JP2006164766A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池用セパレータに関し、セパレータの加工を容易にする。
【解決手段】セパレータ２５は、カソード対向プレート２２とアノード対向プレート２３と中間プレート２４とから構成される。セパレータ２５に形成される各構成要素（アノード系、カソード系、冷却系）は、これら３枚のプレートを厚さ方向に貫通する貫通部によって形成される。そして、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の膜電極接合体の電極と対向する領域である発電部ＤＡは、平面とされている。この結果、セパレータ２５は、容易で生産性の高い加工法（例えば、打ち抜き加工）を用いて加工することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに関し、特にセパレータの加工を容易にする技術に関する。

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（カソード極とアノード極）に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式（１）および式（２）に示す反応が行なわれ、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。

カソード反応（酸素極）：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ …（１）
アノード反応（燃料極）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（２）

かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。

ここで、燃料電池のセパレータとして、アノード側のプレートと、カソード側のプレートと、両プレートに挟まれた中間プレートとから構成された３層構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。この３層構造のセパレータは、アノード側およびカソード側のプレートの表面に、ハーフエッチング加工により形成された反応ガス流路を備えている。そして、中間プレートに設けられた受け渡し流路と上述した反応ガス流路の端部に設けられた長孔形状のガス供給孔とを介して、反応ガスを反応ガス流路に分配している。

特開２００４−６１０４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、アノード側およびカソード側のプレートに反応ガス流路を有しているため、作製に際してハーフエッチング等、加工工数の大きい加工を必要とする問題があった。また、ハーフエッチング等の加工性を考慮してアノード側およびカソード側のプレートの材料を選択する必要があるため、材料選択が制限され、耐食性や経済性が犠牲になるおそれがあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池用セパレータにおいて、燃料電池用セパレータの加工を容易にすることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の態様は、膜電極接合体のカソード側との対向面を有するカソード対向プレートと、膜電極接合体のアノード側との対向面を有するアノード対向プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池用のセパレータを提供する。本発明の態様に係るセパレータは、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、前記カソード対向プレートは、さらに、前記膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、前記発電部の端部を厚さ方向に貫通する酸化ガス供給孔と、前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する酸化ガス排出孔とを備え、前記アノード対向プレートは、さらに、前記膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならない端部を厚さ方向に貫通する燃料ガス供給孔と、前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならないと共に前記燃料ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する燃料ガス排出孔とを備え、前記中間プレートは、さらに、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと前記カソード対向プレートの前記酸化ガス供給孔とを連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと前記カソード対向プレートの前記酸化ガス排出孔とを連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと前記アノード対向プレートの前記燃料ガス供給孔とを連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流路形成部と、厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと前記アノード対向プレートの前記燃料ガス排出孔とを連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流路形成部とを備えることを特徴とする。

本発明の態様に係るセパレータは、酸化ガスが供給されてから排出されるまでの経路（以下、カソード系という。）の全て（酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路−酸化ガス供給孔−発電部−酸化ガス排出孔−酸化ガス排出孔−酸化ガス排出流路−酸化ガス排出マニホールド）および燃料ガスが供給されてから排出されるまでの経路（以下、アノード系という。）の全て（燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路−燃料ガス供給孔−発電部−燃料ガス排出孔−燃料ガス排出孔−燃料ガス排出流路−燃料ガス排出マニホールド）が、３枚のプレートをそれぞれ厚さ方向に貫通する貫通部と加工のない平面のみによって形成される。これによって、カソード系およびアノード系を容易で生産性の高い加工法のみを用いて加工することができる。

