(57)【要約】  燃料電池用のセパレータは、第１の表面側に凹な形状であり第１の表面側に第１の流体用の流路を形成する第１の溝部と、第１の表面側とは反対の第２の表面側に凹な形状であり第２の表面側に第２の流体用の流路を形成する第２の溝部と、が交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有する波形部を備える。各第２の溝部は、第２の表面側から見た深さが他の部分より浅い浅溝部であって、浅溝部の位置の第１の表面側に、浅溝部を挟んで隣接する２つの第１の流体用の流路空間を連通する連通流路を形成する少なくとも１つの浅溝部を有する。
2012035585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用のセパレータであって、
第１の表面側に凹な形状であり前記第１の表面側に第１の流体用の流路を形成する第１の溝部と、前記第１の表面側とは反対の第２の表面側に凹な形状であり前記第２の表面側に第２の流体用の流路を形成する第２の溝部と、が交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有する波形部を備え、
各前記第２の溝部は、前記第２の表面側から見た深さが他の部分より浅い浅溝部であって、前記浅溝部の位置の前記第１の表面側に、前記浅溝部を挟んで隣接する２つの前記第１の流体用の流路空間を連通する連通流路を形成する少なくとも１つの浅溝部を有する、セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体および前記第２の流体の組み合わせは、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却液との内のいずれか２つの組み合わせである、セパレータ。
【請求項３】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体は、冷却液である、セパレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記セパレータの平面形状は略矩形であり、
前記セパレータの前記波形部を挟んで対向する２つの外縁辺付近に、前記第１の流体用のマニホールドを構成する第１の開口と前記第２の流体用のマニホールドを構成する第２の開口とが形成されている、セパレータ。
【請求項５】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より大きい形状である、セパレータ。
【請求項６】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より小さい形状である、セパレータ。
【請求項７】
請求項３に記載のセパレータであって、
前記波形部の前記第１の表面側には、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の耐食性を高める被膜処理と、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の撥水性を高める撥水処理と、前記浅溝部における親水性を高める親水処理と、の少なくとも１つが施されている、セパレータ。
【請求項８】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記深溝部の前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向の下流側に、前記深溝部と前記浅溝部との境界壁の延長上に位置する壁体が形成されていると共に、前記浅溝部の前記下流側に、前記浅溝部の床面の延長上に位置する床体が形成されている、セパレータ。
【請求項９】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記第１の溝部において前記深溝部に隣接する位置に、空間を充填するスペーサーが配置されている、セパレータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、通常の前記浅溝部と、通常の前記浅溝部よりも深さの深い中浅溝部と、を含む複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
各前記第２の溝部の有する前記中浅溝部は、隣接する前記第２の溝部の有する通常の前記浅溝部に対向する位置に配置される、セパレータ。
【請求項１１】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側に近いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する複数の前記浅溝部は、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側に位置する前記浅溝部ほど深さが深く、かつ、前記下流側に位置する前記浅溝部ほど前記第２の流体の流れ方向に沿った幅が大きい、セパレータ。
【請求項１３】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記波形部は、深さの互いに異なる複数種類の前記浅溝部を含む、セパレータ。
【請求項１４】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側から遠いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセパレータであって、
前記第２の表面側において、各前記第２の溝部の前記浅溝部に親水性を高める親水処理が施されている、セパレータ。
【請求項１６】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と前記浅溝部との境界壁は、前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有する、セパレータ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に配置されている、セパレータ。
【請求項１８】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に形成されている、セパレータ。
【請求項１９】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
前記第２の溝部の有する前記深溝部の径は、前記浅溝部の径より大きい、セパレータ。
【請求項２０】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、
前記発電体層を間に挟んで配置された請求項１ないし請求項１９に記載のセパレータと、を備える、燃料電池。
【請求項２１】
請求項２０に記載の燃料電池であって、さらに、
前記第１の流体用流路における圧力損失が所定の閾値より小さくなったことを検出することにより、前記第１の流体用流路における異常を検出する検出部を備える、燃料電池。
【請求項２２】
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、前記発電体層を間に挟んで配置された請求項３に記載のセパレータと、を有する燃料電池の製造方法であって、
前記セパレータの前記第１の溝部の前記第１の表面側に冷却液を接触させる工程と、
前記接触させる工程の後に、前記セパレータと前記発電体層とを積層する工程と、を備える、方法。
【請求項２３】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された請求項１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、を備える、燃料電池。
【請求項２４】
請求項２３に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、板状部材をプレス加工して製造され、
前記第２のセパレータの厚さは、前記セパレータの製造に用いられる前記板状部材の厚さより薄い、燃料電池。
【請求項２５】
請求項２３または請求項２４に記載の燃料電池であって、さらに、
少なくとも前記セパレータにおける凹凸のある位置において、前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールするシール部であって、前記セパレータに貼り付けられると共に前記第２のセパレータに押し付けられることによりシールを実現するシール部を備える、燃料電池。
【請求項２６】
請求項２５に記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、偶数個の前記発電体層を含む第１のセルと、奇数個の前記発電体層を含む第２のセルと、を交互に積層することにより製造され、
前記シール部は、前記燃料電池の積層前において、前記第１のセルに設けられ、前記第２のセルには設けられない、燃料電池。
【請求項２７】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された請求項１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、
前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールする第１のシール部と、
前記発電体層の端部において、前記アノード側と前記カソード側との間をシールする第２のシール部と、を備え、
前記セパレータと前記発電体層との少なくとも一方は、前記第２の流体用流路空間と前記第１のシールを挟んで前記第２の流体用流路空間の反対側の流路空間とを前記第１のシールによるシールラインの下を通って連通するトンネル流路を形成するためのトンネル流路形成部を有し、
前記トンネル流路形成部は、前記第２のシール部より前記発電体層の面方向に沿った内側に位置する、燃料電池。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記セパレータに形成された前記第２の表面側に凹な形状の第３の溝部を含み、
前記第３の溝部は、前記第２の溝部の有する前記深溝部よりも深さが浅い、燃料電池。
【請求項２９】
請求項２７または請求項２８に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記発電体層の前記セパレータに対向する側の表面が前記発電体層の他の部分の表面より後退している部分である薄部を含む、燃料電池。
【請求項３０】
請求項２７ないし請求項２９のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、複数の前記トンネル流路形成部を有し、
前記複数の前記トンネル流路形成部は、前記燃料電池の使用時において最も重力方向下側に位置する前記トンネル流路形成部が前記第２の流体用流路空間に最も近い位置まで伸びるように形成されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池、例えば固体高分子型燃料電池は、電解質膜および一対の電極（アノードおよびカソード）を含む複数の発電体層が、反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤ガスを分離するためのセパレータを介して積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池の内部には、反応ガスや冷却媒体（例えば冷却液）といった流体を流動させるための流路が形成される。【０００３】
燃料電池用のセパレータとして、板状部材を、一方の表面側に凹な形状の第１の溝部と他方の表面側に凹な形状の第２の溝部とが交互に繰り返し並んだ波形断面形状に加工して製造されたセパレータが知られている。このようなセパレータでは、第１の溝部の上記一方の表面側に一の流体（例えば冷却液）用の流路が形成され、第２の溝部の上記他方の表面側に他の流体（例えば燃料ガス）用の流路が形成される。また、燃料電池用のセパレータとして、表面に柱群の形で配置された一連の四角形の突出部が設けられ、突出部間の空間が流体を縦横に流動させる流路として機能するセパレータが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の波形加工が施されたセパレータでは、一方の表面側に形成される流体用流路と他方の表面側に形成される流体用流路とにおける流れ方向が互いに平行な方向に限定されるため、流体の経路設定の自由度が低い。そのため、このセパレータを用いた燃料電池では、例えば各マニホールドの配置に制約が生じたり、セル面内の熱設計の自由度が低下したりする。なお、別のセパレータ部品を追加することにより、２つの流体用流路の流れ方向の設定の自由度を向上させることは可能であるが、部品点数の増加は重量、大きさ、コストの増加につながるため好ましくない。また、上記従来の四角形の突出部が設けられたセパレータでは、セパレータの突出部が設けられた表面側には流体を縦横に流動させる流路を形成することができるが、セパレータの反対の表面側には格子状の突出部が設けられて流体用の流路を形成することができないため、このセパレータ部品のみでは両側に流体用流路を形成することができない。【０００５】
なお、このような課題は、固体高分子型燃料電池用に限らず一般の燃料電池用のセパレータに共通の課題であった。【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、部品点数の増加を抑制しつつ流体の経路の柔軟な設定を可能とする燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。【０００８】
［適用例１］燃料電池用のセパレータであって、
第１の表面側に凹な形状であり前記第１の表面側に第１の流体用の流路を形成する第１の溝部と、前記第１の表面側とは反対の第２の表面側に凹な形状であり前記第２の表面側に第２の流体用の流路を形成する第２の溝部と、が交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有する波形部を備え、
各前記第２の溝部は、前記第２の表面側から見た深さが他の部分より浅い浅溝部であって、前記浅溝部の位置の前記第１の表面側に、前記浅溝部を挟んで隣接する２つの前記第１の流体用の流路空間を連通する連通流路を形成する少なくとも１つの浅溝部を有する、セパレータ。【０００９】
この燃料電池用セパレータでは、各第２の溝部が第２の表面側から見た深さが他の部分より浅い浅溝部を有しており、浅溝部の位置の第１の表面側に、浅溝部を挟んで隣接する２つの第１の流体用の流路空間を連通する連通流路が形成されるため、この１つの燃料電池用セパレータで第１の流体用の流路空間および第２の流体用の流路空間を形成することができると共に、第１の流体の流れ方向を第２の流体の流れ方向に平行な方向に限定されず自由に設定することができる。そのため、この燃料電池用セパレータでは、部品点数の増加を抑制しつつ流体の経路を柔軟に設定することができる。【００１０】
［適用例２］適用例１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体および前記第２の流体の組み合わせは、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却液との内のいずれか２つの組み合わせである、セパレータ。【００１１】
この燃料電池用セパレータでは、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却液との内のいずれか２つの組み合わせである第１の流体および前記第２の流体の組み合わせ用の流路空間を形成することができると共に、第１の流体の流れ方向を第２の流体の流れ方向に平行な方向に限定されず自由に設定することができるため、部品点数の増加を抑制しつつ第１の流体および第２の流体の経路を柔軟に設定することができる。【００１２】
［適用例３］適用例１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体は、冷却液である、セパレータ。【００１３】
この燃料電池用セパレータでは、冷却液である第１の流体の流れ方向を第２の流体の流れ方向に平行な方向に限定されず自由に設定することができるため、燃料電池の熱設計の自由度を向上させることができる。【００１４】
［適用例４］適用例１に記載のセパレータであって、
前記セパレータの平面形状は略矩形であり、
前記セパレータの前記波形部を挟んで対向する２つの外縁辺付近に、前記第１の流体用のマニホールドを構成する第１の開口と前記第２の流体用のマニホールドを構成する第２の開口とが形成されている、セパレータ。【００１５】
この燃料電池用セパレータでは、各マニホールドをセパレータの波形部を挟んで対向する２つの外縁辺付近に配置することにより、燃料電池の電極利用率を向上させることができる。
ことができる。【００１６】
［適用例５］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より大きい形状である、セパレータ。【００１７】
この燃料電池用セパレータでは、第２の流体用流路の断面積が縮小することを抑制しつつ、第１の流体用流路における第１の流体の淀みを抑制することができる。【００１８】
［適用例６］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より小さい形状である、セパレータ。【００１９】
この燃料電池用セパレータでは、第１の流体用流路の第２の表面側に近い部分内への第１の流体の流入を抑制し、第１の流体の流れを整流して流路の圧力損失の増大を抑制することができる。【００２０】
［適用例７］適用例３に記載のセパレータであって、
前記波形部の前記第１の表面側には、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の耐食性を高める被膜処理と、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の撥水性を高める撥水処理と、前記浅溝部における親水性を高める親水処理と、の少なくとも１つが施されている、セパレータ。【００２１】
この燃料電池用セパレータでは、溶出物が溜まりやすい領域である第１の溝部における浅溝部に隣接する領域の耐食性を高めて腐食を抑制する効果と、冷却液が溜まりやすい領域である第１の溝部における浅溝部に隣接する領域の撥水性を高めて冷却液の溜まりを抑制する効果と、比較的高さが低く圧力損失が増大しやすい浅溝部の親水性を高めて圧力損失の増大を抑制する効果と、の少なくとも１つを奏する。【００２２】
