JP2010251068A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、反応ガス流路の出口側に生成水が滞留することを確実に阻止し、良好な発電反応及び冷却性能を維持することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、冷却媒体流路４４を有する。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である第１波状流路溝部４４ａと、第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状である第２波状流路溝部４４ｂとを有する。冷却媒体流路４４は、第１波状流路溝部４４ａと第２波状流路溝部４４ｂとが重なる深溝部７２ａ、前記第１波状流路溝部４４ａのみによる浅溝部７２ｂ、及び前記第２波状流路溝部４４ｂのみによる浅溝部７２ｃが連続的に波形状に延在して構成される。深溝部７２ａ間の間隔は、矢印Ｃ方向に沿って段階的又は連続的に異なる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される燃料電池スタックに関する。

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、一対の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、一方の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を流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、互いに隣接する単位セル間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、セパレータの面方向に沿って設けられている。

セパレータとしては、特に薄肉化が容易に図られることから、カーボンセパレータに代えて金属セパレータが採用される場合がある。その際、薄板金属製のプレートには、プレス成形が施されて波形状の流路溝が形成されるとともに、この流路溝が燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路に選択的されることにより、アノード側セパレータ又はカソード側セパレータが構成されている。

一方、互いに隣接するアノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には、燃料ガス流路の裏面形状と酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体流路が形成されている。

この種の燃料電池として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、図１０に示すように、ＭＥＡを、第１のガス流路１を有する第１のセパレータと、第２のガス流路２を有する第２のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を有し、前記単位燃料電池が複数積層されて構成されている。

そして、第１のガス流路１の並行流路部分３と、第２のガス流路２の並行流路部分３とは、交差部４で互いに斜めに交差するように、セル面内方向で且つ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されている。従って、セパレータ同士又はセパレータと拡散層の、接触不良及び接触抵抗増加は起こらないか、または起こり難い、としている。

特開２００５−９３０９５号公報

この場合、上記の第１のガス流路１及び第２のガス流路２内には、凝縮水や反応による生成水が発生し、前記第１のガス流路１及び前記第２のガス流路２の出口側に、滞留水が惹起し易い。このため、第１のガス流路１及び第２のガス流路２は、滞留水によって閉塞され易く、燃料ガスや酸化剤ガスがアノード側電極やカソード側電極に良好に供給されないおそれがある。しかしながら、上記の特許文献１では、上記の不具合を解決することができないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、反応ガス流路の出口側に生成水が滞留することを確実に阻止し、良好な発電反応及び冷却性能を維持することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックは、一方の金属セパレータの電極対向面には、電極に沿って酸化剤ガスを供給する波形状酸化剤ガス流路が設けられるとともに、他方の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガスを供給する波形状燃料ガス流路が設けられている。

そして、互いに隣接する単位セル間には、波形状酸化剤ガス流路の裏面形状である第１裏面凹形状と波形状燃料ガス流路の裏面形状である第２裏面凹形状とが重なる深溝部、前記第１裏面凹形状のみによる浅溝部、及び前記第２裏面凹形状のみによる浅溝部が連続して波形状に延在する波形状冷却媒体流路が形成され、前記浅溝部を介して互いに連通する前記深溝部間の間隔は、少なくとも前記波形状酸化剤ガス流路又は前記波形状燃料ガス流路の上流側と下流側とで異なっている。

また、第１及び第２裏面凹形状の波形状のピッチは、少なくとも波形状酸化剤ガス流路又は波形状燃料ガス流路の上流側ピッチ間隔が下流側ピッチ間隔よりも小さく設定されることが好ましい。

さらに、第１裏面凹形状と第２裏面凹形状とは、各波形状の互いに近接する側の山部同士が、積層方向に対して重なり合うことが好ましい。

さらにまた、波形状冷却媒体流路の冷却媒体流れ方向は、波形状酸化剤ガス流路及び波形状燃料ガス流路のガス流れ方向に交差する方向に設定されることが好ましい。

本発明によれば、深溝部間の間隔は、少なくとも波形状酸化剤ガス流路又は波形状燃料ガス流路の上流側と下流側とで異なるため、波形状冷却媒体流路内で、圧損が変化して冷却媒体の流量が調整される。従って、単位セル内において、他の領域に比べて多く発電している領域、すなわち、波形状酸化剤ガス流路の上流側又は波形状燃料ガス流路の上流側に対し、比較的多量の冷却媒体を供給して冷却することができる。

これにより、発電部に発電分布が形成されることがなく、例えば、電解質・電極構造体の乾燥による抵抗過電圧の増大や前記電解質・電極構造体の劣化を抑止することが可能になる。しかも、燃料電池は、簡単な構成で、出力及び発電安定性の向上が容易に図られる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記発電ユニット間に形成される冷却媒体流路の説明図である。 前記発電ユニットを構成する第３金属セパレータの正面説明図である。 前記冷却媒体流路の斜視説明図である。 前記冷却媒体流路の、図４中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 前記冷却媒体流路の、図４中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 特許文献１の燃料電池を構成する流路の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット（単位セル）１２を水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層して構成される。

