JP2004193110A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体流路に導入された空気を確実に排出し、簡単な構成で、良好な冷却機能を有する。
【解決手段】金属セパレータ１３を構成する第１および第２金属プレート１４、１６には、水平方向両端に上下方向略中央部に対応して冷却媒体入口連通孔２２ａと、冷却媒体出口連通孔２２ｂとが設けられる。冷却媒体入口連通孔２２ａおよび冷却媒体出口連通孔２２ｂは、冷却媒体流路４２に連通するとともに、この冷却媒体出口連通孔２２ｂの上方には、前記冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に位置して空気抜き用連通孔２５が積層方向に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層する燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。

この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス（反応ガス）、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

一般的に、燃料電池には、セパレータの積層方向に貫通する流路入口連通孔および流路出口連通孔が設けられている。そして、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体は、それぞれの流路入口連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路および冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流路出口連通孔に排出されている。

具体的には、例えば、特許文献１の燃料電池は、図１２に示すように、電解質膜・電極構造体１と、この電解質膜・電極構造体１の両側に積層される各集電板２とにより構成される単セル３を備えている。電解質膜・電極構造体１は、電解質膜４と、この電解質膜４の両側に設けられる反応電極５とを備えている。

集電板２は、その水平方向（矢印Ｘ方向）一端部に酸化剤ガス入口連通孔６ａ、冷却媒体入口連通孔７ａおよび酸化剤ガス出口連通孔６ｂが上下方向に配列して形成されるとともに、その水平方向（矢印Ｘ方向）他端部に燃料ガス入口連通孔８ａ、冷却媒体出口連通孔７ｂおよび燃料ガス出口連通孔８ｂが上下方向に配列して設けられている。

特開２００１−２５０５６９号公報（図２）

上記の特許文献１では、冷却媒体入口連通孔７ａが集電板２の水平方向一端部の上下略中央部に設けられるとともに、冷却媒体出口連通孔７ｂが前記集電板２の水平方向他端部の上下略中央部に設けられている。このため、図１３に示すように、集電板２の面内に形成される冷却媒体流路９は、冷却媒体入口連通孔７ａおよび冷却媒体出口連通孔７ｂが水平方向略中央部に連通している。

しかしながら、このような構成では、冷却媒体入口連通孔７ａから冷却媒体流路９に供給される冷却媒体中にエアが混在している際、および燃料電池の組み立て後に冷却媒体を注入する際、このエアが前記冷却媒体流路９の上方に移動し、該冷却媒体流路９の上方領域に前記エアが残存するおそれがある。

これにより、冷却媒体流路９の上部には、冷却機能を有しない空間部が存在してしまい、単セル３の発電面全体を良好かつ均一に冷却することができないという問題が指摘されている。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、冷却媒体流路に導入された空気を確実に排出することができ、簡単な構成で、良好な冷却機能を有することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池では、電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体と交互に積層されるセパレータには、冷却媒体入口連通孔と冷却媒体出口連通孔とに連通し、前記セパレータの面方向に延在する冷却媒体流路が形成されている。セパレータの水平方向一端部の上下方向略中央部には、冷却媒体入口連通孔が設けられる一方、前記セパレータの水平方向他端部の上下方向略中央部には、冷却媒体出口連通孔が設けられている。

この燃料電池において、冷却媒体に混在した空気が、冷却媒体入口連通孔から冷却媒体流路に導入されると、この空気は、前記冷却媒体流路内を冷却媒体出口連通孔側に向かいながら上方に移動し易い。その際、セパレータの水平方向他端部の上部には、空気抜き用連通孔が、少なくとも一部を冷却媒体流路の最上部よりも上方に位置して積層方向に貫通形成されている。

また、冷却媒体流路の最上部は、空気抜き用連通孔に向かって上方に傾斜していることが好ましい。さらに、空気抜き用連通孔は、冷却媒体出口連通孔の上方に設けられることが好ましい。

本発明では、冷却媒体流路を移動する空気は、空気抜き用連通孔に円滑かつ確実に排出され、前記冷却媒体流路に空気が残存することを有効に阻止することができる。これにより、冷却媒体流路の略全面にわたって冷却媒体を流すことが可能になり、簡単な構成で、燃料電池の冷却効率が良好に向上する。

