(57)【要約】【課題】燃料電池において、反応ガスの電気化学反応による生成水の滞留抑制を目的とする。【解決手段】セパレータ４０の対向面には、カソード側多孔体流路２８を流れる酸化ガスの流れる方向に交差する方向に伸びるように微少な溝４５が複数形成されている。例えば、溝４５は、酸化ガスの流れ方向ＦＤに対して略垂直な方向に伸びるように形成されている。こうすることにより、酸化ガスの流速の遅い部分に滞留する生成水Ｗａは、溝４５を伝って、カソード側流路対向面４１ａ内に全体的に広がり、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に滞留していた生成水が溝４５を伝ってカソード側流路対向面４１ａ内に分散する。よって、生成水の移動しにくい方向への生成水の移動を促進することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を備える燃料電池に用いられるセパレータであって、
前記ガス流路に対向する面である対向面であって、電気化学反応によって生成される生成水の移動を促進させる溝を有する対向面を備える、セパレータ。
【請求項２】
請求項１記載のセパレータであって、
前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に対して交差する方向に形成されている、セパレータ。
【請求項３】
請求項２記載のセパレータであって、
前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に対して略垂直な方向に形成されている、セパレータ。
【請求項４】
請求項２記載のセパレータであって、
前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に応じて規定される前記生成水の滞留する部位から、前記セパレータを立てた状態で、略下方方向に伸びるように形成されている、セパレータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３いずれか記載のセパレータであって、
前記溝は、前記生成水を誘導可能な毛管力を生じる径で形成されている、セパレータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４いずれか記載のセパレータであって、
前記溝は、親水性を有する、セパレータ。
【請求項７】
燃料電池であって、
電解質膜上に電極層が形成されている膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に隣接して配置され、前記燃料電池の発電に利用される反応ガスを前記電極層に供給するための多孔質体のガス流路と、
請求項１ないし請求項６いずれか記載のセパレータと、を備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に燃料電池に用いられる反応ガス流路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ、アノード電極層、および、カソード電極層を接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、複数積層したスタック構造を有するものがある。燃料電池では、膜電極接合体とセパレータとの間に、各膜電極接合体へ反応ガスを供給するための反応ガス流路として多孔質体の部材が利用されているものがある。多孔質体の部材としては、例えば、エキスパンドメタルが利用されている。
【０００３】
このような燃料電池は、燃料電池に接続されたマニホールドを介して、外部から燃料ガス（例えば、水素）と酸化ガス（例えば、酸素）とが膜電極接合体に供給されると、電気化学反応によって発電するとともに、電気化学反応によって水が生成される。生成水は、反応ガス流路を流れる反応ガスによって流され、燃料電池の外部へ排出される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マニホールドや燃料電池の全体的な構成によって、反応ガス流路を流れる反応ガスの流速にばらつきが生じる。反応ガスの流速にばらつきがあると、反応ガスの流速の遅い部分では、流速の早い部分に比して生成水の排水効率が低下するため、反応ガス流路では、反応ガスの流速の遅い部分に偏って生成水が滞留してしまう。この結果、燃料電池の発電性能の低下を招く。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池において、反応ガスの電気化学反応による生成水の局所的な滞留による発電性能の低下の抑制を目的とする。
