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CN101636867B - 高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆 - Google Patents

高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆，该高分子电解质型燃料电池具备：膜-电极接合体(10)，其具有高分子电解质膜(1)和夹着该高分子电解质膜(1)的周缘部的更内侧的部分的一对电极(4、8)；导电性的第一分隔件(30)，其以与膜-电极接合体(10)接触的方式设置，并形成为在一个主面上槽状的第一反应气体通路(37)弯曲；导电性的第二分隔件(20)，其以与膜-电极接合体(10)接触的方式设置，并形成为在一个主面上槽状的第二反应气体通路(27)弯曲，第一反应气体通路(27)形成为：至少在从其上游端最先与电极(8)接触的部分、和从第二反应气体通路(27)的上游端最先与电极(4)接触的部分之间(下面，称为第一分隔件(30)的最上游部(8C))形成的通路的宽度比在该第一分隔件(30)的最上游部(8C)以外形成的通路的宽度小。

Description

高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆
技术领域
本发明涉及高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆的结构。
背景技术
近年来，作为清洁的能源人们关注燃料电池。作为燃料电池，例如有高分子电解质型燃料电池。高分子电解质型燃料电池(下面，称为PEFC)具备膜-电极接合体，和以夹着该膜-电极接合体且分别与阳极(anode)及阴极(cathode)接触的阳极侧分隔件及阴极侧分隔件。膜-电极接合体分别具备由气体扩散层和催化剂层构成的阳极及阴极(将它们称为电极)。气体扩散层内存在成为反应气体的流通路径的细孔。在阳极侧分隔件的一个主面形成有燃料气体通路。在阴极侧分隔件的一个主面形成有氧化剂气体通路。从燃料气体通路供向阳极的燃料气体(氢)被离子化(H+)，通过阳极的气体扩散层和催化剂层，借助水的存在而通过高分子电解质膜中，向阴极侧移动。到达阴极侧的氢离子在阴极的催化剂层中通过下面的发电反应，生成水。
阳极侧：H2→2H++2e-
阴极侧：(1/2)O2+2H++2e-→H2O
全反应：H2+(1/2)O2→H2O
所生成的水(生成水)以蒸汽或液体的状态，流入阴极侧分隔件上形成的氧化剂气体通路。另外，在阴极侧生成的水的一部分向阳极侧移动(所谓的逆扩散)。因此，随着从氧化剂气体通路和燃料气体通路的上游部转变为下游部，分别包含于氧化剂气体和燃料气体(将它们称为反应气体)中的水蒸气分压上升。由此，特别是在以高温高加湿(例如，将反应气体的露点设定为与燃料电池堆的内的温度相同)的条件运行燃料电池这样的情况下，在氧化剂气体通路和燃料气体通路的下游部的通路中充满生成水，或在与氧化剂气体通路和燃料气体通路相对的气体扩散层的细孔内充满生成水，存在发生溢流液阻(flooding)的问题。
作为抑制溢流液阻的发生的技术，例如公开有，从氧化剂气体通路的上游通路区域向下游通路区域，将氧化剂气体通路的深度和宽度的至少任一个逐渐缩小的燃料电池(例如，参照专利文献1)。采用这种燃料电池时，氧化剂气体通路的下游通路区域的氧化剂气体的流速变快，能够排出氧化剂气体通路内充满的生成水。
专利文献1：日本特开平6-267564号公报
但是，在专利文献1的结构中，在以高温高加湿的条件运行燃料电池这样的情况下，无法除去在气体扩散层的细孔内充满的生成水，因此存在溢流液阻的抑制不充分这种问题。
另外，在专利文献1的结构中，在高温低加湿(例如，令反应气体的露点比燃料电池堆内的温度更低)的条件下运行燃料电池时，因为在反应气体通路的上游部不能充分地进行上述反应，所以不生成水，高分子电解质膜的与反应气体通路的上游部相对的部分干燥，存在膜劣化的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种在以高温高加湿的条件运行高分子电解质型燃料电池的情况下，能够充分地抑制溢流液阻的高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆。另外，本发明的目的在于，提供一种在以高温低加湿的条件运行高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制高分子电解质膜的劣化的高分子电解质型燃料电池及具备它的燃料电池堆。
但是，已知，在燃料电池的运行中，气体扩散电极(下面，称为电极)中的面对反应气体通路的部分的水分(液体和气体的水)含有量、和电极中的与形成在相邻的反应气体通路间的肋(rib)部接触的部分的水分含有量相比较低。图15是表示燃料电池运行中的电极的水分含有量的示意图。
本发明者等为了解决上述现有技术的问题，反复专心研究的结果是发现下面的点。即发现，如图15所示，存在于电极202中的与形成在相邻的反应气体通路203间的肋部204接触的部分202A内的水，向电极202中的面对反应气体通路203的部分202B侧扩散，电极202的肋部204和反应气体通路203的边界附近与电极202的部分202B的中央部分相比，水分含有量增加。换言之，发现随着远离电极202的与肋部204接触的部分202A，水分含有量减少。于是，本发明者等发现通过采用下面记载的结构，能够非常有效地实现上述本发明的目的，实现本发明。
即，本发明的高分子电解质型燃料电池，具备：膜-电极接合体，其具有高分子电解质膜和夹着该高分子电解质膜的比周缘部更靠内侧的部分的一对电极；导电性的第一分隔件，其为板状，以与上述膜-电极接合体接触的方式设置，并且形成为在该导电性的第一分隔件的与上述电极接触的一个主面，槽状的第一反应气体通路弯曲；导电性的第二分隔件，其为板状，以与上述膜-电极接合体接触的方式设置，并且形成为在该导电性的第二分隔件的与上述电极接触的一个主面，槽状的第二反应气体通路弯曲，上述第一反应气体通路形成为：在从上述第一分隔件的厚度方向看时，至少在从其上游端最先与上述电极接触的部分和从上述第二反应气体通路的上游端最先与上述电极接触的部分之间(下面，称为第一分隔件的最上游部)形成的通路的宽度小于在该第一分隔件的最上游部以外形成的通路的宽度。
如上所述，电极中的面对第一反应气体通路的部分的水分含有量比电极中的与肋部接触的部分的水分含有量低，但在本发明中，第一反应气体通路形成为：在第一分隔件的最上游部形成的通路的宽度小于在该最上游部以外形成的通路的宽度。因此，水分含有量少的电极的与形成在第一分隔件的最上游部的通路面对的部分(下面，称为电极的最上游部分)小，特别是在以高温低加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极的最上游部分的干燥，进而能够抑制高分子电解质膜的与第一反应气体通路的最上游部面对的部分的干燥，能够抑制高分子电解质膜的劣化。
另一方面，第一反应气体通路的形成在第一分隔件的最上游部以外的部分的通路，与在第一分隔件的最上游部形成的通路相比，通路的宽度大，因此，电极的与第一反应气体通路的形成在第一分隔件的最上游部以外的部分的通路面对的部分(下面，称为电极的下游部分)的水分含有量变少。由此，特别是在以高温高加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极(准确的说是构成电极的气体扩散层)的下游部分的溢流液阻。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路也可以形成为：在从上述第二分隔件的厚度方向看时，至少在从其上游端最先与上述电极接触的部分和从上述第一反应气体的上游端最先与上述电极接触的部分之间(下面，称为第二分隔件的最上游部)形成的通路的宽度比在该第二分隔件的最上游部以外形成的通路的宽度小。
由此，特别是在以高温低加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制高分子电解质膜的与第二反应气体通路的形成在第二分隔件的最上游部的通路相对的部分的干燥，另外，特别是在以高温高加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极下游部的溢流液阻。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路也可以形成为：在从上述第一分隔件的厚度方向看时，至少从其上游端最先与上述电极接触的部分至与上述第二反应气体通路重叠后最先分离的部分为止的通路(下面，称为最上游部)的宽度比该通路的最上游部以外的通路的宽度小。
如上所述，电极的与第一反应气体通路面对的部分的水分含有量低于电极的与肋部接触的部分的水分含有量，在本发明中，将第一反应气体通路的最上游部的通路的宽度形成为小于该最上游部以外的通路的宽度。因此，因为水分含有量少的电极的与第一反应气体通路的最上游部面对的部分(以下，称为电极的最上游部分)小，所以特别是在以高温低加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极的最上游部分的干燥，进而能够抑制高分子电解质膜的与第一反应气体通路的最上游部相对的部分的干燥，能够抑制高分子电解质膜的劣化。
另一方面，因为在第一反应气体通路的最上游部以外的通路中，与最上游部相比，通路的宽度被形成得较大，所以电极的与第一反应气体通路的最上游部以外的通路面对的部分(下面，称为电极的下游部分)的水分含有量变少。由此，特别是在以高温高加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极(准确的说是构成电极的气体扩散层)的下游部分的溢流液阻。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路也可以形成为：在从上述第二分隔件的厚度方向看时，至少从其上游端最先与上述电极接触的部分至与上述第一反应气体通路重叠后最先分离的部分为止的通路(下面，称为最上游部)的宽度比该最上游部以外的通路的宽度小。
由此，特别是在以高温低加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制高分子电解质膜的与第二反应气体通路的最上游部相对的部分的干燥，另外，特别是在以高温高加湿的条件运行本发明的高分子电解质型燃料电池的情况下，能够抑制电极的下游部的溢流液阻。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路的上述最上游部的通路的深度也可以形成为比上述第一反应气体通路的上述最上游部以外的部分的通路的深度深。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路的上述最上游部的通路的深度也可以形成为比上述第二反应气体通路的上述最上游部以外的部分的通路的深度深。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路的上述最上游部的通路的截面积也可以形成为与上述第一反应气体通路的上述最上游部以外的部分的通路的截面积大致一致。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路的上述最上游部的通路的截面积也可以形成为与上述第二反应气体通路的上述最上游部以外的部分的通路的截面积大致一致。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，在相邻的上述第一反应气体通路间形成的肋部中，通过上述最上游部形成的肋部的宽度也可以形成为比其它肋部的宽度大。