本発明の態様に係るセパレータは、さらに、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドとを備え、前記中間プレートは、さらに、厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニホールドとを連通する冷却媒体流路を形成する冷却媒体流路形成部とを備えても良い。こうすれば、さらに、燃料電池を冷却するための冷却媒体が供給されてから排出されるまでの経路（以下、冷却系という。）の全て（冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体流路−冷却媒体排出マニホールド）が、３枚のプレートをそれぞれ厚さ方向に貫通する貫通部と加工のない平面のみによって形成される。これによって、冷却系も容易で生産性の高い加工法のみを用いて加工することができる。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートおよび前記中間プレートは、打ち抜き加工のみによって作製されても良い。すなわち、本態様に係るセパレータは、上述した構成要素のみでセパレータとして必要な機能を全て備え得るので、上述の３枚のプレートは全てを打ち抜き加工のみによって作製することができる。こうすれば、さらに、セパレータの加工が容易となる。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートは、高耐食性材料よってされても良い。こうすれば、セパレータの電極対向部分における耐食性を向上させることができる。また、前記中間プレートは、高耐食性材料によって構成されても良い。こうすれば、中間プレートに形成される反応ガスの供給／排出流路の耐食性を向上できる。かかる場合において、３枚のプレートは、それぞれ、打ち抜き加工のみによって作製されるため、材料の加工性が要求されないので、種々の高耐食性材料を用いることができる。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記発電部は、第１の辺と前記第１の辺に隣接する第２の辺と前記第１の辺と向かい合う第３の辺と前記第２の辺と向かい合う第４の辺を有する略四角形であり、前記酸化ガス供給孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第１の辺に対応する端部に、前記第１の辺の全長に亘って配置され、
前記酸化ガス排出孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第３の辺に対応する端部に、前記第３の辺の全長に亘って配置され、前記冷却媒体流路は、前記中間プレートにおいて前記発電部の第２の辺の所定範囲から前記第４の辺の所定範囲に亘って配置され、前記燃料ガス供給孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第２の辺に対応する端部であって前記第２の辺の所定範囲以外の部分に配置され、前記燃料ガス排出孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第４の辺に対応する端部であって前記第４の辺の所定範囲以外の部分に配置されても良い。拡散性が燃料ガスと比較して劣る酸化ガスの供給孔および排出孔をそれぞれ発電部の向かい合う辺（第１の辺と第３の辺）の全長に亘って配置することで、酸化ガスの均一な供給が可能となる。さらに、発電部の第２の辺の所定範囲から第４の辺の所定範囲に亘って配置される冷却媒体流路を備えることにより、冷却性能も確保される。なお、拡散性の優れた燃料ガスは、第２辺および第４辺の一部における給排であっても十分均一に供給可能である。この結果、燃料電池を構成する際に、均一な発電と冷却性を両立させることができる。かかる場合において、前記酸化ガス供給マニホールドは、前記セパレータにおいて前記発電部を囲む外周部において、前記第１の辺の全長に亘って形成され、前記酸化ガス供給マニホールドは、前記外周部において、前記第３の辺の全長に亘って形成され、前記冷却媒体供給マニホールドは、前記外周部において前記第２の辺の所定範囲に亘って形成され、前記冷却媒体排出マニホールドは、前記外周部において前記第４の辺の所定範囲に亘って形成され、前記燃料ガス供給マニホールドは、前記外周部において前記第２の辺の所定範囲以外の部分に形成され、前記燃料ガス排出マニホールドは、前記外周部において前記第４の辺の所定範囲以外の部分に形成されても良い。このように、各反応ガスの供給／排出孔、冷却媒体流路の配置に対応した外周部に、対応するマニホールドを配置することで、セパレータをコンパクトにすることができる。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記冷却媒体流路が形成される前記第２の辺の所定範囲および前記第４の辺の所定範囲は、前記第２の辺および第４の辺の全長の５０％以上であっても良い。燃料ガスと酸化ガスの拡散性の違いを考慮して、第２の辺および第４の辺に占める燃料ガス供給孔および燃料ガス排出孔の割合を小さくし、冷却媒体流路を配置する範囲を大きくすることによって、より発電の均一性と冷却性能をバランス良く両立させることができる。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域を挟んで、互いに反対側に配置されても良い。こうすれば、供給される燃料ガスの発電部における均一性が向上する。

本発明の態様に係るセパレータにおいて、燃料電池を構成して発電する際に、前記第１の辺が上方に位置し、前記第２の辺が下方に位置しても良く、前記燃料ガス供給孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より上方に位置し、前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より下方に位置しても良い。こうすれば、酸化ガスと燃料ガスのスムーズな供給および排出が実現される。

以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。

Ａ．実施例
・燃料電池およびセパレータの構成：
図１〜図３を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の概略構成について説明する。図１は、実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図である。図２は、実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図である。図３は、実施例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型膜電極接合体（以下、シール一体型ＭＥＡという。）の平面図である。

燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、モジュール２０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４とを備えている。モジュール２０は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。すなわち、燃料電池１０は、モジュール２０が、複数個積層された層状構造を有している。また、テンションプレート３１がボルト３２によって各エンドプレート３０に結合されることによって、各モジュール２０は、積層方向に所定の圧縮力で締結される。

燃料電池１０には、電池反応に供される反応ガス（燃料ガスと酸化ガス）と、燃料電池１０を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池１０のアノードには、高圧水素を貯蔵した水素タンク２１０から、配管２５０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク２１０の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。配管２５０には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ２２０および調圧バルブ２３０が配置されている。燃料電池１０のアノードから排出された水素は、配管２６０を介して配管２５０に戻され、再び燃料電池１０に循環される。配管２６０上には、循環のための循環ポンプ２４０が配置されている。

燃料電池１０のカソードには、エアポンプ３１０から、配管３５０を介して、酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０のカソードから排出された空気は、配管３６０を介して大気中に放出される。燃料電池１０には、さらに、ラジエータ４２０から、配管４５０を介して、冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。燃料電池１０から排出された冷却媒体は、配管４６０を介して、ラジエータ４２０に送られ、再び燃料電池１０に循環される。配管４６０上には、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。

モジュール２０は、図２に示すように、セパレータ２５とシール一体型ＭＥＡ２１を交互に積層して構成される。

セパレータ２５は、図２に示すように、シール一体型ＭＥＡ２１のカソード極側に対向するカソード対向プレート２２と、アノード極側に対向するアノード対向プレート２３と、カソード対向プレート２２とアノード対向プレート２３とに挟持される中間プレート２４とを備えている。これらの３枚の板は重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。

カソード対向プレート２２は、略四角形の金属製の薄板である。金属製の薄板は、高耐食性材料によって構成されている。例えば、チタン、チタン合金（チタン−パラジウム合金等）、ＳＵＳ（ステンレス）板の表面に腐食防止のためのメッキを施したもの等を用いることができる。カソード対向プレート２２は、図３（ａ）に示すように、膜電極接合体と対向する四角形の領域（以下、発電部ＤＡという。）が平面であり、酸化ガス流路は形成されていない。ここで、略四角形である発電部の図３における上側の辺を第１の辺Ｓ１とし、第１の辺Ｓ１と隣接する左側の辺を第２の辺Ｓ２とする。さらに、第１の辺Ｓ１と向かい合う辺を第３の辺Ｓ３とし、第２の辺Ｓ２と向かい合う辺を第４の辺Ｓ４とする。これらの辺の呼び名は、後述するアノード対向プレート２３における発電部ＤＡおよび中間プレート２４における発電部ＤＡについても同様とする。

