特許 7600867 燃料電池用のセパレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】燃料電池用のセパレータ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20241210BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20241210BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241210BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/026

H01M8/10 101

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021089379

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022182065

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】青野 晴之

(72)【発明者】

【氏名】河邉 聡

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１２９９３３１１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２１５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３５６１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８２８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２００８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０７８１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０７２５８４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、
前記溝流路における前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、
前記溝流路は、前記当接面の面方向において波状に延在するとともに、複数の支流路と、上流側から下流側に向かって複数の前記支流路が合流する合流部と、を有しており、
前記支流路の数は、上流側ほど多く、
複数の前記溝流路の各々の流路断面積は、前記溝流路の延在方向の全体にわたって一定である、
燃料電池用のセパレータ。

【請求項2】

前記溝流路は、複数の前記合流部を有している、
請求項１に記載の燃料電池用のセパレータ。

【請求項3】

前記溝流路の下流側の振幅は、上流側の振幅よりも大きい、
請求項１または請求項２に記載の燃料電池用のセパレータ。

【請求項4】

前記溝流路の各々が、前記当接面の面方向において波状に延在するとともに、複数の前記支流路と、前記合流部と、を有している、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。

【請求項5】

前記溝流路において前記合流部で合流する複数の前記支流路は、前記合流部以外において互いに独立している、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。

【請求項6】

前記溝流路の各々の並び方向において最も外側に位置する前記溝流路である外側溝流路は、前記並び方向において前記当接面の外縁と同一の位置または前記外縁よりも外側に位置する部分を有している、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用のセパレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池用のセパレータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池スタックを構成する単セルが開示されている。この単セルは、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly 、以下、ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持する第１セパレータ及び第２セパレータとを有している。

【0003】

ＭＥＡは、電解質膜及び触媒層を有する触媒層接合電解質膜（Catalyst Coated Membrane、以下、ＣＣＭ）と、ＣＣＭの両面にそれぞれ設けられたガス拡散層（Gas Diffusion Layer 、以下、ＧＤＬ）とを有している。

【0004】

第１セパレータは、酸化ガス用の複数の第１溝流路と、冷却媒体用の複数の冷却溝流路とを有している。第１溝流路は、直線形状であり、第１セパレータの面のうちＭＥＡと対向する面に形成されている。第１溝流路の凹凸と冷却溝流路の凹凸とは、表裏一体の関係にある。

【0005】

第２セパレータは、燃料ガス用の複数の第２溝流路と、冷却媒体用の複数の冷却溝流路とを有している。第２溝流路は、波線形状であり、第２セパレータの面のうちＭＥＡと対向する面に形成されている。第２溝流路の凹凸と冷却溝流路の凹凸とは、表裏一体の関係にある。第２溝流路の振幅は、第２セパレータと対向する第１セパレータにおいて複数の第１溝流路の裏面を構成する複数の凸部と重なるような大きさに設定されている。

【0006】

こうした単セルによれば、単セル同士を積層した際に、一方の単セルにおける第２溝流路を構成する凸部と、他方の単セルにおける第１溝流路の裏面を構成する凸部との接触部分が多くなる。そのため、隣接するセパレータ同士の接触構造の安定性、ひいては単セル同士の接触構造の安定性が向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１８－７８０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、こうした単セルにおいては、発電によって第２溝流路を流れる燃料ガスが流路の上流側から下流側にかけて徐々に消費される。そのため、溝流路の下流側において燃料ガスの流量が減少するとともに、このことに伴ってＧＤＬに潜り込む燃料ガスの流量が減少しやすい。その結果、溝流路の下流側における発電量の低下を招くおそれがある。

【0009】

なお、こうした課題は、燃料ガス用の溝流路を有するセパレータに限定されず、酸化ガス用の溝流路を有するセパレータにおいても同様に生じる。
本発明の目的は、溝流路の下流側においてガス拡散層に潜り込む反応ガスの流量の減少を抑制できる燃料電池用のセパレータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するための燃料電池用のセパレータは、燃料電池の発電部に当接する当接面を有し、前記当接面に、反応ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられている燃料電池用のセパレータであって、前記溝流路における前記反応ガスの流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、前記溝流路は、前記当接面の面方向において波状に延在するとともに、複数の支流路と、上流側から下流側に向かって複数の前記支流路が合流する合流部と、を有している。

