JP2006054198A - Separator for fuel cell utilizing multiple recess and projection board and bending processing die for multiple recess and projection board - Google Patents

Separator for fuel cell utilizing multiple recess and projection board and bending processing die for multiple recess and projection board Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell utilizing a multiple recess and projection board which has no constraint in the shape and spacing of the recess and projection portions and is superior in productivity. <P>SOLUTION: This is the separator for the fuel cell utilizing the multiple recess and projection board in which a plurality of mutually independent recess and projection portions are formed on both front and rear faces of a plate material 57. The separator has a plurality of stripes of first grooves 58 on at least one face of a plate 57 of the base material which are formed by reducing the thickness of the plate, and second grooves 59 which are formed on both the front and rear faces of the plate by applying a bending process on the plate so as to have a corrugated continuous bending shape in which the trough lines and crest lines cross these first grooves 58. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、全体として板状を成すとともに、少なくとも一方の面に複数の凹部もしくは凸部を形成することにより、相対的に多数の凹凸部が設けられた多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ、およびその多連凹凸板を曲げ加工するための曲げ加工型に関するものである。   The present invention is for a fuel cell using a multiple uneven plate provided with a relatively large number of uneven portions by forming a plurality of recesses or protrusions on at least one surface while forming a plate shape as a whole. The present invention relates to a separator and a bending die for bending the multiple uneven plate.

全体として板状を成し、その一方の面もしくは両方の面に多数の突起(凸部)やその突起を形成することに伴う窪み(凹部)を設けた板状材すなわち多連凹凸板が、各種の分野で使用されている。この種の多連凹凸板は、凸部や凹部を設けることにより断面二次モーメントを増大させてその板状体の強度を向上させたものであったり、あるいはその凸部や凹部が板状体の全体の表面積を増大させるものであったり、さらには凸部が接点として機能し、もしくは支柱として機能するものであるなど、用途あるいは機能などが多様である。   A plate-like material having a plate shape as a whole and provided with a plurality of protrusions (convex portions) and depressions (concave portions) associated with forming the protrusions on one or both surfaces thereof, that is, a multiple uneven plate, It is used in various fields. This type of multiple concavo-convex plate is obtained by increasing the moment of section by providing convex portions and concave portions, or improving the strength of the plate-like body, or the convex portions and concave portions are plate-like bodies. There are a variety of uses or functions, such as increasing the overall surface area of the material, and further, the convex portion functions as a contact or as a support.

いずれの多連凹凸板であってもその凸部や凹部が基体部分である平板部に一体化されている必要があり、したがってその製造方法としては、材料となる金属板などの板体をプレスなどによって板厚方向に変形させる方法が基本となる。また、凸部に要求される機能がその基体部分である平板部とは異なる場合、凸部と平板部との素材を異ならせることになるので、このような場合には、凸部となる軸状部材もしくはピン状の部材を、起立状態に接合することになる。このような凸部と平板部との材質が異なる多連凹凸板を製造する方法として、溶接や接着により凸部用の部品を平板体に接合する方法や、平板体に形成した下孔に凸部用の部品を挿入し、しかる後に凸部用の部品を圧潰するいわゆるカシメによって凸部を基体部分に一体化する方法がある。   Regardless of the multiple concave and convex plates, the convex portions and concave portions need to be integrated with the flat plate portion which is the base portion. Therefore, as a manufacturing method thereof, a plate body such as a metal plate as a material is pressed. A method of deforming in the plate thickness direction by, for example, is fundamental. In addition, if the function required for the convex portion is different from the flat plate portion that is the base portion, the material of the convex portion and the flat plate portion will be different. In such a case, the axis that becomes the convex portion In this case, the pin-like member or the pin-like member is joined in the standing state. As a method of manufacturing such a multiple uneven plate having different materials for the convex portion and the flat plate portion, a method for joining the convex part to the flat plate body by welding or adhesion, There is a method in which the convex part is integrated with the base part by so-called caulking in which the part part is inserted and then the convex part is crushed.

上述した多連凹凸板を製造するにあたって素材となる金属板を部分的に変形させて凸部や凹部を形成する方法を採用するとすれば、材料の延びや流動を生じさせることになる。しかしながら延性に優れた金属材料を使用する場合であっても、その延びや流動が制約されるから、形成し得る凸部の高さあるいは凹部の深さは素材の板厚の1.5倍程度に制限され、必要とする凹凸形状を得られない場合が多い。このような不都合を解消する方法として、絞りしごき加工を複数回繰り返す方法があるが、このような方法では、加工工数が多くなって生産性が低下する問題があり、また形成すべき凸部や凹部に対して充分に素材を供給できる場合に限られる不都合がある。   If a method of forming a convex part or a concave part by partially deforming a metal plate as a raw material in manufacturing the above-described multiple concave and convex plates, the material will be elongated or flowed. However, even if a metal material with excellent ductility is used, its height and flow are limited, so the height of the convex part or the depth of the concave part that can be formed is about 1.5 times the thickness of the material. In many cases, the required uneven shape cannot be obtained. As a method of solving such inconvenience, there is a method of repeating drawing and ironing a plurality of times. However, in such a method, there is a problem that the number of processing steps is increased and productivity is lowered. There is an inconvenience limited only when the material can be sufficiently supplied to the recess.

さらに、特に凸部や凹部を互いに接近させて多数形成する多連凹凸板にあっては、凸部や凹部が互いに接近していることにより、それぞれの凸部や凹部に対して供給し得る素材の量が制約されるので、この点で凸部の高さや凹部の深さが制約され、一般には凹凸部の径とピッチとの比率を2.5以上に設定せざるを得ず、この点でも多連凹凸板の形状が制限される不都合がある。   Furthermore, especially in the case of multiple concavo-convex plates in which a large number of convex portions and concave portions are formed close to each other, the material that can be supplied to each convex portion and concave portion when the convex portions and concave portions are close to each other. In this respect, the height of the convex part and the depth of the concave part are restricted, and in general, the ratio of the diameter and pitch of the concave and convex parts must be set to 2.5 or more. However, there is a disadvantage that the shape of the multiple uneven plate is limited.

また一方、凸部用の部品を平板体に接合して多連凹凸板を製造する方法では、素材の変形を伴わないので、上述したような形状の制約はない。しかしながら接合のために溶接するとすれば、素材の溶融を生じさせるので、凸部が数mm程度の微小なものであってかつその間隔が微小であれば、凸部用部品自体が溶融して消失してしまう可能性が高い。これに対して接着剤を使用するとすれば、凸部と平板部の導電性を確保することが困難であるばかりか、接合強度や耐久性が不充分になるおそれがある。   On the other hand, in the method of manufacturing a multiple uneven plate by joining convex parts to a flat plate, there is no restriction on the shape as described above because the material is not deformed. However, if welding is performed for joining, melting of the material will occur, so if the convex part is as small as a few millimeters and the interval is small, the convex part itself will melt and disappear. There is a high possibility that On the other hand, if an adhesive is used, it is difficult to ensure the conductivity between the convex portion and the flat plate portion, and the bonding strength and durability may be insufficient.

これに替えて、カシメ加工によって凸部を平板体に接合するとすれば、凸部用部品を挿入するための下孔を平板体に形成する必要があるために、加工工数が多くなる不都合がある。またその下孔は、凸部用部品を挿入しやすくするために、凸部用部品の外径より大きい内径のものとし、これら両者の間隙を凸部用部品をカシメることにより密閉することになるが、カシメ加工は、凸部用部品と平板体とを一体化させることを補償し得ても、気密性を確保することは困難であり、したがってこの方法は全ての多連凹凸板の製造方法として採用することはできない。   Instead of this, if the convex portion is joined to the flat plate body by caulking, it is necessary to form a prepared hole in the flat plate body for inserting the convex component, and there is a disadvantage that the number of processing steps increases. . In order to facilitate the insertion of the convex part, the pilot hole has an inner diameter larger than the outer diameter of the convex part, and the gap between them is sealed by caulking the convex part. However, even if the caulking process can compensate for the integration of the convex part and the flat plate, it is difficult to ensure airtightness. It cannot be adopted as a method.

