JP2003203644A - Metal separator and fuel cell using the same - Google Patents

Metal separator and fuel cell using the same

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JP2003203644A JP2001399955A JP2001399955A JP2003203644A JP 2003203644 A JP2003203644 A JP 2003203644A JP 2001399955 A JP2001399955 A JP 2001399955A JP 2001399955 A JP2001399955 A JP 2001399955A JP 2003203644 A JP2003203644 A JP 2003203644A
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal separator that is made of a sheet of a metal thin plate and has a different gas channel on its surface and rear face, and has small electric resistance, and a fuel cell using the same. <P>SOLUTION: This is a metal separator 1 which is made of a metal thin plate having a surface 2a and a rear face 2b and comprises concavo-convex parts 3a, 3b in which convex ridges 4a, 4b and concave grooves 6a, 6b having a cross section of nearly trapezoid with the surface 2a of concave or convex shape and the rear face 2b of convex or concave shape are formed alternately in parallel in plural pieces, and a pair of headers 7a, 7b that cross at right angles these concave grooves 6a, 6b and the convex ridges 4a, 4b at the both ends in the longitudinal direction of the plural concave grooves 6a, 6b of these concavo-convex parts 3a, 3b, and are made shallower than the depth of the above concave grooves 6a, 6b and lower than the height of the above convex ridges 4a, 4b. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属セパレータお
よびこれを用いた固体高分子電解質形燃料電池(以下、
単に燃料電池と称する)に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal separator and a solid polymer electrolyte fuel cell using the same (hereinafter,
Simply referred to as a fuel cell).

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、図10(A)に示すように、
固体高分子膜70の両側に金属セパレータ72を積層
し、これらの周辺部間に図示しないシール材を挟んで固
定している。固体高分子膜70は、電解質膜の両側に正
極・負極の触媒電極を配置し、それらの上にカーボンペ
ーパーまたはカーボンクロスなどからなる図示しないガ
ス拡散電極を配置している。また、金属セパレータ72
は、図10(B)に示すように、複数の凹溝75を有する
負極側基板74と複数の凹溝79を有する正極側基板7
8とを、凹溝75と凹溝79とが直交し且つこれらの底
面が互いに面接触するようにして積層したものである。
2. Description of the Related Art A fuel cell, as shown in FIG.
Metal separators 72 are laminated on both sides of the solid polymer film 70, and a sealing material (not shown) is sandwiched and fixed between these peripheral portions. The solid polymer film 70 has positive electrode and negative electrode catalyst electrodes arranged on both sides of the electrolyte membrane, and a gas diffusion electrode (not shown) made of carbon paper, carbon cloth, or the like disposed on them. In addition, the metal separator 72
Is a negative electrode side substrate 74 having a plurality of concave grooves 75 and a positive electrode side substrate 7 having a plurality of concave grooves 79, as shown in FIG.
8 is laminated such that the concave groove 75 and the concave groove 79 are orthogonal to each other and their bottom surfaces are in surface contact with each other.

【0003】負極・正極側基板74,78は、同じサイ
ズおよび形状からなり、前者を例として説明すると、例
えば図10(C)に示すように、金属薄板74aの周辺部
を除いた位置に複数の凹溝75と、これらの間に位置す
る複数の凸条77と、複数の凹溝75の長手方向におけ
る両端部を連通するヘッダー溝76,76と、を備えて
いる。以上のような負極側基板74は、平坦な金属薄板
74aをプレス加工することにより、上記複数の凹溝7
5、複数の凸条77、およびヘッダー溝76が一体に形
成される。尚、図10(B)に示すように、負極側基板7
4の金属薄板74aの底面側には、凹溝75やヘッダー
溝76の断面形状に倣った形状の凸条75aと、凸条7
7の断面形状に倣った形状の凹溝77aとが形成されて
いる。また、かかる表・裏面の形状は、正極側基板78
についても同様である。
The negative electrode / positive electrode side substrates 74, 78 are of the same size and shape. When the former is taken as an example, a plurality of substrates are provided at positions excluding the peripheral portion of the metal thin plate 74a, as shown in FIG. 10C, for example. Of the recessed grooves 75, a plurality of protrusions 77 located between the recessed grooves 75, and header grooves 76, 76 that connect both ends of the recessed grooves 75 in the longitudinal direction. The negative electrode-side substrate 74 as described above is formed by pressing a flat metal thin plate 74a so that the plurality of concave grooves 7 are formed.
5, a plurality of ridges 77, and a header groove 76 are integrally formed. As shown in FIG. 10B, the negative electrode side substrate 7
On the bottom surface side of the metal thin plate 74a of No. 4, a convex strip 75a having a shape following the sectional shape of the concave groove 75 and the header groove 76, and a convex strip 7a.
7 and a concave groove 77a having a shape following the cross-sectional shape of No. 7 are formed. In addition, the shapes of the front and back surfaces are the same as the positive substrate 78.
Is also the same.

【0004】そして、負極側基板74では、一方のヘッ
ダー溝76に開口した図示しない供給孔から負極活物質
である燃料ガスが供給され、複数の凹溝75内を分流し
た後、他方のヘッダー溝76に開口した図示しない排出
孔から排出される。かかる燃料ガスは、各凹溝75内を
流通する間に隣接する固体高分子膜70中の負極側の触
媒電極と接触し、当該燃料ガスに含まれている水素が水
素イオンと電子とに分かれる。かかる水素イオンは、固
体高分子膜70の電解質(液)を貫通し、上記電子は、図
示しない外部回路を経て、それぞれ正極側の触媒電極へ
送られる。また、正極側基板78では、正極活物質であ
る酸化剤ガスが上記と同様に流通され、各凹溝79内を
流通する間に隣接する固体高分子膜70中の正極側の触
媒電極と接触し、酸素と水素イオンと電子とが反応して
水を生成する。
In the negative electrode side substrate 74, fuel gas as a negative electrode active material is supplied from a supply hole (not shown) opened in one of the header grooves 76, and the fuel gas is divided into a plurality of concave grooves 75, and then the other header groove. It is discharged from a discharge hole (not shown) opened at 76. The fuel gas comes into contact with the catalyst electrode on the negative electrode side in the adjacent solid polymer film 70 while flowing through the recessed grooves 75, and the hydrogen contained in the fuel gas is divided into hydrogen ions and electrons. . The hydrogen ions penetrate the electrolyte (liquid) of the solid polymer film 70, and the electrons are sent to the positive electrode side catalyst electrode through an external circuit (not shown). Further, in the positive electrode side substrate 78, the oxidant gas that is the positive electrode active material is circulated in the same manner as described above, and contacts the positive electrode side catalyst electrode in the adjacent solid polymer film 70 while flowing in each groove 79. Then, oxygen, hydrogen ions, and electrons react to generate water.

【0005】[0005]

【発明が解決すべき課題】しかしながら、図10(A)に
示すように、複数の固体高分子膜70,70間に挟持さ
れる金属セパレータ72は、2枚の金属セパレータであ
る前記負極・正極側基板74,78を積層しているた
め、燃料電池の構成部材が多くなり且つその組み立ても
煩雑になると共に、得られる燃料電池全体の厚みも過大
になる、という問題があった。また、前記負極側基板7
4の凸条77と正極側基板78の凸条との接触面積が小
さいため、上下に隣接する固体高分子膜70,70間を
流れる厚み方向に沿う電流の抵抗が大きくなる、という
問題もあった。本発明は、以上にて説明した従来の技術
における問題点を解決し、1枚の金属薄板からなりその
表面と裏面とに異なるガスの流通路を有し且つ電気抵抗
の少ない金属セパレータおよびこれを用いた燃料電池を
提供する、ことを課題とする。
However, as shown in FIG. 10 (A), the metal separator 72 sandwiched between the plurality of solid polymer membranes 70, 70 is composed of two metal separators. Since the side substrates 74 and 78 are laminated, there are problems that the number of constituent members of the fuel cell increases, the assembly thereof becomes complicated, and the thickness of the entire fuel cell obtained becomes excessive. In addition, the negative electrode side substrate 7
4 has a small contact area between the ridge 77 and the ridge of the positive electrode side substrate 78, there is also a problem that the resistance of the current flowing between the vertically adjacent solid polymer films 70, 70 along the thickness direction increases. It was The present invention solves the problems in the conventional techniques described above, and a metal separator made of a single metal thin plate having different gas flow passages on the front surface and the back surface thereof and having a low electric resistance, and An object is to provide a used fuel cell.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、1枚の金属薄板の表面および裏面に形成す
る凹凸部をそれぞれガス流通路とすると共に、これらに
燃料ガスや酸化剤ガスが均一に流通させるようにする、
ことに着想して成されたものである。即ち、本発明の第
1の金属セパレータ(請求項1)は、平面視がほぼ矩形で
表面および裏面を有する金属薄板からなり、表面が凹部
または凸部で且つ裏面が凸部または凹部となる断面がほ
ぼ四角形または台形の凹溝および凸条を交互に複数ずつ
平行に形成した凹凸部と、かかる凹凸部の複数の凹溝に
おける長手方向の両端に、かかる凹溝および上記凸条と
直交し、上記凹溝の深さよりも浅く且つ上記凸条の高さ
よりも低くして設けた一対のヘッダー部と、を含む、こと
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses uneven portions formed on the front surface and the back surface of a single metal thin plate as gas flow passages, and a fuel gas and an oxidizer are provided in these passages. To allow the gas to flow evenly,
It was made with an inspiration. That is, the first metal separator (Claim 1) of the present invention is a cross section in which a plan view is a substantially rectangular metal thin plate having a front surface and a back surface, and the front surface is a concave portion or a convex portion and the back surface is a convex portion or a concave portion. Is a substantially quadrangular or trapezoidal concave and convex portions alternately formed in parallel with a plurality of concave and convex portions, at the longitudinal ends of the plurality of concave and convex portions of such concave and convex portion, orthogonal to the concave groove and the convex ridge, And a pair of header portions that are shallower than the depth of the groove and lower than the height of the protrusion.

【0007】これによれば、1枚の金属薄板における表
面と裏面とに形成した凹凸部における複数の凹溝がそれ
ぞれ燃料ガスまたは酸化剤ガスの平行な流通路となり、
かかる表面および裏面を正負極側基板または負極側基板
の何れか一方として活用できる。このため、従来2枚の
正極側・負極側基板を用いず、1枚の金属薄板をプレス
などで成形することにより、電気抵抗の小さい金属セパ
レータとして活用することができる。尚、上記金属薄板
における表面と裏面とは、相対的な呼称であって、金属
薄板の何れか一方の表面とこれと反対側の表面とを指称
するものである。また、上記ヘッダー部の高さは、従来
の2枚構造の正極側・負極側基板におけるヘッダー溝よ
りも小さくなるため、該ヘッダー部の幅は、従来よりも
幅広く設定される。
According to this, the plurality of recessed grooves in the concavo-convex portion formed on the front surface and the back surface of one sheet of metal serve as parallel flow passages for the fuel gas or the oxidant gas, respectively.
The front surface and the back surface can be utilized as either the positive or negative electrode side substrate or the negative electrode side substrate. For this reason, it is possible to utilize as a metal separator having a small electric resistance by forming one metal thin plate by a press or the like without using the two positive electrode side / negative electrode side substrates in the related art. The front surface and the back surface of the metal thin plate are relative names, and refer to either one surface of the metal thin plate and the surface on the opposite side. Further, since the height of the header portion is smaller than the header groove in the conventional positive electrode side / negative electrode side substrate of the two-sheet structure, the width of the header portion is set wider than in the conventional case.

