JP5942955B2 - 燃料電池用セパレーターと燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレーターと燃料電池に関する。

燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、それぞれの燃料電池セルは、向かい合うセパレーターにて膜電極接合体を挟持している。近年になり、膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域において、燃料ガスのガス流路や冷却水流路を、プレス成型による複数筋の凹凸条により、或いは複数の凸部を設けたりして、セパレーターの表裏面に形成する手法が提案されている（例えば、特許文献１等）。

国際公開公報ＷＯ２０１２／１６０６０７号 国際公開公報ＷＯ２０１２／０３５５８５号 特開２０００−１１３８９７号公報

上記の特許文献で提案された冷却水流路は、凸部や凹溝底部の高低により冷却水の流れの向きを変えつつ冷却水を通過させることから、冷却水の拡散性や分配性を高めることができる。ところで、冷却水が凸部や凹溝底部の高低の有る部位をその流れの向きを変えながら通過する際、冷却水の流れに淀みが生じ得る。燃料電池の運用開始後であれば、冷却水流路には既に冷却水が行き渡り流路は冷却水で満たされているので、冷却水の流れに淀みが生じても、特段の支障は無い。しかしながら、燃料電池組み付け時には冷却水流路にエアーが残存しているので、次のような新たな問題が生じ得ることが指摘されるに到った。

燃料電池の組み付け完了当初の冷却水供給の際、冷却水はエアー混在の状態でその流れの向きを変えながら通過することになる。よって、冷却水の流れの淀みの状況によっては、冷却水に押し出されずにエアーが流路に残ることが有り得、こうしたエアーがセパレーター中央領域の上端まで上昇してエアー溜まりを生じることが危惧される。こうして生じたエアー溜まりは、燃料電池の運用開始後の冷却水供給により押し出され得るが、仮に、セパレーター中央領域の上端に残ったままだと、エアー溜まりでの冷却が進まない。上記の特許文献では、エアー溜まりが生じ得るという事態を全く想定していないことから、セパレーター中央領域の上端側でのエアー溜まりを回避することが要請されるに到った。この他、冷却水流路としての凹溝を備えるセパレーターや燃料電池の製造コストの低減等を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用セパレーターが提供される。この燃料電池用セパレーターは、膜電極接合体に組み付けられる燃料電池用セパレーターであって、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域において、一方の面の側に形成された複数筋の第１面側凹溝と、前記セパレーター中央領域において、他方の面の側に形成された複数筋の第２面側凹溝と、前記セパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部と、前記セパレーター中央領域の上端に位置する前記第１面側凹溝において前記セパレーター中央領域と前記外縁部とを連通させ、前記第２面側凹溝の溝内のエアーを冷却水と共に前記セパレーター中央領域から前記外縁部に排出するエアー排出部とを備える。そして、このエアー排出部は、前記第２面側凹溝を通過する前記冷却水の流れの向きが変わるために、前記第２面側凹溝の溝内のエアーが前記セパレーター中央領域の上端側において溜まり得る箇所に形成されている。上記形態の燃料電池用セパレーターによれば、第２面側凹溝の溝内のエアーがセパレーター中央領域の上端側において溜まっても、このエアー溜まりが起きる箇所に設けたエアー排出部により、エアーを外縁部に排出することで、セパレーター中央領域の上端側でのエアー溜まりを回避できる。

（２）上記の形態の燃料電池用セパレーターにおいて、前記セパレーター中央領域の水平方向の一方の側の前記外縁部に形成された冷却水供給側マニホールドから供給された冷却水を、冷却水の流れの向きを変えつつ、それぞれの前記第２面側凹溝の溝内に拡散導入する冷却水導入部を備え、前記エアー排出部は、前記セパレーター中央領域の上端側であって且つ前記冷却水導入部の側のセパレーター中央領域コーナー部に位置するようにしてもよい。冷却水導入部では、冷却水はその流れの向きを変えつつ通過することから、この冷却水導入部の上方側でエアー溜まりが起き得るが、上記形態の燃料電池用セパレーターによれば、このエアー溜まりを、セパレーター中央領域コーナー部に位置するエアー排出部により、確実に回避できる。

（３）上記の形態の燃料電池用セパレーターにおいて、前記第１面側凹溝の溝内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給側マニホールドを、前記冷却水供給側マニホールドの上方側において前記外縁部に有するようにしてもよい。燃料ガス供給側マニホールドの側では、第１面側凹溝の溝内に燃料ガスが未消費のまま常時供給されるので、上記形態の燃料電池用セパレーターを有する燃料電池の形態では、発電のための電気化学反応が促進され、この電気化学反応による発熱が活発化する。上記の形態の燃料電池用セパレーターによれば、冷却水導入部の上方側であるセパレーター中央領域コーナー部でのエアー溜まり回避により、このセパレーター中央領域コーナー部に近い燃料ガス供給側マニホールドの側を確実に冷却できる。

（４）上記のいずれかの形態の燃料電池用セパレーターにおいて、前記第１面側凹溝と前記第２面側凹溝とは、前記セパレーター中央領域に対するプレス成型による複数筋の凹凸条の形成により、前記セパレーター中央領域においてセパレーター表裏面で交互に並び、前記エアー排出部は、前記セパレーター中央領域の上端に位置する前記第１面側凹溝の底部壁が凹とされた底部壁凹部であるようにしてもよい。こうすれば、エアー排出部としての底部壁凹部についても、セパレーター中央領域に対するプレス成型により、第１面側凹溝と第２面側凹溝と同時に形成できるので、製造コストを低減できる。

（５）上記の形態の燃料電池用セパレーターにおいて、前記冷却水導入部は、前記第２面側凹溝に対して前記セパレーター表裏面で交互に並んだ前記第１面側凹溝の溝深さが部分的に浅い浅溝部を、前記第１面側凹溝が延びる経路に沿って点在して備えるようにしてもよい。こうすれば、第１面側凹溝の浅溝部により、隣り合う第２面側凹溝の間で冷却水が通過することで、冷却水の向きが変わり、冷却水導入部は、それぞれの第２面側凹溝の溝内に冷却水を拡散導入できる。しかも、第１面側凹溝の浅溝部についても、セパレーター中央領域に対するプレス成型により、第１面側凹溝と第２面側凹溝と同時に形成できるので、製造コストを低減できる。

（６）本発明の他の形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池であって、前記燃料電池セルのそれぞれは、上記したいずれかの形態の燃料電池用セパレーターを前記第１のセパレーターとして備え、隣り合って積層された燃料電池セルは、一方の燃料電池セルの前記第１のセパレーターが有する前記第１面側凹溝の底部壁を、前記他方の燃料電池セルの前記第２のセパレーターに接触させる。

