JP2009105005A - 燃料電池およびそのセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】板厚が厚くなるのを避けつつセパレータの剛性を向上させる。
【解決手段】流体が流れる流路に、隣接する部材に当接して流体が流通するスペースを確保する凸部４１，４２が形成され、該凸部４１，４２の周囲に段部７１，７２が形成されている。凸部４１，４２は、例えば流体入口側マニホールドおよび流体出口側マニホールドと流体流路との間における流体の分配流路２５（２４，２６）に形成されている。例えば、凸部４１，４２は例えば点状の突起であり、段部７１，７２は該突起の周囲に形成された環状の溝である。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池およびそのセパレータに関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池を構成するセパレータの構造の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば固体高分子型燃料電池）は電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなる接合体（例えばＭＥＡ、ＭＥＧＡ）と、該接合体を挟持する一対のセパレータとで構成されている。また、このようなセルが複数積層されていわゆる燃料電池スタックが形成されている。

燃料電池用のセパレータとして、表裏に一体的な流体流路を備え、セパレータどうしが重ね合わされたときの間隙を反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）や冷却水が流れるように構成されているものが多く利用されている。また、このようなセパレータとして、例えば数十本程度の流体流路からなる流路部と、これら複数の流体流路に冷却水を均等に流すための分配流路とを備えているものが提案されている。

このようなセパレータにおける分配流路は、流体（反応ガスや冷却水）を均等に分配しつつ、セパレータどうし及びセパレータと膜−電極接合体との電気的接触（導通）を確保する構造となっている。従来、セパレータの表面への突起および裏面への突起を交互に配置し、隣接するセパレータの突起どうしを突き合わせるようにした構造のセパレータが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−１９６０７９号公報

しかしながら、上述のように突起を介してセパレータどうし、あるいは膜−電極接合体と接触している構造のセパレータにおいては、ガスの圧力の影響でセパレータが変形し、流路断面積が変わってしまうことがある（図８、図９参照）。こうした場合には、当該燃料電池セルにおいて所望の圧損（流体流路の形状、流体流路の表面の滑らかさ等に起因して当該流体が有する圧力などのエネルギーが消費されること）が実現されず、燃料電池の性能が低下するおそれがある。また、セパレータどうしあるいはセパレータと膜−電極接合体との接触状態が良好でなくなって性能が低下するおそれもある。

この場合、セパレータの板厚を厚くすれば剛性が得られやすくなるものの、複数のセパレータおよび燃料電池セルを積層してなる燃料電池においては板厚をできるだけ薄くしたいとの要望があり、安易に厚くすれば済むわけではない。

そこで、本発明は、板厚が厚くなるのを避けつつセパレータの剛性を向上させた燃料電池およびそのセパレータを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば金属板をプレスして表裏に凸部（突起）を形成している場合、変形加工されていない部分（基準板部分ともいう）がいわば中間面になるが、当該中間面たる基準板部分は一般に剛性が低く、流体の圧力差による影響を受けやすい。この点につきさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く着想を得るに至った。

本発明はかかる着想に基づくものであり、一方の面に流体を流通させるための流体流路と、該流体流路に流体を供給しまたは流体流路から流体を排出するための流体入口側マニホールドおよび流体出口側マニホールドと、を備えた構造の燃料電池用のセパレータにおいて、流体が流れる流路には、隣接する部材に当接して流体が流通するスペースを確保する凸部が形成され、該凸部の周囲に段部が形成されているものである。凸部は、例えば該流体入口側マニホールドおよび流体出口側マニホールドと流体流路との間における流体の分配流路に形成されたものである。

このような構造とした場合、凸部の周囲に形成された段部が当該セパレータの剛性（特に曲げ剛性）を向上させるから、ガスの圧力の影響による当該セパレータの変形が抑制される。これによれば、ガス圧力の影響でセパレータにおける流路断面積が変わってしまうのが抑えられるから、当該燃料電池セルにおいて所望の圧損を維持しやすくなる。