【0011】

反応ガスは、セパレータの溝流路を流れる過程で、同セパレータと隣接する発電部、より詳しくは、発電部を構成するガス拡散層に徐々に潜り込む。ここで、上記構成によれば、溝流路では、合流部よりも上流側において複数の支流路が延びている。そのため、溝流路において複数の支流路を流れる反応ガスが合流部で合流して下流側へと流れる。ここで、溝流路において合流部よりも下流側における反応ガスの圧力損失は、合流部よりも上流側における反応ガスの圧力損失に比べて大きくなる。これにより、溝流路において合流部よりも下流側におけるガス拡散層への反応ガスの潜り込みが促進される。したがって、溝流路の下流側においてガス拡散層に潜り込む反応ガスの流量の減少を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】燃料電池の単セルを示す分解斜視図。

【図2】燃料電池用のセパレータの一実施形態について、燃料ガスが流通する複数の溝流路が並んで設けられているセパレータを示す平面図。

【図3】図２の３－３線における断面図。

【図4】図２の４－４線における断面図。

【図5】溝流路からガス拡散層に潜り込む燃料ガスの流れを示す断面図。

【図6】溝流路からガス拡散層に潜り込む燃料ガスの流れを示す断面図。

【図7】溝流路の変形例を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図１～図６を参照して、燃料電池用のセパレータの一実施形態について説明する。
＜燃料電池スタックの単セルの全体構成＞
図１に示すように、燃料電池スタックの単セルは、膜電極接合体１０（以下、ＭＥＡ１０）と、ＭＥＡ１０を支持する枠部材２０と、ＭＥＡ１０及び枠部材２０を挟持する一対のセパレータ３０，４０とを有している。

【0014】

単セルは、全体として長方形板状である。
なお、以降では、セパレータ３０、ＭＥＡ１０及び枠部材２０、セパレータ４０の積層方向を第１方向Ｘとして説明する。

【0015】

また、単セルの長手方向であるとともに、第１方向Ｘと直交する方向を第２方向Ｙとして説明する。
また、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に直交する方向を第３方向Ｚとして説明する。

【0016】

単セルは、反応ガスまたは冷却媒体を単セル内に導入するための導入孔９１，９３，９５と、単セル内の反応ガス及び冷却媒体を外部へ導出するための導出孔９２，９４，９６とを有している。なお、本実施形態では、導入孔９１及び導出孔９２は、燃料ガスが流通する孔である。また、導入孔９３及び導出孔９４は、冷却媒体が流通する孔である。また、導入孔９５及び導出孔９６は、酸化剤ガスが流通する孔である。ここで、燃料ガスは、水素ガスである。また、冷却媒体は冷却水である。また、酸化剤ガスは、空気である。

【0017】

導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６は、第２方向Ｙに長い平面視長方形状であり、単セルを第１方向Ｘに貫通している。導入孔９１及び導出孔９４，９６は、第２方向Ｙにおける単セルの一側（図１の左右方向における左側）に設けられている。導入孔９１及び導出孔９４，９６は、互いに間隔をあけて第３方向Ｚに並んでいる。導出孔９２及び導入孔９３，９５は、第２方向Ｙにおける単セルの他側（図１の右側）に設けられている。導出孔９２及び導入孔９３，９５は、互いに間隔をあけて第３方向Ｚに並んでいる。

【0018】

＜ＭＥＡ１０＞
図１に示すように、ＭＥＡ１０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形状である。
ＭＥＡ１０は、図示しない固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）と、電解質膜の両面に設けられた電極１１Ａ，１１Ｂとを有している。なお、本実施形態では、第１方向Ｘにおける電解質膜（図示略）の一側（図１の上下方向における上側）の面に接合された電極が、カソード電極１１Ａである。また、第１方向Ｘにおける電解質膜の他側（図１の下側）の面に接合された電極が、アノード電極１１Ｂである。

【0019】

電極１１Ａ，１１Ｂは、電解質膜に接合された触媒層（図示略）と、触媒層に接合されたガス拡散層１２（以下、ＧＤＬ１２）とを有している。
なお、ＭＥＡ１０が本発明に係る燃料電池の発電部に相当する。

