JP2007226991A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】発電部分の面積効率を有効に向上させることができ、しかも面内反応分布の均一性及び排水性の向上を図ることを可能にする。
【解決手段】第１及び第２金属セパレータ２４、２６が重なり合う際に、第１及び第２凸状部５０、６４間に複数の冷却媒体流路溝７０ａを有する冷却媒体流路７０が形成される。冷却媒体供給連通孔３２ａ近傍には、蛇行凸状部５２ａ、６６ａが互いの位相を異にして積層されることにより、前記冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体流路溝７０ａとを連結する入口側冷却媒体連結部７２ａが設けられる。冷却媒体排出連通孔３２ｂの近傍には、同様に蛇行凸状部５２ｂ、６６ｂが互いの位相を異にして積層されることにより、出口側冷却媒体連結部７２ｂが設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、金属セパレータとが積層さ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（電極触媒層）と多孔質カーボン（拡散層）からなる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・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セル（単位セル）により構成されている。通常、燃料電池では、この発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。

上記の燃料電池では、セパレータとして、例えば、薄板状の金属製プレートで構成される金属セパレータが使用される場合がある。この金属セパレータでは、プレス加工によって一方の面に反応ガス流路（燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路）が形成されると、他方の面には、前記反応ガス流路の形状により決定された冷却媒体流路（又は他の反応ガス流路）が形成されることになる。このため、反応ガス流路の形状によっては、冷却媒体流路に沿って冷却媒体を良好に流すことができないという問題がある。

そこで、特許文献１に開示されている燃料電池では、電解質・電極接合体と交互に積層されるセパレータが、少なくとも互いに積層される第１及び第２金属プレートを備えている。第１金属プレートは、アノード側電極の面方向に沿って燃料ガスを供給し且つ屈曲する流路を含む燃料ガス流路を設ける一方、第２金属プレートは、カソード側電極の面方向に沿って酸化剤ガスを供給し且つ屈曲する流路を含む酸化剤ガス流路を設けている。

そして、第１及び第２金属プレート間には、冷却媒体入口連通孔に連通する２以上の入口バッファ部と、冷却媒体出口連通孔に連通する２以上の出口バッファ部と、セパレータ面方向に沿って延在し前記２以上の入口バッファ部と前記２以上の出口バッファ部とを連通する直線状流路溝とを備える冷却媒体流路が設けられている。

このため、第１及び第２金属プレート間では、冷却媒体入口連通孔から２以上の入口バッファ部に冷却媒体が分割して供給された後、直線状流路溝を通って２以上の出口バッファ部に導入され、さらに冷却媒体出口連通孔に排出される。従って、冷却媒体は、セパレータ面内を均一に流れることができ、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可能になる。

特開２００４−１５２４９８号公報（図４）

本発明は、この種の金属セパレータを用いる燃料電池に関するものであり、特に発電部分の面積効率を有効に向上させることができ、しかも面内反応分布の均一性及び排水性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、縦長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池に関するものである。

金属セパレータは、アノード側電極に向かう面に上下方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、カソード側電極に向かう面に上下方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、積層方向に互いに重なり合う前記金属セパレータ間には、上下方向に延在する冷却媒体流路が形成されている。そして、金属セパレータの上下両端には、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が積層方向に貫通して形成されている。

燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設けている。一方、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔との連通領域には、燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部の反対側に突出する凸状部同士が互いの位相又はピッチを異にして積層されることによって冷却媒体連結部が設けられている。

また、本発明は、電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、横長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池に関するものである。

金属セパレータは、アノード側電極に向かう面に水平方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、カソード側電極に向かう面に水平方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、前記金属セパレータの左右両端には、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔が積層方向に貫通して形成されている。

燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設けている。そして、燃料ガス連通孔、燃料ガス連結部及び燃料ガス流路の燃料ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される一方、酸化剤ガス連通孔、酸化剤ガス連結部及び酸化剤ガス流路の酸化剤ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定されている。

本発明によれば、燃料ガス連通孔と燃料ガス流路との間、及び酸化剤ガス連通孔と酸化剤ガス流路との間に、バッファ部が設けられていないため、発電部分の面積効率を有効に向上させることができるとともに、液滴の滞留が阻止されて良好な排水性を得ることが可能になる。