上述の段部は、例えば凸部の周囲に環状に形成されたものである。この場合、凸部は点状の突起であり、段部は該突起の周囲に形成された環状の溝であることが好ましい。

あるいは、上述の段部は、凸部の近傍に略直線状に形成されたものであってもよい。この場合の段部は、互いに異なる方向に延びるように形成された複数のリブからなることが好ましい。

また、凸部は、当該セパレータの表裏にそれぞれ突出するように設けられた複数の突起からなるものでもよい。この場合の段部は、突起の周囲において、当該突起の突出方向とは逆の面に向かって突出するように設けられたものであることが好ましい。

さらに、段部は、その突出量が突起の突出量よりも小さくなるように形成されていることがより好ましい。この場合の当該段部は、凸部のようにセパレータや膜−電極接合体に接触するものではないから、流体の流れに対して特に影響を及ぼさないものとなる。

また、上述のセパレータにおける段部は、当該セパレータのプレス成形時に成形されたものであることが好ましい。さらにこの場合、当該セパレータは、流体流路と分配流路とが表裏一体に形成されたプレスメタルセパレータであることも好ましい。

本発明によれば、板厚が厚くなるのを避けつつセパレータの剛性を向上させることができる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図６に本発明の実施形態を示す。以下においては、まず燃料電池１を構成するセル（発電セル）２および複数のセル２が積層されてなる燃料電池スタックの概略構成について説明し、その後、セパレータ２０の構造について説明することとする。

図１に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。図示するように構成されるセル２は、順次積層されてセル積層体３を構成している（図２参照）。また、このセル積層体３等で構成される燃料電池スタックは、例えばスタック両端を一対のエンドプレート７で挟まれ、さらにこれらエンドプレート７どうしを繋ぐようにテンションプレート８からなる拘束部材が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている（図２参照）。

なお、このような燃料電池スタック等で構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムにおいて利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。

セル２は、電解質、具体例として膜−電極接合体（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０、該ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図１においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂで示している）等で構成されている（図１参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。

ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極（アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極）３２ａ，３２ｂとで構成されている（図１参照）。電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。

ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。

セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている。

さらに、上述したように各セパレータ２０ａ，２０ｂは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、セパレータ２０ｂにおいては、酸化ガスのガス流路３４を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３６を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３４を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３６を形成する凸形状（凸リブ）である。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ａは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形、あるいは両端が半円形状の長細矩形の透孔によって形成されている（図１等参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ｂも略矩形ないしは台形、あるいは両端が半円形状の長細矩形の透孔によって形成されている（図１参照）。

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル２が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。

なお、本実施形態においては、冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂとをそれぞれセパレータ２０の冷却水流れ方向両側の一方寄りおよび他方寄りに配置している（図１、図３参照）。すなわち、本実施形態においては冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂをセパレータ２０の対角線上に配置することとし、これによってセパレータ２０に対し冷却水が全面的に行き渡りやすくなるようにしている。

第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに複数の部材（例えば独立した小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成されているものである（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。

さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば独立した小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成された第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。

なお、第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材１３ａ〜１３ｃとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。

続いて、燃料電池１の構成について簡単に説明する（図２参照）。本実施形態における燃料電池１は、複数のセル２を積層してなるセル積層体３を備え、当該セル積層体３の両端に位置するセル（端セル）２，２の外側に順次、断熱セル４、出力端子５ａ付のターミナルプレート５、インシュレータ（絶縁プレート）６およびエンドプレート７をさらに備えた構成となっている。セル積層体３に対しては、両エンドプレート７をつなぐように架け渡されたテンションプレート８によって積層方向への所定の圧縮力が加えられている。さらに、セル積層体３の一端側のエンドプレート７とインシュレータ６との間にはプレッシャプレート９とばね機構９ａとが設けられており、セル２に作用する荷重の変動が吸収されるようになっている。