【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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
ガス流路を備える燃料電池に用いられるセパレータであって、前記ガス流路に対向する面である対向面であって、電気化学反応によって生成される生成水の移動を促進させる溝を有する対向面を備えるセパレータ。
【０００９】
適用例１のセパレータによれば、ガス流路に対向するセパレータの対向面に、生成水の移動を促進させるように溝が形成されている。従って、燃料電池の電気化学反応による生成水は対向面に形成された溝を介して対向面内に効率的に移動される。よって、反応ガスの流速の違いに起因して滞留する生成水を、セパレータの対向面内に、全体的に薄く広がるように、分散させることができる。よって、適用例１のセパレータを燃料電池に適用することにより、生成水の局所的な滞留による燃料電池の発電性能の低下を抑制できる。
【００１０】
適用例１のセパレータであって、前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に対して交差する方向に形成されている。反応ガスの流れ方向に対して交差する方向へは、生成水を移動させる力が作用しにくいので、適用例１のセパレータによれば、生成水の移動しにくい部分への生成水の移動を促進でき、生成水をセパレータの対向面内に分散させることができる。
【００１１】
適用例１のセパレータであって、前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に対して略垂直な方向に形成されている。生成水は、反応ガスの流れ方向に対して略垂直方向には移動しにくいため、適用例１のセパレータによれば、滞留している生成水は、溝に沿って、セパレータの対向面内に効率的に移動される。
【００１２】
適用例１のセパレータであって、前記溝は、前記反応ガスの流れ方向に応じて規定される前記生成水の滞留する部位から、前記セパレータを立てた状態で、略下方方向に伸びるように形成されている。セパレータを立てた状態では、生成水には重力がかかるので、下方への力が作用する。従って、適用例１のセパレータによれば、溝が略下方方向に伸びるように形成されているので、重力により下方へ流れようとする生成水は、溝を介して効率的に移動する。よって、セパレータの対向面内への生成水の移動を促進できる。
【００１３】
適用例１のセパレータであって、前記溝は、前記生成水を誘導可能な毛管力を生じる径で形成されている。適用例１のセパレータによれば、溝の毛管力により、生成水は滞留している部位から吸引される。従って、セパレータの対向面内への生成水の移動効率を向上できる。
【００１４】
適用例１のセパレータであって、前記溝は、親水性を有する。適用例１のセパレータによれば、溝が親水性を有しているので、生成水は溝内を円滑に移動する。従って、生成水は、溝に沿って迅速に移動され、セパレータの対向面に分散される。よって、生成水の滞留を抑制できる。
【００１５】
［適用例２］
燃料電池であって、電解質膜上に電極層が形成されている膜電極接合体と、前記膜電極接合体に隣接して配置され、前記燃料電池の発電に利用される反応ガスを前記電極層に供給するためのガス流路と、適用例１のセパレータと、を備える燃料電池。
【００１６】
適用例２の燃料電池によれば、ガス流路を流れる反応ガスの流速の違いに起因して局所的に滞留する生成水を、セパレータの対向面内に分布させることができる。よって、電気化学反応による生成水の滞留を抑制でき、燃料電池の発電性能の低下を抑制できる。
【００１７】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
Ａ．燃料電池の全体構成：
図１〜図３を用いて第１実施例の燃料電池の概略構成について説明する。図１は、第１実施例における燃料電池１００の概略構成を示す説明図である。図２は第１実施例における燃料電池の構成を表しており、図１のＡ−Ａ断面によって切断された断面図である。図３は、第１実施例における反応ガスの流路を構成する流路構成部材について説明する斜視図である。実施例では、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する固形高分子形の燃料電池を例にとって説明する。以降では、酸化ガスと燃料ガスとをまとめて反応ガスとも呼ぶ。なお、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが用いられ、酸化ガスとして、例えば、空気が用いられる。
【００１９】
燃料電池１００は、発電体２０とセパレータ４０とが交互に積層され、その積層体の両端から図示しないターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持されて形成されている。
