(57)【要約】  本発明の燃料電池用セパレータ（２）は、サーペンタイン状の反応ガス通流領域（１０１）の折り返し部において、窪み部（２８）に連通する一対の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端（２８ａ）により区画され、かつ、窪み部（２８）の底面から立設され島状に配置された複数の突起（２７）は、１以上の突起（２７）が外端（２８ａ）の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の突起（２７）が外端（２８ａ）の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、１つの段を構成する突起（２７）に案内されて外端（２８ａ）の延在方向に進む反応ガスの流れが、１つの段に隣接する段を構成する突起（２７）により乱されるように構成されている。
2007077863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の分流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域と、において、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記外端を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記弓形に突出した形状が略三角形状である請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記弓形に突出した形状が略半円形状である請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記分流領域が、前記一様流れ部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、前記一様流れ部の流路溝の溝数と、当該一様流れ部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス入口マニホールドに接続されている、
請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項６記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項６記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されている、
請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】
前記主面の略法線方向からみた場合、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起間の中心を通り、かつ前記外端の延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記一対の突起に対し前記延在方向において隣接する一対の突起間の中心が、前記仮想線から前記延在方向に対し垂直な方向に偏倚している、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
前記複数の突起は、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項１３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】
各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の略直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、略直径分の３倍分の間隔を開けて配置されている、請求項１４記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１６】
前記突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１３乃至１５の何れかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１７】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１８】
前記第１突起及び第２突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１７記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１９】
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の分流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、
前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲している、燃料電池用セパレータ。
【請求項２０】
前記主面の法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されている、請求項１９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２１】
各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間および前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されている、請求項２０記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２２】
前記第１および第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１および第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１および第２の距離は設定されている、請求項２１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２３】
前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項１９乃至２２記載の何れかに燃料電池用セパレータ。
【請求項２４】
アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置されている膜電極接合体と、を有しており、
請求項１乃至２３のうちの何れかに１項に記載された燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータとして組み込まれており、
前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、燃料電池。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータおよび燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池（以下、必要に応じて「ＰＥＦＣ」という。）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを燃料電池において電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる熱電併給装置である。【０００３】
燃料電池は、ＭＥＡと称される膜−電極接合体（membrane electrode assembly）を有している。このＭＥＡは、ＭＥＡの両面周縁部にガスケットが配置されるようにして、一対の導電性セパレータ（具体的にはアノードセパレータおよびカソードセパレータからなるセパレータの対）により挟まれている。ＰＥＦＣは一般的には一対の導電性セパレータの間にＭＥＡの単位を複数段に積層された構成を備える。【０００４】
アノードセパレータの表面には、燃料ガス（反応ガスのうちアノードに供給される還元剤ガスを含むガス）が通流するサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が、燃料ガス供給路（燃料ガス供給マニホールド孔）と燃料ガス排出路（燃料ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この燃料ガス通流領域は、燃料ガス供給路と燃料ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の燃料ガス流路溝で構成されている。これらの複数の燃料ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が形成されている。【０００５】
また、カソードセパレータの表面には、酸化剤ガス（反応ガスのうちカソードに供給される酸化剤ガスを含むガス）が通流するサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が、酸化剤ガス供給路（酸化剤ガス供給マニホールド孔）と酸化剤ガス排出路（酸化剤ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この酸化剤ガス通流領域は、酸化剤ガス供給路と酸化剤ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の酸化剤ガス流路溝で構成されている。これらの複数の酸化剤ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が形成されている。【０００６】
以上の構成により、燃料ガスが燃料ガス通流領域内の流路溝を流れる間、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域内の流路溝を流れる間に、これらの反応ガス（発電ガス）がＭＥＡに供給されＭＥＡの内部において上記電気化学反応により消費される。【０００７】
ところで、ＰＥＦＣの実用化を目指し、アノードセパレータやカソードセパレータには、より安定した発電を可能にする反応ガスの良好な通流状態を実現するための改良が望まれており、様々な検討がなされている（特許文献１〜特許文献４参照）。【０００８】
例えば、複数の流路溝の折り返し部に当該流路溝を合流させる反応ガスの合流領域を設け、流路溝内に発生する凝縮水の充分な排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路抵抗（圧損）の低減などを意図したセパレータが提案されている（特許文献２および特許文献４）。この流路溝の合流領域には、複数の流路溝に連通する凹部の底面に複数の突起が点在するように設けられている。【０００９】
また、流路溝が反応ガス供給路（ガス入口側）から反応ガス排出路（ガス出口側）に近づくに連れて、その溝数を変更すること（減少させること）により、上述の凝縮水の排水性能の向上、ガス拡散性能の向上、有効に小型化することを意図したセパレータも提案されている（特許文献１および特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−２５０９２３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６５９４号公報
【特許文献３】特開２０００−２９４２６１号公報
【特許文献４】特開２０００−１６４２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜４に記載されたセパレータをはじめとする従来のセパレータであっても、各流路溝の反応ガス流速のばらつきの低減、流路溝内に発生する凝縮水の排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路溝の流路抵抗（圧損）の低減、反応ガス混合促進等のセパレータに求められる性能を充分に満足する最適な設計がなされているとは言い難く、特に複数の流路溝を合流させる反応ガスの合流領域の設計に未だ改良の余地があった。【００１１】
例えば、特許文献２に記載の折り返し部（格子状溝；合流領域）には、反応ガスのガス混合を向上する目的により、複数の流路溝の全幅に亘る（両側端の流路溝の間に亘る）ように、格子状溝が形成されている。しかし、この格子状溝は、当該複数の流路溝に対し垂直な直線状の境界を形成する（四角形の合流領域を形成する）ようにして設けられているため、この格子状溝では、反応ガスが滞留する可能性がある。そうすると、格子状溝の下流に位置する複数の流路溝への反応ガス分配性は、こうした反応ガスの滞留状態に起因して低下し、その結果として、ここでの各流路溝間の反応ガス流速の不均一化を招き兼ねない。【００１２】
特に、燃料電池の低負荷運転の際（反応ガス流速の低速度の際）には、凝縮水が、反応ガス動方向で下の流路付近に集中し易く、上記の反応ガス滞留の不具合がより顕在化して、水分が過多となり、ガス拡散を阻害することにより燃料電池の性能を下げるという現象（フラッディング）に陥り易い。【００１３】
また、特許文献４に記載の略三角形の合流領域であっても、反応ガスの滞留という不具合を改善することを意図して設計されているものの、上記流路溝内の凝縮水や生成水の集中に起因する水滴による流路溝内の閉塞（フラッディング）防止に対し適正な設計がなされているとは言い難く、未だ改良の余地があった。【００１４】
なお、上述のフラディングはガス拡散電極内（例えば触媒層内のガス拡散パスとなる細孔が水滴により閉塞する現象（ガス拡散電極内のフラディング）とは異なる、セパレータにおける水滴によるガス流路溝内の閉塞をいう。【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ充分に抑制できる燃料電池用セパレータおよび燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の分流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域と、において、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、
燃料電池用セパレータを提供する。【００１７】
このように窪み部に島状に配された複数の突起によれば、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、１つの前記段を構成する突起に案内された後、この１つの段に隣接する段を構成する突起により反応ガスの流れが乱されて、これにより流路溝間の反応ガスの混合促進を図れ、これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが抑制される。【００１８】
また、反応ガスの合流領域と、窪み部に連通する一対の上流側の流路溝群及び下流側の流路溝群との間の境界が、前記流路溝群の方向に対し斜めに区画されたことにより、反応ガスは、この合流領域内を均一に流れ、ここの下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下すること無く、反応ガス流速の均一性が維持される。【００１９】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより確実に得る観点から、前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記合流領域の外端を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されていることが好ましい。【００２０】
このように、窪み部を弓形に突出した形状となるように区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性をより改善（反応ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。【００２１】
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略三角形状であることがより好ましい。【００２２】
このように、窪み部を略三角形に区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に充分に低減）することができる。【００２３】
なお、略三角形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば三角形の各辺は厳密な直線でなくてもよい。例えば、三角形外部に弓形に膨らむ曲線であってもよく、三角形内部に弓形にしぼむ曲線であってもよく、階段状の不連続な線であってもよい。【００２４】
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略半円形状であることがより好ましい。【００２５】
このように、窪み部を略半円形状に区画することによっても、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に充分に低減）することができる。【００２６】
なお、略半円形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば厳密な半円でなくてもよい。例えば、半楕円形であってもよく、半円（又は半楕円）の曲線部分が滑らかな曲線以外に階段状の不連続な線であってもよい。【００２７】
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、流路溝内に発生する水滴の排水性をより充分に向上させる観点から、前記分流領域が、前記一様流れ部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、前記一様流れ部の流路溝の溝数と、当該前記一様流れ部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されていることが好ましい（後述の図２及び図６を参照）。【００２８】
このように一様流れ部と折り返し部とを含む分流領域を形成することにより、比較的長い流路溝を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各流路溝の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する流路溝は、当該流路溝に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。【００２９】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス入口マニホールドに接続されていることが好ましい。【００３０】
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することを容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができる。【００３１】
より詳しく説明すると、ガス入口マニホールドと反応ガス通流領域との間に上記隙間があり、ガス入口マニホールドから反応ガス通流領域に反応ガスを供給するための流路は、上記隙間を横断する。また、ガス出口マニホールドと反応ガス通流領域との間にも上記隙間があり、反応ガス通流領域から排出されるガスをガス出口マニホールドに排出するための流路は、上記隙間を横断する。そのため、反応ガスを供給するための流路と上記隙間とが連通しないようにガスシールするための構成が必要となる。もしガスシールするための構成がない場合には、ガス入口マニホールドから供給される反応ガスのうち反応ガス通流領域に供給されずに上記隙間に流入し、当該隙間中を進行して、ガス出口マニホールドに流入する無駄なガス（ＭＥＡで利用されないガス）が多くなる。【００３２】
合流領域はこの部分に当接されるガス拡散電極及びガスケット（合成樹脂製）を、窪み部に立設された突起により支持することになるため、突起のない部分にガスケット（合成樹脂製）の当接面が垂れ込んで、流路抵抗（圧損）を増大させる危惧がある。そのため、先に述べた特許文献２及び特許文献４に記載のセパレータのように、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「入口側通流溝部」と記載）がガス入口マニホールドの直後に配置され、かつ、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「出口側通流溝部」と記載）がガス出口マニホールドの直前に配置される場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成がより複雑になりかつその構成を形成するのが容易でなくなる。【００３３】
一方、上述のように合流領域が、ガス入口マニホールドの直後に配置されない場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにできかつその構成を容易に形成することができる。【００３４】
更にこの場合、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることがより好ましい。【００３５】
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されず、かつ、ガス出口マニホールドの直前に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することをより容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をよりシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【００３６】
なお、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に折り返し部も配置されない場合）には、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【００３７】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されていてもよい。【００３８】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【００３９】
更に、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることが好ましい。【００４０】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【００４１】
また、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。【００４２】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【００４３】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されていることが好ましい。【００４４】
このように、リブの延長線上に複数の突起を並ぶようにして配置させることにより、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、この複数の突起間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する突起により反応ガスの流れが適切に乱され好適である。【００４５】
また、凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータを金型成型により製造できるようになり、これにより、セパレータが一枚板で構成され製造コストを改善（低減）することができる。【００４６】
また、斯かる構成を採用すれば、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を充分に抑制できる。【００４７】
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起間の中心を通り、かつ前記外端の延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記一対の突起に対し前記延在方向において隣接する一対の突起間の中心が、前記仮想線から前記延在方向に対し垂直な方向に偏倚していることが好ましい。【００４８】
このように一対の突起間の中心が偏倚するように複数の突起を配置することにより、気液２相流が、窪み部を外端の延在方向に向かう際に、気液２相流が突起間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起に当たってその流れを乱すことができる。これにより、窪み部の下流側の燃料ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。【００４９】
特に、上述の偏倚された突起を配置する場合、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されることが好ましい。【００５０】
このように窪み部に、隣接する列間の突起同士の中心を結んだラインが、複数回に亘りくの字に折れるという、所謂千鳥配列の状態となるように複数の突起を配置したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れることになる。これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。【００５１】
本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起の形状としては、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。【００５２】
なお本明細書における略円柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形の他、当該真円から歪んだ円形（例えば、楕円形）をも含むものとする。【００５３】
また、本明細書における略三角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない３つの点と、それらを結ぶ３つ線分からなる三角形（例えば、直角三角形、二等辺三角形または正三角形等）に形作られた多角柱形であり、３つの角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。【００５４】
更に、本明細書における略四角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない４つの点と、それらを結ぶ４つの線分からなる四角形（矩形、正方形、平行四辺形または台形等）に形作られる多角柱形であり、四隅の角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。【００５５】
また、本明細書では、上記「各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成される」突起の配列パターンを、「千鳥配列」と称することとする。【００５６】
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、このような窪み部における千鳥配列の好適な一典型例として、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、直径分の３倍分の間隔を開けて配置されていることが好ましい。これにより、窪み部面内に突起が規則正しく千鳥配列の状態で配置され、流路溝間の凝縮水の均等分配の実現（不均等分配の低減）により有効に寄与することができ好適である。【００５７】
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されても良い。【００５８】
このように、前記延在方向または前記垂直な方向の幅寸法を違えた第１突起と第２突起とを配置させることにより、第１突起と第２突起との間の中心を前記延在方向や前記垂直な方向に結ぶラインは、気液２相流が流れる隙間の長手方向において屈曲することになる。その結果、気液２相流が窪み部の前記延在方向または前記垂直な方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。【００５９】
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、反応ガス混合が促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の反応ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが抑制される。【００６０】
更に、このような屈曲部の数や配置位置を各列及び各段について適切に調整することにより、窪み部内の反応ガス流路抵抗を、反応ガス流速を均一にするよう調整できる。【００６１】
なお、前記第１突起及び第２突起の形状として、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば上述のような、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。【００６２】
また、本発明は、板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の分流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、
前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲している、
燃料電池用セパレータを提供する。【００６３】
このように窪み部に外端突片を形成したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れ、これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングの発生をより充分に抑制できるようになる。【００６４】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、前記突起は前記リブの延長線上に配置されていることが好ましい。【００６５】
このように、リブの延長線上に複数の突起を並ぶようにして配置させることにより、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、この複数の突起間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する突起により反応ガスの流れが適切に乱され好適である。【００６６】
また、凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータは金型成型により製造でき、これにより、セパレータが一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。【００６７】
また、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を充分に抑制できる。【００６８】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間及び前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されても良い。特に、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合には、この構成をとることが好ましい。【００６９】
更に、上記第１の距離を上記第２の距離よりも狭くしたことにより、窪み部を流れる反応ガスの面内速度分布の均一化をこのような距離によって発揮される流路抵抗により適切に調整できる。【００７０】
要するに、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得るために、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１及び第２の距離は設定されていることが好ましい。【００７１】
なお、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得る観点から、上記「前記外端は、望ましくは、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲してなる。」という発明特定事項を備えた発明及びその改良発明に、「前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている」という発明特定事項の構成を付加して、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディング抑制に対して最適な設計を行うことも可能である。【００７２】
また、本発明は、
アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置される膜電極接合体と、を有しており、
