(57)【要約】【課題】セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させることが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】膜電極構造体及び少なくとも該膜電極構造体を狭持する一対のセパレータを備えるセル、を複数具備し、一対のセパレータの膜電極構造体側の面に、反応ガスが流通する複数の流路が備えられ、該複数の流路に、一方から他方へ向かって深さが浅くなる第１流路と、一方から他方へ向かって深さが深くなる第２流路とが備えられ、セパレータ同士が接触する２つのセルを第１セル及び第２セル、該第２セルのセパレータと接触する第１セルのセパレータを第１セパレータ、該第１セパレータと接触する第２セルのセパレータを第２セパレータとするとき、第１セパレータの第１流路の傾斜した底部と第２セパレータの第２流路の傾斜した底部とが接触し、かつ、第１セパレータの第２流路の傾斜した底部と第２セパレータの第１流路の傾斜した底部とが接触する、燃料電池とする。【選択図】図２
2010113926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極構造体及び少なくとも該膜電極構造体を含む積層体を狭持する一対のセパレータ、を備えるセル、を複数具備し、
一対の前記セパレータの、前記膜電極構造体側の面に、前記膜電極構造体へと供給される反応ガスが流通する複数の流路がそれぞれ備えられるとともに、該複数の流路に、一方から他方へ向かって深さが浅くなる第１流路と、前記一方から前記他方へ向かって深さが深くなる第２流路とが備えられ、
複数の前記セルのうち、前記セパレータ同士が接触する２つの前記セルを第１セル及び第２セルとし、該第２セルの前記セパレータと接触する前記第１セルの前記セパレータを第１セパレータ、該第１セパレータと接触する前記第２セルの前記セパレータを第２セパレータとするとき、
前記第１セパレータに備えられる前記第１流路の傾斜した底部と前記第２セパレータに備えられる前記第２流路の傾斜した底部とが接触し、かつ、前記第１セパレータに備えられる前記第２流路の傾斜した底部と前記第２セパレータに備えられる前記第１流路の傾斜した底部とが接触することを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記第１流路及び前記第２流路が、それぞれ複数備えられ、前記第１流路及び前記第２流路が交互に連続して配置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。
【請求項３】
前記第１セパレータに備えられる前記第１流路の傾斜した前記底部と前記第２セパレータに備えられる前記第２流路の傾斜した前記底部とが面接触していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１セパレータに備えられる前記第２流路の傾斜した前記底部と前記第２セパレータに備えられる前記第１流路の傾斜した前記底部とが面接触していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１流路及び前記第２流路は、流通する前記反応ガスの入口又は出口が閉塞されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、深さが一定ではない流路を有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質層（以下において、「電解質膜」という。）と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極（アノード触媒層及びカソード触媒層）とを備える膜電極構造体（以下において、「ＭＥＡ」ということがある。）で電気化学反応を起こし、当該電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下において、「ＰＥＦＣ」ということがある。）は、低温領域で運転することができる。このＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。
【０００３】
ＰＥＦＣのセルは、ＭＥＡと、当該ＭＥＡを狭持する一対の集電体（セパレータ）と、を備え、その理論起電力は１．２３Ｖである。しかしながら、かかる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、セルを積層したセル積層体の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。
【０００４】
