(57)【要約】【課題】ガス供給用溝流路からガス排出用溝流路へガス拡散層を介して移動するガス流量に発生する差異を抑制することにより、電極面内において発生する発電の不均一状態を抑制して、発電性能の低下を抑制する。【解決手段】燃料電池セルに接する面に、その下流端が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を備える燃料電池用セパレータである。ガス供給用溝流路とガス排出用溝流路を隔てる流路壁は、ガス供給用溝流路溝の上流端から下流端までの間のうち、ガス供給用溝流路からガス排出用溝流路溝へ移動するガスの移動量が上流端および下流端に比べて少なくなる部位に、燃料電池セルに接する面への、流路壁からの圧力を減少させる流路壁接触面圧力減少構造を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルに接する面に、その下流端が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を備える燃料電池用セパレータであって、
前記ガス供給用溝流路と前記ガス排出用溝流路を隔てる流路壁は、前記ガス供給用溝流路溝の上流端から下流端までの間のうち、前記ガス供給用溝流路から前記ガス排出用溝流路溝へ移動するガスの移動量が前記上流端および前記下流端に比べて少なくなる部位に、前記燃料電池セルに接する面への、前記流路壁からの圧力を減少させる流路壁接触面圧力減少構造を備える
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用セパレータ、特に、燃料電池セルに接する面に、その下流端が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を備える燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。この燃料電池は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を有しており、ガス拡散層に当接する面に反応ガスの流路としての溝が形成されたセパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）により構成される。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
【０００３】
セパレータに形成された反応ガスの溝流路の構造の一例として、その下流端が閉塞されガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが、交互に配列された構造のガス流路が知られている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１９７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構造のガス流路を有するセパレータで挟持された燃料電池セルでは、セパレータのガス供給用溝流路から供給されたガスが、セパレータに当接する燃料電池セルのガス拡散層を介して触媒電極層に供給されて電気化学反応に寄与した後、ガス排出用溝流路を介して排出される。このとき、ガス供給用溝流路からガス排出用溝流路へガス拡散層を介して移動するガス流量は、ガス供給の上流から下流（閉塞部）までの部位によって差異が生じている場合が多い。そして、移動するガス流量の少ない部位では、発電不良が発生しやすくなる。また、ガス流量の差異によって電極面内において発電の不均一状態が発生する。この結果、発電性能の低下を招く、という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、その下流端が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を備える燃料電池用セパレータを用いた燃料電池において、ガス供給の上流から下流（閉塞部）までの部位によって、ガス供給用溝流路からガス排出用溝流路へガス拡散層を介して移動するガス流量に発生する差異を抑制することにより、電極面内において発生する発電の不均一状態を抑制して、発電性能の低下を抑制する技術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】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
燃料電池セルに接する面に、その下流端が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を備える燃料電池用セパレータであって、
前記ガス供給用溝流路と前記ガス排出用溝流路を隔てる流路壁は、前記ガス供給用溝流路溝の上流端から下流端までの間のうち、前記ガス供給用溝流路から前記ガス排出用溝流路溝へ移動するガスの移動量が前記上流端および前記下流端に比べて少なくなる部位に、前記燃料電池セルに接する面への、前記流路壁からの圧力を減少させる流路壁接触面圧力減少構造を備える
