(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給を受けて発電する単電池を複数積層してなる燃料電池スタックの単電池間の隔壁をなし、前記燃料電池スタック内に積層方向の複数対の給排流路を形成するよう縁部に設けられた複数対の開口部と、流体が流れ、前記複数対の開口部のうちの少なくとも一対の開口部を連通する流体流路を形成する流路形成部とを備える燃料電池用のセパレータであって、
前記流路形成部の前記流体流路は、複数の折り返し部によりつづら状に形成され、
前記複数対の開口部のうちの少なくとも一つは、前記流体流路において前記流体が最初に折り返される折り返し部に対向し、前記流体の流れに対して所定の角度を持った斜辺を有し、前記流体流路方向に延長された延長開口部として形成されてなる
燃料電池用のセパレータ。
【請求項２】
前記複数対の開口部のうち四隅に形成された開口部の少なくとも一つが前記流体流路方向に延長された延長開口部として形成されてなる請求項１記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項３】
前記延長開口部は、前記流体流路における前記流体の流れに対し、前記流体が次に折り返される折り返し部の方向に、前記流体流路方向と鋭角をなして傾く斜辺を有する請求項１または２記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項４】
前記複数対の開口部のうちの前記延長開口部を含む一対の開口部は、同一の側壁に沿って形成されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項５】
燃料の供給を受けて発電する単電池を複数積層してなる燃料電池スタックの単電池間の隔壁をなし、矩形形状の開口部と、流体が流れる流体流路とを有する矩形形状のセパレータであって、
四隅の少なくとも一つに、外壁に平行な三辺と、前記流体の進行方向に、前記流体流路方向の外壁と鋭角をなす内側の少なくとも一つの斜辺とを有する多角形の隅開口部
を備える燃料電池用のセパレータ。
【請求項６】
前記隅開口部は、他に形成された開口部と連絡する流体流路への流体の供給または流体の排出を行なう開口部である請求項５に記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項７】
前記隅開口部と前記他に形成された開口部とは、同一の側壁に沿って形成されてなる請求項６に記載の燃料電池用のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、詳しくは、燃料の供給を受けて発電する単電池を複数積層してなる燃料電池スタックの単電池間の隔壁をなす燃料電池用のセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池用のセパレータとしては、燃料電池スタック内の単電池の積層方向にガスなどを給排する複数の開口部を外縁部に配置したものが提案されている（特開平１１−３３９８２２号公報など）。この開口部は、他の開口部と対となって連通し流体流路を形成し、ガスはこの流体流路から単電池へ供給される。また、三角形の開口部を隅部に配置したセパレータも提案されている（特開平４−４７６７１号公報など）。このセパレータにおいて、流体流路は、ガスを開口部の斜辺に略直角に流した後外壁に平行に流すよう形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのセパレータにおいて、開口部は、ガスの給排を円滑に行なうために所定の開口面積を必要とするが、セパレータの小型化を図ろうとすると所定の開口面積を確保することができない。そこで、所定の開口面積を確保する手法として、開口部をセパレータの外側方向に延長する手法が考えられるが、この手法ではセパレータの外形が膨らみセパレータが大型化してしまう。また、開口部を隣の他の開口部側に延長する手法も考えられるが、この手法では他の開口部を配置する場所が制限され設計の自由度が低下してしまう。
【０００４】
本発明の燃料電池用のセパレータは、セパレータを大型化することなく単電池へ燃料を給排する開口部の開口面積を確保することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池用のセパレータは、設計の自由度を低下させることなく開口部の開口面積を確保することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池用のセパレータは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の燃料電池用のセパレータは、
