(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分をガスとともにガス流れ方向の下流側に移動させる燃料ガス及び酸化剤ガスを対向する向きに流すための燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が電解質膜を挟んでその両側に設けられる固体高分子型燃料電池に用いられ、前記各ガス通路が前記電解質膜との積層面にそれぞれ形成される固体高分子型燃料電池の集電板において、
前記各ガス通路は複数の流路により構成され、それら隣り合う流路を連通する連通部が複数形成されるとともに、その連通部による連通度合いがガス流れ方向の上流側に対して下流側のほうが大きく設定され、
前記連通部はガス流れ方向における位置が互い違いとなるようにずらして形成される
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項２】
前記連通部による連通度合いはガス流れ方向の下流側ほど大きく設定される
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項３】
前記連通部はガス流れ方向の下流側にのみ一定の間隔を隔てて複数形成される
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項４】
前記各ガス通路は上流側部分が平行溝により形成されるとともに下流側部分が格子溝により形成される
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項５】
前記平行溝は屈曲部分のない直線状に形成される
請求項４に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項６】
前記各ガス通路はガス流れ方向における長さＬ１がガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２よりも長く設定される
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項７】
前記ガス流れ方向における長さＬ１とガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２とがＬ１／Ｌ２＞２なる関係を有して設定される
請求項６に記載の固体高分子型燃料電池の集電板。
【請求項８】
水分をガスとともにガス流れ方向の下流側に移動させる燃料ガス及び酸化剤ガスを対向する向きに流すための第１の集電板に形成された燃料ガス通路及び第２の集電板に形成された酸化剤ガス通路が電解質膜を挟んでその両側に設けられる固体高分子型燃料電池において、
前記各ガス通路は複数の流路により構成され、それら隣り合う流路を連通する連通部が複数形成されるとともに、その連通部による連通度合いがガス流れ方向の上流側に対して下流側のほうが大きく設定され、
前記連通部はガス流れ方向における位置が互い違いとなるようにずらして形成される
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項９】
前記連通部による連通度合いはガス流れ方向の下流側ほど大きく設定される
請求項８に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１０】
前記連通部はガス流れ方向の下流側にのみ一定の間隔を隔てて複数形成される
請求項８に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１１】
前記各ガス通路は上流側部分が平行溝により形成されるとともに下流側部分が格子溝により形成される
請求項８に記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電解質膜との積層面に燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が形成される固体高分子型燃料電池の集電板および固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型の燃料電池では、固体高分子材料からなる電解質膜と、この電解質膜を両側から挟むようにして設けられた反応電極（陽極及び陰極）とによって１つのセル（単位セル）が構成されている。そして、陰極に水素を含む燃料ガスを接触させるとともに、陽極に酸素を含む酸化剤ガスを接触させ、陰極から電解質膜を通過して陽極に移動する水素イオンと同陽極の酸素とが還元反応して水が生成される際に生じる電気的エネルギを各反応電極から取り出すようにしている。
