JP2002100381A - 燃料電池用セパレータと燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池用セパレータおよび燃料電池の薄型
化を図る。 【解決手段】 波部の高さが異なり波部のピッチが同じ
であるステンレス製の第１セパレータ板１３と第２セパ
レータ板１５を備え、波部１９の高さが大きい第１セパ
レータ板１３の凹部１９ｂに、波部２３の高さが低い第
２セパレータ板１５の凸部２３ａを重ね合わせて、セパ
レータ３を構成する。前記凹部１９ｂと前記凸部２３ａ
との間の空間で冷却媒体流路２５を形成し、セパレータ
３の外側の凹部であって第１セパレータ板１３の外側の
凹部１９ｂで酸化剤ガス流路２７を形成し、第２セパレ
ータ板１５の外側の凹部２３ｂで燃料ガス流路２９を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属製波板を重
ね合わせてなる燃料電池用セパレータ、および、この燃
料電池用セパレータと電極膜構造体とを交互に積層して
なる燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池には、固体高分子電解質膜とそ
の両側のアノード電極とカソード電極とで構成された電
極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して単位燃料電
池を構成し、この単位燃料電池を複数個積層して構成さ
れたものがある。この燃料電池では、アノード電極に対
向配置されるセパレータの面に燃料ガス（例えば、水
素）の流路を設け、カソード電極に対向配置されるセパ
レータの面に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）の
流路を設け、隣接するセパレータ間に冷却媒体の流路を
設けている。

【０００３】そして、この単位燃料電池では、アノード
電極の反応面に燃料ガスを供給すると、ここで水素がイ
オン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極
側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出
され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソー
ド電極においては酸化剤ガスが供給されているため、水
素イオン、電子、および酸素が反応して水が生成され
る。また、セパレータ間に流れる冷却媒体によって発電
面が冷却される。

【０００４】ところで、燃料電池にはコンパクト化の要
求があり、その一つとして積層方向の短縮化がある。積
層方向短縮化のアプローチとしては、セパレータ自体の
薄肉化や、複数の単位燃料電池毎に冷却媒体流路を設け
る間引き冷却化等がある。なお、現行では、セパレータ
はカーボン材をベースとして、切削、モールド成形等に
よって成形することが多いが、カーボン材をベースとす
るセパレータの場合、薄肉化には限界があった。

【０００５】薄肉化限界の理由の一つに強度的なものが
ある。単位燃料電池を複数個積層して構成する前記燃料
電池においては、積層後に締結を行うが、この締結荷重
は、発電要件上必要な電極面圧、シール要件上必要なシ
ール面圧、及び、作動ガス圧等から決定される。セパレ
ータには、この締結荷重に耐え得るだけの最小肉厚が、
セパレータの材料特性に応じて設定される。したがっ
て、セパレータをこの最小肉厚よりも薄肉にすることは
できない。

【０００６】薄肉化限界の理由の他の一つに生産技術的
なことがある。前述したように、セパレータには、燃料
ガス、酸化剤ガス、冷却媒体を流すための流路を設けな
くてはならないが、カーボン材をベースとする場合に
は、製造方法が切削やモールド成形に限定され、これら
製造方法からセパレータの最小肉厚が決定されてしま
う。

