導電性セパレータ板およびそれを用いた空冷式燃料電池、ならびに空冷式燃料電池システム
【課題】燃料電池の発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することが可能な空冷式燃料電池用導電性セパレータ板を提供する。
【解決手段】一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有する。
【解決手段】一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式燃料電池に関し、さらに詳しくは空冷式燃料電池に用いられるセパレータ板の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地球温暖化や大気汚染等の環境問題や資源枯渇の問題を解決し、持続可能な循環型社会を実現させる方策として、燃料電池を用いることが着目されており、燃料電池に関する研究開発が盛んに行われている。燃料電池としては、工場や住宅等に設置する定置型電池および電気自動車用や携帯電子機器用の非定置型電池がある。また、近年、ＡＣアダプターからの充電を必要としないユビキタスモバイル電源として、直接型燃料電池が、特に着目されており、早期実用化に向けて積極的な取り組みが行われている。
【０００３】
燃料電池は一般的に発電に伴い発熱するため、燃料電池の作動温度を一定にするためには、冷却水などで燃料電池を冷却する必要がある。このような冷却水を使う水冷式以外の方法としては、例えば、燃料電池システム中に、発電部に空気を供給するファンを新たに設置し、発電部を空冷する空冷式が挙げられる。
【０００４】
特に、非定置型燃料電池の場合、重量や設置スペースの観点からタンクが必要な冷却水を使用することは困難であるため、空冷式が使われることが多い。その中でも、電気自動車用燃料電池においては、発電部は所望の出力を得るために単セルを複数個積層したスタック構造を有しており、この発電部の発熱量が大きいことが問題となっていた。この場合、凝縮水の除去に必要な空気流を確保し、発電の安定性を向上させるためには、冷却用空気と発電用空気とを適切な量だけ供給するための専用の補機が必要となり、消費電力の増大やシステムの大型化の問題があった。
【０００５】
空気による発電部の冷却、およびセパレータ板の空気流路の凝縮水による閉塞（フラッディング）の抑制のために、以下のような提案がなされている。
例えば、特許文献１では、セパレータ板の燃料流路を有する面と反対側の面に冷却用空気流路を形成し、この冷却用空気流路の圧力損失を空気流路の圧力損失とほぼ同一とすることが提案されている。これにより、反応用空気および冷却用空気を供給するための周辺補器を共通化することができ、燃料電池システムを小型化かつ低コスト化することができる。
【０００６】
また、特許文献２では、セパレータ板の一方の面に設けられた蛇行する溝状の空気流路の空気の流れに対して湾曲部より下流側に、セパレータ板の厚さ方向に貫通する貫通孔を設け、空気流路を有する面と反対側の面に上記貫通孔と連絡する水流路を設けたセパレータ板を用いることが提案されている。これにより、空気流路内の凝縮水を適切に貫通孔を介して水流路に排水することができる。
しかしながら、上記のような従来の技術では、発電部の冷却効率の向上と、セパレータ板の空気流路の水による閉塞の抑制とを同時に実現することが困難である。
【特許文献１】特開２００４−３２７０８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９０７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の問題を解決するために、燃料電池の発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することが可能なセパレータ板を提供することを目的とする。また、上記セパレータ板を用いて、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする。
これにより、セパレータ板内部の冷却用空気流路を通過する冷却用空気を効率的に空気流路に送り込むことができるため、発電部の冷却効率の向上および空気流路の凝縮水による閉塞の抑制を同時に実現させることができる。
【０００９】
前記セパレータ板は、前記空気流路の一方の端と連絡する空気入口および前記空気流路の他方の端と連絡する空気出口を有し、前記空気流路は、前記カソードと対応する部分において湾曲部を有し、前記貫通孔は、前記空気流路における前記空気の流れに対して前記湾曲部よりも上流側に設けられているのが好ましい。
これにより、空気流路の湾曲部で発生しやすい凝縮水による閉塞を抑制することが可能となるため、燃料電池の出力特性が安定化する。
【００１０】
前記セパレータ板は、前記冷却用空気流路の一方の端と連絡する冷却用空気入口を有し、前記冷却用空気流路の他方の端は前記貫通孔に連絡するのが好ましい。
これにより、空気流路の最も下流側に位置する湾曲部で、貫通孔を通じて冷却用空気を空気流路に送り込み易くなる。そして、発電部を効率的に冷却しつつ、水の凝縮が最も発生しやすい空気流路の最も下流側に位置する湾曲部において、水の排出性を確保することができる。
【００１１】
前記セパレータ板は、前記貫通孔内における前記空気流路側に、前記貫通孔を塞ぐように、空気を通し、かつ水を通さない膜を有するのが好ましい。
これにより、燃料電池を搭載した携帯用電子機器の傾き等の姿勢の影響により、空気流路内に存在する凝縮水が貫通孔を介して冷却用空気流路へ流れ込むのを防止することができる。
【００１２】
前記セパレータ板は、さらに、内部に、前記空気流路から前記冷却用空気流路に流れ込んだ水を排出するための排水路を有するのが好ましい。
これにより、空気流路に存在する水が冷却用空気流路に流れ込み、冷却用空気流路内部に水が滞留するのを防止することができる。
【００１３】
本発明の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板の第１の好ましい形態は、前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、前記第１の板体は、一方の面に前記空気流路および前記貫通孔を有し、前記第２の板体は、一方の面に前記冷却用空気流路を有し、他方の面に前記燃料流路を有し、前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記空気流路を有する面と反対側の面と、前記第２の板体における前記冷却用空気流路を有する面とが対向するように重ね合わせられている。
これにより、セパレータ板内部に冷却用空気流路や貫通孔を精度よく、容易に形成することができる。
【００１４】