【０００３】
また通常、固体高分子型の燃料電池では、１つの単位セルだけでは取り出すことのできる起電力に限りがあるため、各単位セルと集電板と呼ばれる部材とを交互に複数積層することにより所望の起電力を得るようにしている。この集電板は例えばカーボン等の導電材料によって形成されており、各反応電極を電気的に接続する機能の他、各反応電極の表面との間に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのガス通路を形成する機能を併せ有している。
【０００４】
ところで、固体高分子型の燃料電池では、電解質膜の水分量が低下するとそのイオン導電率が低下して発電効率が低下する一方、電解質膜の水分量が過度に増大すると各反応電極におけるガスの拡散が阻害され、やはり発電効率の低下を招くこととなる。このため、こうした固体高分子型の燃料電池では、所定の発電効率を維持するうえで電解質膜の水分量を適切に管理する必要がある。例えば、還元反応により生成された水がガス通路のガスとともに下流側に移動することにより、同ガス通路の上流側に位置する電解質膜の一端側で水分量が低下するとともに、下流側に位置する電解質膜の他端側で水分量が過度に増大した場合には、発電効率の低下を招くこととなる。
【０００５】
そこで従来、例えば特開平１０−３２０１１号公報にみられるように、集電板の各面に形成されるガス通路を複数の平行溝によって形成するとともに、隣り合う溝のガスの流れを対向する向きに設定したものが知られている。こうした構成によれば、集電板の各ガス通路内における平均的な水分分布がガス流れ方向において略均一になるため、電解質膜の水分量が適切に維持されるようになる。
【０００６】
但し、こうした構成では、同じ面に形成された隣り合う平行溝のガスの流れを互いに対向させる必要があるため、集電板におけるガス通路の複雑化が避けきれないものとなる。そこで、集電板の一方の面に形成された燃料ガス通路の燃料ガスと、その反対側の面に形成された酸化剤ガス通路の酸化剤ガスとを互いに対向する向きに流すことが考えられる。
【０００７】
こうした構成では、ガスの水分量が多くなる燃料ガス通路の下流側部分と水分量が少なくなる酸化剤ガス通路の上流側部分とが電解質膜を挟んで両側に位置するようになるとともに、水分量が少なくなる燃料ガス通路の上流側部分と水分量が多くなる酸化剤ガス通路の下流側部分とが電解質膜を挟んで両側に位置するようになる。従って、各ガス通路の構成の複雑化を招くことなく、各ガス通路のガスから電解質膜にそれぞれ供給される水分量の総和をガス流れ方向において略一定に維持することができ、同電解質膜の水分量を適量に調節することができるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように燃料ガス及び酸化剤ガスのガス流れを対向させるようにした場合には、各ガス通路におけるガスの流れについて以下のような不都合が生じることとなる。
【０００９】
即ち、還元反応により陽極側で生成される水は酸化剤ガスとともに酸化剤ガス通路の下流側に移動する一方、陽極側から電解質膜を通じて陰極側に逆拡散した生成水は燃料ガスとともに燃料ガス通路の下流側に移動するようになる。そして、こうした水分の移動によって、各ガス通路の下流側部分ではガスに含まれる水分の濃度が過度に上昇し、その水分が液化して各ガス通路を閉鎖してしまうことがある。その結果、各ガス通路におけるガスの流れが阻害されるようになり、発電効率の低下を招くこととなる。
【００１０】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス通路の下流側部分に液化した水分による閉塞が発生するのを抑えて、良好な発電効率を維持することのできる固体高分子型燃料電池の集電板および固体高分子型燃料電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明では、水分をガスとともにガス流れ方向の下流側に移動させる燃料ガス及び酸化剤ガスを対向する向きに流すための燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が電解質膜を挟んでその両側に設けられる固体高分子型燃料電池に用いられ、前記各ガス通路が前記電解質膜との積層面にそれぞれ形成される固体高分子型燃料電池の集電板において、前記各ガス通路は複数の流路により構成され、それら隣り合う流路を連通する連通部が複数形成されるとともに、その連通部による連通度合いがガス流れ方向の上流側に対して下流側のほうが大きく設定され、前記連通部はガス流れ方向における位置が互い違いとなるようにずらして形成される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した固体高分子型燃料電池の集電板において、前記連通部による連通度合いはガス流れ方向の下流側ほど大きく設定されるものであるとしている。
