JP2005228495A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】金属セパレータ間に冷却媒体を均一に流すとともに、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２を挟持するセパレータ１３を備える。セパレータ１３は、第１及び第２金属プレート１４、１６を備えており、前記第１及び第２金属プレート１４、１６が積層される際、入口バッファ部４６と入口バッファ部３４ａとが積層方向に重なり合う。入口バッファ部４６は、第１金属プレート１４の溝部６０ａの端部と重なり合っており、この重なり合う部分には、前記入口バッファ部４６から前記溝部６０ａに冷却媒体を流すための連結流路８２が形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電解質を一対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・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持して積層されるとともに、積層方向に貫通する反応ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成された燃料電池に関する。

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及びカソード側電極を対設して構成される電解質膜・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、アノード側電極には、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）が供給される一方、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。アノード側電極に供給された燃料ガスは、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。

上記の燃料電池では、アノード側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が設けられるとともに、カソード側セパレータの面内に、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が設けられている。また、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には、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。

この種のセパレータは、通常、カーボン系材料で構成されているが、前記カーボン系材料では、強度等の要因で薄肉化が図れないという不具合が指摘されている。そこで、最近、この種のカーボン製セパレータよりも強度に優れ且つ薄肉化が容易な金属薄板製のセパレータ（以下、金属セパレータともいう）を用い、この金属セパレータにプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することにより、該金属セパレータの厚さの減少を図って燃料電池全体を小型化且つ軽量化する工夫がなされている（特許文献１参照）。

例えば、図１２に示す燃料電池１は、アノード側電極２とカソード側電極３との間に電解質膜４が介装された電解質膜・電極構造体５と、前記電解質膜・電極構造体５を挟持する一組の金属セパレータ６ａ、６ｂとを備えている。

金属セパレータ６ａには、アノード側電極２に対向する面に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を供給するための燃料ガス流路７ａが設けられる一方、金属セパレータ６ｂには、カソード側電極３に対向する面に酸化剤ガス（例えば、空気等の酸素含有ガス）を供給するための酸化剤ガス流路７ｂが設けられている。金属セパレータ６ａ、６ｂには、アノード側電極２及びカソード側電極３に当接する平坦部８ａ、８ｂが設けられるとともに、前記平坦部８ａ、８ｂの裏面（当接面とは反対の面）側には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路９ａ、９ｂが形成されている。

特開平８−２２２２３７号公報（図３）

しかしながら、上記の金属セパレータ６ａ、６ｂでは、燃料ガス流路７ａ及び酸化剤ガス流路７ｂの流路形状が設定されると、必然的に冷却媒体流路９ａ、９ｂの流路形状が決まってしまう。特に、長尺なガス流路長を確保するために、燃料ガス流路７ａ及び酸化剤ガス流路７ｂを電極面内で蛇行させるサーペンタイン流路で構成する場合、冷却媒体流路９ａ、９ｂの流路形状が著しく制限されることになる。これにより、金属セパレータ６ａ、６ｂの面方向全面にわたって冷却媒体を均一に流すことができず、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることが困難になる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、金属セパレータ間に冷却媒体を均一に流すことができ、簡単な構成で、良好な発電性能を確保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は、電解質を一対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・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持して積層されるとともに、積層方向に貫通する反応ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成されている。第１金属セパレータと電解質・電極構造体との間には、一方の電極に沿って第１反応ガスを供給する第１反応ガス流路が形成され、第２金属セパレータと前記電解質・電極構造体との間には、他方の電極に沿って第２反応ガスを供給する第２反応ガス流路が形成され、さらに前記第１及び第２金属セパレータ間には、冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成されている。

そして、第１金属セパレータは、第１反応ガス流路の裏面側に冷却媒体流路を構成する流路溝を設け、第２金属セパレータは、第２反応ガス流路の裏面側に冷却媒体連通孔に連通する冷却媒体バッファ部を設けるとともに、前記第１及び第２金属セパレータの間には、前記流路溝の端部と前記冷却媒体バッファ部との間を連通する連結流路が形成されている。

また、第２金属セパレータは、第２反応ガス流路の裏面側に冷却媒体流路を構成する流路溝を設け、第１金属セパレータは、第１反応ガス流路の裏面側に冷却媒体連通孔に連通する冷却媒体バッファ部を設けるとともに、前記第１及び第２金属セパレータの間には、前記流路溝の端部と前記冷却媒体バッファ部との間を連通する連結流路が形成されることが好ましい。

