(57)【要約】  【課題】セパレータの水マネージメントを向上させた燃料電池を提供する。  【解決手段】電気化学反応を生じる電解質層１１、１２を狭持するセパレータ１３、１４を備え、セパレータの少なくとも一方（１３）を、電解質層１１、１２に接する側の気孔率が大きい領域２１と、電解質層１１、１２から離れた側の少なくとも一部の反応面に沿った気孔率が小さい領域２２を備えた多孔質体により構成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応を生じる電解質層を狭持するセパレータを備え、
前記セパレータの少なくとも一方を、前記電解質層に接する側の気孔率が大きい領域と、前記電解質層から離れた側の反応面に沿った気孔率が小さい領域と、を備えた多孔質体により構成することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記電解質層と前記セパレータとの間に、前記電気化学反応に用いる反応ガスを流通する反応ガス流路を構成し、
運転時には、前記気孔率が小さい領域に水を含浸させることにより、前記反応ガス流路を流れる反応ガスをシールする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電解質層と前記セパレータとの間に、前記電気化学反応に用いる反応ガスを流通する反応ガス流路を、
前記電解質層に接する面と反対側の面に、前記電気化学反応に伴って生じる熱を除去する冷媒を流通する冷媒流路を備え、
前記セパレータの厚み方向に関する、少なくとも前記反応ガス流路と前記冷媒流路の間の一部に、前記気孔率が小さい領域を備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記電解質層と前記セパレータとの間に、前記電気化学反応に用いる反応ガスを流通する反応ガス流路を構成し、
前記気孔率の大きい領域は、少なくとも前記反応ガス流路の表面を含む請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記気孔率が小さい領域の厚さ及び平均細孔径を、運転時に前記セパレータの両面に生じうる差圧に応じて設定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記気孔率が小さい領域を構成する多孔質体の気孔率及び平均細孔径の大きさを、前記パレ−タの両面に生じうる差圧に応じて設定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記気孔率が小さい領域の厚さが小さいほど、前記気孔率が小さい領域を構成する多孔質体の気孔率および平均細孔径を小さく設定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記気孔率が大きい領域のセパレータ表面または表面近傍の内部の少なくとも一方に親水処理を施す請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記電解質層に接する面に前記電気化学反応に用いる反応ガスを流通する反応ガス流路を、
前記電解質層に接する面と反対の面に、前記電気化学反応に伴って生じる熱を除去する冷媒を流通する冷媒流路を備え、
前記セパレータ断面上で、前記反応ガス流路と前記冷媒流路との間を線で結んだ場合に、必ず前記気孔率の小さい領域を通るように構成した請求項１に記載の燃料電池。
【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。特に、燃料電池のセパレータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち、陽極に水素を含有する燃料ガスを、陰極に酸化剤ガスを供給する。これら一対の電極の電解質膜側表面で生じる電気化学反応、
陽極（アノード）反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
陰極（カソード）反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（２）
を利用して電極から電気エネルギを取り出す。
【０００３】
固体高分子型燃料電池では、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電解質膜面内に効果的に分配するために、またこれらの反応ガスの混合を防止するために、電解質膜および電極を狭持するセパレータを配置する構造が一般的である。このセパレータに関する導電性、機械的特性、ガス配流、電池内で存在する水の管理手段向上を目的に様々な検討がなされている。
【０００４】
