(57)【要約】      （修正有）【課題】リブにより反応ガスの並列型の流路を形成する複数のチャンネルが画成される燃料電池において、流路内に存在する水を速やかに排出させる燃料電池を提供する。【解決手段】ガスの流れ方向に延設されたリブｒにより、導入口ｈｉから排出口ｈｅに至る反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルｃ１を画成するとともに、このリブｒにおいて、隣り合うチャンネルｃ１，ｃ１を連通させる、水を流通させるための連通路ｃ２を形成する。【選択図】図２
2008198393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの流れ方向に延設されたリブにより、燃料電池の入口から出口に至る反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルが画成され、
前記リブにおいて、隣り合うチャンネルを連通させる、水を流通させるための連通路が形成された燃料電池。
【請求項２】
電解質膜と、
この電解質膜上に形成された触媒層と、
この触媒層に反応ガスを拡散させて供給するためのガス拡散層と、
このガス拡散層の外側に配置された、積層される単セルの燃料電池を区画するためのセパレータと、を含んで構成され、
前記リブがこのセパレータに形成された請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
電解質膜と、
この電解質膜上に形成された触媒層と、
この触媒層に反応ガスを拡散させて供給するためのガス拡散層と、
このガス拡散層の外側に配置された、積層される単セルの燃料電池を区画するためのセパレータと、を含んで構成され、
前記リブがこのガス拡散層に形成された請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記複数のチャンネルが、前記燃料電池の入口から出口に向けて直線状に延設されたリブにより、互いに平行に延伸するチャンネルとして画成された請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記リブが、前記ガスの流れ方向に対して平行な平面で千鳥状に配列された複数のドットリブにより構成され、
前記連通路が、前記ガスの流れ方向に隣り合うドットリブの間の空間として、実質的に形成される請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向に隣り合うドットリブの間隔を、前記燃料電池の入口側において、この入口から遠い領域で近い領域におけるよりも拡大させた請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向に隣り合うドットリブの間隔を、前記燃料電池の出口側において、この出口から遠い領域で近い領域におけるよりも拡大させた請求項５又は６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池の入口から、この入口から遠いチャンネルへの前記反応ガスの拡散を促進させるための手段を更に含んで構成される請求項５〜７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電池の出口から遠いチャンネルから、この出口に前記反応ガスを誘導するための手段を更に含んで構成される請求項５〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記複数のドットリブのガスの流れに対向する側面が、ガスの流れ方向に対して傾斜する請求項５〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記複数のチャンネルに対して並列に、各チャンネルと前記燃料電池の出口とを前記連通路を介して接続する排水路が形成された請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記排水路を形成する内面が、前記複数のチャンネルを形成するリブの側面よりも高い親水度合いを有する請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記複数のチャンネルに対し、前記排水路が鉛直方向に関して下側に配置された請求項１１又は１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