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、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縦長形状の金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂ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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６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２２の両面に形成される。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、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入口連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、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３０ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための上下一対の冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための上下一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

図１及び図３に示すように、第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。

波状流路溝部３６ａは、第１燃料ガス流路３６の上流側（上部側）に、第１ピッチ領域４２ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の中流部分（中間側）には、第２ピッチ領域４２ｂが設けられる。波状流路溝部３６ａは、第１燃料ガス流路３６との下流側（下部側）に、第３ピッチ領域４２ｃを有する。

第１ピッチ領域４２ａは、矢印Ｃ方向に対して最小のピッチ間隔Ｐ１に設定され、第２ピッチ領域４２ｂは、矢印Ｃ方向に対して中間のピッチ間隔Ｐ２に設定され、さらに第３ピッチ領域４２ｃは、矢印Ｃ方向に対して最大のピッチ間隔Ｐ３に設定される。なお、第１ピッチ領域４２ａ、第２ピッチ領域４２ｂ及び第３ピッチ領域４２ｃは、段階的又は連続的にピッチ間隔が変更される。

第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６を構成する複数の波状流路溝部３６ａの裏面形状である複数の第１波状流路溝部（第１裏面凹形状）４４ａが形成される。

第１波状流路溝部４４ａは、図４に概略的に示されるように、波状流路溝部３６ａの裏面凸形状の間に形成されており、第１ピッチ領域４２ａ、第２ピッチ領域４２ｂ及び第３ピッチ領域４２ｃを有する。

図１に示すように、第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。第２燃料ガス流路５８は、第１酸化剤ガス流路５０の裏面形状である一方、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２は、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４の裏面形状である。

第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。

図５に示すように、波状流路溝部６６ａは、第２酸化剤ガス流路６６の上流側（上部側）に第１ピッチ領域４２ａを有し、前記第２酸化剤ガス流路６６の中流部分（中間側）に第２ピッチ領域４２ｂを有し、さらに前記第２酸化剤ガス流路６６の下流側（下部側）に第３ピッチ領域４２ｃを有する。

図１に示すように、第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６を構成する複数の波状流路溝部６６ａの裏面形状である複数の第２波状流路溝部（第２裏面凹形状）４４ｂが形成される。

図４に示すように、第１金属セパレータ１４の第１波状流路溝部４４ａと、第３金属セパレータ２０の第２波状流路溝部４４ｂとが重なり合って、波形状冷却媒体流路４４が形成される。第１波状流路溝部４４ａと第２波状流路溝部４４ｂとは、各波形状の互いに近接する側の山部同士が、積層方向に対して重なり合っている。

図６〜図８に示すように、冷却媒体流路４４は、第１波状流路溝部４４ａと第２波状流路溝部４４ｂとが重なる深溝部７２ａ、前記第１波状流路溝部４４ａのみによる浅溝部７２ｂ、及び前記第２波状流路溝部４４ｂのみによる浅溝部７２ｃが連続して波形状に延在して形成される。

浅溝部７２ｂ、７２ｃを介して互いに連通する深溝部７２ａ間の間隔は、第１及び第２酸化剤ガス流路５０、６６の上流側と下流側、並びに第１及び第２燃料ガス流路３６、５８の上流側と下流側とでそれぞれ異なる。具体的には、図４に示すように、上流側（矢印Ｃ方向上方側）には、最小のピッチ間隔Ｐ１に設定される第１ピッチ領域４２ａが設けられ、中流部分には、中間のピッチ間隔Ｐ２に設定される第２ピッチ領域４２ｂが設けられ、さらに下流側（矢印Ｃ方向下方側）には、最大のピッチ間隔Ｐ３に設定される第３ピッチ領域４２ｃが設けられる。

図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４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１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。

第１金属セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。

第２金属セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路４４が形成される。

このように構成される燃料電池スタック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３０ａ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３２ａ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３４ａ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３０ａから第２金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから外側供給孔部８０ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される（図１参照）。

また、燃料ガスは、図２に示すように、供給孔部８４を通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図１に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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て発電が行われる。

次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、内側排出孔部８２ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図４に示すように、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動しながら発電ユニット１２を冷却した後、各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、冷却媒体流路４４は、第１波状流路溝部４４ａと第２波状流路溝部４４ｂとが重なる深溝部７２ａ、前記第１波状流路溝部４４ａのみによる浅溝部７２ｂ、及び前記第２波状流路溝部４４ｂのみによる浅溝部７２ｃが連続的に波形状に延在して構成されている。

