(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層し、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔を備える燃料電池であって、
前記金属セパレータには、前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、
前記複数の凹溝部は、各凹溝部同士が第１の間隔ずつ離間する複数の凹溝部群を有し、且つ、前記凹溝部群同士は、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔だけ離間して配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層し、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔を備える燃料電池であって、
前記燃料電池は、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとが積層される複数の単位セルを備え、
前記金属セパレータには、前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、
互いに隣接する前記単位セルは、それぞれの前記凹溝部が前記積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池において、前記複数の凹溝部は、各凹溝部同士が第１の間隔ずつ離間する複数の凹溝部群を有し、且つ、前記凹溝部群同士は、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔だけ離間して配設されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は３記載の燃料電池において、前記金属セパレータには、前記凹溝部群が設けられる面とは反対の面側に、該凹溝部群同士の間に位置して受け部材が設けられ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、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層し、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、車載用燃料電池スタック等として使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）が設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００４】
さらに、この種の燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）及び燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通（反応ガス連通孔）孔及び酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。
【０００５】
その際、反応ガス流路と反応ガス連通孔とは、反応ガスを円滑且つ均等に流すために、平行溝部等を有する連結流路を介して連通している。ところが、セパレータと電解質・電極構造体とを、シール部材を介装して締め付け固定する際に、このシール部材が連結流路内に進入してしまい、所望のシール性を維持することができず、しかも反応ガスが良好に流れないという問題がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池スタックでは、図１３に示すように、セパレータ１の面内に蛇行する反応ガス、例えば、酸化剤ガス流路２が形成されている。この酸化剤ガス流路２は、セパレータ１の周縁部に積層方向に貫通した酸化剤ガス供給用貫通孔３と酸化剤ガス排出用貫通孔４とに連通している。セパレータ１にはパッキン５が配置されており、このセパレータ１の面内で貫通孔３、４と酸化剤ガス流路２とを連通するとともに、他の貫通孔をこれらからシールしている。
【０００７】
貫通孔３、４と酸化剤ガス流路２とを連通する連結流路６ａ、６ｂには、この連結流路６ａ、６ｂを覆ってシール部材であるＳＵＳ板７が配置されている。ＳＵＳ板７は長方形状に構成されており、それぞれ２箇所に耳部７ａ、７ｂが設けられるとともに、各耳部７ａ、７ｂは、セパレータ１に形成された段差部８に嵌合している。
【０００８】
このように、特許文献１では、ＳＵＳ板７が連結流路６ａ、６ｂを覆っているために、高分子膜（図示せず）及びパッキン５が酸化剤ガス流路２に落ち込むことがなく、所望のシール性を確保して、反応ガスの圧力損失の増大を防止することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２６６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１では、連結流路６ａ、６ｂを覆ってシール部材であるＳＵＳ板７が配置されている。このため、部品点数が増加して組立作業性が低下するとともに、経済的ではないという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、経済的且つ簡単な構成で、反応ガスを良好に流通させることが可能な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】
