JP2008004300A - Press separator for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the partial decrease in conductivity between the surface of a press separator in a power generation region and other members and equalize the conductivity. <P>SOLUTION: When a plurality of fluid channels 35 containing parts having different curvatures from each other are arranged in parallel, in at least one surface of the press separator 20, the width in at least any one fluid channel 35 is made wider in a part having a larger curvature out of the parts having different curvatures. The parts where the curvatures of the fluid channel 35 are different include a straight channel 35s in a straight part S and a curved channel 35t in a turn part T of the fluid channel 35, for example. Preferably, the one surface is the surface on a membrane-electrode assembly side. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用プレスセパレータに関する。さらに詳述すると、本発明は、プレスセパレータの構造ないしは形状の改良、さらにはこのプレスセパレータの成形用金型や製造方法等に関する。   The present invention relates to a fuel cell press separator. More specifically, the present invention relates to an improvement in the structure or shape of the press separator, and further relates to a molding die for the press separator, a manufacturing method, and the like.

一般に、燃料電池(例えば固体高分子形燃料電池)は、膜−電極アッセンブリ(MEA;Membrane Electrode Assembly)を例えば一対のセパレータで挟持してセルを構成し、このようなセルを複数積層した構造となっている。   In general, a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell) has a structure in which a cell is formed by sandwiching a membrane-electrode assembly (MEA) with, for example, a pair of separators, and a plurality of such cells are stacked. It has become.

このような燃料電池の小型化を図りうるセパレータとして、カーボン系よりも高強度であり薄くすることが可能な金属(例えばステンレス鋼)製のセパレータ(メタルセパレータ)が多く利用されている。メタルセパレータによれば、セパレータ自身が有するばね性(撓み性)を利用することによって部品点数を少なくすることが可能である。この場合、メタルセパレータの表裏各面における溝状の流体流路は、一般にはプレス成形によって形成されていることが多く、これによればセパレータの表面と裏面とに一体的な流体流路を形成することができる。   As a separator capable of reducing the size of such a fuel cell, a separator (metal separator) made of a metal (for example, stainless steel) that is stronger and thinner than a carbon-based material is often used. According to the metal separator, the number of parts can be reduced by utilizing the spring property (flexibility) of the separator itself. In this case, the groove-like fluid flow paths on the front and back surfaces of the metal separator are generally formed by press molding, and according to this, an integral fluid flow path is formed on the front and back surfaces of the separator. can do.

従来、このような燃料電池用のプレスセパレータとして、流路が途中で蛇行するように曲がったいわゆるサーペンタイン流路をもつもの(いわゆるサーペンタイン型のプレスセパレータ)も利用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−242994号公報
Conventionally, as a press separator for such a fuel cell, a so-called serpentine-type press separator having a so-called serpentine flow path bent so as to meander in the middle (so-called serpentine-type press separator) is also used (for example, Patent Document 1). reference).
JP 2003-242994 A

しかしながら、プレスセパレータにおいては、サーペンタイン流路のうち曲がった部分(ターン部)の曲率がそれ以外の部分(例えばストレート部)よりも大きくなっているために、このようなターン部において当該セパレータと膜−電極アッセンブリ(MEA)との接触面積が減少してしまっていることがある。このような場合、発電領域内における導電性が劣る場合があるという点で問題である。   However, in the press separator, the curvature of the bent part (turn part) of the serpentine flow path is larger than that of the other part (for example, the straight part). -The contact area with the electrode assembly (MEA) may be reduced. In such a case, there is a problem in that the conductivity in the power generation region may be inferior.

そこで、本発明は、発電領域内におけるプレスセパレータ表面と他部材との間における導電性が部分的に劣るのを抑制して当該導電性を均質化できるようにした燃料電池用プレスセパレータを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a fuel cell press separator capable of suppressing the partial inferior conductivity between the surface of the press separator in the power generation region and other members and homogenizing the conductivity. For the purpose.

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。発電領域内における導電性を確保するという観点からすれば、セパレータとMEAとの接触面積が十分に確保されていることが好ましい。ところが、実際には流体流路のターン部において接触面積が減少してしまい、これに起因して導電性が劣ってしまうということがある。この点について検討した本発明者は、上述したストレート部とターン部についてそれぞれ同じ流路ピッチ(同じ繰り返し幅)となるようにプレス成形しても、MEA−当該セパレータ間の接触面積が同様とならないことに着目した。この理由としては、プレス成形時、特にターン部において、流路断面の凸部の肩部分(両角)がだれてしまう(成形時、肩部分が引っ張られるようにして角のRが大きくなり、角の曲がり具合、あるいは傾斜部分の傾斜が緩やかになってしまう)ことから、例えば図6中に想像線で示すような断面形状を意図しても、実際には実線で示すようなセパレータとなってしまうことが挙げられる(図6参照)。この場合、肩部分(両角)の間に形成される平坦部の幅が狭くなってしまうことから、特にターン部においてその分だけMEA−当該セパレータ間の接触面積が減少してしまう。以上の点につきさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く知見を得るに至った。   In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. From the viewpoint of ensuring conductivity in the power generation region, it is preferable that the contact area between the separator and the MEA is sufficiently ensured. However, in actuality, the contact area is reduced at the turn portion of the fluid flow path, which may result in poor conductivity. The inventor who examined this point does not have the same contact area between the MEA and the separator even if the straight part and the turn part described above are press-molded so as to have the same flow path pitch (same repetition width). Focused on that. This is because the shoulder portion (both corners) of the convex portion of the cross section of the flow path is bent at the time of press molding, particularly at the turn portion (at the time of molding, the corner R is increased so that the shoulder portion is pulled, For example, even if the cross-sectional shape shown by the imaginary line in FIG. 6 is intended, the separator is actually shown by the solid line. (See FIG. 6). In this case, since the width of the flat portion formed between the shoulder portions (both corners) is narrowed, the contact area between the MEA and the separator is reduced by that much, particularly in the turn portion. The present inventor, who has further studied the above points, has obtained knowledge that leads to the solution of such problems.

本発明はかかる知見に基づくものであり、曲率が互いに異なる部分を含む流体流路が平行して複数本配置されているプレスセパレータであって、当該プレスセパレータの少なくとも一方の面において、少なくともいずれかの前記流体流路における流路幅が、前記曲率が互いに異なる部分のうち曲率の大きい部分の方で広くなっていることを特徴とするものである。   The present invention is based on such findings, and is a press separator in which a plurality of fluid flow paths including portions having different curvatures are arranged in parallel, and at least one of the surfaces of the press separator is at least one of the press separators. The width of the fluid channel is wider in the portion with the larger curvature among the portions with different curvatures.

