JP7110971B2 - 燃料電池セル - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池セルに関する。

従来から複数のセルが積層されてなる燃料電池に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、発電セルへの水の流入を抑えることのできる燃料電池を提供することを目的としている。その目的を達成するための手段として、特許文献１は、以下の構成を備えた燃料電池を開示している（同文献、請求項１等を参照）。

燃料電池は、積層された複数の発電セルと、発電セルの積層方向における両端のうちの少なくとも一方に設けられたエンドセルと、発電セルの積層方向に延びる導入路と、を有する。複数の発電セルは、膜電極接合体を有する第１プレートと、その第１プレートを挟む一対の第１セパレータと、それら第１セパレータおよび第１プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第１流路と、を備える。

この従来の燃料電池は、エンドセルに「第１構造」と「第２構造」の少なくとも一方を採用している。これにより、外部で発生して燃料電池の内部に侵入した水を、導入路からエンドセルに流入する発電用ガスの流れによって、エンドセル内に吸引することができ、発電セルへの水の流入を抑えることができる（同文献、第００１０段落等を参照）。

この従来の燃料電池において、各発電セルは、上流側第１セパレータと下流側第１セパレータとの間に平板形状のフレームプレートが挟まれた構造になっている（同文献、第００３０段落、図１等を参照）。上流側第１セパレータの長手方向における中央部分には凹部が形成され、その凹部の底部には複数の流路凸部が形成され、これら流路凸部によって、水素ガス流路が複数の並列路に区画されている（同文献、第００３２－００３４段落、図２等を参照）。

また、フレームプレートは、各流体流路の一部を構成する貫通孔を有している（同文献、第００３５段落、図３等を参照）。発電セルの内部では、それら貫通孔の周縁において、フレームプレートと上流側第１セパレータとが密着し、フレームプレートと上流側第１セパレータとの対向面間において、各流体流路がその外部に対してシールされている。

さらに、フレームプレートには、貫通孔に隣接する位置から凹部に隣接する位置まで延びる長孔が複数形成されている（同文献、第００３６段落、図３等を参照）。これら長孔は、上流側第１セパレータと下流側第１セパレータとの間において、ガス導入路と凹部の内部とを連通する隙間になる。各長孔は、ガス流路の一部を構成する。

特開２０１８－０８５２０７号公報

上記従来の燃料電池は、発電セルの第１セパレータの凹部に設けられた複数の並列路が、ガス導入路に接続される複数の導入流路と、その導入流路を複数本に分岐する分配流路と、を有している（特許文献１、第００３４段落参照）。複数の導入流路のガス導入路側の部分は、フレームプレートに設けられた複数の長孔によって構成されている（同文献、第００３６段落を参照）。

一方、複数の導入流路のガス導入路と反対側の部分は、第１セパレータの凹部に設けられた複数の流路凸部によって区画され、複数の導入流路をすべて横断するように延び、これら複数の導入流路をすべて連通する流路を有している。このような構成では、導入流路の上流側と下流側との間のガスの差圧が低下して、導入流路の排水性が低下するおそれがあり、改善の余地がある。

本開示は、従来よりも発電用ガスの流路の一部の排水性を向上させることが可能な燃料電池セルを提供する。

本開示の一態様は、マニホールド孔を有する一対のセパレータと、該一対のセパレータの間に配置されたフレームと、該フレームの開口部に配置された発電部と、該発電部と前記マニホールド孔とを接続する複数のガス流路と、を備えた燃料電池セルであって、各々の前記ガス流路は、前記フレームに設けられたフレーム溝により画定されて前記マニホールド孔に連通する遠位流路部と、前記セパレータに設けられたセパレータ溝により画定されて前記発電部に連通する近位流路部とを有し、少なくとも前記マニホールド孔に連通する前記遠位流路部の遠位端から前記近位流路部の途中まで、隣接する他の前記ガス流路から独立していることを特徴とする燃料電池セルである。

