JP7234986B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに関する。

従来、固体高分子形燃料電池は、膜電極接合体を有する発電部と、複数の凸部及び凹部が交互に形成され、発電部を挟持する一対の金属製のセパレータとを含む単セルが複数積層されたスタックを備えている（例えば、特許文献１参照）。

単セルを構成する各セパレータと発電部との間には、凸部及び凹部により区画され、反応ガスが流通するガス流路が形成されている。

特開２０１９－２０４６５９号公報

ところで、燃料電池では、ガス流路内の反応ガスが発電部に到達することで発電が行われるため、ガス流路内の発電部近傍における反応ガスの流量は多いことが好ましい。このため、ガス流路内の発電部近傍における反応ガスの流速を増加させることが望まれている。

しかしながら、ガス流路内の反応ガスの流速は、凸部の突出方向における中央よりも発電部近傍の方が小さくなる。このため、燃料電池の発電性能を高める上では、改善の余地がある。

本発明の目的は、発電部近傍における反応ガスの流速を増加させることができる燃料電池用セパレータを提供することにある。

上記目的を達成するための燃料電池用セパレータは、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに前記発電部に当接する複数の突条と、互いに隣り合う２つの前記突条の間において前記突条に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路と、を有し、前記ガス流路を流れる前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ上流側及び下流側とするとき、ガス流路には、前記発電部に向かって突出するとともに、前記ガス流路の延在方向に沿って延びる複数のリブが設けられており、前記リブは、前記突条の並び方向に互いに間隔をおいて並列する複数の第１リブと、前記並び方向において互いに隣り合う第１リブ同士の間に位置する第２リブと、を含み、前記第１リブの下流側端部には、前記発電部から離間する離間部が設けられており、前記第２リブの上流側端部には、下流側ほど発電部に近接するように傾斜した傾斜部が設けられており、前記傾斜部の少なくとも一部は、前記離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置している。

同構成によれば、反応ガスは、ガス流路のうち第１リブ同士の間を流れることで、その流速が増加する。そして、流速が増加された反応ガスは、離間部よりも下流側に移動する。ここで、傾斜部の少なくとも一部は、離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置しているため、上記流速が増加された反応ガスは、傾斜部に沿って流れることで発電部に向かって流れやすくなる。したがって、発電部近傍における反応ガスの流速を増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記離間部は、下流側ほど前記発電部から離間するように傾斜していることが好ましい。
同構成によれば、離間部は下流側ほど発電部から離間するように傾斜しているため、ガス流路のうち離間部が設けられた部分の流路断面積は、下流側に向かうほど徐々に増大する。そして、こうしたガス流路の流路断面積の増大は、発電部側から徐々に生じる。

以上のことから、第１リブ同士の間を流れる反応ガスは、離間部同士の間を通過する際に、流路断面積が増大する側、すなわち、発電部側に向かって流れやすくなる。したがって、流路断面積の変化に伴う発電部側に向かう反応ガスの流れと、傾斜部に沿って発電部側に向かう反応ガスの流れとの相乗効果によって、発電部近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記離間部と前記傾斜部とは、前記並び方向において重なり合っていることが好ましい。
同構成によれば、離間部同士の間を流れる反応ガスの一部は、離間部を通過する前に傾斜部に沿って発電部側に向かって流れる。このため、反応ガスが、発電部に向かって流れやすくなる。したがって、発電部近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記第１リブの突端面は、前記突条の各々の頂面と同一平面上に位置していることが好ましい。
同構成によれば、各突条の頂面と共に第１リブの突端面が発電部に当接するようになる。このため、第１リブが発電部に当接していない場合に比べて、ガス流路のうち第１リブ同士の間の部分と、当該部分の直ぐ下流側の部分との間における流路断面積の変化率が大きくなり、これらの間における反応ガスの圧力差が大きくなる。これにより、反応ガスが発電部側に向かってより流れやすくなる。したがって、発電部近傍の反応ガスの流速を一層増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記リブの突端面は、前記延在方向の全体にわたって前記突条の各々の頂面よりも前記ガス流路の内側に位置していることが好ましい。
同構成によれば、リブが発電部に当接していないため、リブによって発電部が閉塞されることを抑制できる。したがって、燃料電池における発電性能の低下を抑制できる。

また、上記目的を達成するための燃料電池用セパレータは、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに前記発電部に当接する複数の突条と、互いに隣り合う２つの前記突条の間において前記突条に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路と、を有し、前記ガス流路を流れる前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ上流側及び下流側とするとき、前記突条は、互いに間隔をおいて並列する複数の第１突条と、前記第１突条の並び方向において互いに隣り合う第１突条同士の間に位置する第２突条と、を含み、前記第１突条の下流側端部には、前記発電部から離間する離間部が設けられており、前記第２突条の上流側端部には、下流側ほど発電部に近接するように傾斜した傾斜部が設けられており、前記傾斜部の少なくとも一部は、前記離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置している。

