JP5336220B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が設けられる燃料電池に関する。

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、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、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（反応ガス流路）と、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（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

この種の燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図１３に示すように、ＭＥＡ１とセパレータ２とが交互に積層されるとともに、積層方向に貫通し、発電に用いられる空気を供給する空気供給マニホールド３ａと、利用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド３ｂとを備えている。

燃料電池に供給された空気は、空気供給用貫通孔４ａ、空気流路５ａ及び空気供給口６ａを経て空気流路形成部７の内部に流入している。その後、空気は、空気流路形成部７の内部を通過しつつＭＥＡ１における発電に利用され、利用されなかった空気は、空気排出口６ｂ、空気流路５ｂ、空気排出用貫通孔４ｂを経て燃料電池の外部に排出されている。

特開２００８−１９２３３８号公報

上記の燃料電池では、ＭＥＡ１における発電によって水が生成され、この水が空気流路５ｂに滞留し、前記空気流路５ｂを閉塞するおそれがある。このため、燃料電池間で空気の分配にばらつきが発生し、安定した発電が遂行され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、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が生成水により閉塞されることを可及的に阻止し、効率的な発電を安定して行うことが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が設けられる燃料電池に関するものである。

連結流路部は、一方のセパレータを貫通し、反応ガス連通孔に近接して反応ガスを通過させる複数の第１開口部と、前記一方のセパレータを貫通し、反応ガス流路に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部とを連通させる複数の連通路と、各連通路と各第１開口部及び各第２開口部とを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の連続流路を形成するための仕切り部とを備えている。

また、この燃料電池は、複数の連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、仕切り部は、前記シール部材により一体成形されることが好ましい。

さらに、この燃料電池において、複数の連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、仕切り部は、前記閉空間に個別に装着されることが好ましい。

さらにまた、連結流路部は、連通路とは反対のセパレータ面に形成され、反応ガス連通孔と複数の第１開口部とを連通させる複数の裏面側連通路を有し、複数の前記連続流路は、第２開口部、前記連通路、前記第１開口部及び前記裏面側連通路から前記反応ガス連通孔に連続し且つ互いに独立して構成されることが好ましい。

本発明によれば、連結流路部は、仕切り部を介し各連通路と各第１開口部及び各第２開口部とが個別に連通し且つそれぞれ独立した複数の連続流路を有している。このため、各連続流路間で互いにバイパスすることがなく、排水性を向上させて滞留水を抑制するとともに、反応ガスの分配性を良好に維持して効率的な発電を安定して行うことが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの一方の面側の説明図である。 前記第１セパレータの他方の面側の説明図である。 前記第１セパレータの、図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。 前記第１セパレータの、図５中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 前記第１セパレータの、図５中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 前記第１セパレータの、図５中、ＩＸ−ＩＸ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を構成する第１セパレータの一部斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの一部斜視説明図である。 前記第１セパレータの断面説明図である。 特許文献１の燃料電池の説明図である。

図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数の発電ユニット１２を水平方向（矢印Ａ方向）に積層して構成される。発電ユニット１２は、第１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）（ＭＥＡ）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。

第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３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金属板により構成される。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、金属セパレータに換えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。

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段差型ＭＥＡを構成している。固体高分子電解質膜２２、アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、それぞれ矢印Ｂ方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。

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。

発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）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（反応ガス連通孔）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（反応ガス連通孔）３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）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（反応ガス連通孔）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（反応ガス連通孔）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冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

図４に示すように、第１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（反応ガス流路）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を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口（上端部）及び出口（下端部）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。

図５に示すように、第１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が形成される。冷却媒体流路４４の上端部及び下端部近傍には、入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０の裏面形状であるバッファ部４６、４８が設けられる。

図１に示すように、第２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（反応ガス流路）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を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口（上端部）及び出口（下端部）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（反応ガス流路）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を有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口（上端部）及び出口（下端部）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３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（反応ガス流路）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を有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口（上端部）及び出口（下端部）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。

第３セパレータ２０の面２０ｂ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が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。

第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１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セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２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セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３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〜第３シール部材７４、７６及び７８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。

第１シール部材７４は、図４に示すように、第１セパレータ１４の外周端部に近接して、面１４ａに設けられる外側シール７４ａを備え、この外側シール７４ａから内方に離間し、第１燃料ガス流路３６を囲繞する内側シール７４ｂが設けられる。