本開示の上記一態様によれば、発電用ガスの流路の一部であるマニホールド孔と発電部との間のガス流路の上流部と下流部と間の差圧を従来よりも上昇させ、ガス流路の排水性を従来よりも向上させることが可能な燃料電池セルを提供することができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池セルの平面図。 図１に示す燃料電池セルのマニホールド近傍の拡大図。 図１に示す燃料電池セルの変形例１に係るマニホールド近傍の拡大図。 図１に示す燃料電池セルの変形例２に係るマニホールド近傍の拡大図。

以下、図面を参照して本開示に係る燃料電位セル実施形態を説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る燃料電池セル１の平面図である。本実施形態の燃料電池セル１は、たとえば、一対のセパレータ１０，１０と、これら一対のセパレータ１０，１０の間に配置されたフレーム２０と、そのフレーム２０の開口部２０ａに配置された発電部３０とを備えている。

一対のセパレータ１０，１０は、マニホールドＭ１～Ｍ６を構成する複数のマニホールド孔１１～１６を有している。セパレータ１０は、たとえば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼やチタンなどの金属部材など、ガス遮断性および導電性を有する素材によって作られている。

フレーム２０は、たとえば電気絶縁性を有する絶縁材によって構成されている。フレーム２０は、たとえば、熱溶着が可能な可撓性を有するフィルム状の部材に打ち抜き加工を施すことによって、中央部に発電部３０を配置するための開口部２０ａを有する枠状に形成されている。フレーム２０は、外縁部にマニホールドＭ１～Ｍ６を構成する複数のマニホールド開口部２１～２６を有している。フレーム２０は、たとえば、一対のセパレータ１０，１０に溶着され、一対のセパレータ１０，１０を接合する接合材としても機能する。

発電部３０は、たとえば、膜‐電極‐ガス拡散層接合体（Membrane-Electrode-Gas Diffusion Layer Assembly：ＭＥＧＡ）によって構成され、発電用の第１のガスと第２のガスを反応させて発電する。第１のガスは、たとえば水素を含む燃料ガスであり、第２のガスは、たとえば酸素を含む空気などの酸化剤ガスである。

一対のセパレータ１０，１０、フレーム２０、および発電部３０は、発電用ガスの流路である第１のガス流路１００と、図示を省略する第２のガス流路を形成する。図１に示すように、たとえば、第１のガス流路１００は燃料電池セル１の表面側に設けられ、第２のガス流路は燃料電池セル１の背面側に設けられている。

第１のガス流路１００は、燃料電池セル１の外縁部に設けられてマニホールドＭ１，Ｍ２と発電部３０とを接続する複数の外縁部流路１１０と、発電部３０に臨んで長方形のセパレータ１０の長手方向に延びる複数の発電部流路１２０とを有している。図示を省略するが、第２ガス流路は、第１のガス流路１００と同様に、燃料電池セル１の外縁部に設けられてマニホールドＭ３，Ｍ４と発電部３０とを接続する複数の外縁部流路と、発電部３０に臨んで長方形のセパレータ１０の長手方向に延びる複数の発電部流路とを有している。

第１のガス流路１００の複数の発電部流路１２０の一端は、発電用の第１のガスを供給する第１のマニホールドＭ１に、複数の外縁部流路１１０を介して連通している。第１のガス流路１００の複数の発電部流路１２０の他端は、発電部３０での反応に使用されなかった発電用の第１のガスを排出する第２のマニホールドＭ２に、複数の外縁部流路１１０を介して連通している。

また、図示を省略するが、燃料電池セル１の背面側の第２のガス流路の複数の発電部流路の一端は、発電用の第２のガスを供給する第３のマニホールドＭ３に、複数の外縁部流路を介して連通している。第２のガス流路の複数の発電部流路の他端は、発電部３０での反応に使用されなかった発電用の第２のガスを排出する第４のマニホールドＭ４に、複数の外縁部流路を介して連通している。

