JP2011044399A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板を成形加工したガス流路形成部材を備える燃料電池にあって、電解質膜のドライアップを防止する。
【解決手段】燃料電池セル１０は、ＭＥＧＡ２５と、セパレータ４０と、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配置されるガス流路２８とを備える。ガス流路２８は、金属板のエキスパンド加工を経て酸化剤ガスを通す貫通孔Ｃが形成されたガス流路部材３０により構成される。ガス流路形成部材３０は、前記エキスパンド加工が施されていない平板部３４を備え、セパレータ４０に備えられる孔５６と向かい合うように配置される。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池に関する。

従来、燃料電池として、膜電極接合体と、膜電極接合体の両側に配置されるセパレータとを備え、膜電極接合体とセパレータとの間に、導電性多孔体であるガス流路形成部材が設けられたものが知られている。ガス流路形成部材としては、金属製の薄板を成形加工したものが提案されている（特許文献１）。

特開２００９−３２５６１号公報

前記金属板を成形加工したガス流路形成部材は、膜電極接合体のガス拡散層よりも親水性に優れていることから、膜電極接合体で発生した生成水をガス拡散層から良好に排出させることができるという利点を備える。しかしながら、燃料電池の高温運転時においては、ガス拡散層からの排水性が良すぎて、電解質膜がドライアップし易いという問題があった。

本発明は、金属板を成形加工したガス流路形成部材を備える燃料電池にあって、電解質膜のドライアップを防止することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 燃料電池であって、膜電極接合体と、前記膜電極接合体に向かい合って配置されるとともに、前記膜電極接合体の厚さ方向に開く反応ガス用の開口部を備えるセパレータと、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に配置され、金属板の所定の成形加工を経て前記反応ガスを通す網目が形成されたガス流路形成部材とを備え、前記ガス流路形成部材は、前記成形加工が施されていない平板部を備え、前記平板部が前記開口部と向かい合うように配置される、燃料電池。

適用例１に係る燃料電池によれば、ガス流路形成部材の平板部により、膜電極接合体と開口部の間が遮蔽されることから、前記膜電極接合体からの生成水の排出を抑制することができる。このため、膜電極接合体の一方のガス拡散層から他方のガス拡散層方向への逆拡散水量を増大させることができることから、電解質膜のドライアップを防止することができる。また、平板部が開口部と向かい合うように配置されることから、平板部は膜電極接合体の外周側に配置されることになる。このため、平板部により発電反応が阻害されることを抑制することができる。

［適用例２］ 適用例１に記載の燃料電池であって、前記ガス流路形成部材は、前記反応ガスとしての酸化剤ガスを、燃料ガスに対して対向流で流通させる構成であり、前記ガス流路形成部材は、前記平板部が、前記開口部としての酸化剤ガス出口と向かい合うように配置される、燃料電池。

適用例２に係る燃料電池によれば、平板部が酸化剤ガス出口と向かい合うように配置されることで、燃料ガス入口付近が加湿されることなる。このため、電解質膜の加湿効果を膜全体に効率的に伝えることができる。

［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池であって、前記ガス流路形成部材の前記平板部は、前記膜電極接合体の表面に前記酸化剤ガスを供給するための溝部を設けた構成である、燃料電池。

適用例３に係る燃料電池によれば、溝部に反応ガスが流れることで、平板部により覆われた膜電極接合体の表面部分に酸化剤ガスを供給することが可能となる。したがって、平板部により発電反応が阻害されることを抑制することができる。

［適用例４］ 適用例１ないし３のいずれかに記載の燃料電池であって、前記所定の成形加工は、前記金属板に刃型を用いて千鳥配列の切れ目を入れ、同時に前記切れ目を押し広げながら網目を形成する成形加工である、燃料電池。

適用例４に係る燃料電池によれば、ガス流路形成部材の製造が容易である。

さらに、本発明は、上記適用例１ないし４以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。

本発明の一実施例における燃料電池１００の全体構成を示す説明図である。 燃料電池１００を構成する燃料電池セル１０の断面図である。 ガス流路形成部材３０を示す斜視図である。 ガス流路形成部材３０の製造方法を示す説明図である。 ガス流路２８の上流側を拡大して示す断面図である。 第１変形例の燃料電池における平板部２３４の断面図である。 第２変形例の燃料電池における平板部３３４の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、実施例に基づき説明する。

