JP2014026960A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、反応ガス流路内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応ガス流路から排出することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６とを備える。第２セパレータ１６には、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとに連通して燃料ガス流路３２が設けられる。燃料ガス流路３２は、それぞれ水平方向に延在するとともに、重力方向に配列される複数の波形状流路部３２ａと、発電領域内で且つ重力方向最下部に配置され、水平方向に延在する平坦状流路部３２ｂとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、反応ガスを電極面に沿って水平方向に流通させる反応ガス流路が設けられる燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。燃料電池は、通常、複数積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、定置用の他、燃料電池車両に組み込まれることにより、車載用燃料電池システムとして使用されている。

燃料電池では、波状にプレス成形された金属セパレータが使用されるとともに、前記金属セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）とが設けられている。さらに、発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が金属セパレータの面方向に沿って設けられている。

この場合、冷却媒体流路は、燃料ガス流路の裏面形状と酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って構成されている。従って、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、それぞれ波形状流路により構成されるとともに、各波形状流路の裏面形状同士が互いに位相を異ならせて重なって、冷却媒体流路が形成されている（特許文献１）。

特開２００８−２９３６９４号公報

ところで、燃料電池では、高さ方向に制限されるスペースに収容される場合があり、例えば、横長形状の燃料電池が採用されている。この種の燃料電池では、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、水平方向に燃料ガス及び酸化剤ガスを流通させる必要がある。

その際、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を構成する各波形状流路は、水平方向に延在するため、下方に湾曲又は屈曲した後に上方に向かう凹状部が存在している。従って、特に重力方向下方に配置されている凹状部には、水が滞留し易くなり、例えば、セパレータから金属イオンが溶出するとともに、電極の貴金属が溶出するおそれがある。これにより、溶出イオンが電解質膜に取り込まれ、前記電解質膜が劣化する一方、電極性能が低下するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、反応ガス流路内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応ガス流路から排出することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、電極面が重力方向に沿った鉛直姿勢に配置され、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを前記電極面に沿って水平方向に流通させる反応ガス流路が設けられる燃料電池に関するものである。

この燃料電池では、反応ガス流路は、それぞれ水平方向に波状に延在するとともに、重力方向に配列される複数の波形状流路部と、発電領域内で且つ重力方向最下部に配置され、底部が水平方向に直線状に延在する平坦状流路部とを備えている。

また、この燃料電池では、平坦状流路部は、底部が水平方向に直線状に延在するとともに、前記底部と反対側の天井部が水平方向に波状に延在することが好ましい。

さらに、この燃料電池では、平坦状流路部の流路断面積は、波形状流路部の流路断面積よりも大きいことが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、セパレータは、金属セパレータにより構成されるとともに、前記金属セパレータには、波形状流路部がプレス成形されている。一方、電解質膜・電極構造体は、電極の外方に樹脂枠部材を一体に設け、平坦状流路部は、前記樹脂枠部材に一体に設けられる直線状凸部と波形状流路部との間に構成されることが好ましい。

また、この燃料電池では、平坦状流路部は、底部が水平方向に直線状に延在するとともに、前記底部と反対側の天井部が水平方向に直線状に延在することが好ましい。

さらに、この燃料電池では、平坦状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されるとともに、前記平坦状流路部に隣接する最下部の波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、第１セパレータ、第１電解質膜・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質膜・電極構造体及び第３セパレータが積層されている。第２セパレータは、第１電解質膜・電極構造体に対向する第１面には、底部が水平方向に直線状に延在し且つ前記底部と反対側の天井部が水平方向に直線状に延在する平坦状流路部が設けられ、前記平坦状流路部に隣接する最下部の波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されている。一方、第２電解質膜・電極構造体に対向する第２面には、底部が水平方向に直線状に延在し且つ前記底部と反対側の天井部が水平方向に波状に延在する平坦状流路部が設けられ、前記平坦状流路部に隣接する最下部の波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されることが好ましい。

本発明によれば、反応ガスは、反応ガス流路に沿って水平方向に流通されると、反応により水が生成されるとともに、この水は、前記反応ガス流路の重力方向下方に移動して滞留し易い。その際、反応ガス流路の重力方向最下部には、底部が水平方向に直線状に延在する平坦状流路部が配置されている。

従って、反応ガス流路の重力方向下方に移動した水は、平坦状流路部の底部に沿って円滑に流動し、前記反応ガス流路から、すなわち、発電領域から排出される。これにより、簡単な構成で、反応ガス流路内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応ガス流路から排出することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図６中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１電解質膜・電極構造体の正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２電解質膜・電極構造体の正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１３中、ＸＩＶ−ＸＩＶ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図１３中、ＸＶ−ＸＶ線断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１６中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図１６中、ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図２１中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図２１中、ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの一方の面の正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの他方の面の正面説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図２６中、ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図２６中、ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、例えば、立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に積層されて車載用燃料電池スタックを構成する。

