(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が介装された接合体と、前記接合体を挟持する第１セパレータおよび第２セパレータとを有する単位セルが複数個積層されてなる積層体を具備し、
前記第１セパレータは、前記アノード側電極に供給される燃料ガスを流通させるための中空部を有するとともに、第１凹部を介して設けられた長尺な第１中空状凸部を複数個有し、
前記第２セパレータは、前記カソード側電極に供給される酸素含有ガスを流通させるための中空部を有するとともに、第２凹部を介して設けられかつ前記第１中空状凸部と同一方向に延在する長尺な第２中空状凸部を複数個有し、
前記第１中空状凸部または前記第２中空状凸部の少なくともいずれか一方は、前記積層体中における前記接合体同士の間で該第１中空状凸部と該第２中空状凸部との頂面同士が対向して互いに隣接した際に、該頂面同士の一部を離間させるために燃料ガスまたは酸素含有ガスの流通方向途中で屈曲した屈曲部を有し、
前記第１中空状凸部と前記第２中空状凸部との頂面同士が一部離間することによって前記第１凹部と前記第２凹部とが連通し、
連通した前記第１凹部および前記第２凹部に冷却用媒体が流通され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、前記第１中空状凸部および前記第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、前記第１中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離と、前記第２中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離とが同一である一方、位相が相違することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１中空状凸部および前記第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、前記第１中空状凸部の屈曲部間の距離と前記第２中空状凸部の屈曲部間の距離とが同一であるとともに、互いの振幅が相違する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中空状凸部および前記第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、前記第１中空状凸部の屈曲部の振幅と前記第２中空状凸部の屈曲部の振幅とが同一であるとともに、一方の屈曲部間の距離と残余の一方の屈曲部間の距離とが相違することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１中空状凸部および前記第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、前記第１中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離と、前記第２中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離とが相違することを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記第１中空状凸部および前記第２中空状凸部の少なくともいずれか一方が燃料ガスまたは酸素含有ガスの流通方向に沿って正弦波形状に屈曲していることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、一層詳細には、軽量かつ小型で、しかも、冷却用媒体（冷媒）をセパレータの表面に流通させることが可能な燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に、一般的な燃料電池１を構成する単位セルの概略全体斜視図を示す。この燃料電池１は、複数個の単位セル２が互いに電気的に直列接続されるとともに図１２における矢印Ａ方向に積層されてなる積層体３を備える。
【０００３】
単位セル２は、アノード側電極４とカソード側電極５との間に電解質層６が介装されることにより構成された接合体７と、該接合体７を収容保持したガスケット８を挟持する金属製の第１セパレータ９、第２セパレータ１０とを備える。
【０００４】
このうち、アノード側電極４およびカソード側電極５は、カーボンクロス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積層されてなる電極触媒層（図示せず）とをそれぞれ有し、電極触媒層同士が電解質層６を介して対向するように該電解質層６に接合されている。一方、電解質層６としては、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜が例示される。
【０００５】
