燃料電池用隔板及燃料電池的制作方法

專利名稱：燃料電池用隔板及燃料電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池用隔板以及燃料電池。
背景技術：
高分子電解質型燃料電池(以下，根據需要，稱為"PEFC")是 通過使含有氫的燃料氣體和空氣等含有氧的氧化劑氣體在燃料電池中 發生電化學反應，同時產生電力和熱的熱電同時供給裝置。
燃料電池具有被稱為MEA的膜一電極結合體(membrane electrode assembly)。該MEA被一對導電性隔板(具體而言，為由陽極隔板與 陰極隔板所構成的隔板對)夾著，并且在MEA的兩面的周圍邊緣部上 配置有襯墊(gasket)。 PEFC —般具備在一對導電性隔板之間層疊有多 層MEA的單位的構成。
在陽極隔板的表面上，形成有燃料氣體(反應氣體中向陽極供給 的包含還原劑氣體的氣體)流通的蜿蜓型(serpentine type)的燃料氣 體流通區域，與燃料氣體供給路(燃料氣體供給歧管孔)和燃料氣體 排出路(燃料氣體排出歧管孔)相連接。該燃料氣體流通區域，由以 連接燃料氣體供給路和燃料氣體排出路的方式形成的多個燃料氣體流 路溝構成。這些多個燃料氣體流路溝相互沿著彼此而彎曲成蜿蜓狀， 由此形成上述蜿蜓型的燃料氣體流通區域。
并且，在陰極隔板的表面，形成有氧化劑氣體(反應氣體中向陰 極供給的包含氧化劑氣體的氣體)流通的蜿蜓型的氧化劑氣體流通區 域，與氧化劑氣體供給路(氧化劑氣體供給歧管孔)和氧化劑氣體排 出路(氧化劑氣體排出歧管孔)相連接。該氧化劑氣體流通區域，由 以連接氧化劑氣體供給路和氧化劑氣體排出路的方式形成的多個氧化 劑氣體流路溝構成。這些多個氧化劑氣體流路溝相互沿著彼此而彎曲 成蜿蜒狀，由此形成上述蜿蜓型的氧化劑氣體流通區域。
根據以上的構成，在燃料氣體流過燃料氣體流通區域內的流路溝
的期間，以及氧化劑氣體流過氧化劑氣體流通區域內的流路溝的期間，
這些反應氣體(發電氣體)被供給到MEA，在MEA的內部因上述電 化學反應而消耗。
然而，為了實現PEFC的實用化，希望對陽極隔板和陰極隔板實 行改良，實現使更穩定的發電成為可能的反應氣體的良好流通狀態， 因而進行了各種探討(參照專利文獻1 專利文獻4)。
例如，有人提出了一種隔板，其在多個流路溝的折返部設置使該 流路溝合流的反應氣體合流區域，從而提高產生于流路溝內的凝結水 的充分的排水性能，提高反應氣體從流路溝到氣體擴散電極的氣體擴 散性能，降低流路阻抗(壓力損失)(專利文獻2和專利文獻4)。在該 流路溝的合流區域設有多個突起點，散布在連通于多個流路溝的凹部 的底面上。
另外，還有人提出一種隔板，其通過流路溝從反應氣體供給路(氣 體入口側)到反應氣體排出路(氣體出口側)接近連接，變更(減少) 溝數，從而提高上述凝結水的排水性能，提高氣體擴散性能，有效地 實現小型化(專利文獻1和專利文獻3)。
專利文獻l:日本特開平11-250923號公報
專利文獻2:日本特開平10-106594號公報
專利文獻3:日本特開2000-294261號公報
專利文獻4:日本特開2000-164230號公報

發明內容
然而，即使是以專利文獻1 4所述的隔板為主的現有的隔板，也 很難說是降低各流路溝的反應氣體流速的偏差，提高流路溝內產生的 凝結水的排水性能，提高反應氣體從流路溝到氣體擴散電極的氣體擴 散性能，降低流路溝的流路阻抗(壓力損失)，充分地滿足促進反應氣 體混合等的隔板所要求的性能的最佳設計，特別是在使多個流路溝合 流的反應氣體的合流區域的設計上還有改良的余地。
例如，在專利文獻2所述的折返部(格子狀溝，合流區域)，以提 高反應氣體的混合程度為目的，以橫跨多個流路溝的全部寬度(橫跨 兩側端的流路溝之間)的方式形成有格子狀溝。但是，由于該格子狀
溝以形成垂直于該多個流路溝的直線狀的邊界(形成四邊形的合流區 域)的方式設置，因而，在該格子狀溝內，反應氣體有可能滯留。這 樣，反應氣體進入位于格子狀溝的下游的多個流路溝的分配性，就會 因這樣的反應氣體的滯留狀態而低下，結果，有可能引起這里的各流 路溝間的反應氣體流速的不均勻化。
尤其是在燃料電池低負荷運行時(反應氣體的流速為低速度)，凝 結水在反應氣體運動方向上容易集中于下方的流路附近，上述的反應 氣體滯留的不良狀況更加明顯，水分變得過多，阻礙氣體擴散，從而
陷入燃料電池的性能下降的現象(溢流(flooding))。
另外，即使是專利文獻4所述的大致為三角形的合流區域，雖然 為了改善反應氣體滯留的不良狀況而進行了設計，但是也很難說是針 對防止因上述流路溝內的凝結水和生成水的集中而產生的水滴阻塞在 流路溝內(溢流)的適當的設計，尚有改善的余地。
還有，上述的溢流與成為氣體擴散電極內例如催化劑層內的氣體 擴散途徑的細孔被水滴阻塞的現象(氣體擴散電極內的溢流)不同， 被稱為因隔板上的水滴而引起的氣體流路溝內的阻塞。
鑒于上述問題，提出了本發明，其目的在于，提供一種能夠適當 且充分地抑制因流路溝內的凝結水過多而引起的溢流的燃料電池用隔 板以及燃料電池。
為了解決上述問題，本發明提供一種燃料電池用隔板，其特征在
于
形成為板狀且反應氣體在至少一個主面上流通的反應氣體流通區 域，形成為蜿蜒狀，該蜿蜒狀具有所述反應氣體向一個方向流動的多 個相同流動部，以及設在該多個相同流動部之間且所述反應氣體折返 流動的l個以上的折返部，
在所述反應氣體流通區域內，設有
至少包含所述相同流動部而形成，具有所述反應氣體被分流的流
路溝組的，多個分流區域；以及
具有，形成為所述1個以上的折返部中的至少一個并成為所述反 應氣體混合的空間的凹陷部，以及從所述凹陷部的底面站立設置并配 置成島狀的多個突起，而且，配置于所述多個分流區域中的相鄰的上
游側的所述分流區域的流路溝組和下游側的所述流路區域的流路溝組 之間，使從所述上游側的分流區域的流路溝組流入的所述反應氣體在 所述凹陷部合流，使所述合流后的所述反應氣體再次向所述下游側的 分流區域分流的，l個以上的分流區域，
在與所述合流區域的所述凹陷部連接的所述上游側的所述分流區 域和所述下游側的所述分流區域中，所述上游側的所述分流區域的所 述流路溝組的溝數，以與所述下游側的所述分流區域的所述流路溝組 的溝數相同的方式形成，
在形成有該凹陷部的所述反應氣體流通區域的所述折返部中，由 連通于所述凹陷部的所述一對的所述上游側的流路溝組以及所述下游 側的流路溝組之間的傾斜邊界和所述折返部的外端劃分出所述合流區 域的所述凹陷部，
在從所述主面的法線方向看的情況下，所述多個突起配置為，1 個以上的所述突起在所述外端的延伸方向上形成留出間隔相連的多個 列，同時，1個以上的所述突起在相對于所述外端的延伸方向垂直的方 向上形成留出間隔相連的多個層，而且，被構成1個所述層的突起引 導并在所述外端的延伸方向上行進的反應氣體的流動，被構成與所述 一層鄰接的層的突起擾亂而構成。
這樣，通過在凹陷部配置為島狀的多個突起，使得從分流區域的 各流路溝流入合流區域的反應氣體，在被構成1個所述層的突起引導 之后，反應氣體的流動被構成鄰接于該1個層的層的突起擾亂，由此 促進流路溝間的反應氣體的混合，并由此抑制因凹陷部的下游側流路 溝內的凝結水分過多而引起的溢流。
另外，由于反應氣體的合流區域和連通于凹陷部的一對的上游側 的流路溝組以及下游側的流路溝組之間的邊界，被相對于所述流路溝 組的方向傾斜地劃分，因而，反應氣體均勻地流過該合流區域，反應 氣體對這里的下游側的流路溝的分配性不下降，維持了反應氣體流速 的均勻性。
另外，本發明的燃料電池用隔板中，從更可靠地得到本發明的效 果的觀點出發，優選在從所述主面的大致法線方向看的情況下，所述 合流區域的所述凹陷部和連接于該凹陷部的上游側的所述分流區域及
下游側的所述分流區域的邊界形成為，以所述合流區域的外端為底邊， 從所述底邊的兩端向著位于與所述凹陷部連接的上游側的所述分流區 域和與所述凹陷部連接的下游側的所述分流區域的邊界線上附近的頂 點突出為弓形的形狀。
這樣，通過將凹陷部劃分為突出為弓形的形狀，能夠使反應氣體 在凹陷部的大致全部區域均勻地流過(例如，將反應氣體適當地送出 至凹陷部的角落)，反應氣體對凹陷部的下游側的流路溝的分配性不下 降，更加改善反應氣體流速的均勻性(更充分地降低反應氣體流速的 偏差)。
這里，作為所述凹陷部的一個示例，從更適當地得到本發明的效 果的觀點出發，在本發明的燃料電池用隔板中，優選突出為上述弓形 的形狀是大致三角形狀。
這樣，通過將凹陷部劃分為大致三角形，能夠使反應氣體在凹陷 部的大致全部區域均勻地流過(例如，將反應氣體適當地送出至凹陷 部的角落)，反應氣體對凹陷部的下游側的流路溝的分配性不下降，更 加改善反應氣體流速的均勻性(更充分地降低反應氣體流速的偏差)。
此外，在大致三角形狀的形狀中，只要是能夠得到本發明的效果 的范圍，三角形的各邊可以不是嚴格的直線。例如，可以是向三角形 外部膨脹為弓形的曲線，也可以是向三角形內部收縮為弓形的曲線， 也可以是臺階狀的不連續的線。
這里，作為所述凹陷部的一個示例，從更適當地得到本發明的效 果的觀點出發，在本發明的燃料電池用隔板中，優選突出為上述弓形 的形狀是大致半圓形狀。
這樣，通過將凹陷部劃分為大致半圓形，能夠使反應氣體在凹陷 部的大致全部區域均勻地流過(例如，將反應氣體適度地送出至凹陷 部的角落)，反應氣體對凹陷部的下游側的流路溝的分配性不下降，更 加改善反應氣體流速的均勻性(更充分地降低反應氣體流速的偏差)。
此外，在大致半圓形狀的形狀中，只要是能夠得到本發明的效果 的范圍，可以不是嚴格的半圓，例如，可以是半橢圓形，也可以是半 圓(半橢圓)的曲線部分為圓滑的曲線以外的臺階狀的不連續的線。
而且，在本發明的燃料電池用隔板中，從更充分地提高在流路溝
內產生的水滴的排水性的觀點出發，優選所述分流區域包含所述相同 流動部和所述折返部而形成，而且，所述相同流動部的流路溝的溝數 和連接于所述相同流動部的所述折返部的流路溝的溝數形成為相同的
數目(參照后述的圖2和圖6)。
這樣，通過形成包含相同流動部與折返部的分流區域，能夠形成 較長的流路溝。即，能夠增大配置在2個合流區域之間的分流區域所 包含的各流路溝的每根的流路長度。這樣，對于具有長的流路長度的 流路溝而言，即使在該流路溝產生水滴，也將由于水滴的上游側的氣 體壓力和下游側的氣體壓力的差增大而能夠得到優異的排水性。
此外，在本發明的燃料電池用隔板中，優選具有 從外部向所述反應氣體流通區域供給所述反應氣體的氣體入口歧 管，以及
將從所述反應氣體流通區域排出的氣體向外部排出的氣體出口歧 管，其中，
所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域的所述相同流動 部連接于所述氣體入口歧管。
在以上構成的情況下，本發明的合流區域，不配置于氣體入口歧 管的正后方。在這種情況下，能夠容易地減少反應氣體的一部分流入
在組裝燃料電池時形成于MEA的氣體擴散電極的外周邊和配置于該 MEA外側的環狀的襯墊的內周邊之間的間隙。并且，能夠簡化用于防 止反應氣體的一部分流入上述間隙的構成。
具體而言，在氣體入口歧管和反應氣體流通區域之間具有上述間 隙，用于從氣體入口歧管向反應氣體流通區域供給反應氣體的通路， 橫斷上述間隙。并且，在氣體出口歧管和反應氣體流通區域之間也具 有上述間隙，用于將從反應氣體流通區域排出的氣體向氣體出口歧管 排出的通路，橫斷上述間隙。因此，用于進行氣密使得用于供給反應 氣體的流路和上述間隙不連通的構成成為必要。如果沒有用于進行氣 密的構成，則從氣體入口歧管供給的反應氣體中，不供給到反應氣體 流通區域，而是流入上述間隙，在該間隙中行進，流入氣體出口歧管 的浪費的氣體變多(在MEA沒有被利用的氣體)。
由于合流區域通過站立設置于凹陷部的突起支撐與該部分相接的
氣體擴散電極和襯墊(合成樹脂制)，因而，襯墊(合成樹脂制)的相 接面向下進入沒有突起的部分，有可能增大流路阻抗(壓力損失)。因
此，在如上述的專利文獻2和專利文獻4所述的隔板那樣，合流區域 (在專利文獻2和專利文獻4中稱為"入口側流通溝部")配置于氣體
入口歧管的正后方，且合流區域(在專利文獻2和專利文獻4中稱為 "出口側流通溝部")配置于氣體出口歧管的正前方的情況下，用于使
反應氣體不流入上述間隙的氣密的構成變得更復雜，且不容易形成該構成。
另一方面，在如上所述，合流區域不配置于氣體入口歧管的正后 方的情況下，能夠簡化使反應氣體不流入上述間隙的氣密的構成，且 能夠容易地形成該構成。
而且，這種情況下，更優選，所述多個分流區域中配置于最下游 側的分流區域的所述相同流動部連接于所述氣體出口歧管。
在以上的構成的情況下，本發明的合流區域不配置于氣體入口歧 管的正后方，且不配置于氣體出口歧管正前方。這種情況下，能夠容 易地減少反應氣體的一部分流入在組裝燃料電池時形成于MEA的氣 體擴散電極的外周邊和配置于該MEA的外側的環狀的襯墊的內周邊 之間的間隙。并且，能夠進一步簡化用于防止反應氣體的一部分流入 上述間隙的構成，且能夠容易地形成該構成。
此外，在如上所述，合流區域不配置于氣體入口歧管的正后方的 情況(折返部也不配置于氣體入口歧管的正后方的情況)下，所述多 個分流區域中配置于最下游側的分流區域可以具有未形成有所述合流 區域的所述折返部，該折返部可以連接于所述氣體出口歧管。這種情 況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分流入上述間隙的構成， 且能夠容易地形成該構成。
