WO2006075786A1

WO2006075786A1 - 燃料電池及び燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: WO2006075786A1
Application number: PCT/JP2006/300679
Authority: WO
Inventors: Yoshinori Yamamoto; Yuichi Yagami; Jiro Aizaki; Junichi Shirahama; Sogo Goto; Tsuyoshi Takahashi; Tomokazu Hayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2007-07-13
Also published as: RU2353022C1; US8557448B2; US20070298308A1; CA2585648A1; CN100541891C; JPWO2006075786A1; DE112006000193B4; CN101103480A; CA2585648C; JP4039459B2; BRPI0606538A2; DE112006000193T5

Abstract

　本発明は、電解質部と、反応ガスが流れるガス流路が形成されているガス流路面と、冷却媒体が流れる冷媒流路が形成されている冷媒流路面と、が表裏一体に形成されたセパレータと、を備える燃料電池である。ガス流路面は、平行に形成された複数の線状ガス流路と、複数の線状ガス流路を複数の線状ガス流路群に分割するとともに複数の線状ガス流路群の少なくとも一部を直列に接続するガス流路接続部と、を有する。冷媒流路面は、複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路を有し、ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに複数の線状冷媒流路を並列に接続する冷媒流路接続部と、を有する。

Description

明細書

燃料電池及び燃料電池用セパレー夕技術分野

この発明は、燃料電池及び燃料電池用セパレー夕に関する。

背景技術

近年、プレス成形によって燃料電池用セパレ一夕を製造することが提案されている。たとえば、特許文献 1には，燃料電池用セパレー夕をプレス成形によって製造するための適切な凹凸形状を設定するための技術が開示されている。

しかし、燃料電池用セパレー夕をプレス成形によって製造する場合は、たとえば反応ガス流路が形成される一方の面のみに着目して燃料電池用セパレ一夕の形状が決定され、裏面に表裏一体として形成される形状には着目されていなかった。これは、反応ガス流路と冷媒流路とで要求される流路の特性が異なるからである。このため、プレス成形によって燃料電池用セパレー夕を製造する場合には、反応ガス流路ゃ冷媒流路といった面毎にセパレー夕を準備する必要があるとともに、導電性や電熱性を低下させるという問題も生じさせていた。発明の開示

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池用セパレー夕の両面に対して表裏一体に流路を形成する技術を提供することを目的とす本発明の第 1の燃料電池は、

電解質部と、

反応ガスが流れるガス流路が形成されているガス流路面と、冷却媒体が流れる冷媒流路が形成されている冷媒流路面と、が表裏一体に形成されたセパレー夕とを備え、前記ガス流路面は、平行に形成された複数の線状ガス流路と、前記複数の線状. ガス流路を複数の線状ガス流路群に分割するとともに前記複数の線状ガス流路群の少なくとも一部を直列に接続するように構成されたガス流路接続部と、を有し前記冷媒流路面は、前記複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路と、前記ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに前記複数の線状冷媒流路を並列に接続するように構成された冷媒流路接続部と、を有することを特徴とする。

本発明のセパレー夕には、反応ガスが流れるガス流路が形成されているガス流路面と、冷却媒体が流れる冷媒流路が形成されている冷媒流路面と、が表裏一体に形成されている。このセパレー夕では、ガス流路面においては複数の線状ガス流路群が直列に接続される一方、冷媒流路面においては複数の線状冷媒流路が並列に接続されている。

ここで、冷媒流路接続部は、たとえば複数の線状冷媒流路の上流側に冷媒流路分配部を設けるとともに、複数の線状冷媒流路の下流側に冷媒流路合流部を設けることによって実現することができる。冷媒流路分配部は、各線状冷媒流路に冷媒を分配するための流路である。冷媒流路合流部は、各線状冷媒流路からの冷媒を合流させるための流路である。このように、冷媒流路面は、前記複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路と、冷媒の入口側の前記ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに前記複数の線状冷媒流路へ冷媒を分配する冷媒流路分配部と、冷媒出口側の前記ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに前記複数の線状冷媒流路からの冷媒を合流させる冷媒流路合流部とを有するように構成しても良い。

これらの構成は、ガス流路面と冷媒流路面とが表裏一体に形成されたセパレー夕において、長く直列に接続されたガス流路と短く並列に接続された冷媒流路とを実現することができる。これにより、成形性の良い表裏一体型のセパレー夕において、流速の速いガス流路と圧力損失の小さい冷媒流路とを実現することがでさる。

なお、「平行して」とは、反応ガスと冷却媒体とが同一あるいは逆方向に流れることを意味し、さらに、反応ガスと冷却媒体とが直線状に平行して流れることを意味するだけでなく、たとえば双方が蛇行するような場合も含む広い意味を有する。

また、表裏一体型のセパレー夕は、後述する板金のプレス成形だけでなく、たとえばフレキシブルカーボンといった非金属材料のプレス成形でも製造することが可能である。さらに、表裏一体型であれば肉厚が均等となるので、プレス成形に限らず他の加工方法であっても加工性が良くなる。

さらに、本発明は、セパレー夕にマ二ホールドが設けられている方式あるいはセパレー夕の外部にマ二ホールドが設けられている方式のいずれの方式にも適用可能である。

上記燃料電池において、前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路と非連続であって、かつ、前記電解質部に接する凹凸形状を有するようにしても良いこうすれば、ガス流路接続部における流路断面積を複数の線状ガス流路におけるものに近づけることできるので、流速の急変で生ずる圧力上昇に起因するァノ一ドガスに含まれる水分の凝集を抑制することができるという利点がある。さらに、凹凸形状は、その頂点が電解質部に接するように構成されているので、ガス流路接続部におけるセパレー夕の強度や剛性、導電性といった性能を高める効果をも奏している。

上記燃料電池において、前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路群の全てを直列に接続するようにしても良い。こうすれば、ガス流路については独立サーペンタイン構造を実現することができる。

上記燃料電池において、前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路を分割するガス流路分割梁を有し、

前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス流路接続部において、前記複数の線状ガス流路を構成する線状ガス流路梁よりも前記電解質部に接する幅と前記電解質部に接する圧力の少なくとも一方が大きくなるように形成されているようにしても良い。

こうすれば、電解質部が有するガス拡散層を経由して生ずるガスの短絡を抑制することができる。上記圧力を高くするには、例えば、少なくともガス流路接続部において、ガス流路分割梁を、線状ガス流路梁よりも、電解質部およびセパレ一夕の積層方向の高さを高くすればよい。

前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス流路接続部において、前記複数の線状ガス流路を構成する線状ガス流路梁よりも前記電解質部に接する幅が大きくなるように形成されており、

前記冷媒流路面は、前記ガス流路分割梁に表裏一体に形成された特定の線状冷媒流路を有し、

前記冷.媒流路接続部は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制して、前記複数の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量に近づけるように形成された流量制御形状を有するようにしても良い。

こうすれば、複数の線状冷媒流路と特定の線状冷媒流路における冷却能力が近くなるので、燃料電池内部で発生する温度ムラを抑制することができ。

上記燃料電池において、前記流量制御形状は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制するように、前記特定の線状冷媒流路の外側に形成された堰状の構造を有するようにしても良い。

上記燃料電池において、前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路を分割するガス流路分割梁を有し、前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス流路接続部において、前記複数の線状ガス流路を構成する線状ガス流路梁よりも前記電解質部【こ接する幅が大きくなるように形成されており、

上記燃料電池において、前記冷媒流路面は、前記ガス流路分割梁に表裏一体に形成された特定の線状冷媒流路を有し、

前記特定の線状冷媒流路は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制して、前記複数の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量に近づけるように構成されているようにしても良い。

上記燃料電池において、前記セパレータは、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制するように、前記特定の線状冷媒流路の内側に装着された流量抑制部材を備えるようにしても良いし、前記特定の線状冷媒流路の内側に流路抵抗を大きくするような凸部形状を設けても良い。

上記燃料電池において、前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路に流れ込む反応ガスの流速を均一化するように構成された整流構造を有するようにしても良い。

こうすれば、アノードガスの滞留や部分的な圧力上昇に起因する凝集を抑制することができる。さらに、接続領域における流速の均一化は、接続領域における発電効率の向上にも寄与することができるという利点もある。

上記燃料電池において、前記セパレー夕は金属であるようにしても良い。

上記燃料電池において、前記セパレー夕は、プレス成形された板金によって形成されているようにしても良い。

本発明の燃料電池用ガスセパレー夕は、

導電性基板部と、

前記導電性基板部の一方の面に形成され、反応ガスが流れる反応ガス流路の内壁面の一部を形成する第 1の.凹凸部と、

前記導電性基板部の他方の面に前記第 1の凹凸部の裏返し形状として形成され、冷媒流路の内壁面の一部を形成する第 2の凹凸部と、

前記導電性基板部の前記一方の面において、前記第 1の凹凸部が形成された領域である発電領域の外周上の第 1の箇所に達する一端と、前記第 1の箇所とは異なる前記外周上の第 2の箇所から離間した他端とを有し、前記発電領域内を伸長して前記反応ガス流路の内壁面の一部を形成する線状凸部であって、該線状凸部によつて前記発電領域内で隔てられた複数の分割領域を、前記発電領域の外周と前記他端との間の第 1の離間部を含む接続領域を介して、前記発電領域全体として直列に接続させる位置に配置された 1以上の分割線状凸部と、

を備え、

前記第 1の凹凸部は、前記分割領域において、前記分割線状凸部に対して略平行に形成され、その両端が、前記発電領域の外周から離間した複数の第 1の線分上に配置される分割領域内直進凸部を備え、

前記第 2の凹凸部は、前記分割線状凸部および前記分割領域内直進凸部の間に形成される凹部の裏返し形状として形成される凸部であって、前記他方の面において、前記分割線状凸部に対して略平行に形成され、その両端が前記発電領域の裏面領域の外周から離間した第 2の線分上に配置される冷媒流直進凸部を備えることを要.旨とする。

以上のように構成された本発明の燃料電池用ガスセパレー夕によれば、表裏互いに裏返し形状となる薄板状部材であるセパレー夕において、一方の面では、反応ガスが分割線状凸部に平行に流れる複数の分割領域と共に、反応ガスの向きが反転する接続領域を有して、全体として蛇行形状をとりながら複数の分割領域が直列に接続された流路（サーペン夕イン型流路）を形成しつつ、他方の面では、上記分割領域に平行に冷媒が流れる流路を形成することができる。これにより、表裏互いに裏返し形状となるセパレー夕の表と裏とに形成する流路において、流速の速い反応ガスの流路と、圧力損失の小さい冷媒流路とを、両立することができる。なお、裏返し形状とは、一方の面に形成される凸部の形状が、他方の面に形成される凹部の形状に対応し、一方の面に形成される凹部の形状が、他方の面に形成される凸部の形状に対応する関係が、両面間で成立する形状を指す。ここで、複数の分割線状凸部を設ける場合に、分割線状凸部によって発電領域内で隔てられた複数の分割領域を、接続領域を介して、発電領域全体として直列に接続させる分割線状凸部の配置とは、互いに平行な複数の分割線状凸部を、発電領域の外周に達する端部の側を交互に入れ替えて、分割線状凸部の長手方向に対して垂直な方向に順次並べるような配置である。

本発明の燃料電池用ガスセパレー夕において、前記分割線状凸部は、裏面に裏返し形状としての凹部を有する凸部として、前記導電性基板部において、前記第 1の凹凸部及び前記第 2の凹凸部と一体で形成されていることとしても良い。また、本発明の燃料電池用ガスセパレー夕において、前記分割線状凸部は、前記導電性基板部とは別体で作製されて、前記一方の面上に配置されていることとしても良い。

分割線状凸部を導電性基板部とは別体で作製する場合には、分割線状凸部は、導電性材料によって構成されることとしても良い。

このような構成とすれば、燃料電池の内部抵抗の増大を抑え、電池性能を確保すること.ができる。

本発明の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割領域内直進凸部は、前記第 1の線分における両端間に連続して形成された分割領域内線状凸部であることとしても良い。

このような構成とすれば、セパレー夕において隣接部材との間の接触面積をより多く確保することにより、燃料電池の内部抵抗を低減することができる。また、分割領域内直進凸部が壁面の一部を形成する反応ガス流路における排水性を向上させることができる。

このような燃料電池用ガスセパレ一夕において、

前記複数の分割領域内線状凸部の各々は、第 1の長さの幅を有する頭頂部を有し、

前記分割領域内においては、前記複数の分割領域内線状凸部は、隣り合う前記分割領域内線状凸部の頭頂部間の距離が第 2の長さとなる間隔で形成されており前記第 1の凹凸部全体では、前記分割線状凸部が設けられることなく、前記第 2の長さの間隔で、前記分割領域内線状凸部が規則的に連続して形成された場合と同様の位置に、各々の前記分割領域内線状凸部が形成されていることとしても良い。

