JP2007005235A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】排水性を良好に向上させるとともに、反応ガスを確実に供給することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】単位セル１２は、電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１及び第２セパレータ１６、１８を備える。第１セパレータ１６には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとを連通する酸化剤ガス流路３２が形成され、この酸化剤ガス流路３２は、凸状部３４を介して蛇行する蛇行流路溝３２ａを有する。凸状部３４には、この凸状部３４を挟んで蛇行流路溝３２ａ同士を連通させる複数の流路溝４０が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設ける電解質・電極接合体を有し、前記電解質・電極接合体に隣接してセパレータが配設され、前記セパレータを貫通して燃料ガス又は酸化剤ガスである一方の反応ガスを流すための反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されるとともに、前記一方の反応ガスを前記電解質・電極接合体の一方の電極面方向に沿って供給する反応ガス流路が設けられ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からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池では、各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（反応ガス）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（反応ガス）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。さらに、燃料電池には、セパレータの積層方向に貫通して、燃料ガス流路に連通する燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガス流路に連通する酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔とが形成されている。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、図１５に示すように、流路プレート１を備えており、この流路プレート１には、対角位置に対応して反応ガス用供給口２ａと反応ガス用排出口２ｂとが貫通形成されている。この流路プレート１の主面１ａには、供給口２ａ及び排出口２ｂに連通して複数本の流路溝３がサーペンタイン形状に構成されるとともに、前記流路溝３は、前記供給口２ａに連通する入口端部４ａと前記排出口２ｂに連通する出口端部４ｂとを有している。

米国特許第５１０８８４９号明細書（図４）

ところで、上記の従来技術では、図１６に示すように、一対の流路プレート１により電解質膜・電極構造体５を挟持して燃料電池を構成している。この電解質膜・電極構造体５は、固体高分子電解質膜６の一方の面に、触媒層７ａ及び拡散層７ｂを有するアノード側電極７が形成されるとともに、前記固体高分子電解質膜６の他方の面に、触媒層８ａ及び拡散層８ｂを有するカソード側電極８が形成されている。

アノード側電極７に積層される流路プレート１には、燃料ガスを供給するための流路溝３ａが形成されている。一方、カソード側電極８に積層される流路プレート１には、酸化剤ガスを供給する流路溝３が設けられている。

その際、例えば、カソード側電極８では、流路プレート１の各流路溝３間に対応して、すなわち、主面１ａの山部に対応して、生成水が滞留し易い領域９が設けられるおそれがある。しかも、この領域９は、流路溝３間に対応するために、酸化剤ガスの拡散が十分に行われないおそれがあり、特に、高電流域において、酸化剤ガス供給不足による濃度過電圧が発生するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、排水性を良好に向上させるとともに、反応ガスを確実に電極に供給することができ、所望の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。

本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設ける電解質・電極接合体を有し、前記電解質・電極接合体に隣接してセパレータが配設され、前記セパレータを貫通して燃料ガス又は酸化剤ガスである一方の反応ガスを流すための反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されるとともに、前記一方の反応ガスを前記電解質・電極接合体の一方の電極面方向に沿って供給する反応ガス流路が設けられる燃料電池である。

反応ガス流路は、隔壁用凸状部を介して蛇行する蛇行流路溝を有し、前記隔壁用凸状部には、前記蛇行流路溝に沿う反応ガスの流れ方向に交差する方向に延在し、前記隔壁用凸状部を挟んで前記蛇行流路溝同士を連通させる流路溝が形成されるとともに、前記流路溝は、前記蛇行流路溝よりも溝深さが浅く設定されている。

また、流路溝は、反応ガス流路の上流側のピッチに対して下流側のピッチが狭く設定されることが好ましい。

さらに、流路溝は、反応ガス流路の上流側の溝幅に対して下流側の溝幅が広く設定されることが好ましい。

本発明によれば、隔壁用凸状部を介して蛇行流路溝が形成されるとともに、前記隔壁用凸状部に設けられる流路溝により、前記隔壁用凸状部を挟んで前記蛇行流路溝同士が連通している。

