JP5603894B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが、立位姿勢で水平方向に積層される燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。燃料電池では、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールドを構成する場合が多い。

内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔）及び反応ガス出口連通孔（燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔）を備えている。反応ガス入口連通孔は、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路（燃料ガス流路、酸化剤ガス流路）の入口側に連通する一方、反応ガス出口連通孔は、前記反応ガス流路の出口側に連通している。

ここで、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と反応ガス流路とは、反応ガスを円滑且つ均等に流すために、複数の貫通孔を有する連結流路を介して連結されている場合がある。

例えば、特許文献１に開示されているように、アノード対向プレート（セパレータ）は、図７に示すように、燃料ガス供給マニホールド形成部１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部３ｂとを有している。

アノード対向プレートは、さらに、燃料ガス供給マニホールド形成部１ａより中央側に複数個並んで形成された燃料ガス供給孔４ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部１ｂより中央側に複数個並んで形成された燃料ガス排出孔４ｂとを有している。

アノード対向プレートは、燃料電池を構成する際にＭＥＡと対向する発電部に凸凹形状を有している。アノード対向プレートには、ＭＥＡとの対向面における燃料ガス流路形成部５と、その反対面における冷却媒体流路形成部６とが、上下方向に交互に形成されている。

特開２００６−２１６４９１号公報

上記の特許文献１では、アノード対向プレートの面には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするためにシール部材（図示せず）が配置されている。ここで、燃料ガス供給孔４ａ及び燃料ガス排出孔４ｂは、一方の面でシール部材を介して燃料ガス供給マニホールド形成部１ａ及び燃料ガス排出マニホールド形成部１ｂに連通するとともに、他方の面でシール部材を介して燃料ガス流路形成部５に連通している。

その際、最下端の燃料ガス供給孔４ａ及び燃料ガス排出孔４ｂとシール部材の下部との間に隙間が存在すると、前記シール部材の下部に比較的多量の水が滞留するおそれがある。従って、水を流動させるためには、大きな差圧が必要になり、燃料ガス流量が変動して発電安定性が低下するという問題がある。しかも、燃料ガス供給孔４ａ側の滞留水量が多いと、燃料ガス流量が変化した際に発電部に吹き出される水量が増加し、発電安定性が低下してしまう。その上、低温時には、滞留水が凍結し易くなり、燃料電池が損傷するおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通する連結流路の近傍に水が滞留することを抑制することができ、発電安定性を向上させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが、立位姿勢で水平方向に積層されるとともに、前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔とが設けられる燃料電池に関するものである。

この燃料電池では、反応ガス流路と反応ガス入口連通孔とを連通する入口連結流路及び前記反応ガス流路と反応ガス出口連通孔とを連通する出口連結流路が設けられるとともに、前記入口連結流路及び前記出口連結流路は、それぞれセパレータを貫通する複数の貫通孔を有している。

そして、セパレータの一方の面には、反応ガス入口連通孔及び入口連結流路の複数の貫通孔の全てを周回する入口流路シール部と、反応ガス出口連通孔及び出口連結流路の複数の貫通孔の全てを周回する出口流路シール部とを有する第１流路シール部が設けられ、前記セパレータの他方の面には、前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全て、前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全て及び反応ガス流路を周回する第２流路シール部が設けられている。入口連結流路の複数の貫通孔及び出口連結流路の複数の貫通孔は、それぞれ重力方向に沿って配列され、前記入口連結流路の前記複数の貫通孔及び前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の中、少なくともいずれか一方の前記複数の貫通孔の最下端の貫通孔は、前記最下端の貫通孔の上方に隣接する他の貫通孔よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定されている。

