(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する燃料電池１１は、カソード側セパレータ１４を備える。カソード側セパレータ１４には、酸化剤ガス流路３０と、前記酸化剤ガス流路３０の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路溝３６ａ、３８ａを有する入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂとが設けられる。酸化剤ガス流路３０、入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂには、酸化剤ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部４０が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向に反応ガスを流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成される燃料電池スタックであって、
前記セパレータには、前記反応ガス入口連通孔及び前記反応ガス出口連通孔に連通し、前記反応ガスをセパレータ面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路を有するバッファ部と、
が設けられるとともに、
少なくとも前記反応ガス流路又は前記バッファ部の前記連結流路には、前記反応ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、少なくとも前記反応ガス流路又は前記連結流路内には、複数の凸状部材が断続的に配置されることにより、前記流路深さが部分的に減少する複数の前記深さ変動部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記凸状部材は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の前記凸状部材を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一面側にアノード電極が、前記電解質膜の他面側にカソード電極が、配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、一対のセパレータによって挟持されることにより、単位セル（発電セル）が構成されている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）が設けられている。また、他方のセパレータの面内に、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、セパレータ面に沿って電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。
【０００４】
ところで、酸化剤ガス流路では、発電反応により生成された生成水が滞留し易い一方、燃料ガス流路では、ＭＥＡを逆拡散した前記生成水が滞留するおそれがある。さらに、セパレータの面内には、投入された水分が凝縮して結露水が発生し易い。このため、滞留水や結露水により流路内が閉塞されて反応ガスの供給不足が惹起され、ＭＥＡの膜劣化や発電性能の低下が発生する場合がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、電解質体の一方の面にアノード電極、他方の面にカソード電極を形成したセルと、燃料プレートと、酸化剤プレートとを備えている。燃料プレートは、燃料ガスが流通する複数の燃料室と、前記燃料室へ前記燃料ガスを供給する燃料導入路と、前記燃料室から排出された燃料排ガスを排出する燃料排出路とを有している。酸化剤プレートは、酸化剤ガスが流通する複数の酸化剤室と、前記酸化剤室へ酸化剤ガスを供給する酸化剤導入路と、前記複数の酸化剤室のそれぞれに独立して設けられ前記酸化剤室から排出された酸化剤排ガスを排出する酸化剤排出路とを有している。
【０００６】
この燃料電池では、セルのアノード側に燃料室、カソード側に酸化剤室が対向するように、前記セルを燃料プレートと酸化剤プレートとによって挟持してセルユニットを構成している。そして、酸化剤排出路は、酸化剤室に連通する第１開口部と外気へ連通する第２開口部とを備えている。その際、断面積は、第１開口部から第２開口部へ向かって漸次小さくなるように形成するとともに、リブの主平面形状が全て同一である。
【０００７】
従って、酸化剤排出路は、第１開口部から第２開口部へ向かってガス圧が高くなり、酸化剤ガスの流速が速くなるため、水分が前記酸化剤排出路から勢いよく排出される、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３６７９７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の燃料電池では、流路しぼりである酸化剤排出路が、発電部である酸化剤室の外部に設けられている。このため、発電部以外に非発電領域を設けることが必要になり、燃料電池全体の発電効率が低下するとともに、大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池スタック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】
【００１１】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されている。燃料電池スタックには、積層方向に反応ガスを流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されている。
【００１２】
この燃料電池スタックでは、セパレータには、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔に連通し、反応ガスをセパレータ面に沿って流通させる反応ガス流路が設けられている。セパレータには、反応ガス流路の入口側及び出口側に連なってそれぞれ複数本の連結流路を有するバッファ部が設けられている。そして、少なくとも反応ガス流路又はバッファ部の連結流路には、反応ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部が設けられている。
