JP2023140887A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】発電部の発電効率を向上できる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタックは、ＭＥＡと、ＭＥＡを挟持する第１セパレータ３０及び第２セパレータとを有する単セル９０を複数積層して形成されている。第１セパレータ３０は、燃料ガスが流れる第１溝流路３７Ａを有している。第１溝流路３７Ａは、第１主流路５１と、出口側マニホールド９２に向かって延びる第１副流路５２ｂとを有している。第２セパレータは、酸化剤ガスが流れる第２溝流路を有している。第２溝流路は、第２主流路と、ＭＥＡを挟んで第１副流路５２ｂとは反対側に位置する第２副流路とを有している。第１副流路５２ｂは、直交方向Ｚに延びる延在部５３ｂを有している。第２副流路は、直交方向Ｚに延びる延在部を有している。延在部５３ｂは、波状部５４ｂを有している。波状部５４ｂは、第２副流路の延在部とＭＥＡを挟んで交差している。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

特許文献１には、単セルを複数積層して形成された燃料電池スタックが開示されている。単セルは、電解質膜・電極構造体（以下、発電部）と、発電部を挟持する第１金属セパレータ及び第２金属セパレータとを有している。

複数の単セルの積層方向と直交する第１方向において当該単セルの一端部側には、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔が設けられている。

酸化剤ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔、及び燃料ガス出口連通孔は、積層方向及び第１方向の双方に直交する第２方向において順に配列されている。
第１方向において単セルの他端部側には、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔、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が設けられている。

燃料ガス入口連通孔、冷却媒体出口連通孔、及び酸化剤ガス出口連通孔は、第２方向において順に配列されている。
第１金属セパレータの発電部に対向する面には、凹凸形状からなる複数の酸化剤ガス流路溝が形成されている。

酸化剤ガス流路溝は、第１方向において互いに平行に延在する複数の直線状流路部（以下、第１直線部）と、第１直線部の両端から酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔に延びる複数の直線状連結流路部（以下、第１連結部）とを有している。

第１連結部は、第１直線部に対して傾斜して延びている。
第２金属セパレータの発電部に対向する面には、凹凸形状からなる複数の燃料ガス流路溝が形成されている。

燃料ガス流路溝は、第１方向において互いに平行に延在する複数の直線状流路部（以下、第２直線部）と、第２直線部の両端から燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔に延びる複数の直線状連結流路部（以下、第２連結部）とを有している。

第２連結部は、第２直線部に対して傾斜して延びている。
こうした燃料電池スタックでは、第１直線部における酸化剤ガスの流れと、第２直線部における燃料ガスの流れとが、発電部を挟んで互いに逆向きとなる、所謂カウンタフローとなる。一方で、第１連結部における酸化剤ガスの流れと、第２連結部における燃料ガスの流れとは、発電部を挟んで互いに交差し合う、所謂クロスフローとなる。

特開２００９－５９５１３号公報

一般的に、発電部のうちカウンターフローに対応する領域の発電効率は、クロスフローに対応する領域の発電効率よりも高くなりやすい。そのため、特許文献１に記載の燃料電池スタックにおいては、発電部のうち第１直線部及び第２直線部に対応する領域の発電効率よりも、第１連結部及び第２連結部に対応する領域の発電効率の方が低くなりやすい。

こうしたことから、発電部の発電効率の向上を図るべく、各セパレータの発電部と対向する面において直線部が形成される部分の面積を大きくしつつ、連結部が形成される部分の面積を小さくすることが望まれる。

そこで、例えば、連結部を直線部の両側から第２方向において直線状に延びるように設けることが考えられる。しかしながら、こうした燃料電池スタックにおいては、第１連結部における酸化剤ガスの流れと、第２連結部における燃料ガスの流れとが、発電部を挟んで互いに同じ方向となる、所謂コフローとなる。この場合、発電部のうち第１直線部及び第２直線部に対応する領域の発電効率よりも、第１連結部及び第２連結部に対応する領域の発電効率の方が一層低くなるため、発電効率を向上する上でなお改善の余地がある。