また、第１セパレータ９、第２セパレータ１０、およびガスケット８の各左上隅角部には、燃料ガスを通過させるための第１ガス入口通路１１が設けられており、かつその対角位置には、使用済の燃料ガスを通過させるための第１ガス出口通路１２が設けられている。同様に、右上隅角部には酸素含有ガスを通過させるための第２ガス入口通路１３が設けられており、その対角位置には、使用済の酸素含有ガスと、発電に伴い発生した水（水蒸気）とを通過させるための第２ガス出口通路１４が設けられている。
【０００６】
第１セパレータ９におけるアノード側電極４に対向する面には、該アノード側電極４に燃料ガス（例えば、水素を主成分とする水素含有ガス）を供給・排出するための第１中空状凸部１５が複数本設けられており、一方、第２セパレータ１０におけるカソード側電極５に対向する面には、該カソード側電極５に酸素含有ガス（例えば、空気）を供給・排出するための第２中空状凸部１６が複数本設けられている。各第１中空状凸部１５と第１ガス入口通路１１、第１ガス出口通路１２との間には、分岐溝１７および集束溝１８が設けられており、同様に、各第２中空状凸部１６と第２ガス入口通路１３、第２ガス出口通路１４との間にも、分岐溝１９および集束溝２０が設けられている。
【０００７】
ここで、２個の単位セル２、２を積層した状態の要部を拡大した図１３に示すように、第１中空状凸部１５または第２中空状凸部１６は、それぞれ、第１凹部２１、第２凹部２２を介して連続的に連なっている。そして、積層体３中においては、図１４における下方の単位セル２を構成する第１セパレータ９の第１中空状凸部１５と、上方の単位セル２を構成する第２セパレータ１０の第２中空状凸部１６の頂面同士が互いに当接している。
【０００８】
さらに、第１セパレータ９（図１２参照）、第２セパレータ１０、およびガスケット８の下方には、第２ガス出口通路１４から第１ガス出口通路１２に向かって矢印Ｂ方向に延在する冷却水入口通路２３が設けられており、上方には、第１ガス入口通路１１から第２ガス入口通路１３に向かって矢印Ｂ方向に延在する冷却水出口通路２４が設けられている。
【０００９】
このように構成された単位セル２が所定数積層されてなる積層体３を有する燃料電池１を運転するに際しては、第１ガス入口通路１１、第２ガス入口通路１３を介して燃料ガス、酸素含有ガスがそれぞれ供給される。これらのガスは、分岐溝１７、１９によって各第１中空状凸部１５、各第２中空状凸部１６に分岐された後、アノード側電極４、カソード側電極５の各電極触媒層上で反応に供される。未反応（使用済）のガスは、集束溝１８、２０によって収集された後、第１ガス出口通路１２、第２ガス出口通路１４を介して排出される。
【００１０】
運転の際には、さらに、冷却水入口通路２３に冷却水が導入される。この冷却水は、積層体３の積層方向に沿って流通した後、冷却水出口通路２４を介して燃料電池１外に排出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各単位セル２を効率よく冷却するには、積層方向のみならず、積層方向（矢印Ａ方向）に直交する方向、すなわち、図１２における矢印Ｃ方向にも冷却水を流通させることが望ましい。これを達成する方策として、第１セパレータ９および第２セパレータ１０の面内で冷却水入口通路２３から冷却水出口通路２４に指向して冷却水を流通させることが想起される。
【００１２】
しかしながら、冷却水をこのように流通させようとした場合、積層体３中においては、図１２における下方の単位セル２を構成する第１セパレータ９の第１中空状凸部１５と、上方の単位セル２を構成する第２セパレータ１０の第２中空状凸部１６の頂面同士が互いに当接しているため、この当接箇所が障壁となって冷却水が堰き止められてしまう。すなわち、図１２における矢印Ｃ方向に冷却水を流通させることはできない。
【００１３】
このような不都合を解決するためには、図１４に示すように、第１セパレータ９と第２セパレータ１０との間に棒状のスペーサ２５を介装して、第１中空状凸部１５と第２中空状凸部１６の頂面同士を離間させるようにすればよい。しかしながら、この場合、必然的に燃料電池１の構成部品が増加するとともに、スペーサ２５を介装することに伴って燃料電池１の重量および体積が増加してしまうという不具合が惹起される。
【００１４】
そこで、図１５および図１６に示すように、冷却水入口通路２３および冷却水出口通路２４を第１ガス入口通路１１や第２ガス出口通路１４等と同列に配置して、積層体３の横方向または対角方向に冷却水を流通させることも考えられる。しかしながら、いずれの場合においても、配流性が必ずしも良好ではないために冷却水に混入した気泡が消失し難くなるので、冷却効率が低下することが懸念される。また、各通路１１、１２、１３、１４、２３、２４が狭小化するので、燃料ガスおよび酸素含有ガスを大流量で流通させることが困難となるため、燃料電池１の発電効率が低下してしまう。さらに、各通路１１、１２、１３、１４、２３、２４の位置を変更することが困難となる。換言すれば、各通路１１、１２、１３、１４、２３、２４のレイアウトの自由度が乏しくなるという不具合がある。
