(57)【要約】【課題】  始動の所要時間を短縮することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池は、反応ガスにより発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を保持するフレームと、互いの板面を対向させて接合され、前記フレームに重なる一対のセパレータとを有し、前記一対のセパレータは、厚み方向に貫通し、前記反応ガスが流れるマニホルド孔を有し、前記一対のセパレータの一方は、前記マニホルド孔を囲み、前記フレームを支持する凸部を有し、前記凸部と前記一対のセパレータの他方の間には、前記膜電極接合体を冷却する冷却媒体が流れる流路が設けられ、前記フレームは、前記反応ガスが前記マニホルド孔及び前記膜電極接合体の一方から前記凸部を越えて他方に流れるように、前記凸部に重なる領域に溝を有する。【選択図】図２
2020136001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスにより発電する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を保持するフレームと、
互いの板面を対向させて接合され、前記フレームに重なる一対のセパレータとを有し、
前記一対のセパレータは、厚み方向に貫通し、前記反応ガスが流れるマニホルド孔を有し、
前記一対のセパレータの一方は、前記マニホルド孔を囲み、前記フレームを支持する凸部を有し、
前記凸部と前記一対のセパレータの他方の間には、前記膜電極接合体を冷却する冷却媒体が流れる流路が設けられ、
前記フレームは、前記反応ガスが前記マニホルド孔及び前記膜電極接合体の一方から前記凸部を越えて他方に流れるように、前記凸部に重なる領域に溝を有することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の一対のセパレータには、発電に用いられる反応ガスがマニホルド孔からセパレータの外部に漏れないように、マニホルド孔の周囲にシールラインが設けられている（例えば特許文献１）。セパレータは、シールラインに沿って形成された凸部によりマニホルド孔をシールする。凸部の裏側の溝には反応ガスが流れる。また、各セパレータには、燃料電池の発電領域とマニホルド孔の間で反応ガスが流れるように、シールライン沿いの溝と交差して複数の溝が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２５７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば氷点下の環境において燃料電池が始動する場合、マニホルド孔の近傍では、反応ガスの入口または出口に近いため、反応ガスの溝内の残水が凍結することにより溝が閉塞するおそれがある。この場合、例えば燃料電池周辺の機器の発熱により凍結が解消するまで発電領域への反応ガスの供給、または発電領域からの反応ガスの排出が不十分となるため、燃料電池が始動されず、始動の所要時間が通常時より長くなる。
【０００５】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、始動の所要時間を短縮することができる燃料電池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】
【０００６】
本明細書に記載の燃料電池は、反応ガスにより発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を保持するフレームと、互いの板面を対向させて接合され、前記フレームに重なる一対のセパレータとを有し、前記一対のセパレータは、厚み方向に貫通し、前記反応ガスが流れるマニホルド孔を有し、前記一対のセパレータの一方は、前記マニホルド孔を囲み、前記フレームを支持する凸部を有し、前記凸部と前記一対のセパレータの他方の間には、前記膜電極接合体を冷却する冷却媒体が流れる流路が設けられ、前記フレームは、前記反応ガスが前記マニホルド孔及び前記膜電極接合体の一方から前記凸部を越えて他方に流れるように、前記凸部に重なる領域に溝を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の始動の所要時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池の単セルの一例を示す分解斜視図である。
