JP2005294083A - Separator for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell using it - Google Patents

Separator for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell of a new structure, in which superior reaction efficiency and superior cooling efficiency can be realized and detention of water in the oxidizing gas flow passage or the fuel gas flow passage can be prevented as far as possible so that stable power generation efficiency can be obtained by forming an oxidizing gas flow passage, a fuel cell gas flow passage, and cooling water passage with a specific structure. <P>SOLUTION: Both of a groove 48 for the oxidizing gas in a first separator 20 and a groove 64 for the fuel gas in a second separator 22 are formed to extend in parallel in the horizontal direction, while those groove 48 for the oxidizing gas and groove 64 for the fuel gas are formed to be extended almost in parallel pinching a membrane/electrode assembly (MEA) and are positioned in counter positions. Furthermore, the cooling water flow passages 78 are formed between the first separator 20 and the second separator 22 which are made to be superposed mutually. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体高分子電界質膜を用いた固体高分子型燃料電池およびそれに用いられるセパレータに係り、特に酸化ガス流路と燃料ガス流路および冷却水流路を、特定構造をもって形成することにより、優れた反応効率と共に優れた冷却効率を実現することが出来ると共に、酸化ガス流路や燃料ガス流路における水の滞留を可及的に防止せしめて安定した発電効率を得ることの出来る、固体高分子型燃料電池およびそれに用いられるセパレータに関するものである。   The present invention relates to a solid polymer fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane and a separator used therefor, in particular, by forming an oxidizing gas channel, a fuel gas channel and a cooling water channel with a specific structure. , Solid reaction that can realize excellent cooling efficiency as well as excellent reaction efficiency and stable generation efficiency by preventing stagnation of water in the oxidizing gas flow path and fuel gas flow path as much as possible. The present invention relates to a polymer fuel cell and a separator used therefor.

固体高分子型燃料電池は、良く知られているように、固体のイオン交換膜等の固体高分子膜を電解質としてその両面に重ね合わせた一対の触媒電極の表面に対して、酸化剤としての酸素（空気）と燃料としての水素を供給し、電気化学的に反応させることによって電力を得るものである。   As is well known, a polymer electrolyte fuel cell has a solid polymer membrane, such as a solid ion exchange membrane, as an electrolyte. Electric power is obtained by supplying oxygen (air) and hydrogen as fuel and causing them to react electrochemically.

ところで、固体高分子型燃料電池では、目的とする電圧を安定して効率的に得るために、各触媒電極の表面上に酸素や水素を安定して供給することが重要であると共に、適当な温度に維持することも重要となる。   By the way, in the polymer electrolyte fuel cell, in order to obtain a target voltage stably and efficiently, it is important to stably supply oxygen and hydrogen to the surface of each catalyst electrode, It is also important to maintain the temperature.

そこで、一般に、固体高分子電解質膜の両面に対してそれぞれシート状の酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、その酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせた構造の単セルが採用されており、かかる単セルを複数段重ね合わせて電気的に直列接続せしめた構造とされている。そして、第一セパレータに設けた凹溝を酸化電極で覆蓋することによって酸化ガス流路が形成されると共に、第二セパレータに設けた凹溝を燃料電極で覆蓋することによって燃料ガス流路が形成されている。また、第一セパレータ又は第二セパレータの電極と重ね合わされる主面に対する裏側の副面には、第一セパレータ又は第二セパレータに設けた凹溝を隣接する別の単セルの副面で覆蓋することによって冷却流路が形成されている。   Therefore, in general, on the membrane / electrode assembly in which the sheet-like oxidation electrode and the fuel electrode are disposed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, the first separator is overlaid on the surface of the oxidation electrode, A single cell having a structure in which a second separator is superimposed on the surface of the fuel electrode is employed, and a plurality of such single cells are stacked and electrically connected in series. Then, the oxidizing gas flow path is formed by covering the concave groove provided in the first separator with the oxidation electrode, and the fuel gas flow path is formed by covering the concave groove provided in the second separator with the fuel electrode. Has been. In addition, a concave groove provided in the first separator or the second separator is covered with a sub surface of another adjacent single cell on the sub surface on the back side with respect to the main surface overlapped with the electrode of the first separator or the second separator. Thus, a cooling flow path is formed.

また、相互に重ね合わされた各単セルの外周縁部には、重ね合わせ方向に貫通するようにして、酸化ガス供給孔および酸化ガス排出孔と、燃料ガス供給孔および燃料ガス排出孔、更に冷却水供給孔および冷却水排出孔が、それぞれ形成されている。そして、これらの給排孔を通じて給排される酸化ガス，燃料ガス，冷却水が、各単セルにおいて、それぞれ、上述の酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路に流通せしめられるようになっている。   In addition, the outer peripheral edge of each unit cell that is overlapped with each other is penetrated in the overlapping direction so that the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole, and further the cooling A water supply hole and a cooling water discharge hole are respectively formed. The oxidizing gas, fuel gas, and cooling water supplied and discharged through these supply / discharge holes are circulated through the above-described oxidizing gas passage, fuel gas passage, and cooling water passage in each single cell. It has become.

ここにおいて、これら酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路の形態は、発電の効率や安定性に関して重要な影響を与えるものであると考えられており、従来から、各種の流路形態が提案されている。これら３種の流路形態の好ましい一つの態様が、特開２００２−８３６１０号公報（特許文献１）に開示されている。   Here, the forms of the oxidizing gas flow path, the fuel gas flow path, and the cooling water flow path are considered to have an important influence on the efficiency and stability of power generation. Has been proposed. One preferred embodiment of these three types of flow channel forms is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-83610 (Patent Document 1).

しかしながら、かかる特許文献１に開示されている流路構造では、未だ、発電の効率や安定性に関して十分に満足できるものとは言い難かった。具体的には、次のような問題を内在している。
（１）燃料ガス流路が、鉛直上下方向に延びる複数本の直線形態をもって形成されており、水平方向に延びる酸化ガス流路に対して直交している。そのために、固体高分子電解質膜を挟んで対向位置せしめられる燃料ガス流路と酸化ガス流路の重なり合う部分が狭くなってしまい、反応効率乃至は発電効率を十分に得ることが難しい。
（２）燃料ガス流路が、上端縁部に設けられた燃料ガス供給孔から下端縁部に設けられた燃料ガス排出孔に向けて鉛直上下方向に延びる直線形態をもって形成されている。そのために、固体高分子電解質膜の上端縁部と下端縁部との温度勾配が大きくなり、反応効率乃至は発電効率が局部的に低くなり易い。 However, the flow path structure disclosed in Patent Document 1 has not yet been sufficiently satisfied with respect to the efficiency and stability of power generation. Specifically, the following problems are inherent.
(1) The fuel gas channel is formed with a plurality of straight lines extending in the vertical vertical direction, and is orthogonal to the oxidizing gas channel extending in the horizontal direction. For this reason, the overlapping portion of the fuel gas channel and the oxidizing gas channel that are opposed to each other with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween becomes narrow, and it is difficult to obtain sufficient reaction efficiency or power generation efficiency.
(2) The fuel gas flow path is formed with a straight line shape extending vertically from the fuel gas supply hole provided at the upper end edge toward the fuel gas discharge hole provided at the lower end edge. Therefore, the temperature gradient between the upper edge and the lower edge of the solid polymer electrolyte membrane is increased, and the reaction efficiency or the power generation efficiency tends to be locally reduced.

なお、上記（１），（２）の問題に対処するために、例えば燃料ガス流路の隣接する複数本を上下端部で相互に接続することにより、全体として屈曲して延びる形態を実現することも考えられる。ところが、上下方向に延びる燃料ガス流路を接続して屈曲形態とすると、下端部の折り返し部分において水が溜まり易く、水の滞留によって燃料ガスの流通が妨げられる結果、安定した発電が実現され難くなるという問題があり、現実的ではないのである。   In order to cope with the above problems (1) and (2), for example, a plurality of adjacent fuel gas flow paths are connected to each other at the upper and lower ends, thereby realizing a form that is bent and extended as a whole. It is also possible. However, if the fuel gas flow paths extending in the vertical direction are connected to form a bent shape, water tends to accumulate in the folded portion at the lower end, and the flow of fuel gas is hindered by the water retention, so that stable power generation is difficult to be realized. There is a problem of becoming, it is not realistic.

ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、固体高分子型燃料電池における発電の効率や安定性を高度に実現せしめ得る、酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路の新規な形態を実現する固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池を提供することにある。   Here, the present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is an oxidation that can highly realize the efficiency and stability of power generation in a polymer electrolyte fuel cell. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell separator and a polymer electrolyte fuel cell using the same, which realize a novel configuration of a gas channel, a fuel gas channel, and a cooling water channel.

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。   Hereinafter, the aspect of this invention made | formed in order to solve such a subject is described. In addition, the component employ | adopted in each aspect as described below is employable by arbitrary combinations as much as possible. Further, aspects or technical features of the present invention are not limited to those described below, but are described in the entire specification and drawings, or an invention that can be understood by those skilled in the art from those descriptions. It should be understood that it is recognized based on thought.

（固体高分子型燃料電池用セパレータに関する本発明）
請求項１に記載の発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔および燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔をそれぞれ複数対形成すると共に、鉛直方向で対向位置する第三辺縁部と第四辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる冷却水供給孔と冷却水排出孔を少なくとも各一対形成する一方、該第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、該第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、該第一セパレータ又は該第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続した固体高分子型燃料電池用セパレータにある。 (The present invention relating to a separator for a polymer electrolyte fuel cell)
A feature of the invention described in claim 1 is that a membrane / electrode assembly in which an oxidation electrode and a fuel electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane is overlapped with the oxidation electrode, and the oxidation electrode A solid separator comprising a first separator that forms an oxidizing gas channel on the surface and a second separator that is superimposed on the fuel electrode of the membrane / electrode assembly to form a fuel gas channel on the surface of the fuel electrode. A molecular fuel cell separator, wherein the oxidizing gas is located in the first and second separators and is located at the first and second edges facing each other in the horizontal direction and communicated in the stacking direction. A plurality of pairs of supply holes and oxidant gas discharge holes, fuel gas supply holes and fuel gas discharge holes are formed, and are communicated in the stacking direction at the third and fourth edges facing each other in the vertical direction. Impulsive cooling While at least a pair of supply holes and cooling water discharge holes are formed, a plurality of horizontal concave grooves extending in the horizontal direction are formed in the vertical direction apart from each other on the main surface of the first separator superimposed on the oxidation electrode. At the same time, the horizontal grooves are connected up and down at the ends to form a plurality of grooves for oxidizing gas extending at least one reciprocating length and extending at one end, and one end of each of the grooves for oxidizing gas. Are connected to the oxidizing gas supply hole and the other end thereof is connected to the oxidizing gas discharge hole, and a plurality of horizontal grooves extending in the horizontal direction on the main surface of the second separator superimposed on the fuel electrode. Are formed at a distance from each other in the vertical direction, and the horizontal grooves are vertically connected at the ends to form a plurality of fuel gas grooves extending at least once in a reciprocating manner. A groove for fuel gas At least one of the main surface and the back side of the first separator or the second separator is connected to the fuel gas supply hole and the other end is connected to the fuel gas discharge hole. A separator for a polymer electrolyte fuel cell in which one end of the cooling groove is connected to the cooling water supply hole and the other end is connected to the cooling water discharge hole. is there.

このような本発明に従う構造とされたセパレータにおいては、第一セパレータにおける酸化ガス用溝と第二セパレータにおける燃料ガス用溝が、何れも、水平方向に平行に延びるように形成されていることから、それら第一セパレータと第二セパレータを、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を挟んで重ね合わせることにより、膜／電極接合体の両面において、酸化ガス流路と燃料ガス流路が、何れも水平方向に延びるようにして相互に平行に形成されることとなる。   In the separator having the structure according to the present invention, the groove for oxidizing gas in the first separator and the groove for fuel gas in the second separator are both formed so as to extend in parallel in the horizontal direction. The first separator and the second separator are overlapped with the membrane / electrode assembly (MEA) interposed therebetween, so that the oxidizing gas passage and the fuel gas passage are both horizontal on both surfaces of the membrane / electrode assembly. They are formed parallel to each other so as to extend in the direction.

それ故、固体高分子電解質膜を挟んで対向位置せしめられる燃料ガス流路と酸化ガス流路の重なり合う部分が十分な面積をもって形成され得て、固体高分子型燃料電池における反応効率乃至は発電効率を有利に確保することが可能となる。   Therefore, the overlapping portion of the fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel that are opposed to each other across the solid polymer electrolyte membrane can be formed with a sufficient area, and the reaction efficiency or power generation efficiency in the solid polymer fuel cell Can be advantageously secured.

しかも、本発明に従う構造とされたセパレータにおいては、酸化ガス用溝と燃料ガス用溝が、何れも、複数本の水平凹溝を上下に接続した葛折状とされていることから、それらによって形成される酸化ガス流路と燃料ガス流路において、酸化ガス流路に発生する水や、燃料ガス流路に結露する水が、重力の作用とガス流通圧を巧く利用して、速やかに排出される。それ故、流路内に滞留する水に起因する発電効率の低下が効果的に回避され得るのである。   Moreover, in the separator having the structure according to the present invention, the oxidizing gas groove and the fuel gas groove are both in a distorted shape in which a plurality of horizontal concave grooves are connected in the vertical direction. In the formed oxidant gas channel and fuel gas channel, water generated in the oxidant gas channel and water condensed in the fuel gas channel quickly utilize the action of gravity and gas flow pressure. Discharged. Therefore, a decrease in power generation efficiency due to water staying in the flow path can be effectively avoided.

また、酸化ガス流路と燃料ガス流路が、何れも、固体高分子電解質膜の表面を左右方向に往復するように形成されると共に、上下方向に複数形成されることから、固体高分子電解質膜の全体において温度勾配が小さく抑えられることとなり、局部的な温度異常に起因する発電効率の低下も軽減され得る。   In addition, since both the oxidizing gas channel and the fuel gas channel are formed so as to reciprocate in the left-right direction on the surface of the solid polymer electrolyte membrane, a plurality of the polymer gas channels are formed in the vertical direction. The temperature gradient is suppressed to be small throughout the membrane, and a decrease in power generation efficiency due to a local temperature abnormality can be reduced.

さらに、本発明に従う構造とされたセパレータにおいて、冷却水流路は、冷却用溝によって冷却水供給孔と冷却水排出孔を繋ぐように形成されるが、かかる冷却水流路は、酸化ガス流路や燃料ガス流路のように水の滞留の問題がないことから、その流路形態は大きな自由度をもって設計することが出来るのであり、設計上および性能上、有効な冷却水流路が実現され得る。   Further, in the separator having the structure according to the present invention, the cooling water flow path is formed so as to connect the cooling water supply hole and the cooling water discharge hole by the cooling groove. Since there is no problem of water retention unlike the fuel gas flow path, the flow path form can be designed with a large degree of freedom, and an effective cooling water flow path in terms of design and performance can be realized.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔，前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部に位置して形成する一方、前記冷却水供給孔と前記冷却水排出孔を、該第一セパレータ及び該第二セパレータにおいて鉛直方向で対向位置する第三辺縁部と第四辺縁部に位置して形成するようにしたものである。これにより、主として水平方向に延びる上述の如き酸化ガス流路や燃料ガス流路が有利に形成され得る。   According to a second aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell separator according to the first aspect, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole are provided, The first separator and the second separator are formed to be positioned at the first edge and the second edge that are opposed to each other in the horizontal direction, while the cooling water supply hole and the cooling water discharge hole are formed in the first separator and the second separator. In the first separator and the second separator, they are formed so as to be positioned at the third and fourth side edges facing each other in the vertical direction. Thereby, the oxidizing gas passage and the fuel gas passage as described above extending mainly in the horizontal direction can be advantageously formed.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータにおいて、前記第一セパレータの前記副面において、前記酸化ガス供給孔から中央側に向かって延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、前記酸化ガス排出孔から中央側に向かって延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成したものである。   According to a third aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell separator according to the second aspect, the oxidizing gas that extends toward the center from the oxidizing gas supply hole on the sub-surface of the first separator. Forming a supply connection recess and an oxidation gas discharge connection recess extending toward the center from the oxidation gas discharge hole, and connecting the oxidation gas supply connection recess to the one of the oxidation gas grooves An oxidant gas supply side through hole that communicates with the end of the oxidant gas, and an oxidant gas discharge side through hole that communicates the oxidant gas discharge connection recess with the other end of the oxidant gas groove, respectively. The separator is formed so as to penetrate in the plate thickness direction.

