(57)【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単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータとを備え、
前記第１および第２セパレータは、前記アノード側電極および前記カソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する第１および第２ガス流路を有し、
少なくとも前記第１または第２ガス流路は、前記第１または第２セパレータの面内においてガス入口側からガス出口側に重力方向に蛇行して連なる主流路溝と、
前記ガス入口側から重力方向に直線的に設けられるとともに、前記主流路溝に合流する合流部位を有する補助流路溝と、
を備え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、前記補助流路溝は、前記ガス入口側に連通する直線部位と、
前記直線部位の途上からそれぞれ分岐して湾曲し、前記主流路溝の屈曲部に連通する複数の前記合流部位と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、前記補助流路溝は、前記ガス入口側に連通する直線部位と、
前記直線部位の終端に連続して湾曲し、前記主流路溝の屈曲部に連通する前記合流部位と、
を備え、
複数本の前記補助流路溝が前記ガス入口側から設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記主流路溝は、前記ガス入口側の溝本数が前記ガス出口側の溝本数よりも多く設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
固体高分子電解質膜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固体高分子型単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータとを備え、
前記第１および第２セパレータは、前記アノード側電極および前記カソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために重力方向に向かう第１および第２ガス流路と、
前記第１および第２セパレータの上部側に積層方向に貫通するガス入口と、
前記第１および第２セパレータの下部側に前記積層方向に貫通するガス出口と、
を有し、
少なくとも前記第１または第２ガス流路は、セパレータ面内において、前記ガス入口側から下方向に向かって面方向一側部側に傾斜した後、屈曲して下方向に向かって面方向他側部側に傾斜して前記ガス出口側に連なる流路溝を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池において、前記流路溝は、前記第１または第２セパレータの面中央部から面方向両側部側に向かって多列に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
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単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータとを備え、
前記第１および第２セパレータは、前記アノード側電極および前記カソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために重力方向に向かう第１および第２ガス流路を有し、
前記第１および第２セパレータの上部側には、中央部に配置されて積層方向に貫通する単一の第１のガス入口と、前記第１のガス入口の両側に配置される２つの第２のガス入口とが設けられ、
前記第１および第２セパレータの下部側には、中央部に配置されて前記積層方向に貫通する単一の第２のガス出口と、前記第２のガス出口の両側に配置される２つの第１のガス出口とが設けられ、
前記第１または第２ガス流路は、セパレータ面内において、横方向に分割されかつ単一の前記第１のガス入口側から２つの前記第１のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備えるとともに、
前記第２または第１ガス流路は、前記セパレータ面内において、横方向に分割されかつ２つの前記第２のガス入口側から単一の前記第２のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備え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単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータとを備えた燃料電池に関する。
【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）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されており、通常、前記単位燃料電池セルと前記セパレータとを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用されている。
