(57)【要約】【課題】冷却媒体の流路と、酸化ガスの流路とが上述するように形成された場合でも、セパレータの内部を均一に冷却媒体を流すことが可能な燃料電池及びセパレータの提供を目的とする。【解決手段】セパレータの内部に、複数の第１内壁と、複数の第２内壁と、複数の第３内壁とが形成される。複数の第１内壁は、セパレータの第１方向の一端に形成される第１孔と他端に形成される第２孔の間で、第１方向に延びる。複数の第２内壁は、第１孔と複数の第１内壁との間に形成される。複数の第３内壁は、第２孔と複数の第１内壁との間に形成される。複数の第２内壁及び複数の第３内壁は、複数の溝と、複数の溝に向かい合う複数の凹部とを含む。各複数の溝は、孔と複数の第１内壁との間で、セパレータの内部で第１方向に沿って延びる。各複数の凹部は、セパレータの内側から外側に凹み、セパレータの内部で１の複数の溝と他の複数の溝との間で第２方向に沿って延びる。【選択図】図６
2015092448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面形状の膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の一方の面に設けられる面形状のセパレータとを備え、
前記セパレータは、
前記セパレータの内部に形成される複数の第１内壁であって、前記セパレータの第１方向の一端に形成される第１孔と、前記セパレータの前記第１方向の他端に形成される第２孔との間に、前記第１方向に延びて形成される複数の第１内壁と、
前記セパレータの内部に形成される複数の第２内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第１孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第１方向に直交する第２方向の一端に形成される第３孔とを接続する複数の第２内壁と、
前記セパレータの内部に形成される複数の第３内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第２孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第２方向の他端に形成される第４孔とを接続する複数の第３内壁と、
を有し、
前記第２内壁は、
前記セパレータの内部に形成される複数の第１溝であって、前記第１孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１溝と、
前記セパレータの内部で前記複数の第１溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１凹部と、
から構成され、
前記第３内壁は、
前記セパレータの内部に形成される複数の第２溝であって、前記第２孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２溝と、
前記セパレータの内部で前記複数の第２溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２凹部と、
から構成され、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータは、
前記セパレータの内部に形成され、前記第２内壁と前記第３孔との間に設けられる第４内壁と、
前記セパレータの内部に形成され、前記第３内壁と前記第４孔との間に設けられる第５内壁と、
をさらに有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記複数の第１凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で延び、
前記複数の第２凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で延びる、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
面形状のセパレータであって、
前記セパレータの内部に形成される複数の第１内壁であって、前記セパレータの第１方向の一端に形成される第１孔と、前記セパレータの前記第１方向の他端に形成される第２孔との間に、第１方向に延びて形成される複数の第１内壁と、
前記セパレータの内部に形成される複数の第２内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第１孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第１方向に直交する第２方向の一端に形成される第３孔とを接続する複数の第２内壁と、