このような構成を採用することにより、膜／電極接合体（ＭＥＡ）に第一セパレータを重ね合わせた際に酸化ガス供給孔や酸化ガス排出孔から酸化ガス用溝に接続するための溝の部分ではＭＥＡやガスケット等を十分に圧迫することが出来ずに酸化ガスの密閉性が低下してしまう不具合を回避することが可能となる。   By adopting such a configuration, when the first separator is superimposed on the membrane / electrode assembly (MEA), the groove portion for connecting to the oxidizing gas groove from the oxidizing gas supply hole or the oxidizing gas discharge hole In this case, it is possible to avoid a problem that the MEA, the gasket, and the like cannot be sufficiently pressed and the sealing property of the oxidizing gas is lowered.

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第二セパレータの前記副面において、前記燃料ガス供給孔から中央側に向かって延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、前記燃料ガス排出孔から中央側に向かって延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成したものである。   Invention of Claim 4 is a separator for polymer electrolyte fuel cells of Claim 2 or 3, Comprising: It is toward the center side from the said fuel gas supply hole in the said subsurface of the said 2nd separator. A fuel gas supply connection recess extending from the fuel gas discharge hole and a fuel gas discharge connection recess extending toward the center side are formed, and the fuel gas supply connection recess is formed for the fuel gas. A fuel gas supply side through hole communicating with the one end of the groove, and a fuel gas discharge side through hole communicating the fuel gas discharge connection recess with the other end of the fuel gas groove; Each of the second separators is formed through the plate thickness direction.

このような構成を採用することにより、膜／電極接合体（ＭＥＡ）に第二セパレータを重ね合わせた際に燃料ガス供給孔や燃料ガス排出孔から燃料ガス用溝に接続するための溝の部分ではＭＥＡやガスケット等を十分に圧迫することが出来ずに燃料ガスの密閉性が低下してしまう不具合を回避することが可能となる。   By adopting such a configuration, when the second separator is superimposed on the membrane / electrode assembly (MEA), a groove portion for connecting to the fuel gas groove from the fuel gas supply hole or the fuel gas discharge hole Then, it becomes possible to avoid the problem that the MEA, the gasket, and the like cannot be sufficiently compressed and the sealing performance of the fuel gas is lowered.

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおける前記第一辺縁部および前記第二辺縁部において、それぞれ、前記酸化ガスの供給孔又は排出孔と前記燃料ガスの供給孔又は排出孔とを、交互に位置するように形成したものである。   The invention described in claim 5 is the solid polymer fuel cell separator according to any one of claims 2 to 4, wherein the first edge portion and the first edge portion in the first separator and the second separator In the second edge portion, the oxidizing gas supply holes or discharge holes and the fuel gas supply holes or discharge holes are alternately formed.

このような構成を採用することにより、比較的圧力差の大きい酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔、および燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔を、何れも十分に離隔位置して形成することが可能となり、それら各両孔間でのリークに起因する発電効率の低下を防止することが可能となる。   By adopting such a configuration, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole, and the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole having a relatively large pressure difference can be formed with sufficient separation. It becomes possible, and it becomes possible to prevent the power generation efficiency from being lowered due to the leak between the holes.

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおいて、前記第一辺縁部と前記第二辺縁部の一方の側だけに前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔を形成すると共に、それら第一辺縁部と前記第二辺縁部の他方の側だけに前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を形成したものである。   Invention of Claim 6 is a separator for solid polymer fuel cells in any one of Claims 2 thru | or 4, Comprising: In said 1st separator and said 2nd separator, said 1st edge part and The oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole are formed only on one side of the second edge, and the fuel gas is formed only on the other side of the first edge and the second edge. A supply hole and the fuel gas discharge hole are formed.

このような構成を採用することにより、酸化ガス供給孔および酸化ガス排出孔と、燃料ガス供給孔および燃料ガス排出孔を、互いに十分に離隔位置して形成することが可能となり、酸化ガス供給孔や酸化ガス排出孔に対する燃料ガスの漏れだしの危険を一層有利に回避することが可能となる。   By adopting such a configuration, it becomes possible to form the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole sufficiently spaced from each other, and the oxidizing gas supply hole In addition, it is possible to more advantageously avoid the risk of leakage of fuel gas to the oxidizing gas discharge hole.

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部における上端付近と下端付近に位置して形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部または該第二辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成したものである。   The invention according to claim 7 is the polymer electrolyte fuel cell separator according to claim 1, wherein the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole are arranged in the first separator and the second separator, respectively. The first edge portion and the second edge portion that are opposed to each other in the horizontal direction are formed near the upper end and the lower end, and the first edge portion or the second edge portion is formed on the sub surface of the first separator. An oxidant gas supply connection recess extending vertically from the oxidant gas supply hole and an oxidant gas discharge connection recess extending vertically from the oxidant gas discharge hole are formed at two edges. And an oxidizing gas supply side through-hole for communicating the oxidizing gas supply connecting recess with the one end of the oxidizing gas groove, and the oxidizing gas discharge connecting recess in the oxidizing gas groove. Oxidizing gas exhaust communicating with the other end A lateral through hole, and is formed through said first separator in the thickness direction, respectively.

これにより、主として水平方向に延びる上述の如き酸化ガス流路が有利に形成され得る。しかも、酸化ガス共用孔および酸化ガス排出孔の各必要形成数が、酸化ガス供給用接続凹所や酸化ガス排出用接続凹所を巧く利用することによって、少なくて済むこととなり、第一のセパレータの構造が簡略化されて製造も容易となる。なお、本態様において、酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔は、第一及び第二のセパレータる第一辺縁部と第二辺縁部の少なくとも一方において、その上端付近と下端付近の少なくとも一方に位置するように形成される。また、酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔は、同一の辺縁部に形成される必要はないし、一つである必要もない。   Thereby, the oxidant gas flow path as described above extending mainly in the horizontal direction can be advantageously formed. Moreover, the required number of each of the oxidizing gas common hole and the oxidizing gas discharge hole can be reduced by using the oxidation gas supply connection recess and the oxidation gas discharge connection recess. The structure of the separator is simplified and the manufacture is facilitated. In this aspect, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole are at least near the upper end and the lower end of at least one of the first and second edge portions of the first and second separators. It is formed to be located on one side. Further, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole need not be formed at the same edge portion, and need not be one.

請求項８に記載の発明は、請求項１又は７に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部における上端付近と下端付近に位置して形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第一辺縁部または該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成したものである。   The invention according to claim 8 is the separator for the polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 7, wherein the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole are connected to the first separator and the second separator, respectively. In the separator, the first edge and the second edge that are opposed to each other in the horizontal direction are formed near the upper end and the lower end, and the first edge or A fuel gas supply connection recess extending in the vertical direction from the fuel gas supply hole, and a fuel gas discharge connection recess extending in the vertical direction from the fuel gas discharge hole. A fuel gas supply side through-hole for connecting the fuel gas supply connection recess to the one end of the fuel gas groove, and the fuel gas discharge connection recess as the fuel gas groove. Fuel communicating with the other end of the A scan discharge side through hole, and is formed through said first separator in the thickness direction, respectively.

これにより、主として水平方向に延びる上述の如き燃料ガス流路が有利に形成され得る。しかも、燃料ガス共用孔および燃料ガス排出孔の各必要形成数が、燃料ガス供給用接続凹所や燃料ガス排出用接続凹所を巧く利用することによって、少なくて済むこととなり、第二のセパレータの構造が簡略化されて製造も容易となる。   Thereby, the fuel gas flow path as described above extending mainly in the horizontal direction can be advantageously formed. Moreover, the required number of each of the fuel gas common hole and the fuel gas discharge hole can be reduced by skillfully using the fuel gas supply connection recess and the fuel gas discharge connection recess. The structure of the separator is simplified and the manufacture is facilitated.

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、請求項７に記載の第一セパレータと請求項８に記載の第二セパレータを組み合わせて採用すると共に、それら第一セパレータと第二セパレータのそれぞれの前記副面に形成された前記酸化ガス供給用接続凹所，前記酸化ガス排出用接続凹所，前記燃料ガス供給用接続凹所，前記燃料ガス排出用接続凹所の各位置を、相互に水平方向で異なるように設定したものである。   The invention according to claim 9 is the separator for the polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the first separator according to claim 7 and the second separator according to claim 8 are used in combination. In addition, the oxidizing gas supply connection recess, the oxidizing gas discharge connection recess, the fuel gas supply connection recess, and the fuel that are formed on the sub-surfaces of the first separator and the second separator, respectively. Each position of the connection recess for gas discharge is set to be different from each other in the horizontal direction.

これにより、膜／電極接合体に対して第一及び第二のセパレータを重ね合わせてなる単セルを複数積層して固体高分子型燃料電池を構成する際に、酸化ガスの給排用通路と燃料ガスの給排用通路のそれぞれの流通抵抗を十分に小さく抑えつつ、それら各給排用通路間でのリークや短絡の問題を有利に回避することが出来る。   Thus, when a polymer electrolyte fuel cell is configured by stacking a plurality of single cells each having the first and second separators superimposed on the membrane / electrode assembly, the oxidizing gas supply / discharge passage and While suppressing the flow resistance of each of the fuel gas supply / discharge passages to be sufficiently small, the problem of leakage or short circuit between the respective supply / discharge passages can be advantageously avoided.

請求項１０に記載の発明は、請求項１，７，８，９の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおける各四隅付近に位置して、前記酸化ガス供給孔，前記酸化ガス排出孔，前記燃料ガス供給孔，前記燃料ガス排出孔を、各一つ形成すると共に、該第一セパレータ及び該第二セパレータの前記副面における水平方向で対向位置する第一の辺縁部および第二の辺縁部において、それら酸化ガス供給孔，酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔，燃料ガス排出孔からそれぞれ鉛直方向に略直線的に延び出すようにして、酸化ガス供給用接続凹所，酸化ガス排出用接続凹所，燃料ガス供給用接続凹所，燃料ガス排出用接続凹所を各一つ以上形成し、更に、前記複数の酸化ガス用溝の一方の端部をそれぞれ該酸化ガス供給用接続凹所に連通せしめる複数の酸化ガス供給側貫通孔と、該複数の酸化ガス用溝の他方の端部をそれぞれ該酸化ガス排出用接続凹所に連通せしめる複数の酸化ガス排出側貫通孔と、前記複数の燃料ガス用溝の一方の端部をそれぞれ該燃料ガス供給用接続凹所に連通せしめる複数の燃料ガス供給側貫通孔と、該複数の燃料ガス用溝の他方の端部をそれぞれ該燃料ガス排出用接続凹所に連通せしめる複数の燃料ガス排出側貫通孔とを、形成したものである。   A tenth aspect of the present invention is the solid polymer fuel cell separator according to any one of the first, seventh, eighth, and ninth aspects, wherein each of the first separator and the second separator is provided near each of the four corners. And forming one each of the oxidizing gas supply hole, the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole, and the fuel gas discharge hole on the sub-surface of the first separator and the second separator. At the first edge and the second edge opposite to each other in the horizontal direction, the oxidant gas supply hole, the oxidant gas discharge hole, the fuel gas supply hole, and the fuel gas discharge hole are respectively substantially linear in the vertical direction. One or more of the connecting recesses for supplying the oxidizing gas, the connecting recesses for discharging the oxidizing gas, the connecting recesses for supplying the fuel gas, and the connecting recesses for discharging the fuel gas are formed so as to extend. One end of groove for oxidizing gas A plurality of oxidant gas supply side through-holes communicating with the oxidant gas supply connection recesses, and a plurality of oxidant gas discharge connection recesses respectively communicating with the oxidant gas supply side through holes. A plurality of fuel gas supply side through-holes for communicating one end of the plurality of fuel gas grooves with the fuel gas supply connection recesses, and the plurality of fuel gas grooves; A plurality of fuel gas discharge side through-holes, each of which communicates with the other end of the fuel gas discharge connection recess, are formed.

これにより、第一及び第二のセパレータの四隅付近に形成した合計四つの貫通孔だけで酸化ガスと燃料ガスの給排用孔を構成し、しかも、それらの給排用孔を、酸化ガス流路と燃料ガス流路に対して極めて効率的に接続することが出来る。従って、前記請求項１等に記載の如き反応効率等に優れた特性を発揮する固体高分子型燃料電池を、全体として非常に簡単な構造で一層有利に実現することが出来るのである。   As a result, a total of four through holes formed in the vicinity of the four corners of the first and second separators constitute the supply and discharge holes for the oxidizing gas and the fuel gas. It is possible to connect the passage and the fuel gas passage very efficiently. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell exhibiting excellent characteristics such as the reaction efficiency as described in the first aspect can be realized more advantageously with a very simple structure as a whole.

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおいて、前記冷却水供給孔と前記冷却水排出孔を、鉛直方向で対向位置する第三辺縁部と第四辺縁部に位置して形成したものである。   The invention described in claim 11 is the solid polymer fuel cell separator according to any one of claims 1 to 10, wherein the cooling water supply hole and the second separator are the first separator and the second separator. The cooling water discharge holes are formed at the third and fourth side edges facing each other in the vertical direction.

これにより、酸化ガスや燃料ガスの給排用孔や給排用接続凹所等を含む流通経路の設計自由度を十分に大きく確保しつつ、冷却水の供給孔と排出孔を、十分な流路断面積と大きな設計自由度をもって設定することが可能となる。   As a result, the cooling water supply hole and the discharge hole are provided with a sufficient flow rate while ensuring a sufficiently large degree of freedom in the design of the flow path including the supply and discharge holes for the oxidizing gas and the fuel gas and the connection recesses for supply and discharge. It is possible to set with a road cross-sectional area and a large degree of design freedom.

請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータであって、前記第一セパレータの前記副面において、鉛直方向に延びる複数本の鉛直凹溝を水平方向に離隔して形成すると共にそれらの鉛直凹溝を端部で左右に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる冷却水用溝を少なくとも一つ形成して、該燃料ガス用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続したものである。   A twelfth aspect of the invention is the solid polymer fuel cell separator according to any one of the first to eleventh aspects, wherein a plurality of vertical portions extending in the vertical direction on the sub-surface of the first separator. At least one cooling water groove extending at least once in a reciprocating manner is formed by connecting the vertical grooves to the left and right at the ends and forming the grooves separated horizontally in the horizontal direction. Then, one end of the groove for fuel gas is connected to the cooling water supply hole and the other end is connected to the cooling water discharge hole.

