JP2008287955A - Fuel cell separator and forming method of gas diffusion member to constitute fuel cell separator - Google Patents

Fuel cell separator and forming method of gas diffusion member to constitute fuel cell separator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator which improves power generation efficiency of a fuel cell by reducing exhaust amount of a non-reaction gas while securing excellent gas circulation, and a forming method of a gas diffusion member. <P>SOLUTION: The separator 10 is constructed of a separator main body 11 and a collector 12 as a gas diffusion member. The main body 11 prevents mixing of a fuel gas and an oxidizer gas. The collector 12 has a first through hole group in which through holes formed in mesh-shape and step-wise are arranged in a first direction and a second through hole group arranged in a second direction different from the first direction. By this structure, excellent circulation of the introduced gas can be secured. Further, the introduced gas can be meandered by circulating it in the gas passage formed by the first through hole group and the second through hole group. Thereby, the introduced gas can be supplied excellently to an MEA 30 and power generation efficiency of the fuel cell can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池、特に、固体高分子型燃料電池に採用される燃料電池用セパレータおよび同燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator, and more particularly to a fuel cell separator employed in a polymer electrolyte fuel cell and a method for forming a gas diffusion member constituting the fuel cell separator.

固体高分子型燃料電池は、一般的に、電解質膜の一面側に形成されたアノード電極層と、他面側に形成されたカソード電極層とからなる膜−電極接合体を備えている。そして、固体高分子型燃料電池においては、アノード電極層とカソード電極層に対して、それぞれ、燃料ガス(例えば、水素ガスなど)と酸化剤ガス(例えば、空気など)が外部から供給されることにより、膜−電極接合体にて電極反応が生じて発電される。このため、固体高分子型燃料電池の発電効率を向上させるためには、膜−電極接合体に対して、電極反応に必要な燃料ガスおよび酸化剤ガスを効率よく供給することが重要である。   A polymer electrolyte fuel cell generally includes a membrane-electrode assembly including an anode electrode layer formed on one side of an electrolyte membrane and a cathode electrode layer formed on the other side. In the polymer electrolyte fuel cell, fuel gas (for example, hydrogen gas) and oxidant gas (for example, air) are supplied from the outside to the anode electrode layer and the cathode electrode layer, respectively. As a result, an electrode reaction occurs in the membrane-electrode assembly to generate power. For this reason, in order to improve the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell, it is important to efficiently supply the fuel gas and the oxidant gas necessary for the electrode reaction to the membrane-electrode assembly.

ここで、固体高分子型燃料電池においては、アノード電極層とカソード電極層に対して、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを互いに分離して供給するとともに、膜−電極反応によって発電された電気を外部に出力するためのセパレータが設けられる。そして、従来から、固体高分子型燃料電池の発電効率を向上させるために、セパレータにおける燃料ガスまたは酸化剤ガスをアノード電極層またはカソード電極層に供給するガス供給効率を向上させることが提案されている。   Here, in the polymer electrolyte fuel cell, the fuel gas and the oxidant gas supplied from the outside are separately supplied to the anode electrode layer and the cathode electrode layer, and power is generated by a membrane-electrode reaction. A separator is provided for outputting the generated electricity to the outside. Conventionally, in order to improve the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell, it has been proposed to improve the gas supply efficiency of supplying the fuel gas or oxidant gas in the separator to the anode electrode layer or the cathode electrode layer. Yes.

例えば、下記特許文献1には、薄平板状の基板と網目状の導電体とから構成されるセパレータを採用した燃料電池が示されている。この従来の燃料電池における網目状の導電体は、例えば、菱形のスリットが形成されたエキスパンドメタルやメタルラスなどから形成されており、外部から導入された燃料ガスまたは空気(酸化剤ガス)の流通方向に垂直な断面形状が略矩形状に成形された複数のガス流路が形成されている。そして、この従来の燃料電池においては、外部から導入された燃料ガスまたは酸化剤ガスを略矩形状に成形されたガス流路内で流通させることにより、導電体に形成された網目を介して、これらガスを膜−電極接合体のアノード電極層またはカソード電極層に供給することができ、ガス供給効率を向上させるようになっている。   For example, the following Patent Document 1 discloses a fuel cell that employs a separator composed of a thin flat plate-like substrate and a net-like conductor. The mesh-like conductor in this conventional fuel cell is formed of, for example, expanded metal or metal lath having diamond-shaped slits, and the flow direction of fuel gas or air (oxidant gas) introduced from the outside A plurality of gas flow paths having a substantially rectangular cross-sectional shape formed in a rectangular shape are formed. And in this conventional fuel cell, the fuel gas or the oxidant gas introduced from the outside is circulated in the gas flow path formed in a substantially rectangular shape, through the mesh formed in the conductor, These gases can be supplied to the anode electrode layer or the cathode electrode layer of the membrane-electrode assembly, thereby improving the gas supply efficiency.

また、例えば、下記特許文献2には、セパレータのガス供給機能を改善できる燃料電池のセパレータが示されている。この燃料電池セパレータは、平板状の第1部材(カーボン)と、この第1部材に積層され、アノード電極層およびカソード電極層に弾発的に接触するとともにガス流路を形成する複数の突片が形成された第2部材(金属板)とから構成されている。そして、この従来の燃料電池のセパレータにおいては、第2部材の複数の突片によって形成されたガス流路内を通過させることによって乱流を生じさせ、外部から供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスをあらゆる方向に立体的に通過させるようになっている。これにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスを良好に拡散させることができ、アノード電極層およびカソード電極層に対するガス供給効率を高めるようになっている。
特開2005−209470号公報 特開2002−184422号公報
Further, for example, Patent Document 2 below discloses a fuel cell separator that can improve the gas supply function of the separator. The fuel cell separator includes a flat plate-like first member (carbon) and a plurality of projecting pieces stacked on the first member and elastically contacting the anode electrode layer and the cathode electrode layer and forming a gas flow path. It is comprised from the 2nd member (metal plate) in which was formed. In this conventional fuel cell separator, the turbulent flow is generated by passing through the gas flow path formed by the plurality of projecting pieces of the second member, and the fuel gas or oxidant gas supplied from the outside Is allowed to pass three-dimensionally in all directions. As a result, the fuel gas and the oxidant gas can be diffused satisfactorily, and the gas supply efficiency to the anode electrode layer and the cathode electrode layer is enhanced.
JP 2005-209470 A JP 2002-184422 A

このように、上記特許文献1に示された燃料電池における網目状の導電体や上記特許文献2に示された燃料電池のセパレータにおける第2部材、すなわち、ガス拡散部材は、外部から導入された燃料ガスまたは酸化剤ガスを拡散させることができる。したがって、アノード電極層またはカソード電極層に対するガス供給効率を向上させることができる。   As described above, the mesh-like conductor in the fuel cell shown in Patent Document 1 and the second member in the fuel cell separator shown in Patent Document 2, that is, the gas diffusion member, were introduced from the outside. Fuel gas or oxidant gas can be diffused. Therefore, the gas supply efficiency to the anode electrode layer or the cathode electrode layer can be improved.