本発明の目的は、発電部の発電効率を向上できる燃料電池スタック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スタックは、発電部と、前記発電部を挟持する第１セパレータ及び第２セパレータと、を有する単セルを複数積層して形成された燃料電池スタックであって、前記単セルには、前記発電部よりも外周側に、前記単セルの積層方向において前記単セルを貫通するとともに、燃料ガスまたは酸化剤ガスが流れる複数のマニホールドが設けられており、前記複数のマニホールドは、前記燃料ガスを前記単セル内に供給するための燃料ガス入口側マニホールド、前記単セル内の前記燃料ガスを排出するための燃料ガス出口側マニホールド、前記酸化剤ガスを前記単セル内に供給するための酸化剤ガス入口側マニホールド、及び前記単セル内の前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口側マニホールドを有しており、前記積層方向と直交する第１方向において前記単セルの一側には、前記燃料ガス入口側マニホールド及び前記酸化剤ガス出口側マニホールドが、前記積層方向及び前記第１方向の双方と直交する第２方向の一側から順に並んでおり、前記第１方向において前記単セルの他側には、前記酸化剤ガス入口側マニホールド及び前記燃料ガス出口側マニホールドが、前記第２方向の一側から順に並んでおり、前記第１セパレータは、前記発電部と対向する対向面に、前記燃料ガスが流れる複数の第１溝流路を有しており、前記複数の第１溝流路は、前記第１方向に延びるとともに前記第２方向に並ぶ複数の第１主流路と、前記第１方向において前記複数の第１主流路と隣り合うとともに前記燃料ガス入口側マニホールド及び前記燃料ガス出口側マニホールドの少なくとも一方に向かって延びる複数の第１副流路と、を有しており、前記第２セパレータは、前記発電部と対向する対向面に、前記酸化剤ガスが流れる複数の第２溝流路を有しており、前記複数の第２溝流路は、前記第１方向に延びるとともに前記第２方向に並ぶ複数の第２主流路と、前記発電部を挟んで前記複数の第１副流路とは反対側に位置する複数の第２副流路と、を有しており、前記第１副流路及び前記第２副流路の双方は、前記第２方向に延びる延在部を含み、前記第１副流路及び前記第２副流路のうち少なくとも一方の前記延在部は、前記対向面の面方向において波形状をなす波状部を有しており、前記波状部は、前記第１副流路及び前記第２副流路のうち前記一方とは異なる他方の前記延在部と前記発電部を挟んで交差している。

同構成によれば、第１副流路の延在部が波状部を有する場合、第１副流路の波状部における燃料ガスの流れと、第２副流路の延在部における酸化剤ガスの流れとが、発電部を挟んで互いに交差し合う、所謂クロスフローとなる。また、第２副流路の延在部が波状部を有する場合、第１副流路の延在部における燃料ガスの流れと、第２副流路の波状部における酸化剤ガスの流れとが、クロスフローとなる。そのため、第１副流路及び第２副流路の双方の延在部が、第２方向において直線状に延びる場合に比べて、発電部における第１副流路及び第２副流路に対応する領域の発電効率を向上できる。

また、上記構成によれば、第１副流路及び第２副流路の双方は、第２方向に延びる延在部を含んでいる。そのため、例えば第１副流路及び第２副流路が、第１主流路及び第２主流路の各々に対して傾斜して延びる場合に比べて、各セパレータの対向面における第１副流路及び第２副流路が形成される部分の面積を小さくできる。すなわち、各セパレータの対向面における第１主流路及び第２主流路が形成される部分の面積を大きくできる。

したがって、発電部の発電効率を向上することができる。

図１は、燃料電池スタックの一実施形態を示す分解斜視図である。 図２は、図１の燃料電池スタックの単セルについて、第１セパレータを示す平面図である。 図３は、図１の燃料電池スタックの単セルについて、第２セパレータを示す下面図である。 図４は、第１溝流路の波状部を流れる燃料ガスの流れと、第２溝流路の延在部を流れる酸化剤ガスの流れとが、発電部を挟んで交差する様子を示す平面図である。 図５は、燃料電池スタックの変更例において、燃料ガス及び酸化剤ガスの流れが発電部を挟んで交差する様子を示す図であって、図４に対応する平面図である。

以下、図１から図４を参照して、燃料電池スタックの一実施形態について説明する。
＜燃料電池スタックの基本構成＞
図１に示すように、燃料電池スタックは、全体として長方形板状の単セル９０を複数積層して形成されたものである。なお、図１では、燃料電池スタックのうち、各構成が分離された状態の単セル９０と、当該単セル９０と隣り合う別の単セル９０の一部とを図示している。

