JP2006019116A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流路の水詰まりを抑制することのできる燃料電池の提供する。
【解決手段】 固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の両主面に配置されたアノード電極と、カソード電極と、アノード電極と、カソード電極それぞれの外側に配置されたアノードガス拡散層と、カソードガス拡散層とを備える。また、アノードガス拡散層と、カソードガス拡散層それぞれの外周に配置されたガスシール材と、アノードガス拡散層、カソードガス拡散層それぞれの外側に配置され、流路軸方向に角部２２を有する溝状の反応ガス流路１７ｃを設けたセパレータ１５ｃとを備える。セパレータ１５ｃの反応ガス流路１７ｃの角部２２近傍に排水を促進させる排水促進部１１０を設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池に関する。特に固体高分子型燃料電池におけるセパレータのガス流路形状に関する。

従来の燃料電池スタックとして、以下のようなものが知られている。

電解質膜をアノード電極及びカソード電極で挟んでなる複数個の燃料電池セルがセパレータを介して水平方向に積層されてなる積層体と、積層体の水平方向両側に配置された固定部材とからなる。積層体及び固定部材には積層方向に貫通する複数の孔部が設けられている。孔部の各々に積層体を積層方向に締め付ける絶縁材被覆ロッドが貫通しており、絶縁材被覆ロッドの絶縁材表面は積層体の孔部の内面に実質的に接している。

セパレータの両端縁部には、酸化剤ガス（酸素ガスまたは空気）を通過させるための酸化剤ガス入口と、燃料ガス（水素ガス）を通過させるための燃料ガス入口と、酸化剤ガス出口と燃料ガス出口とが設けられている。セパレータの一方の表面には、酸化剤ガス入口と酸化剤ガス出口の間を水平方向に蛇行するように設けた酸化剤ガス溝を設け、もう一方の面には、燃料ガス入口と燃料ガス出口の間を水平方向に蛇行するように設けた燃料ガス溝を設けている。（例えば、特許文献１、参照。）。
特開２００２-５６８８２号公報

このような燃料電池スタックにおいて、安定した発電性能を得るために、電極の反応面に沿ってガスを均等に供給する必要があり、また、電力を取り出すために、電極との接触面積を維持する必要がある。そのためセパレータ表面にはガス流路が細かな溝により構成されている。

しかしながら、ガス流路が蛇行形状（サーペンタイン形状）の場合、直線部に比較して角部では、流路の曲がり損失などの影響で流速が低下しやすい。すると、発電反応で生じた水や、予め加湿されてから導入された反応ガス中の水が、角部に滞留してガス流路を閉塞し、燃料電池の発電効率や耐久性が低下するという問題があった。

そこで本発明は、ガス流路の水詰まりを抑制することのできる燃料電池の提供を目的とする。

本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の両主面に配置されたアノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と、前記カソード電極それぞれの外側に配置されたアノードガス拡散層と、カソードガス拡散層とを備える。また、前記アノードガス拡散層と、前記カソードガス拡散層それぞれの外周に配置されたガスシール材と、前記アノードガス拡散層と、前記カソードガス拡散層それぞれの外側に配置され、流路軸方向に角部を有する溝状の反応ガス流路を設けたセパレータとを備える。そして、前記セパレータのうち少なくとも一方の、前記反応ガス流路の前記角部近傍に排水を促進させる排水促進部を設ける。

セパレータのガス流路の角部近傍に排水促進部を設ける。このように、比較的水の滞留が生じやすい角部において、水の排水性を向上させることで、反応ガス流路全体の水詰まりを抑制することができる。

第１の実施形態について説明する。本実施形態は固体高分子型燃料電池に関するものであり、例えば燃料電池自動車に搭載する。ただし、自動車以外に用いてもよい。

図１に燃料電池１の概略構成を示す。ここでは、起電力を生じる単位電池としてのセル１０を、複数積層することにより燃料電池１を構成するが、一つのセル１０により燃料電池１を構成してもよい。