燃料の供給を受けて発電する単電池を複数積層してなる燃料電池スタックの単電池間の隔壁をなし、前記燃料電池スタック内に積層方向の複数対の給排流路を形成するよう縁部に設けられた複数対の開口部と、流体が流れ、前記複数対の開口部のうちの少なくとも一対の開口部を連通する流体流路を形成する流路形成部とを備える燃料電池用のセパレータであって、
前記流路形成部の前記流体流路は、複数の折り返し部によりつづら状に形成され、
前記複数対の開口部のうちの少なくとも一つは、前記流体流路において前記流体が最初に折り返される折り返し部に対向し、前記流体の流れに対して所定の角度を持った斜辺を有し、前記流体流路方向に延長された延長開口部として形成されてなる
ことを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の燃料電池用のセパレータでは、開口部は、流体流路方向に延長された延長開口部として形成されているので、セパレータの外形を膨らませることなく、即ち、セパレータを大型化することなく所定の開口面積を確保することができる。また、開口部は、流体流路方向に延長されるので他の開口部を配置する場所を制限しない。この結果、設計の自由度の低下を防ぐことができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の燃料電池用のセパレータにおいて、前記複数対の開口部のうち四隅に形成された開口部の少なくとも一つが前記流体流路方向に延長された延長開口部として形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、四隅に形成された開口部であっても、セパレータの外形を膨らませることなく所定の開口面積を確保することができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の燃料電池用のセパレータにおいて、前記延長開口部は、前記流体流路における流体の流れに対し、前記流体が次に折り返される折り返し部の方向に、前記流体流路方向と鋭角をなして傾く斜辺を有するものとすることもできる。こうすれば、延長開口部の隣で折り返す他の流体流路の折り返し部の壁面に、流体が次に折り返される折り返し部の方向に、流体流路方向と鋭角をなす角度を持たせることができ、この折り返し部における流体の流れを円滑にすることができる。
【００１０】
こうした本発明の第１の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数対の開口部のうちの前記延長開口部を含む一対の開口部は、同一の側壁に沿って形成されてなるものとすることもできる。
【００１１】
本発明の第２の燃料電池用のセパレータは、
燃料の供給を受けて発電する単電池を複数積層してなる燃料電池スタックの単電池間の隔壁をなし、矩形形状の開口部と、流体が流れる流体流路とを有する矩形形状のセパレータであって、
四隅の少なくとも一つに、外壁に平行な三辺と、前記流体の進行方向に、前記流体流路方向の外壁と鋭角をなす内側の少なくとも一つの斜辺とを有する多角形の隅開口部
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の第２の燃料電池用のセパレータでは、隅開口部の内側の少なくとも一辺が外壁に対して流体の進行方向に、流体流路方向の外壁と鋭角をなす角度で形成されているので、セパレータの矩形形状を維持しセパレータを大型化することなく所定の開口面積を確保することができる。また、他の開口部を配置する場所を制限しないので、設計の自由度の低下を防ぐことができる。
【００１３】
こうした本発明の第２の燃料電池用のセパレータにおいて、前記隅開口部は、他に形成された開口部と連絡する流体流路への流体の供給または流体の排出を行なう開口部であるものとすることもできる。こうすれば、セパレータの矩形形状を維持しつつ所定の開口面積を確保することができるので、流体流路へ流体の供給または排出を良好に行なうことができる。この態様の本発明の燃料電池用セパレータにおいて、前記隅開口部は、他に形成された開口部と連絡する流体流路への流体の供給または流体の排出を行なう開口部であるものとすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例としてのセパレータ２０を備える燃料電池スタック１００の構成の概略を示す構成図である。燃料電池スタック１００は、燃料の供給を受けて発電する単電池１０と、各単電池間に配設され各単電池間の隔壁をなすと共に単電池１０へ燃料を供給するセパレータ２０とが交互に積層されている構成されている。