しかしながら、上記特許文献1に示された網目状の導電体および上記特許文献2に示された第2部材においては、断面略矩形状に成形されるガス流路や突片によって形成されるガス流路が、例えば、燃料ガスおよび酸化剤ガスを内部に導入する導入口と導入したガスを外部に導出する導出口とを結ぶ方向に対して、略平行となる場合がある。このため、形成されたガス流路によって、導入口と導出口とが直線的に連通する状態となり得る。そして、この状態においては、導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスが形成されたガス流路を流通すると、一部は導電体に形成された網目や突片によって拡散されてアノード電極層およびカソード電極層によって消費されるものの、他部は拡散されることなく、言い換えれば、アノード電極層およびカソード電極層によって消費されることなく外部に排出される可能性がある。   However, in the mesh-like conductor shown in Patent Document 1 and the second member shown in Patent Document 2, the gas flow formed by the gas flow path and the projecting piece formed in a substantially rectangular cross section. For example, the path may be substantially parallel to the direction connecting the inlet for introducing the fuel gas and the oxidant gas into the interior and the outlet for leading the introduced gas to the outside. For this reason, the gas inlet formed and the outlet can be in a linear communication state by the formed gas flow path. In this state, when the introduced fuel gas and oxidant gas are passed through the gas flow path, a part of the gas flow is diffused by the meshes or protrusions formed on the conductor, and the anode electrode layer and the cathode electrode Although it is consumed by the layer, the other part is not diffused, in other words, may be discharged outside without being consumed by the anode electrode layer and the cathode electrode layer.

このように、消費されずに排出される燃料ガスおよび酸化剤ガス、すなわち、未反応ガスが増加する状況においては、燃料電池における発電効率の向上は見込めない。言い換えれば、燃料電池における発電効率を向上させるためには、導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスをより効率よくアノード電極層およびカソード電極層に供給し、未反応ガスの排出量を低減する必要がある。ここで、上記特許文献2に示された第2部材においては、例えば、突片の形成位置などを調整することにより、導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れをより乱流化させてアノード電極層およびカソード電極層へのガス供給量を増加させる、すなわち、未反応ガスの排出量を低減することは可能であると考えられる。   Thus, in the situation where the fuel gas and the oxidant gas discharged without being consumed, that is, the unreacted gas increases, the power generation efficiency in the fuel cell cannot be improved. In other words, in order to improve the power generation efficiency in the fuel cell, it is necessary to supply the introduced fuel gas and oxidant gas to the anode electrode layer and the cathode electrode layer more efficiently and reduce the discharge amount of the unreacted gas. is there. Here, in the second member disclosed in Patent Document 2, for example, by adjusting the formation position of the projecting piece, the flow of the introduced fuel gas and oxidant gas is made more turbulent, and the anode It is considered possible to increase the gas supply amount to the electrode layer and the cathode electrode layer, that is, to reduce the discharge amount of unreacted gas.

しかし、この場合には、ガス流路内を流通する燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通抵抗、言い換えれば、圧力損失が増大するために、新たな燃料ガスおよび酸化剤ガスの導入が阻害される可能性がある。この場合、結果的に、アノード電極層およびカソード電極層に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスが不足する可能性があり、燃料電池の発電効率を向上させることが難しくなる。   However, in this case, the flow resistance of the fuel gas and the oxidant gas that circulates in the gas flow path, in other words, the pressure loss increases, which may hinder the introduction of new fuel gas and oxidant gas. There is sex. In this case, as a result, fuel gas and oxidant gas supplied to the anode electrode layer and the cathode electrode layer may be insufficient, and it becomes difficult to improve the power generation efficiency of the fuel cell.

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、良好なガス流通性を確保しつつ未反応ガスの排出量を低減して、燃料電池の発電効率を向上させる燃料電池用セパレータおよび同燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to improve the power generation efficiency of a fuel cell by reducing the amount of unreacted gas discharged while ensuring good gas flowability. An object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a method for forming a gas diffusion member constituting the fuel cell separator.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給する燃料電池用セパレータであって、前記燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して混流を防止する平板状のセパレータ本体と、網目状かつ階段状に形成される複数の貫通孔が第1の方向に配列した第1貫通孔群と、網目状かつ階段状に形成される複数の貫通孔が前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列した第2貫通孔群とを有し、前記セパレータ本体と前記電極層との間にて、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記電極層に供給するためのガス流路を前記第1貫通孔群および前記第2貫通孔群によって形成するガス拡散部材とから構成したことにある。   In order to achieve the above object, a feature of the present invention is a fuel cell separator for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell, said fuel cell A flat separator body that separates gas and oxidant gas to prevent mixed flow; a first through hole group in which a plurality of through holes formed in a mesh shape and steps are arranged in a first direction; A plurality of through-holes formed in a step-like shape and in a second direction different from the first direction, and between the separator body and the electrode layer The gas flow path for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the electrode layer is composed of a gas diffusion member formed by the first through hole group and the second through hole group.

これによれば、外部から導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、セパレータ本体によって混流が防止されて、セパレータ本体と電極層との間に導入される。そして、導入された燃料ガスと酸化剤ガスは、ガス拡散部材によって形成されるガス流路を介して電極層に供給される。この場合、ガス拡散部材によって形成されるガス流路は、第1の方向に配列した第1貫通孔群および第1の方向とは異なる第2の方向に配列した第2貫通孔群によって形成される。これにより、導入された燃料ガスと酸化剤ガスは、第1貫通孔群および第2貫通孔群の配置方向すなわち第1の方向と第2の方向に蛇行しながら流通する。   According to this, the fuel gas and the oxidant gas introduced from the outside are introduced between the separator body and the electrode layer while being prevented from being mixed by the separator body. Then, the introduced fuel gas and oxidant gas are supplied to the electrode layer through a gas flow path formed by the gas diffusion member. In this case, the gas flow path formed by the gas diffusion member is formed by the first through-hole group arranged in the first direction and the second through-hole group arranged in the second direction different from the first direction. The Thus, the introduced fuel gas and oxidant gas flow while meandering in the arrangement direction of the first through hole group and the second through hole group, that is, in the first direction and the second direction.

このようにガス流路を流通する燃料ガスと酸化剤ガスは、形成された貫通孔を通過することによる拡散に加えて、蛇行することによっても拡散する。したがって、導入されたガスを良好に拡散することができるため、電極層に対して燃料ガスまたは酸化剤ガスを効率よく供給でき、電極構造体における電極反応を促進することができる。その結果、未反応ガスを大幅に低減することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   As described above, the fuel gas and the oxidant gas flowing through the gas flow path are diffused by meandering in addition to the diffusion by passing through the formed through hole. Therefore, since the introduced gas can be diffused well, the fuel gas or the oxidant gas can be efficiently supplied to the electrode layer, and the electrode reaction in the electrode structure can be promoted. As a result, unreacted gas can be greatly reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、第1貫通孔群および第2貫通孔群を形成する各貫通孔は、網目状かつ階段状に形成される。これにより、導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスが階段状に形成される貫通孔部分を優先的に流通することにより、流通抵抗(圧力損失)を低減することができる。これにより、外部から電極層に対して新たな燃料ガスおよび酸化剤ガスを容易に導入することができ、その結果、電極構造体における電極反応に必要なガスを十分に供給することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   Moreover, each through-hole which forms a 1st through-hole group and a 2nd through-hole group is formed in mesh shape and step shape. Accordingly, the flow resistance (pressure loss) can be reduced by preferentially flowing through the through-hole portion where the introduced fuel gas and oxidant gas are formed stepwise. As a result, new fuel gas and oxidant gas can be easily introduced into the electrode layer from the outside, and as a result, the gas necessary for the electrode reaction in the electrode structure can be sufficiently supplied, and the fuel can be supplied. The power generation efficiency of the battery can be improved.

また、この場合、前記ガス拡散部材に形成される前記第1貫通孔群と前記第2貫通孔群とが、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガスの流通方向に対して順次連続的に配置されるとよい。また、前記ガス拡散部材は、並列に配置された複数の前記第1貫通孔群を有するとともに、並列に配置された複数の前記第2貫通孔群を有するとよい。さらに、前記ガス拡散部材を、前記第1貫通孔群が並列に複数形成された第1貫通孔群形成領域と、前記第2貫通孔群が並列に複数形成された第2貫通孔群形成領域とを順次繰り返し形成したメタルラスから成形するとよい。   Further, in this case, the first through hole group and the second through hole group formed in the gas diffusion member are sequentially arranged sequentially with respect to the flow direction of the fuel gas or the oxidant gas. Good. The gas diffusion member may include a plurality of the first through-hole groups arranged in parallel and a plurality of the second through-hole groups arranged in parallel. Furthermore, the gas diffusion member includes a first through-hole group forming region in which a plurality of the first through-hole groups are formed in parallel and a second through-hole group forming region in which a plurality of the second through-hole groups are formed in parallel. It is good to form from a metal lath that has been repeatedly formed.

