JP2014167860A - 燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】
発電時において、水の導水路への移動をスムーズにすることができ、ガス流路内への水滞留を抑制し、ガス拡散を向上できる燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池を提供する。
【解決手段】
ガス流路形成体の第１面側に並設された複数の突条３４，１３４間にガス流路３２，１３２を設け、突条３４，１３４とは反対側の第２面の谷毎に導水路３３，１３３を設ける。ガス流路３２，１３２と導水路３３，１３３を連通して水が通過可能に、突条３４，１３４を形成する隔壁に複数の連通路３６，１３６を設ける。連通路３６，１３６毎に導水路３３，１３３内に複数の中間構造体３９，１３９を設ける。連通路３６，１３６は突条３４，１３４毎に一対を近位距離に配置した複数の組をなし、相互に隣接する組は遠位距離に配置する。
【選択図】図１
発電時において、水の導水路への移動をスムーズにすることができ、ガス流路内への水滞留を抑制し、ガス拡散を向上できる燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池を提供する。
【解決手段】
ガス流路形成体の第１面側に並設された複数の突条３４，１３４間にガス流路３２，１３２を設け、突条３４，１３４とは反対側の第２面の谷毎に導水路３３，１３３を設ける。ガス流路３２，１３２と導水路３３，１３３を連通して水が通過可能に、突条３４，１３４を形成する隔壁に複数の連通路３６，１３６を設ける。連通路３６，１３６毎に導水路３３，１３３内に複数の中間構造体３９，１３９を設ける。連通路３６，１３６は突条３４，１３４毎に一対を近位距離に配置した複数の組をなし、相互に隣接する組は遠位距離に配置する。
【選択図】図１
Description
本発明は、燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池に関する。
特許文献１の燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に電極触媒層がそれぞれ設けられ、それらの外側にガス拡散層が積層されて膜電極接合体が形成されている。また、前記膜電極接合体とセパレータ間にガス流路形成体が配置されている。そして、前記ガス流路形成体とセパレータの間には導水路が設けられて、膜電極接合体における電極反応によって生成した生成水を、ガス流路と導水路間に設けられた連通路を介して導水路に排水するようにされている。
特許文献２の燃料電池のガス流路形成体（該公報ではセパレータユニット）では、複数並設された凸条間の溝と、突条内を凸条に設けられた開口を介して生成水が入りこむように形成され、生成水を排水するようにされている。
特許文献３のガス流路形成体では、金属製平板から波形状の凹凸部が平行で並列状に配置されて溝部とリブ部を有し、前記溝部及びリブ部内の中空部をガス流路としている。また、ガス流路が流れる方向の凹凸部間は、間隙を有して前記中空部と前記溝部とが連通されている。そして、前記間隙に対応してリブ部には、片状の切り起こし部が形成されている。前記切り起こし部により、ガスの流れを溝部から中空部へまたは中空部から溝部に変えるようにしている。
特許文献１及び特許文献２の前記ガス流路形成体を有する燃料電池では、湿潤時、すなわち、導水路に水がある時は導水路の水が呼び水となって、生成水は膜電極接合体からセパレータ（導水路）側へと移動できる。しかし、乾燥時、すなわち、導水路に水がない時は、生成水は膜電極接合体側からセパレータ側（導水路）側へと移動しずらく、このため膜電極接合体へのガスの拡散を妨げる問題がある。
特許文献３では、ガスの流れを変える切り起こし部の切り起こし量、及び、ガス通過を許容するための許容量をそれぞれ確保するためにガスの流れ方向において隣接する他のリブ部間との間隙を広くとる必要がある。従って、特許文献１，２と同様に特許文献３も、乾燥時において、生成水は膜電極接合体側からセパレータ側（導水路）側へと移動しずらく、このため膜電極接合体へのガスの拡散を妨げる問題がある。
本発明の目的は、乾燥時において、水の導水路への移動をスムーズにすることができ、ガス流路内への水滞留を抑制し、ガス拡散を向上できる燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池を提供することにある。
