(57)【要約】【課題】流路端部を閉塞した櫛歯状の分岐流路を有する燃料電池において、水の排水性の向上に寄与する新たな手法を提供する。【解決手段】燃料電池１０は、ガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔとを交互に並べて備え、ガス流入流路４８ｉｎにおいては、ガス拡散層２４の表面の側から上流側に傾斜して延びた堰部４９ａと、これと向かい合う凹所４９ｂを有する。堰部４９ａは、ガス流入流路４８ｉｎを流れる空気を堰き止めるので、空気に運ばれる水は、堰部４９ａに貯め置かれて、ガス流入流路４８ｉｎの隣のガス流出流路４８ｏｕｔにガス拡散層２４を透過して入り込む。【選択図】図８
2012018883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両膜面に電極を形成した膜電極接合体と、該膜電極接合体の少なくとも一方の電極面に設けられたガス拡散層と、該ガス拡散層に電気化学反応に供される反応ガスを供給するガス流路とを有する燃料電池であって、
前記ガス流路は、
前記反応ガスの供給用のガス供給マニホールドの側から延びて流路末端で閉塞され、前記ガス供給マニホールドから流入した前記反応ガスを前記ガス拡散層の表面に沿って流す複数のガス流入流路と、
ガス排出用のガス排出マニホールドの側から前記ガス流入流路の隣に並んで延びて流路端部で閉塞され、前記ガス流入流路から前記ガス拡散層を透過したガスを受け取って、該ガスを前記ガス拡散層の表面に沿って流しつつ前記ガス排出マニホールドに流出させる複数のガス流出流路とを備え、
前記ガス流入流路は、
前記ガス拡散層の表面の側に位置してガスを堰き止め、ガスの流れ方向を前記ガス拡散層の表面から離れる側に変換する堰部と、
該堰部により前記ガス拡散層の表面から離れる側の流れに変換されたガスを受け止めて、ガスを前記堰部を乗り越えた上で前記ガス拡散層の表面の側に向けて流す流路内変換部とを有する
燃料電池。
【請求項２】
前記堰部は、ガスの流れの上流側に向いてガスが衝突する堰き止め面を、前記ガス拡散層の表面となす角が鋭角となるように前記上流側に傾斜させている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記流路内変換部は、前記ガス拡散層の表面と向き合う流路奥壁の側に形成されて、前記堰部に向けて開口した流路内凹所とされている請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガス流入流路は、前記堰部と前記流路内変換部とを前記ガス流入流路の複数箇所に備える請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス流入流路と前記ガス流出流路とは、前記ガス拡散層の表面面内において蛇行した蛇行経路として隣り合い、
前記ガス流入流路は、前記堰部と前記流路内変換部とを前記蛇行経路に備える請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料とその酸化剤、例えば、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。この燃料電池は、概ね、電解質膜（例えば、プロトン伝導性を有する固体高分子膜）の両膜面にアノードとカソードの電極を形成した膜電極接合体（発電体）を、ガス拡散層を介在させた上でセパレーターで挟持して構成される。
【０００３】
このような燃料電池において、ガスの利用率を向上させて電池性能を向上させるための種々の提案がなされてきた。その一つとして、燃料ガスあるいは酸化ガスの流路の形状を、櫛歯状に分岐して流路末端で閉塞された複数の流路を、閉塞側が互い違いになるように交互に配列する構成が提案されている（例えば、特許文献１等）。このような流路構成の燃料電池では、供給されたガスは、まず、ガス入口側が開放されて末端が閉塞された流路に流入する。この流路に流入したガスは、流路末端の閉塞により、流路間のリブが当接するガス拡散層を透過して、隣の流路に流入する。