(57)【要約】【課題】反応ガス流路において、流路設計の自由度を向上させる技術を提供する。【解決手段】電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池であって、ガスセパレータおよび電極の間の空隙に設けられ、電極で電気化学反応に供される反応ガスを電極に供給するための反応ガス流路を備え、反応ガス流路は、内部が空洞な柱状であり、少なくとも両端部が開口し、さらに、導電性である、複数の中空柱状導体を、中空柱状導体の長手方向と電極面とが平行となるように配置すると共に、ガスセパレータおよび電極と接するように配置することで構成される。【選択図】図２
2007141556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池であって、
前記ガスセパレータおよび前記電極の間の空隙に設けられ、前記電極で電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を備え、
前記反応ガス流路は、
内部が空洞な柱状であり、少なくとも両端部が開口し、さらに、導電性である、複数の中空柱状導体を、前記中空柱状導体の長手方向と前記電極の電極面とが平行となるように配置すると共に、前記ガスセパレータおよび前記電極と接するように配置することで構成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記中空柱状導体は、ガスを透過するガス透過面を備えており、
前記中空柱状導体を、前記電極と接するように配置する場合には、前記中空柱状導体の前記ガス透過面と前記電極とが接するように配置することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記中空柱状導体において、前記開口部分にガス透過性部材を取り付けたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記中空柱状導体において、前記開口部分の開口面積が、前記中空柱状導体の断面積より、小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記ガスセパレータは、前記中空柱状導体と接する面がフラット状であることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
各中空柱状導体は、底面部と、前記底面部の両端より立接する２つの側壁部とから構成され、断面がコの字形状をなし、前記空洞として溝部を有し、
前記反応ガス流路に各中空柱状導体を配置する場合において、
各中空柱状導体を、それぞれ隣接するように配置し、隣接する各中空柱状導体の開放面がそれぞれ対向するように配置すると共に、各中空柱状導体の互いの一つの前記側壁が、互いの前記溝部に挿入されるように配置することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池に用いられる流路構成部材であって、
前記燃料電池は、
前記ガスセパレータおよび前記電極の間の空隙に設けられ、前記電極で電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を備えており、
前記流路構成部材は、
内部が空洞な柱状であり、少なくとも両端部が開口し、さらに、導電性であり、
前記反応ガス流路において、長手方向と前記電極の電極面とが平行となるように配置されると共に、前記ガスセパレータおよび前記電極と接するように配置されることを特徴とする流路構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池において、ガスセパレータと電極の間に、電極に電気化学反応に供される反応ガスを供給するための流路を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新しいエネルギ源として、水素などの燃料ガス（以下、アノードガスと呼ぶ。）と酸素を含む酸化ガス（以下、カソードガスと呼ぶ。）とを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。この燃料電池は、例えば、電解質層を燃料極（以下、アノードと呼ぶ。）および酸素極（以下、カソードと呼ぶ。）とで挟持し、それらをガスセパレータで挟持することで構成される。また、この燃料電池には、アノードとガスセパレータとの間には、アノードガスをアノードに供給するための流路であるアノードガス流路が設けられ、カソードとガスセパレータとの間には、カソードガスをカソードに供給するための流路であるカソードガス流路が設けられている。以下では、アノードガスおよびカソードガスを総称して、反応ガスとも呼び、アノード流路およびカソード流路を総称して反応ガス流路とも呼ぶ。
【０００３】
