(57)【要約】【課題】  複数のセルを積層して構成する燃料電池であって、各セルのガス流路へ供給する反応ガス量のばらつきを抑制する技術を提供すること。【解決手段】  各セルに反応ガスを供給するガス供給マニホールドと、各セルから排出される反応ガスを回収するガス排出マニホールドを備える燃料電池であって、各セルに、電極とガスセパレータとの間に設けられ、反応ガスを、電極へ供給するためのガス流路と、ガス供給マニホールドとガス流路とに接続され、ガス供給マニホールドから供給される反応ガスをガス流路に導くためのガス供給連通部と、ガス流路とガス排出マニホールドとに接続され、ガス流路から排出される反応ガスをガス排出マニホールドに導くためのガス排出連通部を備える。ガス供給連通部における反応ガスの圧力損失と、ガス排出連通部における反応ガスの圧力損失との合計が、ガス流路における反応ガスの圧力損失よりも大きくする。【選択図】        図７
2006294503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層を電極で挟持させ、さらにそれらをガスセパレータで挟時させることで構成するセルを、複数積層させて構成する燃料電池であって、
各セルに電気化学反応に供する反応ガスを供給するためのガス供給マニホールドと、
各セルから排出される前記反応ガスを回収するガス排出マニホールドと、
を備え、
さらに、各セルは、
前記電極と前記ガスセパレータとの間に設けられ、前記反応ガスを、前記電極へ供給するためのガス流路と、
前記ガス供給マニホールドと前記ガス流路とに接続され、前記ガス供給マニホールドから供給される前記反応ガスを前記ガス流路に導くためのガス供給連通部と、
前記ガス流路と前記ガス排出マニホールドとに接続され、前記ガス流路から排出される前記反応ガスを前記ガス排出マニホールドに導くためのガス排出連通部と、
を備え、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの圧力損失との合計が、前記ガス流路における前記反応ガスの圧力損失よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記ガス供給連通部と前記ガス排出連通部の少なくともどちらか一方は、前記反応ガスの流れを層流にし、前記ガス流路における前記反応ガスの前記圧力損失よりも大きい前記圧力損失を生じさせる層流絞り構造であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記ガス供給連通部または前記ガス排出連通部は、前記ガスセパレータとは別体に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの前記圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの前記圧力損失との合計は、前記ガス流路における前記反応ガスの前記圧力損失の２倍以上であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
複数のセルを積層させて形成される燃料電池において、電解質層を電極で挟持させて構成する部材を、さらに挟持させて各セルを形成する燃料電池用ガスセパレータであって、
前記セルの積層方向に貫通して設けられ、各セルに電気化学反応に供する反応ガスを供給するためのガス供給マニホールドを形成するガス供給マニホールド孔と、
前記セルを積層方向に貫通して設けられ、各セルから電気化学反応に供した後の前記反応ガスを排出するためのガス排出マニホールドを形成するガス排出マニホールド孔と、
前記反応ガスを、前記電極へ供給するためのガス流路と、
前記ガス供給マニホールド孔と前記ガス流路とに接続され、前記ガス供給マニホールド孔から供給される前記反応ガスを前記ガス流路に導くためのガス供給連通部と、
前記ガス流路と前記ガス排出マニホールド孔とに接続され、前記ガス流路から排出される前記反応ガスを前記ガス排出マニホールド孔に導くためのガス排出連通部と、
を備え、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの圧力損失との合計が、前記ガス流路における前記反応ガスの圧力損失よりも大きいことを特徴とする燃料電池用ガスセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを積層して構成する燃料電池であって、各セルにおいて、それらのガス流路内の圧力損失の不均衡を是正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池としては、電解質層、電極（アノードまたはカソード）およびガスセパレータ等の部材を積層させてセルを構成し、さらにそれらを積層してスタックを構成する構造が有名である。この場合、各セルでは、ガスセパレータとカソードの間には、カソードに電気化学反応に供される反応ガス（カソードガス）を供給するためのカソードガス流路が構成される（特許文献１参照）。