以降では、複数の単セル９０の積層方向を、単に積層方向Ｘとし、積層方向Ｘと直交する方向のうち単セル９０の長手方向を、単に長手方向Ｙとし、積層方向Ｘ及び長手方向Ｙの双方に直交する方向を、単に直交方向Ｚとして説明する。なお、長手方向Ｙが、本発明に係る第１方向に相当する。また、直交方向Ｚが、本発明に係る第２方向に相当する。

単セル９０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly 、以下、ＭＥＡ１０）と、ＭＥＡ１０を保持する枠部材２０と、ＭＥＡ１０及び枠部材２０を挟持する第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０とを有している。

単セル９０は、反応ガスまたは冷却媒体を単セル９０内に供給するための入口側マニホールド９１，９３，９５と、単セル９０内の反応ガスまたは冷却媒体を外部へ排出するための出口側マニホールド９２，９４，９６とを有している。

入口側マニホールド９１及び出口側マニホールド９２は、反応ガスのうち燃料ガスが流通するマニホールドである。燃料ガスは、例えば水素ガスである。また、入口側マニホールド９３及び出口側マニホールド９４は、冷却媒体が流通するマニホールドである。冷却媒体は、例えば冷却水である。また、入口側マニホールド９５及び出口側マニホールド９６は、反応ガスのうち酸化剤ガスが流通するマニホールドである。酸化剤ガスは、例えば空気である。

入口側マニホールド９１，９３，９５及び出口側マニホールド９２，９４，９６は、平面視矩形状であり、積層方向Ｘにおいて各単セル９０を貫通している。
入口側マニホールド９１及び出口側マニホールド９４，９６は、長手方向Ｙにおける単セル９０の一側（図１の左右方向における左側）の端部に設けられている。入口側マニホールド９１及び出口側マニホールド９４，９６は、直交方向Ｚの一側（図１の紙面奥側）から他側（図１の紙面手前側）に向かって順に並んでいる。

出口側マニホールド９２及び入口側マニホールド９３，９５は、長手方向Ｙにおける単セル９０の他側（図１の右側）の端部に設けられている。出口側マニホールド９２及び入口側マニホールド９３，９５は、直交方向Ｚの他側（図１の紙面手前側）から一側（図１の紙面奥側）に向かって順に並んでいる。

＜ＭＥＡ１０＞
図１に示すように、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１１，１２とを有している。なお、本実施形態では、積層方向Ｘにおける電解質膜の一側（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１１である。また、積層方向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１２である。

各電極１１，１２は、電解質膜に接合された触媒層と、触媒層に接合されたガス拡散層（いずれも図示略）とを有している。
なお、ＭＥＡ１０が、本発明に係る発電部に相当する。

＜枠部材２０＞
図１に示すように、枠部材２０は、平面視長方形枠状であり、例えば合成樹脂材料により形成されている。

枠部材２０は、マニホールド９１，９２，９３，９４，９５，９６の各々を構成する貫通孔２１，２２，２３，２４，２５，２６を有している。
枠部材２０は、中央に開口部２７を有している。開口部２７の周縁には、積層方向Ｘの一側（図１の上側）からＭＥＡ１０が接合されている。

＜第１セパレータ３０＞
図１及び図２に示すように、第１セパレータ３０は、平面視長方形状であり、例えばチタンやステンレス鋼からなる金属板材をプレス成形することにより形成されている。

第１セパレータ３０は、マニホールド９１，９２，９３，９４，９５，９６の各々を構成する貫通孔３１，３２，３３，３４，３５，３６を有している。
第１セパレータ３０は、積層方向ＸにおいてＭＥＡ１０のアノード電極１２と対向する対向面３０ａを有する第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。

第１面３０Ａには、燃料ガスが流れる複数の第１溝流路３７Ａ及び複数の第１接続流路３７Ｂ（図２参照）が設けられている。複数の第１溝流路３７Ａ及び複数の第１接続流路３７Ｂは、セパレータ３０を凹凸形状に成形することにより形成されている。

複数の第１溝流路３７Ａは、対向面３０ａに設けられている。なお、図１では、第１溝流路３７Ａを簡略化して図示している。
図２に示すように、複数の第１溝流路３７Ａは、複数の第１主流路５１と、複数の第１副流路５２ａ，５２ｂとを有している。