【図２】アノードセパレータの一例を示す平面図である。
【図３】ばねシールラインの周辺の構成例を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】比較例のアノードセパレータを示す平面図である。
【図７】カソードセパレータの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（燃料電池の構成）
図１は、燃料電池の単セル２の一例を示す分解斜視図である。燃料電池は、例えば燃料電池車に用いられるが、その用途に限定はない。燃料電池は、固体高分子形であり、複数の単セル２が積層された積層体を含んで構成される。
【００１０】
単セル２は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）が供給され、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する。なお、燃料ガス及び酸化剤ガスは反応ガスの一例である。
【００１１】
単セル２は、単セル２の積層方向に沿って配置されたＭＥＧＡ２０、フレーム２１、カソードセパレータ２３、及びアノードセパレータ２４を有する。なお、カソードセパレータ２３及びアノードセパレータ２４は一対のセパレータの一例である。
【００１２】
ＭＥＧＡ２０には、膜電極接合体（MEA: Membrane Electrode Assembly）２００と、ＭＥＡ２００を挟持する一対のガス拡散層（GDL: Gas Diffusion Layer）２０１，２０２とが含まれる。符号Ｐは、ＭＥＡ２００の積層構造を示している。ＭＥＡ２００には、電解質膜２００ａと、電解質膜２００ａを挟持するアノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃとが含まれる。
【００１３】
電解質膜２００ａは、例えば、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すイオン交換樹脂膜を含む。このようなイオン交換樹脂膜としては、例えば、ナフィオン（登録商標）などの、イオン交換基としてスルホン酸基を有するフッ素樹脂系のものが挙げられる。
【００１４】
アノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃは、それぞれ、触媒担持導電性粒子とプロトン伝導性電解質を含む、ガス拡散性を有する多孔質層として形成されている。例えば、アノード電極触媒層２００ｂ及びカソード電極触媒層２００ｃは、白金担持カーボンとプロトン伝導性電解質を含む分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。
【００１５】
アノード電極触媒層２００ｂには一方のガス拡散層２０１を介し燃料ガスが供給され、カソード電極触媒層２００ｃには他方のガス拡散層２０２を介し酸化剤ガスが供給される。ガス拡散層２０１，２０２は、例えば、カーボンペーパーなどの基材に撥水性のマイクロポーラス層を積層することにより形成される。なお、マイクロポーラス層としては、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料などを含んで形成される。ＭＥＡ２００は、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いた電気化学反応により発電する。
【００１６】
フレーム２１は、一例として矩形状の外形を有する樹脂シートにより構成される。フレーム２１の材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート（PET: Polyethylene Terephthalate）系樹脂、シンジオタクチックポリスチレン（SPS; Syndiotactic Polystyrene）系樹脂、及びポリプロピレン（PP: Polypropylene）系樹脂などが挙げられる。フレーム２１は、枠形状を有し、中央部には矩形状の開口２１０が設けられている。
