WO2012090618A1 - 燃料電池 - Google Patents

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fuel cell
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吉澤　幸大
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell in which a plurality of porous ribs that are at least partially porous are arranged in a gas flow path for circulating two types of power generation gas.
  • a fuel cell having a configuration described in Patent Document 1 As this type of fuel cell, a fuel cell having a configuration described in Patent Document 1 is disclosed.
  • the fuel cell described in Patent Document 1 is provided with a separator base material, a separator base material, and a separator gas generating gas flow path formed on the surface of the separator base material.
  • Each of the protrusions contains conductive particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, and the porosity of the protrusions is 65 to 90%.
  • the present invention increases the amount of power generation gas passing through the porous body (porous rib), improves the oxygen diffusivity to the catalyst layer close to the porous body, reduces the resistance overvoltage, and reduces the cell voltage. It aims at providing the fuel cell which can aim at improvement.
  • the present invention provides a flow path for distributing two types of power generation gas on both sides of a cell structure in which cells on which anodes and cathodes are laminated are arranged on both sides of an electrolyte membrane.
  • a fuel cell in which a pair of separators to be formed are disposed, and a plurality of porous ribs at least partially porous are disposed between each of the separators and the cell structure, It is characterized in that at least a part of the plurality of porous ribs is arranged continuously over the entire surface of the gas flow path in a direction intersecting the flow direction of the power generation gas.
  • the amount of power generation gas passing through the porous rib can be increased to improve the oxygen diffusibility to the catalyst layer near the porous rib, and the resistance overvoltage Thus, the cell voltage can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. It is a top view which shows the separator which makes a part of the fuel cell same as the above which formed the arrangement
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view showing a separator in which porous ribs are arranged according to a first modification.
  • a fuel cell A As shown in FIG. 1, a fuel cell A according to an embodiment of the present invention has gas flow paths 6 and 7 for distributing two types of power generation gas on both surfaces of a cell structure 10, respectively. In this manner, a pair of separators 8 and 9 are arranged.
  • the cell structure 10 is obtained by joining and integrating a cathode 2 and an anode 3 on both sides of a solid polymer electrolyte membrane 1.
  • the cathode 2 has a two-layer structure including a cathode catalyst layer 2 a and a cathode gas diffusion layer 2 b, and the cathode catalyst layer 2 a is in contact with one surface of the solid polymer electrolyte membrane 1.
  • the anode 3 has a two-layer structure including an anode catalyst layer 3 a and an anode gas diffusion layer 3 b, and the fuel electrode catalyst layer 3 a is in contact with the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 1.
  • a plurality of porous ribs 20A and 20A constituting an arrangement form of porous ribs according to an example are provided between the separators 8 and 9 and the cell structure 10, in other words, in the gas flow paths 6 and 7, respectively. At least a part of the porous ribs 20A is arranged continuously over the entire surface of the gas flow path in the direction intersecting the flow direction of the power generation gas. In the present embodiment, all of these porous ribs 20A are provided continuously over the entire cross section of the gas flow paths 6 and 7 in the direction perpendicular to the flow direction of the power generation gas.
  • the porous rib 20A constituting the porous rib arrangement is formed of a porous metal body having a required gas permeability and the entire porous structure, and faces the cell structure 10 of the separators 8 and 9.
  • the inner surfaces 8b and 9b are formed.
  • the porous rib 20A has a long side length (hereinafter referred to as “rib width”) extending over both side edges 8a, 8a (9a, 9a) of the separator 8 (9), and W1.
  • the length of the short side (hereinafter referred to as “rib length”) in the flow direction ⁇ of the power generation gas is formed in an elongated rectangular column shape having L1.
  • a plurality of porous ribs 20A are arranged at a predetermined interval in the flow direction ⁇ so that all of the power generation gas passes through the porous rib 20A. Further, the porous rib 20A and the gas flow path 6 (7) have a ratio of the volume of the gas flow path 6 (7) to the volume of the porous rib 20A of 1 to 3.
  • the “predetermined interval” is not only a fixed interval but also from the upstream side to the downstream side in each flow direction ⁇ , for example, so that the interval gradually decreases, and conversely, the interval gradually increases. Including arranging and the like.
  • the porous ribs 20A By arranging the porous ribs 20A as described above, all the power generation gas flowing through the fuel cell A can be passed through the porous ribs 20A. Accordingly, the amount of power generation gas passing through the porous rib 20A can be increased, the oxygen diffusibility to the catalyst layer close to the porous rib 20A can be improved, and the resistance overvoltage can be reduced to improve the voltage of the fuel cell A. Can do.
  • the porous rib 20B constituting the porous rib arrangement according to the first modification shown in FIG. 3 is formed of a porous metal body having a required gas permeability and the entire porous structure. It is the same as that of the said porous rib 20A that it is formed in the inner surfaces 8b and 9b which face the cell structure 10.
  • the porous rib 20B constituting the porous rib arrangement according to the first modified example has a long side length (hereinafter referred to as “rib width”) of both side edges 8a, 8a ( 9a, 9a) is formed into an elongated quadrangular prism shape having a rib width W2 that is divided into a plurality of portions and a short side length (hereinafter referred to as “rib length”) in the flow direction ⁇ of the power generation gas as L2.
