(57)【要約】【課題】簡単な構成で、セパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１６を第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０で挟持する。第１金属セパレータ１８の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部３８ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第１金属セパレータ１８の重力方向中央に設けられた第２凸部３８ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さい。【選択図】図２
2014038750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池であって、
前記金属セパレータは、水平方向一端に前記反応ガスを前記反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、
前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた前記凸部である第１凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第１接触面積は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第２凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さい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、前記第１凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法は、前記第２凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法よりも小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記金属セパレータは、前記電解質膜・電極構造体との接触部位に金メッキ処理が施されるとともに、
前記第１接触面積に設定される第１接触部位の金メッキ量は、前記第２接触面積に設定される第２接触部位の金メッキ量よりも少ないことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１凸部同士の離間間隔は、前記第２凸部同士の離間間隔よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池であって、
前記金属セパレータは、水平方向一端に前記反応ガスを前記反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、
前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた前記凸部である第１凸部同士の離間間隔は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第２凸部同士の離間間隔よりも大きい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、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層さ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固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した発電セルを構成している。燃料電池は、通常、複数の発電セルが積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれることにより、車載用燃料電池システムとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）とが設けられている。さらに、発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００４】
ところで、セパレータの面内では、冷却媒体の流配や外部への放熱等により、反応ガス流路の中央付近の温度が高くなり易い。このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、図７に示すように、酸化剤ガスセパレータ１に酸化剤ガス流路２が設けられている。
【０００５】
酸化剤ガス流路２は、水平方向に延在する複数本のリブ部２ａ間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝２ｂを有している。酸化剤ガス流路２は、酸化剤ガス供給マニホールド３ａと酸化剤ガス排出マニホールド３ｂとに連通している。酸化剤ガス流路溝２ｂは、セパレータ面内の端部から中央にかけてそれぞれの断面積を大きくしている。これにより、酸化剤ガス流路２の中央付近を流れる酸化剤ガスの質量流量が低下することを防止する、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の酸化剤ガスセパレータ１では、低負荷運転や低加湿運転において、冷媒流配や外部放熱が多い部分、すなわち、酸化剤ガス流路２の重力方向下方及び上方における相対湿度が高くなっている。このため、膜抵抗が低下して反応が集中することにより、生成水が増加し易くなっている。従って、セパレータ面内には、液滴（水）が滞留する滞留水領域４ａ、４ｂが存在するという問題がある。
【０００８】
特に、特許文献１では、酸化剤ガス流路２の重力方向下方及び上方のリブ部２ａ同士の間隔が、前記酸化剤ガス流路２の重力方向中央のリブ部２ａ同士の間隔よりも小さく設定されている。これにより、酸化剤ガス流路２の重力方向下方及び上方では、リブ部２ａと電解質膜・電極構造体（図示せず）との接触面積が前記酸化剤ガス流路２の重力方向中央に比べて大きくなり、接触抵抗が下がって生成水がさらに増加す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、セパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行う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、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属板を波形状に成形した横長形状の金属セパレータとが、立位姿勢で水平方向に沿って積層されるとともに、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを水平方向に沿って流通させる反応ガス流路が、前記電解質膜・電極構造体に接触する前記金属セパレータの凸部間に設けられる燃料電池に関するものである。