另外，本發明的燃料電池用隔板中，具有-
從外部向所述反應氣體流通區域供給所述反應氣體的氣體入口歧 管，以及
將從所述反應氣體流通區域排出的氣體向外部排出的氣體出口歧 管，其中，
所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域具有未形成有所
述合流區域的所述折返部，該折返部連接于所述氣體入口歧管。
這種情況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分向上述間隙 流入的構成，且能夠容易地形成該構成。
而且，在如上所述，合流區域不配置于氣體入口歧管的正后方的 情況(不具有合流區域的折返部配置于氣體入口歧管的正后方的情況) 下，優選所述多個分流區域中配置于最下游側的分流區域的所述相同 流動部，連接于所述氣體出口歧管。
這種情況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分流入上述間 隙的構成，且能夠容易地形成該構成。
另外，在如上所述，合流區域不配置于氣體入口歧管的正后方的 情況(不具有合流區域的折返部配置于氣體入口歧管的正后方的情況) 下，
所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域具有未形成有所 述合流區域的所述折返部，該折返部連接于所述氣體入口歧管。
這種情況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分流入上述間 隙的構成，且能夠容易地形成該構成。
另外，本發明的燃料電池用隔板中，優選在從所述主面的大致法 線方向看的情況下，在與所述分流區域相對應的所述隔板的表面，在 橫斷所述流路溝組的方向上，形成有由均等的寬度、均等的間距、均 等的臺階差的多個凹部和均等的寬度、均等的間距、均等的臺階差的 多個凸部構成的凹凸圖形。所述凹部為所述流路溝組的流路溝，所述 凸部為支撐與所述主面相接的電極部的肋。所述多個突起配置于所述 肋的延長線上。
這樣，通過在肋的延長線上并列配置多個突起，能夠使得從分流 區域的各流路溝流入合流區域的反應氣體在該多個突起間的各個間隔 (溝)被引導得大致均勻分散，隨后，由構成下一層的突起適當地擾 亂反應氣體的流動，因而優選。
另外，通過凹凸圖形的構成，使電極部與均等的間距、均等的寬 度、均等的臺階差的凸部相接，由此使相接于主面的電極部，在其面 內被均等地支撐。并且，能夠通過模具成型來制造具有這樣的凹凸圖 形的隔板，由此，能夠由一塊板構成隔板，改善(降低)制造成本。
另外，由于采用這樣的構成，因而，電極部(氣體擴散電極)均 等地向下進入按照均等的間距、均等的寬度、均等的臺階差而配置的 流路溝(凹部)的內部。這樣，在反應氣體流過流路溝時，能夠充分 地抑制流路溝之間的反應氣體的流路阻抗(壓力損失)的不均勻性(偏 差)。
在此，本發明的燃料電池用隔板中，優選在從所述主面的大致法 線方向看的情況下，如果畫出穿過相互鄰接并以構成一層的方式并列 的一對突起間的中心，且與所述外端的延伸方向平行的假想線，則在 所述延伸方向上相對于所述一對突起鄰接的一對突起間的中心，在相 對于所述延伸方向垂直的方向上從所述假想線偏離。
由于像這樣以一對突起間的中心偏離的方式配置多個突起，因而 當氣液二相流在凹陷部向著外端的延伸方向時，能夠抑制氣液二相流 簡單地流穿過突起間的間隙，氣液二相流能夠多次與突起適當地相接， 能夠擾亂其流動。由此，能夠更可靠地抑制因凹陷部的下游側的燃料 氣體流路溝內的凝結水過多而引起的溢流。
尤其優選在配置上述的偏離的突起的情況下，各個所述列由構成 隔著一層的所述層的所述突起構成。
在像這樣以成為曲折狀排列的狀態的方式將多個突起配置于凹陷 部的隔板之中，能夠使凹陷部下游側的流路溝的凝結水適當地分散流 過，所謂曲折狀排列，是指將鄰接的列間的突起彼此的中心連接的線 多次彎曲成"〈"字形。由此，能夠可靠地抑制因凹陷部的下游側流 路溝內的凝結水過多而引起的溢流。
本發明的燃料電池用隔板中，作為所述突起的形狀，只要發揮出 本發明的效果，任何形狀均可。例如，可以具有從大致圓柱形、大致 三棱柱形、以及大致四棱柱形中選擇出的至少一種形狀。
此外，對于本說明書中的所謂大致圓柱形而言，除了大致正圓柱 形之外，與站立設置方向垂直的截面也包含從該正圓變形而成的圓形 的大致圓柱形(例如，橢圓形)。
另外，對于本說明書中的所謂大致三棱柱形而言，與站立設置方
向垂直的截面，是形成為由不在同一直線上的3點、以及將其連接的3 根線段構成的三角形(例如直角三角形、等腰三角形或等邊三角形等)
的多棱柱形，也包含3個角被若干圓滑的多棱柱形。
而且，對于本說明書中的所謂大致四棱柱形而言，與站立設置方
向垂直的截面，是形成為由不在同一直線上的4點、以及將其連接的4 根線段構成的四邊形(例如，矩形、正方形、平行四邊形或梯形)的 多棱柱形，也包含4個角被若干圓滑的多棱柱形。
另外，本說明書中，將上述"各個所述列由構成隔著一層的所述 層的所述突起構成"的突起的排列圖形稱為"曲折狀排列"。
在此，本發明的燃料電池用隔板中，作為這樣的凹陷部中的曲折 狀排列的優選的一典型示例，優選在各所述突起形成為大致圓柱形的 情況下，所述突起在各層留出所述突起的圓形截面的直徑大小的間隔 而配置，所述突起在各列留出直徑大小的3倍的間隔而配置。由此， 在凹陷部面內，突起以曲折狀排列的狀態規則正確地配置，能夠更有 效地有利于實現流路溝間的凝結水的均等分配(降低不均等分配)。
而且，本發明的燃料電池用隔板中，所述延伸方向及/或所述垂直 方向的寬度尺寸不同的第1突起及第2突起也可以配置為，在相對于 所述外端的延伸方向垂直的方向上形成隔開間隔相連的多個層。
這樣，通過配置所述延伸方向或所述垂直方向的寬度尺寸不同的 第1突起及第2突起，使得在所述延伸方向和所述垂直方向上將第1 突起和第2突起之間的中心連接的線，在氣液二相流流過的間隙的長 度方向上彎曲。結果，在氣液二相流流過凹陷部的所述延伸方向或所 述垂直方向的間隙時，該氣液二相流的流動發生彎曲，被擾亂，抑制 氣液二相流在該間隙簡單地穿過。
因此，通過這樣的燃料氣體的彎曲流動，促進了反應氣體的混合。 并且，通過凝結水的彎曲流動，抑制了因下游側的反應氣體流路溝內 的凝結水過多而引起的溢流。
而且，通過在各列和各層上適當地調整這樣的彎曲部的數目和排 列位置，能夠調整凹陷部內的反應氣體流路阻抗，，使得反應氣體流速 均勻。
此外，作為所述第1突起和第2突起的形狀，只要發揮出本發明 的效果，任何形狀均可以。也可以具有從例如上述的大致圓柱形、大 致三棱柱形、以及大致四棱柱形中選擇出的至少一種形狀。另外，本發明提供一種燃料電池用隔板，其特征在于-形成為板狀且反應氣體在至少一個主面上流通的反應氣體流通區 域，形成為蜿蜒狀，該蜿蜒狀具有所述反應氣體向一個方向流動的多 個相同流動部，以及設在該多個相同流動部之間且所述反應氣體折返 流動的1個以上的折返部，
在所述反應氣體流通區域內，設有
至少包含所述相同流動部而形成，具有所述反應氣體被分流的流 路溝組的，多個分流區域；以及
具有，形成為所述1個以上的折返部中的至少一個并成為所述反 應氣體混合的空間的凹陷部，以及從所述凹陷部的底面站立設置并配 置成島狀的多個突起，而且，配置于所述多個分流區域中的相鄰的上 游側的所述分流區域的流路溝組和下游側的所述流路區域的流路溝組 之間，使從所述上游側的分流區域的流路溝組流入的所述反應氣體在 所述凹陷部合流，使所述合流后的所述反應氣體再次向所述下游側的 分流區域分流的，l個以上的分流區域，
在與所述合流區域的所述凹陷部連接的所述上游側的所述分流區 域和所述下游側的所述分流區域中，所述上游側的所述分流區域的所 述流路溝組的溝數，以與所述下游側的所述分流區域的所述流路溝組 的溝數相同的方式形成，
在形成有該凹陷部的所述反應氣體流通區域的所述折返部中，由 連通于所述凹陷部的所述一對的所述上游側的流路溝組以及所述下游
域的所述;陷部，、〃、 、、、5 、、 、、
在從所述主面的法線方向看的情況下，
所述外端彎曲，并在中途形成向所述凹陷部側突出的外端突片。
在像這樣在凹陷部形成外端突片的隔板之中，在凹陷部的下游側 的流路溝內，凝結水適當地分散流過，由此，能夠更充分地抑制因凹 陷部的下游側流路溝內的凝結水過多而引起的溢流的產生。
另外，本發明的燃料電池用隔板中，優選在從所述主面的大致法 線方向看的情況下，在與所述分流區域相對應的所述隔板的表面，在 橫斷所述流路溝組的方向上，形成有由均等的寬度、均等的間距、均
等的臺階差的多個凹部和均等的寬度、均等的間距、均等的臺階差的 多個凸部構成的凹凸圖形。所述凹部為所述流路溝組的流路溝，所述 凸部為支撐與所述主面相接的電極部的肋。所述突起配置于所述肋的 延長線上。
這樣，通過在肋的延長線上并列配置多個突起，能夠使得從分流 區域的各流路溝流入合流區域的反應氣體在該多個突起間的各個間隔 (溝)被引導得大致均勻分散，隨后，由構成下一層的突起適當地擾 亂反應氣體的流動，因而優選。
另外，通過凹凸圖形的構成，使電極部與均等的間距、均等的寬 度、均等的臺階差的凸部相接，由此使相接于主面的電極部，在其面 內被均等地支撐。并且，能夠通過模具成型來制造具有這樣的凹凸圖 形的隔板，由此，能夠由一塊板構成隔板，改善(降低)制造成本。
另外，電極部(氣體擴散電極)均等地向下進入按照均等的間距、 均等的寬度、均等的臺階差而配置的流路溝(凹部)的內部。這樣， 在反應氣體流過流路溝時，能夠充分地抑制流路溝之間的反應氣體的 流路阻抗(壓力損失)的不均勻性(偏差)。
另外，本發明的燃料電池用隔板中，所述突起和所述肋之間、所 述突起和所述外端突片之間、以及所述肋和所述外端之間的第1距離， 可以形成為窄于所述突起彼此之間的第2距離。尤其是在所述多個突 起形成為大致圓柱形的情況下，優選采用該構成。
而且，由于所述第1距離窄于所述第2距離，因而能夠通過因該 距離而發揮的流路阻抗，更適當地調整流過凹陷部的反應氣體的面內 速度分布的均勻化。
總而言之，本發明的燃料電池用隔板中，為了更恰當地得到本發 明的效果，設定所述第1和第2距離，使得假定第1和第2距離為一 定時的，橫切所述第1距離流過的反應氣體的流速和所述第1距離的 積，與假定第1和第2距離為一定時的，橫切所述第2距離流過的反 應氣體的流速和所述第2距離的積大致一致。
此外，本發明的燃料電池用隔板中，從更恰當地得到本發明的效 果的觀點出發，能夠在上述的具備"優選所述外端彎曲，并在中途形 成向所述凹陷部側突出的外端突片"的發明特定事項的發明及其改良
發明中，附加"所述多個突起配置為，l個以上的所述突起在所述外端 的延伸方向上形成隔開間隔相連的多個列，同時1個以上的所述突起 在相對于所述外端的延伸方向垂直的方向上形成隔開間隔相連的多個 層，各個所述列由構成隔著1層的所述層所述突起構成"的發明特定 事項的構成，對于凹陷部的下游側流路溝內的凝結水過多而引起的溢 流抑制進行最佳的設計。
另外，本發明提供一種燃料電池，其特征在于
具有陽極隔板、陰極隔板、以及配置于所述陽極隔板和所述陰極 隔板之間的膜電極結合體，
具有包含所述陽極隔板、所述膜電極結合體、以及所述陰極隔板 的l個以上的層疊單位，
上述本發明的燃料電池用隔板作為所述陽極隔板和所述陰極隔板 而被組裝，
供給到所述陽極隔板的所述反應氣體為還原劑氣體，供給到所述 陰極隔板的所述反應氣體為氧化劑氣體。
根據這樣的構成，考慮到還原劑氣體的消耗，以及抑制因流路溝 內的凝結水過多而引起的溢流，因而，流過陽極隔板的分離區域的還 原劑氣體，在陽極隔板面內的大致全部區域以接近均等的狀態在陽極 隔板側的電極部之中良好地擴散。并且，考慮到氧化劑氣體的消耗， 以及抑制因流路溝內的凝結水過多而引起的溢流，因而，流過陰極隔 板的分離區域的氧化劑氣體，在陰極隔板面內的大致全部區域以接近 均等的狀態在陰極隔板側的電極部之中良好地擴散。這樣，燃料電池 的發電工作，能夠在電極部的面內的大致全部區域以接近均等的狀態 進行。
本發明的上述目的、其他目的、特征、以及優點，能夠在參照附 圖的的情況下，通過以下的優選實施方式的詳細的說明而變得清楚。
如上所述，根據本發明，可以得到一種能夠恰當并充分地抑制因 流路溝內的凝結水過多而引起的溢流的燃料電池用隔板及燃料電池。


圖1是模式地示意本發明的一個實施方式的燃料電池的構造的分 圖2是陽極隔板的表面的示意圖。
圖3是沿圖2的Ill-Ill線的陽極隔板的剖面圖。
圖4是沿圖2的IV-IV線的陽極隔板的剖面圖。
圖5是圖2的C區域的放大圖。
圖6是陰極隔板的表面的示意圖。
圖7是沿圖6的VII-VII線的陰極隔板的剖面圖。
圖8是沿圖6的vni-vin線的陰極隔板的剖面圖。
圖9是圖6的C區域的放大圖。
圖IO是比較例的分析模型的構成的平面圖。
圖11是以比較例的分析模型中的各要素的流動數據為基礎，模擬
顯示電腦上輸出的分析結果例的圖。
圖12是以比較例的分析模型中的各要素的流動數據為基礎，模擬
顯示電腦上輸出的分析結果例的圖。
