JP4410781B2 - 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 - Google Patents

燃料電池用セパレータ及び燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP4410781B2
JP4410781B2 JP2006213323A JP2006213323A JP4410781B2 JP 4410781 B2 JP4410781 B2 JP 4410781B2 JP 2006213323 A JP2006213323 A JP 2006213323A JP 2006213323 A JP2006213323 A JP 2006213323A JP 4410781 B2 JP4410781 B2 JP 4410781B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
protrusions
gas
flow
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006213323A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007207744A (ja
Inventor
弘樹 日下部
敏宏 松本
徳彦 川畑
善輝 長尾
伸介 竹口
安男 武部
政樹 信岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2006213323A priority Critical patent/JP4410781B2/ja
Publication of JP2007207744A publication Critical patent/JP2007207744A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4410781B2 publication Critical patent/JP4410781B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ及び燃料電池に関する。
高分子電解質型燃料電池（以下、必要に応じて「ＰＥＦＣ」という。）は、水素が含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを燃料電池において電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる。
燃料電池は、ＭＥＡと称される膜電極接合体（membrane electrode assembly）を有している。このＭＥＡは、ＭＥＡの両面周縁部にガスケットが配置されるようにして、一対の導電性セパレータ（具体的にはアノードセパレータ及びカソードセパレータからなるセパレータの対）により挟まれている。
ＰＥＦＣは一般的には一対の導電性セパレータの間にＭＥＡの単位を複数段に積層させた構成を有している。
アノードセパレータの表面には、燃料ガス（反応ガスのうちアノードに供給される還元剤を含むガス）が通流するサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が、燃料ガス供給路（燃料ガス供給マニホールド孔）と燃料ガス排出路（燃料ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この燃料ガス通流領域は、燃料ガス供給路と燃料ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の燃料ガス流路溝で構成されている。これらの複数の燃料ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの燃料ガス通流領域が形成されている。
また、カソードセパレータの表面には、酸化剤ガス（反応ガスのうちアノードに供給される酸化剤を含むガス）が通流するサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が、酸化剤ガス供給路（酸化剤ガス供給マニホールド孔）と酸化剤ガス排出路（酸化剤ガス排出マニホールド孔）とを繋いで形成されている。この酸化剤ガス通流領域は、酸化剤ガス供給路と酸化剤ガス排出路とを繋ぐように形成された複数の酸化剤ガス流路溝で構成されている。これらの複数の酸化剤ガス流路溝は互いに沿うようにしてサーペンタイン状に屈曲してなり、これにより、上述のサーペンタインタイプの酸化剤ガス通流領域が形成されている。
以上の構成により、燃料ガスが燃料ガス通流領域内の流路溝を流れる間、及び、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域内の流路溝を流れる間に、これらの反応ガス（発電ガス）がＭＥＡに供給され、ＭＥＡの内部において上記電気化学反応により消費される。
ところで、ＰＥＦＣの実用化を目指し、アノードセパレータやカソードセパレータには、より安定した発電を可能にする反応ガスの良好な通流状態を実現するための構成が望まれており、様々な検討がなされている（特許文献１〜特許文献４参照）。
例えば、複数の流路溝の折り返し部に当該流路溝を合流させる反応ガスの合流領域を設け、流路溝内に発生する凝縮水の十分な排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路抵抗（圧損）の低減などを意図したセパレータが提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献４）。この流路溝の合流領域には、複数の流路溝に連通する凹部の底面に複数の突起が点在するように設けられている。
また、流路溝が反応ガス供給路（ガス入口側）から反応ガス排出路（ガス出口側）に近づくに連れて、その溝数を変更すること（減少させること）により、上述の凝縮水の排水性能の向上、ガス拡散性能の向上、有効に小型化することを意図したセパレータも提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献３）。
特開平１１−２５０９２３号公報 特開平１０−１０６５９４号公報 特開２０００−２９４２６１号公報 特開２０００−１６４２３０号公報
しかしながら、特許文献１〜４に記載されたセパレータをはじめとする従来のセパレータであっても、各流路溝の反応ガス流速のバラつきの低減、流路溝内に発生する凝縮水の排水性能の向上、流路溝からガス拡散電極への反応ガスのガス拡散性能の向上、流路溝の流路抵抗（圧損）の低減、反応ガス混合促進等のセパレータに求められる性能を十分に満足する最適な設計がなされているとは言い難く、特に複数の流路溝を合流させる反応ガスの合流領域の設計に未だ改良の余地があった。
例えば、特許文献２に記載の折り返し部（格子状溝；合流領域）には、反応ガスのガス混合促進を向上する目的により、複数の流路溝の全幅に亘る（両側端の流路溝の間に亘る）ように、格子状溝が形成されている。しかし、この格子状溝は、当該複数の流路溝に対し垂直な直線状の境界を形成する（四角形の合流領域を形成する）ようにして設けられているため、この格子状溝では、反応ガスが滞留する可能性がある。そうすると、格子状溝の下流に位置する複数の流路溝への反応ガス分配性は、こうした反応ガスの滞留状態に起因して低下し、その結果として、ここでの各流路溝間の反応ガス流速の不均一化を招き兼ねない。
特に、燃料電池の低負荷運転の際（反応ガス流速の低速度の際）には、凝縮水が、反応ガス動方向で下の流路付近に集中し易く、上記の反応ガス滞留の不具合がより顕在化して、水分が過多となり、ガス拡散を阻害することにより燃料電池の性能を下げるという現象（フラッディング）に陥り易い。
また、特許文献４に記載の略三角形の合流領域であっても、反応ガスの滞留という不具合を改善することを意図して設計されているものの、上記流路溝内の凝縮水や生成水の集中に起因する水滴による流路溝内の閉塞（フラッディング）防止に対し適正な設計がなされているとは言い難く、未だ改良の余地があった。
なお、上述のフラッディングはガス拡散電極内（例えば、触媒層内）のガス拡散パスとなる細孔が水滴により閉塞する現象（ガス拡散電極内のフラッディング）とはことなる、セパレータにおける水滴によるガス流路溝内の閉塞をいう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、反応ガス流速均一性を十分に改善（反応ガス流速のバラつきを十分に低減）できるとともに、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ十分に抑制できる燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が複数の直線部と当該複数の直線部の間に設けられる１以上の折り返し部とを有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記複数の直線部及び前記１以上の折り返し部のうちの前記直線部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記分流領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、合流させた後の前記反応ガスを下流側の前記分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数より多くなるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する一対の前記上流側の流路溝群及び前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画するよう、形成され、
前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、複数の凹部と、複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
前記突起は、前記凸部の延長線上に沿って複数個並んでおり、
一の凸部の延長線上における前記突起の中心と、前記一の凸部に隣接する凸部の延長線における前記突起の中心とを、前記外端の延在方向に結んだライン、または、一の凸部の延長線上における前記突起間の窪み部の中心と、前記一の凸部に隣接する凸部の延長線における前記突起間の窪み部の中心とを、前記外端の延在方向に結んだラインが、ジグザグに曲がるように構成されている、
燃料電池用セパレータを提供する。
また、本発明は、
板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
前記反応ガス通流領域には、
前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
が設けられており、
前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数より多くなるように形成されており、
前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、
燃料電池用セパレータも提供する。
このように窪み部に島状に配された複数の突起によれば、分流領域の各流路溝から合流領域に流入する反応ガスは、この突起により反応ガスの流れが乱されて、これにより流路溝間の反応ガスの混合促進を図れる。
また、合流領域に隣接する合流領域の上流側に位置する分流領域の流路溝の溝数をその下流側に位置する分流領域の流路溝の溝数よりも多くしたことにより、反応ガスが流路溝を流れる際の反応ガスの消費量を考慮して、各流路溝を流れる反応ガスの反応ガス流速のバラツキを十分に低減し従来のセパレータよりも反応ガス流速を均一に近い状態にするように適正に設定可能になる。
更に、反応ガスの合流領域と、窪み部に連通する一対の上流側の流路溝群及び下流側の流路溝群との間の境界が、前記流路溝群の方向に対し斜めに区画されたことにより、反応ガスは、この合流領域内を均一に流れ、ここの下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下すること無く、反応ガス流速の均一性が維持される。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより確実に得る観点から、前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記合流領域の外縁を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されていることが好ましい。
このように、窪み部を弓形に突出した形状となるように区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性をより改善（反応ガス流速のバラツキをより十分に低減）することができる。
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略三角形状であることがより好ましい。
このように、窪み部を略三角形に区画することにより、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に十分に低減）することができる。
なお、略三角形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば三角形の各辺は厳密な直線でなくてもよい。例えば、三角形外部に弓形に膨らむ曲線であってもよく、三角形内部に弓形にしぼむ曲線であってもよく、階段状の不連続な線であってもよい。
ここで、前記窪み部の一例として、本発明の効果を更に適切に得る観点から、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、先に述べた弓形に突出した形状が略半円形状であることがより好ましい。
このように、窪み部を略半円形状に区画することによっても、反応ガスを、窪み部の略全域に亘り均一に流せ（例えば反応ガスを窪み部のコーナーにまで適切に送出される）、窪み部の下流側の流路溝への反応ガス分配性は低下させること無く、反応ガス流速の均一性を更に改善（反応ガス流速のバラツキを更に十分に低減）することができる。
なお、略半円形状の形状において、本発明の効果を得られる範囲であれば厳密な半円でなくてもよい。例えば、半楕円形であってもよく、半円（又は半楕円）の曲線部分が滑らかな曲線以外に階段状の不連続な線であってもよい。
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、流路溝内に発生する水滴の排水性をより十分に向上させる観点から、前記分流領域が、前記直線部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、同一の前記分流領域内においては前記直線部の流路溝の溝数と、当該前記直線部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されていることが好ましい（後述の図２及び図６を参照）。
このように直線部と折り返し部とを含む分流領域を形成することにより、比較的長い流路溝を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各流路溝の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する流路溝は、当該流路溝に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス入口マニホールドに接続されていることが好ましい。
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されず、かつ、ガス出口マニホールドの直前に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することを容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができる。
より詳しく説明すると、ガス入口マニホールドと反応ガス通流領域との間に上記隙間があり、ガス入口マニホールドから反応ガス通流領域に反応ガスを供給するための流路は、上記隙間を横断する。また、ガス入口マニホールドと反応ガス通流領域との間にも上記隙間があり、反応ガス通流領域から排出されるガスをガス出口マニホールドに排出するための流路は、上記隙間を横断する。そのため、反応ガスを供給するための流路と上記隙間とが連通しないようにガスシールするための構成が必要となる。もしガスシールするための構成がない場合には、ガス入口マニホールドから供給される反応ガスのうち反応ガス通流領域に供給されずに上記隙間に流入し、当該隙間中を進行して、ガス出口マニホールドに流入する無駄なガス（ＭＥＡで利用されないガス）が多くなる。
合流領域はこの部分に当接されるガス拡散電極及びガスケット（合成樹脂製）を、窪み部に立設された突起により支持することになるため、突起のない部分にガスケット（合成樹脂製）の当接面が垂れ込んで、流路抵抗（圧損）を増大させる危惧がある。そのため、先に述べた特許文献２及び特許文献４に記載のセパレータのように、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「入口側通流溝部」と記載）がガス入口マニホールドの直後に配置され、かつ、合流領域（特許文献２及び特許文献４では「出口側通流溝部」と記載）がガス出口マニホールドの直前に配置される場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成がより複雑になりかつその構成を形成するのが容易でなくなる。
一方、上述のように合流領域が、ガス入口マニホールドの直後に配置されない場合には、上記隙間に反応ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにできかつその構成を容易に形成することができる。
更にこの場合、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることがより好ましい。
以上の構成とする場合、本発明における合流領域は、ガス入口マニホールドの直後に配置されず、かつ、ガス出口マニホールドの直前に配置されないことになる。この場合、燃料電池を組み立てる際にＭＥＡのガス拡散電極の外周縁と当該ＭＥＡの外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間に、反応ガスの一部が流入することをより容易に低減することができる。また、上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をよりシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
なお、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に折り返し部も配置されない場合）には、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、
外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
を有しており、
前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されていてもよい。
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
更に、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス出口マニホールドに接続されていることが好ましい。
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
また、このように合流領域がガス入口マニホールドの直後に配置されない場合（ガス入口マニホールドの直後に合流領域を有しない折り返し部が配置される場合）、
前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されていてもよい。
この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであることが好ましい。
このような凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータを金型成型（圧縮成型）により製造できるようになり、これにより、セパレータが一枚板で構成され、その結果、セパレータの生産性が向上する。
また、斯かる構成を採用すれば、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を十分に抑制できる。