さらに、反応ガス連通孔は、酸化剤ガス連通孔及び燃料ガス連通孔を備え、第１及び第２反応ガス流路は、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路であるとともに、第１金属セパレータは、前記酸化剤ガス連通孔の近傍に前記酸化剤ガス流路に連通する酸化剤ガスバッファ部を設け、第２金属セパレータは、前記燃料ガス連通孔の近傍に前記燃料ガス流路に連通する燃料ガスバッファ部を設け、前記酸化剤ガスバッファ部と前記第２金属セパレータの冷却媒体バッファ部とが積層方向に重なり合う一方、前記燃料ガスバッファ部と前記第１金属セパレータの冷却媒体バッファ部とが積層方向に重なり合うことが好ましい。

さらにまた、酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を有するとともに、燃料ガス連通孔は、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔を有し、さらに冷却媒体連通孔は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を有し、第１金属セパレータには、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔に連通する冷却媒体バッファ部である第１入口バッファ部及び第１出口バッファ部が設けられるとともに、第２金属セパレータには、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔に連通し且つ前記第１入口バッファ部及び前記第１出口バッファ部とは異なる位置に前記冷却媒体バッファ部である第２入口バッファ部及び第２出口バッファ部が設けられることが好ましい。

また、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び冷却媒体出口連通孔は、第１及び第２金属セパレータの両端に３つずつ振り分けられるとともに、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔は、前記第１及び第２金属セパレータの両端中央部に配設されることが好ましい。

さらに、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路は、サーペンタイン流路を構成することが好ましい。

本発明によれば、第１金属セパレータと第２金属セパレータとの間に冷却媒体流路が形成されるとともに、冷却媒体連通孔から冷却媒体バッファ部に供給される冷却媒体は、連結流路を介して前記冷却媒体流路を構成する流路溝の端部から該冷却媒体流路に円滑に供給される。このため、第１及び第２金属セパレータ間に形成される冷却媒体流路に対して冷却媒体の導入及び／又は導出を確実に行うことができ、簡単な構成で、電解質・電極構造体を良好に冷却することが可能になる。これにより、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることができる。

図１は、本発明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を構成する冷却媒体流路４２（後述する）の斜視説明図であり、図３は、前記冷却媒体流路４２の正面説明図である。

燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１２とセパレータ１３とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ１３は、互いに積層される第１及び第２金属プレート１４、１６を備える（図１、図４〜図７参照）。

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、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２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び燃料ガス、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方向の他端縁部には、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２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

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及びカソード側電極３０とを備える。アノード側電極２８及びカソード側電極３０は、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂを避けるように、矢印Ｂ方向両端部中央を内方に切り欠いて構成される。

アノード側電極２８及びカソード側電極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及び図８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側の面（ＭＥＡ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及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに近接して設けられる入口バッファ部（酸化剤ガスバッファ部）３４ａ及び出口バッファ部（酸化剤ガスバッファ部）３４ｂに連通する。

入口バッファ部３４ａ及び出口バッファ部３４ｂは、面１４ａを面１４ｂ側に膨出させることによって形成されており、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに連通する。入口バッファ部３４ａと出口バッファ部３４ｂとは、酸化剤ガス流路３２を構成する複数の酸化剤ガス流路溝３２ａを介して連通している。酸化剤ガス流路溝３２ａ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、具体的には、矢印Ｂ方向に一往復半だけ屈曲するサーペンタイン流路を構成している。

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２及び図３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、２つの入口バッファ部（冷却媒体バッファ部）４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂの矢印Ｃ方向両端近傍に設けられる、例えば、２つの出口バッファ部（冷却媒体バッファ部）４８、５０とを備える。

冷却媒体入口連通孔２２ａと入口バッファ部４４、４６とは、それぞれ複数の入口流路溝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、それぞれ複数の出口流路溝５６、５８を介して連通する。

冷却媒体流路４２は、矢印Ｃ方向に所定間隔ずつ離間し且つ矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝６０と、前記直線状流路溝６０の矢印Ｂ方向両端縁部に配置され、矢印Ｂ方向に所定間隔ずつ離間し且つ矢印Ｃ方向に延在する直線状流路溝６２とを有する。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及び第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９に示されるように、第１金属プレート１４の面（冷却面）１４ｂには、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、該凸状の部分は図示を省略する。また、図１０に示す第２金属プレート１６の面１６ａでも同様に、面１６ｂに形成された燃料ガス流路６８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に連通する入口バッファ部４４と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに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及び出口バッファ部５０は、面１４ｂを面１４ａ側に膨出させることによって形成されている。面１４ｂには、それぞれ直線状流路溝６０、６２の一部を構成する溝部６０ａ、６２ａが、矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向に所定の長さにわたって設けられる。