このような反応ガス流路として、例えば、下記特許文献１に記載されるような反応ガス流路がある。この特許文献１には、カーボンペーパを裁断して、裁断により欠如した空間を反応ガス流路として形成する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２３８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この反応ガス流路は、燃料電池の発電性能向上のため、例えば、電極面（アノード面またはカソード面）に対して反応ガスをできるだけ均一に供給可能となるように複雑に構成したいという要望がある。しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術のように、反応ガス流路を、カーボンペーパの裁断により形成することとすると、反応ガス流路を複雑に構成するためには、カーボンペーパに対して精細な裁断を行う必要があったり、カーボンペーパの綿密な位置合わせを行う必要があるなど種々の制約があった。そのため、反応ガス流路において、流路設計の自由度を向上させる技術が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、反応ガス流路において、流路設計の自由度を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池では、
電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池であって、
前記ガスセパレータおよび前記電極の間の空隙に設けられ、前記電極で電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を備え、
前記反応ガス流路は、
内部が空洞な柱状であり、少なくとも両端部が開口し、さらに、導電性である、複数の中空柱状導体を、前記中空柱状導体の長手方向と前記電極の電極面とが平行となるように配置すると共に、前記ガスセパレータおよび前記電極と接するように配置することで構成されることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池によれば、中空柱状導体の並べ方を変更するだけで、流路構成を変更することができる。従って、反応ガス流路の流路設計の自由度を向上させることができる。
【０００９】
上記燃料電池において、
前記中空柱状導体は、ガスを透過するガス透過面を備えており、
前記中空柱状導体を、前記電極と接するように配置する場合には、前記中空柱状導体の前記ガス透過面と前記電極とが接するように配置するようにしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、反応ガスがガス透過面を介して電極に供給されることとなる。従って、中空柱状導体が電極と接する部分において、電極に対する反応ガスの供給が阻害されるのを抑制することができる。その結果、燃料電池の電池性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記燃料電池において、
前記中空柱状導体において、前記開口部分にガス透過性部材を取り付けるようにしてもよい。
【００１２】
この中空柱状導体は、開口部分がガス透過性部材で覆われているので、この中空柱状導体を流れる反応ガスは圧力損失を受けやすくなる。従って、反応ガス流路の所望の部分において、この中空柱状導体を配置すれば、この配置部分を流れる反応ガスの圧力損失を変更することが可能であり、その部分において、反応ガスの流速を容易に変更することができる。すなわち、反応ガス流路の所望の場所にこの中空柱状導体を配置することにより、反応ガスの流速の制御を行うことが可能となる。
【００１３】
上記燃料電池において、
前記中空柱状導体において、前記開口部分の開口面積を、前記中空柱状導体の断面積より、小さいくするようにしてもよい。
【００１４】
この中空柱状導体は、開口部分が縮小されているので、この中空柱状導体を流れる反応ガスは圧力損失を受けやすくなる。従って、反応ガス流路の所望の部分において、この中空柱状導体を配置すれば、この配置部分を流れる反応ガスの圧力損失を変更することが可能であり、その部分において、反応ガスの流速を容易に変更することができる。すなわち、反応ガス流路の所望の場所にこの中空柱状導体を配置することにより、反応ガスの流速の制御を行うことが可能となる。
【００１５】
上記燃料電池において、
前記ガスセパレータは、前記中空柱状導体と接する面がフラット状としてもよい。
【００１６】
このようにすれば、ガスセパレータと中空柱状導体は、面接触して接するので、中空柱状導体の固定が容易になり、また、集電効率を向上させることができる。
【００１７】
上記燃料電池において、
各中空柱状導体は、底面部と、前記底面部の両端より立接する２つの側壁部とから構成され、断面がコの字形状をなし、前記空洞として溝部を有し、
前記反応ガス流路に各中空柱状導体を配置する場合において、
各中空柱状導体を、それぞれ隣接するように配置し、隣接する各中空柱状導体の開放面がそれぞれ対向するように配置すると共に、各中空柱状導体の互いの一つの前記側壁が、互いの前記溝部に挿入されるように配置するようにしてもよい。
【００１８】
なお、反応ガス流路において、電極に反応ガスを均一に供給させるため等の理由により、反応ガス流路の所定部分における反応ガスの流速を調整したいという要望がある。一方、以上のようにすれば、反応ガス流路の所定部分において、反応ガスの流速を調整したい場合に、その部分にある中空柱状導体の向きや、中空柱状導体間の距離等を変更すれば、その部分における反応ガス流路を構成する流路の幅を容易に変更することができる。その結果、その部分における反応ガスの流速を容易に変更することができる。