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、１つの前記段を構成する突起の中心を通り、かつ前記延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記１つの段を構成する前記突起に対し前記延在方向において隣接する突起の中心が、前記仮想線から前記垂直な方向に偏倚していることが好ましい。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、１つの前記列を構成する突起の中心を通り、かつ前記垂直な方向に平行な仮想線を引いた場合、前記１つの列を構成する前記突起に対し前記垂直な方向において隣接する突起の中心が、前記仮想線から前記延在方向に偏倚していることが好ましい。
このような偏倚された突起を配置することにより、気液２相流が、窪み部を左右方向または上下方向に向かう際に、気液２相流が突起間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起に当たってその流れを乱すことができる。これにより、窪み部の下流側の燃料ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。
特に、上述の偏倚された突起を配置すること場合、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されることが好ましい。
このように窪み部に、隣接する列間の突起同士の中心、乃至、隣接する段間の突起同士の中心を結んだラインが、複数回に亘りくの字に折れるという、所謂千鳥配列の状態となるように複数の突起を配置したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れることになる。これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングをより確実に抑制することが可能となる。
本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起の形状としては、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。
なお本明細書における略円柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、略真円柱形の他、当該真円から歪んだ円形（例えば、楕円形）をも含むものとする。
また、本明細書における略三角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない３つの点と、それらを結ぶ３つ線分からなる三角形（例えば、直角三角形、二等辺三角形または正三角形等）に形作られた多角柱形であり、３つの角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。
更に、本明細書における略四角柱形とは、その立設方向に垂直な輪切り断面が、同一直線上にない４つの点と、それらを結ぶ４つの線分からなる四角形（矩形、正方形、平行四辺形または台形等）に形作られる多角柱形であり、四隅の角を若干丸めた多角柱形をも含むものとする。
また、本明細書では、上記「各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成される」突起の配列パターンを、「千鳥配列」と称することとする。
ここで、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、このような窪み部における千鳥配列の好適な一典型例として、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、直径分の３倍分の間隔を開けて配置されていることが好ましい。これにより、窪み部面内に突起が規則正しく千鳥配列の状態で配置され、流路溝間の凝縮水の均等分配の実現（不均等分配の低減）により有効に寄与することができ好適である。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲することが好ましい。
このように窪み部に外端突片を形成したセパレータでは、窪み部の下流側の流路溝に凝縮水が適正に分散して流れ、これにより、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングの発生をより十分に抑制できるようになる。
更に、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されても良い。
このように、前記延在方向または前記垂直な方向の幅寸法を違えた第１突起と第２突起とを配置させることにより、第１突起と第２突起との間の中心を前記延在方向や前記垂直な方向に結ぶラインは、気液２相流が流れる隙間の長手方向において屈曲することになる。その結果、気液２相流が窪み部の前記延在方向または前記垂直な方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、反応ガス混合が促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の反応ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが抑制される。
更に、このような屈曲部の数や配置位置を各列及び各段について適切に調整することにより、窪み部内の反応ガス流路抵抗を、反応ガス流速を均一にするよう調整できる。
なお、前記第１突起及び第２突起の形状として、本発明の効果を発揮する限り如何なるものであっても良く、例えば上述のような、略円柱形、略三角柱形、及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有していても良い。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、前記突起は前記リブの延長線上に配置されても良い。
このような凹凸パターンの構成により、電極部が均等ピッチ、均等幅かつ均等段差の凸部に当接することにより、主面に当接する電極部は、その面内において均等に支持されるようになる。また、このような凹凸パターンを有するセパレータは金型成型（圧縮成型）で製造でき、これにより、セパレータが一枚板により構成され製造コストを改善（低減）することができる。
また、均等ピッチ及び均等幅並びに均等段差により配設された流路溝（凹部）の内部に、電極部（ガス拡散電極）が等しく垂れ込む。そうすると、流路溝に反応ガスを流す際に、流路溝の間の反応ガスの流路抵抗（圧損）の不均一性（バラツキ）を十分に抑制できる。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間及び前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されても良い。特に、各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、にはここ構成をとることが好ましい。
更に、上記第１の距離を上記第２の距離よりも狭くしたことにより、窪み部を流れる反応ガスの面内速度分布の均一化をこのような距離によって発揮される流路抵抗により適切に調整できる。
要するに、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得るために、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１及び第２の距離は設定されていることが好ましい。
なお、本発明の燃料電池用セパレータにおいては、本発明の効果をより適切に得る観点から、上記「前記外端は、望ましくは、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲してなる。」という発明特定事項を備えた発明及びその改良発明に、「前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている」という発明特定事項の構成を付加して、窪み部の下流側流路溝内の凝縮水過多によるフラッディング抑制に対して最適な設計を行うことも可能である。
また、本発明は、
アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置される膜電極接合体と、を有しており、
前記アノードセパレータと前記膜電極接合体と前記カソードセパレータとを含む積層単位を１以上有しており、
上述の本発明の燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータとして組み込まれており、
前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、
燃料電池を提供する。
斯かる構成によれば、アノードセパレータの分流領域を流れる還元剤ガスは、還元剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、アノードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でアノードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。また、カソードセパレータの分流領域を流れる酸化剤ガスは、酸化剤ガス消費を考慮すること、及び流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制することにより、カソードセパレータの面内のほぼ全域において均等に近い状態でカソードセパレータ側の電極部の中を良好に拡散する。そうすると、燃料電池による発電動作が、電極部の面内のほぼ全域で均一に近い状態で行われるようになる。
以上のように本発明によれば、反応ガス流速均一性を十分に改善（反応ガス流速のバラつきを十分に低減）できるとともに、流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを適切かつ十分に抑制できる燃料電池用セパレータ及び燃料電池が得られる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。
図１に示す如く、燃料電池スタック１００は、複数の矩形の燃料電池１０を積層して構成されている。
なお、燃料電池スタック１００の両端の最外層には端板４０が取り付けられ、燃料電池１０は互いに両端板４０から、燃料電池１０の四隅のボルト孔４を挿通する締結ボルト（図示せず）とナット（図示せず）とで締結されている。ここでは、燃料電池１０は、例えば６０個積層されている。
燃料電池１０のＭＥＡ１は、高分子電解質膜６の両面の中央部に、矩形の電極部５（触媒層及びガス拡散層）の対を設けて構成されている。そして、燃料電池１０は、導電性の板状のセパレータ２、３の対を有し、ＭＥＡ１の周縁部６ａに、矩形かつ環状のガスケット（図示せず）が配設され、このガスケットとＭＥＡ１の電極部５とが、この導電性のセパレータ（具体的にはアノードセパレータ２及びカソードセパレータ３）の対により挟まれてなる。なお、ＭＥＡ１の構成は公知であり、ここではその詳細な説明は省略する。
アノードセパレータ２の表面（おもて面；一方の電極部５との当接面）には、燃料ガス（還元剤ガス）が通流する燃料ガス通流領域１０１が形成されている。この燃料ガス通流領域１０１は、燃料ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の燃料ガス流路溝２５（流路溝群；例えば図２参照）を有する燃料ガス分流領域の集合体２１、及び複数の燃料ガス流路溝２５を合流して燃料ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起２７（例えば図２参照）を有する燃料ガス合流領域の集合体２２を備えて構成されている。
なお本実施形態の突起２７は、図２に示す如く略円柱形により形成されているが、突起２７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。また、突起２７の立設方向に垂直な輪切り断面が、本実施形態の略真円柱形の他、後記の変形例２で述べる如く楕円柱形であっても、このような突起は、本明細書における略円柱形であるものとする。
なお、この燃料ガス通流領域１０１の構成は後程詳しく説明する。
また、カソードセパレータ３の表面（おもて面；他方の電極部５との当接面）には、酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス通流領域１０２が形成されている。この酸化剤ガス通流領域１０２は、酸化剤ガスをできる限り均等に近い状態で分配してできる限り均一に近い流速で流すための複数の帯状の酸化剤ガス流路溝３５（流路溝群；例えば図６参照）を有する酸化剤ガス分流領域の集合体３１、及び複数の酸化剤ガス流路溝３５を合流して酸化剤ガスの混合促進を図るための島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の複数の突起３７（例えば図６参照）を有する酸化剤ガス合流領域の集合体３２を備えて構成されている。
なお本実施形態の突起３７は、上記突起２７と同様、図６に示す如く略円柱形により形成されているが、突起３７の形状はこれに限らず、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成すれば良い。
なお、この酸化剤ガス通流領域１０２の構成は後程詳しく説明する。
また、これらの両セパレータ２、３及びＭＥＡ１の周縁部６ａには、これらを貫通するようにして、燃料ガスを供給及び排出するための一対の燃料ガスマニフォールド孔１２Ａ、１２Ｂ及び酸化剤ガスを供給及び排出するための一対の酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ａ、１３Ｂ並びに冷却水を供給及び排出するための冷却水マニフォールド孔１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
そして、燃料電池１０が積層された形態では、これらの孔１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ等は順に繋がり、これにより燃料電池スタック１００の積層方向（ねじ締結方向）に延びる、楕円柱状の一対の燃料ガスマニフォールド及び楕円柱状の一対の酸化剤ガスマニフォールド並びに楕円柱状の一対の冷却水マニフォールドが形成されることになる。
ここで、燃料ガス通流領域１０１は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、燃料ガスマニフォールド孔１２Ａと、燃料ガスマニフォールド孔１２Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、燃料ガスマニフォールドを流れる燃料ガスの一部が、各アノードセパレータ２の燃料ガスマニフォールド孔１２Ａから燃料ガス通流領域１０１に導かれる。こうして導かれた燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった燃料ガスは、燃料ガス通流領域１０１から各アノードセパレータ２の燃料ガスマニフォールド孔１２Ｂに流出し、燃料ガスマニフォールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。
一方、酸化剤ガス通流領域１０２は、サーペンタイン状かつ帯状に延びて、酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ａと、酸化剤ガスマニフォールド１３Ｂとの間を結ぶように形成されている。これにより、酸化剤ガスマニフォールドを流れる酸化剤ガスの一部が、各カソードセパレータ３の酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ａから酸化剤ガス通流領域１０２に導かれる。こうして導かれた酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、ＭＥＡ１において反応ガスとして消費される。ここで消費されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス通流領域１０２から各かソードセパレータ３の酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ｂに流出し、酸化剤ガスマニフォールドを流れて燃料電池スタック１００の外部に排出される。
なお、燃料電池１０の温度を適温に保つための冷却水は、一対の冷却水マニフォールドを介してカソードセパレータ３の裏面（上記表面の反対面）設けられた複数の冷却水溝（図示せず）を流れるが、ここでは冷却水の通流構造の詳細な説明は省く。
次に、アノードセパレータ２に配設された燃料ガス通流領域１０１の構成について図面を参照して詳しく述べる。
図２は、アノードセパレータの表面を示した図である。
図３は、図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図４は、図２の
IV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図であり、図５は、図２のＡ領域の拡大図で
ある。
なお、図２及び図５において、「上」、「下」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図２において、「第１の側」及び「第２の側」は、それぞれ、アノードセパレータ２を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。
図２から理解されるとおり、燃料ガス通流領域１０１は、アノードセパレータ２の表面の、ＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極）に当接する領域２０１内において、サーペンタイン状に形成され、燃料ガス分流領域の集合体２１と、燃料ガス合流領域の集合体２２（図１参照）と、により構成されている。
燃料ガス分流領域の集合体２１は、上から下に向かって、燃料ガス流路溝２５の溝数を違えた、第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分されてなる。
また、燃料ガス合流領域の集合体２２には、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する第１の燃料ガス合流領域２２Ａ、及び第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃがある。
ここで、図２に示すように、第１の燃料ガス分流領域２１Ａは、サーペンタイン状の各燃料ガス流路溝２５のうちの３つの直線部６０２と、２つの折り返し部６０１とを組み合わせて形成されている。この第１の燃料ガス分流領域２１Ａにおいては、直線部６０２の流路溝の溝数と、当該直線部６０２に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。
同様に、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂ、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃもそれぞれ３つの直線部（符号を用いて図示せず）と、２つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第２の燃料ガス分流領域２１Ｂにおいても、直線部の流路溝の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。この第３の燃料ガス分流領域２１Ｃにおいても、直線部の流路溝の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。
更に、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄも、６つの直線部（符号を用いて図示せず）と、５つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の燃料ガス分流領域２１Ｄにおいても、直線部の流路溝の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。
そして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａは、第１の燃料ガス分流領域２１Ａと第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂは、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂと第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃは、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃと第４の燃料ガス分流領域２１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い流路溝を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各流路溝の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する流路溝は、当該流路溝に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