燃料電池１０は、横長形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１セパレータ（カソード側セパレータ）１４及び第２セパレータ（アノード側セパレータ）１６を備える。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、薄板状の金属プレートを、それぞれ波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する（図２及び図３参照）。

第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属セパレータにより構成される。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、カーボンセパレータで構成してもよい。

燃料電池１０の長辺方向である矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

図４に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）２６が形成される。酸化剤ガス流路２６は、それぞれ水平方向に波状に延在するとともに、重力方向に配列される複数の波形状流路部２６ａと、発電領域２５内で且つ重力方向最下部に配置され、底部２６ｂ_DOWNが水平方向に直線状に延在する平坦状流路部２６ｂとを備える。平坦状流路部２６ｂは、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂの底部２０ｂｕよりも上方に配置される。平坦状流路部２６ｂは、例えば、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに向かって下方に傾斜してもよい。

波形状流路部２６ａは、面１４ａ側に突出する波形状凸部２６ａａ間に形成されるとともに、平坦状流路部２６ｂは、前記面１４ａ側に突出する平坦状凸部２６ｂｂとこれに隣接する最下位置の波形状凸部２６ａａとの間に形成される。平坦状流路部２６ｂの天井部２６ｂ_UPは、上下にジグザグ状又は波状に構成される。平坦状流路部２６ｂの流路断面積は、波形状流路部２６ａの流路断面積よりも大きく設定される。

図３及び図４に示すように、平坦状流路部２６ｂの最小の流路幅Ｌ１の部位では、波形状流路部２６ａ間の流路幅Ｌ２と同等の寸法に設定される（Ｌ１＝Ｌ２）。波形状流路部２６ａは、水平方向に沿って一定の流路幅Ｌ２に設定される。図２に示すように、平坦状流路部２６ｂの最大の流路幅Ｌ３の部位では、波形状流路部２６ａ間の流路幅Ｌ２よりも大きな寸法に設定される（Ｌ２＜Ｌ３）。

図４に示すように、酸化剤ガス流路２６の入口側には、複数のエンボス２８ａを有する入口バッファ部２８が設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路２６の出口側には、複数のエンボス３０ａを有する出口バッファ部３０が設けられる。

図５に示すように、第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）３２が形成される。燃料ガス流路３２は、それぞれ水平方向に波状に延在するとともに、重力方向に配列される複数の波形状流路部３２ａと、発電領域３３内で且つ重力方向最下部に配置され、底部３２ｂ_DOWNが水平方向に直線状に延在する平坦状流路部３２ｂとを備える。平坦状流路部３２ｂは、燃料ガス出口連通孔２４ｂの底部２４ｂｕよりも上方に配置される。

波形状流路部３２ａは、面１６ａ側に突出する波形状凸部３２ａａ間に形成されるとともに、平坦状流路部３２ｂは、前記面１６ａ側に突出する平坦状凸部３２ｂｂとこれに隣接する最下位置の波形状凸部３２ａａとの間に形成される。平坦状流路部３２ｂの天井部３２ｂ_UPは、上下にジグザグ状又は波形状に構成される。平坦状流路部３２ｂの流路断面積は、波形状流路部３２ａの流路断面積よりも大きく設定される。

図３及び図５に示すように、平坦状流路部３２ｂの最小の流路幅Ｌ４の部位では、波形状流路部３２ａ間の流路幅Ｌ５と同等の寸法に設定される（Ｌ４＝Ｌ５）。波形状流路部３２ａは、水平方向に沿って一定の流路幅Ｌ５に設定される。図２及び図５に示すように、平坦状流路部３２ｂの最大流路幅Ｌ６の部位では、波形状流路部３２ａ間の流路幅Ｌ５よりも大きな寸法に設定される（Ｌ５＜Ｌ６）。

燃料ガス流路３２の入口側には、複数のエンボス３４ａを有する入口バッファ部３４が設けられるとともに、前記燃料ガス流路３２の出口側には、複数のエンボス３６ａを有する出口バッファ部３６が設けられる。燃料ガス入口連通孔２４ａと入口バッファ部３４との間には、複数の供給孔部３８ａが形成される。燃料ガス出口連通孔２４ｂと出口バッファ部３６との間には、複数の排出孔部３８ｂが形成される。

