(57)【要約】【課題】  ガスの拡散が生成水によってさまたげられない、その結果電圧低下が起こりにくい、燃料電池の提供。【解決手段】（１）ガス拡散層１３、１６を有し、ガス拡散層は側壁５２に孔５１を有する複数の中空糸４０を含む燃料電池。（２）中空糸４０は中空糸の下流端で閉塞されている。（３）中空糸４０はセルの沿面方向に延びる。（４）中空糸４０は中空糸の下流側ほど側壁の孔のガス通気性が高い。（５）セパレータ１８に接触する中空糸層の中空糸４０の外径ｄはセパレータに接触しない中空糸層の中空糸の外径Ｄより小である。（７）セパレータはメタルセパレータであり、波板１８ａと平板１８ｂとを重ねて形成されており、波板がガス拡散層に接触しており、波板１８ａは角を形成せずに滑らかに湾曲している。（８）セパレータは凹凸面を有さず、平坦面でガス拡散層に接触する。【選択図】        図２
2007250212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層を有し、該ガス拡散層は側壁に孔を有する複数の中空糸を含み、該中空糸の上流端の開孔はガスマニホールドからのガスを導入可能な位置にある、燃料電池。
【請求項２】
前記中空糸は中空糸の下流端で閉塞されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記中空糸はセルの沿面方向に延びる請求項１または請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記中空糸は中空糸の下流側ほど側壁の孔のガス通気性が高い請求項１−３の何れか一項記載の燃料電池。
【請求項５】
前記拡散層はセル面直方向に複数段の中空糸層を有し、セパレータに接触する中空糸層の中空糸の外径はセパレータに接触しない中空糸層の中空糸の外径より小である請求項１−４の何れか一項記載の燃料電池。
【請求項６】
凹凸面を有するセパレータを含み、該セパレータの凹凸面はガス拡散層に向けられている請求項１−５の何れか一項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータはメタルセパレータであり、波板と平板とを重ねて形成されており、前記波板がガス拡散層に接触しており、前記波板は角を形成せずに滑らかに湾曲している請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
セパレータは凹凸面を有さず、平坦面でガス拡散層に接触する請求項１−５の何れか一項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、とくに燃料電池の、ガス拡散層および／またはセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
単位燃料電池はＭＥＡ（膜−電極接合体）をセパレータで挟んだものから形成される。ＭＥＡとセパレータの間にはガス拡散層が介在する。単位燃料電池を複数積層して燃料電池スタックが形成される。
特開２００５−２６１７５号公報は、ガス拡散層としてカーボンペーパを用いた燃料電池を開示している。セパレータに形成されたガス流路から供給された反応ガスはカーボンペーパ内を拡散して電極に至り、発電するとともに水を生成する。
【特許文献１】特開２００５−２６１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の従来の燃料電池では、発電中に電圧低下が起こるという課題があった。これは、生成水の発生量が多量になると、ガス拡散層での反応ガスの拡散が生成水によって阻害され、ガス拡散層での反応ガスの電極への供給が不十分となり、電圧低下が起こるからである。
本発明の目的は、ガスの拡散（したがって、反応ガスの電極への供給）が生成水によってさまたげられない、その結果電圧低下が起こりにくい、燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎのとおりである。
（１）  ガス拡散層を有し、該ガス拡散層は側壁に孔を有する複数の中空糸を含み、該中空糸の上流端の開孔はガスマニホールドからのガスを導入可能な位置にある、燃料電池。
（２）  中空糸は中空糸の下流端で閉塞されている（１）記載の燃料電池。
（３）  中空糸はセルの沿面方向に延びる（１）または（２）記載の燃料電池。
（４）  中空糸は中空糸の下流側ほど側壁の孔のガス通気性が高い（１）−（３）の何れかに記載の燃料電池。
（５）  拡散層はセル面直方向に複数段の中空糸層を有し、セパレータに接触する中空糸層の中空糸の外径はセパレータに接触しない中空糸層の中空糸の外径より小である（１）−（４）の何れかに記載の燃料電池。