更に、図２に示すように、４つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の燃料ガス分流領域２１Ａの直線部６０２が、燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄの直線部が、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されている。
即ち、本実施形態においては、合流領域を燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、アノード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、燃料ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に燃料ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。
なお、このように合流領域が燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛燃料ガスマニホールド孔１２Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、４つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第４の分流領域２１Ｄが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が燃料ガスマニホールド孔１２Ｂ（ガス出口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
そして、燃料ガス分流領域の集合体２１は、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各々を挟んで、これらの合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの上流側に位置する燃料ガス分流領域の集合体２１の燃料ガス流路溝２５の溝数がその下流側に位置する燃料ガス分流領域の集合体２１の燃料ガス流路溝２５の溝数よりも多くなるように、第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに区分して構成されている。
ここで、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの配置箇所及び第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの燃料ガス流路溝２５の溝数は、燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの発電消費量を勘案して、第１、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの各々の燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速が、凝縮水排出に適した速度となり、かつ互いに一致するように決定されている。
斯かる構成により、燃料ガスの電極部５への面内供給均一化が図れると共に、燃料電池発電に起因して発生する凝縮水の、燃料ガスによる排水性能が、燃料ガス量が少なくかつ凝縮水の溜まり易い下流側（燃料ガスマニフォールド孔１２Ｂ近傍）においても適正に確保され好適である。
また、この実施形態では、図２に示す如く、第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側の第２の燃料ガス分流領域２１Ｂは、この第１の燃料ガス合流領域２２Ａを間に挟んで上流側の第１の燃料ガス分流領域２１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、燃料ガス合流領域を設けるようには構成されていない。
すなわち、アノードセパレータ２は、燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の突起２７が形成された燃料ガス合流領域からなる折り返し部と、コの字状に曲がった複数の燃料ガス流路溝２５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。
より詳しくは、本実施形態では、第１の燃料ガス分流領域２１Ａでは、６列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の燃料ガスマニフォールド孔１２Ａから第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第１の燃料ガス合流領域２２Ａに至るように構成されている。
また、第２の燃料ガス分流領域２１Ｂでは、５列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の燃料ガス合流領域２２Ａの下流側から第２の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂに至るように構成されている。
また、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃでは、４列の燃料ガス流路溝２５が、第２の側の折り返し部に位置する第２の燃料ガス合流領域２２Ｂの下流側から第１の側に延びて、２箇所で１８０°折り返すようにして、第３の燃料ガス合流領域２２Ｃに至るように構成されている。
また、第４の燃料ガス分流領域２１Ｄでは、３列の燃料ガス流路溝２５が、第１の側の折り返し部に位置する第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの下流側から第２の側に延びて、５箇所で１８０°折り返すようにして燃料ガスマニフォールド孔１２Ｂに至るように構成されている。
また、図３に示す如く、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの横断面は、均等なピッチＰ１及び均等な幅Ｗ１、Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有する複数（ここでは６個）の凹部２５と複数（ここでは６個）の凸部２６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部２５が燃料ガス流路溝２５に相当し、この凸部２６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。
このようなアノードセパレータ２の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの凸部２６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ１及び均等な幅Ｗ２並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された凸部２６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ１及び均等な幅Ｗ１並びに均等な段差Ｄ１を有して配設された燃料ガス流路溝２５の内部に、等しく垂れ込む。
斯かる構成により、第１の燃料ガス分流領域２１Ａの燃料ガス流路溝２５に燃料ガスを流す際に、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガスの圧損の不均一性が十分に抑制され好適である。また、電極部５における燃料ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に垂直な方向における）不均一性が十分に抑制され好適である。
また、このような凹凸パターンを有するアノードセパレータ２は金型成型（圧縮成型）により製造でき、これにより、アノードセパレータ２を一枚板により構成でき、その結果、アノードセパレータ２の生産性を向上できる。
なお、第２、第３及び第４の燃料ガス分流領域２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。
また、図４及び図５から理解されるとおり、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂは、燃料ガス流路溝２５（凹部２５）に連通する窪み部２８（凹状の領域）と、この窪み部２８の底面に立設された複数の島状（ここでは略円柱状）の突起２７と、により構成されている。
なお、図２に示したように、第１の燃料ガス合流領域２２Ａ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃにも、上記窪み部２８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起２７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これら第１の燃料ガス合流領域２２Ａ及び第３の燃料ガス合流領域２２Ｃの構成については、これらに連通する流路溝の溝数以外の構成は第２の燃料ガス合流領域２２Ｂと同様なので説明を省略する。
窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面に、サーペンタイン状の燃料ガス通流領域１０１の第２の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部２８は、アノードセパレータ２の表面から見て、上下方向に延びる底辺２８ａと、この底辺２８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺２８ｂ、２８ｃと、を有する略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺２８ａが燃料ガス通流領域１０１の折り返し部の外端（側縁）を構成し、上側の斜辺２８ｂが第２の燃料ガス分流領域２１Ｂとの境界を構成し、下側の斜辺２８ｃが第３の燃料ガス分流領域２１Ｃとの境界を構成している。第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの各燃料ガス流路溝２５は上側の斜辺２８ｂにおいて窪み部２８と連通し、第３の燃料ガス分流領域２１Ｃの各燃料ガス流路溝２５は下側の斜辺２８ｃにおいて窪み部２８と連通している。なお、窪み部２８は、ここでは、燃料ガス流路溝２５と同じ深さに形成されている。
突起２７は、図４及び図５に示すように、第２及び第３の燃料ガスサブ分流流路２１Ｂ、２１Ｃの各凸部２６（但し上端の凸部２６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ２で複数（ここでは１５個）形成されている。このピッチＰ２は、ここでは、各燃料ガス分流領域２１Ｂ、２１Ｃの凸部２６のピッチＰ１と同じである。また、図４に示す如く、全ての突起２７が均等な高さ（段差）Ｄ２及び同じ形状を有している。
なお突起２７は、窪み部２８の底辺２８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部２６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起２７は、燃料ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。
なお、第１及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｃの構成は、ここで述べた構成と同じであるため（窪み部２８の形状は正確には相似形）、これらの構成の説明は省略する。
このようなアノードセパレータ２（特に燃料ガス合流領域の構成）によれば、複数の燃料ガス流路溝２５の間の燃料ガス混合及び燃料ガス流速均一性並びに燃料ガス圧均一化について、以下に述べる効果が得られる。
第１に、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを、燃料ガス分流領域に対し斜めの直線状境界を有するように形成したことにより、例えば、燃料ガスは、図５の矢印で示す如く、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂ内を均一に近い状態で良好に流れ、ここの下流側の燃料ガス流路溝２５（第３の燃料ガス分流領域２１Ｃの燃料ガス流路溝２５）への燃料ガス分配性は低下すること無く、燃料ガス流速の均一性を良好な状態（ガス流速のバラツキをより十分に低減した状態で）で維持できる。
第２に、第１、第２及び第３の燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、燃料ガスを、窪み部２８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部２８の下流側の燃料ガス流路溝２５への燃料ガス分配性は低下すること無く、燃料ガス流速の均一性を改善（ガス流速のバラツキをより十分に低減）することができる。また、第１の燃料ガス合流領域２２Ａと第２の燃料ガス合流領域２２Ｂとの間を繋ぐ第２の燃料ガス分流領域２１Ｂの５列の燃料ガス流路溝２５の各々の流路長が互いに等しく設定され、これにより、これらの燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速均一化は阻害されない。
同様に、第２の燃料ガス合流領域２２Ｂと第３の燃料ガス合流領域２２Ｃとの間を繋ぐ第３の燃料ガス分流領域２１Ｃの４列の燃料ガス流路溝２５の各々の流路長が互いに等しく設定され、これにより、これらの燃料ガス流路溝２５を流れる燃料ガスの流速均一化は阻害されない。
第３に、窪み部２８に島状に配された複数の突起２７により、燃料ガス分流領域の集合体２１の各燃料ガス流路溝２５から燃料ガス合流領域の集合体２２に流入する燃料ガスは、その流れが乱されて、これにより燃料ガス流路溝２５間の燃料ガスの混合促進を図れる。
第４に、燃料ガス合流領域の集合体２２において、燃料ガス分流領域の集合体２２の燃料ガス流路溝２５の各々が全て集められて、ここで燃料ガスの圧力均一化を図れる。
第５に、各燃料ガス分流領域２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに必要な燃料ガス流路溝２５の溝数が、その溝数を任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各燃料ガス合流領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにおいて細かく調整可能になり、延いては、燃料ガスが燃料ガス流路溝２５を流れる際の燃料ガスの消費量を考慮した、燃料ガス流速の微調整を行える。
次に、カソードセパレータ３に配設された酸化剤ガス通流領域１０２の構成について図面を参照して詳しく述べる。
図６は、カソードセパレータの表面を示した図である。
図７は、図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図８は、図６の
VIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、図９は、図６のＣ領域の拡大図で
ある。
なお、図６及び図９において、「上」、「下」、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「上方向」、「下方向」を示し、図６において、「第１の側」及び「第２の側」は、それぞれ、カソードセパレータ３を組み込んだ燃料電池スタック１００の設置状態における「右又は左方向」、「左または右方向」を示す。
図６から理解されるとおり、酸化剤ガス通流領域１０２は、カソードセパレータ３の表面の、ＭＥＡ１の電極部５に当接する領域２０２内において、サーペンタイン状に形成され、酸化剤ガス分流領域の集合体３１と、酸化剤ガス合流領域の集合体３２と、により構成されている。
酸化剤ガス分流領域の集合体３１は、上から下に向かって酸化剤ガス流路溝３５の溝数を違えた、第１、第２、第３、第４及び第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに区分されてなる。
また、酸化剤ガス合流領域の集合体３２には、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、及び第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ（中間合流領域）、並びに第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ（中間合流領域）、並びに第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄがある。
ここで、図６に示すように、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝２５のうちの１つの直線部７０２から形成されている。同様に、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃも、１つの直線部から形成されている。更に、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅも、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝２５のうちの１つの直線部から形成されている。
一方、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、サーペンタイン状の各酸化剤ガス流路溝２５のうちの２つの直線部７０２と、１つの折り返し部７０１とを組み合わせて形成されている。この第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂにおいては、直線部７０２の流路溝の溝数と、当該直線部７０２に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。
同様に、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄも２つの直線部（符号を用いて図示せず）と、１つの折り返し部（符号を用いて図示せず）とを組み合わせて形成されている。この第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄにおいても、直線部の流路溝の溝数と、当該直線部に接続される折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている。
そして、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａは、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａと第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂは、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂと第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの間に介在する折り返し部に形成されている。更に、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃは、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃと第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの間に介在する折り返し部に形成されている。また、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄは、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄと第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅとの間に介在する折り返し部に形成されている。
このように、直線部と折り返し部とを含む分流領域（第２及び第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｄ）を形成することにより、先にも述べたように、比較的長い流路溝を形成することができる。即ち、２つの合流領域の間に配置される分流領域に含まれる各流路溝の１本当たりの流路長を長くすることができる。このように長い流路長を有する流路溝は、当該流路溝に水滴が発生しても水滴の上流側にかかるガス圧と下流側にかかるガス圧との差が大きくなるため、優れた排水性を得ることができるようになる。
