(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・電極構造体と平面が矩形状の金属セパレータとが積層され、前記金属セパレータの互いに対向する第１の辺と第２の辺には、積層方向に貫通し冷却媒体をセパレータ面に供給する一対の冷却媒体入口連通孔がそれぞれ振り分けられて設けられるとともに、前記積層方向に貫通し前記セパレータ面に供給された冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔がそれぞれ振り分けられて設けられ、さらに互いに隣接する各金属セパレータには、前記第１及び第２の辺に沿って延在する平面視で波形状の波形状冷却媒体流路と、前記波形状冷却媒体流路の入口側及び出口側に連通する入口バッファ部及び出口バッファ部とが設けられる燃料電池であって、
前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔に連通して前記冷却媒体を前記セパレータ面内に流通させる複数の連結流路と、
前記連結流路と前記波形状冷却媒体流路との間に、該連結流路側に平面視で凹形状を有して設けられ、前記冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記金属セパレータの前記第１及び第２の辺の延在方向と直交方向に交わる第３の辺と第４の辺には、前記積層方向に貫通し、反応ガスを流すための反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が設けられ、
前記一対の冷却媒体入口連通孔は、前記反応ガス入口連通孔に近接するとともに、前記一対の冷却媒体出口連通孔は、前記反応ガス出口連通孔に近接す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、前記金属セパレータは、縦長形状を有しセパレータ面を鉛直方向に沿って水平方向に積層されるとともに、
前記金属セパレータの上端側の短辺に前記反応ガス入口連通孔が設けられ、
前記金属セパレータの下端側の短辺に前記反応ガス出口連通孔が設けられるとともに、
前記金属セパレータの前記反応ガス入口連通孔の近傍に、一対の前記冷却媒体入口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられ、
前記金属セパレータの前記反応ガス出口連通孔の近傍に、一対の前記冷却媒体出口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記冷却媒体合流部は、前記金属セパレータに一体成形されるシール部材により形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記凹形状は、前記波形状冷却媒体流路に向かって末広がりに構成さ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・電極構造体と金属セパレータとが積層され、前記金属セパレータの互いに対向する一方の２辺には、積層方向に貫通して、一対の冷却媒体入口連通孔及び一対の冷却媒体出口連通孔が設けられるとともに、互いに隣接する各金属セパレータには、前記一方の２辺に沿って延在する波形状冷却媒体流路と、前記波形状冷却媒体流路の入口側及び出口側に連通する入口バッファ部及び出口バッファ部とが設けられ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が設けられている。また、必要に応じてセパレータ間には、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及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、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】
内部マニホールド型燃料電池では、例えば、特許文献１に開示されているステンレス鋼製セパレータが用いられている。図７に示すように、セパレータ１の中央部には、複数の溝からなるガス又は冷却媒体の通路部２が形成されている。セパレータ１の周辺部には、互いに対向する一方の２辺に、一方の反応ガス流路となる孔３ａ、３ｂ及び他方の反応ガス流路となる孔４ａ、４ｂが設けられている。セパレータ１の周辺部には、互いに対向する他方の２辺に、冷却媒体通路となるそれぞれ一対の孔５ａ、５ｂが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６０４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のセパレータ１では、周辺部の側部に設けられている一対の孔５ａ、５ａからセパレータ面内に供給される冷却媒体は、一旦、水平方向に流動した後、複数の溝に沿って通路部２を鉛直方向に流動し、さらに水平方向に移動して一対の孔５ｂ、５ｂから排出されている。
【０００８】
しかしながら、冷却媒体は、側部の一対の孔５ａ、５ａから通路部２に流入する際、この通路部２の幅方向全域にわたって均一に分散することができない。このため、通路部２では、特に幅方向中央部に冷却媒体が供給され難くなり、冷却媒体の供給量の不足が発生し易い。これにより、通路部２には、高温部位が発生してしまい、発電面内の温度分布にばらつきが生じるという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、発電面内全域にわたって冷却媒体を均一に供給することができ、発電性能を良好に向上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】
【００１０】
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・電極構造体と平面が矩形状の金属セパレータとが積層され、前記金属セパレータの互いに対向する第１の辺と第２の辺には、積層方向に貫通し冷却媒体をセパレータ面に供給する一対の冷却媒体入口連通孔がそれぞれ振り分けられて設けられるとともに、前記積層方向に貫通し前記セパレータ面に供給された冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔がそれぞれ振り分けられて設けられ、さらに互いに隣接する各金属セパレータには、前記第１及び第２の辺に沿って延在する平面視で波形状の波形状冷却媒体流路と、前記波形状冷却媒体流路の入口側及び出口側に連通する入口バッファ部及び出口バッファ部とが設けられる燃料電池に関するものである。
【００１１】
この燃料電池は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔に連通して冷却媒体をセパレータ面内に流通させる複数の連結流路と、前記連結流路と波形状冷却媒体流路との間に、該連結流路側に平面視で凹形状を有して設けられ、前記冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部とを備えている。
【００１２】
また、この燃料電池は、金属セパレータの第１及び第２の辺の延在方向と直交方向に交わる第３の辺と第４の辺には、積層方向に貫通し、反応ガスを流すための反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が設けられ、一対の冷却媒体入口連通孔は、前記反応ガス入口連通孔に近接するとともに、一対の冷却媒体出口連通孔は、前記反応ガス出口連通孔に近接することが好ましい。
【００１３】
さらに、金属セパレータは、縦長形状を有しセパレータ面を鉛直方向に沿って水平方向に積層されるとともに、前記金属セパレータの上端側の短辺に反応ガス入口連通孔が設けられ、前記金属セパレータの下端側の短辺に反応ガス出口連通孔が設けられるとともに、前記金属セパレータの前記反応ガス入口連通孔の近傍に、一対の冷却媒体入口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられ、前記金属セパレータの前記反応ガス出口連通孔の近傍に、一対の冷却媒体出口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、冷却媒体合流部は、金属セパレータに一体成形されるシール部材により形成されることが好ましい。またさらに、凹形状は、波形状冷却媒体流路に向かって末広がりに構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、連結流路と波形状冷却媒体流路との間に、前記連結流路側に凹形状を有して冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部が設けられている。このため、特に、冷却媒体入口連通孔から連結流路を介して冷却媒体合流部に合流された冷却媒体は、入口バッファ部にも円滑に流入することができる。
【００１６】