一方、ＰＥＦＣのＭＥＡには、含水状態に保たれることによりプロトン伝導性能を発現するプロトン伝導性ポリマーが含有される。ＰＥＦＣの運転時には、アノードに水素含有ガス（以下において、「水素」という。）が、カソードに酸素含有ガス（以下において、「空気」という。）が、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノード触媒層に含まれる触媒の作用下でプロトンと電子に分離し、水素から生じたプロトンは、アノード触媒層及び電解質膜を通ってカソード触媒層へと達する。一方、電子は、外部回路を通ってカソード触媒層へと達し、かかる過程を経ることにより、電気エネルギーを取り出すことが可能になる。そして、カソード触媒層へと達したプロトン及び電子と、カソード触媒層へと供給された空気に含有されている酸素とが反応することにより、水が生成される。
【０００５】
このようなＰＥＦＣに関する技術として、例えば、特許文献１には、溝状の流路の長さ方向の一方から他方へ向けて流路断面積が連続的に増加する流路と、連続的に減少する流路とが隣り合うように配置されたセパレータを有する燃料電池が開示されている。そして、特許文献１には、流路の幅若しくは流路の深さを変化させることにより、流路の断面積を増加又は減少させる技術が開示されている。また、特許文献２には、流路の入口又は出口が閉塞された複数の閉塞流路を有し、閉塞流路の流路幅を上流領域に比べて下流領域で広くした燃料電池が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１４３８７号公報
【特許文献２】特開２００５−８５６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術によれば、水素又は空気が反応に消費されることにより流路の下流側へ向かうにつれて濃度が低減しても、流路の下流側へ向かうにつれて断面積を連続的に低減させることにより、流路の下流側を流通する水素又は空気の流速を増大させることが可能になるので、燃料電池における発電を効率的に行うことが可能になる。ところが、特許文献１に開示されている技術では、複数のセルを積層する際、その積層方向が鉛直方向であれば、隣り合うセルを構成するそれぞれのセパレータの水平面同士を接触させることによって、セル積層体が構成される。そのため、例えば、燃料電池の外部から、セルの積層方向と交差する方向へと向かう力が付与されると、セル積層体から一又は複数のセルが押し出されやすい。このようにしてセルが押し出されると、ＭＥＡが引き裂かれる、ＭＥＡに皺が寄る、接触しているセパレータ間の接触面積が低減する等によって、燃料電池の性能が低下しやすい。すなわち、特許文献１に開示されている技術は、セルの積層方向と交差する方向の力の影響を低減させる構成を有していないため、セルの積層方向と交差する方向の力が付与されると、性能が低下しやすいという問題があった。かかる問題は、特許文献１に開示されている技術と特許文献２に開示されている技術とを単に組み合わせたとしても、解決することはできなかった。
【０００８】
そこで本発明は、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させることが可能な燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、膜電極構造体及び少なくとも該膜電極構造体を含む積層体を狭持する一対のセパレータ、を備えるセル、を複数具備し、一対のセパレータの、膜電極構造体側の面に、膜電極構造体へと供給される反応ガスが流通する複数の流路がそれぞれ備えられるとともに、該複数の流路に、一方から他方へ向かって深さが浅くなる第１流路と、一方から他方へ向かって深さが深くなる第２流路とが備えられ、複数のセルのうち、セパレータ同士が接触する２つのセルを第１セル及び第２セルとし、該第２セルのセパレータと接触する第１セルのセパレータを第１セパレータ、該第１セパレータと接触する第２セルのセパレータを第２セパレータとするとき、第１セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部とが接触し、かつ、第１セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部とが接触することを特徴とする、燃料電池とする。
【００１０】