【００１１】
金属セパレータは、水平方向一端に反応ガスを反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けている。そして、金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた凸部である第１凸部と電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第１接触面積は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第２凸部と前記電解質膜・電極構造体との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さい。
【００１２】
また、この燃料電池では、第１凸部の電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法は、第２凸部の前記電解質膜・電極構造体に接触する上下方向の幅寸法よりも小さいことが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池では、金属セパレータは、電解質膜・電極構造体との接触部位に金メッキ処理が施されるとともに、第１接触面積に設定される第１接触部位の金メッキ量は、第２接触面積に設定される第２接触部位の金メッキ量よりも少ないことが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この燃料電池では、第１凸部同士の離間間隔は、第２凸部同士の離間間隔よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
また、この燃料電池では、金属セパレータは、水平方向一端に反応ガスを反応ガス流路に供給する反応ガス供給口を設け、且つ、水平方向他端に前記反応ガスを前記反応ガス流路から排出する反応ガス排出口を設けるとともに、前記金属セパレータの重力方向上方及び下方に設けられた凸部である第１凸部同士の離間間隔は、前記金属セパレータの重力方向中央に設けられた前記凸部である第２凸部同士の離間間隔よりも大きくなっている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、金属セパレータの重力方向上方及び下方の第１接触面積が、前記金属セパレータの重力方向中央の第２接触面積よりも小さく設定されている。また、第１凸部同士の離間間隔は、第２凸部同士の離間間隔よりも大きく設定されている。
【００１７】
このため、金属セパレータの重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体との接触抵抗が増加し、発電密度が低下する。従って、生成水量が減少するため、液滴の発生を良好に抑制することができる。これにより、簡単な構成で、セパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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セルの分解斜視説明図である。
【図２】前記発電セルの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】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セルの分解斜視説明図である。
【図５】前記発電セルの、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図７】特許文献１に開示された燃料電池を構成する酸化剤ガスセパレータの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、複数の発電セル１２が立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に積層される。
【００２０】
発電セル１２は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６と、前記電解質膜・電極構造体１６を挟持する横長形状の第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０とを備える。第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０は、薄板状の金属プレートを、それぞれ波形状やディンプル形状等にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する（図２参照）。
【００２１】
発電セル１２の長辺方向（図１中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、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供給連通孔２６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔２８ａ、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排出連通孔３０ｂが設けられる。
【００２２】
発電セル１２の長辺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供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔２８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２６ｂが設けられる。
【００２３】
図３に示すように、第１金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、酸化剤ガス供給連通孔２６ａと酸化剤ガス排出連通孔２６ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３８が形成される。酸化剤ガス流路３８は、例えば、矢印Ｂ方向（水平方向）に延在し電解質膜・電極構造体１６に接触する複数本の凸部３８ａと、前記凸部３８ａ間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝３８ｂとを有する。
【００２４】