【００１９】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の流路構成部材では、
電解質層を電極で挟持させ、それらをガスセパレータで狭持させることで構成する燃料電池に用いられる流路構成部材であって、
前記燃料電池は、
前記ガスセパレータおよび前記電極の間の空隙に設けられ、前記電極で電気化学反応に供される反応ガスを前記電極に供給するための反応ガス流路を備えており、
前記流路構成部材は、
内部が空洞な柱状であり、少なくとも両端部が開口し、さらに、導電性であり、
前記反応ガス流路において、長手方向と前記電極の電極面とが平行となるように配置されると共に、前記ガスセパレータおよび前記電極と接するように配置されることを要旨とする。
【００２０】
上記構成の流路構成部材によれば、並べ方を変更するだけで、燃料電池における反応ガス流路の流路構成を変更することができる。従って、反応ガス流路の流路設計の自由度を向上させることができる。
【００２１】
なお、本発明は、上記した燃料電池や流路構成部材などの装置発明の態様に限ることなく、方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
Ａ２．カソードガス流路５０の説明：
Ｂ．変形例：
【００２３】
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００における単セル２００の概略断面構成を表わす説明図である。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を図１に示すように定める。本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池であって、図１に示す単セル２００をＸ方向に複数枚積層することにより形成される。単セル２００は、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）１２を備え、このＭＥＡ１２をさらに両側からアノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ４０で挟持することによって構成されている。
【００２４】
ＭＥＡ１２は、電解質層３を間に挟んでその表面に形成された触媒電極であるアノード２およびカソード４と、その電極のさらに外側に配設されたガス拡散層１，５とを備えている。電解質層３は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード２およびカソード４は、共に、ガス透過性を有するガス拡散電極であり、例えば、白金担持カーボンと、電解質層２０と同様のプロトン伝導性を有する電解質の溶液とから電極ペーストを作製し、この電極ペーストを、電解質層２０上に塗布することにより形成できる。また、ガス拡散層１，５は、カーボン製の多孔質部材であり、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフエルトなどによって形成することができる。
【００２５】
燃料電池１００は、各単セル２００に対して電気化学反応に供されるカソードガスを供給するカソードガス供給マニホールド１３（図１）と、各単セル２００に対して電気化学反応に供されるアノードガスを供給するアノードガス供給マニホールド１１（図１では省略）と、各単セル２００に対して各単セル２００を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給マニホールド１５（図１では省略）とを備えており、これらは、それぞれ、各単セル２００を積層方向に貫通するように形成されている。
【００２６】
燃料電池１００は、各単セル２００の間に、各単セル２００を冷却するための冷却水が流れる冷却水流路７０を備える。この冷却水は、冷却水供給マニホールド１５から供給される。
【００２７】
また、燃料電池１００は、各単セル２００から電気化学反応に供されたカソードガス（カソードオフガス）を燃料電池１００の外部に排出するためのカソードガス排出マニホールド１４（図１）と、各単セル２００から電気化学反応に供されたアノードガス（アノードオフガス）を燃料電池１００の外部に排出するためのアノードガス排出マニホールド１２（図１では省略）と、冷却水流路７０から各単セル２００の冷却に供された冷却水を燃料電池１００の外部に排出するための冷却水排出マニホールド１６（図１では省略）とを備えており、これらは、それぞれ、各単セル２００を積層方向に貫通するように形成されている。
【００２８】
さらに、燃料電池１００は、図１に示すように、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ４０との間の絶縁や、カソードガスまたはアノードガスの密閉等のためのガスケット６を備えている。
【００２９】
アノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ４０は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。
【００３０】
