JP2009016110A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】連通路による円滑なガスの拡散を実現するとともに、冷却水流路の圧力損失を低減させて冷却性能を確保することができる。
【解決手段】本発明は、膜電極接合体１１への対向面に形成され、反応ガスが流れる複数の溝状の反応ガス流路２４と、同じく膜電極接合体１１への対向面に形成され、隣り合う反応ガス流路２４同士を連通する連通路２７と、膜電極接合体１１への対向面の背面に反応ガス流路２４と並列に形成され、冷却水流路５１の一部を構成する複数の溝状の冷却水流路形成路２６とを備えた燃料電池用セパレータ２０であって、膜電極接合体１１から連通路２７の底面２７ａまでの距離が、膜電極接合体１１から反応ガス流路２４の底面２４ａまでの距離よりも短いことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は燃料電池用セパレータに関する。

従来の燃料電池用セパレータは、電解質膜に設けられたアノード電極と接する面に、複数のアノードガス（燃料ガス）流路を形成していた。また、電解質膜に設けられたカソード電極と接する面には、アノードガス通路におけるガス流れ方向と逆向きにカソードガス（酸化剤ガス）を流すための複数のカソードガス流路を形成していた。そして、各ガス流路の後半には、隣り合うガス流路同士を連通する連通路を形成し、ガス流路後半でのガスの拡散を促進していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５０５６８号公報

しかしながら、金属セパレータのように、ガス流路を形成するリブの裏に冷却水が流れる構造となっている場合、連通路を設けることによってリブの裏の冷却水流路が狭くなってしまう。そうすると、圧力損失が上昇して冷却水流量が減ってしまい、セルの冷却性能が低下するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、円滑なガスの拡散を実現するとともに、冷却水流路の圧力損失を低減させて冷却性能を確保することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、膜電極接合体（１１）への対向面に形成され、反応ガスが流れる複数の溝状の反応ガス流路（２４，３４）と、同じく前記膜電極接合体（１１）への対向面に形成され、隣り合う前記反応ガス流路（２４，３４）同士を連通する連通路（２７，３７）と、前記膜電極接合体（１１）への対向面の背面に前記反応ガス流路（２４，３４）と並列に形成され、冷却水流路（５１）の一部を構成する複数の溝状の冷却水流路形成路（２６，３６）とを備えた燃料電池用セパレータ（２０，３０）であって、前記膜電極接合体（１１）から前記連通路（２７，３７）の底面（２７ａ，３７ａ）までの距離が、前記膜電極接合体（１１）から前記反応ガス流路（２４，３４）の底面（２４ａ，３４ａ）までの距離よりも短いことを特徴とする。

膜電極接合体から連通路の底面までの距離を、膜電極接合体から反応ガス流路の底面までの距離よりも短くしたので、連通路による円滑なガスの拡散を実現するとともに、冷却水流路の圧力損失を低減させて冷却性能を確保することができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換するシステムである。燃料電池システムは、固体高分子電解質膜（以下「電解質膜」という）をアノード電極（陽極）とカソード電極（陰極）とで挟み、アノード電極に水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード電極に酸素を含有する酸化剤ガスを供給する。これにより、アノード電極及びカソード電極の電解質膜側の表面で生じる以下の電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギを取り出す。

アノード反応：Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- ・・・（１）
カソード反応：２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- ＋ （１／２）Ｏ₂→ Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
図１は、このような燃料電池システムとして、自動車などの移動車両に用いられる燃料電池スタック１０の斜視図である。

燃料電池スタック１０は、積層された複数の単セル１と、一対の集電板２ａ，２ｂと、一対の絶縁板３ａ，３ｂと、一対のエンドプレート４ａ，４ｂと、図示しない４本のテンションロッドに螺合するナット５とを有する。

単セル１は、起電力を生じる固体高分子型燃料電池の単位セルである。単セル１は、１ボルト程度の起電圧を生じる。単セル１の構成の詳細については後述する。

一対の集電板２ａ，２ｂは、積層された複数の単セル１の外側にそれぞれ配置される。集電板２ａ，２ｂは、ガス不透過性の導電性部材で形成され、例えば、緻密質カーボンによって形成される。集電板２ａ，２ｂは、上辺の一部に出力端子６を備える。燃料電池スタック１０は、出力端子６によって、各単セル１で生じた電子ｅ^-を取り出して出力する。