これらによれば、ガス拡散部材に形成される第1貫通孔群と第2貫通孔群とを燃料ガスまたは酸化剤ガスの流通方向に対して順次連続的に(繰り返し)配置することができる。すなわち、ガス拡散部材における第1貫通孔群と第2貫通孔群を、例えば、第1貫通孔群、第2貫通孔群、第1貫通孔群・・・のように直列的に配置することができる。これにより、第1貫通孔群と第2貫通孔群の配置個数(繰り返し回数)に応じて、導入された燃料ガスと酸化剤ガスを蛇行させることができてより良好に拡散させることができる。したがって、電極層に対して燃料ガスまたは酸化剤ガスをより効率よく供給できることにより、電極構造体における電極反応を促進することができる。その結果、未反応ガスを大幅に低減することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   According to these, the 1st through-hole group and 2nd through-hole group which are formed in a gas diffusion member can be sequentially arrange | positioned sequentially (repetitively) with respect to the distribution direction of fuel gas or oxidant gas. That is, the 1st through-hole group and the 2nd through-hole group in a gas diffusion member are arrange | positioned in series like a 1st through-hole group, a 2nd through-hole group, a 1st through-hole group ..., for example. Can do. Thereby, the introduced fuel gas and oxidant gas can be meandered and diffused more favorably according to the number (number of repetitions) of the first through-hole group and the second through-hole group. Accordingly, the fuel gas or the oxidant gas can be more efficiently supplied to the electrode layer, whereby the electrode reaction in the electrode structure can be promoted. As a result, unreacted gas can be greatly reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、ガス拡散部材に形成される第1貫通孔群と第2貫通孔群とを、それぞれ、並列に複数配置することができる。これにより、導入された燃料ガスと酸化剤ガスとが流通するガス流路数を増加させることができ、流通抵抗(圧力損失)をより低減することができる。したがって、外部から電極層に対して新たな燃料ガスおよび酸化剤ガスを容易に導入することができ、その結果、電極構造体における電極反応に必要なガスを十分に供給することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   In addition, a plurality of first through hole groups and second through hole groups formed in the gas diffusion member can be arranged in parallel. Thereby, the number of gas flow paths through which the introduced fuel gas and oxidant gas flow can be increased, and the flow resistance (pressure loss) can be further reduced. Therefore, new fuel gas and oxidant gas can be easily introduced into the electrode layer from the outside, and as a result, the gas necessary for the electrode reaction in the electrode structure can be sufficiently supplied, and the fuel cell It is possible to improve the power generation efficiency.

また、ガス拡散部材を第1貫通孔群が並列に複数形成された第1貫通孔群形成領域と第2貫通孔群が並列に複数形成された第2貫通孔群形成領域とが順次繰り返し形成したメタルラスから成形することができる。これにより、ガス拡散部材に形成される第1貫通孔群と第2貫通孔群とを燃料ガスまたは酸化剤ガスの流通方向に対して順次連続的に(繰り返し)配置することができ、また、導入された燃料ガスと酸化剤ガスとが流通するガス流路数を増加させることができる。したがって、燃料ガスと酸化剤ガスとを良好に拡散できるとともに流通抵抗(圧力損失)を抑えることができ、電極層に対して燃料ガスまたは酸化剤ガスをより効率よく供給できる。その結果、電極構造体における電極反応を促進することができて未反応ガスを大幅に低減することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。   Further, the first through-hole group forming region in which a plurality of first through-hole groups are formed in parallel and the second through-hole group forming region in which a plurality of second through-hole groups are formed in parallel are sequentially formed as gas diffusion members. The metal lath can be molded. Thereby, the 1st through-hole group and 2nd through-hole group which are formed in a gas diffusion member can be arranged sequentially (repetitively) sequentially with respect to the distribution direction of fuel gas or oxidant gas, The number of gas flow paths through which the introduced fuel gas and oxidant gas flow can be increased. Accordingly, the fuel gas and the oxidant gas can be favorably diffused, the flow resistance (pressure loss) can be suppressed, and the fuel gas or the oxidant gas can be more efficiently supplied to the electrode layer. As a result, the electrode reaction in the electrode structure can be promoted, unreacted gas can be greatly reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、本発明の他の特徴は、上述した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法が、薄板素材を載置する固定型と、同固定型に対して前記薄板素材の送り方向に配置されて前記薄板素材の板厚方向にて移動するとともに前記薄板素材の板幅方向に移動し、前記薄板素材をせん断することにより貫通孔を形成するせん断型とを有する成形装置を用いるものであり、前記薄板素材を所定の加工長さ分だけ送り、前記薄板素材の板厚方向に対して前記せん断型を移動させるとともに退避させて貫通孔を形成する加工サイクルを、前記せん断型を前記薄板素材の板幅方向における一方向にて予め設定された複数の加工位置ごとに実行して前記第1貫通孔群を成形する第1の工程と、前記第1の工程後、前記薄板素材を所定の加工長さ分だけ送り、前記薄板素材の板厚方向に対して前記せん断型を移動させるとともに退避させて貫通孔を形成する加工サイクルを、前記せん断型を前記薄板素材の板幅方向における他方向にて予め設定された複数の加工位置ごとに実行して前記第2貫通孔群を成形する第2の工程とを備えるようにしたことにもある。   Another feature of the present invention is that the gas diffusion member forming method for the fuel cell separator described above includes a fixed mold for placing a thin plate material, and a feeding direction of the thin plate material with respect to the fixed mold. It uses a molding apparatus that is arranged and moves in the plate thickness direction of the thin plate material and moves in the plate width direction of the thin plate material, and forms a through hole by shearing the thin plate material. A processing cycle in which the thin plate material is fed by a predetermined processing length, the shear mold is moved in the thickness direction of the thin plate material and retracted to form a through-hole, and the shear mold is formed into the thin plate A first step of forming the first through hole group by executing each of a plurality of preset processing positions in one direction in the plate width direction of the material, and after the first step, the thin plate material is predetermined For machining length A processing cycle for forming a through hole by moving and retracting the shearing die with respect to the thickness direction of the thin plate material to form a through hole is set in advance in the other direction in the plate width direction of the thin plate material. And a second step of forming the second through-hole group by executing each of the plurality of machining positions.

この場合、前記第2の工程は、前記第1の工程における前記予め設定された複数の加工位置のうちの最後の加工位置を、前記第2の工程における前記予め設定された複数の加工位置のうちの最初の加工位置として前記加工サイクルを実行するようにするとよい。また、前記第1の工程と前記第2の工程を順次繰り返し実行するようにするとよい。さらに、この場合、前記せん断型は、所定の間隔によって形成された複数のせん断刃を有するとよく、前記せん断刃は、前記薄板素材の送り方向に対して垂直な断面形状が台形形状または三角形状であるとよい。   In this case, in the second step, the last machining position among the plurality of preset machining positions in the first step is set as the plurality of preset machining positions in the second step. The machining cycle may be executed as the first machining position. In addition, the first step and the second step may be sequentially repeated. Furthermore, in this case, the shearing die preferably has a plurality of shearing blades formed at a predetermined interval, and the shearing blade has a trapezoidal shape or a triangular shape in cross section perpendicular to the feeding direction of the thin plate material. It is good to be.