前記アノードセパレータと前記膜電極接合体と前記カソードセパレータとを含む積層単位を１以上有しており、
上述の本発明の燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータとして組み込まれており、
前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、
燃料電池を提供する。
斯かる構成によれば、アノードセパレータの分流領域を流れる還元剤ガスは、還元剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、アノードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でアノードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。また、カソードセパレータの分流領域を流れる酸化剤ガスは、酸化剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、カソードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でカソードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。そうすると、燃料電池による発電動作が、電極部の面内のほぼ全域で均一に近い状態で行われるようになる。【００７３】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００７４】
以上のように本発明によれば、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ充分に抑制できる燃料電池用セパレータ及び燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は本発明の一実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。
【図２】図２はアノードセパレータの表面を示した図である。
【図３】図３は図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図である。
【図５】図５は図２のＣ領域の拡大図である。
【図６】図６はカソードセパレータの表面を示した図である。
【図７】図７は図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図である。
【図８】図８は図６のVIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図である。
【図９】図９は図６のＣ領域の拡大図である。
【図１０】図１０は比較例の解析モデルの構成を平面視した図である。
【図１１】図１１は比較例の解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
【図１２】図１２は実施形態の解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
【図１３】図１３は第１変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１４】図１４は第２変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１５】図１５は第３変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１６】図１６は第４変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１７】図１７は第５変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  ＭＥＡ
２  アノードセパレータ
３  カソードセパレータ
４  ボルト孔
５  電極部
６  高分子電解質膜
６ａ  周縁部
１０  燃料電池
１２Ａ、１２Ｂ  燃料ガスマニホールド孔
１３Ａ、１３Ｂ  酸化剤ガスマニホールド孔
１４Ａ、１４Ｂ  水マニホールド孔
２１  燃料ガス分流領域の集合体
２１Ａ    第１の燃料ガス分流領域
２１Ｂ  第２の燃料ガス分流領域
２１Ｃ  第３の燃料ガス分流領域
２１Ｄ    第４の燃料ガス分流領域
２２  燃料ガス合流領域の集合体
２２Ａ    第１の燃料ガス合流領域
２２Ｂ    第２の燃料ガス合流領域
２２Ｃ  第３の燃料ガス合流領域
２５  燃料ガス流路溝（凹部）
２６、３６  凸部
２７、３７  円柱状突起
２８、３８  窪み部
２８ａ、３８ａ  底辺
２８ｂ、２８ｃ、３８ｂ、３８ｃ  斜辺
３１  酸化剤ガス分流領域の集合体
３１Ａ  第１の酸化剤ガス分流領域
３１Ｂ    第２の酸化剤ガス分流領域
３１Ｃ    第３の酸化剤ガス分流領域
３１Ｄ    第４の酸化剤ガス分流領域
３１Ｅ    第５の酸化剤ガス分流領域
３２  酸化剤ガス合流領域の集合体
３２Ａ    第１の酸化剤ガス合流領域
３２Ｂ  第２の酸化剤ガス合流領域
３２Ｃ    第３の酸化剤ガス合流領域
３２Ｄ    第４の酸化剤ガス合流領域
３５  酸化剤ガス流路溝（凹部）
４０  端板
１００    燃料電池スタック
１０１    燃料ガス通流領域
１０２    酸化剤ガス通流領域
２０１、２０２  領域
６０１、７０１  折り返し部
６０２、７０２  直線部（一様流れ部）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  ピッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  段差
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４  幅
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。【００７８】
図１は、本発明の一実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。【００７９】
図１に示す如く、燃料電池スタック１００は、複数の矩形の燃料電池１０を積層して構成されている。【００８０】
なお、燃料電池スタック１００の両端の最外層には端板４０が取り付けられ、燃料電池１０は互いに両端板４０から、燃料電池１０の四隅のボルト孔４を挿通する締結ボルト（図示せず）とナット（図示せず）とで締結されている。ここでは、燃料電池１０は、例えば６０個積層されている。【００８１】
燃料電池１０のＭＥＡ１は、高分子電解質膜６の両面の中央部に、矩形の電極部５（触媒層およびガス拡散層）の対を設けて構成されている。そして、燃料電池１０は、導電性の板状のセパレータ２、３の対を有し、ＭＥＡ１の周縁部６ａに、矩形かつ環状のガスケット（図示せず）が配設され、このガスケットとＭＥＡ１の電極部５とが、この導電性のセパレータ（具体的にはアノードセパレータ２およびカソードセパレータ３）の対により挟まれてなる。なお、ＭＥＡ１の構成は公知であり、ここではその詳細な説明は省略する。【００８２】
アノードセパレータ２の表面（おもて面；一方の電極部５との当接面）には、燃料ガス（還元剤ガス）が通流する燃料ガス通流領域１０１が形成されている。この燃料ガス通流領域１０１は、燃料ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の燃料ガス流路溝２５（流路溝群；例えば図２参照）を有する燃料ガス分流領域の集合体２１、および複数の燃料ガス流路溝２５を合流して燃料ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起２７（例えば図２参照）を有する燃料ガス合流領域の集合体２２を備えて構成されている。
本実施形態の突起２７は、図２に示す如く略円柱形により形成されているが、突起２７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。また、突起２７の立設方向に垂直な断面が、本実施形態の略真円柱形の他、後記の第２変形例で述べる如く楕円柱形であっても、このような突起は、本明細書における略円柱形であるものとする。
なお、この燃料ガス通流領域１０１の構成は後程詳しく説明する。【００８３】
また、カソードセパレータ３の表面（おもて面；他方の電極部５との当接面）には、酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス通流領域１０２が形成されている。この酸化剤ガス通流領域１０２は、酸化剤ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の酸化剤ガス流路溝３５（流路溝群；例えば図６参照）を有する酸化剤ガス分流領域の集合体３１、および複数の酸化剤ガス流路溝３５を合流して酸化剤ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起３７（例えば図６参照）を有する酸化剤ガス合流領域の集合体３２を備えて構成されている。
本実施形態の突起３７は、上記突起２７と同様、図６に示す如く略円柱形により形成されているが、突起３７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。
なお、この酸化剤ガス通流領域１０２の構成は後程詳しく説明する。【００８４】
また、これらの両セパレータ２、３およびＭＥＡ１の周縁部６ａには、これらを貫通するようにして、燃料ガスを供給および排出するための一対の燃料ガスマニホールド孔１２Ａ、１２Ｂおよび酸化剤ガスを供給および排出するための一対の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ、１３Ｂ並びに冷却水を供給および排出するための冷却水マニホールド孔１４Ａ、１４Ｂが設けられている。【００８５】
そして、燃料電池１０が積層された形態では、これらの孔１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ等は順に繋がり、これにより燃料電池スタック１００の積層方向（ねじ締結方向）に延びる、楕円柱状の一対の燃料ガスマニホールドおよび楕円柱状の一対の酸化剤ガスマニホールド並びに楕円柱状の一対の冷却水マニホールドが形成されることになる。  【００８６】
ここで、燃料ガス通流領域１０１は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、燃料ガスマニホールド孔１２Ａと、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、燃料ガスマニホールドを流れる燃料ガスの一部が、各アノードセパレータ２の燃料ガスマニホールド孔１２Ａから燃料ガス通流領域１０１に導かれる。こうして導かれた燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１から各アノードセパレータ２の燃料ガスマニホールド孔１２Ｂに流出し、燃料ガスマニホールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。【００８７】
一方、酸化剤ガス通流領域１０２は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａと、酸化剤ガスマニホールド１３Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、酸化剤ガスマニホールドを流れる酸化剤ガスの一部が、各カソードセパレータ３の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａから酸化剤ガス通流領域１０２に導かれる。こうして導かれた酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２から各カソードセパレータ３の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂに流出し、酸化剤ガスマニホールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。【００８８】
なお、燃料電池１０の温度を適温に保つための冷却水は、一対の冷却水マニホールドを介してカソードセパレータ３の裏面（上記表面の反対面）設けられた複数の冷却水溝（図示せず）を流れるが、ここでは冷却水の通流構造の詳細な説明は省く。【００８９】
次に、アノードセパレータ２に配設された燃料ガス通流領域１０１の構成について図面を参照して詳しく述べる。【００９０】
図２は、アノードセパレータの表面を示した図である。【００９１】
図３は、図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図４は、図２のIV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図５は、図２のＡ領域の拡大図である。【００９２】
なお、図２および図５において、「上」、「下」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図２において、「第１の側」および「第２の側」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。【００９３】
図２から理解されるとおり、燃料ガス通流領域１０１は、アノードセパレータ２の表面の、ＭＥＡ１の電極部５に当接する領域２０１内において、サーペンタイン状に形成され、燃料ガス分流領域の集合体２１と、燃料ガス合流領域の集合体２２（図１参照）と、により構成されている。【００９４】
燃料ガス分流領域の集合体２１は、上から下に向かって、第１、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分されてなる。【００９５】
また、燃料ガス合流領域の集合体２２には、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する第１の燃料ガス合流領域２２Ａ、および第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃがある。
ここで、図２に示すように、第１の燃料ガス分流領域２１Ａは、サーペンタイン状の各燃料ガス流路溝２５のうち、反応ガスが一方向に流れる３つの一様流れ部６０２（ここでは、反応ガスは直線状に流れており、以下、この部分を「直線部６０２」という）と、反応ガスが折り返すように流れる２つの折り返し部６０１とを組み合わせて形成されている。この第１の燃料ガス分流領域２１Ａにおいては、直線部６０２の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部６０２に接続される折り返し部６０１の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部６０２の燃料ガス流路溝２５と折り返し部６０１の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。【００９６】
同様に、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂ、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃもそれぞれ３つの直線部（符号を用いて図示せず）と、２つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第２の燃料ガス分流領域２１Ｂにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。この第３の燃料ガス分流領域２１Ｃにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。【００９７】
更に、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄも、６つの直線部（符号を用いて図示せず）と、５つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の燃料ガス分流領域２１Ｄにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。【００９８】
そして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａは、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂは、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃは、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。【００９９】
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い燃料ガス流路溝２５を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各燃料ガス流路溝２５の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する燃料ガス流路溝２５は、当該燃料ガス流路溝２５に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。【０１００】
更に、図２に示すように、４つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の燃料ガス分流領域２１Ａの直線部６０２が、燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄの直線部が、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されている。【０１０１】
即ち、本実施形態においては、合流領域を燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、アノード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、燃料ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に燃料ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。【０１０２】
なお、このように合流領域が燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
以上のようにして、燃料ガス分流領域の集合体２１は、第１、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各々を挟んで、第１、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分して構成されている。【０１０３】
本実施形態では、図２に示す如く、第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側の第２の燃料ガス分流領域２１Ｂは、この第１の燃料ガス合流領域２２Ａを間に挟んで上流側の第１の燃料ガス分流領域２１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、燃料ガス合流領域を設けるようには構成されていない。【０１０４】
すなわち、アノードセパレータ２は、燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の円柱状突起２７が形成された燃料ガス合流領域からなる折り返し部と、Ｕ字状に曲がった複数の燃料ガス流路溝２５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。【０１０５】
より詳しくは、本実施形態では、第１の燃料ガス分流領域２１Ａでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の燃料ガスマニホールド孔１２Ａから第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａに至るように構成されている。【０１０６】
また、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側から第２の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂに至るように構成されている。【０１０７】
また、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の折り返し部に位置する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂの下流側から第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃに至るように構成されている。【０１０８】
また、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの下流側から第２の側に延びて、５箇所で１８０°折り返すようにして燃料ガスマニホールド孔１２Ｂに至るように構成されている。【０１０９】
また、図３に示す如く、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの横断面は、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ１、Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有する複数（ここでは６個）の凹部２５と複数（ここでは５個）の凸部２６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部２５が燃料ガス流路溝２５に相当し、この凸部２６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。【０１１０】
このようなアノードセパレータ２の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの凸部２６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された凸部２６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ１並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された燃料ガス流路溝２５の内部に、等しく垂れ込む。【０１１１】
このような構成により、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの燃料ガス流路溝２５に燃料ガスを流す際に、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガスの圧損の不均一性が充分に抑制され好適である。また、電極部５における燃料ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に垂直な方向における）不均一性が充分に抑制され好適である。【０１１２】
また、このような凹凸パターンを有するアノードセパレータ２は金型成型により製造でき、これにより、アノードセパレータ２が一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。【０１１３】
なお、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。【０１１４】
また、図４および図５から理解されるとおり、第１の燃料ガス合流領域２２Ａは、燃料ガス流路溝２５（凹部２５）に連通する窪み部２８（凹状の領域）と、この窪み部２８の底面に立設された複数の島状（ここでは円柱状）の突起２７と、により構成されている。【０１１５】
なお、図２に示したように、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃにも、上記窪み部２８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起２７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これらの第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの構成については、第１の燃料ガス合流領域２２Ａと同様なので説明を省略する。【０１１６】
窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面に、サーペンタイン状の燃料ガス通流領域１０１の第１の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面から見て、上下方向に延びる底辺２８ａと、この底辺２８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺２８ｂ、２８ｃと、により区画され略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺２８ａが燃料ガス通流領域１０１の折り返し部の外端（壁面）を構成し、上側の斜辺２８ｂが第１の燃料ガス分流領域２１Ａとの境界を構成し、下側の斜辺２８ｃが第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの境界を構成している。【０１１７】
更に、この底辺２８ａは、窪み部２８側に向かって突出する複数（５個）の突片２８ｄ（外端突片）およびこれらの突片２８ｄに挟まれた直線状の基部２８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。なお、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの各燃料ガス流路溝２５は上側の斜辺２８ｂにおいて窪み部２８と連通し、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの各燃料ガス流路溝２５は下側の斜辺２８ｃにおいて窪み部２８と連通している。また窪み部２８は、ここでは、燃料ガス流路溝２５と同じ深さに形成されている。【０１１８】
複数の円柱状突起２７は、図４および図５に示す如く、第１及び第２の燃料ガスサブ分流流路２１Ａ、２１Ｂの各凸部２６（但し最上段および最下段の凸部２６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ２で形成されている。このピッチＰ２は、ここでは、各燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂの凸部２６のピッチＰ１と同じである。図４に示す如く、全ての円柱状突起２７が均等な高さ（段差）Ｄ２及び同じ形状を有している。【０１１９】
このように凸部２６の延長線上に複数の円柱状突起２７を並ぶようにして配置させることにより、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの各燃料ガス流路溝２５から第１の燃料ガス合流領域２２Ａに流入する反応ガスは、この複数の円柱状突起２７間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する円柱状突起２７により、自重で下方に移動する反応ガスの流れが適切に乱され好適である。なお、本実施形態では、図５に示す如く、円柱状突起２７は、凸部２６の延長線上の方向に互いの中心を一致させるよう、配置されている。【０１２０】
また、これらの円柱状突起２７は、図５に示す如く所謂千鳥状に規則的に並ぶように配置されている。【０１２１】
具体的には、複数の円柱状突起２７は、底辺２８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺２８ａの延在方向に対し垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、円柱状突起２７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、円柱状突起２７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の円柱状突起２７は、８列（窪み部２８の頂点側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ９段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する円柱状突起２７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起２７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における円柱状突起２７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における円柱状突起２７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、円柱状突起２７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、円柱状突起２７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。【０１２２】
このようにして、隣接する列の円柱状突起２７同士の中心、乃至、隣接する段の円柱状突起２７同士の中心を結んだラインは、底辺２８ａに沿った上下方向および凸部２６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。【０１２３】
例えば、隣接する列の円柱状突起２７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図５の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図５に示したθ１が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の円柱状突起２７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図５の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図５に示したθ２が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。【０１２４】
図５の図示内容および以上に述べた説明から理解されるとおり、本明細書における突起の千鳥配列とは、上下方向に平行に延びる各列が１つ置きの段を構成する円柱状突起２７で構成される円柱状突起２７の配列パターン（言い換えれば、左右方向に平行に延びる各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起２７で構成される円柱状突起２７の配列パターン）であり、例えば、円柱状突起２７の上下方向の配列については、ある１つの段の円柱状突起２７間を下方に向かって通過する気液２相流が、次の段において何等乱されずに、そのまますり抜けることを回避する観点から、次の段の円柱状突起２７に当てることができるように、円柱状突起２７の配列を、互いに隣接する列間においてジグザグに配置させたパターンを指す。【０１２５】
よって、本実施形態（図５）に示す如く、隣接する列の間の円柱状突起２７同士が、同じ段の円柱状突起２７間のピッチに対し半分ずれている配列パターンが、突起の千鳥配列の典型例ではあるが、千鳥配列は必ずしもこれに限定されない。例えば、後記の第５変形例に述べる如く、このような隣接する列の円柱状突起同士の間隔が、同じ段の円柱状突起間のピッチの１／４であっても良い。すなわち、フラッディング抑制の効果を発揮する限り、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＜同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」、または、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＞同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」の円柱状突起の配列パターンも本明細書における突起の千鳥配列に相当する。【０１２６】
ここで、図４および図５に示す如く、最上段（第１段目）および最下段（第９段目）の１個の円柱状突起２７は各々、第２段目および第１０段目の凸部２６並びに突片２８ｄとの間の距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に位置して配置されている。【０１２７】