このように従来では、多連凹凸板を製造する場合、加工上の制約で、凸部の高さや凹部の深さを大きくできず、あるいはそれらの間隔を広くせざるを得ないなど、多連凹凸板の形状が制約されるなどの不都合があった。またこのような不都合を解消するためには、加工工数が増大したり、信頼性が低下するなど、製品コストが上昇したり、品質の低下を招来するなどの他の不都合が生じるのが実情であった。   Thus, conventionally, when manufacturing a multi-concave plate, due to processing restrictions, the height of the convex portions and the depth of the concave portions cannot be increased, or the interval between them must be increased. There were inconveniences such as the shape of the uneven plate being restricted. In addition, in order to eliminate such inconveniences, the actual situation is that other inconveniences such as increased processing costs and reduced reliability, such as increased product costs and reduced quality, occur. there were.

この発明は上述した事情を背景としてなされたものであり、凹凸部の形状や間隔などの制約がなく、しかも生産性の高い多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ、およびそのセパレータとされる多連凹凸板を曲げ加工する曲げ加工型を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made against the background described above, and is a fuel cell separator using a multi-concave plate having no restrictions on the shape and interval of the uneven portions and having high productivity, and the separator. An object of the present invention is to provide a bending die for bending a multi-concave plate.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、板材の表裏両面に互いに独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータにおいて、素材となる板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少させて形成された複数条の第1の溝部と、それらの第1の溝部に谷線および山線が交差する波状に連続した曲げ形状となるように前記板材に曲げ加工を施して前記板材の表裏両面に形成された第2の溝部とを有することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to a separator for a fuel cell that uses a multiple concavo-convex plate in which a plurality of concavo-convex portions independent from each other are formed on the front and back surfaces of the plate material. A plurality of first groove portions formed by reducing the plate thickness on at least one surface, and a bend shape that is continuous in a wave shape in which valley lines and mountain lines intersect with the first groove portions. It has a 2nd groove part formed in the front and back both surfaces of the said board | plate material by bending a board | plate material, It is characterized by the above-mentioned.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記一方の面に形成されている溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面に形成されている溝部がガス用流路を形成していることを特徴とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the groove formed on the one surface forms a flow path for cooling water, and the groove formed on the other surface forms a gas flow. A separator for a fuel cell using a multiple uneven plate, characterized in that a path is formed.

さらに、請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記冷却水の流動方向における上流側の第1の溝部の形状もしくは配列と下流側の第1の溝部の形状もしくは配列とが相違していることを特徴とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータである。   Further, the invention of claim 3 is the invention of claim 2, wherein the shape or arrangement of the upstream first groove portion and the shape or arrangement of the downstream first groove portion in the flow direction of the cooling water are different. A separator for a fuel cell using a multi-concave plate, characterized in that

またさらに、請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記曲げ加工に伴って前記板材の他方の面の山線に相当する部分に該山線に交差するように形成された第3の溝部を有し、前記一方の面における第1の溝部および第2の溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面における第2の溝部および第3の溝部がガス用流路を形成していることを特徴とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータである。   Furthermore, the invention of claim 4 is the third invention, wherein in the invention of claim 1, a third portion formed so as to intersect the mountain line at a portion corresponding to the mountain line on the other surface of the plate member with the bending process. The first groove portion and the second groove portion on the one surface form a flow path for cooling water, and the second groove portion and the third groove portion on the other surface serve as a flow path for gas. A separator for a fuel cell using a multiple uneven plate characterized by being formed.

そして、請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記板材の他方の面の山線に相当する部分の所定箇所が板厚方向に押圧変形されて前記第3の溝部より断面積の大きい第4の溝部が形成されていることを特徴とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a predetermined portion of the portion corresponding to the mountain line on the other surface of the plate member is pressed and deformed in the plate thickness direction so that the cross-sectional area is larger than that of the third groove portion. A separator for a fuel cell using a multiple uneven plate, wherein a large fourth groove is formed.

また、請求項6の発明は、一方の面にのみ板厚が他の部分より薄い複数条の溝を形成した板材に、前記溝に交差する方向に山谷が連続する曲げ加工を施して請求項1に記載の多連凹凸板を得る多連凹凸板用曲げ加工型であって、前記溝の変形を規制する突部を有していることを特徴とするものである。   Further, the invention of claim 6 is a method in which a plate material in which a plurality of grooves having a plate thickness thinner than the other portion is formed on only one surface is subjected to a bending process in which peaks and valleys continue in a direction intersecting the grooves. A bending die for a multi-concave plate, which obtains the multi-concave plate as described in 1, characterized in that it has a protrusion that restricts deformation of the groove.

したがって請求項1の発明によれば、板材の表裏両面に互いに独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータであって、素材となる板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少させて形成された複数条の第1の溝部と、それらの溝部に谷線および山線が交差するように前記板材を波状に連続した曲げ形状となるように曲げ加工して前記板材の表裏両面に形成された第2の溝部とを有する構造としたから、第1の溝部と第2の溝部とによって区画された凸部が、燃料電池における電極に導通する接点となり、しかもそれらの溝部をガスや冷媒のための流路とすることができる。   Therefore, according to the first aspect of the present invention, there is provided a separator for a fuel cell using a multiple uneven plate in which a plurality of independent uneven portions are formed on both front and back surfaces of a plate material, and at least one surface of the plate material as a material In addition, a plurality of first groove portions formed by reducing the plate thickness, and the plate material is bent so as to have a continuous bent shape so that valley lines and mountain lines intersect the groove portions. Thus, the convex portion defined by the first groove portion and the second groove portion is a contact point that is electrically connected to the electrode in the fuel cell. Moreover, these groove portions can be used as flow paths for gas and refrigerant.

また、請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果に加えて、前記一方の面に形成されている溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面に形成されている溝部がガス用流路を形成しているので、1枚のセパレータもしくは一対のセパレータでガス流路および冷却水流路を形成することができる。   According to the invention of claim 2, in addition to the same effect as that of the invention of claim 1, the groove formed on the one surface forms a flow path for cooling water and is formed on the other surface. Since the formed groove portion forms the gas flow path, the gas flow path and the cooling water flow path can be formed by a single separator or a pair of separators.

さらに、請求項3の発明によれば、請求項1あるいは2の発明と同様の効果に加えて、前記冷却水の流動方向における上流側の第1の溝部の形状もしくは配列と下流側の第1の溝部の形状もしくは配列とを相違させているために、第1の溝部を介して第2の溝部に分散させる冷却水の流量を、第1の溝部の形状もしくは配列によって制御し、第2の溝部ごとの冷却水量を充分確保し、冷却不良個所の発生を未然に防止することができる。   Furthermore, according to the invention of claim 3, in addition to the same effect as that of the invention of claim 1 or 2, the shape or arrangement of the upstream first groove portion in the flow direction of the cooling water and the first downstream side are provided. Therefore, the flow rate of the cooling water dispersed in the second groove part via the first groove part is controlled by the shape or arrangement of the first groove part, It is possible to secure a sufficient amount of cooling water for each groove and prevent the occurrence of defective cooling.

またさらに、請求項4の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果に加えて、前記曲げ加工に伴って前記板材の他方の面の山線に相当する部分に該山線に交差するように形成された第3の溝部を有し、前記一方の面における第1の溝部および第2の溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面における第2の溝部および第3の溝部がガス用流路を形成したので、板材の一方の面側を冷却水の流動する冷却部とし、かつ他方の面を燃料電池での発電の用に供されるガスの供給部および排出部とすることでき、しかもそれぞれの面で、溝部が交差して形成されているので、冷却水およびガスの分散を促進することができる。   Furthermore, according to the invention of claim 4, in addition to the same effect as that of the invention of claim 1, the mountain line intersects with the mountain line at a portion corresponding to the mountain line of the other surface of the plate material with the bending. The first groove and the second groove on the one surface form a cooling water flow path, and the second groove and the third groove on the other surface. Since the groove portion of this plate formed a gas flow path, one surface side of the plate member is used as a cooling portion in which cooling water flows, and the other surface is used to supply and discharge gas supplied for power generation in the fuel cell. Moreover, since the groove portions are formed so as to intersect with each other, dispersion of the cooling water and the gas can be promoted.

