JP6388443B2 - 固体高分子形燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池に関する。

固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質体を燃料極及び酸化極で挟んだセルと、水素ガスを含有する燃料ガスを流通させる燃料側流通溝を一方面に形成されて酸素ガスを含有する酸化ガスを流通させる酸化側流通溝を他方面に形成されたセパレータとを例えば鉛直方向と交差する方向へ向かって交互に複数積層したスタックを備えてなっている。

このような固体高分子形燃料電池においては、前記スタックの前記セパレータの前記燃料側流通溝に燃料ガスを流通させて前記セルの前記燃料極に供給すると共に、前記酸化側流通溝に酸化ガスを流通させて前記セルの前記酸化極に供給することにより、当該セルにおいて、燃料ガス中の水素ガスと酸化ガス中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて、電力を得ることができる。

そして、上記固体高分子形燃料電池では、上記電気化学反応に伴って水が生成するため、生成した当該水を、上記電気化学反応に寄与しなかった残ガスと共に上記流通溝から下方の回収室にまとめて回収して、さらに下方の排出マニホールドを介してスタックの外部へ排出することができるようになっている。

特開２００４−１８５９４４号公報 特開２０１４−１６４８４９号公報

ところで、前述したような固体高分子形燃料電池においては、スタックをできるだけ小さくすることが求められていることから、例えば、セパレータの厚さをできるだけ薄くすることが検討されている。

しかしながら、セパレータの厚さを薄くすると、前記回収室の厚さも薄くなって、前記水が当該回収室内に表面張力によって留まり易くなってしまうため、前記流通溝内を前記ガスが流通しにくくなり、発電効率の低下を招いてしまうおそれがあった。

このようなことから、本発明は、回収室内の水の滞留を大きく抑制することができる固体高分子形燃料電池を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質体を燃料極及び酸化極で挟んだセルとセパレータとを鉛直方向と交差する方向へ向かって交互に複数積層したスタックを備えている固体高分子形燃料電池であって、前記セパレータが、前記セルの前記燃料極と対向する面に形成されて燃料ガスを流通させる燃料側流通溝と、前記セルの前記酸化極と対向する面に形成されて酸化ガスを流通させる酸化側流通溝と、厚さ方向へ貫通するように前記燃料側流通溝の上方側に形成されて燃料ガスを供給する燃料側供給マニホールドと、厚さ方向へ貫通するように前記酸化側流通溝の上方側に形成されて酸化ガスを供給する酸化側供給マニホールドと、前記燃料側供給マニホールドの下方側に形成されて当該燃料側供給マニホールドに接続する燃料側分配室と、前記酸化側供給マニホールドの下方側に形成されて当該酸化側供給マニホールドに接続する酸化側分配室と、前記燃料側分配室と前記燃料側流通溝との間に形成されて当該間を接続する燃料側供給孔と、前記酸化側分配室と前記酸化側流通溝との間に形成されて当該間を接続する酸化側供給孔と、厚さ方向へ貫通するように前記燃料側流通溝の下方側に形成された燃料側排出マニホールドと、厚さ方向へ貫通するように前記酸化側流通溝の下方側に形成された酸化側排出マニホールドと、前記燃料側排出マニホールドの上方側に形成されて当該燃料側排出マニホールドに接続する燃料側回収室と、前記酸化側排出マニホールドの上方側に形成されて当該酸化側排出マニホールドに接続する酸化側回収室と、前記燃料側流通溝と前記燃料側回収室との間に形成されて当該間を接続する複数の燃料側排出孔と、前記酸化側流通溝と前記酸化側回収室との間に形成されて当該間を接続する複数の酸化側排出孔と、前記燃料側回収室の内部に設けられて前記燃料側排出孔からのガス及び水を案内する複数の燃料側排出ガイドリブと、前記酸化側回収室の内部に設けられて前記酸化側排出孔からのガス及び水を案内する複数の酸化側排出ガイドリブとを有し、前記セパレータの前記燃料側回収室及び前記酸化側回収室の少なくとも一方が、接続する前記排出マニホールド側に位置するほど低い高さ位置の底面となるように、当該底面を傾斜させていると共に、前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面と各前記燃料側排出ガイドリブの下端との間の各距離及び前記酸化側回収室の底面と各前記酸化側排出ガイドリブの下端との間の各距離の少なくとも一方の各距離を同一にするように、各前記燃料側排出ガイドリブの下端及び各前記酸化側排出ガイドリブの下端の少なくとも一方が、高さ位置をそれぞれ設定されていることを特徴とする。

また、第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池は、第一番目の発明において、前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の少なくとも一方が、円弧状をなす曲面となっていることを特徴とする。