【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、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質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が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。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するために、通常、触媒電極層（電極面）に導電性を有する多孔質層、例えば、多孔質カーボンペーパがセパレータにより挟持されるとともに、各セパレータの互いに対向する面には、均一な幅寸法に設定された１本または複数本のガス流路が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成では、ガス流路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスがセパレータの面内で消費されるため、このガス流路の出口付近における単位面積当たりの反応分子数が該ガス流路の入口側に比べて減少してしまう。これにより、電極面内での反応が不均一になり、セル性能が不安定になるという問題が指摘されている。
【０００６】
さらに、ガス流路内には、凝結水分や反応によって生成された水分が、液体（水）の状態で存在することがある。この水が多孔質層に蓄積されると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの触媒電極層への拡散性が低下してしまい、セル性能が著しく悪くなるおそれがある。
【０００７】
そこで、例えば、特開平６−２６７５６４号公報に開示されているように、アノード極に燃料を供給する燃料流路を有した燃料配流板と、カソード極に酸化剤を供給する酸化剤流路を有した酸化剤配流板とを具備し、前記酸化剤配流板の酸化剤流路の深さあるいは幅の少なくともいずれかを酸化剤の上流流路域から下流流路域に沿って徐々に小さくした燃料電池が知られている。
【０００８】
ところが、上記の従来技術では、酸化剤流路の上流流路域の深さが大きくなってセパレータ自体が相当に肉厚なものとなってしまう。これにより、燃料電池全体の小型化が容易に遂行されないという問題が指摘されている。しかも、ガス流路の上流から下流に向かって深さを徐々に小さくする加工作業が、極めて煩雑なものになるという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、良好なガス拡散性および排水性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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池では、単位燃料電池セルを挟持する第１および第２セパレータが、アノード側電極およびカソード側電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する第１および第２ガス流路を有するとともに、少なくともこの第１または第２ガス流路が、ガス入口側からガス出口側に重力方向に蛇行して連なる主流路溝と、このガス入口側から重力方向に直線的に設けられて前記主流路溝に合流する補助流路溝とを備えている。
【００１１】
このため、ガス入口側からガス出口側に向かって主流路溝を流れるガスが消費される際、この主流路溝に合流する補助流路溝からガスが供給され、前記主流路溝でのガス流速の減少を有効に阻止することができる。従って、主流路溝でガスが加速され、ガス流速が速くなって排水性を確実に向上させることが可能になる。しかも、第１または第２セパレータの面内におけるガスの圧損を低減し得るとともに、補助流路溝を流れるガスが反応して前記第１または第２セパレータの面内における反応面積の増加を図ることができる。
【００１２】
ここで、本発明では、補助流路溝がガス入口側に連通する直線部位と、この直線部位の途上からそれぞれ分岐して湾曲し、主流路溝の屈曲部に連通する複数の合流部位とを備えている。このため、補助流路溝を流れるガスの流速が低下することを有効に阻止して、主流路溝の各屈曲部に所望の流速でガスを円滑に供給することができる。
【００１３】
また、補助流路溝が、ガス入口側に連通する直線部位と、この直線部位の終端に連続して湾曲し、主流路溝の屈曲部に連通する合流部位とを備えるとともに、前記補助流路溝が複数本設けられている。従って、各補助流路溝から主流路溝に加速されたガスを確実に供給することができ、この主流路溝内での排水性を向上させることが可能になる。
【００１４】
さらに、主流路溝がガス入口側の溝本数をガス出口側の溝本数よりも多く設定されている。これにより、ガスの消費に伴って溝本数が減少するため、ガス出口側の単位面積当たりの反応分子数がガス入口側に比べて減少することがなく、電極面内での反応の均一化を図ることができる。
【００１５】
さらにまた、本発明では、重力方向に向かう少なくとも第１または第２ガス流路が、セパレータ面内において、第１および第２セパレータの上部側のガス入口側から下方向に向かって面方向一側部側に傾斜した後、屈曲して下方向に向かって面方向他側部側に傾斜して前記第１および第２セパレータの下部側のガス出口側に連なる流路溝を備えている。従って、第１または第２ガス流路を、セパレータ面内に対し電極面に沿って設けるとともに、流路溝が下方向に向かって傾斜しており、前記流路溝内の生成水が重力の作用下にガス出口側に自由落下する。これにより、流路溝内の生成水の排出性が大幅に向上する。
