JP2006221853A - 燃料電池のセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池のフラットセパレータにおいて、反応ガスの分配の均一性を改善し、電池性能を向上させる。
【解決手段】ＭＥＡとの対向部分が平面であるセパレータ２５は、カソード対向プレート２２アノード対向プレート２３と中間プレート２４とを備える。中間プレート２４は、酸化ガス供給マニホールドとカソード対向プレート２２の酸化ガス供給孔２２５とを連通する複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５と、酸化ガス排出マニホールドとアノード対向プレート２３の酸化ガス排出孔２２６とを連通する複数個の酸化ガス排出流路形成部２４６を備える。複数個の酸化ガス排出流路形成部２４６の流路巾Roおよび流路間隔Δkoは、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５の流路巾Riおよび流路間隔Δkiより広く設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料電池のセパレータに関し、特に反応ガスの供給に関する。

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（酸素極と燃料極）に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式（１）および式（２）に示す反応が行なわれ、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。

カソード反応（酸素極）：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ ...（１）
アノード反応（燃料極）：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ...（２）

かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。

ここで、燃料電池のセパレータとして、アノード側のプレートと、カソード側のプレートと、両プレートに挟まれた中間プレートとから構成された３層構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。この３層構造のセパレータは、３つのプレートを貫通する反応ガスマニホールドと、中間プレートに設けられた受け渡し流路と、アノード側およびカソード側のプレートにおいてハーフエッチング加工された反応ガス流路の端部に設けられた長孔形状の貫通孔とを備えている。そして、受け渡し流路から長孔形状の貫通孔を介して反応ガスを反応ガス流路に分配している。

特開２００４−６１０４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、反応ガスを供給する側の受け渡し流路と排出する側の受け渡し流路が同一に構成されており、アノード側およびカソード側のプレートに反応ガス流路を設けないセパレータ（以下、フラットセパレータという。）に適用する場合について何等考慮されていない。この結果、反応ガスの電極に対する供給性が悪化するおそれがあった。すなわち、フラットセパレータでは、アノード側およびカソード側プレートに反応ガス流路を設けられておらず、反応ガス流路による反応ガスの分配制御ができないため、反応ガスの供給側の構造および排出側の構造において反応ガスの均一な分配について改善する技術が求められていた。また、反応ガスの分配の均一化と共に、生成水の排水性についても両立させることが求められていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池のフラットセパレータにおいて、反応ガスの分配の均一性を改善し、電池性能を向上させることを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために本発明の第１の態様は、膜電極接合体の第１の電極との対向面が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極との対向面が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池のセパレータを提供する。本発明の第１の態様に係るセパレータは、前記第１および前記第２の電極対向プレートと前記中間プレートを厚さ方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとを備え、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し他端が前記膜電極接合体に対応する領域の第１の端部に至る複数個の反応ガス供給流路を形成する複数個の反応ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記領域の第２の端部に至る複数個の反応ガス排出流路を形成する複数個の反応ガス排出流路形成部と、を備え、前記第１の電極対向プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス供給流路の他端と連通する反応ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス排出流路の他端と連通する反応ガス排出孔と、を備え、複数個の前記反応ガス供給流路は、所定の間隔より狭い第１の流路間隔で並び、複数個の前記反応ガス排出流路は、所定の巾より広い第２の流路巾を有することを特徴とする。

本発明の第１の態様に係るセパレータは、反応ガス供給流路は、所定の間隔より流路間隔が狭いので、反応ガスを均一に第１の電極に分配することができる。さらに反応ガス排出流路は、所定の巾より流路巾が広いので、生成水が反応ガス排出流路に詰まることを抑制することができる。この結果、いわゆるフラッディングの発生を抑制することができる。

本発明の第１の態様に係るセパレータにおいて、複数個の前記反応ガス供給流路は、第１の流路巾を有し、複数個の前記反応ガス排出流路は、第２の流路間隔で並び、前記所定の間隔は、前記第２の流路間隔であり、前記所定の巾は、前記第１の流路巾であっても良い。このように、反応ガス供給流路を狭い流路巾および間隔で配置し、反応ガス排出流路を広い流路巾および間隔で配置することにより、セパレータの剛性を確保しつつ、上述した反応ガスの均一な分配と、フラッディングの抑制を実現することができる。

本発明の第２の態様は、膜電極接合体の第１の電極と対向面が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極と対向面が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池のセパレータを提供する。本発明の第２の態様に係るセパレータは、前記第１および前記第２の電極対向プレートと前記中間プレートを厚さ方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとを備え、前記中間プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し他端が前記膜電極接合体に対応する領域の第１の端部に至る複数個の反応ガス供給流路を形成する複数個の反応ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記領域の第１の端部と向かい合う第２の端部に至る複数個の反応ガス排出流路を形成する複数個の反応ガス排出流路形成部と、を備え、前記第１の電極プレートは、厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス供給流路の他端と連通する反応ガス供給孔と、厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス排出流路の他端と連通する反応ガス排出孔と、を備え、複数個の前記反応ガス供給流路と複数個の前記反応ガス排出流路は、互い違いに向き合っていることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係るセパレータによれば、第１の端部に配置された複数個の反応ガス供給孔から供給された反応ガスが、隣接する反応ガス供給孔間の隙間部分にも拡散しやすくなるため、反応ガスの第１の電極に対する分配の均一性が向上する。

本発明の第２の態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給マニホールドは、１つ以上の第１のリブによって、複数個に分割されており、前記反応ガス排出マニホールドは、１つ以上の第２のリブによって、複数個に分割されており、前記第１のリブと前記第２のリブは、互いに前記領域を挟んで対向しない位置に配置されても良い。こうすれば、第１のリブおよび第２のリブによって、セパレータの強度が向上する。また、第１のリブを形成することによって反応ガス供給流路を形成できない部分と、第２のリブを形成することによって反応ガス排出流路を形成できない部分とが対向しないため、リブを設けることによって反応ガスが分配されない領域が発生しない。