【００１２】
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体と金属セパレータとを積層し、前記電解質・電極構造体と前記金属セパレータとの間に、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガス流路に連通する反応ガス連通孔を備える燃料電池に関するものである。
【００１３】
この燃料電池では、金属セパレータには、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、前記複数の凹溝部は、各凹溝部同士が第１の間隔ずつ離間する複数の凹溝部群を有し、且つ、前記凹溝部群同士は、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔だけ離間して配設されている。
【００１４】
また、本発明では、燃料電池は、電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層される複数の単位セルを備え、前記金属セパレータには、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、互いに隣接する前記単位セルは、それぞれの前記凹溝部が積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配設されている。
【００１５】
さらに、この燃料電池では、複数の凹溝部は、各凹溝部同士が第１の間隔ずつ離間する複数の凹溝部群を有し、且つ、前記凹溝部群同士は、前記第１の間隔よりも大きな第２の間隔だけ離間して配設されることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、この燃料電池では、金属セパレータには、凹溝部群が設けられる面とは反対の面側に、前記凹溝部群同士の間に位置して受け部材が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、金属セパレータには、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、複数の凹溝部群間には、凹溝部同士の第１の間隔よりも大きな第２の間隔が設けられている。このため、経済的且つ簡単な構成で、反応ガス連通孔と反応ガス流路との間における反応ガスの流量分配や圧力損失の調整を行うことが可能になる。
【００１８】
また、本発明では、金属セパレータには、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する複数の凹溝部がプレス形成されるとともに、互いに隣接する単位セルは、それぞれの前記凹溝部が積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配設されている。従って、経済的且つ簡単な構成で、シール面圧を適切に確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が積層される燃料電池スタックの斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池の、図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の正面説明図である。
【図６】前記第２金属セパレータの他方の正面説明図である。
【図７】前記燃料電池を構成する第３金属セパレータの正面説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図９】前記燃料電池の要部断面説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１１】前記燃料電池の、図１０中、ＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１３】特許文献１に係る燃料電池スタックを構成するセパレータの正面視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、矢印Ａ方向に積層されて燃料電池スタック１２を構成する。燃料電池１０の積層方向両端には、ターミナルプレート１４ａ、１４ｂ、絶縁プレート１６ａ、１６ｂ及びエンドプレート１８ａ、１８ｂが配設される。エンドプレート１８ａ、１８ｂは、図示しないタイロッドにより積層方向に締め付けられているが、これに代えて前記エンドプレート１８ａ、１８ｂを端板とするケーシング（図示せず）内に燃料電池１０を収容してもよい。
【００２１】
図２に示すように、燃料電池１０は、発電ユニット２０を備え、複数の前記発電ユニット２０が、水平方向（矢印Ａ方向）（又は鉛直方向）に沿って互いに積層される。発電ユニット２０は、第１金属セパレータ２２、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２４ａ、第２金属セパレータ２６、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２４ｂ及び第３金属セパレータ２８を設ける。第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂは、それぞれ単位セルを構成する。
【００２２】
発電ユニット２０の矢印Ｂ方向（図２中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２３】
