JP2005166543A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】反応ガス流路４ｃから水流路７へポーラスセパレータ３ｃを介して反応ガスが漏洩するのを防ぐことができる燃料電池を提供する。
【解決手段】ポーラスセパレータ３ｃの電極２ｃに接触する面には反応ガス流路４ｃを形成し、他面２０ｓには水流路形成プレート８と接触し、ポーラスセパレータ３ｃと水流路形成プレート８の合わせ面２０にそれぞれ形成された第一溝路５と第二溝路６を組み合わせることにより、水流路７を形成する。このとき、水流路７を流通する水に対して上側に位置する第一溝路５の上側溝側面５０を、水流路形成プレート８との接触面３１に向かって上に傾いた斜面９により形成する。また、第二溝路６の斜面９に連なる上側溝側面６０の端部６１を、斜面９の端部５１と同じか、またはそれよりも上方に位置するように構成することで、第一溝路５中の気泡を第二溝路６に移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池に関する。特に、ポーラスプレートを用いた内部加湿型の燃料電池 に関する。

燃料電池システムは燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうちアノードに水素を含有する燃料ガスを、カソードに酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取出す。各電極では、下記（１）、（２）に示す反応が行われる。

アノード：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- ・・・（１）
カソード：１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
アノードに燃料ガスを供給する方法としては、水素貯蔵装置から水素を直接供給する方法や、ガソリンやアルコール、天然ガス等の燃料を改質した水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。カソードに供給する酸化剤ガスとしては、一般に空気が用いられる。

固体高分子型燃料電池では、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電解質膜面内に効果的に分配するために、また、これらの反応ガスの混合を防止するためにセパレータを電解質膜および電極を狭持する形で配置する構造が一般的である。このセパレータに関する導電性、機械的特性、ガス配流、電池内で存在する水の管理手段向上を目的に、様々な検討がなされている。

一般的に、上記反応ガスを互いに隔離するためのセパレータには、金属やガスの不透過な緻密性カーボンが用いられてきた。一方で、電池内の自己加湿機能や余剰水分の除去を目的とした多孔質基材のセパレータを用いた燃料電池も知られている。

例えば、多孔質セパレータに金属酸化物を担持させることにより、従来撥水性を示すカーボン製に親水機能を付与し、反応面で発生した凝縮水を効果的にプレート内に吸水させるものが知られている（例えば、特許文献１、参照。）。
米国特許第５８４０４１４号明細書

このように、多孔質セパレータを用いた場合には、凝縮水の回収を行うことにより流路の水詰まりを抑制すると共に、流路表面に水分が存在するため、流路内の反応ガスの加湿を行うことができる。しかしながら、冷却水流路内で発生、または混入した気泡の一部が流路表面に停滞した場合、その部分で水が多孔質プレート内部に浸透し難くなる。一方で、反応面では多孔質プレート表面から水が蒸発し続けるために、結果としてセパレータの部分的なドライアウトが発生し、プレート内の水シール機能が低下して、反応ガスが純水流路内に漏洩するという問題があった。

そこで本発明は、上記問題を鑑みて、純水流路内の気泡によるプレート内の部分的なドライアウトを抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、ポーラスな素材で形成されたセパレータの電極層と接触する一面にはガス流路が形成され、前記セパレータの他面には水流路形成プレートが接触し、これらセパレータと水流路形成プレートの合わせ面には、セパレータ側に設けた第一の溝路と、水流路形成プレート側に設けた第二の溝路とを組み合わせて形成される水流路が設けられる。前記セパレータに設けた第一溝路のうち、水の流れの上側に位置する溝側面は、前記水流路形成プレートとの接触面に向けて上向きの傾きをもった斜面で形成され、前記水流路形成プレートに設けた第二溝路の溝側面のうち、前記斜面に連なる溝側面の端部は、前記斜面の端部と同じか、またはそれよりも上方に位置する。