記排水路が、前記リブの高さとは値の異なる深さの溝として形成された請求項１１〜１３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記連通路が、前記ガスの流れ方向に関して下流にあるものほど狭い間隔で形成された請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記連通路を形成するリブの側面が、前記複数のチャンネルを形成するリブの側面よりも低い撥水度合いを有する請求項１〜１５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記連通路が、前記ガスの流れ方向に対して平行な断面において、水を流通させる方向に幅を縮小させて形成された請求項１〜１６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１８】
前記連通路を形成するリブの側面が、前記ガスの流れ方向に対して平行な断面で丸みを有する請求項１７の記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記複数のチャンネルを形成するリブの側面において、前記ガスの流れ方向に関する前記連通路の下流に、前記連通路における水の流通方向に突出する水受けが形成された請求項１〜１８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記連通路が０．１ｍｍ〜１０ｍｍの幅で形成された請求項１〜１９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項２１】
積層される単セルの燃料電池を区画するためのセパレータであって、
電解質膜に対向して配置される表面において、ガスの流れ方向に延設されたリブを有するとともに、このリブにより、燃料電池の入口から出口に至る反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルが画成され、
前記リブにおいて、隣り合うチャンネルを連通させる、水を流通させるための連通路が形成されたセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、詳細には、ガスの流れ方向に延設されたリブを有し、このリブにより反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルが画成される燃料電池において、反応ガスの流路内に存在する水を速やかに排出させることで、電池性能を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池では、イオン伝導性確保の観点から電解質膜中に水分を保持させるため、酸化剤ガス（若しくは燃料ガス、又はこれらの双方）に水蒸気を含ませ、電解質膜の加湿を行う。発電に関する電気化学反応の結果として、カソード電極の触媒層上に水が発生することとなるが、この生成水を燃料電池外に排出させるための方法として、液状態の生成水を酸化剤ガス中に蒸発させたり、又は酸化剤ガスにより微小な液滴の状態で輸送する方法が一般的に知られている。ここで、カソード電極に供給される酸化剤ガスの湿度が過度に高く、生成水の蒸発等により流路の途中で水分が飽和すると、流路内で酸化剤ガス中の水分が凝縮し、この凝縮水がガス拡散層の表面又は内部に停滞することで、触媒層に向けた酸化剤ガスの良好な拡散及び供給が阻害され、電池性能を低下させるという問題がある。
【０００３】
このようなフラッディングの問題は、カソード電極で顕著に発生するものである。フラッディングを抑制するための技術として、反応ガス（特に、酸化剤ガス）の流路からの排水性を考慮した次のような技術が知られている。
【０００４】
すなわち、積層される単セルの燃料電池を区画するためのセパレータにおいて、流路を形成するリブの側面に、ガス拡散層の表面からガスの流れ方向に対して垂直な方向に延伸させて、毛細管現象の作用によりガス拡散層上の水を吸収させるための溝を形成するとともに、リブの側面と底面とが接合する隅部において、この吸水用の溝と連通させて、反応ガスの流路を縦貫する溝を形成するものである（特許文献１）。
【０００５】
