(57)【要約】      （修正有）【課題】反応ガス流路に加えてガス拡散電極内の排水機能を向上することができる燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜の両側に配置されたガス拡散電極と、ガス拡散電極に隣接して配置され、その接触面４ａに、ガス拡散電極に接触するリブ６と、リブ６間に形成された溝形状のガス流路５を有するセパレータ４を備える。リブ６のガス拡散電極に接触する面１６の一部（親水部２１ｂ）と、ガス流路５を形成する溝表面１７の一部（親水部２１ａ）に、連通して親水処理を施すことにより親水部２１を形成する。【選択図】図２
2005116179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に配置されたガス拡散電極と、
前記ガス拡散電極に隣接して配置され、その接触面に、前記ガス拡散電極に接触するリブと、前記リブ間に形成された溝形状の反応ガス流路と、を有するセパレータと、を備え、
前記リブの前記ガス拡散電極に接触する面の一部と、前記反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより、親水部を形成することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記溝表面のうち溝側面に親水処理を施し、かつ、前記溝表面の親水処理を施す面積割合を、前記反応ガス流路の流路軸方向について変化させる請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記親水処理を施す面積割合を、発電領域の発電割合、あるいは、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて変化させる請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記親水部を、前記反応ガス流路の流路軸方向について断続的に形成する請求項２または３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記親水部を、前記反応ガス流路の流路軸方向について連通して形成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記親水部を、前記反応ガス流路全体のうち、下流領域のみに形成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記溝表面のうち親水処理が施されていない領域の少なくとも一部に撥水処理を施した撥水部を形成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セパレータを、撥水性を有する平板に、少なくとも一部に親水処理を施した前記リブを配置することにより構成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記ガス拡散電極に親水処理を施す請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記反応ガス流路を、一端が供給側マニホールドに連通し、もう一端が行き止まりよりなる供給側ガス流路と、
一端が排出側マニホールドに連通し、もう一端が行き止まりよりなる排出側ガス流路と、を交互に配置することにより構成し、
前記排出側ガス流路のみに親水部を形成する請求項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、燃料電池内の水マネージメントが必要となる固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池として、以下のように、ガス流路の水詰まりを抑制するための構成を備えたものが知られている。
【０００３】
固体高分子電解質膜を挟持する燃料極と酸化剤極の両外面に、反応ガス流通溝を備えたセパレータを、反応ガス流通溝が燃料極または酸化剤極に面するように配置し、ガスシール層で気密に保持して構成する。セパレータの内表面の少なくとも一部には、例えば（ポリ）アミノ酸またはタンパク質からなる親水性塗膜を備え、セパレータに冷却水流通溝を設けて燃料電池を構成する（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開２００１−９３５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記背景技術に記載したような燃料電池においては、ガス流路内の閉塞は防止できるが、ガス拡散電極内の水が排水され難い。そのため、ガス拡散電極内でフラッディングが生じて反応ガスの拡散性が低下し、発電効率が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、反応ガス流路に加えてガス拡散電極内の排水機能を向上することができる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】
【０００６】