なお、燃料電池セル１の背面側の第２のガス流路の構成は、図１に示す燃料電池セル１の表面側の第１のガス流路１００の構成と同様である。そのため、以下では第１のガス流路１００の構成を詳細に説明することで、第２のガス流路の構成を併せて説明することとし、第２のガス流路の説明および図示を省略する。

図２は、図１に示す燃料電池セル１のマニホールドＭ２の近傍の拡大図である。なお、図２は、図１に示す燃料電池セル１の表面側と背面側の一対のセパレータ１０，１０のうち、背面側のセパレータ１０を取り外し、フレーム２０を背面側から見た図である。詳細については後述するが、本実施形態の燃料電池セル１は、次の構成を主な特徴としている。

燃料電池セル１は、マニホールド孔１１～１６を有する一対のセパレータ１０，１０と、その一対のセパレータ１０，１０の間に配置されたフレーム２０と、そのフレーム２０の開口部２０ａに配置された発電部３０と、を備えている。また、燃料電池セル１は、発電部３０とマニホールド孔１１～１４とを接続する複数のガス流路である外縁部流路１１０を備えている。各々の外縁部流路１１０は、フレーム２０に設けられたフレーム溝２７により画定されてマニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１と、セパレータ１０に設けられたセパレータ溝１７により画定されて発電部３０に連通する近位流路部１１２とを有している。各々の外縁部流路１１０は、少なくともマニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１の遠位端１１１ａから近位流路部１１２の途中まで、隣接する他の外縁部流路１１０から独立している。

以下、本実施形態の燃料電池セル１の特徴部分の構成を詳細に説明する。

図１および図２に示すように、フレーム２０は、たとえば、中央部の開口部２０ａと周縁部のマニホールド開口部２１～２４の各々との間に、スリット状の複数のフレーム溝２７を有している。フレーム溝２７は、フレーム２０の外縁部に形成されたスリット状の貫通孔または溝であり、フレーム２０の外縁部のマニホールド開口部２１～２４から中央部の開口部２０ａへ向けて放射状に延びている。外縁部流路１１０の遠位流路部１１１は、たとえば、一対のセパレータ１０，１０とフレーム２０のフレーム溝２７とによって画定されている。

図１に示す燃料電池セル１の表面側のセパレータ１０と背面側のセパレータ１０は、フレーム２０および発電部３０に対向する内側の面に、それぞれ、複数の第１のガス流路１００と第２のガス流路を画定する複数のセパレータ溝１７を有している。セパレータ溝１７は、一対のセパレータ１０，１０の内側の面から外側へ向けて陥没した凹状の溝である。換言すると、セパレータ溝１７は、一対のセパレータ１０，１０の内側の面からフレーム２０および発電部３０へ向けて突出する凸部によって画定された溝である。

セパレータ溝１７は、たとえば、セパレータ１０をプレス加工することによって、フレーム２０および発電部３０に対向する一対のセパレータ１０，１０の内側の面に、凹状に形成することができる。一対のセパレータ１０，１０は、セパレータ溝１７の反対側の面、すなわち、対向する一対のセパレータ１０，１０の外側の面に、凸部が形成されていてもよい。

図１に示す燃料電池セル１の第１のガス流路１００において、図２に示す外縁部流路１１０の近位流路部１１２は、たとえば、セパレータ１０のセパレータ溝１７とフレーム２０とによって画定されている。近位流路部１１２は、遠位流路部１１１の発電部３０側の近位端１１１ｂからフレーム２０の開口部２０ａの内側まで延び、遠位流路部１１１を発電部３０に接続している。

また、第１のガス流路１００の一部であり、発電部３０とマニホールド孔１１，１２とを接続する複数のガス流路である複数の外縁部流路１１０の各々は、マニホールド孔１１，１２に連通する遠位端１１０ａから発電部３０に連通する近位端１１０ｂまで独立している。各々の外縁部流路１１０は、一の遠位流路部１１１と、一の近位流路部１１２とによって構成されている。