［適用例８］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記深溝部の前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向の下流側に、前記深溝部と前記浅溝部との境界壁の延長上に位置する壁体が形成されていると共に、前記浅溝部の前記下流側に、前記浅溝部の床面の延長上に位置する床体が形成されている、セパレータ。【００２３】
この燃料電池用セパレータでは、連通流路を通過した第１の流体が下流側の第１の流体用流路において、深溝部の下流側の領域に回り込んで流入することが抑制されると共に、第２の表面側に近い部分に流入することが抑制され、第１の流体の流れを整流して流路の圧力損失の増大を抑制することができる。【００２４】
［適用例９］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記第１の溝部において前記深溝部に隣接する位置に、空間を充填するスペーサーが配置されている、セパレータ。【００２５】
この燃料電池用セパレータでは、連通流路を通過した第１の流体が下流側の第１の流体用流路において、深溝部の下流側の領域に回り込んで流入することが抑制され、第１の流体の流れを整流して流路の圧力損失の増大を抑制することができる。【００２６】
［適用例１０］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、通常の前記浅溝部と、通常の前記浅溝部よりも深さの深い中浅溝部と、を含む複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
各前記第２の溝部の有する前記中浅溝部は、隣接する前記第２の溝部の有する通常の前記浅溝部に対向する位置に配置される、セパレータ。【００２７】
この燃料電池用セパレータでは、通常の浅溝部の位置に形成される連通流路を通過した第１の流体が、下流側の中浅溝部の位置に形成される連通流路内に流入することが抑制され、代わりに第１の流体用流路内に流入することが促進されるため、第１の流体の流れが過度な乱流となることを抑制しつつ、第１の流体用流路における第１の流体の淀みを抑制することができる。【００２８】
［適用例１１］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側に近いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。【００２９】
この燃料電池用セパレータでは、境界壁上の部分に水が滞留することが抑制され、セパレータの腐食を抑制することができる。【００３０】
［適用例１２］適用例１１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する複数の前記浅溝部は、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側に位置する前記浅溝部ほど深さが深く、かつ、前記下流側に位置する前記浅溝部ほど前記第２の流体の流れ方向に沿った幅が大きい、セパレータ。【００３１】
この燃料電池用セパレータでは、境界壁上の部分に一端溜まった水が下流側に移動する際に下流側の別の境界壁上に落ちてそこに溜まることが抑制されるため、セパレータの腐食をより確実に抑制することができる。また、下流側に位置する浅溝部ほど幅を大きくすることによって、下流側の連通流路の断面積が減少することを抑制することができる。【００３２】
［適用例１３］適用例１に記載のセパレータであって、
前記波形部は、深さの互いに異なる複数種類の前記浅溝部を含む、セパレータ。【００３３】
この燃料電池用セパレータでは、深さの互いに異なる複数種類の浅溝部を適切に配置することにより、燃料電池における発電分布および温度分布の均一化を図ることができる。【００３４】
［適用例１４］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側から遠いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。【００３５】
この燃料電池用セパレータでは、境界壁上の部分における水の滞留が促進されるため、燃料電池の高温運転時のドライアップを抑制することができ、発電効率の低下および電解質膜の耐久性の低下を抑制することができる。【００３６】
［適用例１５］適用例１４に記載のセパレータであって、
前記第２の表面側において、各前記第２の溝部の前記浅溝部に親水性を高める親水処理が施されている、セパレータ。【００３７】
この燃料電池用セパレータでは、境界壁上の部分における水の滞留がさらに促進されるため、燃料電池の高温運転時のドライアップを良好に抑制することができ、発電効率の低下および電解質膜の耐久性の低下を良好に抑制することができる。【００３８】
［適用例１６］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記深溝部と前記浅溝部との境界壁は、前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有する、セパレータ。【００３９】
この燃料電池用セパレータでは、浅溝部の位置に形成された連通流路において、深溝部と浅溝部との境界壁の傾いた部分に沿って第１の流体の一部の流れ方向を斜め方向とすることができるため、第１の流体の経路をより柔軟に設定することができる。【００４０】
［適用例１７］適用例１６に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に配置されている、セパレータ。【００４１】
この燃料電池用セパレータでは、連通流路を通過した第１の流体が、下流側斜め方向の浅溝部の位置の形成された連通流路内に流入することが促進され、第１の流体の一部の流れ方向を斜め方向とすることができ、第１の流体の経路をより柔軟に設定することができる。【００４２】
［適用例１８］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に形成されている、セパレータ。【００４３】
この燃料電池用セパレータでは、連通流路を通過した第１の流体は、真っ直ぐ下流側に進まず、第１の流体用流路を通って下流側斜め方向の浅溝部の位置の形成された連通流路に流入するため、第１の流体用流路における第１の流体の淀みを抑制することができる。【００４４】
［適用例１９］適用例１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
前記第２の溝部の有する前記深溝部の径は、前記浅溝部の径より大きい、セパレータ。【００４５】
この燃料電池用セパレータでは、第１の溝部の位置に形成される第１の流体用流路の内の深溝部に隣接する部分の体積を低減することができ、第１の流体用流路における第１の流体の淀みを抑制することができる。また、積層時に第１の表面側に対向する部材と接触する部分である深溝部の径が大きいため、深溝部の表面における単位面積あたり積層荷重を低減することができると共に、荷重の集中による燃料電池の電極の損傷や発電分布の偏りの発生を抑制することができる。【００４６】
［適用例２０］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、
前記発電体層を間に挟んで配置された適用例１ないし適用例１９に記載のセパレータと、を備える、燃料電池。【００４７】
この燃料電池では、セパレータとしての部品点数の増加を抑制しつつ流体の経路を柔軟に設定することができる。【００４８】
［適用例２１］適用例２０に記載の燃料電池であって、さらに、
前記第１の流体用流路における圧力損失が所定の閾値より小さくなったことを検出することにより、前記第１の流体用流路における異常を検出する検出部を備える、燃料電池。【００４９】
この燃料電池では、簡単な構成で、第１の流体用流路内にコンタミネーションや気泡がトラップされたといった第１の流体用流路における異常の発生を検知することができる。【００５０】
［適用例２２］電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、前記発電体層を間に挟んで配置された適用例３に記載のセパレータと、を有する燃料電池の製造方法であって、
前記セパレータの前記第１の溝部の前記第１の表面側に冷却液を接触させる工程と、
前記接触させる工程の後に、前記セパレータと前記発電体層とを積層する工程と、を備える、方法。【００５１】
この方法では、第１の溝部の第１の表面側の空間に空気が溜まることが抑制され、空気溜まりによる冷却液温度や流量の不安定化が抑制され、燃料電池の温度分布が不均一となって局所的にドライアップやフラッディングが発生したり電解質膜の耐久性が低下したりすることが抑制される。【００５２】
［適用例２３］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された適用例１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、を備える、燃料電池。【００５３】
この燃料電池では、第１の流体用流路の圧力損失一方のセパレータの形状のみによって決定されるため、各セルの第１の流体用流路の圧力損失のばらつきをより容易に抑制することができる。また、この燃料電池では、積層の際の位置ずれによってセパレータ間の接触面積がロスすることがないため、接触面積の確保が容易である。また、この燃料電池では、発電体層への面圧ばらつきを抑制することができるため、発電体層の層間における隙間の発生を防止し、水の滞留を防止し、濃度分極を低減することができる。また、この燃料電池では、セパレータ加工の容易化、低コスト化を図ることができる。【００５４】
［適用例２４］適用例２３に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、板状部材をプレス加工して製造され、
前記第２のセパレータの厚さは、前記セパレータの製造に用いられる前記板状部材の厚さより薄い、燃料電池。【００５５】
この燃料電池では、良好なプレス成形性を確保しつつ、燃料電池の各セルの厚さおよび重量を低減することができる。【００５６】
［適用例２５］適用例２３または適用例２４に記載の燃料電池であって、さらに、
少なくとも前記セパレータにおける凹凸のある位置において、前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールするシール部であって、前記セパレータに貼り付けられると共に前記第２のセパレータに押し付けられることによりシールを実現するシール部を備える、燃料電池。【００５７】
この燃料電池では、セパレータにおける凹凸のある位置においても、シール部によって確実なシールラインを形成することができる。【００５８】
［適用例２６］適用例２５に記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、偶数個の前記発電体層を含む第１のセルと、奇数個の前記発電体層を含む第２のセルと、を交互に積層することにより製造され、
前記シール部は、前記燃料電池の積層前において、前記第１のセルに設けられ、前記第２のセルには設けられない、燃料電池。【００５９】
この燃料電池では、確実なシール性能を担保しつつ、シール部が設けられた第１のセルとシール部が設けられていない第２のセルとを交互に積層して燃料電池を製造することにより燃料電池のリペアビリティーを向上させることができる。【００６０】
［適用例２７］燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された適用例１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、
前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールする第１のシール部と、
前記発電体層の端部において、前記アノード側と前記カソード側との間をシールする第２のシール部と、を備え、
前記セパレータと前記発電体層との少なくとも一方は、前記第２の流体用流路空間と前記第１のシールを挟んで前記第２の流体用流路空間の反対側の流路空間とを前記第１のシールによるシールラインの下を通って連通するトンネル流路を形成するためのトンネル流路形成部を有し、
前記トンネル流路形成部は、前記第２のシール部より前記発電体層の面方向に沿った内側に位置する、燃料電池。【００６１】
この燃料電池では、トンネル流路にシール部が侵入してトンネル流路が閉塞されることがなく、部品点数の増加を抑制しつつ、シールと第２の流体用の流路確保との両立を実現することができる。【００６２】
［適用例２８］適用例２７に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記セパレータに形成された前記第２の表面側に凹な形状の第３の溝部を含み、
前記第３の溝部は、前記第２の溝部の有する前記深溝部よりも深さが浅い、燃料電池。【００６３】
この燃料電池では、第３の溝部の第１の表面側に、セパレータ間をシールするシール部を配置することができる。【００６４】
［適用例２９］適用例２７または適用例２８に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記発電体層の前記セパレータに対向する側の表面が前記発電体層の他の部分の表面より後退している部分である薄部を含む、燃料電池。【００６５】
この燃料電池では、トンネル流路が形成される位置においても、セパレータの第１の表面側に凸な部分を設ける必要がないため、トンネル流路の位置におけるシール部の高さの減少を抑制することができ、良好なシール性を確保することができる。【００６６】
［適用例３０］適用例２７ないし適用例２９のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、複数の前記トンネル流路形成部を有し、
前記複数の前記トンネル流路形成部は、前記燃料電池の使用時において最も重力方向下側に位置する前記トンネル流路形成部が前記第２の流体用流路空間に最も近い位置まで伸びるように形成されている、燃料電池。【００６７】
この燃料電では、生成水は、最も重力方向下側に位置するトンネル流路内に引き込まれ、他のトンネル流路内に引き込まれることが抑制されるため、他のトンネル流路が開通した状態が維持される。そのため、この燃料電池では、生成水の排水を促進することができると共に、すべてのトンネル流路が閉塞されることを防止することができる。【００６８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータを備える燃料電池、燃料電池の製造方法、燃料電池を備える燃料電池システム、燃料電池システムを備える自動車等の移動体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。
【図３】燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図４】燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図５】燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図６】アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの構成を示す斜視図である。
【図７】第２実施例における燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図８】第３実施例の燃料電池１００におけるトンネル流路ＴＲ付近の構成を示す説明図である。
【図９】第３実施例の変形例におけるトンネル流路ＴＲ付近の構成を示す説明図である。
【図１０】第４実施例における燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。
【図１１】第４実施例における燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図１２】第４実施例における燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。
【図１３】第５実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。
【図１４】第５実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。
【図１５】第６実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。
【図１６】第６実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。
【図１７】第７実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図１８】第８実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図１９】第９実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２０】第１０実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２１】第１０実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２２】第１１実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２３】第１１実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２４】第１２実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２５】第１３実施例における燃料電池１００の制御方法を示す説明図である。