本発明は、電解質膜の両側に配置されたガス拡散電極と、前記ガス拡散電極に隣接して配置され、その接触面に、前記ガス拡散電極に接触するリブと、前記リブ間に形成された溝形状の反応ガス流路と、を有するセパレータと、を備える。前記リブの前記ガス拡散電極に接触する面の一部と、前記反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより親水部を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
リブのガス拡散電極に接触する面の一部と、反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより親水部を形成する。これにより、ガス拡散電極に接触する面の一部で吸収した水が、親水部内を通って溝表面に移動し、反応ガス流路内を流通する反応ガスに蒸発または運搬されることにより除去することが可能となる。その結果、ガス拡散電極の排水機能を向上することができ、反応ガスの拡散性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の実施形態について説明する。燃料電池を構成する単位セルの概略構成を図１に示す。燃料電池は、複数の単位セルを積層することにより形成したスタックを用いて構成する。または、一つの単位セルを用いて構成しても良い。
【０００９】
図示しない触媒層を有する電解質膜１を一対のガス拡散電極２に狭持し、さらに二つのセパレータ４で狭持する。なお、触媒層は、ガス拡散電極２の電解質膜１に接触する面に形成してもよい。または、電解質膜１、触媒層、ガス拡散層２を独立して形成し、組みたで時に一体化してもよい。セパレータ４を反応ガスおよび水の透過性を有さない緻密材により形成する。また、セパレータ４の外周に沿って、セパレータ４に挟まれた空間を閉塞するシール材３を備える。シール材３により、ガス漏れと短絡を防止する。
【００１０】
セパレータ４のガス拡散電極２に接触する面４ａに、燃料ガスもしくは酸化剤ガスを流通する複数の溝状のガス流路５を形成する。溝状のガス流路５を、ガス拡散電極２に平行な溝底面１１、ガス拡散電極２に垂直な溝側面１２ａ、１２ｂから形成された溝表面１７と、ガス拡散電極２の表面と、に囲まれた空間により形成する。また、隣り合うガス流路５間には、ガス流路５同士を仕切るリブ６が形成される。ここでは、リブ６を、ガス拡散電極２に接触する接触面１６と、溝側面１２ａ、１２ｂとに囲まれた凸領域により形成する。リブ６は、機械的強度を保つための機能と、集電機能を担う。
【００１１】
次に、このような単位セルに用いるセパレータ４の拡大図を図２に示す。
【００１２】
セパレータ４のガス拡散電極２に対峙する面４ａの一部に親水処理を施す。ここでは、接触面１６の一部とそれに隣接する各溝側面１２に、連通して親水処理を施すことにより、略Ｌ字形状の親水部２１を形成する。図２に示すように、溝側面１２全体と接触面１６の一部に形成した親水部２１ｘは、リブ６を介して隣接する親水部２１ｙとは連通せず、接触面１６の一部で不連続とする。つまり、溝側面１２は親水部２１ａとなり、溝底面１１は非親水部２２、接触面１６は、ガス流路５に垂直な断面において端部が親水部２１ｂ、中央部が非親水部２２となる。
【００１３】
このように形成することで、セパレータ４とガス拡散電極２との接触面１６の一部は親水処理が施され、一部は親水処理が施されていない状態となる。また、ガス流路５の溝表面１７についても、一部に親水処理が施され（溝側面１２）、一部は親水処理が施されていない(溝底面１１)状態となる。
【００１４】
本実施形態の別の例として、図３に、断面が曲面形状のガス流路５を有するセパレータ４を示す。
【００１５】
接触面１６の一部からガス流路５を形成する溝表面１７の一部まで連通する親水部２１を形成する。例えば、ガス流路５を形成する溝表面１７のうち、ガス拡散電極２に対して垂直に近い角（４５°〜９０°）を為す面を溝側面１２とし、ガス拡散電極２に対して平行に近い角（０°〜４５°）を為す面を溝底面１１とする。溝側面１２、接触面１６の一部に、略Ｌ字形状の親水部２１を形成する。これにより、接触面１６の一部は親水部２１ｂに、一部は非親水部２２に形成される。また、溝表面１７の一部は親水部２１ａに、一部は非親水部２２に形成される。
【００１６】
なお、親水部２１は、ガス流路４の流路軸に垂直な断面において、リブ６の両端に略対称的に形成されるのが好ましい。
【００１７】
次に、セパレータ４に上述したような親水部２１を形成した場合の水の状態について説明する。
【００１８】
電気化学反応により生成され、ガス拡散電極２内に溜まった水が、接触面１６に形成した親水部２１ｂに吸水される。親水部２１ｂに吸収された水は、水の濃度差によって溝側面１２に形成した親水部２１ａに拡散し、溝側面１２に水の膜が形成される。ガス流路５内を反応ガスが流通することにより、溝側面１２の表面に形成された膜状の水が蒸発し、または、小さな水滴として反応ガスと共に燃料電池外に排出される。これにより、ガス拡散電極２に貯留される水を除去することができるので、ガス拡散電極２のガス拡散性を維持して燃料電池の性能、安定性を向上することができる。
【００１９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２０】
