JP2022182066A - 燃料電池用のセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス拡散層のより広い範囲に対して反応ガスを潜り込ませることができる燃料電池用のセパレータを提供する。【解決手段】燃料電池用のセパレータは、燃料電池のＭＥＡに当接する当接面３０ａを有し、当接面３０ａに、燃料ガスが流通する複数の溝流路３７が並んで設けられている。複数の溝流路３７は、当接面３０ａの面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに第３方向Ｚにおいて互いに隣り合う第１溝流路７１及び第２溝流路７２を含んでいる。第１溝流路７１の所定部分における波長λは、第２溝流路７２において当該所定部分と隣り合う部分の波長λと異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関する。

特許文献１には、燃料電池スタックを構成する単セルが開示されている。この単セルは、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly 、以下、ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持する第１セパレータ及び第２セパレータとを有している。

ＭＥＡは、電解質膜及び触媒層を有する触媒層接合電解質膜（Catalyst Coated Membrane、以下、ＣＣＭ）と、ＣＣＭの両面にそれぞれ設けられたガス拡散層（Gas Diffusion Layer 、以下、ＧＤＬ）とを有している。

第１セパレータは、酸化ガス用の複数の第１溝流路と、冷却媒体用の複数の冷却溝流路とを有している。第１溝流路は、直線形状であり、第１セパレータの面のうちＭＥＡと対向する面に形成されている。第１溝流路の凹凸と冷却溝流路の凹凸とは、表裏一体の関係にある。

第２セパレータは、燃料ガス用の複数の第２溝流路と、冷却媒体用の複数の冷却溝流路とを有している。第２溝流路は、波線形状であり、第２セパレータの面のうちＭＥＡと対向する面に形成されている。第２溝流路の凹凸と冷却溝流路の凹凸とは、表裏一体の関係にある。第２溝流路の振幅は、第２セパレータと対向する第１セパレータにおいて複数の第１溝流路の裏面を構成する複数の凸部と重なるような大きさに設定されている。

こうした単セルによれば、単セル同士を積層した際に、一方の単セルにおける第２溝流路を構成する凸部と、他方の単セルにおける第１溝流路の裏面を構成する凸部との接触部分が多くなる。そのため、隣接するセパレータ同士の接触構造の安定性、ひいては単セル同士の接触構造の安定性が向上する。

また、こうした単セルによれば、燃料ガスは、第２セパレータの第２溝流路を流れる過程で、同セパレータと隣接するＧＤＬに徐々に潜り込む。このようにして、ＧＤＬに燃料ガスが潜り込むことによって発電が行われる。

特開２０１８－７８０２０号公報

ところで、こうした単セルにおいては、発電効率を向上させるために、ＧＤＬのより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることが望まれている。
なお、こうした課題は、燃料ガス用の溝流路を有するセパレータに限定されず、酸化ガス用の溝流路を有するセパレータにおいても同様に生じる。

本発明の目的は、ガス拡散層のより広い範囲に対して反応ガスを潜り込ませることができる燃料電池用のセパレータを提供することにある。

上記目的を達成するための燃料電池用のセパレータは、燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、前記溝流路の各々が並ぶ方向を並び方向とするとき、複数の前記溝流路は、前記当接面の面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに前記並び方向において互いに隣り合う第１溝流路及び第２溝流路を含んでおり、前記第１溝流路の所定部分における波長は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分の波長と異なっている。

波状に延在する溝流路においては、波長が小さい部分は波長が大きい部分に比べて当該部分を流れる反応ガスの圧力損失が大きくなる。
上記構成によれば、第１溝流路の所定部分と、第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分との間で、反応ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第１溝流路と第２溝流路とのうち相対的に圧力損失の大きい溝流路を流れる反応ガスの一部が、ガス拡散層に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい溝流路に向けて流れる。したがって、ガス拡散層のより広い範囲に対して反応ガスを潜り込ませることができる。

上記目的を達成するための燃料電池用のセパレータは、燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、前記溝流路の各々が並ぶ方向を並び方向とするとき、複数の前記溝流路は、前記当接面の面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに前記並び方向において互いに隣り合う第１溝流路及び第２溝流路を含んでおり、前記第１溝流路の所定部分における振幅は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分の振幅と異なっている。