図１に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体流路４０が設けられる。冷却媒体流路４０は、酸化剤ガス流路２６の裏面形状と燃料ガス流路３２の裏面形状が重なり合って形成される。冷却媒体流路４０は、入口バッファ部４２を介して冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する一方、出口バッファ部４４を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する。

第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。

第１シール部材４６及び第２シール部材４８は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が使用される。

図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するカソード電極５２及びアノード電極５４とを備える。なお、固体高分子電解質膜５０は、フッ素系電解質膜の他、炭化水素（ＨＣ）系電解質膜を使用してもよい。

カソード電極５２及びアノード電極５４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層５２ａ、５４ａと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層５２ａ、５４ａの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層５２ｂ、５４ｂとを有する。電極触媒層５２ｂ、５４ｂは、固体高分子電解質膜５０の両面に形成される。

電解質膜・電極構造体１２は、固体高分子電解質膜５０、カソード電極５２及びアノード電極５４の外周部を周回して樹脂枠部材５６を備える。樹脂枠部材５６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等で構成される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、燃料電池１０内では、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、燃料電池１０内では、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。

酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路２６に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路２６の各波形状流路部２６ａに沿って矢印Ｂ方向に流通し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極５２に沿って移動する。

一方、燃料ガスは、図１及び図５に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給孔部３８ａを通って第２セパレータ１６の燃料ガス流路３２に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３２の各波形状流路部３２ａに沿って矢印Ｂ方向に流通し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極５４に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極５２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層５２ｂ、５４ｂ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出されて、矢印Ａ方向に流動する。同様に、アノード電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部３８ｂから燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出されて、矢印Ａ方向に流動する。

また、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔２２ａから第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２２ｂを移動して燃料電池１０から排出される。

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａには、酸化剤ガス流路２６が設けられている。そして、酸化剤ガス流路２６は、それぞれ水平方向に波状に延在する複数の波形状流路部２６ａと、発電領域２５内で且つ重力方向最下部に配置され、底部２６ｂ_DOWNが水平方向に直線状に延在する平坦状流路部２６ｂとを備えている。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路２６の各波形状流路部２６ａに沿って水平方向に流通されると、反応により水が生成される。この水は、カーボンペーパ等を介して酸化剤ガス流路２６の重力方向下方に移動するとともに、前記酸化剤ガス流路２６の下部側では、外部放熱が多くなり、温度が下がって結露する水の量が増加する。

一方、酸化剤ガス流路２６の重力方向最下部には、平坦状流路部２６ｂが配置されている。従って、各波形状流路部２６ａからカーボンペーパ等を介して重力方向下方に移動した水及び酸化剤ガス流路２６の下部側の結露水は、平坦状流路部２６ｂの底部２６ｂ_DOWNに沿って円滑に流動し、酸化剤ガス流路２６から、すなわち、発電領域２５から排出される。

これにより、簡単な構成で、酸化剤ガス流路２６内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記酸化剤ガス流路２６から排出することが可能になるという効果が得られる。このため、固体高分子電解質膜５０は、溶出イオンを取り込むことがなく、劣化を抑制するとともに、電極性能の低下を確実に阻止することができる。

さらに、平坦状流路部２６ｂの流路断面積は、波形状流路部２６ａの流路断面積よりも大きく設定されている。従って、表面張力による水の滞留を良好に抑制することが可能になり、効果的な排水処理が遂行される。

一方、図５に示すように、第２セパレータ１６の面１６ａには、燃料ガス流路３２が設けられている。そして、燃料ガス流路３２は、それぞれ水平方向に波状に延在する複数の波形状流路部３２ａと、発電領域３３内で且つ重力方向最下部に配置され、底部３２ｂ_DOWNが水平方向に直線状に延在する平坦状流路部３２ｂとを備えている。

このため、燃料ガスは、燃料ガス流路３２の各波形状流路部３２ａに沿って水平方向に流通されると、酸化剤ガス流路２６側から反応生成水が逆拡散される。この水は、燃料ガス流路３２の重力方向下方に移動する一方、前記燃料ガス流路３２の重力方向最下部には、平坦状流路部３２ｂが配置されている。

従って、各波形状流路部３２ａから重力方向下方に移動した水は、平坦状流路部３２ｂの底部３２ｂ_DOWNに沿って円滑に流動し、燃料ガス流路３２から、すなわち、発電領域３３から排出される。これにより、簡単な構成で、燃料ガス流路３２内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記燃料ガス流路３２から排出することが可能になるという効果が得られる。このため、固体高分子電解質膜５０は、溶出イオンを取り込むことがなく、劣化を抑制するとともに、電極性能の低下を確実に阻止することができる。