一対の絶縁板３ａ，３ｂは、集電板２ａ，２ｂの外側にそれぞれ配置される。絶縁板３ａ，３ｂは、絶縁性の部材で形成され、例えばゴムなどで形成される。

一対のエンドプレート４ａ，４ｂは、絶縁板３ａ，３ｂの外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４ａ，４ｂは、剛性を備える金属性の材料で形成され、例えば鋼などで形成される。

一対のエンドプレート４ａ，４ｂのうち、一方のエンドプレート４ａには、冷却水の入口孔４１ａ及び出口孔４１ｂと、アノードガスの入口孔４２ａ及び出口孔４２ｂと、カソードガスの入口孔４３ａ及び出口孔４３ｂとが形成される。なお、冷却水入口孔４１ａ、アノードガス出口孔４２ｂ及びカソードガス入口孔４３ａは、エンドプレート４ａの一端側（図中右側）に形成され、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａ及びカソードガス出口孔４３ｂは、他端側（図中左側）に形成される。

ここで、アノードガス入口孔４２ａに燃料ガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法がある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。また、カソードガス入口孔４３ａに供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用される。

ナット５は、燃料電池スタック１０の内部を貫通する図示しない４本のテンションロッドの両端部に形成された雄ねじ部に螺合する。テンションロッドにナット５を螺合締結することで、燃料電池スタック１０を積層方向に締め付ける。テンションロッドは、剛性を備えた金属材料で形成され、例えば鋼などで形成される。テンションロッドの表面には絶縁処理が施され、単セル１同士の電気短絡を防止している。

以下では、図２〜４を参照して、単セル１の構成の詳細について説明する。

図２は、図１のII-II線に沿う方向から見た単セル１の断面の一部を示す図である。

単セル１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という）１１を、アノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０とで挟持して構成する。

ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａと、アノード電極１１ｂと、カソード電極１１ｃとを有する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１ａの一方の面にアノード電極１１ｂを有し、他方の面にカソード電極１１ｃを有する。

電解質膜１１ａは、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１１ａは、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。そのため、電解質膜１１ａの性能を引き出して発電効率を向上させるためには、電解質膜１１ａの水分状態を最適に保つ必要がある。そこで、本実施形態では、燃料電池スタック１０に導入するアノードガスやカソードガスを加湿している。なお、電解質膜１１ａの水分状態を最適に保つための水には純水を用いる必要がある。これは不純物が混入した水を燃料電池スタック１０に導入した場合には電解質膜１１ａに不純物が蓄積し、発電効率が低下するためである。

アノード電極１１ｂ及びカソード電極１１ｃは、ガス拡散層、撥水層、及び触媒層から構成される。ガス拡散層は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。撥水層は、ポリエチレンフルオロエチレンと炭素材を含む層である。触媒層は、白金が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。

アノードセパレータ２０は、アノード電極１１ｂと接する。アノードセパレータ２０は、アノード電極１１ｂと接する側に、アノード電極１１ｂにアノードガスを供給するためのガス流路２４を有する。そして、アノード電極１１ｂと直接接する面（後述するリブ２５の頂面）２５ａの反対面に、発電により暖められた燃料電池スタック１０を冷却する冷却水が流れる冷却水流路２６を有する。

カソードセパレータ３０も同様に、カソード電極１１ｃと接する側に、カソード電極１１ｃにカソードガスを供給するためのガス流路３４を有し、カソード電極１１ｃと接する面（後述するリブ３５の頂面）３５ａの反対面に冷却水流路３６を有する。

なお、隣接するアノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０とに設けられたそれぞれの冷却水流路２６，３６は、互いに向き合うように形成されており、この冷却水流路２６，３６によって１つの冷却水流路５１が形成される。

また、ガス流路２４を流れるアノードガスと、ガス流路３４を流れるカソードガスとは、ＭＥＡ１１を介して互いに逆向きに流れている。本実施形態では、ガス流路２４を流れるアノードガスは紙面奥から手前へ流れており、ガス流路３４を流れるカソードガスは紙面手前から奥へ流れている。

アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０は、金属又はカーボンを材料としたセパレータである。

次に図３を参照して、本実施形態によるアノードセパレータ２０について詳しく説明する。図３（Ａ）は、本実施形態によるアノードセパレータ２０をアノード電極側から見た平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図３（Ａ）に示すように、アノードセパレータ２０の一端（図中左側）には、上から順に、カソードガス出口孔４３ｂ、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａが形成される。一方、アノードセパレータ２０の他端（図中右側）には、上から順に、アノードガス出口孔４２ｂ、冷却水入口孔４１ａ、カソードガス入口孔４３ａが形成される。