図５に示すように、第１シール部材７４は、第１セパレータ１４の面１４ｂ側に設けられ、外側シール７４ａに対応する外側シール７４ｃと、内側シール７４ｂに対応し、冷却媒体流路４４を囲繞する内側シール７４ｄとを有する。

図４及び図５に示すように、第１セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する入口側第１連結流路部８０ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する出口側第１連結流路部８０ｂとが設けられる。

入口側第１連結流路部８０ａは、外側シール７４ａに囲繞される領域内と、外側シール７４ｃ及び内側シール７４ｄ間の連結シール７４ｅに囲繞される領域（閉空間）内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側供給孔部（第１開口部）８２ａと、内側シール７４ｂに囲繞される領域内と、前記連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側供給孔部（第２開口部）８２ｂとを有する。

図４に示すように、面１４ａ側には、燃料ガス入口連通孔３２ａと各外側供給孔部８２ａとを連通する複数の裏面側連通路８４ａが設けられる。図５に示すように、面１４ｂ側には、外側供給孔部８２ａと内側供給孔部８２ｂとを連通する複数の連通路８４ｂが形成される。

連通路８４ｂ間には、各連通路８４ｂと各外側供給孔部８２ａ及び各内側供給孔部８２ｂとを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の入口側連続流路８６ａを形成するための複数の仕切り部８８ａが設けられる。図６に示すように、仕切り部８８ａは、第１シール部材７４により一体成形されるとともに、連結シール７４ｅよりも高さ方向に寸法ｔだけ短尺に構成される。この寸法ｔは、発電ユニット１２が積層されて燃料電池１０が組み付けられた際、所望のシール性を有する一方、偏荷重等が発生することを阻止し得るように設定される。

図５及び図７に示すように、それぞれの入口側連続流路８６ａは、各内側供給孔部８２ｂ、連通路８４ｂ、外側供給孔部８２ａ及び裏面側連通路８４ａから燃料ガス入口連通孔３２ａに連続し且つ互いに独立して構成される。

出口側第１連結流路部８０ｂは、同様に、外側シール７４ａに囲繞される領域内と、連結シール７４ｅに囲繞される領域内（閉空間）とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の外側排出孔部（第１開口部）９０ａと、内側シール７４ｂに囲繞される領域内と、前記連結シール７４ｅに囲繞される領域内とが重なる部分に対応して貫通形成される複数の内側排出孔部（第２開口部）９０ｂとを有する。

図４に示すように、面１４ａ側には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと各外側排出孔部９０ａとを連通する複数の裏面側連通路９２ａが形成される。図５に示すように、面１４ｂ側には、外側排出孔部９０ａと内側排出孔部９０ｂとを連通する複数の連通路９２ｂが形成される。

連通路９２ｂ間には、各連通路９２ｂと各外側排出孔部９０ａ及び各内側排出孔部９０ｂとを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の出口側連続流路８６ｂを形成するための複数の仕切り部８８ｂが設けられる。図８に示すように、仕切り部８８ｂは、第１シール部材７４により一体成形されるとともに、連結シール７４ｅよりも高さ方向に寸法ｔだけ短尺に構成される。この寸法ｔは、発電ユニット１２が積層されて燃料電池１０が組み付けられた際、所望のシール性を有する一方、偏荷重等が発生することを阻止し得るように設定される。

図５及び図９に示すように、それぞれの出口側連続流路８６ｂは、各内側排出孔部９０ｂ、連通路９２ｂ、外側排出孔部９０ａ及び裏面側連通路９２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連続し且つ互いに独立して構成される。

第２シール部材７６は、第２セパレータ１８の面１８ａの外周端部に近接して設けられる外側シール７６ａを備え、この外側シール７６ａの内方には、第１酸化剤ガス流路５０を囲繞して内側シール７６ｂが設けられる。外側シール７６ａと内側シール７６ｂとは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第１酸化剤ガス流路５０とを連通する。

第２シール部材７６は、第２セパレータ１８の面１８ｂ側の外周端部に近接して設けられる外側シール７６ｃと、第２燃料ガス流路５８を囲繞する内側シール７６ｄとを有する（図１〜図３参照）。

第２セパレータ１８には、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する入口側第２連結流路９４ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する出口側第２連結流路９４ｂとが設けられる。