上記問題点を解決するために、本発明の燃料電池のガス流路形成体は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面を有し、前記第１面側に並設された複数の突条と、前記突条間に設けられたガス流路と、前記突条とは反対側の第２面の谷毎に複数設けられた導水路と、前記ガス流路と前記導水路を連通して水が通過可能に、前記突条を形成する隔壁に複数設けられた連通路と、前記連通路と相対するように前記連通路毎に前記導水路内に配置された複数の中間構造体を有し、前記連通路は、前記突条毎に少なくとも２個を近位距離に配置した組を複数有するとともに、相互に隣接する組を遠位距離に配置したものである。
また、前記連通路は、前記突条の頂上部からガス流路の谷側に向かって形成されていることが好ましい。
また、前記突条に設けられた連通路の組は、相互に隣接する他の突条に設けられた組とずらして配置されていることが好ましい。
また、前記突条に設けられた連通路の組は、相互に隣接する他の突条に設けられた組とずらして配置されていることが好ましい。
また、前記突条、前記連通路及び前記中間構造体は、プレス成形により形成されていることが好ましい。
また、前記中間構造体間には、水の毛管作用が働く間隙を有することが好ましい。
また、前記中間構造体間には、水の毛管作用が働く間隙を有することが好ましい。
また、前記中間構造体の間にある水の毛管作用が働く間隙に、隣接する導水層に通じる毛管作用が働くスリットが前記連通路として設けられていることが好ましい。
また、本発明の燃料電池は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜のアノード側の面及びカソード側の面に積層された電極触媒層と、その外側に積層されたガス拡散層を含む膜電極接合体を備え、前記膜電極接合体の前記両ガス拡散層にそれぞれ積層されるガス流路形成体を備え、前記膜電極接合体の両ガス拡散層を一対のセパレータで挟んだ単セルを複数スタックしてなる燃料電池において、前記ガス流路形成体が、上記構成のガス流路形成体からなるものである。
また、本発明の燃料電池は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜のアノード側の面及びカソード側の面に積層された電極触媒層と、その外側に積層されたガス拡散層を含む膜電極接合体を備え、前記膜電極接合体の前記両ガス拡散層にそれぞれ積層されるガス流路形成体を備え、前記膜電極接合体の両ガス拡散層を一対のセパレータで挟んだ単セルを複数スタックしてなる燃料電池において、前記ガス流路形成体が、上記構成のガス流路形成体からなるものである。
本発明によれば、乾燥時において、水の導水路への移動をスムーズにすることができ、ガス流路内への水滞留を抑制し、ガス拡散を向上できる効果を奏する。
（１．構成）
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池１１は、固体高分子型の燃料電池であり、積層された多数の単セル１２と、図示しない冷却水流路をスタック状態にすることによって構成されている。
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池１１は、固体高分子型の燃料電池であり、積層された多数の単セル１２と、図示しない冷却水流路をスタック状態にすることによって構成されている。
単セル１２は、四角枠状をなす合成ゴム等の合成樹脂製の第１，第２フレーム１３，１４内に、膜電極接合体１５（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備えている。第１フレーム１３は、その内側に燃料ガスの流路空間１３ａを区画している。第２フレーム１４は、その内側に酸化剤ガスの流路空間１４ａを区画している。
前記膜電極接合体１５は、両フレーム１３，１４間に配設されている。前記単セル１２は、前記燃料ガスの流路空間１３ａに収容されたフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）、チタン合金或いはカーボンよりなる第１ガス流路形成体３１と、前記酸化剤ガスの流路空間１４ａに収容されたフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）、チタン合金、カーボン、金鍍金を施したチタン合金、或いは金合金よりなる第２ガス流路形成体４１とを備えている。さらに、前記単セル１２は、フェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）、チタン合金或いはカーボンよりなるそれぞれ平板状の第１セパレータ２３及び第２セパレータ２４を備えている。第１セパレータ２３は、第１フレーム１３に対して図示しないシールリングを介して接合されている。第２セパレータ２４は、フレーム１４及び第２ガス流路形成体４１の図示下面に図示しないシールリングを介して接合されている。