そして、請求項5の発明によれば、請求項1の発明と同様の効果に加えて、前記板材の他方の面の山線に相当する部分の所定箇所を板厚方向に押圧変形させて前記第3の溝部より断面積の大きい第4の溝部を形成したので、ガス流路中の水滴などの液体をその第4の溝部に送り込み、あるいは第4の溝部を介して他の第2の溝部に分散させることができ、その結果、第2の溝部の液滴による閉塞を解消してガスの流通および分散を良好におこなうことができる。   And according to invention of Claim 5, in addition to the effect similar to invention of Claim 1, the predetermined location of the part equivalent to the mountain line of the other surface of the said board | plate material is press-deformed in the plate | board thickness direction, and the said Since the fourth groove portion having a larger cross-sectional area than the third groove portion is formed, a liquid such as water droplets in the gas flow path is fed into the fourth groove portion, or another second groove portion through the fourth groove portion. As a result, the clogging of the second groove by the droplets can be eliminated, and the gas can be distributed and dispersed well.

また、請求項6の発明によれば、請求項1の発明によるセパレータとされる多連凹凸板を曲げ加工する際に、前記一方の面における溝の変形を防止することができると同時に、他方の面の山の部分の頂部における溝を確実に生じさせることができ、その結果、互いに独立した多数の凹凸部を、板厚に対して大きく突出し、また相互の間隔を接近させて形成することができる。   According to the invention of claim 6, when bending the multi-concave plate used as the separator according to the invention of claim 1, the deformation of the groove on the one surface can be prevented while the other A groove at the top of the crest portion of the surface of the plate can be surely formed, and as a result, a large number of concavo-convex portions independent from each other protrude greatly with respect to the plate thickness and are formed close to each other. Can do.

つぎにこの発明を図面を参照して具体的に説明する。先ず、この発明で燃料電池用のセパレータとして利用される多連凹凸板1の一例を説明すると、図1に示す例は、基体部分である平板部2の表裏両面に互いに離隔して2方向に配列された多数の凸部3を設けたものである。これらの平板部2と凸部3とは、同一の金属材料によって構成され、あるいは互いに異なる種類の金属材料によって構成されている。また、凸部3と平板部2とは製品の状態では完全に一体化されているが、これらは別部品であって、凸部3を構成する部品を、平板部2を構成する部品に密着嵌合させることにより構成されている。   Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. First, an example of the multiple uneven plate 1 used as a separator for a fuel cell in the present invention will be described. The example shown in FIG. 1 is separated in both directions on both the front and back surfaces of the flat plate portion 2 as a base portion. A number of arranged convex portions 3 are provided. The flat plate portion 2 and the convex portion 3 are made of the same metal material, or are made of different kinds of metal materials. Moreover, although the convex part 3 and the flat plate part 2 are completely integrated in the state of a product, these are separate parts, and the components which comprise the convex part 3 are closely_contact | adhered to the parts which comprise the flat plate part 2 It is configured by fitting.

ここで上記の多連凹凸板1における各部の寸法の関係を説明すると、凸部3の高さhが平板部2の板厚tの1.5倍以上に設定され、また凸部3の外径dが凸部3同士のピッチp以下に設定されている。一例として板厚tが0.3mm、凸部3の高さhが0.6mm、凸部3の外径dが1.0mm、ピッチpが1.0mmである。なお、平板部2を基準にすれば、その表裏両面に凸部3が形成されていることになるが、凸部3の先端を結んだ平面を想定し、その平面を基準にすれば、前記凸部3同士の間の部分が窪んでいることになり、ここに凹部が形成されているとすることもできる。その場合には凹部の深さが板厚tの1.5倍以上となる。   Here, the relationship between the dimensions of each part in the multiple uneven plate 1 will be described. The height h of the convex part 3 is set to 1.5 times or more the plate thickness t of the flat plate part 2, and the outside of the convex part 3 The diameter d is set to be equal to or less than the pitch p between the convex portions 3. As an example, the plate thickness t is 0.3 mm, the height h of the convex portion 3 is 0.6 mm, the outer diameter d of the convex portion 3 is 1.0 mm, and the pitch p is 1.0 mm. In addition, if the flat plate part 2 is used as a reference, the convex parts 3 are formed on both front and back surfaces, but assuming a plane connecting the tips of the convex parts 3, The part between the convex parts 3 will be depressed, and it can also be said that the recessed part is formed here. In that case, the depth of the recess is 1.5 times or more the plate thickness t.

つぎに、図1に示す多連凹凸板1の製造方法について説明する。この発明で利用される多連凹凸板は、単一の平板体から構成することができる。図2の(A)に示す平板体20は、アルミニウムなどの適宜の金属もしくは合金からなるものであって、先ず、この平板体20の表裏両面に互いに平行な複数の溝21を形成する。この溝21は平板体20を曲げることによって形成したものではなく、コイニングや切削加工などの材料の流動や除去によって形成されたものであり、したがってこれらの溝21の部分での板厚が溝21以外の部分の板厚より薄くなっている。また、表面側の溝21と裏面側の溝21とは、図2の(A)に示すように、その長手方向に対して交差する方向に半ピッチずれている。なおここで、平板体20の各部の寸法の一例を示すと、その板厚が0.3mm、溝21の幅および深さがそれぞれ0.15mmである。   Below, the manufacturing method of the multiple uneven | corrugated board 1 shown in FIG. 1 is demonstrated. The multiple uneven plate used in the present invention can be constituted by a single flat plate. The flat plate 20 shown in FIG. 2A is made of an appropriate metal or alloy such as aluminum, and first, a plurality of grooves 21 parallel to each other are formed on both the front and back surfaces of the flat plate 20. The grooves 21 are not formed by bending the flat plate body 20 but are formed by the flow or removal of a material such as coining or cutting. Therefore, the plate thickness at the portions of these grooves 21 is the groove 21. It is thinner than the thickness of the other parts. Further, the groove 21 on the front surface side and the groove 21 on the back surface side are shifted by a half pitch in the direction intersecting the longitudinal direction as shown in FIG. In addition, when an example of the dimension of each part of the flat plate 20 is shown here, the plate thickness is 0.3 mm, and the width and depth of the groove 21 are each 0.15 mm.

上記の溝21をコイニングによって形成する場合、その深さは、板厚の50%以下とする。これは、コイニングに使用する型の寿命を維持すると同時に、コイニングによって除去されて溝21同士の間に盛り上がる材料の量を制限するためである。溝21同士の間に盛り上がる材料の量が多くなると、その部分で加工硬化を生じ、後に述べる波曲げ加工の際に割れを生じる可能性が高くなる。なお、コイニング加工あるいはこれに類する材料流動の生じる加工によって溝21を形成した後に焼鈍をおこなう場合には、板厚の50%以上の深さに溝21を形成してもよい。   When the groove 21 is formed by coining, the depth is 50% or less of the plate thickness. This is to limit the amount of material that is removed by coining and rises between the grooves 21 while maintaining the life of the mold used for coining. When the amount of the material that rises between the grooves 21 increases, work hardening occurs at that portion, and there is a high possibility of cracking during wave bending described later. In the case where annealing is performed after the groove 21 is formed by coining or similar material flow, the groove 21 may be formed at a depth of 50% or more of the plate thickness.

つぎに、図2の(A)に示す平板体20に波曲げ加工(ウェーブ曲げ加工)を施す。この波曲げ加工とは、断面での山となる部分と谷となる部分とが一方向に交互に連続した状態となる形状に曲げる加工であり、その山線22あるいは谷線23が前記の溝21と交差するように波曲げ加工をおこなう。その波曲げ加工によって生じる山の部分の高さあるいは谷の部分の深さ、すなわち山の部分の頂部と谷の部分の底部との間の寸法は、平板体20の板厚の1.5倍以上である。   Next, a wave bending process (wave bending process) is applied to the flat plate 20 shown in FIG. The wave bending process is a process of bending into a shape in which the crests and troughs in the cross section are alternately continuous in one direction, and the crest line 22 or trough line 23 is the groove. Wave bending is performed so as to intersect with 21. The height of the crest portion or the depth of the trough portion generated by the wave bending process, that is, the dimension between the top of the crest portion and the bottom of the trough portion is 1.5 times the plate thickness of the flat plate 20. That's it.