発電ユニット２０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２４】
図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ２２の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２２ａには、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する第１酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３６が設けられる。第１酸化剤ガス流路３６は、金属製薄板の第１金属セパレータ２２を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部を備え、第１金属セパレータ２２の反対側の面２２ｂには、前記第１酸化剤ガス流路３６の裏面形状である冷却媒体流路３８の一部が形成される。
【００２５】
第１酸化剤ガス流路３６と酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとは、複数の凹溝部４０ａ、４０ｂを介して連通する。図３及び図４に示すように、複数の凹溝部４０ａ、４０ｂは、それぞれ矢印Ｃ方向に配列されるとともに、前記凹溝部４０ａ、４０ｂは、第１金属セパレータ２２に一体でプレス成形されている。
【００２６】
複数の凹溝部４０ａは、図３に示すように、各凹溝部４０ａ同士が第１の間隔Ｌ１ずつ離間する複数の凹溝部群４２ａ１を有する。凹溝部群４２ａ１同士は、第１の間隔Ｌ１よりも大きな第２の間隔Ｌ２だけ離間して配設される（Ｌ２＞Ｌ１）。
【００２７】
複数の凹溝部４０ｂは、各凹溝部４０ｂ同士が第１の間隔Ｌ１ずつ離間する複数の凹溝部群４２ｂ１を有する。凹溝部群４２ｂ１同士は、第１の間隔Ｌ１よりも大きな第２の間隔Ｌ２だけ離間して配設される。
【００２８】
図２及び図５に示すように、第２金属セパレータ２６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２６ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に延在する第１燃料ガス流路（反応ガス流路）４４が形成される。
【００２９】
第１燃料ガス流路４４は、金属製薄板の第２金属セパレータ２６を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部を備えるとともに、前記第１燃料ガス流路４４と燃料ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂとは、複数の凹溝部４６ａ、４６ｂを介して連通する。複数の凹溝部４６ａ、４６ｂは、それぞれ矢印Ｃ方向に配列されるとともに、前記凹溝部４６ａ、４６ｂは、第２金属セパレータ２６に一体でプレス成形されている。
【００３０】
複数の凹溝部４６ａは、各凹溝部４６ａ同士が第１の間隔Ｌ３ずつ離間する複数の凹溝部群４８ａ１を有する。凹溝部群４８ａ１同士は、第１の間隔Ｌ３よりも大きな第２の間隔Ｌ４だけ離間して配設される（Ｌ４＞Ｌ３）。
【００３１】
複数の凹溝部４６ｂは、各凹溝部４６ｂ同士が第１の間隔Ｌ３ずつ離間する複数の凹溝部群４８ｂ１を有する。凹溝部群４８ｂ１同士は、第１の間隔Ｌ３よりも大きな第２の間隔Ｌ４だけ離間して配設される。
【００３２】
図６に示すように、第２金属セパレータ２６の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２６ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５０が設けられる。第２酸化剤ガス流路５０は、第１燃料ガス流路４４の裏面形状を有しており、複数の溝部を備える。第２酸化剤ガス流路５０と酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとは、複数の凹溝部４０ａ、４０ｂを介して連通する。
【００３３】
図６に示すように、複数の凹溝部４０ａは、各凹溝部４０ａ同士が第１の間隔Ｌ５ずつ離間する複数の凹溝部群４２ａ２を有する。凹溝部群４２ａ２同士が、第１の間隔Ｌ５よりも大きな第２の間隔Ｌ６だけ離間して配設される（Ｌ６＞Ｌ５）。図３に示すように、第１金属セパレータ２２に設けられる凹溝部群４２ａ１は、上下両端側に３本の凹溝部４０ａを有し、中央側に４本の凹溝部４０ａを有する。
【００３４】
図６に示す第２金属セパレータ２６の複数の凹溝部群４２ａ２は、上下両端側に４本の凹溝部４０ａを有し、且つ中央側に３本の凹溝部４０ａを有する。互いに隣接する単位セルを構成する凹溝部４０ａは、それぞれ他の凹溝部４０ａが積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配設される（図４参照）。
【００３５】
図６に示すように、複数の凹溝部４０ｂは、各凹溝部４０ｂ同士が第１の間隔Ｌ５ずつ離間する複数の凹溝部群４２ｂ２を有する。凹溝部群４２ｂ２は、第１の間隔Ｌ５よりも大きな第２の間隔Ｌ６だけ離間して配設される。
【００３６】
