(57)【要約】【課題】簡単な構成で、セパレータの面内に冷却媒体を均一に流すことができ、良好な発電性能を確保することを可能にする。【解決手段】セパレータ１３を構成する第１および第２金属プレート１４、１６間に冷却媒体流路４２が設けられる。冷却媒体流路４２は、冷却媒体入口連通孔２２ａに第１および第２の入口連絡流路５２、５４を介して連通する第１および第２の入口バッファ部４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに第１および第２の出口連絡流路５６、５８を介して連通する第１および第２の出口バッファ部４８、５０とを設ける。第１および第２の入口連絡流路５２、５４は、それぞれ異なる流路溝本数に設定される一方、第１および第２の出口連絡流路５６、５８は、それぞれ異なる流路溝本数に設定される。【選択図】図４
2004171824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層するとともに、積層方向に貫通して反応ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔、反応ガス出口連通孔および冷却媒体出口連通孔が形成される燃料電池であって、
前記セパレータは、少なくとも互いに積層される第１および第２金属プレートを備え、前記第１および第２金属プレート間に冷却媒体流路が形成されるとともに、
前記冷却媒体流路は、前記冷却媒体入口連通孔に入口連絡流路を介して連通する２以上の入口バッファ部と、
前記冷却媒体出口連通孔に出口連絡流路を介して連通する２以上の出口バッファ部と、
セパレータ面方向に沿って延在し前記２以上の入口バッファ部と前記２以上の出口バッファ部とを連通する流路溝と、
を設け、
少なくとも第１および第２の入口バッファ部を前記冷却媒体入口連通孔に連結する第１および第２の入口連絡流路は、それぞれの流路本数が異なる一方、
少なくとも第１および第２の出口バッファ部を前記冷却媒体出口連通孔に連結する第１および第２の出口連絡流路は、それぞれの流路本数が異なることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１金属プレートの一面には、前記アノード側電極の面方向に沿って燃料ガスを供給しかつ屈曲する流路を含む燃料ガス流路が設けられる一方、前記第２金属プレートの一面には、前記カソード側電極の面方向に沿って酸化剤ガスを供給しかつ屈曲する流路を含む酸化剤ガス流路が設けられ、
前記第１金属プレートの他面には、前記冷却媒体入口連通孔および前記冷却媒体出口連通孔に連通する第１の入口バッファ部および第２の出口バッファ部が設けられるとともに、
前記第２金属プレートの他面には、前記冷却媒体入口連通孔および前記冷却媒体出口連通孔に連通しかつ前記第１の入口バッファ部および前記第２の出口バッファ部とは異なる位置に第２の入口バッファ部および第１の出口バッファ部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを交互に積層する燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス（反応ガス）、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池には、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
この種のセパレータは、通常、カーボン系材料で構成されているが、前記カーボン系材料では、強度等の要因で薄肉化が図れないという不具合が指摘されている。そこで、最近、この種のカーボン製セパレータよりも強度に優れかつ薄肉化が容易な金属薄板製のセパレータ（以下、金属セパレータともいう）を用い、この金属セパレータにプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することにより、該金属セパレータの厚さの減少を図って燃料電池全体を小型化かつ軽量化する工夫がなされている。
【０００６】
例えば、図１３に示す燃料電池１は、アノード側電極２とカソード側電極３との間に電解質膜４が介装された電解質膜・電極構造体５と、前記電解質膜・電極構造体５を挟持する一組の金属セパレータ６ａ、６ｂとを備えている。
【０００７】
金属セパレータ６ａには、アノード側電極２に対向する面に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を供給するための燃料ガス流路７ａが設けられる一方、金属セパレータ６ｂには、カソード側電極３に対向する面に酸化剤ガス（例えば、空気等の酸素含有ガス）を供給するための酸化剤ガス流路７ｂが設けられている。金属セパレータ６ａ、６ｂには、アノード側電極２およびカソード側電極３に当接する平坦部８ａ、８ｂが設けられるとともに、前記平坦部８ａ、８ｂの裏面（当接面とは反対の面）側に冷却媒体を流すための冷却媒体流路９ａ、９ｂが形成されている。
【０００８】