この隣の流路は、先の流路とは逆にガス入口側で閉塞されガス出口側で解放されていることから、当該隣の流路に流入したガスは、ガス拡散層の表面に沿って流しつつガス排出を行うので、ガス拡散層全体にガスが行き渡る効率が高まり、電極面全体でガス利用率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６５９１号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような流路端部を閉塞した櫛歯状の分岐流路を交互に有する燃料電池にあっては、ガス利用率の向上により電池性能の向上が期待できるものの、次のような問題点が指摘されるに到った。カソード側では、電気化学反応により水が生成され、その生成水は、流路を流れるガスに運ばれて、閉塞した流路末端に貯まることになる。こうして流路末端に貯まった生成水は、流路末端付近のガス拡散層をガスと同様に透過して隣の流路に達して電池外部に排出される。こうした生成水の移動は、隣り合う流路の静圧差によりもたらされるので、ガス拡散層での生成水移動にはある程度の時間が掛かる。このため、生成水が全て貯まって生成水移動が起きる流路末端付近では、この生成水移動の間にあっては、生成水が入り込んだ範囲のガス拡散層ではガス拡散が生成水により阻害され、有効発電面積の低減を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、流路端部を閉塞した櫛歯状の分岐流路を有する燃料電池において、水の排水性の向上に寄与する新たな手法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】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用１：燃料電池]
電解質膜の両膜面に電極を形成した膜電極接合体と、該膜電極接合体の少なくとも一方の電極面に設けられたガス拡散層と、該ガス拡散層に電気化学反応に供される反応ガスを供給するガス流路とを有する燃料電池であって、
前記ガス流路は、
前記反応ガスの供給用のガス供給マニホールドの側から延びて流路末端で閉塞され、前記ガス供給マニホールドから流入した前記反応ガスを前記ガス拡散層の表面に沿って流す複数のガス流入流路と、
ガス排出用のガス排出マニホールドの側から前記ガス流入流路の隣に並んで延びて流路端部で閉塞され、前記ガス流入流路から前記ガス拡散層を透過したガスを受け取って、該ガスを前記ガス拡散層の表面に沿って流しつつ前記ガス排出マニホールドに流出させる複数のガス流出流路とを備え、
前記ガス流入流路は、
前記ガス拡散層の表面の側に位置してガスを堰き止め、ガスの流れ方向を前記ガス拡散層の表面から離れる側に変換する堰部と、
該堰部により前記ガス拡散層の表面から離れる側の流れに変換されたガスを受け止めて、ガスを前記堰部を乗り越えた上で前記ガス拡散層の表面の側に向けて流す流路内変換部とを有する
ことを要旨とする。
【０００９】
上記構成を備える燃料電池では、ガス供給マニホールドから流入した反応ガスを複数のガス流入流路に入り込ませる。当該流路は末端で閉塞されているので、ガス流入流路に入り込んだ反応ガスは、ガス拡散層を透過して隣のガス流出流路に入り込む。こうしてガス流出流路に入り込んだ反応ガスは、ガス拡散層の表面に沿って流れつつガス排出マニホールドから流出される。そして、反応ガスは、ガス流入流路を通過する際と、ガス拡散層を透過する際、および、ガス流出流路を通過する際に、ガス拡散層を経て膜電極接合体に供給される。
【００１０】
上記構成を備える燃料電池では、ガス流入流路に入り込んだ水（例えば、生成水）を、上記したガス供給に伴って次のようにして排出する。ガス流入流路に沿って流れるガスは、ガス流入流路の堰部で堰き止められて、ガス拡散層の表面から離れる側に向きを変えて流れ、その後は、流路内変換部に受け止められて堰部を乗り越えた上でガス拡散層の表面の側に向けて流れる。こうして流れるガスによりガス流入流路に沿って運ばれる水は、堰部でのガスの堰き止めの際に堰部にぶつかり、堰部に貯まると共に、閉塞された流路末端（以下、流路閉塞末端）にも貯まる。そして、堰部と流路閉塞末端とに貯まった水は、隣り合う流路の静圧差により、ガス流入流路からガス拡散層を透過してその隣のガス流出流路に入り込み、このガス流出流路に沿って運ばれて排出される。つまり、上記構成を備える燃料電池では、水が貯まる箇所（以下、水貯留箇所）を流路閉塞末端と堰部とに分散して、流路閉塞末端と堰部の水貯留箇所での水が貯まる量を低減できる。この結果、上記構成を備える燃料電池によれば、水移動に要する時間の短縮化とこれに伴う排水性の向上を図ることができる。
