(57)【要約】【課題】従来の固体高分子型燃料電池では、ガス拡散層とセパレータ板の間に熱可塑性樹脂製の多孔質膜層を介在させて排水を行っていたため、電圧の低下やガスの流通性の低下が生じるという問題点があった。【解決手段】発電要素である単セル１と、撥水性を有するガス拡散層２と、ガス流路４の壁面に親水性を有するセパレータ板６を順に積層した構造を有し、ガス拡散層２に、同ガス拡散層２の表面を露出させた状態にしてガス拡散層２からガス流路４側へ水を移動させる線状や網状の導水手段８を設けた固体高分子型燃料電池とし、発電性能やガスの流通性を損なうことなく、ガス拡散層２の表面に生じた水を円滑に排出し得るものとした。【選択図】図１
2007172966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素である単セルと、撥水性を有するとともに単セルにガスを拡散供給するガス拡散層と、ガス拡散層との間にガス流路を形成するとともにガス流路壁面に親水性を有するセパレータ板を順に積層した構造を有し、ガス拡散層に、同ガス拡散層の表面が露出する状態に配置され且つガス拡散層からガス流路側へ水を移動させる導水手段を設けたことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
発電要素である単セルと、単セルにガスを拡散供給するガス拡散層と、ガス拡散層との間にガス流路を形成するセパレータ板を順に積層した構造を有し、ガス拡散層に、ガス拡散層からガス流路側へ水を移動させる導水手段を設けると共に、ガス拡散層、導水手段及びガス流路壁面における水の接触角の大小関係が、ガス拡散層＞導水手段≧ガス流路壁面であることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
導水手段が、親水性の材料で形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
導水手段が、網状の構造体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
導水手段が、線状の部材であると共に、ガス拡散層の表面において、ガス流路におけるガスの流れ方向に沿って配置してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
導水手段が、線状の部材であると共に、ガス拡散層の表面において、ガス流路におけるガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置してあることを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
セパレータ板が、ガス拡散層に当接するリブを有すると共に、隣接するリブの間にガス流路を形成しており、導水手段が、ガス拡散層の表面において、リブを除く部分に配置してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】
複数の導水手段が、一定間隔で配置してあり、導水手段同士の間隔とガス流路の幅を同等にしたことを特徴とする請求項６又は７に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項９】
複数の導水手段が、所定間隔で配置してあり、導水手段同士の間隔が、ガス流路におけるガスの流れ方向に対して変化していることを特徴とする請求項６又は７に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１０】
導水手段同士の間隔が、ガス流路におけるガスの流れ方向に対して漸次小さくなる状態に変化していることを特徴とする請求項９に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１１】
一端部をガス拡散層の表面に露出させた埋設型の導水手段を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１２】
ガス拡散層の表面に配置した導水手段と埋設型の導水手段を接続したことを特徴とする請求項１１に記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子膜から成る電解質を用い、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜から成る電解質層を、触媒を含む一対の電極層で挟んで発電要素である単セルを構成し、一対の電極のうちの燃料極（アノード）に、水素を含有する燃料ガスを供給すると共に、一対の電極のうちの空気極（カソード）に、酸素を含有する酸化ガス（空気）を供給し、各電極の電解質層側の面で下記式の電気化学反応を生じさせて、電極から電気エネルギを取り出すものである（特許文献１）。
【０００３】
燃料極反応：Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−                                                  …（１）
空気極反応：２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  ＋  （１／２）Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ    …（２）
【０００４】
