(57)【要約】【課題】  拡散層の凸部直下部分へのガスの回り込み性を良くするとともに、流路のストレート部または屈曲部におけるガス流速を維持することができる、燃料電池の提供。【解決手段】  （１）ガス流路内に複数の凸部２９を有するセパレータ１８を備えた燃料電池であって、凸部２９の頂面に溝３１を設けた。（２）溝３１を、凸部の頂面が溝によって面内方向に区切られてできる集電部３０がほぼ均一な面積となるように設定した。（３）溝３１の深さは、拡散層が集電部３０によって押された時に拡散層がつぶれる量以上である。（４）溝３１が、第１の溝３１ａと、それに斜交する第２の溝３１ｂを有する。（５）溝３１が、ガス流路の屈曲部においては該屈曲部を流れるガス流れに沿った方向に傾けられている。（６）溝３１が長ランドに設けた段差の低い部分からなり、長ランドの集電部の面積が短ランドの集電部の面積とほぼ等しくなるようにした。【選択図】        図１
2005071734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルを複数積層して構成され、前記単セルが、電解質を挟む一対の電極と、ガス流路を有し該ガス流路内に複数の凸部を有するセパレータと、前記電極と前記セパレータとの間に設けられた拡散層と、を備えた燃料電池であって、前記凸部の頂面に、前記拡散層の凸部頂面によって押されている部分にガスを流す溝を設けた燃料電池。
【請求項２】
前記凸部の頂面の溝を、前記凸部の頂面が該溝によって面内方向に区切られてできる集電部がほぼ均一な面積となるように、設定した請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記溝の深さは、前記拡散層が前記集電部によって押された時に前記拡散層がつぶれる量以上で、かつ、前記セパレータの前記ガス流路の深さより小である請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記溝が、前記ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝を有し、該第１の溝は、前記セパレータのガス流路の屈曲部においては該屈曲部を流れるガス流れに沿った方向に傾けられている請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記溝が、前記ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝と、該第１の溝と交わる方向に延びる第２の溝を有し、前記第２の溝を、前記第１の溝に対して斜交するるように設けた請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記凸部が、前記ガス流路の屈曲部に設けられた短ランドと、前記ガス流路の直線部に設けられた長ランドとを有し、前記溝が前記長ランドに設けた段差の低部分からなり、該段差の低部分からなる溝によって、前記長ランドの集電部の面積が前記短ランドの集電部の面積とほぼ等しくなるように前記溝が前記長ランドに切られている請求項１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し、とくにセパレータの凸部の、拡散層との接触部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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 ）とセパレータとの積層体（ただし、積層方向は任意でよい）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る。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。また、セパレータには冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、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、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、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）、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
【０００３】
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード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る。
【０００４】
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
