(57)【要約】【課題】電極面内に反応ガスを均一且つ良好に供給することができ、コンパクトな構成で、発電性能を向上させることを可能にする。【解決手段】燃料ガス流路３０は、連続する波形状に形成された複数の流路溝３２ａ、３２ｂを交互に配置する。流路溝３２ａは、下方に突出する第１凸部３６ａと上方に突出する第２凸部３８ａとを交互に設け、前記第１凸部３６ａは、前記第２凸部３８ａよりも方向変化角度及び曲率半径が大きく設定される。流路溝３２ｂは、下方に突出する第２凸部３８ｂと、上方に突出する第１凸部３６ｂとを交互に設けるとともに、前記第１凸部３６ｂは、前記第２凸部３８ｂよりも方向変化角度及び曲率半径が大きく設定される。第１凸部３６ａが第２凸部３８ｂに対向し、第２凸部３８ａが第１凸部３６ｂに対向することにより、流路溝３２ａ、３２ｂ間に圧力差を生じさせ、燃料ガスのショートカットが行われる。【選択図】図３
2008282777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間には、前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池であって、
前記反応ガス流路は、連続する波形状に形成された複数の流路溝を有し、
隣接する前記流路溝は、互いに対向する各波形状凸部の方向変化角度又は曲率半径の少なくともいずれかが、異なる値に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記流路溝は、曲線のみ又は曲線と直線とで形成されるとともに、
前記曲線は、少なくとも２種類以上の異なる曲線を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記電解質・電極構造体は、前記電解質である固体高分子電解質膜を備えるとともに、
前記電極は、ガス拡散層を有することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間には、前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池に関する。
【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両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持している。この種の燃料電池は、通常、所定の数の燃料電池を積層することにより、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、アノード側電極の面方向に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極の面方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが、それぞれ電解質膜・電極構造体を挟持する一対のセパレータに形成されている。その際、燃料電池の発電性能を上げるためには、反応ガス流路長を長く設定する必要があり、例えば、蛇行するサーペンタイン流路や、各流路幅を狭小にして多数の流路溝を設ける直線状流路等が採用されている。
【０００４】
サーペンタイン流路としては、例えば、特許文献１に開示されている技術が知られている。この特許文献１では、図７に示すように、セパレータ１の端部に複数の供給マニホールド２が形成されており、前記供給マニホールド２がそれぞれ導入レッグ３ａ、３ｂを介して第１蛇行流路４ａ及び第２蛇行流路４ｂの入口側に連通している。
【０００５】
図示していないが、供給マニホールド２には、複数組の第１蛇行流路４ａ及び第２蛇行流路４ｂとが連通するとともに、前記第１蛇行流路４ａと前記第２蛇行流路４ｂの出口側は、導出レッグを介して排出マニホールドに連通している。
【０００６】
第１蛇行流路４ａと第２蛇行流路４ｂとは、対称構造に設定されており、前記第１蛇行流路４ａは、矢印Ｈ方向に蛇行しながら矢印Ｖ１方向に反応ガスを流す一方、前記第２蛇行流路４ｂは、矢印Ｈ方向に蛇行しながら矢印Ｖ１方向とは逆の矢印Ｖ２方向に反応ガスを供給している。このため、導入レッグ３ａ、３ｂでは、反応ガスが略同一の流体圧で供給され、前記反応ガスのショートカットが防止される、としている。
【０００７】
また、直線流路として、例えば、特許文献２に開示されている技術が知られている。この特許文献２では、図８に示すように、セパレータ６を備えており、このセパレータ６は、外壁６ａ及び内壁６ｂを有するとともに、前記外壁６ａには、流入開口７ａ及び排出開口７ｂが形成されている。内壁６ｂは、複数の折り返し壁６ｃと、複数の主壁６ｄと、複数の突出壁６ｅとを有している。
【０００８】
各主壁６ｄの一方の側には、第１溝８ａが形成されるとともに、他方の側には、第２溝８ｂが形成されている。第１溝８ａと第２溝８ｂとは、主壁６ｄを挟んで１つずつ交互に設けられている。第１溝８ａと第２溝８ｂとが内壁６ｂによって仕切られているため、前記第１溝８ａと前記第２溝８ｂとの間では、ガスが直接移動することがない。
【０００９】
