(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電反応部（５）を挟んで互いに対向するセパレータ（１、２）を備え、各セパレータ（１、２）が、ガス流路（３、４）と、該ガス流路（３、４）の一部分を該一部分に隣接する隣接部分から区切るガス流路分割リブ（６）と、前記ガス流路（３、４）内に形成された凸部（７）とを有している燃料電池（１０）であって、
発電反応部（５）を挟んで対向するセパレータ（１、２）の少なくとも一方のセパレータ（１、２）である第１のセパレータ（１、２）に、該第１のセパレータ（１、２）の対向セパレータ（２、１）である第２のセパレータ（２、１）のガス流路分割リブ（６）と対向する前記第１のセパレータ（１、２）の領域（Ｓ）に、前記凸部（７）に代えて、前記第２のセパレータ（２、１）のガス流路分割リブ（６）とで発電反応部（５）を挟持する挟持リブ（８）が形成されており、
前記第１のセパレータの（１、２）の前記領域（Ｓ）で、前記挟持リブ（８）の発電反応部（５）との接触面積（Ｓ１）が、前記第１のセパレータの（１、２）の前記領域（Ｓ）に挟持リブ（８）を形成することなく凸部（７）を形成したままの場合の該凸部（７）の発電反応部（５）との接触面積（Ｓ２）よりも大とされている、燃料電池（１０）。
【請求項２】
前記挟持リブ（８）は、前記第１のセパレータ（１、２）のガス流路分割リブ（６）の伸長方向と平行な方向に、前記第１のセパレータの（１、２）の前記領域（Ｓ）に挟持リブ（８）を形成することなく凸部（７）を形成したままの場合の該凸部（７）より、長い請求の範囲第１項記載の燃料電池（１０）。
【請求項３】
前記挟持リブ（８）は、該挟持リブ（８）の両側のガス流路部分（Ａ、Ｂ）を連通するトンネル状の連通路（８ｃ）を有する請求の範囲第１項記載の燃料電池（１０）。
【請求項４】
前記挟持リブ（８）は、前記第１のセパレータ（１、２）のガス流路分割リブ（６）の伸長方向と平行な方向に、複数の分割部（８ａ）に分割されており、隣接する分割部（８ａ）の対向する端部は、前記挟持リブ（８）の伸長方向と直交する方向に見たときに、前記挟持リブ（８）の伸長方向に互いに重複している請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項５】
前記挟持リブ（８）は、前記第１のセパレータ（１、２）のガス流路分割リブ（６）の伸長方向と平行な方向に、複数の分割部（８ａ）に分割されており、隣接する分割部（８ａ）の間隔は、前記第１のセパレータの（１、２）の前記領域（Ｓ）に挟持リブ（８）を形成することなく凸部（７）を形成したままの場合の該凸部（７）の間隔より小である請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項６】
前記挟持リブ（８）が形成された前記第１のセパレータ（１、２）のガス流路分割リブ（６）によるガス流路分割比は、前記第１のセパレータの（１、２）の前記領域（Ｓ）に挟持リブ（８）を形成することなく凸部（７）を形成したままの場合の該１のセパレータ（１、２）のガス流路分割リブ（６）によるガス流路分割比のままである請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス流路（３、４）がサーペンタイン流路であり、該サーペンタイン流路の幅は、下流側が上流側に比べて狭い請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セパレータ（１、２）はカーボンセパレータである請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項９】
前記セパレータ（１、２）はメタルセパレータである請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記ガス流路（３、４）はサーペンタイン流路である請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記ガス流路（３、４）はストレート流路である請求の範囲第１項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は燃料電池に関する。
【背景技術】  燃料電池（セル）、たとえば固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータとを重ねたものからなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられてもよい。ＭＥＡと拡散層は、発電反応部を形成し、アノード側セパレータとカソード側セパレータで挟まれる。
セルの発電領域においては、セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。セパレータの燃料ガス流路の背面側と、セパレータの酸化ガス流路の背面側には、冷媒（冷却水）流路が形成される。セルの発電領域において、セパレータは拡散層を介してＭＥＡを押圧し、発電され水が生成される。