これにより、冷却水流路を広い領域に亘って、しかも上下方向での温度分布を略均一に保ちつつ、形成することが可能となる。特に、酸化反応で温度が高くなり易い酸化ガス流路が形成される第一セパレータに対して冷却水流路が形成されることから、冷却効率の向上が図られ得る。加えて、一本の冷却水流路の長さを長くして、冷却水流路の本数を少なく設定することが出来ることから、冷却水流路の水圧を大きく維持せしめて、冷却効率の向上を図ることも可能となる。   As a result, it is possible to form the cooling water flow path over a wide area while maintaining a substantially uniform temperature distribution in the vertical direction. In particular, since the cooling water flow path is formed with respect to the first separator in which the oxidizing gas flow path whose temperature tends to increase due to the oxidation reaction is formed, the cooling efficiency can be improved. In addition, since the length of one cooling water flow path can be increased and the number of cooling water flow paths can be set small, the water pressure in the cooling water flow path can be kept large to improve cooling efficiency. Is also possible.

（固体高分子型燃料電池に関する本発明）
固体高分子型燃料電池に関する本発明の特徴とするところは、固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、該酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、該燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせて、該酸化電極と該第一セパレータの重ね合わせ面間に酸化ガス流路を形成すると共に、該燃料電極と該第二セパレータの重ね合わせ面間に燃料ガス流路を形成した単セルを用い、かかる単セルの複数を積層状態で重ね合わせることによって形成された固体高分子型燃料電池において、前記第一セパレータおよび前記第二セパレータとして、上述の如き本発明に従う構造とされたもの（請求項１乃至１１の何れかに記載のもの）を採用して、膜／電極接合体の両側に酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路を、それぞれ形成せしめた固体高分子型燃料電池にある。 (The present invention relating to a polymer electrolyte fuel cell)
The feature of the present invention relating to the solid polymer fuel cell is that the first electrode is disposed on the surface of the oxidation electrode with respect to the membrane / electrode assembly in which the oxidation electrode and the fuel electrode are disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. The separator is overlaid, and the second separator is overlaid on the surface of the fuel electrode to form an oxidizing gas flow path between the overlapping surface of the oxidation electrode and the first separator, and the fuel electrode and the second electrode In the polymer electrolyte fuel cell formed by using a single cell in which a fuel gas flow path is formed between overlapping surfaces of the separator and overlapping a plurality of such single cells in a stacked state, the first separator and the first As the two separators, the one according to the present invention as described above (the one according to any one of claims 1 to 11) is adopted, and the oxidizing gas flow path and the fuel are formed on both sides of the membrane / electrode assembly. Gas channel, there the cooling water flow path, a polymer electrolyte fuel cell was allowed formed.

このような本発明に従う構造とされた固体高分子型燃料電池においては、上述の如き本発明に従う特定構造のセパレータを採用して、何れも水平方向に延びる酸化ガス流路および燃料ガス流路が形成されることにより、優れた反応効率乃至は発電効率が達成されると共に、水の滞留が防止されて安定した発電が実現可能となる。しかも、冷却水流路によって十分な冷却効果が発揮されることから、一層安定した発電作動が実現され得る。   In such a polymer electrolyte fuel cell having a structure according to the present invention, a separator having a specific structure according to the present invention as described above is employed, and both an oxidizing gas channel and a fuel gas channel extending in the horizontal direction are provided. By being formed, excellent reaction efficiency or power generation efficiency can be achieved, and water can be prevented from staying and stable power generation can be realized. Moreover, since a sufficient cooling effect is exhibited by the cooling water flow path, a more stable power generation operation can be realized.

上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池においては、特定構造の酸化ガス流路，燃料ガス流路，冷却水流路が形成される。具体的には、水平方向の左右両辺縁部に形成された酸化ガス給排孔および燃料ガス給排孔によって何れも水平方向に延びる酸化ガス流路および燃料ガス流路が形成されると共に、鉛直方向の上下両辺縁部に形成された冷却水給排孔によって冷却水流路が形成されることとなる。これにより、酸化ガスと燃料ガスの反応効率ひいては発電効率の向上が図られ得ると共に、ガス流路内への水の滞留が防止されて発電作動の安定化が実現され得る。また、酸化ガス給排孔や燃料ガス給排孔，酸化ガス流路，燃料ガス流路から独立形成された冷却水流路を流通せしめられる冷却水によって、有効な温調効果も発揮され得る。   As is apparent from the above description, in the polymer electrolyte fuel cell separator having the structure according to the present invention and the polymer electrolyte fuel cell using the same, an oxidizing gas channel and a fuel gas channel having a specific structure are provided. , A cooling water flow path is formed. Specifically, an oxidizing gas passage and a fuel gas passage both extending in the horizontal direction are formed by the oxidizing gas supply and discharge holes and the fuel gas supply and discharge holes formed at both left and right edges in the horizontal direction, and the vertical direction A cooling water flow path is formed by the cooling water supply / discharge holes formed in the upper and lower edges of the direction. As a result, the reaction efficiency of the oxidizing gas and the fuel gas, and hence the power generation efficiency, can be improved, and the stagnation of water in the gas flow path can be prevented to stabilize the power generation operation. In addition, an effective temperature control effect can be exhibited by the cooling water that is allowed to flow through the cooling water flow path formed independently from the oxidizing gas supply / discharge holes, the fuel gas supply / discharge holes, the oxidizing gas flow path, and the fuel gas flow path.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。   Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、図１には、本発明に従う構造とされた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）１０の概略斜視図と、それを構成する単セル１２の分解説明図が示されている。なお、図１においては、固体高分子型燃料電池１０を横倒しして、鉛直下方から単セル１２を抜き出した状態を示したものであり、単セル１２においては、図中の上下方向が、固体高分子型燃料電池の設置状態下で水平方向（左右方向）となる。   First, FIG. 1 shows a schematic perspective view of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) 10 having a structure according to the present invention and an exploded explanatory view of a single cell 12 constituting the same. FIG. 1 shows a state in which the polymer electrolyte fuel cell 10 is laid down and the single cell 12 is extracted from vertically below. In the single cell 12, the vertical direction in the figure is solid. The horizontal direction (left-right direction) is obtained under the installation state of the polymer fuel cell.

より詳細には、単セル１２は、図２にも示されているように、固体のイオン交換膜等の固体高分子膜１４を電解質としてその両面に一対の触媒電極としての酸化電極１６ａおよび燃料電極１６ｂを重ね合わせて接合一体化した構造の膜／電極接合体１８を備えており、この膜／電極接合体１８を両面からサンドイッチ状に挟むようにして、第一セパレータ２０と第二セパレータ２２が重ね合わされている。更に、かかる単セル１２が、板厚方向で複数枚重ね合わされることにより、固体高分子型燃料電池１０の主体を為すセルスタックを構成するようになっている。   More specifically, as shown in FIG. 2, the unit cell 12 includes a solid polymer membrane 14 such as a solid ion exchange membrane as an electrolyte, and an oxidation electrode 16a as a pair of catalyst electrodes on both sides and a fuel. A membrane / electrode assembly 18 having a structure in which the electrodes 16b are overlapped and bonded and integrated is provided, and the first separator 20 and the second separator 22 are overlapped so that the membrane / electrode assembly 18 is sandwiched from both sides. Has been. Furthermore, a plurality of such single cells 12 are stacked in the plate thickness direction to constitute a cell stack that is the main body of the polymer electrolyte fuel cell 10.

そこにおいて、各単セル１２には、膜／電極接合体１８と第一セパレータ２０の重ね合わせ面間において、酸素（空気）を供給する酸化ガス流路が形成されていると共に、膜／電極接合体１８と第二セパレータ２２の重ね合わせ面間において、燃料（水素）を供給する燃料ガス流路が形成されている。更に、相互に重ね合わされた隣接する二つの単セル１２，１２の間には、一方の単セル１２の第一セパレータ２０と他方の単セル１４の第二セパレータ２２の重ね合わせ面間において、冷却水を流通せしめる冷却水流路が形成されている。   In each unit cell 12, an oxidizing gas flow path for supplying oxygen (air) is formed between the overlapping surfaces of the membrane / electrode assembly 18 and the first separator 20. A fuel gas flow path for supplying fuel (hydrogen) is formed between the overlapping surfaces of the body 18 and the second separator 22. Furthermore, between two adjacent single cells 12 and 12 that are overlapped with each other, cooling is performed between the overlapping surfaces of the first separator 20 of one single cell 12 and the second separator 22 of the other single cell 14. A cooling water flow path through which water is circulated is formed.

また、各単セル１２には、固体高分子型燃料電池１０の設置状態下において水平方向で対向位置する第一辺縁部２４と第二辺縁部２６に位置して、酸化ガス供給孔２８，酸化ガス排出孔３０，燃料ガス供給孔３２，燃料ガス排出孔３４が、それぞれ、積層方向に貫通して形成されている。また、単セル１２には、固体高分子型燃料電池１０の設置状態下において鉛直方向で対向位置する第三辺縁部４０と第四辺縁部４２に位置して、冷却水供給孔３６と冷却水排出孔３８が、それぞれ、積層方向に貫通して形成されている。   Each unit cell 12 has an oxidizing gas supply hole 28 located at a first edge 24 and a second edge 26 facing each other in the horizontal direction in the installed state of the polymer electrolyte fuel cell 10. , An oxidizing gas discharge hole 30, a fuel gas supply hole 32, and a fuel gas discharge hole 34 are formed penetrating in the stacking direction. In addition, the single cell 12 has a cooling water supply hole 36 positioned at the third edge portion 40 and the fourth edge portion 42 that are opposed to each other in the vertical direction under the installed state of the polymer electrolyte fuel cell 10. The cooling water discharge holes 38 are formed so as to penetrate in the stacking direction.

なお、特開２００２−２９８８７６号公報等に記載されているように、各単セル１２では、一般に、触媒電極１６ａ，１６ｂが固体高分子膜１４よりも一回り小さくされており、酸化ガスや燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８が形成された固体高分子膜１４の外周縁部は、そこに重ね合わされる第一及び第二のセパレータ２０，２２との重ね合わせ面間に対して、必要に応じてガスケット等のシール部材が配設されることとなる。   As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-298776, etc., in each single cell 12, the catalyst electrodes 16a and 16b are generally smaller than the solid polymer film 14 so that an oxidizing gas or fuel can be used. The first and second separators 20 and 22 are overlapped on the outer peripheral edge of the solid polymer film 14 in which the gas and cooling water supply / discharge holes 28, 30, 32, 34, 36 and 38 are formed. If necessary, a seal member such as a gasket is disposed between the overlapping surfaces.

これにより、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８は、固体高分子膜１４と第一及び第二のセパレータ２０，２２の各対応する部分にそれぞれ貫通孔として形成されている。そして、固体高分子型燃料電池１０において、積層された複数枚の単セル１２間でも相互に連通せしめられており、全体として、固体高分子型燃料電池１０の主体を為すセルスタックを積層方向に貫通する形態をもって、それら酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８が形成されている。   Thus, the supply / discharge holes 28, 30, 32, 34, 36, and 38 of the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling water correspond to the corresponding portions of the solid polymer film 14 and the first and second separators 20 and 22, respectively. Each is formed as a through hole. In the polymer electrolyte fuel cell 10, the plurality of stacked single cells 12 are also communicated with each other, and as a whole, the cell stack that forms the main body of the polymer electrolyte fuel cell 10 is arranged in the stacking direction. The oxidant gas, fuel gas, and cooling water supply / discharge holes 28, 30, 32, 34, 36, and 38 are formed so as to penetrate therethrough.

なお、図面上に明示はされていないが、例えば特許文献１（特開２００２−８３６１０号公報）等に記載されているように、固体高分子型燃料電池１０において、積層された複数の単セル１２のうち、積層方向で一方の端部に位置せしめられた単セル１２の第一セパレータ２０と、積層方向で他方の端部に位置せしめられた単セル１２の第二セパレータ２２には、陽極側集電板と陰極側集電板が重ねられて、直列接続された複数枚の単セル１２の総電力が、これら両集電板から外部に取り出されるようになっている。更に、陽極側集電板と陰極側集電板の各外面には、適当な絶縁スペーサ（図示せず）を介して、陽極側押え板４３と陰極側押え板４５が重ね合わされている。そして、図面上に明示はされていないが、これら複数の単セル１２と両極の集電板や押え板４３，４５を含む全体が、四隅等において挿通された締付ボルトによって積層方向に締め付けられて一体的に固定されることにより、固体高分子型燃料電池１０とされている。   Although not explicitly shown in the drawings, a plurality of unit cells stacked in the polymer electrolyte fuel cell 10 are described as described in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-83610). 12, the first separator 20 of the single cell 12 positioned at one end in the stacking direction and the second separator 22 of the single cell 12 positioned at the other end in the stacking direction The side current collecting plate and the cathode side current collecting plate are overlapped, and the total power of the plurality of single cells 12 connected in series is taken out from both the current collecting plates. Furthermore, the anode-side pressing plate 43 and the cathode-side pressing plate 45 are superposed on the outer surfaces of the anode-side current collector plate and the cathode-side current collector plate via appropriate insulating spacers (not shown). Although not clearly shown in the drawings, the whole including the plurality of single cells 12 and the current collector plates 43 and 45 of both poles is tightened in the stacking direction by tightening bolts inserted at four corners or the like. Are integrally fixed to form a polymer electrolyte fuel cell 10.

また、かかる固体高分子型燃料電池１０において、陽極側押え板４３と陰極側押え板４５には、酸化ガス供給用ポート，酸化ガス排出用ポート，燃料ガス供給用ポート，燃料ガス排出用ポート，冷却水供給ポート，冷却水排出ポートの合計６個のポート４４が形成されている。そして、これらそれぞれのポート４４が、積層された複数の単セル１２において相互に連通形成された上述の酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８の各対応する孔に対して接続されている。そして、各ポート４４に対して図示しない外部管路が接続されることにより、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８に対して、酸化ガス，燃料ガス，冷却水の給排が行われるようになっている。   In the polymer electrolyte fuel cell 10, the anode side holding plate 43 and the cathode side holding plate 45 include an oxidizing gas supply port, an oxidizing gas discharge port, a fuel gas supply port, a fuel gas discharge port, A total of six ports 44 of cooling water supply ports and cooling water discharge ports are formed. Each of these ports 44 is connected to each other in the above-mentioned oxidizing gas, fuel gas, and cooling water 28, 30, 32, 34, 36, 38 formed in communication with each other in the plurality of stacked single cells 12. Connected to each corresponding hole. An external pipe (not shown) is connected to each port 44, so that the oxidizing gas, fuel gas, and cooling water supply / exhaust holes 28, 30, 32, 34, 36, and 38 are oxidized. Fuel gas and cooling water are supplied and discharged.

そして、これら各供給側ポート４４を通じて各供給孔に供給された酸化ガス，燃料ガス，冷却水が、上述の単セル１２内に形成された酸化ガス流路および燃料ガス流路と、単セル１２，１２間に形成された冷却水流路を流通せしめられた後、各排出孔を経て、各排出側ポート４４を通じて排出されるようになっているのである。   The oxidizing gas, fuel gas, and cooling water supplied to the supply holes through the supply ports 44 are supplied to the single cell 12 and the oxidizing gas flow channel and the fuel gas flow channel formed in the single cell 12. , 12 are allowed to flow through the cooling water flow path formed between the two and the discharge ports 44 through the respective discharge holes.

これにより、公知の如く、固体高分子膜１４の第二セパレータ２０側に配設された燃料電極１６ｂにおいて、供給される燃料ガスが触媒作用でイオン化して電子を供給する一方、固体高分子膜１４の第一セパレータ１８側に配設された酸化電極１６ａにおいて、固体高分子膜１４を通じて送られた水素イオンが外部から供給される酸化ガス（空気）および外部の電気回路を経て帰還した電子と反応して水蒸気を生成することとなり、全体として発電作用を発揮する電池として機能する。   Thereby, as is well known, in the fuel electrode 16b disposed on the second separator 20 side of the solid polymer film 14, the supplied fuel gas is ionized by the catalytic action to supply electrons, while the solid polymer film 14 in the oxidation electrode 16a disposed on the first separator 18 side, the hydrogen ions sent through the solid polymer film 14 are supplied from the outside with an oxidizing gas (air) and electrons returned through an external electric circuit It reacts to produce water vapor and functions as a battery that exhibits power generation as a whole.

