(57)【要約】【課題】本発明は、発電反応に寄与する反応ガスが流れる流路に生成水が溜まることがなく、反応ガスの均一な流速が確保できるセパレータを提供することにある。【解決手段】略長方形の形状をしたセパレータ３０の表面には中央部に反応ガス流路３１、３２となる凸部と底面とで囲まれた凹部からなる連続的な溝が直線的に複数並設され、反応ガス流路３１のガス流入端部３３および反応ガスの流路の途中には流路の断面積が小さくなった第１細路部３５及び第２細路部３６が設けられた固体高分子形燃料電池のセパレータ構造。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に酸素極と水素極とを接合して構成された膜・電極接合体を挟むように配置され、独立して並設された複数の反応ガス流路と、外部から反応ガスを供給する反応ガス供給口と、外部に反応ガスを排出する反応ガス排出口とを有する燃料電池用セパレータであって、前記反応ガス流路のガス流入端部とガス排出端部との間の２ヶ所以上の、前記反応ガス流路に細路部を設けたことを特徴とする固体高分子形燃料電池のセパレータ構造。
【請求項２】
前記細路部の少なくとも１ヶ所は、前記反応ガス流路のガス流入端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池のセパレータ構造。
【請求項３】
前記反応ガス流路が、該反応ガス流路の前記ガス流入端部と前記ガス排出端部以外に設けられた前記細路部のガス流入部直前において、連通していることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の固体高分子形燃料電のセパレータ構造。
【請求項４】
前記反応ガス流路が、該反応ガス流路の前記ガス流入端部と前記ガス排出端部以外に設けられた前記細路部のガス流入部直前において、前記反応ガス流路に直交する方向に連通していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体高分子形燃料電のセパレータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関するものであり、詳しくは単セルを構成する固体高分子形燃料電池用セパレータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池では電気化学反応によって起電力を発生させるが、起電力の発生と同時に水が生成される。この生成水が反応ガスを供給するガス通路を塞いで電気化学反応を阻害し、起電力の低下を招くことがある。そこで、高分子電解質膜の両側に電極構成部材を配置した発電素子のさらに外側に配置されて発電素子に反応ガスを供給する機能をもったガス分離部材６に、ガス分離部材６に反応ガスを供給するガス供給口２３と供給された反応ガスを複数並設されたガス通路２８に分配するガスチャンバ用溝２５と、ガス通路２８を通った反応ガスを排出するガス排出口２４とが設けられており、ガスチャンバ用溝２５とガス通路２８との連絡部分にガス通路２８より小さい縮小部２６を設けたものがある。これにより、ガス供給口２３から供給されてガスチャンバ用溝２５を経た反応ガスが縮小部２６を通過する際に流速が増し、高速化した反応ガスがガス通路２８に供給されてガス通路２８に溜まった生成水を吹き飛ばしてガス通路２８から排除し、複数並設されたガス通路２８への反応ガスの分配が不均一になることを防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−４５５２０号公報（第２−３頁、第１７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガス通路に溜まった生成水を排除するために、ガス分離部材を特許文献１（特開平８−４５５２０号公報）に記載されたような構成にすることは、効果的な１つの方法である。しかしながら、ガス通路が長くなると、以下のような現象が生じる可能性がある。
（１）ガス通路の抵抗のために、ガスの下流に行くにつれて通路を流れる反応ガスの流速が遅くなる。
（２）ガス通路の抵抗が不均一なために、ガスの下流に行くにつれて複数並設されたそれぞれの通路を流れる反応ガスの流速のばらつきが大きくなる。
（３）ガス分離部材と結合された発電素子を構成するガス拡散層を通して通路を流れる反応ガスが拡散されるため、ガスの下流に行くにつれて通路を流れる反応ガスが希薄になる。
その結果、ガス通路に溜まった生成水が排除できなかったり、反応ガスの不均一な流速によって、発電反応に不均一な部分が生じる恐れがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、電解質膜の両面に酸素極と水素極とを接合して構成された膜・電極接合体を挟むように配置され、独立して並設された複数の反応ガス流路と、外部から反応ガスを供給する反応ガス供給口と、外部に反応ガスを排出する反応ガス排出口とを有する燃料電池用セパレータであって、前記反応ガス流路のガス流入端部とガス排出端部との間の２ヶ所以上の、前記反応ガス流路に細路部を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記細路部の少なくとも１ヶ所は、前記反応ガス流路のガス流入端部に設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２の何れかにおいて、前記反応ガス流路が、該反応ガス流路の前記ガス流入端部と前記ガス排出端部以外に設けられた前記細路部のガス流入部直前において、連通していることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３の何れかにおいて、前記反応ガス流路が、該反応ガス流路の前記ガス流入端部と前記ガス排出端部以外に設けられた前記細路部のガス流入部直前において、前記反応ガス流路に直交する方向に連通していることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図２乃至図５を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１０】