圖13是第1變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 圖14是第2變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 圖15是第3變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 圖16是第4變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 圖17是第5變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。
符號說明
1— MEA
2— 陽極隔板
3— 陰極隔板 4一螺栓孔
5— 電極部
6— 高分子電解質膜 6a—周圍邊緣部 IO—燃料電池
12A、 12B—燃料氣體歧管孔 13A、 13B—氧化劑氣體歧管孔
14A、 14B—水歧管孔
21— 燃料氣體分流區域的集合體 21A—第1燃料氣體分流區域 21B—第2燃料氣體分流區域 21C—第3燃料氣體分流區域 21D—第4燃料氣體分流區域
22— 燃料氣體合流區域的集合體 22A—第1燃料氣體合流區域 22B—第2燃料氣體合流區域 22C—第3燃料氣體合流區域 25—燃料氣體流路溝(凹部)
26、 36—凸部
27、 37—圓柱狀突起
28、 38—凹陷部 28a、 38a—底邊
28b、 28c、 38b、 38c—斜邊 3 l—氧化劑氣體分流區域的集合體 31A—第1氧化劑氣體分流區域 31B—第2氧化劑氣體分流區域 31C—第3氧化劑氣體分流區域 31D—第4氧化劑氣體分流區域 32—氧化劑氣體合流區域的集合體 32A—第1氧化劑氣體合流區域 32B—第2氧化劑氣體合流區域 32C—第3氧化劑氣體合流區域 32D—第4氧化劑氣體合流區域 35—氧化劑氣體流路溝(凹部) 40—端板
100— 燃料電池組
101— 燃料氣體流通區域
102— 氧化劑氣體流通區域
211、 202—區域
601、 701—折返部
602、 702—直線部(相同流動部) Pl、 P2、 P3、 P4—間距
Dl、 D2、 D3、 D4—臺階差 Wl、 W2、 W3、 W4—寬度
具體實施例方式
下面，參照附圖，詳細地說明實施本發明的最佳方式。 圖1是模式地示意本發明的一個實施方式的燃料電池的構造的分 解立體圖。
如圖1所示，燃料電池組100是通過層疊多個矩形的燃料電池10
而構成的。
并且，在燃料電池組100的兩端的最外層上安裝有端板40，燃料 電池10通過從兩端板40插入燃料電池10的四角的螺栓孔4的連接螺 栓(圖中未顯示)與螺帽(圖中未顯示)而相互連接。這里，燃料電 池10例如層疊60個。
燃料電池10的MEA1，通過在高分子電解質膜6的兩面的中央部 設有矩形的一對電極部5 (催化劑層和氣體擴散層)而構成。而且，燃 料電池10具有導電性的一對板狀隔板2、 3，在MEA1的周圍邊緣部 6a上設置有矩形環狀的襯墊(圖中未顯示)，該襯墊和MEA1的電極 部5被該導電性的一對隔板(具體而言，是陽極隔板2和陰極隔板3) 夾著。而且，MEA1的構成為公知，這里省略對其詳細的說明。
在陽極隔板2的表面(正面，與一方的電極部5相接的面)上， 形成有燃料氣體(還原劑氣體)流通的燃料氣體流通區域101。該燃料 氣體流通區域101，是具備燃料氣體分流區域的集合體21和燃料氣體 合流區域的集合體22的構成。燃料氣體分流區域的集合體21具有用 于以盡量接近均等的狀態分配燃料氣體并使其以盡量接近均等的流速 流過的多個帶狀的燃料氣體流路溝25 (流路溝組，例如參照圖2)。燃 料氣體合流區域的集合體22具有用于合流多個燃料氣體流路溝25并 促進燃料氣體混合的島狀(這里為大致圓柱狀，更準確地說，為大致
正圓柱形)的多個突起27 (例如參照圖2)。
本實施方式的突起27，如圖2所示，由大致圓柱狀形成，但突起 27的形狀并不限于此，可以由從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大 致四棱柱形中所選擇出的至少一種形態形成。而且，突起27的與站立 設置方向垂直的剖面，除了本實施方式的大致正圓柱形之外，還可以 是如后述的第2變形例所述的橢圓柱形，這樣的突起，在本說明書中 為大致圓柱形。
此外，該燃料氣體流通區域101的構成，在后面進行詳細的說明。
另外，在陰極隔板3的表面(正面，與另一方的電極部5相接的 面)上，形成有氧化劑氣體流通的氧化劑氣體流通區域102。該氧化劑 氣體流通區域102，是具備氧化劑氣體分流區域的集合體31和氧化劑 氣體合流區域的集合體32的構成。氧化劑氣體分流區域的集合體31 具有用于以盡量接近均等的狀態分配氧化劑氣體并使其以盡量接近均 等的流速流過的多個帶狀的氧化劑氣體流路溝35 (流路溝組，例如參 照圖6)。氧化劑氣體合流區域的集合體32具有用于合流多個氧化劑氣 體流路溝35并促進氧化劑氣體混合的島狀(這里為大致圓柱狀，更準 確地說，為大致正圓柱形)的多個突起37 (例如參照圖6)。
本實施例的突起37，與上述突起27相同，如圖6所示，由大致圓 柱狀形成，但突起37的形狀并不限于此，可以由從大致圓柱形、大致 三棱柱形、以及大致四棱柱形中所選擇出的至少一種形態形成。
此外，該氧化劑氣體流通區域102的構成，在后面進行詳細的說明。
另外，在這兩個隔板2、 3及MEA1的周圍邊緣部6a上，設置有 將它們貫通的、用于供給和排出燃料氣體的一對燃料氣體歧管孔12A、 12B，用于供給和排出氧化劑氣體的一對氧化劑氣體歧管孔13A、 13B， 以及用于供給和排出冷卻水的冷卻水歧管孔14A、 14B。
而且，在層疊燃料電池10的方式中，這些孔12A、 12B、 13A、 13B、 14A、 14B依次連接，由此形成在燃料電池組100的層疊方向(螺絲連 接方向)上延伸的橢圓柱狀的一對燃料氣體歧管、橢圓柱狀的一對氧 化劑氣體歧管、以及橢圓柱狀的一對冷卻水歧管。
這里，燃料氣體流通區域101延伸為蜿蜒狀和帶狀，形成為連接
在燃料氣體歧管孔12A和燃料氣體歧管孔12B之間。由此，流過燃料 氣體歧管的燃料氣體的一部分，從各陽極隔板2的燃料氣體歧管孔12A 被引導至燃料氣體流通區域101。這樣被引導的燃料氣體，在流過燃料 氣體流通區域101的期間，在MEA1中作為反應氣體而消耗。在這里 未消耗的燃料氣體，從燃料氣體流通區域101向各陽極隔板2的燃料 氣體歧管孔12B流出，流過燃料氣體歧管，向燃料電池組100的外部 排出。
另一方面，氧化劑氣體流通區域102延伸為蜿蜒狀和帶狀，形成 為連接在氧化劑氣體歧管孔13A和氧化劑氣體歧管孔13B之間。由此， 流過氧化劑氣體歧管的氧化劑氣體的一部分，從各陰極隔板3的氧化 劑氣體歧管孔13A被引導至氧化劑氣體流通區域102。這樣被引導的 氧化劑氣體，在流過氧化劑氣體流通區域102的期間，在MEA1中作 為反應氣體而消耗。在這里未消耗的氧化劑氣體，從氧化劑氣體流通 區域102向各陰極隔板3的氧化劑氣體歧管孔13B流出，流過氧化劑 氣體歧管，向燃料電池組100的外部排出。
此外，用于將燃料電池10的溫度保持為適當溫度的冷卻水，通過 一對冷卻水歧管，流過設置于陰極隔板3的背面(上述正面的相反面) 的多個冷卻水溝(圖中未顯示)，在此，省略冷卻水的流通構造的詳細 說明。
接著，參照附圖，詳細地說明配置在陽極隔板2的燃料氣體流通 區域101的構成。
圖2是陽極隔板的表面的示意圖。
圖3是沿圖2的Ill-Ill線的陽極隔板的剖面圖，圖4是沿圖2的 IV-IV線的陽極隔板的剖面圖，圖5是圖2的A區域的放大圖。
此外，在圖2禾B圖5中，"上"、"下"分別表示組裝了陽極隔板2 的燃料電池組100的設置狀態中的"上方向"、"下方向"，在圖2中， "第1側"、"第2側"分別表示組裝了陽極隔板2的燃料電池組100 的設置狀態中的"右或左方向"、"左或右方向"。
由圖2可知，燃料氣體流通區域101，在陽極隔板2的表面的與 MEA1的電極部5相接的區域201內，形成為蜿蜒狀，由燃料氣體分 流區域的集合體21和燃料氣體合流區域的集合體22(參照圖l)構成。
燃料氣體分流區域的集合體21從上至下區分為第1、第2、第3 以及第4燃料氣體分流區域21A、 21B、 21C、 21D。
另外，在燃料氣體合流區域的集合體22上，具有介于第l燃料氣 體分流區域21A和第2燃料氣體分流區域21B之間的第1燃料氣體合 流區域22A，介于第2燃料氣體分流區域21B和第3燃料氣體分流區 域21C之間的第2燃料氣體合流區域22B (中間合流區域)，以及介于 第3燃料氣體分流區域21C與第4燃料氣體分流區域21D之間的第3 燃料氣體合流區域22C。
在此，如圖2所示，第1燃料氣體分流區域21A，由蜿蜓狀的各 燃料氣體流路溝25中反應氣體向一個方向流動的3個相同流動部602 (在此，反應氣體以直線狀流動，以下稱該部分為"直線部602")和 反應氣體折返流動的2個折返部601組合形成。在該第1燃料氣體分 流區域21A中，直線部602的燃料氣體流路溝25和折返部601的燃料 氣體流路溝25連續地形成，并且，直線部602的燃料氣體流路溝25 的溝數和連接于該直線部602的折返部601的燃料氣體流路溝25的溝 數相等。
同樣，第2燃料氣體分流區域21B、第3燃料氣體分流區域21C 分別由3個直線部(圖中未使用符號進行標示)和2個折返部(圖中 未使用符號進行標示)組合形成。在該第2燃料氣體分流區域21B中， 直線部的燃料氣體流路溝25和折返部的燃料氣體流路溝25連續地形 成，并且，直線部的燃料氣體流路溝25的溝數和連接于該直線部的折 返部的燃料氣體流路溝25的溝數相等。在該第3燃料氣體分流區域21C 中，直線部的燃料氣體流路溝25和折返部的燃料氣體流路溝25連續 地形成，并且，直線部的燃料氣體流路溝25的溝數和連接于該直線部 的折返部的燃料氣體流路溝25的溝數相等。
而且，第4燃料氣體分流區域21D，也由6個直線部(圖中未使 用符號進行標示)和5個折返部(圖中未使用符號進行標示)組合形 成。在該第4燃料氣體分流區域21D中，直線部的燃料氣體流路溝25 和折返部的燃料氣體流路溝25連續地形成，并且，直線部的燃料氣體 流路溝25的溝數和連接于該直線部的折返部的燃料氣體流路溝25的 溝數相等。 另外，第1燃料氣體合流區域22A，形成在介于第1燃料氣體分 流區域21A和第2燃料氣體分流區域21B之間的折返部。并且，第2 燃料氣體合流區域22B，形成在介于第2燃料氣體分流區域21B和第3 燃料氣體分流區域21C之間的折返部。而且，第3燃料氣體合流區域 22C，形成在介于第3燃料氣體分流區域21C和第4燃料氣體分流區域 21D之間的折返部。
這樣，通過形成包含直線部與折返部的分流區域(第l、第2、第 3及第4燃料氣體分流區域21A、 21B、 21C、 21D)，能夠如前面所述 地形成比較長的燃料氣體流路溝25。 g卩，能夠增大配置在2個合流區 域之間的分流區域中所包含的各燃料氣體流路溝25的每條的流路長 度。對于像這樣具有長的流路長度的燃料氣體流路溝25而言，即使在 該燃料氣體流路溝25中產生水滴，也將由于水滴的上游側的氣體壓力 和下游側的氣體壓力的差變大而能夠得到優異的排水性。
而且，如圖2所示，4個分流區域中配置于最上游側的第1燃料氣 體分流區域21A的直線部602，與燃料氣體歧管孔12A (氣體入口歧 管)連接，4個分流區域中配置于最下游側的第4燃料氣體分流區域 21D的直線部，與燃料氣體歧管孔12B (氣體出口歧管)連接。
艮P，在本實施方式中，采用的構成為不將合流區域配置于燃料 氣體歧管孔12A (氣體入口歧管)的正后方，也不將其配置于燃料氣 體歧管孔12B (氣體入口歧管)的正前方。通過采用這樣的構成，能 夠如前面所述地，容易地減少燃料氣體的一部分流入在組裝燃料電池 組10時形成于MEA1的電極部5 (氣體擴散電極，陽極)的外周邊和 配置于該MEA1的外側的環狀的襯墊的內周邊之間的間隙(圖中未顯 示)，能夠進一步簡化用于使燃料氣體不流入上述間隙的氣封的構成， 且能夠容易地形成該構成。
此外，在像這樣合流區域不配置于燃料氣體歧管孔12A (氣體入 口歧管)的正后方的情況(折返部也不配置于燃料氣體歧管孔12A(氣 體入口歧管)的正后方的情況)下，4個分流區域中配置于最下游側的 第4分流區域21D具有未形成有合流區域的折返部(圖中未顯示)，該 折返部可以與燃料氣體歧管孔12B (氣體出口歧管)連接。在這種情 況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分流入上述間隙的構成，
且能夠容易地形成該構成。
如上所述，燃料氣體分流區域的集合體21構成為，夾著第l、第 2及第3燃料氣體合流區域22A、 22B、 22C的每個，并區分為第1、 第2、第3及第4燃料氣體分流區域21A、 21B、 21C、 21D。
本實施方式中，如圖2所示，第1燃料氣體合流區域22A的下游 側的第2燃料氣體分流區域21B構成為，將該第1燃料氣體合流區域 22A夾在其間，使上游側的第1燃料氣體分流區域21A折返，但是， 也可以構成為，在位于兩端部的全部折返部設置燃料氣體合流區域。