上記態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給孔は、複数個備えられ、１つの前記反応ガス供給流路に、少なくとも１つの反応ガス供給孔が対応しても良い。また、前記反応ガス供給孔は、前記反応ガス供給流路と同数個を備えられ、複数個の前記反応ガス供給流路と複数個の前記反応ガス供給孔とが、１対１に対応しても良い。こうすれば、１つの長孔で反応ガス供給孔を形成するより、中間プレートにおける貫通部面積を、少なくできるためセパレータの強度が向上する。この結果、安定した反応ガスの供給を実現できる。

上記態様に係るセパレータにおいて、複数個の前記反応ガス供給流路は、前記第１の端部の全長に亘って配置され、複数個の前記反応ガス排出流路は、前記第２の端部の全長に亘って配置されていても良い。こうすれば、反応ガスが、第１の端部の全長に亘って配置された反応ガス供給流路から、第２の端部の全長に亘って配置された反応ガス排出流路へと、反応ガスが流れるので、反応ガスを発電部全体に亘って供給することができる。したがって、さらに、反応ガスの分配の均一性が向上する。

上記態様に係るセパレータにおいて、前記第１の電極は、カソード極であり、前記第２の電極は、アノード極であり、前記反応ガス供給マニホールドと前記反応ガス供給流路と前記反応ガス供給孔は、酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給流路と酸化ガス供給孔であり、前記反応ガス排出マニホールドと前記反応ガス排出流路と前記反応ガス排出孔は、酸化ガスを排出するための酸化ガス排出マニホールドと酸化ガス排出流路と酸化ガス排出孔であって良い。こうすれば、燃料ガスより拡散性が悪い酸化ガスのカソード極に対する分配の均一性を向上させることができる。

以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。

Ａ．第１実施例
・燃料電池およびセパレータの構成：
図１〜図４を参照して、第１実施例に係るセパレータおよび第１実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の概略構成について説明する。図１は、第１実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図である。図２は、第１実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図である。図３は、第１実施例に係るセパレータを構成するカソード対向プレートおよびアノード対向プレートの平面図である。図４は、第１実施例に係るセパレータを構成する中間プレートと、シール一体型膜電極接合体（以下、膜電極接合体をＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly ）ともいう。）の平面図である。

燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、モジュール２０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４とを備えている。モジュール２０は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。すなわち、燃料電池１０は、モジュール２０が、複数個積層された層状構造を有している。また、テンションプレート３１がボルト３２によって各エンドプレート３０に結合されることによって、各モジュール２０は、積層方向に所定の圧縮力で締結される。

燃料電池１０には、電池反応に供される反応ガス（燃料ガスと酸化ガス）と、燃料電池１０を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池１０のアノードには、高圧水素を貯蔵した水素タンク２１０から、配管２５０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク２１０の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。配管２５０には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ２２０および調圧バルブ２３０が配置されている。燃料電池１０のアノードから排出された水素は、配管２６０を介して配管２５０に戻され、再び燃料電池１０に循環される。配管２６０上には、循環のための循環ポンプ２４０が配置されている。

燃料電池１０のカソードには、エアポンプ３１０から、配管３５０を介して、酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０のカソードから排出された空気は、配管３６０を介して大気中に放出される。燃料電池１０には、さらに、ラジエータ４２０から、配管４５０を介して、冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。燃料電池１０から排出された冷却媒体は、配管４６０を介して、ラジエータ４２０に送られ、再び燃料電池１０に循環される。配管４６０上には、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。

モジュール２０は、図２に示すように、セパレータ２５とシール一体型ＭＥＡ２１を交互に積層して構成される。

セパレータ２５は、図２に示すように、シール一体型ＭＥＡ２１のカソード電極側に対向するカソード対向プレート２２と、アノード電極側に対向するアノード対向プレート２３と、カソード対向プレート２２とアノード対向プレート２３とに挟持される中間プレート２４とを備えている。これらの３枚のプレートは重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。

ここで、セパレータ２５において、燃料電池を構成する際に、ＭＥＡに対応する領域、すなわち、ＭＥＡと対向して発電が行われる領域を発電部と呼ぶこととする。図３および図４において、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４の略中央部に点線で示した領域は、発電部ＤＡを示している。

カソード対向プレート２２は、略四角形の金属製の薄板である。金属製の薄板は、高耐食性材料によって構成されている。例えば、チタン、チタン合金（チタン−パラジウム合金等）、ＳＵＳ（ステンレス）板の表面に腐食防止のためのメッキを施したもの等を用いることができる。カソード対向プレート２２は、図３（ａ）に示すように、ＭＥＡのカソード極と対向面が平面であり、酸化ガス流路は形成されていない。ここで、略四角形である発電部の図３における上側の辺を第１の辺Ｓ１とし、第１の辺Ｓ１と向かい合う辺を第２の辺Ｓ２とする。さらに、第１の辺Ｓ１と隣接する左側の辺を第３の辺Ｓ３とし、第３の辺Ｓ３と向かい合う辺を第４の辺Ｓ４とする。これらの辺の呼び名は、後述するアノード対向プレート２３における発電部ＤＡおよび中間プレート２４における発電部ＤＡについても同様とする。

カソード対向プレート２２は、複数個の酸化ガス供給孔２２５と、複数個の酸化ガス排出孔２２６とを有している。複数個の酸化ガス供給孔２２５は、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対応する端部（以下、酸化ガス供給端部という。）に、酸化ガス供給端部の全長に亘って、並んで配置されている。複数個の酸化ガス排出孔２２６は、発電部ＤＡの酸化ガス供給孔２２５とは反対側の端部、つまり、本実施例では発電部ＤＡの第２の辺Ｓ２に対応する端部（以下、酸化ガス排出端部という。）に、酸化ガス排出端部の全長に亘って、並んで配置されている。ここで、複数個の酸化ガス供給孔２２５は、酸化ガス供給端部に沿って所定の間隔Δki（以下、酸化ガス供給間隔という。）にて配置されている。複数個の酸化ガス供給孔２２５は、それぞれ同じ大きさおよび形状であり、図３における左右方向に所定の巾Ri（以下、酸化ガス供給巾という。）を有している。一方で、複数個の酸化ガス排出孔２２６は、酸化ガス排出端部に沿って、上述の酸化ガス供給間隔Δkiより広い間隔Δko（以下、酸化ガス排出間隔という。）にて配置されている。複数個の酸化ガス排出孔２２６は、それぞれ同じ大きさおよび形状であり、上述の酸化ガス供給巾Riより広い巾Ro（以下、酸化ガス排出巾という。）を有している。

