(57)【要約】【課題】膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことを可能にするセパレータを提供する。【解決手段】燃料電池用セパレータ２０，２１は、膜電極接合体４０と対面して配置されるようになるセパレータ本体２５と、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体に対面する側の表面上に設けられた多孔質層２７と、を備える。前記膜電極接合体と前記セパレータ本体との間にガス流路３０が形成されている。前記多孔質層は、前記セパレータ本体の表面のうち、ガス流路に対面する領域に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と対面して配置されるようになるセパレータ本体と、
前記セパレータ本体の前記膜電極接合体に対面する側に設けられた多孔質層と、を備え、
前記膜電極接合体と前記セパレータ本体との間に、ガス流路が形成され、
前記多孔質層は、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体側のうちの前記ガス流路に対面する領域に配置されている
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記ガス流路をなす溝が、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体に対面する側に形成され、
前記多孔質層は、前記溝内に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記ガス流路は、ガス供給路と、ガス排出路と、前記ガス供給路および前記ガス排出路の間をそれぞれ結ぶ複数の分岐流路と、を含み、
各分岐流路は、板状からなるセパレータ本体の板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なる前記セパレータ本体の板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、前記ガス供給路から前記ガス排出路まで延びている
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記複数の分岐流路は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線を中心として対称に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記分岐流路の断面積は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線から最も離れた分岐流路において最も大きく、分岐流路が前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線へ近付くにつれて小さくなる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載されたセパレータを備える
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項７】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に対面して配置された板状のセパレータと、を備え、
前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に、ガス流路が形成され、
前記ガス流路は、ガス供給路と、ガス排出路と、前記ガス供給路および前記ガス排出路の間をそれぞれ結ぶ複数の分岐流路と、を含み、
各分岐流路は、前記セパレータの板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なる前記セパレータの板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、前記ガス供給路から前記ガス排出路まで延びている
ことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項８】
前記複数の分岐流路は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線を中心として対称に配置されている
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池セル。
【請求項９】
前記分岐流路の断面積は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線から最も離れた分岐流路において最も大きく、分岐流路が前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線へ近付くにつれて小さくなる
ことを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体に対面して配置される燃料電池用セパレータに係り、とりわけ、膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことを可能にするセパレータに関する。
【０００２】
また、本発明は、膜電極接合体とセパレータとを備える燃料電池セルに係り、とりわけ、膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことができる燃料電池セルに関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、燃料としての水素を酸素と反応させることによって電力と水とを発生させる燃料電池が、現存する発電システムに置き換わり得る発電器として、注目されている。燃料電池は、通常、供給された水素と酸素とを反応させる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、膜電極接合体の両側に配置されたセパレータと、を有する燃料電池セルを多数含んでいる。