また、アノードセパレータ２０の表面には、複数の溝状のガス流路２４が形成される。

ガス流路２４は、ガス流路底面２４ａからアノード電極側へ突出してアノード電極と接する複数のリブ２５の間に形成される流路である。なお、リブ２５の背面が、前述した冷却水流路２６となっている。リブ２５の側面２５ｂはテーパ状となっており、リブ頂面２５ａからガス流路底面２４ａへ向けて一定の角度で傾斜している。これにより、ガス流路２４を流れるガス及び冷却水流路２６を流れる冷却水の余分な乱流を抑制して圧力損失を低減している。

ガス流路２４は、流路の後半に、隣り合うガス流路同士を連通する連通路２７が所定の間隔でリブ２５に形成された連通路部２８を有する。なお、以下では、ガス流路２４の後半に形成された連通路部２８と区別するため、リブ２５に連通路２７が設けられていないガス流路２４の前半を直線流路部２９という。本実施形態では、直線流路部２９と連通路部２８との長さの割合はおおよそ７：３となっている。

図３（Ｂ）に示すように、連通路２７は、連通路底面２７ａの高さがガス流路底面２４ａの高さよりも高くなるように形成される。

本実施形態では、リブ幅及びガス流路幅は同一に形成され、連通路幅はそれらの幅の半分となっている。

続いて、図４を参照して本実施形態によるカソードセパレータ３０について詳しく説明する。図４（Ａ）は、本実施形態によるカソードセパレータ３０をカソード電極１１ｃ側から見た平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

カソードセパレータ３０は、アノードセパレータ２０と同様の構成を有しており、ガス流路３４と、リブ３５と、連通路３７とを有する。ガス流路３４は、流路前半に直線流路部３９を有し、流路後半に連通路部３８を有する。リブ３５の側面３５ｂは、テーパ状に形成され、連通路底面３７ａの高さは、ガス流路底面３４ａの高さよりも高くなるように形成される。

カソードセパレータ３０は、ＭＥＡ１１を介してアノードセパレータ２０と対向しているため、カソードセパレータ３０の一端側（図中左側）は、アノードセパレータ２０の他端側（図３の右側）となる。そして、カソードセパレータ３０の他端側（図中右側）が、アノードセパレータ２０の一端側（図３の左側）となる。

したがって、カソードセパレータ３０の一端側（図中左側）に、アノードセパレータ２０の他端側に形成されていたアノードガス出口孔４２ｂ、冷却水入口孔４１ａ、カソードガス入口孔４３ａが形成される。そして、カソードセパレータ３０の他端側（図中右側）に、アノードセパレータ２０の一端側に形成されていたカソードガス出口孔４３ｂ、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａが形成される。

次に、本実施形態によるアノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０の作用について、図１〜図４を参照して説明する。

冷却水は、冷却水入口孔４１ａから燃料電池スタック内へ流れ込み、冷却水流路２６、３６で形成される冷却水流路５１を流れる。この冷却水は冷却水流路５１を流れながら、アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０の熱を吸収する。熱を吸収した冷却水は冷却水出口孔４１ｂから外部へ排出される。

アノードガスは、アノードガス入口孔４２ａからアノードセパレータ２０に形成されたガス流路２４に流れ込む。アノードガスはガス流路２４を流れながらアノード電極１１ｂと接する。これにより、アノード電極１１ｂでは、上記した式（１）の反応が生じる。ガス流路２４を流れ、反応に利用されなかった余剰のアノードガスは、アノードガス出口孔４２ｂから外部へ排出される。

一方、カソードガスは、カソードガス入口孔４３ａからカソードセパレータ３０に形成されたガス流路３４に流れ込む。カソードガスはガス流路３４を流れながらカソード電極１１ｃと接する。カソード電極１１ｃでは、カソードガスと、式（１）の反応で生じたプロトンＨ⁺、電子ｅ^-とから、式（２）の反応が生じる。

カソード反応によって生じた水は、反応に利用されなかった余剰のカソードガスとともにガス流路３４を流れてカソードガス出口孔４３ｂから外部へ排出される。そのため、ガス流路後半になるほど水分量が増加する。その結果、カソードガス出口孔４３ｂの付近で水詰まりが発生することがある。そうすると、ガス流路３４におけるカソードガスの流れが阻害されて、カソード電極１１ｃへのカソードガスの供給量が不十分となる。その結果、濃度過電圧が上昇するフラッディングという現象が起きて発電効率が低下する。

