(57)【要約】      （修正有）【課題】セパレータの供給孔付近での膜電極接合体の乾燥が抑制された燃料電池の提供。【解決手段】発電反応による反応ガスの消費量をゼロとした場合に、一対のガス拡散層の一方を通過する反応ガスの流速が、上流領域の第１領域Ｆに対向する部位の方が上流領域の第２領域Ｓに対向する部位よりも遅くなるように、第１溝２３及び第２溝２７の少なくとも一方の形状が第１領域と第２領域とで相違している、燃料電池。【選択図】図３
2018037315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体を一対のガス拡散層で挟んだ膜電極ガス拡散層接合体と、
前記膜電極ガス拡散層接合体を挟む一対のセパレータと、を備え、
前記一対のセパレータの一方は、反応ガスが供給される供給孔、前記反応ガスが排出される排出孔、前記一対のガス拡散層の一方を介して前記膜電極接合体に対向し前記供給孔側から前記排出孔側に延びた溝群、前記反応ガスを前記供給孔から前記溝群に分配する分配部、前記反応ガスを前記溝群から前記排出孔にかけて合流させる合流部、を備え、
前記溝群は、上流端が前記分配部に連通し下流端が閉塞された複数の第１溝と、下流端が前記合流部に連通し前記第１溝と交互に並列に並んだ複数の第２溝と、当該溝群を長さ方向に区分した上流領域及び下流領域と、当該溝群を幅方向に区分した第１及び第２領域と、を有し、前記供給孔よりも前記幅方向の大きさが大きく、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記幅方向に前記供給孔に近く、
発電反応による前記反応ガスの消費量をゼロとした場合に、前記一対のガス拡散層の前記一方を通過する前記反応ガスの流速が、前記上流領域の前記第１領域に対向する部位の方が前記上流領域の前記第２領域に対向する部位よりも遅くなるように、前記第１及び第２溝の少なくとも一方の形状が前記第１領域と前記第２領域とで相違している、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、一対のガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えている。セパレータには、反応ガスがそれぞれ供給及び排出される供給孔及び排出孔と、供給孔から排出孔に延びた溝群とを備えている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０１６５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反応ガスは、供給孔から溝群へと流れる。ここで、供給孔付近では、発電反応による生成水の量は少なく、かつガス拡散層を通過する反応ガスの流速も比較的速くなりやすい。このため、供給孔付近での膜電極接合体の乾燥が促進されて、燃料電池の発電性能が低下する可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、セパレータの供給孔付近での膜電極接合体の乾燥が抑制された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】
【０００６】
上記目的は、膜電極接合体を一対のガス拡散層で挟んだ膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体を挟む一対のセパレータと、を備え、前記一対のセパレータの一方は、反応ガスが供給される供給孔、前記反応ガスが排出される排出孔、前記一対のガス拡散層の一方を介して前記膜電極接合体に対向し前記供給孔側から前記排出孔側に延びた溝群、前記反応ガスを前記供給孔から前記溝群に分配する分配部、前記反応ガスを前記溝群から前記排出孔にかけて合流させる合流部、を備え、前記溝群は、上流端が前記分配部に連通し下流端が閉塞された複数の第１溝と、下流端が前記合流部に連通し前記第１溝と交互に並列に並んだ複数の第２溝と、当該溝群を長さ方向に区分した上流領域及び下流領域と、当該溝群を幅方向に区分した第１及び第２領域と、を有し、前記供給孔よりも前記幅方向の大きさが大きく、前記第１領域は、前記第２領域よりも前記幅方向に前記供給孔に近く、発電反応による前記反応ガスの消費量をゼロとした場合に、前記一対のガス拡散層の前記一方を通過する前記反応ガスの流速が、前記上流領域の前記第１領域に対向する部位の方が前記上流領域の前記第２領域に対向する部位よりも遅くなるように、前記第１及び第２溝の少なくとも一方の形状が前記第１領域と前記第２領域とで相違している、燃料電池によって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