波状に延在する溝流路においては、振幅が大きい部分は振幅が小さい部分に比べて当該部分を流れる反応ガスの圧力損失が大きくなる。
上記構成によれば、第１溝流路の所定部分と、第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分との間で、反応ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第１溝流路と第２溝流路とのうち相対的に圧力損失の大きい溝流路を流れる反応ガスの一部が、ガス拡散層に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい溝流路に向けて流れる。したがって、ガス拡散層のより広い範囲に対して反応ガスを潜り込ませることができる。

燃料電池の単セルを示す分解斜視図。 燃料電池用のセパレータの第１実施形態について、燃料ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられているセパレータを示す平面図。 溝流路からガス拡散層に潜り込む燃料ガスの流れを示す断面図。 燃料電池用のセパレータの第２実施形態について、図２に対応する平面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１～図３を参照して、燃料電池用のセパレータの第１実施形態について説明する。

＜燃料電池スタックの単セルの全体構成＞
図１に示すように、燃料電池スタックの単セルは、膜電極接合体１０（以下、ＭＥＡ１０）と、ＭＥＡ１０を支持する枠部材２０と、ＭＥＡ１０及び枠部材２０を挟持する一対のセパレータ３０，４０とを有している。

単セルは、全体として長方形板状である。
なお、以降では、セパレータ３０、ＭＥＡ１０及び枠部材２０、セパレータ４０の積層方向を第１方向Ｘとして説明する。

また、単セルの長手方向であるとともに、第１方向Ｘと直交する方向を第２方向Ｙとして説明する。
また、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に直交する方向を第３方向Ｚとして説明する。

単セルは、反応ガスまたは冷却媒体を単セル内に導入するための導入孔９１，９３，９５と、単セル内の反応ガス及び冷却媒体を外部へ導出するための導出孔９２，９４，９６とを有している。なお、本実施形態では、導入孔９１及び導出孔９２は、燃料ガスが流通する孔である。また、導入孔９３及び導出孔９４は、冷却媒体が流通する孔である。また、導入孔９５及び導出孔９６は、酸化剤ガスが流通する孔である。ここで、燃料ガスは、水素ガスである。また、冷却媒体は冷却水である。また、酸化剤ガスは、空気である。

導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６は、第２方向Ｙに長い平面視長方形状であり、単セルを第１方向Ｘに貫通している。導入孔９１及び導出孔９４，９６は、第２方向Ｙにおける単セルの一側（図１の左右方向における左側）に設けられている。導入孔９１及び導出孔９４，９６は、互いに間隔をあけて第３方向Ｚに並んでいる。導出孔９２及び導入孔９３，９５は、第２方向Ｙにおける単セルの他側（図１の右側）に設けられている。導出孔９２及び導入孔９３，９５は、互いに間隔をあけて第３方向Ｚに並んでいる。

＜ＭＥＡ１０＞
図１に示すように、ＭＥＡ１０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形状である。
ＭＥＡ１０は、図示しない固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）と、電解質膜の両面に設けられた電極１１Ａ，１１Ｂとを有している。なお、本実施形態では、第１方向Ｘにおける電解質膜（図示略）の一側（図１の上下方向における上側）の面に接合された電極が、カソード電極１１Ａである。また、第１方向Ｘにおける電解質膜の他側（図１の下側）の面に接合された電極が、アノード電極１１Ｂである。

電極１１Ａ，１１Ｂは、電解質膜に接合された触媒層（図示略）と、触媒層に接合されたガス拡散層１２（以下、ＧＤＬ１２）とを有している。
なお、ＭＥＡ１０が本発明に係る燃料電池の発電部に相当する。

＜枠部材２０＞
図１に示すように、枠部材２０は、第２方向Ｙに長い長方形枠状である。
枠部材２０は、例えば、硬質樹脂材料により形成されている。

枠部材２０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔２１，２２，２３，２４，２５，２６を有している。
枠部材２０は、中央に第２方向Ｙに長い平面視長方形状の開口部２７を有している。開口部２７の縁部には、第１方向Ｘの一側（図１の上側）からＭＥＡ１０が接合されている。

＜セパレータ３０＞
図１に示すように、セパレータ３０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形板状である。
セパレータ３０は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。