本発明の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板の第２の好ましい形態は、前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、前記第１の板体は、一方の面に空気流路を有し、他方の面に冷却用空気流路を有し、前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する前記貫通孔を有し、前記第２の板体は、一方の面に前記燃料流路を有し、前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記冷却用空気流路を有する面と、前記第２の板体における前記燃料流路を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている。
これにより、セパレータ板内部に冷却用空気流路や貫通孔を精度よく、容易に形成することができる。
【００１５】
また、本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる膜電極接合体の複数個を、上記の導電性セパレータ板を介して前記燃料流路を有する面が前記アノードに対向し、前記空気流路を有する面が前記カソードに対向するように積層してなる空冷式燃料電池に関する。
さらに、本発明は、上記の空冷式燃料電池と、前記空気流路および前記冷却用空気流路にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを具備する空冷式燃料電池システムに関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一方の面に空気流路および他方の面に燃料流路を有するセパレータ板が、内部に設けられた冷却用空気流路、および空気流路と冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することにより、空気流路の途中で冷却用空気流路内の冷却用空気を送り込むことができる。これにより、発電部を効率よく冷却することができるとともに、空気流路の凝縮水による閉塞を抑制することができる。
上記セパレータ板を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を示すが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
本発明に係る導電性セパレータ板の一実施の形態を図１に示す。図１は、本実施の形態の導電性セパレータ板の分解斜視図である。
図１に示すように、セパレータ板１は、例えばカーボンからなる第１の板体１ａおよび第２の板体１ｂで構成される。第１の板体は、一方の面に、空気入口２ａ、空気出口２ｂ、および空気入口２ａと空気出口２ｂとを連絡し、空気を流す空気流路２を有する。空気流路２は、後述するカソードと対向する面においてＳ字状に蛇行し、湾曲部６ａおよび６ｂを有する。湾曲部６ａは湾曲部６ｂよりも空気の流れに対して上流側に位置する。また、第１の板体１ａは、空気流路２と、他方の面とを貫通する２つの貫通孔３ａおよび３ｂを有する。貫通孔３ａは貫通孔３ｂよりも空気の流れに対して上流側に位置する。
【００１８】
第２の板体１ｂは、図１に示すように、一方の面に冷却用空気流路４を有し、図２に示すように、他方の面（後述するアノードと対向する面）に燃料入口１２ａ、燃料出口１２ｂ、および燃料入口１２ａと燃料出口１２ｂとを連絡し、燃料を流す燃料流路１２を有する。燃料流路１２は、後述するアノードと対向する面においてＳ字状に蛇行する。第２の板体１ｂにおいて、冷却用空気流路４の一方の端は、第２の板体１ｂに設けられた冷却用空気入口４ａに接続され、冷却用空気流路４の他方の端（下流側の端）は閉じられている。
【００１９】
セパレータ板１は、第１の板体１ａの空気流路２を有する面と反対側の面と、第２の板体１ｂの冷却用空気流路４を有する面とが対向するように、第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを重ね合わせることにより構成される。第１の板体１ａと第２の板体１ｂとの密着方法としては、例えば密着させる面に導電性ペーストを塗布することが挙げられる。
貫通孔３ａおよび３ｂは、空気流路２と冷却水用空気流路４とを連絡する。冷却用空気流路４は、空気流路２の空気入口２ａから貫通孔３ｂまでの形状に対応する。
上記のように第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを組み合わせてセパレータ板１を構成することにより、セパレータ板１内部に、冷却用空気流路４と、貫通孔３ａおよび３ｂとを、精度良くかつ容易に形成することができる。
【００２０】
貫通孔３ａおよび３ｂは、それぞれ空気流路２における空気の流れに対して湾曲部６ａおよび６ｂよりも上流側に設けられている。これにより、湾曲部６ａおよび６ｂで発生しやすい空気流路の凝縮水による閉塞をより効果的に抑制することができる。
また、冷却用空気流路４の下流側の端は閉じられており、空気流路２の最も下流側に位置する湾曲部６ｂよりも上流側で、貫通孔３ｂを介して冷却用空気流路４内の冷却用空気のすべてが空気流路２へ流れ込むため、発電部を効率よく冷却することができるとともに、水の凝縮が最も発生しやすい空気流路２の下流側の湾曲部６ｂでの水の排出性を十分に確保することができる。
【００２１】
さらに、冷却用空気流路４は、貫通孔３ａよりも下流側において断面積が減少するように形成されている。すなわち、冷却用空気流路４において、空気流路２の貫通孔３ａから湾曲部６ａに対応する部分に、上流側から下流側にかけて上方に傾斜する傾斜部７ｂ、および空気流路２の湾曲部６ａに対応する湾曲部に、傾斜部７ｂに連なる棚部７ａが設けられている。これにより、冷却用空気流路４内を通る冷却用空気が上流側に位置する貫通孔３ａに流れ込みやすくなる。
また、空気流路の圧力損失の低減化および発電部の冷却効率の向上の観点から、図１に示すように、冷却用空気流路４は空気流路２よりも幅が広いのが好ましい。
【００２２】
燃料電池の発電部は、例えば、上記のセパレータ板１と、膜電極接合体とを交互に複数個積層することにより構成される。膜電極接合体は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる。アノードはセパレータ板１の燃料流路を有する面に対向し、カソードはセパレータ板１の空気流路２を有する面に対向する。
ここで、図３に、周囲に外部マニホルドを配した発電部におけるセパレータ板１中の燃料および空気の流れを示す。図３中の実線ａは空気の流れ、破線ｂは冷却用空気の流れ、破線ｃは燃料の流れを示す。なお、セパレータ板１中の冷却用空気の流れは省略する。
各セパレータ板１の燃料入口１２ａおよび燃料出口１２ｂは、それぞれ発電部の周囲に設けられた外部マニホルドに接続される。各セパレータ板の燃料流路２内の燃料は、外部マニホルドの燃料供給部２４から燃料入口２ａより供給される。燃料供給部２４の燃料はポンプ２７により送り込まれる。また、燃料流路２内の燃料は、各セパレータ板１の燃料出口２ｂから外部マニホルドの燃料排出部２５へ排出される。