曲率の大きい部分の方で幅広とされた流体流路は、プレス成形時に凸部の肩部分(両角)がだれてその平坦部が幅狭になったとしても、曲率の小さい部分に形成された流体流路と同等またはそれ以上の幅の平坦部を確保することが可能である。これによれば、プレス成形時にだれて断面形状が変形しやすいターン部においてもストレート部と同等またはそれ以上の接触面積を実現し、MEA−セパレータ間における導電性が部分的に劣るのを抑制して均質化することが可能となる。   The fluid flow path, which is wider at the part with the larger curvature, was formed at the part with the smaller curvature even if the shoulder part (both corners) of the convex part slipped and the flat part became narrower during press molding. It is possible to ensure a flat portion having a width equal to or greater than that of the fluid flow path. According to this, even in a turn part that is prone to deform in cross-section during press molding, a contact area equivalent to or larger than that of the straight part is realized, and the conductivity between the MEA and the separator is prevented from being partially inferior. Can be homogenized.

このような燃料電池用プレスセパレータにおいて、前記一方の面は、膜−電極アッセンブリ側の面であることが好ましい。少なくとも膜−電極アッセンブリ側の面においてターン部の流体流路を幅広としておけば、MEA−セパレータ間の接触面積が当該ターン部において減少するのを抑制することができる。   In such a fuel cell press separator, the one surface is preferably a surface on the membrane-electrode assembly side. If the fluid flow path of the turn part is widened at least on the surface on the membrane-electrode assembly side, the contact area between the MEA and the separator can be suppressed from decreasing in the turn part.

また、燃料電池用プレスセパレータの前記流体流路は、当該セパレータの面内で蛇行するように形成されたサーペンタイン型の流路となっている。本発明によれば、このようなサーペンタイン型の流路を有する燃料電池用プレスセパレータにおいて、MEA−セパレータ間における導電性が部分的に劣るのを抑制することができる。   The fluid flow path of the fuel cell press separator is a serpentine-type flow path formed so as to meander in the plane of the separator. According to the present invention, in a fuel cell press separator having such a serpentine-type flow path, it is possible to suppress partial inferior conductivity between the MEA and the separator.

さらに、本発明の燃料電池用プレスセパレータにおいて、前記流体流路の曲率が互いに異なる部分は、当該流体流路のストレート部における直線路とターン部における曲線路である。   Furthermore, in the fuel cell press separator of the present invention, the portions where the curvatures of the fluid flow paths are different from each other are a straight path in the straight portion and a curved path in the turn portion of the fluid flow path.

また、前記流体流路は、前記直線路における配置間隔よりも前記曲線路における配置間隔が広いものであることが好ましい。曲線路における配置間隔(隣り合う流路の配置のピッチ)を広く設定しておくことにより、MEA−セパレータ間の接触面積がターン部において減少するのを抑制することが可能となる。   Moreover, it is preferable that the said fluid flow path is a thing with the arrangement | positioning space | interval in the said curved path wider than the arrangement | positioning space | interval in the said linear path. It is possible to suppress a decrease in the contact area between the MEA and the separator in the turn portion by setting a wide arrangement interval (a pitch of arrangement of adjacent flow paths) in the curved path.

また、本発明にかかる燃料電池用プレスセパレータでは、前記流体流路のそれぞれにおいて、前記直線路と前記曲線路とが前記ターン部にて連通しているものとなっている。この場合、流体流路を構成する溝がストレート部からターン部まで連続するように繋がった構造となる。   In the fuel cell press separator according to the present invention, in each of the fluid flow paths, the straight path and the curved path communicate with each other at the turn portion. In this case, the grooves constituting the fluid flow path are connected so as to continue from the straight portion to the turn portion.

また、燃料電池用プレスセパレータにおける前記複数の流体流路は、前記ストレート部における合計流路幅よりも前記ターン部における合計流路幅が広いものであることが好ましい。ターン部における合計流路幅を広くすれば、ターン部における各流体流路の幅をその分だけ幅広とすることが可能となるから、MEA−セパレータ間の接触面積がターン部において減少するのを抑制しやすい。   In addition, it is preferable that the plurality of fluid flow paths in the fuel cell press separator have a total flow path width in the turn portion wider than a total flow path width in the straight portion. If the total flow path width in the turn part is widened, the width of each fluid flow path in the turn part can be increased accordingly, so that the contact area between the MEA and the separator is reduced in the turn part. Easy to suppress.

さらに、前記流体流路は、隣接する流路の配置間隔が、前記ストレート部におけるよりも前記ターン部において広くなっていることが好ましい。ターン部における流路配置間隔が広くなっていれば当該ターン部における各流体流路の幅をその分だけ幅広とすることが可能となるから、MEA−セパレータ間の接触面積がターン部において減少するのを抑制しやすくなる。   Furthermore, in the fluid flow channel, it is preferable that an arrangement interval between adjacent flow channels is wider in the turn portion than in the straight portion. If the flow path arrangement interval in the turn part is wide, the width of each fluid flow path in the turn part can be increased by that much, so the contact area between the MEA and the separator is reduced in the turn part. It becomes easy to suppress.

また、本発明にかかる成形用金型は、上述した燃料電池用プレスセパレータをプレス成形するための型を有するというものである。   The molding die according to the present invention has a mold for press-molding the above-described fuel cell press separator.

さらに、この成形用金型を用いる燃料電池用プレスセパレータの製造方法も好ましい。   Furthermore, a method for producing a fuel cell press separator using this molding die is also preferred.

また、本発明にかかる燃料電池は上述した燃料電池用プレスセパレータのいずれかを含むというものである。   The fuel cell according to the present invention includes any of the fuel cell press separators described above.

本発明によれば、発電領域内におけるプレスセパレータ表面と他部材との間における導電性が部分的に劣るのを抑制し、これらの間における導電性を均質化することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress that the electrical conductivity between the press separator surface and other members in a power generation area | region is partially inferior, and to make the electrical conductivity between these uniform.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図1〜図5に本発明にかかる燃料電池用プレスセパレータの実施形態を示す。このプレスセパレータ20は、曲率が互いに異なる部分を含む流体流路(例えば酸化ガスのガス流路34、あるいは水素ガスのガス流路35)が平行して複数本配置されている構造のセパレータである。また、本実施形態のプレスセパレータ20は、その少なくとも一方の面において、少なくともいずれかの流体流路における流路幅が、曲率が互いに異なる部分のうち曲率の大きい部分の方で広くなっているというものである。   1 to 5 show an embodiment of a press separator for a fuel cell according to the present invention. This press separator 20 is a separator having a structure in which a plurality of fluid passages (for example, an oxidizing gas passage 34 or a hydrogen gas passage 35) including portions having different curvatures are arranged in parallel. . Further, in the press separator 20 of the present embodiment, on at least one surface, the flow path width in at least one of the fluid flow paths is wider in a portion having a larger curvature among portions having different curvatures. Is.