しかも、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、上下方向に延在しており、生成水を円滑且つ確実に排出させることができる。さらに、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とは、冷却媒体連結部を介して有効に連通するため、冷却媒体の滞留を良好に阻止することが可能になる。

また、本発明によれば、燃料ガス連通孔、燃料ガス連結部及び燃料ガス流路の燃料ガス流れ方向が、水平方向乃至下方向にのみ設定されるため、発電面内に水滴が滞留することがなく、良好な排水性を確保することができる。同様に、酸化剤ガス連通孔、酸化剤ガス連結部及び酸化剤ガス流路の酸化剤ガス流れ方向が、水平方向乃至下方向にのみ設定されるため、生成水が発電面内から円滑且つ確実に排出可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池１０を構成する発電セル１２の要部分解斜視図である。

燃料電池１０は、複数の発電セル１２を矢印Ａ方向に積層した積層体１４を備える。積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが配設されており、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、所定の締め付け荷重が付与されている。なお、燃料電池１０は、積層体１４を図示しない箱状のケーシング内に収容して構成してもよい。

図２に示すように、発電セル１２は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１及び第２金属セパレータ２４、２６とを備える。第１及び第２金属セパレータ２４、２６は、縦長の長方形状を有する金属製プレートで構成されている。

発電セル１２の矢印Ｃ方向の一端縁部（上端縁部）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供給連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、及び燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。

電解質膜・電極構造体２２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３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８及びカソード側電極４０とを備える。

アノード側電極３８及びカソード側電極４０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し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３６の両面に形成される。

図３に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４２が形成される。

燃料ガス流路４２は、上下方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の燃料ガス流路溝４２ａを有するとともに、前記燃料ガス流路溝４２ａは、上下両端で３本ずつ入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに合流する。

入口側燃料ガス連結部４４ａは、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス流路４２とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部４６ａと、略９０゜屈曲する屈曲溝部４８ａとを有する。蛇行溝部４６ａは、冷却媒体供給連通孔３２ａの下方に位置し且つ前記冷却媒体供給連通孔３２ａに近接して多段に設けられる。

出口側燃料ガス連結部４４ｂは、燃料ガス排出連通孔３４ｂと燃料ガス流路４２とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部４６ｂと、略９０゜屈曲する屈曲溝部４８ｂとを有する。蛇行溝部４６ｂは、冷却媒体排出連通孔３２ｂの上方に位置し且つ前記冷却媒体排出連通孔３２ｂに近接して多段に設けられる。

燃料ガス流路４２の裏面側には、すなわち、第１金属セパレータ２４の面２４ｂ側には、図２に示すように、各燃料ガス流路溝４２ａを設けることによって前記面２４ｂ側に突出する複数の長尺な第１凸状部５０が形成される。面２４ｂ側には、蛇行溝部４６ａ、４６ｂに対応して蛇行凸状部５２ａ、５２ｂと、屈曲溝部４８ａ、４８ｂに対応して屈曲溝部５４ａ、５４ｂが形成される。

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路５６が形成される。

酸化剤ガス流路５６は、上下方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の酸化剤ガス流路溝５６ａを有するとともに、前記酸化剤ガス流路溝５６ａは、上下両端で３本ずつ入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに合流する。

入口側酸化剤ガス連結部５８ａは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス流路５６とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部６０ａと、略９０゜屈曲する屈曲溝部６２ａとを有する。蛇行溝部６０ａは、冷却媒体供給連通孔３２ａの下方に位置し且つ前記冷却媒体供給連通孔３２ａに近接して多段に設けられる。

出口側酸化剤ガス連結部５８ｂは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路５６とを連通しており、少なくとも一部が上下に屈曲して、すなわち、ジグザグに矢印Ｂ方向に蛇行する蛇行溝部６０ｂと、略９０゜屈曲する屈曲溝部６２ｂとを有する。蛇行溝部６０ｂは、冷却媒体排出連通孔３２ｂの上方に位置し且つ前記冷却媒体排出連通孔３２ｂに近接して多段に設けられる。