カソード対向プレート２２は、さらに、発電部ＤＡを囲む外側の領域（以下、外周部という。）において、セパレータ２５を構成する際に各種マニホールドを形成する燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂとを有している。これらの各種マニホールド形成部、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６は、全てカソード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。カソード対向プレート２２は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。カソード対向プレート２２は、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート２２と同じ高耐食性材料を用いることができる。アノード対向プレート２３は、図３（ｂ）に示すように、カソード対向プレート２２同様、ＭＥＡのアノード極との対向面が平面であり、燃料ガス流路は形成されていない。アノード対向プレート２３は、複数個の燃料ガス供給孔２３７と、複数個の燃料ガス排出孔２３８とを有している。複数個の燃料ガス供給孔２３７は、発電部ＤＡの第３の辺に対応する端部（以下、燃料ガス供給端部という。）の上側の部分に、並んで配置されている。複数個の燃料ガス排出孔２３８は、発電部ＤＡの燃料ガス供給孔２３７とは反対側の端部、つまり、発電部ＤＡの第４の辺Ｓ４に対応する端部（以下、燃料ガス排出端部という。）の下側の部分に、並んで配置されている。ここで、複数個の燃料ガス供給孔２３７は、燃料ガス供給端部に沿って所定の間隔Δhi（以下、燃料ガス供給間隔という。）にて配置されている。複数個の燃料ガス供給孔２３７は、それぞれ同じ大きさおよび形状であり、図３における左右方向に所定の巾ri（以下、燃料ガス供給巾という。）を有している。一方で、複数個の燃料ガス排出孔２３８は、燃料ガス排出端部に沿って上述の燃料ガス供給間隔Δhiより広い間隔Δho（以下、燃料ガス排出間隔という。）にて配置されている。複数個の燃料ガス排出孔２３８は、それぞれ、同じ大きさおよび形状であり、上述の燃料ガス供給巾riより広い巾ro（以下、燃料ガス排出巾という。）を有している。

アノード対向プレート２３は、さらに、カソード対向プレート２２と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２３３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２３３ｂとを有している。これらの各種マニホールド形成部、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、全てアノード対向プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。アノード対向プレート２３は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じものを用いることができる。中間プレート２４は、図４（ａ）に示すように、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂとを有している。

中間プレート２４には、図４（ａ）に示すように、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと一端が連通し、他端が発電部ＤＡの酸化ガス供給端部に至る長孔である酸化ガス供給流路形成部２４５が複数個並んで形成されている。酸化ガス供給流路形成部２４５は、３つのプレートを接合したとき（以下、接合時という。）に、カソード対向プレート２２の酸化ガス供給孔２２５と１対１で対応するように、酸化ガス供給孔２２５と同数個形成されている。そして、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれが互いに平行であり、カソード対向プレート２２における酸化ガス供給孔２２５と同様に、発電部ＤＡの酸化ガス供給端部の全長に亘って、並んで配置されている。複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、酸化ガス供給端部に沿って、酸化ガス供給孔２２５と同様に、酸化ガス供給間隔Δkiにて並んでいる。複数の酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれ同一の形状および大きさを有している。具体的には、各酸化ガス供給流路形成部２４５の流路巾は、上述した酸化ガス供給孔２２５の巾と同じ酸化ガス供給巾Riであり、流路長は、それぞれLiである（図４（ａ）参照）。

中間プレート２４は、図４（ａ）に示すように、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂと一端が連通し、他端が発電部ＤＡの酸化ガス排出端部に至る長孔である酸化ガス排出流路形成部２４６が複数個並んで形成されている。酸化ガス供給流路形成部２４５は、接合時にカソード対向プレート２２の酸化ガス排出孔２２６と１対１で対応するように、酸化ガス排出孔２２６と同数個形成されている。そして、複数個の酸化ガス排出流路形成部２４６は、それぞれが互いに平行であり、カソード対向プレート２２における酸化ガス排出孔２２６と同様に、発電部ＤＡの酸化ガス排出端部の全長に亘って、並んで配置されている。複数個の酸化ガス排出流路形成部２４６は、酸化ガス排出端部に沿って、酸化ガス排出孔２２６と同様に、酸化ガス排出間隔Δkoにて並んでいる。複数の酸化ガス排出流路形成部２４６は、それぞれ同一の形状および大きさを有している。具体的には、各酸化ガス排出流路形成部２４６の流路巾は、上述した酸化ガス排出孔２２６の巾と同じ酸化ガス排出巾Roであり、流路長は、それぞれLoである（図４（ａ）参照）。

中間プレート２４は、さらに、上述した酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス排出流路形成部２４６と同様の構造を有する要素として、一端が燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａに連通し他端が発電部ＤＡの燃料ガス供給端部に至る燃料ガス供給流路形成部２４７と、一端が燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと連通し他端が発電部ＤＡの燃料ガス排出端部に至る燃料ガス排出流路形成部２４８とを、それぞれ複数個備えている。燃料ガス供給流路形成部２４７は、アノード対向プレート２３の燃料ガス供給孔２３７と１対１で対応し、燃料ガス供給端部に沿って燃料ガス供給間隔Δhiにて並んでいる。そして、燃料ガス供給流路形成部２４７の流路巾は、燃料ガス供給孔２３７の巾と同じ燃料ガス供給巾riである。同様にして、燃料ガス排出流路形成部２４８は、アノード対向プレート２３の燃料ガス排出孔２３８と１対１で対応し、燃料ガス排出端部に沿って燃料ガス排出間隔Δhoにて並んでいる。そして、燃料ガス排出流路形成部２４８の流路巾は、燃料ガス排出孔２３８の巾と同じ燃料ガス排出巾roである。

中間プレート２４は、さらに、図４（ａ）に示すように、中間プレート２４の右端近傍から左端近傍に至る長孔である冷却媒体流路形成部２４３を有している。冷却媒体流路形成部２４３は、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂとの間の領域において、上下方向に複数個並んで形成されている。