前記膜電極接合体１５は、固体高分子電解質膜１６と、第１電極触媒層１７及び第２電極触媒層１８、並びに後述する第１ガス拡散層１９及び第２ガス拡散層２０により構成されている。
第１電極触媒層１７は、電解質膜１６のアノード側の面、即ち図示上面に積層された触媒により形成されている。第２電極触媒層１８は、電解質膜１６のカソード側の面、即ち図示下面に積層された触媒によって形成されている。前記固体高分子電解質膜１６は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製されている。固体高分子材料としてはフッ素系の高分子膜（例えば、デュポン社製のナフィオン膜等）がある。前記電極触媒層１７，１８は、図示しないが炭素粒子を備えており、炭素粒子の表面には、多数の白金（Ｐｔ）からなる触媒粒子が付着している。前記触媒粒子による触媒作用により、燃料電池の発電が行われる際にその発電効率を高めることができる。なお、電極触媒層１７，１８に含まれる白金は、水素をプロトンと電子に分けるのを促進したり酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する作用を有するものであるが、同様の作用を有するものであれば白金以外のものを用いてもよい。
アノード側の電極触媒層１７、及びカソード側の電極触媒層１８には、導電性を有する第１ガス拡散層１９及び第２ガス拡散層２０が積層されている。前記ガス拡散層１９，２０は通常カーボンペーパーやカーボンクロスにより構成されている。
次に、前記第１ガス流路形成体３１及び第２ガス流路形成体４１について説明する。図１ではアノード側に位置する第１ガス流路形成体３１と、カソード側に位置する第２ガス流路形成体４１とは、同一構成となっているので、前記第１ガス流路形成体３１の構成について説明する。もちろん、両者は同一構成でなくてもよい。また、第２ガス流路形成体４１は、前記第１ガス流路形成体３１の各構成と同一構成には、第１ガス流路形成体３１の各構成に付す３２〜３９の符号に「１００」を加算して、説明を省略する。従って、第２ガス流路形成体４１に関しては、下記の説明中、「第１セパレータ２３」を「第２セパレータ２４」に、「前記ガス拡散層１９」を「第２ガス拡散層２０」に、「燃料ガス流方向Ｐ」を「酸化剤ガス流方向Ｑ」にそれぞれ読替えするとともに、第２ガス流路形成体４１の各構成については、３２〜３９の符号に「１００」を加算した符号が付けられているものとして読替されたい。
図２（ａ）において、矢印Ｐを燃料ガス流方向Ｐとする。図２（ａ）に示すように、第１ガス流路形成体３１の前記ガス拡散層１９側側面（すなわち、第１面）には、複数の溝状のガス流路３２が直線状に並設されるとともに第１セパレータ２３側側面（すなわち、第２面）には、ガス流路３２とは隔壁を介して複数の導水路３３が区分されて直線状に並設されている。本実施形態では、燃料ガス流方向Ｐと直交方向で切断した断面形状が、サインカーブ状の波形となるように形成されている。なお、前記断面形状は、サインカーブ状の波形に限定するものではなく、例えば、矩形状、台形状、三角波形状等の他の波形形状であってもよい。
そして、ガス流路３２は、前記ガス拡散層１９側に突出した複数の突条３４の間に形成されて燃料ガス流方向Ｐに伸びて列状に配置されている。また、前記導水路３３は、前記第１セパレータ２３側に突出した複数の突条３５間に形成されて燃料ガス流方向Ｐと同方向に伸びて列状に配置されている。
図２（ａ）、図３に示すように、前記突条３４の隔壁の頂上部からガス流路３２の谷側に向けて、複数の連通路３６が切り込み形成されている。連通路３６は前記ガス流路３２と導水路３３間を連通する。なお、前記連通路３６はプレス成形することにより燃料ガス流方向Ｐ（すなわち、ガス流路３２が伸びる方向）と直交するように配置されている。本実施形態では連通路３６は、スリットとして形成されている。連通路３６は、毛管作用が働く断面形状及び毛管作用が働く開口断面積を有している。なお、毛管作用が働く断面形状及び毛管作用が働く開口断面積であれば、連通路３６はスリットに限定するものではない。
図２（ａ）、図３に示すように、一対を一組とする連通路３６同士は、近位距離Ｄ１となるように配置され、共通の突条において、隣接する他の組とは遠位距離Ｄ２となるように配置されている。すなわち、共通の突条３４において、連通路３６の組同士は遠位距離Ｄ２（＞Ｄ１）の間隔で配置されている。