【0008】また、本発明には、前記凹凸部の複数の凹
溝における長手方向の両端に設けた一対のヘッダー部の
外側に沿って上記凹溝の深さおよび前記凸条の高さとほ
ぼ同じ厚みのシール材を配置している、金属セパレータ
(請求項2)も含まれる。これによれば、金属薄板の表面
および裏面における各凹凸部の両端に位置するヘッダー
部を密閉空間とし、且つ隣接する固体高分子膜との間で
燃料ガスや酸化剤ガスを漏洩させることなく、各凹凸部
の凹溝内を流通させることにより、水素イオン化および
電子化などの前記反応を生じさせることができる。
Further, according to the present invention, the depth of the groove and the height of the ridge are substantially the same along the outer sides of the pair of header portions provided at both ends in the longitudinal direction of the plurality of grooves of the uneven portion. Metal separator with thick sealing material
(Claim 2) is also included. According to this, the header portion located at both ends of each uneven portion on the front surface and the back surface of the metal thin plate is a closed space, and without leaking the fuel gas or the oxidant gas between the adjacent solid polymer film, The reaction such as hydrogen ionization and electronization can be caused by flowing in the groove of each uneven portion.

【0009】一方、本発明の第2の金属セパレータ(請
求項3)は、平面視がほぼ矩形で表面および裏面を有す
る金属薄板からなり、表面が凹部または凸部で且つ裏面
が凸部または凹部となる断面がほぼ四角形または台形で
且つ交互に平行に形成された複数の凹溝および複数の凸
条と、上記凹溝および上記凸条の一端と上記金属薄板の
一辺または他辺との間に、上記凹溝の深さよりも浅く且
つ上記凸条の高さよりも低くして設けた複数の迂回流路
と、を含み、上記凹溝および上記凸条の他端は、上記金
属薄板の一辺または他辺に至ると共に、上記複数の迂回
流路は、平面視で交互に逆向きに配置されている、こと
を特徴とする。
On the other hand, a second metal separator of the present invention (claim 3) is a thin metal plate having a substantially rectangular shape in plan view and having a front surface and a back surface, the front surface being a concave portion or a convex portion and the back surface being a convex portion or a concave portion. Between a plurality of concave grooves and a plurality of convex stripes each having a substantially quadrangular or trapezoidal cross section and formed in parallel with each other, between one end of the concave grooves and the convex stripes and one side or the other side of the thin metal plate. , A plurality of bypass passages that are shallower than the depth of the concave groove and lower than the height of the convex stripe, and the other ends of the concave groove and the convex stripe are one side of the metal thin plate or It is characterized in that the plurality of bypass passages are alternately arranged in opposite directions in a plan view while reaching the other side.

【0010】これによれば、1枚の金属薄板における表
面と裏面とに形成した複数の凹溝およびこれらの一端に
交互に位置する迂回流路が、ジグザグ状を呈する燃料ガ
スまたは酸化剤ガスのための単一の流通路となる。この
ため、かかるジグザグ状に流通する上記各ガスの反応を
確実に行わせられると共に、表面および裏面を正負極側
基板または負極側基板の何れか一方として活用できる。
従って、第2の金属セパレータでも、2枚の正極側・負
極側基板を用いず、1枚の金属薄板をプレス成形などす
ることにより、電気抵抗の小さい金属セパレータとして
活用できる。尚、上記ガスの入口や出口は、両端の凹溝
の端部付近に位置する共に、金属薄板における対角位置
または同じ辺の両端に配置される。更に、迂回流路の幅
は、上記凹溝の幅以上に設定する。
According to this, the plurality of concave grooves formed on the front surface and the back surface of one sheet of metal and the bypass passages alternately located at one end of these concave grooves of the fuel gas or the oxidant gas exhibiting a zigzag shape. To provide a single flow path for Therefore, the reaction of each of the above-mentioned gases flowing in the zigzag shape can be reliably performed, and the front surface and the back surface can be utilized as either the positive or negative electrode side substrate or the negative electrode side substrate.
Therefore, even the second metal separator can be used as a metal separator having a small electric resistance by using one metal thin plate by press molding or the like without using the two positive electrode side / negative electrode side substrates. The gas inlets and outlets are located near the ends of the recessed grooves at both ends, and are also arranged at diagonal positions in the thin metal plate or at both ends on the same side. Further, the width of the bypass passage is set to be equal to or larger than the width of the concave groove.

【0011】また、本発明には、前記複数の迂回流路お
よび前記凹溝または前記凸条の外側に沿って、前記金属
薄体を包囲するように上記凹溝の深さおよび上記凸条の
高さとほぼ同じ厚みのシール材を配置している、金属セ
パレータ(請求項4)も含まれる。これによれば、複数の
迂回流路および両端の凹溝または凸条を包囲したジグザ
グ状のガス流通路を外部から確実に遮蔽することができ
る。
Further, according to the present invention, the depth of the concave groove and the convex stripe are formed so as to surround the metal thin body along the outer side of the plurality of bypass passages and the concave groove or the convex stripe. A metal separator (claim 4) in which a sealing material having a thickness substantially the same as the height is arranged is also included. According to this, it is possible to reliably shield the zigzag gas flow passage that surrounds the plurality of bypass passages and the groove or the ridge at both ends from the outside.

【0012】更に、本発明には、前記金属薄板は、金属
ベース材と、かかる金属ベース材の表面および裏面に被
覆した貴金属からなる薄膜層と、からなる、金属セパレ
ータ(請求項5)も含まれる。これによれば、耐食性に優
れた貴金属からなる薄膜層を表面および裏面に被覆し、
これらの間に成形性に優れ且つ所要の強度を有する金属
ベース材が位置する金属薄板から成形した金属セパレー
タとなる。このため、1枚の金属薄板のみからなると共
に、低コストで耐食性および耐久性に優れた金属セパレ
ータとすることが可能となる。
Furthermore, the present invention also includes a metal separator (claim 5) in which the metal thin plate comprises a metal base material and a thin film layer made of a noble metal coated on the front and back surfaces of the metal base material. Be done. According to this, the front surface and the back surface are coated with a thin film layer made of a noble metal having excellent corrosion resistance,
A metal separator is formed from a thin metal plate in which a metal base material having excellent moldability and required strength is located between them. For this reason, it becomes possible to provide a metal separator which is composed of only one metal thin plate and which is excellent in corrosion resistance and durability at low cost.

【0013】加えて、本発明には、前記金属ベース材
は、Fe、Ni、Ti、Cu、Alの単体、またはこれ
らの何れかをベースとする合金からなり、前記貴金属の
薄膜層は、Au、Ag、Pt、Pdの単体、またはこれ
らの何れかをベースとする合金、あるいは上記の貴金属
の2種類以上からなる合金からなる、金属セパレータ
(請求項6)も含まれる。これによれば、上述したような
1枚の金属薄板のみからなり耐食性に優れた金属セパレ
ータを最適のコストで得ることが可能となる。
In addition, according to the present invention, the metal base material is made of a simple substance of Fe, Ni, Ti, Cu or Al, or an alloy based on any one of them, and the thin film layer of the noble metal is Au. Separator made of a simple substance of Ag, Ag, Pt, or Pd, an alloy based on any of these, or an alloy of two or more of the above noble metals.
(Claim 6) is also included. According to this, it becomes possible to obtain a metal separator which is composed of only one metal thin plate as described above and has excellent corrosion resistance at an optimum cost.

【0014】加えて、本発明の燃料電池(請求項7)は、
互いに平行に配置した複数の固体高分子膜の間およびこ
れらの両端側に、前記のような金属セパレータを1枚ず
つ平行に配置している、ことを特徴とする。これによれ
ば、金属セパレータが1枚の金属薄板からなるため、全
体の厚みを薄くしてコンパクト化できると共に、低コス
トで且つ安定した作用が得られる燃料電池を提供するこ
とが可能となる。付言すれば、本発明の燃料電池には、
互いに平行な少なくとも2つの固体高分子膜の間および
それらの両端側に、前記のような金属セパレータを1枚
ずつ平行に配置している、燃料電池を含むことも可能で
ある。
In addition, the fuel cell of the present invention (claim 7) is
The above-mentioned metal separators are arranged in parallel one by one between a plurality of solid polymer membranes arranged in parallel to each other and at both ends thereof. According to this, since the metal separator is composed of one metal thin plate, it is possible to provide a fuel cell which can be made compact by making the entire thickness thin, and which can obtain a stable operation at low cost. In addition, in the fuel cell of the present invention,
It is also possible to include a fuel cell in which the above-mentioned metal separators are arranged in parallel one by one between at least two solid polymer membranes parallel to each other and on both end sides thereof.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施に好
適な形態を図面と共に説明する。図1(A),(B),図2
(A),(B)は、本発明における第1の金属セパレータ1
の表面2aおよび裏面2bを示す。かかる金属セパレー
タ1は、例えばステンレス鋼板などからなり平面視が矩
形である1枚の金属薄板からなり、その表面2aは、図
1(A),図2(A)に示すように、互いに平行な複数の凸
条4aと、かかる凸条4a間に交互に位置する複数の凹
溝6aとからなる凹凸部3aを中央部に有する。また、
複数の凸条4aおよび凹溝6aの長手方向における両端
に、これらと直交する一対のヘッダー部7aを設けてい
る。尚、各ヘッダー部7aは、ガスの出・入口9aの付
近を深くし、これらと反対寄りを浅く形成しても良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (A), (B), and FIG.
(A) and (B) are the 1st metal separator 1 in this invention.
2 shows a front surface 2a and a back surface 2b. The metal separator 1 is made of, for example, a single thin metal plate made of a stainless steel plate or the like and having a rectangular plan view, and its surfaces 2a are parallel to each other as shown in FIGS. 1 (A) and 2 (A). An uneven portion 3a including a plurality of ridges 4a and a plurality of recessed grooves 6a alternately located between the ridges 4a is provided in the central portion. Also,
A pair of header portions 7a orthogonal to these are provided at both ends in the longitudinal direction of the plurality of ridges 4a and the groove 6a. The header portions 7a may be deepened in the vicinity of the gas outlet / inlet 9a and shallower in the opposite side.