セル１０の積層方向両端に、それぞれ集電板２、絶縁板３およびエンドプレート４を配置する。積層したセル１０、集電板２、絶縁板３およびエンドプレート４は、燃料電池１の内部に貫通した貫通孔に、図示していないタイロッドを挿通して、タイロッドの端部にナット５を螺合することによって締結する。締結方法は、燃料電池１の内部にタイロッドを貫通する方法に限られず、燃料電池１外部において、エンドプレート４の四隅を４本のタイロッドで縦貫してもよい。

集電板２を、ガス不透過な導電性部材、例えば、緻密質カーボンや銅板などにより構成する。集電板２にはそれぞれ、燃料電池１で生じた起電力の取り出し部となる出力端子２Ａを設ける。絶縁板３を、絶縁性部材、例えば、ゴムや樹脂などにより構成する。タイロッドを、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料により構成する。タイロッドの表面は絶縁処理を行っており、セル１０同士の電気的短絡を防止する。

図２は、燃料電池１を構成する固体高分子型燃料電池セル１０の構造を示す斜視図である。

セル１０は、電解質膜１１とガス拡散層１３ａ、１３ｃからなる膜-電極接合体１４を備える。

電解質膜１１としては、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂よりなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いる。電解質膜１１の表面には、触媒、例えば、白金や白金と他の金属からなる合金を塗布することにより、アノード電極１２ａおよびカソード電極１２ｃを構成する。この電解質膜１１は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。

電解質膜１１の両側には、それぞれアノードガス拡散層１３ａとカソードガス拡散層１３ｃを配置する。ガス拡散層１３ａ、１３ｃを、十分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパーまたはカーボンフエルトなどから構成する。ガス拡散層１３ａ、１３ｃは、触媒面へのガス拡散機能を有する。

アノードガス拡散層１３ａの外側にはセパレータ１５ａを配置し、カソードガス拡散層１３ｃの外側にはセパレータ１５ｃを配置する。セパレータ１５ａ、１５ｃを、十分な導電性、強度および耐食性を有する材料、例えば、カーボン材料をプレスすることにより形成する。セパレータ１５ａ、１５ｃは、十分な耐食性が実現可能であれば、金属などの他の材料を用いてもよい。

セパレータ１５ａの表面には、アノードガス拡散層１３ａに燃料ガス（水素含有ガス）を供給するためのガス流路１７ａを設ける。また、セパレータ１５ｃの表面には、カソードガス拡散層１３ｃに酸化剤ガス（酸素含有ガスまたは空気）を供給するためのガス流路１７ｃを設ける。さらに、セパレータ１５ａおよび１５ｃのもう一方の表面には、それぞれ必要に応じて冷却媒体流路１８ａ、１８ｃを設ける。

また、ガス流路１７ａの上流端を、燃料電池１を積層方向に貫通する孔により構成された、所定幅の入口マニフォールド１９ａに連通する。一方、下流端を、入口マニフォールド１９ａと対角をなす位置に、燃料電池１を積層方向に貫通する孔により構成された、所定幅の出口マニフォールド２０ａに連通する。ガス流路１７ｃの上流端を、燃料電池１を積層方向に貫通する孔により構成された、所定幅の入口マニフォールド１９ｃに連通する。一方、下流端を、入口マニフォールド１９ｃと対角をなす位置に、燃料電池１を積層方向に貫通する孔により構成された、所定幅の出口マニフォールド２０ｃに連通する。

さらに、ガス拡散層１３ａ、１３ｃの外周に沿って、ガスケット材１６ａ、１６ｃを備える。ガスケット材１６ａ、１６ｃとしては、ゴム状弾性材料、例えば、シリコーンゴム、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴムなどを用いる。このガスケット材１６ａ、１６ｃは、前記各部品を積層した際に、電解質膜１１とセパレータ１５ａ、１５ｃの隙間を保持する役割と、膜-電極接合体１４とセパレータ１５ａ、１５ｃの間のガスをシールする役割を担う。