より具体的には、各々の外縁部流路１１０において、一の遠位流路部１１１の発電部３０側の近位端１１１ｂと、一の近位流路部１１２のマニホールド孔１１，１２側の遠位端１１２ａとが接続されている。すなわち、フレーム２０に設けられたフレーム溝２７の発電部３０側の近位端２７ｂと、セパレータ１０に設けられたセパレータ溝１７のマニホールド孔１１～１４側の遠位端１７ａとが接続されている。より詳細には、セパレータ溝１７の遠位端１７ａの開口に、フレーム溝２７の近位端２７ｂが開口している。

このようにして、遠位流路部１１１の近位端１１１ｂと、近位流路部１１２の遠位端１１２ａとが接続されている。これにより、遠位流路部１１１のマニホールド孔１１，１２側の遠位端１１１ａと、近位流路部１１２の発電部３０側の近位端１１２ｂとが連通している。そして、マニホールド孔１１，１２に連通する外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと、発電部３０に連通する外縁部流路１１０の近位端１１０ｂとが、遠位流路部１１１と近位流路部１１２を介して接続されている。

より詳細には、遠位流路部１１１の遠位端１１１ａは、セパレータ１０のマニホールド孔１１，１２に連通している。すなわち、図１および図２に示す平面視において、フレーム２０のマニホールド開口部２１～２４は、セパレータ１０のマニホールド孔１１～１４よりも小さく、セパレータ１０のマニホールド孔１１～１４の内側に配置されている。また、フレーム溝２７のマニホールド孔１１～１４側の遠位端２７ａは、セパレータ１０のマニホールド孔１１～１４の内側に配置され、マニホールド孔１１～１４に開口している。これにより、フレーム溝２７によって画定された遠位流路部１１１の遠位端１１１ａが、マニホールド孔１１～１４に連通している。

また、近位流路部１１２の近位端１１２ｂは、フレーム２０の開口部２０ａの内側の発電部３０に連通している。より具体的には、図１および図２に示す平面視において、セパレータ１０に設けられたセパレータ溝１７は、遠位端１７ａから、フレーム２０の開口部２０ａの内側の発電部３０まで延び、発電部３０に向けて開口している。これにより、セパレータ溝１７によって画定された近位流路部１１２の近位端１１２ｂが、発電部３０に連通している。

さらに、各々の遠位流路部１１１は、隣接する他の遠位流路部１１１と分離され、隣接する他の遠位流路部１１１と連通せず、独立している。すなわち、遠位流路部１１１を画定するフレーム２０の複数のフレーム溝２７は互いに連通せず、各々のフレーム溝２７が離隔して設けられている。また、各々の近位流路部１１２は、隣接する他の近位流路部１１２と分離され、隣接する他の近位流路部１１２と連通せず、独立している。すなわち、近位流路部１１２を画定するセパレータ１０の複数のセパレータ溝１７は互いに連通せず、各々のセパレータ溝１７が離隔して設けられている。

また、各々の遠位流路部１１１の遠位端１１１ａは、各々の外縁部流路１１０の遠位端１１０ａであり、各々の近位流路部１１２の近位端１１２ｂは、各々の外縁部流路１１０の近位端１１０ｂである。したがって、発電部３０とマニホールド孔１１～１４とを接続するガス流路である各々の外縁部流路１１０は、マニホールド孔１１～１４に連通する遠位端１１０ａから発電部３０に連通する近位端１１０ｂまで、隣接する他の外縁部流路１１０から独立している。

図２に示す例において、近位流路部１１２の各々は、たとえば、マニホールド孔１１～１４側の遠位端１１２ａから発電部３０側の近位端１１２ｂへ向けて、接続部１１２ｃと、第１近位流路部１１２ｄと、第２近位流路部１１２ｅと、を備えている。接続部１１２ｃは、遠位流路部１１１に接続されている。第１近位流路部１１２ｄおよび第２近位流路部１１２ｅは、その接続部１１２ｃに接続されて発電部３０へ向けて延びている。