セパレータに設けた第一溝路のうち、水の流れの上側に位置する溝側面は、前記水流路形成プレートとの接触面に向けて上向きの傾きをもった斜面で形成され、前記水流路形成プレートに設けた第二溝路の溝側面のうち、前記斜面に連なる溝側面の端部は、前記斜面の端部と同じか、またはそれよりも上方に位置する。これにより、第一溝路内の気泡が第二溝路に移動するので、水流路内部でポーラスな素材により形成されたセパレータに気泡が接触して部分的なドライアウトを生じるのを抑制することができる。

本実施形態に用いる燃料電池を構成する単位セルの概略構成を図１に示す。燃料電池を、図１に示す単位セル１０を複数個積層することにより構成する。または、燃料電池を一つの単位セル１０から構成してもよい。

単位セル１０を、膜電極接合体１１、セパレータ３、水流路形成プレート８を積層することにより構成する。膜電極接合体１１をアノード側セパレータ３ａとカソード側セパレータ３ｃにより狭持し、アノード側セパレータ３ａとカソード側セパレータ３ｃの少なくとも一方に隣接して水流路形成プレート８を配置する。

膜電極接合体１１を、高分子電解質膜１と、これを狭持する一対のガス拡散電極２であるアノードガス拡散電極２ａ、カソードガス拡散電極２ｃとから構成する。ガス拡散電極２を、それぞれ触媒層とガス拡散層から構成する。ここでは、ガス拡散層の高分子電解質膜１に接触する面に、Ｐｔ等の触媒を担持させることにより各ガス拡散電極２を構成する。なお、触媒層とガス拡散層とを別々に形成して組み立て時に一体化したり、高分子電解質膜１の表面に触媒を塗布することにより触媒層を形成したりしてもよい。

このような膜電極接合体１１に隣接してアノード側セパレータ３ａ、カソード側セパレータ３ｃを配置する。アノード側セパレータ３ａの膜電極接合体１１と接触する面には溝状のアノードガス流路４ａを形成し、その背面には、溝状の不凍結媒体流路１２を形成する。不凍結媒体流路１２には、エチレングリコール等を主成分とした不凍液（ＬＬＣ）を流通させ、単位セル１０の温度を調整可能とする。

アノード側セパレータ３ａは、アノードガスおよび不凍液の不透過性を有するような緻密なカーボン材により構成される。例えば、JISＫ７１２６に従い、１０^-13[cc・cm(cm²/sec・cmHg)]とする。不凍液の透過性に関しては、アノード側セパレータ３ａを挟んだ両面に純水および不凍液(例えば、エチレングリコール５０％希釈溶液)を配置した後、５００時間後の純水の化学分析およびアノード側セパレータ３ａを構成するプレートの機械特性変化を評価する。

一方、カソード側セパレータ３ｃの膜電極接合体１１と接触する面には溝状のカソードガス流路４ｃを形成し、その背面２０ｓには純水を流通する水流路７の一部となる第一溝路５を形成する。カソード側セパレータ３ｃをポーラスなカーボン材により構成する。このため、第一溝路５が形成する水流路７を流れる純水の一部は、毛細管現象によりカソード側セパレータ３ｃ内に浸透し、カソードガス流路４ｃを形成する溝表面に到達する。その結果、カソードガス流路４ｃを流通するカソードガスを水シールできると共に、カソードガス流路４ｃに乾燥したカソードガスが供給された際に溝表面から水分が蒸発することによりカソードガスを加湿することができる。また、カソードガス流路４ｃ内に生じた生成水、凝縮水をカソード側セパレータ３ｃ内に吸水することにより、流路の水詰まりを抑制することができる。さらに、水流路７を流通する純水は、不凍結媒体流路１２を流通する不凍液と同様に、単位セル１０で生じた熱を除去することができる。