ここに、本発明において、「膜電極構造体」とは、電解質膜と、該電解質膜の一方の面に配設されたアノード触媒層と、電解質膜の前記一方の面と反対側の面に配設されたカソード触媒層と、を有するＭＥＡをいう。さらに、本発明において、「少なくとも該膜電極構造体を含む積層体」とは、膜電極構造体からなる積層体、及び、膜電極構造体とその他の構成要素とからなる積層体の両方を含む概念である。「その他の構成要素」としては、ＭＥＡの片側又は両側に配置されたガス拡散層や撥水層等、ＰＥＦＣのセルを構成し得る公知の構成要素を例示することができる。さらに、本発明において、「第１流路」は、換言すると、当該流路を流通する流体の入口から見た時に、出口から入口へ向かって流路の深さが浅くなる流路をいう。さらに、本発明において、「第２流路」とは、換言すると、上記第１流路を流通する流体の入口から見た時に、出口から入口へ向かって流路の深さが深くなる流路をいう。
【００１１】
また、上記本発明において、第１流路及び第２流路が、それぞれ複数備えられ、第１流路及び第２流路が交互に連続して配置されていることが好ましい。
【００１２】
ここに、本発明において、「第１流路及び第２流路が交互に連続して配置されている」とは、例えば、任意の第１流路の右側に第２流路が配置され、当該第２流路の右側に第１流路が配置され、当該第１流路の右側に第２流路が配置され、…というように、任意の２つの第１流路の間に１つの第２流路が配置され、かつ、任意の２つの第２流路の間に１つの第１流路が配置されるように、複数の第１流路及び複数の第２流路が配置されていることをいう。
【００１３】
また、上記本発明において、第１セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部とが面接触していることが好ましい。
【００１４】
また、上記本発明において、第１セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部とが面接触していることが好ましい。
【００１５】
また、上記本発明において、第１流路及び第２流路は、流通する反応ガスの入口又は出口が閉塞されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、第１セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部とが接触し、かつ、第１セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部とが接触する。ここで、第１流路は底部が一方から他方へ向かって深さが浅くなるように傾斜しているのに対し、第２流路は底部が一方から他方へ向かって深さが深くなるように傾斜している。したがって、かかる構成とすることにより、セルの積層方向と交差する方向へと働く力がセル積層体へ付与された場合であっても、その影響を低減させることができる。そのため、本発明によれば、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させることが可能な燃料電池を提供することができる。
【００１７】
また、本発明において、それぞれ複数備えられる第１流路及び第２流路が交互に連続して配置されることにより、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を容易に低減させることができる。
【００１８】
また、本発明において、第１セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部とを面接触させることにより、上記効果に加え、接触抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００１９】
また、本発明において、第１セパレータに備えられる第２流路の傾斜した底部と第２セパレータに備えられる第１流路の傾斜した底部とを面接触させることにより、さらに、接触抵抗の増大を抑制することが可能になる。
【００２０】
また、本発明において、流通する反応ガスの入口又は出口が閉塞されている流路（以下において、当該流路を「閉塞流路」ということがある。「閉塞流路」においては、出口を閉塞した流路は入口が開口し、入口を閉塞した流路は出口が開口している。このような構成により、入口から流入したガスはその閉塞流路の出口からは流出することができず、出口が開口している近接した閉塞流路へと移動して流出する。）がセパレータに複数備えられることにより、上記効果に加え、閉塞流路を流通する反応ガスの流速分布の制御を通じてＭＥＡにおける電気化学反応の発生頻度を増大させることが可能になる。それゆえ、かかる形態とすることにより、燃料電池の性能を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明の燃料電池の形態例を示す断面図である。図１では、本発明の燃料電池に備えられるセル１０、及び、当該セル１０と隣接するセルに備えられるセパレータ（セパレータ７’及びセパレータ８’）を示している。図１の紙面上下方向がセル１０の積層方向、及び、反応ガスが流通する流路の深さ方向であり、図１の紙面奥／手前方向が反応ガスの流通方向である。また、図２は、図１からセパレータ７、セパレータ８、セパレータ７’、及び、セパレータ８’のみを抜き出し、間隔を開けて示す図である。図２に示す矢印は、水素の流通方向、及び、空気の流通方向である。図１及び図２において、セパレータ７、セパレータ８、セパレータ７’、並びに、セパレータ８’に備えられている流路の入口及び出口の記載は省略している。