このような構成とすれば、燃料電池用ガスセパレー夕を適宜位置合わせしつつ積層して燃料電池を組み立てることで、両極に配置するガスセパレー夕それぞれに設けられる分割線状凸部の配置が異なる場合であっても、それぞれのガスセパレー夕が備える分割領域内線状凸部の頭頂部を、互いに重なる位置に配置させ、互いに支持させることができる。また、ガスセパレ一夕の他方の面同士を接触させてガスセパレー夕間に冷媒流路を形成する場合には、それぞれのセパレー夕において、分割領域内線状流路間の凹部の裏返し形状である冷媒流直進凸部の位置も、重ね合わせることが可能になる。これにより、燃料電池内部において、集電性、強度および剛性を確保することができる。

このような燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部における前記頭頂部は、前記分割線状凸部を間に介して隣り合う前記分割領域線状凸部間に、前記分割線状凸部が設けられることなく、前記第 2の長さの間隔で前記分割領域内線状凸部が規則的に連続して形成される場合の、前記分割線状凸部に代えて設けられることになる分割領域内線状凸部の頭頂部を覆う幅を有することとしても良い。

このような構成とすれば、燃料電池用ガスセパレー夕を適宜位置合わせしつつ積層して燃料電池を組み立てることで、両極に配置するガスセパレー夕それぞれ. に設けられる分割線状凸部の配置が異なる場合であっても、一方のガスセパレ一夕が備える分割線状凸部の頭頂部と、他方のガスセパレー夕が備える分割領域内. 線状凸部の頭頂部とを、互いに重なる位置に配置させ、互いに支持させることができる。

本発明の燃料電池用ガスセパレ一夕において、

前記冷媒流直進凸部は、前記第 2の線分における両端間に連続して形成された冷媒流線状凸部であることとしても良い。

このような構成とすれば、燃料電池において、互いに接するセパレー夕間で、冷媒流直進凸部の頭頂部同士の接触面積を、より多く確保することができる。これにより、燃料電池内部において、集電性、強度および剛性を向上させることができる。

また、本発明の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記第 1の凹凸部は、前記接続領域であって、前記第 1の線分上に形成される前記分割領域内直進凸部の端部と前記発電領域の外周との間の第 2の離間部を含む領域に、複数の第 1の突起部を備え、

前記第 2の凹凸部は、前記接続領域の裏面領域であって、前記第 2の線分上に形成される前記冷媒流直進凸部の端部と前記発電領域の裏面領域の外周との間の第 3の離間部を含む領域において、前記複数の第 1の突起部に千渉されない位置に設けられた複数の第 2の突起部を備えることとしても良い。

このような構成とすれば、表裏互いに裏返し形状となるガスセパレー夕を用いることで、燃料電池において、ガスセパレー夕の一方の面上に形成される反応ガス流路に対する配流性（流路全体に流体を分配する際の分配の均一性）、および、ガスセパレー夕の他方の面上に形成される冷媒流路に対する配流性を向上させることができる。

また、本発明の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部は、前記第 1の凹凸部が備える他の凸部に比べて、前記セパレー夕の厚み方向の高さが高く形成されていることとしても良い。この場合には、このようなガスセパレー夕を用いることで、燃料電池において、ガスセパレ一夕から隣接部材（具体的には、電解質層および電極を備える層）へと加えられる圧力が、分割線状凸部が設けられた領域において特に高くなり、分割領域間でのガスリークを抑えることができる。

本発明の第 2の燃料電池は、

電解質層と、該電解質の両面に形成された電極とを含む電解質部と、前記電解質部を狭持するように配置され、前記電解質部との間で燃料ガスまたは酸化ガスである反応ガスの流路を形成する本発明の燃料電池用ガスセパレー夕と、

を備えることを要旨とする。

以上のように構成された本発明の第 2の燃料電池によれば、本発明の燃料電池用ガスセパレー夕を備えることによる既述した効果を得ることができる。

本発明の第 3の燃料電池は、

電解質層と、該電解質層の両面に形成された電極とを含む電解質部と、前記電解質部を狭持するように配置され、前記電解質部との間で燃料ガスまたは酸化ガスである反応ガスの流路を形成する請求項 2 2記載の燃料電池用ガスセパレ一タと、

を備える単セルを複数積層して成り、

アノード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 1の突起部と、力ソード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 1の突起部とは、前記電解質部を間に介して互いに重なる位置に設けられており、

隣り合う単セルにおいて、一方の単セルが備えるアノード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 2の突起部と、他方の単セルに備えられて前記アノード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に隣接する力ソード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 2の突起部とは、互いに接する位置に設けられていることを要旨とする。以上のように構成された本発明の第 3の燃料電池によれば、第 1の突起部および第 2の突起部が、隣り合うアノード側ガスセパレー夕とカソード側ガスセパレ一夕との間で重なる位置に配置されるため、燃料電池における集電性、強度および剛性を向上させることができる。また、第 2の突起部同士が当接することにより、第 1及び第 2の突起部が設けられた領域において、ガスセパレー夕間に形成される冷媒流路の流路断面をより大きく確保して、冷媒流路における圧力損失を低減可能となる。

本発明の第 1または第 2の燃料電池において、

アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕は、カソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕に比べて、前記分割線状凸部がより多く形成されていることとしても良い。

このような構成とすれば、燃料ガスの流路において、酸化ガスの流路よりも流路断面積が小さくなるため、燃料電池に供給される燃料ガスの流量が、酸化ガスの流量よりも少ない場合に、燃料電池内において燃料.ガスの流速を速め、電池性能を向上させることができる。

また、本発明の第 1または第 2の燃料電池において、

アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕と、カソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕とにおいて、前記分割線状凸部は、略水平方向に配置されており、

前記燃料ガスは、前記アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕における鉛直方向上方に形成される前記分割流路が形成する燃料ガスの流路から、鉛直方向下方に形成される前記分割流路が形成する燃料ガスの流路へと流れ、前記酸化ガスは、前記カソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕における鉛直方向下方に形成される前記分割流路が形成する酸化ガスの流路から、鉛直方向上方に形成される前記分割流路が形成する酸化ガスの流路へと流れることとしても良い。このような構成とすれば、燃料電池に供給される燃料ガスの流量が、酸化ガスの流量よりも少ない場合に、流量のより少ない燃料ガス流路においては、.重力の力を利用して排水を行うことができるため、燃料電池全体の排水性を向上させ、液水の対流に起因する電池性能の低下を抑制することができる。

また、本発明の第 1または第 2の燃料電池において、

全体として直列に接続された前記複数の分割領域において、各々の前記分割領域の幅が、前記反応ガスの流れ方向下流側に相当する前記分割領域ほど狭く形成されていることとしても良い。

このような構成とすれば、複数の分割領域によって形成される反応ガスの流路において、下流側ほどガスの流速を速めることができる。したがって、電池反応によって電極活物質（水素または酸素）が消費されて流量が減少する下流側において、流速を確保して電池性能低下を抑制することができる。また、ガス流の水分量が増加する下流側において、流速を確保することにより排水性を高めることができる。

あるいは、本発明の第 1または第 2の燃料電池において、さらに、

前記電解質部と前記燃料電池用ガスセパレー夕との間において、少なくとも前記発電領域の外周の一部に配置されて、前記反応ガスの流路におけるガスシール性を確保するシール部と、

前記燃料電池用ガスセパレ一夕の前記一方の面上において、前記分割線状凸部の前記一端と前記発電領域の外周に配置された前記シール部との間の間隙を塞ぐガス漏れ抑制部と、

を備えることとしても良い。

このような構成とすれば、上記間隙を介した分割領域間のガスリークを抑制することができる。これにより、第 1の凹凸部によって形成されるガス流路において、部分的なガス流量の減少を防止し、ガス流路全体でガス流量を確保することができる。なお、本発明は、燃料電池用セパレ一夕の製造方法その他の種々の態様で実現することができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施例としての燃料電池スタック 2 1 0を備えた燃料電池システム 2 0 0の構成を示す説明図である。

図 2は本発明の第 1実施例,の燃料電池スタック 2 1 0における燃料電池セル 2 1 5の積層状態を示す説明図である。

図 3は燃料電池セル 2 1 5の断面 X Xにおけるアノードガス流路パターン 2 1 2 Pを示す説明図である。

図 4は本発明の第 1実施例における燃料電池スタック 2 1 0の積層方向の断面図である。

図 5は本発明の第 2実施例のセパレー夕 2 6 1 Aにおけるァノードガス流路パターン 2 1 3 Pを示す説明図である。

図 6本発明の第 3実施例のセパレー夕 2 6 2 Aにおけるアノードガス流路パ夕ーン 2 1 4 Pを示す説明図である。

図 7は本発明の第 4実施例のセパレ一夕 2 6 3 Aにおけるアノードガス流路パターン 2 1 5 Pを示す説明図である。

図 8は本発明の第 5実施例の燃料電池セルの概略構成を表わす分解斜視図である。

図 9は第 5実施例の燃料電池の構成を表す断面模式図である。

図 1 0はセパレ一夕 2 6 4 Aの構成を表わす平面図である。

図 1 1はセパレ一夕 2 6 4 Bの構成を表わす平面図である。

図 1 2は樹脂フレーム 2 7 0 Aの概略構成を表わす平面図である。

図 1 3は樹脂フレーム 2 7 0 Bの概略構成を表わす平面図である。

図 1 4は分割線状凸部 3 4 2の近傍の断面の様子を表す断面模式図である。. 図 1 5は接続領域 3 8 2の突起部 3 4 6および凹部 3 4 8を含む断面の様子を. 表す断面模式図である。

図 1 6は領域 Yの近傍を拡大した様子を模式的に表す説明図である。

図 1 7は異なる構成のガス漏れ抑制部を設けた変形例を示す説明図である。図 1 8下流側に位置する分割領域 3 8 0ほど幅を狭く形成した構成を示す説明図である。

図 1 9は分割領域内線状凸部の変形例を表す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。

A . 本発明の第 1実施例における燃料電池スタックの構成：

図 1は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック 2 1 0を備えた燃料電池システム 2 0 0の構成を示す説明図である。燃料電池システム 2 0 0は、燃料電池スタック 2 1 0と、燃料電池スタック 2 1 0に燃料ガス（水素ガス）を供給する高圧水素タンク 2 3 0と、この供給を調整するための燃料ガス供給バルブ 2 9 0と、燃料電池スタック 2 1 0から排出されるアノードオフガスを浄化する浄化器 2 3 4と、燃料電池スタック 2 1 0に酸化ガス（空気）を供給するため空気供給ポンプ 2 8 4と、燃料電池スタック 2 1 0を冷却するための熱交換機 2 6 0と、を備えている。なお、本明細書では、燃料ガスと酸化ガスの少なくとも一方を指して反応ガスと呼んでいる。

燃料電池スタック 2 1 0は、アノード流路 2 1 2と、力ソード流路 2 1 4と、冷媒流路 2 2 2と、電力出力端子 2 1 6 、 2 1 8とを備えている。アノード流路 2 1 2は、発電時において高圧水素タンク 2 3 0から供給された燃料ガスが供給される流路である。力ソード流路 2 1 4は、発電時において外部から供給される空気が酸化ガスとして供給される流路である。冷媒流路 2 2 2は、熱交換機 2 6 0で空気冷却された冷却水 L L Cが導入される流路である。図 2は、本発明の第 1実施例の燃料電池スタック 2 1 0における燃料電池セル. 2 1 5の積層状態を示す説明図である。燃料電池セル 2 1 5は、図示しない電解質と電極とを有する電解質部 2 5 0と、電解質部 2 5 0を挟持する 2つのセパレ一夕 2 6 0 A、 2 6 0 Bとを備えている。セパレー夕 2 6 0 Aの一方の面には、電解質部 2 5 0にアノードガスを供給するように流路が形成されている。セパレ一夕 2 6 0 Bの一方の面には、電解質部 2 5 0に酸化剤ガス（本実施例では空気 ) を供給するように流路が形成されている。さらに、 2つのセパレー夕 2 6 O A 、 2 6 0 Bの他方の面には、相互に接する面で冷却媒体 L L Cを流すための冷媒流路が上記反応ガス流路と表裏一体に形成されている。

図 3は、燃料電池セル 2 1 5の断面 X Xにおけるアノードガス流路パターン 2 1 2 Pを示す説明図である。アノードガス流路パターン 2 1 2 Pは、アノードガス入口部 2 1 2 i nからアノードガス出口部 2 1 2 o u tにつながる独立サ一ぺン夕イン流路構造を有している。アノードガス流路パターン 2 1 2 Pは、本実施例では、多数の直線流路形成梁 2 1 2 Lと 2つのガス流路分割梁 2 1 2 B 1 、 2 1 2 B 2とによって、直線流路領域と、第 1接続領域と、第 2接続領域とが形成されている。ここで、本図では、ハッチングされた部分は、セパレー夕 2 6 O A が電解質部 2 5 0に接する部分を示している。なお、黒塗りべ夕の部分は、本実施例では、樹脂フレームで形成された密閉部材を示している。なお、樹脂フレームとは、電解質部 2 5 0とセパレ一夕 2 6 0 Aとの間において、図 3に示すようにアノードガス流路パターン 2 1 2 Pが形成される領域の外周部に配置された枠状の部材である。