【０００４】
膜電極接合体と各セパレータとの間には、燃料となる水素ガスや、水素ガスと反応する酸素ガスまたは空気等を流すための、ガス流路が形成されている。通常、ガス流路は、サーペンタイン状に形成され、ガスが膜電極接合体のおおよそ全領域上を流れるようになっている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−４８４８６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、燃料電池では、電力だけでなく、酸素を供給される側の電極（酸素極、空気極）において水も生成される。したがって、燃料電池セルのガス流路内を水も移動する。ただし、燃料電池セル内での反応は発熱をともない、一般的に、燃料電池セル内は高温に保たれている。このため、水は、通常、ガス流路内において蒸気化しており、その他のガスとともにガス流路内を流れる。
【０００６】
しかしながら、燃料電池の動作開始時等、燃料電池の動作が安定していない時期には、ガス流路内において、壁面に結露が生じる等して、水が凝縮してしまうことがある。ガス流路内で水が凝縮すると、その部分でのガス流路が細くなり、ガスの圧送圧力に損失が生じる。また、予定された分布で、膜電極接合体の面上へガスを供給することができなくなる。この結果、燃料電池セルの動作が安定せず、当該セルで発生される電力も安定しなくなる。
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、膜電極接合体に対面して配置される燃料電池用セパレータに係り、とりわけ、膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことを可能にするセパレータを提供することを目的とする。また、本発明は、膜電極接合体とセパレータとを備える燃料電池セルに係り、とりわけ、膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことができる燃料電池セル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】
【０００８】
本発明による燃料電池用セパレータは、膜電極接合体と対面して配置されるようになるセパレータ本体と、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体に対面する側に設けられた多孔質層と、を備え、前記膜電極接合体と前記セパレータ本体との間に、ガス流路が形成され、前記多孔質層は、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体側のうちの前記ガス流路に対面する領域に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明による燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス流路をなす溝が、前記セパレータ本体の前記膜電極接合体に対面する側に形成され、前記多孔質層が、前記溝内に配置されているようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明による燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス流路は、ガス供給路と、ガス排出路と、前記ガス供給路および前記ガス排出路の間をそれぞれ結ぶ複数の分岐流路と、を含み、各分岐流路は、板状からなるセパレータ本体の板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なる前記セパレータ本体の板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、前記ガス供給路から前記ガス排出路まで延びているようにしてもよい。このような本発明による燃料電池用セパレータにおいて、前記複数の分岐流路は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線を中心として対称に配置されているようにしてもよい。また、このような本発明による燃料電池用セパレータにおいて、前記分岐流路の断面積は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線から最も離れた分岐流路において最も大きく、分岐流路が前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線へ近付くにつれて小さくなるようにしてもよい。
【００１１】
本発明による第１の燃料電池セルは、上述したいずれかのセパレータを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明による第２の燃料電池セルは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体に対面して配置された板状のセパレータと、を備え、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に、ガス流路が形成され、前記ガス流路は、ガス供給路と、ガス排出路と、前記ガス供給路および前記ガス排出路の間をそれぞれ結ぶ複数の分岐流路と、を含み、各分岐流路は、前記セパレータの板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なる前記セパレータの板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、前記ガス供給路から前記ガス排出路まで延びていることを特徴とする。