（６）  凹凸面を有するセパレータを含み、該セパレータの凹凸面はガス拡散層に向けられている（１）−（５）の何れかに記載の燃料電池。
（７）  セパレータはメタルセパレータであり、波板と平板とを重ねて形成されており、波板がガス拡散層に接触しており、波板は角を形成せずに滑らかに湾曲している（６）記載の燃料電池。
（８）  セパレータは凹凸面を有さず、平坦面でガス拡散層に接触する（１）−（５）の何れかに記載の燃料電池。
【発明の効果】
【０００５】
上記（１）の燃料電池によれば、反応ガスは中空糸の中を通って流れ中空糸側壁の孔から出て電極に至り、生成水は中空糸の中に入らずに中空糸の外の拡散層を通って排出される。このように、反応ガスは中空糸の中を通り生成水は中空糸の外を通るので、反応ガスの通り道と生成水の通り道が分けられる。その結果、ガスの拡散性は発生した生成水によってさまたげられることはなく、電圧低下を回避できる。
上記（２）の燃料電池によれば、中空糸は中空糸の下流端で閉塞されているので、ガスは中空糸を通り抜けて下流端側から出ていくことはなく、ガスの全量が中空糸側壁の孔から出ていく。そのため、孔を通って出るガスの量、流速は大で、生成水が孔を通って中空糸内に入ることはなく、ガスの供給は良好である。
上記（３）の燃料電池によれば、中空糸はセルの沿面方向に延びるので、生成水は拡散層中の中空糸間部分を通っても下流側へ流れ、排出される。
上記（４）の燃料電池によれば、中空糸は中空糸の下流側ほど側壁の孔のガス通気性が高い（中空糸の下流側ほど孔が大きい、孔が多い）ので、上流側のみならず、下流側へも供給され、ガスを均一に分配しやすくなる。
上記（５）の燃料電池によれば、セル面直方向に複数段の中空糸層を有し、セパレータに接触する中空糸層の中空糸の外径はセパレータに接触しない中空糸層の中空糸の外径より小であるので、拡散層とセパレータとの接触面積が大きくなり、接触電気抵抗が低減し、かつ電極温度を冷却水温度に近づけて、起動性の向上、電解質の熱耐久性向上等をはかることができる。
上記（６）の燃料電池によれば、凹凸面を有するセパレータを含み、該セパレータの凹凸面はガス拡散層に向けられているので、中空糸束のセル面内方向のずれ、移動をセパレータの凹凸によって阻止することができる。
上記（７）の燃料電池によれば、セパレータは波板と平板とを重ねて形成されたメタルセパレータであり、波板は角を形成せずに滑らかに湾曲しているので、角付きリブを有するセパレータのリブの角部で中空糸が押圧されて中空糸に応力の集中が生じ破損することが防止される。
上記（８）の燃料電池によれば、中空糸内を通して反応ガスを供給できるので、セパレータは凹凸面を有さず、平坦面でガス拡散層に接触する構造をとることができ、それによって、セパレータ厚みの減少と燃料電池スタックのコンパクト化、ガス拡散層とセパレータの接触面積増大による接触電気抵抗の低減と電極温度の冷却水温度への近似化（応答性の向上）をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の燃料電池を図１−図１４を参照して説明する。
図１−図３は本発明の実施例１を示し、図４−図７は本発明の実施例２を示し、図８は本発明の実施例３を示し、図９−図１１は本発明の実施例４を示す。図１２−図１４は本発明の何れの実施例にも適用可能な燃料電池の一般的構成を示す。本発明の全実施例に共通する部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
【０００７】
まず、本発明の全実施例に共通する部分を、図１−図３、図１２−図１４を参照して説明する。
本発明が適用される燃料電池（セルともいう）は、低温型燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００８】
図１２−図１４に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極接合体１９（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８とを重ね合わせて構成される。
膜−電極接合体１９は、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層１５からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極接合体１９とセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれガス拡散層（単に拡散層ともいう）１３、１６が設けられる。
【０００９】