次に、セパレータ１５ｃに設けたガス流路１７ｃの構成について、図３を用いて説明する。

ガス流路１７ｃを、複数の角部２２を有するサーペンタイン形状とする。ただし、ガス流路１７ｃは、少なくとも一つの角部２２を有していればよく、図３に示す形状に限られない。

ここで、角部２２を、ガス流路１７ｃ内のガスの流れ方向が変化する部位とする。また、角部２２およびその近傍に、後述するように排水促進部１１０を設け、その他の領域を直線部２１とする。

つまり、ガス流路１７ｃを、直線部２１および角部２２を含む排水促進部１１０とを繰り返しながら、セパレータ１５ｃ全体を覆うように構成する。このとき、直線部２１は、角部２２から見て二方向に延在するように構成する。また、ガス流路１７ｃを、入口マニフォールド１９ｃと出口マニフォールド２０ｃとの間を連通するように構成する。さらに、ガス流路１７ｃを溝幅の小さな多数の並行した流路溝より構成する。

このように、ガス流路１７ｃをセパレータ１５ｃ全面に対して均等に細かく構成することにより、入口マニフォールド１９ｃから供給された酸化剤ガスを、カソード電極１２ｃに均等に供給することができる。ただし、図３においては、便宜上、４本の流路溝によりガス流路１７ｃを示す。

また、セパレータ１５ａについても同様に、ガス流路１７ａをセパレータ１５ａ全面に対して均等に細かく構成することにより、入口マニフォールド１９ａから供給された燃料ガスを、アノード電極１２ａに均等に供給することができる。

次にこのような燃料電池１における運転時の反応ガスの流通状態について説明する。

入口マニフォールド１９ｃから供給された酸化剤ガスは、ガス流路１７ｃを流通する際に、その一部がガス拡散層１３ｃ内に拡散する。そして、電解質膜１１を通ってアノード側から移動したプロトンおよび外部から移動してきた電子との発電反応により、水を生じる。生成された水は、反応ガスと共に出口マニフォールド２０ｃに回収され、燃料電池１から外部に排出される。

入口マニフォールド１９ａから供給された燃料ガスは、ガス拡散層１３ａに拡散し、発電反応によりプロトンと電子を生じる。発電に用いられなかった余剰燃料ガスは、出口マニフォールド２０ａに回収され、燃料電池１から外部に排出される。

このように酸化剤ガス流路１７ｃに酸化剤ガスを、燃料ガス流路１７ａに燃料ガスを供給することにより、発電反応を生じる。

しかしながら、サーペンタイン形状のガス流路１７ｃを、図４に示すガス流路１７０のように構成した場合、角部２２０において滞留が生じる可能性がある。つまり、ガス流路１７０の角部２２０と直線部２１０を同じ幅および同じ深さの溝で構成し、角部２２０およびその近傍のいずれの断面をとっても、直線部２１０の断面と同じ状態、同じ面積に構成する。このような場合には、角部２２０近傍において、曲がりによる流体の圧力損失が生じ、流速が低下する。そのため、反応ガスが、直線部２１０を上流から下流方向に向かって流れ、角部２２０を通過する際に、カソードで発電反応により生じた生成水や、電解質膜の湿潤を保つための加湿水が角部２２０で凝縮し、流路を閉塞しやすくなる。