【図２６】第１４実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２７】第１５実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２８】第１５実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図２９】第１６実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図３０】第１６実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図３１】第１７実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図３２】第１７実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。
【図３３】第１８実施例における燃料電池１００の構成を示す説明図である。
【図３４】第１８実施例における燃料電池１００の構成を示す説明図である。
【図３５】第１８実施例における燃料電池１００の構成を示す説明図である。
【図３６】第１９実施例における燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００７１】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。
【００７２】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素は、後述する燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル１４０に供給され、各単セル１４０における発電に利用される。各単セル１４０において利用されなかった水素（アノードオフガス）は、後述する燃料ガス排出マニホールドを介して集約され、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを供給側の配管５３に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。
【００７３】
燃料電池１００には、また、エアポンプ６０、配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気は、後述する酸化剤ガス供給マニホールドを介して各単セル１４０に供給され、各単セル１４０における発電に利用される。各単セル１４０において利用されなかった空気（カソードオフガス）は、後述する酸化剤ガス排出マニホールドを介して集約され、配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００７４】
さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００の各単セル１４０を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。冷却媒体は、後述する冷却媒体供給マニホールドを介して各単セル１４０に導かれ、各単セル１４０を冷却する。各単セル１４０を冷却した後の冷却媒体は、後述する冷却媒体排出マニホールドを介して集約され、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。本実施例では、液体の冷却媒体（冷却液）が使用される。
【００７５】
燃料電池システム１０は、また、制御部８０を備えている。制御部８０は、図示しないＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータである。制御部８０は、燃料電池システム１０の各部に配された温度センサや圧力センサ、電圧計等からの信号を受領し、受領した信号に基づき燃料電池システム１０全体の制御を行う。
【００７６】
図２は、燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。また、図３〜５は、燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。図３には、図２のＡ１−Ａ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示しており、図４には、図２のＢ１−Ｂ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示しており、図５には、図２のＣ１−Ｃ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示している。
【００７７】
燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、燃料電池１００に供給された冷却液を各単セル１４０に分配する冷却液供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却液を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却液排出マニホールド１７４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向に略平行な方向（すなわち単セル１４０の面方向に略垂直な方向）に伸びる形状の流路である。
【００７８】
図２に示すように、単セル１４０の平面形状は略長方形であり、各マニホールドは単セル１４０の平面における外縁辺付近に配置されている。具体的には、燃料ガス供給マニホールド１６２および冷却液供給マニホールド１７２の位置は、単セル１４０の外縁辺の内の一方の短辺に隣接した位置であり、燃料ガス排出マニホールド１６４および冷却液排出マニホールド１７４の位置は、単セル１４０の外縁辺の内の他方の短辺に隣接した位置である。単セル１４０の外縁辺の短辺方向に沿った燃料ガス供給マニホールド１６２と冷却液供給マニホールド１７２との位置関係は、燃料ガス排出マニホールド１６４と冷却液排出マニホールド１７４との位置関係と逆の関係になっている。また、酸化剤ガス供給マニホールド１５２の位置は、単セル１４０の外縁辺の内の一方の長辺（燃料ガス供給マニホールド１６２から遠い方の長辺）の全体に隣接した位置であり、酸化剤ガス排出マニホールド１５４の位置は、単セル１４０の外縁辺の内の他方の長辺（燃料ガス供給マニホールド１６２から近い方の長辺）の全体に隣接した位置である。
【００７９】
なお、本明細書では、燃料電池１００において単セル１４０を積層する方向を「積層方向」と呼ぶものとし、単セル１４０の主表面に平行な方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、単セル１４０の長辺に平行な方向をＸ方向と呼び、単セル１４０の短辺に平行な方向（Ｘ方向に略垂直な方向）をＹ方向と呼ぶものとする。
【００８０】
図３〜５に示すように、燃料電池１００の単セル１４０は、電解質膜２１２のそれぞれの面にアノード（アノード電極層）２１４、カソード（カソード電極層）２１５が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）２１０を含む発電体層２００を、一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）によって挟持した構成となっている。膜電極接合体２１０は、さらに、アノード２１４の外側に配置されたアノード側拡散層２１６と、カソード２１５の外側に配置されたカソード側拡散層２１７と、を含んでいる。また、発電体層２００は、さらに、膜電極接合体２１０のカソード側拡散層２１７の外側に配置されたカソード側多孔体流路層２３０を含んでいる。
【００８１】
電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード２１５およびアノード２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパーまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０は、金属多孔体（例えばエキスパンドメタル）やカーボン多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０は、カソード側拡散層２１７より空孔率が高いため、内部におけるガスの流動抵抗が低く、酸化剤ガスが流動する酸化剤ガス用流路として機能する。
【００８２】
カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して製造される。具体的には、カソード側セパレータ３２０は、金属板に、各マニホールドを構成する開口等を形成するための孔空け加工を施して製造される。図３〜５に示すように、カソード側セパレータ３２０は、平坦な板状形状である。一方、アノード側セパレータ３１０は、金属板に、各マニホールドを構成する開口等を形成するための孔空け加工と共に、金属板を折り曲げて波形断面形状の部分を設けるプレス加工を施して製造される。図３，４に示すように、アノード側セパレータ３１０は、波形断面形状の波形部ＷＳＰを有する。図２には、単セル１４０の平面におけるアノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの位置をハッチングにより示している。
【００８３】
図６は、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの構成を示す斜視図である。図６において、上方は、隣接する他の単セル１４０のカソード側セパレータ３２０に対向する側であり、下方は、発電体層２００に対向する側である。図６および図４に示すように、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰは、カソード側セパレータ３２０に対向する表面側（以下、「第１の表面側」と呼ぶ）に凹な第１の溝部３１６と、発電体層２００に対向する表面側（以下、「第２の表面側」と呼ぶ）に凹な第２の溝部３１５と、がＸ方向に沿って交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有している。各第１の溝部３１６および各第２の溝部３１５の平面形状は、Ｙ方向に沿って伸びる形状である。
【００８４】
図６および図４に示すように、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰは、第１の溝部３１６の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）に、冷却液用の流路空間ＣＳを形成する。冷却液用流路空間ＣＳは、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第１の溝部３１６とカソード側セパレータ３２０の表面とに囲まれた空間である。また、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰは、第２の溝部３１５の第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）に、燃料ガス用の流路空間ＡＳを形成する。燃料ガス用流路空間ＡＳは、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第２の溝部３１５と発電体層２００の表面とに囲まれた空間である。第１の溝部３１６および第２の溝部３１５は、Ｙ方向に沿って伸びる形状であるため、冷却液用流路空間ＣＳおよび燃料ガス用流路空間ＡＳもＹ方向に沿って伸びる空間となる。
【００８５】
図６および図３，４に示すように、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの各第２の溝部３１５は、浅溝部３１４を有している。浅溝部３１４は、第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）から見た深さｄ２が他の部分（以下、「深溝部３１３」と呼ぶ）の深さｄ１よりも浅い部分である。ここで、第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）の深さとは、アノード側セパレータ３１０の第２の表面側の最外部（すなわち発電体層２００に接触する部分）の位置から、第２の溝部３１５の第１の表面側の最外部（すなわち第２の溝部３１５の積層方向に略垂直な部分）の位置までの積層方向に沿った距離を意味する。そのため、第２の溝部３１５の第２の表面側に形成される燃料ガス用流路空間ＡＳの深さは、深溝部３１３の位置において深く、浅溝部３１４の位置において浅くなる。また、複数の単セル１４０が積層された燃料電池１００において、アノード側セパレータ３１０は、各深溝部３１３の位置でカソード側セパレータ３２０の表面と接触し、浅溝部３１４の位置では接触しない。従って、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの浅溝部３１４の位置の第１の表面側には、カソード側セパレータ３２０の表面との間に、浅溝部３１４を挟んで隣接する２つの冷却液用流路空間ＣＳを連通する連通流路ＣＰが形成される。図６に示すように、本実施例では、各第２の溝部３１５に複数の浅溝部３１４が形成されている。また、各第２の溝部３１５の浅溝部３１４は、Ｘ方向に沿って隣接する他の第２の溝部３１５の浅溝部３１４と並んだ位置に形成されている。
【００８６】
一方、図６および図４に示すように、アノード側セパレータ３１０の各第１の溝部３１６は、第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）から見た深さが一定である。ここで、第１の溝部３１６の深さとは、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第１の表面側の最外部（すなわちカソード側セパレータ３２０に接触する部分）の位置から、第１の溝部３１６の第２の表面側の最外部（すなわち第１の溝部３１６の積層方向に略垂直な部分）の位置までの積層方向に沿った距離を意味する。そのため、第１の溝部３１６の第１の表面側に形成される冷却液用流路空間ＣＳの深さは一定となる。また、複数の単セル１４０が積層された燃料電池１００において、アノード側セパレータ３１０は、各第１の溝部３１６の全面の位置で発電体層２００の表面と接触する。
【００８７】
図３に示すように、アノード側セパレータ３１０は、波形部ＷＳＰのＹ方向に沿った両端に隣接した位置に、第１の表面側に凹な形状の第４の溝部３１２を有している。第４の溝部３１２は、図４に示すように、波形部ＷＳＰの全体にわたって隣接するように、Ｘ方向に連続して形成されている。第４の溝部３１２の深さは、第２の溝部３１５の深溝部３１３の深さと同じである。そのため、複数の単セル１４０が積層された燃料電池１００において、アノード側セパレータ３１０は、第４の溝部３１２の位置でもカソード側セパレータ３２０の表面と接触する。また、第４の溝部３１２は、第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）に、燃料ガスをＸ方向に沿って流動させる連続した流路空間である燃料ガス用コモンレールＡＣＲを形成する。図２には、単セル１４０の平面における燃料ガス用コモンレールＡＣＲの位置をハッチングにより示している。図３に示すように、燃料ガス用コモンレールＡＣＲは、波形部ＷＳＰにおける各第２の溝部３１５により形成される燃料ガス用流路空間ＡＳと連通している。
【００８８】
図３，４に示すように、単セル１４０の発電体層２００の外縁部には、カソード側とアノード側との間のクロスリークを防止するためのシール部（ガスケット）４２０が配置されている。シール部４２０は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等のシール材料を用いた射出成形により形成される。
【００８９】
また、アノード側セパレータ３１０のカソード側セパレータ３２０に対向する側の表面には、図２に示す各マニホールドを囲むシールラインＳＬや冷却液を流動させる領域を囲むシールラインＳＬを形成するための各種シール部（ガスケット）が配置されている。具体的には、図３に示すように、アノード側セパレータ３１０には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２および酸化剤ガス排出マニホールド１５４を囲むシールラインＳＬを形成するためのシール部４３０（図３）と、燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４を囲むシールラインＳＬを形成するためのシール部４５０（図４）と、アノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３２０との間において冷却液を流動させる領域を囲むシールラインＳＬを形成するためのシール部４４０（図３，４）と、が配置されている。各シール部は、凸型断面形状のリップ部（４３２，４４２，４５２）を有しており、各単セル１４０が積層される際に、各リップ部が対向するカソード側セパレータ３２０により圧縮されて変形し、カソード側セパレータ３２０の表面に密着することにより、シールラインＳＬが形成される。
【００９０】
図４，５に示すように、アノード側セパレータ３１０の燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４の付近には、第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）に凹な形状の第３の溝部３１７が形成されている。第３の溝部３１７の深さは、第４の溝部３１２や第２の溝部３１５の深溝部３１３よりも浅い。ここで、第３の溝部３１７の深さは、アノード側セパレータ３１０の第２の表面側の最外部（すなわち発電体層２００に接触する部分）の位置から第３の溝部３１７の第１の表面側の最外部（すなわち第３の溝部３１７の積層方向に略垂直な部分）の位置までの積層方向に沿った距離を意味する。また、第３の溝部３１７は、一方の端部が、燃料ガス用コモンレールＡＣＲを形成する第４の溝部３１２と連続しており、他方の端部に開口３１８が形成されている。
【００９１】
