隔离板和燃料电池的制作方法

专利名称：隔离板和燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明是涉及燃料电池用隔离板和燃料电池。
背景技术：
首先，对现有技术的高分子电解质型燃料电池(以下根据需要而
称为"PEFC")的结构进行简要说明。
PEFC是通过使含有氢的燃料气体与空气等含有氧的氧化剂气体 在燃料电池中发生电化学反应，从而同时产生电与热的热电联供装置。 该燃料电池具有被称为MEA的膜电极组件(membrane electrode assembly)。作为该MEA结构的一例，在选择性地输送氢离子的高分 子电介质膜的两面，设置有以担载铂等具有催化能力的金属的碳粉为 主要成分的催化反应层(气体扩散电极)，并且在该催化反应层的外 侧设置有兼具燃料气体及氧化剂气体(发电用的反应气体)的通气性 及电子传导性的气体扩散层(气体扩散电极)。
而且，在MEA的两面边缘部，设置有防止气体泄漏及气体混合用 的气门(气体密封材料)，该MEA由一对阳极隔离板与阴极隔离板构 成的导电性隔离板所夹持。
将这样的MEA、气体密封材料和隔离板相重叠，在一对的导电性 隔离板之间叠层大约10 200段的MEA的单位之后，这些各部件通过 集电板与绝缘板而由端板所夹持，由固定螺栓从两端固定。
另外，在这样的各隔离板上，设置有为了向燃料电池通入供给反 应气体的气体导入歧管孔，以及为了将在燃料电池的发电中未被使用 的残留反应气体及在电极上由电化学反应而生成的生成水等气液混合 流体通过的气体排出歧管孔。
而且，在与MEA接触的隔离板的表面，形成能够起到对MEA的 气体扩散电极导入反应气体、同时搬运生成水及废气的气液混合流体 的作用的多条气体流路沟槽，该气体流路沟槽在气体导入歧管孔与气
体排出歧管孔之间弯曲地连接，形成为所谓的蜿蜒型。
另外，反应气体流过的气体流路，虽然也可以与隔离板分开而另
外设置，但通常如上所述，在隔离板的表面与隔离板一体地形成由多
个凹部(槽)和多个凸部(肋)所构成的凹凸图案，将该凹凸图案的
凹状的槽用作该气体流路。
通过形成这样蜿蜒型的多条气体流路沟槽，能够降低气体导入歧
管孔与气体排出歧管孔之间的气体流路阻抗，是所优选的。另外，设
置有蜿蜒型的气体流路沟槽的隔离板，已经在很多的文献中有报导(例
如请参照专利文献1的图11及专利文献3的图4)。
另外，隔离板的各气体流路沟槽通常成为，由在隔离板表面形成
的凹凸图案的凹部以及作为MEA的多孔质膜被气体扩散电极的表面
所划分的具有基本矩形截面的封闭空间。
这样，由于形成为蜿蜒型的气体流路沟槽的流路长度，在相邻的 流路沟槽之间必然存在不同的部分，所以在这样的部位，产生在相邻 气体流路沟槽之间引起通过气体扩散电极的气体移动(透过)的压力差。
而且，这样的气体流路沟槽之间的气体移动超过了一定的水准时，
由于气体流路沟槽之间的气体流量的偏差，将妨碍对MEA均匀地供给 反应气体。而且，由气体流路沟槽之间的气体流量的偏差而引起气体 流量不足的气体流路沟槽，还会引起燃料电池的电化学反应的生成水 及反应气体中的水蒸气凝结水(以下简称为"结露水")的排出能力下 降以及流路阻抗的增大，由此会进一步助长上述气体移动，最终可能 会产生溢流，发生由反应气体的欠缺而引起的电压下降的现象。
另外，上述"溢流"，是指与气体扩散电极(例如催化剂层内成为 气体扩散通路的细孔)由于水滴而闭塞的现象(气体扩散电极内的溢 流)不同的、由于隔离板中的水滴而引起的气体流路沟槽内的闭塞现 象。
因此，以适宜地改善多条气体流路沟槽之间反应气体的流量偏差 及气体压力差为目的，对设置有蜿蜒型的气体流路沟槽的隔离板进行 着各种适宜地分割蜿蜒型的气体流路沟槽等的研究。
例如，以使多条气体流路沟槽之间的反应气体流量偏差及反应气 体压力差均匀化为目的，有在气体流路沟槽的转弯部设置将气体流路 沟槽划分为格子状的格子状突起图案的隔离板(参照作为现有技术例 的专利文献2)。
而且，还有由连通沟槽使多条气体流路沟槽之间连通，由此实现 多条气体流路沟槽之间的反应气体的流量偏差及气体压力差正常化的 隔离板(参照作为现有技术例的专利文献3)。
专利文献h日本特开2000-100458号公报 专利文献2:日本特开2000-164230号公报 专利文献3:日本特开2004-220950号公报

发明内容
在上述现有技术例中所记载的隔离板中，总体说来，是使多条气 体流路沟槽之间的气体压力差及气体流量偏差在格子状突起图案及连 通沟槽中均匀化，由此实现气体流路沟槽之间的反应气体流量偏差及 压力差的正常化，从而适宜地防止上述溢流。
但是，本发明者们认为，这些现有技术例的防止溢流用流路沟槽 的构成中，对由反应气体及结露水构成的气液二相流体的水滴的行为， 有重大的认识漏洞乃至认识错误。
例如，在专利文献2中记载的上下左右并列配置的格子状凸起图 案，如上所述，是为了达到使在多条气体流路沟槽之间流动的反应气 体的压力差及气体流量偏差正常化的目的而形成的。
但是，推定燃料电池堆内的结露水的水滴，例如由于结露水水滴 自身的重力及结露水水滴的旋转的惯性力，容易从格子状的突起之间 逸出，所以在转弯部的反应气体圆周方向中的下方气体流路沟槽附近 就容易集中结露水，其结果是，该气体流路沟槽由于结露水而积存过 多的水分，阻碍气体扩散，从而导致燃料电池的性能下降，也就是容 易发生溢流现象。
同样地，在专利文献3中记载的连接气体流路沟槽之间的连通沟 槽，是为了达到使流过这些气体流路沟槽之间的反应气体的压力差及
气体流量偏差正常化的目的而形成的。
但是，推定燃料电池堆内的结露水的水滴，例如由于结露水水滴 自身的重力而容易通过该连通沟槽，所以在下方气体流路沟槽附近就 容易集中结露水，其结果是，该气体流路沟槽由于结露水而积存过多 的水分，阻碍气体扩散，从而导致燃料电池的性能下降，也就是容易 发生溢流现象。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够适当且充 分抑制由于气体流路沟槽内的水分过多所引起的溢流的燃料电池用隔 离板及燃料电池。
首先，本发明者们使用流体分析模拟技术对仿效现有技术例中记 载的气体流路沟槽设计而制作的隔离板引起的结露水的水滴的行为进 行了分析。另外，这里将专利文献2中记载的隔离板作为模型。以下 叙述其内容。
<分析模拟装置>
本流体模拟使用热流体分析通用软件"美国fluent公司生产的热流 体分析软件；『FLUENT』(注册商标)，版本6.2.16"来进行。另外，在 该FLUENT (注册商标)中使用被称为有限体积法的离散化方法，将分 析对象区域划分为由既定的要素(网格mesh)构成的细小空间，以 该微细要素空间接受的流体的平衡为基础，对支配流体流动的一般方 程式求解，由计算机进行反复计算，直至其结果收敛。
<分析模型>
以专利文献2的图3所述的气体流路沟槽结构(格子状突起图案) 为基础，在计算机上制作了分析模型。但是，考虑到从专利文献2的 图3中记载的内容不可能知道其气体流路沟槽的详细设计规格，并且， 考虑到以格子状突起图案中结露水水滴的定性行为分析为分析的主要 着眼点，该分析模型的形状(气体流路沟槽的条数与格子状突起图案 的形状及个数等)，在能够适当保证根据分析模拟的结露水水滴行为的 定性倾向的范围内，从简化模型制作的观点考虑，对其进行了改变。 另外，这里对分割为网格的分析模型的图示予以省略。
而且，作为上述分析模型的分析条件(边界条件等)，基本上采用