【００１５】
単電池１０は、図示していないが、例えば、固体高分子電解質膜を２個の触媒電極で挟持したものを更に２個のガス拡散電極で挟持した固体高分子電解質型燃料電池として構成されており、水素リッチな燃料ガス及び空気の供給を受けて発電する。
【００１６】
図２はセパレータ２０の外観を示す斜視図である。セパレータ２０は、外形が矩形形状をなしており、縁部に形成された６個の開口部２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂと、開口部２２ａと２２ｂとの間を連通する流通溝２８とを備える。図１に示すように、単電池１０とセパレータ２０を交互に積層することにより、各開口部は、単電池の積層方向に連通して流路を形成する。これらの流路が空気給排流路，燃料ガス給排流路または冷却水給排流路として用いられる。なお、セパレータ２０の図２の裏面側には、開口部２４ａと２４ｂとを連通する流通溝２８と同様の流通溝が形成されている。
【００１７】
隅部の開口部２２ｂ，２４ｂは、セパレータ２０の外壁に平行な３辺と外壁に対して鋭角な斜辺とからなる四辺形として形成されており、流通溝２８により形成される流路方向に延長されている。この結果、セパレータ２０の外形を膨らませることなく開口部２２ｂ，２４ｂの開口面積を大きくすることができ、開口部２２ｂ，２４ｂから空気または燃料ガスの排出を良好に行なうことができる。
【００１８】
流通溝２８は、折り返し部３２，３４，３６によりつづら折り状に形成され、底部に複数のリブ３０を備えており、単電池１０とセパレータ２０とを積層したときに、開口部２２ａと開口部２２ｂとを連通する流体流路が形成される。開口部２２ａに供給した空気は、この流体流路を通る際にその一部が単電池１０に供給され、残りが開口部２２ｂから排出される。折り返し部３２の壁面は、開口部２４ｂの斜辺と隣り合っているためセパレータ２０ａの外壁に対して所定の角度を持って傾いて形成されている。この結果、開口部２２ａに供給した空気は、折り返し部３２で折り返しすとき角部で淀むことなく円滑に流れることができる。
【００１９】
尚、燃料電池スタック１００には、開口部２６ａと２６ｂとを連通する流通溝を備える他のセパレータ（図示せず）も設けられており、冷却水を開口部２６ａ，２６ｂに給排することにより燃料電池スタック１００を冷却できるようになっている。
【００２０】
以上説明した本実施例のセパレータ２０によれば、開口部２２ｂ，２４ｂを外壁に平行な３辺と外壁に対して鋭角な斜辺とからなる四辺形とし、流体流路方向へ延長した形状とすることにより、セパレータ２０の外形を膨らませることなく開口面積を大きくすることができ、空気または燃料ガスの排出を良好に行なうことができる。しかも、流通溝の折り返し部の壁面が傾いて形成されているので、この壁面の角部で空気または燃料が淀むことなく円滑に流れる。
【００２１】
本実施例のセパレータ２０では、開口部２２ｂ，２４ｂの内側の辺は外壁に対して鋭角に傾いているものとしたが、開口部２２ｂ，２４ｂの開口形状は４辺が外壁に対して平行な長方形であり、流路方向に延長されているものとすることもできる。
【００２２】
また、本実施例のセパレータ２０では、隅部の開口部２２ｂ，２４ｂの内側の辺は外壁に対して鋭角に傾いているものとしたが、隅部の開口部２２ａ，２４ａの内側の辺を外壁に対して鋭角に傾いているものとすることもできる。
【００２３】
さらに、本実施例のセパレータ２０では、開口部２２ｂ，２４ｂの開口形状は四辺形であるが、四辺形に限定したものでなく、外壁に対して内側の辺が傾いた他の多角形とすることもできる。
【００２４】
そして、本実施例のセパレータ２０では、単電池１０は固体高分子電解質型燃料電池であるものとしたが、これに限定したものでなく、別の型の単電池にすることもできる。この場合、開口部から供給する燃料ガス等については、適宜変えることができる。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例としてのセパレータを備える燃料電池スタックの構成の概略を示す構成図である。
【図２】  セパレータ２０の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  単電池、２０  セパレータ、２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ  開口部、２８  流通溝、１００  燃料電池スタック。
【図１】
0004026302.tif 000002
【図２】
0004026302.tif 000003