このように構成された第３の溝部３１７は、シール部４４０，４５０によるシールラインＳＬの下（発電体層２００側）を通って、燃料ガス用流路空間ＡＳに連通する燃料ガス用コモンレールＡＣＲと燃料ガス供給マニホールド１６２との間および燃料ガス用コモンレールＡＣＲと燃料ガス排出マニホールド１６４との間を連通するトンネル流路ＴＲを形成する。トンネル流路ＴＲを形成するための第３の溝部３１７は、その全体が、発電体層２００の外縁部に配置されたシール部４２０よりも面方向に沿って内側に位置している。そのため、トンネル流路ＴＲは、全体にわたって、シール部４２０に対向することはなく、発電体層２００のアノード側拡散層２１６に対向する。本実施例では、第３の溝部３１７により、Ｘ方向に伸びる複数のトンネル流路ＴＲがＹ方向に沿って並んで形成される。
【００９２】
図３，４において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、開口３１８から上流側（供給側）のトンネル流路ＴＲ内を通って上流側の燃料ガス用コモンレールＡＣＲに導かれ、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内をＸ方向に沿って拡散すると共に、燃料ガス用コモンレールＡＣＲに連通した燃料ガス用流路空間ＡＳ内に進入し、燃料ガス用流路空間ＡＳ内をＹ方向に沿って流動する。このとき、水素は、膜電極接合体２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった水素は、燃料ガス用流路空間ＡＳから下流側（排出側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内に進入し、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内を流動して下流側のトンネル流路ＴＲに至り、トンネル流路ＴＲの開口３１８から燃料ガス排出マニホールド１６４へと排出される。
【００９３】
一方、図３において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、カソード側セパレータ３２０の発電体層２００に対向する位置に設けられた上流側（供給側）の開口３２２を通ってカソード側多孔体流路層２３０の内部に進入し、カソード側多孔体流路層２３０内を拡散しつつ流動する。このとき、空気は、膜電極接合体２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった空気は、カソード側セパレータ３２０の発電体層２００に対向する位置に設けられた下流側（排出側）の開口３２２を通って酸化剤ガス排出マニホールド１５４へと排出される。
【００９４】
また、図２において矢印で示すように、冷却液供給マニホールド１７２に供給された冷却液は、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）に形成された冷却液用流路空間ＣＳおよび連通流路ＣＰ（図３，４，６）を通って縦横に流動しつつ単セル１４０を冷却し、冷却液排出マニホールド１７４へと排出される。
【００９５】
以上説明したように、本実施例では、アノード側セパレータ３１０が、第１の表面側に凹な形状の第１の溝部３１６と第２の表面側に凹な形状の第２の溝部３１５とが交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有する波形部ＷＳＰを有し、第１の溝部３１６の第１の表面側には冷却液用流路空間ＣＳが形成され、第２の溝部３１５の第２の表面側には燃料ガス用流路空間ＡＳが形成される。そして、各第２の溝部３１５は、第２の表面側から見た深さが他の部分（深溝部３１３）より浅い浅溝部３１４を有するため、浅溝部３１４の位置の第１の表面側に、浅溝部３１４を挟んで隣接する２つの冷却液用流路空間ＣＳを連通する連通流路ＣＰが形成される。そのため、本実施例では、アノード側セパレータ３１０という１つの部品のみで冷却液用流路空間ＣＳおよび燃料ガス用流路空間ＡＳを形成することができると共に、冷却液用流路空間ＣＳおよび連通流路ＣＰを形成することによって冷却液の流れ方向を燃料ガスの流れ方向に平行な方向に限定されず自由に設定することができるため、部品点数の増加を抑制しつつ流体の経路を柔軟に設定することができる。例えば、本実施例のアノード側セパレータ３１０を用いれば、各マニホールドの配置の自由度を向上させたり単セル１４０内の熱設計の自由度を向上させたりすることができると共に、燃料電池１００の軽量化、小型化、低コスト化を実現することができる。
【００９６】
また、本実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０は波形断面形状の波形部ＷＳＰを有するが、カソード側セパレータ３２０は平坦な板状形状である。そのため、本実施例の燃料電池１００では、カソード側セパレータ３２０も波形断面形状の波形部ＷＳＰを有する場合と比較して、以下の有利な点を有する。すなわち、本実施例の燃料電池１００では、冷却液用流路の圧力損失がアノード側セパレータ３１０の形状のみによって決定されるため、各単セル１４０の冷却液用流路の圧力損失のばらつきをより容易に抑制することができる。また、本実施例の燃料電池１００では、積層の際の位置ずれによってセパレータ間の接触面積がロスすることがないため、接触面積の確保が容易である。また、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体２１０への面圧ばらつきを抑制することができるため、拡散層と触媒層との間における隙間の発生を防止し、水の滞留を防止し、濃度分極を低減することができる。また、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ加工の容易化、低コスト化を図ることができる。
【００９７】
なお、本実施例の燃料電池１００において、カソード側セパレータ３２０の製造に用いられる金属板の厚さは、アノード側セパレータ３１０の製造に用いられる金属板の厚さよりも薄いことが好ましい。アノード側セパレータ３１０は、プレス加工を施して製造されるため、薄板化の限界がプレス成形性により決まり、使用する金属板の厚さを強度上の限界まで薄くすることができない。一方、カソード側セパレータ３２０は平坦な板状形状であるため、より薄い金属板を用いることができる。そのため、カソード側セパレータ３２０の製造に用いられる金属板の厚さをアノード側セパレータ３１０の製造に用いられる金属板の厚さよりも薄くすることにより、良好なプレス成形性を確保しつつ、単セル１４０の厚さおよび重量を低減することができる。
【００９８】
また、本実施例では、トンネル流路ＴＲを形成するための第３の溝部３１７の全体が、発電体層２００の外縁部に配置されたシール部４２０よりも面方向に沿って内側に位置しているため、トンネル流路ＴＲにシール部４２０が侵入してトンネル流路ＴＲが閉塞されることがなく、部品点数の増加を抑制しつつ、シールと反応ガスの流路確保との両立を実現することができる。また、本実施例では、トンネル流路ＴＲを形成するための第３の溝部３１７の深さは、第２の溝部３１５の深溝部３１３よりも浅いため、第３の溝部３１７のカソード側セパレータ３２０側に、冷却液を流動させる領域を囲むためのアノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３２０との間のシール部４４０を配置することができる。
【００９９】
また、本実施例の燃料電池１００では、各単セル１４０の波形部ＷＳＰに対向する領域において、燃料ガス流れ方向と酸化剤ガス流れ方向とが反対方向となっている。このようないわゆるカウンターフロー構成とすることにより、カソード側における電気化学反応によって生成された水（水蒸気）が、カソード側の酸化剤ガス流れ方向に沿った下流領域からアノード側の燃料ガス流れ方向に沿った上流領域に移動し、さらに水蒸気が燃料ガス流れによってアノード側を移動することにより、燃料電池１００全体の乾燥を抑制することができ、ひいては発電性能の低下を抑制することができる。また、本実施例の燃料電池１００では、酸化剤ガス用流路が、第２の溝部３１５により形成される燃料ガス用流路空間ＡＳより圧力損失の大きいカソード側多孔体流路層２３０によって形成されているが、酸化剤ガス流れ方向が単セル１４０の短辺方向に沿った方向であるため、単セル１４０の面方向に沿った良好なガス分配を実現することができる。
【０１００】
また、本実施例の燃料電池１００の各単セル１４０の製造（解体後の再組み立てを含む）の際には、アノード側セパレータ３１０と発電体層２００とを積層する前に、例えばスポイトや注射器を用いてアノード側セパレータ３１０の第１の溝部３１６の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）への冷却液の注入が行われる。積層は、注入された冷却液が流れ落ちないようにして行われる。そのため、製造された燃料電池１００では、第１の溝部３１６の第１の表面側の空間に空気が溜まることが抑制され、空気溜まりによる冷却液温度や流量の不安定化が抑制され、燃料電池１００の温度分布が不均一となって局所的にドライアップやフラッディングが発生したり電解質膜２１２の耐久性が低下したりすることが抑制される。なお、積層前に実行される工程は、第１の溝部３１６の第１の表面側に冷却液を接触させる工程であればよく、アノード側セパレータ３１０全体を容器に入れた冷却液に浸す工程であってもよい。
【０１０１】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例における燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。図７には、図２のＢ１−Ｂ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示している。第７実施例の燃料電池１００は、トンネル流路ＴＲの構成の点で第１実施例の燃料電池１００（図４参照）と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。ここで、トンネル流路ＴＲは、シール部４４０，４５０によるシールラインＳＬの下（発電体層２００側）を通る流路である。第２実施例のトンネル流路ＴＲは、第１実施例と同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２と燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの間および燃料ガス排出マニホールド１６４と燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの間を連通する流路である。
【０１０２】
図４に示すように、第１実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０に第３の溝部３１７を設けることによりトンネル流路ＴＲが形成される。これに対し、図７に示すように、第２実施例の燃料電池１００では、アノード側拡散層２１６に、アノード側セパレータ３１０に対向する側の表面が他の部分の表面より後退している薄部ＴＰを設けることによりトンネル流路ＴＲが形成される。薄部ＴＰは、アノード側拡散層２１６を切り欠いたり圧縮したりすることにより形成される。薄部ＴＰは、Ｘ方向に沿って、燃料ガス用コモンレールＡＣＲに対向する位置からシール部４４０，４５０の下を経てシール部４４０，４５０より外側（燃料ガス供給マニホールド１６２に近い側）の位置まで連続して形成され、外側の位置においてアノード側セパレータ３１０に形成された開口３１８に連通している。なお、トンネル流路ＴＲは、図５に示した第１実施例と同様に、Ｙ方向に沿って複数並んで形成される。
【０１０３】
第２実施例の燃料電池１００では、図７において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、開口３１８から上流側（供給側）のトンネル流路ＴＲ内を通って上流側の燃料ガス用コモンレールＡＣＲに導かれ、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内をＸ方向に沿って拡散すると共に、燃料ガス用コモンレールＡＣＲに連通した燃料ガス用流路空間ＡＳ内に進入し、燃料ガス用流路空間ＡＳ内をＹ方向に沿って流動する。このとき、水素は、膜電極接合体２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった水素は、燃料ガス用流路空間ＡＳから下流側（排出側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内に進入し、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内を流動して下流側のトンネル流路ＴＲに至り、トンネル流路ＴＲの開口３１８から燃料ガス排出マニホールド１６４へと排出される。
【０１０４】
以上説明したように、第２実施例の燃料電池１００では、アノード側拡散層２１６に薄部ＴＰを設けることによってトンネル流路ＴＲが形成されるため、トンネル流路ＴＲが形成される位置においても、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）に凸な部分を設ける必要がないため、トンネル流路ＴＲの位置におけるシール部４４０，４５０の高さの減少を抑制することができ、良好なシール性を確保することができる。また、第２実施例の燃料電池１００では、第１実施例と同様に、トンネル流路ＴＲにシール部４２０が侵入してトンネル流路ＴＲが閉塞されることがなく、部品点数の増加を抑制しつつシールと反応ガスの流路確保との両立を実現することができる。
【０１０５】
なお、第１実施例の燃料電池１００（図４）のようにアノード側セパレータ３１０に第３の溝部３１７を設けると共に、第３の溝部３１７に対向するアノード側拡散層２１６に薄部ＴＰを設けることにより、トンネル流路ＴＲを形成するとしてもよい。このようにすれば、第３の溝部３１７の深さとアノード側拡散層２１６の薄部ＴＰにおける厚さ減少量（すなわち、他の部分の厚さとの差）とを共に抑制しつつトンネル流路ＴＲの高さを確保することができるため、アノード側拡散層２１６の全体厚さの増加や強度の低下の抑制と、シール部４４０，４５０の高さの減少の抑制と、を両立させることができる。
【０１０６】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例の燃料電池１００におけるトンネル流路ＴＲ付近の構成を示す説明図である。図８には、トンネル流路ＴＲおよびトンネル流路ＴＲに連通する燃料ガス用コモンレールＡＣＲの平面と、当該平面におけるＡ２−Ａ２およびＢ２−Ｂ２の位置における断面を示している。第３実施例の燃料電池１００は、トンネル流路ＴＲの構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。トンネル流路ＴＲは、シール部４４０，４５０によるシールラインＳＬの下（発電体層２００側）を通り、燃料ガス供給マニホールド１６２と燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの間および燃料ガス排出マニホールド１６４と燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの間を連通する流路である。
【０１０７】
図８に示すように、第３実施例の燃料電池１００では、第１実施例（図５参照）と同様に、３つの第３の溝部３１７によって３つのトンネル流路ＴＲがＹ方向に並んで形成されている。第３実施例の燃料電池１００は、図８に示す３つの第３の溝部３１７の内の最も下に示した第３の溝部３１７が最も重力方向下側に位置するように配置されて使用される。第３実施例では、図８において最も下に示した第３の溝部３１７が燃料ガス用流路空間ＡＳに連通する燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置（図８の右側）まで伸びるように形成されている。
【０１０８】
燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内には発電によって生成された生成水が進入する。燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内に進入した生成水は、燃料ガス流れにのって移動する。生成水は、燃料ガス用コモンレールＡＣＲにおけるトンネル流路ＴＲとの境界まで移動し、トンネル流路ＴＲに接触すると、毛細管現象によってトンネル流路ＴＲ内に引き込まれる。本実施例では、最も重力方向下側に位置する第３の溝部３１７によって形成されたトンネル流路ＴＲが燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置まで伸びているため、生成水は最も重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲ内に引き込まれる。一方、他のトンネル流路ＴＲに生成水が引き込まれることが抑制されるため、他のトンネル流路ＴＲは生成水によって閉塞されず開通した状態が維持される。そのため、第３実施例の燃料電池１００では、燃料ガス用コモンレールＡＣＲからの排水が促進されると共に、すべてのトンネル流路ＴＲが閉塞されることを防止することができる。トンネル流路ＴＲが完全に閉塞されると氷点下において再始動ができなくなるおそれがあるが、本実施例ではそのような事態の発生を回避することができる。
【０１０９】
図９は、第３実施例の変形例におけるトンネル流路ＴＲ付近の構成を示す説明図である。図９には、燃料ガス用コモンレールＡＣＲとトンネル流路ＴＲとの境界付近の位置関係を概略的に示している。図９における上方向が重力方向上側であり、図９における下方向が重力方向下側である。図９（ａ）に示すように、最も重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲのみの長さを他のトンネル流路ＴＲの長さより長くすることによって、最も重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲを燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置まで伸ばすようにしてもよい。あるいは、図９（ｂ）に示すように、すべてのトンネル流路ＴＲの長さは略同一であるが、Ｘ方向に沿った配置をずらすことによって、最も重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲを燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置まで伸ばすようにしてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、各トンネル流路ＴＲの長さを重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲほど長くすることによって、最も重力方向下側に位置するトンネル流路ＴＲを燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置まで伸ばすようにしてもよい。