【0016】更に、金属セパレータ1の裏面2bも、図
1(B),図2(B)に示すように、互いに平行な複数の凸
条4bと、かかる凸条4b間に交互に位置する複数の凹
溝6bとからなる凹凸部3bを中央部に有し、複数の凸
条4bおよび凹溝6bの長手方向における両端に、これ
らと直交する一対のヘッダー部7bを設けている。尚、
各ヘッダー部7bは、ガスの出・出口9bの付近を深く
し、これらと反対寄りを浅く形成しても良い。尚また、
図1(A),(B)において、便宜上凸条4a,4bは太線
で示し、凹溝6a,6bは細線で示している。
Further, as shown in FIGS. 1B and 2B, the back surface 2b of the metal separator 1 also has a plurality of ridges 4b parallel to each other and a plurality of ridges 4b located alternately between the ridges 4b. An uneven portion 3b composed of the concave groove 6b is provided in the central portion, and a pair of header portions 7b orthogonal to the convex stripes 4b and the concave groove 6b are provided at both ends in the longitudinal direction. still,
Each header portion 7b may be deepened in the vicinity of the gas outlet / outlet 9b, and may be formed shallower on the opposite side. Again,
In FIGS. 1 (A) and 1 (B), the ridges 4a and 4b are indicated by thick lines and the grooves 6a and 6b are indicated by thin lines for convenience.

【0017】図1(A)中におけるa−a線に沿った端面
である図1(a)と図1(B)中におけるb−b線に沿った
端面である図1(b)とは、金属セパレータ1を同じ位置
で切断した端面図である。図1(a),(b)に示すよう
に、表面2aの凸条4aの裏側は、裏面2bの凹溝6b
であり、両者は表裏一体の裏腹となる位置に形成されて
いる。また、表面2aの凹溝6aの裏側は、裏面2bの
凸条4bであり、両者も表裏一体の裏腹となる位置に形
成されている。尚、図1(α)に例示するように、凸条4
aや凹溝6aなどは、端部をほぼ半円形の丸形とした凸
条4αおよび凹溝6αからなる凹凸部3αとしても良
い。
1A which is an end face taken along line aa in FIG. 1A and FIG. 1B which is an end face taken along line bb in FIG. 1B. 3 is an end view of the metal separator 1 cut at the same position. FIG. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the back side of the ridges 4a on the front surface 2a has a concave groove 6b on the back surface 2b.
And both are formed in a position that is a backside of the front and back. Further, the back side of the concave groove 6a on the front surface 2a is a convex strip 4b on the back surface 2b, and both are formed at positions where both front and back sides are integrated. As shown in FIG. 1 (α), the ridge 4
The a, the concave groove 6a, etc. may be an uneven portion 3α composed of a convex ridge 4α and a concave groove 6α each having a semicircular round end.

【0018】即ち、図2(A),(B)に示すように、上記
凸条4aは、表面2aでは断面台形の凸部であり、且つ
裏面2bでは断面台形の凹部を呈する凹溝6bとなる。
また、上記凹溝6aは、表面2aでは断面台形の凹部で
あり、且つ裏面2bでは断面台形の凸部を呈する凸条4
bとなる。尚、凹溝6aと凹溝6bとの幅は、異なるよ
うにしても良い。例えば、燃料ガスが水素で酸化剤ガス
が酸素の場合、両者の流路幅の比を2:1とし、燃料ガ
スが水素で酸化剤ガスが空気の場合、両者の流路幅の比
を2:5となるように、凹溝6a,6bの幅を設定す
る。
That is, as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the ridge 4a has a groove 6b having a trapezoidal cross section on the front surface 2a and a trapezoidal cross section on the back surface 2b. Become.
Further, the concave groove 6a is a concave portion having a trapezoidal cross section on the front surface 2a and a convex portion 4 having a trapezoidal cross section on the back surface 2b.
b. The widths of the groove 6a and the groove 6b may be different. For example, when the fuel gas is hydrogen and the oxidant gas is oxygen, the ratio of the flow channel widths of both is set to 2: 1, and when the fuel gas is hydrogen and the oxidant gas is air, the ratio of the flow channel widths of both is set to 2: 1. The widths of the concave grooves 6a and 6b are set so as to be set to: 5.

【0019】また、図2(A),(B)に示すように、凹凸
部3a,3bや一対ずつのヘッダー部7a,7bの周囲
には、これらを囲むように各ヘッダー部7a,7bと同
じレベルで延在する周辺部2c,2dが包囲する。更
に、ヘッダー部7a,7bは、図1(a),(b)および図
2(A),(B)に示すように、凸条4a,4bの高さより
も低く且つ凹溝6a,6bの深さよりも浅い位置に設け
られている。具体的には、ヘッダー部7a,7bは、凸
条4a,4bの高さのほぼ半分で且つ凹溝6a,6bの
深さのほぼ半分のレベルにある。このため、ヘッダー部
7a,7bの幅は、従来よりもやや幅広の寸法に設定さ
れる。
As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the concavo-convex portions 3a, 3b and the pair of header portions 7a, 7b are surrounded by the respective header portions 7a, 7b. The peripheral portions 2c and 2d extending at the same level are surrounded. Further, as shown in FIGS. 1 (a), (b) and FIGS. 2 (A), (B), the header portions 7a, 7b are lower than the height of the ridges 4a, 4b and have the grooves 6a, 6b. It is provided at a position shallower than the depth. Specifically, the header portions 7a and 7b are at a level that is approximately half the height of the ridges 4a and 4b and approximately half the depth of the concave grooves 6a and 6b. Therefore, the width of the header portions 7a and 7b is set to be slightly wider than that of the conventional one.

【0020】図1(A),(B)に示すように、金属セパレ
ータ1の周囲には、ほぼ正方形の枠形のシール材(ガス
ケット)10が配置されている。かかるシール材10
は、例えばクロロプレンゴムのような弾性を有する合成
ゴムからなる一体成形体であり、その内周面における厚
み方向の中央に設けたスリット12に金属セパレータ1
の周辺部2c,2dを密着しつつ嵌合している。また、
シール材10の内部または一部における表面側2aに
は、水素などの燃料ガスの入口9a・出口9aを開設
し、裏面2b側には、酸素などの酸化剤ガスの入口9b
・出口9bを開設する。更に、当該シール材10におけ
る各辺の中央には、それぞれ隣接して配置される同じ金
属セパレータ1を内側に嵌合したシール材10を貫通し
しつ連結するボルトの貫通孔13が穿設されている。
尚、シール材10の厚みは、図1(a),(b)に示すよう
に、表面2aの各凸条4aの高さと裏面2bの各凸条4
bの高さとの間における差とほぼ同じか、あるいはこの
差よりもやや厚肉とされる。かかる厚さは、燃料電池を
組み立てるため、シール材10が弾性変形した際に凸条
4a,4b間の厚み(差)と一致する。尚また、シール材
10には、冷却水の入口wiと出口waとが形成されて
いる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a substantially square frame-shaped sealing material (gasket) 10 is arranged around the metal separator 1. Such sealing material 10
Is an integrally molded body made of synthetic rubber having elasticity such as chloroprene rubber, and the metal separator 1 is provided in the slit 12 provided at the center of the inner peripheral surface in the thickness direction.
The peripheral portions 2c and 2d are closely fitted to each other. Also,
An inlet 9a and an outlet 9a for fuel gas such as hydrogen are provided on the front surface 2a inside or part of the sealing material 10, and an inlet 9b for oxidant gas such as oxygen is provided on the rear surface 2b side.
・ Open Exit 9b. Further, a through hole 13 for a bolt is formed in the center of each side of the seal material 10 so as to penetrate and connect the seal material 10 in which the same metal separators 1 arranged adjacent to each other are fitted inside. ing.
The thickness of the sealing material 10 is, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the height of each ridge 4a on the front surface 2a and each ridge 4 on the back surface 2b.
The difference between the height and the height of b is almost the same as or slightly thicker than this difference. Since the fuel cell is assembled, this thickness matches the thickness (difference) between the ridges 4a and 4b when the sealing material 10 is elastically deformed. Further, the sealing material 10 is formed with an inlet wi and an outlet wa of the cooling water.

【0021】図3(A),(B)は、異なる形態の金属セパ
レータ1aの表面2aと裏面2bとを示す。かかる金属
セパレータ1aも、ステンレス鋼板などからなる1枚の
金属薄板からなり、その表面2aは、図3(A)に示すよ
うに、互いに平行な複数の凸条4cと、かかる凸条4c
間に交互に位置する複数の凹溝6cとからなる凹凸部3
cを中央部に有し、複数の凸条4cおよび凹溝6cの長
手方向における両端に、これらと直交するヘッダー部7
a,7aを設けている。また、金属セパレータ1aの裏
面2bも、図3(B)に示すように、互いに平行な複数の
凸条4dと、かかる凸条4d間に交互に位置する複数の
凹溝6dとからなる凹凸部3dを中央部に有し、複数の
凸条4dおよび凹溝6dの長手方向における両端に、こ
れらと直交するヘッダー部7b,7bを設けている。
3A and 3B show a front surface 2a and a back surface 2b of a metal separator 1a having different shapes. The metal separator 1a is also made of a single metal thin plate made of a stainless steel plate or the like, and its surface 2a has a plurality of ridges 4c parallel to each other and the ridges 4c as shown in FIG. 3 (A).
Concavo-convex portion 3 including a plurality of concave grooves 6c alternately located between
A header portion 7 which has a central portion c and is orthogonal to the plurality of ridges 4c and the concave grooves 6c in the longitudinal direction.
a and 7a are provided. Further, as shown in FIG. 3B, the back surface 2b of the metal separator 1a also has a concavo-convex portion made up of a plurality of parallel ridges 4d and a plurality of recessed grooves 6d alternately located between the ridges 4d. 3d is provided in the central portion, and header portions 7b, 7b orthogonal to these are provided at both ends in the longitudinal direction of the plurality of convex stripes 4d and concave grooves 6d.

【0022】図3(A),(B)に示すように、上記凸条4
cは、表面2aでは断面コ字(四角)形の凸部であり、且
つ裏面2bでは断面コ字(四角)形の凹部を呈する凹溝6
dとなる。また、上記凹溝6cは、表面2aでは断面コ
字(四角)形の凹部であり、且つ裏面2bでは断面コ字
(四角)形の凸部を呈する凸条4dとなる。尚、図3
(A),(B)に示すように、凹凸部3c,3dやヘッダー
部7a,7bの周囲には、これらを囲むように各ヘッダ
ー部7a,7bと同じレベルで延在する周辺部2c,2
dが包囲している。また、凸条4cや凹溝6cなどは、
前記同様にその端部を丸形とした凸条や凹溝としても良
く、凹溝6c,6dの幅を互いに相違させても良い。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the ridge 4
c is a concave groove 6 having a U-shaped (square) cross section on the front surface 2a and a U-shaped (square) cross section on the back surface 2b.
It becomes d. Further, the concave groove 6c is a concave portion having a U-shaped (square) cross section on the front surface 2a and a U-shaped cross section on the back surface 2b.
The convex strip 4d has a (square) convex portion. Incidentally, FIG.
As shown in (A) and (B), around the uneven portions 3c, 3d and the header portions 7a, 7b, a peripheral portion 2c extending at the same level as the header portions 7a, 7b so as to surround them, Two
It is surrounded by d. In addition, the ridges 4c and the concave grooves 6c are
Similarly to the above, the ends may be rounded convex grooves or concave grooves, and the concave grooves 6c and 6d may have different widths.