従って、電極の反応面（電極触媒層）では、隔壁用凸状部の近傍から生成水の排水が容易に遂行されるとともに、前記隔壁用凸状部の近傍に対する反応ガスの拡散性が有効に向上する。これにより、特に高電流における物質輸送速度に起因した濃度過電圧を低減することができ、発電性能を良好に向上させることが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する単位セル１２の要部分解斜視説明図であり、図２は、複数の前記単位セル１２を矢印Ａ方向に積層してスタック化された前記燃料電池１０の断面説明図である。

単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）１４が、第１セパレータ１６と第２セパレータ１８とに挟持される。第１及び第２セパレータ１６、１８は、例えば、カーボン製セパレータで構成されているが、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板等により構成される金属セパレータを採用してもよい。

単位セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）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（反応ガス）、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、及び燃料ガス（反応ガス）、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。

単位セル１２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（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、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（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。

電解質膜・電極構造体１４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、前記固体高分子電解質膜２６を挟持するカソード側電極２８及びアノード側電極３０とを備える。固体高分子電解質膜２６は、カソード側電極２８及びアノード側電極３０よりも大きな表面積に設定される。

カソード側電極２８及びアノード側電極３０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２６の両面に形成される。

図１及び図３に示すように、第１セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３２が設けられる。この酸化剤ガス流路３２は、隔壁用凸状部３４を介してそれぞれ蛇行する複数の蛇行流路溝３２ａを有する。

蛇行流路溝３２ａの入口側、すなわち、酸化剤ガス入口連通孔２０ａの近傍には、入口バッファ部３６ａを構成する複数のエンボス部３８ａが設けられる一方、前記蛇行流路溝３２ａの出口側、すなわち、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂの近傍には、同様に出口バッファ部３６ｂを構成する複数のエンボス部３８ｂが設けられる。凸状部３４は、エンボス部３８ａ、３８ｂ間に水平方向（矢印Ｂ方向）に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在して設けられる。

凸状部３４には、蛇行流路溝３２ａに沿う酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在し、前記凸状部３４を挟んで前記蛇行流路溝３２ａ同士を連通させる複数の流路溝４０が形成される。流路溝４０は、蛇行流路溝３２ａよりも溝深さが浅く設定される（図２参照）。

図３に示すように、面１６ａには、例えば、ガスケット等の第１シール部材４４が設けられる。この第１シール部材４４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を酸化剤ガス流路３２に連通する一方、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂを前記酸化剤ガス流路３２から遮蔽する。

酸化剤ガス入口連通孔２０ａの近傍及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂの近傍には、それぞれ第１シール部材４４を構成する複数のガイド部４６ａ、４６ｂが設けられる。各ガイド部４６ａ、４６ｂは、互いに矢印Ｃ方向に離間しており、これらの間に連結路が形成される。第１セパレータ１６の面１６ｂは、略平坦状に構成される。

図４に示すように、第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、隔壁用凸状部５０を介してそれぞれ蛇行する複数の蛇行流路溝４８ａを有する。

蛇行流路溝４８ａの入口側、すなわち、燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、入口バッファ部５２ａを構成する複数のエンボス部５４ａが設けられる一方、前記蛇行流路溝４８ａの出口側、すなわち、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、同様に出口バッファ部５２ｂを構成する複数のエンボス部５４ｂが設けられる。凸状部５０は、エンボス部５４ａ、５４ｂ間に水平方向（矢印Ｂ方向）に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在して設けられる。

凸状部５０には、蛇行流路溝４８ａに沿う燃料ガスの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在し、前記凸状部５０を挟んで前記蛇行流路溝４８ａ同士を連通させる複数の流路溝５６が形成される。流路溝５６は、蛇行流路溝４８ａよりも溝深さが浅く設定される（図２参照）。

図４に示すように、面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂを燃料ガス流路４８に連通する第２シール部材６０が設けられる。この第２シール部材６０は、連結路を構成する複数のガイド部６１ａ、６１ｂを含む。

図１に示すように、第２セパレータ１８の面１８ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通して冷却媒体流路６２が形成される。この冷却媒体流路６２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の流路溝により構成されている。面１８ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂを冷却媒体流路６２に連通する第３シール部材６４が設けられる。

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。

先ず、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。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから入口バッファ部３６ａを通って第１セパレータ１６の面１６ａに供給され、酸化剤ガス流路３２を構成する蛇行流路溝３２ａに導入される（図３参照）。酸化剤ガスは、凸状部３４により形成される複数の蛇行流路溝３２ａに沿って蛇行しながら移動し、電解質膜・電極構造体１４のカソード側電極２８に供給される。反応に使用されない酸化剤ガスは、出口バッファ部３６ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される。