  • rib width long side length
  • rib length a long side length of both side edges 8a, 8a ( 9a, 9a) is formed into an elongated quadrangular prism shape having a rib width W2 that is divided into a plurality of portions and a short side length (hereinafter referred to as “rib length”) in the flow direction ⁇ of the power generation gas as L2.
  • the porous ribs 20B are arranged in four rows indicated by reference numerals N1 to N4, and a plurality of adjacent rows are arranged at intervals slightly shorter than the rib width W2 of the porous ribs 20B, and a plurality of rows are arranged at predetermined intervals in the flow direction ⁇ . ing.
  • the mutually opposing ends of the porous ribs 20B, 20B forming two adjacent rows are brought into close contact with each other by being brought into contact with each other with a required dimension in the flow direction ⁇ . That is, the porous ribs 20B are arranged in the gas flow paths 6 and 7 so as to be continuously provided on the entire surface of the cross section of the gas flow paths 6 and 7 perpendicular to the flow direction of the power generation gas.
  • porous ribs 20B By arranging the porous ribs 20B described above in the above-described arrangement, all of the power generation gas flowing through the fuel cell A can be passed through the porous ribs 20B. Accordingly, the amount of power generation gas passing through the porous rib 20B can be increased, and the oxygen diffusibility to the catalyst layer close to the porous rib 20B can be improved, and the resistance overvoltage can be reduced to improve the cell voltage. . Furthermore, since the porous ribs according to the first modification are arranged in a so-called zigzag pattern, pressure loss can be reduced.
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an arrangement form of porous ribs according to a second modification
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing an arrangement form of porous ribs according to a third modification.
  • the porous rib 20C constituting the porous rib arrangement according to the second modification shown in FIG. 4 is arranged between the separators 8, 9 and the cell structure 10, in other words, arranged in the gas flow paths 6, 7. This is the same as the porous ribs 20A and 20B described above.
  • the length (hereinafter referred to as “rib width”) of the upstream and downstream sides 20Ca and 20Cb in the direction orthogonal to the flow direction ⁇ is W3.
  • the sides 20Cc and 20Cd parallel to ⁇ are of a rectangular parallelepiped shape having a length (hereinafter referred to as “rib length”) of L3 and a required thickness.
  • the rib width W3 of the upstream and downstream sides 20Ca and 20Cb is set to 100 ⁇ m or less, and the average rib width W3 and the rib length L3 of the upstream and downstream sides 20Ca and 20Cb and the sides 20Cc and 20Cd are approximately equal. is doing.
  • the aspect ratio of the upstream / downstream sides 20Ca and 20Cb and the sides 20Cc and 20Cd is set to approximately 1.
  • the porous rib 20C and the gas flow path 6 (7) have a ratio of the volume of the gas flow path to the volume of the porous rib 20C of 1 to 3, and their apex angles are brought into contact with and in close contact with each other. They are arranged in a shape. That is, the porous ribs 20C are arranged in the gas flow paths 6 and 7 so as to be continuously provided over the entire cross section of the gas flow paths 6 and 7 perpendicular to the flow direction of the power generation gas. Further, in the flow path between the adjacent porous ribs 20C, 20C, the shortest length Q from the side surface of the upstream / downstream side 20Cc, 20Cd to the flow path center O is set to 200 ⁇ m or less.
  • the porous ribs 20C described above By arranging the porous ribs 20C described above in the above-described arrangement, all of the power generation gas flowing through the fuel cell A can be passed through the porous ribs 20C. Although the average flow velocity of the power generation gas passing through the porous rib 20C is lower than the average flow velocity of the power generation gas flowing through the surrounding space, the amount of power generation gas passing through the porous rib 20C can be increased. While improving the oxygen diffusivity to the near catalyst layer, a resistance overvoltage can be reduced and the cell voltage can be improved.
  • porous ribs 20D constituting the porous rib arrangement according to the third modification shown in FIG. 5 are arranged between the separators 8, 9 and the cell structure 10, in other words, arranged in the gas flow paths 6, 7. This is the same as the porous ribs 20A to 20C described above.
  • the porous ribs 20D constituting the arrangement form of the porous ribs shown in this example are the lengths of the sides 20Da and 20Db in the direction orthogonal to the flow direction ⁇ (hereinafter referred to as “rib width”) W4 and W5 (W4 ⁇ W5). It is formed in a trapezoidal shape and a required thickness. In other words, it has a cross-sectional shape in which the passage area of the power generation gas increases from the upstream side to the downstream side in the flow direction ⁇ of the power generation gas.
  • the porous rib 20D and the gas flow path 6 (7) have a ratio of the volume of the gas flow path to the volume of the porous rib 20D of 1 to 3, and their apex angles are brought into contact with and in close contact with each other. They are arranged in a shape. That is, the porous ribs 20D are arranged in the gas flow paths 6 and 7 so as to be continuously provided over the entire cross section of the gas flow paths 6 and 7 in the direction orthogonal to the flow direction of the power generation gas.