ここにおいて、目的とする発電作用を効率的に且つ安定して発揮させるには、各単セル１２の触媒電極１６ａ，１６ｂに対して酸化ガスと燃料ガスを効率的に供給することが重要となると共に、各単セル１２に対して冷却水を効果的に供給して高度な温度管理を実現することが重要となる。   Here, it is important to efficiently supply the oxidizing gas and the fuel gas to the catalyst electrodes 16a and 16b of each single cell 12 in order to efficiently and stably exert the target power generation operation. At the same time, it is important to effectively supply cooling water to each single cell 12 to realize advanced temperature management.

そこで、これら酸化ガス，燃料ガス，冷却水の各給排流路を形成する流路構造について、以下に説明を加える。   Therefore, a description will be given below of the flow channel structure that forms the supply and discharge flow channels of the oxidizing gas, fuel gas, and cooling water.

すなわち、本実施形態では、図２〜５に示されているように、第一セパレータ２０および第二セパレータ２２には、単セル１２を構成する場合に同じ側に位置せしめられる第一辺縁部２４に位置して、各同一数（本実施形態では、各３個）の酸化ガス供給孔２８と燃料ガス供給孔３２が、鉛直方向で交互に形成されている。また、それら第一セパレータ２０および第二セパレータ２２における左右方向で反対側の第二辺縁部２４には、各対応する同一数（本実施形態では、各３個）の酸化ガス排出孔３０と燃料ガス排出孔３４が、鉛直方向で交互に形成されている。   That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 to 5, the first separator 20 and the second separator 22 have a first edge portion that is positioned on the same side when constituting the single cell 12. 24, the same number (three in this embodiment) of oxidizing gas supply holes 28 and fuel gas supply holes 32 are alternately formed in the vertical direction. In addition, the second edge 24 on the opposite side in the left-right direction in the first separator 20 and the second separator 22 has the same number of oxidizing gas discharge holes 30 (three in this embodiment). Fuel gas discharge holes 34 are alternately formed in the vertical direction.

さらに、第一セパレータ２０において、酸化電極１６ａに重ね合わせられる方の主面４６には、図３及び図５に示されているように、第一辺縁部２４に形成された酸化ガス供給孔２８の近くから第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出して、第二辺縁部２６に形成された酸化ガス排出孔３０に至る葛折状の屈曲した酸化ガス用溝４８が、形成されている。この酸化ガス用溝４８は、一つの酸化ガス供給孔２８を対応する一つの酸化ガス排出孔３０に接続するものであり、従って、各対を為す酸化ガス供給孔２８と酸化ガス排出孔３０の間に跨がるようにして、それら酸化ガスの給排孔２８，３０の数だけ（本実施形態では３本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面４６の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。   Further, in the first separator 20, an oxidizing gas supply hole formed in the first edge portion 24, as shown in FIGS. 3 and 5, on the main surface 46 that is superimposed on the oxidation electrode 16 a. 28 extends horizontally from the vicinity of the second edge 26 toward the second edge 26, bends vertically downward and extends slightly downward near the second edge 26, and further U-turns to the first edge. 24 extending horizontally toward 24, bent vertically downward near the first edge 26 and extending slightly downward, then U-turned again and extending horizontally toward the second edge 26. Thus, a bent bent oxidizing gas groove 48 reaching the oxidizing gas discharge hole 30 formed in the second edge portion 26 is formed. The oxidant gas groove 48 connects one oxidant gas supply hole 28 to a corresponding one oxidant gas discharge hole 30, and accordingly, the oxidant gas supply hole 28 and the oxidant gas discharge hole 30 forming each pair are connected to each other. As many as these oxidant gas supply / discharge holes 28 and 30 (three in this embodiment) are formed in parallel with a predetermined distance in the vertical direction so as to straddle them. In particular, it is desirable that the straight portions extending in the horizontal direction are formed so as to be positioned at substantially constant intervals in the vertical direction of the main surface 46.

ところで、第一セパレータ２０の主面４６において、各酸化ガス用溝４８の両端部は、何れも、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０の近傍に位置しているが、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０にまでは至らないようにして形成されている。特に好ましくは、この酸化ガス用溝４８の各端部は、第一セパレータ２０の主面４６において、酸化電極１６ａに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、酸化電極１６ａの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。   Meanwhile, both end portions of each oxidizing gas groove 48 are located in the vicinity of the oxidizing gas supply hole 28 or the oxidizing gas discharge hole 30 on the main surface 46 of the first separator 20. 28 or the oxidizing gas discharge hole 30 is formed so as not to reach. Particularly preferably, each end of the oxidizing gas groove 48 is positioned directly on the main surface 46 of the first separator 20 with respect to the oxidizing electrode 16a, that is, on the inner peripheral side of the sealing member such as a gasket. In this case, the oxidation electrode 16a is positioned closer to the inner periphery than the outer periphery.

そして、この酸化ガス用溝４８の各端部は、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０に対して、第一セパレータ２０の副面（主面４６の裏面）５０に形成された酸化ガス供給用接続凹所５２又は酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて、接続されている。即ち、酸化ガス供給用接続凹所５２は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス供給孔２８から中央側に向かって所定長さで延びている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス排出孔３０から中央側に向かって所定長さで延びている。更に、酸化ガス供給用接続凹所５２の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６が形成されている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス排出側貫通孔５８が形成されている。これにより、酸化ガス供給孔２８を通じて供給された酸化ガスが、酸化ガス供給用接続凹所５２から酸化ガス供給側貫通孔５６を通じて酸化ガス用溝４８に導かれ、更に、該酸化ガス用溝４８から酸化ガス排出側貫通孔５８を経て、酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて酸化ガス排出孔３０に排出され得るようになっている。   Each end portion of the oxidizing gas groove 48 is formed on the sub surface (back surface of the main surface 46) 50 of the first separator 20 with respect to the oxidizing gas supply hole 28 or the oxidizing gas discharge hole 30. The connection is made through the supply connection recess 52 or the oxidizing gas discharge connection recess 54. That is, the connecting recess 52 for supplying the oxidizing gas extends from the oxidizing gas supply hole 28 toward the center side by a predetermined length on the sub-surface 50 of the first separator 20. The oxidizing gas discharge connection recess 54 extends from the oxidizing gas discharge hole 30 toward the center side by a predetermined length on the sub-surface 50 of the first separator 20. Further, an oxidizing gas supply side through hole 56 that penetrates the first separator 20 in the plate thickness direction is formed at the center side end of the connection recess 52 for supplying the oxidizing gas. Further, an oxidation gas discharge side through hole 58 that penetrates the first separator 20 in the plate thickness direction is formed at the center side end of the oxidation gas discharge connection recess 54. Thus, the oxidizing gas supplied through the oxidizing gas supply hole 28 is guided from the oxidizing gas supply connection recess 52 to the oxidizing gas groove 48 through the oxidizing gas supply side through hole 56, and further, the oxidizing gas groove 48. Then, it can be discharged to the oxidizing gas discharge hole 30 through the oxidizing gas discharge side through hole 58 and the oxidizing gas discharge connecting recess 54.

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の酸化ガス供給用接続凹所５２や酸化ガス用溝４８，酸化ガス排出用接続凹所５４が覆蓋されることによって、酸化ガス流路６０が複数本形成されている。特に、この酸化ガス流路６０のうち、酸化ガス用溝４８にて形成された葛折状の部分は、酸化電極１６ａの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。   Thus, in a cell stack obtained by further overlapping a plurality of single cells 12 obtained by superimposing the first and second separators 20 and 22 on the membrane / electrode assembly 18 as described above, A plurality of oxidizing gas flow paths 60 are formed by covering the oxidizing gas supply connection recess 52, the oxidizing gas groove 48, and the oxidizing gas discharge connection recess 54. In particular, the distorted portion formed in the oxidizing gas channel 48 in the oxidizing gas flow channel 60 has a form that reciprocates mainly in the left-right direction (horizontal direction) on the surface of the oxidation electrode 16a. It is formed with a sufficient area.

一方、第二セパレータ２２において、燃料電極１６ｂに重ね合わせられる方の主面６２には、図４及び図５に示されているように、第二辺縁部２６に形成された燃料ガス供給孔３２の近くから第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２４の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出して、第一辺縁部２４に形成された燃料ガス排出孔３４に至る葛折状の屈曲した燃料ガス用溝６４が、形成されている。この燃料ガス用溝６４は、一つの燃料ガス供給孔３２を対応する一つの燃料ガス排出孔３４に接続するものであり、従って、各対を為す燃料ガス供給孔３２と燃料ガス排出孔３４の間に跨がるようにして、それら燃料ガスの給排孔３２，３４の数だけ（本実施形態では３本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面６３の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。   On the other hand, in the second separator 22, the fuel gas supply hole formed in the second edge portion 26 is formed in the main surface 62 that is superimposed on the fuel electrode 16 b as shown in FIGS. 4 and 5. 32 extends horizontally from the vicinity of the first edge 24 toward the first edge 24, bends vertically downward and extends slightly downward near the first edge 24, and further U-turns to the second edge. 26 extends horizontally toward the second edge 26, bends vertically downward and extends slightly downward near the second edge 26, makes a U-turn again, and extends horizontally toward the first edge 24. Thus, a bent fuel gas groove 64 having a bent shape reaching the fuel gas discharge hole 34 formed in the first edge portion 24 is formed. The fuel gas groove 64 connects one fuel gas supply hole 32 to a corresponding one fuel gas discharge hole 34, and accordingly, the fuel gas supply hole 32 and the fuel gas discharge hole 34 that form a pair are connected to each other. As many as these fuel gas supply and discharge holes 32 and 34 (three in this embodiment) are formed in parallel with a predetermined distance therebetween in such a manner as to straddle between them. In particular, it is desirable that the linear portions extending in the horizontal direction are formed so as to be positioned at substantially constant intervals in the vertical direction of the main surface 63.

なお、本実施形態では、酸化ガスの給排孔２８，３０と燃料ガスの給排孔３２，３４が、第一及び第二辺縁部２４，２６に位置して上下方向で交互に同数だけ形成されていることから、燃料ガス用溝６４は、前述の酸化ガス用溝４８と同数だけ、形成されている。   In this embodiment, the oxidant gas supply / discharge holes 28 and 30 and the fuel gas supply / discharge holes 32 and 34 are located at the first and second edge portions 24 and 26 and are alternately the same number in the vertical direction. Thus, the fuel gas grooves 64 are formed in the same number as the oxidizing gas grooves 48 described above.

ところで、第二セパレータ２２の主面６２において、各燃料ガス用溝６４の両端部は、前述の酸化ガス用溝４８と同様に、何れも、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４の近傍に位置しているが、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４にまでは至らないようにして形成されている。特に好ましくは、この燃料ガス用溝６４の各端部は、第二セパレータ２２の主面６２において、燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、燃料電極１６ｂの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。   By the way, in the main surface 62 of the second separator 22, both ends of each of the fuel gas grooves 64 are in the vicinity of the fuel gas supply hole 32 or the fuel gas discharge hole 34, similar to the oxidation gas groove 48 described above. However, it is formed so as not to reach the fuel gas supply hole 32 or the fuel gas discharge hole 34. Particularly preferably, each end portion of the fuel gas groove 64 is directly overlapped with the fuel electrode 16b on the main surface 62 of the second separator 22, that is, on the inner peripheral side of the seal member such as a gasket. In this case, the fuel electrode 16b is positioned closer to the inner periphery than the outer periphery.

そして、この燃料ガス用溝６４の各端部は、燃料ガス供給孔３２又は燃料ガス排出孔３４に対して、第二セパレータ２２の副面（主面６２の裏面）６６に形成された燃料ガス供給用接続凹所６８又は燃料ガス排出用接続凹所７０を通じて、接続されている。即ち、燃料ガス供給用接続凹所６８は、第二セパレータ２２の副面６６において、燃料ガス供給孔３２から中央側に向かって所定長さで延びている。また、燃料ガス排出用接続凹所７０は、第二セパレータ２２の副面６６において、燃料ガス排出孔３４から中央側に向かって所定長さで延びている。更に、燃料ガス供給用接続凹所６８の中央側端部には、第二セパレータ２２を板厚方向に貫通する燃料ガス供給側貫通孔７２が形成されている。また、燃料ガス排出用接続凹所７０の中央側端部には、第二セパレータ２２を板厚方向に貫通する燃料ガス排出側貫通孔７４が形成されている。これにより、燃料ガス供給孔３２を通じて供給された燃料ガスが、燃料ガス供給用接続凹所６８から燃料ガス供給側貫通孔７２を通じて燃料ガス用溝６４に導かれ、更に、該燃料ガス用溝６４から燃料ガス排出側貫通孔７４を経て、燃料ガス排出用接続凹所７０を通じて燃料ガス排出孔３４に排出され得るようになっている。   Each end of the fuel gas groove 64 is formed on the sub surface (back surface of the main surface 62) 66 of the second separator 22 with respect to the fuel gas supply hole 32 or the fuel gas discharge hole 34. The connection is made through the supply connection recess 68 or the fuel gas discharge connection recess 70. That is, the fuel gas supply connection recess 68 extends from the fuel gas supply hole 32 toward the center side by a predetermined length on the sub-surface 66 of the second separator 22. The fuel gas discharge connection recess 70 extends from the fuel gas discharge hole 34 toward the center side by a predetermined length on the sub-surface 66 of the second separator 22. Further, a fuel gas supply side through hole 72 that penetrates the second separator 22 in the thickness direction is formed at the center side end of the fuel gas supply connection recess 68. Further, a fuel gas discharge side through hole 74 penetrating the second separator 22 in the plate thickness direction is formed at the center side end portion of the fuel gas discharge connection recess 70. As a result, the fuel gas supplied through the fuel gas supply hole 32 is guided from the fuel gas supply connection recess 68 to the fuel gas groove 64 through the fuel gas supply side through hole 72, and further, the fuel gas groove 64. Then, the fuel gas can be discharged to the fuel gas discharge hole 34 through the fuel gas discharge side through hole 74 and the fuel gas discharge connection recess 70.

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の燃料ガス供給用接続凹所６８や燃料ガス用溝６４，燃料ガス排出用接続凹所７０が覆蓋されることによって、燃料ガス流路７６が複数本形成されている。特に、この燃料ガス流路７６のうち、燃料ガス用溝６４にて形成された葛折状の部分は、燃料電極１６ｂの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。しかも、特に本実施形態では、酸化ガス供給孔２８が第一辺縁部２４の最上端に位置して形成されていると共に、燃料ガス供給孔３２が第二辺縁部２６の最上端に位置して形成されていることにより、酸化ガス用溝４８と燃料ガス用溝６４の各水平方向に延びる部分が、膜／電極接合体１８を挟んで互いに対向位置して、即ち積層方向で略重なり合うようにして形成位置せしめられている。   Thus, in a cell stack obtained by further overlapping a plurality of single cells 12 obtained by superimposing the first and second separators 20 and 22 on the membrane / electrode assembly 18 as described above, By covering the fuel gas supply connection recess 68, the fuel gas groove 64, and the fuel gas discharge connection recess 70, a plurality of fuel gas flow paths 76 are formed. In particular, in the fuel gas flow path 76, the distorted portion formed by the fuel gas groove 64 extends in a reciprocating manner mainly in the left-right direction (horizontal direction) on the surface of the fuel electrode 16b. It is formed with a sufficient area. Moreover, particularly in the present embodiment, the oxidizing gas supply hole 28 is formed at the uppermost end of the first edge portion 24, and the fuel gas supply hole 32 is positioned at the uppermost end of the second edge portion 26. As a result, the portions extending in the horizontal direction of the oxidizing gas groove 48 and the fuel gas groove 64 are opposed to each other across the membrane / electrode assembly 18, that is, substantially overlap in the stacking direction. In this way, it is positioned.

