(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等に供給することができ、所望の発電性能を確保することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成するアノード側セパレータ１６は、燃料ガス流路４０の入口近傍に入口バッファ部４２ａを設ける。入口バッファ部４２ａは、複数本の線状入口ガイド凸部４４ａｔを備え、各線状入口ガイド凸部４４ａｔ間には、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス流路４０とを繋ぐ入口ガイド流路４４ａが形成される。線状入口ガイド凸部４４ａｔは、燃料ガス入口連通孔２０ａ側から離間するに従って、該線状入口ガイド凸部４４ａｔ同士のピッチＰ１が大きく設定される。【選択図】図４
2015133215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、反応ガスがセパレータ面方向に沿って流通される反応ガス流路と、前記反応ガスがセパレータ積層方向に流通される反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、前記反応ガス流路の入口側と前記反応ガス入口連通孔とを連通する入口バッファ部と、前記反応ガス流路の出口側と前記反応ガス出口連通孔とを連通する出口バッファ部とが設けられるとともに、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記入口バッファ部は、複数本の線状入口ガイド凸部を備え、各線状入口ガイド凸部間には、前記反応ガス入口連通孔と前記反応ガス流路とを繋ぐ入口ガイド流路が形成されるとともに、
前記線状入口ガイド凸部は、前記反応ガス入口連通孔側から離間するに従って、該線状入口ガイド凸部同士のピッチが大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記出口バッファ部は、複数本の線状出口ガイド凸部を備え、各線状出口ガイド凸部間には、前記反応ガス出口連通孔と前記反応ガス流路とを繋ぐ出口ガイド流路が形成されるとともに、
前記線状出口ガイド凸部同士のピッチは、同一に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス入口連通孔から最も離間する前記入口ガイド流路は、他の前記入口ガイド流路よりも流路幅が小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス入口連通孔に最も隣接する前記線状入口ガイド凸部と、該線状入口ガイド凸部に隣接する前記線状入口ガイド凸部との間は、閉塞部材により閉塞されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、反応ガスがセパレータ面方向に沿って流通される反応ガス流路と、前記反応ガスがセパレータ積層方向に流通される反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、前記反応ガス流路の入口側と前記反応ガス入口連通孔とを連通する入口バッファ部と、前記反応ガス流路の出口側と前記反応ガス出口連通孔とを連通する出口バッファ部とが設けられるとともに、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記入口バッファ部の重力方向上方に前記反応ガス入口連通孔が設けられ、
前記入口バッファ部は、複数本の線状入口ガイド凸部を備え、各線状入口ガイド凸部間には、前記反応ガス入口連通孔と前記反応ガス流路とを繋ぐ入口ガイド流路が形成される一方、
前記出口バッファ部は、複数本の線状出口ガイド凸部を備え、各線状出口ガイド凸部間には、前記反応ガス出口連通孔と前記反応ガス流路とを繋ぐ出口ガイド流路が形成されるとともに、
前記反応ガス入口連通孔に最も隣接する最上位の前記線状入口ガイド凸部と、該線状入口ガイド凸部に隣接する前記線状入口ガイド凸部との間にのみ、閉塞部材が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス入口連通孔から最も離間する最下位の前記入口ガイド流路は、他の前記入口ガイド流路よりも流路幅が小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。
【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一方の側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の側にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ間に挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成されている。燃料電池は、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔を備えている。そして、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路の入口側及び出口側には、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔（以下、反応ガス連通孔ともいう）がそれぞれ連通している。
【０００４】
この場合、反応ガス連通孔は、開口面積が比較的小さい。従って、反応ガス流路における反応ガスの流れを円滑に行うため、反応ガス連通孔の近傍には、前記反応ガスを分散させるバッファ部（入口バッファ部及び出口バッファ部）が必要になっている。
【０００５】
その際、バッファ部の寸法を可及的に小型化するとともに、軽量且つコンパクトな構成で、所望の発電性能を確保することを可能にするために、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。
【０００６】