セパレータ３０は、ＭＥＡ１０のアノード電極１１Ｂ側に設けられている。セパレータ３０は、ＭＥＡ１０に当接する当接面３０ａ（図２参照）を含む第１面３０Ａと、第１面３０Ａとは反対側の第２面３０Ｂとを有している。

セパレータ３０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔３１，３２，３３，３４，３５，３６を有している。貫通孔３１，３４，３６は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２１，２４，２６と対応した位置に設けられている。また、貫通孔３２，３３，３５は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２２，２３，２５と対応した位置に設けられている。

セパレータ３０は、燃料ガスが流通する複数の溝流路３７と、冷却媒体が流通する複数の溝流路３８とを有している。なお、図１には、セパレータ３０において、複数の溝流路３７が形成された部分の外縁と、複数の溝流路３８が形成された部分の外縁とを簡略化して示している。

＜溝流路３７，３８＞
図２に示すように、複数の溝流路３７は、貫通孔３１と貫通孔３２とを連通する溝である。複数の溝流路３７は、第１面３０Ａに設けられている。なお、本実施形態では、６つの溝流路３７が第３方向Ｚに互いに間隔をあけて並んでいる。すなわち、６つの溝流路３７の各々は、互いに独立している。

溝流路３７の溝幅、すなわち流路断面積は、溝流路３７の延在方向の全体にわたって一定である。各溝流路３７の溝幅は、互いに同一である。
複数の溝流路３７は、第３方向Ｚにおいて互いに隣り合う第１溝流路７１及び第２溝流路７２を有している。なお、本実施形態では、第１溝流路７１及び第２溝流路７２はそれぞれ３つずつ設けられている。第１溝流路７１及び第２溝流路７２は、第３方向Ｚにおいて交互に並んでいる。

第１溝流路７１は、当接面３０ａに設けられるとともに、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７３を有している。
波状部７３は、２つの第１部分７３ａと、第１部分７３ａより波長λの小さい２つの第２部分７３ｂとを有している。第１部分７３ａ及び第２部分７３ｂは、波状部７３の延在方向において交互に並んでいる。なお、本実施形態では、第１部分７３ａの波数は、１つである。第２部分７３ｂの波数は、２つである。第１部分７３ａの波長λは、第２部分７３ｂの波長λの２倍の大きさである。波状部７３の振幅Ａは、波状部７３の延在方向の全体にわたって一定である。

第２溝流路７２は、当接面３０ａに設けられるとともに、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７４を有している。
波状部７４は、２つの第１部分７４ａと、第１部分７４ａより波長λの小さい２つの第２部分７４ｂとを有している。第１部分７４ａ及び第２部分７４ｂは、波状部７４の延在方向において交互に並んでいる。なお、本実施形態では、第１部分７４ａは、第１部分７３ａと同一の形状を有している。第２部分７４ｂは、第２部分７３ｂと同一の形状を有している。第１部分７４ａは、第１溝流路７１の第２部分７３ｂと第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。第２部分７４ｂは、第１溝流路７１の第１部分７３ａと第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。

図３に示すように、各波状部７３，７４は、セパレータ３０の第１面３０Ａに形成された複数の凹部５１により構成されている。凹部５１同士の間には、凸部としてのリブ５２が設けられている。リブ５２の突端は、セパレータ３０に隣接するＭＥＡ１０のＧＤＬ１２と当接している。

図２に示すように、複数の溝流路３７のうち第３方向Ｚにおいて最も外側に位置する溝流路３７を外側溝流路３７Ａとする。外側溝流路３７Ａは、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有している。

図１に示すように、複数の溝流路３８は、貫通孔３３と、貫通孔３４とを連通する溝である。複数の溝流路３８は、第２面３０Ｂに設けられている。溝流路３８内では、冷却媒体が溝流路３７を流れる燃料ガスと反対方向に流れる。