従来、特開２００１−１４３７２５号公報に開示されているように、また、図１２〜図１５に示すように、反応ガス流路（燃料ガス流路３、酸化ガス流路４）がサーペンタイン流路（蛇状に屈曲する流路）から構成される場合、発電反応部５を挟むセパレータ１、２は、サーペンタイン流路を形成するガス流路分割リブ６と、流路内に形成される多数の凸部７とを有する。また、反応ガス流路がサーペンタイン流路から構成される場合、発電で反応ガスが消費されても下流部で所定流速以上のガス流速が得られるように、下流部の流路幅Ｄ２を上流部の流路幅Ｄ１より狭くしてある。
しかし、水素の消費量とエアのうちの酸素の消費量とが異なり、燃料ガス側と酸化ガス側でガス流路分割リブ６によるガス流路分割比が異なるため、従来のセパレータ構造では、セパレータ１、２で発電反応部５を挟んだ場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータのガス流路分割リブ６が、通常、セパレータ１、発電反応部５、セパレータ２の積層方向に、互いに対向しない。その結果、図１４に示すように、ガス流路分割リブ６と凸部７とで発電反応部５を挟む領域において、凸部７と凸部７の間の部分（ガスが流れる部分）が発電反応部５をガス流路分割リブ６に押し付けることができず発電反応部５が波打ち形状を呈し、ガス流路分割リブ６と発電反応部５との間にガスの通り抜け路９が生じ、図１５に示すように、ガス流路分割リブ６の両側のガス流路部分間に短絡して流れるガス量が増えてしまって、発電性能が低下するという課題が生じる。
ガス流路分割リブ６直下のガスの通り抜けを低減するためにセパレータ１、２のガス流路分割リブ６を互いに対向する位置に設けると、セパレータ１、２の何れか少なくとも一方のガス流路のガス流路分割比が適正値から外れてしまい、ガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全、等の別の課題が生じる。
本発明の目的は、セパレータが発電反応部に両側から接触する面積を増加させることにより、ガス流路のガス流路分割比を維持したまま、ガス流路分割リブ直下のガスの通り抜けを低減する燃料電池を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  発電反応部を挟んで互いに対向するセパレータを備え、各セパレータが、ガス流路と、該ガス流路の一部分を該一部分に隣接する隣接部分から区切るガス流路分割リブと、前記ガス流路内に形成された凸部とを有している燃料電池であって、
発電反応部を挟んで対向するセパレータの少なくとも一方のセパレータである第１のセパレータに、該第１のセパレータの対向セパレータである第２のセパレータのガス流路分割リブと対向する前記第１のセパレータの領域（Ｓ）に、前記凸部に代えて、前記第２のセパレータのガス流路分割リブとで発電反応部を挟持する挟持リブが形成されており、
前記第１のセパレータの前記領域（Ｓ）で、前記挟持リブの発電反応部との接触面積（Ｓ１）が、前記第１のセパレータの前記領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積（Ｓ２）よりも大とされている、燃料電池。
（２）  前記挟持リブは、前記第１のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、前記第１のセパレータの前記領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部より、長い（１）記載の燃料電池。
（３）  前記挟持リブは、該挟持リブの両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路を有する請求の（１）記載の燃料電池。
（４）  前記挟持リブは、前記第１のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、複数の分割部に分割されており、隣接する分割部の対向する端部は、前記挟持リブの伸長方向と直交する方向に見たときに、前記挟持リブの伸長方向に互いに重複している（１）記載の燃料電池。
（５）  前記挟持リブは、前記第１のセパレータのガス流路分割リブの伸長方向と平行な方向に、複数の分割部に分割されており、隣接する分割部の間隔は、前記第１のセパレータの前記領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の間隔より小である（１）記載の燃料電池。
（６）  前記挟持リブが形成された前記第１のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比は、前記第１のセパレータの前記領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該１のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比のままである（１）記載の燃料電池。
