(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される固体高分子型単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックであって、
前記セパレータの面内には、前記アノード側電極に供給される燃料ガスまたは前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスのうち、少なくともいずれか一方を含む流体を流す流体用通路が設けられるとともに、
前記流体用通路は、ガス入口側に形成されるｍ本（ｍは自然数）の第１ガス流路溝と、
ガス出口側に形成されるｎ本（ｎは自然数、ｍ＞ｎ）の第２ガス流路溝と、
ｍ本の前記第１ガス流路溝とｎ本の前記第２ガス流路溝とを合流する合流部位に設けられ、ｍ本未満の複数本の該第１ガス流路溝とｎ本未満の複数本の該第２ガス流路溝とをそれぞれ一体的に連通する複数の集合部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１ガス流路溝と前記第２ガス流路溝とは、前記集合部を介して流れ方向が反転されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池スタックにおいて、前記集合部の流路断面積は、該集合部に合流する複数本の前記第２ガス流路溝の合計流路断面積と同等に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記集合部は、前記第１ガス流路溝に隣接して配置され、前記第１ガス流路溝が合流するに従って流路断面積が増加する第１三角形状部と、
前記第２ガス流路溝に隣接して配置され、前記第２ガス流路溝に向かうに従って流路断面積が減少する第２三角形状部と、
を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記集合部は、前記第１ガス流路溝に隣接して配置され、前記第１ガス流路溝が合流するに従って流路断面積が増加する三角形状部を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されている。この固体高分子型燃料電池は、通常、単位燃料電池セルおよびセパレータを所定数だけ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】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、通常、触媒電極層（電極面）に導電性を有する多孔質層、例えば、多孔質カーボンペーパがセパレータにより挟持されるとともに、各セパレータの互いに対向する面には、均一な幅寸法に設定された１本または複数本のガス流路が設けられている。
【０００５】
この場合、ガス流路内には、凝結水分や反応によって生成された水分が、液体（水）の状態で存在することがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下してしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特開平６−２６７５６４号公報に開示されているように、アノード極に燃料を供給する燃料流路を有した燃料配流板と、カソード極に酸化剤を供給する酸化剤流路を有した酸化剤配流板とを具備し、前記酸化剤配流板の酸化剤流路の深さあるいは幅のうち、少なくともいずれか一方を酸化剤の上流流路域から下流流路域に沿って徐々に小さくした燃料電池が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ電極面に十分に供給するために、ガス流路がセパレータの面方向に蛇行して、あるいは周回して設けられている。このため、ガス流路がセパレータの面内で相当に長尺化しており、上記の従来技術では、酸化剤流路の上流流路域の深さが大きくなって前記セパレータ自体が相当に肉厚なものとなってしまう。これにより、燃料電池全体の小型化が容易に遂行されないという問題が指摘されている。しかも、ガス流路の上流から下流に向かって深さを徐々に小さくする加工作業が、極めて煩雑なものとなるという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、良好なガス拡散性および排水性を確保するとともに、有効に小型化することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池スタックでは、セパレータの面内に燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくともいずれかを含む流体を流す流体用通路を設けるとともに、この流体用通路は、ガス入口側からガス出口に向かって溝本数が減少する第１および第２ガス流路溝を備え、複数本の前記第１および第２ガス流路溝が一体的に合流する複数の集合部が設けられている。このため、セパレータの面内で流体が消費される際、第１ガス流路溝から第２ガス流路溝に溝本数が減少することにより、ガス出口側の単位面積当たりの反応分子数がガス入口側に比べて減少することがなく、電極面内での反応の均一化を図ることができる。
【００１０】
しかも、複数本の第１および第２ガス流路溝の合流部位に集合部が設けられている。従って、集合部で流体に乱流が惹起され、電極面に対する燃料ガスおよび／または酸化剤ガスのガス拡散性を向上させることが可能になる。
【００１１】
さらに、複数本の第１ガス流路溝から排出された燃料ガスおよび／または酸化剤ガスを集合部で合流させた後、複数本の第２ガス流路溝に分配している。このため、複数本の第２ガス流路溝間のガスの分配が均一に行われる。
【００１２】
また、燃料電池スタックでは、第２ガス流路溝が２本以上に設定されているため、一方の第２ガス流路溝が生成水の結露等により閉塞しても、別の第２ガス流路溝に流体を流すことができる。これにより、セパレータの面内でガスの供給不足による濃度過電圧の増加を防止することができ、セル電圧を安定して得ることが可能になる。
【００１３】