【００１３】
また、この燃料電池スタックでは、少なくとも反応ガス流路又は連結流路内には、複数の凸状部材が断続的に配置されることにより、流路深さが部分的に減少する複数の深さ変動部が設けられることが好ましい。
【００１４】
さらに、この燃料電池スタックでは、凸状部材は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の前記凸状部材を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反応ガス流路又はバッファ部の連結流路には、深さ変動部が設けられており、流路深さが減少して圧損（圧力損失）増加部が流路内に部分的に設けられている。このため、流路内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。
【図４】前記カソード側セパレータに設けられる深さ変動部の斜視説明図である。
【図５】前記深さ変動部の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】前記深さ変動部の、図４中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】前記深さ変動部の、図４中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】前記燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１１が立位姿勢（電極面が鉛直方向に平行）にて矢印Ａ方向に積層される。なお、燃料電池１１は、水平姿勢（電極面が水平方向に平行）にて矢印Ｃ方向に積層してもよい。
【００１８】
燃料電池１１は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６とを備える。カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状金属セパレータにより構成される。
【００１９】
金属セパレータは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
【００２０】
カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かう（水平方向の積層）ように構成される。なお、短辺が水平方向に向かい且つ長辺が重力方向に向かうように構成してもよい。
【００２１】
燃料電池１１の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）１８ａと燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）２０ｂとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔２０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂは、略長方形状（略三角形状でもよい）を有するとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、前記燃料ガス出口連通孔２０ｂよりも大きな開口面積に設定される。
【００２２】
燃料電池１１の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２０ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）１８ｂとが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ及び燃料ガス入口連通孔２０ａは、略長方形状を有するとともに、前記酸化剤ガス出口連通孔１８ｂは、前記燃料ガス入口連通孔２０ａよりも大きな開口面積に設定される。
【００２３】
燃料電池１１の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられる。燃料電池１１の短辺方向の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２４】
冷却媒体入口連通孔２２ａの開口形状は、矢印Ｂ方向に沿って長尺な略長方形状に設定される。冷却媒体出口連通孔２２ｂの開口形状は、矢印Ｂ方向に沿って長尺な略長方形状に設定される。
【００２５】
図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、フッ素系又は炭化水素系の固体高分子電解質膜２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するカソード電極２６及びアノード電極２８とを備える。
【００２６】
カソード電極２６及びアノード電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００２７】
図３に示すように、カソード側セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとを連通する酸化剤ガス流路３０が形成される。酸化剤ガス流路３０は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、酸化剤ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）の流路溝３０ａを有する。
【００２８】
流路溝３０ａは、矢印Ｂ方向に互いに平行して延在する凸状部３０ｂ間に形成される。凸状部３０ｂは、カソード側セパレータ１４を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１４ａ側に突出して設けられる。
【００２９】
酸化剤ガス流路３０の入口近傍には、入口バッファ部３２ａが設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路３０の出口近傍には、出口バッファ部３２ｂが設けられる。入口バッファ部３２ａは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔１８ａの近傍に面１４ａ側に突出する複数個のエンボス３４ａを有する。
【００３０】