従って、流入開口７ａから供給された燃料ガスは、各第１溝８ａを介してアノード拡散層（図示せず）に供給されるとともに、前記アノード拡散層を流れる排ガスは、各第２溝８ｂを介して排出開口７ｂに排出されている。すなわち、燃料ガスは、第１溝８ａから第２溝８ｂに向かって、アノード拡散層の主壁６ｄの下方部分を介して流れている。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，０９９，９８４号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献１では、図７に示すように、第１及び第２蛇行流路４ａ、４ｂにおいて、例えば、反応ガスが流路溝５ａに沿って矢印Ｈ１方向に流れた後、折り返して流路溝５ｂに沿って矢印Ｈ２方向（矢印Ｈ１方向とは逆方向）に流れている。このため、流路溝５ａ、５ｂ間に反応ガスの流体圧力差が生じてしまい、この反応ガスが前記流路溝５ａ、５ｂ間を跨ぐようにして、すなわち、アノード側電極及びカソード側電極を構成するガス拡散層を通ってショートカットする場合がある。特に、運転条件によって反応ガス圧力が上昇したり、ガス流量が増加したりした際には、上記の反応ガスのショートカットが顕著なものとなってしまう。
【００１２】
これにより、発電面全面に対して反応ガスを均一に供給することができず、電流密度分布に偏りが生じて発電性能が低下するという問題が指摘されている。
【００１３】
しかも、ＭＥＡでは、第１及び第２蛇行流路４ａ、４ｂの折り返し部分以外において、流路溝５ａ、５ｂ間に対応する領域に反応ガスが供給されていない。従って、この領域では、電流密度が殆ど上がらないため、ＭＥＡの耐久劣化に偏りが生じ易くなるという問題がある。
【００１４】
また、上記の特許文献２では、図８に示すように、各第１溝８ａが流れ方向先端部を折り返し壁６ｃ及び突出壁６ｅにより閉塞されている。従って、各第１溝８ａを矢印方向に沿って流れる燃料ガスは、流れ方向先端側で流速が低下してしまう。このため、第１溝８ａの流れ方向先端側に結露が発生し易くなるとともに、液滴や液柱の排出が困難になるという問題がある。
【００１５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、電極面内に反応ガスを均一且つ良好に供給することができ、コンパクトな構成で、発電性能を向上させることが可能な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】
【００１６】
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの間には、前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池に関するものである。
【００１７】
反応ガス流路は、連続する波形状に形成された複数の流路溝を有し、隣接する前記流路溝は、互いに対向する各波形状凸部の方向変化角度又は曲率半径の少なくともいずれかが、異なる値に設定されている。
【００１８】
また、流路溝は、曲線のみ又は曲線と直線とで形成されるとともに、前記曲線は、少なくとも２種類以上の異なる曲線を有することが好ましい。
【００１９】
さらに、電解質・電極構造体は、電解質である固体高分子電解質膜を備えるとともに、電極は、ガス拡散層を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、反応ガス流路を形成する複数の流路溝は、互いに対向する各波形状凸部の方向変化角度又は曲率半径の少なくともいずれかが、異なる値に設定されている。このため、隣接する流路溝間に圧力差が発生し、この圧力差を介して一方の流路溝から他方の流路溝に反応ガスのショートカットが惹起される。
【００２１】
従って、反応ガスのショートカット流量及びショートカット位置を設定することにより、所望の流路溝間に対応して所定流量の反応ガスを確実に流すことができる。これにより、コンパクトな構成で、発電面積を有効に拡大することが可能になるとともに、電流密度分布の偏りが発生することを阻止し、発電性能の向上を図ることができる。
【００２２】
しかも、各流路溝を流れる反応ガス流量は、所望の流量を確保することが可能になり、反応ガス流速が低下することを阻止することができる。このため、流路溝内での凝縮水の滞留や、ガス拡散性の低下等を有効に防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２をアノード側金属セパレータ１４とカソード側金属セパレータ１６とで挟持して構成される。アノード側金属セパレータ１４及びカソード側金属セパレータ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金属板により構成されている。
【００２５】
燃料電池１０の長辺方向（図１中、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、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２０ｂとが設けられる。
【００２６】
燃料電池１０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１８ｂとが設けられる。
【００２７】
燃料電池１０の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、２２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、２２ｂが設けられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するアノード側電極２６及びカソード側電極２８とを備える。アノード側電極２６は、カソード側電極２８よりも小さな表面積を有している（図１及び図２参照）。
【００２９】