カソード対向プレート２２は、複数個の酸化ガス供給孔２２５と、複数個の酸化ガス排出孔２２６とを有している。複数個の酸化ガス供給孔２２５は、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対応する端部に、第１の辺の全長に亘って、並んで配置されている。複数個の酸化ガス排出孔２２６は、発電部ＤＡの酸化ガス供給孔２２５とは反対側の端部、つまり、本実施例では発電部ＤＡの第３の辺Ｓ３に対応する端部に、第３の辺の全長に亘って、並んで配置されている。カソード対向プレート２２は、さらに、発電部ＤＡを囲む外側の領域（以下、外周部という。）において、セパレータ２５を構成する際に各種マニホールドを形成する燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂとを有している。これらの各種マニホールド形成部、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６は、全てカソード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。カソード対向プレート２２は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。カソード対向プレート２２は、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート２２と同じ高耐食性材料を用いることができる。アノード対向プレート２３は、図３（ｂ）に示すように、カソード対向プレート２２同様、発電部ＤＡが平面であり、燃料ガス流路は形成されていない。アノード対向プレート２３は、複数個の燃料ガス供給孔２３７と、複数個の燃料ガス排出孔２３８とを有している。複数個の燃料ガス供給孔２３７は、発電部ＤＡの第２の辺に対応する端部の上側の部分に、並んで配置されている。複数個の燃料ガス排出孔２３８は、発電部ＤＡの燃料ガス供給孔２３７とは反対側の端部、つまり、発電部ＤＡの第４の辺Ｓ４に対応する端部の下側の部分に、並んで配置されている。アノード対向プレート２３は、さらに、カソード対向プレート２２と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２３３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２３３ｂとを有している。これらの各種マニホールド形成部、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、全てアノード対向プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。アノード対向プレート２３は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ高耐食性材料を用いることができる。中間プレート２４は、図３（ｃ）に示すように、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂとを有している。

中間プレート２４には、図３（ｃ）に示すように、３つのプレートを接合したとき（以下、接合時という。）に、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａとカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５とを連通する長孔である酸化ガス供給流路形成部２４５が複数個並んで形成されている。酸化ガス供給流路形成部２４５は、酸化ガス供給孔２２５と１対１で対応するように、酸化ガス供給孔２２５と同数形成されている。そして、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれが互いに平行に、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対して垂直方向に配置されている。また、中間プレート２４には、酸化ガス供給流路形成部２４５と同様な形状を有する長孔として、接合時に、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂとカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６とを連通する酸化ガス排出流路形成部２４６が形成されている。さらに、中間プレート２４には、接合時に燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａとアノード対向プレート２３の燃料ガス供給孔２３７とを連通する燃料ガス供給流路形成部２４７と、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂとアノード対向プレート２３の燃料ガス排出孔２３８とを連通する燃料ガス排出流路形成部２４８とが形成されている。

中間プレート２４は、さらに、中間プレート２４の図３（ｃ）における右側端部近傍から左側端部近傍に至る長孔である冷却媒体流路形成部２４３を有している。冷却媒体流路形成部２４３は、第２の辺Ｓ２および第３の辺Ｓ３の所定範囲（図３（ｃ）における記号Ｒで示される範囲）に亘って、図３における上下方向に複数個並んで形成されている。冷却媒体流路形成部２４３は、接合時に、冷却媒体マニホールドと冷却媒体排出マニホールドとを連通する。

中間プレート２４における上述した各種マニホールド形成部と、各種流路形成部は、全て中間プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。中間プレート２４は、これらの貫通部以外には特に構造を有していない平板である。従って、中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。

シール一体型ＭＥＡ２１は、図３（ｄ）に示すように、膜電極接合体（以下、ＭＥＡともいう。）とＭＥＡの外周縁部に接合されたシール部５０を備えている。ＭＥＡは、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜２１１と、電解質膜２１１の一方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、アノード極、図示せず）、電解質膜２１１の他方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、カソード極、図示せず）、各触媒層のセパレータ対向面に配置された拡散層２１２とを備えている。拡散層２１２は、比較的内部の空孔率が高く、反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）が内部を流動する際の圧力損失が小さいものが用いられる。拡散層２１２は、カソード側の拡散層２１２を金属製（例えば、チタン）多孔体を用い、アノード側の拡散層２１２をカーボン製多孔体を用いて構成されている。拡散層２１２については、さらに後述する。

シール部５０は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料が用いられる。シール部５０は、金型のキャビティにＭＥＡの外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、膜電極接合体２１とシール部５０とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。シール部５０は、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３と同じ位置に、酸化ガス供給マニホールド形成部５０１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部５０１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部５０２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部５０２ｂ、冷却媒体供給マニホールド形成部５０３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部５０３ｂを有している。シール部５０は、図２に示すように、燃料電池１０を構成する際に、一方の面に当接する一のセパレータ２５と他方の面に当接するセパレータ２５との間をシールしている。シール部５０は、図３（ｄ）に示すように、ＭＥＡの外周すなわち燃料電池の発電部ＤＡの外周と、各マニホールドの外周を囲むようにシールしている。図３（ｄ）では、図を見やすくするため、シール部５０のセパレータ２５と当接部を結ぶシール線ＳＬのみを示している。