図５（ａ）に示すように近位距離Ｄ１は、組をなす連通路３６にそれぞれの液滴Ｓ１，Ｓ２が第１面側から浸入して成長したときに、図５（ｂ）に示すようにそれらの導水路３３内の部分が互いに結合可能な距離に設定されている。また、図５（ａ）に示すように連通路３６の幅Ｄ３（＜Ｄ２）は、前述したように毛管が働く断面形状に応じた幅である。なお、本実施形態では、Ｄ３＝Ｄ１としているが、Ｄ３はＤ１よりも長くても短くてもよい。
図２（ｂ）に示すように、突条３５間の導水路３３内には、連通路３６をスリットとしてプレス成形した際に、架設して形成された一対の中間構造体３９を有する。図５（ｃ）に示すように、両中間構造体３９には、間隙としての開口３９ａが形成され、開口幅（すなわち、両中間構造体３９間の離間距離）は、組をなす連通路３６間の距離Ｄ１と等しくしている。
また、図５（ｂ）に示す中間構造体３９と突条３４の内頂面間の距離Ｄ４は、前記組をなす連通路３６にそれぞれの液滴Ｓ１，Ｓ２が第１面側から浸入して成長して結合して１つの液滴Ｓ３となった時、またはその後のさらなる成長時に、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すようにその液滴Ｓ３が中間構造体３９に触れることが可能な距離に設定されている。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１ガス流路形成体３１の前記突条３４間の溝には、前記連通路３６の形成時において同時にプレス成形することにより、燃料ガス流方向Ｐと直交するリブ３７が所定ピッチ毎に設けられている。本実施形態ではリブ３７は、前記組をなす一対の連通路３６の間に位置するように設けられている。
また、突条３４毎に設けられた連通路３６の組は、相互に隣接する他の突条３４に設けられた組と所定ピッチ（本実施形態では１／２ピッチ）ずらして配置されている。
図１、図２（ｂ）に示すように、リブ３７内には、リブ３７の長さ方向に通路３８が形成され、通路３８により、隣接する導水路３３間を水が通過可能にされている。なお、本実施形態では、第１ガス流路形成体３１は、一枚の金属板から形成されているため、図２（ｂ）に示すリブ３７部分の厚みｔ２は、第１ガス流路形成体３１の波形をなす部分の厚みｔ１と、略同一としているが、両者の厚みの関係は、限定するものではない。
図１、図２（ｂ）に示すように、リブ３７内には、リブ３７の長さ方向に通路３８が形成され、通路３８により、隣接する導水路３３間を水が通過可能にされている。なお、本実施形態では、第１ガス流路形成体３１は、一枚の金属板から形成されているため、図２（ｂ）に示すリブ３７部分の厚みｔ２は、第１ガス流路形成体３１の波形をなす部分の厚みｔ１と、略同一としているが、両者の厚みの関係は、限定するものではない。
前記突条３４の頂上部は、図１に示すように前記ガス拡散層１９に当接されるとともに、前記突条３５の頂上部は、前記第１セパレータ２３に当接されている。なお、図１において、最上端側に位置する単セル１２では、導水路３３が明示されるように切断された断面で示されているのに対して、最下端側に位置する単セル１２では、ガス流路３２が明示されるように切断された断面で示されている。
図１に示すように、前記各単セル１２のフレーム１３，１４及びセパレータ２３，２４には、図示しない燃料ガス供給源（例えば水素ボンベ）から燃料ガス（水素ガス）を前記燃料のガス流路３２へ供給するための導入通路Ｒ１が形成されるとともに、発電に供された燃料オフガスを外部に導出するための導出通路Ｒ２が形成されている。
また、前記単セル１２のフレーム１３，１４及びセパレータ２３，２４には、図示しない酸化剤ガス供給源（例えばコンプレッサ）から酸化剤ガス（空気）を前記酸化剤のガス流路１３２へ導入するための導入通路Ｍ１が形成されるとともに、発電に供された酸化オフガスを外部に導出するための導出通路Ｍ２が形成されている。
（２．作用）
さて、上記のように構成された燃料電池１１の作用を説明する。
図１において、燃料（水素）ガスは、前記導入通路Ｒ１から前記ガス流路３２内に供給され、燃料ガス流方向Ｐ（図示左方）に流れる。燃料ガスは、ガス流路３２内において第１ガス拡散層１９を通過することによって拡散して、第１電極触媒層１７に均一に供給される。図１において、コンプレッサによって供給された酸化剤（酸素）ガスは、前記導入通路Ｍ１を通して、第２ガス流路形成体４１のガス流路１３２に供給され、酸化剤ガス流方向Ｑ（図示右方）に流れる。