また、セパレータの電極側の表面に反応ガスの流路を形成するリブが設けられた燃料電池において、反応ガスの流路の途中に、流路内に存在する水を燃料電池外に排出させるための排水口を形成するものである（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−３４３３８２号公報（段落番号００２２）
【特許文献２】特開２００２−１９８０６９号公報（段落番号００１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの技術には、次のような理由により充分な排水性が得られない場合があるという問題がある。
【０００７】
すなわち、前掲特許文献１に記載の技術によれば、ガス拡散層上の水を吸水用の溝に吸収させることで、ガス拡散層の表面又は内部における水の停滞を回避し、反応ガスの良好な拡散作用を維持することができる。しかしながら、この技術は、溝に吸収された水を、縦貫する溝を介して流路に沿って燃料電池外に排出させるものであるため、水の生成量の増大等により縦貫する溝を伝う水が多量となれば、充分な排水性が得られずに、これが流路内に停滞するか、又は停滞しないまでも抵抗となって、流路における反応ガスの流れが阻害されてしまう。
【０００８】
他方、前掲特許文献２に記載の技術によれば、反応ガスの流路の途中に形成した排水口により水を排出させるものであるため、反応ガスの流路以外に、この専用の排水口を形成することが必要となる。また、この技術によれば、排水口への水の誘導が、蛇行状に形成された流路の折り返し部に排水口を形成することで、反応ガスの流れの勢いによりなされるため、流路にこのような折り返し部を持たない燃料電池にあっては、水の誘導作用が得られず、良好な排水性を達成することが困難である。
【０００９】
本発明は、以上の問題を考慮して、反応ガスの流路からの排水性を向上させた燃料電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、燃料電池において、ガスの流れ方向に延設されたリブにより、燃料電池の入口から出口に至る反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルを画成するとともに、このリブにおいて、隣り合うチャンネルを連通させる、水を流通させるための連通路を形成するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のチャンネルを画成するリブに、水を流通させるための連通路を形成したことで、反応ガスの流路内に存在する水を、この連通路を介して流通させて、燃料電池外に排出させることが可能となる。このため、排水口等の特別な構成によらず、流路内に存在する水を速やかに排出させて、反応ガスの良好な拡散作用を維持し、電池性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１の構成を示している。本実施形態に係る燃料電池１は、固体高分子型の燃料電池であり、複数の単セルＣを積層したスタックとして構成される。図１において、説明の対象とする単セルＣを実線により示すとともに、これに隣り合う２つの単セルＣ，Ｃを、二点鎖線により省略して示している。
【００１４】
本実施形態において、単セルＣの電解質膜１０１には、プロトン伝導性の高分子イオン交換膜として代表的なパーフルオロスルホン酸系の電解質膜を採用している。この電解質膜１０１に対し、ガス拡散体１０２ａ，１０２ｃをアノード側及びカソード側のそれぞれに接合して、膜電極接合体を構成している。ガス拡散体１０２ａ，１０２ｃには、撥水性を持たせており、これによりその内部及び表面からの排水性を確保している。アノード側に接合したガス拡散体１０２ａによりアノード側のガス拡散層（以下「アノードガス拡散層」という。）が形成されるとともに、このガス拡散体１０２ａと電解質膜１０１とに挟まれた触媒によりアノード側の触媒層（以下「アノード触媒層」という。）が形成される。他方、カソード側に接合したガス拡散体１０２ｃによりカソード側のガス拡散層（以下「カソードガス拡散層」という。）が形成されるとともに、このガス拡散体１０２ｃと電解質膜１０１とに挟まれた触媒によりカソード側の触媒層（以下「カソード触媒層」という。）が形成される。また、アノードガス拡散層１０２ａ及びアノード触媒層により単セルＣのアノード電極が、カソードガス拡散層１０２ｃ及びカソード触媒層により単セルＣのカソード電極が構成される。このように構成される膜電極接合体を一対のセパレータ１０３，１０３により上下から挟持するとともに、膜電極接合体の両側をシール材１０４，１０４により封止して、単セルＣが構成される。なお、ガス拡散体１０２ａ，１０２ｃは、電解質膜１０１上に触媒層を形成した後、触媒層に対して接合する。
