JP5415122B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される複数の単位セルを備え、一方の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って酸化剤ガスを供給する波形状酸化剤ガス流路溝が設けられるとともに、他方の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガスを供給する波形状燃料ガス流路溝が設けられる燃料電池スタックに関する。

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、一対の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、一方の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が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、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が設けられている。また、互いに隣接するセパレータ間には、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、発電反応によりカソード側電極に生成水が発生する一方、アノード側電極には、前記生成水が逆拡散している。このため、反応ガス流路の下端側には、水分が凝縮して滞留し易く、凝縮水によるフラッディングが惹起するおそれがある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質燃料電池では、図１２に示すように、電解質１の両面側にアノード極２ａ、カソード極２ｂがそれぞれ配置される積層体３と、前記積層体３のアノード極２ａ側に設けられ、前記アノード極２ａに燃料を供給する燃料流路４ａを有する燃料配流板４と、前記積層体３のカソード極２ｂ側に設けられ、前記カソード極２ｂに酸化剤を供給する酸化剤流路５ａを有する酸化剤配流板５とを具備している。

そして、酸化剤配流板５の酸化剤流路５ａの深さあるいは幅の少なくともいずれかを酸化剤の上流流路域から下流流路域に沿って徐々に小さくしている。このため、酸化剤の下流流路域での流速が早くなり、カソード極２ｂ側での生成水や移動水の排出が良好になり、さらに酸化剤中の酸素のガス拡散も良好となり、安定した電池反応を維持できる、としている。

特開平６−２６７５６４号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、酸化剤流路５ａの深さや幅を変更させるため、酸化剤配流板５の厚さや面方向の寸法が大きくなるおそれがある。しかも、酸化剤流路５ａの溝形状が複雑化するとともに、酸化剤配流板５の製造コストが高騰して経済的では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、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路の下流側に滞留し易い生成水を確実に排出することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが交互に積層され、２以上の前記金属セパレータを有する単位セルを複数備え、各単位セルにおける積層方向一方端の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って酸化剤ガスを供給する平面視が波形状の波形状酸化剤ガス流路溝が設けられるとともに、各単位セルにおける積層方向他方端の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガスを供給する平面視が波形状の波形状燃料ガス流路溝が設けられる燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックは、互いに隣接する単位セル間には、波形状酸化剤ガス流路溝の裏面凸形状と波形状燃料ガス流路溝の裏面凸形状とにより、酸化剤ガス及び燃料ガスと同一の流れ方向に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体を前記冷却媒体流路に供給する入口連通孔側である前記冷却媒体流路の上流側に比べて、前記冷却媒体を前記冷却媒体流路から排出する出口連通孔側である該冷却媒体流路の下流側が小さく設定されている。

また、各裏面凸形状は、周期的に変化するとともに、冷却媒体流路の上流側で、互いに同一の位相に設定される一方、前記冷却媒体流路の下流側で、互いに異なる位相に設定されることが好ましい。

さらに、波形状酸化剤ガス流路溝又は波形状燃料ガス流路溝は、周期的に変化するとともに、冷却媒体流路の下流側で位相が反転する位相反転部位を有することが好ましい。

さらにまた、波形状酸化剤ガス流路溝又は波形状燃料ガス流路溝は、周期的に変化するとともに、冷却媒体流路の下流側で直線部位を介して半位相ずらしたことが好ましい。

また、この燃料電池スタックは、単位セルは、水平方向に積層されるとともに、金属セパレータの重力方向上端側に、積層方向に貫通して、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス入口連通孔及び冷却媒体入口連通孔が設けられ、前記金属セパレータの重力方向下端側に、前記積層方向に貫通して、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けられることが好ましい。

本発明によれば、冷却媒体流路を形成する各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体流路の上流側に比べて下流側が小さく設定されている。このため、冷却媒体流路の下流側は、抵抗過電圧が大きくなり、発熱が促進される。

従って、波形状酸化剤ガス流路溝や波形状燃料ガス流路溝の下流側に移動した生成水は、容易に気化することができ、前記生成水が結露することを良好に抑制することができる。これにより、波形状酸化剤ガス流路溝や波形状燃料ガス流路溝に沿って酸化剤ガスや燃料ガスが円滑且つ確実に流れることが可能になり、効率的な発電が確実に遂行可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記発電ユニット間に形成される冷却媒体流路の説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１燃料ガス流路及び第１酸化剤ガス流路の透過説明図である。 前記冷却媒体流路を構成する接触部の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記発電ユニット間に形成される冷却媒体流路の説明図である。 前記冷却媒体流路を構成する接触部の説明図である。 特許文献１の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット（単位セル）１２を水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層して構成される。

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ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縦長形状の金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

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、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。

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。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、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３０ａ、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３２ａ、及び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。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、及び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１及び図３に示すように、第１金属セパレータ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部３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、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。

波状流路溝部３６ａは、上流側（上部側）から中流側には、同一の位相を有する第１位相領域４２ａを有するとともに、下流側（下部側）には、位相反転部４３を介して位相が反転される第２位相領域４２ｂが設けられる。位相反転部４３は、図３中、二点鎖線に示す下部側部分の位相を途中で反転させることにより、半ピッチずれた波状流路を形成する。