従って、冷却媒体は、入口バッファ部を流通して冷却媒体流路の幅方向中央部に確実に供給され、冷却媒体の供給量が不足することを良好に阻止することができる。これにより、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布及び湿度分布を均一化することができ、発電性能の向上を容易に図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る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２】前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記発電ユニットを構成する第３金属セパレータの正面説明図である。
【図４】前記第３金属セパレータの要部拡大説明図である。
【図５】従来の第３金属セパレータにおける冷却媒体の流動状態説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る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７】特許文献１のセパレータの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１及び図２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、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に沿って互いに積層する。発電ユニット１２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。
【００１９】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
【００２０】
第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂ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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する段差型ＭＥＡを構成している。
【００２１】
アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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る電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００２２】
図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）上端縁部には、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、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。
【００２３】
発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、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が設けられる。
【００２４】
発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００２５】
各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、反応ガス入口連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂは、反応ガス出口連通孔である酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。
【００２６】
第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。
【００２７】
第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６を構成する複数の波状流路溝部３６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部４４ａが形成される。
【００２８】
第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａ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１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。
【００２９】
第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。第２燃料ガス流路５８は、第１酸化剤ガス流路５０の裏面形状である一方、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２は、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４の裏面形状である。
【００３０】
第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａ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６６が形成される。第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。
【００３１】
第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、図１及び図３に示すように、冷却媒体流路４４の一部が形成される。面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６を構成する複数の波状流路溝部６６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部４４ｂが形成される。冷却媒体流路４４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０の裏面形状である入口バッファ部７１及び出口バッファ部７２が設けられる。波状流路溝部４４ａと波状流路溝部４４ｂとは、互いに位相をずらして重なり合うことにより、冷却媒体流路４４が構成される。
【００３２】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。
【００３３】
第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３４】
第１金属セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。
【００３５】
第２金属セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。
【００３６】
図３に示すように、第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、第３シール部材７８を切り欠いて、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａと冷却媒体流路４４とを連通する複数の入口連結通路（連結流路）９０ａ、９０ａが形成される。第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、第３シール部材７８を切り欠いて、一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂと冷却媒体流路４４とを連通する複数の出口連結通路（連結流路）９０ｂ、９０ｂが形成される。
【００３７】
図４に示すように、入口連結通路９０ａと冷却媒体流路４４との間には、前記入口連結通路９０ａ側に凹形状９２ａを有して冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部９４ａが形成される。図３に示すように、出口連結通路９０ｂと冷却媒体流路４４との間には、同様に前記出口連結通路９０ｂ側に凹形状９２ｂを有して冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部９４ｂが形成される。凹形状９２ａ、９２ｂは、冷却媒体流路４４に向かって末広がりに構成される。冷却媒体合流部９４ａ、９４ｂは、バッファ部として機能しており、例えば、複数のエンボス（図示せず）を配置してもよい。
【００３８】
発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、冷却媒体流路４４が形成される。