複数の第１主流路５１は、長手方向Ｙにおいて直線状に延びるとともに、直交方向Ｚにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。
複数（本実施形態では、３つ）の第１副流路５２ａは、長手方向Ｙにおいて第１主流路５１の一側（図２の左右方向における左側）の端部から入口側マニホールド９１に向かって延びている。

複数の第１副流路５２ａの各々には、直交方向Ｚに延びる延在部５３ａが設けられている。延在部５３ａ同士は、長手方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。第１副流路５２ａの各々の延在部５３ａに対して第１主流路５１の一側（図２の左側）の端部が複数（本実施形態では、５つまたは６つ）接続されている。

延在部５３ａは、対向面３０ａの面方向において波形状をなす波状部５４ａを有している。本実施形態では、長手方向Ｙにおいて最も一側（図２の左側）の延在部５３ａが、波状部５４ａを有している。

複数（本実施形態では、３つ）の第１副流路５２ｂは、長手方向Ｙにおいて第１主流路５１の他側（図２の右側）の端部から出口側マニホールド９２に向かって延びている。
複数の第１副流路５２ｂの各々には、直交方向Ｚに延びる延在部５３ｂが設けられている。延在部５３ｂ同士は、長手方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。第１副流路５２ｂの各々の延在部５３ｂに対して第１主流路５１の他側（図２の右側）の端部が複数（本実施形態では、５つまたは６つ）接続されている。

延在部５３ｂは、対向面３０ａの面方向において波形状をなす波状部５４ｂを有している。本実施形態では、長手方向Ｙにおいて最も他側（図２の右側）の延在部５３ｂが、波状部５４ｂを有している。

図２に示すように、複数の第１接続流路３７Ｂは、第１副流路５２ａと入口側マニホールド９１、及び第１副流路５２ｂと出口側マニホールド９２を接続する複数の接続流路９７を構成している。

複数の第１接続流路３７Ｂは、第１副流路５２ａ，５２ｂから対向面３０ａよりも外側に向かって延びるとともに、直交方向Ｚにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。
複数の接続流路９７のうち図２で二点鎖線にて示す第１接続流路３７Ｂ以外の部分（以下、接続流路２８Ａ）は、枠部材２０から第１面３０Ａに向かって突出する複数のリブ２８Ｂ同士の間に設けられている。なお、図１では、接続流路２８Ａ及びリブ２８Ｂの図示を省略している。

燃料ガスは、入口側マニホールド９１から複数の接続流路９７を介して複数の第１溝流路３７Ａへ導入される。その後、第１副流路５２ａ、第１主流路５１、及び第１副流路５２ｂを順に流れて出口側マニホールド９２へと排出される。

図１に示すように、第２面３０Ｂには、冷却媒体が流れる複数の溝流路３８が設けられている。複数の溝流路３８は、入口側マニホールド９３と、出口側マニホールド９４とを連通している。複数の溝流路３８は、セパレータ３０を凹凸形状に成形することにより形成されており、その一部は、複数の第１溝流路３７Ａを構成する凹凸形状と表裏一体に形成されている（図２参照）。なお、図１では、溝流路３８を簡略化して図示している。

＜第２セパレータ４０＞
図１及び図３に示すように、第２セパレータ４０は、平面視長方形状であり、例えばチタンやステンレス鋼からなる金属板材をプレス成形することにより形成されている。

第２セパレータ４０は、マニホールド９１，９２，９３，９４，９５，９６の各々を構成する貫通孔４１，４２，４３，４４，４５，４６を有している。
第２セパレータ４０は、積層方向ＸにおいてＭＥＡ１０のカソード電極１１と対向する対向面４０ａを有する第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。

第１面４０Ａには、燃料ガスが流れる複数の第２溝流路４７Ａ及び複数の第２接続流路４７Ｂ（図３参照）が設けられている。複数の第２溝流路４７Ａ及び複数の第２接続流路４７Ｂは、セパレータ４０を凹凸形状に成形することにより形成されている。

複数の第２溝流路４７Ａは、対向面４０ａに設けられている。なお、図１では、第２溝流路４７Ａを簡略化して図示している。
図３に示すように、複数の第２溝流路４７Ａは、複数の第２主流路６１と、複数の第２副流路６２ａ，６２ｂとを有している。

複数の第２主流路６１は、長手方向Ｙにおいて直線状に延びるとともに、直交方向Ｚにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。
複数（本実施形態では、３つ）の第２副流路６２ａは、長手方向Ｙにおいて第２主流路６１の他側（図３の左右方向における左側）の端部から入口側マニホールド９５に向かって延びている。