また、この燃料電池では、第１流路シール部又は第２流路シール部は、最下端の貫通孔の下方近傍に重力下方向に凹状となる凹状部を形成することが好ましい。

さらに、この燃料電池では、入口流路シール部又は出口流路シール部、及び第２流路シール部は、それぞれの下端部が反応ガス流路に向かって、反応ガス出口連通孔に向かって、又は反応ガス入口連通孔に向かって、下方に傾斜することが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、入口連結流路は、セパレータの一方の面に設けられ、一端が反応ガス入口連通孔に連通し且つ他端が前記入口連結流路の複数の貫通孔の全てに連通する第１流路部と、前記セパレータの他方の面に設けられ、一端が反応ガス流路に連通し且つ他端が前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第２流路部とを有し、出口連結流路は、前記セパレータの一方の面に設けられ、一端が前記反応ガス出口連通孔に連通し且つ他端が前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第１流路部と、前記セパレータの他方の面に設けられ、一端が前記反応ガス流路に連通し且つ他端が前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第２流路部と、を有し、前記入口連結流路の前記第１流路部及び前記入口連結流路の前記第２流路部は、水平方向から下方に又は上方に傾斜するとともに、前記出口連結流路の前記第１流路部及び前記出口連結流路の前記第２流路部は、水平方向から下方に又は上方に傾斜することが好ましい。

本発明によれば、重力方向に配列されている複数の貫通孔の中、最下端の貫通孔は、上方の他の貫通孔よりも大きな開口面積を有して下方に延びる開口形状に設定されている。このため、最下端の貫通孔と第１流路シール部又は第２流路シール部との間では、水が滞留するスペースを可及的に狭小化することができる。しかも、最下部の貫通孔は、開口面積が大きく設定されるため、排水性が向上してガス流量が安定化する。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通する連結流路の近傍に水が滞留することを抑制することができ、発電安定性を容易に向上させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第１セパレータの一方の面の説明図である。 前記第１セパレータの他方の面の説明図である。 前記第１セパレータの入口連結流路の説明図である。 前記第１セパレータの出口連結流路の説明図である。 特許文献１に開示されているセパレータの説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池１０は、立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されてスタック（例えば、車載用燃料電池スタック）を構成する。

燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、横長（又は縦長）の長方形状を有し、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板を波板状にプレス成形して構成される。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、カーボン部材等で構成されてもよい。

長方形状（又は正方形状）の電解質膜・電極構造体１２は、図２に示すように、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極２０及びアノード電極２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。

カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを設ける。アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを設ける。

第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、同一の外形寸法を有するとともに、長辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定される。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、短辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜１８よりも小さな外形寸法に設定される（図１参照）。

第１ガス拡散層２０ｂは、固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定される（図２参照）。第２ガス拡散層２２ｂは、長辺方向の両端部で固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定され、且つ、短辺方向の両端部で、前記固体高分子電解質膜１８及び第１ガス拡散層２０ｂよりも小さな外形寸法に設定される。

第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに印刷、塗布又は転写することによって構成される。

第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンブラック及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含む下地層をカーボンペーパの触媒層側に塗布して形成される。

電解質膜・電極構造体１２には、樹脂体２４ａ、２４ｂが一体化される。樹脂体２４ａ、２４ｂは、電解質膜・電極構造体１２の短辺側の各辺に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される。樹脂体２４ａ、２４ｂは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等で構成される。

図１に示すように、樹脂体２４ａの第２セパレータ１６側の面には、後述する酸化剤ガス流路４２の入口側に対応する入口バッファ部２６ａが設けられる。樹脂体２４ｂの第２セパレータ１６側の面には、酸化剤ガス流路４２の出口側に対応する出口バッファ部２６ｂが設けられる。入口バッファ部２６ａ及び出口バッファ部２６ｂは、複数の突起部により構成される。

樹脂体２４ａの第１セパレータ１４側の面には、後述する燃料ガス流路３６の入口側に対応する入口バッファ部２８ａが設けられる。樹脂体２４ｂの第１セパレータ１４側の面には、燃料ガス流路３６の出口側に対応する出口バッファ部２８ｂが設けられる。入口バッファ部２８ａ及び出口バッファ部２８ｂは、複数の突起部により構成される。

燃料電池１０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、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（反応ガス連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３２ａが設けられる。

燃料電池１０の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３０ｂが設けられる。

燃料電池１０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の短辺方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

図３に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連なる燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が形成される。燃料ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝により構成される。燃料ガス流路３６の入口側には、樹脂体２４ａに設けられた入口バッファ部２８ａに当接する入口バッファ領域３８ａが実質的に平坦状に設けられる。