【００１１】
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、ガスの流れの上流側に向いてガスが衝突する堰き止め面を、前記ガス拡散層の表面となす角が鋭角となるように前記上流側に傾斜させるようにできる。こうすれば、堰部は、その堰上流側面をガスの流れの上流側においてガス拡散層の表面に被さるようにした鋭角状のいわゆる返し領域を形成する。このため、堰部は、堰き止め面とガス拡散層の表面の間の返し領域に確実に水を貯め、その貯めた水を下流側流路に流れないようにする。よって、上記の態様によれば、水貯留箇所の分散が確実となり、水移動に要する時間の短縮化とこれに伴う排水性の向上に有益となる。
【００１２】
また、流路内変換部を、前記ガス拡散層の表面と向き合う流路奥壁の側に形成された流路内凹所として、前記堰部に向けて開口するようにすることもできる。こうすれば、堰部によりガス拡散層の表面から離れる側の流れに変換されたガスの受け止めと、その後の、ガスの堰部の乗り越え、およびガス拡散層の表面の側に向けたガスの流れの変換の実効性を高めることができる。しかも、堰部の上流から下流にかけての流路面積をほぼ一律とできることから、ガスの流れを安定させた上で、上記した時間短縮や排水性向上を図ることができる。
【００１３】
そして、前記堰部と前記流路内変換部とを前記ガス流入流路の複数箇所に備えるようにできる。こうすれば、水を貯める堰部が増える分、水貯留箇所の分散が進み、各水貯留箇所で貯まる水の量もより少なくできるので、更なる排水性の向上を図ることができる。
【００１４】
また、前記ガス流入流路と前記ガス流出流路とを、前記ガス拡散層の表面面内において蛇行した蛇行経路として隣り合わせ、その上で、前記ガス流入流路を前記堰部と前記流路内変換部とを前記蛇行経路に備えるものとできる。こうすれば、蛇行経路に沿ってガスが流れる場合の蛇行箇所では、ガスの流れの変化により、ガス流入流路からガス拡散層を透過して隣のガス流出流路に入り込むガスの流れが進むので、このガスに乗ってガス流入流路からガス流出流路の側への水の移動も促進される。よって、排水性の更なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１０を構成する単セル１５の概略構成を表わす断面模式図である。
【図２】ガスセパレーター２６の具体的な形状の一例を平面視して示す説明図である。
【図３】図２における３−３線の概略断面図である。
【図４】図２における４−４線の概略断面図である。
【図５】図２における５−５線の概略断面図である。
【図６】図２における６−６線の概略断面図である。
【図７】ガス流入流路４８ｉｎにおける堰部４９ａと凹所４９ｂの形成の様子の一例を示す説明図である。
【図８】ガス流入流路４８ｉｎにおけるガスの流れを堰部４９ａと凹所４９ｂに関連付けて説明するための説明図である。
【図９】凹所４９ｂの変形例を示す説明図である。
【図１０】凹所４９ｂのまた別の変形例を示す説明図である。
【図１１】堰部４９ａと凹所４９ｂの他の変形例を示す説明図である。
【図１２】ガス流入流路４８ｉｎおよびガス流出流路４８ｏｕｔを蛇行軌跡とした変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての燃料電池１０を構成する単セル１５の概略構成を表わす断面模式図である。本実施例の燃料電池１０は、図１に示す構成の単セル１５を複数積層したスタック構造を有している。なお、本実施例の燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池であるが、異なる種類の燃料電池、例えば固体電解質型燃料電池においても、同様に適用可能である。
【００１７】