上記請求項１，２に記載した構成によれば、各ガス通路のガスに含まれる水分は同ガス通路の下流側部分ほど多くなるが、この下流側部分においては隣り合う流路を連通する連通部の連通度合いが相対的に大きく設定されているため、この連通部においてガスの拡散が促進され、同ガスに含まれる水分の液化が抑制されるようになる。
【００１３】
一方、各ガス通路の上流側部分においては、上記連通部の連通度合いが相対的に小さく設定されているため、過剰なガスの拡散が抑制されるようになる。従って、ガス流速の低下が抑えられ、電解質膜に接触するガスの組成の均一化が図られるようになる。
【００１４】
その結果、上記構成によれば、各ガス通路の下流側部分に液化した水分による閉塞が発生するのを抑えることができ、良好な発電効率を維持することができるようになる。
【００１５】
尚、上記構成のように、連通部の連通度合いをガス流れ方向の下流側ほど大きく設定するには、例えば、連通部の形成密度を下流側ほど大きく設定する、或いは、連通部の連通面積を下流側ほど大きく設定する、といった構成を採用することができる。
また、上記請求項１に記載した構成によれば、連通部をガス流れ方向における位置が互い違いとなるようにずらして形成することにより、ガスの拡散を更に促進させることができ、同ガスに含まれる水分の液化を抑制することができるようになる。
【００１６】
また、請求項１に記載した発明は、請求項３に記載されるように、前記連通部はガス流れ方向の下流側にのみ一定の間隔を隔てて複数形成される、あるいは請求項４に記載されるように、前記各ガス通路は上流側部分が平行溝により形成されるとともに下流側部分が格子溝により形成される、といった構成として具体化することもできる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載した固体高分子型燃料電池の集電板において、前記平行溝は屈曲部分のない直線状に形成されるものであるとしている。
【００１８】
上記構成によれば、各ガス通路の上流側部分においては、例えば同ガス通路を格子溝により構成するようにした場合と比較して、電解質膜のガスと接触する表面積が小さくなり、各ガス通路を流れるガスによって電解質膜から持ち去られる水分の総量が少なくなる。更に、各ガス通路の上流側部分をガスが通過する際の流動抵抗も低下するようになる。従って、電解質膜において各ガス通路の上流側にそれぞれ位置する部分の水分量が過剰に低下するのを抑制して良好な発電効率を維持することができるとともに、ガスが各ガス通路を通過する際の圧力損失を低減することができるようになる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池の集電板において、前記各ガス通路はガス流れ方向における長さＬ１がガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２よりも長く設定されるものであるとしている。
【００２０】
上記構成によれば、各ガス通路のガス流れ方向における長さＬ１をそのガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２よりも長く設定することにより、各ガス通路におけるガスの流速を高めることができ、電解質膜に接触するガスの組成を均一化させて良好な発電効率を確保することができるようになる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明によるように、請求項６に記載の固体高分子型燃料電池の集電板において、前記ガス流れ方向における長さＬ１とガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２とがＬ１／Ｌ２＞２なる関係を有して設定されるものである、といった構成を採用することにより、上記請求項６に記載した発明による作用効果を一層顕著なものとすることができる。
