JP5332395B2

JP5332395B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5332395B2
Application number: JP2008212796A
Authority: JP
Inventors: 荘吾後藤; 和則柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: JP2010049920A

Description

この発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、一般に、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体を備え、膜電極接合体は、セパレータによって挟持される。セパレータは、導電性を有する複数の板状部材で構成されており、反応ガスや冷媒のための流路を有する。これにより、セパレータは、発電された電気を集電する集電機能と、電極へ反応ガスを誘導するガス供給機能と、発電により生じた熱を冷却する冷却機能とを実現する（特許文献１等）。 A fuel cell generally includes a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane, and the membrane electrode assembly is sandwiched between separators. The separator is composed of a plurality of conductive plate-like members and has flow paths for reaction gas and refrigerant. Thereby, the separator realizes a current collecting function for collecting the generated electricity, a gas supply function for inducing a reaction gas to the electrode, and a cooling function for cooling the heat generated by the power generation (Patent Document 1, etc.) ).

特開２００６−３１８８６３号公報JP 2006-318863 A 特開２００１−１９６０７９号公報JP 2001-196079 A 特開平９−９７６２３号公報JP-A-9-97623

ところで、燃料電池は、発電に供される発電領域における反応ガスの配流性を向上することによってその発電効率を向上させることができる。また、冷媒による発電領域における冷却効率や発電電気の集電効率を向上することによっても発電効率を向上させることができる。一方、燃料電池は、車両などの限られた空間に設置するために小型化・軽量化されることが要求されている。そこで、燃料電池は、発電領域における反応ガスの配流性や、冷却効率・集電効率を向上させつつ、その構成がより簡易化されることが好ましい。しかし、これまでこうした要求に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。 By the way, the fuel cell can improve the power generation efficiency by improving the flowability of the reaction gas in the power generation region used for power generation. The power generation efficiency can also be improved by improving the cooling efficiency in the power generation region using the refrigerant and the power collection efficiency of the generated electricity. On the other hand, a fuel cell is required to be reduced in size and weight in order to be installed in a limited space such as a vehicle. Therefore, it is preferable that the configuration of the fuel cell is further simplified while improving the flowability of the reaction gas in the power generation region, the cooling efficiency, and the current collection efficiency. However, the reality is that until now there has not been enough ingenuity to meet these requirements.

本発明は、簡易な構成で発電領域における反応ガスの配流性や冷却効率・集電効率を向上できる技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which can improve the distribution property of the reactive gas in the electric power generation area | region, cooling efficiency, and current collection efficiency with a simple structure.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］
燃料電池であって、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持するセパレータとを備え、前記膜電極接合体の外周には、流体の漏洩を防止するためのシール部が設けられ、前記セパレータは、前記燃料電池を挟持方向に沿って見たときに前記電極と重なる発電領域と、前記シール部を挟持する非発電領域とを有し、前記発電領域は、第１と第２のプレートによって構成され、前記第１のプレートは、前記電極側に突起した複数の電極側凸部と、前記第２のプレート側に突起した複数のプレート側凸部とを有し、前記複数の電極側凸部は、前記非発電領域における前記セパレータと前記シール部との接触面よりも突出して、前記発電領域における反応ガスのためのガス流路を構成し、前記複数のプレート側凸部は、前記発電領域において前記第１と第２のプレートの間に流入する冷媒のための冷媒流路を構成する、燃料電池。
この燃料電池によれば、簡易な構成のセパレータによって発電領域における反応ガスの配流性を向上させつつ、発電電気の集電効率及び発電領域における冷却効率を向上させることができる。 [Application Example 1]
A fuel cell, comprising a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator for sandwiching the membrane electrode assembly, and prevents leakage of fluid at the outer periphery of the membrane electrode assembly The separator has a power generation region that overlaps with the electrode when the fuel cell is viewed along the clamping direction, and a non-power generation region that clamps the seal portion, The region is constituted by a first plate and a second plate, and the first plate has a plurality of electrode-side protrusions protruding toward the electrode and a plurality of plate-side protrusions protruding toward the second plate. And the plurality of electrode-side convex portions protrude from a contact surface between the separator and the seal portion in the non-power generation region, and constitute a gas flow path for a reactive gas in the power generation region, The plurality of plate side protrusions Constitutes the refrigerant flow path for the refrigerant flowing between the first and second plates in the power generation region, the fuel cell.
According to this fuel cell, it is possible to improve the current collection efficiency of the generated electricity and the cooling efficiency in the power generation region while improving the flowability of the reaction gas in the power generation region by the separator having a simple configuration.

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記電極側凸部と前記電極とが直接的に接触する、燃料電池。
この燃料電池によれば、電極側凸部と電極との間に他の部材を介さないため、発電電気の集電効率を向上させることができる。 [Application Example 2]
It is a fuel cell of the application example 1, Comprising: The fuel cell with which the said electrode side convex part and the said electrode contact directly.
According to this fuel cell, since no other member is interposed between the electrode-side convex portion and the electrode, the power collection efficiency of the generated electricity can be improved.

［適用例３］
適用例２記載の燃料電池であって、さらに、前記電極に反応ガスを供給するためのガス流路部材を備え、前記電極はアノードとカソードとを含み、前記第１のプレートは、前記アノード側に配置され、前記第２のプレートは、前記カソード側に配置され、前記ガス流路部材は、前記第２のプレートと前記カソードとの間に配置される、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード側の電極面には、電極側凸部によってガス流路が形成され、カソード側の電極面には、ガス流路部材によってガス流路が形成される。従って、カソード側の排水性やガス配流性をガス流路部材によって実現しつつ、カソード側より簡易な構成によって、アノード側のガス配流性を向上できる。 [Application Example 3]
The fuel cell according to Application Example 2, further including a gas flow path member for supplying a reaction gas to the electrode, the electrode including an anode and a cathode, and the first plate is formed on the anode side. The second plate is disposed on the cathode side, and the gas flow path member is disposed between the second plate and the cathode.
According to this fuel cell, a gas flow path is formed on the anode-side electrode surface by the electrode-side convex portion, and a gas flow path is formed on the cathode-side electrode surface by the gas flow path member. Therefore, it is possible to improve the gas distribution property on the anode side with a simpler configuration than the cathode side while realizing the drainage property and gas distribution property on the cathode side by the gas flow path member.

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池であって、前記非発電領域は、前記第１と第２のプレートによって構成されており、前記シール部は、前記第１と第２のプレートによって挟持され、前記非発電領域の前記第１と第２のプレートの間には、前記反応ガス及び前記冷媒を前記ガス流路及び前記冷媒流路に誘導するための連通流路が形成されている、燃料電池。 [Application Example 4]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the non-power generation region is configured by the first and second plates, and the seal portion includes the first and second plates. A communication channel is formed between the first plate and the second plate in the non-power generation region to guide the reaction gas and the refrigerant to the gas channel and the refrigerant channel. A fuel cell.

［適用例５］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池であって、前記非発電領域は、前記第１と第２のプレートによって構成されており、前記シール部は、前記第１と第２のプレートによって挟持され、前記シール部には、前記反応ガス及び前記冷媒を前記ガス流路及び前記冷媒流路に誘導するための連通流路が形成されている、燃料電池。
適用例４または適用例５の燃料電池によれば、セパレータを２枚のプレートでのみ構成できるため、燃料電池は、より簡易な構成となる。 [Application Example 5]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the non-power generation region is configured by the first and second plates, and the seal portion includes the first and second plates. A fuel cell, wherein a communication channel for guiding the reaction gas and the refrigerant to the gas channel and the refrigerant channel is formed in the seal portion.
According to the fuel cell of the application example 4 or the application example 5, the separator can be configured by only two plates, and thus the fuel cell has a simpler configuration.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell, a fuel cell system including the fuel cell, a vehicle equipped with the fuel cell system, and the like. .

A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池１０００は、反応ガスとして水素と酸素との供給を受けて発電を行う固体高分子型燃料電池である。なお、燃料電池１０００としては、固体高分子型燃料電池でなくとも良く、任意の種々のタイプの燃料電池に本発明を適用することが可能である。 A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell as an embodiment of the present invention. The fuel cell 1000 is a polymer electrolyte fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen and oxygen as reaction gases. The fuel cell 1000 may not be a polymer electrolyte fuel cell, and the present invention can be applied to any of various types of fuel cells.

燃料電池１０００は、複数の膜電極接合体１００と、セパレータ２００とが交互に積層されたスタック構造を有する。セパレータ２００は、カソードプレート２１０とアノードプレート２２０によって構成されており、アノードプレート２２０の外周には、流路枠部材２５０が設けられている。流路枠部材２５０は、反応ガスや冷媒などの流体の流路を構成するための枠状の樹脂部材である。膜電極接合体１００及びセパレータ２００の積層体は、その積層方向から２枚のエンドプレート４０１，４０２によって挟持され、締結部材４０３によって積層方向に荷重を受けて締結される。 The fuel cell 1000 has a stack structure in which a plurality of membrane electrode assemblies 100 and separators 200 are alternately stacked. The separator 200 includes a cathode plate 210 and an anode plate 220, and a flow path frame member 250 is provided on the outer periphery of the anode plate 220. The flow path frame member 250 is a frame-shaped resin member for constituting a flow path of a fluid such as a reaction gas or a refrigerant. The laminated body of the membrane electrode assembly 100 and the separator 200 is sandwiched by two end plates 401 and 402 from the lamination direction, and is fastened by a fastening member 403 in response to a load in the lamination direction.

図２（Ａ）は、膜電極接合体１００の構成を示す概略図であり、カソード側の面を示している。なお、アノード側の面の構成はカソード側の面と同様であるため、図示及び説明は省略する。膜電極接合体１００は、略長変形の部材であり、発電に供される発電部１１０と発電部１１０の外周に成形された流体の漏洩を防止するためのシールガスケット１２０とを有する。 FIG. 2A is a schematic view showing the configuration of the membrane electrode assembly 100, and shows the surface on the cathode side. The configuration of the anode side surface is the same as that of the cathode side surface, and therefore illustration and description thereof are omitted. The membrane electrode assembly 100 is a substantially long deformation member, and includes a power generation unit 110 used for power generation and a seal gasket 120 for preventing leakage of fluid formed on the outer periphery of the power generation unit 110.