また、各セルでは、ガスセパレータとアノードの間には、アノードに電気化学反応に供される反応ガス（アノードガス）を供給するためのアノードガス流路が構成される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２１２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した燃料電池の各セルのカソードでは、電気化学反応により水が生成され、この生成水は、カソードガス流路で凝縮する場合がある。この凝縮水は、例えば、カソードガスと共にカソードガス流路外に排出されるが、一部は、カソードガス流路内に滞留する場合がある。この場合、カソードガス流路を流れるカソードガスは、この滞留する凝縮水により圧力損失を生じる。また、各セルにおいて、滞留する凝縮水を排出する速度は、同等とは限らないので、各セルの凝縮水の滞留量には、ばらつきが生じる。従って、各セルのカソードガス流路において、凝縮水の滞留量にばらつきがあると、カソードガスの圧力損失の大きさにもばらつきが生じ、その結果、各セルのカソードガス流路へ供給されるカソードガス量にもばらつきが生じるという問題があった。そのため、燃料電池全体で、発電効率が低下するという問題があった。
【０００５】
なお、上記問題は、カソードガス流路に限られず、各セルのアノードガス流路においても該当する問題である。なぜなら、アノードガス流路においても電解質膜を透過してくるなどした凝縮水が滞留する場合があるからである。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、複数のセルを積層して構成する燃料電池であって、各セルのガス流路へ供給する反応ガス量のばらつきを抑制する技術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】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質層を電極で挟持させ、さらにそれらをガスセパレータで挟時させることで構成するセルを、複数積層させて構成する燃料電池であって、
各セルに電気化学反応に供する反応ガスを供給するためのガス供給マニホールドと、
各セルから排出される前記反応ガスを回収するガス排出マニホールドと、
を備え、
さらに、各セルは、
前記電極と前記ガスセパレータとの間に設けられ、前記反応ガスを、前記電極へ供給するためのガス流路と、
前記ガス供給マニホールドと前記ガス流路とに接続され、前記ガス供給マニホールドから供給される前記反応ガスを前記ガス流路に導くためのガス供給連通部と、
前記ガス流路と前記ガス排出マニホールドとに接続され、前記ガス流路から排出される前記反応ガスを前記ガス排出マニホールドに導くためのガス排出連通部と、
を備え、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの圧力損失との合計が、前記ガス流路における前記反応ガスの圧力損失よりも大きいことを要旨とする。
【０００８】
なお、上記燃料電池では、一方の電極で電気化学反応により水が生成されるが、この水が凝縮し、ガス流路に滞留する場合がある。また、他方の電極側から電解質層を超えて浸透してくるなど、その他の要因で、ガス流路に水が滞留する場合がある。そのため、上記「ガス流路における反応ガスの圧力損失」とは、ガス流路において、ガス流路で水が滞留した状態で反応ガスが受けた圧力損失を含める概念である。
【０００９】
上記構成の燃料電池によれば、各セルにおいて、反応ガスが受ける合計の圧力損失のうち、ガス供給連通部またはガス排出連通部における圧力損失が占める割合が高くなり、言い換えれば、合計の圧力損失のうち、ガス流路における圧力損失の影響を抑制することができる。従って、各セルで、凝縮水が生じることなどによりガス流路の圧力損失が異なっていても、各セルにおける反応ガスの合計の圧力損失のばらつきを抑制することができる。その結果、各セルに供給される反応ガスの流量がばらつくのを抑制することができ、燃料電池全体で、発電効率が低下することを抑制することができる。
【００１０】
上記燃料電池において、
前記ガス供給連通部と前記ガス排出連通部の少なくともどちらか一方は、前記反応ガスの流れを層流にし、前記ガス流路における前記反応ガスの前記圧力損失よりも大きい前記圧力損失を生じさせる層流絞り構造とするようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、各セルに流す反応ガスの流量を容易に均一に調整することができる。
【００１２】
上記燃料電池において、
前記ガス供給連通部または前記ガス排出連通部は、前記ガスセパレータとは別体に形成されるようにしてもよい。特に、ガス供給連通部またはガス排出連通部が上記層流絞り構造である場合には、前記ガスセパレータとは別体に形成されるようにしてもよい。
【００１３】