中間プレート２４における上述した各種マニホールド形成部と、各種流路形成部は、全て中間プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。中間プレート２４は、これらの貫通部以外の部分は、未加工のままの平板である。従って、中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

ここで、上述した酸化ガス供給端部および燃料ガス供給端部が、特許請求の範囲における第１の端部に相当し、酸化ガス排出端部および燃料ガス排出端部が、特許請求の範囲における第２の端部に相当する。また、酸化ガス供給巾Riおよび燃料ガス供給巾riが特許請求の範囲における第１の流路巾に相当し、酸化ガス供給間隔Δkiおよび燃料ガス供給間隔Δhiが特許請求の範囲における第１の流路間隔に相当する。さらに、酸化ガス排出巾Roおよび燃料ガス排出巾roが特許請求の範囲における第２の流路巾に相当し、酸化ガス排出間隔Δkoおよび燃料ガス排出間隔Δhoが特許請求の範囲における第２の流路間隔に相当する。

シール一体型ＭＥＡ２１は、図４（ｂ）に示すように、ＭＥＡとＭＥＡの外周縁部に接合されたシール部５０を備えている。ＭＥＡは、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜２１１と、電解質膜２１１の一方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、アノード極、図示せず）と、電解質膜２１１の他方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、カソード極、図示せず）と、各触媒層のセパレータ対向面に配置された拡散層２１２とを備えている。拡散層２１２は、比較的内部の空孔率が高く、反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）が内部を流動する際の圧力損失が小さいものが用いられる。拡散層２１２は、カソード側の拡散層２１２を金属製（例えば、チタン）多孔体を用い、アノード側の拡散層２１２をカーボン製多孔体を用いて構成されている。拡散層２１２については、後述する。

シール部５０は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料が用いられる。シール部５０は、金型のキャビティにＭＥＡ部の外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、膜電極接合体２１とシール部５０とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。シール部５０は、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部５０１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部５０１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部５０２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部５０２ｂ、冷却媒体供給マニホールド形成部５０３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部５０３ｂを有している。シール部５０は、図２に示すように、燃料電池１０を構成する際に、一方の面に当接する一のセパレータ２５と他方の面に当接するセパレータ２５との間をシール線ＳＬにてシールしている。シール部５０は、図４（ｂ）に示すように、ＭＥＡの外周すなわち燃料電池の発電部ＤＡの外周と、各マニホールドの外周を囲むようにシールしている。図４（ｂ）では、図を見やすくするため、シール部５０のセパレータ２５と当接部を結ぶシール線ＳＬのみを示している。

図５〜図７を参照して、セパレータ２５に形成される各種流路の構成について説明する。図５は、第１実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図である。図６は、図５におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図７は、図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図である。また、上述した図２は、図５におけるＡ−Ａ断面に対応している。

セパレータ２５には、図５（ａ）においてハッチングで示すように、厚さ方向に貫通する各種マニホールドが形成される。すなわち、上述したカソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４にそれぞれに形成された燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａとによって、燃料ガス供給マニホールドが形成される。セパレータ２５には、同様にして、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールドがそれぞれ形成される。

ここで、図５（ａ）に示すように酸化ガス供給マニホールドは、発電部ＤＡの酸化ガス供給端部と向かい合うように、発電部ＤＡの外周部において酸化ガス供給端部の全長に亘って形成される。酸化ガス排出マニホールドは、発電部ＤＡの酸化ガス排出端部と向かい合うように、発電部ＤＡの外周部において酸化ガス排出端部の全長に亘って形成される。また、燃料ガス供給マニホールドは、発電部ＤＡの燃料ガス供給端部と向かい合うように、発電部ＤＡの外周部において、燃料ガス供給端部の燃料ガス供給孔２３７が配置されている範囲に亘って形成される。同様に、燃料ガス排出マニホールドは、発電部ＤＡの外周部において、燃料ガス排出端部の燃料ガス排出孔２３８が配置されている範囲に亘って形成される。冷却媒体供給マニホールドは、発電部ＤＡの外周部において、冷却媒体流路形成部２４３の一方の端部に対応する範囲に亘って形成される。冷却媒体排出マニホールドは、発電部ＤＡの外周部において、冷却媒体流路形成部２４３の他方の端部に対応する範囲に亘って形成される。

さらに、断面の構成も交えて説明していく。セパレータ２５には、図５および図６に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス供給流路形成部２４５と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス供給流路６３が形成される。酸化ガス供給流路６３は、一端が酸化ガス供給マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と連通している。

ここで、上述したとおり中間プレート２４に形成された各酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれ同一の形状および大きさを有している。さらに、上述したとおり複数個の酸化ガス供給孔２２５もまた、それぞれ、同一の形状および大きさを有している。この結果、酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス供給流路６３および酸化ガス供給孔２２５を通り拡散層２１２に至るまでの複数の経路（以下、酸化ガス供給経路という。）における酸化ガスの圧力損失は、各経路ごとに等しくなる。

セパレータ２５には、図５および図６に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス排出流路形成部２４６と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス排出流路６４が形成される。酸化ガス排出流路６４は、一端が酸化ガス排出マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６と連通している。

図示は省略するが、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面およびＣ'−Ｃ'断面は、図５に示すＢ−Ｂ断面と、同様の構造を有している。すなわち、セパレータ２５には、図５（ａ）に示すＣ−Ｃ部において、上述した酸化ガス供給流路６３と同様にして、燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス供給孔２３７とを連通する燃料ガス供給流路６１が形成される。そして、図５（ａ）におけるＣ'−Ｃ'部において、上述した酸化ガス排出流路６４と同様にして、燃料ガス排出マニホールドと燃料ガス排出孔２３８とを連通する燃料ガス排出流路６２が形成される。そして、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５と同様に、各燃料ガス供給流路形成部２４７および各燃料ガス供給孔２３７において、燃料ガスの圧力損失がそれぞれの燃料ガス供給経路で等しくなる。

さらにセパレータ２５には、図５および図７に示すように、複数個の冷却媒体流路形成部２４３によって、複数個の冷却媒体流路６５が形成される。冷却媒体流路６５は、一端が冷却媒体供給マニホールドと連通し他端が冷却媒体排出マニホールドと連通する。