また、第２段目および第８段目の２個の円柱状突起２７は各々、第３段目および第９段目の凸部２６並びに基部２８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と基部２８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１２８】
また、第３段目および第７段目の３個の円柱状突起２７は各々、第４段目および第８段目の凸部２６並びに突片２８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１２９】
また、第４段目および第６段目の４個の円柱状突起２７は各々、第５段目および第７段目の凸部２６並びに基部２８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と基部２８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１３０】
また、第５段目の４個の円柱状突起２７は、第６段目の凸部２６および突片２８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１３１】
なお、最上段（第１段目）および最下段（第１１段目）の凸部２６と、基部２８ｅとの間には、円柱状突起２７は存在せず、両者は、距離Ｌ２を隔てて対向して配置されている。【０１３２】
そして、円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間においては、円柱状突起２７同士の間に比較して、反応ガスの流速が速まることが、後記の流体解析シミュレーションの計算結果により判明している。よって、円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間を隔てる距離Ｌ２は、図４および図５に示す如く、円柱状突起２７同士の間を隔てる距離Ｌ１よりも狭まっている。【０１３３】
具体的な距離Ｌ１、Ｌ２の設計指針として、距離Ｌ１および距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ１を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ１との積が、距離Ｌ１および距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ２を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ２との積に略一致するよう、距離Ｌ１および距離Ｌ２は設定されている。こうして円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間を隔てる距離Ｌ２を、円柱状突起２７同士の間を隔てる距離Ｌ１より狭くしたことにより、窪み部２８を流れる燃料ガスおよび凝縮水の面内速度分布の均一化を距離Ｌ２によって発現する流路抵抗により適切に調整できる。【０１３４】
このようにして、円柱状突起２７は、燃料ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。【０１３５】
なお、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ｂ、２２Ｃの構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの構成の説明は省略する。【０１３６】
このようなアノードセパレータ２（特に燃料ガス合流領域の構成）によれば、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガス混合促進および凝縮水過多によるフラッディング抑制並びに燃料ガス圧均一化等について、以下に述べる効果が得られる。【０１３７】
第１に、第１、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを、燃料ガス分流領域に対し斜めの直線状境界を有するように形成したこと、および、円柱状突起２７と、凸部２６と、突片２８ｄと、基部２８ｅと、を隔てる上記Ｌ１乃至Ｌ２の距離を適正に設定したことにより、例えば、燃料ガスは、第１の燃料ガス合流領域２２Ａ内を均一に流れ、ここの下流側の燃料ガス流路溝２５（第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの燃料ガス流路溝２５）への燃料ガス分配性は悪化すること無く、燃料ガス流速の均一性が良好な状態（ガス流速のバラツキをより充分に低減した状態で）で維持できる。【０１３８】
第２に、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、燃料ガスを、窪み部２８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部２８の下流側の燃料ガス流路溝２５への燃料ガス分配性は低下すること無く、燃料ガス流速の均一性を改善（ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。【０１３９】
第３に、窪み部２８に千鳥状に配された複数の円柱状突起２７により、燃料ガス分流領域の集合体２１の各燃料ガス流路溝２５から燃料ガス合流領域の集合体２２に流入する燃料ガスおよび凝縮水は、その流れが乱されて、これにより燃料ガス流路溝２５間の燃料ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。【０１４０】
第４に、窪み部２８の底辺２８ａが、窪み部２８側に向かって突出する複数（５個）の突片２８ｄ（外端突片）およびこれらの突片２８ｄに挟まれた直線状の基部２８ｅを、その途中に形成するよう、湾曲していることから、燃料ガス分流領域の集合体２２の各燃料ガス流路溝２５から燃料ガス合流領域の集合体２２に流入する燃料ガスおよび凝縮水のうちの底面２８ａ（外端）付近を流れる成分が、その流れが乱されて、これにより燃料ガス流路溝２５間の燃料ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。【０１４１】
第５に、燃料ガス合流領域の集合体２２において、燃料ガス分流領域の集合体２１の燃料ガス流路溝２５の各々が全て集められて、ここで燃料ガスの圧力均一化を図れる。【０１４２】
なお本実施形態では、各燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの燃料ガス流路溝２５の溝数を同一（６列）に設定しているが、本実施形態の変形例として、これらの燃料ガス流路溝２５の溝数を、任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにおいて細かく調整可能することも可能である。例えば、各燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを境にして、その上流側の燃料ガス分流領域の燃料ガス流路溝の溝数を、その下流側の燃料ガス分流領域の燃料ガス流路溝の溝数より１列だけ少なくして構成しても良い。そうすれば、燃料ガスが燃料ガス流路溝２５を流れる際の燃料ガスの消費量を考慮した、燃料ガス流速の微調整を行えて好適である。【０１４３】
次に、カソードセパレータ３に配設された酸化剤ガス通流領域１０２の構成について図面を参照して詳しく述べる。【０１４４】
図６は、カソードセパレータの表面を示した図である。【０１４５】
図７は、図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図８は、図６のVIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図９は、図６のＣ領域の拡大図である。【０１４６】
なお、図６および図９において、「上」、「下」、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図６において、「第１の側」および「第２の側」は、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。【０１４７】
図６から理解されるとおり、酸化剤ガス通流領域１０２は、カソードセパレータ３の表面の、ＭＥＡ１の電極部５に当接する領域２０２内において、サーペンタイン状に形成され、酸化剤ガス分流領域の集合体３１と、酸化剤ガス合流領域の集合体３２と、により構成されている。【０１４８】
酸化剤ガス分流領域の集合体３１は、上から下に向かって、第１、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに区分されてなる。【０１４９】
また、酸化剤ガス合流領域の集合体３２には、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、および第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ（中間合流領域）、並びに第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄがある。【０１５０】
ここで、図６に示すように、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうち、反応ガスが一方向に流れる１つの一様流れ部７０２（ここでは、反応ガスは直線状に流れており、以下、この部分を「直線部７０２」という）から形成されている。同様に、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃも、１つの直線部（符号を用いて図示せず）から形成されている。更に、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅも、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうちの１つの直線部（符号を用いて図示せず）から形成されている。【０１５１】
一方、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうち、２つの直線部７０２と、反応ガスが折り返すように流れる１つの折り返し部７０１とを組み合わせて形成されている。この第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂにおいては、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５の溝数と、当該直線部７０２に接続される折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５の溝数とが同数となるように、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５と折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５とが連続に形成されている。【０１５２】
同様に、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄも２つの直線部（符号を用いて図示せず）と、１つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄにおいても、直線部の酸化剤ガス流路溝３５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の酸化剤ガス流路溝３５の溝数とが同数となるように、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５と折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５とが連続に形成されている。【０１５３】
そして、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａは、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂは、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃは、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄは、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する折り返し部に形成されている。【０１５４】
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第２及び第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い酸化剤ガス流路溝３５を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各酸化剤ガス流路溝３５の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する酸化剤ガス流路溝３５は、当該酸化剤ガス流路溝３５に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。【０１５５】
更に、図２に示すように、５つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの直線部７０２が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅの直線部が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されている。【０１５６】
即ち、本実施形態においては、合流領域を酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、カソード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、酸化剤ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に酸化剤ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。【０１５７】
なお、このように合流領域が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。【０１５８】
以上のようにして、酸化剤ガス分流領域の集合体３１は、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄの各々を挟んで、第１、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに区分して構成されている。【０１５９】
また、本実施形態では、図６に示す如く、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側の第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、この第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａを間に挟んで上流側の第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、酸化剤ガス合流領域を設けるようには構成されていない。【０１６０】
すなわち、カソードセパレータ３は、酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の円柱状突起３７が形成された酸化剤ガス合流領域からなる折り返し部と、Ｕ字状に曲がった複数の酸化剤ガス流路溝３５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。【０１６１】
より詳しくは、本実施形態では、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａから第１の側に延びて、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａに至るように構成されている。【０１６２】
また、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側から第２の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂに至るように構成されている。【０１６３】
また、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂの下流側から第２の側に延びて、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃに至るように構成されている。【０１６４】
また、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃの下流側から第１の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄに至るように構成されている。【０１６５】
また、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの下流側から第２の側に延びて、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂに至るように構成されている。【０１６６】
また、図７に示す如く、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの横断面は、均等なピッチＰ２および均等な幅Ｗ３、Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有する複数（ここでは１１個）の凹部３５と複数（ここでは１０個）の凸部３６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部３５が酸化剤ガス流路溝３５に相当し、この凸部３６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。【０１６７】
このようなカソードセパレータ３の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの凸部３６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ３および均等な幅Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された凸部３６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ３および均等な幅Ｗ３並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された酸化剤ガス流路溝３５の内部に、等しく垂れ込む。【０１６８】
このような構成により、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの酸化剤ガス流路溝３５に酸化剤ガスを流す際に、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガスの圧損の不均一性が充分に抑制され好適である。また、電極部５における酸化剤ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に対し垂直な方向における）不均一性が充分に抑制され好適である。【０１６９】
また、このような凹凸パターンを有するカソードセパレータ３は金型成型により製造でき、これにより、カソードセパレータ３が一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。【０１７０】
なお、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。【０１７１】
また図８および図９から理解されるとおり、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａは、酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）に連通する窪み部３８（凹状の領域）と、この窪み部３８の底面に立設された複数の島状の円柱状突起３７と、により構成されている。【０１７２】
なお、図６に示したように、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄにも、上記窪み部３８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起３７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これらの第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの構成については、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａと同様なので説明を省略する。【０１７３】
窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面に、サーペンタイン状の酸化剤ガス通流領域１０２の第２の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面から見て、上下方向に延びる底辺３８ａと、この底辺３８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺３８ｂ、３８ｃと、を有する略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺３８ａが酸化剤ガス通流領域１０２の折り返し部の外端（側縁）を構成し、上側の斜辺３８ｂが第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａとの境界を構成し、下側の斜辺３８ｃが第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの境界を構成している。【０１７４】
更に、この底辺３８ａは、窪み部３８側に向かって突出する複数（１１個）の突片３８ｄ（外端突片）およびこれらの突片３８ｄに挟まれた基部３８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。なお、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの各酸化剤ガス流路溝３５は上側の斜辺３８ｂにおいて窪み部３８と連通し、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂの各酸化剤ガス流路溝３５は下側の斜辺３８ｃにおいて窪み部３８と連通している。また、窪み部３８は、ここでは、酸化剤ガス流路溝３５と同じ深さに形成されている。【０１７５】
複数の円柱状突起３７は、図８および図９に示すように、第１及び第２の酸化剤ガスサブ分流流路３１Ａ、３１Ｂの各凸部３６（但し最上段および最下段の凸部３６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ４で形成されている。このピッチＰ４は、ここでは、各酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂの凸部３６のピッチＰ３と同じである。図８に示す如く、全ての円柱状突起３７が均等な高さ（段差）Ｄ４及び同じ形状を有している。【０１７６】
このように凸部３６の延長線上に複数の円柱状突起３７を並ぶようにして配置させることにより、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの各酸化剤ガス流路溝３５から第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａに流入する反応ガスは、この複数の円柱状突起３７間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する円柱状突起３７により、自重で下方に移動する反応ガスの流れが適切に乱され好適である。なお、本実施形態では、図９に示す如く、円柱状突起３７は、凸部３６の延長線上の方向に互いの中心を一致させるよう、配置されている。【０１７７】
また、複数の円柱状突起３７は、図９に示す如く所謂千鳥状に規則的に並ぶように配置されている。【０１７８】
具体的には、複数の円柱状突起３７は、底辺３８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺３８ａの延在方向に対し垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、円柱状突起３７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、円柱状突起３７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の円柱状突起３７は、１６列（窪み部３８の頂点側から順に第１列乃至第１６列と呼ぶ）かつ２１段（上側から順に第１段乃至第２１段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する円柱状突起３７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起３７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における円柱状突起３７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における円柱状突起３７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、円柱状突起３７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、円柱状突起３７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。【０１７９】
このようにして、隣接する列の円柱状突起３７同士の中心、乃至、隣接する段の円柱状突起３７同士の中心を結んだラインは、底辺３８ａに沿った上下方向および凸部３６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。【０１８０】
例えば、隣接する列の円柱状突起３７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図９の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図９に示したθ１が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の円柱状突起３７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図９の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図９に示したθ２が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。【０１８１】
図９の図示内容および以上に述べた説明から理解されるとおり、本明細書における突起の千鳥配列とは、上下方向に平行に延びる各列が１つ置きの段を構成する円柱状突起３７で構成される円柱状突起３７の配列パターン（言い換えれば、左右方向に平行に延びる各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起３７で構成される円柱状突起３７の配列パターン）であり、例えば、円柱状突起３７の上下方向の配列については、ある１つの段の円柱状突起３７間を下方に向かって通過する気液２相流が、次の段において何等乱されずに、そのまますり抜けることを回避する観点から、次の段の円柱状突起３７に当てることができるように、円柱状突起３７の配列を、互いに隣接する列間においてジグザグに配置させたパターンを指す。【０１８２】
よって、本実施形態（図５）に示す如く、隣接する列の間の円柱状突起３７同士が、同じ段の円柱状突起３７間のピッチに対し半分ずれている配列パターンが、突起の千鳥配列の典型例ではあるが、千鳥配列は必ずしもこれに限定されない。例えば、後記の第５変形例に述べる如く、このような隣接する列の円柱状突起同士の間隔が、同じ段の円柱状突起間のピッチの１／４であっても良い。すなわち、フラッディング抑制の効果を発揮する限り、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＜同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」、または、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＞同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」の円柱状突起の配列パターンも本明細書における突起の千鳥配列に相当する。【０１８３】
ここで、図８および図９に示す如く、最上段（第１段目）および最下段（第２１段目）の１個の円柱状突起３７は各々、第２段目および第２２段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に位置して配置されている。【０１８４】
また、第２段目および第２０段目の２個の円柱状突起３７は各々、第３段目および第２１段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１８５】
また、第３段目および第１９段目の３個の円柱状突起３７は各々、第４段目および第２０段目の凸部３６並びに突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１８６】
また、第４段目および第１８段目の４個の円柱状突起３７は各々、第５段目および第１９段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１８７】
また、第５段目および第１７段目の５個の円柱状突起３７は各々、第６段目および第１８段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１８８】
また、第６段目および第１６段目の６個の円柱状突起３７は各々、第７段目および第１７段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１８９】
また、第７段目および第１５段目の６個の円柱状突起３７は各々、第８段目および第１６段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１９０】
また、第８段目および第１４段目の７個の円柱状突起３７は各々、第９段目および第１５段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１９１】
また、第９段目および第１３段目の７個の円柱状突起３７は各々、第１０段目および第１４段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１９２】
また、第１０段目および第１２段目の８個の円柱状突起３７は各々、第１１段目および第１３段目の凸部３６および基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１９３】
また、第１１段目の８個の円柱状突起３７は各々、第１２段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。【０１９４】
なお、最上段（第１段目）および最下段（第２３段目）の凸部３６と、基部３８ｅとの間には、円柱状突起３７は存在せず、両者は、距離Ｌ４を隔てて対向して配置されている。【０１９５】
そして、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間においては、円柱状突起３７同士の間に比較して、反応ガスの流速が速まることが、後記の流体解析シミュレーションの計算結果により判明している。このため、図８および図９に示す如く、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間を隔てる距離Ｌ４は、円柱状突起３７同士の間を隔てる距離Ｌ３よりも狭まっている。【０１９６】
具体的な距離Ｌ３、Ｌ４の設計指針として、距離Ｌ３および距離Ｌ４を同じと仮定した際の距離Ｌ３を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ３との積が、距離Ｌ３および距離Ｌ４を同じと仮定した際の距離Ｌ４を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ４との積に略一致するよう、距離Ｌ３および距離Ｌ４は設定されている。よって、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間を隔てる距離Ｌ４を、円柱状突起３７同士の間を隔てる距離Ｌ３より狭くしたことにより、窪み部３８を流れる酸化剤ガスや凝縮水の面内速度分布の均一化を距離Ｌ４によって発現する流路抵抗により適切に調整できる。【０１９７】