このようにすれば、ガス供給連通部またはガス排出連通部を別部材とするので、それを精度よく形成（加工）することができる。
【００１４】
上記燃料電池において、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの前記圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの前記圧力損失との合計は、前記ガス流路における前記反応ガスの前記圧力損失の２倍以上となるようにしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、各セルにおいて、反応ガスの合計の圧力損失うち、ガス供給連通部またはガス排出連通部における圧力損失の占める割合が大変小さくなるので、各セルにおける反応ガスの合計の圧力損失のばらつきをより抑制することができる。
【００１６】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池用ガスセパレータは、
複数のセルを積層させて形成される燃料電池において、電解質層を電極で挟持させて構成する部材を、さらに挟持させて各セルを形成する燃料電池用ガスセパレータであって、
前記セルの積層方向に貫通して設けられ、各セルに電気化学反応に供する反応ガスを供給するためのガス供給マニホールドを形成するガス供給マニホールド孔と、
前記セルを積層方向に貫通して設けられ、各セルから電気化学反応に供した後の前記反応ガスを排出するためのガス排出マニホールドを形成するガス排出マニホールド孔と、
前記反応ガスを、前記電極へ供給するためのガス流路と、
前記ガス供給マニホールド孔と前記ガス流路とに接続され、前記ガス供給マニホールド孔から供給される前記反応ガスを前記ガス流路に導くためのガス供給連通部と、
前記ガス流路と前記ガス排出マニホールド孔とに接続され、前記ガス流路から排出される前記反応ガスを前記ガス排出マニホールド孔に導くためのガス排出連通部と、
を備え、
前記ガス供給連通部における前記反応ガスの圧力損失と、前記ガス排出連通部における前記反応ガスの圧力損失との合計が、前記ガス流路における前記反応ガスの圧力損失よりも大きいことを要旨とする。
【００１７】
上記構成の燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池では、その燃料電池の各セルにおいて、反応ガスが受ける合計の圧力損失のうち、ガス供給連通部またはガス排出連通部における圧力損失が占める割合が高くなり、言い換えれば、合計の圧力損失うち、ガス流路における圧力損失の影響を抑制することができる。従って、各セルで、凝縮水が生じることなどによりガス流路の圧力損失が異なっていても、各セルにおける反応ガスの合計の圧力損失のばらつきを抑制することができる。その結果、各セルに供給される反応ガスの流量がばらつくのを抑制することができ、燃料電池全体で、発電効率が低下することを抑制することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記した燃料電池としての装置発明の態様に限ることなく、方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
Ａ２．ガス供給連通部１７とガス排出連通部１８の説明：
Ｂ．変形例：
【００２０】
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００の概略断面構成を表わす説明図である。この図１において、向かって右側方向をＸ方向、向かって下側方向をＹ方向、手前に向かう方向をＺ方向とする。本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池であって、図１に示す単セル２００をＸ方向に複数枚積層することにより形成される。単セル２００は、電解質膜１を、アノード４およびカソード５で挟持し、このサンドイッチ構造をさらに両側からアノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ４０で挟持することによって構成されている。
【００２１】
燃料電池１００は、各単セル２００に対して電気化学反応に供されるカソードガスを供給するカソードガス供給マニホールド１３（図１）と、各単セル２００に対して電気化学反応に供されるアノードガスを供給するアノードガス供給マニホールド１１（図１では省略）と、各単セル２００に対して各単セル２００を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給マニホールド１５（図１では省略）とを備えており、これらは、それぞれ、各単セル２００を積層方向に貫通するように形成されている。
【００２２】
燃料電池１００は、各単セル２００の間に、各単セル２００を冷却するための冷却水が流れる冷却水流路７０を備える。この冷却水は、冷却水供給マニホールド１５から供給される。
【００２３】
