(57)【要約】【課題】電池セル内において水の溜まる量を少なくする。【解決手段】電池セル内のガス流路にラスカットメタルからなるガス流路形成部材１２を配置する。このガス流路形成部材１２は、開口を仕切る梁部の上辺と下辺との長さが異なり、開口が上に向かって先細りの上側台形部分と、下に向かって先細りの下側台形部分とから構成され、前記上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なっている。そこで、セパレータとの接触部の面積を小さくして、ここに溜まる水の量を少なくできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルにおいて反応用のガスを流通させるためのガス流路を形成する燃料電池のガス流路形成部材であって、
板材を離散的にカットして、梁部を残しながら千鳥状に複数の開口部を形成したラスカットメタルを使用するとともに、
梁部は、同時にカットする横方向において上下して山部谷部を繰り返すとともに、山部の頂部または谷部の底部の一方が他方に比べて長い構造であり、同時にカットする方向と直交する縦方向に隣接する開口を形成する山部と谷部は、部分的に接続され、
これによって、前記開口は、上に向かって先細りの上側台形部分と、下に向かって先細りの下側台形部分とから構成され、前記上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なっていることを特徴とする燃料電池のガス流路形成部材。
【請求項２】
請求項１に記載のガス流路形成部材であって、
前記上側台形部分と下側台形部分は、横方向において、それぞれ同じ大きさであり、縦方向においては、一方側では上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なるが、他方側では、一方側の領域では上側台形部分と下側台形部分の大きさが同じになっていることを特徴とする燃料電池のガス流路形成部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池のガス流路形成部材を使用する燃料電池であって、
燃料電池セルは、電池反応部材の両側にガス流路を介し一対のセパレータが設けられて構成され、
前記ガス流路のうち、カソード側のガス流路に請求項１または２に記載の燃料電池のガス流路形成部材を配置することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池のガス流路形成部材を使用する燃料電池であって、
前記ガス流路のうち、少なくともカソード側のガス流路に請求項２に記載の燃料電池のガス流路形成部材を配置し、ガス流路の入口側において、上側台形部分と下側台形部分の大きさが同じであり、出口側において上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なり、ガス流路形成部材とセパレータの接する面積が小さくなってい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、燃料電池セルにおいて反応用のガスを流通させるためのガス流路を形成する燃料電池のガス流路形成部材およびこれを使用する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池について各種の提案がなされている。燃料電池は、通常複数の電池セルを積層して構成され、１つの電池セルは膜電極接合体（ＭＥＡ）の両側にガス流路を介し配置される一対のセパレータからなっている。このような燃料電池セルにおいて、ガスの流通を効果的に行うことは重要であり、このガス流路の構成について、例えば特許文献１，２の提案がある。
【０００３】
特許文献１では、ラスカットメタルを平面上に圧延した得られたエキスパンドメタルについて筋状の凹凸を形成したものをガス流路セパレータとＭＥＡの間にガス流路形成部材として配置している。
【０００４】
また、引用文献２では、ラスカットメタルをコルゲート成型機で、波形に成型したものをガス流路形成部材として利用することが示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなガス流路形成部材は、ガスをなるべくＭＥＡの全体に均一に供給することが求められる。また、電池セルのカソード側では電池反応によって生じた水が生じるため、この水を効果的に排出できることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池セルにおいて反応用のガスを流通させるためのガス流路を形成する燃料電池のガス流路形成部材であって、板材を離散的にカットして、梁部を残しながら千鳥状に複数の開口部を形成したラスカットメタルを使用するとともに、梁部は、同時にカットする横方向において上下して山部谷部を繰り返すとともに、山部の頂部または谷部の底部の一方が他方に比べて長い構造であり、同時にカットする方向と直交する縦方向に隣接する開口を形成する山部と谷部は、部分的に接続され、これによって、前記開口は、上に向かって先細りの上側台形部分と、下に向かって先細りの下側台形部分とから構成され、前記上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なっていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記上側台形部分と下側台形部分は、横方向において、それぞれ同じ大きさであり、縦方向においては、一方側では上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なるが、他方側では、一方側の領域では上側台形部分と下側台形部分の大きさが同じになっていることが好適である。
【０００９】
また、本発明は、前記した燃料電池のガス流路形成部材を使用する燃料電池であって、燃料電池セルは、電池反応部材の両側にガス流路を介し一対のセパレータが設けられて構成され、前記ガス流路のうち、カソード側のガス流路に前記燃料電池のガス流路形成部材を配置することを特徴とする。
【００１０】