さらに、平坦状流路部３２ｂの流路断面積は、波形状流路部３２ａの流路断面積よりも大きく設定されている。従って、表面張力による水の滞留を良好に抑制することが可能になり、効果的な排水処理が遂行される。

図６〜図８に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池６０は、第１セパレータ６４、第１電解質膜・電極構造体６６ａ、第２セパレータ６８、第２電解質膜・電極構造体６６ｂ及び第３セパレータ７０を設ける。第１セパレータ６４、第１電解質膜・電極構造体６６ａ、第２セパレータ６８、第２電解質膜・電極構造体６６ｂ及び第３セパレータ７０は、水平方向に沿って積層されるとともに、電極面が重力方向に沿った鉛直姿勢で且つ水平方向に長尺な横長形状を有する。

第１セパレータ６４、第２セパレータ６８及び第３セパレータ７０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した横長形状の金属板により構成される。第１セパレータ６４、第２セパレータ６８及び第３セパレータ７０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

図６に示すように、燃料電池６０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂが設けられる。燃料電池６０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが設けられる。

燃料電池６０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ側の一方に、矢印Ａ方向に互いに連通して一対の冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられる。燃料電池６０の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａ側の他方に、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。

図９に示すように、第１セパレータ６４の第１電解質膜・電極構造体６６ａに向かう面６４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路２６Ａが形成される。

図６に示すように、第１セパレータ６４の面６４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとを連通する冷却媒体流路４０が形成される。冷却媒体流路４０は、第１酸化剤ガス流路２６Ａの裏面形状と後述する第２燃料ガス流路３２Ｂの裏面形状とが重なり合って形成される。

図１０に示すように、第２セパレータ６８の第１電解質膜・電極構造体６６ａに向かう面６８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する第１燃料ガス流路３２Ａが形成される。燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給孔部３８ａ１が形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出孔部３８ｂ１が形成される。

第２セパレータ６８の第２電解質膜・電極構造体６６ｂに向かう面６８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路２６Ｂが形成される。

図６に示すように、第３セパレータ７０の第２電解質膜・電極構造体６６ｂに向かう面７０ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する第２燃料ガス流路３２Ｂが形成される。燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給孔部３８ａ２が形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出孔部３８ｂ２が形成される。

供給孔部３８ａ２は、第２セパレータ６８の供給孔部３８ａ１よりも内側（燃料ガス流路側）に配置される一方、排出孔部３８ｂ２は、前記第２セパレータ６８の排出孔部３８ｂ１よりも内側（燃料ガス流路側）に配置される。

第３セパレータ７０の面７０ｂには、第２燃料ガス流路３２Ｂの裏面形状である冷却媒体流路４０の一部が形成される。第３セパレータ７０の面７０ｂには、前記第３セパレータ７０に隣接する第１セパレータ６４の面６４ｂが積層されることにより、冷却媒体流路４０が一体に設けられる。

第１セパレータ６４の面６４ａ、６４ｂには、この第１セパレータ６４の外周端部を周回して第１シール部材７２が一体成形される。第２セパレータ６８の面６８ａ、６８ｂには、この第２セパレータ６８の外周端部を周回して第２シール部材７４が一体成形される。第３セパレータ７０の面７０ａ、７０ｂには、この第３セパレータ７０の外周端部を周回して第３シール部材７６が一体成形される。第１シール部材７２、第２シール部材７４及び第３シール部材７６は、上記の第１シール部材４６及び第２シール部材４８と同様に構成される。

図７及び図８に示すように、第１電解質膜・電極構造体６６ａ及び第２電解質膜・電極構造体６６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するカソード電極５２及びアノード電極５４とを備える。カソード電極５２は、アノード電極５４及び固体高分子電解質膜５０の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する段差型ＭＥＡを構成している。

なお、カソード電極５２、アノード電極５４及び固体高分子電解質膜５０は、同一の表面積に設定してもよく、前記アノード電極５４は、前記カソード電極５２及び前記固体高分子電解質膜５０の平面寸法よりも小さな平面寸法を有していてもよい。

第１電解質膜・電極構造体６６ａは、カソード電極５２の終端部外方に位置して固体高分子電解質膜５０の外周縁部に第１樹脂枠部材８０が、例えば、射出成形等により一体成形される。第２電解質膜・電極構造体６６ｂは、カソード電極５２の終端部外方に位置して固体高分子電解質膜５０の外周縁部に第２樹脂枠部材８２が、例えば、射出成形等により一体成形される。第１樹脂枠部材８０及び第２樹脂枠部材８２を構成する樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。