電解質膜１の両側に配置されたガス拡散電極２と、ガス拡散電極２に隣接して配置され、その接触面４ａに、ガス拡散電極２に接触するリブ６と、リブ６間に形成された溝形状のガス流路５を有するセパレータ４と、を備える。リブ６のガス拡散電極２に接触する面１６の一部（親水部２１ｂ）と、ガス流路５を形成する溝表面１７の一部（親水部２１ａ）に、連通して親水処理を施すことにより親水部２１を形成する。
【００２１】
これにより、ガス拡散電極２に存在する水をガス流路５側に移動させ易くし、ガス流路５内を流通する反応ガスと共に、液水のまま、もしくは、蒸発させてセル外部に排出することができるので、ガス拡散電極２の排水機能を向上することができる。その結果、ガス拡散電極２におけるフラッディング等による性能低下を抑制し、燃料電池の耐久性・信頼性を確保することができる。また、リブ６の一部のみを親水部２１ｂとすることで、リブ６と拡散電極２の間の存在する水が、リブに隣接する両ガス通路から同時にドライビングフォースを受け、逆に移動しにくくなる状態を避けつつ、より隣接するガス流路５のうちのどちらかへ水を導き易くすると共に、ガス拡散電極２とセパレータ４との間の、親水処理による接触電気抵抗の増加を抑制することができる。さらに、ガス流路５の上流領域においては、ガス拡散電極２で吸収した水を、ガス流路５に移動させて、反応ガス中に蒸発させることにより、反応ガスの加湿を行うことができる。
【００２２】
また、溝表面１７の一部のみに親水処理を施して親水部２１ａとするので、処理面積を低減することができるとともに、比較的狭い領域に液水を集中させるので、溝表面１７の一部に水の膜を形成しやすく、反応ガスによりガス流路５から除去され易くすることができる。
【００２３】
次に、第２の実施形態について説明する。ガス流路５の斜視拡大図を図４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。
【００２４】
接触面１６の一部と溝側面１２とに連通して親水部２１を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積割合が変化するように形成する。ここでは、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて、溝側面１２に形成する親水部２１ａの面積割合を変化させる。ガス流路５の入口５ｉ側で、それぞれの溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積を最も小さく、ガス流路５の出口５ｏ側に向かうに従って大きくなるように形成する。ここでは親水部２１ａの面積割合を段階的に変化させたが、連続して変化させても良い。親水部２１の一部は、接触面１６に連通しているため、溝側面１２に形成した親水部２１ａの溝底部１１までの距離ｈを変化させることにより面積を変化させる。
【００２５】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００２６】
溝表面１７のうち溝側面１２に親水処理を施し、かつ、溝表面１７の親水処理を施す面積割合を、ガス流路５の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。
【００２７】
ここでは、親水処理を施す面積割合を、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて変化させる。供給される反応ガスの湿度がほぼ１００％の場合には、反応に伴って生じる水は液水の状態で存在する。そこで、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積を、ガスの流通方向下流側に向かって増大させる。これにより、ガス流路５内の下流側に向かうに従って、吸水性および水保持性が向上する。その結果、液水として存在する水量が多く、比較的水詰まりの生じ易い下流側で、排水機能を向上することができるので、フラッディングを抑制することができる。
【００２８】
ここでは、面積割合を段階的に変化させる。これにより、親水処理を比較的簡単に施すことができる。なお、面積割合を連続的に変化させてもよい。この場合には、親水部２１の面積を存在する液水量に応じて正確に設定することができる。
【００２９】
また、ガス流路５の上流側から下流側に連通して親水部２１を形成する。これにより、ガス流路５の流路軸方向全体で、親水部２１内を水の移動が可能となるので、排水機能と液水の存在量のバランスが崩れた場合にも、水詰まりを生じることなく排水を行うことができる。
【００３０】
次に、第３の実施形態について説明する。ガス流路５の斜視拡大図を図５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。
【００３１】
接触面１６の一部と溝側面１２とに連通して親水部２１を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積割合が変化するように形成する。ここでは、発電領域の発電割合に応じて、溝側面１２に形成する親水部２１ａの面積割合を設定する。発電割合の大きな領域では多くの水を必要とするため、親水部２１ａの面積割合を大きくして含有できる水分量を増大する。ガス流路５の入口５ｉ側で、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積を最も大きく、ガス流路５の出口５ｏ側に向かうに従って小さくなるように構成する。ここでは親水部２１ａの面積を段階的に変化させたが、連続的に変化させてもよい。親水部２１の一部は、接触面１６に連通しているため、溝側面１２に形成した親水部２１ａの溝底部１１までの距離ｈを変化させることにより面積を変更する。