  • porous ribs 20D By making the porous ribs 20D described above into the above-described arrangement, all of the power generation gas flowing through the fuel cell A can be passed through the porous ribs 20D. Although the average flow velocity of the power generation gas passing through the porous rib 20D is lower than the average flow velocity of the power generation gas flowing through the surrounding space, the amount of power generation gas passing through the porous rib 20D can be increased, and the porous rib 20D While improving the oxygen diffusibility to the near catalyst layer, resistance overvoltage can be reduced and the cell voltage can be improved.
  • the porous rib 20D has a cross-sectional shape that increases the passage area of the power generation gas from the upstream side to the downstream side in the flow direction ⁇ of the power generation gas, the directivity is given to the power generation gas that passes through the porous rib 20D. You can have it. Furthermore, by passing the interior of the porous rib 20D obliquely, the flow velocity of the power generation gas can be increased even with a porous rib having a low transmittance with respect to the gas flow path.
  • FIG. 6 is a partial perspective view showing a porous rib according to a reference example and an arrangement form of the porous rib
  • FIG. 7 is a partial perspective view showing a porous rib according to the reference example and an arrangement form of the porous rib.
  • the porous rib 20E according to the reference example shown in FIG. 6 is arranged between the separators 8 and 9 and the cell structure 10, in other words, the gas flow paths 6 and 7 described above. Same as ⁇ 20D.
  • the rib widths of the upstream and downstream sides 20Ea and 20Eb in the direction orthogonal to the flow direction ⁇ are set to W6, the sides 20Ec and 20Ed parallel to the flow direction ⁇ are set to L6, and A rectangular parallelepiped having a required thickness.
  • the rib width W6 of the upstream and downstream sides 20Ea and 20Eb is set to 100 ⁇ m or less, and the average rib width and rib length of the upstream and downstream sides 20Ea and 20Eb and the sides 20Ec and 20Ed are roughly set. Are equal.
  • porous rib 20E and the gas flow path 6 (7) have a ratio of the volume of the gas flow path to the volume of the porous rib 20E of 1 to 3, and their apex angles are separated from each other by a required gap t. They are arranged in a staggered pattern. Specifically, the above-described gap t is set smaller than the rib width W6 of each porous rib 20E.
  • porous ribs 20E By arranging the porous ribs 20E described above in the above-described arrangement, most of the power generation gas flowing through the fuel cell A can be passed through the porous ribs 20E. Although the average flow velocity of the power generation gas passing through the porous rib 20E is lower than the average flow velocity of the power generation gas flowing through the surrounding space, the amount of power generation gas passing through the porous rib 20E can be increased. While improving the oxygen diffusivity to the near catalyst layer, a resistance overvoltage can be reduced and the cell voltage can be improved.
  • the porous rib 20F according to the reference example shown in FIG. 7 is arranged between the separators 8 and 9 and the cell structure 10, in other words, the gas flow paths 6 and 7 described above. Same as ⁇ 20E.
  • the rib width of the upstream and downstream sides 20Fa, 20Fb in the direction orthogonal to the flow direction ⁇ is set to W7
  • the sides 20Fc, 20Fd parallel to the flow direction ⁇ are set to rib length L7
  • the rib width W7 of the upstream and downstream sides 20Fa, 20Fb is set to 100 ⁇ m or less, and the porous rib 20F and the gas flow path 6 (7) are configured so that the gas flow with respect to the volume of the porous rib 20F.
  • the volume ratio of the road is set to exceed 3. As a result, it can be made harder to break than when the ratio is 1 to 3.
  • porous ribs 20F according to the present example are arranged so as to form a staggered shape with their apex angles separated from each other by a required gap t.
  • the above-described gap t is set smaller than the rib width W7 of each porous rib 20F.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing an arrangement form of porous ribs according to a fourth modification.
  • the arrangement form of the porous ribs according to the fourth modification example is similar to the arrangement form of the porous ribs according to the first modification example or the second modification example described above in the upstream half of the flow direction ⁇ of the power generation gas.
  • the porous ribs 20K are arranged in a staggered manner and the adjacent porous ribs 20K are in close contact with each other, and the downstream ribs have the porous ribs 20L parallel to the flow direction ⁇ and at a constant interval from each other. Are arranged in the same manner.
  • the staggered arrangement is formed only in a part of the gas flow path, the pressure loss can be reduced, and the pressure loss can be reduced, thereby reducing the load on the auxiliary equipment. Therefore, the output of the fuel cell A can be improved.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing an arrangement form of porous ribs according to a fifth modification.
  • the arrangement form of the porous ribs according to the fifth modification example is similar to the arrangement form of the porous ribs according to the first modification example or the second modification example described above in the upstream half of the flow direction ⁇ of the power generation gas.
  • An arrangement in which the porous ribs 20M are arranged in a staggered manner and the adjacent porous ribs 20M are in close contact with each other, the porous ribs 20N are arranged in a staggered manner in the downstream half, and the porous ribs 20N adjacent to each other are arranged.
  • the arrangement form is separated at a required interval.
  • the staggered arrangement is formed in a part of the gas flow path, the pressure loss can be reduced, and the pressure loss can be reduced, thereby reducing the load on the auxiliary equipment. Therefore, the output of the fuel cell A can be improved.