このように波曲げ加工をおこなって形成した山の部分は、波曲げの方向が溝21に直交もしくは斜めに交差する方向であるから、波曲げ加工の後にも残っている溝21によって山線の方向において区分されている。そしてこのように区分された各山の部分が、凸部24となっている。これら凸部24は、前記溝21が平板体20の表裏両面に同様に形成され、また波曲げが、表面側と裏面側とで同様の曲げ状態を形成するので、平板体20の表裏両面に同様に形成される。なお、表面側の凸部24と裏面側の凸部24との位置は、半ピッチずれている。   The peak portion formed by wave bending in this way is a direction in which the wave bending direction intersects the groove 21 at right angles or obliquely, and therefore, the mountain line is formed by the groove 21 remaining after the wave bending. It is divided in the direction. And the part of each mountain divided in this way is the convex part 24. Since the grooves 21 are formed on both the front and back surfaces of the flat plate 20 and the wave bending forms the same bent state on the front surface side and the back surface side, the convex portions 24 are formed on both front and back surfaces of the flat plate body 20. It is formed similarly. The positions of the convex portions 24 on the front surface side and the convex portions 24 on the back surface side are shifted by a half pitch.

このようにして製造された多連凹凸板25は、その凸部24の高さあるいはその反対の凹部の深さが、板厚の1.5倍以上になっている。また、凸部24もしくは凹部のピッチは、前記溝21に沿う方向では、波曲げ加工の際のピッチによって任意に設定でき、またこれと交差する方向でのピッチは、前記溝21のピッチに設定することができる。すなわち凸部24の最大外形寸法より小さいピッチとすることができる。   The multi-concave plate 25 manufactured in this way has a height of the convex portion 24 or a depth of the concave portion opposite thereto that is 1.5 times or more the plate thickness. Further, the pitch of the convex portion 24 or the concave portion can be arbitrarily set in the direction along the groove 21 according to the pitch at the time of wave bending, and the pitch in the direction intersecting with this is set to the pitch of the groove 21. can do. That is, the pitch can be smaller than the maximum outer dimension of the convex portion 24.

なお、図2の(B)に示す形状では、凸部24の頂部を平坦に形成してあるが、このような形状は、波曲げ加工の際の加工型に平坦面を形成しておくことにより得ることができる。また、図2には、溝加工および波曲げ加工によってエッジが明瞭に現れた形状を示してあるが、これは模式的に示したものであり、実際に加工をおこなった場合には、エッジの部分や折り曲げ部分が曲面となって現れる。   In the shape shown in FIG. 2B, the top of the convex portion 24 is formed flat. However, in this shape, a flat surface is formed on the processing die for wave bending. Can be obtained. In addition, FIG. 2 shows a shape in which the edge clearly appears by grooving and wave bending, but this is schematically shown, and when the machining is actually performed, the edge Parts and bent parts appear as curved surfaces.

ここで、平板体20に形成する溝21の形状の例を示すと、図3の(A)、(B)のとおりである。図3の(A)に示す例は、平板体20の表裏両面に、半ピッチずつずらして溝21を形成した例である。また図3の(B)に示す例は、平板体20の表裏両面の幅方向で同一の位置に、溝21を形成した例である。さらに特には図示しないが、平板体20の表裏両面のいずれか一方にのみ溝を形成し、その部分の板厚を減じてあってもよい。一方の面にのみ溝を形成した場合であっても、その平板体を前述したように波曲げ加工した際に、溝の部分を外れた板厚の厚い箇所において、いわゆる山となる部分の先端部に最も大きい張力が作用し、その結果、その部分で材料流動が生じ、山線を横切るように僅かながら溝が形成される。したがって一方の面にのみ溝を形成した平板体であっても、波曲げ加工を施すことにより、波曲げ加工に伴う連続した山が、その頂部に交差方向に生じる溝によって区分され、独立した多数の凸部が形成される。このように、平板体の一方の面にのみ溝を形成する加工方法では、溝を形成するための突条を備えた型が上下いずれか一方のみであり、したがって摩耗する型が上下いずれか一方のみとなるので、型に要する費用を低廉化することができる。   Here, an example of the shape of the groove 21 formed in the flat plate 20 is as shown in FIGS. The example shown in FIG. 3A is an example in which the grooves 21 are formed on both the front and back surfaces of the flat plate 20 with a half pitch shift. The example shown in FIG. 3B is an example in which the grooves 21 are formed at the same position in the width direction of the front and back surfaces of the flat plate 20. Although not particularly illustrated, a groove may be formed on only one of the front and back surfaces of the flat plate 20, and the thickness of the portion may be reduced. Even when a groove is formed only on one surface, when the flat plate body is wave-bent as described above, the tip of a so-called peak portion is formed at a thick portion where the groove portion is removed. The largest tension acts on the part, and as a result, material flow occurs in that part, and a slight groove is formed so as to cross the mountain line. Therefore, even with a flat plate with grooves formed on only one surface, by applying wave bending, continuous peaks associated with wave bending are separated by grooves generated in the crossing direction at the top, and independent multiple Are formed. Thus, in the processing method for forming the groove only on one surface of the flat plate, the mold having the protrusions for forming the groove is only one of the upper and lower molds, and thus the wear mold is either the upper or lower one. Therefore, the cost required for the mold can be reduced.

また、波曲げ加工による曲げ形状は、図4に示すように円弧を連続させた断面形状となる形状であってもよい。さらに溝21を予め形成してある平板体20を波曲げ加工する場合、平板体20にはその面方向に複雑に応力が生じ、溝21の形状がくずれる可能性がある。また、一方の面にのみ溝21を形成してある場合には、他方の面における山の部分の頂部に確実に溝を生じさせるために、材料流動を適正に生じさせることが望まれる。そこで、波曲げ加工に使用する曲げ型には、図5に示すように、予め形成された溝21に嵌合する突部26を形成しておく。この突部26は、図5に示すように連続したものであってもよく、あるいは波曲げ加工の際の山の頂部に対応する箇所と谷の底部に対応する箇所とにのみ形成されたものであってもよい。また、この突部26は、凸部24を区分する溝の部分の形状を、目的とする形状に成形するためのものであるから、必ずしも予め形成された溝21に密着して嵌合する形状である必要はない。さらにこの突部26は、波曲げ加工型を構成するポンチ27とダイス(図示せず)との両方の加工面もしくはいずれか一方の加工面に形成してもよい。   Further, the bending shape by wave bending may be a shape having a cross-sectional shape in which arcs are continuous as shown in FIG. Furthermore, when the flat plate body 20 on which the grooves 21 are formed in advance is wave-bending, the flat plate body 20 may be subjected to complicated stress in the surface direction, and the shape of the grooves 21 may be lost. Moreover, when the groove | channel 21 is formed only in one surface, in order to produce a groove | channel reliably in the top part of the peak part in the other surface, it is desired to produce a material flow appropriately. Therefore, as shown in FIG. 5, a projection 26 that fits into a previously formed groove 21 is formed on a bending die used for wave bending. The protrusions 26 may be continuous as shown in FIG. 5, or formed only at a location corresponding to the top of the mountain and a location corresponding to the bottom of the valley at the time of wave bending. It may be. Moreover, since this protrusion 26 is for shape | molding the shape of the part of the groove | channel which divides the convex part 24 into the target shape, it is the shape which necessarily closely_contact | adheres to the groove | channel 21 formed previously, and fits it. Need not be. Further, the protrusion 26 may be formed on both or one of the processed surfaces of the punch 27 and the die (not shown) constituting the wave bending mold.

なお、上述した各具体例では、平板部の面方向に切断した場合の断面が円形に閉じた断面の凹部もしくは凸部を形成する例を示したが、この発明では、その断面が矩形の断面もしくは多角形となる凹部もしくは凸部を形成してもよい。また、平板部に垂直な方向での断面が矩形もしくはカップ状の凹部もしくは凸部を形成する例を上記の具体例で示したが、この発明における凹部もしくは凸部の断面形状は上記の例で示したものに限定されず、必要に応じて適宜の形状とすることができる。そして上記の多連凹凸板は、固体電解質型燃料電池スタックにおけるセパレータに使用される。   In each of the specific examples described above, an example is shown in which the cross section when cut in the plane direction of the flat plate portion forms a concave or convex portion having a circular cross section. However, in the present invention, the cross section is a rectangular cross section. Or you may form the recessed part or convex part used as a polygon. Moreover, although the example in which the cross section in the direction perpendicular to the flat plate portion forms a rectangular or cup-shaped concave portion or convex portion is shown in the above specific example, the sectional shape of the concave portion or convex portion in this invention is the above example. It is not limited to what was shown, and it can be made into an appropriate shape as needed. The multiple uneven plate is used as a separator in a solid oxide fuel cell stack.