例えば、電池内で存在する水の管理手段向上を目的としたものとして、電解質膜およびこれに隣接するガス拡散層と接するプレート（第１のセパレータ）を多孔質とし、さらにその外側に緻密なプレート(第２のセパレータ)を配置するものが知られている。これは、反応により生成水が生じて余剰となった水を、第１のセパレータに吸収させてプレート内で水を拡散させ、発電面内の水不足サイトに水を供給させることにより、電解質膜の乾燥を防止している。ここでは第１のセパレータに多孔質基材を使用するために、隣接する単位セルに反応ガスが漏れるのを防止すべく緻密な第２のセパレータを配置している(例えば、特許文献１、参照。)。
【特許文献１】特開２００２−２４６０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、第１のセパレータとして多孔質セパレータを使用しているものの、プレート断面における内部構造に関しての効果的な実施例は記載されていない。多孔質体により構成したセパレータ内を、反応面方向に水が拡散することにより水不足サイトへの水の供給を行っているため、水の供給速度がプレート内の水の拡散速度に律速してしまう可能性がある。また、多孔質体を水シールとして機能する平均細孔径で構成しているため、吸水および拡散に時間がかかり、その結果、凝縮水が生じてフラッディング現象を引き起こしたり、加湿不足による発電効率の低下が生じる可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題を鑑みて、セパレータの水マネージメントを向上させ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】
【０００７】
本発明は、電気化学反応を生じる電解質層を狭持するセパレータを備える。前記セパレータの少なくとも一方を、前記電解質層に接する側の気孔率が大きい領域と、前記電解質層から離れた側の少なくとも一部の反応面に沿った気孔率が小さい領域を備えた多孔質体により構成する。
【発明の効果】
【０００８】
セパレータの少なくとも一方を、電解質層に接する側の気孔率が大きい領域と、電解質層から離れた側の少なくとも一部の反応面に沿った気孔率が小さい領域を備えた多孔質体により構成する。これにより、気孔率が大きい領域において、電解質層近傍の凝縮水を速やかに吸収することができるとともに、気孔率が小さい領域に水を保持してシール機能を持たせることができるため、反応ガス漏れを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の実施形態に用いる燃料電池１の構成を図１に示す。ここでは単位セルを示すが、複数の単位セルを積層してスタックを構成することにより燃料電池１を構成してもよい。
【００１０】
電解質膜１１と、電解質膜１１を狭持するガス拡散層１２により電解質層を構成する。ガス拡散層１２の電解質膜１１に接する面に、白金を主成分とする触媒層を形成する。電解質膜１１の一方の面に接触するガス拡散層１２ｃによりカソードを形成し、他方の面に接触するガス拡散層１２ａによりアノードを形成する。なお、触媒層を、電解質膜１１のガス拡散層１２に接触する面に形成してもよい。
【００１１】
ガス拡散層１２のさらに外側に、セパレータ１３、１４を配置する。ガス拡散層１２ａに隣接するアノードセパレータ１４の表面に水素ガス流路１７を形成する。ここでは、アノードセパレータ１４のガス拡散層１２ａに対峙する面に溝を設け、アノードセパレータ１４とガス拡散層１２ａとの間にできた空間を水素ガス流路１７とする。また、ガス拡散層１２ｃに隣接するカソードセパレータ１３の表面に酸化剤ガス流路１５を形成する。ここでは、カソードセパレータ１３のガス拡散層１２ｃに対峙する面に溝を設け、カソードセパレータ１３とガス拡散層１２ｃとの間に形成された空間を酸化剤ガス流路１５とする。さらに、カソードセパレータ１３のガス拡散層１２ｃと対峙する面と反対側の面に、冷媒流路１６を構成する。なお、冷媒流路１６には、電解質層で生じる電気化学反応に伴って生じる熱を除去するための冷媒として、純水を流通させる。
【００１２】
セパレータ１３、１４は、グラファイトブロックを切り出したものや、樹脂とカーボン粉の混合物を金型成形により作成したものが一般的であるが、燃料電池の作動温度に対する耐熱性や耐スチーム性、導電性、耐酸性および運転環境下に対する耐腐食性が十分であればこれ以外の材料を用いても良い。
【００１３】
また、外部に反応ガスがリークするのを防ぐために、ガス拡散層１２よりなる電極外周に沿ってガスケット１９を配置する。また、後述するようにセパレータ１３を多孔質体により構成するため、セパレータ１３のプレートエッジ内部を伝って酸化剤ガスが外部にリークしないように、反応ガスをシールするプレート外周部１８を構成する。ここでは、例えば、セパレータ１３の積層面外周に沿って樹脂を含浸させることによりプレート外周部１８を形成する。
【００１４】
次に、カソードセパレータ１３を構成するプレート２０の構成を、図２を用いて説明する。図２は、カソードセパレータ１３の板厚み方向の断面における、構成粒子の充填状態のイメージを示している。