【００１５】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、軽量かつ小型ながらも効率よく冷却することが可能であり、しかも、燃料電池の発電効率を確保することも可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る燃料電池は、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が介装された接合体と、前記接合体を挟持する第１セパレータおよび第２セパレータとを有する単位セルが複数個積層されてなる積層体を具備し、
前記第１セパレータは、前記アノード側電極に供給される燃料ガスを流通させるための中空部を有するとともに、第１凹部を介して設けられた長尺な第１中空状凸部を複数個有し、
前記第２セパレータは、前記カソード側電極に供給される酸素含有ガスを流通させるための中空部を有するとともに、第２凹部を介して設けられかつ前記第１中空状凸部と同一方向に延在する長尺な第２中空状凸部を複数個有し、
前記第１中空状凸部または前記第２中空状凸部の少なくともいずれか一方は、前記積層体中における前記接合体同士の間で該第１中空状凸部と該第２中空状凸部との頂面同士が対向して互いに隣接した際に、該頂面同士の一部を離間させるために燃料ガスまたは酸素含有ガスの流通方向途中で屈曲した屈曲部を有し、
前記第１中空状凸部と前記第２中空状凸部との頂面同士が一部離間することによって前記第１凹部と前記第２凹部とが連通し、
連通した前記第１凹部および前記第２凹部に冷却用媒体が流通されることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることにより、積層体中で互いに隣接した単位セル同士の間に、スペーサ等を使用することなく冷却水を流通させることができる。このため、燃料電池の重量や体積が増加することはない。すなわち、軽量かつ小型ながらも冷却効率に優れた燃料電池とすることができる。
【００１８】
また、この場合、冷却水に混入した気泡が消失し難くなることがない。したがって、冷却効率が低下することを回避することもできる。
【００１９】
さらに、冷媒通路をガス通路と同列に配置する必要がないので、各通路の寸法を狭小化する必要もない。必然的に、燃料ガスおよび酸素含有ガスの流量が低下することがないので、燃料電池の発電効率を確保することもできる。その上、各通路のレイアウトの自由度を確保することもできる。
【００２０】
第１中空状凸部および第２中空状凸部の形状等は、第１凹部と第２凹部とが連通することによる連通路が形成されるように設定すればよく、特に限定されるものではない。好適な例の１つとして、第１中空状凸部および第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、第１中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離と、第２中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離とが同一である一方、位相が相違するパターンが挙げられる。
【００２１】
ここで、振幅とは、第１中空状凸部と第２中空状凸部との頂面同士が当接した箇所から屈曲部の頂部までの距離のことをいう。また、位相とは、屈曲の周期的な繰り返しパターンのことをいい、位相が相違するとは、屈曲部が設けられた箇所が互いに相違することをいう。
【００２２】
または、第１中空状凸部および第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、第１中空状凸部の屈曲部間の距離と第２中空状凸部の屈曲部間の距離とが同一であるとともに、互いの振幅が相違するパターンであってもよい。
【００２３】
さらに、第１中空状凸部および第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、第１中空状凸部の屈曲部の振幅と前記第２中空状凸部の屈曲部の振幅とが同一であるとともに、一方の屈曲部間の距離と残余の一方の屈曲部間の距離とが相違するパターンであってもよい。
【００２４】
さらにまた、第１中空状凸部および第２中空状凸部の双方が屈曲部を有し、第１中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離と、第２中空状凸部の屈曲部の振幅および該屈曲部間の距離とが相違するパターンであってもよい。
【００２５】
いずれのパターンにおいても、連通路に冷媒が流通するので、燃料電池を効率よく冷却することができる。勿論、１つの燃料電池において、上記したようなパターンを組み合わせるようにしてもよい。この場合、最も冷却を要する単位セルに多くの冷媒が流通するパターンを採用し、さほど冷却を要しない単位セルには冷媒の流通量が比較的小さくなるパターンを採用すればよい。
【００２６】