このようにして、円柱状突起３７は、酸化剤ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。【０１９８】
なお、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄの断面および平面視の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの構成の説明は省略する。【０１９９】
このようなカソードセパレータ３（特に酸化剤ガス合流領域の構成）によれば、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガス混合および流路溝内の凝縮水過多によるフラッディング抑制並びに酸化剤ガス圧均一化等について、以下に述べる効果が得られる。【０２００】
第１に、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを酸化剤ガス分流領域に対し斜めの直線状の境界を有するように形成したこと、および、および、円柱状突起３７と、凸部３６と、突片３８ｄと、基部３８ｅと、を隔てる上記Ｌ３乃至Ｌ４の距離を適正に設定したことにより、例えば、酸化剤ガスは、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ内を均一に流れ、ここの下流側の酸化剤ガス流路溝３５（第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂの酸化剤ガス流路溝３５）への酸化剤ガス分配性は悪化すること無く、酸化剤ガス流速の均一性が良好な状態（ガス流速のバラツキをより充分に低減した状態で）で維持できる。【０２０１】
第２に、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３４Ｄを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、酸化剤ガスを、窪み部３８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部３８の下流側の酸化剤ガス流路溝３５への酸化剤ガス分配性は低下すること無く、酸化剤ガス流速の均一性を改善（ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。【０２０２】
第３に、窪み部３８に千鳥状に配された複数の円柱状突起３７により、酸化剤ガス合流領域の集合体３１の各酸化剤ガス流路溝３５から酸化剤ガス合流領域の集合体３２に流入する酸化剤ガスおよび凝縮水はその流れが乱されて、これにより酸化剤ガス流路溝３５間の酸化剤ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、酸化剤ガス流路溝３５内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。【０２０３】
第４に、窪み部３８の底辺３８ａが、窪み部３８側に向かって突出する複数（９個）の突片３８ｄ（外端突片）およびこれらの突片３８ｄに挟まれた基部３８ｅを、その途中に形成するよう、湾曲していることから、酸化剤ガス分流領域の集合体３２の各酸化剤ガス流路溝３５から酸化剤ガス合流領域の集合体３２に流入する酸化剤ガスおよび凝縮水のうちの底面３８ａ（外端）近傍を流れる成分が、その流れが乱されて、これにより酸化剤ガス流路溝３５間の酸化剤ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。【０２０４】
第５に、酸化剤ガス合流領域の集合体３２において、酸化剤ガス分流領域の集合体３１の酸化剤ガス流路溝３５の各々が全て集められて、ここで酸化剤ガスの圧力均一化を図れる。【０２０５】
なお本実施形態では、各酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの酸化剤ガス流路溝３５の溝数を同一（１１列）に設定しているが、本実施形態の変形例として、これらの酸化剤ガス流路溝３５の溝数を、任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄにおいて細かく調整可能することも可能である。例えば、各酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを境にして、その上流側の酸化剤ガス分流領域の酸化剤ガス流路溝の溝数を、その下流側の酸化剤ガス分流領域の酸化剤ガス流路溝の溝数より１列だけ少なくして構成しても良い。そうすれば、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路溝を流れる際の酸化剤ガスの消費量を考慮した、酸化剤ガス流速の微調整を行えて好適である。【０２０６】
次に、本実施形態による燃料電池１０の動作例を説明する。【０２０７】
アノードセパレータ２に当接する電極部５は、図３に示す如く、複数の燃料ガス流路溝２５（凹部２５）の上端開口において、これらの燃料ガス流路溝２５の各々について、凝縮水過多によるフラッディングを抑制しつつ燃料ガスに曝されている。【０２０８】
また、カソードセパレータ３に当接する電極部５は、図７に示す如く、複数の酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）の上端開口において、これらの酸化剤ガス流路溝３５の各々について、凝縮水過多によるフラッディングを抑制しつつ酸化剤ガスに曝されている。【０２０９】
このため、燃料ガスが燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に燃料ガスが拡散し、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に酸化剤ガスが拡散する。よって、燃料電池１０による発電動作が、電極部５の面内全域で均一に行われる。
次に、本件発明者等は、凝縮水および反応ガスからなる気液２相流を流すセパレータの合流領域の周辺（以下、「流路折り返し周辺部」という）をコンピュータ上にモデル化して、以下に詳述する熱流体シミュレーション技術を活用することにより、本実施形態で述べた、流路折り返し周辺部における円柱状突起３８および突片３８ｄの、フラッディング抑制効果を検証した。
＜解析シミュレータ＞
本流体シミュレーションは、熱流体解析汎用ソフトウェア『米国ｆｌｕｅｎｔ社製の熱流体解析ソフト；「ＦＬＵＥＮＴ」（登録商標）、バージョン：６．２．１６』を使用にして実行された。
なお、このＦＬＵＥＮＴ（登録商標）では、有限体積法と称される離散化手法が使用されており、解析対象領域を所定の要素からなる細かい空間に区分して、これらの微細な要素間で授受される流体のつりあいを元に、流体の流れを支配する一般的な方程式を解いて、その結果が収束する迄、コンピュータによる反復演算がなされる。
＜解析モデル＞
ここでは、セパレータの流路折りし返し周辺部について、図５に示す如く、千鳥配置の円柱状突起および窪み部の底辺における突片を採用した解析モデル（以下、「実施形態の解析モデル」という）と、直交格子状配置の円柱状突起を採用した解析モデル（以下、「比較例の解析モデル」という）と、がモデリングされている。【０２１０】
なお実施形態の解析モデルの形態（形状）は、図５に基づき既に詳述しているので、ここではその説明を省く。【０２１１】
比較例の解析モデルでは、図１０に示す如く、ガス流路溝４５（凹部４５）に連通する窪み部４８は、上下方向に直線状に延びる底辺４８ａと、一対の斜辺４８ｂ、４８Ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部４８の底面に立設された複数の島状（ここでは円柱状）の円柱状突起４７は、底辺４８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に直交する方向（凸部４６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。更に、円柱状突起４７と凸部４６との間隔、円柱状突起４７と底辺４８ａとの間隔、円柱状突起４７同士の間隔および凸部４６と底辺４８ａとの間隔は何れも等しく設定されている。【０２１２】
なお、上記各解析モデルにおける解析条件（境界条件等）としては、基本的には燃料電池の定格運転時の各種データが採用されている。【０２１３】
例えば、凝縮水と反応ガスの混合割合を１：１とした気液２相流（例えば流速：２．３４ｍ／ｓ）が流入条件として入力され、表面張力（７．３×１０−２Ｎ／ｍ）が水物性データとして入力され、接触角（例えば０．１°）が、凝縮水およびセパレータの物性乃至表面データとして入力されている。【０２１４】
また、気液２相流の流出条件には、圧力（例えば９２７．３３Ｐａ）および圧力損失係数（例えば４．５４６×１０９／ｍ２；但し、下流側の流路抵抗増加相当分として下流側の溝を上流側に対し、４０ｍｍ延長している）が採用されている。【０２１５】
更に、気液２相流の流速に対して壁面はノンスリップとして取り扱われている。
＜解析結果＞
図１１および図１２は各々、上記各解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
すなわち、図１１では、比較例の解析モデルについて、気液２相流の流れが定常状態に到達した時点の凝縮水（黒色）と反応ガス（無色）の分布状態が描かれ、図１２では、実施形態の解析モデルについて、同じ類の図が描かれている。
比較例の解析モデル（図１１）の、窪み部における上下に直交格子状に整列に配置された突起によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起により混合され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散をある程度行えることが確認された。しかしながら、窪み部下流側のガス流路溝の一部、例えば窪み部の下流側最下段のガス流路溝に、凝縮水が多めに流れ込み、これにより、当該溝が凝縮水により閉塞されつつある様子が、図１１に示したシミュレーション結果により可視化されている。
これに対し、実施形態の解析モデル（図１２）の、窪み部における上下に千鳥状に並んだ突起および底辺突片によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起および突片により充分に混合され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散が極めて良好であることが確認された。例えば、凝縮水が、窪み部の下流側の全てのガス流路溝間において略均等に分配されて流れている様子が、図１２に示したシミュレーション結果により可視化されている。
以上に述べたシミュレーション結果により、実施形態の解析モデルを採用したセパレータ（カソードセパレータやアノードセパレータ）において、窪み部の下流側のガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが充分適切に抑制可能であることを検証できた。
本実施形態による流路折り返し周辺部の構成では、窪み部の底面に形成された千鳥配置の円柱状突起および窪み部の底辺に形成された突片の両方を採用した、ガス流路溝内への凝縮水均一分散にとって最適な設計がなされている。しなしながら、これらの一方のみの構造を採用した窪み部であっても、比較例の解析モデルに比べて、ガス流路溝内に凝縮水を均一に分散する効果があると、推定される。すなわち、千鳥状の円柱状突起および窪み部の底辺における突片の何れか一方の構造を用いたセパレータは、従来の比較例の解析モデル（図１０）に倣ったセパレータに比べて、ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを改善可能であると考えられる。
＜流路折り返し周辺部（窪み部）の変形例＞
ここまで、実施形態（図５、図９）において、複数の円柱状突起２７、３７が千鳥に規則的に並ぶように配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「千鳥配列」と略す）を述べた。また、比較例（図１０）において、複数の円柱状突起４７が直交格子状に並ぶように配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「格子配列」と略す）を述べた。
以下、格子配列の円柱状突起４７に対しその形状等を部分的に変更することにより、比較例に比べてフラッディングの改善が図れる流路折り返し周辺部の第１、第２、第３および第４変形例を説明する。
また、千鳥配列の隣接する列の突起同士の間隔を、実施形態（図５、図９）に示した間隔より小さくした、流路折り返し周辺部の第５変形例を説明する。
なおここでは、以下の第１、第２、第３、第４および第５変形例は、アノードセパレータ２を例にして述べているが、カソードセパレータ３であっても、同様の議論が当て嵌まる。
〔第１変形例〕
図１３は、第１変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１３によれば、燃料ガス流路溝７５（凹部７５）に連通する窪み部７８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺７８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝７５との境界としての一対の斜辺７８ｂ、７８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部７８の底面に立設された複数の島状の突起７７は、底辺７８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部７６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起７７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起７７ａと、この第１突起７７ａより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
すなわち、図１３に示す如く、上下および左右に隣接する突起７７同士の形状が互いに異なるよう、上下方向および左右方向の幅寸法を違えた第１突起７７ａと第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
このような突起７７の配置構成によれば、上下方向および左右方向の幅寸法が小さい第１突起７７ａと上下方向および左右方向の幅寸法が大きい第２突起７７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起７７ａと第２突起７７ｂとの間の中心３０１を上下方向や左右方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０１を結ぶ点線を図１３で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起７７ａと第２突起７７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起７７間の中心３０１を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に平行な仮想線５１１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起７７に対して底辺７８ａの延在方向において隣接する一対の突起７７間の中心が、この仮想線５１１から底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。また、互いに隣接して１つの列を構成するように並んだ一対の突起７７間の中心３０１を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に対し垂直な仮想線５１２（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起７７に対して底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向において隣接する一対の突起７７間の中心が、この仮想線５１２から底辺７８ａの延在方向に偏倚している。
これにより、気液２相流が窪み部７８の左右方向および上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝７５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起７７ａおよび第２突起７７ｂの個数や位置を、各列および各段について適切に設定することにより、窪み部７８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔第２変形例〕
図１４は、第２変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１４によれば、燃料ガス流路溝８５（凹部８５）に連通する窪み部８８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺８８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝８５との境界としての一対の斜辺８８ｂ、８８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部８８の底面に立設された複数の島状の突起８７は、底辺８８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部８６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起８７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起８７ａと、この第１突起８７ａより左右方向の幅寸法を大きくして、略円柱形（ここでは楕円柱形）に形成された、合計１４個の第２突起８７ｂと、が交互に配置されている。
すなわち、図１４に示す如く、上下および左右に隣接する突起８７同士の形状が異なるよう、左右方向の幅寸法を違えた第１突起８７ａと第２突起８７ｂとが交互に配置されている。
このような突起８７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起８７ａと左右方向の幅寸法（長軸の長さ）が大きい第２突起８７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起８７ａと第２突起８７ｂとの間の中心３０２を上下方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０２を結ぶ点線を図１４で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起８７ａと第２突起８７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起８７間の中心３０２を通り、かつ底辺８８ａの延在方向に平行な仮想線５２１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起８７に対して底辺８８ａの延在方向において隣接する一対の突起８７間の中心が、この仮想線５２１から底辺８８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。
これにより、気液２相流が窪み部８８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝８５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起８７ａおよび第２突起８７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部８８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔第３変形例〕
図１５は、第３変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１５によれば、燃料ガス流路溝９５（凹部９５）に連通する窪み部９８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺９８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝９５との境界としての一対の斜辺９８ｂ、９８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部９８の底面に立設された複数の島状の突起９７は、底辺９８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部９６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起９７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起９７ａと、この第１突起９７ａと同一形状の基部４０１と、この基部４０１の側面の一部分から右方向（底辺９８ａの方向）に飛び出る突部４０２とを有して左右方向の幅寸法を大きくして同方向に非対称に形成された、合計１４個の第２突起９７ｂと、交互に配置されている。
すなわち、図１５に示す如く、上下および左右に隣接する突起９７同士の形状が異なるように、左右方向の幅寸法を違えた第１突起９７ａと第２突起９７ｂとが交互に配置されている。
このような突起９７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起９７ａと左右方向の幅寸法が大きい第２突起９７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起９７ａと第２突起９７ｂとの間の中心３０３を上下方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０３を結ぶ点線を図１５で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起９７ａと第２突起９７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起９７間の中心３０３を通り、かつ底辺９８ａの延在方向に平行な仮想線５３１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起９７に対して底辺９８ａの延在方向において隣接する一対の突起９７間の中心が、この仮想線５３１から底辺９８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。
これにより、気液２相流が窪み部９８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝９５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起９７ａおよび第２突起９７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部９８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔第４変形例〕
図１６は、第４変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１６によれば、燃料ガス流路溝１０５（凹部１０５）に連通する窪み部１０８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺１０８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１０５との境界としての一対の斜辺１０８ｂ、１０８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部１０８の底面に立設された複数の島状の突起１０７は、底辺１０８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部１０６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起１０７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成され、第１列目を構成する４個の第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第２列目を構成する６個の第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第３列目を構成する８個の第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第４列目を構成する１０個の第４突起１０７ｄと、がある。
図１６に示す如く、第２段目〜第９段目の右（凸部１０６の側）から左（底辺１０８ａの側）に向かうに連れて、突起１０７の形状が大きくなるよう、上下方向および左右方向の幅寸法を違えた、第１突起１０７ａと、第２突起１０７ｂと、第３突起１０７ｃと、第４突起１０７ｄとが、適宜選別され配置されている。
例えば、第４段目の左右方向には、凸部１０６に隣接する第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａに隣接する第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂに隣接する第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃおよび底辺１０８ａに隣接する第４突起１０７ｄとが、この順番に隣接するよう、並んで配置されている。
なお、第４段目以外の突起１０７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明および図１６を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
このような突起１０７の配置構成によれば、右から左に向かうに連れて、上下方向および左右方向の幅寸法が大きくなる突起１０７を配置させたことにより、燃料ガスの流速に応じて突起１０７同士の距離、突起１０７および底面１０８ａ間の距離、突起１０７および凸部１０６間の距離を適切に変更することができる。【０２１６】
このため、窪み部１０８を流れる気液２相流の面内速度分布を、当該距離の変更によって発揮される燃料ガス流路抵抗の調整により適切に均一化できる。
〔第５変形例〕
図１７は、第５変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１７によれば、燃料ガス流路溝１１５（凹部１１５）に連通する窪み部１１８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に直線状に延びる底辺１１８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１１５との境界としての一対の斜辺１１８ｂ、１１８ｃとにより、略三角形状に区画されている。【０２１７】
窪み部１１８の底面に立設された複数の略円柱形または略四角柱形の複数の突起１１７は、底辺１１８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺１１８ａの延在方向に対し垂直な方向（凸部１１６の延長上の左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、突起１１７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、突起１１７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の突起１１７は、８列（窪み部１１８の頂点Ｕ側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ１０段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する突起１１７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する突起１１７で構成されている。【０２１８】
このようにして、底辺１１８ａに沿った上下方向および凸部１１６の延長線上の左右方向において、隣接する列の突起１１７同士、乃至、隣接する段の突起１１７同士を結んだラインが、くの字に折れるようにして、所謂千鳥に規則的に並ぶように配置されている。例えば、隣接する列の突起１１７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図１７の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図１７に示したθ３が約１５２°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の突起１１７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図１７の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図１７に示したθ４が約５１°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起１７７間の中心３０３を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に平行な仮想線５０１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起１１７に対して底辺７８ａの延在方向において隣接する一対の突起１１７間の中心が、この仮想線５０１から底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。なお、この偏倚量は、同じ段の突起１１７間のピッチＰ５の略１／４ピッチ分に相当する。すなわち、これらの突起１１７ａおよび突起１１７ｂは、左右に上記略１／４ピッチを隔て、かつ上下に凹部１１５の幅分隔てて、交互に配置されている。上記偏倚量が、突起１１７のピッチＰ２の半分にまで達すれば、本変形例の突起配列パターンは、図５に示した配列と同じ類のパターンになる。
このように偏倚された突起１１７によれば、気液２相流が窪み部１１８を上下に向かう際に、気液２相流が突起１１７間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起１１７に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部１１８の下流側の燃料ガス流路溝１１５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能である。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２１９】
本発明による燃料電池用セパレータは、凝縮水過多によるフラッディングを改善でき、例えば、高分子電解質型燃料電池にこのセパレータを適用できる。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月10日(2008.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域と、において、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記外端を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記弓形に突出した形状が略三角形状である請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記弓形に突出した形状が略半円形状である請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記分流領域が、前記一様流れ部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、前記一様流れ部の流路溝の溝数と、当該一様流れ部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス入口マニホールドに接続されている、
請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項６記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項６記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されている、