ところが、上記の金属セパレータ６ａ、６ｂでは、燃料ガス流路７ａおよび酸化剤ガス流路７ｂの流路形状が設定されると、必然的に冷却媒体流路９ａ、９ｂの流路形状が決まってしまう。特に、長尺なガス流路長を確保するために、燃料ガス流路７ａおよび酸化剤ガス流路７ｂを電極面内で蛇行させるサーペンタイン流路で構成する場合、冷却媒体流路９ａ、９ｂの流路形状が著しく制限されることになる。これにより、金属セパレータ６ａ、６ｂの冷却媒体流路に冷却媒体が淀む部分が発生し、前記金属セパレータ６ａ、６ｂの面方向全面にわたって冷却媒体を均一に流すことができず、電極面を均一に冷却して安定した発電性能を得ることが困難になるという問題が指摘されている。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１には、金属セパレータからなり、凹凸が形成されガス流路を形成する２枚の金属板と、該２枚の金属板の間に挟まれ、凹凸が形成され、表裏に冷却水流路を形成する中間金属板とを有する燃料電池用セパレータが開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−７５３９５号公報（段落［０００９］〜［００１２］、図３）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、金属セパレータがガス流路を形成する２枚の金属板と、該２枚の金属板の間に挟まれて表裏に冷却水流路を形成する１枚の中間金属板との、合計３枚の金属板を備えている。このため、特に多数の金属セパレータを積層して燃料電池スタックを構成する際に、部品点数が相当に増加するとともに、金属セパレータの積層方向の寸法が大きくなり、燃料電池スタック全体が大型化してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単かつ小型な構成で、冷却媒体をセパレータの面内に均一に流すことができ、良好な発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、電解質・電極構造体と交互に積層されるセパレータが、少なくとも互いに積層される第１および第２金属プレートを備えるとともに、前記第１および第２金属プレート間に冷却媒体流路が形成されている。冷却媒体流路は、冷却媒体入口連通孔に入口連絡流路を介して連通する２以上の入口バッファ部と、冷却媒体出口連通孔に出口連絡流路を介して連通する２以上の出口バッファ部と、セパレータ面方向に沿って延在し前記２以上の入口バッファ部と前記２以上の出口バッファ部とを連通する流路溝とを設けている。
【００１４】
このため、第１および第２金属プレート間では、冷却媒体入口連通孔から２以上の入口バッファ部に冷却媒体が分割して供給された後、流路溝を通って２以上の出口バッファ部に導入され、さらに冷却媒体出口連通孔に排出される。
【００１５】
さらに、少なくとも第１および第２の入口バッファ部を冷却媒体入口連通孔に連結する第１および第２の入口連絡流路は、それぞれの流路本数が異なる一方、少なくとも第１および第２の出口バッファ部を冷却媒体出口連通孔に連結する第１および第２の出口連絡流路は、それぞれの流路本数が異なる。
【００１６】
従って、冷却媒体は、冷却媒体流路内で圧力を打ち消し合うことがなく、所望の流速および所望の流れ状態を確保することができ、セパレータ面内を均一に流れることが可能になる。このため、電極面全体を均一に冷却して安定した発電性能を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池では、第１金属プレートの一面には、アノード側電極の面方向に沿って燃料ガスを供給しかつ屈曲する流路を含む燃料ガス流路が設けられる一方、第２金属プレートの一面には、カソード側電極の面方向に沿って酸化剤ガスを供給しかつ屈曲する流路を含む酸化剤ガス流路が設けられている。
【００１８】
そして、第１金属プレートの他面には、冷却媒体入口連通孔および冷却媒体出口連通孔に連通する第１の入口バッファ部および第２の出口バッファ部が設けられるとともに、第２金属プレートの他面には、前記冷却媒体入口連通孔および前記冷却媒体出口連通孔に連通しかつ前記第１の入口バッファ部および前記第２の出口バッファ部とは異なる位置に第２の入口バッファ部および第１の出口バッファ部が設けられている。
【００１９】
これにより、第１および第２金属プレートには、それぞれ屈曲流路を含む燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が設けられることによって流路形状が制約される部位を、互いに補うことができる。従って、簡単な構成で、セパレータ内に所望の形状を有する冷却媒体流路を確実に形成することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池１０の一部断面説明図である。
【００２１】
燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１２と、セパレータ１３とを交互に積層して構成されるとともに、このセパレータ１３は、互いに積層される第１および第２金属プレート１４、１６を備える。
【００２２】
図１に示すように、電解質膜・電極構造体１２とセパレータ１３の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、および燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２３】
電解質膜・電極構造体１２とセパレータ１３の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２４】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極２８およびカソード側電極３０とを備える。
【００２５】
アノード側電極２８およびカソード側電極３０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜２６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜２６の両面に接合されている。
【００２６】