図４〜図７を参照して、セパレータ２５に形成される各種流路の構成について説明する。図４は、実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図である。図５は、図４におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図６は、図４にＡＡ部を拡大して示す説明図である。図７は、図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図である。また、上述した図２は、図４におけるＡ−Ａ断面に対応している。

まず、図４（ａ）を参照して、平面視における構成を説明する。セパレータ２５には、図４（ａ）においてハッチングで示すように、発電部ＤＡを囲む外周部において、厚さ方向に貫通する各種マニホールドが形成される。すなわち、上述したカソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４にそれぞれに形成された燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａとによって、燃料ガス供給マニホールドが形成される。セパレータ２５には、同様にして、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールドがそれぞれ形成される。ここで、燃料ガス供給マニホールドは、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に並んで配置された酸化ガス供給孔２２５と向かい合うように、発電部ＤＡの外周部において第１の辺の全長に亘って形成される。燃料ガス排出マニホールドは、発電部ＤＡの第３の辺Ｓ３に並んで配置された酸化ガス排出孔２２６と向かい合うように、発電部ＤＡの外周部において第３の辺Ｓ３の全長に亘って形成される。

冷却媒体供給マニホールドは、中間プレート２４に形成される複数個の冷却媒体流路形成部２４３の第２の辺Ｓ２側の端部に対応する領域に形成される。すなわち、発電部ＤＡの外周部において、第２の辺Ｓ２の所定範囲Ｒに亘って形成される。冷却媒体排出マニホールドは、中間プレート２４に形成される複数個の冷却媒体流路形成部２４３の第４の辺Ｓ４側の端部に対応する領域に形成される。すなわち、発電部ＤＡの外周部において、第４の辺Ｓ４の所定範囲Ｒに亘って形成される。

燃料ガス供給マニホールドは、発電部ＤＡの外周部において、冷却媒体供給マニホールドの図４（ａ）における上方に、燃料ガス供給孔２３７と向かい合って形成され、燃料ガス排出マニホールドは、冷却媒体排出マニホールドの下方に、燃料ガス排出孔２３８と向かい合って形成される。また、図４（ａ）に示すように、燃料ガス供給孔２３７と、燃料ガス排出孔２３８は、中間プレート２４において冷却媒体流路形成部２４３が複数個形成されている領域を挟んで、互いに反対側に配置されていることが解る。

さらに、断面の構成も交えて説明していく。セパレータ２５には、図４および図５に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス供給流路形成部２４５と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス供給流路６３が形成される。酸化ガス供給流路６３は、一端が酸化ガス供給マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と連通している。

ここで、図６に示すように、中間プレート２４に形成された各酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれ同一の形状および寸法を有している。本実施例では、各酸化ガス供給流路形成部２４５において、図６に示すように、酸化ガス供給マニホールドと連通する一端から酸化ガス供給孔２２５と連通する他端までの長さＬ１は、それぞれ同じでり、流路巾Ｗ１もまた、それぞれ同じである。さらに、複数個の酸化ガス供給孔２２５もまた、それぞれ、同一の形状および寸法を有している。本実施例では、各酸化ガス供給孔２２５は、同じ径を有する円径の貫通孔となっている。この結果、酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス供給流路６３および酸化ガス供給孔２２５を通り拡散層２１２に至るまでの複数の経路（以下、酸化ガス供給経路という。）における酸化ガスの圧力損失は、各経路ごとに等しくなる。

セパレータ２５には、図４および図５に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス排出流路形成部２４６と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス排出流路６４が形成される。酸化ガス排出流路６４は、一端が酸化ガス排出マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６と連通している。

図示は省略するが、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面およびＣ’−Ｃ’断面は、図５に示すＢ−Ｂ断面と、同様の構造を有している。すなわち、セパレータ２５には、図４（ａ）に示すＣ−Ｃ部において、上述した酸化ガス供給流路６３と同様にして、中間プレート２４に形成された燃料ガス供給流路形成部２４７と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、燃料ガス供給流路６１が形成される。そして、図４（ａ）におけるＣ’−Ｃ’部において、上述した酸化ガス排出内部流路６４と同様にして、中間プレート２４に形成された燃料ガス排出流路形成部２４８と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、燃料ガス排出流路６２が形成される。そして、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５と同様に、各燃料ガス供給流路形成部２４７および各燃料ガス供給孔２３７は、燃料ガスの圧力損失がそれぞれの燃料ガス供給経路で等しくなるように、それぞれが同一の形状および寸法を有している。

セパレータ２５には、図４および図７に示すように、中間プレート２４に形成された冷却媒体流路形成部２４３と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、冷却媒体流路６５が形成される。冷却媒体流路６５は、一端が冷却媒体供給マニホールドと連通し、他端が冷却媒体排出マニホールドと連通している。