【００１７】
開口２１０は、ＭＥＧＡ２０に対応する位置に設けられ、その縁にはＭＥＡ２００の外周側の端部が接着層を介し接着される。これにより、ＭＥＡ２００はフレーム２１に保持される。
【００１８】
また、フレーム２１の端部には、厚み方向に貫通する貫通孔２１１〜２１６が設けられている。貫通孔２１１，２１５，２１４は、フレーム２１の一方の端部に設けられ、貫通孔２１３，２１６，２１２は、フレーム２１の他方の端部に設けられている。貫通孔２１１〜２１６は、カソードセパレータ２３及びアノードセパレータ２４の貫通孔２３１〜２３６，２４１〜２４６にそれぞれ重なる。
【００１９】
貫通孔２１１，２４１，２３１は、燃料ガスの供給口であるアノード側入口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って燃料ガスが流れる。貫通孔２１２，２４２，２３２は、燃料ガスの排出口であるアノード側出口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って燃料オフガスが流れる。
【００２０】
貫通孔２１３，２４３，２３３は、酸化剤ガスの供給口であるカソード側入口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って酸化剤ガスが流れる。貫通孔２１４，２４４，２３４は、酸化剤ガスの排出口であるカソード側出口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って酸化剤オフガスが流れる。
【００２１】
貫通孔２１５，２４５，２３５は、単セル２を冷却する冷却水の供給口である冷却ミス入口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って冷却水が流れる。貫通孔２１６，２４６，２３６は、冷却水の排出口である冷却水出口マニホルドの一部であり、単セル２の積層方向に沿って冷却水が流れる。なお、冷却水は、ＭＥＡ２００を冷却する冷却媒体の一例である。
【００２２】
カソードセパレータ２３及びアノードセパレータ２４は、例えばＳＵＳなど金属やチタンなどにより板状に形成され、矩形状の外形を有する。カソードセパレータ２３及びアノードセパレータ２４は、各々の板面を対向させた状態で例えばレーザ溶接により互いに接合されている。アノードセパレータ２４はＭＥＧＡ２０のアノード側に配置され、カソードセパレータ２３は、単セル２に隣接する他の単セル２のＭＥＧＡ２０のカソード側に配置される。
【００２３】
また、アノードセパレータ２４は接着剤によりフレーム２１に接着されている。これにより、フレーム２１はアノードセパレータ２４に固定される。
【００２４】
アノードセパレータ２４は、厚み方向に貫通する貫通孔２４１〜２４６と、波板形状のアノード流路部２４０を有する。貫通孔２４１，２４５，２４４はアノードセパレータ２４の一方の端部に設けられ、貫通孔２４３，２４６，２４２はアノードセパレータ２４の他方の端部に設けられている。なお、貫通孔２４１〜２４４は、反応ガスが流れるマニホルド孔の一例である。
【００２５】
ＭＥＧＡ２０側のアノード流路部２４０の面には、燃料ガスが流れる溝状の燃料ガス流路が形成されている。燃料ガス流路はガス拡散層２０１に対向し、燃料ガスは燃料ガス流路からガス拡散層２０１に供給される。また、カソードセパレータ２３側のアノード流路部２４０の面には、冷却水が流れる溝状の冷却水流路が形成されている。
【００２６】
アノード流路部２４０は、例えばプレス金型による曲げ加工により形成される。燃料ガス流路及び冷却水流路は、例えば直線状に形成されてもよいし、蛇行するように形成されてもよい。
【００２７】
また、カソードセパレータ２３は、厚み方向に貫通する貫通孔２３１〜２３６と、波板形状のカソード流路部２３０を有する。貫通孔２３１，２３５，２３４はカソードセパレータ２３の一方の端部に設けられ、貫通孔２３３，２３６，２３２はカソードセパレータ２３の他方の端部に設けられている。
【００２８】