さらに、このようなカソード側セパレータ３ｃのカソードガス流路４ｃを形成した面の背面２０ｓに隣接して、水流路形成プレート８を配置する。水流路形成プレート８の、カソード側セパレータ３ｃに接触する面２０ｐには、溝状の第二溝路６を形成する。第二溝路６を、第一溝路５と略対峙する位置に形成し、第一溝路５と第二溝路６とを組み合わせることにより水流路７を形成する。言い換えれば、第二溝路６は第一溝路５内部に連通する位置に形成される。

また、水流路形成プレート８を緻密材により構成する。ここで、単位セル１０を複数積層する場合には、水流路形成プレート８の面２０ｐの背面には、アノード側セパレータ３aの不凍結媒体流路１２を形成した面が接触する。そこで、水流路形成プレート８を、水および不凍液に関して不透過性を有する部材により構成する。例えば、アノード側セパレータ３ｃを構成する部材と同様の部材により形成する。

次に、上述した、ポーラス材により形成したカソード側セパレータ３ｃに接触する水流路７内に気泡が存在している状態を図２（ｂ）に示す。

水流路７内には、流通する純水中に気泡が混入したり、水流路７内で気泡が発生したりすることにより、その気泡が水流路７内に滞留してしまう可能性がある。例えば、図２に示すように、単位セル１０の積層面が略垂直方向であり、水流路７内の純水の流通方向が略水平方向となる部分では、水流路７内に滞留した気泡が第一溝路５の溝側面に接触した状態となる可能性がある。このような場合には、気泡とカソード側セパレータ３ｃとの接触部分において、カソード側セパレータ３ｃ内部への純水の拡散が阻害されてしまう。一方、カソード側セパレータ３ｃ表面からカソードガス流路４ｃを流通するカソードガスへの蒸発は継続して行われる。その結果、カソード側セパレータ３ｃに部分的なドライアウトが生じ、ここを通ってカソードガスが水流路７内に漏洩してしまう可能性がある。

そこで、このような部分的なドライアウトを抑制するために、水流路７を図１に示すように構成する。図１の点線円内に、水流路７の拡大図を示す。

水流路７を、カソード側セパレータ３ｃの面２０ｓに設けた第一溝路５と、水流路形成プレート８の面２０ｐに設けた第二溝路６とを組み合わせて形成する。第一溝路５を形成する溝表面のうち、水の流れの上側に位置する上側溝側面５０を、水流路形成プレート８との接触面２０ｓに向けて上向きの傾きを持った斜面９により形成する。ここでは、第一溝路５を、溝幅が接触面２０ｓに向かって徐々に広くなるテーパ形状に形成する。

また、第二溝路６を、溝幅が接触面２０ｐに向かって徐々に幅が広くなるテーパ形状に形成する。ただし、少なくとも、第一溝路５の断面におけるテーパ角θ₁が、第二溝路６のテーパ角θ₂より大きくなるように構成する。例えば、テーパ角θ₁を１５°、テーパ角θ₂を５°とする。第一溝路５から第二溝路６への気泡の移動を確実に、かつ、速やかに行うために、テーパ角θ₁は大きい方が好ましい。また、第二溝路６から第一溝路５に気泡が移動するのを抑制するために、テーパ角θ₂はできる限り小さいほうが好ましい。

また、第二溝路６の溝側面のうち、第一溝路５の斜面９に連なる上側溝側面６０の端部６１は、上側溝側面５０（斜面９）の端部５１と同じか、またはそれよりも垂直上方に位置するように形成する。ここでは、端部６１と端部５１は略同じ位置となるように構成する。また、第一溝路５の溝側面のうち下方に位置する下側溝側面５２の端部５３と、第二溝路６の溝側面のうち下方に位置する下側溝側面６２の端部６３とが、略同じ位置に配置されるように形成する。つまり、カソード側セパレータ３ｃと水流路形成プレート８の合わせ面２０に形成された凹凸が、略一致するように形成する。