図３に示すように、溝流路３８は、当接面３０ａの反対側の面３０ｂに設けられるとともに、面３０ｂの面方向において波状に延在する波状部３８ａを有している。各波状部３８ａは、セパレータ３０の第２面３０Ｂに形成された複数の凹部６１により構成されている。凹部６１同士の間には、凸部としてのリブ６２が設けられている。リブ６２の裏側が、溝流路３７の波状部７３，７４を構成する凹部５１である。同様に、リブ５２の裏側が、溝流路３８の波状部３８ａを構成する凹部６１である。すなわち、溝流路３８の波状部３８ａを形成する凹凸形状は、溝流路３７の波状部７３，７４を形成する凹凸形状と表裏一体の関係にある。

＜セパレータ４０＞
図１に示すように、セパレータ４０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形板状である。
セパレータ４０は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。

セパレータ４０は、ＭＥＡ１０のカソード電極１１Ａ側に設けられている。セパレータ４０は、ＭＥＡ１０に当接する当接面を含む第１面４０Ａと、第１面４０Ａとは反対側の第２面４０Ｂとを有している。

セパレータ４０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔４１，４２，４３，４４，４５，４６を有している。貫通孔４１，４４，４６は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２１，２４，２６と対応した位置に設けられている。また、貫通孔４２，４３，４５は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２２，２３，２５と対応した位置に設けられている。

図１に示すように、セパレータ４０は、酸化剤ガスが流通する複数の溝流路４７と、冷却媒体が流通する複数の溝流路４８とを有している。なお、図１には、セパレータ４０において、複数の溝流路４７が形成された部分の外縁と、複数の溝流路４８が形成された部分の外縁をそれぞれ簡略化して示している。

複数の溝流路４７は、貫通孔４５と、貫通孔４６とを連通する溝である。溝流路４７内では、酸化剤ガスが溝流路３７を流れる燃料ガスと反対方向に流れる。
複数の溝流路４８は、貫通孔４３と、貫通孔４４とを連通する溝である。溝流路４８内では、冷却媒体が溝流路４７を流れる酸化剤ガスと同方向に流れる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３には、溝流路３７からＧＤＬ１２へ潜り込む燃料ガスの流れを矢印にて示している。

図３に示すように、波状に延在する溝流路３７の波状部７３，７４においては、波長λが小さい部分は波長λが大きい部分に比べて当該部分を流れる燃料ガスの圧力損失が大きくなる。

本実施形態の構成によれば、第１溝流路７１の第１部分７３ａと、第２溝流路７２において第１部分７３ａと隣り合う第２部分７４ｂとの間で、燃料ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第１部分７３ａと第２部分７４ｂとのうち相対的に圧力損失の大きい第２部分７４ｂを流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい第１部分７３ａに向けて流れる。

また、第１溝流路７１の第２部分７３ｂと、第２溝流路７２において第２部分７３ｂと隣り合う第１部分７４ａとの間で、燃料ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第２部分７３ｂと第１部分７４ａとのうち相対的に圧力損失の大きい第２部分７３ｂを流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい第１部分７４ａに向けて流れる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１－１）複数の溝流路３７は、当接面３０ａの面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに第３方向Ｚにおいて互いに隣り合う第１溝流路７１及び第２溝流路７２を有している。第１溝流路７１の第１部分７３ａにおける波長λは、第２溝流路７２において第１部分７３ａと隣り合う第２部分７４ｂの波長λと異なっている。また、第１溝流路７１の第２部分７３ｂにおける波長λは、第２溝流路７２において第２部分７３ｂと隣り合う第１部分７４ａの波長λと異なっている。

こうした構成によれば、上述した作用を奏する。したがって、ＧＤＬ１２のより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることができる。また、これにより、ＧＤＬ１２のより広い範囲で発電量を増大させることができる。したがって、燃料電池の発電効率を高めることができる。

（１－２）第１溝流路７１の波状部７３は、第１部分７３ａと、第１部分７３ａより波長λの小さい第２部分７３ｂとを有している。第２溝流路７２において第１部分７３ａと隣り合う第２部分７４ｂの波長λは、第１部分７３ａの波長λよりも小さい。第２溝流路７２において第２部分７３ｂと隣り合う第１部分７４ａの波長λは、第２部分７３ｂの波長λよりも大きい。