アノード側セパレータ３０において、Ｘ方向から見た面は、冷却水流路７０の一端を形成する。また、アノード側セパレータ３０において、Ｘ方向に向かって見た面は、図１に示すように、フラット形状であり、アノード２へアノードガスを供給するためのアノードガス流路６０の一端を形成する。すなわち、このアノードガス流路６０は、ＭＥＡ１２とアノード側セパレータ３０との間に形成され、その空間全体を占めるように、チタンなどから成る発砲金属や金属メッシュなどの金属多孔質体によって形成される。そして、アノードガス流路６０は、アノードガス供給マニホールド１１から供給されるアノードガスをガス拡散層１を介してアノード２へ供給し、また、電気化学反応後のアノードガスをアノードガス排出マニホールド１２へ排出する。
【００３１】
カソード側セパレータ４０において、Ｘ方向に向かって見た面は、冷却水流路７０の一端を形成する。また、カソード側セパレータ４０において、Ｘ方向から見た面は、図１に示すように、フラット形状であり、カソード４へカソードガスを供給するためのカソードガス流路５０の一端を形成する。すなわち、このカソードガス流路５０は、カソード側セパレータ４０とＭＥＡ１２との間に形成される。以下では、カソード側セパレータ４０において、上述のようにカソードガス流路５０を形成する側の面を、カソードガス流路面Ｗとも呼ぶ。このカソードガス流路面Ｗ、および、カソードガス流路５０についての詳細は、後述する。なお、カソードガス流路５０は、請求項における反応ガス流路に該当する。
【００３２】
冷却水流路７０は、アノード側セパレータ３０の一面とカソード側セパレータ４０の一面に挟持されることにより形成される。
【００３３】
Ａ２．カソードガス流路５０の説明：
図２は、本実施例におけるカソードガス流路５０の概略構成を表わす説明図である。この図２は、図１のカソード側セパレータ４０におけるカソードガス流路面ＷをＸ方向から見た図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ’を通るＸＺ面をＹ方向に向かって見た図である。なお、図３中において、中空柱状導体５５は、実線と破線で示している。
【００３４】
本実施例の燃料電池１００では、カソードガス流路５０を以下のように構成する。すなわち、カソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に、図２および図３に示すように、両端が開口し、断面がコの字な柱状（いわゆる、ホッチキスの芯状、若しくは、コの字ブロック状。）の中空柱状導体５５を流路構成部材として複数配置する。各中空柱状導体５５は、それぞれ同様な大きさで、導電性であり、かつ、ガス透過性を有し、チタンやステンレスなどから成る発砲金属やカーボン製の多孔質部材等を用いる。以下では、図２に示すように、各中空柱状導体５５において、両端の開口部をそれぞれ開口部Ｊと呼び、底面部Ｋに立接する側壁を側壁Ｌと呼び、壁がなく開放された側面であり底面部Ｋに対向する面を開放面Ｉと呼び、底面部Ｋおよび側壁Ｌで囲まれる空洞部分を溝部Ｈと呼ぶ。カソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に中空柱状導体５５を配置する場合において、配置する中空柱状導体５５のうち略半分の各中空柱状導体５５を、図２および図３に示すように、開口部Ｊの一方をカソードガスの流れ方向であるＹ方向に向け、カソード側セパレータ４０のカソードガス流路面Ｗに底面部Ｋが接するように、それぞれＺ方向に並列に配置する。また、残りの各中空柱状導体５５を、図２および図３に示すように、開口部Ｊの一方をＹ方向に向け、ＭＥＡ１２に底面部Ｋが接するようにすると共に、側壁Ｌの一つが、カソードガス流路面Ｗに底面部Ｋが接して配置される上記中空柱状導体５５の溝部Ｈに挿入された状態となるように、それぞれＺ方向に並列に配置する。言い換えれば、各中空柱状導体５５は、隣接する各中空柱状導体５５の開放面Ｉがそれぞれ対向するように配置されると共に、各中空柱状導体５５の互いの一つの側壁Ｌが、互いの溝部Ｈに挿入されるように配置される。以下では、このような中空柱状導体５５の配置状態を、「中空柱状導体５５が互いに噛み合って配置される」とも表現することとする。なお、中空柱状導体５５の底面部Ｋは、請求項におけるガス透過面に該当する。
【００３５】
このカソードガス流路５０において、カソードガス供給マニホールド１３から供給されたカソードガスは、主に、互いに噛み合った中空柱状導体５５間の隙間（以下では、カソードガス部分流路Ｍと呼ぶ。）を流れ、また、その際に、中空柱状導体５５およびガス拡散層５を透過して、カソード４に供給される。そして、このようにカソード４に供給されたカソードガスは、カソード４で電気化学反応に供された後、カソードガス部分流路Ｍを通ってカソードガス排出マニホールド１４に排出される。
【００３６】