図２及び図３に示すように、複数の第２副流路６２ａは、ＭＥＡ１０を挟んで複数の第１副流路５２ｂとは反対側に位置している。
図３に示すように、複数の第２副流路６２ａの各々には、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる延在部６３ａが設けられている。延在部６３ａ同士は、長手方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。第２副流路６２ａの各々の延在部６３ａに対して第２主流路６１の他側（図３の左側）の端部が複数（本実施形態では、５つまたは６つ）接続されている。

図２から図４に示すように、長手方向Ｙにおいて最も他側（図３の左側）に位置する延在部６３ａは、ＭＥＡ１０を挟んで波状部５４ｂの反対側に位置している。延在部６３ａと、波状部５４ｂとは、ＭＥＡ１０を挟んで複数回交差している（図４参照）。

図３に示すように、複数（本実施形態では、３つ）の第２副流路６２ｂは、長手方向Ｙにおいて第２主流路６１の一側（図３の右側）の端部から出口側マニホールド９６に向かって延びている。

図２及び図３に示すように、複数の第２副流路６２ｂは、ＭＥＡ１０を挟んで複数の第１副流路５２ａとは反対側に位置している。
図３に示すように、複数の第２副流路６２ｂの各々には、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる延在部６３ｂが設けられている。延在部６３ｂ同士は、長手方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。第２副流路６２ｂの各々の延在部６３ｂに対して第２主流路６１の一側（図３の右側）の端部が複数（本実施形態では、５つまたは６つ）接続されている。

図２及び図３に示すように、長手方向Ｙにおいて最も一側（図３の右側）に位置する延在部６３ｂは、ＭＥＡ１０を挟んで波状部５４ａの反対側に位置している。延在部６３ｂと、波状部５４ａとは、ＭＥＡ１０を挟んで複数回交差している。

図３に示すように、複数の第２接続流路４７Ｂは、第２副流路６２ａと入口側マニホールド９５、及び第２副流路６２ｂと出口側マニホールド９６を接続する複数の接続流路９８を構成している。

複数の第２接続流路４７Ｂは、第２副流路６２ａ，６２ｂから対向面４０ａよりも外側に向かって延びるとともに、直交方向Ｚにおいて互いに間隔をあけて並んでいる。
複数の接続流路９８のうち図３で二点鎖線にて示す第２接続流路４７Ｂ以外の部分（以下、接続流路２９Ａ）は、枠部材２０から第１面４０Ａに向かって突出する複数のリブ２９Ｂ同士の間に設けられている。なお、図１では、接続流路２９Ａ及びリブ２９Ｂの図示を省略している。

酸化剤ガスは、入口側マニホールド９５から複数の接続流路９８を介して複数の第２溝流路４７Ａへ導入される。その後、第２副流路６２ａ、第２主流路６１、及び第２副流路６２ｂを順に流れて出口側マニホールド９６へと排出される。

図１に示すように、第２面４０Ｂには、冷却媒体が流れる複数の溝流路４８が設けられている。複数の溝流路４８は、入口側マニホールド９３と、出口側マニホールド９４とを連通している。複数の溝流路４８は、セパレータ４０を凹凸形状に成形することにより形成されており、その一部は、複数の第２溝流路４７Ａを構成する凹凸形状と表裏一体に形成されている（図３参照）。なお、図１では、溝流路４８を簡略化して図示している。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図４に示すように、第１副流路５２ｂの波状部５４ｂにおける燃料ガスの流れＦ１と、第２副流路６２ａの延在部６３ａにおける酸化剤ガスの流れＦ２とが、ＭＥＡ１０を挟んで互いに交差し合う、所謂クロスフローとなる。そのため、第１副流路５２ｂ及び第２副流路６２ａの双方の延在部５３ｂ，６３ａが、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる場合に比べて、ＭＥＡ１０における第１副流路５２ｂ及び第２副流路６２ａに対応する領域の発電効率が向上する。また、図示は省略するが、第１副流路５２ａの波状部５４ａにおける燃料ガスの流れＦ１と、第２副流路６２ｂの延在部６３ｂにおける酸化剤ガスの流れＦ２とが、クロスフローとなる。そのため、第１副流路５２ａ及び第２副流路６２ｂの双方の延在部５３ａ，６３ｂが、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる場合に比べて、ＭＥＡ１０における第１副流路５２ａ及び第２副流路６２ｂに対応する領域の発電効率が向上する。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）複数の第１溝流路３７Ａは、長手方向Ｙにおいて直線状に延びるとともに直交方向Ｚに並ぶ複数の第１主流路５１と、長手方向Ｙにおいて複数の第１主流路５１と隣り合うとともに出口側マニホールド９２に向かって延びる複数の第１副流路５２ｂとを有している。複数の第２溝流路４７Ａは、長手方向Ｙにおいて直線状に延びるとともに直交方向Ｚに並ぶ複数の第２主流路６１と、ＭＥＡ１０を挟んで複数の第１副流路５２ｂとは反対側に位置する複数の第２副流路６２ａとを有している。第１副流路５２ｂは、直交方向Ｚに延びる延在部５３ｂを有している。第２副流路６２ａは、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる延在部６３ａを有している。第１副流路５２ｂの延在部５３ｂは、対向面３０ａの面方向において波形状をなす波状部５４ｂを有している。波状部５４ｂは、第２副流路６２ａの延在部６３ａとＭＥＡ１０を挟んで交差している。