また、図４（ａ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールドは、それぞれ、図４（ａ）においてシール線ＳＬで示すシール部５０とセパレータ２５との当接部のうち燃料電池の発電部ＤＡの外周を囲む当接部（以下、発電部外周シール部という。）の外側に位置している。一方で、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、それぞれ、発電部ＤＡの端部、すなわち、上述した発電部外周シール部の内側に位置している。この結果上述した燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４は、それぞれ、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルするように形成されている。また、冷却媒体流路６５も、発電部外周シール部の外側にそれぞれ位置する冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドと連通しているため、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルしている。

図４（ｂ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図４（ａ）におけるｓｌ１−ｓｌ１断面）を示している。図４（ｂ）に示すように、発電部外周シール部上における断面は、酸化ガス供給流路６３が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Ｓが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形を抑制している。なお、図４（ａ）におけるｓｌ３−ｓｌ３断面も同様の構成となっている。

図４（ｃ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図４（ａ）におけるｓｌ２−ｓｌ２断面）を示している。本断面においても、冷却媒体流路６５および燃料ガス排出流路６２が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Ｓが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形を抑制している。なお、図４（ａ）におけるｓｌ４−ｓｌ４断面も同様の構成となっている。

・燃料電池の動作：
同じく、図４〜図７を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の動作について説明する。

セパレータ２５は、燃料電池１０を構成する際、上述した発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１が上方に位置し第３の辺Ｓ３が下方に位置するように組み付けられる。これによって、燃料電池１０の動作時（発電時）において、酸化ガス供給孔２２５が上方、酸化ガス排出孔２２６が下方になり、燃料ガス供給孔２３７も、燃料ガス排出孔２３８より上方に位置することになる。この結果、酸化ガス、燃料ガスともに、発電部ＤＡを流動する際、重力方向にスムーズに流動できる。以下、本実施例に係る燃料電池１０における酸化ガス、燃料ガス、さらには、冷却媒体の流動について説明する。

燃料電池１０に供給された酸化ガスは、図５において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路６３−酸化ガス供給孔２２５という経路（上述した酸化ガス供給経路）を通って、カソード側の拡散層２１２に供給される。拡散層２１２に供給された酸化ガスは、カソード極において電気化学反応に供される。その後、酸化ガスは、図５において矢印で示すように、酸化ガス排出孔２２６−酸化ガス排出流路６４−酸化ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。

本実施例では、図６を参照して説明したように、各酸化ガス供給経路の圧力損失が等しくなるように、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法を同一にしているので、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量が酸化ガス供給経路ごとに等しくなる。

図示は省略するが、酸化ガスと同様にして、燃料電池１０に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路６１−燃料ガス供給孔２３７という経路（上述した燃料ガス供給経路）を通って、アノード側の拡散層２１２に供給される。拡散層２１２に供給された燃料ガスは、発電部ＤＡ全体に亘って拡散し、アノード極において電気化学反応に供される。その後、燃料ガスは、酸化ガスと同様にして、燃料ガス排出孔２３８−燃料ガス排出流路６２−燃料ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。

燃料電池１０に供給された冷却媒体は、図７において矢印で示すように、冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体流路６５−冷却媒体排出マニホールドを通って、外部に排出される。冷却媒体は、主として冷却媒体流路６５内を流動中に燃料電池１０の熱エネルギーを吸収して燃料電池１０を冷却する。

以上説明した本実施例に係るセパレータ２５を構成するカソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４は、全て容易で生産性の高い加工法（本実施例では、打ち抜き加工）のみを用いて加工することができ、ハーフエッチング加工等の生産性の悪い工程を必要としない。そして、セパレータ２５は、３つの平板を接合するのみで容易に製造できる。従って、燃料電池１０の加工工程数を減少させ、生産性を向上することができる。

さらに、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４をプレス等によって成形（曲げ、絞り等）しないので成形による材料の耐食性低下（例えば、表面の耐食メッキの剥離等）が生じない。この結果、アノード対向プレート２３およびカソード対向プレート２２の耐食性が向上する。さらに、カソード対向プレート２２やアノード対向プレート２３、中間プレート２４は、貫通部を有するのみである。従って、これらに用いられる材料は、高い加工性、成型性を要求されない。また、中間プレート２４に剛性があれば、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３は、比較的剛性が低くても良い。このため、本実施例に係るセパレータ２５は、材料選択の幅が広く、例えば、セパレータの加工の容易性を損なうことなく、耐食性に優れた金属を採用可能である。すなわち、ハーフエッチング加工は、腐食を利用した加工であるため、材料の耐食性が高いほど加工時間の増加を招き、プレス成形は、成型性の低い（例えば、伸び率が低い）材料には適用できない場合があるが、本実施例に係るセパレータ２５は、かかる問題はない。また、導電性フィルムやカーボン薄板を用いて、さらに軽量化、厚さ低減を図ることもできる。

また、従来のセパレータにおいて、ハーフエッチング加工によってカソード対向プレート２２の発電部ＤＡ全体に形成されている酸化ガス流路が、本実施例では形成されておらず拡散層２１２が酸化ガス流路としての役割を果たしている。かかる場合、酸化ガスの均一な供給を実現することが課題となる。すなわち、従来のセパレータでは、ハーフエッチング加工により形成された酸化ガス流路内を酸化ガスが流れるため、酸化ガス流路を発電部ＤＡの全体に亘って形成することによって、酸化ガスを発電部ＤＡの全体に供給していた。しかしながら、本実施例において、従来の酸化ガス流路の役割を果たす拡散層２１２において多孔体である拡散層２１２に形成されている微細孔の大きさや分布を制御して酸化ガスを均等に分配することは困難である。