特開２００１−１４３７２５号公報は、ストレート部と屈曲部とを有するガス流路に拡散層と接触し導通する複数の凸部を備えるセパレータを開示している。
しかし、セパレータの各凸部が押圧する、拡散層の凸部直下部分にはガスの回り込みが悪く、燃料電池性能を低下させる。拡散層の凸部直下部分へのガスの回り込みをよくするために、特開２００１−１４３７２５号公報の燃料電池では、凸部の頂面（集電部）の面積を小にするとともに均一面積としている。しかし、凸部の頂面を小面積かつ均一にすると、均一流路のストレート部では、凸部がガス流れ方向に長ランドとならずに短ランドとなり、ガス流れが短ランドの流れ対向面がガス流れの妨げとなってガス流速が低下し、単位時間あたりの電極のガス接触が低下して、発電効率の低下を招いている。また、流路の屈曲では、面圧を一定にするため、凸部がガス流れ方向と無関係に配置されており、ガス流速低下の原因となっている。
【特許文献１】特開２００１−１４３７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池の凸部構造では、拡散層の凸部直下部分へのガスの回り込み性と流路のストレート部や屈曲部におけるガス流速の維持とが両立しないという問題である。
【０００６】
本発明の目的は、拡散層の凸部直下部分へのガスの回り込み性を良くするとともに、流路のストレート部または屈曲部におけるガス流速を維持することができる、燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）単セルを複数積層して構成され、前記単セルが、電解質を挟む一対の電極と、ガス流路を有し該ガス流路内に複数の凸部を有するセパレータと、前記電極と前記セパレータとの間に設けられた拡散層と、を備えた燃料電池であって、前記凸部の頂面に、前記拡散層の凸部頂面によって押されている部分にガスを流す溝を設けた燃料電池。
（２）前記凸部の頂面の溝を、前記凸部の頂面が該溝によって面内方向に区切られてできる集電部がほぼ均一な面積となるように、設定した（１）記載の燃料電池。
（３）前記溝の深さは、前記拡散層が前記集電部によって押された時に前記拡散層がつぶれる量以上で、かつ、前記セパレータの前記ガス流路の深さより小である（２）記載の燃料電池。
（４）前記溝が、前記ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝と、該第１の溝と交わる方向に延びる第２の溝を有し、前記第２の溝を、前記第１の溝に対して斜交するように設けた（１）記載の燃料電池。
（５）前記溝が、前記ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝を有し、該第１の溝は、前記セパレータのガス流路の屈曲部においては該屈曲部を流れるガス流れに沿った方向に傾けられている（１）記載の燃料電池。
（６）前記凸部が、前記ガス流路の屈曲部に設けられた短ランドと、前記ガス流路の直線部に設けられた長ランドとを有し、前記溝が前記長ランドに設けた段差の低部分からなり、該段差の低部分からなる溝によって、前記長ランドの集電部の面積が前記短ランドの集電部の面積とほぼ等しくなるように前記溝が前記長ランドに切られている（１）記載の燃料電池。
【発明の効果】
【０００８】
上記（１）の燃料電池によれば、凸部の頂面に、拡散層の凸部頂面によって押されている部分に溝を設けたので、この溝を通ってガスが流通することにより、拡散層の凸部頂面によって押されている部分へのガスの回り込みが良くなり、燃料電池の発電性能が向上する。また、凸部に設けた溝の深さを適宜に設定する、たとえば、凸部の高さに比べて溝の深さを小とし、ストレート流路では凸部をガス流れ方向に長くすること等により、ガス流路を流れるガスを凸部によってガイドして、ガス流速を維持することができ、単位時間あたりの電極のガス接触量を維持して、発電効率を良好に維持することができる。
上記（２）の燃料電池によれば、凸部の頂面が溝によって面内方向に区切られてできる複数の集電部がほぼ均一な面積となるように、溝を設定したので、集電部が拡散層を押す面圧が均一化され、電解質膜に加わる面圧を均一にすることができる。その結果、面圧にばらつきがある場合に比べて、膜全体が良好に利用されて発電性能が向上する他、面圧が高い部位で膜が損傷して耐久性が低下するという問題も除去できる。
上記（３）の燃料電池によれば、溝の深さが、拡散層が集電部によって押された時に拡散層がつぶれる量以上であるため、スタック締結力によって、凸部により押された拡散層部分がつぶれてもなお溝にガスが回り込むことができ、その部分での発電が維持される。また、溝の深さが、セパレータのガス流路の深さより小であるため、ストレート流路で凸部が長ランドであっても、溝の形成部になお凸部が残っており、ガスをガイドしてガス流速を維持することができる。