（７）  前記ガス流路がサーペンタイン流路であり、該サーペンタイン流路の幅は、下流側が上流側に比べて狭い（１）記載の燃料電池。
（８）  前記セパレータはカーボンセパレータである（１）記載の燃料電池。
（９）  前記セパレータはメタルセパレータである（１）記載の燃料電池。
（１０）  前記ガス流路はサーペンタイン流路である（１）記載の燃料電池。
（１１）  前記ガス流路はストレート流路である（１）記載の燃料電池。
上記（１）〜（１１）の燃料電池によれば、第１のセパレータの領域（Ｓ）で、挟持リブの発電反応部との接触面積（Ｓ１）が、第１のセパレータの領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積（Ｓ２）よりも大とされているので、挟持リブを形成したことにより、挟持リブを形成せずに凸部のままとした場合に比べて、セパレータが発電反応部に両側から接触する面積が増加し、ガス流路分割リブ直下を通り抜けるガス量を低減することができる。
上記（２）〜（５）は、挟持リブの発電反応部との接触面積を、第１のセパレータの領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該凸部の発電反応部との接触面積よりも大とする種々の構造を示す。
上記（６）の燃料電池によれば、挟持リブが形成された前記第１のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比は、第１のセパレータの領域（Ｓ）に挟持リブを形成することなく凸部を形成したままの場合の該１のセパレータのガス流路分割リブによるガス流路分割比のままであるので、ガス流路分割比を従来と同じに保ちながら、挟持リブによってガス流路分割リブ直下を通り抜けるガス量を低減することができる。
上記（７）の燃料電池によれば、サーペンタイン流路の幅が、下流側が上流側に比べて狭く、従来と同じガス流路分割比を採用することができ、対向する２つのセパレータのガス流路分割リブを互いに対向する位置に設けた場合に生じるガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全を、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施例１の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの一方のセパレータ（挟持リブが形成されるセパレータに対向するセパレータ）の正面図である。
図２は、本発明の実施例１の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ（挟持リブが形成されるセパレータ）の正面図である。
図３は、図１、図２のガス流路分割リブ部位での、本発明の実施例１の燃料電池の断面図である。
図４は、本発明の実施例１の燃料電池のガス流路分割リブを通り抜けるガスが抑制されることを示す図１のセパレータの正面図である。
図５は、本発明の実施例２の、挟持リブとガス流路分割リブがある部位の、燃料電池の断面図である。
図６は、本発明の実施例３の燃料電池の、挟持リブの平面図である。
図７は、本発明の実施例４の燃料電池の、挟持リブの（従来の凸リブとの比較で示した）平面図である。
図８は、本発明の実施例５の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの一方のセパレータ（挟持リブが形成されるセパレータに対向するセパレータ）の正面図である。
図９は、本発明の実施例５の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ（挟持リブが形成されるセパレータ）の正面図である。
図１０は、本発明の実施例１〜５の燃料電池の、スタックの側面図である。
図１１は、本発明の実施例１〜５の燃料電池の、スタックの一部の断面図である。
図１２は、従来の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの一方のセパレータ（本発明の図１のセパレータに対応するセパレータ）の正面図である。
図１３は、従来の燃料電池の発電反応部を挟むセパレータの他方のセパレータ（本発明の図２のセパレータに対応するセパレータ）の正面図である。
図１４は、図１２、図１３のガス流路分割リブ部位での、従来の燃料電池の断面図である。
図１５は、従来の燃料電池のガス流路分割リブを通り抜けるガスを示す図１２のセパレータの正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の燃料電池を図１〜図１１を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の実施例１を示し、図５は本発明の実施例２を示し、図６は本発明の実施例３を示し、図７は本発明の実施例４を従来との比較で示し、図８、図９は本発明の実施例５を示す。図１０、図１１は本発明の何れの実施例にも適用される。
