要約】    【課題】  ガス供給部の幅の最適化を図ることで、発電効率を適切に向上することができる燃料電池および燃料電池用セパレータを課題とする。    【解決手段】  アノード１３およびカソード１２へのガス流路２２，２１がセル２にそれぞれ形成され、この二つのガス流路２１，２２のセル２の面内方向での幅Ｌが互いに等しい燃料電池１であって、アノード側ガス供給部１１０の幅をＡとし、カソード側ガス供給部１００の幅をＢとしたときに、比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定された燃料電池１である。    【選択図】  図１
2006092849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードおよびカソードへのガス流路がセルにそれぞれ形成され、この二つのガス流路の当該セルの面内方向での幅Ｌが互いに等しい燃料電池であって、
前記セルは、
前記アノードへのガス流路に燃料ガスを供給する幅Ａのアノード側ガス供給部と、
前記カソードへのガス流路に酸化ガスを供給する幅Ｂのカソード側ガス供給部と、
を有し、
比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定された燃料電池。
【請求項２】
アノードおよびカソードへのガス流路がセルにそれぞれ形成された燃料電池であって、
前記セルは、
前記アノードへのガス流路に燃料ガスを供給する幅Ａのアノード側ガス供給部と、
前記カソードへのガス流路に酸化ガスを供給する幅Ｂのカソード側ガス供給部と、
を有し、
比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定された燃料電池。
【請求項３】
前記アノード側ガス供給部は、アノード側ガス供給口と、このアノード側ガス供給口と前記アノードへのガス流路とを連絡するアノード側連絡通路と、を有し、
前記カソード側ガス供給部は、カソード側ガス供給口と、このカソード側ガス供給口と前記カソードへのガス流路とを連絡するカソード側連絡通路と、を有し、
前記幅Ａは、前記アノード側連絡通路の幅に相当し、
前記幅Ｂは、前記カソード側連絡通路の幅に相当する請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記幅Ａに相当する前記アノード側連絡通路の幅は、当該アノード側連絡通路と前記アノードへのガス流路との境界部分における幅であり、
前記幅Ｂに相当する前記カソード側連絡通路の幅は、当該カソード側連絡通路と前記カソードへのガス流路との境界部分における幅である請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記セルは、アノード側ガス排出口とカソード側ガス排出口とを有しており、
前記アノード側ガス供給口の中心部と前記アノード側ガス排出口の中心部とを結ぶ線分と、前記カソード側ガス供給口の中心部と前記カソード側ガス排出口の中心部とを結ぶ線分とは、交差する請求項３または４に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池のアノードまたはカソードへのガス流路と、アノード側ガス供給口およびカソード側ガス供給口と、が形成された燃料電池用セパレータであって、
前記ガス流路の当該燃料電池用セパレータの面内方向での幅をＬとし、前記アノード側ガス供給口の幅をＡとし、前記カソード側ガス供給口の幅をＢとしたときに、
比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定された燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
燃料電池のアノードまたはカソードへのガス流路と、アノード側ガス供給口およびカソード側ガス供給口と、が形成された燃料電池用セパレータであって、
前記アノード側ガス供給口の幅をＡとし、前記カソード側ガス供給口の幅をＢとしたときに、
比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定された燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
燃料電池のセルを構成する一組の燃料電池用セパレータであって、
前記セルのアノードへのガス流路、アノード側ガス供給口、当該ガス流路と当該アノード側ガス供給口とを連絡するアノード側連絡通路、およびカソード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、