第１樹脂枠部材８０のカソード電極５２側の面には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと第１酸化剤ガス流路２６Ａの入口側との間に位置して入口バッファ部８４ａが設けられるとともに、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと前記第１酸化剤ガス流路２６Ａの出口側との間に位置して、出口バッファ部８４ｂが設けられる。入口バッファ部８４ａ及び出口バッファ部８４ｂは、それぞれ複数のエンボスと複数のガイド流路とを有する。以下、同様である。

図１１に示すように、第１樹脂枠部材８０のアノード電極５４側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａと第１燃料ガス流路３２Ａとの間に位置して入口バッファ部８６ａが設けられるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂと前記第１燃料ガス流路３２Ａとの間に位置して、出口バッファ部８６ｂが設けられる。

第２樹脂枠部材８２のカソード電極５２側の面には、図６に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと第２酸化剤ガス流路２６Ｂとの間に位置して入口バッファ部８８ａが設けられるとともに、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと前記第２酸化剤ガス流路２６Ｂとの間に位置して出口バッファ部８８ｂが形成される。

第２樹脂枠部材８２のアノード電極５４側の面には、図１２に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａと第２燃料ガス流路３２Ｂとの間に位置して入口バッファ部９０ａが設けられるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂと前記第２燃料ガス流路３２Ｂとの間に位置して出口バッファ部９０ｂが設けられる。

第１酸化剤ガス流路２６Ａ及び第２酸化剤ガス流路２６Ｂは、上記の酸化剤ガス流路２６と同様に構成される。第１燃料ガス流路３２Ａ及び第２燃料ガス流路３２Ｂは、上記の燃料ガス流路３２と同様に構成される。

このように構成される燃料電池６０の動作について、以下に説明する。

先ず、図６に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから入口バッファ部８４ａを通って第１セパレータ６４の第１酸化剤ガス流路２６Ａに供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから入口バッファ部８８ａを通って第２セパレータ６８の第２酸化剤ガス流路２６Ｂに導入される。

酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路２６Ａに沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体６６ａのカソード電極５２に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路２６Ｂに沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体６６ｂのカソード電極５２に供給される。

一方、燃料ガスは、図６及び図１１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給孔部３８ａ１を通って入口バッファ部８６ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部８６ａを通って第２セパレータ６８の第１燃料ガス流路３２Ａに供給される。燃料ガスは、図６及び図１２に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給孔部３８ａ２を通って入口バッファ部９０ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部９０ａを通って第３セパレータ７０の第２燃料ガス流路３２Ｂに供給される。

燃料ガスは、第１燃料ガス流路３２Ａに沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体６６ａのアノード電極５４に供給されるとともに、第２燃料ガス流路３２Ｂに沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体６６ｂのアノード電極５４に供給される。

従って、第１電解質膜・電極構造体６６ａ及び第２電解質膜・電極構造体６６ｂでは、各カソード電極５２に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極５４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、第１電解質膜・電極構造体６６ａ及び第２電解質膜・電極構造体６６ｂの各カソード電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部８４ｂ、８８ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図６参照）。

第１電解質膜・電極構造体６６ａ及び第２電解質膜・電極構造体６６ｂのアノード電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部８６ｂ、９０ｂから排出孔部３８ｂ１、３８ｂ２を通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。

一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、図６に示すように、各冷却媒体入口連通孔２２ａから冷却媒体流路４０に供給される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体６６ａ及び第２電解質膜・電極構造体６６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。

この場合、第２の実施形態では、例えば、図１０に示すように、第２セパレータ６８の面６８ａには、第１燃料ガス流路３２Ａが設けられている。そして、第１燃料ガス流路３２Ａは、それぞれ水平方向に波状に延在する複数の波形状流路部３２ａと、発電領域３３内で且つ重力方向最下部に配置され、底部３２ｂ_DOWNが水平方向に直線状に延在する平坦状流路部３２ｂとを備えている（図７及び図８参照）。

このため、燃料ガスは、第１燃料ガス流路３２Ａの各波形状流路部３２ａに沿って水平方向に流通されると、第２酸化剤ガス流路２６Ｂ側から反応生成水が逆拡散される。この水は、第１燃料ガス流路３２Ａの重力方向下方に移動するとともに、前記第１燃料ガス流路３２Ａの下部側では、外部放熱が多くなり、温度が下がって結露する水の量が増加する。

一方、第１燃料ガス流路３２Ａの重力方向最下部には、平坦状流路部３２ｂが配置されている。従って、各波形状流路部３２ａからカーボンペーパ等を介して重力方向下方に移動した水及び第１燃料ガス流路３２Ａの下部側の結露水は、平坦状流路部３２ｂの底部３２ｂ_DOWNに沿って円滑に流動し、第１燃料ガス流路３２Ａから、すなわち、発電領域３３から排出される。

