(57)【要約】【課題】セパレータ同士の接合強度を確保しつつ冷媒の圧損を抑制した燃料電池スタックを提供することを課題とする。【解決手段】第１及び第３流体溝部は、膜電極接合体と前記第１及び第２セパレータとの積層方向で互いに対向し、第２及び第４流体溝部は、前記積層方向で互いに対向し、第１及び第２冷媒溝部は、前記積層方向で互いに対向して共通の冷媒流路を画定し、前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第３流体溝部に接合され、前記第１流体溝部の前記幅広部の溝幅は、当該第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の部位での溝幅以上であり、前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の前記幅狭部に隣接している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、互いに接合された第１及び第２セパレータとが、交互に積層された燃料電池スタックであって、
前記第１セパレータは、当該第１セパレータに対向した前記第２セパレータ側で冷媒が流れる第１冷媒溝部と、当該第１セパレータに対向した前記第２セパレータとは反対側で第１反応流体が流れると共に前記第１冷媒溝部を介して互いに隣接し前記第１冷媒溝部に沿って延びた第１及び第２流体溝部と、を有し、
前記第２セパレータは、当該第２セパレータに対向した前記第１セパレータ側で冷媒が流れる第２冷媒溝部と、当該第２セパレータに対向した前記第１セパレータとは反対側で第２反応流体が流れると共に前記第２冷媒溝部を介して互いに隣接し前記第２冷媒溝部に沿って延びた第３及び第４流体溝部と、を有し、
前記第１及び第３流体溝部は、前記膜電極接合体と前記第１及び第２セパレータとの積層方向で互いに対向し、
前記第２及び第４流体溝部は、前記積層方向で互いに対向し、
前記第１及び第２冷媒溝部は、前記積層方向で互いに対向して共通の冷媒流路を画定し、
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、
前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、
前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第３流体溝部に接合され、
前記第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の部位の溝幅は、前記第１流体溝部の前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、
前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の前記幅狭部に隣接している、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記第１流体溝部の前記幅広部の溝幅は、当該第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の部位の溝幅以上である、請求項１の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第２流体溝部の前記幅狭部の深さは、当該第２流体溝部の前記幅狭部以外の部位の深さよりも浅い、請求項１又は２の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、
前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、
前記第２流体溝部の前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の前記幅狭部に隣接している、請求項１乃至３の何れかの燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第１流体溝部の前記幅狭部の深さは、当該第１流体溝部の前記幅狭部以外の部位の深さよりも浅い、請求項４の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記第３流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、
前記第４流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、
前記第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の前記部位は、前記第３流体溝部の前記幅広部であり、
前記第３流体溝部の前記幅広部は、前記第２冷媒溝部を介して前記第４流体溝部の前記幅狭部に隣接している、請求項１乃至５の何れかの燃料電池スタック。
【請求項７】
前記第１流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、
前記第２流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、
前記第１流体溝部の複数の前記幅広部の全ては、前記第３流体溝部に接合され、
前記第１流体溝部の各前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の各部位の溝幅は、前記第１流体溝部の各前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、
前記第１流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅狭部に隣接している、請求項１乃至６の何れかの燃料電池スタック。
【請求項８】
前記第１流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、
前記第２流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、
前記第２流体溝部の複数の前記幅広部の全ては、前記第４流体溝部に接合され、
前記第２流体溝部の各前記幅広部が接合された前記第４流体溝部の各部位の溝幅は、前記第２流体溝部の各前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、
前記第２流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の各前記幅狭部に隣接している、請求項４又は５の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記第１反応流体は、アノードガスであり、
前記第２反応流体は、カソードガスであり、
前記第３及び第４流体溝部は、当該第３及び第４流体溝部が延びた方向での前記第３及び第４流体溝部の長さを２等分する中間地点よりも前記カソードガスの上流側である上流域、及び前記中間地点よりも前記カソードガスの下流側である下流域、を含み、