以上のように、本実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ４０とＭＥＡ１２との間に中空柱状導体５５を並べることで、カソードガス流路５０を形成するようにしている。このようにすれば、中空柱状導体５５の並べ方を変更するだけで、容易にカソードガス流路５０の流路構成を変更することができ、すなわち、中空柱状導体５５の並べ方を変更するだけで、複雑な流路を容易に形成することができる。その結果、以上のようにすれば、カソードガス流路５０の流路設計の自由度を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施例の燃料電池１００のカソードガス流路５０において、カソードガス流路５０を形成する中空柱状導体５５は、ガス透過性の部材を用いている。このようにすれば、カソードガス供給マニホールド１３から供給されたカソードガスは、カソードガス流路５０（カソードガス部分流路Ｍ）を通過する際に、ＭＥＡ１２と接する中空柱状導体５５の底面部Ｋおよびガス拡散層５を介してカソード４へ供給されることとなる。一方、中空柱状導体５５の底面部Ｋがガス透過性を有しない場合には、カソード４へのカソードガスの供給が阻害されることなる。従って、以上のようにすれば、中空柱状導体５５の底面部Ｋによって、カソード４へのカソードガスの供給が阻害されるのを抑制することができる。その結果、燃料電池１００の電池性能の低下を抑制することができる。
【００３８】
本実施例の燃料電池１００において、カソードガス流路５０を形成する中空柱状導体５５は、導電性であるので、集電体としての機能を有することができる。従って、新たに集電体を設ける必要がなく、集電体の設置スペースを省略することができる。
【００３９】
本実施例の燃料電池１００において、カソード側セパレータ４０のカソードガス流路面Ｗは、フラット形状となっており、その面上に中空柱状導体５５を配置するようにしている。このようにすれば、カソードガス流路面Ｗと各中空柱状導体５５の底面部Ｋとは、面接触して接するので、中空柱状導体５５の固定が容易であり、また、集電効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、カソードガス流路５０において、カソード４にカソードガスを均一に供給させるため等の理由により、カソードガス流路５０の所定部分のカソードガスの流速を調整したいという要望がある。一方、本実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ４０とＭＥＡ１２との間に、図２および図３に示すごとく、ホッチキスの芯状の複数の中空柱状導体５５を、それぞれ隣接するように配置し、隣接する各中空柱状導体５５の開放面Ｉがそれぞれ対向するように配置すると共に、各中空柱状導体５５の互いの一つの側壁Ｌが、互いの溝部Ｈに挿入されるように配置（すなわち、互いに噛み合うように配置）することで、カソードガス流路５０を形成するようにしている。このようにすれば、カソードガス流路５０の所定部分（以下、所定部分Ｐとする。）において、カソードガスの流速を調整したい場合に、所定部分Ｐにある中空柱状導体５５の向きや、中空柱状導体５５間の距離等を変更すれば（すなわち、互いに噛み合う中空柱状導体５５の噛み合い具合を変更すれば）、所定部分Ｐにおけるカソードガス部分流路Ｍの流路幅を容易に変更することができる。その結果、所定部分Ｐにおけるカソードガス部分流路Ｍの流路幅の変更に伴い、所定部分Ｐにおけるカソードガスの流速を容易に変更することができる。
【００４１】
Ｂ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００４２】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池１００では、カソードガス流路５０において、流路構成部材としてホッチキスの芯状である中空柱状導体５５を用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、流路構成部材として用いる物体は、少なくとも、内部が空洞な柱状であり、両端部が開口し、さらに、導電性がある物体であればよい。このような物体の例として、以下の中空柱状導体を説明する。
【００４３】
図４は、中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。例えば、図４に示すように、中空柱状導体５５と同形状で同材質（すなわち、導電性、ガス透過性を有する。）であるが、開口部Ｊの大きさが異なる中空柱状導体５５ａと中空柱状導体５５ｂとを用いて、中空柱状導体５５ｂを中空柱状導体５５ａの中に嵌め込むようにして１組の流路構成部材としてもよい。そして、これをカソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に配置することによりカソードガス流路５０を構成する。このようにしても、上記実施例と同様の効果を奏することができる。なお、この場合、一方の中空柱状導体の長さが異なっていても良い。
【００４４】
図５は、中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。例えば、図５に示すように、両端が開口した四角柱である中空柱状導体５５ｃを流路構成部材として用いてもよい。この場合、中空柱状導体５５ｃを、カソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に面接触するように配置することによりカソードガス流路５０を構成するようにしてもよい。この中空柱状導体５５ｃは、中空柱状導体５５と同材質、すなわち、導電性およびガス透過性を有するものを用いる。このようにすれば、中空柱状導体５５ｃは、凸部を備えていないので、ＭＥＡ１２を傷つけることを抑制することができる。なお、この場合、各中空柱状導体５５ｃは、一部、または、それぞれが異なる大きさであっても良い。このようにすれば、各中空柱状導体５５ｃを流れるカソードガスの圧力損失を変更することが可能であり、その結果、カソードガス流路５０の所望の部分において、カソードガスの流速を容易に変更することができる。