一方、燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから入口バッファ部５２ａを通って第２セパレータ１８の面１８ａに供給され、燃料ガス流路４８を構成する蛇行流路溝４８ａに導入される。燃料ガスは、凸状部５０により形成される複数の蛇行流路溝４８ａに沿って蛇行しながら移動し、電解質膜・電極構造体１４のアノード側電極３０に供給される。反応に使用されない燃料ガスは、出口バッファ部５２ｂから燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。

従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極２８に供給される酸化剤ガスとアノード側電極３０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。

また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１及び第２セパレータ１６、１８間に形成される冷却媒体流路６２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、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３に示すように、酸化剤ガス流路３２は、凸状部３４を介して蛇行する複数の蛇行流路溝３２ａを有するとともに、前記凸状部３４には、前記凸状部３４を挟んで前記蛇行流路溝３２ａ同士を連通させる複数の流路溝４０が形成されている。

このため、カソード側電極２８の電極触媒層では、凸状部３４の近傍から生成水の排水が容易に遂行されるとともに、前記凸状部３４の近傍に対する酸化剤ガスの拡散性が有効に向上する。これにより、特に高電流における物質輸送速度に起因した濃度過電圧を低減することができ、発電性能を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。

一方、図４に示すように、燃料ガス流路４８は、上記の酸化剤ガス流路３２と同様に、凸状部５０を介して蛇行する複数の蛇行流路溝４８ａを有するとともに、この凸状部５４には、複数の流路溝５６が形成されている。従って、アノード側電極３０の電極触媒層における排水性の向上及び燃料ガスの拡散性の向上が確実に図られる。

なお、第１の実施形態では、凸状部３４、５０に、矢印Ｃ方向に延在して複数の流路溝４０、５６が同一幅寸法で且つ等間隔ずつ離間して形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示す凸状部３４ａでは、蛇行流路溝３２ａの流れ方向に向かって離間間隔（ピッチ）が狭くなる複数の流路溝４０ａが設けられる。図６に示す凸状部３４ｂでは、蛇行流路溝３２ａの流れ方向に向かって溝幅が広くなる複数の流路溝４０ｂが設けられ、図７に示す凸状部３４ｃでは、矢印Ｃ方向に対して蛇行流路溝３２ａの流れ方向に傾斜する複数の流路溝４０ｃが設けられる。

また、上記の溝構成は、以下に説明する第２〜第５の実施形態においても同様である。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０の断面説明図である。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。また、以下に説明する第３〜第５の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池７０は、複数の単位セル７１を矢印Ａ方向に積層してスタック化される。単位セル７１は、電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１金属セパレータ７２及び第２金属セパレータ７４を備える。第１及び第２金属セパレータ７２、７４は、薄板にプレス成形加工を施すことにより電解質膜・電極構造体１４に向かう面７２ａ、７４ａに、それぞれ酸化剤ガス流路７３と燃料ガス流路７５とが形成される（図９及び図１０参照）。互いに隣接する第１及び第２金属セパレータ７２、７４間には、冷却媒体流路６２ａが形成される（図８参照）。

第１金属セパレータ７２は、図９に示すように、プレス成形により面７２ａ側に突出する凸状部７６を設ける。酸化剤ガス流路７３は、凸状部７６を介してそれぞれ蛇行する複数の蛇行流路溝７３ａを有する。凸状部７６には、前記凸状部７６を挟んで蛇行流路溝７３ａ同士を連通させる複数の流路溝７８が形成される。流路溝７８は、蛇行流路溝７３ａよりも溝深さが浅く設定される（図８参照）。

図１０に示すように、第２金属セパレータ７４の面７４ａには、プレス成形により凸状部８０が膨出形成される。燃料ガス流路７５は、凸状部８０を介してそれぞれ蛇行する複数の蛇行流路溝７５ａを有する。凸状部８０には、前記凸状部８０を挟んで蛇行流路溝７５ａ同士を連通させる複数の流路溝８２が形成される。流路溝８２は、蛇行流路溝７５ａよりも溝深さが浅く設定される（図８参照）。