上記形態の燃料電池によれば、膜電極接合体を挟持する第１のセパレーターにて、セパレーター中央領域の上端側でのエアー溜まりをそれぞれの燃料電池セルにおいて回避できることから、エアー溜まりがあることによる冷却不具合を抑制できる。また、上記形態の燃料電池によれば、エアー排出部を有する第１のセパレーターを、既存の燃料電池セルにおいて置き換えればよいので、その製造コストの低減が可能であるほか、エアー溜まりがあることによる冷却不具合を容易に解消もしくは抑制できる。なお、上記形態の燃料電池では、第１のセパレーターのセパレーター中央領域における第１面側凹溝を、膜電極接合体に供給するガスの流路とできる。また、隣り合って積層した一方の燃料電池セルの第１のセパレーターが有する第１面側凹溝の底部壁を他方の燃料電池セルの第２のセパレーターに接触させることで、第２面側凹溝を閉塞して、この閉塞された第２面側凹溝を、冷却水が通過する冷却水流路とできる。

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、燃料電池の製造方法や燃料電池セルとしての形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。 ユニットセル１００の構成を分解して示す概略斜視図である。 アノード側セパレーター１２０の構成を示す概略平面図である。 図３に示した転換領域Ａに含まれる冷却水供給孔周辺領域Ｂにおける流路溝の形成状況を拡大して示す概略斜視図である。 図３に示した転換領域Ａに含まれる燃料ガス供給孔周辺領域Ｄにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して拡大して示す説明図である。 アノード側セパレーター１２０における冷却面側での冷却水の流れの様子を模式的に示す説明図である。 図５に示す燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側のセパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して更に拡大して示す説明図である。 セパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から見て拡大して示す概略斜視図である。 図３のＣ部拡大箇所における９−９線に沿った燃料電池１０の概略断面である。 対比例のアノード側セパレーター１２０Ｈにおけるセパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して更に拡大して示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。燃料電池１０は、燃料電池セルたるユニットセル１００をＺ方向（以下、「積層方向」とも呼ぶ）に複数積層し、一対のエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅで挟持したスタック構造を有している。燃料電池１０は、前端側のエンドプレート１７０Ｆとユニットセル１００との間に、前端側の絶縁板１６５Ｆを介在させて前端側のターミナルプレート１６０Ｆを有する。燃料電池１０は、後端側のエンドプレート１７０Ｅとユニットセル１００との間にも、同様に、後端側の絶縁板１６５Ｅを介在させて後端側のターミナルプレート１６０Ｅを有する。ユニットセル１００と、ターミナルプレート１６０Ｆ，１６０Ｅと、絶縁板１６５Ｆ，１６５Ｅおよびエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がｘ方向（水平方向）で短辺がｙ方向（垂直方向，鉛直方向）に沿うように配置されている。

前端側におけるエンドプレート１７０Ｆと絶縁板１６５Ｆとターミナルプレート１６０Ｆは、燃料ガス供給孔１７２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１７２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１７６ＩＮおよび冷却水排出孔１７６ＯＴとを有する。これらの給排孔は、各ユニットセル１００の対応する位置に設けられているそれぞれの孔（不図示）と連結して、それぞれに対応するガス或いは冷却水の給排マニホールドを構成する。その一方、後端側におけるエンドプレート１７０Ｅと絶縁板１６５Ｅとターミナルプレート１６０Ｅには、これらの給排孔は設けられていない。これは、反応ガス（燃料ガス，酸化剤ガス）および冷却水を前端側のエンドプレート１７０Ｆからそれぞれのユニットセル１００に対して供給マニホールドを介して供給しつつ、それぞれのユニットセル１００からの排出ガスおよび排出水を前端側のエンドプレート１７０Ｆから外部に対して排出マニホールドを介して排出するタイプの燃料電池であることによる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、前端側のエンドプレート１７０Ｆから反応ガスおよび冷却水を供給し、後端側のエンドプレート１７０Ｅから排出ガスおよび排出水が外部へ排出されるタイプ等の種々のタイプとすることができる。

複数の酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの下端の外縁部にｘ方向（長辺方向）に沿って配置されており、複数の酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴは、上端の外縁部にｘ方向に沿って配置されている。燃料ガス供給孔１７２ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの右端の外縁部のｙ方向（短辺方向）の上端部に配置されており、燃料ガス排出孔１７２ＯＴは、左端の外縁部のｙ方向の下端部に配置されている。複数の冷却水供給孔１７６ＩＮは、燃料ガス供給孔１７２ＩＮの下側にｙ方向に沿って並んで配置されており、複数の冷却水排出孔１７６ＯＴは、燃料ガス排出孔１７２ＯＴの上側にｙ方向に沿って並んで配置されている。そして、冷却水供給孔１７６ＩＮの並びの上側の二つの冷却水供給孔１７６ＩＮは、冷却水排出孔１７６ＯＴの並びの下側の二つの冷却水排出孔１７６ＯＴと向き合うように位置し、冷却水供給孔１７６ＩＮと冷却水排出孔１７６ＯＴとは、その一部がセパレーター中央領域１２１を挟んでｙ方向（上下方向）においてオーバーラップしている。

前端側のターミナルプレート１６０Ｆおよび後端側のターミナルプレート１６０Ｅは、各ユニットセル１００の発電電力の集電板であり、図示しない端子から集電した電力を外部へ出力する。

図２はユニットセル１００の構成を分解して示す概略斜視図である。図示するように、ユニットセル１００は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）１１０と、ＭＥＧＡ１１０の両面を挟むように配置されたアノード側セパレーター１２０と、カソード側セパレーター１３０と、接着シール１４０と、ガス流路部材１５０とを備える。

ＭＥＧＡ１１０は、電解質膜の両面に一対の触媒電極層が形成された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を含み、このＭＥＡをガス拡散透過を図るガス拡散層（Gas Diffusion Layer／ＧＤＬ）で挟持して構成される発電体である。なお、ＭＥＧＡをＭＥＡと呼ぶ場合もある。

アノード側セパレーター１２０およびカソード側セパレーター１３０は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成型したステンレス鋼やチタン鋼などの金属部材によって形成されている。本実施形態では、アノード側セパレーター１２０については、ステンレス鋼をプレス成型して作製した。

アノード側セパレーター１２０は、ＭＥＧＡ１１０の側の面に、複数筋の溝状の燃料ガス流路を備え、反対側の面に、複数筋の溝状の冷却水流路を備え、この両流路を、セパレーター表裏面で交互に並べている。これら流路については、後述する。このアノード側セパレーター１２０は、上述したマニホールドを構成する給排孔として、燃料ガス供給孔１２２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１２２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮおよび冷却水排出孔１２６ＯＴとを備える。同様に、カソード側セパレーター１３０は、燃料ガス供給孔１３２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１３２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１３６ＩＮおよび冷却水排出孔１３６ＯＴとを備える。また、接着シール１４０にあっても、同様に、アノード側セパレーター１２０の給排孔に対応して、燃料ガス供給孔１４２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１４２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１４４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１４４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１４６ＩＮおよび冷却水排出孔１４６ＯＴとを備える。