【０００７】そこで、考えられたのが、金属製の波板を
重ね合わせてなるセパレータである。金属製の波板は金
属板をプレス成形することにより製造することができる
ので、多量生産に好適であり、コスト的にも有利であ
る。従来の金属製波板を重ね合わせてなるセパレータ
は、図６に示すように、波板１０１，１０３の凸部１０
１ａ，１０３ａ同士を突き合わせ、凹部１０１ｂ，１０
３ｂ同士を対向させるように重ね合わせて、一つのセパ
レータ１０５を構成していた。そして、このセパレータ
１０５と、固体高分子電解質膜１０７の両側にアノード
電極１０９、カソード電極１１１を有してなる電極膜構
造体１１３とを交互に積層して、燃料電池１１５を構成
していた。この場合、対向する凹部１０１ｂ，１０３ｂ
の間の空間を冷却媒体流路１１７とし、波板１０３の凹
部１０３ｂとアノード電極１０９との間の空間を燃料ガ
ス流路１１９とし、波板１０１の凹部１０１ｂとカソー
ド電極１１１との間の空間を酸化剤ガス流路１２１とし
ている（特開２０００−２１４１９号公報等）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の燃料電池用のセパレータ１０５では、波板１０１の
凸部１０１ａと波板１０３の凸部１０３ａを突き合わせ
ているので、セパレータ１０５の厚さが厚くなり、燃料
電池１１５の積層方向の長さが長くなるという問題があ
る。また、凸部１０１ａと凸部１０３ａを突き合わせて
いるので、接触面積が極めて小さく、接触抵抗が大きく
なってしまうという問題もあった。そこで、この発明
は、積層方向の短縮化が可能な燃料電池用セパレータと
燃料電池を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、波部（例えば、後述す
る実施の形態における波部１９，２３）の高さが異なり
波部のピッチが同じである一対の金属製波板（例えば、
後述する実施の形態における第１セパレータ板１３と第
２セパレータ板１５）を備え、波部の高さが大きい一方
の金属製波板（例えば、後述する実施の形態における第
１セパレータ板１３）の凹部（例えば、後述する実施の
形態における凹部１９ｂ）に、波部の高さが低い他方の
金属製波板（例えば、後述する実施の形態における第２
セパレータ板１５）の凸部（例えば、後述する実施の形
態における２３ａ）を重ね合わせて、前記凹部と前記凸
部との間の空間で冷却媒体流路（例えば、後述する実施
の形態における冷却媒体流路２５）を形成し、重ね合わ
せた前記一対の金属製波板の両外側の凹部のうちの一方
の側の凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部
１９ｂ）で酸化剤ガス流路（例えば、後述する実施の形
態における酸化剤ガス流路２７）を形成し、他方の側の
凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部２３
ｂ）で燃料ガス流路（例えば、後述する実施の形態にお
ける燃料ガス流路２９）を形成することを特徴とする燃
料電池用セパレータ（例えば、後述する実施の形態にお
けるセパレータ３）である。

【００１０】このように構成することで、冷却媒体流路
と酸化剤ガス流路と燃料ガス流路とを備えた燃料電池用
セパレータの厚さを薄くすることができる。また、波部
の高さが大きい一方の金属製波板の凹部に、波部の高さ
が低い他方の金属製波板の凸部を重ね合わせているの
で、金属製波板同士の接触面積を大きくすることがで
き、接触抵抗を小さくすることができる。

【００１１】請求項２に記載した発明は、個体高分子電
解質膜（例えば、後述する実施の形態における固体高分
子電解質膜７）をアノード電極（例えば、後述する実施
の形態におけるアノード電極９）とカソード電極（例え
ば、後述する実施の形態におけるカソード電極１１）と
で挟持して構成された電極膜構造体（例えば、後述する
実施の形態における電極膜構造体５）と、前記請求項１
記載の燃料電池用セパレータとを交互に積層してなるこ
とを特徴とする燃料電池（例えば、後述する実施の形態
における燃料電池１）である。このように構成すること
で、燃料電池の積層方向の寸法を短縮することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池用
セパレータと燃料電池の一実施の形態を図１から図５の
図面を参照して説明する。図１は、燃料電池１の縦断面
図であり、燃料電池１は、燃料電池用セパレータ（以
下、セパレータという）３と電極膜構造体５とが交互に
積層して構成されている。