さて、上記のように構成された燃料電池１１の作用を説明する。
図１において、燃料（水素）ガスは、前記導入通路Ｒ１から前記ガス流路３２内に供給され、燃料ガス流方向Ｐ（図示左方）に流れる。燃料ガスは、ガス流路３２内において第１ガス拡散層１９を通過することによって拡散して、第１電極触媒層１７に均一に供給される。図１において、コンプレッサによって供給された酸化剤（酸素）ガスは、前記導入通路Ｍ１を通して、第２ガス流路形成体４１のガス流路１３２に供給され、酸化剤ガス流方向Ｑ（図示右方）に流れる。
酸化剤ガスは、ガス流路１３２内において第２ガス拡散層２０を通過することによって拡散されて、電極触媒層１８に均一に供給される。燃料（水素）ガスと酸化剤（酸素）ガスとの供給により、膜電極接合体１５において電極反応が発生し、発電が行われる。その結果、積層された複数の単セル１２及び図示しない冷却水流路によって構成された燃料電池１１から、所望の電力が出力される。
また、図１に示すように発電の際に用いられなかった一部の燃料ガスは、燃料オフガスとしてガス流路３２から導出通路Ｒ２を通って外部に排出される。一方、発電の際に用いられなかった酸化剤ガスは、ガス流路１３２から酸化オフガスとして導出通路Ｍ２を通って外部に排出される。
また、膜電極接合体１５における電極反応によって、カソード側の第２ガス流路形成体４１のガス流路１３２に生成水が生成される。図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示すように、この生成水の一部は、ガス流路１３２内を流れる酸化剤ガスの流動圧力によって導出通路Ｍ２に排出される。すなわち、燃料電池が高負荷時には、連通路１３６には酸化剤ガスは流れず、ガス流路１３２の生成水を押し出しながら流れる。また、一部は連通路１３６を介して導水路１３３に流れ、導出通路Ｍ２に排水されることになる。
例えば、図４（ｂ）に示すように、導水路１３３に流れた生成水は、導水路１３３の排水側端部から出る際に、導水路１３３の排水側端部の大きさに応じて表面張力により液滴Ｓが形成される。導水路１３３が湿潤時には、この液滴Ｓがリブ３７に係留すると、導水路１３３内の水が呼び水となって近位に位置する連通路３６から毛管作用により導水路１３３内に導かれて、導水路１３３から排水される。
また、導水路１３３に呼び水になる水がない乾燥時には、図５（ａ）に示すように、第２ガス拡散層２０に当接している突条１３４の頂上部において、生成水が各連通路１３６内に毛管作用により浸入し、液滴Ｓ１，Ｓ２を形成する。
そして、図５（ｂ）に示すように、さらに生成水が浸入して液滴Ｓ１，Ｓ２が成長することにより、両液滴が結合して液滴Ｓ３となる。この結合した直後又は液滴Ｓ３がさらに成長すると液滴Ｓ３は中間構造体１３９に触れて、中間構造体１３９の開口１３９ａに至ると毛管作用により開口１３９ａに引き込まれる。開口１３９ａに引き込まれた液滴Ｓ３は、図５（ｄ）に示すように第２セパレータ２４間の導水層に至る。
このように導水路３３では、第２ガス拡散層２０から導水層までの水の道筋ができる。この結果、導水層に至った液滴Ｓ３は、導水路１３３内のガス圧により排水される。
上記のように水の道筋ができれば、乾燥時においても生成水導水層への移動をスムーズにすることができる。また、湿潤時においても、同様に行うことができることからガス流路１３２内の水滞留をなくし、ガス拡散を向上でき、発電性能が向上する。
上記のように水の道筋ができれば、乾燥時においても生成水導水層への移動をスムーズにすることができる。また、湿潤時においても、同様に行うことができることからガス流路１３２内の水滞留をなくし、ガス拡散を向上でき、発電性能が向上する。
また、乾燥時から、過水分の状態への条件変動にも強くすることができ、燃料電池の運転条件制御を簡易にすることも可能となる。
なお、ガス流路１３２内の酸化剤ガスの圧力が燃料ガスのガス流路３２内の燃料ガスの圧力よりも高いので、その圧力差により、前記生成水の一部は、カソード側の前記第２電極触媒層１８、固体高分子電解質膜１６、第１電極触媒層１７及び第１ガス拡散層１９を浸透して、燃料ガス流路３２へ浸透水として流入する。
なお、ガス流路１３２内の酸化剤ガスの圧力が燃料ガスのガス流路３２内の燃料ガスの圧力よりも高いので、その圧力差により、前記生成水の一部は、カソード側の前記第２電極触媒層１８、固体高分子電解質膜１６、第１電極触媒層１７及び第１ガス拡散層１９を浸透して、燃料ガス流路３２へ浸透水として流入する。
この浸透水はガス流路３２内を流れる燃料ガスの流動圧力によって導出通路Ｒ２へ排出される。この場合、上記で説明した生成水と同様に、湿潤時及び乾燥時にも同様に導水路３３から排水される。