Ａ．燃料電池の全体構成：
図１は、本発明の一実施例における燃料電池１００の全体構成を示す説明図である。図２は、燃料電池１００を構成する燃料電池セル１０の断面図である。本実施例の燃料電池１００は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとの供給を受け、燃料ガスと酸化剤ガス（以下、必要に応じてまとめて反応ガスと呼ぶ）との電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池である。

図１に示すように、燃料電池１００は、燃料電池セル１０が複数積層され、その両端からエンドプレート８５，８６により狭持されている。エンドプレート８５，８６には、反応ガス等を供給あるいは排出する貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して図示しない外部の水素タンクやコンプレッサ等から、燃料電池１００の内部に反応ガスが滞りなく供給されている。

図２に示すように、燃料電池セル１０は、ＭＥＡ２４（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ガス拡散層２３ａ、２３ｂ、ガス流路２８、２９、シールガスケット２６、およびセパレータ４０を備える。ガス拡散層２３ａ、２３ｂはＭＥＡ２４の両面に配置されている。ＭＥＡ２４、ガス拡散層２３ａおよびガス拡散層２３ｂから構成される部材をＭＥＧＡ２５と呼ぶ。このＭＥＧＡ２５が、適用例１に記載の「膜電極接合体」に相当する。

ガス流路２８、２９は、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配置されている。ＭＥＧＡ２５およびガス流路２８、２９は、外周をシールガスケット２６で囲われるように、シールガスケット２６と一体に形成されている。セパレータ４０は、一体に形成されているＭＥＧＡ２５、ガス流路２８、２９およびシールガスケット２６の両側に配置されている。

ＭＥＡ２４は、電解質膜２１の表面上に、カソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂを備える。電解質膜２１は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ４０の外形よりも小さくガス流路の外形よりも大きい長方形に形成されている。電解質膜２１は、例えば、ナフィオンである。電解質膜２１の表面上に形成されたカソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金が担持されている。

ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、気孔率が約２０％程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパーによって形成されている。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、接合によりＭＥＡ２４と一体化されてＭＥＧＡ２５となる。なお、ガス拡散層２３ａはＭＥＡ２４のカソード側に、ガス拡散層２３ｂはアノード側に、それぞれ配置される。ガス拡散層２３ａは、カソードガスをその厚み方向に拡散して、カソード電極触媒層２２ａの全面に供給する。ガス拡散層２３ｂは、アノードガスをその厚み方向に拡散して、アノード電極触媒層２２ｂの全面に供給する。ガス拡散層２３ａ，２３ｂは、厚み方向へのガスの拡散を主目的とするため、比較的小さい気孔率を有する。

ガス流路２８、２９は、導電性のある金属を加工して製造したガス流路形成部材により構成されている。ガス流路形成部材の構造については後ほど詳述する。ガス流路２８は、ＭＥＧＡ２５のカソード側（ＭＥＡ２４のカソード側）とセパレータ４０との間に配設される。ガス流路２９は、ＭＥＧＡ２５のアノード側（ＭＥＡ２４のアノード側）とセパレータ４０との間に配設される。ガス流路２８，２９を流れる反応ガスは、流れの過程でＭＥＧＡ２５に供給され、ＭＥＧＡ２５のガス拡散層２３ａ，２３ｂにより、カソード電極触媒層２２ａ，アノード電極触媒層２２ｂに拡散され、電気化学反応に供される。

シールガスケット２６は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、ＭＥＧＡ２５およびガス流路２８，２９の外周に射出成形することでＭＥＧＡ２５と一体的に形成されている。シールガスケット２６は、セパレータ４０と同様の大きさの略長方形に形成されている。図１に示すように、シールガスケット２６の４辺に沿って、反応ガスおよび冷却水のマニホールドを形成する貫通孔が設けられている。このマニホールド用の貫通孔は、セパレータ４０に設けられた貫通孔と同一であるため、セパレータ４０の構造とともに、後述する。

こうしたマニホールド用の貫通孔の周囲には、各連通孔を囲み、シールガスケット２６の厚み方向に凸の部位が形成されている。この凸の部位は、シールガスケット２６を挟むセパレータ４０に実質的に当接し、積層方向の所定の締結力を受け、潰れて変形する。その結果、凸の部位は、マニホールド内を流れる流体（水素，酸化剤ガス，冷却水）の漏れを抑制するシールラインＳＬを形成する。この凸の部位が、シールラインＳＬのリップ部分となる（図２参照）。