請求項８に記載の発明では、水分をガスとともにガス流れ方向の下流側に移動させる燃料ガス及び酸化剤ガスを対向する向きに流すための第１の集電板に形成された燃料ガス通路及び第２の集電板に形成された酸化剤ガス通路が電解質膜を挟んでその両側に設けられる固体高分子型燃料電池において、前記各ガス通路は複数の流路により構成され、それら隣り合う流路を連通する連通部が複数形成されるとともに、その連通部による連通度合いがガス流れ方向の上流側に対して下流側のほうが大きく設定され、前記連通部はガス流れ方向における位置が互い違いとなるようにずらして形成される。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載した固体高分子型燃料電池において、前記連通部による連通度合いはガス流れ方向の下流側ほど大きく設定されるものであるとしている。
上記請求項８，９に記載した構成によれば、固体高分子型燃料電池において、上記請求項１，２に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
また、請求項８に記載した発明は、請求項１０に記載されるように、前記連通部はガス流れ方向の下流側にのみ一定の間隔を隔てて複数形成される、あるいは請求項１１に記載されるように、前記各ガス通路は上流側部分が平行溝により形成されるとともに下流側部分が格子溝により形成される、といった構成として具体化することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる集電板１０が用いられる固体高分子型燃料電池３０の斜視構造を示している。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池３０は、交互に積層された基板２０及び集電板１０と、これら基板２０及び集電板１０からなる積層体を両側から挟む一対の側板４０とを備えて構成されている。
【００２４】
また、図２は、図１の２−２線に沿った上記積層体の断面構造、即ち後述する各ガス通路５０，６０のガス流れ方向に平行で且つ基板２０及び集電板１０の積層方向に延びる平面に沿った断面構造を示している。
【００２５】
同図２に示すように、基板２０は、電解質膜２２と、この電解質膜２２を両側から挟む反応電極（陰極２３及び陽極２４）と備えて構成されている。電解質膜２２は、適度な湿潤状態においてイオン導電性を示す、例えばフッ素系樹脂等の高分子材料により形成されている。また、反応電極２３，２４は、白金等の触媒を含むカーボン繊維により形成されている。
【００２６】
一方、集電板１０は、カーボン等の導電材料により矩形板状に形成されている。この集電板１０は、各反応電極２３，２４を電気的に接続する機能の他、各反応電極２３，２４の表面との間に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのガス通路５０，６０を形成する機能を併せ有している。
【００２７】
図３は、この集電板１０において上記反応電極２３，２４のうち陰極２３と対向する一方の積層面を示している。同図に示すように、この積層面には、水素ガス等の燃料ガスを流すための燃料ガス通路５０が形成されている。また図５は、集電板１０において上記反応電極２３，２４のうち陽極２４と対向する他方の積層面を示している。同図に示すように、集電板１０において陽極２４と対向する積層面には、空気等の酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス通路６０が形成されている。
【００２８】
また、これら各図に示すように、集電板１０の一端部（図３において右端部、図５において左端部）には、燃料ガス通路５０に燃料ガスを供給するための第１の給気孔５０１及び第２の給気孔５０３が形成されるとともに、これら各給気孔５０１，５０３とそれぞれ隣接する位置には、酸化剤ガス通路６０から酸化剤ガスを排出するための第１の排気孔６０２及び第２の排気孔６０４が形成されている。
【００２９】
一方、集電板１０の他端部（図３において左端部、図５において右端部）には、燃料ガス通路５０から燃料ガスを排出するための第１の排気孔５０２及び第２の排気孔５０４が形成されるとともに、これら各排気孔５０２，５０４とそれぞれ隣接する位置には、酸化剤ガス通路６０に酸化剤ガスを供給するための第１の給気孔６０１及び第２の給気孔６０３が形成されている。
【００３０】