接着シール１４０は、シール性と絶縁性を有する樹脂或いはゴム等から形成され、その中央に、ＭＥＧＡ１１０の矩形形状に適合した発電領域窓１４１を有する。この発電領域窓１４１の周縁は、段差形状とされており、その段差部に、ＭＥＧＡ１１０が組み込み装着される。こうして発電領域窓１４１に装着されたＭＥＧＡ１１０は、接着シール１４０の段差部において接着シール１４０と重なり、発電領域窓１４１にて露出した領域を、後述のアノード側セパレーター１２０から燃料ガスの供給を受ける発電領域１１２とする。接着シール１４０は、ＭＥＧＡ１１０が組み込まれた発電領域窓１４１の周囲領域に既述した給排孔を備え、ＭＥＧＡ１１０を発電領域窓１４１に組み込んだ状態で、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とを、それぞれの給排孔回りを含めてシールする。つまり、接着シール１４０は、段差部でＭＥＧＡ１１０をその発電領域１１２の外側領域に亘ってシールするほか、ＭＥＧＡ１１０の矩形形状外周面についても、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０との間でシールする。なお、アノード側およびセパレーター側の両セパレーターは、ユニットセル１００が積層された際の燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水ごとの給排孔のシール性をセパレーター同士の接合面で確保すべく、後述の図３に示すように燃料ガス用シール材３００と、酸化剤用シール材３０１と、冷却水用シール材３０２とを備える。

ガス流路部材１５０は、接着シール１４０を介在させた上で、ＭＥＧＡ１１０とカソード側セパレーター１３０との間に位置し、酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮから酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴに掛けての酸化剤ガスの流路を形成する。そして、このガス流路部材１５０は、その部材上下端を、酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮの上端と酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴの下端に重なるように延ばしている。このため、ガス流路部材１５０は、カソード側セパレーター１３０の酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮから供給される酸化剤ガスを部材下端から導き入れ、その導き入れた酸化剤ガスを、ＭＥＧＡ１１０の面方向（ＸＹ平面方向）に沿って流す。そして、ガス流路部材１５０は、余剰の酸化剤ガスを部材上端から酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴに排出する。このようなガス流路部材１５０としては、金属多孔体（例えば、エキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料が用いられる。また、このガス流路部材１５０は、図２における上下端に、ガス非透過の薄葉状のシーリングシート１５１を備え、当該シートを、ＭＥＧＡ１１０の上下端領域に接合させている。

カソード側セパレーター１３０は、既述した給排孔の形成領域を含めてほぼ平板状とされ、図２におけるガス流路部材１５０の上下端近傍に、脚１３１を、図２における紙面奥側に突出させている。この脚１３１は、ユニットセル１００が積層された際に、隣り合うユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０における後述の外縁部１２３に接触する。この様子については、後述する。

図３はアノード側セパレーター１２０の構成を示す概略平面図である。この図３は、アノード側セパレーター１２０に隣接する他のユニットセル１００に対向する面（以下、「冷却面」とも呼ぶ）側から見た状態を示している。この冷却面と反対のＭＥＧＡ１１０に対向する面を「ガス面」とも呼ぶ。アノード側セパレーター１２０は、ステンレス鋼等をプレス成型して形成され、図２に示すように、接着シール１４０とガス流路部材１５０とを介在させて、ＭＥＧＡ１１０をカソード側セパレーター１３０と共に挟持する。このアノード側セパレーター１２０は、ＭＥＧＡ１１０の既述した発電領域１１２と対向するセパレーター中央領域１２１に、後述の複数筋の第１溝２０２と第２溝２０４とを交互に並べて備え、セパレーター中央領域１２１から外側に延びて当該中央領域を取り囲む平板状の外縁部１２３に、既述した反応ガスおよび冷却水の給排孔として、燃料ガス供給孔１２２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１２２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮおよび冷却水排出孔１２６ＯＴとを備える。これら給排孔のうち、燃料ガス供給孔１２２ＩＮと燃料ガス排出孔１２２ＯＴとは、燃料ガス用シール材３００により個別にシールされ、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮと複数の酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴとは、酸化剤用シール材３０１により、孔の並びごとシールされる。また、冷却水用シール材３０２は、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮと冷却水排出孔１２６ＯＴ、および冷却面側のセパレーター中央領域１２１を含む冷却水流通域を取り囲み、この冷却水流通域をシールする。こうした給排孔シールは、カソード側セパレーター１３０においてもなされている。

第１溝２０２は、アノード側セパレーター１２０の既述したガス面側であって図３においては紙面奥側の面の側で凹な凹溝であり、このガス面において延びる。第２溝２０４は、アノード側セパレーター１２０の既述した冷却面側であって図３においては紙面手前側の面の側で凹な凹溝であり、この冷却面において延びる。そして、この第１溝２０２と第２溝２０４は、両溝形状に適合した凹凸形状の金型をセパレーター中央領域１２１に対するプレス押圧するプレス成型による複数筋の凹凸条として形成され、セパレーター中央領域１２１においてアノード側セパレーター１２０の表裏面で交互に並ぶ。つまり、アノード側セパレーター１２０は、図３における縦断面視において、この第１溝２０２と第２溝２０４とが交互に繰り返し並んだ断面凸凹形状（断面波形形状）とされている。

ガス面側で凹な第１溝２０２は、接着シール１４０の発電領域窓１４１に露出したＭＥＧＡ１１０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路溝（以下、「燃料ガス流路溝２０２」とも呼ぶ）を構成し、冷却面側で凹な第２溝２０４は、燃料ガス流路溝２０２を仕切るリブを構成するとともに、後述のカソード側セパレーター１３０にアノード側セパレーター１２０が接触することで、冷却水が通過する冷却水流路溝（以下、「冷却水流路溝２０４」とも呼ぶ）を構成する。そして、複数の燃料ガス流路溝２０２で構成される燃料ガス流路２００が、燃料ガス供給孔１２２ＩＮから燃料ガス排出孔１２２ＯＴへ向けてサーペンタイン状に、図３における紙面裏側の既述したガス面側に形成されている。本実施形態のユニットセル１００は、サーペンタイン状の燃料ガス流路２００において、図３に示すセパレーター中央領域１２１の上下端側に位置する燃料ガス流路溝２０２を、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向、即ち図３におけるｘ方向に延ばしている。こうすることで、セパレーター中央領域１２１がＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２に対向した場合に、この発電領域１１２の周縁にも、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向に延びた燃料ガス流路溝２０２から燃料ガスを供給できる。なお、図３のＣ部拡大に示すように、セパレーター中央領域１２１の上下端側に位置して、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向に延びる第１溝２０２を、セパレーター中央領域１２１の内側に位置する第１溝２０２と区別すべく、端部第１溝２０２ｔと称することとする。