次に電気化学反応により生ずる電気を集電するセパレータ４０について説明する。セパレータ４０は、三つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。具体的には、酸化剤ガスの流路であるガス流路２８と接触するカソードプレート４１と、燃料ガスの流路であるガス流路２９と接触するアノードプレート４３と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート４２とから構成されている。

三つのプレートは、その厚み方向に、流路用の凹凸形状のない平坦な表面を有し（つまり、ガス流路２８，２９との接触面が平坦であり）、ステンレス鋼やチタン，チタン合金など、導電性の金属材料から構成されている。

三つのプレートには、上述の各種マニホールドを構成する貫通孔が設けられている。具体的には、図１に示すように、略長方形形状のセパレータ４０の長辺に酸化剤ガス供給用の貫通孔４１ａ、酸化剤ガス排出用の貫通孔４１ｂが設けられている。また、セパレータ４０の短辺に、燃料ガス供給用の貫通孔４１ｃ、燃料ガス排出用の貫通孔４１ｄが設けられている。セパレータ４０の短辺には、また、冷却水供給用の貫通孔４１ｅおよび冷却水排出用の貫通孔４１ｆが、それぞれ設けられている。

カソードプレート４１には、こうしたマニホールド用の貫通孔に加え、ガス流路２８への酸化剤ガスの出入口となる孔部４５，４６が複数形成されている。同様に、アノードプレート４３には、マニホールド用の貫通孔に加え、ガス流路２９への燃料ガスの出入口となる孔部（図示なし）が複数形成されている。

中間プレート４２に設けられた複数のマニホールド用の貫通孔のうち、酸化剤ガスの流れるマニホールド用の貫通孔４２ａは、カソードプレート４１の孔部４５と連通するように形成されている。また、燃料ガスの流れるマニホールド用の貫通孔４２ｂは、アノードプレート４３の孔部（図示なし）と連通するように形成されている。なお、中間プレート４２には、略長方形外形の長辺方向に沿って複数の切欠が形成され、その切欠の両端はそれぞれ、冷却水の流れるマニホールド用の貫通孔と連通している。

こうした構造の三つのプレートを積層して接合することで、セパレータ４０の内部には各種流体の流路が形成される。

図２に示すように、セパレータ４０およびシールガスケット２６の積層により形成されるマニホールド内を流れる酸化剤ガスの一部は、セパレータ４０の内部（中間プレート４２の部分）を通って、孔部５５からガス流路２８へ供給される。そして、反応に供された後の酸化剤ガス、あるいは、供されない酸化剤ガスは、ガス流路２８を図中右方から左方（ｘ方向）へ流れて、孔部５６からセパレータ４０内部を経て、マニホールドへ流れる。なお、図１においても、ガス流路２８により、酸化剤ガスは矢印に示すようにｘ方向へ流れることになる。

一方、セパレータ４０およびシールガスケット２６の積層により形成されるマニホールド内を流れる燃料ガスの一部は、セパレータ４０の内部（中間プレート４２の部分）を通って、孔部５７からガス流路２９へ供給される。そして、反応に供された後の燃料ガス、あるいは、供されない燃料ガスは、ガス流路２９を図中左方から右方（−ｘ方向）へ流れて、孔部５８からセパレータ４０内部を経て、マニホールドへ流れる。なお、図１においても、ガス流路２９により、燃料ガスは矢印に示すように−ｘ方向へ流れることになる。すなわち、本実施例の燃料電池１００では、燃料電池セル１０内を流れる燃料ガスと酸化剤ガスは、他方のガスに対して対向流で流通させる構成となっている。

なお、前記孔部５５、５６、５７、５８は、燃料電池セル１０の積層方向、すなわちＭＥＧＡ２５の厚さ方向（図中ｙ方向）に向いて開いており、マニホールドのスリットを構成する。

Ｂ．ガス流路形成部材の構成：
ガス流路２８、２９を構成するガス流路形成部材について、以下に説明する。ガス流路形成部材は、酸化剤ガスのガス流路２８用、燃料ガスのガス流路２９用ともに似通った構成を備えていることから、ここでは酸化剤ガスのガス流路２８用としてまず説明する。