当采用这种结构时，在第一反应气体通路的最上游部以外的部分中，因为第一分隔件的肋部和电极的接触面积减小，所以通过发电反应产生的热难以传递给第一分隔件。由此，抑制向第一分隔件进行的散热，第一反应气体通路的最上游部以外的部分的温度变高。因此，在第一反应气体通路的最上游部以外的部分虽然蓄积生成水，水蒸气分压变高，但通过发电反应产生的生成水难以结露，第一反应气体通路的最上游部以外的部分当然在与第一反应气体通路的最上游部以外的部分面对的电极气体扩散层，也能够抑制溢流液阻的发生。
另一方面，在第一反应气体通路的最上游部，因为参与电池反应的反应气体的量多，所以电流集中，在现有的结构中由于接触电阻的增大，所以会使电池电压降低。但是，如本发明的高分子电解质型燃料电池那样，在第一反应气体通路的最上游部，通过增加肋部和电极的接触面积，使得接触电阻减小，电池电压的降低被降低。
另外，第一反应气体通路随着从最上游部转变为下游，也可以使每单位面积的肋部的面积逐渐变化(变小)。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，在相邻的上述第二反应气体通路间形成的肋部中，通过上述最上游部形成的肋部的宽度也可以形成为比其它肋部的宽度大。
当采用这种结构时，在第二反应气体通路的最上游部以外的部分，因为第二分隔件的肋部和电极的接触面积减小，所以通过发电反应产生的热难以传递给第一分隔件。由此，抑制向第二分隔件进行的散热，第二反应气体通路的最上游部以外的部分的温度增高。因此，在第二反应气体通路的最上游部以外的部分虽然蓄积生成水，水蒸气分压变高，但通过发电反应生成的生成水难以结露，第二反应气体通路的最上游部以外的部分当然在与第二反应气体通路的最上游部以外的部分面对的电极的气体扩散层，也能够抑制溢流液阻的产生。
另一方面，在第二反应气体通路的最上游部，因为参与电池反应的反应气体的量多，所以电流集中，在现有的结构中由于接触电阻的增大，可能会使电池电压降低。但是，如本发明的高分子电解质型燃料电池那样，在第二反应气体通路的最上游部，通过增加肋部和电极的接触面积，使得接触电阻减小，能够抑制电池电压的降低。
另外，第二反应气体通路随着从最上游部转变为下游，也可以使每单位面积的肋部的面积逐渐变化(变小)。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，在上述第一分隔件的另一主面和/或上述第二分隔件的另一主面形成有槽状的冷却流体通路，在上述第一反应气体通路中流通的第一反应气体和在上述第二反应气体通路中流通的第二反应气体的露点也可以低于在上述冷却流体通路中流通的冷却流体的温度。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，在上述第一分隔件和上述第二分隔件分别以相互相对的方式设置有在厚度方向贯通的第一反应气体供给歧管孔和第二反应气体供给歧管孔。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路和上述第二反应气体通路也可以按照成为平行流的方式形成。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路和/或上述第二反应气体通路也可以形成为蛇形。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路和/或上述第二反应气体通路也可以形成为涡形。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路的上述最上游部的整个部分的通路的宽度也可以形成为小于该第一反应气体通路的除上述最上游部以外的部分(下面，称为剩余部)的整个部分的通路的宽度。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路的上述剩余部的整个部分的通路的宽度也可以形成为一定。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第一反应气体通路的上述最上游部的整个部分的通路的宽度也可以形成为一定。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路的上述最上游部的整个部分的通路的宽度也可以形成为小于该第二反应气体通路的除上述最上游部以外的部分的整个部分的通路的宽度。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路的上述剩余部的整个部分的通路的宽度也可以形成为一定。
另外，在本发明的高分子电解质型燃料电池中，上述第二反应气体通路的上述最上游部的整个部分的通路的宽度也可以形成为一定。
另外，本发明的燃料电池堆层叠并联接有多个上述高分子电解质型燃料电池。
本发明的上述目的、其它目的、特征和优点根据参照附图进行的以下的适宜的实施方式的详细说明会变得明确。
发明的效果
因为本发明的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆采用上述的结构，所以在以高温高加湿的条件运行的情况下，不仅能够防止反应气体通路充满生成水，也能够防止气体扩散层充满生成水，起到了充分抑制溢流液阻的发生的效果。另外，采用本发明的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆，在以高温低加湿的条件运行的情况下，能够抑制高分子电解质膜的干燥，由此，能够抑制高分子电解质膜的劣化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池的结构的局部截面图。
图2是表示在图1的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图3是表示在图1的燃料电池中使用的阳极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有燃料气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图4是表示比较方式的燃料电池结构的局部截面图。
图5是表示在图4的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图6是表示每个燃料电池的部位的温度分布的图，(a)是第一实施方式的燃料电池的截面中的每个部位的温度分布，(b)是比较方式的燃料电池的截面中的每个部位的温度分布。
图7是表示本发明第一变形例的燃料电池的结构的局部截面图。
图8是表示在图7的燃料电池中使用的阳极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有燃料气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图9是表示本发明的第二变形例的燃料电池的结构的局部截面图。
图10是表示本发明的第二实施方式的燃料电池的结构的局部截面图。
图11是表示在图10的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图12是表示本发明的第三实施方式的燃料电池的结构的局部截面图。
图13是表示在图12的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图14是表示在本发明的第四实施方式的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。
图15是表示燃料电池运行中的电极的水分含有量的示意图。
图16是示意地表示本发明的第五实施方式的燃料电池堆的概略结构的立体图。
图17是示意地表示图16所示的燃料电池堆中的燃料电池的概略结构的截面图。
图18是表示图17所示的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图19是表示图17所示的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。
图20是表示图17所示的燃料电池的阳极侧分隔件和阴极侧分隔件的构造的示意图。
图21是示意地表示本发明的第六实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。
图22是示意地表示本发明的第七实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。
图23是示意地表示本发明的第八实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。
图24是示意地表示本发明的第九实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。
图25是表示图24所示的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图26是示意地表示本发明的第十实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。
图27是示意地表示本发明的第十一实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。
图28是表示本发明的第十二实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图29是表示本发明的第十二实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。
图30是表示本发明的第十三实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图31是表示本发明的第十三实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。
图32是表示本发明的第十四实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图33是表示本发明的第十四实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。
图34是表示本发明的第十五实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。
图35是表示本发明的第十五实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。
符号说明
1  高分子电解质膜
2  阳极侧催化剂层
3  阳极侧气体扩散层
4  阳极(气体扩散电极)
4A  部分
4B  部分
4C  最上游部(分隔件的最上游部)
6  阴极侧催化剂层
7  阴极侧气体扩散层
8  阴极(气体扩散电极)
8A  部分
8B  部分
8C  最上游部(分隔件的最上游部)
10  膜-电极接合体(电解质层-电极接合体)
20  阳极侧分隔件(第二分隔件)
21  燃料气体供给歧管孔
22  燃料气体排出歧管孔
23  氧化剂气体供给歧管孔
24  氧化剂气体排出歧管孔
25  冷却流体供给歧管孔
26  冷却流体排出歧管孔