【００１６】
ここで、流路溝が第１または第２セパレータの面中央部から面方向両側部側に向かって多列に配置されている。このため、電極面に対してガスを均一かつ確実に供給することが可能になる。
【００１７】
また、本発明では、第１または第２ガス流路が、セパレータ面内において、横方向に分割されかつ単一の第１のガス入口側から２つの第１のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備えるとともに、前記第２または第１ガス流路は、前記セパレータ面内において、横方向に分割されかつ２つの第２のガス入口側から単一の第２のガス出口側にそれぞれ独立して重力方向に蛇行しながら連通する複数本の流路溝を備えている。これにより、ガス入口側からガス出口側に至る各流路溝の溝長さを一挙に短尺化することができ、前記流路溝内で生成される水の排出性が大幅に向上する。しかも、各流路溝の溝長さを短尺化することにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスの濃度分布のバラツキを少なくすることができ、燃料電池の発電性能を有効に向上させることが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の要部分解斜視図である。燃料電池１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じてこれらが複数組だけ積層されて燃料電池スタックを構成している。
【００１９】
単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード側電極２２とを有する。
【００２０】
単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２４、２６が設けられ、前記第１ガスケット２４は、アノード側電極２０を収納するための大きな開口部２８を有する一方、前記第２ガスケット２６は、カソード側電極２２を収納するための大きな開口部３０を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２４、２６とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持される。
【００２１】
図１〜図３に示すように、第１および第２セパレータ１４、１６は、それぞれの上部側に水素ガス等の燃料ガスを通過させるための入口孔部３２ａ、３２ｂと、酸素または空気である酸化剤ガスを通過させるための入口孔部３４ａ、３４ｂとを設ける。第１セパレータ１４の下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部３６と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部３８とが設けられる。
【００２２】
図２に示すように、第１セパレータ１４のアノード側電極２０に対向する面１４ａには、入口孔部３２ａ、３２ｂと出口孔部３６とを連通する燃料ガス流路（第１ガス流路）４０が形成される。燃料ガス流路４０は、入口孔部３２ａに連通して面１４ａ内において重力方向（矢印Ａ方向）に向かって蛇行する第１および第２主流路溝４２、４４と、前記第１および第２主流路溝４２、４４が一体的に合流した後に出口孔部３６に連通する第３主流路溝４６と、入口孔部３２ａ、３２ｂから重力方向に直線的に設けられて前記第１〜第３主流路溝４２、４４および４６に合流する第１および第２補助流路溝４８、５０とを備える。
【００２３】
第１および第２主流路溝４２、４４は、第１セパレータ１４の上部側から下方向（矢印Ａ方向）に向かって互いの離間間隔およびそれぞれの流路溝間隔が大きくなるように構成されており、出口孔部３６側で互いに合流して第３主流路溝４６が設けられる。第１および第２補助流路溝４８、５０は、入口孔部３２ａ、３２ｂに連通して矢印Ａ方向に延在する直線部位５２、５４と、前記直線部位５２、５４の途上からそれぞれ分岐して湾曲し、第１および第２主流路溝４２、４４の屈曲部に連通する複数の合流部位５６ａ〜５６ｄおよび５８ａ〜５８ｄとを備えている。
【００２４】
図３に示すように、第２セパレータ１６のカソード側電極２２に対向する面１６ａには、入口孔部３４ａ、３４ｂと出口孔部３８とを連通する酸化剤ガス流路（第２ガス流路）６０が形成される。この酸化剤ガス流路６０は、燃料ガス流路４０と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２５】
このように構成される第１の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。
【００２６】
燃料電池１０内には、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給され、この燃料ガスが第１セパレータ１４の入口孔部３２ａ、３２ｂから燃料ガス流路４０に導入される。具体的には、図２に示すように、入口孔部３２ａから第１および第２主流路溝４２、４４に供給された燃料ガスは、第１セパレータ１４の面１４ａに沿って蛇行しながら重力方向に移動し、第３主流路溝４６に合流して出口孔部３６に移動する。その際、燃料ガス中に含まれる水素ガスが、単位燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される。