【０１１０】
なお、図８に示すトンネル流路ＴＲの構成は、燃料ガス排出マニホールド１６４に近い方の側についてのみ採用し、燃料ガス供給マニホールド１６２に近い方の側については、各トンネル流路ＴＲの燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの境界の位置を略同一とした構成を採用するものとしてもよい。また、図８では、アノード側セパレータ３１０に第３の溝部３１７を設けることによりトンネル流路ＴＲを形成する場合について説明したが、第２実施例（図７）のように、アノード側拡散層２１６に薄部ＴＰを設けることによりトンネル流路ＴＲを形成する場合についても同様に、最も重力方向下側に位置する薄部ＴＰによって形成されたトンネル流路ＴＲを燃料ガス用コモンレールＡＣＲに最も近い位置まで伸ばすことにより、すべてのトンネル流路ＴＲが閉塞されることを防止することができる。
【０１１１】
Ｄ．第４実施例：
図１０は、第４実施例における燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。また、図１１，１２は、第４実施例における燃料電池１００の断面構成を示す説明図である。図１１には、図１０のＡ１−Ａ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示しており、図１２には、図１０のＢ１−Ｂ１の位置における燃料電池１００の部分断面を示している。
【０１１２】
第４実施例の燃料電池１００は、トンネル流路ＴＲと燃料ガス用コモンレールＡＣＲとの関係の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。図１０，１１に示すように第４実施例の燃料電池１００では、冷却液を流動させる領域を囲むシールラインＳＬを形成するためのシール部４４０が、燃料ガス用コモンレールＡＣＲの外側ではなく内側に配置されている。ここで、燃料ガス用コモンレールＡＣＲの内側とは、供給側（上流側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲに関しては燃料ガス用コモンレールＡＣＲより下流側を意味し、排出側（下流側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲに関しては燃料ガス用コモンレールＡＣＲより上流側を意味する。また、燃料ガス供給マニホールド１６２および供給側の燃料ガス用コモンレールＡＣＲを囲むシール部４６０と、燃料ガス排出マニホールド１６４および排出側の燃料ガス用コモンレールＡＣＲを囲むシール部４６０とが、配置されている。
【０１１３】
また、図１１に示すように、各燃料ガス用コモンレールＡＣＲと波形部ＷＳＰとの間には、第３の溝部３１７が設けられることにより、シール部４５０，４６０によるシールラインＳＬの下（発電体層２００側）を通って燃料ガス用コモンレールＡＣＲと燃料ガス用流路空間ＡＳとの間を連通するトンネル流路ＴＲが形成されている。トンネル流路ＴＲは、燃料ガス用コモンレールＡＣＲの延伸方向に沿った複数の位置に形成される。
【０１１４】
図１１，１２において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、供給側（上流側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内に導かれ、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内をＸ方向に沿って拡散しつつ、トンネル流路ＴＲ内を通って燃料ガス用流路空間ＡＳ内に進入し、燃料ガス用流路空間ＡＳ内をＹ方向に沿って流動する。このとき、水素は、膜電極接合体２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった水素は、燃料ガス用流路空間ＡＳからトンネル流路ＴＲを通って下流側（排出側）の燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内に進入し、燃料ガス用コモンレールＡＣＲ内を流動して燃料ガス排出マニホールド１６４へと排出される。
【０１１５】
以上説明したように、第４実施例の燃料電池１００では、冷却液を流動させる領域を囲むシールラインＳＬを形成するためのシール部４４０が燃料ガス用コモンレールＡＣＲの内側に配置されており、トンネル流路ＴＲも燃料ガス用コモンレールＡＣＲの内側に形成されているため、トンネル流路ＴＲが燃料ガス用コモンレールＡＣＲの外側に形成される第１実施例の燃料電池１００と比較して、流路の圧力損失を低減することができる。
【０１１６】
なお、第４実施例の燃料電池１００において、燃料ガス用コモンレールＡＣＲの内側に形成されたトンネル流路ＴＲのさらに内側に別のコモンレールを設けるとしてもよい。このようにすれば、燃料ガスの分配性をさらに向上させることができる。また、第１実施例の燃料電池１００において、第４実施例と同様に、燃料ガス用コモンレールＡＣＲの内側に、別のトンネル流路ＴＲを設けるとしてもよい。
【０１１７】
Ｅ．第５実施例：
図１３は、第５実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。図１３には、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４（図４，６参照）の位置を通るＸ方向に沿った断面を示している。図１３には、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４とカソード側セパレータ３２０との間に形成された連通流路ＣＰと、第１の溝部３１６とカソード側セパレータ３２０との間に形成された冷却液用流路空間ＣＳと、により構成された凹凸のある冷却液用の流路における冷却液の流れ方向を矢印で示している。図１３に示す例では、図の左側が上流側であり、図の右側が下流側である。
【０１１８】
第５実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４の形状の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。第５実施例では、図１３に示すように、浅溝部３１４の断面形状は、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａが上流側の曲率半径Ｒｂより大きい形状となっている。
【０１１９】
なお、このような断面形状の浅溝部３１４を有するアノード側セパレータ３１０は、金属板のプレス加工によって製造することができる。アノード側セパレータ３１０を、金属板や樹脂カーボン板の削り出しや金属板のエッチングによって製造するものとしてもよい。また、アノード側セパレータ３１０を、樹脂カーボンの射出成形によって製造するものとしてもよい。
【０１２０】
このように連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａを大きくすると、連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の冷却液用流路空間ＣＳにおいて、カソード側セパレータ３２０に近い側の部分（図の上側の部分）を真っ直ぐに通過するのではなく、発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）に近い側の部分（図の下側の部分）内に流入することが促進される。ただし、単純に連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａを大きくすると、浅溝部３１４の発電体層２００側に形成される燃料ガス用流路空間ＡＳの断面積が小さくなる。第５実施例の燃料電池１００では、浅溝部３１４の断面形状を、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａが上流側の曲率半径Ｒｂより大きい形状とすることにより、燃料ガス用流路空間ＡＳの断面積が縮小することを抑制しつつ、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。なお、例えば浅溝部３１４の深さｄ２が１ｍｍである場合には、下流側の曲率半径Ｒａは０．５より大きいことが好ましく、上流側の曲率半径Ｒｂは０．１より小さいことが好ましい。
【０１２１】
図１４は、第５実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。第５実施例の変形例では、図１４に示すように、浅溝部３１４の断面形状は、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の抜き角度θＢが上流側の抜き角度θＡより大きい形状となっている。ここで、抜き角度とは、連通流路ＣＰと冷却液用流路空間ＣＳとの境界を構成する浅溝部３１４の壁体の中心線と鉛直方向との為す角度である。
【０１２２】
このように連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の抜き角度θＢを上流側の抜き角度θＡより大きくすると、同様に、連通流路ＣＰを通過した冷却液が下流側の冷却液用流路空間ＣＳにおいて発電体層２００に近い側の部分（図の下側の部分）内に流入することが促進されるため、燃料ガス用流路空間ＡＳの断面積が縮小することを抑制しつつ、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。なお、下流側の抜き角度θＢは４５度より大きいことが好ましく、上流側の抜き角度θＡは３０度より小さいことが好ましい。
【０１２３】
Ｆ．第６実施例：
図１５は、第６実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。図１５には、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４（図４，６参照）の位置を通るＸ方向に沿った断面を示している。図１５には、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４とカソード側セパレータ３２０との間に形成された連通流路ＣＰと、第１の溝部３１６とカソード側セパレータ３２０との間に形成された冷却液用流路空間ＣＳと、により構成された凹凸のある冷却液用の流路における冷却液の流れ方向を矢印で示している。図１５に示す例では、図の左側が上流側であり、図の右側が下流側である。
【０１２４】
第６実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４の形状の点で図１３に示した第５実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第５実施例の燃料電池１００と同様である。第６実施例では、図１５に示すように、浅溝部３１４の断面形状は、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａが上流側の曲率半径Ｒｂより小さい形状となっている。
【０１２５】
このように連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａを小さくすると、連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の冷却液用流路空間ＣＳにおいて、発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）に近い側の部分（図の下側の部分）内に流入することが抑制され、冷却液の流れが整流される。冷却液用流路空間ＣＳの発電体層２００に近い側の部分内に冷却液が流入すると、冷却液の流れが乱流となって流路の圧力損失が増大し、ウォーターポンプ７１の負荷が増大して燃費が悪化する。第６実施例の燃料電池１００では、浅溝部３１４の断面形状を、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の曲率半径Ｒａが上流側の曲率半径Ｒｂより小さい形状とすることにより、冷却液用流路空間ＣＳの発電体層２００に近い側の部分内への冷却液の流入を抑制し、冷却液の流れを整流して流路の圧力損失の増大を抑制することができる。なお、例えば浅溝部３１４の深さｄ２が１ｍｍである場合には、下流側の曲率半径Ｒａは０．１より小さいことが好ましく、上流側の曲率半径Ｒｂは０．５より大きいことが好ましい。
【０１２６】
図１６は、第６実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の断面構成を示す説明図である。第６実施例の変形例では、図１６に示すように、浅溝部３１４の断面形状は、連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の抜き角度θＢが上流側の抜き角度θＡより小さい形状となっている。
【０１２７】
このように連通流路ＣＰにおける冷却液流れの下流側の抜き角度θＢを上流側の抜き角度θＡより小さくすると、同様に、冷却液用流路空間ＣＳの発電体層２００に近い側の部分内への冷却液の流入を抑制し、冷却液の流れを整流して流路の圧力損失の増大を抑制することができる。
【０１２８】
Ｇ．第７実施例：
図１７は、第７実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。第７実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の第１の表面（カソード側セパレータ３２０に対向する側の表面）に所定の表面処理が施されている点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１２９】
第７実施例では、アノード側セパレータ３１０の製造の際に、波形部ＷＳＰの第１の表面全体に親水処理としてホーニングを施し、さらに第１の表面全体に浸漬メッキを施す。メッキ処理の後、第１の表面を上にしてアノード側セパレータ３１０を乾かすことにより、第１の溝部３１６にメッキ液が流れてメッキ層が厚くなる。次に、第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１へテフロン（テフロンは登録商標）樹脂等の撥水剤を吹き付け、領域Ｓ１における撥水性を高める。このようにして製造されたアノード側セパレータ３１０は、波形部ＷＳＰの第１の表面側の第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１において高い耐食性および撥水性を有し、浅溝部３１４の表面領域Ｓ２において高い親水性を有する。
【０１３０】
第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１は、燃料電池システム１０の部品からの溶出物が溜まりやすい場所であるが、第７実施例のアノード側セパレータ３１０では、領域Ｓ１が高い耐食性を有するため、アノード側セパレータ３１０の腐食を抑制することができる。また、浅溝部３１４により形成される連通流路ＣＰは、比較的高さが低く圧力損失が増大しやすいが、第７実施例のアノード側セパレータ３１０では、浅溝部３１４の表面領域Ｓ２が高い親水性を有するため、管摩擦係数を低減して圧力損失の増大を抑制することができる。また、第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１は、冷却液が溜まりやすい部分であり、修理等で単セル１４０を分解する際に溜まった冷却液がこぼれ出て作業性を低下させる恐れがあるが、第７実施例のアノード側セパレータ３１０では、領域Ｓ１が高い撥水性を有するため、冷却液の液切れが向上して冷却液が溜まりにくくなり、分解の際の作業性の低下を抑制することができる。
【０１３１】
なお、アノード側セパレータ３１０の製造の際に以下の処理を行っても、上述した第７実施例と同様の効果が得られる。すなわち、アノード側セパレータ３１０の製造の際に、波形部ＷＳＰの第１の表面全体に耐食処理としてカーボンコートを施し、さらに第１の表面全体にＵＶ処理を行って表面を親水化し、第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１に樹脂塗装を行って撥水性を高める。このようにして製造されたアノード側セパレータ３１０も、波形部ＷＳＰの第１の表面側の第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１において高い耐食性および撥水性を有し、浅溝部３１４の表面領域Ｓ２において高い親水性を有する。
【０１３２】
Ｈ．第８実施例：
図１８は、第８実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図１８（ａ）には、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）の一部の平面構成を示しており、図１８（ｂ）には、図１８（ａ）のＡ３−Ａ３の位置における断面構成を示している。また、図１８（ｃ）には、深溝部３１３および浅溝部３１４付近の斜視図を示している。
【０１３３】
第８実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第１の表面側に壁体３５２および床体３５４が形成されている点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。より詳細には、第８実施例のアノード側セパレータ３１０では、深溝部３１３の連通流路ＣＰにおける冷却液流れ方向の下流側に、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁ＢＷの延長上に位置する壁体３５２が形成されている。本実施例では、壁体３５２は、アノード側セパレータ３１０と同じ材料（本実施例では金属）を用いて別部品として製作され、アノード側セパレータ３１０の第１の溝部３１６表面に接着される。壁体３５２の形状は、十分な接着面積を確保するために、三角柱形状となっている。