請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】
前記主面の略法線方向からみた場合、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起間の中心を通り、かつ前記外端の延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記一対の突起に対し前記延在方向において隣接する一対の突起間の中心が、前記仮想線から前記延在方向に対し垂直な方向に偏倚している、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
前記複数の突起は、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項１３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】
各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の略直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、略直径分の３倍分の間隔を開けて配置されている、請求項１４記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１６】
前記突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１３乃至１５の何れかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１７】
前記主面の略法線方向からみた場合、前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１８】
前記第１突起及び第２突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１７記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１９】
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、
前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲している、燃料電池用セパレータ。
【請求項２０】
前記主面の法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されている、請求項１９記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２１】
各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間および前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されている、請求項２０記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２２】
前記第１および第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１および第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１および第２の距離は設定されている、請求項２１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項２３】
前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項１９乃至２２記載の何れかに燃料電池用セパレータ。
【請求項２４】
アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置されている膜電極接合体と、を有しており、
請求項１乃至２３のうちの何れかに１項に記載された燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータとして組み込まれており、
前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータおよび燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池（以下、必要に応じて「ＰＥＦＣ」という。）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを燃料電池において電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる熱電併給装置である。
【０００３】
燃料電池は、ＭＥＡと称される膜−電極接合体（membrane electrode assembly）を有している。このＭＥＡは、ＭＥＡの両面周縁部にガスケットが配置されるようにして、一対の導電性セパレータ（具体的にはアノードセパレータおよびカソードセパレータからなるセパレータの対）により挟まれている。ＰＥＦＣは一般的には一対の導電性セパレータの間にＭＥＡの単位を複数段に積層された構成を備える。
【０００４】
アノードセパレータの表面には、燃料ガス（反応ガスのうちアノードに供給される還元剤ガスを含むガス）が通流するサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が、燃料ガス供給路（燃料ガス供給マニホールド孔）と燃料ガス排出路（燃料ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この燃料ガス通流領域は、燃料ガス供給路と燃料ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の燃料ガス流路溝で構成されている。これらの複数の燃料ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が形成されている。
【０００５】
また、カソードセパレータの表面には、酸化剤ガス（反応ガスのうちカソードに供給される酸化剤ガスを含むガス）が通流するサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が、酸化剤ガス供給路（酸化剤ガス供給マニホールド孔）と酸化剤ガス排出路（酸化剤ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この酸化剤ガス通流領域は、酸化剤ガス供給路と酸化剤ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の酸化剤ガス流路溝で構成されている。これらの複数の酸化剤ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が形成されている。
【０００６】
以上の構成により、燃料ガスが燃料ガス通流領域内の流路溝を流れる間、および、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域内の流路溝を流れる間に、これらの反応ガス（発電ガス）がＭＥＡに供給されＭＥＡの内部において上記電気化学反応により消費される。
【０００７】
ところで、ＰＥＦＣの実用化を目指し、アノードセパレータやカソードセパレータには、より安定した発電を可能にする反応ガスの良好な通流状態を実現するための改良が望まれており、様々な検討がなされている（特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００８】
例えば、複数の流路溝の折り返し部に当該流路溝を合流させる反応ガスの合流領域を設け、流路溝内に発生する凝縮水の充分な排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路抵抗（圧損）の低減などを意図したセパレータが提案されている（特許文献２および特許文献４）。この流路溝の合流領域には、複数の流路溝に連通する凹部の底面に複数の突起が点在するように設けられている。
【０００９】
また、流路溝が反応ガス供給路（ガス入口側）から反応ガス排出路（ガス出口側）に近づくに連れて、その溝数を変更すること（減少させること）により、上述の凝縮水の排水性能の向上、ガス拡散性能の向上、有効に小型化することを意図したセパレータも提案されている（特許文献１および特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−２５０９２３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６５９４号公報
【特許文献３】特開２０００−２９４２６１号公報
【特許文献４】特開２０００−１６４２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜４に記載されたセパレータをはじめとする従来のセパレータであっても、各流路溝の反応ガス流速のばらつきの低減、流路溝内に発生する凝縮水の排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路溝の流路抵抗（圧損）の低減、反応ガス混合促進等のセパレータに求められる性能を充分に満足する最適な設計がなされているとは言い難く、特に複数の流路溝を合流させる反応ガスの合流領域の設計に未だ改良の余地があった。
【００１１】
例えば、特許文献２に記載の折り返し部（格子状溝；合流領域）には、反応ガスのガス混合を向上する目的により、複数の流路溝の全幅に亘る（両側端の流路溝の間に亘る）ように、格子状溝が形成されている。しかし、この格子状溝は、当該複数の流路溝に対し垂直な直線状の境界を形成する（四角形の合流領域を形成する）ようにして設けられているため、この格子状溝では、反応ガスが滞留する可能性がある。そうすると、格子状溝の下流に位置する複数の流路溝への反応ガス分配性は、こうした反応ガスの滞留状態に起因して低下し、その結果として、ここでの各流路溝間の反応ガス流速の不均一化を招き兼ねない。
【００１２】
特に、燃料電池の低負荷運転の際（反応ガス流速の低速度の際）には、凝縮水が、反応ガス動方向で下の流路付近に集中し易く、上記の反応ガス滞留の不具合がより顕在化して、水分が過多となり、ガス拡散を阻害することにより燃料電池の性能を下げるという現象（フラッディング）に陥り易い。
【００１３】
また、特許文献４に記載の略三角形の合流領域であっても、反応ガスの滞留という不具合を改善することを意図して設計されているものの、上記流路溝内の凝縮水や生成水の集中に起因する水滴による流路溝内の閉塞（フラッディング）防止に対し適正な設計がなされているとは言い難く、未だ改良の余地があった。
【００１４】
なお、上述のフラディングはガス拡散電極内（例えば触媒層内のガス拡散パスとなる細孔が水滴により閉塞する現象（ガス拡散電極内のフラディング）とは異なる、セパレータにおける水滴によるガス流路溝内の閉塞をいう。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ充分に抑制できる燃料電池用セパレータおよび燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域と、において、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、
燃料電池用セパレータを提供する。
【００１７】
このように窪み部に島状に配された複数の突起によれば、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、１つの前記段を構成する突起に案内された後、この１つの段に隣接する段を構成する突起により反応ガスの流れが乱されて、これにより流路溝間の反応ガスの混合促進を図れ、これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが抑制される。
【００１８】
また、反応ガスの合流領域と、窪み部に連通する一対の上流側の流路溝群及び下流側の流路溝群との間の境界が、前記流路溝群の方向に対し斜めに区画されたことにより、反応ガスは、この合流領域内を均一に流れ、ここの下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下すること無く、反応ガス流速の均一性が維持される。
【００１９】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより確実に得る観点から、前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記合流領域の外端を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されていることが好ましい。
【００２０】
このように、窪み部を弓形に突出した形状となるように区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性をより改善（反応ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。
【００２１】
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略三角形状であることがより好ましい。
【００２２】
このように、窪み部を略三角形に区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に充分に低減）することができる。
【００２３】
なお、略三角形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば三角形の各辺は厳密な直線でなくてもよい。例えば、三角形外部に弓形に膨らむ曲線であってもよく、三角形内部に弓形にしぼむ曲線であってもよく、階段状の不連続な線であってもよい。
【００２４】
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略半円形状であることがより好ましい。
【００２５】
このように、窪み部を略半円形状に区画することによっても、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に充分に低減）することができる。
【００２６】
なお、略半円形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば厳密な半円でなくてもよい。例えば、半楕円形であってもよく、半円（又は半楕円）の曲線部分が滑らかな曲線以外に階段状の不連続な線であってもよい。
【００２７】
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、流路溝内に発生する水滴の排水性をより充分に向上させる観点から、前記分流領域が、前記一様流れ部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、前記一様流れ部の流路溝の溝数と、当該前記一様流れ部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されていることが好ましい（後述の図２及び図６を参照）。
【００２８】
このように一様流れ部と折り返し部とを含む分流領域を形成することにより、比較的長い流路溝を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各流路溝の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する流路溝は、当該流路溝に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
【００２９】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス入口マニホールドに接続されていることが好ましい。
【００３０】
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することを容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができる。
【００３１】
より詳しく説明すると、ガス入口マニホールドと反応ガス通流領域との間に上記隙間があり、ガス入口マニホールドから反応ガス通流領域に反応ガスを供給するための流路は、上記隙間を横断する。また、ガス出口マニホールドと反応ガス通流領域との間にも上記隙間があり、反応ガス通流領域から排出されるガスをガス出口マニホールドに排出するための流路は、上記隙間を横断する。そのため、反応ガスを供給するための流路と上記隙間とが連通しないようにガスシールするための構成が必要となる。もしガスシールするための構成がない場合には、ガス入口マニホールドから供給される反応ガスのうち反応ガス通流領域に供給されずに上記隙間に流入し、当該隙間中を進行して、ガス出口マニホールドに流入する無駄なガス（ＭＥＡで利用されないガス）が多くなる。
【００３２】
合流領域はこの部分に当接されるガス拡散電極及びガスケット（合成樹脂製）を、窪み部に立設された突起により支持することになるため、突起のない部分にガスケット（合成樹脂製）の当接面が垂れ込んで、流路抵抗（圧損）を増大させる危惧がある。そのため、先に述べた特許文献２及び特許文献４に記載のセパレータのように、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「入口側通流溝部」と記載）がガス入口マニホールドの直後に配置され、かつ、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「出口側通流溝部」と記載）がガス出口マニホールドの直前に配置される場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成がより複雑になりかつその構成を形成するのが容易でなくなる。
【００３３】
一方、上述のように合流領域が、ガス入口マニホールドの直後に配置されない場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにできかつその構成を容易に形成することができる。
【００３４】
更にこの場合、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることがより好ましい。
【００３５】
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されず、かつ、ガス出口マニホールドの直前に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することをより容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をよりシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【００３６】
なお、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に折り返し部も配置されない場合）には、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【００３７】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されていてもよい。
【００３８】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【００３９】
更に、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記一様流れ部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることが好ましい。
【００４０】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【００４１】
また、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。
【００４２】
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【００４３】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、前記複数の突起が、前記リブの延長線上に配置されていることが好ましい。
【００４４】
このように、リブの延長線上に複数の突起を並ぶようにして配置させることにより、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、この複数の突起間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する突起により反応ガスの流れが適切に乱され好適である。
【００４５】
また、凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータを金型成型により製造できるようになり、これにより、セパレータが一枚板で構成され製造コストを改善（低減）することができる。
【００４６】
また、斯かる構成を採用すれば、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を充分に抑制できる。
【００４７】
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起間の中心を通り、かつ前記外端の延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記一対の突起に対し前記延在方向において隣接する一対の突起間の中心が、前記仮想線から前記延在方向に対し垂直な方向に偏倚していることが好ましい。
【００４８】
このように一対の突起間の中心が偏倚するように複数の突起を配置することにより、気液２相流が、窪み部を外端の延在方向に向かう際に、気液２相流が突起間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起に当たってその流れを乱すことができる。これにより、窪み部の下流側の燃料ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。
【００４９】
特に、上述の偏倚された突起を配置する場合、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されることが好ましい。
【００５０】
このように窪み部に、隣接する列間の突起同士の中心を結んだラインが、複数回に亘りくの字に折れるという、所謂千鳥配列の状態となるように複数の突起を配置したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れることになる。これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。
【００５１】
本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起の形状としては、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。
【００５２】
なお本明細書における略円柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形の他、当該真円から歪んだ円形（例えば、楕円形）をも含むものとする。
【００５３】
また、本明細書における略三角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない３つの点と、それらを結ぶ３つ線分からなる三角形（例えば、直角三角形、二等辺三角形または正三角形等）に形作られた多角柱形であり、３つの角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。
【００５４】
更に、本明細書における略四角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない４つの点と、それらを結ぶ４つの線分からなる四角形（矩形、正方形、平行四辺形または台形等）に形作られる多角柱形であり、四隅の角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。
【００５５】
また、本明細書では、上記「各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成される」突起の配列パターンを、「千鳥配列」と称することとする。
【００５６】
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、このような窪み部における千鳥配列の好適な一典型例として、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、直径分の３倍分の間隔を開けて配置されていることが好ましい。これにより、窪み部面内に突起が規則正しく千鳥配列の状態で配置され、流路溝間の凝縮水の均等分配の実現（不均等分配の低減）により有効に寄与することができ好適である。
【００５７】
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されても良い。
【００５８】
このように、前記延在方向または前記垂直な方向の幅寸法を違えた第１突起と第２突起とを配置させることにより、第１突起と第２突起との間の中心を前記延在方向や前記垂直な方向に結ぶラインは、気液２相流が流れる隙間の長手方向において屈曲することになる。その結果、気液２相流が窪み部の前記延在方向または前記垂直な方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
【００５９】
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、反応ガス混合が促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の反応ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが抑制される。
【００６０】
更に、このような屈曲部の数や配置位置を各列及び各段について適切に調整することにより、窪み部内の反応ガス流路抵抗を、反応ガス流速を均一にするよう調整できる。
【００６１】
なお、前記第１突起及び第２突起の形状として、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば上述のような、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。
【００６２】
また、本発明は、板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数と同一になるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、
前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲している、
燃料電池用セパレータを提供する。
【００６３】
このように窪み部に外端突片を形成したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れ、これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングの発生をより充分に抑制できるようになる。
【００６４】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、前記突起は前記リブの延長線上に配置されていることが好ましい。
【００６５】
このように、リブの延長線上に複数の突起を並ぶようにして配置させることにより、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、この複数の突起間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する突起により反応ガスの流れが適切に乱され好適である。
【００６６】
また、凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータは金型成型により製造でき、これにより、セパレータが一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。
【００６７】
また、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を充分に抑制できる。
【００６８】
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間及び前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されても良い。特に、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合には、この構成をとることが好ましい。
【００６９】
更に、上記第１の距離を上記第２の距離よりも狭くしたことにより、窪み部を流れる反応ガスの面内速度分布の均一化をこのような距離によって発揮される流路抵抗により適切に調整できる。
【００７０】
要するに、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得るために、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１及び第２の距離は設定されていることが好ましい。
【００７１】
なお、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得る観点から、上記「前記外端は、望ましくは、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲してなる。」という発明特定事項を備えた発明及びその改良発明に、「前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている」という発明特定事項の構成を付加して、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディング抑制に対して最適な設計を行うことも可能である。
【００７２】
また、本発明は、
アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置される膜電極接合体と、を有しており、
前記アノードセパレータと前記膜電極接合体と前記カソードセパレータとを含む積層単位を１以上有しており、
上述の本発明の燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータとして組み込まれており、
前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、
燃料電池を提供する。
【００７３】
斯かる構成によれば、アノードセパレータの分流領域を流れる還元剤ガスは、還元剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、アノードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でアノードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。また、カソードセパレータの分流領域を流れる酸化剤ガスは、酸化剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、カソードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でカソードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。そうすると、燃料電池による発電動作が、電極部の面内のほぼ全域で均一に近い状態で行われるようになる。
【００７４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００７５】
以上のように本発明によれば、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ充分に抑制できる燃料電池用セパレータ及び燃料電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００７７】
図１は、本発明の一実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。
【００７８】
図１に示す如く、燃料電池スタック１００は、複数の矩形の燃料電池１０を積層して構成されている。
【００７９】
なお、燃料電池スタック１００の両端の最外層には端板４０が取り付けられ、燃料電池１０は互いに両端板４０から、燃料電池１０の四隅のボルト孔４を挿通する締結ボルト（図示せず）とナット（図示せず）とで締結されている。ここでは、燃料電池１０は、例えば６０個積層されている。