断熱セル４は例えば２枚のセパレータとシール部材とで断熱層が形成されているもので、発電に伴い生じる熱が大気等に放熱されるのを抑える役割を果たす。すなわち、一般に、セル積層体３の端部は大気との熱交換により温度が低くなりやすいことから、当該セル積層体３の端部に断熱層を形成することによって熱交換（放熱）を抑えることが行われている。このような断熱層としては、例えば、セル２におけるものと同様の一対のセパレータに、膜−電極接合体の代わりとして導電板などの断熱部材１０を挟み込んだ構成のものがある。この場合に用いられる断熱部材１０は断熱性に優れるほど好適であり、具体的には例えば導電性多孔質シートなどが用いられる。また、このような断熱部材１０の周囲をシール部材で封止することによって空気層が形成される。

ターミナルプレート５は集電板として機能する部材であり、例えば鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属で板状に形成されている。ターミナルプレート５のうち断熱セル４側の表面には、めっき処理等の表面処理が施されており、かかる表面処理により断熱セル４との接触抵抗が確保されている。めっきとしては、金、銀、アルミ、ニッケル、亜鉛、すず等を挙げることができ、例えば本実施形態では導電性、加工性および低廉性を勘案してすずめっき処理を施している。

インシュレータ６は、ターミナルプレート５とエンドプレート７等とを電気的に絶縁する機能を果たす部材である。このような機能を果たすため、かかるインシュレータ６は例えばポリカーボネートなどの樹脂材料により板状に形成されている。

エンドプレート７は、ターミナルプレート５と同様、各種金属（鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等）で板状に形成されている。例えば本実施形態では銅を用いてこのエンドプレート７を形成しているがこれは一例に過ぎず、他の金属で形成されていても構わない。

テンションプレート８は両エンドプレート７，７間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対がセル積層体３の両側に対向するように配置される（図２参照）。テンションプレート８は、各エンドプレート７，７にボルト等で固定され、単セル２の積層方向に所定の締結力（圧縮力）を作用させた状態を維持する。このテンションプレート８の内側面（セル積層体３を向く面）には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜が形成されている。絶縁膜は、具体的には例えば当該テンションプレート８の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。

続いて、セパレータ２０および分配流路の構造について説明する（図３〜図６参照）。

分配流路は、マニホールド１５ａ等とガス流路３４，３５あるいは冷却水流路３６との間に形成されているもので、マニホールド１５ａ等から流入した流体をガス流路３４，３５あるいは冷却水流路３６を構成する各凹溝へと分配し、または各凹溝から流れ出た流体を合流させてマニホールド１５ｂ等から流出させる。図３等においては水素ガスのガス流路３５に連なる当該水素ガスの分配流路を符号２５で示している。なお、各凹溝を流れ出た流体が合流する部分についても本実施形態では分配流路と呼んでいる。すなわち、この場合における分配流路は実質的に流体の分配を行うものではないが対称的な構造となっているものであり、流体をいずれの方向にも流しうるものなので分配流路と総称することとする（図３参照）。

セパレータ２０ａには、ＭＥＡ３０に向かって略円形に突出する突起（凸部）４１、および対向するセパレータ２０ｂに向かって略円形に突出する突起（凸部）４２が交互に等間隔となるように形成されている（図３〜図６参照）。各突起４１，４２の裏側にはディンプル状の凹部４１ｄ，４２ｄが一体的に形成されている。各突起４１，４２は対向するセパレータ２０ｂまたはＭＥＡ３０（あるいはＭＥＡ３０の両面に設けられたガス拡散層ＧＤＬ）と当接するスペーサとして機能し、水素ガスの分配流路２５および冷却水の分配流路２６を形成するスペースを確保するとともに、セル積層時に当該セパレータ２０ｂに作用する締結荷重を受ける働きをする（図６等参照）。

一方、セパレータ２０ｂには、ＭＥＡ３０に向かって略円形に突出する突起（凸部）５１、および対向するセパレータ２０ａに向かって略円形に突出する突起（凸部）５２が交互に等間隔となるように形成されている（図４、図６参照）。各突起５１，５２の裏側にはディンプル状の凹部５１ｄ，５２ｄが一体的に形成されている。各突起５１，５２は対向するセパレータ２０ａまたはＭＥＡ３０（あるいはＭＥＡ３０の両面に設けられたガス拡散層ＧＤＬ）と当接するスペーサとして機能し、酸化ガスの分配流路２４および冷却水の分配流路２６を形成するスペースを確保するとともに、セル積層時に当該セパレータ２０ｂに作用する締結荷重を受ける働きをする（図６等参照）。