【００１３】電極膜構造体５は、固体高分子電解質膜７
と、この固体高分子電解質膜７を間に挟んで配設された
アノード電極９とカソード電極１１とから構成されてい
る。なお、固体高分子電解質膜７は例えばペルフルオロ
スルホン酸ポリマーで構成されており、アノード電極９
およびカソード電極１１はＰｔを主体とする触媒により
構成されている。固体高分子電解質膜７には、これを挟
んで配設されるアノード電極９およびカソード電極１１
の外周からはみ出すはみ出し部７ａが設けられている。

【００１４】セパレータ３は、板厚０．２〜０．５ｍｍ
のステンレス製板材をプレス成形されてなる第１セパレ
ータ板（金属製波板）１３と第２セパレータ板（金属製
波板）１５とを重ね合わせて構成されている。図２は第
１セパレータ板１３を図１においてＡ方向から見た全体
正面図であり、図３は第１セパレータ板１３を図１にお
いてＢ方向から見た全体正面図であり、図４は第２セパ
レータ板１５を図１においてＣ方向から見た全体正面図
である。なお、以下の説明では、図２から図４において
図中左右方向を水平方向、図中上下方向を垂直方向とす
る。

【００１５】第１セパレータ板１３の中央部には波板部
１７が設けられており、この波板部１７には、一定の高
さｈ1を有して水平方向に延びる波部１９が垂直方向に
一定のピッチで多数形成されている。第２セパレータ板
１５の中央部にも波板部２１が設けられており、波板部
２１には、一定の高さｈ2を有して水平方向に延びる波
部２３が垂直方向に一定のピッチで多数形成されてい
る。第１セパレータ板１３の波部１９のピッチと第２セ
パレータ板１５の波部２３のピッチは同一ピッチに設定
されており、第１セパレータ板１３の波部１９の高さｈ
1は、第２セパレータ板１５の波部２３の高さｈ2よりも
高く設定されている（ｈ1＞ｈ2）。そして、第１セパレ
ータ板１３の波部１９の凹部１９ｂに第２セパレータ板
１５の波部２３の凸部２３ａを重ね合わせ、波部２３の
凹部２３ｂに波部１９の凸部１９ａを重ね合わせて、第
１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５は一体化さ
れている。このように重ね合わせる結果、第１セパレー
タ板１３の波部１９の凹部１９ｂと第２セパレータ板１
５の波部２３の凸部２３ａとの間に空間が形成され、こ
の空間が、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却
媒体を流通させるための冷却媒体流路２５になる。

【００１６】第１セパレータ板１３の波板部１７および
第２セパレータ板１５の波板部２１は、電極膜構造体５
のアノード電極９およびカソード電極１１に対向配置さ
れる範囲に形成されている。そして、第１セパレータ板
１３の波部１９の凸部１９ａにおいて第２セパレータ板
１５の波部２３の凹部２３ｂに重ね合わされない凸部１
９ａがカソード電極１１に密接し、第２セパレータ板１
５の波部２３の凸部２３ａにおいて第１セパレータ板１
３の波部１９の凹部１９ｂに重ね合わされない凸部２３
ａがアノード電極９に密接するように配置されている。
さらに、電極膜構造体５を間に挟んで両側に配置された
セパレータ３，３においては、電極膜構造体５のカソー
ド電極１１に密接する一方のセパレータ３の第１セパレ
ータ板１３の凸部１９ａと、電極膜構造体５のアノード
電極９に密接する他方のセパレータ３の第２セパレータ
板１５の凸部２３ａとが、電極膜構造体５を間に挟んで
対向するように配置されている。

【００１７】ここで、第１セパレータ板１３の波部１９
の凹部１９ｂとカソード電極１１との間に形成される空
間が、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガスを流通
させるための酸化剤ガス流路２７になり、第２セパレー
タ板１５の波部２３の凹部２３ｂとアノード電極９との
間に形成される空間が、水素含有ガス等の燃料ガスを流
通させるための燃料ガス流路２９になる。換言すると、
第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５を重ね合
わせてなるセパレータ３の両外側の凹部のうちの一方の
側の凹部１９ｂで酸化剤ガス流路２７を形成し、他方の
側の凹部２３ｂで燃料ガス流路２９を形成することにな
る。