これらによれば、別途特殊な加工装置を用いる必要がなく、設備コストを低減することができる。そして、第1の工程および第2工程において、複数の加工位置ごとに貫通孔を形成する加工サイクルを実行することができるため、ガス拡散部材の第1貫通孔群と第2貫通孔群を容易に形成することができる。また、第2の工程における最初の加工位置を第1の工程における最後の加工位置と一致させることができるため、第1貫通孔群と第2貫通孔群を導入された燃料ガスまたは酸化剤ガスの流通方向に対して直列的に配置することができる。また、第1の工程と第2の工程を順次繰り返し実行することができるため、第1貫通孔群と第2貫通孔群の配置個数を容易に変更することができる。さらに、せん断型のせん断刃を複数の台形形状または三角形状とすることができるため、並列に複数の第1貫通孔群および第2貫通孔群を容易に形成することができる。   According to these, it is not necessary to use a special processing apparatus separately, and the equipment cost can be reduced. And in the 1st process and the 2nd process, since the processing cycle which forms a penetration hole for every plurality of processing positions can be performed, the 1st penetration hole group and the 2nd penetration hole group of a gas diffusion member are easy. Can be formed. In addition, since the first machining position in the second step can be matched with the last machining position in the first step, the fuel gas or the oxidant gas into which the first through hole group and the second through hole group are introduced. It can arrange | position in series with respect to the distribution direction. In addition, since the first step and the second step can be sequentially repeated, the number of arrangement of the first through hole group and the second through hole group can be easily changed. Further, since the shear type shear blade can be formed into a plurality of trapezoidal shapes or triangular shapes, a plurality of first through hole groups and second through hole groups can be easily formed in parallel.

また、前記第1の工程における前記加工サイクルを前記予め設定された加工位置ごとに複数回繰り返し実行し、前記第2の工程における前記加工サイクルを前記予め設定された加工位置ごとに複数回繰り返し実行するようにするとよい。   Further, the machining cycle in the first step is repeatedly executed for each of the preset machining positions, and the machining cycle in the second step is repeatedly executed for each of the preset machining positions. It is good to do.

これによれば、同一の加工位置にて複数回貫通孔を成形する加工サイクルを実行することにより、せん断型のせん断刃の形状が転写された部分すなわち階段状部分の板厚を大きくすることができる。したがって、このように成形されるガス拡散部材を用いて燃料電池セパレータを構成することにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスを導通する際の流路抵抗(圧力損失)を低減することができ、電極層に対して電極反応に必要な燃料ガスまたは酸化剤ガスを十分に供給することができる。   According to this, it is possible to increase the thickness of the portion where the shape of the shear type shearing blade is transferred, that is, the stepped portion, by executing the processing cycle of forming the through hole a plurality of times at the same processing position. it can. Therefore, by configuring the fuel cell separator using the gas diffusion member formed in this way, the flow resistance (pressure loss) when conducting the fuel gas or oxidant gas can be reduced, and the electrode layer The fuel gas or oxidant gas necessary for the electrode reaction can be sufficiently supplied.

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ10(以下、単にセパレータ10という)を用いて構成された固体高分子型の燃料電池スタックの一部を概略的に示した断面図である。燃料電池スタックは、2つのセパレータ10と、これらセパレータ10間に配置されて積層されるフレーム20およびMEA30(Membrane-Electrode Assembly:膜−電極接合体)とからなる単セルが多数積層されて形成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a polymer electrolyte fuel cell stack configured using a fuel cell separator 10 (hereinafter simply referred to as a separator 10) according to an embodiment of the present invention. is there. The fuel cell stack is formed by laminating a large number of single cells composed of two separators 10 and a frame 20 and a MEA 30 (Membrane-Electrode Assembly) disposed between the separators 10 and stacked. The

そして、各単セルに対して、例えば、水素ガスなどの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスとが燃料電池スタックの外部から導入されると、電極構造体としてのMEA30にて電極反応が起こることによって発電される。ここで、本明細書では、以下の説明において、燃料ガスと酸化剤ガスとをまとめて単にガスともいう。   For each unit cell, for example, when a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidant gas such as air are introduced from the outside of the fuel cell stack, an electrode reaction occurs in the MEA 30 as an electrode structure. Is generated by. Here, in the present specification, in the following description, the fuel gas and the oxidant gas are collectively referred to simply as gas.

セパレータ10は、図1に示すように、燃料電池スタック内に導入されたガスの混流を防ぐセパレータ本体11と、外部から供給されたガスをMEA30に対して一様に拡散するとともに電極反応によって発電された電気を集電するガス拡散部材としてのコレクタ12とから構成される。   As shown in FIG. 1, the separator 10 has a separator main body 11 that prevents a mixed flow of gas introduced into the fuel cell stack, and gas supplied from the outside uniformly diffuses into the MEA 30 and generates power by an electrode reaction. And a collector 12 as a gas diffusion member for collecting the generated electricity.

セパレータ本体11は、素材として金属製の薄板(例えば、板厚が0.1mm程度のステンレス板など)から形成されている。なお、セパレータ本体11を形成する素材としては、他に、例えば、金めっきなどの防食処理を施した鋼板などを採用することができる。また、セパレータ本体11を金属製の薄板から形成することに代えて、導電性を有する非金属材料(例えば、カーボンなど)を素材として形成することも可能である。   The separator body 11 is formed from a metal thin plate (for example, a stainless plate having a thickness of about 0.1 mm) as a material. In addition, as a raw material which forms the separator main body 11, the steel plate etc. which gave anti-corrosion processing, such as gold plating, etc. can be employ | adopted elsewhere, for example. Moreover, it can replace with forming the separator main body 11 from a metal thin plate, and can also form a nonmetallic material (for example, carbon etc.) which has electroconductivity as a raw material.

そして、セパレータ本体11は、図2に示すように、略正方形の平板状に形成されており、その周縁部分には、ガス導入口11aと、同ガス導入口11aに対向するガス導出口11bとからなる対が2対形成されている。なお、各対は、互いに略直交するように形成されている。   As shown in FIG. 2, the separator body 11 is formed in a substantially square flat plate shape, and a gas inlet 11a and a gas outlet 11b opposed to the gas inlet 11a are formed at the peripheral portion thereof. Two pairs consisting of are formed. Each pair is formed so as to be substantially orthogonal to each other.

ガス導入口11aは、略長楕円状の貫通孔に形成されていて、燃料電池スタックの外部から供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスを単セル内に導入するとともに、積層された他の単セルに対して供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通する。ガス導出口11bも、略長楕円状の貫通孔に形成されていて、単セル内に導入されたガスのうちMEA30にて未反応のガスを外部に排出するとともに、積層された他の単セルからの未反応のガスを流通する。   The gas inlet 11a is formed in a substantially elliptical through hole, and introduces fuel gas or oxidant gas supplied from the outside of the fuel cell stack into the single cell, and other stacked single cells. The fuel gas or oxidant gas supplied to the gas is circulated. The gas outlet 11b is also formed in a substantially elliptical through-hole, out of the gas introduced into the single cell, the unreacted gas is discharged to the outside by the MEA 30, and other stacked single cells. Circulate unreacted gas from

コレクタ12は、図3(a)に示すように、多数の小径の貫通孔が網目状にかつ階段状に形成された金属製の薄板(以下、この金属製の薄板をメタルラスMRという)から成形される。ここで、メタルラスMRは、例えば、板厚が0.1mm程度の薄板素材(例えば、ステンレスなど)から形成されるものであり、多数形成される貫通孔の孔径は0.1mm〜1mm程度とされている。また、メタルラスMRは、図3(b)にて図3(a)における左右方向の側面視を示すように、網目状の貫通孔を形成している部分が順次重なるように連結されていて(以下、この連結部分をボンド部という)、その断面形状が階段形状となっている。そして、このメタルラスMRは、以下に説明するように、燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法としてのメタルラス成形工程を経て製造される。   As shown in FIG. 3A, the collector 12 is formed from a metal thin plate (hereinafter, this metal thin plate is referred to as a metal lath MR) in which a large number of small-diameter through holes are formed in a mesh shape and stepped shape. Is done. Here, the metal lath MR is formed from a thin plate material (for example, stainless steel) having a plate thickness of about 0.1 mm, for example, and the diameter of the through holes formed is about 0.1 mm to 1 mm. ing. Further, as shown in FIG. 3B, the metal lath MR is connected so that the portions where the mesh-shaped through holes are formed sequentially overlap as shown in the side view in the left-right direction in FIG. Hereinafter, this connecting portion is referred to as a bond portion), and its cross-sectional shape is a staircase shape. And this metal lath MR is manufactured through the metal lath shaping | molding process as a shaping | molding method of the gas diffusion member which comprises the separator for fuel cells so that it may demonstrate below.