また、冷却媒体流路の最上部側を流れる空気は、この最上部の傾斜に沿って空気抜き用連通孔に円滑に移動し、前記空気の排出性が一層向上する。

さらに、冷却媒体の流れによって、該冷却媒体に含まれる空気が冷却媒体出口連通孔側に集まり易く、前記空気は前記冷却媒体出口連通孔の上方に設けられる空気抜き用連通孔から良好に排出される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池１０の一部断面説明図である。

燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２と、金属セパレータ１３とを交互に積層して構成されるとともに、この金属セパレータ１３は、互いに積層される第１および第２金属プレート１４、１６を備える。

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

燃料電池１０の水平方向一端部の上下方向略中央部には、冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられる一方、前記燃料電池１０の水平方向他端部の上下方向略中央部には、冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。燃料電池１０の水平方向他端部の上部には、燃料ガス入口連通孔２４ａの上方に位置するとともに、少なくとも一部を後述する冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に位置して空気抜き用連通孔２５が積層方向に貫通して形成される。

電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極２８およびカソード側電極３０とを備える。アノード側電極２８およびカソード側電極３０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２６の両面に接合されている。

図１および図３に示すように、第１金属プレート１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス流路３２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部３４と、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部３６とを備える。入口バッファ部３４および出口バッファ部３６は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス３４ａ、３６ａを設ける。

入口バッファ部３４と出口バッファ部３６とは、３本の酸化剤ガス流路溝３８ａ、３８ｂおよび３８ｃを介して連通している。酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃは、互いに平行して矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在している。具体的には、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃは、例えば、２回の折り返し部位Ｔ１、Ｔ２を有して矢印Ｂ方向に一往復半のサーペンタイン流路溝に構成される。

第１金属プレート１４の面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび酸化剤ガス流路３２を覆って酸化剤ガスのシールを行う線状シール４０が設けられる。

第１金属プレート１４と第２金属プレート１６との互いに対向する面１４ｂ、１６ａには、冷却媒体流路４２が一体的に形成される。図４に示すように、冷却媒体流路４２は、冷却媒体入口連通孔２２ａの矢印Ｃ方向両端近傍に設けられる、例えば、略直角三角形状の入口バッファ部４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂの矢印Ｃ方向両側近傍に設けられる、例えば、略直角三角形状の出口バッファ部４８、５０とを備える。

入口バッファ部４４と出口バッファ部５０とは、互いに略対称形状に構成されるとともに、入口バッファ部４６と出口バッファ部４８とは、互いに略対称形状に構成される。入口バッファ部４４、入口バッファ部４６、出口バッファ部４８および出口バッファ部５０は、複数のエンボス４４ａ、４６ａ、４８ａおよび５０ａにより構成されている。

冷却媒体入口連通孔２２ａと入口バッファ部４４、４６とは、第１および第２の入口連絡流路５２、５４を介して連通する一方、冷却媒体出口連通孔２２ｂと出口バッファ部４８、５０とは、第１および第２の出口連絡流路５６、５８を介して連通する。第１の入口連絡流路５２は、例えば、２本の流路溝を備えるとともに、第２の入口連絡流路５４は、例えば、６本の流路溝を備えている。同様に、第１の出口連絡流路５６は、６本の流路溝を設ける一方、第２の出口連絡流路５８は、２本の流路溝を設けている。

第１の入口連絡流路５２と第２の入口連絡流路５４とは、２本と６本とに限定されるものではなく、また、それぞれの流路本数が同一に設定されていてもよい。第１および第２の出口連絡流路５６、５８においても同様である。

入口バッファ部４４と出口バッファ部４８とは、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０、６２、６４および６６を介して連通するとともに、入口バッファ部４６と出口バッファ部５０とは、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６８、７０、７２および７４を介して連通する。直線状流路溝６６、６８間には、矢印Ｂ方向に所定の長さだけ延在して直線状流路溝７６、７８が設けられる。