なお、本発明における屈曲部には、鋭角的に屈曲しているものに限定されるものではなく、湾曲しているものも含まれる。すなわち、第１中空状凸部および第２中空状凸部の少なくともいずれか一方は、燃料ガスまたは酸素含有ガスの流通方向に沿って正弦波形状に屈曲（湾曲）しているものであってもよい。
【００２７】
ここで、正弦波とは、三角関数の正弦と角度との関係を表す波形の曲線のように、湾曲した山および谷が周期的に連なった状態を指称するものとする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１２〜図１６に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
本発明の第１実施形態に係る燃料電池の概略全体斜視図を図１に示す。この燃料電池４０は、図２に示す単位セル４２ａ、４２ｂが矢印Ａ方向に順次積層され、かつ互いに電気的に直列接続されてなる積層体４４を備える。なお、単位セル４２ａ、４２ｂは、構成は互いに同一であるが、説明の便宜上、参照符号を別とする。
【００３０】
図２に示すように、単位セル４２ａ、４２ｂは、アノード側電極４とカソード側電極５との間に電解質層６が介装された接合体７と、該接合体７を収容保持したガスケット８を挟持する第１セパレータ４６および第２セパレータ４８とを有する。したがって、積層体４４内においては、単位セル４２ａを構成する第２セパレータ４８と、単位セル４２ｂを構成する第１セパレータ４６とが隣接する。
【００３１】
ガスケット８、第１セパレータ４６および第２セパレータ４８の各左上隅角部には、燃料ガスを通過させるための第１ガス入口通路１１が設けられており、かつその対角位置には、使用済の燃料ガスを通過させるための第１ガス出口通路１２が設けられている。同様に、右上隅角部には酸素含有ガスを通過させるための第２ガス入口通路１３が設けられており、その対角位置には、使用済の酸素含有ガスを通過させるための第２ガス出口通路１４が設けられている。さらに、これらガスケット８、第１セパレータ４６および第２セパレータ４８には、第２ガス出口通路１４から第１ガス出口通路１２に向かって延在する冷却水入口通路２３が設けられている一方で、第１ガス入口通路１１から第２ガス入口通路１３に向かって延在する冷却水出口通路２４が設けられている。すなわち、冷却水入口通路２３および冷却水出口通路２４は、矢印Ｂ方向に沿って延在している。
【００３２】
これら第１ガス入口通路１１、第２ガス入口通路１３、第１ガス出口通路１２、第２ガス出口通路１４、冷却水入口通路２３および冷却水出口通路２４は、それぞれ、燃料電池４０を構成するエンドプレート５０（図１参照）に設けられた燃料ガス供給口５１、燃料ガス排出口５２、酸素含有ガス供給口５３、酸素含有ガス排出口５４、冷却水供給口５６および冷却水排出口５８に連通している。
【００３３】
第１セパレータ４６は、プレス加工により成形された金属薄板からなる。該第１セパレータ４６におけるアノード側電極４に対向する面には、該アノード側電極４に燃料ガスを供給・排出するための第１中空状凸部６０が複数本設けられている。そして、これら第１中空状凸部６０と第１ガス入口通路１１、第１ガス出口通路１２との間には、分岐溝１７および集束溝１８が設けられている。
【００３４】
単位セル４２ａ、４２ｂが互いに積層された状態の概略断面図である図３から諒解されるように、第１凹部６２を介して互いに連なった複数本の第１中空状凸部６０の頂面は、第２セパレータ４８に指向して突出している。したがって、該第１中空状凸部６０の頂面は、アノード側電極４から離間している。これにより第１中空状凸部６０とアノード側電極４との間に中空部６３が形成され、燃料ガスはこの中空部６３を介して流通される。なお、第１凹部６２の底面は、アノード側電極４に当接している。
【００３５】
第１中空状凸部６０は、図２および図４に示すように、燃料ガスの流通方向途中において、所定の振幅Ｆ１で周期的に屈曲している。換言すれば、第１中空状凸部６０には、直線部６４と屈曲部６６とが交互に設けられており、このため、分岐溝１７から集束溝１８へは蛇行して延在している。
【００３６】
ここで、屈曲部６６の各頂点の中心点間の距離は、Ｄ１で一定である。すなわち、屈曲部６６は、距離Ｄ１で互いに離間している。なお、以下においては、屈曲部の各頂点における中心点間の距離をピッチという。
【００３７】
第２セパレータ４８は、第１セパレータ４６同様に金属薄板からなり、カソード側電極５に対向する面には、該カソード側電極５に酸素含有ガスを供給・排出するための第２中空状凸部６８が複数本設けられている。これら第２中空状凸部６８と第２ガス入口通路１３、第２ガス出口通路１４との間にも、分岐溝１９および集束溝２０が設けられている（図２参照）。
【００３８】
第２凹部７０を介して互いに連なった複数本の第２中空状凸部６８の各頂面は、図３に示すように、第１セパレータ４６に指向して突出している。すなわち、該第２中空状凸部６８の頂面はカソード側電極５から離間しており、このため、第２中空状凸部６８の頂面とカソード側電極５との間には、中空部７１が形成されている。この中空部７１には、後述するように酸素含有ガスが流通される。その一方で、第２凹部７０の底面は、カソード側電極５に当接している。