以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池1を構成するセル(発電セル)2および複数のセル2が積層されてなる燃料電池スタックの概略構成について説明し、その後、当該セル2を構成するプレスセパレータ(以下、単にセパレータともいう)20の構造について詳細に説明する。なお、図1においてはプレスセパレータ20に形成されているガス流路35や冷却水流路36の詳しい形状について図示を省略し、図3においてガス流路34(35)の一例を図示することとする。   In the embodiment described below, first, a schematic configuration of a fuel cell stack in which a cell (power generation cell) 2 and a plurality of cells 2 constituting the fuel cell 1 are stacked will be described, and then the cell 2 is configured. The structure of the press separator (hereinafter also simply referred to as a separator) 20 will be described in detail. 1, detailed illustrations of the gas flow path 35 and the cooling water flow path 36 formed in the press separator 20 are omitted, and an example of the gas flow path 34 (35) is illustrated in FIG. .

図1に本実施形態における燃料電池1のセル2の概略構成を示す。図示するように構成されるセル2は、順次積層されてセル積層体3を構成している(図2参照)。また、このセル積層体3等で構成される燃料電池スタックは、例えばスタック両端を一対のエンドプレート8で挟まれ、さらにこれらエンドプレート8どうしを繋ぐようにテンションプレート9からなる拘束部材が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている(図2参照)。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a cell 2 of a fuel cell 1 in the present embodiment. The cells 2 configured as shown in the figure are sequentially stacked to form a cell stack 3 (see FIG. 2). Further, in the fuel cell stack composed of the cell stack 3 or the like, for example, both ends of the stack are sandwiched between a pair of end plates 8, and a restraining member including a tension plate 9 is arranged so as to connect the end plates 8 to each other. In this state, a load in the stacking direction is applied and fastened (see FIG. 2).

なお、このような燃料電池スタック等で構成される燃料電池1は、例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムとしても用いることが可能である。   The fuel cell 1 including such a fuel cell stack can be used as, for example, an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle), but is not limited thereto. It can be used as a power generation system mounted on various mobile bodies (for example, ships, airplanes, etc.), self-propelled devices such as robots, and also as a stationary power generation system.

セル2は、電解質、具体例として膜−電極アッセンブリ(以下MEA;Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ)30、該MEA30を挟持する一対のセパレータ20(図1においてはそれぞれ符号20a,20bを付して示している)等で構成されている(図1参照)。MEA30および各セパレータ20a,20bはおよそ矩形の板状に形成されている。また、MEA30はその外形が各セパレータ20a,20bの外形よりも小さくなるように形成されている。   The cell 2 includes an electrolyte, specifically, a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 30 and a pair of separators 20 sandwiching the MEA 30 (in FIG. 1, reference numerals 20a and 20b are attached respectively). Etc.) (see FIG. 1). The MEA 30 and the separators 20a and 20b are formed in a substantially rectangular plate shape. Further, the MEA 30 is formed so that its outer shape is smaller than the outer shape of each separator 20a, 20b.

MEA30は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)31と、電解質膜31を両面から挟んだ一対の電極(アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極)32a,32bとで構成されている(図1参照)。電解質膜31は、各電極32a,32bよりも大きく形成されている。この電解質膜31には、その周縁部33を残した状態で各電極32a,32bが例えばホットプレス法により接合されている。   The MEA 30 includes a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as an electrolyte membrane) 31 made of a polymer material ion exchange membrane, and a pair of electrodes (an anode side diffusion electrode and a cathode side diffusion electrode) sandwiching the electrolyte membrane 31 from both sides. 32a and 32b (see FIG. 1). The electrolyte membrane 31 is formed larger than the electrodes 32a and 32b. The electrodes 32a and 32b are joined to the electrolyte membrane 31 by, for example, a hot press method while leaving the peripheral edge portion 33.

MEA30を構成する電極32a,32bは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材(拡散層)で構成されている。一方の電極(アノード)32aには燃料ガス(反応ガス)としての水素ガス、他方の電極(カソード)32bには空気や酸化剤などの酸化ガス(反応ガス)が供給され、これら2種類の反応ガスによりMEA30内で電気化学反応が生じてセル2の起電力が得られるようになっている。   The electrodes 32a and 32b constituting the MEA 30 are made of, for example, a porous carbon material (diffusion layer) carrying a catalyst such as platinum attached to the surface thereof. One electrode (anode) 32a is supplied with hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas), and the other electrode (cathode) 32b is supplied with an oxidizing gas (reactive gas) such as air or an oxidant. An electrochemical reaction is generated in the MEA 30 by the gas, and the electromotive force of the cell 2 is obtained.

セパレータ20(20a,20b)はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属(メタル)が挙げられる。本実施形態のセパレータ20(20a,20b)の基材は板状のメタルで形成されているものであり(メタルセパレータ)、この基材の電極32a,32b側の面には耐食性に優れた膜(例えば金メッキで形成された皮膜)が形成されている。   The separator 20 (20a, 20b) is made of a gas impermeable conductive material. Examples of the conductive material include carbon and a hard resin having conductivity, and metals such as aluminum and stainless steel. The base material of the separator 20 (20a, 20b) of the present embodiment is formed of a plate-like metal (metal separator), and a film with excellent corrosion resistance is provided on the surface of the base material on the electrodes 32a, 32b side. (For example, a film formed by gold plating) is formed.

また、セパレータ20a,20bの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ20a,20bの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路34や水素ガスのガス流路35、あるいは冷却水流路36を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ20aの電極32a側となる内側の面には水素ガスのガス流路35が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図1参照)。同様に、セパレータ20bの電極32b側となる内側の面には酸化ガスのガス流路34が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図1参照)。例えば本実施形態の場合、隣接する2つのセル2,2に関し、一方のセル2のセパレータ20aの外面と、これに隣接するセル2のセパレータ20bの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路36が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている。   Further, a groove-like flow path constituted by a plurality of concave portions is formed on both surfaces of the separators 20a and 20b. These flow paths can be formed by press molding in the case of the separators 20a and 20b of the present embodiment in which the base material is formed of, for example, a plate-like metal. The groove-shaped flow path formed in this way constitutes an oxidizing gas flow path 34, a hydrogen gas flow path 35, or a cooling water flow path 36. More specifically, a plurality of gas passages 35 for hydrogen gas are formed on the inner surface on the electrode 32a side of the separator 20a, and a plurality of cooling water passages 36 are formed on the back surface (outer surface). (See FIG. 1). Similarly, a plurality of gas channels 34 for oxidizing gas are formed on the inner surface of the separator 20b on the electrode 32b side, and a plurality of cooling water channels 36 are formed on the back surface (outer surface) (FIG. 1). reference). For example, in the case of the present embodiment, regarding the two adjacent cells 2, 2, when the outer surface of the separator 20 a of one cell 2 and the outer surface of the separator 20 b of the cell 2 adjacent to this are combined, The channel 36 is integrated so that a channel having a rectangular or honeycomb cross section is formed.