燃料电池以额定方式运行时的各种数据。例如，以结露水与反应气体
的混合比例为1: 1的气液二相流体(流速2.34m/s)作为流入条件而 输入，表面张力(7.3X10'2N/m)作为水物性数据而输入，接触角(例 如0.1°)作为结露水及隔离板的物性乃至表面数据而输入。而且，在 流体的流出条件中，采用压力(例如927.33Pa)及压力损失系数(例 如4.546X 109/m2，但是，作为相当于下游侧的流路阻抗增加部分，将 下游侧的槽相对于上游侧延长40mm)。进一步，将壁面相对于气液二 相流体的流速作为不滑处理。 <分析结果>
图8是输出到计算机上的分析结果例为分析模型的复制图。
也就是说，在图8中，对于根据专利文献2的图3中记载的气体 流路沟槽设计为基础的分析模型，描述了气液二相流体的流动到达稳 定状态时刻的结露水(黑色)与反应气体(白色)的分布状态。
根据该分析结果，下游侧的气体流路沟槽的一部分，例如下游侧 最下段的气体流路沟槽中，结露水由于惯性力而在转弯部的圆周方向 迂回地流入，可见到该最下段的气体流路沟槽由于结露水而正被闭塞 的样子。由此，在该分析结果再现了，结露水从格子状突起之间逸出 而到达下游侧最下段的气体流路沟槽中，该气体流路沟槽由于结露水 的水分过多而引起溢流现象。另外，这样的分析结果的妥当性，由后 述的样品而进行的试验中燃料电池的电压下降现象而得到了验证。
由此，本发明的第一发明内容，是以这样的分析结果的见解为契 机而提出的，其提供具有以下特征的隔离板具有流路沟槽群与连通 沟槽，流路沟槽群是由在一主面上相互沿着且作为全体以蜿蜒状延伸 地形成的、反应气体流通的多条气体流路沟槽所构成；连通沟槽使相 邻的上述气体流路沟槽的一部分之间相连通；上述连通沟槽被形成为 比上述气体流路沟槽浅。
这样，通过使连通沟槽比气体流路沟槽形成得浅，能够通过连通 沟槽而使相邻的气体流路沟槽之间的反应气体的通气成为可能，同时， 能够抑制这样的相邻气体流路沟槽之间的结露水水滴的通过。因此， 能够实现流过气体流路沟槽之间的反应气体的压力差及气体流量偏差
的平均化，同时能够适宜且充分地抑制由气体流路沟槽的结露水所引 起的溢流。
另外，可以从位于上述流路沟槽群的宽度方向一端的上述气体流 路沟槽到位于另一端的上述气体流路沟槽，上述气体流路沟槽依次被 上述连通沟槽所连通。
在这里，上述连通沟槽也可以被形成为，在假如由上述连通沟槽 而被相互连通的状态下，在反应气体流过上述流路沟槽群的情况下， 将上述反应气体的压力不同的上述气体流路沟槽的一部分之间相连 通。
由此，在燃料电池堆运行时，反应气体能够积极地流过连通沟槽， 将由反应气体的流动引起的连通沟槽内的结露水的水滴迅速地排出到 气体流路沟槽中，从而能够抑制连通沟槽内水滴的滞留。
而且，形成上述连通沟槽的壁面的表面能可以小于形成上述气体 流路沟槽的壁面的表面能，例如，形成上述连通沟槽的壁面的表面能
可以为70pN/mm以下。
这样，通过对连通沟槽壁面进行疏水性表现处理，能够使连通沟 槽内生成的结露水的水滴生长，该水滴即使与连通沟槽壁面相接触也 能够保持液滴状态，这样的结露水的水滴能够容易地由流过连通沟槽 的反应气体而被排出，其结果是，由连通沟槽的结露水的生长所引起 的闭塞，能够由上述水滴的滞留抑制效果而相应地得到有效改善。
而且，还可以形成有多条上述连通沟槽，由上述气体流路沟槽及 上述连通沟槽所构成的沟槽图案，从上述隔离板的厚度方向看时呈格 子状结构。
这样，由于通过使由连通沟槽及气体流路沟槽所构成的沟槽图案 成为格子状结构，使得经由连通沟槽而流至气体流路沟槽的反应气体， 与气体流路沟槽的反应气体的流动方向相交叉，所以能够促进各气体 流路沟槽之间反应气体的混合。
进一步，可以具有分别独立地将反应气体导入到上述多条气体流 路沟槽的、与上述气体流路沟槽相连接的气体导入歧管孔，和分别独 立地将反应气体从上述多条气体流路沟槽排出的、与上述气体流路沟
槽相连接的气体排出歧管孔。与上述气体导入歧管孔相连接的气体流 路沟槽的条数，可以少于与上述气体排出歧管孔相连接的气体流路沟 槽的条数。
气体流路沟槽的条数，是将流过气体流路沟槽时的反应气体发电 消耗量考虑在内之后，被设决定为，使得气体流路沟槽各部位的反应 气体的流速成为与结露水的水滴排出相适应的速度，且相互一致。根 据这样的结构，能够实现反应气体向气体扩散电极的面内供给的均匀 化，同时，由反应气体分离的结露水的由反应气体产生的排水性能， 即使在反应气体量少、且容易积存结露水的下游侧(气体排出歧管孔 附近)，也能够得到恰当的保证。
而且，本发明的第二发明内容提供具有以下特征的燃料电池，具 有阳极隔离板、阴极隔离板以及配置在上述阳极隔离板与上述阴极隔 离板之间的膜电极组件。将上述隔离板作为上述阳极隔离板以及上述 阴极隔离板组装在燃料电池内，供给到上述阳极隔离板的上述反应气 体是还原剂气体，供给到上述阴极隔离板的上述反应气体是氧化剂气 体。
本发明的上述目的、其他目的、特征及优点，通过参照附图，并 通过对以下适当的实施方式的详细说明而得到详解。
根据本发明可得到可适宜且充分抑制由气体流路沟槽内的水分过 多所引起的溢流的燃料电池用隔离板及燃料电池。


图1是分解本发明的实施方式的燃料电池，示意性地表示燃料电 池堆的构成的立体图。
图2是表示实施方式的阴极隔离板的表面的图。 图3是从倾斜方向示意性地描述图2的A区域的、形成为肋的连 通沟槽及氧化剂气体流路沟槽的放大图。
图4是说明由氧化剂气体与水滴构成的气液二相流体的流动的图。
图5是表示变形例1的阴极隔离板结构例的表面的图。
图6是从倾斜方向示意性地描述图5的C区域的、形成为肋的连
通沟槽及氧化剂气体流路沟槽的放大图。
图7是表示变形例2的阴极隔离板结构例的表面的图。
图8是输出到计算机上的分析结果例为分析模型的复制图。
图9是示意性地表示实施例用样品的阴极隔离板转弯部附近的结
构例图。
图IO是示意性地表示比较例用样品的阴极隔离板转弯部附近的结 构例图。
图11是以阴极气体流量比(％)作为横坐标，以燃料电池的电压 下降量为纵坐标，对于实施例用样品及比较例用样品表示二者之间的 关系的图。
隔离板
符号说明
1—MEA
3、 103、 203—阴
5—气体扩散电极 6a—边缘部
12A—燃料气体导入歧管孔 13A—氧化剂气体导入歧管孔 14A—水导入歧管孔 21—燃料气体流路沟槽的集合体 31—氧化剂气体流路沟槽的集合体 31A、 31E、 131A、 13HL型弯曲部 31B 31D、 131B 131F—直线部 32A 32D、 132A 132F—转弯部 33、 133—连通沟槽 36—肋
38、 138—斜面部 100—燃料电池堆
2—阳极隔离板
4一螺栓孔
6—高分子电解质膜
IO—燃料电池
12B—燃料气体排出歧管孔
13B—氧化剂气体排出歧管孔
14B—水排出歧管孔
35、 135—氧化剂气体流路沟槽 37—顶面
40—端板
IOI—燃料气体流路区域
102、 202、 302—氧化剂气体流路区域 201—电极接触区域 Dl—肋(以及氧化剂气体流路沟槽)的宽度
D2—矩形连通沟槽的宽度 H—氧化剂气体流路沟槽的深度
Gl、 G2、 G3、 G4—假想线
M—虚线斜线 S—间距
D3—鍥形连通沟槽的一边
K一等距离流路长度 Ll、 L2—连通沟槽的深度 P—交点
Wl—连通沟槽壁面
W2—流路沟槽壁面
具体实施例方式
下面参照

实施本发明的最佳实施方式。
图1是分解本发明的一个实施方式的燃料电池，示意性地表示燃 料电池堆的构成的立体图。如图1所示，燃料电池堆100由多个矩形 且板状的燃料电池10叠层而构成。