前記セパレータの内部に形成される複数の第３内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第２孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第２方向の他端に形成される第４孔とを接続する複数の第３内壁と、
を有し、
前記第２内壁は、
前記セパレータの内部に形成される複数の第１溝であって、前記第１孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１溝と、
前記セパレータの内部で前記複数の第１溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１凹部と、
から構成され、
前記第３内壁は、
前記セパレータの内部に形成される複数の第２溝であって、前記第２孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２溝と、
前記セパレータの内部で前記複数の第２溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２凹部と、
から構成され、
ことを特徴とするセパレータ。
【請求項５】
前記セパレータの内部に形成され、前記第２内壁と前記第３孔との間に設けられる第４内壁と、
前記セパレータの内部に形成され、前記第３内壁と前記第４孔との間に設けられる第５内壁と、
をさらに有する、
請求項４に記載のセパレータ。
【請求項６】
前記複数の第１凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で延び、
前記複数の第２凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で延びる、
請求項４又は５に記載のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池及びセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の１つとして、水素イオン透過性の固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が知られている。固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、高分子膜を挟む一対の電極（アノード電極及びカソード電極）を備え、各電極の外側にはセパレータが配されている。燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを直列接続して構成される。
【０００３】
特許文献１には、酸化ガス流路と、燃料ガス流路と、冷却媒体流路とが、それぞれ同じ第一方向に沿って形成される技術が開示されている。具体的には、セパレータの一端の外縁に沿って、酸化ガス供給孔と、燃料ガス供給孔と、冷却媒体供給孔とが形成される。セパレータの他端の外縁に沿って、酸化ガス排出孔と、燃料ガス排出孔と、冷却媒体排出孔とが形成される。冷却媒体流路は、セパレータの内部で、冷却媒体供給孔から冷却媒体排出孔まで第１方向に沿って形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４７３３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、セパレータによっては、セパレータの長辺に沿った第１方向の一端に酸化ガス供給孔が形成され、セパレータの第１方向の他端に酸化ガス排出孔が形成される。さらに、セパレータの短辺に沿った第２方向の一端と他端にそれぞれ、燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔とが形成される。この場合、冷却媒体供給孔と、冷却媒体排出孔とは、セパレータの第２方向の一端と他端にそれぞれ形成される場合がある。特許文献１には、この場合について、セパレータ全体に均一に冷却媒体を流すことができる冷却媒体流路について開示は無い。従来の方法では、このような場合に、セパレータの内部全体に均一に冷却媒体を流すことができなかった。
【０００６】