さらに、上述したように各セパレータ20a,20bは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ20aにおいては、水素ガスのガス流路35を形成する凸形状(凸リブ)の裏面が冷却水流路36を形成する凹形状(凹溝)であり、ガス流路35を形成する凹形状(凹溝)の裏面が冷却水流路36を形成する凸形状(凸リブ)である。さらに、セパレータ20bにおいては、酸化ガスのガス流路34を形成する凸形状(凸リブ)の裏面が冷却水流路36を形成する凹形状(凹溝)であり、ガス流路34を形成する凹形状(凹溝)の裏面が冷却水流路36を形成する凸形状(凸リブ)である。   Furthermore, as described above, the separators 20a and 20b have a relationship in which at least the uneven shape for forming a fluid flow path is reversed between the front surface and the back surface. More specifically, in the separator 20a, the back surface of the convex shape (convex rib) forming the hydrogen gas gas flow path 35 is a concave shape (concave groove) forming the cooling water flow path 36, and the gas flow path The back surface of the concave shape (concave groove) forming 35 is a convex shape (convex rib) forming the cooling water channel 36. Furthermore, in the separator 20b, the back surface of the convex shape (convex rib) that forms the gas flow path 34 of the oxidizing gas has a concave shape (concave groove) that forms the cooling water flow path 36, and the concave that forms the gas flow path 34. The back surface of the shape (concave groove) is a convex shape (convex rib) forming the cooling water flow path 36.

また、セパレータ20a,20bの長手方向の端部付近(本実施形態の場合であれば、図1中向かって左側に示す一端部の近傍)には、酸化ガスの入口側のマニホールド15a、水素ガスの出口側のマニホールド16b、および冷却水の出口側のマニホールド17bが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド15a,16b,17bは各セパレータ20a,20bに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている(図1参照)。さらに、セパレータ20a,20bのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド15b、水素ガスの入口側のマニホールド16a、および冷却水の入口側のマニホールド17aが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド15b,16a,17aも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている(図1参照)。なお、図3においてはa,bの添字を省略した形で各マニホールドの符号を示している。   Further, in the vicinity of the longitudinal ends of the separators 20a and 20b (in the case of this embodiment, in the vicinity of one end shown on the left side in FIG. 1), the manifold 15a on the inlet side of the oxidizing gas, hydrogen gas An outlet side manifold 16b and a cooling water outlet side manifold 17b are formed. For example, in the case of this embodiment, these manifolds 15a, 16b, and 17b are formed by substantially rectangular or trapezoidal through holes provided in the separators 20a and 20b (see FIG. 1). Further, an oxidant gas outlet side manifold 15b, a hydrogen gas inlet side manifold 16a, and a cooling water inlet side manifold 17a are formed at opposite ends of the separators 20a and 20b. In the case of this embodiment, these manifolds 15b, 16a, and 17a are also formed by substantially rectangular or trapezoidal through holes (see FIG. 1). In FIG. 3, the reference numerals of the manifolds are shown in a form in which the suffixes a and b are omitted.

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ20aにおける水素ガス用の入口側マニホールド16aと出口側マニホールド16bは、セパレータ20aに溝状に形成されている入口側の連絡通路61および出口側の連絡通路62を介してそれぞれが水素ガスのガス流路35に連通している。同様に、セパレータ20bにおける酸化ガス用の入口側マニホールド15aと出口側マニホールド15bは、セパレータ20bに溝状に形成されている入口側の連絡通路63および出口側の連絡通路64を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路34に連通している(図1参照)。さらに、各セパレータ20a,20bにおける冷却水の入口側マニホールド17aと出口側マニホールド17bは、各セパレータ20a,20bに溝状に形成されている入口側の連絡通路65および出口側の連絡通路66を介してそれぞれが冷却水流路36に連通している。ここまで説明したような各セパレータ20a,20bの構成により、セル2には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル2が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ20aの入口側マニホールド16aから連絡通路61を通り抜けてガス流路35に流入し、MEA30の発電に供された後、連絡通路62を通り抜けて出口側マニホールド16bに流出することになる。   Among the manifolds as described above, the inlet side manifold 16a and the outlet side manifold 16b for the hydrogen gas in the separator 20a are connected to the inlet side communication passage 61 and the outlet side communication passage 62 formed in the separator 20a in a groove shape. Each communicates with a gas flow path 35 of hydrogen gas. Similarly, the inlet side manifold 15a and the outlet side manifold 15b for the oxidizing gas in the separator 20b are oxidized via the inlet side communication passage 63 and the outlet side communication passage 64 formed in the separator 20b in a groove shape. The gas communicates with the gas flow path 34 (see FIG. 1). Further, the inlet side manifold 17a and the outlet side manifold 17b of the cooling water in each separator 20a, 20b are connected to each separator 20a, 20b through an inlet side communication passage 65 and an outlet side communication passage 66 formed in a groove shape. Each communicates with the cooling water passage 36. With the configuration of the separators 20a and 20b as described above, the cell 2 is supplied with oxidizing gas, hydrogen gas, and cooling water. As a specific example, when the cells 2 are stacked, for example, hydrogen gas passes from the inlet side manifold 16a of the separator 20a through the communication passage 61 and flows into the gas flow path 35, and is supplied to the power generation of the MEA 30. After that, the fluid passes through the communication passage 62 and flows out to the outlet side manifold 16b.

第1シール部材13a、第2シール部材13bは、ともに複数の部材(例えば小型の4つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体)で形成されているものである(図1参照)。これらのうち、第1シール部材13aはMEA30とセパレータ20aとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜31の周縁部33と、セパレータ20aのうちガス流路35の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第2シール部材13bは、MEA30とセパレータ20bとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜31の周縁部33と、セパレータ20bのうちガス流路34の周囲の部分との間に介在するように設けられる。   The first seal member 13a and the second seal member 13b are both formed of a plurality of members (for example, four small rectangular frames and a large frame for forming a fluid flow path) (FIG. 1). Among these, the first seal member 13a is provided between the MEA 30 and the separator 20a. More specifically, a part of the first seal member 13a is a peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31 and a gas flow path 35 of the separator 20a. It is provided so that it may interpose between the surrounding parts. The second seal member 13b is provided between the MEA 30 and the separator 20b. More specifically, a part of the second seal member 13b is a peripheral portion 33 of the electrolyte membrane 31 and the gas channel 34 of the separator 20b. It is provided so as to be interposed between the surrounding portions.

さらに、隣接するセル2,2のセパレータ20bとセパレータ20aとの間には、複数の部材(例えば小型の4つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体)で形成された第3シール部材13cが設けられている(図1参照)。この第3シール部材13cは、セパレータ20bにおける冷却水流路36の周囲の部分と、セパレータ20aにおける冷却水流路36の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。   Furthermore, a plurality of members (for example, four small rectangular frames and a large frame for forming a fluid flow path) are formed between the separators 20b and 20a of the adjacent cells 2 and 2. A third seal member 13c is provided (see FIG. 1). The third seal member 13c is provided so as to be interposed between a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20b and a portion around the cooling water passage 36 in the separator 20a, and seals between them. It is.