【００３９】
第２中空状凸部６８は、図２〜図４に示すように、ガスの流通方向に沿って直線状に延在している。このため、単位セル４２ａ、４２ｂが積層された際、第２セパレータ４８の第２中空状凸部６８の頂面は、第１セパレータ４６の第１中空状凸部６０における直線部６４の頂面と当接する一方で、該第１セパレータ４６の第１中空状凸部における屈曲部６６の頂面とは互いに離間する（図３および図４参照）。なお、図４においては、第１中空状凸部６０および第２中空状凸部６８をそれぞれ１本のみ代表的に図示している。
【００４０】
この離間に伴い、第１セパレータ４６の第１凹部６２と、第２セパレータ４８の第２凹部７０とが連通する。すなわち、第２セパレータ４８と第１セパレータ４６との間には、図２および図３における矢印Ｂ方向に沿って連通路７２が形成され、該連通路７２には、後述するように、冷却水が流通する（図３参照）。
【００４１】
図１に示すように、単位セル４２ａ、４２ｂがこのように積層されて構成される積層体４４の両端部には、タブ部７４ａ、７４ｂをそれぞれ有する集電用電極７６ａ、７６ｂと、漏電防止用の絶縁プレート（図示せず）とを介してエンドプレート５０、７８が配置される。このうち、一方のエンドプレート５０には、上記したように、燃料ガス供給口５１、燃料ガス排出口５２、酸素含有ガス供給口５３、酸素含有ガス排出口５４、冷却水供給口５６および冷却水排出口５８が設けられている。
【００４２】
積層体４４には、エンドプレート５０からエンドプレート７８に至るまで貫通孔（図示せず）が複数個形成されており、各貫通孔には緊締部材としてのタイロッド８０が通されている。各タイロッド８０にナット８２が螺合され両エンドプレート５０、７８が締め付けられることに伴って、積層体４４、集電用電極７６ａ、７６ｂおよびエンドプレート５０、７８が一体的に加圧保持される。
【００４３】
そして、エンドプレート５０の燃料ガス供給口５１、燃料ガス排出口５２に燃料ガス供給源、回収機構が連結されるとともに、酸素含有ガス供給口５３、酸素含有ガス排出口５４に酸素含有ガス供給源、回収機構が連結され、さらに、冷却水供給口５６、冷却水排出口５８に冷却水供給源、回収機構が連結される（いずれも図示せず）。
【００４４】
第１実施形態に係る燃料電池４０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００４５】
この燃料電池４０を運転するに際しては、該燃料電池４０が所定の温度まで昇温された後、燃料ガス供給口５１から水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給口５３から空気等の酸素含有ガスが供給される。さらに、冷却水供給口５６から冷却水が供給される。
【００４６】
このうち、燃料ガスは、第１ガス入口通路１１を経て第１セパレータ４６の分岐溝１７に導入され、第１中空状凸部とアノード側電極４との間の中空部６３を流通する。その後、該アノード側電極４のガス拡散層を通過した燃料ガスに含有された水素は、電極触媒層上において、以下の反応式（Ａ）に示されるように電離する。これにより、水素イオンおよび電子が生成する。
【００４７】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ              …（Ａ）
このうち、水素イオンは、電解質層６を介してカソード側電極５へ移動する。一方、電子は、アノード側電極４およびカソード側電極５に電気的に接続されたモータ等の外部負荷に取り出され、該外部負荷を付勢するための直流の電気エネルギとして利用される。
【００４８】
また、酸素含有ガスは、第２ガス入口通路１３を経て第２セパレータ４８の分岐溝１９に導入され、第２中空状凸部６８とカソード側電極５との間の中空部７１を流通する。その後、該カソード側電極５のガス拡散層を通過した酸素含有ガス中に含有された酸素は、電極触媒層上において、電解質層６を通過してきた水素イオンと、前記外部負荷を経てカソード側電極５に到達してきた電子とともに以下の反応式（Ｂ）に示される反応を起こし、水（水蒸気）を生成する。
【００４９】
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ→２Ｈ２Ｏ    …（Ｂ）
以上の反応式（Ａ）、（Ｂ）に示される反応が起こることに伴って起電力が発生し、その結果、集電用電極７６ａ、７６ｂの各タブ部７４ａ、７４ｂに電気的に接続された外部負荷が付勢される。なお、使用済の燃料ガスおよび酸素含有ガスは、集束溝１８、２０と、第１ガス出口通路１２または第２ガス出口通路１４と、燃料ガス排出口５２または酸素含有ガス排出口５４とをそれぞれ経て、前記回収機構へと送気される。
【００５０】