シールガスケット１２０には、反応ガス及び冷媒のための６個のマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が貫通孔として設けられている。具体的には、水素供給用のマニホールド孔Ｍ１と冷媒供給用のマニホールド孔Ｍ５とが、膜電極接合体１００の短辺に沿って並列に設けられている。また、水素排出用のマニホールド孔Ｍ２と冷媒排出用のマニホールド孔Ｍ６とが、発電部１１０を挟んでそれぞれの供給用のマニホールド孔Ｍ１，Ｍ５に対向して設けられている。酸素供給用マニホールド孔Ｍ３及び酸素排出用マニホールド孔Ｍ４はそれぞれ、発電部１１０を挟んで対向する位置に、膜電極接合体１００の長辺に沿って設けられている。 The seal gasket 120 is provided with six manifold holes M1 to M6 for the reaction gas and the refrigerant as through holes. Specifically, a manifold hole M1 for supplying hydrogen and a manifold hole M5 for supplying refrigerant are provided in parallel along the short side of the membrane electrode assembly 100. Further, a manifold hole M2 for discharging hydrogen and a manifold hole M6 for discharging refrigerant are provided opposite to the supply manifold holes M1 and M5 with the power generation unit 110 interposed therebetween. The oxygen supply manifold hole M3 and the oxygen discharge manifold hole M4 are provided along the long side of the membrane electrode assembly 100 at positions facing each other with the power generation unit 110 interposed therebetween.

さらに、シールガスケット１２０の外表面には、流体の漏洩を防止するためのシールラインＳＬ（図中に二条線で図示）が設けられている。具体的には、シールラインＳＬは、各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６と発電部１１０とを囲むように設けられている。なお、マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６及びシールラインＳＬの構成は他の構成であっても良い。 Further, a seal line SL (illustrated by two lines in the figure) for preventing fluid leakage is provided on the outer surface of the seal gasket 120. Specifically, the seal line SL is provided so as to surround the manifold holes M1 to M6 and the power generation unit 110. The manifold holes M1 to M6 and the seal line SL may have other configurations.

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における膜電極接合体１００の断面図である。発電部１１０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子の薄膜である電解質膜１０を有する。電解質膜１０の外表面にはそれぞれ電極２１，２２（カソード２１及びアノード２２）が配置されている。各電極２１，２２の電解質膜１０と接する面側には燃料電池反応を促進するための触媒（例えば白金）が担持された触媒層（図示せず）が形成されている。一方、各電極２１，２２の電解質膜１０と接しない面側には、反応ガスを電極面の全体に行き渡らせるためのガス拡散層（図示せず）が形成されている。２つの電極２１，２２は、例えば、カーボンペーパによって構成することができる。 FIG. 2B is a cross-sectional view of the membrane electrode assembly 100 taken along the line BB shown in FIG. The power generation unit 110 includes an electrolyte membrane 10 that is a thin film of a solid polymer that exhibits good proton conductivity in a wet state. Electrodes 21 and 22 (a cathode 21 and an anode 22) are disposed on the outer surface of the electrolyte membrane 10, respectively. A catalyst layer (not shown) carrying a catalyst (for example, platinum) for promoting a fuel cell reaction is formed on the surface side of each electrode 21, 22 that is in contact with the electrolyte membrane 10. On the other hand, a gas diffusion layer (not shown) for spreading the reaction gas over the entire electrode surface is formed on the surface of each electrode 21, 22 that is not in contact with the electrolyte membrane 10. The two electrodes 21 and 22 can be made of carbon paper, for example.

電解質膜１０の外周端部１０ｅは、２つの電極２１，２２の外周端部２１ｅ，２２ｅより突出しており、シールガスケット１２０は、各外周端部１０ｅ，２１ｅ，２２ｅを被覆するように成形されている。この構成により、電極端部２１ｅ，２２ｅにおいて、反応ガスが供給された電極とは反対側の電極へと燃料電池反応に供されることなく移動してしまうクロスリークの発生が抑制される。なお、シールガスケット１２０の外表面に設けられたシールラインＳＬは、シールガスケット１２０の外表面の突起部１２１（リップ１２１）として形成されている。 The outer peripheral end portion 10e of the electrolyte membrane 10 protrudes from the outer peripheral end portions 21e and 22e of the two electrodes 21 and 22, and the seal gasket 120 is molded so as to cover the outer peripheral end portions 10e, 21e, and 22e. Yes. With this configuration, the occurrence of cross leak that moves without being subjected to the fuel cell reaction to the electrode opposite to the electrode to which the reaction gas is supplied is suppressed at the electrode end portions 21e and 22e. The seal line SL provided on the outer surface of the seal gasket 120 is formed as a protrusion 121 (lip 121) on the outer surface of the seal gasket 120.

図３（Ａ），（Ｂ）は、セパレータ２００のカソードプレート２１０の構成を示す概略図である。図３（Ａ）は、アノードプレート２２０と接する面（以後、「アノード面」と呼ぶ）を示しており、図３（Ｂ）は、膜電極接合体１００のカソード２１と対向する面（以後、「カソード面」と呼ぶ）を示している。なお、図３（Ａ），（Ｂ）には、燃料電池１０００を積層方向に沿って見たときに、膜電極接合体１００の発電部１１０（図２（Ａ））と重なる領域を一点破線で図示してある。以後、この領域を「発電領域ＥＡ」と呼ぶ。 3A and 3B are schematic views illustrating the configuration of the cathode plate 210 of the separator 200. FIG. 3A shows a surface in contact with the anode plate 220 (hereinafter referred to as “anode surface”), and FIG. 3B shows a surface (hereinafter referred to as the cathode 21) of the membrane electrode assembly 100. (Referred to as “cathode surface”). 3A and 3B, a region that overlaps the power generation unit 110 (FIG. 2A) of the membrane electrode assembly 100 when the fuel cell 1000 is viewed in the stacking direction is indicated by a one-dot broken line. It is shown in the figure. Hereinafter, this region is referred to as “power generation region EA”.

カソードプレート２１０は、膜電極接合体１００とほぼ同サイズの略長辺形の導電性を有する板状部材である。カソードプレート２１０は、例えば金属薄板によって構成できる。カソードプレート２１０には、膜電極接合体１００と同様にマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が形成されている。 The cathode plate 210 is a plate-like member having a substantially long side conductivity that is substantially the same size as the membrane electrode assembly 100. The cathode plate 210 can be constituted by a thin metal plate, for example. As with the membrane electrode assembly 100, manifold holes M1 to M6 are formed in the cathode plate 210.

カソードプレート２１０の酸素用のマニホールド孔Ｍ３，Ｍ４のそれぞれの近傍には、複数の貫通孔からなる貫通孔列Ｐ１，Ｐ２が設けられている。貫通孔列Ｐ１，Ｐ２の各貫通孔は、酸素用の各マニホールド孔Ｍ３，Ｍ５と発電領域ＥＡとの間において、発電領域ＥＡの長辺方向に沿って一列に配列されている。なお、各貫通孔列Ｐ１，Ｐ２は、燃料電池１０００として組み付けられたときに、膜電極接合体１００のシールガスケット１２０に設けられたシールラインＳＬによって囲まれる領域であって、発電部１１０が配置される領域と同じ領域内に配置される。 In the vicinity of each of the oxygen manifold holes M3 and M4 of the cathode plate 210, through-hole rows P1 and P2 including a plurality of through-holes are provided. The through holes of the through hole arrays P1 and P2 are arranged in a line along the long side direction of the power generation area EA between the oxygen manifold holes M3 and M5 and the power generation area EA. Each through-hole row P1, P2 is a region surrounded by the seal line SL provided in the seal gasket 120 of the membrane electrode assembly 100 when assembled as the fuel cell 1000, and the power generation unit 110 is disposed. It is arranged in the same area as the area to be processed.

図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、セパレータ２００のアノードプレート２２０の構成を示す概略図である。図４（Ａ）は、膜電極接合体１００のアノード２２と対向する面（以後、「アノード面」と呼ぶ）を示しており、図４（Ｂ）は、カソードプレート２１０と接する面（以後、「カソード面」と呼ぶ）を示している。なお、図４（Ａ），（Ｂ）は、発電部流路形成部２２５が設けられている点以外は、図３（Ａ），（Ｂ）とほぼ同じである。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＣ−Ｃ切断におけるアノードプレート２２０の断面を示す概略図である。 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are schematic diagrams illustrating the configuration of the anode plate 220 of the separator 200. 4A shows a surface (hereinafter referred to as “anode surface”) facing the anode 22 of the membrane electrode assembly 100, and FIG. 4B shows a surface in contact with the cathode plate 210 (hereinafter referred to as “anode surface”). (Referred to as “cathode surface”). 4A and 4B are substantially the same as FIGS. 3A and 3B except that the power generation unit flow path forming unit 225 is provided. FIG. 4C is a schematic diagram showing a cross section of the anode plate 220 taken along the line CC shown in FIG.

発電部流路形成部２２５は、冷媒供給用マニホールド孔Ｍ５と冷媒排出用マニホールド孔Ｍ６との間の発電領域ＥＡを含むプレート面をプレス加工によってアノード面側に突出させて形成された部位である。発電部流路形成部２２５の発電領域ＥＡ内には、さらに、プレス加工によってアノード面側に突出させた複数のアノード側凸部２２６とその反対側に陥没させた（即ち、カソード面側に突出させた）カソード側凸部２２７とが交互に配列して設けられている。各凸部２２６，２２７は、その突出（陥没）方向に沿って見たときに略円形形状を有している。なお、図４（Ａ），（Ｂ）では、紙面に対して凹となる凸部２２６，２２７の底面を黒く塗りつぶして図示してある。 The power generation section flow path forming section 225 is a portion formed by projecting the plate surface including the power generation area EA between the refrigerant supply manifold hole M5 and the refrigerant discharge manifold hole M6 to the anode surface side by pressing. . In the power generation area EA of the power generation section flow path forming section 225, a plurality of anode side convex portions 226 that are protruded to the anode surface side by pressing and the other side are depressed (that is, protrude to the cathode surface side). And cathode side convex portions 227 are alternately arranged. Each convex portion 226, 227 has a substantially circular shape when viewed along the protruding (depressed) direction. In FIGS. 4A and 4B, the bottom surfaces of the convex portions 226 and 227 that are concave with respect to the paper surface are shown in black.

ここで、各凸部２２６，２２７のように、基準となる平面に連続的に配列して形成された複数の凸部又は凹部を、本明細書中では「ディンプル」と呼ぶ。そこで、以後、本明細書中では、アノード側凸部２２６を「凸ディンプル２２６」とも呼び、カソード側凸部２２７を「凹ディンプル２２７」とも呼ぶ。 Here, a plurality of convex portions or concave portions formed continuously arranged on a reference plane, such as the convex portions 226 and 227, are referred to as “dimples” in the present specification. Therefore, hereinafter, in the present specification, the anode-side convex portion 226 is also referred to as “convex dimple 226”, and the cathode-side convex portion 227 is also referred to as “concave dimple 227”.