入口バッファ領域３８ａの燃料ガス入口連通孔３２ａ側の端部には、複数の供給孔部（貫通孔）４０が連通する。各供給孔部４０は、重力方向に沿って、具体的には、重力下方向に向かって燃料ガス流路３６から離間する方向に傾斜して配列される。各供給孔部４０は、燃料ガス入口連通孔３２ａの内側壁面の傾斜方向に平行して配列される。すなわち、燃料ガス入口連通孔３２ａでは、燃料ガス流路３６の幅方向（矢印Ｃ方向）に燃料ガスを均等に供給するために、内側壁面が傾斜しており、各供給孔部４０は、前記内側壁面に倣って設けられている。

各供給孔部４０の中、最下端の供給孔部４０ａは、前記最下端の供給孔部４０ａの上方に隣接する他の供給孔部４０よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定される。具体的には、供給孔部４０は、円形状を有する一方、供給孔部４０ａは、楕円形状（又は長円形状）を有する。最上端の供給孔部４０ｂは、供給孔部４０ａとの配流バランスを確保するために、前記供給孔部４０ａと同一の形状（楕円形状又は長円形状）に設定されることが好ましい。

燃料ガス流路３６の出口側には、樹脂体２４ｂに設けられた出口バッファ部２８ｂに当接する出口バッファ領域３８ｂが実質的に平坦状に設けられる。出口バッファ領域３８ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂ側の端部には、複数の排出孔部（貫通孔）４１が連通する。

各排出孔部４１は、重力方向に沿って、具体的には、重力下方向に向かって燃料ガス流路３６に近接する方向に傾斜して配列される。各排出孔部４１は、燃料ガス出口連通孔３２ｂの内側壁面の傾斜方向に平行して配列される。すなわち、燃料ガス出口連通孔３２ｂでは、燃料ガス流路３６の幅方向（矢印Ｃ方向）から燃料ガスを均等に排出するために、内側壁面が傾斜しており、各排出孔部４１は、前記内側壁面に倣って設けられている。

各排出孔部４１の中、最下端の排出孔部４１ａは、前記最下端の排出孔部４１ａの上方に隣接する他の排出孔部４１よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定される。具体的には、排出孔部４１は、円形状を有する一方、排出孔部４１ａは、楕円形状（又は長円形状）を有する。最上端の排出孔部４１ｂは、排出孔部４１ａとの配流バランスを確保するために、前記排出孔部４１ａと同一の形状（楕円形状又は長円形状）に設定されることが好ましい。

図１に示すように、第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝により構成される。

酸化剤ガス流路４２の入口側には、樹脂体２４ａに設けられた入口バッファ部２６ａに当接する入口バッファ領域４４ａが実質的に平坦状に設けられる。酸化剤ガス流路４２の出口側には、樹脂体２４ｂの下端縁部に設けられた出口バッファ部２６ｂに当接する出口バッファ領域４４ｂが設けられる。

互いに隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４６が矢印Ｃ方向に設けられる。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材５０が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材５２が一体化される。

第１シール部材５０及び第２シール部材５２は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。

図３及び図４に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、燃料ガス流路３６及び燃料ガス入口連通孔３２ａを連通する入口連結流路５４と、前記燃料ガス流路３６及び燃料ガス出口連通孔３２ｂを連通する出口連結流路５６とが設けられる。

入口連結流路５４は、複数の供給孔部４０、４０ａ及び４０ｂ（以下、単に、供給孔部４０という）を有する。第１セパレータ１４の面１４ｂには、図４に示すように、第１シール部材５０を構成し、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び複数の供給孔部４０を周回する第１流路シール部５０ａａが設けられる。

第１セパレータ１４の面１４ａには、図３に示すように、第１シール部材５０を構成し、複数の供給孔部４０及び燃料ガス流路３６を周回する第２流路シール部５０ｂａが設けられる。第１流路シール部５０ａａ、供給孔部４０及び第２流路シール部５０ｂａにより、入口連結流路５４が構成される。

入口連結流路５４では、図４に示すように、第１流路シール部５０ａａは、最下端の供給孔部４０ａの下方近傍に下方に突出して凹状部５８ａを形成するとともに、下端部が燃料ガス流路３６に向かって下方に傾斜する。