艮口，從使流過燃料氣體流路溝25的燃料氣體的流速與適合于排出 凝結水的速度一致的觀點出發，陽極隔板2中，由在凹陷部(后述) 形成有多個圓柱狀突起27的燃料氣體合流區域構成的折返部和由彎曲 成U字形的多個燃料氣體流路溝25構成的折返部混合存在。
具體而言，本實施方式中，在第1燃料氣體分流區域21A中，6 列的燃料氣體流路溝25構成為，從第2側的燃料氣體歧管孔12A向第 l側延伸，在兩處折返180。，直至第1燃料氣體合流區域22A。
并且，在第2燃料氣體分流區域21B中，6列燃料氣體流路溝25 構成為，從位于第1側的折返部的第1燃料氣體合流區域22A的下游 側向第2側延伸，在2處折返180。，直至第2燃料氣體合流區域22B。
并且，在第3燃料氣體分流區域21C中，6列燃料氣體流路溝25 構成為，從位于第2側的折返部的第2燃料氣體合流區域22B的下游 側向第1側延伸，在2處折返180°，直至第3燃料氣體合流區域22C。
并且，在第4燃料氣體分流區域21D中，6列的燃料氣體流路溝 25構成為，從位于第1側的折返部的第3燃料氣體合流區域22C的下 游側向第2側延伸，在5處折返180。，直至燃料氣體歧管孔12B。
并且，如圖3所示，第1燃料氣體分流區域21A的橫截面構成為， 形成有由具有均等的間距Pl，均等的寬度Wl、 W2及均等的臺階差 Dl的多個(這里為6個)凹部25和多個(這里為5個)凸部26構成 的凹凸圖形，該凹部25相當于燃料氣體流路溝25，該凸部26與電極 部5接觸，相當于支撐其的肋(rib)(電極部5的支撐部)。
根據這樣的陽極隔板2的截面構成，MEA1的電極部5與第1燃 料氣體分流區域21A的凸部26相接，由此，電極部5被具有均等的間
距Pl、均等的寬度W2及均等的臺階差Dl而配置的凸部26的頂面均 等地支撐。并且，電極部5均等地向下進入具有均等的間距P1、均等 的寬度Wl及均等的臺階差Dl而配置的燃料氣體流路溝25的內部。
根據這樣的構成，在燃料氣體流過第1燃料氣體分流區域21A的 燃料氣體流路溝25時，能夠充分抑制多個燃料氣體流路溝25之間的 燃料氣體的壓力損失的不均勻性，因而優選。并且，也能夠充分地抑 制電極部5的燃料氣體擴散的面內(垂直于電極部5的厚度方向的方 向上的)不均勻性，因而優選。
另外，可以通過模具成型來制造具有這樣的凹凸圖形的陽極隔板 2，由此，能夠由一塊板構成陽極隔板2，改善(降低)制造成本。
此外，由于第2、第3及第4燃料氣體分流區域21B、 21C、 21D
的橫截面的構成與這里所述的構成相同，因而，其說明省略。
另外，由圖4和圖5可知，第1燃料氣體合流區域22A,由連通 于燃料氣體流路溝25 (凹部25)的凹陷部28 (凹狀的區域)和站立設 置于該凹陷部28的底面的島狀(這里為圓柱狀)的突起27構成。
此外，如圖2所示，在第2燃料氣體合流區域22B及第3燃料氣 體合流區域22C中，也形成有與上述凹陷部28相同的凹陷部(圖中未 用符號進行標示)以及與上述突起27相同的突起(圖中未用符號進行 標示)。這些第2燃料氣體合流區域22B及第3燃料氣體合流區域22C 的構成與第1燃料氣體合流區域22A相同，因而省略說明。
凹陷部28形成于陽極隔板2的表面，位于蜿蜒狀的燃料氣體流通 區域101的第1側的折返部。從陽極隔板2的表面看時，該凹陷部28 由在上下方向上延伸的底邊28a和在與該底邊28a之間具有大致45度 的夾角的一對斜邊28b、 28c劃分出，形成為大致直角三角形狀。而且， 該底邊28a構成燃料氣體流通區域101的折返部的外端(壁面)，上側 的斜邊28b構成與第1燃料氣體分流區域21A的邊界，下側的斜邊28c 構成與第2燃料氣體分流區域21B的邊界。
而且，該底邊28a部分地彎曲，在中途形成向著凹陷部28側突出 的多個(5個)突片28d (外端突片)和被這些突片28d夾著的直線狀 的基部28e。此外，第1燃料氣體分流區域21A的各燃料氣體流路溝 25，在上側的斜邊28b上與凹陷部28連通，第2燃料氣體分流區域21B
的各燃料氣體流路溝25，在下側的斜邊28c上與凹陷部28連通。并且， 在此，凹陷部28形成為與燃料氣體流路溝25相同的深度。
如圖4和圖5所示，多個圓柱狀突起27，以均等的間距P2形成在 第1和第2燃料氣體子分流流路21A、 21B的各凸部26 (但是，除去 最上層和最下層的凸部26)的延長線上。在此，該間距P2與各燃料氣 體分流區域21A、 21B的凸部26的間距P1相同。如圖4所示，全部 的圓柱狀突起27具有均等的高度(臺階差)D2和相同的形狀。
通過像這樣在凸部26的延長線上并列配置多個圓柱狀突起27，使 得從第1燃料氣體分流區域21A的各燃料氣體流路溝25向第1燃料氣 體合流區域22A流入的反應氣體，在該多個圓柱狀突起27間的各個間 隔(溝)中被大致均勻地分散引導，其后，由構成下一層的圓柱狀突 起27適當地擾亂因自重而向下方移動的反應氣體的流動，因而優選。 此外，本實施方式中，如圖5所示，圓柱狀突起27配置為，在凸部26 的延長線上的方向上的中心相互一致。
并且，如圖5所示，這些圓柱狀突起27被規則地并列配置為所謂 的曲折狀。
具體而言，多個圓柱狀突起27形成為，在底邊28a的延伸方向(上 下方向)上等間距地相連，且在相對于底邊28a的延伸方向垂直的方 向(左右方向)上等間距地相連。以下，將圓柱狀突起27的上下方向 的相連(包含1個的情況)稱為"列"，將圓柱狀突起27的左右方向 的相連(包含1個的情況)稱為"層"。這樣，多個圓柱狀突起27形 成為，8列(從凹陷部28的頂點幵始，依次稱為第1列至第8列)且 9層(從上側開始，依次稱為第1層至第9層)。而且，各列由構成隔 著一層的層的圓柱狀突起27構成。反過來說，各層由構成隔著一列的 列的圓柱狀突起27構成。gp，在鄰接的列之間，在列的延伸方向(上 下方向)上的圓柱狀突起27的位置相互錯開半個間距。并且，在鄰接 的層之間，在層的延伸方向(左右方向)上的圓柱狀突起27的位置相 互錯開半個間距。在各層中，圓柱狀突起27以其直徑的2倍的間距(隔 開其直徑大小的間隔)配置，在各列中，圓柱狀突起27以其直徑的4 倍的間距(隔開其直徑的3倍的間隔)配置。
這樣，將鄰接的列的圓柱狀突起27彼此的中心和鄰接的層的圓柱
狀突起27彼此的中心連接的線，在沿著底邊28a的上下方向及凸部26 的延長線上的左右方向上，以彎曲成"<"字形的方式延伸。
例如，在上下方向上將鄰接的列的圓柱狀突起27彼此的中心連接 的線(參照圖5的虛線)以鋸齒狀延伸，并多次彎曲成鈍角(圖5所 示的9,約為127° )，在左右方向上將鄰接的層的圓柱狀突起27彼此連 接的中心的線(參照圖5的虛線)以鋸齒狀延伸，并且多次彎曲成銳 角(圖5所示的02約為53°)。
從圖5所示的內容及上述說明可知，本說明書中的突起的曲折狀 排列，是指在上下方向上平行地延伸的各列是由構成隔著一層的層的 圓柱狀突起27構成的圓柱狀突起27的排列圖形(換言之，是指在左 右方向上平行地延伸的各列是由構成隔著一列的列的圓柱狀突起27構 成的圓柱狀突起27的排列圖形)，例如，關于圓柱狀突起27的上下方 向的排列，從避免向下方通過某一層的圓柱狀突起27間的氣液二相流 在下一層絲毫不被擾亂且保持原樣地穿過的觀點出發，指定在相互鄰
接的列之間將圓柱狀突起27的排列配置成鋸齒狀的圖形，從而能夠接 觸于下一層的圓柱狀突起27。
所以，如本實施方式(圖5)所示，鄰接的列之間的圓柱狀突起 27彼此相對于同一層的圓柱狀突起27間的間距錯開一半的排列圖形， 是突起的曲折狀排列的典型示例，但是曲折狀排列并不一定限于此。 例如，如后述的第5變形例所述，這樣的鄰接的列的圓柱狀突起彼此 的間隔，也可以是同一層的圓柱狀突起27間的間距的1/4。即，只要 發揮出抑制溢流的效果，"鄰接的列的圓柱狀突起彼此的間隔<相同層 的圓柱狀突起間的間距的一半"，或者"鄰接的列的圓柱狀突起彼此的 間隔>相同層的圓柱狀突起間的間距的一半"的圓柱狀突起的排列圖 形，也相當于本說明書中的曲折狀排列。
在此，如圖4和圖5所示，最上層(第l層)及最下層(第9層) 的一個圓柱狀突起27配置為，位于凸部26和突片28d之間，并分別 在與第2層及第10層的凸部26和突片28d之間隔開距離L2。
并且，第2層及第8層的2個圓柱狀突起27，位于凸部26和基部 28e之間，相互留出距離L1的間隔，在左右方向上并列配置，并分別 在與第3層及第9層的凸部26和基部28e之間隔開距離L2。并且，第3層及第7層的3個圓柱狀突起27，位于凸部26和突片 28d之間，相互留出距離L1的間隔，在左右方向上并列配置，并分別 在與第4層及第8層的凸部26和突片28d之間隔開距離L2。
并且，第4層及第6層的4個圓柱狀突起27，位于凸部26和基部 28e之間，相互留出距離L1的間隔，在左右方向上并列配置，并分別 在與第5層及第7層的凸部26和基部28e之間隔開距離L2。
并且，第5層的4個圓柱狀突起27，位于凸部26和突片28d之間， 相互留出距離L1的間隔，在左右方向上并列配置，并在與第6層的凸 部26和突片28d之間隔開距離L2。
此外，在最上層(第1層)及最下層(第11層)的凸部26和基 部28e之間，不存在圓柱狀突起27，兩者隔開距離L2，相對地配置。
而且，在圓柱狀突起27和凸部26之間、圓柱狀突起27和突片28d 之間、以及凸部26和突片28d之間，與圓柱狀突起27彼此之間相比， 反應氣體的流速加快，這通過后述的流體分析模擬的計算結果就可以 明白。所以，在圓柱狀突起27和凸部26之間、圓柱狀突起27和突片 28d之間、以及凸部26和突片28d之間隔開的距離L2，如圖4和圖5 所示，窄于圓柱狀突起27彼此之間的距離L1。
作為具體的距離L1、 L2的設計方針，設定距離L1和距離L2，使 得假定距離Ll和距離L2相等時的，橫切距離Ll通過的反應氣體的流 速和距離Ll的積，與假定距離Ll和距離L2相等時的，橫切距離L2 通過的反應氣體的流速和距離L2的積大致一致。這樣，通過在圓柱狀 突起27和凸部26之間、圓柱狀突起27和突片28d之間、以及凸部26 和突片28d之間隔開的距離L2，窄于在圓柱狀突起27彼此之間隔開的 距離Ll，從而能夠通過因距離L2體現的流路阻抗而適當地調整流過 凹陷部28的燃料氣體和凝結水的面內速度分布的均勻化。
這樣，圓柱狀突起27作為促進燃料氣體的混合的氣體流干擾片而 起作用，同時作為MEA1的電極部5的支撐部(肋)而起作用。
此外，第2及第3燃料氣體合流區域22B、 22C的構成，與這里所 述的構成相同，因而這些構成的說明省略。
根據這樣的陽極隔板2 (尤其是燃料氣體合流區域的構成)，關于 多個燃料氣體流路溝25之間的燃料氣體混合的促進、因凝結水過多而
引起的溢流的抑制、以及燃料氣體壓力的均勻化等，可以得到以下所 述的效果。
第一，通過以具有相對于燃料氣體分流區域傾斜的直線狀的邊界
的方式形成第l、第2及第3燃料氣體合流區域22A、 22B、 22C，并 且，適當地設定隔開圓柱狀突起27、凸部26、突片28d、基部28e的 上述Ll和L2的距離，從而能夠例如使燃料氣體在第1燃料氣體合流 區域22A內均勻地流過，燃料氣體對這里的下游側的燃料氣體流路溝 25 (第2燃料氣體分流區域21B的燃料氣體流路溝25)的分配性不惡 化，以良好的狀態(更充分地降低氣體流速的偏差的狀態)維持燃料 氣體流速的均勻性。
第二，通過將第1、第2及第3燃料氣體合流區域22A、 22B、 22C 劃分為突出為上述弓形的形狀，具體而言為大致三角形，從而使燃料 氣體均勻地流過凹陷部的大致全部區域，并能夠適當地送至凹陷部28 的角落。因此，燃料氣體對凹陷部28的下游側的燃料氣體流路溝25 的分配性不下降，能夠改善燃料氣體流速的均勻性(更充分地降低燃 料氣體流速的偏差)。
第三，在凹陷部28中配置為曲折狀的多個圓柱狀突起27，使得從 燃料氣體分流區域的集合體21的各燃料氣體流路溝25流入燃料氣體 合流區域的集合體22的燃料氣體和凝結水的流動被擾亂，由此能夠促 進燃料氣體流路溝25間的燃料氣體和凝結水的混合，適當地抑制因流 路溝內的凝結水過多而引起的溢流。此外，該溢流抑制的效果被后述 的流體模擬的計算結果證明。
第四，由于凹陷部28的底邊28a彎曲，并在中途形成向凹陷部28 側突出的多個(5個)突片28d (外端突片)以及被這些突片28d夾著 的直線狀的基部28e，因而，從燃料氣體合流區域的集合體22的各燃 料氣體流路溝25流入燃料氣體合流區域的集合體22的燃料氣體和凝 結水中的流過底面28a (外端)附近的成分的流動被擾亂，由此能夠促 進燃料氣體流路溝25間的燃料氣體和凝結水的混合，適當地抑制因流 路溝內的凝結水過多而引起的溢流。此外，該溢流抑制的效果被后述 的流體模擬的計算結果證明。
第五，在燃料氣體合流區域的集合體22中，燃料氣體分流區域的 集合體21的燃料氣體流路溝25的每個全部集中，在此實現燃料氣體 的壓力均勻化。
此外，本實施方式中，將各燃料氣體分流區域21A、 21B、 21C、 21D的燃料氣體流路溝25的溝數設定為相同(6個)，但是，作為本實 施方式的變形例，這些燃料氣體流路溝25的溝數，在起到作為能夠任 意地改變的中繼部的作用的各燃料氣體合流區域22A、 22B、 22C中， 可以進行細小的調整，例如，可以以各燃料氣體合流區域22A、 22B、 22C為分界，將其上游側的燃料氣體分流區域的燃料氣體流路溝的溝 數構成為，僅比其下游側的燃料氣體分流區域的燃料氣體流路溝的溝 數少一列。這樣，就能夠考慮到燃料氣體流過燃料氣體流路溝25時的 燃料氣體的消耗量，進行燃料氣體流速的微調整，因而優選。