このように、燃料ガス通路５０の各給気孔５０１，５０３と酸化剤ガス通路６０の各給気孔６０１，６０３、並びに燃料ガス通路５０の各排気孔５０２，５０４と酸化剤ガス通路６０の各排気孔６０２，６０４とが、それぞれ集電板１０の反対側の端部に形成されているため、図２に矢印でそれぞれ示すように、各ガス通路５０，６０において燃料ガス及び酸化剤ガスは実質的に互いに対向して逆向きに流れるようになる。
【００３１】
そして、このように各ガス通路５０，６０におけるガスの流れ方向を逆向きに設定することにより、燃料ガス及び酸化剤ガスから電解質膜２２にそれぞれ供給される水分量の総和が各ガス通路５０，６０のガス流れ方向において略一定となり、電解質膜２２の水分量が適量に維持されるようになる。
【００３２】
また、集電板１０において、酸化剤ガス通路６０用の第１の排気孔６０２と燃料ガス通路５０用の第２の給気孔５０３との間には、同集電板１０の内部に形成された冷却水通路（図示略）に冷却水を供給するための給水孔７０１が形成されている。更に、酸化剤ガス通路６０用の第２の給気孔６０３と燃料ガス通路５０用の第１の排気孔５０２との間には、上記冷却水通路から冷却水を排出するための排水孔７０２が形成されている。
【００３３】
一方、基板２０には、集電板１０と積層された状態において同集電板１０の各孔５０１〜５０４，６０１〜６０４、７０１，７０２と対応する位置に孔（図示略）がそれぞれ形成されている。集電板１０及び基板２０が積層された状態において、集電板１０のそれぞれ対応する位置に形成された孔５０１〜５０４，６０１〜６０４、７０１，７０２同士は、この基板２０に形成された孔を通じて連通されるようになる。
【００３４】
図３に示すように、集電板１０において陰極２３と対向する積層面には、燃料ガス通路５０用の第１の給気孔５０１及び第１の排気孔５０２を繋ぐようにして凹部５０５が形成されている。また、同じく集電板１０において陰極２３と対向する積層面には、燃料ガス通路５０用の第２の給気孔５０３及び第２の排気孔５０４を繋ぐようにして別の凹部５０６が上記凹部５０５と並んで形成されている。
【００３５】
これら各凹部５０５，５０６内において、各給気孔５０１，５０３寄りの位置、即ち、燃料ガス通路５０の実質的なガス流れ方向（図３において左右方向）における上流側には、そのガス流れ方向に沿って延びる断面長方形状の第１の凸部５０７が一定の間隔を隔てて複数形成されている。
【００３６】
一方、各凹部５０５，５０６内において、各排気孔５０２，５０４寄りの位置、即ち、ガス流れ方向における下流側には、断面正方形状をなす第２の凸部５０８が各第１の凸部５０７と同一直線上に位置し、且つ、ガス流れ方向及び同方向と直交する方向においてそれぞれ一定の間隔を隔てて複数形成されている。
【００３７】
これら第１の凸部５０７及び第２の凸部５０８はいずれも、図２に示すように、集電板１０と基板２０とが積層された状態において同基板２０の陰極２３に接触している。
【００３８】
そして、各凹部５０５，５０６には、第１の凸部５０７及び第２の凸部５０８によって燃料ガスを流すための流通溝８００が形成され、これら各流通溝８００によって燃料ガス通路５０が構成されている。この燃料ガス通路５０は、ガス流れ方向における長さＬ１（図３参照）がそのガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２（図３参照）よりも長く設定されている。詳しくは、これら各長さＬ１，Ｌ２は、Ｌ１／Ｌ２＞２なる関係が成立するように、それぞれ設定されている。
【００３９】
図４に示すように、上記流通溝８００は、各第１の凸部５０７の間に形成される平行溝８０１と、各第２の凸部５０８の間に形成される格子溝８０２とによって構成されている。この平行溝８０１は、屈曲部分のない直線形状を有しており、ガス流れ方向において上流側に位置している。これに対して、格子溝８０２は、ガス流れ方向において下流側に位置している。
【００４０】
また、各凹部５０５，５０６内には、格子溝８０２においてガス流れ方向に延びる部分と平行溝８０１とによって直線状の流路（以下、「主流路」という）５１が複数形成されている。そして、これら隣り合う主流路５１は、格子溝８０２においてガス流れ方向と直交する方向に延びる部分により形成される流路（以下、「連通路」という）５２によって互いに連通されている。格子溝８０２は各凹部５０５，５０６内においてガス流れ方向の下流側にのみ形成されているため、連通路５２はその形成密度が上流側に対して下流側のほうが大きく設定されている。即ち、この連通路５２による主流路５１の連通度合いは下流側のほうが相対的に大きく設定されている。
【００４１】