燃料極に対する燃料ガスの供給には、水素貯蔵装置から純水素である燃料ガスを直接供給する方法や、水素を含有する燃料を改質してこれを燃料ガスとして供給する方法が知られている。また、水素貯蔵装置には、高圧ガスタンク、液化水素タンク及び水素吸蔵合金タンク等があり、水素を含有する燃料には、天然ガス、メタノール及びガソリン等がある。他方、空気極に供給する酸化ガスには、一般的に空気が利用されている。
【０００５】
さらに、固体高分子型燃料電池では、電解質層を保湿状態にしておく必要があり、電解質層の性能を充分に引き出して発電効率を向上させるためには、電解質層の水分量を最適に保つ必要がある。このため、固体高分子型燃料電池では、導入する燃料ガス及び酸化ガスに対して予め充分な加湿を行っている。また、単セルの両面には、各電極に対する燃料ガス及び酸化ガスの拡散供給や集電機能を得るために、導電性多孔質体から成るガス拡散層を設けている。
【０００６】
ところで、固体高分子型燃料電池では、上述した電気化学反応の進行に伴って空気極側で水が生じる。この生成水は、空気極に供給している酸化ガス中に気化し、酸化ガスとともに燃料電池外に排出されるのであるが、燃料電池の温度が４０℃以下である場合、酸化ガスの流速が遅い場合、燃料電池内の圧力が約２気圧程度である場合等の使用条件においては、空気極側のガス拡散層の表面に多数の水滴が生成されることが観察実験によって確認されている。
【０００７】
そして、上記の生成水の量が多くなると、ガス拡散層の表面を水が覆うフラッディング現象が生じて、単セルに対する酸化ガスの供給が不充分になり、これにより電池性能が低下する恐れがある。
【０００８】
なお、燃料極側では、電気化学反応による生成水は存在しないが、先述の如く導入する燃料ガスに予め加湿を行っているので、燃料ガスの消費とともにガス量が減少すると、燃料ガス中の水分が凝縮し、とくに燃料極を構成するガス拡散層内で水分が凝縮し、同ガス拡散層内に水が滞留してしまうことがある。
【０００９】
そこで、従来にあっては、単セルの両面にガス拡散層を設けると共に、ガス拡散層とガス流路を形成するセパレータ板との間に、親水化処理もしくは撥水化処理を施した熱可塑性樹脂製多孔質膜層を介在させた構成とし、生成水をガス拡散層に滞留させることなく速やかに排出するようにしたものが提案されていた（特許文献２）。
【特許文献１】特開平８−１０６９１４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８４００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、上記したような従来の固体高分子型燃料電池では、熱可塑性樹脂製の多孔質膜層を用いていたため、多孔質膜層の導電性が低く、これにより電圧が低下するという問題点がある共に、樹脂製の多孔質膜層はガスの流通にとって閉塞物に近い抵抗体となることから、この多孔質膜層自体が燃料ガスや酸化剤ガスの流通性を低下させてしまうという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題となっていた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、発電要素である単セルと、単セルにガスを拡散供給するガス拡散層と、ガス拡散層との間にガス流路を形成するセパレータ板を順に積層した構造を有する固体高分子型燃料電池において、発電性能やガスの流通性を損なうことなく、ガス拡散層の表面に生じた水を円滑に排出することができる固体高分子型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】
【００１２】
本発明の固体高分子型燃料電池は、発電要素である単セルと、単セルにガスを拡散供給するガス拡散層と、ガス拡散層との間にガス流路を形成するセパレータ板を順に積層した構造を有している。このとき、ガス拡散層は、撥水性を有するものが望ましく、また、セパレータ板は、ガス流路壁面に親水性を有するものが望ましい。
【００１３】
そして、本発明の固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層に、同ガス拡散層の表面がガス流路側に露出する状態に配置され且つガス拡散層からガス流路側へ水を移動させる導水手段を設けた構成としており、より具体的には、ガス拡散層、導水手段及びガス流路壁面における水の接触角の大小関係が、ガス拡散層＞導水手段≧ガス流路壁面であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層に、同ガス拡散層の表面が露出する状態に配置され且つガス拡散層からガス流路側へ水を移動させる導水手段を設けたことから、発電性能やガスの流通性を損なうことなく、ガス拡散層の表面に生じた水を円滑に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の固体高分子型燃料電池は、図１に一実施形態を示すように、固体高分子膜から成る電解質層を、触媒層を含む一対の電極で挟んで発電要素である単セル（膜・電極接合体）１を構成し、この単セル１と、単セル１の各電極に酸化ガス及び燃料ガスを夫々拡散供給する空気極側及び燃料極側のガス拡散層２，３と、各ガス拡散層２，３との間にガス流路４，５を形成する空気極側及び燃料極側のセパレータ板６，７を順に積層した構造を有している。
【００１６】
また、ガス拡散層２，３は撥水性を有しており、これに対して、セパレータ板６，７のガス流路壁面は親水性を有している。
【００１７】