本実施例では、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１の全長に亘り酸化ガス供給孔２２５および酸化ガス供給マニホールドを配置している。そして、第３の辺Ｓ３の全長に亘り、すなわち、酸化ガス供給孔２２５および酸化ガス供給マニホールドの形成部分と発電部ＤＡを挟んで反対側に、酸化ガス排出孔２２６および酸化ガス排出マニホールドを配置している。この結果、酸化ガス供給孔２２５から酸化ガス排出孔２２６に至る酸化ガスの流れが発電部ＤＡ全体を覆う。したがって、ハーフエッチング加工等により形成された酸化ガス流路が無くても、発電部ＤＡの全体に酸化ガスを供給することができる。

さらに、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給孔２２５とを連通する複数の酸化ガス供給流路６３が、それぞれ、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対して垂直方向に形成されている。言い換えれば、複数個の酸化ガス供給孔２２５から発電部ＤＡに向かって、酸化ガス供給流路６３の形成方向と平行に伸びる直線群が、発電部ＤＡ全体を覆うように酸化ガス供給流路６３が形成されている。この結果、酸化ガスは、拡散層２１２に供給される際に、第１の辺Ｓ１側から第３の辺Ｓ３側方向へと発電部ＤＡ全体に流れるように方向付けされる。この結果、さらに発電部ＤＡに対する酸化ガスの供給の均一性がさらに高まる。

さらに、本実施例では、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５の形状および大きさを同一にして、複数の酸化ガス供給経路における圧力損失を同一にし、複数の酸化ガス供給孔２２５から供給される酸化ガスの流量を酸化ガス供給孔２２５ごとに等しくしている。この結果、さらに発電部ＤＡに対する酸化ガスの供給の均一性がさらに高まる。

また、発電部ＤＡの第２の辺Ｓ２の所定範囲Ｒから第４の辺Ｓ４の所定範囲Ｒに亘って、冷却媒体流路６５が形成されており、所定範囲Ｒは、前記第２の辺Ｓ２および第４の辺Ｓ４の全長の５０％以上である。こうすることで、燃料電池１０の冷却性能を担保することができる。燃料ガス供給孔２３７は、発電部ＤＡの第２の辺の所定範囲Ｒ以外の部分に配置されるため、冷却媒体流路６５が形成される所定範囲Ｒを長くすれば、冷却性能は向上するが、燃料ガスの供給性は悪化する。このため、所定範囲Ｒの長さは、冷却性能と燃料ガスの供給性とのバランスにより決定される。経験的に、所定範囲Ｒは、好ましくは第２の辺Ｓ２および第４の辺Ｓ４の全長の５０％以上に設定され、さらに好ましくは７０％以上に設定される。燃料ガスである水素は、酸化ガスである空気中における酸素と比較して拡散速度が速い（拡散速度は、拡散係数および濃度勾配に主として依存する。水素は拡散係数が酸素の約４倍である。また、燃料ガスは、純水素（水素濃度約１００％）を用いるのに対し、酸化ガスは空気（酸素濃度約２０％）を用いる。このため、酸化ガス中の酸素の拡散速度は、燃料ガス中の水素と比較してかなり低いことがわかる。）。このため、発電部ＤＡの一辺の一部に燃料ガス供給孔２３７を形成すれば、十分に電池反応に必要な水素が供給可能であるからである。言い換えれば、燃料電池の電気化学反応は、酸素分子の拡散速度が遅いため、一般的に、カソード極の３相界面における反応（２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ）に律速される。したがって、燃料ガスの供給性よりも酸化ガスの供給性および冷却性能を重視した流路配置とすることが、より電池性能の向上に繋がるからである。

また、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部をトンネルする燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４によって、反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）の供給、排出を行うので、シール材との当接部が平面となりセパレータ−セパレータ間のシール性が優れている。

さらに、図４（ｂ）（ｃ）を参照して説明したように、発電部外周シール部上における断面において、空間部と緻密部とが交互に配置されるように、燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４、冷却媒体流路６５がシール方向に並んで複数個配置されている。この結果、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３のシール圧による変形が抑制される。従って、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形による、これら流路６１〜６５の閉塞およびシール性の悪化を抑制することができる。なお、上述した変形の抑制は、カソード対向プレート２２やアノード対向プレート２３の薄板化を可能とする。

また、セパレータ２５のＭＥＡとの対向する領域（カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の発電部ＤＡ）は平面であるので、ＭＥＡ−セパレータ２５間の接触性が良い。すなわち、ＭＥＡの全面に亘りセパレータ２５と接触しているので面内において接触圧を均一化できる。さらには、形状を成形しないため、セパレータ２５ごとの製造ばらつきを抑えることができ、燃料電池１０に含まれる各ＭＥＡ−セパレータ接触面間の接触圧のばらつきを抑制できる。この結果、ＭＥＡ−セパレータ２５間の接触抵抗が低減され電池性能が向上する。

さらに、必要な積層方向の圧縮圧を下げることが可能になり、燃料電池１０の構成部品（ＭＥＡやセパレータ）に対する圧縮圧によるダメージが低減される。したがって、燃料電池１０の耐久性が向上する。