近位流路部１１２の接続部１１２ｃは、たとえば、図２に示す平面視で、円弧状、半円状、または曲線状の湾曲した流路である。第１近位流路部１１２ｄおよび第２近位流路部１１２ｅは、接続部１１２ｃと発電部３０との間で、直線状または直線部を含む緩やかな曲線状に延びる流路である。接続部１１２ｃは、外周縁の曲率円の直径が遠位流路部１１１の近位端１１１ｂの幅よりも大きく、遠位流路部１１１の近位端１１１ｂに重なる位置に設けられ、遠位流路部１１１の近位端１１１ｂに接続されている。

接続部１１２ｃは、たとえば、マニホールド孔１１，１３から発電部３０へ遠位流路部１１１を介して導入される発電用のガスを、第１近位流路部１１２ｄと第２近位流路部１１２ｅへ分岐させる。また、接続部１１２ｃは、たとえば、発電部３０からマニホールド孔１２，１４へ向けて、第１近位流路部１１２ｄと第２近位流路部１１２ｅを介して排出される発電用のガスを合流させ、遠位流路部１１１へ送り出す。

以下、本実施形態の燃料電池セル１の作用について、従来の燃料電池セルとの対比に基づいて説明する。

本実施形態の燃料電池セル１は、たとえば、複数の燃料電池セル１が積層されて燃料電池スタックを構成する。燃料電池スタックによる発電中には、たとえば、個々の燃料電池セル１に対して、第１のマニホールドＭ１を介して燃料ガスが供給され、第３のマニホールドＭ３を介して酸化剤ガスが供給される。

第１のマニホールドＭ１を介して燃料電池セル１に供給された燃料ガスは、第１のガス流路１００の外縁部流路１１０を介して発電部流路１２０の一端へ流入する。より具体的には、第１のマニホールドＭ１に供給された燃料ガスは、マニホールドＭ１を構成するセパレータ１０のマニホールド孔１１に連通する外縁部流路１１０の遠位流路部１１１の遠位端１１１ａへ流入する。

遠位流路部１１１の遠位端１１１ａへ流入した燃料ガスは、遠位流路部１１１を反対の近位端１１１ｂへ向けて流れ、近位流路部１１２の遠位端１１２ａへ流入する。近位流路部１１２の遠位端１１２ａへ流入した燃料ガスは、近位流路部１１２を反対の近位端１１２ｂへ向けて流れ、発電部３０に臨む発電部流路１２０の一端へ流入する。

前述のように、従来の燃料電池は、発電セルの第１セパレータの凹部に設けられた複数の並列路が、ガス導入路に接続される複数の導入流路と、その導入流路を複数本に分岐する分配流路と、を有している。複数の導入流路のガス導入路側の部分は、フレームプレートに設けられた複数の長孔によって構成されている。また、従来の燃料電池において、複数の導入流路のガス導入路と反対側の部分は、第１セパレータの凹部に設けられた複数の流路凸部によって区画され、複数の導入流路をすべて横断するように延び、これら複数の導入流路をすべて連通する流路を有している。このような構成では、導入流路の上流側と下流側との間のガスの差圧が低下して、導入流路の排水性が低下するおそれがある。

これに対し、本実施形態の燃料電池セル１は、前述のように、マニホールド孔１１～１６を有する一対のセパレータ１０，１０と、その一対のセパレータ１０，１０の間に配置されたフレーム２０と、そのフレーム２０の開口部２０ａに配置された発電部３０と、その発電部３０とマニホールド孔１１～１４とを接続する複数のガス流路である外縁部流路１１０と、を備えている。そして、各々の外縁部流路１１０は、フレーム２０に設けられたフレーム溝２７により画定されてマニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１と、セパレータ１０に設けられたセパレータ溝１７により画定されて発電部３０に連通する近位流路部１１２とを有している。そして、各々の外縁部流路１１０は、少なくともマニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１の遠位端１１１ａから近位流路部１１２の途中まで、隣接する他の外縁部流路１１０から独立している。