また、第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池は、第一番目又は第二番目の発明において、前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分の高さ位置及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の高さ位置の少なくとも一方が、当該セパレータの厚さ方向で異なるように変化していることを特徴とする。

また、第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の少なくとも一方に、水の表面エネルギを低下させるコーティングが施されていることを特徴とする。

本発明に係る固体高分子形燃料電池によれば、前記セパレータの前記回収室の前記底面が傾斜することから、当該底面上に水が溜まりにくく、前記排出マニホールド内へ流れやすくなると共に、前記排出ガイドリブの高さ位置が上述したように設定されていることから、上記底面上を流れる水が当該排出ガイドリブで阻害されることはないので、当該セパレータの当該回収室内に送給された水が、当該回収室内に滞留することなく上記排出マニホールド内へ流入し、スタックの外部へ排出されるようになる。そのため、スタックをできるだけ小さくするように前記セパレータの厚さを薄くすることにより、前記回収室の厚さが薄くなっても、当該回収室内の水の滞留を大きく抑制することができるので、前記流通溝内を前記ガスが流通しやすくなり、発電効率の低下を防止することができる。

本発明に係る固体高分子形燃料電池の第一番目の実施形態のスタックの要部の抽出拡大図である。 図１のセパレータの燃料側セパレータの内側の概略構成図である。 図１のセパレータの燃料側セパレータの外側の概略構成図である。 図２，３のIV−IV線断面矢線視図である。 図１のセパレータの酸化側セパレータの内側の概略構成図である。 図１のセパレータの酸化側セパレータの外側の概略構成図である。 図５，６のVII − VII線断面矢線視図である。 図１のセパレータの仕切板の燃料側セパレータとの対面側の概略構成図である。 図１のセパレータの仕切板の酸化側セパレータとの対面側の概略構成図である。 本発明に係る固体高分子形燃料電池の第二番目の実施形態のスタックの要部の抽出拡大図である。 図１０のセパレータの燃料側セパレータの内側の概略構成図である。 図１１のXII − XII線断面矢線視図である。 図１０のセパレータの酸化側セパレータの内側の概略構成図である。 図１３のXIV − XIV線断面矢線視図である。 本発明に係る固体高分子形燃料電池の他の実施形態のスタックの要部の抽出拡大断面図である。

本発明に係る固体高分子形燃料電池の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る固体高分子形燃料電池の第一番目の実施形態を図１〜９に基づいて説明する。

本実施形態に係る固体高分子形燃料電池は、図１に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質体１１１を、ガス透過性及び導電性を有する燃料極１１２及び酸化極１１３で挟んだセル（単電池）１１０と、水素ガスを含有する燃料ガスを流通させる燃料側流通溝を一方面側に形成されて酸素ガスを含有する酸化ガスを流通させる酸化側流通溝を他方面側に形成された導電性を有するセパレータ１２０とを鉛直方向と交差する方向へ向かって交互に複数積層したスタック１００を備えてなっている。

図１〜７に示すように、前記セパレータ１２０は、前記セル１１０の前記燃料極１１２との対向側（一方側）に位置して当該燃料極１１２との対向面（図４中、右側面）の中央部分に燃料ガス１を流通させるように長手方向を上下方向へ向けた燃料側流通溝１２１ｅが幅方向（図３中、左右方向）に沿って複数形成された燃料側セパレータ１２１と、前記セル１１０の前記酸化極１１３との対向側（他方側）に位置して当該酸化極１１３との対向面（図７中、左側面）の中央部分に酸化ガス２を流通させるように長手方向を上下方向へ向けた酸化側流通溝１２２ｅが幅方向（図６中、左右方向）に沿って複数形成された酸化側セパレータ１２２と、前記燃料側セパレータ１２１と前記酸化側セパレータ１２２との対向面間を仕切る仕切板１２３とを備えてなっている。

図２〜４に示すように、前記燃料側セパレータ１２１は、燃料ガス１を供給する燃料側供給マニホールド１２１ａが上方側の一方寄り（図２中、右寄り、図３中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、酸化ガス２を供給する酸化側供給マニホールド１２１ｂが上方側の他方寄り（図２中、左寄り、図３中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった燃料ガス１の残ガス１ａを排出する燃料側排出マニホールド１２１ｃが下方側の他方寄り（図２中、左寄り、図３中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった酸化ガス２の残ガス２ａを排出する酸化側排出マニホールド１２１ｄが下方側の一方寄り（図２中、右寄り、図３中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成されている。