前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記上流域に接合されている、請求項１乃至６の何れかの燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記第１反応流体は、アノードガスであり、
前記第２反応流体は、カソードガスであり、
前記第３及び第４流体溝部は、当該第３及び第４流体溝部が延びた方向での前記第３及び第４流体溝部の長さを２等分する中間地点よりも前記カソードガスの上流側である上流域、及び前記中間地点よりも前記カソードガスの下流側である下流域、を含み、
前記第１流体溝部の前記幅広部と前記第２流体溝部の前記幅広部とは、前記上流域に接合されている、請求項４又は５の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が広い複数の他の幅広部を有し、
前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅狭部を有し、
前記第１流体溝部の複数の前記他の幅広部は、それぞれ、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の複数の前記他の幅狭部に隣接しており、
前記第１流体溝部の複数の前記他の幅広部の少なくとも何れかは、前記第３流体溝部に接合され、
前記第３流体溝部に接合されている前記第１流体溝部の前記幅広部及び前記他の幅広部の合計数は、前記上流域の方が前記下流域よりも多い、請求項９の燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅狭部を有し、
前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が広い複数の他の幅広部を有し、
前記第２流体溝部の複数の前記他の幅広部は、それぞれ、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の複数の前記他の幅狭部に隣接しており、
前記第２流体溝部の複数の前記他の幅広部の少なくとも何れかは、前記第４流体溝部に接合され、
前記第３流体溝部に接合されている前記第１流体溝部の前記幅広部と、前記第４流体溝部に接合されている前記第２流体溝部の前記幅広部及び前記他の幅広部との合計数は、前記上流域の方が前記下流域より多い、請求項１０の燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記第１流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、
前記第２流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、
前記第１流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、
前記第２流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、
前記第１流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅狭部に隣接し、
前記第１流体溝部の各前記幅狭部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅広部に隣接し、
前記第１流体溝部の複数の前記幅広部及び複数の前記幅狭部は、当該第１流体溝部が延びた方向で交互に設けられており、
前記第２流体溝部の複数の前記幅広部及び複数の前記幅狭部は、当該第２流体溝部が延びた方向で交互に設けられている、請求項４又は５の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電極接合体と、互いに接合された２つのセパレータとが交互に積層された燃料電池スタックが知られている。各セパレータの膜電極接合体側の面には、反応ガスが流れるガス溝部が形成され、反対側の面には冷媒が流れる冷媒溝部が形成されている。例えば特許文献１では、２つのセパレータの一方に形成されたガス溝部の溝幅が部分的に広い部位と、他方のセパレータのガス溝部の溝幅が部分的に広い部位とで接合されている。これにより、セパレータ同士の接合強度が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ガス溝部の溝幅が部分的に広い部位に隣接した冷媒溝部の部位において、ガス溝部の拡大した溝幅の分だけ、部分的に狭くなっている。このため、この部位で冷媒の圧損が増大して燃料電池スタックの冷却性能が低下する可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、セパレータ同士の接合強度を確保しつつ冷媒の圧損を抑制した燃料電池スタック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】
【０００６】
上記目的は、膜電極接合体と、互いに接合された第１及び第２セパレータとが、交互に積層された燃料電池スタックであって、前記第１セパレータは、当該第１セパレータに対向した前記第２セパレータ側で冷媒が流れる第１冷媒溝部と、当該第１セパレータに対向した前記第２セパレータとは反対側で第１反応流体が流れると共に前記第１冷媒溝部を介して互いに隣接し前記第１冷媒溝部に沿って延びた第１及び第２流体溝部と、を有し、前記第２セパレータは、当該第２セパレータに対向した前記第１セパレータ側で冷媒が流れる第２冷媒溝部と、当該第２セパレータに対向した前記第１セパレータとは反対側で第２反応流体が流れると共に前記第２冷媒溝部を介して互いに隣接し前記第２冷媒溝部に沿って延びた第３及び第４流体溝部と、を有し、前記第１及び第３流体溝部は、前記膜電極接合体と前記第１及び第２セパレータとの積層方向で互いに対向し、前記第２及び第４流体溝部は、前記積層方向で互いに対向し、前記第１及び第２冷媒溝部は、前記積層方向で互いに対向して共通の冷媒流路を画定し、前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第３流体溝部に接合され、前記第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の部位の溝幅は、前記第１流体溝部の前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の前記幅狭部に隣接している、燃料電池スタックによって達成できる。
【０００７】
第１流体溝部の幅広部が接合された第３流体溝部の部位の溝幅は、第１流体溝部の幅広部以外の部位の溝幅よりも広い。このため、第１流体溝部において部分的に溝幅が広い幅広部において、第３流体溝部と接合される部分の面積を確保でき、第１及び第２セパレータの接合強度を確保できる。また、第１流体溝部の幅広部は、第１冷媒溝部を介して第２流体溝部の幅狭部に隣接しているため、第１冷媒溝部の溝幅を確保することができ、冷媒の圧損が抑制されている。
【０００８】