図７に示すように、第３金属セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２８ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する第２燃料ガス流路（反応ガス流路）５２が形成される。第２燃料ガス流路５２と燃料ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂとは、複数の凹溝部４６ａ、４６ｂを介して連通する。複数の凹溝部４６ａは、各凹溝部４６ａ同士が第１の間隔Ｌ７ずつ離間する複数の凹溝部群４８ａ２を構成する。凹溝部群４８ａ２同士は、第１の間隔Ｌ７よりも大きな第２の間隔Ｌ８だけ離間して配設される（Ｌ８＞Ｌ７）。
【００３７】
図５及び図７に示すように、凹溝部群４８ａ１は、上下に３本ずつの凹溝部４６ａと、中央部に４本の凹溝部４６ａとを有する一方、凹溝部群４８ａ２には、上下に４本ずつの凹溝部４６ａを有し且つ中央部に３本の凹溝部４６ａを有する。凹溝部群４８ａ１の各凹溝部４６ａと、凹溝部群４８ａ２の各凹溝部４６ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合わない位置にオフセットして配設される。
【００３８】
図７に示すように、複数の凹溝部４６ｂは、同様に上下に４本の凹溝部４６ａと、中央部に３本の凹溝部４６ａとを有する複数の凹溝部群４８ｂ２を構成する。凹溝部群４８ｂ１と４８ｂ２とは、上記の凹溝部群４８ａ１と４８ａ２との関係と、同様の関係に設定される。
【００３９】
図２に示すように、第１金属セパレータ２２の面２２ａ、２２ｂには、この第１金属セパレータ２２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が、個別に又は一体に設けられる。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が、個別に又は一体に設けられる。第３金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第３金属セパレータ２８の外周端縁部を周回して第３シール部材５８が、個別に又は一体に設けられる。
【００４０】
図４及び図５に示すように、第２金属セパレータ２６には、凹溝部群４２ａ２とは反対の面（２６ａ）側に、前記凹溝部群４２ａ２同士の間に位置して２つの受け部材６０ａが設けられる。第２金属セパレータ２６には、凹溝部群４２ｂ２とは反対の面（面２６ａ）側に、前記凹溝部群４２ｂ２同士の間に位置して２つの受け部材６０ｂが設けられる。受け部材６０ａ、６０ｂは、第２シール部材５６と一体成形されているが、前記第２シール部材５６と別体に構成してもよい。
【００４１】
図６に示すように、第２金属セパレータ２６には、凹溝部群４８ａ１と反対の面（面２６ｂ）側に、前記凹溝部群４８ａ１同士の間に位置して２つの受け部材６２ａが設けられる。第２金属セパレータ２６には、凹溝部群４８ｂ１とは反対の面（面２６ｂ）側に、前記凹溝部群４８ｂ１同士の間に位置して２つの受け部材６２ｂが設けられる。受け部材６２ａ、６２ｂは、第２シール部材５６と一体成形又は別体に構成してもよい。
【００４２】
図２及び図７に示すように、第３金属セパレータ２８の面２８ｂには、第１金属セパレータ２２の凹溝部４０ａ、４０ｂ間の裏受けとして複数の受け部材６４ａ、６４ｂが設けられる。
【００４３】
図２に示すように、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜７０と、前記固体高分子電解質膜７０を挟持するアノード側電極７２及びカソード側電極７４とを備える。固体高分子電解質膜７０の外周縁部は、アノード側電極７２及びカソード側電極７４の外周端部よりも外方に突出している。
【００４４】
アノード側電極７２及びカソード側電極７４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜７０の両面に形成されている。
【００４５】
カソード側電極７４は、面方向に沿って第１金属セパレータ２２の凹溝部４０ａ、４０ｂ側（矢印Ｂ方向外方）に突出する突出端部７４ａ、７４ｂを備える。図５に示すように、アノード側電極７２は、面方向に沿って第２金属セパレータ２６の凹溝部４６ａ、４６ｂに突出する突出端部７２ａ、７２ｂを有する。
【００４６】
図１に示すように、エンドプレート１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂに連通する酸化剤ガス入口マニホールド７６ａ、冷却媒体出口マニホールド７８ｂ及び燃料ガス出口マニホールド８０ｂと、燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに連通する燃料ガス入口マニホールド８０ａ、冷却媒体入口マニホールド７８ａ及び酸化剤ガス出口マニホールド７６ｂとが設けられる。
【００４７】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４８】
先ず、図１に示すように、燃料ガス入口マニホールド８０ａから燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口マニホールド７６ａから酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口マニホールド７８ａから冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４９】