另外，在燃料电池堆100的两端安装有集电板(未图示)及绝缘 板(未图示)的同时还安装有端板40，燃料电池10由从两端板40插 入燃料电池10的四角的螺栓孔4的连接螺栓(未图示)与螺母(未图 示)而相互连接。在这里，燃料电池10中例如叠层60段。
燃料电池10的MEA1是在高分子电解质膜6的两面的中央设置矩 形的气体扩散电极5 (催化反应层及气体扩散层)对而构成的。而且， 燃料电池10具有以碳为主要材料的导电性的隔离板2、 3对，在MEA1 的边缘部6a设置有矩形且环状的衬垫(未图示)，该衬垫与MEA1的 气体扩散电极5被上述导电性的隔离板(具体而言是阳极隔离板2以 及阴极隔离板3)的对所夹持。另外，MEA1的构成是公知的，在这里 省略其详细说明。
在阳极隔离板2的表面(表面；与一方气体扩散电极5相接触的 面)，形成燃料气体(反应气体中包含供给到阳极的还原剂气体的气体) 流通的燃料气体流路区域101。
该燃料气体流路区域101由具备燃料气体流路沟槽的集合体21而 构成，该燃料气体流路沟槽的集合体21是用于将燃料气体均匀地分配、 使其以均匀的流速流过的由多条带状的燃料气体流路沟槽而构成的流 路沟槽群。
12
而且，在阴极隔离板3的表面(表面；与另一方气体扩散电极5 相接触的面)，形成氧化剂气体(反应气体中包含供给到阴极的氧化剂 气体的气体)流通的氧化剂气体流路区域102。
该氧化剂气体流路区域102由具备氧化剂气体流路沟槽的集合体
31而构成，该氧化剂气体流路沟槽的集合体31是用于将氧化剂气体均
匀地分配、使其以均匀的流速流过的由多条带状的氧化剂气体流路沟 槽而构成的流路沟槽群。
而且，在这两个隔离板2、 3及MEA1的边缘部6a上设置有，贯 通它们的、用于导入及排出燃料气体的一对燃料气体导入歧管孔或燃 料气体排出歧管孔12A、 12B以及用于导入及排出氧化剂气体的一对 氧化剂气体导入歧管孔或氧化剂气体排出歧管孔13A、 13B和用于导 入及排出冷却水的一对冷却水导入歧管孔及冷却水排出歧管孔14A、 14B。
而且，在燃料电池10叠层的形式中，这些孔12A、 12B、 13A、 13B、 14A、 14B等依次相连，由此形成在燃料电池堆100的叠层方向(螺丝 固定方向)上延伸的椭圆柱状的一对燃料气体导排出歧管、椭圆柱状 的一对氧化剂气体导排出歧管和椭圆柱状的一对冷却水导排出歧管。
在这里，燃料气体流路区域101的多条燃料气体流路沟槽，分别 独立地与燃料气体导入歧管孔12A及燃料气体排出歧管孔12B相连 接，连接两歧管孔12A、 12B之间，在阳极隔离板2的表面相互沿着 且作为全体以蜿蜒状形成在阳极隔离板2的表面上。
由此，流过燃料气体导入歧管的燃料气体的一部分，从各阳极隔 离板2的燃料气体导入歧管孔12A而导向燃料气体流路区域101。这 样导入的燃料气体，在流过燃料气体流路区域101的期间，在MEA1 中被消耗。在这里未被消耗的燃料气体，从燃料气体流路区域101向 各阳极隔离板2的燃料气体排出歧管孔12B流出，流过燃料气体排出 歧管向燃料电池堆100的外部排出。
另外，氧化剂气体流路区域102的多条氧化剂气体流路沟槽，分 别独立地与氧化剂气体导入歧管孔13A及氧化剂气体排出歧管孔13B 相连接，连接两歧管孔13A、 13B之间，在阴极隔离板3的表面相互
沿着且作为全体以蜿蜒状形成在阴极隔离板3的表面上。
由此，流过氧化剂气体歧管的氧化剂气体的一部分，从各阴极隔
离板3的氧化剂气体导入歧管孔13A而导向氧化剂气体流路区域102。 这样导入的氧化剂气体，在流过氧化剂气体流路区域102的期间，在 MEA1中被而消耗。这里未被消耗的氧化剂气体，从氧化剂气体流路 区域102向各阴极隔离板3的氧化剂气体排出歧管孔13B流出，流过 氧化剂气体排出歧管向燃料电池堆100的外部排出。
另外，用于将燃料电池10的温度保持在适当温度的冷却水，经由 一对冷却水导排出歧管，流过设置在阴极隔离板3的背面(上述表面 的相反面)的多条冷却水沟槽(未图示)，在这里对冷却水的流通结构 的详细说明予以省略。
接着，参照附图对设置于阴极隔离板3的氧化剂气体流路区域102 的结构进行详细说明。
另外，这里以由燃料电池堆100的发电而产生的水量相对多地流 过的阴极隔离板3为例，对本实施方式的抑制溢流的结构例进行叙述， 但是，当然，以下所述的设计技术对燃料电池堆100的阳极隔离板2 也可以适用。只是，由于阳极隔离板2的结构可以参照以下叙述的阴 极隔离板3的说明而容易地理解，所以在这里省略其说明。
图2是表示本实施方式的阴极隔离板的表面的图。图3是从倾斜 方向示意性地描述图2的A区域的、形成为肋的连通沟槽及氧化剂气 体流路沟槽的放大图。
另外，在图2 (图5及图7也是同样)中，所谓"上"、"下"的文 字分别表示组装了阴极隔离板3的燃料电池堆100在设置状态下的"上 方向"、"下方向"；在图6中，所谓"第一侧"、"第二侧"的文字分别 表示组装了阴极隔离板3的燃料电池堆100在设置状态下的"右或左 方向"、"左或右方向"。
而且，在图2(图5及图7也是同样)中，从简化图示的观点考虑， 对氧化剂气体流路区域102的内部构成要素和燃料气体导入及燃料气 体排出歧管孔12A、 12B以及氧化剂气体导入及排出歧管孔13A、 13B 以外的构成要素的图示予以省略。
在阴极隔离板3的与气体扩散电极5相接触的电极接触区域201
内的、阴极隔离板3的氧化剂气体流路区域102中，4列氧化剂气体流 路沟槽35及隔开各氧化剂气体流路沟槽35的3列的肋(隔离壁)36 被形成为，从垂直于氧化剂气体流动方向的截面看时呈基本正方形。
另外，这些氧化剂气体流路沟槽35是通过将阴极隔离板3的表面 的沟槽形成区域削去一定的深度H (参照图3)而形成的，通过从阴极 隔离板3的表面削去相当于该氧化剂气体流路沟槽35的区域，它们之 间未被削去的残留部分就成为肋36。
因此，肋36的顶面37 (参照图3)与阴极隔离板3的表面位于同 一面内。也就是说，该氧化剂气体流路沟槽35起到作为流通氧化剂气 体的区域的功能，阴极隔离板3的表面与肋36起到作为支撑气体扩散 电极5的支撑部的功能。
而且，如图2所示，4列氧化剂气体流路沟槽35及3列肋36都在 其宽度方向上以均等地间隔S及均等的宽度Dl而形成。
根据这样的阴极隔离板3的结构，MEA1的气体扩散电极5被以 均等的间隔S、均等的宽度D1及均等高度H (参照图3)的方式配置 的肋36的平坦的顶面37而均等地支撑。而且，在以均等的间隔S、均 等的宽度Dl及均等的深度H (参照图3)的方式配置的氧化剂气体流 路沟槽35的内部，气体扩散电极5均等地垂入。因此，在氧化剂气体 流过氧化剂气体流路沟槽35时，能够适宜地抑制多条氧化剂气体流路 沟槽35之间的氧化剂气体压力损失的不均匀性。而且，还能够适宜地 抑制气体扩散电极5中氧化剂气体扩散的面内(与气体扩散电极5的 厚度方向相垂直的方向上的)不均匀性。
而且，如图2所示，在本实施方式中，这样的4列氧化剂气体流 路沟槽35在氧化剂气体流路区域102内，在氧化剂气体导入歧管孔13A 与氧化剂气体排出歧管孔13B之间以蜿蜒状延伸。
更详细地讲，氧化剂气体流路区域102的第一 L型弯曲部31A的 L型的4列氧化剂气体流路沟槽35，分别连接于位于上侧的氧化剂气 体导入歧管孔13A并向下方延伸，在此弯曲约90°从第二侧向第一侧 延伸。另外，如果氧化剂气体导入歧管孔13A的位置变化90°，也可 以将第一 L型弯曲部31A构成为直线状。