接著，參照附圖，詳細地說明配置在陰極隔板3的氧化劑氣體流 通區域102的構成。
圖6是陰極隔板的表面的示意圖。
圖7是沿圖6的vn-vn線的陰極隔板的剖面圖，圖8是沿圖6的
VIII -VIII線的陰極隔板的剖面圖，圖9是圖6的C區域的放大圖。
此外，在圖6和圖9中，"上"、"下"分別表示組裝了陰極隔板3 的燃料電池組100的設置狀態中的"上方向"、"下方向"，在圖6中， "第1側"、"第2偵U"分別表示組裝了陰極隔板3的燃料電池組100 的設置狀態中的"右或左方向"、"左或右方向"。
由圖6可知，氧化劑氣體流通區域102，在陰極隔板3的表面的與 MEA1的電極部5相接的區域202內，形成為蜿蜒狀，由氧化劑氣體 分流區域的集合體31和氧化劑氣體合流區域的集合體32構成。
氧化劑氣體分流區域的集合體31從上至下區分為第1、第2、第3、 第4以及第5氧化劑氣體分流區域31A、 31B、 31C、 31D、 31E。
另外，在氧化劑氣體合流區域的集合體32上，具有介于第l氧化 劑氣體分流區域31A和第2氧化劑氣體分流區域31B之間的第1氧化 劑氣體合流區域32A，介于第2氧化劑氣體分流區域31B和第3氧化 劑氣體分流區域31C之間的第2氧化劑氣體合流區域32B (中間合流 區域)，介于第3氧化劑氣體分流區域31C和第4氧化劑氣體分流區域 31D之間的第3氧化劑氣體合流區域32C (中間合流區域)，以及介于
第4氧化劑氣體分流區域31D和第5氧化劑氣體分流區域31E之間的 第4氧化劑氣體合流區域32D。
在此，如圖6所示，第1氧化劑氣體分流區域31A，由蜿蜒狀的 各氧化劑氣體流路溝35中反應氣體向一個方向流動的1個相同流動部 702 (在此，反應氣體以直線狀流動，以下稱該部分為"直線部702")。 同樣地，第3氧化劑氣體分流區域31C也由l個直線部(圖中未使用 符號進行標示)形成。而且，第5氧化劑氣體分流區域31E也由蜿蜒 狀的各氧化劑氣體流路溝35中的1個直線部(圖中未使用符號進行標 示)形成。
另一方面，第2氧化劑氣體分流區域31B由蜿蜒狀的各氧化劑氣 體流路溝35中的2個直線部702和反應氣體折返流動的1個折返部701 組合形成。在該第2氧化劑氣體分流區域31B中，直線部702的氧化 劑氣體流路溝35和折返部701的氧化劑氣體流路溝35連續地形成， 并且，直線部702的氧化劑氣體流路溝35的溝數和連接于該直線部702 的折返部701的氧化劑氣體流路溝35的溝數相等。
同樣地，第4氧化劑氣體分流區域31D也由2個直線部(圖中未 使用符號進行標示)和1個折返部(圖中未使用符號進行標示)組合 形成。在該第4氧化劑氣體分流區域31D中，直線部702的氧化劑氣 體流路溝35和折返部701的氧化劑氣體流路溝35連續地形成，并且， 直線部的氧化劑氣體流路溝35的溝數和連接于該直線部的折返部的氧 化劑氣體流路溝35的溝數相等。
而且，第1氧化劑氣體合流區域32A，形成在介于第1氧化劑氣 體分流區域31A和第2氧化劑氣體分流區域31B之間的折返部。并且， 第2氧化劑氣體合流區域32B，形成在介于第2氧化劑氣體分流區域 31B和第3氧化劑氣體分流區域31C之間的折返部。而且，第3氧化 劑氣體合流區域32C,形成在介于第3氧化劑氣體分流區域31C和第4 氧化劑氣體分流區域31D之間的折返部。并且，第4氧化劑氣體合流 區域32D，形成在介于第4氧化劑氣體分流區域31D和第5氧化劑氣 體分流區域31E之間的折返部。
這樣，通過這些包含直線部與折返部的分流區域(第2和第4氧 化劑氣體分流區域31B、 31D)，能夠如前面所述地形成比較長的氧化
劑氣體流路溝35。 g卩，能夠增大配置在2個合流區域之間的分流區域 中所包含的各燃料氣體流路溝35的每條的流路長度。對于像這樣具有 長的流路長度的燃料氣體流路溝35而言，即使在該氧化劑氣體流路溝 35中產生水滴，也將由于水滴的上游側的氣體壓力和下游側的氣體壓 力的差變大而能夠得到優異的排水性。
而且，如圖2所示，5個分流區域中配置于最上游側的第1氧化劑 氣體分流區域31A的直線部702，與氧化劑氣體歧管孔13A (氣體入 口歧管)連接，5個分流區域中配置于最下游側的第5氧化劑氣體分流 區域31E的直線部，與氧化劑氣體歧管孔13B (氣體入口歧管)連接。
艮口，在本實施方式中，采用的構成為不將合流區域配置于氧化 劑氣體歧管孔13A (氣體入口歧管)的正后方，也不將其配置于氧化 劑氣體歧管孔13B (氣體入口歧管)的正前方。通過采用這樣的構成， 能夠如前面所述地，容易地減少氧化劑氣體的一部分流入在組裝燃料 電池組10時形成于MEA1的電極部5 (氣體擴散電極，陰極)的外周 邊和配置于該MEA1的外側的環狀的襯墊的內周邊之間的間隙(圖中 未顯示)，能夠進一步簡化用于使氧化劑氣體不流入上述間隙的氣封的 構成，且能夠容易地形成該構成。
此外，在像這樣合流區域不配置于氧化劑氣體歧管孔13A (氣體 入口歧管)的正后方的情況(折返部也不配置于氧化劑氣體歧管孔13A (氣體入口歧管)的正后方的情況)下，5個分流區域中配置于最下游 側的第5分流區域31E具有未形成有合流區域的折返部(圖中未顯示)， 該折返部可以與氧化劑氣體歧管孔13B (氣體出口歧管)連接。在這 種情況下，也能夠簡化用于防止反應氣體的一部分流入上述間隙的構 成，且能夠容易地形成該構成。
如上所述，氧化劑氣體分流區域的集合體31構成為，夾著第l、 第2、第3及第4氧化劑氣體合流區域32A、 32B、 32C、 32D的每個， 并區分為第1、第2、第3、第4及第5氧化劑氣體分流區域31A、 31B、 31C、 31D、 31E。
本實施方式中，如圖6所示，第1氧化劑氣體合流區域32A的下 游側的第2氧化劑氣體分流區域31B構成為，將該第1氧化劑氣體合 流區域32A夾在其間，使上游側的第1氧化劑氣體分流區域31A折返，
但是，也可以構成為，在位于兩端部的全部折返部設置氧化劑氣體合 流區域。
艮P，從使流過氧化劑氣體流路溝35的氧化劑氣體的流速與適合于 排出凝結水的速度一致的觀點出發，陰極隔板3中，由在凹陷部(后 述)形成有多個圓柱狀突起37的氧化劑氣體合流區域構成的折返部和 有彎曲成U字形的多個氧化劑氣體流路溝35構成的折返部混合存在。
具體而言，本實施方式中，在第1氧化劑氣體分流區域31A中， 11列氧化劑氣體流路溝35構成為，從第2側的氧化劑氣體歧管孔13A 向第1側延伸，直至第1氧化劑氣體合流區域32A。
并且，在第2氧化劑氣體分流區域31B中，ll列氧化劑氣體流路 溝35構成為，從位于第1側的折返部的第1氧化劑氣體合流區域32A 的下游側向第2側延伸，在1處折返180。，直至第2氧化劑氣體合流 區域32B。
并且，在第3氧化劑氣體分流區域31C中，ll列氧化劑氣體流路 溝35構成為，從位于第1側的折返部的第2氧化劑氣體合流區域32B 的下游側向第2側延伸，直至第3氧化劑氣體合流區域32C。
并且，在第4氧化劑氣體分流區域31D中，ll列氧化劑氣體流路 溝35構成為，從位于第2側的折返部的第3氧化劑氣體合流區域32C 的下游側向第l側延伸，在1處折返180。，直至第4氧化劑氣體合流 區域32D。
并且，在第5氧化劑氣體分流區域31E中，ll列氧化劑氣體流路 溝35構成為，從位于第2側的折返部的第3氧化劑氣體合流區域32D 的下游側向第2側延伸，直至氧化劑氣體歧管孔13B。
并且，如圖7所示，第1氧化劑氣體分流區域31A的橫截面構成 為，形成有由具有均等的間距P2，均等的寬度W3、 W4及均等的臺階 差D3的多個(這里為11個)凹部35和多個(這里為10個)凸部36 構成的凹凸圖形，該凹部35相當于氧化劑氣體流路溝35，該凸部36 與電極部5接觸，相當于支撐其的肋(電極部5的支撐部)。
根據這樣的陰極隔板3的截面構成，MEA1的電極部5與第1氧 化劑氣體分流區域31A的凸部36相接，由此，電極部5被具有均等的 間距P3、均等的寬度W4及均等的臺階差D3而配置的凸部36的頂面
均等地支撐。并且，電極部5均等地向下進入具有均等的間距P3、均
等的寬度W3及均等的臺階差D3而配置的氧化劑氣體流路溝35的內 部。
根據這樣的構成，在氧化劑氣體流過第1氧化劑氣體分流區域31A 的氧化劑氣體流路溝35時，能夠充分地抑制多個氧化劑氣體流路溝35 之間的氧化劑氣體的壓力損失的不均勻性，因而優選。并且，也能夠 充分地抑制電極部5的氧化劑氣體擴散的面內(垂直于電極部5的厚 度方向的方向上的)不均勻性，因而優選。
另外，可以通過模具成型來制造具有這樣的凹凸圖形的陰極隔板 3，由此，能夠由一塊板構成陰極隔板3，改善(降低)制造成本。
此外，由于第2、第3、第4及第5氧化劑氣體分流區域31B、 31C、 31D、31E的橫截面的構成與這里敘述的構成相同，因而，其說明省略。
另外，由圖8和圖9可知，第1氧化劑氣體合流區域32A，由連 通于氧化劑氣體流路溝35 (凹部35)的凹陷部38 (凹狀的區域)和站 立設置于該凹陷部38的底面的島狀的圓柱狀突起37構成。
此外，如圖6所示，在第2氧化劑氣體合流區域32B、第3氧化 劑氣體合流區域32C、及第4氧化劑氣體合流區域32D中，也形成有 與上述凹陷部38相同的凹陷部(圖中未用符號進行標示)以及與上述 突起37相同的突起(圖中未用符號進行標示)。這些第2氧化劑氣體 合流區域32B、第3氧化劑氣體合流區域32C、及第4氧化劑氣體合流 區域32D的構成與第1氧化劑氣體合流區域32A相同，因而省略說明。
凹陷部38形成于陰極隔板3的表面，位于蜿蜒狀的氧化劑氣體流 通區域102的第2側的折返部。從陰極隔板3的表面看時，該凹陷部 38形成為大致直角三角形狀，該直角三角形狀具有在上下方向上延伸 的底邊38a和在與該底邊38a之間具有大致45度的夾角的一對斜邊 38b、 38c。而且，該底邊38a構成氧化劑氣體流通區域102的折返部 的外端(側緣)，上側的斜邊38b構成與第l氧化劑氣體分流區域31A 的邊界，下側的斜邊38c構成與第2氧化劑氣體分流區域31B的邊界。
而且，該底邊38a部分地彎曲，在中途形成向著凹陷部38側突出 的多個(11個)突片38d (外端突片)和被這些突片38d夾著的基部 38e。此外，第1氧化劑氣體分流區域31A的各氧化劑氣體流路溝35，
在上側的斜邊38b上與凹陷部38連通，第2氧化劑氣體分流區域31B 的各氧化劑氣體流路溝35，在下側的斜邊38c上與凹陷部38相通。并 且，在此，凹陷部38形成為與氧化劑氣體流路溝35相同的深度。
如圖8和圖9所示，多個圓柱狀突起37，以均等間距P4而形成在 第1和第2氧化劑氣體子分流流路31A、 31B的各凸部36 (但是，除 去最上層和最下層的凸部36)的延長線上。在此，該間距P4與各氧化 劑氣體分流區域31A、 31B的凸部36的間距P3相同。如圖8所示， 全部的圓柱狀突起37具有均等的高度(臺階差)D4和相同的形狀。
通過像這樣在凸部36的延長線上并列配置多個圓柱狀突起37，使 得從第1氧化劑氣體分流區域31A的各氧化劑氣體流路溝35向第1氧 化劑氣體合流區域32A流入的反應氣體，在該多個圓柱狀突起37間的 各個間隔(溝)中被大致均勻地分散引導，其后，由構成下一層的圓 柱狀突起37適當地擾亂因自重而向下方移動的反應氣體的流動，因而 優選。此外，本實施方式中，如圖9所示，圓柱狀突起37配置為，與 凸部36的延長線上的方向上的中心相互一致。
并且，如圖9所示，這些圓柱狀突起37被規則地并列配置為所謂 的曲折狀。
具體而言，多個圓柱狀突起37形成為，在底邊38a的延伸方向(上 下方向)上等間距地相連，且在與底邊38a的延伸方向垂直的方向(左 右方向)上等間距地相連。以下，將圓柱狀突起37的上下方向的相連 (包含1個的情況)稱為"列"，將圓柱狀突起37的左右方向的相連 (包含1個的情況)稱為"層"。這樣，多個圓柱狀突起37形成為， 16列(從凹陷部38的頂點開始，依次稱為第1列至第16列)且21 層(從上側開始，依次稱為第1層至第21層)。而且，各列由構成隔 著一層的層的圓柱狀突起37構成。反過來說，各層由構成隔著一列的 列的圓柱狀突起37構成。即，在鄰接的列之間，在列的延伸方向(上 下方向)上的圓柱狀突起37的位置相互錯開半個間距。并且，在鄰接 的層之間，在層的延伸方向(左右方向)上的圓柱狀突起37的位置相 互錯開半個間距。在各層中，圓柱狀突起37以其直徑的2倍的間距(隔 開其直徑大小的間隔)配置，在各列中，圓柱狀突起37以其直徑的4 倍的間距(隔開其直徑的3倍的間隔)配置。
這樣，將鄰接的列的圓柱狀突起37彼此的中心和鄰接的層的圓柱
狀突起37彼此的中心連接的線，在沿著底邊38a的上下方向及凸部36 的延長線的左右方向上，彎曲成" < "字形而延伸。
例如，在上下方向上將鄰接的列的圓柱狀突起37彼此的中心連接 的線(參照圖9的虛線)以鋸齒狀延伸，并且多次彎曲成鈍角(圖9 所示的e,約為127°)，在左右方向上將鄰接的層的圓柱狀突起37彼此 連接的中心的線(參照圖9的虛線)以鋸齒狀延伸，并且多次彎曲成 銳角(圖9所示的02約為53°)。