【０００９】
上記（４）の燃料電池によれば、溝が、ガス流れと同じ方向に延びる第１の溝と、該第１の溝と交わる方向に延びる第２の溝を有し、第２の溝を、第１の溝に対して斜交するように設けたので、集電部に生成した水の排出性が良くなる。第１の溝内の生成水は第１の溝に入ったガスで押出され、斜めの第２の溝内の生成水は第１の溝から第２の溝に入るガスで押し出されるとともに、凸部の側面を流れるガスで引き出される。
上記（５）の燃料電池によれば、溝が、ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝を有し、該第１の溝は、セパレータのガス流路の屈曲部においては該屈曲部を流れるガス流れに沿った方向に傾けられているので、屈曲部を含みガス流路の全長にわたって流路圧損が小さく、発電効率を向上させることができる。また、ガス流路の屈曲部のガス流れを良好に維持して、単位時間あたりの電極のガス接触量を大に維持できるので、発電効率を向上させることができる。
上記（６）の燃料電池によれば、溝が流路ストレート部の長ランドに設けた溝からなり、溝によって、長ランドの各集電部の面積が流路屈曲部の短ランドの集電部の面積とほぼ等しくされているので、長ランドの各集電部の面圧と短ランドの集電部の面圧とがほぼ均一になり、突出した面圧が無くなることによって電解質膜へ与えるダメージを少なくすることができる。その結果、燃料電池の耐久性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の燃料電池を図１〜図１３を参照して説明する。図１−図３は本発明の実施例１を示し、図４−図７は本発明の実施例２を示し、図８は本発明の実施例３を示し、図９、図１０は本発明の実施例４を示し、図１１、図１２は本発明の実施例５を示す。図１３は、本発明の何れの実施例にも共通に適用可能である。
本発明の何れの実施例にわたって共通する構成部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号が付してある。
【００１１】
まず、本発明の全実施例にわたって共通する構成を、たとえば、図２、図３、図１３を参照して説明する。
本発明の燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池１０である。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、自動車以外に用いられてもよい。
【００１２】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図２、図３、図１３に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は任意である。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１２を有する電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５を有する電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側に、それぞれ、ガスを拡散する拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル１９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２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、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２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、スタック２３を構成する。
【００１３】
セパレータ１８は、カーボン、または金属、または金属と樹脂、または導電性を付与された樹脂、の何れか、またはその組み合わせ、からなる。
セパレータ１８には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７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２８が形成されている。また、セパレータ１８のガス流路２７、２８と反対側の面には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路（図示略）も形成される。冷媒流路はセル毎に、または複数のセル毎に（たとえば、モジュール毎に）設けられる。ガス流路２７、２８は、セパレータ１８に形成された凹部からなり、凹部の底には縞状に配置された、後述する凸部２９が形成され、凸部２９間のスペースにガスが流れる。