  • the electrical resistance in the upstream half can be reduced, the oxygen resistance in the downstream half can be reduced, and the liquid water can be discharged.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an arrangement of porous ribs according to a sixth modification.
  • the arrangement form of the porous ribs according to the sixth modification is an arrangement form in which the porous ribs 20G having a small gas permeability are in close contact with the upstream half of the flow direction ⁇ of the power generation gas, and the downstream half
  • porous ribs 20H having a larger transmittance than the porous ribs 20G arranged in the upstream half are brought into close contact with each other to form a staggered arrangement.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view showing an example of porous ribs constituting the porous rib arrangement according to each of the above-described embodiments.
  • symbol same as them is attached
  • subjected and description is abbreviate
  • the porous rib 20I according to this example has different gas permeability from the cell structure 10 side toward the separators 8 and 9. Specifically, the base side half 20Ia on the cell structure 10 side is made porous and the tip side half 20Ib is solidified. With this configuration, it is possible to reduce the electrical resistance of the porous rib 20I, thereby reducing the resistance overvoltage and improving the voltage of the fuel cell A.
  • FIG. 12 is a partial perspective view showing the arrangement of the porous ribs according to the seventh modification.
  • the porous ribs 20J constituting the porous rib arrangement according to the seventh modification shown in FIG. 12 are arranged between the separators 8, 9 and the cell structure 10, in other words, arranged in the gas flow paths 6, 7. This is the same as the porous ribs 20A to 20I described above.
  • the porous ribs 20J constituting the arrangement form of the porous ribs according to this example are the lengths of the sides 20Ja and 20Jb in the direction orthogonal to the flow direction ⁇ (hereinafter referred to as “rib width”) W8, W9 (W8 ⁇ W9).
  • the trapezoid is formed in a trapezoidal parallel-view shape having a length L8 between the sides 20Ja and 20Jb, and has a required thickness.
  • the porous ribs 20J have a cross-sectional shape in which the passage area of the power generation gas increases from the upstream side to the downstream side in the flow direction ⁇ of the power generation gas.
  • the apex angles of the porous ribs 20J are arranged in contact with each other so as to form a staggered pattern. That is, the porous ribs 20J are arranged in the gas flow paths 6 and 7 so as to be continuously provided on the entire surface of the cross section of the gas flow paths 6 and 7 perpendicular to the flow direction of the power generation gas.
  • the rib width W8 of the upstream / downstream sides 20Ja, 20Jb is set to 100 ⁇ m or less, and the aspect ratio of the upstream / downstream sides 20Ja, 20Jb and the sides 20Cc, 20Cd is set to exceed approximately 3. Thereby, it is possible to make it harder to break than when the ratio is 1 to 3.