從圖9所示的內容及上述說明可知，本說明書中的突起的曲折狀 排列，是指在上下方向上平行地延伸的各列是由構成隔著一層的層的 圓柱狀突起37構成的圓柱狀突起37的排列圖形(換言之，是指在左 右方向上平行地延伸的各列是由構成隔著一列的列的圓柱狀突起37構 成的圓柱狀突起37的排列圖形)，例如，關于圓柱狀突起37的上下方 向的排列，從避免向下方通過某一層的圓柱狀突起37間的氣液二相流 在下一層絲毫不被擾亂且保持原樣地穿過的觀點出發，指定在相互鄰 接的列之間將圓柱狀突起37的排列配置成鋸齒狀的圖形，從而能夠接 觸于下一層的圓柱狀突起37。
所以，如本實施方式(圖5)所示，鄰接的列之間的圓柱狀突起 37彼此相對于同一層的圓柱狀突起37間的間距錯開一半的排列圖形， 是突起的曲折狀排列的典型示例，但是曲折狀排列并一定不限于此。 例如，如后述的第5變形例所述，這樣的鄰接的列的圓柱狀突起彼此 的間隔，也可以是同一層的圓柱狀突起37間的間距的1/4。 S卩，只要 發揮出抑制溢流的效果，"鄰接的列的圓柱狀突起彼此的間隔<同一層 的圓柱狀突起間的間距的一半"，或者"鄰接的列的圓柱狀突起彼此的 間隔>同一層的圓柱狀突起間的間距的一半"的圓柱狀突起的排列圖 形，也相當于本說明書中的突起的曲折狀排列。
在此，如圖8和圖9所示，最上層(第l層)及最下層(第21層) 的一個圓柱狀突起37配置為，位于凸部36和基部38e之間，并分別 在與第2層及第22層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第2層和第20層的2個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別與在第3層及第21層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第3層及第19層的3個圓柱狀突起37，位于凸部36和突 片38d之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別與在第4層及第20層的凸部36和突片38d之間隔開距離L4。
并且，第4層及第18層的4個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第5層及第19層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第5層及第17層的5個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第6層及第18層的凸部36和突片38d之間隔開距離L4。
并且，第6層及第16層的6個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第7層及第17層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第7層及第15層的6個圓柱狀突起37，位于凸部36和突 片38d之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第8層及第16層的凸部36和突片38d之間隔開距離L4。
并且，第8層及第14層的7個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第9層及第15層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第9層及第13層的7個圓柱狀突起37，位于凸部36和突 片38d之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第10層和第14層的凸部36和突片38d之間隔開距離L4。
并且，第10層及第12層的8個圓柱狀突起37，位于凸部36和基 部38e之間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分 別在與第11層及第13層的凸部36和基部38e之間隔開距離L4。
并且，第11層的8個圓柱狀突起37，位于凸部36和突片38d之 間，相互留出距離L3的間隔，在左右方向上并列配置，并分別在與第 12層的凸部36和突片38d之間隔開距離L4。
此外，在最上層(第1層)及最下層(第23層)的凸部36和基 部38e之間，不存在圓柱狀突起37，兩者隔開距離L4，相對地配置。
而且，在圓柱狀突起37和凸部36之間、圓柱狀突起37和突片38d
之間、以及凸部36和突片38d之間，與圓柱狀突起37彼此之間相比， 反應氣體的流速加快，這通過后述的流體分析模擬的計算結果就可以 明白。因此，如圖8和圖9所示，在圓柱狀突起37和凸部36之間、 圓柱狀突起37和突片38d之間、以及凸部36和突片38d之間隔開的 距離L4，窄于圓柱狀突起37彼此之間的距離L3。
作為具體的距離L3、 L4的設計方針，設定距離L3和距離L4，使 得假定距離L3和距離L4相等時的，橫切距離L3通過的反應氣體的流 速和距離L3的積，與假定距離L3和距離L4相等時的，橫切距離L4 通過的反應氣體的流速和距離L4的積大致一致。所以，通過在圓柱狀 突起37和凸部36之間、圓柱狀突起37和突片38d之間、以及凸部36 和突片38d之間隔開的距離L4，窄于在圓柱狀突起37彼此之間隔開的 距離L3，從而能夠通過因距離L4體現的流路阻抗而適當地調整流過 凹陷部38的氧化劑氣體和凝結水的面內速度分布的均勻化。
這樣，圓柱狀突起37作為促進氧化劑氣體的混合的氣體流干擾片 而起作用，同時作為MEA1的電極部5的支撐部(肋)而起作用。
此外，第2、第3及第4氧化劑氣體合流區域32B、 32C、 32D的 剖面和平面構成，與這里所敘的構成相同，因而這些構成的說明省略。
根據這樣的陰極隔板3 (尤其是氧化劑氣體合流區域的構成)，關 于多個氧化劑氣體流路溝35之間的氧化劑氣體的混合、因凝結水過多 而引起的溢流的抑制、以及氧化劑氣體壓力的均勻化等，可以得到以 下所述的效果。
第一，通過以具有相對于氧化劑氣體分流區域傾斜的直線狀的邊 界的方式形成第l、第2、第3及第4氧化劑氣體合流區域32A、 32B、 32C、 32D，并且，適當地設定隔開圓柱狀突起37、凸部36、突片38d、 基部38e的上述L3和L4的距離，從而能夠例如使氧化劑氣體在第1 氧化劑氣體合流區域32A內均勻地流過，氧化劑氣體對這里的下游側 的氧化劑氣體流路溝35 (第2氧化劑氣體分流區域31B的氧化劑氣體 流路溝35)的分配性不惡化，以良好的狀態(更充分地降低氣體流速 的偏差的狀態)維持氧化劑氣體流速的均勻性。
第二，通過將第l、第2、第3及第4氧化劑氣體合流區域32A、 32B、 32C、 32D劃分為突出為上述弓形的形狀，具體而言為大致三角
形，從而使氧化劑氣體均勻地流過凹陷部的大致全部區域，并能夠適 當地送至凹陷部38的角落。因此，氧化劑氣體對凹陷部38的下游側
的氧化劑氣體流路溝35的分配性不下降，能夠改善氧化劑氣體流速的
均勻性(更充分地降低氣體流速的偏差)。
第三，在凹陷部38中配置為曲折狀的多個圓柱狀突起37，使得從 氧化劑氣體合流區域的集合體31的各氧化劑氣體流路溝35流入氧化 劑氣體合流區域的集合體32的氧化劑氣體和凝結水的流動被擾亂，由 此能夠促進氧化劑氣體流路溝35間的氧化劑氣體和凝結水的混合，適 當地抑制因氧化劑氣體流路溝35內的凝結水過多而引起的溢流。此外， 該溢流抑制的效果被后述的流體模擬的計算結果證明。
第四，由于凹陷部38的底邊38a彎曲，并在中途形成向凹陷部38 側突出的多個(9個)突片38d (外端突片)以及被這些突片38d夾著 的基部38e，因而，從氧化劑氣體分流區域的集合體32的各氧化劑氣 體流路溝35流入氧化劑氣體合流區域的集合體32的氧化劑氣體和凝 結水中的流過底面38a (外端)附近的成分的流動被擾亂，由此能夠促 進氧化劑氣體流路溝35間的氧化劑氣體和凝結水的混合，適當地抑制 因流路溝內的凝結水過多而引起的溢流。此外，該抑制溢流的效果被 后述的流體模擬的計算結果證明。
第五，在氧化劑氣體合流區域的集合體32中，氧化劑氣體分流區 域的集合體31的氧化劑氣體流路溝35的每個全部集中，在此實現氧 化劑氣體的壓力均勻化。
此外，本實施方式中，將各氧化劑氣體分流區域31A、 31B、 31C、 31D、 31E的氧化劑氣體流路溝35的溝數設定為相同(ll個)，但是， 作為本實施方式的變形例，這些氧化劑氣體流路溝35的溝數，在起到 作為能夠任意地改變的中繼部的作用的各氧化劑氣體合流區域33A、 32B、 32C、 32D中，可以進行細小的調整，例如，可以以各氧化劑氣 體合流區域32A、 32B、 32C、 32D作為分界，將其上游側的氧化劑氣 體分流區域的氧化劑氣體流路溝的溝數構成為，僅比其下游側的氧化 劑氣體分流區域的氧化劑氣體流路溝的溝數少一列。這樣，就能夠考 慮到氧化劑氣體流過氧化劑氣體流路溝時的氧化劑氣體的消耗量，進 行氧化劑氣體流速的微調整，因而優選。
接著，對本實施方式的燃料電池io的工作示例進行說明。
如圖3所示，與陽極隔板2相接的電極部5在多個燃料氣體流路 溝25 (凹部25)的上端開口處，對于這些燃料氣體流路溝25的每個， 抑制因凝結水過多而引起的溢流，同時暴露于燃料氣體中。
并且，如圖7所示，與陰極隔板3相接的電極部5在多個氧化劑 氣體流路溝35 (凹部35)的上端開口處，對于這些氧化劑氣體流路溝 35的每個，抑制因凝結水過多而引起的溢流，同時暴露于燃料氣體中。
因此，在燃料氣體流過燃料氣體流通區域101的期間，在電極部5 的面內的全部區域，燃料氣體在該電極部5中均勻地擴散，在氧化劑 氣體流過氧化劑氣體流通區域102的期間，在電極部5的面內的全部 區域，氧化劑氣體在該電極部5中均勻地擴散。所以，燃料電池10的 發電工作，在電極部5的面內的全部區域均勻地進行。
接著，發明者們通過在計算機上對由凝結水和反應氣體形成的氣 液二相流流過的隔板的合流區域的周圍(以下，稱為"流路折返周邊 部")進行模型化，活用以下詳細敘述的熱流體模擬技術，驗證本實施 方式中所述的流路折返周邊部中的圓柱狀突起38和突片38d的溢流抑 制效果。
(分析模擬)
使用熱流體分析通用軟件"美國fluent公司出品的熱流體分析軟 件，"FLUENT"(注冊商標)，版本6.2.16"，進行本流體模擬。 '
此外，在該FLUENT (注冊商標)中，使用了被稱為有限體積法 的離散化方法，將分析對象劃分為由規定的要素形成的微小的空間， 以在這些微細的要素間授受的流體的平衡為基礎，求解支配流體的流 動的一般方程式，由計算機進行反復計算，直至其結果收斂。 (分析模型)
在此，隔板的流路折返周邊部，被模型化為如圖5所示的釆用曲 折狀配置的圓柱狀突起和凹陷部的底邊的突片的分析模型(以下，稱 為"實施方式的分析模型")，以及，采用正交格子狀配置的圓柱狀突 起的分析模型(以下，稱為"比較例的分析模型")。
此外，由于已經基于圖5詳細地描述了實施方式的分析模型的形 態(形式)，因而，在此省略其說明。
比較例的分析模型中，如圖10所示，與氣體流路溝45 (凹部45) 連通的凹陷部48，由在上下方向上直線狀延伸的底邊48a和一對斜邊 48b、 48c劃分為大致三角形狀。而且，站立設置于凹陷部48的底面的 多個島狀(在此為圓柱狀)的圓柱狀突起47，并列配置為正交格子狀， 使得底邊48a的延伸方向(上下方向)以及與該延伸方向正交的方向 (凸部46的延長線上的左右方向)上的中心相互一致。并且，圓柱狀 突起47和凸部46的間隔、圓柱狀突起47和底邊48a的間隔、圓柱狀 突起47彼此的間隔、以及凸部46和底邊48a的間隔均被均等地設定。
此外，作為上述各分析模型中的分析推薦(邊界條件等)，基本上 采用燃料電池的額定運行時的各種數據。
例如，輸入凝結水和反應氣體的混合比例為1:1的氣液二相流(例 如，流速為2.34m/s)作為流入條件，輸入表面張力(7.3xlO—2N/m)作 為水物性數據，輸入接觸角(例如，0.1°)作為凝結水和隔板的物性及 表面數據。
另外，氣液二相流的流出條件中，采用壓力(例如927.33Pa)和 壓力損失系數(例如4.546xl0Vm2，但是，相對于上游側，將下游側的 溝延長40mm作為下游側的流路阻抗增加部分)。
而且，相對于氣液二相流的流速，將壁面處理為不光滑。 (分析結果)
圖11和圖12是分別以上述各分析模型中的各要素的流動數據為 基礎，模擬顯示電腦上輸出的分析結果例的圖。
艮P，在圖11中，對于比較例的分析模型，描繪了氣液二相流的流 動達到穩定狀態時的凝結水(黑色)與反應氣體(無色)的分布狀態， 圖12中，對于實施方式的分析模型，描繪了相同類型的圖。
可以確認，由于比較例的分析模型(圖11)的凹陷部中上下整齊 地配置為正交格子狀的突起，使得從凹陷部上游側的氣體流路溝送出 的凝結水的流動被這些突起進行混合，在某種程度上進行了凝結水向 凹陷部下游側的氣體流路溝的分散。然而，根據圖ll所示的模擬結果 可以看出，凝結水大多流入凹陷部下游側的氣體流路溝的一部分，例 如凹陷部的下游側最下層的氣體流路溝，由此，該溝被凝結水持續阻 塞。