本発明の全実施例にわたって共通な構成部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の全実施例にわたって共通な構成部分を図１〜図４、図１０、図１１を参照して説明する。
本発明の燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。ただし、ガス流路と分割リブをもつ燃料電池であれば固体高分子電解質型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外、たとえば家庭用定置型燃料電池、に用いられてもよい。
図１０、図１１に示すように、固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と第１のセパレータ１、第２のセパレータ２（以下、単に、セパレータ１、セパレータ２という）とを重ねて構成される。重ねの方向は任意であり、水平方向であっても垂直方向であってもよい。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とセパレータ１、２とを重ねたものからなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード１２、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード１３、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１４、１５が設けられてもよい。
ＭＥＡと拡散層１４、１５は、発電反応部５を形成している。発電反応部５は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとで挟まれる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１、２を重ねてセル（単セル）１０を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル１９、インシュレータ（電気絶縁体）２０、エンドプレート２１を配置し、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２２）を両端のエンドプレート２１にボルト・ナット２３にて固定し、セル積層体をセル積層方向に締め付けて、燃料電池スタック１８を構成する。
セパレータは、カーボン粉とバインダ樹脂との混合体をセパレータ形状に成形したカーボンセパレータであってもよいし、あるいは金属板をプレス成形したメタルセパレータ（メタルセパレータと樹脂フレームとの組み合わせを含む）であってもよい。すなわち、ほぼ一定の厚みの金属板を成形することにより、一方の面でガスや冷媒の流路として機能する凹部が、他方の面でたとえば流路の仕切りとして機能する凸部となるプレスメタルセパレータであっても、本発明を適用できる。
セルの発電領域においては、セパレータ１、２のうちの一方のセパレータ（たとえば、セパレータ１）には、アノード１２に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路３が形成され、セパレータ１、２のうちの他方のセパレータ（たとえば、セパレータ２）には、カソード１３に酸化ガス（酸、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路４が形成されている。燃料ガス流路３が形成されたセパレータがアノード側セパレータであり、酸化ガス流路４が形成されたセパレータがカソード側セパレータである。図中、矢印Ｇはガス流路３、４を流れるガス流れを示す。
燃料ガス流路３、酸化ガス流路４は、流路がガス入口からガス出口までの流路の途中で１回以上屈曲するサーペンタイン流路から形成されることが望ましい。ただし、燃料ガス流路３、酸化ガス流路４が流路が直線状のストレート流路から構成されてもよい。
セパレータ１、２には、燃料ガス流路３の背面側と、酸化ガス流路４の背面側に、冷媒（冷却水）流路９が形成される。
セルの発電領域において、セパレータ１、２は拡散層１４、１５を介してＭＥＡを押圧する。発電中には、水が生成される。
反応ガス流路３、４がサーペンタイン流路から構成される場合、発電で反応ガスが消費されても下流部で所定流速以上のガス流速が得られるように、下流部の流路幅Ｄ２を上流部の流路幅Ｄ１より狭くしてある。
図１〜図４に示すように、各セパレータ１、２には、燃料ガス流路３に燃料ガスを供給・排出する燃料ガスマニホールド１６が形成され、酸化ガス流路４に酸化ガスを供給・排出する酸化ガスマニホールド１７が形成され、冷媒流路９に冷却水を供給・排出する冷媒マニホールド（図示せず）が形成されている。