【００２３】
図１に示すように、本発明の燃料電池は、セル１０と同様に構成された複数のセルを備えている。セル１０は、電解質膜１、電解質膜１の一方の面に形成されたアノード触媒層２、及び、電解質膜１の他方の面（アノード触媒層２が形成された面の反対側の面）に形成されたカソード触媒層３、を有するＭＥＡ４と、アノード触媒層２側に配設されたガス拡散層５と、カソード触媒層３側に配設されたガス拡散層６と、ガス拡散層５側に配設されたセパレータ７と、ガス拡散層６側に配設されたセパレータ８と、を備えている。
【００２４】
セパレータ７は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが深くなるように形成された複数の第１流路７ｘ、７ｘ、…と、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが浅くなるように形成された複数の第２流路７ｙ、７ｙ、…と、を有し、第１流路７ｘ、７ｘ、…と第２流路７ｙ、７ｙ、…との間の空間（流路９、９、…）には、冷却水が流通するように構成されている。セパレータ７に備えられる第１流路７ｘ、７ｘ、…の傾斜した底部、及び、第２流路７ｙ、７ｙ、…の傾斜した底部と、セル１０の上方に配置されたセルのセパレータ８’に備えられる流路の傾斜した底部とは、面接触している。第１流路７ｘ、７ｘ、…の傾斜した底部と面接触しているセパレータ８’の流路（以下において、「第２流路８ｙ’、８ｙ’、…」ということがある。）は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが浅くなるように構成され、第２流路７ｙ、７ｙ、…の傾斜した底部と面接触しているセパレータ８’の流路（以下において、「第１流路８ｘ’、８ｘ’、…」ということがある。）は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが深くなるように構成されている。
【００２５】
一方、セパレータ８は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが深くなるように形成された複数の第１流路８ｘ、８ｘ、…と、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが浅くなるように形成された複数の第２流路８ｙ、８ｙ、…と、を有し、第１流路８ｘ、８ｘ、…と第２流路８ｙ、８ｙ、…との間の空間（流路９、９、…）には、冷却水が流通するように構成されている。セパレータ８に備えられる第１流路８ｘ、８ｘ、…の傾斜した底部、及び、第２流路８ｙ、８ｙ、…の傾斜した底部と、セル１０の下方に配置されたセルのセパレータ７’に備えられる流路の傾斜した底部とは、面接触している。第１流路８ｘ、８ｘ、…の傾斜した底部と面接触しているセパレータ７’の流路（以下において、「第２流路７ｙ’、７ｙ’、…」ということがある。）は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが浅くなるように構成され、第２流路８ｙ、８ｙ、…の傾斜した底部と面接触しているセパレータ７’の流路（以下において、「第１流路７ｘ’、７ｘ’、…」ということがある。）は、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かうにつれて深さが深くなるように構成されている。
【００２６】
このように、本発明の燃料電池は、第２流路８ｙ’８ｙ’、…の傾斜した底部と第１流路７ｘ、７ｘ、…の傾斜した底部とが面接触し、第１流路８ｘ’、８ｘ’、…の傾斜した底部と第２流路７ｙ、７ｙ、…の傾斜した底部とが面接触するように、セパレータ８’を有するセルとセル１０とが積層される。さらに、第１流路８ｘ、８ｘ、…の傾斜した底部と第２流路７ｙ’、７ｙ’、…の傾斜した底部とが面接触し、第２流路８ｙ、８ｙ、…の傾斜した底部と第１流路７ｘ’、７ｘ’、…の傾斜した底部とが面接触するように、セル１０とセパレータ７’を有するセルとが積層される。そのため、燃料電池の外部から、図１及び図２の紙面手前側から奥側へと向かう応力（セルの積層方向と交差する方向へと働く力）が付与された場合には、特に、第１流路７ｘ、７ｘ、…の傾斜した底部と第２流路８ｙ’、８ｙ’、…の傾斜した底部との間に働く摩擦力、及び、第２流路８ｙ、８ｙ、…の傾斜した底部と第１流路７ｘ’、７ｘ’、…の傾斜した底部との間に働く摩擦力によって、その応力を低減させることができる。