そして、固体高分子型燃料電池は、少なくとも水が生成される空気極側のガス拡散層２に、同ガス拡散層２の表面が露出する状態に配置され且つガス拡散層２からガス流路４側へ水を移動させる導水手段８を備えている。なお、図示の導出手段８は、層間での配置を説明する都合上、ガス拡散層２の表面を覆う形状を成しているが、ガス拡散層２の表面を完全に覆うものではなく、ガス流路４に対してガス拡散層２の表面を部分的に露出させる形態を成すものである。
【００１８】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層とセパレータ板との間に熱可塑性樹脂製の多孔質膜層を介装した従来の燃料電池と比較すると、ガス拡散層２の表面を露出させた状態で導水手段８を配置しているので、ガス拡散層とセパレータ板との接触状態を確保することが可能であり、これにより電圧低下を生じることがなく、しかも、導水手段８がガスの流通に対する抵抗体になることもない。
【００１９】
また、ガス拡散層２で生じた水は、導水手段８に伝わり、あるいは導水手段８から親水性を有するガス流路壁面に伝わり、ガス拡散層２の表面に留まることなく排出される。したがって、固体高分子型燃料電池は、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことないうえに、良好な排水機能を有するものとなる。
【００２０】
さらに、固体高分子型燃料電池は、図２に示すように、ガス拡散層２、導水手段８及びセパレータ板６のガス流路壁面における親水性（又は撥水性）を表す水の接触角の大小関係が、ガス拡散層（θｇ）＞導水手段（θｗ）≧ガス流路壁面（θｓ）となるように、各部位の濡れ性を変化させたものとすることができる。なお、θｓ≦１０°であることが望ましい
【００２１】
これにより、ガス拡散層２で生じた水は、導水手段８を伝わるとともにガス流路壁面に導かれ、ガス拡散層２、導水手段８及びガス流路壁面における表面張力差によって移動して、ガス拡散層２の表面に留まることなく排出される。
【００２２】
ここで、ガス拡散層２，３は、例えばカーボンペーパ等を素材とする導電性多孔質材で形成してあり、単セル１に対して燃料ガスや酸化ガスの拡散供給を行うと共に、集電体としても機能する。また、セパレータ板６，７は、例えば金属製であって、ガス拡散層２，３側の面に複数の凹凸が設けてあり、凸部をガス拡散層２，３に当接するリブ６ａ，７ａとし、凹部をガス流路４，５としている。
【００２３】
導水手段８は、親水性の材料で形成するのが望ましい。これにより、ガス拡散層で生じた水が、導水手段を形成する材料の表面を伝わって移動し、ガス拡散層の表面に留まることなく排出される。親水性材料の具体例としては、ナフィオン（登録商標）膜や固体電解質膜、あるいは石英ガラスなどがあり、母材の表面に酸化チタンや酸化シリコンをコーティングしたものを用いることもできる。また、一般的に、分子構造に−ＯＨ基をもつものが親水性が高いので、これを親水性材料として用いることもできる。
【００２４】
さらに、導水手段は、例えば固体電解質膜を形成する親水性樹脂を繊維状にし、この繊維を紐状に撚り合わせたもの、同繊維を縦横に編んだもの、同繊維を別の材料に編み込んだものとしても良い。この場合には、導水手段の構造が簡素化され、水がこれらの材料の表面を伝わって移動することが可能となる。
【００２５】
さらに、導水手段は、例えば金属製や樹脂製の線状部材を縦横に編んだ網状の構造体とすることができる。線状部材には、繊維状のものやパイプ状のものなどが含まれる。
【００２６】
ここで、水は、液体として存在する限り、分子間力の現れである表面張力が、液体と気体、液体と接する固体の間に働き、親水性の固体と接触した際には接触界面を広げようとし、撥水性の固体と接触した際には接触界面を少なくしようとする。しかし、固体が、水との接触面を増すような構造である場合、すなわち構造が微細であって、表面張力が重力よりも支配的になるような系を構成した場合には、液体の水は重力に反する方向にも移動することが可能である。
【００２７】
そこで、導水手段を微細な網状の構造体とすることで、ガス拡散層で生じた水を当該導水手段に移動させることができる。これにより、ガス拡散層で生じた水は、ガス拡散層の表面に留まることなく排出されることとなる。
【００２８】
さらに、導水手段は、線状（紐状や帯状等を含む）を成す部材とすることができ、ガス拡散層の表面において、ガス流路におけるガスの流れ方向に沿って配置したり、ガス流路におけるガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置したり、ガスの流れ方向及びこれを横切る方向の両方向に沿って配置したりすることができる。
【００２９】
線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向に沿って配置した場合には、ガス拡散層で生じた水がガスの流れ方向に沿って移動することとなり、その水を良好に排出するだけでなく、上流と下流とで乾き具合いが異なる場合に、その差の低減を図ることが可能である。より具体的には、ガス流路の下流で過剰に発生した水を上流側へ移動させて、乾きぎみの上流側を潤すことが可能となる。
【００３０】
なお、ガス拡散層における水滴は、背景技術の項にも記載したように、使用条件の一つとしてガスの流速が遅い場合に多く発生し、また、導水手段により水移動の駆動力は表面張力であり、ガスの流速が遅い場合にはガス拡散層の表面で水に作用する慣性力が表面張力よりも弱くなるので、その水を上流側へ移動させることが可能となる。
【００３１】