また、燃料電池１００は、各単セル２００から電気化学反応に供されたカソードガスを燃料電池１００の外部に排出するためのカソードガス排出マニホールド１４（図１）と、各単セル２００から電気化学反応に供されたアノードガスを燃料電池１００の外部に排出するためのアノードガス排出マニホールド１２（図１では省略）と、冷却水流路７０から各単セル２００の冷却に供された冷却水を燃料電池１００の外部に排出するための冷却水排出マニホールド１６（図１では省略）とを備えており、これらは、それぞれ、各単セル２００を積層方向に貫通するように形成されている。
【００２４】
さらに、燃料電池１００は、図１に示すように、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ４０との間の絶縁や、カソードガスまたはアノードガスの密閉等のためのガスケット６と、冷却水のシールのためのパッキン８を備えている。
【００２５】
電解質膜１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。電解質膜１の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を有する触媒層２，３が設けられている。
【００２６】
アノード４およびカソード５は、共に、ガス透過性を有するガス拡散電極である。アノード４およびカソード５は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフエルトなどによって形成することができる。
【００２７】
アノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ４０は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。
【００２８】
アノード側セパレータ３０は、図１に示すように、Ｘ方向に対する一方の面は、冷却水流路７０の一端を形成するように構成されており、他方の面は、アノード４へアノードガスを供給するためのアノードガス流路６０を形成する。このアノードガス流路６０は、アノードガス供給マニホールド１１から供給されるアノードガスをアノード４へ供給し、電気化学反応後のアノードガスをアノードガス排出マニホールド１２へ排出する。
【００２９】
カソード側セパレータ４０は、図１に示すように、Ｘ方向に対する一方の面は、冷却水流路７０の一端を形成するように構成されており、他方の面は、カソード５へカソードガスを供給するためのカソードガス流路５０を形成する。以下では、カソード側セパレータ４０において、上述のようにカソードガス流路５０を形成する側の面を、カソードガス流路面とも呼ぶ。このカソードガス流路面についての詳細は、後述する。
【００３０】
冷却水流路７０は、アノード側セパレータ３０の一面とカソード側セパレータ４０の一面に挟持されることにより形成される。
【００３１】
図２は、本実施例におけるカソードガス流路面の概略構成を表わす説明図である。この図２は、図１のカソード側セパレータ４０におけるカソードガス流路面をＸ方向から見た図である。このカソードガス流路面は、図２に示すように、カソードガスをカソード５へ供給するためのカソードガス流路５０と、カソードガス供給マニホールド１３とカソードガス流路５０に接続され、カソードガス供給マニホールド１３からカソードガスをカソードガス流路５０へ供給するガス供給連通部１７と、カソードガス流路５０とカソードガス排出マニホールド１４に接続され、カソードガス流路５０から電気化学反応後のカソードガスをカソードガス排出マニホールド１４へ排出するためのガス排出連通部１８とを備える。このガス排出連通部１８は、本発明の特徴部分である。
【００３２】
カソードガス流路５０は、流路形成リブ１９，２０によって形成される逆Ｎ字型の流路構成となっている。すなわち、このカソードガス流路５０において、カソードガス供給マニホールド１３からガス供給連通部１７を介して供給されるカソードガスは、流路形成リブ１９および流路形成リブ２０に沿って、逆Ｎ字に流れてガス排出連通部１８より排出される。また、カソードガス流路５０は、複数の凸部２１を備えている。この複数の凸部２１は、断面が略四角形であり、カソードガス流路５０を通過するカソードガスを攪拌してカソード５へ導くと共に、凸部２１の頂部でカソード５と接触することによって集電性を高める機能を有する。
【００３３】
ところで、カソード５では、電気化学反応により、水が生成され、この生成水は、カソードガス流路５０で凝縮する場合がある。この凝縮水は、カソードガスと共に、ガス排出連通部１８を介してカソードガス排出マニホールド１４へ排出されるが、一部が滞留する場合がある。この場合、カソードガス流路５０を流れるカソードガスは、カソードガス流路５０における複数の凸部２１や流路形成リブ１９，２０等による圧力損失に加え、この滞留する凝縮水によっても圧力損失を受ける。以下では、カソードガス流路５０において、カソードガスが、滞留する凝縮水や複数の凸部２１等から受ける圧力損失を合わせてΔＰｃと呼ぶ。この圧力損失ΔＰｃは、カソードガスの流量に略比例する。