  • the porous rib 20J has a cross-sectional shape in which the passage area of the power generation gas increases from the upstream side to the downstream side in the flow direction ⁇ of the power generation gas, the directivity is given to the power generation gas passing through the porous rib 20J. You can have it. Furthermore, by passing the inside of the porous rib 20J obliquely, even if it is a porous rib having a low transmittance with respect to the gas flow path, the passage speed of the power generation gas can be increased.
  • the porous ribs are arranged on the inner surface of the separator facing the cell structure.
  • the porous rib may be disposed on the cell structure side.
  • porous ribs having different outer shapes may be mixed and arranged from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the power generation gas.

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Abstract

　リブ内を通過する発電用ガス量を増やして、リブ近くの触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができるようにする。　本発明は、電解質膜の両側にアノードとカソードとを積層したセルを配したセル構造体の両面に、二種類の発電用ガスを流通させるための流路をそれぞれ区画形成する一対のセパレータ８（９）を配し、それら各セパレータ８（９）とセル構造体との間に、少なくとも一部をポーラス化した複数のポーラスリブ２０Ａを配設している燃料電池において、上記複数のポーラスリブ２０Ａのうちの少なくとも一部のものを、発電用ガスの流通方向に対して交差する方向のガス流路断面の全面に連続させて配列している。

Description

燃料電池
　本発明は、二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流路に、少なくとも一部をポーラス化した複数のポーラスリブを配設した燃料電池に関する。
　この種の燃料電池として、特許文献１に記載された構成のものが開示されている。
　特許文献１に記載された燃料電池は、セパレータ基材と、このセパレータ基材上に設けられ、そのセパレータ基材の表面に発電用ガスの流路を形成し、さらに多孔質体からなる複数の突起とを備えたものであり、それらの各突起を、粒子径が０．５μｍ～５０μｍの導電性粒子を含有し、さらに前記突起の空孔率を６５～９０％としたものである。
特開２０１０‐１２９２９９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されている従来の燃料電池は、発電用ガスが突起内よりも突起間の空間に流通しやすいために、突起内に発電用ガスが通過しにくく、そのため上記突起に近い触媒層には発電用ガスが拡散することができず、触媒層を充分に機能させることが困難であるという課題が未解決のままであった。
　そこで本発明は、多孔質体（ポーラスリブ）内を通過する発電用ガス量を増やして、多孔質体に近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる燃料電池の提供を目的としている。
　上記課題を解決するための本発明は、電解質膜の両側にアノードとカソードとを積層したセルを配したセル構成体の両面に、二種類の発電用ガスを流通させるための流路をそれぞれ区画形成する一対のセパレータを配し、それら各セパレータとセル構成体との間に、少なくとも一部をポーラス化した複数のポーラスリブを配設している燃料電池において、
　上記複数のポーラスリブのうちの少なくとも一部のものを、発電用ガスの流通方向に対して交差する方向のガス流路断面の全面に連続させて配列したことを特徴としている。
　本発明によれば、発電用ガスの全てがポーラスリブを通過するので、ポーラスリブ内を通過する発電用ガス量を増加させて、ポーラスリブ近くの触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の断面図である。 一例に係るポーラスリブの配列形態を形成した同上の燃料電池の一部をなすセパレータを示す平面図である。 第一の変形例に係るポーラスリブの配列形態を形成したセパレータを示す平面図である。 第二の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。 第三の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。 参考例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。 参考例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。 第四の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。 第五の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。 第六の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。 各実施形態に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブの一例を示す部分拡大図である。 第七の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。
　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の断面図、図２は、一例に係るポーラスリブの配列形態を形成した同上の燃料電池の一部をなすセパレータを示す平面図、図３は、第一の変形例に係るポーラスリブの配列形態を形成したセパレータを示す平面図である。
　図１に示すように、本発明の一の実施形態に係る燃料電池Ａは、セル構造体１０の両面に、二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流路６，７をそれぞれ区画形成するようにして一対のセパレータ８，９を配している。
　セル構造体１０は、固体高分子電解質膜１の両側に、カソード２及びアノード３を接合して一体化したものである。
