(57)【要約】【課題】冷却媒体流路に空気が残留することを確実に阻止し、簡単な構成で、良好な冷却媒体機能を有することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０は、段差ＭＥＡを構成する電解質膜・電極構造体１２と金属セパレータ１３とを備える。金属セパレータ１３は、第１及び第２金属プレート１４、１６を備え、前記第１金属プレート１４には、酸化剤ガス流路３２が形成される一方、前記第２金属セパレータ１６には、燃料ガス流路５２が形成される。第２金属プレート１６の冷媒面である面１６ｂには、線状シール７６と裏受け用凸状部７８とが設けられ、前記第２金属プレート１６の上部側において、前記線状シール７６と前記凸状部７８との間には、空気抜き通路８０が形成される。凸状部７８には、冷却媒体流路４２のクロス流路の上方に位置する領域に切り欠き部８２が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に第１電極と該第１電極よりも小さな表面積を有する第２電極とを配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第１及び第２金属セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記第１及び第２金属セパレータは、前記第１及び第２電極に対面する第１及び第２電極面に、屈曲部乃至湾曲部を有する第１及び第２反応ガス流路を設け、且つ前記第１及び第２電極面とは反対の第１及び第２冷媒面には、前記第１及び第２反応ガス流路の裏面側が重なり合って前記冷却媒体流路が形成され、
前記第２電極を囲繞する電極シールを設ける前記第２金属セパレータは、前記第２冷媒面に、冷却媒体をシールする冷媒シールと前記電極シールの裏受け用凸状部とを有するとともに、
前記冷媒シールと前記裏受け用凸状部との間には、前記冷却媒体出口連通孔の上方に形成される空気抜き用連通孔に連通する空気抜き通路が設けられ、
前記裏受け用凸状部は、前記冷却媒体流路の前記屈曲部乃至湾曲部の上方に位置する領域に切り欠き部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質の両側に第１電極と該第１電極よりも小さな表面積を有する第２電極とを配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第１及び第２金属セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記第１及び第２金属セパレータは、前記第１及び第２電極に対面する第１及び第２電極面に、屈曲部乃至湾曲部を有する第１及び第２反応ガス流路を設け、且つ前記第１及び第２電極面とは反対の第１及び第２冷媒面には、前記第１及び第２反応ガス流路の裏面側が重なり合って前記冷却媒体流路が形成され、
前記第２電極を囲繞する電極シールを設ける前記第２金属セパレータは、前記第２冷媒面に、冷却媒体をシールする冷媒シールと前記電極シールの裏受け用凸状部とを有するとともに、
前記冷媒シールと前記裏受け用凸状部との間には、前記冷却媒体出口連通孔の上方に形成される空気抜き用連通孔に一端を連通する空気抜き通路が設けられ、
前記空気抜き通路の他端は、前記冷却媒体入口連通孔に連通する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、前記第１及び第２金属セパレータの水平方向一端部の上下方向略中央部には、前記冷却媒体入口連通孔が設けられる一方、
前記第１及び第２金属セパレータの水平方向他端部の上下方向略中央部には、前記冷却媒体出口連通孔が設けられるとともに、
前記第１及び第２金属セパレータの水平方向他端部の上部には、前記空気抜き用連通孔が少なくとも一部を前記冷却媒体流路の最上部よりも上方に位置して前記積層方向に貫通形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２又は３記載の燃料電池において、前記空気抜き通路の他端近傍には、前記冷却媒体入口連通孔に近接して絞り部位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、電解質を一組の電極で挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層す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を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【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）と、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）とが設けられている。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】
一般的に、燃料電池には、セパレータの積層方向に貫通する流路入口連通孔及び流路出口連通孔が設けられている。そして、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの流路入口連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流路出口連通孔に排出されている。
【０００５】