【００２７】
ここで、第１の実施形態では、入口孔部３２ａ、３２ｂから重力方向に向かって第１および第２補助流路溝４８、５０が設けられ、この第１および第２補助流路溝４８、５０を構成する直線部位５２、５４からそれぞれ分岐する合流部位５６ａ〜５６ｄおよび５８ａ〜５８ｄが第１〜第３主流路溝４２、４４および４６の屈曲部に連通している。
【００２８】
このため、第１〜第３主流路溝４２、４４および４６からアノード側電極２０に水素ガスが供給されて燃料ガスが消費される際、第１および第２補助流路溝４８、５０から前記第１〜第３主流路溝４２、４４および４６に燃料ガスが導入され、該第１〜第３主流路溝４２、４４および４６内のガス流速を向上させることができる。これにより、ガス流の乱れを惹起させてガス拡散性を有効に上げるとともに、排水性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
【００２９】
しかも、第１および第２補助流路溝４８、５０に供給される燃料ガスが反応に供されるため、第１セパレータ１４の面１４ａにおける反応面積の増加が容易に図られる。さらに、第１および第２補助流路溝４８、５０から燃料ガスの補充が行われるため、第１セパレータ１４内におけるガスの圧損を有効に低減することが可能になる。
【００３０】
さらにまた、第１および第２主流路溝４２、４４が合流して第３主流路溝４６となるため、溝本数が減少している。従って、第１および第２補助流路溝４８、５０の作用と相俟って、単位面積当たりの反応分子数が減少することがなく、アノード側電極２０の電極面全体で均一かつ円滑な反応が有効に遂行されるという利点がある。
【００３１】
なお、第２セパレータ１６では、上記の第１セパレータ１４と同様の作用効果が得られるものであり、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ７０の正面説明図であり、図５は、第２セパレータ７２の正面説明図である。第１および第２セパレータ７０、７２は、それぞれの上部側に燃料ガスを通過させるための入口孔部７４ａ、７４ｂと、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部７６ａ、７６ｂとを設ける一方、それぞれの下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部７８と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部８０とが設けられる。
【００３３】
図４に示すように、第１セパレータ７０の図示しないアノード側電極に対向する面７０ａには、燃料ガス流路（第１ガス流路）８２が形成される。燃料ガス流路８２は、入口孔部７４ａから出口孔部７８に蛇行して連なる主流路溝８４と、前記入口孔部７４ａから前記主流路溝８４に合流する第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅと、入口孔部７４ｂから前記主流路溝８４に合流する第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆとを備える。
【００３４】
第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆは、それぞれ入口孔部７４ａ、７４ｂに連通して重力方向に延在する直線部位９０と、この直線部位９０の終端に連続して湾曲し、主流路溝８４の各屈曲部に連通する合流部位９２とを備えている。
【００３５】
図５に示すように、第２セパレータ７２の図示しないカソード側電極に対向する面７２ａには、酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１００が設けられる。この酸化剤ガス流路１００は、入口孔部７６ａと出口孔部８０とに蛇行して連なる主流路溝１０２と、前記入口孔部７６ａから前記主流路溝１０２に連なる第１補助流路溝１０４ａ〜１０４ｅと、入口孔部７６ｂから前記主流路溝１０２に連なる第２補助流路溝１０６ａ〜１０６ｆとを備える。なお、燃料ガス流路８２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
このように構成される第２の実施形態では、図４に示すように、第１セパレータ７０において、入口孔部７４ａから主流路溝８４に燃料ガスが供給されると、この燃料ガスは、前記主流路溝８４に沿って重力方向に蛇行しながら出口孔部７８側に移動するとともに、その途上で図示しないアノード側電極に供給される。その際、個別に設けられている第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆを通って主流路溝８４の屈曲部に燃料ガスが導入される。
【００３７】
このため、主流路溝８４内でガスが加速されて排水性が向上するとともに、ガスの圧損の低減が確実に遂行される。特に、第１補助流路溝８６ａ〜８６ｅおよび第２補助流路溝８８ａ〜８８ｆがそれぞれ個別に設けられるため、主流路溝８４の各屈曲部に対して燃料ガスを所定の流速で確実に導入させることができるという効果が得られる。なお、第２セパレータ７２においても、第１セパレータ７０と同様の効果が得られる。