【００１８】また、電極膜構造体５とその両側のセパレ
ータ３，３とを前述の如く配置する結果、電極膜構造体
５を挟んで酸化剤ガス流路２７と燃料ガス流路２９とが
対向して配置されることになる。ところで、第１セパレ
ータ板１３の波部１９の高さｈ1が第２セパレータ板１
５の波部２３の高さｈ2よりも高いため、酸化剤ガス流
路２７の断面積の方が燃料ガス流路２９の断面積よりも
大きくなる。これは、この実施の形態では、酸化剤ガス
として空気を用いており、空気の場合には燃料ガスより
も多く流す必要があることによる。

【００１９】第１セパレータ板１３と第２セパレータ板
１５において波板部１７，２１よりも垂直方向外側に位
置する端部には、図１に示すように、互いに面接触する
平面部３１，３３が設けられており、第１セパレータ板
１３の平面部３１と電極膜構造体５における固体高分子
電解質膜７のはみ出し部７ａとの間にシール材３５が挟
装され、第２セパレータ板１５の平面部３３とはみ出し
部７ａとの間にシール材３７が挟装されている。これに
より、各電極膜構造体５はその両側から一対のセパレー
タ３によって水密状態に挟持されることになる。

【００２０】また、第１セパレータ板１３において平面
部３１よりも外側と、第２セパレータ板１５において平
面部３３よりも外側との間にはシール材３６が挟装され
ており、このシール材３６によって第１セパレータ板１
３と第２セパレータ板１５との間も水密にシールされて
いる。なお、シール材３６は第１セパレータ板１３およ
び第２セパレータ板１５の外周縁部を一周するように設
けられている。なお、１つのセパレータ３において第１
セパレータ板１３の平面部３１と第２セパレータ板１５
の平面部３３を、溶接またはロウ付け等のシール性を有
する接合手段によって接合することにより、前記シール
材３６を不要にし部品点数の削減を図ることも可能であ
る。

【００２１】図２および図３に示すように、第１セパレ
ータ板１３において波板部１７よりも水平方向両外側に
位置する部位は略平坦な左平坦部３９と右平坦部４１に
なっており、図４に示すように、第２セパレータ板１５
において波板部２１よりも水平方向両外側に位置する部
位は略平坦な左平坦部４３と右平坦部４５になってい
て、第１セパレータ板１３の左平坦部３９と第２セパレ
ータ板１５の左平坦部４３が所定寸法の隙間を有して対
向配置され、第１セパレータ板１３の右平坦部４１と第
２セパレータ板１５の右平坦部４５が所定寸法の隙間を
有して対向配置されている。なお、図２では第１セパレ
ータ板１３の左平坦部３９が図中左側に位置し右平坦部
４１が図中右側に位置しており、図３では左平坦部３９
が図中右側に位置し右平坦部４１が図中左側に位置して
いるのは、図２と図３は第１セパレータ板１３の表裏の
関係にあるからである。また、図４において第２セパレ
ータ板１５の左平坦部４３が図中右側に位置し右平坦部
４５が図中左側に位置しているのも、図４が図２とは逆
の方向から見ているからである。

【００２２】そして、第１セパレータ板１３の左平坦部
３９と第２セパレータ板１５の左平坦部４３の外周縁部
が前記したシール材３６によってシールされているの
で、両左平坦部３９，４３は袋状に連結されていること
になる。同様に、第１セパレータ板１３の右平坦部４１
と第２セパレータ板１５の右平坦部４５の外周縁部も前
記シール材３６によってシールされているので、両右平
坦部４１，４５は袋状に連結されていることになる。