本開示は、冷却媒体流路と、酸化ガス流路とが上述するように形成された場合であっても、セパレータの内部を均一に冷却媒体を流すことが可能な燃料電池及びセパレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、面形状の膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の面に設けられる面形状のセパレータとを備え、前記セパレータは、前記セパレータの内部に形成される複数の第１内壁であって、前記セパレータの第１方向の一端に形成される第１孔と、前記セパレータの前記第１方向の他端に形成される第２孔との間に、前記第１方向に延びて形成される複数の第１内壁と、前記セパレータの内部に形成される複数の第２内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第１孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第１方向に直交する第２方向の一端に形成される第３孔とを接続する複数の第２内壁と、前記セパレータの内部に形成される複数の第３内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第２孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第２方向の他端に形成される第４孔とを接続する複数の第３内壁と、を有し、前記第２内壁は、前記セパレータの内部に形成される複数の第１溝であって、前記第１孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１溝と、前記セパレータの内部で前記複数の第１溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１凹部と、から構成され、前記第３内壁は、前記セパレータの内部に形成される複数の第２溝であって、前記第２孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２溝と、前記セパレータの内部で前記複数の第２溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２凹部と、から構成されることを特徴とする燃料電池である。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、前記セパレータは、前記セパレータの内部に形成され、前記第２内壁と前記第３孔との間に設けられる第４内壁と、前記セパレータの内部に形成され、前記第３内壁と前記第４孔との間に設けられる第５内壁と、をさらに有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、前記複数の第１凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で延び、前記複数の第２凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で延びることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、面形状のセパレータであって、前記セパレータの内部に形成される複数の第１内壁であって、前記セパレータの第１方向の一端に形成される第１孔と、前記セパレータの前記第１方向の他端に形成される第２孔との間に、第１方向に延びて形成される複数の第１内壁と、前記セパレータの内部に形成される複数の第２内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第１孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第１方向に直交する第２方向の一端に形成される第３孔とを接続する複数の第２内壁と、前記セパレータの内部に形成される複数の第３内壁であって、前記複数の第１内壁と前記第２孔との間に設けられ、前記複数の第１内壁と前記セパレータの前記第２方向の他端に形成される第４孔とを接続する複数の第３内壁と、を有し、前記第２内壁は、前記セパレータの内部に形成される複数の第１溝であって、前記第１孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１溝と、前記セパレータの内部で前記複数の第１溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１凹部と、から構成され、前記第３内壁は、前記セパレータの内部に形成される複数の第２溝であって、前記第２孔と前記複数の第１内壁との間で、前記第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２溝と、前記セパレータの内部で前記複数の第２溝と向かい合い、前記セパレータの内部から外側に向けてそれぞれ凹み、１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で前記第２方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第２凹部と、から構成されるセパレータである。