第１金属セパレータ１８の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部３８ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第１金属セパレータ１８の重力方向中央に設けられた第２凸部３８ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定される。
【００２５】
具体的には、図２及び図３に示すように、第１凸部３８ａ（ｅ）の幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）ｈ１は、第２凸部３８ａ（ｃ）の幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）ｈ２よりも小さな寸法に設定される（ｈ１＜ｈ２）。第１凸部３８ａ（ｅ）は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第１凸部３８ａ（ｅ）の個数は、酸化剤ガス流路３８の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法ｈ１から幅寸法ｈ２に段階的に大きな寸法に設定してもよい。
【００２６】
第１接触面積に設定される第１接触部位である第１凸部３８ａ（ｅ）には、第１金メッキ層３９ａが設けられるとともに、第２接触面積に設定される第２接触部位である第２凸部３８ａ（ｃ）には、第２金メッキ層３９ｂが設けられる。図２に示すように、第１金メッキ層３９ａの単位面積当たりの金メッキ量は、第２金メッキ層３９ｂの金メッキ量よりも少なく設定される。
【００２７】
図３に示すように、酸化剤ガス流路３８の入口側には、複数のエンボス４０ａｅを有する入口バッファ部４０ａが設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路３８の出口側には、複数のエンボス４０ｂｅを有する出口バッファ部４０ｂが設けられる。
【００２８】
図１に示すように、第２金属セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６に向かう面２０ａには、燃料ガス供給連通孔３０ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）４２が形成される。この燃料ガス流路４２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の凸部４２ａと、前記凸部４２ａ間に形成される複数本の燃料ガス流路溝４２ｂとを有する。
【００２９】
第２金属セパレータ２０の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部４２ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第２金属セパレータ２０の重力方向中央に設けられた第２凸部４２ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定される。
【００３０】
具体的には、図２に示すように、第１凸部４２ａ（ｅ）の幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）ｈ３は、第２凸部４２ａ（ｃ）の幅寸法ｈ４よりも小さな寸法に設定される（ｈ３＜ｈ４）。第１凸部４２ａ（ｅ）は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第１凸部４２ａ（ｅ）の個数は、燃料ガス流路４２の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法ｈ３から幅寸法ｈ４に段階的に大きな寸法に設定してもよい。
【００３１】
第１接触面積に設定される第１接触部位である第１凸部４２ａ（ｅ）には、第１金メッキ層３９ｃが設けられるとともに、第２接触面積に設定される第２接触部位である第２凸部４２ａ（ｃ）には、第２金メッキ層３９ｄが設けられる。図２に示すように、第１金メッキ層３９ｃの単位面積当たりの金メッキ量は、第２金メッキ層３９ｄの金メッキ量よりも少なく設定される。
【００３２】
図２に示すように、第１金属セパレータ１８と第２金属セパレータ２０とは、電解質膜・電極構造体１６を挟持して積層された状態で、第１凸部３８ａ（ｅ）と第１凸部４２ａ（ｅ）とが互いに積層方向に重なり合っている。
【００３３】
図１に示すように、燃料ガス流路４２の入口側には、複数のエンボス４３ａｅを有する入口バッファ部４３ａが設けられるとともに、前記燃料ガス流路４２の出口側には、複数のエンボス４３ｂｅを有する出口バッファ部４３ｂが設けられる。電解質膜・電極構造体１６は、両側からエンボス４０ａｅ、４０ｂｅと４３ｂｅ、４３ａｅとで挟持される。なお、以下に説明する第２の実施形態でも同様である。
【００３４】
第１金属セパレータ１８の面１８ｂと第２金属セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔２８ａと冷却媒体排出連通孔２８ｂとを連通する冷却媒体流路４４が一体的に形成される。冷却媒体流路４４は、酸化剤ガス流路３８及び燃料ガス流路４２の裏面形状を重ね合わせて構成される。
【００３５】
第１金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第１金属セパレータ１８の外周端部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。第２金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第２金属セパレータ２０の外周端部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。
【００３６】
第１シール部材４６及び第２シール部材４８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等の弾性を有するシール部材を使用する。
【００３７】
第１シール部材４６は、図１及び図３に示すように、面１８ａ、１８ｂ上に均一な厚さを有して成形される平面シール部４６ａを有する。第１シール部材４６は、面１８ａ側で平面シール部４６ａから突出し、酸化剤ガス供給連通孔２６ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２６ｂと酸化剤ガス流路３８とを連通させる凸状シール部４６ｂを有する（図３参照）。
【００３８】
第１シール部材４６は、面１８ｂ側で平面シール部４６ａから突出し、冷却媒体供給連通孔２８ａ及び冷却媒体排出連通孔２８ｂと冷却媒体流路４４とを連通させる凸状シール部４６ｃを有する（図１参照）。
【００３９】