各セルの、アノード１２側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１３側に移動し、カソード１３側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
発電反応が行われる領域（発電反応部５があり、かつ燃料ガス流路３、酸化ガス流路４があって燃料ガス、酸化ガスが供給される領域）が発電領域である。
図１〜図４に示すように、ＭＥＡと拡散層を含む発電反応部５を挟んで互いに対向するセパレータ１、２は、サーペンタイン流路またはストレート流路からなる燃料ガス流路３、またはサーペンタイン流路またはストレート流路からなる酸化ガス流路４と、該ガス流路３、４の一部分Ａを該一部分に隣接する隣接部分Ｂから区切るガス流路分割リブ６と、ガス流路３、４内に形成された凸部７（図１２〜図１５の凸部７に対応する凸部）とを有している。
ガス流路分割リブ６はガス流路３、４の一部分Ａとそれに隣接するガス流路部分Ｂとの間に位置して部分Ａ、Ｂを隔てる。ガス流路分割リブ６はサーペンタイン流路の場合は屈曲部の上流側の流路部分と屈曲部の下流側の流路部分とを隔て、ガス流がガス流路分割リブ６の下を上流側の流路部分から屈曲部の下流側の流路部分に通り抜けることを抑制し、サーペンタイン流路にそって流れるようにする。また、凸部７はガス流路部分Ａ、Ｂ内に位置する島状突起であり、正方形、矩形、円などの形状を有し、格子状に配列されている。
発電反応部５を挟んで対向するセパレータ１、２の少なくとも一方のセパレータである第１のセパレータ（たとえば、セパレータ２、ただしセパレータ１でもよいし、セパレータ１、２の両方でもよい）に、第１のセパレータの対向セパレータである第２のセパレータ（たとえば、第１のセパレータがセパレータ２の場合は第２のセパレータはセパレータ１となる）のガス流路分割リブ６と対向する第１のセパレータの領域Ｓに、凸部７に代えて、第２のセパレータのガス流路分割リブ６とで、ＭＥＡと拡散層を含む発電反応部５を挟持する挟持リブ８が形成されている。第１のセパレータの挟持リブ８と第２のセパレータのガス流路分割リブ６とは、間に、ＭＥＡと拡散層を含む発電反応部５を挟む。
図２に示すように、セパレータ１、２の少なくとも一方のセパレータである第１のセパレータ（たとえば、セパレータ２、ただしセパレータ１でもよいし、セパレータ１、２の両方でもよい）の、第１のセパレータの対向セパレータである第２のセパレータ（たとえば、一方のセパレータがセパレータ２の場合は対向セパレータセパレータ１となる）のガス流路分割リブ６と対向する第１のセパレータの領域Ｓで、挟持リブ８（領域Ｓにある全挟持リブ８）の発電反応部５との接触面積Ｓ１が、第２のセパレータのガス流路分割リブ６と対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブ８を形成することなく凸部７を形成したままの場合（従来の図１２〜図１５の場合に対応）の該凸部７（領域Ｓにある全凸部７）の発電反応部５との接触面積Ｓ２よりも大とされている。ただし、Ｓ１、Ｓ２は複数の凸部７の頂部面積の和である。
挟持リブ８が形成された第１のセパレータ（たとえば、セパレータ２、ただしセパレータ１でもよいし、セパレータ１、２の両方でもよい）のガス流路分割リブ６によるガス流路分割比（図２の例では、Ｄ１：Ｄ２）は、第１のセパレータに挟持リブ８を形成することなく凸部７を形成したままの場合（図１２〜図１５の場合）の該第１のセパレータのガス流路分割リブ６によるガス流路分割比（図１３のＤ１：Ｄ２）のままである。
サーペンタイン流路の場合、サーペンタイン流路の幅は、下流側流路部分の幅Ｄ２が上流側流路部分の幅Ｄ１に比べて狭い。これは、発電においてガスが消費されて下流側の流速が低下しようとするが、下流側域でのガス供給量の確保、生成水の吹き飛ばし上、下流側の流速を所定値以上に維持するためである。
本発明の全実施例に共通な構成による作用・効果はつぎの通りである。
第２のセパレータのガス流路分割リブ６と対向する第１のセパレータの領域Ｓで、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積Ｓ１が、第２のセパレータ（挟持リブ８を形成したセパレータの対向セパレータ）のガス流路分割リブ６と対向する領域Ｓに挟持リブ８を形成することなく凸部７を形成したままの場合（図１２〜図１５の場合）の該凸部７の発電反応部５との接触面積Ｓ２よりも大とされているので、挟持リブ８を形成したことにより、挟持リブ８を形成せずに凸部７のままとした場合（図１２〜図１５の場合）に比べて、セパレータが発電反応部５に両側から接触する面積が増加し、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰの量を低減することができる。すなわち、従来は図１５に示すようにガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰがあったが、本発明では、図４に示すように、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰが抑制される（図４では、ガス流れの抑制を「×」で示してあり、「×」の短絡流Ｐが抑制される（完全には０にならなくてよい）ことを示している）。