27  燃料气体通路(第二反应气体通路)
27A  (燃料气体通路的)上游部
27B  (燃料气体通路的)下游部
27C  最上游部
27D  下游部(剩余部)
27E  部分
28、38  冷却流体通路
29、39  肋部
29A  (燃料气体通路的上游部的)肋部
29B  (燃料气体通路的下游部的)肋部
30  阴极侧分隔件(第一分隔件)
31  燃料气体供给歧管孔(第二反应气体供给歧管孔)
32  燃料气体排出歧管孔
33  氧化剂气体供给歧管孔(第一反应气体供给歧管孔)
34  氧化剂气体排出歧管孔
35  冷却流体供给歧管孔
36  冷却流体排出歧管孔
37  氧化剂气体通路(第一反应气体通路)
37A  (氧化剂气体通路的)上游部
37B  (氧化剂气体通路的)下游部
37C  最上游部
37D  下游部(剩余部)
37E  部分
39A  (氧化剂气体通路的上游部的)肋部
39B  (氧化剂气体通路的下游部的)肋部
40、41  密封垫
51  合流部
52  突起
61  燃料电池堆
62  电池层叠体
63  第一端板
64  第二端板
71  中心轴
100、101  燃料电池
127A  往复部
127B  反转部
131  燃料气体供给歧管
132  燃料气体排出歧管
133  氧化剂气体供给歧管
134  氧化剂气体排出歧管
135  冷却流体供给歧管
136  冷却流体排出歧管
137A  往复部
137B  反转部
137C  水平部
137D  垂直部
202  电极
202A  部分
202B  部分
203  反应气体通路
204  肋部
D1  氧化剂气体的整体的流向
D2、D4  冷却流体的整体的流向
D3  燃料气体的整体的流向
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。另外，在全部的附图中，存在对相同或相当的部分标注相同的符号，省略重复的说明的情况。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的高分子电解质型燃料电池(下面称为燃料电池)的结构的局部截面图。图2是表示在图1的燃料电池中使用的阴极侧分隔件的两侧主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。图3是表示在图1的燃料电池中使用的阳极侧分隔件的两侧主面的结构的图，(a)是表示形成有燃料气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。其中，在图1中省略了冷却流体通路的图示。下面，参照图1～图3，对本实施方式的燃料电池进行说明。
如图1所示，本实施方式的燃料电池100具备膜-电极接合体10、以夹着该膜-电极接合体10的方式配置的阴极侧分隔件30和阳极侧分隔件20、以及密封垫40、41。
膜-电极接合体10包括：高分子电解质膜1、在该高分子电解质膜1的两侧设置的阳极侧催化剂层2和阴极侧催化剂层6、在阳极侧催化剂层2的与高分子电解质膜1侧的主面相反的一侧的主面上设置的阳极侧扩散层3、以及在阴极侧催化剂层6的与高分子电解质膜1侧的主面相反的一侧的主面上设置的阴极侧扩散层7。
高分子电解质膜1形成为矩形的膜片。高分子电解质膜1具有质子(proton)传导性。高分子电解质膜1优选具有磺酸基、羧酸基、磷酸基、和磺酸亚胺基作为阳离子交换基。从质子传导性的观点出发，高分子电解质膜1更优选具有磺酸基，特别优选是包含全氟碳(perfluorocarbon)共聚物作为成为构成材料的高分子电解质的膜，其中，该全氟碳共聚物包含：基于由CF2＝CF-(OCF2CFX)m-Op-(CF2)n-SO3H表示的全氟乙烯基化合物(m表示0～3的整数，n表示1～12的整数，p表示0或1，X表示氟原子或三氟甲基)的重复单元和基于由CF2＝CF2表示的四氟乙烯的重复单元。
阳极侧催化剂层2和阴极侧催化剂层6配置为与高分子电解质膜1的两侧的主面相对。阳极侧催化剂层2和阴极侧催化剂层6也可以构成为包含担持电极催化剂的导电性碳粒子和具有阳离子(氢离子)传导性的高分子电解质，进一步，也可以构成为包含聚四氟乙烯等防水材料。具体地说，作为高分子电解质，能够使用作为高分子电解质膜1的构成材料所记述的材料。另外，高分子电解质既可以使用与上述高分子电解质膜1的构成材料同种的材料，也可以使用不同种类的材料。电极催化剂由金属粒子(例如由贵金属构成的金属粒子)构成，担持在导电性碳粒子(粉末)上而被使用。该金属粒子不作特别地限定，能够使用各种金属，但从电极反应活性的观点来看，优选选自由铂、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铬、铁、钛、锰、钴、镍、钼、钨、铝、硅、锌和锡构成的组中的至少一种。其中，优选铂以及铂的合金，由于铂和钌的合金在阳极中催化剂的活性稳定，因此特别优选。
阳极侧气体扩散层3设置在阳极侧催化剂层2的距离高分子电解质膜1较远的主面上。阴极侧气体扩散层7设置在阴极侧催化剂层6的距离高分子电解质膜1较远的主面上。阳极侧气体扩散层3和阴极侧气体扩散层7由碳纺布、碳无纺布、碳纸、碳粉末片等构成。阳极侧催化剂层2和阳极侧气体扩散层3通过相互层叠而构成平板状的气体扩散电极(阳极)4。另外，阴极侧催化剂层6和阴极侧气体扩散层7通过相互层叠而构成平板状的气体扩散电极(阴极)8。阳极4和阴极8配置为夹着高分子电解质膜1相对。
下面，参照图2，对阴极侧分隔件30的结构进行说明。
如图2(a)、(b)所示，阴极侧分隔件30形成为矩形的板状。在阴极侧分隔件30的周缘部形成有氧化剂气体供给歧管(manifold)孔33、氧化剂气体排出歧管孔34、燃料气体供给歧管孔31、燃料气体排出歧管孔32、冷却流体供给歧管孔35、冷却流体排出歧管孔36。如图2(a)所示，在阴极侧分隔件30的一个主面形成有用于将阴极8暴露在氧化剂气体中的槽状的氧化剂气体通路37。氧化剂气体通路37形成为连接氧化剂气体供给歧管孔33和氧化剂气体排出歧管孔34。氧化剂气体通路37形成为蛇形(serpentine)。
在此，将被阴极侧分隔件30的氧化剂气体通路37夹着的部分定义为肋部39。该定义在后述的比较方式、各变形例和各实施方式中也适用。另外，在本实施方式中，氧化剂气体通路37在该方式中，由上游部37A和下游部37B构成，其中，该上游部37A包含与氧化剂气体供给歧管孔33连接的上游端，下游部37B是比上游部37A靠下游的部分，包含与氧化剂气体排出歧管孔34连接的下游端。
氧化剂气体通路37具有相互平行地延伸的多个部分。即，氧化剂气体通路37由构成上述的相互平行地延伸的多个部分的在横向直线地延伸的长的通路(主要部)、和在纵向直线地延伸的短的通路构成。氧化剂气体通路37形成为，由其上游部37A形成的肋部39A的每单位面积的面积比由下游部37B形成的肋部39B的每单位面积的面积大。换言之，如图1所示，由上游部37A形成的肋部39A的宽度：W1对氧化剂气体通路37的宽度：X1的比率：W1/X1比由下游部37B形成的肋部39B的宽度：W2对氧化剂气体通路37的宽度：X2的比率W2/X2大。另外，在本实施方式中，上游部37A的氧化剂气体通路37的宽度：X1和下游部37B的氧化剂气体通路37的宽度：X2形成为大致相同。另外，在本实施方式中，氧化剂气体通路37的上游部37A和下游部37B在氧化剂气体通路37的整个通路长的约50％的位置被划分。另外，上游部37A和下游部37B也可以在氧化剂气体通路37的整个通路长的30％～70％的位置被划分。在此，上游部37A和下游部37B的划分的位置根据阴极侧分隔件30的热传导率、氧化剂气体的流速、燃料电池100的动作温度、氧化剂气体中的加湿的程度等决定。
如图2(b)所示，在阴极侧分隔件30的另一个主面形成有槽状的冷却流体通路38。冷却流体通路38形成为连接冷却流体供给歧管孔35和冷却流体排出歧管孔36。冷却流体通路38形成为蛇形。冷却流体通路38由在横向直线地延伸的长的通路(主要部)、和在纵向直线地延伸的短的通路构成。冷却流体通路38和在其背面形成的氧化剂气体通路37以各自的主要部彼此大致平行的方式形成。即，冷却流体通路38的主要部以相对于在背面形成的氧化剂气体通路37的主要部大致平行的方式形成。
另外，如图2(a)、(b)所示，氧化剂气体通路37和冷却流体通路38形成为：在氧化剂气体通路37内流动的氧化剂气体从上游侧向下游侧流动的整体的流向D1和在形成于背面的冷却流体通路38内流动的冷却流体从上游侧向下游侧流动的整体的流向D2大致一致。换言之，在氧化剂气体通路37内流动的氧化剂气体从上游侧向下游侧流动的整体的流向D1和在形成于背面的冷却流体通路38内流动的冷却流体从上游侧向下游侧流动的整体的流向D2是平行流动。
以上述方式构成的阴极侧分隔件30设置为：形成有该氧化剂气体通路37的主面与阴极8接触。
下面，对阳极侧分隔件20的结构进行说明。
如图3(a)、(b)所示，阳极侧分隔件20形成为矩形的板状。在阳极侧分隔件20的周缘部形成有氧化剂气体供给歧管孔23、氧化剂气体排出歧管孔24、燃料气体供给歧管孔21、燃料气体排出歧管孔22、冷却流体供给歧管孔25、冷却流体排出歧管孔26。如图3(a)所示，在阳极侧分隔件20的一个主面形成有用于将阳极4暴露在燃料气体中的槽状的燃料气体通路27。燃料气体通路27以连接燃料气体供给歧管孔21和燃料气体排出歧管孔22的方式形成。燃料气体通路27形成为蛇形。
在此，将阳极侧分隔件20的由燃料气体通路27夹着的部分定义为肋部29。该定义在后述的比较方式、各变形例及各实施方式中也适用。
燃料气体通路27具有相互平行的延伸的多个部分。燃料气体通路27由在横向直线地延伸的长的通路(主要部)、和在纵向直线地延伸的短的通路构成。燃料气体通路27形成为：在横向直线地延伸的长的通路彼此的间隔大致相同。换言之，由燃料气体通路27相互夹着的肋部29的宽度在燃料气体通路27的整个区域内大致相同。
如图3(b)所示，在阳极侧分隔件20的另一个主面形成有槽状的冷却流体通路28。冷却流体通路28以连接冷却流体供给歧管孔25和冷却流体排出歧管孔26的方式形成。冷却流体通路28形成为蛇形。冷却流体通路28由在横向直线地延伸的长的通路(主要部)和在纵向直线地延伸的短的通路构成。
冷却流体通路28和在其背面形成的燃料气体通路27以各自的主要部彼此大致平行的方式形成。即冷却流体通路28的主要部以相对于在背面形成的燃料气体通路27的主要部大致平行的方式形成。
另外，如图3(a)、(b)所示，燃料气体通路27和冷却流体通路28形成为：在燃料气体通路27内流动的燃料气体从上游侧向下游侧流动的整体的流向D3和在形成于背面的冷却流体通路28内流动的冷却流体从上游侧流向下游侧的整体的流向D4大致一致。换言之，在燃料气体通路27内流动的燃料气体从上游侧流向下游侧的整体的流向D3和在形成于背面的冷却流体通路28内流动的冷却流体从上游侧流向下游侧的整体的流向D4是平行流。
以上述方式构成的阳极侧分隔件20设置为形成有该燃料气体通路27的主面与阳极4接触。
密封垫40、41形成为矩形的环状。密封垫40以位于膜-电极接合体10的四周，且位于阳极侧分隔件20和膜-电极接合体10的高分子电解质膜1之间的方式配置。密封垫41以位于膜-电极接合体10的四周，且位于阴极侧分隔件30和膜-电极接合体10的高分子电解质膜1之间的方式配置。密封垫40、41由氟橡胶、硅橡胶、天然橡胶、乙丙(ethylene-propylene)橡胶(EPDM)、丁基橡胶、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯橡胶、丙烯橡胶、聚异丙烯聚合物、全氟碳、热塑性合成橡胶(聚苯乙烯类合成橡胶、聚烯烃类合成橡胶、聚酯类合成橡胶、聚酰胺类合成橡胶等)、使用乳胶(异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶等)的粘接剂、液状的粘接剂(使用聚丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、硅橡胶、氟橡胶、丙烯睛-丁二烯橡胶等的粘接剂)等构成。