このように水流路７を形成した際の水流路７内の気泡の状態を図２（ａ）に示す。

水流路７内に混入または発生した気泡は、水流路７内の垂直上方に存在する。例えば、気泡が第一溝路５内で発生した場合には、上側溝側面５０を形成する斜面９に気泡が接触し、その後斜面９の傾斜の影響により第二溝路６内に移動する。第二溝路６が形成されている水流路形成プレート８は、緻密材により構成されているため、気泡が第二溝路６を形成する溝表面に接触することによる影響を受けず、水流路７内に気泡が存在する場合に生じる反応ガスの漏洩、発電効率の低下を避けることができる。

なお、このような効果を得ることができる水流路７の形状は上記の限りではない。図３（図３−１、図３−２）に水流路７の形状例を示す。なお、図１に示した水素路７の形状を形状例１とする。

図３（ａ）に、水流路７の形状例２を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第一溝路５の上側溝側面５０を、円弧形状の斜面９ａにより形成する。ここでは、第一溝路５の溝表面全体を円弧形状に形成して、第一溝路５の溝表面に気泡の滞留しやすい角部が形成されるのを避ける。また、溝表面全体を円弧形状とすることにより、第一溝路５を成形する際の加工を簡易化する。ただし、上側溝側面５０を形成する斜面９ａに相当する円弧形状の略上半分については、溝表面全ての接線が接触面２０ｓに向かって上向きに傾くように形成する。つまり、斜面９ａを、連続的に、面２０ｓに向かって上向きの傾斜を持つ面により形成する。これにより、第一溝路５内の気泡を、斜面９ａの円弧形状に沿って、隣接する第二溝路６に移動させることができる。

図３（ｂ）に、水流路７の形状例３を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

ここでは、各溝路５、６の下側溝側面５２、６２においてその端部５３、６３を互いに一致させずに形成した。ここでは、端部６３が端部５３の上方に位置するように形成した。溝底面５４、６４および接触面２０ｓ、２０ｐにおけるそれぞれの溝幅が、第一溝路５に比べて第二溝路６のほうが小さくなるように形成する。例えば、第一溝路５の断面積を要求される水流量を十分に流通できる大きさとし、第二溝路６の断面積を気泡を回収できる大きさとする。このように、第一溝路５の断面を大きくして流通する水流量を増大することにより、発熱を生じる膜電極接合体１１近傍を流れる純水流量を増大することができるので、純水による冷却機能を向上することができる。

図３（ｃ）に、水流路７の形状例４を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

ここでは、第二溝路６の上側溝側面６０の端部６１を、第一溝路５の上側溝側面５０の端部５１より上方に配置する。これにより、一度、第二溝路６内に回収された気泡が、再び第一溝路５に移動するのを抑制することができる。また、第二溝路６内に回収することができる気泡の体積を増大することができる。

また、第一溝路５の下側溝側面５２にテーパを設けず、接触面２０ｓおよび溝底面５４に対して垂直とする。これにより、第一溝路５の溝底面５４の面積を増大することができるので、発熱を生じる膜電極接合体１１近傍を流れる水の量を増大することができ、冷却機能を向上することができる。

図３（ｄ）に、水流路７の形状例５を示す。以下、形状例４と異なる部分を説明する。

第一溝路５の上側溝側面５０を、面２０ｓに向かって上向きの傾きを持っている複数の斜面９により形成する。ここでは二つの斜面９ｂ、９ｃにより上側溝側面５０を形成する。斜面９ｃは、斜面９ｂと溝底面５４との為す角を面取りすることにより形成される面とする。このように、隣接する平面どうしが為す角の角度が大きくなるように形成することで、気泡が滞留しにくい形状とすることができる。また、上側溝側面５０を連続的に傾きが上向きの斜面により形成することにより、第一溝路５内で気泡が滞留するのを確実に抑制することができる。