更に、図２に示すように、５つの分流領域のうちで最も上流側に配置される第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの直線部７０２が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）に接続されており、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅの直線部が、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されている。
即ち、本実施形態においては、合流領域を酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置せず、かつ、酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）の直前に配置しない構成が採用されている。この構成を採用することにより、先に述べたように、燃料電池スタック１０を組み立てる際にＭＥＡ１の電極部５（ガス拡散電極、カソード）の外周縁と当該ＭＥＡ１の外側に配置される環状のガスケットの内周縁との間にできる隙間（図示せず）に、酸化剤ガスの一部が流入することを容易に低減することができ、上記隙間に酸化剤ガスを流入させないためのガスシールの構成をよりシンプルにでき、かつ、その構成を容易に形成することができる。
なお、このように合流領域が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に配置されない場合｛酸化剤ガスマニホールド孔１３Ａ（ガス入口マニホールド）の直後に折り返し部も配置されない場合｝には、５つの分流領域のうちで最も下流側に配置される第５の分流領域３１Ｅが合流領域の形成されていない折り返し部（図示せず）を有しており、当該折り返し部が酸化剤ガスマニホールド孔１３Ｂ（ガス入口マニホールド）に接続されていてもよい。この場合にも上記隙間へ反応ガスの一部が流入することを防止するための構成をシンプルにすることができかつその構成を容易に形成することができる。
このような第１、第２、第３及び第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄに配置箇所及び、第１、第２、第３、第４及び第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの酸化剤ガス流路溝３５の溝数は、酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの発電消費量を勘案して、第１、第２、第３、第４及び第５の酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの各々の酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速が、凝縮水排出に適した流速となり、かつ互いに一致するように決定されている。
斯かる構成により、酸化剤ガスの電極部５への面内供給均一化を図れると共に、燃料電池発電に起因して発生する凝縮水の、酸化剤ガスによる排水性能が、酸化剤ガス量が少なくかつ凝縮水の溜まり易い下流側（酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ｂ近傍）においても適正に確保され好適である。
また、この実施形態では、図６に示す如く、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側の第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂは、この第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａを間に挟んで上流側の第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａを折り返すように構成されているが、両端部に位置する折り返し部の全てに、酸化剤ガス合流領域を設けるようには構成されていない。
すなわち、カソードセパレータ３は、酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速を凝縮水排出に適した速度に揃える観点から、窪み部（後記）に複数の突起３７が形成された酸化剤ガス合流領域からなる折り返し部と、コの字状に曲がった複数の酸化剤ガス流路溝３５からなる折り返し部とが、混在するようになっている。
より詳しくは、本実施形態では、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａでは、１１列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ａから第１の側に延びて、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａに至るように構成されている。
また、第２の酸化剤ガス分流領域３１Ｂでは、１０列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａの下流側から第２の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂに至るように構成されている。
また、第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃでは、９列の酸化剤ガス流路溝３５が、第１の側の折り返し部に位置する第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂの下流側から第２の側に延びて、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃに至るように構成されている。
また、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄでは、８列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃの下流側から第１の側に延びて、１箇所で１８０°折り返すようにして、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄに至るように構成されている。
また、第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｅでは、７列の酸化剤ガス流路溝３５が、第２の側の折り返し部に位置する第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの下流側から第２の側に延びて、酸化剤ガスマニフォールド孔１３Ｂに至るように構成されている。
また、図７に示す如く、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの横断面は、均等なピッチＰ２及び均等な幅Ｗ３、Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有する複数（ここでは１１個）の凹部３５と複数（ここでは１１個）の凸部３６からなる凹凸パターンが形成されるように構成されており、この凹部３５が酸化剤ガス流路溝３５に相当し、この凸部３６が電極部５に接触してこれを支持するリブ（電極部５の支持部）に相当する。
このようなカソードセパレータ３の断面構成によれば、ＭＥＡ１の電極部５が、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの凸部３６に当接し、これにより、電極部５は、均等なピッチＰ３及び均等な幅Ｗ４並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された凸部３６の頂面で均等に支持される。また、電極部５が、均等なピッチＰ３及び均等な幅Ｗ３並びに均等な段差Ｄ３を有して配設された酸化剤ガス流路溝３５の内部に、等しく垂れ込む。
斯かる構成により、第１の酸化剤ガス分流領域３１Ａの酸化剤ガス流路溝３５に酸化剤ガスを流す際に、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガスの圧損の不均一性が十分に抑制され好適である。また、電極部５における酸化剤ガス拡散の面内（電極部５の厚み方向に垂直な方向における）不均一性が十分に抑制され好適である。
また、このような凹凸パターンを有するカソードセパレータ３は金型成型（圧縮成型）により製造でき、これにより、カソードセパレータ３を一枚板により構成でき、その結果、カソードセパレータ３の生産性を向上できる。
なお、第２、第３、第４及び第５の酸化剤ガス分流領域３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅの横断面の構成は、ここで述べた構成と同じであるため、これらの説明は省略する。
また図８及び図９から理解されるとおり、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃは、酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）に連通する窪み部３８（凹状の領域）と、この窪み部３８の底面に立設された複数の島状（ここでは略円柱状）の突起３７と、により構成されている。
なお、図６に示したように、第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄにも、上記窪み部３８と同様の窪み部（符号を付けて図示せず）及び上記突起３７と同様の突起（符号を付けて図示せず）が形成されている。これら第１の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、及び、第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄの構成については、これらに連通する流路溝の溝数以外の構成は第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃと同様なので説明を省略する。
窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面に、サーペンタイン状の酸化剤ガス通流領域１０２の第２の側の折り返し部に位置するように形成されている。この窪み部３８は、カソードセパレータ３の表面から見て、上下方向に延びる底辺３８ａと、この底辺３８ａとの間に略４５度の挟角を有する一対の斜辺３８ｂ、３８ｃと、を有する略直角三角形状に形成されている。そして、この底辺３８ａが酸化剤ガス通流領域１０２の折り返し部の外端（側縁）を構成し、上側の斜辺３８ｂが第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃとの境界を構成し、下側の斜辺３８ｃが第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄとの境界を構成している。第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃの各酸化剤ガス流路溝３５は上側の斜辺３８ｂにおいて窪み部３８と連通し、第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄの各酸化剤ガス流路溝３５は下側の斜辺３８ｃにおいて窪み部３８と連通している。なお、窪み部３８は、ここでは、酸化剤ガス流路溝３５と同じ深さに形成されている。
突起３７は、図８及び図９に示すように、第３及び第４の酸化剤ガスサブ分流流路３１Ｃ、３１Ｄの各凸部３６（但し上端の凸部３６を除く）の延長線上に均等なピッチＰ４で複数（ここでは６３個）形成されている。このピッチＰ４は、ここでは、各酸化剤ガス分流領域３１Ｃ、３１Ｄの凸部３６のピッチＰ３と同じである。また、図８に示す如く、全ての突起３７が均等な高さ（段差）Ｄ４及び同じ形状を有している。
なお突起３７は、窪み部３８の底辺３８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部３６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
突起３７は、酸化剤ガスの混合を促進するガス流邪魔片として機能するとともにＭＥＡ１の電極部５の支持部（リブ）として機能する。
なお、第１、第２及び第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｄの断面及び平面視の構成は、ここで述べた構成と同じであるため（窪み部３８の形状は正確には相似形）、これらの構成の説明は省略する。
このようなカソードセパレータ３（特に酸化剤ガス合流領域の構成）によれば、複数の酸化剤ガス流路溝３５の間の酸化剤ガス混合促進及び酸化剤ガス流速均一性並びに酸化剤ガス圧均一化について、以下に述べる効果が得られる。
第１に、第１、第２、第３及び第４の酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを酸化剤ガス分流領域に対し斜めの直線状の境界を有するように形成したことにより、例えば、酸化剤ガスは、図９の矢印で示す如く、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃ内を均一に近い状態で良好に流れ、ここの下流側の酸化剤ガス流路溝３５（第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄの酸化剤ガス流路溝３５）への酸化剤ガス分配性は低下すること無く、酸化剤ガス流速の均一性良好な状態（ガス流速のバラツキをより十分に低減した状態で）で維持できる。
第２に、例えば第２、第３及び第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを先に述べた弓形に突出した形状、より具体的には、略三角形に区画したことにより、酸化剤ガスを、窪み部３８のコーナーにまで適切に送出できるよう、窪み部３８の略全域に亘り均一に流せる。このため、窪み部３８の下流側の酸化剤ガス流路溝３５への酸化剤ガス分配性は低下すること無く、酸化剤ガス流速の均一性が改善（ガス流速のバラツキをより十分に低減）することができる。また、第２の酸化剤ガス合流領域３２Ｂと第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃとの間を繋ぐ第３の酸化剤ガス分流領域３１Ｃの９列の酸化剤ガス流路溝３５の各々の流路長が互いに等しく設定され、これにより、これらの酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速均一化は阻害されない。
同様に、第３の酸化剤ガス合流領域３２Ｃと第４の酸化剤ガス合流領域３２Ｄとの間を繋ぐ第４の酸化剤ガス分流領域３１Ｄの８列の酸化剤ガス流路溝３５の各々の流路長が互いに等しく設定され、これにより、これらの酸化剤ガス流路溝３５を流れる酸化剤ガスの流速均一化は阻害されない。
第３に、窪み部３８に島状に配された複数の突起３７により、酸化剤ガス合流領域の集合体３１の各酸化剤ガス流路溝３５から酸化剤ガス合流領域の集合体３２に流入する酸化剤ガスはその流れが乱されて、これにより酸化剤ガス流路溝３５間の酸化剤ガスの混合促進を図れる。
第４に、酸化剤ガス合流領域の集合体３２において、酸化剤ガス分流領域の集合体３１の酸化剤ガス流路溝３５の各々が全て集められて、ここで酸化剤ガスの圧力均一化を図れる。
第５に、各酸化剤ガス分流領域３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅに必要な酸化剤ガス流路溝３５の溝数が、その溝数を任意に可変可能な中継部としての機能を果たす各酸化剤ガス合流領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄにおいて細かく調整可能になり、延いては、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路溝３５を流れる際の酸化剤ガスの消費量を考慮した、酸化剤ガスの流速の微調整が行える。
次に、本実施形態による燃料電池１０の動作例を説明する。
アノードセパレータ２に当接する電極部５は、図３に示す如く、複数の燃料ガス流路溝２５（凹部２５）の上端開口において、これらの燃料ガス流路溝２５の各々を均一な流速で通流する燃料ガスに曝されている。
またカソードセパレータ３に当接する電極部５は、図７に示す如く、複数の酸化剤ガス流路溝３５（凹部３５）の上端開口において、これらの酸化剤ガス流路溝３５の各々を均一な流速で通流する酸化剤ガスに曝されている。
このため、燃料ガスが燃料ガス通流領域１０１を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に燃料ガスが拡散し、酸化剤ガスが酸化剤ガス通流領域１０２を流れる間に、電極部５の面内全域において、この電極部５の中に均一に酸化剤ガスが拡散する。よって、燃料電池１０による発電動作が、電極部５の面内全域で均一に行われる。
（第２実施形態）
本件発明者等は、燃料電池システムの更なる高性能化を図るには、セパレータの反応ガスの合流領域の周辺（以下、「流路折り返し周辺部」という）に凝縮水及び反応ガス（空気や燃料ガス）からなる気液２相流を流す際の、ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングの適切な抑制を可能にする、流路折り返し周辺部の最適化設計が不可欠であると考えている。すなわち、第１実施形態の流路折り返し周辺部の構造では、各ガス流路溝から合流領域の集合体（窪み部）に流入する気液２相流が上から下に向かう際に、当該気液２相流が適切に混合されることなく、例えば、図２に示した整列配置された突起２７間の隙間（格子状溝）や突起２７と底辺２８ａとの間の隙間を簡単にすり抜けることを、本件発明者等は懸念している。
そこで、本実施形態及び後程述べる第３実施形態、及び第４実施形態では、流路折り返し周辺部における、フラッディングの改善設計例を説明する。
なお、これらの第２実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態では説明の便宜上、図２に示したアノードセパレータ２の第１の燃料ガス合流領域２２Ａ付近の流路折り返し周辺部を例にして、上記改善設計例を述べるが、勿論、他の合流領域においても本改善設計技術を適用できる。
図１０は、本実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
なお本実施形態における流路折り返し周辺部の構成以外のセパレータの構成は、第１実施形態で述べた構成と同じであり、両者に共通する構成の説明は省略乃至概説する。
図１０によれば、燃料ガス流路溝４５（凹部４５）に連通する窪み部４８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に直線状に延びる底辺４８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝４５との境界としての一対の斜辺４８ｂ、４８ｃとにより、略三角形状に区画されている。
そして、窪み部４８の底面に立設された複数の島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の突起４７は、凸部の延長腺上に所謂千鳥に規則的に並ぶように配列されている。
具体的には、複数の突起４７は、底辺４８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺４８ａの延在方向に垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、突起４７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、突起４７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の突起４７は、８列（窪み部４８の頂点側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ９段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する突起４７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する突起４７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における突起４７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における突起４７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、突起４７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、突起４７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。