こうした構成によれば、上述した作用を奏する。
また、上記構成によれば、第１副流路５２ｂ及び第２副流路６２ａの双方は、直交方向Ｚに延びる延在部５３ｂ，６３ａを有している。そのため、例えば第１副流路５２ｂ及び第２副流路６２ａが、第１主流路５１及び第２主流路６１の各々に対して傾斜して延びる場合に比べて、各セパレータ３０，４０の対向面３０ａ，４０ａにおける第１副流路５２ｂ及び第２副流路６２ａが形成される部分の面積を小さくできる。すなわち、各セパレータ３０，４０の対向面３０ａ，４０ａにおける第１主流路５１及び第２主流路６１が形成される部分の面積を大きくできる。

したがって、ＭＥＡ１０の発電効率を向上することができる。
（２）複数の第１溝流路３７Ａは、長手方向Ｙにおいて複数の第１主流路５１と隣り合うとともに入口側マニホールド９１に向かって延びる複数の第１副流路５２ａを有している。複数の第２溝流路４７Ａは、ＭＥＡ１０を挟んで複数の第１副流路５２ａとは反対側に位置する複数の第２副流路６２ｂを有している。第１副流路５２ａは、直交方向Ｚに延びる延在部５３ａを有している。第２副流路６２ｂは、直交方向Ｚにおいて直線状に延びる延在部６３ｂを有している。第１副流路５２ａの延在部５３ａは、対向面３０ａの面方向において波形状をなす波状部５４ａを有している。波状部５４ａは、第２副流路６２ｂの延在部６３ｂとＭＥＡ１０を挟んで交差している。

こうした構成によれば、複数の第１主流路５１から入口側マニホールド９１に向かって延びる複数の第１副流路５２ａと、複数の第２主流路６１から出口側マニホールド９６に向かって延びる複数の第２副流路６２ｂとにおいて、（１）と同様の作用効果が発揮される。これにより、ＭＥＡ１０のより広い範囲にわたって発電効率を向上できる。

（３）複数の第１副流路５２ａ（５２ｂ）の延在部５３ａ（５３ｂ）のみが、波状部５４ａ（５４ｂ）を有している。
ＭＥＡ１０で生成された生成水は、第２溝流路４７Ａを介して出口側マニホールド９６へと排出される。ここで、第２副流路６２ａ（６２ｂ）の延在部６３ａ（６３ｂ）が波状部を有する場合、延在部６３ａ（６３ｂ）が直交方向Ｚにおいて直線状に延在する場合に比べて、生成水が延在部６３ａ（６３ｂ）を流れにくくなる。

この点、上記構成によれば、複数の第１副流路５２ａ（５２ｂ）の延在部５３ａ（５３ｂ）のみが、波状部５４ａ（５４ｂ）を有している。そのため、第２副流路６２ａ（６２ｂ）の延在部６３ａ（６３ｂ）が波状部を有する場合に比べて、生成水が第２溝流路４７Ａを介して効率的に出口側マニホールド９６へと排出されるようになる。したがって、生成水を効率よく排出しつつ、ＭＥＡ１０の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。