【００８０】
燃料電池１０のＭＥＡ１は、高分子電解質膜６の両面の中央部に、矩形の電極部５（触媒層およびガス拡散層）の対を設けて構成されている。そして、燃料電池１０は、導電性の板状のセパレータ２、３の対を有し、ＭＥＡ１の周縁部６ａに、矩形かつ環状のガスケット（図示せず）が配設され、このガスケットとＭＥＡ１の電極部５とが、この導電性のセパレータ（具体的にはアノードセパレータ２およびカソードセパレータ３）の対により挟まれてなる。なお、ＭＥＡ１の構成は公知であり、ここではその詳細な説明は省略する。
【００８１】
アノードセパレータ２の表面（おもて面；一方の電極部５との当接面）には、燃料ガス（還元剤ガス）が通流する燃料ガス通流領域１０１が形成されている。この燃料ガス通流領域１０１は、燃料ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の燃料ガス流路溝２５（流路溝群；例えば図２参照）を有する燃料ガス分流領域の集合体２１、および複数の燃料ガス流路溝２５を合流して燃料ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起２７（例えば図２参照）を有する燃料ガス合流領域の集合体２２を備えて構成されている。
【００８２】
本実施形態の突起２７は、図２に示す如く略円柱形により形成されているが、突起２７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。また、突起２７の立設方向に垂直な断面が、本実施形態の略真円柱形の他、後記の第２変形例で述べる如く楕円柱形であっても、このような突起は、本明細書における略円柱形であるものとする。
【００８３】
なお、この燃料ガス通流領域１０１の構成は後程詳しく説明する。
【００８４】
また、カソードセパレータ３の表面（おもて面；他方の電極部５との当接面）には、酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス通流領域１０２が形成されている。この酸化剤ガス通流領域１０２は、酸化剤ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の酸化剤ガス流路溝３５（流路溝群；例えば図６参照）を有する酸化剤ガス分流領域の集合体３１、および複数の酸化剤ガス流路溝３５を合流して酸化剤ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起３７（例えば図６参照）を有する酸化剤ガス合流領域の集合体３２を備えて構成されている。
【００８５】
本実施形態の突起３７は、上記突起２７と同様、図６に示す如く略円柱形により形成されているが、突起３７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。
【００８６】
なお、この酸化剤ガス通流領域１０２の構成は後程詳しく説明する。
【００８７】
また、これらの両セパレータ２、３およびＭＥＡ１の周縁部６ａには、これらを貫通するようにして、燃料ガスを供給および排出するための一対の燃料ガスマニホールド孔１２Ａ、１２Ｂおよび酸化剤ガスを供給および排出するための一対の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ、１３Ｂ並びに冷却水を供給および排出するための冷却水マニホールド孔１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
【００８８】
そして、燃料電池１０が積層された形態では、これらの孔１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ等は順に繋がり、これにより燃料電池スタック１００の積層方向（ねじ締結方向）に延びる、楕円柱状の一対の燃料ガスマニホールドおよび楕円柱状の一対の酸化剤ガスマニホールド並びに楕円柱状の一対の冷却水マニホールドが形成されることになる。
【００８９】
ここで、燃料ガス通流領域１０１は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、燃料ガスマニホールド孔１２Ａと、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、燃料ガスマニホールドを流れる燃料ガスの一部が、各アノードセパレータ２の燃料ガスマニホールド孔１２Ａから燃料ガス通流領域１０１に導かれる。こうして導かれた燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１から各アノードセパレータ２の燃料ガスマニホールド孔１２Ｂに流出し、燃料ガスマニホールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００９０】
一方、酸化剤ガス通流領域１０２は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａと、酸化剤ガスマニホールド１３Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、酸化剤ガスマニホールドを流れる酸化剤ガスの一部が、各カソードセパレータ３の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａから酸化剤ガス通流領域１０２に導かれる。こうして導かれた酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２から各カソードセパレータ３の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂに流出し、酸化剤ガスマニホールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００９１】
なお、燃料電池１０の温度を適温に保つための冷却水は、一対の冷却水マニホールドを介してカソードセパレータ３の裏面（上記表面の反対面）設けられた複数の冷却水溝（図示せず）を流れるが、ここでは冷却水の通流構造の詳細な説明は省く。
【００９２】
次に、アノードセパレータ２に配設された燃料ガス通流領域１０１の構成について図面を参照して詳しく述べる。
【００９３】
図２は、アノードセパレータの表面を示した図である。
【００９４】
図３は、図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図４は、図２のIV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図５は、図２のＡ領域の拡大図である。
【００９５】
なお、図２および図５において、「上」、「下」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図２において、「第１の側」および「第２の側」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。
【００９６】
図２から理解されるとおり、燃料ガス通流領域１０１は、アノードセパレータ２の表面の、ＭＥＡ１の電極部５に当接する領域２０１内において、サーペンタイン状に形成され、燃料ガス分流領域の集合体２１と、燃料ガス合流領域の集合体２２（図１参照）と、により構成されている。
【００９７】
燃料ガス分流領域の集合体２１は、上から下に向かって、第１、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分されてなる。
【００９８】
また、燃料ガス合流領域の集合体２２には、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する第１の燃料ガス合流領域２２Ａ、および第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃがある。
【００９９】
ここで、図２に示すように、第１の燃料ガス分流領域２１Ａは、サーペンタイン状の各燃料ガス流路溝２５のうち、反応ガスが一方向に流れる３つの一様流れ部６０２（ここでは、反応ガスは直線状に流れており、以下、この部分を「直線部６０２」という）と、反応ガスが折り返すように流れる２つの折り返し部６０１とを組み合わせて形成されている。この第１の燃料ガス分流領域２１Ａにおいては、直線部６０２の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部６０２に接続される折り返し部６０１の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部６０２の燃料ガス流路溝２５と折り返し部６０１の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。
【０１００】
同様に、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂ、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃもそれぞれ３つの直線部（符号を用いて図示せず）と、２つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第２の燃料ガス分流領域２１Ｂにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。この第３の燃料ガス分流領域２１Ｃにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。
【０１０１】
更に、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄも、６つの直線部（符号を用いて図示せず）と、５つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の燃料ガス分流領域２１Ｄにおいても、直線部の燃料ガス流路溝２５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の燃料ガス流路溝２５の溝数とが同数となるように、直線部の燃料ガス流路溝２５と折り返し部の燃料ガス流路溝２５とが連続に形成されている。
【０１０２】
そして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａは、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂは、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃは、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。
【０１０３】
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い燃料ガス流路溝２５を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各燃料ガス流路溝２５の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する燃料ガス流路溝２５は、当該燃料ガス流路溝２５に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
【０１０４】
更に、図２に示すように、４つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の燃料ガス分流領域２１Ａの直線部６０２が、燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄの直線部が、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されている。
【０１０５】
即ち、本実施形態においては、合流領域を燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、アノード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、燃料ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に燃料ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。
【０１０６】
なお、このように合流領域が燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【０１０７】
以上のようにして、燃料ガス分流領域の集合体２１は、第１、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各々を挟んで、第１、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分して構成されている。
【０１０８】
本実施形態では、図２に示す如く、第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側の第２の燃料ガス分流領域２１Ｂは、この第１の燃料ガス合流領域２２Ａを間に挟んで上流側の第１の燃料ガス分流領域２１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、燃料ガス合流領域を設けるようには構成されていない。
【０１０９】
すなわち、アノードセパレータ２は、燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の円柱状突起２７が形成された燃料ガス合流領域からなる折り返し部と、Ｕ字状に曲がった複数の燃料ガス流路溝２５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。
【０１１０】
より詳しくは、本実施形態では、第１の燃料ガス分流領域２１Ａでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の燃料ガスマニホールド孔１２Ａから第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａに至るように構成されている。
【０１１１】
また、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側から第２の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂに至るように構成されている。
【０１１２】
また、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の折り返し部に位置する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂの下流側から第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃに至るように構成されている。
【０１１３】
また、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの下流側から第２の側に延びて、５箇所で１８０°折り返すようにして燃料ガスマニホールド孔１２Ｂに至るように構成されている。
【０１１４】
また、図３に示す如く、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの横断面は、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ１、Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有する複数（ここでは６個）の凹部２５と複数（ここでは５個）の凸部２６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部２５が燃料ガス流路溝２５に相当し、この凸部２６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。
【０１１５】
このようなアノードセパレータ２の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの凸部２６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された凸部２６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ１および均等な幅Ｗ１並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された燃料ガス流路溝２５の内部に、等しく垂れ込む。
【０１１６】
このような構成により、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの燃料ガス流路溝２５に燃料ガスを流す際に、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガスの圧損の不均一性が充分に抑制され好適である。また、電極部５における燃料ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に垂直な方向における）不均一性が充分に抑制され好適である。
【０１１７】
また、このような凹凸パターンを有するアノードセパレータ２は金型成型により製造でき、これにより、アノードセパレータ２が一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。
【０１１８】
なお、第２、第３および第４の燃料ガス分流領域２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。
【０１１９】
また、図４および図５から理解されるとおり、第１の燃料ガス合流領域２２Ａは、燃料ガス流路溝２５（凹部２５）に連通する窪み部２８（凹状の領域）と、この窪み部２８の底面に立設された複数の島状（ここでは円柱状）の突起２７と、により構成されている。
【０１２０】
なお、図２に示したように、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃにも、上記窪み部２８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起２７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これらの第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの構成については、第１の燃料ガス合流領域２２Ａと同様なので説明を省略する。
【０１２１】
窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面に、サーペンタイン状の燃料ガス通流領域１０１の第１の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面から見て、上下方向に延びる底辺２８ａと、この底辺２８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺２８ｂ、２８ｃと、により区画され略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺２８ａが燃料ガス通流領域１０１の折り返し部の外端（壁面）を構成し、上側の斜辺２８ｂが第１の燃料ガス分流領域２１Ａとの境界を構成し、下側の斜辺２８ｃが第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの境界を構成している。
【０１２２】
更に、この底辺２８ａは、窪み部２８側に向かって突出する複数（５個）の突片２８ｄ（外端突片）およびこれらの突片２８ｄに挟まれた直線状の基部２８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。なお、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの各燃料ガス流路溝２５は上側の斜辺２８ｂにおいて窪み部２８と連通し、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの各燃料ガス流路溝２５は下側の斜辺２８ｃにおいて窪み部２８と連通している。また窪み部２８は、ここでは、燃料ガス流路溝２５と同じ深さに形成されている。
【０１２３】
複数の円柱状突起２７は、図４および図５に示す如く、第１及び第２の燃料ガスサブ分流流路２１Ａ、２１Ｂの各凸部２６（但し最上段および最下段の凸部２６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ２で形成されている。このピッチＰ２は、ここでは、各燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂの凸部２６のピッチＰ１と同じである。図４に示す如く、全ての円柱状突起２７が均等な高さ（段差）Ｄ２及び同じ形状を有している。
【０１２４】
このように凸部２６の延長線上に複数の円柱状突起２７を並ぶようにして配置させることにより、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの各燃料ガス流路溝２５から第１の燃料ガス合流領域２２Ａに流入する反応ガスは、この複数の円柱状突起２７間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する円柱状突起２７により、自重で下方に移動する反応ガスの流れが適切に乱され好適である。なお、本実施形態では、図５に示す如く、円柱状突起２７は、凸部２６の延長線上の方向に互いの中心を一致させるよう、配置されている。
【０１２５】
また、これらの円柱状突起２７は、図５に示す如く所謂千鳥状に規則的に並ぶように配置されている。
【０１２６】
具体的には、複数の円柱状突起２７は、底辺２８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺２８ａの延在方向に対し垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、円柱状突起２７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、円柱状突起２７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の円柱状突起２７は、８列（窪み部２８の頂点側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ９段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する円柱状突起２７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起２７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における円柱状突起２７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における円柱状突起２７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、円柱状突起２７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、円柱状突起２７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。
【０１２７】
このようにして、隣接する列の円柱状突起２７同士の中心、乃至、隣接する段の円柱状突起２７同士の中心を結んだラインは、底辺２８ａに沿った上下方向および凸部２６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。
【０１２８】
例えば、隣接する列の円柱状突起２７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図５の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図５に示したθ1が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の円柱状突起２７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図５の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図５に示したθ2が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
【０１２９】
図５の図示内容および以上に述べた説明から理解されるとおり、本明細書における突起の千鳥配列とは、上下方向に平行に延びる各列が１つ置きの段を構成する円柱状突起２７で構成される円柱状突起２７の配列パターン（言い換えれば、左右方向に平行に延びる各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起２７で構成される円柱状突起２７の配列パターン）であり、例えば、円柱状突起２７の上下方向の配列については、ある１つの段の円柱状突起２７間を下方に向かって通過する気液２相流が、次の段において何等乱されずに、そのまますり抜けることを回避する観点から、次の段の円柱状突起２７に当てることができるように、円柱状突起２７の配列を、互いに隣接する列間においてジグザグに配置させたパターンを指す。
【０１３０】
よって、本実施形態（図５）に示す如く、隣接する列の間の円柱状突起２７同士が、同じ段の円柱状突起２７間のピッチに対し半分ずれている配列パターンが、突起の千鳥配列の典型例ではあるが、千鳥配列は必ずしもこれに限定されない。例えば、後記の第５変形例に述べる如く、このような隣接する列の円柱状突起同士の間隔が、同じ段の円柱状突起間のピッチの１／４であっても良い。すなわち、フラッディング抑制の効果を発揮する限り、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＜同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」、または、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＞同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」の円柱状突起の配列パターンも本明細書における突起の千鳥配列に相当する。
【０１３１】
ここで、図４および図５に示す如く、最上段（第１段目）および最下段（第９段目）の１個の円柱状突起２７は各々、第２段目および第１０段目の凸部２６並びに突片２８ｄとの間の距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に位置して配置されている。
【０１３２】
また、第２段目および第８段目の２個の円柱状突起２７は各々、第３段目および第９段目の凸部２６並びに基部２８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と基部２８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１３３】
また、第３段目および第７段目の３個の円柱状突起２７は各々、第４段目および第８段目の凸部２６並びに突片２８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１３４】
また、第４段目および第６段目の４個の円柱状突起２７は各々、第５段目および第７段目の凸部２６並びに基部２８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と基部２８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１３５】
また、第５段目の４個の円柱状突起２７は、第６段目の凸部２６および突片２８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部２６と突片２８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１３６】
なお、最上段（第１段目）および最下段（第１１段目）の凸部２６と、基部２８ｅとの間には、円柱状突起２７は存在せず、両者は、距離Ｌ２を隔てて対向して配置されている。
【０１３７】
そして、円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間においては、円柱状突起２７同士の間に比較して、反応ガスの流速が速まることが、後記の流体解析シミュレーションの計算結果により判明している。よって、円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間を隔てる距離Ｌ２は、図４および図５に示す如く、円柱状突起２７同士の間を隔てる距離Ｌ１よりも狭まっている。
【０１３８】
具体的な距離Ｌ１、Ｌ２の設計指針として、距離Ｌ１および距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ１を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ１との積が、距離Ｌ１および距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ２を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ２との積に略一致するよう、距離Ｌ１および距離Ｌ２は設定されている。こうして円柱状突起２７と凸部２６との間および円柱状突起２７と突片２８ｄとの間並びに凸部２６と突片２８ｄとの間を隔てる距離Ｌ２を、円柱状突起２７同士の間を隔てる距離Ｌ１より狭くしたことにより、窪み部２８を流れる燃料ガスおよび凝縮水の面内速度分布の均一化を距離Ｌ２によって発現する流路抵抗により適切に調整できる。
【０１３９】
このようにして、円柱状突起２７は、燃料ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。
【０１４０】
なお、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ｂ、２２Ｃの構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの構成の説明は省略する。
【０１４１】
このようなアノードセパレータ２（特に燃料ガス合流領域の構成）によれば、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガス混合促進および凝縮水過多によるフラッディング抑制並びに燃料ガス圧均一化等について、以下に述べる効果が得られる。
【０１４２】
第１に、第１、第２および第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを、燃料ガス分流領域に対し斜めの直線状境界を有するように形成したこと、および、円柱状突起２７と、凸部２６と、突片２８ｄと、基部２８ｅと、を隔てる上記Ｌ１乃至Ｌ２の距離を適正に設定したことにより、例えば、燃料ガスは、第１の燃料ガス合流領域２２Ａ内を均一に流れ、ここの下流側の燃料ガス流路溝２５（第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの燃料ガス流路溝２５）への燃料ガス分配性は悪化すること無く、燃料ガス流速の均一性が良好な状態（ガス流速のバラツキをより充分に低減した状態で）で維持できる。
【０１４３】
第２に、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、燃料ガスを、窪み部２８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部２８の下流側の燃料ガス流路溝２５への燃料ガス分配性は低下すること無く、燃料ガス流速の均一性を改善（ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。
【０１４４】
第３に、窪み部２８に千鳥状に配された複数の円柱状突起２７により、燃料ガス分流領域の集合体２１の各燃料ガス流路溝２５から燃料ガス合流領域の集合体２２に流入する燃料ガスおよび凝縮水は、その流れが乱されて、これにより燃料ガス流路溝２５間の燃料ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。
【０１４５】
第４に、窪み部２８の底辺２８ａが、窪み部２８側に向かって突出する複数（５個）の突片２８ｄ（外端突片）およびこれらの突片２８ｄに挟まれた直線状の基部２８ｅを、その途中に形成するよう、湾曲していることから、燃料ガス分流領域の集合体２２の各燃料ガス流路溝２５から燃料ガス合流領域の集合体２２に流入する燃料ガスおよび凝縮水のうちの底面２８ａ（外端）付近を流れる成分が、その流れが乱されて、これにより燃料ガス流路溝２５間の燃料ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。