また、カソード反応で発生した水は、ＭＥＡ１１を通じて、アノードセパレータ２０に形成されたガス流路２４にも拡散していくので、アノード側でもフラッディングが起きて発電効率が低下する。

そこで、本実施形態によるアノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０は、ガス流路２４，３４の後半にそれぞれ連通路部２８，３８を設けて、カソード反応によって発生した水によるガス流路２４，３４の閉塞を防止している。

しかしながら、リブ２５，３５の背面に冷却水流路５１を形成しているため、リブ２５，３５に単純にガス流路２４，３４を連通する連通路を設けてしまうと、冷却水流路５１はその分狭くなる。そうすると、冷却水流路５１の圧力損失が上昇して冷却水が流れ難くなってしまうので、単セル１の冷却性能が低下する。その結果、ガス流路２４，３４の雰囲気温度が上昇することになり、カソード反応によって発生した水が水蒸気となって、カソードガス中の水蒸気の分圧が増加し、酸素の分圧が低下する。そうすると、カソード電極１１ｃへの酸素の供給量が不十分となり、結局フラッディングが起きて発電効率が低下することになる。

そこで、本実施形態によるアノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０は、単セル１の冷却性能をも確保できる形状とした。

具体的には、リブ２５，３５に設けた連通路２７，３７の底面２７ａ，３７ａの高さを、ガス流路底面２４ａ，３４ａの高さよりも高くした。換言すれば、ＭＥＡ１１から連通路底面２７ａ，３７ａまでの距離を、ＭＥＡ１１からガス流路底面２４ａ，３４ａまでの距離よりも短くして、連通路背面の冷却水流路５１の断面積を拡げた。これにより、冷却水流路５１の圧力損失の上昇を抑制して冷却水流路５１を流れる冷却水の流量を増加させ、冷却性能を確保した。その結果、ガス流路２４，３４の雰囲気温度の上昇を抑えることができるので、カソードガス中の酸素分圧の低下を抑制でき、フラッディングによる発電効率の低下を防止できる。

図５は、図１のV-V線に沿う方向から見た単セル１の断面（図３及び図４のV-V線に沿う断面）の一部を示す図であり、前述したアノードセパレータ２０の連通路２７を含む断面の一部を示す図である。

図５に示すように、ＭＥＡ１１から連通路底面２７ａまでの距離（連通路２７の高さ）は、ＭＥＡ１１からガス流路底面２４ａまでの距離（ガス流路２４の高さ）よりも短くなっている。このように、連通路２７の高さを、カソード反応によって発生した水によるガス流路２４の閉塞を防止するため、換言すればアノードガスを拡散させるために必要な最低限の高さに制限することで、背面に形成される冷却水流路５１が狭くなることを抑制している。これにより、冷却水流路５１の圧力損失の上昇を抑制して冷却性能を確保できる。なお、本実施形態では、連通路２７の高さは、ガス流路２４の高さの半分となっている。連通路２７の高さをガス流路２４の高さの半分以下にすれば、より冷却性能の向上が図れる。

なお、図６に示すように、実際にはアノード電極１１ｂ及びカソード電極１１ｃは、燃料電池スタックの組み立てのときに積層方向に締め付けられることで、リブ頂面２５ａに押さえつけられていない部分がセパレータ側にはみ出ている（テンティング）。

テンティング量ｙ（ｍｍ）は、連通路幅及びガス流路幅のうち広いほうの幅ｘ（ｍｍ）に対して線形に増加することが発明者らの実験により確認されている。具体的には、リブ幅が１ｍｍ、ガス流路幅が１ｍｍ、連通路幅が０．５ｍｍのとき、テンティング量は、ｙ＝０．０１ｘ＋０．０３となることが確認されている。したがって、連通路２７の高さは、このような知見から連通路幅及びガス流路幅のうち広いほうの幅に基づいて、テンティングによって連通路２７が塞がれない高さに設定される。これにより、テンティングによる連通路２７の閉塞を防止して、ガスの拡散不足によるフラッディングの発生を防止できる。

以上説明した本実施形態によれば、アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０の形状を、単セル１の冷却性能を確保しつつ、アノードガス及びカソードガスの円滑な拡散を実現できる形状とした。