そして、前記燃料側セパレータ１２１は、前記燃料側供給マニホールド１２１ａの下方側で当該燃料側供給マニホールド１２１ａに接続する燃料側分配室１２１ｆが前記仕切板１２３との対向面（図４中、左側面）に形成され、前記燃料側分配室１２１ｆの下側と各前記燃料側流通溝１２１ｅの上端との間を厚さ方向へ貫通して接続する燃料側供給孔１２１ｇが複数形成され、前記燃料側排出マニホールド１２１ｃの上方側で当該燃料側排出マニホールド１２１ｃに接続する燃料側回収室１２１ｈが前記仕切板１２３との対向面（図４中、左側面）に形成され、前記燃料側回収室１２１ｈの上側と各前記燃料側流通溝１２１ｅの下端との間を厚さ方向へ貫通して接続する燃料側排出孔１２１ｉが複数形成されている。

前記燃料側セパレータ１２１の前記燃料側回収室１２１ｈは、底面１２１ｈａが、当該燃料側セパレータ１２１の幅方向（図２中、左右方向）で前記燃料側排出マニホールド１２１ｃ側に位置するほど当該燃料側セパレータ１２１の高さ方向（図２中、上下方向）で低い高さ位置となるように漏斗状に傾斜すると共に、当該底面１２１ｈａの当該燃料側排出マニホールド１２１ｃとの接続部分が角形とならないように円弧状をなす曲面１２１ｈｂとなっている。

また、前記燃料側セパレータ１２１の前記燃料側分配室１２１ｆ内の、隣り合う前記燃料側供給孔１２１ｇの各間には、前記燃料側供給マニホールド１２１ａからの燃料ガス１を各上記燃料側供給孔１２１ｇへ案内する燃料側供給ガイドリブ１２１ｊが長手方向を上下方向へ向けるようにしてそれぞれ突設されており、当該燃料側供給ガイドリブ１２１ｊは、すべての上記間に設けられている。

前記燃料側セパレータ１２１の前記燃料側回収室１２１ｈ内の、隣り合う前記燃料側排出孔１２１ｉの間には、当該燃料側排出孔１２１ｉからの残ガス１ａ及び水３を前記燃料側排出マニホールド１２１ｃへ向かうように案内する燃料側排出ガイドリブ１２１ｋが長手方向を上下方向へ向けるようにして突設されており、当該燃料側排出ガイドリブ１２１ｋは、一部の上記間のみに（本実施形態では幅方向一つおきに）設けられている。

前記燃料側セパレータ１２１の各前記燃料側排出ガイドリブ１２１ｋの下端（先端）は、その延長線上に位置する前記燃料側回収室１２１ｈの前記底面１２１ｈａとの間の各距離、若しくは、その延長線上に位置する前記燃料側排出マニホールド１２１ｃの上端との間の各距離をすべて略同一にするように高さ位置が設定、すなわち、当該燃料側セパレータ１２１の幅方向（図２中、左右方向）で前記燃料側排出マニホールド１２１ｃから離れる箇所に位置するほど当該燃料側セパレータ１２１の高さ方向（図２中、上下方向）で高い位置に位置するように設定されている。

なお、図２，３中、１２１ｍは、前記燃料側回収室１２１ｈ内の残ガス１ａ及び水３を前記燃料側排出マニホールド１２１ｃへ案内するように当該燃料側回収室１２１ｈ内の当該燃料側排出マニホールド１２１ｃの上方で長手方向を上下方向へ向けると共に前記燃料側セパレータ１２１の幅方向（図２中、左右方向）へわたって所定の間隔ごとに複数突設された燃料側排出ガイドリブである。

図５〜７に示すように、前記酸化側セパレータ１２２は、燃料ガス１を供給する燃料側供給マニホールド１２２ａが上方側の一方寄り（図５中、右寄り、図６中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、酸化ガス２を供給する酸化側供給マニホールド１２２ｂが上方側の他方寄り（図５中、左寄り、図６中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった燃料ガス１の残ガス１ａを排出する燃料側排出マニホールド１２２ｃが下方側の他方寄り（図５中、左寄り、図６中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった酸化ガス２の残ガス２ａを排出する酸化側排出マニホールド１２２ｄが下方側の一方寄り（図５中、右寄り、図６中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成されている。

そして、前記酸化側セパレータ１２２は、前記酸化側供給マニホールド１２２ｂの下方側で当該酸化側供給マニホールド１２２ｂに接続する酸化側分配室１２２ｆが前記仕切板１２３との対向面（図７中、右側面）に形成され、前記酸化側分配室１２２ｆの下側と各前記酸化側流通溝１２２ｅの上端との間を厚さ方向へ貫通して接続する酸化側供給孔１２２ｇが複数形成され、前記酸化側排出マニホールド１２２ｄの上方側で当該酸化側排出マニホールド１２２ｄに接続する酸化側回収室１２２ｈが前記仕切板１２３との対向面（図７中、右側面）に形成され、前記酸化側回収室１２２ｈの上側と各前記酸化側流通溝１２２ｅの下端との間を厚さ方向へ貫通して連結する酸化側排出孔１２２ｉが複数形成されている。