メタルラス成形工程は、図4(a)に概略的に示すメタルラス加工装置Rを用いて、ステンレス板Sに多数の網目状の貫通孔を階段形状に形成するものである。メタルラス加工装置Rは、ステンレス板Sを順次送り供給するための送りローラORと、加工時にステンレス板Sを適切に固定するための押え機構OKと、ステンレス板Sに順次せん断加工して網目状の貫通孔を成形する刃型Hとを備えている。なお、ステンレス板Sは、所定の長さに予め切断された板材であってもよいし、コイル状に巻き取られたコイル材であってもよい。   In the metal lath forming step, a large number of mesh-like through holes are formed in a stepped shape in the stainless steel plate S using a metal lath processing apparatus R schematically shown in FIG. The metal lath processing apparatus R includes a feed roller OR for sequentially feeding and supplying the stainless steel plate S, a presser mechanism OK for appropriately fixing the stainless steel plate S at the time of processing, and a mesh-like shape by sequentially shearing the stainless steel plate S. And a blade die H for forming the through hole. The stainless steel plate S may be a plate material cut in advance to a predetermined length, or may be a coil material wound in a coil shape.

刃型Hは、図示省略のベースに固定されてステンレス板Sを載置する固定型としての下刃SHと、ステンレス板Sの板厚方向(図4(a)にて紙面上下方向)およびステンレス板Sの板幅方向(図4(a)にて紙面垂直方向)に移動可能なせん断型としての上刃UHとから構成される。そして、図4(b)に示すように、下刃SHは、押え機構OKとの間でステンレス板Sを適切に固定するために、その上面が平面形状となっている。上刃UHは、図示しないACサーボ機構によってステンレス板Sの板厚方向および板幅方向に移動可能とされている。そして、上刃UHの刃形状は、ステンレス板Sに対してせん断加工により切れ目を形成するとともに引き伸ばし加工により貫通孔を形成するために、所定の間隔によって形成された複数の略台形形状となっている。   The blade mold H is fixed to a base (not shown) and has a lower blade SH as a fixed mold on which the stainless steel plate S is placed, the thickness direction of the stainless steel plate S (the vertical direction in FIG. 4A), and stainless steel. It consists of an upper blade UH as a shear type that can move in the plate width direction of the plate S (perpendicular to the paper surface in FIG. 4A). And as shown in FIG.4 (b), in order to fix the stainless steel board S appropriately between the lower blades SH, the upper surface has a planar shape. The upper blade UH is movable in the plate thickness direction and plate width direction of the stainless steel plate S by an AC servo mechanism (not shown). The blade shape of the upper blade UH is a plurality of substantially trapezoidal shapes formed at predetermined intervals in order to form a cut line on the stainless steel plate S by shearing and to form a through hole by stretching. Yes.

このように構成されたメタルラス加工装置を用いたメタルラス成形工程は、第1工程と第2工程の2つの工程から構成される。すなわち、第1工程は、上刃UHがステンレス板Sの板幅方向にて一方向に所定の間隔で移動し、図3(a)に示したように、ステンレス板Sに第1の方向に配列する貫通孔(以下、第1貫通孔群という)を成形する工程である。なお、以下の説明において、第1貫通孔群が形成される領域を第1貫通孔群形成領域という。また、第2工程は、上刃UHがステンレス板Sの板幅方向にて第1工程とは逆方向に所定の間隔で移動し、図3(a)に示したように、ステンレス板Sに第2の方向に配列する貫通孔(以下、第2貫通孔群という)を成形する工程である。なお、以下の説明において、第2貫通孔群が形成される領域を第2貫通孔群形成領域という。以下、図5〜図8を用いて、このメタルラス成形工程を具体的に説明する。   The metal lath forming process using the metal lath processing apparatus configured as described above is composed of two processes, a first process and a second process. That is, in the first step, the upper blade UH moves at a predetermined interval in one direction in the plate width direction of the stainless steel plate S, and the stainless steel plate S is moved in the first direction as shown in FIG. This is a step of forming through holes to be arranged (hereinafter referred to as a first through hole group). In the following description, a region where the first through hole group is formed is referred to as a first through hole group forming region. Further, in the second step, the upper blade UH moves at a predetermined interval in the plate width direction of the stainless steel plate S in the direction opposite to the first step, and as shown in FIG. This is a step of forming through holes arranged in the second direction (hereinafter referred to as a second through hole group). In the following description, a region where the second through-hole group is formed is referred to as a second through-hole group forming region. Hereinafter, this metal lath forming process will be described in detail with reference to FIGS.

まず、第1工程においては、図5(a)に示すように、上刃UHが初期加工位置にある状態で、送りローラORによってステンレス板Sが所定の加工長だけ刃型Hに送られる。そして、図5(b)に示すように、上刃UHは、下刃SH方向すなわちステンレス板Sの板厚方向へ降下し、下刃SHとともにその略台形形状の部分によってステンレス板Sをせん断して切れ目を加工する。さらに続けて、上刃UHは最下点位置まで降下し、同上刃UHの刃と接触しているステンレス板Sを下方に曲げ伸ばし、その後、図5(c)に示すように、初期加工位置まで復帰する。このように、図5(a)〜(c)で示される加工サイクルを実行することにより、ステンレス板Sの初期加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   First, in the first step, as shown in FIG. 5A, the stainless steel plate S is fed to the blade mold H by a predetermined machining length by the feed roller OR while the upper blade UH is in the initial machining position. As shown in FIG. 5B, the upper blade UH descends in the direction of the lower blade SH, that is, in the plate thickness direction of the stainless steel plate S, and shears the stainless steel plate S by the substantially trapezoidal shape portion together with the lower blade SH. And cut the cut. Furthermore, the upper blade UH descends to the lowest point position, and the stainless steel plate S that is in contact with the blade of the upper blade UH is bent and extended downward, and thereafter, as shown in FIG. Return until. Thus, by executing the machining cycle shown in FIGS. 5A to 5C, the state in which the blade shape of the upper blade UH is transferred to the machining portion corresponding to the initial machining position of the stainless steel plate S and Become.

次に、上刃UHは、復帰した初期加工位置から図5におけるステンレス板Sの板幅方向右側にて所定の間隔だけ離れた位置に設定された第1加工位置まで移動する。ここで、以下の説明における各加工位置の間隔すなわち上刃UHの移動距離は、例えば、図4に示す上刃UHの刃長WHの1/4程度に設定されるものとする。   Next, the upper blade UH moves from the returned initial machining position to the first machining position set at a position separated by a predetermined interval on the right side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. Here, the interval between the machining positions in the following description, that is, the movement distance of the upper blade UH, is set to, for example, about 1/4 of the blade length WH of the upper blade UH shown in FIG.