前記第１流体溝部の前記幅広部の溝幅は、当該第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の部位の溝幅以上であってもよい。
【０００９】
前記第２流体溝部の前記幅狭部の深さは、当該第２流体溝部の前記幅狭部以外の部位の深さよりも浅くてもよい。
【００１０】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、前記第２流体溝部の前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の前記幅狭部に隣接していてもよい。
【００１１】
前記第１流体溝部の前記幅狭部の深さは、当該第１流体溝部の前記幅狭部以外の部位の深さよりも浅くてもよい。
【００１２】
前記第３流体溝部は、部分的に溝幅が広い幅広部を有し、前記第４流体溝部は、部分的に溝幅が狭い幅狭部を有し、前記第１流体溝部の前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の前記部位は、前記第３流体溝部の前記幅広部であり、前記第３流体溝部の前記幅広部は、前記第２冷媒溝部を介して前記第４流体溝部の前記幅狭部に隣接していてもよい。
【００１３】
前記第１流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、前記第２流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、前記第１流体溝部の複数の前記幅広部の全ては、前記第３流体溝部に接合され、前記第１流体溝部の各前記幅広部が接合された前記第３流体溝部の各部位の溝幅は、前記第１流体溝部の各前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、前記第１流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅狭部に隣接していてもよい。
【００１４】
前記第１流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、前記第２流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、前記第２流体溝部の複数の前記幅広部の全ては、前記第４流体溝部に接合され、前記第２流体溝部の各前記幅広部が接合された前記第４流体溝部の各部位の溝幅は、前記第２流体溝部の各前記幅広部以外の部位の溝幅よりも広く、前記第２流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の各前記幅狭部に隣接していてもよい。
【００１５】
前記第１反応流体は、アノードガスであり、前記第２反応流体は、カソードガスであり、前記第３及び第４流体溝部は、当該第３及び第４流体溝部が延びた方向での前記第３及び第４流体溝部の長さを２等分する中間地点よりも前記カソードガスの上流側である上流域、及び前記中間地点よりも前記カソードガスの下流側である下流域、を含み、前記第１流体溝部の前記幅広部は、前記上流域に接合されていてもよい。
【００１６】
前記第１反応流体は、アノードガスであり、前記第２反応流体は、カソードガスであり、前記第３及び第４流体溝部は、当該第３及び第４流体溝部が延びた方向での前記第３及び第４流体溝部の長さを２等分する中間地点よりも前記カソードガスの上流側である上流域、及び前記中間地点よりも前記カソードガスの下流側である下流域、を含み、前記第１流体溝部の前記幅広部と前記第２流体溝部の前記幅広部とは、前記上流域に接合されていてもよい。
【００１７】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が広い複数の他の幅広部を有し、前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅狭部を有し、前記第１流体溝部の複数の前記他の幅広部は、それぞれ、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の複数の前記他の幅狭部に隣接しており、前記第１流体溝部の複数の前記他の幅広部の少なくとも何れかは、前記第３流体溝部に接合され、前記第３流体溝部に接合されている前記第１流体溝部の前記幅広部及び前記他の幅広部の合計数は、前記上流域の方が前記下流域よりも多くてもよい。
【００１８】
前記第１流体溝部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅狭部を有し、前記第２流体溝部は、部分的に溝幅が広い複数の他の幅広部を有し、前記第２流体溝部の複数の前記他の幅広部は、それぞれ、前記第１冷媒溝部を介して前記第１流体溝部の複数の前記他の幅狭部に隣接しており、前記第２流体溝部の複数の前記他の幅広部の少なくとも何れかは、前記第４流体溝部に接合され、前記第３流体溝部に接合されている前記第１流体溝部の前記幅広部と、前記第４流体溝部に接合されている前記第２流体溝部の前記幅広部及び前記他の幅広部との合計数は、前記上流域の方が前記下流域より多くてもよい。
【００１９】
前記第１流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、前記第２流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、前記第１流体溝部の前記幅狭部は、複数設けられており、前記第２流体溝部の前記幅広部は、複数設けられており、前記第１流体溝部の各前記幅広部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅狭部に隣接し、前記第１流体溝部の各前記幅狭部は、前記第１冷媒溝部を介して前記第２流体溝部の各前記幅広部に隣接し、前記第１流体溝部の複数の前記幅広部及び複数の前記幅狭部は、当該第１流体溝部が延びた方向で交互に設けられており、前記第２流体溝部の複数の前記幅広部及び複数の前記幅狭部は、当該第２流体溝部が延びた方向で交互に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
セパレータ同士の接合強度を確保しつつ冷媒の圧損を抑制した燃料電池スタックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、燃料電池スタックの単セルの分解斜視図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、セパレータの説明図である。
【図３】図３Ａは、図２Ａの線分Ａ−Ａに対応する箇所での単セルの部分断面図であり、図３Ｂは、図２Ａの線分Ｂ−Ｂに対応する箇所での単セルの部分断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、第１変形例でのセパレータの説明図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、第２変形例でのセパレータの説明図であり、図５Ｃは、カソードガスが流れる方向での位置に応じた燃料電池の電流密度の分布を示したグラフである。