図１および図３に示すように、第１金属プレート１４の電解質膜・電極構造体１２側の面１４ａには、酸化剤ガス流路３２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとに連通する。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに近接して設けられる入口バッファ部３４および出口バッファ部３６を備え、前記入口バッファ部３４および前記出口バッファ部３６は、複数のエンボス３４ａ、３６ａにより構成されている。
【００２７】
入口バッファ部３４と出口バッファ部３６とは、３本の酸化剤ガス流路溝３８ａ、３８ｂおよび３８ｃを介して連通している。酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃは、矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在しており、具体的には、２箇所のリターン部Ｔ１、Ｔ２を有して矢印Ｂ方向に一往復半の屈曲する流路を構成している。
【００２８】
第１金属プレート１４の面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび酸化剤ガス流路３２を覆って酸化剤ガスのシールを行う線状シール４０が設けられる。
【００２９】
第１金属プレート１４と第２金属プレート１６との互いに対向する面１４ｂ、１６ａには、冷却媒体流路４２が一体的に形成される。図４に示すように、冷却媒体流路４２は、冷却媒体入口連通孔２２ａの矢印Ｃ方向両端近傍に設けられる２以上の、例えば、第１および第２の入口バッファ部４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂの矢印Ｃ方向両側近傍に設けられる２以上の、例えば、第１および第２の出口バッファ部４８、５０とを備える。第１および第２の入口バッファ部４４、４６並びに第１および第２の出口バッファ部４８、５０は、複数のエンボス４４ａ、４６ａ、４８ａおよび５０ａにより構成されている。
【００３０】
冷却媒体入口連通孔２２ａと第１および第２の入口バッファ部４４、４６とは、第１および第２の入口連絡流路５２、５４を介して連通する一方、冷却媒体出口連通孔２２ｂと第１および第２の出口バッファ部４８、５０とは、第１および第２の出口連絡流路５６、５８を介して連通する。第１の入口連絡流路５２は、例えば、２本の流路溝を備える一方、第２の入口連絡流路５４は、例えば、６本の流路溝を備えている。同様に、第１の出口連絡流路５６は、６本の流路溝を設ける一方、第２の出口連絡流路５８は、２本の流路溝を設けている。
【００３１】
第１の入口連絡流路５２と第２の入口連絡流路５４とは、それぞれの流路本数が異なるように設定されており、２本と６本とに限定されるものではない。第１および第２の出口連絡流路５６、５８においても同様である。
【００３２】
第１の入口バッファ部４４と第１の出口バッファ部４８とは、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０、６２、６４および６６を介して連通するとともに、第２の入口バッファ部４６と第２の出口バッファ部５０とは、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６８、７０、７２および７４を介して連通する。直線状流路溝６６、６８間には、矢印Ｂ方向に所定の長さだけ延在して直線状流路溝７６、７８が設けられる。
【００３３】
直線状流路溝６０〜７４は、矢印Ｃ方向に延在する直線状流路溝８０、８２を介して連通する。直線状流路溝６２〜７８は、矢印Ｃ方向に延在する直線状流路溝８４、８６を介して連通するとともに、直線状流路溝６４、６６および７６と直線状流路溝６８、７０および７８とは、矢印Ｃ方向に断続的に延在する直線状流路溝８８および９２を介して連通する。
【００３４】
冷却媒体流路４２は、第１金属プレート１４と第２金属プレート１６とに振り分けられており、前記第１および第２金属プレート１４、１６を互いに重ね合わせることによって、前記冷却媒体流路４２が形成される。図５に示されるように、第１金属プレート１４の面１４ｂには、面１４ａ側に形成される酸化剤ガス流路３２を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。
【００３５】
なお、面１４ｂには、面１４ａに形成された酸化剤ガス流路３２が凸状に突出しているが、冷却媒体流路４２を分かり易くするために、該凸状部分の図示は省略する。また、図６に示す面１６ａも同様に図示を省略するが、面１６ｂに形成された燃料ガス流路９６が前記面１６ａに凸状に突出している。
【００３６】
面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａに２本の流路溝を介して連通する第１の入口バッファ部４４と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに２本の流路溝を介して連通する第２の出口バッファ部５０とが設けられる。
【００３７】
第１の入口バッファ部４４には、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃのリターン部Ｔ２および出口バッファ部３６を避けるようにして、溝部６０ａ、６２ａ、６４ａおよび６６ａが矢印Ｂ方向に沿って断続的かつ所定の長さに設けられる。第２の出口バッファ部５０には、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃのリターン部Ｔ１および入口バッファ部３４を避けるようにして、溝部６８ａ、７０ａ、７２ａおよび７４ａが矢印Ｂ方向に沿って所定の位置に設けられる。