具体的には、ガス流路２４，３４の後半に連通路部２８，３８を設けた。これにより、カソード反応によって発生した水によるガス流路２４，３４の閉塞を防止し、アノードガス及びカソードガスの円滑な拡散を実現した。その結果、ガス流路２４，３４を流れるガスの流れが阻害されず、ガスが十分に拡散するので、フラッディングの発生を防止できる。

そしてさらに、連通路部２８，３８に形成された連通路２７，３７の高さを、テンティングを考慮したアノードガス及びカソードガスを拡散させるために必要な最低限の高さとした。これにより、連通路２７，３７の背面に形成される冷却水流路５１の断面積を拡げて圧力損失の上昇を抑制して冷却性能を確保した。その結果、ガス流路２４，３４の雰囲気温度の上昇を抑えることができるので、カソードガス中の酸素分圧の低下を抑制でき、フラッディングの発生を防止できる。

また、リブ２５，３５の側面２５ｂ，３５ｂをテーパ状に形成したことで、冷却水流路５１を流れる冷却水の余分な乱流を抑制できるので圧力損失を低減でき、冷却性能を向上できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７を参照して説明する。本実施形態は、連通路２７の背面の冷却水流路５１の断面積を拡大した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図７は、本実施形態によるアノードセパレータ２２０とカソードセパレータ２３０とで狭持された単セル１の断面の一部を示す図であり、アノードセパレータ２２０の連通路２７を含む部位の断面図である。

単セル１の冷却性能を重要視するときは、冷却水流路５１の圧力損失を低減して冷却水を流れやすくする必要がある。そこで、本実施形態によるアノードセパレータ２２０は、連通路２７の底面２７ａのリブ２５の幅が、ガス流路２４の幅よりも広くなるように形成される。これにより、連通路２７の背面に形成される冷却水流路５１の幅も広くなり、圧力損失が低減して冷却性能が向上する。アノードセパレータ２２０に併せて、カソードセパレータ２３０のガス流路３４の幅も狭くされる。

なお、連通路２７の幅は、連通路２７の背面の冷却水流路５１の断面積が、直線流路部の冷却水流路５１の断面積（図２で示されている冷却水流路５１の断面積）と同等となるように拡げられている。

以上説明した本実施形態によれば、連通路２７の背面の冷却水流路５１の断面積を、直線流路部の冷却水流路５１の断面積と同等にした。具体的には、連通路２７の底面２７ａのリブ２５の幅が、ガス流路２４の幅よりも広くなるようにアノードセパレータ２２０を形成した。これにより、冷却水流路５１の圧力損失を低減して、冷却性能を向上できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図８を参照して説明する。本実施形態は、連通路２７と隣り合うガス流路底面２４ｂの高さを、ガス流路底面２４ａの高さよりも高くした点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図８は、本実施形態によるアノードセパレータ３２０の一部をアノード電極側から見た斜視図である。

前述したように、単セル１の冷却性能を重要視するときは、冷却水流路５１の圧力損失を低減して冷却水を流れやすくする必要がある。そこで本実施形態では、連通路２７と隣り合うガス流路底面２４ｂの高さを、ガス流路底面２４ａの高さよりも高くして、連通路底面２７ａの高さと同等となるように、アノードセパレータ３２０を形成した。

このように、連通路２７と隣り合うガス流路底面２４ｂの高さを、ガス流路底面２４ａの高さよりも高くすることで、ガス流路底面２４ｂの背面にも冷却水を流すことができる。これにより、冷却水流路５１の圧力損失を低減して、冷却性能を向上できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記各実施形態では、ガス流れ方向と同方向のリブ２５の側面（ガス流路２４の側壁）２５ｂだけをテーパ形状としたが、ガス流れ方向と鉛直方向のリブ２５の側面（連通路２７の側壁）２５ｃをテーパ形状としてもよい。これにより、リブ２５の背面に形成される冷却水流路５１の圧力損失を低減することができる。

また、上記各実施形態では、ガス流路２４及びガス流路３４を流れるガス流れ方向が反対方向であったが、ガス流れ方向を同じ方向とした場合には、隣接するアノードセパレータ２０の連通路部２８と、カソードセパレータ３０の連通路部３８とが重なり合うことになる。そうすると、図９に示すように、アノードセパレータ２０の連通路底面２７ａの背面に形成された冷却水流路２６と、カソードセパレータ３０の連通路底面３７ａの背面に形成された冷却水流路３６とで冷却水流路５１が形成されることがある。この場合、冷却水流路５１の断面積が極端に狭くなってしまう。