【００２３】
各セパレータ板１の空気入口２ａおよび冷却用空気入口４ａは、それぞれ発電部の周囲に設けられた外部マニホルドに接続される。各セパレータ板の空気流路２内および冷却用空気流路４内の空気は、外部マニホルドの空気供給部２２から空気入口２ａおよび冷却用空気入口４ａより供給される。空気供給部２２の空気、すなわち空気流路２を流れる空気および冷却用空気流路を流れる冷却用空気は、１つのファン２６により送り込まれる。また、空気流路２内の空気は、各セパレータ板１の空気出口２ｂから外部マニホルドの空気排出部２３へ排出される。上記のように、第２の板体１ｂにおける冷却用空気流路４の下流側端部は閉じられているため、冷却用空気流路４内の空気のすべては、貫通孔３ａおよび３ｂを経由して空気流路２に流れ込む。
【００２４】
上記セパレータ板１では、冷却用空気流路４内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００２５】
また、燃料電池を搭載した携帯用電子機器の傾き等の姿勢の影響により、空気流路２内に存在する凝縮水が貫通孔３ａおよび３ｂを介して冷却用空気流路４に流れ込まないように、貫通孔３ａおよび３ｂ内の空気流路２側に、貫通孔３ａおよび３ｂを塞ぐように、空気を通して水を通さない気体透過膜を設けることが好ましい。膜厚は、例えば１０〜２００μｍである。この膜には、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂からなる撥水性を有する多孔質シートが用いられる。孔の大きさは、例えば０．０５〜５μｍである。
【００２６】
さらに、上記の空冷式燃料電池と、空気流路２および冷却用空気流路４にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを具備する空冷式燃料電池システムを構成することにより、１つの空気供給手段（例えば、図３に示すファン２６）で、空気流路２と冷却用空気流路４の両方に空気を供給することができる。このように、１つの空気供給手段で空気流路２と冷却用空気流路４の両方に空気を供給することができ、ファン等の周辺補器の消費電力を効率よく低減することができるため、燃料電池システムの小型化および低コスト化が可能となる。
【００２７】
本実施の形態では、外部マニホルドを備えた燃料電池の一例を示したが、セパレータ板および膜電極接合体の周縁部にそれぞれ空気流路、燃料流路、および冷却用空気流路に接続する内部マニホルドを設けてもよい。
また、本発明のセパレータ板における、貫通孔の数、ならびに冷却用空気流路および空気流路の形状は本実施の形態に限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態２）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図４に示す。本実施の形態のセパレータ板１’は、実施の形態１の図１に示すセパレータ板１における第２の板体１ｂの冷却用空気流路４を有する面に、さらに排水路８を設けた構成である。すなわち、図４に示すように、第２の板体１ｂ’は、第１の板体１ａと対向する面（空気流路２を有する面と反対側の面）において、冷却用空気流路４および排水路８を有する。排水路８は、空気流路２に存在する水が冷却水用空気流路４に流れ込んだ場合、その水を排出する役割を有する。
【００２９】
排水路８は、上流側で排水路９ａと排水路９ｂの２つに枝分かれし、下流側の排水出口８ａ付近で２つの排水路９ａおよび９ｂが１つに合流する形状を有する。排水路８の下流側の端は排水出口８ａに接続され、排水路８の上流側の端は、２つに枝分かれした排水路９ａおよび９ｂの末端において、冷却用空気流路４の貫通孔３ａおよび３ｂ付近に設けられた図２中の排水入口１０ａおよび排水入口１０ｂにそれぞれ接続されている。
【００３０】
同一面に冷却用空気流路４および排水路８を有するため、排水路８に水が排出されやすいように、排水路８は、冷却用空気流路４よりも底の位置が低くなるように形成されている。また、排水路８内の水を排水出口８ａより排出しやすくするために、排水路８の底を上流から下流にかけて下方に傾斜させてもよい。排水路８は貫通孔３ａおよび３ｂ付近で冷却用空気流路４に接続されているため、空気流路２に存在する水は、冷却用空気流路４に流れ込むことなく、貫通孔３ａおよび３ｂを経由して効率よく排水入口１０ａおよび１０ｂより排水路９ａおよび９ｂへ排出される。また、棚部７ａや傾斜部が７ｂが存在するため、冷却用空気流路４の湾曲部（棚部７ａの部分）に水が溜まりにくい。
【００３１】
上記セパレータ板１’では、冷却用空気流路４内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１’を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００３２】
（実施の形態３）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図５に示す。図５に示すように、セパレータ板１１は、第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂからなる。第１の板体１１ａは、一方の面に、空気入口２ａ、空気出口２ｂ、および空気入口２ａと空気出口２ｂとを連絡し、空気を流す空気流路２を有する。第１の板体１１ａは、他方の面に、冷却用空気入口１４、冷却用空気入口１４に接続する冷却用空気流路、ならびに空気流路２と冷却用空気流路とを連絡する貫通孔３ａおよび３ｂを有する。第２の板体１１ｂは、図２の第１の板体１ｂの場合と同様に、一方の面に燃料入口１２ａ、燃料出口１２ｂ、および燃料入口１２ａと燃料出口１２ｂとを連絡し、燃料を流す燃料流路１２を有する。
【００３３】
第１の板体１１ａおよび第２の板体１１ｂは、第１の板体１１ａにおける冷却用空気流路を有する面と、第２の板体１１ｂにおける燃料流路１２を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている。そして、冷却用空気流路１４は、実施の形態１の冷却用空気流路４と左右対称の形状を有する。すなわち、本実施の形態の第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂとを重ね合わせたセパレータ板１１は、実施の形態１の第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを重ね合わせたセパレータ板１と形状は同じである。
【００３４】
上記のように第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂとを組み合わせてセパレータ板１１を構成することにより、セパレータ板１１内部に、冷却用空気流路と、貫通孔３ａおよび３ｂとを、精度良くかつ容易に形成することができる。