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、前記セパレータは、前記セパレータの内部に形成され、前記第２内壁と前記第３孔との間に設けられる第４内壁と、前記セパレータの内部に形成され、前記第３内壁と前記第４孔との間に設けられる第５内壁と、をさらに有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、前記複数の第１凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第１溝と他の前記複数の第１溝との間で延び、前記複数の第２凹部のそれぞれは、互いに隣り合う１の前記複数の第２溝と他の前記複数の第２溝との間で延びる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の燃料電池、及び、セパレータによれば、冷却媒体流路と、酸化ガス流路とが上述するように形成された場合であっても、セパレータの内部を均一に冷却媒体を流すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池スタックの１つの実施形態を示す模式図である。
【図２】（ａ）第１板１０の表面１２の形状を示す平面図である。（ｂ）第２板２０の表面２２の形状を示す平面図である。
【図３】（ａ）第１板１０の貼合せ面１４を示す平面図である。（ｂ）第２板２０の貼合せ面２４を示す平面図である。
【図４】（ａ）セパレータ６の遷移領域５０ａ及び拡散領域５２ａの詳細を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ断面の形状を示す断面図である。（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面の形状を示す断面図である。
【図５】図２（ｂ）及び図３（ｂ）のＡ−Ａ断面の形状を示す断面図である。
【図６】図４に示す拡散領域における冷却媒体の流れを模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（燃料電池スタックの１つの実施形態の説明）
図１を用いて、セパレータを備えた燃料電池スタックの１つの実施形態の概要を説明する。燃料電池スタック２は、セパレータ６を介して前後方向に積層された複数の膜／電極接合体（membrane electrode assembly；以下「ＭＥＡ」という）４を備える。ＭＥＡ４は、水素イオン透過性の高分子膜６０が一対の電極、即ちアノード電極６２及びカソード電極６４で挟まれたものである。なお、ＭＥＡ４と、ＭＥＡ４の両側に配されたセパレータ６とによって、燃料電池セルが構成されている。図１は、ＭＥＡ４がセパレータ６により仕切られて配置された燃料電池スタック２の一部を示している。セパレータ６は、貼り合わされた第１板１０と、第２板２０を備える。第１板１０とカソード電極６４との間に、第１ガス流路壁１６によって第１ガス流路４０が形成される。第１ガス流路壁１６は、左右方向に延びる。第２板２０とアノード電極６２との間に、第２ガス流路壁２６によって第２ガス流路４２が形成される。第２ガス流路壁２６は、左右方向に延びる。また、第１板１０と、第２板２０の間には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す第１冷却媒体流路壁１８と第２冷却媒体流路壁１９によって冷却媒体流路４４が形成される。第１冷却媒体流路壁１８と第２冷却媒体流路壁１９とは、左右方向に延びる。
【００１６】
次に、図２〜６を用いて、セパレータ６の実施形態を説明する。セパレータ６の材料としては、ステンレス鋼やアルミニウム合金をはじめとする任意の材料を用いることができる。
【００１７】
（セパレータの１つの実施形態の説明）
図２を用いて、セパレータ６の１つの実施形態の説明を行なう。セパレータ６は、貼り合わされた第１板１０と、第２板２０を備える。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、セパレータ６の表裏の面を示している。ここで、図中、左右方向を第１方向と称し、第１方向に直交する方向を第２方向とする。第２方向は、言い換えれば、上下方向である。図２に示すように、第１板１０、第２板２０が概略長方形の場合には、第１方向が長手方向であり、第２方向が短手方向である。ただし、第１板１０と、第２板２０とは長方形に限られるものではなく、例えば概略正方形でも良い。なお、図２（ａ）及び（ｂ）はセパレータ６の表面及び裏面を示しているので、図２（ａ）における右から左へのガスの流れ方向は、図２（ｂ）における左から右へのガスの流れ方向となる。
【００１８】
＜第１ガス流路の説明＞