【００３８】
溝部６０ａ〜７８ａは、それぞれ直線状流路溝６０〜７８の一部を構成している。直線状流路溝８０〜９０の一部を構成する溝部８０ａ〜９０ａは、蛇行する酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃを避けるようにして、矢印Ｃ方向にそれぞれ所定の長さにわたって設けられる。
【００３９】
図６に示すように、第２金属プレート１６の面１６ａには、後述する燃料ガス流路９６を避けるようにして冷却媒体流路４２の一部が形成される。具体的には、冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する第２の入口バッファ部４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂを構成する第１の出口バッファ部４８とが設けられる。
【００４０】
第２の入口バッファ部４６には、直線状流路溝６８〜７４を構成する溝部６８ｂ〜７４ｂが矢印Ｂ方向に沿って所定の長さにかつ断続的に連通する一方、第１の出口バッファ部４８には、直線状流路溝６０〜６６を構成する溝部６０ｂ〜６６ｂが所定の形状に設定されて連通する。面１６ａには、直線状流路溝８０〜９０を構成する溝部８０ｂ〜９０ｂが矢印Ｃ方向に延在して設けられる。
【００４１】
冷却媒体流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０〜７８の一部がそれぞれの溝部６０ａ〜７８ａおよび６０ｂ〜７８ｂが互いに対向することにより、流路断面積を他の部分の２倍に拡大して主流路が構成されている（図４および図７参照）。直線状流路溝８０〜９０は、一部を重合させてそれぞれ第１および第２金属プレート１４、１６に振り分けられている（図８参照）。第１金属プレート１４の面１４ａと第２金属プレート１６の面１６ａとの間には、冷却媒体流路４２を囲繞して線状シール４０ａが介装されている。
【００４２】
図９に示すように、第２金属プレート１６の電解質膜・電極構造体１２側の面１６ｂには、燃料ガス流路９６が設けられる。燃料ガス流路９６は、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接して設けられる入口バッファ部９８と、燃料ガス出口連通孔２４ｂに近接して設けられる出口バッファ部１００とを備える。
【００４３】
入口バッファ部９８および出口バッファ部１００は、複数のエンボス９８ａ、１００ａによって構成されており、例えば、３本の燃料ガス流路溝１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃを介して連通する。燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃは、矢印Ｂ方向に蛇行しながら矢印Ｃ方向に延在しており、２つのリターン部Ｔ３、Ｔ４を設けて実質的に一往復半の屈曲する流路を構成している。面１６ｂには、燃料ガス流路９６を囲繞する線状シール４０ｂが設けられる。
【００４４】
このように構成される本実施形態に係る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４５】
図１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに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。
【００４６】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第１金属プレート１４の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガス流路３２では、図３に示すように、酸化剤ガスが一旦入口バッファ部３４に導入された後、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃに分散される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃを介して蛇行しながら、電解質膜・電極構造体１２のカソード側電極３０に沿って移動する。
【００４７】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属プレート１６の燃料ガス流路９６に導入される。この燃料ガス流路９６では、図９に示すように、燃料ガスが一旦入口バッファ部９８に導入された後、燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃに分散される。さらに、燃料ガスは、燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃを介して蛇行し、電解質膜・電極構造体１２のアノード側電極２８に沿って移動する。
【００４８】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極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、発電が行われる。
【００４９】
次いで、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部１００から燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。同様に、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部３６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される。