燃料ガス流路溝２０２は、サーペンタイン状の溝経路を採ることから、図３に示すセパレーター中央領域１２１の左右の水平端側領域である転換領域Ａでは、溝経路向きをｘ方向からｙ方向に、或いはこの逆にｘ方向からｙ方向に変えると共に、燃料ガス供給孔１２２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１２２ＯＴの近傍では溝経路向きを斜めに変える。そして、第１溝２０２は、この転換領域Ａを含め、ｘ方向に延びる直線流路域において、冷却面側において、冷却水流路溝２０４を仕切るリブとして機能する。燃料ガス流路溝２０２は、ｘ方向に延びる直線流路域において冷却水流路溝２０４を仕切るリブとして機能するとはいえ、冷却水排出孔１２６ＯＴの側へ向かう第２溝２０４での冷却水の流れを阻害しない。ところが、溝経路向きが変換する転換領域Ａでは、燃料ガス流路溝２０２が壁となって、冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水排出孔１２６ＯＴへ向かう冷却水の流れが阻害され得る。そこで、この領域の燃料ガス流路溝２０２を以下で説明する構造とすることにより、これを防止している。

図４は図３に示した転換領域Ａに含まれる冷却水供給孔周辺領域Ｂにおける流路溝の形成状況を拡大して示す概略斜視図である。図４において、紙面手前側が冷却面側であり、紙面奥側がガス面側である。ｙ方向に沿って形成された燃料ガス流路溝２０２には、浅溝部２０８が点在形成されている。浅溝部２０８は、他の部分（以下、「深溝部２０６」とも呼ぶ）よりも深さが浅い部分である。ここで、燃料ガス流路溝２０２の深さとは、アノード側セパレーター１２０のガス面のＭＥＧＡ１１０に接触する部分の位置から、燃料ガス流路溝２０２の底部までの距離を意味する。従って、燃料ガス流路溝２０２の深さは、深溝部２０６の位置において深く、浅溝部２０８の位置において浅くなるものの、深溝部２０６と浅溝部２０８は、図３の転換領域Ａにおける燃料ガス流路溝２０２の溝経路に沿って交互に並んでいるが、いずれも、ＭＥＧＡ１１０とは接触しない。よって、燃料ガス流路溝２０２は、図３の転換領域Ａにおいてもその流路溝経路に沿って燃料ガスを通過させる。この場合、深溝部２０６の深さは、転換領域Ａ以外の流路溝経路（燃料ガス流路２００：図３参照）における燃料ガス流路溝２０２と同じとされている。

また、複数のユニットセル１００が積層された燃料電池１０（図１，２参照）において、アノード側セパレーター１２０は、隣接するユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０の表面に、各深溝部２０６の底部壁２０２ｓの外周面、図４の図示では天井面を接触させ、浅溝部２０８の位置ではカソード側セパレーター１３０に接触させない。このため、アノード側セパレーター１２０の浅溝部２０８の位置の冷却面側には、カソード側セパレーター１３０の表面との間に、浅溝部２０８を挟んで隣接する２つの冷却水流路溝２０４を連通する連通流路溝２０５が複数形成される。この連通流路溝２０５は、冷却水供給孔１２６ＩＮの側から延びてｙ方向に延びた冷却水流路溝２０４と交差するようになる。この構造によって、冷却水は、冷却水流路溝２０４に沿ってｙ方向に流れるだけでなく、連通流路溝２０５を介してｘ方向にも流れるようにすることが可能となる。つまり、連通流路溝２０５は、隣り合う冷却水流路溝２０４における冷却水の通過を許容するので、隣り合う冷却水流路溝２０４の間の冷却水流通が起きる。これにより、転換領域Ａにおいて、ｘ方向に沿って延びる冷却水流路溝２０４を流れる冷却水は、ｙ方向に沿って延びる燃料ガス流路溝２０２によってその流れが遮断されずに、冷却水流路溝２０４に沿って、或いは隣り合う冷却水流路溝２０４の間に亘って流れる。図４に示す冷却水供給孔周辺領域Ｂでｙ方向に延びる冷却水流路溝２０４は、図３に示すように、やがてｘ方向に延び、このｘ方向に延びる範囲においては、溝経路に沿って冷却水を流す。

また、図示は省略するが、図３に示した転換領域Ａのｘ方向に沿った燃料ガス流路溝２０２にも同様に浅溝部２０８が点在形成される。これにより、ｙ方向に沿って延びる燃料ガス流路溝２０２に平行な冷却水流路溝２０４を流れる冷却水は、ｘ方向に沿って延びる燃料ガス流路溝２０２によってその流れが遮断されない。この他、ｘ方向およびｙ方向に沿った燃料ガス流路溝２０２だけでなく、転換領域Ａにおいて溝経路向きがｘ方向およびｙ方向に対して斜めに変わる燃料ガス流路溝２０２に対しても同様に浅溝部２０８が点在形成される。これにより、溝経路向きがｘ方向およびｙ方向に対して斜めに延びる燃料ガス流路溝２０２に平行な冷却水流路溝２０４を流れる冷却水は、冷却水流路溝２０４の両隣で斜めに延びる燃料ガス流路溝２０２によって、その流れが遮断されない。従って、アノード側セパレーター１２０は、冷却水供給孔１２６ＩＮから供給される冷却水を、ｘ方向およびｙ方向のいずれの方向に沿った燃料ガス流路溝２０２によっても遮断させずに、冷却水排出孔１２６ＯＴへ向けて流すことが可能である。つまり、冷却水は、冷却水流路溝２０４を流れる冷却水と燃料ガス流路溝２０２を流れる冷却水の合流の結果、その流れの向きを変えつつ冷却水供給孔周辺領域Ｂのみならず、転換領域Ａの全域において流れる。

アノード側セパレーター１２０は、燃料ガス流路溝２０２を図３の転換領域Ａにおいてはその溝経路に沿って深溝部２０６と浅溝部２０８を交互に並べて備える。その一方、アノード側セパレーター１２０は、サーペンタイン状の溝経路における直線経路、即ち図３におけるｘ方向では、ガス面側の端部第１溝２０２ｔを含む他の燃料ガス流路溝２０２と、冷却水側の冷却水流路溝２０４とを、単純な凹溝形状としている。