【００１５】
カソードセパレータ１３を構成するプレート２０の電解質膜１１側を相対的に導電性粒子の平均粒径が大きい領域２１により構成する。一方、プレート２０の電解質膜１１と反対側を、相対的に導電性粒子の平均粒径が小さい領域２２により構成する。領域２２を、反応面全体に連続して存在するように形成する。また、領域２１に関しても、ここでは反応面全体に連続して存在するように形成する。なお、ここでは導電性粒子の大小により領域２１、２２を区別したが、気孔率、平均細孔径、および、プレート２０を構成している導電性粒子の平均粒径の少なくとも一つが、領域２２に比べて領域２１で大きくなるように構成すればよい。つまり、多孔質体の気孔率が、領域２２に比べて領域２１で大きくなるように構成すればよい。また、プレート２０の成形等により、領域２１、２２の境界に、互いに組成が混合した領域が形成されてもよい。
【００１６】
領域２１に酸化剤ガス流路１５を構成する。ここでは、領域２１の厚さをｐとした場合、「領域２１の厚さｐ＞酸化剤ガス流路１５の深さ」となるように構成する。つまり、酸化剤ガス流路１５の側面および底面を、領域２１を構成する相対的に大きな粒径の導電性粒子により構成された多孔質体により構成する。これにより、酸化剤ガス流路１５内で生じた凝縮水は、領域２１内に速やかに吸収されるので、液水による酸化剤ガス流路１５の閉塞を効果的に抑制することができる。また、吸収された水は領域２１内に保持され、酸化剤ガス流路１５内が乾燥した場合には、領域２１内を拡散することにより酸化剤ガス流路１５表面に移動し、蒸発することにより電解質膜１１の加湿を行うことができる。または、生成水自体が電解質膜１１の加湿に不足する際にも、あらかじめプレートが保持している水が加湿に使用され、さらに後述する冷媒流路１６から毛細管現象により水が供給されるので領域２１は、吸収・保水・加湿機能を備えた領域となる。
【００１７】
一方、領域２２に冷媒流路１６を構成する。ここでは、領域２２の厚さをｓとした場合、「領域２２の厚さｓ＞冷媒流路１６の深さ」となるように構成する。つまり、冷媒流路１６の底面を、領域２２を構成する相対的に小さな粒径の導電性粒子により構成された多孔質体により構成する。ここでは、冷媒流路１６の側面および底面を、領域２２を構成する相対的に小さな粒径の導電性粒子により構成された多孔質体により構成する。この領域２２の細孔内に水を含浸透させることで水シール層を形成して、反応ガスの透過を抑制する。ここでは、冷媒流路１６から毛細管現象により拡散した液水により領域２２をシールする。
【００１８】
図２に示すように、冷媒流路１６を含む領域２２を反応面全体に連続して構成するため、反応ガス漏れをさらに抑制することができる。つまり、セパレータ１３の厚み方向に関して、酸化剤ガス流路１５と冷媒流路１６との間の少なくとも一部に、反応面全体に連続する領域２２を形成することにより、反応ガス漏れを抑制することができる。つまり、領域２２は、液体を含有することにより反応ガスのシール機能を備えた領域となる。
【００１９】
ここでは、この領域２２を反応ガスのシール機能を持つ領域とするために、「領域２２内の水の表面張力＞電池運転時のプレート２０を介した両主面間の差圧」を満足するように導電性粒子の大きさを設定する。また、「領域２２内の水の表面張力＞電池運転時のプレート２０を介した両主面間の差圧」を満足するように、領域２２の厚さｓを設定する。
【００２０】
多孔質内に水を含浸させることによる水シール性は、予め実験等により確認しておく。例えば、プレート２０の領域２２に予め水を含浸した後、プレート２０の一方の面を大気圧に開放し、他方の面から空気過圧させ、大気に開放した面に空気がリークした際の加圧値Ｐ0から評価する。図３に実験結果の例を示す。プレート２０の両主面間の圧力差ΔＰが上昇して水の表面張力を上回ると、ガスが領域２２により構成したシール層を抜ける。このときの差圧をΔＰｍａｘとすると、ΔＰｍａｘが、電池運転時のプレート２０を介した両主面間に生じ得る差圧より大きくなるように領域２２の平均粒径、平均細孔径、気孔率の少なくとも何れかを設定する。実際には、プレートを構成する粒子の大きさを調整することで、目的とする平均細孔径や気孔率が得られることになる。このシール機能は、領域２２の厚さｓにも関係する。よって、領域２２に含有された水の張力により、反応面全体で反応ガスの透過を防ぐことができるように、導電性粒子および厚さｓの設計を行う。
【００２１】
ここでは、領域２２の厚さｓが小さいほど、導電性粒子の平均粒径、または平均細孔径、または気孔率を小さく設定する。領域２１、２２の厚さｐ、ｓの割合が設定されている場合には、プレート２０の全体の厚さｈが小さいほど、導電性粒子の平均粒径、または平均細孔径、または気孔率を小さく設定する。これらの設定は、領域２２中の細孔分布の広がりに依存し、例えばプレート自身が成形によるものであれば比較的細孔分布が広いために、領域２２が薄くなった場合の水シール信頼性を向上させる目的も考慮するのが好ましい。