なお、図４（Ｃ）には、セパレータ２００を構成した場合に配置されるカソードプレート２１０を破線で図示してある。凹ディンプル２２７の底面２２７ｔは、セパレータ２００を構成したときに、凹ディンプル２２７の底面２２７ｔはカソードプレート２１０と当接する。また、図中の矢印に示すように、発電部流路形成部２２５とカソードプレート２１０との間の空間を介して冷媒用のマニホールド孔Ｍ５，Ｍ６同士が連通しており、冷媒を発電領域ＥＡに流入させることが可能となる。以後、発電部流路形成部２２５とカソードプレート２１０との間に形成される空間であって、冷媒用の各マニホールド孔Ｍ５，Ｍ６と発電領域ＥＡとを連通する空間をそれぞれ「冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂ」と呼ぶ。なお、冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂにも、凹ディンプル２２７が形成されているが、この凹ディンプル２２７は省略されても良い。 In FIG. 4C, the cathode plate 210 disposed when the separator 200 is configured is illustrated by broken lines. The bottom surface 227 t of the concave dimple 227 abuts the cathode plate 210 when the separator 200 is formed. Further, as indicated by the arrows in the figure, the manifold holes M5 and M6 for the refrigerant communicate with each other through the space between the power generation section flow path forming section 225 and the cathode plate 210, and the refrigerant is supplied to the power generation area EA. It becomes possible to flow into. Hereinafter, the spaces formed between the power generation section flow path forming section 225 and the cathode plate 210 and communicating with the refrigerant manifold holes M5 and M6 and the power generation area EA are respectively referred to as “refrigerant communication flow paths”. 228a, 228b ". In addition, although the concave dimple 227 is formed also in the refrigerant | coolant communication flow paths 228a and 228b, this concave dimple 227 may be abbreviate | omitted.

図５（Ａ），（Ｂ）は、流路枠部材２５０の構成を示す概略図である。図５（Ａ）は、膜電極接合体１００のアノード２２側の面と当接する面（以後、「アノード面」と呼ぶ）を示しており、図５（Ｂ）は、セパレータ２００のアノードプレート２２０と当接する面（以後、「カソード面」と呼ぶ）を示している。 5A and 5B are schematic views illustrating the configuration of the flow path frame member 250. FIG. 5A shows a surface (hereinafter referred to as “anode surface”) that contacts the surface on the anode 22 side of the membrane electrode assembly 100, and FIG. 5B shows the anode plate 220 of the separator 200. The surface (hereinafter referred to as “cathode surface”) is shown.

流路枠部材２５０は、セパレータ２００とほぼ同サイズの略長辺形の樹脂部材であり、セパレータ２００と同様に、マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が設けられている。また、流路枠部材２５０は、発電領域ＥＡにおいて貫通窓部２５１が形成されている。流路枠部材２５０のアノード面は、平坦な面で構成されているが（図５（Ａ））、そのカソード面は、薄肉化することによって流体のための流路が形成されている（図５（Ｂ））。具体的には、以下のように流路が形成されている。 The flow path frame member 250 is a substantially long side-shaped resin member having substantially the same size as that of the separator 200, and manifold holes M <b> 1 to M <b> 6 are provided in the same manner as the separator 200. Further, the flow path frame member 250 has a through window portion 251 in the power generation area EA. The anode surface of the flow channel frame member 250 is a flat surface (FIG. 5A), but the cathode surface is thinned to form a flow channel for fluid (FIG. 5). 5 (B)). Specifically, the flow path is formed as follows.

流路枠部材２５０には、酸素用のマニホールド孔Ｍ３，Ｍ４とセパレータ２００に設けられた貫通孔列Ｐ１，Ｐ２の各貫通孔（図３，図４）とをそれぞれ連通する複数の酸素用連通流路２５２ａ，２５２ｂが櫛歯状に並列に設けられている。また、酸素用連通流路２５２ａ，２５２ｂと貫通窓部２５１との間にはそれぞれ、流路枠部材２５０の長辺方向に沿って延び、水素用のマニホールドＭ１，Ｍ５とそれぞれ連通する水素連通流路２５３ａ，２５３ｂが設けられている。２つの水素連通流路２５３ａ，２５３ｂはそれぞれ、貫通窓部２５１の長辺方向に櫛歯状に並列に設けられた複数の水素櫛歯流路２５４ａ，２５４ｂによって貫通窓部２５１と連通している。また、流路枠部材２５０には、冷媒用の各マニホールド孔Ｍ５，Ｍ６と貫通窓部２５１との間に、アノードプレート２５０の発電部流路形成部２２５によって形成された冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂ（図４（Ｃ））を配置するための薄肉部位２５８ａ，２５８ｂが形成されている。 The flow path frame member 250 has a plurality of oxygen communication holes that connect the manifold holes M3 and M4 for oxygen and the through holes (FIGS. 3 and 4) of the through hole rows P1 and P2 provided in the separator 200, respectively. The flow paths 252a and 252b are provided in parallel in a comb shape. Further, between the oxygen communication channels 252a and 252b and the through window portion 251, the hydrogen communication flow that extends along the long side direction of the channel frame member 250 and communicates with the hydrogen manifolds M1 and M5, respectively. Paths 253a and 253b are provided. Each of the two hydrogen communication channels 253a and 253b communicates with the through window portion 251 by a plurality of hydrogen comb channels 254a and 254b provided in parallel in a comb shape in the long side direction of the through window portion 251. . Further, in the flow path frame member 250, a refrigerant communication flow path 228 a, formed by the power generation section flow path forming portion 225 of the anode plate 250, between the refrigerant manifold holes M 5 and M 6 and the through window portion 251. Thin portions 258a and 258b for arranging 228b (FIG. 4C) are formed.

図６（Ａ）は、カソードプレート２１０とアノードプレート２２０と流路枠部材２５０とを積層してセパレータ２００を構成した状態を示す概略図であり、セパレータ２００のアノード面を示している。なお、図６（Ａ）には、理解のために、セパレータ２００に形成された貫通孔列Ｐ１，Ｐ２及び冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂと、流路枠部材２５０に設けられた各流体流路２５２ａ，２５２ｂ，２５３ａ，２５３ｂ，２５４ａ，２５４ｂとを破線で図示してある。このように、セパレータ２００を構成したとき、アノードプレート２２０の発電部流路形成部２２５の一部は、流路枠部材２５０の貫通窓部２５１から露出する。ただし、発電部流路形成部２２５のうち、冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂを形成する部位は、流路枠部材２５０の薄肉部位２５８ａ，２５８ｂに嵌るため露出していない。 FIG. 6A is a schematic diagram illustrating a state in which the separator 200 is configured by laminating the cathode plate 210, the anode plate 220, and the flow path frame member 250, and illustrates the anode surface of the separator 200. For the sake of understanding, FIG. 6A shows through hole arrays P1 and P2 formed in the separator 200 and refrigerant communication channels 228a and 228b, and each fluid channel provided in the channel frame member 250. 252a, 252b, 253a, 253b, 254a, 254b are shown by broken lines. As described above, when the separator 200 is configured, a part of the power generation section flow path forming section 225 of the anode plate 220 is exposed from the through window section 251 of the flow path frame member 250. However, portions of the power generation portion flow passage forming portion 225 that form the refrigerant communication flow passages 228 a and 228 b are not exposed because they fit into the thin portions 258 a and 258 b of the flow passage frame member 250.

図６（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、図６（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断及びＣ−Ｃ切断におけるセパレータ２００の断面を示す概略断面図である。発電部流路形成部２２５の凸ディンプル２２６は、流路枠部材２５０の外表面より突出している。なお、２つのプレート２１０，２２０同士は金属接合され、流路枠部材２５０とアノードプレート２２０とは、接着剤などにより接着される。 6B and 6C are schematic cross-sectional views showing the cross section of the separator 200 in the BB cutting and the CC cutting shown in FIG. 6A, respectively. The convex dimples 226 of the power generation section flow path forming section 225 protrude from the outer surface of the flow path frame member 250. The two plates 210 and 220 are metal-bonded, and the flow path frame member 250 and the anode plate 220 are bonded with an adhesive or the like.

図７は、燃料電池１０００の組み付け工程を模式的に示す概略断面図である。図７には、図２（Ｂ）と同様な膜電極接合体１００の概略断面図と、図６（Ｂ）と同様なセパレータ２００の概略断面図とが示されている。燃料電池１０００では、膜電極接合体１００がセパレータ２００によって挟持される際に、膜電極接合体１００のカソード電極２１とカソードプレート２１０との間に、ガス流路部材５００が配置される。なお、セパレータ２００の凸ディンプル２２６は、燃料電池１０００として組み付けられたときに、膜電極接合体１００のアノード２２と当接する。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing the assembly process of the fuel cell 1000. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a membrane electrode assembly 100 similar to FIG. 2B and a schematic cross-sectional view of a separator 200 similar to FIG. 6B. In the fuel cell 1000, when the membrane electrode assembly 100 is sandwiched between the separators 200, the gas flow path member 500 is disposed between the cathode electrode 21 and the cathode plate 210 of the membrane electrode assembly 100. The convex dimple 226 of the separator 200 abuts on the anode 22 of the membrane electrode assembly 100 when assembled as the fuel cell 1000.

このガス流路部材５００は、発電領域ＥＡに供給された酸素をカソード２１の全面に行き渡らせるためのガス流路として機能する部材である。ガス流路部材５００は、導電性を有しており、カソード２１とカソードプレート２１０との間の導電パスとしても機能する。ガス流路部材５００は、焼結金属などの導電性多孔質部材によって構成することもできるし、例えば、いわゆるメッシュやエキスパンドメタル、パンチングメタルなどの金属加工部材によって構成することもできる。 The gas flow path member 500 is a member that functions as a gas flow path for spreading oxygen supplied to the power generation area EA over the entire surface of the cathode 21. The gas flow path member 500 has conductivity, and also functions as a conductive path between the cathode 21 and the cathode plate 210. The gas flow path member 500 can be formed of a conductive porous member such as a sintered metal, or can be formed of a metal processing member such as a so-called mesh, expanded metal, or punching metal.

なお、燃料電池１０００として組み付けられたときに、ガス流路部材５００がセパレータ２００から受ける荷重は、凹ディンプル２２７が形成された部位と、凹ディンプル２２７が形成されていない部位とで不均一となる場合がある。従って、ガス流路部材５００としては、そうした局所的な荷重の不均一性にかかわらず、その厚みが面に沿った方向に渡って略一定に保持される程度の強度を有することが好ましい。これによって、セパレータ２００のディンプル２２６，２２７によってガス流路部材５００の気孔率が局所的に変化してしまうことを抑制できる。また、カソード２１のガス拡散層がガス流路部材５００を介して受ける荷重が、セパレータ２００のディンプル形成部位と非形成部位とで不均一となることを抑制でき、カソード側の水分が当該ガス拡散層に滞留してしまうことを抑制できる。 Note that when the fuel cell 1000 is assembled, the load that the gas flow path member 500 receives from the separator 200 is non-uniform between the portion where the concave dimple 227 is formed and the portion where the concave dimple 227 is not formed. There is a case. Therefore, it is preferable that the gas flow path member 500 has such a strength that the thickness thereof is maintained substantially constant over the direction along the surface, regardless of the unevenness of the local load. Accordingly, it is possible to suppress the porosity of the gas flow path member 500 from being locally changed by the dimples 226 and 227 of the separator 200. Further, it is possible to suppress the load that the gas diffusion layer of the cathode 21 receives through the gas flow path member 500 from being nonuniform between the dimple formation part and the non-formation part of the separator 200, and moisture on the cathode side causes the gas diffusion. It can suppress staying in a layer.