前記セルのカソードへのガス流路、カソード側ガス供給口、当該ガス流路と当該カソード側ガス供給口とを連絡するカソード側連絡通路、およびアノード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、からなり、
前記二つのガス流路の当該燃料電池用セパレータの面内方向での幅Ｌを互いに等しくし、前記アノード側ガス連絡通路の幅をＡとし、前記カソード側連絡通路の幅をＢとしたときに、
比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定された一組の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
燃料電池のセルを構成する一組の燃料電池用セパレータであって、
前記セルのアノードへのガス流路、アノード側ガス供給口、当該ガス流路と当該アノード側ガス供給口とを連絡する幅Ａのアノード側連絡通路、およびカソード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、
前記セルのカソードへのガス流路、カソード側ガス供給口、当該ガス流路と当該カソード側ガス供給口とを連絡する幅Ｂのカソード側連絡通路、およびアノード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、からなり、
比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定された一組の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル（単セル）にガス流路を形成した燃料電池、燃料電池用セパレータおよび一組の燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池の基本単位となるセルとして、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を挟持する一対のセパレータの面内に、アノードまたはカソードへのガス流路を溝状に形成したものが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この種のセパレータの幅方向の一方の端部には、ガス供給部の主要部となる水素ガスおよび酸化ガスのガス供給口がそれぞれ貫通形成されている。また、セパレータの幅方向の他方の端部には、ガス排出部の主要部となる水素ガスおよび酸化ガスのガス排出口がそれぞれ貫通形成されている。ガス流路は、セパレータの幅方向に直交する方向に延在する複数列のストレート流路部分で構成され、各ストレート流路部分の上流側がガス供給口に連通し且つ下流側がガス排出口に連通している。
【特許文献１】特開平９−１１５５３２号公報（第１図および第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の燃料電池では、ガス供給部（ガス供給口）の幅が最適でないため、ガス流路を流れるガスの流速分布がセパレータ面内の幅方向でばらつき、その結果、燃料電池の発電効率が悪かった。
【０００４】
本発明は、ガス供給部の幅の最適化を図ることで、発電効率を適切に向上することができる燃料電池、燃料電池用セパレータおよび一組の燃料電池用セパレータを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池は、アノードおよびカソードへのガス流路がセルにそれぞれ形成され、この二つのガス流路のセルの面内方向での幅Ｌが互いに等しい燃料電池であって、セルは、アノードへのガス流路に燃料ガスを供給する幅Ａのアノード側ガス供給部と、カソードへのガス流路に酸化ガスを供給する幅Ｂのカソード側ガス供給部と、を有し、比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定されたものである。
【０００６】
本発明の他の燃料電池は、アノードおよびカソードへのガス流路がセルにそれぞれ形成された燃料電池であって、セルは、アノードへのガス流路に燃料ガスを供給する幅Ａのアノード側ガス供給部と、カソードへのガス流路に酸化ガスを供給する幅Ｂのカソード側ガス供給部と、を有し、比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定されたものである。
【０００７】