なお、第1〜第3シール部材13a〜13cとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体(ガスケット)や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材13a〜13cとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。   In addition, as the first to third seal members 13a to 13c, an elastic body (gasket) that seals a fluid by physical contact with an adjacent member, or an adhesive that is bonded by chemical bonding with an adjacent member. An agent or the like can be used. For example, in this embodiment, a member that is physically sealed by elasticity is employed as each of the seal members 13a to 13c, but instead, a member that is sealed by a chemical bond such as the adhesive described above may be employed.

枠状部材40は、MEA30とともにセパレータ20a,20b間に挟持される例えば樹脂からなる部材(以下、樹脂フレームともいう)である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム40をセパレータ20a,20b間に介在させ、当該樹脂フレーム40によってMEA30の少なくとも一部、例えば周縁部33に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている。このように設けられる樹脂フレーム40は、締結力を支持するセパレータ20(20a,20b)間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ20(20a,20b)の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。   The frame-shaped member 40 is a member made of, for example, resin (hereinafter also referred to as a resin frame) that is sandwiched between the separators 20a and 20b together with the MEA 30. For example, in this embodiment, a thin frame-shaped resin frame 40 is interposed between the separators 20a and 20b, and the resin frame 40 sandwiches at least a part of the MEA 30, for example, a portion along the peripheral edge 33 from the front side and the back side. I have to. The resin frame 40 provided in this way functions as a spacer between the separators 20 (20a, 20b) that supports the fastening force, functions as an insulating member, and as a reinforcing member that reinforces the rigidity of the separator 20 (20a, 20b). Demonstrate the function.

続いて、燃料電池1の構成について簡単に説明する(図2参照)。本実施形態における燃料電池1は、複数のセル2を積層してなるセル積層体3を有し、当該セル積層体3の両端に位置するセル2,2の外側に順次、出力端子付きの集電板、絶縁板およびエンドプレート8が各々配置された構造となっている(図2参照)。また、セル積層体3等を積層状態で拘束するテンションプレート9は、両エンドプレート8,8間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対が当該スタックの両側に対向するように配置される(図2参照)。テンションプレート9は、各エンドプレート8,8に接続され、セル積層体3の積層方向に所定の締結力(圧縮荷重)を作用させた状態を維持する。また、テンションプレート9の内側面(セル積層体3を向く面)には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜(図示省略)が形成されている。絶縁膜は、例えば当該テンションプレート9の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。なお、符号12は、燃料電池スタックに締結力(圧縮荷重)を作用させる例えばコイルスプリング等からなる弾性モジュールを挟持するための一対の板状部材である(図2参照)。   Next, the configuration of the fuel cell 1 will be briefly described (see FIG. 2). The fuel cell 1 in the present embodiment has a cell stack 3 formed by stacking a plurality of cells 2, and is sequentially arranged outside the cells 2 and 2 located at both ends of the cell stack 3 with output terminals. An electric plate, an insulating plate, and an end plate 8 are arranged (see FIG. 2). Further, the tension plate 9 that restrains the cell stack 3 and the like in a stacked state is provided so as to bridge between both end plates 8 and 8, and for example, a pair is opposed to both sides of the stack. Is arranged (see FIG. 2). The tension plate 9 is connected to the end plates 8 and 8 and maintains a state in which a predetermined fastening force (compression load) is applied in the stacking direction of the cell stack 3. In addition, an insulating film (not shown) is formed on the inner surface of the tension plate 9 (the surface facing the cell stack 3) in order to prevent leakage and sparks. The insulating film is formed by, for example, an insulating tape attached to the inner surface of the tension plate 9, or a resin coating applied so as to cover the surface. Reference numeral 12 denotes a pair of plate-like members for sandwiching an elastic module made of, for example, a coil spring that applies a fastening force (compression load) to the fuel cell stack (see FIG. 2).

続いて、本発明にかかる燃料電池1用のセパレータ(プレスセパレータ)20の構造について説明する(図3等参照)。   Next, the structure of the separator (press separator) 20 for the fuel cell 1 according to the present invention will be described (see FIG. 3 and the like).

本実施形態におけるセパレータ20は流体流路が途中で折り返すように形成されたいわゆるサーペンタイン型と呼ばれるものである。このように蛇行するような形に形成されている流体流路は、曲率が互いに異なる部分を含む複数の流路が互いに平行して配置された形状となっている(図3参照)。なお、ここでいう流体流路には、上述した酸化ガスのガス流路34と水素ガスのガス流路35のいずれもが含まれるが、本実施形態においては水素ガスのガス流路35を例示して説明する(図3参照)。   The separator 20 in the present embodiment is a so-called serpentine type formed so that the fluid flow path is folded halfway. The fluid channel formed in such a meandering shape has a shape in which a plurality of channels including portions having different curvatures are arranged in parallel to each other (see FIG. 3). Here, the fluid flow path includes both the oxidizing gas flow path 34 and the hydrogen gas flow path 35 described above, but in this embodiment, the hydrogen gas flow path 35 is exemplified. (See FIG. 3).

ここで、ガス流路(流体流路)35のうち曲率が互いに異なる部分とは、例えば、主としてストレート部Sを構成する直線路35sと、主としてターン部Tを構成する曲線路35tのように、サーペンタイン型の流路を形成するために組み合わされている各部分のことである。ターン部Tは、サーペンタイン型流路の折返し部分を形成するために主として曲線路35tによって構成されている部分であり、主として直線路35sによって構成されるストレート部Sと組み合わされてサーペンタイン型流路を形成している(図3参照)。なお、図3においては比較的簡素な形状のサーペンタイン型流路を例示しているがこれは一例に過ぎず、例えばターン部Tに直線路35sが含まれることもあるし、ストレート部Sに曲線路35tが含まれることもある。   Here, portions having different curvatures in the gas flow path (fluid flow path) 35 are, for example, a straight path 35 s mainly constituting the straight portion S and a curved path 35 t mainly constituting the turn portion T, for example. It is each part combined in order to form a serpentine type flow path. The turn part T is a part mainly constituted by a curved path 35t in order to form a folded part of the serpentine type flow path, and is combined with the straight part S mainly constituted by a straight path 35s to form the serpentine type flow path. (See FIG. 3). 3 illustrates a serpentine type flow path having a relatively simple shape, but this is only an example. For example, the turn portion T may include a straight path 35s, or the straight portion S may be curved. A path 35t may be included.