図５に示すように、集電板１０において陽極２４と対向する積層面には、酸化剤ガス通路６０に対応する第１の給気孔６０１及び第１の排気孔６０２を繋ぐようにして凹部６０５が形成されている。また、同じく集電板１０において陽極２４と対向する積層面には、酸化剤ガス通路６０に対応する第２の給気孔６０３及び第２の排気孔６０４を繋ぐようにして別の凹部６０６が上記凹部６０６と並んで形成されている。
【００４２】
これら各凹部６０５，６０６内において、各給気孔６０１，６０３寄りの位置、即ち、酸化剤ガス通路６０の実質的なガス流れ方向（図５において左右方向）における上流側には、そのガス流れ方向に沿って延びる断面長方形状の第１の凸部６０７が一定の間隔を隔てて複数形成されている。
【００４３】
一方、各凹部６０５，６０６内において、各排気孔６０２，６０４寄りの位置、即ち、ガス流れ方向における下流側には、断面正方形状をなす第２の凸部６０８が上記各第１の凸部６０７と同一直線上に位置し、且つ、ガス流れ方向及び同方向と直交する方向においてそれぞれ一定の間隔を隔てて複数形成されている。
【００４４】
これら第１の凸部６０７及び第２の凸部６０８はいずれも、図２に示すように、集電板１０と基板２０とが積層された状態において同基板２０の陽極２４に接触している。
【００４５】
そして、各凹部６０５，６０６には、第１の凸部６０７及び第２の凸部６０８によって酸化剤ガスを流すための流通溝９００が形成されている。この流通溝９００は、ガスの流れと直交する方向に延びる集電板１０の中心軸Ｃ（図５参照）回りに上記燃料ガス通路５０を構成する流通溝８００と対称的な同一の形状を有している。
【００４６】
また、各流通溝９００によって酸化剤ガス通路６０が構成されている。この酸化剤ガス通路６０は、上記燃料ガス通路５０と同様に、ガス流れ方向における長さＬ１（図５参照）がそのガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２（図５参照）の２倍（Ｌ２×２）よりも長く設定されている。詳しくは、これら各長さＬ１，Ｌ２は、Ｌ１／Ｌ２＞２なる関係が成立するように、それぞれ設定されている。このように集電板１０の各ガス通路５０，６０の長さＬ１，Ｌ２を上記関係を有して設定することにより、燃料電池３０の形状を扁平形状にすることができ、同燃料電池３０を例えば車両の床下等、狭い空間に搭載することも可能になる。
【００４７】
図６に示すように、上記流通溝９００は、各第１の凸部６０７の間に形成される平行溝９０１と、各第２の凸部６０８の間に形成される格子溝９０２とによって構成されている。この平行溝９０１は、屈曲部分のない直線形状を有しており、ガス流れ方向において上流側に位置している。これに対して、格子溝９０２は、ガス流れ方向において下流側に位置している。
【００４８】
また、各凹部６０５，６０６内には、格子溝９０２においてガス流れ方向に延びる部分と平行溝９０１とによって直線状の流路（以下、「主流路」という）６１が複数形成されている。そして、これら隣り合う主流路６１は、格子溝９０２においてガス流れ方向と直交する方向に延びる部分により形成される流路（以下、「連通路」という）６２によって互いに連通されている。格子溝９０２は各凹部６０５，６０６内においてガス流れ方向の下流側にのみ形成されているため、連通路６２はその形成密度が上流側に対して下流側のほうが大きく設定されている。即ち、この連通路６２による主流路６１の連通度合いは下流側のほうが相対的に大きく設定されている。
【００４９】
次に、上記のようにして構成された集電板１０において、各ガス通路５０，６０内における燃料ガス及び酸化剤ガスの流れについて説明する。
燃料ガスは、燃料ガス通路５０用の各給気孔５０１，５０３を通じて各凹部５０５，５０６内に導入された後、各平行溝８０１を通過して下流側に流れるようになる。また、酸化剤ガスについても同様に、酸化剤ガス通路６０用の各給気孔６０１，６０３を通じて各凹部６０５，６０６内に導入された後、各平行溝９０１を通過して下流側に流れるようになる。
【００５０】
このようにして、各平行溝８０１をその下流側に移動した燃料ガスは、更に格子溝８０２を通過した後、各排気孔５０２，５０４を通じて排出される。酸化剤ガスについても同様に、各平行溝８０１から格子溝９０２を通過した後、各排気孔６０２，６０４を通じて排出される。
【００５１】