同構成によれば、ガス流路を流れる反応ガスは、離間部よりも下流側に移動する。ここで、傾斜部の少なくとも一部は、離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置しているため、上記反応ガスは、傾斜部に沿って流れることで発電部に向かって流れやすくなる。したがって、発電部近傍における反応ガスの流速を増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記離間部は、下流側ほど前記発電部から離間するように傾斜していることが好ましい。
同構成によれば、離間部は下流側ほど発電部から離間するように傾斜しているため、ガス流路のうち離間部が設けられた部分の流路断面積は、下流側に向かうほど徐々に増大する。そして、こうしたガス流路の流路断面積の増大は、発電部側から徐々に生じる。

以上のことから、ガス流路を流れる反応ガスは、離間部同士の間を通過する際に、流路断面積が増大する側、すなわち、発電部側に向かって流れやすくなる。したがって、ガス流路の流路断面積の変化に伴う発電部側に向かう反応ガスの流れと、傾斜部に沿って発電部側に向かう反応ガスの流れとの相乗効果によって、発電部近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記離間部と前記傾斜部とは、前記並び方向において重なり合っていることが好ましい。
同構成によれば、離間部同士の間を流れる反応ガスの一部は、離間部を通過する前に傾斜部に沿って発電部側に向かって流れる。このため、反応ガスが、発電部に向かって流れやすくなる。したがって、発電部近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

本発明によれば、発電部近傍における反応ガスの流速を増大させることができる。

燃料電池用セパレータの第１実施形態について、当該セパレータを有する単セルを中心とした燃料電池スタックの断面図。 同実施形態の燃料電池用セパレータの斜視図。 同実施形態の燃料電池用セパレータの断面図。 同実施形態の燃料電池用セパレータの平面図。 第２実施形態の燃料電池用セパレータの斜視図。 第２実施形態の燃料電池用セパレータの断面図。 第２実施形態の燃料電池用セパレータの平面図。 第１変更例の燃料電池用セパレータの断面図。 第２変更例の燃料電池用セパレータの平面図。 第３変更例の燃料電池用セパレータの斜視図。 第４変更例の燃料電池用セパレータの斜視図。 第５変更例の燃料電池用セパレータの斜視図。

＜第１実施形態＞
以下、図１～図４を参照して、燃料電池用セパレータの第１実施形態について説明する。

各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池用セパレータ（以下、セパレータ２０と称する）は、固体高分子形燃料電池のスタック１００に用いられるものである。なお、セパレータ２０は、後述する第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の総称である。

スタック１００は、複数の単セル１０が積層された構造を有している。単セル１０は、アノード側の第１セパレータ３０と、カソード側の第２セパレータ４０とにより挟持された発電部１１を備えている。

発電部１１は、膜電極接合体１２と、膜電極接合体１２を挟持するアノード側ガス拡散層１５及びカソード側ガス拡散層１６とにより構成されている。アノード側ガス拡散層１５は、膜電極接合体１２と第１セパレータ３０との間に設けられている。カソード側ガス拡散層１６は、膜電極接合体１２と第２セパレータ４０との間に設けられている。アノード側ガス拡散層１５及びカソード側ガス拡散層１６は、共に炭素繊維により形成されている。

膜電極接合体１２は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料からなる電解質膜１３と、電解質膜１３を挟持する一対の電極触媒層１４とを備えている。各電極触媒層１４には、燃料電池における反応ガスの電気化学反応を促進するために、例えば白金などの触媒が担持されている。

第１セパレータ３０は、例えば、黒鉛などの炭素材と、ポリプロピレンなどのバインダとしての樹脂材料とを含む複合材を加熱しながらプレス成形することにより形成されている。第１セパレータ３０は、互いに間隔をおいて並列して延在するとともに発電部１１に当接する複数の突条３１と、互いに隣り合う２つの突条３１の間において突条３１に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路３２とを有している。各突条３１は、アノード側ガス拡散層１５に当接している。なお、突条３１及びガス流路３２は、図１の紙面に直交する方向に延びている。

第２セパレータ４０は、例えば、黒鉛などの炭素材と、ポリプロピレンなどの樹脂材料とを含む複合材を加熱しながらプレス成形することにより形成されている。第２セパレータ４０は、互いに間隔をおいて並列して延在するとともに発電部１１に当接する複数の突条４１と、互いに隣り合う２つの突条４１の間において突条４１に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路４２とを有している。各突条４１は、カソード側ガス拡散層１６に当接している。なお、突条４１及びガス流路４２は、図１の紙面に直交する方向に延びている。