第２シール部材４８は、面２０ａ、２０ｂ上に均一な厚さを有して形成される平面シール部４８ａを有する。第２シール部材４８は、面２０ａ側で平面シール部４８ａから突出し、燃料ガス供給連通孔３０ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂを燃料ガス流路４２に連通する凸状シール部４８ｂを有する。
【００４０】
図２に示すように、電解質膜・電極構造体１６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５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するカソード電極５２及びアノード電極５４とを備える。固体高分子電解質膜５０は、カソード電極５２及びアノード電極５４よりも大きな表面積に設定され、外周縁部が前記カソード電極５２及び前記アノード電極５４の外周端部から外方に突出する。
【００４１】
カソード電極５２及びアノード電極５４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層５２ａ、５４ａ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５２ａ、５４ａの表面に一様に塗布された電極触媒層５２ｂ、５４ｂとを有する。
【００４２】
電極触媒層５２ｂ、５４ｂは、固体高分子電解質膜５０の両面に形成され、前記電極触媒層５２ｂ、５４ｂの外周端部は、第１金属セパレータ１８の凸部と第２金属セパレータ２０の凸部とにより挟持される。なお、以下に説明する第２の実施形態でも同様である。
【００４３】
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。
【００４４】
図１に示すように、燃料電池１０内では、酸化剤ガス供給連通孔２６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔３０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔２８ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、各発電セル１２では、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。
【００４５】
酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス供給連通孔２６ａから第１金属セパレータ１８の酸化剤ガス流路３８に導入され、電解質膜・電極構造体１６のカソード電極５２に沿って移動する。一方、燃料ガスは、図１に示すように、燃料ガス供給連通孔３０ａから第２金属セパレータ２０の燃料ガス流路４２に導入され、電解質膜・電極構造体１６のアノード電極５４に沿って移動する。
【００４６】
従って、各電解質膜・電極構造体１６では、カソード電極５２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層５２ｂ、５４ｂ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００４７】
次いで、カソード電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔２６ｂに排出されて、矢印Ａ方向に流動する。同様に、アノード電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３０ｂに排出されて、矢印Ａ方向に流動する。
【００４８】
また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔２８ａから第１金属セパレータ１８及び第２金属セパレータ２０間の冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体排出連通孔２８ｂを移動して燃料電池１０から排出される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ１８の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部３８ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第１金属セパレータ１８の重力方向中央に設けられた第２凸部３８ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定されている。
【００５０】
このため、特に液滴が発生し易い第１金属セパレータ１８の重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体１６との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。従って、第１金属セパレータ１８の面内において、重力方向上方及び下方の生成水量が減少するため、液滴の発生を良好に抑制することができる。
【００５１】
しかも、第１凸部３８ａ（ｅ）に設けられる第１金メッキ層３９ａの金メッキ量は、第２凸部３８ａ（ｃ）に設けられる第２金メッキ層３９ｂの金メッキ量よりも少なく設定されている。すなわち、金メッキ量を削減することにより、接触抵抗値を上げることが可能になる。
【００５２】
これにより、簡単な構成で、第１金属セパレータ１８のセパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になるという効果が得られる。
【００５３】
一方、第２金属セパレータ２０の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部４２ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第２金属セパレータ２０の重力方向中央に設けられた第２凸部４２ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定されている。
【００５４】
しかも、第１凸部４２ａ（ｅ）に設けられる第１金メッキ層３９ｃの金メッキ量は、第２凸部４２ａ（ｃ）に設けられる第２金メッキ層３９ｄの金メッキ量よりも少なく設定されている。すなわち、金メッキ量を削減することにより、接触抵抗値を上げることが可能になる。
【００５５】
このため、第２金属セパレータ２０の面内において、特に液滴が発生し易い重力方向上方及び下方の生成水量が減少し、液滴の発生を良好に抑制することができる。これにより、簡単な構成で、第２金属セパレータ２０のセパレータ面内の滞留水を良好に削減することができ、安定した発電を行うことが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０を構成する発電セル６２の分解斜視説明図である。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。