直線ガス流路領域には、直線流路形成梁 2 1 2 Lによって直線状の流路が複数形成されている。これらの複数の直線ガス流路は、 2つのガス流路分割梁 2 1 2 B l 、 2 1 2 B 2によって、第 1直線ガス流路群と、第 2直線ガス流路群と、第 3直線ガス流路群とに分割されている。第 1直線ガス流路群と第 2直線ガス流路群は、第 1接続領域によって直列に接続されている。第 2直線ガス流路群と第 3 直線ガス流路群は、第 2接続領域によって直列に接続されている。

独立サーペンタイン流路構造は以下のように構成されている。

( 1 ) 第 1接続領域のアノードガス入口部 2 1 2 i nから入ったアノードガスは、第 1直線ガス流路群に流れ込む。

( 2 ) 第 1直線ガス流路群に流れ込んだアノードガスは、第 1接続領域で反転した後に第 2直線ガス流路群に流れ込む。

( 3 ) 第 2直線ガス流路群に流れ込んだアノードガスは、第 2接続領域で反転した後に第 3直線ガス流路群を経てアノードガス出口部 2 1 2 o u tから排出される。

図 4は、本発明の第 1実施例における燃料電池スタック 2 1 0の積層方向の断面図である。この図は、燃料電池スタック 2 1 0の酸化剤ガスや冷却媒体 L L C の流路と、アノードガス流路との間の関係を示している。

本実施例の 2つのセパレ一夕 2 6 0 A、 2 6 0 Bによって形成される 3つの流路、すなわち、アノードガス流路、酸化ガス流路、および冷却媒体流路は、相互に有機的な関係を有している。 2つのセパレー夕 2 6 0 A、 2 6 0 Bは、金属の薄板をプレス加工することによって形成された板金プレス部品なので、表裏一体、すなわち、図 4に示すように互いに裏返し形状となる凹凸によって形成される流路が、 2つのセパレ一夕 2 6 0 A、 2 6 0 Bの両面に形成されるからである。図 4 ( a ) は、燃料電池スタック 2 1 0の直線ガス流路領域の断面である断面 A Aを示している。断面 A Aでは、多数の直線流路形成梁 2 1 2 L (図 3、図 4 では、下端の 1つだげ示してある）と 2つのガス流路分割梁 2 1 2 B 1 、 2 1 2 B 2とによって第 1直線ガス流路群と、第 2直線ガス流路群と、第 3直線ガス流路群とを含む複数の直線ガス流路が形成されている。一方、冷媒流路パターン 2 2 2 Pでは、複数の直線ガス流路に表裏一体に複数の直線冷媒流路が形成されている。

図 4 ( b ) は、燃料電池スタック 2 1 0の第 2接続領域の断面である断面 B B を示している。断面 B Bでは、アノードガス流路パターン 2 1 2 P力ガス流路分割梁 2 1 2 B 1によって、アノードガス入口部 2 1 2 i nと第 1直線ガス流路群とを接続する領域と、第 2直線ガス流路群と第 3直線ガス流路群とを直列に接続する領域とに分割されている。一方、冷媒流路パターン 2 2 2 Pは、ガス流路分割梁 2 1 2 B 1によって分割されていないので、複数の直線冷媒流路が分割されることなく並列に接続されている。

図 4 ( c ) は、燃料電池スタック 2 1 0の第 1接続領域の断面である断面 C C を示している。断面 C Cでは、アノードガス流路パターン 2 1 2 Pが、ガス流路分割梁 2 1 2 B 2によって、アノードガス出口部 2 1 2 o u tど第 3直線ガス流路群とを接続する領域と、第 1直線ガス流路群と第 2直線ガス流路群とを直列に接続する領域とに分割されている。一方、冷媒流路パターン 2 2 2 Pは、ガス流路分割梁 2 1 2 B 2によって分割されていないので、複数の直線冷媒流路が分割されることなく並列に接続されている。

さらに、本実施例や後述する各実施例においては、酸化剤流路パターン 2 1 4 Pは、アノードガス流路パターン 2 1 2 Pに対称に形成されているので、酸化剤流路パターン 2 1 4 Pもアノードガス流路パターン 2 1 2 Pと同様に構成されている。アノードガス流路パターン 2 1 2 Pと酸化剤流路パターン 2 1 4 Pとが対称に構成されることにより、図 4 ( a ) に示すように、セパレ一夕 2 6 O Aが備える直線流路形成梁 2 1 2 Lおよびガス流路分割梁 2 1 2 B 1， B 2と、セパレ一夕 2 6 0 Bが備える対応する直線流路形成梁およびガス流路分割梁とは、電解質部 2 5 0に対して、電解質部 2 5 0のそれぞれの面から互いに対応する同じ位置で接することになる。また、アノードガス流路パターン 2 1 2 Pと酸化剤流路パターン 2 1 4 Pとが対称に構成されることにより、図 4 ( a ) に示すように、隣り合う燃料電池セル 2 1 5間では、セパレー夕 2 6 0 Aおよびセパレー夕 2 6 0 Bにおいて上記ガス流路を形成するパターンの裏返し形状として他方の面に形成される冷媒流路のパターンが、互いに対応する位置で当接することになる。なお、本実施例における複数の直線流路形成梁 2 1 2 Lと 2つのガス流路分割. 梁 2 1 2 B 1、 2 1 2 B 2とによって形成された複数の直線ガス流路は、特許請求の範囲における「複数の線状ガス流路」の一例に相当する。一方、「第 1接続領域およびガス流路分割梁 2 1 2 B 2」と「第 2接続領域およびガス流路分割梁 2 1 2 B 1」の組合せは、特許請求の範囲における「ガス流路接続部」の一例に相当する。

このように、本発明の第 1実施例では、複数の直線ガス流路が 3つの部分に分割されるとともに、分割された 3つの直線ガス流路群が直列に接続されている。一方、冷媒流路については、複数の直線冷媒流路が分割されることなく並列に接続されている。この構成では、ガス流路面と冷媒流路面とが表裏一体に形成されたセパレー夕において、長く直列に接続されたガス流路と短く並列に接続された冷媒流路とを実現することができる。これにより、成形性の良い表裏一体型のセパレー夕において、流速の速いガス流路と圧力損失の小さい冷媒流路とを実現することができる。

B . 本発明の第 2実施例における燃料電池スタックの構成：

図 5は、本発明の第 2実施例のセパレー夕 2 6 1 Aにおけるアノードガス流路パターン 2 1 3 Pを示す説明図である。了ノードガス流路パターン 2 1 3 Pは、アノード流路側に突出する複数の突起部 2 6 1 Cを備える点で第 1実施例のァノ一ドガス流路パターン 2 1 2 Pと異なる。

複数の突起部 2 6 1 Cは、第 1接続領域と第 2接続領域におけるアノードガスの凝集に起因する閉塞を抑制するために設けられている。アノードガスの凝集は、これらの接続領域における流速の低下に起因して、アノードガスに含まれる水分が液化することによって生ずる。すなわち、流速の低下は、直線ガス流路群から接続領域に流れ込む際に、水素ガス流の運動エネルギが圧力エネルギに変換されることによって生ずる（ベルヌ一^ Γの定理）。このエネルギ変換は、直線ガス流路群よりも第 1接続領域や第 2接続領域の流路断面積が大きいことによって生. ずるので、第 1接続領域や第 2接続領域の流路断面積を削減することによって抑制することができる。複数の突起部 2 6 1 Cは、第 1接続領域や第 2接続領域の流路断面積を削減して流速を維持するために設けられたものである。

このように、第 2実施例では、第 1接続領域や第 2接続領域に流路断面積を削減する複数の突起部 2 6 1 Cが設けられているので、第 1接続領域や第 2接続領域におけるアノードガスの凝集に起因する閉塞を抑制することができるという利点がある。

さらに、第 2実施例では、複数の突起部 2 6 1 Cが頂点において電解質部 2 5 0に接するように構成されているので、第 1接続領域や第 2接続領域におけるセパレー夕 2 6 1 Aの強度や剛性を高めるとともに、導電性を良くする効果をも奏している。ここで、図 5 ( b ) に示すように、アノード側のセパレー夕 2 6 1 A と力ソード側のセパレー夕 2 6 1 Bとは、対称に構成されているため、各々のセパレー夕に形成された複数の突起部 2 6 1 Cは、頂点において、電解質部 2 5 0 のそれぞれの面から互いに対応する同じ位置で電解質部 2 5 0に接することになる。また、図 5 ( b ) に示すように、アノード側のセパレー夕 2 6 1 Aとカソード側のセパレー夕 2 6 1 Bとが対称に構成されているため、隣り合う燃料電池セル間では、セパレー夕 2 6 1 Aおよびセパレ一夕 2 6 1 Bの第 1接続領域および第 2接続領域における複数の突起部 2 6 1 Cを備えるガス流路パターンの裏返し形状としての冷媒流路側の複数の突起部が、互いに対応する位置で当接することになる。

アノードガスの入口部や出口部においても、同様の突起が設けられている。これらの突起は、アノードガスの入口部においては、各直線冷媒流路への冷媒のより均一な分配を実現し、アノードガスの出口部においては、アノードガスの凝集の抑制を実現するために設けられたものである。' C . 本発明の第 3実施例における燃料電池スタックの構成：

図 6は、本発明の第 3実施例のセパレー夕 2 6 2 Aにおけるアノードガス流路パターン 2 1 4 Pを示す説明図である。ァノ一ドガス流路パターン 2 1 4 Pは、

( 1 ) ガス流路分割梁 2 6 2 Bの太さが直線流路形成梁 2 1 2 Lの 1 . 5倍に設定されている点（図 6 ( a ) ) と、（2 ) ガス流路分割梁 2 6 2 Bに表裏一体に形成された直線冷媒流路の近傍において、冷媒流路側に突出する冷媒抑制堰 2 6 2 Dを備えている点（図 6 ( b ) ( c ) ) で前述の各実施例と異なる。

図 6 ( a ) に示されるように、ガス流路分割梁 2 6 2 Bの太さが直線流路形成梁 2 1 2 Lの 1 . 5倍に設定されているのは、たとえば第 1直線ガス流路群から第 2直線ガス流路群へのガスの短絡を抑制するためである。このガスの短絡は、電解質部 2 5 0が有するガス拡散層を経由して生ずるので、ガス流路分割梁 2 6 2 Bが電解質部 2 5 0に接する幅を太くすることによって効果的に抑制することができる。さらに、ガス流路分割梁 2 6 2 Bが電解質部 2 5 0に接する圧力を高くすることによつてもガスの短絡を抑制することが可能である。電解質部 2 5 0 に接する圧力を高くするのは、ガス流路分割梁 2 6 2 Bの積層方向の高を高くすればよい。 .

冷媒抑制堰 2 6 2 Dは、ガス流路分割梁 2 6 2 Bに表裏一体に形成された直線冷媒流路における過冷却を抑制するために設けられている。ガス流路分割梁 2 6 2 Bは、直線流路形成梁 2 1 2 Lの 1 . 5倍の太さを有しているため、ガス流路分割梁 2 6 2 Bに表裏一体に形成された直線冷媒流路は、直線流路形成梁 2 1 2 Lに表裏一体に形成された冷媒流路の 1 . 5倍の広さを持っている（図 6 ( b ) ) 。これにより、前述の過冷却が生ずることになる。

冷媒抑制堰 2 6 2 Dは、ガス流路分割梁 2 6 2 Bに表裏一体に形成された直線冷媒流路の入り口側の近傍に配置されているので、この直線冷媒流路に流れ込む冷却水 L L Cの流量を抑制することができる。本実施例では、さらに、図 6 ( b ) に示されるように、冷媒抑制堰 2 6 2 Dが直線冷媒流路に垂直な方向に長軸を有する楕円形状を有しているので効果的に流量の抑制を実現することができる。さらに、ガス流路分割梁 2 6 2 Bに表裏一体に形成された直線冷媒流路における冷却水 L L Cの流量を抑制するために、直線冷媒流路内に流量抑制部材 2 6 2 Eを装備させても良い。あるいは、直線冷媒流路に図示しない断熱性のあるコーティングを行うことによって過冷却を抑制するようにしても良い。ただし、流量を抑制する方法は、全体としての冷却能力をほとんど低下させることがないという利点を有する。

D . 本発明の第 4実施例における燃料電池スタックの構成：

図 7は、本発明の第 4実施例のセパレー夕 2 6 3 Aにおけるアノードガス流路パターン 2 1 5 Pを示す説明図である。第 4実施例のアノードガス流路パターン 2 1 5 Pは、第 1接続領域と第 2接続領域といった接続領域におけるアノードガスの流れを均一化させるために整流部 2 6 3 Rを備えている点で前述の各実施例と異なる。