【００１４】
図３に示すように、燃料ガス流路２７は、ガス入口２７ａと、ガス出口２７ｂと、１以上の屈曲部（折り返し部）２７ｃと、屈曲部２７ｃ同士または屈曲部２７ｃとガス入口２７ａまたはガス出口２７ｂを結ぶ複数のストレート部２７ｄを有する。同様に、酸化ガス流路２８は、ガス入口２８ａと、ガス出口２８ｂと、１以上の屈曲部（折り返し部）２８ｃと、屈曲部２８ｃ同士または屈曲部２８ｃとガス入口２８ａまたはガス出口２８ｂを結ぶ複数のストレート部２８ｄを有する。隣接するストレート部２７ｄ、２８ｄ間には、隣接するストレート部２７ｄ、２８ｄを区切るリブ部２７ｅ、２８ｅが設けられている。
【００１５】
セパレータ１８には、ガス流路２７、２８の底面から電極１４、１７側に向かって突出する複数の凸部２９が形成されている。
凸部２９のうち、ガス流路の屈曲部２７ｃ、２８ｃにある凸部はほぼガス流れ方向に短く延びる、たとえばほぼ正方形状（ただし、正方形に限るものではなく、円形や楕円形などであってもよい）の、短ランドからなっていてもよい。また、ガス流路のストレート部２７ｄ、２８ｄにある凸部はほぼガス流れ方向に長く延びる、たとえばほぼ矩形状（ただし、矩形に限るものではない）の、長ランドからなっていてもよい（ただし、短ランドでもよい）。
【００１６】
複数の凸部２９のうち、少なくとも一部の凸部には（全凸部でもよい）、その凸部２９の頂部に、溝３１が設けられている。溝３１は、燃料ガス流路２７の凸部２９にだけ設けられてもよいし、酸化ガス流路２８の凸部２９にだけ設けられてもよいし、燃料ガス流路２７と酸化ガス流路２８の両方の流路の凸部２９に設けられてもよい。溝３１は、拡散層１３、１６の、凸部２９頂面によって押されている部分にガスを流し、凸部２９直下の電極１４、１７部分にもガスを供給する。溝３１はガス流れ方向に切ることによって、ガス流れのガイドともなる。この意味で、「溝」３１を「ガイド」といってもよい。また、溝３１は、凸部２９の拡散層１３、１６との接触部からの排水の役割も果たす。
各凸部２６は、溝３１が形成されている凸部ではその溝３１を除いて、頂部で、拡散層１４、１７に当接し、拡散層１４、１７と導通して、集電部３０を形成している。ここで、「集電部」３０とは、凸部２６の頂面の、溝３１を除いた部分をいう。凸部２９の頂部が溝３１で複数の集電部３０に区切られている場合には、１つの凸部２９は、その頂部に、複数の集電部３０をもつ。頂部が溝部３１で区切られていない場合には、１つの凸部２９は、その頂部に、１つの集電部３０をもつ。
【００１７】
凸部２９の頂面の溝３１は、凸部２９の頂面が該溝３１によって面内方向に区切られてできる集電部３０がほぼ均一な面積となるように、設定される。集電部３０がほぼ均一な面積となることにより、集電部３０が拡散層１３、１６を押圧する面圧（単位面積当たりの押圧荷重）がほぼ均一になる。凸部２９が長ランドの場合は、短ランドの場合に比べて大きな面圧が働くことがあり、集電部３０の面圧のばらつきが大きいが、溝３１により集電部３０の面積をほぼ均一にすることにより、集電部３０の面圧もほぼ均一になる。
【００１８】
溝３１の深さは、拡散層１３、１６が集電部３０によって押された時に拡散層１３、１６がつぶれる量以上で、かつ、セパレータ１８のガス流路２７、２８の深さ（凸部２９の高さでもある）より小である。
溝３１の深さを拡散層１３、１６のつぶれ量以上とすることにより、拡散層１３、１６が集電部３０によって押された時にも溝３１が残り、凸部直下の拡散層部分へのガスを回り込ます。
また、溝３１の深さをセパレータ１８の凸部２９の高さより小としたので、溝３１がある部分においても凸部２９の根元は残り、その凸部２９の根元の側面は、ガス流路２７、２８を流れるガスをガイドし、ガス流れ方向の流速を維持する。これに対し、溝３１を設けないで従来の縞状凸部の面積を小さくするだけでは、ガスの一部はガス流れ方向に凸部と凸部の間に入って対向する凸部の面に当たるので、凸部が大きな流れ抵抗になり、ガス流れ方向の流速は弱められやすい。
【００１９】
つぎに、上記の本発明の全実施例に共通する構成部分の作用、効果を説明する。
凸部２９の頂面に、拡散層１３、１６の凸部２９頂面によって押されている部分に溝３１を設けたので、この溝３１を通ってガスが流通することにより、拡散層１３、１６の凸部２９頂面によって押されている部分へのガスの回り込みが良くなる。その結果、燃料電池の発電性能が向上する。
また、凸部２９に設けた溝３１の深さを適宜に設定することにより（たとえば、凸部２９の高さに比べて溝３１の深さを小とすることにより）、また、ストレート流路では凸部２９をガス流れ方向に長くすること等により、ガス流路２７、２８を流れるガスを凸部２９によってガイドすることができ、ガス流速を大に維持することができる。その結果、単位時間あたりの電極１４、１７のガス接触量を維持して、発電効率を良好に維持することができる。