アノードセパレータ２４側のカソード流路部２３０の面には、冷却媒体が流れる溝状の冷却水流路が形成されている。また、隣接する他の単セル２のＭＥＧＡ２０側のカソード流路部２３０の面には、酸化剤ガスが流れる溝状の酸化剤ガス流路が形成されている。酸化剤ガス流路は、隣接する他の単セル２のＭＥＧＡ２０のガス拡散層２０２に対向し、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路からガス拡散層２０２に供給される。
【００２９】
カソード流路部２３０は、例えばプレス金型による曲げ加工により形成される。冷却媒体流路及び燃料ガス流路は、例えば直線状に形成されてもよいし、蛇行するように形成されてもよい。なお、カソードセパレータ２３及びアノードセパレータ２４は、金属に限定されず、例えばカーボン成型により形成されてもよい。
【００３０】
（アノードセパレータ２４の構成）
図２は、アノードセパレータ２４の一例を示す平面図である。図２には、アノードセパレータ２４のＭＥＧＡ２０側の板面が示されている。
【００３１】
燃料ガスは、貫通孔２４１からアノード流路部２４０内の燃料ガス流路を流れて貫通孔２４２に排出される。アノード流路部２４０内の燃料ガス流路にはＭＥＧＡ２０が積層され、燃料ガス流路からＭＥＧＡ２０に燃料ガスが供給される。
【００３２】
また、冷却水は、貫通孔２４５からアノード流路部２４０内の冷却水流路を流れて貫通孔２４６に排出される。冷却水流路は、カソード流路部２３０とアノード流路部２４０の間に形成されている。冷却水は、ＭＥＧＡ２０の発電により生じた熱を吸収する。
【００３３】
符号Ｌ０ｗ〜Ｌ４ｗは、アノードセパレータ２４とカソードセパレータ２３を、例えば溶接により接合するための溶接ラインを示す。アノードセパレータ２４とカソードセパレータ２３は溶接ラインＬ０ｗ〜Ｌ４ｗに沿って溶接される。
【００３４】
溶接ラインＬ０ｗはアノードセパレータ２４の外縁に沿って設定されている。溶接ラインＬ１ｗ〜Ｌ４ｗは貫通孔２４１〜２４４に沿ってそれぞれ設定されている。このため、燃料ガス及び酸化剤ガスが、アノードセパレータ２４及びカソードセパレータ２３の間の冷却水流路や燃料電池の外部に漏れることが抑制される。
【００３５】
また、符号Ｌ０ｓ〜Ｌ６ｓは、燃料電池内部を外気に対して封止するためのばねシールラインを示す。アノードセパレータ２４の板面には、フレーム２１側に突出した凸部がばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓに沿って設けられている。アノードセパレータ２４にフレーム２１が重なると、凸部はフレーム２１に当接してフレーム２１を弾性力により支持する。このとき、凸部がフレーム２１を押圧するため、ばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓの内側の領域が封止される。また、凸部の背面側には、凸部と表裏一体の凹部、つまり溝が形成されており、溝とカソードセパレータ２３の間には冷却水が流れる。
【００３６】
ばねシールラインＬ０ｓは、溶接ラインＬ０ｗの内側において、貫通孔２４１〜２４４及びアノード流路部２４０を囲むように設定されている。ばねシールラインＬ１ｓ〜Ｌ６ｓは貫通孔２４１〜２４６をそれぞれ囲むように設定されている。ばねシールラインＬ１ｓ〜Ｌ４ｓは溶接ラインＬ１ｗ〜Ｌ４ｗの外側にそれぞれ設定されている。ばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓによって、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水が、アノードセパレータ２４とフレーム２１の間から外部に漏れることが抑制される。
【００３７】
また、外周側のばねシールラインＬ０ｓと貫通孔２４１〜２４６の周囲のばねシールラインＬ１ｓ〜Ｌ６ｓの間には接続ラインＬ１ｃ〜Ｌ４ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ６１ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ５１ｃが設定されている。接続ラインＬ１ｃ〜Ｌ４ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ６１ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ５１ｃはばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ１ｓ〜Ｌ６ｓと同様の凸部であり、凸部の背面側の溝が、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ１ｓ〜Ｌ６ｓに沿った各冷却水流路を接続する流路として機能する。