【００３２】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１または第２の実施形態と異なる効果を中心に説明する。
【００３３】
溝表面１７のうち溝側面１２に親水処理を施し、かつ、親水処理を施す面積割合を、ガス流路５の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。
【００３４】
ここでは、親水処理を施す面積割合を、発電領域の発電割合に応じて変化させる。発電が多く行われる上流領域では、多くの水が必要となる。また、反応ガスが比較的乾燥している上流領域では、反応ガスから発電に用いる水を十分に供給するのが難しい。そこで、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積を、ガスの流通方向上流側に向かって増大させる。これにより、ガス流路５内の上流側に向かうに従って、吸水性および水保持性が向上する。その結果、液水として存在する水量が多く、比較的水詰まりの生じ易い下流側で吸収した水を上流側に移動させて、反応ガスの加湿に用いることができる。その結果、反応ガスの乾燥による発電効率の低下を抑制することができ、効率がよく、安定した発電を行うことができる。
【００３５】
ここでは、面積割合を段階的に変化させる。これにより、親水処理を比較的簡単に施すことができる。なお、面積割合を連続的に変化させてもよい。この場合には、親水部２１の面積を発電に必要とされる水量に応じて正確に設定することができる。
【００３６】
次に、第４の実施形態について説明する。ガス流路５の斜視拡大図を図６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。
【００３７】
接触面１６の一部と溝側面１２とに連通して親水部２１を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面１２に形成した親水部２１ａの面積が変化するように形成する。ここでは、接触面１６の一部から溝側面１２に連通して形成される親水部２１を、反応ガスの流通方向について断続的に形成する。例えば、図６に示すように、ガス流路５内のガス流通方向について、親水部２１を等間隔に形成し、その間を非親水部２２とする。
【００３８】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜３の実施形態の効果とは異なる効果を中心に説明する。
【００３９】
溝表面１７のうち溝側面１２に親水処理を施し、かつ、親水処理を施す面積割合を、ガス流路５の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。
【００４０】
ここでは、親水部２１をガス流路５の流路軸方向について断続的に形成する。親水部２１と非親水部２２との境界面では、親水部２１ａに形成された水の膜が水滴に変化し易くなり、ひいては、反応ガスと共に燃料電池から排出され易くなる。特に、親水部２１と非親水部２２との境界のうち、親水部２１の下流側に位置する境界２４において、親水部２１に含有される水が反応ガスとともに排出され易くなる。その結果、排水機能を向上することができ、水詰まりを維持してガス拡散性を維持することができる。
【００４１】
なお、図６においては、親水部２１を三つとしたがこの限りではなく、親水部２１の水保持機能と過剰な水分の排水機能のバランスがとれるように形成すればよい。また、各親水部２１は、同面積とは限らない。例えば反応ガスの湿度が比較的低くなりやすい上流領域では面積を大きくすることにより、水保持機能を向上させることができる。また、液水として存在する水量が比較的多くなりやすい下流領域では、それぞれの親水部２１の面積および間隔を小さくして、親水部２１と非親水部２２との境界を多く形成することにより、排水機能を向上させることができる。
【００４２】
次に、第５の実施形態について説明する。セパレータ４の斜視概略図を図７に示す。以下、第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
溝底面１１の一部に親水部２１ｃを形成する。ここでは、少なくとも第４実施形態における溝側面２２の非親水部２２と、流路軸方向に重なる領域より大きな領域に親水部２１を形成する。つまり、親水部２１ｃは、流路軸方向についての長さが、溝側面１２に形成した流路軸方向について隣り合う親水部２１ａ間の距離より大きく、かつ、その隣り合う親水部２１ａの間に配置される。このように親水部２１を形成することで、第４実施形態においては、流路軸方向に断続的に形成された親水部２１ａが、親水部２１ｃを介して連通して形成される。
【００４４】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜４の実施形態とは異なる効果を中心に説明する。
【００４５】