【００２２】
または、一つのプレート２０内でも、領域２２の厚さに勾配があるときなどには、領域２２の厚さｓが小さいほど、導電性粒子の平均粒径、または平均細孔径、または気孔率を小さく設定するのが好ましい。これにより、反応ガスの漏洩を抑制することができるとともに、必要以上に気孔率を小さくするのを避け、水の拡散性を維持して電解質膜１１の加湿不足を抑制することができる。
【００２３】
次に、本発明と比較例のＩ−Ｖ特性の結果を図４に示す。図４には、本実施形態に示すカソードセパレータ１３を用いた場合と、比較例として用いたカソードセパレータを用いた場合の単位セルのＩ−Ｖ特性を示す。
【００２４】
ここでは比較例１として、図５(ａ)に示すような緻密部材により構成したプレート４０ａをカソードセパレータ１３として用いる。プレート４０ａとしては、JISＫ7126に基づくガス透過試験（使用ガスＨｅ）で１０-13cc・cm/（cm2・sec・cmHg）である緻密プレートを使用する。なお、酸化剤ガス流路１５、冷媒流路１６の寸法は、本実施形態と同様とした。また、比較例２として、図５（ｂ）に示すように、第１実施形態における領域２２に用いたシール領域に相当する多孔質体を用いたプレート４０ｂによりカソードセパレータ１３を構成した場合を示す。
【００２５】
図４に示すように、低負荷領域(低電流密度領域)においては、各単位セルの相違は明確ではないが、高負荷側では、発生した凝縮水に起因するフラッディング現象により、比較例１が急激に低下する。比較例２ではカソードセパレータを多孔質体により構成しているため、本実施形態と同様に吸水性が働くが、より高負荷側で吸水能力に差が生じる。
【００２６】
このように、セパレータ１３を多孔質体により構成し、電解質膜１１側を相対的に平均粒径の大きな導電性粒子により構成し、その外側に相対的に平均流径の小さな導電性粒子により構成したシール層を構成する。本実施形態では、セパレータ１３を、電解質層１１、１２に対峙する面を含み、気孔率の大きな多孔質体により構成した領域２１と、電解質層１１、１２に対峙する面と反対の面を含み、気孔率の小さな多孔質体により構成した領域２２により構成する。これにより、反応ガス漏れを防ぐと共にセパレータ１３の吸収機能を向上することができる。また、拡散機能を向上して、反応面全体に速やかに加湿水を供給することができるので、電解質膜１１の局所的な乾燥により発電効率が低下するのを防ぐことができる。
【００２７】
なお、図６（ａ）に示すように、領域２１、２２の境界を、領域２１が酸化剤ガス流路１５に沿ってプレート２０の内部方向に凸となるように構成してもよい。これにより、領域２２をプレート２０の表面全体についてある一定の幅を持って構成することができる。例えば、プレート２０の厚さｈを小さく設定した場合などに有効となる。領域２２を冷媒流路１６表面を取り囲むように構成することで、酸化剤ガス流路１５を流れる反応ガスが、冷媒流路１６に漏れるのを防ぐことができる。言い換えれば、酸化剤ガス流路１５と冷媒流路１６との間を線で結んだ場合に、必ず領域２２を通るように構成することで、反応ガス漏れを抑制することができる。
【００２８】
また、図６（ｂ）に示すように、プレート２０のガス拡散層１２ｃに対峙する表面や、内部構成粒子表面を親水処理してもよい。ここでは、酸化剤ガス流路１５の表面に親水処理を施す。または、領域２１を構成する導電性粒子に親水性処理を施す。これにより、反応領域で発生した水を効果的にプレート２０内に移動させることができる。
【００２９】
さらに、燃料電池１では、特にカソードで生成水が酸化剤ガス流路１５下流に向かって増えるため、下流領域においてプレート２０の吸水機能がより要求される。そこで、下流に向かうに従って、領域２１の厚さｐを増加させることにより、効率的に酸化剤ガス流路１５内の凝縮水を除去することもできる。また、プレート２０内を水が移動する場合に最も律速するのは相対的に最も緻密なシール領域２２である。そのため、電解質膜１１への水の速やかな供給、もしくは発電による生成水の速やかな排水を行う必要がある部分では、意図的に水シール領域となる領域２２の厚さを小さくしてもよい。この場合には、領域２２の厚さに応じて多孔質体を構成する導電性粒子の粒径または細孔径、気孔率のうち少なくとも一つを変化させてもよい。例えば、領域２２の厚さを小さく設計した部分について水の張力を増大するために、導電性粒子の粒径、細孔径、気孔率のいずれかを小さく設定してもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、アノードセパレータ１４については述べてないが、例えば反応ガスを透過しない緻密部材により構成する。または、水素ガス流路１７に流通する燃料ガスについても加湿を行う場合には、カソードセパレータ１３と同様に構成してもよい。つまり、アノードセパレータ１４を多孔質体より構成し、水素ガス流路１７を備え、相対的に大きな平均粒径の導電性粒子により構成される領域２１と、冷媒流路１６を備え相対的に小さな平均粒径の導電性粒子により構成される領域２２とから構成してもよい。