【０１３４】
また、第８実施例のアノード側セパレータ３１０では、浅溝部３１４の下流側に、浅溝部３１４の床面ＢＰの延長上に位置する床体３５４が形成されている。本実施例では、床体３５４は、アノード側セパレータ３１０と同じ材料（本実施例では金属）を用いて別部品として製作され、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４の下流側壁面に接着される。床体３５４の形状は、十分な接着面積を確保するために、三角柱形状となっている。なお、床体３５４の下流側先端は、浅溝部３１４の下流側先端より下流側に位置することが望ましい。すなわち、図１８（ｂ）において、距離Ｌ１は距離Ｌ０より大きいことが望ましい。
【０１３５】
第８実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰに壁体３５２および床体３５４が形成されているため、連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の冷却液用流路空間ＣＳにおいて、深溝部３１３の下流側の領域に回り込んで流入することが抑制されると共に、発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）に近い側の部分に流入することが抑制され、冷却液の流れが整流される。そのため、第８実施例の燃料電池１００では、冷却液の流れが乱流となって流路の圧力損失が増大しウォーターポンプ７１の負荷が増大して燃費が悪化することが抑制される。
【０１３６】
なお、壁体３５２の形状は、境界壁ＢＷの延長上に位置する壁を有すれば三角柱形状に限られず、また、壁体３５２の材料は金属に限られない。同様に、床体３５４の形状は、床面ＢＰの延長上に位置する床を有すれば三角柱形状に限られず、また、床体３５４の材料は金属に限られない。また、壁体３５２および床体３５４をアノード側セパレータ３１０のプレス加工の際にアノード側セパレータ３１０と一体として形成するとしてもよい。図１８（ｄ）には、床体３５４をアノード側セパレータ３１０のプレス加工の際にアノード側セパレータ３１０と一体として形成した場合の構成を示している。このようにすれば、加工手間の低減を図ることができる。
【０１３７】
Ｉ．第９実施例：
図１９は、第９実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図１９（ａ）には、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）の一部の平面構成を示しており、図１９（ｂ）には、図１９（ａ）のＡ４−Ａ４の位置における断面構成を示しており、図１９（ｃ）には、図１９（ａ）のＢ４−Ｂ４の位置における断面構成を示している。
【０１３８】
第９実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第１の表面側にスペーサー３６２が配置されている点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。具体的には、第９実施例のアノード側セパレータ３１０では、第１の溝部３１６における深溝部３１３に隣接する位置に、空間を充填するスペーサー３６２が配置されている。スペーサー３６２は、導電性がある材料（例えば金属やカーボン）により形成されることが好ましいが、導電性のない材料（例えば樹脂）により形成されることも可能である。スペーサー３６２は、第１の溝部３１６の第１の表面側に形成される冷却液用流路空間ＣＳを全部塞ぐように形成されてもよいし、冷却液用流路空間ＣＳのカソード側セパレータ３２０に近い側は開放されるようにして発電体層２００に近い側の一部を塞ぐように形成されてもよい。
【０１３９】
第９実施例の燃料電池１００では、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰにスペーサー３６２が配置されているため、連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の冷却液用流路空間ＣＳにおいて、深溝部３１３の下流側の領域に回り込んで流入することが抑制されて冷却液の流れが整流されると共に、冷却液が深溝部３１３の下流側の領域に滞留することが抑制される。そのため、第９実施例の燃料電池１００では、冷却液の流れが乱流となって流路の圧力損失が増大しウォーターポンプ７１の負荷が増大して燃費が悪化することが抑制されると共に、冷却液の滞留によってアノード側セパレータ３１０が腐食することが抑制される。
【０１４０】
なお、スペーサー３６２をアノード側セパレータ３１０のプレス加工の際にアノード側セパレータ３１０と一体として形成するとしてもよい。あるいは、アノード側セパレータ３１０に対向するカソード側セパレータ３２０にプレス加工を施して、燃料電池１００の積層時に、カソード側セパレータ３２０表面に形成された凸部を、アノード側セパレータ３１０の第１の溝部３１６における深溝部３１３に隣接する位置に突入させてスペーサー３６２として機能させることも可能である。
【０１４１】
Ｊ．第１０実施例：
図２０は、第１０実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。第１０実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１４２】
図２０に示すように、第１０実施例では、第１実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０の各第２の溝部３１５は複数の浅溝部３１４を有し、各浅溝部３１４は、隣接する他の第２の溝部３１５の浅溝部３１４と並んだ位置に形成されている。第１０実施例では、各第２の溝部３１５が、通常の浅溝部３１４ａと、通常の浅溝部３１４ａよりも深さの深い中浅溝部３１４ｂと、を含む複数の浅溝部３１４を有している点が第１実施例と異なっている。中浅溝部３１４ｂの深さは、通常の浅溝部３１４ａの深さと深溝部３１３の深さとの中間である。そのため、中浅溝部３１４ｂの位置に形成される連通流路ＣＰの断面積は、通常の浅溝部３１４ａの位置に形成される連通流路ＣＰの断面積より小さくなる。なお、上述したように、第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）の深さは、アノード側セパレータ３１０の第２の表面側の最外部の位置から、第２の溝部３１５の第１の表面側の最外部の位置までの積層方向に沿った距離を意味する。また、各第２の溝部３１５の有する中浅溝部３１４ｂは、隣接する第２の溝部３１５の有する通常の浅溝部３１４ａに対向する位置に配置されている。そのため、中浅溝部３１４ｂの位置に形成される連通流路ＣＰの上流側には、通常の浅溝部３１４ａの位置に形成される連通流路ＣＰが配置される。
【０１４３】
第１０実施例の燃料電池１００では、中浅溝部３１４ｂの位置に形成される断面積のより小さい連通流路ＣＰの上流側に通常の浅溝部３１４ａの位置に形成される断面積のより大きい連通流路ＣＰが配置されるため、通常の浅溝部３１４ａの位置に形成される連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の中浅溝部３１４ｂの位置に形成される連通流路ＣＰ内に流入することが抑制され、代わりに冷却液用流路空間ＣＳ内に流入することが促進される。ただし、中浅溝部３１４ｂの位置に断面積が小さいながらも連通流路ＣＰが存在するために、冷却液の流れが過度な乱流となることが抑制され、乱流によって流路の圧力損失が増大しウォーターポンプ７１の負荷が増大し燃費が悪化することが抑制される。そのため、第１０実施例の燃料電池１００では、冷却液の流れが過度な乱流となることを抑制しつつ、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。
【０１４４】
なお、第１０実施例では、図２０に示すように、各第２の溝部３１５に通常の浅溝部３１４ａと中浅溝部３１４ｂとが交互に配置されることが好ましい。このような配置パターンを採用すれば、波形部ＷＳＰの全領域にわたって冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを良好に抑制することができると共に、冷却液の流量の均一化を図ることができ、燃料電池１００の冷却性能を向上させることができる。また、中浅溝部３１４ｂは、酸化剤ガスの入口に近い領域（すなわち酸化剤ガス供給マニホールド１５２に近い領域）に多く配置されているとしてもよい。このようにすれば、酸化剤ガスの入口に近い領域を良好に冷却することができ、単セル１４０の乾燥を抑制することができる。なお、各第２の溝部３１５における通常の浅溝部３１４ａと中浅溝部３１４ｂとの配置パターンは任意に設定可能であり、例えば、２つの通常の浅溝部３１４ａと１つの中浅溝部３１４ｂとが交互に繰り返し配置される配置パターンが採用されてもよい。
【０１４５】
図２１は、第１０実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２１に示す第１０実施例の変形例のアノード側セパレータ３１０では、図２０に示す第１０実施例のアノード側セパレータ３１０における中浅溝部３１４ｂの深さが深溝部３１３の深さと同じとなっている。すなわち、第１０実施例の変形例では、中浅溝部３１４ｂが深溝部３１３と一体となっている。第１０実施例の変形例でも、通常の浅溝部３１４ａの位置に形成される連通流路ＣＰを通過した冷却液が、下流側の冷却液用流路空間ＣＳ内に流入することが促進されるため、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。
【０１４６】
Ｋ．第１１実施例：
図２２は、第１１実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２２には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（図４，６参照）の位置を通るＹ方向に沿った断面を示している。図２２には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）と発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）との間に形成された燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れ方向を矢印で示している。図２２に示す例では、図の上方が上流側であり、図の下方が下流側である。第１１実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１４７】
図２２に示すように、第１１実施例では、第１実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０の各第２の溝部３１５は複数の浅溝部３１４を有している。第１１実施例では、深溝部３１３と、燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れの下流側において当該深溝部３１３と隣接する浅溝部３１４と、の境界壁ＢＷが、第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）に近いほど下流側に位置するように傾いている点が、第１実施例と異なっている。すなわち、第１１実施例では、当該境界壁ＢＷが、積層方向から所定の角度θＣだけ傾いている。
【０１４８】
アノード側セパレータ３１０において、境界壁ＢＷが積層方向に平行である場合には、深溝部３１３の位置の燃料ガス用流路空間ＡＳにおける深溝部３１３の下流側の境界壁ＢＷ上の部分Ｐｘに水が溜まりやすく、アノード側セパレータ３１０が腐食するおそれがある。特に、燃料ガス用流路空間ＡＳの下流側に近いほど、当該部分Ｐｘに多くの水が溜まりやすい。第１１実施例では、深溝部３１３と、下流側において当該深溝部３１３と隣接する浅溝部３１４と、の境界壁ＢＷが、第２の表面側に近いほど下流側に位置するように傾いているため、当該境界壁ＢＷ上の部分Ｐｘに水が滞留することが抑制され、アノード側セパレータ３１０の腐食を抑制することができる。
【０１４９】
図２３は、第１１実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２３に示した第１１実施例の変形例においても、深溝部３１３と、燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れの下流側において当該深溝部３１３と隣接する浅溝部３１４と、の境界壁ＢＷが、第２の表面側に近いほど下流側に位置するように傾いている。第１１実施例の変形例では、図２３に示すように、各第２の溝部３１５において、燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素流れの下流側に位置する浅溝部３１４ほど深さｄが深い（すなわち、ｄ１０＜ｄ１１＜ｄ１２）。そのため、第１１実施例の変形例では、境界壁ＢＷ上の部分Ｐｘに一端溜まった水が下流側に移動する際に、下流側の別の境界壁ＢＷ上に落ちてそこに溜まることが抑制されるため、アノード側セパレータ３１０の腐食をより確実に抑制することができる。また、第１１実施例の変形例では、図２３に示すように、下流側に位置する浅溝部３１４ほど水素流れ方向に沿った幅Ｗが大きい（すなわち、Ｗ１０＜Ｗ１１＜Ｗ１２）。そのため、第１１実施例の変形例では、下流側に位置する浅溝部３１４ほど深さｄを深くすることによって浅溝部３１４の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する側）に形成される連通流路ＣＰの高さが小さくなるものの、下流側に位置する浅溝部３１４ほど幅Ｗを大きくすることによって、下流側の連通流路ＣＰの断面積が減少することを抑制することができる。
【０１５０】
Ｌ．第１２実施例：
図２４は、第１２実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２４には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（図４，６参照）の位置を通るＹ方向に沿った断面を示している。図２４には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）と発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）との間に形成された燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れ方向を矢印で示している。第１２実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１５１】
図２４に示すように、第１２実施例では、第１実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０の各第２の溝部３１５は複数の浅溝部３１４を有している。第１２実施例では、複数の浅溝部３１４が、深さｄの互いに異なる複数種類の浅溝部３１４を含んでいる。例えば、図２４に示す例では、各浅溝部３１４の深さｄは、ｄ２１＞ｄ２２＞ｄ２３＞ｄ２４の関係となっている。
【０１５２】
例えば比較的深い深さｄ２１の浅溝部３１４の位置では、アノード側セパレータ３１０の第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）に形成される燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流速は比較的遅い（すなわち圧力は比較的小さい）ため、電流密度は小さく発熱量が小さい。同じ位置においてアノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）に形成される連通流路ＣＰにおける冷却液の流量は比較的小さいため、冷却熱量は小さい。一方、例えば比較的浅い深さｄ２４の浅溝部３１４の位置では、アノード側セパレータ３１０の第２の表面側に形成される燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流速は比較的早い（すなわち圧力は比較的大きい）ため、電流密度は大きく発熱量は大きい。同じ位置においてアノード側セパレータ３１０の第１の表面側に形成される連通流路ＣＰにおける冷却液の流量は比較的大きいため、冷却熱量は大きい。
【０１５３】
このように、浅溝部３１４の深さが異なると、浅溝部３１４の位置における発電の電流密度や発熱量および冷却液による冷却熱量が異なる。一般に、燃料電池１００の単セル１４０では、単セル１４０の面内において反応ガスの濃度や湿度は均一ではなく、従って発電に伴う発熱量も均一ではない。本実施例では、複数の浅溝部３１４が、深さｄの互いに異なる複数種類の浅溝部３１４を含んでいるため、浅溝部３１４を適切に配置することにより、単セル１４０における発電分布および温度分布の均一化を図ることができる。
【０１５４】
Ｍ．第１３実施例：
図２５は、第１３実施例における燃料電池１００の制御方法を示す説明図である。第１実施例のように、アノード側セパレータ３１０に第１の溝部３１６と第２の溝部３１５とを設け、さらに、第２の溝部３１５に深溝部３１３と浅溝部３１４とを設けると、燃料電池１００の運転に伴い、燃料ガス用流路空間ＡＳにおける深溝部３１３に隣接する部分にコンタミネーションや気泡がトラップされる。当該部分にコンタミネーションや気泡がトラップされると、図２５に示すように、冷却液の乱流が抑制され、冷却液用の流路の圧力損失が低下する。
【０１５５】
本実施例では、燃料電池システム１０の制御部８０が、冷却液用の流路の圧力損失を計測し、当該圧力損失が所定の閾値Ｔｈより小さくなったか否かを判定する。制御部８０は、圧力損失が所定の閾値Ｔｈより小さくなったことを検出すると、冷却液用の流路における異常の発生をユーザーに知らせる信号を出力する。これにより、ユーザーは、アノード側セパレータ３１０の燃料ガス用流路空間ＡＳ内にコンタミネーションや気泡がトラップされたことを覚知することができる。このように、本実施例では、簡単な構成で冷却液用の流路における異常の発生を検知することができる。