下面，对以上述方式构成的燃料电池100的动作进行说明。
在图1～图3中，在该燃料电池100中，向适当地连接燃料气体供给歧管孔21、31而构成的燃料气体供给歧管(未图示)供给燃料气体。该燃料气体在各电池的燃料气体通路27中流通。另一方面，向适当地连接氧化剂气体供给歧管孔23、33而构成的氧化剂气体供给歧管(未图示)供给氧化剂气体。该氧化剂气体在各电池的氧化剂气体通路37中流通。另外，向适当地连接冷却水供给歧管孔25、35而构成的冷却水供给歧管(未图示)供给冷却水。该冷却水在各电池的冷却流体通路28、38中流通。而且，在膜-电极接合体10的阳极和阴极中，燃料气体和氧化剂气体进行反应而产生电和热。该产生的电通过阳极侧分隔件20和阴极分隔件30向外部输出。未反应的(未消耗的)燃料气体通过适当地连接燃料气体排出歧管孔22、32而构成的燃料气体排出歧管(未图示)向外部排出。另外，未反应的(未消耗的)氧化剂气体通过适当地连接氧化剂气体排出歧管孔24、34而构成的燃料气体排出歧管(未图示)向外部排出。另一方面，产生的热由在冷却流体通路28、38中流通的冷却水回收。回收了该热的冷却水通过适当地连接冷却水排出歧管孔26、36而构成的冷却水排出歧管(未图示)排除至外部。
下面，为了明确本发明的作用效果、及其优越性，与比较方式进行相比较而进行详细的说明。
图4是表示比较方式的燃料电池的结构的局部截面图。图5是表示用于图4的燃料电池的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有阴极气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。其中，在图4中省略了冷却流体通路的图示。下面，参照图4和图5对比较方式进行说明。
在比较方式的燃料电池101中，如图4和图5所示，将用于燃料电池101的阴极侧分隔件30的结构变更为第一实施方式的燃料电池100。
即，阴极侧分隔件30的氧化剂气体通路37形成为，在横向直线地延伸的通路(主要部)彼此的宽度大致相同。换言之，由氧化剂气体通路37彼此夹着的肋部39的宽度在氧化剂气体通路37的整个区域中大致相同。除此以外的结构与第一实施方式的燃料电池100的结构相同。
下面，对第一实施方式的燃料电池100和比较方式的燃料电池101进行比较并进行研究。
图6是表示燃料电池的每个部位的温度分布的图，(a)是表示第一实施方式的燃料电池的截面中的每个部位的温度分布，(b)是表示比较方式的燃料电池的截面中的每个部位的温度分布。在图6(a)、(b)中，横轴表示部位，纵轴表示温度。参照图6对第一实施方式的燃料电池和比较方式的燃料电池进行比较，明确本实施方式的燃料电池的优点。
如图6(a)所示，在第一实施方式的燃料电池100中，在氧化剂气体通路37的上游部37A，阴极侧催化剂层6的阴极侧气体扩散层7一侧的主面(阴极侧气体扩散层7的阴极催化剂层6一侧的主面)的温度是T1。阴极侧气体扩散层7的阴极侧分隔件30一侧的主面(阴极侧分隔件30的阴极侧气体扩散层7一侧的主面)的温度是T2。阴极侧分隔件30的与阴极侧气体扩散层7侧为相反侧的主面的温度是T3。即，随着从电池的中心(高分子电解质膜1)沿厚度方向朝向阴极侧催化剂层6、阴极侧气体扩散层7、阴极侧分隔件30、和电池的外侧，温度降低，并且温度降低的倾斜度变大。
另一方面，在氧化剂气体通路37的下游部37B，阴极侧催化剂层6的阴极侧气体扩散层7一侧的主面(阴极侧气体扩散层7的阴极催化剂层6一侧的主面)的温度是T1。阴极侧气体扩散层7的阴极侧分隔件30一侧的主面(阴极侧分隔件30的阴极侧气体扩散层7一侧的主面)的温度是T1和T2之间的温度(T1′)。阴极侧分隔件30的与阴极侧气体扩散层7侧为相反侧的主面的温度是T3。即，随着从电池中心(高分子电解质膜1)沿电池厚度方向朝向阴极侧催化剂层6、阴极侧气体扩散层7、阴极侧分隔件30、和电池的外侧，温度变低，并且温度降低的倾斜度比上游部37A小。
另一方面，如图6(b)所示，在比较方式的燃料电池101中，阴极侧催化剂层6的阴极侧气体扩散层7一侧的主面(阴极侧气体扩散层7的阴极催化剂层6一侧的主面)的温度是T1。阴极侧气体扩散层7的阴极侧分隔件30一侧的主面(阴极侧分隔件30的阴极侧气体扩散层7一侧的主面)的温度是T2。阴极侧分隔件30的与阴极侧气体扩散层7侧为相反侧的主面的温度是T3。即，在比较方式的燃料电池101中，在整个流域内随着从电池中心(高分子电解质膜1)沿电池厚度方向朝向阴极侧催化剂层6、阴极侧气体扩散层7、阴极侧分隔件30和电池的外侧，温度变低，并且温度降低的倾斜度与第一实施方式的燃料电池100的上游部37A同样地变大。
总括上述的事项，在第一实施方式的燃料电池100中，下游部37B的阴极侧气体扩散层7的温度比比较方式的燃料电池101的整个流域的温度高。
这样，在本实施方式的燃料电池100中，因为通过氧化剂气体通路37的下游部37B形成的肋部39B和阴极侧气体扩散层7的接触面积比比较方式的小，所以从阴极侧催化剂层6向阴极侧分隔件30进行的热转移变少，与氧化剂气体通路37的下游部37B对应的阴极侧气体扩散层7的温度变高。由此，通过发电反应生成的生成水难以结露，氧化剂气体通路37当然即使在阴极侧气体扩散层7内也抑制溢流液阻的发生。
另一方面，在氧化剂气体通路37的上游部37A，参与电池反应的反应气体的量多，因此电流集中，可能因接触电阻的增大而电池电压下降。但是，通过如本实施方式燃料电池100那样，在氧化剂气体通路37的上游部37A增大肋部39A和阴极8的接触面积，减小接触电阻，抑制电池电压的下降。
另外，在本实施方式的燃料电池100中，冷却流体通路28、38、燃料气体通路27和氧化剂气体通路37形成为各自的主要部之间相互大致平行。进一步，在本实施方式的燃料电池100中，形成冷却流体通路38、28、氧化剂气体通路37和燃料气体通路27，使得冷却流体与氧化剂气体、燃料气体成为平行流。因此，在发电集中的氧化剂气体通路37的上游部37A，因为未进行热回收的温度低的冷却流体在形成于其背面的冷却流体通路38中流通，所以冷却效率提高。另一方面，在氧化剂气体通路37的下游部37B，因为进行热回收而温度变高的冷却流体在形成于其背面的冷却流体通路38中流通，所以温度上升。由此，在氧化剂气体通路37的下游部37B，生成水更难以结露，能够进一步抑制溢流液阻的发生。
另外，在本发明的燃料电池100中的阴极侧分隔件30内，由于氧化剂气体通路37的通路长变长，所以通路内的通路阻力变大，如果在上游部37A和下游部37B将通路槽的结构设定为相同，则压力损失增加流量减少。因此，优选较深地形成氧化剂气体通路37的下游部37B的通路槽，或以多个通路槽构成该下游部37B的通路槽，使得即使在上游部37A和下流部37B改变肋部的比例，压力损失也不变化。
(第一变形例)
图7是表示第一实施方式的燃料电池的第一变形例的局部截面图。图8是表示用于图7的燃料电池的阳极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有燃料气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。另外，在图7中省略了冷却流体通路的图示。下面，参照图7和图8对变形例的燃料电池进行说明。
在本变形例的燃料电池100中，阳极侧分隔件20的结构与第一实施方式的燃料电池不同。即，如图7和图8所示，在本变形例中，燃料气体通路27在该方式中由上游部27A和下游部27B构成，其中，该上游部27A包含与燃料气体供给歧管孔21连接的上游端，该下游部27B是位于上游部27A的下游的部分，且包含与燃料气体排出歧管孔22连接的下游端。
燃料气体通路27具有相互平行地延伸的多个部分。即，燃料气体通路27由构成上述的相互平行地延伸的多个部分的在横向直线地延伸的长通路(主要部)、和在纵向直线地延伸的短通路构成。在燃料气体通路27中，通过其上游部27A形成的肋部29A的每单位面积的面积比通过下游部27B形成的肋部29B的每单位面积的面积大。换言之，如图7所示，由上游部27A形成的肋部29A的宽度：W1对燃料气体通路27的宽度：Y1的比率：W1/Y1比由下游部27B形成的肋部29B的宽度：W2对燃料气体通路27的宽度：Y2的比率：W2/Y2大。另外，在本实施方式中，上游部27A的燃料气体通路27的宽度：Y1和下游部27B的燃料气体通路27的宽度：Y2形成为大致相同。另外，在本实施方式中，上游部27A和下游部27B在燃料气体通路27的整个通路长的约50％的位置被划分。另外，上游部27A和下游部27B也可以在燃料气体通路27的整个通路长的约30％～70％的位置被划分。在此，上游部27A和下游部27B的划分的位置根据阳极侧分隔件20的热传导率、燃料气体的流速、燃料电池100的动作温度、燃料气体中的加湿的程度等确定。除此以外的结构，与第一实施方式的燃料电池100相同。
如果采用这种结构，则在第一实施方式的燃料电池100中，在燃料气体通路27也能够得到与氧化剂气体通路37同样的效果。
另外，因为由燃料气体通路27的下游部27B形成的肋部29B和阳极侧气体扩散层3的接触面积比比较方式的小，所以从阳极侧催化剂层2向阳极侧分隔件20进行的热传递变少，与燃料气体通路27的下游部27B对应的阳极侧气体扩散层3的温度变高。由此，通过发电反应生成的生成水(从阴极8侧向阳极4侧扩散来的生成水)难以结露，燃料气体通路27当然即使在阳极侧气体扩散层3中也能够抑制溢流液阻的发生。
另一方面，在氧化剂气体通路37和燃料气体通路27的上游部37A、27A中，参与电池反应的反应气体的量多，因此电流集中，由于接触电阻的增大，会使电池电压下降。但是，如本变形例的燃料电池100那样，在氧化剂气体通路37的上游部37A，增大肋部39A和阴极8的接触面积，并且在燃料气体通路27的上游部27A，增大肋部29A和阳极4的接触面积，由此更降低接触电阻，进一步抑制电池电压的降低。
(第二变形例)
图9是表示第一实施方式的燃料电池的第二变形例的局部截面图。另外，在图9中，省略冷却流体通路的图示。下面，参照图9对本变形例的燃料电池进行说明。
在本变形例的燃料电池100中，使用图5所示的分隔件作为阴极侧分隔件30，并且使用图8所示的分隔件作为阳极侧分隔件20。除此以外的结构与第一变形例的燃料电池相同。
如果采用这种结构，则通过发电反应而产生的生成水(从阴极8侧扩散至阳极4侧的生成水)难以结露，燃料气体通路27当然即使在阳极侧气体扩散层3也能够抑制溢流液阻的发生。
(第二实施方式)
图10是表示本发明的第二实施方式的燃料电池的结构的局部截面图。图11是表示用于图10的燃料电池的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。另外，在图10中省略了冷却流体通路的图示。下面，参照图10和图11，对本实施方式的燃料电池进行说明。