前記酸化側セパレータ１２２の前記酸化側回収室１２２ｈは、底面１２２ｈａが、当該酸化側セパレータ１２２の幅方向（図５中、左右方向）で前記酸化側排出マニホールド１２２ｄ側に位置するほど当該酸化側セパレータ１２１の高さ方向（図５中、上下方向）で低い高さ位置となるように漏斗状に傾斜すると共に、当該底面１２２ｈａの当該酸化側排出マニホールド１２２ｄとの接続部分が角形とならないように円弧状をなす曲面１２２ｈｂとなっている。

また、前記酸化側セパレータ１２２の前記酸化側分配室１２２ｆ内の、隣り合う前記酸化側供給孔１２２ｇの各間には、前記酸化側供給マニホールド１２２ｂからの酸化ガス２を各上記酸化側供給孔１２２ｇへ案内する酸化側供給ガイドリブ１２２ｊが長手方向を上下方向へ向けるようにしてそれぞれ突設されており、当該酸化側供給ガイドリブ１２２ｊは、すべての上記間に設けられている。

前記酸化側セパレータ１２２の前記酸化側回収室１２２ｈ内の、隣り合う前記酸化側排出孔１２２ｉの間には、当該酸化側排出孔１２２ｉからの残ガス２ａ及び水３を前記酸化側排出マニホールド１２２ｄへ向かうように案内する酸化側排出ガイドリブ１２２ｋが長手方向を上下方向へ向けるようにして突設されており、当該酸化側排出ガイドリブ１２２ｋは、一部の上記間のみに（本実施形態では幅方向一つおきに）設けられている。

前記酸化側セパレータ１２２の各前記酸化側排出ガイドリブ１２２ｋの下端（先端）は、その延長線上に位置する前記酸化側回収室１２２ｈの前記底面１２２ｈａとの間の各距離、若しくは、その延長線上に位置する前記酸化側排出マニホールド１２２ｄの上端との間の各距離をすべて略同一にするように高さ位置が設定、すなわち、当該酸化側セパレータ１２２の幅方向（図５中、左右方向）で前記酸化側排出マニホールド１２２ｄから離れる箇所に位置するほど当該酸化側セパレータ１２２の高さ方向（図５中、上下方向）で高い位置に位置するように設定されている。

なお、図５，６中、１２２ｍは、前記酸化側回収室１２２ｈ内の残ガス２ａ及び水３を前記酸化側排出マニホールド１２２ｄへ案内するように当該酸化側回収室１２２ｈ内の当該酸化側排出マニホールド１２２ｄの上方で長手方向を上下方向へ向けると共に前記酸化側セパレータ１２２の幅方向（図５中、左右方向）へわたって所定の間隔ごとに複数突設された酸化側排出ガイドリブである。

図８，９に示すように、前記仕切板１２３は、燃料ガス１を供給する燃料側供給マニホールド１２３ａが上方側の他方寄り（図８中、左寄り、図９中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、酸化ガス２を供給する酸化側供給マニホールド１２３ｂが上方側の一方寄り（図８中、右寄り、図９中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった燃料ガス１の残ガス１ａを排出する燃料側排出マニホールド１２３ｃが下方側の一方寄り（図８中、右寄り、図９中、左寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成され、電気化学反応に寄与しなかった酸化ガス２の残ガス２ａを排出する酸化側排出マニホールド１２３ｄが下方側の他方寄り（図８中、左寄り、図９中、右寄り）に厚さ方向へ貫通するように形成されている。

このようにして構成されたスタック１００を備えてなる本実施形態に係る固体高分子形燃料電池においては、当該スタック１００の前記セパレータ１２０の前記燃料側供給マニホールド１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ内に燃料ガス１が流通すると共に、前記酸化側供給マニホールド１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ内に酸化ガス２が流通すると、当該燃料ガス１が前記燃料側セパレータ１２１の前記燃料側分配室１２１ｆ内に流入して前記燃料側供給ガイドリブ１２１ｊで前記燃料側供給孔１２１ｇ内へ案内されて前記燃料側流通溝１２１ｅ内に送給され、前記セル１１０の前記燃料極１１２に供給されると共に、当該酸化ガス２が前記酸化側セパレータ１２２の前記酸化側分配室１２２ｆ内に流入して前記酸化側供給ガイドリブ１２２ｊで前記酸化側供給孔１２２ｇ内へ案内されて前記酸化側流通溝１２２ｅ内に送給され、前記セル１１０の前記酸化極１１３に供給される。