また、燃料電池の外部から、図１及び図２の紙面奥側から手前側へと向かう応力（セルの積層方向と交差する方向へと働く力）が付与された場合には、特に、第２流路７ｙ、７ｙ、…の傾斜した底部と第１流路８ｘ’、８ｘ’、…の傾斜した底部との間に働く摩擦力、及び、第１流路８ｘ、８ｘ、…の傾斜した底部と第２流路７ｙ’、７ｙ’、…の傾斜した底部との間に働く摩擦力によって、その応力を低減させることができる。したがって、本発明によれば、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させることが可能な燃料電池を提供することができる。そして、本発明によれば、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させることができるので、燃料電池を構成するセル積層体から一又は複数のセルが押し出される事態を防止することも可能になる。
【００２７】
また、本発明の燃料電池において、第１流路７ｘ、７ｘ、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（入口）の深さをＸ１、図１及び図２の紙面奥側における端部（出口）の深さをＸ２（＞Ｘ１）とし、第２流路７ｙ、７ｙ、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（入口）の深さをＹ１、図１及び図２の紙面奥側における端部（出口）の深さをＹ２（＜Ｙ１）とするとき、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減する効果を奏しやすい構成とする等の観点からは、Ｘ２−Ｘ１＝Ｙ１−Ｙ２とすることが好ましい。同様に、本発明の燃料電池において、第１流路８ｘ、８ｘ、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（出口）の深さをＸ３、図１及び図２の紙面奥側における端部（入口）の深さをＸ４（＞Ｘ３）とし、第２流路８ｙ、８ｙ、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（出口）の深さをＹ３、図１及び図２の紙面奥側における端部（入口）の深さをＹ４（＜Ｙ３）とするとき、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減する効果を奏しやすい構成とする等の観点からは、Ｘ４−Ｘ３＝Ｙ３−Ｙ４とすることが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明の燃料電池において、第１流路８ｘ’、８ｘ’、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（出口）の深さをＸ５、図１及び図２の紙面奥側における端部（入口）の深さをＸ６（＞Ｘ５）とし、第２流路８ｙ’、８ｙ’、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（出口）の深さをＹ５、図１及び図２の紙面奥側における端部（入口）の深さをＹ６（＜Ｙ５）とするとき、ＭＥＡ４、ガス拡散層５、及び、ガス拡散層６へ皺がより難い形態とすることにより燃料電池の性能を向上させやすい形態とする等の観点からは、Ｘ１＋Ｙ５＝Ｘ２＋Ｙ６＝Ｙ１＋Ｘ５＝Ｙ２＋Ｘ６とすることが好ましい。同様に、本発明の燃料電池において、第１流路７ｘ’、７ｘ’、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（入口）の深さをＸ７、図１及び図２の紙面奥側における端部（出口）の深さをＸ８（＞Ｘ７）とし、第２流路７ｙ’、７ｙ’、…の、図１及び図２の紙面手前側における端部（入口）の深さをＹ７、図１及び図２の紙面奥側における端部（出口）の深さをＹ８（＜Ｙ７）とするとき、ＭＥＡ４、ガス拡散層５、及び、ガス拡散層６へ皺がより難い形態とすることにより燃料電池の性能を向上させやすい形態とする等の観点からは、Ｘ３＋Ｙ７＝Ｘ４＋Ｙ８＝Ｙ３＋Ｘ７＝Ｙ４＋Ｘ８とすることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の燃料電池において、第１流路７ｘ、７ｘ、…、第２流路７ｙ、７ｙ、…、第１流路８ｘ、８ｘ、…、第２流路８ｙ、８ｙ、…、第１流路７ｘ’、７ｘ’、…、第２流路７ｙ’、７ｙ’、…、第１流路８ｘ’、８ｘ’、…、及び、第２流路８ｙ’、８ｙ’、…は、流路の両端（入口及び出口）が閉塞されていない流路であっても良く、流路の一端（入口又は出口）が閉塞されている閉塞流路であっても良い。ただし、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させる効果に加えて、さらに、アノード触媒層２の全面へ水素を満遍なく供給し、かつ、カソード触媒層３の全面へ空気を満遍なく供給することにより、燃料電池の性能を向上させやすい形態とする等の観点からは、これらの流路を閉塞流路とすることが好ましい。