【００３９】
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。
【００４０】
先ず、図１に示すように、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とともに、燃料ガス入口連通孔３２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａ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。
【００４１】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。
【００４２】
一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから外側供給孔部８０ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される（図１参照）。
【００４３】
また、燃料ガスは、図２に示すように、供給孔部８４を通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図１に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。
【００４４】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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て発電が行われる。
【００４５】
次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６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。
【００４６】
第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、内側排出孔部８２ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００４７】
また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００４８】
一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図３に示すように、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。
【００４９】
一対の冷却媒体入口連通孔３４ａは、発電ユニット１２の上部側左右両端に酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接する位置に振り分けて設けられている。
【００５０】
このため、各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、一旦矢印Ｂ方向（水平方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂに排出される。
【００５１】
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、入口連結通路９０ａと冷却媒体流路４４との間には、前記入口連結通路９０ａ側に凹形状９２ａを有して冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部９４ａが形成されている。さらに、図３に示すように、出口連結通路９０ｂと冷却媒体流路４４との間には、前記出口連結通路９０ｂ側に凹形状９２ｂを有して冷却媒体を合流させる冷却媒体合流部９４ｂが形成されている。
【００５２】
このため、特に、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａから一対の入口連結通路９０ａ、９０ｂを介して冷却媒体合流部９４ａに合流された冷却媒体は、特に上方に円滑に流動して入口バッファ部７１にも良好に流入することができる。
【００５３】
具体的には、図５に示すように、従来の金属セパレータ６では、冷却媒体合流部９４ａ、９４ａが用いられておらず、冷却媒体は、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａから一対の入口連結通路９０ａ、９０ａを介して冷却媒体流路４４に供給されている。その際、冷却媒体は、入口バッファ部７１に導入され難くなり、冷却媒体流路４４の幅方向中央部に供給流量不足が惹起され易い。
【００５４】
これに対して、第１の実施形態では、図３に示すように、冷却媒体合流部９４ａに一旦合流された冷却媒体は、上方にも流動して入口バッファ部７１に円滑且つ確実に流入している。従って、冷却媒体は、入口バッファ部７１を流通して冷却媒体流路４４の幅方向中央部に確実に供給され、前記冷却媒体の供給量が不足することを阻止することが可能になる。
【００５５】
これにより、第１の実施形態は、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布及び湿度分布を均一化することができ、発電性能の向上を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００を構成する発電ユニット１０２の要部分解斜視説明図である。
【００５７】
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。
【００５８】
発電ユニット１０２は、第１金属セパレータ１０４、電解質膜・電極構造体１０６及び第２金属セパレータ１０８を設ける。第１金属セパレータ１０４には、第１燃料ガス流路３６が設けられるとともに、前記第１燃料ガス流路３６と燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂとは、入口連結通路１１０ａ及び出口連結通路１１０ｂとにより連通する。
【００５９】
第２金属セパレータ１０４は、電解質膜・電極構造体１０６に向かう面に酸化剤ガス流路６６を設ける。酸化剤ガス流路６６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、入口連結通路１１２ａ及び出口連結通路１１２ｂとにより連通する。
【００６０】
第２金属セパレータ１０４の他方の面には、冷却媒体流路４４が形成されるとともに、前記冷却媒体流路４４と冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂとは、入口連結通路９０ａ及び出口連結通路９０ｂにより連通する。入口連結通路９０ａと冷却媒体流路４４との間には、前記入口連結通路９０ａ側に凹形状９２ａを有して冷却媒体合流部９４ａが形成される一方、出口連結通路９０ｂと冷却媒体流路４４との間には、前記出口連結通路９０ｂ側に凹形状９２ｂを有して冷却媒体合流部９４ｂが形成される。
【００６１】
発電ユニット１０２では、各電解質膜・電極構造体１０６毎に冷却媒体流路４４が設けられる構成が、第１の実施形態と異なっている。
【００６２】
このように構成される第２の実施形態では、簡単な構成で、発電面内全域にわたって温度分布及び湿度分布を均一化することができ、発電性能の向上を容易に図ることが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１００…燃料電池            １２、１０２…発電ユニット
１４、１８、２０、１０４、１０８…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ、１０６…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜          ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極              ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔      ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔        ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔        ３６、５８…燃料ガス流路
３６ａ、４４ａ、４４ｂ、５０ａ、５８ａ、６６ａ…波状流路溝部
３８、５２、６０、６８、７１…入口バッファ部
４０、５４、６２、７０、７２…出口バッファ部
４４…冷却媒体流路                ５０、６６…酸化剤ガス流路
【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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