前記セル１１０に燃料ガス１及び酸化ガス２が供給されると、燃料ガス１中の水素ガスと酸化ガス２中の酸素ガスとが当該セル１１０で電気化学的に反応し、電力が発生すると共に、水３が生成する。

生成した水３は、上記電気化学反応に寄与しなかった残ガス１ａ，２ａと共に、前記セパレータ１２１，１２２の前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅを流通して前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内に流入して前記回収室１２１ｈ，１２２ｈ内に送給される。

このとき、上述したように、前記セパレータ１２１，１２２の前記回収室１２１ｈ，１２２ｈの前記底面１２１ｈａ，１２２ｈａが漏斗状に傾斜していることから、当該底面１２１ｈａ，１２２ｈａ上に水３が溜まりにくく、前記排出マニホールド１２１ｃ，１２２ｄ内へ流れやすくなると共に、前記排出ガイドリブ１２１ｋ，１２２ｋが前記酸化側排出マニホールド１２２ｄから離れる箇所に位置するほど高い位置に位置するように設定されていることから、上記底面１２１ｈａ，１２２ｈａ上を流れる水３が当該排出ガイドリブ１２１ｋ，１２２ｋで阻害されることはない。

このため、前記セパレータ１２１，１２２の前記回収室１２１ｈ，１２２ｈ内に送給された水３は、当該回収室１２１ｈ，１２２ｈ内に滞留することなく上記排出マニホールド１２１ｃ，１２２ｄ内へ流入し、スタック１００の外部へ排出されるようになる。

したがって、本実施形態によれば、スタック１００をできるだけ小さくするように前記セパレータ１２０の厚さを薄くすることにより、前記回収室１２１ｈ，１２２ｈの厚さが薄くなっても、当該回収室１２１ｈ，１２２ｈ内の水３の滞留を大きく抑制することができるので、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内を前記ガス１，２が流通しやすくなり、発電効率の低下を防止することができる。

また、前記セパレータ１２１，１２２の前記回収室１２１ｈ，１２２ｈの前記底面１２１ｈａ，１２２ｈａの前記排出マニホールド１２１ｂ，１２２ｄとの接続部分が曲面１２１ｈｂ，１２２ｈｂとなっていることから、当該底面１２１ｈａ，１２２ｈａ上に表面張力によって滞留する水３の高さを低くすることができるので、当該回収室１２１ｈ，１２２ｈ内の水３の滞留をさらに確実に抑制することができる。

〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る固体高分子形燃料電池の第二番目の実施形態を図１０〜１４に基づいて説明する。なお、前述した実施形態と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。

本実施形態に係る固体高分子形燃料電池は、図１０に示すように、固体高分子電解質体１１１を燃料極１１２及び酸化極１１３で挟んだセル（単電池）１１０と、水素ガスを含有する燃料ガスを流通させる燃料側流通溝を一方面側に形成されて酸素ガスを含有する酸化ガスを流通させる酸化側流通溝を他方面側に形成された導電性を有するセパレータ２２０とを鉛直方向と交差する方向へ向かって交互に複数積層したスタック２００を備えてなっている。

前記セパレータ２２０は、前記セル１１０の前記燃料極１１２との対向側（一方側）に位置して当該燃料極１１２との対向面（図１１中、紙面奥側）の中央部分に燃料ガス１を流通させるように長手方向を上下方向へ向けた燃料側流通溝１２１ｅが幅方向（図１１中、左右方向）に沿って複数形成された燃料側セパレータ２２１と、前記セル１１０の前記酸化極１１３との対向側（他方側）に位置して当該酸化極１１３との対向面（図１３中、紙面奥側）の中央部分に酸化ガス２を流通させるように長手方向を上下方向へ向けた酸化側流通溝１２２ｅが幅方向（図１３中、左右方向）に沿って複数形成された酸化側セパレータ２２２と、前記燃料側セパレータ２２１と前記酸化側セパレータ２２２との対向面間を仕切る仕切板１２３とを備えてなっている。

図１１に示すように、前記燃料側セパレータ２２１は、燃料側供給マニホールド１２１ａと、酸化側供給マニホールド１２１ｂと、燃料側排出マニホールド１２１ｃと、酸化側排出マニホールド１２１ｄと、燃料側流通溝１２１ｅと、燃料側分配室１２１ｆと、燃料側供給孔１２１ｇと、燃料側排出孔１２１ｉと、燃料側供給ガイドリブ１２１ｊと、燃料側排出ガイドリブ１２１ｋ，１２１ｍとが、前述した実施形態に係る前記燃料側セパレータ１２１と同様にして形成されている。