図２は、本発明に係る固体高分子形燃料電池用セパレータの構造の第１実施例を示す平面図である。セパレータ３０は略長方形の形状をしており、表面には中央部に反応ガス流路３１、３２となる凸部と底面とで囲まれた凹部からなる連続的な溝が直線的に複数並設され、反応ガス流路３１のガス流入端部３３および反応ガスの流路の途中には流路の断面積が小さくなった第１細路部３５及び第２細路部３６が設けられており、夫夫の細路部３５，３６には、ガス流入部３３，３４とガス流出部５０、５１がある。さらに、外部から反応ガスを供給するガス供給口３７と、外部に反応ガスを排出するガス排出口３８が設けられている。なお、セパレータ３０には両面に反応ガスの流路が配置され、夫夫別の種類の反応ガスを流すようになっている。従って一枚のセパレータには、夫夫２ヶ所の反応ガス供給口３７と反応ガス排出口３８が設けられている。
【００１１】
図３は反応ガス流路３１、３２と細路部３５、３６の断面図を示している。両方とも凸形のリブ４１と底面４２とで囲まれており、リブ間の距離は細路部３５、３６の方が短く、従って、反応ガスの流路の断面積も細路部３５，３６の方が小さくなっている。
【００１２】
また、細路部３５，３６のガス流入部３３，３４及びガス流出部５０，５１の形状は図４に示すような、円弧状４ａや、斜めカット状４ｂなど適宜最適な形状にすればよい。
【００１３】
ここで、図２に戻って、反応ガスの流れを説明する。外部から電池モジュールに供給された反応ガスはガス供給口３７を通って各反応ガス流路に供給され、反応ガス流路のガス流入端部３３に設けられた第１細路部３５を通って圧力差が生じて流速が増し、高速化した反応ガスが上流の各反応ガス流路３１に分配される。各反応ガス流路３１を流れた反応ガスは、ガス流路の途中に設けられた第２細路部３６のガス流入部３４に到達し、流速が衰えた反応ガスがそこで再度細路部３６を通って圧力差を生じて流速を増し、再び下流の各反応ガス流路３２に放出されてガス排出口３８に集められ外部に排出される。
【００１４】
図５は、本発明に係る固体高分子形燃料電池用セパレータの第２実施例を示す平面図であるが、図２で示した第１実施例と同一部分については同じ符号を付した。第２実施例は上述した第１実施例と基本的には同様な構造であるが、ガス流路の途中に設けられた細路部３６のガス流入部３４の直前が、反応ガスの流路を形成する凸状のリブが隣接する部分において除去されて連通部６０が構成されている。そこで、ガス流入端部３３から上流の夫夫の反応ガス流路３１を流れてきた反応ガスは一旦連通部６０に集められ、再度、細路部３６によって圧力差を生じて流速が速められ、下流の各反応ガス流路３２に放出されてガス排出口３８に集められ外部に排出される。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実施例１の固体高分子形燃料電池のセパレータ構造は、独立した複数の反応ガス流路が並設されており、夫夫のガス流路にはガスの入口となるガス流入端部とガス流路の途中との２ヶ所に断面積が小さい部分を設けて圧力差を生じさせて流速を増し、高速化した反応ガスを反応ガス流路に流すようにしている。これにより、反応ガス流路の下流の部分でも反応ガスの流速を保つようにしたことで、反応ガス流路に溜まった生成水を吹き飛ばして排除し、反応ガス流路全体に亘って発電反応が均一に行なえるようにしている。
【００１６】
また、本発明の実施例２の固体高分子形燃料電池のセパレータ構造は、反応ガス流路の途中に細路部を設け、その細路部のガス流入部の直前で凸状のリブが隣接する部分において除去されて連通部が構成され、各流路を流れてきた反応ガスを一旦集結させている。これにより、夫夫のガス流路の不均一な抵抗の違いによって起こる不均一な流速の反応ガスが一体化され、圧力が均一化された反応ガスが再度細路部を通って圧力差を生じ、それによって高速化された反応ガスが下流の反応ガス流路に放出される。その結果、流路を流れる反応ガスの流速をガス流路の全長に亘って均一化することが可能となった。また、ガス流路の形成された面と結合した膜・電極接合体を形成するガス拡散層に、ガス流路を流れる反応ガスが拡散され、下流に行くにしたがって希薄になる反応ガスを再度細路部を通して濃縮し、下流での拡散効率が低下しないようにしている。さらに反応ガスを細路部に通すことにより圧力差を生じさせ、流速を高速化して反応ガス流路に溜まった生成水を吹き飛ばして排除し、反応ガスが流路全体に滞りなく行き渡るようにしている。
【００１７】
以上述べたように、本発明の固体高分子形燃料電池のセパレータ構造によれば、起電反応に寄与する反応ガス流路を流れる反応ガスの流速の高速化及び均一化を図ることによって、効率よく、安定した発電ができる固体高分子形燃料電池が実現できるという優れた効果を奏するものである
【図面の簡単な説明】
【図１】参考文献１（特開平−４５５２０号公報）に第１７図として記載されたものである。
【図２】本発明に係わる第１実施例を示す固体高分子形燃料電池用のセパレータ構造の平面図である。
【図３】図２のセパレータを構成する反応ガス流路及び細路部の断面図である。
【図４】図２のセパレータを構成する細路部のガス流入部及びガス流出部近傍の形状に関する他の実施例である。
【図５】本発明に係わる第２実施例を示す固体高分子形燃料電池用のセパレータ構造の平面図である。
【符号の説明】
３０          セパレータ
３１、３２    反応ガス流路
３３          ガス流入端部、ガス流入部
３４          ガス流入部
３５、３６    細路部
３７          ガス供給口
３８          ガス排出口
４１          リブ
４２          底面
５０、５１    ガス流出部
６０          連通部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004207160.tif 000006
【図５】
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