また、アノード側セパレーター１２０は、図４に示すように、案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８とを備える。案内凸部１２７は、冷却水供給孔１２６ＩＮとセパレーター中央領域１２１（図３参照）との間において、セパレーター中央領域１２１に対して傾斜して冷却面側に突出し、平面状の頂上面を有する。供給孔間凸部１２８は、案内凸部１２７から供給孔間に延びる形状で冷却面側に突出し、平面状の頂上面を有する。この案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８とは、その頂上面の高さが深溝部２０６の底部壁２０２ｓと同じとなるように冷却面側に突出している。よって、アノード側セパレーター１２０が後述のカソード側セパレーター１３０に接触することで、案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８とは、その頂上面をカソード側セパレーター１３０に密着させて両セパレーターの間に冷却水流通域を形成し、冷却水供給孔１２６ＩＮからの冷却水を案内しつつ、冷却水流路溝２０４および連通流路溝２０５に冷却水を導き入れる整流機能を発揮する。

図５は図３に示した転換領域Ａに含まれる燃料ガス供給孔周辺領域Ｄにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して拡大して示す説明図である。この図５においても、紙面手前側が冷却面側であり、紙面奥側がガス面側である。

図５に示すように、燃料ガス供給孔１２２ＩＮに繋がる燃料ガス入口側領域では、セパレーター中央領域１２１（図３参照）において燃料ガス流路溝２０２が水平（ｘ方向）に延びる内部流路部２１０と、連結流路部２２０と導入流路部２３０とで構成される。導入流路部２３０は、燃料ガス供給孔１２２ＩＮに繋がる流路域であり、連結流路部２２０は、燃料ガス供給孔１２２ＩＮから導入流路部２３０を経由して流れてきた燃料ガスを内部流路部２１０の各ガス流路に受け渡す流路域であり、図示するように、ｘ方向に延びた後に傾斜し、再度、ｘ方向に延びる流路域である。つまり、この連結流路部２２０は、内部流路部２１０に属する燃料ガス流路溝２０２からなる燃料ガス流路部分２００ａに繋がるようｘ方向に延びる第１連結流路部分２００ｂと、第１連結流路部分２００ｂに繋がる傾斜した第２連結流路部分２００ｃと、第２連結流路部分２００ｃに繋がってｘ方向に延びる第３連結流路部分２００ｄと、第３連結流路部分２００ｄと導入流路部２３０とを連結する境界流路溝２０２ｅとで構成されている。

第１連結流路部分２００ｂは、燃料ガス流路部分２００ａの複数の燃料ガス流路溝２０２ａに繋がり、ｘ方向に延びる複数の第１連結流路溝２０２ｂで構成されている。第２連結流路部分２００ｃは、第１連結流路溝２０２ｂから重力方向に傾斜した方向に沿って下方向に向かって延びる複数の第２連結流路溝２０２ｃ（以下、傾斜ガス流路溝部２０２ｃとも呼ぶ）で構成されている。この第２連結流路溝２０２ｃは、重力方向に対して傾いた方向（例えば斜め下方向）に沿って下方に延びていることが好ましいが、重力方向に延びていても良い。第３連結流路部分２００ｄは、境界流路溝２０２ｅおよび第２連結流路溝２０２ｃに繋がり、ｘ方向に延びる複数の第３連結流路溝２０２ｄで構成されている。境界流路溝２０２ｅは、第３連結流路部分２００ｄと導入流路部２３０との境界でｙ方向に沿って延びる溝で構成されている。なお、連結流路部２２０を構成する各連結流路溝２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄは、図４に示した燃料ガス流路溝と同様に、深溝部２０６と浅溝部２０８をそれぞれの溝経路に沿って交互に点在させて備え、冷却面側において冷却水を流す図４の連通流路溝２０５相当の連通流路溝を、隣り合う冷却水流路溝２０４において構成する。

導入流路部２３０は、境界流路溝２０２ｅに繋がる第１導入流路部分２３０Ａと、第１導入流路部分２３０Ａおよび燃料ガス供給孔１２２ＩＮに繋がる第２導入流路部分２３０Ｂとで構成されている。これらの導入流路部分２３０Ａ，２３０Ｂは、アノード側セパレーター１２０のガス面との間に配置されたシーリングプレート１２９と、アノード側セパレーター１２０との間に形成されている。第１導入流路部分２３０Ａは、境界流路溝２０２ｅに繋がり、略くし歯状流路を構成する複数の第１導出流路溝２３２Ａで構成されている。また、第２導入流路部分２３０Ｂは、シーリングプレート１２９に形成された略くし歯状の凸部２３４Ｂによって形成され、略くし歯状流路を構成する。

なお、図示および説明を省略するが、燃料ガス流路２００のうち燃料ガス排出孔１２２ＯＴに繋がる出口側領域も、上記した入口側領域と同様に、燃料ガス排出孔１２２ＯＴに繋がる導入流路部、および、導入流路部と内部流路部との間の連結流路部とで構成されている。

冷却水流路溝２０４は、上記した燃料ガス流路部分２００ａ〜２０２ｄの間に形成されており、第２連結流路溝２０２ｃの形成領域には、溝経路方向において、見かけ上、閉塞した冷却水流路溝２０４が形成されている。しかしながら、図４で説明したように、隣り合う冷却水流路溝２０４において、冷却水の通過を許容する連通流路溝２０５が、それぞれの燃料ガス流路溝２０２における深溝部２０６と浅溝部２０８とにより数多く形成されていることから、隣り合う冷却水流路溝２０４の間の冷却水流通により、冷却水は、溝経路方向で閉鎖した冷却水流路溝２０４にも入り込み、当該冷却水流路溝に沿って流れる。

本実施形態のアノード側セパレーター１２０は、図３に示すセパレーター中央領域１２１の左右両端の転換領域Ａにおいて、図４〜図５で説明した溝形態を有することから、冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水排出孔１２６ＯＴに掛けて、次のように冷却水を通過させる。図６はアノード側セパレーター１２０における冷却面側での冷却水の流れの様子を模式的に示す説明図である。図示するように、冷却水供給孔１２６ＩＮの各供給孔から供給された冷却水は、連通流路溝２０５を経由して供給孔側の転換領域Ａの冷却水流路溝２０４に入り込む。この際の冷却水の流れは、案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８（図４参照）での整流を受けるので、アノード側セパレーター１２０の図における右方下端側に位置する冷却水供給孔１２６ＩＮから概ね斜め上方に向けた流れとなる。

転換領域Ａには、隣り合う冷却水流路溝２０４の間の冷却水通過を許容する連通流路溝２０５（図４参照）が形成済みであるので、全体としての冷却水の流れは、転換領域Ａにおいて冷却水排出孔１２６ＯＴの側に向かう水平方向に転ずる。つまり、アノード側セパレーター１２０は、深溝部２０６と浅溝部２０８の点在配置の結果としての連通流路溝２０５による上記した冷却水の流れを起こす。これに加え、アノード側セパレーター１２０は、セパレーター中央領域１２１（図３参照）の上下方向に亘って水平に延びるそれぞれの冷却水流路溝２０４に冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水を導入するに当たり、燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側の転換領域Ａにおいて、案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８、燃料ガス流路溝２０２に点在配置した深溝部２０６と浅溝部２０８により、外縁部１２３の冷却水供給孔１２６ＩＮから供給された冷却水を、その流れの向きを変えつつ、それぞれの冷却水流路溝２０４の溝内に拡散導入する。この場合、セパレーター中央領域１２１の燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側のコーナー部、即ち、セパレーター中央領域１２１の上端側であって且つ冷却水供給孔１２６ＩＮの側のセパレーター中央領域コーナー部の周辺では、セパレーター中央領域１２１の上端の側に向けた冷却水の流れが起きる。