【0020】

＜枠部材２０＞
図１に示すように、枠部材２０は、第２方向Ｙに長い長方形枠状である。
枠部材２０は、例えば、硬質樹脂材料により形成されている。

【0021】

枠部材２０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔２１，２２，２３，２４，２５，２６を有している。
枠部材２０は、中央に第２方向Ｙに長い平面視長方形状の開口部２７を有している。開口部２７の縁部には、第１方向Ｘの一側（図１の上側）からＭＥＡ１０が接合されている。

【0022】

＜セパレータ３０＞
図１に示すように、セパレータ３０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形板状である。
セパレータ３０は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。

【0023】

セパレータ３０は、ＭＥＡ１０のアノード電極１１Ｂ側に設けられている。セパレータ３０は、ＭＥＡ１０に当接する当接面３０ａ（図２参照）を含む第１面３０Ａと、第１面３０Ａとは反対側の第２面３０Ｂとを有している。

【0024】

セパレータ３０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔３１，３２，３３，３４，３５，３６を有している。貫通孔３１，３４，３６は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２１，２４，２６と対応した位置に設けられている。また、貫通孔３２，３３，３５は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２２，２３，２５と対応した位置に設けられている。

【0025】

セパレータ３０は、燃料ガスが流通する複数の溝流路３７と、冷却媒体が流通する複数の溝流路３８とを有している。なお、図１には、セパレータ３０において、複数の溝流路３７が形成された部分の外縁と、複数の溝流路３８が形成された部分の外縁とを簡略化して示している。

【0026】

＜溝流路３７，３８＞
図２に示すように、複数の溝流路３７は、貫通孔３１と貫通孔３２とを連通する溝である。複数の溝流路３７は、第１面３０Ａに設けられている。なお、本実施形態では、４つの溝流路３７が第３方向Ｚに互いに間隔をあけて並んでいる。すなわち、４つの溝流路３７の各々は、互いに独立している。

【0027】

なお、以降では、溝流路３７における燃料ガスの流れ方向の上流側及び下流側を、単に上流側及び下流側として説明する。
溝流路３７の溝幅、すなわち流路断面積は、溝流路３７の延在方向の全体にわたって一定である。各溝流路３７の溝幅は、互いに同一である。

【0028】

図２に示すように、溝流路３７は、当接面３０ａに設けられるとともに、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７０を有している。波状部７０の下流側の振幅Ａは、上流側の振幅Ａよりも大きい。詳しくは、波状部７０の振幅Ａは、下流側ほど大きい。

【0029】

波状部７０は、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有している。
また、波状部７０は、波状部７０の下流側に位置する本流路７２と、本流路７２へ合流する複数の第１支流路７３と、各第１支流路７３へ合流する複数の第２支流路７４とを有している。

【0030】

また、波状部７０は、波状部７０の上流側において各第２支流路７４と接続する接続流路７５を有している。
合流部７１ａは、本流路７２の上流側の端部に設けられている。

【0031】

複数の第１支流路７３は、上流側から合流部７１ａに向かって延びている。詳しくは、２つの第１支流路７３が合流部７１ａで合流している。
第１支流路７３同士は、合流部７１ａ以外において互いに独立している。詳しくは、第１支流路７３同士は、間隔Ｓ１をあけて第３方向Ｚに並んでいる。第１支流路７３同士は、互いに平行に延びる部分を有している。

【0032】

合流部７１ｂ，７１ｃは、２つの第１支流路７３の上流側の端部にそれぞれ設けられている。合流部７１ｂ及び合流部７１ｃは、第３方向Ｚに沿う同一軸線上に位置している。
複数の第２支流路７４は、上流側から合流部７１ｂ，７１ｃに向かって延びている。詳しくは、各合流部７１ｂ，７１ｃに対して互いに隣り合う２つの第２支流路７４が合流している。

【0033】

図２及び図３に示すように、４つの第２支流路７４は、合流部７１ｂ，７１ｃ以外においてそれぞれ独立している。詳しくは、第２支流路７４同士は、互いに間隔Ｓ２をあけて第３方向Ｚに並んでいる。第２支流路７４同士は、互いに平行に延びる部分を有している。