前述した多連凹凸板を燃料電池用セパレータに利用した例を次に説明する。図6は、高分子電解質膜型燃料電池スタックの一部を示す模式的な断面図であって、プロトンなどのイオンを透過させる電解質膜50を挟んだ両側に、触媒反応層とガス拡散層とを含む電極51,52が設けられている。その電解質膜50は、例えば湿潤状態でカチオン透過性を示すイオン交換膜によって構成され、また各電極51,52は、燃料ガスの電離や電離して生じたイオンと酸化性ガス(空気)との反応を促進するための触媒層とその触媒層に対してガスを拡散させる多孔構造の拡散層とによって構成されている。それぞれの電極51,52の表面に多連凹凸板からなるセパレータ53が密着状態で配置されている。   Next, an example in which the above-described multiple uneven plate is used for a fuel cell separator will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a part of a polymer electrolyte membrane fuel cell stack, on both sides of an electrolyte membrane 50 that allows ions such as protons to pass through, a catalyst reaction layer, a gas diffusion layer, and The electrodes 51 and 52 containing are provided. The electrolyte membrane 50 is formed of, for example, an ion exchange membrane that exhibits cation permeability in a wet state, and the electrodes 51 and 52 are formed by ionization or ionization of fuel gas and oxidizing gas (air). It comprises a catalyst layer for promoting the reaction and a porous diffusion layer for diffusing gas to the catalyst layer. Separators 53 made of multiple concavo-convex plates are arranged in close contact with the surfaces of the respective electrodes 51 and 52.

これらのセパレータ53は導電性材料(例えば金属)から形成されており、その凸部の頂面もしくは凹部の底面を電極に密着させ、電気的な導通状態を維持するように配置されている。したがってセパレータ53が多連凹凸板であることにより、電極51,52の表面から離隔した多数の中空部が、相互に連通しかつ一定間隔をあけて形成されており、その中空部が燃料ガス(例えば水素ガス)および酸化性ガス(例えば空気)を流通させるガス流路54とされている。   These separators 53 are made of a conductive material (for example, metal), and are arranged so that the top surface of the convex portion or the bottom surface of the concave portion is brought into close contact with the electrode to maintain an electrically conductive state. Therefore, since the separator 53 is a multiple concavo-convex plate, a large number of hollow portions separated from the surfaces of the electrodes 51 and 52 are formed so as to communicate with each other at regular intervals. For example, the gas flow path 54 is configured to flow a hydrogen gas) and an oxidizing gas (for example, air).

上記の互いに積層された電解質膜50および電極51,52を一対のセパレータ53で挟み込んで単セル(単電池)55が構成されており、これらの単セル55が、その厚さ方向に多数積層されて燃料電池スタック56を構成している。その場合、互いに隣接する単セル55におけるセパレータ53の凸部同士もしくは凹部同士が突き合わされており、したがって互いに突き合わせた箇所に隣接して互いに離隔する方向に変形した箇所が存在し、その互いに離隔した箇所がそれぞれ連通し、ここに冷却水用流路57が形成されている。   A single cell (single cell) 55 is configured by sandwiching the electrolyte membrane 50 and the electrodes 51 and 52 stacked above each other with a pair of separators 53. A large number of these single cells 55 are stacked in the thickness direction. The fuel cell stack 56 is configured. In that case, the convex portions or the concave portions of the separators 53 in the single cells 55 adjacent to each other are abutted with each other. Therefore, there are portions that are deformed in the direction of being separated from each other adjacent to the abutted portions. The portions communicate with each other, and a cooling water channel 57 is formed here.

上記のセパレータ53は、前述した多連凹凸板の製造方法のうちコイニングと波曲げ加工とを併用した方法で製造されている。具体的には、図7に示すように、金属板の一方の面にコイニング加工によって互いに平行な複数条の溝(以下、仮にコイニング溝と記す)58を形成し、ついで山線および谷線がこれらのコイニング溝58と交差するように波状の曲げ加工を施す。その結果、コイニング溝58を形成してある面では、コイニング溝58と波曲げによる溝(以下、仮に波曲げ溝と記す)59とが交差するので、これらの溝58,59によって囲まれた部分が凸部となる。   The separator 53 is manufactured by a method in which coining and wave bending are combined in the above-described manufacturing method of the multiple uneven plate. Specifically, as shown in FIG. 7, a plurality of parallel grooves 58 (hereinafter referred to as “coining grooves”) 58 are formed on one surface of a metal plate by coining, and then a mountain line and a valley line are formed. A wave-like bending process is performed so as to intersect these coining grooves 58. As a result, on the surface on which the coining groove 58 is formed, the coining groove 58 and a groove by wave bending (hereinafter, referred to as wave bending groove) 59 intersect with each other. Therefore, a portion surrounded by these grooves 58 and 59 Becomes a convex part.

これに対してコイニング溝58を形成していない面では、その面側での山線に相当する部分でかつコイニング溝58の背面側の部分に「ひけ」が生じ、浅い溝(以下、仮にひけ溝と記す)60が形成される。図8はそのひけ溝60の部分の断面を示しており、ひけ溝60の深さd2 とその反対側の部分のコイニング溝58の深さd1 との和が、「ひけ」の生じていない箇所でのコイニング溝58の深さd0 とほぼ等しくなっている。したがってコイニング加工を施していない面においても、その面での山線に相当する部分が、ひけ溝60によって一定間隔ごとに分断され、その結果、互いに独立した多数の凸部が形成されている。   On the other hand, on the surface where the coining groove 58 is not formed, “sink marks” occur in the portion corresponding to the mountain line on the surface side and on the back side of the coining groove 58, and a shallow groove (hereinafter temporarily sinked). 60) (denoted as a groove). FIG. 8 shows a cross section of the sink groove 60, where the sum of the depth d2 of the sink groove 60 and the depth d1 of the coining groove 58 on the opposite side is not "sink". The depth d0 of the coining groove 58 in FIG. Therefore, even on the surface that has not been subjected to coining, the portion corresponding to the mountain line on the surface is divided at regular intervals by the sink groove 60, and as a result, a large number of independent convex portions are formed.

図8に示してあるように、コイニング溝58は金属板の板厚の半分程度の深さであるのに対し、波曲げ溝59は金属板の曲げ加工によって形成されたものであるから、波曲げ溝59の深さがコイニング溝58の深さよりもかなり深い。また、ひけ溝60は、波曲げ加工に伴う「ひけ」によって生じたものであるから、その深さはコイニング溝58よりもかなり浅い。したがってコイニング加工を施した面側の波曲げ溝59同士が、ひけ溝60より断面積の大きいコイニング溝58によって互いに連通されているので、コイニング加工を施した面側の波曲げ溝59とコイニング溝58とが冷却水を流通させるための冷却水流路とされている。これに対して、コイニング加工を施していない面側の波曲げ溝59とひけ溝60とが、燃料ガスや酸化性ガスなどの反応ガスを流通させるためのガス流路とされている。   As shown in FIG. 8, the coining groove 58 is about half the thickness of the metal plate, whereas the wave bending groove 59 is formed by bending the metal plate. The depth of the bending groove 59 is considerably deeper than the depth of the coining groove 58. Further, since the sink groove 60 is generated by “sink” accompanying wave bending, the depth thereof is considerably shallower than the coining groove 58. Accordingly, the wave-side grooved grooves 59 on the surface side subjected to coining are communicated with each other by the coining grooves 58 having a cross-sectional area larger than that of the sink groove 60. 58 is a cooling water flow path for circulating the cooling water. On the other hand, the wave bending groove 59 and the sink groove 60 on the surface side not subjected to coining are gas flow paths for allowing a reaction gas such as fuel gas and oxidizing gas to flow.