ところで、冷却媒体流路に供給される冷却媒体中にエアが混在している際、及び燃料電池の組み立て後に冷却媒体を注入する際、エアが前記冷却媒体流路の上方領域に移動して残存するおそれがある。これにより、冷却媒体流路の上部には、冷却機能を有しない空間部が存在してしまい、燃料電池の発電面全体を良好且つ均一に冷却することができないという問題が指摘されている。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、セパレータの両側に冷却媒体入口連通孔と冷却媒体出口連通孔とが設けられるとともに、前記冷却媒体出口連通孔の上方には、空気抜き用連通孔が少なくとも一部を冷却媒体流路の最上部よりも上方に位置して形成されている。
【０００７】
これにより、冷却媒体流路を移動する空気は、空気抜き用連通孔に円滑且つ確実に排出され、前記冷却媒体流路に空気が残存することを有効に阻止することができる。従って、簡単な構成で、燃料電池の冷却効率が良好に向上するという効果が得られる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１９３１１０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、燃料電池では、固体高分子電解質膜をカソード側電極及びアノード側電極で挟持するとともに、例えば、前記カソード側電極が前記アノード側電極よりも大きな（又は小さな）表面積に設定された、所謂、段差ＭＥＡを採用する場合がある。
【００１０】
この種の段差ＭＥＡでは、一方のセパレータの電極面側には、前記段差ＭＥＡを周回して燃料ガスや酸化剤ガスの漏れを阻止する反応ガスシールと、アノード側電極を囲むようにして固体高分子電解質膜に密接する電極シールとが取り付けられ、所謂、２重シールが構成されている。さらに、一方のセパレータの冷媒面側には、冷却媒体流路をシールするために反応ガスシールに対応して冷媒シールが取り付けられている。
【００１１】
この場合、反応ガスシールと冷媒シールとは、積層方向に略同一の位置に設けられることにより、互いの積層方向のシール圧を受けるように構成されている。従って、セパレータの冷媒面には、電極シールの積層方向のシール圧を受けるために、裏受け用凸状部が設けられることが好ましい。
【００１２】
本発明はこの種の段差ＭＥＡを採用する燃料電池において、裏受け用凸状部を利用して、簡単な構成で、冷却媒体流路に空気が残留することを確実に阻止することができ、良好な冷却機能を有す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】
【００１３】
本発明は、電解質の両側に第１電極と該第１電極よりも小さな表面積を有する第２電極とを配設した電解質・電極構造体を備え、前記電解質・電極構造体を第１及び第２金属セパレータで挟持するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成され、互いに積層される前記第１及び第２金属セパレータ間には、前記冷却媒体入口連通孔と前記冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が形成される燃料電池である。
【００１４】
第１及び第２金属セパレータは、第１及び第２電極に対面する第１及び第２電極面に、屈曲部乃至湾曲部を有する第１及び第２反応ガス流路を設け、且つ前記第１及び第２電極面とは反対の第１及び第２冷媒面には、前記第１及び第２反応ガス流路の裏面側が重なり合って前記冷却媒体流路が形成される。
【００１５】
そして、第２電極を囲繞する電極シールを設ける第２金属セパレータは、第２冷媒面に、冷却媒体をシールする冷媒シールと前記電極シールの裏受け用凸状部とを有するとともに、前記冷媒シールと前記裏受け用凸状部との間には、前記冷却媒体出口連通孔の上方に形成される空気抜き用連通孔に連通する空気抜き通路が設けられ、前記裏受け用凸状部は、前記冷却媒体流路の前記屈曲部乃至湾曲部の上方に位置する領域に切り欠き部を設けている。
【００１６】
また、本発明は、第２電極を囲繞する電極シールを設ける第２金属セパレータは、第２冷媒面に、冷却媒体をシールする冷媒シールと前記電極シールの裏受け用凸状部とを有するとともに、前記冷媒シールと前記裏受け用凸状部との間には、前記冷却媒体出口連通孔の上方に形成される空気抜き用連通孔に一端を連通する空気抜き通路が設けられ、前記空気抜き通路の他端は、前記冷却媒体入口連通孔に連通している。
【００１７】
さらに、第１及び第２金属セパレータの水平方向一端部の上下方向略中央部には、冷却媒体入口連通孔が設けられる一方、前記第１及び第２金属セパレータの水平方向他端部の上下方向略中央部には、冷却媒体出口連通孔が設けられるとともに、前記第１及び第２金属セパレータの水平方向他端部の上部には、空気抜き用連通孔が少なくとも一部を前記冷却媒体流路の最上部よりも上方に位置して積層方向に貫通形成されることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、空気抜き通路の他端近傍には、冷却媒体入口連通孔に近接して絞り部位が設けられることが好ましい。冷却媒体入口連通孔から導入される冷却媒体中の気泡は、絞り部位を通って空気抜き通路に排出される一方、前記冷却媒体は、前記絞り部位の作用下に前記空気抜き通路に移動することを阻止される。このため、冷却媒体は、冷却媒体流路に確実に供給され、電極面を効率的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、冷媒シールと裏受け用凸状部との間に空気抜き通路が設けられるとともに、前記裏受け用凸状部は、冷却媒体流路の屈曲部乃至湾曲部の上方に位置する領域に切り欠き部を設けている。その際、冷却媒体流路の屈曲部乃至湾曲部は、第１及び第２反応ガス流路の裏面側が重なり合って形成されており、実際上、横方向に延在する横溝と縦方向に延在する縦溝とが交差するクロス流路を構成している。