【００３８】
接続ラインＬ１ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ１ｓに沿った各冷却水流路を接続する。接続ラインＬ２ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ２ｓに沿った各冷却水流路を接続する。
【００３９】
接続ラインＬ３ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ３ｓに沿った各冷却水流路を接続する。接続ラインＬ４ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ４ｓに沿った各冷却水流路を接続する。
【００４０】
接続ラインＬ５０ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ１ｓ，Ｌ５ｓに沿った各冷却水流路を接続する。接続ラインＬ５１ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ４ｓ，Ｌ５ｓに沿った各冷却水流路を接続する。
【００４１】
接続ラインＬ６０ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ３ｓ，Ｌ６ｓに沿った各冷却水流路を接続する。接続ラインＬ６１ｃは、ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ２ｓ，Ｌ６ｓに沿った各冷却水流路を接続する。
【００４２】
冷却水は、貫通孔２４５からカソード流路部２３０の冷却水流路と、貫通孔２４５の周囲のばねシールラインＬ５ｓに沿った冷却水流路に流れ込む。冷却水は、カソード流路部２３０の冷却水流路から、貫通孔２４６の周囲のばねシールラインＬ６ｓに沿った冷却水流路に流れ込み、ばねシールラインＬ６ｓに沿った冷却水流路から貫通孔２４６を介し排出される。
【００４３】
ばねシールラインＬ０ｓ，Ｌ１ｓ〜Ｌ６ｓに沿った各冷却水流路は、接続ラインＬ１ｃ〜Ｌ４ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ６１ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ５１ｃに沿った各冷却水流路により互いに連通している。このため、冷却水は、発電領域に対応するカソード流路部２３０だけでなく、燃料ガスが流れる貫通孔２４１，２４２の周囲にもいきわたる。
【００４４】
したがって、貫通孔２４１，２４２の近傍の燃料ガス流路を冷却水により加熱することができる。
【００４５】
例えば氷点下で燃料電池が始動する場合、貫通孔２４１，２４２の近傍の燃料ガス流路は、燃料ガスの供給口及び排出口に近いため、例えば氷点下において内部の残水が凍結して閉塞するおそれがある。この場合、例えば燃料電池周辺の機器の発熱により凍結が解消するまで発電領域への反応ガスの供給、または発電領域からの反応ガスの排出が不十分となるため、燃料電池が始動されず、始動の所要時間が通常時より長くなる。
【００４６】
これに対し、本実施例によると、貫通孔２４１，２４２の周囲のばねシールラインＬ１ｓ，Ｌ２ｓ沿いの冷却水流路に冷却水が流れるため、貫通孔２４１，２４２の近傍の燃料ガス流路が加熱されて凍結状態が解消される。このため、燃料電池の始動の所要時間が短縮される。
【００４７】
また、カソード流路部２３０と貫通孔２４１，２４２の間には、ばねシールラインＬ１ｓ，Ｌ２ｓの凸部が設けられているため、アノード流路部２４０と貫通孔２４２，２４１を直結する燃料ガス流路を設けることができない。
【００４８】