セパレータの供給孔付近での膜電極接合体の乾燥が抑制された燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、燃料電池の単セルの断面図である。
【図２】図２は、比較例のセパレータの正面図である。
【図３】図３は、第１実施例のセパレータの正面図である。
【図４】図４は、第２実施例のセパレータの正面図ある。
【図５】図５は、第３実施例のセパレータの正面図ある。
【図６】図６は、第４実施例のセパレータの正面図ある。
【図７】図７は、第５実施例のセパレータの正面図ある。
【図８】図８は、第６実施例のセパレータの正面図ある。
【図９】図９は、第７実施例のセパレータの正面図ある。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、複数の実施例について説明する前に、比較例の燃料電池１について説明する。図１は、単セル２が複数積層された比較例での燃料電池１の部分断面図である。この燃料電池１は、反応流体である燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル２は、膜電極ガス拡散層接合体１０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、ＭＥＧＡ１０を挟持するアノード側セパレータ４０ａ及びカソード側セパレータ２０ｃ（以下、セパレータと称する）とを含む。ＭＥＧＡ１０は、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃ（以下、拡散層と称する）と、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）１１とを有している。
【００１０】
ＭＥＡ１１は、電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面及び他方の面のそれぞれに形成されたアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃ（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜１２は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。触媒層１４ａ及び１４ｃは、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含む触媒インクを、電解質膜１２に塗布することにより形成される。
【００１１】
拡散層１６ａ及び１６ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層１６ａ及び１６ｃは、それぞれ触媒層１４ａ及び１４ｃに接合されている。
【００１２】
尚、触媒層１４ａと拡散層１６ａとの間、触媒層１４ｃと拡散層１６ｃとの間の少なくとも一方に、撥水層は、ＭＥＡ１１内に含まれる水分を適正量に保つための撥水層を設けてもよい。
【００１３】
セパレータ２０ｃには、複数の第１溝２３、複数の第２溝２７、及び複数の隔壁２５及び２６が形成されている。同様にセパレータ４０ａには、第１溝４３、第２溝４７、及び隔壁４５及び４６が形成されている。詳しくは後述する。尚、図示は省略しているが、燃料電池１の内部温度を調整するために、単セル２間に冷媒が通過する流路が形成されている。
【００１４】
次に、セパレータ２０ｃについて説明する。図２は、比較例の燃料電池１に採用されているセパレータ２０ｃの正面図である。セパレータ２０ｃには、酸化剤ガスが供給される供給孔ｃ１及び排出される排出孔ｃ２、冷媒が供給される供給孔ｗ１及び排出される排出孔ｗ２、アノードガスが供給される供給孔ａ１及び排出される排出孔ａ２が形成されている。セパレータ４０ａにも同様の供給孔及び排出孔が形成されており、セパレータ２０ｃのそれぞれの供給孔及び排出孔とセパレータ４０ａのそれぞれの供給孔及び排出孔が連通することにより、酸化剤ガス用、冷媒用、燃料ガス用の、それぞれの供給マニホールド及び排出マニホールドを画定する。