【００３０】
図３は、閉塞部材１１によって出口を塞ぐことにより閉塞流路とされた第２流路７ｙと、閉塞部材１１によって入口を塞ぐことにより閉塞流路とされた第１流路７ｘとが交互に配置されたセパレータ７の形態例を示す平面図である。図３の紙面上下方向が、図２の紙面奥側／手前側方向と対応し、図３の紙面手前／奥方向が、図２の紙面上下方向と対応している。また、図４は、閉塞部材１１によって出口を塞ぐことにより閉塞流路とされた第１流路８ｘと、閉塞部材１１によって入口を塞ぐことにより閉塞流路とされた第２流路８ｙとが交互に配置されたセパレータ８の形態例を示す平面図である。図４の紙面上下方向が、図２の紙面奥側／手前側方向と対応し、図４の紙面手前／奥方向が、図２の紙面上下方向と対応している。
【００３１】
図１〜図３に示すように、入口が開口し出口が閉塞している第２流路７ｙ、７ｙ、…の深さを、入口から出口へ向かうにつれて深さが浅くなるように構成することにより、閉塞されている第２流路７ｙ、７ｙ、…の出口近傍における水素の流速低下を抑制することができる。加えて、入口が閉塞し出口が開口している第１流路７ｘ、７ｘ、…の深さを、入口から出口へ向かうにつれて深さが深くなるように構成することにより、閉塞されている第１流路７ｘ、７ｘ、…の入口近傍における水素の流速低下を抑制することができる。したがって、このような第１流路７ｘ、７ｘ、…、及び、第２流路７ｙ、７ｙ、…が備えられる形態とすることにより、本発明によれば、アノード触媒層２の全面へ水素を満遍なく供給することにより性能を向上させることが可能な、燃料電池を提供することができる。
【００３２】
加えて、図１、図２、及び、図４に示すように、入口が開口し出口が閉塞している第１流路８ｘ、８ｘ、…の深さを、入口から出口へ向かうにつれて深さが浅くなるように構成することにより、閉塞されている第１流路８ｘ、８ｘ、…の出口近傍における空気の流速低下を抑制することができる。加えて、入口が閉塞し出口が開口している第２流路８ｙ、８ｙ、…の深さを、入口から出口へ向かうにつれて深さが深くなるように構成することにより、閉塞されている第２流路８ｙ、８ｙ、…の入口近傍における空気の流速低下を抑制することができる。したがって、このような第１流路８ｘ、８ｘ、…、及び、第２流路８ｙ、８ｙ、…が備えられる形態とすることにより、本発明によれば、カソード触媒層３の全面へ空気を満遍なく供給することにより性能を向上させることが可能な、燃料電池を提供することができる。
【００３３】
本発明の燃料電池に関する上記説明では、第１流路及び第２流路がそれぞれ複数備えられ、第１流路及び第２流路が交互に連続して配置されている形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、１つのセパレータに、１つの第１流路及び１つの第２流路が備えられ、当該１つのセパレータに備えられる他の流路は深さが流路の全長に亘って略一定となるように構成されていても良い。但し、セルの積層方向と交差する方向へと働く力を容易に低減可能にする等の観点からは、第１流路及び第２流路がそれぞれ複数備えられ、第１流路及び第２流路が交互に連続して配置されている形態とすることが好ましい。
【００３４】
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、互いに接触する２つのセパレータの流路の傾斜した底部同士が面接触している形態（第１流路７ｘ、７ｘ、…の傾斜した底部と第２流路８ｙ’、８ｙ’、…の傾斜した底部とが面接触し、第２流路７ｙ、７ｙ、…の傾斜した底部と第１流路８ｘ’、８ｘ’、…の傾斜した底部とが面接触し、第１流路８ｘ、８ｘ、…の傾斜した底部と第２流路７ｙ’、７ｙ’、…の傾斜した底部とが面接触し、第２流路８ｙ、８ｙ、…の傾斜した底部と第１流路７ｘ’、７ｘ’、…の傾斜した底部とが面接触している形態）を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、接触すべき２つのセパレータのうち、一方のセパレータに形成された流路の傾斜した底部と、他方のセパレータに形成された流路の傾斜した底部とが、複数の点や線を介して接触する形態とすることも可能である。但し、接触抵抗の増大を抑制することにより、性能を向上させやすい形態とする等の観点からは、互いに接触する２つのセパレータのそれぞれに備えられる流路の傾斜した底部同士が面接触している形態とすることが好ましい。