図２(ａ)に示すように、セパレータ６には、第１孔３０ａと、第２孔３０ｂとが形成される。第１孔３０ａと、第２孔３０ｂとは、セパレータ６の表面１２を貫通する。第１孔３０ａは、セパレータ６の例えば、右端に形成される。第２孔３０ｂは、セパレータ６の例えば、左端に形成される。図２(ａ)に示すように、第１板１０の表面１２には左右方向に沿う複数の溝部が形成される。複数の溝部のそれぞれは、複数の凹凸形状により形成される。複数の凹凸形状は、例えばプレス成型で形成される。第１板１０の内面、即ち表面１２の反対側の面（以下、貼合せ面１４と呼ぶ）に形成される凹凸形状は、表面１２の凸形状及び凹形状が貼合せ面１４においてそれぞれ凹形状及び凸形状に逆転した形状である。第１板１０の表面１２に形成された複数の凹部により、複数の第１ガス流路壁１６が形成されている。具体的には、凹部の両側面及び底面により、第１ガス流路壁１６が形成されている。複数の第１ガス流路壁１６は、第１孔３０aから第２孔３０ｂまで左右方向に延びる。複数の第１ガス流路壁１６の凸部の頂部は、カソード電極６４に接触する。複数の第１ガス流路壁１６が形成される領域は、ＭＥＡ４の外形に対応する。つまり、カソード電極６４及び第１ガス流路壁１６とで囲まれた空間が第１ガス流路４０である。第１ガス流路４０を流れるガスとして、空気を例示することができるが、これに限られるものではない。例えば、少なくとも酸素（Ｏ2）を含む気体であれば良い。第１ガス流路壁１６の断面形状は図５に示される。図５は、図２（ｂ）の断面Ａ−Ａを示す図である。また、後述するように、第１板１０の貼合せ面１４には、複数の第１冷却媒体流路壁１８が形成されている。複数の第１冷却媒体流路壁１８は、複数の第１ガス流路壁１６に対応する位置であって、表面１２と反対の貼り合わせ面１４に形成される。図２（ａ）中、セパレータ６の右側の外縁と、第１ガス流路壁１６の右側の端部との間に、第１孔３０ａが形成される。セパレータ６の左側の外縁と、第１ガス流路壁１６の左側の端部との間に、第２孔３０ｂが形成される。
【００１９】
第１ガス流路４０におけるガスの流れは次の通りである。第１孔３０ａは、例えば、酸化ガスを供給するための孔である。第２孔３０ｂは、例えば、酸化ガスを排出するための孔である。この場合、酸化ガスは第１孔３０ａから第１ガス流路４０に供給され、第１ガス流路４０内を第１の方向に沿って、図２（ａ）中右側から左側へ流れて、第２孔３０ｂから排出される。また、図２（ａ）に示すように、セパレータ６の左下に冷却媒体の流入口である第３孔３４ａが形成される。図２（ａ）に示すように、セパレータ６の右上に冷却媒体の流出口である第４孔３４ｂが形成される。
【００２０】
＜第２ガス流路の説明＞
図２(ｂ)に示すように、第２板２０の表面２２の中央部には、第１方向に沿う複数の溝部が形成される。複数の溝部のそれぞれは、複数の凹凸形状により形成されている。複数の凹凸形状は、例えばプレス成型で形成される。第２板２０の内面、即ち表面２２の反対側の面（以下、貼合せ面２４と呼ぶ）に形成される凹凸形状は、表面２２の凸形状及び凹形状が貼合せ面２４においてそれぞれ凹形状及び凸形状に逆転した形状である。第２板２０の表面２２に形成された複数の凹部により、複数の第２ガス流路壁２６が形成されている。具体的には、凹部の両側面及び底面により、第２ガス流路壁２６が形成されている。複数の第２ガス流路壁２６は、後述する遷移領域５０aと遷移領域５０ｂとの間で、左右方向に延びる。また、複数の第２ガス流路壁２６は、複数の凸部を備える。複数の凸部の頂部は、アノード電極６２に接触する。複数の第２ガス流路壁２６が形成される領域は、ＭＥＡ４の外形に対応する。つまり、アノード電極６２及び第２ガス流路壁２６とで囲まれた空間が、第２ガス流路４２の直線流路部分である。第２ガス流路４２を流れるガスとして、水素を例示することができるが、これに限られるものではない。例えば、少なくとも水素（Ｈ2）を含む気体であれば良い。第２ガス流路壁２６の断面形状は図５に示される。図５は、図２（ｂ）の断面Ａ−Ａを示す図である。
【００２１】
図２（ｂ）中、第２ガス流路壁２６の左右方向両側に第５孔３２ａと、第６孔３２ｂが形成されている。具体的には、第５孔３２ａは、図２（ｂ）中、第２ガス流路壁２６の右下端部側に形成されている。また、第６孔３２ｂは、図２（ｂ）中、第２ガス流路壁２６の左上端部側に形成されている。第５孔３２ａ、第６孔３２ｂは第２ガス流路４２に通ずる。図２（ｂ）に示すように、左右方向において、複数の第２ガス流路壁２６と第１孔３０ａとの間に、遷移領域５０ａが形成され、複数の第２ガス流路壁２６と第２孔３０ｂとの間に、遷移領域５０ｂが形成される。また、複数の第２ガス流路壁２６と遷移領域５０ａとの間に、拡散領域５２ａが形成され、複数の第２ガス流路壁２６と遷移領域５０ｂとの間に、拡散領域５２ｂが形成される。つまり、図２（ｂ）中、第２板２０の中央部に形成された第２ガス流路壁２６の左右方向両側に、拡散領域５２ａ、ｂが形成されている。拡散領域５２ａ、ｂの左右方向両外側に遷移領域５０ａ、ｂが形成されている。更に図２（ｂ）中、遷移領域５０ａの右下側に第５孔３２ａが形成され、遷移領域５０ｂの左上側に第６孔３２ｂが形成される。