さらにまた、燃料電池スタックでは、第１ガス流路溝と第２ガス流路溝とが集合部を介して流れ方向を反転させている。このため、セパレータの面内には、発電面に対して隙間なく流体用通路を配置することができ、発電性能を有効に維持することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の概略縦断面説明図である。
【００１５】
燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じてこれらが複数組だけ積層されている。燃料電池スタック１０は、全体として直方体状を有しており、例えば、短辺方向（矢印Ａ方向）が重力方向に指向するとともに、長辺方向（矢印Ｂ方向）が水平方向に指向して配置される。
【００１６】
単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード側電極２２とを有するとともに、前記アノード側電極２０および前記カソード側電極２２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層２４、２６が配設される。
【００１７】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２８、３０が設けられ、前記第１ガスケット２８は、アノード側電極２０および第１ガス拡散層２４を収納するための大きな開口部３２を有する一方、前記第２ガスケット３０は、カソード側電極２２および第２ガス拡散層２６を収納するための大きな開口部３４を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２８、３０とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持される。
【００１８】
図１および図３に示すように、第１セパレータ１４は、アノード側電極２０に対向する面１４ａおよび反対側の面１４ｂが長方形状に設定されており、例えば、長辺３５ａが水平方向に指向するとともに、短辺３５ｂが重力方向に指向して配置される。長辺３５ａと短辺３５ｂとの比は、例えば、１．５〜３：１程度に設定されている。
【００１９】
第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部上部側には、水素ガス等の燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口３６ａと、酸素ガスまたは空気である酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス入口３８ａとが設けられる。第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部略中央側には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を通過させるための冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂが設けられるとともに、前記第１セパレータ１４の短辺３５ｂ側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口３６ｂと酸化剤ガス出口３８ｂとが燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口３８ａとは対角の位置に設けられている。
【００２０】
第１セパレータ１４の面１４ａには、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６ｂとに連通する燃料ガス流路（流体用通路）４２が形成される。燃料ガス流路４２は、複数本、例えば、６本（２ｍ本）の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆを備えており、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆの一端側が燃料ガス入口３６ａに連通する。
【００２１】
第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆは、燃料ガス入口３６ａ側から酸化剤ガス入口３８ａ側に向かって水平方向（矢印Ｂ方向）に延在した後、下方向（矢印Ａ方向）に屈曲し、さらに冷却媒体入口４０ａ側から冷却媒体出口４０ｂ側に向かって水平方向に延在する。冷却媒体出口４０ｂの近傍では３本（ｍ本）の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｃが第１集合部４６に合流するとともに、残り３本（ｍ本）の第１ガス流路溝４４ｄ〜４４ｆが第２集合部４８に合流する。
【００２２】
第１および第２集合部４６、４８には、それぞれ２本（ｎ本）の第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂおよび５０ｃ、５０ｄが連通し、前記第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄが水平方向に延在して燃料ガス出口３６ｂに連通する。第１および第２集合部４６、４８の流路断面積は、それぞれ第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂおよび５０ｃ、５０ｄの合計流路断面積と同等に設定されている。
【００２３】
図４に示すように、セパレータ１４の面１４ａとは反対側の面１４ｂには、冷却媒体入口４０ａと冷却媒体出口４０ｂとに連通して冷却媒体流路（流体用通路）５２ａ〜５２ｄが設けられる。冷却媒体流路５２ａ〜５２ｄは、冷却媒体入口４０ａおよび冷却媒体出口４０ｂに連通するそれぞれ１本の主流路溝５４ａ、５４ｂと、前記主流路溝５４ａ、５４ｂ間に設けられる複数本、例えば、４本の分岐流路溝５６とを備える。
【００２４】
図１に示すように、第２セパレータ１６は長方形状に形成されており、この第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部上部側には、燃料ガス入口５８ａおよび酸化剤ガス入口６０ａが貫通形成されるとともに、その両端縁部略中央部には、冷却媒体入口６２ａおよび冷却媒体出口６２ｂが貫通形成される。第２セパレータ１６の短辺側の両端縁部下部側には、燃料ガス出口５８ｂおよび酸化剤ガス出口６０ｂが燃料ガス入口５８ａおよび酸化剤ガス入口６０ａと対角位置になるように貫通形成されている。