従って、図４に矢印Ａで示すように、燃料ガス通路５０の主流路５１には、各給気孔５０１，５０３から各排気孔５０２，５０４に向かう燃料ガスの実質的な流れが形成されるようになり、また図６に矢印Ａで示すように、酸化剤ガス通路６０の主流路６１には、各給気孔６０１，６０３から各排気孔６０２，６０４に向かう酸化剤ガスの実質的な流れが形成されるようになる。
【００５２】
また、こうした各主流路５１，６１における実質的なガスの流れに加えて、各ガス通路５０，６０には隣り合う主流路５１，６１を連通する連通路５２，６２が形成されているため、図４及び図６に矢印Ｂで示すように、ガスの一部はこの連通路５２，６２を通じてガスの実質的な流れ方向と直交する方向に拡散するようになる。
【００５３】
この連通路５２，６２は、その連通度合いが下流側のほうが相対的に大きく設定されていため、各ガス通路５０，６０の下流側部分では、この連通路５２，６２においてガスの拡散がより促進されるようになり、同ガスに含まれる水分の液化が抑制されることとなる。一方、各ガス通路５０，６０の上流側部分においては、連通路５２，６２の連通度合いが相対的に小さく設定されているため、過剰な拡散が抑制されるようになる。従って、ガス流速の低下が抑えられ、各反応電極に接触するガスの組成の均一化が図られるようになる。
【００５４】
その結果、各ガス通路５０，６０の下流側部分に液化した水分による閉塞が発生するのが抑制され、良好な発電効率が維持されるようになる。
更に、各ガス通路５０，６０の上流側部分は、屈曲部分のない直線状の平行溝８０１，９０１によって形成されているため、例えば格子溝等と比較して、電解質膜２２のガスと接触する表面積が小さくなり、各ガス通路５０，６０を流れるガスによって電解質膜２２から持ち去られる水分の総量が少なくなる。更に、各ガス通路５０，６０の上流側部分をガスが通過する際の流動抵抗も低下するようになる。
【００５５】
その結果、電解質膜２２において各ガス通路５０，６０の上流側に位置する部分の水分量が過剰に低下することが抑えられて良好な発電効率が維持されるとともに、ガスが各ガス通路５０，６０を通過する際の圧力損失の低減が図られるようになる。
【００５６】
また、各ガス通路５０，６０は、ガス流れ方向における長さＬ１がガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２よりも長く設定されているため、各ガス通路５０，６０におけるガスの流速が高められ、各反応電極２３，２４に接触するガスの組成が均一化して良好な発電効率が確保されるようになる。
【００５７】
特に、こうした発電効率の向上は、各ガス通路５０，６０のガス流れ方向における長さＬ１と、そのガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２とを、Ｌ１／Ｌ２＞２なる関係を有して設定することで一層顕著になることが発明者による実験によって確認されている。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば以下の作用効果が得られるようになる。
（１）各ガス通路５０，６０の隣り合う主流路５１，６１を連通する連通路５２，６２を形成するとともに、その連通路５２，６２による主流路５１，６１の連通度合いを下流側のほうが相対的に大きく設定するようにしたことで、各ガス通路５０，６０の下流側部分に液化した水分による閉塞が発生するのを抑えることができ、良好な発電効率を維持することができるようになる。
【００５９】
（２）各ガス通路５０，６０の上流側部分を屈曲部分のない直線状の平行溝８０１，９０１によって形成するようにしたことで、電解質膜２２において各ガス通路５０，６０の上流側に位置する部分の水分量が過剰に低下するのを抑制して良好な発電効率を維持することができるとともに、ガスが各ガス通路５０，６０を通過する際の圧力損失を低減することができるようになる。
【００６０】
（３）各ガス通路５０，６０のガス流れ方向における長さＬ１を同ガス流れ方向と直交する方向における長さＬ２よりも長く設定するようにしたことで、各反応電極２３，２４に接触するガスの組成を均一化させて良好な発電効率を確保することができるようになる。
【００６１】
（４）特に、各ガス通路５０，６０の各長さＬ１，Ｌ２を、Ｌ１／Ｌ２＞２なる関係を有して設定するようにしたことで、上記（３）の作用効果を一層顕著なものとすることができる。
【００６２】
（５）加えて、燃料ガス通路５０を構成する流通溝８００と酸化剤ガス通路６０を構成する流通溝９００とを、ガス流れ方向と直交する方向に延びる集電板１０の中心軸Ｃ回りにおいて対称的な同一形状としたため、集電板１０と基板２０とを積層する際に、同集電板１０において燃料ガス通路５０の形成された面と酸化剤ガス通路６０の形成された面とを判別する作業が不要になる。従って、集電板１０及び基板２０を積層する際の作業性を向上させることができるようになる。