そこで、フレーム２１には、燃料ガスまたは燃料オフガスが凸部を超えてアノード流路部２４０と貫通孔２４２，２４１の間を流れることができるように、連通溝２１７ａ，２１７ｂが設けられている。連通溝２１７ｂは、燃料ガスが貫通孔２４１から、ばねシールラインＬ１ｓ沿いの凸部を越えてアノード流路部２４０及びＭＥＧＡ２０に流れるように、ばねシールラインＬ１ｓ沿いの凸部に重なるフレーム２１の領域に設けられている。また、連通溝２１７ａは、燃料ガスがアノード流路部２４０及びＭＥＧＡ２０から、ばねシールラインＬ２ｓ沿いの凸部を越えて貫通孔２４２に流れるように、ばねシールラインＬ２ｓ沿いの凸部に重なるフレーム２１の領域に設けられている。
【００４９】
以下に、ばねシールラインＬ２ｓの周辺の構成例を挙げて説明する。なお、ばねシールラインＬ１ｓの周辺の構成も、ばねシールラインＬ２ｓの周辺の構成と同様である。
【００５０】
図３は、ばねシールラインＬ２ｓの周辺の構成例を示す平面図である。貫通孔２４２の周囲には溶接ラインＬ２ｗが設定されている。溶接ラインＬ２ｗの外側には、貫通孔２４２を囲むばねシールラインＬ２ｓに沿った凸部２４７が設けられている。
【００５１】
また、凸部２４７の外側には、ばねシールラインＬ０ｓに沿った凸部２４８が設けられている。また、凸部２４８，２４７の間には、接続ラインＬ６１ｃ，Ｌ２ｃに沿った凸部２４９ａ，２４９ｂが設けられている。
【００５２】
点線の矢印は、凸部２４７，２４８，２４９ａ，２４９ｂの背面側の溝を流れる冷却水の流れを示す。凸部２４８の背面側の溝を流れる冷却水は、分流して凸部２４９ａの背面側の溝を通って凸部２４７の背面側の溝を流れ、凸部２４９ｂの背面側の溝を通って凸部２４８の背面側の溝に戻る。
【００５３】
フレーム２１の連通溝２１７ａは、アノード流路部２４０側の凸部２４７と重なる領域に設けられている。フレーム２１の連通溝２１７ａは、アノード流路部２４０から貫通孔２４２に向かう方向に沿って凸部２４７を横切る。
【００５４】
図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００５５】
凸部２４７は、アノードセパレータ２４の板面からフレーム２１側に突出し、フレーム２１を押圧する。凸部２４７は、複数の燃料電池が積層されたとき、フレーム２１を弾性力により支持する。
【００５６】
また、カソードセパレータ２３にも、アノードセパレータ２４と同じ位置にばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓが設定されている。カソードセパレータ２３は、ばねシールラインＬ６ｓに沿って凸部２３７が設けられている。凸部２３７は、カソードセパレータ２３の板面から、カソードセパレータ２３の反対側に突出し、隣接する他の単セル２のフレーム２１に当接する。凸部２３７は、複数の燃料電池が積層されたとき、アノードセパレータ２４の凸部２４７とともにフレーム２１を弾性力により支持する。
【００５７】
各凸部２４７，２３７の背面側の溝の底面２４７ａ，２３７ａは互いに対向し、凸部２４７，２３７の間には冷却水が流れる冷却水流路１０が設けられている。つまり、凸部２４７とカソードセパレータ２３の間には冷却水流路１０が設けられている。なお、冷却水流路１０は、冷却媒体が流れる流路の一例である。
【００５８】
フレーム２１は、一例として、互いに積層された上部シート２１ａ及び下部シート２１ｂを有する。連通溝２１７ａは、下部シート２１ｂの貫通孔として形成される。フレーム２１は、下部シート２１ｂに貫通孔を形成した後、下部シート２１ｂを上部シート２１ａに積層することにより形成される。
【００５９】
連通溝２１７ａは、燃料オフガスがＭＥＧＡ２０及びアノード流路部２４０から凸部２４７を越えて貫通孔２４２に流れるように、凸部２４７に重なる領域に設けられている。このため、燃料オフガスは、矢印Ｄａで示されるように、アノード流路部２４０内の燃料ガス流路から連通溝２１７ａを通り貫通孔２４２に到達することができる。なお、連通溝２１７ａは、アノード流路部２４０側の凸部２４７と重なる３か所に設けられているが、１か所だけに設けられてもよい。
【００６０】