【００５７】
発電セル６２は、電解質膜・電極構造体１６と、前記電解質膜・電極構造体１６を挟持する横長形状の第１金属セパレータ６４及び第２金属セパレータ６６とを備える（図４及び図５参照）。
【００５８】
図６に示すように、第１金属セパレータ６４の電解質膜・電極構造体１６に向かう面６４ａには、酸化剤ガス供給連通孔２６ａと酸化剤ガス排出連通孔２６ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６８が形成される。酸化剤ガス流路６８は、例えば、矢印Ｂ方向（水平方向）に延在し電解質膜・電極構造体１６に接触する複数本の凸部６８ａと、前記凸部６８ａ間に形成される複数本の酸化剤ガス流路溝６８ｂとを有する。
【００５９】
第１金属セパレータ６４の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部６８ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第１金属セパレータ６４の重力方向中央に設けられた第２凸部６８ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定される。
【００６０】
具体的には、図５及び図６に示すように、第１凸部６８ａ（ｅ）同士の離間間隔（矢印Ｃ方向の間隔）Ｓ１は、第２凸部６８ａ（ｃ）同士の離間間隔Ｓ２よりも大きな寸法に設定される（Ｓ２＜Ｓ１）。第１凸部６８ａ（ｅ）は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第１凸部６８ａ（ｅ）の個数は、酸化剤ガス流路６８の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法ｈ１から幅寸法ｈ２に段階的に小さな寸法に設定してもよい。
【００６１】
図４に示すように、第２金属セパレータ６６の電解質膜・電極構造体１６に向かう面６６ａには、燃料ガス供給連通孔３０ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）７０が形成される。燃料ガス流路７０は、例えば、矢印Ｂ方向（水平方向）に延在し電解質膜・電極構造体１６に接触する複数本の凸部７０ａと、前記凸部７０ａ間に形成される複数本の燃料ガス流路溝７０ｂとを有する。
【００６２】
第２金属セパレータ６６の重力方向上方及び下方に設けられた第１凸部７０ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、前記第２金属セパレータ６６の重力方向中央に設けられた第２凸部７０ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定される。
【００６３】
具体的には、図４及び図５に示すように、第１凸部７０ａ（ｅ）同士の離間間隔（矢印Ｃ方向の間隔）Ｓ３は、第２凸部７０ａ（ｃ）同士の離間間隔Ｓ４よりも大きな寸法に設定される（Ｓ４＜Ｓ３）。第１凸部７０ａ（ｅ）は、それぞれ上下に所定の数ずつ設けられる。すなわち、第１凸部７０ａ（ｅ）の個数は、燃料ガス流路７０の上部及び下部の滞留水発生領域に対応して設定することができる。なお、外側から内側に向かって、幅寸法ｈ３から幅寸法ｈ４に段階的に小さな寸法に設定してもよい。
【００６４】
互いに隣接する第１金属セパレータ６４の面６４ｂと第２金属セパレータ６６の面６６ｂとの間には、冷却媒体流路４４が形成される。
【００６５】
このように構成される第２の実施形態では、図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ６４において、第１凸部６８ａ（ｅ）同士の離間間隔Ｓ１は、第２凸部６８ａ（ｃ）同士の離間間隔Ｓ２よりも大きな寸法に設定されている。このため、第１凸部６８ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、第２凸部６８ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定されている。
【００６６】
従って、特に液滴が発生し易い第１金属セパレータ６４の重力方向上方及び下方では、重力方向中央に比べて電解質膜・電極構造体１６との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。
【００６７】
同様に、第２金属セパレータ６６において、図５に示すように、第１凸部７０ａ（ｅ）同士の離間間隔Ｓ３は、第２凸部７０ａ（ｃ）同士の離間間隔Ｓ４よりも大きな寸法に設定されている。これにより、第１凸部７０ａ（ｅ）と電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第１接触面積は、第２凸部７０ａ（ｃ）と前記電解質膜・電極構造体１６との単位面積当たりの第２接触面積よりも小さく設定されている。
【００６８】
このため、特に液滴が発生し易い第２金属セパレータ６６の重力方向上方及び下方では、電解質膜・電極構造体１６との接触抵抗値が増加し、発電密度が低下する。従って、第２の実施形態では、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】
【００６９】
１０、６０…燃料電池              １２、６２…発電セル
１６…電解質膜・電極構造体        １８、２０、６４、６６…金属セパレータ
２６ａ…酸化剤ガス供給連通孔      ２６ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２８ａ…冷却媒体供給連通孔        ２８ｂ…冷却媒体排出連通孔
３０ａ…燃料ガス供給連通孔        ３０ｂ…燃料ガス排出連通孔
３８、６８…酸化剤ガス流路
３８ａ、３８ａ（ｃ）、３８ａ（ｅ）、４２ａ、４２ａ（ｃ）、４２ａ（ｅ）、６８ａ、６８ａ（ｃ）、６８ａ（ｅ）、７０ａ、７０ａ（ｃ）、７０ａ（ｅ）…凸部
３８ｂ、６８ｂ…酸化剤ガス流路溝  ３９ａ〜３９ｄ…金メッキ層
４２、７０…燃料ガス流路          ４２ｂ、７０ｂ…燃料ガス流路溝
４４…冷却媒体流路                ４６、４８…シール部材
５０…固体高分子電解質膜          ５２…カソード電極
５４…アノード電極
【図１】
2014038750.tif 000003
【図２】
2014038750.tif 000004
【図３】
2014038750.tif 000005
【図４】
2014038750.tif 000006
【図５】
2014038750.tif 000007
【図６】
2014038750.tif 000008
【図７】
2014038750.tif 000009