【００６３】
尚、以上説明した実施形態にかかる集電板は以下のように構成を変更することもできる。
・図７或いは図８に示すように、集電板１０において陰極２３に対向する積層面の各凹部５０５，５０６内に、ガス流れ方向における長さが下流側ほど短くなるように設定された複数の凸部５０９を形成し、これら凸部５０９の間に形成される流通溝８０３によって燃料ガス通路５０を構成する。また、集電板１０において陽極２４に対向する積層面の各凹部６０５，６０６内にも同様に、ガス流れ方向における長さが下流側ほど短くなるように設定された複数の凸部（図示略）を形成し、これら凸部の間に形成される流通溝（図示略）によって酸化剤ガス通路６０を構成する。
【００６４】
こうした構成によっても、各ガス通路５０，６０の連通度合いを下流側ほど相対的に大きく設定することができ、上記実施形態と同等の作用効果を得ることはできる。
【００６５】
特に、図８に示すように、各ガス通路５０，６０（同図には燃料ガス通路５０のみ示す）の連通部分の位置をガス流れ方向においてずらすことでガスの拡散を更に促進させることができ、同ガスに含まれる水分の液化を抑制することができるようになる。
【００６６】
・上記実施形態では、第２の凸部５０８，６０８をガス流れ方向において一定の間隔を隔てて配設するようにしたが、この第２の凸部５０８，６０８が配設される間隔をガス流れ方向の下流側ほど拡大して上記連通路５２，６２の連通面積を下流側ほど大きくすることにより、各ガス通路５０，６０の連通度合いを同ガス流れ方向の下流側ほど大きく設定するようにしてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、各ガス通路５０，６０用の給気孔５０１，５０３，６０１，６０３と排気孔５０２，５０４，６０２，６０４とを集電板１０にそれぞれ２個ずつ設け、各ガス通路５０，６０をそれぞれ２つの独立した通路によって構成するようにしたが、各ガス通路５０，６０をそれぞれ単一の通路によっ構成するようにしてもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、第１の凸部５０７，６０７を断面長方形状に、第２の凸部５０８，６０８を断面正方形状としたが、これら凸部５０７，６０７，５０８，６０８はこうした断面形状を有するもの限られず、例えば、第１の凸部５０７，６０７を断面楕円形状に、第２の凸部５０８，６０８を断面真円形状とするようにしてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路の双方が形成される集電板の例を示したが、同集電板はこれら各ガス通路のうち一方のみが形成されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池の積層構造を示す斜視図。
【図２】図１の２−２線に沿った部分断面図。
【図３】陰極と対向する集電板の積層面に形成された燃料ガス通路を示す平面図。
【図４】燃料ガス通路を構成する流通溝を拡大して示す拡大平面図。
【図５】陽極と対向する集電板の積層面に形成された酸化剤ガス通路を示す平面図。
【図６】酸化剤ガス通路を構成する流通溝を拡大して示す拡大平面図。
【図７】ガス通路の構成変形例を示す平面図。
【図８】ガス通路の構成変形例を示す平面図。
【符号の説明】
１０…集電板、２０…基板、２２…電解質膜、２３…陰極、２４…陽極、３０…固体高分子型燃料電池、５０…燃料ガス通路、５１…主流路、５２…連通路、６０…酸化剤ガス通路、６１…主流路、６２…連通路、５０１…第１の給気孔、５０２…第１の排気孔、５０３…第２の給気孔、５０４…第２の排気孔、５０５，５０６…凹部、５０７…第１の凸部、５０８…第２の凸部、５０９…凸部、６０１…第１の給気孔、６０２…第１の排気孔、６０３…第２の給気孔、６０４…第２の排気孔、６０５，６０６…凹部、６０７…第１の凸部、６０８…第２の凸部、７０１…給水孔、７０２…排水孔、８００…流通溝、８０１…平行溝、８０２…格子溝、８０３…流通溝、９００…流通溝、９０１…平行溝、９０２…格子溝。
【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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