【0023】更に、ヘッダー部7a,7bは、図3
(A),(B)に示すように、凸条4c,4dの高さよりも
低く且つ凹溝6c,6dの深さよりも浅い位置に設けら
れている。具体的には、ヘッダー部7c,7dは、凸条
4c,4dの高さのほぼ半分で且つ凹溝6c,6dの深
さのほぼ半分のレベルにある。尚、金属セパレータ1a
の周辺部2c,2dの外周縁にも、前記図1に示したシ
ール材10が前記同様に嵌合して配置される。
Further, the header portions 7a and 7b are shown in FIG.
As shown in (A) and (B), it is provided at a position lower than the height of the convex stripes 4c and 4d and shallower than the depth of the concave grooves 6c and 6d. Specifically, the header portions 7c and 7d are at a level that is approximately half the height of the ridges 4c and 4d and approximately half the depth of the concave grooves 6c and 6d. The metal separator 1a
The sealing material 10 shown in FIG. 1 is also fitted and arranged on the outer peripheral edges of the peripheral portions 2c and 2d in the same manner as described above.

【0024】図4(A)は、前記金属セパレータ1の凹凸
部3a,3bにおける断面を示す。図示のように、金属
セパレータ1を形成する金属薄板は、例えばSUS31
6Lなどのステンレス鋼からなる厚さ0.01〜約1m
mの金属ベース材14と、その表面および裏面にそれぞ
れ被覆した貴金属からなる薄膜層15とからなる。上記
薄膜層15は、1μm以下、より望ましくは100nm
以下の厚みであるAu、Ag、Pt、Pdの単体、また
はこれらの何れかをベースとする合金、あるいは上記の
貴金属の2種類以上からなる合金、例えばAu−Ag系
合金からなる。かかる薄膜層15は、メッキ、スクリー
ン印刷、クラッド圧延、CVD処理、またはPVD処理
(真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングな
ど)により、金属ベース材14の表面および裏面に被覆
されている。
FIG. 4 (A) shows a cross section of the metal separator 1 at the uneven portions 3a and 3b. As illustrated, the metal thin plate forming the metal separator 1 is made of, for example, SUS31.
Thickness of stainless steel such as 6L 0.01 ~ 1m
m of the metal base material 14 and a thin film layer 15 made of a noble metal on the front surface and the back surface of the metal base material 14, respectively. The thin film layer 15 has a thickness of 1 μm or less, and more preferably 100 nm.
It consists of a simple substance of Au, Ag, Pt, or Pd having the following thickness, or an alloy based on any of these, or an alloy composed of two or more of the above noble metals, for example, an Au-Ag alloy. The thin film layer 15 is formed by plating, screen printing, clad rolling, CVD treatment, or PVD treatment.
The front surface and the back surface of the metal base material 14 are covered by (vacuum deposition, sputtering, ion plating, etc.).

【0025】また、図4(B)は、前記金属セパレータ1
aの凹凸部3c,3dにおける断面を示し、その金属薄
板も、上記同様の金属ベース材14と、その表面および
裏面にそれぞれ被覆した貴金属からなる上記同様の薄膜
層15とからなる。尚、凹凸部3a,3b,3c,3d
は、表面および裏面にそれぞれ薄膜層15を被覆した金
属ベース材14からなる3層構造の金属薄板を、図示し
ない金型プレスを用いる塑性加工によって成形される。
また、金属ベース材14は、Fe、Ni、Ti、Cu、
Alの単体、またはこれらの何れかをベースとする合
金、例えば上記ステンレス鋼からなり、その表・裏面に
薄膜層15を被覆することにより、後述する燃料ガスや
酸化剤ガスに対する耐食性を補っている。
Further, FIG. 4B shows the metal separator 1
The cross section of the concave-convex portions 3c and 3d of a is shown, and the thin metal plate also comprises a metal base material 14 similar to the above, and a thin film layer 15 similar to the above formed from a noble metal on the front surface and the back surface thereof, respectively. The uneven portions 3a, 3b, 3c, 3d
Is formed by a plastic working using a die press (not shown), which is a thin metal plate having a three-layer structure including a metal base material 14 having a front surface and a back surface coated with a thin film layer 15.
The metal base material 14 is made of Fe, Ni, Ti, Cu,
It is made of a simple substance of Al or an alloy based on any of these, for example, the above-mentioned stainless steel, and by covering the front and back surfaces with the thin film layer 15, the corrosion resistance to fuel gas and oxidant gas described later is supplemented. .

【0026】図5(A)は、前記金属セパレータ1(1a)
を用いた燃料電池16の単位部分を示す断面図である。
かかる燃料電池16は、図5(A)に示すように、固体高
分子膜17の両面に金属セパレータ1(1a)をそれぞれ
平行に配置したもので、各セパレータ1(1a)の上/下
にも図示しない固体高分子膜17が隣接して配置され
る。即ち、燃料電池16は、互いに平行に配置した複数
の固体高分子膜17の間およびその両端側に、1枚ずつ
の金属セパレータ1(1a)を平行に配置したものであ
る。また、固体高分子膜17における金属セパレータ1
と隣接する部分は、当該固体高分子膜17の両側面に配
置した図示しないガス拡散電極と正極の触媒電極または
負極の触媒電極との3層構造を有する。
FIG. 5A shows the metal separator 1 (1a).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a unit portion of a fuel cell 16 using
As shown in FIG. 5 (A), such a fuel cell 16 has metal separators 1 (1a) arranged in parallel on both sides of a solid polymer membrane 17, and is placed above / below each separator 1 (1a). Also, a solid polymer film 17 (not shown) is arranged adjacently. That is, in the fuel cell 16, one metal separator 1 (1a) is arranged in parallel between a plurality of solid polymer membranes 17 arranged in parallel to each other and at both ends thereof. In addition, the metal separator 1 in the solid polymer film 17
The portion adjacent to has a three-layer structure of a gas diffusion electrode (not shown) disposed on both side surfaces of the solid polymer film 17 and a positive electrode catalyst electrode or a negative electrode catalyst electrode.

【0027】図5(A)に示すように、固体高分子膜17
の周辺部18は、ガス拡散電極および触媒層が形成され
ていない部分で、隣接する金属セパレータ1(1a)の周
囲に設けたシール材10,10と面接触する。金属セパ
レータ1(1a)のヘッダー部7a,7bは、シール材1
0と周辺部18とにより、密閉された空間となる。尚、
凹溝6a(6c)と凹溝6b(6d)とは、図4(A)((B))
に示したように互いに隣接し且つ交互に逆向きに開口す
るように配置される。また、図5(A)では、上方の金属
セパレータ1(1a)の凹溝6a(6c)の直下には、下方
の金属セパレータ1(1a)の凹溝6b(6d)が位置して
いる。更に、上記シール材10には、ヘッダー部7a,
7bに開口するガスの出・入口9a,9bが設けられ
る。
As shown in FIG. 5A, the solid polymer film 17
The peripheral portion 18 is a portion where the gas diffusion electrode and the catalyst layer are not formed, and is in surface contact with the sealing materials 10, 10 provided around the adjacent metal separator 1 (1a). The header portions 7a and 7b of the metal separator 1 (1a) are made of the sealing material 1
0 and the peripheral portion 18 form a sealed space. still,
The groove 6a (6c) and the groove 6b (6d) are shown in FIG. 4 (A) ((B)).
As shown in FIG. 3, the openings are arranged adjacent to each other and alternately open in opposite directions. Further, in FIG. 5A, the groove 6b (6d) of the lower metal separator 1 (1a) is located immediately below the groove 6a (6c) of the upper metal separator 1 (1a). Further, the sealing material 10 includes a header portion 7a,
Gas inlet / outlet ports 9a and 9b are provided at 7b.

【0028】ここで、金属セパレータ1を用いた燃料電
池16の作用について説明する。図5(B)は、3つの固
体高分子膜17a〜17c間に1枚ずつの金属セパレー
タ1を配置した燃料電池16の断面を示し、上側のセパ
レータ1では凹溝6aが、下側のセパレータ1では凹溝
6bが、金属セパレータ17bを挟んでいる。前記ガス
の入口9a,9bから燃料ガスまたは酸化剤ガスを各金
属セパレータ1のヘッダー部7a,7bに供給する。図
5(B)中で上側の実線で矢印で示す水素ガスまたはメタ
ノールなどの燃料ガスは、上側の金属セパレータ1のヘ
ッダー部7aから各凹溝6aを分流しつつ反対側のヘッ
ダー部7aに流通される。また、図5(B)中で下側の破
線で矢印で示す酸素または空気などの酸化剤ガスは、下
側の金属セパレータ1のヘッダー部7bから各凹溝6b
を分流しつつ反対側のヘッダー部7bに流通される。
Now, the operation of the fuel cell 16 using the metal separator 1 will be described. FIG. 5 (B) shows a cross section of the fuel cell 16 in which one metal separator 1 is arranged between the three solid polymer membranes 17a to 17c, and the groove 6a in the upper separator 1 is the lower separator. In No. 1, the concave groove 6b sandwiches the metal separator 17b. Fuel gas or oxidant gas is supplied to the header portions 7a and 7b of each metal separator 1 from the gas inlets 9a and 9b. In FIG. 5B, the fuel gas such as hydrogen gas or methanol, which is indicated by an arrow in the upper solid line, flows from the header portion 7a of the upper metal separator 1 to the header portion 7a on the opposite side while shunting the grooves 6a. To be done. In addition, an oxidant gas such as oxygen or air indicated by an arrow with a broken line on the lower side in FIG. 5 (B) flows from the header portion 7b of the lower metal separator 1 into each groove 6b.
Is distributed to the header portion 7b on the opposite side.

【0029】上記凹溝6aまたは凹溝6b内を流通する
間に、燃料ガスや酸化剤ガスは、その一部が隣接する固
体高分子膜17a,17c中の負極側または正極側の触
媒電極に接触する。この際、固体高分子膜17aの負極
側の触媒電極に対向する表面2aの凹溝6a内を流れる
燃料ガス(図5(B)で実線の矢印で示す)において、これ
に含まれている水素は、水素イオンと電子とに分解され
る。かかる水素は、固体高分子膜17aを上向きに貫通
し且つ正極側の触媒電極に移動する。また、上記電子
は、図示しない外部回路を通電する間に所要の作用を果
たした後、固体高分子膜17a中の正極側の触媒電極に
送られる。一方、固体高分子膜17c中の正極側の触媒
電極に対向する裏面2bの凹溝6bでは、正極活物質で
ある酸化剤ガス(図5(B)で破線の矢印で示す)が上記と
同様に流通する。この際、凹溝6b内を流通する間に、
酸化剤ガスは、隣接する固体高分子膜17c中の正極側
の触媒電極と接触するため、酸素と水素イオンと電子と
が反応して水を生成する。
While flowing in the groove 6a or groove 6b, the fuel gas or the oxidant gas is partially adsorbed on the catalyst electrode on the negative electrode side or the positive electrode side in the solid polymer films 17a and 17c adjacent to each other. Contact. At this time, hydrogen contained in the fuel gas (shown by a solid arrow in FIG. 5 (B)) flowing in the concave groove 6a of the surface 2a of the solid polymer film 17a facing the catalyst electrode on the negative electrode side is shown. Is decomposed into hydrogen ions and electrons. Such hydrogen penetrates the solid polymer film 17a upward and moves to the catalyst electrode on the positive electrode side. Further, the electrons perform a required action while energizing an external circuit (not shown), and then are sent to the positive electrode side catalyst electrode in the solid polymer film 17a. On the other hand, in the concave groove 6b of the back surface 2b facing the catalyst electrode on the positive electrode side in the solid polymer film 17c, the oxidant gas that is the positive electrode active material (shown by the broken line arrow in FIG. 5B) is the same as above. Distribute to. At this time, while flowing in the groove 6b,
Since the oxidant gas comes into contact with the catalyst electrode on the positive electrode side in the adjacent solid polymer film 17c, oxygen reacts with hydrogen ions and electrons to generate water.