このような構造のセパレータ20において、上述した曲線路35tは、その流路幅が直線路35sにおける流路幅と少なくとも同じ広さとなるように設けられている(図3参照)。これをセパレータ20の断面形状を図示してさらに詳しく説明すると(図4、図5参照)、図5に示す曲線路35tの流路ピッチ(隣り合う流路の配置間隔)Pbが、図4に示す直線路35sの流路ピッチPaよりも大きくなるように設定されている(Pb>Pa)。こうした場合には、プレス成形時に変形が生じたとしても、曲線路35tにおけるセパレータ20の平坦部の幅Fbを、少なくとも直線路35sにおけるセパレータ20の平坦部の幅Faと同程度の広さとすることが可能となる(図4、図5参照)。   In the separator 20 having such a structure, the curved path 35t described above is provided so that the flow path width is at least as wide as the flow path width in the straight path 35s (see FIG. 3). This will be described in more detail with reference to the cross-sectional shape of the separator 20 (see FIGS. 4 and 5). The flow path pitch (arrangement interval of adjacent flow paths) Pb of the curved path 35t shown in FIG. It is set to be larger than the flow path pitch Pa of the straight path 35s shown (Pb> Pa). In such a case, even if deformation occurs during press molding, the width Fb of the flat portion of the separator 20 in the curved path 35t is at least as wide as the width Fa of the flat portion of the separator 20 in the straight path 35s. (See FIGS. 4 and 5).

すなわち、プレス成形時、直線路35sよりも曲線路35tにおいて変形が生じやすいことから、例えば図6中に想像線で示すような断面形状を意図しても、実際には実線で示すような形状となってしまう。この場合、図示するように流路断面の凸部の肩部分(両角)がだれたようになって緩やかになってしまい、当該肩部分(両角)の間に形成される平坦部の幅Fbがその分だけ狭くなり(Fb→Fb’)、その結果としてターン部TにおけるMEA30とセパレータ20との間の接触面積が減少することがある。この点、本実施形態においては曲線路35tの流路幅をあらかじめ広く形成する(流路ピッチPbをPaよりも大きくする)から、上述のように断面形状に変形が生じて平坦部の幅Fbが狭くなったとしても、少なくとも直線路35sにおける平坦部幅Faと同等の幅を確保することが可能となっている。別の表現をすれば、プレス成形に伴う変形分(平坦部の幅の減少分)をあらかじめ見込んで曲線路35tを幅広としているから、意図した形状と実際の形状との差異による影響を回避することが可能である。以上によれば、燃料電池1の発電領域内におけるセパレータ20の表面とMEA30との接触領域に偏りが生じるのを抑えることができる。したがって、両部材間における導電性が部分的に劣るようなことを抑制し、これによって導電性を均質化することが可能となる。   That is, at the time of press molding, deformation is more likely to occur in the curved path 35t than in the straight path 35s. For example, even if a cross-sectional shape as indicated by an imaginary line in FIG. End up. In this case, as shown in the figure, the shoulder portions (both corners) of the convex portion of the flow path cross section become slack and become gentle, and the width Fb of the flat portion formed between the shoulder portions (both corners) becomes smaller. As a result, it becomes narrower (Fb → Fb ′), and as a result, the contact area between the MEA 30 and the separator 20 in the turn part T may decrease. In this regard, in the present embodiment, the flow path width of the curved path 35t is formed wide in advance (the flow path pitch Pb is made larger than Pa), so that the cross-sectional shape is deformed as described above, and the width Fb of the flat portion. Even if it becomes narrow, it is possible to secure at least a width equal to the flat portion width Fa in the straight path 35s. In other words, since the curved path 35t is widened in advance by taking into account the deformation (a decrease in the width of the flat portion) associated with press forming, the influence of the difference between the intended shape and the actual shape is avoided. It is possible. According to the above, it is possible to suppress the occurrence of bias in the contact area between the surface of the separator 20 and the MEA 30 in the power generation area of the fuel cell 1. Therefore, it is possible to suppress that the conductivity between both members is partially inferior, thereby making the conductivity uniform.

また本実施形態では、水素ガスのガス流路35について曲線路35tの流路幅を広くし、さらに、図3には示してしないが酸化ガスのガス流路34についてもその曲線路(34t)の流路幅を直線路(34s)よりも広くしている。こうした場合、MEA30のアノード側、カソード側のいずれにおいてもセパレータ20とMEA30との接触領域に偏りが生じるのを抑え、両部材間における導電性を均質化することが可能である。   In the present embodiment, the flow path width of the curved path 35t is widened for the gas flow path 35 of hydrogen gas, and the curved path (34t) of the gas flow path 34 for the oxidizing gas is also not shown in FIG. Is wider than the straight path (34s). In such a case, it is possible to suppress the occurrence of bias in the contact area between the separator 20 and the MEA 30 on either the anode side or the cathode side of the MEA 30 and to homogenize the conductivity between the two members.

なお、図3に示しているように、本実施形態においては、複数本あるガス流路(流体流路)35のそれぞれにおいて直線路35sと曲線路35tとが連通する構造となっている。つまり、1本のガス流路35は水素ガスの入口側マニホールド16aから出口側マニホールド16bまで、ストレート部Sのみならずターン部Tにおいても連通した構造である(図3参照)。このような構造の本実施形態のセパレータ20は、以下の点で特徴的である。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, a straight path 35 s and a curved path 35 t communicate with each other in a plurality of gas flow paths (fluid flow paths) 35. That is, one gas flow path 35 has a structure in which not only the straight portion S but also the turn portion T communicates from the hydrogen gas inlet side manifold 16a to the outlet side manifold 16b (see FIG. 3). The separator 20 of this embodiment having such a structure is characteristic in the following points.

すなわち、プレス成形により表裏に一体的な流体流路を形成するようにしたメタルセパレータ20の場合、水素ガスのガス流路35(または酸化ガスのガス流路34)と冷却水流路36とが表裏に同時に形成されることになる。この場合、水素ガス(または酸化ガス)と冷却水の両方についてマニホールド−流体流路間の流通を成立させるための構造として、表側に突出する複数の突起と裏側に突出する別の複数の突起とからなるエンボス部を設け、これら突起の間のスペースを流通させるようにしたものが従来多く利用されている。また、サーペンタイン型のセパレータ20であれば、流体流路の折返し部(ターン部)にこのようなエンボス部が配置されることもある。ただし、当該エンボス部では、セパレータ20の表裏両面にて水素ガス(または酸化ガス)と冷却水のそれぞれの流通路を確保する必要があるため、当該セパレータ20の全厚み(全高さ)を各流通路で按分することになる結果、各々の流通路高さが制限されるものとなっている。このような技術的背景から、折返し部にエンボス部が配置されている場合、発電に伴う生成水が当該エンボス部に滞留してしまうことがある。そうすると、ガスの流れうる流路が減るのに伴って発電領域が減少したり、滞留した生成水が温度低下により凍結して電極に影響を及ぼしたりといったおそれがある。さらには、当該エンボス部にて流路の圧損(差圧)が増加する、当該エンボスではセパレータ20とMEA30との接触面積が少ないためその分だけ発電効率に劣る、といった点でも不利となることがある。   That is, in the case of the metal separator 20 in which integral fluid passages are formed on the front and back by press molding, the gas passage 35 for hydrogen gas (or the gas passage 34 for oxidizing gas) and the cooling water passage 36 are on the front and back sides. Will be formed simultaneously. In this case, as a structure for establishing the flow between the manifold and the fluid flow path for both hydrogen gas (or oxidizing gas) and cooling water, a plurality of protrusions protruding on the front side and another plurality of protrusions protruding on the back side are provided. Conventionally, an embossed portion made of a material and a space between these protrusions are circulated. In the case of the serpentine-type separator 20, such an embossed part may be arranged at the folded part (turn part) of the fluid flow path. However, in the embossed portion, it is necessary to secure the respective flow paths of hydrogen gas (or oxidizing gas) and cooling water on both the front and back surfaces of the separator 20, so that the total thickness (total height) of the separator 20 is determined for each flow. As a result of apportioning by the road, the height of each flow passage is limited. From such a technical background, when the embossed portion is arranged in the folded portion, the generated water accompanying power generation may stay in the embossed portion. In this case, there is a possibility that the power generation region decreases as the number of flow paths through which the gas can flow decreases, or that the accumulated generated water freezes due to a temperature drop and affects the electrode. Furthermore, the pressure loss (differential pressure) of the flow path increases at the embossed portion, and the embossed portion has a small contact area between the separator 20 and the MEA 30, which may be disadvantageous in that the power generation efficiency is inferior. is there.