　カソード２は、カソード触媒層２ａ及びカソードガス拡散層２ｂを備えた二層構造であり、そのうちのカソード触媒層２ａを固体高分子電解質膜１の一面に接触させている。
　アノード３は、アノード触媒層３ａ及びアノードガス拡散層３ｂを備えた二層構造であり、そのうちの燃料極触媒層３ａを固体高分子電解質膜１の他面に接触させている。
　本実施形態においては、セパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に、一例に係るポーラスリブの配列形態を構成する複数のポーラスリブ２０Ａ，２０Ａをそれぞれ配列しており、それらポーラスリブ２０Ａのうちの少なくとも一部のものを、発電用ガスの流通方向に対して交差する方向のガス流路断面の全面に連続させて配列している。
　本実施形態においては、それら全てのポーラスリブ２０Ａを、発電用ガスの流通方向に対して直交方向のガス流路６，７断面の全面に連続して設けている。
　まず、一例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ａは、所要のガス透過率にしかつ全体をポーラス化した多孔質金属体で形成されており、セパレータ８，９の、セル構造体１０に臨む内面８ｂ，９ｂに形成されている。
　上記ポーラスリブ２０Ａは、図２に示すように、セパレータ８（９）の両側辺縁８ａ，８ａ（９ａ，９ａ）にわたる長辺の長さ（以下、「リブ幅」という。）をＷ１にし、かつ、発電用ガスの流通方向αにおける短辺の長さ（以下、「リブ長」という。）をＬ１とした細長い四角柱形に形成したものである。
　すなわち、本実施形態においては、発電用ガスの全てがポーラスリブ２０Ａを通過するように、ポーラスリブ２０Ａを流通方向αにおいて所定の間隔をもって複数配列している。
　また、ポーラスリブ２０Ａとガス流路６（７）とは、そのポーラスリブ２０Ａの体積に対するガス流路６（７）の体積の割合を１～３としている。
　なお、「所定の間隔」は、一定の間隔の他、各流通方向α上流側から下流側に向け、例えば次第に間隔が狭くなるように、また、これとは逆に次第に間隔が広くなるように配列すること等を含むものである。
　上記のポーラスリブ２０Ａを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスの全てをポーラスリブ２０Ａを通過させられるようになる。
　従って、ポーラスリブ２０Ａ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ａに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させて燃料電池Ａの電圧向上を図ることができる。
　図３に示す第一の変形例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｂは、所要のガス透過率にしかつ全体をポーラス化した多孔質金属体で形成されており、セパレータ８，９の、セル構造体１０に臨む内面８ｂ，９ｂに形成されていることは、上記ポーラスリブ２０Ａと同様である。
　第一の変形例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｂは、これの長辺の長さ（以下、「リブ幅」という。）を、セパレータ８（９）の両側辺縁８ａ，８ａ（９ａ，９ａ）間を複数に分割するリブ幅Ｗ２にし、かつ、発電用ガスの流通方向αにおける短辺の長さ（以下、「リブ長」という。）をＬ２とした細長い四角柱形に形成されている。
　上記ポーラスリブ２０Ｂは、符号Ｎ１～Ｎ４で示す４列に整列されており、隣り合う各列をポーラスリブ２０Ｂのリブ幅Ｗ２よりもやや短い間隔にし、かつ、流通方向αにおいて所定の間隔をもって複数配列している。
　換言すると、隣接する二つの列をなす各ポーラスリブ２０Ｂ，２０Ｂの互いに対向する端部どうしが、流通方向αにおいて所要の寸法だけ接触させていることにより互いに密着させている。すなわち、ポーラスリブ２０Ｂは、ガス流路６，７に、発電用ガスの流通方向に対して直交方向のガス流路６，７断面の全面に連続して設けるように配列される。
　上述したポーラスリブ２０Ｂを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスの全てをポーラスリブ２０Ｂを通過させられるようになる。
　従って、ポーラスリブ２０Ｂ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ｂに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。さらに、第一の変形例に係るポーラスリブの配列形態はいわゆる千鳥状に配列しているので、圧力損失を低減させることができる。
　図４は、第二の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図、図５は、第三の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。
　図４に示す第二の変形例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｃは、上記したセパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に配列していることは、上記したポーラスリブ２０Ａ，２０Ｂと同様である。
　本例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｃは、上記した流通方向αに直交する方向の上下流側辺２０Ｃａ，２０Ｃｂの長さ（以下、「リブ幅」という。）をＷ３、流通方向αに平行な辺２０Ｃｃ，２０Ｃｄを長さ（以下、「リブ長」という。）をＬ３にし、かつ、所要の厚みにした直方体形のものである。
　本例においては、上下流側辺２０Ｃａ，２０Ｃｂのリブ幅Ｗ３を１００μｍ以下に設定しているとともに、上下流側辺２０Ｃａ，２０Ｃｂと辺２０Ｃｃ，２０Ｃｄの平均リブ幅Ｗ３とリブ長Ｌ３を概略等しくしている。換言すると、上下流側辺２０Ｃａ，２０Ｃｂと辺２０Ｃｃ，２０Ｃｄのアスペクト比を略１にしている。
　また、ポーラスリブ２０Ｃとガス流路６（７）とは、そのポーラスリブ２０Ｃの体積に対するガス流路の体積の割合を１～３とするとともに、それらの互いの頂角どうしを当接密着させて千鳥形をなすように配列している。
　すなわち、ポーラスリブ２０Ｃは、ガス流路６，７に、発電用ガスの流通方向に対して直交方向のガス流路６，７断面の全面に連続して設けるように配列される。
　さらに、隣り合うポーラスリブ２０Ｃ，２０Ｃ間の流路において、上下流側辺２０Ｃｃ，２０Ｃｄの側面から流路中心Ｏまでの最短長さＱを２００μｍ以下にしている。
　上述したポーラスリブ２０Ｃを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスの全てをポーラスリブ２０Ｃを通過させられるようになる。ポーラスリブ２０Ｃを通過する発電用ガスの平均流速は、その周囲の空間を流通する発電用ガスの平均流速よりも低いものの、ポーラスリブ２０Ｃ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ｃに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。