ここで、図５（ａ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールドは、シール線ＳＬで示すシール部５０とセパレータ２５との当接部のうち燃料電池の発電部ＤＡの外周を囲む当接部（以下、発電部外周シール部という。）の外側に位置している。一方で、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、それぞれ、発電部ＤＡの端部、すなわち、上述した発電部外周シール部の内側に位置している。この結果上述した燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４は、それぞれ、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルするように形成されている。また、冷却媒体流路６５も、発電部外周シール部の外側にそれぞれ位置する冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドと連通しているため、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルしている。

図５（ｂ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図５（ａ）におけるｓｌ１−ｓｌ１断面）を示している。図５（ｂ）に示すように、発電部外周シール部上における断面は、酸化ガス供給流路６３が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。このように、緻密部Ｓを、図５（ａ）に示すシール線ｓｌ１−ｓｌ１の線長に対して、所定の割合を占めるように設ける（酸化ガス供給流路６３を複数本に分けて設ける）ことによってセパレータ２５の剛性が確保される。この結果、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形が抑制される。この結果、反応ガスのシール性、および、酸化ガスの供給の安定性が向上する。なお、図５（ａ）におけるｓｌ３−ｓｌ３断面も同様の構成となっている。

図５（ｃ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図５（ａ）におけるｓｌ２−ｓｌ２断面）を示している。本断面においても、冷却媒体流路６５および燃料ガス排出流路６２が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Ｓが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形を抑制している。なお、図５（ａ）におけるｓｌ４−ｓｌ４断面も同様の構成となっている。

・燃料電池の動作：
同じく、図４〜図７を参照して、第１実施例に係るセパレータおよび第１実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の動作について説明する。

燃料電池１０に供給された酸化ガスは、図６において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路６３−酸化ガス供給孔２２５という複数の経路（上述した酸化ガス供給経路）を通って、カソード側の拡散層２１２に供給される。図５（ａ）に示す矢印Fiは、各酸化ガス供給孔２２５（各酸化ガス供給経路）から供給される酸化ガスの流れを示している。拡散層２１２に供給された酸化ガスは、カソード電極において電気化学反応に供される。その後、酸化ガスは、図６において矢印で示すように、酸化ガス排出孔２２６−酸化ガス排出流路６４−酸化ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。図５（ａ）において、矢印Foは、拡散層２１２から各酸化ガス排出孔２２６に排出される酸化ガスの流れを示している。

ここで、上述したように、拡散層２１２は、空孔率が高く、酸化ガスが流動する際の圧力損失が十分に低いものを用いているため、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量の分配は、各酸化ガス供給経路におけるそれぞれの圧力損失に依存する。そして、酸化ガス供給経路の圧力損失は、ほぼ、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法によって決定される。したがって、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量の分配は、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法によって制御されることになる。この点からも、上述したように緻密部Ｓを配置（酸化ガス供給流路６３を複数に分けて配置）し、酸化ガス供給流路６３周辺の剛性を確保することが必要である。酸化ガス供給流路６３が変形すると、各酸化ガス供給経路の圧力損失にばらつきが生じ、酸化ガスの流量を制御できなくなるおそれがあるからである。

本実施例では、図３を参照して説明したように、各酸化ガス供給経路の圧力損失は等しくなるように、各酸化ガス供給流路形成部２４５および各酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法を同一にしているので、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量が酸化ガス供給経路ごとに等しくなる。

酸化ガスと同様にして、燃料電池１０に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路６１−燃料ガス供給孔２３７という経路（上述した燃料ガス供給経路）を通って、アノード側の拡散層２１２に供給される。拡散層２１２に供給された燃料ガスは、発電部ＤＡ全体に亘って拡散し（図示は省略）アノード電極において電気化学反応に供される。その後、燃料ガスは、酸化ガスと同様にして、燃料ガス排出孔２３８−燃料ガス排出流路６２−燃料ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。

燃料ガス供給経路も同様に、各燃料ガス供給流路形成部２４７と各燃料ガス供給孔２３７の形状および寸法をそれぞれ同一にしているので、各燃料ガス供給経路を通ってアノード極に供給される燃料ガスの流量が燃料ガス供給経路ごとに等しくなる。

燃料電池１０に供給された冷却媒体は、図７において矢印で示すように、冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体流路６５−冷却媒体排出マニホールドを通って、外部に排出される。冷却媒体は、主として冷却媒体流路６５内を流動中に燃料電池１０の熱エネルギーを吸収して燃料電池１０を冷却する。

以上説明した本実施例に係るセパレータ２５は、酸化ガス供給間隔Δkiを、酸化ガス排出間隔Δkoより狭くして、酸化ガスの発電部ＤＡに対する分配の均一性を向上させている。つまり、図５（ａ）に示すように、各酸化ガス供給流路６３から供給される酸化ガスの流れFiの隙間の領域には、酸化ガスが流れにくいが、酸化ガス供給流路６３の間隔を狭くすることによって、酸化ガスが流れにくい領域を減らしている。また、酸化ガス供給間隔Δkiを狭くしただけでは、分配の均一性は向上するものの、上述した緻密部Ｓ（図５（ｂ）参照）が減少してセパレータ２５の剛性が低下するおそれがあるので、酸化ガス供給巾Riも酸化ガス排出巾Roより狭くして、シール線の線長に対して緻密部Ｓが占める割合を確保して剛性の低下を抑制している。

また、燃料電池の発電中には、電気化学反応によりカソード極において生成水が発生する。発生した生成水は、酸化ガス内に混入する。酸化ガス内に混入した生成水は、酸化ガスと共に燃料電池外に速やかに排出されることが望ましい。ここで、酸化ガス排出巾Roが狭いと凝集した生成水が酸化ガス排出孔２２６または酸化ガス排出流路６４に詰まってしまうおそれがある。本実施例では、酸化ガス排出巾Roを酸化ガス供給巾Riより広くして、生成水の排水性を向上させている。そして、酸化ガス排出巾Roを広くしただけでは、排水性は向上するものの、上述した緻密部Ｓ（図５（ｂ）参照）が減少してセパレータ２５の剛性が低下するおそれがあるので、酸化ガス排出間隔Δkoも酸化ガス供給間隔Δkiより広くして、シール線の線長に対して緻密部Ｓが占める割合を確保して剛性の低下を抑制している。