さらに、セパレータ２５は、３枚の平板（カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４）を接合しているので、各平板間の接合性が良い。この結果、セパレータ２５内の接触抵抗が低減され電池性能が向上する。本実施例では、３つの板は、ホットプレスにより接合しているが、これ以外にも、拡散接合、ロウ付け、溶接等、種々の接合方法が用いうる。特に、本実施例は、３つの板が全て平板であるので、接合が容易であり接合方法の選択の幅が広がっている。

さらに、本実施例に係る燃料電池１０は、ＭＥＡとシール部５０が一体化されたシール一体型ＭＥＡ２１を用いているので、モジュール２０は、セパレータ２５とシール一体型ＭＥＡ２１とが交互に積層された簡易な構造となる。したがって、燃料電池の生産性が向上する。

Ｂ．変形例：
図８、および、図９を参照して、変形例に係るセパレータについて説明する。図８は、変形例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図である。図９は、変形例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図である。

図８および図９に示すように、変形例に係るセパレータ２５は、上述した実施例に係るセパレータ２５と同じ機能を備える構成要素を備えているが、各構成要素の平面視における配置が異なる。図８および図９では、同じ機能を備える構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。以下の説明では、実施例に係るセパレータ２５と異なる部分についてのみ説明する。

変形例に係るカソード対向プレート２２において、複数個の酸化ガス供給孔２２５は、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対応する端部において、第１の辺Ｓ１の約半分の長さを占める部分（図８（ａ）における右側約半分占める部分）に亘って配置されている。また、変形例に係るカソード対向プレート２２において、複数個の複数個の酸化ガス排出孔２２６は、発電部ＤＡの第３の辺Ｓ３に対応する端部において、第３の辺Ｓ３の約半分の長さを占める部分（図８（ｂ）における左側約半分占める部分）に亘って配置されている。

変形例に係るアノード対向プレート２３において、複数個の燃料ガス供給孔２３７は、発電部ＤＡの第１の辺Ｓ１に対応する端部において、第１の辺Ｓ１の約半分の長さを占める部分であって、接合時において上述した酸化ガス供給孔２２５と重ならない部分（図８（ｂ）における左側約半分占める部分）に亘って配置されている。また、変形例に係るアノード対向プレート２３において、複数個の燃料ガス排出孔２３８は、発電部ＤＡの第３の辺Ｓ３に対応する端部において、第３の辺Ｓ３の約半分の長さを占める部分であって、接合時において上述した酸化ガス排出孔２２６と重ならない部分（図８における右側約半分占める部分）に亘って配置されている。

変形例に係る中間プレート２４において、冷却媒体流路形成部２４３は、第２の辺Ｓ２および第４の辺Ｓ４のほぼ全長（ただし、上述の酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８と重ならないように、第２の辺Ｓ２および第４の辺Ｓ２の両端部は除く）に亘って、複数個配置されている。

さらに、変形例に係るセパレータ２５において、各種マニホールドは、図８および図９に示すように、上述した酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８、冷却媒体流路形成部２４３の配置に対応して、発電部ＤＡの外周部にそれぞれ配置されている。そして、変形例に係る中間プレート２４において、上述の反応ガスの供給／排出マニホールドと供給／排出孔とを連通する各種流路形成部（酸化ガス供給流路形成部２４５、酸化ガス排出流路形成部２４６、燃料ガス供給流路形成部２４７、燃料ガス排出流路形成部２４８）が、供給／排出孔ごとに配置されている。

以上のように構成された変形例に係るセパレータ２５は、実施例に係るセパレータ２５と異なり、燃料ガス（水素）と酸化ガス（空気中の酸素）との拡散性の違いを考慮した流路配置とはなっていないが、実施例に係るセパレータ２５と同様に、３枚の平板を打ち抜き加工して接合するだけで、容易に作製することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。

実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図。 実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図。 実施例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図。 実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図。 図４におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図。 図４にＡＡ部を拡大して示す説明図。 図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図。 変形例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図。 変形例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図。

符号の説明

１０…燃料電池
２０…モジュール
２１…シール一体型ＭＥＡ
２１１…電解質膜
２１２…拡散層
２２…カソード対向プレート
２２１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２２１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２２２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２２２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２２３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２２３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５…酸化ガス供給孔
２２６…酸化ガス排出孔
２３…アノード対向プレート
２３１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２３１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２３２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２３２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２３３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２３３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２３７…燃料ガス供給孔
２３８…燃料ガス排出孔
２４…中間プレート
２４１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２４１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２４２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２４２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２４３…冷却媒体流路形成部
２５…セパレータ
３０…エンドプレート
３１…テンションプレート
３２…ボルト
３３…インシュレータ
３４…ターミナル
５０…シール部
５０１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
５０１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
５０２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
５０２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
５０３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
５０３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
６１…燃料ガス供給流路
６２…燃料ガス排出流路
６３…酸化ガス供給流路
６４…酸化ガス排出流路
６５…冷却媒体流路
２１０…水素タンク
２２０…シャットバルブ
２３０…調圧バルブ
２４０、４１０…循環ポンプ
２５０、２６０、３５０、３６０、４５０、４６０…配管
３１０…エアポンプ
４２０…ラジエータ
ＳＬ…シール線
ＤＡ…発電部

Claims (11)