【００２２】
ガスの流れに沿って、第２ガス流路壁２６、遷移領域５０ａ、遷移領域５０ｂ、拡散領域５２ａ、拡散領域５２ｂ、第５孔３２ａ、及び、第６孔３２ｂの位置関係を更に詳細に説明する。図２（ｂ）において、セパレータ６の右下側に第５孔３２ａが形成される。第５孔３２ａの上側に隣接して、遷移領域５０ａが設けられる。遷移領域５０ａの左側に拡散領域５２ａが設けられる。拡散領域５２ａの左側に複数の第２ガス流路壁２６が設けられる。複数の第２ガス流路壁２６の左側に拡散領域５２ｂが設けられる。拡散領域５２ｂの左側に遷移領域５０ｂが設けられる。遷移領域５０ｂの上側に隣接して、第６孔３２ｂが設けられている。
【００２３】
遷移領域５０ａと、遷移領域５０ｂとの裏側、即ち遷移領域５０ａ、遷移領域５０ｂに対応する第２板２０の貼合せ面２４には複数の凹部２８が形成されている。複数の凹部２８については後述する。複数の凹部２８に対応した第２板２０の表面２２複数の凸部それぞれの周囲を、水素等のガスが上下方向及び左右方向に流れることができる。複数の凹部２８に対応した表面２２の凸部の上下方向の長さは、凸部の左右方向の長さより長い。具体的には、複数の凹部２８に対応した凸部は、左右方向よりも上下方向の長さが長い平面形状を有する（図２（ｂ）、図３（ａ）参照）。拡散領域５２ａ、拡散領域５２ｂでは、第２板２０の表面２２に複数の突起３６が設けられている（図２（ｂ）、図３（ａ）参照）。上下方向に沿って、所定の数の複数の突起３６が設けられている。また、左右方向に沿っても、所定の数の複数の突起３６が設けられている。複数の突起３６の周囲を、ガス（例えば水素）が上下方向及び左右方向に流れることができる。なお、複数の突起３６のそれぞれの上下方向の長さは、複数の凹部２８に対応した凸部の上下方向の長さより短い。本実施形態では、複数の突起３６それぞれの左右方向及び上下方向の寸法がほぼ同じであり、概略円形の平面形状を有する。ただし、これに限られるものではなく、その他の任意の平面形状を有することができる。
【００２４】
ＭＥＡ４の外形は、複数の第２ガス流路壁２６と、拡散領域５２ａと、拡散領域５２ｂと、遷移領域５０ａと、遷移領域５０ｂとを含む領域に対応する。以上のように、アノード電極６２及び第２ガス流路壁２６で囲まれた空間と、アノード電極６２及び遷移領域５０ａで囲まれた空間と、アノード電極６２及び遷移領域５０ｂで囲まれた空間と、アノード電極６２及び拡散領域５２ａで囲まれた空間と、アノード電極６２及び拡散領域５２ｂで囲まれた空間とが、第２ガス流路４２となる。図２（ｂ）を用いて第２ガス流路４２におけるガスの流れを説明する。第５孔３２ａは、例えば、燃料ガス（例えば、水素）を供給するための孔である。第６孔３２ｂは、例えば、燃料ガス（例えば、水素）を排出するための孔である。この場合、燃料ガスは、右下の第５孔３２ａから、下から上に向けて流入する。燃料ガスは、遷移領域５０ａで、下から上へ流れ、そして、右から左に流れる。遷移領域５０ａによって、燃料ガスは、各々の第２ガス流路壁２６へ行き渡るように流れる。更に、燃料ガスは、拡散領域５２ａにおいて、拡散領域５２ａに形成された複数の突起３６によって、拡散領域５２ａの全領域においてより均等に流れる。燃料ガスは、拡散領域５２ａから、複数の第２ガス流路壁２６の右側へ流入する。燃料ガスは、複数の第２ガス流路壁２６内を右から左へ流れて、拡散領域５２ｂへ流入する。拡散領域５２ｂ及び遷移領域５０ｂでは、燃料ガスは、右から左、そして、下から上に流れて、第６孔３２ｂから流出する。
【００２５】
以上のように、第５孔３２ａから流入した燃料ガスを、遷移領域５０ａで各第２ガス流路壁２６に行き渡らせる。更に拡散領域５２ａに設けられた複数の突起３６により、燃料ガスを各第２ガス流路壁２６に均等に流入させることができる。同様に、第２ガス流路壁２６から流出した燃料ガスを、拡散領域５２ｂに形成された複数の突起３６及び遷移領域５０ｂによって、第６孔３２ｂに導くことができる。
【００２６】
また、拡散領域５２ａ、拡散領域５２ｂに形成された複数の突起３６が、複数の第２ガス流路壁２６の延長線上に設けられているので、各々の第２ガス流路壁２６にガスを均等に流入させ、第２ガス流路壁２６から流出した燃料ガスを第６孔３２ｂに導くことができる。また、複数の突起３６の上下方向の長さが、遷移領域５０ａ及び遷移領域５０ｂの凸部の上下方向の長さより短くなっている。
【００２７】
＜冷却媒体流路の説明＞