直線状流路溝６０〜７４は、矢印Ｃ方向に延在する直線状流路溝８０、８２を介して連通する。直線状流路溝６２、７２、７６および７８は、矢印Ｃ方向に延在する直線状流路溝８４、８６を介して連通するとともに、直線状流路溝６４、６６および７６と直線状流路溝６８、７０および７８とは、矢印Ｃ方向に断続的に延在する直線状流路溝８８および９０を介して連通する。

冷却媒体流路４２は、第１金属プレート１４と第２金属プレート１６とに振り分けられており、前記第１および第２金属プレート１４、１６を互いに重ね合わせることによって、前記冷却媒体流路４２が形成される。図５に示されるように、第１金属プレート１４の面１４ｂには、面１４ａ側に形成される酸化剤ガス流路３２を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。

なお、面１４ｂには、面１４ａに形成された酸化剤ガス流路３２が凸状に突出しているが、冷却媒体流路４２を分かり易くするために、該凸状に突出する部分は図示を省略する。また、図６に示す面１６ａでも同様に、面１６ｂに形成された後述する燃料ガス流路９６が前記面１６ａに凸状に突出する部分は図示を省略する。

面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａに２本の第１の入口連絡流路５２を介して連通する入口バッファ部４４と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに２本の第２の出口連絡流路５８を介して連通する出口バッファ部５０とが設けられる。

入口バッファ部４４に連通して、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃの折り返し部位Ｔ２および出口バッファ部３６を避けるようにして、溝部６０ａ、６２ａ、６４ａおよび６６ａが矢印Ｂ方向に沿って所定の長さに設けられる。出口バッファ部５０に連通して、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃの折り返し部位Ｔ１および入口バッファ部３４を避けるようにして、溝部６８ａ、７０ａ、７２ａおよび７４ａが矢印Ｂ方向に沿って所定の位置に設けられる。

溝部６０ａ〜７８ａは、それぞれ直線状流路溝６０〜７８の一部を構成している。直線状流路溝８０〜９０を構成する溝部８０ａ〜９０ａは、蛇行する酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃを避けるようにして、矢印Ｃ方向にそれぞれ所定の長さにわたって設けられる。空気抜き用連通孔２５は、冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に距離Ｈだけ離間して設けられている（図５および図６参照）。

図６に示すように、第２金属プレート１６の面１６ａには、後述する燃料ガス流路９６を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。具体的には、第２金属プレート１６の面１６ａには、冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する入口バッファ部４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する出口バッファ部４８とが設けられる。

入口バッファ部４６には、直線状流路溝６８〜７４を構成する溝部６８ｂ〜７４ｂが矢印Ｂ方向に沿って所定の長さにかつ断続的に連通する一方、出口バッファ部４８には、直線状流路溝６０〜６６を構成する溝部６０ｂ〜６６ｂが所定の形状に設定されて連通する。面１６ａには、直線状流路溝８０〜９０を構成する溝部８０ｂ〜９０ｂが矢印Ｃ方向に延在して設けられる。

冷却媒体流路４２では、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０〜７８の一部がそれぞれの溝部６０ａ〜７８ａおよび６０ｂ〜７８ｂが互いに対向することにより、流路断面積を他の部分の２倍に拡大して主流路が構成されている（図４参照）。直線状流路溝８０〜９０は、一部を重合させてそれぞれ第１および第２金属プレート１４、１６に振り分けられている。第１金属プレート１４の面１４ａと第２金属プレート１６の面１６ａとの間には、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ、空気抜き用連通孔２５および冷却媒体流路４２を囲繞する線状シール４０ａが介装されている。

図１に示すように、金属セパレータ１３は、第１および第２金属プレート１４、１６が積層された状態で、入口バッファ部３４、４６が互いに重なり合う一方、出口バッファ部３６、４８が互いに重なり合っている。

図７に示すように、第２金属プレート１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ｂには、燃料ガス流路９６が設けられる。燃料ガス流路９６は、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部９８と、燃料ガス出口連通孔２４ｂに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部１００とを備える。