整流部 2 6 3 Rは、接続領域においてアノードガスの流れを均一化することができるので、アノードガスの滞留や部分的な圧力上昇に起因する凝集を抑制することができる。さらに、接続領域における流速の均一化は、接続領域における発電効率の向上にも寄与することができるという利点もある。

第 1ないし第 3実施例では、複数の直線ガス流路を 3つの直線ガス流路群に分割するとともにの全てを接続して独立サーペンタイン構造を形成しているが、たとえば 4つの直線ガス流路群に分割するとともに、 2系統のサーペンタイン構造を形成するように構成しても良い。

E . 第 5実施例：

図 8は、本発明の第 5実施例の燃料電池の構成単位である燃料電池セルの概略構成を表わす分解斜視図である。また、図 9は、図 8の燃料電池セルを複数積層して成る第 5実施例の燃料電池の構成を表す断面模式図である。本実施例の燃料電池は、例えば、図 1に示した燃料電池システム 2 0 0において燃料電池ス夕ック 2 1 0に代えて用いることができる。本実施例の燃料電池セルは、第 1ないし第 4実施例と同様の電解質部 2 5 0と、電解質部 2 5 0を、その外周部において両側から挟持する一組の樹脂フレーム 2 7 0 A， 2 7 0 Bと、樹脂フレーム 2 7 O A , 2 7 0 Bによって支持される電解質部 2 5 0を、さらに両側から挟持する一組のセパレー夕 2 6 4 A， 2 6 4 Bと、を備えている。セパレ一夕 2 6 4 Aと電解質部 2 5 0との間には、燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路が形成される。図 9では、単セル内燃料ガス流路となる空間に、 H 2と記している。また、セパレー夕 2 6 4 Bと電解質部 2 5 0との間には、酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路が形成される。図 9では、単セル内酸化ガス流路となる空間に、 0 2 と記している。さらに、隣接する燃料電池セル間において、一方の燃料電池セルが有するセパレー夕 2 6 4 Aと、他方の燃料電池セルが有するセパレー夕 2 6 4 Bとの間には、冷媒が流れるセル間冷媒流路が形成される。図 9では、セル間冷媒流路となる空間に、冷媒と記している。

図 1 0は、セパレー夕 2 6 4 Aの構成を表わす平面図である。図 1 0 (A) は、電解質部 2 5 0との間に単セル内燃料ガス流路を形成するガス流路面を表し、図 1 0 ( B ) は、隣接する単セルが備えるセパレー夕 2 6 4 Bとの間にセル間冷媒流路を形成する冷媒流路面を表す。なお、図 1 0では、燃料電池を設置した際の水平方向に対応する方向を矢印 Aで示し、鉛直方向に対応する方向を矢印 Bで示している。セパレー夕 2 6 4 Aは、略四角形の金属製薄板部材であり、プレス成形によって表面に所定の凹凸形状が形成されると共に、所定の位置に穴部が設けられている。金属製薄板をプレス成形することによって凹凸形状を形成しているため、セパレー夕 2 6 4 Aのガス流路面に形成される凹凸部と、冷媒流路面に形成される凹凸部とは、互いに裏返し形状となっている。なお、裏返し形状とは、一方の面に形成される凸部の形状が、他方の面に形成される凹部の形状に対応し、一方の面に形成される凹部の形状が、他方の面に形成される凸部の形状に対応する関係が、両面間で成立する形状を指す。

具体的には、図 1 0 (A) に示す鉛直方向の辺 3 0 0に沿って、穴部 3 1 0 , 3 1 1， 3 1 2が形成されており、辺 3 0 0に対向する辺 3 0 5に沿って、穴部 3 1 3 , 3 1 4 , 3 1 5が形成されている。これらの穴部 3 1 0〜3 1 5は、後述するように、セパレー夕 2 6 4 Bおよび樹脂フレーム 2 7 0 A， 2 7 0 Bにおいても同様に形成されている。そして、セパレ一夕 2 6 4 A , 2 6 4 Bおよび樹脂フレーム 2 7 O A , 2 7 0 Bが積層されて燃料電池が組み立てられたときには、対応する穴部同士が積層方向に重なり合って、燃料電池内部を積層方向に貫通する流体流路を形成する。すなわち、穴部 3 1 3は、燃料電池外から供給されて単セル内燃料ガス流路に分配される燃料ガスが流れる燃料ガス供給マ二ホールドを形成し（図 1 0〜 1 3において H 2 in と表す）、穴部 3 1 5は、各セルにおける電気化学反応に供された燃料ガスを外部に導く燃料ガス排出マ二ホールドを形成する（図 1 0〜 1 3において H 2 out と表す）。また、穴部 3 1 2は、燃料電池外から供給されて単セル内酸化ガス流路に分配される酸化ガスが流れる酸化ガス供給マ二ホールドを形成し（図 1 0〜1 3において 0 2 in と表す）、穴部 3 1 0-は、各セルにおける電気化学反応に供された酸化ガスを外部に導く酸化ガス排出マ二ホールドを形成する（図 1 0〜 1 3において O 2 out と表す）。また、穴部 3 1 4は、燃料電池外から供給されてセル間冷媒流路に分配される冷媒が流れる冷媒供給マ二ホールドを形成し（図 1 0〜1 3において Ref in と表す ) 、穴部 3 1 1は、各セル間冷媒流路を通過した冷媒を外部に導く冷媒排出マ二ホールドを形成する（図 1 0〜 1 3において Ref outと表す）。

また、セパレ一夕 2' 6 4 Aのガス流路面には、電解質部 2 5 0の表面と共に単セル内燃料ガス流路の内壁面を形成する、すなわち、燃料ガス流路の内壁面の一部を形成する第 1の凹凸部が形成されている。第 1の凹凸部が形成されて、表面上に燃料ガスが流れる略四角形の領域を、以下、発電領域 3 4 0と呼ぶ。図 1 0 (A) では、発電領域 3 4 0を破線で囲んで示している。本実施例では、第 1の凹凸部は、略四角形状に形成されており、凸部として、 3つの分割線状凸部 3 4 2と、多数の分割領域内線状凸部 3 4 4と、多数の突起部 3 4 6と、を備えている。

分割線状凸部 3 4 2は、発電領域外周における辺 3 0 5 (あるいは辺 3 0 0 ) の近傍の辺に達する一端と、辺 3 0 5 (あるいは辺 3 0 0 ) に対向する辺 3 0 0 (あるいは辺 3 0 5 ) の近傍の辺から離間した他端と、を有し、発電領域内を略水平方向に伸長している線状の凸部である。なお、分割線状凸部 3 4 2は、上記一端近傍に、ガス流路内におけるガス漏れを抑制する構成を有しているが、このガス漏れ抑制部については後に詳しく説明する。

分割領域内線状凸部 3 4 4は、分割線状凸部 3 4 2に対して略平行、すなわち略水平方向に形成され、その両端が発電領域の外周から離間した線状凸部であつて、複数（本実施例では 3つ）の分割領域内線状凸部 3 4 4がまとまって、分割線状凸部間、あるいは分割線状凸部と発電領域の外周との間に配置されている。分割線状凸部によって区画され、分割領域内線状凸部 3 4 4がまとまって配置される領域を、以下、分割領域 3 8 0と呼ぶ。本実施例では、 3つの分割線状凸部によって、 4つの分割領域 3 8 0が形成されている。分割領域 3 8 0を、図 1 0 (A) において、一点破線で囲んで示す。

また、突起部 3 4 6は、分割線状凸部 3 4 2の上記他端と発電領域外周との間の離間部である第 1の離間部と、上記分割線状凸部 3 4 2を間に挟んで配置される 2つの分割領域に形成される分割領域内線状凸部 3 4 4の端部と発電領域外周との間の離間部である第 2の離間部と、を含む領域に規則的に配置されている。複数の突起部 3 4 6が規則的に配置されたひとまとまりの領域を、以下、接続領域 3 8 2と呼ぶ。本実施例では、 3つの分割線状凸部の各々の上記他端近傍に 3 つの接続領域 3 8 2が形成されており、この接続領域 3 8 2を、図 1 0において、二点破線で囲んで示す。さらに、発電領域 3 4 0では、穴部 3 1 3の近傍、および、穴部 3 1 5の近傍にも、分割領域内線状凸部の端部と発電領域外周との離間部を含む領域であって、突起部 3 4 6が規則的に配置された領域がある。この領域を、以下、流出入領域 3 8 4と呼び、図 1 0 (A ) において二点破線で囲んで示す。また、接続領域 3 8 2および流出入領域 3 8 4には、上記規則的に配置された突起部 3 4 6間において、同じく規則的に配置された多数の凹部 3 4 8が形成されている。図 1 0では、突起部 3 4 6は黒塗りで表わしており、凹部 3 4 8は、破線の白抜きで表わしている。また、図 1 0 ( B ) に示されたセパレー夕 2 6 4 Aの冷媒流路面に形成される同様の突起部と凹部、および、後述する図 1 1に示されたセパレー夕 2 6 4 Bに形成される同様の突起部と凹部も、それぞれ黒塗りと白抜きで表わしている。

なお、本実施例では、発電領域外周における辺 3 0 5近傍の辺に達する上記一端を有する分割線状凸部と、辺 3 0 0近傍の辺に達する上記一端を有する分割線状凸部とが交互に配置されている。このように、発電領域外周における上記一端が達する辺を、対向する辺の間で交互に変更して、分割線状凸部を配置することで、本実施例では、 4つの分割領域が、接続領域を介して、発電領域全体として直列に接続されている。

セパレー夕 2 6 4 Aの冷媒流路面には、発電領域 3 4 0の裏面領域（以下、裏面領域も合わせて発電領域 3 4 0と呼ぶ）において、対向するセパレ一夕 2 6 4 Bの表面と共に冷媒流路の内壁面を形成する、すなわち、冷媒流路の内壁面の一部を形成する第 2の凹凸部が形成されている。第 2の凹凸部は、凸部として、多数の冷媒流線状凸部 3 5 4と、多数の突起部 3 5 8と、を備えている（図 1 0 ( B ) 参照）。

冷媒流線状凸部 3 5 4は、略水平方向、すなわち、ガス流路面側の分割線状凸部に対して略平行に設けられた線状凸部であって、その両端が、発電領域 3 4 0 の外周から離間している線状凸部である。この冷媒流線状凸部 3 5 4は、ガス流路面における分割領域内線状凸部 3 4 4間、あるいは、分割領域内線状凸部 3 4 4と分割線状 ώ部 3 4 2との間に形成される凹部の裏返し形状として形成されている。突起部 3 5 8は、ガス流路面における接続領域 3 8 2および流出入領域 3 8 4の裏面において、ガス流路面に形成された既述した凹部 3 4 8の裏返し形状として形成されている。なお、冷媒流路面には、ガス流路面に形成された突起部

3 4 6の裏返し形状として、凹部 3 5 6が形成されている。

図 1 1は、セパレー夕 2 6 4 Βの構成を表わす平面図である。図 1 1 (Α) は、電解質部 2 5 0との間に単セル内酸化ガス流路を形成するガス流路面を表し、図 1 1 ( Β ) は、隣接する単セルが備えるセパレー夕 2 6 4 Αとの間にセル間冷媒流路を形成する冷媒流路面を表す。セパレー夕 2 6 4 Bは、セパレー夕 2 6 4 Aと略同一の外周形状を有する金属製薄板部材であり、セパレー夕 2 6 4 Aと同様に、プレス成形によって表面に所定の凹凸形状が形成されると共に、所定の位置に穴部が設けられている。

セパレー夕 2 6 4 Bのガス流路面には、電解質部 2 5 0の表面と共に単セル内酸化ガス流路の内壁面を形成する第 1の凹凸部が形成されている。第 1の凹凸部が形成されて、表面上に燃料ガスが流れる略四角形の領域を、以下、発電領域 3

4 0と呼び、図 1 1 ( A) において破線で囲んで示す。第 1の凹凸部は、凸部として、 1-つの分割線状凸部 3 6 2と、多数の分割領域内線状凸部 3 6 4と、多数の突起部 3 6 6と、を備えている。

分割線状凸部 3 6 2は、分割線状凸部 3 4 2と同様に、発電領域の外周上の第 1の箇所に達する一端と、第 1の箇所に対向する発電領域外周上の第 2の箇所から離間した他端と、を有し、発電領域内を略水平方向に伸長している線状の凸部である。分割領域内線状凸部 3 7 4は、分割線状凸部 3 6 2に対して略平行、すなわち略水平方向に形成され、その両端が発電領域の外周から離間した線状凸部である。これらの分割領域内線状凸部 3 7 4は、複数（本実施例では 8つ）がまとまって分割線状凸部 3 6 2と発電領域外周との間に配置され、分割領域 3 8 0 を形成する。本実施例では、 1つの分割線状凸部 3 6 2によって、 2つの分割領域 3 8 0が形成されている。また、突起部 3 6 6は、分割線状凸部の上記他端と発電領域外周との間の第 1の離間部と、分割領域内線状凸部と発電領域外周との間の第 2の離間部と、を含む領域である接続領域 3 8 2に、規則的に配置されている。本実施例では、 1つの分割線状凸部の上記他端近傍に 1つの接続領域 3 8 2が形成されている。さらに、発電領域 3 4 0では、セパレー夕 2 6 4 Aと同様に、穴部 3 1 0の近傍、および、穴部 3 1 2の近傍である流出入領域 3 8 4にも、突起部 3 6 6および凹部 3 6 8が規則的に配置されている。セパレー夕 2 6 4 Bでは、このように、一つの分割線状凸部 3 6 2が形成されることで、接続領域 3 8 2を介して 2つの分割領域 3 8 0が直列に接続されている。