【００２３】第１セパレータ板１３の左平坦部３９の上
部には燃料ガスを流通させるための入口側燃料ガス連通
孔４７ａが設けられ、右平坦部４１の上部には酸化剤ガ
スを流通させるための入口側酸化剤ガス連通孔４９ａが
設けられ、右平坦部４１の下部には燃料ガスを流通させ
るための出口側燃料ガス連通孔４７ｂが設けられ、左平
坦部３９の下部には酸化剤ガスを流通させるための出口
側酸化剤ガス連通孔４９ｂが設けられている。したがっ
て、入口側燃料ガス連通孔４７ａと出口側燃料ガス連通
孔４７ｂは対角位置に位置しており、入口側酸化剤ガス
連通孔４９ａと出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂは対角位
置に位置している。第１セパレータ板１３の左平坦部３
９の略中央部には冷却媒体を流通させるための入口側冷
却媒体連通孔５１ａが設けられ、右平坦部４１の略中央
部には使用後の前記冷却媒体を流通させるための出口側
冷却媒体連通孔５１ｂが設けられている。

【００２４】また、図４に示すように、第２セパレータ
板１５の左平坦部４３および右平坦部４５にも、第１セ
パレータ板１３と同様に、入口側燃料ガス連通孔４７
ａ、出口側燃料ガス連通孔４７ｂ、入口側酸化剤ガス連
通孔４９ａ、出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂ、入口側冷
却媒体連通孔５１ａ、出口側冷却媒体連通孔５１ｂが設
けられている。

【００２５】一方、図５に示すように、電極膜構造体５
の固体高分子電解質膜７は、第１セパレータ板１３およ
び第２セパレータ板１５の左右平坦部３９，４１，４
３，４５にほぼ対応する部位に、アノード電極９および
カソード電極１１よりも水平方向外側にはみ出すはみ出
し部１０，１２を有しており、このはみ出し部１０，１
２に、第１セパレータ板１３および第２セパレータ板１
５と同様に、入口側燃料ガス連通孔４７ａ、出口側燃料
ガス連通孔４７ｂ、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａ、出
口側酸化剤ガス連通孔４９ｂ、入口側冷却媒体連通孔５
１ａ、出口側冷却媒体連通孔５１ｂが設けられている。

【００２６】第１セパレータ板１３の平面部３１と固体
高分子電解質膜７のはみ出し部７ａとの間に挟装された
前記シール材３５は、図２に示すように、第１セパレー
タ板１３の左平坦部３９において入口側燃料ガス連通孔
４７ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂの周囲を一
周するとともに、右平坦部４１において入口側酸化剤ガ
ス連通孔４９ａおよび出口側燃料ガス連通孔４７ｂの周
囲を一周して、全体としてほぼ無端状につながってい
る。ただし、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび出口
側酸化剤ガス連通孔４９ｂを一周する部位であって波板
部１７に近い側においては、図示するように、シール材
３５は所定ピッチの破線状に設けられており、シール材
３５が設けられていない部分が酸化剤ガスを流通させる
ための酸化剤ガス流路５３ａ，５３ｂにされている。

【００２７】また、第１セパレータ板１３における左右
平坦部３９，４１であってシール材３５が配置される面
には、入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび出口側冷却媒
体連通孔５１ｂの周囲をそれぞれ一周するシール材５５
が配置されている。このシール材５５は第１セパレータ
板１３の左右平坦部３９，４１と固体高分子電解質膜７
のはみ出し部１０，１２との間に水密状態に挟装されて
いる。

【００２８】一方、第２セパレータ板１５の平面部３３
と固体高分子電解質膜７のはみ出し部７ａとの間に挟装
された前記シール材３７は、図４に示すように、第２セ
パレータ板１５の左平坦部４３において入口側燃料ガス
連通孔４７ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂの周
囲を一周するとともに、右平坦部４５において入口側酸
化剤ガス連通孔４９ａおよび出口側燃料ガス連通孔４７
ｂの周囲を一周して、全体としてほぼ無端状につながっ
ている。ただし、入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび出
口側燃料ガス連通孔４７ｂを一周する部位であって波板
部２１に近い側においては、図示するように、シール材
３７は所定ピッチの破線状に設けられており、シール材
３７が設けられていない部分が燃料ガスを流通させるた
めの燃料ガス流路５７ａ，５７ｂにされている。