入口バッファ部９８および出口バッファ部１００は、互いに略対称形状に構成されるとともに、複数のエンボス９８ａ、１００ａを設けており、例えば、３本の燃料ガス流路溝１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃを介して連通する。燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃは、矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在しており、例えば、２回の折り返し部位Ｔ３、Ｔ４を設けて実質的に一往復半のサーペンタイン流路溝に構成される。面１６ｂには、燃料ガス入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂおよび燃料ガス流路９６を囲繞する線状シール４０ｂが設けられる。

図５および図７に示すように、第１金属プレート１４の面１４ｂに形成される入口バッファ部４４と、第２金属プレート１６の面１６ｂに形成される出口バッファ部１００とが重なり合う一方、前記面１４ｂの出口バッファ部５０と前記面１６ｂの入口バッファ部９８とが重なり合うように構成される。

このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１金属プレート１４の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガス流路３２では、図３に示すように、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部３４に導入された後、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃに分散される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃを介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極３０に沿って移動する。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属プレート１６の燃料ガス流路９６に導入される。この燃料ガス流路９６では、図７に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部９８に導入された後、燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃに分散される。さらに、燃料ガスは、燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２８に沿って移動する。

従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部３６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される。同様に、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部１００から燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。

一方、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属プレート１４、１６間に形成された冷却媒体流路４２に導入される。この冷却媒体流路４２では、図４に示すように、冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に延在する第１および第２の入口連絡流路５２、５４を介して入口バッファ部４４、４６に冷却媒体が一旦導入される。

入口バッファ部４４、４６に導入された冷却媒体は、直線状流路溝６０〜６６および６８〜７４に分散されて水平方向（矢印Ｂ方向）に移動するとともに、その一部が直線状流路溝８０〜９０および７６、７８に供給される。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面にわたって供給された後、出口バッファ部４８、５０に一旦導入され、さらに第１および第２の出口連絡流路５６、５８を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図５および図６に示すように、金属セパレータ１３を構成する第１および第２金属プレート１４、１６には、冷却媒体出口連通孔２２ｂの上方に位置するとともに、冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に距離Ｈだけ離間して、空気抜き用連通孔２５が積層方向に貫通して形成されている。

このため、金属セパレータ１３の水平方向一端部（矢印Ｂ１方向先端部）の上下方向略中央部に設けられる冷却媒体入口連通孔２２ａから冷却媒体流路４２に導入される冷却媒体に空気が混在していると、この空気は前記冷却媒体流路４２内を水平方向他端部（矢印Ｂ２方向先端）の上下方向略中央部に設けられている冷却媒体出口連通孔２２ｂに向かいながら上方に移動し易い。従って、冷却媒体流路４２を矢印Ｂ２方向に移動する空気は、この冷却媒体流路４２の上部に向かって空気抜き用連通孔２５側に集められる。

一方、燃料電池１０を組み立てた後に、冷却媒体流路４２に冷却媒体を注入する際にも、この冷却媒体に混在する空気は、前記冷却媒体流路４２の上部に向かって空気抜き用連通孔２５側に集められる。

これにより、冷却媒体流路４２を移動する空気は、空気抜き用連通孔２５に円滑かつ確実に排出され、前記冷却媒体流路４２に空気が残存することを有効に阻止することができる。従って、冷却媒体流路４２の略全面にわたって冷却媒体を確実に流すことが可能になり、簡単な構成で、燃料電池１０の冷却効率が良好に向上するという効果が得られる。

特に、空気抜き用連通孔２５は、冷却媒体出口連通孔２２ｂの上方に、かつ冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に位置して設けられている。その際、冷却媒体流路４２では、冷却媒体の流れによって該冷却媒体に含まれる空気が冷却媒体出口連通孔２２ｂ側に集まり易い。このため、冷却媒体に含まれ易い空気は、冷却媒体流路４２における前記冷却媒体の流れに沿って冷却媒体出口連通孔２２ｂの上方に設けられている空気抜き用連通孔２５側に円滑に移動し、前記空気の排出が確実に遂行される。

さらにまた、冷却媒体入口連通孔２２ａおよび冷却媒体出口連通孔２２ｂは、燃料電池１０の水平方向両端に上下方向略中央部に対応して設けられている。従って、酸化剤ガス入口連通孔２０ａおよび燃料ガス入口連通孔２４ａは、燃料電池１０の水平方向両端上部に設けられる一方、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび燃料ガス出口連通孔２４ｂは、前記燃料電池１０の水平方向両端下部に設けられる。