これらの構成とすることで、アノード側ガス供給部およびカソード側ガス供給部の幅が最適化される。これにより、アノードへの燃料ガス（水素ガス）の流速およびカソードへの酸化ガス（空気、酸化剤）の流速が、セル面内の幅方向においてばらつくのを解消されるようになる。ゆえに、燃料電池の発電効率を向上することが可能となる。
【０００８】
ここで、セル面内方向での幅Ｌとは、アノードまたはカソードへのガス流路におけるガスが流れる流路部分の幅の合計幅を意味し、この幅Ｌには隣接する流路を分ける流路壁（リブ）の幅が除かれる。
【０００９】
ここで、ガス流路は、一方向に平行に延在する複数のストレート流路で構成することもできるし、蛇行して延在するサーペンタイン流路で構成することもできる。例えば、前者の場合のガス流路の幅Ｌは、ストレート流路の各々の幅を合計したものとなる。
【００１０】
ここで、セルに形成されるガス流路やアノード側ガス供給部およびカソード側ガス供給部は、例えば、ＭＥＡを挟持するセパレータに形成することができる。その場合、セパレータの中央部にガス流路を形成し、中央部の外側の端部にアノード側ガス供給部およびカソード側ガス供給部を形成することができる。アノード側ガス供給部とカソード側ガス供給部とを同じ側の端部にそれぞれ形成してもよいし、反対側の端部にそれぞれ形成してもよい。
【００１１】
これらの場合、アノード側ガス供給部は、アノード側ガス供給口と、このアノード側ガス供給口とアノードへのガス流路とを連絡するアノード側連絡通路とを有し、カソード側ガス供給部は、カソード側ガス供給口と、このカソード側ガス供給口とカソードへのガス流路とを連絡するカソード側連絡通路とを有し、幅Ａはアノード側連絡通路の幅に相当し、幅Ｂはカソード側連絡通路の幅に相当することが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、例えばアノード側に着目して説明すると、そのガス供給口とその連絡通路との幅が同一でない場合には、上記の幅Ａに相当するのが連絡通路の幅となる。
ここで、アノード側またはカソード側連絡通路の幅（ＡまたはＢ）は、例えばその流路断面が矩形である場合には、ガス流路の幅方向と同方向の長さがこれに相当する。また、これら連絡通路の幅（ＡまたはＢ）は、例えばその流路断面が円形に形成された場合には、その直径がこれに相当し、例えば楕円形などの長円形に形成された場合には、ガス流路の幅方向と同方向の長さ（例えば長軸の長さ）がこれに相当する。
【００１３】
この場合、幅Ａに相当するアノード側連絡通路の幅は、アノード側連絡通路とアノードへのガス流路との境界部分における幅であり、幅Ｂに相当するカソード側連絡通路の幅は、カソード側連絡通路とカソードへのガス流路との境界部分における幅であることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、上記で考慮される幅Ａ，幅Ｂは、アノード側またはカソード側連絡通路のガス流路との境界部分における幅である。例えば、アノード側に着目して説明すると、その連絡通路がガス流路側に向かって幅狭となる場合には、その最も狭まった境界部分の幅が上記の幅Ａとなる。また、その連絡通路がガス流路側に向かって幅広となる場合には、その最も拡がった境界部分の幅が上記の幅Ａとなる。
【００１５】
これらの場合、セルは、アノード側ガス排出口とカソード側ガス排出口とを有しており、アノード側ガス供給口の中心部とアノード側ガス排出口の中心部とを結ぶ線分と、カソード側ガス供給口の中心部とカソード側ガス排出口の中心部とを結ぶ線分とは、交差することが、好ましい。
【００１６】
この構成とすることで、上記比率に好適な位置関係となり得るため、ガスの流速のばらつきがより一層解消されるようになる。
ここで、例えば、カソード側ガス供給口とカソード側排出口とが対角位置となるように設定して、上記のような位置関係とすることもできる。
【００１７】
本発明の燃料電池用セパレータは、燃料電池のアノードまたはカソードへのガス流路と、アノード側ガス供給口およびカソード側ガス供給口と、が形成された燃料電池用セパレータであって、ガス流路の燃料電池用セパレータの面内方向での幅をＬとし、アノード側ガス供給口の幅をＡとし、カソード側ガス供給口の幅をＢとしたときに、比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定されたものである。
【００１８】