上記セパレータ板１１では、冷却用空気流路内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１１を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００３５】
（実施の形態４）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図６に示す。本実施の形態のセパレータ板１１’は、実施の形態３の図５に示すセパレータ板１１の第２の板体１１ｂの燃料流路１２を有する面と反対側の面に、さらに排水路１８を設けた構成である。すなわち、図６に示すように、第２の板体１１ｂ’は、第１の板体１１ａと対向する面において、排水路１８を有する。排水路１８は、空気流路２に存在する水が冷却水用空気流路１４に流れ込んだ場合、その水を排出する役割を有する。
【００３６】
排水路１８は、上流側で排水路１９ａと排水路１９ｂの２つに枝分かれし、下流側の排水出口１８ａ付近で２つの排水路１９ａおよび１９ｂが１つに合流する形状を有する。排水路１８の下流側の端は排水出口１８ａに接続され、２つに枝分かれした排水路１９ａおよび１９ｂの上流側端部２０ａおよび２０ｂは、冷却用空気流路４の貫通孔３ａおよび３ｂの真下にそれぞれ設けられている。
【００３７】
排水路８の上流側端部２０ａおよび２０ｂは貫通孔３ａおよび３ｂの真下に設けられているため、空気流路２に存在する水が貫通孔３ａおよび３ｂを経由して冷却用空気流路１４に流れ込んでも、効率よく上流側端部２０ａおよび２０ｂより排水路１９ａおよび１９ｂへ排出される。また、排水路１８内の水を排水出口１８ａより排出しやすくするために、排水路１８の底を上流から下流にかけて下方に傾斜させてもよい。
【００３８】
上記セパレータ板１１’では、冷却用空気流路内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１１’を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の空冷式燃料電池は、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として好適に用いられる。また、電動スクータや自動車用の電源にも用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図２】図１の板体１１ｂの背面からみた斜視図である。
【図３】外部マニホルドを周囲に配した発電部におけるセパレータ板中の燃料および空気の流れを示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態４の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、１’、１１、１１’ セパレータ
１ａ、１１ａ 第１の板体
１ｂ、１ｂ’、１１ｂ、１１ｂ’ 第２の板体
２ 空気流路
２ａ 空気入口
２ｂ 空気出口
３ａ、３ｂ 貫通孔
４ 冷却用空気流路
４ａ、１４ 冷却用空気入口
６ａ、６ｂ 湾曲部
７ａ 棚部
７ｂ 傾斜部
８、９ａ、９ｂ、１８、１９ａ、１９ｂ 排水路
８ａ、１８ａ 排水出口
１０ａ、１０ｂ 排水入口
１２ 燃料流路
１２ａ 燃料入口
１２ｂ 燃料出口
２０ａ、２０ｂ 端部
２２ 空気供給部
２３ 空気排出部
２４ 燃料供給部
２５ 燃料排出部
２６ ファン
２７ ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式燃料電池に関し、さらに詳しくは空冷式燃料電池に用いられるセパレータ板の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地球温暖化や大気汚染等の環境問題や資源枯渇の問題を解決し、持続可能な循環型社会を実現させる方策として、燃料電池を用いることが着目されており、燃料電池に関する研究開発が盛んに行われている。燃料電池としては、工場や住宅等に設置する定置型電池および電気自動車用や携帯電子機器用の非定置型電池がある。また、近年、ＡＣアダプターからの充電を必要としないユビキタスモバイル電源として、直接型燃料電池が、特に着目されており、早期実用化に向けて積極的な取り組みが行われている。
【０００３】
燃料電池は一般的に発電に伴い発熱するため、燃料電池の作動温度を一定にするためには、冷却水などで燃料電池を冷却する必要がある。このような冷却水を使う水冷式以外の方法としては、例えば、燃料電池システム中に、発電部に空気を供給するファンを新たに設置し、発電部を空冷する空冷式が挙げられる。
【０００４】
特に、非定置型燃料電池の場合、重量や設置スペースの観点からタンクが必要な冷却水を使用することは困難であるため、空冷式が使われることが多い。その中でも、電気自動車用燃料電池においては、発電部は所望の出力を得るために単セルを複数個積層したスタック構造を有しており、この発電部の発熱量が大きいことが問題となっていた。この場合、凝縮水の除去に必要な空気流を確保し、発電の安定性を向上させるためには、冷却用空気と発電用空気とを適切な量だけ供給するための専用の補機が必要となり、消費電力の増大やシステムの大型化の問題があった。
【０００５】
空気による発電部の冷却、およびセパレータ板の空気流路の凝縮水による閉塞（フラッディング）の抑制のために、以下のような提案がなされている。
例えば、特許文献１では、セパレータ板の燃料流路を有する面と反対側の面に冷却用空気流路を形成し、この冷却用空気流路の圧力損失を空気流路の圧力損失とほぼ同一とすることが提案されている。これにより、反応用空気および冷却用空気を供給するための周辺補器を共通化することができ、燃料電池システムを小型化かつ低コスト化することができる。
【０００６】
また、特許文献２では、セパレータ板の一方の面に設けられた蛇行する溝状の空気流路の空気の流れに対して湾曲部より下流側に、セパレータ板の厚さ方向に貫通する貫通孔を設け、空気流路を有する面と反対側の面に上記貫通孔と連絡する水流路を設けたセパレータ板を用いることが提案されている。これにより、空気流路内の凝縮水を適切に貫通孔を介して水流路に排水することができる。
しかしながら、上記のような従来の技術では、発電部の冷却効率の向上と、セパレータ板の空気流路の水による閉塞の抑制とを同時に実現することが困難である。
【特許文献１】特開２００４−３２７０８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９０７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の問題を解決するために、燃料電池の発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することが可能なセパレータ板を提供することを目的とする。また、上記セパレータ板を用いて、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする。