また、前記燃料側排出マニホールド１２１ｃの上方側で当該燃料側排出マニホールド１２１ｃに接続する燃料側回収室２２１ｈは、前述した実施形態の燃料側回収室１２１ｈと同様に、底面２２１ｈａが漏斗状に傾斜すると共に、当該底面２２１ｈａの上記燃料側排出マニホールド１２１ｃとの接続部分が曲面２２１ｈｂとなっている。

そして、図１１，１２に示すように、前記燃料側セパレータ２２１の前記燃料側回収室２２１ｈの前記底面２２１ｈａは、前記セル１１０の前記燃料極１１２との対向側（図１２中、右側）よりも前記仕切板１２３側（図１２中、左側）ほど高さ位置が低くなるように、当該燃料側セパレータ２２１の厚さ方向（図１２中、左右方向）に傾斜、すなわち、当該燃料側セパレータ２２１の厚さ方向（図１２中、左右方向）で連続的に異なるように変化している。

図１３に示すように、前記酸化側セパレータ２２２は、燃料側供給マニホールド１２２ａと、酸化側供給マニホールド１２２ｂと、燃料側排出マニホールド１２２ｃと、酸化側排出マニホールド１２２ｄと、酸化側流通溝１２２ｅと、酸化側分配室１２２ｆと、酸化側供給孔１２２ｇと、酸化側排出孔１２２ｉと、酸化側供給ガイドリブ１２２ｊと、酸化側排出ガイドリブ１２２ｋ，１２２ｍとが、前述した実施形態に係る前記酸化側セパレータ１２２と同様にして形成されている。

また、前記酸化側排出マニホールド１２１ｄの上方側で当該酸化側排出マニホールド１２１ｄに接続する酸化側回収室２２２ｈは、前述した実施形態の酸化側回収室１２２ｈと同様に、底面２２２ｈａが漏斗状に傾斜すると共に、当該底面２２１ｈａの上記酸化側排出マニホールド１２２ｄとの接続部分が曲面２２２ｈｂとなっている。

そして、図１３，１４に示すように、前記酸化側セパレータ２２２の前記酸化側回収室２２２ｈの前記底面２２２ｈａは、前記セル１１０の前記酸化極１１３との対向側（図１４中、右側）よりも前記仕切板１２３側（図１４中、左側）ほど高さ位置が低くなるように、当該酸化側セパレータ２２２の厚さ方向（図１４中、左右方向）に傾斜、すなわち、当該酸化側セパレータ２２２の厚さ方向（図１４中、左右方向）で連続的に異なるように変化している。

このようにして構成されたスタック２００を備えてなる本実施形態に係る固体高分子形燃料電池においては、前述した実施形態の場合と同様にして、燃料ガス１及び酸化ガス２を供給することにより、燃料ガス１中の水素ガスと酸化ガス２中の酸素ガスとが電気化学的に反応して、電力が発生すると共に、水３が生成し、上記電気化学反応に寄与しなかった残ガス１ａ，２ａと共に、上記水３が前記セパレータ２２１，２２２の前記回収室２２１ｈ，２２２ｈ内に送給される。

このとき、前述した実施形態と同様に、前記セパレータ２２１，２２２の前記回収室２２１ｈ，２２２ｈの前記底面２２１ｈａ，２２２ｈａが漏斗状に傾斜していることから、当該底面２２１ｈａ，２２２ｈａ上に水３が溜まりにくく、前記排出マニホールド１２１ｃ，１２２ｄ内へ流れやすくなると共に、前記排出ガイドリブ１２１ｋ，１２２ｋが前記排出マニホールド１２１ｃ，１２２ｄから離れる箇所に位置するほど高い位置に位置するように設定されていることから、上記底面２２１ｈａ，２２２ｈａ上を流れる水３が当該排出ガイドリブ１２１ｋ，１２２ｋで阻害されることはない。

さらに、本実施形態においては、上述したように、前記セパレータ２２１，２２２の前記回収室２２１ｈ，２２２ｈの前記底面２２１ｈａ，２２２ｈａが当該セパレータ２２１，２２２の厚さ方向（図１２，１４中、左右方向）に傾斜、すなわち、前記セパレータ２２１，２２２の厚さ方向（図１２，１４中、左右方向）で連続的に異なるように変化していることから、当該底面２２１ｈａ，２２２ｈａと当該底面２２１ｈａ，２２２ｈａ上の水３の液面との間の長さ（高さ）を当該セパレータ２２１，２２２の厚さ方向で連続的に異ならせることができるので、当該底面２２１ｈａ，２２２ｈａ上の水３に生じる表面張力が当該セパレータ２２１，２２２の厚さ方向で異なるようになり、当該底面２２１ｈａ，２２２ｈａ上に水３がさらに滞留しにくくなる。