本発明の他の燃料電池用セパレータは、燃料電池のアノードまたはカソードへのガス流路と、アノード側ガス供給口およびカソード側ガス供給口と、が形成された燃料電池用セパレータであって、アノード側ガス供給口の幅をＡとし、カソード側ガス供給口の幅をＢとしたときに、比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定されたものである。
【００１９】
これらの構成によれば、アノード側ガス供給口およびカソード側ガス供給口の幅が最適化される。これにより、アノードへのガス流路が形成されたセパレータにあっては、アノードへの燃料ガスのセパレータ面内の幅方向での流速分布は、そのばらつきが解消されるようになる。同様に、カソードへのガス流路が形成されたセパレータにあっては、カソードへの酸化ガスのセパレータ面内の幅方向での流速分布は、そのばらつきが解消されるようになる。これにより、燃料電池の発電効率を向上することが可能となる。
【００２０】
本発明の一組の燃料電池用セパレータは、燃料電池のセルを構成する一組の燃料電池用セパレータであって、セルのアノードへのガス流路、アノード側ガス供給口、ガス流路とアノード側ガス供給口とを連絡するアノード側連絡通路、およびカソード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、セルのカソードへのガス流路、カソード側ガス供給口、ガス流路とカソード側ガス供給口とを連絡するカソード側連絡通路、およびアノード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、からなり、二つのガス流路の燃料電池用セパレータの面内方向での幅Ｌを互いに等しくし、アノード側ガス連絡通路の幅をＡとし、カソード側連絡通路の幅をＢとしたときに、比Ａ／Ｌが２％以上４％以下、且つ比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定されたものである。
【００２１】
本発明の他の一組の燃料電池用セパレータは、燃料電池のセルを構成する一組の燃料電池用セパレータであって、セルのアノードへのガス流路、アノード側ガス供給口、ガス流路とアノード側ガス供給口とを連絡する幅Ａのアノード側連絡通路、およびカソード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、セルのカソードへのガス流路、カソード側ガス供給口、ガス流路とカソード側ガス供給口とを連絡する幅Ｂのカソード側連絡通路、およびアノード側ガス供給口を有する燃料電池用セパレータと、からなり、比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定されたものである。
【００２２】
これらの構成によれば、上記比率によって連絡通路の幅が最適される。これにより、アノードへのガス流路が形成された燃料電池用セパレータにあっては、アノードへの燃料ガスのセパレータ面内の幅方向での流速分布は、そのばらつきが解消されるようになる。同様に、カソードへのガス流路が形成されたセパレータにあっては、カソードへの酸化ガスのセパレータ面内の幅方向での流速分布は、そのばらつきが解消されるようになる。したがって、燃料電池の発電効率を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の燃料電池によれば、ガス供給部が所定の幅に設定されて最適化され、燃料電池の発電効率を適切に向上することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池用セパレータまたは一組の燃料電池用セパレータによれば、ガス供給口または連絡通路が所定の幅に設定されて最適化され、燃料電池の発電効率の向上に適切に供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池について説明する。この燃料電池は、セル（セパレータ）に形成したアノード側ガス供給部およびカソード側ガス供給部の幅を所定に設定することで、燃料電池の発電性能の安定性を向上したものである。以下では、車載に好適な固体高分子型の燃料電池を例に説明する。
【００２６】
図１は、固体高分子型の燃料電池１の基本単位であるセル２を示す分解斜視図である。燃料電池１は、多数のセル２を積層したスタック構造で構成されている。以下の説明において、セル積層方向とは、セル２が積層されていく方向をいい、セル２の面内方向に直交する方向をいう。
【００２７】
セル２（単セル）は、ＭＥＡ４（Membrane Electrode Assembly）と、これを外側から挟持する一対のセパレータ５，６と、で構成されている。ＭＥＡ４は、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜１１と、電解質膜１１を両面から挟んだ一対の電極（カソードおよびアノード）１２，１３と、で構成されている。
