JP2022182067A - 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及び第２溝流路７２のうち少なくとも一方は、第３方向Ｚに並ぶ複数の分岐流路７３ｂ（７４ｂ）を有している。第１溝流路７１の所定部分における第１流路数は、第２溝流路７２において当該所定部分と隣り合う部分における第２流路数と異なっている。【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溝流路及び前記第２溝流路のうち少なくとも一方は、前記並び方向に並ぶ複数の分岐流路を有しており、前記第１溝流路において前記並び方向における流路の数を第１流路数とし、前記第２溝流路において前記並び方向における流路の数を第２流路数とするとき、前記第１溝流路の所定部分における前記第１流路数は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分における前記第２流路数と異なっている。

溝流路が上記並び方向に並ぶ複数の分岐流路を有する場合、上記並び方向における流路の数が少ない部分では、多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一実施形態について、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。 溝流路の変形例を示す平面図。

以下、図１～図３を参照して、燃料電池用のセパレータの一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、４つの溝流路３７が第３方向Ｚに互いに間隔Ｓ１をあけて並んでいる。すなわち、４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２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。

なお、以降では、溝流路３７における燃料ガスの流れ方向の上流側及び下流側を、単に上流側及び下流側として説明する。また、第１溝流路７１において第３方向Ｚにおける流路の本数を第１流路数Ｎ１として説明する。また、第２溝流路７２において第３方向Ｚにおける流路の本数を第２流路数Ｎ２として説明する。

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、分岐部７３ａと、各分岐部７３ａから下流側に複数に分岐する分岐流路７３ｂと、複数の分岐流路７３ｂが合流する合流部７３ｃとを有している。

波状部７３には分岐部７３ａ及び合流部７３ｃがそれぞれ３つずつ設けられている。分岐部７３ａ及び合流部７３ｃ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、波状部７３の上流側の端部に３つの分岐部７３ａのうちの１つが設けられている。また、波状部７３の下流側の端部に３つの合流部７３ｃのうちの１つが設けられている。

分岐流路７３ｂは、各分岐部７３ａから下流側に向けて２つに分岐して延びている。２つの分岐流路７３ｂは、各合流部７３ｃで合流している。分岐流路７３ｂ同士は、分岐部７３ａ及び合流部７３ｃ以外において互いに独立している。詳しくは、分岐流路７３ｂ同士は、間隔Ｓ２をあけて第３方向Ｚに並んでいる。間隔Ｓ２の大きさは、間隔Ｓ１の大きさよりも小さい。

波状部７３は、第１部分Ｒ１と、第１部分Ｒ１よりも第１流路数Ｎ１の少ない第２部分Ｒ２とを有している。なお、本実施形態では、第１部分Ｒ１は、分岐部７３ａと、分岐部７３ａより下流側において同分岐部７３ａと隣り合う合流部７３ｃとの間に位置している。また、第２部分Ｒ２は、合流部７３ｃと、合流部７３ｃより下流側において同合流部７３ｃと隣り合う分岐部７３ａとの間に位置している。すなわち、第２部分Ｒ２は、波状部７３において第１部分Ｒ１、分岐部７３ａ、及び合流部７３ｃ以外の部分である。第１部分Ｒ１における第１流路数Ｎ１は、２つであり、第２部分Ｒ２における第１流路数Ｎ１は、１つである。

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、分岐部７４ａと、各分岐部７４ａから下流側に複数に分岐する分岐流路７４ｂと、複数の分岐流路７４ｂが合流する合流部７４ｃとを有している。

波状部７４には分岐部７４ａ及び合流部７４ｃがそれぞれ２つずつ設けられている。分岐部７４ａ及び合流部７４ｃは、波状部７４の延在方向において交互に並んでいる。
分岐流路７４ｂは、各分岐部７４ａから下流側に向けて２つに分岐して延びている。２つの分岐流路７４ｂは、各合流部７４ｃで合流している。分岐流路７４ｂ同士は、分岐部７４ａ及び合流部７４ｃ以外において互いに独立している。詳しくは、分岐流路７４ｂ同士は、間隔Ｓ３をあけて第３方向Ｚに並んでいる。間隔Ｓ３の大きさは、間隔Ｓ１の大きさよりも小さい。なお、本実施形態では、間隔Ｓ３の大きさは、間隔Ｓ２の大きさと同一に設定されている。

波状部７４は、第３部分Ｒ３と、第３部分Ｒ３よりも第１流路数Ｎ１の少ない第４部分Ｒ４とを有している。なお、本実施形態では、第３部分Ｒ３は、分岐部７４ａと、分岐部７４ａより下流側において同分岐部７４ａと隣り合う合流部７４ｃとの間に位置している。また、第４部分Ｒ４は、合流部７４ｃと、合流部７４ｃより下流側において同合流部７４ｃと隣り合う分岐部７４ａとの間に位置している。さらに、第４部分Ｒ４は、最も上流側に位置する分岐部７４ａよりも上流側と、最も下流側に位置する合流部７４ｃよりも下流側とに位置している。すなわち、第４部分Ｒ４は、波状部７４において第３部分Ｒ３、分岐部７４ａ、及び合流部７４ｃ以外の部分である。第３部分Ｒ３における第２流路数Ｎ２は、２つであり、第４部分Ｒ４における第２流路数Ｎ２は、１つである。