【０１５６】
Ｎ．第１４実施例：
図２６は、第１４実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２６には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（図４，６参照）の位置を通るＹ方向に沿った断面を示している。図２６には、アノード側セパレータ３１０の第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）と発電体層２００（のアノード側拡散層２１６）との間に形成された燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れ方向を矢印で示している。図２６に示す例では、図の上方が上流側であり、図の下方が下流側である。第１４実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１５７】
図２６に示すように、第１４実施例では、第１実施例と同様に、アノード側セパレータ３１０の各第２の溝部３１５は複数の浅溝部３１４を有している。第１４実施例では、深溝部３１３と、燃料ガス用流路空間ＡＳにおける水素の流れの下流側において当該深溝部３１３と隣接する浅溝部３１４と、の境界壁ＢＷが、第２の表面側（発電体層２００に対向する表面側）から遠いほど下流側に位置するように傾いている点が、第１実施例と異なっている。すなわち、第１４実施例では、当該境界壁ＢＷが、積層方向から所定の角度θＤだけ傾いている。
【０１５８】
第１４実施例では、深溝部３１３と、下流側において当該深溝部３１３と隣接する浅溝部３１４と、の境界壁ＢＷが、第２の表面側に近いほど下流側に位置するように傾いているため、当該境界壁ＢＷ上の部分Ｐｙにおける水の滞留が促進される。そのため、第１４実施例の燃料電池１００では、高温運転時のドライアップを抑制することができ、発電効率の低下および電解質膜２１２の耐久性の低下を抑制することができる。
【０１５９】
なお、第１４実施例において、アノード側セパレータ３１０の深溝部３１３の燃料ガス用流路空間ＡＳに対向する表面の親水性を高めることによって境界壁ＢＷ上の部分Ｐｙにおける水の滞留を促進するものとしてもよい。親水性を高める方法としては、親水処理やアノード側セパレータ３１０の表面を粗す処理が挙げられる。
【０１６０】
Ｏ．第１５実施例：
図２７は、第１５実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２７には、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）の一部の平面構成を示している。
【０１６１】
第１５実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁の形状および浅溝部３１４の配置の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。第１５実施例のアノード側セパレータ３１０では、深溝部３１３の平面形状は略正六角形である。そのため、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁は、連通流路ＣＰにおける冷却液の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有する形状となっている。また、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰにおける浅溝部３１４の配置は千鳥配置となっている。すなわち、隣接する２つの第２の溝部３１５の浅溝部３１４のＹ方向に沿った距離Ｌ１１は、各第２の溝部３１５における浅溝部３１４のピッチ（２×Ｌ１１）の略半分となっている。
【０１６２】
第１５実施例の燃料電池１００では、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁が傾いた部分を有するため、浅溝部３１４の位置に形成された連通流路ＣＰにおいて、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁の傾いた部分に沿って冷却液の一部の流れ方向を斜め方向とすることができる。また、浅溝部３１４の配置が千鳥配置であるため、流れ方向が斜め方向になった冷却液がそのまま斜め方向に位置する浅溝部３１４の位置に形成された連通流路ＣＰ内に流入することが促進される。そのため、第１５実施例の燃料電池１００は、冷却液の経路をより柔軟に設定することができる。例えば燃料電池１００では、各単セル１４０の重力方向上側の領域において、冷却液の流量が不足したり空気が溜まったりして冷却性能が低下する場合があるが、本実施例のアノード側セパレータ３１０を用いれば、冷却液を斜め上方に導くことができるため、単セル１４０の全領域にわたって冷却性能の低下を抑制することができる。
【０１６３】
図２８は、第１５実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２８に示した第１５実施例の変形例では、図２７の例と同様に、浅溝部３１４の配置は千鳥配置である。また、図２８に示した第１５実施例の変形例では、深溝部３１３の平面形状が、図２７の例と異なり、矩形の対角を切り落としたような形状となっているが、やはり同様に、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁が連通流路ＣＰにおける冷却液の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有する形状となっている。そのため、図２８に示した第１５実施例の変形例においても、冷却液の経路をより柔軟に設定することができる。
【０１６４】
なお、図２７，２８に示した例では、浅溝部３１４の配置が千鳥配置となっているが、浅溝部３１４の配置が千鳥配置でなくとも、深溝部３１３と浅溝部３１４との境界壁が連通流路ＣＰにおける冷却液の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有すれば、冷却液の流れ方向を斜め方向とすることができ、冷却液の経路をより柔軟に設定することができる。また、図２７，２８に示した例では、浅溝部３１４の配置が千鳥配置となっているが、浅溝部３１４の配置が、千鳥配置でなくとも、各第２の溝部３１５の浅溝部３１４が隣接する他の第２の溝部３１５の浅溝部３１４の位置に対して所定の方向に所定の距離だけずれた位置に形成されるような配置であれば、冷却液の流れ方向を斜め方向とすることができ、冷却液の経路をより柔軟に設定することができる。
【０１６５】
Ｐ．第１６実施例：
図２９は、第１６実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図２９には、アノード側セパレータ３１０の第１の表面側（カソード側セパレータ３２０に対向する表面側）の一部の平面構成を示している。
【０１６６】
第１６実施例の燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０の浅溝部３１４の配置の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。第１６実施例のアノード側セパレータ３１０では、浅溝部３１４の配置は千鳥配置となっている。すなわち、隣接する２つの第２の溝部３１５の浅溝部３１４のＹ方向に沿った距離Ｌ２１は、各第２の溝部３１５における浅溝部３１４のピッチの略半分（２×Ｌ２１）となっている。
【０１６７】
第１６実施例の燃料電池１００では、浅溝部３１４の配置が千鳥配置であるため、浅溝部３１４の位置に形成される連通流路ＣＰを通過した冷却液は、真っ直ぐ下流側に進まず、冷却液用流路空間ＣＳを通って下流側斜め方向の浅溝部３１４の位置の形成される連通流路ＣＰに流入する。そのため、第１６実施例の燃料電池１００では、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。
【０１６８】
図２９に示した例では、浅溝部３１４の配置が千鳥配置となっているが、浅溝部３１４の配置が、千鳥配置でなくとも、各第２の溝部３１５の浅溝部３１４が隣接する他の第２の溝部３１５の浅溝部３１４の位置に対して所定の方向に所定の距離だけずれた位置に形成されるような配置であれば、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。図３０は、第１６実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図３０の例では、隣接する２つの第２の溝部３１５の浅溝部３１４のＹ方向に沿った距離Ｌ２２は、各第２の溝部３１５における浅溝部３１４のピッチ（４×Ｌ２２）の略４分の１となっている。図３０に示した第１６実施例の変形例の燃料電池１００においても、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。
【０１６９】
Ｑ．第１７実施例：
図３１は、第１７実施例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図３１には、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第２の溝部３１５（深溝部３１３および浅溝部３１４）を拡大して示している。第１７実施例の燃料電池１００は、深溝部３１３および浅溝部３１４の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１７０】
図３１に示すように、第１７実施例では、深溝部３１３の径Ｒｍは浅溝部３１４の径Ｒｖより大きい。そのため、第１７実施例では、アノード側セパレータ３１０の第１の溝部３１６の位置に形成される冷却液用流路空間ＣＳ（図６参照）の内の深溝部３１３に隣接する部分の体積を低減することができ、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができる。さらに、第１７実施例では、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０との接触部分である深溝部３１３の径Ｒｍが大きいため、深溝部３１３の表面における単位面積あたり積層荷重を低減することができると共に、発電体層２００における深溝部３１３に対向する位置に荷重が集中して電極が損傷したり、電極面における荷重分布が偏って発電分布に偏りが発生したりすることが抑制される。
【０１７１】
図３２は、第１７実施例の変形例における燃料電池１００のアノード側セパレータ３１０の構成を示す説明図である。図３２に示す第１７実施例の変形例では、深溝部３１３のＹ方向（第２の溝部３１５および第１の溝部３１６の延伸方向）に沿った幅は第１実施例と変わらず、深溝部３１３のＸ方向（連通流路ＣＰにおける冷却液流れ方向）に沿った幅Ｗｍが伸張されて、浅溝部３１４の幅Ｗｖよりも大きくなっている。図３２に示す第１７実施例の変形例では、第１の溝部３１６の位置に形成される冷却液用流路空間ＣＳにおける深溝部３１３に隣接する部分の体積を有効に低減することができ、冷却液用流路空間ＣＳにおける冷却液の淀みを抑制して燃料電池１００の冷却性能の低下を抑制することができると共に、深溝部３１３の表面における単位面積あたり積層荷重の低減、電極の損傷および発電分布の偏りの抑制が実現される。
【０１７２】
Ｒ．第１８実施例：
図３３〜３５は、第１８実施例における燃料電池１００の構成を示す説明図である。第１８実施例の燃料電池１００は、シール部の構成の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１７３】
第１８実施例の燃料電池１００は、リペアビリティー向上のために、シール部が設けられたセルとシール部が設けられていないセルとを交互に積層して製造する製造方法が採用される。ここで、第１実施例の燃料電池１００において、シール部が設けられたセルとシール部が設けられていないセルとを交互に積層して製造する製造方法を採用しようとすると、トンネル流路ＴＲを形成するための第３の溝部３１７（図４，５参照）が設けられた部分において、対向するカソード側セパレータ３２０に設けられたシール部４５０，４４０の先端４５２，４４２を第３の溝部３１７が設けられたアノード側セパレータ３１０の表面に押し付けることによりシール性を確保することとなる。しかし、このような凹凸形状が設けられたアノード側セパレータ３１０の表面にシール部を押し付けることによりシール性を確保することは困難である。
【０１７４】
第１８実施例では、図３３〜３５に示すように、アノード側セパレータ３１０と、発電体層２００と、カソード側セパレータ３２０と、別のアノード側セパレータ３１０と、別の発電体層２００とが積層されてセルＣｅＡが構成され、カソード側セパレータ３２０と、アノード側セパレータ３１０と、発電体層２００と、別のアノード側セパレータ３１０とが積層されてセルＣｅＢが構成され、セルＣｅＡとセルＣｅＢとが交互に積層されることにより燃料電池１００が製造される。そして、図３３〜３５に示すように、セルＣｅＡには対向するセルＣｅＢとのシールを確保するためのシール部４５０，４２０が配置されているが、セルＣｅＢには対向するセルＣｅＡとのシールを確保するためのシール部は配置されていない。
【０１７５】
第１８実施例では、セルＣｅＡに配置されたシール部４５０，４３０，４２０は、その先端４５２，４３２，４２２が、対向するセルＣｅＢのカソード側セパレータ３２０の平坦な表面に押し付けられるように配置されているため、確実なシールラインを形成することができる。シール部が凹凸形状が設けられた表面に押し付けることはない。また、図３５に示すように、セルＣｅＡおよびセルＣｅＢにおいてカソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０の第３の溝部３１７の部分との間に配置されるシール部４５０は充填により形成されるため、この部分においても確実なシールラインを形成することができる。そのため、第１８実施例では、確実なシール性能を担保しつつ、シール部が設けられたセルとシール部が設けられていないセルとを交互に積層して燃料電池１００を製造する製造方法を採用して燃料電池１００のリペアビリティーを向上させることができる。
【０１７６】
なお、第１８実施例では、２つの発電体層２００を含むセルＣｅＡと１つの発電体層２００を含むセルＣｅＢとを積層して燃料電池１００を製造する方法を採用しているが、偶数個の発電体層２００を含むセルＣｅＡと奇数個の発電体層２００を含むセルＣｅＢとを積層して燃料電池１００を製造する方法を採用すれば、第１８実施例と同様に、確実なシール性能を担保しつつ燃料電池１００のリペアビリティーを向上させることができる。
【０１７７】
Ｓ．第１９実施例：
図３６は、第１９実施例における燃料電池１００の平面構成を示す説明図である。第１９実施例の燃料電池１００は、各マニホールドの配置の点で第１実施例の燃料電池１００と異なっており、その他の点は第１実施例の燃料電池１００と同様である。
【０１７８】
図３６に示すように、第１９実施例の燃料電池１００では、単セル１４０において、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰを挟んで対向する２つの外縁辺（図３６の例では長辺）付近にすべてのマニホールドが配置されており、他の２つの外縁辺（図３６の例では短辺）付近にはマニホールドは配置されていない。すなわち、第１９実施例の燃料電池１００では、いわゆるマニホールドの２辺配置が実現されている。このようなマニホールドの２辺配置は、アノード側セパレータ３１０の両側に形成される流路の方向が平行な方向に固定された従来の燃料電池１００では困難であったが、本実施例ではアノード側セパレータ３１０によって冷却液を縦横に流動させる流路（冷却液用流路空間ＣＳおよび連通流路ＣＰ（図６参照））が形成されるために実現可能である。本実施例の燃料電池１００では、マニホールドの２辺配置構成を採用しているため、マニホールドの４辺配置構成と比較して電極利用率が向上し、体格出力密度や質量出力密度が向上する。
【０１７９】
Ｔ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１８０】
Ｔ１．変形例１：
上記各実施例における燃料電池システム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記各実施例では、膜電極接合体２１０がアノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７を含むとしているが、膜電極接合体２１０がアノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７の少なくとも一方を含まないとしてもよい。
【０１８１】
また、上記各実施例では、燃料電池１００の各層の材料や製造方法を特定しているが、これらの材料や製造方法に限定されるものではなく、適正な種々の材料や製造方法を用いることができる。例えば、上記各実施例では、アノード側セパレータ３１０は金属板にプレス加工を施して製造されるとしているが、アノード側セパレータ３１０は、金属板や樹脂カーボン板の削り出しや金属板のエッチングによって製造されるとしてもよいし、樹脂カーボンの射出成形によって製造されるとしてもよい。同様に、カソード側セパレータ３２０は、樹脂カーボン板の削り出しや樹脂カーボンの射出成形によって製造されるとしてもよい。
【０１８２】
また、上記各実施例では、燃料電池１００は固体高分子型燃料電池であるとしているが、本発明は他の種類の燃料電池（例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池やリン酸形燃料電池）にも適用可能である。
【０１８３】
Ｔ２．変形例２：
上記各実施例では、アノード側セパレータ３１０が波形断面形状の波形部ＷＳＰを有する形状である一方、カソード側セパレータ３２０は平坦な板状形状であるとしているが、反対に、カソード側セパレータ３２０が波形断面形状の波形部ＷＳＰを有する形状である一方、アノード側セパレータ３１０は平坦な板状形状であるとしてもよい。この場合には、発電体層２００にカソード側多孔体流路層２３０が含まれない代わりにアノード側に多孔体流路層が設けられ、カソード側セパレータ３２０と発電体層２００との間に酸化剤ガス用の流路が形成されると共にカソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０との間に冷却液用の流路が形成される。