冷却水供給孔１２６ＩＮの側の転換領域Ａに続く燃料ガス流路２００は、当該流路を構成するそれぞれの燃料ガス流路溝２０２は、図における水平方向（ｘ方向）に沿って延びている。よって、転換領域Ａで水平方向に転じた冷却水は、燃料ガス流路溝２０２に沿って水平方向に流れる。そして、冷却水排出孔１２６ＯＴの側の転換領域Ａでは、既述した連通流路溝２０５により、全体としての冷却水の流れ方向が、水平方向からそれぞれの冷却水排出孔１２６ＯＴに向けた方向となり、アノード側セパレーター１２０は、冷却水を案内凸部１２７と供給孔間凸部１２８（図４参照）とで整流しながら、冷却水流路溝２０４の溝内から冷却水を燃料ガス排出孔１２２ＯＴに導く。

次に、セパレーター中央領域１２１の燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側のコーナー部における流路構成について詳述する。図７は図５に示す燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側のセパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して更に拡大して示す説明図、図８はセパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から見て拡大して示す概略斜視図である。

図示するように、アノード側セパレーター１２０は、セパレーター中央領域１２１の上端において水平方向（ｘ方向）に延びる端部第１溝２０２ｔに陥没コーナー凹所２０２ｔｂを有する。この陥没コーナー凹所２０２ｔｂは、燃料ガス流路溝２０２に設けた浅溝部２０８と同様、端部第１溝２０２ｔにおける他の部分よりも深さが浅くされている。図７では、深さの浅い浅溝部２０８と陥没コーナー凹所２０２ｔｂについては、その位置をハッチングにて示している。そして、陥没コーナー凹所２０２ｔｂは、浅溝部２０８と同様にＭＥＧＡ１１０とは接触しないので、ガス面側の端部第１溝２０２ｔは、その流路溝経路に沿って燃料ガスをｘ方向に通過させる。また、アノード側セパレーター１２０は、この陥没コーナー凹所２０２ｔｂの外周面、図８の図示では天井面を浅溝部２０８と同様にカソード側セパレーター１３０に接触させない。よって、この陥没コーナー凹所２０２ｔｂは、図７において端部第１溝２０２ｔの下方でｘ方向に延びる冷却水流路溝２０４と、端部第１溝２０２ｔより上方の外縁部１２３とを連通する。これにより、端部第１溝２０２ｔの下方の冷却水流路溝２０４にまで流れ込んだ冷却水は、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを経て、セパレーター中央領域１２１の外縁の外縁部１２３の側に通過可能となる。

次に、燃料電池１０におけるユニットセル１００の積層の様子を説明する。図９は図３のＣ部拡大箇所における９−９線に沿った燃料電池１０の概略断面である。図示するように、燃料電池１０は、複数のユニットセル１００を積層して構成され、ユニットセル１００は、ＭＥＧＡ１１０をアノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とで挟持する。なお、この図９では、ＭＥＧＡ１１０は、電解質膜の両膜面に触媒電極層を接合したＭＥＡ１１０Ｄをアノード側ガス拡散層１１０Ａとカソード側ガス拡散層１１０Ｃで挟持した形態で示されている。そして、それぞれのユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０がセパレーター中央領域１２１の外側に延ばして備える外縁部１２３（図２〜図３参照）を、ＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２（図２〜図３参照）の周縁において、ＭＥＧＡ１１０に接合させる。また、それぞれのユニットセル１００は、第１溝２０２と第２溝２０４が形成済みのセパレーター中央領域１２１をＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２に対向させて接合する。これにより、端部第１溝２０２ｔと他の部位の第１溝２０２は、その凹溝開口端がＭＥＧＡ１１０で閉塞され、既述したように延びる燃料ガス流路溝２０２として機能する。

隣り合って積層されたユニットセル１００は、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０が有する第１溝２０２の底部壁２０２ｓを、他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０に接触させる。これにより、第２溝２０４は、その凹溝開口端が閉塞され、既述したように延びる冷却水流路溝２０４として機能する。また、隣り合って積層されたユニットセル１００は、一方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０が有する脚１３１を、他方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３に接触させる。これにより、脚１３１は、アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３において、それぞれのユニットセル１００の支えとして機能する。この他、隣り合って積層されたユニットセル１００は、燃料ガス供給孔１２２ＩＮと冷却水流路溝２０４が開口した側の冷却面側におけるセパレーター中央領域１２１と燃料ガス排出孔１２２ＯＴとを含む冷却水流通域を取り囲む冷却水用シール材３０２（図３参照）と、酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴを取り囲む酸化剤用シール材３０１とを、セパレーター上端側において、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０と他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０との間に挟持する。なお、セパレーター下端側では、冷却水用シール材３０２と、酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮを取り囲む酸化剤用シール材３０１とが、セパレーター左右両端では、冷却水用シール材３０２と、燃料ガス供給孔１２２ＩＮを取り囲む燃料ガス用シール材３００および燃料ガス排出孔１２２ＯＴを取り囲む燃料ガス用シール材３００とが、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０と他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０とで挟持される。このようにユニットセル１００を積層した燃料電池１０は、図示しない締結シャフト等にて、セル積層方向に締結される。

本実施形態の燃料電池１０は、図９に示した積層およびスタック化、並びに締結完了の時点で、それぞれのユニットセル１００におけるアノード側セパレーター１２０の冷却水流路溝２０４からのエアー排出処置を受ける。つまり、アノード側セパレーター１２０では、冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水が供給される。こうして供給された冷却水は、セパレーター中央領域１２１において冷却水供給孔１２６ＩＮの側で占める転換領域Ａに到った後、当該領域における連通流路溝２０５による隣り合う冷却水流路溝２０４の間での冷却水の通過により、それぞれの冷却水流路溝２０４に冷却水供給孔１２６ＩＮから拡散して入り込む。これにより、冷却水は、燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側の転換領域Ａの全域に行き渡るので、本実施形態の燃料電池１０によれば、発電運転に伴い供給される燃料ガスが未消費のまま最初に到達して発電反応が活発となりがちな燃料ガス供給孔１２２ＩＮの周辺領域を、高い効率で冷却できる。