また、挟持リブ８が形成された第１のセパレータ（たとえば、セパレータ２、ただしセパレータ１でもよいし、セパレータ１、２の両方でもよい）のガス流路分割リブ６によるガス流路分割比（図２の例では、Ｄ１：Ｄ２）は、第１のセパレータに挟持リブ８を形成することなく凸部７を形成したままの場合（従来の図１２〜図１５の場合に対応）の該セパレータのガス流路分割リブ６によるガス流路分割比（図１３のＤ１：Ｄ２）のままであるので、ガス流路分割比を従来と同じに保ち、したがって、ガス流路分割リブ６の両側のガス流路部分のガス流速、圧力を従来と同じに保ちながら、挟持リブ８によってガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰの量を低減することができる。
上記の作用、効果は、セパレータ１、２がカーボンセパレータであろうがメタルセパレータであろうが得られ、また、ガス流路がサーペンタイン流路であろうがストレート流路であろうが得られる。
サーペンタイン流路の場合は、ガス流路分割比を従来のガス流路分割比と同じに保つことによって、サーペンタイン流路の幅が、下流側の幅Ｄ２が上流側の幅Ｄ１に比べて狭くなり、対向する２つのセパレータのガス流路分割リブを互いに対向する位置に設けた場合に生じるガスの供給過不足、生成水のガス流による吹き飛ばし不全を、抑制することができる。
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
本発明の実施例１では、図１〜図４に示すように、挟持リブ８が、複数の分割部分８ａを有し、各分割部分８ａは、挟持リブ８伸長方向Ｅ（ガス流路分割リブ６の伸長方向Ｅに平行な方向）に、凸部７より長い長さをもつ長リブ８ａから形成されている。長リブ８ａ間の隙間８ｂは凸リブ７間の隙間以下である。長リブ８ａの高さは凸部７の高さと等しいか、またはほぼ等しい。
セパレータ１、２は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路３、４は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例１の作用・効果については、挟持リブ８を複数の長リブ８ａから構成したことによって、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブを形成することなく凸部７を形成したままの場合の該凸部７の発電反応部５との接触面積よりも大とすることができる。長リブ８ａに置き換えられた複数の凸部７間の間隔が無くなり、発電反応部５の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
本発明の実施例２では、図５に示すように、挟持リブ８が、挟持リブ８の両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路８ｃを有する。連通路８ｃは、挟持リブ８の伸長方向Ｅと直行する方向に、挟持リブ８を貫通する。
セパレータ１、２は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路３、４は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例２の作用・効果については、挟持リブ８が、挟持リブ８の両側のガス流路部分を連通するトンネル状の連通路８ｃを有することによって、挟持リブ８はリブ全長にわたってリブ頂面で発電反応部５と接触することができ、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブを形成することなく凸部７を形成したままの場合の該凸部７の発電反応部５との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ８によって置き換えられた複数の凸部７間の間隔が無くなり、発電反応部５の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰが抑制される。
本発明の実施例３では、図６に示すように、挟持リブ８が、第１のセパレータのガス流路分割リブ６の伸長方向Ｅと平行な方向に、複数の分割部８ａに分割されており、隣接する分割部８ａの対向する端部は、挟持リブの伸長方向Ｅと直交する方向Ｖに見たときに、挟持リブの伸長方向Ｅに互いに重複している。この重複構造は、図６に示すように、隣接する分割部８ａの対向する端部の一方に形成した第１の段状部８ｄと、隣接する分割部８ａの対向する端部の他方に形成した第１の段状部８ｅとを、挟持リブの伸長方向に互いに重複させることにより容易に得られる。段状部８ｄ、８ｅは挟持リブの伸長方向Ｅと直交する方向Ｖに対して傾けられた面から構成されてもよい。