【００５０】
一方、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属プレート１４、１６間に形成された冷却媒体流路４２に導入される。この冷却媒体流路４２では、図４に示すように、冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に延在する第１および第２の入口連絡流路５２、５４を介して第１および第２の入口バッファ部４４、４６に冷却媒体が一旦導入される。
【００５１】
第１および第２の入口バッファ部４４、４６に導入された冷却媒体は、直線状流路溝６０〜６６および６８〜７４に分散されて水平方向（矢印Ｂ方向）に移動するとともに、その一部が直線状流路溝８０〜９０および７６、７８に供給される。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２の発電面の領域全面にわたって供給された後、第１および第２の出口バッファ部４８、５０に一旦導入され、さらに第１および第２の出口連絡流路５６、５８を介して冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００５２】
この場合、本実施形態では、第１および第２金属プレート１４、１６間に形成される冷却媒体流路４２が、冷却媒体入口連通孔２２ａに連通する第１および第２の入口バッファ部４４、４６と、冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する第１および第２の出口バッファ部４８、５０とを設けている。このため、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔２２ａから矢印Ｃ方向に分岐して第１および第２の入口バッファ部４４、４６に一旦導入された後、直線状流路溝６０〜９０を介して発電面方向に移動し、さらに第１および第２の出口バッファ部４８、５０に一旦導入されて冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出されている。
【００５３】
その際、第１金属プレート１４には、面１４ａ側からプレス成形される酸化剤ガス流路３２を避ける位置に対応して冷却媒体流路４２の一部が形成されている。具体的には、図３に示すように、入口バッファ部３４を避けて冷却媒体入口連通孔２２ａの下方に第１の入口バッファ部４４が設けられるとともに、出口バッファ部３６を避けて冷却媒体出口連通孔２２ｂの上方に第２の出口バッファ部５０が設けられる。さらに、蛇行する酸化剤ガス流路溝３８ａ〜３８ｃを避けて、それぞれ所定の形状に設定された溝部６０ａ〜９０ａが形成される（図３および図５参照）。
【００５４】
一方、第２金属プレート１６の面１６ａには、面１６ｂに形成される燃料ガス流路９６を避けるようにして、冷却媒体流路４２の一部が形成される。具体的には、図９に示すように、出口バッファ部１００を避けて冷却媒体入口連通孔２２ａの上方に第２の入口バッファ部４６が設けられるとともに、入口バッファ部９８を避けて冷却媒体出口連通孔２２ｂの下方に第１の出口バッファ部４８が設けられる。さらに、蛇行する燃料ガス流路溝１０２ａ〜１０２ｃを避けるようにして、溝部６０ｂ〜９０ｂが所定の形状に設定される（図６および図９参照）。
【００５５】
これにより、第１および第２金属プレート１４、１６は、酸化剤ガス流路３２および燃料ガス流路９６がそれぞれ設けられることによって流路形状が制約される部位を、互いに補うことができる。従って、簡単な構成で、セパレータ１３内に所望の形状を有する冷却媒体流路４２を確実に形成することが可能になるという効果が得られる。
【００５６】
また、本実施形態では、冷却媒体入口連通孔２２ａと第１および第２の入口バッファ部４４、４６とを連結する第１および第２の入口連絡流路５２、５４が設けられるとともに、前記第１の入口連絡流路５２を、例えば、２本の流路溝で構成する一方、前記第２の入口連絡流路５４を、例えば、６本の流路溝で構成している。
【００５７】
さらに、冷却媒体出口連通孔２２ｂと第１および第２の出口バッファ部４８、５０を連結する第１および第２の出口連絡流路５６、５８においても同様に、前記第１の出口連絡流路５６を、例えば、６本の流路溝で構成する一方、前記第２の出口連絡流路５８を、例えば、２本の流路溝で構成している。
【００５８】
このため、図１０に示すように、第１の入口バッファ部４４の近傍の位置Ｐ１と、第２の入口バッファ部４６の近傍の位置Ｐ２とにおいて、冷却媒体入口連通孔２２ａから位置Ｐ１に至る流路抵抗が、前記冷却媒体入口連通孔２２ａから位置Ｐ２に至る流路抵抗よりも大きくなる。従って、位置Ｐ２における冷却媒体の圧力が位置Ｐ１における冷却媒体の圧力よりも大きくなって、前記冷却媒体が淀むことが阻止され、冷却媒体流路４２内での冷却媒体の流れが円滑かつ均一に調整されるという効果が得られる。
【００５９】
すなわち、第１および第２の入口連絡流路５２、５４を同一の流路溝本数に設定するとともに、第１および第２出口連絡流路５６、５８を同一の流路溝本数に設定した比較例と、本実施形態とを用いて、冷却媒体流路４２内での流速および温度分布を確認した。確認は、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとを繋ぐ中心線Ｔに沿って設定された位置Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄを中心とした領域で行った。図１０に示すように、位置Ｐａ、Ｐｄは、冷却媒体流路４２の端部位置であり、位置Ｐｂと位置Ｐａとの距離（Ｈ）および位置Ｐｃと位置Ｐｄとの距離（Ｈ）は、前記冷却媒体流路４２の流路幅（２Ｈ）の１／２に設定された。