この燃料電池では、セパレータは、反応ガス流路の入口側に位置する略三角形状の入口バッファ部と、前記反応ガス流路の出口側に位置し、略三角形状の出口バッファ部とを備えている。そして、入口バッファ部及び出口バッファ部の平均圧損は、反応ガス流路の平均圧損以下に設定されている。従って、反応ガス流路を流れる反応ガスの流量を均等化することができ、前記反応ガスを反応ガス連通孔から反応ガス流路全面に均一に供給することが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１２８８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この種の技術に関するものであり、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等に供給することができ、所望の発電性能を確保することが可能で耐久性に優れ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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有している。燃料電池スタックは、複数の燃料電池が積層されている。
【００１０】
燃料電池には、反応ガスがセパレータ面方向に沿って流通される反応ガス流路、及び前記反応ガスがセパレータ積層方向に流通される反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が設けられている。燃料電池には、反応ガス流路の入口側と反応ガス入口連通孔とを連通する入口バッファ部、及び前記反応ガス流路の出口側と反応ガス出口連通孔とを連通する出口バッファ部が設けられている。
【００１１】
そして、入口バッファ部は、複数本の線状入口ガイド凸部を備え、各線状入口ガイド凸部間には、反応ガス入口連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ入口ガイド流路が形成されている。線状入口ガイド凸部は、反応ガス入口連通孔側から離間するに従って、前記線状入口ガイド凸部同士のピッチが大きく設定されている。
【００１２】
また、この燃料電池スタックでは、出口バッファ部は、複数本の線状出口ガイド凸部を備えることが好ましい。その際、各線状出口ガイド凸部間には、反応ガス出口連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ出口ガイド流路が形成されるとともに、前記線状出口ガイド凸部同士のピッチは、同一に設定されることが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔から最も離間する入口ガイド流路は、他の入口ガイド流路よりも流路幅が小さく設定されることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔に最も隣接する線状入口ガイド凸部と、前記線状入口ガイド凸部に隣接する線状入口ガイド凸部との間は、閉塞部材により閉塞されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池スタックでは、入口バッファ部の重力方向上方に反応ガス入口連通孔が設けられている。入口バッファ部は、複数本の線状入口ガイド凸部を備え、各線状入口ガイド凸部間には、反応ガス入口連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ入口ガイド流路が形成されている。一方、出口バッファ部は、複数本の線状出口ガイド凸部を備え、各線状出口ガイド凸部間には、反応ガス出口連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ出口ガイド流路が形成されている。
【００１６】
そして、反応ガス入口連通孔に最も隣接する最上位の線状入口ガイド凸部と、該線状入口ガイド凸部に隣接する線状入口ガイド凸部との間にのみ、閉塞部材が設けられている。
【００１７】
さらに、この燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔から最も離間する最下位の入口ガイド流路は、他の入口ガイド流路よりも流路幅が小さく設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、線状入口ガイド凸部は、反応ガス入口連通孔側から離間するに従って、前記線状入口ガイド凸部同士のピッチが大きく設定されている。このため、反応ガス入口連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ入口ガイド流路は、前記反応ガス入口連通孔から離間するに従って、すなわち、反応ガスが流通し難くなるに従って、流路幅が大きくなっている。
【００１９】
これにより、反応ガスが流れ難い入口ガイド流路には、流れ易い入口ガイド流路と同等量の反応ガスを供給することができ、反応ガス流路の幅方向全体に亘って前記反応ガスの流量配分を最適化することが可能になる。このため、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等に供給することができ、所望の発電性能を確保し耐久性を向上させることが可能になる。
【００２０】
さらに、本発明では、反応ガス入口連通孔に最も隣接する最上位の線状入口ガイド凸部と、前記線状入口ガイド凸部に隣接する線状入口ガイド凸部との間にのみ、閉塞部材が設けられている。従って、反応ガス入口連通孔に最も隣接する線状入口ガイド凸部間に多量の反応ガスが流通することを抑制することができ、反応ガス流路全面に亘って反応ガスを均等に供給することが可能になる。これにより、所望の発電性能を良好に確保し耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面説明図である。
【図５】本願例と従来例とにおいて、燃料ガス流路に供給される燃料ガスの流量の比較説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１１が立位姿勢（電極面が鉛直方向に平行）にて矢印Ａ方向に積層される。燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される燃料電池スタックを構成する。