【００１５】
また、セパレータ２０ｃには、拡散層１６ａを介してＭＥＡ１１に対向し供給孔ｃ１側から排出孔ｃ２側に延びた溝群Ｇ、酸化剤ガスを供給孔ｃ１から溝群Ｇに分配する分配部２１、酸化剤ガスを溝群Ｇから排出孔ｃ２にかけて合流させる合流部２９、が形成されている。溝群Ｇは、セパレータ２０ｃの略中央部に形成され、供給孔ｃ１側から排出孔ｃ２側に延びている。溝群Ｇには、複数の第１溝２３と複数の第２溝２７とが形成されている。複数の第１溝２３は、分配部２１に連通し下流端が閉塞部２３１により閉塞されている。複数の第２溝２７は、合流部２９と連通し上流端が閉塞部２７１により閉塞され、複数の第１溝２３と交互に並列に並んでいる。ここで第１溝２３及び第２溝２７が延びた方向を長さ方向ＬＤとし、第１溝２３及び第２溝２７が並んだ方向であって長さ方向ＬＤに垂直な方向を幅方向ＷＤとする。図２において、隔壁２５は下方側に順に並んだ第１溝２３及び第２溝２７を仕切り、隔壁２６は下方側に順に並んだ第２溝２７及び第１溝２３を仕切っている。従って、隔壁２５及び２６も交互に並列に並んでいる。第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６は、分配部２１から合流部２９に向けて互いに平行に延びている。第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６の長さは、略同じであるがこれに限定されない。第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６の各幅は一定である。また、第１溝２３及び第２溝２７の断面積も一定であり同じである。
【００１６】
第１溝２３を流通する酸化剤ガスの一部は、閉塞部２３１で閉塞されている下流端までの間に、図１に示すように隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第１溝２３に隣接する第２溝２７に流通する。これにより、第１溝２３や第２溝２７の真下の拡散層１６ｃの部分のみならず、隔壁２５及び２６の真下の部分にも酸化剤ガスが流れる。燃料ガスについても同様である。尚、図２についても、第１溝２３から隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃを介して第２溝２７に流れる酸化剤ガスの流れる方向を矢印で示している。
【００１７】
図２に戻り、溝群Ｇは、溝群Ｇを長さ方向ＬＤに区分した上流領域Ｕ及び下流領域Ｌと、溝群Ｇを幅方向ＷＤに区分した第１領域Ｆ及び第２領域Ｓと、有している。詳細には、上流領域Ｕ及び下流領域Ｌは、それぞれ、溝群Ｇの長さ方向ＬＤの中心から分配部２１側及び合流部２９側の領域である。第１領域Ｆは、第２領域Ｓよりも、幅方向ＷＤで供給孔ｃ１に近い領域である。詳細には、第１領域Ｆ及び第２領域Ｓは、それぞれ、溝群Ｇの幅方向ＷＤの中心から幅方向ＷＤで供給孔ｃ１に近い側の領域及び離れた側の領域である。また、溝群Ｇ、分配部２１、及び合流部２９のそれぞれは、幅方向ＷＤでの大きさが供給孔ｃ１及び排出孔ｃ２のそれぞれよりも大きい。尚、図２に示すように、第１領域Ｆ及び上流領域Ｕのそれぞれには、３対の第１溝２３及び第２溝２７が含まれているが、これに限定されず、少なくとも一対の第１溝２３及び第２溝２７が含まれていればよい。また、比較例において、供給孔ｃ１、供給孔ｗ１、及び排出孔ａ２は幅方向ＷＤに並び、排出孔ｃ２、排出孔ｗ２、及び供給孔ａ１は幅方向ＷＤに並び、供給孔ｃ１、供給孔ｗ１、及び排出孔ａ２と、溝群Ｇと、排出孔ｃ２、排出孔ｗ２、及び供給孔ａ１とは長さ方向ＬＤに並んでいる。
【００１８】