【００２０】
発電体２０は、図２に示すように、ＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ガス拡散層２３ａ、２３ｂ、カソード側多孔体流路２８と、アノード側多孔体流路２９と、を備えている。ガス拡散層２３ａ、２３ｂはＭＥＡ２４の両面に配置されている。ＭＥＡ２４、ガス拡散層２３ａおよびガス拡散層２３ｂから構成される部材をＭＥＧＡ２５と呼ぶ。カソード側多孔体流路２８、アノード側多孔体流路２９は、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０と接するように、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配置されている。
【００２１】
ＭＥＡ２４は、電解質膜２１の表面上に、カソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂを備える。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ４０の外形よりも小さくガス流路の外形よりも大きい長方形に形成されている。電解質膜２１は、例えば、ナフィオンである。電解質膜２１の表面上に形成されたカソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金が担持されている。
【００２２】
ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、気孔率が約２０％程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、接合によりＭＥＡ２４と一体化されてＭＥＧＡ２５となる。なお、ガス拡散層２３ａはＭＥＡ２４のカソード側に、ガス拡散層２３ｂはアノード側に、それぞれ配置される。ガス拡散層２３ａは、カソードガスをその厚み方向に拡散して、カソード電極触媒層２２ａの全面に供給する。ガス拡散層２３ｂは、アノードガスをその厚み方向に拡散して、アノード電極触媒層２２ｂの全面に供給する。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、厚み方向へのガスの拡散を主目的とするため、比較的小さい気孔率を有する。
【００２３】
カソード側多孔体流路２８は、ＭＥＡ２４での電気化学反応に供される酸化ガスの流路になるとともに集電機能を有する。また、アノード側多孔体流路２９は、燃料ガスの流路になるとともに集電機能を有する。カソード側多孔体流路２８，アノード側多孔体流路２９は、一般的に、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス、カーボンナノチューブなどによって形成することができる。
【００２４】
カソード側多孔体流路２８，アノード側多孔体流路２９は、図３に示すように、金属板に同一形状の貫通孔が規則的に形成されたガス流路構成部材３０を用いて形成されている。図３は、カソード側多孔体流路２８の一部拡大図を表している。図３に示すように、カソード側多孔体流路２８を構成するガス流路構成部材３０は、山部３２ａと谷部３２ｂが交互に連続する波板部３２を基本構造としており、この波板部３２を複数、連結した構成である。複数の波板部３２は、同一の形状であり、横幅Ｗも同一のサイズである。谷部３２ｂと山部３２ａの連結部分は、一平面（以下、この平面を「連結面」と呼ぶ）Ｓを形成することから、図示からわかるように、一つの連結面Ｓ１と、次の谷部３２ｂと山部３２ａで形成された連結面Ｓ２との間に六角形の貫通孔Ｈが形成される。六角形の貫通孔Ｈは千鳥状に配列されることになり、正面方向から見たとき、いわゆるハニカム形状となる。図３中の破線は、隣接する２つの波板部３２の間を区分けするために便宜的に付けたものである。本実施例のカソード側多孔体流路２８用としてのガス流路構成部材３０は、実際は、山谷の周波数は３５０程度であり、波板部３２の連結数は２５０程度であり、８７０００個程度の六角形の貫通孔Ｈを備える構成となっている。
【００２５】