ところで反応ガスは、その反応効率を向上させるために、可及的に長い間、電極51,52の表面に沿って流動させることが好ましい。そのために、ガス流路は、反応ガスが蛇行して流動するように形成されている。その一例を図9に模式的に示してある。コイニング溝は図9に現れていない反対側の面の中央部分に図9の上下方向に向けて形成されている。このようにしてコイニング溝が形成されている領域が、図9の上下方向で4つの領域に等分されており、それぞれの領域において、山線および谷線が図9の左右方向を向くように波曲げ加工が施されている。その結果、図9に表されているガス流路側の面には、波曲げ溝59とひけ溝60とが互いに直交する方向に形成され、隣接する波曲げ溝59同士がひけ溝60によって連通されている。言い換えれば、各領域内に縦横に交差したガス流路が形成されている。   By the way, it is preferable that the reaction gas flows along the surfaces of the electrodes 51 and 52 for as long as possible in order to improve the reaction efficiency. Therefore, the gas flow path is formed so that the reaction gas can meander and flow. An example thereof is schematically shown in FIG. The coining groove is formed in the central portion of the opposite surface that does not appear in FIG. The region in which the coining grooves are formed in this way is equally divided into four regions in the vertical direction in FIG. 9, and in each region, the mountain line and the valley line are directed in the horizontal direction in FIG. 9. Wave bending is applied. As a result, the wave bending groove 59 and the sink groove 60 are formed in a direction orthogonal to each other on the gas channel side surface shown in FIG. 9, and the adjacent wave bending grooves 59 communicate with each other by the sink groove 60. ing. In other words, gas flow paths that intersect vertically and horizontally are formed in each region.

図9における上部の領域の一端部にはその領域における全ての波曲げ溝59に連通する入口マニホールド61が形成されている。また、中間の2つの領域の一端部にはこれらの領域における波曲げ溝59の全てに連通する中間マニホールド62が形成され、さらに、下部の領域の一端部にはその領域における全ての波曲げ溝59に連通する出口マニホールド63が形成されている。これらのマニホールド61,62,63はセパレータ53をその板厚方向に貫通した長孔であって、単セルを多数積層することにより、燃料電池スタックの全体に亘って反応ガスを供給もしくは排出するための流路を形成するようになっている。   An inlet manifold 61 communicating with all the wave bending grooves 59 in the upper region is formed at one end of the upper region in FIG. Further, an intermediate manifold 62 communicating with all of the wave bending grooves 59 in these regions is formed at one end of the two intermediate regions, and further, all the wave bending grooves in that region are formed at one end of the lower region. An outlet manifold 63 communicating with 59 is formed. These manifolds 61, 62, and 63 are long holes that penetrate the separator 53 in the plate thickness direction, and in order to supply or discharge the reaction gas over the entire fuel cell stack by stacking a large number of single cells. The flow path is formed.

また上部の領域と上から2番目の領域との他方の端部に、これらの領域における波曲げ溝59を相互に連通させるように上下方向に湾曲した波曲げ溝59が形成されている。これは、上から3番目の領域と下部の領域とにおいても同様である。したがって前記入口マニホールド61から供給された反応ガスが上部の領域におけるガス流路(すなわち波曲げ溝59とひけ溝60)を通ってその一端部に到り、ここから上下方向に沿う波曲げ溝(いわゆるUターン溝)59を介して上から2番目の領域におけるガス流路を通って中間マニホールド62に到り、ここから第3番目の領域におけるガス流路に流れ込む。以降、同様にして、他方の端部に上下方向に沿ういわゆるUターン溝を介して下部の領域に入り、最終的には出口マニホールド63から排出される。   A wave bending groove 59 that is curved in the vertical direction is formed at the other end of the upper region and the second region from the top so that the wave bending grooves 59 in these regions communicate with each other. The same applies to the third region from the top and the bottom region. Accordingly, the reaction gas supplied from the inlet manifold 61 passes through the gas flow path (that is, the wave bending groove 59 and the sink groove 60) in the upper region to reach one end thereof, and from here the wave bending groove ( The so-called U-turn groove) 59 passes through the gas flow path in the second region from the top to reach the intermediate manifold 62 and flows from here to the gas flow channel in the third region. Thereafter, similarly, the other end portion enters a lower region via a so-called U-turn groove along the vertical direction, and is finally discharged from the outlet manifold 63.

なお、図9において、符号64,65,66は貫通孔であって、前記各マニホールド61,62,63に対して左右方向で対称となる位置に形成され、燃料電池スタックとして積層されることにより、他の反応ガスのための流路を形成するようになっている。また、図9の下側の部分には、冷却水用の入口マニホールド67が形成され、さらに上側の部分には、冷却水用の出口マニホールド68が形成されている。これらのマニホールド67,68は、左右方向に長い長孔であって、セパレータ53を貫通しており、図9には現れていない他方の面に形成されている冷却水流路に連通している。   In FIG. 9, reference numerals 64, 65, and 66 denote through holes, which are formed at positions symmetrical to the respective manifolds 61, 62, and 63 in the left-right direction and stacked as a fuel cell stack. A flow path for other reaction gases is formed. Further, an inlet manifold 67 for cooling water is formed in the lower part of FIG. 9, and an outlet manifold 68 for cooling water is formed in the upper part. These manifolds 67 and 68 are long holes extending in the left-right direction, penetrate the separator 53, and communicate with a cooling water flow path formed on the other surface that does not appear in FIG. 9.

上述したようにガス流路は波曲げ溝59とひけ溝60とによって形成されているが、そのひけ溝60は波曲げに伴う「ひけ」によって生じた浅い溝である。これに対して、前記電解質膜50はカチオン透過性を維持するために湿潤状態とする必要があり、また燃料ガスとして水素ガスを使用する燃料電池では反応生成物として水が生じる。したがってガス流路に水滴が流入もしくは発生することがあるが、その水滴に対してひけ溝60の開口断面積が相対的に小さく、そのために水滴が波曲げ溝59に詰まってしまい、その水滴がその波曲げ溝59から押し出されるまでは、波曲げ溝59がガス流路として有効に機能せず、燃料電池の発電効率の低下要因となる可能性がある。このような不都合を解消するために、上記のセパレータ53には、水滴除去溝69が形成されている。   As described above, the gas flow path is formed by the wave bending groove 59 and the sink groove 60, and the sink groove 60 is a shallow groove caused by “sink” accompanying the wave bending. On the other hand, the electrolyte membrane 50 needs to be in a wet state in order to maintain the cation permeability, and in the fuel cell using hydrogen gas as the fuel gas, water is generated as a reaction product. Therefore, although water droplets may flow into or generate in the gas flow path, the opening cross-sectional area of the sink groove 60 is relatively small with respect to the water droplets, so that the water droplets are clogged in the wave bending groove 59, and the water droplets are Until it is pushed out from the wave bending groove 59, the wave bending groove 59 does not function effectively as a gas flow path, which may cause a decrease in power generation efficiency of the fuel cell. In order to eliminate such inconvenience, the separator 53 is provided with a water droplet removing groove 69.

この水滴除去溝69について具体的に説明すると、図10はセパレータ53におけるガス流路側の面の一部およびそのA−A線断面ならびにB−B線断面を示しており、図10の上下方向に向けて波曲げ溝59が形成され、かつ裏面側のコイニング溝58に対応する位置にひけ溝60が形成されている。それらのひけ溝60に挟まれた箇所が電極に接触させられる凸部となっており、その凸部に相当する部分が、所定間隔ごとに裏面側に押し曲げられ、その部分が凸部とは逆に窪んでおり、ここに水滴除去溝69が形成されている。したがってその水滴除去溝69は裏面側(コイニング加工を施してある面側)のコイニング溝58を避けた位置に曲げ加工によって形成されている。これは、コイニング溝58を潰さないようにするためであり、したがってその幅W2 はコイニング溝58の幅W1 より狭く設定されている。また、水滴除去溝69の深さは、要は、水滴Wd が通過できる断面積となる程度で良く、一例として波曲げ溝59の深さ程度とすればよい。   The water droplet removing groove 69 will be described in detail. FIG. 10 shows a part of the surface of the separator 53 on the gas flow path side, its AA line cross section and BB line cross section. A wave bending groove 59 is formed and a sink groove 60 is formed at a position corresponding to the coining groove 58 on the back surface side. The part sandwiched between the sink grooves 60 is a convex part that is brought into contact with the electrode, and the part corresponding to the convex part is pushed and bent to the back surface side at predetermined intervals, and the part is the convex part. On the contrary, it is recessed, and a water drop removing groove 69 is formed here. Therefore, the water droplet removing groove 69 is formed by bending at a position avoiding the coining groove 58 on the back surface side (the surface side on which coining is performed). This is to prevent the coining groove 58 from being crushed, and therefore its width W2 is set narrower than the width W1 of the coining groove 58. The depth of the water droplet removal groove 69 may be about the depth of the wave bending groove 59 as an example, as long as it has a cross-sectional area through which the water droplet Wd can pass.