セパレータ１、２は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路３、４は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例３の作用・効果については、挟持リブ８の隣接する分割部８ａの対向する端部が、挟持リブの伸長方向Ｅと直交する方向Ｖに見たときに、挟持リブの伸長方向Ｅに互いに重複していることによって、挟持リブ８はリブ全長にわたってリブ頂面で発電反応部５と接触することができ、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する領域Ｓに挟持リブを形成することなく凸部７を形成したままの場合の該凸部７の発電反応部５との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ８によって置き換えられた複数の凸部７間の間隔が無くなり、発電反応部５の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
本発明の実施例４では、図７に示すように、挟持リブ８は、ガス流路分割リブ６の伸長方向Ｅと平行な方向に、複数の（挟持リブ８と平行に並んだ凸部７列の凸部７の数より多い数の）分割部（分割リブ）８ａに分割されており、隣接する分割部８ａの間隔８ｂは、対向セパレータのガス流路分割リブ６と対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブ８を形成することなく凸部７を形成したままの場合（従来の場合）の該凸部の間隔７ａより小である。ただし、図７で（ｉ）は従来の凸部７の配置を示し、（ｉｉ）は本発明の凸部７の配置を示す。
セパレータ１、２は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいはメタルセパレータであってもよい。また、ガス流路３、４は、サーペンタイン流路であってもよいし、あるいはストレート流路であってもよい。
本発明の実施例４の作用・効果については、挟持リブ８が複数の（挟持リブ８と平行に並んだ凸部７列の凸部７の数より多い数の）分割部８ａに分割され、隣接する分割部８ａの間隔８ｂが従来の場合の該凸部の間隔７ａより小とされているため、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブを形成することなく凸部７を形成したままの場合（従来の場合）の該凸部７の発電反応部５との接触面積よりも大とすることができる。挟持リブ８によって置き換えられた複数の凸部７間の間隔が小になり、発電反応部５の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が抑制され、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れＰの量が抑制される。
なお、上記実施例１〜４では、対向するセパレータのガス流路分割リブの長手方向は互いに平行であったが、ガス流路分割リブの長手方向が互いに交差（たとえば、直交）するように組立てられた燃料電池にも本発明を適用可能である。この構成を実現する一形態としては、一方のセパレータに設けられる挟持リブの伸長方向を、当該セパレータのガス流路分割リブの伸長方向にかかわりなく、対向するセパレータの設けられたガス流路分割リブの伸長方向と揃える構成が考えられる。
本発明の実施例５では、図８、図９に示すように、挟持リブ８が、複数の分割部分８ａを有し、各分割部分８ａは、挟持リブ８伸長方向Ｅ（ガス流路分割リブ６の伸長方向Ｅに平行な方向）に、凸部７より長い長さをもつ長リブ８ａから形成されている。長リブ８ａ間の隙間８ｂは凸リブ７間の隙間かそれ以下である。長リブ８ａの高さは凸部７の高さと等しいか、またはほぼ等しい。挟持リブ８とガス流路分割リブ６はＭＥＡを挟んで対向する位置にある。
セパレータ１、２は、カーボンセパレータであってもよいし、あるいは、メタルセパレータであってもよい。また、ガス流路３、４は、ストレート流路である。
本発明の実施例５の作用・効果については、挟持リブ８を複数の長リブ８ａから構成したことによって、挟持リブ８の発電反応部５との接触面積を、対向セパレータのガス流路分割リブと対向する第１のセパレータの領域Ｓに挟持リブを形成することなく凸部７を形成したままの場合の該凸部７の発電反応部５との接触面積よりも大とすることができる。長リブ８ａに置き換えられた複数の凸部７間の間隔が無くなり、発電反応部５の波打ち形状とそれによるガスの通り抜け路が無くなるかまたは抑制され、ガス流路分割リブ６直下を通り抜けるガス流れが抑制される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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