セパレータ４０は、カソード側多孔体流路２８、アノード側多孔体流路２９の壁面を形成するように構成されている。セパレータ４０は、反応ガスが透過しない導電性部材、たとえば、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といった種々の材料が使用可能である。本実施例では、セパレータ４０は、カソード側多孔体流路２８と接触するカソード側プレート４１と、アノード側多孔体流路２９と接触するアノード側プレート４３と、これらの間に配される中間プレート４２とが一体となった３層セパレータとして構成されている。カソード側多孔体流路２８に対向するセパレータ４０の面（カソード側プレート４１のＭＥＧＡ２５に対向する面４１ａであり、以降、実施例では、カソード側流路対向面４１ａと呼ぶ）には、カソード側多孔体流路２８を流れる酸化ガスの流れる方向に交差する方向に伸びるように微少な溝４５が複数形成されている。また、アノード側多孔体流路２９に対向するセパレータ４０の面（以降、実施例では、アノード側流路対向面と呼ぶ）にも、アノード側多孔体流路２９を流れる燃料ガスの流れる方向に交差する方向に伸びるように微少な溝が複数形成されている。溝４５については、以下に詳細に説明する。
【００２６】
ＭＥＧＡ２５、カソード側多孔体流路２８およびアノード側多孔体流路２９は、外周をシールガスケット２６で囲われるように、シールガスケット２６と一体に形成されている。シールガスケット２６は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、マニホールド内を流れる流体（水素，酸化ガス，冷却水）の漏れを抑制するシールラインＳＬを形成する。セパレータ４０は、一体に形成されているＭＥＧＡ２５、カソード側多孔体流路２８、アノード側多孔体流路２９およびシールガスケット２６の両側に配置されている。
【００２７】
冷却水、燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて、図１を参照して説明する。冷却水流路は、冷却水供給マニホールド１１ｗｍと、冷却水供給路１２ｗと、冷却水排出マニホールド１３ｗｍとを介して、この順序で冷却水が流れるように構成されている。燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド１１ｈｍと、アノード側多孔体流路２９と、燃料ガス排出マニホールド１７ｈｍと、を介して、この順序で燃料ガスが流れるように構成されている。酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド１１ａｍと、カソード側多孔体流路２８と、酸化ガス排出マニホールド１７ａｍと、を介して、この順序で空気が流れるように構成されている。以降、実施例では、反応ガスの流れる方向を流れ方向と呼ぶ。実施例では、酸化ガスの流れ方向は、セパレータ４０を立てた状態での下→上方向であり、燃料ガスの流れ方向は、セパレータ４０を立てた状態での水平（左右）方向である。
【００２８】
Ａ２．燃料電池の排水について：
図４は、実施例における燃料電池の生成水の滞留の仕組みについて説明する模式図である。図４において、上下を示す矢印は、セパレータ４０を立てた状態での上下を表しており、矢印Ｆは、酸化ガスの流れ方向を表している。図４には、一例として、カソード側流路対向面４１ａを示す。ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間は非常に狭く構成されているため、通常、燃料電池１００の電気化学反応による生成水Ｗａは、図２に示すように、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に生じ、カソード側多孔体流路２８を流れる酸化ガスによって流され、マニホールドを介して燃料電池外部へ排水される。しかしながら、マニホールドの構造や積層方向など燃料電池の全体的な構成によって、カソード側多孔体流路２８面内を流れる酸化ガスの流速は、部分的に異なる場合があり、この結果、生成水が偏って滞留することがある。例えば、図４に示すように、セパレータ４０の中央部分Ｂに対応するカソード側多孔体流路２８の部位の酸化ガスの流速が、セパレータ４０の端部ＡおよびＣに対応するカソード側多孔体流路２８の部位の酸化ガスの流速に比して早い場合、中央部分Ｂに対応するカソード側多孔体流路２８の部位では生成水は滞留することなく燃料電池外部へ排水されるが、端部ＡおよびＣに対応するカソード側多孔体流路２８の部位では、生成水は一部しか排水されず、燃料電池の動作時間に比例して生成水Ｗａが滞留する。酸化ガスの流速は、酸化ガスの入口側（図４中、セパレータ４０の下方）よりも出口側（図４中、セパレータ４０の上方）の方が遅くなるため、図４に示すように、生成水Ｗａは、出口近傍に滞留しやすい。
【００２９】
そこで、本実施例では、生成水Ｗａの局所的な滞留（フラッディング）を抑制するために、カソード側流路対向面４１ａに、生成水Ｗａの移動を促進させる溝を形成する。
【００３０】