セパレ一夕 2 6 4 Bの冷媒流路面には、発電領域 3 4 0において、対向するセパレ一夕 2 6 4 Aの表面と共に冷媒流路の内壁面を形成する第 2の凹凸部が形成されている。第 2の凹凸部は、凸部として、多数の冷媒流線状凸部 3 7 4と、多数の突起部 3 7 8と、を備えている。

冷媒流線状凸部 3 7 4は、冷媒線状凸部 3 5 4と同様に、略水平方向、すなわち、ガス流路面側の分割線状凸部に対して略平行に設けられると共に、その両端が発電領域 3 4 0の外周から離間している線状凸部である。この冷媒流線状凸部 3 7 4は、ガス流路面における分割領域内線状凸部 3 6 4間、あるいは、分割領域内線状凸部 3 6 4と分割線状凸部 3 6 2との間に形成される凹部の裏返し形状として形成されている。突起部 3 7 8は、ガス流路面に形成された既述した凹部 3 6 8の裏返し形状として形成されている。なお、冷媒流路面には、ガス流路面に形成された突起部 3 6 6の裏返し形状として、凹部 3 7 6が形成されている。図 1 2は、樹脂フレーム 2 7 0 Aの概略構成を表わす平面図である。図 1 2では、樹脂フレーム 2 7 O Aにおけるセパレー夕 2 6 4 Aと接する側の面を表わしている。樹脂フレーム 2 7 O Aは、中央部に、穴部 3 3 0が形成されている。穴部 3 3 0は、略四角形状であって、電解質部 2 5 0よりも若干小さく形成されている。また、樹脂フレーム 2 7 0 Aでは、穴部 3 1 3と穴部 3 3 0とを連通させる凹部 3 2 0と、穴部 3 1 5と穴部 3 3 0とを連通させる凹部 3 2 2とが形成されている。凹部 3 2 0は、セパレータ 2 6 4 Aとの間で、穴部 3 1 3により構成される燃料ガス供給マ二ホールドと、単セル内燃料ガス流路とを接続する流路を形成する。また、凹部 3 2 2は、セパレー夕 2 6 4 Aとの間で、穴部 3 1 5により構成される燃料ガス排出マ二ホールドと、単セル内燃料ガス流路とを接続する流路を形成する。

図 1 3は、樹脂フレーム 2 7 0 Bの概略構成を表わす平面図である。図 1 3では、樹脂フレーム 2 7 0 Bにおけるセパレー夕 2 6 4 Bと接する側の面を表わしている。樹脂フレーム 2 7 0 Bは、中央部に、穴部 3 3 4が形成されている。穴部 3 3 4は、樹脂フレーム 2 7 0 Aの穴部 3 3 0に対応する位置に、穴部 3 3 0 と同様の形状に形成されている。また、樹脂フレーム 2 7 0 Bでは、穴部 3 1 0 と穴部 3 3 4とを連通させる凹部 3 2 4と、穴部 3 1 2と穴部 3 3 4とを連通させる凹部 3 2 6とが形成されている。凹部 3 2 4は、セパレー夕 2 6 4 Bとの間で、穴部 3 1 0により構成される酸化ガス排出マ二ホールドと、単セル内酸化ガス流路とを接続する流路を形成する。また、凹部 3 2 6は、セパレ一夕 2 6 4 B との間で、穴部 3 1 2二より構成される酸化ガス供給マ二ホールドと、単セル内酸化ガス流路とを接続する流路を形成する。

これら樹脂フレーム 2 7 0 Aおよび 2 7 0 Bは、絶縁性の樹脂によって形成されており、樹脂フレーム 2 7 0 A、 2 7 0 Bによって電解質部 2 5 0を狭持することで、電解質部 2 5 0の両面間で、絶縁性が確保されている。また、樹脂フレームは、所定の高さの凹凸を有するセパレー夕と電解質部 2 5 0の間に配置されて、上記凹凸に対応する距離を、セパレー夕と電解質部 2 5 0との間で確保するためのスぺーサとしての役割を果たしている。

燃料電池を組み立てる際には、セパレー夕 2 6 4 Aと樹脂フレーム 2 7 0 Aとを、間に接着剤などから成るシール材（図示せず）を介して重ね合わせる。また、同様にして、セパレー夕 2 6 4 Bと樹脂フレーム 2 7 0 Bとを、間に接着剤などから成るシール材（図示せず）を介して重ね合わせる。その後、電解質部 2 5 · 0を、樹脂フレーム 2 7 0 A、 2 7 0 Bで挟持して、接着剤などから成るシール材（図示せず）を介して貼り合わせることで、燃料電池セルを完成させる。電解質部 2 5 0と樹脂フレーム 2 7 0 A、 2 7 0 Bとを貼り合わせる際には、樹脂フ

—ム 2 7 0 Aの穴部 3 3 0および樹脂フレーム 2 7 0 Bの穴部 3 3 4を、電解質部 2 5 0が覆うように、各部材を配置する。このようにして形成した燃料電池セルを、間に接着剤などから成るシール材 3 9 0 (図 9参照）を配置しながら所定数積層することにより、燃料電池スタックを作製することができる。上記のように各部材間にシール材を設けることで、単セル内ガス流路およびマ二ホールドにおけるシール性が確保されている。なお、上記した各部材間に配置するシール材の少なくとも一部は、接着剤以外によって形成しても良く、例えば、シール部 3 9 0を、マ二ホールド用の穴部および発電領域を囲む形状に成形した樹脂製のガスケットとすることができる。

燃料電池において、穴部 3 1 3が構成する燃料ガス供給マ二ホールドに対して燃料ガスを供給すると、燃料ガスは、各単セル内に形成される単セル内燃料ガス流路へと分配される。単セル内燃料ガス流路におけるガス流れは、図 1 0 ( A ) に矢印で-示すように、分割領域 3 8 0では水平方向に流れつつ、全体としては鉛直方向下方へと流れる。すなわち、分割線状凸部 3 4 2が電解質部 2 5 0と接触することにより、セパレー夕面上において、分割線状凸部 3 4 2の長手方向に交差する方向（本実施例では鉛直方向に相当する）への燃料ガスの移動を抑制するように、発電領域内を分割することによって、発電領域上でサーペン夕イン型流路が形成される。また、分割領域内線状凸部 3 4 4が電解質部 2 5 0と接触することにより分割領域内における鉛直方向への燃料ガスの移動を抑制することで、分割領域内ではガスが水平方向に導かれる。単セル内燃料ガス流路を流れつつ電気化学反応に供された燃料ガスは、穴部 3 1 5が構成する燃料ガス排出マ二ホールドへと排出される。また、穴部 3 1 2が構成する酸化ガス供給マ二ホールドに対して酸化ガスを供- 給すると、酸化ガスは、各単セル内に形成される単セル内酸化ガス流路へと分配される。単セル内酸化ガス流路におけるガス流れは、図 1 1 ( A) に矢印で示すように、分割領域 3 8 0では水平方向に流れつつ、全体としては鉛直方向上方へと流れる。ここでも、分割線状凸部 3 6 2が電解質部 2 5 0と接触することにより、セパレー夕面上において、分割線状凸部 3 6 2の長手方向に直交する方向（本実施例では鉛直方向に相当する）への酸化ガスの移動を抑制するように、発電領域内を分割することによって、発電領域上でサーペンタイン型流路が形成される。また、分割領域内線状凸部 3 6 4が電解質部 2 5 0と接触することにより分割領域内における鉛直方向への酸化ガスの移動を抑制することで、分割領域内ではガスが水平方向に導かれる。単セル内酸化ガス流路を流れつつ電気化学反応に供された酸化ガスは、穴部 3 1 0が構成する酸化ガス排出マ二ホールドへと排出される。

また、穴部 3 1 4が形成する冷媒供給マ二ホールドに対して冷媒を供給すると、冷媒は、セパレー夕 2 6 4 Aとセパレー夕 2 6 4 Bとの間に形成されるセル間冷媒流路へと分配される。セル間冷媒流路における冷媒の流れは、図 1 0 ( B ) および図 1 1. ( B ) に矢印で示すように、全体として水平方向に流れる。ここでは、冷媒流線状凸部 3 5 4， 3 7 4が互いに接触することにより、冷媒流線状凸部 3 5 4， 3 7 4の長手方向に直交する方向（本実施例では鉛直方向に相当する ) への冷煤の移動を抑制することで、冷媒が水平方向に導かれる。セル間冷媒流路を流れた冷媒は、穴部 3 1 1が構成する冷媒排出マ二ホールドへと排出される以下に、セパレー夕に形成された各凸部の形状、および、各セパレー夕に形成された凸部の燃料電池内における位置関係についてさらに説明する。セパレー夕 2 6 4 Aに形成された分割領域内線状凸部 3 4 4、およびセパレー夕 2 6 4 Bに形成された分割領域内線状凸部 3 6 4は、それぞれ、一定の等しい幅を有する略平坦な頭頂部を有している。また、隣接する分割領域内線状凸部の頭頂部間の距離（以下、凸部のピッチと呼ぶ）も、一定の等しい値となっている。図 9では、分割領域内線状凸部 3 4 4および分割領域内線状凸部 3 6 4の頭頂部の幅を W 1 と表わしており、分割領域内線状凸部 3 4 4および分割領域内線状凸部 3 6 4におけるピッチを W 2と表わしている。

さらに、セパレー夕 2 6 4 A、 2 6 4 Bでは、分割領域内線状凸部のうち、セパレー夕水平方向の辺の一方に最も近い位置に配置される分割領域内線状凸部と、上記一方の辺との距離も、互いに等しい値となっている。ここで、セパレー夕 2 6 4 Aにおいては、 3つの分割線状凸部 3 4 2が形成され、セパレー夕 2 6 4 Bにおいては 1つの分割線状凸部 3 6 2が形成されている。しかしながら、セパレー夕のガス流路面全体では、分割線状凸部が設けられることなく、上記一定の幅およびピッチで発電領域 3 4 0全体に分割領域内線状凸部が形成される場合と重なるように、全体として一定の規則性をもって、各分割領域内線状凸部が形成されている。したがって、燃料電池全体で、図 9に示すように、セパレ一夕 2 6 4 Aが有する分割領域内線状凸部 3 4 4の頭頂部と、セパレー夕 2 6 4 Bが有する分割領域内線状凸部 3 6 4の頭頂部とが、電解質部 2 5 0を間に介して互いに重なる位置に配置される。なお、図 9に示す断面は、各線状凸部に垂直な方向の断面であり、図 9に示す断面図の位置は、図 1 0 (A ) において、 9— 9断面として示している。図 9では特に、樹脂セパレー夕を含む燃料電池の外周部近傍の断面の様子を表している。

このとき、セパレー夕 2 6 4 Aにおいて分割領域 3 8 0の裏返し形状として形成される冷媒流線状凸部 3 5 4と、セパレー夕 2 6 4 Bにおいて分割領域 3 8 0 の裏返し形状として形成される冷媒流線状凸部 3 7 4も、分割領域内線状凸部 3 4 4あるいは分割領域内線状凸部 3 6 4と同様に、一定のピッチで形成されると共に、一定の等しい幅を有する略平坦な頭頂部を有している。図 9では、冷媒流線状凸部 3 5 4および冷媒流線状凸部 3 7 4の頭頂部の幅を W 3と表わしており、冷媒流線状凸部 3 5 4および冷媒流線状凸部 3 7 4におけるピッチを W 4と表 · わしている。セパレー夕 2 6 4 A、 2 6 4 Bでは、冷媒流線状凸部のうち、セパレー夕の水平方向の一辺に最も近い位置に配置される冷媒流線状凸部と、上記一辺の辺との距離も、互いに等しい値となっている。したがって、燃料電池全体において、図 9に示すように、セパレー夕 2 6 4 Aが有する冷媒流線状凸部 3 5 4 の頭頂部と、セパレ一夕 2 6 4 Bが有する冷媒流線状凸部 3 7 4の頭頂部とが、互いに重なる位置に配置される。