例えば、第１溝流路７１の波状部７３の波長λが、波状部７３の延在方向の全体にわたって第２溝流路７２の波状部７４の波長λよりも小さい場合、以下の問題が発生するおそれがある。すなわち、第１溝流路７１を流れる燃料ガスのＧＤＬ１２を介した第２溝流路７２への流入が、上記延在方向の全体にわたって生じることになる。そのため、第１溝流路７１では、燃料ガスの流れ方向の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量が減少する。これにより、下流側において発電量が減少するおそれがある。

この点、上記構成によれば、第２溝流路７２において第１部分７３ａと隣り合う第２部分７４ｂを流れる燃料ガスは、ＧＤＬ１２を介して第１部分７３ａへ流れる。一方、第２溝流路７２において第２部分７３ｂと隣り合う第１部分７４ａについては、第２部分７３ｂを流れる燃料ガスが、ＧＤＬ１２を介して第１部分７４ａへ流れる。これにより、溝流路３７からＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流れが第１溝流路７１及び第２溝流路７２のいずれか一方に偏ることが抑制される。したがって、第１溝流路７１及び第２溝流路７２のいずれか一方の溝流路の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少を抑制できる。

（１－３）第１溝流路７１と第２溝流路７２とは、互いに独立している。
例えば、第１溝流路７１と第２溝流路７２とが連通されている場合、各溝流路７１，７２を流れる燃料ガスの流動圧が連通部分で均一化される。そのため、第１溝流路７１と第２溝流路７２とで波長λを異ならせることによる燃料ガスの圧力損失の調整が困難となる。この点、上記構成によれば、第１溝流路７１と第２溝流路７２とが互いに独立している。したがって、第１溝流路７１及び第２溝流路７２における燃料ガスの圧力損失の調整が容易となる。

（１－４）第１溝流路７１及び第２溝流路７２が、第３方向Ｚにおいて交互に設けられている。
同構成によれば、溝流路７１，７２の各々において、溝流路７１（７２）と隣り合う溝流路７２（７１）との間でＧＤＬ１２を介した燃料ガスの流れが発生する。したがって、ＧＤＬ１２のより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることができる。

（１－５）第３方向Ｚにおいて最も外側に位置する溝流路３７である外側溝流路３７Ａは、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有している。
外側溝流路３７Ａにおいては、自身よりも第３方向Ｚの外側に溝流路３７が存在しない。そのため、外側溝流路３７Ａ全体が、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａよりも内側に位置している場合、ＧＤＬ１２のうち外側溝流路３７Ａよりも外側に位置する部分には、上記のように燃料ガスの圧力損失の差を利用して燃料ガスが潜り込みにくい。その結果、発電効率を低下させる一因となっている。

この点、上記構成によれば、ＧＤＬ１２のうち外側溝流路３７Ａよりも外側に位置する部分の割合が減少する。これにより、ＧＤＬ１２のより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることができる。したがって、発電効率を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
以下、図４を参照して、燃料電池用のセパレータの第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同一または対応する構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
図４に示すように、セパレータ３０は、燃料ガスが流通する複数の溝流路３７を有している。複数の溝流路３７は、貫通孔３１と貫通孔３２とを連通する溝である。複数の溝流路３７は、第１面３０Ａに設けられている。なお、本実施形態では、６つの溝流路３７が第３方向Ｚに互いに間隔をあけて並んでいる。

溝流路３７の溝幅、すなわち流路断面積は、溝流路３７の延在方向の全体にわたって一定である。各溝流路３７の溝幅は、互いに同一である。
複数の溝流路３７は、第３方向Ｚにおいて互いに隣り合う第１溝流路７１及び第２溝流路７２を含んでいる。なお、本実施形態では、第１溝流路７１及び第２溝流路７２はそれぞれ３つずつ設けられている。第１溝流路７１及び第２溝流路７２は、第３方向Ｚにおいて交互に並んでいる。

第１溝流路７１は、当接面３０ａに設けられるとともに、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７５を有している。
波状部７５は、２つの第１部分７５ａと、第１部分７５ａより振幅Ａの小さい２つの第２部分７５ｂとを有している。第１部分７５ａ及び第２部分７５ｂは、波状部７５の延在方向において交互に並んでいる。なお、本実施形態では、第１部分７５ａ及び第２部分７５ｂの波数は、それぞれ１つである。波状部７５の波長λは、波状部７５の延在方向の全体にわたって一定である。