酸化剤ガス流路５６の裏面側には、すなわち、第２金属セパレータ２６の面２６ｂ側には、図４に示すように、各酸化剤ガス流路溝５６ａを設けることによって前記面２６ｂ側に突出する複数の長尺な第２凸状部６４が形成される。面２６ｂ側には、蛇行溝部６０ａ、６０ｂに対応して蛇行凸状部６６ａ、６６ｂと、屈曲溝部６２ａ、６２ｂに対応して屈曲溝部６８ａ、６８ｂが形成される。

第１金属セパレータ２４の面２４ａと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとが重ね合わされることにより、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間には、冷却媒体流路７０が形成される。

図５に示すように、冷却媒体流路７０は、第１及び第２凸状部５０、６４が当接することによって、これらの間に矢印Ｃ方向に延在して形成される複数の冷却媒体流路溝７０ａを有する。

図５及び図６に示すように、冷却媒体流路７０と冷却媒体供給連通孔３２ａとの連通領域には、蛇行凸状部５２ａ、６６ａが互いの位相を異にして（又は互いのピッチを異にして）積層されることによって、入口側冷却媒体連結部７２ａが設けられる。冷却媒体流路７０と冷却媒体排出連通孔３２ｂとの連通領域には、蛇行凸状部５２ｂ、６６ｂが互いの位相を異にして（又はピッチを異にして）積層されることによって、出口側冷却媒体連結部７２ｂが設けられる。

図２に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、同様にこの第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形される。

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。

燃料電池１０内には、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、及び純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第２金属セパレータ２６の入口側酸化剤ガス連結部５８ａに酸化剤ガスが導入される。この酸化剤ガスは、入口側酸化剤ガス連結部５８ａに連通する酸化剤ガス流路５６に供給され、各酸化剤ガス流路溝５６ａを流れることにより、電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極４０に沿って鉛直下方向に移動する。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第１金属セパレータ２４の入口側燃料ガス連結部４４ａに導入される。図３に示すように、燃料ガスは、入口側燃料ガス連結部４４ａに連通する燃料ガス流路４２に供給され、各燃料ガス流路溝４２ａを流れることにより、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３８に沿って鉛直下方向に移動する。

従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８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。

カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口側酸化剤ガス連結部５８ｂから酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される（図２参照）。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、出口側燃料ガス連結部４４ｂから燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される（図３参照）。

また、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間の入口側冷却媒体連結部７２ａに導入される（図５参照）。この冷却媒体は、入口側冷却媒体連結部７２ａに連通する冷却媒体流路５４に供給された後、鉛直下方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、出口側冷却媒体連結部７２ｂから冷却媒体排出連通孔３２ｂ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、燃料ガス流路４２は、入口側燃料ガス連結部４４ａ及び出口側燃料ガス連結部４４ｂを介して燃料ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂに直接連結されている。同様に、酸化剤ガス流路５６は、図２に示すように、入口側酸化剤ガス連結部５８ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂを介して酸化剤ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに直接連結されている。

このため、第１及び第２金属セパレータ２４、２６の面内には、バッファ部が設けられておらず、発電部分の面積効率を有効に向上させることができるとともに、液滴の滞留が阻止されて良好な排出性を得ることが可能になるという効果が得られる。

しかも、燃料ガス流路４２及び酸化剤ガス流路５６は、上下方向に延在しており、鉛直下方向に向かって流動している。従って、酸化剤ガス中に含まれる生成水や燃料ガス中に含まれる水滴（逆拡散水）を、発電領域から円滑且つ確実に排出させることができ、良好な発電が容易に遂行可能になる。

さらに、図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとが重なり合う際に、蛇行溝部４６ａ、４６ｂに対応する蛇行凸状部５２ａ、５２ｂと、蛇行溝部６０ａ、６０ｂに対応する蛇行凸状部６６ａ、６６ｂとは、互いの位相を異にして積層されている。

このため、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂと冷却媒体流路７０とは、入口側冷却媒体連結部７２ａ及び出口側冷却媒体連結部７２ｂを介して良好に連通している。これにより、第１及び第２金属セパレータ２４、２６間で冷却媒体が滞留することを良好に阻止することが可能になり、冷却効率の向上が容易に図られる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル８０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する発電セル１２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。