単セル１５は、電解質膜２０の両側にアノード２１とカソード２２の両電極を備える。このアノード２１とカソード２２は、電解質膜２０の両膜面に形成され膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を形成する。この他、単セル１５は、電極形成済みの電解質膜２０を両側から挟持するガス拡散層２３，２４とガスセパレーター２５，２６を備え、両ガス拡散層は、対応する電極に接合されている。ガスセパレーター２５は、ガス拡散層２３の側に、水素を含有する燃料ガスを流すセル内燃料ガス流路４７を備える。ガスセパレーター２６は、ガス拡散層２４の側に、酸素を含有する酸化ガス（本実施例では、空気）を流すセル内酸化ガス流路４８を備える。なお、図１には記載していないが、隣り合う単セル１５間には、例えば、冷媒が流れるセル間冷媒流路を形成することができる。
【００１８】
電解質膜２０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２１およびカソード２２は、触媒（例えば白金、あるいは白金合金）を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体（例えば、カーボン粒子）上に担持させることによって形成されている。ガス拡散層２３，２４は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロスによって形成することができる。ガスセパレーター２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、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、焼成カーボン、あるいはステンレス鋼などの金属材料により形成されている。ガスセパレーター２５，２６は、既述したセル内燃料ガス流路４７およびセル内酸化ガス流路４８の壁面を成す部材であって、その表面には、ガス流路を形成するための凹凸形状が形成されている。
【００１９】
なお、図１では図示していないが、ガスセパレーター２５，２６の外周近傍の所定の位置には、複数の孔部が形成されている。これらの複数の孔部は、ガスセパレーター２５，２６が他の部材と共に積層されて燃料電池１０が組み立てられたときに互いに重なって、燃料電池１０内を積層方向に貫通する流路を形成する。すなわち、上記したセル内燃料ガス流路４７やセル内酸化ガス流路４８、あるいはセル間冷媒流路に対して、燃料ガスや酸化ガス、あるいは冷媒を給排するためのマニホールドを形成する。
【００２０】
次に、上記したカソード２２の側のガスセパレーター２６におけるセル内酸化ガス流路４８の詳細について説明する。図２はガスセパレーター２６の具体的な形状の一例を平面視して示す説明図、図３は図２における３−３線の概略断面図、図４は図２における４−４線の概略断面図、図５は図２における５−５線の概略断面図、図６は図２における６−６線の概略断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、ガスセパレーター２６がなす矩形形状の長辺方向を水平方向とし、矩形短辺方向を垂直方向と称する。
【００２１】
図示するように、ガスセパレーター２６は、垂直方向の２辺に沿って、外周近傍に孔部４０〜４５を備える。孔部４０は、燃料ガス供給マニホールドを形成し（図中、H2 inと示す）、孔部４１は冷媒供給マニホールドを形成し（図中、CLT inと示す）、孔部４２は酸化ガス供給マニホールドを形成し（図中、O2 inと示す）、孔部４３は冷媒排出マニホールドを形成し（図中、CLT outと示す）、孔部４４は酸化ガス排出マニホールドを形成し（図中、O2 outと示す）、孔部４５は燃料ガス排出マニホールドを形成する（図中、H2 outと示す）。ガスセパレーター２６は、カソード２２の側のものであることから、孔部４２の酸化ガス供給マニホールドからセル内に流入したエアー（酸化ガス）は、このガスセパレーター２６で形成された後述のガス流路を通過して、孔部４４の酸化ガス排出マニホールドから排出される。こうしたガス供給は、積層された単セル１５のそれぞれでなされる。アノード２１の側のガスセパレーター２５では、孔部４０の燃料ガス供給マニホールドからセル内に流入した水素ガス（燃料ガス）は、このガスセパレーター２５で形成されたガス流路を通過して、孔部４５の燃料ガス排出マニホールドから排出される。