第１セパレータ３０のガス流路３２とアノード側ガス拡散層１５とで区画される部分には、反応ガスとしての燃料ガスが流通する燃料ガス流路が形成されている。第２セパレータ４０のガス流路４２とカソード側ガス拡散層１６とで区画される部分には、反応ガスとしての酸化ガスが流通する酸化ガス流路が形成されている。本実施形態において、燃料ガス流路を流通する燃料ガスは水素であり、酸化ガス流路を流通する酸化ガスは空気である。

第１セパレータ３０におけるガス流路３２の底部の裏面と、同第１セパレータ３０に隣り合う第２セパレータ４０のガス流路４２の底部の裏面とは、レーザ溶接などにより互いに接合されている。第１セパレータ３０の突条３１の裏面と、第２セパレータ４０における突条４１の裏面とで区画される部分には、冷却水が流通する冷却水流路が形成されている。

図２に示すように、本実施形態において、第１セパレータ３０のガス流路３２には、ガス流路３２の底部から発電部１１に向かって突出するとともに、延在方向に沿って延びる複数のリブ５０が設けられている。また、図示は省略するが、第２セパレータ４０のガス流路４２には、ガス流路４２の底部から発電部１１に向かって突出するとともに、延在方向に沿って延びるリブ５０が設けられている。本実施形態の第１セパレータ３０と第２セパレータ４０とは、同様の構成を有しているため、以降においては、第１セパレータ３０のリブ５０について説明することで、第２セパレータ４０のリブ５０についての説明を省略する。

以降において、突条３１の並び方向を単に並び方向と称する。また、ガス流路３２の延在方向を単に延在方向と称する。なお、本実施形態では、並び方向と延在方向とが直交している。また、ガス流路３２を流れる反応ガスの流れ方向の上流側を単に上流側と称し、同流れ方向の下流側を単に下流側と称する。

図２及び図３に示すように、リブ５０は、並び方向に互いに間隔をおいて並列する一対の第１リブ６０と、並び方向において互いに隣り合う第１リブ６０同士の間に位置する第２リブ７０とを含んでいる。各リブ６０，７０は板状をなしている。なお、図２では、第１リブ６０と第２リブ７０との位置関係を示すために、一部の第１リブ６０を二点鎖線にて示している。

第１リブ６０は、発電部１１に当接して延在する延在部６１と、延在部６１の上流側に連なる上流側傾斜部６２と、延在部６１の下流側に連なる下流側傾斜部６３とを有している。上流側傾斜部６２は、第１リブ６０の上流側端部に設けられており、下流側傾斜部６３は、第１リブ６０の下流側端部に設けられている。なお、第１リブ６０の下流側傾斜部６３は、離間部の一例である。

図３に示すように、延在部６１の突端面６１ａは、各突条３１の頂面３１ａと同一平面上に位置している。すなわち、延在部６１は、延在方向の全体にわたって発電部１１に当接している。より詳しくは、第１セパレータ３０における第１リブ６０の延在部６１は、延在方向の全体にわたってアノード側ガス拡散層１５に当接している。また、図示は省略するが、第２セパレータ４０における第１リブ６０の延在部６１は、延在方向の全体にわたってカソード側ガス拡散層１６に当接している。

上流側傾斜部６２は、下流側ほど発電部１１に近接するように傾斜している。換言すると、上流側傾斜部６２は、上流側ほど発電部１１側とは反対側に位置するように傾斜している。本実施形態の上流側傾斜部６２は、並び方向から視て三角形状をなしている。

上流側傾斜部６２におけるガス流路３２の底部に対する傾斜角度は、例えば、１５度から４５度の間であることが好ましい。本実施形態における上流側傾斜部６２の傾斜角度は１５度である。

下流側傾斜部６３は、下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜している。換言すると、下流側傾斜部６３は、下流側ほど発電部１１側とは反対側に位置するように傾斜している。本実施形態の下流側傾斜部６３は、並び方向から視て三角形状をなしている。

下流側傾斜部６３におけるガス流路３２の底部に対する傾斜角度は、例えば、１５度から４５度の間であることが好ましい。本実施形態における下流側傾斜部６３の傾斜角度は１５度である。

図４に示すように、各第１リブ６０は、隣り合う突条３１から並び方向に離間した位置に設けられている。すなわち、各第１リブ６０と、当該第１リブ６０に隣り合う突条３１との間には隙間が設けられている。

本実施形態のガス流路３２には、複数対の第１リブ６０が、延在方向に互いに間隔をおいて設けられている。なお、図２～図４においては、延在方向に互いに間隔をおいて設けられた二対の第１リブ６０が図示されている。以降において、説明の便宜上、図２～図４における上流側の一対の第１リブ６０を第１リブ６０Ａと称し、下流側の一対の第１リブ６０を第１リブ６０Ｂと称する場合がある。