このため、図２に示すように、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の第１燃料ガス流路４４及び第３金属セパレータ２８の第２燃料ガス流路５２に導入される。図５に示すように、第２金属セパレータ２６の第１燃料ガス流路４４に導入された燃料ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するアノード側電極７２に供給される。
【００５０】
一方、図７に示すように、第３金属セパレータ２８の第２燃料ガス流路５２に導入された燃料ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するアノード側電極７２に供給される。
【００５１】
また、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第１金属セパレータ２２の第１酸化剤ガス流路３６及び第２金属セパレータ２６の第２酸化剤ガス流路５０に導入される。図３に示すように、第１金属セパレータ２２の第１酸化剤ガス流路３６に導入された酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するカソード側電極７４に供給される。
【００５２】
一方、図６に示すように、第２金属セパレータ２６の第２酸化剤ガス流路５０に導入された酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するカソード側電極７４に供給される。
【００５３】
従って、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂでは、各カソード側電極７４に供給される酸化剤ガスと、各アノード側電極７２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５４】
次いで、各アノード側電極７２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、各カソード側電極７４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５５】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ２２及び第３金属セパレータ２８間の冷却媒体流路３８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５６】
この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１酸化剤ガス流路３６とを連通する複数の凹溝部４０ａが設けられている。複数の凹溝部４０ａは、第１の間隔Ｌ１ずつ離間する複数の凹溝部群４２ａ１を有するとともに、前記凹溝部群４２ａ１同士は、第１の間隔Ｌ１よりも大きな第２の間隔Ｌ２だけ離間して配設されている。
【００５７】
すなわち、各凹溝部群４２ａ１は、任意の凹溝部４０ａを間引くことにより、それぞれのピッチを等間隔に保って設けられている。このため、第１金属セパレータ２２の面２２ａ内における酸化剤ガスの流量配分や圧力損失を調整することができ、滞留水が偏在することによる発電性能の低下等を阻止することが可能になる。
【００５８】
しかも、第１金属セパレータ２２裏面側である面２２ｂには、第３金属セパレータ２８に設けられている受け部材６４ａが、凹溝部群４２ａ１同士の間に位置して設けられている（図４参照）。従って、シール線圧の保持及び第１電解質膜・電極構造体２４ａの損傷を確実に阻止することができる。
【００５９】
さらにまた、第２金属セパレータ２６には、複数の凹溝部４０ａからなる凹溝部群４２ａ２が設けられている。そして、凹溝部群４２ａ１と４２ａ２とは、それぞれの凹溝部４０ａ同士が積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配置されている。これにより、経済的且つ簡単な構成で、シール面圧を適正に確保することができる。
【００６０】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池９０の要部分解斜視説明図である。
【００６１】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
燃料電池９０は、複数の発電ユニット９１を備えるとともに、前記発電ユニット９１は、第１金属セパレータ９２、第１電解質膜・電極構造体９４ａ、第２金属セパレータ９６、第２電解質膜・電極構造体９４ｂ及び第３金属セパレータ９８を設ける。
【００６３】
図８及び図９に示すように、第１金属セパレータ９２では、複数の凹溝部４０ａが等間隔ずつ離間して単一の凹溝部群４２ａ１が構成されるとともに、複数の凹溝部４０ｂが等間隔ずつ離間して単一の凹溝部群４２ｂ１が構成される。
【００６４】
第２金属セパレータ９６では、複数の凹溝部４６ａ、４６ｂが、それぞれ同一の間隔ずつ離間してそれぞれ単一の凹溝部群４８ａ１、４８ｂ１が構成される。第２金属セパレータ９６では、それぞれ複数の凹溝部４０ａ、４０ｂが、それぞれ同一の間隔ずつ離間して配置されることにより、単一の凹溝部群４２ａ２、４２ｂ２が構成される。第３金属セパレータ９８では、それぞれ複数の凹溝部４６ａ、４６ｂが等間隔ずつ離間して配置されることにより、単一の凹溝部群４８ａ２、４８ｂ２が構成される。
【００６５】