【００２８】
電極１２，１３は、白金などの触媒を結着した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（カソード）１２には、空気や酸化剤などの酸化ガスが供給され、他方の電極（アノード）１３には、燃料ガスとしての水素ガスが供給される。この二つのガスによってＭＥＡ４内で電気化学反応が生じ、セル２は起電力を得る。
【００２９】
セパレータ５，６は、ガス不透過の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ５，６の基材は板状のメタルで形成され、基材の電極１２，１３側の面には、耐食性に優れた膜が被覆されている。
【００３０】
セパレータ５，６には、電極１２，１３に面する部分をプレス成形されることで表裏各面に複数の凹凸が連続するように形成されている。この複数の凸部および凹部は、セパレータ５，６の面内方向において一方向にそれぞれ延在しており、酸化ガスのガス流路２１または水素ガスのガス流路２２や、冷却水流路２３を画定している。
【００３１】
具体的には、セパレータ５の電極１２側となる内側の面には、酸化ガスのストレートのガス流路２１が溝状に複数形成され、その反対側の外側の面には、ストレートの冷却水流路２３が溝状に複数形成されている。同様に、セパレータ６の電極１３側となる内側の面には、水素ガスのストレートのガス流路２２が溝状に複数形成され、その反対側の外側の面には、ストレートの冷却水流路２３が溝状に複数形成されている。
【００３２】
セル２における二つのガス流路２１，２２は、同方向に平行に延在し、ＭＥＡ４を挟んで位置ずれすることなく対向している。また、二つのガス流路２１，２２のセル２の面内方向での幅は、互いに等しく構成されている。ここで、セル２の面内方向での幅とは、ガス流路２１またはガス流路２２における複数のストレートの流路部分の各々幅を合計した合計幅を意味する。したがって、セル面内方向での幅には、複数のストレートの流路部分を分ける流路壁（リブ）の幅が除かれる。この点、詳細を後述する。
【００３３】
隣接する二つのセル２，２においては、一方のセル２のセパレータ５の外面と、その隣のセル２のセパレータ６の外面とが付き合わされる。そして、両者の冷却水流路２３，２３が連通されてその流路断面が四角形となる。
【００３４】
セパレータ５，６は、平面視矩形状に形成され、ガス流路２１，２２に直交する方向となる幅方向に一対の短辺部３１ａ，３１ｂを有している。なお、セパレータ５，６は、正方形や台形などでも構成することができる。
【００３５】
一対の短辺部３１ａ，３１ｂには、酸化ガス用のガス供給口４１およびガス排出口４２（カソード側ガス供給口およびカソード側ガス排出口）、水素ガス用のガス供給口５１およびガス排出口５２（アノード側ガス供給口およびアノード側ガス排出口）、冷却水用の冷媒供給口６１および冷媒排出口６２が、分散してそれぞれ矩形状に貫通形成されている。一般に、ガス流路２１，２２等がストレート流路である場合には、一方の短辺部３１ａには流体の供給口が形成され、他方の短辺部３１ｂには流体の排出口が形成される。
【００３６】
本実施形態では、図示左側の短辺部３１ａには、その手前側から順にセパレータ５，６の幅方向に沿って、酸化ガスのガス供給口４１、冷媒供給口６１、水素ガスのガス排出口５２が形成されている。図示右側の短辺部３１ｂには、その手前側から順にセパレータ５，６の幅方向に沿って、冷媒排出口６２、水素ガスのガス供給口５１、酸化ガスのガス排出口４２が形成されている。そして、多数のセル２を積層した燃料電池１では、これらのガスや冷却水の各供給口４１，５１，６１や各排出口４２，５２，６２がセル積層方向に連続して連なっている。
【００３７】
なお本実施形態では、セパレータ５，６に形成された水素ガスのガス供給口５１の中心部と水素ガスのガス排出口５２の中心部とを結ぶ線分は、セパレータ５，６に形成された酸化ガスのガス供給口４１の中心部と酸化ガスのガス排出口５２の中心部とを結ぶ線分に交差するように、各種流体の供給口４１，５１，６１および排出口４２，５２，６２の位置を設定している。
【００３８】