第２溝流路７２は、当接面３０ａに設けられるとともに、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７６を有している。
波状部７６は、２つの第１部分７６ａと、第１部分７６ａより振幅Ａの小さい２つの第２部分７６ｂとを有している。第１部分７６ａ及び第２部分７６ｂは、波状部７６の延在方向において交互に並んでいる。なお、本実施形態では、第１部分７６ａは、第１部分７５ａと同一の形状を有している。第２部分７６ｂは、第２部分７５ｂと同一の形状を有している。第１部分７６ａは、第１溝流路７１の第２部分７５ｂと第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。第２部分７６ｂは、第１溝流路７１の第１部分７５ａと第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
波状に延在する溝流路３７の波状部７５，７６においては、振幅Ａが大きい部分は振幅Ａが小さい部分に比べて当該部分を流れる燃料ガスの圧力損失が大きくなる。本実施形態の構成によれば、第１溝流路７１の第１部分７５ａと、第２溝流路７２において第１部分７５ａと隣り合う第２部分７６ｂとの間で、燃料ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第１部分７５ａと第２部分７６ｂとのうち相対的に圧力損失の大きい第１部分７５ａを流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい第２部分７６ｂに向けて流れる。

また、第１溝流路７１の第２部分７５ｂと、第２溝流路７２において第２部分７５ｂと隣り合う第１部分７６ａとの間で、燃料ガスの圧力損失の大きさに差が生じる。そのため、第２部分７５ｂと第１部分７６ａとのうち相対的に圧力損失の大きい第１部分７６ａを流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込むとともに、相対的に圧力損失の小さい第２部分７５ｂに向けて流れる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（２－１）複数の溝流路３７は、当接面３０ａの面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに第３方向Ｚにおいて互いに隣り合う第１溝流路７１及び第２溝流路７２を含んでいる。第１溝流路７１の所定部分における振幅Ａは、第２溝流路７２において当該所定部分と隣り合う部分の振幅Ａと異なっている。

こうした構成によれば、上述した作用を奏する。したがって、ＧＤＬ１２のより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることができる。また、これにより、ＧＤＬ１２のより広い範囲で発電量を増大させることができる。したがって、燃料電池の発電効率を高めることができる。

（２－２）第１溝流路７１の波状部７５は、第１部分７５ａと、第１部分７５ａより振幅Ａの小さい第２部分７５ｂとを有している。第２溝流路７２において第１部分７５ａと隣り合う第２部分７６ｂの振幅Ａは、第１部分７５ａの振幅Ａよりも小さい。第２溝流路７２において第２部分７５ｂと隣り合う第１部分７６ａの振幅Ａは、第２部分７５ｂの振幅Ａよりも大きい。

例えば、第１溝流路７１の波状部７５の振幅Ａが、波状部７５の延在方向の全体にわたって第２溝流路７２の波状部７６の振幅Ａよりも大きい場合、以下の問題が発生するおそれがある。すなわち、第１溝流路７１を流れる燃料ガスのＧＤＬ１２を介した第２溝流路７２への流入が、上記延在方向の全体にわたって生じることになる。そのため、第１溝流路７１では、燃料ガスの流れ方向の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量が減少する。これにより、下流側において発電量が減少するおそれがある。

この点、上記構成によれば、第２溝流路７２において第２部分７５ｂと隣り合う第１部分７６ａを流れる燃料ガスは、ＧＤＬ１２を介して第１溝流路７１へ流れる。一方、第２溝流路７２において第１部分７５ａと隣り合う第２部分７６ｂについては、第１部分７５ａを流れる燃料ガスが、ＧＤＬ１２を介して第２部分７６ｂへ流れる。これにより、溝流路からＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流れが第１溝流路７１及び第２溝流路７２のいずれか一方に偏ることが抑制される。したがって、第１溝流路７１及び第２溝流路７２のいずれか一方の溝流路３７の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少を抑制できる。