そして、図6(a)に示すように、上刃UHが第1加工位置に移動した状態で、送りローラORによってステンレス板Sが所定の加工長だけ刃型Hに送られる。次に、上刃UHは、図6(b)および(c)に示すように、下刃SH方向に降下してステンレス板Sに切れ目を加工するとともに最下点位置まで降下してステンレス板Sを曲げ伸ばし、その後、図6(a)に示すように、第1加工位置まで復帰する。このように、図6(a)〜(c)で示される加工サイクルを実行することにより、ステンレス板Sの第1加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Then, as shown in FIG. 6A, the stainless steel plate S is fed to the blade mold H by a predetermined processing length by the feed roller OR while the upper blade UH is moved to the first processing position. Next, as shown in FIGS. 6B and 6C, the upper blade UH descends in the direction of the lower blade SH to process a cut in the stainless steel plate S and descends to the lowest point position to move the stainless steel plate S. Then, as shown in FIG. 6 (a), it returns to the first processing position. Thus, the state in which the blade shape of the upper blade UH is transferred to the machining portion corresponding to the first machining position of the stainless steel plate S by executing the machining cycle shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). It becomes.

次に、上刃UHは、復帰した第1加工位置から図6におけるステンレス板Sの板幅方向右側にて所定の間隔(上刃UHの刃長WHの1/4程度)だけ離れた位置に設定された第2加工位置まで移動する。そして、この第2加工位置において、上述した第1加工位置における加工と同様に、ステンレス板Sに対して加工サイクルを実行する。これにより、ステンレス板Sの第2加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Next, the upper blade UH is positioned at a predetermined distance (about ¼ of the blade length WH of the upper blade UH) on the right side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. 6 from the returned first processing position. Move to the set second machining position. And in this 2nd process position, a process cycle is performed with respect to the stainless steel plate S similarly to the process in the 1st process position mentioned above. Thereby, the blade shape of the upper blade UH is transferred to the processing portion corresponding to the second processing position of the stainless steel plate S.

さらに、上刃UHは、復帰した第2加工位置から図6におけるステンレス板Sの板幅方向右側にて所定の間隔(上刃UHの刃長WHの1/4程度)だけ離れた位置に設定された第3加工位置まで移動する。そして、この第3加工位置においても、上述した第1加工位置における加工と同様に、ステンレス板Sに対して加工サイクルを実行する。これにより、ステンレス板Sの第3加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Further, the upper blade UH is set at a position separated from the restored second machining position by a predetermined interval (about ¼ of the blade length WH of the upper blade UH) on the right side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. Move to the third machining position. And also in this 3rd process position, a process cycle is performed with respect to the stainless steel plate S similarly to the process in the 1st process position mentioned above. Thereby, the blade shape of the upper blade UH is transferred to the processing portion corresponding to the third processing position of the stainless steel plate S.

このように、第1工程においては、上刃UHが初期加工位置、第1加工位置、第2加工位置および第3加工位置まで移動して、ステンレス板Sに対して加工サイクルを実行する。そして、第1貫通孔群形成領域を形成すると、引き続き、第2工程が実行される。以下、この第2工程を説明する。   Thus, in the first step, the upper blade UH moves to the initial machining position, the first machining position, the second machining position, and the third machining position, and executes a machining cycle on the stainless steel plate S. And if the 1st penetration hole group formation field is formed, the 2nd process will be performed continuously. Hereinafter, this second step will be described.

この第2工程においては、上記第1工程の第3加工位置(最後の加工位置)を第2工程における初期加工位置とする。そして、上刃UHが、図7(a)に示すように、この初期加工位置から図7におけるステンレス板Sの板幅方向左側にて所定の間隔だけ離れた位置に設定された第2工程における第1加工位置まで移動する。なお、この第2工程においても、各加工位置の間隔は、例えば、上刃UHの刃長WHの1/4程度に設定されるものとする。   In the second step, the third processing position (last processing position) in the first step is set as the initial processing position in the second step. Then, as shown in FIG. 7A, the upper blade UH is set at a position separated from the initial processing position by a predetermined interval on the left side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. Move to the first machining position. Also in this second step, the interval between the machining positions is set to about ¼ of the blade length WH of the upper blade UH, for example.

そして、上刃UHが第1加工位置にある状態で、送りローラORによってステンレス板Sが所定の加工長だけ刃型Hに送られる。そして、図7(b)に示すように、上刃UHは、下刃SH方向すなわちステンレス板Sの板厚方向へ降下し、下刃SHとともにその略台形形状の部分によってステンレス板Sをせん断して切れ目を加工する。さらに続けて、上刃UHは最下点位置まで降下し、同上刃UHの刃と接触しているステンレス板Sを下方に曲げ伸ばし、その後、図7(c)に示すように、第2工程の第1加工位置まで復帰する。このように、図7(a)〜(c)で示される加工サイクルを実行することにより、ステンレス板Sの第2工程における第1加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Then, in a state where the upper blade UH is in the first processing position, the stainless steel plate S is fed to the blade mold H by a predetermined processing length by the feed roller OR. Then, as shown in FIG. 7B, the upper blade UH descends in the direction of the lower blade SH, that is, in the plate thickness direction of the stainless steel plate S, and shears the stainless steel plate S by the substantially trapezoidal shape portion together with the lower blade SH. And cut the cut. Subsequently, the upper blade UH is lowered to the lowest point position, and the stainless steel plate S in contact with the blade of the upper blade UH is bent and extended downward, and then, as shown in FIG. Return to the first machining position. Thus, by executing the machining cycle shown in FIGS. 7A to 7C, the blade shape of the upper blade UH is formed on the machining portion corresponding to the first machining position in the second step of the stainless steel plate S. It is in a transcribed state.

次に、上刃UHは、復帰した第2工程の第1加工位置から図7におけるステンレス板Sの板幅方向左側にて所定の間隔(上刃UHの刃長WHの1/4程度)だけ離れた位置に設定された第2工程における第2加工位置まで移動する。   Next, the upper blade UH is a predetermined interval (about ¼ of the blade length WH of the upper blade UH) on the left side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. 7 from the first processing position of the returned second step. It moves to the 2nd processing position in the 2nd process set as a position apart.

そして、図8(a)に示すように、上刃UHが第2加工位置に移動した状態で、送りローラORによってステンレス板Sが所定の加工長だけ刃型Hに送られる。次に、上刃UHは、図8(b)および(c)に示すように、下刃SH方向に降下してステンレス板Sに切れ目を加工するとともに最下点位置まで降下してステンレス板Sを曲げ伸ばし、その後、図8(a)に示すように、第2工程の第2加工位置まで復帰する。このように、図8(a)〜(c)で示される加工サイクルを実行することにより、ステンレス板Sの第2工程における第2加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Then, as shown in FIG. 8A, the stainless steel plate S is fed to the blade mold H by a predetermined processing length by the feed roller OR while the upper blade UH is moved to the second processing position. Next, as shown in FIGS. 8B and 8C, the upper blade UH descends in the direction of the lower blade SH to process a cut in the stainless steel plate S and descends to the lowest point position to move the stainless steel plate S. Then, as shown in FIG. 8A, the process returns to the second processing position in the second step. Thus, by executing the machining cycle shown in FIGS. 8A to 8C, the blade shape of the upper blade UH is formed on the machining portion corresponding to the second machining position in the second step of the stainless steel plate S. It is in a transcribed state.

次に、上刃UHは、復帰した第2工程の第2加工位置から図8におけるステンレス板Sの板幅方向左側にて所定の間隔(上刃UHの刃長WHの1/4程度)だけ離れた位置に設定された第2工程における第3加工位置まで移動する。そして、この第3加工位置において、上述した第2加工位置における加工と同様に、ステンレス板Sに対して加工サイクルを実行する。これにより、ステンレス板Sの第2工程における第3加工位置に対応する加工部分に、上刃UHの刃形状が転写された状態となる。   Next, the upper blade UH is a predetermined interval (about ¼ of the blade length WH of the upper blade UH) on the left side in the plate width direction of the stainless steel plate S in FIG. 8 from the second processing position of the returned second step. Move to the third machining position in the second step set at a distant position. And in this 3rd processing position, a processing cycle is performed to stainless steel board S like processing in the 2nd processing position mentioned above. Thereby, the blade shape of the upper blade UH is transferred to the processing portion corresponding to the third processing position in the second step of the stainless steel plate S.