また、前記ガス流路のうち、少なくともカソード側のガス流路に上記した燃料電池のガス流路形成部材を配置し、ガス流路の入口側において、上側台形部分と下側台形部分の大きさが同じであり、出口側において上側台形部分と下側台形部分の大きさが異なり、ガス流路形成部材とセパレータの接する面積が小さくなっていることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス流路形成部材の開口がいびつな形状のラスカットメタルとするため、電池セルに配置したときにセパレータと接触する面積を小さくすることができ、接触部に溜まる水の量を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、電池セルの構成を示す断面図である。ＭＥＡ（膜電極接合体）の両側に拡散層が形成されたＭＥＧＡ（膜電極ガス拡散層接合体）１０の両側には、ガス流路形成部材１２が配置され、その外側にセパレータ１４が配置されている。また、ガス流路形成部材１２はＭＥＧＡ１０およびセパレータ１４に比べ面積が小さく、ＭＥＧＡ１０と一対のセパレータ１４周辺部をシール材１６でシールすることで、ガス流路形成部材１２が配置されているガス流路を密閉状態でシールしている。
【００１４】
そして、カソード側のガス流路には、酸化剤ガスとして空気（酸素含有ガス）が流通され、アノード側ガス流路には燃料ガスとして水素ガス（水素含有ガス）が供給され、これらガスがＭＥＧＡ１０内で反応し、発電電力が一対の電極間に得られる。ガス流路形成部材１２は、ステンレスなどのメタルで形成され、これが集電部材としても機能する。そして、通常はこのような電池セルが多数積層され、その両端から電池出力が得られる。
【００１５】
図２、図３には、実施形態に係るガス流路形成部材１２の構成が示されている。図２は、酸化剤ガスの入口側の領域の構成を示し、図３は、酸化剤ガスの出口側の領域のガス流路形成部材１２構成を示している。
【００１６】
このガス流路形成部材１２は、ラスカットメタルで形成されている。すなわち、メタルの板材を離散的に千鳥状にカットすることで、図２に示すように、連結する梁部を残して千鳥状に複数の六角形の開口部を形成される。各六角形の開口の頂部は上の開口の底部を形成し、梁の連結部になっている。
【００１７】
図２の例では、開口の六角形は、ほぼ正六角形であり、図における開口はハニーコーム状に配置されており、各開口の頂部の長さと底部の長さは同一になっている。
【００１８】
一方、図３では、開口が正六角形ではなく、異形形状になっている。すなわち、開口は、上向きの台形と下向きの台形を接続した形になっているが、上側の台形が小さく、下側の台形が大きい。従って、上側の台形の頂部は、上側の開口の底部の一部のみと連結している。言い換えれば、図に示すようにＢ方向から見たＢ視では、連結部については、図２の構造に比べ、図３の方が短くなっている。
【００１９】
なお、図３の構造の場合、ガス流路形成部材１２の一方面側では、開口の頂部（長辺）のみが対向面と接触し、他方面側では、開口の底部（短辺）のみが対向面と接触する。すなわち、図３の構造において、紙面の上方からセパレータ１４を被せることによって、梁部の面は、セパレータ１４に対し傾斜することになり、前方側となる短辺の先端のみがセパレータ１４と接触する。また、ガスの流れは、基本的に図における縦方向とする。
【００２０】
図４は、電池セルの内側における、ガス流路形成部材１２およびセパレータ１４の構成が示されている。このように、セパレータ１４には、上辺には酸化剤ガスの入口（この例では３つ）が設けられており、下辺には酸化剤ガスの出口（この例では３つ）が設けられている。これら入口および出口は複数の電池セルのセパレータ１４を貫通するマニホールドとして構成され、このマニホールドとガス流路がセパレータ１４に設けられた多数の通路で連通している。
【００２１】
そこで、この図４では、酸化剤ガス入口からの流入するガスがガス流路形成部材１２中を通過して下方に向けて流れ、酸化剤ガス出口から排出される。なお、ＭＥＧＡ１０の反対側のガス流路には、燃料ガス（水素ガス）が供給される。例えば、燃料ガスの入口、出口用のマニホールドは、酸化剤ガスのマニホールドのない部分に配置されており、同様にガス流路を入口側から出口側に燃料ガスが流れる。
【００２２】
本実施形態においては、酸化剤ガスの流路における入口側に図２のガス流路形成部材１２を用い、出口側に図３のガス流路形成部材１２を用いている。これによって、入口側においては、ガス流通に対し抵抗の少ない開口である全て六角形の形状の開口を利用してガスの流通が行われる。
【００２３】
一方、出口側では、開口自体はいびつな形状であるが、セパレータ１４との接触部が小さくなっている。これによって、ガス流路形成部材１２と、セパレータ１４との接触部に溜まる水の量を少なくできる。
【００２４】
すなわち、図５に示すように、酸化剤ガス流路において、ガスの出口に向けての流れが、ガス流路形成部材１２と、セパレータ１４との接触部に当たり、ここに水が溜まりやすい。図６（Ａ）に示すように、接触部の面積が大きいと、それだけ接触部に溜まる水の量が多くなる。本実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、この接触部の面積が小さいため、ここに溜まる水の量を少なくできる。
【００２５】
水が溜まった部分は、燃料電池として機能できないため、溜まる水の量を少なくすることで、電池の有効面積を増やすことができ、また水をセル内から効果的に排出することができる。また、セパレータ１４に側に傾斜するため、ＭＥＧＡ１０側に水が溜まりにくく、電池反応が阻害されにくい。
【００２６】
なお、入口側の図２の構成と、出口側の図３の構成の割合は、任意に設定できるが、出口側の図３の構成の部分を少なくとも１０％程度形成することが好ましく、５０％でも、１００％（すべて出口側の図３の構成）でもよい。
【００２７】
また、酸化剤ガス流通側について、説明したが、燃料ガス流通側についても同様の構成を採ることが好適である。また、水の排出を考慮すると、ガス出口が下方に位置することが好ましいが、水はガスの流れに随伴されるため、水平方向にガスを流してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電池セルの断面図である。
【図２】ガス流路形成部材の構成例を示す図である。
【図３】ガス流路形成部材の構成例を示す図である。
【図４】セパレータおよびガス流路形成部材の構成を示す図である。
【図５】ガス流路形成部材へ溜まる水の状態を示す図である。
【図６】ガス流路形成部材へ溜まる水の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ＭＥＧＡ、１２  ガス流路形成部材、１４  セパレータ、１６  シール材。
【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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