(57)【要約】【課題】ガス供給用溝流路の下流端部における水の滞留を抑制する。【解決手段】燃料電池セルに接する少なくとも一方の面に、その下流端部が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を有する燃料電池用セパレータである。燃料電池用セパレータの内部空間に水溜部が設けられており、ガス供給用溝流路の下流端部には、水留部に連通する連通孔が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルに接する少なくとも一方の面に、その下流端部が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を有する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用セパレータの内部空間に水溜部が設けられており、
前記ガス供給用溝流路の下流端部には、前記水留部に連通する連通孔が形成されている
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用セパレータ、特に、燃料電池セルに接する面に、その下流端部が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路部を備える燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素（Ｏ2）との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。この燃料電池は、プロトン（Ｈ+）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を有しており、ガス拡散層に当接する面に反応ガスのガス流路部を有するセパレータにより挟持した燃料電池セル（単に「セル」とも呼ぶ）により構成される。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
【０００３】
セパレータに形成された反応ガスの溝流路の構造の一例として、その下流端部が閉塞されガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが、交互に配列された構造を有するガス流路部が知られている（特許文献１，２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１９７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構造のガス流路部では、ガス供給用溝流路の下流端部が閉塞状態となる。このため、このセパレータで挟持された燃料電池において、ガス供給用溝流路により供給されるガス中に含まれる水分や、燃料電池セルの電気化学反応によって生成された水が、排水されずに下流端部（閉塞部）に滞留してしまい、燃料電池セルにフラッディングが発生しやすいという問題がある。なお、通常、電気化学反応により、水が生成されるのはカソード側であるため、カソード側のガス流路が上記構造であれば、閉塞部に水が滞留し易くなる。また、カソード側で生成された水は電解質膜を介してアノード側にも移動するため、アノード側のガス流路が、上記構造である場合にも、閉塞部に水が滞留し易くなる。
【０００６】
ここで、上記特許文献１には、閉塞部を親水性多孔体で構成することにより、閉塞部に滞留する水を吸水し除去することが開示されている。しかしながら、閉塞部のみを多孔体構造とすることは困難であり、また、多孔体を介してガス排出用溝流路にガスがリークする、という問題もあり、滞留する水の除去の点で不十分な点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ガス供給用溝流路の下流端部（閉塞部）における水の滞留を抑制する技術として、より改善を図った技術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】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池セルに接する少なくとも一方の面に、その下流端部が閉塞されたガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞されたガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路を有する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用セパレータの内部空間に水溜部が設けられており、
前記ガス供給用溝流路の下流端部には、前記水留部に連通する連通孔が形成されている
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
この燃料電池用セパレータによれば、ガス供給用溝流路の下流端の閉塞部に滞留する水を連通孔から水留部に排出することができるので、ガス供給用溝流路の下流端の閉塞部に水が滞留することを除去することが可能となる。これにより、ガス供給用溝流路の下流端部に溜まった水を排出することが可能となる。これにより、滞留する水に起因するフラッディングの発生を抑制することが可能である。
【００１０】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用セパレータだけでなく、これを用いた燃料電池等の種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池用セパレータについて示す説明図である。図１（Ａ）に燃料電池用セパレータ（以下、単に「セパレータ」とも呼ぶ）１０のアノード側の概略平面図を示している。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、このセパレータ１０の上下の端部のうち、下側の端部には、酸化ガス供給マニホールドＭＯＩが設けられており、上側の端部には、酸化ガス排出マニホールドＭＯＯが設けられている。なお、酸化ガスとしては、通常、空気(厳密には空気に含まれる酸素)が利用される。