本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体は、第１面と、第１面とは反対側の第２面を有し、第１面側に並設された複数の突条３４，１３４と、突条３４，１３４間に設けられたガス流路３２，１３２と、突条３４，１３４とは反対側の第２面の谷毎に複数設けられた導水路３３，１３３と、ガス流路３２，１３２と導水路３３，１３３を連通して水が通過可能に、突条３４，１３４を形成する隔壁に複数設けられた連通路３６，１３６と、連通路３６，１３６と相対するように連通路３６，１３６毎に導水路３３，１３３内に配置された複数の中間構造体３９，１３９を有する。そして、連通路３６，１３６は、突条３４，１３４毎に２個（一対）を近位距離Ｄ１に配置した組を複数有するとともに、相互に隣接する組を遠位距離Ｄ２に配置した。
（１） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体は、第１面と、第１面とは反対側の第２面を有し、第１面側に並設された複数の突条３４，１３４と、突条３４，１３４間に設けられたガス流路３２，１３２と、突条３４，１３４とは反対側の第２面の谷毎に複数設けられた導水路３３，１３３と、ガス流路３２，１３２と導水路３３，１３３を連通して水が通過可能に、突条３４，１３４を形成する隔壁に複数設けられた連通路３６，１３６と、連通路３６，１３６と相対するように連通路３６，１３６毎に導水路３３，１３３内に配置された複数の中間構造体３９，１３９を有する。そして、連通路３６，１３６は、突条３４，１３４毎に２個（一対）を近位距離Ｄ１に配置した組を複数有するとともに、相互に隣接する組を遠位距離Ｄ２に配置した。
この結果、乾燥時において、生成水及び浸透水の導水路への移動をスムーズにすることができ、ガス流路内への水滞留を抑制し、ガス拡散を向上できる。
（２） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、連通路３６，１３６は、突条３４，１３４の頂上部からガス流路３２，１３２の谷側に向かって形成されている。この結果、本実施形態によれば、導水路の湿潤時のみならず乾燥時においても、第１ガス拡散層１９，第２ガス拡散層２０からの水を頂上部から連通路３６，１３６内に毛管作用により導くことができる。
（２） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、連通路３６，１３６は、突条３４，１３４の頂上部からガス流路３２，１３２の谷側に向かって形成されている。この結果、本実施形態によれば、導水路の湿潤時のみならず乾燥時においても、第１ガス拡散層１９，第２ガス拡散層２０からの水を頂上部から連通路３６，１３６内に毛管作用により導くことができる。
（３） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、突条３４，１３４毎に設けられた連通路３６，１３６の組は、相互に隣接する他の突条３４，１３４に設けられた組とずらして配置されている。この結果、本実施形態によれば、導水路の湿潤時のみならず乾燥時においても、第１ガス拡散層，及び第２ガス拡散層の水を偏りなく導水路に導くことができる。
（４） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、突条３４，１３４、連通路３６，１３６及び中間構造体３９，１３９は、プレス成形により形成されている。この結果、本実施形態によれば、ガス流路形成体に効率よく突条、連通路及び中間構造体を形成することができる。
（５） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、中間構造体３９，１３９間には、水の毛管作用が働く開口３９ａ，１３９ａ（間隙）を有する。この結果、本実施形態によれば、連通路に浸入した液滴は、中間構造体に触れた後は、開口から毛管作用により導水層へ導いて、ガス拡散層から導水層までの水の道筋を容易に形成することができる。
（６） 本実施形態の燃料電池及びガス流路形成体では、連通路３６，１３６はスリットとした。この結果、本実施形態によれば、スリットによって、上記（１）乃至（５）の効果を容易に実現することができる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 前記実施形態では、第１ガス流路形成体３１及び第２ガス流路形成体４１を第１セパレータ２３、及び第２セパレータ２４とは別体に設けたが、第１ガス流路形成体３１及び第２ガス流路形成体４１の少なくともいずれか一方をセパレータと一体に設けても良い。