在本实施方式的燃料电池100中，用于燃料电池100的阴极侧分隔件30的结构与第一实施方式的结构不同。即，如图10所示，在构成本实施方式的燃料电池100的阴极侧分隔件30内，氧化剂气体通路37的下游部37B的通路槽以其宽度从底部朝向开口变大的方式侧壁形成为梯形(taper)。因此，如图11所示，氧化剂气体通路37形成为：由其上游部37A形成的肋部39A的每单位面积的面积比由下游部37B形成的肋部39B的每单位面积的面积大。换言之，如图10所示，由上游部37A形成的肋部39A的宽度：W3对氧化剂气体通路37的宽度：X3的比率：W3/X3比由下游部37B形成的肋部39B的宽度：W4对氧化剂气体通路37的开口的宽度：X4的比率W4/X4大。除此以外的结构与在第一实施方式的燃料电池中使用的阴极侧分隔件相同。
采用这种结构，由氧化剂气体通路37的下游部37B形成的肋部39B和阴极侧气体扩散层7的接触面积也比比较方式的接触面积小。因此，能够得到与第一实施方式的燃料电池同样的效果。
另外，因为通过梯形状地形成氧化剂气体通路37的下游部37B的侧壁而增大其开口的宽度，所以氧化剂气体通路37的通路槽的截面积没有变得太大(参照图10)，在氧化剂气体通路37中流通的氧化剂气体的流速几乎不降低。由此，还能够抑制由流速的降低而引起的溢流液阻。
(第三实施方式)
图12是表示本发明的第三实施方式的燃料电池的结构的局部截面图。图13是表示用于图12的燃料电池的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。另外，在图12中省略了冷却流体通路的图示。下面，参照图12和图13，对本实施方式的燃料电池进行说明。
在本实施方式的燃料电池100中，用于燃料电池100的阴极侧分隔件30的结构与第一实施方式的结构不同。即，如图12所示，在构成本实施方式的燃料电池100的阴极侧分隔件30内，氧化剂气体通路37的下游部37B的通路槽形成为，其侧壁的开口侧的端部的角部直线地形成倒角(切削)。于是，如图13所示，氧化剂气体通路37形成为：由其上游部37A形成的肋部39A的每单位面积的面积比由下游部37B形成的肋部39B的每单位面积的面积大。换言之，如图12所示，由上游部37A形成的肋部39A的宽度：W5对氧化剂气体通路37的宽度：X5的比率：W5/X5比由下游部37B形成的肋部39B的宽度：W6对氧化剂气体通路37的开口的宽度：X6的比率W6/X6大。除此以外的结构与在第一实施方式的燃料电池中使用的阴极侧分隔件相同。
采用这种结构，由氧化剂气体通路37的下游部37B形成的肋部39B和阴极侧气体扩散层7的接触面积比比较方式的接触面积小。因此，能够得到与第一实施方式的燃料电池同样的效果。
另外，通过对氧化剂气体通路37的下游部37B的侧壁的开口侧的角部被形成倒角，扩大了该下游部37B的开口的宽度，因此，氧化剂气体通路37的通路槽的截面积未太扩大(参照图12)，在氧化剂气体通路37中流通的氧化剂气体的流速几乎不降低。由此，能够抑制因流速降低而发生溢流液阻。
(第四实施方式)
图14是表示用于本发明的第四实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的两侧的主面的结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体通路的主面的平面图，(b)是表示形成有冷却流体通路的主面的平面图。下面，参照图14，对本实施方式的燃料电池进行说明。
在本实施方式的燃料电池中，用于燃料电池的阴极侧分隔件30的结构与第一实施方式的结构不同。即，如图14所示，在本实施方式的燃料电池中，在阴极侧分隔件30形成的氧化剂气体通路37由多个通路槽构成。在此，通路槽是3条。各个通路槽以连接氧化剂气体供给歧管孔33和氧化剂气体排出歧管孔34的方式形成。而且，在氧化剂气体通路37的中途形成有使各通路槽合流的合流部51。合流部51形成于氧化剂气体通路37的上游部37A和下游部37B的连接部分。另外，在本实施方式中，氧化剂气体通路37的上游部37A和下游部37B在氧化剂气体通路37的整个通路长的约30％的位置被划分。另外，上游部37A和下游部37B也可以在氧化剂气体通路37的整个通路长的30％～70％的位置被划分。另外，从合流部51起，也可以减少下游部的通路条数的数量。合流部51由大致三角形状的凹部和在该凹部内形成的多个(在实施方式中是6个)柱状的突起52构成。除此以外的结构与在第一实施方式的燃料电池中使用的阴极侧分隔件相同。
采用这种结构，也能够实现与第一实施方式的燃料电池同样的效果。另外，在合流部51中只是突起52和阴极侧气体扩散层7进行接触，阴极侧分隔件30和阴极侧气体扩散层7的接触面积减小。由此，不仅能够防止氧化剂气体通路37的下游部37B的温度降低，而且也能够防止合流部51的温度降低。
进一步，当采用这种结构时，在合流部51中氧化剂气体被充分地混合后，氧化剂气体从氧化剂气体通路37的上游部37A向下游部37B流通。
另外，当然也可以与第二实施方式～第四实施方式中任一方式的氧化剂气体通路37同样地构成第一实施方式的第一变形例和第二变形例的燃料气体通路27。另外，当然也可以与第二实施方式～第四实施方式中任一方式的氧化剂气体通路37同样地构成第一实施方式的燃料气体通路27、第二实施方式～第四实施方式的燃料气体通路27。
另外，在上述的实施方式中，氧化剂气体通路37和燃料气体通路27形成为蛇形，或者还形成为具有合流部51，但氧化剂气体通路37和燃料气体通路27的形状不限定于此，也可以是在自身的不同的部位间夹着并形成肋部39、29的结构。例如，可以由多个并行的通路槽构成氧化剂气体通路37和燃料气体通路27，或也可以按照以多个并行的支通路槽连接一对主通路槽之间的方式构成。
另外，在上述的各实施方式和各变形例中，氧化剂气体通路37或燃料气体通路27由上游部37A、27A和下游部37B、27B两个部分构成。但是，氧化剂气体通路37和燃料气体通路27也可以具有为上游部37A、27A的每单位面积的肋部39A、29A的面积和下游部37B、27B的每单位面积的肋部39B、29B的面积的中间的面积比率的中游部。另外，随着从上游部37A、27A成为下游部37B、27B，也可以使每单位面积的肋部39、29的面积逐渐变化(变小)。
(第五实施方式)
(燃料电池堆的结构)
图16是示意地表示本发明的第五实施方式的燃料电池堆的概略结构的立体图。其中，在图16中，将燃料电池堆的上下方向作为图中的上下方向表示。
如图16所示，本发明的第五实施方式的燃料电池堆61具有：将具有板状的整体形状的高分子电解质型燃料电池(下面简单地称为燃料电池)100在其厚度方向层叠而成的电池层叠体62；在电池层叠体62的两端配置的第一和第二端板63、64；以及在燃料电池100的层叠方向将电池层叠体62和第一、第二端板63、64联接的未图示的联接件。另外，在第一、第二端板63、64上分别设置有集电板和绝缘板，但省略了图示。另外，板状的燃料电池100在铅直面平行地延伸，燃料电池100的层叠方向为水平方向。
在电池层叠体62的一个侧部(图面左侧的侧部：下面称为第一侧部)的上部，以在该电池层叠体62的燃料电池100的层叠方向贯通的方式设置有氧化剂气体供给歧管孔133，在其下部设置有冷却流体排出歧管136。另外，在电池层叠体62的第一侧部的设置有氧化剂气体供给歧管133的上部的内侧，以在该电池层叠体62的燃料电池100的层叠方向贯通的方式设置有冷却流体供给歧管135，同样地，在设置有冷却流体排出歧管136的下部的内侧，以在该电池层叠体62的燃料电池100的层叠方向贯通的方式设置有燃料气体排出歧管132。进一步，在电池层叠体62的另一侧部(图面右侧的侧部：下面称为第二侧部)的上部，以在该电池层叠体62的燃料电池100的层叠方向贯通的方式设置有燃料气体供给歧管131，在其下部以在该电池层叠体62的燃料电池100的层叠方向贯通的方式设置有氧化剂气体排出歧管134。
而且，对各歧管设置有适当的配管。由此，通过适当的配管向燃料电池堆61供给燃料气体、氧化剂气体和冷却流体，并排出。
(高分子电解质型燃料电池的结构)
下面，参照图17，对本发明的第五实施方式的高分子电解质型燃料电池的结构进行说明。
图17是示意地表示图16所示的燃料电池堆61中的燃料电池100的概略结构的截面图。而且，在图17中，省略了一部分。
如图17所示，第五实施方式的高分子电解质型燃料电池100具备：MEA(Membrane-Electrode-Assembly：膜-电极接合体)10、密封垫40、41、阳极侧分隔件(第二分隔件)20、和阴极侧分隔件(第一分隔件)30。
MEA10具有有选择地输送氢离子的高分子电解质膜(例如，美国杜邦公司(株)制的Nafion(商品名))1、阳极4、和阴极8。
高分子电解质膜1具有大致四边形的形状(在此，为矩形)。在高分子电解质膜1的两面上，将阳极4和阴极8(将它们称为(气体扩散)电极)分别设置在比高分子电解质膜1的周缘部更靠内侧的位置。另外，在高分子电解质膜1的周缘部以在厚度方向贯通的方式设置有后述的燃料气体供给用歧管孔等各歧管孔(未图示)。
阳极4具有：阳极侧催化剂层2，其设置在高分子电解质膜1的一个主面上，由担持有电极催化剂(例如，铂等贵金属)的导电性碳粒子、和具有氢离子传导性的高分子电解质的混合物构成；以及阳极侧气体扩散层3，其设置在阳极侧催化剂层2的主面上，兼具气体通气性和导电性。同样地，阴极8具有：阴极侧催化剂层6，其设置在高分子电解质膜1的另一个主面上，由担持有电极催化剂(例如，铂等贵金属)的导电性碳粒子、和具有氢离子传导性的高分子电解质的混合物构成；以及阴极侧气体扩散层7，其设置在阴极侧催化剂层6的主面上，兼具气体通气性和导电性。
另外，阳极侧催化剂层2和阴极侧催化剂层6能够使用包含导电性碳粒子、高分子电解质、和分散剂的催化剂层形成用墨液，利用在该领域中公知的方法形成，其中，该导电性碳粒子担持有由贵金属构成的电极催化剂。另外，构成阳极侧气体扩散层3和阴极侧气体扩散层7的材料不作特别地限定，能够使用在该领域中公知的材料，例如能够使用碳布(carbon cloth)和碳纸(carbon paper)等导电性多孔质基材。另外，对于该导电性多孔质基材，也可以利用现有的公知的方法实施防水处理。
另外，在MEA10的阳极4和阴极8的四周，夹着高分子电解质膜1设置有一对环状且大致矩形的氟橡胶制的密封垫40、41。由此，抑制燃料气体、空气或氧化剂气体向电池外渗漏，另外，抑制在燃料电池100内这些气体相互混合。另外，在密封垫40、41的周缘部，以在厚度方向贯通的方式设置有后述的燃料气体供给用歧管孔等各歧管孔(未图示)。
另外，以夹着MEA10和密封垫40、41的方式设置有具有导电性的板状的阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30。由此，MEA10被机械地固定，当在燃料电池100的厚度方向层叠有多个燃料电池100时，MEA10被电连接。其中，这些分隔件20、30能够使用热传导性和导电性优异的金属、石墨或混合石墨和树脂制成的材料，例如能够使用通过注射模塑成形制作碳粉末和粘合剂(溶剂)的混合物而形成的材料，或在钛、不锈钢制的板的表面进行镀金而制作的材料。
在阳极侧分隔件20的与阳极4接触的一个主面(下面称为内表面)上设置有用于燃料气体流通的槽状的燃料气体通路(第二反应气体通路)27，另外，在另一个主面(下面称为外表面)上设置有用于冷却流体流通的槽状的冷却流体通路28。同样地，在阴极侧分隔件30的与阴极8接触的一个主面(下面称为内表面)上，设置有用于氧化剂气体流通的槽状的氧化剂气体通路(第一反应气体通路)37，另外，在另一个主面(下面称为外表面)上设置有用于冷却流体流通的槽状的冷却流体通路38。