膜−電極接合体１９とセパレータ１８を重ねてセル１０を構成し、セル１０を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）に、ボルト・ナット２５にて固定して、セル積層体にセル積層方向の締結荷重を付与して、燃料電池スタック２３を構成する。
【００１０】
セパレータ１８には、発電領域５１において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８にはガス流路２７、２８と反対側の面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。ガス流路２７、２８はストレート流路であってもよいし、サーペンタイン流路であってもよい。
セパレータ１８には、非発電領域５２において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
セパレータ１８は、カーボンセパレータ、またはメタルセパレータ（複数のメタルプレートの組み合わせ、または、メタルセパレータと樹脂フレームとの組み合わせでもよい）、または導電性樹脂セパレータからなる。
【００１１】
各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１２】
各種流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル１０のＭＥＡ１９を挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材３２によってシールされており、隣接するセル１０同士の間は、第２のシール部材３３によってシールされている。
第１のシール部材３２は、たとえば接着剤シール（シール接着剤）からなり、第２のシール部材３３は、たとえば、ゴムガスケットからなる。ただし、第１のシール部材３２、第２のシール部材３３とも、接着剤シール剤、またはゴムガスケットから構成されてもよい。
【００１３】
図１−図３に示すように、燃料電池モジュール１９の拡散層１３、１６は、セパレータ１８と触媒層１２、１５の間に位置し、側壁４２に孔４１を有する複数の炭素製、または金属製の、中空糸４０を含む。炭素製中空糸４０の場合、中空糸４０には市販品のカーボンナノチューブ（外径が約０．１ｍｍ）などが使用でき、多数の孔４１を側壁４２にあけるために、チューブ材料に炭化段階（酸素を絶ってのむし焼段階）で消失する材料を含ませておき、炭化時にその材料を消失させることによって、孔あきの中空糸４０を作製することができる。ただし、他の方法（たとえば、放電加工）によって、孔あき中空糸を作製してもよい。
中空糸４０の内部は反応ガス（燃料ガスまたは酸化ガス）のガス供給路となっている。中空糸４０はセル面直方向に単層であってもよいし、複数層（たとえば、５〜１０層）となっていてもよい。中空糸４０の外部４４は、生成水やガスの流通路となっており、カーボン粉やバインダーなどが存在していてもよい。中空糸４０の上流端の開孔はガスマニホールドからのガスを導入可能な位置にあり、したがって、中空糸４０は該中空糸の上流端で反応ガス供給側マニホールド３０、３１に連通しており、反応ガス供給側マニホールド３０、３１から中空糸４０内に供給された反応ガスは側壁４２の孔４１を通して中空糸４０外に出て電極１４、１７に供給される。生成水は、中空糸４０の外部を通って、または中空糸４０の外部を通った後セパレータ１８のガス流路２７、２８を通って、反応ガス排出側マニホールドへと流出する。
【００１４】
中空糸４０の孔４１から反応ガスが中空糸４０外に流出するので、生成水は孔４１に流入しようとしてもガス流で押し出されて中空糸４０内に流入することはない。
望ましくは、中空糸４０は中空糸４０の下流端で閉塞されている。ただし、中空糸４０の下流端の閉塞は必須ではない。中空糸４０の下流端の閉塞は、中空糸４０の下流端部を閉塞部材のスラリー等に浸漬して中空糸４０の下流端部に閉塞部材４３を充填し、中空糸４０の下流端部の閉塞部材を乾燥させることなどにより行うことができる。ただし、他の方法、手段により中空糸４０の下流端を閉塞してもよい。
中空糸４０が中空糸４０の下流端で閉塞される場合は、反応ガス供給側マニホールド３０、３１から中空糸４０内に供給された反応ガスは、中空糸４０の下流端からそのまま反応ガス排出側マニホールドへと流出することなく、全量が孔４１を通して中空糸４０外の拡散層部分に流出し、それから反応ガス排出側マニホールドへと流出する。その結果、孔４１を通って中空糸内から中空糸外へと流出するガス量は、中空糸４０の下流端が閉塞されない場合に比べて多く、生成水が孔４１を通して中空糸４０内に流入することがより一層抑制される。
中空糸４０はセル１０の沿面方向に延びる。そのため、ガスマニホールドから中空糸４０に流入したガスを中空糸４０内を通して中空糸４０が延びる領域のほぼ全域に供給できる。