【００１３】
本発明による第２の燃料電池セルにおいて、前記複数の分岐流路は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線を中心として対称に配置されているようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明による第２の燃料電池セルにおいて、前記分岐流路の断面積は、前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線から最も離れた分岐流路において最も大きく、分岐流路が前記ガス供給路と前記ガス排出路とを結ぶ直線へ近付くにつれて小さくなるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガス流路に対面する位置に配置された多孔質層によって、ガス流路内で凝縮した水を吸収することができる。したがって、膜電極接合体へのガスの供給および膜電極接合体からのガスの排出を安定して行うことができる。これにより、燃料電池セルを安定して動作させ、当該セルから安定して電力を発生させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【００１７】
図１乃至図５は本発明によるセパレータおよび燃料電池セルの一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は燃料電池セルを示す分解斜視図であり、図２は多数のセルからなる燃料電池を示す斜視図であり、図３はセパレータを示す平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池セル１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ）４０と、膜電極接合体４０の両側に配置された一対のセパレータ２０，２１と、を有している。膜電極接合体４０は、電解質膜５０と、電解質膜５０の両側に配置された一対の触媒担持電極４１，４６と、を有している。そして、図２に示すように、この燃料電池セル１０が積み重ねられ、所望の起電力を有する燃料電池１５（スタック１５ａ）が形成される。
【００１９】
このうちまず、セパレータ２０，２１について詳述する。図１に示すように、セパレータ２０，２１と膜電極接合体４０との間には、ガス流路３０が形成される。このガス流路３０を介し、燃料ガス（以下に説明する例においては、水素）および燃料ガスと反応するガス（以下に説明する例においては、酸素）がそれぞれ別の側から膜電極接合体４０へ供給されるようになっている。本実施の形態においては、図１における右側のセパレータ２０の側から水素が供給され、図１における左側のセパレータ２１の側から酸素が供給されるようになっている。そして、二つのセパレータ２０，２１は、略同一の構成を有している。以下におけるセパレータの説明は、特筆しない限りにおいて、両方のセパレータ２０，２１に関する説明である。
【００２０】
図１、図３および図４に示すように、本実施の形態において、セパレータ２０，２１は、膜電極接合体４０と対面して配置されるセパレータ本体２５と、セパレータ本体２５の膜電極接合体４０に対面する側の表面上に設けられた多孔質層２７と、を有している。
【００２１】
図１および図３に示すように、セパレータ本体２５は、直角四辺形の板状に形成されている。セパレータ本体２５には、四隅のそれぞれの近傍に一つずつ貫通孔２２が形成されている。また、図４に示されているように、セパレータ本体２５には、膜電極接合体４０に対面する表面の側から溝２３が形成されている。そして、この溝２３が、後に詳述するガス流路３０を形成するようになる。
【００２２】
このようなセパレータ本体２５は、カーボンと樹脂との混合物であるカーボン樹脂や、ステンレス、アルミニウムまたは銅等の金属を用いることができる。ただし、金属からセパレータ本体２５を形成する場合には、耐食性を向上させることを目的として、セパレータ本体２５の表面を金めっきすることが好ましい。
【００２３】
多孔質層２７は、セパレータ本体２５の表面のうち、膜電極接合体４０とセパレータ本体２５との間に形成されるガス流路３０に対面する位置に配置されている。セパレータ本体２５の溝２３によってガス流路３０が形成された本実施の形態においては、多孔質層２７は、溝２３を画定する壁面２３ａ上に配置されている。とりわけ、本実施の形態においては、溝２３がその長手方向に直交する断面において矩形形状を有し、溝２３の底面をなす壁面２３ａ上に多孔質層２７が形成されている。
【００２４】
多孔質層２７は、例えば、多数の粒子（粉体）を焼結してなる多孔質構造から構成され得る。多孔質構造は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）Ａｌ2Ｏ3の粒子や二酸化珪素ＳｉＯ2の粒子等をセパレータ本体２５の溝２３内に配置し、その後に焼成することにより、得られる。このようにして得られた多孔質構造は、セパレータ本体２５の溝２３内に固定された状態となる。
【００２５】
次に、セパレータ本体２５の溝２３からなるガス流路３０について詳述する。図３に示すように、本実施の形態において、ガス流路３０は、ガス供給路３１と、ガス排出路３３と、ガス供給路３１およびガス排出路３３の間をそれぞれ結ぶ複数の分岐流路３５と、を含んでいる。ガス供給路３１の一端は、セパレータ本体２５に形成された一つの貫通孔２２に接続されている。後述するように、この貫通孔２２にはガスが供給されるようになり、供給されたガスが各燃料電池セル１０のガス流路３０内へ流れ込むようになる。一方、ガス排出路３３の一端は、セパレータ本体２５に形成された他の一つの貫通孔２２に接続されている。後述するように、各燃料電池セル１０のガス流路３０内のガスは、この貫通孔２２へ流れ込んで燃料電池セル１０から排出されるようになる。
【００２６】