【００１５】
セパレータ１０３には、高い導電性を持たせるため、グラファイト・シートからなるものを採用するとともに、その一方の表面において、機械加工により反応ガスの流路を形成している。すなわち、本実施形態において、セパレータ１０３には、アノードガス拡散層１０２ａ又はカソードガス拡散層１０２ｃとの接合面に複数のリブｒを形成しており、隣り合うリブｒ，ｒにより挟まれる空間として、燃料ガス又は酸化剤ガスの流路ｐａ，ｐｃを形成している。流路ｐａを流通する燃料ガスがアノードガス拡散層１０２ａにより拡散されて、アノード触媒層全体に供給される一方、流路ｐｃを流通する酸化剤ガスがカソードガス拡散層１０２ｃにより拡散されて、カソード触媒層全体に供給される。燃料ガス及び酸化剤ガスには、イオン伝導性確保の観点から電解質膜１０１中に水分を保持させるために水蒸気を含ませており、これにより電解質膜１０１の加湿を行う。発電に伴い電解質膜１０１中を移動したプロトンがカソード触媒層上で酸化剤ガスと反応して水を生成することから、カソード電極に供給される酸化剤ガスの湿度が過度に高いと、流路ｐｃの途中で酸化剤ガス中の水分が凝縮して、カソードガス拡散層１０２ｃ上にこの凝縮水が停滞し、酸化剤ガスの拡散及びカソード触媒層への円滑な供給が阻害されてしまう。本実施形態では、このフラッディングの問題を解消するため、流路ｐａ，ｐｃ（特に、酸化剤ガスの流路ｐｃ）からの排水性を向上させる。以下、本実施形態に係るセパレータ１０３の構成について、カソード側のセパレータ１０３により代表して説明する。なお、ここでは、リブｒをセパレータ１０３の一方の表面にのみ形成する場合について説明するが、リブｒを１つのセパレータ１０３の両面に形成して、バイポーラプレートを構成することも可能である。この場合においては、後述するチャンネルｃ１と「排水路」との関係から、各面のリブｒを互いに平行に延設するとともに、アノード電極とカソード電極との間における水循環の観点から、燃料ガスと酸化剤ガスとの流れ方向を反対の方向に設定するとよい。
【００１６】
図２は、本実施形態に係るセパレータ１０３の、カソードガス拡散層１０２ｃとの接合面の構成を示している。図３は、本実施形態に係るセパレータ１０３の、図２に示すＡ−Ａ線断面（ａ）及びＢ−Ｂ線断面（ｂ）を示している。図３を適宜に参照しながら、図２により本実施形態に係るセパレータ１０３の構成について説明する。
【００１７】
セパレータ１０３は、全体としてガスの流れ方向に長い長方形に形成されており、カソードガス拡散層１０２ｃとの接合面において、対角上の２つの隅部に、酸化剤ガスの導入口ｈｉと排出口ｈｅとが形成されている。酸化剤ガスは、導入口ｈｉから流路ｐｃに流入して、カソード電極に供給されるとともに、発電反応後、排出口ｈｅからカソード電極外に排出される。導入口ｈｉ及び排出口ｈｅは、夫々他の単セルにおける導入口及び排出口と連通されるとともに、燃料電池１における酸化剤ガスの供給部及び排出部に接続されている。
【００１８】
リブｒは、ガス（ここでは、酸化剤ガス）の流れ方向に、導入口ｈｉから排出口ｈｅに向けて直線状に延設されている。本実施形態では、このようなリブｒにより、ガスの流れ方向に、互いに平行に延伸する複数のチャンネルｃ１が画成され、この複数のチャンネルｃ１の集合として、長い並行型の流路ｐｃが形成されている。酸化剤ガスは、導入口ｈｉから流路ｐｃに流入した後、各チャンネルｃ１に分配され、それらを介して排出口ｈｅに到達する。
【００１９】
また、流路ｐｃからの排水性を向上させるため、本実施形態では、カソードガス拡散層１０２ｃに加え、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面に撥水性を持たせるとともに、リブｒにおいて、その延伸方向に対して垂直な方向に延伸させて切欠きを形成し、この切欠きにより、隣り合うチャンネルｃ１，ｃ１を連通させている（図３（ａ））。切欠きは、機械加工により形成することが可能である。切欠きにより形成される連通路ｃ２は、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面又はカソードガス拡散層１０２ｃの表面に付着する水を流通させるためのものであり、充分な通水性を確保するため、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの幅で形成されている。