【0030】図5(C)は、図5(B)の前後方向の何れか
に隣接する断面を示し、金属セパレータ17a〜17c
間に金属セパレータ1をそれぞれ配置し、上側のセパレ
ータ1では凹溝6bが、下側のセパレータ1では凹溝6
aが、中央の金属セパレータ17bを挟んでいる。図5
(C)中で下側の実線で矢印で示す燃料ガスは、下側の金
属セパレータ1のヘッダー部7aから各凹溝6aを分流
しつつ反対側のヘッダー部7aに流通される。また、図
5(C)中で上側の破線で矢印で示す酸化剤ガスは、上側
の金属セパレータ1のヘッダー部7bから各凹溝6bを
分流しつつ反対側のヘッダー部7bに流通される。この
際、固体高分子膜17bの負極側の触媒電極に対向する
表面2aの凹溝6a内を流れる燃料ガス(図5(C)で実
線の矢印で示す)に含まれる水素は、水素イオンと電子
とに分解され、かかる水素は、固体高分子膜17bを上
向きに貫通し且つ正極側の触媒電極に移動する。また、
上記電子は、図示しない外部回路を通電した後、固体高
分子膜17b中の正極側の触媒電極に送られる。
FIG. 5C shows a cross section adjacent to either of the front and rear directions of FIG. 5B, showing the metal separators 17a to 17c.
The metal separators 1 are arranged in between, and the groove 6b is formed in the upper separator 1 and the groove 6b is formed in the lower separator 1.
a sandwiches the central metal separator 17b. Figure 5
The fuel gas indicated by the arrow in the lower solid line in (C) is circulated from the header portion 7a of the lower metal separator 1 to the opposite header portion 7a while shunting the recessed grooves 6a. In addition, the oxidant gas indicated by the arrow in the upper broken line in FIG. 5C flows from the header portion 7b of the upper metal separator 1 to the header portion 7b on the opposite side while shunting the recessed grooves 6b. At this time, hydrogen contained in the fuel gas (shown by a solid arrow in FIG. 5 (C)) flowing in the concave groove 6a of the surface 2a of the solid polymer film 17b facing the catalyst electrode on the negative electrode side becomes hydrogen ion. Decomposed into electrons, the hydrogen penetrates the solid polymer film 17b upward and moves to the catalyst electrode on the positive electrode side. Also,
The electrons are sent to a positive electrode-side catalyst electrode in the solid polymer film 17b after energizing an external circuit (not shown).

【0031】一方、固体高分子膜17b中の正極側の触
媒電極に対向する裏面2bの凹溝6bでは、酸化剤ガス
(図5(C)で破線の矢印で示す)が上記と同様に流通し、
凹溝6b内を流通する間に、隣接する固体高分子膜17
b中の正極側の触媒電極と接触するため、酸素と水素イ
オンと電子とが反応して水を生成する。以上のような燃
料電池16によれば、複数の固体高分子膜17a〜17
c間およびその両端(上・下端)側に1枚ずつの金属セパ
レータ1(1a)を平行に配置することにより、全体がコ
ンパクト化したサイズで且つ軽量化にできると共に、化
学エネルギを効率良く電気エネルギに変換することがで
きる。しかも、金属セパレータ1(1a)を流れる電流の
電気抵抗も小さくすることができる。従って、かかる燃
料電池16は、例えば車両用の電源として極めて有効と
なる。尚、図5(B),(C)において、燃料ガスと酸化剤
ガスとは、互いに逆向きの流通にしたが、これらを同じ
向きに流通するようにしても良い。
On the other hand, in the concave groove 6b of the back surface 2b facing the catalyst electrode on the positive electrode side in the solid polymer film 17b, the oxidizing gas is used.
(Indicated by a dashed arrow in FIG. 5 (C)) circulates as above,
While passing through the groove 6b, the adjacent solid polymer film 17
Since it contacts with the catalyst electrode on the positive electrode side in b, oxygen reacts with hydrogen ions and electrons to produce water. According to the fuel cell 16 as described above, the plurality of solid polymer films 17a to 17a
By arranging one metal separator 1 (1a) in parallel between c and both ends (upper and lower ends) thereof, the entire size can be made compact and lightweight, and chemical energy can be efficiently generated by electricity. It can be converted into energy. Moreover, the electric resistance of the current flowing through the metal separator 1 (1a) can be reduced. Therefore, the fuel cell 16 is extremely effective as a power source for vehicles, for example. 5 (B) and 5 (C), the fuel gas and the oxidant gas flow in opposite directions, but they may flow in the same direction.

【0032】図6(A)は、更に異なる形態の金属セパレ
ータ20の外観斜視図を示す。金属セパレータ20も表
面21および裏面22を有する前記同様の金属薄板から
なり、図6(A)に示すように、その表面21の中央部に
は、互いに平行な複数の凸条24aと、かかる凸条24
a間に交互に位置する複数の凹溝26aとからなる凹凸
部23aを有する。また、複数の凸条24aおよび凹溝
26aの長手方向における両端に、これらと直交する一
対のヘッダー部27を設けている。尚、各凸条24aお
よび各凹溝26aは、断面が台形であるが、前記図3や
図4(B)に示したように、それらの断面をコ字形(四角
形)の形状としても良い。
FIG. 6A is an external perspective view of a metal separator 20 having a different form. The metal separator 20 is also made of the same thin metal plate having a front surface 21 and a back surface 22, and as shown in FIG. 6 (A), a plurality of ridges 24a parallel to each other are provided at the center of the front surface 21. Article 24
It has a concave-convex portion 23a composed of a plurality of concave grooves 26a which are alternately positioned between a. Further, a pair of header portions 27 orthogonal to these are provided at both ends in the longitudinal direction of the plurality of convex stripes 24a and the concave grooves 26a. Each of the ridges 24a and each of the grooves 26a has a trapezoidal cross section, but as shown in FIG. 3 and FIG. 4 (B), the cross section may have a U-shape (quadrangle).

【0033】図6(A),(B)に示すように、表面21の
凹凸部23aおよびヘッダー部27の周囲には、段部2
5,25に囲まれており、その外周に平坦な周辺部28
が包囲している。各ヘッダー27は図6(B)に示すよう
に、断面が変形した台形を呈する。また、上記周辺部2
8は、各凸条24aの頂面と同じレベルに位置し、前記
同様のガスの入口9a、出口9b、ボルトの貫通孔13
などが形成される。また、図6(B)の断面図に示すよう
に、金属セパレータ20の裏面22には、上記各凸条2
4aの裏面側に隣接する複数の凹溝26bと、上記各凹
溝26aの裏面側に隣接し且つ上記凹溝26b間に位置
する複数の凸条24bとからなる凹凸部23bが中央部
に形成されている。尚、凸条24aや凹溝26aなど
は、前記同様にその端部を丸形とした凸条や凹溝として
も良く、凹溝26a,26bの幅を互いに相違させても
良い。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the step portion 2 is formed around the uneven portion 23a of the surface 21 and the header portion 27.
It is surrounded by 5, 25 and has a flat peripheral portion 28 on its outer periphery.
Is besieged. As shown in FIG. 6B, each header 27 has a trapezoidal shape with a modified cross section. In addition, the peripheral portion 2
8 is located at the same level as the top surface of each ridge 24a, and has the same gas inlet 9a, outlet 9b, and bolt through hole 13 as described above.
Etc. are formed. Further, as shown in the sectional view of FIG. 6 (B), each of the ridges 2 is formed on the back surface 22 of the metal separator 20.
A concave-convex portion 23b is formed in the central portion, which includes a plurality of concave grooves 26b adjacent to the back surface side of 4a and a plurality of convex stripes 24b adjacent to the rear surface side of each concave groove 26a and located between the concave grooves 26b. Has been done. The ridges 24a and the grooves 26a may be ridges or grooves whose ends are rounded similarly to the above, and the widths of the grooves 26a and 26b may be different from each other.

【0034】更に、凹凸部23bにおける凸条24bと
凹溝26bとの長手方向における両端には、これらと直
交する断面がほぼヘ字形のヘッダー部29が位置してい
る。図6(B)に示すように、表・裏面21,22のヘッ
ダー部27,29は、凸条24a,24bの高さよりも
低く且つ凹溝26a,26bの深さよりも浅い位置に設
けられている。即ち、ヘッダー部27,29は、凸条2
4a,24bの高さのほぼ半分で且つ凹溝26a,26
bの深さのほぼ半分のレベルに位置すると共に、段部2
5,25を介して表面21の各凸条24aの頂面と同じ
レベルに偏寄した周辺部28と接続されている。尚、ヘ
ッダー部27,29は、燃料ガスなどの出・入口付近を
深くし、その反対寄りを浅くするように形成しても良
い。
Further, at both ends in the longitudinal direction of the convex strip 24b and the concave groove 26b in the concave-convex portion 23b, there are positioned header portions 29 whose cross section is substantially V-shaped orthogonal to them. As shown in FIG. 6B, the header portions 27 and 29 of the front and back surfaces 21 and 22 are provided at a position lower than the height of the ridges 24a and 24b and shallower than the depth of the concave grooves 26a and 26b. There is. That is, the header portions 27 and 29 are the ridges 2
Almost half the height of 4a, 24b and the recessed grooves 26a, 26
It is located at a level approximately half the depth of b, and has a step 2
It is connected via 5 and 25 to the peripheral portion 28 which is biased to the same level as the top surface of each ridge 24a on the surface 21. The header portions 27 and 29 may be formed such that the vicinity of the outlet / inlet of fuel gas or the like is deepened and the opposite side is shallowed.