図８，図９は、燃料電池１０００における流体の流れを説明するための模式図である。図８（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、膜電極接合体１００のカソード側の面とアノード側の面における流体の流れを示している。図８（Ａ）は、燃料電池１０００の積層方向に投影されるセパレータ２００の貫通孔列Ｐ１，Ｐ２及び流路枠部材２５０の酸素用連通流路２５２ａ，２５２ｂを破線で示し、酸素の流れる方向を矢印で図示してある点以外は図２（Ａ）とほぼ同じである。 8 and 9 are schematic views for explaining the flow of fluid in the fuel cell 1000. FIG. FIGS. 8A and 8B show the flow of fluid on the cathode side surface and the anode side surface of the membrane electrode assembly 100, respectively. 8A shows the through-hole rows P1 and P2 of the separator 200 projected in the stacking direction of the fuel cell 1000 and the oxygen communication channels 252a and 252b of the channel frame member 250 by broken lines, and the direction in which oxygen flows. Is substantially the same as FIG. 2 (A) except that is indicated by an arrow.

図８（Ｂ）は、膜電極接合体１００のアノード面を示す図８（Ａ）と同様な図であり、燃料電池１０００の積層方向に投影される水素連通流路２５３ａ，２５３ｂ及び水素櫛歯流路２５４ａ，２５４ｂを破線で示してある。また、図８（Ｂ）には、アノード２２と凸ディンプル２２６とが接する領域を破線で示してある。 FIG. 8B is a view similar to FIG. 8A showing the anode surface of the membrane electrode assembly 100, and hydrogen communication channels 253 a and 253 b and hydrogen comb teeth projected in the stacking direction of the fuel cell 1000. The flow paths 254a and 254b are indicated by broken lines. In FIG. 8B, a region where the anode 22 and the convex dimple 226 are in contact with each other is indicated by a broken line.

図９（Ａ）は、図８（Ａ）に示すＡ−Ａ切断における燃料電池１０００の一部断面図を示しており、反応ガスの流れを矢印で図示してある。図９（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における燃料電池１０００の一部断面図を示しており、冷媒の流れを矢印で図示してある。 FIG. 9A shows a partial cross-sectional view of the fuel cell 1000 taken along the line AA shown in FIG. 8A, and the flow of the reaction gas is shown by arrows. FIG. 9B shows a partial cross-sectional view of the fuel cell 1000 taken along the line BB shown in FIG. 8A, and the flow of the refrigerant is shown by arrows.

図８（Ａ）及び図９（Ａ）に示すように、酸素供給用マニホールド孔Ｍ３に供給された酸素の一部は、流路枠部材２５０の酸素用連通流路２５２ａへと流入し、セパレータ２００の貫通孔列Ｐ１の各貫通孔から膜電極接合体１００のカソード側の面へと流れる。さらに、酸素は、カソード２１に配置されたガス流路部材５００によってカソード２１の全面に行き渡る。燃料電池反応に供されることのなかった酸素及び燃料電池反応によって生成された水分を含むカソード排ガスは、ガス流路部材５００から、セパレータ２００の貫通孔列Ｐ２の各貫通孔を介して、流路枠部材２５０の酸素用連通流路２５２ｂへと流入する。そして、カソード排ガスは、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４から燃料電池１０００の外部へと排出される。 As shown in FIGS. 8A and 9A, part of the oxygen supplied to the oxygen supply manifold hole M3 flows into the oxygen communication flow path 252a of the flow path frame member 250, and the separator It flows from each through-hole of 200 through-hole rows P1 to the surface of the membrane electrode assembly 100 on the cathode side. Furthermore, oxygen spreads over the entire surface of the cathode 21 by the gas flow path member 500 disposed on the cathode 21. The cathode exhaust gas containing oxygen that has not been subjected to the fuel cell reaction and moisture generated by the fuel cell reaction flows from the gas flow path member 500 through each through hole of the through hole row P2 of the separator 200. It flows into the oxygen communication channel 252b of the road frame member 250. The cathode exhaust gas is discharged to the outside of the fuel cell 1000 from the oxygen discharge manifold hole M4.

一方、図８（Ｂ）及び図９（Ａ）に示すように、水素供給用マニホールド孔Ｍ１に供給された水素の一部は、水素連通流路２５３ａへと流入し、水素櫛歯流路２５４ａの各流路を介して膜電極接合体１００のアノード側の面へと供給される。アノード２２に流入した水素は、発電領域ＥＡにおいて千鳥状に配列された各凸ディンプル２２６の間をすり抜けながら燃料電池反応に供されつつ、下流側へと流れる。即ち、凸ディンプル２２６は、発電された電気を集電するための導電パスとして機能するとともに、アノード２２における水素の流路として機能する。反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスは、排出側の水素櫛歯流路２５４ｂ及び水素連通流路２５３ｂを介して水素排出用マニホールド孔Ｍ２へと至り、燃料電池１０００の外部へと排出される。 On the other hand, as shown in FIGS. 8B and 9A, a part of the hydrogen supplied to the hydrogen supply manifold hole M1 flows into the hydrogen communication channel 253a, and the hydrogen comb channel 254a. Is supplied to the surface of the membrane electrode assembly 100 on the anode side. The hydrogen that has flowed into the anode 22 flows downstream while passing through the convex dimples 226 arranged in a staggered manner in the power generation region EA and being used for the fuel cell reaction. That is, the convex dimple 226 functions as a conductive path for collecting the generated electricity and also functions as a hydrogen flow path in the anode 22. The anode exhaust gas containing hydrogen that has not been subjected to the reaction reaches the hydrogen discharge manifold hole M2 through the hydrogen comb-tooth channel 254b and the hydrogen communication channel 253b on the discharge side, and goes to the outside of the fuel cell 1000. And discharged.

冷媒供給用マニホールド孔Ｍ５から供給された冷媒の一部は、図９（Ｂ）に示すように、セパレータ２００の冷媒連通流路２２８ａからディンプル２２６，２２７によってカソードプレート２１０とアノードプレート２２０との間に形成された空間へと流入する。発電領域ＥＡにおいて、冷媒は、各凹ディンプル２２７の間をすり抜けつつ、燃料電池反応によって生じた熱を伴って排出側の冷媒連通流路２２８ｂを介して冷媒排出用マニホールド孔Ｍ６へと流出し、燃料電池１０００の外部へと排出される。即ち、凹ディンプル２２７は、カソードプレート２１０とアノードプレート２２０との間のスペーサとして機能するとともに、発電電気の導電パスとして機能し、さらに、発電領域ＥＡにおける冷媒の流路として機能する。 9B, a part of the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold hole M5 is provided between the cathode plate 210 and the anode plate 220 by the dimples 226 and 227 from the refrigerant communication channel 228a of the separator 200. Flows into the space formed. In the power generation area EA, the refrigerant passes through the concave dimples 227 and flows out into the refrigerant discharge manifold hole M6 via the discharge side refrigerant communication channel 228b with heat generated by the fuel cell reaction. The fuel cell 1000 is discharged outside. That is, the concave dimple 227 functions as a spacer between the cathode plate 210 and the anode plate 220, functions as a conductive path for power generation electricity, and further functions as a refrigerant flow path in the power generation area EA.

ところで、燃料電池は、通常、電極面内（発電領域）における反応ガスの配流性を向上させることによって、その発電効率を向上させることができる。また、発電領域内における冷媒の配流性を向上させることによって冷却効率を向上させることができる。そのため、一般には、セパレータと電極との間に反応ガスを向上させるためのガス流路部材を配置したり、セパレータに冷媒流路を構成するための流路部材を設けたりする場合がある。 By the way, the fuel cell can improve the power generation efficiency by improving the flowability of the reaction gas in the electrode plane (power generation region). Further, the cooling efficiency can be improved by improving the distribution of the refrigerant in the power generation region. Therefore, in general, a gas flow path member for improving the reaction gas may be disposed between the separator and the electrode, or a flow path member for configuring a refrigerant flow path may be provided in the separator.

しかし、本実施例の構成によれば、アノードプレート２２０に形成されたディンプル２２６，２２７がそれぞれ、アノード流路及び冷媒流路として機能する。そのため、発電領域ＥＡにおいて、上述した流路部材を別途設けることなく、発電領域ＥＡにおける水素及び冷媒の配流性を向上させることが可能である。従って、燃料電池の発電効率を向上させるとともに、燃料電池の構成部材数の増加を抑制することができ、燃料電池の重量の増加や製造コストの増大を抑制できる。 However, according to the configuration of the present embodiment, the dimples 226 and 227 formed on the anode plate 220 function as an anode channel and a refrigerant channel, respectively. Therefore, in the power generation area EA, it is possible to improve the distribution of hydrogen and refrigerant in the power generation area EA without separately providing the above-described flow path member. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved, the increase in the number of constituent members of the fuel cell can be suppressed, and the increase in the weight of the fuel cell and the increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、上述したように、この燃料電池１０００では、セパレータ２００の凸ディンプル２２６がアノード２２と直接的に接することによって、膜電極接合体１００とセパレータ２００との間の導電パスを形成する。従って、ガス流路部材などの他の導電性部材を介して電極から発電電気を集電する場合より、接触抵抗が低減するため集電効率が向上する。さらに、セパレータ２００では、２つのプレート２１０，２２０同士が互いに接触して導電するため、カソードプレートとアノードプレートとの間に中間プレートや冷媒流路部材などが設けられた３層以上の多層式セパレータに比較して集電効率が向上している。 Further, as described above, in the fuel cell 1000, the convex dimple 226 of the separator 200 is in direct contact with the anode 22, thereby forming a conductive path between the membrane electrode assembly 100 and the separator 200. Therefore, the contact resistance is reduced and the current collection efficiency is improved as compared with the case where the generated electricity is collected from the electrode through another conductive member such as a gas flow path member. Further, in the separator 200, since the two plates 210 and 220 are in contact with each other to conduct electricity, a multilayer separator having three or more layers in which an intermediate plate, a refrigerant flow path member, and the like are provided between the cathode plate and the anode plate. Compared with the current collection efficiency.

このように、本実施例の燃料電池によれば、より簡易な構成で、その発電領域における反応ガスの配流性や冷却効率及び集電効率を向上できる。 Thus, according to the fuel cell of the present embodiment, the flowability of the reactive gas, the cooling efficiency, and the current collection efficiency in the power generation region can be improved with a simpler configuration.