図３（ｅ）に、水流路７の形状例６を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第一溝路５の溝表面のうち、上側溝側面５０を円弧形状の傾斜９ａにより形成する。このとき、形状例２と同様に、傾斜９ａは、連続的に、面２０ｓに向かって上向きの傾きを持つ円弧面により形成する。このように、上側溝側面５０のみを円弧形状に形成した場合にも、形状例２と同様の効果を得ることができる。

図３（ｆ）に、水流路７の形状例７を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第一溝路５の断面を三角形状に形成する。それぞれ平面より形成された上側溝側面５０と下側溝側面５２とが、頂部５５で接触するように形成することで、溝断面を三角形状に形成する。このように形成した場合には、上側溝側面５０の傾き(テーパ角θ₁に相当)を大きくすることができるので、第一溝路５内の気泡を第二溝路６に確実に、かつ、速やかに移動させることができる。

図３（ｇ）に、水流路７の形状例８を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第二溝路６の上側溝側面６０を、接触面２０ｐに向かって傾きが下向きの斜面１０により形成する。ここでは、斜面１０が、接触面２０ｓに向かって上向きの傾きをもつ斜面９（上側溝側面５０）の延長形状となるように形成する。このように形成することで、第一溝路５から第二溝路６への気泡の移動を確実に、かつ、スムーズに行うことができる。また、第二溝路６に移動した気泡は溝底面６４近傍に滞留するので、第一溝路５に再び移動するのを抑制し、また、気泡がポーラス材により形成されたカソード側セパレータ３ｃに接触し難くすることができる。

図３（ｈ）に、水流路７の形状例９を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第一溝路５に対して第二溝路６を上方に配置する。上側溝側面６０の端部６１を、上側溝側面５０の端部５１より上方に、下側溝側面６２の端部６３を下側溝側面５２の端部５３より上方に配置する。ただし、第一溝路５と第二溝路６の内部が連通するように形成する。つまり、第一溝路５の開口部と第二溝路６の開口部の一部が重なるように形成する。

このように形成することで、第一溝路５から第二溝路６に移動した気泡が、再度第一溝路５に移動し難くすることができる。また、各溝路５、６を形成する際に、第二溝路６が第一溝路５の上方に位置するように形成すればよいので、溝を形成する位置を略同一とする場合に比べて精度を必要とせず、製造を簡易化することができる。

図３（ｉ）に、水流路７の形状例１０を示す。以下、形状例９と異なる部分を説明する。

形状例９に示した水流路７において、第二溝路６の溝表面を円弧または楕円形状に形成する。このように形成した場合にも、形状例９と同様の効果を得ることができる。また、第二溝路６を構成する溝の加工を容易にすることができる。

図３（ｊ）に、水流路７の形状例１１を示す。以下、形状例１と異なる部分を説明する。

第二溝路６の溝側面６０、６２を溝底面６４に対して垂直に形成する。ここで、溝側面６０を、接触面２０ｐに向かって下向きの傾斜を持つように形成する際には、加工が比較的困難となる。また、溝側面６０を、接触面２０ｐに向かって上向きの傾斜を持つように形成すると、第二溝路６から第一溝路５へ気泡が移動し易くなる。そこで、溝側面６０を、接触面２０ｐに向かって水平に形成することで、比較的加工が簡単であり、かつ、気泡が第二溝路６から第一溝路５へ移動し難い形状とすることができる。

このような形状例１〜１１のいずれかを用いて、水流路７を構成する。このとき、第一溝路５の、少なくとも上側溝側面５０（斜面９）に親水処理を施す。ここでは、例えば上側溝側面５０と下側溝側面５２に親水処理を施す。親水処理に際して、プレート表面に処理剤を塗布する場合には、これが溝底面５４の細孔を埋めてしまわないように、ごく表面のみの処理を行う。ここでは、溝側面５０、５２塗布後、カソード側セパレータ３ｃのカソードガス流路４ｃを形成した面側から加圧してカソード側セパレータ３ｃ内部にガスを通過させながら細孔を確保する。なお、このときの加圧は、電池の運転において、カソード側セパレータ３ｃの表裏で発生する差圧以上とする。