【００２９】また、第２セパレータ板１５における左右
平坦部４３，４５であってシール材３７が配置される面
には、入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび出口側冷却媒
体連通孔５１ｂの周囲をそれぞれ一周するシール材５９
が配置されている。このシール材５９は第２セパレータ
板１５の左右平坦部４３，４５と固体高分子電解質膜７
のはみ出し部１０，１２との間に水密状態に挟装されて
いる。なお、シール材３５とシール材３７、および、シ
ール材５５とシール材５９は固体高分子電解質膜７を挟
んで対向して配置されており、これによって、第１セパ
レータ板１３と固体高分子電解質膜７との間がシール材
３５およびシール材５５によって水密にシールされ、第
２セパレータ板１５と固体高分子電解質膜７との間がシ
ール材３７およびシール材５９によって水密にシールさ
れるようになっている。

【００３０】図３に示すように、第１セパレータ板１３
における左右平坦部３９，４１であってシール材３５，
５５が配置されない面（換言すれば、第１セパレータ板
１３が第２セパレータ板１５に対向する側の面）には、
入口側燃料ガス連通孔４７ａ、出口側燃料ガス連通孔４
７ｂ、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａ、出口側酸化剤ガ
ス連通孔４９ｂをそれぞれ一周するシール材６１，６
２，６３，６４が設けられている。これらシール材６１
〜６４は１つのセパレータ３における第１セパレータ板
１３と第２セパレータ板１５との間に挟装されて両者を
水密にシールしている。第１セパレータ板１３と第２セ
パレータ板１５は左平坦部３９，４３の外周縁部の間に
シール材３６を設けて袋状にし、右平坦部４１，４５の
外周縁部の間にシール材３６を設けて袋状にし、それぞ
れ袋状の内部を冷却媒体流路６７ａ，６７ｂにするので
あるが、シール材６１は冷却媒体流路６７ａから水密に
離隔して入口側燃料ガス流路７１を形成するためのもの
であり、シール材６２は冷却媒体流路６７ｂから水密に
離隔して出口側燃料ガス流路７３を形成するためのもの
であり、シール材６３は冷却媒体流路６７ｂから水密に
離隔して入口側酸化剤ガス流路７５を形成するためのも
のであり、シール材６４は冷却媒体流路６７ａから水密
に離隔して出口側酸化剤ガス流路７７を形成するための
ものである。

【００３１】以上のように構成された燃料電池１におい
ては、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の
入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび固体高分子電解質膜
７の入口側燃料ガス連通孔４７ａを一直線上に接続して
なる入口側燃料ガス流路７１と、第１セパレータ板１３
と第２セパレータ板１５の出口側燃料ガス連通孔４７ｂ
および固体高分子電解質膜７の出口側燃料ガス連通孔４
７ｂを一直線上に接続してなる出口側燃料ガス流路７３
と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の入
口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび固体高分子電解質膜
７の入口側酸化剤ガス連通孔４９ａを一直線上に接続し
てなる入口側酸化剤ガス流路７５と、第１セパレータ板
１３と第２セパレータ板１５の出口側酸化剤ガス連通孔
４９ｂおよび固体高分子電解質膜７の出口側酸化剤ガス
連通孔４９ｂを一直線上に接続してなる出口側酸化剤ガ
ス流路７７と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ
板１５の入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび固体高分子
電解質膜７の入口側冷却媒体連通孔５１ａを一直線上に
接続してなる入口側冷却媒体流路７９と、第１セパレー
タ板１３と第２セパレータ板１５の出口側冷却媒体連通
孔５１ｂおよび固体高分子電解質膜７の出口側冷却媒体
連通孔５１ｂを一直線上に接続してなる出口側冷却媒体
流路８１と、を備えることになる。