ところで、図３における点線は、セパレータ本体２５の膜電極接合体４０に対向する面のうち、膜電極接合体４０の触媒担持電極４１，４６に対面する領域を示している。すなわち、複数の分岐流路３５は、触媒担持電極４１，４６に対面する領域内に延び広がっており、触媒担持電極４１，４６の略全面にガスを供給することができるようになっている。
【００２７】
本実施の形態において、各分岐流路３５は、セパレータ本体２５の板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なるセパレータ本体２５の板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、ガス供給路３１からガス排出路３３まで延びている。図３に示す例に基づいてより具体的に説明すると、各分岐流路３５は、図面の左右方向において左側から右側へ向かうとともに、図面の上下方向において上側から下側へ向かいながら、ガス供給路３１からガス排出路３３まで延びている。このようなガス流路３０は、一方向および他方向の両方向において方向転換しない、言い換えると、ガス流路３０は折り返し部分を含まない。したがって、ガス流路３０内を流れるガスの圧力損失は極めて小さくなる。
【００２８】
ここで、一方向と他方向とがなす角度は９０°以下、例えば９０°であることが好ましい。このようなガス流路３０によれば、例えば、前記一方向および他方向のいずれか一方が鉛直方向に沿うようにして、セパレータ２０，２１（燃料電池セル３０）が配置された場合、重力によって、ガス流路３０内の水が分岐流路３５に沿ってガス排出路３３まで移動することを促進することができる。
【００２９】
また、図３に示すように、本実施の形態において、複数の分岐流路３５は互いに交差していない。より詳細には、複数の分岐流路３５は、ガス供給路３１およびガス排出路３３以外の位置において、互いに接触していない。加えて、複数の分岐流路３５は、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌを中心として対称に配置されている。したがって、膜電極接合体４０の面内におけるガスの供給量のばらつきを抑制することができる。
【００３０】
さらに、図４に示すように、分岐流路３５の断面積Ｓは、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌから最も離れた分岐流路３５ａにおいて最も大きく、分岐流路３５がガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌへ近付くにつれて小さくなっていく。したがって、経路長が長くなり、これにより、膜電極接合体４０上のより多くの領域にガスを供給するようになる外方の分岐流路３５に、より大量のガスが流れ込むようになる。これにより、膜電極接合体４０の面内におけるガス供給量のばらつきを抑制することができる。
【００３１】
次に、膜電極接合体４０について説明する。上述したように、膜電極接合体４０は、プロトンＨ+が透過可能な電解質膜５０と、電解質膜５０の両側に配置された一対の触媒担持電極４１，４６と、を有している。触媒担持電極は、電解質膜５０の一方の側（図１における右側）に配置された水素極（燃料極）４１と、電解質膜５０の他方の側に配置された酸素極（空気極）４６と、を含んでいる。
【００３２】
各触媒担持電極４１，４６は、セパレータ２０，２１に対面するガス拡散層４２，４７と、電解質膜５０に対面する触媒層４４，４９と、を含んでいる。ガス拡散層４２，４７は、例えば、厚さ１００〜３００μｍ程度のカーボンペーパからなる。ガス拡散層４２，４７は、ガス流路３０の構成に起因したガス供給量の面内ばらつきを緩和して、触媒層４４，４９の全面にむらなくガスを供給することを目的としている。触媒層４４，４９は、カーボン繊維等によって構成された多孔質構造担体と、多孔質構造担体に担持された電極触媒と、を有している。多孔質構造担体の厚みは、例えば、１０〜００μｍ程度とすることができる。電極触媒としては、触媒層での電気化学反応にともなった活性化過電圧を小さくして起電力を高める材料、例えば白金や白金合金が用いられる。電極触媒は、比表面積を大きくするため、数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径を有した粒子であることが好ましい。
【００３３】
以上のような構成からなる燃料電池セル１０は、図２に示すように、重ねられてスタック１５ａを構成し、スタック１５ａとして燃料電池１５に組み込まれる。スタック１５ａにおいて、例えば導電性のセパレータ２０，２１を介し、隣り合う燃料電池セル１０の触媒担持電極４１，４６が直列接続されている。これにより、燃料電池１５は高い起電力を有するようになる。また、各燃料電池セル１０のセパレータ２０，２１に形成された貫通孔２２は、互いに接続されている。これにより、一列に並べられた貫通孔２２を介し、各燃料電池セル１０へ水素および酸素を供給することができ、また使用されなかった水素および酸素、並びに、生成された水を回収することができる。
【００３４】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３５】
まず、各燃料電池セル１０の水素極４１側のセパレータ２０に形成されたガス流路３０の一端に通じる貫通孔２２のうちの一つへ、水素ガスを送り込む。水素ガスは、貫通孔２２を介して、各燃料電池セル１０のガス流路３０内に流れ込む。水素ガスは、ガス流路３０内において、ガス供給路３１から分岐流路３５へと流れる。水素極４１と対面する位置に配置された分岐流路３５内において、水素ガスの一部は水素極４１内へ流れ込み、その他の水素ガスは、ガス排出路３３へと流れる。ガス排出路３３へ流れ込んだ水素ガスは、未反応ガスとして、貫通孔２２を介して燃料電池セル１０から排出される。
【００３６】