こうして冷却水流路溝２０４に入り込んだ冷却水は、その際に仮に溝内にエアーが残っていれば、溝経路に沿って冷却水流路溝２０４を流れる間に、溝内のエアーを押し流す。そして、この転換領域Ａにおける冷却水の流れは、図６で説明したように、冷却水供給孔１２６ＩＮからの流れの向きである斜め上方に向けた向きから冷却水排出孔１２６ＯＴの側に向かう水平方向に変換される。転換領域Ａにおける冷却水流路溝２０４と連通流路溝２０５を冷却水が流れる際、これら溝内のエアーにあっても冷却水の流れにより押し流されるが、既述したように冷却水はその流れの向きを変えながら通過するので、冷却水の流れに淀みが生じ得る。よって、冷却水流路溝２０４に仮にエアーが残っていれば、冷却水の流れの淀みの状況によっては、冷却水に押し出されずにエアーが冷却水流路溝２０４に残ったままとなり得る。そして、燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側の転換領域Ａにおいては図４や図８に示すように、上下方向（ｙ方向）に延びる冷却水流路溝２０４やこれに繋がる連通流路溝２０５が有ることから、溝内のエアーが端部第１溝２０２ｔの側に上昇し得る。図１０は対比例のアノード側セパレーター１２０Ｈにおけるセパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣにおける流路溝の形成状況を冷却面側から平面視して更に拡大して示す説明図である。

図示する対比例のアノード側セパレーター１２０Ｈは、セパレーター中央領域１２１の上端の端部第１溝２０２ｔを、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを備えない単純な凹溝形状としている。そうすると、この端部第１溝２０２ｔの下方において延びる冷却水流路溝２０４は、カソード側セパレーター１３０との接触により閉鎖状態となるので、端部第１溝２０２ｔの側に上昇した溝内のエアーは、端部第１溝２０２ｔでそれ以上の上昇が妨げられ、端部第１溝２０２ｔの端部側にエアー溜まりを形成すると想定される。そして、このエアー溜まりは、燃料ガスが未消費のまま最初に到達して発電反応が活発となりがちな燃料ガス供給孔１２２ＩＮの周辺領域を覆うことになる。

これに対し、本実施形態のアノード側セパレーター１２０は、図７や図８に示すように、端部第１溝２０２ｔに、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを有する。この陥没コーナー凹所２０２ｔｂは、端部第１溝２０２ｔの下方でｘ方向に延びる冷却水流路溝２０４と、端部第１溝２０２ｔより上方の外縁部１２３とを連通するので、端部第１溝２０２ｔの側に上昇した溝内のエアーは、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを、端部第１溝２０２ｔの側に上昇した冷却水と共に抜けて、セパレーター中央領域１２１からその外縁の外縁部１２３に排出される。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、燃料ガス供給孔１２２ＩＮの周辺を含むセパレーター中央領域１２１の全領域に亘って、エアーが残留しない状態とできるので、高い冷却効率でそれぞれのユニットセル１００を冷却できる。なお、こうして外縁部１２３に排出されたエアーは、外縁部１２３とカソード側セパレーター１３０との間（図９参照）を通過して、冷却水排出孔１２６ＯＴからユニットセル外に持ち出される。

本実施形態の燃料電池１０は、冷却水流路溝２０４におけるエアー溜まりを燃料ガスが未消費のまま最初に到達して発電反応が活発となりがちな燃料ガス供給孔１２２ＩＮの周辺領域にて回避するので、冷却効果の維持、もしくは工場を図ることができる。

本実施形態のアノード側セパレーター１２０によれば、端部第１溝２０２ｔの燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側より端部に、底面壁が陥没した陥没コーナー凹所２０２ｔｂを形成すればよいので、エアー溜まり回避の構成を簡略化できると共に、簡便にエアー溜まりを回避できる。しかも、端部第１溝２０２ｔへの陥没コーナー凹所２０２ｔｂの形成は、端部第１溝２０２ｔを含む他の第２溝２０４と燃料ガス流路溝２０２とのプレス成型でなされるので、セパレーター製造コストを低減できる。この陥没コーナー凹所２０２ｔｂは、端部第１溝２０２ｔの他の溝経路部位より溝深さが浅いので、一律な溝形状の端部第１溝２０２ｔの成型に用いていたプレス雄金型の凸条頂上を、精密砥石機器を用いて研磨すれば足りる。この点からも、本実施形態のアノード側セパレーター１２０によれば、セパレーター製造コストを低減できる他、エアー溜まりの回避を、プレス雄金型の凸条頂上研磨という簡便な手法で解消もしくは抑制できる。しかも、既存のプレス雄金型の凸条頂上研磨で済むことから、既存設備の有効利用ができると共に、金型コストの低下によりセパレーター製造コストをより低減できる。

本実施形態のアノード側セパレーター１２０では、転換領域Ａにおいて冷却水の流れの向きを変えつつ冷却水流路溝２０４に冷却水を拡散導入するに当たり、燃料ガス流路溝２０２の溝経路に深溝部２０６と浅溝部２０８とを点在形成した。この浅溝部２０８は、深溝部２０６より溝深さを浅くすればよく、既述した陥没コーナー凹所２０２ｔｂと同様、プレス成型で形成される。よって、この点からも、本実施形態のアノード側セパレーター１２０によれば、セパレーター製造コストを低減できる。

本実施形態の燃料電池１０は、セパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣ（図５参照）の陥没コーナー凹所２０２ｔｂにてエアー溜まりの回避をもたらすアノード側セパレーター１２０を用いている。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、その発電運転中における冷却不足を招かないので、電池性能の維持もしくは向上を図ることができる。

本実施形態の燃料電池１０では、セパレーター中央領域１２１の上端で延びる端部第１溝２０２ｔに陥没コーナー凹所２０２ｔｂを有するアノード側セパレーター１２０を、既存のユニットセル１００において置き換えればよい。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、電池製造コストの低減を図ることができるほか、エアー溜まりが生じることで起き得る冷却不足等の不具合を、容易に解消もしくは抑制できる。

本実施形態の燃料電池１０では、それぞれのユニットセル１００において、陥没コーナー凹所２０２ｔｂをセパレーター中央領域１２１の燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側のコーナー部ＤＣに一つ有するに過ぎない。よって、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを経てセパレーター中央領域１２１からその外縁の外縁部１２３には、不用意に冷却水を流し出さないので、セパレーター中央領域１２１における冷却不足を招かない。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記した実施形態のアノード側セパレーター１２０では、セパレーター中央領域１２１のコーナー部ＤＣ（図５参照）において、端部第１溝２０２ｔに陥没コーナー凹所２０２ｔｂを設けたが、燃料ガス流路溝２０２や冷却水流路溝２０４の溝経路によって他の部位にエアー溜まりが発生し得るのであれば、当該部位に陥没コーナー凹所２０２ｔｂを設けてもよい。このエアー溜まりが発生し得る箇所は、コンピューターを用いたシミュレーションの他、ユニットセル１００そのものを用いた実験的な手法により、特定すればよい。この他、冷却水排出孔１２６ＯＴの側におけるセパレーター中央領域１２１のコーナー部に、燃料ガス供給孔１２２ＩＮの側と同様の陥没コーナー凹所２０２ｔｂを設けてもよい。セパレーター中央領域１２１の上端で延びる端部第１溝２０２ｔの複数箇所に陥没コーナー凹所２０２ｔｂを設けてもよい。