入口バッファ部３２ａは、酸化剤ガス流路３０の入口と酸化剤ガス入口連通孔１８ａとを連通させる複数本の連結流路溝３６ａを有する。連結流路溝３６ａは、カソード側セパレータ１４の上部側から下部側に向かって、順次、長尺になるように設定される。連結流路溝３６ａは、矢印Ｂ方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部３６ｂ間に形成される。連結凸状部３６ｂは、カソード側セパレータ１４を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１４ａ側に突出して設けられる。
【００３１】
出口バッファ部３２ｂは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ及び燃料ガス入口連通孔２０ａの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記酸化剤ガス出口連通孔１８ｂの近傍に面１４ａ側に突出する複数個のエンボス３４ｂを有する。
【００３２】
出口バッファ部３２ｂは、酸化剤ガス流路３０の出口と酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとを連通させる複数本の連結流路溝３８ａを有する。連結流路溝３８ａは、カソード側セパレータ１４の上部側から下部側に向かって、順次、短尺になるように設定される。連結流路溝３８ａは、矢印Ｂ方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部３８ｂ間に形成される。連結凸状部３８ｂは、カソード側セパレータ１４を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１４ａ側に突出して設けられる。
【００３３】
第１の実施形態では、酸化剤ガス流路３０、入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂの中、少なくとも１つに、例えば、全てに、酸化剤ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部４０が設けられる。酸化剤ガス流路３０では、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い幅方向（矢印Ｃ方向）両端側の流路溝３０ａに、複数、例えば、３つの深さ変動部４０が設けられる。酸化剤ガス流路３０では、幅方向内方側の流路溝３０ａに、例えば、２つの深さ変動部４０が設けられ、さらに内方の前記流路溝３０ａに、例えば、１つの前記深さ変動部４０が設けられる。幅方向中央側の流路溝３０ａには、深さ変動部４０を設けなくてもよい。深さ変動部４０は、酸化剤ガス流路３０の幅方向中央側に向かって個数が減少していく。深さ変動部４０は、流路溝３０ａの流れ方向に向かって隣合う流路溝３０ａで千鳥状に配置される。
【００３４】
深さ変動部４０は、個別の部材として形成された後、カソード側セパレータ１４に溶着や接着等により固定される。なお、深さ変動部４０は、カソード側セパレータ１４に一体成形してもよい。深さ変動部４０は、カソード側セパレータ１４の表面との交差部が滑らかなＲ形状で連結されることが好ましい。また、アノード側セパレータ１６側でも、同様である。
【００３５】
図４に示すように、深さ変動部４０は、少なくとも高さ寸法又は形状の異なる複数種類の凸状部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを備える。図４及び図５に示すように、凸状部材４２ａは、ブロック体により構成されて流路溝３０ａに配置され、流路溝３０ａから断面山形状に突出する。凸状部材４２ａは、断面が左右対称形状であることが好ましい。凸状部材４２ａは、頂部４２ａｅを有し、流路溝３０ａの深さＤ１よりも浅い深さＤ２に設定される（Ｄ１＞Ｄ２）。
【００３６】
図４及び図６に示すように、凸状部材４２ｂは、ブロック体により構成されて流路溝３０ａに配置され、流路溝３０ａ側に突出する断面山形状の頂部を切り欠いた窪み４２ｂｒを有する。凸状部材４２ｂは、断面が左右対称形状であることが好ましい。凸状部材４２ｂの深さＤ３は、流路溝３０ａの深さＤ１よりも浅く設定されるとともに、凸状部材４２ａの深さＤ２よりも深く設定される（Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２）。
【００３７】
図４及び図７に示すように、凸状部材４２ｃは、ブロック体により構成されて流路溝３０ａに配置され、流路溝３０ａ側に突出する平坦面４２ｃｆを有する。凸状部材４２ｃの深さＤ４は、流路溝３０ａの深さＤ１よりも浅く設定されるとともに、凸状部材４２ａの深さＤ２及び凸状部材４２ｂの深さＤ３よりも深く設定される（Ｄ１＞Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２）。例えば、凸状部材４２ａと凸状部材４２ｂとは、流路溝３０ａ内のガス流れ方向に向かって交互に配置される一方、凸状部材４２ｃは、前記流路溝３０ａ内に１つが配置される。なお、深さ変動部４０は、上記の凸状部材４２ａ〜４２ｃに限定されるものではなく、４種類以上の深さ又は形状の異なる凸状部材を用いることができる。
【００３８】
図３に示すように、入口バッファ部３２ａでは、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い幅方向（矢印Ｃ方向）上方側の、すなわち、最も短尺な連結流路溝３６ａに、複数、例えば、３つの深さ変動部４０が設けられる。長尺側の連結流路溝３６ａには、２つの深さ変動部４０を設け、１つの前記深さ変動部４０を設け又は該深さ変動部４０を設けなくてもよい。深さ変動部４０は、上流側から下流側に向かって個数を減少させる。なお、出口バッファ部３２ｂ側は、上記の入口バッファ部３２ａとは対称形状を有する他、同様に構成される。
【００３９】
図８に示すように、アノード側セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとを連通する燃料ガス流路４４が形成される。燃料ガス流路４４は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、燃料ガスをセパレータ面に沿って長辺方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）の流路溝４４ａを有する。