これに対し、上述のごとく各ガス流路35(34)が連通した構造となっている本実施形態のセパレータ20の場合には、このようなエンボス部がなく、入口から出口まで1本の溝が続く構造であるために圧損(差圧)が増加しにくく、尚かつ生成水が滞留することを抑制しやすい。このため、滞留水の影響で発電領域が減少するのを抑制しやすいし、凍結の影響で電極に影響が及ぶことを回避することもできる。さらには、ガス流路35(34)が連続すると同時にMEA30との接触部分も連続することになるため、ストレート部Sとターン部Tとで同様の接触領域を確保でき、これによって発電出力の増加を図ることも可能となる。特に、エンボス部をなくして発電領域の減少を抑制できるようにしたということは、上述のようにターン部Tにおける平坦部の幅Fbを確保して接触領域の偏りを抑えたことと相まって、セパレータ20とMEA30間における導電性をさらに均質化できるという点で好適である。このように、特徴的な構造を組み合わせた本実施形態のセパレータ20においては、これらによる相乗的な効果を得ることも可能である。   On the other hand, in the case of the separator 20 of the present embodiment in which the gas flow paths 35 (34) communicate with each other as described above, there is no such embossed portion, and one groove is formed from the inlet to the outlet. Since the structure continues, pressure loss (differential pressure) is unlikely to increase and it is easy to suppress the retention of generated water. For this reason, it is easy to suppress reduction of the power generation area due to the staying water, and it is possible to avoid the influence of the electrodes due to the influence of freezing. Furthermore, since the gas flow path 35 (34) continues and the contact portion with the MEA 30 also continues, a similar contact area can be secured between the straight portion S and the turn portion T, thereby increasing the power generation output. Can also be achieved. In particular, the fact that the embossed portion is eliminated so that the reduction of the power generation region can be suppressed is coupled with the fact that the flat portion width Fb in the turn portion T is secured as described above to suppress the bias of the contact region. This is preferable in that the electrical conductivity between 20 and MEA 30 can be further homogenized. As described above, in the separator 20 of this embodiment in which characteristic structures are combined, it is also possible to obtain a synergistic effect due to these.

以上のような構造のセパレータ20によれば、発電領域内、すなわち当該セパレータ20のMEA30との間で反応ガス(水素ガスおよび酸化ガス)が流通して化学反応が起こる領域内において、セパレータ表面とMEA30との間における導電性が部分的に劣るのを抑制し、これらの間における導電性を均質化することが可能となる。   According to the separator 20 having the structure as described above, in the power generation region, that is, in the region where a reaction gas (hydrogen gas and oxidizing gas) flows between the MEA 30 of the separator 20 and a chemical reaction occurs, It is possible to suppress partial inferior conductivity between the MEA 30 and homogenize the conductivity between them.

しかも、本実施形態のセパレータ20によれば、カーボン製のセパレータとは根本的に異なる作用効果が得られるという点も特徴的である。すなわち、メタルセパレータの特性として、両面にて凹凸が反転した構造となっているためにガス流(反応ガスの流れ)と冷媒流(冷却水等の流れ)との両立を図ることが困難だという構造上の制約を内包していることを挙げることができ、この点でカーボンセパレータとは大きく異なる。ところが、ここまで説明したとおり、本実施形態のセパレータ20によれば発電に直接影響するMEA30との導電性をセル面内において均質化でき、カーボンセパレータとは異なるメタルセパレータに特有の制約を解消しうるという点で特徴的である。   Moreover, according to the separator 20 of the present embodiment, it is also characteristic that a fundamentally different effect can be obtained from the carbon separator. In other words, as the characteristics of the metal separator, it is difficult to achieve both the gas flow (reactive gas flow) and the refrigerant flow (cooling water flow) because of the structure in which the unevenness is reversed on both sides. It can be mentioned that it contains structural constraints, which are very different from carbon separators. However, as explained so far, according to the separator 20 of the present embodiment, the conductivity with the MEA 30 that directly affects power generation can be homogenized in the cell plane, and the restrictions peculiar to the metal separator different from the carbon separator are eliminated. It is characteristic in that it can.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では反応ガス(水素ガスおよび酸化ガス)のガス流路(特に水素ガスのガス流路35)に本発明を適用した場合について説明したが、当該技術を冷却水流路36に適用することももちろん可能である。こうした場合には、隣接するセル2間の導通性(導電性)をもセル面内で均質化することが可能となるからセル積層体3における導電性を全体としてさらに良好なものにすることができるようになる。この場合には、当該セパレータ20のMEA30側の面のみでなく、冷媒側の面を加えた両面において導電性を均質化することが可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to the gas flow path of the reactive gas (hydrogen gas and oxidizing gas) (particularly, the hydrogen gas flow path 35) has been described, but the technology is applied to the cooling water flow path 36. Of course it is also possible. In such a case, the conductivity (conductivity) between the adjacent cells 2 can be homogenized in the cell plane, so that the conductivity in the cell stack 3 can be further improved as a whole. become able to. In this case, it is possible to make the conductivity uniform not only on the MEA 30 side surface of the separator 20 but also on both surfaces including the refrigerant side surface.