さらに、冷却水入口通路２３に導入された冷却水は、単位セル４２ａを構成する第２セパレータ４８と、単位セル４２ｂを構成する第１セパレータ４６との間に浸入する。ここで、上記したように、単位セル４２ａ、４２ｂの間には、第１セパレータ４６の第１凹部６２と、第２セパレータ４８の第２凹部７０とによって連通路７２が形成されている。したがって、浸入した冷却水は、この連通路７２を介して流通する（図３参照）。すなわち、冷却水は、連通路７２、換言すれば、第２セパレータ４８と第１セパレータ４６との間を通過した後、冷却水出口通路２４に到達する。このため、第２セパレータ４８および第１セパレータ４６の端面が充分に冷却される。
【００５１】
このように、第１実施形態に係る燃料電池４０によれば、積層された単位セル４２ａ、４２ｂ同士の間に冷却水を流通させることができるので、該燃料電池４０を効率よく冷却することができる。しかも、この場合、スペーサ２５（図１４参照）を介装する必要がないので、燃料電池４０の重量や体積が増加することもない。また、配流性を適宜設定できることから、冷却水に混入した気泡が消失し難くなることがないので、冷却効率が低下することを回避することもできる。
【００５２】
さらに、各通路１１、１２、１３、１４、２３、２４の断面積を図１２に示される燃料電池１における断面積から特に変更する必要がないので、燃料ガスおよび酸素含有ガスの流量が燃料電池１に比して低下することはない。このため、燃料電池４０の発電効率を確保することもできる。その上、各通路１１、１２、１３、１４、２３、２４のレイアウトの自由度も確保される。
【００５３】
なお、直線状に延在する第１中空状凸部を第１セパレータに設け、かつ屈曲部を有する第２中空状凸部を第２セパレータに設けることによっても上記と同様の現象が生じ、その結果、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池につき図５〜図７を参照して説明する。なお、図１〜図４に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２実施形態に係る燃料電池を構成する積層体９０は、図５に示すように、矢印Ａ方向に順次積層され、かつ互いに電気的に直列接続された単位セル９２ａ、９２ｂを有する。なお、単位セル９２ａ、９２ｂは、互いに同一構成のものであるが、説明の便宜上、別の参照符号を付している。
【００５６】
この積層体９０においても、単位セル９２ａ、９２ｂが互いに積層された状態の概略断面図である図６から諒解されるように、第１セパレータ９４には、第１凹部９６を介して互いに連なり、かつ頂面が第２セパレータ９８に指向して突出した第１中空状凸部１００が複数本設けられている。
【００５７】
第１中空状凸部１００は、図５および図７に示すように、所定の振幅Ｆ２で周期的に屈曲した正弦波形状をなしている。また、この第１中空状凸部１００における各ピッチは、全てＤ２である。
【００５８】
一方、第２セパレータ９８には、第２凹部１０２を介して互いに連なった複数本の第２中空状凸部１０４が設けられており、該第２中空状凸部１０４の各頂面は、第１セパレータ９４に指向して突出している（図６参照）。
【００５９】
第２中空状凸部１０４は、第１中空状凸部１００と同様に、振幅Ｆ２、ピッチＤ２の正弦波形状であるが、第１中空状凸部１００とは位相が異なる。このため、第２中空状凸部１０４の頂面と第１中空状凸部１００の頂面とは、交差部のみで互いに当接し、その他の箇所では離間している。したがって、この場合においても、第１凹部９６と第２凹部１０２とが連通することによって連通路７２が形成され、冷却水はこの連通路７２を流通する。
【００６０】
このように、第１中空状凸部１００と第２中空状凸部１０４の双方を屈曲させることによっても、単位セル９２ａ、９２ｂの間に浸入した冷却水を流通させることができる。しかも、この場合、第１実施形態に係る燃料電池４０に比して多くの冷却水を流通させることができるので、冷却効率が向上する。
【００６１】
なお、第２実施形態において、第１中空状凸部１００および第２中空状凸部１０４を正弦波形状とする必要は特になく、図８に示すように、直線部６４と屈曲部６６とを交互に有するものであってもよい。
【００６２】
第１中空状凸部および第２中空状凸部の振幅やピッチは、第１凹部と第２凹部とが連通して連通路７２が形成されるように設定すればよい。例えば、図９に示すように、第１中空状凸部１０６および第２中空状凸部１０８のピッチを同一のＤ４とする一方、第１中空状凸部１０６の振幅をＦ３、第２中空状凸部１０８の振幅をＦ３よりも若干小さいＦ４として、連通路７２を形成することもできる。
【００６３】
また、図１０に示すように、第１中空状凸部１１０および第２中空状凸部１１２の振幅を同一のＦ５とする一方、第１中空状凸部１１０のピッチをＤ５、第２中空状凸部１１２のピッチをＤ５よりも若干大きいＤ６として連通路７２を形成するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、図１１に示すように、第１中空状凸部１１４の振幅をＦ６、第２中空状凸部１１６の振幅をＦ６よりも若干小さいＦ７とする一方、第１中空状凸部１１４のピッチをＤ７、第２中空状凸部１１６のピッチをＤ７よりも若干小さいＤ８として連通路７２を形成するようにしてもよい。