第１金属プレート１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属プレート１４の外周縁部を周回して第１シール部材６５が射出成形等により一体的に設けられる。第１シール部材６５は、平坦シールを構成するとともに、面１４ａには、図８に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス流路３２を覆って酸化剤ガスの洩れ止めを行う線状シール６５ａを有する。線状シール６５ａの一部は、連結路３６ａ、３６ｂを形成する仕切り壁を構成している。

図１０に示すように、第２金属プレート１６の面（冷却面）１６ａには、入口バッファ部４６と出口バッファ部４８とが設けられる。入口バッファ部４６及び出口バッファ部４８は、面１６ａを面１６ｂ側に膨出させることによって形成されている。

面１６ａには、それぞれ直線状流路溝６０、６２の一部を構成する溝部６０ｂ、６２ｂが、矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向に所定の長さにわたって設けられる。冷却媒体流路４２には、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０の一部がそれぞれの溝部６０ａ、６０ｂを互いに対向させることにより、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２及び図３参照）。

図１１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（ＭＥＡ面）１６ｂには、燃料ガス流路６８が設けられる。燃料ガス流路６８は、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接して設けられる入口バッファ部（燃料ガスバッファ部）７０ａと、燃料ガス出口連通孔２４ｂに近接して設けられる出口バッファ部（燃料ガスバッファ部）７０ｂとに連通する。

入口バッファ部７０ａ及び出口バッファ部７０ｂは、面１６ｂを面１６ａ側に膨出させることによって形成されている。入口バッファ部７０ａ及び出口バッファ部７０ｂは、複数の連結路７４ａ、７４ｂを介して燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する。燃料ガス流路６８を構成する複数の燃料ガス流路溝６８ａ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、具体的には、矢印Ｂ方向に一往復半だけ屈曲するサーペンタイン流路を構成している。

第２金属プレート１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２金属プレート１６の外周縁部を周回して第２シール部材７６が射出成形等により一体的に設けられる。第２シール部材７６は、平坦シールを構成するとともに、面１６ａには、図１０に示すように、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体の漏れ止めを行う線状シール７６ａが設けられる。面１６ｂには、図１１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ及び酸化剤ガス流路３２を覆って酸化剤ガスの洩れ止めを行う線状シール７６ｂが設けられる。

線状シール７６ａの一部は、入口流路溝５２、５４及び出口流路溝５６、５８を形成する仕切り壁を構成している（図１０参照）。線状シール７６ｂの一部は、連結路７４ａ、７４ｂを形成する仕切り壁を構成している（図１１参照）。

第１及び第２金属プレート１４、１６が積層されると、前記第１金属プレート１４の入口バッファ部４４及び出口バッファ部５０は、前記第２金属プレート１６の出口バッファ部７０ｂ及び入口バッファ部７０ａと積層方向に重なるとともに、前記第１金属プレート１４の入口バッファ部３４ａ及び出口バッファ部３４ｂは、前記第２金属プレート１６の入口バッファ部４６及び出口バッファ部４８と積層方向に重なる。

図５及び図７に示すように、第１金属プレート１４の入口バッファ部３４ａと第２金属プレート１６の入口バッファ部４６とが重なることにより、前記第２金属プレート１６には、矢印Ａ方向に所定の流路高さを有して冷却媒体バッファが形成される。入口バッファ部４６の端部には、燃料ガス流路６８の裏面側である面１６ａが前記燃料ガス流路６８を構成する燃料ガス流路溝６８ａに対応して第１金属プレート１４側に突出する。図５に示すように、燃料ガス流路溝６８ａを形成する波状端部７８は、入口バッファ部４６の終端を構成する。

第１金属プレート１４は、入口バッファ部３４ａの裏面側に冷却媒体流路４２を構成する溝部６０ａを設けるとともに、この溝部６０ａの端部を形成する屈曲端部８０は、波状端部７８から所定の距離Ｌ１だけ離間している。すなわち、入口バッファ部４６と溝部６０ａとは、距離Ｌ１だけ重なっており、屈曲端部８０と波状端部７８との間には、前記入口バッファ部４６と前記溝部６０ａの端部との間を連通する連結流路８２が形成される。