【００３１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３２】
電気化学反応を生じる電解質層１１、１２を狭持するセパレータ１３、１４を備え、セパレータの少なくとも一方（１３）を、電解質層１１、１２に接する側の気孔率が大きい領域２１と、電解質層１１、１２から離れた側の少なくとも一部の反応面に沿った気孔率が小さい領域２２を備えた多孔質体により構成する。これにより、気孔率が大きい領域において、電解質層近傍の凝縮水を速やかに吸収することができるとともに、気孔率が小さい領域に水を保持してシール機能を持たせることができるため、反応ガス漏れを防ぐことができる。
【００３３】
また、電解質層１１、１２とセパレータ１３との間に、電気化学反応に用いる酸化剤ガス（反応ガス）を流通する酸化剤ガス流路１５（反応ガス流路）を構成する。運転時には、領域２２に水を含浸させることにより、酸化剤ガス流路１５を流れる反応ガスをシールすることができる。
【００３４】
また、電解質層１１、１２とセパレータ１３との間に酸化剤ガス流路１５を、電解質層１１、１２に接する面と反対側の面に、電気化学反応に伴って生じる熱を除去する冷媒を流通する冷媒流路１６を備える。セパレータ１３の厚み方向に関して、少なくとも酸化剤ガス流路１５と冷媒流路１６の間の一部に、気孔率が小さい領域２２を備える。これにより、冷媒流路１６を流通する冷媒により領域２２にシール機能を持たせることができるとともに、セパレータ１３の厚み方向に関して領域２２から領域２１へ冷媒が移動可能となるので、電解質膜１１の加湿をさらに効率良く行うことができる。
【００３５】
また、電解質層１１、１２とセパレータ１３との間に酸化剤ガス流路１５を構成し、領域２１は、少なくとも酸化剤ガス流路１５の表面を含む。これにより、酸化剤ガス流路１５で生じた凝縮水を速やかに吸収することができるので、フラッディングによる発電効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
また、平均細孔径を一定として、気孔率を小さくした（以下簡単に“気孔率が小さい領域”と記載する。）領域２２の厚さを、運転時にセパレータ１３の両面に生じうる差圧に応じて設定する。これにより、領域２２に形成したシール層を抜けて反応ガスが漏れるのをさらに確実に防ぐことができる。なお、領域２２を平均細孔径を小さくした領域２２とした場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３７】
または、気孔率が小さい領域２２を構成する多孔質体の気孔率の大きさを、パレ−タの両面に生じうる差圧に応じて設定する。これにより、領域２２に形成したシール層を抜けて反応ガスが漏れるのをさらに確実に防ぐことができる。
【００３８】
また、気孔率が小さい領域２２の厚さが小さいほど、領域２２を構成する多孔質体の気孔率を小さく設定する。これにより、領域２２の厚さを変化させた場合にも、領域２２に形成したシール層を抜けて反応ガスが漏れるのを確実に防ぐことができる。
【００３９】
また、気孔率が小さい領域２２の厚さが小さいほど、領域２２を構成する多孔質体の気孔率を小さく設定する。これにより、２２部の強度が増すためにプレートの破壊が生じにくく、信頼性が向上する。
【００４０】
また、気孔率が大きい領域２１のセパレータ１３の表面または表面近傍の内部の少なくとも一方に親水処理を施す。ここでは、酸化剤ガス流路１５の表面と、領域２１に親水処理を施す。これにより、凝縮水の吸収をさらに速やかに行うことができ、フラッディングを防ぐことができる。
【００４１】
また、電解質層１１、１２に接する面に酸化剤ガス流路１５を、電解質層１１、１２に接する面と反対の面に冷媒流路１６を備える。セパレータ１３の断面上で、酸化剤ガス流路１５と冷媒流路１６との間を線で結んだ場合に、必ず気孔率の小さい領域２２を通るように構成する。これにより、酸化剤ガス流路１５からの反応ガス漏れを防ぐことができる。
【００４２】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を第１の実施形態と同様に図１に示す。また、カソードセパレータ１３に用いるプレート３０の構成を図７に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
カソードセパレータ１３を板厚方向に三層よりなるプレート３０により構成する。プレート３０の電解質膜１１に対向する領域３１を、保水・吸水領域として、相対的に平均粒径が大きな導電性粒子により構成する。または、気孔率、平均細孔径のいずれかを大きく設定してもよい。酸化剤ガス流路１５をこの領域３１内に構成する。