このように構成される第２の実施形態では、酸化剤ガス流路７３は、凸状部７６を介して蛇行する複数の蛇行流路溝７３ａを有するとともに、前記凸状部７６には、前記凸状部７６を挟んで前記蛇行流路溝７３ａ同士を連通させる複数の流路溝７８が形成されている。このため、カソード側電極２８の電極触媒層では、排水性の向上を図るとともに、酸化剤ガスの拡散性が向上する等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、燃料ガス流路７５においても同様である。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータ９０の正面説明図である。

セパレータ９０は、例えば、カーボンセパレータで構成されており、カソード側電極面に向かう面９０ａには、凸状部９２によって酸化剤ガス流路９４が設けられる。酸化剤ガス流路９４は、具体的には、凸状部９２を介して上下（矢印Ｃ方向）に二段に且つそれぞれ蛇行する蛇行流路溝９４ａ、９４ｂを有する。蛇行流路溝９４ａ、９４ｂの入口側には、入口バッファ部９６ａを構成する複数のエンボス部９８ａが設けられる一方、前記蛇行流路溝９４ａ、９４ｂの出口側には、出口バッファ部９６ｂを構成する複数のエンボス部９８ｂが設けられる。

蛇行流路溝９４ａ、９４ｂは、矢印Ｃ方向に蛇行しながら矢印Ｂ方向に延在している。凸状部９２には、蛇行流路溝９４ａ、９４ｂに沿う酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｃ方向）に交差する方向（矢印Ｂ方向）に延在し、前記凸状部９２を挟んで各蛇行流路溝９４ａ同士及び９４ｂ同士をそれぞれ連通させる複数の流路溝１００ａ、１００ｂが形成される。流路溝１００ａ、１００ｂは、蛇行流路溝９４ａ、９４ｂよりも溝深さが浅く設定される。

このように構成される第３の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから酸化剤ガス流路３２に供給される酸化剤ガスは、先ず、入口バッファ部９６ａに導入された後、凸状部９２を介して形成される上下二段の蛇行流路溝９４ａ、９４ｂに沿って流動する。酸化剤ガスは、蛇行流路溝９４ａ、９４ｂに沿って面９０ａを蛇行しながら移動し、カソード側電極（図示せず）に供給されるとともに、残余の酸化剤ガスは、出口バッファ部９６ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される。

その際、凸状部９２には、蛇行流路溝９４ａ、９４ｂに沿う酸化剤ガスの流れ方向に交差する方向に延在して、流路溝１００ａ、１００ｂが形成されている。このため、図示しないカソード側電極の電極触媒層では、凸状部９２の近傍から生成水の排水が容易に行われるとともに、前記凸状部９２の近傍に対する酸化剤ガスの拡散性が有効に向上する等、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第３の実施形態では、上下二段の蛇行流路溝９４ａ、９４ｂを採用しているが、これに限定されるものではなく、上下３段以上でもよい。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータ１１０の正面説明図である。

セパレータ１１０は、例えば、カーボンセパレータで構成されており、カソード側電極面に向かう面１１０ａに酸化剤ガス流路１１４が形成される。酸化剤ガス流路１１４は、それぞれ矢印Ｃ方向に分割され且つ波状に湾曲乃至屈曲する複数の凸状部１１２間に波状に形成される蛇行流路溝１１４ａを有する。

各凸状部１１２には、前記凸状部１１２を挟んで各蛇行流路溝１１４ａ同士を連通される複数の流路溝１１６が、矢印Ｃ方向に延在して形成される。蛇行流路溝１１４ａの入口側及び出口側には、それぞれ入口バッファ部９６ａ及び出口バッファ部９６ｂを構成する複数のエンボス部９８ａ、９８ｂが設けられる。

このように構成される第４の実施形態では、それぞれ波状に蛇行する蛇行流路溝１１４ａ間が、凸状部１１２に設けられた複数の流路溝１１６を介して連通している。これにより、カソード側電極（図示せず）の電極触媒層には、凸状部１１２の近傍からの排水性の向上を図るとともに、前記凸状部１１２の近傍に対する酸化剤ガスの拡散性が有効に向上する。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータ１２０の正面説明図である。なお、第４の実施形態に係るセパレータ１１０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。