由此，分别向阳极4和阴极8供给燃料气体和氧化剂气体，这些气体进行反应而产生电和热。另外，通过使冷却水等冷却流体在冷却流体通路28、38中流通，进行产生的热的回收。
另外，可以将这样构成的燃料电池100作为单体电池(cell)使用，也可以层叠多个燃料电池100作为燃料电池堆61使用。另外，在层叠燃料电池100的情况下，也可以采用每2～3个单体电池设置冷却流体通路28、38的结构。进一步，在单体电池间未设置冷却流体通路28、38的情况下，也可以将被两个MEA10夹着的分隔件用作一面设置有燃料气体通路27、另一面设置有氧化剂气体通路37的兼作阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30的分隔件。另外，在此，令第一分隔件为阴极侧分隔件30，令第二分隔件为阳极侧分隔件20，另外，令第一反应气体通路为氧化剂气体通路37，令第二反应气体通路为燃料气体通路27，但不限定于此，也可以令第一分隔件为阳极侧分隔件20，令第二分隔件为阴极侧分隔件30，另外，令第一反应气体通路为燃料气体通路27，令第二反应气体通路为氧化剂气体通路37。
(分隔件的结构)
下面，参照图17～图19，对阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30进行详细的说明。
图18是表示图17所示的燃料电池100的阳极侧分隔件20的概略结构的示意图。另外，图19是表示图17所示的燃料电池100的阴极侧分隔件30的概略结构的示意图。另外，在图18和图19中，将阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30的上下方向作为图的上下方向表示。
首先，参照图17和图18，对阳极侧分隔件20的结构进行详细的说明。
如图18所示，阳极侧分隔件20为板状，形成为大致四边形(在此为矩形)，在其周缘部，燃料气体供给用歧管孔31等各歧管孔以在厚度方向贯通的方式设置。具体地说，在阳极侧分隔件20的一侧部(下面称为第一侧部)的上部，设置有氧化剂气体供给歧管孔(第一反应气体供给歧管孔)33，在其下部设置有冷却流体排出歧管孔36。另外，在第一侧部的设置有氧化剂气体供给歧管孔33的上部的内侧，设置有冷却流体供给歧管孔35，同样地，在设置有冷却流体排出歧管孔36的下部的内侧，设置有燃料气体排出歧管孔32。进一步，在阳极侧分隔件20的另一侧部(下面称为第二侧部)的上部，设置有燃料气体供给歧管孔(第二反应气体供给歧管孔)31，在其下部设置有氧化剂气体排出歧管孔34。
另外，燃料气体供给歧管孔31和氧化剂气体供给歧管孔33以夹着阳极侧分隔件20的中央部相互相对的方式设置。在此，所谓阳极侧分隔件20的中央部，是指相对于阳极侧分隔件20的外周的中央部分。
而且，如图18所示，在阳极侧分隔件20的内面，槽状的燃料气体通路27以连结燃料气体供给歧管孔31和燃料气体排出歧管孔32的方式形成为蛇形。在此，燃料气体通路27由一个槽构成，该槽实质上由往复部127A和反转部127B构成。
具体地说，构成燃料气体通路27的槽从燃料气体供给歧管31向第一侧部在水平方向上延伸某距离，然后从此向下方延伸某距离。然后，从其到达点向第二侧部在水平方向上延伸某距离，之后从这向下方延伸某距离。而且，反复进行上述延伸图案12次，然后向第一侧部在水平方向上延伸某距离，从其达到点向下方延伸直至到达燃料气体排出歧管孔32。这样，在燃料气体通路27的水平方向延伸的部分构成往复部127A，向下方延伸的部分构成反转部127B。
另外，如图17和图18所示，构成燃料气体通路27的槽和槽之间的部分形成与阳极4抵接的肋部29。
接着，参照图17和图19，对阴极侧分隔件30的结构进行详细的说明。
如图19所示，阴极侧分隔件30为板状，形成为大致四边形(在此为矩形)，在其周缘部，燃料气体供给用歧管孔31等各歧管孔以在厚度方向贯通的方式设置。其中，各歧管孔的配置与阳极侧分隔件20相同，因此省略其详细的说明。
而且，如图19所示，在阴极侧分隔件30的内面，槽状的氧化剂气体通路37以连结氧化剂气体供给歧管孔33和氧化剂气体排出歧管孔34的方式形成为蛇形。氧化剂气体通路37和燃料气体通路27构成为所谓的平行流。在此，参照图20，对平行流进行说明。
图20是表示图17所示的燃料电池100的阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30的结构的示意图。其中，在图20中，阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30从燃料电池100的厚度方向看以透视的方式描绘。另外，按照分别以一条线代表阳极侧分隔件20的燃料气体通路27的槽和阴极侧分隔件30的氧化剂气体通路37的槽的方式表示，将各分隔件20、30的上下方向作为图的上下方向表示，进一步，在图20中，为了容易地看到燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的各自的通路，在上下方向上相互错开位置表示。
如图20所示，燃料气体通路27和氧化剂气体通路37在一部分具有氧化剂气体和燃料气体按照相互相对的方式流动的部分，但从燃料电池100的厚度方向看，在宏观上(整体上)氧化剂气体和燃料气体从上游流向下游的整体的流动的方向相互一致，将这种方式称为平行流。
另外，如图19所示，氧化剂气体通路37由一个槽构成，该槽实质上由往复部137C和反转部137B构成。具体地说，构成氧化剂气体通路37的槽从氧化剂气体供给歧管孔33向第二侧部在水平方向上延伸某距离，并从这向下方延伸某距离。然后，从其到达点向第一侧部在水平方向上延伸某距离，并从这向下方延伸某距离。然后，反复进行上述延伸图案13次，从这向第二侧部在水平方向上延伸某距离，并从其到达点向下方延伸而到达氧化剂气体排出歧管孔34。这样，氧化剂气体通路37的在水平方向上延伸的部分构成往复部137C，向下方延伸的部分构成反转部137B。另外，构成氧化剂气体通路37的槽和槽之间的部分形成与阴极8抵接的肋部39。
进一步，如图17、图19和图20所示，氧化剂气体通路37具有最上游部37C和下游部37D。最上游部37C在从阴极侧分隔件30的厚度方向看时，由形成在部分37E和部分27E之间的阴极侧分隔件30的最上游部30E上的通路构成，其中，部分37E是从氧化剂气体通路37的上游端最先与阴极8接触的部分，部分27E是从燃料气体通路27的上游端最先与阳极4接触的部分。换言之，最上游部37C是指从氧化剂气体通路37的部分37E起最先与燃料气体通路27重叠后分离的部分为止的部分，在此是从氧化剂气体通路37的部分37E起向第二侧部沿水平方向延伸而到达的点为止的部分(即，从氧化剂气体通路37的部分37E至第1个往复部137A的下游端的部分)。另外，下游部37D是指氧化剂气体通路37的最上游部37C的下游侧的部分。
而且，最上游部37C的整个部分的通路的宽度和下游部37D的整个部分的通路的宽度分别形成为一定，最上游部37C的通路的宽度形成为比下游部37D的通路的宽度小。另外，最上游部37C的通路的深度形成为比下游部37D的通路的深度深，相对于构成最上游部37C的槽的氧化剂气体的流动，垂直方向的截面积(下面简单地称为通路的截面积)以与下游部37D的通路的截面积大致一致的方式形成。由此，氧化剂气体通路37的最上游部37C和下游部37D的压力损失相同，在最上游部37C和下游部37D流通的氧化剂气体的流量实质上相同。
其中，在此，虽然令从氧化剂气体通路37的上游端至部分37E为止的部分的通路的宽度与最上游部37C的通路的宽度相同，但不限定于此，也可以使之与下游部37D的通路的宽度相同，另外，最上游部37C和下游部37D的通路的宽度也可以不同。
下面，参照图17～图20，对第五实施方式的高分子电解质型燃料电池100的作用效果进行说明。
(高分子电解质型燃料电池的作用效果)
如上所述，阴极8的与氧化剂气体通路37面对的部分的水分含有量低于阴极8的与肋部39接触的部分的水分含有量，特别是在以高温低加湿的条件运行燃料电池100的情况下，阴极8的与氧化剂气体通路37的最上游部37C面对的部分8A中的水分含有量少。因此，高分子电解质膜1的与氧化剂气体通路37的最上游部37C相对的部分(下面，称为高分子电解质膜1的最上游部分)易干燥，会使高分子电解质膜1劣化。
因此，在第五实施方式的燃料电池100中，通过将氧化剂气体通路37的最上游部37C的通路的宽度形成为比下游部37D的通路的宽度窄，使得水分含有量少的阴极8的部分8A小。因此，能够抑制高分子电解质膜1的最上游部分的干燥，能够抑制高分子电解质膜1的劣化。
另一方面，在氧化剂气体通路37的下游部37D，因为与最上游部37C相比，通路的宽度形成为较大，所以阴极8的与下游部37D面对的部分水分的含有量减少。由此，特别是在以高温高加湿的条件运行第五实施方式的燃料电池100的情况下，能够抑制阴极8的与下游部37D的面对的部分的溢流液阻。
另外，在第五实施方式的燃料电池100中，因为氧化剂气体通路37的最上游部37C的通路的截面积形成为与下游部37D的通路的截面积大致一致，所以氧化剂气体通路37的最上游部37C和下游部37D的压力损失相同。因此，能够使在氧化剂气体通路37的最上游部37C和下游部37D中流通的氧化剂气体的流量实质上相同。
(第六实施方式)
图21是示意地表示本发明的第六实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。另外，在图21中省略了一部分。
如图21所示，本发明的第六实施方式的燃料电池和第五实施方式的燃料电池100的基本的结构相同，但在阴极侧分隔件30形成的氧化剂气体通路37的结构如下所述有所不同。
即，在第六实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件30上形成的氧化剂气体通路37的下游部37D构成为：相对于氧化剂气体的流动，垂直方向的截面形成为大致梯形，其开口面积比最上游部37C的开口面积大。由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的通路的深度，能够使最上游部37C的通路的截面积和下游部37D的通路的截面积实质上相同。另外，所谓使最上游部37C的通路的截面积和下游部37D的通路的截面积实质上相同，意味着在最上游部37C中流通的氧化剂气体的压力损失和在下游部37D中流通的氧化剂气体的压力损失实质上相同。
这样构成的第六实施方式的燃料电池也能够起到与第五实施方式的燃料电池100同样的作用效果。
(第七实施方式)
图22是示意地表示本发明的第七实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。另外，在图22中省略了一部分。
如图22所示，本发明的第七实施方式的燃料电池和第五实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但在阴极侧分隔件30形成的氧化剂气体通路37的结构如下所述有所不同。
即，构成第七实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件30上所形成的氧化剂气体通路37的下游部37D的槽的周面以向外侧扩大的方式形成为台阶状，其开口面积比最上游部37C的开口面积大。换言之，由下游部37D形成的肋部39的缘部被形成倒角。
由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的通路的深度，就能够使最上游部37C的通路的截面积和下游部37D的通路的截面积实质上相同。