【００４４】
領域３１に隣接する領域３２を、シール領域として、相対的に平均粒径が小さな導電性粒子により構成する。または、気孔率、平均細孔径のいずれかを小さく設定してもよい。この領域３１は、プレート３０の反応面全体に沿って連続して形成する。ここでは、酸化剤ガス流路１５と冷媒流路１６に挟まれた領域の一部に形成する。
【００４５】
さらに、最も電解質膜１１から離れた領域３３を、相対的に平均粒径が大きな導電性粒子により構成する。または、気孔率、平均細孔径のいずれかを大きく設定してもよい。この領域３３内に冷媒流路１６を構成する。これにより、領域３３内に冷却液としての純水が拡散し、つまりは反応面全体に沿って冷却液が拡散するので、熱交換効率を向上することができる。
【００４６】
ここで、プレート３０の厚さをｙ、領域３１の厚さをｒ、領域３２の厚さをｔ、領域３３の厚さをｕとしたとき、「酸化剤ガス流路１５深さ＜領域３１厚さｒ」、「冷媒流路１６深さ＜領域３３厚さｕ」とする。これにより、酸化剤ガス流路１５内で生じた凝縮水を均一に吸収できるとともに、冷却兼加湿用である純水を領域３３内でプレート３０面全体に略均等に分配することができ、熱交換効率を向上することができる。
【００４７】
次に、本実施形態の効果について、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００４８】
セパレータ１３を、電解質層１１、１２に対峙する面を含み、気孔率の大きな領域３１と、電解質層１１、１２に対峙する面と反対側の面を含み、気孔率の大きな領域３３と、領域３１、３３に狭持され、気孔率の小さな領域３２と、からなる多孔質体から構成する。領域３２は、反応面全体に連続して存在するように構成する。領域３１に酸化剤ガス流路１５を、領域３３に冷媒流路１６を構成する。つまり、冷媒流路１６を気孔率が大きな領域３３により構成する。ここでは、領域３３を、反応面全体に連続して存在するように構成する。これにより、領域３３に冷媒流路１６を流通する冷媒が拡散するので、反応面に冷媒を分散させることができ、熱交換効率を向上することができる。
【００４９】
なお、前述したように、アノードセパレータ１４を多孔質体により構成してもよい。この場合には、カソードセパレータ１３と同様に、反応ガスのシール機能を維持するため、アノードセパレータ１４を構成するプレートの面全体に沿って「細孔内の水の表面張力＞電池運転時のプレートを介した両主面間の差圧」となるように、少なくとも一領域の平均細孔系を決定する必要がある。また、プレート内部の細孔内に水を含浸透させる必要があり、これにより水シールによるガスの透過を抑制させる。
【００５０】
また、カソードセパレータ２０断面における複数の構造領域は、互いの領域が明確に分けられている場合でもよく、一方で境界部が十分に明確でなくとも、さらに連続的にプレート２０、３０内部組成が変化して構成されていてもよい。
【００５１】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、内部加湿型の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータ構成として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いるカソードセパレータの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における領域２２のシール性の実験結果例を示す図である。
【図４】第１の実施形態における比較例と実施形態のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図５】第１の実施形態における比較例に用いるセパレータの概略図である。
【図６】第１の実施形態に用いるセパレータの別の例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に用いるカソードセパレータの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    燃料電池
１１  電解質膜(電解質層)
１２  ガス拡散層（電解質層）
１３  カソードセパレータ（セパレータ）
１４  アノードセパレータ
１５  酸化剤ガス流路(反応ガス流路)
１６  冷媒流路
２１  領域（気孔率の大きな領域）
２２  領域（気孔率の小さな領域）
３１  領域（気孔率の大きな領域）
３２  領域（気孔率の小さな領域）
【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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