これにより、セパレータ板内部の冷却用空気流路を通過する冷却用空気を効率的に空気流路に送り込むことができるため、発電部の冷却効率の向上および空気流路の凝縮水による閉塞の抑制を同時に実現させることができる。
【０００９】
前記セパレータ板は、前記空気流路の一方の端と連絡する空気入口および前記空気流路の他方の端と連絡する空気出口を有し、前記空気流路は、前記カソードと対応する部分において湾曲部を有し、前記貫通孔は、前記空気流路における前記空気の流れに対して前記湾曲部よりも上流側に設けられているのが好ましい。
これにより、空気流路の湾曲部で発生しやすい凝縮水による閉塞を抑制することが可能となるため、燃料電池の出力特性が安定化する。
【００１０】
前記セパレータ板は、前記冷却用空気流路の一方の端と連絡する冷却用空気入口を有し、前記冷却用空気流路の他方の端は前記貫通孔に連絡するのが好ましい。
これにより、空気流路の最も下流側に位置する湾曲部で、貫通孔を通じて冷却用空気を空気流路に送り込み易くなる。そして、発電部を効率的に冷却しつつ、水の凝縮が最も発生しやすい空気流路の最も下流側に位置する湾曲部において、水の排出性を確保することができる。
【００１１】
前記セパレータ板は、前記貫通孔内における前記空気流路側に、前記貫通孔を塞ぐように、空気を通し、かつ水を通さない膜を有するのが好ましい。
これにより、燃料電池を搭載した携帯用電子機器の傾き等の姿勢の影響により、空気流路内に存在する凝縮水が貫通孔を介して冷却用空気流路へ流れ込むのを防止することができる。
【００１２】
前記セパレータ板は、さらに、内部に、前記空気流路から前記冷却用空気流路に流れ込んだ水を排出するための排水路を有するのが好ましい。
これにより、空気流路に存在する水が冷却用空気流路に流れ込み、冷却用空気流路内部に水が滞留するのを防止することができる。
【００１３】
本発明の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板の第１の好ましい形態は、前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、前記第１の板体は、一方の面に前記空気流路および前記貫通孔を有し、前記第２の板体は、一方の面に前記冷却用空気流路を有し、他方の面に前記燃料流路を有し、前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記空気流路を有する面と反対側の面と、前記第２の板体における前記冷却用空気流路を有する面とが対向するように重ね合わせられている。
これにより、セパレータ板内部に冷却用空気流路や貫通孔を精度よく、容易に形成することができる。
【００１４】
本発明の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板の第２の好ましい形態は、前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、前記第１の板体は、一方の面に空気流路を有し、他方の面に冷却用空気流路を有し、前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する前記貫通孔を有し、前記第２の板体は、一方の面に前記燃料流路を有し、前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記冷却用空気流路を有する面と、前記第２の板体における前記燃料流路を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている。
これにより、セパレータ板内部に冷却用空気流路や貫通孔を精度よく、容易に形成することができる。
【００１５】
また、本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる膜電極接合体の複数個を、上記の導電性セパレータ板を介して前記燃料流路を有する面が前記アノードに対向し、前記空気流路を有する面が前記カソードに対向するように積層してなる空冷式燃料電池に関する。
さらに、本発明は、上記の空冷式燃料電池と、前記空気流路および前記冷却用空気流路にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを具備する空冷式燃料電池システムに関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一方の面に空気流路および他方の面に燃料流路を有するセパレータ板が、内部に設けられた冷却用空気流路、および空気流路と冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することにより、空気流路の途中で冷却用空気流路内の冷却用空気を送り込むことができる。これにより、発電部を効率よく冷却することができるとともに、空気流路の凝縮水による閉塞を抑制することができる。
上記セパレータ板を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を示すが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。
（実施の形態１）
本発明に係る導電性セパレータ板の一実施の形態を図１に示す。図１は、本実施の形態の導電性セパレータ板の分解斜視図である。
図１に示すように、セパレータ板１は、例えばカーボンからなる第１の板体１ａおよび第２の板体１ｂで構成される。第１の板体は、一方の面に、空気入口２ａ、空気出口２ｂ、および空気入口２ａと空気出口２ｂとを連絡し、空気を流す空気流路２を有する。空気流路２は、後述するカソードと対向する面においてＳ字状に蛇行し、湾曲部６ａおよび６ｂを有する。湾曲部６ａは湾曲部６ｂよりも空気の流れに対して上流側に位置する。また、第１の板体１ａは、空気流路２と、他方の面とを貫通する２つの貫通孔３ａおよび３ｂを有する。貫通孔３ａは貫通孔３ｂよりも空気の流れに対して上流側に位置する。
【００１８】
第２の板体１ｂは、図１に示すように、一方の面に冷却用空気流路４を有し、図２に示すように、他方の面（後述するアノードと対向する面）に燃料入口１２ａ、燃料出口１２ｂ、および燃料入口１２ａと燃料出口１２ｂとを連絡し、燃料を流す燃料流路１２を有する。燃料流路１２は、後述するアノードと対向する面においてＳ字状に蛇行する。第２の板体１ｂにおいて、冷却用空気流路４の一方の端は、第２の板体１ｂに設けられた冷却用空気入口４ａに接続され、冷却用空気流路４の他方の端（下流側の端）は閉じられている。
【００１９】
セパレータ板１は、第１の板体１ａの空気流路２を有する面と反対側の面と、第２の板体１ｂの冷却用空気流路４を有する面とが対向するように、第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを重ね合わせることにより構成される。第１の板体１ａと第２の板体１ｂとの密着方法としては、例えば密着させる面に導電性ペーストを塗布することが挙げられる。