これにより、簡単な構成で、第１燃料ガス流路３２Ａ内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記第１燃料ガス流路３２Ａから排出することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１３〜図１５に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。

燃料電池１００は、横長形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体１０２と、前記電解質膜・電極構造体１０２を挟持する第１セパレータ（カソード側セパレータ）１０４及び第２セパレータ（アノード側セパレータ）１０６を備える。第１セパレータ１０４及び第２セパレータ１０６は、薄板状の金属プレートを、それぞれ波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する（図１４及び図１５参照）。

第１セパレータ１０４は、酸化剤ガス流路２６を構成する複数の波形状流路部２６ａを有するとともに、最下位置の波形状凸部２６ａａの下方には、平坦面が設けられる。同様に、最上位の波形状流路部２６ａの上方には、平坦面が設けられる。

第２セパレータ１０６は、燃料ガス流路３２を構成する複数の波形状流路部３２ａを有するとともに、最下位置の波形状凸部３２ａａの下方には、平坦面が設けられる。同様に、最上位の波形状流路部３２ａの上方には、平坦面が設けられる。

電解質膜・電極構造体１０２は、固体高分子電解質膜５０、カソード電極５２及びアノード電極５４の外周部を周回して樹脂枠部材１０８を備える。樹脂枠部材１０８には、酸化剤ガス流路２６に対向して直線状凸部１１０ａが一体に膨出形成される。直線状凸部１１０ａは、矢印Ｂ方向に延在して最下位置の波形状凸部２６ａａの下方に配置され、前記直線状凸部１１０ａと前記波形状凸部２６ａａとの間には、平坦状流路部２６ｃが形成される。

図１４及び図１５に示すように、平坦状流路部２６ｃの最小の流路幅Ｌ１１の部位は、前記平坦状流路部２６ｃの最大の流路幅Ｌ１２の部位に比べて小さな寸法に設定される（Ｌ１１＜Ｌ１２）。平坦状流路部２６ｃの最小の流路幅Ｌ１１の部位は、波形状凸部２６ａａ間の波形状流路部２６ａの流路幅Ｌ２よりも大きな寸法に設定される（Ｌ２＜Ｌ１１）。

樹脂枠部材１０８には、燃料ガス流路３２に対向して直線状凸部１１０ｂが一体に膨出形成される。直線状凸部１１０ｂは、矢印Ｂ方向に延在して最下位置の波形状凸部３２ａａの下方に配置され、前記直線状凸部１１０ｂと前記波形状凸部３２ａａとの間には、平坦状流路部３２ｃが形成される。

図１４及び図１５に示すように、平坦状流路部３２ｃの最小の流路幅Ｌ１３の部位は、前記平坦状流路部３２ｃの最大の流路幅Ｌ１４の部位に比べて小さな寸法に設定される（Ｌ１３＜Ｌ１４）。平坦状流路部３２ｃの最小の流路幅Ｌ１３の部位は、波形状凸部３２ａａ間の波形状流路部３２ａの流路幅Ｌ５よりも大きな寸法に設定される（Ｌ５＜Ｌ１３）。

このように構成される第３の実施形態では、酸化剤ガス流路２６は、それぞれ水平方向に波状に延在する複数の波形状流路部２６ａと、発電領域（図示せず）内で且つ重力方向最下部に配置され、底部が水平方向に直線状に延在する平坦状流路部２６ｃとを備えている。

従って、各波形状流路部２６ａからカーボンペーパ等を介して重力方向下方に移動した水及び酸化剤ガス流路２６の下部側の結露水は、平坦状流路部２６ｃに沿って、すなわち、直線状凸部１１０ａに沿って円滑に流動し、酸化剤ガス流路２６から排出される。これにより、簡単な構成で、酸化剤ガス流路２６内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記酸化剤ガス流路２６から排出することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１６〜図１８に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１２０は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。

燃料電池１２０は、横長形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１セパレータ（カソード側セパレータ）１２２及び第２セパレータ（アノード側セパレータ）１２４を備える。第１セパレータ１２２及び第２セパレータ１２４は、薄板状の金属プレートを、それぞれ波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する（図１７及び図１８参照）。

図１９に示すように、第１セパレータ１２２の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１２２ａには、酸化剤ガス流路２６を構成する複数の波形状流路部２６ａが設けられる。最下位置の波形状凸部２６ａａの下方には、山形状凸部２６ａｍが設けられる。山形状凸部２６ａｍは、上面が水平方向に沿ってジグザグ状又は波状を有する一方、下面が水平方向に沿って直線状を有する。