このようにして、隣接する列の突起４７同士の中心、乃至、隣接する段の突起４７同士の中心を結んだラインは、底辺４８ａに沿った上下方向及び凸部４６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。
例えば、隣接する列の突起４７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図１０の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図１０に示したθ1が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の突起４７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図１０の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図１０に示したθ2が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
このような規則的に千鳥に配された突起４７によれば、気液２相流が窪み部４８を上から下に向かう際に、気液２相流が突起４７間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起４７に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部４８の下流側の燃料ガス流路溝４５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能であると、期待される。なお、このようなフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果及び実機レベルの測定結果により裏付けられている。
図１０の図示内容及び以上に述べた説明から理解されるとおり、本明細書における突起４７の千鳥配列とは、上下方向に平行に延びる各列が１つ置きの段を構成する突起４７で構成される突起４７の配列パターン（言い換えれば、左右方向に平行に延びる各段は１つ置きの列を構成する突起４７で構成される突起４７の配列パターン）であり、例えば、突起４７の上下方向の配列については、ある１つの段の突起４７間を下方に向かって通過する気液２相流が、次の段において何等乱されずに、そのまますり抜けることを回避する観点から、次の段の突起４７に当てることができるように、突起４７の配列を、互いに隣接する列間においてジグザグに配置させたパターンを指す。
よって、本実施形態（図１０；後記の第４実施形態も同じ）に示す如く、隣接する列の間の突起４７同士が、同じ段の突起４７間のピッチに対し半分ずれている配列パターンが、突起４７の千鳥配列の典型例ではあるが、千鳥配列は必ずしもこれに限定されない。例えば、後記の変形例５に述べる如く、このような隣接する列の突起同士の間隔が、同じ段の突起間のピッチの１／４であっても良い。すなわち、フラッディング抑制の効果を発揮する限り、「隣接する列の突起同士の間隔＜同じ段の突起間ピッチの半分」、または、「隣接する列の突起同士の間隔＞同じ段の突起間ピッチの半分」の突起の配列パターンも本明細書における突起の千鳥配列に相当する。
（第３実施形態）
図１１は、本実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
なお本実施形態における流路折り返し周辺部の構成以外のセパレータの構成は、第１実施形態で述べた構成と同じであり、両者に共通する構成の説明は省略乃至概説する。
図１１によれば、燃料ガス流路溝５５（凹部５５）に連通する窪み部５８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺５８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝５５との境界としての一対の斜辺５８ｂ、５８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部５８の底面に立設された複数の島状（ここでは略円柱状、より正確には、略真円柱形）の突起５７は、底辺５８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部５６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
ここで窪み部５８の底辺５８ａは、窪み部５８側に向かって突出する複数（４個）の突片５８ｄ（外端突片）及びこれらの突片５８ｄに挟まれた直線状の基部５８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。
このような底辺５８ａに形成された突片５８ｄによれば、気液２相流が窪み部５８を上から下に向かう際に、気液２相流が突起５７と底辺５８ａとの間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突片５８ｄに当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部５８の下流側の燃料ガス流路溝５５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能であると、期待される。なお、このようなフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果及び実機レベルの測定結果により裏付けられている。
（第４実施形態）
図１２は、本実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
なお本実施形態における流路折り返し周辺部の構成以外のセパレータの構成は、第１実施形態で述べた構成と同じであり、両者に共通する構成の説明は省略乃至概説する。
本実施形態による流路折り返し周辺部の構成では、窪み部６８の底面に形成された千鳥配列の突起６７及び窪み部６８の底辺６８ａに形成された突片６８ｄの両方を採用した、ガス流路溝内への凝縮水均一分散にとって最適な設計がなされている。
図１２によれば、燃料ガス流路溝６５（凹部６５）に連通する窪み部６８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺６８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝５５との境界としての一対の斜辺６８ｂ、６８ｃとにより、略三角形状に区画されている。
そして、複数（２４個）の島状（ここでは略円柱状、より正確には略真円柱形）の突起６７は、所謂千鳥に規則的に並ぶように配置されている。
具体的には、複数の突起６７は、底辺６８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺６８ａの延在方向に垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、突起６７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、突起６７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の突起６７は、８列（窪み部４８の頂点側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ９段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する突起６７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する突起６７で構成されている。すなわち、隣接する列の間では、その列の延在方向（上下方向）における突起６７の位置が互いに半ピッチずれている。また、隣接する段の間では、その段の延在方向（左右方向）における突起６７の位置が互いに半ピッチずれている。各段において、突起６７は、その直径の２倍のピッチで（その直径分の間隔を開けて）配置されており、各列において、突起６７は、その直径の４倍のピッチで（その直径の３倍の間隔を開けて）配置されている。
このようにして、隣接する列の突起６７同士の中心、乃至、隣接する段の突起６７同士の中心を結んだラインは、底辺６８ａに沿った上下方向及び凸部６６の延長線上の左右方向において、くの字に折れるよう延びている。
例えば、隣接する列の突起６７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図１２の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図１２に示したθ1が約１２７°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の突起６７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図１０の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図１２に示したθ2が約５３°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
更に、図１２に示した窪み部６８の底辺６８ａは、窪み部６８側に向かって突出する複数（４個）の突片６８ｄ（外端突片）及びこれらの突片６８ｄに挟まれた直線状の基部６８ｅを、その途中に形成するよう、部分的に湾曲している。
このような規則的に千鳥配列された突起６７によれば、気液２相流が窪み部６８を上から下に向かう際に、気液２相流が突起６７間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起６７に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部６８の下流側の燃料ガス流路溝６５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能であると、期待される。また、このような底辺６８ａに形成された突片６８ｄによれば、気液２相流が窪み部６８を上から下に向かう際に、気液２相流が突起６７と底辺６８ａとの間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突片６８ｄに当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部６８の下流側の燃料ガス流路溝６５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能であると、期待される。なお、このようなフラッディング抑制の効果は、後程述べる流体シミュレーションの計算結果及び実機レベルの測定結果により裏付けられている。
更にここでは、図１２に示す如く、最下段（第９段目）の１個の略円柱状の突起６７は、第１０段目の凸部６６及び基部６８ｅとの間の距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と基部６８ｅとの間に位置して配置されている。
また、最上段（第１段目）の１個の突起６７は、第２段目の凸部６６及び突片６８ｄとの間の距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と突片６８ｄとの間に位置して配置されている。
また、第２段目及び第８段目の２個の突起６７は各々、第３段目及び第９段目の凸部６６並びに基部６８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と基部６８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
また、第３段目及び第７段目の３個の突起６７は各々、第４段目及び第８段目の凸部６６並びに突片６８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と突片６８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
また、第４段目及び第６段目の４個の突起６７は各々、第５段目及び第７段目の凸部６６並びに基部６８ｅとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と基部６８ｅとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
また、第５段目の４個の突起６７は、第６段目の凸部６６及び突片６８ｄとの間で距離Ｌ２を隔てるようにして、凸部６６と突片６８ｄとの間に、互いに距離Ｌ１の間隔を開けて位置して、左右方向に並んで配置されている。
なお、最上段（第１段目）の凸部６６と、基部６８ｅとの間には、突起６７は存在せず、両者は、距離Ｌ２を隔てて対向して配置されている。
そして、突起６７と凸部６６との間及び突起６７と突片６８ｄとの間並びに凸部６６と突片６８ｄとの間においては、反応ガスの流速が速まることが、後記の流体解析シミュレーションにより判明している。このため、図１２に示す如く、略円柱状の突起６７同士の間を隔てる距離Ｌ１よりも狭まっている。具体的な距離Ｌ１、Ｌ２の設計指針として、距離Ｌ１及び距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ１を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ１との積が、距離Ｌ１及び距離Ｌ２を同じと仮定した際の距離Ｌ２を横切って通過する反応ガスの流速と距離Ｌ２との積に略一致するよう、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は設定されている。
このように距離Ｌ１、Ｌ２を設定することにより、窪み部６８を流れる気液２相流の面内速度分布の均一化を距離Ｌ２によって発揮される流路抵抗により適切に調整できる。
（解析シミュレーションによるフラッディング抑制効果の検証）
次に、本件発明者等は、凝縮水及び反応ガスからなる気液２相流を流す流路折り返し周辺部をコンピュータ上にモデル化して、以下に詳述する熱流体シミュレーション技術を活用することにより、第１実施形態、第４実施形態で述べた、流路折り返し周辺部の突起及び突片の、フラッディング抑制効果を検証した。
＜解析シミュレータ＞
本流体シミュレーションは、熱流体解析汎用ソフトウェア『米国ｆｌｕｅｎｔ社製の熱流体解析ソフト；「ＦＬＵＥＮＴ」（登録商標）、バージョン：６．２．１６』を使用にして実行された。
なお、このＦＬＵＥＮＴ（登録商標）では、有限体積法と称される離散化手法が使用されており、解析対象領域を所定の要素からなる細かい空間に区分して、これらの微細な要素間で授受される流体のつりあいを元に、流体の流れを支配する一般的な方程式を解いて、その結果が収束する迄、コンピュータによる反復演算がなされる。
＜解析モデル＞
ここでは、セパレータの流路折りし返し周辺部について、図２の第１の燃料ガス合流領域２２Ａに対応する図１３に示す如く、燃料ガス流路溝２５（凹部２５）に連通する窪み部２８の底面に立設され、凸部２６の延長線上に整列配置された突起２７を採用した解析モデル（以下、「第１実施形態解析モデル」という）と、図１２に示す如く、千鳥配列の突起６７の及び窪み部の底辺６８ａにおける突片６８ｄを採用した解析モデル（以下、「第４実施形態解析モデル」という）と、図１４に示す如く、上記第１実施形態解析モデルにおいて窪み部２８の底面に形成された突起２７をなくした解析モデル（以下、「比較解析モデル」という）と、がモデリングされている。
なおこれらの解析モデルの構成（形状）は、これまでの説明及び各図を参照すれば容易に理解されることから、ここでは、これらの構成の説明を省く。
また、上記各解析モデルにおける解析条件（境界条件等）としては、基本的には燃料電池の定格運転時の各種データが採用されている。
例えば、凝縮水と反応ガスの混合割合を１：１とした気液２相流（例えば流速：２．３４ｍ／ｓ）が流入条件として入力され、表面張力（７．３×１０-2Ｎ／ｍ）が水物性データとして入力され、接触角（例えば０．１°）が、凝縮水及びセパレータの物性乃至表面データとして入力されている。
また、流体の流出条件には、圧力（例えば９２７．３３Ｐａ）及び圧力損失係数（例えば４．５４６×１０9／ｍ2；但し、下流側の流路抵抗増加相当分として下流側の溝を上流側に対し、４０ｍｍ延長している）が採用されている。
更に、気液２相流の流速に対して壁面はノンスリップとして取り扱われている。
＜解析結果＞
図１５及び図１６並びに図１７は各々、上記各解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。
すなわち、図１５では、比較解析モデルについて、気液２相流の流れが定常状態に到達した時点の凝縮水（黒色）と反応ガス（無色）の分布状態が描かれ、図１６では、第１実施形態解析モデルについて、同じ類の図が描かれ、図１７では、第４実施形態解析モデルについて、同じ類の図が描かれている。
比較解析モデル（図１５）の、突起をなくした窪み部によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れが混合され難く、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散を行えないことが確認された。例えば、窪み部の下流側最下段のガス流路溝に凝縮水が多量に流れ込み、これにより、当該溝が凝縮水により完全に閉塞された様子が、図１５に示したシミュレーション結果により可視化されている。
これに対し、第１実施形態解析モデル（図１６）の、窪み部における上下に直交格子状に整列に配置された突起によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起により混合され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散をある程度行えることが確認された。しかしながら、窪み部下流側のガス流路溝の一部、例えば窪み部の下流側最下段のガス流路溝に、凝縮水が多めに流れ込み、これにより、当該溝が凝縮水により閉塞されつつある様子が、図１６に示したシミュレーション結果により可視化されている。
更に、第４実施形態解析モデル（図１７）の、窪み部における上下に千鳥に並んだ突起及び底辺突片によれば、窪み部上流側のガス流路溝から送出される凝縮水の流れがこれらの突起及び突片により十分に乱され、窪み部下流側のガス流路溝への凝縮水の分散が極めて良好であることが確認された。例えば、凝縮水が、窪み部の下流側の全てのガス流路溝間において略均等に分配されて流れている様子が、図１７に示した本シミュレーション結果により可視化されている。
以上に述べたシミュレーション結果により、第１実施形態解析モデルを採用したセパレータ（カソードセパレータやアノードセパレータ）においては、窪み部の下流側のガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングが一定のレベルにまで抑えられることを検証できた。また、第４実施形態解析モデルを採用したセパレータ（カソードセパレータやアノードセパレータ）においては、窪み部の下流側のガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを十分適切に抑制可能でありことを検証できた。
（実機によるフラッディング抑制効果の実証）
本件発明者等は、第１実施形態に記載のセパレータをアノードセパレータ及びカソードセパレータとして組み込んだ燃料電池（以下、「第１実施形態燃料電池」という）と、第４実施形態に記載のセパレータをアノードセパレータ及びカソードセパレータとして組み込んだ燃料電池（以下、「第４実施形態燃料電池」という）と、を各々準備して、これらの燃料電池を運転させることにより、燃料電池の燃料利用率（Ｕｆ）に対する当該セルのセル電圧規格値の変化を測定した。
図１８は、横軸に燃料利用率（Ｕｆ）をとり、縦軸にセル電圧規格値（燃料利用率７０％においてセル電圧規格値＝１）をとって、第１実施形態燃料電池及び第４実施形態燃料電池について、両者の関係を示した図である。
図１８によれば、燃料利用率（Ｕｆ）が高まるに連れて、第１実施形態燃料電池のセル電圧規格値が減少する一方、第４実施形態燃料電池のセル電圧規格値の減少度は適正に抑えられていることが読み取れる。
第４実施形態燃料電池が、第１実施形態燃料電池に比べてフラッディング抑制効果に優れていることから、図１８に示すような両者間のセル電圧規格値の差異が発生したと、本件発明者等は推認している。
＜流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置の各種の変形例＞
ここまで、図５（第１実施形態）に代表される複数の突起２７を直交格子状に配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「格子配列突起」と略す）及び図１０（第２実施形態）に代表される複数の突起４７を千鳥に規則的に並ぶよう、配置させた流路折り返し周辺部（窪み部）の突起配置例（以下、「千鳥配列突起」と略す）を述べた。