本実施形態では、図６に示したように、アノード側セパレーター１２０の図における右方側の冷却水供給孔１２６ＩＮから、セパレーター中央領域１２１を挟んで対向する冷却水排出孔１２６ＯＴに向けて冷却水を流す構成としたが、この逆に、図６の冷却水排出孔１２６ＯＴを冷却水供給孔１２６ＩＮとし、図６の冷却水排出孔１２６ＯＴを冷却水供給孔１２６ＩＮとしてもよい。こうする場合にあっても、陥没コーナー凹所２０２ｔｂを、図６における左端側のセパレーター中央領域１２１のコーナー部において、端部第１溝２０２ｔに設ければよく、右側のコーナー部にも陥没コーナー凹所２０２ｔｂを設けてもよい。

本実施形態では、燃料ガス流路溝２０２と冷却水流路溝２０４とをプレス成型により形成したが、切削等にて、セパレーター表裏面に燃料ガス流路溝２０２と冷却水流路溝２０４とを備えるようにしてもよい。

１０…燃料電池
１００…ユニットセル
１１０…ＭＥＧＡ
１１０Ａ…アノード側ガス拡散層
１１０Ｃ…カソード側ガス拡散層
１１０Ｄ…ＭＥＡ
１１２…発電領域
１２０…アノード側セパレーター
１２０Ｈ…アノード側セパレーター（対比例）
１２１…セパレーター中央領域
１２２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１２２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１２３…外縁部
１２４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１２４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１２６ＩＮ…冷却水供給孔
１２６ＯＴ…冷却水排出孔
１２７…案内凸部
１２８…供給孔間凸部
１２９…シーリングプレート
１３０…カソード側セパレーター
１３１…脚
１３２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１３２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１３４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１３４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１３６ＩＮ…冷却水供給孔
１３６ＯＴ…冷却水排出孔
１４０…接着シール
１４１…発電領域窓
１４２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１４２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１４４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１４４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１４６ＩＮ…冷却水供給孔
１４６ＯＴ…冷却水排出孔
１５０…ガス流路部材
１５１…シーリングシート
１６０Ｅ…ターミナルプレート
１６０Ｆ…ターミナルプレート
１６５Ｅ…絶縁板
１６５Ｆ…絶縁板
１７０Ｅ…エンドプレート
１７０Ｆ…エンドプレート
１７２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１７２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１７４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１７４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１７６ＩＮ…冷却水供給孔
１７６ＯＴ…冷却水排出孔
２００…燃料ガス流路
２００ａ…燃料ガス流路部分
２００ｂ…第１連結流路部分
２００ｃ…第２連結流路部分
２００ｄ…第３連結流路部分
２０２…第１溝（燃料ガス流路溝）
２０２ａ…燃料ガス流路溝
２０２ｂ…第１連結流路溝
２０２ｃ…第２連結流路溝（傾斜ガス流路溝部）
２０２ｄ…第３連結流路溝
２０２ｅ…境界流路溝
２０２ｓ…底部壁
２０２ｔ…端部第１溝
２０２ｔｂ…陥没コーナー凹所
２０４…第２溝（冷却水流路溝）
２０５…連通流路溝
２０６…深溝部
２０８…浅溝部
２１０…内部流路部
２２０…連結流路部
２３０…導入流路部
２３０Ａ…第１導入流路部分
２３０Ｂ…第２導入流路部分
２３２Ａ…第１導出流路溝
２３４Ｂ…凸部
３００…燃料ガス用シール材
３０１…酸化剤用シール材
３０２…冷却水用シール材
Ａ…転換領域
Ｂ…冷却水供給孔周辺領域
Ｄ…燃料ガス供給孔周辺領域
ＤＣ…コーナー部

Claims (6)

1. 膜電極接合体に組み付けられる燃料電池用セパレーターであって、
   前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域において、一方の面の側に形成された複数筋の第１面側凹溝と、
   前記セパレーター中央領域において、他方の面の側に形成された複数筋の第２面側凹溝と、
   前記セパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部と、
   前記セパレーター中央領域の上端に位置する前記第１面側凹溝において前記セパレーター中央領域と前記外縁部とを連通させ、前記第２面側凹溝の溝内のエアーを冷却水と共に前記セパレーター中央領域から前記外縁部に排出するエアー排出部とを備え、
   該エアー排出部は、前記第２面側凹溝を通過する前記冷却水の流れの向きが変わるために、前記第２面側凹溝の溝内のエアーが前記セパレーター中央領域の上端側において溜まり得る箇所に形成されている
   燃料電池用セパレーター。
2. 前記セパレーター中央領域の水平方向の一方の側の前記外縁部に形成された冷却水供給側マニホールドから供給された冷却水を、冷却水の流れの向きを変えつつ、それぞれの前記第２面側凹溝の溝内に拡散導入する冷却水導入部を備え、
   前記エアー排出部は、前記セパレーター中央領域の上端側であって且つ前記冷却水導入部の側のセパレーター中央領域コーナー部に位置する請求項１に記載の燃料電池用セパレーター。
3. 前記第１面側凹溝の溝内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給側マニホールドを、前記冷却水供給側マニホールドの上方側において前記外縁部に有する請求項２に記載の燃料電池用セパレーター。
4. 前記第１面側凹溝と前記第２面側凹溝とは、前記セパレーター中央領域に対するプレス成型による複数筋の凹凸条の形成により、前記セパレーター中央領域においてセパレーター表裏面で交互に並び、
   前記エアー排出部は、前記セパレーター中央領域の上端に位置する前記第１面側凹溝の底部壁が凹とされた底部壁凹部である請求項２または請求項３に記載の燃料電池用セパレーター。
5. 前記冷却水導入部は、前記第２面側凹溝に対して前記セパレーター表裏面で交互に並んだ前記第１面側凹溝の溝深さが部分的に浅い浅溝部を、前記第１面側凹溝が延びる経路に沿って点在して備える請求項４に記載の燃料電池用セパレーター。
6. 膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池であって、
   前記燃料電池セルのそれぞれは、
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレーターを前記第１のセパレーターとして備え、
   隣り合って積層された燃料電池セルは、
   一方の燃料電池セルの前記第１のセパレーターが有する前記第１面側凹溝の底部壁を、前記他方の燃料電池セルの前記第２のセパレーターに接触させる
   燃料電池。

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