そこで、本実施形態では、図５に示すように構成することで、角部２２における水の滞留を抑制する。

図５は、本実施形態を実現するためのガス流路１７ｃの角部２２の拡大図（ａ）およびガス流路断面図（ｂ）、（ｃ）を示したものである。

（ｂ）は、拡大図（ａ）における直線部２１のＡ−Ａ断面の拡大図である。（ｃ）は、拡大図（ａ）における角部２２のＢ−Ｂ断面の拡大図である。

角部２２およびその近傍では、反応ガスの流速が低下するため、凝縮水が滞留して水詰まりが生じ易い。そこで、角部２２の近傍に、流路内の排水を促進する排水促進部１１０を設ける。ここでは、排水促進部１１０において反応ガス流路１７ｃを構成する溝断面を、他の領域である直線部２１に比較して小さくすることで、排水促進部１１０における排水性能を向上させる。

図５（ｃ）に示す排水促進部１１０の溝断面（Ｂ−Ｂ断面）を、図５（ｂ）に示す直線部２１の溝断面（Ａ−Ａ断面）に比較して、深さが同じで溝幅が小さくなるように構成する。つまり、角部２２近傍の排水促進部１１０を、溝断面積が、直線部２１の溝断面積より、溝幅の差の分だけ小さくなるように構成する。この結果、反応ガスが排水促進部１１０を通過する際に、溝断面積に反比例して流速が上昇し、排水促進部１１０における排水が促進される。

なお、排水促進部１１０は、直線部２１から角部２２にかけて連続的に溝幅を変化させる構成であることが好ましい。つまり、排水促進部１１０内で、角部２２の溝幅が最も小さく、角部２２から離れるに従って徐々に溝幅が増大するように構成するのが好ましい。また、溝幅を小さくする範囲Ｘは、直線部２１の溝幅をＬとした場合、５Ｌの範囲内とする。

次に、このような排水促進部１１０を、ガス流路１７ｃの上流から下流に至るまでの複数の角部２２に設ける場合について、図６を用いて説明する。

反応ガス中には、ガス流路１７ｃの下流へ進むほど多くの水が含まれるため、ガス流路角部２２における凝縮水の滞留は、下流へ進むほど生じやすい。そこで、上流から下流に至るまでの複数の角部２２に、それぞれの溝幅を変化させた排水促進部１１０を設ける。

まず、入口マニフォールド１９ｃを起点として、ガス流路１７ｃの角部２２を上流から角部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとする。角部２２ａ〜２２ｄには、それぞれ排水促進部１１０ａ〜１１０ｄを設ける。

そして、排水促進部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの順に、断面積が徐々に小さくなるように構成する。つまり、角部２２ａ〜２２ｄのガス流路幅をそれぞれＷａ〜Ｗｄとし、これらをＷａ＞Ｗｂ＞Ｗｃ＞Ｗｄとなるように、ガス流路１７ｃを構成する。ただし、Ｗａは直線部２１の溝幅よりも狭くなるように構成する。

このように、直線部２１に比べて排水促進部１１０ａ〜１１０ｄのガス流路溝断面を小さくすることにより、反応ガスが角部２２ａ〜２２ｄを通過する際に流速が上昇し、排水促進部１１０ａ〜１１０ｄにおける凝縮水の滞留が抑制される。これに加えて、上流から下流にむけて排水促進部１１０ａ〜１１０ｄの断面積を徐々に小さくすることにより、滞留の生じやすい下流側の角部２２における排水性を向上することができる。

なお、図６は、４つの角部２２を設けるガス流路形状を示すが、少なくとも一つの角部２２を設けるガス流路形状であれば、本実施形態を適用することができる。また、本実施形態は、複数の角部２２を有するガス流路形状の、必ずしも全ての角部２２に適用する必要はなく、例えば、下流部に設けられた角部２２にのみに適用してもよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。