波状に蛇行する複数の蛇行流路溝１１４ａを形成する凸状部１２２には、矢印Ｃ方向に向かって矢印Ｂ１方向に傾斜する第１流路溝１２４ａと、矢印Ｃ方向に向かって矢印Ｂ２方向に傾斜する第２流路溝１２４ｂとが、それぞれ互いに平行して複数形成されている。第１及び第２流路溝１２４ａ、１２４ｂは、各凸状部１２２を挟んで矢印Ｃ方向に隣り合う各蛇行流路溝１１４ａ同士を連通するとともに、前記蛇行流路溝１１４ａよりも溝深さが浅く設定される。

このように構成される第５の実施形態では、各蛇行流路溝１１４ａ同士を仕切る凸状部１２２に、酸化剤ガスの流れ方向に対して傾斜し且つ互いに交差する複数の第１及び第２流路溝１２４ａ、１２４ｂが設けられている。このため、蛇行流路溝１１４ａから第１及び第２流路溝１２４ａ、１２４ｂに酸化剤ガスを容易に導入させることができるとともに、前記第１及び第２流路溝１２４ａ、１２４ｂ中に酸化剤ガスが流通することにより排水性の向上を図ることが可能になる。

なお、第１及び第２流路溝１２４ａ、１２４ｂは、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に対して矢印Ｂ１方向及び矢印Ｂ２方向にそれぞれ傾斜させているが、これに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、凸状部１２２ａに矢印Ｃ方向に延在する流路溝１２６ａと、矢印Ｂ方向に延在する流路溝１２６ｂとをそれぞれ複数設け、前記流路溝１２６ａ、１２６ｂを介して図示しないカソード側電極の電極触媒層からの排水性の向上及び前記電極触媒層への酸化剤ガスの拡散を図ることも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する単位セルの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の断面説明図である。 前記単位セルを構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記単位セルを構成する第２セパレータの正面説明図である。 凸状部に形成される流路溝の別の形態の説明図である。 前記流路溝のさらに別の形態の説明図である。 前記流路溝のさらにまた別の形態の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。 前記セパレータに設けられる凸状部とは異なる凸状部の一部説明図である。 特許文献１に開示されるアノードシート部材の正面説明図である。 前記アノードシート部材を含む燃料電池の断面説明図である。

符号の説明

１０、７０…燃料電池 １２、７１…単位セル
１４…電解質膜・電極構造体
１６、１８、９０、１１０、１２０…セパレータ
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…カソード側電極
３０…アノード側電極 ３２、７３、９４、１１４…酸化剤ガス流路
３２ａ、４８ａ、７３ａ、７５ａ、９４ａ、９４ｂ、１１４ａ…蛇行流路溝
３４、３４ａ〜３４ｃ、５０、５４、７６、８０、９２、１１２、１２２、１２２ａ…凸状部
４０、４０ａ〜４０ｃ、５６、７８、８２、１００ａ、１００ｂ、１１６、１２４ａ、１２４ｂ、１２６ａ、１２６ｂ…流路溝
４８、７５…燃料ガス流路 ６２、６２ａ…冷却媒体流路
７２、７４…金属セパレータ

Claims (3)

1. 電解質の両側にそれぞれ電極を設ける電解質・電極接合体を有し、前記電解質・電極接合体に隣接してセパレータが配設され、前記セパレータを貫通して燃料ガス又は酸化剤ガスである一方の反応ガスを流すための反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されるとともに、前記一方の反応ガスを前記電解質・電極接合体の一方の電極面方向に沿って供給する反応ガス流路が設けられる燃料電池であって、
   前記反応ガス流路は、隔壁用凸状部を介して蛇行する蛇行流路溝を有し、
   前記隔壁用凸状部には、前記蛇行流路溝に沿う前記反応ガスの流れ方向に交差する方向に延在し、前記隔壁用凸状部を挟んで前記蛇行流路溝同士を連通させる流路溝が形成されるとともに、
   前記流路溝は、前記蛇行流路溝よりも溝深さが浅く設定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、前記流路溝は、反応ガス流路の上流側のピッチに対して下流側のピッチが狭く設定されることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１記載の燃料電池において、前記流路溝は、反応ガス流路の上流側の溝幅に対して下流側の溝幅が広く設定されることを特徴とする燃料電池。

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