また、セパレータ１０の左右の端部のうち、右側の端部の最上段部には、燃料ガス供給マニホールドＭＨＩが設けられているとともに、その下側には、冷媒供給マニホールドＭＣＩが設けられている。また、左側の端部の最下段部には、燃料ガス排出マニホールドＭＨＯが設けられているとともに、その上側には、冷媒排出マニホールドＭＣＯが設けられている。なお、燃料ガスとしては、通常、水素（Ｈ2）が利用される。燃料ガス供給マニホールドＭＨＩには、左右方向に延びる燃料ガス供給用連通溝流路ＣＦ１が接続されており、燃料ガス供給用連通溝流路ＣＦ１には、後述するように、ガス流路部ＦＨを構成する燃料ガス供給用溝流路Ｆ１が櫛型状に接続されている。同様に、燃料ガス排出マニホールドＭＨＯには左右方向に延びる燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２が接続されており、燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２には、後述するように、ガス流路部ＦＨを構成する燃料ガス排出用溝流路Ｆ２が櫛型状に接続されている。
【００１４】
図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ部（円枠）を拡大して示している。燃料ガス供給用溝流路Ｆ１は、上記したように、燃料ガス供給マニホールドＭＨＩから横方向に延びる燃料ガス供給用連通溝流路ＣＦ１に櫛型状になるように接続されており（図１（Ｂ）不図示）、燃料ガス排出用溝流路Ｆ２も、上記したように、燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２に櫛型状になるように接続されている。燃料ガス供給用溝流路Ｆ１と燃料ガス排出用溝流路Ｆ２とは交互に配列され、凸状の流路壁ＷＦにより分離されている。そして、燃料ガス供給用溝流路Ｆ１の下流端部および燃料ガス排出用溝流路Ｆ２の上流端部（図１（Ｂ）不図示）は、それぞれ、流路壁ＷＦにより閉塞された構造となっている。また、燃料ガス供給用溝流路Ｆ１の下流端部にはセパレータ１０の内部に向けて空けられた孔ＨＷが設けられている。
【００１５】
図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の燃料ガス供給用溝流路Ｆ１に沿ったＢ−Ｂ線の位置における断面図（Ｂ−Ｂ断面図）を示している。セパレータ１０のアノード側面１０ａｎとカソード側面１０ｃｄとの間の内部には、空間が形成されており、孔ＨＷに連通する空間（以下、「水留部」と呼ぶ）ＳＷや、冷媒流路ＳＣ、燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２、酸化ガス供給用流路ＦＯＩ、酸化ガス排出用流路ＦＯＯ（図１（Ｃ）不図示）が設けられている。そして、水留部ＳＷ１と燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２とはシール部材Ｓｗｆｈにより遮蔽されており、水留部ＳＷ１と冷媒流路ＳＣとはシール部材Ｓｃｗにより遮蔽されている。また、酸化ガス供給用流路ＦＯＩと燃料ガス排出用連通溝流路ＣＦ２とはシール部材Ｓｆｈ／ｆｏにより遮蔽されており、酸化ガス排出用流路ＦＯＯ（図１（Ｃ）不図示）と冷媒流路ＳＣとの間も図示しないシール部材により遮蔽されている。なお、冷媒流路ＳＣは、冷媒供給マニホールドＭＣＩおよび冷媒排出マニホールドＭＣＯに接続されている（不図示）。また、酸化ガス供給用流路ＦＯＩは酸化ガス供給マニホールドＭＯＩに接続され（不図示）、酸化ガス排出用流路は酸化ガス排出マニホールドＭＯＯに接続されている（不図示）。
【００１６】
上記構成の燃料電池用セパレータ１０を用いて燃料電池を構成した場合、従来例でも説明したように、燃料ガス供給用溝流路Ｆ１を流れるガスに含まれる水分や、カソード側で生成された水が、燃料ガス供給用溝流路Ｆ１の下流端の閉塞部に滞留し易くなる。しかしながら、本実施例の燃料電池用セパレータ１０の場合には、燃料ガス供給用溝流路Ｆ１の下流端部分にセパレータ１０の内部空間に設けられた水留部ＳＷに連通する孔ＨＷが設けられているので、下流端部に溜まる水を水留部ＳＷへ排出して溜めておくことが可能となる。これにより、下流端部に水が滞留することを抑制することが可能となり、フラッディグの発生を抑制することが可能となる。また、水留部に溜まった水は、燃料電池が高温となって、燃料電池セルを構成する電解質膜が乾燥するような場合に、蒸発して拡散し、電解質膜に吸収されて電解質膜を湿潤状態とするために利用されるので、ドライアップによる発電性能の低下を抑制することも可能である。
【００１７】
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００１８】
上記実施例では、燃料電池用セパレータのアノード側に、その下流端部が閉塞された燃料ガス供給用溝流路と、その上流端が閉塞された燃料ガス排出用溝流路とが交互に配列された構造のガス流路部を備える場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、アノード側ではなくカソード側に設けるようにしてもよい。また、アノード側およびカソード側の両方に設けるようにしてもよい。アノード側およびカソード側の両方に設ける場合には、ガス供給用溝流路の下流端部に設ける孔はアノード側とカソード側のいずれか一方でも、両方に設けてもよい。ただし、両方に設ける場合には、燃料ガスと酸化ガスがリークしないように、それぞれの孔に連通する水留部を遮蔽する必要がある。
【符号の説明】
【００１９】
１０…燃料電池用セパレータ（セパレータ）
１０ｃｄ…カソード側面
１０ａｎ…アノード側面
Ｆ１…燃料ガス供給用溝流路
Ｆ２…燃料ガス排出用溝流路
ＳＣ…冷媒流路
ＷＦ…流路壁
ＦＨ…ガス流路部
ＳＷ…水留部
ＨＷ…孔
ＣＦ１…燃料ガス供給用連通溝流路
ＣＦ２…燃料ガス排出用連通溝流路
ＳＷ１…水留部
ＭＣＩ…冷媒供給マニホールド
ＭＨＩ…燃料ガス供給マニホールド
ＭＣＯ…冷媒排出マニホールド
ＭＨＯ…燃料ガス排出マニホールド
ＭＯＩ…酸化ガス供給マニホールド
ＦＯＩ…酸化ガス供給流路
ＦＯＯ…酸化ガス排出流路
ＭＯＯ…酸化ガス排出マニホールド
Ｓｃｗ…シール部材
Ｓｗｆｈ…シール部材
Ｓｆｈ／ｆｏ…シール部材
【図１】
2012014846.tif 000003