図５は、第１実施例におけるセパレータの構成を例示する説明図である。図５（ａ）は、カソード側流路対向面４１ａを例示する平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を表す断面図である。図６は、第１実施例におけるＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配設された状態のカソード側多孔体流路２８の断面図である。図７は、第１実施例における生成水の移動の状態を例示する説明図である。図６に示す断面図は、図２に示す円Ｙ部分の拡大図である。
【００３１】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、セパレータ４０の対向面には、カソード側多孔体流路２８を流れる酸化ガスの流れる方向ＦＤに交差する方向に伸びるように微少な溝４５が複数形成されている。本実施例では、溝４５は、酸化ガスの流れ方向ＦＤに対して略垂直な方向に伸びるように形成されている。略垂直とは、厳密に垂直であることを要せず、約５〜１０％程度の差を含むことを意味する。図示は省略されているが、セパレータ４０のアノード側流路対向面には、カソード側多孔体流路２８と同様に、アノード側多孔体流路２９を流れる燃料ガスの流れ方向に交差する方向（実施例では流れ方向に略垂直な方向）に伸びるように微少な溝４５が複数形成されている。なお、図５（ａ），（ｂ）では、説明の便宜上、セパレータ４０のカソード側流路対向面上には７本の溝４５が形成されているが、実際は、数十本〜数百本の溝が形成されている。
【００３２】
セパレータ４０の溝４５は、近傍の生成水を誘導可能な毛管力を生じる径で形成されている。実施例では、図６の拡大図Ｚに示すように、約３μｍの径で形成されている。また、溝４５は、カソード側多孔体流路２８の連結面Ｓとセパレータ４０との境部分に形成されている。すなわち、溝４５は、図５に示すように、ピッチｄで等間隔に形成されている。
【００３３】
生成水の移動について説明する。生成水Ｗａは、溝４５を伝って、カソード側流路対向面４１ａ内に全体的に広がる。これは、図２に示すように、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に滞留していた生成水Ｗａが溝４５を伝ってカソード側流路対向面４１ａ内に分散することにより、カソード側流路対向面４１ａ上に薄い水膜状に広がるためである。この結果、生成水Ｗａの局所的な滞留が解消される。
【００３４】
また、生成水Ｗａは、溝４５の毛管力の作用により溝４５に吸引され、溝４５を伝って迅速に移動する。更に、実施例では、図６に太線で示すように、酸化ガスは、連結面Ｓの表面に沿って、ＭＥＧＡ２５のカソード側の表面に向かって流れ、反応に供されなかった酸化ガスは、カソード側多孔体流路２８内を流れる過程で、一部が溝４５に向かって流れることになる。この結果、酸化ガスの流れによって生成水が溝４５の方へ押されるので、溝４５の毛管力による溝４５への生成水の移動を補助することができ、セパレータ４０面内への生成水の分散が促進される。
【００３５】
よって、図７に矢印ＡＲで示すように、端部ＡおよびＣに滞留しがちな生成水Ｗａは、溝４５を伝ってセパレータ４０面内に移動する。この結果、滞留する可能性のある生成水は、セパレータ４０の面内に分散される。
【００３６】
以上説明した第１実施例の燃料電池用セパレータによれば、反応ガスの流れ方向に対して交差する方向に伸びるように溝４５が形成されているので、生成水が溝４５を伝ってセパレータ４０面内に広がるように移動する。従って、生成水の移動しにくい方向への生成水の移動を促進することができる。よって、セパレータ４０を用いた燃料電池について、フラッディングによる発電性能の低下を抑制でき、燃料電池の発電効率を向上できる。
【００３７】
また、第１実施例のセパレータ４０の溝４５は、反応ガスの流れ方向に対して、略垂直な方向に伸びるように形成されているので、簡易な構成で、生成水の移動を促進できる。
【００３８】
また、第１実施例のセパレータ４０の溝４５は、生成水を誘導可能な毛管力を有する径で形成されているので、溝４５の吸引力により生成水は溝４５に吸引される。従って、生成水の移動を促進でき、生成水を迅速にセパレータ４０の面内に分散させることができる。
【００３９】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、縦置き型の燃料電池において、カソード側流路対向面に、略下方方向に伸びる溝を形成する。なお、第２実施例の燃料電池は、セパレータに形成される溝の形状以外、第１実施例の燃料電池と同様の構成を備えている。
【００４０】
図８は、第２実施例におけるセパレータ４０ａを例示する平面図である。図８は、カソード側流路対向面を表す。第２実施例では、生成水の滞留しやすい部位の近傍を頂点とする山形の溝を形成する。例えば、図８に示すように、セパレータ４０の端部Ａと中央部分Ｂとの境界近傍およびが頂点となるように山形の溝４５ａを形成する。溝４５ａは、生成水を溝４５ａに誘導可能な毛管力を有する径で形成されており、例えば、径は３μｍとしてもよい。