一対の第１リブ６０は、延在方向において同一の位置に設けられている。各第１リブ６０は、同一の形状をなしているため、各上流側傾斜部６２が延在方向において同一の位置に設けられ、各下流側傾斜部６３が延在方向において同一の位置に設けられている。

本実施形態の第２リブ７０は、第１リブ６０と同一の形状をなしている。このため、第２リブ７０の構成については、第１リブ６０の符号「６＊」に「１０」を加算した「７＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。なお、第２リブ７０の上流側傾斜部７２は、傾斜部の一例である。

図３及び図４に示すように、第２リブ７０の上流側傾斜部７２の少なくとも一部は、第１リブ６０の下流側傾斜部７３の少なくとも一部よりも下流側に位置している。本実施形態では、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３と、第２リブ７０の上流側傾斜部７２とが、並び方向において重なり合っている。すなわち、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３と、第２リブ７０の上流側傾斜部７２とが、並び方向において互いに当接している。

同様に、第１リブ６０Ｂの上流側傾斜部６２と、第２リブ７０の下流側傾斜部７３とが、並び方向において重なり合っている。すなわち、第１リブ６０Ｂの上流側傾斜部６２と、第２リブ７０の下流側傾斜部７３とが、並び方向において互いに当接している。

図４に示すように、第２リブ７０の上流側傾斜部７２の上流縁７２ａは、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３の上流縁６３ａよりも下流側に位置している。また、第２リブ７０の上流側傾斜部７２の下流縁７２ｂは、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３の下流縁６３ｂよりも下流側に位置している。

同様に、第２リブ７０の下流側傾斜部７３の下流縁７３ｂは、第１リブ６０Ｂの上流側傾斜部６２の下流縁６２ｂよりも上流側に位置している。また、第２リブ７０の下流側傾斜部７３の上流縁７３ａは、第１リブ６０Ｂの上流側傾斜部６２の上流縁６２ａよりも上流側に位置している。

なお、本実施形態における各傾斜部６２，６３，７２，７３の「縁」は、各傾斜部６２，６３，７２，７３と、当該傾斜部６２，６３，７２，７３に連なるガス流路３２の底部または各延在部６１，７１との境界を構成している。

本実施形態の作用について説明する。
反応ガスは、ガス流路３２のうち第１リブ６０同士の間を流れることで、その流速が増加する。そして、流速が増加された反応ガスは、第１リブ６０の下流側傾斜部６３よりも下流側に移動する。ここで、第２リブ７０の上流側傾斜部７２の少なくとも一部は、下流側傾斜部６３の少なくとも一部よりも下流側に位置しているため、上記流速が増加された反応ガスは、上流側傾斜部７２に沿って流れることで発電部１１に向かって流れやすくなる。

また、下流側傾斜部６３は下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜しているため、ガス流路３２のうち下流側傾斜部６３が設けられた部分の流路断面積は、下流側に向かうほど徐々に増大する。そして、こうしたガス流路３２の流路断面積の増大は、発電部１１側から徐々に生じる。

以上のことから、第１リブ６０同士の間を流れる反応ガスは、下流側傾斜部６３同士の間を通過する際に、流路断面積が増大する側、すなわち、発電部１１側に向かって流れやすくなる。

図３に矢印にて示すように、上述した反応ガスの発電部１１側に向かう流れは、下流側傾斜部６３の斜辺に概ね直交する向きに流れる。このため、例えば、下流側傾斜部６３の傾斜角度が１５度の場合と、４５度の場合とを比較すると、傾斜角度が１５度の場合の方が、反応ガスがより上流側にて発電部１１に到達しやすくなる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）ガス流路３２には、発電部１１に向かって突出するとともに、ガス流路３２の延在方向に沿って延びる複数のリブ５０が設けられている。リブ５０は、突条３１の並び方向に互いに間隔をおいて並列する複数の第１リブ６０と、並び方向において互いに隣り合う第１リブ６０同士の間に位置する第２リブ７０とを含んでいる。第１リブ６０の下流側端部には、下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜した下流側傾斜部６３が設けられている。第２リブ７０の上流側端部には、下流側ほど発電部１１に近接するように傾斜した上流側傾斜部７２が設けられている。上流側傾斜部７２の少なくとも一部は、下流側傾斜部６３の少なくとも一部よりも下流側に位置している。

こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、流路断面積の変化に伴う発電部１１側に向かう反応ガスの流れと、第２リブ７０の上流側傾斜部７２に沿って発電部１１側に向かう反応ガスの流れとの相乗効果によって、発電部１１近傍における反応ガスの流速を増加させることができる。