図９に示すように、凹溝部群４２ａ１と４２ａ２とでは、それぞれの凹溝部４０ａ、４０ａ同士が積層方向に互いに重なり合わない位置にオフセットして配置されている。他の凹溝部群４２ｂ１と４２ｂ２とも同様に、互いに凹溝部４０ｂ同士を積層方向にオフセットして配置している。凹溝部群４８ａ１と４８ａ２及び凹溝部群４８ｂ１と４８ｂ２とは、上記と同様に構成される。
【００６６】
このように、第２の実施形態では、互いに隣接する単位セルを構成するそれぞれの凹溝部群４２ａ１と４２ａ２とにおいて、各凹溝部４０ａ、４０ａ同士が積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配置されている。従って、経済的且つ簡単な構成で、シール面圧を適切に確保することが可能になるという効果が得られる。
【００６７】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００の要部分解斜視説明図である。
【００６８】
燃料電池１００は、複数の発電ユニット１０１を積層して構成される。発電ユニット１０１は、第１金属セパレータ１０２、第１電解質膜・電極構造体１０４ａ、第２金属セパレータ１０６、第２電解質膜・電極構造体１０４ｂ及び第３金属セパレータ１０８を設ける。
【００６９】
図１１に示すように、第１金属セパレータ１０２に設けられる凹溝部群４２ａ１は、等間隔ずつ離間して設けられる複数の凹溝部４０ａを有するとともに、所定の前記凹溝部４０ａを間引くことにより、該凹溝部４０ａ同士の間隔が他の間隔よりも広い箇所を設ける。
【００７０】
第２金属セパレータ１０６は、凹溝部群４２ａ２を備え、前記凹溝部群４２ａ２を構成する複数の凹溝部４０ａは、同一間隔ずつ離間するとともに、所定の前記凹溝部４０ａを間引いて構成される。凹溝部群４２ａ１を構成する凹溝部４０ａと、凹溝部群４２ａ２を構成する凹溝部４０ａとは、積層方向に互いに重なり合う位置に配置されるとともに、間引き箇所が積層方向で異なる位置に設定される。
【００７１】
なお、他の凹溝部群４２ｂ１と４２ｂ２、４８ａ１と４８ａ２及び４８ｂ１と４８ｂ２とは、上記の凹溝部群４２ａ１と４２ａ２と同様に構成される。
【００７２】
このように構成される第３の実施形態では、例えば、図１１に示すように、凹溝部群４２ａ１、４２ａ２において、任意の凹溝部４０ａを間引くことにより、前記凹溝部４０ａ間の間隔が、他の凹溝部４０ａ間の間隔よりも大きく設定される箇所が設けられている。このため、経済的且つ簡単な構成で、反応ガスの流量配分や圧力損失の調整を行うことが可能になる。
【００７３】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１１０の要部分解斜視説明図である。
【００７４】
燃料電池１１０は、発電ユニット（単位セル）１１１を備え、前記発電ユニット１１１が複数積層される。発電ユニット１１１は、第１金属セパレータ１１２、電解質膜・電極構造体１１４及び第２金属セパレータ１１６を設ける。
【００７５】
第１金属セパレータ１１２には、複数の凹溝部４０ａを有する凹溝部群４２ａと、複数の凹溝部４０ｂを有する凹溝部群４２ｂとが設けられる。第２金属セパレータ１１６には、複数の凹溝部４６ａを有する凹溝部群４８ａと、複数の凹溝部４６ｂを有する凹溝部群４８ｂとが設けられる。
【００７６】
互いに隣接する発電ユニット１１１では、各凹溝部群４２ａ、４２ａを構成する凹溝部４０ａ、４０ａ同士が、積層方向に沿って重なり合わない位置にオフセットして配設されるとともに、複数の凹溝部群４２ａ間には、比較的大きな間隔が設けられている（第１の実施形態と同様）。また、第４の実施形態では、上記の第２の実施形態又は第３の実施形態を構成することもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１０、９０、１００、１１０…燃料電池  １２…燃料電池スタック
２０、９１、１０１、１１１…発電ユニット
２２、２６、２８、９２、９６、９８、１０２、１０６、１０８、１１２、１１６…金属セパレータ
２４ａ、２４ｂ、９４ａ、９４ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１１４…電解質膜・電極構造体
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔          ３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔            ３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔            ３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６、５０…酸化剤ガス流路            ３８…冷却媒体流路
４０ａ、４０ｂ、４６ａ、４６ｂ…凹溝部
４２ａ、４２ａ１、４２ａ２、４２ｂ１、４２ｂ２、４８ａ、４８ａ１、４８ａ２、４８ｂ、４８ｂ１、４８ｂ２…凹溝部群      ４４、５２…燃料ガス流路
６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ、６４ａ、６４ｂ…受け部材
７０…固体高分子電解質膜              ７２…アノード側電極
７４…カソード側電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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