以下、格子配列突起の突起に対しその形状等を部分的に変更した、変形例１〜４、及び千鳥配列突起の隣接する列の突起同士の間隔を、図１０に示した当該間隔より小さくした、変形例５を説明する。
なおここでは、以下の変形例１〜５は、アノードセパレータ２を例にして述べるが、カソードセパレータ３であっても、同様の議論が当て嵌まる。
〔変形例１〕
図１９は、変形例１の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図１９によれば、燃料ガス流路溝７５（凹部７５）に連通する窪み部７８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺７８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝７５との境界としての一対の斜辺７８ｂ、７８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部７８の底面に立設された複数の島状の突起７７は、底辺７８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部７６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
このような突起７７は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起７７ａと、この第１突起７７ａより上下方向及び左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１０個の第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
すなわち、図１９に示す如く、上下及び左右に隣接する突起７７同士の形状が互いに異なるよう、上下方向及び左右方向の幅寸法を違えた第１突起７７ａと第２突起７７ｂとが、交互に配置されている。
なお、このような突起７７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明及び図１９を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
このような突起７７の配置構成によれば、上下方向及び左右方向の幅寸法が小さい第１突起７７ａと上下方向及び左右方向の幅寸法が大きい第２突起７７ｂとを左右方向及び上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起７７ａと第２突起７７ｂとの間の中心３０１を上下方向や左右方向に結ぶライン（このようなラインの一例として中心３０１を結ぶ点線を図１９で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになり、その結果、気液２相流が窪み部７８の左右方向及び上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が更に促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝７５内の凝縮水過多によるフラッディングが更に抑制される。
更に、このような第１突起７７ａ及び第２突起７７ｂの個数や位置を、各列及び各段について適切に設定することにより、窪み部７８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔変形例２〕
図２０は、変形例２の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図２０によれば、燃料ガス流路溝８５（凹部８５）に連通する窪み部８８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺８８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝８５との境界としての一対の斜辺８８ｂ、８８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部８８の底面に立設された複数の島状の突起８７は、底辺８８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部８６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
このような突起８７は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起８７ａと、この第１突起８７ａより左右方向の幅寸法を大きくして、略円柱形（ここでは楕円柱形）に形成された、合計１０個の第２突起８７ｂと、が交互に配置されている。
すなわち、図２０に示す如く、上下及び左右に隣接する突起８７同士の形状が異なるよう、左右方向の幅寸法を違えた第１突起８７ａと第２突起８７ｂとが交互に配置されている。
なお、突起８７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明及び図２０を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
このような突起８７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起８７ａと左右方向の幅寸法（長軸の長さ）が大きい第２突起８７ｂとを左右方向及び上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起８７ａと第２突起８７ｂとの間の中心３０２を上下方向に結ぶライン（このようなラインの一例として中心３０２を結ぶ点線を図２０で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになり、その結果、気液２相流が窪み部８８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が更に促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝８５内の凝縮水過多によるフラッディングが更に抑制される。
更に、このような第１突起８７ａ及び第２突起８７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部８８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔変形例３〕
図２１は、変形例３の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図２１によれば、燃料ガス流路溝９５（凹部９５）に連通する窪み部９８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺９８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝９５との境界としての一対の斜辺９８ｂ、９８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部９８の底面に立設された複数の島状の突起９７は、底辺９８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部９６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
このような突起９７は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成された、合計１４個の第１突起９７ａと、この第１突起９７ａと同一形状の基部４０１と、この基部４０１の側面の一部分から右方向（底辺９８ａの方向）に飛び出る突部４０２とを有して左右方向の幅寸法を大きくして同方向に非対称に形成された、合計１０個の第２突起９７ｂと、交互に配置されている。
すなわち、図２１に示す如く、上下及び左右に隣接する突起９７同士の形状が異なるように、左右方向の幅寸法を違えた第１突起９７ａと第２突起９７ｂとが交互に配置されている。
なお、突起９７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明及び図２１を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
このような突起９７の配置構成によれば、左右方向の幅寸法が小さい第１突起９７ａと左右方向の幅寸法が大きい第２突起９７ｂとを左右方向及び上下方向に交互に配置させたことにより、第１突起９７ａと第２突起９７ｂとの間の中心３０３を上下方向に結ぶライン（このようなラインの一例として中心３０３を結ぶ点線を図２１で例示）は、燃料ガスと凝縮水からなる気液２相流が流れる隙間（格子状溝）の長手方向においてジグザグに曲がることになり、その結果、気液２相流が窪み部９８の上下方向の隙間を流れる際に、気液２相流は、当該気液２相流の流れは屈曲して乱され、当該隙間を簡単にすり抜けることを抑制される。
このため、このような燃料ガスの屈曲流れにより、燃料ガス混合が更に促進される。また、凝縮水の屈曲流れにより、下流側の燃料ガス流路溝９５内の凝縮水過多によるフラッディングが更に抑制される。
更に、このような第１突起９７ａ及び第２突起９７ｂの個数や位置を各列について適切に設定することにより、窪み部９８内の燃料ガス流路抵抗を、燃料ガス流速を均一にするよう調整できる。
〔変形例４〕
図２２は、変形例４の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図２２によれば、燃料ガス流路溝１０５（凹部１０５）に連通する窪み部１０８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に延びる底辺１０８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１０５との境界としての一対の斜辺１０８ｂ、１０８ｃとにより、略三角形状に区画されている。そして、窪み部１０８の底面に立設された複数の島状の突起１０７は、底辺１０８ａの延在方向（上下方向）及びこの延在方向に垂直な方向（凸部１０６の延長線上の左右方向）に互いの中心を一致させるよう、直交格子状に並んで配置されている。
このような突起１０７は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一つの形態により形成され、本変形例では、略円柱形または略四角柱形に形成され、第１列目を構成する３個の第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａより上下方向及び左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第２列目を構成する５個の第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂより上下方向及び左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第３列目を構成する７個の第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃより上下方向及び左右方向の両方の幅寸法を大きくして、略円柱形または略四角柱形に形成され、第４列目を構成する９個の第４突起１０７ｄと、がある。
図２２に示す如く、第２段目〜第８段目の右（凸部１０６の側）から左（底辺１０８ａの側）に向かうに連れて、突起１０７の形状が大きくなるよう、上下方向及び左右方向の幅寸法を違えた、第１突起１０７ａと、第２突起１０７ｂと、第３突起１０７ｃと、第４突起１０７ｄとが、適宜選別され配置されている。
例えば、第４段目の左右方向には、凸部１０６に隣接する第１突起１０７ａと、この第１突起１０７ａに隣接する第２突起１０７ｂと、この第２突起１０７ｂに隣接する第３突起１０７ｃと、この第３突起１０７ｃ及び底辺１０８ａに隣接する第４突起１０７ｄとが、この順番に隣接するよう、並んで配置されている。
なお、第４段目以外の突起１０７の配置形態の詳細については、以上に述べた説明及び図２２を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その詳細な説明は省く。
このような突起１０７の配置構成によれば、右から左に向かうに連れて、上下方向及び左右方向の幅寸法が大きくなる突起１０７を配置させたことにより、燃料ガスの流速に応じて突起１０７同士の距離、突起１０７及び底面１０８ａ間の距離、突起１０７及び凸部１０６間の距離を適切に変更することができる。
このため、窪み部１０８を流れる気液２相流の面内速度分布を、当該距離の変更によって発揮される燃料ガス流路抵抗の調整により適切に均一化できる。
〔変形例５〕
図２３は、変形例５の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
図２３によれば、燃料ガス流路溝１１５（凹部１１５）に連通する窪み部１１８は、流路折り返し周辺部の外端としての上下方向に直線状に延びる底辺１１８ａと、上下流側の燃料ガス流路溝１１５との境界としての一対の斜辺１１８ｂ、１１８ｃとにより、略三角形状に区画されている。
窪み部１１８の底面に立設された複数の略円柱形または略四角柱形の複数の突起１１７は、底辺１１８ａの延在方向（上下方向）に等ピッチで連なり、かつ底辺１１８ａの延在方向に垂直な方向（左右方向）に等ピッチで連なるように形成されている。以下では、突起１１７の上下方向の連なり（１個の場合を含む）を「列」と呼び、突起１１７の左右方向の連なり（１個の場合を含む）を「段」と呼ぶ。そうすると、複数の突起１１７は、８列（窪み部１１８の頂点側から順に第１列乃至第８列と呼ぶ）かつ９段（上側から順に第１段乃至第９段と呼ぶ）に形成されている。そして、各列は１つ置きの段を構成する突起１１７で構成されている。逆に言うと、各段は１つ置きの列を構成する突起１１７で構成されている。
このようにして、底辺１１８ａに沿った上下方向及び凸部４６の延長線上の左右方向において、隣接する列の突起１１７同士、乃至、隣接する段の突起１１７同士を結んだラインが、くの字に折れるようにして、所謂千鳥に規則的に並ぶように配置されている。例えば、隣接する列の突起１１７同士の中心を、上下方向に結んだライン（図２３の点線参照）は、複数回に亘り鈍角（図２３に示したθ3が約１５２°）に屈曲するようにジグザグに延び、隣接する段の突起１１７同士の中心を、左右方向に結んだライン（図２３の点線参照）は、複数回に亘り鋭角（図２３に示したθ4が約５１°）に屈曲するよう、ジグザグに延びている。
そして、１つの段を構成する突起１１７ａの中心を通り、かつ上下方向に平行な仮想線５０１（このような仮想線の一例として太い２点差線を図２３で例示）を引いた場合、当該１つの段を構成する突起１１７ａに対し上下方向において隣接する突起１１７ｂの中心が、この仮想線５０１から左右方向に偏倚している。
例えば、図２３に示した仮想線５０１に沿った、第２段目、第４段目、第６段目、第８段目の４個の突起１１７ａの如く偶数段の突起１１７ａで形成される第５列と、この仮想線５０１に隣接する、第３段目、第５段目、第７段目の３個の突起１１７ｂの如く奇数段の突起１１７ｂで形成される第６列とが、同じ段の突起１１７間のピッチＰ５の略１／４ピッチ分、偏倚している。すなわち、これらの突起１１７ａ及び突起１１７ｂは、左右に上記略１／４ピッチを隔て、かつ上下に凹部１１５の幅分隔てて、交互に配置されている。上記偏倚量が、突起１１７のピッチＰ２の半分にまで達すれば、本変形例の突起配列パターンは、図１０に示した配列と同じ類のパターンになる。
なお、第５列及び第５列以外の突起９７の配置形態については、以上に述べた説明及び図２３を参酌すれば容易に理解可能であることから、ここでは、その説明は省く。
このように偏倚された突起１１７によれば、気液２相流が窪み部１１８を上下に向かう際に、気液２相流が突起１１７間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起１１７に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部１１８の下流側の燃料ガス流路溝１１５内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能である。
なおここでは、図示を省略しているが、１つの列を構成する突起の中心を通り、かつ左右方向に平行な仮想線を引いた場合、当該１つの列を構成する突起に対し左右方向において隣接する突起の中心が、この仮想線から上下方向に偏倚している突起の千鳥配列パターンも想定され得る。そして、この場合、気液２相流が窪み部を左右に向かう際に、気液２相流が突起間の隙間を簡単にすり抜けることを抑え、気液２相流が複数回に亘り適正に突起に当たってその流れが乱れ、これにより、窪み部の下流側の燃料ガス流路溝内の凝縮水過多によるフラッディングを抑制可能である。
本発明による燃料電池用セパレータは、反応ガス流速均一性能や凝縮水過多によるフラッディングを改善でき、例えば、高分子電解質型燃料電池にこのセパレータを適用可能である。
本発明の一実施形態の燃料電池の構造を分解して模式的に示した斜視図である。 アノードセパレータの表面を示した図である。 図２のIII−III線に沿ったアノードセパレータの断面図である。 図２のIV−IV線に沿ったアノードセパレータの断面図である。 図２のＣ領域の拡大図である。 カソードセパレータの表面を示した図である。 図６のVII−VII線に沿ったカソードセパレータの断面図である。 図６のVIII−VIII線に沿ったカソードセパレータの断面図であり、 図６のＣ領域の拡大図である。 第２実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 第３実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 第４実施形態の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 第１実施形態解析モデルの構成を平面視した図である。 比較解析モデルの構成を平面視した図である。 比較解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。 第１実施形態解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。 第４実施形態解析モデルによる各要素の流れデータを元に、コンピュータ上に出力された解析結果例を模写した図である。 横軸に燃料利用率（Ｕｆ）をとり、縦軸にセル電圧規格値（燃料利用率７０％においてセル電圧規格値＝１）をとって、第１実施形態燃料電池及び第４実施形態燃料電池について、両者の関係を示した図である。 変形例１の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 変形例２の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 変形例３の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 変形例４の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。 変形例５の流路折り返し周辺部の構成を平面視した図である。
符号の説明
１ ＭＥＡ
２ アノードセパレータ
３ カソードセパレータ
４ ボルト孔
５ 電極部
６ 高分子電解質膜
６ａ 周縁部
１０ 燃料電池
１２Ａ、１２Ｂ 燃料ガスマニフォールド孔
１３Ａ、１３Ｂ 酸化剤ガスマニフォールド孔
１４Ａ、１４Ｂ 水マニフォールド孔
２１ 燃料ガス分流領域の集合体
２１Ａ 第１の燃料ガス分流領域
２１Ｂ 第２の燃料ガス分流領域
２１Ｃ 第３の燃料ガス分流領域
２１Ｄ 第４の燃料ガス分流領域
２２ 燃料ガス合流領域の集合体
２２Ａ 第１の燃料ガス合流領域
２２Ｂ 第２の燃料ガス合流領域
２２Ｃ 第３の燃料ガス合流領域
２５ 燃料ガス流路溝（凹部）
２６、３６ 凸部
２７、３７ 突起
２８、３８ 窪み部
２８ａ、３８ａ 底辺
２８ｂ、２８ｃ、３８ｂ、３８ｃ 斜辺
３１ 酸化剤ガス分流領域の集合体
３１Ａ 第１の酸化剤ガス分流領域
３１Ｂ 第２の酸化剤ガス分流領域
３１Ｃ 第３の酸化剤ガス分流領域
３１Ｄ 第４の酸化剤ガス分流領域
３１Ｅ 第５の酸化剤ガス分流領域
３２ 酸化剤ガス合流領域の集合体
３２Ａ 第１の酸化剤ガス合流領域
３２Ｂ 第２の酸化剤ガス合流領域
３２Ｃ 第３の酸化剤ガス合流領域
３２Ｄ 第４の酸化剤ガス合流領域
３５ 酸化剤ガス流路溝（凹部）
４０ 端板
１００ 燃料電池スタック
１０１ 燃料ガス通流領域
１０２ 酸化剤ガス通流領域
２０１、２０２ 領域
６０１、７０１ 折り返し部
６０２、７０２ 直線部
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ ピッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 段差
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４ 幅