親水部２１を、ガス流路５の流路軸方向について連通して形成する。このように形成することで、ガス流路５の入口５ｉから出口５ｏにかけて、連続した親水部２１を形成することができる。そのため、親水部２１に吸収された水の流路軸方向の移動を促進することができ、流路軸方向について局所的に反応ガスが乾燥したり、フラッディングが生じるのを抑制することができる。
【００４６】
次に、第６の実施形態について説明する。セパレータ４の、ガス拡散電極２に接触する面４ａの平面図を図８に示す。
【００４７】
セパレータ４に、複数の並列に形成された蛇行形状のガス流路５を形成する。隣り合うガス流路５間には、流路を仕切るリブ６が形成される。ガス流路５の一端は、燃料電池を積層方向に貫通する供給側マニホールド７に連通し、もう一端は、同じく燃料電池を積層方向に貫通する排出側マニホールド８に連通する。
【００４８】
外部から燃料電池に供給された反応ガスは、供給側マニホールド７から積層された各単位セルのガス流路５に分配される。反応ガスがガス流路５内を流通する際に、その一部がガス拡散電極２に拡散し反応に用いられる。反応後の反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通した排出側マニホールド８に回収され、燃料電池の外部に排出される。
【００４９】
このようなセパレータ４において、ガス流路５の下流側領域Ａに親水部２１を形成する。ここでは、蛇行形状の最下流の段のみに親水部２１を形成する。図８に示すように、ガス流路５を三段階の蛇行形状に形成し、三段目のみに親水部２１を形成する。親水部２１の形状としては、第１〜５の実施形態に示した何れを用いても良い。
【００５０】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜５の実施形態の効果とは異なる効果を中心に説明する。
【００５１】
親水部２１を、ガス流路５全体のうち、下流側領域Ａのみに形成する。このように、フラッディングが生じる可能性の高い下流側領域Ａのみに親水部２１を形成することで、処理を施す領域を低減することができるので、処理コストを抑え、効率のよい排水機能を形成することができる。
【００５２】
次に、第７の実施形態について説明する。セパレータ４のガス拡散電極２に接触する面４ａの平面図を図９に示す。以下、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５３】
第６の実施形態と同様に、セパレータ４に蛇行形状のガス流路５を形成する。ただし、ガス流路５の折り返し部分に、燃料電池を積層方向に貫通する中間マニホールド９を形成する。ここでは、ガス流路５を三段の蛇行形状に形成しているので、一段目から二段目に折り返す折り返し部分に中間マニホールド９ａ、二段目から三段目に折り返す折り返し部分に中間マニホールド９ｂを形成する。
【００５４】
このようなセパレータ４において、第６の実施形態と同様に、ガス流路５の下流側領域Ａに親水部２１を形成する。ここでは、蛇行形状の最下流の段である三段目のみに親水部２１を形成する。親水部２１の形状としては、第１〜５の実施形態に示した何れを用いても良い。このように構成することで、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
次に、第８の実施形態について説明する。セパレータ４のガス拡散電極２に接触する面４ａの平面図を図１０に示す。
【００５６】
セパレータ４に、直線形状の複数のガス流路５を平行に設ける。隣り合うガス流路５間には、流路を仕切るリブ６が形成される。各ガス流路５の一端は、供給側マニホールド７に並列に接続され、もう一端は、排出側マニホールド８に並列に接続される。
【００５７】
燃料電池に外部から供給された反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通して形成された供給側マニホールド７から、各単位セルのガス流路５に分配される。反応ガスがガス流路５内を流通する際に、その一部がガス拡散電極２に拡散して反応に用いられる。反応後の反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通した排出側マニホールド８に回収され、燃料電池の外部に排出される。
【００５８】
このように形成したセパレータ４において、直線形状のガス流路５の下流側領域Ｂのみに親水部２１を設ける。親水部２１の形状としては、第１〜５の実施形態に示した何れを用いても良い。
【００５９】
このように構成することで、第６の実施形態と同様に、フラッディングを抑制しつつ処理を施す領域を低減することができるので、処理コストを抑え、効率のよい排水機能を形成することができる。
【００６０】
次に、第９の実施形態について説明する。セパレータ４の、ガス流路５の流路軸に垂直な方向の断面を図１１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。
【００６１】
第１の実施形態と同様に、溝側面１２と接触部１６にＬ字形状の親水部２１を形成する。これに加えて、溝表面１７のうち非親水部２２であった領域に撥水処理を施して撥水部２３を形成する。ここでは、溝底面１１に撥水処理を施して、撥水部２３を形成する。そのため、溝側面１２と溝底面１１により形成される角部１０が、親水部２２と撥水部２３の境界となる。流路軸に垂直な断面において、溝表面１７には、親水部２１ａと撥水部２３が形成される。