発電セル８０は、電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１及び第２金属セパレータ８２、８４を備える。第１金属セパレータ８２の電解質膜・電極構造体２２側の面８２ａには、燃料ガス流路８６が形成される。燃料ガス流路８６は、上下方向に延在する複数の燃料ガス流路溝８６ａを有するとともに、各燃料ガス流路溝８６ａは、上下両端で入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに連結される。

第１金属セパレータ８２の面８２ｂには、各燃料ガス流路溝８６ａを設けることにより、前記面８２ｂ側に突出する複数の長尺な第１凸状部８８が形成される。

第２金属セパレータ８４の電解質膜・電極構造体２２側の面８４ａには、酸化剤ガス流路９０が形成される。酸化剤ガス流路９０は、上下方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝９０ａを有するとともに、各酸化剤ガス流路溝９０ａの上下両端は、入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに連結される。第２金属セパレータ８４の面８４ｂには、各酸化剤ガス流路溝９０ａを設けることによって、前記面８４ｂ側に突出する複数の長尺な第２凸状部９２が形成される。

図８に示すように、第１及び第２金属セパレータ８２、８４が重なり合うことによって、これらの間には、冷却媒体流路９４が形成される。冷却媒体流路９４は、第１及び第２凸状部８８、９２が当接することによって矢印Ｃ方向に延在する複数の冷却媒体流路溝９４ａを有する。

このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス流路８６と燃料ガス供給連通孔３４ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂとの間、酸化剤ガス流路９０と酸化剤ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとの間に、バッファ部が設けられていない。このため、発電部分の面積効率を有効に向上させるとともに、液滴の滞留が阻止される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル１００の要部分解斜視図である。

発電セル１００は、電解質膜・電極構造体１０２と前記電解質膜・電極構造体１０２を挟持する第１及び第２金属セパレータ１０４、１０６とを備える。第１及び第２金属セパレータ１０４、１０６は、横長の長方形状を有する金属製プレートで構成されている。

発電セル１００の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。発電セル１００の矢印Ｃ方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

図１０に示すように、第１金属セパレータ１０４の電解質膜・電極構造体１０２側の面１０４ａには、燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する複数の燃料ガス流路溝４２ａを有するとともに、前記燃料ガス流路溝４２ａは、左右両端で３本ずつ入口側燃料ガス連結部４４ａと出口側燃料ガス連結部４４ｂとに合流する。

面１０４ａ内では、燃料ガスの流れ方向に沿って、すなわち、燃料ガス供給連通孔３４ａに連通する入口側燃料ガス連結部４４ａ、燃料ガス流路溝４２ａ及び燃料ガス排出連通孔３４ｂに連通する出口側燃料ガス連結部４４ｂに沿う燃料ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される。

図９に示すように、第２金属セパレータ１０６の電解質膜・電極構造体１０２側の面１０６ａには、酸化剤ガス流路５６が形成される。酸化剤ガス流路５６は、水平方向に延在する複数の酸化剤ガス流路溝５６ａを有するとともに、前記酸化剤ガス流路溝５６ａは、左右両端で３本ずつ入口側酸化剤ガス連結部５８ａと出口側酸化剤ガス連結部５８ｂとに合流する。

面１０６ａ内では、入口側酸化剤ガス連結部５８ａ、酸化剤ガス流路溝５６ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂに沿う酸化剤ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される。

このように構成される第３の実施形態では、燃料ガス供給連通孔３４ａから入口側燃料ガス連結部４４ａに導入される燃料ガスは、この入口側燃料ガス連結部４４ａ、各燃料ガス流路溝４２ａ及び出口側燃料ガス連結部４４ｂを介して燃料ガス排出連通孔３４ｂに至るまで、燃料ガス流れ方向が水平方向乃至下方向にのみ設定されている。従って、燃料ガスが流れる発電面内には、水滴が滞留することはない。