【0034】

４つの溝流路３７の各々が、波状部７０を有している。各溝流路３７の波状部７０は、互いに同一の形状を有している。各溝流路３７における波状部７０同士は、互いに平行に延びる部分を有している。

【0035】

図２～図４に示すように、各波状部７０同士の間隔Ｓ３の大きさは、下流側の大きさの方が上流側の大きさよりも大きい。詳しくは、間隔Ｓ３の大きさは、下流側ほど大きい。なお、本実施形態では、隣り合う溝流路３７同士において、一方の溝流路３７における第１支流路７３と他方の溝流路３７における第１支流路７３との間隔Ｓ３の大きさは、両第１支流路７３が平行に延びる部分において間隔Ｓ１の大きさと同一である。また、一方の溝流路３７における第２支流路７４と他方の溝流路３７における第２支流路７４との間隔Ｓ３の大きさは、両第２支流路７４が平行に延びる部分において間隔Ｓ２の大きさと同一である（図３参照）。

【0036】

図５に示すように、各波状部７０は、セパレータ３０の第１面３０Ａに形成された複数の凹部５１により構成されている。凹部５１同士の間には、凸部としてのリブ５２が設けられている。リブ５２の突端は、セパレータ３０に隣接するＭＥＡ１０のＧＤＬ１２と当接している。

【0037】

図２に示すように、複数の溝流路３７のうち第３方向Ｚにおいて最も外側に位置する溝流路３７を外側溝流路３７Ａとする。外側溝流路３７Ａは、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有している。

【0038】

図１に示すように、複数の溝流路３８は、貫通孔３３と、貫通孔３４とを連通する溝である。複数の溝流路３８は、第２面３０Ｂに設けられている。溝流路３８内では、冷却媒体が溝流路３７を流れる燃料ガスと反対方向に流れる。

【0039】

図５に示すように、溝流路３８は、当接面３０ａの反対側の面３０ｂに設けられるとともに、面３０ｂの面方向において波状に延在する波状部８０を有している。各波状部８０は、セパレータ３０の第２面３０Ｂに形成された複数の凹部６１により構成されている。凹部６１同士の間には、凸部としてのリブ６２が設けられている。リブ６２の裏側が、溝流路３７の波状部７０を構成する凹部５１である。同様に、リブ５２の裏側が、溝流路３８の波状部８０を構成する凹部６１である。すなわち、溝流路３８の波状部８０を形成する凹凸形状は、溝流路３７の波状部７０を形成する凹凸形状と表裏一体の関係にある。

【0040】

＜セパレータ４０＞
図１に示すように、セパレータ４０は、第２方向Ｙに長い平面視長方形板状である。
セパレータ４０は、例えば、チタンやステンレス鋼などの金属部材をプレス成形することにより形成されている。

【0041】

セパレータ４０は、ＭＥＡ１０のカソード電極１１Ａ側に設けられている。セパレータ４０は、ＭＥＡ１０に当接する当接面を含む第１面４０Ａと、第１面４０Ａとは反対側の第２面４０Ｂとを有している。

【0042】

セパレータ４０は、孔９１，９２，９３，９４，９５，９６を構成する貫通孔４１，４２，４３，４４，４５，４６を有している。貫通孔４１，４４，４６は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２１，２４，２６と対応した位置に設けられている。また、貫通孔４２，４３，４５は、それぞれ第３方向Ｚにおいて枠部材２０の貫通孔２２，２３，２５と対応した位置に設けられている。

【0043】

図１に示すように、セパレータ４０は、酸化剤ガスが流通する複数の溝流路４７と、冷却媒体が流通する複数の溝流路４８とを有している。なお、図１には、セパレータ４０において、複数の溝流路４７が形成された部分の外縁と、複数の溝流路４８が形成された部分の外縁をそれぞれ簡略化して示している。

【0044】

複数の溝流路４７は、貫通孔４５と、貫通孔４６とを連通する溝である。溝流路４７内では、酸化剤ガスが溝流路３７を流れる燃料ガスと反対方向に流れる。
複数の溝流路４８は、貫通孔４３と、貫通孔４４とを連通する溝である。溝流路４８内では、冷却媒体が溝流路４７を流れる酸化剤ガスと同方向に流れる。