・入口側マニホールド９１，９３，９５及び出口側マニホールド９２，９４，９６の形状は、本実施形態で例示したような平面視矩形状に限定されない。例えば、マニホールド９１，９２，９３，９４，９５，９６の形状は、正方形等を含む平面視四角形状であってもよいし、三角形や五角形等を含む平面視多角形状であってもよい。さらに、楕円及び長円等を含む平面視円形状であってもよい。

・第１主流路５１は、本実施形態で例示したように、長手方向Ｙにおいて直線状に延在するものに限定されない。例えば、第１主流路５１は、対向面３０ａの面方向において波状に延在する波状部を有するものであってもよい。

・第２主流路６１は、本実施形態で例示したように、長手方向Ｙにおいて直線状に延在するものに限定されない。例えば、第２主流路６１は、対向面４０ａの面方向において波状に延在する波状部を有するものであってもよい。

・第１主流路５１の数は、本実施形態で例示した数に限定されず、セパレータ３０の仕様に合わせて適宜変更してもよい。また、第１副流路５２ａ，５２ｂの数は、本実施形態で例示した３つに限定されず、例えば、４つ以上であってもよい。また、複数の第１副流路５２ａの各々に接続される第１主流路５１の数、及び複数の第１副流路５２ｂの各々に接続される第１主流路５１の数も、本実施形態で例示した５つまたは６つに限定されず、上述した変更に伴って適宜変更してもよい。

・第２主流路６１の数は、本実施形態で例示した数に限定されず、セパレータ４０の仕様に合わせて適宜変更してもよい。また、第２副流路６２ａ，６２ｂの数は、本実施形態で例示した３つに限定されず、例えば、４つ以上であってもよい。また、複数の第２副流路６２ａの各々に接続される第２主流路６１の数、及び複数の第２副流路６２ｂの各々に接続される第２主流路６１の数も、本実施形態で例示した５つまたは６つに限定されず、上述した変更に伴って適宜変更してもよい。

・複数の第１副流路５２ａは、本実施形態で例示したように、長手方向Ｙの最も一側（図２の左側）の延在部５３ａのみが波状部５４ａを有するものに限定されない。すなわち、複数の第１副流路５２ａは、複数の波状部５４ａを有していてもよい。この場合、複数の波状部５４ａは、ＭＥＡ１０を挟んで複数の延在部６３ｂの反対側に位置するとともに、当該延在部６３ｂとＭＥＡ１０を挟んで交差するものであればよい。

・複数の第１副流路５２ｂは、本実施形態で例示したように、長手方向Ｙの最も他側（図２の右側）の延在部５３ｂのみが波状部５４ｂを有するものに限定されない。すなわち、複数の第１副流路５２ｂは、複数の波状部５４ｂを有していてもよい。この場合、複数の波状部５４ｂは、ＭＥＡ１０を挟んで複数の延在部６３ａの反対側に位置するとともに、当該延在部６３ａとＭＥＡ１０を挟んで交差するものであればよい。

・第１副流路５２ａは、延在部５３ａを含むものであれば、第１主流路５１に対して傾斜して延びる部分を有していてもよい。また、同様に、第１副流路５２ｂも、延在部５３ｂを含むものであれば、第１主流路５１に対して傾斜して延びる部分を有していてもよい。

・第２副流路６２ａは、延在部６３ａを含むものであれば、第２主流路６１に対して傾斜して延びる部分を有していてもよい。また、同様に、第２副流路６２ｂも、延在部６３ｂを含むものであれば、第２主流路６１に対して傾斜して延びる部分を有していてもよい。

・延在部６３ａは、本実施形態で例示したように、直交方向Ｚにおいて直線状に延在するものに限定されない。例えば、図５に示すように、延在部６３ａは、直交方向Ｚにおいて波状に延在する波状部６４ａを有していてもよい。また、図示は省略するが、同様に、延在部６３ｂが、直交方向Ｚにおいて波状に延在する波状部を有していてもよい。

・複数の第１副流路５２ａ（５２ｂ）を省略してもよい。この場合、第１溝流路３７Ａは、第１副流路５２ａ（５２ｂ）に代えて、例えば第１主流路５１に対して傾斜して延びる複数の副流路が、第１主流路５１と接続流路９７とを接続するものであればよい。また、この変更に伴って、上記複数の副流路とＭＥＡ１０を挟んで反対側に位置する第２副流路６２ｂ（６２ａ）を省略してもよい。この場合、第２溝流路４７Ａは、第２副流路６２ｂ（６２ａ）に代えて、例えば第２主流路６１に対して傾斜して延びる複数の副流路が、第２主流路６１と接続流路９８とを接続するものであればよい。