【００３２】この燃料電池１においては、１つの電極膜
構造体５と、その両側に配置された一対のセパレータ
３，３のうち前記電極膜構造体５のカソード電極１１に
対向配置された１つの第１セパレータ板１３と、前記電
極膜構造体５のアノード電極９に対向配置された１つの
第２セパレータ板１５とによって単位燃料電池８３が構
成される。

【００３３】次に、単位燃料電池８３の動作について以
下に説明する。単位燃料電池８３には、燃料ガス、例え
ば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されると
ともに酸化剤ガスとして酸素含有ガス（以下、例えば空
気）が供給され、さらに、その発電面を冷却するため
に、冷却媒体が供給される。燃料ガスは、入口側燃料ガ
ス流路７１に供給され、入口側燃料ガス連通孔４７ａか
ら燃料ガス流路５７ａを通って、各燃料ガス流路２９へ
と移動する。各燃料ガス流路２９に供給された燃料ガス
は、アノード電極９に沿って水平方向に移動し、その際
に、燃料ガス中の水素ガスがアノード電極９に供給され
る。そして、未使用の燃料ガスは燃料ガス流路２９を移
動しながらアノード電極９に供給されるとともに、燃料
ガス流路２９の終端から第２セパレータ板１５の右平坦
部４５と固体高分子電解質膜７との間に移動し、さらに
燃料ガス流路５７ｂを通って、出口側燃料ガス連通孔４
７ｂから出口側燃料ガス流路７３に排出される。

【００３４】また、空気は、入口側酸化剤ガス流路７５
に供給され、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａから酸化剤
ガス流路５３ａを通って、各酸化剤ガス流路２７へと移
動する。そして、各酸化剤ガス流路２７に供給された空
気は、カソード電極１１に沿って水平方向に移動し、そ
の際に、空気中の酸素ガスがカソード電極１１に供給さ
れる。そして、未使用の空気は酸化剤ガス流路２７を移
動しながらカソード電極１１に供給されるとともに、酸
化剤ガス流路２７の終端から第１セパレータ板１３の左
平坦部３９と固体高分子電解質膜７との間に移動し、さ
らに酸化剤ガス流路５３ｂを通って、出口側酸化剤ガス
連通孔４９ｂから出口側酸化剤ガス流路７７に排出され
る。これにより、単位燃料電池８３で発電が行われ、例
えば、図示しないモータに電力が供給されることにな
る。

【００３５】さらにまた、冷却媒体は、入口側冷却媒体
流路７９に供給され、入口側冷却媒体連通孔５１ａから
冷却媒体流路６７ａに移動し、ここから各冷却媒体流路
２５へと供給される。冷却媒体流路２５に供給された冷
却媒体は冷却媒体流路２５を水平方向に移動する間に発
電面を冷却し、冷却後の冷却媒体は冷却媒体流路２５の
終端から冷却媒体流路６７ｂに移動し、さらに出口側冷
却媒体連通孔５１ｂから出口側冷却媒体流路８１に排出
される。

【００３６】以上のように構成されたセパレータ３にお
いては、第１セパレータ板１３の波部１９の高さｈ1を
第２セパレータ板１５の波部２３の高さｈ2よりも大き
くし、第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂに
第２セパレータ板１５の波部２３の凸部２３ａを重ね合
わせているので、波部１９の凸部１９ａと波部２３の凸
部２３ａとを突き合わせて重ねるよりも、セパレータ３
の厚さを薄くすることができるとともに、第１セパレー
タ板１３と第２セパレータ板１５の接触面積を大きくす
ることができる。また、セパレータ３の第１セパレータ
板１３および第２セパレータ板１５をプレス成形にて製
造することができるので、多量生産に適し、コストダウ
ンを図ることができる。