したがって上記の水滴除去溝69を形成したセパレータ53では、ガス流路が水滴によって閉塞されることがなく、もしくはガス流路の閉塞を迅速に解消することができるので、燃料ガスもしくは酸化性ガスを電解質膜50の全体に効率よく分散させることが可能になる。そのため、上記のセパレータ53を使用すれば、燃料電池の発電効率を向上させることが可能になる。   Therefore, in the separator 53 in which the water droplet removal groove 69 is formed, the gas flow path is not blocked by water droplets or the blockage of the gas flow path can be quickly eliminated. It is possible to efficiently disperse the electrolyte membrane 50 throughout. Therefore, if the separator 53 is used, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

なお、この水滴除去溝69が請求項5の発明における第4の溝部に相当する。また、上記のコイニング溝58が請求項1ないし5の発明における第1の溝部に相当し、かつこれと交差する波曲げ溝59が第2の溝部に相当し、さらにコイニング加工を施していない面における波曲げ溝59が請求項4および5の発明における第3の溝部に相当する。   The water droplet removing groove 69 corresponds to the fourth groove portion in the invention of claim 5. Further, the coining groove 58 corresponds to the first groove portion in the inventions of claims 1 to 5, and the wave bending groove 59 intersecting with the second groove portion corresponds to the second groove portion, and is not subjected to coining processing. The wave bending groove 59 corresponds to the third groove portion in the inventions of claims 4 and 5.

上記のセパレータ53は波曲げ加工を施すことにより表裏両面に波曲げ溝59が形成されており、したがって冷却水流路も上述したガス流路と同様に、4つの領域に区分され、上側の2つの領域および下側の2つの領域における波曲げ溝59がその一端側のUターン溝によって連通した状態となっている。その形状の一部を図11に模式的に示してある。この図11に示すように、冷却水流路を構成する各波曲げ溝59には、これと交差する方向に向けて形成されているコイニング溝58を介して冷却水が供給される。その場合、コイニング溝58は、波曲げ溝59より浅く、その開口面積(流路面積)が波曲げ溝59より小さいので、波曲げ溝59からコイニング溝58に対しては冷却水が流入しにくい。そのため、冷却水がセパレータ53の全面に可及的に均等に拡散して全体を均一に冷却できるようにするために、冷却水流路が以下に述べるように構成されている。   The separator 53 is subjected to wave bending to form wave bending grooves 59 on both front and back surfaces. Therefore, like the gas flow path described above, the cooling water flow path is also divided into four regions. The wave bending groove 59 in the region and the lower two regions is in a state of being communicated by the U-turn groove on one end side. A part of the shape is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 11, cooling water is supplied to each wave bending groove 59 constituting the cooling water flow path via a coining groove 58 formed in a direction intersecting with the wave bending groove 59. In that case, the coining groove 58 is shallower than the wave bending groove 59, and its opening area (flow channel area) is smaller than the wave bending groove 59, so that it is difficult for cooling water to flow into the coining groove 58 from the wave bending groove 59. . Therefore, the cooling water flow path is configured as described below so that the cooling water can be diffused as evenly as possible over the entire surface of the separator 53 to uniformly cool the whole.

冷却水の入口マニホールド67がセパレータ53の下側に形成されており、冷却水がここからコイニング溝58を介して波曲げ溝59に供給されるようになっている。したがって入口マニホールド67に最も近い波曲げ溝59に冷却水が先ず供給され、その波曲げ溝59に沿って冷却水が流動する一方、冷却水の一部が他のコイニング溝58を介して、他の隣接する波曲げ溝59に流入し、かつ該他の波曲げ溝59の内部を流動する。このように、入口マニホールド67から遠い位置の波曲げ溝59に対しては、波曲げ溝59より浅いコイニング溝58を介して冷却水が供給されるので、入口マニホールド67に近い位置の波曲げ溝59に交差するコイニング溝58の全開口面積が、遠い位置の波曲げ溝59に交差するコイニング溝58の全開口面積より大きく設定されている。   A cooling water inlet manifold 67 is formed on the lower side of the separator 53, and the cooling water is supplied from here through the coining groove 58 to the wave bending groove 59. Accordingly, the cooling water is first supplied to the wave bending groove 59 closest to the inlet manifold 67, and the cooling water flows along the wave bending groove 59, while a part of the cooling water passes through the other coining grooves 58 and the other. Flows into the adjacent wave bending groove 59 and flows inside the other wave bending groove 59. Thus, since the cooling water is supplied to the wave bending groove 59 far from the inlet manifold 67 via the coining groove 58 shallower than the wave bending groove 59, the wave bending groove near the inlet manifold 67 is supplied. The total opening area of the coining groove 58 that intersects 59 is set larger than the total opening area of the coining groove 58 that intersects the wave bending groove 59 at a distant position.

具体的には、
Vm=V1+V1-2
V1-2=V2+V2-3
V2-3=V3+V3-4
を満たし、かつ
(1/2)n-1/Vm=V1
を満たす冷却水量となるように設定する。なお、Vm は、入口マニホールド67での冷却水量、V1 は入口マニホールド67に最も近い波曲げ溝59での冷却水量、V1-2 は入口マニホールド67に最も近い波曲げ溝59とこれに隣接する第2番目の波曲げ溝59とを接続するコイニング溝58での冷却水量、以下同様に、V2 およびV3 は第2番目の波曲げ溝59での冷却水量および第3番目の波曲げ溝59での冷却水量、V2-3 は第2番目と第3番目の波曲げ溝59を接続するコイニング溝58での冷却水量、V3-4 は第3番目と第4番目の波曲げ溝59を接続するコイニング溝58での冷却水量をそれぞれ示す。また、nは波曲げ溝59の本数であり、図11に示す例では“4”である。
In particular,
Vm = V1 + V1-2
V1-2 = V2 + V2-3
V2-3 = V3 + V3-4
And (1/2) n-1 / Vm = V1
Set the amount of cooling water to satisfy Vm is the amount of cooling water in the inlet manifold 67, V1 is the amount of cooling water in the wave bending groove 59 closest to the inlet manifold 67, and V1-2 is the wave bending groove 59 closest to the inlet manifold 67 and the first adjacent to it. The amount of cooling water in the coining groove 58 connecting the second wave bending groove 59, and so on. Similarly, V2 and V3 are the amount of cooling water in the second wave bending groove 59 and the amount of cooling water in the third wave bending groove 59. The amount of cooling water, V2-3 is the amount of cooling water in the coining groove 58 connecting the second and third wave bending grooves 59, and V3-4 is the coining connecting the third and fourth wave bending grooves 59. The amount of cooling water in the groove 58 is shown respectively. Also, n is the number of wave bending grooves 59, and is “4” in the example shown in FIG.

結局は、入口マニホールド67に近いコイニング溝58ほどその冷却水量が多くなるように設定されている。これは、1つずつのコイニング溝58の幅もしくは深さを大きくして開口断面積を大きくすることにより設定し、もしくはコイニング溝58の数を入口マニホールド67側ほど多くすることにより設定される。なお、図11に示す例では、コイニング溝58の数を入口マニホールド67側で多くしてある。   Eventually, the amount of cooling water is set so that the coining groove 58 near the inlet manifold 67 increases. This is set by increasing the width or depth of each coining groove 58 to increase the opening cross-sectional area, or by increasing the number of coining grooves 58 toward the inlet manifold 67 side. In the example shown in FIG. 11, the number of coining grooves 58 is increased on the inlet manifold 67 side.