【００２０】
また、凸部２９の頂面が溝３１によって面内方向に区切られてできる複数の集電部３０が全集電部にわたってほぼ均一な面積となるように、溝３１を設定したので、集電部３０が拡散層１３、１６を押す面圧が均一化され、電解質膜１１に加わる面圧を均一にすることができる。その結果、面圧にばらつきがある場合に比べて、膜の全域にガスが供給されて膜全体が良好に利用され、発電性能が向上する他、面圧が高い部位で膜１１が損傷して燃料電池１０の耐久性が低下するという問題も解決できる。
【００２１】
溝３１の深さが、拡散層１３、１６が集電部３０によって押された時に拡散層１３、１６がつぶれる量以上であるため、スタック締結力によって、凸部２９により押された拡散層部分がつぶれてもなお溝３１にガスが回り込むことができ、その部分での発電が維持される。
また、溝３１の深さが、凸部２９の高さより小であるため、ストレート部で凸部が長ランドであっても、溝３１の形成部になお凸部２９の根元が残っており、ガスをガイドしてガス流速を維持することができる。
【００２２】
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
本発明の実施例１においては、図１−図３に示すように、ガス流路２７、２８の少なくとも一方の流路内に、屈曲部２７ｃ、２８ｃもストレート部２７ｄ、２８ｄにおいても、互いに同形状の（たとえば、平面視で正方形の）凸部２９が形成されており、各凸部２９には、少なくとも１本の第１の溝３１ａとそれと直交する少なくとも１本の第２の溝３１ｂが切ってある。図１、図２の例では、第１の溝３１ａが１本で、第２の溝３１ｂが１本で、十字の溝３１が切ってある。凸部と凸部の間の空間はガスが流れる流路を構成する。溝３１の深さは凸部２９の高さより小である。
本発明の実施例１の作用、効果は、凸部直下の拡散層部分へのガスの回り込みとその部分の排水性が確保され、かつ、ガス流速を良好に維持できることである。
【００２３】
本発明の実施例２においては、図４−図７に示すように、ガス流路２７、２８の少なくとも一方の流路内に、凸部３１が形成されており、屈曲部２７ｃ、２８ｃにおける凸部３１の形状は短ランド（たとえば、平面視で正方形）であり、ストレート部２７ｄ、２８ｄにおける凸部３１の形状はガス流れ方向に長く延びた長ランド（たとえば、平面視で長辺がガス流れ方向に延びる長方形）とされている。短ランドの凸部２９には、少なくとも１本の第１の溝３１ａとそれと直交する少なくとも１本（第１の溝３１ａと同数）の第２の溝３１ｂが切ってある。図１、図２の例では、第１の溝３１ａが１本で、第２の溝３１ｂが１本で、十字の溝３１が切ってある。長ランドの凸部２９には、ガス流れ方向と平行に少なくとも１本の第１の溝３１ａとそれと直交する少なくとも１本（第１の溝３１ａより多い数）の第２の溝３１ｂが切ってある。図１、図２の例では、第１の溝３１ａが１本で、第２の溝３１ｂが３本の、溝３１が切ってある。凸部と凸部の間の空間はガスが流れる流路を構成する。溝３１の深さは凸部２９の高さより小である。
本発明の実施例２の作用、効果は、凸部直下の拡散層部分へのガスの回り込みとその部分の排水性が確保され、かつ、ガス流速を良好（実施例１よりも良好）に維持できることである。短ランドの集電部３１も長ランドの集電部３１も、ほぼ同じ面積で、面圧が均一化されている。従来は長ランドでの面圧のばらつきにより、長ランド直下の膜１１の耐久性が低下していたが、本発明の実施例２では長ランド直下の膜の耐久性が短ランド直下の膜の耐久性程度に改善される。
【００２４】
本発明の実施例３においては、図８に示すように、ガス流路２７、２８の少なくとも一方の流路内に、凸部３１が形成されている。ストレート部２７ｄ、２８ｄにおける凸部３１の形状はガス流れ方向に長く延びた長ランドとされている。長ランドの凸部２９には、ガス流れ方向と平行に少なくとも１本の第１の溝３１ａとそれと斜交する少なくとも１本（第１の溝３１ａより多い数）の第２の溝３１ｂが切ってある。図１、図２の例では、第１の溝３１ａが１本で、第２の溝３１ｂが第１の溝３１ａの片側で４本、両側で８本の、溝３１が切ってある。                                  
本発明の実施例３の作用、効果については、第２の溝３１ｂを、第１の溝３１ａに対して斜交するように設けたので、集電部３０に生成した水の排出性が良くなる。第１の溝３１ａ内の生成水は第１の溝３１ａに入ったガスでガス流れ方向に押出され、斜めの第２の溝３１ｂ内の生成水は第１の溝３１ａから第２の溝３１ｂに入るガスで押し出されるとともに、凸部２９の側面を流れるガス流れで引き出される。排水が良くなることにより、電極のガスとの接触が生成水で阻害されにくくなり、フラッディングが抑制され、とくに酸化ガス流露の下流域での発電性能が改善される。
【００２５】