【００４１】
第２実施例の燃料電池では、第１実施例と同様に、セパレータ４０の端部Ａと中央部分Ｂとの境界近傍およびセパレータ４０ａの端部Ｃと中央部分Ｂとの境界近傍に生成水が滞留しやすい。セパレータ４０ａには、略下方に向けて伸びるように溝４５ａが形成されているので、矢印ＡＲに示すように、生成水は溝４５ａを伝ってセパレータの下方へ移動する。更に、第２実施例の燃料電池は縦置き型であるので、生成水には重力により下方への力がかかり、生成水は、溝４５ａの毛管力と生成水にかかる重力とによりセパレータ４０ａの溝４５ａを伝ってセパレータ４０ａの面内に分散される。
【００４２】
以上説明した第２実施例のセパレータ４０ａによれば、溝４５ａが山形の形状をしているので、重力により下方へ流れようとする生成水は、溝４５ａを介してより効率的に下方へ移動することができる。よって、溝４５ａの毛管力だけでなく、生成水にかかる重力を用いて、生成水をセパレータ４０ａの面内への生成水の分散を促進でき、フラッディングを抑制できる。
【００４３】
Ｃ．第３実施例：
第３実施例では、セパレータに形成された溝に親水性の材料を設置する。第３実施例の燃料電池は、セパレータに形成された溝に親水性の材料が設置されていること以外は、第１実施例の燃料電池と同様の構成を備えている。
【００４４】
図９は、第３実施例のセパレータ４０ｂを例示する平面図である。図９の円Ｚには、Ｃ−Ｃ断面での切断面の拡大図が表されている。図９は、カソード側流路対向面を表す。セパレータ４０ｂのカソード側流路対向面４１ａには、カソード側多孔体流路２８を流れる酸化ガスの流れ方向に略垂直な方向に伸びるように複数の溝４５ｂが形成されている。第２実施例では、溝４５ｂに親水性を持たせるために、溝４５ｂの内側に親水性を有する樹脂・繊維が配置されている。本実施例では、図９の拡大図Ｙに示すように、吸水性樹脂４６が配置されている。吸水性樹脂４６には、例えば、ナフィオン（登録商標）が用いることができる。その他、カーボン遷移やアラミド繊維などの親水性繊維を用いても良い。なお、セパレータ４０ｂのアノード側流路対向面にも、溝４５ｂが形成され、吸水性樹脂４６が配置されている。
【００４５】
第３実施例の燃料電池では、第１実施例と同様に、セパレータ４０の端部Ａと中央部分Ｂとの境界近傍およびセパレータ４０ａの端部Ｃと中央部分Ｂとの境界近傍に生成水が滞留しやすい。第３実施例のセパレータ４０ｂの溝４５ｂ内に配置された吸水性樹脂４６は、滞留しがちな生成水を吸水し、溝４５ｂ内に誘導する。これにより、生成水は、溝４５ｂに吸水され、溝４５ｂ内を移動し、セパレータ４０ｂの面内に迅速に核酸される。
【００４６】
以上説明した第３実施例のセパレータ４０ｂによれば、溝４５ｂが親水性を有しているので、生成水は溝４５ｂに容易に入り込む。従って、セパレータ４０ｂを用いた燃料電池では、電気化学反応によって生成された生成水を、溝４５ｂ内に誘導するとともに、溝４５ｂに沿ってセパレータの対向面内へ迅速に分散させることができる。よって、セパレータ４０ｂに形成された溝４５ｂによって生成水の分散を促進でき、フラッディングによる発電性能の低下や燃料電池の劣化を抑制できる。
【００４７】
Ｄ．変形例：
（１）上述の第１実施例では、溝４５は、セパレータ４０のカソード側流路対向面にピッチｄで等間隔に形成されているが、例えば、セパレータ４０の対向面内において、溝４５の形成密度を変えても良い。
【００４８】
図１０は、本変形例におけるセパレータ４０ｃを例示する平面図である。図１０は、セパレータ４０ｃのカソード側流路対向面を表す。セパレータ４０ｃのカソード側流路対向面４１ａには、生成水の滞留しやすい上方ほど、溝４５ｃが高密度で形成されており、生成水の滞留しにくい下方ほど、溝４５ｃが低密度で形成されている。溝４５ｃは、上方に行くに連れて徐々に密度が高くなるように形成されていてもよいし、セパレータ４０ｃの対向面４１ａを上下に複数の領域（例えば３つの領域）に分割して、分割された領域のうち、上方の領域には、下方の領域よりも高密度で溝を形成するようにしてもよい。
【００４９】
本変形例によれば、生成水の滞留しやすい部位に高密度で溝が形成されるので、効率的に生成水を排水できる。また、例えば、生成水の滞留しにくい部位（変形例ではセパレータ４０ｃの下方）には、溝を形成しなくてもよい。
【００５０】