図３は、ガス流路形成部材３０を示す斜視図である。図示するように、ガス流路形成部材３０は、山部３２ａと谷部３２ｂが交互に連続する波板部３２を基本構造としており、この波板部３２を複数、連結した構成である。複数の波板部３２は、同一の形状であり、横幅Ｗも同一のサイズである。なお、山部３２ａ、谷部３２ｂは、開口部が上辺（底辺）よりも開いた、すなわち、側辺が縦方向に対して傾斜した形状となっている。

図３中の破線は、隣接する２つの波板部３２の間を区分けするために便宜的に付けたものである。図３において、波板部３２は、連結数が６つであるものとして例示している。

複数の波板部３２の連結は、詳細には次のようなものである。山部３２ａと谷部３２ｂの振幅の方向をｕ軸方向、山部３２ａと谷部３２ｂが連続する方向をｖ軸方向（ｕ軸方向に対して垂直方向）とすると、複数の波板部３２は、ｕ軸方向、ｖ軸方向の双方に垂直なｗ軸方向に向かって順に連結される。この連結は、互いに隣接する２つの波板部３２、３２の間が、図３に示すように、一方側の波板部３２の谷部３２ｂが他方側の波板部３２の山部３２ａと連なるようにしたものである。詳細には、上記他方側の波板部３２を、上記一方側の波板部３２に対して表裏を反転させたものとして、谷部３２ｂを山部３２ａに、山部３２ａを谷部３２ｂにそれぞれ変換した上で、その山部３２ａを、上記一方側の波板部３２の谷部３２ｂに連なるようにする。

上記連結の結果、正面方向から見たとき、互いに隣接する２つの波板部３２、３２は、ｖ軸方向に山部３２ａと谷部３２ｂの周期Ｔの２分の１分だけずれ、ｕ軸方向に山部３２ａと谷部３２ｂの振幅Ｈだけずれた位置関係となる。上記谷部３２ｂと山部３２ａの連結部分は、一平面（以下、この平面を「連結面」と呼ぶ）Ｓを形成することから、図示からわかるように、一つの連結面Ｓ１と、次の谷部３２ｂと山部３２ａで形成された連結面Ｓ２との間に六角形の貫通孔Ｃが形成される。六角形の貫通孔Ｃは網目状かつ階段状に配列されることになり、正面方向から見たとき、いわゆるハニカム形状となる。なお、この実施例では、上記六角形は、各辺の長さが等しく、角も１２０度と一定な正六角形である。この実施例の変形例として、正六角形以外の六角形とすることもできる。さらに、六角形に換えて四角形等の他の多角形とすることもできる。

図３の例示では、山部３２ａと谷部３２ｂの繰り返しの回数（以下、単に「山谷の周波数」と呼ぶ）は３であり、波板部３２の連結数は６であることから、六角形の貫通孔Ｃの数は１３個となっているが、これは図示の簡略化のためであり、実際は、多数（例えば１万〜１０万個程度）を備える構成となっている。なお、こうした形状のガス流路形成部材３０は、いわゆるエキスパンドメタルと呼ばれるものである。

さらに、本実施例では、ｗ軸方向において最も前側の波板部３２（３２ｆ）には、平板部３４が連結されている。詳しくは、平板部３４の長辺３４ａが波板部３２（３２ｆ）の山部３２ａに連結されており、平板部３４の短辺３４ｂは、各波板部３２の山部３２ａを結ぶ方向（図中、１点鎖線方向ｊ）に向いている。

上記ガス流路形成部材３０は、前述したように、酸化剤ガスのガス流路２８用である。これに対して、燃料ガスのガス流路２９用のガス流路形成部材は、上記ガス流路形成部材３０と比較して、平板部３４を備えないもので、周知のエキスパンドメタルである。

図４は、酸化剤ガス流路用のガス流路形成部材３０の製造方法を示す説明図である。図示するように、金属板Ｍを送りローラ（図示せず）によって矢印ａ方向に進めて、金属板Ｍを上刃Ｄ１および下刃Ｄ２からなる刃型に送る。金属板Ｍは、例えばステンレス板である。上刃Ｄ１は山形に形成されている。上刃Ｄ１を所定位置まで下げて、その後、上げることで、金属板Ｍに切れ目を入れ、同時に切れ目を押し拡げる。その後、金属板Ｍを送りローラによって第１の距離だけ新たに送る。この第１の距離は、波板部３２の横幅Ｗ（図３）と一致する。その後、上刃Ｄ１を横方向（図中ｂ方向）に第２の距離だけ移動して、上刃Ｄ１を上記と同様に上下する。上記第２の距離は、波板部３２における山部３２ａと谷部３２ｂの周期Ｔ（図３）の２分の１に一致する。