與此相比，可以確認，由于實施方式的分析模型(圖12)的凹陷 部中上下整齊地配置為曲折狀的突起和底邊突片，使得從凹陷部上游 側的氣體流路溝送出的凝結水的流動被這些突起和突片充分地進行混 合，凝結水向凹陷部下游側的氣體流路溝的分散極為良好。例如，根 據圖12所示的模擬結果可以看出，凝結水在凹陷部的下游側的全部氣 體流路溝間均等地分配且流動。
根據以上所述的模擬結果，可以驗證，在采用了實施方式的分析 模型的隔板(陽極隔板和陰極隔板)中，能夠充分且適當地抑制因凹 陷部的下游側的氣體流路溝的凝結水過多而引起的溢流。
本實施方式涉及的流路折返周邊部的構成中，對于凝結水向氣體 流路溝內均勻分散來說，同時采用在凹陷部的底面形成的曲折狀配置 的圓柱狀突起和在凹陷部的底邊上形成的突片，是最佳的設計。然而， 可以推測，即使是僅采用了上述一個構造的凹陷部，與比較例的分析 模型相比，也能夠得到凝結水在氣體流路溝內均勻分散的效果。艮口， 可以認為，與現有的比較例的分析模型(圖10)中所模仿的隔板相比， 使用曲折狀的圓柱狀突起和凹陷部的底邊上的突片中的任何一個構造 的隔板，能夠改善因氣體流路溝內的凝結水過多而引起的溢流。 (流路折返周邊部(凹陷部)的變形例)
至此，在實施方式(圖5、圖9)中，描述了多個圓柱狀突起27、 37規則地并列配置為曲折狀的流路折返周邊部(凹陷部)的突起配置 例(以下，簡稱為"曲折狀排列")。另外，在比較例(圖10)中，描 述了多個圓柱狀突起47并列配置為正交格子狀的流路折返周邊部(凹 陷部)的突起配置例(以下，簡稱為"格子狀排列")。
以下，通過對格子狀排列的圓柱狀突起47部分地變更其形狀等， 說明與比較例相比能夠改善溢流的流路折返周邊部的第1、第2、第3 及第4變形例。
并且，對曲折狀排列的鄰接的列的突起彼此的間隔小于實施方式 (圖5、圖9)所示的間隔的流路折返周邊部的第5變形例在進行說明。 此外，第1、第2、第3、第4、及第5變形例，以陽極隔板為例 進行了說明，但是，對于陰極隔板3而言，同樣的議論也適用。 (第l變形例)
圖13是第1變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。
根據圖13可知，與燃料氣體流路溝75 (凹部75)連通的凹陷部 78，被作為流路折返周邊部的外端的在上下方向上延伸的底邊78a和 作為與上下游側的燃料氣體流路溝75的邊界的一對斜邊78b、 78c劃 分成大致三角形狀。而且，站立設置于凹陷部78的底面的多個島狀的 突起77，并列配置為正交格子狀，使得在底邊78a的延伸方向(上下 方向)和相對于該延伸方向垂直的方向(凸部76的延長線上的左右方 向)上的中心相互一致。
突起77可以由從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱柱形 中所選擇出的至少一種形態形成，本變形例中，形成為大致圓柱形或 大致四棱柱形的合計14個第1突起77a和上下方向以及左右方向的兩 個寬度尺寸均大于該第1突起77a并形成為大致圓柱形或大致四棱柱 形的合計14個第2突起77b，交互配置。
艮卩，如圖13所示，上下方向和左右方向的寬度尺寸不同的第1突 起77a和第2突起77b交互配置，使得在上下和左右上鄰接的突起77 彼此的形狀相互不相同。
根據這樣的突起77的配置構成，通過在左右方向和上下方向上交 互配置上下方向和左右方向的寬度尺寸小的第1突起77a以及上下方 向和左右方向的寬度尺寸大的第2突起77b，使得在上下方向和左右方 向上連接第1突起77a和第2突起77b之間的中心301的線(作為該 線的一個示例，圖13中示范了連接中心301的虛線)在由燃料氣體和 凝結水構成的氣液二相流流過的間隙(第1突起77a和第2突起77b 之間的格子狀溝)的長邊方向上彎曲成鋸齒狀。
換言之，如果畫出穿過相互鄰接并以構成一層的方式并列的一對 突起77間的中心301，且與底邊78a的延伸方向平行的假想線511 (假 想直線)，則在底邊78a的延伸方向上相對于該一對的突起77鄰接的 一對突起77間的中心，在相對于底邊78a的延伸方向垂直的方向上從 該假想線511偏離。并且，在將穿過相互鄰接并以構成一列的方式并 列的一對突起77間的中心301，且相對于底邊78a的延伸方向垂直的 假想線512 (假想直線)畫出的情況下，在相對于底邊78a的延伸方向 垂直的方向上相對于該一對的突起77鄰接的一對突起77間的中心，
在底邊78a的延伸方向上從該假想線512偏離。
由此，在氣液二相流流過凹陷部78的左右方向和上下方向的間隙 時，該氣液二相流的流動發生彎曲，被擾亂，抑制了氣液二相流在該 間隙簡單地穿過。
因此，通過這樣的燃料氣體的彎曲流動，與比較例相比，能夠促 進燃料氣體的混合。并且，通過凝結水的彎曲流動，與比較例相比， 能夠抑制因下游側的燃料氣體流路溝75內的凝結水過多而引起的溢 流。而且，通過在各列和各層上適當地設定第1突起77a和第2突起 77b的個數和位置，能夠調整凹陷部78內的燃料氣體流路阻抗，使得 燃料氣體的流速均勻。 (第2變形例)
圖14是第2變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。
根據圖14可知，與燃料氣體流路溝85 (凹部85)連通的凹陷部 88，被作為流路折返周邊部的外端的在上下方向上延伸的底邊88a和 作為與上下游側的燃料氣體流路溝85的邊界的一對斜邊88b、 88c劃 分成大致三角形狀。而且，站立設置于凹陷部88的底面的多個島狀的 突起87，并列配置為正交格子狀，使得在底邊88a的延伸方向(上下 方向)和相對于該延伸方向垂直的方向(凸部86的延長線上的左右方 向)上的中心相互一致。
突起87可以由從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱柱形 中所選擇出的至少一種形狀形成，本實施例中，形成為大致圓柱形或 大致四棱柱形的合計14個第1突起87a和左右方向的寬度尺寸大于該 第l突起87a并形成為大致圓柱形(這里為橢圓柱形)的合計14個第 2突起87b，交互配置。
艮口，如圖14所示，左右方向的寬度尺寸不同的第1突起87a和第 2突起87b交互配置，使得在上下和左右上鄰接的突起87彼此的形狀 不同。
根據這樣的突起87的配置構成，通過在左右方向和上下方向上交 互配置左右方向的寬度尺寸小的第1突起87a和左右方向的寬度尺寸 (長軸的長度)大的第2突起87b，使得在上下方向上連接第1突起 87a和第2突起87b之間的中心302的線(作為該線的一個示例，圖14中示范了連接中心線302的虛線)在由燃料氣體和凝結水構成的氣 液二相流流過間隙(第1突起87a和第2突起87b之間的格子狀溝) 的長邊方向上彎曲成鋸齒狀。
換言之，如果畫出穿過相互鄰接并以構成一層的方式并列的一對 突起87間的中心302，且與底邊88a的延伸方向平行的假想線521 (假 想直線)，則在底邊88a的延伸方向上相對于該一對的突起87鄰接的 一對突起87間的中心，在相對于底邊88a的延伸方向垂直的方向上從 該假想線521偏離。
由此，在氣液二相流流過凹陷部88的上下方向的間隙時，該氣液 二相流的流動發生彎曲，被擾亂，抑制了氣液二相流在該間隙簡單地 穿過。
因此，通過這樣的燃料氣體的彎曲流動，與比較例相比，能夠促 進燃料氣體的混合。并且，通過凝結水的彎曲流動，與比較例相比， 能夠抑制因下游側的燃料氣體流路溝85內的凝結水過多而引起的溢 流。而且，通過在各列上適當地設定第1突起87a和第2突起87b的 個數和位置，能夠調整凹陷部88內的燃料氣體流路阻抗，使得燃料氣 體的流速均勻。
(第3變形例)
圖15是第3變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 根據圖15可知，與燃料氣體流路溝95 (凹部95)連通的凹陷部 98，被作為流路折返周邊部的外端的在上下方向上延伸的底邊98a和 作為與上下游側的燃料氣體流路溝95的邊界的一對斜邊98b、 98c劃 分成大致三角形狀。而且，站立設置于凹陷部98的底面的多個島狀的 突起97，并列配置為正交格子狀，使得在底邊98a的延伸方向(上下 方向)和相對于該延伸方向垂直的方向(凸部96的延長線上的左右方 向)上的中心相互一致。
突起97可以由從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱柱形 中所選擇出的至少一種形狀形成，本實施例中，合計14個第1突起97a 和合計14個第2突起97b交互配置。第1突起97a形成為大致圓柱形 或大致四棱柱形。第2突起97b具有與該第1突起97a相同形狀的基 部401和從該基部401的側面的一部分向右方向(底邊98a的方向)
鼓出的凸部402，左右方向的寬度尺寸增大，在同方向上形成為非對稱。 艮口，如圖15所示，左右方向的寬度尺寸不同的第1突起97a和第 2突起97b交互配置，使得在上下和左右上鄰接的突起97彼此的形狀 不同。
根據這樣的突起97的配置構成，通過在左右方向和上下方向上交 互配置左右方向的寬度尺寸小的第1突起97a和左右方向的寬度尺寸 大的第2突起97b，使得在上下方向上連接第1突起97a和第2突起 97b之間的中心303的線(作為該線的一個示例，圖15中示范了連接 中心線303的虛線)在由燃料氣體和凝結水構成的氣液二相流流過間 隙(第1突起97a和第2突起97b之間的格子狀溝)的長邊方向上彎 曲成鋸齒狀。
換言之，如果畫出穿過相互鄰接并以構成一層的方式并列的一對 突起97間的中心303，且與底邊98a的延伸方向平行的假想線531 (假 想直線)，則在底邊98a的延伸方向上相對于該一對突起97鄰接的一 對突起97間的中心，在相對于底邊98a的延伸方向垂直的方向上從該 假想線531偏離。
由此，在氣液二相流流過凹陷部98的上下方向的間隙時，該氣液 二相流的流動發生彎曲，被擾亂，抑制了氣液二相流在該間隙簡單地 穿過。
因此，通過這樣的燃料氣體的彎曲流動，與比較例相比，能夠促 進燃料氣體的混合。并且，通過時凝結水的彎曲流動，與比較例相比， 能夠抑制因下游側的燃料氣體流路溝95內的凝結水過多而引起的溢 流。而且，通過在各列上適當地設定第1突起97a和第2突起97b的 個數和位置，能夠調整凹陷部98內的燃料氣體流路阻抗，使得燃料氣 體的流速均勻。
(第4變形例)
圖16是第4變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。 根據圖16可知，與燃料氣體流路溝105 (凹部105)連通的凹陷 部108，被作為流路折返周邊部的外端的在上下方向上延伸的底邊108a 和作為與上下游側的燃料氣體流路溝105的邊界的一對斜邊108b、108c 劃分成大致三角形狀。而且，站立設置于凹陷部108的底面的多個島
狀的突起107，并列配置為正交格子狀，使得在底邊108a的延伸方向 (上下方向)和相對于該延伸方向垂直的方向(凸部106的延長線上 的左右方向)上的中心相互一致。
突起107可以是由從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱 柱形中所選擇出的至少一種形狀形成，本實施例中，具有形成為大 致圓柱形或大致四棱柱形，構成第1列的4個第1突起107a;上下方 向和左右方向的兩個寬度尺寸均大于該第1突起107a，形成為大致圓 柱形或大致四棱柱形，構成第2列的6個第2突起107b;上下方向和 左右方向的兩個寬度尺寸均大于該第2突起107b，形成為大致圓柱形 或大致四棱柱形，構成第3列的8個第3突起107c;以及上下方向和 左右方向的兩個寬度尺寸均大于該第3突起107c，形成為大致圓柱形 或大致四棱柱形，構成第4列的10個第4突起107d。
如圖16所示，適當地挑選配置上下方向和左右方向的寬度尺寸不 同的第1突起107a、第2突起107b、第3突起107c、以及第4突起 107d，使得從第2層 第9層的右側(凸部106—側)向著左側(底邊 108a—側)，突起107的形狀增大。
例如，在第4層的左右方向上，鄰接于凸部106的第1突起107a、 鄰接于該第1突起107a的第2突起107b、鄰接于該第2突起107b的 第3突起107c、以及鄰接于該第3突起107c和底邊108a的第4突起 107d，依次鄰接地并列配置。
此外，關于第4層以外的突起107的配置方式的詳細情況，由于 參照上述說明和圖16就能夠容易地理解，所以，在此，其詳細的說明 省略。
根據這樣的突起107的配置構成，通過從右向左配置上下方向和 左右方向的寬度尺寸增大的107，能夠按照燃料氣體的流速，適當地變 更突起107彼此的距離、突起107和底面108a間的距離、以及突起107 和凸部106間的距離。
因此，通過該距離的變更而發揮出的燃料氣體流路阻抗的調整， 能夠使流過凹陷部108的氣液二相流的面內速度分布適當地均勻化。 (第5變形例)
圖17是第5變形例的流路折返周邊部的構成的平面視圖。
根據圖17可知，與燃料氣體流路溝115 (凹陷部115)連通的凹 陷部118、被作為流路折返周邊部的外端的在上下方向上延伸的底邊 118a和作為與上下游側的燃料氣體流路溝115的邊界的一對斜邊118b、 118c劃分成大致三角形狀。