【００２２】
図２に示すガスセパレーター２６は、その中ほどに、セル内燃料ガス流路が形成されてカソード２２と重なって孔部４２および孔部４４と連通する略四角形状の領域を、発電領域５０とする。ガスセパレーター２６は、この発電領域５０に、水平方向に筋状のガス流路（セル内酸化ガス流路４８）を交互に並べて備える。つまり、このガスセパレーター２６は、発電領域５０において、水平方向に流路間リブ３０と溝部３２とを交互に備え、それぞれの溝部３２を、入口側閉塞部３４と出口側閉塞部３５とで交互に閉塞する。この場合、入口・出口側の両閉塞部は、流路間リブ３０と異なる部材（例えば、セラミックス、カーボン、金属、あるいは、樹脂やゴムで形成の別部材）にて溝部３２を閉塞するものでもよく、溝部３２を、入口側閉塞部３４と出口側閉塞部３５とで交互に閉塞するよう、切削等するようにすることもできる。なお、ガスセパレーター２６とガス拡散層２４との接触抵抗を低減するためには、入口側閉塞部３４および出口側閉塞部３５を、導電性を有する材料により構成することが望ましい。
【００２３】
上記の両閉塞部は、その設置箇所、即ち流路末端或いは端部において溝部３２を閉塞する。このため、ガスセパレーター２６は、孔部４２の側に入口側閉塞部３４を備えず孔部４４の側に出口側閉塞部３５を有する溝部３２を複数備えることになり、この複数の溝部３２を、ガス供給マニホールド（孔部４０）の側から櫛歯状に分岐して流路末端で閉塞され、流入したエアーをカソード２２のガス拡散層２４の表面に沿って流すガス流入流路４８ｉｎとする。その一方、ガスセパレーター２６は、孔部４２の側に入口側閉塞部３４を備えて孔部４４の側に出口側閉塞部３５を有しない溝部３２にあっても、これを複数備えることになり、この複数の溝部３２を、ガス排出マニホールド（孔部４４）の側から櫛歯状に分岐して流路端部で閉塞され、ガス流入流路４８ｉｎと交互に並んだガス流出流路４８ｏｕｔとなる。つまり、単セル１５は、櫛歯状に分岐したガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔとを流路間リブ３０を挟んで交互に有することになる。このガス流入流路４８ｉｎは、図５に示すように、図中に矢印で示すガスの流れ方向に対して傾斜した堰部４９ａとこれに対向する凹所４９ｂを有するが、この堰部と凹所についての構成と、両流路におけるガス通過の様子は後述する。ガス流出流路４８ｏｕｔにあっては、図６に示すように、こうした堰や凹所は備えず、入口側閉塞部３４から始まる単純な流路とされている。
【００２４】
また、ガスセパレーター２６は、発電領域５０において、複数の流路間リブ３０の端部と孔部４０〜４２との間の領域、および、複数の流路間リブ３０の端部と孔部４３〜４５との間の領域に、互いに離間して形成された複数の凸部３６を備える。これら複数の凸部３６は、燃料電池１０内では、ガス拡散層２４に当接して、セル内ガス流路の壁面の一部を構成する。孔部４２が形成するガス供給マニホールドからセル内燃料ガス流路に流入したエアーは、上流側の凸部３６の間に形成される空間を導かれて、複数のガス流入流路４８ｉｎに分配される。
【００２５】
このガス流入流路４８ｉｎに流れ込んだエアーは、当該流路が出口側閉塞部３５でその末端において閉塞されていることから、図３に示すように、ガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔを区画する流路間リブ３０が当接した範囲のガス拡散層２４を透過して隣のガス流出流路４８ｏｕｔに入り込む。こうしてガス流出流路４８ｏｕｔに入り込んだ反応ガスは、ガス流出流路４８ｏｕｔが上記したように単純な流路であることから、ガス拡散層２４の表面に沿って抵抗なく流れつつガス排出マニホールド（孔部４４）から流出される。そして、エアーは、ガス流入流路４８ｉｎを通過する際と、流路間リブ３０が当接した範囲のガス拡散層２４を透過する際（以下、この際のエアー透過をリブ当接箇所エアー透過と称する）、および、ガス流出流路４８ｏｕｔを通過する際に、ガス拡散層２４を経てＭＥＡに供給される。このリブ当接箇所エアー透過は、隣り合うガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔの静圧差により起きる。アノード２１の側においても、ガスセパレーター２５において上記した流路構成とできる。