さらに、単セル１２において、その鉛直上下に位置せしめられた第三辺縁部４０と第四辺縁部４２には、互いに略対角線方向で対向位置せしめられる各一方の角部近くにおいて、冷却水供給孔３６と冷却水排出孔３８が形成されている。そして、かかる冷却水供給孔３６から供給される冷却水を単セル１２，１２の積層面間に導いて冷却作用を発揮させる冷却水流路７８が、互いに重ね合わされた単セル１２，１２における第一セパレータ２０と第二セパレータ２２の各副面６６，６６間に形成されている。   Further, in the single cell 12, the third side edge 40 and the fourth side edge 42 positioned vertically above and below the cooling water are located near one of the corners opposed to each other in a substantially diagonal direction. A supply hole 36 and a cooling water discharge hole 38 are formed. And the cooling water flow path 78 which guide | induces the cooling water supplied from this cooling water supply hole 36 between the lamination | stacking surfaces of the single cells 12 and 12 and exhibits a cooling effect | action is the 1st in the single cells 12 and 12 which were mutually piled up. It is formed between the sub-surfaces 66 and 66 of the separator 20 and the second separator 22.

すなわち、第一セパレータ２０における副面５０には、図２及び図３に示されているように、第三辺縁部４０に形成された冷却水供給孔３６の近くから第四辺縁部４２に向かって鉛直下方向に延び出し、第四辺縁部４２の近くで水平方向（第一辺縁部２４側）に屈曲して僅かに延び、更にＵターンして第三辺縁部４０に向かって鉛直上方に延び出し、第三辺縁部４０の近くで水平方向（第一辺縁部２４側）に屈曲して僅かに延び、再びＵターンして第四辺縁部４２に向かって鉛直下方に延び出して・・・、という屈曲形態を複数回繰り返すことにより、最終的に第四辺縁部４２に形成された冷却水排出孔３８に至る葛折状の屈曲した冷却用溝８０が、形成されている。この冷却用溝８０は、冷却水供給孔３６を冷却水排出孔３８に接続するものであり、かかる対を為す冷却水給排孔３６，３８の数だけ（本実施形態では１本）形成されている。特に、鉛直上下方向に延びる各直線部分が、副面５０の左右方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。   That is, on the sub-surface 50 of the first separator 20, as shown in FIGS. 2 and 3, the fourth edge 42 from the vicinity of the cooling water supply hole 36 formed in the third edge 40. Extends downward in the vertical direction, bends slightly in the horizontal direction (first edge 24 side) near the fourth edge 42, extends slightly, and further makes a U-turn to the third edge 40. It extends vertically upward, bends in the horizontal direction (on the first edge 24 side) near the third edge 40, slightly extends, makes a U-turn again, and moves toward the fourth edge 42. A bent cooling groove 80 that is bent in a bent manner and reaches the cooling water discharge hole 38 that is finally formed in the fourth edge portion 42 by repeating the bent form of extending vertically downward a plurality of times. Is formed. The cooling grooves 80 connect the cooling water supply holes 36 to the cooling water discharge holes 38, and are formed by the number of cooling water supply / discharge holes 36, 38 (one in this embodiment) that form such a pair. ing. In particular, it is desirable that each straight line portion extending in the vertical vertical direction is formed so as to be positioned at substantially constant intervals in the left-right direction of the sub-surface 50.

ところで、第一セパレータ２０の副面５０において、各冷却用溝８０の両端部は、何れも、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８の近傍に位置しているが、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８にまでは至らないようにして形成されている。   Meanwhile, both end portions of each cooling groove 80 are located in the vicinity of the cooling water supply hole 36 or the cooling water discharge hole 38 on the sub surface 50 of the first separator 20. Alternatively, it is formed so as not to reach the cooling water discharge hole 38.

そして、この冷却用溝８０の各端部は、冷却水供給孔３６又は冷却水排出孔３８に対して、第一セパレータ２０の主面４６に形成された冷却水供給用接続凹所８２又は冷却水排出用接続凹所８４を通じて、接続されている。即ち、冷却水供給用接続凹所８２は、第一セパレータ２０の主面４６において、冷却水供給孔３６から中央側（下方）に向かって所定長さで延びている。また、冷却水排出用接続凹所８４は、第一セパレータ２０の主面４６において、冷却水排出孔３８から中央側（上方）に向かって所定長さで延びている。更に、冷却水供給用接続凹所８２の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する冷却水供給側貫通孔８６が形成されている。また、冷却水排出用接続凹所８４の中央側端部には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する冷却水排出側貫通孔８８が形成されている。これにより、冷却水供給孔３６を通じて供給された冷却水が、冷却水供給用接続凹所８２から冷却水供給側貫通孔８６を通じて冷却用溝８８に導かれ、更に、該冷却用溝８８から冷却水排出側貫通孔８８を経て、冷却水排出用接続凹所８４を通じて冷却水排出孔３８に排出され得るようになっている。   Each end of the cooling groove 80 is connected to a cooling water supply connection recess 82 formed in the main surface 46 of the first separator 20 or a cooling water with respect to the cooling water supply hole 36 or the cooling water discharge hole 38. The connection is made through the water discharge connection recess 84. That is, the cooling water supply connection recess 82 extends on the main surface 46 of the first separator 20 from the cooling water supply hole 36 toward the center side (downward) by a predetermined length. Further, the cooling water discharge connection recess 84 extends from the cooling water discharge hole 38 toward the center side (upward) on the main surface 46 of the first separator 20 by a predetermined length. Further, a cooling water supply side through hole 86 that penetrates the first separator 20 in the thickness direction is formed at the center side end of the cooling water supply connection recess 82. A cooling water discharge side through hole 88 that penetrates the first separator 20 in the thickness direction is formed at the center side end of the cooling water discharge connection recess 84. As a result, the cooling water supplied through the cooling water supply hole 36 is guided from the cooling water supply connection recess 82 to the cooling groove 88 through the cooling water supply side through hole 86, and further cooled from the cooling groove 88. The water can be discharged to the cooling water discharge hole 38 through the water discharge side through hole 88 and the cooling water discharge connection recess 84.

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０，２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の冷却水供給用接続凹所８２や冷却用溝８０，冷却水排出用接続凹所８４が覆蓋されることによって、一本の冷却水流路７８が形成されている。特に、この冷却水流路７８のうち、冷却用溝８０にて形成された葛折状の部分は、酸化ガス流路６０を形成する第一セパレータ２０において、主として上下方向に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。   Thus, in a cell stack obtained by further overlapping a plurality of single cells 12 obtained by superimposing the first and second separators 20 and 22 on the membrane / electrode assembly 18 as described above, The cooling water supply connection recess 82, the cooling groove 80, and the cooling water discharge connection recess 84 are covered to form one cooling water flow path 78. In particular, in the cooling water flow path 78, the distorted portion formed by the cooling groove 80 has a form that extends reciprocally mainly in the vertical direction in the first separator 20 forming the oxidizing gas flow path 60. It is formed with a sufficient area.

上述の如き構造とされた単セル１２においては、図６に示されているように、酸化ガス供給孔２８から酸化ガス流路６０（酸化ガス用溝４８）に至る接続部分と、燃料ガス供給孔３２から燃料ガス流路７６（燃料ガス用溝６４）に至る接続部分との、何れにおいても、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から直接に膜／電極接合体１８の表面に沿って酸化ガスや燃料ガスが酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に流入することがない。即ち、膜／電極接合体１８の表面上で、酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６は、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から独立して形成されており、第一及び第二のセパレータ２０，２２の裏側（副面）５０，６６を通って、酸化ガスや燃料ガスが、酸化ガス供給孔２８や燃料ガス供給孔３２から、酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に導き入れられるようになっている。   In the single cell 12 having the above-described structure, as shown in FIG. 6, the connecting portion from the oxidizing gas supply hole 28 to the oxidizing gas flow path 60 (oxidizing gas groove 48), and the fuel gas supply In any of the connection portions from the hole 32 to the fuel gas flow path 76 (fuel gas groove 64), the oxidation gas supply hole 28 and the fuel gas supply hole 32 are directly along the surface of the membrane / electrode assembly 18. Thus, the oxidizing gas or the fuel gas does not flow into the oxidizing gas channel 60 or the fuel gas channel 76. That is, on the surface of the membrane / electrode assembly 18, the oxidizing gas channel 60 and the fuel gas channel 76 are formed independently of the oxidizing gas supply hole 28 and the fuel gas supply hole 32. The oxidizing gas and the fuel gas pass from the oxidizing gas supply hole 28 and the fuel gas supply hole 32 through the back sides (subsurfaces) 50 and 66 of the second separators 20 and 22, and the oxidizing gas channel 60 and the fuel gas channel 76. To be introduced into.

従って、本実施形態をモデル的に拡大示した図７や、従来構造として対応する部分を拡大示した図８に示されていることから明らかなように、本実施形態では、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２と膜／電極接合体１８の間に有効なシール圧力がかからないような凹所６０（従来構造を示す図８を参照）を形成する必要がなく、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２と膜／電極接合体１８の間に形成された酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に対して酸化ガスや燃料ガスが導かれる際に、膜／電極接合体１８と反対側にガスが流入してしまうことが避けられて、酸化ガスや燃料ガスが、目的とする酸化ガス流路６０や燃料ガス流路７６に対して安定して供給され得るのである。   Therefore, as is apparent from FIG. 7 showing the present embodiment in an enlarged scale and FIG. 8 showing an enlarged portion corresponding to the conventional structure, in the present embodiment, the first separator 20 and There is no need to form a recess 60 (see FIG. 8 showing a conventional structure) so that an effective sealing pressure is not applied between the second separator 22 and the membrane / electrode assembly 18, and the first separator 20 and the second separator When the oxidizing gas or the fuel gas is introduced into the oxidizing gas channel 60 or the fuel gas channel 76 formed between the membrane 22 and the membrane / electrode assembly 18, the gas is introduced to the opposite side of the membrane / electrode assembly 18. Thus, the oxidizing gas and the fuel gas can be stably supplied to the target oxidizing gas channel 60 and the fuel gas channel 76.

また、本実施形態の単セル１２とそれを用いて形成された固体高分子型燃料電池１０においては、固体高分子膜１４（膜／電極接合体１８）の表裏において、酸化ガス流路６０と燃料ガス流路７６が、何れも水平方向に主として延びる形態で、且つ葛折状で次第に下段の水平路部分に移行するようにして複数段に形成されていることから、特に特許文献１に示されている如き従来構造における酸化ガス流路と燃料ガス流路が直交方向に主として設けられた構造に比して、膜／電極接合体１８の両極における化学反応が一層効率的に生ぜしめられることとなる。   Further, in the single cell 12 of this embodiment and the solid polymer fuel cell 10 formed using the same, the oxidizing gas flow channel 60 and the back surface of the solid polymer membrane 14 (membrane / electrode assembly 18) are provided. The fuel gas flow passage 76 is formed in a plurality of stages so as to be mainly extended in the horizontal direction and to be shifted to the lower horizontal passage portion in a distorted manner. The chemical reaction at both electrodes of the membrane / electrode assembly 18 can be generated more efficiently as compared with the structure in which the oxidizing gas channel and the fuel gas channel are mainly provided in the orthogonal direction as in the conventional structure. It becomes.

しかも、特許文献１に示されている如き従来構造における燃料ガス流路では、鉛直方向に直線的に短絡して形成されていたが、本実施形態では、上述の如き葛折状に形成されていることから、燃料ガスの効率的な利用が実現されると共に、燃料ガス流路における圧力も十分に確保され得て更なる反応効率化が図られ得る。   Moreover, the fuel gas flow path in the conventional structure as shown in Patent Document 1 is formed by linearly short-circuiting in the vertical direction, but in the present embodiment, it is formed in a twisted manner as described above. Therefore, efficient use of the fuel gas can be realized, and the pressure in the fuel gas flow path can be sufficiently secured, so that the reaction efficiency can be further improved.

さらに、上述の如く、本実施形態では、酸化ガス流路６０と燃料ガス流路７６が、何れも葛折状で次第に下方に段階的に下がって流通せしめられる形態とされていることから、十分に長い流路形態を確保しつつ、酸化ガス流路６０における発生水蒸気や燃料ガス流路７６に供給される水蒸気の結露によって水が発生した場合にも、かかる水が速やかに排出され得ることとなり、目的とする発電が安定して実行されるのである。   Furthermore, as described above, in the present embodiment, both the oxidizing gas flow channel 60 and the fuel gas flow channel 76 are configured to be distorted and gradually lowered downward to be circulated. Even when water is generated due to condensation of water vapor generated in the oxidizing gas flow channel 60 or water vapor supplied to the fuel gas flow channel 76 while ensuring a long flow channel configuration, such water can be discharged quickly. The target power generation is executed stably.

加えて、本実施形態では、冷却水流路７８が、十分な長さで葛折状に形成されており、冷却水の給排孔３６，３８を少ない数だけ設ければ良いことから、製造が容易であると共に、強度の確保や漏水の防止という効果も発揮され得る。即ち、本実施形態では、冷却水の給排孔３６，３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０，４２に形成したことにより、冷却水に作用する重力も有効に利用しつつ、冷却水流路７８に対して冷却水を有利に流通させることが出来る。しかも、冷却水流路７８では、ガス流路のように水の滞留が問題とならないことから、本実施形態のように上下方向を主体的な流路形態として葛折状としても、特性的に何等の問題を発生するものでない。   In addition, in this embodiment, the cooling water flow path 78 is formed in a distorted shape with a sufficient length, and it is sufficient to provide a small number of cooling water supply / discharge holes 36, 38. While being easy, the effect of ensuring intensity | strength and prevention of water leakage can also be exhibited. That is, in this embodiment, the cooling water supply / discharge holes 36 and 38 are formed in the upper and lower third and fourth edge portions 40 and 42 so that the gravity acting on the cooling water is also effectively used. However, the cooling water can be advantageously circulated through the cooling water channel 78. Moreover, in the cooling water flow path 78, water retention does not become a problem as in the gas flow path. Therefore, even if the vertical flow direction is the main flow path shape as in the present embodiment, there is no characteristic. It does not cause problems.

それ故、本発明では、冷却水の給排孔３６，３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０，４２に形成したことによって、酸化ガスおよび燃料ガスの各給排孔２８，３０，３２，３４を、水平方向両側に位置する第一及び第二の辺縁部２４，２６に形成せしめ得たのであり、以て、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０，７６を、主として水平方向に延びる通路形態をもって葛折状に形成せしめ得たのである。その結果、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０，７６における水の滞留の問題も完全に回避せしめ得た。また、酸化ガスと燃料ガス６０，７６の流路を相互に有効に対向位置せしめ得て、反応乃至は発電の効率を向上せしめることに成功し得たのである。   Therefore, in the present invention, the cooling water supply / discharge holes 36, 38 are formed in the upper and lower third and fourth edge portions 40, 42, whereby the oxidizing gas and fuel gas supply / discharge holes 28 are provided. , 30, 32, 34 can be formed on the first and second edge portions 24, 26 located on both sides in the horizontal direction. It was possible to form it in a distorted manner with a passage form extending mainly in the horizontal direction. As a result, the problem of stagnation of water in the flow paths 60 and 76 for the oxidizing gas and the fuel gas can be completely avoided. Further, the flow paths of the oxidizing gas and the fuel gas 60 and 76 can be effectively opposed to each other, and the efficiency of the reaction or power generation can be improved.