そして、深溝部７２ａ間のピッチ間隔は、第１及び第２酸化剤ガス流路５０、６６の上流側と下流側（矢印Ｃ方向）、並びに第１及び第２燃料ガス流路３６、５８の上流側と下流側とでそれぞれ異なっている。このため、冷却媒体流路４４内では、矢印Ｃ方向に沿って圧損が変化し、冷却媒体の流量が調整されている。

具体的には、矢印Ｃ方向の上流側には、最小のピッチ間隔Ｐ１に設定される第１ピッチ領域４２ａが設けられ、矢印Ｃ方向の中流部分には、中間のピッチ間隔Ｐ２に設定される第２ピッチ領域４２ｂが設けられ、さらに矢印Ｃ方向の下流側には、最大のピッチ間隔Ｐ３に設定される第３ピッチ領域４２ｃが設けられている（図４参照）。

従って、発電ユニット１２内において、他の領域に比べて多く発電している領域、すなわち、第１及び第２酸化剤ガス流路５０、６６の上流側及び第１及び第２燃料ガス流路３６、５８の上流側は、下流側に比べて多量の冷却媒体を供給して冷却することができる（図４参照）。ピッチ間隔が小さい程、圧損が小さくなるからである。

これにより、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの発電部には、発電分布が形成されることがなく、例えば、前記第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの乾燥による抵抗過電圧の増大や前記第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの劣化を抑止することが可能になる。しかも、燃料電池スタック１０は、簡単な構成で、出力及び発電安定性の向上が容易に図られるという効果が得られる。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成する発電ユニット９２の要部分解斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック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。

発電ユニット（単位セル）９２は、電解質膜・電極構造体９４を第１金属セパレータ９６及び第２金属セパレータ９８により挟持して構成される。電解質膜・電極構造体９４は、固体高分子電解質膜２２の両面にアノード側電極２４とカソード側電極２６とが設けられるとともに、前記アノード側電極２４及び前記カソード側電極２６は、同一の表面積に設定される。

第１金属セパレータ９６の電解質膜・電極構造体９４に向かう面１４ａには、第１燃料ガス流路３６が形成される。第１金属セパレータ９６の面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である冷却媒体流路４４の第１波状流路溝部４４ａが形成される。

第２金属セパレータ９８の電解質膜・電極構造体９４に向かう面２０ａには、第２酸化剤ガス流路６６が形成される。この第２金属セパレータ９８の面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状である冷却媒体流路４４の第２波状流路溝部４４ｂが形成される。

互いに隣接する発電ユニット９２間には、一方の発電ユニット９２を構成する第１金属セパレータ９６の面１４ｂと、他方の発電ユニット９２を構成する第２金属セパレータ９８の面２０ｂとの間に、冷却媒体流路４４が形成される。

このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体流路４４が、第１燃料ガス流路３６の裏面形状と第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状とにより形成されており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、燃料ガスと酸化剤ガスとが平行流（同一方向の流れ）を構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料ガスと酸化剤ガスとは、対向流（逆方向の流れ）に設定してもよい。

１０、９０…燃料電池スタック １２、９２…発電ユニット
１４、１８、２０、９６、９８…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ、９４…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜 ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極 ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３６、５８…燃料ガス流路
３６ａ、４４ａ、４４ｂ、５０ａ、５８ａ、６６ａ…波状流路溝部
４２ａ〜４２ｃ…ピッチ領域 ４４…冷却媒体流路
５０、６６…酸化剤ガス流路 ７２ａ…深溝部
７２ｂ、７２ｃ…浅溝部

Claims (4)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層される燃料電池スタックであって、
   一方の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って酸化剤ガスを供給する波形状酸化剤ガス流路が設けられるとともに、他方の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガスを供給する波形状燃料ガス流路が設けられ、
   互いに隣接する前記単位セル間には、前記波形状酸化剤ガス流路の裏面形状である第１裏面凹形状と前記波形状燃料ガス流路の裏面形状である第２裏面凹形状とが重なる深溝部、前記第１裏面凹形状のみによる浅溝部、及び前記第２裏面凹形状のみによる浅溝部が連続して波形状に延在する波形状冷却媒体流路が形成され、
   前記浅溝部を介して互いに連通する前記深溝部間の間隔は、少なくとも前記波形状酸化剤ガス流路又は前記波形状燃料ガス流路の上流側と下流側とで異なることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１及び第２裏面凹形状の波形状のピッチは、少なくとも前記波形状酸化剤ガス流路又は前記波形状燃料ガス流路の上流側ピッチ間隔が下流側ピッチ間隔よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１裏面凹形状と前記第２裏面凹形状とは、各波形状の互いに近接する側の山部同士が、前記積層方向に対して重なり合うことを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記波形状冷却媒体流路の冷却媒体流れ方向は、前記波形状酸化剤ガス流路及び前記波形状燃料ガス流路のガス流れ方向に交差する方向に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。

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