これに代わる配置構成として、例えば、図示左側の短辺部３１ａには手前側から順に冷媒供給口６１、水素ガスのガス供給口５１、酸化ガスのガス供給口４１とし、図示右側の短辺部３１ｂには手前側から順に酸化ガスのガス排出口４２、冷媒排出口６２、水素ガスのガス排出口５２としてもよい。また、酸化ガスのガス供給口４１とガス排出口４２とを対角位置に配置し、水素ガスのガス供給口５１とガス排出口５２とを対角位置に配置するようにしてもよい。これら各種流体の供給口４１，５１，６１および排出口４２，５２，６２の組合せは適宜設計変更することができる。
【００３９】
一方のセパレータ５の酸素ガスのガス流路２１側には、ガス供給口４１とガス流路２１とを連絡する連絡通路７１（カソード側連絡通路）と、ガス流路２１とガス排出口４２とを連絡する連絡通路７２と、が溝状に形成されている。このガス供給口４１と連絡通路７１とにより、酸化ガスをガス流路２１に供給するカソード側ガス供給部１００が構成される。
【００４０】
本実施形態では、連絡通路７１および連絡通路７２はガスの流れ方向に沿って一定幅で形成されている。また、ガス供給口４１の幅と連絡通路７１の幅とは同幅に設定され、ガス排出口４２の幅と連絡通路７２の幅とは同幅に設定されている。後述するように、本実施形態のガス供給口４１、ガス排出口４２および二つの連絡通路７１，７２は、いずれも所定の同幅に設定されている。
【００４１】
同様に、他方のセパレータ６の水素ガスのガス流路２２側には、ガス供給口５１とガス流路２２とを連絡する連絡通路８１（アノード側連絡通路）と、ガス流路２２とガス排出口５２とを連絡する連絡通路８２と、が溝状に形成されている。このガス供給口５１と連絡通路８１とにより、水素ガスをガス流路２２に供給するアノード側ガス供給部１１０が構成される。
【００４２】
そして同様に、連絡通路８１および連絡通路８２はガスの流れ方向に沿って一定幅で形成されている。また、本実施形態のガス供給口５１、ガス排出口５２および二つの連絡通路８１，８２は、いずれも所定の同幅に設定されている。また同様に、各セパレータ５，６における冷媒供給口６１および冷媒排出口６２とは、これらと同幅に設定された溝状の連絡通路８３，８４を介して冷却水流路２３に連通している。
【００４３】
例えば、酸化ガスは、セパレータ５のガス供給口４１から連絡通路７１を介して、ガス流路２１の各ストレートの流路部分に分配されるように導入される。ガス流路２１を伝ってＭＥＡ４の発電に供された酸化ガスは、各ストレートの流路部分の下流側で合流して、連絡通路７２を介してガス排出口４２に導出される。一方、酸化ガスは、セパレータ６のガス供給口４１およびガス排出口４２を通流するが、セパレータ６の内方向には導入されない。水素ガスや冷却水も同様にセル２内を流れるが、その説明を省略する。
【００４４】
ここで、図２および図３を参照して、カソード側ガス供給部１００とアノード側ガス供給部１１０との関係について説明する。図２は、これらガス供給部１００，１１０の幅や、各ガスのガス流路２１，２２の幅（合計幅）について概念的に説明する説明図であり、セパレータ５，６のガス流路２１，２２が構成されていない部分を省略して示している。
【００４５】
ここでは、カソード側ガス供給部１００の幅、すなわち酸化ガスのガス供給口４１および連絡通路７１の各幅を「Ｂ」としている。上記したように、ガス排出口４２および連絡通路７２の各幅も「Ｂ」となっている。一方、アノード側ガス供給部１１０の幅、すなわち水素ガスのガス供給口５１および連絡通路８１の各幅を「Ａ」としている。同様に、ガス排出口５２および連絡通路８２の各幅も「Ａ」となっている。
【００４６】
酸化ガスのガス流路２１は、これが形成されたセパレータ５の面内方向での幅が「Ｌ」となっている。詳細には、ガス流路２１の幅Ｌは、実質的に酸化ガスが流れる複数のストレートの流路部分の各々の幅を合計したものであり、このストレートの流路部分を分けて実質的に酸化ガスが流れない流路壁の幅を含まない。
【００４７】
同様に、水素ガスのガス流路２２は、これが形成されたセパレータ６の面内方向での幅がＬとなっている。詳細には、ガス流路２２の幅Ｌは、実質的に水素ガスが流れる複数のストレートの流路部分の各々の幅を合計したものであり、このストレートの流路部分を分けて実質的に水素ガスが流れない流路壁の幅を含まない。したがって、酸化ガスと水素ガスのガス流路２１，２２の幅Ｌは、同幅に構成されている。
【００４８】