【００２３】
燃料電池１１は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６とを備える。
【００２４】
カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状金属セパレータにより構成される。金属セパレータは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
【００２５】
図１に示すように、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かう（水平方向の積層）ように構成される。
【００２６】
燃料電池１１の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部（一方の短辺側）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）１８ａ及び燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）２０ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔２０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２７】
燃料電池１１の長辺方向の他端縁部（他方の短辺側）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）２０ａと、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）１８ｂとが設けられる。
【００２８】
燃料電池１１の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ側に近接し、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体入口連通孔２２ａが設けられる。燃料電池１１の短辺方向の両端縁部他方には、燃料ガス入口連通孔２０ａ側に近接し、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２９】
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、フッ素系又は炭化水素系の固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するカソード電極２６及びアノード電極２８とを備える。
【００３０】
カソード電極２６及びアノード電極２８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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００３１】
図３に示すように、カソード側セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３０が形成される。酸化剤ガス流路３０は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、酸化剤ガスをセパレータ面に沿って長辺に沿って一方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）の流路溝３０ａを有する。
【００３２】
酸化剤ガス流路３０の入口近傍には、入口バッファ部３２ａが設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路３０の出口近傍には、出口バッファ部３２ｂが設けられる。入口バッファ部３２ａの重力方向上方に、酸化剤ガス入口連通孔１８ａが設けられる。入口バッファ部３２ａは、複数本の線状入口ガイド凸部３４ａｔを備え、各線状入口ガイド凸部３４ａｔ間には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス流路３０とを繋ぐ複数本の流路断面が略等しい入口ガイド流路３４ａが形成される。
【００３３】
各線状入口ガイド凸部３４ａｔは、水平方向から酸化剤ガス流路３０に向かって下方に傾斜し、それぞれ一定のピッチ（間隔）に設定される。入口バッファ部３２ａは、入口ガイド流路３４ａの入口側に位置してエンボス部３６ａを設ける。エンボス部３６ａと酸化剤ガス入口連通孔１８ａとの間には、複数本の入口連結流路３８ａが形成される。
【００３４】
出口バッファ部３２ｂは、複数本の線状出口ガイド凸部３４ｂｔを備え、各線状出口ガイド凸部３４ｂｔ間には、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路３０とを繋ぐ複数本の流路断面が略等しい出口ガイド流路３４ｂが形成される。
【００３５】
各線状出口ガイド凸部３４ｂｔは、水平方向から酸化剤ガス流路３０に向かって上方に傾斜し、それぞれ一定のピッチ（間隔）に設定される。出口バッファ部３２ｂは、出口ガイド流路３４ｂの出口側に位置してエンボス部３６ｂを設ける。エンボス部３６ｂと酸化剤ガス出口連通孔１８ｂとの間には、複数本の出口連結流路３８ｂが形成される。
【００３６】
図４に示すように、アノード側セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス出口連通孔２０ｂとを連通する燃料ガス流路４０が形成される。燃料ガス流路４０は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し、燃料ガスをセパレータ面に沿って長辺に沿って一方向に流通させる複数本の直線状（又は波状）の流路溝４０ａを有する。
【００３７】