冷却水をセパレータ53の全面に可及的に均等に分散させるためには、入口マニホールド67から波曲げ溝59に対する冷却水の分散を促進する必要があり、そのために波曲げ溝59に対して開口面積の小さいコイニング溝58の形状もしくは配列を上記のように設定してある。したがって冷却水流路全体としての中流域あるいは下流域では、冷却水が既に各波曲げ溝59に分散させられているので、コイニング溝58を介した冷却水の分散を図る必要は特にはない。そこで、この発明に係る上記のセパレータ53では、冷却水の分散を促進するためのコイニング溝58の形状もしくは配列が、冷却水流路全体のうち入口マニホールド67に近い箇所で採用され、これより下流側では、コイニング溝58の形状もしくは配列が、各波曲げ溝59の間で同一に設定されている。すなわちこの発明における第1の溝部に相当するコイニング溝58の形状もしくは配列が、冷却水の流動方向での上流側と下流側とで異なっている。   In order to disperse the cooling water as evenly as possible over the entire surface of the separator 53, it is necessary to promote the dispersion of the cooling water from the inlet manifold 67 to the wave bending groove 59. The shape or arrangement of the coining grooves 58 having a small area is set as described above. Therefore, since the cooling water is already dispersed in the wave bending grooves 59 in the middle flow area or downstream area of the entire cooling water flow path, there is no need to disperse the cooling water via the coining grooves 58. Therefore, in the separator 53 according to the present invention, the shape or arrangement of the coining grooves 58 for promoting the dispersion of the cooling water is adopted at a location near the inlet manifold 67 in the entire cooling water flow path, and on the downstream side from this. Then, the shape or arrangement of the coining grooves 58 is set to be the same between the wave bending grooves 59. That is, the shape or arrangement of the coining grooves 58 corresponding to the first groove portion in the present invention is different between the upstream side and the downstream side in the flow direction of the cooling water.

なお、波曲げ溝59のうち、Uターン溝の部分では、コイニング溝58との交差角度が連続的に変化し、かつ一部で両者の向きが一致するので、直線状のコイニング溝58と湾曲したUターン溝とを安定的に形成することが難しい。そのため、図に示す例では、Uターン溝の部分には、コイニング溝58を形成していない。そしてそのUターン溝の中間の部分までが、冷却水の拡散の用に供されるので、上述したコイニング溝58について形状もしくは配列を各波曲げ溝59の間で相違させる処理は、Uターン溝の中間部、より具体的にはUターン溝の開始端からほぼ45度旋回した位置に到るまでの区間において施せばよい。   Of the wave bending groove 59, the U-turn groove portion has a continuously intersecting angle with the coining groove 58, and the directions of both coincide with each other. It is difficult to form a stable U-turn groove. Therefore, in the example shown in the figure, the coining groove 58 is not formed in the U-turn groove portion. Since the portion up to the middle of the U-turn groove is used for the diffusion of the cooling water, the processing for making the shape or arrangement of the coining grooves 58 different between the wave bending grooves 59 is the same as the U-turn groove. It may be applied in the middle part of the, more specifically in the section from the start end of the U-turn groove until reaching the position turned approximately 45 degrees.

この発明による多連凹凸板の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of multiple concavo-convex board by this invention. (A)および(B)は波曲げ加工によって多連凹凸板を製造する過程を説明するための説明図である。(A) And (B) is explanatory drawing for demonstrating the process in which a multiple uneven | corrugated board is manufactured by a wave bending process. (A)および(B)は図2に示す方法で採用することのできる溝形状を示す断面図である。(A) And (B) is sectional drawing which shows the groove shape which can be employ | adopted by the method shown in FIG. 図2に示す方法で採用することのできる波曲げ形状の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the wave bending shape which can be employ | adopted with the method shown in FIG. 溝形成のための突条を有する曲げ型の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the bending type | mold which has a protrusion for groove | channel formation. この発明に係るセパレータを使用した燃料電池スタックの模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view of the fuel cell stack using the separator which concerns on this invention. セパレータ用の板材の波曲げ加工前の状態と波曲げ加工によってひけ溝が形成された状態とを示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows the state before the wave bending process of the board | plate material for separators, and the state in which the sink groove was formed by the wave bending process. ひけ溝を示す拡大部分端面図である。It is an expansion partial end view which shows a sink groove. この発明に係るセパレータの斜視図である。It is a perspective view of the separator which concerns on this invention. この発明に係るセパレータにおける水滴除去溝を示す部分平面な図および断面図である。It is the fragmentary top view and sectional drawing which show the water droplet removal groove | channel in the separator which concerns on this invention. この発明に係るセパレータにおける冷却水流路の一部を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows a part of cooling water flow path in the separator which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…多連凹凸板、 2…平板部、 3…凸部、 20…平板体、 21…溝、 22…山線、 23…谷線、 24…凸部、 25…多連凹凸板、 26…突部、 50…電解質膜、 51,52…電極、 53…セパレータ、 54…ガス流路、 57…冷却水用流路、 58…コイニング溝、 59…波曲げ溝、 60…ひけ溝、 67…入口マニホールド、 69…水滴除去溝。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multiple uneven plate, 2 ... Flat plate part, 3 ... Convex part, 20 ... Flat plate body, 21 ... Groove, 22 ... Mountain line, 23 ... Valley line, 24 ... Convex part, 25 ... Multiple uneven plate, 26 ... Projection, 50 ... Electrolyte membrane, 51, 52 ... Electrode, 53 ... Separator, 54 ... Gas flow path, 57 ... Cooling water flow path, 58 ... Coining groove, 59 ... Wave bending groove, 60 ... Sink groove, 67 ... Inlet manifold, 69 ... Water drop removal groove.

Claims (6)

板材の表裏両面に互いに独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータにおいて、
素材となる板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少させて形成された複数条の第1の溝部と、それらの第1の溝部に谷線および山線が交差する波状に連続した曲げ形状となるように前記板材に曲げ加工を施して前記板材の表裏両面に形成された第2の溝部とを有することを特徴とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。
In the separator for a fuel cell using a multiple uneven plate in which a plurality of independent uneven portions are formed on the front and back surfaces of the plate material,
A plurality of first groove portions formed by reducing the plate thickness on at least one surface of a plate material that is a material, and a bent shape that is continuous in a wave shape in which valley lines and mountain lines intersect the first groove portions. A separator for a fuel cell using a multiple uneven plate, wherein the plate member is bent so that the second groove portion is formed on both the front and back surfaces of the plate member.
前記一方の面に形成されている溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面に形成されている溝部がガス用流路を形成していることを特徴とする請求項1に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。   The groove part formed in said one surface forms the flow path for cooling water, and the groove part formed in the other surface forms the flow path for gas. A separator for fuel cells using multiple uneven plates. 前記冷却水の流動方向における上流側の第1の溝部の形状もしくは配列と下流側の第1の溝部の形状もしくは配列とが相違していることを特徴とする請求項2に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。   3. The multiple unevenness according to claim 2, wherein the shape or arrangement of the first groove portion on the upstream side in the flow direction of the cooling water is different from the shape or arrangement of the first groove portion on the downstream side. A separator for fuel cells using a plate. 前記曲げ加工に伴って前記板材の他方の面の山線に相当する部分に該山線に交差するように形成された第3の溝部を有し、
前記一方の面における第1の溝部および第2の溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面における第2の溝部および第3の溝部がガス用流路を形成していることを特徴とする請求項1に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。
A third groove portion formed so as to intersect the mountain line in a portion corresponding to the mountain line of the other surface of the plate member with the bending process,
The first groove and the second groove on the one surface form a cooling water channel, and the second groove and the third groove on the other surface form a gas channel. A fuel cell separator using the multiple uneven plate according to claim 1.
前記板材の他方の面の山線に相当する部分の所定箇所が板厚方向に押圧変形されて前記第3の溝部より断面積の大きい第4の溝部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。   The fourth portion having a cross-sectional area larger than that of the third groove portion is formed by pressing and deforming a predetermined portion of the portion corresponding to the mountain line on the other surface of the plate material in the plate thickness direction. Item 10. A fuel cell separator using the multiple uneven plate according to Item 1. 一方の面にのみ板厚が他の部分より薄い複数条の溝を形成した板材に、前記溝に交差する方向に山谷が連続する曲げ加工を施して請求項1に記載の多連凹凸板を得る多連凹凸板用曲げ加工型であって、前記溝の変形を規制する突部を有していることを特徴とする多連凹凸板用曲げ加工型。   The multiple uneven plate according to claim 1, wherein a plurality of grooves are formed on only one surface by forming a plurality of grooves thinner than other portions by bending a mountain valley in a direction intersecting the grooves. A multi-concave plate bending mold for obtaining a multi-concave plate, comprising a protrusion for restricting deformation of the groove.
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