上述したように、分岐流路３５の断面積Ｓは、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌから最も離れた分岐流路３５ａにおいて最も大きく、分岐流路３５がガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌへ近付くにつれて小さくなっていく。また、複数の分岐流路３５は、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌを中心として対称に配置されている。したがって、ガス拡散層４２への水素ガス供給量の面内ばらつきを大幅に緩和して、ガス拡散層４２の全面に水素ガスを供給することができる。
【００３７】
水素極４１内へ流れ込んだ水素ガスは、ガス拡散層４２を経て触媒層４４へ到達する。この際、水素ガスは、ガス拡散層４２おいて拡散され、分岐流路３５の構成に起因したガス供給量の面内ばらつきがさらに緩和された状態で、触媒層４４の全面に供給される。触媒層４４において、水素分子Ｈ2は、電子ｅ-を放出してプロトン化（イオン化）Ｈ+する。その後、プロトンＨ+は、電解質膜５０を透過して、酸素極４６の触媒層４９へ到達する。
【００３８】
一方、水素ガスの供給と並行し、酸素ガスが、各燃料電池セル１０の酸素極４６側のセパレータ２１に形成されたガス流路３０の一端に通じる貫通孔２２のうちの一つへ送り込まれる。酸素ガスは、孔２２を介して、各燃料電池セル１０のガス流路３０内に流れ込む。上述した水素ガスと同様に、酸素ガスの一部は酸素極４６内へ流れ込み、その他の酸素ガスは、ガス排出路３３へと流れる。ガス排出路３３へ流れ込んだ酸素ガスは、未反応ガスとして、貫通孔２２を介して燃料電池セル１０から排出される。
【００３９】
水素極４１側のガス流路３０と同様に酸素極４６側のガス流路３０においても、分岐流路３５の断面積Ｓは、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌから最も離れた分岐流路３５ａにおいて最も大きく、分岐流路３５がガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌへ近付くにつれて小さくなっていく。また、複数の分岐流路３５は、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌを中心として対称に配置されている。したがって、ガス拡散層４７への酸素ガス供給量の面内ばらつきを大幅に緩和して、ガス拡散層４７の全面に酸素ガスを供給することができる。
【００４０】
酸素極４６内へ流れ込んだ酸素ガスは、水素ガスと同様に、ガス拡散層４７で拡散されて触媒層４９へ到達する。触媒層４９において、酸素Ｏ2が、電子ｅ-と、電解質膜５０を透過してきたプロトンＨ+と、を取り込み、水Ｈ2Ｏが生成される。このような水の生成にともない、水素極４１および酸素極４６の間で電子の移動が生じることによって電力が生成される。酸素極４６の触媒層４９で生成された水は、ガス拡散層４７を経てガス流路３０へ移動する。その後、水は、未反応の酸素ガスとともにガス排出路３３へと流れ、貫通孔２２を介して燃料電池セル１０から排出される。
【００４１】
上述したように、生成される水は、通常、酸素極４６での発熱により蒸気化している。しかしながら、燃料電池１５の動作開始時等、燃料電池１５の動作が安定していない時期には、ガス流路３０内において、壁面に結露が生じる等して、水が凝縮してしまうこともある。この場合、ガス流路３０内におけるガス流量に変動が生じ、燃料電池セル１０での起電力が安定しなくなるという不具合が生じる。さらに、線状の流路を多数箇所で折り返してなるサーペンタイン状にガス流路が形成されている場合、折り返し箇所に水が集まり、ガス流路が水によって塞がれてしまうことすらある。この場合、膜電極接合体４０へ必要なガスを供給することができなくなり、当該燃料電池セルから電力を得ることができなくなる。
【００４２】
しかしながら、本実施の形態においては、セパレータ本体２５のガス流路３０に対面する領域に多孔質層２７が形成されている。そして、この多孔質層２７によって生成された液体としての水が吸収保持されるようになる。したがって、ガス流路３０が液体の水によって細くなってしまう等の不具合を防止することができる。これにより、膜電極接合体４０へのガスの供給および膜電極接合体４０からのガスおよび水の排出を安定して行うことができ、予定された起電力を安定して得ることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、上述したように、各分岐流路３５は、セパレータ本体２５の板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、一方向とは異なるセパレータ本体２５の板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、ガス供給路３１からガス排出路３３まで延びている。このようなガス流路３０によれば、例えば、前記一方向および他方向のいずれか一方が鉛直方向に沿うようにして、セパレータ２０，２１（燃料電池セル３０）が配置された場合、重力によって、ガス流路３０内の水を分岐流路３５に沿ってガス排出路３３まで誘導することができる。そして、ガス流路３０内を分岐流路３５に沿ってガス排出路３３まで流れた水は、孔２２を介して燃料電池セル１０から排出されて回収されるようになる。したがって、燃料電池セル１０内で凝縮した水が、ガス排出路以外の特定の箇所に集まり、ガス流路３０が塞がれてしまうことを防止することができる。とりわけ、本実施の形態によれば、図３に示すように、複数の分岐流路３５は、ガス供給路３１とガス排出路３３とを結ぶ直線Ｌを中心として対称に配置されている。したがって、燃料電池セル１０の配置方法によらず、複数の分岐流路３５のすべてが凝縮した水で詰まってしまうことを防止することができる。