この構成により、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと近位端１１０ｂとの間の燃料ガスの差圧を、上記従来の燃料電池の発電セルの導入流路の上流端と下流端との間の燃料ガスの差圧よりも高くすることができる。より詳細には、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａから近位端１１０ｂまでの長さを「ｌ」とし、外縁部流路１１０の直径を「ｄ」とし、外縁部流路１１０を流れるガスの密度を「ρ」とし、そのガスの平均流速を「ｕ」とし、圧力降下係数を「λ」とする。このとき、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと近位端１１０ｂとの間を流れるガスの差圧を「ΔＰ」とすると、以下の式（１）が成立する。

ΔＰ＝λ・（ｌ／ｄ）・（ρ・ｕ^２）／２ …（１）

前述のように、本実施形態の燃料電池セル１は、各々の外縁部流路１１０が、少なくともマニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１の遠位端１１１ａから近位流路部１１２の途中まで、隣接する他の外縁部流路１１０から独立している。一方、上記従来の燃料電池の発電セルは、複数の導入流路が、複数の導入流路をすべて横断するように延び、これら複数の導入流路をすべて連通する流路を有している。

そのため、本実施形態によれば、外縁部流路１１０の長さｌを、上記従来の発電セルの導入流路の長さｌよりも長くすることができる。したがって、本実施形態の燃料電池セル１の外縁部流路１１０と上記従来の発電セルとの間で、上記の式（１）の他のパラメータが同等である場合、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと近位端１１０ｂとの間のガスの差圧ΔＰを、上記従来の発電セルよりも高くすることができる。

その結果、本実施形態の燃料電池セル１によれば、外縁部流路１１０の従来よりも高い差圧ΔＰによって、たとえば、発電用のガスとともに各々の外縁部流路１１０に浸入した水などの液体の排出を促進することができる。したがって、本実施形態によれば、従来よりも発電用ガスの流路の一部である外縁部流路１１０の排水性を向上させることが可能な燃料電池セル１を提供することができる。これにより、たとえば、環境温度が氷点下に達したときに、水などの液体が外縁部流路１１０内で凍結するのを防止することができ、外縁部流路１１０の閉塞を防止できる。

また、本実施形態の燃料電池セル１において、発電部３０とマニホールド孔１１～１４とを接続するガス流路である各々の外縁部流路１１０は、マニホールド孔１１～１４に連通する遠位端１１０ａから発電部３０に連通する近位端１１０ｂまで独立している。これにより、上記の式（１）における外縁部流路１１０の長さｌをより長くすることができ、外縁部流路１１０の差圧ΔＰをより大きくして、外縁部流路１１０の排水性をより向上させることができる。

また、本実施形態の燃料電池セル１において、近位流路部１１２は、遠位流路部１１１に接続された接続部１１２ｃと、その接続部１１２ｃに接続されて発電部３０へ向けて延びる第１近位流路部１１２ｄと、同じく接続部１１２ｃに接続されて発電部３０へ向けて延びる第２近位流路部１１２ｅと、を備えている。この構成により、たとえば、遠位流路部１１１の幅方向における接続部１１２ｃの寸法を遠位流路部１１１の幅よりも拡大することができる。これにより、遠位流路部１１１の近位端１１１ｂと近位流路部１１２の遠位端１１２ａとの位置誤差を許容し、遠位流路部１１１と近位流路部１１２との位置合わせを容易にすることができる。

外縁部流路１１０を流れて発電部３０に臨む発電部流路１２０の一端へ流入した燃料ガスは、発電部流路１２０を他端に向けて流れる過程で、発電部３０における酸化剤ガスとの反応に使用される。第３のマニホールドＭ３に供給された酸化剤ガスは、図示を省略する背面側の第２のガス流路の外縁部流路を介して発電部流路の一端へ流入し、発電部流路を他端に向けて流れる過程で、発電部３０における燃料ガスとの反応に使用される。