次に、本発明の第二の実施形態としての固体高分子型燃料電池用セパレータを構成する単セル１２′が、図１０〜１４に示されている。なお、前記第一の実施形態としての単セル１２が、本発明の請求項２〜６の何れかに記載の発明に関する実施形態であったのに対して、かかる第二の実施形態としての単セル１２′は、本発明の請求項７〜１０の何れかに記載の発明に関する実施形態である。そして、本実施形態において、第一の実施形態と同様な構造とされた部材および部位については、それぞれ、図面中に、第一の実施形態と同一の符号を付することにより、それらの詳細な説明を省略する。   Next, a single cell 12 'constituting a polymer electrolyte fuel cell separator as a second embodiment of the present invention is shown in FIGS. The single cell 12 as the first embodiment is an embodiment related to the invention according to any one of claims 2 to 6 of the present invention, whereas the single cell 12 as the second embodiment is a single cell 12 as the second embodiment. The cell 12 'is an embodiment relating to the invention according to any one of claims 7 to 10 of the present invention. And in this embodiment, about the member and site | part made into the structure similar to 1st embodiment, respectively, by attaching | subjecting the code | symbol same as 1st embodiment in drawing, those details are shown. Description is omitted.

すなわち、本実施形態の単セル１２′には、それを構成する第一及び第二のセパレータ２０，２２において、単セル１２を構成する場合に同じ側に位置せしめられる第一辺縁部２４の上端付近と下端付近に位置して、各一個の酸化ガス供給孔２８と酸化ガス排出孔３０が形成されている。また、他方の第二の辺縁部２６の上端付近と下端付近に位置して、各一個の燃料ガス供給孔３２と燃料ガス排出孔３４が形成されている。即ち、これら各一個の酸化ガスの供給孔２８と排出孔３０および燃料ガスの供給孔３２と排出孔３４は、単セル１２′の四隅付近に位置して重ね合わせ方向に貫通して形成されている。   That is, in the single cell 12 'of the present embodiment, the first and second separators 20 and 22 constituting the single cell 12' have the first edge portion 24 positioned on the same side when the single cell 12 is constituted. An oxidizing gas supply hole 28 and an oxidizing gas discharge hole 30 are formed in the vicinity of the upper end and the lower end. Further, one fuel gas supply hole 32 and one fuel gas discharge hole 34 are formed in the vicinity of the upper end and the lower end of the other second edge 26. That is, each of these one oxidizing gas supply hole 28 and discharge hole 30 and fuel gas supply hole 32 and discharge hole 34 are formed in the vicinity of the four corners of the unit cell 12 ′ and penetrated in the overlapping direction. Yes.

さらに、第一セパレータ２０において、酸化電極１６ａに重ね合わせられる方の主面４６には、図１１及び図１３に示されているように、第一辺縁部２４に形成された酸化ガス供給側貫通孔５６の近くから第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出し、第一辺縁部２４の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、再びＵターンして第二辺縁部２６に向かって水平方向に延び出し、第二辺縁部２６の近くで鉛直下方に屈曲して僅かに下方に延び、更にＵターンして第一辺縁部２４に向かって水平方向に延び出して第一辺縁部２４に形成された酸化ガス排出側貫通孔５８に至る葛折状の屈曲した酸化ガス用溝４８が、形成されている。この酸化ガス用溝４８は、一つの酸化ガス供給側貫通孔５６を対応する一つの酸化ガス排出側貫通孔５８に接続するものであり、従って、各対を為す酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８の間に跨るようにして、それら酸化ガスの給排貫通孔５６、５８の数だけ（本実施形態では４本）、鉛直方向に所定距離を隔てて、並列的に形成されている。特に、水平方向に延びる各直線部分が、主面４６の上下方向で略一定の間隔で位置するように形成されることが望ましい。   Further, in the first separator 20, the main surface 46 superimposed on the oxidation electrode 16 a has an oxidation gas supply side formed on the first edge portion 24 as shown in FIGS. 11 and 13. It extends in the horizontal direction from the vicinity of the through hole 56 toward the second edge 26, bends vertically downward and extends slightly downward near the second edge 26, and further makes a U-turn to make the first edge. It extends in the horizontal direction toward the edge 24, bends vertically downward near the first edge 24, extends slightly downward, and makes a U-turn again in the horizontal direction toward the second edge 26. It extends, bends vertically downward near the second edge 26 and extends slightly downward, and further makes a U-turn and extends in the horizontal direction toward the first edge 24, thereby extending the first edge 24. A bent bent groove for oxidizing gas reaching the oxidizing gas discharge side through hole 58 formed in 8 is formed. The oxidant gas groove 48 connects one oxidant gas supply side through hole 56 to a corresponding one oxidant gas discharge side through hole 58. As many as the number of the oxidizing gas supply and discharge through holes 56 and 58 (four in this embodiment) across the oxidant gas discharge side through-holes 58, in parallel at a predetermined distance in the vertical direction. Is formed. In particular, it is desirable that the straight portions extending in the horizontal direction are formed so as to be positioned at substantially constant intervals in the vertical direction of the main surface 46.

なお、本実施形態では、第一セパレータ２０の副面において、第一の辺縁部には、酸化ガス供給孔２８から鉛直下方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、酸化ガス供給用接続凹所５２が形成されている。そして、第一セパレータ２０の主面には、この酸化ガス供給用接続凹所５２の裏側にまで至るように、各酸化ガス用溝４８の一方の端部が延び出して位置せしめられている。また、第一セパレータ２０の副面において、第一の辺縁部には、酸化ガス排出孔３０から鉛直上方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、酸化ガス排出用接続凹所５４が形成されている。そして、第一セパレータ２０の主面には、この酸化ガス排出用接続凹所５４の裏側にまで至るように、各酸化ガス用溝４８の他方の端部（上記一方の端部よりも下方に位置する方の端部）が延び出して位置せしめられている。なお、本実施形態では、酸化ガス供給用接続凹所５２よりも外周側に位置して、略平行に上下方向に延びるように酸化ガス排出用接続凹所５４が形成されている。   In the present embodiment, on the sub-surface of the first separator 20, the first edge portion has a concave groove shape that extends linearly downward from the oxidizing gas supply hole 28 and has an oxidizing gas supply connection. A recess 52 is formed. One end portion of each oxidizing gas groove 48 extends and is positioned on the main surface of the first separator 20 so as to reach the back side of the connecting recess 52 for supplying the oxidizing gas. Further, on the sub-surface of the first separator 20, an oxidizing gas discharge connection recess 54 is formed on the first edge portion in the form of a groove extending linearly upward from the oxidizing gas discharge hole 30. Has been. Then, on the main surface of the first separator 20, the other end portion of each of the oxidizing gas grooves 48 (below the one end portion) is provided so as to reach the back side of the oxidizing gas discharge connection recess 54. The end portion on which it is positioned extends and is positioned. In this embodiment, the oxidant gas discharge connection recess 54 is formed so as to be positioned on the outer peripheral side of the oxidant gas supply connection recess 52 and to extend in the vertical direction substantially in parallel.

また、第一のセパレータ２０には、酸化ガス供給用接続凹所５２と酸化ガス排出用接続凹所５４の内部に開口して板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８が、それぞれ、凹所５２，５４の長手方向で互いに所定距離を隔てて複数（本実施形態では、各４個）形成されている。そして、これらの酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８によって、各酸化ガス用溝４８の一方の端部と他方の端部が、酸化ガス供給用接続凹所５２と酸化ガス排出用接続凹所５４に接続されている。   Further, the first separator 20 includes an oxidizing gas supply side through hole 56 that opens into the oxidizing gas supply connection recess 52 and the oxidizing gas discharge connection recess 54 and penetrates in the plate thickness direction, and an oxidizing gas discharge. A plurality of side through holes 58 are formed (four in each embodiment) at a predetermined distance from each other in the longitudinal direction of the recesses 52 and 54. The oxidizing gas supply side through hole 56 and the oxidizing gas discharge side through hole 58 allow one end and the other end of each oxidizing gas groove 48 to be connected to the oxidizing gas supply connecting recess 52 and the oxidizing gas. It is connected to the discharge connection recess 54.

なお、酸化ガスや燃料ガス，冷却水の各給排孔２８，３０，３２，３４，３６，３８は、第一セパレータ２０や第二セパレータ２２の主面４６，６２において、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる部分を外れた位置、即ちガスケット等のシール部材よりも外周側であって、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂの外周縁部よりも外周側に位置せしめられるが、酸化ガス用溝４８や燃料ガス用溝６４の各端部は第一セパレータ２０や第二セパレータ２２の主面４６，６２において、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂに対して直接に重ね合わされる位置、即ちガスケット等のシール部材よりも内周側であって、酸化電極１６ａや燃料電極１６ｂの外周縁部よりも内周側に位置せしめられる。   The supply and discharge holes 28, 30, 32, 34, 36, and 38 of the oxidant gas, fuel gas, and cooling water are formed on the main surfaces 46 and 62 of the first separator 20 and the second separator 22 with the oxidation electrode 16 a and the fuel. The position directly overlaid on the electrode 16b is removed, that is, the outer peripheral side of the sealing member such as a gasket and the outer peripheral edge of the oxidation electrode 16a and the fuel electrode 16b. The end portions of the oxidizing gas groove 48 and the fuel gas groove 64 are directly overlapped with the oxidizing electrode 16a and the fuel electrode 16b on the main surfaces 46 and 62 of the first separator 20 and the second separator 22, respectively. That is, it is positioned on the inner peripheral side of the sealing member such as a gasket and on the inner peripheral side of the outer peripheral edge portions of the oxidation electrode 16a and the fuel electrode 16b.

そして、この酸化ガス用溝４８の各端部は、酸化ガス供給孔２８又は酸化ガス排出孔３０に対して、第一セパレータ２０の副面（主面４６の裏面）５０に形成された酸化ガス供給用接続凹所５２又は酸化ガス排出用接続凹所５４を通じて、接続されている。即ち、酸化ガス供給用接続凹所５２は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス供給孔２８から鉛直下方向に向かって所定長さで延びている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４は、第一セパレータ２０の副面５０において、酸化ガス排出孔３０から鉛直上方向に向かって所定長さで延びている。更に、酸化ガス供給用接続凹所５２には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス供給側貫通孔５６が形成されている。また、酸化ガス排出用接続凹所５４には、第一セパレータ２０を板厚方向に貫通する酸化ガス排出側貫通孔５８が形成されている。これにより、酸化ガス供給孔２８を通じて供給された酸化ガスが、酸化ガス供給用接続凹所５２から酸化ガス供給側貫通孔５６を通じて酸化ガス用溝４８に導かれ、更に、該酸化ガス用溝４８から酸化ガス排出側貫通孔５８を経て、酸化ガス排出溶接族凹所５４を通じて酸化ガス排出孔３０に排出され得るようになっている。   Each end portion of the oxidizing gas groove 48 is formed on the sub surface (back surface of the main surface 46) 50 of the first separator 20 with respect to the oxidizing gas supply hole 28 or the oxidizing gas discharge hole 30. The connection is made through the supply connection recess 52 or the oxidizing gas discharge connection recess 54. That is, the oxidant gas supply connection recess 52 extends from the oxidant gas supply hole 28 vertically downward on the sub-surface 50 of the first separator 20 by a predetermined length. The oxidizing gas discharge connection recess 54 extends on the sub-surface 50 of the first separator 20 from the oxidizing gas discharge hole 30 in the vertical upward direction by a predetermined length. Further, an oxidizing gas supply side through-hole 56 that penetrates the first separator 20 in the plate thickness direction is formed in the oxidizing gas supply connection recess 52. The oxidizing gas discharge connection recess 54 is formed with an oxidizing gas discharge side through hole 58 that penetrates the first separator 20 in the plate thickness direction. Thus, the oxidizing gas supplied through the oxidizing gas supply hole 28 is guided from the oxidizing gas supply connection recess 52 to the oxidizing gas groove 48 through the oxidizing gas supply side through hole 56, and further, the oxidizing gas groove 48. Then, the gas can be discharged to the oxidizing gas discharge hole 30 through the oxidizing gas discharge side through hole 58 and through the oxidizing gas discharge welding group recess 54.

而して、前述の如き膜／電極接合体１８に対する第一及び第二のセパレータ２０、２２の重ね合わせによって得られた単セル１２を更に複数重ね合わせて得られたセルスタックにおいては、上述の酸化ガス供給用接続凹所５２や酸化ガス用溝４８、酸化ガス排出用接続凹所５４が覆蓋されることによって、酸化ガス流路６０が複数本形成されている。特に、この酸化ガス流路６０のうち、酸化ガス用溝４８にて形成された葛折状の部分は、酸化電極１６ａの表面において、主として左右方向（水平方向）に往復して延びる形態をもって、十分な面積で形成されているのである。   Thus, in the cell stack obtained by further overlapping a plurality of single cells 12 obtained by superimposing the first and second separators 20 and 22 on the membrane / electrode assembly 18 as described above, A plurality of oxidizing gas flow paths 60 are formed by covering the oxidizing gas supply connection recess 52, the oxidizing gas groove 48, and the oxidizing gas discharge connection recess 54. In particular, the distorted portion formed in the oxidizing gas channel 48 in the oxidizing gas flow channel 60 has a form that reciprocates mainly in the left-right direction (horizontal direction) on the surface of the oxidation electrode 16a. It is formed with a sufficient area.

一方、第二セパレータ２２において、燃料電極１６ｂに重ね合わせられる方の主面６２には、図１２及び図１３に示されているように、前述の酸化ガス用溝４８と同様に葛折状に延びる複数本（本実施形態では４本）の燃料ガス用溝６４が形成されている。   On the other hand, in the second separator 22, the main surface 62 that is overlapped with the fuel electrode 16 b has a distorted shape, similar to the oxidizing gas groove 48, as shown in FIGS. 12 and 13. A plurality of (four in the present embodiment) extending fuel gas grooves 64 are formed.

これら燃料ガス用溝６４は、酸化ガス用溝４８と略同じ構造で同じ形状と大きさをもって形成されていることから、ここでは、詳細な説明を省略する。   Since these fuel gas grooves 64 have substantially the same structure and the same shape and size as the oxidant gas grooves 48, detailed description thereof is omitted here.

本実施形態では、第二セパレータ２２の副面６６において、第二の辺縁部には、燃料ガス供給孔３２から鉛直下方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、燃料ガス供給用接続凹所６８が形成されている。そして、第二セパレータ２２の主面６２には、この燃料ガス供給用接続凹所６８の裏側にまで至るように、各燃料ガス用溝６４の一方の端部が延び出して位置せしめられている。また、第二セパレータ２２の副面６６において、第二の辺縁部２６には、燃料ガス排出孔３４から鉛直上方に向かって直線的に延びる凹溝形態をもって、燃料ガス排出用接続凹所７０が形成されている。そして、第二セパレータ２２の主面６２には、この燃料ガス排出用接続凹所７０の裏側にまで至るように、各燃料ガス用溝６４の他方の端部（上記一方の端部よりも下方に位置する方の端部）が延び出して位置せしめられている。なお、本実施形態では、燃料ガス供給用接続凹所６８よりも外周側に位置して、略平行に上下方向に延びるように燃料ガス排出用接続凹所７０が形成されている。   In the present embodiment, on the secondary surface 66 of the second separator 22, the second peripheral edge portion has a concave groove shape that linearly extends vertically downward from the fuel gas supply hole 32 and has a connection recess for fuel gas supply. A point 68 is formed. Then, one end of each fuel gas groove 64 extends and is positioned on the main surface 62 of the second separator 22 so as to reach the back side of the connection recess 68 for fuel gas supply. . Further, on the sub-surface 66 of the second separator 22, the second edge portion 26 has a groove shape that extends linearly upward from the fuel gas discharge hole 34 and has a fuel gas discharge connection recess 70. Is formed. Then, the other end of each fuel gas groove 64 (below the one end is formed on the main surface 62 of the second separator 22 so as to reach the back side of the connection recess 70 for discharging the fuel gas. (The end portion located at the end) is extended and positioned. In the present embodiment, the fuel gas discharge connection recess 70 is formed so as to be positioned on the outer peripheral side of the fuel gas supply connection recess 68 and to extend in the vertical direction substantially in parallel.