（２）第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３と、第２リブ７０の上流側傾斜部７２とは、並び方向において重なり合っている。
こうした構成によれば、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３同士の間を流れる反応ガスの一部は、下流側傾斜部６３を通過する前に第２リブ７０の上流側傾斜部７２に沿って発電部１１側に向かって流れる。このため、反応ガスが、発電部１１に向かって流れやすくなる。したがって、発電部１１近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

（３）第１リブ６０の突端面６１ａは、各突条３１の頂面３１ａと同一平面上に位置している。
こうした構成によれば、各突条３１の頂面３１ａと共に第１リブ６０の突端面６１ａが発電部１１に当接するようになる。このため、第１リブ６０が発電部１１に当接していない場合に比べて、ガス流路３２のうち第１リブ６０同士の間の部分と、当該部分の直ぐ下流側の部分との間における流路断面積の変化率が大きくなり、これらの間における反応ガスの圧力差が大きくなる。これにより、反応ガスが発電部１１側に向かってより流れやすくなる。したがって、発電部１１近傍の反応ガスの流速を一層増加させることができる。

（４）第１リブ６０Ｂの上流側傾斜部６２と、第２リブ７０の下流側傾斜部７３とは、並び方向において重なり合っている。
こうした構成によれば、第２リブ７０と、当該第２リブ７０に隣り合う突条３１との間を流れる反応ガスの一部は、第２リブ７０の下流側傾斜部７３を通過する前に第１リブ６０の上流側傾斜部６２に沿って発電部１１側に向かって流れる。このため、反応ガスが、発電部１１に向かって流れやすくなる。したがって、発電部１１近傍における反応ガスの流速をより広い範囲において増加させることができる。

（５）一対の第１リブ６０の下流側傾斜部６３は、延在方向において同一の位置に設けられている。
こうした構成によれば、互いに隣り合う２つの第１リブ６０の間を通過する反応ガスが、各下流側傾斜部６３によって発電部１１側に向かって流れるやすくなるとともに、並び方向における両側に流れやすくなる。これにより、発電部１１近傍におけるより広い範囲にて反応ガスの流速を増加させることができる。

＜第２実施形態＞
以下、図５～図７を参照して、燃料電池用セパレータの第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付すとともに、第１実施形態と対応する構成については、第１実施形態の符号「＊＊」に「１００」を加算した「１＊＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。

また、本実施形態のアノード側のセパレータ１２０と、カソード側のセパレータ１２０とは、同様の形状を有しているため、以降においては、アノード側のセパレータ１２０、すなわち、第１セパレータ１３０について説明することで、カソード側のセパレータ１２０についての説明を省略する。

図５及び図６に示すように、第１セパレータ１３０は、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに発電部１１に当接する複数の突条１３１と、互いに隣り合う２つの突条１３１の間において突条１３１に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路１３２とを有している。

突条１３１は、ガス流路１３２の底部から第１セパレータ１３０の板厚方向の一方側、すなわち、発電部１１側に向かって突出している。なお、第１セパレータ１３０のうち突条１３１とガス流路１３２とが設けられている部分、すなわち、発電部１１に対向する部分においては、板厚方向の一方側の面と他方側の面とが連通されていない。

以降において、突条１３１の並び方向を単に並び方向と称する。また、ガス流路１３２の延在方向を単に延在方向と称する。なお、本実施形態では、並び方向と延在方向とが直交している。また、ガス流路１３２を流れる反応ガスの流れ方向の上流側を単に上流側と称し、同流れ方向の下流側を単に下流側と称する。

突条１３１は、並び方向に互いに間隔をおいて並列する複数の第１突条１８０と、並び方向において互いに隣り合う第１突条１８０同士の間に位置する第２突条１９０とを含んでいる。

第１突条１８０は、発電部１１に当接して延在する延在部１８１と、延在部１８１の上流側に連なる上流側傾斜部１８２と、延在部１８１の下流側に連なる下流側傾斜部１８３とを有している。上流側傾斜部１８２は、第１突条１８０の上流側端部に設けられており、下流側傾斜部１８３は、第１突条１８０の下流側端部に設けられている。なお、第１突条１８０の下流側傾斜部１８３は、離間部の一例である。

図６に示すように、延在部１８１の突端面１８１ａは、延在方向の全体にわたって発電部１１に当接している。より詳しくは、第１セパレータ１３０における第１突条１８０の延在部１８１は、延在方向の全体にわたってアノード側ガス拡散層１５に当接している。

上流側傾斜部１８２は、下流側ほど発電部１１に近接するように傾斜している。換言すると、上流側傾斜部１８２は、上流側ほど発電部１１側とは反対側に位置するように傾斜している。本実施形態の上流側傾斜部１８２は、並び方向から視て三角形状をなしている。