【００６５】
以上の構成において、第１中空状凸部１０６、１１０、１１４または第２中空状凸部１０８、１１２、１１６の少なくともいずれか１つを正弦波形状とすることもできる。また、位相を相違させるようにしてもよい。
【００６６】
上記したように、第１中空状凸部、第２中空状凸部の形状をそれぞれ設定することにより、冷却水の流通量を調整することが可能となる。このため、１つの燃料電池において、最も冷却を要する単位セルには多くの冷却水を流通させることができるパターンを採用し、かつ冷却をさほど要しない単位セルには冷却水の流量が少なくなるパターンを採用すれば、冷却効率を部位に応じて変化させることもできる。
【００６７】
なお、上記した各実施形態においては、冷媒として冷却水を例示したが、エチレングリコールやオイル等、他の流体を冷媒として採用することもできる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃料電池によれば、第１セパレータにおける第１中空状凸部（燃料ガス流路）または第２セパレータにおける第２中空状凸部（酸素含有ガス流路）の少なくともいずれか一方を屈曲させることによって第１中空状凸部と第２中空状凸部の頂面同士を一部離間させ、連通路を形成させるようにしている。
【００６９】
この連通路、換言すれば、隣接する単位セル同士の間に冷却水を流通させることができるので、重量や体積を増加させることなく燃料電池を効率よく冷却することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の概略全体斜視図である。
【図２】図１の燃料電池を構成する積層体中で互いに隣接する２つの単位セルの概略斜視図である。
【図３】図１の燃料電池を構成する積層体の概略断面図である。
【図４】第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池を構成する積層体中で互いに隣接する２つの単位セルの概略斜視図である。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池を構成する積層体の概略断面図である。
【図７】第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図８】第２実施形態の変形例に係る燃料電池において、第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図９】別の実施形態に係る燃料電池を構成する積層体中で第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図１０】また別の実施形態に係る燃料電池を構成する積層体中で第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図１１】さらに別の実施形態に係る燃料電池を構成する積層体中で第２セパレータ上に第１セパレータが積層された状態の平面図である。
【図１２】従来技術に係る燃料電池を構成する積層体中で互いに隣接する２つの単位セルの概略斜視図である。
【図１３】図１２の燃料電池を構成する積層体の概略断面図である。
【図１４】単位セル間にスペーサが介装された燃料電池を構成する積層体の概略断面斜視図である。
【図１５】冷却水入口通路および冷却水出口通路を第１ガス入口通路および第２ガス出口通路等と同列に配置した積層体の正面図である。
【図１６】冷却水入口通路および冷却水出口通路を第１ガス入口通路および第２ガス出口通路等と同列に、かつ図１５とは別の位置に配置した積層体の正面図である。
【符号の説明】
１、４０…燃料電池
２、４２ａ、４２ｂ、９２ａ、９２ｂ…単位セル
３、４４、９０…積層体            ４…アノード側電極
５…カソード側電極                ６…電解質層
７…接合体                        ９、４６、９４…第１セパレータ
１０、４８、９８…第２セパレータ
１５、６０、１００、１０６、１１０、１１４…第１中空状凸部
１６、６８、１０４、１０８、１１２、１１６…第２中空状凸部
２１、６２、９６…第１凹部        ２２、７０、１０２…第２凹部
２３…冷却水入口通路              ２４…冷却水出口通路
２５…スペーサ                    ５０、７８…エンドプレート
５６…冷却水供給口                ５８…冷却水排出口
６３、７１…中空部                ６４…直線部
６６…屈曲部                      ７２…連通路
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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