山形状凸部２６ａｍの下方には、平坦状流路部２６ｂｆが設けられる。平坦状流路部２６ｂｆは、面１２２ａ側に突出する平坦状凸部２６ｂｂとこれに隣接する山形状凸部２６ａｍとの間に形成される。平坦状流路部２６ｂｆの底部２６ｂ_DOWNは、平坦状凸部２６ｂｂの上面に沿って水平方向に直線状に延在するとともに、前記平坦状流路部２６ｂｆの天井部２６ｂ_UPは、山形状凸部２６ａｍの下面に沿って水平方向に直線状に延在する。平坦状流路部２６ｂｆは、水平方向に沿って一定の流路幅Ｌ１に設定される。

図２０に示すように、第２セパレータ１２４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１２４ａには、燃料ガス流路３２を構成する複数の波形状流路部３２ａが設けられる。最下位置の波形状凸部３２ａａの下方には、山形状凸部３２ａｍが設けられる。山形状凸部３２ａｍは、上面が水平方向に沿ってジグザグ状又は波状を有する一方、下面が水平方向に沿って直線状を有する。燃料ガス流路３２を構成する波形状凸部３２ａａ間の波形状流路部３２ａの流路幅Ｌ５、及び酸化剤ガス流路２６を構成する波形状凸部２６ａａ間の波形状流路部２６ａの流路幅Ｌ２は、それぞれ一定の流路幅に設定される（図１７〜図２０参照）。

山形状凸部３２ａｍの下方には、平坦状流路部３２ｂｆが設けられる。平坦状流路部３２ｂｆは、面１２４ａ側に突出する平坦状凸部３２ｂｂとこれに隣接する山形状凸部３２ａｍとの間に形成される。平坦状流路部３２ｂｆの底部３２ｂ_DOWNは、平坦状凸部３２ｂｂの上面に沿って水平方向に直線状に延在するとともに、前記平坦状流路部３２ｂｆの天井部３２ｂ_UPは、山形状凸部３２ａｍの下面に沿って水平方向に直線状に延在する。平坦状流路部３２ｂｆは、水平方向に沿って一定の流路幅Ｌ４に設定される。

図１６〜図１８に示すように、第１セパレータ１２２の面１２２ｂと第２セパレータ１２４の面１２４ｂとの間には、冷却媒体流路４０が設けられる。冷却媒体流路４０の下部には、山形状凸部２６ａｍ及び３２ａｍの裏面形状に沿って流路幅が変更する冷却媒体流路溝４０ａが設けられる（図１７及び図１８参照）。

このように構成される第４の実施形態では、簡単な構成で、例えば、酸化剤ガス流路２６内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記酸化剤ガス流路２６から排出することが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図２１〜図２３に示すように、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１３０は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、第２の実施形態に係る燃料電池６０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１３０は、第１セパレータ６４、第１電解質膜・電極構造体６６ａ、第２セパレータ１３２、第２電解質膜・電極構造体６６ｂ及び第３セパレータ７０を設ける。第２セパレータ１３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した横長形状の金属板により構成される。第２セパレータ１３２は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

第２セパレータ１３２の第１電解質膜・電極構造体６６ａに向かう面１３２ａには、第１燃料ガス流路３２Ａが形成される一方、第２電解質膜・電極構造体６６ｂに対向する面１３２ｂには、第２酸化剤ガス流路２６Ｂが形成される。図２４に示すように、第２酸化剤ガス流路２６Ｂは、複数の波形状流路部２６ａを有する。

最下位置の波形状凸部２６ａａの下方には、山形状凸部２６ａｍが設けられるとともに、前記山形状凸部２６ａｍの下方には、平坦状流路部２６ｂｆが設けられる。山形状凸部２６ａｍ及び平坦状流路部２６ｂｆは、第４の実施形態に係る燃料電池１２０と同様に構成される。

図２５に示すように、第２セパレータ１３２の面１３２ａに形成される第１燃料ガス流路３２Ａは、第２酸化剤ガス流路２６Ｂの裏面形状である。最下部の波形状流路部３２ａの下方には、山形状凸部２６ａｍの裏面形状である平坦状流路部３２ｂが設けられる。平坦状流路部３２ｂの底部３２ｂ_DOWNは、水平方向に直線状に延在するとともに、前記平坦状流路部３２ｂの天井部３２ｂ_UPは、上下にジグザグ状又は波形状に構成される。