【０１８４】
あるいは、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３２０が共に波形断面形状の波形部ＷＳＰを有する形状であるとしてもよい。この場合には、発電体層２００に多孔体流路層が含まれず、アノード側セパレータ３１０と発電体層２００との間に燃料ガス用の流路が形成され、カソード側セパレータ３２０と発電体層２００との間に酸化剤ガス用の流路が形成され、カソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０との間に冷却液用の流路が形成される。また、この場合には、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３２０の波形部ＷＳＰにおける第２の溝部３１５同士が接触する。また、この場合において、波形部ＷＳＰの第２の溝部３１５における浅溝部３１４は、アノード側セパレータ３１０およびカソード側セパレータ３２０のいずれか一方のみに設けられてもよいし、双方に設けられてもよい。
【０１８５】
Ｔ３．変形例３：
上記各実施例では、各第２の溝部３１５に複数の浅溝部３１４が設けられているとしているが、各第２の溝部３１５に少なくとも１つの浅溝部３１４が設けられていれば、冷却液の流れ方向を燃料ガスの流れ方向に平行な方向に限定されず自由に設定することができる。また、上記各実施例における波形部ＷＳＰ平面上の浅溝部３１４の配置パターンはあくまで一例であり、浅溝部３１４の配置パターンは任意に変更可能である。
【０１８６】
また、上記各実施例では、アノード側セパレータ３１０における第２の溝部３１５および第１の溝部３１６の平面形状が一定の方向（図２の例では単セル１４０の短辺に平行な方向）に伸びる形状となっているが、第２の溝部３１５および第１の溝部３１６の平面形状は、第２の溝部３１５および第１の溝部３１６が交互に繰り返し並んで波形断面を構成する限りにおいて、各マニホールドの配置に応じて任意の形状を採用することができる。例えば、第２の溝部３１５および第１の溝部３１６の平面形状を、蛇行形状とすることも可能である。
【０１８７】
Ｔ４．変形例４：
上記各実施例では、燃料電池１００の燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４の付近には、複数のトンネル流路ＴＲが並んで形成されるとしているが（図５等参照）、１つのみのトンネル流路ＴＲが形成されるとしてもよい。
【０１８８】
Ｔ５．変形例５：
上記各実施例では、アノード側セパレータ３１０に第４の溝部３１２が設けられて燃料ガス用コモンレールＡＣＲが形成され、各燃料ガス用流路空間ＡＳが燃料ガス用コモンレールＡＣＲに連通するとしているが、燃料ガス用コモンレールＡＣＲが形成されず、各燃料ガス用流路空間ＡＳと燃料ガス供給マニホールド１６２および燃料ガス排出マニホールド１６４とが燃料ガス用コモンレールＡＣＲを介さずに連通するものとしてもよい。
【０１８９】
Ｔ６．変形例６：
上記第７実施例では、アノード側セパレータ３１０の波形部ＷＳＰの第１の表面側に、第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１の耐食性を高める被膜処理と、第１の溝部３１６における浅溝部３１４に隣接する領域Ｓ１の撥水性を高める撥水処理と、浅溝部３１４における親水性を高める親水処理と、が施されているとしているが、必ずしも３つの処理がすべて施されている必要はなく、これらの処理の内の少なくとも１つが施されていれば当該処理に対応する上述の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１９０】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
８０…制御部
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却液供給マニホールド
１７４…冷却液排出マニホールド
２００…発電体層
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２３０…カソード側多孔体流路層
３１０…アノード側セパレータ
３１２…第４の溝部
３１３…深溝部
３１４…浅溝部
３１５…第２の溝部
３１６…第１の溝部
３１７…第３の溝部
３１８…開口
３２０…カソード側セパレータ
３２２…開口
３５２…壁体
３５４…床体
３６２…スペーサー
４２０，４３０，４４０，４５０，４６０…シール部
４５２…先端
【図１】
2012035585.tif 000003
【図２】
2012035585.tif 000004
【図３】
2012035585.tif 000005
【図４】
2012035585.tif 000006
【図５】
2012035585.tif 000007
【図６】
2012035585.tif 000008
【図７】
2012035585.tif 000009
【図８】
2012035585.tif 000010
【図９】
2012035585.tif 000011
【図１０】
2012035585.tif 000012
【図１１】
2012035585.tif 000013
【図１２】
2012035585.tif 000014
【図１３】
2012035585.tif 000015
【図１４】
2012035585.tif 000016
【図１５】
2012035585.tif 000017
【図１６】
2012035585.tif 000018
【図１７】
2012035585.tif 000019
【図１８】
2012035585.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2012035585.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
2012035585.tif 000031
【図３０】
2012035585.tif 000032
【図３１】
2012035585.tif 000033
【図３２】
2012035585.tif 000034
【図３３】
2012035585.tif 000035
【図３４】
2012035585.tif 000036
【図３５】
2012035585.tif 000037
【図３６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月12日(2011.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用のセパレータであって、
第１の表面側に凹な形状であり前記第１の表面側に第１の流体用の流路を形成する第１の溝部と、前記第１の表面側とは反対の第２の表面側に凹な形状であり前記第２の表面側に第２の流体用の流路を形成する第２の溝部と、が交互に繰り返し並んだ波形断面形状を有する波形部を備え、
各前記第２の溝部は、前記第２の表面側から見た深さが他の部分より浅い浅溝部であって、前記浅溝部の位置の前記第１の表面側に、前記浅溝部を挟んで隣接する２つの前記第１の流体用の流路空間を連通する連通流路を形成する少なくとも１つの浅溝部を有する、セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体および前記第２の流体の組み合わせは、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却液との内のいずれか２つの組み合わせである、セパレータ。
【請求項３】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記第１の流体は、冷却液である、セパレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記セパレータの平面形状は略矩形であり、
前記セパレータの前記波形部を挟んで対向する２つの外縁辺付近に、前記第１の流体用のマニホールドを構成する第１の開口と前記第２の流体用のマニホールドを構成する第２の開口とが形成されている、セパレータ。
【請求項５】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より大きい形状である、セパレータ。
【請求項６】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記浅溝部の断面形状は、前記連通流路における前記第１の流体の流れの下流側の曲率半径または抜き角度が上流側の曲率半径または抜き角度より小さい形状である、セパレータ。
【請求項７】
請求項３に記載のセパレータであって、
前記波形部の前記第１の表面側には、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の耐食性を高める被膜処理と、前記第１の溝部において前記浅溝部に隣接する領域の撥水性を高める撥水処理と、前記浅溝部における親水性を高める親水処理と、の少なくとも１つが施されている、セパレータ。
【請求項８】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記第２の溝部における前記浅溝部以外の部分である深溝部の前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向の下流側に、前記深溝部と前記浅溝部との境界壁の延長上に位置する壁体が形成されていると共に、前記浅溝部の前記下流側に、前記浅溝部の床面の延長上に位置する床体が形成されている、セパレータ。
【請求項９】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
前記波形部の前記第１の表面側において、前記第１の溝部において前記第２の溝部における前記浅溝部以外の部分である深溝部に隣接する位置に、空間を充填するスペーサーが配置されている、セパレータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、通常の前記浅溝部と、通常の前記浅溝部よりも深さの深い中浅溝部と、を含む複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の前記浅溝部と並んだ位置に形成されており、
各前記第２の溝部の有する前記中浅溝部は、隣接する前記第２の溝部の有する通常の前記浅溝部に対向する位置に配置される、セパレータ。
【請求項１１】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記浅溝部以外の部分である深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側に近いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する複数の前記浅溝部は、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側に位置する前記浅溝部ほど深さが深く、かつ、前記下流側に位置する前記浅溝部ほど前記第２の流体の流れ方向に沿った幅が大きい、セパレータ。
【請求項１３】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記波形部は、深さの互いに異なる複数種類の前記浅溝部を含む、セパレータ。
【請求項１４】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記浅溝部以外の部分である深溝部と、前記第２の流体用流路における前記第２の流体の流れの下流側において前記深溝部と隣接する前記浅溝部と、の境界壁は、前記第２の表面側から遠いほど前記下流側に位置するように傾いている、セパレータ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセパレータであって、
前記第２の表面側において、各前記第２の溝部の前記浅溝部に親水性を高める親水処理が施されている、セパレータ。
【請求項１６】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部における前記浅溝部以外の部分である深溝部と前記浅溝部との境界壁は、前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に対して所定の角度だけ傾いた部分を有する、セパレータ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に配置されている、セパレータ。
【請求項１８】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
各前記第２の溝部の有する前記浅溝部は、隣接する他の前記第２の溝部の有する前記浅溝部の位置に対して前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に直交する方向に所定の距離だけずれた位置に形成されている、セパレータ。
【請求項１９】
請求項１に記載のセパレータであって、
各前記第２の溝部は、複数の前記浅溝部を有し、
前記第２の溝部の有する前記浅溝部以外の部分である深溝部の前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に沿った径は、前記浅溝部の前記連通流路における前記第１の流体の流れ方向に沿った径より大きい、セパレータ。
【請求項２０】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、
前記発電体層を間に挟んで配置された請求項１ないし請求項１９に記載のセパレータと、を備える、燃料電池。
【請求項２１】
請求項２０に記載の燃料電池であって、さらに、
前記第１の流体用流路における圧力損失が所定の閾値より小さくなったことを検出することにより、前記第１の流体用流路における異常を検出する検出部を備え、
前記第１の流体は、冷却液である、燃料電池。
【請求項２２】
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む発電体層と、前記発電体層を間に挟んで配置された請求項３に記載のセパレータと、を有する燃料電池の製造方法であって、
前記セパレータの前記第１の溝部の前記第１の表面側に冷却液を接触させる工程と、
前記接触させる工程の後に、前記セパレータと前記発電体層とを積層する工程と、を備える、方法。
【請求項２３】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された請求項１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、を備える、燃料電池。
【請求項２４】
請求項２３に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、板状部材をプレス加工して製造され、
前記第２のセパレータの厚さは、前記セパレータの製造に用いられる前記板状部材の厚さより薄い、燃料電池。
【請求項２５】
請求項２３または請求項２４に記載の燃料電池であって、さらに、
少なくとも前記セパレータにおける凹凸のある位置において、前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールするシール部であって、前記セパレータに貼り付けられると共に前記第２のセパレータに押し付けられることによりシールを実現するシール部を備える、燃料電池。
【請求項２６】
請求項２５に記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、偶数個の前記発電体層を含む第１のセルと、奇数個の前記発電体層を含む第２のセルと、を交互に積層することにより製造され、
前記シール部は、前記燃料電池の積層前において、前記第１のセルに設けられ、前記第２のセルには設けられない、燃料電池。
【請求項２７】
燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の一方の側に配置されたアノードと前記電解質膜の他方の側に配置されたカソードとを含む複数の発電体層と、
各前記発電体層の前記アノード側に配置された請求項１に記載のセパレータと、
各前記発電体層の前記カソード側に配置された平坦な板状の第２のセパレータと、
前記セパレータと、前記発電体層を介さずに前記セパレータに対向する前記第２のセパレータと、の間をシールする第１のシール部と、
前記発電体層の端部において、前記アノード側と前記カソード側との間をシールする第２のシール部と、を備え、
前記セパレータと前記発電体層との少なくとも一方は、前記第２の流体用流路空間と前記第１のシールを挟んで前記第２の流体用流路空間の反対側の流路空間とを前記第１のシールによるシールラインの下を通って連通するトンネル流路を形成するためのトンネル流路形成部を有し、
前記トンネル流路形成部は、前記第２のシール部より前記発電体層の面方向に沿った内側に位置する、燃料電池。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記セパレータに形成された前記第２の表面側に凹な形状の第３の溝部を含み、
前記第３の溝部は、前記第２の溝部の有する前記深溝部よりも深さが浅い、燃料電池。
【請求項２９】
請求項２７または請求項２８に記載の燃料電池であって、
前記トンネル流路形成部は、前記発電体層の前記セパレータに対向する側の表面が前記発電体層の他の部分の表面より後退している部分である薄部を含む、燃料電池。
【請求項３０】
請求項２７ないし請求項２９のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、複数の前記トンネル流路形成部を有し、
前記複数の前記トンネル流路形成部は、前記燃料電池の使用時において最も重力方向下側に位置する前記トンネル流路形成部が前記第２の流体用流路空間に最も近い位置まで伸びるように形成されている、燃料電池。
【国際調査報告】
2012035585.tif 000039
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