【００６２】
本実施形態は、溝表面１７のうち親水処理が施されていない領域（非親水領域２２）の少なくとも一部に撥水処理を施した撥水部２３を形成する。これにより、より親水部２１に液水が集中し易くなるので、親水部２２の表面に水の膜ができ易くなり、ひいては反応ガスの流れに伴って除去され易くなる。その結果、ガス拡散電極２とガス流路５の排水機能が向上されるので、フラッディングが生じるのを抑制することができる。また、親水部２１に含有されない水については、撥水部２３においてガス流路５の表面に水滴状に存在するため、反応ガスの流れにより排出され易くなる。
【００６３】
また、親水部２１と撥水部２３の境界部分において、水が滞留するのを防止し、ガス流路５に水が滞留するのを抑制することができる。特に、親水部２１と撥水部２３の境界部分を、ガス流路５の角部１０となるように形成した。これにより、比較的水が滞留し易い角部１０の排水機能を向上することができるので、ガス流路５内に水を滞留し難くすることができる。
【００６４】
なお、第１の実施形態に加えて、第２〜５の実施形態のいずれにおいても同様に撥水部２３を形成することができる。例えば、溝表面１７のうち親水処理の施されていない領域全体に撥水処理を施して撥水部２３を形成してもよい。または、溝底面１１の親水処理を施されていない領域に撥水処理を施して撥水部２３を形成してもよい。さらに、このような撥水部２３は、第６〜８の実施形態に記載したいずれのセパレータ４に形成したガス流路５にも適用することができる。
【００６５】
次に、第１０の実施形態について説明する。セパレータ４の、ガス流路５の流路軸に垂直な方向の断面を図１２に示す。以下、第９の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６６】
セパレータ４を、撥水性材料とその他の材料から構成する。撥水性材料として、平板４１を用いる。また、その他の材料として、撥水性を有さない柱状のリブ部材４２を用いる。なお、リブ部材４２は、セパレータ４組み立て後には、第１の実施形態におけるリブ６を形成する。よって、リブ部材４２には、組み立て時に接触面１６となる面の一部に親水部２１ｂを形成し、また、溝側面１２となる面の少なくとも一部に親水部２１ｂに連通する親水部２１ａを形成する。
【００６７】
平板４１にリブ部材４２を等間隔に配置することにより、隣り合うリブ部材４２間にガス流路５を形成する。このように構成することで、溝表面１７のうち溝底面１１は平板４１により形成されるので、溝底面１１は撥水部２３となる。また、溝側面１２は、リブ部材４２に形成された親水部２１ａとなり、ガス流路５内に親水部２１と撥水部２３が形成される。
【００６８】
このようにセパレータ４を、撥水性を有する平板４１に、少なくとも一部に親水処理を施したリブ部材４２を配置することにより構成する。これにより、第９の実施形態と比べて簡単に、溝表面１７に親水部２１と撥水部２３を形成することができる。
【００６９】
なお、第１の実施形態に加えて、第２〜４の実施形態のいずれにおいても同様に撥水部２３を形成することができる。また、第６〜８の実施形態に記載したいずれのセパレータ４に形成したガス流路５にも適用することができる。
【００７０】
次に、第１１の実施形態について説明する。セパレータ４およびガス拡散電極２の、ガス流路５の流路軸に垂直な方向の断面を図１３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。
【００７１】
第１の実施形態において、セパレータ４に接触するガス拡散電極２に、親水処理を施す。ここでは、ガス拡散電極２全体に親水処理を施すが、その限りではない。このようにガス拡散電極２に親水処理を施すことで、反応領域で生成された水がガス拡散電極２内を移動し易くなる。よって、発電反応によって生じた生成水が、ガス拡散電極２内でリブ５との接触面１６、ひいては親水部２１まで移動し易くなるので、ガス拡散電極２から水が排出され易くなる。その結果、親水部２１を通って溝表面１７に到達し、反応ガスとともに燃料電池外に排出され易くなる。
【００７２】
なお、第１の実施形態に加えて、第２〜１０の実施形態のいずれにおいても、同様に、ガス拡散電極２に親水処理を施すことができる。
【００７３】
次に、第１２の実施形態について説明する。セパレータ４のガス拡散電極２に接触する面４ａの平面図を図１４に示す。以下、第６の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
ガス流路５として、櫛型交互形状の流路を用いる。一端が供給側マニホールド７に連通し、もう一端が行き止まり１３ａとなる供給側ガス流路５ａと、一端が排出側マニホールド８に連通し、もう一端が行き止まり１３ｂとなる排出側ガス流路５ｂとを、交互に形成することによりガス流路５を構成する。供給側ガス流路５ａと排出側ガス流路５ｂとは互いに連通させず、また、それぞれの流路軸は、互いに平行となるように形成される。隣り合う供給側ガス流路５ａと排出側ガス流路５ｂとの間には、流路を仕切るリブ６が形成される。
【００７５】