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
この燃料電池用セパレータによれば、ガス供給用溝流路から排出用流路溝へ移動するガスの移動量が少ない部位の移動量を増加させることが可能になり、他の部位とのガスの移動量の差異を減少させることができる。この結果、従来例において問題として示した、移動するガス流量の少ない部位での発電不良を改善して、電極面内において発生する発電の不均一状態を改善することができ、発電性能の低下を改善することが可能となる。
【０００９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用セパレータだけでなく、これを用いた燃料電池等の種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【図２】流路壁接触面圧減少構造の変形例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図１（Ａ）は実施例を示し、図１（Ｂ）は比較例を示して入る。また、図１（Ａ）の［１］は一実施例としての燃料電池用セパレータ（以下、単に「セパレータ」とも呼ぶ）１０の一部の概略平面図を示し、図１（Ｂ）の［１］は、比較例として従来の燃料電池用セパレータ１０ａの一部の概略平面図を示している。
【００１２】
図１（Ａ）の［１］および図１（Ｂ）の［１］に示すように、セパレータ１０，１０ａの燃料電池セルのガス拡散層に当接させる面に形成されるガス流路は、櫛型状に接続され、その下流端が閉塞された複数のガス供給用溝流路Ｆ１と、櫛型状に接続され、その上流端が閉塞された複数のガス排出用溝流路Ｆ２とが交互に配列された構造を有している。そして、ガス供給用溝流路Ｆ１とガス排出用溝流路Ｆ２とは、それぞれの間に設けられ流路壁ＦＷによって隔てられた分離構造となっている。
【００１３】
実施例と比較例との構造上の違いは、実施例の流路壁ＦＷには、ガス供給の上流から下流までの間の中央部領域に流路壁接触面圧減少構造ＰＲが設けられている点にあり、それ以外は、比較例と全く同じである。
【００１４】
図１（Ｂ）の［２］は、図１（Ｂ）の［１］に示すＡ１−Ａ２間において、ガス供給用溝流路Ｆ１からガス排出用溝流路Ｆ２へガス拡散層（不図示）を介して移動するガス流路を示している。この図からわかるように、図１（Ｂ）の［１］に示す構造のガス流路では、Ａ１−Ａ２間の両方の端部ではガス流量が多く、中央部ではガス流量が少なくなってしまう。この結果、ガス流量が少なくなる部位では発電不良が発生しやすくなり、電極面内において発電の不均一状態が発生してしまい、発電性能の低下を招くことになる。
【００１５】
一方、実施例の場合には、図１（Ａ）の［１］に示したように、実施例の流路壁ＦＷには、ガス供給の上流から下流までの間の中央部領域、すなわち、比較例において移動するガス流寮が少なくなる領域に、流路壁接触面圧減少構造ＰＲが設けられている。図１（Ａ）の［３］は、流路壁接触面圧減少構造ＰＲについて示すＢ−Ｂ概略断面図である。図１（Ａ）の［３］に示すように、流路壁接触面圧減少構造ＰＲは、流路壁ＦＷの凸面部全体をガス拡散層２０に接触させるのではなく、非接触部分ＮＣを設けた構造である。この構造により、流路壁ＦＷの凸面がガス拡散層２０に与える圧力を減少させることができる。このように、ガス流量が少なくなる部位において流路壁ＦＷの凸面がガス拡散層２０に与える圧力を減少させることにより、図１（Ｂ）の［２］に示すように、ガス流量の減少を抑制することが可能となり、発電不良を改善することができる。また、ガス流量の差異を抑制することができるので、電極面内において発電の不均一状態が発生することを改善することができる。これらの結果、発電性能の低下を改善することができる。
【００１６】
図２は、流路壁接触面圧減少構造の変形例を示す概略断面図である。図２に示すように、変形例の流路壁接触面圧減少構造ＰＲａは、流路壁ＦＷの高さを他の部分の高さ（点線で示す）よりも低くした構造である。このようにしても、同様に、ガス流量が少なくなる部位において流路壁ＦＷの凸面がガス拡散層２０に与える圧力を減少させることにより、ガス流量の減少を抑制することが可能となり、発電不良を改善することができる。また、ガス流量の差異を抑制することができるので、電極面内において発電の不均一状態が発生することを改善することができる。これらの結果、発電性能の低下を改善することができる。
【００１７】
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）
１０ａ…燃料電池用セパレータ（セパレータ）
２０…ガス拡散層
Ｆ１…ガス供給用溝流路
Ｆ２…ガス排出用溝流路
ＮＣ…非接触部分
ＰＲ…流路壁接触面圧減少構造
ＦＷ…流路壁
ＰＲａ…流路壁接触面圧減少構造
【図１】
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【図２】
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