　図５に示す第三の変形例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｄは、上記したセパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に配列していることは、上記したポーラスリブ２０Ａ～２０Ｃと同様である。
　本例に示すポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｄは、上記した流通方向αに直交する方向の辺２０Ｄａ，２０Ｄｂの長さ（以下、「リブ幅」という。）Ｗ４，Ｗ５（Ｗ４＜Ｗ５）とした平面視台形にしかつ所要の厚みにして形成されている。
　換言すると、発電用ガスの流通方向αの上流側から下流側に向かい、発電用ガスの通過面積が増大する断面形状にしている。
　また、ポーラスリブ２０Ｄとガス流路６（７）とは、そのポーラスリブ２０Ｄの体積に対するガス流路の体積の割合を１～３とするとともに、それらの互いの頂角どうしを当接密着させて千鳥形をなすように配列している。すなわち、ポーラスリブ２０Ｄは、ガス流路６，７に、発電用ガスの流通方向に対して直交方向のガス流路６，７断面の全面に連続して設けるように配列される。
　上述したポーラスリブ２０Ｄを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスの全てをポーラスリブ２０Ｄを通過させられるようになる。
　ポーラスリブ２０Ｄを通過する発電用ガスの平均流速は、その周囲の空間を流通する発電用ガスの平均流速よりも低いものの、ポーラスリブ２０Ｄ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ｄに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。
　また、ポーラスリブ２０Ｄを発電用ガスの流通方向αの上流側から下流側に向かい、発電用ガスの通過面積が増大する断面形状にしているので、そのポーラスリブ２０Ｄを通過する発電用ガスに指向性を持たせることができる。
　さらに、そのポーラスリブ２０Ｄ内を斜めに通過させることにより、ガス流路に対して透過率が低いポーラスリブであっても発電用ガスの通過流速を高めることができる。
　図６は、参考例に係るポーラスリブと、このポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図、図７は、参考例に係るポーラスリブと、このポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。
　図６に示す参考例に係るポーラスリブ２０Ｅは、上記したセパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に配列していることは、上記したポーラスリブ２０Ａ～２０Ｄと同様である。
　本例に係るポーラスリブ２０Ｅは、上記した流通方向αに直交する方向の上下流側辺２０Ｅａ，２０Ｅｂのリブ幅をＷ６にし、流通方向αに平行な辺２０Ｅｃ，２０Ｅｄをリブ長をＬ６にし、かつ、所要の厚みにした直方体形のものである。
　本例に係るポーラスリブ２０Ｅは、上下流側辺２０Ｅａ，２０Ｅｂのリブ幅Ｗ６を１００μｍ以下に設定しているとともに、上下流側辺２０Ｅａ，２０Ｅｂと辺２０Ｅｃ，２０Ｅｄの平均リブ幅とリブ長を概略等しくしている。
　また、ポーラスリブ２０Ｅとガス流路６（７）とは、そのポーラスリブ２０Ｅの体積に対するガス流路の体積の割合を１～３としているとともに、それらの互いの頂角どうしを所要の間隙ｔだけ離間させて千鳥形をなすように配列している。
　具体的には、上記した間隙ｔを、各ポーラスリブ２０Ｅのリブ幅Ｗ６よりも小さく設定している。
　上述したポーラスリブ２０Ｅを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスのほとんどをポーラスリブ２０Ｅを通過させられるようになる。ポーラスリブ２０Ｅを通過する発電用ガスの平均流速は、その周囲の空間を流通する発電用ガスの平均流速よりも低いものの、ポーラスリブ２０Ｅ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ｅに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。
　図７に示す参考例に係るポーラスリブ２０Ｆは、上記したセパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に配列していることは、上記したポーラスリブ２０Ａ～２０Ｅと同様である。
　本例に係るポーラスリブ２０Ｆは、上記した流通方向αに直交する方向の上下流側辺２０Ｆａ，２０Ｆｂのリブ幅をＷ７にし、当該流通方向αに平行な辺２０Ｆｃ，２０Ｆｄをリブ長をＬ７にし、かつ、所要の厚みにした直方体形のものである。
　本例に係るポーラスリブ２０Ｆは、上下流側辺２０Ｆａ，２０Ｆｂのリブ幅Ｗ７を１００μｍ以下に設定しているとともに、ポーラスリブ２０Ｆとガス流路６（７）とは、そのポーラスリブ２０Ｆの体積に対するガス流路の体積の割合を３を超えて設定している。これにより、当該割合を１～３にしたときに比べて、壊れにくくすることができる。
　さらに、本例に係るポーラスリブ２０Ｆは、これらの互いの頂角どうしを所要の間隙ｔだけ離間させて千鳥形をなすように配列している。
　具体的には、上記した間隙ｔを、各ポーラスリブ２０Ｆのリブ幅Ｗ７よりも小さく設定している。
　図８は、第四の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。
　第四の変形例に係るポーラスリブの配列形態は、発電用ガスの流通方向αの上流側半部に、上述した第一の変形例、若しくは第二の変形例に係るポーラスリブの配列形態のように、ポーラスリブ２０Ｋを千鳥状に配列し、かつ互いに隣り合うポーラスリブ２０Ｋどうしを密着させた配列形態とし、当該下流側半部に、そのポーラスリブ２０Ｌを流通方向αに平行にし、かつ、互いに一定の間隔をおいて配列した構成のものである。
　この配列形態によれば、千鳥状にした配列をガス流路の一部にだけ形成したので、圧力損失を低減させることができ、また、圧力損失を低減できる結果、補機負荷を低減させることができ、従って、燃料電池Ａの出力を向上させられる。
　図９は、第五の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。
　第五の変形例に係るポーラスリブの配列形態は、発電用ガスの流通方向αの上流側半部に、上述した第一の変形例、若しくは第二の変形例に係るポーラスリブの配列形態のように、ポーラスリブ２０Ｍを千鳥状に配置し、かつ、互いに隣り合うポーラスリブ２０Ｍどうしを密着させた配列形態、当該下流側半部に、ポーラスリブ２０Ｎを千鳥状に配置し、かつ、互いに隣り合うポーラスリブ２０Ｎどうしを所要の間隔をもって離間させた配列形態としたものである。
　この配列形態によれば、千鳥状の配設をガス流路の一部に形成したので、圧力損失を低減させることができ、また、圧力損失を低減できる結果、補機負荷を低減させることができ、従って、燃料電池Ａの出力を向上させられる。