また、線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置した場合には、ガス拡散層で生じた水がガスの流れ方向を横断する方向に移動して、最寄のガス流路壁面に伝わることとなり、その水を良好に排出することができる。このとき、導水手段に沿って移動する水の駆動力は、ガスの慣性力により受ける力にほぼ関係しないため、ガス拡散層の表面で発生した水は、導水手段を伝わって最寄りのガス流路壁面に到達し、親水性を有するガス流路壁面で広がって速やかに排出される。
【００３２】
さらに、線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向及びこれを横切る方向の両方向に沿って配置した場合は、ガス拡散層で生じた水が、ガスの流れ方向に移動したり、ガスの流れ方向を横断する方向に移動して最寄のガス流路壁面に到達したりすることとなり、水の移動を一層促進して排水性をより高めることができる。
【００３３】
固体高分子型燃料電池において、先述したように、セパレータ板がガス拡散層に当接するリブ（６ａ，７ａ）を有し、隣接するリブの間にガス流路を形成している場合、導水手段は、ガス拡散層の表面において、リブを除く部分に配置するのがより望ましい。
【００３４】
つまり、仮に導水手段に導電性を有する材料を使用したとしても、この導水手段をガス拡散層とセパレータ板の間に介在させれば、接触抵抗が若干増すことは避けられない。そこで、リブを除く部分に導水手段を配置すれば、ガス拡散層とセパレータ板のリブが直接接触することとなり、電圧の低下をより確実に防止することができる。
【００３５】
さらに、固体高分子型燃料電池は、線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置する場合、より好ましい実施形態として、複数の導水手段を一定間隔で配置すると共に、導水手段同士の間隔とガス流路の幅を同等にすることができ、これにより、ガス拡散層の表面に所定の間隔で並ぶように発生する水滴と同等の間隔で導水手段は配置されることとなり、一層効率的に水を移動させることが可能となる。
【００３６】
さらに、固体高分子型燃料電池は、線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置する場合、より好ましい実施形態として、複数の導水手段を所定間隔で配置すると共に、導水手段同士の間隔が、ガス流路におけるガスの流れ方向に対して変化しているものとすることができ、これにより、ガス拡散層における水の発生分布が異なる場合、効率的に水の移動を起こさせることが可能となる。
【００３７】
さらに、固体高分子型燃料電池は、線状の部材から成る導水手段をガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置する場合、より一層好ましい実施形態として、複数の導水手段を所定間隔で配置すると共に、導水手段同士の間隔が、ガス流路におけるガスの流れ方向に対して漸次小さくなる状態に変化しているものとすることができ、これにより、水の発生分布が密になるガス流路の下流側に向かって多くの導水手段が配置されることになり、効率的に水の移動を起こさせることが可能となる。
【００３８】
さらに、固体高分子型燃料電池は、より好ましい実施形態として、一端部をガス拡散層の表面に露出させた埋設型の導水手段を備えているものとすることができ、これにより、ガス拡散層の内部に留まっている水をガス拡散層の表面まで移動させることが可能となる。なお、この埋設型の導水手段は、例えば、ガス流路の流れ方向に沿って連続して設けたり、ガス流路の流れ方向に対して所定間隔で設けたりすることができる。
【００３９】
そしてさらに、固体高分子型燃料電池は、より一層好ましい実施形態として、ガス拡散層の表面に配置した導水手段と埋設型の導水手段を接続したものとすることができ、埋設型の導水手段により、ガス拡散層の内部に留まっている水をガス拡散層の表面に移動させると共に、表面配置の導水手段により、水をそのまま排出あるいは水をガス流路壁面に伝わらせて排出することができ、排水機能をより一層高めることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、図面に基いて、本発明の固体高分子型燃料電池の実施例を説明する。なお、図１に示す実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。  
【００４１】
図３は本発明の固体高分子型燃料電池に適用される導水手段の一例を説明する図である。図示の導水手段１８は、微細な網状の構造体であって、パイプ状の縦材１８Ａと繊維状の横材１８Ｂを織り合わせた構造を有している。
【００４２】
縦材１８Ａは、ヒートパイプ、又はパイプ状に形成した樹脂膜、又はウイックを有する毛細管であって、内外方向に透水性を有している。また、横材１８Ｂは、金属や樹脂を素材とする連続繊維である。
【００４３】
上記の導水手段１８は、先の実施形態（図１参照）で説明したように、ガス拡散層とセパレータ板との間に介装され、この際、縦材１８Ａがガス流路におけるガスの流れ方向に沿うように配置し、網目の間においてガス拡散層の表面をガス流路側に露出させた状態にしている。
【００４４】
上記の導水手段１８を備えた固体高分子型燃料電池は、導水手段１８の微細な網状の構造自体によってガス拡散層で生じた水を吸引移動させ、その水を縦材１８Ａの内部に透過させて排出したり、その水を縦材１８Ａの表面に伝わらせて排出したり、その水を横材１８Ｂからセパレータ板のガス流路壁面に伝わらせて排出したりすることとなり、発電性能やガスの流通性を損なうことなく良好な排水機能を得ることができる。