【0035】図6(C)は、金属セパレータ20を用いた
燃料電池30の単位部分を示す断面図である。かかる燃
料電池16は、図6(C)に示すように、互いに平行に配
置した複数の固体高分子膜32,32間およびその両端
側に、1枚ずつの金属セパレータ20を平行に配置した
もので、図示で上側のセパレータ20の上面にも図示し
ない固体高分子膜32が配置されている。図6(C)に示
すように、固体高分子膜32の周囲には、前記同様の周
辺部34が位置し、その上下に四角枠形のシール材(ガ
スケット)36が配置されている。かかるシール材36
も、前記同様の合成ゴムなどの弾性体からなり、隣接す
る固体高分子膜32の周辺部34との間で、金属セパレ
ータ20の周辺部28を挟み付ける。かかるシール材3
6と上記周辺部34とにより、各金属セパレータ20の
ヘッダー部27,29は、密閉された空間となる。
FIG. 6C is a sectional view showing a unit portion of the fuel cell 30 using the metal separator 20. As shown in FIG. 6 (C), such a fuel cell 16 is one in which one metal separator 20 is arranged in parallel between a plurality of solid polymer membranes 32, 32 arranged in parallel to each other and both ends thereof. The solid polymer film 32 (not shown) is also arranged on the upper surface of the upper separator 20 in the drawing. As shown in FIG. 6C, a peripheral portion 34 similar to the above is located around the solid polymer film 32, and a rectangular frame-shaped sealing material (gasket) 36 is arranged above and below the peripheral portion 34. Such sealing material 36
Also, the peripheral part 28 of the metal separator 20 is sandwiched between the adjacent peripheral part 34 of the solid polymer film 32, which is made of an elastic body such as synthetic rubber. Such sealing material 3
The header portions 27 and 29 of each metal separator 20 become a sealed space by 6 and the peripheral portion 34.

【0036】尚、図6(C)では、便宜上、上方の金属セ
パレータ20の凹溝26aの直下には、下方の金属セパ
レータ20の凹溝26bが位置している。そして、図6
(C)に示すように、実線と破線の矢印で示す燃料ガス
は、上下の金属セパレータ20における一方のヘッダー
部27,29から、凹溝26aを分流して他方のヘッダ
ー部27,29に流通する。また、上下の一点鎖線の矢
印で示す酸化剤ガスは、上下の各金属セパレータ20に
おける一方のヘッダー部29,27から、凹溝26bを
分流して他方のヘッダー部29,27に流通する。
In FIG. 6C, for the sake of convenience, the groove 26b of the lower metal separator 20 is located immediately below the groove 26a of the upper metal separator 20. And FIG.
As shown in (C), the fuel gas indicated by solid and broken arrows flows from one header portion 27, 29 of the upper and lower metal separators 20 into the groove 26a and flows into the other header portion 27, 29. To do. In addition, the oxidant gas shown by the upper and lower single-dot chain arrows flows from the one header portion 29, 27 of each of the upper and lower metal separators 20 into the recessed groove 26b and flows into the other header portion 29, 27.

【0037】各金属セパレータ20における凹溝26a
内を流通する間に、燃料ガスは、その一部が隣接する固
体高分子膜32中の負極側の触媒電極と接触し、当該燃
料ガスに含まれている水素が水素イオンと電子とに分解
される。また、各セパレータ20の凹溝26b内を流通
する間に、酸化剤ガスの一部が隣接する固体高分子膜3
2中の正極側の触媒電極と接触し、酸素と水素イオンと
電子が反応して水を生成する。以上のような金属セパレ
ータ20を用いる燃料電池30によれば、上記ガスの化
学エネルギを電気エネルギに効率的に変換でき且つ全体
をコンパクト化できると共に、前記シール材36によ
り、複数の固体高分子膜32と複数の金属セパレータ2
0とを気密性をもって容易に積層し且つ固定することが
できる。しかも、金属セパレータ20を流れる電流の電
気抵抗も小さくなる。
Recessed groove 26a in each metal separator 20
While flowing in the fuel gas, a part of the fuel gas comes into contact with the catalyst electrode on the negative electrode side in the adjacent solid polymer membrane 32, and the hydrogen contained in the fuel gas is decomposed into hydrogen ions and electrons. To be done. Further, while flowing in the concave groove 26b of each separator 20, a part of the oxidant gas is adjacent to the solid polymer film 3
In contact with the catalyst electrode on the positive electrode side in 2, oxygen, hydrogen ions, and electrons react to generate water. According to the fuel cell 30 using the metal separator 20 as described above, the chemical energy of the gas can be efficiently converted into electric energy and the whole can be made compact, and the sealing material 36 allows a plurality of solid polymer membranes to be formed. 32 and a plurality of metal separators 2
0 and 0 can be easily laminated and fixed with airtightness. Moreover, the electric resistance of the current flowing through the metal separator 20 is also reduced.

【0038】次に、本発明における第2の金属セパレー
タ40およびこれを用いた燃料電池60について、図7
〜図9により説明する。図7(A),(B)は、第2の金属
セパレータ40における表面40a、裏面40bの平面
図を示す。かかる金属セパレータ40は、前記同様の素
材からなる金属薄板から成形され、図示のように、平面
視でほぼ正方形(矩形)を呈する。尚、かかる金属薄板
も、前記金属ベース材14と、かかる金属ベース材14
の表面および裏面に被覆したAuなどの貴金属からなる
前記薄膜層15と、からなる。
Next, FIG. 7 shows the second metal separator 40 and the fuel cell 60 using the same according to the present invention.
~ It demonstrates by FIG. 7A and 7B are plan views of the front surface 40a and the back surface 40b of the second metal separator 40. The metal separator 40 is molded from a metal thin plate made of the same material as described above, and has a substantially square shape (rectangle) in a plan view as illustrated. In addition, such a metal thin plate is also used for the metal base material 14 and the metal base material 14
And the thin film layer 15 made of a noble metal such as Au coated on the front surface and the back surface.

【0039】金属セパレータ40の表面40aは、図7
(A),(a1),(a2)に示すように、表面40aが凹部
で且つ裏面40bが凸部となる複数の凹溝43,45
と、これらと交互に位置して表面40aが凸部で且つ裏
面40bが凹部となる複数の凸条42,44と、を有す
る。図7(A)で幅方向の左端の凹溝45の斜面45aで
例示するように、凹溝43などおよび凸条42などは、
断面が台形で且つ互いに平行に配置されている。図7
(A)に示すように、表面40aの凹溝43,45の一端
および凸条42,44の一端42a,44aと、金属薄
板の一辺(上辺)または他辺(下辺)との間には、複数の迂
回流路46,47が交互に逆向きに設けられている。か
かる迂回流路46,47は、凸条42などの高さよりも
低く且つ凹溝43などの深さよりも浅い位置に設けられ
ている。
The surface 40a of the metal separator 40 is shown in FIG.
As shown in (A), (a1), and (a2), a plurality of recessed grooves 43, 45 whose front surface 40a is a concave portion and whose rear surface 40b is a convex portion
And a plurality of ridges 42 and 44 which are alternately arranged and whose front surface 40a is a convex portion and rear surface 40b is a concave portion. As illustrated by the slope 45a of the groove 45 at the left end in the width direction in FIG. 7A, the groove 43 and the ridges 42 are
The sections are trapezoidal and are arranged parallel to each other. Figure 7
As shown in (A), between one end of the concave grooves 43, 45 of the surface 40a and one end 42a, 44a of the ridges 42, 44 and one side (upper side) or the other side (lower side) of the metal thin plate, A plurality of bypass flow paths 46 and 47 are alternately provided in opposite directions. The bypass passages 46 and 47 are provided at a position lower than the height of the convex strip 42 and the like and shallower than the depth of the concave groove 43 and the like.

【0040】金属セパレータ40の裏面40bは、図7
(B),(b1),(b2)に示すように、裏面40bが凸部
で且つ表面40aが凹部となる複数の凸条53,55
と、これらと交互に位置して裏面40bが凹部で且つ表
面40aが凸部となる複数の凹溝52,54と、を有す
る。図7(B)で幅方向の左端の凹溝52の斜面52aで
例示するように、凸条53などや凹溝52などは、断面
が台形で且つ互いに平行に配置されている。図7(B)に
示すように、裏面40bで凹溝52,54の一端および
凸条53,55の一端53b,55bと、金属薄板の一
辺(上辺)または他辺(下辺)との間には、複数の迂回流路
56,57が交互に逆向きに設けられるかかる迂回流路
56,57は、凸条53などの高さよりも低く且つ凹溝
52などの深さよりも浅い位置に設けれている。尚、図
7(A),(B)において、便宜上凸条42などは太線で示
し、凹溝43などは細線で示している。
The back surface 40b of the metal separator 40 is shown in FIG.
As shown in (B), (b1), and (b2), a plurality of ridges 53, 55 whose back surface 40b is a convex portion and front surface 40a is a concave portion
And a plurality of concave grooves 52 and 54 which are located alternately with each other and whose rear surface 40b is a concave portion and whose front surface 40a is a convex portion. As illustrated by the slope 52a of the groove 52 at the left end in the width direction in FIG. 7B, the ridges 53 and the groove 52 are trapezoidal in cross section and arranged in parallel with each other. As shown in FIG. 7B, on the back surface 40b, between one end of the concave grooves 52, 54 and one end 53b, 55b of the ridges 53, 55 and one side (upper side) or the other side (lower side) of the thin metal plate. The plurality of bypass flow paths 56, 57 are alternately provided in opposite directions. The bypass flow paths 56, 57 are provided at a position lower than the height of the ridge 53 and the depth of the recess 52. ing. 7 (A) and 7 (B), the ridges 42 and the like are shown by thick lines and the recessed grooves 43 and the like are shown by thin lines for convenience.

【0041】また、図7(a1),(b1)に示すように、
表面40aの凹溝43,45の裏面40b側には、裏面
40bの凸条53,55が位置すると共に、表面40a
の凸条42,44の裏面40b側には、裏面40bの凹
溝54,52が、互いに裏腹の関係で位置している。更
に、図7(A),(a2),図8に示すように、表面40a
における凹溝43,45の他端および凸条42,44の
他端は、金属薄板における他辺(上辺)または一辺(下辺)
まで至っている。図7(B),(b2),図8に示すよう
に、裏面40bにおける凹溝52,54の他端および凸
条53,55の他端も、金属薄板の他辺(上辺)または一
辺(下辺)まで至っている。尚、凸条42や凹溝43など
は、前記同様に端部を丸形とした凸条や凹溝としても良
く、表面40aの凹溝43などと裏面40bの凹溝52
などの幅を相違させても良い。また、以上のような金属
セパレータ40は、薄いステンレス鋼板を例えばプレス
加工または絞り加工、あるいはこれらの併用により成形
される。
Further, as shown in FIGS. 7 (a1) and (b1),
The ridges 53 and 55 of the back surface 40b are located on the back surface 40b side of the concave grooves 43 and 45 of the front surface 40a, and the front surface 40a
On the side of the back surface 40b of the ridges 42 and 44, the concave grooves 54 and 52 of the back surface 40b are located in a back-to-back relationship with each other. Further, as shown in FIGS. 7 (A), (a2) and FIG.
The other ends of the concave grooves 43, 45 and the other ends of the ridges 42, 44 in are the other side (upper side) or one side (lower side) of the thin metal plate.
Has reached. As shown in FIGS. 7 (B), (b2), and FIG. 8, the other end of the concave grooves 52, 54 and the other end of the ridges 53, 55 on the back surface 40b are also the other side (upper side) or one side (upper side) of the thin metal plate. (Bottom edge). The ridges 42 and the grooves 43 may be ridges or grooves with rounded ends as described above, and the grooves 43 on the front surface 40a and the grooves 52 on the back surface 40b may be formed.
The width may be different. The metal separator 40 described above is formed by, for example, pressing or drawing a thin stainless steel plate, or a combination thereof.