したがって、本実施形態によれば、スタック２００をできるだけ小さくするように前記セパレータ２２０の厚さを薄くすることにより、前記回収室２２１ｈ，２２２ｈの厚さが薄くなっても、前述した実施形態の場合よりも、上記回収室２２１ｈ，２２２ｈ内の水３の滞留をさらに確実に抑制することができる。

〈他の実施形態〉
なお、前述した第二番目の実施形態においては、前記セル１１０の前記電極１１２，１１３との対向側（図１２，１４中、右側）よりも前記仕切板１２３側（図１２，１４中、左側）ほど高さ位置が低くなるように、厚さ方向（図１２，１４中、左右方向）に傾斜、すなわち、厚さ方向（図１２，１４中、左右方向）で連続的に異なるように変化する前記底面２２１ｈａ，２２２ｈａをなす前記回収室２２１ｈ，２２２ｈを有する前記セパレータ２２１，２２２を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、図１５に示すように、前記セル１１０の前記電極１１２，１１３との対向側（図１５中、右側）よりも前記仕切板１２３側（図１５中、左側）の高さ位置が低くなるように、厚さ方向（図１５中、左右方向）に階段状をなす、すなわち、厚さ方向（図１５中、左右方向）で断続的に異なるように変化する前記底面３２１ｈａ，３２２ｈａをなす前記回収室３２１ｈ，３２２ｈを有する前記セパレータ３２１，３２２を適用することも可能である。

さらに、例えば、前記仕切板１２３側よりも前記セル１１０の前記電極１１２，１１３との対向側の高さ位置が低くなるように、厚さ方向に傾斜又は階段状をなす、すなわち、厚さ方向で連続的又は断続的に異なるように変化する底面をなす燃料側回収室や酸化側回収室を有する燃料側セパレータや酸化側セパレータを適用することも可能である。

くわえて、例えば、燃料側セパレータの燃料側回収室の底面及び酸化側セパレータの酸化側回収室の底面に、水の表面エネルギを低下させるコーティング（例えば、フッ素樹脂等）を施すと、当該底面上に水がさらに滞留しにくくなり、上記回収室内の水の滞留をさらに確実に抑制することができるので、非常に好ましい。

また、前述した実施形態においては、燃料側セパレータの燃料側回収室の底面及び酸化側セパレータの酸化側回収室の底面の全長にわたって、高さ位置を前記厚さ方向で連続的又は断続的に異ならせるように変化させた場合や、上記コーティングを施した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、燃料側セパレータの燃料側回収室の底面の少なくとも燃料側排出マニホールドとの接続部分及び酸化側セパレータの酸化側回収室の底面の少なくとも酸化側排出マニホールドとの接続部分において、高さ位置が前記厚さ方向で連続的又は断続的に異なるように変化してる場合や、上記コーティングが施されている場合であれば、前述した実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

また、前述した実施形態においては、燃料側セパレータの燃料側回収室及び酸化側セパレータの酸化側回収室の両方に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、燃料側セパレータの燃料側回収室及び酸化側セパレータの酸化側回収室のいずれか一方だけに適用することも可能である。

ここで、前記電気化学的反応に伴って生成する前記水３は、前記燃料極１１２側よりも前記酸化極１１３側の方が多いので、燃料側セパレータの燃料側回収室及び酸化側セパレータの酸化側回収室の少なくとも酸化側セパレータの酸化側回収室に適用すると、好ましい。

本発明に係る固体高分子形燃料電池は、前記セパレータの前記回収室内の水の滞留を大きく抑制することができ、前記流通溝内を前記ガスが流通しやすくなり、発電効率の低下を防止することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