Claims (26)

  1. 板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が複数の直線部と当該複数の直線部の間に設けられる１以上の折り返し部とを有するサーペンタイン状に形成されており、
    前記反応ガス通流領域には、
    前記複数の直線部及び前記１以上の折り返し部のうちの前記直線部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
    前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記分流領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、合流させた後の前記反応ガスを下流側の前記分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
    が設けられており、
    前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数より多くなるように形成されており、
    前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する一対の前記上流側の流路溝群及び前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画するよう、形成され、
    前記主面の略法線方向からみた場合、前記分流領域に対応する前記セパレータの表面には、前記流路溝群を横断する方向において、複数の凹部と、複数の凸部と、により構成される凹凸パターンが形成され、
    前記凹部は前記流路溝群の流路溝であり、前記凸部は前記主面に当接する電極部を支持するリブであり、
    前記突起は、前記凸部の延長線上に沿って複数個並んでおり、
    一の凸部の延長線上における前記突起の中心と、前記一の凸部に隣接する凸部の延長線における前記突起の中心とを、前記外端の延在方向に結んだライン、または、一の凸部の延長線上における前記突起間の窪み部の中心と、前記一の凸部に隣接する凸部の延長線における前記突起間の窪み部の中心とを、前記外端の延在方向に結んだラインが、ジグザグに曲がるように構成されている、
    燃料電池用セパレータ。
  2. 板状に形成され、かつ、少なくとも一方の主面に反応ガスが通流する反応ガス通流領域が、前記反応ガスが一方向に流れる複数の一様流れ部と、当該複数の一様流れ部の間に設けられ、前記反応ガスが折り返すように流れる１以上の折り返し部と、を有するサーペンタイン状に形成されており、
    前記反応ガス通流領域には、
    前記一様流れ部を少なくとも含んで形成されており、前記反応ガスが分流される流路溝群を有する複数の分流領域と、
    前記１以上の折り返し部のうちの少なくとも１つに形成されており、前記反応ガスが混合するスペースとなる窪み部と、前記窪み部の底面から立設され島状に配置された複数の突起とを有しており、かつ、前記複数の分流領域のうちの隣り合う上流側の前記分流領域の流路溝群と下流側の前記流路領域の流路溝群との間に配置され、前記上流側の分流領域の流路溝群から流入する前記反応ガスを前記窪み部で合流させ、前記合流させた後の前記反応ガスを前記下流側の分流領域へ再び分流させる１以上の合流領域と、
    が設けられており、
    前記合流領域の前記窪み部に接続される前記上流側の前記分流領域と前記下流側の前記分流領域とにおいて、前記上流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数が、前記下流側の前記分流領域の前記流路溝群の溝数より多くなるように形成されており、
    前記合流領域の前記窪み部は、当該窪み部が形成されている前記反応ガス通流領域の前記折り返し部において、前記窪み部に連通する前記一対の前記上流側の流路溝群および前記下流側の流路溝群との間の斜めの境界および前記折り返し部の外端により区画され、
    前記主面の法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に対し垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、かつ、１つの前記段を構成する突起に案内されて前記外端の延在方向に進む反応ガスの流れが、前記１つの段に隣接する段を構成する突起により乱されるように構成されている、
    燃料電池用セパレータ。
  3. 前記主面の略法線方向からみた場合、前記合流領域の前記窪み部と当該窪み部に接続されている上流側の前記分流領域及び下流側の前記分流領域との境界が、前記合流領域の外縁を底辺とし、前記底辺の両端から前記窪み部に接続される上流側の前記分流領域と当該窪み部に接続される下流側の前記分流領域との境界線上近傍に位置する頂点に向けて弓形に突出した形状となるように形成されている、
    請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
  4. 前記弓形に突出した形状が略三角形状である、請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
  5. 前記弓形に突出した形状が略半円形状である、請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
  6. 前記分流領域が、前記直線部と前記折り返し部とを含んで形成されており、かつ、同一の前記分流領域内においては前記直線部の流路溝の溝数と、前記直線部に接続される前記折り返し部の流路溝の溝数とが同数となるように形成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  7. 外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
    前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
    を有しており、
    前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス入口マニホールドに接続されている、
    請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  8. 前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項７記載の燃料電池用セパレータ。
  9. 前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項７記載の燃料電池用セパレータ。
  10. 外部から前記反応ガスを前記反応ガス通流領域に供給するガス入口マニホールドと、
    前記反応ガス通流領域から排出されるガスを外部に排出するガス出口マニホールドと、
    を有しており、
    前記複数の分流領域のうちで最も上流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス入口マニホールドに接続されている、
    請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  11. 前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域の前記直線部が、前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項１０記載の燃料電池用セパレータ。
  12. 前記複数の分流領域のうちで最も下流側に配置される分流領域が前記合流領域の形成されていない前記折り返し部を有しており、当該折り返し部が前記ガス出口マニホールドに接続されている、請求項１０記載の燃料電池用セパレータ。
  13. 前記凹凸パターンは、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の前記複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の前記複数の凸部と、により構成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  14. 前記主面の略法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、１つの前記段を構成する突起の中心を通り、かつ前記延在方向に平行な仮想線を引いた場合、前記１つの段を構成する前記突起に対し前記延在方向において隣接する突起の中心が、前記仮想線から前記垂直な方向に偏倚してなる、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  15. 前記主面の略法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、１つの前記列を構成する突起の中心を通り、かつ前記垂直な方向に平行な仮想線を引いた場合、前記１つの列を構成する前記突起に対し前記垂直な方向において隣接する突起の中心が、前記仮想線から前記延在方向に偏倚してなる、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  16. 前記主面の略法線方向からみた場合、前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  17. 前記突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１６記載の燃料電池用セパレータ。
  18. 各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起は各段において、前記突起の円形断面の略直径分の間隔を開けて配置され、前記突起は各列において、略直径分の３倍分の間隔を開けて配置されている、請求項１６記載の燃料電池用セパレータ。
  19. 前記延在方向及び／または前記垂直な方向の幅寸法を違えた、第１突起及び第２突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されている、請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
  20. 前記第１突起及び第２突起は、略円柱形、略三角柱形及び略四角柱形の中から選ばれる少なくとも一種の形状を有している、請求項１９記載の燃料電池用セパレータ。
  21. 前記外端は、前記窪み部側に突出する外端突片を、その途中に形成するよう湾曲してなる、請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
  22. 前記凹凸パターンは、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の前記複数の凹部と、均等幅、均等ピッチかつ均等段差の前記複数の凸部と、により構成されている、請求項２１記載の燃料電池用セパレータ。
  23. 各々の前記突起が略円柱形に形成されている場合、前記突起と前記リブとの間、前記突起と前記外端突片との間及び前記リブと前記外端との間の第１の距離は、前記突起同士の間の第２の距離よりも狭く形成されている、請求項２１記載の燃料電池用セパレータ。
  24. 前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第１の距離を横切って流れる反応ガスの流速と前記第１の距離との積が、前記第１及び第２の距離を一定と仮定した際の前記第２の距離を横切って流れる前記反応ガスの流速と前記第２の距離との積に略一致するよう、前記第１及び第２の距離は設定されている請求項２３記載の燃料電池用セパレータ。
  25. 前記複数の突起は、１以上の前記突起が前記外端の延在方向に間隔を置いて連なる列を複数形成するとともに１以上の前記突起が前記外端の延在方向に垂直な方向に間隔を置いて連なる段を複数形成するように配置されており、各々の前記列が１つ置きの前記段を構成する前記突起で構成されている、請求項２１乃至２４の何れかに記載の燃料電池用セパレータ。
  26. アノードセパレータと、カソードセパレータと、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとの間に配置される膜電極接合体と、を有しており、
    前記アノードセパレータと前記膜電極接合体と前記カソードセパレータとを含む積層単位を１以上有しており、
    請求項１乃至２５のうちの何れか１項に記載された燃料電池用セパレータが前記アノードセパレータ及び前記カソードセパレータとして組み込まれており、
    前記アノードセパレータに供給される前記反応ガスが還元剤ガスであり、前記カソードセパレータに供給される前記反応ガスが酸化剤ガスである、
    燃料電池。
JP2006213323A 2005-08-05 2006-08-04 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 Active JP4410781B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006213323A JP4410781B2 (ja) 2005-08-05 2006-08-04 燃料電池用セパレータ及び燃料電池

