JP6388444B2 - 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セパレータの上記流通溝の下方の排出孔を介して当該セパレータ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２０１４−１６４８４９号公報 特開２００８−１４７１７８号公報 特開２００８−１４７１７９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、近年、コンパクト化を図る観点から、スタックをできるだけ小さくすることが求められており、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、前述したような固体高分子形燃料電池においては、前記セパレータの前記流通溝から前記回収室への排水性を高めるために、当該セパレータの厚さを厚くして当該回収室の厚さ方向のスペースを十分に確保できるようにしていることから、当該セパレータの厚さを薄くすると、当該回収室の厚さ（深さ）も薄く（浅く）なって、上記流通溝から当該回収室への排水性が低下して、当該流通溝内に前記ガスが流通しにくくなり、発電効率の低下を招くおそれがあった。

このようなことから、本発明は、セパレータの厚さを薄くしても、流通溝から回収室への排水性の低下を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を有し、前記セパレータの前記燃料側排出孔及び前記酸化側排出孔の少なくとも一方の高さ方向の長さＨｄが、接続する前記流通溝の、当該セパレータの厚さ方向の長さＤｐよりも大きい（Ｈｄ＞Ｄｐ）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、前記排出孔の前記長さＨｄが、前記流通溝の前記長さＤｐの２〜１０倍である（２Ｄｐ≦Ｈｄ≦１０Ｄｐ）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、前記燃料側流通溝の前記燃料側排出孔との接続部分、前記酸化側流通溝の前記酸化側排出孔との接続部分、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分、のうちの少なくとも一つが、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、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分の底面、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分の底面、のうちの少なくとも一つに、切欠きが形成されていることを特徴とする。

また、第五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記セパレータの、前記燃料側流通溝の前記燃料側排出孔との接続部分、前記酸化側流通溝の前記酸化側排出孔との接続部分、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分、のうちの少なくとも一つに、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、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、前記回収室の深さ（厚さ方向の長さ）が浅く（短く）なっても、前記流通溝から当該回収室への排水性の低下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を流通し易くすることができ、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主な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他の実施形態のセパレータの概略構成図であって、Ａが燃料側セパレータの要部の抽出拡大断面図であり、Ｂが酸化側セパレータ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さらに他の実施形態の燃料側セパレータの概略構成図であって、Ａが要部の抽出拡大図であり、Ｂがその断面図である。 本発明に係る固体高分子形燃料電池のさらに他の実施形態の酸化側セパレータの概略構成図であって、Ａが要部の抽出拡大図であり、Ｂがその断面図である。

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。

〈主な実施形態〉
本発明に係る固体高分子形燃料電池の主な実施形態を図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の前記燃料側供給孔１２１ｇは、前記燃料側供給室１２１ｆとの接続部分の開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｃが、当該燃料側供給室１２１ｆ及び前記燃料側流通溝１２１ｅの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｃ，Ｄｐと略同等の大きさをなしている（Ｈｃ≒Ｄｃ，Ｈｃ≒Ｄｐ）。これに対し、前記燃料側排出孔１２１ｉは、前記燃料側回収室１２１ｈとの接続部分の開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｄが、前記燃料側流通溝１２１ｅの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｐよりも大きくなっている（Ｈｄ＞Ｄｐ、本実施形態では、Ｈｄ＝５Ｄｐ）。

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。

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の前記酸化側供給孔１２２ｇは、前記酸化側供給室１２２ｆとの接続部分の開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｃが、当該酸化側供給室１２２ｆ及び前記酸化側流通溝１２２ｅの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｃ，Ｄｐと略同等の大きさをなしている（Ｈｃ≒Ｄｃ，Ｈｃ≒Ｄｐ）。これに対し、前記酸化側排出孔１２２ｉは、前記酸化側回収室１２２ｈとの接続部分の開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｄが、前記酸化側流通溝１２２ｅの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｐよりも大きくなっている（Ｈｄ＞Ｄｐ、本実施形態では、Ｈｄ＝５Ｄｐ）。

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。

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の前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉの前記開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｄが、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｐよりも大きくなっている（Ｈｄ＞Ｄｐ）ことから、当該流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内に水３が溜まりにくく、前記回収室１２１ｈ，１２２ｈ内へ水３が流れやすくなる。

このため、前記セパレータ１２１，１２２の前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内に生成した水３は、当該流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内で液柱となって滞留することなく上記排出孔１２１ｉ，１２２ｉから前記回収室１２１ｈ，１２２ｈ内へ送出され、前記排出マニホールド１２１ｄ、１２２ｄを介してスタック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１２１，１２２の厚さＴｓを薄く（約２０％削減）することにより、前記回収室１２１ｈ，１２２ｈの深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｄが浅く（短く）なっても（Ｄｄ＝Ｄｐ）、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅから当該回収室１２１ｈ、１２２ｈへの排水性の低下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。