上述したセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）において、酸化ガスの入口側マニホールド１５ａから流入した酸化ガスは、分配流路２４を流れ、酸化ガスのガス流路３４を流れ、さらに反対側の分配流路２４を流れ、出口側マニホールド１５ｂから流出する。同様に、水素ガスの入口側マニホールド１６ａから流入した水素ガスは、分配流路２５を流れ、水素ガスのガス流路３５を流れ、さらに反対側の分配流路２５を流れ、出口側マニホールド１６ｂから流出する。また、冷却水の入口側マニホールド１７ａから流入した冷却水は、分配流路２６を流れ、冷却水流路３６を流れ、さらに反対側の分配流路２６を流れ、出口側マニホールド１７ｂから流出する。

ここで、本実施形態では、上述した各突起（凸部）４１，４２，５１，５２の周囲に、当該セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を向上させる段部７１，７２，８１，８２をそれぞれ形成している。本実施形態における各段部７１，７２，８１，８２は、各突起４１，４２，５１，５２の周囲に、対応する突起４１，４２，５１，５２の突出方向とは逆側に凹む環状の溝形状となるように形成されている（図４、図５等参照）。これら段部７１，７２，８１，８２は、当該セパレータ２０のプレス成形時に突起４１，４２，５１，５２等とともにプレス成形することが可能なものである。

一般に、金属板をプレスして表裏に突起を形成した場合、変形加工されていない基準板部分（図４、図６において符号Ｍで示す）がいわば中間面になるが、当該中間面たる基準板部分Ｍは一般に剛性が低く、流体の圧力差による影響を受けやすい。このため、上述のような段部（７１，７２，８１，８２）が設けられていない従来構造のセパレータにおいては、例えば アノード圧力（分配流路２５における水素ガスの圧力）＞カソード圧力（分配流路２４における酸化ガスの圧力）＞ＬＬＣ圧力（分配流路２６における冷却水の圧力） となった場合に、圧力差の影響で当該セパレータが変形し、流路断面積が変わってしまうことが起こり得る（図８、図９参照）。これに対し、本実施形態のセパレータ２０においては、突起４１，４２，５１，５２の周囲に形成された段部７１，７２，８１，８２が当該セパレータ２０の剛性（特に曲げ剛性）を向上させ、圧力差の影響で変形するのを抑制することが可能である。本実施形態のセパレータ２０を用いた燃料電池１においては、当該セル２における所望の圧損を実現しやすく、性能低下を抑制することが可能である。しかも、セパレータ２０の板厚が厚くなることを回避しつつ剛性の向上を図ることができる。

また、本実施形態においては、各段部７１，７２，８１，８２を、その突出量が対応する各突起４１，４２，５１，５２の突出量よりも小さくなるように形成している（図４等参照）。こうした場合、各段部７１，７２，８１，８２は、各突起４１，４２，５１，５２のようにセパレータ２０やＭＥＡ３０に接触することはなく、僅かに突出する程度となっているから、各流体の流れに対して特に影響を及ぼさない。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述の実施形態では突起４１，４２，５１，５２の周囲に環状に形成した段部７１，７２，８１，８２を例示したが特にこれに限られることはなく、この他、例えば各突起の近傍に略直線状に形成されたものとしてもよい。一例として図７では、突起４１（４２）間に形成された直線的なリブ形状の段部７１，７２を例示している。この場合、段部７１，７２の突出する向きを表側とするか裏側とするかは適宜変更することができる。また、このような直線的な段部７１，７２を形成する場合、剛性をさらに向上させるという観点からは、長手方向が直交（あるいは交差）するよう、互いに異なる方向に延びるように各段部７１，７２を形成することが好ましい（図７参照）。