第１金属セパレータ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の一部が形成される。面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６を構成する複数の波状流路溝部３６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部４４ａが形成される。

波状流路溝部４４ａは、図４に概略的に示されるように、波状流路溝部３６ａの裏面凸形状の間に形成されており、上流側（上部側）から中流側に、第１位相領域４６ａを有するとともに、下流側（下部側）には、位相が反転する第２位相領域４６ｂが設けられる。

図１に示すように、第２金属セパレータ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部５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

図５に示すように、波状流路溝部５０ａは、第１燃料ガス流路３６を構成する波状流路溝部３６ａに対向している。第１位相領域４２ａでは、波状流路溝部５０ａと波状流路溝部３６ａとが、同一の位相に設定される一方、第２位相領域４２ｂでは、前記波状流路溝部５０ａと前記波状流路溝部３６ａとが、異なる位相に設定される。

第２金属セパレータ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５８が形成される。図１に示すように、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部５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、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２燃料ガス流路５８は、第１酸化剤ガス流路５０の裏面形状である一方、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２は、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４の裏面形状である。

第３金属セパレータ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部６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。波状流路溝部６６ａは、波状流路溝部５８ａと対向しており、前記波状流路溝部６６ａと前記波状流路溝部５８ａとは、同一の位相に設定される。

第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６を構成する複数の波状流路溝部６６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部４４ｂが形成される。

図４に示すように、第１金属セパレータ１４の波状流路溝部４４ａと、第３金属セパレータ２０の波状流路溝部４４ｂとが重なり合って、冷却媒体流路４４が形成される。

波状流路溝部４４ａの第１位相領域４６ａでは、前記波状流路溝部４４ａと波状流路溝部４４ｂとが、同一の位相で且つ互いに矢印Ｃ方向に延在する波状流路を形成する一方、前記波状流路溝部４４ａの第２位相領域４６ｂでは、前記波状流路溝部４４ａと前記波状流路溝部４４ｂとが、異なる位相を有する。

図６に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂと第３金属セパレータ２０の面２０ｂとが重なり合うことにより、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士が接触して連続接触部７２ａ及び断続接触部７２ｂが設けられる。

連続接触部７２ａは、各裏面凸形状が同一の位相であるために、矢印Ｃ方向に波状に延在するとともに、各連続接触部７２ａ間には、矢印Ｃ方向に波状に延在する複数本の流路が形成される。断続接触部７２ｂは、各裏面凸形状の位相が異なって点接触となり、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体流路４４の上流側に比べて下流側が小さく設定される。

図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ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金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ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金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ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金属セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。

第２金属セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路４４が形成される。

このように構成される燃料電池スタック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金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ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。

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から外側供給孔部８０ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、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（図１参照）。

また、燃料ガスは、図２に示すように、供給孔部８４を通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図１に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で第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、内側排出孔部８２ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、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、排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、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、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動して発電ユニット１２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４に示すように、冷却媒体流路４４を構成する波状流路溝部４４ａは、冷却媒体入口連通孔３４ａ側から中流領域に延在する第１位相領域４６ａで、波状流路溝部４４ｂと同一の位相に設定されている。さらに、波状流路溝部４４ａは、冷却媒体出口連通孔３４ｂ側の第２位相領域（下流領域）４６ｂで、波状流路溝部４４ｂと異なる位相に設定されている。

これにより、図６に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂと第３金属セパレータ２０の面２０ｂとが重なり合うことにより、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士が接触して連続接触部７２ａ及び断続接触部７２ｂが設けられている。従って、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体流路４４の上流側に比べて下流側が小さく設定され、前記冷却媒体流路４４の下流側は、抵抗過電圧が大きくなり、発熱が促進される。

このため、波状流路溝部５０ａ、６６ａ（波形状酸化剤ガス流路溝）や波状流路溝部３６ａ、５８ａ（波形状燃料ガス流路溝）の下流側に移動した生成水は、容易に気化することができ、前記生成水が結露することを良好に抑制することができる。これにより、波状流路溝部５０ａ、６６ａや波状流路溝部３６ａ、５８ａに沿って酸化剤ガスや燃料ガスが円滑且つ確実に流れることが可能になり、効率的な発電が確実に遂行可能になるという効果が得られる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成する発電ユニット９２の要部分解斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。

発電ユニット（単位セル）９２は、電解質膜・電極構造体９４を第１金属セパレータ９６及び第２金属セパレータ９８により挟持して構成される。電解質膜・電極構造体９４は、固体高分子電解質膜２２の両面にアノード側電極２４とカソード側電極２６とが設けられ、前記アノード側電極２４及び前記カソード側電極２６は、同一の表面積に設定される。

第１金属セパレータ９６の電解質膜・電極構造体９４に向かう面１４ａには、第１燃料ガス流路３６が形成される。第１金属セパレータ９６の面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である冷却媒体流路４４の波状流路溝部４４ａが形成される。

第２金属セパレータ９８の電解質膜・電極構造体９４に向かう面２０ａには、第２酸化剤ガス流路６６が形成される。この第２金属セパレータ９８の面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状である冷却媒体流路４４の波状流路溝部４４ｂが形成される。