第２溝流路７２の第３部分Ｒ３は、第１溝流路７１の第２部分Ｒ２と第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。より詳しくは、第３部分Ｒ３全体が、第２部分Ｒ２全体と第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。

第２溝流路７２の第４部分Ｒ４は、第１溝流路７１の第１部分Ｒ１と第３方向Ｚにおいて互いに隣り合っている。より詳しくは、第４部分Ｒ４全体が、第１部分Ｒ１全体と第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、溝流路３７が第３方向Ｚに並ぶ複数の分岐流路７３ｂ（７４ｂ）を有する場合、第３方向Ｚにおける流路の数が少ない部分では、多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Ｒ１と、第２溝流路７２において第１部分Ｒ１と隣り合う第４部分Ｒ４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Ｒ１と第４部分Ｒ４とのうち相対的に圧力損失の大きい第４部分Ｒ４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Ｒ１に向けて流れる。

また、第１溝流路７１の第２部分Ｒ２と、第２溝流路７２において第２部分Ｒ２と隣り合う第３部分Ｒ３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Ｒ２と第３部分Ｒ３とのうち相対的に圧力損失の大きい第２部分Ｒ２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３部分Ｒ３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）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は、第３方向Ｚに並ぶ複数の分岐流路７３ｂを有している。第２溝流路７２は、第３方向Ｚに並ぶ複数の分岐流路７４ｂを有している。第１溝流路７１の第１部分Ｒ１における第１流路数Ｎ１は、第２溝流路７２において第１部分Ｒ１と隣り合う第４部分Ｒ４における第２流路数Ｎ２と異なっている。また、第１溝流路７１の第２部分Ｒ２における第１流路数Ｎ１は、第２溝流路７２において第２部分Ｒ２と隣り合う第３部分Ｒ３における第２流路数Ｎ２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）第２溝流路７２において第１部分Ｒ１と隣り合う第４部分Ｒ４の第２流路数Ｎ２は、第１部分Ｒ１の第１流路数Ｎ１よりも少ない。第２溝流路７２において第２部分Ｒ２と隣り合う第３部分Ｒ３の第２流路数Ｎ２は、第２部分Ｒ２の第１流路数Ｎ１よりも多い。

例えば、波状部７３の第１流路数Ｎ１が、波状部７３の延在方向の全体にわたって波状部７４の第２流路数Ｎ２よりも少ない場合、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Ｒ１と隣り合う第４部分Ｒ４を流れる燃料ガスは、ＧＤＬ１２を介して第１部分Ｒ１へ流れる。一方、第２溝流路７２において第２部分Ｒ２と隣り合う第３部分Ｒ３については、第２部分Ｒ２を流れる燃料ガスが、ＧＤＬ１２を介して第３部分Ｒ３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。

（３）第３方向Ｚにおける分岐流路７３ｂ（７４ｂ）同士の間の間隔Ｓ２（Ｓ３）は、第１溝流路７１と第２溝流路７２との間の間隔Ｓ１よりも小さい。
隣り合う分岐流路７３ｂ（７４ｂ）同士の間においても、一方の分岐流路７３ｂ（７４ｂ）を流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込むとともに、他方の分岐流路７３ｂ（７４ｂ）に向けて流れることがある。ここで、分岐流路７３ｂ（７４ｂ）同士の間の間隔Ｓ２（Ｓ３）が大きいほど、ＧＤＬ１２のうち分岐流路７３ｂ（７４ｂ）同士の間に位置する部分に燃料ガスが潜り込みにくくなる。この点、上記構成によれば、分岐流路７３ｂ（７４ｂ）同士の間の間隔Ｓ２（Ｓ３）を相対的に小さくできる。これにより、ＧＤＬ１２の上記部分に対して燃料ガスが潜り込みやすくなる。したがって、発電効率の低下を抑制できる。

（４）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とで所定部分における流路本数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。

（５）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。

（６）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。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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、本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、本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、本実施形態で例示した４つに限定されず、３つ以下でもよいし、５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、本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、本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、本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。

・分岐流路７３ｂ同士の間隔Ｓ２及び分岐流路７４ｂ同士の間隔Ｓ３は、本実施形態で例示した大きさに限定されない。例えば、間隔Ｓ２及び間隔Ｓ３のうち少なくとも一方の大きさが、第１溝流路７１及び第２溝流路７２同士の間隔Ｓ１の大きさと同一、または同間隔Ｓ１の大きさよりも大きくてもよい。