また、第二のセパレータ２２には、酸化ガス供給用接続凹所６８と燃料ガス排出用接続凹所７０の内部に開口して板厚方向に貫通する燃料ガス供給側貫通孔７２と燃料ガス排出側貫通孔７４が、それぞれ、凹所６８，７０の長手方向で互いに所定距離を隔てて複数（本実施形態では、各４個）形成されている。そして、これらの燃料ガス供給側貫通孔７２と燃料ガス排出側貫通孔７４によって、各燃料ガス用溝６４の一方の端部と他方の端部が、燃料ガス供給用接続凹所６８と燃料ガス排出用接続凹所７０に接続されている。   Further, the second separator 22 has a fuel gas supply side through hole 72 that opens into the oxidizing gas supply connection recess 68 and the fuel gas discharge connection recess 70 and penetrates in the plate thickness direction, and a fuel gas discharge. A plurality of side through-holes 74 (four in each embodiment) are formed at a predetermined distance from each other in the longitudinal direction of the recesses 68 and 70. The fuel gas supply side through hole 72 and the fuel gas discharge side through hole 74 allow one end and the other end of each fuel gas groove 64 to be connected to the fuel gas supply connection recess 68 and the fuel gas. It is connected to the discharge connection recess 70.

また、第一及び第二のセパレータ２０，２２における第三辺縁部４０と第四辺縁部４２には、それぞれ、幅方向の中間部分であって、第三辺縁部４０側では、酸化ガス供給孔２８側に偏倚した位置に、第四辺縁部４２側では、燃料ガス排出孔３８側に偏倚した位置に、冷却水の供給孔３６と排出孔３８が、形成されている。そして、冷却水の供給孔３６から下方に延びるようにして冷却水供給用接続凹所８２が形成されていると共に、冷却水の排出孔３８から上方に延びるようにして冷却水排出用接続凹所８４が形成されている。また、これら冷却水供給用接続凹所８２と冷却水排出用接続凹所８４は、第一セパレータ２０を貫通して形成された冷却水の供給側及び排出側の各貫通孔８６，８８を通じて、第一セパレータ２０の副面５０に葛折状に形成された冷却用溝８０の各一方の端部に対して、それぞれ接続されている。   Further, the third edge portion 40 and the fourth edge portion 42 in the first and second separators 20 and 22 are intermediate portions in the width direction, respectively, and the third edge portion 40 side is oxidized. A cooling water supply hole 36 and a discharge hole 38 are formed at a position biased toward the gas supply hole 28 and at a position biased toward the fuel gas discharge hole 38 on the fourth edge 42 side. A cooling water supply connection recess 82 is formed so as to extend downward from the cooling water supply hole 36, and a cooling water discharge connection recess is provided so as to extend upward from the cooling water discharge hole 38. 84 is formed. The cooling water supply connection recess 82 and the cooling water discharge connection recess 84 pass through the through holes 86 and 88 on the supply side and the discharge side of the cooling water formed through the first separator 20. Each of the cooling grooves 80 formed in a twisted manner on the sub-surface 50 of the first separator 20 is connected to one end.

このような第二の実施形態に係る単セル１２′であっても、第一の実施形態と同様な効果を発揮し得る。特に、本実施形態では、冷却水の給排孔３６、３８を上下に位置する第三及び第四の辺縁部４０、４２に形成したことによって、酸化ガスおよび燃料ガスの各給排貫通孔５６、５８、７２、７４を、水平方向両側に位置する第一及び第二の辺縁部２４、２６に形成せしめ得たのであり、以て、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０、７６を、主として水平方向に延びる通路形態をもって葛折状に形成せしめ得たのである。その結果、酸化ガス及び燃料ガスの流路６０、７６における水の滞留の問題も完全に回避せしめ得た。また、酸化ガスと燃料ガス６０．７６の流路を相互に有効に対向位置せしめ得て、反応乃至は発電の効率を向上せしめることに成功し得たのである。   Even the single cell 12 'according to the second embodiment can exhibit the same effects as those of the first embodiment. In particular, in the present embodiment, the supply and discharge holes 36 and 38 for the cooling water are formed in the third and fourth edge portions 40 and 42 positioned above and below, so that the supply and discharge through holes for the oxidizing gas and the fuel gas are provided. 56, 58, 72, and 74 can be formed on the first and second edge portions 24 and 26 located on both sides in the horizontal direction, so that the oxidizing gas and fuel gas flow paths 60 and 76 are formed. It was possible to form it in a twisted manner with a passage form extending mainly in the horizontal direction. As a result, the problem of stagnation of water in the oxidizing gas and fuel gas channels 60 and 76 could be completely avoided. Further, the flow paths of the oxidizing gas and the fuel gas 60.76 can be effectively opposed to each other, and the efficiency of the reaction or power generation has been successfully improved.

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, this is an illustration to the last, Comprising: This invention is not interpreted limitedly by the specific description in this embodiment.

例えば、前記実施形態では、膜／電極接合体１８を構成する第一及び第二のセパレータ２０，２２等において、その第一の辺縁部２４側に酸化ガス供給孔２８と燃料ガス排出孔３４が形成されている一方、その第二の辺縁部２６側に酸化ガス排出孔３０と燃料ガス供給孔３２が形成されていたが、それらの配設形態は、限定されるものでない。例えば、図９に示されているように、第一及び第二のセパレータ２０，２２等において、その第一の辺縁部２４側に酸化ガス供給孔２８と酸化ガス排出孔２６を上下で交互に形成する一方、その第二の辺縁部２６側に燃料ガス供給孔３２と燃料ガス排出孔３４を上下で交互に形成することも可能である。なお、前記実施形態では、酸化ガス用溝４８と燃料ガス用溝６４が何れも１往復半の長さで左右に形成されていたが、図９に示された給排孔の配設形態を採用することにより、酸化ガス用溝４８と燃料ガス用溝６４を何れも２往復の長さで形成することが可能となる。なお、図９においては、その理解を容易とするために、前記実施形態と同様な構造とされた部材および部位に対して、それぞれ、前記実施形態と同一の符号を、図中に付しておくこととする。   For example, in the embodiment, in the first and second separators 20, 22, etc. constituting the membrane / electrode assembly 18, the oxidizing gas supply hole 28 and the fuel gas discharge hole 34 are formed on the first edge 24 side. In the meantime, the oxidizing gas discharge hole 30 and the fuel gas supply hole 32 are formed on the second edge portion 26 side. However, the arrangement form thereof is not limited. For example, as shown in FIG. 9, in the first and second separators 20, 22, etc., the oxidizing gas supply holes 28 and the oxidizing gas discharge holes 26 are alternately arranged on the first edge 24 side. On the other hand, it is also possible to alternately form the fuel gas supply holes 32 and the fuel gas discharge holes 34 on the second edge 26 side. In the above-described embodiment, the oxidizing gas groove 48 and the fuel gas groove 64 are both formed on the left and right with a length of one reciprocal half, but the arrangement of the supply / discharge holes shown in FIG. By adopting it, it becomes possible to form both the oxidizing gas groove 48 and the fuel gas groove 64 with two reciprocating lengths. In FIG. 9, for ease of understanding, the same reference numerals as those in the above embodiment are given to members and parts having the same structure as in the above embodiment in the drawing. I will leave it.

また、前期実施形態では、膜／電極接合体１８を構成する第一及び第二のセパレータ２０、２２等において、その第一の辺縁部２４側に酸化ガス供給側貫通孔５６と燃料ガス排出側貫通孔７４が形成されている一方、その第二の辺縁部２６側に酸化ガス排出側貫通孔５４と燃料ガス供給側貫通孔７２が形成されていたが、それらの配設形態は、限定されるものではない。例えば、図９に示されているように、第一及び第二のセパレータ２０、２２等において、その第一の辺縁部２４側に酸化ガス供給側貫通孔５６と酸化ガス排出側貫通孔５８を鉛直方向に平行して形成する一方、その第二の辺縁部２６側に燃料ガス供給側貫通孔７２と燃料ガス排出側貫通孔７４を鉛直方向に平行して形成することも可能である。   In the first embodiment, in the first and second separators 20 and 22 constituting the membrane / electrode assembly 18, the oxidizing gas supply side through hole 56 and the fuel gas discharge are formed on the first edge portion 24 side. While the side through hole 74 is formed, the oxidizing gas discharge side through hole 54 and the fuel gas supply side through hole 72 are formed on the second edge portion 26 side. It is not limited. For example, as shown in FIG. 9, in the first and second separators 20, 22, etc., the oxidizing gas supply side through hole 56 and the oxidizing gas discharge side through hole 58 are formed on the first edge portion 24 side. It is also possible to form the fuel gas supply side through hole 72 and the fuel gas discharge side through hole 74 in parallel with the vertical direction on the second edge portion 26 side. .

また、本発明において、酸化ガス用溝４８や燃料ガス用溝６４は、例えば２往復半や３往復半、或いは１往復や３往復，４往復などの往復形態で左右に延びるように形成することも可能である。更に、冷却水流路７８を形成する冷却用溝８０も、例えば冷却水の給排孔３６，３８を第三及び第四の辺縁部４０，４２に複数形成することによって、主として上下方向に延びる葛折状の形態をもって、１往復半や２往復半，３往復半などの適当な長さで、左右方向に複数並設することも可能である。   In the present invention, the oxidizing gas groove 48 and the fuel gas groove 64 are formed so as to extend to the left and right in a reciprocating form such as 2 reciprocating halves, 3 reciprocating halves, or 1 reciprocating, 3 reciprocating, or 4 reciprocating. Is also possible. Further, the cooling groove 80 forming the cooling water flow path 78 extends mainly in the vertical direction by forming a plurality of cooling water supply / discharge holes 36, 38 in the third and fourth edge portions 40, 42, for example. It is also possible to arrange a plurality of them in the left-right direction with an appropriate length such as one reciprocal half, two reciprocal halves, and three reciprocal halves in the form of a twist.

なお、かかる冷却水流路７８は、前記実施形態では第一セパレータ２０の副面５０に形成されていたが、第二セパレータ２２の副面６６に形成しても良い。   In addition, although the cooling water flow path 78 was formed in the sub surface 50 of the 1st separator 20 in the said embodiment, you may form it in the sub surface 66 of the 2nd separator 22. FIG.

また、冷却水流路７８は第一又は第二のセパレータ２０，２２の副面５０，６６に形成されることから、冷却水給排孔３６，３８に対して、同じの副面５０，６６に形成した凹溝を通じて接続することによっても、水漏れの問題が有利に防止され得ることとなる。従って、特に冷却水流路７８では、前記実施形態における接続凹所８２，８４や貫通孔８６，８８は、形成しなくても良い。   Further, since the cooling water flow path 78 is formed on the sub-surfaces 50 and 66 of the first or second separator 20 or 22, the same sub-surface 50 or 66 is formed on the cooling water supply / discharge holes 36 and 38. By connecting through the formed concave groove, the problem of water leakage can be advantageously prevented. Therefore, especially in the cooling water flow path 78, the connection recesses 82 and 84 and the through holes 86 and 88 in the above embodiment do not have to be formed.

その他、一々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。   In addition, although not listed one by one, the present invention can be carried out in a mode with various changes, modifications, improvements, etc. based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施形態としての燃料電池用セパレータと、それを用いて構成された単セルさらに該単セルを用いて形成された固体高分子型燃料電池を示す説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view showing a separator for a fuel cell as one embodiment of the present invention, a single cell configured using the separator, and a polymer electrolyte fuel cell formed using the single cell. 図１に示された固体高分子型燃料電池を構成する単セルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the single cell which comprises the polymer electrolyte fuel cell shown by FIG. 図２に示された単セルを構成する第一セパレータの主面および副面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the main surface and subsurface of a 1st separator which comprise the single cell shown by FIG. 図２に示された単セルを構成する第二セパレータの主面および副面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the main surface and subsurface of the 2nd separator which comprise the single cell shown by FIG. 図２に示された単セルを構成する第一セパレータおよび第二セパレータの各主面を示すモデル図である。It is a model figure which shows each main surface of the 1st separator which comprises the single cell shown by FIG. 2, and a 2nd separator. 図３及び図４におけるＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面に相当する断面説明図である。FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view corresponding to the AA cross section and the BB cross section in FIGS. 3 and 4. 図２に示された単セルの構造を説明するために要部を拡大して示す分解説明図である。FIG. 3 is an exploded explanatory view showing an enlarged main part for explaining the structure of the single cell shown in FIG. 2. 従来構造の単セルを示す、図７に対応した分解説明図である。FIG. 8 is an exploded explanatory view corresponding to FIG. 7 showing a single cell having a conventional structure. 本発明に従う第一及び第二のセパレータの別の構造例を示す、図５に対応するモデル図である。It is a model figure corresponding to FIG. 5 which shows another structural example of the 1st and 2nd separator according to this invention. 本発明の第二の実施形態としての単セルの、図２に対応する図面である。It is drawing corresponding to FIG. 2 of the single cell as 2nd embodiment of this invention. 図１０に示された単セルを構成する第一セパレータを示す、図３に対応する図面である。It is drawing corresponding to FIG. 3 which shows the 1st separator which comprises the single cell shown by FIG. 図１０に示された単セルを構成する第二セパレータを示す、図４に対応する図面である。It is drawing corresponding to FIG. 4 which shows the 2nd separator which comprises the single cell shown by FIG. 図１０に示された単セルの、図５に対応する図面である。FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 5 of the single cell shown in FIG. 10. 図１０に示された単セルの、図６に対応する図面である。FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 6 of the single cell shown in FIG. 10.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 固体高分子型燃料電池
１２ 単セル
１４ 固体高分子膜
１６ 触媒電極
（１６ａ 酸化電極）
（１６ｂ 燃料電極）
１８ 膜／電極接合体
２０ 第一セパレータ
２２ 第二セパレータ
２４ 第一辺縁部
２６ 第二辺縁部
２８ 酸化ガス供給孔
３０ 酸化ガス排出孔
３２ 燃料ガス供給孔
３４ 燃料ガス排出孔
３６ 冷却水供給孔
３８ 冷却水排出孔
４０ 第三辺縁部
４２ 第四辺縁部
４６ 主面（第一セパレータ）
４８ 酸化ガス用溝
５０ 副面
５２ 酸化ガス供給用接続凹所
５４ 酸化ガス排出用接続凹所
５６ 酸化ガス供給側貫通孔
５８ 酸化ガス排出側貫通孔
６０ 酸化ガス流路
６２ 主面（第二セパレータ）
６４ 燃料ガス用溝
６６ 副面
６８ 燃料ガス供給用接続凹所
７０ 燃料ガス排出用接続凹所
７２ 燃料ガス供給側貫通孔
７４ 燃料ガス排出側貫通孔
７６ 燃料ガス流路
７８ 冷却水流路
８０ 冷却用溝
８２ 冷却水供給用接続凹所
８４ 冷却水排出用接続凹所
８６ 冷却水供給側貫通孔
８８ 冷却水排出側貫通孔
10 solid polymer fuel cell 12 single cell 14 solid polymer membrane 16 catalyst electrode (16a oxidation electrode)
(16b Fuel electrode)
18 Membrane / electrode assembly 20 First separator 22 Second separator 24 First edge 26 Second edge 28 Oxidizing gas supply hole 30 Oxidizing gas discharge hole 32 Fuel gas supply hole 34 Fuel gas discharge hole 36 Cooling water supply Hole 38 Cooling water discharge hole 40 Third edge portion 42 Fourth edge portion 46 Main surface (first separator)
48 Oxidizing gas groove 50 Sub surface 52 Oxidizing gas supply connection recess 54 Oxidizing gas discharge connection recess 56 Oxidizing gas supply side through hole 58 Oxidizing gas discharge side through hole 60 Oxidizing gas flow path 62 Main surface (second separator) )
64 Fuel gas groove 66 Sub-surface 68 Fuel gas supply connection recess 70 Fuel gas discharge connection recess 72 Fuel gas supply side through hole 74 Fuel gas discharge side through hole 76 Fuel gas flow path 78 Cooling water flow path 80 For cooling Groove 82 Connection recess 84 for cooling water supply Connection recess 86 for cooling water discharge 86 Cooling water supply side through hole 88 Cooling water discharge side through hole