【００３４】
Ａ２．ガス供給連通部１７とガス排出連通部１８の説明：
図３は、本実施例の図２におけるガス供給連通部１７のＡ'−Ａ'断面をＺ方向から見た図である。図４は、本実施例の図２におけるガス供給連通部１７のＢ'−Ｂ'断面をＹ方向へ向かって見た図である。図３および図４に示すように、ガス供給連通部１７では、カソードガス供給マニホールド１３との接続面（以下、接続面Ｏと呼ぶ。）の形状（以下、形状Ｏ'と呼ぶ。）が、そのままＹ方向に連続し、カソードガス流路５０との接続面（以下、接続部Ｐと呼ぶ。）まで続いている。従って、ガス供給連通部１７を流れるカソードガスは、ほとんど圧力損失を生じない。
【００３５】
図５は、本実施例の図２におけるガス排出連通部１８のＡ−Ａ断面をＺ方向から見た図である。図６は、本実施例の図２におけるガス排出連通部１８のＢ−Ｂ断面をＹ方向から見た図である。図５および図６に示すように、ガス排出連通部１８は、カソードガス流路５０からカソードガス排出マニホールド１４に接続され、カソードガスの流路となる４つの略直方体形の溝１８Ａを備えている。各溝１８Ａにおいて、Ｘ方向の深さをＬｘ、Ｙ方向の長さをＬｙ、Ｚ方向の長さをＬｚとする。本実施例の各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚは、少なくとも以下に示す２つの条件を満たすように設定されている。
【００３６】
すなわち、第１の条件として、各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚは、各溝１８Ａを流れるカソードガスのレイノルズ数Ｒｅが約２３２０以下となるように設定されている。このようにすれば、ガス排出連通部１８の各溝１８Ａを流れるカソードガスは、層流となる。ここで、カソードガスが、ガス排出連通部１８を層流として流れた場合において、ガス排出連通部１８で受ける圧力損失をΔＰａとする。
【００３７】
次に、第２の条件として、各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚは、圧力損失ΔＰａが圧力損失ΔＰｃよりも少なくとも大きくなるように設定されている。圧力損失ΔＰａを大きくするためには、各溝１８ＡのＬｘ、Ｌｚを小さくし、Ｌｙを大きくするように、すなわち、カソードガス流路５０からカソードガスが流入する面を縮小し、Ｙ方向の溝の長さを長くするように、調整すればよい。
【００３８】
図７は、本実施例のカソードガス流路５０およびガス排出連通部１８におけるカソードガスの圧力損失と流量の関係を示したグラフである。上述したように、圧力損失ΔＰｃは、カソードガスの流量に略比例する。また、第１の条件により、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスが層流の場合には、そこを流れるカソードガスの圧力損失ΔＰａは、カソードガスの流量に比例する。従って、ガス排出連通部１８が上述した第１及び第２の条件を満たす場合には、図７に示すように、或るカソードガス流量おいて、圧力損失ΔＰａは、圧力損失ΔＰｃのα（αは略定数、かつ、α＞１）倍となる。
【００３９】
なお、特に、各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚは、αが２以上、好ましくは１０以上となるように、すなわち、圧力損失ΔＰａが、圧力損失ΔＰｃの２倍以上、好ましくは１０倍以上となるように設定されることが好適である。
【００４０】
以上のように、ガス排出連通部１８は、各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚが上記第１及び第２の条件を満たすように設定されることで、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスを層流にし、また、圧力損失ΔＰａを生じさせる構造となっている。以下では、このような構造を特に、層流絞り構造と呼ぶ。
【００４１】
また、各単セル２００（カソードガス流路面）に供給され、排出されるカソードガスが受ける圧力損失は、圧力損失ΔＰａと圧力損失ΔＰｃの合計（以下、合計圧力損失ΔＰと呼ぶ。）となる。従って、各単セル２００（カソードガス流路面）に供給されるカソードガスの流量は、この合計圧力損失ΔＰにより決定される。この場合、ガス供給連通部１７における圧力損失は、上述したように、ほとんど生じないために、本実施例では、無視している。
【００４２】