【００２５】
第２セパレータ１６のカソード側電極２２に対向する面１６ａには、図２に示すように、酸化剤ガス入口６０ａと酸化剤ガス出口６０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（流体用通路）６４が形成される。酸化剤ガス流路６４では、燃料ガス流路４２と同様に、第１ガス流路溝６６ａ〜６６ｆと第２ガス流路溝６８ａ〜６８ｄとが図示しない第１および第２集合部を介して連通形成されており、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
第２セパレータ１６の面１６ａとは反対側の面１６ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口６２ａと冷却媒体出口６２ｂとを連通する冷却媒体流路７０ａ〜７０ｄが形成される。冷却媒体流路７０ａ〜７０ｄは、第１セパレータ１４に設けられている冷却媒体流路５２ａ〜５２ｄと同様に構成されており、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。
【００２７】
このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００２８】
燃料電池スタック１０内には、燃料ガス（例えば、炭化水素を改質した水素を含むガス）が供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気（または酸素ガス）が供給され、この燃料ガスが第１セパレータ１４の燃料ガス入口３６ａから燃料ガス流路４２に導入される。図３に示すように、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスは、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆに導入されて第１セパレータ１４の面１４ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）に沿って蛇行しながら重力方向に移動する。
【００２９】
その際、燃料ガス中の水素ガスは、第１ガス拡散層２４を通って単位燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される。そして、未使用の燃料ガスは、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆを通って第１および第２集合部４６、４８に一旦導入された後、第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄに分配されて矢印Ｂ方向に移動しながらアノード側電極２０に供給される一方、残余の燃料ガスが燃料ガス出口３６ｂから排出される。
【００３０】
この場合、第１の実施形態では、燃料ガス入口３６ａに６本（２ｍ本）の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆが連通し、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆがその途上で４本（２ｎ本）の第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄに連通した後、燃料ガス出口３６ｂに連通している。従って、第１セパレータ１４の面１４ａ内において、燃料ガス入口３６ａから燃料ガス出口３６ｂに向かって溝本数が削減され、ガス消費による単位面積当たりの分子数の減少を阻止するとともに、前記燃料ガス出口３６ｂ側のガス流速を増加させることができる。このため、燃料ガス出口３６ｂ近傍に発生する反応生成水をガス流速の増加によって有効に前記燃料ガス出口３６ｂに排出させることが可能になり、排水性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄとの合流部位に、第１および第２集合部４６、４８が設けられている。これにより、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｃおよび４４ｄ〜４４ｆに沿って供給される燃料ガスは、一旦、第１および第２集合部４６、４８に導入されるため、前記第１および第２集合部４６、４８でガスの乱流が惹起され、燃料ガス中の水素ガスをアノード側電極２０に対して有効に拡散供給することが可能になるという効果が得られる。しかも、３本の第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｃから排出された燃料ガスを第１集合部４６で合流させた後、２本の第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂに分配している。このため、２本の第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂ間の燃料ガスの分配が均一に行われるという利点がある。なお、他の２本の第２ガス流路溝５０ｃ、５０ｄにおいても、同様である。
【００３２】
さらに、第１および第２集合部４６、４８には、それぞれ２本ずつの流路溝（第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂと５０ｃ、５４ｄ）が連通している。従って、一方の流路溝が生成水の結露等により閉塞したとしても、他の流路溝を介して燃料ガスの円滑な流れが許容される。これにより、第１セパレータ１４の面１４ａ内において、ガス供給不足による濃度過電圧の増加を防止することができ、燃料電池スタック１０を安定して運転することが可能になるという利点がある。
【００３３】
ここで、第１および第２集合部４６、４８の流路断面積は、分配部である第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂおよび５０ｃ、５０ｄのそれぞれの合計流路断面積と同等に設定されている。このため、第１および第２集合部４６、４８から第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄに燃料ガスを円滑に送り出すことが可能になる。