【００３８】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１１０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３９】
燃料電池１１０は、単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１１２、１１４を備える。第１および第２セパレータ１１２、１１４の上部側には、燃料ガスを通過させるための入口孔部１１６と、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部１１８とが設けられるとともに、前記第１および第２セパレータ１１２、１１４の下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部１２０と、酸化剤ガスを通過させるための出口孔部１２２とが設けられる。
【００４０】
図６および図７に示すように、第１セパレータ１１２は、アノード側電極２０に対向する面１１２ａに燃料ガス流路（第１ガス流路）１２４が形成される。燃料ガス流路１２４は、上部側の入口孔部１１６側から下方向（矢印Ａ方向）に向かって面方向一側部側（矢印Ｂ方向）に傾斜した後、屈曲して下方向に向かって面方向他側部側（矢印Ｃ方向）に傾斜して下部側の出口孔部１２０に連なる流路溝１２６ａと、この流路溝１２６ａとは反対側に傾斜して前記出口孔部１２０に連なる流路溝１２６ｂとを備える。この流路溝１２６ａ、１２６ｂは、第１セパレータ１１２の面中央部から面方向両側部側に向かって多列に配置されている。
【００４１】
図６に示すように、第２セパレータ１１４は、カソード側電極２２に対向する面１１４ａに酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１２８が形成される。この酸化剤ガス流路１２８は、燃料ガス流路１２４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、アノード側電極２０およびカソード側電極２２は、第１および第２ガスケット２４、２６に対し傾斜して配置されている。
【００４２】
このように構成される第３の実施形態では、例えば、第１セパレータ１１２において、燃料ガスが入口孔部１１６から燃料ガス流路１２４に供給されると、この燃料ガスは、前記燃料ガス流路１２４を構成する各流路溝１２６ａに沿って一旦重力方向に向かって矢印Ｂ方向に傾斜して自重により落下供給された後、重力方向に向かって矢印Ｃ方向に傾斜して自重によって落下供給され、出口孔部１２０側に移動しながらアノード側電極２０に供給される。同様に、流路溝１２６ｂに導入された燃料ガスは、重力方向に向かって矢印Ｃ方向に傾斜して移動した後、重力方向に向かって矢印Ｂ方向に傾斜して出口孔部１２０側に移動しながらアノード側電極２０に供給される。
【００４３】
このように、第３の実施形態では、燃料ガス流路１２４が全体として略菱形状の流路を構成する流路溝１２６ａ、１２６ｂを備えており、燃料ガスがこの流路溝１２６ａ、１２６ｂに沿って重力の作用下に自由落下しながらアノード側電極２０に供給される。従って、流路溝１２６ａ、１２６ｂに反応生成水が残留することがなく、簡単な構成で、この生成水の排出性が大幅に向上するという効果が得られる。
【００４４】
なお、図７に示すように、燃料ガス流路１２４を構成する流路溝１２６ａ、１２６ｂの間には、矢印Ａ方向に指向して同一幅寸法を有する流路１３０が形成されているが、図８に示すように、第１セパレータ１１２の面１１２ａの中心に向かって上下方向から徐々に幅狭となる流路１３２ａ、１３２ｂを設けることができる。これにより、燃料ガス流路１２４における燃料ガスの流通性が一層向上することになる。
【００４５】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１４０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４６】
燃料電池１４０は、単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４２、１４４を備える。第１および第２セパレータ１４２、１４４は、上部側に燃料ガスを通過させるための入口孔部１４６ａ、１４６ｂと、酸化剤ガスを通過させるための入口孔部１４８とが設けられ、その下部側には、燃料ガスを通過させるための出口孔部１５０と酸化剤ガスを通過させるための出口孔部１５２ａ、１５２ｂとが設けられる。
【００４７】
図９および図１０に示すように、第１セパレータ１４２のアノード側電極２０に対向する面１４２ａには、入口孔部１４６ａ、１４６ｂと出口孔部１５０とを連通する燃料ガス流路（第１ガス流路）１５４が形成される。燃料ガス流路１５４は、入口孔部１４６ａと出口孔部１５０とを連通する第１流路溝１５６と、入口孔部１４６ｂと前記出口孔部１５０とを連通する第２流路溝１５８とを有する。第１および第２流路溝１５６、１５８は、それぞれ重力方向（矢印Ａ方向）に蛇行しながら設けられるとともに、面１４２ａの横方向（左右方向）にそれぞれ独立して分割形成されている。
【００４８】
第２セパレータ１４４は、図９および図１１に示すように、カソード側電極２２に対向する面１４４ａに酸化剤ガス流路（第２ガス流路）１６０が形成される。酸化剤ガス流路１６０は、入口孔部１４８と出口孔部１５２ａとを連通して重力方向に向かって蛇行する第１流路溝１６２と、前記入口孔部１４８と出口孔部１５２ｂとを連通して重力方向に蛇行する第２流路溝１６４とを備えるとともに、前記第１および第２流路溝１６２、１６４は、幅方向に分割されかつ独立して設けられている。