続いて、上刃Ｄ１を移動前の位置に戻して、同様の成形加工（以下、この成形加工を「エキスパンド加工」と呼ぶ）を繰り返す。この繰り返しにより、金属板Ｍに直線状の切れ目を千鳥状に入れながら押し拡げることができ、金属板Ｍに網目状かつ階段状の貫通孔Ｃ（図３）が形成される。

なお、本実施例のガス流路形成部材３０では、金属板Ｍに最初に切れ目を入れる位置が、金属板Ｍの先端Ｍｔから所定の距離Ｅだけ離れた位置となっている。すなわち、製造の際に、金属板Ｍを、その先端Ｍｔが刃型を通過してから所定の距離Ｅだけ予め進めるようにし、その後に、貫通孔Ｃの成形を行うようにする。上記所定の距離は、平板部３４の短辺３４ｂ（図３）の長さと一致する。この結果、網目状かつ階段状の貫通孔を備えた部分と平板部とが連結された成形物を得ることができる。換言すれば、エキスパンド加工が施された部分とエキスパンド加工が施されていない平板部とが連結された成型物を得ることができる。

その後、上記成形物における平板部を、上記貫通孔を備えた部分との連結部回り（図４のｒ方向）に所定の角度だけ折り曲げる。こうして、図３を用いて前述した酸化剤ガス流路用のガス流路形成部材３０が完成する。

一方、燃料ガスのガス流路２９を構成するガス流路形成部材は、周知のエキスパンドメタルであり、前記ガス流路形成部材３０と比較して、平板部を有しない点が相違するだけである。

Ｃ．ガス流路形成部材の配設の態様：
以上のように構成されたガス流路形成部材３０により構成されるガス流路２８は、前述したように、ＭＥＧＡ２５のカソード側（ＭＥＡ２４のカソード側）の面とセパレータ４０との間に配設される（図１，図２参照）が、その配設の態様について、次に説明する。

図５は、ガス流路２８の上流側を拡大して示す断面図であり、図２の一部を拡大したものである。図示するように、ガス流路２８を構成するガス流路形成部材３０は、貫通孔Ｃの方向がＭＥＧＡ２５のカソード側の面に向かい、かつ、前側（平板部３４を備える側）がガス流路２８の上流側に位置するように、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配設される。この結果、平板部３４の先端部３４ｃはシールガスケット２６の内側端面に当接し、平板部３４の一方側の面３４ｄは、ＭＥＧＡ２５のカソード側の表面に接触している。酸化剤ガスの流れ方向（図中ｘ方向）でみたときに、平板部３４の上記接触している部分は、セパレータ４０の排出側の孔部５６を含むように位置する。すなわち、平板部３４は、孔部５６と向かい合うように位置する。

一方、燃料ガスのガス流路２９を構成するガス流路形成部材は、貫通孔の方向がＭＥＧＡ２５のアノード側の面に向かうように、ＭＥＧＡ２５とセパレータ４０との間に配設される。

Ｄ．作用・効果：
以上のように構成した本実施例の燃料電池１００によれば、ガス流路形成部材３０の平板部３４により、ＭＥＧＡ２５とマニホールドのスリットである孔部５６との間が遮蔽されることから、ＭＥＧＡ２５の表面からの生成水の排出を抑制することができる。さらにこの実施例では、平板部３４がＭＥＧＡ２５の表面に接触することから、ＭＥＧＡ２５の一部表面が覆われることから、より生成水の排出が抑制される。したがって、ガス拡散層２３ａ内の残水量が多くなることから、ガス拡散層２３ａから他方のガス拡散層２３ａ方向への逆拡散水量を増大させることができ、電解質膜２１のドライアップを防止することができる。特に、高温時における電池特性が改善し、高温時におけるドライアップを防止することができる。