而且，该第一转弯部32A的4列氧化剂气体流路沟槽35，从该第 一 L型弯曲部31A的氧化剂气体流路沟槽35，接着以直角折回大致180 °后继续延伸，形成大致"U"字型。
而且，该第一直线部31B的直线状的4列氧化剂气体流路沟槽35， 从位于第一侧的第一转弯部32A的氧化剂气体流路沟槽35接着向第二 侧延伸。
而且，该第二转弯部32B的4列氧化剂气体流路沟槽35，从该第 一直线部31B的氧化剂气体流路沟槽35，接着以直角折回大致180° 后继续延伸，形成大致"U"字型。
而且，该第二直线部31C的直线状的4列氧化剂气体流路沟槽35， 从位于第二侧的第二转弯部32B的氧化剂气体流路沟槽35接着向第一 侧延伸。
而且，该第三转弯部32C的4列氧化剂气体流路沟槽35，从该第 二直线部31C的氧化剂气体流路沟槽35，接着以直角折回大致180° 后继续延伸，形成大致"U"字型。
而且，该第三直线部31D的直线状的4列氧化剂气体流路沟槽35， 从位于第一侧的第三转弯部32C的氧化剂气体流路沟槽35接着向第二 侧延伸。
而且，该第四转弯部32D的4列氧化剂气体流路沟槽35，从该第 三直线部31D的氧化剂气体流路沟槽35，接着以直角折回大致180° 后继续延伸，形成大致"U"字型。
而且，该第二 L型弯曲部31E的L型的4列氧化剂气体流路沟槽 35，从位于第一侧的第四转弯部32D的氧化剂气体流路沟槽35，接着 向第二侧延伸，在此大体弯曲90。而向下延伸，各自独立地连接于氧化 剂气体排出歧管孔13B。另外，如果氧化剂气体排出歧管孔13B的位 置变化90°，也可以将第二L型弯曲部31E构成为直线状。
接着，参照图2及图3对具有本发明特征的连通沟槽33的具体结 构进行说明。
首先叙述连通沟槽33的配置结构。
如图2及图3所示，在氧化剂气体流路区域102的第一及第二 L 型弯曲部31A、 31E的长直线部分及第一、第二、第三直线部31B、 31C、 31D的大体中央附近，连通相邻氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间 的多个连通沟槽33，在氧化剂气体流路沟槽35的宽度方向(氧化剂气 体流路沟槽群的宽度方向)上，通过切去阴极隔离板3的肋36的一部 分而形成。
在这里，从位于氧化剂气体流路沟槽群的宽度方向一端的氧化剂 气体流路沟槽35到位于另一端的氧化剂气体流路沟槽35，这些氧化剂 气体流路沟槽35依次由多条连通沟槽33所连通。
另外，在本实施方式中，对于各个第一及第二L型弯曲部31A、 31E和第一、第二及第三直线部31B、 31C、 31D，在全部(3歹U)的 肋36上以规定间隔形成4条连通沟槽33，由此，合计12条连通沟槽 33的集合体，从阴极隔离板3的厚度方向上看(以下称为"平面视图")， 被配置于大体矩形的区域内。
另外，在这里，本说明书中记载的所谓"相邻流路沟槽的一部分 之间"，分别独立地连接于氧化剂气体导入歧管孔及氧化剂气体排出歧 管孔13A、 13B，并非一定限定于相邻的氧化剂气体流路沟槽的一部分 之间。例如，如图2所示的B区域，作为氧化剂气体流路沟槽33弯曲 为蜿蜒状的结果，如果是单一的氧化剂气体流路沟槽33的上游部分与 下游部分相邻接，则这样的氧化剂气体流路沟槽的上游部分与下游部 分，就相当于本说明书中的"相邻流路沟槽的一部分之间"。在这种情 况下，隔开氧化剂气体流路沟槽的上游部分与下游部分的棒状隔离壁 就成为肋。
在这里，如图2所示，可以在氧化剂气体流路沟槽35的宽度方向 上，引出相当于3条连通沟槽33的共同延伸轴(连通沟槽33沿其延 伸的轴)的4条假想线Gl。由沿着该4条假想线Gl及沿着氧化剂气 体流路沟槽35的假想线G2的格子状的网眼而配置的连通沟槽33及氧 化剂气体流路沟槽35所构成的沟槽图案，在平面视图中呈格子状结构。 如此，通过将由连通沟槽33及氧化剂气体流路沟槽35所构成的沟槽 图案形成为格子状结构(在此是垂直格子结构)，经由连通沟槽33而
到达氧化剂气体流路沟槽35的氧化剂气体，相对于氧化剂气体流路沟 槽35的氧化剂气体的流动方向而交叉(这里是垂直)，所以能够促进
各氧化剂气体流路沟槽35之间的氧化剂气体的混合。
接着，对连通沟槽33形状的结构例进行叙述。
如图3所示，各连通沟槽33都是将深度Ll及宽度D2的大体长方 体的区域，从肋36的顶面37切去肋36而形成的大体矩形的沟槽。而 且，如图3所示，在与气体扩散电极5相接触的连通沟槽33的边缘(角 部)，实施斜面部38的表面处理，由此，能够避免由于与连通沟槽33 边缘相接触而引起的气体扩散电极5的破损等机械损伤。
在这里，将该连通沟槽33的深度Ll设计得比氧化剂气体流路沟 槽的深度H要浅。这样，通过将连通沟槽33形成为比氧化剂气体流路 沟槽35浅，如图4所示，从说明由氧化剂气体和水滴构成的气液二相 流体的流动的图可以理解，在氧化剂气体流路沟槽35内与氧化剂气体 一起流动的结露水的水滴E，就难以通过连通沟槽33。例如，如果大 体球形的结露水的水滴E的直径为连通沟槽33的深度Ll以上时，则 这样的水滴E就不能通过图4中以实线箭头所示的连通沟槽33 ，而是 直接进入氧化剂气体流路沟槽35内。而另一方面，如图4的虚线箭头 所示，氧化剂气体流路沟槽35内的氧化剂气体，不会由于连通沟槽33 的深度L1的大小而妨碍连通沟槽33的通气。由此，能够实现氧化剂 气体流路沟槽35之间氧化剂气体流量偏差及气体压力差的正常水准 化，同时，能够缓和例如由结露水的水滴E的自重等引起的、在下方 的氧化剂气体流路沟槽35附近集中结露水等的不希望发生的情况。
另外，这里作为阴极隔离板3的连通沟槽33的深度Ll的具体数 值，优选预测由氧化气体的流动而开始动作的结露水的水滴E的最小 形状(例如假定水滴E为球形时，该球形的直径)之后，使连通沟槽 33的深度Ll小于该预测值，至少，只要将连通沟槽33的深度Ll设 计得浅于氧化剂气体流路沟槽35的深度H，就能够充分发挥抑制结露 水通过的效果。现实中，由于这样的结露水的水滴E，会相应于燃料电 池堆100的运行条件及阴极隔离板3的表面状态并基于氧化剂气体的 流动而改变其开始生长的速度，所以对于上述连通沟槽33的深度Ll
的适当的数值而言，其必须与燃料电池堆100的运行条件及阴极隔离 板3的表面状态相适应，在决定燃料电池堆100的详细设计规格的操 作过程中对其进行设计。
然而，在本实施方式中，通过使连通沟槽33的深度Ll浅于氧化 剂气体流路沟槽35的深度H (就是说LKH)，抑制与氧化剂气体相伴 而流过的结露水的水滴E通过连通沟槽33，但是通过将连通沟槽33 的宽度D2设计得较窄，也能够得到同等的效果，这在理论上是成立的。 也就是说，如果将连通沟槽33的、与氧化剂气体的流动方向相垂直的 两个方向上尺寸(这里是深度L1及宽度D2)中的任意一个，设计成 小于结露水的水滴E的直径(在水滴E为球形的情况下)，则结露水的 水滴E就不能通过该连通沟槽33，其结果是，应该能够缓和由于结露 水的水滴E的自重等而产生的、在下方的氧化剂气体流路沟槽35附近 集中结露水的不希望发生的现象。
但是，在假定将本实施方式的想法具体表现在阴极隔离板3上的 情况下，本发明者们认为基于阴极隔离板3的制造上的理由，如本 实施方式所示，从适当地确保连通沟槽33的设计限度的观点考虑，希 望调整的是连通沟槽33的深度L1。以下对其理由进行叙述。