・ 前記実施形態では、第１ガス流路形成体３１及び第２ガス流路形成体４１を第１セパレータ２３、及び第２セパレータ２４とは別体に設けたが、第１ガス流路形成体３１及び第２ガス流路形成体４１の少なくともいずれか一方をセパレータと一体に設けても良い。
・ 前記各実施形態では、複数の溝状のガス流路３２，１３２を直線状に形成するとともに第１セパレータ２３側側面には複数の導水路３３，１３３を直線状に設けたが、直線状に限定する必要はなく、曲線状等の他の形状にしてもよい。
・ 前記実施形態において、中間構造体３９，１３９の開口３９ａ，１３９ａを省略してもよい。
・ 前記実施形態では、一対の連通路３６，１３６を１組としたが、３個以上を組としてもよい。
・ 前記実施形態では、一対の連通路３６，１３６を１組としたが、３個以上を組としてもよい。
・ 前記実施形態において、いずれか一方のガス流路形成体を、組としない連通路を設けて、中間構造体を省略してもよい。
１１…燃料電池、１５…膜電極接合体、１６…固体高分子電解質膜、
１７…第１電極触媒層、１８…第２電極触媒層、１９…第１ガス拡散層、
２０…第２ガス拡散層、２３…第１セパレータ、２４…第２セパレータ、
３１…第１ガス流路形成体、３２…ガス流路，３３…導水路、３６…連通路、
３９…中間構造体、３９ａ…開口（間隙）、４１…第２ガス流路形成体、
１３２…ガス流路、１３３…導水路、１３６…連通路、
１３９…中間構造体、１３９ａ…開口（間隙）。
１７…第１電極触媒層、１８…第２電極触媒層、１９…第１ガス拡散層、
２０…第２ガス拡散層、２３…第１セパレータ、２４…第２セパレータ、
３１…第１ガス流路形成体、３２…ガス流路，３３…導水路、３６…連通路、
３９…中間構造体、３９ａ…開口（間隙）、４１…第２ガス流路形成体、
１３２…ガス流路、１３３…導水路、１３６…連通路、
１３９…中間構造体、１３９ａ…開口（間隙）。
Claims (7)
- 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面を有し、
前記第１面側に並設された複数の突条と、
前記突条間に設けられたガス流路と、
前記突条とは反対側の第２面の谷毎に複数設けられた導水路と、
前記ガス流路と前記導水路を連通して水が通過可能に、前記突条を形成する隔壁に複数設けられた連通路と、
前記連通路と相対するように前記連通路毎に前記導水路内に配置された複数の中間構造体を有し、
前記連通路は、前記突条毎に少なくとも２個を近位距離に配置した組を複数有するとともに、相互に隣接する組を遠位距離に配置した燃料電池のガス流路形成体。 - 前記連通路は、前記突条の頂上部からガス流路の谷側に向かって形成されている請求項１に記載の燃料電池のガス流路形成体。
- 前記突条毎に設けられた連通路の組は、相互に隣接する他の突条に設けられた組とずらして配置されている請求項１または請求項２に記載の燃料電池のガス流路形成体。
- 前記突条、前記連通路及び前記中間構造体は、プレス成形により形成されている請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の燃料電池のガス流路形成体。
- 前記中間構造体間には、水の毛管作用が働く間隙を有する請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の燃料電池のガス流路形成体。
- 前記中間構造体の間にある水の毛管作用が働く間隙に、隣接する導水層に通じる毛管作用が働くスリットが前記連通路として設けられている請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の燃料電池のガス流路形成体。
- 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜のアノード側の面及びカソード側の面に積層された電極触媒層と、その外側に積層されたガス拡散層を含む膜電極接合体を備え、前記膜電極接合体の前記両ガス拡散層にそれぞれ積層されるガス流路形成体を備え、前記膜電極接合体の両ガス拡散層を一対のセパレータで挟んだ単セルを複数スタックしてなる燃料電池において、
前記ガス流路形成体が、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガス流路形成体からなる燃料電池。
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