・２つの分岐流路７３ｂは、本実施形態で例示したように、分岐部７３ａ及び合流部７３ｃ以外において互いに独立しているものに限定されない。例えば、分岐流路７３ｂ同士が、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって連通されるものであってもよい。

・２つの分岐流路７４ｂは、本実施形態で例示したように、分岐部７４ａ及び合流部７４ｃ以外において互いに独立しているものに限定されない。例えば、分岐流路７４ｂ同士が、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって連通されるものであってもよい。

・第２溝流路７２の第３部分Ｒ３の第２流路数Ｎ２は、本実施形態で例示した数に限定されない。すなわち、第３部分Ｒ３は、２つの分岐流路７４ｂが第３方向Ｚに並ぶものに限定されず、例えば、３つ以上の分岐流路７４ｂが第３方向Ｚに並ぶものであってもよい。この場合、分岐部７４ａから３つ以上の分岐流路７４ｂが分岐するとともに、各分岐流路７４ｂが合流部７４ｃにて合流するようにすればよい。また、この場合、第１溝流路７１の第２部分Ｒ２の第１流路数Ｎ１は、１つに限定されず、第３部分Ｒ３の第２流路数Ｎ２よりも少ないものであれば、その数を適宜変更してもよい。

・第１溝流路７１の第１部分Ｒ１の第１流路数Ｎ１は、本実施形態で例示した数に限定されない。すなわち、第１部分Ｒ１は、２つの分岐流路７３ｂが第３方向Ｚに並ぶものに限定されず、例えば、３つ以上の分岐流路７３ｂが第３方向Ｚに並ぶものであってもよい。この場合、分岐部７３ａから３つ以上の分岐流路７３ｂが分岐するとともに、各分岐流路７３ｂが合流部７３ｃにて合流するようにすればよい。また、この場合、第２溝流路７２の第４部分Ｒ４の第２流路数Ｎ２は、１つに限定されず、第１部分Ｒ１の第１流路数Ｎ１よりも少ないものであれば、その数を適宜変更してもよい。

・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Ｒ１と隣り合う部分の第２流路数Ｎ２が第１部分Ｒ１の第１流路数Ｎ１よりも少なく、第２部分Ｒ２と隣り合う部分の第２流路数Ｎ２が第２部分Ｒ２の第１流路数Ｎ１よりも多いものであれば、上記実施形態の作用を奏する範囲において、その振幅、波長、及び波数を適宜変更してもよい。例えば、図４に示すように、第３部分Ｒ３及び第４部分Ｒ４の各々の波数を複数にしてもよい。また、こうした変更に伴って、分岐部７４ａ及び合流部７４ｃの配置及び数を適宜変更してもよい。例えば、合流部７４ｃを省略することもできる。

・第２溝流路７２から分岐部７４ａ及び分岐流路７４ｂを省略してもよい。
・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、上記実施形態の作用を奏する範囲において、波状部７３の振幅、波長及び波数を適宜変更してもよい。例えば、図４に示すように、第１部分Ｒ１及び第２部分Ｒ２の各々の波数を複数にしてもよい。また、こうした変更に伴って、分岐部７３ａ及び合流部７３ｃの配置及び数を適宜変更してもよい。例えば、合流部７３ｃを省略することもできる。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第１流路数Ｎ１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第２流路数Ｎ２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。

Ｎ１…第１流路数
Ｎ２…第２流路数
Ｒ１…第１部分
Ｒ２…第２部分
Ｒ３…第３部分
Ｒ４…第４部分
Ｓ１…間隔
Ｓ２…間隔
Ｓ３…間隔
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…分岐部
７３ｂ…分岐流路
７３ｃ…合流部
７４…波状部
７４ａ…分岐部
７４ｂ…分岐流路
７４ｃ…合流部
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 (6)

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溝流路及び前記第２溝流路のうち少なくとも一方は、前記並び方向に並ぶ複数の分岐流路を有しており、
   前記第１溝流路において前記並び方向における流路の数を第１流路数とし、
   前記第２溝流路において前記並び方向における流路の数を第２流路数とするとき、
   前記第１溝流路の所定部分における前記第１流路数は、前記第２溝流路において当該所定部分と隣り合う部分における前記第２流路数と異なっている、
   燃料電池用のセパレータ。
2. 前記第１溝流路及び前記第２溝流路の双方が、前記並び方向に並ぶ複数の前記分岐流路を有しており、
   前記第１溝流路は、第１部分と、前記第１部分より前記第１流路数の少ない第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前記第２流路数は、前記第１部分の前記第１流路数よりも少なく、
   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前記第２流路数は、前記第２部分の前記第１流路数よりも多い、
   請求項１に記載の燃料電池用のセパレータ。
3. 前記並び方向における前記分岐流路同士の間の間隔は、前記第１溝流路と前記第２溝流路との間の間隔よりも小さい、
   請求項１または請求項２に記載の燃料電池用のセパレータ。
4. 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３のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。
5. 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５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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