また、図２の酸化ガス側のセパレータ５については、セパレータ５の幅方向に酸化ガスの流量分布（流速分布）を示している。この流量分布は、セパレータ６については省略されている。ガス流路２１（２２）の延長線上にガス供給口４１（５１）およびガス排出口４２（５２）が存在する流路部分については、流量（流速）が大きくなる傾向がある。一方、ガス供給口４１（５１）およびガス排出口４２（５２）から外れたセパレータ５（６）の幅方向の中間部分の流路部分については、セル２の発電性能の低下を招く最低流量Ｑmin（流速）となる傾向がある。図中のＱaveは、セパレータ５（６）の幅方向におけるガス流路２１（２２）の平均流量（流速）を示している。なお、これらＱminおよびＱaveは、ガスの種類によって異なる値となる。
【００４９】
図３（ａ）は、水素ガスについて比Ａ／Ｌと最低流量率との関係を示したグラフであり、図３（ｂ）は、酸化ガスについて比Ｂ／Ｌと最低流量率との関係を示したグラフである。ここで、最低流量率とは、Ｑaveに対するＱminの割合をいう。水素ガスについては、比Ａ／Ｌが２％までは急増し、それ以降では最低流量率は微増となる。一方、酸化ガスについては、最低流量率は比Ｂ／Ｌに対して略線形に増加する。
【００５０】
本実施形態では、比Ａ／Ｌは極めて小さくともセル２の発電性能に大きな影響を与えないことに鑑み、その分、比Ｂ／Ｌを大きくしてセル２の発電性能を向上するようにしている。すなわち、比Ａ／Ｌを２％以上４％以下に、且つ比Ｂ／Ｌを５０％以上６０％以下に設定することで、ガスの速度分布のバラツキを解消し、セル２の発電性能を向上するようにしている。以下、この設定としたことの根拠について説明する。
【００５１】
例えば、二つのガス供給口４１，５１（ガス供給部１００，１１０）の大きさを設定する方法として、二つのガス供給口４１，５１の開口の流路断面積を同じにしたり、あるいは二つのガス供給口４１，５１の幅をガスの流量比に設定することが考えられる。後者の設定とする場合、セル２に導入する酸化ガスを例えば空気とすると、比Ｂ／Ａ＝２．３８と設定されることになる。なぜなら、セル２が起電力を発生する電気化学反応においては、１の水素ガスに対して０．５の酸素ガス（または約２．３８の空気）が必要であるからである。この場合には一例として、比Ａ／Ｌを１７％に、比Ｂ／Ｌを約４０％に設定することができる。
【００５２】
ところが、比Ｂ／Ｌについては最低流量率が最適であるとはいい難い。これに対処するべく、比Ａ／Ｌをそのままにして、単純に比Ｂ／Ｌを大きくすることもできる。しかし、単純に比Ｂ／Ｌを大きくしたのでは、却ってセパレータ５，６自体の幅を大きくするおそれがある。そこで本実施形態では、比Ａ／Ｌと最低流量率との関係を考慮し、上記一例の１７％の比Ａ／Ｌを２％以上４％以下と小さくしつつ、その分、一例の約４０％の比Ｂ／Ｌを５０％以上６０％以下と大きくしている。これにより、セパレータ５，６自体の幅を大きくすることなく、酸化ガス側の最低流量率を大きくすることができる。すなわち、酸化ガスの速度分布のバラツキを十分に解消することができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態の燃料電池１によれば、セパレータ５，６の大きさを変えることなく、酸化ガスおよび水素ガスの各ガス供給部１００，１１０の幅が最適化される。このため、酸化ガスおよび水素ガスのセル２面内の幅方向における流速分布が、均一に近づく。これにより、燃料電池１の発電効率を適切に向上することが可能となる。なお、本実施形態は、様々な変形例を適用することができる。
【００５４】
例えば、上記の設定について幅Ｌを基準とするのではなく、セパレータ５，６の幅方向の長さを基準として、アノード側ガス供給部１１０の幅Ａおよびカソード側ガス供給部１００の幅Ｂを上記のように設定してもよい。また、単純にアノード側ガス供給部１１０の幅Ａとカソード側ガス供給部１００の幅Ｂとの比Ｂ／Ａについて、次のように設定してもよい。すなわち、比Ｂ／Ａを１２．５（＝５０／４）以上３０（＝６０／２）以下に設定してもよい。
【００５５】
また、一つのガスにつき、セパレータ５，６に一つのガス供給口４１，５１を形成したが、もちろん一つのガスにつき、セパレータ５，６に二以上の複数のガス供給口４１，５１を形成してもよい。その場合には、ガス供給口５１（または４１）および連絡通路８１（または７１）の各々の幅の合計幅をＡ（またはＢ）とすればよい。例えば、二つのガス供給口５１（幅をそれぞれＡ１、Ａ２とする。）を形成し、これに対応して二つの連絡通路８１（同様に、幅をそれぞれＡ１、Ａ２とする。）形成した場合には、Ａ１／Ｌを２％に設定し、Ａ２／Ｌを１．５％に設定することができる。
【００５６】