更に、この接合面の一辺の縁部において、チャンネルｃ１に対して並列に溝ｇが延設されており、各チャンネルｃ１と単セルＣの排出口ｈｅとが、連通路ｃ２及びこの溝ｇを介して接続されている（図３（ｂ））。溝ｇは、連通路ｃ２と同様に、機械加工により形成することが可能である。流路ｐｃ内に存在する水は、チャンネルｃ１から連通路ｃ２を通過した後、溝ｇを介して排出口ｈｅに到達し、カソード電極外に排出される。溝ｇをチャンネルｃ１に対して鉛直方向に関して下側に配置することで、重力の作用を利用して、水を溝ｇに誘導することができる。なお、本実施形態において、溝ｇは、リブｒの高さよりも値の大きな深さで形成されているが、セパレータ１０３の厚さ等の設計上の要求や、凝縮による水の発生量に応じた変形例として、溝ｇに対し、リブｒの高さよりも値の小さな深さを持たせてもよい。溝ｇにより「排水路」が形成される。
【００２０】
本実施形態では、流路ｐｃを形成するチャンネルｃ１から連通路ｃ２に水を積極的に誘導させるため、切欠きの表面（すなわち、連通路ｃ２を形成するリブrの側面）に、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面よりも低い撥水度合いを持たせている。この「低い撥水度合いを有する」とは、付着した水のぬれ角が小さいことをいうものとし、切欠きの表面とチャンネルｃ１を形成するリブｒの側面とで撥水処理の程度を異ならせるほか、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面に撥水性を持たせる一方、切欠きの表面に親水性を持たせることで、切欠きの表面に持たせる撥水性を相対的に低下させる場合を含む。
【００２１】
また、溝ｇへの水の誘導作用を得るため、溝ｇを形成するセパレータ１０３の内面に、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面よりも高い親水度合いを持たせるとよい。この「高い親水度合いを有する」とは、付着した水のぬれ角が小さいことをいうものとし、溝ｇを形成する内面とチャンネルｃ１を形成するリブｒの側面とで親水処理の程度を異ならせるほか、チャンネルｃ１を形成するリブｒの側面に撥水性を持たせる一方、溝ｇを形成する内面に親水性を持たせることで、溝ｇを形成する内面に持たせる親水性を相対的に増大させる場合を含む。
【００２２】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００２３】
すなわち、本実施形態では、カソード側のセパレータ１０３（アノード側のものであってもよい。）において、複数のチャンネルｃ１を画成するリブｒに、水を流通させるための連通路ｃ２を形成したことで、流路ｐｃ内に存在する水を、この連通路ｃ２を介して流通させて、カソード電極外に排出させることができる。このため、排水用の特別な構成が不要であるとともに、流路ｐｃ内に存在する水を、チャンネルｃ１に沿わせて流通させる場合と比較して速やかに排出させ、酸化剤ガスの良好な拡散作用を維持することができる。カソード電極（水の逆拡散の問題から、アノード電極についても同様である。）では、下流に進むほど酸化剤ガスの湿度が上昇し、凝縮による水の発生量が増大することから、連通路ｃ２は、ガスの流れ方向に関して下流にあるものほど狭い間隔Ｄ１で形成するのが効果的である。
【００２４】
また、本実施形態では、チャンネルｃ１に並行させて溝ｇを形成したことで、連通路ｃ２を通過した水を、この溝ｇを介して排出口ｈｅに速やかに誘導させて、流路ｐｃからの排水性を向上させることができる。
【００２５】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００２６】
図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るセパレータ１０３の構成を、図２と同じカソードガス拡散層１０２ｃ側からみた平面により示している。なお、以下の説明では、主として第１の実施形態に係るセパレータ１０３との比較における特徴について述べることとし、特に言及しない要素又は部分については、第１の実施形態におけると同様の構成であってよい。
【００２７】