また、本実施例では、セパレー夕 2 6 4 Aのガス流路面に形成された 3つの分割線状凸部 3 4 2と、セパレー夕 2 6 4 Bのガス流路面に形成された 1つの分割線状凸部 3 6 2とは、いずれも、一定の等しい幅を有する略平坦な頭頂部を有しており、この頭頂部の幅は、分割領域内線状凸部 3 4 4， 3 6 4の頭頂部の幅よりも太く形成されている。図 1 4は、図 9と同様の 9一 9断面であって、セパレ一夕 2 6 4 Aが備える 3つの分割線状凸部 3 4 2のうちの一つの分割線状凸部 3 4 2およびその近傍の断面の様子を表す断面模式図である。図 1 4では、分割線状凸部 3 4 2の頭頂部の幅を W 5と表わしている。この W 5については、以下の ( 1 ) 式の関係が成立している。

W 5 =W 1 X 2 + W 2 … ( 1 ) したがって、各単セルにおいては、上記分割線状凸部 3 4 2の頭頂部は、電解質部 2 5 0を間に介して、セパレ一夕 2 6 4 Bが有する連続して形成された 2つの分割領域内線状凸部 3 6 4の頭頂部と、互いに重なる位置に配置されることになる。なお、 3つの分割線状凸部 3 4 2の内、中央に配置される分割線状凸部 3 4 2は、セパレー夕 2 6 4 Bに形成された分割線状凸部 3 6 2と、電解質部 2 5 0を介して互いに重なる位置に配置されることになる。

図 1 5は、燃料電池における断面であって、セパレ一夕 2 6 4 Aにおける接続領域 3 8 2の突起部 3 4 6および凹部 3 4 8を含む断面の様子を表す断面模式図である。図 1 5に示す断面の位置は、図 1 0 ( A) において、 1 5— 1 5断面として示している。なお、接続領域 3 8 2だけでなく、流出入領域 3 8 4や、セパレ一夕 2 6 4 Bにおける接続領域 3 8 2および流出入領域 3 8 4も、同様の凹凸形状を有している。

図 1 0に示すように、接続領域および流出入領域では、縦横所定の間隔をおいて、略同一形状であって断面円形の突起部 3 4 6と凹部 3 4 8、あるいは突起部 3 6 6と凹部 3 6 8と力規則的に配置されている。より具体的には、縦横互い違いに、等しい距離をおいて、交互に突起部と凹部とが形成されている。ここで、各セパレー夕に形成されたこれらの突起部および凹部は、セパレー夕 2 6 4 A とセパレー夕 2 6 4 Bとを用いて燃料電池を組み立てたときに、各セパレー夕の対向する面同士で、全体として配置のパターンが一致するように形成されている。すなわち、図 1 5に示すように、セパレー夕 2 6 4 Aのガス流路面に形成された突起部 3 4 6の頭頂部は、セパレー夕 2 6 4 Bのガス流路面に形成された突起部 3 7 8の頭頂部と、電解質部 2 5 0を介して互いに重なる位置に配置されている。また、セパレー夕 2 6 4 Aの冷媒流路面に形成された突起部 3 5 8の頭頂部と、セパレー夕 2 6 4 Bの冷媒流路面に形成された突起 3 7 8の頭頂部とは、隣接する単セル間において、互いに接している。ここで、各セパレー夕の接続領域および流出入領域では、上記突起部が突出する面、あるいは凹部が陥没する面として、基準面が存在する。この基準面は、セパレー夕や電解質部を含む部材を積層して燃料電池スタックを作製したときに、冷媒流路側で隣接する他のセパレー夕との接触面に対して所定の距離をおいて離間すると共に、ガス流路側で隣接する電解質部 2 5 0との接触面とも、所定の距離をおいて離間する。図 1 5において、基準面の位置を破線で示すと共に、冷媒流路側でのセパレー夕間の接触面を一点破線で示す。

次に、本実施例の燃料電池に設けられたガス漏れ抑制部であって、各セパレー夕のガス流路面において、分割領域が形成するガス流路間におけるガスの漏れ出しを抑制する構成について説明する。具体的には、本実施例の燃料電池が備えるガス漏れ抑制部は、分割線状凸部の一端の近傍において、樹脂プレートとの間の隙間を介した隣接する分割領域間でのガスの漏れ出しを抑制する。

図 1 6は、図 1 0 ( A ) において破線で囲んだ領域 Yの近傍を拡大した様子を模式的に表す説明図である。なお、図 1 6は、セパレー夕 2 6 4 A上に樹脂フレーム 2 7 O Aを貼り合わせた後に、ガス漏れ抑制部 3 4 1を設けた状態を表わしている。

図 1 6に示すように、セパレー夕 2 6 4 Aに形成される分割線状凸部 3 4 2の、発電領域 3 4 0の外周に達する一端と、樹脂フレーム 2 7 0 Aの穴部 3 3 0の内周との間には、隙間が形成されている。これは、燃料電池を組み立てる際に、分割線状凸部 3 4 2の一端上に樹脂フレーム 2 7 O Aが乗り上げることがないように、製造誤差を考慮して分割線状凸部 3 4 2が若干短く形成されることにより生じるものである。本実施例では、この分割線状凸部 3 4 2の一端において、穴部 3 3 0の内周に沿って延びる伸長部 3 4 3力長靴状に形成されている。燃料電池を組み立てる際には、分割線状凸部 3 4 2の一端と樹脂フレーム 2 7 O Aとの間の隙間を埋めるガス漏れ抑制部 3 4 1がさらに設けられる。本実施例では、上記伸長部 3 4 3と樹脂フレーム 2 7 O Aとの間の隙間に、液状の接着剤を充填 •塗布することにより、ガス漏れ抑制部 3 4 1が形成されている。なお、セパレ一夕 2 6 4 Aが備える他の分割線状凸部 3 4 2や、セパレ一夕 2 6 4 Bが備える分割線状凸部 3 6 2の、発電領域外周に達する一端も、同様の形状に形成されると共に、それぞれの近傍においても、同様のガス漏れ抑制部が形成されている。以上のように構成された本実施例の燃料電池のセパレー夕によれば、一方の面で、分割線状凸部によって発電領域内で隔てられた複数の分割領域が、接続領域を介して直列に接続されるように分割線状凸部が配置されると共に、分割領域では、分割線状凸部と平行に形成され、その両端が発電領域外周から離間する分割領域内線状凸部が形成されている。また、セパレ夕の他方の面では、分割線状凸部と分割領域内線状凸部とを備える第 1の凹凸部の裏返し形状として、分割線 . 状凸部と平行であって、その両端が発電領域外周から離間した冷媒流線状凸部が形成されている。したがって、例えばプレス成形により形成される表裏互いに裏返し形状となる薄板状部材であるセパレー夕において、一方の面では、反応ガスが直進する複数の直進部と共に、反応ガスの向きが反転する折り返し部を有して、全体として蛇行形状をとりながら複数の直進部が直列に接続された流路（サーペン夕イン型流路）を形成しつつ、他方の'面では、上記直進部に平行に冷媒が流れる流路を形成することができる。これにより、流速の速い反応ガスの流路と、圧力損失の小さい冷媒流路とを、セパレー夕の表裏において両立することができる。

なお、発電領域内に設ける分割線状凸部が 1つの場合には、図 1 1 ( A ) に示すセパレー夕 2 6 4 Bのように、分割線状凸部を 1つ設けることにより、結果的に、分割線状凸部の他端と発電領域の外周との間の第 1の離間部を含む 1つの接続領域を介して、 1つの分割線状凸部によって分割領域内で隔てられた 2つの分割領域が直列に接続されることになる。これに対して、複数の分割線状凸部を設ける場合-に、分割線状凸部によって発電領域内で隔てられた複数の分割領域を、接続領域を介して、発電領域全体として直列に接続させるには、水平方向を長手方向とする互いに平行な複数の分割線状凸部を、発電領域の外周に達する端部の側を交互に入れ替えて、鉛直方向に順次並べて配置すればよい。

また、本実施例の燃料電池によれば、分割領域内線状凸部は、各々の分割領域内において規則的に配置されると共に、第 1の凹凸部全体として、分割線状凸部が設けられることなく分割領域内線状凸部が規則的に連続して配置された場合と同様の位置に配置されている。したがって、上記分割領域内線状凸部の位置を対応させてガスセパレー夕を配置することで、アノード側のセパレー夕とカソード側のセパレー夕とで分割線状凸部の配置（分割線状凸部の数および Zまたは位置 ) が異なる場合であっても、分割領域内線状凸部同士を、電解質部を介して互いに重なり合わせることができる。また、第 1の凸部の裏返し形状として冷媒流路面に形成される冷媒流線状凸部同士を、隣接するセル間で互いに重なる位置に配置し、接触させることができる。このように、分割領域内線状凸部同士、および、冷媒流線状凸部同士を、互いに重ね合わせることにより、燃料電池内部の接触抵抗を抑え（集電性を向上させ）、燃料電池の積層方向に加えられる力に対する強度を確保して燃料電池全体で剛性を確保できる。また、冷媒流線状凸部同士を互いに重ね合わせて接触させることで、隣接するセパレー夕間に形成されるセル間冷媒流路の流路断面積をより大きく確保することができる。これにより、セル間冷媒流路における圧損を抑え、セル間冷媒流路に冷媒を送り込むためのポンプなどの補機における消費エネルギを低減することができる。

ここで、分割線状凸部は、対向するセパレー夕のガス流路面における対応する位置に形成される 2つの分割領域内線状凸部と、電解質部を介して互いに重なり合っている。したがって、分割線状凸部が配置される位置が、アノード側とカソード側とで異なっていても、分割線状凸部は、電解質部を介して対向する分割領域内線状凸部と互いに支持し合うことができ、燃料電池において、集電性、強度および剛性を確保することができる。また、本実施例では、上記のように、分割線状凸部の幅を、分割領域内線状凸部の幅よりも広く形成しているため、分割線状凸部によって隔てられる分割領域間におけるガスリークを抑制することができる。これにより、ガスリークに起因して単セル内ガス流路の一部においてガス流量が減少することが無く、単セル内ガス流路におけるガス流量を発電領域全体にわたって確保することができ、発電性能の低下を防止することができる。

なお、より幅広く形成する分割線状凸部の幅は、対向する分割領域内線状凸部 2本に対応する幅に限るものではなく、 1以上の分割領域内線状凸部を覆う幅であれば、対向する線状凸部同士互いに支持し合うことによる同様の効果が得られる。例えば、頭頂部の幅 W 5が、対向する n個の分割領域内線状凸部の頭頂部を丁度覆う幅である場合には， W 5について、以下の（2 ) 式が成り立つ。

W 5 =W 1 X n + W 2 X ( n - 1 ) … （2 )

ただし、 W l ：分割領域内線状凸部の頭頂部の幅、

W 2 ：分割領域内線状凸部におけるピッチ。また、このとき、分割線状凸部の幅を、対向する所定数の分割領域内線状凸部を丁度覆う幅に形成する代わりに、より広い幅に形成しても良い。分割線状凸部の幅を広くするほど、分割領域間におけるガスリークを抑制する効果を高めることができる。

なお、分割領域間におけるガスリークを抑制するには、分割線状凸部の積層方向の高さ（セパレー夕の厚み方向の高さ）を、第 1の凹凸部に備えられて電解質部 2 5 0に当接する他の凸部（本実施例では分割領域内線状凸部および突起部）よりも高く形成しても良い。これにより、分割線状凸部において電解質部 2 5 0 に接する際の圧力を高めることができ、ガスリーク抑制の効果を高めることができる。

本実施例では分割線状凸部、分割領域内線状凸部、および冷媒流線状凸部は、いずれも、所定の幅を有する平坦な頭頂部を有することとしているため、この頭頂部において、隣接部材との接触面積を確保可能となっている。しかしながら、これらの線状凸部の頭頂部は必ずしも平坦にする必要はない。各線状凸部を規則的に配置して、分割線状凸部および分割領域内線状凸部は、電解質部を介して互いに重なり合い、冷媒流線状凸部は単セル間で直接接するように各セパレー夕を配置することで、集電性、強度および剛性を確保するある程度の効果を得ることができる。

さらに、本実施例の燃料電池では、アノード側セパレー夕と力ソード側セパレ一夕のガス流路面における接続領域および流出入領域に形成された突起部が、電解質部を介して互いに重なり合う。また、アノード側セパレー夕と力ソード側セパレー夕の冷媒流路面における上記接続領域および流出入領域の裏面領域に形成された突起部が、単セル間で直接接する。これによつても、燃料電池における集電性、強度および剛性を向上させることができる。また、上記のように、接続領域と流出入領域、およびその裏面領域に突起部を設けることで、これらの領域を流れる反応ガスや冷媒の流れを、分割領域に形成されたガス流路ゃ冷媒流線状凸部によって形成される冷媒流路への流入に先立って攪拌することができる。したがって、単セル内ガス流路全体に対する配流性（流路全体に流体を分配する際の分配の均一性）や、セル間冷媒流路全体に対する冷媒の配流性を向上させ、電池性能を向上させることができる。さらに、冷媒流路面において突起部同士が接触することにより、セル間冷媒流路の流路断面積をより大きく確保して、セル間冷媒流路における圧損を抑え、セル間冷媒流路に冷媒を送り込むためのポンプなどの補機における消費エネルギを低減することができる。