このように、第2工程において、上刃UHが第3加工位置すなわち第1工程における初期加工位置にてステンレス板Sに対して切れ目加工および曲げ伸ばし加工が実行されると、上刃UHは、第1工程の第1加工位置から第3加工位置まで順次移動してステンレス板Sに対して切れ目加工および曲げ伸ばし加工を実行する。そして、上刃UHは、第1工程の第3加工位置における切れ目加工および曲げ伸ばし加工を実行すると、第2工程の第1加工位置から第3加工位置まで順次移動してステンレス板Sに対して切れ目加工および曲げ伸ばし加工を実行する。このようにして、第1工程と第2工程とが繰り返し実行されることにより、図3(a)に示したように、第1貫通孔群形成領域と第2貫通孔群形成領域とが繰り返し形成されたメタルラスMRが成形される。   Thus, in the second step, when the upper blade UH is subjected to cut processing and bending extension processing on the stainless steel plate S at the third processing position, that is, the initial processing position in the first step, the upper blade UH is By sequentially moving from the first processing position to the third processing position in the first step, the cut and bending processes are performed on the stainless steel plate S. And the upper blade UH will move sequentially from the 1st process position of a 2nd process to the 3rd process position, and will perform with respect to the stainless steel plate S, if the cut process and bending extension process in the 3rd process position of a 1st process are performed. Perform cuts and bends. In this way, by repeatedly executing the first step and the second step, as shown in FIG. 3A, the first through-hole group forming region and the second through-hole group forming region are repeated. The formed metal lath MR is molded.

具体的に成形されたメタルラスMRを説明すると、第1工程において初期加工位置から第3加工位置にて形成される各貫通孔は、図3および図5〜図8におけるステンレス板Sの右方向(第1の方向)に順次成形されて配列した複数の第1貫通孔群を形成する。また、第2工程において第1加工位置から第3加工位置にて形成される各貫通孔は、図3および図5〜図8におけるステンレス板Sの左方向(第2の方向)に順次成形されて配列した複数の第2貫通孔群を形成する。   The metal lath MR formed specifically will be described. Each through-hole formed in the first process from the initial machining position to the third machining position is in the right direction of the stainless steel plate S in FIGS. 3 and 5 to 8 ( A plurality of first through-hole groups are sequentially formed and arranged in the first direction). Moreover, each through-hole formed in the 2nd process from a 1st process position to a 3rd process position is shape | molded sequentially in the left direction (2nd direction) of the stainless steel plate S in FIG. 3 and FIGS. A plurality of second through hole groups arranged in a row are formed.

そして、メタルラス成形工程によって成形されたメタルラスMRは、所定の製品寸法となるように、より詳しくは、後述するMEA30のアノード電極層AEまたはカソード電極層CEの大きさと略同一の大きさの正方形となるように成形されて、コレクタ12として製造される。   More specifically, the metal lath MR formed by the metal lath forming step is a square having a size substantially the same as the size of the anode electrode layer AE or the cathode electrode layer CE of the MEA 30 described later so as to have a predetermined product size. And is manufactured as a collector 12.

このように製造されるコレクタ12は、セパレータ本体11に対して一体的に固設されて、セパレータ10を形成する。このコレクタ12の固設について、以下に簡単に説明する。コレクタ12は、セパレータ本体11の略中央部分に配置される。そして、セパレータ本体11とコレクタ12との接触部分は、例えば、ロー付け工法により、金属的に接合されて一体的に固設される。   The collector 12 manufactured in this way is integrally fixed to the separator body 11 to form the separator 10. The fixing of the collector 12 will be briefly described below. The collector 12 is disposed at a substantially central portion of the separator body 11. And the contact part of the separator main body 11 and the collector 12 is metal-bonded by the brazing method, for example, and is integrally fixed.

具体的に説明すると、まず、コレクタ12に対して、例えば、銅やニッケルなどのペースト状のロー材を塗布する。そして、ロー材を塗布したコレクタ12をセパレータ本体11の所定位置に仮止めする。このとき、コレクタ12は、セパレータ本体11に形成された一対のガス導入口11aおよびガス導出口11bの配置方向と、コレクタ12(より詳しくは、メタルラスMR)における貫通孔の開口方向とが一致するように仮止めされる。次に、還元ガス雰囲気中にて、仮止めしたセパレータ本体11とコレクタ12とを所定温度で所定時間だけ加熱し、その後冷却する。これにより、セパレータ本体11とコレクタ12とが金属的に接合されて一体的に固設される。   More specifically, first, a paste-like brazing material such as copper or nickel is applied to the collector 12. And the collector 12 which apply | coated the brazing material is temporarily fixed to the predetermined position of the separator main body 11. FIG. At this time, in the collector 12, the arrangement direction of the pair of gas inlets 11 a and gas outlets 11 b formed in the separator body 11 coincides with the opening direction of the through holes in the collector 12 (more specifically, the metal lath MR). Is temporarily fixed. Next, the temporarily fixed separator body 11 and collector 12 are heated at a predetermined temperature for a predetermined time in a reducing gas atmosphere, and then cooled. Thereby, the separator main body 11 and the collector 12 are joined metallically and fixed integrally.

ここで、セパレータ本体11とコレクタ12とを金属的に接合する接合工法については、上述したロー付け工法に限定されるものではない。すなわち、セパレータ本体11とコレクタ12とを金属的に接合することができる他の工法、例えば、溶接工法や拡散接合工法を採用することができる。   Here, the joining method for metallicly joining the separator body 11 and the collector 12 is not limited to the brazing method described above. That is, other methods that can metallically join the separator body 11 and the collector 12, for example, a welding method or a diffusion bonding method can be employed.

フレーム20は、図9に示すように、同一の構造とされた2枚一対の樹脂板本体21,22から構成されていて、2枚のセパレータ10(より詳しくは、セパレータ本体11)にそれぞれの一面側が固着される。これら樹脂板本体21,22は、セパレータ本体11の外形寸法と略同一の外形寸法とされるとともに、コレクタ12の成形高さすなわちメタルラスMRの板厚よりも僅かに小さい板厚とされている。そして、樹脂板本体21に対して、樹脂板本体22は、同一平面方向にて略90度回転して配置されて積層される。なお、樹脂板本体21,22は、種々の樹脂材料を採用することができ、好ましくは、ガラスエポキシ樹脂を採用するとよい。   As shown in FIG. 9, the frame 20 is composed of a pair of two resin plate bodies 21 and 22 having the same structure, and each of the two separators 10 (more specifically, the separator body 11) has its own structure. One side is fixed. The resin plate main bodies 21 and 22 have substantially the same external dimensions as the separator main body 11 and have a thickness slightly smaller than the molding height of the collector 12, that is, the metal lath MR. And with respect to the resin plate main body 21, the resin plate main body 22 rotates and arrange | positions about 90 degree | times in the same plane direction, and is laminated | stacked. The resin plate bodies 21 and 22 can employ various resin materials, and preferably glass epoxy resins.