図２に示すように、アノード側電極２６及びカソード側電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層２６ａ、２８ａ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２６ａ、２８ａの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層２６ｂ、２８ｂとを有する。電極触媒層２６ｂ、２８ｂは、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００３０】
アノード側金属セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとに連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）３０が形成される。この燃料ガス流路３０は、図１に示すように、連続する波形状に形成されて矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝３２ａ、３２ｂと、前記流路溝３２ａ、３２ｂの矢印Ｂ方向両端に位置して設けられる複数の入口エンボス部３４ａ及び出口エンボス部３４ｂとを有する。
【００３１】
流路溝３２ａ、３２ｂは、矢印Ｃ方向に沿って交互に設けられる。図３に示すように、流路溝３２ａは、下方側に突出する第１凸部（波形状凸部）３６ａと、上方向に突出する第２凸部（波形状凸部）３８ａと、前記第１凸部３６ａ及び前記第２凸部３８ａ間を滑らかに連結するための曲線部４０ａとを有する単位流路溝部４２ａを設ける。この単位流路溝部４２ａを周期的に構成することにより、連続する波形状を有する流路溝３２ａが形成される。
【００３２】
第１凸部３６ａは、方向変化角度（ベント角）θ１で、且つ曲率半径Ｒ１に設定される。第２凸部３８ａは、方向変化角度θ２（＜θ１）で、且つ曲率半径Ｒ２（＜Ｒ１）に設定される。
【００３３】
流路溝３２ｂは、上方に突出する第１凸部（波形状凸部）３６ｂと、下方に突出する第２凸部（波形状凸部）３８ｂと、前記第１凸部３６ｂ及び前記第２凸部３８ｂ間を滑らかに連結するための曲線部４０ｂとを有する単位流路溝部４２ｂを設ける。この単位流路溝部４２ｂを周期的に構成することにより、連続する波形状を有する流路溝３２ｂが形成される。
【００３４】
第１凸部３６ｂは、矢印Ｃ方向に隣り合う第２凸部３８ａに対向して配置されるとともに、第２凸部３８ｂは、矢印Ｃ方向に隣り合う第１凸部３６ａに対向して配置される。第１凸部３６ｂは、例えば、第１凸部３６ａと同様に、方向変化角度θ１で、且つ曲率半径Ｒ１に設定される一方、第２凸部３８ｂは、第２凸部３８ａと同様に、方向変化角度θ２で、且つ曲率半径Ｒ２に設定される。方向変化角度θ１、θ２及び曲率半径Ｒ１、Ｒ２の基準値は、流路溝３２ａ、３２ｂの中心に設定される。
【００３５】
図２に示すように、流路溝３２ａ、３２ｂの高さｈ、前記流路溝３２ａ、３２ｂの幅ｓ、前記流路溝３２ａ、３２ｂ間の距離ｒ及びガス拡散層２６ａの厚さｔが設定される。
【００３６】
図１に示すように、カソード側金属セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、酸化剤ガス流路４４が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路４４は、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとに連通する。
【００３７】
酸化剤ガス流路４４は、上記の燃料ガス流路３０と同様に、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝４６ａ、４６ｂと、前記流路溝４６ａ、４６ｂの矢印Ｂ方向両端部に設けられる複数の入口エンボス部４８ａ及び出口エンボス部４８ｂとを有する。流路溝４６ａ、４６ｂは、上記の流路溝３２ａ、３２ｂと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４に示すように、アノード側金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、燃料ガス流路３０と酸化剤ガス流路４４とが重なり合うことによって、矢印Ｃ方向に延在して形成される。
【００３９】
図１及び図４に示すように、アノード側金属セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂに近接して複数の供給孔部５２ａ及び排出孔部５２ｂが貫通形成される。
【００４０】
アノード側金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このアノード側金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して、第１弾性シール５４が一体化される。カソード側金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このカソード側金属セパレータ１６の外周端縁部を周回して、第２弾性シール５６が一体化される。
【００４１】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４２】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａに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に水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに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。