言い換えれば、セパレータ２５の剛性確保のためには、上述した緻密部Ｓ（図５（ｂ）参照）がシール線の線長に対してある程度の割合を占めるように、複数の酸化ガス供給流路６３および酸化ガス排出流路６４を適切な流路巾と流路間隔で配置する必要がある。本実施例では、酸化ガス供給流路６３および酸化ガス排出流路６４の流路巾および流路間隔を、供給側と排出側とで相対的に変えることによって、セパレータ２５の剛性を確保しつつ、酸化ガスの供給性および生成水の排出性を向上させているのである。間隔

酸化ガスと同様に、燃料ガスについても分配の均一性が求められる。また、アノード極側にも、カソード側で発生した生成水が電解質膜２１１を透過して侵入してくる。このため、燃料ガス側においても、生成水の排出性が求められる。本実施例に係るセパレータ２５は、酸化ガス側と同様に、燃料ガス排出巾roおよび燃料ガス排出間隔Δhを、燃料ガス供給巾riおよび燃料ガス供給間隔Δhiより広くしている。この結果、セパレータ２５の剛性を確保しつつ、燃料ガスの供給性および生成水の排出性を向上させることができる。この結果、燃料電池の発電時において、いわゆるフラッディングを抑制することができる。

さらに、本実施例では、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５の形状および大きさを同一にして、複数の酸化ガス供給経路における圧力損失を同一にし、複数の酸化ガス供給孔２２５から供給される酸化ガスの流量を酸化ガス供給孔２２５ごとに等しくしている。この結果、酸化ガスの供給を発電部ＤＡ全体に亘り均一にすることができる。

さらに、本実施例では、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５をそれぞれ平行に、発電部ＤＡの酸化ガス供給端部の全長に亘って（図５（ａ）における例では、発電部ＤＡの上辺の左端から右端に亘って）配置されているので、酸化ガスの発電部ＤＡへの供給は、より均一化される。

なお、本実施例では、燃料ガス供給流路形成部２４７は、発電部ＤＡの燃料ガス供給端部の全長に亘って、形成されていない。燃料ガスである水素は、酸化ガスである空気中における酸素と比較して拡散速度が速い（拡散速度は、拡散係数および濃度勾配に主として依存する。水素は拡散係数が酸素の約４倍である。また、燃料ガスは、純水素（水素濃度約１００％）を用いるのに対し、酸化ガスは空気（酸素濃度約２０％）を用いる。このため、酸化ガス中の酸素の拡散速度は、燃料ガス中の水素と比較してかなり低いことがわかる。）。このため、発電部ＤＡの燃料ガス供給端部の一部に燃料ガス供給孔２３７を形成すれば、十分に電池反応に必要な水素が供給可能であるからである。言い換えれば、燃料電池の電気化学反応は、酸素分子の拡散速度が遅いため、一般的に、カソード極の３相界面における反応（２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ）に律速される。従って、酸化ガスの供給性を重視した流路配置とすることが、より電池性能の向上に繋がるからである。

Ｂ．第２実施例：
図８および図９を参照して、第２実施例に係るセパレータ２５について説明する。図８は、第２実施例に係るセパレータを構成するカソード対向プレートおよびアノード対向プレートの平面図である。図９は、第２実施例に係るセパレータを構成する中間プレートと、シール一体型ＭＥＡの平面図である。なお、第２実施例に係るセパレータ２５については、第１実施例に係るセパレータ２５と共通の構成については、その説明を省略し、第１実施例に係るセパレータ２５と異なる構成についてのみ説明する。

第２実施例に係るセパレータ２５は、第１実施例に係るセパレータ２５と同様に、３枚のプレート（カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４）を接合して構成される。

第２実施例に係るカソード対向プレート２２は、第１実施例に係るカソード対向プレート２２と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａおよび酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂが形成されている。ただし、第２実施例において、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａは、図８（ａ）に示すように、２つのリブＲＢによって補強されている。この結果、第２実施例において酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａは、３つの酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａ１〜２２２ａ３に分割されている。また、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂは、１つのリブＲＢによって補強されており、２つの酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂ１、２２２ｂ２に分割されている。ここで、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａを分割する２つのリブＲＢと、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂを分割する１つのリブＲＢとは、発電部ＤＡを挟んで、互いに向き合わないように配置されている。

第２実施例に係るカソード対向プレート２２には、第１実施例と同様に、酸化ガス供給孔２２５が酸化ガス供給端部の全長に亘り、酸化ガス排出孔２２６が酸化ガス排出端部の全長に亘り、それぞれ配置されている。ただし、第２実施例において、酸化ガス供給巾Rおよび酸化ガス供給間隔Δkは、酸化ガス排出巾Rおよび酸化ガス排出間隔Δkと等しくされている。そして、第２実施例において、酸化ガス供給孔２２５と酸化ガス排出孔２２６は、発電部ＤＡを挟んで、互い違いに向き合っている。すなわち、図８（ａ）において酸化ガス供給孔２２５の中心位置を通り酸化ガス排出端部へ向かう破線ＬＮｉおよび酸化ガス排出孔２２６の中心位置を通り酸化ガス供給端部へ向かう２点破線ＬＮｏが示すように、酸化ガス供給孔２２５と酸化ガス排出孔２２６は、互いに真正面に向き合っておらず、真正面から少しずつずれて向き合っている。言い換えれば、複数個の酸化ガス供給孔２２５の隙間部分に酸化ガス排出孔２２６が向き合うようにされている。

第２実施例に係るカソード対向プレート２２において、その他の構成は、第１実施例と同じであるので、図８（ａ）において、第１実施例について説明した図３（ａ）と同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施例に係るアノード対向プレート２３は、第１実施例に係るアノード対向プレート２３同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａと酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂを備えている。ただし、上述したカソード対向プレート２２と同様に、第２実施例においては、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａは、２つのリブＲＢによって３つの酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａ１〜２３２ａ３に分割されている。また、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂは、１つのリブＲＢによって、２つの酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂ１、２３２ｂ２に分割されている（図８（ｂ）参照）。