入口連結流路５４は、第１シール部材５０を切り欠いて第１セパレータ１４の面１４ｂに設けられ、一端が燃料ガス入口連通孔３２ａに連通し且つ他端が各供給孔部４０に連通する第１流路部５４ａと、一端が燃料ガス流路３６に連通し且つ他端が前記供給孔部４０に連通する第２流路部５４ｂとを有する。第１流路部５４ａ及び第２流路部５４ｂは、燃料ガス流路３６に向かって水平方向から下方に傾斜する。

出口連結流路５６は、複数の排出孔部４１、４１ａ及び４１ｂ（以下、単に、排出孔部４１という）を有する。第１セパレータ１４の面１４ｂには、図４に示すように、第１シール部材５０を構成し、燃料ガス出口連通孔３２ｂ及び複数の排出孔部４１を周回する第１流路シール部５０ａｂが設けられる。

第１セパレータ１４の面１４ａには、図３に示すように、第１シール部材５０を構成し、複数の排出孔部４１及び燃料ガス流路３６を周回する第２流路シール部５０ｂｂが設けられる。第１流路シール部５０ａｂ、排出孔部４１及び第２流路シール部５０ｂｂにより、出口連結流路５６が構成される。

出口連結流路５６では、図４に示すように、第２流路シール部５０ｂｂは、最下端の排出孔部４１ａの下方近傍に下方に突出して凹状部５８ｂを形成するとともに、下端部が燃料ガス流路３６に向かって上方に傾斜する。

出口連結流路５６は、第１シール部材５０を切り欠いて第１セパレータ１４の面１４ｂに設けられ、一端が燃料ガス出口連通孔３２ｂに連通し且つ他端が各排出孔部４１に連通する第１流路部５６ａと、一端が燃料ガス流路３６に連通し且つ他端が前記排出孔部４１に連通する第２流路部５６ｂとを有する。第１流路部５６ａ及び第２流路部５６ｂは、燃料ガス流路３６に向かって水平方向から上方に傾斜する。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、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。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路４２に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２０に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１セパレータ１４の第１流路部５４ａ、複数の供給孔部４０及び第２流路部５４ｂを通って、すなわち、入口連結流路５４を通って燃料ガス流路３６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２２に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２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て発電が行われる。

次いで、カソード電極２０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、第２流路部５６ｂ、複数の排出孔部４１及び第１流路部５６ａを通って、すなわち、出口連結流路５６を通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに導入される。

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂから排出される。

ここで、図５に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び複数の供給孔部４０を周回する第１流路シール部５０ａａが設けられるとともに、前記第１流路シール部５０ａａは、最下端の供給孔部４０ａの下方近傍に凹状部５８ａを形成している。このため、凹状部５８ａには、水Ｗが滞留し易い。

この場合、本実施形態では、最下端の供給孔部４０ａは、他の供給孔部４０よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定されている。具体的には、供給孔部４０は、円形状を有する一方、供給孔部４０ａは、楕円形状（又は長円形状）を有している。

従って、凹状部５８ａ内の水位は、最下端に円形状の供給孔部４０が配置された場合に比べ、相当に低下するため、前記凹状部５８ａ内では、水が滞留するスペースを可及的に狭小化することができる。しかも、最下部の供給孔部４０ａは、他の供給孔部４０に比べて開口面積が大きく設定されている。このため、排水性が良好に向上して燃料ガス流量が安定化する。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、燃料ガス流路３６と燃料ガス入口連通孔３２ａとを連通する入口連結流路５４の近傍に水が滞留することを抑制することができ、発電安定性を容易に向上させることが可能になるという効果が得られる。

一方、図６に示すように、複数の排出孔部４１及び燃料ガス流路３６を周回する第２流路シール部５０ｂｂが設けられるとともに、前記第２流路シール部５０ｂｂは、最下端の排出孔部４１ａの下方近傍に凹状部５８ｂを形成している。このため、凹状部５８ｂには、水Ｗが滞留し易い。

この場合、本実施形態では、最下端の排出孔部４１ａは、他の排出孔部４１よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定されている。具体的には、排出孔部４１は、円形状を有する一方、排出孔部４１ａは、楕円形状（又は長円形状）を有している。