アノードセパレータ２４の貫通孔２４２は、溶接ラインＬ２ｗに沿った溶接によってカソードセパレータ２３の貫通孔２３２と一体化されている。貫通孔２４２，２３２は、燃料電池の積層方向においてフレーム２１の貫通孔２１２と重なる。燃料オフガスは、矢印Ｄｂで示されるように、貫通孔２４２，２３２，２１２の貫通方向に従って外部に排出される。
【００６１】
このように、アノードセパレータ２４は、貫通孔２４２を囲む凸部２４７を有するため、凸部２４７とカソードセパレータ２３の間に冷却水流路１０を設けることができる。このため、冷却水流路１０に冷却水を流すことにより貫通孔２４２の周辺が加熱され、例えば燃料電池が例えば氷点下で始動するとき、燃料ガス流路内の残水の凍結状態を迅速に解消することが可能となる。
【００６２】
また、フレーム２１には連通溝２１７ａが設けられているため、燃料オフガスはＭＥＧＡ２０及びアノード流路部２４０から凸部２４７を越えて貫通孔２４２に到達することができる。なお、燃料ガスの供給口の貫通孔２４１の周辺においても、ばねシールラインＬ１ｓ沿いに凸部が設けられており、冷却水を流して加熱することが可能である。さらに、フレーム２１は、ばねシールラインＬ１ｓ沿いの凸部と重なる領域に連通溝２１７ａが設けられているため、燃料ガスは、ばねシールラインＬ１ｓ沿いの凸部を越えてアノード流路部２４０及びＭＥＧＡ２０に到達することができる。
【００６３】
また、上記の構成によると、以下の比較例より溶接ラインＬ２ｗ〜Ｌ４ｗが短くすることが可能となる。
【００６４】
図６は、比較例のアノードセパレータ２４’を示す平面図である。図６において、図２と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６５】
比較例のアノードセパレータ２４’は、カソードセパレータ２３側の板面に燃料ガスの流路Ｒ１及び燃料オフガスの流路Ｒ２を有する。流路Ｒ１，Ｒ２は、アノードセパレータ２４’の板面からフレーム２１側に突出する凸部の背面側の溝として形成される。
【００６６】
また、アノードセパレータ２４’は、流路Ｒ１と連通する開口Ｈｂと、流路Ｒ２と連通する開口Ｈａとを有する。流路Ｒ１は貫通孔２４１と連通し、流路Ｒ２は貫通孔２４２と連通する。
【００６７】
このため、燃料ガスは、貫通孔２４１から流路Ｒ１を通って開口Ｈｂを抜け、アノード流路部２４０の燃料ガス流路に到達する。また、燃料オフガスは、アノード流路部２４０の燃料ガス流路から開口Ｈａを抜けて流路Ｒ２に入り、流路Ｒ２を通って貫通孔２４２に到達する。
【００６８】
貫通孔２４１，２４２の周囲には、ばねシールラインＬ１ｓ’，Ｌ２ｓ’がそれぞれ設定されている。ばねシールラインＬ１ｓ’，Ｌ２ｓ’沿いの凸部の背面側には、実施例と同様に溝が形成されている。ばねシールラインＬ１ｓ’，Ｌ２ｓ’の溝は流路Ｒ１，Ｒ２とそれぞれ連通し、冷却水ではなく、燃料ガス及び燃料オフガスがそれぞれ流れる。このため、アノードセパレータ２４’は、実施例のアノードセパレータ２４ほど、貫通孔２４１，２４２の周囲が加熱されない。
【００６９】
また、貫通孔２４１，２４２と開口Ｈａ，Ｈｂの間には流路Ｒ１，Ｒ２が設けられ、さらに流路Ｒ１，Ｒ２は、ばねシールラインＬ１ｓ’，Ｌ２ｓ’の溝は流路Ｒ１，Ｒ２とそれぞれ連通している。このため、溶接ラインＬ１ｗ’は、流路Ｒ１内の燃料ガスの流れを遮断しないように、ばねシールラインＬ１ｓ’、流路Ｒ１、及び開口Ｈｂの外側に設定する必要があり、溶接ラインＬ２ｗ’は、流路Ｒ２内の燃料オフガスの流れを遮断しないように、ばねシールラインＬ２ｓ’、流路Ｒ２、及び開口Ｈａの外側に設定する必要がある。
【００７０】
したがって、比較例のアノードセパレータ２４’の溶接ラインＬ１ｗ’，Ｌ２ｗ’は、実施例のアノードセパレータ２４の溶接ラインＬ１ｗ，Ｌ２ｗより長くなる。実施例のアノードセパレータ２４は、カソードセパレータ２３との間には冷却水流路だけが設けられ、燃料ガスの流路が設けられていないため、比較例より貫通孔２４１，２４２に近い距離に溶接ラインＬ１ｗ，Ｌ２ｗを設定することができる。このため、溶接ラインＬ１ｗ，Ｌ２ｗの長さが短くなり、溶接が容易化される。
【００７１】