【００４５】
なお、上記の導水手段１８は、その微細な網構造により水の吸引移動を可能にするが、縦材１８Ａ及び横材１８Ｂの少なくとも一方に親水性材料を用いて吸水機能を高めることも可能である。
【００４６】
図４は本発明の固体高分子型燃料電池に適用される導水手段の他の例を説明する図である。図示の導水手段２８は、微細な網状の構造体であって、パイプ状の縦材２８Ａと同じくパイプ状の横材２８Ｂを組合わせたものである。
【００４７】
また、縦材２８Ａ及び横材２８Ｂは、互いの交差部分において内部が連通するしていると共に、側壁に適当な間隔で多数の微細孔２８ｈを設けることで、内外方向に透水性を有するものとなっている。これらの縦材２８Ａ及び横材２８Ｂに親水性材料を使用することも可能である。
【００４８】
上記の導水手段２８は、先の例の導水手段と同様に、ガス拡散層とセパレータ板との間に介装されて、網目の間においてガス拡散層の表面をガス流路側に露出させた状態にしており、微細な網状の構造自体によってガス拡散層で生じた水を吸引移動させ、その水を縦材２８Ａ及び横材２８Ｂの内部や表面さらにはガス流路壁面を伝わらせて排出する。
【００４９】
したがって、上記の導水手段２８を備えた固体高分子型燃料電池にあっても、発電性能やガスの流通性を損なうことなく良好な排水機能を得ることができる。
【００５０】
図５は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、発電要素である単セル（図１参照）と、撥水性を有するとともに単セルにガスを拡散供給するガス拡散層２と、ガス拡散層２の間にガス流路４を形成するとともにガス流路壁面に親水性を有するセパレータ板６を順に積層した構造を有している。
【００５１】
そして、固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層２に、同ガス拡散層２の表面が露出する状態に配置され且つガス拡散層２からガス流路４側へ水を移動させる導水手段３８が設けてあって、このとき、ガス拡散層２、導水手段３８及びガス流路壁面における水の接触角の大小関係が、図２に示すようにガス拡散層（θｇ）＞導水手段（θｗ）≧ガス流路壁面（θｓ）となるようにしてある。
【００５２】
この実施例の導水手段３８は、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層２の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向に沿って且つガス流路４の中心に沿うように配置してある。なお、図面には連続した１本の導水手段３８を示したが、ガス流路４に対して複数本の導水手段を配置したり、短尺の導水手段を所定間隔で配置したりすることもできる。
【００５３】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層２とセパレータ板６の間での電圧低下が生じることが無いと共に、ガスの流通性が阻害されることも無く、しかも、ガス拡散層２で生じた水が導水手段３８を伝わって同ガス拡散層２の表面に留まることなく排出されるので、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができる。
【００５４】
図６〜図８は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層２の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置してある。
【００５５】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層２とセパレータ板６の間での電圧低下が生じることが無いと共に、ガスの流通性が阻害されることも無く、しかも、ガス拡散層２で生じた水が導水手段３８に沿って移動してガス流路壁面に伝わり、同ガス拡散層２の表面に留まることなく排出される。
【００５６】
このとき、親水性を有する導水手段３８に沿って移動する水の駆動力は、ガスの慣性力により受ける力にほぼ関係しないため、ガス拡散層２の表面で発生した水は、導水手段３８を伝わって最寄りのガス流路壁面に到達し、親水性を有するガス流路壁面で広がって速やかに排出されることとなる。
【００５７】
したがって、固体高分子型燃料電池は、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができる。
【００５８】
図９は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層２の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向を斜めに横切る方向に沿って配置してある。
【００５９】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層２とセパレータ板６の間での電圧低下が生じることが無いと共に、ガスの流通性が阻害されることも無く、しかも、ガス拡散層２で生じた水が、斜めに配置した導水手段３８に沿って移動してガス流路壁面に伝わり、同ガス拡散層２の表面に留まることなく排出されるので、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができる。
【００６０】