【００４５】
図６は、中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。さらに、図６に示すように、両端が開口した三角柱である中空柱状導体５５ｄを流路構成部材として用いてもよい。この場合、中空柱状導体５５ｄをカソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に配置することによりカソードガス流路５０を構成するようにしてもよい。三角柱である中空柱状導体５５ｄは、側面を成す辺Ｏ（図６参照）に圧力を受けたとしてもその圧力を側面で分散することができるので、耐圧性に優れている。従って、以上のようにカソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に配置する中空柱状導体として、中空柱状導体５５ｄを用いれば、カソードガス流路５０の劣化を抑制することができる。なお、この場合、中空柱状導体５５ｄは、上下逆さまに交互に配置するようにすることが好ましい。また、この場合、ＭＥＡ１２をカーボンやメッシュ金属等の保護層で被覆するようにしてもよい。このようにすれば、中空柱状導体５５ｄの辺ＯでＭＥＡ１２が傷つくことを抑制することができる。
【００４６】
図７は、図５の四角柱である中空柱状導体５５ｃの変形例を表わす模式図である。カソードガス流路５０において、図７に示すように、図５に示す中空柱状導体５５ｃの開口部をガス透過性の部材（例えば、金属網等）で覆った中空柱状導体５５ｅを、流路構成部材の少なくとも一部として、カソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に配置するようにしてもよい。この中空柱状導体５５ｅは、開口部がガス透過性部材で覆われているので、この中空柱状導体５５ｅを流れるカソードガスは圧力損失を受けやすくなる。従って、カソードガス流路５０の所望の部分において、この中空柱状導体５５ｅを流路構成部材として配置すれば、中空柱状導体５５ｅを配置部分を流れるカソードガスの圧力損失を変更することが可能であり、その部分において、カソードガスの流速を容易に変更することができる。すなわち、カソードガス流路５０の所望の場所に、中空柱状導体５５ｅを流路構成部材として配置することにより、その場所におけるカソードガスの流速の制御を行うことができる。なお、図７では、中空柱状導体５５ｅの開口部の両方をガス透過性部材で覆っているが、本発明は、これに限られるものではなく、どちらか一方の開口部のみガス透過性部材で覆うようにしてもよい。また、カソードガス流路５０に、流路構成部材として三角柱の中空柱状導体５５ｄ（図６）を用いる場合において、その中空柱状導体５５ｄの両方の開口部または一方の開口部にガス透過性部材を設けるようにしてもよい。
【００４７】
図８は、図５の四角柱である中空柱状導体５５ｃの変形例を表わす模式図である。カソードガス流路５０において、図８に示すように、図５に示す中空柱状導体５５ｃの開口部の大きさを縮小した中空柱状導体５５ｆを、流路構成部材の少なくとも一部として、カソードガス流路面ＷとＭＥＡ１２との間に配置するようにしてもよい。この中空柱状導体５５ｆは、開口部が縮小されているので、この中空柱状導体５５ｆを流れるカソードガスは圧力損失を受けやすくなる。従って、カソードガス流路５０の所望の部分において、この中空柱状導体５５ｆを流路構成部材として配置すれば、中空柱状導体５５ｆを配置した部分を流れるカソードガスの圧力損失を変更することが可能であり、その部分において、カソードガスの流速を容易に変更することができる。すなわち、カソードガス流路５０の所望の場所に、中空柱状導体５５ｆを流路構成部材として配置することにより、その場所におけるカソードガスの流速の制御を行うことができる。なお、図８では、中空柱状導体５５ｆの開口部の両方を縮小しているが、本発明は、これに限られるものではなく、どちらか一方の開口部のみ縮小するようにしてもよい。また、カソードガス流路５０に、流路構成部材として三角柱の中空柱状導体５５ｄ（図６）を用いる場合において、その中空柱状導体５５ｄの両方の開口部または一方の開口部を縮小するようにしてもよい。
【００４８】
Ｂ２．変形例２：