【0042】以上のような金属セパレータ40おいて
は、図7(A),図8中の一点鎖線の矢印で示すように、
表面40aにおいて、図示しない左下隅の入口から供給
された燃料ガスは、凹溝45,43,45,43,45
を、迂回流路47,46,47,46を介して流通し、
対角位置の出口に向けてジグザグ状に送給される。ま
た、裏面40bでは、図7(B),図8中の破線の矢印で
示すように、図示しない右上隅の入口から供給された酸
化剤ガスは、凹溝52,54,52,54,52を、迂
回流路56,57,56,57を介して流通し、左下隅
の出口に向けてジグザグ状に送給される。
In the metal separator 40 as described above, as indicated by the one-dot chain line arrow in FIGS.
On the surface 40a, the fuel gas supplied from the inlet at the lower left corner (not shown) is fed into the grooves 45, 43, 45, 43, 45.
Through the bypass flow paths 47, 46, 47, 46,
It is fed in a zigzag shape toward the exit at a diagonal position. Further, on the back surface 40b, as shown by broken line arrows in FIGS. 7B and 8, the oxidant gas supplied from the inlet in the upper right corner (not shown) is recessed into the grooves 52, 54, 52, 54, 52. Are circulated through the bypass flow paths 56, 57, 56, 57 and are fed in a zigzag shape toward the outlet at the lower left corner.

【0043】更に、図8に示すように、金属セパレータ
40における迂回流路46,47,56,57と表面4
0aおよび裏面40bにおける両端の凹溝45や凸条5
5などの外側に沿って、これらを包囲するようにシール
材(ガスケット)61が、配置される。かかるシール材6
1は、弾性を有する合成ゴムなどからなり、平面視で四
角枠形の本体62と、その内周面63の長手方向に沿っ
て内向きに開口したスリット65,66を有する。図8
に示すように、直線状のスリット65には金属セパレー
タ40の一対の側辺が挿入され、凹凸形のスリット66
には凸条42,55や凹溝43,52などの端部が挿入
される。
Further, as shown in FIG. 8, the bypass passages 46, 47, 56, 57 and the surface 4 in the metal separator 40 are arranged.
0a and the back surface 40b at both ends of the groove 45 and the ridge 5.
A sealing material (gasket) 61 is arranged along the outer side of 5 or the like so as to surround them. Such sealing material 6
1 is made of elastic synthetic rubber or the like, and has a rectangular frame-shaped main body 62 in plan view, and slits 65 and 66 that are open inward along the longitudinal direction of the inner peripheral surface 63 thereof. Figure 8
As shown in FIG. 5, the pair of sides of the metal separator 40 is inserted into the linear slit 65, and the concave and convex slits 66 are formed.
Ends such as the ridges 42 and 55 and the concave grooves 43 and 52 are inserted in the.

【0044】尚、上記シール材61は、平面視でL字形
またはコ字形に2分割したものを接合するなどして形成
しも良い。また、シール材61のコーナー付近には、各
ガスの流路69が貫通し、その付近の内周面63には、
ガスの入口または出口67,68が開口されている。そ
して、図9(A),(B)に示すように、金属セパレータ4
0を内側にセットしたシール材61を、固体高分子膜1
7a〜17cおよびこれらの周辺部18の間に配置する
ことにより、金属セパレータ40を用いた燃料電池60
が得られる。尚、9(A),(B)に示すように、複数の金
属セパレータ40は、互いに厚み方向で逆向きであり、
且つ交互に逆向きになるよう配設される。
The sealing material 61 may be formed by joining two L-shaped or U-shaped divided pieces in a plan view. Further, the flow paths 69 for the respective gases penetrate near the corners of the sealing material 61, and the inner peripheral surface 63 near the corners,
Gas inlets or outlets 67, 68 are open. Then, as shown in FIGS. 9A and 9B, the metal separator 4
The sealing material 61 with 0 set inside is used as the solid polymer film 1
The fuel cell 60 using the metal separator 40 by being arranged between 7a to 17c and the peripheral portion 18 thereof.
Is obtained. In addition, as shown in 9 (A) and (B), the plurality of metal separators 40 are opposite to each other in the thickness direction,
Moreover, they are arranged so as to be alternately opposite.

【0045】かかる燃料電池60において、燃料ガス
は、金属セパレータ40の表面40aまたは裏面40b
におけるジグザグ状の長い各流路を流通する間に、前記
と同様に、その一部が隣接する固体高分子膜17a〜1
7cの負極側の触媒電極と接触し、当該燃料ガスに含ま
れる水素が水素イオンと電子とに分解される。また、酸
化剤ガスが各セパレータ40の凹溝43などを流通する
間に、かかる酸化剤ガスの一部は、隣接する固体高分子
膜17a〜17c中の正極側の触媒電極と接触し、酸素
と水素イオンと電子が反応して水を生成する。以上のよ
うな金属セパレータ40を用いる燃料電池60によれ
ば、上記ガスの化学エネルギを電気エネルギに効率的に
変換でき且つ全体をコンパクト化でき、且つ前記シール
材61などにより、複数の固体高分子膜17aなどと複
数の金属セパレータ40とを気密性をもって容易に積層
し且つ固定することができる。しかも、金属セパレータ
40を流れる電流の電気抵抗も小さくなる。
In the fuel cell 60, the fuel gas is the front surface 40a or the back surface 40b of the metal separator 40.
While flowing through each of the zigzag-shaped long flow paths in FIG.
7c contacts the catalyst electrode on the negative electrode side, and hydrogen contained in the fuel gas is decomposed into hydrogen ions and electrons. Further, while the oxidant gas flows through the groove 43 of each separator 40 and the like, a part of the oxidant gas comes into contact with the catalyst electrode on the positive electrode side in the adjacent solid polymer films 17a to 17c, and oxygen And hydrogen ions and electrons react to produce water. According to the fuel cell 60 using the metal separator 40 as described above, the chemical energy of the gas can be efficiently converted into electric energy and the whole can be made compact, and a plurality of solid polymer can be provided by the sealing material 61 and the like. The film 17a and the like and the plurality of metal separators 40 can be easily laminated and fixed with airtightness. Moreover, the electric resistance of the current flowing through the metal separator 40 is also reduced.

【0046】本発明は、以上において説明した各形態に
限定されるものではない。例えば、前記凸条4a,4b
や、凹溝6a,6bの長手方向における両端面は、前記
金属セパレータ1の厚み方向に沿った垂直面としても良
い。また、前記凸条24a,24b,42などや、凹溝
26a,26b,43などは、断面ほぼ四角形またはほ
ぼU字形としても良い。更に、前記金属セパレータ1,
1a,20,40の金属薄板は、耐食性に優れた単一の
金属板としても良い。また、金属セパレータ1,1aの
凹凸部3a,3bなどや金属セパレータ40における凹
溝43などの成形方法も、絞り加工や冷間鍛造などによ
って行うことも可能である。
The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the ridges 4a, 4b
Alternatively, both end surfaces in the longitudinal direction of the concave grooves 6a and 6b may be vertical surfaces along the thickness direction of the metal separator 1. Further, the ridges 24a, 24b, 42 and the like and the concave grooves 26a, 26b, 43 and the like may have a substantially quadrangular or substantially U-shaped cross section. Furthermore, the metal separator 1,
The thin metal plates 1a, 20 and 40 may be a single metal plate having excellent corrosion resistance. Further, the method of forming the concave-convex portions 3a and 3b of the metal separators 1 and 1a and the concave groove 43 of the metal separator 40 can also be performed by drawing or cold forging.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上にて説明した本発明の第1の金属セ
パレータ(請求項1)によれば、1枚の金属薄板における
表面および裏面に形成した凹凸部における複数の凹溝が
それぞれ燃料ガスまたは酸化剤ガスの流通路となり、か
かる表面および裏面を正極側基板または負極側基板の何
れか一方として活用できる。このため、従来のような2
枚の正・負極側基板を用いず、1枚の金属薄板をプレス
などで成形することにより、電気抵抗の小さい金属セパ
レータとして活用することができる。また、請求項2の
金属セパレータによれば、シール材により金属薄板の表
面および裏面における各凹凸部の両端に位置するヘッダ
ー部を密閉空間とし、且つ隣接する固体高分子膜との間
で燃料ガスや酸化剤ガスを漏洩させずに、各凹凸部の凹
溝内を流通させ且つ水素イオン化や電子化させるなどの
反応が行える。
According to the first metal separator of the present invention described above (claim 1), the plurality of concave grooves in the concavo-convex portion formed on the front surface and the back surface of a single metal thin plate are each a fuel gas. Alternatively, it serves as a flow path for the oxidant gas, and the front surface and the back surface can be utilized as either the positive electrode side substrate or the negative electrode side substrate. For this reason, 2
By forming a single metal thin plate by a press or the like without using the positive and negative electrode side substrates, it can be utilized as a metal separator having a low electric resistance. Further, according to the metal separator of claim 2, the sealing material is used to form the header portions located at both ends of each uneven portion on the front surface and the back surface of the thin metal plate as a closed space, and the fuel gas is formed between the header portion and the adjacent solid polymer membrane. It is possible to carry out a reaction such as hydrogen ionization or electronization while flowing in the concave groove of each concavo-convex portion without leaking the oxidizer gas or the oxidant gas.

【0048】一方、本発明の第2の金属セパレータ(請
求項3)によれば、1枚の金属薄板における表面および
裏面にジグザグ状の流通路が確実に形成されているた
め、かかる表面および裏面を、燃料ガスまたは酸化剤ガ
スの流通路となる正極側基板または負極側基板の何れか
一方として活用できる。従って、1枚の金属薄板からな
り、水素イオン化などの前記反応を生じ易く且つ電気抵
抗の小さい金属セパレータとすることができる。また、
請求項4の金属セパレータによれば、複数の迂回流路お
よび両端の凹溝または凸条を包囲したジグザグ状のガス
流通路を外部から確実に遮蔽できる。
On the other hand, according to the second metal separator of the present invention (Claim 3), the zigzag-shaped flow passages are surely formed on the front surface and the back surface of one metal thin plate. Can be utilized as either the positive electrode side substrate or the negative electrode side substrate that serves as a flow path for the fuel gas or the oxidant gas. Therefore, it is possible to obtain a metal separator which is made of one metal thin plate and which easily causes the reaction such as hydrogen ionization and has a small electric resistance. Also,
According to the metal separator of the fourth aspect, it is possible to reliably shield the zigzag-shaped gas flow passage that surrounds the plurality of bypass passages and the concave grooves or ridges at both ends from the outside.