【００４４】
ところで、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等の燃料電池セル１０において、膜電極接合体４０の電解質膜５０におけるプロトンの伝導度は、電解質膜５０内の水分量に大きく依存する。そして、電解質膜５０内の水分量が適量である場合には、極めて優れたプロトン伝導度を呈示し、電解質膜５０内の水分量が低くなると、プロトン伝導度は低下する。そして、本実施の形態によれば、ガス流路３０内にガスとともに液体の水を適宜供給する等して、水素極４１側のセパレータ２０の多孔質層２７および酸素極４６側のセパレータ２１の多孔質層２７に適量の水分を吸収させておくことにより、燃料電池セル１０内を適度な湿度に維持することができる。これにより、電解質膜５０の保水を達成することができ、燃料電池セル１０を適切な条件の下において高効率で動作させることができる。
【００４５】
このようにして各燃料電池セル１０において電力が生成される。そして、上述したように、燃料電池１５のスタック１５ａにおいて、複数の燃料電池セル１０は互いに直列に接続されている。これにより、燃料電池１５は所望の起電力を有するようになる。
【００４６】
以上のような本実施の形態によれば、ガス流路３０内に水が凝縮したとしても、ガス流路３０に対面する位置に配置された多孔質層２７によって水を吸収することができる。したがって、水が凝縮したとしても、ガス流路３０の断面積を変化させることはない。これにより、膜電極接合体４０へのガスの供給および膜電極接合体４０からのガスおよび水の排出を安定して行うことができる。結果として、燃料電池セル１０を安定して動作させ、当該セル１０から安定して電力を発生させることができる。また、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等の燃料電池セル１０は、膜電極接合体４０に含まれる電解質膜５０が加湿されていないと、十分に機能しない。そして、本実施の形態によれば、適宜ガス流路３０へ液体の水を供給しながら、多孔質層２７に水を含ませておくことにより、ガス流路３０内を適度な湿度に保つことができる。これにより、燃料電池セル１０を優れた効率で動作させることができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態に関し、本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【００４８】
例えば、上述した実施の形態において、各分岐流路３５が、セパレータ本体２０，２１の板面に沿った一方向において一側から他側へ向かうとともに、前記一方向とは異なるセパレータ本体２０，２１の板面に沿った他方向において一側から他側へ向かいながら、ガス供給路３１からガス排出路３３まで延びていることと、セパレータ本体２５の表面のうちのガス流路３０に対面する領域内に多孔質層２７を形成することと、の二つ構成により、凝縮水によって、膜電極接合体４０へのガスの供給および膜電極接合体４０からのガスの排出が安定せず、燃料電池セル１０の動作が不安定となることを防止する例を示したが、これに限られない。これら二つの構成のうちのいずれか一つの構成のみを燃料電池セル１０（セパレータ２０，２１）に適用するようにしてもよい。すなわち、上述したセパレータ２０，２１から多孔質層２７を省いてもよい。あるいは、他の構成を有するガス流路３０に対面するようにして多孔質層２７を設けるようにしてもよい。一例として、図５に示すように、線状の流路を多数箇所で折り返してなるサーペンタイン状（曲がりくねって蛇行した形状、serpentine）の溝２４がセパレータ本体２５形成され、この溝２４の壁面の少なくとも一部分上に、多孔質層２７が形成されるようにしてもよい。なお、図５に示す例は、溝２４の形状が異なるだけで他は上述したセパレータ２０，２１と略同一である。したがって、図５において、上述した実施の形態と同一部分には同一符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００４９】
また、上述した実施の形態において、セパレータ本体２５に溝２３が形成され、この溝２３によってガス流路３０が構成される例を示したが、これに限られない。例えば、触媒担持電極４１，４６のガス拡散層４２，４７に溝が形成され、ガス拡散層４２，４７の溝によって、あるいは、ガス拡散層４２，４７の溝およびセパレータ本体２５の溝の両方によって、ガス流路が構成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による一実施の形態を示す図であって、燃料電池セルを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明による一実施の形態を示す図であって、図１に示されたセルを含む燃料電池（スタック）を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示された燃料電池セルに組み込まれたセパレータを示す平面図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図５は、図３に対応する図であって、セパレータの一変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  燃料電池セル
１５  燃料電池
１５ａ  スタック
２０，２１  セパレータ
２３，２４  溝
２５  セパレータ本体
２７  多孔質層
３０  ガス流路
３１  ガス供給路
３３  ガス排出路
３５  分岐流路
【図１】
2009099360.tif 000003
【図２】
2009099360.tif 000004
【図３】
2009099360.tif 000005
【図４】
2009099360.tif 000006
【図５】
2009099360.tif 000007