また、カソードセパレータ２３にも、酸化剤ガスの貫通孔２３３及び酸化剤オフガスの貫通孔２３４の周辺に上記と同様の構成を設けた場合、アノードセパレータ２４’は、カソードセパレータ２３との間に、貫通孔２４３，２４４と連通する流路Ｒ３，Ｒ４が設けられる。流路Ｒ３には酸化剤ガスが流れ、流路Ｒ４には酸化剤オフガスが流れる。また、貫通孔２４３の周囲のばねシールラインＬ３ｓ’沿いの流路には酸化剤ガスが流れ、貫通孔２４４の周囲のばねシールラインＬ４ｓ’沿いの流路には酸化剤オフガスが流れる。
【００７２】
このため、貫通孔２４３の周囲の溶接ラインＬ３ｗ’は、流路Ｒ３を遮断しないように、ばねシールラインＬ３ｓ’及び流路Ｒ３の外側に設定する必要があり、溶接ラインＬ４ｗ’は、流路Ｒ４を遮断しないように、ばねシールラインＬ４ｓ’及び流路Ｒ４の外側に設定する必要がある。
【００７３】
また、カソードセパレータ２３においても、酸化剤ガス及び酸化剤オフガスの流路に上記に構成を適用することができる。
【００７４】
図７は、カソードセパレータ２３の一例を示す平面図である。図７には、アノードセパレータ２４側から正面視した場合のカソードセパレータ２３の板面が示されている。
【００７５】
酸化剤ガスは、貫通孔２３３からカソード流路部２３０内の酸化剤ガス流路を流れて貫通孔２３４に排出される。カソード流路部２３０内の酸化剤ガス流路には、隣接する他の単セル２のＭＥＧＡ２０が積層され、酸化剤ガス流路からＭＥＧＡ２０に酸化剤ガスが供給される。また、冷却水は、貫通孔２３５からカソード流路部２３０内の冷却水流路を流れて貫通孔２３６に排出される。
【００７６】
カソードセパレータ２３には、アノードセパレータ２４と一致するように、溶接ラインＬ０ｗ〜Ｌ４ｗ、ばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓ、及び接続ラインＬ１ｃ〜Ｌ４ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ６１ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ５１ｃが設定されている。カソードセパレータ２３の板面には、溶接ラインＬ０ｗ〜Ｌ４ｗ、ばねシールラインＬ０ｓ〜Ｌ６ｓ、及び接続ラインＬ１ｃ〜Ｌ４ｃ，Ｌ６０ｃ，Ｌ６１ｃ，Ｌ５０ｃ，Ｌ５１ｃに沿って凸部が設けられている。凸部とアノードセパレータ２４の間には、冷却水が流れる流路が形成されている。
【００７７】
カソードセパレータ２３の凸部は、アノードセパレータ２４の反対側、つまり隣接する他の単セル２のフレーム２１側に突出して、フレーム２１と当接し、フレーム２１を弾性力により支持する。
【００７８】
隣接する他の燃料電池のフレーム２１には、ばねシールラインＬ３ｓ沿いの凸部と重なる領域に連通溝２１８ａが設けられ、ばねシールラインＬ４ｓ沿いの凸部と重なる領域に連通溝２１８ｂが設けられている。連通溝２１８ａは、酸化剤ガスが貫通孔２３３からばねシールラインＬ３ｓの凸部を越えてカソード流路部２３０及びＭＥＧＡ２０に到達するように設けられ、連通溝２１８ｂは、酸化剤オフガスがカソード流路部２３０及びＭＥＧＡ２０からばねシールラインＬ４ｓの凸部を越えて貫通孔２３４に到達するように設けられている。
【００７９】
このように、カソードセパレータ２３は、貫通孔２３３，２３４を囲む凸部を有するため、凸部とアノードセパレータ２４の間に冷却水流路を設けることができる。このため、冷却水流路に冷却水を流すことにより貫通孔２３３，２３４の周辺が加熱され、例えば燃料電池が例えば氷点下で始動するとき、酸化剤ガス流路内の残水の凍結状態を迅速に解消することが可能となる。
【００８０】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０      冷却水流路（流路）
２０      ＭＥＧＡ
２１      フレーム
２３      カソードセパレータ（セパレータ）
２４      アノードセパレータ（セパレータ）
２００     膜電極接合体
２１７ａ，２１７ｂ，２１８ａ，２１８ｂ 連通溝（溝）
２３１〜２３４，２４１〜２４４  貫通孔（マニホルド孔）
２４７     凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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