　また、上流側半部での電気抵抗を低減させ、下流側半部での酸素抵抗を低減させられるとともに、液水の排出を行なうことができる。
　図１０は、第六の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す説明図である。
　第六の変形例に係るポーラスリブの配列形態は、発電用ガスの流通方向αの上流側半部に、ガス透過率の小さなポーラスリブ２０Ｇどうしを密着させて千鳥状にした配列形態、当該下流側半部に、上流側半部に配列したポーラスリブ２０Ｇよりも大きな透過率のポーラスリブ２０Ｈどうしを密着させて千鳥状にした配列形態としたものである。
　図１１は、上述した各実施形態に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブの一例を示す部分拡大図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
　この一例に係るポーラスリブ２０Ｉは、ガス透過率がセル構造体１０側からセパレータ８，９に向けて異ならせたものである。
　具体的には、セル構造体１０側の基端側半部２０Ｉａをポーラス化し、先端側半部２０Ｉｂをソリッド化したものである。
　この構成により、ポーラスリブ２０Ｉの電気抵抗を低減させることができ、これにより、抵抗過電圧を低減させて、燃料電池Ａの電圧を向上させることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
　図１２は、第七の変形例に係るポーラスリブの配列形態を示す部分斜視図である。
　図１２に示す第七の変形例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｊは、上記したセパレータ８，９とセル構造体１０との間、換言すると、上記したガス流路６，７に配列していることは、上記したポーラスリブ２０Ａ～２０Ｉと同様である。
　本例に係るポーラスリブの配列形態を構成するポーラスリブ２０Ｊは、上記した流通方向αに直交する方向の辺２０Ｊａ，２０Ｊｂの長さ（以下、「リブ幅」という。）Ｗ８，Ｗ９（Ｗ８＜Ｗ９）とし、かつ、辺２０Ｊａ，２０Ｊｂ間の長さＬ８にした平行平面視台形にするとともに、所要の厚みにして形成されている。
　換言すると、発電用ガスの流通方向αの上流側から下流側に向かい、発電用ガスの通過面積が増大する断面形状にしている。
　また、本例においては、ポーラスリブ２０Ｊの互いの頂角どうしを当接密着させて千鳥形をなすように配列している。すなわち、ポーラスリブ２０Ｊは、ガス流路６，７に、発電用ガスの流通方向に対して直交方向のガス流路６，７断面の全面に連続して設けるように配列される。
　さらに、上下流側辺２０Ｊａ，２０Ｊｂのリブ幅Ｗ８を１００μｍ以下に設定しているとともに、それら上下流側辺２０Ｊａ，２０Ｊｂと辺２０Ｃｃ，２０Ｃｄのアスペクト比を略３を超えて設定している。これにより、当該割合を１～３にしたときに比べて、壊れにくくすることができる。
　上述したポーラスリブ２０Ｊを上記した配列形態にすることにより、燃料電池Ａを流通する発電用ガスの全てをポーラスリブ２０Ｊを通過させられるようになる。
　従って、ポーラスリブ２０Ｊ内を通過する発電用ガス量を増やすことができ、ポーラスリブ２０Ｊに近い触媒層への酸素拡散性を向上させられるとともに、抵抗過電圧を低減させてセル電圧の向上を図ることができる。
　また、ポーラスリブ２０Ｊを発電用ガスの流通方向αの上流側から下流側に向かい、発電用ガスの通過面積が増大する断面形状にしているので、そのポーラスリブ２０Ｊを通過する発電用ガスに指向性を持たせることができる。
　さらに、そのポーラスリブ２０Ｊ内を斜めに通過させることにより、ガス流路に対して透過率が低いポーラスリブであっても発電用ガスの通過流速を高めることができる。
・上述した実施形態においては、ポーラスリブをセパレータの、セル構造体に臨む内面に配列形成した例について説明したが、セル構造体側に配設形成してもよい。
・外形を異ならせた２種類以上のポーラスリブを、発電用ガスの流通方向の上流側から下流側にかけて混在させて配列した構成にしてもよい。
１　　　　　　　　電解質膜
２　　　　　　　　カソード
３　　　　　　　　アノード
６，７　　　　　　ガス流路
８，９　　　　　　セパレータ
１０　　　　　　　セル構造体
２０Ａ～２０Ｆ　　ポーラスリブ
α　　　　　　　　発電用ガスの流通方向 

Claims (10)

  1. 　電解質膜の両側にアノードとカソードとを積層したセル構造体の両面に、二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流路をそれぞれ区画形成する一対のセパレータを配し、それら各セパレータとセル構造体との間に、少なくとも一部をポーラス化した複数のポーラスリブを配設している燃料電池において、
    　上記複数のポーラスリブのうちの少なくとも一部のものを、発電用ガスの流通方向に対して交差する方向のガス流路断面の全面に連続させて配列したことを特徴とする燃料電池。
  2. 　上記ポーラスリブの少なくとも一部のものを千鳥状に配置するとともに、互いに隣り合うポーラスリブどうしを密着させて配列していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
  3. 　上記ポーラスリブの体積に対するガス流路の体積の割合を１～３にしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
  4. 　上記ポーラスリブの平均リブ幅とリブ長を概略等しくしていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池。
  5. 　上記ポーラスリブのリブ幅を、発電用ガスの流通方向の上流側から下流側にかけて増加させていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池。
  6. 　請求項２～５のいずれか１項に記載のポーラスリブを、発電用ガスの流通方向の上流側に配置していることを特徴とする燃料電池。
  7. 　発電用ガスの流通方向に沿い、ガス透過率を異ならせたポーラスリブを配列していることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料電池。
  8. 　発電用ガスの流通方向の上流側から下流側に向い、次第にガス透過率を大きくしたポーラスリブを配列していることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
  9. 　上記ポーラスリブは、このガス透過率がセル構造体側からセパレータに向けて異ならせたものであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池。
  10. 　外形を異ならせた２種類以上のポーラスリブを、発電用ガスの流通方向の上流側から下流側にかけて混在させて配列したことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の燃料電池。
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