【００２０】
このため、冷却媒体流路に供給される冷却媒体は、クロス流路で撹拌されて気泡を発生し易いが、この気泡は、前記クロス流路の上方に設けられた切り欠き部から空気抜き通路に円滑且つ迅速に排出される。これにより、冷却媒体流路に気泡が残存することがなく、裏受け用凸状部を利用して簡単な構成で、冷却性能の低下を阻止することができ、良好な冷却機能を有することが可能になる。
【００２１】
また、本発明では、空気抜き通路の一端が空気抜き用連通孔に連通するとともに、前記空気抜き通路の他端が冷却媒体入口連通孔に連通している。従って、冷却媒体入口連通孔から供給される冷却媒体に含まれる気泡は、空気抜き通路に確実に排出されて冷却媒体流路に導入されることを阻止される。これにより、冷却媒体流路には、気泡が除去された冷却媒体を良好に供給することができ、熱交換効率の向上を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池１０を積層した燃料電池スタック１１の一部線断面図である。
【００２３】
燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２とセパレータ１３とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ１３は、互いに積層される第１及び第２金属プレート（金属セパレータ）１４、１６を備える。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ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（反応ガス）、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２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び燃料ガス（反応ガス）、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２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２５】
燃料電池１０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２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、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２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２６】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２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（電解質）２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極（第２電極）２８及びカソード側電極（第１電極）３０とを備える。アノード側電極２８は、カソード側電極３０よりも小さな表面積に設定されるとともに、前記カソード側電極３０は、固体高分子電解質膜２６の全面を覆って設けられる（所謂、段差ＭＥＡ）。
【００２７】
アノード側電極２８及びカソード側電極３０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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２６の両面に形成されている。電解質膜・電極構造体１２は、全体として略四角形状に構成されるとともに、４つの角部には、各対角位置に対応して外方に突出する４つの突出形状部が設けられる。
【００２８】
図１及び図３に示すように、第１金属プレート１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面（第１電極面）１４ａには、酸化剤ガス流路３２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部３４と、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部３６とを備える。
【００２９】
入口バッファ部３４と出口バッファ部３６とは、酸化剤ガス流路３２を構成する複数の酸化剤ガス流路溝３２ａを介して連通している。酸化剤ガス流路３２は、第１金属プレート１４の面１４ａ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成する。
【００３０】
第１金属プレート１４の面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ及び酸化剤ガス流路３２を周回して酸化剤ガスのシールを行う平面状シール４０ａが設けられる。