・第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０は、金属板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。

・第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の材料としては、チタンやステンレス鋼に限定されず、アルミニウムを用いることもできる。また、カーボン等の金属以外の材料を用いてもよい。

Ｆ１…流れ
Ｆ２…流れ
Ｘ…積層方向
Ｙ…長手方向
Ｚ…直交方向
１０…ＭＥＡ
１１…カソード電極
１２…アノード電極
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
２８Ａ…接続流路
２８Ｂ…リブ
２９Ａ…接続流路
２９Ｂ…リブ
３０…第１セパレータ
３０Ａ…第１面
３０ａ…対向面
３０Ｂ…第２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
３７Ａ…第１溝流路
３７Ｂ…第１接続流路
３８…溝流路
４０…第２セパレータ
４０Ａ…第１面
４０ａ…対向面
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
４７Ａ…第２溝流路
４７Ｂ…第２接続流路
４８…溝流路
５１…第１主流路
５２ａ…第１副流路
５２ｂ…第１副流路
５３ａ…延在部
５３ｂ…延在部
５４ａ…波状部
５４ｂ…波状部
６１…第２主流路
６２ａ…第２副流路
６２ｂ…第２副流路
６３ａ…延在部
６３ｂ…延在部
６４ａ…波状部
９０…単セル
９１…入口側マニホールド
９２…出口側マニホールド
９３…入口側マニホールド
９４…出口側マニホールド
９５…入口側マニホールド
９６…出口側マニホールド
９７…接続流路
９８…接続流路

Claims (3)

1. 発電部と、前記発電部を挟持する第１セパレータ及び第２セパレータと、を有する単セルを複数積層して形成された燃料電池スタックであって、
   前記単セルには、前記発電部よりも外周側に、前記単セルの積層方向において前記単セルを貫通するとともに、燃料ガスまたは酸化剤ガスが流れる複数のマニホールドが設けられており、
   前記複数のマニホールドは、前記燃料ガスを前記単セル内に供給するための燃料ガス入口側マニホールド、前記単セル内の前記燃料ガスを排出するための燃料ガス出口側マニホールド、前記酸化剤ガスを前記単セル内に供給するための酸化剤ガス入口側マニホールド、及び前記単セル内の前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口側マニホールドを有しており、
   前記積層方向と直交する第１方向において前記単セルの一側には、前記燃料ガス入口側マニホールド及び前記酸化剤ガス出口側マニホールドが、前記積層方向及び前記第１方向の双方と直交する第２方向の一側から順に並んでおり、
   前記第１方向において前記単セルの他側には、前記酸化剤ガス入口側マニホールド及び前記燃料ガス出口側マニホールドが、前記第２方向の一側から順に並んでおり、
   前記第１セパレータは、前記発電部と対向する対向面に、前記燃料ガスが流れる複数の第１溝流路を有しており、
   前記複数の第１溝流路は、前記第１方向に延びるとともに前記第２方向に並ぶ複数の第１主流路と、前記第１方向において前記複数の第１主流路と隣り合うとともに前記燃料ガス入口側マニホールド及び前記燃料ガス出口側マニホールドの少なくとも一方に向かって延びる複数の第１副流路と、を有しており、
   前記第２セパレータは、前記発電部と対向する対向面に、前記酸化剤ガスが流れる複数の第２溝流路を有しており、
   前記複数の第２溝流路は、前記第１方向に延びるとともに前記第２方向に並ぶ複数の第２主流路と、前記発電部を挟んで前記複数の第１副流路とは反対側に位置する複数の第２副流路と、を有しており、
   前記第１副流路及び前記第２副流路の双方は、前記第２方向に延びる延在部を含み、
   前記第１副流路及び前記第２副流路のうち少なくとも一方の前記延在部は、前記対向面の面方向において波形状をなす波状部を有しており、
   前記波状部は、前記第１副流路及び前記第２副流路のうち前記一方とは異なる他方の前記延在部と前記発電部を挟んで交差している、
   燃料電池スタック。
2. 前記複数の第１副流路は、前記燃料ガス入口側マニホールド及び前記燃料ガス出口側マニホールドの双方に向かって延びている、
   請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記複数の第１副流路の前記延在部のみが、前記波状部を有している、
   請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック。

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