上流側傾斜部１８２におけるガス流路１３２の底部に対する傾斜角度は、例えば、１５度から４５度の間であることが好ましい。本実施形態における上流側傾斜部１８２の傾斜角度は１５度である。

下流側傾斜部１８３は、下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜している。換言すると、下流側傾斜部１８３は、下流側ほど発電部１１側とは反対側に位置するように傾斜している。本実施形態の下流側傾斜部１８３は、並び方向から視て三角形状をなしている。

下流側傾斜部１８３におけるガス流路１３２の底部に対する傾斜角度は、例えば、１５度から４５度の間であることが好ましい。本実施形態における下流側傾斜部１８３の傾斜角度は１５度である。

本実施形態では、複数の第１突条１８０が、並び方向に互いに間隔をおいて設けられているとともに、延在方向に互いに間隔をおいて設けられている。同様に、複数の第２突条１９０が、並び方向に互いに間隔をおいて設けられているとともに、延在方向に互いに間隔をおいて設けられている。以降において、説明の便宜上、図５～図７における上流側の第１突条１８０を第１突条１８０Ａと称し、下流側の第１突条１８０を第１突条１８０Ｂと称する場合がある。

第２突条１９０は、第１突条１８０と同一の形状をなしている。このため、第２突条１９０の構成については、第１突条１８０の構成の符号「１８＊」に「１０」を加算した「１９＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。なお、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２は、傾斜部の一例である。

図６及び図７に示すように、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２の少なくとも一部は、第１突条１８０Ａの下流側傾斜部１８３の少なくとも一部よりも下流側に位置している。より詳しくは、第１突条１８０Ａの下流側傾斜部１８３と、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２とが、並び方向において重なり合っている。すなわち、第１突条１８０Ａの下流側傾斜部１８３と、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２とが、並び方向において互いに当接している。

同様に、第１突条１８０Ｂの上流側傾斜部１８２と、第２突条１９０の下流側傾斜部１９３とが、並び方向において重なり合っている。すなわち、第１突条１８０Ｂの上流側傾斜部１８２と、第２突条１９０の下流側傾斜部１９３とが、並び方向において互いに当接している。

図７に示すように、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２の上流縁１９２ａは、第１突条１８０Ａの下流側傾斜部１８３の上流縁１８３ａよりも下流側に位置している。また、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２の下流縁１９２ｂは、第１突条１８０Ａの下流側傾斜部１８３の下流縁１８３ｂよりも下流側に位置している。

同様に、第２突条１９０の下流側傾斜部１９３の下流縁１９３ｂは、第１突条１８０Ｂの上流側傾斜部１８２の下流縁１８２ｂよりも上流側に位置している。また、第２突条１９０の下流側傾斜部１９３の上流縁１９３ａは、第１突条１８０Ｂの上流側傾斜部１８２の上流縁１８２ａよりも上流側に位置している。

本実施形態の作用について説明する。
ガス流路１３２を流れる反応ガスは、第１突条１８０の下流側傾斜部１８３よりも下流側に移動する。ここで、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２の少なくとも一部は、第１突条１８０の下流側傾斜部１８３の少なくとも一部よりも下流側に位置しているため、上記反応ガスは、上流側傾斜部１９２に沿って流れることで発電部１１に向かって流れやすくなる。したがって、発電部１１近傍における反応ガスの流速を増加させることができる。

また、下流側傾斜部１８３は下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜しているため、ガス流路１３２のうち下流側傾斜部１８３が設けられた部分の流路断面積は、下流側に向かうほど徐々に増大する。そして、こうしたガス流路１３２の流路断面積の増大は、発電部１１側から徐々に生じる。

以上のことから、ガス流路１３２を流れる反応ガスは、下流側傾斜部１８３同士の間を通過する際に、流路断面積が増大する側、すなわち、発電部１１側に向かって流れやすくなる。

図６に矢印にて示すように、上述した反応ガスの発電部１１側に向かう流れは、下流側傾斜部１８３の斜辺に概ね直交する向きに流れる。このため、例えば、下流側傾斜部１８３の傾斜角度が１５度の場合と、４５度の場合とを比較すると、傾斜角度が１５度の場合の方が、反応ガスがより上流側にて発電部１１に到達しやすくなる。

本実施形態の効果について説明する。
（６）第１セパレータ１３０は、互いに間隔をおいて並列して延びるとともに発電部１１に当接する複数の突条１３１と、互いに隣り合う２つの突条１３１の間において突条１３１に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路１３２とを有している。突条１３１は、互いに間隔をおいて並列する複数の第１突条１８０と、並び方向において互いに隣り合う第１突条１８０同士の間に位置する第２突条１９０とを含んでいる。第１突条１８０の下流側端部には、下流側ほど発電部１１から離間するように傾斜した下流側傾斜部１８３が設けられている。第２突条１９０の上流側端部には、下流側ほど発電部１１に近接するように傾斜した上流側傾斜部１９２が設けられている。上流側傾斜部１９２の少なくとも一部は、下流側傾斜部１８３の少なくとも一部よりも下流側に位置している。

こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、ガス流路１３２の流路断面積の変化に伴う発電部１１側に向かう反応ガスの流れと、上流側傾斜部１９２に沿って発電部１１側に向かう反応ガスの流れとの相乗効果によって、発電部１１近傍における反応ガスの流速を増加させることができる。

（７）第１突条１８０の下流側傾斜部１８３と、第２突条１９０の上流側傾斜部１９２とは、並び方向において重なり合っている。
こうした構成によれば、下流側傾斜部１８３同士の間を流れる反応ガスの一部は、下流側傾斜部１８３を通過する前に上流側傾斜部１９２に沿って発電部１１側に向かって流れる。このため、反応ガスが、発電部１１に向かって流れやすくなる。したがって、発電部１１近傍における反応ガスの流速を一層増加させることができる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

なお、以下の図８～図１２にそれぞれ示す第１変更例～第５変更例において、上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに、対応する構成については、それぞれ「２００」、「３００」、「４００」、「５００」、及び「６００」を加算した符号を付すことにより、重複した説明を省略する。

・図８に示すように、第１リブ２６０の延在部２６１の突端面２６１ａ、及び第２リブ２７０の延在部２７１の突端面２７１ａは、延在方向の全体にわたって各突条３１の頂面３１ａよりもガス流路３２の内側に位置していてもよい。すなわち、第１リブ２６０と発電部１１との間、及び第２リブ２７０と発電部１１との間には、ガス流路３２の延在方向の全体にわたって隙間Ｇが設けられていてもよい。こうした構成によれば、第１リブ２６０及び第２リブ２７０が発電部１１に当接していないため、第１リブ２６０及び第２リブ２７０によって発電部１１が閉塞されることを抑制できる。したがって、燃料電池における発電性能の低下を抑制できる。なお、延在部２６１の突端面２６１ａ、及び延在部２７１の突端面２７１ａのどちらか一方が、延在方向の全体にわたって各突条３１の頂面３１ａよりもガス流路３２の内側に位置していてもよい。

・第１リブ６０の延在部６１の延在方向における一部のみを発電部１１に当接させるようにしてもよい。また、第２リブ７０の延在部７１の延在方向における一部のみを発電部１１に当接させるようにしてもよい。

・図９に示すように、一対の第１リブ６０は、延在方向において互いに異なる位置に設けられていてもよい。
・図１０に示すように、第１リブ４６０の上流側傾斜部４６２及び下流側傾斜部４６３は、延在方向に直交する先端面を有するものであってもよい。また、第２リブ４７０の上流側傾斜部４７２及び下流側傾斜部４７３は、延在方向に直交する先端面を有するものであってもよい。これらの場合、各傾斜部４６２，４６３，４７２，４７３は、並び方向から視て台形状をなしている。本変更例では、第１リブ４６０の下流側傾斜部４６３の先端面と、第２リブ７０の上流側傾斜部４７２の先端面とが同一平面上に位置している。この場合であっても、上述した効果（１）を奏することができる。

・第１リブ６０の下流側傾斜部６３と、第２リブ７０の上流側傾斜部７２とは、並び方向において重なり合っていなくてもよい。このとき、図１１に示すように、第１リブ６０と第２リブ７０との間に、ガス流路３２のうち下流側傾斜部６３が設けられた部分よりも流路断面積が大きい拡幅部３２ａが下流側傾斜部６３と隣り合って設けられていてもよい。なお、本変更例の拡幅部３２ａは、ガス流路３２のうち第１リブ６０及び第２リブ７０が設けられていない部分により構成されている。

・図１２に示すように、下流側傾斜部６３を省略した第１リブ６６０を採用することもできる。この場合、延在部６６１の下流側端部に設けられ、延在方向に直交する先端面６６１ｂが離間部に相当する。この場合であっても、上述した効果（１）を奏することができる。

・第２リブ７０の上流側傾斜部７２の下流縁７２ｂが、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３の上流縁６３ａよりも下流側に位置していれば、当該下流縁７２ｂは、第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３の下流縁６３ｂよりも上流側に位置していてもよい。この場合であっても、第２リブ７０の上流側傾斜部７２の少なくとも一部が、第１リブ６０の下流側傾斜部６３の少なくとも一部よりも下流側に位置することとなるため、上述した効果（１）を奏することができる。