在这样构成的第七实施方式的燃料电池中，也起到与第五方式的燃料电池100同样的作用效果。
(第八实施方式)
图23是示意地表示本发明的第八实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的截面图。另外，在图23中省略了一部分。
如图23所示，本发明的第八实施方式的燃料电池和第五实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但在阴极侧分隔件30形成的氧化剂气体通路37的结构如下所述有所不同。
即，构成在第八实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件30上所形成的氧化剂通路37的最上游部37C的槽的周面以其开口部分向内侧凹陷的方式形成为台阶状，最上游部37C的开口面积比下游部37D的开口面积大。由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的通路的深度，就能够使最上游部37C的通路的截面积和下游部37D的通路的截面积实质上相同。
在这样构成的第八实施方式的燃料电池中，也起到与第五方式的燃料电池100同样的作用效果。
(第九实施方式)
图24是示意地表示本发明的第九实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。另外，图25是表示图24所示的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，在图24中省略了一部分，在图25中将阳极侧分隔件的上下方向作为图的上下方向表示。
如图24和图25所示，第九实施方式的燃料电池100和第五实施方式的燃料电池100的基本的结构相同，但在以下方面不同：在阴极侧分隔件30形成的氧化剂气体通路37的最上游部37C的通路的宽度和下游部37D通路的宽度形成为大致一致，另外，最上游部37C的通路的深度和下游部37D的通路的深度形成为大致一致，另外，在阳极侧分隔件20形成的燃料气体通路27的结构有所不同。
具体地说，如图25所示，燃料气体通路27具有最上游部27C和下游部27D。最上游部27C在从阳极侧分隔件20的厚度方向看时，由形成在部分27E和部分37E之间的阳极侧分隔件20的最上游部20E(参照图20)上的通路构成，其中，部分27E是从燃料气体通路27的上游端最先与阳极4接触的部分，部分37E是从氧化剂气体通路37的上游端最先与阴极8接触的部分。换言之，最上游部27C是指从燃料气体通路27的部分27E起最先与氧化剂气体通路37重叠后分离的部分，在此是从燃料气体通路27的上游端起向第二侧部沿水平方向延伸而到达的部分(即，从燃料气体通路27的部分27E至第1个往复部127A的下游端的部分)。另外，下游部(剩余部)27D是指燃料气体通路27的最上游部27C的下游侧的部分。
而且，最上游部27C的整个部分的通路的宽度和下游部27D的整个部分的通路的宽度分别形成为一定，最上游部27C的通路的宽度形成为比下游部27D的通路的宽度小。另外，最上游部27C的通路的深度形成为比下游部27D的通路的深度深，相对于构成最上游部27C的槽的燃料气体的流动，垂直方向的截面积(下面简单地称为通路的截面积)形成为与下游部27D的通路的截面积大致一致。由此，燃料气体通路27的最上游部27C和下游部27D的压力损失相同，在最上游部27C和下游部27D中流通的燃料气体的流量实质上相同。
在这样构成的第九实施方式的燃料电池100中，将燃料气体通路27中的最上游部27C的通路的宽度形成为比下游部27D的通路的宽度窄，从而使得水分含有量少的阳极4的部分4A小。因此，能够抑制高分子电解质膜1的与燃料气体通路27的最上游部27C相对的部分的干燥，能够抑制高分子电解质膜1的劣化。
另一方面，在燃料气体通路27的下游部27D，与最上游部27C相比，由于通路的宽度以变大的方式形成，因此与阳极4的下游部27D面对的部分的水分含有量减少。由此，特别是在以高温高加湿的条件运行第九实施方式的燃料电池100的情况下，能够抑制与阳极4的下游部27D面对的部分的溢流液阻。
另外，在第九实施方式的燃料电池100中，由于燃料气体通路27的最上游部27C的通路的截面积形成为与下游部27D的通路的截面积大致一致，因此，燃料气体通路27的最上游部27C和下游部27D的压力损失相同。因此，能够使在燃料气体通路27的最上游部27C和下游部27D中流通的燃料气体的流量实质上相同。
另外，也可以将燃料气体通路27的形状形成为与第六实施方式～第八实施方式所示的氧化剂气体通路37同样的形状。
(第十实施方式)
图26是示意地表示本发明的第十实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。另外，在图26中省略了一部分。
如图26所示，本发明的第十实施方式的燃料电池100和第五实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但在阳极侧分隔件20形成的燃料气体通路27构成为与在第九实施方式的燃料电池100的阳极侧分隔件20形成的燃料气体通路27相同这点不同。
在这样构成的本发明的第十实施方式的燃料电池100中，发挥与第五实施方式的燃料电池100同样的作用效果，且发挥与第九实施方式的燃料电池100同样的作用效果。
(第十一实施方式)
图27是示意地表示本发明的第十一实施方式的燃料电池的概略结构的截面图。另外，图27中省略了一部分。
如图27所示，本发明的第十一实施方式的燃料电池100与第十实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但由氧化剂气体通路37形成的肋部37和由燃料气体通路27形成的肋部27如下所述有所不同。
即，在构成氧化剂气体通路37的最上游部37C的槽和构成下游部37D的槽之间形成的肋部39A的宽度比仅由构成下游部37D的槽形成的肋部39B的宽度大。另外，同样，在构成燃料气体通路27的最上游部27C和构成下游部27D的槽之间形成的肋部29A的宽度比仅由构成下游部27D的槽形成的肋部29B的宽度大。
这样构成的本发明的第十一实施方式的燃料电池100发挥与第十实施方式的燃料电池100同样的作用效果。
进一步，在第十一实施方式的燃料电池100中，因为阴极侧分隔件30的肋部39B和阴极8(准确地说是阴极侧气体扩散层7)的接触面积比肋部39A和阴极8的接触面积小，所以从阴极8(准确地说是阴极侧催化剂层6(参照图6))向阴极侧分隔件30进行的热的移动变少，与氧化剂气体通路37的下游部37D相对的阴极侧气体扩散层7的温度变高。因此，通过发电反应产生的生成水难以结露，能够抑制在氧化剂气体通路37的下游部37D发生溢流液阻，另外，在阴极侧气体扩散层7也抑制溢流液阻的发生。同样地，阳极侧分隔件20的肋部29B和阳极4(准确地说是阳极侧气体扩散层3)的接触面积比肋部29A和阳极4的接触面积小，因此，抑制在燃料气体通路27的下游部27D发生溢流液阻，另外，在阳极侧气体扩散层3中也抑制溢流液阻的发生。
另一方面，在氧化剂气体通路37的最上游部37C，通过增大肋部39A和阴极8的接触面积，使接触电阻减小，抑制电池电压的降低。同样地，在燃料气体通路27的最上游部27C，通过增大肋部29A和阳极4的接触面积，使接触电阻减小，抑制电池电压的降低。
另外，在本实施方式中，将肋部29A和肋部39A形成为其宽度均比肋部29B和肋部39B大，但不限定于此，也可以只将肋部29A的宽度构成为比其它肋部的宽度大，另外，也可以只将肋部39A的宽度构成为比其它肋部的宽度大。
(第十二实施方式)
图28是表示本发明的第十二实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，图29是表示本发明的第十二实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，在图28和图29中，将阳极侧分隔件和阴极侧分隔件的上下方向作为图的上下方向表示。
如图28和图29所示，本发明的第十二实施方式的燃料电池和第十实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但分别设置在阳极侧分隔件20和阴极侧分隔件30上的燃料气体通路27和氧化剂气体通路37形成为涡形这点不同。另外，在下面的说明中，因为燃料气体通路27与氧化剂气体通路37同样地构成，所以对氧化剂气体通路37进行说明。
具体地说，如图29所示，氧化剂气体通路37实质上由按照沿水平方向延伸的方式形成的水平部137C和安装沿上下方向延伸的方式形成的垂直部137B构成，以从阴极侧分隔件30的周缘部向中央部收敛的方式顺时针地形成有通路，以在阴极侧分隔件30的中央部返回、且向阴极侧分隔件30的周缘部发散的方式逆时针地形成有通路。
而且，氧化剂气体通路37的最上游部37C在此由部分37E和向第二侧部沿水平方向延伸而到达的点的部分之间(换言之，最上游部37C是从氧化剂气体通路37的部分37E至第一个水平部137C的下游端为止的部分)的通路构成，其中，该部分37E是从氧化剂气体通路37的上游端起最先与阴极8接触的部分。另外，氧化剂气体通路37的最上游部37C的整个部分的通路的宽度和下游部37D的整个部分的通路的宽度分别形成为一定，最上游部37C的通路的宽度形成为比下游部37D的通路的宽度小。
在这样构成的本发明的第十二实施方式的燃料电池中，也发挥与第十实施方式的燃料电池100同样的作用效果。
另外，在本实施方式中，燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的通路均形成为涡形，但不限定于此，既可以仅将燃料气体通路27形成为涡形，也可以仅将氧化剂气体通路37形成为涡形。
(第十三实施方式)
图30是表示本发明的第十三实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，图31是表示本发明的第十三实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。在图30和图31中，将阳极分隔件和阴极侧分隔件的上下方向作为图的上下方向表示。
本发明的第十三实施方式的燃料电池和第十实施方式的燃料电池100的基本结构相同，但如图30和图31所示，燃料气体通路27和氧化剂气体通路37由多个槽(在此燃料气体通路27是两个槽，氧化剂气体通路是三个槽)构成的点不同。另外，燃料气体通路27的最上游部27C由部分27E和向第一侧部沿水平方向延伸而到达的点的部分之间(换言之，从燃料气体通路27的部分27E至第一个往复部127A的下游端为止的部分)的通路构成，其中，该部分27E是从燃料气体通路27的上游端起首先与阳极4接触的部分，氧化剂气体通路37的最上游部37C由部分37E和向第二侧部沿水平方向延伸而到达的点的部分之间(换言之，从氧化剂气体通路37的部分37E至第一个往复部137A的下游端为止的部分)的通路构成，其中，该部分37E是从氧化剂气体通路37的上游端起最先与阴极8接触的部分，以上的方面与第十实施方式的燃料电池100不同。
这样构成的第十三实施方式的燃料电池也能够实现与第十实施方式的燃料电池100同样的作用效果。
(第十四实施方式)
图32是表示本发明的第十四实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，图33是表示本发明的第十四实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，在图32和图33中，将阳极侧分隔件和阴极侧分隔件的上下方向作为图的上下方向表示。