本実施例では、アノード側のセパレー夕 2 6 4 Aでは、 3つの分割線状凸部によって発電領域が 4つに分割されており、カソード側のセパレ一夕 2 6 4 Bでは、 1つの分割線状凸部によって発電領域が 2つに分割されている。このような分割線状凸-部の数（発電領域の分割数）は、任意の値に設定することができる。

ここで、本実施例のように、分割線状凸部に垂直な辺（本実施例では鉛直方向の辺 3 0 0， 3 0 5 ) に沿って反応ガスを給排するマ二ホールドを形成するための穴部を設ける場合には、燃料電池を上記垂直な辺の方向に小型化することができる。このような場合には、アノード側と力ソード側のセパレー夕に設ける第 1 の凹凸部において、分割線状凸部の数が奇数であるか偶数であるかを揃えることが望ましい。これにより、燃料ガスの流路と酸化ガスの流路とにおいて、ガス供給マ二ホールド穴と、ガス排出マ二ホールド穴とが、同じ辺の近傍に形成されるか、対向する辺の近傍に形成されるかが一致するため、ガスマ二ホールドを無理なく配置することができる。また、本実施例の燃料電池では、アノード側のセパレー夕 2 6 4 Aの方が、力ソード側のセパレー夕 2 6 4 Bよりも多くの分割線状凸部を有しており、分割領域が多く形成されている。ここで、燃料ガスとして純度の高い水素ガスを用い、酸化ガスとして空気を用いる場合には、燃料電池に供給すべきガス流量は燃料ガスの方が少なくなる。また、水素の方が酸素よりも分子量が小さいことからも、一般に酸化ガスの方が流量が多い。したがって、本実施例のようにアノード側の分割領域の数を増やして流路断面積をより小さくすることで、単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流速を、より速めることができる。このように燃料ガスの流速を速めることで、ガス利用率を高めて燃料電池の性能を向上させることができると共に、単セル内燃料ガス流路における排水性を向上させることができる本実施例では、セパレー夕面上において、燃料ガスは鉛直方向上方から下方へと流し、酸化ガスは鉛直方向下方から上方へと流しており、双方のガスは対向流となっている。特に、固体高分子型燃料電池の場合には、このようにガス流れを対向流とすることで、燃料電池内部におけるガスの加湿状態を、外部からの加湿なしである程度のレベルに保つことが可能になる。すなわち、単セル内ガス流路では、般に下流側ほどガス中の水分量が多くなるが、特に発電に伴って水が生じる力ソード側では、下流側におけるガス中の水分量が多くなる。ここで、固体高分子型燃料電池では、固体高分子電解質膜の両側の水蒸気圧差に応じて、膜を介して水が移動する。そのため、対向流とすることで、水蒸気圧差の大きな酸化ガス流路下流と燃料ガス流路上流とが、電解質膜を介して隣接し、酸化ガス流下流から燃料ガス流上流へと、水分を供給することが可能となる。このような場合に、ガス流速がより速い酸化ガス流を紿直方向下方から上方へと流し、ガス流速がより遅い燃料ガスを鉛直方向上流から下流へと流すことで、ガス流速の遅い燃料ガス流路側においても、重力を利用して排水性を高めることが可能になる。本実施例では、第 2の凹凸部と互いに裏返し形状となる第 1の凹凸部は、分割線状凸部と分割領域内線状凸部とを備えることとしたが、第 1の凹凸部は分割線- 状凸部を備えないこととし、分割線状凸部を、第 1および第 2の凹凸部を備える導電性基板部とは別体で形成することとしても良い。すなわち、分割領域内線状凸部および冷媒流線状凸部が形成された基板を作製し、この基板上の所定の分割領域内線状凸部間に、別体で形成した分割線状凸部を固着させることとしても良い。この場合にも、折れ曲がり部を有して全体として蛇行するサーペン夕イン型流路と、直線状の流路とを、表裏互いに裏表形状に形成するセパレー夕の裏面と表面とで両立する同様の効果が得られる。なお、この場合には、別体で形成する分割線状凸部は、導電性材料により形成することが望ましい。これにより、燃料電池の内部抵抗を低減し、電池性能を向上させることができる。

また、本実施例の燃料電池では、分割線状凸部における発電領域に達する一端において、この一端と樹脂フレーム内周（発電領域）との間の隙間を埋めるガス漏れ抑制部 3 4 1が設けられているため、上記隙間を介した分割領域間のガスリークを抑制することができる。これにより、部分的なガス流量の減少を防止し、単セル内ガス流路全体でガス流量を確保することができる。特に本実施例では、分割線状凸部の一端において、発電領域の外周に沿って延びる伸長部 3 4 3が設けられて-長靴状に形成されており、上記隙間における圧損が高められているため、ガス漏れ抑制部となる接着剤によるガス漏れ抑制の効果を補って、上記隙間を介したガス漏れを抑える効果をさらに高めることができる。

なお、ガス流路面の接続領域においては、突起部および冷媒流路側の突起部の裏返し形状としての凹部が規則的に設けられているが、上記伸長部 3 4 3の近傍であって、接着剤が充填されるべき領域には、これらの突起部および凹部は設けられておらず、接着剤の充填をより容易に行なうことが可能となっている。また、伸長部 3 4 3は、接続領域の周辺部の僅かな部分に設けられる構造であるため、接続領域内に伸長する伸長部 3 4 3を設けても、反応ガスが流れて発電に関わる面積が、実質的に減少することはほとんど無い。本実施例では、ガス漏れ抑制部を接着剤によって形成したが、接着剤以外によつて形成することも可能である。図 1 7は、異なる構成のガス漏れ抑制部を設けた変形例を示す説明図である。この変形例では、例えばゴムや樹脂などの弾性体によって形成されて、樹脂フレームと略同一の厚さに形成された所定形状のガス漏れ抑制部 3 4 1 Aを、樹脂フレームとは別体で用意している。そして、樹脂フレームにおいては、組み付け時に分割線状凸部の一端の近傍となる部分に、上記ガス漏れ抑制部 3 4 1 Aを嵌め込むための切り欠き部 3 4 1 Bを設けている。図 1 7 ( B ) は、切り欠き部 3 4 1 Bを形成した樹脂フレーム 2 7 0 Aを表わし、図 1 7 (A) は、切り欠き部 3 4 1 Bにガス漏れ抑制部 3 4 1 Aが嵌め込まれた樹脂フレーム 2 7 O Aが、セパレー夕 2 6 4 Aのガス流路面上に重ね合わされた様子を表わしている。なお、ガス漏れ抑制部 3 4 1 Aは、導電性材料によって形成しても良いし、絶縁性材料によって形成されても良い。また、ガス漏れ抑制部 3 4 1 Aは、セパレ一夕上に樹脂フレームを接着した後に、別体で用意したガス漏れ抑制部を組み付けても良いし、セパレー夕と樹脂フレームの接着に先立って、樹脂フレームにガス漏れ抑制部を予め接合しておいても良い。

このように、ガス漏れ抑制部をはめ込む切り欠き部を樹脂フレームに設ける場合に、この切り欠き部を設ける部位は、本来、ガスシール性を確保しつつ樹脂フレームをセパレ一夕に接着させる接着剤を塗布する位置となる。したがって、燃料電池の組み立ての際には、セパレー夕において発電領域外周部に接着剤を塗布することで、樹脂フレームの接着とガス漏れ抑制部の接着の動作を一度に行うことができる。また、樹脂フレームとは別体のガス漏れ抑制部を用いる場合には、図 1 6のように接着剤によりガス漏れ抑制部を構成する場合とは異なり、セパレ一夕上に接着させた樹脂フレーム上にさらに積層される電解質部とガス漏れ抑制部とが接着することがない。したがって、電解質部が備える電解質層が固体高分子から成り、動作時に膨潤する場合であっても、ガス漏れ抑制部に起因して電解質層に望ましくない応力が発生することが無い。なお、本実施例のガスセパレー夕は、樹脂フレ一ムを用いることなく、ガスシ- ール性を確保するためのシール部として、ガスケット用いたり、接着剤のみを用いる燃料電池に適用することもできる。このように、樹脂フレームを用いない場合に、実施例と同様のガス漏れ抑制部を適用することも可能である。すなわち、樹脂フレームに限らず、電解質部とセパレー夕との間において、少なくとも発電領域の外周の一部に配置されて、反応ガスの流路におけるガスシール性を確保するシール部が設けられている場合に、分割線状凸部の一端と上記シール部との間の間隙を塞ぐガス漏れ抑制部が設けられていれば、同様の効果を得ることができる。

図 1 0および図 1 1に示すように、本実施例の燃料電池のセパレ一夕では、面内に形成される各分割領域 3 8 0は、互いに略等しい幅に形成されている。したがって、単セル内ガス流路では、ガス供給マ二ホールドとの接続部近傍から、ガス排出マ二ホールドとの接続部近傍まで、ガス流路の断面積が、略一定となっている。これに対して、分割領域 3 8 0の幅をセパレー夕面内で異ならせることとしても良い。一例として、図 1 8に、図 1 0と同様のアノード側のセパレー夕において、下流側に位置する分割領域 3 8 0ほど幅を狭く形成した構成を示す。なお、図 1 -8では、第 1の凹凸部として分割線状凸部 3 4 2のみを記載しており、分割領域内線状凸部および突起部の記載は省略している。このように、下流側に位置する分割領域 3 8 0ほど幅を狭く形成することで、単セル内ガス流路において、上流側から下流側へと次第に流路断面積を小さくすることができ、流路を流れる反応ガスの流速を速める効果を高めることができる。反応ガスの流路においては、下流側ほど電池反応によって電極活物質（水素または酸素）が消費されることにより流量が減少するが、上記構成とすることで、下流側においてもガスの流速を確保し、電池性能を維持することができる。また、反応ガスにおいては、. 通常は下流側ほどガス中の水分量が増加するため、下流の流速を速めることで、下流側における排水性を高め、水の滞留に起因する電池性能の低下を抑制することができる。なお、このように下流側ほど分割領域の幅を狭くする場合には、下流側（本実施例では鉛直方向下方側）に配置される分割線状凸部 3 4 2ほど、発電領域外周から離間する他端と発電領域外周との距離を短くしても良い。すなわち、図 1 8において、 D 1〉D 2 > D 3としても良い。これにより、単セル内ガス流路全体で、下流側ほど流速を早める効果を高めることができる。

本実施例では、分割領域内には分割領域内線状凸部を設けているが、分割領域内での分割線状凸部に平行な方向へのガス流れを許容する分割領域内直進凸部として、分割領域内線状凸部に代えて、他の形状から成る凸部を設けても良い。例えば、分割領域長手方向の両端にわたって連続して設けられた分割領域内線状凸部に代えて、各分割領域内線状凸部と同様の位置に、分割領域内線状凸部において途中に切れ目を設けた形状の、より短い凸部を、分割領域内直進凸部として設けても良い。このような構成の一例を、図 1 9 ( A) に示す。あるいは、各分割領域内線状凸部と同様の位置に、連続して形成される突起部 3 4 6、 3 6 6と同様の突起部から成る分割領域内直進凸部を設けても良い。このような構成の一例を、図 1 9 ( B ) に示す。このように、分割領域内直進凸部として、分割線状凸部に平行であって両端が発電領域外周から離間した線分上に形成される凸部を設けるならば、冷媒流路側においても、ガス流路側の凸部と干渉し合わない位置に、ガス流路面の裏返し形状として、分割線状凸部に略平行な冷媒流線状凸部を設けることができる。これらの凸部をセパレー夕全体として規則的に配置し、ガス流路側の発電領域においては、電解質部'を介して第 1の凹凸部が有する凸部同士が当接し、冷媒流路側は、第 2の凹凸部が備える凸部同士が直接当接するように、各セパレー夕を位置合わせして積層すればよい。なお、本実施例のように線分上に連続して分割領域内直進凸部を形成する場合には、セパレー夕と隣接する部材との間の接触面積をより大きく確保して、燃料電池の内部抵抗を低減する効果が得られる。また、単セル内ガス流路において、液水をガス流れの下流方向へと導き易くなり、流路内の排水性を高めることができる。これに対して、図 1 9 ( A) あるいは（B ) に示すように、より短い複数の凸部によって分割領域内直進凸部を形成する場合には、単セル内ガス流路におけるガス拡散性を高めてガス利用率を高める効果が得られる。

同様に、冷媒流路面においても、冷媒流線状凸部に代えて、冷媒流線状凸部と同様の位置に、分割線状凸部に略平行な冷媒の流れを許容する他の形状の冷媒流直進凸部を設けても良い。具体的には、例えば、冷媒流線状凸部に代えて、図 1 9に示した分割領域内直進凸部と同様の形状の冷媒流直進凸部を設けることがでぎる。