固体高分子電解質膜１１と、固体高分子電解質膜１１の両主面に配置されたアノード電極１２ａと、カソード電極１２ｃと、アノード電極１２ａと、カソード電極１２ｃそれぞれの外側に配置されたアノードガス拡散層１３ａと、カソードガス拡散層１３ｃとを備える。また、アノードガス拡散層１３ａと、カソードガス拡散層１３ｃそれぞれの外周に配置されたガスシール材１６ａ、１６ｃと、アノードガス拡散層１３ａと、カソードガス拡散層１３ｃそれぞれの外側に配置され、流路軸方向に角部２２を有する溝状の反応ガス流路１７ａ、１７ｃを設けたセパレータ１５ａ、１５ｃとを備える。そして、セパレータ１５ａ、１５ｃのうち少なくとも一方の反応ガス流路１７ａまたは１７ｃの角部２２近傍に排水を促進させる排水促進部１１０を設ける。

このように、セパレータ１５ｃのガス流路角部２２に排水促進部１１０を設けることにより、水の滞留が生じ易い角部２２の水詰まりを抑制することができる。その結果、反応ガス流路１７ｃ内での反応ガスの流通を維持し、燃料電池１の発電効率を維持することができる。

また、排水促進部１１０の溝断面積を、直線部２１の溝断面積と比較して小さくし、また、この断面積を滑らかに変化させる。これにより、排水促進部１１０において、反応ガスの流速が増大されるため、凝縮水の滞留が抑制される。

ここでは、排水促進部１１０の断面の溝幅を、直線部２１の断面の溝幅と比較して小さくする。これにより、排水促進部１１０の断面積を直線部２１と比較して小さくすることができ、凝縮水の滞留が抑制される。そして、この場合、角部２２が形成する円弧の半径を大きくとることが可能となり、緩やかなカーブを描くため、凝縮水の滞留がさらに抑制される。

加えて、下流側に設けられた排水促進部１１０の断面積を、上流側に設けられた排水促進部１１０の断面積より小さくする。ここでは、下流の排水促進部１１０の溝幅を上流の排水促進部１１０の溝幅と比べて小さくする。これにより、水詰まりの生じ易いガス流路１７ｃの下流における凝縮水の排水性が向上し、その結果、ガス流路１７ｃ全体の凝縮水の滞留が抑制される。

次に、第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７は、第２の実施形態を実現するためのガス流路１７ｃの角部２２の拡大図（ａ）およびガス流路断面図（ｂ）、（ｃ）を示したものである。

（ｂ）は、拡大図（ａ）における直線部２１のＡ−Ａ断面の拡大図である。（ｃ）は、拡大図（ａ）における角部２２のＢ−Ｂ断面の拡大図である。

排水促進部１２０において、反応ガス流路１７ｃを構成する溝断面を、他の領域である直線部２１に比較して小さくすることで、排水促進部１２０における排水性能を向上させる。ここでは、図７（ｃ）に示す排水促進部角部１２０の溝断面（Ｂ−Ｂ断面）を、図７（ｂ）に示す直線部２１の溝断面（Ａ−Ａ断面）に比較して、溝幅が同じで深さが小さくなるように構成する。つまり、角部２２近傍の排水促進部１２０を、溝断面積が、直線部２１の溝断面積より、溝深さの差の分だけ小さくなるように構成する。この結果、反応ガスが排水促進部１２０を通過する際に、溝断面積に反比例して流速が上昇し、排水促進部１２０における排水が促進される。

なお、排水促進部１２０は、直線部２１から角部２２にかけて連続的に溝深さを変化させる構成であることが好ましい。つまり、排水促進部１２０内で、角部２２が最も溝深さが小さく、角部２２から離れるに従って徐々に増大するように構成するのが好ましい。また、溝深さを小さくする範囲Ｘは、直線部２１の溝幅をＬとした場合、５Ｌの範囲内とする。

次に、このような排水促進部１２０を、ガス流路１７ｃの上流から下流に至るまでの複数の角部２２に設ける場合について、図８を用いて説明する。

反応ガスは、ガス流路１７ｃの下流へ進むほど多くの水が含まれるため、ガス流路角部２２における凝縮水の滞留は、下流へ進むほど生じやすい。そこで、図８では、上流から下流に至るまでの複数の角部２２に、それぞれの溝深さを変化させた排水促進部１２０を設ける。