站立設置于凹陷部118的底面的多個大致圓柱形或大致四棱柱形 的突起117形成為，在底邊118a的延伸方向(上下方向)上等間距地 相連，且在相對于底邊118a的延伸方向垂直的方向(凸部116的延長 線上的左右方向)上等間距地相連。以下，將突起117的上下方向的 相連(包含1個的情況)稱為"列"，將突起117的左右方向的相連(包 含1個的情況)稱為"層"。這樣，多個圓柱狀突起117形成為，8列 (從凹陷部118的頂點U側開始，依次稱為第1列至第8列)且10層 (從上側開始，依次稱為第1層至第9層)。而且，各列由構成隔著一 層的層的突起117構成。反過來說，各層由構成隔著一列的列的突起 117構成。
這樣，將鄰接的列的突起117彼此的中心和鄰接的層的突起117 彼此的中心連接的線，在沿著底邊118a的上下方向及凸部116的延長 線上的左右方向上，以彎曲成" < "字形的方式而規則地并列配置為 所謂的曲折狀。例如，在上下方向上將鄰接的列的突起117彼此的中 心連接的線(參照圖17的虛線)以鋸齒狀延伸，并多次彎曲成鈍角(圖 17所示的03約為152°)，在左右方向上將鄰接的層的突起117彼此的 中心連接的線(參照圖17的虛線)以鋸齒狀延伸，并多次彎曲成銳角 (圖17所示的04約為51°)。
換言之，如果畫出穿過相互鄰接并以構成一層的方式并列的一對 突起177間的中心303，且與底邊78a的延伸方向平行的假想線501(假 想直線)，則在底邊78a的延伸方向上相對于該一對突起117鄰接的一 對突起117間的中心，在相對于底邊78a的延伸方向垂直的方向上從 該假想線501偏離。此外，該偏離量相對于同一層的突起117間的間 距P5的大致1/4間距大小。艮卩，這些突起117a和突起117b，左右隔 開上述大致l/4間距，且上下隔開凹陷部115的寬度，交互配置。如果 上述偏移量達到了突起117的間距P2的一半，則本實施例的突起的配 置圖形，成為與圖5所示的排列相同類型的圖形。
根據這樣偏離的突起117，在氣液二相流上下向著凹陷部118時，
抑制了氣液二相流簡單地穿過突起117間的間隙，氣液二相流多次適 當地與突起117相接，其流動被擾亂，由此，能夠抑制因凹陷部118 的下游側的燃料氣體流路溝115內的凝結水過多而引起的溢流。
從以上的說明可知，本發明的大量的改良和其它的實施方式，對 本領域的技術人員來說是顯而易見的。所以，上述說明僅被解釋為示 例，以向本領域的技術人員提供實施本發明的最佳方式為目的而提供。 在不脫離本發明的精神的情況下，能夠以各種形式變更其構造和功能。
本發明涉及的燃料電池用隔板，能夠改善因凝結水過多而引起的 溢流，例如能夠在高分子電解質型燃料電池中應用該隔板。
權利要求
1.一種燃料電池用隔板，其特征在于形成為板狀且反應氣體在至少一個主面上流通的反應氣體流通區域，形成為蜿蜒狀，該蜿蜒狀具有所述反應氣體向一個方向流動的多個相同流動部，以及設在該多個相同流動部之間且所述反應氣體折返流動的1個以上的折返部，在所述反應氣體流通區域內，設有至少包含所述相同流動部而形成，具有所述反應氣體被分流的流路溝組的，多個分流區域；以及具有，形成為所述1個以上的折返部中的至少一個并成為所述反應氣體混合的空間的凹陷部，以及從所述凹陷部的底面站立設置并配置成島狀的多個突起，而且，配置于所述多個分流區域中的相鄰的上游側的所述分流區域的流路溝組和下游側的所述流路區域的流路溝組之間，使從所述上游側的分流區域的流路溝組流入的所述反應氣體在所述凹陷部合流，使所述合流后的所述反應氣體再次向所述下游側的分流區域分流的，1個以上的分流區域，在與所述合流區域的所述凹陷部連接的所述上游側的所述分流區域和所述下游側的所述分流區域中，所述上游側的所述分流區域的所述流路溝組的溝數，以與所述下游側的所述分流區域的所述流路溝組的溝數相同的方式形成，在形成有該凹陷部的所述反應氣體流通區域的所述折返部，由連通于所述凹陷部的所述一對的所述上游側的流路溝組以及所述下游側的流路溝組之間的傾斜邊界和所述折返部的外端劃分出所述合流區域的所述凹陷部，在從所述主面的法線方向看的情況下，所述多個突起配置為，1個以上的所述突起在所述外端的延伸方向上形成留出間隔相連的多個列，同時，1個以上的所述突起在相對于所述外端的延伸方向垂直的方向上形成留出間隔相連的多個層，而且，被構成1個所述層的突起引導并在所述外端的延伸方向上行進的反應氣體的流動，被構成與所述一層鄰接的層的突起擾亂而構成。
2. 根據權利要求l所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在從所述主面的大致法線方向看的情況下，所述合流區域的所述凹陷部和連接于該凹陷部的上游側的所述分流區域及下游側的所述分 流區域的邊界形成為，以所述外端為底邊，從所述底邊的兩端向著位 于與所述凹陷部連接的上游側的所述分流區域和與所述凹陷部連接的 下游側的所述分流區域的邊界線上附近的頂點突出為弓形的形狀。
3. 根據權利要求2所述的燃料電池用隔板，其特征在于-突出為所述弓形的形狀是大致三角形狀。
4. 根據權利要求2所述的燃料電池用隔板，其特征在于.-突出為所述弓形的形狀是大致半圓形狀。
5. 根據權利要求l所述的燃料電池用隔板，其特征在于 所述分流區域包含所述相同流動部和所述折返部而形成，而且，所述相同流動部的流路溝的溝數和連接于所述相同流動部的所述折返 部的流路溝的溝數形成為相同的數目
6. 根據權利要求l所述的燃料電池用隔板，其特征在于 具有從外部向所述反應氣體流通區域供給所述反應氣體的氣體入口歧 管，以及將從所述反應氣體流通區域排出的氣體向外部排出的氣體出口歧 管，其中，所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域的所述相同流動 部連接于所述氣體入口歧管。
7. 根據權利要求6所述的燃料電池用隔板，其特征在于 所述多個分流區域中配置于最下游側的分流區域的所述相同流動部連接于所述氣體出口歧管。
8. 根據權利要求6所述的燃料電池用隔板，其特征在于 所述多個分流區域中配置于最下游側的分流區域具有未形成有所述合流區域的所述折返部，該折返部連接于所述氣體出口歧管。
9. 根據權利要求1所述的燃料電池用隔板，其特征在于 從外部向所述反應氣體流通區域供給所述反應氣體的氣體入口歧管，以及將從所述反應氣體流通區域排出的氣體向外部排出的氣體出口歧 管，其中，所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域具有未形成有所 述合流區域的所述折返部，該折返部連接于所述氣體入口歧管。
10. 根據權利要求9所述的燃料電池用隔板，其特征在于 所述多個分流區域中配置于最下游側的分流區域的所述相同流動部，連接于所述氣體出口歧管。
11. 根據權利要求9所述的燃料電池用隔板，其特征在于-所述多個分流區域中配置于最上游側的分流區域具有未形成有所述合流區域的所述折返部，該折返部連接于所述氣體入口歧管。
12. 根據權利要求l所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在從所述主面的大致法線方向看的情況下，在與所述分流區域相對應的所述隔板的表面，在橫斷所述流路溝組的方向上，形成有由均 等的寬度、均等的間距、均等的臺階差的多個凹部和均等的寬度、均 等的間距、均等的臺階差的多個凸部構成的凹凸圖形，所述凹部為所述流路溝組的流路溝，所述凸部為支撐與所述主面 相接的電極部的肋，所述多個突起配置于所述肋的延長線上。
13. 根據權利要求1所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在從所述主面的大致法線方向看的情況下，如果畫出穿過相互鄰 接并以構成一層的方式并列的一對突起間的中心，且與所述外端的延 伸方向平行的假想線，則在所述延伸方向上相對于所述一對突起鄰接 的一對突起間的中心，在相對于所述延伸方向垂直的方向上從所述假 想線偏離。
14. 根據權利要求13所述的燃料電池用隔板，其特征在于 關于所述多個突起，各個所述列由構成隔著一層的所述層的所述突起構成。
15. 根據權利要求14所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在各個所述突起形成為大致圓柱形的情況下，所述突起在各層留出所述突起的圓形截面的大致直徑大小的間隔而配置，所述突起在各列中，隔開大致直徑大小的3倍的間隔而配置。
16. 根據權利要求13 15中任一項所述的燃料電池用隔板，其特征在于所述突起，具有從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱柱 形中選擇出的至少一種形狀。
17. 根據權利要求l所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在從所述主面的大致法線方向看的情況下，所述延伸方向及/或所述垂直方向的寬度尺寸不同的第1突起和第2突起配置為，在相對于所述外端的延伸方向垂直的方向上形成隔開間隔相連的多個層。
18. 根據權利要求17所述的燃料電池用隔板，其特征在于所述第1突起和第2突起，具有從大致圓柱形、大致三棱柱形、以及大致四棱柱形中選擇出的至少一種形狀。
19. 一種燃料電池用隔板，其特征在于形成為板狀且反應氣體在至少一個主面上流通的反應氣體流通區 域，形成為蜿蜒狀，該蜿蜒狀具有所述反應氣體向一個方向流動的多 個相同流動部，以及設在該多個相同流動部之間且所述反應氣體折返流動的1個以上的折返部，在所述反應氣體流通區域內，設有至少包含所述相同流動部而形成，具有所述反應氣體被分流的流 路溝組的，多個分流區域；以及具有，形成為所述1個以上的折返部中的至少一個并成為所述反 應氣體混合的空間的凹陷部，以及從所述凹陷部的底面站立設置并配 置成島狀的多個突起，而且，配置于所述多個分流區域中的相鄰的上 游側的所述分流區域的流路溝組和下游側的所述流路區域的流路溝組 之間，使從所述上游側的分流區域的流路溝組流入的所述反應氣體在 所述凹陷部合流，使所述合流后的所述反應氣體再次向所述下游側的 分流區域分流的，l個以上的分流區域，在與所述合流區域的所述凹陷部連接的所述上游側的所述分流區 域和所述下游側的所述分流區域中，所述上游側的所述分流區域的所 述流路溝組的溝數，以與所述下游側的所述分流區域的所述流路溝組 的溝數相同的方式形成，在形成有該凹陷部的所述反應氣體流通區域的所述折返部中，由 連通于所述凹陷部的所述一對的所述上游側的流路溝組以及所述下游 側的流路溝組之間的傾斜邊界和所述折返部的外端劃分出所述合流區 域的所述凹陷部，在從所述主面的法線方向看的情況下，所述外端彎曲，并在中途形成向所述凹陷部側突出的外端突片。
20.根據權利要求19所述的燃料電池用隔板，其特征在于在從所述主面的法線方向看的情況下，在與所述分流區域相對應 的所述隔板的表面，在橫斷所述流路溝組的方向上，形成有由均等的 寬度、均等的間距、均等的臺階差的多個凹部和均等的寬度、均等的 間距、均等的臺階差的多個凸部構成的凹凸圖形，所述凹部為所述流路溝組的流路溝，所述凸部為支撐與所述主面 相接的電極部的肋，所述突起配置于所述肋的延長線上。
21. 根據權利要求20所述的燃料電池用隔板，其特征在于 在各個所述突起形成為大致圓柱形的情況下，所述突起和所述肋之間、所述突起和所述外端突片之間、以及所述肋和所述外端之間的 第1距離，形成為窄于所述突起彼此之間的第2距離。
22. 根據權利要求21所述的燃料電池用隔板，其特征在于 設定所述第1和第2距離，使得假定第1和第2距離為一定時的，橫切所述第1距離流過的反應氣體的流速和所述第1距離的積，與假 定第1和第2距離為一定時的，橫切所述第2距離流過的反應氣體的 流速和所述第2距離的積大致一致。
23. 根據權利要求19 22中任一項所述的燃料電池用隔板，其特 征在于所述多個突起配置為，1個以上的所述突起在所述外端的延伸方向 上形成隔開間隔相連的多個列，同時1個以上的所述突起在相對于所 述外端的延伸方向垂直的方向上形成隔開間隔相連的多個層，各個所 述列由構成隔著1層的所述層所述突起構成。
24. —種燃料電池，其特征在于具有陽極隔板、陰極隔板、以及配置于所述陽極隔板和所述陰極 隔板之間的膜電極結合體，根據權利要求1 23中任一項所述的燃料電池用隔板作為所述陽 極隔板和所述陰極隔板而被組裝，供給到所述陽極隔板的所述反應氣體為還原劑氣體，供給到所述 陰極隔板的所述反應氣體為氧化劑氣體。
全文摘要
一種燃料電池用隔板(2)中，蜿蜒狀的反應氣體流通區域(101)的折返部被連通于凹陷部(28)的一對流路溝組之間的傾斜邊界和所述折返部的外端(28a)劃分出。從凹陷部(28)的底面站立設置并配置為島狀的多個突起(27)配置為，1個以上的突起(27)在外端(28a)的延伸方向上形成隔開相連的多個列，并且，1個以上的突起(27)在相對于外端(28a)的延伸方向垂直的方向上形成隔開間隔相連多個層。被構成1個層的突起(27)引導并在外端(28a)的延伸方向上行進的反應氣體的流動，被構成與該1個層鄰接的層的突起(27)擾亂。
文檔編號H01M8/02GK101356673SQ20068005054
公開日2009年1月28日 申請日期2006年12月27日 優先權日2006年1月5日
發明者信岡政樹, 川畑德彥, 日下部弘樹, 松本敏宏, 武部安男, 竹口伸介, 長尾善輝 申請人:松下電器產業株式會社