本発明の実施例４においては、図９、図１０に示すように、ガス流路２７、２８は屈曲部（折り返し部）２７ｃ、２８ｃを有し、その部分の流路内に、凸部３１が形成されている。屈曲部２７ｃ、２８ｃにおける凸部３１の形状は短ランドとされており、たとえばセパレータの縦、横の辺と平行に延びる縦、横の辺を有する正方形（平面視にて）とされている。
溝３１は、ガス流路のガス流れと同じ方向に延びる第１の溝３１ａを含み（図示例では、第２の溝をもたない）、該第１の溝３１ａは、ガス流路２７、２８の屈曲部２７ｃ、２８ｃにおいては該屈曲部２７ｃ、２８ｃを流れるガス流れに沿った方向に傾けられている。本発明の実施例４の作用、効果については、第１の溝３１ａが、屈曲部２７ｃ、２８ｃにおいては該屈曲部２７ｃ、２８ｃを流れるガス流れに沿った方向に傾けられているので、第１の溝３１ａがガス流れのガイドとなって圧損を低減させ、その結果、屈曲部２７ｃ、２８ｃを含みガス流路２７、２８の全長にわたって流路圧損が小さく、発電効率を向上させることができる。また、ガス流路２７、２８の屈曲部２７ｃ、２８ｃのガス流れを良好に維持して、単位時間あたりの電極のガス接触量を大に維持できるので、発電効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明の実施例５においては、図１１、図１２に示すように、凸部２９が、ガス流路２７、２８の屈曲部に設けられた短ランドと、ガス流路２７、２８の直線部に設けられた長ランドとを有し、溝３１が長ランドに設けた段差の低部分からなり、該段差の低部分からなる溝によって、長ランドの集電部３０の面積が、短ランドの集電部３０の面積とほぼ等しくなるように、溝３１が長ランドに切られている。短ランドの凸部２９には溝３１は切られておらず、長ランドの凸部２９にだけ溝３１が切られており、しかも溝３１はガス流れ方向と直交する方向に延びる第２の溝３１ｂだけからなる。第２の溝３１ｂの幅は他の実施例に比べて広く、集電部３０とほぼ同じ幅をもつ。第２の溝３１ｂは長ランドの２つの側面間にわたって延びる。
本発明の実施例５の作用、効果については、溝３１によって、長ランドの各集電部３０の面積が流路屈曲部の短ランドの集電部３０の面積とほぼ等しくされているので、長ランドの各集電部の面圧と短ランドの集電部３０の面圧とがほぼ均一になり、突出した面圧が無くなることによって電解質膜１１へ与えるダメージを少なくすることができる。その結果、燃料電池１０の耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１の燃料電池のセパレータのガス流路内の凸部の斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の燃料電池の単セルの一部の断面図である。
【図３】本発明の実施例１の燃料電池のセパレータの正面図である。
【図４】本発明の実施例２の燃料電池の単セルの一部の断面図である。
【図５】本発明の実施例２の燃料電池のセパレータのガス流路のストレート部内の凸部の平面図である。
【図６】本発明の実施例２の燃料電池のセパレータのガス流路の屈曲部内の凸部の平面図である。
【図７】本発明の実施例２の燃料電池のセパレータの正面図である。
【図８】本発明の実施例３の燃料電池のセパレータのガス流路のストレート部内の凸部の平面図である。
【図９】本発明の実施例４の燃料電池のセパレータの正面図である。
【図１０】本発明の実施例４の燃料電池のセパレータのガス流路の屈曲部内の複数の凸部の平面図である。
【図１１】本発明の実施例５の燃料電池のセパレータのガス流路のストレート部内の凸部の平面図である。
【図１２】本発明の実施例５の燃料電池のセパレータのガス流路のストレート部内の凸部の断面図である。
【図１３】本発明の何れの実施例にも適用可能な燃料電池のスタックの側面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２、１５  触媒層
１３、１６  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セル
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２７  燃料ガス流路
２７ａ  ガス入口
２７ｂ  ガス出口
２７ｃ  屈曲部（折り返し部）
２７ｄ  ストレート部（段部）
２７ｅ  仕切リブ
２８  酸化ガス流路
２８ａ  ガス入口
２８ｂ  ガス出口
２８ｃ  屈曲部（折り返し部）
２８ｄ  ストレート部（段部）
２８ｅ  仕切リブ
２９  凸部
３０  集電部
３１  溝
３１ａ  第１の溝
３１ｂ  第２の溝
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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