【００３７】したがって、このセパレータ３と電極膜構
造体５とを交互に積層して構成される燃料電池１の積層
方向の寸法を短縮することができ、燃料電池１をコンパ
クトにすることができる。ちなみに、この実施の形態の
単位燃料電池の厚さは、冷却媒体流路、燃料ガス流路、
酸化剤ガス流路の各断面積が全く同じとしたときの現行
のカーボン材をベースとしたセパレータを用いた単位燃
料電池の厚さに比し、ほぼ半減される。これは、搭載ス
ペースに制限があり小型化が要求される車両用の燃料電
池において、特に効果が大きい。また、セパレータ３の
第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５との接触
面積が大きいことにより、接触抵抗を小さくすることが
できる。

【００３８】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、第１セ
パレータ板１３と第２セパレータ板１５の材質はステン
レス鋼に限るものではなく、防食性を有する他の金属で
構成してもよいし、あるいは、導電性に優れた防錆被膜
で被覆された金属板で構成してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、冷却媒体流路と酸化剤ガス流路と
燃料ガス流路とを備えた燃料電池用セパレータの厚さを
薄くすることができるので、この燃料電池用セパレータ
と電極膜構造体とを積層して燃料電池を構成したとき
に、燃料電池の積層方向の寸法を短縮することができる
という優れた効果が奏される。

【００４０】また、波部の高さが大きい一方の金属製波
板の凹部に、波部の高さが低い他方の金属製波板の凸部
を重ね合わせているため、金属製波板同士の接触面積が
大きくなるので、接触抵抗を小さくすることができると
いう効果がある。請求項２に記載した発明によれば、燃
料電池の積層方向の寸法を短縮することができるので、
燃料電池のコンパクト化を図ることができるという効果
が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る燃料電池用セパレータおよび
燃料電池の一実施の形態における縦断面図である。

【図２】 図１におけるＡ方向から見た第１セパレータ
板の正面図である。

【図３】 図１におけるＢ方向から見た第１セパレータ
板の正面図である。

【図４】 図１におけるＣ方向から見た第２セパレータ
板の正面図である。

【図５】 図１におけるＤ方向から見た電極膜構造体の
正面図である。

【図６】 従来の金属製波板で構成された燃料電池用セ
パレータと、それを用いた燃料電池の一例を示す縦断面
図である。

【符号の説明】 １・・・燃料電池 ３・・・燃料電池用セパレータ ５・・・電極膜構造体 ７・・・固体高分子電解質膜 ９・・・アノード電極 １１・・・カソード電極 １３・・・第１セパレータ板（一方の金属製波板） １５・・・第２セパレータ板（他方の金属製波板） １９・・・波部 １９ｂ・・・凹部 ２３・・・波部 ２３ａ・・・凸部 ２５・・・冷却媒体流路 ２７・・・酸化剤ガス流路 ２９・・・燃料ガス流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 成利 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC05 CC08 EE02 HH03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波部の高さが異なり波部のピッチが同じ
   である一対の金属製波板を備え、波部の高さが大きい一
   方の金属製波板の凹部に、波部の高さが低い他方の金属
   製波板の凸部を重ね合わせて、前記凹部と前記凸部との
   間の空間で冷却媒体流路を形成し、重ね合わせた前記一
   対の金属製波板の両外側の凹部のうちの一方の側の凹部
   で酸化剤ガス流路を形成し、他方の側の凹部で燃料ガス
   流路を形成することを特徴とする燃料電池用セパレー
   タ。
2. 【請求項２】 個体高分子電解質膜をアノード電極とカ
   ソード電極とで挟持して構成された電極膜構造体と、前
   記請求項１記載の燃料電池用セパレータとを交互に積層
   してなることを特徴とする燃料電池。