なお、水素ガスのガス供給口５１とガス排出口５２とを同幅としたが、もちろんこれらを異なる幅としてもよいし、異なる断面形状としてもよい。同様に酸化ガスのガス供給口４１とガス排出口４２とを同幅としたが、これらを異なる幅としてもよいし、異なる断面形状としてもよい。いずれのガス供給口４１，５１についても、矩形の断面形状を例に説明したが、もちろん断面形状を正方形や円形としてもよいし、楕円形などの長円形としてもよい。また、ガス流路２１，２２は、サーペンタイン流路であってもよい。
【００５７】
次に、図４を参照して、ガス供給部１００、１１０の幅の他の例について説明する。この他の例については、カソード側およびアノード側の両者に適用することができる。ここでは、重複記載を省略するべく、代表してカソード側供給部１００の幅Ｂについてのみ説明する。
【００５８】
図４において細長い丸で囲う空間部分は、ガス流路２１の上流部と連絡通路７１の下流部との間に位置する共通流路部分１３０である。共通流路部分１３０は、セパレータ５の面内方向の幅方向に亘っている。連絡通路７１からの酸化ガスは、この共通流路部分１３０でセパレータ５の面内方向（特に幅方向）に拡散されて、ガス流路２１の各ストレートの流路部分に導入される。
【００５９】
図４（ａ）では、ガス供給口４１と連絡通路７１とは同幅となっておらず、連絡通路７１はガス供給口４１よりも大きな幅を有している。連絡通路７１の幅は、ガスの流れ方向に沿って一定となっている。この場合、上記の比率に用いられるガス供給部１００の幅Ｂは、ガス供給口４１の幅に相当するのではなく、連絡通路７１の幅に相当する。
【００６０】
図４（ｂ）では、連絡通路７１は、ガス流路２１側に向かって幅狭となっている。この場合、上記の幅Ｂは、連絡通路７１とガス流路２１との境界部分における連絡通路７１の幅に相当する。より詳細には、共通流路部分１３０に接続する連絡通路７１の最も狭まった部分の幅が、幅Ｂに相当する。
【００６１】
図４（ｃ）では、連絡通路７１は、ガス流路２１側に向かって幅広となっている。同様に、共通流路部分１３０に接続する連絡通路７１の最も拡がった部分の幅が、幅Ｂに相当することになる。
【００６２】
なお、連絡通路７１の流路断面が円形に形成された場合には、その直径が上記の幅Ｂに相当する。また、連絡通路７１の流路断面が例えば楕円形などの長円形に形成された場合には、ガス流路２１の幅方向と同方向の長さ（例えば長軸の長さ）が上記の幅Ｂに相当する。
【００６３】
なお、以上の説明では、ガス供給部１００，１１０の幅に着目して上記のような比（Ａ／ＬやＢ／Ｌのほか、Ｂ／Ａ）を設定したが、ガス供給部１００，１１０の幅に限らず、ガス供給部１００，１１０の流路断面積について上記のような比を設定してもよい。より具体的には、連絡通路７１の流路断面積（例えば矩形である場合には、流路断面積＝溝幅×溝深さとなる。）をＢとし、連絡通路８１の流路断面積（例えば矩形である場合には、流路断面積＝溝幅×溝深さとなる。）をＡとしたときに、比Ｂ／Ａが１２．５以上３０．０以下に設定される。あるいは、Ｌとの関係では、比Ａ／Ｌが２％以上４％以下に、比Ｂ／Ｌが５０％以上６０％以下に設定される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施形態に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池用セパレータのガス供給部の幅やガス流路の幅について概念的に説明する説明図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池用セパレータのガス供給部の幅と、最低流量率との関係を示す図であり、（ａ）水素ガスについて、（ｂ）空気について示すグラフである。
【図４】実施形態に係る燃料電池用セパレータを一部省略して示す平面図であり、ガス供給部の他の例について説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  燃料電池、２  セル、４  ＭＥＡ、５，６  セパレータ、１１  電解質膜、１２  電極（カソード）、１３  電極（アノード）、２１  酸化ガスのガス流路、２２  水素ガスのガス流路、２３  冷却水流路、４１  カソード側ガス供給口、４２  カソード側ガス排出口、５１  アノード側ガス供給口、５２  アノード側ガス排出口、７１  連絡通路（カソード側連絡通路）、８１  連絡通路（アノード側連絡通路）、１００  カソード側ガス供給部、１１０  アノード側ガス供給部、１３０  共通流路部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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