また、セパレータ20におけるガス流路35(34)の合計流路幅に着目し、ストレート部Sにおける合計流路幅よりもターン部Tにおける合計流路幅を広く設定することも好ましい。ターン部Tにおける合計流路幅を広くすれば、ターン部Tにおける各ガス流路35(34)の幅をその分だけ均一的に幅広とすることが可能となるから、MEA30−セパレータ20間の導電性をターン部Tの全体において均質化することができる。例えば、本発明にかかる技術は複数本が平行に並ぶガス流路35(34)のうちの数本(例えば1本)についてのみ適用することも可能ではあるが、MEA30−セパレータ20間の導電性を発電領域内において全体的に均質化するという観点からすればすべてのガス流路35(34)に適用することが望ましい。   In addition, paying attention to the total flow path width of the gas flow paths 35 (34) in the separator 20, it is also preferable to set the total flow path width in the turn part T wider than the total flow path width in the straight part S. If the total flow path width in the turn part T is widened, the width of each gas flow path 35 (34) in the turn part T can be uniformly widened accordingly. The conductivity can be homogenized throughout the turn part T. For example, the technology according to the present invention can be applied to only a few (for example, one) of the gas flow paths 35 (34) arranged in parallel, but the conductivity between the MEA 30 and the separator 20 is not limited. From the viewpoint of homogenizing the whole in the power generation region, it is desirable to apply to all the gas flow paths 35 (34).

また、特に図示はしていないが、上述したセパレータ20をプレス成形するための金型(例えば、ターン部における流体の流路幅がストレート部Sにおけるものよりも幅広となるように設計された金型)によれば、本実施形態にかかるセパレータ20を容易にプレス成形(ロールプレスを含む)することができる。したがって、このような金型を利用した成形を行うこととすれば従来構造とは異なる特徴的なセパレータ20を製造することが可能となる。   Although not shown in particular, a mold for press-molding the separator 20 described above (for example, a mold designed so that the fluid flow path width in the turn portion is wider than that in the straight portion S). According to the mold, the separator 20 according to the present embodiment can be easily press-molded (including a roll press). Therefore, if the molding using such a mold is performed, a characteristic separator 20 different from the conventional structure can be manufactured.

本実施形態におけるセルの構造例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structural example of the cell in this embodiment. 燃料電池スタックの構造例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the structural example of a fuel cell stack. 本発明の一実施形態を示す図で、メタルセパレータの流体流路(水素ガスのガス流路)側の構造を概略的に表したものである。1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and schematically illustrates a structure of a metal separator on a fluid flow path (hydrogen gas flow path) side. 直線路の構造例を示す図3のIV線部分における断面図である。It is sectional drawing in the IV line part of FIG. 3 which shows the structural example of a straight path. 曲線路の構造例を示す図3のV線部分における断面図である。It is sectional drawing in the V-line part of FIG. 3 which shows the structural example of a curved path. プレス成形時、特にターン部において流体流路に変形が生じる様子を示す概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically a mode that a fluid flow path deform | transforms especially in a turn part at the time of press molding.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、2…セル、20(20a,20b)…セパレータ(プレスセパレータ)、30…MEA(膜−電極アッセンブリ)、34…酸化ガスのガス流路(流体流路)、34s…酸化ガスのガス流路の直線路、34t…酸化ガスのガス流路の曲線路、35…水素ガスのガス流路(流体流路)、35s…水素ガスのガス流路の直線路、35t…水素ガスのガス流路の曲線路、S…流体流路のストレート部、T…流体流路のターン部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Cell, 20 (20a, 20b) ... Separator (press separator), 30 ... MEA (membrane-electrode assembly), 34 ... Gas flow path (fluid flow path) of oxidizing gas, 34s ... Oxidizing gas 35t ... Hydrogen gas gas channel (fluid channel), 35s ... Hydrogen gas gas channel, 35t ... Hydrogen gas Curve path of gas flow path, S ... Straight part of fluid flow path, T ... Turn part of fluid flow path

Claims (11)

曲率が互いに異なる部分を含む流体流路が平行して複数本配置されているプレスセパレータであって、
当該プレスセパレータの少なくとも一方の面において、少なくともいずれかの前記流体流路における流路幅が、前記曲率が互いに異なる部分のうち曲率の大きい部分の方で広くなっている
ことを特徴とする燃料電池用プレスセパレータ。
A press separator in which a plurality of fluid flow paths including portions having different curvatures are arranged in parallel,
A fuel cell characterized in that, on at least one surface of the press separator, at least one of the fluid channels has a wider channel width in a portion having a larger curvature among the portions having different curvatures. Press separator.
前記一方の面は、膜−電極アッセンブリ側の面であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用プレスセパレータ。   2. The fuel cell press separator according to claim 1, wherein the one surface is a surface on the membrane-electrode assembly side. 前記流体流路は、当該セパレータの面内で蛇行するように形成されたサーペンタイン型の流路であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用プレスセパレータ。   3. The fuel cell press separator according to claim 1, wherein the fluid channel is a serpentine-type channel formed to meander in the plane of the separator. 4. 前記流体流路の曲率が互いに異なる部分は、当該流体流路のストレート部における直線路とターン部における曲線路であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池用プレスセパレータ。   4. The fuel cell press according to claim 1, wherein the portions having different curvatures of the fluid flow path are a straight path in a straight portion and a curved path in a turn portion of the fluid flow path. 5. Separator. 前記流体流路は、前記直線路における配置間隔よりも前記曲線路における配置間隔が広いものであることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用プレスセパレータ。   5. The fuel cell press separator according to claim 4, wherein the fluid flow path has a wider arrangement interval in the curved path than an arrangement interval in the straight path. 前記流体流路のそれぞれにおいて、前記直線路と前記曲線路とが前記ターン部にて連通していることを特徴とする請求項4または5に記載の燃料電池用プレスセパレータ。   6. The fuel cell press separator according to claim 4, wherein in each of the fluid flow paths, the straight path and the curved path communicate with each other at the turn portion. 前記複数の流体流路は、前記ストレート部における合計流路幅よりも前記ターン部における合計流路幅が広いものであることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の燃料電池用プレスセパレータ。   The fuel cell according to any one of claims 4 to 6, wherein the plurality of fluid flow paths have a total flow path width in the turn portion that is greater than a total flow path width in the straight portion. Press separator. 前記流体流路は、隣接する流路の配置間隔が、前記ストレート部におけるよりも前記ターン部において広くなっていることを特徴とする請求項4から7のいずれかに記載の燃料電池用プレスセパレータ。   8. The fuel cell press separator according to claim 4, wherein in the fluid flow path, an interval between adjacent flow paths is wider in the turn part than in the straight part. 9. . 請求項1から8のいずれかに記載の燃料電池用プレスセパレータをプレス成形するための型を有する成形用金型。   A molding die having a mold for press-molding the fuel cell press separator according to claim 1. 請求項9に記載の成形用金型を用いることを特徴とする燃料電池用プレスセパレータの製造方法。   A method for producing a press separator for a fuel cell, wherein the molding die according to claim 9 is used. 請求項1から8のいずれかに記載の燃料電池用プレスセパレータを含む燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell press separator according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008282777A (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
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