第２実施例に係るアノード対向プレート２３において、その他の構成は、第１実施例と同じであるので、図８（ｂ）において、第１実施例について説明した図３（ｂ）と同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施例に係る中間プレート２４は、第１実施例に係る中間プレート２４同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂを備えている。ただし、上述したカソード対向プレート２２と同様に、第２実施例に係る中間プレート２４おいて、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａは、２つのリブＲＢによって３つの酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａ１〜２４２ａ３に分割されている。また、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂは、１つのリブＲＢによって、２つの酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂ１、２４２ｂ２に分割されている（図９（ａ）参照）。

第２実施例に係る中間プレート２４には、第１実施例と同様に、複数の酸化ガス供給流路形成部２４５が酸化ガス供給端部の全長に亘り、複数の酸化ガス排出流路形成部２４６が酸化ガス排出端部の全長に亘り、それぞれ配置されている。ここで、複数の酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス排出流路形成部２４６は、上述したカソード対向プレート２２における酸化ガス排出孔２２６および酸化ガス排出流路形成部２４６にそれぞれ対応している。すなわち、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス排出流路形成部２４６は、それぞれ、間隔Δkにて配置され、巾Rを有している。そして、複数の酸化ガス供給流路形成部２４５と、複数の酸化ガス排出流路形成部２４６は、それぞれ、互い違いに向かい合っている（図９（ａ）における破線ＬＮｉおよび２点破線ＬＮｏ参照）。

第２実施例に係る中間プレート２４において、その他の構成は、第１実施例と同じであるので、図９（ａ）において、第１実施例について説明した図４（ａ）と同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施例に係るシール一体型ＭＥＡ２１は、第１実施例と同じであるので、図９（ｂ）において、第１実施例について説明した図４（ｂ）と同一の符号を付し、その説明を省略する。

ここで、上述した酸化ガス供給マニホールドを分割しているリブＲＢ（３枚のプレートのそれぞれに設けられている）が、特許請求の範囲における第１のリブに相当し、上述した酸化ガス排出マニホールドを分割しているリブＲＢ（３枚のプレートのそれぞれに設けられている）が、特許請求の範囲における第２のリブに相当する。

以上のように構成された第２実施例に係るセパレータ２５によれば、酸化ガス供給流路６３と酸化ガス排出流路６４とが、互い違いに向き合って形成されるため、酸化ガスの発電部ＤＡに対する分配の均一性が向上する。すなわち、各酸化ガス供給流路６３から供給される酸化ガスの流れの隙間の領域には酸化ガスが流れにくいが、本実施例では、酸化ガス排出流路６４がその隙間の領域に配置されている。これによって、酸化ガスは、酸化ガス排出流路６４から排出される際に、その隙間の領域に流れ込むことになるため、発電部ＤＡにおいても酸化ガスの流れの隙間が生じにくくなる。この結果、酸化ガスの発電部ＤＡに対する分配の均一性が向上する。

また、第１実施例に係るセパレータ２５と同様に、複数の酸化ガス供給流路６３および酸化ガス排出流路６４が並べて配置される（流路間に緻密部Ｓが配置される）ことにより、セパレータ２５の剛性が確保される。

さらに、酸化ガス供給マニホールドおよび酸化ガス排出マニホールドにリブを設けることによって、セパレータ２５の剛性をさらに向上させることができる。そして、酸化ガス供給マニホールドにおけるリブＲＢと、酸化ガス排出マニホールドにおけるリブＲＢとが、互いに向かい合わないようにずらされている。リブＲＢが形成されている部分には、酸化ガス供給流路６３や酸化ガス排出流路６４を形成することができないので、リブＲＢが互いに向かい合っていると、発電部ＤＡに酸化ガスの流れが通りにくい領域（互いに向かいあうリブに挟まれた領域）が生じてしまう。本実施例では、上述のように、各リブは、互いに向かい合わないようにずれているので、このような問題を回避できる。

Ｃ．変形例：
上記実施例に係るセパレータ２５は、３枚のプレートを打ち抜き加工して接合するのみで作成されるので、種々の材料を用いることができる。例えば、金属材料以外にも、導電性フィルムやカーボン薄板が用いられ得る。

上記実施例では、３枚のプレートをホットプレスにより接合しているが他の種々の接合方法が用いられ得ることは言うまでもない。例えば、拡散接合、ロウ付け、溶接等、種々の接合方法が用いられ得る。

以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。

第１実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図。 第１実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図。 第１実施例に係るセパレータを構成するカソード対向プレートおよびアノード対向プレートの平面図。 第１実施例に係るセパレータを構成する中間プレートと、シール一体型ＭＥＡの平面図。 第１実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図。 図５におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図。 図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図。 第２実施例に係るセパレータを構成するカソード対向プレートおよびアノード対向プレートの平面図。 第２実施例に係るセパレータを構成する中間プレートと、シール一体型ＭＥＡの平面図。

符号の説明

１０...燃料電池
２０...モジュール
２１...シール一体型ＭＥＡ
２１１...電解質膜
２１２...拡散層
２２...カソード対向プレート
２２１ａ...燃料ガス供給マニホールド形成部
２２１ｂ...燃料ガス排出マニホールド形成部
２２２ａ...酸化ガス供給マニホールド形成部
２２２ｂ...酸化ガス排出マニホールド形成部
２２３ａ...冷却媒体供給マニホールド形成部
２２３ｂ...冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５...酸化ガス供給孔
２２６...酸化ガス排出孔
２３...アノード対向プレート
２３１ａ...燃料ガス供給マニホールド形成部
２３１ｂ...燃料ガス排出マニホールド形成部
２３２ａ...酸化ガス供給マニホールド形成部
２３２ｂ...酸化ガス排出マニホールド形成部
２３３ａ...冷却媒体供給マニホールド形成部
２３３ｂ...冷却媒体排出マニホールド形成部
２３７...燃料ガス供給孔
２３８...燃料ガス排出孔
２４...中間プレート
２４１ａ...燃料ガス供給マニホールド形成部
２４１ｂ...燃料ガス排出マニホールド形成部
２４２ａ...酸化ガス供給マニホールド形成部
２４２ｂ...酸化ガス排出マニホールド形成部
２４３...冷却媒体流路形成部
２５...セパレータ
３０...エンドプレート
３１...テンションプレート
３２...ボルト
３３...インシュレータ
３４...ターミナル
５０...シール部
５０１ａ...酸化ガス供給マニホールド形成部
５０１ｂ...酸化ガス排出マニホールド形成部
５０２ａ...燃料ガス供給マニホールド形成部
５０２ｂ...燃料ガス排出マニホールド形成部
５０３ａ...冷却媒体供給マニホールド形成部
５０３ｂ...冷却媒体排出マニホールド形成部
６１...燃料ガス供給流路
６２...燃料ガス排出流路
６３...酸化ガス供給流路
６４...酸化ガス排出流路
６５...冷却媒体流路
２１０...水素タンク
２２０...シャットバルブ
２３０...調圧バルブ
２４０、４１０...循環ポンプ
２５０、２６０、３５０、３６０、４５０、４６０...配管
３１０...エアポンプ
４２０...ラジエータ
ＳＬ...シール線
ＤＡ...発電部
ＲＢ...リブ