B．第２実施例：
図１０は、本発明の第２実施例としての燃料電池１０００Ａの構成を示す概略図である。図１０は、流路枠部材２５０が省略され、膜電極接合体１００及びセパレータ２００に換えて膜電極接合体１００Ａ及びセパレータ２００Ａが用いられている点以外は図１０と同じである。この燃料電池１０００Ａでは、流路枠部材２５０を用いることなく、セパレータ２００Ａを構成する２つのプレート２１０Ａ，２２０Ａにおいて、各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６と発電領域ＥＡとを連通する流体流路が形成されている。 B. Second embodiment:
FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell 1000A as a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is the same as FIG. 10 except that the flow path frame member 250 is omitted and the membrane electrode assembly 100A and the separator 200A are used instead of the membrane electrode assembly 100 and the separator 200. In this fuel cell 1000A, a fluid flow path that connects each of the manifold holes M1 to M6 and the power generation area EA is formed in the two plates 210A and 220A constituting the separator 200A without using the flow path frame member 250. Yes.

図１１（Ａ）は、膜電極接合体１００Ａの構成を示す概略図である。図１１（Ａ）は、各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６や発電部１１０などの各部のサイズが異なる点以外は、図２（Ａ）とほぼ同じである。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断における膜電極接合体１００Ａの断面を示す概略断面図である。図１１（Ｂ）は、シールガスケット１２０の形状が異なる点以外は、図２（Ｂ）とほぼ同じである。なお、シールラインＳＬを構成するリップ１２１の形状が図２（Ｂ）と異なるが、その機能は図２（Ｂ）のものと同様である。 FIG. 11A is a schematic diagram showing the configuration of the membrane electrode assembly 100A. FIG. 11A is substantially the same as FIG. 2A except that the size of each part such as the manifold holes M1 to M6 and the power generation part 110 is different. FIG. 11B is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the membrane electrode assembly 100A in the BB cut shown in FIG. FIG. 11B is almost the same as FIG. 2B except that the shape of the seal gasket 120 is different. Although the shape of the lip 121 constituting the seal line SL is different from that in FIG. 2B, its function is the same as that in FIG.

図１２（Ａ），（Ｂ）は、セパレータ２００Ａのカソードプレート２１０Ａの構成を示す概略図である。図１２（Ａ）は、カソードプレート２１０Ａのアノード面を示しており、図１２（Ｂ）は、カソード面を示している。なお、図１２（Ａ），（Ｂ）には、発電領域ＥＡを一点破線で図示してある。 12A and 12B are schematic views showing the configuration of the cathode plate 210A of the separator 200A. FIG. 12A shows the anode surface of the cathode plate 210A, and FIG. 12B shows the cathode surface. In FIGS. 12A and 12B, the power generation area EA is shown by a one-dot broken line.

カソードプレート２１０Ａには、膜電極接合体１００Ａ（図１１）と同様に、流体のための各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が貫通孔として設けられている。また、カソードプレート２１０Ａには、酸素用のマニホールド孔Ｍ３，Ｍ４のそれぞれと発電領域ＥＡとの間に、発電領域ＥＡの長辺方向に沿って設けられた貫通孔である酸素用連通孔ＣＨ１，ＣＨ２が設けられている（図１２（Ａ），（Ｂ））。 Like the membrane electrode assembly 100A (FIG. 11), the cathode plate 210A is provided with manifold holes M1 to M6 for fluid as through holes. The cathode plate 210A has oxygen communication holes CH1, which are through holes provided along the long side direction of the power generation area EA between each of the oxygen manifold holes M3, M4 and the power generation area EA. CH2 is provided (FIGS. 12A and 12B).

また、カソードプレート２１０Ａのアノード面には、プレートを薄肉化することによって複数の流体用の流路溝が設けられている（図１２（Ａ））。具体的には、酸素用の流路溝として、酸素用の各マニホールド孔Ｍ３，Ｍ４と各酸素用連通孔ＣＨ１，ＣＨ２とを連通する酸素用連通流路溝２１１ａ，２１１ｂが設けられている。また、水素用の流路溝として、水素用の各マニホールド孔Ｍ１，Ｍ２と発電領域ＥＡとの間に、水素用の各マニホールド孔Ｍ１，Ｍ２とアノードプレート２２０Ａの水素用連通孔ＡＨ１，ＡＨ２（後述）とを連通するための水素用連通流路溝２１３ａ，２１３ｂが設けられている。さらに、冷媒用の流路溝として、冷媒用の各マニホールド孔Ｍ５，Ｍ６と発電領域ＥＡとを連通する冷媒用流路溝２１５ａ，２１５ｂが設けられている。 In addition, a plurality of fluid flow grooves are provided on the anode surface of the cathode plate 210A by thinning the plate (FIG. 12A). Specifically, oxygen communication flow channel grooves 211a and 211b are provided as oxygen flow channel grooves to communicate the oxygen manifold holes M3 and M4 with the oxygen communication holes CH1 and CH2. In addition, as hydrogen channel grooves, between the manifold holes M1 and M2 for hydrogen and the power generation area EA, the manifold holes M1 and M2 for hydrogen and the hydrogen communication holes AH1 and AH2 of the anode plate 220A ( Hydrogen communication channel grooves 213a and 213b are provided to communicate with each other. Further, refrigerant flow path grooves 215a and 215b that communicate the refrigerant manifold holes M5 and M6 with the power generation area EA are provided as refrigerant flow path grooves.

図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、セパレータ２００Ａのアノードプレート２２０Ａの構成を示す概略図である。図１３（Ａ）は、アノードプレート２２０Ａのアノード面を示しており、図１３（Ｂ）は、反対側のカソード面を示している。図１３（Ａ），（Ｂ）には、発電領域ＥＡを一点破線で図示してある。図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）に示すＣ−Ｃ切断におけるアノードプレート２２０Ａの断面を示す概略断面図である。図１３（Ｃ）には、セパレータ２００Ａを構成した場合に配置されるカソードプレート２１０Ａ（図１２）を破線で図示してある。 13A, 13B, and 13C are schematic views illustrating the configuration of the anode plate 220A of the separator 200A. 13A shows the anode surface of the anode plate 220A, and FIG. 13B shows the cathode surface on the opposite side. In FIGS. 13A and 13B, the power generation area EA is shown by a one-dot broken line. FIG. 13C is a schematic cross-sectional view showing a cross section of the anode plate 220A taken along the line CC shown in FIG. In FIG. 13C, the cathode plate 210A (FIG. 12) disposed when the separator 200A is configured is illustrated by broken lines.

アノードプレート２２０Ａには、カソードプレート２１０Ａ（図１２）と同様に各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が形成されている（図１３（Ａ），（Ｂ））。また、アノードプレート２２０Ａには、プレス加工によって、発電領域ＥＡのプレート面をアノード側に突出させた発電部流路形成部２２５Ａが設けられている。発電部流路形成部２２５Ａには、第１実施例のアノードプレート２２０における発電部流路形成部２２５（図４）と同様に凸ディンプル２２６及び凹ディンプル２２７が交互に配列して設けられている。なお、凹ディンプル２２７は、セパレータ２００Ａを構成したときに、カソードプレート２１０Ａと接する（図１３（Ｃ））。 In the anode plate 220A, manifold holes M1 to M6 are formed as in the cathode plate 210A (FIG. 12) (FIGS. 13A and 13B). Further, the anode plate 220A is provided with a power generation section flow path forming section 225A in which the plate surface of the power generation area EA is protruded to the anode side by pressing. In the power generation section flow path forming section 225A, similarly to the power generation section flow path forming section 225 (FIG. 4) in the anode plate 220 of the first embodiment, convex dimples 226 and concave dimples 227 are alternately arranged. . The concave dimple 227 is in contact with the cathode plate 210A when the separator 200A is configured (FIG. 13C).

さらに、このアノードプレート２２０Ａには、水素用の各マニホールド孔Ｍ１，Ｍ２と発電部流路形成部２２５Ａとの間にそれぞれ、カソードプレート２１０Ａの水素用連通流路溝２１３ａ，２１３ｂと連通する水素用連通孔ＡＨ１，ＡＨ２が設けられている（図１３（Ａ），（Ｂ））。なお、水素用連通孔ＡＨ１，ＡＨ２は、燃料電池１０００Ａとして組み付けられたときに、膜電極接合体１００Ａ（図１１）のシールガスケット１２０に設けられたシールラインＳＬによって囲まれる領域であって、発電部１１０が配置される領域と同一の領域内に配置される。 Further, the anode plate 220A includes a hydrogen communication channel groove 213a, 213b of the cathode plate 210A that is connected between the hydrogen manifold holes M1, M2 and the power generation unit flow channel formation unit 225A. Communication holes AH1 and AH2 are provided (FIGS. 13A and 13B). The hydrogen communication holes AH1 and AH2 are regions surrounded by the seal line SL provided in the seal gasket 120 of the membrane electrode assembly 100A (FIG. 11) when assembled as the fuel cell 1000A. The portion 110 is disposed in the same region as the region where the portion 110 is disposed.

図１４は、燃料電池１０００Ａの組み付け工程を模式的に示す概略断面図である。燃料電池１０００Ａでは、第１実施例の燃料電池１０００と同様に（図７）、膜電極接合体１００Ａが２枚のプレート２１０Ａ，２２０Ａによって挟持される際に、カソード２１とカソードプレート２１０Ａとの間に、ガス流路部材５００が配置される。ここで、凸ディンプル２２６は、シールガスケット１２０とアノードプレート２２０Ａとが接触する面より突出している。これにより、凸ディンプル２２６は、第１実施例の燃料電池１０００と同様に、膜電極接合体１００Ａのアノード２２と直接的に接する。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view schematically showing the assembly process of the fuel cell 1000A. In the fuel cell 1000A, as in the fuel cell 1000 of the first embodiment (FIG. 7), when the membrane electrode assembly 100A is sandwiched between the two plates 210A and 220A, the gap between the cathode 21 and the cathode plate 210A is reduced. In addition, the gas flow path member 500 is disposed. Here, the convex dimple 226 protrudes from the surface where the seal gasket 120 and the anode plate 220A are in contact with each other. Thereby, the convex dimple 226 is in direct contact with the anode 22 of the membrane electrode assembly 100A as in the fuel cell 1000 of the first embodiment.

図１５（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、燃料電池１０００Ａの内部における流体の流れを説明するための模式図である。図１５（Ａ）は、図１３（Ａ）に示すＡ−Ａ切断に相当する切断面における燃料電池１０００Ａの一部断面を示す概略断面図であり、図中の矢印は酸素の流れを示している。なお、図１５（Ａ）には、セパレータ２００Ａに設けられた酸素用連通孔ＣＨ１，ＣＨ２及び酸素用連通流路溝２１１ａ，２１１ｂが破線で図示されている。 FIGS. 15A to 15C are schematic diagrams for explaining the flow of fluid inside the fuel cell 1000A. FIG. 15A is a schematic cross-sectional view showing a partial cross section of the fuel cell 1000A at a cut surface corresponding to the AA cut shown in FIG. 13A, and the arrows in the figure indicate the flow of oxygen. Yes. In FIG. 15A, oxygen communication holes CH1 and CH2 and oxygen communication channel grooves 211a and 211b provided in the separator 200A are shown by broken lines.