【００３１】
第１金属プレート１４と第２金属プレート１６との互いに対向する面１４ｂ、１６ｂ間には、後述する冷却媒体流路４２が一体的に形成される。図４に示すように、第１金属プレート１４の面（第１冷媒面）１４ｂには、面１４ａ側に形成される酸化剤ガス流路３２の裏側形状として、冷却媒体流路４２の一部である流路部４２ａがサーペンタイン形状に形成される。
【００３２】
面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａに入口連絡流路４３を介して連通する入口バッファ部４４と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに出口連絡流路４８を介して連通する出口バッファ部５０とが設けられる。
【００３３】
第１金属プレート１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａ、冷却媒体出口連通孔２２ｂ及び冷却媒体流路４２を周回して冷却媒体のシールを行う平面状シール４０ｂが設けられる。平面状シール４０ａ、４０ｂは、第１金属プレート１４の外周端部を覆って一体的に設けられる第１シール部材４０を構成している（図２参照）。
【００３４】
図５に示すように、第２金属プレート１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面（第２電極面）１６ａには、燃料ガス流路５２が設けられる。燃料ガス流路５２は、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接して設けられる略直角三角形状の入口バッファ部５４と、燃料ガス出口連通孔２４ｂに近接して設けられる略直角三角形状の出口バッファ部５６とを備える。
【００３５】
入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６は、互いに略対称形状に構成されるとともに、前記入口バッファ部５４及び前記出口バッファ部５６の近傍には、複数の燃料ガス入口孔部５８ａ及び燃料ガス出口孔部５８ｂが形成される。
【００３６】
入口バッファ部５４と出口バッファ部５６とは、燃料ガス流路５２を構成する複数の燃料ガス流路溝５２ａを介して連通している。燃料ガス流路５２は、第２金属プレート１６の面１６ｂ内に偶数回、例えば、２回の折り返し部位を有するサーペンタイン流路を構成する。
【００３７】
図６に示すように、第２金属プレート１６の面（第２冷媒面）１６ｂには、面１６ａに形成される燃料ガス流路５２の裏側形状として、冷却媒体流路４２の一部である流路部４２ｂがサーペンタイン形状に形成される。面１６ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａに入口連絡流路６０を介して連通する略直角三角形状の入口バッファ部６２と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに出口連絡流路６４を介して連通する略直角三角形状の出口バッファ部６６とが設けられる。
【００３８】
図７に示すように、冷却媒体流路４２は、第１金属プレート１４と第２金属プレート１６とが積層される際、酸化剤ガス流路３２の裏側と燃料ガス流路５２の裏側とが重なり合って一体的に形成される。酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路５２は、矢印Ｂ方向に一往復半折り返すサーペンタイン流路を構成しており、互いに重なり合うことによって一方の横方向（矢印Ｂ方向）に延在する横溝と、縦方向（矢印Ｃ方向）に延在する縦溝とが交差するクロス流路６８ａ〜６８ｄが冷却媒体流路４２の四隅に対応して形成される。
【００３９】
図５に示すように、第２金属プレート１６の外周端部を覆って第２シール部材７０が一体成形される。第２シール部材７０は、面１６ａに設けられる外側線状シール（反応ガスシール）７２と、この外側線状シール７２から内方に所定の距離だけ離間する内側線状シール（電極シール）７４とを有する。
【００４０】
外側線状シール７２は、電解質膜・電極構造体１２の外周を周回しており、図２に示すように、第１金属プレート１４に設けられている平面状シール４０ａに重合する。内側線状シール７４は、アノード側電極２８を周回して固体高分子電解質膜２６の外周縁部に接して燃料ガス流路５２を閉塞する（図２参照）。
【００４１】
第２シール部材７０は、図６に示すように、面１６ｂに設けられる線状シール７６と、この線状シール７６の内側に所定の距離だけ離間して設けられる裏受け用凸状部７８とを有する。線状シール７６は、冷却媒体流路４２を覆って冷却媒体をシールする冷媒シールを構成する。一方、凸状部７８は、面１６ａに設けられた内側線状シール７４と積層方向に重なり合う位置に設けられ、前記内側線状シール７４の積層方向のシール圧を受ける裏受けとして機能する。
【００４２】
面１６ｂの上部側において、線状シール７６と凸状部７８との間には、空気抜き通路８０が形成される。第２金属プレート１６の矢印Ｂ方向一端側上部、具体的には、燃料ガス入口連通孔２４ａの上方に位置して空気抜き用連通孔８１が形成される。この空気抜き用連通孔８１は、少なくとも一部が冷却媒体流路４２の最上部よりも上方に配置されている。空気抜き通路８０の一端は、空気抜き用連通孔８１に連通するとともに、前記空気抜き通路８０の他端は、冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する。