【００１５】
望ましくは、中空糸４０は中空糸４０の下流部側ほど側壁４２の孔４１のガス通気性が高い。ガスの通気性を高くするための構成には、孔４１の径を大きくすることや、孔４１の数を多くすること、等が含まれる。孔４１からガスが流出するため中空糸４０内を中空糸の上流部から下流部へと流れる間にガス圧は低下していって下流部ほど孔４１から流出するガス量は低下するが、下流部の孔４１の通気性を高めることによりガスが流出しやすくなり、圧力低下によるガス流出量低下と通気性を高めることによるガスの流出量の増大とが相殺しあって、ガスの流出量が均一化する。
ただし、下流部側ほど側壁４２の孔４１のガス通気性を高くすることは必須ではなく、上流から下流にかけて、ガスの通気性は一定でもよい。
【００１６】
望ましくは、拡散層１３、１６はセル面直方向に複数段の中空糸層を有し、セパレータ１８に接触する中空糸層の中空糸４０の外径ｄはセパレータ１８に接触しない中空糸層の中空糸４０の外径Ｄより小である。これによって、大きな外径Ｄによってガスの拡散性、生成水の排出性を良好に維持したまま、小さな外径ｄによって中空糸４０とセパレータ１８との接触面積を増大させ、電気接触抵抗を低下させる他、中空糸４０の温度と冷却水温との温度差が少なくすることができる。
ただし、複数段の中空糸層の全層の中空糸４０の外径が同じであってもよい。
【００１７】
セパレータ１８はガス流路２７、２８を形成するための凹凸面を有し、該セパレータの凹凸面はガス拡散層１３、１６に向けられている。中空糸層がガス流路２７、２８の凹部に食い込み、ガス拡散層１３、１６がセル沿面方向に位置ずれしたり移動したりすることが抑制される。
【００１８】
望ましくは、セパレータ１８の凹凸面の凸部の角部は望ましくは丸められていて、ガス拡散層１３、１６の中空糸４０を押したときに角が中空糸４０に当たって中空糸４０を折損することがないように配慮されている。
セパレータ１８の凹凸面はカーボンセパレータに形成されていてもよいし、メタルセパレータに形成されていてもよい。セパレータ１８の凹凸面がメタルセパレータに形成されている場合は、波板１８ａと平板１８ｂとを重ねて形成し、波板１８ａをガス拡散層１３、１６に接触させ、波板１８ａを角を形成せずに滑らかに湾曲形成することにより、従来のように角部があるセパレータの場合に角部が中空糸４０に当たって中空糸４０を折損することがないようになっている。
【００１９】
セパレータ１８が凹凸面を有し、セパレータ１８を波板１８ａと平板１８ｂとを重ねて形成した場合、波板１８ａの、ガス拡散層１３、１６に対向する凹部がガス流路２７、２８を形成し、波板１８ａと平板１８ｂとの間のスペースが冷媒流路２６を形成する。
反応ガスの電極１４、１７への供給および排出がガス拡散層１３、１６（の中空糸４０）のみで行われる場合は、セパレータ１８はガス流路２７、２８を形成するための凹凸面を有さなくてもよい。セパレータ１８はガス流路２７、２８を形成するための凹凸面を有さない場合は、セパレータ１８は平坦面でガス拡散層１３、１６に接触する。
カソード側拡散層１６が中空糸４０を含む拡散層から構成されてもよいし、アノード側拡散層１３が中空糸４０を含む拡散層から構成されてもよいし、カソード側拡散層１６とアノード側拡散層１３の両方が中空糸４０を含む拡散層から構成されてもよい。
【００２０】
つぎに、本発明の全実施例に共通する部分の作用、効果を説明する。
本発明の燃料電池１０では、反応ガスは中空糸４０の中を通って流れ中空糸側壁４２の孔４１から出て電極１４、１７に至り、発電で生じる生成水は中空糸４０の中に入らずに中空糸４０の外の拡散層部分を通って排出される。このように、反応ガスは中空糸４０の中を通り生成水は中空糸４０の外を通るので、反応ガスの通り道と生成水の通り道が分けられる。その結果、ガスの拡散性が発生した生成水によってさまたげられることはなく、ガスの供給が生成水によってさまたげられた時に生じる燃料電池の電圧低下を回避できる。
【００２１】
中空糸４０が中空糸の下流端で閉塞されている場合は、ガスは中空糸４０を通り抜けて下流端側から出ていくことはなく、ガスの全量が中空糸側壁４２の孔４１から出ていく。そのため、孔４１を通って出るガスの量、流速は大で、生成水が孔４１を通って中空糸４０内に入ることはなく、中空糸４０が生成水によって閉塞されず、中空糸４０を通してのガスの供給は良好である。
【００２２】
中空糸４０はセル１０の沿面方向に延びており、中空糸４０は束になってセル１０の沿面方向に延びている場合は、生成水は拡散層１３、１６中の中空糸４０間部分を通っても中空糸４０の束に沿って中空糸４０の下流側へ流れ、排出側のガスマニホールド３０、３１に至りセル１０外へ排出される。