ここで、燃料電池１の単セル２の内部の水分量は、単セル２の発電に伴う生成水により、溝群Ｇの、供給孔ｃ１から排出孔ｃ２に向かって増加する。従って、第１領域Ｆの方が第２領域Ｓよりも供給孔ｃ１に近いため、上流領域Ｕの第１領域Ｆと第２領域Ｓとを比較した場合に、上流領域Ｕの第１領域Ｆのほうが水分量は少ない。一方、溝群Ｇが閉塞部を有する場合、酸化剤ガスは、第１溝２３から拡散層１６ｃを通過して第２溝２７に移動する。このとき、拡散層１６ｃ内を通過する酸化剤ガスにより電解質膜１２内の水分が持ち去られる場合があり、通過する酸化剤ガスの流速が速くなると、水分の持ち去り量も増大する。従って、水分量が少ない上流領域Ｕの第１領域Ｆにおいて、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速が速いと、さらに燃料電池１の乾燥を促進することになる。セパレータ２０ｃでは、第１溝２３の形状は第１領域Ｆと第２領域Ｓとで同じであり、第２溝２７の形状も第１領域Ｆと第２領域Ｓとで同じである。また、各第１溝２３及び第２溝２７の深さは、長さ方向ＬＤに一定であり同じである。このため、溝群Ｇに対向する拡散層１６ｃの部位を通過する酸化剤ガスの流速は、発電反応による酸化剤ガスの消失量を考慮しないとすると、供給孔ｃ１に近い上流領域Ｕの第１領域Ｆでは供給孔ｃ１から離れた上流領域Ｕの第２領域Ｓと等しい。このように比較例において上流領域Ｕの第１領域Ｆでは、酸化剤ガスの拡散層１６ｃを通過する流速は第２領域Ｓと等しい一方、生成水量も少ないため、上流領域Ｕの第１領域Ｆに拡散層１６ｃ及び１４ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位が乾燥する可能性がある。尚、本明細書での、上流領域Ｕの第１領域Ｆ又は上流領域Ｕの第２領域Ｓに対向する拡散層１６ｃの部位での酸化剤ガスの流速とは、この拡散層１６ｃの部位内での酸化剤ガスの幅方向ＷＤでの平均の流速を意味する。また、本明細書での溝の断面積とは、長さ方向ＬＤに直交する溝の断面積を意味する。
【００１９】
次に複数の実施例について説明する。以下の複数の実施例では、比較例と同じ構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。図３は、第１実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃａの正面図である。第１実施例の溝群Ｇａの第２領域Ｓでの第１溝２３、第２溝２７、隔壁２５及び２６については、比較例と同じである。しかしながら、溝群Ｇａの第１領域Ｆでの第２溝２７ａは、第２領域Ｓの第２溝２７とは形状が異なっている。具体的には、第２溝２７ａは、その上流端には閉塞部２７１が設けられておらずに開放されており、分配部２１に連通している。このため、第２溝２７ａには分配部２１から合流部２９に向けて酸化剤ガスが流通する。
【００２０】
従って、第２領域Ｓの上流領域Ｕでは、酸化剤ガスの多くが第１溝２３内を流れて隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第２溝２７内に流入するのに対して、第１領域Ｆの上流領域Ｕでは、酸化剤ガスが第１溝２３のみならず第２溝２７ａにも上流端から流入する。このため、第１領域Ｆの上流領域Ｕにおいて、第１溝２３から第２溝に向かって拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流量が小さく、隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を通過する酸化剤ガスの流速も、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなる。この結果、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなる。このため、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。
【００２１】
第１実施例では、第１領域Ｆの全ての第２溝２７ａの上流端は閉塞されておらず、上流領域Ｕの全ての第２溝２７の上流端が閉塞されているが、これに限定されず、上流端が閉塞されていない第２溝の数が、第１領域Ｆの方が第２領域Ｓよりも多ければよい。
【００２２】
図４は、第２実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｂの正面図である。溝群Ｇｂの第２領域Ｓでの第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６は、比較例と同じである。しかしながら、溝群Ｇｂの第１領域Ｆでの第２溝２７ｂ及び隔壁２５ｂは、それぞれ第２領域Ｓの第２溝２７及び隔壁２５とは形状が異なっている。具体的には、第２溝２７ｂには上流側に幅狭部２７ｂ１が形成され、隔壁２５ｂには幅狭部２７ｂ１を画定するように上流側が肉厚となった肉厚部２５ｂ１が形成されている。幅狭部２７ｂ１以外の部分での第２溝２７ｂの幅及び断面積は、第２溝２７と同じである。また、幅狭部２７ｂ１での幅及び断面積は、それ以外の第２溝２７ｂの部分よりも小さい。