貫通孔３ａおよび３ｂは、空気流路２と冷却水用空気流路４とを連絡する。冷却用空気流路４は、空気流路２の空気入口２ａから貫通孔３ｂまでの形状に対応する。
上記のように第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを組み合わせてセパレータ板１を構成することにより、セパレータ板１内部に、冷却用空気流路４と、貫通孔３ａおよび３ｂとを、精度良くかつ容易に形成することができる。
【００２０】
貫通孔３ａおよび３ｂは、それぞれ空気流路２における空気の流れに対して湾曲部６ａおよび６ｂよりも上流側に設けられている。これにより、湾曲部６ａおよび６ｂで発生しやすい空気流路の凝縮水による閉塞をより効果的に抑制することができる。
また、冷却用空気流路４の下流側の端は閉じられており、空気流路２の最も下流側に位置する湾曲部６ｂよりも上流側で、貫通孔３ｂを介して冷却用空気流路４内の冷却用空気のすべてが空気流路２へ流れ込むため、発電部を効率よく冷却することができるとともに、水の凝縮が最も発生しやすい空気流路２の下流側の湾曲部６ｂでの水の排出性を十分に確保することができる。
【００２１】
さらに、冷却用空気流路４は、貫通孔３ａよりも下流側において断面積が減少するように形成されている。すなわち、冷却用空気流路４において、空気流路２の貫通孔３ａから湾曲部６ａに対応する部分に、上流側から下流側にかけて上方に傾斜する傾斜部７ｂ、および空気流路２の湾曲部６ａに対応する湾曲部に、傾斜部７ｂに連なる棚部７ａが設けられている。これにより、冷却用空気流路４内を通る冷却用空気が上流側に位置する貫通孔３ａに流れ込みやすくなる。
また、空気流路の圧力損失の低減化および発電部の冷却効率の向上の観点から、図１に示すように、冷却用空気流路４は空気流路２よりも幅が広いのが好ましい。
【００２２】
燃料電池の発電部は、例えば、上記のセパレータ板１と、膜電極接合体とを交互に複数個積層することにより構成される。膜電極接合体は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる。アノードはセパレータ板１の燃料流路を有する面に対向し、カソードはセパレータ板１の空気流路２を有する面に対向する。
ここで、図３に、周囲に外部マニホルドを配した発電部におけるセパレータ板１中の燃料および空気の流れを示す。図３中の実線ａは空気の流れ、破線ｂは冷却用空気の流れ、破線ｃは燃料の流れを示す。なお、セパレータ板１中の冷却用空気の流れは省略する。
各セパレータ板１の燃料入口１２ａおよび燃料出口１２ｂは、それぞれ発電部の周囲に設けられた外部マニホルドに接続される。各セパレータ板の燃料流路２内の燃料は、外部マニホルドの燃料供給部２４から燃料入口２ａより供給される。燃料供給部２４の燃料はポンプ２７により送り込まれる。また、燃料流路２内の燃料は、各セパレータ板１の燃料出口２ｂから外部マニホルドの燃料排出部２５へ排出される。
【００２３】
各セパレータ板１の空気入口２ａおよび冷却用空気入口４ａは、それぞれ発電部の周囲に設けられた外部マニホルドに接続される。各セパレータ板の空気流路２内および冷却用空気流路４内の空気は、外部マニホルドの空気供給部２２から空気入口２ａおよび冷却用空気入口４ａより供給される。空気供給部２２の空気、すなわち空気流路２を流れる空気および冷却用空気流路を流れる冷却用空気は、１つのファン２６により送り込まれる。また、空気流路２内の空気は、各セパレータ板１の空気出口２ｂから外部マニホルドの空気排出部２３へ排出される。上記のように、第２の板体１ｂにおける冷却用空気流路４の下流側端部は閉じられているため、冷却用空気流路４内の空気のすべては、貫通孔３ａおよび３ｂを経由して空気流路２に流れ込む。
【００２４】
上記セパレータ板１では、冷却用空気流路４内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００２５】
また、燃料電池を搭載した携帯用電子機器の傾き等の姿勢の影響により、空気流路２内に存在する凝縮水が貫通孔３ａおよび３ｂを介して冷却用空気流路４に流れ込まないように、貫通孔３ａおよび３ｂ内の空気流路２側に、貫通孔３ａおよび３ｂを塞ぐように、空気を通して水を通さない気体透過膜を設けることが好ましい。膜厚は、例えば１０〜２００μｍである。この膜には、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂からなる撥水性を有する多孔質シートが用いられる。孔の大きさは、例えば０．０５〜５μｍである。
【００２６】
さらに、上記の空冷式燃料電池と、空気流路２および冷却用空気流路４にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを具備する空冷式燃料電池システムを構成することにより、１つの空気供給手段（例えば、図３に示すファン２６）で、空気流路２と冷却用空気流路４の両方に空気を供給することができる。このように、１つの空気供給手段で空気流路２と冷却用空気流路４の両方に空気を供給することができ、ファン等の周辺補器の消費電力を効率よく低減することができるため、燃料電池システムの小型化および低コスト化が可能となる。
【００２７】
本実施の形態では、外部マニホルドを備えた燃料電池の一例を示したが、セパレータ板および膜電極接合体の周縁部にそれぞれ空気流路、燃料流路、および冷却用空気流路に接続する内部マニホルドを設けてもよい。
また、本発明のセパレータ板における、貫通孔の数、ならびに冷却用空気流路および空気流路の形状は本実施の形態に限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態２）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図４に示す。本実施の形態のセパレータ板１’は、実施の形態１の図１に示すセパレータ板１における第２の板体１ｂの冷却用空気流路４を有する面に、さらに排水路８を設けた構成である。すなわち、図４に示すように、第２の板体１ｂ’は、第１の板体１ａと対向する面（空気流路２を有する面と反対側の面）において、冷却用空気流路４および排水路８を有する。排水路８は、空気流路２に存在する水が冷却水用空気流路４に流れ込んだ場合、その水を排出する役割を有する。
【００２９】
排水路８は、上流側で排水路９ａと排水路９ｂの２つに枝分かれし、下流側の排水出口８ａ付近で２つの排水路９ａおよび９ｂが１つに合流する形状を有する。排水路８の下流側の端は排水出口８ａに接続され、排水路８の上流側の端は、２つに枝分かれした排水路９ａおよび９ｂの末端において、冷却用空気流路４の貫通孔３ａおよび３ｂ付近に設けられた図２中の排水入口１０ａおよび排水入口１０ｂにそれぞれ接続されている。
【００３０】