【００４３】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１８ａからカソード側金属セパレータ１６の酸化剤ガス流路４４に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極２８に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２０ａから供給孔部５２ａを通ってアノード側金属セパレータ１４の燃料ガス流路３０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２６に供給される。
【００４４】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極２８に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層２６ｂ、２８ｂ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる（図２参照）。
【００４５】
次いで、カソード側電極２８に供給されて消費された酸化剤ガスは、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（図１参照）。同様に、アノード側電極２６に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５２ｂを通り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。
【００４６】
また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、アノード側金属セパレータ１４とカソード側金属セパレータ１６との間に形成される冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する（図４参照）。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂから排出される。
【００４７】
ところで、例えば、燃料ガス流路３０は、連続する波形状に形成された複数の流路溝３２ａ、３２ｂを有しており、前記流路溝３２ａ、３２ｂに対向するガス拡散層２６ａでは、Ｄａｒｃｙの法則により、ガス流量と圧損とが線形の関係を有している。
【００４８】
すなわち、Ｑ＝Ａ×ｋ×ΔＰ／ΔＬの関係式が得られる。ここで、Ｑはガス流量、Ａは透過断面積、ｋは透過係数、ΔＰは圧損、ΔＬは透過長さを示しており、この透過長さΔＬは、実際上、流路溝３２ａ、３２ｂ間の距離ｒ（図２参照）と等しい値である。
【００４９】
そこで、流路溝３２ａ、３２ｂの断面形状を円形状とみなすことにより、配管における圧損のモデルより、ΔＰ＝ζ×ρ×ｖ2／２の関係式が得られる。ここで、ζは損失係数であり、この損失係数ζは、方向変化角度θ、曲率半径Ｒ、レイノルズ数及び管摩擦係数等に対応して（比例して）設定される。ρはガス密度（ｋｇ／ｍ3）であり、ｖはガス流速（ｍ／ｓ）である。
【００５０】
上記の配管における圧損のモデルから、定格流量における圧損ΔＰが求められた後、燃料ガス流路３０におけるショートカット流量が算出される（なお、酸化剤ガス流路４４でも同様に行われるが、その詳細な説明は省略する。）。
【００５１】
この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、隣り合う流路溝３２ａ、３２ｂは、実質的に互いに位相をずらして設定されており、前記流路溝３２ａと前記流路溝３２ｂとの間に発生する最大の周期的圧力差ΔＰｍが得られる。従って、１本の流路溝３２ａ、３２ｂから隣接する流路溝３２ｂ、３２ａの総ショートカット流量は、Ｑｓ＝Ａ×ｋ×ΔＰ／ΔＬの関係式から得られる。
【００５２】
ここで、Ａ＝２×ｔ×Ｘ／２、ΔＰ≒ΔＰｍ／２、ΔＬ≒ｒである。また、Ｑｓは総ショートカットガス流量、Ａは透過断面積、ｋは試験により求められた透過係数、ΔＰは圧損、ΔＬは透過長さ、ｔは拡散層厚さ、Ｘは１本の流路溝３２ａ、３２ｂの全長である。これにより、Ｑｓ＝ｔ×Ｘ×ｋ×ΔＰｍ／２／ｒの関係式が得られる。
【００５３】
なお、総ショートカットガス流量Ｑｓを設定する際、目標流量Ｑｓｏを考慮することが好ましい。すなわち、１本の流路溝３２ａ（又は、３２ｂ）におけるショートカットがない場合の流量をＱとしたとき、Ｑｓｏ＝Ｑ×ｒ／（ｒ＋ｓ）の関係を有するとともに、Ｑｓ≦Ｑｓｏで、且つ、Ｑｓ≦０．３の条件を満たす総ショートカットガス流量Ｑｓを設定することが好ましい。
【００５４】
上記の目標流量Ｑｓｏは、流路溝３２ａ、３２ｂ間で反応に必要な燃料ガスショートカット流量を確保する一方、各流路溝３２ａ、３２ｂからガス拡散層２６ａに直接供給される燃料ガス流量を確保するために設定される。酸素分圧の低下や凝縮水の滞留を阻止し、効率的な発電性能を確保するためである。
【００５５】
このように、第１の実施形態では、図３に示すように、燃料ガス流路３０を構成する流路溝３２ａ、３２ｂにおいて、第１凸部３６ａと第２凸部３８ｂ及び第２凸部３８ａと第１凸部３６ｂが、互いに対向して配置されている。その際、第１凸部３６ａ、３６ｂは、比較的大きい方向変化角度θ１で、且つ比較的大きな曲率半径Ｒ１に設定される一方、第２凸部３８ａ、３８ｂは、比較的小さな方向変化角度θ２で、且つ小さな曲率半径Ｒ２に設定されている。
【００５６】