【００３４】
さらにまた、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄとは、第１および第２集合部４６、４８を介して流れ方向が反転されている。従って、第１セパレータ１４の面１４ａ内において、発電面に対して隙間なく流路を配置することができるという効果がある。
【００３５】
ところで、第２セパレータ１６では、酸化剤ガス入口６０ａから酸化剤ガス流路６４に供給された空気が、面１６ａに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガス流路４２に供給された燃料ガスと同様に、空気中の酸素ガスが第２ガス拡散層２６からカソード側電極２２に供給される一方、未使用の空気が酸化剤ガス出口６０ｂから排出される。
【００３６】
また、燃料電池スタック１０には冷却媒体が供給されており、この冷却媒体は、第１および第２セパレータ１４、１６の冷却媒体入口４０ａ、６２ａに供給される。図４に示すように、第１セパレータ１４の冷却媒体入口４０ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路５２ａ〜５２ｄを構成する各主流路溝５４ａに導入され、前記主流路溝５４ａに沿って上方向、水平方向および下方向に向かって流れる。冷却媒体は、それぞれの主流路溝５４ａから分岐された複数の分岐流路溝５６に導入され、前記分岐流路溝５６に沿って面１４ｂ内の略全面にわたり水平方向に流れた後、前記分岐流路溝５６が合流する主流路溝５４ｂを通って冷却媒体出口４０ｂから排出される。
【００３７】
一方、図１に示すように、第２セパレータ１６の冷却媒体入口６２ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路７０ａ〜７０ｄを通り、面１６ｂの略全面にわたって直線的に移動した後、冷却媒体出口６２ｂから排出される。
【００３８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１セパレータ８０の一方の面の正面説明図であり、図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１セパレータ９０の一方の面の正面説明図である。なお、上述した第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０を構成する第１セパレータ１４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。
【００３９】
図５に示すように、第２の実施形態に係る第１セパレータ８０の面８０ａには、燃料ガス入口３６ａに連通する第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと、燃料ガス出口３６ｂに連通する第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄとが設けられるとともに、前記第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと前記第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄとの合流部位に第１および第２集合部８２、８４が形成されている。
【００４０】
第１集合部８２は、第１ガス流路溝４４ｃが連通する部位から第１ガス流路溝４４ｂおよび４４ａが連通する部位に向かって（下方向に向かって）徐々に流路断面積が増加する第１三角形状部８６を有し、この第１三角形状部８６の下部側には、第２ガス流路溝５０ａ、５０ｂに向かうに従って流路断面積が徐々に減少する第２三角形状部８８が設けられている。なお、第２集合部８４は、上記した第１集合部８２と同様に構成されており、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。
【００４１】
このように構成される第１セパレータ８０では、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆに供給された燃料ガスが第１および第２集合部８２、８４に導入される際、前記第１および第２集合部８２、８４に合流する燃料ガスが増加するに従って流路断面積が増加する。一方、第１および第２集合部８２、８４から第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄに燃料ガスが分配されるに従ってこの第１および第２集合部８２、８４の流路断面積が減少している。
【００４２】
これにより、燃料ガスは、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆから第１および第２集合部８２、８４に均等かつ円滑に集合するとともに、この第１および第２集合部８２、８４から第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄに円滑かつ均等に分配される。
このため、燃料ガスの流通が効率的に遂行されるという効果が得られる。
【００４３】
図６に示すように、第３の実施形態に係る第１セパレータ９０の面９０ａには、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄの合流部位に対応して第１および第２集合部９２、９４が設けられている。第１および第２集合部９２、９４は略三角形状を有しており、第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆが合流するに従って（下方に向かって）流路断面積が増加している。
【００４４】
このため、第３の実施形態では、燃料ガスが第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆを通って第１および第２集合部９２、９４に円滑かつ均等に合流される等、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