供給側マニホールド７から供給された反応ガスは、並列に形成された複数の供給側ガス流路５ａにそれぞれ分配される。この供給側ガス流路５ａは下流端が行き止まり１３ａとなっているため、反応ガスは強制的にセパレータ４に隣接する図示しないガス拡散電極２に拡散される。ガス拡散電極２に透過した反応ガスは発電反応に用いられた後、上流端が行き止まり１３ｂとなっている排出側ガス流路５ｂに排出される。反応ガスは、排出側ガス流路５ｂを通って排出側マニホールド８に回収され、燃料電池の外部に排出される。このような櫛型交互形状のガス流路５において、排出側ガス流路５ｂのみに親水部２１を形成する。ガス拡散電極２に拡散した反応ガスは、発電反応により消費されるため、供給側ガス流路５ａ内に比較して排出側ガス流路５ｂ内のガス流量は小さくなる。そのため、排出側ガス流路５ｂ内での反応ガスの流速は小さくなり、水が排出され難くなる。そこで、排出側ガス流路５ｂに親水部２１を設けることで、反応ガスの流速が遅い場合にも水を移動し易くさせて流路が閉塞されるのを防止する。
【００７６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１〜１１の実施形態の効果とは異なる効果のみを説明する。
【００７７】
ガス流路５を、一端が供給側マニホールド７に連通し、もう一端が行き止まり１３ａよりなる供給側ガス流路５ａと、一端が排出側マニホールド８に連通し、もう一端が行き止まり１３ｂより成る排出側ガス流路５ｂと、を交互に配置することにより構成する。排出側ガス流路５ｂのみに親水部２１を形成する。これにより、流通する反応ガス流量が少ない排出側ガス流路５ｂにおいて、フラッディングを抑制し、発電効率を維持することができる。
【００７８】
なお、本実施形態に用いるガス流路５の形状は、第１〜５、９、１０の実施形態の何れを用いても良い。また、第１１の実施形態と同様に、ガス拡散電極２に親水処理を施しても良い。
【００７９】
また、ここではガス流路５について、燃料ガスを流通するアノードガス流路であるか、酸化剤ガスを流通するカソードガス流路であるかの限定を行っていないが、どちらか一方の流路のみを上述したような構成としてもよいし、両方の流路を上述したような構成としてもよい。
【００８０】
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良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】
【００８１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池の単位セルの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いるセパレータの断面図である。
【図３】第１の実施形態に用いるセパレータの別の例の断面図である。
【図４】第２の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。
【図５】第３の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。
【図６】第４の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。
【図７】第５の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。
【図８】第６の実施形態に用いるセパレータの平面図である。
【図９】第７の実施形態に用いるセパレータの平面図である。
【図１０】第８の実施形態に用いるセパレータの平面図である。
【図１１】第９の実施形態に用いるセパレータの断面図である。
【図１２】第１０の実施形態に用いるセパレータの断面図である。
【図１３】第１１の実施形態に用いるセパレータとガス拡散電極の断面図である。
【図１４】第１２の実施形態に用いるセパレータの平面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１    固体高分子電解質膜（電解質膜）
２    ガス拡散電極
４    セパレータ
５    ガス流路（反応ガス流路）
５ａ  供給側ガス流路
５ｂ  排出側ガス流路
６    リブ
７    供給側マニホールド
８    排出側マニホールド
１１  溝底面
１２  溝側面
１６  接触面
２１  親水部
２２  非親水部
２３  撥水部
【図１】
2005116179.tif 000003
【図２】
2005116179.tif 000004
【図３】
2005116179.tif 000005
【図４】
2005116179.tif 000006
【図５】
2005116179.tif 000007
【図６】
2005116179.tif 000008
【図７】
2005116179.tif 000009
【図８】
2005116179.tif 000010
【図９】
2005116179.tif 000011
【図１０】
2005116179.tif 000012
【図１１】
2005116179.tif 000013
【図１２】
2005116179.tif 000014
【図１３】
2005116179.tif 000015
【図１４】
2005116179.tif 000016