ここで、本実施形態の燃料電池セル１は、第３のマニホールドＭ３を構成するセパレータ１０のマニホールド孔１３と発電部３０とを接続する複数のガス流路として、第２のガス流路に、第１のガス流路１００の外縁部流路１１０と同様の複数の外縁部流路を備えている。そのため、前述の第１のガス流路１００の外縁部流路１１０と同様に、マニホールド孔１３と発電部３０とを接続する第２のガス流路の複数の外縁部流路の排水性を従来よりも向上させることができる。

発電部３０における酸化剤ガスとの反応に使用されず、第１のガス流路１００の発電部流路１２０の他端に到達した燃料ガスは、発電部３０と、マニホールドＭ２を構成するセパレータ１０のマニホールド孔１２とを接続する外縁部流路１１０へ流入する。外縁部流路１１０へ流入した燃料ガスは、外縁部流路１１０の近位端１１０ｂから遠位端１１０ａに向けて、近位流路部１１２および遠位流路部１１１を流れて、マニホールド孔１２へ排出される。

ここで、本実施形態の本実施形態の燃料電池セル１は、発電部３０とマニホールド孔１２とを接続する複数のガス流路として、前述の構成を有する複数の外縁部流路１１０を備えている。そのため、前述のように、発電部３０とマニホールド孔１２とを接続する第１のガス流路１００の外縁部流路１１０の排水性を従来よりも向上させ、外縁部流路１１０に浸入した水などの液体を、マニホールド孔１２へ円滑に排出することができる。

発電部３０における燃料ガスとの反応に使用されず、第２のガス流路の発電部流路の他端に到達した酸化剤ガスは、発電部３０と、マニホールドＭ４を構成するセパレータのマニホールド孔１４とを接続する外縁部流路へ流入する。この外縁部流路へ流入した燃料ガスは、外縁部流路の近位端から遠位端に向けて、近位流路部および遠位流路部を流れて、マニホールド孔１４へ排出される。

ここで、本実施形態の本実施形態の燃料電池セル１は、発電部３０とマニホールド孔１４とを接続する複数のガス流路として、前述の構成を有する複数の外縁部流路を備えている。そのため、前述のように、発電部３０とマニホールド孔１４とを接続する第２のガス流路の外縁部流路の排水性を従来よりも向上させ、外縁部流路に浸入した水などの液体を、マニホールド孔１４へ円滑に排出することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりも発電用ガスの流路の一部である外縁部流路１１０の排水性を向上させることが可能な燃料電池セル１を提供することができる。なお、本開示に係る燃料電池セルの構成は、前述の実施形態の燃料電池セル１の構成に限定されない。以下、図３および図４を参照して、前述の実施形態に係る燃料電池セル１の変形例１および２を説明する。

図３は、前述の実施形態に係る燃料電池セル１の変形例１を示す図２に相当する拡大図である。

本変形例に係る燃料電池セルは、発電部３０とマニホールド孔１１～１４を接続するガス流路である外縁部流路１１０が、マニホールド孔１１～１４に連通する遠位流路部１１１の遠位端１１１ａから近位流路部１１２の途中まで、隣接する他の外縁部流路１１０から独立している点で、前述の実施形態に係る燃料電池セル１と異なっている。本変形例に係る燃料電池セルのその他の点は、前述の実施形態に係る燃料電池セル１と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例に係る燃料電池セルは、遠位流路部１１１に接続された近位流路部１１２の遠位端１１２ａと、発電部３０に連通する近位流路部１１２の近位端１１２ｂとの間に、隣り合う近位流路部１１２を接続する共通流路部１１３が設けられている。これにより、本変形例に係る燃料電池セルは、少なくとも二つの隣接するガス流路、すなわち外縁部流路１１０が、近位流路部１１２において共通流路部１１３を介して接続されている。共通流路部１１３は、複数の外縁部流路１１０のすべてを横断せず、複数の外縁部流路１１０を横断する方向において、複数の箇所で分断されている。

