(57)【要約】【課題】燃料電池の電極の乾燥を抑制し、高温運転時にも良好な発電性能を得る。【解決手段】燃料電池１は、電解質膜２０と、電極質膜２０の両側に設けられた電極２１、２２と、当該電極２１、２２の外側に設けられたガス拡散層２３、２４と、当該ガス拡散層２３、２４の外側に設けられたセパレータ２５、２６を有している。セパレータ２５、２６は、ガス拡散層２３、２４に面する溝状のガス流路３０を有している。ガス流路３０は、ガス流路３０に沿ってガスの主流Ａが流れ、当該主流Ａの直交方向にガス流路３０間でガス拡散層２３、２４を介してガスの副流Ｂが流れるように形成されている。ガス流路３０を形成する溝４２のガス拡散層２３、２４側に面する角部６０、６１のうちの、副流Ｂがガス拡散層２３、２４から流出する側の角部６０には、副流Ａがガス拡散層２３、２４に流入する側の角部６１よりも大きな面取りＲ１が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、当該電極質膜の両側に設けられた電極と、当該電極の外側に設けられたガス拡散層と、当該ガス拡散層の外側に設けられたセパレータを有し、
前記セパレータは、前記ガス拡散層に面する溝状のガス流路を有し、
前記ガス流路は、ガス流路に沿ってガスの主流が流れ、当該主流の直交方向にガス流路間でガス拡散層を介してガスの副流が流れるように形成され、
前記ガス流路を形成する側壁の前記ガス拡散層側に面する角部のうちの、前記副流が前記ガス拡散層から流出する側の角部には、前記副流が前記ガス拡散層に流入する側の角部よりも大きな面取りが形成されている、燃料電池。
【請求項２】
前記面取りは、曲面状に形成されている、請求項１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、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応によって発電する燃料電池は、単セルが積層された構造を有し、例えば電解質膜と、その電解質膜の両側に配置された一対の電極と、その電極の外側に配置されたガス拡散層と、そのガス拡散層の外側に配置されたセパレータを有している。
【０００３】
セパレータには、ガス拡散層に面する溝状のガス流路が形成されている。アノード側のセパレータのガス流路に燃料ガスを供給し、カソード側のセパレータのガス流路に酸化ガスを供給することによって、各ガス拡散層で反応ガスが拡散し、各ガス拡散層から各電極に反応ガスが供給され、電解質膜を通じて発電が行われる。
【０００４】
セパレータのガス流路には、ガス供給口からガス排出口に向かう種々のパターンがあり、例えばガス供給口からガス排出口に向けて蛇行したものや、ガス供給口からガス排出口に複数の流路が並列的に形成されたものなどがある。これらのガス流路には、ガス流路に沿って流れるガスの主流と、主流の直交方向に隣り合うガス流路間にわたり流れるガスの副流が形成される（特許文献１〜３参照）。ガスの副流は、上流側のガス流路からガス拡散層を通って下流側のガス流路に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０４７２１３号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８７７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３８６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、反応ガスの電気化学反応により生じた水は、セパレータのガス流路を通じてガスと共に排出されるが、このとき水分が過剰に排出されると、電極が乾燥し、燃料電池の発電性能が低下する。特に燃料電池の冷却水が高温になる高温運転時では、その乾燥が顕著で燃料電池の発電性能が大きく低下する恐れがある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電極の乾燥を抑制し、高温運転時であっても良好な発電性能を得ることができる燃料電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、燃料電池であって、電解質膜と、当該電極質膜の両側に設けられた電極と、当該電極の外側に設けられたガス拡散層と、当該ガス拡散層の外側に設けられたセパレータを有し、前記セパレータは、前記ガス拡散層に面する溝状のガス流路を有し、前記ガス流路は、ガス流路に沿ってガスの主流が流れ、当該主流の直交方向にガス流路間でガス拡散層を介してガスの副流が流れるように形成され、前記ガス流路を形成する側壁の前記ガス拡散層側に面する角部のうちの、前記副流が前記ガス拡散層から流出する側の角部には、前記副流が前記ガス拡散層に流入する側の角部よりも大きな面取りが形成されている燃料電池である。
【０００９】
本発明によれば、ガス流路の側壁における、副流がガス拡散層から流出する側の角部に、相対的に大きな面取りが形成されているので、副流が流出した際に、その面取り部分にガスの巻き込みが形成され、その巻き込み部分にガス流路内の水が滞留しやすくなる。これにより、ガス拡散層上に水を滞留させておくことができるので、ガス拡散層に面する電極の乾燥を抑制し、高温運転時にも良好な発電性能を得ることができる。
【００１０】