ところで、第１乃至第３の実施形態では、燃料ガス流路４２を構成する第１ガス流路溝４４ａ〜４４ｆと第２ガス流路溝５０ａ〜５０ｄとが流れ方向を反転させるように構成されているが、図７および図８に示すように、同一の流れ方向を有する燃料ガス流路１００、１１０を用いてもよい。
【００４６】
この燃料ガス流路１００では、図７に示すように、第１ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃと第２ガス流路溝１０４ａ、１０４ｂとが集合部１０６で合流している。この集合部１０６は、第１ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃを一旦合流させた後に同一の流れ方向に向かって両側が幅狭となり、第２ガス流路溝１０４ａ、１０４ｂに燃料ガスを分配するように構成されている。
【００４７】
図８に示すように、燃料ガス流路１１０では、第１ガス流路溝１１２ａ〜１１２ｃと第２ガス流路溝１１４ａ、１１４ｂとの合流部位に集合部１１６が設けられるとともに、前記第１ガス流路溝１１２ｂ、１１２ｃと前記第２ガス流路溝１１４ａ、１１４ｂとが同一直線上に配置されている。
【００４８】
このように構成される燃料ガス流路１００、１１０では、それぞれ３本（ｍ本）の第１ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃおよび１１２ａ〜１１２ｃがそれぞれ２本（ｎ本）の第２ガス流路溝１０４ａ、１０４ｂおよび１１４ａ、１１４ｂに絞られる際、一旦、単一の集合部１０６、１１６に集合される。このため、燃料ガスに乱流を発生させることができ、電極面への反応ガスの拡散性を有効に向上させることが可能になる。しかも、それぞれ３本の第１ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃ、１１２ａ〜１１２ｃから排出された燃料ガスを集合部１０６、１１６で合流させた後、それぞれ２本の第２ガス流路溝１０４ａ、１０４ｂ、１１４ａ、１１４ｂに分配している。このため、それぞれ２本の第２ガス流路溝１０４ａ、１０４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ間の燃料ガスの分配が均一に行われるという利点がある。
【００４９】
以上の説明では、基本的に３本の流路溝を２本の流路溝に絞る場合について説明したが、セパレータ面内で３本から２本への絞りを二段階に行う場合がある。これを、図９を用いて説明すると、入口側にそれぞれ第１ガス流路溝１２０ａ〜１２０ｉが設けられ、前記第１ガス流路溝１２０ａ〜１２０ｃが第２ガス流路溝１２２ａ、１２２ｂに絞られ、前記第１ガス流路溝１２０ｄ〜１２０ｆが第２ガス流路溝１２２ｃ、１２２ｄに絞られ、前記第１ガス流路溝１２０ｇ〜１２０ｉが第２ガス流路溝１２２ｅ、１２２ｆに絞られる。
【００５０】
さらに、第２ガス流路溝１２２ａ〜１２２ｃが第３ガス流路溝１２４ａ、１２４ｂに絞られるとともに、第２ガス流路溝１２２ｄ〜１２２ｆが第３ガス流路溝１２４ｃ、１２４ｄに絞られる。
【００５１】
なお、溝本数は３本から２本への絞り方の他、４本、３本および２本に絞る方法や、６本、４本および３本に絞る方法等、種々の絞り方が採用される。これにより、セパレータ面内での圧損を自由に調整することが可能になり、水の排出性やスタック内の流体分配の設計自由度が向上することになる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、燃料ガスおよび／または酸化剤ガスを含む流体を流す流体用通路が、ガス入口側にｍ本の第１ガス流路溝を有しかつガス出口側にｎ本（ｍ＞ｎ）の第２ガス流路溝を有し、前記第１および第２ガス流路溝全体の合流部位に集合部が設けられている。このため、ガス入口側からガス出口側に向かって流れる流体が消費される際にガス流速が低下することを有効に阻止するとともに、集合部でガス乱流が惹起されて電極面へのガス拡散性を向上させることができる。しかも、流速の低下が阻止されるため、水の排出性が有効に向上することになり、電極反応面での水の凝結による発電性能の低下を防止することができる。さらに、複数本の第１ガス流路溝から排出された燃料ガスおよび／または酸化剤ガスを集合部で合流させた後、複数本の第２ガス流路溝に分配するようにしたため、前記複数本の第２ガス流路溝間のガスの分配が均一に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの概略縦断面説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図４】前記第１セパレータの他方の面の正面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。
【図７】流れ方向が同一である場合の燃料ガス流路の一部説明図である。
【図８】流れ方向が同一である場合の他の燃料ガス流路の一部説明図である。
【図９】流路溝を３本から２本に二段階に絞る場合の説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック            １２…単位燃料電池セル
１４、１６…セパレータ
１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、８０ａ、９０ａ…面
１８…電解質膜                    ２０…アノード側電極
２２…カソード側電極              ２４、２６…拡散層
３６ａ、５８ａ…燃料ガス入口      ３６ｂ、５８ｂ…燃料ガス出口
３８ａ、６０ａ…酸化剤ガス入口    ３８ｂ、６０ｂ…酸化剤ガス出口
４０ａ、６２ａ、…冷却媒体入口    ４０ｂ、６２ｂ…冷却媒体出口
４２、１００、１１０…燃料ガス流路
４４ａ〜４４ｆ、５０ａ〜５０ｄ、６６ａ〜６６ｆ、６８ａ〜６８ｄ、１０２ａ、１０２ｂ、１１２ａ〜１１２ｃ、１１４ａ、１１４ｂ…ガス流路溝
４６、４８、８２、８４、９２、９４、１０６、１１６…集合部
５２ａ〜５２ｄ、７０ａ〜７０ｄ…冷却媒体流路
６４…酸化剤ガス流路
８０、９０…セパレータ
【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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