【００２３】
上記の構成により、幅狭部２７ｂ１内に流入できる酸化剤ガス量は少なくなり、第１溝２３内から隔壁２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して幅狭部２７ｂ１内に流入する酸化剤ガスの流速は抑制される。また、肉厚部２５ｂ１が厚いため、肉厚部２５ｂ１の真下の拡散層１６ｃの部位を流れる酸化剤ガスへの抵抗は、肉厚部２５ｂ１よりも薄い部分の真下の拡散層１６ｃの部位を流れる酸化剤ガスへの抵抗よりも大きい。このため、第１溝２３内から肉厚部２５ｂ１の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第２溝２７に流れる酸化剤ガスの流速が抑制される。以上のようにして、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。
【００２４】
第２実施例では、上流領域Ｕの第１領域Ｆにおいて隔壁２５ｂに肉厚部２５ｂ１が形成されているが、これに限定されず、隔壁２６の上流側に同様の肉厚部を形成してもよい。また、第２溝２７の幅を長さ方向ＬＤで一定とし、上流側で高さを低くすることによって、上流側で断面積を小さくしてもよい。また、第１領域Ｆにおいて閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００２５】
図５は、第３実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｃの正面図である。溝群Ｇｃの第２領域Ｓでの第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６は、比較例と同じである。しかしながら、溝群Ｇｃの第１領域Ｆでの第１溝２３ｃ及び第２溝２７ｃは、それぞれ第２領域Ｓの第１溝２３及び第２溝２７とは形状が異なっている。具体的には、各溝の幅は、第１溝２３ｃは第１溝２３よりも広く、第２溝２７ｃは第２溝２７よりも狭く、第１溝２３ｃは第２溝２７ｃよりも広い。換言すれば、各溝の内容積は、第１溝２３ｃは第１溝２３よりも大きく、第２溝２７ｃは第２溝２７よりも小さく、第１溝２３ｃは第２溝２７ｃよりも大きい。
【００２６】
上記の構成により、第１溝２３ｃ内と第２溝２７ｃ内との圧力差が小さい上流側で、第１溝２３ｃから隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第２溝２７ｃ内への酸化剤ガスが流れにくくなる。以上のようにして、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。
【００２７】
第３実施例において、第２溝２７ｃの幅が第１領域Ｆ及び第２領域Ｓで同じであり、第１溝２３ｃの幅が第１領域Ｆの方が第２領域Ｓよりも大きくてもよい。また、第１溝２３ｃの幅が第１領域Ｆ及び第２領域Ｓで同じであり、第２溝２７ｃの幅が第１領域Ｆの方が第２領域Ｓよりも小さくてもよい。また、第３実施例においては、高さが一定であり幅が異なっている溝を例示したが、これに限定されない。例えば、幅は一定であるが溝の高さが異なっていることにより、第１溝２３ｃ及び第２溝２７ｃの少なくとも一方の形状が第１領域Ｆと第２領域Ｓとで異なっていてもよい。また、第３実施例において、第１領域Ｆに閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００２８】
尚、第１〜第３実施例は、複数の第１及び第２溝のうちの上流端が閉塞されていない溝の内容積に対する、複数の第１及び第２溝のうちの上流端が閉塞されている溝の内容積の割合は、上流領域Ｕの第１領域Ｆの方が上流領域Ｕの第２領域Ｓよりも小さく構成された実施例である。
【００２９】