酸素供給用のマニホールド孔Ｍ３から供給された酸素の一部は、カソードプレート２１０Ａに設けられた酸素用連通流路溝２１１ａ及び酸素用連通孔ＣＨ１を介して発電領域ＥＡのガス流路部材５００へと流入する。ガス流路部材５００を介して酸素は膜電極接合体１００Ａのカソード２１へと供給され、燃料電池反応に供されつつ、下流側へと流れる。カソード排ガスは、酸素用連通孔ＣＨ２及び酸素用連通流路溝２１１ｂを介して酸素排出用マニホールドＭ４へと流出し、燃料電池１０００Ａの外部へと排出される。 Part of the oxygen supplied from the oxygen supply manifold hole M3 is supplied to the gas flow path member 500 in the power generation region EA via the oxygen communication flow channel 211a and the oxygen communication hole CH1 provided in the cathode plate 210A. And flows in. Oxygen is supplied to the cathode 21 of the membrane electrode assembly 100A through the gas flow path member 500, and flows downstream while being subjected to the fuel cell reaction. The cathode exhaust gas flows out to the oxygen discharge manifold M4 through the oxygen communication hole CH2 and the oxygen communication flow channel 211b, and is discharged to the outside of the fuel cell 1000A.

図１５（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示すＣ−Ｃ切断に相当する切断面における燃料電池１０００Ａの一部断面を示す概略断面図であり、図中の矢印は、水素の流れを示している。なお、図１５（Ｂ）には、セパレータ２００Ａに設けられた水素用連通孔ＡＨ１，ＡＨ２及び水素用連通流路溝２１３ａ，２１３ｂを破線で図示してある。 FIG. 15B is a schematic cross-sectional view showing a partial cross section of the fuel cell 1000A at a cut surface corresponding to the CC cut shown in FIG. 13A, and the arrows in the figure indicate the flow of hydrogen. ing. In FIG. 15B, hydrogen communication holes AH1 and AH2 and hydrogen communication channel grooves 213a and 213b provided in the separator 200A are indicated by broken lines.

水素供給用マニホールド孔Ｍ１から供給された水素の一部は、カソードプレート２１０Ａに設けられた水素用連通流路溝２１３ａ及び水素用連通孔ＡＨ１を介して発電領域ＥＡへと供給される。発電領域ＥＡにおいて水素は、各凸ディンプル２２６の間をすりぬけて、燃料電池反応に供されつつ下流側へと流れる。アノード排ガスは、水素用連通孔ＡＨ２及び水素用連通流路溝２１３ｂを介して水素排出用マニホールドＭ２へと流出し、燃料電池１０００Ａの外部へと排出される。 Part of the hydrogen supplied from the hydrogen supply manifold hole M1 is supplied to the power generation region EA via the hydrogen communication channel groove 213a and the hydrogen communication hole AH1 provided in the cathode plate 210A. In the power generation region EA, hydrogen passes between the convex dimples 226 and flows downstream while being subjected to the fuel cell reaction. The anode exhaust gas flows out to the hydrogen discharge manifold M2 through the hydrogen communication hole AH2 and the hydrogen communication flow channel groove 213b, and is discharged to the outside of the fuel cell 1000A.

図１５（Ｃ）は、燃料電池１０００Ａにおける冷媒の流れを示す模式図である。図１５（Ｃ）は、図中の矢印が冷媒の流れを示している点と、水素用連通孔ＡＨ１，ＡＨ２及び水素用連通流路溝２１３ａ，２１３ｂに換えて、冷媒用流路溝２１５ａ，２１５ｂが破線で図示されている点以外はほぼ、図１５（Ｂ）と同じである。冷媒供給用のマニホールド孔Ｍ５から供給された冷媒の一部は、カソードプレート２１０Ａに設けられた冷媒用流路溝２１５ａを介してカソードプレート２１０Ａとアノードプレート２２０Ａの発電部流路形成部２２５Ａとの間の空間へと流入する。その後、冷媒は、燃料電池反応によって生じた熱を伴って、冷媒用流路溝２１５ｂを介して冷媒排出用のマニホールド孔Ｍ６へと流出し、燃料電池１０００Ａの外部へと排出される。 FIG. 15C is a schematic diagram showing a refrigerant flow in the fuel cell 1000A. In FIG. 15C, the refrigerant flow grooves 215a, 213a, 213b are replaced with the points where the arrows in the figure indicate the flow of the refrigerant, and the hydrogen communication holes AH1, AH2 and the hydrogen communication flow grooves 213a, 213b. Except for the point that 215b is shown by a broken line, it is almost the same as FIG. A part of the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold hole M5 is formed between the cathode plate 210A and the power generation part flow path forming part 225A of the anode plate 220A via the refrigerant flow path groove 215a provided in the cathode plate 210A. It flows into the space between. Thereafter, the refrigerant flows out into the refrigerant discharge manifold hole M6 via the refrigerant flow channel groove 215b with heat generated by the fuel cell reaction, and is discharged to the outside of the fuel cell 1000A.

このように、この第２実施例の燃料電池１０００Ａによれば、セパレータ２００Ａの発電領域ＥＡに形成されたディンプル２２６，２２７によって、第１実施例の燃料電池１０００と同様に、水素及び冷媒の配流性及び発電電気の集電効率を向上できる。また、第１実施例における流路枠部材２５０を省略できるため、より燃料電池を小型化・軽量化することが可能であり、燃料電池の製造コストを低減することが可能である。 Thus, according to the fuel cell 1000A of the second embodiment, hydrogen and refrigerant are distributed by the dimples 226 and 227 formed in the power generation area EA of the separator 200A, as in the fuel cell 1000 of the first embodiment. And the power collection efficiency of generated electricity can be improved. Further, since the flow path frame member 250 in the first embodiment can be omitted, the fuel cell can be further reduced in size and weight, and the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.

C．第３実施例：
図１６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体１００Ｂの構成を示す概略図である。図１６（Ａ）は、膜電極接合体１００Ｂのカソード側の面を示しており、図１６（Ｂ）は、アノード側の面を示している。なお、この膜電極接合体１００Ｂは、シールガスケット１２０Ｂの構成が異なる点以外は、第１実施例の膜電極接合体１００（図２）とほぼ同じである。また、この膜電極接合体１００Ｂは、第１実施例と同じカソードプレート２１０（図３）とアノードプレート２２０（図４）とが積層されたセパレータ２００Ｂによって挟持される。なお、セパレータ２００Ｂには、流路枠部材２５０（図５）は用いられない。 C. Third embodiment:
FIGS. 16A and 16B are schematic views showing the configuration of a membrane electrode assembly 100B used in a fuel cell as a third embodiment of the present invention. FIG. 16A shows the surface on the cathode side of the membrane electrode assembly 100B, and FIG. 16B shows the surface on the anode side. The membrane electrode assembly 100B is substantially the same as the membrane electrode assembly 100 (FIG. 2) of the first embodiment except that the configuration of the seal gasket 120B is different. The membrane electrode assembly 100B is sandwiched between separators 200B in which the same cathode plate 210 (FIG. 3) and anode plate 220 (FIG. 4) as in the first embodiment are laminated. Note that the flow path frame member 250 (FIG. 5) is not used for the separator 200B.

この膜電極接合体１００Ｂのシールガスケット１２０Ｂの外表面には、シールラインＳＬに換えて、以下の薄肉部が形成されている。即ち、カソード側の外表面には、酸素用の各マニホールド孔Ｍ３，Ｍ４と発電部１１０との間に、セパレータ２００Ｂの貫通孔列Ｐ１，Ｐ２と発電部１１０とを連通するための酸素用流路溝１２２ａ，１２２ｂが薄肉化することにより形成されている（図１６（Ａ））。また、アノード側の外表面には、第１実施例の流路枠部材２５０（図５）と同様な流体流路が薄肉部として形成されている（図１６（Ｂ））。具体的には、シールガスケット１２０Ｂのアノード側の外表面に、酸素用連通流路２５２ａ，２５２ｂと、水素連通流路２５３ａ，２５３ｂと、水素櫛歯流路２５４ａ，２５４ｂとが形成されている。また、シールガスケット１２０Ｂには、アノードプレート２２０に設けられた冷媒連通流路２２８ａ，２２８ｂを配置するたの薄肉部位２５８ａ，２５８ｂとが形成されている。即ち、この膜電極接合体１００Ｂでは、シールガスケット１２０Ｂにおいて、第１実施例の流路枠部材２５０の機能が実現される。 On the outer surface of the seal gasket 120B of the membrane electrode assembly 100B, the following thin portion is formed instead of the seal line SL. That is, on the outer surface on the cathode side, an oxygen flow for communicating the through hole rows P1 and P2 of the separator 200B with the power generation unit 110 between the oxygen manifold holes M3 and M4 and the power generation unit 110. The road grooves 122a and 122b are formed by thinning (FIG. 16A). Further, a fluid flow path similar to the flow path frame member 250 (FIG. 5) of the first embodiment is formed as a thin portion on the outer surface on the anode side (FIG. 16B). Specifically, oxygen communication channels 252a and 252b, hydrogen communication channels 253a and 253b, and hydrogen comb channels 254a and 254b are formed on the outer surface of the seal gasket 120B on the anode side. Further, the seal gasket 120B is formed with thin portions 258a and 258b for arranging the refrigerant communication channels 228a and 228b provided in the anode plate 220. That is, in this membrane electrode assembly 100B, the function of the flow path frame member 250 of the first embodiment is realized in the seal gasket 120B.

図１７は、膜電極接合体１００Ｂを用いた第３実施例の燃料電池１０００Ｂの組み付け工程を示す模式図である。図１７は、図１６（Ａ）に示すＡ−Ａ切断に相当する切断面における概略断面図である。膜電極接合体１００Ｂは、２つのセパレータ２００によって挟持される。このとき、膜電極接合体１００Ｂのカソード２１とカソードプレート２１０との間にはガス流路部材５００が配置される。また、セパレータ２００の凸ディンプル２２６が膜電極接合体１００Ｂのアノード２２と直接的に接触する。 FIG. 17 is a schematic diagram showing an assembling process of the fuel cell 1000B of the third embodiment using the membrane electrode assembly 100B. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a cut surface corresponding to the AA cut shown in FIG. The membrane electrode assembly 100B is sandwiched between the two separators 200. At this time, the gas flow path member 500 is disposed between the cathode 21 and the cathode plate 210 of the membrane electrode assembly 100B. Further, the convex dimple 226 of the separator 200 is in direct contact with the anode 22 of the membrane electrode assembly 100B.