设置了连通沟槽33等微细沟槽图案的、以碳为主体的阴极隔离板 3， 一般是由通过砂轮来进行的切削加工(切削加工制造法)或通过隔 离板模具来进行的成形(模具成形制造法)所制造的。
然而，不论是切削加工制造法或模具成形制造法，都存在规定加 工沟槽的最小宽度尺寸的界限(加工宽度下限值)，根据本领域技术人 员的经验，该加工宽度下限值在切削加工制造法中是约0.6mm，在模 具成形制造法中是约0.8mm。
这样，受到目前加工宽度下限值的限制，认为难以将连通沟槽33 的宽度D2调整到小于0.6mm。
如果是这样，如果由氧化剂气体的流动而开始动作的结露水的水 滴E的大小(直径)对应于燃料电池堆100的运行条件及阴极隔离板3 的表面状态而小于0.6mm，则基于降低连通沟槽33的宽度D2的设计 的阴极隔离板3，就可能会有不能充分发挥抑制结露水通过的效果的情
况。当然，如果开发了使该宽度D2充分窄的(例如0.1mm)的新加工 方法，则将来仍有选择采用降低连通沟槽33的宽度D2的设计的余地。 与此相比，至于连通沟槽33的深度L1，不论是切削加工制造法或模具 成形制造法的任意一种方法，根据本领域技术人员的经验，都能够将 其调整到充分地浅(例如0.1mm)，所以，不论由氧化剂气体的流动而 开始动作的结露水的水滴E的大小随燃料电池堆100的运行条件及阴 极隔离板3的表面状态如何变化，采用了降低连通沟槽33的深度Ll 的设计的阴极隔离板3，都能够充分发挥抑制结露水通过的效果。
另外，本实施方式的阴极隔离板3的制造方法使用了与切削加工 制造法相比批量生产性更胜一筹的模具成形制造法。
接着，对实现抑制由结露水的生长而使连通沟槽闭塞的连通沟槽 33的结构例进行叙述。
成为上述连通沟槽33的延伸轴的假想线G1(参照图2)被设定为， 在各氧化剂气体流路沟槽35分流预先确定的流量的氧化剂气体时，使 相邻的氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间的氧化剂气体的压力不 同。
也就是说，当氧化剂气体从4列连通沟槽33流向任意选择的气体 流路沟槽时，该氧化剂气体流路沟槽35的一方与连通沟槽33的交点P 处的氧化剂气体压力，不同于该氧化剂气体流路沟槽35的另一方与连 通沟槽33的交点P处的氧化剂气体压力。
换言之，由通过连通沟槽33而连通的相邻的氧化剂气体流路沟槽 35所构成的氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间的、与连通沟槽33 的2个交点P，位于使得氧化剂气体流路沟槽35内的氧化剂气体压力 不相等的位置。
另外，所谓氧化剂气体流路沟槽35内的氧化剂气体的压力相等的 位置，是指相邻的氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间流路长度相等 的位置，例如，如果以图2所示的阴极隔离板3的4列氧化剂气体流 路沟槽35为基础进行示例的话，则是指与从氧化剂气体导入歧管孔 13A离开了等距离流路长度K (等距离流路长度K可以在0<K< "氧化 剂气体流路沟槽33的流路长度"的范围内任意地设定)的4列氧化剂
气体流路沟槽35的各处位置相对应的位置。另外，在图2中，这些各 处位置的一例由虚线斜线M连接而表示。
如上所述，在本实施方式的阴极隔离板3中，连通沟槽33的延伸 轴的4条假想线G1，从图2所示的虚线斜线M偏离，根据这样的结构 能够得到下述的效果。
在燃料电池堆100的运行开始时(初期状态)，假设以将相邻的氧
化剂气体流路沟槽之间的氧化剂气体压力相等的位置(与上述虚线斜 线M相交叉的氧化剂气体流路沟槽的地点)贯通的方式形成连通沟槽， 则在燃料电池堆100运行开始时，就不发生连通沟槽两端的压力差， 其结果是，该连通沟槽内滞留氧化剂气体。如果在该状态下继续运行 燃料电池堆100，则从该连通沟槽内部的氧化剂气体所分离生成的结露 水的水滴，就容易因氧化剂气体的滞留而滞留，由于连通沟槽内滞留 的结露水的水滴的生长，就可能会由结露水的液膜化而使连通沟槽闭 塞。如果连通沟槽一旦被结露水的液膜所闭塞，可以预测难以开放该 连通沟槽。就是说，如果是由于氧化剂气体流路沟槽的结露水形成状 态的迁移而使各氧化剂气体流路沟槽35的流路阻抗发生变化，则可以 期待在由结露水的液膜而闭塞的连通沟槽33中形成可产生氧化剂气体 流动的若干气体压力差，但是不能保证该气体压力差胜过闭塞连通沟 槽33的结露水的液膜表面张力而将闭塞的连通沟槽开放。
因此，为了对这样的由连通沟槽的结露水的生长所引起的闭塞防 患于未然，如本实施方式所示，使连通沟槽33的延伸轴的假想线Gl 从图2所示的虚线斜线M偏离，在燃料电池堆100运行开始时，能够 在连通沟槽33内积极地产生氧化剂气体的流动。这样，连通沟槽33 内的结露水的水滴就会迅速地由于氧化剂气体的流动而向氧化剂气体 流路沟槽35排出，抑制在连通沟槽33内水滴E的滞留。
而且，出于实现与这样的抑制连通沟槽33内的水滴E的滞留的协 同效果的观点考虑，使得制作连通沟槽33的连通沟槽壁面Wl (参照 图3)具有疏水性是有益的。
就是说，从适宜地防止由连通沟槽壁面Wl的亲水性所引起的在 连通沟槽壁面Wl发生结露水的生长而形成液膜的观点考虑，希望使
路沟槽35的流路沟槽壁面W2的疏水性(换言之，使得连通沟槽壁面 Wl的表面能低于流路沟槽壁面W2的表面能)。
这样，通过对连通沟槽壁面Wl进行疏水性处理，即使在连通沟 槽33内生成的结露水的水滴E进行生长，该水滴与连通沟槽壁面Wl 相接触，该结露水的水滴E也能够由于流过连通沟槽33的氧化剂气体 而容易地被排出，其结果是，由连通沟槽33内结露水的生长所引起的 闭塞，能够由于上述水滴E的滞留抑制效果而得到有效的改善。
已判明作为对该连通沟槽壁面Wl的表面处理的一个指标，如 果通过疏水性处理使得连通沟槽壁面Wl的表面能达到70pN/mm以 下，则能够有效地发挥上述结露水的液滴状态的保持效果。
在这里，对连通沟槽壁面Wl的表面能(70liN/mm)的评价，是 根据JISK6768对连通沟槽壁面Wl进行了润湿性试验，更详细地讲， 使用表面能已知的市售的润湿指标标准试剂，在该试剂的液滴(直径 O.lmm)载于测定对象表面(连通沟槽壁面W1)时，将液滴不能维持 球形时的试剂的表面能，看作连通沟槽壁面W1的表面能。
另外，对于连通沟槽壁面Wl的疏水性表现处理的方法，已经有 各种提案，这里对其详细说明予以省略。
接着，对本实施方式的燃料电池堆100的动作例进行说明。
与阳极隔离板2相接的气体扩散电极5，适当且充分地防止由结露 水引起的溢流，同时，对于以均匀的流速而流通多条氧化剂气体流路 沟槽的每一个的燃料气体，经由该燃料气体流路沟槽的上端开口而暴 露。
而且，与阴极隔离板3相接的气体扩散电极5，适当且充分地防止 由结露水引起的溢流，同时，对于以均匀的流速而流通多条氧化剂气 体流路沟槽35的每一个的氧化剂气体，经由该氧化剂气体流路沟槽35 的上端开口而暴露。
因此，在燃料气体流过燃料气体流路区域101期间，在气体扩散 电极5的面内全部区域，燃料气体向该气体扩散电极5中均匀地扩散， 在氧化剂气体流过氧化剂气体流路区域102期间，在气体扩散电极5 的面内全部区域，氧化剂气体向该气体扩散电极5中均匀地扩散。由 此，燃料电池堆100的发电动作在气体扩散电极5的面内全部区域均 匀地进行。