図４及び図６に示すように、第１金属プレート１４の入口バッファ部４４と第２金属プレート１６の出口バッファ部７０ｂとが重ね合わされることにより、前記第１金属プレート１４側には所定の流路高さを有して冷却媒体バッファが構成される。入口バッファ部４４は、出口バッファ部７０ｂよりも内方に延在しており、この入口バッファ部４４の端部には、酸化剤ガス流路３２の裏面側である面１４ｂが前記酸化剤ガス流路３２を構成する酸化剤ガス流路溝３２ａに対応して第２金属プレート１６側に突出する。図４に示すように、酸化剤ガス流路溝３２ａを形成する波状端部８３は、入口バッファ部４４の終端を構成する。

第２金属プレート１６は、出口バッファ部７０ｂの裏面側に冷却媒体流路４２を構成する溝部６０ｂを設けるとともに、この溝部６０ｂの端部を形成する屈曲端部８４は、波状端部８３から所定の距離Ｌ２だけ離間している。すなわち、入口バッファ部４４と溝部６０ｂとは、距離Ｌ２だけ重なっており、屈曲端部８４と波状端部８３との間には、前記入口バッファ部４４と前記溝部６０ｂの端部との間を連通する連結流路８６が形成される。

なお、第１金属プレート１４の出口バッファ部３４ｂ、５０と、第２金属プレート１６の出口バッファ部４８及び入口バッファ部７０ａとは、積層方向に重なっており、上記の入口バッファ部４４、３４ａと、出口バッファ部７０ｂ及び入口バッファ部４６との関係と同様に構成される。

このように構成される燃料電池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８に示すように、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部３４ａに導入された後、複数の酸化剤ガス流路溝３２ａに分散される。このため、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス流路溝３２ａ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６８に導入される。この燃料ガス流路６８では、図１１に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部７０ａに導入された後、複数の燃料ガス流路溝６８ａに分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝６８ａ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３４ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図８参照）。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７０ｂから燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される（図１１参照）。

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及び第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２〜図５に示すように、冷却媒体流路４２が冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に延在する入口流路溝５２、５４を介して入口バッファ部４４、４６に一旦導入される。

入口バッファ部４４、４６に導入された冷却媒体は、図２及び図３に示すように、直線状流路溝６０、６２に分散されて水平方向（矢印Ｂ方向）及び鉛直方向（矢印Ｃ方向）に移動する。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、さらに出口流路溝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、本実施形態では、第１及び第２金属プレート１４、１６が積層される際、例えば、前記第１金属プレート１４の入口バッファ部３４ａと前記第２金属プレート１６の入口バッファ部４６とが積層方向に重ね合わされる。ここで、図５及び図７に示すように、第１金属プレート１４の面１４ｂに冷却媒体流路４２を構成する溝部６０ａが設けられるとともに、第２金属プレート１６は、燃料ガス流路６８の裏面側に冷却媒体バッファ部である入口バッファ部４６を設けている。

そして、第１金属プレート１４側に設けられる溝部６０ａの端部は、第２金属プレート１６側に設けられる入口バッファ部４６の端部と所定の距離Ｌ１にわたって重なっており、この重なり部分に連結流路８２が形成されている（図５参照）。

このため、冷却媒体入口連通孔２２ａから第２金属プレート１６の入口バッファ部４６に供給される冷却媒体は、連結流路８２を介して第１金属プレート１４の複数の溝部６０ａの端部から冷却媒体流路４２に円滑に供給される。

同様に、図４及び図６に示すように、第１金属プレート１４の入口バッファ部４４と第２金属プレート１６の出口バッファ部７０ｂとの積層部位では、前記入口バッファ部４４の端部と第２金属プレート１６に設けられる溝部６０ｂの端部とは、所定の距離Ｌ２にわたって重なっている。この重なり部分には、入口バッファ部４４から溝部６０ｂに連通する連結流路８６が設けられている（図４参照）。

従って、冷却媒体入口連通孔２２ａから第１金属プレート１４の入口バッファ部４４に供給される冷却媒体は、連結流路８６を介して第２金属プレート１６の複数の溝部６０ｂの端部に円滑に導入され、冷却媒体流路４２に前記冷却媒体を確実に供給することが可能になる。

一方、冷却媒体流路４２の下流側端部は、同様に図示しない連結流路を介して出口バッファ部４８、５０に連通している。これにより、冷却媒体流路４２から出口バッファ部４８、５０に冷却媒体が円滑に導出され、この出口バッファ部４８、５０を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに該冷却媒体を排出することができる。