【００２６】
次に、堰部４９ａと凹所４９ｂについて説明する。図７はガス流入流路４８ｉｎにおける堰部４９ａと凹所４９ｂの形成の様子の一例を示す説明図、図８はガス流入流路４８ｉｎにおけるガスの流れを堰部４９ａと凹所４９ｂに関連付けて説明するための説明図である。
【００２７】
図７に示すように、例えば、ガスセパレーター２６に溝部３２を交互に形成し、ガス流出流路４８ｏｕｔとなる溝部３２については、入口側閉塞部３４を装着して流路端部を閉塞する。ガス流入流路４８ｉｎとなる溝部３２については、溝部底面に複数の凹所４９ｂを予め形成し、溝部開口凹所４９ｃに堰部４９ａをはしご状に組み込んだ枠体６０を装着する。この場合、溝部開口凹所４９ｃの深さと枠体６０の寸法は同一とされ、図における枠体６０の下面と堰部４９ａの下面は面一に調整されている。また、溝部３２における複数の凹所４９ｂの形成ピッチと、枠体６０における複数の堰部４９ａの形成ピッチは同じとされている。よって、枠体６０の装着を経たガスセパレーター２６は、図８に示すように、ガスをガス拡散層２４の表面に沿って流すようガス流入流路４８ｉｎを形成すると共に、その流路において、堰部４９ａの下面をガス拡散層２４に当接させた上で、堰部４９ａと凹所４９ｂを向き合わせる。
【００２８】
堰部４９ａは、ガス拡散層２４の表面から立ち上がるようにガス流入流路４８ｉｎに延びた三角波形状の凸状体であり、ガス流入流路４８ｉｎを流れるガス（空気）を堰き止める。また、この堰部４９ａは、ガス流入流路４８ｉｎを流れるガスの流れ方向を図８に示すようにガス拡散層２４の表面から離れる側、即ち凹所４９ｂの側に変換する。しかも、堰部４９ａは、ガス流入流路４８ｉｎを流れるガス（空気）の流れの上流側に向いてガスが衝突する堰の堰き止め面を、ガス拡散層２４の表面となす角が鋭角となるように上流側に向けて傾斜させている。
【００２９】
凹所４９ｂは、図７および図８に示すように、ガス拡散層２４の表面と向き合うガス流入流路４８ｉｎの流路奥壁の側に形成され、堰部４９ａに向けて開口した凹所とされている。そして、この凹所４９ｂは、図８に示すように、堰部４９ａによりガス拡散層２４の表面から離れる側の流れに変換されたガスを受け止めると共に、その受け止めたガスを堰部４９ａを乗り越えた上でガス拡散層２４の表面の側に向けて流す。
【００３０】
本実施例の燃料電池１０では、既述したようにガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔのセル内酸化ガス流路４８によるカソード２２への空気の供給と、セル内燃料ガス流路４７によるアノード２１への水素の供給を受けて発電し、発電に伴ってカソード２２において水を生成する。この生成水は、ガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔに入り込む。本実施例の燃料電池１０では、この生成水を次のようにして排出する。
【００３１】
本実施例の燃料電池１０は、図５および図７〜図８に示すように、ガス流入流路４８ｉｎに堰部４９ａと凹所４９ｂを向かい合わせて複数備え、ガス流入流路４８ｉｎを流れるガス（空気）を堰部４９ａにて一旦、堰き止める。こうして堰き止められた空気は、ガス拡散層２４の表面から離れる側に向きを変えて流れ、その後は、凹所４９ｂに受け止められて堰部４９ａを乗り越えた上でガス拡散層２４の表面の側に向けて流れる。空気の堰き止めと流れ向き変更は、堰部４９ａと凹所４９ｂの設置箇所で繰り返される。このようにして流れる空気によりガス流入流路４８ｉｎに沿って運ばれる生成水は、堰部４９ａでのガス（空気）の堰き止めの際に堰部４９ａにぶつかり、堰部４９ａに貯まる。ガス流入流路４８ｉｎでは空気搬送の動圧が掛かっていることから、生成水は、この動圧を受けて堰部４９ａに貯まったままとなり、堰部４９ａを乗り越えた空気に運ばれる生成水は、ガス流入流路４８ｉｎの出口側閉塞部３５に貯まる。そして、それぞれの堰部４９ａと出口側閉塞部３５とに貯まった水は、ガス流入流路４８ｉｎとその両隣りのガス流出流路４８ｏｕｔとのの静圧差により、ガス流入流路４８ｉｎからガス拡散層２４を透過してその両隣のガス流出流路４８ｏｕｔに入り込む。