【図６】図６は、第３変形例での単セルの説明図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、第４変形例の単セルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、燃料電池スタック（以下、スタックと称する）１の単セル６０の分解斜視図である。スタック１は、単セル６０が複数積層されることで構成される。図１では、一つの単セル６０のみを示し、その他の単セルについては省略してある。単セル６０は、図１に示したＺ方向で他の単セルと共に積層される。単セル６０は略矩形状であり、単セル６０の長手方向及び短手方向がそれぞれ図１に示してＹ方向及びＸ方向に相当する。
【００２３】
スタック１は、反応流体としてアノードガス（例えば水素）とカソードガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル６０は、膜電極ガス拡散層接合体２０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、アノードセパレータ３３ａ及びカソードセパレータ３３ｃ（以下、セパレータと称する）とを含む。セパレータ３３ａ及び３３ｃは、詳しくは後述するが互いに接合されている。スタック１では、枠部材４０に保持されたＭＥＧＡ２０と、互いに接合されたセパレータ３３ａ及び３３ｃとが交互に積層されている。セパレータ３３ａ及び３３ｃは、それぞれ、互いに接合された第１及び第２セパレータの一例である。アノードガス及びカソードガスは、それぞれ第１及び第２反応流体の一例である。
【００２４】
ＭＥＧＡ２０は、アノードガス拡散層２２ａ及びカソードガス拡散層２２ｃ（以下、拡散層と称する）を有している。枠部材４０は、樹脂製であって絶縁性を有し、略枠状に形成されている。枠部材４０の内周縁側にＭＥＧＡ２０が接合されている。枠部材４０の２つの短辺の一方側には孔ｓ１〜ｓ３が形成され、他方側には孔ｓ４〜ｓ６が形成されている。同様に、セパレータ３３ａの２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。セパレータ３３ｃの２つの短辺の一方側には孔ｃ１〜ｃ３が形成され、他方側には孔ｃ４〜ｃ６が形成されている。孔ｓ１、ａ１、及びｃ１は連通してカソード入口マニホールドを画定する。同様に、孔ｓ２、ａ２、及びｃ２は、冷媒入口マニホールドを、孔ｓ３、ａ３、及びｃ３はアノード出口マニホールドを、孔ｓ４、ａ４、及びｃ４はアノード入口マニホールドを、孔ｓ５、ａ５、及びｃ５は冷媒出口マニホールドを、孔ｓ６、ａ６、及びｃ６はカソード出口マニホールドを画定する。冷媒としては、液体の冷却水が用いられている。
【００２５】
ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ３３ａの面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通してアノードガスが流れるアノード溝部３４ａが複数形成されている。セパレータ３３ａのアノード溝部３４ａとは反対側の面、及びセパレータ３３ａに対向するセパレータ３３ｃの面には、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒溝部３５ａ及び３５ｃがそれぞれ複数形成されている。セパレータ３３ｃの冷媒溝部３５ｃとは反対側の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通してカソードガスが流れるカソード溝部３４ｃが複数形成されている。アノード溝部３４ａ及び冷媒溝部３５ａは、セパレータ３３ａの長手方向（Ｙ方向）に延びている。カソード溝部３４ｃ及び冷媒溝部３５ｃも同様に、セパレータ３３ｃの長手方向（Ｙ方向）に延びている。尚、セパレータ３３ａ及び３３ｃは、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材である。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、セパレータ３３ａ及び３３ｃの説明図である。具体的には、図２Ａは、単セル６０のセパレータ３３ａをＭＥＧＡ２０側から−Ｚ方向に見た図を示しており、図２Ｂは、単セル６０のセパレータ３３ｃをセパレータ３３ａ側から−Ｚ方向に見た図を示している。図３Ａは、図２Ａの線分Ａ−Ａに対応する箇所での単セル６０の部分断面図である。図３Ｂは、図２Ａの線分Ｂ−Ｂに対応する箇所での単セル６０の部分断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、単セル６０の長手方向に直交する断面の一部を示している。尚、図３Ａ及び図３Ｂでは、１つの単セル６０に加えて、単セル６０の上方側に積層される他の単セルのセパレータ３３ｃについても示している。セパレータ３３ａの形状について説明する前に、図３Ａを参照してＭＥＧＡ２０の構成について説明する。
【００２７】
ＭＥＧＡ２０は、上述した拡散層２２ｃ及び２２ａと、膜電極接合体（以下、ＭＥＡと称する）１０とを含む。ＭＥＡ１０は、略矩形状の電解質膜１１と、図３Ａ及び図３Ｂにおいて電解質膜１１の上側の面及び下側の面にそれぞれ形成されたカソード側触媒層１２ｃ及びアノード側触媒層１２ａ（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜１１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。触媒層１２ｃ及び１２ａは、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを含むインクを、電解質膜１１に塗布した後に乾燥することにより形成される。拡散層２２ｃ及び２２ａはそれぞれ、触媒層１２ｃ及び１２ａに接合されている。拡散層２２ｃ及び２２ａは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。
【００２８】
セパレータ３３ａ及び３３ｃの何れも、Ｙ方向から見てその断面形状は複数の凹凸がＸ方向に並んだ波形状である。最初にセパレータ３３ａの概略について説明する。アノード溝部３４ａ及び冷媒溝部３５ａは、セパレータ３３ａに表裏一体に形成され、Ｘ方向で交互に並ぶように形成されている。従って、２つのアノード溝部３４ａは、冷媒溝部３５ａを介して隣接している。アノード溝部３４ａは、Ｙ方向から見て、アノード溝部３４ａに対向した拡散層２２ａから離れるように−Ｚ方向に突出している。冷媒溝部３５ａは、Ｙ方向から見て、冷媒溝部３５ａに対向した拡散層２２ａに接触するようにアノード溝部３４ａとは反対方向に突出している。アノード溝部３４ａは、Ｘ方向に略垂直な両側面と、両側面の間にあり拡散層２２ａから離れＺ方向に略垂直な底面とにより画定される。冷媒溝部３５ａは、Ｘ方向に略垂直な両側面と、拡散層２２ａに接触しＺ方向に略垂直な上面とにより画定される。隣接するアノード溝部３４ａ及び冷媒溝部３５ａにおいて、アノード溝部３４ａの一方の側面と冷媒溝部３５ａの一方の側面とは共通した壁部により画定されている。