このような構成によっても、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと近位端１１０ｂとの間の燃料ガスの差圧を、上記従来の燃料電池の発電セルの導入流路の上流端と下流端との間の燃料ガスの差圧よりも高くすることができる。したがって、本変形例においても、前述の実施形態と同様に、従来よりも発電用ガスの流路の一部である外縁部流路１１０の排水性を向上させることが可能な燃料電池セルを提供することができる。

図４は、前述の実施形態に係る燃料電池セル１の変形例２を示す図２に相当する拡大図である。

本変形例に係る燃料電池セルは、発電部３０とマニホールド孔１１～１４を接続するガス流路である外縁部流路１１０の近位流路部１１２が、第１近位流路部１１２ｄおよび第２近位流路部１１２ｅを有しない点で、前述の実施形態に係る燃料電池セル１と異なっている。本変形例に係る燃料電池セルのその他の点は、前述の実施形態に係る燃料電池セル１と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

このような構成によっても、外縁部流路１１０の遠位端１１０ａと近位端１１０ｂとの間の燃料ガスの差圧を、上記従来の燃料電池の発電セルの導入流路の上流端と下流端との間の燃料ガスの差圧よりも高くすることができる。したがって、本変形例においても、前述の実施形態と同様に、従来よりも発電用ガスの流路の一部である外縁部流路１１０の排水性を向上させることが可能な燃料電池セルを提供することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る燃料電位セルの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ 燃料電池セル
１０ セパレータ
１１ マニホールド孔
１２ マニホールド孔
１３ マニホールド孔
１４ マニホールド孔
１５ マニホールド孔
１６ マニホールド孔
１７ セパレータ溝
２０ フレーム
２０ａ 開口部
２７ フレーム溝
３０ 発電部
１１０ 外縁部流路（ガス流路）
１１０ａ 遠位端
１１０ｂ 近位端
１１１ 遠位流路部
１１１ａ 遠位端
１１２ 近位流路部
１１２ｃ 接続部
１１２ｄ 第１近位流路部
１１２ｅ 第２近位流路部
１１３ 共通流路部

Claims (4)

1. マニホールド孔を有する一対のセパレータと、該一対のセパレータの間に配置されたフレームと、該フレームの開口部に配置された発電部と、該発電部と前記マニホールド孔とを接続する複数のガス流路と、を備えた燃料電池セルであって、
   各々の前記ガス流路は、前記フレームに設けられたフレーム溝により画定されて前記マニホールド孔に連通する遠位流路部と、前記セパレータに設けられたセパレータ溝により画定されて前記発電部に連通する近位流路部とを有し、少なくとも前記マニホールド孔に連通する前記遠位流路部の遠位端から前記近位流路部の途中まで、隣接する他の前記ガス流路から独立しており、
   前記近位流路部は、前記遠位流路部に接続された接続部と、該接続部に接続されて前記発電部へ向けて延びる第１近位流路部と、前記接続部に接続されて前記発電部へ向けて延びる第２近位流路部と、を備えることを特徴とする燃料電池セル。
2. 各々の前記ガス流路は、前記マニホールド孔に連通する遠位端から前記発電部に連通する近位端まで独立していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
3. 少なくとも二つの隣接する前記ガス流路が前記近位流路部において共通流路部を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
4. マニホールド孔を有する一対のセパレータと、該一対のセパレータの間に配置されたフレームと、該フレームの開口部に配置された発電部と、該発電部と前記マニホールド孔とを接続する複数のガス流路と、を備えた燃料電池セルであって、
   各々の前記ガス流路は、前記フレームに設けられたフレーム溝により画定されて前記マニホールド孔に連通する遠位流路部と、前記セパレータに設けられたセパレータ溝により画定されて前記発電部に連通する近位流路部とを有し、少なくとも前記マニホールド孔に連通する前記遠位流路部の遠位端から前記近位流路部の途中まで、隣接する他の前記ガス流路から独立しており、
   少なくとも二つの隣接する前記ガス流路が前記近位流路部において共通流路部を介して接続されていることを特徴とする燃料電池セル。

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