このため、２枚の金属セパレータである第１及び第２金属プレート１４、１６間に形成される冷却媒体流路４２への冷却媒体の導入及び前記冷却媒体流路４２からの導出が確実に行われ、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１２を良好に冷却することが可能になる。これにより、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることができるという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。 前記燃料電池を構成する冷却媒体流路の斜視説明図である。 前記冷却媒体流路の正面説明図である。 前記燃料電池の図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。 前記燃料電池の図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 図４に示す入口バッファ部と出口バッファ部との一部断面斜視説明図である。 図５に示す一方の入口バッファ部と他方の入口バッファ部との一部断面斜視説明図である。 前記燃料電池を構成する第１金属プレートの一方の面の説明図である。 前記第１金属プレートの他方の面の説明図である。 前記燃料電池を構成する第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。 特許文献１の燃料電池の断面説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池 １２…電解質膜・電極構造体
１３…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
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
３２ａ…酸化剤ガス流路溝
３４ａ、４４、４６、７０ａ…入口バッファ部
３４ｂ、４８、５０、７０ｂ…出口バッファ部
４２…冷却媒体流路 ５２、５４…入口流路溝
５６、５８…出口流路溝 ６０、６２…直線状流路溝
６８…燃料ガス流路 ８２、８６…連結流路

Claims (6)

1. 電解質を一対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・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持して積層されるとともに、積層方向に貫通する反応ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成されており、前記第１金属セパレータと前記電解質・電極構造体との間には、一方の電極に沿って第１反応ガスを供給する第１反応ガス流路が形成され、前記第２金属セパレータと前記電解質・電極構造体との間には、他方の電極に沿って第２反応ガスを供給する第２反応ガス流路が形成され、さらに前記第１及び第２金属セパレータ間には、冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
   前記第１金属セパレータは、前記第１反応ガス流路の裏面側に前記冷却媒体流路を構成する流路溝を設け、
   前記第２金属セパレータは、前記第２反応ガス流路の裏面側に前記冷却媒体連通孔に連通する冷却媒体バッファ部を設けるとともに、
   前記第１及び第２金属セパレータの間には、前記流路溝の端部と前記冷却媒体バッファ部との間を連通する連結流路が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、前記第２金属セパレータは、前記第２反応ガス流路の裏面側に前記冷却媒体流路を構成する流路溝を設け、
   前記第１金属セパレータは、前記第１反応ガス流路の裏面側に前記冷却媒体連通孔に連通する冷却媒体バッファ部を設けるとともに、
   前記第１及び第２金属セパレータの間には、前記流路溝の端部と前記冷却媒体バッファ部との間を連通する連結流路が形成されることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池において、前記反応ガス連通孔は、酸化剤ガス連通孔及び燃料ガス連通孔を備え、前記第１及び第２反応ガス流路は、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路であるとともに、
   前記第１金属セパレータは、前記酸化剤ガス連通孔の近傍に前記酸化剤ガス流路に連通する酸化剤ガスバッファ部を設け、
   前記第２金属セパレータは、前記燃料ガス連通孔の近傍に前記燃料ガス流路に連通する燃料ガスバッファ部を設け、
   前記酸化剤ガスバッファ部と前記第２金属セパレータの前記冷却媒体バッファ部とが積層方向に重なり合う一方、
   前記燃料ガスバッファ部と前記第１金属セパレータの前記冷却媒体バッファ部とが積層方向に重なり合うことを特徴とする燃料電池。
4. 請求項３記載の燃料電池において、前記酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を有するとともに、前記燃料ガス連通孔は、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔を有し、さらに前記冷却媒体連通孔は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を有し、
   前記第１金属セパレータには、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔に連通する前記冷却媒体バッファ部である第１入口バッファ部及び第１出口バッファ部が設けられるとともに、
   前記第２金属セパレータには、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔に連通し且つ前記第１入口バッファ部及び前記第１出口バッファ部とは異なる位置に前記冷却媒体バッファ部である第２入口バッファ部及び第２出口バッファ部が設けられることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項４記載の燃料電池において、前記酸化剤ガス入口連通孔、前記燃料ガス入口連通孔、前記冷却媒体入口連通孔、前記酸化剤ガス出口連通孔、前記燃料ガス出口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔は、前記第１及び第２金属セパレータの両端に３つずつ振り分けられるとともに、
   前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔は、前記第１及び第２金属セパレータの両端中央部に配設されることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項５記載の燃料電池において、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路は、サーペンタイン流路を構成することを特徴とする燃料電池。
   

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