【００４０】
流路溝４４ａは、矢印Ｂ方向に互いに平行して延在する凸状部４４ｂ間に形成される。凸状部４４ｂは、アノード側セパレータ１６を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１６ａ側に突出して設けられる。
【００４１】
燃料ガス流路４４の入口近傍には、入口バッファ部４６ａが設けられるとともに、前記燃料ガス流路４４の出口近傍には、出口バッファ部４６ｂが設けられる。入口バッファ部４６ａは、燃料ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記燃料ガス入口連通孔２０ａの近傍に面１６ａ側に突出する複数個のエンボス４８ａを有する。
【００４２】
入口バッファ部４６ａは、燃料ガス流路４４の入口と燃料ガス入口連通孔２０ａとを連通させる複数本の連結流路溝５０ａを有する。連結流路溝５０ａは、アノード側セパレータ１６の上部側から下部側に向かって、順次、長尺になるように設定される。連結流路溝５０ａは、矢印Ｂ方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部５０ｂ間に形成される。連結凸状部５０ｂは、アノード側セパレータ１６を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１６ａ側に突出して設けられる。
【００４３】
出口バッファ部４６ｂは、燃料ガス出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス入口連通孔１８ａの形状に沿って略三角形状を有するとともに、前記燃料ガス出口連通孔２０ｂの近傍に面１６ａ側に突出する複数個のエンボス４８ｂを有する。
【００４４】
出口バッファ部４６ｂは、燃料ガス流路４４の出口と燃料ガス出口連通孔２０ｂとを連通させる複数本の連結流路溝５２ａを有する。連結流路溝５２ａは、アノード側セパレータ１６の上部側から下部側に向かって、順次、短尺になるように設定される。連結流路溝５２ａは、矢印Ｂ方向に向かって下方に傾斜し互いに略平行して延在する連結凸状部５２ｂ間に形成される。連結凸状部５２ｂは、アノード側セパレータ１６を厚さ方向に波形状に成形することにより、面１６ａ側に突出して設けられる。
【００４５】
第１の実施形態では、燃料ガス流路４４、入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂの中、少なくとも１つに、例えば、全てに、燃料ガスの流れ方向に向かって流路深さが部分的に減少する深さ変動部４０が設けられる。深さ変動部４０は、酸化剤ガス流路３０側と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図１に示すように、アノード側セパレータ１６の面１６ｂとカソード側セパレータ１４の面１４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂ、２２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。冷却媒体流路５４は、電解質膜・電極構造体１２の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させる。
【００４７】
アノード側セパレータ１６では、冷却媒体流路５４は、燃料ガス流路４４の裏面形状であり、カソード側セパレータ１４では、前記冷却媒体流路５４は、酸化剤ガス流路３０の裏面形状である。
【００４８】
カソード側セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このカソード側セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。アノード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このアノード側セパレータ１６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００４９】
このように構成される燃料電池１１の動作について、以下に説明する。
【００５０】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５１】
このため、酸化剤ガスは、図１及び図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから入口バッファ部３２ａを通ってカソード側セパレータ１４の酸化剤ガス流路３０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給される。
【００５２】
一方、燃料ガスは、図８に示すように、燃料ガス入口連通孔２０ａから入口バッファ部４６ａを通ってアノード側セパレータ１６の燃料ガス流路４４に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４４に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給される（図１参照）。
【００５３】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５４】
次いで、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図１及び図３に示すように、出口バッファ部３２ｂから酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、図８に示すように、出口バッファ部４６ｂから燃料ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５５】
また、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、図１に示すように、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して電解質膜・電極構造体１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５６】