【0045】

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５及び図６には、溝流路３７からＧＤＬ１２へ潜り込む燃料ガスの流れを矢印にて示している。

【0046】

図５に示すように、燃料ガスは、セパレータ３０の溝流路３７を流れる過程で、セパレータ３０と隣接するＭＥＡ１０、より詳しくは、ＭＥＡ１０を構成するＧＤＬ１２に徐々に潜り込む。ここで、本実施形態の構成によれば、図２に示すように、溝流路３７では、貫通孔３１から接続流路７５へと流れる燃料ガスが、４つの第２支流路７４へ分岐して流れるとともに第２支流路７４を下流側に向けて流れる。そして、第２支流路７４を流れる燃料ガスは、各合流部７１ｂ，７１ｃにて合流して第１支流路７３へと流れる。そして、第１支流路７３を流れる燃料ガスは、合流部７１ａにて合流して本流路７２へと流れる。ここで、溝流路３７において合流部７１ａ（７１ｂ，７１ｃ）よりも下流側における燃料ガスの圧力損失は、合流部７１ａ（７１ｂ，７１ｃ）よりも上流側における燃料ガスの圧力損失に比べて大きくなる。これにより、溝流路３７において合流部７１ａ（７１ｂ，７１ｃ）よりも下流側におけるＧＤＬ１２への燃料ガスの潜り込みが促進される。

【0047】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）溝流路３７の波状部７０は、当接面３０ａの面方向において波状に延在するとともに、複数の支流路７３（７４）と、上流側から下流側に向かって複数の支流路７３（７４）が合流する合流部７１ａ（７１ｂ，７１ｃ）とを有している。

【0048】

こうした構成によれば、上述した作用を奏する。したがって、溝流路３７の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少を抑制できる。また、これにより、溝流路３７の下流側における発電量を増大させることができる。したがって、燃料電池の発電効率を高めることができる。

【0049】

また、上記構成によれば、単セル同士を積層した際に、一方の単セルにおいてセパレータ４０の複数の溝流路４７を構成するリブと、他方の単セルにおいてセパレータ３０の複数の溝流路３７を構成するリブ６２との接触部分が多くなる。そのため、隣接するセパレータ３０，４０同士の接触構造の安定性、ひいては単セル同士の接触構造の安定性が向上する。

【0050】

（２）波状部７０は、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有している。
こうした構成によれば、波状部７０において上流側ほど支流路の数が多くなる。そのため、溝流路３７の下流側ほど燃料ガスの圧力損失が大きくなる。これにより、溝流路３７を流れる燃料ガスの流量が少なくなる下流側ほど、ＧＤＬ１２への燃料ガスの潜り込みが促進される。したがって、ＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少を効果的に抑制できる。

【0051】

（３）波状部７０の下流側の振幅Ａは、上流側の振幅Ａよりも大きい。
こうした構成によれば、溝流路３７の下流側における燃料ガスの圧力損失が上流側における燃料ガスの圧力損失に比べて大きくなる。これにより、波状部７０の下流側の振幅Ａが上流側の振幅Ａと同一である場合に比べて、溝流路３７の下流側におけるＧＤＬ１２への燃料ガスの潜り込みが促進される。したがって、ＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少を一層効果的に抑制できる。

【0052】

（４）溝流路３７の各々が、当接面３０ａの面方向において波状に延在する波状部７０を有している。波状部７０の各々は、複数の支流路７３，７４と、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃとを有している。各波状部７０同士の間隔Ｓ３の大きさは、下流側ほど大きい。

【0053】

こうした構成によれば、溝流路３７の各々において、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃよりも下流側における燃料ガスの圧力損失が、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃよりも上流側における燃料ガスの圧力損失に比べて大きくなる。したがって、溝流路３７の下流側においてＧＤＬ１２に潜り込む燃料ガスの流量の減少をより一層抑制できる。

【0054】

溝流路４７では、酸化剤ガスが燃料ガスと反対方向に流れている。そのため、溝流路４７の上流側、すなわち溝流路３７の下流側においてＭＥＡ１０が高温になりやすい。この点、上記構成によれば、各波状部７０同士の間隔Ｓ３の大きさは、下流側ほど大きい。そのため、溝流路３７の下流側、すなわち溝流路３８の上流側において溝流路３８を流れる冷却媒体の流量が増大する。これにより、溝流路３７の下流側においてＭＥＡ１０が高温になることを抑制できる。したがって、燃料電池の発電効率をより高めることができる。