（２）上述の第２実施例では、溝を山形形状に形成しているが、例えば、サイン波の波形としてもよい。こうすれば、第２実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（３）上述の第１実施例〜第３実施例では、セパレータの端部と中央部分との境界近傍に生成水が滞留しやすい場合について説明しているが、例えば、上記各実施例のような縦置き型の燃料電池において、生成水Ｗａがセパレータの上方端部に滞留しやすい場合には、溝の形状を下方に湾曲させてもよい。
【００５２】
図１１は、本変形例におけるセパレータ４０ｄを例示する平面図である。図１１は、セパレータ４０ｄのカソード側流路対向面を表す。セパレータ４０ｄのカソード側流路対向面には、溝４５ｄが、上方端部から中央部分に向けて湾曲するように形成されている。本変形例によれば、生成水Ｗａに係る重力によって、セパレータ４０ｄの溝４５ｄ内への生成水Ｗａの移動が促進される。よって、フラッディングを抑制できる。
【００５３】
（３）上述の第３実施例では、吸水性樹脂４６を溝４５ｂ内に配置することにより、溝４５ｂに親水性を持たせているが、例えば、セパレータ自体を親水性材料により形成してもよい。こうすれば、セパレータ自体が親水性を有するので、簡易に溝に親水性を持たせることができる。また、例えば、セパレータの対向面に、親水性の樹脂や繊維を塗布することにより、溝に親水性を持たせても良い。こうすれば、セパレータの表面を加工するだけで溝に親水性を持たせることができる。
【００５４】
（４）上述の第１実施例では、３枚の板を用いて形成されているセパレータ４０と発電体２０とを交互に積層して燃料電池スタックを構成しているが、例えば、発電体２０を一対のセパレータで狭持した燃料電池セルを複数積層して構成される燃料電池スタックにおいて、セパレータの対向面に溝を形成してもよい。
【００５５】
（５）上述の第１実施例〜第３実施例では、カソード側多孔体流路２８およびアノード側多孔体流路２９に対向するセパレータの面に溝を形成しているが、例えば、カソード側多孔体流路２８およびアノード側多孔体流路２９の少なくとも一方に対向する面のみに溝を形成してもよい。この場合、カソード側多孔体流路２８に対向する面に溝を形成することが好ましい。生成水はカソード電極層２２ａ付近に生じやすいため、本変形例によれば、セパレータの両面に溝を形成する負荷を軽減しながらフラッディングを抑制できる。
【００５６】
（６）上述の第１実施例〜第３実施例では、縦置き型の燃料電池について説明しているが、例えば、横置き型の燃料電池においても適用可能である。
【００５７】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施例における燃料電池１００の概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施例における燃料電池の構成を表す断面図。
【図３】第１実施例における反応ガスの流路を構成する流路構成部材について説明する斜視図。
【図４】実施例における燃料電池の生成水の滞留の仕組みについて説明する模式図。
【図５】第１実施例におけるセパレータ４０に形成されている溝について説明する説明図。
【図６】第１実施例におけるＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配設された状態のカソード側多孔体流路２８の断面図。
【図７】第１実施例における生成水の移動の状態を例示する説明図。
【図８】第２実施例におけるセパレータ４０ａを例示する平面図。
【図９】第３実施例におけるセパレータ４０ｂを例示する平面図。
【図１０】本変形例におけるセパレータ４０ｃを例示する平面図。
【図１１】本変形例におけるセパレータ４０ｄを例示する平面図。
【符号の説明】
【００５９】
１１ａｍ…酸化ガス供給マニホールド
１１ｈｍ…燃料ガス供給マニホールド
１１ｗｍ…冷却水供給マニホールド
１３ｗｍ…冷却水排出マニホールド
１７ａｍ…酸化ガス排出マニホールド
１７ｈｍ…燃料ガス排出マニホールド
２０…発電体
２１…電解質膜
２２ａ…カソード電極触媒層
２２ｂ…アノード電極触媒層
２３ａ…ガス拡散層
２３ｂ…ガス拡散層
２６…シールガスケット
２８…カソード側多孔体流路
２９…アノード側多孔体流路
３０…ガス流路構成部材
３２…波板部
３２ａ…山部
３２ｂ…谷部
４０…セパレータ
４０ａ…セパレータ
４０ｂ…セパレータ
４０ｃ…セパレータ
４０ｄ…セパレータ
４１…カソード側プレート
４２…中間プレート
４３…アノード側プレート
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…溝
４６…吸水性樹脂
１００…燃料電池
【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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