【０１４６】
第５に、燃料ガス合流領域の集合体２２において、燃料ガス分流領域の集合体２１の燃料ガス流路溝２５の各々が全て集められて、ここで燃料ガスの圧力均一化を図れる。
【０１４７】
なお本実施形態では、各燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの燃料ガス流路溝２５の溝数を同一（６列）に設定しているが、本実施形態の変形例として、これらの燃料ガス流路溝２５の溝数を、任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにおいて細かく調整可能することも可能である。例えば、各燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを境にして、その上流側の燃料ガス分流領域の燃料ガス流路溝の溝数を、その下流側の燃料ガス分流領域の燃料ガス流路溝の溝数より１列だけ少なくして構成しても良い。そうすれば、燃料ガスが燃料ガス流路溝２５を流れる際の燃料ガスの消費量を考慮した、燃料ガス流速の微調整を行えて好適である。
【０１４８】
次に、カソードセパレータ３に配設された酸化剤ガス通流領域１０２の構成について図面を参照して詳しく述べる。
【０１４９】
図６は、カソードセパレータの表面を示した図である。
【０１５０】
図７は、図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図８は、図６のVIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図９は、図６のＣ領域の拡大図である。
【０１５１】
なお、図６および図９において、「上」、「下」、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図６において、「第１の側」および「第２の側」は、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。
【０１５２】
図６から理解されるとおり、酸化剤ガス通流領域１０２は、カソードセパレータ３の表面の、ＭＥＡ１の電極部５に当接する領域２０２内において、サーペンタイン状に形成され、酸化剤ガス分流領域の集合体３１と、酸化剤ガス合流領域の集合体３２と、により構成されている。
【０１５３】
酸化剤ガス分流領域の集合体３１は、上から下に向かって、第１、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに区分されてなる。
【０１５４】
また、酸化剤ガス合流領域の集合体３２には、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、および第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ（中間合流領域）、並びに第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄがある。
【０１５５】
ここで、図６に示すように、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうち、反応ガスが一方向に流れる１つの一様流れ部７０２（ここでは、反応ガスは直線状に流れており、以下、この部分を「直線部７０２」という）から形成されている。同様に、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃも、１つの直線部（符号を用いて図示せず）から形成されている。更に、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅも、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうちの１つの直線部（符号を用いて図示せず）から形成されている。
【０１５６】
一方、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝３５のうち、２つの直線部７０２と、反応ガスが折り返すように流れる１つの折り返し部７０１とを組み合わせて形成されている。この第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂにおいては、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５の溝数と、当該直線部７０２に接続される折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５の溝数とが同数となるように、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５と折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５とが連続に形成されている。
【０１５７】
同様に、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄも２つの直線部（符号を用いて図示せず）と、１つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄにおいても、直線部の酸化剤ガス流路溝３５の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の酸化剤ガス流路溝３５の溝数とが同数となるように、直線部７０２の酸化剤ガス流路溝３５と折り返し部７０１の酸化剤ガス流路溝３５とが連続に形成されている。
【０１５８】
そして、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａは、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂは、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃは、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄは、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する折り返し部に形成されている。
【０１５９】
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第２及び第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い酸化剤ガス流路溝３５を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各酸化剤ガス流路溝３５の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する酸化剤ガス流路溝３５は、当該酸化剤ガス流路溝３５に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
【０１６０】
更に、図２に示すように、５つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの直線部７０２が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅの直線部が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されている。
【０１６１】
即ち、本実施形態においては、合流領域を酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、カソード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、酸化剤ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に酸化剤ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。
【０１６２】
なお、このように合流領域が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
【０１６３】
以上のようにして、酸化剤ガス分流領域の集合体３１は、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄの各々を挟んで、第１、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに区分して構成されている。
【０１６４】
また、本実施形態では、図６に示す如く、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側の第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、この第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａを間に挟んで上流側の第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、酸化剤ガス合流領域を設けるようには構成されていない。
【０１６５】
すなわち、カソードセパレータ３は、酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の円柱状突起３７が形成された酸化剤ガス合流領域からなる折り返し部と、Ｕ字状に曲がった複数の酸化剤ガス流路溝３５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。
【０１６６】
より詳しくは、本実施形態では、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａから第１の側に延びて、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａに至るように構成されている。
【０１６７】
また、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側から第２の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂに至るように構成されている。
【０１６８】
また、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂの下流側から第２の側に延びて、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃに至るように構成されている。
【０１６９】
また、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃの下流側から第１の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄに至るように構成されている。
【０１７０】
また、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの下流側から第２の側に延びて、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂに至るように構成されている。
【０１７１】
また、図７に示す如く、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの横断面は、均等なピッチＰ２および均等な幅Ｗ３、Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有する複数（ここでは１１個）の凹部３５と複数（ここでは１０個）の凸部３６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部３５が酸化剤ガス流路溝３５に相当し、この凸部３６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。
【０１７２】
このようなカソードセパレータ３の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの凸部３６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ３および均等な幅Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された凸部３６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ３および均等な幅Ｗ３並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された酸化剤ガス流路溝３５の内部に、等しく垂れ込む。
【０１７３】
このような構成により、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの酸化剤ガス流路溝３５に酸化剤ガスを流す際に、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガスの圧損の不均一性が充分に抑制され好適である。また、電極部５における酸化剤ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に対し垂直な方向における）不均一性が充分に抑制され好適である。
【０１７４】
また、このような凹凸パターンを有するカソードセパレータ３は金型成型により製造でき、これにより、カソードセパレータ３が一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。
【０１７５】
なお、第２、第３、第４および第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。
【０１７６】
また図８および図９から理解されるとおり、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａは、酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）に連通する窪み部３８（凹状の領域）と、この窪み部３８の底面に立設された複数の島状の円柱状突起３７と、により構成されている。
【０１７７】
なお、図６に示したように、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄにも、上記窪み部３８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起３７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これらの第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの構成については、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａと同様なので説明を省略する。
【０１７８】
窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面に、サーペンタイン状の酸化剤ガス通流領域１０２の第２の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面から見て、上下方向に延びる底辺３８ａと、この底辺３８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺３８ｂ、３８ｃと、を有する略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺３８ａが酸化剤ガス通流領域１０２の折り返し部の外端（側縁）を構成し、上側の斜辺３８ｂが第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａとの境界を構成し、下側の斜辺３８ｃが第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの境界を構成している。
【０１７９】
更に、この底辺３８ａは、窪み部３８側に向かって突出する複数（１１個）の突片３８ｄ（外端突片）およびこれらの突片３８ｄに挟まれた基部３８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。なお、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの各酸化剤ガス流路溝３５は上側の斜辺３８ｂにおいて窪み部３８と連通し、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂの各酸化剤ガス流路溝３５は下側の斜辺３８ｃにおいて窪み部３８と連通している。また、窪み部３８は、ここでは、酸化剤ガス流路溝３５と同じ深さに形成されている。
【０１８０】
複数の円柱状突起３７は、図８および図９に示すように、第１及び第２の酸化剤ガスサブ分流流路３１Ａ、３１Ｂの各凸部３６（但し最上段および最下段の凸部３６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ４で形成されている。このピッチＰ４は、ここでは、各酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂの凸部３６のピッチＰ３と同じである。図８に示す如く、全ての円柱状突起３７が均等な高さ（段差）Ｄ４及び同じ形状を有している。
【０１８１】
このように凸部３６の延長線上に複数の円柱状突起３７を並ぶようにして配置させることにより、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの各酸化剤ガス流路溝３５から第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａに流入する反応ガスは、この複数の円柱状突起３７間の各々の間隔（溝）にほぼ均一に分散されるように案内され、その後、次の段を構成する円柱状突起３７により、自重で下方に移動する反応ガスの流れが適切に乱され好適である。なお、本実施形態では、図９に示す如く、円柱状突起３７は、凸部３６の延長線上の方向に互いの中心を一致させるよう、配置されている。
【０１８２】
また、複数の円柱状突起３７は、図９に示す如く所謂千鳥状に規則的に並ぶように配置されている。
【０１８３】
具体的には、複数の円柱状突起３７は、底辺３８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺３８ａの延在方向に対し垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、円柱状突起３７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、円柱状突起３７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の円柱状突起３７は、１６列（窪み部３８の頂点側から順に第１列乃至第１６列と呼ぶ）かつ２１段（上側から順に第１段乃至第２１段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する円柱状突起３７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起３７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における円柱状突起３７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における円柱状突起３７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、円柱状突起３７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、円柱状突起３７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。
【０１８４】
このようにして、隣接する列の円柱状突起３７同士の中心、乃至、隣接する段の円柱状突起３７同士の中心を結んだラインは、底辺３８ａに沿った上下方向および凸部３６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。
【０１８５】
例えば、隣接する列の円柱状突起３７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図９の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図９に示したθ1が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の円柱状突起３７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図９の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図９に示したθ2が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
【０１８６】
図９の図示内容および以上に述べた説明から理解されるとおり、本明細書における突起の千鳥配列とは、上下方向に平行に延びる各列が１つ置きの段を構成する円柱状突起３７で構成される円柱状突起３７の配列パターン（言い換えれば、左右方向に平行に延びる各段は１つ置きの列を構成する円柱状突起３７で構成される円柱状突起３７の配列パターン）であり、例えば、円柱状突起３７の上下方向の配列については、ある１つの段の円柱状突起３７間を下方に向かって通過する気液２相流が、次の段において何等乱されずに、そのまますり抜けることを回避する観点から、次の段の円柱状突起３７に当てることができるように、円柱状突起３７の配列を、互いに隣接する列間においてジグザグに配置させたパターンを指す。
【０１８７】
よって、本実施形態（図５）に示す如く、隣接する列の間の円柱状突起３７同士が、同じ段の円柱状突起３７間のピッチに対し半分ずれている配列パターンが、突起の千鳥配列の典型例ではあるが、千鳥配列は必ずしもこれに限定されない。例えば、後記の第５変形例に述べる如く、このような隣接する列の円柱状突起同士の間隔が、同じ段の円柱状突起間のピッチの１／４であっても良い。すなわち、フラッディング抑制の効果を発揮する限り、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＜同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」、または、「隣接する列の円柱状突起同士の間隔＞同じ段の円柱状突起間ピッチの半分」の円柱状突起の配列パターンも本明細書における突起の千鳥配列に相当する。
【０１８８】
ここで、図８および図９に示す如く、最上段（第１段目）および最下段（第２１段目）の１個の円柱状突起３７は各々、第２段目および第２２段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に位置して配置されている。
【０１８９】
また、第２段目および第２０段目の２個の円柱状突起３７は各々、第３段目および第２１段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９０】
また、第３段目および第１９段目の３個の円柱状突起３７は各々、第４段目および第２０段目の凸部３６並びに突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９１】
また、第４段目および第１８段目の４個の円柱状突起３７は各々、第５段目および第１９段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９２】
また、第５段目および第１７段目の５個の円柱状突起３７は各々、第６段目および第１８段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９３】
また、第６段目および第１６段目の６個の円柱状突起３７は各々、第７段目および第１７段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９４】
また、第７段目および第１５段目の６個の円柱状突起３７は各々、第８段目および第１６段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９５】
また、第８段目および第１４段目の７個の円柱状突起３７は各々、第９段目および第１５段目の凸部３６並びに基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９６】
また、第９段目および第１３段目の７個の円柱状突起３７は各々、第１０段目および第１４段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９７】
また、第１０段目および第１２段目の８個の円柱状突起３７は各々、第１１段目および第１３段目の凸部３６および基部３８ｅとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と基部３８ｅとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９８】
また、第１１段目の８個の円柱状突起３７は各々、第１２段目の凸部３６および突片３８ｄとの間で距離Ｌ４を隔てるようにして、凸部３６と突片３８ｄとの間に、互いに距離Ｌ３の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
【０１９９】
なお、最上段（第１段目）および最下段（第２３段目）の凸部３６と、基部３８ｅとの間には、円柱状突起３７は存在せず、両者は、距離Ｌ４を隔てて対向して配置されている。
【０２００】
そして、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間においては、円柱状突起３７同士の間に比較して、反応ガスの流速が速まることが、後記の流体解析シミュレーションの計算結果により判明している。このため、図８および図９に示す如く、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間を隔てる距離Ｌ４は、円柱状突起３７同士の間を隔てる距離Ｌ３よりも狭まっている。
【０２０１】
具体的な距離Ｌ３、Ｌ４の設計指針として、距離Ｌ３および距離Ｌ４を同じと仮定した際の距離Ｌ３を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ３との積が、距離Ｌ３および距離Ｌ４を同じと仮定した際の距離Ｌ４を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ４との積に略一致するよう、距離Ｌ３および距離Ｌ４は設定されている。よって、円柱状突起３７と凸部３６との間および円柱状突起３７と突片３８ｄとの間および凸部３６と突片３８ｄとの間を隔てる距離Ｌ４を、円柱状突起３７同士の間を隔てる距離Ｌ３より狭くしたことにより、窪み部３８を流れる酸化剤ガスや凝縮水の面内速度分布の均一化を距離Ｌ４によって発現する流路抵抗により適切に調整できる。
【０２０２】
このようにして、円柱状突起３７は、酸化剤ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。
【０２０３】
なお、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄの断面および平面視の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの構成の説明は省略する。
【０２０４】
このようなカソードセパレータ３（特に酸化剤ガス合流領域の構成）によれば、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガス混合および流路溝内の凝縮水過多によるフラッディング抑制並びに酸化剤ガス圧均一化等について、以下に述べる効果が得られる。
【０２０５】
第１に、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを酸化剤ガス分流領域に対し斜めの直線状の境界を有するように形成したこと、および、および、円柱状突起３７と、凸部３６と、突片３８ｄと、基部３８ｅと、を隔てる上記Ｌ３乃至Ｌ４の距離を適正に設定したことにより、例えば、酸化剤ガスは、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ内を均一に流れ、ここの下流側の酸化剤ガス流路溝３５（第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂの酸化剤ガス流路溝３５）への酸化剤ガス分配性は悪化すること無く、酸化剤ガス流速の均一性が良好な状態（ガス流速のバラツキをより充分に低減した状態で）で維持できる。
【０２０６】
第２に、第１、第２、第３および第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３４Ｄを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、酸化剤ガスを、窪み部３８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部３８の下流側の酸化剤ガス流路溝３５への酸化剤ガス分配性は低下すること無く、酸化剤ガス流速の均一性を改善（ガス流速のバラツキをより充分に低減）することができる。
【０２０７】
第３に、窪み部３８に千鳥状に配された複数の円柱状突起３７により、酸化剤ガス合流領域の集合体３１の各酸化剤ガス流路溝３５から酸化剤ガス合流領域の集合体３２に流入する酸化剤ガスおよび凝縮水はその流れが乱されて、これにより酸化剤ガス流路溝３５間の酸化剤ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、酸化剤ガス流路溝３５内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。
【０２０８】
第４に、窪み部３８の底辺３８ａが、窪み部３８側に向かって突出する複数（９個）の突片３８ｄ（外端突片）およびこれらの突片３８ｄに挟まれた基部３８ｅを、その途中に形成するよう、湾曲していることから、酸化剤ガス分流領域の集合体３２の各酸化剤ガス流路溝３５から酸化剤ガス合流領域の集合体３２に流入する酸化剤ガスおよび凝縮水のうちの底面３８ａ（外端）近傍を流れる成分が、その流れが乱されて、これにより酸化剤ガス流路溝３５間の酸化剤ガスおよび凝縮水の混合促進を図れ、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切に抑制できる。なお、このフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果により裏付けられている。
【０２０９】
第５に、酸化剤ガス合流領域の集合体３２において、酸化剤ガス分流領域の集合体３１の酸化剤ガス流路溝３５の各々が全て集められて、ここで酸化剤ガスの圧力均一化を図れる。
【０２１０】
なお本実施形態では、各酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの酸化剤ガス流路溝３５の溝数を同一（１１列）に設定しているが、本実施形態の変形例として、これらの酸化剤ガス流路溝３５の溝数を、任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄにおいて細かく調整可能することも可能である。例えば、各酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを境にして、その上流側の酸化剤ガス分流領域の酸化剤ガス流路溝の溝数を、その下流側の酸化剤ガス分流領域の酸化剤ガス流路溝の溝数より１列だけ少なくして構成しても良い。そうすれば、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路溝を流れる際の酸化剤ガスの消費量を考慮した、酸化剤ガス流速の微調整を行えて好適である。
【０２１１】
次に、本実施形態による燃料電池１０の動作例を説明する。
【０２１２】
アノードセパレータ２に当接する電極部５は、図３に示す如く、複数の燃料ガス流路溝２５（凹部２５）の上端開口において、これらの燃料ガス流路溝２５の各々について、凝縮水過多によるフラッディングを抑制しつつ燃料ガスに曝されている。
【０２１３】
また、カソードセパレータ３に当接する電極部５は、図７に示す如く、複数の酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）の上端開口において、これらの酸化剤ガス流路溝３５の各々について、凝縮水過多によるフラッディングを抑制しつつ酸化剤ガスに曝されている。