前記面取りは、曲面状に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池の電極の乾燥を抑制し、高温運転時にも良好な発電性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池の単セルの構成を示す断面図である。
【図２】セパレータのガス流路の構成を示す平面図である。
【図３】セパレータのガス流路の溝の形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる燃料電池１の単セル１０の内部構造を示す。
【００１４】
燃料電池１は、例えば単セル１０の積層構造を有し、各単セル１０は、電解質膜２０と、その両側の一対の電極（アノード電極、カソード電極）２１、２２と、その外側に配置されたガス拡散層２３、２４と、その外側に配置されたセパレータ２５、２６を有している。電極２１、２２は、触媒層として機能する。
【００１５】
セパレータ２５、２６は、方形の板状に形成され、ガス拡散層２３、２４に面して、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）が流れる溝状のガス流路３０を備えている。ガス流路３０は、例えば図２に示すようにガス供給口４０からガス排出口４１に向かって蛇行する複数本（図２では２本）の流路からなる。ガス流路３０は、例えばセパレータ２５、２６の全体を通るように蛇行し、セパレータ２５、２６には、ガス流路３０となる平行な複数本の溝４２が形成されている。
【００１６】
アノード電極２１側のセパレータ２５のガス流路３０には、燃料ガスが供給され、カソード電極２２側のセパレータ２６のガス流路３０には、酸化ガスが供給される。このとき、各ガス流路３０には、ガス流路３０に沿って反応ガスの主流Ａが流れるとともに、主流Ａと直交方向にガス流路３０の溝４２間で反応ガスの副流Ｂが流れる。反応ガスの副流Ｂは、図１に示すように上流側のガス流路３０からガス拡散層２３、２４内に入り、ガス拡散層２３、２４から隣の下流側のガス流路３０に出る。
【００１７】
図３に示すようにガス流路３０の溝４２を形成する側壁５０のガス拡散層２３に面する角部６０、６１のうち、副流Ｂの下流側にあるもの、つまり副流Ｂがガス拡散層２３から流出する側にある角部６０には、副流Ｂの上流側にあるもの、つまり副流Ｂがガス拡散層２３に流入する側にある角部６１よりも大きな面取りが形成されている。例えば角部６０、６１には、円弧状の面取りＲ１、Ｒ２がそれぞれ形成され、角部６０の面取りＲ１の曲率半径は、角部６１の面取りＲ２の曲率半径よりも大きくなっている。なお、セパレータ２６のガス流路３０も同じ構成を有し、溝４２の角部６０、６１に面取りＲ１、Ｒ２が形成されている。
【００１８】
以上の燃料電池１において発電が行われる際には、図１に示すセパレータ２５のガス流路３０に燃料ガス（水素ガス）が供給され、セパレータ２６のガス流路３０に酸化ガス（空気）が供給される。燃料ガスはガス拡散層２３を通じてアノード電極２１に供給され、酸化ガスはガス拡散層２４を通じてカソード電極２２に供給されて、電解質膜２０を通じて燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電が行われる。この電気化学反応により水が生成され、当該水は、ガス流路３０を通じて排出される。
【００１９】
発電時には、図２に示すようにガス流路３０に、各反応ガスの主流Ａと副流Ｂが形成されている。図３に示すようにガス流路３０の側壁５０の角部６０の面取りＲ１が、角部６１の面取りＲ２よりも大きいので、副流Ｂが、ガス流路３０からガス拡散層２３、２４に潜り込み、下流側のガス流路３０に流出する際に、ガスの巻き込みが形成される。これにより、発電により生成された水Ｗが、角部６０の面取りＲ１部分に溜まりやすくなる。この結果、ガス拡散層２３、２４上に水Ｗが滞留し、その水Ｗで、電極２１、２２を湿らせることができる。この結果、通常運転時には、電極２１、２２が水分を効果的に保持でき、燃料電池１の冷却水が高温になるような高温運転時にも、電極２１、２２が水分を保持できるので、電極２１、２２の乾燥を抑制し、燃料電池１の発電性能を向上できる。
【００２０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２１】
例えば上記実施の形態におけるセパレータ２５、２６のガス流路３０の構成は、複数の溝４２が平行に並び、溝４２間で副流Ｂが流れるものであればよく、その流路パターンはこれに限られるものではない。また、角部６０、６１の面取りの形状は、曲面形状に限られず、斜面などの他の形状であってもよい。また、角部６１は、面取りが形成されていてもよいし、面取りが形成されていなくてもよい。また、角部６０、６１の面取りは、セパレータ２５、２６の両方に形成されていたが、いずれか一方であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、燃料電池の電極の乾燥を抑制し、高温運転時に良好な発電性能を得る際に有用である。
【符号の説明】
【００２３】
１  燃料電池
１０  単セル
２０  電解質膜
２１  アノード電極
２２  カソード電極
２３、２４  ガス拡散層
２５、２６  セパレータ
３０  ガス流路
４２  溝
５０  側壁
６０、６１  角部
Ａ  主流
Ｂ  副流
Ｒ１、Ｒ２  面取り
Ｗ  水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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