ガス流出流路４８ｏｕｔは、図６に示すような単純な流路であることから、ガス流出流路４８ｏｕｔに入り込んだ生成水は、このガス流出流路４８ｏｕｔに沿って空気に運ばれて、燃料電池１０から排出される。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の燃料電池１０では、生成水を出口側閉塞部３５に貯めるばかりか、ガス流入流路４８ｉｎにガス拡散層２４の表面の側から延びる複数の堰部４９ａにも分散して貯め置くので、出口側閉塞部３５と各堰部４９ａで生成水が貯まる量を低減できる。この結果、本実施例の燃料電池１０によれば、水移動に要する時間を短縮できると共に、排水性についてもその向上を図ることができる。その上、出口側閉塞部３５と各堰部４９ａに貯まる生成水量が少ない分、水移動が短時間で済むことから、ガス拡散層２４に生成水が留まることも抑制できるので、有効発電面積の確保、延いては電池性能の維持も図ることができる。
【００３３】
また、本実施例の燃料電池１０は、堰部４９ａをガス拡散層２４の表面から延ばすに当たり、この堰部４９ａを、ガスが衝突する堰の堰き止め面がガス拡散層２４の表面となす角が鋭角となるようにガス流入流路４８ｉｎの流れの上流側に向けて傾斜するようにした。このため、堰部４９ａの基部には、堰上流側面がガス拡散層２４の表面に被さるようにした鋭角状のいわゆる返し領域を形成できるので（図８参照）、本実施例の燃料電池１０では、この堰部４９ａの堰上流側面とガス拡散層の表面の間の返し領域に確実に生成水を貯め、その貯めた生成水を下流側流路に流さないようにできる。よって、本実施例の燃料電池１０によれば、それぞれの堰部４９ａでの生成水の分散貯留が確実とできるので、水移動に要する時間の短縮化と排水性の向上の実効性を高めることができる。
【００３４】
また、本実施例の燃料電池１０では、上記のようにガス流入流路４８ｉｎに傾斜して延びた堰部４９ａに、ガス流入流路４８ｉｎに沿った空気搬送を起こす動圧を掛ける。このため、空気搬送のための動圧をも、堰部４９ａで貯めた生成水をガス拡散層２４を透過して隣のガス流出流路４８ｏｕｔに移動させるよう作用させるので、水移動に要する時間の短縮化と排水性の向上の実効性をより高めることができる。
【００３５】
この他、本実施例の燃料電池１０は、ガス拡散層２４の表面から延びた堰部４９ａに向かい合うよう凹所４９ｂを設け、この凹所４９ｂを堰部４９ａに向けて開口するようにした。よって、本実施例の燃料電池１０によれば、堰部４９ａによりガス拡散層２４の表面から離れる側の流れに変換されたガス（空気）の受け止めと、その後の、ガス（空気）の堰部４９ａの乗り越え、およびガス拡散層２４の表面の側に向けたガスの流れの変換の実効性を高めることができる。しかも、堰部４９ａの上流から下流にかけての流路面積をほぼ一律とできることから、凹所４９ｂを有する本実施例の燃料電池１０によれば、ガス（空気）の流れを安定させた上で、上記した時間短縮や排水性向上を図ることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、本実施例では、カソード２２の側のエアー流路（セル内酸化ガス流路４８）を流路端部を閉塞した櫛歯状の分岐流路を交互に有するものとした上で、ガス流入流路４８ｉｎについては、これを堰部４９ａと凹所４９ｂとを向かい合わせに有する流路としたが、アノード２１のセル内燃料ガス流路４７についても、セル内酸化ガス流路４８と同様に櫛歯状の分岐流路を交互に有し、ガス流入流路（水素ガス流入流路）については堰部４９ａと凹所４９ｂとを向かい合わせに有する流路とできる。アノード２１に水素ガスを供給する際には、ガスを加湿する場合があるので、加湿のために加えられた水蒸気がセル内燃料ガス流路４７において水滴となることが有り得る。そうすると、この水滴は、カソード２２について説明した場合と同様にして流路末端の閉塞箇所とガス流入流路（水素ガス流入流路）におけるそれぞれの堰部４９ａに分散して貯め置かれて、排出されるので、アノード側での排水性も高めることができる。
【００３７】