なお、前記セパレータ１２１，１２２の前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉの前記開口高さ（高さ方向の長さ）Ｈｄは、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅの前記深さ（厚さ方向の長さ）Ｄｐの２〜１０倍（２Ｄｐ≦Ｈｄ≦１０Ｄｐ）であると好ましく、５〜８倍（５Ｄｐ≦Ｈｄ≦８Ｄｐ）であると非常に好ましい。なぜなら、前記開口高さＨｄが、前記深さＤｐの２倍以上になると（Ｈｄ≧２Ｄｐ）、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内からの水３の排出性が非常に高くなって、発電効率の低下が非常に小さくなり、前記深さＤｐの５倍以上になると（Ｈｄ≧５Ｄｐ）、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内からの水３の排出性が極めて高くなって、発電効率の低下が極めて小さくなる一方、前記深さＤｐの８倍を超えると（Ｈｄ＞８Ｄｐ）、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内からの排水性及び発電効率が大きく向上しなくなり、前記深さＤｐの１０倍を超えると（Ｈｄ＞１０Ｄｐ）、当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉが無駄に大きくなってしまうからである。

〈他の実施形態〉
なお、本発明に係る固体高分子形燃料電池の他の実施形態として、例えば、図１０に示すように、前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅの前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉとの接続部分を、円弧状をなすように丸めた曲面１２１ｅａ，１２２ｅａにしたり、前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉの前記回収室１２１ｈ，１２２ｈとの接続部分を、円弧状をなすように面取りした曲面１２１ｉａ，１２２ｉａにしたりすると、上記流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内や上記排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内での滞留にかかる水３の表面張力をより低下させることができ、当該流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内や当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内での水３の滞留をさらに確実に抑制することができる。

また、本発明に係る固体高分子形燃料電池のさらに他の実施形態として、例えば、図１１，１２に示すように、前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉの前記回収室１２１ｈ，１２２ｈとの接続部分の底面１２１ｉｂ，１２２ｉｂに切欠き１２１ｉｃ，１２２ｉｃを上下方向へ沿って形成すると、当該底面１２１ｉｂ，１２２ｉｂと当該底面１２１ｉｂ，１２２ｉｂ上の水３の液面との間の長さ（高さ）を、当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉからの水３の流出方向（図１１Ｂ，１２Ｂ中、左右方向）と直交する水平方向（図１１Ａ，１２Ａ中、左右方向）で異ならせることができるので、当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内の水３に生じる表面張力を上記流出方向（図１１Ｂ，１２Ｂ中、左右方向）と直交する上記水平方向（図１１Ａ，１２Ａ中、左右方向）で異ならせることができ、当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内での水３の滞留をさらに確実に抑制することができる。

くわえて、例えば、前記セパレータ１２１，１２２の前記流通溝１２１ｅ，１２２ｅの前記排出孔１２１ｉ，１２２ｉとの接続部分や、当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉの前記回収室１２１ｈ，１２２ｈとの接続部分に、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、当該流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内や当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内に水３がさらに滞留しにくくなり、当該流通溝１２１ｅ，１２２ｅ内や当該排出孔１２１ｉ，１２２ｉ内での水３の滞留をさらに確実に抑制することができる。

また、前述した実施形態においては、燃料側セパレータ１２１及び酸化側セパレータ１２２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、燃料側セパレータ及び酸化側セパレータ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、燃料側セパレータ及び酸化側セパレータの少なくとも酸化側セパレータに適用すると、好ましい。

また、本発明に係る固体高分子形燃料電池は、前記特許文献２，３に記載されているような、セルとセパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、燃料ガスや酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続した、いわゆるブロアレスタイプに適用すると、上述した効果が顕著に発現されるようになるため、非常に好ましい。

本発明に係る固体高分子形燃料電池は、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、前記回収室の深さ（厚さ方向の長さ）が浅く（短く）なっても、前記流通溝から当該回収室への排水性の低下を大きく抑制して、前記流通溝内を前記ガスを流通し易くすることができ、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 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 セパレータ
１２１ 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
１２１ｅａ 曲面
１２１ｆ 燃料側分配室
１２１ｇ 燃料側供給孔
１２１ｈ 燃料側回収室
１２１ｉ 燃料側排出孔
１２１ｉａ 曲面
１２１ｉｂ 底面
１２１ｉｃ 切欠き
１２１ｊ 燃料側供給ガイドリブ
１２１ｋ，１２１ｍ 燃料側排出ガイドリブ
１２２ 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
１２２ｅａ 曲面
１２２ｆ 酸化側分配室
１２２ｇ 酸化側供給孔
１２２ｈ 酸化側回収室
１２２ｉ 酸化側排出孔
１２２ｉａ 曲面
１２２ｉｂ 底面
１２２ｉｃ 切欠き
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 (5)

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
   を有し、
   前記セパレータの前記燃料側排出孔及び前記酸化側排出孔の少なくとも一方の高さ方向の長さＨｄが、接続する前記流通溝の、当該セパレータの厚さ方向の長さＤｐよりも大きい（Ｈｄ＞Ｄｐ）
   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、
   前記排出孔の前記長さＨｄが、前記流通溝の前記長さＤｐの２〜１０倍である（２Ｄｐ≦Ｈｄ≦１０Ｄｐ）
   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、前記燃料側流通溝の前記燃料側排出孔との接続部分、前記酸化側流通溝の前記酸化側排出孔との接続部分、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分、のうちの少なくとも一つが、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。
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、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分の底面、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分の底面、のうちの少なくとも一つに、切欠きが形成されている
   ことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
5. 請求項１から請求項４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、前記燃料側流通溝の前記燃料側排出孔との接続部分、前記酸化側流通溝の前記酸化側排出孔との接続部分、前記燃料側排出孔の前記燃料側回収室との接続部分、前記酸化側排出孔の前記酸化側回収室との接続部分、のうちの少なくとも一つに、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。

Images