【0049】更に、請求項5,6の金属セパレータによ
れば、耐食性に優れた貴金属からなる薄膜層を表面およ
び裏面に被覆し、これらの間に成形性に優れ且つ所要の
強度を有する金属ベース材が位置する金属薄板からなる
金属セパレータとなる。従って、耐食性および耐久性に
優れ且つ低コストまたは最適コストの金属セパレータと
することが可能となる。加えて、本発明の燃料電池(請
求項7)によれば、金属セパレータを1枚の金属薄板と
しているため、全体の厚みを薄くしてコンパクト化でき
ると共に、低コストで且つ安定した作用が得られる燃料
電池とすることが可能となる。
Further, according to the metal separators of claims 5 and 6, the front surface and the back surface are covered with a thin film layer of a noble metal having excellent corrosion resistance, and a metal base having excellent moldability and a required strength is provided therebetween. The metal separator is made of a thin metal plate on which the material is located. Therefore, it becomes possible to obtain a metal separator which is excellent in corrosion resistance and durability and which is low cost or optimum cost. In addition, according to the fuel cell of the present invention (Claim 7), since the metal separator is a single metal thin plate, the overall thickness can be made thin and compact, and a low cost and stable operation can be obtained. The fuel cell can be used as a fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A),(B)は本発明の第1の金属セパレータの
表面または裏面を示す平面図、(a),(b)は(A),(B)
中のa−a線またはb−b線に沿った端面図、(α)は凸
条および凹溝の変形形態を示す部分概略図。
1A and 1B are plan views showing a front surface or a back surface of a first metal separator of the present invention, and FIGS. 1A and 1B are (A) and (B).
The end view which followed the aa line in the inside, or the bb line, (alpha) is a partial schematic diagram which shows the deformation | transformation form of a convex line and a concave groove.

【図2】(A),(B)は図1の金属セパレータの表面また
は裏面を示す斜視図。
2A and 2B are perspective views showing a front surface or a back surface of the metal separator of FIG.

【図3】(A),(B)は異なる形態の金属セパレータの表
面または裏面を示す斜視図。
3A and 3B are perspective views showing a front surface or a back surface of a metal separator having a different form.

【図4】(A)は図1,2の金属セパレータの部分断面
図、(B)は図3の金属セパレータの部分断面図。
4A is a partial cross-sectional view of the metal separator of FIGS. 1 and 2, and FIG. 4B is a partial cross-sectional view of the metal separator of FIG.

【図5】(A)は図1(図3)の金属セパレータを用いた燃
料電池を示す概略図、(B)および(C)は上記燃料電池の
作用を示す概略図。
5 (A) is a schematic diagram showing a fuel cell using the metal separator of FIG. 1 (FIG. 3), and FIGS. 5 (B) and (C) are schematic diagrams showing the operation of the fuel cell.

【図6】(A)は更に異なる形態の金属セパレータの表面
を示す斜視図、(B)は(A)中のB−B線に沿った視覚に
おける断面図、(C)はかかる金属セパレータを用いた燃
料電池を示す概略図。
6A is a perspective view showing the surface of a metal separator having a different configuration, FIG. 6B is a cross-sectional view as viewed along the line BB in FIG. 6A, and FIG. Schematic which shows the used fuel cell.

【図7】(A),(B)は本発明の第2の金属セパレータの
表面または裏面を示す平面図、(a1),(a2),(b
1),(b2)は(A),(B)中のa1−a1線、a2−a
2線、b1−b1線、またはb2−b2線に沿った端面
図。
7 (A) and (B) are plan views showing the front surface or the back surface of a second metal separator of the present invention, (a1), (a2), (b).
1) and (b2) are lines a1-a1 and (a2-a) in (A) and (B).
The end view which followed the 2 line, the b1-b1 line, or the b2-b2 line.

【図8】図7の金属セパレータおよびこれに用いるシー
ル材を示す斜視図。
8 is a perspective view showing the metal separator of FIG. 7 and a sealing material used for the same.

【図9】(A),(B)は図7,8の金属セパレータを用い
た燃料電池を示す断面図。
9 (A) and 9 (B) are cross-sectional views showing a fuel cell using the metal separator of FIGS.

【図10】(A)は従来の燃料電池を示す概略図、(B)は
かかる燃料電池に用いる金属セパレータを示す部分斜視
図、(C)はかかる金属セパレータを形成する金属薄板を
示す斜視図。
10A is a schematic view showing a conventional fuel cell, FIG. 10B is a partial perspective view showing a metal separator used in such a fuel cell, and FIG. 10C is a perspective view showing a metal thin plate forming the metal separator. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,20,40………………………………………
金属セパレータ 2a,21,40a…………………………………………
表面 2b,22,40b…………………………………………
裏面 3a,3b,3c,3d,23a,23b………………
凹凸部 4a,4b,24a,24b,42,44,53,55………
凸条 6a,6b,26a,26b,43,45,52,54………
凹溝 7a,7b,27,29………………………………………
ヘッダー部 10,34,61……………………………………………
シール材 14……………………………………………………………
金属ベース材 15……………………………………………………………
薄膜層 16,30,60……………………………………………
燃料電池 17,32……………………………………………………
固体高分子膜 46,47,56,57……………………………………
迂回流路
1,1a, 20,40 ………………………………………………
Metal separators 2a, 21, 40a ………………………………………………
Surface 2b, 22, 40b ……………………………………………………
Back surface 3a, 3b, 3c, 3d, 23a, 23b ………………
Uneven portion 4a, 4b, 24a, 24b, 42, 44, 53, 55 ...
Ridges 6a, 6b, 26a, 26b, 43, 45, 52, 54 ...
Grooves 7a, 7b, 27, 29 ………………………………………………
Header section 10, 34, 61 ……………………………………………………
Seal material 14 ……………………………………………………………………
Metal base material 15 ……………………………………………………………………
Thin film layer 16, 30, 60 ……………………………………………………
Fuel cell 17, 32 …………………………………………………………
Solid polymer film 46, 47, 56, 57 …………………………………………
Detour flow path

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平面視がほぼ矩形で表面および裏面を有す
る金属薄板からなり、表面が凹部または凸部で且つ裏面
が凸部または凹部となる断面がほぼ四角形または台形の
凹溝および凸条を交互に複数ずつ平行に形成した凹凸部
と、 上記凹凸部の複数の凹溝における長手方向の両端に、か
かる凹溝および上記凸条と直交し、上記凹溝の深さより
も浅く且つ上記凸条の高さよりも低くして設けた一対の
ヘッダー部と、を含む、 ことを特徴とする金属セパレータ。
1. A groove and a ridge having a substantially rectangular shape in plan view and made of a thin metal plate having a front surface and a back surface, and having a substantially quadrangular or trapezoidal cross section with a concave or convex surface and a convex or concave back surface. A plurality of concavo-convex portions that are alternately formed in parallel with each other, at both longitudinal ends of the plurality of concavo-convex grooves of the concavo-convex portion, are orthogonal to the concave grooves and the convex stripes, and are shallower than the depth of the concave grooves and the convex stripes. And a pair of header portions provided to be lower than the height of the metal separator.
【請求項2】前記凹凸部の複数の凹溝における長手方向
の両端に設けた一対のヘッダー部の外側に沿って上記凹
溝の深さおよび前記凸条の高さとほぼ同じ厚みのシール
材を配置している、ことを特徴とする請求項1に記載の
金属セパレータ。
2. A sealing material having a thickness substantially the same as the depth of the groove and the height of the ridge along the outer sides of a pair of header portions provided at both ends in the longitudinal direction of the plurality of grooves of the uneven portion. It arrange | positions, The metal separator of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】平面視がほぼ矩形で表面および裏面を有す
る金属薄板からなり、表面が凹部または凸部で且つ裏面
が凸部または凹部となる断面がほぼ四角形または台形で
且つ交互に平行に形成された複数の凹溝および複数の凸
条と、 上記凹溝および上記凸条の一端と上記金属薄板の一辺ま
たは他辺との間に、上記凹溝の深さよりも浅く且つ上記
凸条の高さよりも低くして設けた複数の迂回流路と、を
含み、 上記凹溝および上記凸条の他端は、上記金属薄板の一辺
または他辺に至ると共に、上記複数の迂回流路は、平面
視で交互に逆向きに配置されている、ことを特徴とする
金属セパレータ。
3. A metal thin plate having a substantially rectangular shape in plan view and having a front surface and a back surface, the surface having a concave portion or a convex portion and the back surface having a convex portion or a concave portion having a substantially quadrangular or trapezoidal shape and alternately formed in parallel. A plurality of concave grooves and a plurality of convex stripes formed between the one end of the concave groove and the convex stripe and one side or the other side of the thin metal plate, and the height of the convex stripe is shallower than the depth of the concave groove. A plurality of bypass passages provided at a lower level than the above, the other ends of the concave groove and the convex strip reach one side or the other side of the metal thin plate, and the plurality of bypass passages are flat. A metal separator characterized in that the metal separators are arranged in opposite directions visually.
【請求項4】前記複数の迂回流路および前記凹溝または
前記凸条の外側に沿って、前記金属薄体を包囲するよう
に上記凹溝の深さおよび上記凸条の高さとほぼ同じ厚み
のシール材を配置している、 ことを特徴とする請求項3に記載の金属セパレータ。
4. The depth of the concave groove and the height of the convex line are substantially equal to the depth of the concave groove and the height of the convex line so as to surround the thin metal body along the outer sides of the plurality of bypass passages and the concave groove or the convex line. The metal separator according to claim 3, wherein the sealing material is arranged.
【請求項5】前記金属薄板は、金属ベース材と、かかる
金属ベース材の表面および裏面に被覆した貴金属からな
る薄膜層と、からなる、 ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の
金属セパレータ。
5. The thin metal plate comprises a metal base material and a thin film layer made of a noble metal coated on the front surface and the back surface of the metal base material, according to any one of claims 1 to 4. The metal separator according to the item.
【請求項6】前記金属ベース材は、Fe、Ni、Ti、
Cu、Alの単体、またはこれらの何れかをベースとす
る合金からなり、前記貴金属の薄膜層は、Au、Ag、
Pt、Pdの単体、またはこれらの何れかをベースとす
る合金、あるいは上記の貴金属の2種類以上からなる合
金からなる、 ことを特徴とする請求項5に記載の金属セパレータ。
6. The metal base material is Fe, Ni, Ti,
The thin film layer of the noble metal is made of Au, Ag, or Cu, Al, or an alloy based on any of these.
The metal separator according to claim 5, comprising Pt or Pd alone, an alloy based on any of these, or an alloy composed of two or more kinds of the above-mentioned noble metals.
【請求項7】互いに平行に配置した複数の固体高分子膜
の間およびこれらの両端側に、請求項1乃至6の何れか
一項に記載の金属セパレータを1枚ずつ平行に配置して
いる、ことを特徴とする燃料電池。
7. The metal separator according to claim 1 is arranged in parallel between a plurality of solid polymer membranes arranged in parallel with each other and between both ends thereof. , A fuel cell characterized by the above.
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