如上所述，根据本实施方式的阴极隔离板3，通过在阴极隔离板3 的表面(例如肋36)上形成比氧化剂气体流路沟槽35浅的、连接相邻 的氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间的连通沟槽33，使得在相邻的 氧化剂气体流路沟槽35之间氧化剂气体可以通过连通沟槽33而通气， 另一方面，还可能抑制在这样的相邻的氧化剂气体流路沟槽35之间的 结露水水滴E的通过。因此，能够实现流过氧化剂气体流路沟槽35之
间的氧化剂气体的压力差及气体流量偏差达到正常水准化，同时，能 够适宜且充分地抑制由氧化剂气体流路沟槽35的结露水的集中所引起 的溢流。
而且，根据本实施方式的阴极隔离板3，由于其连通沟槽33是难 以因结露水生长而被闭塞的结构，所以能够适宜地进行上述氧化剂气 体的压力差及气体流量偏差的正常水准化。
进一步，作为将连通沟槽33形成为浅于氧化剂气体流路沟槽35 的次要效果，与将连通沟槽33的深度Ll等同于氧化剂气体流路沟槽 35的深度的现有技术例中的阴极隔离板相比，由于位于连通沟槽33 的阴极隔离板3的厚度增加，所以阴极隔离板3的机械强度也得到增 加。
<本实施方式的各变形例>
以下对图2所示的阴极隔离板3的氧化剂气体流路区域102的结 构进行变形的各变形例进行说明。 (变形例1)
图5是表示本变形例的阴极隔离板的结构例的表面的图，图6是 从倾斜方向示意性地描述图5的C区域的、形成为肋的连通沟槽及氧 化剂气体流路沟槽的放大图。
本变形例的阴极隔离板103将图2及图3所示实施方式的连通沟 槽33的配置及形状变更为如下所述的配置及形状。
如图5及图6所示，在氧化剂气体流路区域202的第一、第二、 第三及第四转弯部32A、 32B、 32C及32D，至少连接相邻的氧化剂气 体流路沟槽35的一部分之间的多条连通沟槽133，在氧化剂气体流路 沟槽35的宽度方向(氧化剂气体流路沟槽群的宽度方向)上，切去阴 极隔离板103的肋36的一部分而形成。
这里，从位于氧化剂气体流路沟槽群的宽度方向一端的氧化剂气 体流路沟槽35到位于另一端的氧化剂气体流路沟槽35，这些氧化剂气 体流路沟槽35依次由多条连通沟槽33所连通。
另外，在本变形例中，对于各个第一、第二、第三及第四转弯部 32A、 32B、 32C及32D， 3个肋36中内侧的肋36 (以下称为"内侧肋 36")上以规定间隔形成2个连通沟槽133，在其中央的肋36 (以下称 为"中央肋36")上以规定间隔形成4个连通沟槽133，在其外侧的肋 36 (以下称为"外侧肋36")上以规定间隔形成6个连通沟槽133，由 此，合计12个连通沟槽133的集合体，配置在平面视图上呈大体三角 形的区域内。
而且，在氧化剂气体流路沟槽35的宽度方向上，2个乃至3个连 通沟槽133的延伸轴的4条假想线G3，可以以如图5所示方式画出。
更详细地讲，第一列的假想线G3沿着在外侧肋36的第二列上所 形成的连通沟槽133与在中央肋36的第一列上所形成的连通沟槽133 而延伸。
而且，第二列的假想线G3沿着在外侧肋36的第三列上所形成的 连通沟槽133、在中央肋36的第二列上所形成的连通沟槽133与在内 侧肋36的第一列上所形成的连通沟槽133而延伸。
而且，第三列的假想线G3沿着在外侧肋36的第四列上所形成的 连通沟槽133、在中央肋36的第三列上所形成的连通沟槽133与在内 侧肋36的第二列上所形成的连通沟槽133而延伸。
而且，第四列的假想线G3沿着在外侧肋36的第五列所形成的连 通沟槽133、在中央肋36的第四列所形成的连通沟槽133而延伸。
由这些假想线G3及沿着氧化剂气体流路沟槽35的假想线G4的 格子状的网眼而配置的连通沟槽133及氧化剂气体流路沟槽35所构成 的沟槽图案，在平面视图上呈格子状结构。这样，通过将由连通沟槽
133及氧化剂气体流路沟槽35所构成的沟槽图案形成为格子状结构
(在这里是垂直格子状结构)，经由连通沟槽133而到达氧化剂气体流 路沟槽35的氧化剂气体，由于相对于氧化剂气体流路沟槽35的氧化 剂气体流动方向交叉(在这里是垂直)，所以能够促进各氧化剂气体流 路沟槽35之间的氧化剂气体的混合。
另外，关于连通沟槽133的延伸轴的4条假想线G3从虚线斜线M
(参照图2)偏离的构成，与实施例中叙述的内容相同，这里对其结构 的说明予以省略。
而且，如图6所示，这些连通沟槽133都是从肋36的顶面37切 去深度L2及一边长度D3的大体三棱柱状的区域而形成的大体锲型(V 型)的沟，将该连通沟槽133的深度L2设计得比氧化剂气体流路沟槽 的深度H浅。而且，如图6所示，与气体扩散电极5相接触的连通沟 槽133的边缘(角部)，实施斜面部138的表面处理，由此，能够避免 由于与连通沟槽133的边缘相接触而引起的气体扩散电极5的破损等 机械损伤。
另外，关于连通沟槽133的制法及表面处理(疏水处理)，与实施 方式中叙述的内容相同，这里对其内容的说明予以省略。
根据变形例的阴极隔离板103，如上所述，通过在阴极隔离板103 的表面(例如肋36)上形成比氧化剂气体流路沟槽35浅的、连接相邻 的氧化剂气体流路沟槽35的一部分之间的连通沟槽133，使得在相邻 的氧化剂气体流路沟槽35之间氧化剂气体能够通过连通沟槽133而通 气，另一方面，还能够抑制这样的相邻的氧化剂气体流路沟槽35之间 的结露水水滴的通过。
因此，能够实现流过氧化剂气体流路沟槽35之间的氧化剂气体的 压力差及气体流量偏差的正常水准化，同时能够适宜且充分地抑制由 氧化剂气体流路沟槽35的结露水的集中所引起的溢流。
而且，本实施方式的阴极隔离板103，由于其连通沟槽133是难以 因结露水生长而被闭塞的结构，所以能够适宜地进行上述氧化剂气体 的压力差及气体流量偏差的正常水准化。
进一步，作为将连通沟槽133形成为浅于氧化剂气体流路沟槽35
的次要效果，与将连通沟槽133的深度L2等同于氧化剂气体流路沟槽
35的深度的现有技术例中的阴极隔离板相比，由于位于连通沟槽133 的阴极隔离板103的厚度增加，所以阴极隔离板103的机械强度也得 到增加。
(变形例2)
图7是表示本变形例的阴极隔离板结构例的表面的图。
本变形例的阴极隔离板203将图5所示的变形例1的氧化剂气体 流路沟槽的结构变更为如下所述的结构。
另外，这里虽然对图示及说明进行了省略，但是也可以将图2所 示实施方式的氧化剂气体流路沟槽变更为与此相同。
根据图7所示的阴极隔离板203被构成为，与气体导入歧管孔13A 相连接的氧化剂气体流路区域302的氧化剂气体流路沟槽135的条数， 少于与气体排出歧管孔13B相连接的氧化剂气体流路区域302的氧化 剂气体流路沟槽135的条数。
更详细地讲，氧化剂气体流路区域302的第一 L型弯曲部131A的 L型的4列氧化剂气体流路沟槽135，各自连接于位于上侧的氧化剂气 体导入歧管孔13A并向下方延伸，在此弯曲约90。从第二侧向第一侧 延伸。
而且，该第一转弯部132A的4列氧化剂气体流路沟槽135，从该 第一L型弯曲部131A的氧化剂气体流路沟槽135，接着以直角折回大 致180°后继续延伸，形成大体"U"字型。
而且，该第一直线部131B的直线状的4列氧化剂气体流路沟槽 135，从位于第一侧的第一转弯部132A的氧化剂气体流路沟槽135继
续向第二侧延伸。
而且，该第二转弯部132B的氧化剂气体流路沟槽135，从该第一 直线部131B的氧化剂气体流路沟槽135，接着以直角折回大致180° 后继续延伸，形成大体"U"字型。而且，氧化剂气体流路沟槽135在 其折回的途中，4列氧化剂气体流路沟槽135中的最外周的氧化剂气体 流路沟槽135以及与其邻接的氧化剂气体流路沟槽135合流为1列氧 化剂气体流路沟槽135。