【００２９】
次に、セパレータ３３ｃの概略について説明する。カソード溝部３４ｃ及び冷媒溝部３５ｃも同様に、Ｙ方向から見てその断面形状は複数の凹凸がＸ方向に並んだ波形状である。カソード溝部３４ｃ及び冷媒溝部３５ｃは、セパレータ３３ｃに表裏一体に形成され、Ｘ方向で交互に並ぶように形成されている。従って、２つのカソード溝部３４ｃは、冷媒溝部３５ｃを介して隣接している。カソード溝部３４ｃは、Ｙ方向から見て＋Ｚ方向に突出している。冷媒溝部３５ｃは、Ｙ方向から見て−Ｚ方向に突出している。図３ＡでＭＥＧＡ２０に対向したセパレータ３３ｃでは、カソード溝部３４ｃは拡散層２２ｃから離れており、冷媒溝部３５ｃは拡散層２２ｃに接触している。また、図３Ａでセパレータ３３ａに対向したセパレータ３３ｃでは、カソード溝部３４ｃはセパレータ３３ａのアノード溝部３４ａに接触するように突出しており、冷媒溝部３５ｃはセパレータ３３ａから離れるように突出している。また、冷媒溝部３５ｃは、セパレータ３３ａの冷媒溝部３５ａと対向して、共通の冷媒流路を画定する。カソード溝部３４ｃは、Ｘ方向に略垂直な両側面と、両側面の間にありセパレータ３３ｃに対向した拡散層２２ｃから離れＺ方向に略垂直な上面とにより画定される。冷媒溝部３５ｃは、Ｘ方向に略垂直な両側面と、セパレータ３３ｃに対向した拡散層２２ｃに接触しＺ方向に略垂直な底面とにより画定される。隣接するカソード溝部３４ｃ及び冷媒溝部３５ｃにおいて、カソード溝部３４ｃの一方の側面と冷媒溝部３５ｃの一方の側面とは共通した壁部により画定されている。
【００３０】
冷媒溝部３５ａは、セパレータ３３ａに対向したセパレータ３３ｃ側で冷媒が流れる第１冷媒溝部の一例である。Ｘ方向に並んだ２つのアノード溝部３４ａは、セパレータ３３ａに対向したセパレータ３３ｃとは反対側でアノードガスが流れると共に冷媒溝部３５ａを介して互いに隣接し冷媒溝部３５ａに沿って延びた第１及び第２流体溝部の一例である。冷媒溝部３５ｃは、セパレータ３３ｃに対向したセパレータ３３ａ側で冷媒が流れる第２冷媒溝部の一例である。Ｘ方向に並んだ２つのカソード溝部３４ｃは、セパレータ３３ｃに対向したセパレータ３３ａとは反対側でカソードガスが流れると共に冷媒溝部３５ｃを介して互いに隣接し冷媒溝部３５ｃに沿って延びた第３及び第４流体溝部の一例である。
【００３１】
次に、図２Ａを参照してセパレータ３３ａの詳細について説明する。セパレータ３３ａでは、複数のアノード溝部３４ａがＸ方向に隣接してＹ方向に延びている。各アノード溝部３４ａには、複数の定幅部３４ａ１、複数の幅広部３４ａ２、及び複数の幅狭部３４ａ３が設けられている。尚、これらの各部は、連続的に繰り返し形成されているため、図２Ａでは、一部の符号を省略してある。具体的には、アノード溝部３４ａが延びた方向に、定幅部３４ａ１、幅広部３４ａ２、定幅部３４ａ１、幅狭部３４ａ３、定幅部３４ａ１…の順に連続している。換言すれば、幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３は、アノード溝部３４ａが延びた方向に所定の間隔を空けて、交互に設けられている。幅広部３４ａ２は、定幅部３４ａ１よりも溝幅が広くなっている。幅狭部３４ａ３は、定幅部３４ａ１よりも溝幅が狭くなっている。隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅広部は、他方のアノード溝部における幅狭部にＸ方向で隣接している。同様に、隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅狭部３４ａ３は、他方のアノード溝部における幅広部にＸ方向で隣接している。隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における定幅部３４ａ１は、他方のアノード溝部における定幅部にＸ方向で隣接している。
【００３２】
図２Ａに示すように、定幅部３４ａ１の両側面は、互いに平行に直線状に延びている。幅広部３４ａ２の両側面は、アノード溝部３４ａの延びた方向で一旦互いに離れて再び接近するように形成され、幅広部３４ａ２の両側面のそれぞれは円弧状に形成されている。幅狭部３４ａ３の両側面は、アノード溝部３４ａの延びた方向で一旦互いに接近して再び離れるように形成され、幅狭部３４ａ３の両側面のそれぞれも円弧状に形成されている。図２Ａで実線の矢印で示すようにアノードガスは−Ｙ方向に流れ、点線の矢印で示すように冷却水は＋Ｙ方向に流れる。
【００３３】
次に、図２Ｂを参照してセパレータ３３ｃの詳細について説明する。セパレータ３３ｃもセパレータ３３ａと同様に、図２Ｂに示すように、複数のカソード溝部３４ｃがＸ方向に隣接してＹ方向に延びている。各カソード溝部３４ｃには、複数の定幅部３４ｃ１、複数の幅広部３４ｃ２、及び複数の幅狭部３４ｃ３が設けられている。図２Ｂで点線の矢印で示すようにカソードガスは＋Ｙ方向に流れ、実線の矢印で示すように冷却水も＋Ｙ方向に流れる。カソード溝部３４ｃは、アノード溝部３４ａを反転させた形状である。従って、セパレータ３３ａ及び３３ｃが積層された状態で、定幅部３４ｃ１、幅広部３４ｃ２、及び幅狭部３４ｃ３は、それぞれアノード溝部３４ａの定幅部３４ａ１、幅広部３４ａ２、及び幅狭部３４ａ３に対向する。尚、上述した幅広部３４ａ２及び３４ｃ２や幅狭部３４ａ３及び３４ｃ３の各形状は一例であって、これに限定されない。
【００３４】
互いに対向したセパレータ３３ａ及び３３ｃにおいて、図３Ａに示すように定幅部３４ａ１及び３４ｃ１同士が接触し、図３Ｂに示すように幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接触している。具体的には、定幅部３４ａ１の底面と定幅部３４ｃ１の上面とが接触し、幅広部３４ａ２の底面と幅広部３４ｃ２の上面とが接触している。また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接触した箇所は複数あり、そのうちのいくつかには接合部３７が形成されている。接合部３７は、幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士を接合している。セパレータ３３ａ及び３３ｃは、このように複数個所に形成された接合部３７により接合されている。このように幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接合されることにより、接合部３７の面積を確保でき、セパレータ３３ａ及び３３ｃ同士の接合強度を確保できる。尚、接合方法は、例えば、熱可塑接着、熱硬化接着、超音波溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接、ロウ付け、抵抗溶接、冷間圧接、振動溶着等の何れであってもよい。