【００４３】
空気抜き通路８０を構成する凸状部７８には、冷却媒体流路４２の少なくともクロス流路６８ａ、６８ｂの上方に位置する領域に切り欠き部８２が設けられる。なお、必要に応じてクロス流路６８ｃ、６８ｄの上方に位置する領域にも、切り欠き部８２を設けてもよい。空気抜き通路８０と冷却媒体入口連通孔２２ａとを連通する連結路８４には、前記冷却媒体入口連通孔２２ａに近接して絞り部位８６が設けられる。
【００４４】
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。
【００４５】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ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２４ａ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２２ａ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。
【００４６】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１金属プレート１４の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガス流路３２では、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部３４に導入された後、複数の酸化剤ガス流路溝３２ａに分散される。このため、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス流路溝３８を介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極３０に沿って移動する。
【００４７】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属プレート１６の燃料ガス入口孔部５８ａを通って燃料ガス流路５２に導入される。この燃料ガス流路５２では、図５に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部５４に導入された後、複数の燃料ガス流路溝５２ａに分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝５２ａを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２８に沿って移動する。
【００４８】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２８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。
【００４９】
次いで、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部３６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される（図１参照）。同様に、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部５６から燃料ガス出口孔部５８ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される（図５参照）。
【００５０】
一方、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属プレート１４、１６間に形成された冷却媒体流路４２に導入される。この冷却媒体流路４２では、図７に示すように、冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に延在する入口連絡流路４３、６０を介して入口バッファ部４４、６２に冷却媒体が一旦導入される。
【００５１】
入口バッファ部４４、６２に導入された冷却媒体は、複数の流路部４２ａ、４２ｂに分散されて水平方向（矢印Ｂ方向）及び鉛直方向（矢印Ｃ方向）に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２の電極面全面にわたって供給された後、出口バッファ部５０、６６に一旦導入され、さらに出口連絡流路４８、６４を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５２】
この場合、本実施形態では、電解質膜・電極構造体１２が、所謂、段差ＭＥＡを構成している。このため、第２金属プレート１６の第２冷媒面である面１６ｂには、図６に示すように、冷媒シールである線状シール７６と、面１６ａ側に設けられた電極シールである内側線状シール７４のシール圧を受けるための裏受け用の凸状部７８とが設けられている。
【００５３】
さらに、第２金属プレート１６の上部側では、線状シール７６と凸状部７８との間に空気抜き通路８０が形成されるとともに、前記凸状部７８には、冷却媒体流路４２のクロス流路６８ａ、６８ｂ（図７参照）の上方に位置する領域に切り欠き部８２が設けられている。
【００５４】