次に、図３〜図５を用いて、第１板１０及び第２板２０の間に形成された冷却媒体流路４４の説明を行なう。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）の説明では、図２（ａ）、（ｂ）で既に説明した内容は省略する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、貼合せ面１４には、複数の第１冷却媒体流路壁１８が形成される。また、図３（ｂ）に示すように、貼合せ面２４にも、複数の第２冷却媒体流路壁１９が形成される。複数の第１冷却媒体流路壁１８は、第１孔３０ａから第２孔３０ｂまで左右方向に延びる。複数の第２冷却媒体流路壁１９は、図２（ｂ）の第２ガス流路壁２と同様に、拡散領域５２ａと拡散領域５２ｂとの間で、左右方向に延びる。複数の第１冷却媒体流路壁１８と、複数の第２冷却媒体流路壁１９のそれぞれは、複数の溝部により形成される。複数の溝部は、連続した複数の凹部により形成されている。凹部は、セパレータ６の内側から外側に向けて凹む。具体的には、凹部の両側面及び底面により、複数の第１冷却媒体流路壁１８と、複数の第２冷却媒体流路壁１９とは、それぞれ形成されている。本実施形態では、拡散領域５２ａと拡散領域５２ｂとの間では、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、第２冷却媒体流路壁１９の凹部の底面とが向かい合うように、第１板１０と第２板２０とが貼り合わされる。図５に示すように、拡散領域５２ａと拡散領域５２ｂとの間では、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、第２冷却媒体流路壁１９の凹部の底面とが向かい合うことで、複数の第１内壁３７が形成される。なお、拡散領域５２ａと拡散領域５２ｂとの間で、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、第２冷却媒体流路壁１９の凹部の底面とが向かい合わない場合であっても、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、第２冷却媒体流路壁１９の凹部の底面との何れかにより、複数の第１内壁３７を構成することができる。このように、セパレータ６の内部に、複数の第１内壁３７が形成される。複数の第１内壁３７は、それぞれ、拡散領域５２ａから拡散領域５２ｂまで左右方向に延びる。拡散領域５２ａから拡散領域５２ｂまでの複数の第１冷却媒体流路壁１８と、複数の第２冷却媒体流路壁１９とで囲まれた空間が、冷却媒体流路４４の一部となる。
【００２９】
また、拡散領域５２ａと、拡散領域５２ｂとでは、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、第２板２０の拡散領域５２ａまたは拡散領域５２ｂとにより、空間が形成され、冷却媒体を流すことができる。これにより、冷却媒体を、拡散領域５２ａと、拡散領域５２ｂとへ流すことができる。
【００３０】
また、遷移領域５０ａと、遷移領域５０ｂとには、複数の凹部２８が形成される。複数の凹部２８は、セパレータ６の内側から外側へ向けて凹む。詳細は後述するが、遷移領域５０ａと、遷移領域５０ｂとにはそれぞれ、上下方向及び左右方向に沿って、複数の凹部２８が形成される。遷移領域５０ａには、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、複数の凹部２８とが向かい合うことで、第２内壁３９が形成される。また、遷移領域５０ｂには、第１冷却媒体流路壁１８の凹部の底面と、複数の凹部２８とが向かい合うことで、第３内壁３９が形成される。第２内壁３９に囲まれた空間が、冷却媒体流路４４の一部となる。また、第３内壁３９に囲まれた空間も、冷却媒体流路４４の一部となる。第２内壁３９及び第３内壁３９の詳細は、後述する。この冷却媒体流路４４内を流れる冷却媒体として、水を例示することができるが、これに限られるものではない。
【００３１】
図３（ｂ）に示されるように、セパレータ６の左下に冷却媒体の流入口である第３孔３４ａが形成される。セパレータ６の右上に冷却媒体の流出口である第４孔３４ｂが形成される。第３孔３４ａと、第４孔３４ｂとは、セパレータ６の表面１２を貫通する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第３孔３４ａと第２内壁３９とを上下方向に沿って接続する第４内壁３８ａが形成される。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第４孔３４ｂと第３内壁３９とを上下方向に沿って接続する第５内壁３８ｂが形成される。冷却媒体は、第３孔３４ａから、第４内壁３８ａを介して第２内壁３９へ供給され、さらに、第２内壁３９から複数の第１内壁３７へ流れる。そして、冷却媒体は、第１内壁３７から第３内壁３９へ流れ、最後に、第３内壁３９から第５内壁３８ｂを介して、第４孔３４ｂへ流れる。