以上のように、本実施例では、ガス排出連通部１８におけるカソードガスの圧力損失ΔＰａは、凝縮水等から受けるカソードガス流路５０での圧力損失ΔＰｃよりも大きくなるように、すなわち、圧力損失ΔＰａは、圧力損失ΔＰｃのα（α＞１）倍となるように設定されている。このようにすれば、各単セル２００（カソードガス流路面）において、カソードガスが受ける合計圧力損失ΔＰのうち、圧力損失ΔＰａが占める割合が高くなり、言い換えれば、合計圧力損失ΔＰにおける圧力損失ΔＰｃの割合を抑制することが可能となる。従って、各単セル２００（カソードガス流路面）で、滞留する凝縮水量が異なり圧力損失ΔＰｃが異なっていても、各単セル２００におけるカソードガスの合計圧力損失ΔＰのばらつきを抑制することができる。特に、ガス排出連通部１８における各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚを、圧力損失ΔＰａが、圧力損失ΔＰｃの少なくとも２倍以上（α＞２）、好ましくは１０倍以上（α＞１０）となるように設定すると、合計圧力損失ΔＰに占める圧力損失ΔＰｃの割合が大変小さくなるので、各単セル２００におけるカソードガスの合計圧力損失ΔＰのばらつきをより抑制することができる。その結果、各単セル２００に供給されるカソードガスの流量がばらつくのを抑制することができ、燃料電池１００全体で、発電効率が低下することを抑制することができる。
【００４３】
また、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスが乱流になると仮定すると、その場合におけるガス排出連通部１８を流れるカソードガスの圧力損失（以下、圧力損失ΔＰｋとする。）は、図７に示すように、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスの流量の２乗に比例する。従って、この場合、各単セル２００に流れるカソードガス流量が変動すると、圧力損失ΔＰｋは、その変動分の２乗に比例して変動してしまうので、各単セル２００に流すカソードガスの流量を均一に調整するのは難しい。これに対して、本実施例では、ガス排出連通部１８の各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚは、第１の条件によりガス排出連通部１８の各溝１８Ａを流れるカソードガスが層流となるように設定されている。すなわち、圧力損失ΔＰａは、図７に示すように、ガス排出連通部１８を流れるカソードガス流量に比例する。従って、この場合、各単セル２００に流れるカソードガス流量が変動しても、圧力損失ΔＰａは、単にその変動分に比例して変動するので、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスが乱流の場合に比べて、各単セル２００に流すカソードガスの流量を容易に均一に調整することができる。
【００４４】
Ｂ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００４５】
Ｂ１．変形例１：
図８は、変形例としてのカソードガス流路面の概略構成を表わす説明図である。この図８は、図２の変形例であり、図１の燃料電池１００におけるカソードガス流路面をＸ方向から見た図である。
【００４６】
上記実施例におけるカソードガス流路面（図２）において、カソードガス流路５０は、流路形成リブ１９，２０によって形成される逆Ｎ字型の流路構成となっており、その流路中に、複数の凸部２１を備えていたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明では、カソードガス流路５０は、カソードガス供給マニホールド１３からガス供給連通部１７を介して供給されるカソードガスを、カソード５へ供給し、その後、電気化学反応に供されたカソードガスをガス排出連通部１８に排出する機能を有しさえすれば、種々の形状を適用することができる。例えば、図８に示すように、カソードガス流路５０は、流路形成リブ１９，２０によって形成される逆Ｎ字型の流路に沿って、略平行な複数の線状凸部１２１を備える構成としてもよい。このカソードガス流路５０では、カソードガス供給マニホールド１３よりガス供給連通部１７を介して供給されたカソードガスが、各線状凸部１２１の間に沿って流れ、一部は、カソード５で電気化学反応し、残りは、カソードガス排出マニホールド１４へ排出される。また、例えば、カソードガス流路５０が、フラットで、多孔質（ポーラス）に形成されるものを用いてもよい。
【００４７】
Ｂ２．変形例２：
図９は、変形例としてのガス排出連通部１８を表わす説明図である。この図９は、カソードガス流路面（図２）において、ガス排出連通部１８周辺を拡大し、変形例としてのガス排出連通部１８を示している。
【００４８】
上記実施例では、ガス排出連通部１８は、カソード側セパレータ４０と一体に形成されていたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図９に示すように、ガス排出連通部１８は、カソード側セパレータ４０とは別部材として形成してもよい。この場合、カソード側セパレータ４０にガス排出連通部１８を勘合して使用する。このようにすれば、ガス排出連通部１８を別部材として、精度よく形成（加工）することができる。