Claims (13)

固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して該酸化電極に重ね合わされて該酸化電極の表面に酸化ガス流路を形成する第一セパレータと、該膜／電極接合体の該燃料電極に重ね合わされて該燃料電極の表面に燃料ガス流路を形成する第二セパレータとからなる、固体高分子型燃料電池用セパレータであって、
前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて、周辺縁部に位置して積層方向で連通せしめられる酸化ガス供給孔と酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔と燃料ガス排出孔，冷却水供給孔と冷却水排出孔を、少なくとも各一対形成する一方、
該第一セパレータの前記酸化電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる酸化ガス用溝を複数形成して、それら各酸化ガス用溝の一方の端部を前記酸化ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記酸化ガス排出孔に接続し、
該第二セパレータの前記燃料電極に重ね合わされる主面において、水平方向に延びる複数本の水平凹溝を鉛直方向に離隔して形成すると共にそれらの水平凹溝を端部で上下に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる燃料ガス用溝を複数形成して、それら各燃料ガス用溝の一方の端部を前記燃料ガス供給孔に接続すると共に他方の端部を前記燃料ガス排出孔に接続し、
該第一セパレータ又は該第二セパレータにおける前記主面と裏側の副面において、少なくとも一本の冷却用溝を形成して、該冷却用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続したことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。 A first separator that overlaps the oxidation electrode with respect to a membrane / electrode assembly in which an oxidation electrode and a fuel electrode are disposed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane to form an oxidation gas flow path on the surface of the oxidation electrode; A separator for a polymer electrolyte fuel cell comprising a second separator that is superimposed on the fuel electrode of the membrane / electrode assembly to form a fuel gas flow path on the surface of the fuel electrode,
In the first separator and the second separator, an oxidant gas supply hole and an oxidant gas discharge hole, a fuel gas supply hole and a fuel gas discharge hole, and a cooling water supply hole and cooling which are located at the peripheral edge and communicate with each other in the stacking direction. While forming at least one pair of water discharge holes,
A plurality of horizontal grooves extending in the horizontal direction are formed on the main surface of the first separator that is overlaid on the oxidation electrode so as to be spaced apart in the vertical direction, and these horizontal grooves are connected vertically at the ends. A plurality of grooves for oxidizing gas extending at least one reciprocating length and extending in a twisted manner, one end of each of the oxidizing gas grooves is connected to the oxidizing gas supply hole, and the other end is Connected to the oxidizing gas discharge hole,
A plurality of horizontal grooves extending in the horizontal direction are formed on the main surface of the second separator superimposed on the fuel electrode so as to be spaced apart in the vertical direction, and these horizontal grooves are connected vertically at the ends. A plurality of fuel gas grooves extending at least once in a reciprocating manner, and one end of each of the fuel gas grooves is connected to the fuel gas supply hole and the other end is Connected to the fuel gas discharge hole,
At least one cooling groove is formed on the main surface and the back side of the first separator or the second separator, and one end of the cooling groove is connected to the cooling water supply hole. And a separator for a polymer electrolyte fuel cell, wherein the other end is connected to the cooling water discharge hole. 前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔，前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部に位置して形成する一方、前記冷却水供給孔と前記冷却水排出孔を、該第一セパレータ及び該第二セパレータにおいて鉛直方向で対向位置する第三辺縁部と第四辺縁部に位置して形成した請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   The first edge portion and the second side that are positioned opposite to each other in the horizontal direction in the first separator and the second separator, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole. The cooling water supply hole and the cooling water discharge hole are formed at the edge portion, and the third edge portion and the fourth edge portion that are vertically opposed to each other in the first separator and the second separator. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the separator is formed in a position. 前記第一セパレータの前記副面において、前記酸化ガス供給孔から中央側に向かって延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、前記酸化ガス排出孔から中央側に向かって延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成した請求項２に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   On the sub-surface of the first separator, an oxidizing gas supply connection recess extending toward the center from the oxidizing gas supply hole, and an oxidizing gas discharge connection extending toward the center from the oxidizing gas discharge hole And forming an oxidant gas supply side through hole for communicating the oxidant gas supply connection recess with the one end of the oxidant gas groove, and an oxidant gas discharge connection recess. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein an oxidizing gas discharge side through hole communicating with the other end of the gas groove is formed through the first separator in the plate thickness direction. . 前記第二セパレータの前記副面において、前記燃料ガス供給孔から中央側に向かって延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、前記燃料ガス排出孔から中央側に向かって延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第二セパレータを板厚方向に貫通して形成した請求項２又は３に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   A fuel gas supply connection recess extending toward the center side from the fuel gas supply hole and a fuel gas discharge connection extending toward the center side from the fuel gas discharge hole on the sub-surface of the second separator A fuel gas supply side through-hole that connects the fuel gas supply connection recess to the one end of the fuel gas groove, and the fuel gas discharge connection recess. 4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein a fuel gas discharge side through hole communicating with the other end of the gas groove is formed through the second separator in the plate thickness direction. 5. Separator. 前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおける前記第一辺縁部および前記第二辺縁部において、それぞれ、前記酸化ガスの供給孔又は排出孔と前記燃料ガスの供給孔又は排出孔とを、交互に位置するように形成した請求項２乃至４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   In the first edge and the second edge of the first separator and the second separator, the oxidizing gas supply hole or discharge hole and the fuel gas supply hole or discharge hole are alternately arranged, respectively. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the separator is formed so as to be located at a position. 前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおいて、前記第一辺縁部と前記第二辺縁部の一方の側だけに前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔を形成すると共に、それら第一辺縁部と前記第二辺縁部の他方の側だけに前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を形成した請求項２乃至４の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   In the first separator and the second separator, the oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole are formed only on one side of the first edge and the second edge, and the first edge The solid polymer fuel cell separator according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole are formed only on the other side of the edge and the second edge. 前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部における上端付近と下端付近に位置して形成すると共に、該第一セパレータの前記副面において、該第一辺縁部または該第二辺縁部に位置して、該酸化ガス供給孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス供給用接続凹所と、該酸化ガス排出孔から鉛直方向に延び出す酸化ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該酸化ガス供給用接続凹所を前記酸化ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる酸化ガス供給側貫通孔と、該酸化ガス排出用接続凹所を該酸化ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる酸化ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成した請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   The oxidizing gas supply hole and the oxidizing gas discharge hole are positioned near the upper end and the lower end of the first edge and the second edge that are horizontally opposed to each other in the first separator and the second separator. An oxidation gas supply connection recess which is formed and extends in the vertical direction from the oxidation gas supply hole, located at the first edge or the second edge on the sub-surface of the first separator. And an oxidant gas discharge connection recess extending vertically from the oxidant gas discharge hole, and an oxidization gas communicating with the one end of the oxidant gas groove. A gas supply side through hole and an oxidant gas discharge side through hole that allows the oxidant gas discharge connection recess to communicate with the other end of the oxidant gas groove respectively penetrate the first separator in the plate thickness direction. Claim 1 formed Polymer electrolyte fuel cell separator. 前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔を、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおいて水平方向で対向位置する第一辺縁部と第二辺縁部における上端付近と下端付近に位置して形成すると共に、該第二セパレータの前記副面において、該第一辺縁部または該第二辺縁部に位置して、該燃料ガス供給孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス供給用接続凹所と、該燃料ガス排出孔から鉛直方向に延び出す燃料ガス排出用接続凹所とを形成すると共に、該燃料ガス供給用接続凹所を前記燃料ガス用溝の前記一方の端部に連通せしめる燃料ガス供給側貫通孔と、該燃料ガス排出用接続凹所を該燃料ガス用溝の前記他方の端部に連通せしめる燃料ガス排出側貫通孔とを、それぞれ該第一セパレータを板厚方向に貫通して形成した請求項１又は７に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   The fuel gas supply hole and the fuel gas discharge hole are located near the upper end and the lower end of the first edge and the second edge that are horizontally opposed to each other in the first separator and the second separator. A connecting recess for fuel gas supply that is formed and extends in the vertical direction from the fuel gas supply hole at the sub-surface of the second separator, located at the first edge or the second edge. And a fuel gas discharge connection recess extending in the vertical direction from the fuel gas discharge hole, and the fuel gas supply connection recess communicating with the one end of the fuel gas groove A gas supply side through hole and a fuel gas discharge side through hole that allows the fuel gas discharge connection recess to communicate with the other end of the fuel gas groove pass through the first separator in the plate thickness direction. Claim 1 or 7 formed Polymer electrolyte fuel cell separator according. 請求項７に記載の第一セパレータと請求項８に記載の第二セパレータを組み合わせて採用すると共に、それら第一セパレータと第二セパレータのそれぞれの前記副面に形成された前記酸化ガス供給用接続凹所，前記酸化ガス排出用接続凹所，前記燃料ガス供給用接続凹所，前記燃料ガス排出用接続凹所の各位置を、相互に水平方向で異なるように設定した請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   The first separator according to claim 7 and the second separator according to claim 8 are employed in combination, and the oxidizing gas supply connection formed on the sub-surface of each of the first separator and the second separator. 2. The position according to claim 1, wherein the positions of the recess, the connection recess for discharging the oxidizing gas, the connection recess for supplying the fuel gas, and the connection recess for discharging the fuel gas are set different from each other in the horizontal direction. Solid polymer fuel cell separator. 前記第一セパレータ及び前記第二セパレータにおける各四隅付近に位置して、前記酸化ガス供給孔，前記酸化ガス排出孔，前記燃料ガス供給孔，前記燃料ガス排出孔を、各一つ形成すると共に、該第一セパレータ及び該第二セパレータの前記副面における水平方向で対向位置する第一の辺縁部および第二の辺縁部において、それら酸化ガス供給孔，酸化ガス排出孔，燃料ガス供給孔，燃料ガス排出孔からそれぞれ鉛直方向に略直線的に延び出すようにして、酸化ガス供給用接続凹所，酸化ガス排出用接続凹所，燃料ガス供給用接続凹所，燃料ガス排出用接続凹所を各一つ以上形成し、更に、前記複数の酸化ガス用溝の一方の端部をそれぞれ該酸化ガス供給用接続凹所に連通せしめる複数の酸化ガス供給側貫通孔と、該複数の酸化ガス用溝の他方の端部をそれぞれ該酸化ガス排出用接続凹所に連通せしめる複数の酸化ガス排出側貫通孔と、前記複数の燃料ガス用溝の一方の端部をそれぞれ該燃料ガス供給用接続凹所に連通せしめる複数の燃料ガス供給側貫通孔と、該複数の燃料ガス用溝の他方の端部をそれぞれ該燃料ガス排出用接続凹所に連通せしめる複数の燃料ガス排出側貫通孔とを、形成した請求項１，７，８，９の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   Located near each of the four corners of the first separator and the second separator, the oxidizing gas supply hole, the oxidizing gas discharge hole, the fuel gas supply hole, and the fuel gas discharge hole are each formed, At the first and second edge portions of the first separator and the second separator that are opposed to each other in the horizontal direction, the oxidizing gas supply hole, the oxidizing gas discharge hole, and the fuel gas supply hole. The oxidant gas supply connection recess, the oxidant gas discharge connection recess, the fuel gas supply connection recess, and the fuel gas discharge connection recess so as to extend substantially linearly from the fuel gas discharge hole, respectively. And a plurality of oxidizing gas supply side through holes for communicating one end of the plurality of oxidizing gas grooves with the oxidizing gas supply connecting recesses, and the plurality of oxidizing gas supply holes. Other than gas groove A plurality of oxidant gas discharge side through-holes that respectively connect the end portions of the plurality of fuel gas grooves to the oxidant gas discharge connection recesses, and one end portions of the plurality of fuel gas grooves communicate with the fuel gas supply connection recesses A plurality of fuel gas supply side through holes, and a plurality of fuel gas discharge side through holes that respectively connect the other ends of the plurality of fuel gas grooves to the fuel gas discharge connection recesses. Item 10. The polymer electrolyte fuel cell separator according to any one of Items 1, 7, 8, and 9. 前記第一セパレータおよび前記第二セパレータにおいて、前記冷却水供給孔と前記冷却水排出孔を、鉛直方向で対向位置する第三辺縁部と第四辺縁部に位置して形成した請求項１乃至１０の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   The said 1st separator and said 2nd separator WHEREIN: The said cooling water supply hole and the said cooling water discharge hole were formed in the 3rd edge part and the 4th edge part which oppose and are located in the perpendicular direction. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of 1 to 10. 前記第一セパレータの前記副面において、鉛直方向に延びる複数本の鉛直凹溝を水平方向に離隔して形成すると共にそれらの鉛直凹溝を端部で左右に接続することで少なくとも一往復以上の長さで葛折状に延びる冷却水用溝を少なくとも一つ形成して、該燃料ガス用溝の一方の端部を前記冷却水供給孔に接続すると共に他方の端部を前記冷却水排出孔に接続した請求項１乃至１１の何れかに記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。   On the sub-surface of the first separator, a plurality of vertical grooves extending in the vertical direction are formed separately in the horizontal direction, and at least one reciprocation or more is achieved by connecting the vertical grooves to the left and right at the ends. At least one cooling water groove extending in a distorted manner in length is formed, and one end of the fuel gas groove is connected to the cooling water supply hole and the other end is connected to the cooling water discharge hole. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 11, which is connected to the separator. 固体高分子電解質膜の両面に酸化電極と燃料電極を配設した膜／電極接合体に対して、該酸化電極の表面に第一セパレータを重ね合わせると共に、該燃料電極の表面に第二セパレータを重ね合わせて、該酸化電極と該第一セパレータの重ね合わせ面間に酸化ガス流路を形成すると共に、該燃料電極と該第二セパレータの重ね合わせ面間に燃料ガス流路を形成した単セルを用い、かかる単セルの複数を積層状態で重ね合わせることによって形成された固体高分子型燃料電池において、
前記第一セパレータおよび前記第二セパレータとして請求項１乃至１２の何れかに記載のものを採用したことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
A membrane / electrode assembly in which an oxidation electrode and a fuel electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane is overlapped with a first separator on the surface of the oxidation electrode, and a second separator is placed on the surface of the fuel electrode. A single cell in which an oxidation gas flow path is formed between the overlapping surfaces of the oxidation electrode and the first separator and a fuel gas flow path is formed between the overlapping surfaces of the fuel electrode and the second separator. In a polymer electrolyte fuel cell formed by overlapping a plurality of such single cells in a stacked state,
A polymer electrolyte fuel cell, wherein the first separator and the second separator are the ones according to any one of claims 1 to 12.
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