また、燃料電池１００によれば、ガス流路形成部材３０の平板部３４は、セパレータ４０に備えられる酸化剤ガスの出口としての孔部５６と向かい合い、ＭＥＧＡ２５の外周側に配置されることから、平板部３４によりＭＥＧＡ２５の表面が覆われてその部分の発電反応が阻害されたとしても、主要な発電部である内側部分の発電反応が阻害されることもない。したがって、全体的な電池性能に与える影響は小さくて済む。

さらに、平板部３４が酸化剤ガスの出口としての孔部５６と向かい合うように配置されることで、孔部５６付近に対応したＭＥＧＡ２５表面からの生成水の排出が抑制され、この部分の湿潤状態が良好に保たれる。この結果、燃料ガスと酸化剤ガスとが対向流で流通することから、燃料ガス入口である孔部５８付近が加湿されることなる。この水分は燃料ガス出口側に次第に送られる。したがって、電解質膜２１の加湿効果を膜全体に効率的に伝えることができる。

Ｅ．他の実施形態：
なお、この発明は前記の実施例やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・第１変形例：
図６は、第１変形例の燃料電池における平板部２３４の断面図である。この第１変形例は、前記実施例と比較して、ガス流路形成部材２３０に備えられる平板部２３４の一方側の面に撥水層２３６が設けられている点が相違するだけであり、その他の構成は同一である。上記撥水層２３６が設けられる面は、ＭＥＧＡ２５のカソード側の表面に接触する側の面である。上記撥水層２３６は、撥水加工（例えばテフロン（登録商標）加工）により付設されたものである。

上記構成の第１変形例の燃料電池では、平板部２３４の親水度を、ガス拡散層に比べて小さくすることができることから、平板部２３４で覆われたガス拡散層表面からの生成水の排出をより確実に抑制することができる。したがって、電解質膜のドライアップをより防止することができる。なお、セパレータ側に撥水加工された金属材料が位置した場合、排水不良が発生するが、この第１変形例では、ガス拡散層との接触面のみに撥水加工が施されることから、排水不良が発生することがない。

・第２変形例：
図７は、第２変形例の燃料電池における平板部３３４の断面図である。この第２変形例は、前記第１変形例と比較して、ガス流路形成部材３３０に備えられる平板部３３４の一方側の面に線条の複数の溝３３８が設けられている点が相違するだけであり、その他の構成は同一である。各溝３３８は、図中のｘ方向に真っ直ぐ延びる凹状の溝である。なお、凹凸の表面には、第１変形例と同様に、各溝３３８は図中のｘ、ｙ、ｚ軸方向は、前記実施例における図１、図２、図５におけるｘ、ｙ、ｚ軸方向と同じ方向を示す。

上記構成の第２変形例の燃料電池では、各溝３３８に酸化剤ガスが流れることで、平板部３３４により覆われたガス拡散層の表面部分に酸化剤ガスを供給することが可能となる。したがって、平板部３３４により発電反応が阻害されることを抑制することができる。

なお、この第２変形例は、第１変形例をさらに変形したものとして、凹凸面に撥水加工が施されていたが、これに換えて、凹凸面に撥水加工が施されていない構成とすることもできる。すなわち、前記実施例において平板部３４の表面３４ｄに線条の複数の溝を設けた構成とすることもできる。

・第３変形例：
前記第２変形例では、平板部の表面に溝を加工していたが、これに換えて、平板部と接触するガス拡散層に溝加工をして、その溝から反応ガスを供給するこうせいとしてもよい。

・第４変形例：
前記実施例では、ガス流路形成部材３０は、貫通孔が網目状かつ階段状となったエキスパンドメタルにより構成したが、これに換えて、金属板に刃型を用いて千鳥配列の切れ目を入れ、同時に前記切れ目を押し広げながら網目を形成し（ここまではエキスパンドメタルと同一）、さらに、圧延加工して、略平板状とされた成形物により構成してもよい。なお、本明細書では、金属板に刃型を用いて千鳥配列の切れ目を入れ、同時に前記切れ目を押し広げながら網目を形成したものを「エキスパンドメタル」と呼んだが、他の文献等によれば、この第３変形例のもの、すなわち、圧延加工して略平板状とされた成形物を「エキスパンドメタル」と呼び、金属板に刃型を用いて千鳥配列の切れ目を入れ、同時に前記切れ目を押し広げながら網目を形成したものを「ラスカットメタル」と呼ぶこともある。呼び方はいずれにしろ、本発明は、双方の成形物に適用することができる。