そこで、隣接するアノードセパレータ２０の連通路部２８と、カソードセパレータ３０の連通路部３８とが重なり合う場合には、連通路２７と連通路３７の位置を相互にずらして連通路２７の背面には連通路３７が位置しないようにする。これにより、冷却水流路５１の圧力損失を低減することができる。

燃料電池スタックの斜視図である。 図１のII-II線に沿う方向から見た単セルの断面の一部を示す図である。 本発明の第１実施形態によるアノードセパレータを示す図である。 本発明の第１実施形態によるカソードセパレータを示す図である。 図１のV-V線に沿う方向から見た単セルの断面の一部を示す図であり、アノードセパレータの連通路を含む断面の一部を示す図である。 テンティングについて説明する図である。 本発明の第２実施形態によるアノードセパレータとカソードセパレータとで狭持された単セルの断面の一部を示す図であり、アノードセパレータの連通路を含む断面の一部を示す図である。 本発明の第３実施形態によるアノードセパレータの一部をアノード電極側から見た斜視図である。 アノードセパレータの連通路底面の背面に形成された冷却水流路と、カソードセパレータの連通路底面の背面に形成された冷却水流路とで冷却水流路が形成された例を示した図である。

符号の説明

１１ 膜電極接合体
２０ アノードセパレータ（燃料電池用セパレータ）
２４ ガス流路（反応ガス流路）
２４ａ ガス流路底面
２５ｂ リブ側面（ガス流路側壁）
２５ｃ リブ側面（連通路側壁）
２６ 冷却水流路（冷却水流路形成路）
２７ 連通路
２７ａ 連通路底面
３０ カソードセパレータ（燃料電池用セパレータ）
３４ ガス流路（反応ガス流路）
３５ｂ リブ側面（ガス流路側壁）
３５ｃ リブ側面（連通路側壁）
３６ 冷却水流路（冷却水流路形成路）
３７ 連通路
３７ａ 連通路底面
５１ 冷却水流路

Claims (9)

1. 膜電極接合体への対向面に形成され、反応ガスが流れる複数の溝状の反応ガス流路と、
   同じく前記膜電極接合体への対向面に形成され、隣り合う前記反応ガス流路同士を連通する連通路と、
   前記膜電極接合体への対向面の背面に前記反応ガス流路と並列に形成され、冷却水流路の一部を構成する複数の溝状の冷却水流路形成路と、
   を備え、
   前記膜電極接合体から前記連通路の底面までの距離が、前記膜電極接合体から前記反応ガス流路の底面までの距離よりも短い
   ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記反応ガス流路及び前記連通路の幅のうち広いほうの幅に基づいて、その幅が広くなるほど前記膜電極接合体から前記連通路の底面までの距離を長くした
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 一の前記燃料電池用セパレータの背面に形成された前記冷却水流路形成路と、他の前記燃料電池用セパレータの背面に形成された前記冷却水流路形成路とを、互いに向かい合わせることで形成される冷却水流路の断面積を、前記連通路を形成した部位の背面の冷却水流路の断面積と、前記連通路を形成した部位以外の背面の冷却水流路の断面積とで対比したときに、両断面積が略同一となるように、前記連通路を形成した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記反応ガス流路を流れるガスのガス流れ方向に対して鉛直方向の前記連通路の底面の幅は、前記反応ガス流路の幅よりも広く、その連通路を形成した部位の背面の冷却水流路の断面積と、その連通路を形成した部位以外の背面の冷却水流路の断面積とが略同一である
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記膜電極接合体から前記連通路の底面までの距離は、前記膜電極接合体から前記反応ガス流路の底面までの空間の距離の半分以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
6. 前記反応ガス流路の側壁は、一定の角度で傾斜したテーパ状である
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータ。
7. 前記連通路の側壁は、一定の角度で傾斜したテーパ状である
   ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータ。
8. 前記連通路は、前記反応ガス流路の流路後半に形成される
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータ。
9. 前記冷却水流路を形成したときに、一の前記燃料電池用セパレータに形成された連通路の背面の冷却水流路形成路と、他の前記燃料電池用セパレータに形成された連通路の背面の冷却水流路形成路とが、対向しないように両連通路の位置を互いにずらして構成された
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータを用いた燃料電池スタック。

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