図６は、第４実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｄの正面図である。溝群Ｇｄの上流領域Ｕでの第１溝２３、第２溝２７、及び隔壁２５及び２６は、比較例と同じである。しかしながら、溝群Ｇｄの第２領域Ｓでの第１溝２３ｄ及び第２溝２７ｄは、それぞれ第１溝２３及び第２溝２７と形状が異なっている。具体的には、第１溝２３ｄ及び第２溝２７ｄの途中には、それぞれ、閉塞部２３２ｄ及び２７２ｄが設けられている。尚、閉塞部２３２ｄは、閉塞部２７２ｄよりも上流側に設けられており、閉塞部２３２ｄは上流領域Ｕの第２領域Ｓに設けられ、閉塞部２７２ｄは下流領域Ｌの第２領域Ｓに設けられている。
【００３０】
上記の構成により、第２領域Ｓでは第１溝２３ｄに流入した酸化剤ガスの多くが、第１溝２３ｄの上流端から閉塞部２３２ｄまでの短い区間で、隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第２溝２７ｄに流入する。このため、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。第２溝２７ｄに流入した酸化剤ガスの一部は、閉塞部２３２ｄよりも下流側から閉塞部２７２ｄまでの間で、隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して再び第１溝２３ｄ内に流入する。
【００３１】
第４実施例において、第２領域Ｓに閉塞部２７２ｄ及び閉塞部２３１が設けられていなくてもよい。また、第１領域Ｆにおいて閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００３２】
図７は、第５実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｅの正面図である。溝群Ｇｅの第２領域Ｓでの第１溝２３ｄ及び第２溝２７ｄは、第４実施例と同じである。しかしながら溝群Ｇｅの第１領域Ｆの第１溝２３ｅ及び第２溝２７ｅは、それぞれ第１溝２３及び第２溝２７とは形状が異なっている。具体的には、第１溝２３ｅ及び第２溝２７ｅの途中には、閉塞部２３２ｅ及び２７２ｅが設けられている。尚、閉塞部２３２ｅは、閉塞部２７２ｅよりも上流側に設けられており、閉塞部２３２ｅは上流領域Ｕの第１領域Ｆに設けられ、閉塞部２７２ｅは下流領域Ｌの第１領域Ｆに設けられている。
【００３３】
上記の構成により、第１領域Ｆでは第１溝２３ｅに流入した酸化剤ガスの多くが、第１溝２３ｅの上流端から閉塞部２３２ｅまでの短い区間で、隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して第２溝２７ｅに流入する。しかしながら、第１領域Ｆの閉塞部２３２ｅと第２領域Ｓの閉塞部２３２ｄとを比較すると、閉塞部２３２ｅの方が閉塞部２３２ｄよりも下流側に位置している。このため、第１溝２３ｄ内に流入した酸化剤ガスの方が、第１溝２３ｅ内に流入した酸化剤ガスよりも、より上流側で拡散層１６ｃ内を流れる。このため、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。尚、第２溝２７ｅに流入した酸化剤ガスの一部は、閉塞部２３２ｅよりも下流側から閉塞部２７２ｅまでの間で、隔壁２５及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位を介して再び第１溝２３ｅ内に流入する。
【００３４】
第５実施例では、閉塞部２７２ｄ、２７２ｅ、及び２３１は設けられていなくてもよい。また、第１領域Ｆにおいて閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００３５】
図８は、第６実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｆの正面図である。溝群Ｇｆの第２領域Ｓでの第１溝２３及び第２溝２７は、比較例と同じである。しかしながら溝群Ｇｆの第１領域Ｆでの第１溝２３ｆ及び第２溝２７ｆは、第１溝２３及び第２溝２７とは形状が異なっており、隔壁２５ｆに設けられた連通孔２５２ｆにより連通した形状となっている。隔壁２５ｆには長さ方向ＬＤに略等間隔に複数の連通孔２５２ｆが形成されている。
【００３６】
この構成により、第１溝２３ｆ内に流入した酸化剤ガスの多くが、拡散層１６ｃを通過することなく連通孔２５２ｆを介して第２溝２７ｆ内を流れる。このため、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。
【００３７】