従って、凹状部５８ｂ内の水位は、最下端に円形状の排出孔部４１が配置された場合に比べ、相当に低下するため、前記凹状部５８ｂ内では、水が滞留するスペースを可及的に狭小化することができる。しかも、最下部の排出孔部４１ａは、他の排出孔部４１に比べて開口面積が大きく設定されている。このため、排水性が良好に向上して燃料ガスガス流量が安定化する。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、燃料ガス流路３６と燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する出口連結流路５６の近傍に水が滞留することを抑制することができ、発電安定性を容易に向上させることが可能になるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、燃料ガス流路３６と燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂとに、入口連結流路５４及び出口連結流路５６が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤ガス流路４２と酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに、上記の入口連結流路５４及び出口連結流路５６を設けることもできる。

１０…燃料電池 １２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ １８…固体高分子電解質膜
２０…カソード電極 ２０ａ、２２ａ…電極触媒層
２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層 ２２…アノード電極
２４ａ、２４ｂ…樹脂体 ２６ａ、２８ａ…入口バッファ部
２６ｂ、２８ｂ…出口バッファ部 ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３６…燃料ガス流路
４０、４０ａ、４０ｂ…供給孔部 ４１、４１ａ、４１ｂ…排出孔部
４２…酸化剤ガス流路 ４６…冷却媒体流路
５０、５２…シール部材
５０ａａ、５０ａｂ、５０ｂａ、５０ｂｂ…流路シール部
５４…入口連結流路 ５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ…流路部
５６…出口連結流路 ５８ａ、５８ｂ…凹状部

Claims (4)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが、立位姿勢で水平方向に積層されるとともに、前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔とが設けられる燃料電池であって、
   前記反応ガス流路と前記反応ガス入口連通孔とを連通する入口連結流路及び前記反応ガス流路と前記反応ガス出口連通孔とを連通する出口連結流路が設けられるとともに、
   前記入口連結流路及び前記出口連結流路は、それぞれ前記セパレータを貫通する複数の貫通孔を有し、
   前記セパレータの一方の面には、前記反応ガス入口連通孔及び前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全てを周回する入口流路シール部と、前記反応ガス出口連通孔及び前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全てを周回する出口流路シール部とを有する第１流路シール部が設けられ、
   前記セパレータの他方の面には、前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全て、前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全て及び前記反応ガス流路を周回する第２流路シール部が設けられるとともに、
   前記入口連結流路の前記複数の貫通孔及び前記出口連結流路の前記複数の貫通孔は、それぞれ重力方向に沿って配列され、
   前記入口連結流路の前記複数の貫通孔及び前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の中、少なくともいずれか一方の前記複数の貫通孔の最下端の貫通孔は、前記最下端の貫通孔の上方に隣接する他の貫通孔よりも大きな開口面積をして下方に延びる開口形状に設定されることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記第１流路シール部又は前記第２流路シール部は、前記最下端の貫通孔の下方近傍に重力下方向に凹状となる凹状部を形成することを特徴とする燃料電池。
3. 請求項２記載の燃料電池において、前記入口流路シール部又は前記出口流路シール部、及び前記第２流路シール部は、それぞれの下端部が前記反応ガス流路に向かって、前記反応ガス出口連通孔に向かって、又は前記反応ガス入口連通孔に向かって、下方に傾斜することを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記入口連結流路は、前記セパレータの一方の面に設けられ、一端が前記反応ガス入口連通孔に連通し且つ他端が前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第１流路部と、
   前記セパレータの他方の面に設けられ、一端が前記反応ガス流路に連通し且つ他端が前記入口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第２流路部と、
   を有し、
   前記出口連結流路は、前記セパレータの一方の面に設けられ、一端が前記反応ガス出口連通孔に連通し且つ他端が前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第１流路部と、
   前記セパレータの他方の面に設けられ、一端が前記反応ガス流路に連通し且つ他端が前記出口連結流路の前記複数の貫通孔の全てに連通する第２流路部と、
   を有し、
   前記入口連結流路の前記第１流路部及び前記入口連結流路の前記第２流路部は、水平方向から下方に又は上方に傾斜するとともに、
   前記出口連結流路の前記第１流路部及び前記出口連結流路の前記第２流路部は、水平方向から下方に又は上方に傾斜することを特徴とする燃料電池。

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