図９は、変形例２におけるサーペンタイン構造のカソードガス流路５０ａの概略構成を表わす説明図である。上記実施例の燃料電池１００のカソードガス流路５０において、カソードガス供給マニホールド１３から供給されたカソードガスがカソードガス排出マニホールド１４へ排出されるまでの流路が略直線的になっているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、本変形例のカソードガス流路５０ａのように、図９に示すようなサーペンタイン構造としてもよい。この場合、カソードガス流路５０ａは、流路形成リブ１５５によって形成されるＮ字型の流路となっており、この流路のストレート部分に上記実施例の中空柱状導体５５や上記変形例の中空柱状導体５５ａ、中空柱状導体５５ｂ、中空柱状導体５５ｃ、中空柱状導体５５ｄ、中空柱状導体５５ｅ、および、中空柱状導体５５ｆ等を配置するようにしてもよい。このようにしても上記実施例または変形例の効果を奏することができる。なお、このカソードガス流路５０ａにおいて、流路が曲がるターン部分は、複数の凸部１５０を備えている。この複数の凸部１５０は、断面が略四角形であり、カソードガス流路５０ａを通過するカソードガスを攪拌してカソード４へ導くと共に、凸部１５０の頂部でカソード４と接触することによって集電性を高める機能を有する。この凸部１５０は、カソード側セパレータ４０自体を加工して凸部としてもよいし、樹脂モールド品で形成してもよい。
【００４９】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池１００のカソードガス流路５０において、各中空柱状導体５５を配置する場合に、一律、開口部Ｊの一方をカソードガスの流れ方向であるＹ方向に向けて、それぞれＺ方向に並列に配置するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、カソードガス流路５０において、中空柱状導体５５を、向きが略直角に異なるように配置するようにしてもよい。すなわち、或る中空柱状導体５５を、開口部Ｊの一方がＹ方向に向けて配置したならば、隣接する中空柱状導体５５を、開口部Ｊの一方がＺ方向に向くように配置するようにする。このようにすれば、中空柱状導体５５を用いて、曲がった流路を形成することが可能である。従って、以上のようにすれば、カソードガス流路５０において、より複雑な流路を形成することが可能である。また、このようにすれば、この中空柱状導体５５を流れるカソードガスは圧力損失を受けやすくなる。従って、カソードガス流路５０の所望の部分において、このように中空柱状導体５５を配置すれば、中空柱状導体５５を用いた部分を流れるカソードガスの圧力損失を変更することが可能であり、その部分において、カソードガスの流速を容易に変更することができる。すなわち、中空柱状導体５５を流路構成部材として用いることにより、カソードガス流路５０の所望の場所におけるカソードガスの流速の制御を行うことができる。
【００５０】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池１００では、流路構成部材として中空柱状導体５５をカソードガス流路５０にのみ用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、アノードガス流路６０において、流路構成部材として中空柱状導体５５を上述のごとくアノードガス流路６０に配置するようにしてもよい。このようにすれば、アノードガス流路６０においても上記実施例と同様の効果を奏することができる。また、アノードガス流路６０において、流路構成部材として、上記変形例の中空柱状導体５５ａ、中空柱状導体５５ｂ、中空柱状導体５５ｃ、中空柱状導体５５ｄ、中空柱状導体５５ｅ、および、中空柱状導体５５ｆのいずれかを上述のごとくアノードガス流路６０に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００における単セル２００の概略断面構成を表わす説明図である。
【図２】実施例におけるカソードガス流路５０の概略構成を表わす説明図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’を通るＸＺ面をＹ方向に向かって見た図である。
【図４】中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。
【図５】中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。
【図６】中空柱状導体の変形例を表わす模式図である。
【図７】図５の四角柱である中空柱状導体５５ｃの変形例を表わす模式図である。
【図８】図５の四角柱である中空柱状導体５５ｃの変形例を表わす模式図である。
【図９】変形例２におけるサーペンタイン構造のカソードガス流路５０ａの概略構成を表わす説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…ガス拡散層
２…アノード
３…電解質層
４…カソード
５…ガス拡散層
６…ガスケット
１１…アノードガス供給マニホールド
１２…アノードガス排出マニホールド
１３…カソードガス供給マニホールド
１４…カソードガス排出マニホールド
１５…冷却水供給マニホールド
１６…冷却水排出マニホールド
２０…電解質層
３０…アノード側セパレータ
４０…カソード側セパレータ
５０…カソードガス流路
５０ａ…カソードガス流路
５５…中空柱状導体
５５ａ〜ｆ…中空柱状導体
６０…アノードガス流路
７０…冷却水流路
１００…燃料電池
１５０…凸部
１５５…流路形成リブ
２００…単セル
【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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