【００２３】
中空糸４０が中空糸４０の下流側ほど側壁４２の孔４１のガス通気性が高い（中空糸４０の下流側ほど孔４１が大きい、および／または孔４１が多い）場合は、中空糸４０の上流側のみならず、下流側へもガスが適正量供給され、ガスを中空糸４０に沿って均一に分配しやすくなる。その結果、セルの発電領域のほぼ全域にわたって、良好な発電が行われる。
【００２４】
拡散層１３、１６が、セル面直方向に複数段の中空糸層を有し、セパレータ１８に接触する中空糸層の中空糸４０の外径ｄはセパレータ１８に接触しない中空糸層の中空糸４０の外径Ｄより小である場合は、拡散層１３、１６のセパレータ１８に接触する中空糸層とセパレータ１８との接触部の数、接触面積が大きくなる。その結果、接触電気抵抗が低減し、かつ電極１４、１７の温度を冷却水温度に近づけて、起動性の向上（電解質１１が早く運転温度になる）、電解質１１の熱耐久性向上（電解質１１が局部的に高温になることが抑制される）等をはかることができる。
【００２５】
ガス流路２７、２８を形成する凹凸面を有するセパレータ１８を含み、該セパレータ１８の凹凸面がガス拡散層１３、１８に向けられている場合は、中空糸４０の束のセル面内方向のずれ、移動を、中空糸４０がセパレータの凹凸に入り込むことによって、セパレータ１８の凹凸により阻止することができる。
【００２６】
セパレータ１８が波板１８ａと平板１８ｂとを重ねて形成されたメタルセパレータであり、波板１８ａは角を形成せずに滑らかに湾曲している場合は、角付きリブを有するセパレータ１８のリブの角部で中空糸４０が押圧されて中空糸４０に応力の集中が生じ破損することが防止される。
【００２７】
中空糸４０内を通して反応ガスを供給できるので、セパレータ１８は凹凸面を有さず、平坦面でガス拡散層１３、１６に接触する構造をとることができる。セパレータ１８は凹凸面を有さず、表裏ともに平坦面の場合は、ガス流路２７、２８をセパレータに形成しないで済むことにより、セパレータ１８の厚みを減少でき、燃料電池スタックのコンパクト化をはかることができる。また、セパレータ１８が凹凸面を有さないためセパレータ１８の全面でガス拡散層１３、１６に接触でき、ガス拡散層１３、１６とセパレータ１８の接触面積増大による接触電気抵抗の低減でき、さらに、電極１４、１７の温度を冷却水温度に近づけることができ、それによって起動、応答性の向上をはかることができる。
【００２８】
つぎに、本発明の各実施例を説明する。
〔実施例１〕−−−図１−図３
本発明の実施例１では、図１−図３に示すように、セパレータ１８はカーボンセパレータである。カーボンセパレータに形成されたガス流路２７、２８はストレート流路である。触媒層１２、１５とセパレータ１８間にモジュール内ガス拡散層１３、１６が設けられる。ガス拡散層１３、１６の中空糸４０もガス流路２７、２８に沿ってストレートに延びている。中空糸４０は図２に示すような孔４１付きのカーボンチューブである。セパレータ１８に接触する中空糸の径ｄはセパレータ１８に接触しない中空糸の径Ｄより小である。少なくともカソード側拡散層１６が孔４１付きの炭素中空糸４０（カーボンナノチューブ）を含む。
実施例１の作用、効果については、ガスの通過部と生成水の排出流路とを互いに独立としたので、ガスが流れる専用流路が確保され、かつ発生した生成水がガス専用流路に入らない構造を提供できる。そのため、ガスの拡散性が、発電時に発生した生成水によって妨げられることはない。この効果により、電圧低下を回避することができる。
【００２９】
〔実施例２〕−−−図４−図７
本発明の実施例２では、図４−図７に示すように、セパレータ１８はカーボンまたはメタルセパレータである。セパレータに形成されたガス流路２７、２８はサーペンタイン流路である。拡散層１３、１６は、複数段の中空糸層からなる。各中空糸は孔４１付きのカーボン中空糸からなる。中空糸４０もセパレータ１８のサーペンタイン流路に沿って延びている。中空糸４０の下流端は閉塞されており、中空糸４０内を流れるガスの全量が孔４１を通して中空糸外に流出する。中空糸外の領域はカーボン粒子などが存在するガス、水の透過性のある領域であり、生成水はその領域を通って排出される。
実施例２の作用、効果については、中空糸４０の下流端が閉塞されているので、中空糸４０内を流れるガスの全量が孔４１を通して中空糸外に流出し、孔４１を通るガスの量、流速が大となるので、生成水が孔４１を通して中空糸内に進入することはない。その結果、中空糸４０内を流れるガスが生成水によって閉塞されることはない。
【００３０】
〔実施例３〕−−−図８