本実施形態において、リブｒは、この平面で千鳥状に配列された複数のドットリブｄにより構成されている。ドットリブｄは、この平面に対して平行な断面で正方形に形成されており、ガスの流れ方向に対して垂直な方向に隣り合うドットリブｄ，ｄにより、流路ｐｃを形成する複数のチャンネルｃ１が画成されている。流路ｐｃ内の水を流通させるための連通路ｃ２は、ガスの流れ方向に隣り合うドットリブｄ，ｄの間の空間として、実質的に形成されている。本実施形態によれば、酸化剤ガスの流れがドットリブｄの上流の、流れに対して傾斜する二辺により受け流され、流路ｐｃ内に存在する水がこの流れによりセパレータ１０３の縁部に排斥されることで、溝ｇに向けた水の誘導を促進させることができる。なお、セパレータ１０３の一辺の縁部において、チャンネルｃ１に対して並列に溝ｇが形成され、この溝ｇにより、各チャンネルｃ１と単セルＣの排出口ｈｅとが接続されている。
【００２８】
図４（ｂ）は、本実施形態に係るセパレータ１０３の変形例の構成を示している。
【００２９】
この変形例では、リブｒを構成する複数のドットリブｄが、ガスの流れ方向に対して平行な断面で六角形に形成されている。
【００３０】
図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るセパレータ１０３の構成を、図２と同じ平面により示している。
【００３１】
本実施形態では、第２の実施形態に係るセパレータ１０３に対し、カソード電極に供給された酸化剤ガスの、導入口ｈｉから遠いチャンネルｃ１への拡散を促進させるための手段と、発電反応後の酸化剤ガスを、排出口ｈｅから遠いチャンネルｃ１から、排出口ｈｅに誘導するための手段とが付加されている。本実施形態では、これらの拡散を促進させるための手段及び誘導するための手段が、導入口ｈｉ及び排出口ｈｅの近傍に設置されたＬ字型のマニホルダ１５１，１６１により実現されている。このマニホルダ１５１，１６１は、セパレータ１０３の一部として、機械加工により形成することが可能である。
【００３２】
図５（ｂ）は、本実施形態に係るセパレータ１０３の変形例として、リブｒを構成するドットリブｄを、ガスの流れ方向に対して平行な断面で六角形に形成した場合のものを示している。
【００３３】
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るセパレータ１０３の他の変形例として、「拡散を促進させるための手段」及び「誘導するための手段」を、拡散型のマニホルダ１５２，１６２により実現した場合のものを示している。この変形例において、マニホルダ１５２，１６２は、機械加工により直線状に形成されており、流路ｐｃにおいて、ガスの流れ方向（矢印ａにより示す。）に対して傾斜させて設けられている。
【００３４】
図７（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るセパレータ１０３の構成を、図２と同じ平面により示している。
【００３５】
本実施形態では、第２の実施形態に係る、正方形断面のドットリブｄによるセパレータ１０３に対し、ガスの流れ方向に対して垂直な方向に隣り合うドットリブｄ，ｄの間隔Ｄ２が、導入口ｈｉ側（点線により示す範囲Ａ）においては、導入口ｈｉから遠い領域で近い領域におけるよりも拡大され、排出口ｈｅ側（点線により示す範囲Ｂ）においては、排出口ｈｅから遠い領域で近い領域におけるよりも拡大されている。本実施形態によれば、導入口ｈｉ側において、カソード電極に供給された酸化剤ガスの、導入口ｈｉから遠いチャンネルｃ１への拡散が促進されるとともに（矢印ａ１により示す。）、排出口ｈｅ側において、流路ｐｃを流通する酸化剤ガスの、排出口ｈｅから遠いチャンネルｃ１への移動が促進されるので（矢印ａ２により示す。）、カソード電極に対し、酸化剤ガスをより均一に供給することができる。なお、導入口ｈｉから遠いチャンネルｃ１への酸化剤ガスの拡散、及び排出口ｈｅへの酸化剤ガスの誘導のため、第２の実施形態におけると同様の拡散型のマニホルダ１５２，１６２が設けられている。
【００３６】
図７（ｂ）は、本実施形態に係るセパレータ１０３の変形例として、リブｒを構成する複数のドットリブｄが、ガスの流れ方向に対して平行な断面で六角形に形成されたものを示している。
【００３７】
図８は、本発明の第５の実施形態に係るセパレータ１０３における、連通路ｃ２を形成するリブｒの側面の形状を示している。
【００３８】