同一面に冷却用空気流路４および排水路８を有するため、排水路８に水が排出されやすいように、排水路８は、冷却用空気流路４よりも底の位置が低くなるように形成されている。また、排水路８内の水を排水出口８ａより排出しやすくするために、排水路８の底を上流から下流にかけて下方に傾斜させてもよい。排水路８は貫通孔３ａおよび３ｂ付近で冷却用空気流路４に接続されているため、空気流路２に存在する水は、冷却用空気流路４に流れ込むことなく、貫通孔３ａおよび３ｂを経由して効率よく排水入口１０ａおよび１０ｂより排水路９ａおよび９ｂへ排出される。また、棚部７ａや傾斜部が７ｂが存在するため、冷却用空気流路４の湾曲部（棚部７ａの部分）に水が溜まりにくい。
【００３１】
上記セパレータ板１’では、冷却用空気流路４内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１’を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００３２】
（実施の形態３）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図５に示す。図５に示すように、セパレータ板１１は、第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂからなる。第１の板体１１ａは、一方の面に、空気入口２ａ、空気出口２ｂ、および空気入口２ａと空気出口２ｂとを連絡し、空気を流す空気流路２を有する。第１の板体１１ａは、他方の面に、冷却用空気入口１４、冷却用空気入口１４に接続する冷却用空気流路、ならびに空気流路２と冷却用空気流路とを連絡する貫通孔３ａおよび３ｂを有する。第２の板体１１ｂは、図２の第１の板体１ｂの場合と同様に、一方の面に燃料入口１２ａ、燃料出口１２ｂ、および燃料入口１２ａと燃料出口１２ｂとを連絡し、燃料を流す燃料流路１２を有する。
【００３３】
第１の板体１１ａおよび第２の板体１１ｂは、第１の板体１１ａにおける冷却用空気流路を有する面と、第２の板体１１ｂにおける燃料流路１２を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている。そして、冷却用空気流路１４は、実施の形態１の冷却用空気流路４と左右対称の形状を有する。すなわち、本実施の形態の第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂとを重ね合わせたセパレータ板１１は、実施の形態１の第１の板体１ａと第２の板体１ｂとを重ね合わせたセパレータ板１と形状は同じである。
【００３４】
上記のように第１の板体１１ａと第２の板体１１ｂとを組み合わせてセパレータ板１１を構成することにより、セパレータ板１１内部に、冷却用空気流路と、貫通孔３ａおよび３ｂとを、精度良くかつ容易に形成することができる。
上記セパレータ板１１では、冷却用空気流路内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１１を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【００３５】
（実施の形態４）
本実施の形態のセパレータ板の分解斜視図を図６に示す。本実施の形態のセパレータ板１１’は、実施の形態３の図５に示すセパレータ板１１の第２の板体１１ｂの燃料流路１２を有する面と反対側の面に、さらに排水路１８を設けた構成である。すなわち、図６に示すように、第２の板体１１ｂ’は、第１の板体１１ａと対向する面において、排水路１８を有する。排水路１８は、空気流路２に存在する水が冷却水用空気流路１４に流れ込んだ場合、その水を排出する役割を有する。
【００３６】
排水路１８は、上流側で排水路１９ａと排水路１９ｂの２つに枝分かれし、下流側の排水出口１８ａ付近で２つの排水路１９ａおよび１９ｂが１つに合流する形状を有する。排水路１８の下流側の端は排水出口１８ａに接続され、２つに枝分かれした排水路１９ａおよび１９ｂの上流側端部２０ａおよび２０ｂは、冷却用空気流路４の貫通孔３ａおよび３ｂの真下にそれぞれ設けられている。
【００３７】
排水路８の上流側端部２０ａおよび２０ｂは貫通孔３ａおよび３ｂの真下に設けられているため、空気流路２に存在する水が貫通孔３ａおよび３ｂを経由して冷却用空気流路１４に流れ込んでも、効率よく上流側端部２０ａおよび２０ｂより排水路１９ａおよび１９ｂへ排出される。また、排水路１８内の水を排水出口１８ａより排出しやすくするために、排水路１８の底を上流から下流にかけて下方に傾斜させてもよい。
【００３８】
上記セパレータ板１１’では、冷却用空気流路内の冷却用空気を効率よく空気流路２に送り込むことが可能となり、発電部の冷却効率の向上と、空気流路の凝縮水による閉塞の抑制とを同時に実現することができる。従って、上記セパレータ板１１’を用いることにより、安定した出力特性を有する高信頼性の空冷式燃料電池が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の空冷式燃料電池は、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として好適に用いられる。また、電動スクータや自動車用の電源にも用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図２】図１の板体１１ｂの背面からみた斜視図である。
【図３】外部マニホルドを周囲に配した発電部におけるセパレータ板中の燃料および空気の流れを示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態４の空冷式燃料電池用セパレータ板の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、１’、１１、１１’ セパレータ
１ａ、１１ａ 第１の板体
１ｂ、１ｂ’、１１ｂ、１１ｂ’ 第２の板体
２ 空気流路
２ａ 空気入口
２ｂ 空気出口
３ａ、３ｂ 貫通孔
４ 冷却用空気流路
４ａ、１４ 冷却用空気入口
６ａ、６ｂ 湾曲部
７ａ 棚部
７ｂ 傾斜部
８、９ａ、９ｂ、１８、１９ａ、１９ｂ 排水路
８ａ、１８ａ 排水出口
１０ａ、１０ｂ 排水入口
１２ 燃料流路
１２ａ 燃料入口
１２ｂ 燃料出口
２０ａ、２０ｂ 端部
２２ 空気供給部
２３ 空気排出部
２４ 燃料供給部
２５ 燃料排出部
２６ ファン
２７ ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、
内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項２】
前記セパレータ板は、前記空気流路の一方の端と連絡する空気入口および前記空気流路の他方の端と連絡する空気出口を有し、
前記空気流路は湾曲部を有し、
前記貫通孔は、前記空気流路における前記空気の流れに対して前記湾曲部よりも上流側に設けられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項３】