互いに隣接する発電ユニット９２間には、一方の発電ユニット９２を構成する第１金属セパレータ９６の面１４ｂと、他方の発電ユニット９２を構成する第２金属セパレータ９８の面２０ｂとの間に、冷却媒体流路４４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、冷却媒体流路４４が、第１燃料ガス流路３６の裏面形状と第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状とにより形成されており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１００を構成する発電ユニット（単位セル）１０２の要部分解斜視説明図である。

発電ユニット１０２は、第１金属セパレータ１０４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。

図８及び図９に示すように、第１金属セパレータ１０４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３６が形成される。

第１燃料ガス流路３６を構成する波状流路溝部３６ａは、上流側（上部側）から中流側には、同一の位相を有する第１位相領域１０６ａを有するとともに、下流側（下部側）には、直線部位１０８を介して半位相ずらした第２位相領域１０６ｂが設けられる。直線部位１０８は、図９中、二点鎖線に示す下部側部分の位相を途中で、半ピッチずれた波状流路を形成する。

図１０に示すように、第１金属セパレータ１０４の波状流路溝部４４ａと、第３金属セパレータ２０の波状流路溝部４４ｂとが重なり合って、冷却媒体流路４４が形成される。

波状流路溝部４４ａの第１位相領域１０６ａでは、前記波状流路溝部４４ａと波状流路溝部４４ｂとが、同一の位相で且つ互いに矢印Ｃ方向に延在する波状流路を形成する一方、前記波状流路溝部４４ａの第２位相領域１０６ｂでは、前記波状流路溝部４４ａと前記波状流路溝部４４ｂとが、異なる位相を有する。

図１１に示すように、第１金属セパレータ１０４の面１４ｂと第３金属セパレータ２０の面２０ｂとが重なり合うことにより、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士が接触して連続接触部１１０ａ及び断続接触部１１０ｂが設けられる。

連続接触部１１０ａは、各裏面凸形状が同一の位相であるために、矢印Ｃ方向に波状に延在するとともに、各連続接触部１１０ａ間には、矢印Ｃ方向に波状に延在する複数本の流路が形成される。断続接触部１１０ｂは、各裏面凸形状の位相が異なって点接触となり、冷却媒体流路４４を形成する各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体流路４４の上流側に比べて下流側が小さく設定される。

これにより、第３の実施形態では、冷却媒体流路４４の下流側は、抵抗過電圧が大きくなって発熱が促進されるため、波状流路溝部５０ａ、６６ａ（波形状酸化剤ガス流路溝）や波状流路溝部３６ａ、５８ａ（波形状燃料ガス流路溝）の下流側に移動した生成水の排水性が良好に向上し、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。

１０、９０、１００…燃料電池スタック
１２、９２、１０２…発電ユニット
１４、１８、２０、９６、９８、１０４…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ、９４…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
３６ａ、４４ａ、４４ｂ、５０ａ、５８ａ、６６ａ…波状流路溝部
４２ａ、４２ｂ、４６ａ、４６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ…位相領域
４３…位相反転部 ４４…冷却媒体流路
５０、６６…酸化剤ガス流路 ７２ａ、１１０ａ…連続接触部
７２ｂ、１１０ｂ…断続接触部 １０８…直線部位

Claims (5)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとが交互に積層され、２以上の前記金属セパレータを有する単位セルを複数備え、各単位セルにおける積層方向一方端の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って酸化剤ガスを供給する平面視が波形状の波形状酸化剤ガス流路溝が設けられるとともに、各単位セルにおける積層方向他方端の金属セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガスを供給する平面視が波形状の波形状燃料ガス流路溝が設けられる燃料電池スタックであって、
   互いに隣接する前記単位セル間には、前記波形状酸化剤ガス流路溝の裏面凸形状と前記波形状燃料ガス流路溝の裏面凸形状とにより、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスと同一の流れ方向に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、
   各裏面凸形状同士の接触面積は、前記冷却媒体を前記冷却媒体流路に供給する入口連通孔側である前記冷却媒体流路の上流側に比べて、前記冷却媒体を前記冷却媒体流路から排出する出口連通孔側である該冷却媒体流路の下流側が小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、各裏面凸形状は、周期的に変化するとともに、前記冷却媒体流路の上流側で、互いに同一の位相に設定される一方、前記冷却媒体流路の下流側で、互いに異なる位相に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記波形状酸化剤ガス流路溝又は前記波形状燃料ガス流路溝は、周期的に変化するとともに、前記冷却媒体流路の下流側で位相が反転する位相反転部位を有することを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記波形状酸化剤ガス流路溝又は前記波形状燃料ガス流路溝は、周期的に変化するとともに、前記冷却媒体流路の下流側で直線部位を介して半位相ずらしたことを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記単位セルは、水平方向に積層されるとともに、
   前記金属セパレータの重力方向上端側に、積層方向に貫通して、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス入口連通孔及び冷却媒体入口連通孔が設けられ、
   前記金属セパレータの重力方向下端側に、前記積層方向に貫通して、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。

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