但し、セパレータ３３ａ及び３３ｃ同士の接触抵抗を低減する観点から、超音波溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接、ロウ付け、抵抗溶接、冷間圧接、振動溶着等のように、導電体であるセパレータ３３ａ及び３３ｃ同士が直接接合されることが好ましい。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂに示したように、複数ある幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士の接触した個所のいくつかで、接合部３７により接合されている。このため、接合工程を簡略化しつつ、セパレータ３３ａ及び３３ｃの接合強度が確保されている。また、Ｙ方向での一端に位置した幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接触した箇所と、Ｙ方向での他端に位置した幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接触した箇所とが、接合部３７により接合されていてもよい。この場合、少ない接合個所でセパレータ３３ａ及び３３ｃの接合強度を効果的に確保することができる。
【００３６】
また、上述したように、隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅広部３４ａ２は、他方のアノード溝部における幅狭部にＸ方向で隣接している。ここで、隣接した幅広部３４ａ２及び幅狭部のうち、互いに隣接した幅広部３４ａ２の側面と幅狭部の側面とに関して、この幅広部３４ａ２の側面は、冷媒溝部３５ａの溝幅を狭くするように湾曲しているが、この幅広部３４ａ２の側面に対向する幅狭部の側面は、冷媒溝部３５ａの溝幅を広くするように湾曲している。このため、互いに隣接した幅広部３４ａ２の側面と幅狭部の側面とにより画定される冷媒溝部３５ａの溝幅が確保されており、冷却水の圧損が抑制される。セパレータ３３ｃの冷媒溝部３５ｃに関しても同様である。
【００３７】
図２Ａ及び図３Ｂで示したように、隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅広部３４ａ２は、他方のアノード溝部における幅狭部に隣接している。ここで、アノード溝部３４ａの流れ方向に垂直な断面積は、幅広部３４ａ２で最大であり、幅狭部で最小である。このため、アノード溝部３４ａを流れるアノードガスの圧力損失は、幅狭部で増大する。このため、幅狭部３４ａ３で流れにくくなったアノードガスの一部が、拡散層２２ａを通過して隣接するアノード溝部における幅広部３４ａ２に流入する。これによりアノードガスが触媒層１２ａの近傍を流れやすくなり、発電性能が向上する。尚、セパレータ３３ｃについても同様に、隣接した幅広部３４ｃ２及び幅狭部を有しているため、カソードガスが触媒層１２ｃの近傍を流れやすくなり、発電性能が向上する。
【００３８】
隣接した幅広部３４ａ２及び幅狭部は、図２Ａに示したように、アノードガスの流れる方向に亘って複数個所に形成されているため、アノードガスが触媒層１２ａの全面に亘って流れやすくなり、発電分布の不均一が抑制されている。また、隣接した２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅広部３４ａ２と他方のアノード溝部における幅狭部とが隣接した位置よりも下流側では、一方のアノード溝部における幅狭部３４ａ３と他方のアノード溝部における幅広部とが隣接している。このため、２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部における幅広部３４ａ２と他方のアノード溝部における幅狭部とが隣接した位置の上流側では、他方のアノード溝部から一方のアノード溝部へアノードガスが流れることが促進され、一方のアノード溝部における幅狭部３４ａ３と他方のアノード溝部における幅広部とが隣接した位置の上流側では一方のアノード溝部から他方のアノード溝部へアノードガスが流れることが促進される。上流側では２つのアノード溝部３４ａの他方のアノード溝部における幅狭部から一方のアノード溝部における幅広部３４ａ２へアノードガスが流れることが促進され、下流側では一方のアノード溝部における幅狭部３４ａ３から他方のアノード溝部における幅広部へアノードガスが流れることが促進される。これによっても、発電分布の不均一が抑制される。更に同一のアノード溝部３４ａにおいて幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３は交互に設けられているため、これによっても、発電分布の不均一が抑制される。尚、セパレータ３３ｃについても同様に、隣接した幅広部３４ｃ２及び幅狭部は、カソードガスの流れる方向に亘って複数個所に形成されており、隣接した２つのカソード溝部３４ｃの一方のカソード溝部における幅広部３４ｃ２と他方のカソード溝部における幅狭部とが隣接した位置よりも下流側では、一方のカソード溝部における幅狭部３４ｃ３と他方のカソード溝部における幅広部とが隣接している。また、同一のカソード溝部３４ｃにおいて幅広部３４ｃ２及び幅狭部３４ｃ３は交互に設けられている。このため、発電分布の不均一が抑制される。
【００３９】
また、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、幅狭部３４ａ３の深さは、それ以外の部位での深さ、具体的には定幅部３４ａ１及び幅広部３４ａ２の各深さよりも浅く形成されている。このため、プレス成型やカーボン成型などにおいて生産が容易となり、生産効率を維持することができる。例えば、セパレータ３３ａがプレス成型により生産される場合、幅狭部３４ａ３は、溝幅が狭くても深さが浅いため、プレスによる材料の引き延ばし量の増加を抑えることができ、その結果、プレス工程の増加が抑制されて生産が容易となる。また、セパレータ３３ａがカーボン成型により生産される場合には、幅狭部３４ａ３の溝幅が狭くてもその深さが浅いため、型の製作が容易となるとともに型の寿命を延ばすこともできる。これにより、セパレータ３３ａの生産効率を維持することが可能となる。セパレータ３３ｃに関しても同様である。
【００４０】
図３Ａに示すように、互いに対向した定幅部３４ａ１及び３４ｃ１は互いに接触しているため、隣接した２つの冷媒溝部３５ａは、定幅部３４ａ１を介して隔てられており、同様に、隣接した２つの冷媒溝部３５ｃは、定幅部３４ｃ１を介して隔てられている。しかしながら図３Ｂに示すように、互いに対向した幅狭部３４ａ３及び３４ｃ３同士は接触しておらず、隣接した２つの冷媒溝部３５ａと、隣接した２つの冷媒溝部３５ｃとは合流している。このため、例えば、冷媒溝部３５ａ及び冷媒溝部３５ｃにおいてこのような互いに対向する幅狭部３４ａ３及び３４ｃ３の周辺に異物が挟まった場合であっても、冷却水の流量を確保することができる。
【００４１】