【0055】

（５）溝流路３７において合流部７１ａで合流する複数の第１支流路７３は、合流部７１ａ以外において互いに独立している。また、溝流路３７において合流部７１ｂ，７１ｃで合流する複数の第２支流路７４は、合流部７１ｂ，７１ｃ以外において互いに独立している。

【0056】

例えば、第２支流路７４同士が連通されている場合、各第２支流路７４を流れる燃料ガスの流動圧が連通部分で均一化される。この場合、第２支流路７４における燃料ガスの圧力損失と合流部７１ｂ、７１ｃよりも下流側における燃料ガスの圧力損失との間の差が小さくなるおそれがある。この点、上記構成によれば、第１支流路７３同士及び第２支流路７４同士は、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ以外において互いに独立している。したがって、合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃよりも上流側における燃料ガスの圧力損失と合流部７１ａ，７１ｂ，７１ｃよりも下流側における燃料ガスの圧力損失との間の差が小さくなることを抑制できる。

【0057】

（６）溝流路３７の各々の並び方向である第３方向Ｚにおいて最も外側に位置する溝流路３７である外側溝流路３７Ａは、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有している。

【0058】

図６に示すように、互いに隣り合う溝流路３７同士において燃料ガスの圧力損失の大きさに差がある場合、相対的に圧力損失の大きい溝流路３７を流れる燃料ガスの一部が、ＧＤＬ１２に潜り込み、相対的に圧力損失の小さい溝流路３７へ流れることがある。このようにして、ＧＤＬ１２のうち互いに隣り合う溝流路３７同士の間に位置する部分に燃料ガスが潜り込むことによっても発電が行われる。

【0059】

ただし、外側溝流路３７Ａにおいては、自身よりも第３方向Ｚの外側に溝流路３７が存在しない。そのため、外側溝流路３７Ａ全体が、第３方向Ｚにおいて当接面３０ａよりも内側に位置している場合、ＧＤＬ１２のうち外側溝流路３７Ａよりも外側に位置する部分には、上記のように燃料ガスの圧力損失の差を利用して燃料ガスが潜り込みにくい。その結果、発電効率を低下させる一因となっている。

【0060】

この点、上記構成によれば、ＧＤＬ１２のうち外側溝流路３７Ａよりも外側に位置する部分の割合が減少する。これにより、ＧＤＬ１２のより広い範囲に対して燃料ガスを潜り込ませることができる。したがって、発電効率を向上させることができる。

【0061】

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0062】

・導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６の形状は、本実施形態で例示したように平面視長方形状に限定されない。例えば、導入孔９１，９３，９５及び導出孔９２，９４，９６の形状は、平面視正方形状や平面視長円形状であってもよい。

【0063】

・孔９１，９２，９３，９４，９５，９６における反応ガスの流れは、本実施形態で例示したものに限定されず、例えば、孔９６を酸化剤ガスの導入孔とし、孔９５を酸化剤ガスの導出孔としてもよい。また、これに伴って孔９４を冷却媒体の導入孔とし、孔９３を冷却媒体の導出孔としてもよい。すなわち、溝流路４７を流れる酸化剤ガスと、溝流路３８，４８を流れる冷却媒体とが、溝流路３７を流れる燃料ガスと同方向に流れるようにしてもよい。

【0064】

・溝流路３７の数は、本実施形態で例示した４つに限定されず、３つ以下でもよいし、５つ以上であってもよい。
・セパレータ３０は、本実施形態で例示したように、波状部７０の各々が同一の形状を有するものに限定されず、例えば、溝流路３７毎に波状部７０の波長及び振幅Ａを適宜変更してもよい。

【0065】

・溝流路３７の溝幅、すなわち流路断面積は、本発明に係る作用効果を奏するのであれば、溝流路３７の延在方向の全体にわたって一定でなくてもよい。
・溝流路３７は、本実施形態で例示したように、外側溝流路３７Ａが第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁よりも外側に位置する部分を有しているものに限定されない。例えば、外側溝流路３７Ａが第３方向Ｚにおいて当接面３０ａの外縁と同一の位置にあってもよいし、同外縁よりも内側に位置するものであってもよい。