【００３５】
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、第１流路７ｘ、７ｘ、…、第２流路７ｙ、７ｙ、…、第１流路８ｘ、８ｘ、…、第２流路８ｙ、８ｙ、…、第１流路７ｘ’、７ｘ’、…、第２流路７ｙ’、７ｙ’、…、第１流路８ｘ’、８ｘ’、…、及び、第２流路８ｙ’、８ｙ’、…の底部が、傾斜した平面によって構成される形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、セパレータに備えられる第１流路及び／又は第２流路の底部を傾斜した曲面形状や階段状に形成することも可能である。
【００３６】
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、水素の流通方向及び空気の流通方向が、互いに向かい合う方向となるように、水素及び空気を流通させる形態を例示したが、本発明の燃料電池は、当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、水素の流通方向及び空気の流通方向が、互いに同じ方向となるように、水素及び空気を流通させることも可能である。
【００３７】
また、本発明の燃料電池において、流路９、９、…を流れる冷却水の流通方向は、特に限定されるものではないが、セル１０の温度制御を容易にする等の観点からは、冷却水の流通方向及び空気の流通方向が、互いに向かい合う方向となり、かつ、冷却水の流通方向及び水素の流通方向が、互いに同じ方向となるように、冷却水並びに空気及び水素を流通させることが好ましい。
【００３８】
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、Ｘ２−Ｘ１＝Ｙ１−Ｙ２とし、かつ、Ｘ４−Ｘ３＝Ｙ３−Ｙ４とする形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池に、閉塞流路である第１流路７ｘ、７ｘ、…、第２流路７ｙ、７ｙ、…、第１流路８ｘ、８ｘ、…、及び、第２流路８ｙ、８ｙ、…が備えられる場合、セルの積層方向と交差する方向へと働く力の影響を低減させつつ、アノード触媒層２へと供給される水素の流速分布や、カソード触媒層３へと供給される空気の流速分布を制御しやすい形態とする等の観点からは、「Ｘ２−Ｘ１」と「Ｙ１−Ｙ２」とが等しくない形態や、「Ｘ４−Ｘ３」と「Ｙ３−Ｙ４」とが等しくない形態とすることが好ましい。
【００３９】
また、本発明の燃料電池において、セパレータ７、セパレータ８、セパレータ７’、及び、セパレータ８’は、メタルプレートやカーボンプレート等を、例えばプレス成形や切削加工することにより、作製することができる。本発明の燃料電池に備えられるセパレータの構成材料は、ＰＥＦＣのセパレータとして使用可能な構成材料であれば特に限定されるものではないが、深さが一定ではない流路の形成を容易にしてセパレータの生産効率を向上させやすくする等の観点からは、プレス成形のセパレータとすることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の燃料電池を車両に搭載する場合、車両の前後方向及び左右方向とセルの積層方向との関係は特に限定されるものではないが、セルの積層方向と交差する方向へと力が付与された場合であっても当該力の影響を低減させることが可能という本発明の効果を発現させやすい形態とする等の観点からは、車両の前後方向とセルの積層方向とを一致させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の燃料電池の形態例を示す断面図である。
【図２】本発明の燃料電池に備えられるセパレータの形態例を示す図である。
【図３】閉塞流路とされた第１流路及び第２流路を有するセパレータの形態例を示す図である。
【図４】閉塞流路とされた第１流路及び第２流路を有するセパレータの形態例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…電解質膜
２…アノード触媒層
３…カソード触媒層
４…ＭＥＡ
５…ガス拡散層
６…ガス拡散層
７…セパレータ（第１セパレータ）
７’…セパレータ（第１セパレータ）
７ｘ…第１流路
７ｙ…第２流路
８…セパレータ（第２セパレータ）
８’…セパレータ（第２セパレータ）
８ｘ…第１流路
８ｙ…第２流路
９…流路
１０…セル
１１…閉塞部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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