（２－３）第１溝流路７１と第２溝流路７２とは、互いに独立している。
例えば、第１溝流路７１と第２溝流路７２とが連通されている場合、各溝流路７１，７２を流れる燃料ガスの流動圧が連通部分で均一化される。そのため、第１溝流路７１と第２溝流路７２とで振幅Ａを異ならせることによる燃料ガスの圧力損失の調整が困難となる。この点、上記構成によれば、第１溝流路７１と第２溝流路７２とが互いに独立している。したがって、第１溝流路７１及び第２溝流路７２における燃料ガスの圧力損失の調整が容易となる。

＜変更例＞
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６の形状は、上記実施形態で例示したように平面視長方形状に限定されない。例えば、導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６の形状は、平面視正方形状や平面視長円形状であってもよい。

・孔９１，９２，９３，９４，９５，９６における反応ガスの流れは、上記実施形態で例示したものに限定されず、例えば、孔９６を酸化剤ガスの導入孔とし、孔９５を酸化剤ガスの導出孔としてもよい。また、これに伴って孔９４を冷却媒体の導入孔とし、孔９３を冷却媒体の導出孔としてもよい。すなわち、溝流路４７を流れる酸化剤ガスと、溝流路３８，４８を流れる冷却媒体とが、溝流路３７を流れる燃料ガスと同方向に流れるようにしてもよい。

・溝流路３７の数は、上記実施形態で例示した６つに限定されず、５つ以下でもよいし、７つ以上であってもよい。
・溝流路３７の溝幅、すなわち流路断面積は、本発明に係る作用効果を奏するのであれば、溝流路３７の延在方向の全体にわたって一定でなくてもよい。

・溝流路３７は、上記実施形態で例示したように、外側溝流路３７Ａが第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有しているものに限定されない。例えば、外側溝流路３７Ａが第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁と同一の位置にあってもよいし、同外縁よりも内側に位置するものであってもよい。

・複数の溝流路３７は、上記実施形態で例示したように、第１溝流路７１及び第２溝流路７２が第３方向Ｚにおいて交互に並ぶものに限定されない。例えば、複数の溝流路３７は、第１溝流路７１及び第２溝流路７２を１つずつ含むものであってもよい。

・第１溝流路７１及び第２溝流路７２は、上記実施形態で例示したように、互いに独立しているものに限定されない。例えば、第１溝流路７１及び第２溝流路７２は、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって互いに連通されるものであってもよい。

・第１実施形態における第２溝流路７２の波状部７４の形状を以下のように変更することもできる。すなわち、波状部７４は、第１部分７３ａと隣り合う部分の波長λが第１部分７３ａの波長λよりも小さく、第２部分７３ｂと隣り合う部分の波長λが第２部分７３ｂの波長λよりも大きいものであれば、その振幅Ａ、波長λ、及び波数を適宜変更してもよい。

・第１実施形態における第１溝流路７１の波状部７３の形状を以下のように変更することもできる。すなわち、波状部７３の振幅Ａは、波状部７３の延在方向の全体にわたって一定なものでなくてもよい。また、波状部７３の波長λは、波状部７３の延在方向の全体にわたって一定であってもよい。また、波状部７３の波数は、本実施形態で例示した数に限定されず、適宜変更することができる。こうした場合であっても、第１溝流路７１の波状部７３の所定部分における波長λが、第２溝流路７２の波状部７４において当該所定部分と隣り合う部分の波長λと異なっていればよい。

・第２実施形態における第２溝流路７２の波状部７６の形状を以下のように変更することもできる。すなわち、波状部７６は、第１部分７５ａと隣り合う部分の振幅Ａが第１部分７５ａの振幅Ａよりも小さく、第２部分７５ｂと隣り合う部分の振幅Ａが第２部分７５ｂの振幅Ａよりも大きいものであれば、その振幅Ａ、波長λ、及び波数を適宜変更してもよい。

・第２実施形態における第１溝流路７１の波状部７５の形状を以下のように変更することもできる。すなわち、波状部７５の振幅Ａは、波状部７５の延在方向の全体にわたって一定であってもよい。また、波状部７５の波長λは、波状部７５の延在方向の全体にわたって一定なものでなくてもよい。また、波状部７５の波数は、本実施形態で例示した４つに限定されず、５つ以上であってもよいし、３つ以下であってもよい。こうした場合であっても、第１溝流路７１の波状部７５の所定部分における振幅Ａが、第２溝流路７２の波状部７６において当該所定部分と隣り合う部分の振幅Ａと異なっていればよい。