本発明の実施例３では、図８に示すように、拡散層１３、１６は、凹凸面をもたないカーボンまたはメタルのセパレータ（フラットセパレータ）からなる。拡散層１３、１６は複数段の中空糸層を有し、セパレータ１８に接触する中空糸層の中空糸４０の径ｄはセパレータ１８に接触しない中空糸層の中空糸４０の径Ｄより小である。
実施例３の作用、効果については、セパレータ１８に接触する中空糸層の中空糸４０の径ｄがセパレータ１８に接触しない中空糸層の中空糸４０の径Ｄより小であるため、拡散層とセパレータ１８の接触点の数、接触面積が大であり、電気抵抗が減少する他、ＭＥＡ温度を冷却水温度に近づけることができる。
【００３１】
〔実施例４〕−−−図９−図１１
本発明の実施例４では、図９−図１１に示すように、セパレータ１８はメタルセパレータであり、波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合したセパレータからなる。図１０の（イ）は波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合する前の状態を示し、図１０の（ロ）は波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合した後の状態を示す。波板１８ａが拡散層１３、１６に接触し、波板１８ａの拡散層に面する側の表面の凹溝がガス流路２７、２８を形成する。波板１８ａと平板１８ｂとの間は冷却水流路２６である。拡散層１３、１６は少なくとも１層の孔４１付き中空糸層を有する。波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合したセパレータ１８は、カソード側セパレータのみに適用されてもよいし、アノード側セパレータのみに適用されてもよいし、カソード側セパレータとアノード側セパレータの両方に適用されてもよい。
実施例４の作用、効果については、ガス流路２７、２８を形成する波板１８ａのすぐ背面が冷却水に接しているため、ＭＥＡ、ガス流路の温度応答性がよく、起動時の温度立ち上がりも良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１の燃料電池のセパレータと拡散層の正面図である。
【図２】本発明の実施例１の燃料電池の拡散層の中空糸の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１の燃料電池のセパレータと拡散層とＭＥＡの断面図である。
【図４】本発明の実施例２の燃料電池のセパレータと拡散層の正面図である。
【図５】本発明の実施例２の燃料電池の拡散層の下流端部の斜視図である。
【図６】本発明の実施例２の燃料電池の拡散層の一部の断面図である。
【図７】本発明の実施例２の燃料電池の拡散層の一部の斜視図である。
【図８】（イ）は本発明の実施例３の燃料電池のセパレータと拡散層の同径の中空糸層の断面図であり、（ロ）は本発明の実施例３の燃料電池のセパレータと拡散層の異径の中空糸層の断面図である。
【図９】本発明の実施例４の燃料電池のセパレータと拡散層とＭＥＡの斜視図である。
【図１０】（イ）は本発明の実施例４の燃料電池のセパレータの、波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合する前の斜視図であり、（ロ）は本発明の実施例４の燃料電池のセパレータの、波板１８ａと平板１８ｂとを溶接接合した後の斜視図である。
【図１１】本発明の実施例４の燃料電池のセパレータと拡散層とＭＥＡの断面図である。
【図１２】本発明の燃料電池を組み立てて作製した燃料電池スタックの側面図である。
【図１３】図１２の燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図１４】図１２の燃料電池スタックのセル部位での正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２、１５  触媒層
１３、１６  拡散層
１４  アノード
１７  カソード
１８  セパレータ
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路（冷却水流路）
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷媒マニホールド
３０  燃料ガスマニホールド
３１  酸化ガスマニホールド
３２  第１のシール部材
３３  第２のシール部材
４０  中空糸
４１  孔
４２  側壁
４３  閉塞部材
４４  中空糸外部
５１  発電領域
５２  非発電領域
【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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