入口側第２連結流路９４ａは、第２セパレータ１８を貫通する複数の供給孔部９６ａを有するとともに、前記供給孔部９６ａは、複数の連通路９７ａを介して燃料ガス入口連通孔３２ａに連通する。出口側第２連結流路９４ｂは、同様に、前記第２セパレータ１８を貫通する複数の排出孔部９６ｂを有し、前記排出孔部９６ｂは、複数の連通路９７ｂを介して燃料ガス出口連通孔３２ｂに連通する。

第３シール部材７８は、第３セパレータ２０の面２０ａ側の外周端部に近接して設けられる外側シール７８ａを備える。この外側シール７８ａの内方には、第２酸化剤ガス流路６６を囲繞する内側シール７８ｂが設けられる。第３シール部材７８は、第３セパレータ２０の面２０ｂの外周端部に近接して設けられる外側シール７８ｃと、冷却媒体流路４４を囲繞して設けられる内側シール７８ｄとを有する。

このように構成される燃料電池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セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３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（図１参照）。

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から第１セパレータ１４と第２セパレータ１８との間に形成された裏面側連通路８４ａ及び連通路９７ａに導入される。図４に示すように、裏面側連通路８４ａに導入された燃料ガスは、外側供給孔部８２ａを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、図５に示すように、燃料ガスは、連通路８４ｂを通って内側供給孔部８２ｂから面１４ａ側に導入される。

このため、図４に示すように、燃料ガスは、内側供給孔部８２ｂを通って入口バッファ部３８に送られ、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。

また、連通路９７ａに導入された燃料ガスは、図１に示すように、供給孔部９６ａを通って第２セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、燃料ガスは、面１８ｂ側で入口バッファ部６０に供給された後、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、図４に示すように、出口バッファ部４０から内側排出孔部９０ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。

図５に示すように、面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部９０ａに導入され、再度、面１４ａ側に移動する。このため、図４に示すように、燃料ガスは、外側排出孔部９０ａから裏面側連通路９２ａを通って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、図１に示すように、出口バッファ部６２から排出孔部９６ｂを通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、連通路９７ａを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１セパレータ１４と第３セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図５、図８及び図９に示すように、出口側第１連結流路部８０ｂにおいて、複数の仕切り部８８ｂを介し各連通路９２ｂと各外側排出孔部９０ａ及び各内側排出孔部９０ｂとが個別に連通し且つそれぞれ独立した複数の出口側連続流路８６ｂが形成されている。このため、各連通路９２ｂ間で、互いにバイパスすることがなく、第１燃料ガス流路３６を通って発電に使用された燃料ガスに伴って外側排出孔部９０ａから各連通路９２ｂに導入される生成水は、連結シール７４ｅ内に滞留することがない。

各出口側連続流路８６ｂは、互いに独立して設けられるため、一部の連通路９２ｂに生成水が滞留しても、この一部の連通路９２ｂを有する出口側連続流路８６ｂの圧損が高くなり、該出口側連続流路８６ｂから生成水を排出することができるからである。

これにより、第１の実施形態では、各出口側連続流路８６ｂ毎の排水性を向上させて滞留水を抑制するとともに、燃料ガスの分配性を良好に維持し、効率的な発電を安定して行うことが可能になるという効果が得られる。

さらに、各出口側連続流路８６ｂは、第１セパレータ１４の面１４ａ側に設けられ、燃料ガス出口連通孔３２ｂと外側排出孔部９０ａとを連通する複数の裏面側連通路９２ａを有している。従って、出口側連続流路８６ｂは、内側排出孔部９０ｂ、連通路９２ｂ、外側排出孔部９０ａ及び裏面側連通路９２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連続し、且つ互いに独立して構成されている。これにより、実質的に、第１燃料ガス流路３６から燃料ガス出口連通孔３２ｂに連続する複数の配管構造が形成され、排水性が一層向上するという利点が得られる。

一方、入口側第１連結流路部８０ａには、仕切り部８８ａを介して複数の入口側連続流路８６ａが形成されている。このため、複数の連通路８４ｂのいずれかが結露水によって閉塞されても、この連通路８４ｂを含む入口側連続流路８６ａの圧損が高くなることにより、前記結露水を確実に排出することができる。従って、第１燃料ガス流路３６に燃料ガスを良好に分配供給することができる他、上記の出口側連続流路８６ｂと同様の効果が得られる。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ１００の一部斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する第１セパレータ１４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。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