さらに、ガス流路形成部材３０は、金属板をパンチングプレスの金型で穴を開けて加工したパンチングメタル等、他の金属板の成形加工物により構成することができる。

・第５変形例：
前記実施例では、ガス流路形成部材３０の平板部３４は、ＭＥＧＡ２５の表面に接触する構成としたが、これに換えて、ＭＥＧＡ２５の表面から離間する構成としてもよい。要は、ガス流路形成部材の平板部が孔部５６（開口部）と向かい合うように配置されていれば、どのような構成としてもよい。

・第６変形例：
前記実施例では、アノード側のガス流路２９を構成するガス流路形成部材を、カソード側のガス流路２８のガス流路形成部材３０と比較して、平板部３４を備えないことが相違するだけの構成としたが、これに換えて、多孔質体を用いた構成等、エキスパンドメタルではない他のタイプのガス流路形成部材としてもよい。

・第７変形例：
前記実施例では、平板部３４を備えるガス流路形成部材３０を酸化剤ガスのガス流路２８用としたが、これに換えて、燃料ガスのガス流路２９用としてもよい。

・第８変形例：
前記実施例では、ガス流路形成部材３０の平板部３４を、長方形の薄版としたが、必ずしも長方形である必要はなく、正方形であってもよく、また、矩形以上の形状の薄板としてもよい。

・第９変形例：
前記実施例では、燃料電池セル内の酸化剤ガスと燃料ガスとが向かい合う対向流の構成としたが、これに換えて、酸化剤ガスと燃料ガスとが平行となる平行流の構成としてもよい。この場合には、酸化剤ガスの入口側にガス流路形成部材の平板部が位置する構成とすることにより、燃料ガスの入口側の加湿を容易とすることができる。

・第１０変形例：
前記実施例では、セパレータ４０は、三層積層型のものとして表面のフラット化が容易であるものとしたが、これに換えて、表面が平坦な他の板状部材としてもよい。また、必ずしも表面が平坦なセパレータに限る必要もない。

・第１１変形例：
また、前記実施例および変形例とは異なる種類の燃料電池に本発明を適用することとしてもよい。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池に適用することができる。あるいは、固体高分子以外の電解質層を有する燃料電池であってもよく、本発明を適用することで同様の効果が得られる。

なお、前述した実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明はこれらの実施例および各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。

１０…燃料電池セル
２１…電解質膜
２２ａ…カソード電極触媒層
２２ｂ…アノード電極触媒層
２３ａ…ガス拡散層
２３ｂ…ガス拡散層
２５…ＭＥＧＡ
２６…シールガスケット
２８…ガス流路
２９…ガス流路
３０…ガス流路形成部材
３２…波板部
３２ａ…山部
３２ｂ…谷部
３４…平板部
４０…セパレータ
４１…カソードプレート
４２…中間プレート
４３…アノードプレート
８５…エンドプレート
１００…燃料電池
２３０…ガス流路形成部材
２３４…平板部
２３６…撥水層
３３０…ガス流路形成部材
３３４…平板部
３３８…溝

Claims (4)

1. 燃料電池であって、
   膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体に向かい合って配置されるとともに、前記膜電極接合体の厚さ方向に開く反応ガス用の開口部を備えるセパレータと、
   前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に配置され、金属板の所定の成形加工を経て前記反応ガスを通す網目が形成されたガス流路形成部材と
   を備え、
   前記ガス流路形成部材は、
   前記成形加工が施されていない平板部を備え、前記平板部が前記開口部と向かい合うように配置される、燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記ガス流路形成部材は、
   前記反応ガスとしての酸化剤ガスを、燃料ガスに対して対向流で流通させる構成であり、
   前記ガス流路形成部材は、
   前記平板部が、前記開口部としての酸化剤ガス出口と向かい合うように配置される、燃料電池。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池であって、
   前記ガス流路形成部材の前記平板部は、
   前記膜電極接合体の表面に前記酸化剤ガスを供給するための溝部を設けた構成である、燃料電池。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池であって、
   前記所定の成形加工は、前記金属板に刃型を用いて千鳥配列の切れ目を入れ、同時に前記切れ目を押し広げながら網目を形成する成形加工である、燃料電池。

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