前記セパレータ板は、前記冷却用空気流路の一方の端と連絡する冷却用空気入口を有し、
前記冷却用空気流路の他方の端は前記貫通孔に連絡する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項４】
前記セパレータ板は、前記貫通孔内における前記空気流路側に、前記貫通孔を塞ぐように、空気を通し、かつ水を通さない膜を有する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項５】
前記セパレータ板は、さらに内部に、前記空気流路から前記冷却用空気流路に流れ込んだ水を排出するための排水路を有する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項６】
前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、
前記第１の板体は、一方の面に前記空気流路および前記貫通孔を有し、
前記第２の板体は、一方の面に前記冷却用空気流路を有し、他方の面に前記燃料流路を有し、
前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記空気流路を有する面と反対側の面と、前記第２の板体における前記冷却用空気流路を有する面とが対向するように重ね合わせられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項７】
前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、
前記第１の板体は、一方の面に空気流路を有し、他方の面に冷却用空気流路を有し、前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する前記貫通孔を有し、
前記第２の板体は、一方の面に前記燃料流路を有し、
前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記冷却用空気流路を有する面と、前記第２の板体における前記燃料流路を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項８】
高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる膜電極接合体の複数個を、請求項１〜７のいずれかに記載の導電性セパレータ板を介して、前記燃料流路を有する面が前記アノードに対向し、前記空気流路を有する面が前記カソードに対向するように積層してなる空冷式燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の空冷式燃料電池と、前記空気流路および前記冷却用空気流路にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを備えた空冷式燃料電池システム。
【請求項１】
一方の面に燃料を流す燃料流路を有し、他方の面に空気を流す空気流路を有する空冷式燃料電池用導電性セパレータ板であって、
内部に設けられた冷却用空気流路、および前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項２】
前記セパレータ板は、前記空気流路の一方の端と連絡する空気入口および前記空気流路の他方の端と連絡する空気出口を有し、
前記空気流路は湾曲部を有し、
前記貫通孔は、前記空気流路における前記空気の流れに対して前記湾曲部よりも上流側に設けられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項３】
前記セパレータ板は、前記冷却用空気流路の一方の端と連絡する冷却用空気入口を有し、
前記冷却用空気流路の他方の端は前記貫通孔に連絡する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項４】
前記セパレータ板は、前記貫通孔内における前記空気流路側に、前記貫通孔を塞ぐように、空気を通し、かつ水を通さない膜を有する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項５】
前記セパレータ板は、さらに内部に、前記空気流路から前記冷却用空気流路に流れ込んだ水を排出するための排水路を有する請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項６】
前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、
前記第１の板体は、一方の面に前記空気流路および前記貫通孔を有し、
前記第２の板体は、一方の面に前記冷却用空気流路を有し、他方の面に前記燃料流路を有し、
前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記空気流路を有する面と反対側の面と、前記第２の板体における前記冷却用空気流路を有する面とが対向するように重ね合わせられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項７】
前記セパレータ板は、第１の板体と第２の板体からなり、
前記第１の板体は、一方の面に空気流路を有し、他方の面に冷却用空気流路を有し、前記空気流路と前記冷却用空気流路とを連絡する前記貫通孔を有し、
前記第２の板体は、一方の面に前記燃料流路を有し、
前記第１の板体および前記第２の板体は、前記第１の板体における前記冷却用空気流路を有する面と、前記第２の板体における前記燃料流路を有する面と反対側の面とが対向するように重ね合わせられている請求項１記載の空冷式燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項８】
高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードとからなる膜電極接合体の複数個を、請求項１〜７のいずれかに記載の導電性セパレータ板を介して、前記燃料流路を有する面が前記アノードに対向し、前記空気流路を有する面が前記カソードに対向するように積層してなる空冷式燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の空冷式燃料電池と、前記空気流路および前記冷却用空気流路にそれぞれ空気を供給する１つの空気供給手段とを備えた空冷式燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２７７４８（Ｐ２００８−２７７４８Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９９３１９（Ｐ２００６−１９９３１９）
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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