このため、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび燃料ガス出口連通孔２４ｂは、重力方向下方に位置するため、水は重力の作用により酸化剤ガス流路３２および燃料ガス流路９６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび燃料ガス出口連通孔２４ｂに良好に排水され易い。これにより、排水性が有効に向上して発電性能を維持することが可能になるという利点がある。

なお、第１の実施形態では、少なくとも空気抜き用連通孔２５の上端位置は、冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に距離Ｈだけ離間していればよい。例えば、図８に示すように、空気抜き用連通孔２５の下端位置は、冷却媒体流路４２の最上部よりも下方に配置されていても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、第１の実施形態では、長円状の空気抜き用連通孔２５を用いているが、これに限定されるものではなく、種々の形状に設定可能である。長円状の空気抜き用連通孔２５に代替して、例えば、図９に示す円形状の空気抜き用連通孔２５ａを用い、あるいは、図１０に示す矩形状の空気抜き用連通孔２５ｂを用いてもよい。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属セパレータ１３ａの正面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第２の実施形態では、金属セパレータ１３ａに冷却媒体流路４２ａが形成されるとともに、この冷却媒体流路４２ａの少なくとも最上部を構成する直線状流路溝１１０は、空気抜き用連通孔２５に向かって（矢印Ｂ２方向）上方に所定角度（θ°）傾斜している。

これにより、第２の実施形態では、冷却媒体流路４２ａを矢印Ｂ２方向に向かいながら上方に移動する空気は、この冷却媒体流路４２ａの最上部である直線状流路溝１１０の傾斜に沿って空気抜き用連通孔２５に一層確実かつ円滑に移動することができる。従って、冷却媒体流路４２ａからの空気の排出性が一層向上し、燃料電池全体の冷却性能を良好に維持することが可能になるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。 前記燃料電池の一部断面説明図である。 第１金属プレートの一方の面の説明図である。 金属セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。 前記第１金属プレートの他方の面の説明図である。 第２金属プレートの一方の面の説明図である。 前記第２金属プレートの他方の面の説明図である。 空気抜き用連通孔の配置位置が変更された状態の説明図である。 円形状の空気抜き用連通孔の説明図である。 矩形状の空気抜き用連通孔の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する金属セパレータの正面説明図である。 特許文献１に係る燃料電池の要部分解斜視図である。 前記特許文献１に係る燃料電池を構成する冷却媒体流路の説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池 １２…電解質膜・電極構造体
１３、１３ａ…金属セパレータ １４、１６…金属プレート
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔 ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔 ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２５、２５ａ、２５ｂ…空気抜き用連通孔
２６…固体高分子電解質膜 ２８…アノード側電極
３０…カソード側電極 ３２…酸化剤ガス流路
３４、４４、４６、９８…入口バッファ部
３６、４８、５０、１００…出口バッファ部
３８ａ〜３８ｃ…酸化剤ガス流路溝
４２、４２ａ…冷却媒体流路
９６…燃料ガス流路 １０２ａ〜１０２ｃ…燃料ガス流路溝

Claims (3)

1. 電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔および冷却媒体出口連通孔が形成される燃料電池であって、
   前記セパレータには、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通し、該セパレータの面方向に延在する冷却媒体流路が形成され、
   前記セパレータの水平方向一端部の上下方向略中央部には、前記冷却媒体入口連通孔が設けられる一方、
   前記セパレータの水平方向他端部の上下方向略中央部には、前記冷却媒体出口連通孔が設けられるとともに、
   前記セパレータの水平方向他端部の上部には、空気抜き用連通孔が少なくとも一部を前記冷却媒体流路の最上部よりも上方に位置して前記積層方向に貫通形成されることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記冷却媒体流路の最上部は、前記空気抜き用連通孔に向かって上方に傾斜することを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１または２記載の燃料電池において、前記空気抜き用連通孔は、前記冷却媒体出口連通孔の上方に設けられることを特徴とする燃料電池。
   
   

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