従って、互いに隣り合う流路溝３２ａ、３２ｂには、最大の周期的圧力差ΔＰｍが発生し（図５参照）、この圧力差ΔＰｍに比例する総ショートカットガス流路Ｑｓの燃料ガスが、流路溝３２ａから流路溝３２ｂに及び前記流路溝３２ｂから前記流路溝３２ａにショートカットしている。ここで、総ショートカットガス流量Ｑｓは、方向変化角度θ１、θ２及び曲率半径Ｒ１、Ｒ２の値に基づいて所望の流量に設定可能であり、流路溝３２ａ、３２ｂ間に所望の燃料ガスショートカット流量を流すことができる。
【００５７】
これにより、燃料電池１０は、コンパクトな構成で、発電面積を有効に拡大することが可能になるとともに、電流密度分布の偏りが発生することを阻止し、発電性能の向上を図ることができるという効果が得られる。
【００５８】
しかも、流路溝３２ａ、３２ｂを流れる燃料ガス流量は、所望の流量を確保することが可能になり、燃料ガス流速が低下することを阻止することができる。このため、流路溝３２ａ、３２ｂ内での凝縮水の滞留やガス拡散性の低下等を有効に防止することが可能になる。
【００５９】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する燃料ガス流路６０の要部拡大説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する燃料ガス流路３０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。また、第２の実施形態では、省略しているが、酸化剤ガス流路も同様に構成されている。
【００６０】
燃料ガス流路６０は、連続する波形状に形成されて矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝６２ａ、６２ｂを備え、前記流路溝６２ａ、６２ｂは矢印Ｃ方向に交互に形成される。流路溝６２ａは、上方に第１凸部３６ａが突出するとともに、下方に前記第１凸部３６ａと第２凸部３８ａとが交互に突出して設けられる。流路溝６２ｂは、同様に、上方に第１凸部３６ｂが突出するとともに、下方に前記第１凸部３６ｂと第２凸部３８ｂとが交互に突出して設けられる。
【００６１】
流路溝６２ａの下方に突出する第１凸部３６ａには、流路溝６２ｂの下方に突出する第２凸部３８ｂが対向し、前記流路溝６２ａの下方に突出する第２凸部３８ａには、前記流路溝６２ｂの下方に突出する第１凸部３６ｂが開口する。
【００６２】
このように構成される第２の実施形態では、隣接する流路溝６２ａ、６２ｂにおいて、互いに対向する部分に方向変化角度（θ１、θ２）及び／又は曲率半径（Ｒ１、Ｒ２）の異なる部位が存在することにより、第１の実施形態と同様に、燃料ガスのショートカットが発生している。従って、電極面内に燃料ガスを均一且つ良好に供給することができ、コンパクトな構成で、発電性能を向上させることが可能になる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、第１及び第２の実施形態では、流路溝３２ａ、３２ｂ、６２ａ及び６２ｂ等が、曲線のみで構成されていてもよく、又は、曲線と直線との組み合わせで構成されていてもよい。
【００６４】
また、ショートカットガス流量を増加させる際には、例えば、互いに異なる単位流路溝部の形状を大きく変化させる手法、曲線変化のピッチを小さくする手法、蛇行量を大きくする手法、流路断面の流路高さｈを小さくする手法、流路溝幅ｓを狭める手法、距離ｒを狭める手法、ガス拡散層内細孔径を大きくする手法、ガス拡散層内空孔率を高くする手法、厚さｔを厚くする手法、撥水材の量を減少させる手法、面圧を減少させる手法等が採用可能である。一方、ショートカットガス流量を減少させる際は、上記の手法を逆にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係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燃料ガス流路の要部拡大説明図である。
【図４】アノード側金属セパレータの反対側の面の説明図である。
【図５】前記燃料ガス流路を構成する流路溝間の圧力差の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する燃料ガス流路の要部拡大説明図である。
【図７】特許文献１に開示されているセパレータの説明図である。
【図８】特許文献２に開示されているセパレータの説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…燃料電池                      １２…電解質膜・電極構造体
１４…アノード側金属セパレータ      １６…カソード側金属セパレータ
２４…固体高分子電解質膜            ２６…アノード側電極
２８…カソード側電極                ２６ａ、２８ａ…ガス拡散層
２６ｂ、２８ｂ…電極触媒層          ３０、６０…燃料ガス流路
３２ａ、３２ｂ、４６ａ、４６ｂ、６２ａ、６２ｂ…流路溝
３６ａ、３６ｂ、３８ａ、３８ｂ…凸部
４０ａ、４０ｂ…曲線部              ４２ａ、４２ｂ…単位流路溝部
４４…酸化剤ガス流路                ５０…冷却媒体流路
【図１】
2008282777.tif 000003
【図２】
2008282777.tif 000004
【図３】
2008282777.tif 000005
【図４】
2008282777.tif 000006
【図５】
2008282777.tif 000007
【図６】
2008282777.tif 000008
【図７】
2008282777.tif 000009
【図８】
2008282777.tif 000010