また、上記の如く導水手段３８を斜めに配置した場合には、導水手段３８に沿って移動する水にガスの流れも作用するので、より速やかな排水が可能となる。
【００６１】
図１０は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向及びこれを横切る方向の両方向に沿って配置してある。
【００６２】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池にあっても、ガス拡散層とセパレータ板６の間での電圧低下が生じることが無いと共に、ガスの流通性が阻害されることも無く、しかも、ガス拡散層で生じた水が、ガスの流れ方向に沿う導水手段３８を伝わり、また、ガスの流れ方向を横切る方向の導水手段３８からガス流路壁面に伝わって、同ガス拡散層２の表面に留まることなく排出されるので、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができる。
【００６３】
図１１は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向及びこれを横切る方向の両方向に沿って配置してあり、とくに、ガスの流れを横切る方向に配置した導水手段にあっては、セパレータ板６のリブ６ａを除く部分すなわちガス流路４に対応する部分のみに配置してある
【００６４】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、先の実施例と同様に、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができるうえに、ガス拡散層とセパレータ板６のリブ６ａが直接接触することとなって、電圧の低下をより確実に防止することができ、ひいては発電性能の向上に貢献することができる。
【００６５】
図１２は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置してあると共に、その導水手段３８をガスの流れ方向に対して一定間隔で配置しており、導水手段３８，３８同士の間隔Ｌ１とガス流路の幅Ｌ２を同等としている。このとき、導水手段３８，３８同士の間隔Ｌ１及びガス流路の幅Ｌ２は、例えば０．１〜１ｍｍ程度である。
【００６６】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、先の実施例と同様に、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができるうえに、ガス拡散層の表面に水滴が所定の間隔をもって現れるときに、その水滴を導水手段３８やガス流路壁面に速やかに接触させて排出することができる。
【００６７】
図１３は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段３８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であって、ガス拡散層の表面において、ガス流路４におけるガスの流れ方向を横切る方向に沿って配置してあると共に、その導水手段３８をガスの流れ方向に対して所定間隔で配置しており、導水手段３８同士の間隔が、ガス流路４におけるガスの流れ方向に対して変化している。とくに、図示例の場合は、導水手段３８同士の間隔が、ガス流路４におけるガスの流れ方向（図中で下方向）に対して漸次小さくなる状態に変化している。
【００６８】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、先の実施例と同様に、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができるうえに、ガス拡散層における水の発生分布が異なる場合に、これに対応して導水手段３８を配置することが可能となって、効率的に水の移動を起こさせることが可能となる。
【００６９】
また、この種の燃料電池では、ガス流路４の下流側に向かうほど湿度が高くなってガス拡散層における水の発生点密度が増加するので、図示例の如く導水手段３８同士の間隔を下流側に向けて漸次減少させることで、水の発生分布が密になる下流側に多くの導水手段３８を配置した状態にし、その導水手段３８によって水の排出を一層促進させることができる。
【００７０】
図１４は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、導水手段４８が、親水性の樹脂製繊維から成る線状の部材であると共に、一端部をガス拡散層２の表面に露出させた埋設型のものとなっている。
【００７１】
この実施例では、複数の埋設型の導水手段４８が、ガスの流れ方向において一定間隔で設けてあるが、先述した水の発生分布に応じて間隔を適宜変更しても良い。この導水手段４８は、ガス拡散層２を作製する際に混入させても良いし、予め形成したものをガス拡散層２に挿入して設けても良い。また、導水手段４８の他端部は、図示の如くガス拡散層２中としても良いし、単セルの触媒表面（電極表面）に達するようにしても良い。さらに、導水手段４８は、線状のほか、適当な幅を有する小片状や帯状にしても良い。
【００７２】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、先の実施例と同様に、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができるうえに、ガス拡散層２の内部に留まっていた水を表面に移動させることができると共に、ガス拡散層２の厚さ方向におけるガスの拡散供給を殆ど妨げることがなく、より安定した発電が可能となる。