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005228782 2005-08-05
JP2006000883 2006-01-05
JP2006213323A JP4410781B2 (ja) 2005-08-05 2006-08-04 燃料電池用セパレータ及び燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007207744A JP2007207744A (ja) 2007-08-16
JP4410781B2 true JP4410781B2 (ja) 2010-02-03

Family

ID=38486995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006213323A Active JP4410781B2 (ja) 2005-08-05 2006-08-04 燃料電池用セパレータ及び燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4410781B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120231373A1 (en) * 2009-11-25 2012-09-13 Hiroki Kusakabe Fuel cell separator and fuel cell including same
WO2013042283A1 (ja) * 2011-09-21 2013-03-28 パナソニック株式会社 高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池システム
KR101714295B1 (ko) 2016-01-06 2017-03-09 현대자동차주식회사 연료전지
JP7192759B2 (ja) * 2019-12-24 2022-12-20 トヨタ車体株式会社 燃料電池用セパレータ
CN115642270B (zh) * 2022-12-23 2023-04-07 南方科技大学 一种液流电池流场板和液流电池

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007207744A (ja) 2007-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007018156A1 (ja) 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP5354908B2 (ja) セパレータ板および燃料電池
US8557448B2 (en) Fuel cell and fuel cell separator
US20080070080A1 (en) Fuel Cell Separator
JP4410781B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP4412395B2 (ja) 燃料電池および燃料電池用ガスセパレータ
JP4191783B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
JP2008021515A (ja) 燃料電池のセパレータ構造
JP5082313B2 (ja) 燃料電池のセパレータ構造
JP4075413B2 (ja) プレート式熱交換器
JP5137460B2 (ja) 燃料電池
JP4887285B2 (ja) 平面図形利用率を最大限にする燃料電池反応物流れ区域
JP2007048486A (ja) 燃料電池用セパレータおよび燃料電池セル
US11670781B2 (en) Fuel cell bipolar flow field plate and fuel cell stack
JP5517864B2 (ja) 流れ場プレートアッセンブリ
KR102516418B1 (ko) 연료전지용 셀
JP2005149801A (ja) 燃料電池
CN116231029A (zh) 用于燃料电池堆的板装置和包括板装置的燃料电池装置
JP2019075339A (ja) 燃料電池セル

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090514

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20090514

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20090604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090721

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090918

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091020

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4410781

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131120

Year of fee payment: 4