まず、入口マニフォールド１９ｃを起点として、ガス流路１７ｃの角部２２を上流から角部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとする。角部２２ａ〜２２ｄには、それぞれ排水促進部１２０ａ〜１２０ｄを設ける。

そして、排水促進部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの順に、断面積が徐々に小さくなるように構成する。つまり、角部２２ａ〜２２ｄのガス流路深さをそれぞれＤａ〜Ｄｄとし、これらをＤａ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｄとなるように、ガス流路１７ｃを構成する。ただし、Ｄａは直線部２１の溝深さよりも小さくなるように構成する。

このように、直線部２１に比べて排水促進部１２０ａ〜１２０ｄのガス流路溝断面を小さくすることにより、反応ガスが角部２２ａ〜２２ｄを通過する際の流速が上昇し、排水促進部１２０ａ〜１２０ｄにおける凝縮水の滞留が抑制される。これに加えて、上流から下流にむけて排水促進部１２０ａ〜１２０ｄの断面積を徐々に小さくすることにより、滞留の生じやすい下流側の角部２２における排水性を向上することができる。

なお、図８は、４つの角部２２を設けるガス流路形状を示すが、少なくとも一つの角部２２を設けるガス流路形状であれば、本実施形態を適用することができる。また、本実施形態は、複数の角部２２を有するガス流路形状の、必ずしも全ての角部２２に適用する必要はなく、例えば、ガス流路１７ｃの下流部に設けた角部２２にのみに適用してもよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果について説明する。

排水促進部１２０の断面の溝深さを、直線部２１の断面の溝深さと比較して浅くする。これにより、排水促進部１２０の断面積を直線部２１と比較して小さくすることができ、凝縮水の滞留が抑制される。そして、この場合、溝幅を一定にし、溝の深さのみを変化させることにより、直線部２１と排水促進部１２０の溝を加工する際に、工具を変更する必要がなく、セパレータ加工工程の簡略化、および、コストの低減を図ることができる。

加えて、下流の排水促進部１２０の断面の溝深さを上流の排水促進部１２０の断面の溝深さと比べて小さくする。これにより、比較的水詰まりの生じ易い下流における凝縮水の排水性を向上させ、ガス流路１７ｃ全体の反応ガスの滞留を抑制することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図９は、第３の実施形態を実現するためのガス流路角部２２の拡大図である。本実施形態では、ガス流路角部２２近傍に設けた排水促進部１３０において、溝の表面粗さが、直線部２１の表面粗さに比べて小さくなるように構成する。

つまり、排水促進部１３０の表面の摩擦係数は、直線部２１の表面の摩擦係数よりも小さくなる。この結果、反応ガスが排水促進部１３０を通過する際に、流路に対する抵抗が減少し、反応ガスの流速が低下するのを抑制することができる。また、排水促進部１３０の表面粗さを小さくすることにより、流路壁面に水分子が付着するのを抑制し、凝縮水の排水が促進される。

なお、排水促進部１３０は、直線部２１から角部２２にかけて連続的に表面粗さを変化させる構成が好ましい。つまり、排水促進部１３０内で、角部２２において表面粗さが最も小さく、角部２２から離れるに従って徐々に大きくなるように構成するのが好ましい。また、表面粗さを小さくする範囲Ｘは、直線部２１の溝幅をＬとした場合、５Ｌの範囲内とする。

また、排水促進部１３０の表面加工は、粗さを小さくするものに限られず、排水促進部１３０の表面に撥水処理を施すこともできる。つまり、排水促進部１３０に撥水処理を施すことにより、排水促進部１３０の表面に水が付着しにくくなるため、排水促進部１３０の凝縮水の滞留を抑制することができる。