１ 燃料ガス
１ａ 残ガス
２ 酸化ガス
２ａ 残ガス
３ 水
１００，２００ スタック
１１０ セル
１１１ 固体高分子電解質体
１１２ 燃料極
１１３ 酸化極
１２０，２２０ セパレータ
１２１，２２１，３２１ 燃料側セパレータ
１２１ａ 燃料側供給マニホールド
１２１ｂ 酸化側供給マニホールド
１２１ｃ 燃料側排出マニホールド
１２１ｄ 酸化側排出マニホールド
１２１ｅ 燃料側流通溝
１２１ｆ 燃料側分配室
１２１ｇ 燃料側供給孔
１２１ｈ，２２１ｈ，３２１ｈ 燃料側回収室
１２１ｈａ，２２１ｈａ，３２１ｈａ 底面
１２１ｈｂ，２２１ｈｂ 曲面
１２１ｉ 燃料側排出孔
１２１ｊ 燃料側供給ガイドリブ
１２１ｋ，１２１ｍ 燃料側排出ガイドリブ
１２２，２２２，３２２ 酸化側セパレータ
１２２ａ 燃料側供給マニホールド
１２２ｂ 酸化側供給マニホールド
１２２ｃ 燃料側排出マニホールド
１２２ｄ 酸化側排出マニホールド
１２２ｅ 酸化側流通溝
１２２ｆ 酸化側分配室
１２２ｇ 酸化側供給孔
１２２ｈ，２２２ｈ，３２２ｈ 酸化側回収室
１２２ｈａ，２２２ｈａ，３２２ｈａ 底面
１２２ｈｂ，２２２ｈｂ 曲面
１２２ｉ 酸化側排出孔
１２２ｊ 酸化側供給ガイドリブ
１２２ｋ，１２２ｍ 酸化側排出ガイドリブ
１２３ 仕切板
１２３ａ 燃料側供給マニホールド
１２３ｂ 酸化側供給マニホールド
１２３ｃ 燃料側排出マニホールド
１２３ｄ 酸化側排出マニホールド

Claims (4)

1. 固体高分子電解質体を燃料極及び酸化極で挟んだセルとセパレータとを鉛直方向と交差する方向へ向かって交互に複数積層したスタックを備えている固体高分子形燃料電池であって、
   前記セパレータが、
   前記セルの前記燃料極と対向する面に形成されて燃料ガスを流通させる燃料側流通溝と、
   前記セルの前記酸化極と対向する面に形成されて酸化ガスを流通させる酸化側流通溝と、
   厚さ方向へ貫通するように前記燃料側流通溝の上方側に形成されて燃料ガスを供給する燃料側供給マニホールドと、
   厚さ方向へ貫通するように前記酸化側流通溝の上方側に形成されて酸化ガスを供給する酸化側供給マニホールドと、
   前記燃料側供給マニホールドの下方側に形成されて当該燃料側供給マニホールドに接続する燃料側分配室と、
   前記酸化側供給マニホールドの下方側に形成されて当該酸化側供給マニホールドに接続する酸化側分配室と、
   前記燃料側分配室と前記燃料側流通溝との間に形成されて当該間を接続する燃料側供給孔と、
   前記酸化側分配室と前記酸化側流通溝との間に形成されて当該間を接続する酸化側供給孔と、
   厚さ方向へ貫通するように前記燃料側流通溝の下方側に形成された燃料側排出マニホールドと、
   厚さ方向へ貫通するように前記酸化側流通溝の下方側に形成された酸化側排出マニホールドと、
   前記燃料側排出マニホールドの上方側に形成されて当該燃料側排出マニホールドに接続する燃料側回収室と、
   前記酸化側排出マニホールドの上方側に形成されて当該酸化側排出マニホールドに接続する酸化側回収室と、
   前記燃料側流通溝と前記燃料側回収室との間に形成されて当該間を接続する複数の燃料側排出孔と、
   前記酸化側流通溝と前記酸化側回収室との間に形成されて当該間を接続する複数の酸化側排出孔と、
   前記燃料側回収室の内部に設けられて前記燃料側排出孔からのガス及び水を案内する複数の燃料側排出ガイドリブと、
   前記酸化側回収室の内部に設けられて前記酸化側排出孔からのガス及び水を案内する複数の酸化側排出ガイドリブと
   を有し、
   前記セパレータの前記燃料側回収室及び前記酸化側回収室の少なくとも一方が、接続する前記排出マニホールド側に位置するほど低い高さ位置の底面となるように、当該底面を傾斜させていると共に、
   前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面と各前記燃料側排出ガイドリブの下端との間の各距離及び前記酸化側回収室の底面と各前記酸化側排出ガイドリブの下端との間の各距離の少なくとも一方の各距離を同一にするように、各前記燃料側排出ガイドリブの下端及び各前記酸化側排出ガイドリブの下端の少なくとも一方が、高さ位置をそれぞれ設定されている
   ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
2. 請求項１に記載の固体高分子形燃料電池において、
   前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の少なくとも一方が、円弧状をなす曲面となっている
   ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固体高分子形燃料電池において、
   前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分の高さ位置及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の高さ位置の少なくとも一方が、当該セパレータの厚さ方向で異なるように変化している
   ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池において、
   前記セパレータの前記燃料側回収室の前記底面の前記燃料側排出マニホールドとの接続部分及び前記酸化側回収室の前記底面の前記酸化側排出マニホールドとの接続部分の少なくとも一方に、水の表面エネルギを低下させるコーティングが施されている
   ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。

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