【００７３】
図１５は本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図である。図示の固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層２の表面に配置した導水手段３８と、埋設型の導水手段４８とを接続したものとなっている。
【００７４】
このとき、ガス拡散層２の表面に配置する導水手段３８としては、図５〜図１３に示す線状の部材から成るものだけでなく、図３及び４に示す網状の構造体から成るものも用いることができる。また、埋設型の導水手段４８としては、先の実施例図（図１４）で説明した各構成のものを用いることができる。
【００７５】
上記構成を備えた固体高分子型燃料電池は、先の実施例と同様に、発電性能やガスの流通性を何ら損なうことなく、良好な排水機能を得ることができるうえに、埋設型の導水手段４８によってガス拡散層２の内部に留まっていた水を表面に移動させると共に、その水を表面に配置した導水手段３８並びにガス流路壁面によって速やかに排出することができる。
【００７６】
なお、本発明の固体高分子型燃料電池は、その構成の細部が上記各実施例に限定されるものではなく、各実施例の構成を組合わせたり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更したりすることが可能である。また、図５〜１５に示す実施例では、単セルの一方側（空気極側）のみを示したが、図示しない単セルの他方側（燃料極側）のガス拡散層に導水手段を配置することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の一実施形態を説明する分解状態の斜視図である。
【図２】ガス拡散層、導水手段及びガス流路壁面における水の接触角の大小関係を説明する断面図である。
【図３】本発明の固体高分子型燃料電池に適用可能な導水手段の一例を説明する斜視図（ａ）及び部分的な拡大斜視図（ｂ）である。
【図４】本発明の固体高分子型燃料電池に適用可能な導水手段の他の例を説明する斜視図である。
【図５】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する分解状態の斜視図である。
【図６】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する分解状態の斜視図である。
【図７】図６に示す導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た部分的な平面図である。
【図８】図６に示す導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た全体的な平面図である。
【図９】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であって、導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た部分的な平面図である。
【図１０】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であって、導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た部分的な平面図である。
【図１１】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であって、導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た部分的な平面図である。
【図１２】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であって、導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た部分的な平面図である。
【図１３】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する図であって、導水手段及びセパレータ板をガス拡散層側から見た全体的な平面図である。
【図１４】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する断面図である。
【図１５】本発明の固体高分子型燃料電池のさらに他の実施例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１          単セル
２          ガス拡散層（空気極側）
３          ガス拡散層（燃料極側）
４          ガス流路（空気極側）
５          ガス流路（燃料極側）
６          セパレータ板（空気極側）
６ａ        リブ
７          セパレータ板（燃料極側）
７ａ        リブ
８          導水手段
１８  ２８  導水手段（網状の構造体から成る導水手段）
３８        導水手段（線状の部材から成る導水手段）
４８        導水手段（埋設型の導水手段）
【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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