燃料ガス流路４０の入口近傍には、入口バッファ部４２ａが設けられるとともに、前記燃料ガス流路４０の出口近傍には、出口バッファ部４２ｂが設けられる。入口バッファ部４２ａの重力方向上方に、燃料ガス入口連通孔２０ａが設けられる。入口バッファ部４２ａは、複数本の線状入口ガイド凸部４４ａｔを備え、各線状入口ガイド凸部４４ａｔ間には、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス流路４０とを繋ぐ入口ガイド流路４４ａが形成される。
【００３８】
各線状入口ガイド凸部４４ａｔは、各幅が略等しく、水平方向から燃料ガス流路４０に向かって下方に傾斜する。燃料ガス入口連通孔２０ａ側から離間するに従って、線状入口ガイド凸部４４ａｔ同士のピッチ（間隔）Ｐ１が大きく設定される。燃料ガス入口連通孔２０ａから最も離間する最下位の入口ガイド流路４４ａｅの流路幅ｈ１は、他の入口ガイド流路４４ａの流路幅ｈ２よりも小さく設定される。流路幅ｈ２は、燃料ガス入口連通孔２０ａ側から離間するに従って大きくなる。
【００３９】
燃料ガス入口連通孔２０ａに最も隣接する、すなわち、最上位の線状入口ガイド凸部４４ａｔｅと、最上位の前記線状入口ガイド凸部４４ａｔｅに隣接する線状入口ガイド凸部４４ａｔとの間は、閉塞部材４４ａｊにより閉塞される。閉塞部材４４ａｊは、実質的に、隣接する線状入口ガイド凸部４４ａｔｅと線状入口ガイド凸部４４ａｔとの間を、これらと同一の部材により一体化することにより構成される。
【００４０】
入口バッファ部４２ａは、入口ガイド流路４４ａの入口側に位置してエンボス部４６ａを設ける。エンボス部４６ａと燃料ガス入口連通孔２０ａとの間には、複数本の入口連結流路４８ａが形成される。
【００４１】
出口バッファ部４２ｂは、複数本の線状出口ガイド凸部４４ｂｔを備え、各線状出口ガイド凸部４４ｂｔ間には、燃料ガス出口連通孔２０ｂと燃料ガス流路４０とを繋ぐ出口ガイド流路４４ｂが形成される。出口バッファ部４２ｂは、入口バッファ部４２ａと非対称形状に構成される。
【００４２】
各線状出口ガイド凸部４４ｂｔは、各幅が略等しく、水平方向から燃料ガス流路４０に向かって上方に傾斜し、それぞれ同一のピッチ（間隔）Ｐ２に設定される。出口バッファ部４２ｂは、出口ガイド流路４４ｂの出口側に位置してエンボス部４６ｂを設ける。エンボス部４６ｂと燃料ガス出口連通孔２０ｂとの間には、複数本の出口連結流路４８ｂが形成される。
【００４３】
図１に示すように、アノード側セパレータ１６の面１６ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａ、２２ａと一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂ、２２ｂとに連通する冷却媒体流路５０の一部が形成される。冷却媒体流路５０は、酸化剤ガス流路３０の裏面形状と燃料ガス流路４０の裏面形状とが重なり合って形成される。冷却媒体入口連通孔２２ａの近傍には、複数本の入口連結流路５１ａが設けられるとともに、冷却媒体出口連通孔２２ｂの近傍には、複数本の出口連結流路５１ｂが設けられる。
【００４４】
カソード側セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このカソード側セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材５２が一体成形される。アノード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このアノード側セパレータ１６の外周端縁部を周回して第２シール部材５４が一体成形される。
【００４５】
第１シール部材５２及び第２シール部材５４としては、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が用いられる。
【００４６】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００４７】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａには、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２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４８】
このため、酸化剤ガスは、図１及び図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから入口連結流路３８ａ及び入口バッファ部３２ａを通ってカソード側セパレータ１４の酸化剤ガス流路３０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給される。
【００４９】
一方、燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス入口連通孔２０ａから入口連結流路４８ａ及び入口バッファ部４２ａを通ってアノード側セパレータ１６の燃料ガス流路４０に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給される（図１参照）。
【００５０】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極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て発電が行われる。
【００５１】
次いで、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図１及び図３に示すように、出口バッファ部３２ｂ及び出口連結流路３８ｂから酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、図４に示すように、出口バッファ部４２ｂ及び出口連結流路４８ｂから燃料ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５２】
また、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６間の冷却媒体流路５０に導入される。冷却媒体は、図１に示すように、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して電解質膜・電極構造体１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５３】