【００４９】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例において、ガス排出連通部１８は、カソードガス流路面に設置され、カソードガス流路５０とカソードガス排出マニホールド１４とを連通するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アノード側セパレータ３０におけるアノードガス流路を形成するアノードガス流路面において、アノードガス流路とアノードガス排出マニホールド１２とを連通させるため、ガス排出連通部１８を用いるようにしてもよい。このようにしても、本発明の効果を奏することができる。
【００５０】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、ガス排出連通部１８のみ層流絞り構造となっているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、ガス供給連通部１７のみガス排出連通部１８と同様の層流絞り構造としてもよい。このようにしても本発明の効果を奏することができる。また、ガス供給連通部１７を層流絞り構造とした場合には、ガス供給連通部１７を凝縮水が流れることがないので、ガス供給連通部１７において凝縮水による圧力損失の影響を抑制することができる。さらに、ガス排出連通部１８とガス供給連通部１７と共に、層流絞り構造としてもよい。この場合、ガス排出連通部１８における圧力損失ΔＰａと、ガス供給連通部１７における圧力損失と圧力損失ΔＰｃの合計が、合計圧力損失ΔＰとなる。このようにしても本発明の効果を奏することができる。
【００５１】
Ｂ５．変形例５：
上記実施例では、ガス排出連通部１８の各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚを設定して、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスを層流となるようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、ガス排出連通部１８の各溝１８ＡのＬｘ、ＬｙおよびＬｚを設定して、ガス排出連通部１８を流れるカソードガスを乱流となるようにしてもよい。この場合は、各単セル２００に流すカソードガス流量のレンジ幅をある程度限定する。このようにしても、各単セル２００におけるカソードガスの合計圧力損失ΔＰ（この場合は、圧力損失ΔＰｋと圧力損失ΔＰｃの合計圧力損失）のばらつきをより抑制することができる。
【００５２】
Ｂ６．変形例６：
上記実施例におけるガス排出連通部１８は、４つの溝１８Ａを備えるようにしていたが、本発明は、これに限られるものではない。ガス排出連通部１８は、上述した第１及び第２の条件を満たしていればよく、例えば、各溝１８Ａの代わりにガス排出連通部１８（図５又は図６）をＹ方向に貫通する筒状の通路とするような、種々の形状を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００の概略断面構成を表わす説明図である。
【図２】実施例におけるカソードガス流路面の概略構成を表わす説明図である。
【図３】実施例の図２におけるガス供給連通部１７のＡ'−Ａ'断面をＺ方向から見た図である。
【図４】実施例の図２におけるガス供給連通部１７のＢ'−Ｂ'断面をＹ方向へ向かって見た図である。
【図５】実施例の図２におけるガス排出連通部１８のＡ−Ａ断面をＺ方向から見た図である。
【図６】実施例の図２におけるガス排出連通部１８のＢ−Ｂ断面をＹ方向から見た図である。
【図７】本実施例のカソードガス流路５０およびガス排出連通部１８におけるカソードガスの圧力損失と流量の関係を示したグラフである。
【図８】変形例としてのカソードガス流路面の概略構成を表わす説明図である。
【図９】変形例としてのガス排出連通部１８を表わす説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１...電解質膜
２...触媒層
４...アノード
５...カソード
６...ガスケット
８...パッキン
１１...アノードガス供給マニホールド
１２...アノードガス排出マニホールド
１３...カソードガス供給マニホールド
１４...カソードガス排出マニホールド
１５...冷却水供給マニホールド
１６...冷却水排出マニホールド
１７...ガス供給連通部
１８...ガス排出連通部
１９...流路形成リブ
２０...流路形成リブ
２１...凸部
３０...アノード側セパレータ
４０...カソード側セパレータ
５０...カソードガス流路
６０...アノードガス流路
７０...冷却水流路
１００...燃料電池
１２１...線状凸部
２００...単セル
【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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