そこで、冷却媒体流路４２において、入口バッファ部４４、６２から流路部４２ａ、４２ｂに冷却媒体が導入されると、実際上、横溝と縦溝とが交差するクロス流路６８ａ、６８ｂで前記冷却媒体が撹拌されて、気泡が発生し易い。この気泡は、冷却媒体流路４２の上方に移動し、切り欠き部８２から空気抜き通路８０に円滑且つ迅速に排出される。次いで、空気抜き通路８０に排出された気泡は、この空気抜き通路８０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、空気抜き用連通孔８１から外部に排出される。
【００５５】
これにより、本実施形態では、簡単な構成で、冷却媒体流路４２に気泡が残存することがなく、冷却性能の低下を阻止することができ、良好な冷却媒体機能を有することが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
なお、冷却媒体出口連通孔２２ｂ側のクロス流路８６ｃ、８６ｄの上方に位置する領域に切り欠き部８２を設けてもよい。このため、クロス流路６８ｃ、６８ｄで発生し易い気泡は、円滑且つ迅速に空気抜き通路８０に排出される。
【００５７】
さらに、本実施形態では、空気抜き通路８０の一端が、連結路８４を介して冷却媒体入口連通孔２２ａに連通している。従って、冷却媒体入口連通孔２２ａから供給される冷却媒体に含まれる気泡は、連結路８４から空気抜き通路８０に排出され、この気泡が冷却媒体流路４２に導入されることを阻止することができる。これにより、冷却媒体流路４２は、気泡が除去された冷却媒体を良好に供給することができ、熱交換効率の向上を図ることが可能になる。
【００５８】
さらにまた、連結路８４には、冷却媒体入口連通孔２２ａに近接して絞り部位８６が設けられている。このため、冷却媒体入口連通孔２２ａから導入される冷却媒体中の気泡は、絞り部位８６を通って空気抜き通路８０に排出される一方、前記冷却媒体は、前記絞り部位８６の作用下に前記空気抜き通路８０に移動することを阻止される。従って、冷却媒体が電極面の冷却に使用されずに空気抜き通路８０を通って排出されることを阻止することができ、冷却媒体流路４２に前記冷却媒体を確実に供給して前記電極面を効率的に冷却することが可能になる。
【００５９】
なお、冷却媒体出口連通孔２２ｂと空気抜き通路８０とは、連結路８４ａを介して連通可能に構成してもよい（図６参照）。これにより、冷却媒体出口連通孔２２ｂ近傍に発生する気泡は、連結路８４ａを通って空気抜き通路８０に迅速且つ円滑に排出され、気泡による冷却効率の低下を阻止することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、冷却媒体流路４２は、それぞれ矢印Ｂ方向に一往復半するサーペンタイン流路の酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路５２の裏面側が重なり合って一体的に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路５２は、屈曲部乃至湾曲部を有する略Ｕ字状流路であってもよい。換言すれば、反応ガス流路内に屈曲部乃至湾曲部が設けられていればよい。空気抜き通路８０には、屈曲乃至湾曲部の上方に位置する領域に切り欠き部８２を設けることによって、本実施形態と同様の効果が得られるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池が積層された燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図３】第１金属プレートの一方の面の説明図である。
【図４】前記第１金属プレートの他方の面の説明図である。
【図５】第２金属プレートの一方の面の説明図である。
【図６】前記第２金属プレートの他方の面の説明図である。
【図７】金属セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…燃料電池                        １２…電解質膜・電極構造体
１３…金属セパレータ                  １４、１６…金属プレート
１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ…面    ２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔          ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔            ２４ａ…燃料ガス入口連通孔
２４ｂ…燃料ガス出口連通孔            ２６…固体高分子電解質膜
２８…アノード側電極                  ３０…カソード側電極
３２…酸化剤ガス流路
３４、４４、５４、６２…入口バッファ部
３６、５０、５６、６６…出口バッファ部
４２…冷却媒体流路                    ５２…燃料ガス流路
７０…シール部材                      ７２…外側線状シール
７４…内側線状シール                  ７６…線状シール
７８…凸状部                          ８０…空気抜き通路
８１…空気抜き用連通孔                ８２…切り欠き部
８４…連結路                          ８６…絞り部位
【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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