なお、本実施例において、第 1実施例のように、接続領域および導出入領域には突起部を形成しないこととしても良い。発電領域に形成される分割領域内線状凸部の端部が、発電領域の外周との間に第 2の離間部を有していれば、ガス流路面の導出入領域では、発電領域内に導入されたガスが、分割領域内線状凸部によつて形成される流路内に適宜分配可能となり、あるいは分割領域内線状凸部によつて形成される流路から排出されるガスを適宜集合させて、発電領域外へと導くことが可能となる。また、ガス流路面の接続領域では、分割領域内線状凸部によつて形成される流路を流れるガスが流れの向きを反転させることが可能となる。冷媒流路面においても同様に、突起部を省略することが可能である。

また、本実施例では、各セパレー夕および樹脂フレームに、反応ガスや冷媒流路を給排するためのマ二ホールドを形成する穴部が形成された内部マ二ホールド型燃料電池としたが、スタック構造の外部にマ二ホールドを設ける外部マ二ホールド型燃料電池においても、同様の凹凸形状を有するガスセパレー夕を適用することができる。

F . 変形例：

以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。

F— 1 . 上記実施例では、セパレー夕には、複数の直線ガス流路と複数の直線冷媒流路とが形成されているが、たとえば双方が蛇行するような流路であっても良い。本発明では、一般に、平行に形成された複数の線状ガス流路と、この複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路を有していればよい。

F— 2 . 上記実施例では、セパレー夕には、板金プレス部品として製造されているが、たとえばフレキシブルカーボンといった非金属材料のプレス成形でも製造することが可能である。さらに、必ずしもプレス成形で製造される必要はなぐ、表裏一体型であれば肉厚が均等となって加工性が良くなるという利点がある。

F— 3 . 第 1ないし第 5実施例では、各燃料電池セル間にセル間冷媒流路を設けているが、複数のセルを積層するごとにセル間冷媒流路を設けても良い。この場合には、電解質部との対向面の裏面においてセル間冷媒流路を形成すべき位置に配置するセパレー夕において、本発明を適用すればよい。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池であって、

電解質部と、

反応ガスが流れるガス流路が形成されているガス流路面と、冷却媒体が流れる冷媒流路が形成されている冷媒流路面と、が表裏一体に形成されたセパレー夕とを備え、

前記ガス流路面は、平行に形成された複数の線状ガス流路と、前記複数の線状ガス流路を複数の線状ガス流路群に分割するとともに前記複数の線状ガス流路群の少なくとも一部を直列に接続するように構成されたガス流路接続部と、を有し前記冷媒流路面は、前記複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路と、前記ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに前記複数の線状冷媒流路を並列に接続するように構成された冷媒流路接続部と、を有することを特徴とする、燃料電池。

2 . 請求の範囲 1記載の燃料電池であって、

前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路と非連続であって、かつ、前記電解質部に接する凹凸形状を有する、燃料電池。

3 . 請求の範囲 1または 2に記載の燃料電池であって、

前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路群の全てを直列に接続する、燃料電池。

4 . 請求の範囲 1ないし 3のいずれかに記載の燃料電池であって、

前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路を分割するガス流路分割梁を有し、

前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス流路接続部において、前記複数の線状ガス流路を構成する線状ガス流路梁よりも前記電解質部に接する幅と前記電解質部に接する圧力の少なくとも一方が大きくなるように形成されている、燃料電池。

5 . 請求の範囲 4記載の燃料電池であって、

前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス接続部において、前記線状ガス流路梁よりも、前記電解質部および前記セパレ一夕の積層方向の高さを高くすることにより、前記圧力を大きくしている

燃料電池。

6 . 請求の範囲 1ないし 3のいずれかに記載の燃料電池であって、

前記冷媒流路面は、前記ガス流路分割梁に表裏一体に形成された特定の線冷媒流路を有し、

前記冷媒流路接続部は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制して、前記複数の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量に近づけるように形成された流量制御形状を有する、燃料電池。

7 . 請求の範囲 6記載の燃料電池であって、

前記流量制御形状は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制するように、前記特定の線状冷媒流路の外側に形成された堰状の構造を有する、燃料電池。

8 . 請求の範囲 1ないし 3のいずれかに記載の燃料電池であって、

前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路を分割するガス流路分割梁を有し、前記ガス流路分割梁は、少なくとも前記ガス流路接続部において、前記複数の · 線状ガス流路を構成する線状ガス流路梁よりも前記電解質部に接する幅が大きくなるように形成されており、

前記特定の線状冷媒流路は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制して、前記複数の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量に近づけるように構成されている、燃料電池。

9 . 請求の範囲 8記載の燃料電池であって、

前記セパレー夕は、前記特定の線状冷媒流路に流れ込む前記冷媒の流量を抑制するように、前記特定の線状冷媒流路の内側に装着された流量抑制部材を備える、燃料電池。

1 0 . 請求の範囲 1ないし 9のいずれかに記載の燃料電池であって、

前記ガス流路接続部は、前記複数の線状ガス流路に流れ込む反応ガスの流速を均一化するように構成された整流構造を有する、燃料電池。

1 1 . 請求の範囲 1ないし 1 0のいずれかに記載の燃料電池であって、前記セパレー夕は金属である、燃料電池。

1 2 . 請求の範囲 1 1記載の燃料電池であって、

前記セパレー夕は、プレス成形された板金によって形成されている、燃料電池

1 3 . 電解質部を有する燃料電池用セパレー夕であって、

前記電解質部と接すべき面であって、前記電解質部との間に反応ガスが流れるためのガス流路が形成されているガス流路面と、

前記ガス流路面に表裏一体に形成され、冷却媒体が流れるための冷媒流路が形成されている冷媒流路面と、

を備え、前記ガス流路面は、平行に形成された複数の線状ガス流路と、前記複数の線状ガス流路を複数の線状ガス流路群に分割するとともに前記複数の線状ガス流路群の少なくとも一部を直列に接続するように構成されたガス流路接続部と、を有し前記冷媒流路面は、前記複数の線状ガス流路に対して表裏一体に形成された複数の線状冷媒流路と、前記ガス流路接続部に表裏一体に形成されるとともに前記複数の線状冷媒流路を並列に接続するように構成された冷媒流路接続部と、を有することを特徴とする、燃料電池用セパレー夕。

1 4 . 燃料電池用ガスセパレー夕であって、

導電性基板部と、

前記導電性基板部の一方の面に形成され、反応ガスが流れる反応ガス流路の内壁面の一部を形成する第 1の凹凸部と、

前記導電性基板部の前記一方の面において、前記第 1の凹凸部が形成された領域である発電領域の外周上の第 1の箇所に達する一端と、前記第 1の箇所とは異なる前記外周上の第 2の箇所から離間した他端とを有し、前記発電領域内を伸長して前記反応ガス流路の内壁面の一部を形成する線状凸部であって、該線状凸部によって前記発電領域内で隔てられた複数の分割領域を、前記発電領域の外周と前記他端との間の第 1の離間部を含む接続領域を介して、前記発電領域全体として直列に接続させる位置に配置された 1以上の分割線状凸部と、

を備え、

前記第 2の凹凸部は、. 前記分割線状凸部および前記分割領域内直進凸部の間に形成される凹部の裏返し形状として形成される凸部であって、前記他方の面において、前記分割線状凸部に対して略平行に形成され、その両端が前記発電領域の裏面領域の外周から離間した第 2の線分上に配置される冷媒流直進凸部を備える燃料電池用ガスセパレー夕。

1 5 . 請求の範囲 1 4記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部は、裏面に裏返し形状としての凹部を有する凸部として、前記導電性基板部において、前記第 1の凹凸部および前記第 2の凹凸部と一体で形成されている

燃料電池用ガスセパレー夕。

1 6 . 請求の範囲 1 4記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部は、前記導電性基板部とは別体で作製されて、前記一方の面上に配置されている

燃料電池用ガスセパレー夕。

1 7 . 請求の範囲 1 5記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部は、導電性材料によって構成される

燃料電池用ガスセパレー夕。

1 8 . -請求の範囲 1 4ないし 1 7いずれか記載の燃料電池用ガスセパレ一夕において、

前記分割領域内直進凸部は、前記第 1の線分における両端間に連続して形成された分割領域内線状凸部である

燃料電池用ガスセパレー夕。

1 9 . 請求の範囲 1 8記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割領域内においては、前記複数の分割領域内線状凸部は、隣り合う前記分割領域内線状凸部の頭頂部間の距離が第 2の長さとなる間隔で形成されており前記第 1の凹凸部全体では、前記分割線状凸部が設けられることなく、前記第 2の長さの間隔で、前記分割領域内線状凸部が規則的に連続して形成された場合と同様の位置に、各々の前記分割領域内線状凸部が形成されている

燃料電池用ガスセパレ一夕。

2 0 . 請求の範囲 1 9記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部における前記頭頂部は、前記分割線状凸部を間に介して隣り合う前記分割領域線状凸部間に、前記分割線状凸部が設けられることなく、前記第 2の長さの間隔で前記分割領域内線状凸部が規則的に連続して形成される場合の、前記分割線状凸部に代えて設けられることになる分割領域内線状凸部の頭頂部を覆う幅を有する

燃料電池用ガスセパレー夕。

2 1 . 請求の範囲 1 4ないし 2 0いずれか記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、、

前記冷媒流直進凸部は、前記第 2の線分における両端間に連続して形成された冷媒流線状凸部である

燃料電-池用ガスセパレー夕。

2 2 . 請求の範囲 1 4ないし 2 1いずれか記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記第 2の凹凸部は、前記接続領域の裏面領域であって、前記第 2の線分上に形成される前記冷媒流直進凸部の端部と前記発電領域の裏面領域の外周との間の第 3の離間部を含む領域において、前記複数の第 1の突起部に干渉されない位置に設けられた複数の第 2の突起部を備える燃料電池用ガスセパレー夕。

2 3 . 請求の範囲 1 4ないし 2 2いずれか記載の燃料電池用ガスセパレー夕において、

前記分割線状凸部は、前記第 1の凹凸部が備える他の凸部に比べて、前記セパレー夕の厚み方向の高さが高く形成されている燃料電池用ガスセパレー夕。

2 4 . 燃料電池であって、

電解質層と、該電解質の両面に形成された電極とを含む電解質部と、前記電解質部を狭持するように配置され、前記電解質部との間で反応ガスの流路を形成する請求の範囲 1 4ないし 2 3いずれか記載の燃料電池用ガスセパレー夕と、

を備える燃料電池。

2 5 . 燃料電池であって、

電解質層と、該電解質層の両面に形成された電極とを含む電解質部と、前記電解質部を狭持するように配置され、前記電解質部との間で反応ガスの流路を形成する請求の範囲 2 2記載の燃料電池用ガスセパレー夕と、

を備える単セルを複数積層して成り、

アノード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 1の突起部と、カソード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 1の突起部とは、前記電解質部を間に介して互いに重なる位置に設けられており、

隣り合う単セルにおいて、一方の単セルが備えるアノード側の前記燃料電池用ガスセパレ一夕に形成された前記第 2の突起部と、他方の単セルに備えられて前記アノード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に隣接するカソード側の前記燃料電池用ガスセパレー夕に形成された前記第 2の突起部とは、互いに接する位置に設けられている

燃料電池。

2 6 . 請求の範囲 2 4または 2 5記載の燃料電池において、

アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕は、カソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕に比べて、前記分割線状凸部がより多く形成されている

燃料電池。

2 7 . 請求の範囲 2 4ないし 2 6いずれか記載の燃料電池であって

アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕と、力ソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕とにおいて、前記分割線状凸部は、略水平方向に配置されており、

前記燃料ガスは、前記アノード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕における鉛直方向上方に形成される前記分割流路が形成する燃料ガスの流路から、鉛直方向下方に形成される前記分割流路が形成する燃料ガスの流路へと流れ、前記酸化ガスは、前記力ソード側に配置された前記燃料電池用ガスセパレー夕における鉛直方向下方に形成される前記分割流路が形成する酸化ガスの流路から、鉛直方向上方に形成される前記分割流路が形成する酸化ガスの流路へと流れる燃料電池。

2 8 . .請求の範囲 2 4ないし 2 7いずれか記載の燃料電池であって、全体として直列に接続された前記複数の分割領域において、各々の前記分割領域の幅が、前記反応ガスの流れ方向下流側に相当する前記分割領域ほど狭く形成されている

燃料電池。

2 9 . 請求の範囲 2 4ないし 2 8いずれか記載の燃料電池であって、さらに、前記電解質部と前記燃料電池用ガスセパレー夕との間において、少なくとも前記発電領域の外周の一部に配置されて、前記反応ガスの流路におけるガスシール性を確保するシール部と、

前記燃料電池用ガスセパレー夕の前記一方の面上において、前記分割線状凸部の前記一端と前記発電領域の外周に配置された前記シール部との間の間隙を塞ぐガス漏れ抑制部と、

を備える燃料電池。