また、堰部４９ａおよび凹所４９ｂについては、該当する流路における形成の様子、凹所形状等、種々の変形が可能である。図９は凹所４９ｂの変形例を示す説明図、図１０は凹所４９ｂのまた別の変形例を示す説明図である。図９に示すように、この変形例のガスセパレーター２６Ａは、ガス拡散層２４の表面と向かい合うガス流入流路４８ｉｎの奥側壁面（図における上側壁面）そのものを凹所４９ｂとする。また、図１０の変形例のガスセパレーター２６Ｂは、球面状に窪んだ凹所４９ｂを堰部４９ａに向き合うようにして備える。このような変形例であっても、堰部４９ａによりガス拡散層２４の表面から離れる側の流れに変換されたガス（空気）の受け止めと、その後の、ガス（空気）の堰部４９ａの乗り越え、およびガス拡散層２４の表面の側に向けたガスの流れの変換を行うことができ、上記した効果を奏することができる。
【００３８】
図１１は堰部４９ａと凹所４９ｂの他の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例のガスセパレーター２６Ｃは、堰部４９ａを、ガス拡散層２４の表面から上方に延びるようにされた矩形形状の凸状体とし、この堰部４９ａに向かい合う凹所４９ｂについても、矩形形状で窪んだ凹所４９ｂとする。この変形例であっても、上記した効果を奏することができる。
【００３９】
また、セル内酸化ガス流路４８（ガス流入流路４８ｉｎおよびガス流出流路４８ｏｕｔ）については、直線状で隣り合う流路としたが、次のように変形することもできる。図１２はガス流入流路４８ｉｎおよびガス流出流路４８ｏｕｔを蛇行軌跡とした変形例を示す説明図である。図示するように、このガスセパレーター２６Ｄは、ガス拡散層２４の表面に重なるガス流入流路４８ｉｎとガス流出流路４８ｏｕｔを、三角波状にガス拡散層２４の表面面内において蛇行した蛇行経路として隣り合う櫛波状の経路とし、既述したように入口側閉塞部３４と出口側閉塞部３５で流路端部を閉塞する。そして、ガス流入流路４８ｉｎは、既述した実施例のガスセパレーター２６と同様に複数の堰部４９ａとこれに向き合う凹所４９ｂを有する。この変形例では、蛇行軌跡流路において直線部が長い側に堰部４９ａを備え、図におけるＸ−Ｘ線断面は、図５と図８に示した断面と同じである。この変形例であっても、ガス流入流路４８ｉｎを図中の矢印ＹＡで示すようにその流路（蛇行軌跡流路）に沿って流れるガスに運ばれる水（生成水）については、それぞれの堰部４９ａでの分散貯め置きを行うので、既述した効果を奏することができる。そして、この変形例では、次の利点がある。
【００４０】
図中の矢印ＹＡで示すように流れるガスは、蛇行軌跡の蛇行箇所において、流路間の流路間リブ３０Ａに衝突して、流れの向きを変えるので、このガスに運ばれる生成水も、流路間リブ３０Ａに衝突して蛇行箇所流路側面に貯まる。ガスは、矢印ＹＡで示す向きに蛇行箇所流路側面に向けて空気搬送の動圧を受けるので、蛇行箇所流路側面に当たる流路間リブ３０Ａの下のガス拡散層２４に透過して、図中の矢印ＹＢに示すように隣のガス流出流路４８ｏｕｔの側に入り込む。こうしたガスの拡散層透過と流路への入り込みは、蛇行箇所流路側面に貯まった生成水のガス流出流路４８ｏｕｔへの入り込みを起こす。この結果、この変形例によれば、水移動に要する時間のより一層の短縮化と排水性のより一層の向上を図ることができる。なお、蛇行軌跡については、図示する三角波形状の他、湾曲して蛇行した軌跡や、矩形波形状に蛇行した軌跡とすることもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…燃料電池
１５…単セル
２０…電解質膜
２１…アノード
２２…カソード
２３…ガス拡散層
２４…ガス拡散層
２５…ガスセパレーター
２６、２６Ａ〜２６Ｄ…ガスセパレーター
３０…流路間リブ
３０Ａ…流路間リブ
３２…溝部
３４…入口側閉塞部
３５…出口側閉塞部
３６…凸部
４０〜４５…孔部
４７…セル内燃料ガス流路
４８…セル内酸化ガス流路
４８ｏｕｔ…ガス流出流路
４８ｉｎ…ガス流入流路
４９ａ…堰部
４９ｂ…凹所
４９ｃ…溝部開口凹所
５０…発電領域
６０…枠体
【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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