この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、酸化剤ガス流路３０を構成する流路溝３０ａには、必要に応じて所定数の深さ変動部４０が設けられている。深さ変動部４０は、例えば、凸状部材４２ａ、４２ｂ及び４２ｃを備え、必要に応じていずれか又は全てが設置される。
【００５７】
このため、流路溝３０ａでは、深さ変動部４０が設けられた部位の流路深さが、最大の深さＤ１からこれよりも浅い深さＤ２、Ｄ３又はＤ４に減少する。例えば、図４に示すように、流路溝３０ａ内では、凸状部材４２ａ、凸状部材４２ｂ及び凸状部材４２ａが交互に配置されており、これらを通過する酸化剤ガスの圧損（圧力損失）が同期的に変化して増加している。
【００５８】
従って、流路溝３０ａ内では、圧損増加部が部分的に設けられている。これにより、流路溝３０ａ内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
さらに、第１の実施形態では、入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂを構成する連結流路溝３６ａ及び連結流路溝３８ａには、それぞれ必要に応じて所定数の深さ変動部４０が設けられている。その上、入口バッファ部３２ａでは、酸化剤ガスが流れ易く、しかも生成水が滞留し易い最も短尺な連結流路溝３６ａに、複数、例えば、３つの深さ変動部４０が設けられている。深さ変動部４０は、入口バッファ部３２ａの幅方向中央側に向かって個数が減少していく。深さ変動部４０は、連結流路溝３６ａの流れ方向に向かって隣合う連結流路溝３６ａで千鳥状に配置される。出口バッファ部３２ｂでも、同様である。
【００６０】
従って、連結流路溝３６ａ内及び連結流路溝３８ａ内では、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、生成水を良好に排出することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００６１】
なお、燃料ガス流路４４側では、上記の酸化剤ガス流路３０側と同様に構成されている。このため、滞留する生成水や結露水が、圧損の増減によって良好に排出され、排水性の向上が容易に図られることから、酸化剤ガス流路３０側と同様の効果が得られる。
【００６２】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック６０を構成する燃料電池６２の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
燃料電池６２は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ６４及びアノード側セパレータ６６とを備える。カソード側セパレータ６４及びアノード側セパレータ６６は、例えば、カーボンセパレータにより構成されるが、金属セパレータにより構成してもよい。
【００６４】
カソード側セパレータ６４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面６４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとを連通する酸化剤ガス流路６８が形成される。酸化剤ガス流路６８は、矢印Ｂ方向両端側に反転部を有する蛇行流路溝６８ａを有する。蛇行流路溝６８ａは、蛇行凸状部６８ｂ間に形成される。
【００６５】
第２の実施形態では、蛇行流路溝６８ａに深さ変動部４０が設けられる。深さ変動部４０の設置部位、設置個数及び種類は、滞留水が溜まり易い箇所や圧損の低い箇所等に応じて設定される。
【００６６】
アノード側セパレータ６６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面６６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとを連通する燃料ガス流路７０が形成される。燃料ガス流路７０は、矢印Ｂ方向両端側に反転部を有する蛇行流路溝７０ａを有する。蛇行流路溝７０ａは、蛇行凸状部７０ｂ間に形成される。
【００６７】
第２の実施形態では、図示しないが、蛇行流路溝７０ａに深さ変動部４０が設けられる。深さ変動部４０の設置部位、設置個数及び種類は、滞留水が溜まり易い箇所や圧損の低い箇所等に応じて設定される。
【００６８】
このように構成される第２の実施形態では、酸化剤ガス流路６８を構成する蛇行流路溝６８ａには、必要に応じて所定数の深さ変動部４０が設けられている。このため、蛇行流路溝６８ａ内では、圧損増加部が部分的に設けられ、前記蛇行流路溝６８ａ内で滞留する生成水や結露水は、圧損の増減によって良好に排出される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、燃料ガス流路７０側でも、同様である。
【符号の説明】
【００６９】
１０、６０…燃料電池スタック        １１…燃料電池
１２…電解質膜・電極構造体          １４、６４…カソード側セパレータ
１６、６６…アノード側セパレータ    １８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
１８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ２０ａ…燃料ガス入口連通孔
２０ｂ…燃料ガス出口連通孔          ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔          ２４…固体高分子電解質膜
２６…カソード電極                  ２８…アノード電極
３０、６８…酸化剤ガス流路          ３０ａ、４４ａ…流路溝
３２ａ、４６ａ…入口バッファ部      ３２ｂ、４６ｂ…出口バッファ部
３６ａ、３８ａ、５０ａ、５２ａ…連結流路溝
４０…深さ変動部                    ４２ａ〜４２ｃ…凸状部材
４４、７０…燃料ガス流路            ５４…冷却媒体流路
６８ａ、７０ａ…蛇行流路溝
【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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