・本発明に係る燃料電池用のセパレータは、本実施形態で例示したようなＭＥＡ１０のアノード電極１１Ｂ側に接合されるセパレータ３０に限定されず、カソード電極１１Ａ側に接合されるセパレータ４０に対して適用することもできる。

・セパレータ３０，４０は、金属部材をプレス成形することにより形成されるものに限定されず、例えば、切削加工やエッチング加工により成形することもできる。
・セパレータ３０，４０に用いる材料としては、チタンやステンレス鋼に限定されず、アルミニウムやカーボンを用いることもできる。

Ａ…振幅
λ…波長
Ｘ…第１方向
Ｙ…第２方向
Ｚ…第３方向
１０…膜電極接合体、ＭＥＡ
１１Ａ…カソード電極
１１Ｂ…アノード電極
１２…ガス拡散層、ＧＤＬ
２０…枠部材
２１…貫通孔
２２…貫通孔
２３…貫通孔
２４…貫通孔
２５…貫通孔
２６…貫通孔
２７…開口部
３０…セパレータ
３０Ａ…第１面
３０ａ…当接面
３０Ｂ…第２面
３０ｂ…面
３１…貫通孔
３２…貫通孔
３３…貫通孔
３４…貫通孔
３５…貫通孔
３６…貫通孔
３７…溝流路
３７Ａ…外側溝流路
３８…溝流路
３８ａ…波状部
４０…セパレータ
４０Ａ…第１面
４０Ｂ…第２面
４１…貫通孔
４２…貫通孔
４３…貫通孔
４４…貫通孔
４５…貫通孔
４６…貫通孔
４７…溝流路
４８…溝流路
５１…凹部
５２…リブ
６１…凹部
６２…リブ
７１…第１溝流路
７２…第２溝流路
７３…波状部
７３ａ…第１部分
７３ｂ…第２部分
７４…波状部
７４ａ…第１部分
７４ｂ…第２部分
７５…波状部
７５ａ…第１部分
７５ｂ…第２部分
７６…波状部
７６ａ…第１部分
７６ｂ…第２部分
９１…導入孔
９２…導入孔
９３…導入孔
９４…導出孔
９５…導出孔
９６…導出孔

Claims (7)

1. 燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、
   前記溝流路の各々が並ぶ方向を並び方向とするとき、
   複数の前記溝流路は、前記当接面の面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに前記並び方向において互いに隣り合う第１溝流路及び第２溝流路を含んでおり、
   前記第１溝流路の所定部分における波長は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分の波長と異なっている、
   燃料電池用のセパレータ。
2. 前記第１溝流路は、第１部分と、前記第１部分より波長の小さい第２部分と、を有しており、
   前記第２溝流路において前記第１部分と隣り合う部分の波長は、前記第１部分の波長よりも小さく、
   前記第２溝流路において前記第２部分と隣り合う部分の波長は、前記第２部分の波長よりも大きい、
   請求項１に記載の燃料電池用のセパレータ。
3. 燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、
   前記溝流路の各々が並ぶ方向を並び方向とするとき、
   複数の前記溝流路は、前記当接面の面方向においてそれぞれ波状に延在するとともに前記並び方向において互いに隣り合う第１溝流路及び第２溝流路を含んでおり、
   前記第１溝流路の所定部分における振幅は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分の振幅と異なっている、
   燃料電池用のセパレータ。
4. 前記第１溝流路は、第１部分と、前記第１部分より振幅の小さい第２部分と、を有しており、
   前記第２溝流路において前記第１部分と隣り合う部分の振幅は、前記第１部分の振幅よりも小さく、
   前記第２溝流路において前記第２部分と隣り合う部分の振幅は、前記第２部分の振幅よりも大きい、
   請求項３に記載の燃料電池用のセパレータ。
5. 前記第１溝流路と前記第２溝流路とは、互いに独立している、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。
6. 前記第１溝流路及び前記第２溝流路が、前記並び方向において交互に設けられている、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。
7. 前記並び方向において最も外側に位置する前記溝流路である外側溝流路は、前記並び方向において前記当接面の外縁と同一の位置または前記外縁よりも外側に位置する部分を有している、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。

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