なお、水流路７の形状は上記の限りではなく、第一溝路５の気泡を第二溝路６に移動することができる形状であればよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。

ポーラスな素材で形成されたセパレータ３ｃの電極層２ｃと接触する一面にはガス流路４ｃが形成され、セパレータ３ｃの他面２０ｓには水流路形成プレート８が接触し、これらセパレータ３ｃと水流路形成プレート８の合わせ面２０には、セパレータ３ｃ側に設けた第一溝路５と、水流路形成プレート８側に設けた第二溝路６とを組み合わせて形成される水流路７が設けられる。セパレータ３ｃに設けた第一溝路５のうち、水の流れの上側に位置する上側溝側面５０は、水流路形成プレート８との接触面２０ｓに向けて上向きの傾きをもった斜面９で形成され、水流路形成プレート８に設けた第二溝路６の溝側面のうち、斜面９に連なる上側溝側面６０の端部６１は、上側溝側面５０（斜面９）の端部５１と同じか、またはそれよりも上方に位置する。これにより、第一溝路５に存在する気泡が第二溝路６に移動し、ポーラス材により形成されたセパレータ３ｃのガス流路４ｃ表面に気泡が滞留するのを抑制することができる。その結果、セパレータ３ｃ内の部分的なドライアウトが生じるのを抑制でき、反応ガス漏れに伴う発電効率の低下を抑制することができる。

特に、上側溝側面５０を、連続的に接触面２０に向かって上向きの傾きを持つように形成する。これにより、気泡を確実に、かつ、スムーズに第一溝路５から第二溝路６に移動させることができるので、さらにセパレータ３ｃに部分的なドライアウトが生じるのを避けることができる。

例えば、第一溝路５を、水流路形成プレート８との接触面２０ｓに向けて溝幅が増大するテーパ形状に構成する（形状例１、３、７、８〜１１）。これにより、上述したような形状を容易に形成することができる。

また、第二溝路６を、セパレータ３ｃとの接触面２０ｐに向かって溝幅が増大するテーパ形状に構成し、第一溝路５のテーパ角θ₁を、第２溝路６のテーパ角θ₂より大きく構成する（形状例１、３、７、９）。これにより、第一溝路５に存在する気泡を第二溝路６に移動させることができるとともに、第二溝路６の加工を容易に行うことができる。

または、第一溝路５の斜面９を円弧９ａにより形成する（形状例２、６）。これにより、第一溝路５内部に気泡が滞留し難くなるので、セパレータ３ｃの部分的なドライアウトを抑制することができる。

または、第一溝路５の斜面９を、複数の斜面９ｂ、９ｃにより構成する（形状例５）。このように構成した場合にも、第一溝路５に存在する気泡が第二溝路６に移動し、ポーラス材により形成されたセパレータ３ｃのガス流路４ｃ表面に気泡が滞留するのを抑制することができる。

水流路形成プレート８に設けた第二溝路６の溝側面のうち、斜面９に連なる上側溝側面６０を、セパレータ３ｃに向かって下向きの傾きをもった斜面１０で構成する（形状例８）。これにより、第二溝路６に移動した気泡が再び第一溝路５に移動するのを抑制し、また、ポーラス材により形成したセパレータ３ｃに気泡が接触するのを抑制することができる。

水流路形成プレート８に設けた第二溝路６の溝側面のうち、斜面９に連なる溝側面６０の端部６１を、斜面９の端部５１より上方に位置するように構成する（形状例４、５、９、１０）。これにより、第二溝路６に移動した気泡が再び第一溝路５に移動するのを抑制することができる。

また、発電反応により生じた熱を、水流路７を流通する純水により除去する。このように、加湿水として循環する純水を冷却水としても使用することができる。

第一溝路５の表面のうち少なくとも斜面９に、親水性処理を施す。これにより、ガス流路４ｃ内に存在する液水を、ポーラス状のセパレータ３ｃ内に回収することができるので、ガス流路４ｃの水詰まりを抑制することができる。