1. 膜電極接合体のカソード側との対向面を有するカソード対向プレートと、膜電極接合体のアノード側との対向面を有するアノード対向プレートと、前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池用のセパレータであって、
   前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給マニホールドと燃料ガス供給マニホールドと燃料ガス排出マニホールドとを備え、
   前記カソード対向プレートは、さらに、
   前記膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、
   前記発電部の端部を厚さ方向に貫通する酸化ガス供給孔と、
   前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する 酸化ガス排出孔とを備え、
   前記アノード対向プレートは、さらに、
   前記膜電極接合体と対向する領域である発電部が平面であり、
   前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならない端 部を厚さ方向に貫通する燃料ガス供給孔と、
   前記発電部の端部であって前記酸化ガス供給孔と前記酸化ガス排出孔と重ならないと 共に前記燃料ガス供給孔と反対側の端部を厚さ方向に貫通する燃料ガス排出孔とを備 え、
   前記中間プレートは、さらに、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス供給マニホールドと前記カソード対向プレ ートの前記酸化ガス供給孔とを連通する酸化ガス供給流路を形成する酸化ガス供給流 路形成部と、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記酸化ガス排出マニホールドと前記カソード対向プレ ートの前記酸化ガス排出孔とを連通する酸化ガス排出流路を形成する酸化ガス排出流 路形成部と、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス供給マニホールドと前記アノード対向プレ ートの前記燃料ガス供給孔とを連通する燃料ガス供給流路を形成する燃料ガス供給流 路形成部と、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記燃料ガス排出マニホールドと前記アノード対向プレ ートの前記燃料ガス排出孔とを連通する燃料ガス排出流路を形成する燃料ガス排出流 路形成部とを備えるセパレータ。
2. 請求項１に記載のセパレータは、さらに、
   前記カソード対向プレートと前記アノード対向プレートと前記中間プレートとを厚さ方向に貫通する複数の貫通部によってそれぞれ形成される、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドとを備え、
   前記中間プレートは、さらに、
   厚さ方向に貫通すると共に、前記冷却媒体供給マニホールドと前記冷却媒体排出マニ ホールドとを連通する冷却媒体流路を形成する冷却媒体流路形成部とを備えるセパレ ータ。
3. 請求項２に記載のセパレータにおいて、
   前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートおよび前記中間プレートは、打ち抜き加工のみによって作製されるセパレータ。
4. 請求項３に記載のセパレータにおいて、
   前記カソード対向プレートおよび前記アノード対向プレートは、高耐食性材料よって構成されるセパレータ。
5. 請求項３または請求項４に記載のセパレータにおいて、
   前記中間プレートは、高耐食性材料によって構成されるセパレータ。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載のセパレータにおいて、
   前記発電部は、第１の辺と前記第１の辺に隣接する第２の辺と前記第１の辺と向かい合う第３の辺と前記第２の辺と向かい合う第４の辺を有する略四角形であり、
   前記酸化ガス供給孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第１の辺に対応する端部に、前記第１の辺の全長に亘って配置され、
   前記酸化ガス排出孔は、前記カソード対向プレートにおいて前記発電部の第３の辺に対応する端部に、前記第３の辺の全長に亘って配置され、
   前記冷却媒体流路は、前記中間プレートにおいて前記発電部の第２の辺の所定範囲から前記第４の辺の所定範囲に亘って配置され、
   前記燃料ガス供給孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第２の辺に対応する端部であって前記第２の辺の所定範囲以外の部分に配置され、
   前記燃料ガス排出孔は、前記アノード対向プレートにおいて前記発電部の第４の辺に対応する端部であって前記第４の辺の所定範囲以外の部分に配置されるセパレータ。
7. 請求項６に記載のセパレータにおいて、
   前記酸化ガス供給マニホールドは、前記セパレータにおいて前記発電部を囲む外周部において、前記第１の辺の全長に亘って形成され、
   前記酸化ガス供給マニホールドは、前記外周部において、前記第３の辺の全長に亘って形成され、
   前記冷却媒体供給マニホールドは、前記外周部において前記第２の辺の所定範囲に亘って形成され、
   前記冷却媒体排出マニホールドは、前記外周部において前記第４の辺の所定範囲に亘って形成され、
   前記燃料ガス供給マニホールドは、前記外周部において前記第２の辺の所定範囲以外の部分に形成され、
   前記燃料ガス排出マニホールドは、前記外周部において前記第４の辺の所定範囲以外の部分に形成されるセパレータ。
8. 請求項６または請求項７に記載のセパレータにおいて、
   前記冷却媒体流路が形成される前記第２の辺の所定範囲および前記第４の辺の所定範囲は、前記第２の辺および第４の辺の全長の５０％以上であるセパレータ。
9. 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のセパレータにおいて、
   前記燃料ガス供給孔と前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域を挟んで、互いに反対側に配置されるセパレータ。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のセパレータにおいて、
    燃料電池を構成して発電する際に、
    前記第１の辺が上方に位置し、前記第３の辺が下方に位置するセパレータ。
11. 請求項９ないし請求項１０のいずれかに記載のセパレータにおいて、
    燃料電池を構成して発電する際に、
    前記燃料ガス供給孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より上方に位置し、
    前記燃料ガス排出孔は、前記冷却媒体流路が配置される領域より下方に位置するセパレータ。

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