【００４９】
このように構成される第４の実施形態では、例えば、図１０に示すように、第１セパレータ１４２の入口孔部１４６ａ、１４６ｂから燃料ガス流路１５４に燃料ガスが供給されると、この燃料ガスは、それぞれ独立して設けられている第１および第２流路溝１５６、１５８に沿って重力方向に蛇行しながら移動する。このため、燃料ガスは、第１および第２流路溝１５６、１５８からアノード側電極２０に供給されるとともに、残余の燃料ガスが出口孔部１５０に排出される。
【００５０】
一方、図１１に示すように、第２セパレータ１４４の入口孔部１４８に供給された酸化剤ガスは、それぞれ独立して設けられている第１および第２流路溝１６２、１６４に沿って重力方向に蛇行しながら移動する。従って、酸化剤ガスは、第１および第２流路溝１６２、１６４からカソード側電極２２に供給されるとともに、残余の酸化剤ガスが出口孔部１５２ａ、１５２ｂに排出される。
【００５１】
このように、第４の実施形態では、例えば、第１セパレータ１４２の面１４２ａには、横方向に分割されかつそれぞれ独立して入口孔部１４６ａ、１４６ｂから出口孔部１５０に連通する第１および第２流路溝１５６、１５８が設けられている。このため、第１および第２流路溝１５６、１５８は、それぞれの流路長を一挙に短尺化することができ、燃料ガスの濃度分布のバラツキを小さくすることが可能になり、燃料電池１４０の発電性能を有効に向上させるという効果がある。
【００５２】
図１２は、図１０に示す第１セパレータ１４２に代替して使用される本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ１７０の正面説明図である。なお、第１セパレータ１４２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５３】
この第１セパレータ１７０の面１７０ａには、燃料ガス流路１７２が形成され、この燃料ガス流路１７２が、それぞれ入口孔部１４６ａ、１４６ｂと出口孔部１５０とを連通する第１および第２流路溝１７４、１７６を有する。第１および第２流路溝１７４、１７６は、梯子状に構成されており、横方向の流路と縦方向の流路とが互いに連通している。
【００５４】
従って、第１セパレータ１７０では、それぞれ独立した第１および第２流路溝１７４、１７６を設けることにより、それぞれの流路長を短尺化することができ、前述した第１セパレータ１４２と同様の効果が得られることになる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、燃料ガスを供給する第１ガス流路または酸化剤ガスを供給する第２ガス流路の少なくとも一方が、ガス入口側からガス出口側に重力方向に蛇行して連なる主流路溝と、前記ガス入口側から重力方向に直線的に設けられて前記主流路溝に合流する補助流路溝とを備えている。このため、簡単な構成で、主流路溝から消費されるガスを有効に補充するとともに、ガス流速の減少を阻止し、排水性を確実に向上させることができる。しかも、ガスの圧損を低減する他、反応面積の拡大が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図５】前記第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図７】前記第３の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図８】図７に示すセパレータの変形例を示す正面説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。
【図１０】前記第４の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図１１】前記第４の実施形態に係る燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０、１４０…燃料電池
１２…単位燃料電池セル
１４、１６、７０、７２、１１２、１１４、１４２、１４４、１７０…セパレータ
１８…電解質膜
２０…アノード側電極
２２…カソード側電極
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ、７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ、１１６、１１８、１４６ａ、１４６ｂ、１４８…入口孔部
３６、３８、７８、８０、１２０、１２２、１５０、１５２ａ、１５２ｂ…出口孔部
４０、８２、１２４、１５４、１７２…燃料ガス流路
４２、４４、４６、８４、１０２…主流路溝
４８、５０、８６ａ〜８６ｅ、８８ａ〜８８ｆ、１０４ａ〜１０４ｅ、１０６ａ〜１０６ｆ…補助流路溝
５２、５４、９０…直線部位
５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、９２…合流部位
６０、１２８、１６０…酸化剤ガス流路
１２６ａ、１２６ｂ、１５６、１５８、１６２、１６４、１７４、１７６…流路溝
【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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