【００３２】
本実施形態では、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、セパレータ６の内部に、第２内壁３９と、第３内壁３９とが形成される。第２内壁３９と、第３内壁３９とは、同じ形状のため、以下、第２内壁３９を例にして詳細な説明を行う。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、遷移領域５０ａには、複数の凹部２８として、複数の凹部２８ａと、複数の凹部２８ｂとが形成される。具体的には、遷移領域５０ａには、上下方向に沿って延びた凹部２８ａと、上下方向に沿って延びた凹部２８ｂとが複数形成される。本実施形態では、左右方向に沿って、凹部２８ａと、凹部２８ｂとがそれぞれ交互に形成される。複数の凹部２８ａそれぞれは、上下方向に沿った３つの第１冷却媒体流路壁１８の間を延びる。また、複数の凹部２８ｂそれぞれは、上下方向に沿った２つの第１冷却媒体流路壁１８の間を延びる。複数の凹部２８ａ、複数の凹部２８ｂのそれぞれは、上下方向に沿って、複数の第１冷却媒体流路壁１８の一の第１冷却媒体流路壁１８と、複数の第１冷却媒体流路壁１８の他の第１冷却媒体流路壁１８との間を延びれば良い。言い換えば、複数の凹部２８ａ、複数の凹部２８ｂのそれぞれは、上下方向に沿って、少なくとも互いに隣り合う２つの第１冷却媒体流路壁１８の間を延びれば良い。また、凹部２８ａの左右方向に沿った長さは、所定の長さである。凹部２８ｂの左右方向に沿った長さも、所定の長さである。
【００３４】
図４（ｂ）に示すように、貼合せ面１４における凸部の頂部７０と、対向する凹部２８bの凹み部分の底部７２と間が、所定の距離で前後方向に離れている。
【００３５】
しかしながら、図４（ｂ）の上下方向に沿った点線矢印９０で示す領域では、上下方向の冷却媒体が流れない場合がある。これは、遷移領域５０ａにおける第１冷却媒体流路壁１８を構成する凸部と、遷移領域５０ａの貼合せ面２４とが互いに接触するためである。上下方向に冷却媒体が流れない場合であっても、図４（ｃ）に示すように、冷却媒体は左右方向に沿って流れることができる。
【００３６】
以上のような構造の冷却媒体流路４４において、第３孔３４ａから流入した冷却媒体の流れを、図６の矢印に示す。図６に示すように、第３孔３４ａから流入された冷却媒体は、上下方向に沿って、第２内壁３８へ流れる。そして、上下方向へ流れた冷却媒体は、領域９１へ到達し、上下方向へ流れなくなる。このとき、領域９１では、冷却媒体は、左右方向へ流れる。左右方向へ流れた冷却媒体は、上下方向に第２内壁３８を沿って、再度、上下方向に流れる。冷却媒体は、再度、上下方向に流れると、領域９２に到達し、上下方向へ流れなくなる。このとき、再度、冷却媒体は、左右方向に沿って流れる。このように、第３孔３４ａから流入した冷却媒体は、上下方向及び左右方向に流れるので、セパレータ６全体に均等に冷却を実施することができる。
【００３７】
同様に、図１に示すセパレータを備えた燃料電池スタック２についても、上述の任意の作用効果を奏することができる。なお、ガスや冷却媒体の流れの向きは上述の向きには限られず、各々入側と出側を逆転することもできる。更に、本発明に係るセパレータ及びこのセパレータを備えた燃料電池スタックは、上述の実施形態には限られず、その他様々な実施形態が含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
２    燃料電池スタック
４    ＭＥＡ（膜／電極接合体）
６    セパレータ
１０    第１板
１２    表面
１４    貼合せ面
１６    第１ガス流路壁
１８    第１冷却媒体流路壁
１９    第２冷却媒体流路壁
２０    第２板
２２    表面
２４    貼合せ面
２６    第２ガス流路壁
２８、２８ａ、２８ｂ    凹部
３０ａ    第１孔
３０ｂ    第２孔
３２ａ    第５孔
３２ｂ    第６孔
３４ａ    第３孔
３４ｂ    第４孔
３６    突起
３７    第１内壁
３８ａ    第４内壁
３８ｂ    第５内壁
３９    第２内壁、第３内壁
４０    第１ガス流路
４２    第２ガス流路
４４    冷却媒体流路
５０ａ、５０ｂ    遷移領域
５２ａ、５２ｂ    拡散領域
６０    高分子膜
６２    アノード電極
６４    カソード電極
７０    貼合せ面１４における凸部の頂部
７２    凹部２８の底部
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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