また、上述の実施形態では突起（凸部）４１，４２，５１，５２が略円形である場合を例示したがこれに限られることなく他の形状であっても構わない。この場合、突起４１，４２，５１，５２の形状に合わせて各段部７１，７２，８１，８２の形状を適宜変えてもよい。要は、セパレータ（特にその中間面たる基準板部分Ｍ）に適宜凹凸を付して剛性を向上させうるものであれば段部７１，７２，８１，８２の形状や形態は特に限定されるものではない。ただし、いずれの段部も、セパレータ２０のプレス成形時に突起等とともに同時に形成されうるものであることが好ましい。

また、燃料電池１において、上述したようなＭＥＡ３０ではなく膜−電極−拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly）が用いられている場合でも本発明を適用することができるのはいうまでもない。

本発明の一実施形態における燃料電池のセルの構造例を示す分解斜視図である。 燃料電池の構造例を示す側面図である。 セパレータの水素ガス流路側の構造例を示す平面図である。 セパレータの構造の一例を概略的に示す、図３のIV-IV線での断面図である。 セパレータの突起（凸部）およびその周囲の段部を一部拡大して示す平面図である。 図４をさらに拡大してセパレータの構造をより詳細に示す図である。 直線状に形成された段部の例を示す図である。 セパレータの従来構造を比較例として示す図である。 図８に示したセパレータが圧力の影響で変形した様子を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…セル、１５ａ…酸化ガスの入口側マニホールド（流体入口側マニホールド）、１５ｂ…酸化ガスの出口側マニホールド（流体出口側マニホールド）、１６ａ…水素ガスの入口側マニホールド（流体入口側マニホールド）、１６ｂ…水素ガスの出口側マニホールド（流体出口側マニホールド）、１７ａ…冷却水の入口側マニホールド（流体入口側マニホールド）、１７ｂ…冷却水の出口側マニホールド（流体出口側マニホールド）、２０（２０ａ，２０ｂ）…セパレータ、２４…酸化ガスの分配流路（流体の分配流路）、２５…水素ガスの分配流路（流体の分配流路）、２６…冷却水の分配流路（流体の分配流路）、３４…酸化ガスのガス流路（流体流路）、３５…水素ガスのガス流路（流体流路）、３６…冷却水流路（流体流路）、４１，４２，５１，５２…突起（凸部）、７１，７２，８１，８２…段部

Claims (12)

1. 一方の面に流体を流通させるための流体流路と、該流体流路に前記流体を供給しまたは前記流体流路から前記流体を排出するための流体入口側マニホールドおよび流体出口側マニホールドと、を備えた構造の燃料電池用のセパレータにおいて、
   前記流体が流れる流路には、隣接する部材に当接して前記流体が流通するスペースを確保するが形成され、
   該凸部の周囲に段部が形成されている
   ことを特徴とするセパレータ。
2. 前記凸部は、前記該流体入口側マニホールドおよび流体出口側マニホールドと前記流体流路との間における前記流体の分配流路に形成されたものである請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記段部は、前記凸部の周囲に環状に形成されたものである請求項２に記載のセパレータ。
4. 前記凸部は点状の突起であり、前記段部は該突起の周囲に形成された環状の溝である請求項３に記載のセパレータ。
5. 前記段部は、前記凸部の近傍に略直線状に形成されたものである請求項２に記載のセパレータ。
6. 前記段部は、互いに異なる方向に延びるように形成された複数のリブからなる請求項５に記載のセパレータ。
7. 前記凸部は、当該セパレータの表裏にそれぞれ突出するように設けられた複数の突起からなる請求項２から６のいずれか一項に記載のセパレータ。
8. 前記段部は、前記突起の周囲において、当該突起の突出方向とは逆の面に向かって突出するように設けられたものである請求項７に記載のセパレータ。
9. 前記段部は、その突出量が前記突起の突出量よりも小さくなるように形成されている請求項８に記載のセパレータ。
10. 前記段部は、当該セパレータのプレス成形時に成形されたものである請求項２から９のいずれか一項に記載のセパレータ。
11. 前記流体流路と前記分配流路とが表裏一体に形成されたプレスメタルセパレータである請求項１０に記載のセパレータ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のセパレータを備えた燃料電池。

Images