図１８（Ａ），（Ｂ）は、燃料電池１０００Ｂにおける流体の流れを説明するための模式図である。図１８（Ａ）は、図１６（Ａ）に示すＡ−Ａ切断に相当する切断面における燃料電池１０００Ｂの一部概略断面図である。酸素供給用マニホールド孔Ｍ３からシールガスケット１２０Ｂに設けられた酸素用連通流路２５２ａへと流入した酸素は、セパレータ２００の貫通孔列Ｐ１の各貫通孔を介して膜電極接合体１００Ｂのカソード側の面へと流れる。さらに、酸素は、シールガスケット１２０Ｂの酸素用流路溝１２２ａを経て、ガス流路部材５００によってカソード２１の全面に行き渡る。カソード排ガスは、ガス流路部材５００から、排出側の酸素用流路溝１２２ｂを経て、セパレータ２００の貫通孔列Ｐ２の各貫通孔を介して、酸素用連通流路２５２ｂへと流入する。そして、カソード排ガスは、酸素排出用マニホールド孔Ｍ４から燃料電池１０００Ｂの外部へと排出される。 18A and 18B are schematic diagrams for explaining the flow of fluid in the fuel cell 1000B. FIG. 18A is a partial schematic cross-sectional view of fuel cell 1000B at a cut surface corresponding to the AA cut shown in FIG. Oxygen that has flowed from the oxygen supply manifold hole M3 into the oxygen communication flow path 252a provided in the seal gasket 120B passes through each through hole of the through hole row P1 of the separator 200 and is on the cathode side of the membrane electrode assembly 100B. It flows to the surface. Further, oxygen reaches the entire surface of the cathode 21 by the gas flow channel member 500 through the oxygen flow channel 122a of the seal gasket 120B. The cathode exhaust gas flows from the gas flow channel member 500, through the discharge-side oxygen flow channel 122b, and into the oxygen communication flow channel 252b via each through-hole of the through-hole row P2 of the separator 200. The cathode exhaust gas is discharged from the oxygen discharge manifold hole M4 to the outside of the fuel cell 1000B.

水素供給用マニホールド孔Ｍ１から水素連通流路２５３ａへと流入した水素は、水素櫛歯流路２５４ａの各流路を介して膜電極接合体１００Ｂのアノード２２へと供給される。アノード２２に流入した水素は、各凸ディンプル２２６の間をすり抜けながら燃料電池反応に供されつつ下流側へと流れる。アノード排ガスは、排出側の水素櫛歯流路２５４ｂ及び水素連通流路２５３ｂを介して水素排出用マニホールド孔Ｍ２へと至り、燃料電池１０００Ｂの外部へと排出される。 The hydrogen that has flowed into the hydrogen communication channel 253a from the hydrogen supply manifold hole M1 is supplied to the anode 22 of the membrane electrode assembly 100B via each channel of the hydrogen comb channel 254a. The hydrogen flowing into the anode 22 flows downstream while passing through the convex dimples 226 and being used for the fuel cell reaction. The anode exhaust gas reaches the hydrogen discharge manifold hole M2 via the discharge-side hydrogen comb-tooth channel 254b and the hydrogen communication channel 253b, and is discharged to the outside of the fuel cell 1000B.

図１８（Ｂ）は、図１６（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断に相当する切断面における燃料電池１０００Ｂの一部概略断面図である。燃料電池１０００Ｂにおける冷媒の流れは、第１実施例の燃料電池１０００とほぼ同様である（図９（Ｂ））。即ち、冷媒供給用マニホールド孔Ｍ５からセパレータ２００Ｂの冷媒連通流路２２８ａを介して発電領域ＥＡへと流入し、燃料電池反応によって生じた熱を伴って排出側の冷媒連通流路２２８ｂを介して冷媒排出用マニホールド孔Ｍ６へと流れる。 FIG. 18B is a partial schematic cross-sectional view of the fuel cell 1000B at a cut surface corresponding to the BB cut shown in FIG. The flow of the refrigerant in the fuel cell 1000B is substantially the same as that of the fuel cell 1000 of the first embodiment (FIG. 9B). That is, the refrigerant flows from the refrigerant supply manifold hole M5 into the power generation region EA via the refrigerant communication channel 228a of the separator 200B, and is accompanied by heat generated by the fuel cell reaction via the discharge side refrigerant communication channel 228b. It flows to the discharge manifold hole M6.

このように、第３実施例の燃料電池１０００Ｂによれば、第１実施例の燃料電池１０００において流路枠部材２５０によって形成されていた流体流路を、シールガスケット１２０Ｂにおいて形成している。従って、この燃料電池１０００Ｂでは、流路枠部材２５０を省略しても、第１実施例の燃料電池１０００と同様な燃料電池内部における流体の流れを実現できる。 Thus, according to the fuel cell 1000B of the third embodiment, the fluid flow path formed by the flow path frame member 250 in the fuel cell 1000 of the first embodiment is formed in the seal gasket 120B. Therefore, in this fuel cell 1000B, even if the flow path frame member 250 is omitted, the fluid flow inside the fuel cell similar to that of the fuel cell 1000 of the first embodiment can be realized.

D．第４実施例：
図１９（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第４実施例として、セパレータを構成するアノードプレートの他の構成例を示す概略図である。図１９（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、ディンプル２２６，２２７の形状が異なる点以外は、図４（Ａ）とほぼ同じである。図１９（Ａ）に示すアノードプレート２２０Ｃでは、紙面に対して垂直な方向に沿って見たときのディンプル２２６Ｃ，２２７Ｃの形状は略楕円形である。また、図１９（Ｂ）に示すアノードプレート２２０Ｄでは、紙面に対して垂直な方向に沿って見たときのディンプル２２６Ｄ，２２７Ｄの形状は略長方形である。 D. Fourth embodiment:
FIGS. 19A and 19B are schematic views showing another configuration example of an anode plate constituting a separator as a fourth embodiment of the present invention. 19A and 19B are substantially the same as FIG. 4A except that the dimples 226 and 227 have different shapes. In the anode plate 220C shown in FIG. 19A, the shapes of the dimples 226C and 227C when viewed along the direction perpendicular to the paper surface are substantially elliptical. Further, in the anode plate 220D shown in FIG. 19B, the dimples 226D and 227D have a substantially rectangular shape when viewed along a direction perpendicular to the paper surface.

このように、アノードプレートに設けられるディンプルの形状は、任意に変更することができる。即ち、ディンプルの形状としては、実験やシミュレーション等によって予め得られた反応ガスの配流性が向上する形状を採用することが好ましい。また、各ディンプルの配置構成も、発電領域における反応ガスの配流性を考慮して任意に構成できる。例えば、反応ガスの配流性が比較的低くなる領域には、配流性が比較的高くなる領域よりディンプル同士の間隔を広くして流路抵抗が低くなるようにするものとしても良い。 Thus, the shape of the dimple provided on the anode plate can be arbitrarily changed. That is, as the dimple shape, it is preferable to adopt a shape that improves the flowability of the reaction gas obtained in advance by experiments or simulations. Also, the arrangement of each dimple can be arbitrarily configured in consideration of the flowability of the reaction gas in the power generation region. For example, in the region where the flowability of the reactive gas is relatively low, the distance between the dimples may be made wider than the region where the flowability is relatively high so as to reduce the flow resistance.

また、ディンプルの形状や配置構成は、ガスの配流性のみではなく、電極とアノードプレートとの間における導電効率を考慮して設計することが好ましい。即ち、電極とディンプルとの接触面積を増大させれば、電極とアノードプレートとの間の接触抵抗が低減されて導電効率が向上するため、発電電気の集電効率を向上させることができる。 Moreover, it is preferable to design the shape and arrangement of the dimples in consideration of not only the gas distribution but also the conductive efficiency between the electrode and the anode plate. That is, if the contact area between the electrode and the dimple is increased, the contact resistance between the electrode and the anode plate is reduced and the conduction efficiency is improved, so that the current collection efficiency of the generated electricity can be improved.

E．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 E. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

E1．変形例１：
上記実施例において、ディンプル２２６，２２７は、アノードプレート２２０に設けられていたが、カソードプレート２１０に設けられるものとしても良い。この場合には、カソード側のガス流路部材５００を省略することができる。なお、カソード側には、燃料電池反応により多量の水分が発生するため、カソード２１とディンプルとを接触させた場合に、その接触部位に水分が滞留してしまい、カソードガスの流れを阻害する可能性がある。一方、アノード側にはカソード側に比較して水分量が少なく、また、水素は酸素に比較してガスの拡散性が高い。そのため、上記実施例のようにアノード側にディンプルによって流路を形成すれば、水素の配流性を十分に向上させることが可能である。従って、ディンプル２２６，２２７によるガス流路は、少なくともアノード側に設けられることが好ましい。 E1. Modification 1:
In the above embodiment, the dimples 226 and 227 are provided on the anode plate 220, but may be provided on the cathode plate 210. In this case, the cathode-side gas flow path member 500 can be omitted. Since a large amount of water is generated on the cathode side due to the fuel cell reaction, when the cathode 21 and the dimple are brought into contact with each other, the water stays in the contact portion and can inhibit the flow of the cathode gas. There is sex. On the other hand, the amount of water on the anode side is smaller than that on the cathode side, and hydrogen has higher gas diffusibility than oxygen. Therefore, if the flow path is formed by dimples on the anode side as in the above embodiment, the hydrogen distribution can be sufficiently improved. Therefore, it is preferable that the gas flow path by the dimples 226 and 227 is provided at least on the anode side.

E2．変形例２：
上記実施例において、凸ディンプル２２６は、アノード２２と直接的に接触していたが、凸ディンプル２２６とアノード２２との間にガス流路部材などの他の部材を介するものとしても良い。ただし、上述したように、発電電気の集電効率を向上させるためにも、アノード２２と凸ディンプル２２６とを直接的に接触させる方がより好ましい。 E2. Modification 2:
In the above embodiment, the convex dimple 226 is in direct contact with the anode 22, but another member such as a gas flow path member may be interposed between the convex dimple 226 and the anode 22. However, as described above, it is more preferable to directly contact the anode 22 and the convex dimple 226 in order to improve the power collection efficiency of the generated electricity.

E3．変形例３：
上記実施例において、電極２１，２２には、電解質膜１０と接しない面側にガス拡散層が設けられていたが、ガス拡散層は省略されるものとしても良い。但し、アノードプレート２２０の凸ディンプル２２６と触媒層との間にガス拡散層が設けられていると、ガス拡散層がクッション材として機能して、凸ディンプル２２６による触媒電極面への押圧力を分散させることができる。膜電極接合体１００の電極面における発電分布を均一化するためには、電極面に加えられる押圧力も略均一であることが好ましく、電極２１，２２にはガス拡散層が設けられいることが好ましい。 E3. Modification 3:
In the above embodiment, the electrodes 21 and 22 are provided with the gas diffusion layer on the surface side not in contact with the electrolyte membrane 10, but the gas diffusion layer may be omitted. However, if a gas diffusion layer is provided between the convex dimple 226 of the anode plate 220 and the catalyst layer, the gas diffusion layer functions as a cushioning material, and the pressing force applied to the catalyst electrode surface by the convex dimple 226 is dispersed. Can be made. In order to make the power generation distribution on the electrode surface of the membrane electrode assembly 100 uniform, the pressing force applied to the electrode surface is preferably substantially uniform, and the electrodes 21 and 22 are provided with gas diffusion layers. preferable.