このように構成される第５の実施形態では、簡単な構成で、例えば、第２酸化剤ガス流路２６Ｂ内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記第２酸化剤ガス流路２６Ｂから排出することが可能になる等、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。

図２６〜図２８に示すように、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１４０は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、第５の実施形態に係る燃料電池１３０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池１４０は、第１セパレータ１４２、第１電解質膜・電極構造体６６ａ、第２セパレータ１３２、第２電解質膜・電極構造体６６ｂ及び第３セパレータ７０を設ける。第１セパレータ１４２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した横長形状の金属板により構成される。第１セパレータ１４２は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

図２９に示すように、第１セパレータ１４２の第１電解質膜・電極構造体６６ａに対向する面１４２ａには、第１酸化剤ガス流路２６Ａが形成される。第１酸化剤ガス流路２６Ａは、複数の波形状流路部２６ａを有する。最下位置の波形状凸部２６ａａの下方には、山形状凸部２６ａｍが設けられるとともに、前記山形状凸部２６ａｍの下方には、平坦状流路部２６ｂｆが設けられる。

このように構成される第６の実施形態では、簡単な構成で、例えば、第１酸化剤ガス流路２６Ａ内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記第１酸化剤ガス流路２６Ａから排出することが可能になる等、上記の第１〜第５の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第３セパレータ７０にも、同様の構成を採用することができる。

１０、６０、１００、１２０、１４０…燃料電池
１２、６６ａ、６６ｂ、１０２…電解質膜・電極構造体
１４、１６、６４、６８、７０、１０４、１０６、１２２、１２４、１４２…セパレータ
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔 ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔 ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２５、３３…発電領域 ２６、２６Ａ、２６Ｂ…酸化剤ガス流路
２６ａ、３２ａ…波形状流路部 ２６ａｍ、３２ａｍ…山形状凸部
２６ｂ、２６ｂｆ、２６ｃ、３２ｂ、３２ｂｆ、３２ｃ…平坦状流路部
２６ｂｂ、３２ｂｂ…平坦状凸部 ３２、３２Ａ、３２Ｂ…燃料ガス流路
３２ａａ…波形状凸部 ４０…冷却媒体流路
４６、４８、７２、７４、７６…シール部材
５０…固体高分子電解質膜 ５２…カソード電極
５４…アノード電極 ５６、８０、８２、１０８…樹脂枠部材
１１０ａ、１１０ｂ…直線状凸部

Claims (7)

1. 電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、電極面が重力方向に沿った鉛直姿勢に配置され、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを前記電極面に沿って水平方向に流通させる反応ガス流路が設けられる燃料電池であって、
   前記反応ガス流路は、それぞれ水平方向に波状に延在するとともに、重力方向に配列される複数の波形状流路部と、
   発電領域内で且つ重力方向最下部に配置され、底部が水平方向に直線状に延在する平坦状流路部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記平坦状流路部は、前記底部が水平方向に直線状に延在するとともに、
   前記底部と反対側の天井部が水平方向に波状に延在することを特徴とする燃料電池。
3. 請求項２記載の燃料電池において、前記平坦状流路部の流路断面積は、前記波形状流路部の流路断面積よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、金属セパレータにより構成されるとともに、前記金属セパレータには、前記波形状流路部がプレス成形される一方、
   前記電解質膜・電極構造体は、前記電極の外方に樹脂枠部材を一体に設け、
   前記平坦状流路部は、前記樹脂枠部材に一体に設けられる直線状凸部と前記波形状流路部との間に構成されることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１記載の燃料電池において、前記平坦状流路部は、前記底部が水平方向に直線状に延在するとともに、
   前記底部と反対側の天井部が水平方向に直線状に延在することを特徴とする燃料電池。
6. 請求項５記載の燃料電池において、前記平坦状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されるとともに、
   前記平坦状流路部に隣接する最下部の前記波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１記載の燃料電池において、第１セパレータ、第１電解質膜・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質膜・電極構造体及び第３セパレータが積層されるとともに、
   前記第２セパレータは、前記第１電解質膜・電極構造体に対向する第１面には、前記底部が水平方向に直線状に延在し且つ前記底部と反対側の天井部が水平方向に直線状に延在する前記平坦状流路部が設けられ、前記平坦状流路部に隣接する最下部の前記波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定される一方、
   前記第２電解質膜・電極構造体に対向する第２面には、前記底部が水平方向に直線状に延在し且つ前記底部と反対側の天井部が水平方向に波状に延在する前記平坦状流路部が設けられ、前記平坦状流路部に隣接する最下部の前記波形状流路部は、水平方向に沿って一定の流路幅寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。

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