【０２１４】
このため、燃料ガスが燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に燃料ガスが拡散し、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に酸化剤ガスが拡散する。よって、燃料電池１０による発電動作が、電極部５の面内全域で均一に行われる。
【０２１５】
次に、本件発明者等は、凝縮水および反応ガスからなる気液２相流を流すセパレータの合流領域の周辺（以下、「流路折り返し周辺部」という）をコンピュータ上にモデル化して、以下に詳述する熱流体シミュレーション技術を活用することにより、本実施形態で述べた、流路折り返し周辺部における円柱状突起３８および突片３８ｄの、フラッディング抑制効果を検証した。
【０２１６】
＜解析シミュレータ＞
本流体シミュレーションは、熱流体解析汎用ソフトウェア『米国ｆｌｕｅｎｔ社製の熱流体解析ソフト；「ＦＬＵＥＮＴ」（登録商標）、バージョン：６．２．１６』を使用にして実行された。
【０２１７】
なお、このＦＬＵＥＮＴ（登録商標）では、有限体積法と称される離散化手法が使用されており、解析対象領域を所定の要素からなる細かい空間に区分して、これらの微細な要素間で授受される流体のつりあいを元に、流体の流れを支配する一般的な方程式を解いて、その結果が収束する迄、コンピュータによる反復演算がなされる。
＜解析モデル＞
ここでは、セパレータの流路折りし返し周辺部について、図５に示す如く、千鳥配置の円柱状突起および窪み部の底辺における突片を採用した解析モデル（以下、「実施形態の解析モデル」という）と、直交格子状配置の円柱状突起を採用した解析モデル（以下、「比較例の解析モデル」という）と、がモデリングされている。
【０２１８】
なお実施形態の解析モデルの形態（形状）は、図５に基づき既に詳述しているので、ここではその説明を省く。
【０２１９】
比較例の解析モデルでは、図１０に示す如く、ガス流路溝４５（凹部４５）に連通する窪み部４８は、上下方向に直線状に延びる底辺４８ａと、一対の斜辺４８ｂ、４８Ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部４８の底面に立設された複数の島状（ここでは円柱状）の円柱状突起４７は、底辺４８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に直交する方向（凸部４６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。更に、円柱状突起４７と凸部４６との間隔、円柱状突起４７と底辺４８ａとの間隔、円柱状突起４７同士の間隔および凸部４６と底辺４８ａとの間隔は何れも等しく設定されている。
【０２２０】
なお、上記各解析モデルにおける解析条件（境界条件等）としては、基本的には燃料電池の定格運転時の各種データが採用されている。
【０２２１】
例えば、凝縮水と反応ガスの混合割合を１：１とした気液２相流（例えば流速：２．３４ｍ／ｓ）が流入条件として入力され、表面張力（７．３×１０-2Ｎ／ｍ）が水物性データとして入力され、接触角（例えば０．１°）が、凝縮水およびセパレータの物性乃至表面データとして入力されている。
【０２２２】
また、気液２相流の流出条件には、圧力（例えば９２７．３３Ｐａ）および圧力損失係数（例えば４．５４６×１０9／ｍ2；但し、下流側の流路抵抗増加相当分として下流側の溝を上流側に対し、４０ｍｍ延長している）が採用されている。
【０２２３】
更に、気液２相流の流速に対して壁面はノンスリップとして取り扱われている。
＜解析結果＞
図１１および図１２は各々、上記各解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
【０２２４】
すなわち、図１１では、比較例の解析モデルについて、気液２相流の流れが定常状態に到達した時点の凝縮水（黒色）と反応ガス（無色）の分布状態が描かれ、図１２では、実施形態の解析モデルについて、同じ類の図が描かれている。
【０２２５】
比較例の解析モデル（図１１）の、窪み部における上下に直交格子状に整列に配置された突起によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起により混合され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散をある程度行えることが確認された。しかしながら、窪み部下流側のガス流路溝の一部、例えば窪み部の下流側最下段のガス流路溝に、凝縮水が多めに流れ込み、これにより、当該溝が凝縮水により閉塞されつつある様子が、図１１に示したシミュレーション結果により可視化されている。
【０２２６】
これに対し、実施形態の解析モデル（図１２）の、窪み部における上下に千鳥状に並んだ突起および底辺突片によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起および突片により充分に混合され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散が極めて良好であることが確認された。例えば、凝縮水が、窪み部の下流側の全てのガス流路溝間において略均等に分配されて流れている様子が、図１２に示したシミュレーション結果により可視化されている。
【０２２７】
以上に述べたシミュレーション結果により、実施形態の解析モデルを採用したセパレータ（カソードセパレータやアノードセパレータ）において、窪み部の下流側のガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが充分適切に抑制可能であることを検証できた。
【０２２８】
本実施形態による流路折り返し周辺部の構成では、窪み部の底面に形成された千鳥配置の円柱状突起および窪み部の底辺に形成された突片の両方を採用した、ガス流路溝内への凝縮水均一分散にとって最適な設計がなされている。しなしながら、これらの一方のみの構造を採用した窪み部であっても、比較例の解析モデルに比べて、ガス流路溝内に凝縮水を均一に分散する効果があると、推定される。すなわち、千鳥状の円柱状突起および窪み部の底辺における突片の何れか一方の構造を用いたセパレータは、従来の比較例の解析モデル（図１０）に倣ったセパレータに比べて、ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを改善可能であると考えられる。
【０２２９】
＜流路折り返し周辺部（窪み部）の変形例＞
ここまで、実施形態（図５、図９）において、複数の円柱状突起２７、３７が千鳥に規則的に並ぶように配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「千鳥配列」と略す）を述べた。また、比較例（図１０）において、複数の円柱状突起４７が直交格子状に並ぶように配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「格子配列」と略す）を述べた。
【０２３０】
以下、格子配列の円柱状突起４７に対しその形状等を部分的に変更することにより、比較例に比べてフラッディングの改善が図れる流路折り返し周辺部の第１、第２、第３および第４変形例を説明する。
【０２３１】
また、千鳥配列の隣接する列の突起同士の間隔を、実施形態（図５、図９）に示した間隔より小さくした、流路折り返し周辺部の第５変形例を説明する。
【０２３２】
なおここでは、以下の第１、第２、第３、第４および第５変形例は、アノードセパレータ２を例にして述べているが、カソードセパレータ３であっても、同様の議論が当て嵌まる。
【０２３３】
〔第１変形例〕
図１３は、第１変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【０２３４】
図１３によれば、燃料ガス流路溝７５（凹部７５）に連通する窪み部７８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺７８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝７５との境界としての一対の斜辺７８ｂ、７８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部７８の底面に立設された複数の島状の突起７７は、底辺７８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部７６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
【０２３５】
突起７７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起７７ａと、この第１突起７７ａより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
【０２３６】
すなわち、図１３に示す如く、上下および左右に隣接する突起７７同士の形状が互いに異なるよう、上下方向および左右方向の幅寸法を違えた第１突起７７ａと第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
【０２３７】
このような突起７７の配置構成によれば、上下方向および左右方向の幅寸法が小さい第１突起７７ａと上下方向および左右方向の幅寸法が大きい第２突起７７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起７７ａと第２突起７７ｂとの間の中心３０１を上下方向や左右方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０１を結ぶ点線を図１３で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起７７ａと第２突起７７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
【０２３８】
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起７７間の中心３０１を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に平行な仮想線５１１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起７７に対して底辺７８ａの延在方向において隣接する一対の突起７７間の中心が、この仮想線５１１から底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。また、互いに隣接して１つの列を構成するように並んだ一対の突起７７間の中心３０１を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に対し垂直な仮想線５１２（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起７７に対して底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向において隣接する一対の突起７７間の中心が、この仮想線５１２から底辺７８ａの延在方向に偏倚している。
【０２３９】
これにより、気液２相流が窪み部７８の左右方向および上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
【０２４０】
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝７５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起７７ａおよび第２突起７７ｂの個数や位置を、各列および各段について適切に設定することにより、窪み部７８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
【０２４１】
〔第２変形例〕
図１４は、第２変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【０２４２】
図１４によれば、燃料ガス流路溝８５（凹部８５）に連通する窪み部８８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺８８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝８５との境界としての一対の斜辺８８ｂ、８８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部８８の底面に立設された複数の島状の突起８７は、底辺８８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部８６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
【０２４３】
突起８７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起８７ａと、この第１突起８７ａより左右方向の幅寸法を大きくして、略円柱形（ここでは楕円柱形）に形成された、合計１４個の第２突起８７ｂと、が交互に配置されている。
【０２４４】
すなわち、図１４に示す如く、上下および左右に隣接する突起８７同士の形状が異なるよう、左右方向の幅寸法を違えた第１突起８７ａと第２突起８７ｂとが交互に配置されている。
【０２４５】
このような突起８７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起８７ａと左右方向の幅寸法（長軸の長さ）が大きい第２突起８７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起８７ａと第２突起８７ｂとの間の中心３０２を上下方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０２を結ぶ点線を図１４で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起８７ａと第２突起８７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
【０２４６】
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起８７間の中心３０２を通り、かつ底辺８８ａの延在方向に平行な仮想線５２１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起８７に対して底辺８８ａの延在方向において隣接する一対の突起８７間の中心が、この仮想線５２１から底辺８８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。
【０２４７】
これにより、気液２相流が窪み部８８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
【０２４８】
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝８５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起８７ａおよび第２突起８７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部８８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
【０２４９】
〔第３変形例〕
図１５は、第３変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【０２５０】
図１５によれば、燃料ガス流路溝９５（凹部９５）に連通する窪み部９８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺９８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝９５との境界としての一対の斜辺９８ｂ、９８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部９８の底面に立設された複数の島状の突起９７は、底辺９８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部９６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
【０２５１】
突起９７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起９７ａと、この第１突起９７ａと同一形状の基部４０１と、この基部４０１の側面の一部分から右方向（底辺９８ａの方向）に飛び出る突部４０２とを有して左右方向の幅寸法を大きくして同方向に非対称に形成された、合計１４個の第２突起９７ｂと、交互に配置されている。
【０２５２】
すなわち、図１５に示す如く、上下および左右に隣接する突起９７同士の形状が異なるように、左右方向の幅寸法を違えた第１突起９７ａと第２突起９７ｂとが交互に配置されている。
【０２５３】
このような突起９７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起９７ａと左右方向の幅寸法が大きい第２突起９７ｂとを左右方向および上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起９７ａと第２突起９７ｂとの間の中心３０３を上下方向に結ぶライン（このラインの一例として中心３０３を結ぶ点線を図１５で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（第１突起９７ａと第２突起９７ｂとの間の格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになる。
【０２５４】
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起９７間の中心３０３を通り、かつ底辺９８ａの延在方向に平行な仮想線５３１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起９７に対して底辺９８ａの延在方向において隣接する一対の突起９７間の中心が、この仮想線５３１から底辺９８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。
【０２５５】
これにより、気液２相流が窪み部９８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
【０２５６】
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が比較例よりも促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝９５内の凝縮水過多によるフラッディングが比較例よりも抑制される。更に、第１突起９７ａおよび第２突起９７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部９８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
【０２５７】
〔第４変形例〕
図１６は、第４変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【０２５８】
図１６によれば、燃料ガス流路溝１０５（凹部１０５）に連通する窪み部１０８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺１０８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１０５との境界としての一対の斜辺１０８ｂ、１０８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部１０８の底面に立設された複数の島状の突起１０７は、底辺１０８ａの延在方向（上下方向）およびこの延在方向に対し垂直な方向（凸部１０６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
【０２５９】
突起１０７は、略円柱形、略三角柱形および略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成され、第１列目を構成する４個の第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第２列目を構成する６個の第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第３列目を構成する８個の第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃより上下方向および左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第４列目を構成する１０個の第４突起１０７ｄと、がある。
【０２６０】
図１６に示す如く、第２段目〜第９段目の右（凸部１０６の側）から左（底辺１０８ａの側）に向かうに連れて、突起１０７の形状が大きくなるよう、上下方向および左右方向の幅寸法を違えた、第１突起１０７ａと、第２突起１０７ｂと、第３突起１０７ｃと、第４突起１０７ｄとが、適宜選別され配置されている。
【０２６１】
例えば、第４段目の左右方向には、凸部１０６に隣接する第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａに隣接する第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂに隣接する第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃおよび底辺１０８ａに隣接する第４突起１０７ｄとが、この順番に隣接するよう、並んで配置されている。
【０２６２】
なお、第４段目以外の突起１０７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明および図１６を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
【０２６３】
このような突起１０７の配置構成によれば、右から左に向かうに連れて、上下方向および左右方向の幅寸法が大きくなる突起１０７を配置させたことにより、燃料ガスの流速に応じて突起１０７同士の距離、突起１０７および底面１０８ａ間の距離、突起１０７および凸部１０６間の距離を適切に変更することができる。
【０２６４】
このため、窪み部１０８を流れる気液２相流の面内速度分布を、当該距離の変更によって発揮される燃料ガス流路抵抗の調整により適切に均一化できる。
【０２６５】
〔第５変形例〕
図１７は、第５変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１７によれば、燃料ガス流路溝１１５（凹部１１５）に連通する窪み部１１８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に直線状に延びる底辺１１８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１１５との境界としての一対の斜辺１１８ｂ、１１８ｃとにより、略三角形状に区画されている。
【０２６６】
窪み部１１８の底面に立設された複数の略円柱形または略四角柱形の複数の突起１１７は、底辺１１８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺１１８ａの延在方向に対し垂直な方向（凸部１１６の延長上の左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、突起１１７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、突起１１７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の突起１１７は、８列（窪み部１１８の頂点Ｕ側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ１０段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する突起１１７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する突起１１７で構成されている。
【０２６７】
このようにして、底辺１１８ａに沿った上下方向および凸部１１６の延長線上の左右方向において、隣接する列の突起１１７同士、乃至、隣接する段の突起１１７同士を結んだラインが、くの字に折れるようにして、所謂千鳥に規則的に並ぶように配置されている。例えば、隣接する列の突起１１７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図１７の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図１７に示したθ3が約１５２°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の突起１１７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図１７の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図１７に示したθ4が約５１°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
【０２６８】
言い換えれば、互いに隣接して１つの段を構成するように並んだ一対の突起１７７間の中心３０３を通り、かつ底辺７８ａの延在方向に平行な仮想線５０１（仮想直線）を引いた場合、これらの一対の突起１１７に対して底辺７８ａの延在方向において隣接する一対の突起１１７間の中心が、この仮想線５０１から底辺７８ａの延在方向に対し垂直な方向に偏倚している。なお、この偏倚量は、同じ段の突起１１７間のピッチＰ５の略１／４ピッチ分に相当する。すなわち、これらの突起１１７ａおよび突起１１７ｂは、左右に上記略１／４ピッチを隔て、かつ上下に凹部１１５の幅分隔てて、交互に配置されている。上記偏倚量が、突起１１７のピッチＰ２の半分にまで達すれば、本変形例の突起配列パターンは、図５に示した配列と同じ類のパターンになる。
【０２６９】
このように偏倚された突起１１７によれば、気液２相流が窪み部１１８を上下に向かう際に、気液２相流が突起１１７間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起１１７に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部１１８の下流側の燃料ガス流路溝１１５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能である。
【０２７０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２７１】
本発明による燃料電池用セパレータは、凝縮水過多によるフラッディングを改善でき、例えば、高分子電解質型燃料電池にこのセパレータを適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２７２】
【図１】図１は本発明の一実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。
【図２】図２はアノードセパレータの表面を示した図である。
【図３】図３は図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図である。
【図５】図５は図２のＣ領域の拡大図である。
【図６】図６はカソードセパレータの表面を示した図である。
【図７】図７は図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図である。
【図８】図８は図６のVIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図である。
【図９】図９は図６のＣ領域の拡大図である。
【図１０】図１０は比較例の解析モデルの構成を平面視した図である。
【図１１】図１１は比較例の解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
【図１２】図１２は実施形態の解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
【図１３】図１３は第１変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１４】図１４は第２変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１５】図１５は第３変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１６】図１６は第４変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【図１７】図１７は第５変形例の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
【符号の説明】
【０２７３】
１  ＭＥＡ
２  アノードセパレータ
３  カソードセパレータ
４  ボルト孔
５  電極部
６  高分子電解質膜
６ａ  周縁部
１０  燃料電池
１２Ａ、１２Ｂ  燃料ガスマニホールド孔
１３Ａ、１３Ｂ  酸化剤ガスマニホールド孔
１４Ａ、１４Ｂ  水マニホールド孔
２１  燃料ガス分流領域の集合体
２１Ａ        第１の燃料ガス分流領域
２１Ｂ  第２の燃料ガス分流領域
２１Ｃ  第３の燃料ガス分流領域
２１Ｄ        第４の燃料ガス分流領域
２２  燃料ガス合流領域の集合体
２２Ａ        第１の燃料ガス合流領域
２２Ｂ        第２の燃料ガス合流領域
２２Ｃ  第３の燃料ガス合流領域
２５  燃料ガス流路溝（凹部）
２６、３６  凸部
２７、３７  円柱状突起
２８、３８  窪み部
２８ａ、３８ａ  底辺
２８ｂ、２８ｃ、３８ｂ、３８ｃ  斜辺
３１  酸化剤ガス分流領域の集合体
３１Ａ  第１の酸化剤ガス分流領域
３１Ｂ        第２の酸化剤ガス分流領域
３１Ｃ        第３の酸化剤ガス分流領域
３１Ｄ        第４の酸化剤ガス分流領域
３１Ｅ        第５の酸化剤ガス分流領域
３２  酸化剤ガス合流領域の集合体
３２Ａ        第１の酸化剤ガス合流領域
３２Ｂ  第２の酸化剤ガス合流領域
３２Ｃ        第３の酸化剤ガス合流領域
３２Ｄ        第４の酸化剤ガス合流領域
３５  酸化剤ガス流路溝（凹部）
４０  端板
１００        燃料電池スタック
１０１        燃料ガス通流領域
１０２        酸化剤ガス通流領域
２０１、２０２  領域
６０１、７０１  折り返し部
６０２、７０２  直線部（一様流れ部）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  ピッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  段差
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４  幅
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007077863.tif 000020
【図２】
2007077863.tif 000021
【図３】
2007077863.tif 000022
【図４】
2007077863.tif 000023
【図５】
2007077863.tif 000024
【図６】
2007077863.tif 000025
【図７】
2007077863.tif 000026
【図８】
2007077863.tif 000027
【図９】
2007077863.tif 000028
【図１０】
2007077863.tif 000029
【図１１】
2007077863.tif 000030
【図１２】
2007077863.tif 000031
【図１３】
2007077863.tif 000032
【図１４】
2007077863.tif 000033
【図１５】
2007077863.tif 000034
【図１６】
2007077863.tif 000035
【図１７】
2007077863.tif 000036
【国際調査報告】
2007077863.tif 000037
2007077863.tif 000038
2007077863.tif 000039
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