なお、カソード２１のガス拡散層は、カソード側に配置されるガス流路部材５００よりも柔らかい部材であることが好ましい。これによって、カソード２１のガス拡散層がガス流路部材５００（図７）と触媒層との間のクッション材としての機能を十分に発揮できる。即ち、カソード２１における面圧が不均一となることを抑制でき、カソード２１において水分が滞留してしまうことを抑制できる。 The gas diffusion layer of the cathode 21 is preferably a softer member than the gas flow path member 500 disposed on the cathode side. Accordingly, the gas diffusion layer of the cathode 21 can sufficiently exhibit the function as a cushioning material between the gas flow path member 500 (FIG. 7) and the catalyst layer. That is, it can suppress that the surface pressure in the cathode 21 becomes non-uniform | heterogenous, and can suppress that a water | moisture content retains in the cathode 21. FIG.

E4．変形例４：
上記実施例において、アノードプレート２２０のディンプル２２６，２２７は、他の形状の凸部や凹部として形成されていても良い。例えば、流体の流れる方向に並列に設けられた流路壁（流路溝）として形成されるものとしても良い。 E4. Modification 4:
In the above embodiment, the dimples 226 and 227 of the anode plate 220 may be formed as convex portions or concave portions having other shapes. For example, it may be formed as a flow path wall (flow path groove) provided in parallel in the fluid flow direction.

第１実施例の燃料電池の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the fuel cell of 1st Example. 第１実施例の膜電極接合体の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the membrane electrode assembly of 1st Example. 第１実施例のカソードプレートの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the cathode plate of 1st Example. 第１実施例のアノードプレートの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the anode plate of 1st Example. 第１実施例の流路枠部材の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the flow-path frame member of 1st Example. 第１実施例の枠部材付セパレータの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the separator with a frame member of 1st Example. 第１実施例における燃料電池の組み付け工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the assembly | attachment process of the fuel cell in 1st Example. 第１実施例の燃料電池内部における流体の流れを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the flow of the fluid inside the fuel cell of 1st Example. 第１実施例の燃料電池内部における流体の流れを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the flow of the fluid inside the fuel cell of 1st Example. 第２実施例の燃料電池の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the fuel cell of 2nd Example. 第２実施例の膜電極接合体の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the membrane electrode assembly of 2nd Example. 第２実施例のカソードプレートの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the cathode plate of 2nd Example. 第２実施例のアノードプレートの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the anode plate of 2nd Example. 第２実施例における燃料電池の組み付け工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the assembly | attachment process of the fuel cell in 2nd Example. 第２実施例の燃料電池内部における流体の流れを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the flow of the fluid inside the fuel cell of 2nd Example. 第３実施例の膜電極接合体の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the membrane electrode assembly of 3rd Example. 第３実施例における燃料電池の組み付け工程を示す模式図。The schematic diagram which shows the assembly | attachment process of the fuel cell in 3rd Example. 第３実施例の燃料電池内部における流体の流れを説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the flow of the fluid inside the fuel cell of 3rd Example. 第４実施例のアノードプレートの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the anode plate of 4th Example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…電解質膜
１０ｅ…外周端部
２１，２２…電極
２１ｅ，２２ｅ…電極端部
１００,１００Ａ，１００Ｂ…膜電極接合体
１０００，１０００Ａ，１０００Ｂ…燃料電池
１１０…発電部
１２０，１２０Ｂ…シールガスケット
１２１…突起部
１２２ａ，１２２ｂ…酸素用流路溝
２００，２００Ａ，２００Ｂ…セパレータ
２１０，２１０Ａ…カソードプレート
２１１ａ，２１１ｂ…酸素用連通流路溝
２１３ａ，２１３ｂ…水素用連通流路溝
２１５ａ，２１５ｂ…冷媒用流路溝
２２０，２２０Ａ，２２０Ｄ，２２０Ｅ…アノードプレート
２２５，２２５Ａ…発電部流路形成部
２２６，２２６Ｃ，２２６Ｄ…凸ディンプル
２２７，２２７Ｃ，２２７Ｄ…凹ディンプル
２２７ｔ…底面
２２８ａ，２２８ｂ…冷媒連通流路
２５０…流路枠部材
２５１…貫通窓部
２５２ａ，２５２ｂ…酸素用連通流路
２５３ａ，２５３ｂ…水素連通流路
２５４ａ，２５４ｂ…水素櫛歯流路
２５８ａ，２５８ｂ…薄肉部位
４０１，４０２…エンドプレート
４０３…締結部材
５００…ガス流路部材
ＡＨ１，ＡＨ２…水素用連通孔
ＣＨ１，ＣＨ２…酸素用連通孔
ＥＡ…発電領域
Ｍ１〜Ｍ６…マニホールド孔
Ｐ１，Ｐ２…貫通孔列
ＳＬ…シールライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrolyte membrane 10e ... Outer peripheral edge 21, 22 ... Electrode 21e, 22e ... Electrode edge 100,100A, 100B ... Membrane electrode assembly 1000, 1000A, 1000B ... Fuel cell 110 ... Power generation part 120, 120B ... Seal gasket 121 ... Protrusions 122a, 122b ... Oxygen channel grooves 200, 200A, 200B ... Separators 210, 210A ... Cathode plates 211a, 211b ... Oxygen communication channel grooves 213a, 213b ... Hydrogen communication channel grooves 215a, 215b ... Refrigerant Flow path groove 220, 220A, 220D, 220E ... Anode plate 225, 225A ... Power generation part flow path forming part 226, 226C, 226D ... Convex dimple 227, 227C, 227D ... Concave dimple 227t ... Bottom surface 228a, 228b ... Refrigerant communication flow Channel 250: Channel frame member 251... Through-window portion 252a and 252b... Oxygen communication channel 253a and 253b ... Hydrogen communication channel 254a and 254b ... Hydrogen comb tooth channel 258a and 258b ... Thin portion 401 and 402 ... End plate 403 ... Fastening member 500 ... Gas Flow path member AH1, AH2 ... Hydrogen communication hole CH1, CH2 ... Oxygen communication hole EA ... Power generation region M1-M6 ... Manifold hole P1, P2 ... Through hole row SL ... Seal line

Claims

燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持するセパレータと、
を備え、
前記膜電極接合体の外周には、流体の漏洩を防止するためのシール部が設けられ、
前記セパレータは、前記燃料電池を挟持方向に沿って見たときに前記電極と重なる発電領域と、前記シール部を挟持する非発電領域とを有し、
前記発電領域は、第１と第２のプレートによって構成され、
前記第１のプレートは、前記電極側に突起し、分散して点在しているディンプル状の複数の電極側凸部と、前記第２のプレート側に突起し、分散して点在しているディンプル状の複数のプレート側凸部とを有し、
前記複数の電極側凸部は、前記非発電領域における前記セパレータと前記シール部との接触面よりも突出して、前記発電領域における反応ガスのためのガス流路を構成し、
前記複数のプレート側凸部は、前記発電領域において前記第１と第２のプレートの間に流入する冷媒のための冷媒流路を構成し、
前記発電領域を構成する前記第２のプレートは、平板状である、燃料電池。 A fuel cell,
A membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane;
A separator for sandwiching the membrane electrode assembly;
With
The outer periphery of the membrane electrode assembly is provided with a seal portion for preventing fluid leakage,
The separator has a power generation region that overlaps with the electrode when the fuel cell is viewed along the sandwiching direction, and a non-power generation region that sandwiches the seal portion.
The power generation area is constituted by first and second plates,
The first plate protrudes toward the electrode side and is dispersedly scattered and has a plurality of dimple-like convex portions protruding from the electrode, and protrudes toward the second plate side and is scattered and scattered. A plurality of dimple-shaped plate-side convex portions,
The plurality of electrode-side convex portions protrude from a contact surface between the separator and the seal portion in the non-power generation region, and constitute a gas flow path for a reactive gas in the power generation region,
The plurality of plate-side convex portions constitute a refrigerant flow path for the refrigerant flowing between the first and second plates in the power generation region ,
The fuel cell, wherein the second plate constituting the power generation region is flat.

請求項１記載の燃料電池であって、
前記電極はアノードとカソードとを含み、
前記第１のプレートは前記アノード側に配置され、
前記第２のプレートは前記カソード側に配置されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 , wherein
The electrode includes an anode and a cathode;
The first plate is disposed on the anode side;
The fuel cell, wherein the second plate is disposed on the cathode side.

請求項２記載の燃料電池であって、さらに、
前記電極に反応ガスを供給するためのガス流路部材を備え、
前記ガス流路部材は、前記第２のプレートと前記カソードとの間に配置される、燃料電池。 The fuel cell according to claim 2 , further comprising:
A gas flow path member for supplying a reactive gas to the electrode;
The fuel cell, wherein the gas flow path member is disposed between the second plate and the cathode.

請求項２または３に記載の燃料電池であって、
前記電極側凸部と前記電極とが直接的に接触する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 2 or 3 , wherein
A fuel cell in which the electrode-side convex portion and the electrode are in direct contact.

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記非発電領域は、前記第１と第２のプレートによって構成されており、
前記シール部は、前記第１と第２のプレートによって挟持され、
前記非発電領域の前記第１と第２のプレートの間には、前記反応ガス及び前記冷媒を前記ガス流路及び前記冷媒流路に誘導するための連通流路が形成されている、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The non-power generation area is constituted by the first and second plates,
The seal portion is sandwiched between the first and second plates;
A fuel flow path is formed between the first and second plates in the non-power generation area to guide the reaction gas and the refrigerant to the gas flow path and the refrigerant flow path. .

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記非発電領域は、前記第１と第２のプレートによって構成されており、
前記シール部は、前記第１と第２のプレートによって挟持され、
前記非発電領域の前記第１と第２のプレートの間には、前記冷媒を前記冷媒流路に誘導するための冷媒連通流路が形成されており、
前記シール部には、前記反応ガスを前記ガス流路に誘導するための反応ガス連通流路が形成されている、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The non-power generation area is constituted by the first and second plates,
The seal portion is sandwiched between the first and second plates;
Between the first and second plates of the non-power generation region, a refrigerant communication channel for guiding the refrigerant to the refrigerant channel is formed,
Wherein the sealing portion, the reaction gas communication flow path for guiding the front Symbol reaction gas to the gas flow path is formed, the fuel cell.