・第１リブ６０Ａの下流側傾斜部６３は、複数の段差によって構成され、並び方向から視て階段状をなすものであってもよい。この場合であっても、下流側傾斜部６３は、下流側に向かうにつれて発電部１１から徐々に離間しているため、上述した効果（１）を奏することができる。

・ガス流路３２に設けられるリブ５０の数は適宜変更できる。
・各傾斜部６２，６３，７２，７３におけるガス流路３２の底部に対する傾斜角度は、適宜変更できる。

・第１リブ６０と第２リブ７０とは、互いに異なる形状であってもよい。
・第１実施形態では、第１セパレータ３０と、第２セパレータ４０との双方にリブ５０が設けられるものであったが、第１セパレータ３０にのみリブ５０が設けられていてもよいし、第２セパレータ４０にのみリブ５０が設けられていてもよい。

・第２実施形態のセパレータ１２０は、アノード側のセパレータ１２０にのみ適用してもよいし、カソード側のセパレータ１２０にのみ適用してもよい。
・セパレータ２０は、例えば、ステンレス鋼などの金属材料からなるものであってもよい。

・上記第１実施形態の各変更例は、第２実施形態の変更例として適用することもできる。この場合、例えば、上記第１実施形態の各変更例の「リブ」を「突条」に読み替えるなど、第１実施形態の構成を第２実施形態の構成に対応させて適宜読み替えればよい。ただし、第１変更例については、この限りではない。

１１…発電部
２０，１２０…セパレータ
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，…第１セパレータ
３１，１３１…突条
３１ａ…頂面
３２，１３２…ガス流路
５０…リブ
６０，６０Ａ，６０Ｂ，２６０，４６０，６６０…第１リブ
６１ａ，２６１ａ…突端面
６１，２６１，４６１，６６１…延在部
６２，２６２，４６２…上流側傾斜部
６３，２６３，４６３…下流側傾斜部
７０，２７０，４７０…第２リブ
７１ａ，２７１ａ…突端面
７１，２７１，４７１…延在部
７２，２７２，４７２…上流側傾斜部
７３，２７３，４７３…下流側傾斜部
１８０，１８０Ａ，１８０Ｂ…第１突条
１８１ …延在部
１８１ａ …突端面
１８２…上流側傾斜部
１８３…下流側傾斜部
１９０…第２突条
１９１…延在部
１９１ａ…突端面
１９２…上流側傾斜部
１９３…下流側傾斜部

Claims (8)

1. 燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、
   互いに間隔をおいて並列して延びるとともに前記発電部に当接する複数の突条と、互いに隣り合う２つの前記突条の間において前記突条に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路と、を有し、
   前記ガス流路を流れる前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ上流側及び下流側とするとき、
   ガス流路には、前記発電部に向かって突出するとともに、前記ガス流路の延在方向に沿って延びる複数のリブが設けられており、
   前記リブは、前記突条の並び方向に互いに間隔をおいて並列する複数の第１リブと、前記並び方向において互いに隣り合う第１リブ同士の間に位置する第２リブと、を含み、
   前記第１リブの下流側端部には、前記発電部から離間する離間部が設けられており、
   前記第２リブの上流側端部には、下流側ほど発電部に近接するように傾斜した傾斜部が設けられており、
   前記傾斜部の少なくとも一部は、前記離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置している、
   燃料電池用セパレータ。
2. 前記離間部は、下流側ほど前記発電部から離間するように傾斜している、
   請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記離間部と前記傾斜部とは、前記並び方向において重なり合っている、
   請求項１または請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記第１リブの突端面は、前記突条の各々の頂面と同一平面上に位置している、
   請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記リブの突端面は、前記延在方向の全体にわたって前記突条の各々の頂面よりも前記ガス流路の内側に位置している、
   請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
6. 燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、
   互いに間隔をおいて並列して延びるとともに前記発電部に当接する複数の突条と、互いに隣り合う２つの前記突条の間において前記突条に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路と、を有し、
   前記ガス流路を流れる前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ上流側及び下流側とするとき、
   前記突条は、互いに間隔をおいて並列する複数の第１突条と、前記第１突条の並び方向において互いに隣り合う第１突条同士の間に位置する第２突条と、を含み、
   前記第１突条の下流側端部には、前記発電部から離間する離間部が設けられており、
   前記第２突条の上流側端部には、下流側ほど発電部に近接するように傾斜した傾斜部が設けられており、
   前記傾斜部の少なくとも一部は、前記離間部の少なくとも一部よりも下流側に位置している、
   燃料電池用セパレータ。
7. 前記離間部は、下流側ほど前記発電部から離間するように傾斜している、
   請求項６に記載の燃料電池用セパレータ。
8. 前記離間部と前記傾斜部とは、前記並び方向において重なり合っている、
   請求項６または請求項７に記載の燃料電池用セパレータ。

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