本実施形態では、連通路ｃ２を通過した水が下流のチャンネルｃ１に浸入して、酸化剤ガスとともに流路ｐｃに沿って移動するのを抑制し、この水が溝ｇにまで速やかに移動して、カソード電極外に排出されるようにするため、ガスの流れ方向に対して平行な図示の断面において、連通路ｃ２を、水を流通させる方向に幅を縮小させて形成することとしている。本実施形態によれば、一定の幅で形成された連通路ｃ２（たとえば、図２）による場合と比較して、連通路ｃ２に流入した水を幅の縮小部で集合させて、より大きな径の水滴として連通路ｃ２を通過させることができるため、連通路ｃ２を通過した水がガスの流れに乗って下流のチャンネルｃ１に浸入するのを防止し、溝ｇにまで速やかに移動させることができ、流路ｐｃからの排水性を向上させることができる。
【００３９】
図８（ａ）は、本実施形態に係る連通路ｃ２の具体例として、リブｒの側面に直線的な傾斜を付したものを示している。
【００４０】
図８（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態に係る連通路ｃ２の変形例として、リブｒの側面に丸みを付したものを示している。図８（ａ）〜（ｃ）及び次の図８（ｄ）に示す連通路ｃ２は、いずれも入口側の開口部よりも幅の狭い縮小部を有する。
【００４１】
図８（ｄ）は、連通路ｃ２の幅を縮小させるとともに、チャンネルｃ１を形成するリブｒの一方の側面に、水受け３０１を設けたものを示している。この水受け３０１は、連通路ｃ２を通過した水の、下流のチャンネルｃ１への浸入をより完全に阻止するためのものであり、リブｒの一方の側面において、この側面が形成するチャンネルｃ１に向けて、連通路ｃ２における水の流通方向に突出させて形成されている。
【００４２】
以上では、反応ガスの流路を形成するリブｒをセパレータ１０３に形成する一方、ガス拡散層１０２の表面を平坦に形成した場合について説明した。しかしながら、本発明によれば、これに限らず、リブｒ又はこれと同様な機能を有する凹凸を、ガス拡散層１０２に形成することも可能である。ガス拡散層１０２にリブｒを形成する場合は、セパレータ１０３の表面を平坦に形成することができるので、セパレータ１０３の作製が容易、かつ安価となるとともに、セパレータ１０３の厚さを削減することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、反応ガスの流路からの排水性を向上させることのできるセパレータが提供される。
【００４４】
本発明に係るセパレータは、積層される単セルの燃料電池を区画するためのセパレータであって、電解質膜に対向させて配置される表面において、ガスの流れ方向に延設されたリブを有するとともに、このリブにより、燃料電池の入口から出口に至る反応ガスの流路を形成する複数のチャンネルが画成され、前記リブにおいて、隣り合うチャンネルを連通させる、水を流通させるための連通路が形成される。
【００４５】
本発明に係る燃料電池及びセパレータは、自動車の駆動源を構成する燃料電池及びその構成部品としてのセパレータに対し、好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の構成
【図２】同上実施形態に係るセパレータの構成
【図３】同上実施形態に係るセパレータの、図２に示すＡ−Ａ及びＢ−Ｂ線断面
【図４】ドットリブによる本発明の第２の実施形態に係るセパレータの構成
【図５】Ｌ字型のマニホルダを付加した本発明の第３の実施形態に係るセパレータの構成
【図６】同上実施形態に係るセパレータの変形例として、拡散型のマニホルダを付加したセパレータの構成
【図７】ドットリブの間隔を領域毎に異ならせた本発明の第４の実施形態に係るセパレータの構成
【図８】本発明の第５の実施形態に係るセパレータにおける、連通路を形成するリブの側面の形状
【符号の説明】
【００４７】
１…スタックとして構成された燃料電池、１０１…電解質膜、１０２ａ…アノードガス拡散層、１０２ｃ…カソードガス拡散層、１０３…セパレータ、１０４…シール材、１５１，１６１…Ｌ字型のマニホルダ、１５２，１６２…拡散型のマニホルダ、３０１…水受け、ｐａ…燃料ガスの流路、ｐｃ…酸化剤ガスの流路、ｒ…リブ、ｃ１…リブにより画成されるチャンネル、ｃ２…連通路、ｈｉ…反応ガスの導入口、ｈｅ…反応ガスの排出口、ｇ…排水路を形成する溝、ｄ…ドットリブ、Ｃ…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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