【００６０】
その結果、比較例では、位置Ｐ１、Ｐ２での圧力が略同一であるために、図１１に示すように、位置Ｐａ近傍において、第１および第２の入口バッファ部４４、４６から供給される冷却媒体同士の流速を打ち消し合ってしまう。従って、中心線Ｔ上の位置Ｐａ〜Ｐｄ近傍では、冷却媒体の流速の低下が惹起された。これに対して、本実施形態では、位置Ｐ２の圧力が位置Ｐ１の圧力よりも大きいために、圧力差が惹起され、中心線Ｔ上の位置Ｐａ〜Ｐｄ近傍に沿って流速の低下が有効に低減された。
【００６１】
さらに、図１２に示すように、位置Ｐａ、Ｐｂ近傍と位置Ｐｃ、Ｐｄ近傍では、比較例の場合に冷却媒体の流れ不良等に起因して温度上昇が惹起された。一方、本実施形態では、圧力差に起因して冷却媒体が円滑に流れることができ、冷却媒体入口連通孔２２ａから冷却媒体出口連通孔２２ｂに向かって一定の傾斜角度で昇温する温度分布が得られた。
【００６２】
これにより、本実施形態では、冷却媒体流路４２内で冷却媒体を円滑かつ確実に流動させることができ、電解質膜・電極構造体１２の発電面全面を一層均一かつ確実に冷却することが可能になるという効果が得られる。
【００６３】
なお、本実施形態では、第１の入口連絡流路５２の流路溝本数を第２の入口連絡流路５４の流路溝本数よりも少なく設定しているが、逆に前記第１の入口連絡流路５２の流路溝本数を前記第２の入口連絡流路５４の流路溝本数よりも多く設定してもよい。また、第１および第２の出口連絡流路５６、５８においても同様である。さらに、本実施形態では、流路溝本数をそれぞれ２本と６本として説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれの流路溝本数が異なっていればよいため、種々の組み合わせが選択可能である。
【００６４】
さらにまた、第１および第２の入口バッファ部４４、４６と第１および第２の出口バッファ部４８、５０とを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、冷却媒体入口連通孔２２ａおよび冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する３以上の入口バッファ部および出口バッファ部をそれぞれ設けてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、冷却媒体入口連通孔からそれぞれ入口連絡流路を介して２以上の入口バッファ部に供給された冷却媒体は、流路溝を介してセパレータ面方向に沿って移動した後、２以上の出口バッファ部から出口連絡流路を介して冷却媒体入口連通孔に排出される。
【００６６】
その際、それぞれの入口連絡流路の流路本数が異なる一方、それぞれの出口連絡流路の流路本数が異なっており、冷却媒体は、冷却媒体流路内で所望の流速および所望の流れ状態を確保することができる。これにより、冷却媒体をセパレータ面内に均一に流すことが可能になり、電極面全体を均一に冷却して安定した発電性能を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池の一部断面説明図である。
【図３】第１金属プレートの一方の面の正面説明図である。
【図４】セパレータ内に形成される冷却媒体流路の斜視説明図である。
【図５】前記第１金属プレートの他方の面の正面説明図である。
【図６】第２セパレータの正面説明図である。
【図７】図４中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。
【図８】図４中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。
【図９】前記第２金属プレートの他方の面の正面説明図である。
【図１０】前記冷却媒体流路における各測定位置の説明図である。
【図１１】本実施形態と比較例とにおける前記各測定位置と流速との関係説明図である。
【図１２】本実施形態と比較例とにおける前記各測定位置と温度との関係説明図である。
【図１３】従来技術に係る燃料電池の一部断面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池                    １２…電解質膜・電極構造体
１３…セパレータ                  １４、１６…金属プレート
２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔      ２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔        ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔        ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６…固体高分子電解質膜          ２８…アノード側電極
３０…カソード側電極              ３２…酸化剤ガス流路
４２…冷却媒体流路                ３４、４４、４６…入口バッファ部
３６、４８、５０…出口バッファ部  ５２、５４…入口連絡流路
５６、５８…出口連絡流路          ６０〜９０…直線状流路溝
９６…燃料ガス流路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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