尚、幅狭部３４ａ３の深さは、定幅部３４ａ１及び幅広部３４ａ２の各深さよりも浅いが、これに限定されない。例えば、幅狭部３４ａ３の深さは、定幅部３４ａ１及び幅広部３４ａ２の各深さと略同じであってもよい。幅狭部３４ｃ３についても同様である。従って、幅狭部３４ａ３の底面と幅狭部３４ｃ３の上面とが接触してもよい。これにより、セパレータ３３ａ及び３３ｃの接触個所が増え、電気的な接触抵抗を低減できる。
【００４２】
また、本実施例では定幅部３４ａ１及び３４ｃ１の溝幅は略同じであるが、これに限定されない。例えば、アノードガスとして水素ガスを用い、カソードガスとして酸素を含む空気を用いる場合には、発電反応に必要となるカソードガスの量はアノードガスの量よりも多い。このため、カソードガスの量に対応するように定幅部３４ｃ１の溝幅を定幅部３４ａ１の溝幅よりも広くして、より多いカソードガスの量を効果的にカソード側の触媒層１２ｃに供給することができる。
【００４３】
次に、複数の変形例について説明する。尚、変形例において上述した実施例と同一の構成については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、第１変形例でのセパレータ３３ａ及び３３ｃの説明図である。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図２Ａ及び図２Ｂに対応している。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、全ての幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接合部３７により接合される。これにより、セパレータ３３ａ及び３３ｃの接合強度をより確保できると共に、セパレータ３３ａ及び３３ｃ間の電気的な接触抵抗を低減でき、発電性能を確保できる。第１変形例は、接合工程の簡略化よりも、セパレータ３３ａ及び３３ｃの接合強度の確保とスタック１の発電性能の確保を優先させたい場合に適している。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、第２変形例でのセパレータ３３ａ及び３３ｃの説明図である。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ図２Ａ及び図２Ｂに対応している。図５Ｂに示すように、カソード溝部３４ｃは、カソード溝部３４ｃの長さを２等分した中間地点よりもカソードガスの上流側である上流域と、中間地点よりもカソードガスの下流側である下流域とを示している。上流域にある全ての幅広部３４ｃ２は接合部３７により幅広部３４ａ２に接合されており、下流域にある全ての幅広部３４ｃ２は幅広部３４ａ２には接合されていない。即ち、アノード溝部３４ａに接合されている幅広部３４ｃ２の合計数は、上流域の方が下流域よりも多い。このようにセパレータ３３ａ及び３３ｃの接合個所が削減されているためセパレータ３３ａ及び３３ｃ同士の接合工程が簡略化されており、製造コストが抑制されている。尚、隣接する２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部に設けられた複数の幅広部３４ａ２の何れかは、部分的に溝幅が広い複数の他の幅広部の一例でもあり、他方のアノード溝部に設けられた複数の幅狭部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅狭部の一例でもある。隣接する２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部に設けられた複数の幅狭部３４ａ３の何れかは、部分的に溝幅が広い複数の他の幅狭部の一例でもあり、他方のアノード溝部に設けられた複数の幅広部は、部分的に溝幅が狭い複数の他の幅広部の一例でもある。
【００４５】
図５Ｃは、カソードガスが流れる方向での位置に応じた燃料電池の電流密度の分布を示したグラフである。図５Ｃには、加湿器により加湿されたカソードガスが燃料電池に供給されている場合での燃料電池の電流密度を実線で示しており、加湿器による加湿が行われていないカソードガスが燃料電池に供給された場合での燃料電池の電流密度の分布を点線で示している。加湿されたカソードガスが 燃料電池に供給された場合には、上流域のほうがカソードガスの分圧が大きいため、上流域のほうがより多くのカソードガスがカソード側の触媒層１２ｃに供給されて、高い電流密度が得られ、下流域に向かってカソードガスの分圧が低下するため、電流密度は徐々に低下する。また、発電反応により生じた水分により、カソードガスの拡散性が阻害されることによっても、下流域に向かって電流密度は徐々に低下する。加湿されていないカソードガスが燃料電池に供給された場合、上流域の端部では電解質膜１１が乾燥して電流密度が低いが、発電反応により生じる水分により上流域内で電解質膜１１の乾燥が解消されて電流密度は上昇すると考えられる。中間地点の手前から下流域では、加湿されたカソードガスが燃料電池に供給された場合と同様に下流域に向かって電流密度が低下する。何れの場合でも、カソードガスの上流域での電流密度が下流域での電流密度よりも高い傾向がある。このため、第２変形例では、燃料電池での電流密度が比較的高いセパレータ３３ｃのカソードガスの上流域で、接合部３７によりセパレータ３３ａ及び３３ｃを接合することにより、電流密度が高い箇所でのセパレータ３３ａ及び３３ｃ間での電気的な接触抵抗が低減される。これにより、発電性能の低下を抑制できる。以上のように、第２変形例では、接合工程を簡略化して製造コストを抑制しつつ、発電性能も確保されている。
【００４６】
第２変形例では、下流域ではセパレータ３３ａ及び３３ｃは接合されていないが、下流域での幅広部３４ａ２及び３４ｃ２同士が接触した箇所で接合されていてもよい。即ち、カソードガスの上流域での接合個所の数が、下流域での接合個所の数よりも多ければよい。電流密度の高いカソードガスの上流域で接合個所が多いことにより、上流域でのセパレータ３３ａ及び３３ｃ間の電気的な接触抵抗を効果的に抑制できるからである。また、上流域には幅広部３４ａ２及び３４ｃ２が形成されており下流域には幅広部３４ａ２及び３４ｃ２が形成されていない２つのセパレータが、上流域にある幅広部３４ａ２及び３４ｃ２で接合されていてもよい。この場合も、電流密度の高いカソードガスの上流域で２つのセパレータが接合されることにより、２つのセパレータ間の電気的な接触抵抗を効果的に抑制できる。
【００４７】
上述した第１及び第２変形例では、幅広部３４ａ２及び３４ｃ２は溝幅が同じであり、定幅部３４ａ１及び３４ｃ１も溝幅が同じであり、幅狭部３４ａ３及び３４ｃ３も溝幅が同じであるがこれに限定されない。幅広部３４ａ２及び３４ｃ２の溝幅が異なっていてもよく、定幅部３４ａ１及び３４ｃ１の溝幅も異なっていてもよく、幅狭部３４ａ３及び３４ｃ３の溝幅も異なっていてもよい。例えば、アノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２が接合されたカソード溝部３４ｃの溝幅は、アノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２以外の部位の溝幅よりも広ければよい。アノード溝部３４ａでの部分的に溝幅が広い幅広部３４ａ２において、カソード溝部３４ｃと接合される部分の面積を確保できるからである。また、カソード溝部３４ｃの幅広部３４ｃ２が接合されたアノード溝部３４ａの溝幅は、カソード溝部３４ｃの幅広部３４ｃ２以外の部位の溝幅よりも広くてもよい。この場合、カソード溝部３４ｃでの部分的に溝幅が広い幅広部３４ｃ２において、アノード溝部３４ａと接合される部分の面積を確保できるからである。