Claims (12)

1. 膜電極接合体の第１の電極との対向面が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極との対向面が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池のセパレータであって、
   前記第１および前記第２の電極対向プレートと前記中間プレートを厚さ方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとを備え、
   前記中間プレートは、
   厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し他端が前記膜電極接合体に対応する領域の第１の端部に至る複数個の反応ガス供給流路を形成する複数個の反応ガス供給流路形成部と、
   厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記領域の第２の端部に至る複数個の反応ガス排出流路を形成する複数個の反応ガス排出流路形成部と、
   を備え、
   前記第１の電極対向プレートは、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス供給流路の他端と連通する反応ガス供給孔と、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス排出流路の他端と連通する反応ガス排出孔と、
   を備え、
   複数個の前記反応ガス供給流路は、
   所定の間隔より狭い第１の流路間隔で並び、
   複数個の前記反応ガス排出流路は、
   所定の巾より広い第２の流路巾を有するセパレータ。
2. 請求項１に記載のセパレータにおいて、
   複数個の前記反応ガス供給流路は、第１の流路巾を有し、
   複数個の前記反応ガス排出流路は、第２の流路間隔で並び、
   前記所定の間隔は、前記第２の流路間隔であり、
   前記所定の巾は、前記第１の流路巾であるセパレータ。
3. 請求項２に記載のセパレータにおいて、
   前記反応ガス供給孔は、複数個備えられ、
   １つの前記反応ガス供給流路に、少なくとも１つの反応ガス供給孔が対応するセパレータ。
4. 請求項３に記載のセパレータにおいて、
   前記反応ガス供給孔は、前記反応ガス供給流路と同数個備えられ、
   複数個の前記反応ガス供給流路と複数個の前記反応ガス供給孔とが、１対１に対応するセパレータ。
5. 請求項１ないし請求項４に記載のセパレータにおいて、
   複数個の前記反応ガス供給流路は、前記第１の端部の全長に亘って配置され、
   複数個の前記反応ガス排出流路は、前記第２の端部の全長に亘って配置されているセパレータ。
6. 請求項１ないし請求項５に記載のセパレータにおいて、
   前記第１の電極は、カソード極であり、
   前記第２の電極は、アノード極であり、
   前記反応ガス供給マニホールドと前記反応ガス供給流路と前記反応ガス供給孔は、
   酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給流路と酸化ガス供給孔であり、
   前記反応ガス排出マニホールドと前記反応ガス排出流路と前記反応ガス排出孔は、
   酸化ガスを排出するための酸化ガス排出マニホールドと酸化ガス排出流路と酸化ガス排出孔であるセパレータ。
7. 膜電極接合体の第１の電極と対向面が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極と対向面が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池のセパレータであって、
   前記第１および前記第２の電極対向プレートと前記中間プレートを厚さ方向に貫通する反応ガス供給マニホールドと反応ガス排出マニホールドとを備え、
   前記中間プレートは、
   厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し他端が前記膜電極接合体に対応する領域の第１の端部に至る複数個の反応ガス供給流路を形成する複数個の反応ガス供給流路形成部と、
   厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記領域の第１の端部と向かい合う第２の端部に至る複数個の反応ガス排出流路を形成する複数個の反応ガス排出流路形成部と、
   を備え、
   前記第１の電極プレートは、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス供給流路の他端と連通する反応ガス供給孔と、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記反応ガス排出流路の他端と連通する反応ガス排出孔と、
   を備え、
   複数個の前記反応ガス供給流路と複数個の前記反応ガス排出流路は、互い違いに向き合っているセパレータ。
8. 請求項７に記載のセパレータにおいて、
   前記反応ガス供給孔は、複数個備えられ、
   １つの前記反応ガス供給流路に、少なくとも１つの反応ガス供給孔が対応するセパレータ。
9. 請求項８に記載のセパレータにおいて、
   前記反応ガス供給孔は、前記反応ガス供給流路と同数個備えられ、
   複数個の前記反応ガス供給流路と複数個の前記反応ガス供給孔とが、１対１に対応するセパレータ。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載のセパレータにおいて、
    複数個の前記反応ガス供給流路は、前記第１の端部の全長に亘って配置され、
    複数個の前記反応ガス排出流路は、前記第２の端部の全長に亘って配置されているセパレータ。
11. 請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載のセパレータにおいて、
    前記反応ガス供給マニホールドは、１つ以上の第１のリブによって、複数個に分割されており、
    前記反応ガス排出マニホールドは、１つ以上の第２のリブによって、複数個に分割されており、
    前記第１のリブと前記第２のリブは、互いに前記領域を挟んで対向しない位置に配置されるセパレータ。
12. 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載のセパレータにおいて、
    前記第１の電極は、カソード極であり、
    前記第２の電極は、アノード極であり、
    前記反応ガス供給マニホールドと前記反応ガス供給流路と前記反応ガス供給孔は、
    酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給流路と酸化ガス供給孔であり、
    前記反応ガス排出マニホールドと前記反応ガス排出流路と前記反応ガス排出孔は、
    酸化ガスを排出するための酸化ガス排出マニホールドと酸化ガス排出流路と酸化ガス排出孔であるセパレータ。

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