本发明的第十四实施方式的燃料电池和第十三实施方式的燃料电池的基本结构相同，但如图32和图33所示，燃料气体通路27和氧化剂气体通路37分别形成为涡形这点不同。另外，燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的最上游部27C、37C分别由从燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的上游端向第二侧部沿水平方向延伸而到达的部分(换言之，最上游部27C、37C是从燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的上游端至第一个水平部的下游端为止的部分)构成这点不同。
这样构成的本发明的第十四实施方式的燃料电池也能够发挥与第十三实施方式的燃料电池同样的作用效果。
(第十五实施方式)
图34是表示本发明的第十五实施方式的燃料电池的阳极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，图35是表示本发明的第十五实施方式的燃料电池的阴极侧分隔件的概略结构的示意图。另外，在图34和图35中，将阳极侧分隔件和阴极侧分隔件的上下方向作为图的上下方向表示。另外，在图34中仅图示燃料气体供给歧管孔31和燃料气体排出歧管孔32，省略对其它歧管孔的图示。在图35中仅图示氧化剂气体供给歧管孔33和氧化剂气体排出歧管孔34，省略对其它歧管孔的图示。
本发明的第十五实施方式的燃料电池和第十四实施方式的燃料电池的基本结构相同，但如图32和图33所示，阳极侧分隔件20和阴极侧隔析30分别形成为圆板状这点不同。另外，燃料气体供给歧管孔31和燃料气体排出歧管孔32以夹着阳极侧分隔件20的中心部(中心轴71)相对的方式设置，同样地，氧化剂气体供给歧管孔32和氧化剂气体排出歧管孔33以夹着阴极侧分隔件30的中心部(中心轴71)相对的方式设置，以上方面不同。
另外，第十五实施方式的燃料电池的燃料气体通路27，按照从其上游端向阳极侧分隔件20的中心部收敛的方式、且以顺时针地描绘弧的方式形成有通路，并且在阳极侧分隔件20的中央部折回，按照向阳极侧分隔件20的周缘部发散的方式、且以逆时针地描绘弧的方式形成有通路。同样地，氧化剂气体通路37，按照从其上游端向阴极侧分隔件30的中心部收敛的方式、且以顺时针地描绘弧的方式形成有通路，并且在阴极侧分隔件30的中央部折回，按照向阴极侧分隔件30的周缘部发散的方式、且以逆时针地描绘弧的方式形成有通路。
进一步，第十五实施方式的燃料电池的燃料气体通路27的最上游部27C由从其上游端最先与阳极4接触的27E和从其上游端绕半圈到达的部分之间的通路构成，另外，氧化剂气体通路37的最上游部37C由从其上游端最先与阴极8接触的37E和从其上游端绕半圈到达的部分之间的通路构成，以上的方面与第十四实施方式的燃料电池不同。
这样构成的第十五实施方式的燃料电池也能够发挥与第十四实施方式的燃料电池同样的作用效果。
另外，在上述的实施方式中，作为燃料电池堆，采用各歧管孔设置在分隔件中的所谓的内部歧管方式，但不限定于此，作为燃料电池堆，也可以采用外部歧管方式。
另外，在上述实施方式中，将燃料气体供给歧管孔31和氧化剂气体供给歧管孔33以相互相对的方式设置，但不限定于此，也可设置为相互靠近。
进一步，在上述实施方式中，将燃料气体通路27和氧化剂气体通路37的最上游部27C、37C的整个部分的通路的宽度和下游部27D、37D的整个部分的通路的宽度分别形成为一定，但不限定于此，在能够获得本发明的作用效果的范围内，最上游部27C、37C的一部分和/或下游部27D、37D的一部分通路的宽度也可以不同，另外，最上游部27C、37C的一部分通路的宽度也可以形成为比下游部27D、37D的通路的宽度大，另外，下游部27D、37D的一部分的通路的宽度也可以形成为比最上游部27C、37C的通路的宽度小。
根据上述说明，对于本行业的从业者而言，很明显能够想到本发明的多种改良及其他的实施方式。因此，上述说明应该只作为例示解释，是以向本行业的从业者说明实施本发明的最佳的方式为目的而提供的。在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够在实质上变更其详细的结构和/或功能。
产业上的可利用性
本发明的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆作为能够充分地抑制溢流液阻的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆是有用的。另外，本发明的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆在高温低加湿的条件下进行运行时，能够抑制高分子电解质膜的干燥，由此，作为能够抑制高分子电解质膜的劣化的高分子电解质型燃料电池和燃料电池堆是有用的。

Claims (20)

1.一种高分子电解质型燃料电池，其特征在于，具备：
膜-电极接合体，其具有高分子电解质膜和夹着该高分子电解质膜的比周缘部更靠内侧的部分的一对电极；
导电性的第一分隔件，其为板状，以与所述膜-电极接合体接触的方式设置，并且形成为在该导电性的第一分隔件的与所述电极接触的一个主面槽状的第一反应气体通路弯曲；
导电性的第二分隔件，其为板状，以与所述膜-电极接合体接触的方式设置，并且形成为在该导电性的第二分隔件的与所述电极接触的一个主面槽状的第二反应气体通路弯曲，
所述第一反应气体通路具有最上游部，所述最上游部是至少从所述第一反应气体通路的上游端起最先与所述电极接触的部分、至与所述第二反应气体通路重叠后最先分离的部分为止的通路，所述第一反应气体通路形成为：在从所述第一分隔件的厚度方向看时，所述最上游部的宽度小于所述最上游部以外的通路的宽度，
在相邻的所述第一反应气体通路间形成的肋部中，通过所述最上游部形成的肋部的宽度形成为比其它肋部的宽度大。
2.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路具有第二分隔件的最上游部，所述第二分隔件的最上游部是至少在从所述第二反应气体通路的上游端起最先与所述电极接触的部分、和从所述第一反应气体的上游端起最先与所述电极接触的部分之间的部分，所述第二反应气体通路形成为：在从所述第二分隔件的厚度方向看时，在所述第二分隔件的最上游部中形成的通路的宽度小于在该第二分隔件的最上游部以外形成的通路的宽度。
3.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路具有最上游部，所述第二反应气体通路的所述最上游部是至少从所述第二反应气体通路的上游端起最先与所述电极接触的部分、至与所述第一反应气体通路重叠后最先分离的部分为止的通路，所述第二反应气体通路形成为：在从所述第二分隔件的厚度方向看时，所述第二反应气体通路的所述最上游部的宽度小于该最上游部以外的通路的宽度。
4.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路的所述最上游部的通路的深度形成为比所述第一反应气体通路的所述最上游部以外的通路的深度深。
5.如权利要求2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路的所述最上游部的通路的深度形成为比所述第二反应气体通路的所述最上游部以外的通路的深度深。
6.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路的所述最上游部的通路的截面积形成为与所述第一反应气体通路的所述最上游部以外的通路的截面积大致一致。
7.如权利要求2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路的所述最上游部的通路的截面积形成为与所述第二反应气体通路的所述最上游部以外的通路的截面积大致一致。
8.如权利要求2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
在相邻的所述第二反应气体通路间形成的肋部中，通过所述最上游部形成的肋部的宽度形成为比其它肋部的宽度大。
9.如权利要求1或2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
在所述第一分隔件的另一主面和/或所述第二分隔件的另一主面形成有槽状的冷却流体通路，
在所述第一反应气体通路中流通的第一反应气体和在所述第二反应气体通路中流通的第二反应气体的露点低于在所述冷却流体通路中流通的冷却流体的温度。
10.如权利要求1或2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
在所述第一分隔件和所述第二分隔件，分别以相互相对的方式设置有在厚度方向贯通的第一反应气体供给歧管孔和第二反应气体供给歧管孔。
11.如权利要求1或2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路和所述第二反应气体通路按照成为平行流的方式形成。
12.如权利要求1或2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路和/或所述第二反应气体通路形成为蛇形。
13.如权利要求1或2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路和/或所述第二反应气体通路形成为涡形。
14.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路具有剩余部，所述剩余部是所述第一反应气体通路的除所述最上游部以外的部分，所述第一反应气体通路的所述最上游部的整个部分的通路的宽度形成为小于所述剩余部的整个部分的通路的宽度。
15.如权利要求14所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路的所述剩余部的整个部分的通路的宽度形成为一定。
16.如权利要求14所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第一反应气体通路的所述最上游部的整个部分的通路的宽度形成为一定。
17.如权利要求3所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路的所述最上游部的整个部分的通路的宽度形成为小于该第二反应气体通路的除所述最上游部以外的部分的整个部分的通路的宽度。
18.如权利要求17所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路的除所述最上游部以外的部分的整个部分的通路的宽度形成为一定。
19.如权利要求17所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述第二反应气体通路的所述最上游部的整个部分的通路的宽度形成为一定。
20.一种燃料电池堆，其特征在于：
层叠并联接有多个权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池。
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