而且，该第二直线部131C的直线状的3列氧化剂气体流路沟槽
135，从位于第二侧的第二转弯部132B的氧化剂气体流路沟槽135接 着向第一侧延伸。
而且，该第三转弯部132C的3列氧化剂气体流路沟槽135，从该 第二直线部131C的氧化剂气体流路沟槽135，接着以直角折回大致 180。后延伸，形成大体"U"字型。
而且，该第三直线部131D的直线状的3列氧化剂气体流路沟槽 135，从位于第一侧的第三转弯部132C的氧化剂气体流路沟槽135继 续向第二侧延伸。
而且，该第四转弯部132D的3列氧化剂气体流路沟槽135，从该 第三直线部131D的氧化剂气体流路沟槽135，接着以直角折回大致 180。后继续延伸，形成大体"U"字型。而且，氧化剂气体流路沟槽135 在其折回途中，3列氧化剂气体流路沟槽135中的最外周的氧化剂气体 流路沟槽135以及与其邻接的氧化剂气体流路沟槽135合流为1列氧 化剂气体流路沟槽135。
而且，该第四直线部131E的直线状的2列氧化剂气体流路沟槽 135，从位于第二侧的第四转弯部132D的氧化剂气体流路沟槽135继
续向第一侧延伸。
而且，该第五转弯部132E的2列氧化剂气体流路沟槽135，从该 第四直线部131E的氧化剂气体流路沟槽135，接着以直角折回大致 180。后继续延伸，形成大体"U"字型。
而且，该第五直线部131F的直线状的2列氧化剂气体流路沟槽 135，从位于第一侧的第五转弯部132E的氧化剂气体流路沟槽135继
续向第二侧延伸。
而且，该第六转弯部132F的2列氧化剂气体流路沟槽135，从该 第五直线部131F的氧化剂气体流路沟槽135连接，接着以直角折回大 致180。后继续延伸，形成大体"U"字型。
而且，该第二 L型弯曲部131G的L型的2列氧化剂气体流路沟 槽135，从位于第二侧的第六转弯部132F的氧化剂气体流路沟槽135， 继续向第一侧延伸，在这里弯成约90。后向下方延伸，分别独立地连接
于氧化剂气体排出歧管13B。
另外，除以上所述的氧化剂气体流路沟槽135以外的本变形例的
阴极隔离板203的结构，与变形例1的阴极隔离板103的结构相同， 这里对二者共同的结构的说明予以省略。
在本变形例的阴极隔离板203中，考虑到流过氧化剂气体流路沟 槽135时的氧化剂气体的发电消耗量，将氧化剂气体流路沟槽135的 条数设定为，使得流过各L型弯曲部和直线部131A、 131B、 131C、 131D、 131E、 131F、 131G及各弯曲部132A、 132B、 132C、 132D、 132E、 132F的各个氧化剂气体流路沟槽135的氧化剂气体的流速，成 为与结露水的水滴排出相适应的速度，且相互一致。
因此，能够实现氧化剂气体向气体扩散电极5的面内供给的均匀 化，同时，由氧化剂气体分离的结露水的由氧化剂气体产生的排水性 能，即使是在氧化剂气体的量少且结露水容易积存的下游侧(例如氧 化剂气体排出歧管孔13B附近)，也能够得到恰当的保证。 (抑制溢流效果的验证)
如上述分析结果(参照图8)所示，在以专利文献2的图3记载的 流路沟槽设计为基准的分析模型中，结露水因其惯性力而在转弯部的 圆周方向大量迂回地流入，由此再现了气体流路沟槽(例如最下段的 气体流路沟槽)因结露水而被闭塞的现象。而且，在这种情况下，由 于结露水而被闭塞的气体流路沟槽部分因反应气体的欠缺而促进燃料 电池的电压下降的可能性高。
因此，本发明者们分别试做了以对应于专利文献2 (图3)的隔离 板作为阴极隔离板而组装的燃料电池(以下称为"比较例用样品")， 以及以对应于上述变形例l (图5)的隔离板作为阴极隔离板而组装的 燃料电池(以下称为"实施例用样品")，并通过这些燃料电池的运作， 进行了比较验证相对于燃料电池的阴极气体流量比的该燃料电池的电 压下降量的实验。
但是，虽然专利文献2 (图3)以及变形例1的气体流路沟槽的条 数是相同的，但这些样品中的气体流路沟槽的条数，却是考虑到流过 气体流路沟槽时的气体的发电消耗量，使反应气体的流速成为与结露
水的水滴排出相适应的速度的方式，将气体流路沟槽的条数在转弯处 做了适当的减少。制成这样的结构的理由如下。
通过设定气体流路沟槽的条数而使隔离板面内的气体流速成为最 佳流速，其具有如下优点容易捕捉隔离板转弯部的结露水旋转进入 的影响所引起的、比较例用样品与实施例用样品之间的基于气体流路 沟槽的闭塞所引起的电压下降的差异。
也就是说，如果隔离板的气体流路沟槽的气体流速不适当，则在 反应气体量少的气体流路沟槽的下游侧必然容易引起溢流，如果这样 的溢流显著，则由该溢流所引起的电压下降作为外来干扰就不能忽视， 认为存在不能捕捉比较例用样品与实施例用样品之间的显著差异的情 况。
而且，如后面所述，从实现与比较例用样品的结构之间的一致性 的观点考虑，实施例用样品的连通沟槽的形状与变形例1的连通沟槽 133的形状(V字型)不同。
首先，对实施例用样品的隔离板以及比较例用样品的隔离板的结 构加以说明。
另外，实施例用样品与比较例用样品的阳极隔离板都具有同样的 结构。因此，在以下的说明中对阳极隔离板的构成的说明予以省略。
而且，转弯部附近以外的实施例用样品与比较例用样品的阴极隔 离板的结构是相同的。由此，以下仅对阴极隔离板的转弯部附近的一 构成例进行说明。
图9是示意性地表示实施例用样品的阴极隔离板的转弯部附近的
构成的图。图9 (a)是实施例用样品的阴极隔离板转弯部的平面视图 (从阴极隔离板的厚度方向上看的图)，图9 (b)是图9 (a)的D区 域的立体图。
图IO是示意性地表示比较例用样品的阴极隔离板的转弯部附近的 构成的图。图10 (a)是比较例用样品的阴极隔离板转弯部的平面视图 (从阴极隔离板的厚度方向上看的图)，图10 (b)是图10 (a)的E 区域的立体图。
根据图9 (a)所示，转弯部232具有作为转弯部232的外端而在
上下方向延伸的底边58a。而且，在该转弯部232上连续地形成有在左 右方向上延伸的肋56及上下方向上延伸的肋56a。也就是说，如图9
(a)及图9 (b)所示，带连通沟槽的肋56a由在转弯部232中上下延 伸的连接于肋56的基底部59及在该基底部59的上面垂直设置的岛状
(大体圆柱状)的突起57所构成，各突起57之间的间隙起到作为连 通相邻的气体流路沟槽55的一部分之间的连通沟槽233的功能。
另外，在这里，与转弯部232的上游侧相对应的气体流路沟槽55 的数目是6条，与转弯部232的下游侧相对应的气体流路沟槽55的数 目是6条。而且，在转弯部232的下游侧附近，最外周的气体流路沟 槽55与自最外周的气体流路沟槽55位于内侧的第一个气体流路沟槽 55合流。
连通沟槽233被构成为通过削去在上下方向延伸的肋的一部分， 使得未被削去而残留的部分的突起57的截面形状，与后述的比较例用 样品的突起67的截面相同。
而且，如图9 (b)所示，突起57的高度(连通沟槽233的深度)， 被设定为肋56的高度(气体流路沟槽55的深度)的大体1/2。
进一步，带连通沟槽的肋56a的突起57被配置为垂直格子状，使 底边58a的延长方向(上下方向)及垂直于该延长方向的方向(肋56 的延长线上的左右方向)的中心相一致。
另外，以图9所示的转弯部232为首，在本说明书的各实施方式 的转弯部中，如图9 (a)例示，可以描绘以将底边58a的两端附近在 上下方向上连接的直线作为第一边404、以自上第六段的肋56 (划分 最内侧的气体流路沟槽55的肋)的前端附近的中心为顶点401的、假 想的三角形400 (在此是大致直角等边三角形)。