一方、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから入口側酸化剤ガス連結部５８ａに導入される酸化剤ガスは、この入口側酸化剤ガス連結部５８ａ、酸化剤ガス流路溝５６ａ及び出口側酸化剤ガス連結部５８ｂを介して酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに排出されるまで、酸化剤ガス流れ方向が水平方向乃至下方向にのみ設定されている。このため、酸化剤ガスが流れる発電面内には、水滴が滞留することはない。

これにより、第３の実施形態では、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分は、発電面内から円滑且つ確実に排出されるという効果が得られる。

さらに、燃料ガス流路４２を流れる燃料ガスと酸化剤ガス流路５６を流れる酸化剤ガスとは、矢印Ｂ方向に対して対向流に設定されている。従って、電解質膜・電極構造体１０２の発電面における反応分布を均一化することができるという利点がある。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。 前記燃料電池を構成する発電セルの要部分解斜視図である。 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。 前記発電セルを構成する第２金属セパレータの正面図である。 前記第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の説明図である。 入口側冷却媒体連結部及び出口側冷却媒体連結部の斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セル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発電セルの要部分解斜視図である。 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。

符号の説明

１０…燃料電池 １２、８０、１００…発電セル
１４…積層体 ２２、１０２…電解質膜・電極構造体
２４、２６、８２、８４、１０４、１０６…金属セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３２ａ…冷却媒体供給連通孔 ３２ｂ…冷却媒体排出連通孔
３４ａ…燃料ガス供給連通孔 ３４ｂ…燃料ガス排出連通孔
３６…固体高分子電解質膜 ３８…アノード側電極
４０…カソード側電極 ４２、８６…燃料ガス流路
４２ａ、８６ａ…燃料ガス流路溝 ４４ａ、４４ｂ…燃料ガス連結部
４６ａ、４６ｂ、６０ａ、６０ｂ…蛇行溝部
４８ａ、４８ｂ、５４ａ、５４ｂ、６２ａ、６２ｂ、６８ａ、６８ｂ…屈曲溝部
５０、６４、８８、９２…凸状部
５２ａ、５２ｂ、６６ａ、６６ｂ…蛇行凸状部
５８ａ、５８ａ…酸化剤ガス連結部
５６、９０…酸化剤ガス流路 ５６ａ、９０ａ…酸化剤ガス流路溝
７０、９４…冷却媒体流路 ７０ａ、９４ａ…冷却媒体流路溝
７２ａ、７２ｂ…冷却媒体連結部

Claims (2)

1. 電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、縦長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池であって、
   前記金属セパレータは、前記アノード側電極に向かう面に上下方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、前記カソード側電極に向かう面に上下方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、
   積層方向に互いに重なり合う前記金属セパレータ間には、上下方向に延在する冷却媒体流路が形成され、
   前記金属セパレータの上下両端には、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が積層方向に貫通して形成されており、
   前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路は、前記燃料ガス連通孔及び前記酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設け、
   前記冷却媒体流路と前記冷却媒体連通孔との連通領域には、前記燃料ガス連結部及び前記酸化剤ガス連結部の反対側に突出する凸状部同士が互いの位相又はピッチを異にして積層されることによって冷却媒体連結部が設けられることを特徴とする燃料電池。
2. 電解質の両側にアノード側電極及びカソード側電極が設けられた電解質・電極構造体と、横長の長方形状を有する金属セパレータとが交互に積層される燃料電池であって、
   前記金属セパレータは、前記アノード側電極に向かう面に水平方向に延在する燃料ガス流路を設け、且つ、前記カソード側電極に向かう面に水平方向に延在する酸化剤ガス流路を設けるとともに、
   前記金属セパレータの左右両端には、燃料ガス連通孔及び酸化剤ガス連通孔が積層方向に貫通して形成されており、
   前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路は、前記燃料ガス連通孔及び前記酸化剤ガス連通孔との連通領域に、少なくとも一部が屈曲乃至湾曲する燃料ガス連結部及び酸化剤ガス連結部を設け、
   前記燃料ガス連通孔、前記燃料ガス連結部及び前記燃料ガス流路の燃料ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定される一方、
   前記酸化剤ガス連通孔、前記酸化剤ガス連結部及び前記酸化剤ガス流路の酸化剤ガス流れ方向は、水平方向乃至下方向にのみ設定されることを特徴とする燃料電池。

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