尚、第６実施例では、第１領域Ｆにおいて連通孔２５２ｆが設けられた隔壁２５ｆを採用したが、隔壁２５ｆの代わりに隔壁２５を採用し隔壁２６の代わりに連通孔が設けられた第２隔壁を採用してもよいし、隔壁２５ｆを採用しつつ隔壁２６の代わりに連通孔が設けられた第２隔壁を採用してもよい。また、第１領域Ｆにおいて閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００３８】
図９は、第７実施例の燃料電池に採用されるセパレータ２０ｃｇの正面図である。溝群Ｇｇの第２領域Ｓでの第１溝２３ｆ、第２溝２７ｆ、及び隔壁２５ｆは、第６実施例と同じである。しかしながら、溝群Ｇｇの第１領域Ｆでの第１溝２３ｇ、第２溝２７ｇ、及び隔壁２５ｇは、それぞれ第１溝２３ｆ、第２溝２７ｆ、及び隔壁２５ｆと形状が異なっている。具体的には、隔壁２５ｇには、第１溝２３ｇ及び第２溝２７ｇを連通した連通孔２５２ｇが設けられており、連通孔２５２ｇは連通孔２５２ｆよりも大きく形成されている。従って、互いに連通した第１溝２３ｇ及び第２溝２７ｇは、互いに連通した第１溝２３ｆ及び第２溝２７ｆと形状が異なっている。尚、一つの隔壁２５ｇに設けられている連通孔２５２ｇの数と一つの隔壁２５ｆに設けられている連通孔２５２ｆの数は同じである。
【００３９】
上記構成により、連通孔２５２ｇを通過する酸化剤ガスの流量は、連通孔２５２ｆを通過する酸化剤ガスの流量よりも多くなり、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流量及び流速は、上流領域Ｕの第１領域Ｆでの隔壁２５ｇ及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位の方が、上流領域Ｕの第２領域Ｓでの隔壁２５ｆ及び２６の真下の拡散層１６ｃの部位よりも遅くなる。このため、拡散層１６ｃを通過する酸化剤ガスの流速は、第１領域Ｆの上流領域Ｕの方が第２領域Ｓの上流領域Ｕよりも遅くなり、第１領域Ｆの上流領域Ｕに拡散層１６ｃを介して対向するＭＥＡ１１の部位での乾燥を抑制できる。
【００４０】
第７実施例では、第１領域Ｆにおいて連通孔２５２ｇが設けられた隔壁２５ｇを採用したが、隔壁２５ｇの代わりに隔壁２５を採用し隔壁２６の代わりに連通孔２５２ｆよりも大きい連通孔が設けられた第２隔壁を採用してもよいし、隔壁２５ｇを採用しつつ隔壁２６の代わりに連通孔が設けられた第２隔壁を採用してもよい。また、第７実施例では、第２領域Ｓにおいて連通孔２５２ｆが設けられた隔壁２５ｆを採用したが、隔壁２５ｆの代わりに隔壁２５を採用しつつ隔壁２６の代わりに連通孔２５２ｇよりも小さい連通孔が設けられた第２隔壁を採用してもよい。また、第１領域Ｆにおいて閉塞部２７１は設けられていなくてもよい。
【００４１】
第６及び第７実施例では、隣接する第１及び第２溝を連通する連通部の合計断面積は、第１領域Ｆの方が第２領域Ｓよりも大きい実施例である。
【００４２】
上記の複数の実施例では、第１領域Ｆ及び第２領域Ｓを溝群Ｇａ〜Ｇｇの幅方向ＷＤでの中心を境に区分したがこれに限定されない。例えば、供給孔ｃ１を長さ方向ＬＤの下流側に投影した場合に、溝群Ｇａ〜Ｇｇ上に投影される領域を第１領域Ｆとし、溝群Ｇａ〜Ｇｇ上の投影されない領域を第２領域Ｓとしてもよい。また、第２領域Ｓは部分的に投影される領域を含んでもよいが、少なくとも第１領域Ｆが投影される領域に含まれることが望ましい。
【００４３】
上記の複数の実施例では、上流領域Ｕ及び下流領域Ｌを溝群Ｇａ〜Ｇｇの長さ方向ＬＤでの中心を境に区分したがこれに限定されない。
【００４４】
上記実施例では、カソード側のセパレータ２０ｃａ〜２０ｃｇを例に説明したが、このような溝をカソード側のみならずアノード側のセパレータにも採用してもよいし、カソード側及びアノード側のセパレータの何れかのみに採用してもよい。
【００４５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  燃料電池
１０  ＭＥＧＡ
１１  ＭＥＡ
２０ｃａ〜２０ｃｇ  カソード側セパレータ
２３  第１溝
２５、２６  隔壁
２７  第２溝
【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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