この場合、本実施形態では、図４に示すように、燃料ガス流路４０の入口近傍には、入口バッファ部４２ａが設けられている。入口バッファ部４２ａは、複数本の線状入口ガイド凸部４４ａｔを備え、線状入口ガイド凸部４４ａｔは、燃料ガス入口連通孔２０ａ側から離間するに従って、前記線状入口ガイド凸部４４ａｔ同士のピッチＰ１が、順次、大きく設定されている。このため、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス流路４０とを繋ぐ入口ガイド流路４４ａは、前記燃料ガス入口連通孔２０ａから離間するに従って、すなわち、燃料ガスが流通し難くなるに従って、流路幅が大きくなっている。
【００５４】
ここで、各線状入口ガイド凸部４４ａｔが、同一のピッチで離間する構造（従来例）と本願構造（本願例）とを用いて、燃料ガス流路４０に供給される燃料ガスの分配状態を比較した。従来例の構造では、燃料ガス入口連通孔２０ａから離間する入口ガイド流路４４ａの圧損が、前記燃料ガス入口連通孔２０ａに隣接する入口ガイド流路４４ａの圧損よりも大きくなり易い。
【００５５】
その結果、図５に示すように、燃料ガス入口連通孔２０ａから入口バッファ部４２ａの端部側（上端側）に多量の燃料ガスが流通してしまい、前記入口バッファ部４２ａの中央側から下方部位（下端側）を流通する燃料ガスが少量になっている。このため、発電部内に燃料ガスが不均一に供給され、耐久性及び発電安定性が低下するという問題がある。面内の含水量分布や含水量勾配分布が低下したり、面内の最低ストイキが低下したり、排水性が低下したりするからである。
【００５６】
これに対して、本願例では、入口ガイド流路４４ａは、燃料ガスが流通し難くなるに従って、流路幅が大きくなっている。従って、燃料ガスが流れ難い入口ガイド流路４４ａには、流れ易い入口ガイド流路４４ａと同等量の燃料ガスを供給することができ、燃料ガス流路４０の幅方向全体に亘って前記燃料ガスの流量配分を最適化することが可能になる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、燃料ガス流路４０全面に亘って反応ガスを均等に供給することができ、所望の発電性能を確保し耐久性を向上させることが可能になるという効果が得られる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、燃料ガス入口連通孔２０ａに最も隣接する最上位の線状入口ガイド凸部４４ａｔｅと、最上位の前記線状入口ガイド凸部４４ａｔｅに隣接する線状入口ガイド凸部４４ａｔとの間は、閉塞部材４４ａｊにより閉塞されている。このため、燃料ガス入口連通孔２０ａに最も隣接する線状入口ガイド凸部４４ａｔｅ、４４ａｔ間に多量の燃料ガスが流通することを抑制することができる。
【００５８】
さらにまた、燃料ガス入口連通孔２０ａから最も離間する最下位の入口ガイド流路４４ａｅの流路幅ｈ１は、他の入口ガイド流路４４ａの流路幅ｈ２よりも小さく設定されている。最下位の入口ガイド流路４４ａｅに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路４０の下方に沿って流通し易く、多量の燃料ガスが流れる場合がある。従って、入口ガイド流路４４ａｅの流路幅ｈ１を狭くすることにより、燃料ガス流路４０の下方を移動する燃料ガス流量を良好に削減することが可能になる。
【００５９】
これにより、燃料ガス流路４０全面に亘って燃料ガスを均等且つ効率的に供給することができ、所望の発電性能を良好に確保することが可能になるという効果が得られる。
【００６０】
なお、本実施形態では、単一の電解質膜・電極構造体１２、すなわち、単一のＭＥＡと、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６、すなわち、２枚のセパレータとにより構成される燃料電池１１を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、２つのＭＥＡと３枚のセパレータとで構成される（セパレータ間にＭＥＡを介装）ユニットセルを備え、前記ユニットセルが積層される燃料電池スタックに適用してもよい。また、アノード側セパレータ１６には、カソード側セパレータ１４と同様のバッファ部構造を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃料電池スタック              １１…燃料電池
１２…電解質膜・電極構造体          １４…カソード側セパレータ
１６…アノード側セパレータ          １８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
１８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ２０ａ…燃料ガス入口連通孔
２０ｂ…燃料ガス出口連通孔          ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔          ２４…固体高分子電解質膜
２６…カソード電極                  ２８…アノード電極
３０…酸化剤ガス流路
３２ａ、４２ａ…入口バッファ部
３２ｂ、４２ｂ…出口バッファ部
３４ａ、４４ａ、４４ａｅ…入口ガイド流路
３４ａｔ、４４ａｔ、４４ａｔｅ…線状入口ガイド凸部
３４ｂ、４４ｂ…出口ガイド流路
３４ｂｔ、４４ｂｔ…線状出口ガイド凸部
４０…燃料ガス流路                  ５０…冷却媒体流路
５２、５４…シール部材
【図１】
2015133215.tif 000003
【図２】
2015133215.tif 000004
【図３】
2015133215.tif 000005
【図４】
2015133215.tif 000006
【図５】
2015133215.tif 000007