【0066】

・溝流路３７は、各々が当接面３０ａの面方向において波状に延在するものに限定されない。すなわち、全ての溝流路３７が波状に延在する波状部７０を有していなくてもよく、少なくとも１つの溝流路３７が波状部７０を有していればよい。

【0067】

・溝流路３７は、本実施形態で例示したように、溝流路３７の各々が互いに独立しているものに限定されず、例えば、隣り合う溝流路３７同士が、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって連通されるものであってもよい。

【0068】

・２つの第１支流路７３は、本実施形態で例示したように、合流部７１ａ以外において互いに独立しているものに限定されない。例えば、第１支流路７３同士が、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって連通されるものであってもよい。

【0069】

・２つの第２支流路７４は、本実施形態で例示したように、合流部７１ｂ（７１ｃ）以外において互いに独立しているものに限定されない。例えば、第２支流路７４同士が、第３方向Ｚに延びる別の溝流路によって連通されるものであってもよい。

【0070】

・波状部７０は、本実施形態で例示したように、下流側ほど振幅Ａが大きいものに限定されない。例えば、波状部７０の振幅Ａは、波状部７０の延在方向の全体にわたって一定であってもよい。

【0071】

・本実施形態では、本流路７２及び支流路７３，７４の波数がそれぞれ１つのものを例示したが、波状部７０の形状はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、第２支流路７４の波数が３つ、第１支流路７３の波数が２つ、本流路７２の波数が１つといったように、下流側の流路ほど、波数を段階的に少なくすることもできる。

【0072】

・接続流路７５は省略することができる。この場合、第２支流路７４の各々の上流側の端部を貫通孔３１まで延長すればよい。
・合流部の数及び配置は、本実施形態で例示したものに限定されず、適宜変更してもよい。これに伴って、支流路の数及び配置も、適宜変更すればよい。

【0073】

・本発明に係る燃料電池用のセパレータは、本実施形態で例示したようなＭＥＡ１０のアノード電極１１Ｂ側に接合されるセパレータ３０に限定されず、カソード電極１１Ａ側に接合されるセパレータ４０に対して適用することもできる。

【0074】

・セパレータ３０，４０は、金属部材をプレス成形することにより形成されるものに限定されず、例えば、切削加工やエッチング加工により成形することもできる。
・セパレータ３０，４０に用いる材料としては、チタンやステンレス鋼に限定されず、アルミニウムやカーボンを用いることもできる。

【符号の説明】

【0075】

Ａ…振幅
Ｓ１…間隔
Ｓ２…間隔
Ｓ３…間隔
Ｘ…第１方向
Ｙ…第２方向
Ｚ…第３方向
１０…膜電極接合体、ＭＥＡ
１１Ａ…カソード電極
１１Ｂ…アノード電極
１２…ガス拡散層、ＧＤＬ
２０…枠部材
２１…貫通孔
２２…貫通孔
２３…貫通孔
２４…貫通孔
２５…貫通孔
２６…貫通孔
２７…開口部
３０…セパレータ
３０Ａ…第１面
３０ａ…当接面
３０Ｂ…第２面
３０ｂ…面
３１…貫通孔
３２…貫通孔
３３…貫通孔
３４…貫通孔
３５…貫通孔
３６…貫通孔
３７…溝流路
３７Ａ…外側溝流路
３８…溝流路
４０…セパレータ
４０Ａ…第１面
４０Ｂ…第２面
４１…貫通孔
４２…貫通孔
４３…貫通孔
４４…貫通孔
４５…貫通孔
４６…貫通孔
４７…溝流路
４８…溝流路
５１…凹部
５２…リブ
６１…凹部
６２…リブ
７０…波状部
７１ａ…合流部
７１ｂ…合流部
７１ｃ…合流部
７２…本流路
７３…第１支流路
７４…第２支流路
７５…接続流路
８０…波状部
９１…導入孔
９２…導入孔
９３…導入孔
９４…導出孔
９５…導出孔
９６…導出孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】