第１セパレータ１００を構成する出口側第１連結流路部１０２ｂには、連結シール７４ｅにより周回される閉空間に一体成形される仕切り部１０４を備える。仕切り部１０４は、平面状を有し、連結シール７４ｅの上面位置よりも低く設定される。

仕切り部１０４には、第１セパレータ１００を貫通して複数の外側排出孔部９０ａ及び複数の内側排出孔部９０ｂが形成されるとともに、各外側排出孔部９０ａと各内側排出孔部９０ｂとは、連通路９２ｂを介して連通する。外側排出孔部９０ａ、連通路９２ｂ及び内側排出孔部９０ｂにより、さらには、裏面側連通路９２ａにより、それぞれ独立した複数の出口側連続流路８６ｂ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、それぞれ独立した複数の出口側連続流路８６ｂが設けられており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第２の実施形態では、出口側第１連結流路部１０２ｂについてのみ説明したが、第１の実施形態と同様に、入口側第１連結流路部（図示せず）にも構成することができる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ１１０の一部斜視説明図である。

第１セパレータ１１０を構成する出口側第１連結流路部１１２ｂは、連結シール７４ｅに囲繞される閉空間内に着脱自在な仕切り部１１４を備える。第１セパレータ１１０には、連結シール７４ｅに囲繞される領域内に外側排出孔部９０ａと内側排出孔部９０ｂとがそれぞれ複数ずつ形成される。

仕切り部１１４は、第１シール部材７４と同一の材料又は樹脂材料等で構成された略矩形状を有し、連結シール７４ｅよりも高さ方向に低い寸法に設定される（図１２参照）。

仕切り部１１４には、各外側排出孔部９０ａと各内側排出孔部９０ｂとを個別に且つ独立して連通する連通路（凹部）１１６が複数形成される。仕切り部１１４が連結シール７４ｅ内に配設されることにより、内側排出孔部９０ｂ、連通路１１６及び外側排出孔部９０ａ（さらに、裏面側連通路９２ａ）を有する複数の出口側連続流路８６ｂが、互いに独立して形成される。

このように構成される第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる他、仕切り部１１４が個別に構成されるとともに、この仕切り部１１４が連結シール７４ｅ内に配置されるため、構成の簡素化が図られるという利点が得られる。

１０…燃料電池 １２…発電ユニット
１４、１８、２０、１００、１１０…セパレータ
１６ａ、１６ｂ…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
４４…冷却媒体流路 ５０、６６…酸化剤ガス流路
７４、７６、７８…シール部材 ８０ａ…入口側第１連結流路部
８０ｂ、１０２ｂ、１１２ｂ…出口側第１連結流路部
８２ａ…外側供給孔部 ８２ｂ…内側供給孔部
８４ａ、９２ａ…裏面側連通路
８４ｂ、９２ｂ、９７ａ、９７ｂ、１１６…連通路
８６ａ…入口側連続流路 ８６ｂ…出口側連続流路
８８ａ、８８ｂ、１０４、１１４…仕切り部
９０ａ…外側排出孔部 ９０ｂ…内側排出孔部

Claims (4)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されるとともに、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路部が設けられる燃料電池であって、
   前記連結流路部は、一方のセパレータを積層方向に貫通し、前記反応ガス連通孔に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第１開口部と、
   前記一方のセパレータを積層方向に貫通し、前記反応ガス流路に近接して前記反応ガスを通過させる複数の第２開口部と、
   前記第１開口部と前記第２開口部とを連通させる複数の連通路と、
   各連通路と各第１開口部及び各第２開口部とを個別に連通させ且つそれぞれ独立した複数の連続流路を形成するための仕切り部と、
   を備え、
   前記連続流路は、前記反応ガスを、前記第１開口部を介して前記一方のセパレータの一方面から他方面に流通させ、前記第２開口部を介して前記他方面から前記一方面に流通させることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、複数の前記連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、
   前記仕切り部は、前記シール部材により一体成形されることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１記載の燃料電池において、複数の前記連通路を一体に周回して閉空間を形成するシール部材を備え、
   前記仕切り部は、前記閉空間に個別に装着されることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記連結流路部は、前記連通路とは反対のセパレータ面に形成され、前記反応ガス連通孔と複数の前記第１開口部とを連通させる複数の裏面側連通路を有し、
   複数の前記連続流路は、前記第２開口部、前記連通路、前記第１開口部及び前記裏面側連通路から前記反応ガス連通孔に連続し且つ互いに独立して構成されることを特徴とする燃料電池。

Images