【００４８】
図６は、第３変形例での単セルの説明図である。図６は、上述した実施例の図３Ｂに対応している。第３変形例では、上述したセパレータ３３ｃの代わりにセパレータ３３ｃ´が採用されている。セパレータ３３ｃ´のカソード溝部３４ｃ´には、セパレータ３３ｃとは異なり、幅広部３４ｃ２や幅狭部３４ｃ３が設けられておらずに、同一の溝幅で直線状に延びている。また、カソード溝部３４ｃ´の溝幅は、アノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２よりも狭く幅狭部３４ａ３よりも広い。即ち、互いに接合部３７により接合されるアノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２とカソード溝部３４ｃ´とでは、幅広部３４ａ２の方がカソード溝部３４ｃ´よりも溝幅が広い。即ち、幅広部３４ａ２の溝幅は、幅広部３４ａ２が接合されたカソード溝部３４ｃ´の部位での溝幅以上である。これにより、少なくともカソード溝部３４ｃ´の溝幅の分については接合面積を確保することができる。このような構成によっても、セパレータ３３ａ及び３３ｃ´の接合強度を確保しつつ冷却水の圧損を抑制でき、セパレータ３３ａ及び３３ｃ´間での電気的な接触抵抗も抑制できる。また、セパレータ３３ａについては上述したように幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３が隣接しているため、アノードガスの拡散性も確保できる。
【００４９】
第３変形例では、溝幅が一定のカソード溝部３４ｃ´を有したセパレータ３３ｃ´と幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３を有したセパレータ３３ａとが接合される場合を示したが、例えば溝幅が一定のアノード溝部を有したセパレータと上述した幅広部３４ｃ２及び幅狭部３４ｃ３を有したセパレータ３３ｃとを接合してもよい。この場合も、両セパレータの接合強度を確保しつつ冷却水の圧損を抑制できる。
【００５０】
図７Ａ及び図７Ｂは、第４変形例の単セルの説明図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに対応している。第４変形例では、上述したセパレータ３３ｃの代わりにセパレータ３３ｃ´´が採用されている。セパレータ３３ｃ´´のカソード溝部３４ｃ´´には、セパレータ３３ｃとは異なり、幅広部３４ｃ２や幅狭部３４ｃ３が設けられておらずに、同一の溝幅で直線状に延びている。また、カソード溝部３４ｃ´´の溝幅は、アノード溝部３４ａの定幅部３４ａ１、幅広部３４ａ２、及び幅狭部３４ａ３の何れよりも広い。換言すれば、アノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２が接合されたカソード溝部３４ｃの部位の溝幅は、アノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２以外の部位の溝幅よりも広い。このため、アノード溝部３４ａにおいて溝幅が拡大している幅広部３４ａ２において、カソード溝部３４ｃ´´と接合される部分の面積を確保できる。このように、カソード溝部３４ｃ´´の溝幅が十分に広ければ、必ずしもアノード溝部３４ａの幅広部３４ａ２の溝幅はカソード溝部３４ｃｃ´よりも広い必要はない。
【００５１】
第４変形例では、溝幅が一定のカソード溝部３４ｃ´´を有したセパレータ３３ｃ´´と、幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３を有したセパレータ３３ａとが接合される場合を示したが、例えば溝幅が一定のアノード溝部を有したセパレータと上述した幅広部３４ｃ２及び幅狭部３４ｃ３を有したセパレータ３３ｃとを接合してもよい。この場合も、カソード溝部３４ｃの幅広部３４ｃ２が接合されたアノード溝部の部位の溝幅は、カソード溝部３４ｃの幅広部３４ｃ２以外の部位の溝幅よりも広ければよい。カソード溝部３４ｃにおいて溝幅が拡大している幅広部３４ｃ２において、アノード溝部と接合される部分の面積を確保できるからである。
【００５２】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【００５３】
図２Ａ等に示したように、セパレータ３３ａの単一のアノード溝部３４ａに幅広部３４ａ２及び幅狭部３４ａ３が設けられているがこれに限定されない。例えば、隣接する２つのアノード溝部３４ａの一方のアノード溝部において幅広部３４ａ２は設けられているが幅狭部３４ａ３は設けられておらず、他方のアノード溝部において幅狭部３４ａ３は設けられているが幅広部３４ａ２は設けられていなくてもよい。セパレータ３３ｃのカソード溝部３４ｃについても同様である。また、幅広部３４ａ２は一つのアノード溝部にのみ設けられており、幅狭部３４ａ３はそのアノード溝部に隣接したアノード溝部にのみ設けられていてもよい。セパレータ３３ｃのカソード溝部３４ｃについても同様である。
【００５４】
上述した実施例及び変形例でのセパレータは、いわゆる平行溝タイプであるが、サーペンタインタイプであってもよい。
【００５５】
上述した実施例及び変形例でのセパレータ３３ａ及び３３ｃは、レドックスフロー燃料電池に用いられるセパレータとして採用してもよい。この場合、カソード側には第２反応流体としてカソード溶液が供給されるが、この場合であってもセパレータ３３ａ及び３３ｃの接合強度を確保するとともに冷媒の圧損を抑制できる。
【００５６】
図３Ａ、図３Ｂ、図６、図７Ａ、及び図７Ｂに示したセパレータにおいて、各溝部を画定する両側面は、底面又は上面に対して直角に曲げられているが、これに限定されず、底面又は上面に対して斜めとなるように緩やかに曲げられていてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃料電池スタック
３３ａ  アノードセパレータ（第１セパレータ）
３３ｃ  カソードセパレータ（第２セパレータ）
３４ａ  アノード溝部（第１及び第２流体溝部）
３４ｃ  カソード溝部（第３及び第４流体溝部）
３４ａ２、３４ｃ２  幅広部
３４ａ３、３４ｃ３  幅狭部
３５ａ  冷媒溝部（第１冷媒溝部）
３５ｃ  冷媒溝部（第２冷媒溝部）
３７  接合部
６０  単セル
【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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