水流路形成プレート８を緻密材により構成する。これにより、気泡が第二溝路６に移動した際に、反応ガス漏れが発生するのを避けることができる。

なお、上記実施形態においては、カソード側セパレータ３ｃをポーラス材により形成したが、アノード側セパレータ３ａをポーラス材により形成してもよい。この場合には、アノード側セパレータ３ａに、水を供給または回収する水流路について、上記水流路７と同様の形状とすることができる。

このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。

本発明は、ポーラスセパレータと緻密プレートとの間に純水流路を有する燃料電池に適用することができる。例えば、反応領域の水供給や、反応領域からの水の回収といったような水マネージメントが必要となる固体高分子型燃料電池に適用することができる。

本実施形態に用いる燃料電池の単位セルの概略構成図と、水流路の形状例１を示す図である。 本実施形態に用いる気泡の状態を示す図である。 本実施形態に用いる水流路の形状例２〜７を示す図である。 本実施形態に用いる水流路の形状例８〜１１を示す図である。

符号の説明

２ ガス拡散電極（電極層）
３ セパレータ
４ ガス流路
５ 第一溝路
５０ 上側溝側面
５１ 端部
５２ 下側溝側面
６ 第二溝路
６０ 上側溝側面
６１ 端部
６２ 下側溝側面
７ 水流路
８ 水流路形成プレート
９ 斜面
９ａ 斜面（円弧形状の斜面）
９ｂ、９ｃ 斜面（複数の斜面）
１０ 斜面（第二溝路の上側溝側面を形成する斜面）
２０（２０ｓ、２０ｐ） 接触面（合わせ面）

Claims (10)

1. ポーラスな素材で形成されたセパレータの電極層と接触する一面にはガス流路が形成され、
   前記セパレータの他面には水流路形成プレートが接触し、
   これらセパレータと水流路形成プレートの合わせ面には、セパレータ側に設けた第一の溝路と、水流路形成プレート側に設けた第二の溝路とを組み合わせて形成される水流路が設けられ、
   前記セパレータに設けた第一溝路のうち、水の流れの上側に位置する溝側面は、前記水流路形成プレートとの接触面に向けて上向きの傾きをもった斜面で形成され、
   前記水流路形成プレートに設けた第二溝路の溝側面のうち、前記斜面に連なる溝側面の端部は、前記斜面の端部と同じか、またはそれよりも上方に位置することを特徴とする燃料電池。
2. 前記第一溝路を、前記水流路形成プレートとの接触面に向けて溝幅が増大するテーパ形状に構成する請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記第二溝路を、前記セパレータとの接触面に向かって溝幅が増大するテーパ形状に構成し、
   前記第一溝路のテーパ角を、前記第二溝路のテーパ角より大きく構成した請求項２に記載の燃料電池。
4. 第一溝路の前記斜面を円弧により形成する請求項１に記載の燃料電池。
5. 第一溝路の前記斜面を、複数の斜面により構成する請求項１に記載の燃料電池。
6. 前記水流路形成プレートに設けた第二溝路の溝側面のうち、前記斜面に連なる溝側面を、前記セパレータに向かって下向きの傾きをもった斜面で構成する請求項１に記載の燃料電池。
7. 前記水流路形成プレートに設けた第二溝路の溝側面のうち、前記斜面に連なる溝側面の端部は、前記斜面の端部より上方に位置する請求項１に記載の燃料電池。
8. 発電反応により生じた熱を、前記水流路を流通する水により除去する請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池。
9. 前記第一溝路の表面のうち少なくとも前記斜面に、親水性処理を施す請求項１に記載の燃料電池。
10. 前記水流路形成プレートを緻密材により構成する請求項１から９のいずれか一つに記載の燃料電池。

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