由此，在图9及各实施方式的转弯部，该三角形400的第二边402 及第三边403之间的长度关系，以及这些边402、 403与第一边404之 间的长度关系是第二边402的长度等于第三边403的长度『即，(第 二边402的长度)=(第三边403的长度)』，且这些边402、 403的长 度比第一边404的长度短『即，(第二以及第三边402、 403的长度)< (第一边404的长度)』。但是，这样的长度关系仅仅是本发明的隔离板的一例，以上所述 的隔离板的结构并不限于此。
例如，作为隔离板的转弯部结构的变形例，也可以是具有『(第二
边402的长度)=(第三边403的长度)=(第一边404的长度)』(这 种情况下，三角形400是正三角形)关系的转弯部的三角形结构的隔 离板。而且，也可以是具有『(第二边402的长度)=(第三边403的 长度) > (第一边404的长度)』(这种情况下，三角形400是顶角为不 到60°的锐角等腰三角形)关系的转弯部的三角形结构的隔离板。
如图10 (a)所示，与上游侧的6条气体流路沟槽65 (凹部65) 及下游侧的5条气体流路沟槽65相连通的凹陷部68 (气体的合流区 域)，由作为转弯部332的外端的在上下方向延伸的底边68a和作为上 下游侧的气体流路沟槽65的边界的一对斜边68b、 68c，被划分为大体 三角形。
而且，如图10 (a)及图10 (b)所示，在凹陷部68的底面上垂 直设置的多个岛状(大体圆柱状)的突起67，与上述突起57同样，被 配置为垂直格子状，使底边68a的延长方向(上下方向)及垂直于该 延长方向的方向(肋66的延长线上的左右方向)的中心相一致。
如上所述，通过使实施例用样品的突起57的形状与比较例用样品 的突起67的形状相同，除了实施例用样品的连通沟槽233被形成为浅 于气体流路沟槽55、使得带连通沟槽肋56a的基底部59残留(在这里， 连通沟槽233的深度是气体流路沟槽55的深度的大体1/2)以外，能 够确保实施例用样品的阴极隔离板的转弯部结构与比较例用样品的阴 极隔离板的转弯部结构之间的一致性。
接着，对实施例用样品及比较例用样品的验证试验的结果进行说明。
图11是以阴极气体流量比(％)作为横坐标、以燃料电池的电压 下降量作为纵坐标，表示实施例用样品及比较例用样品二者关系的图。
另外，所谓电压下降量，是指以燃料电池的额定运行时的输出电 压(例如从600mV 800mV的范围内选择的输出电压)为基准，从该 值下降的电压量。
在图11中，从阴极气体流量比为100%时的燃料电池的额定运行 条件减少阴极气体的流量，有意图地设定阴极隔离板中容易发生溢流 的条件。
另外，相同地设定实施例用样品的运行条件与比较例用样品的运 行条件，但是这里其详细说明予以省略。
从图ll可知随着阴极气体流量比的减少，实施例用样品与比较 例用样品均表现出电压下降量增加的倾向；实施例用样品的电压下降 量的增加程度，与比较例用样品的电压下降量的增加程度相比，得到 了适当的抑制。例如，在阴极气体流量比约为60%时，比较例用样品
的电压下降量约为30mV，而实施例用样品的电压下降量约为23mV，
实施例用样品与比较例用样品相比电压下降量的增加得到了约7mV的改善。
如以上所述的电压下降量不同的发生，认为是由于实施例用样品 相比于比较例用样品在抑制溢流的效果方面更优越所引起的。就是说， 在实施例用样品中，实施例用样品的连通沟槽233被形成为浅于气体 流路沟槽55,因此，由于惯性力而将要旋转进入转弯部232的圆周方 向上的结露水的去向，被带连通沟槽肋56a的基底部59遮挡，从而防 止了在气体流路沟槽中结露水的集中，其结果是，改善了由溢流所引 起的电压下降。
因此，根据以上样品实验的结果明确了上述分析结果的妥当性以 及相比于比较例用样品的实施例用样品在抑制溢流方面的优异的效 果。
根据以上的说明，本领域技术人员可知本发明的各种改良以及其 它的实施方式。因此，上述说明仅仅是示例，是为了向本领域技术人 员展示实施本发明的最佳方式而提供的。在不脱离本发明技术思想的 前提下，可以对其结构以及/或者功能的细节进行实质性变更。
根据本发明的燃料电池用隔离板，能够改善由于水分过多所引起 的燃料电池的溢流，例如可以将该隔离板适用于PEFC中。
权利要求
1. 一种隔离板，其特征在于具有流路沟槽群，由在一主面上相互沿着且作为全体以蜿蜒状延伸地形成的、反应气体流通的多条气体流路沟槽所构成；连通沟槽，使所述相邻的气体流路沟槽的一部分之间相连通，所述连通沟槽被形成为比所述气体流路沟槽浅。
2. 根据权利要求1所述的隔离板，其特征在于 从位于所述流路沟槽群宽度方向一端的所述气体流路沟槽到位于另一端的所述气体流路沟槽，所述气体流路沟槽依次被所述连通沟槽 所连通。
3. 根据权利要求l所述的隔离板，其特征在于所述连通沟槽被形成为，在假想由所述连通沟槽而被相互连通的 状态下，在反应气体流过所述流路沟槽群的情况下，将所述反应气体 的压力不同的所述气体流路沟槽的一部分之间相连通。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的隔离板，其特征在于 形成所述连通沟槽的壁面的表面能小于形成所述流路沟槽的壁面的表面能。
5. 根据权利要求4所述的隔离板，其特征在于形成所述连通沟槽的壁面的表面能为70^ N/mm以下。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的隔离板，其特征在于 形成有多条所述连通沟槽，由所述气体流路沟槽及所述连通沟槽所构成的沟槽图案，从所述隔离板的厚度方向上看时呈格子状结构。
7. 根据权利要求1 6中任一项所述的隔离板，其特征在于 具有 分别独立地将反应气体导入到所述多条气体流路沟槽的、与所述 气体流路沟槽相连接的气体导入歧管孔，和分别独立地将反应气体从所述多条气体流路沟槽排出的、与所述 气体流路沟槽相连接的气体排出歧管孔，与所述气体导入歧管孔相连接的气体流路沟槽的条数，少于与所 述气体排出歧管孔相连接的气体流路沟槽的条数。
8. —种燃料电池，其特征在于具有阳极隔离板、阴极隔离板以及配置在所述阳极隔离板与所述 阴极隔离板之间的膜电极组件，权利要求1 7中任一项所述的隔离板作为所述阳极隔离板以及所 述阴极隔离板被组装在所述燃料电池内，供给到所述阳极隔离板的所述反应气体是还原剂气体，供给到所 述阴极隔离板的所述反应气体是氧化剂气体。
全文摘要
本发明涉及燃料电池用隔离板和燃料电池，本发明隔离板具有由以蜿蜒型延伸地形成的多条气体流路沟槽35所构成的流路沟槽群，和连通上述流路沟槽群的相邻一部分之间的连通沟槽33。上述隔离板已被众多文献所公开，认为其可适宜地防止气体流路沟槽内结露的水滴所引起的闭塞。但是，本发明者们对于上述隔离板中由反应气体以及结露水构成的气液二相流体的行为进行研究的结果，发现了原来存在有重大的认识错误，上述隔离板下方的气体流路沟槽附近容易集中结露水，其结果是在上述隔离板中存在容易发生上述闭塞的问题。本发明通过在上述隔离板中形成比上述气体流路沟槽35浅的上述连通沟槽33，达到了消除上述担忧的目的。
文档编号H01M8/02GK101379642SQ20078000443
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月30日 优先权日2006年2月2日
发明者安本荣一, 日下部弘树, 柴田础一 申请人:松下电器产业株式会社