なお、ガス流路１７ｃの表面の撥水処理は、直線部２１から角部２２にかけて滑らかに変化するように構成するのが好ましい。

また、排水促進部１３０の表面加工は、ガス流路１７ｃの上流から下流までの複数の角部２２において、下流に進むにしたがって粗さを小さくし、または、撥水性を強くすることもできる。

このように、上流から下流にむけてガス流路角部２２の表面の粗さを徐々に小さく、または、撥水性を強くすることにより、滞留の生じやすい下流側の角部２２における排水性を向上することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果について説明する。

排水促進部１３０の表面粗さを、直線部２１の表面粗さと比較して小さくする。これにより、反応ガスが、排水促進部１３０において流速を上昇させるため、凝縮水の滞留が抑制される。また、排水促進部１３０における溝壁面に水を付着しにくくすることができるため、凝縮水の滞留を抑制することができる。

または、撥水促進部１３０の表面に撥水処理を行う。これにより、排水促進部１３０において排水性を向上することができ、凝縮水の滞留を抑制することができる。

なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。

本発明は、燃料電池に適用することができる。特にセパレータにおける水詰まりを抑制する必要がある固体高分子型燃料電池に適用することができる。

燃料電池の構造を示す斜視図である。 単位セルの構造を示す斜視図である。 セパレータ表面のガス流路形状の平面図ある。 従来のセパレータのガス流路角部の拡大図である。 第１の実施形態に用いるガス流路角部の断面図および拡大図である。 第１の実施形態に用いるガス流路角部の断面図およびガス流路形状の平面図である。 第２の実施形態に用いるガス流路角部の断面図および拡大図である。 第２の実施形態に用いるガス流路角部の断面図およびガス流路形状の平面図である。 第３の実施形態に用いるガス流路角部の拡大図である。

符号の説明

１ 燃料電池
１０ 単位セル
１１ 電解質膜
１３ａ アノードガス拡散層
１３ｃ カソードガス拡散層
１４ 膜-電極接合体
１５ａ、１５ｃ セパレータ
１７ａ 燃料ガス流路
１７ｃ 酸化剤ガス流路
１９ａ、１９ｃ 入口マニフォールド
２０ａ、２０ｃ 出口マニフォールド
２１ ガス流路直線部
２２ ガス流路角部
１１０、１２０、１３０ 排水促進部

Claims (7)

1. 固体高分子電解質膜と、
   前記固体高分子電解質膜の両主面に配置されたアノード電極と、カソード電極と、
   前記アノード電極と、前記カソード電極それぞれの外側に配置されたアノードガス拡散層と、カソードガス拡散層と、
   前記アノードガス拡散層と、前記カソードガス拡散層それぞれの外周に配置されたガスシール材と、
   前記アノードガス拡散層と、前記カソードガス拡散層それぞれの外側に配置され、流路軸方向に角部を有する溝状の反応ガス流路を設けたセパレータと、を備え、
   少なくとも一方の前記セパレータに設けた前記反応ガス流路の前記角部近傍に、排水を促進させる排水促進部を設けることを特徴とする燃料電池。
2. 前記排水促進部を、前記反応ガス流路の断面積を他の領域に比較して小さくして構成した請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記排水促進部を、前記反応ガス流路の溝幅を他の領域に比較して小さくして構成した請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記排水促進部を、前記反応ガス流路の溝深さを他の領域に比較して小さくして構成した請求項２に記載の燃料電池。
5. 前記排水促進部を、前記反応ガス流路の溝表面の粗さを他の領域に比較して小さくして構成した請求項１に記載の燃料電池。
6. 前記排水促進部を、前記反応ガス流路の表面に撥水処理を施して構成した請求項１に記載の燃料電池。
7. 前記反応ガス流路は、それぞれが前記排水促進部を有する複数の前記角部を備え、
   下流側の前記角部近傍に設けた前記排水促進部の流路断面積を、上流側に比較して小さくして構成した請求項２から４のいずれか一つに記載の燃料電池。

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