また、樹脂板本体21,22には、その周縁部分にて、単セルを形成した状態でセパレータ本体11に形成されたガス導入口11aおよびガス導出口11bの各貫通孔に対応する位置に同各貫通孔の形状と略同一の形状の貫通孔21a,21bおよび貫通孔22a,22bが形成されている。また、樹脂板本体21,22には、その略中央部分にて、セパレータ本体11に接合されたコレクタ12を収容する収容孔21c,22cが形成されている。この収容孔21c,22cは、固着されるセパレータ本体11に形成された一対のガス導入口11aおよびガス導出口11bと、積層される他方の樹脂板本体21または樹脂板本体22に形成された貫通孔21a,21bまたは貫通孔22a,22bとを収容するように形成されている。   Further, the resin plate main bodies 21 and 22 have the same peripheral edge portions as the positions corresponding to the through holes of the gas inlet 11a and the gas outlet 11b formed in the separator main body 11 in a state where a single cell is formed. Through holes 21a and 21b and through holes 22a and 22b having substantially the same shape as each through hole are formed. The resin plate main bodies 21 and 22 are provided with receiving holes 21c and 22c for receiving the collector 12 joined to the separator main body 11 at substantially the center part thereof. The accommodating holes 21c and 22c are formed through a pair of gas inlet 11a and gas outlet 11b formed in the separator body 11 to be fixed, and the other resin plate body 21 or resin plate body 22 stacked. It is formed so as to accommodate the holes 21a, 21b or the through holes 22a, 22b.

このように、収容孔21c,22cを形成することにより、固着されるセパレータ本体11の下面(または上面)、収容孔21c(または収容孔22c)の内周面およびMEA30の上面(または下面)により空間(以下、この空間をガス導通空間という)が形成される。そして、ガス導通空間内に対して、例えば、燃料ガスを一方のガス導入口11aから、また、酸化剤ガスを他方のガス導入口11aおよび貫通孔21aから導入することができる。また、ガス導通空間内を通過した未反応のガスは、一方のガス導出口11bを介して、また、他方のガス導出口11bおよび貫通孔21bを介して外部に導出することができる。   Thus, by forming the accommodation holes 21c and 22c, the lower surface (or upper surface) of the separator body 11 to be fixed, the inner peripheral surface of the accommodation hole 21c (or accommodation hole 22c), and the upper surface (or lower surface) of the MEA 30. A space (hereinafter, this space is referred to as a gas conduction space) is formed. For example, the fuel gas can be introduced into the gas conduction space from one gas introduction port 11a, and the oxidant gas can be introduced from the other gas introduction port 11a and the through hole 21a. Further, the unreacted gas that has passed through the gas conduction space can be led out to the outside through one gas outlet 11b and through the other gas outlet 11b and the through hole 21b.

MEA30は、図1および図9に示すように、電解質膜EFと、同電解質膜EF上にて所定の触媒を層状に積層することにより形成されて、燃料ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるアノード電極層AEと、酸化剤ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるカソード電極層CEとを主要構成部品としている。なお、これら電解質膜EF、アノード電極層AEおよびカソード電極層CEの作用(電極反応)については、本発明に直接関係しないため、その詳細な説明を省略する。   As shown in FIGS. 1 and 9, the MEA 30 is formed by laminating an electrolyte membrane EF and a predetermined catalyst on the electrolyte membrane EF in a layered manner, and on the gas conduction space side where fuel gas is introduced. The anode electrode layer AE to be arranged and the cathode electrode layer CE to be arranged on the gas conduction space side where the oxidant gas is introduced are used as main components. Note that the operation (electrode reaction) of the electrolyte membrane EF, the anode electrode layer AE, and the cathode electrode layer CE is not directly related to the present invention, and thus detailed description thereof is omitted.

電解質膜EFは、フレーム20の樹脂板本体21,22を積層した際に形成される略正方形の開口部分に比して大きく、かつ、樹脂板本体21,22を積層した状態で貫通孔21a,21bおよび貫通孔22a,22bを塞がない大きさに形成されている。このように、電解質膜EFを形成することにより、ガス導通空間に導入されたガスが他側に形成されたガス導通空間に漏れること(所謂、クロスリーク)が防止される。電極層としてのアノード電極層AEおよびカソード電極層CEは、その大きさがフレーム20の樹脂板本体21,22を積層した際に形成される略正方形の開口部分に比して僅かに小さい外形寸法とされている。   The electrolyte membrane EF is larger than the substantially square opening formed when the resin plate main bodies 21 and 22 of the frame 20 are laminated, and the through holes 21a and 21a are formed in a state where the resin plate main bodies 21 and 22 are laminated. 21b and the through holes 22a and 22b are formed in such a size that they are not blocked. Thus, by forming the electrolyte membrane EF, the gas introduced into the gas conduction space is prevented from leaking into the gas conduction space formed on the other side (so-called cross leak). The anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE as electrode layers are slightly smaller in outer dimensions than the substantially square opening formed when the resin plate bodies 21 and 22 of the frame 20 are laminated. It is said that.

また、アノード電極層AEおよびカソード電極層CEは、それぞれの表面側が導電性を有した繊維から形成されたカーボンクロスCCで覆われて構成される。このカーボンクロスCCは、ガス導通空間内に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスを各電極層に対して均一に供給するものであるとともに、電極反応によって発電された電気をコレクタ12に効率よく供給するものである。すなわち、カーボンクロスCCは繊維状であるため、この繊維間を導通することによって、供給されたガスはより一様に拡散される。また、カーボンクロスCCは導電性を有しているため、発電された電気を効率よくコレクタ12に流すことができる。なお、必要に応じて、カーボンクロスCCを省略して実施することも可能である。   In addition, the anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE are configured such that the respective surface sides are covered with carbon cloth CC formed of conductive fibers. The carbon cloth CC uniformly supplies fuel gas or oxidant gas supplied into the gas conduction space to each electrode layer, and efficiently supplies electricity generated by the electrode reaction to the collector 12. To do. That is, since the carbon cloth CC is fibrous, the supplied gas is more uniformly diffused by conducting between the fibers. In addition, since the carbon cloth CC has conductivity, the generated electricity can be efficiently flowed to the collector 12. If necessary, the carbon cloth CC can be omitted.

そして、単セルは、セパレータ本体11、コレクタ12、フレーム20およびMEA30を順次積層することによって形成される。具体的に説明すると、図9に示したように、互いに同一平面内にて略90度回転されて配置される上下2枚のフレーム20間にMEA30を配置し、例えば、接着剤などを塗布することによって各フレーム20間にてMEA30の電解質膜EFを挟持した状態で一体的に固着する。   And a single cell is formed by laminating | stacking the separator main body 11, the collector 12, the flame | frame 20, and MEA30 one by one. Specifically, as shown in FIG. 9, the MEA 30 is disposed between the upper and lower two frames 20 that are disposed by being rotated approximately 90 degrees in the same plane, and, for example, an adhesive is applied. Accordingly, the electrolyte membrane EF of the MEA 30 is sandwiched between the frames 20 and is integrally fixed.

この一体的に固着したフレーム20およびMEA30に対して、各フレーム20の収容孔21c,22c内にコレクタ12を収容する。このとき、コレクタ12は、収容されるフレーム20に形成された一対のガス導入口11aおよびガス導出口11bの配置方向すなわち導入されたガスの流通方向と、コレクタ12(より詳しくは、メタルラスMR)における貫通孔の開口方向とが一致するように、フレーム20の収容孔21c,22c内に収容される。   The collector 12 is accommodated in the accommodating holes 21c and 22c of each frame 20 with respect to the integrally fixed frame 20 and MEA 30. At this time, the collector 12 includes the arrangement direction of the pair of gas inlets 11a and the gas outlets 11b formed in the frame 20 to be accommodated, that is, the flow direction of the introduced gas, and the collector 12 (more specifically, the metal lath MR). Are accommodated in the accommodation holes 21c and 22c of the frame 20 so that the opening directions of the through holes coincide with each other.

そして、フレーム20の収容孔21c,22c内にコレクタ12を収容した状態で、例えば、接着剤などを塗布することにより、セパレータ本体11をフレーム20に対して一体的に固着する。このとき、樹脂板本体21,22の板厚がコレクタ12の成形高さよりも僅かに小さい寸法であるため、コレクタ12がセパレータ本体11によってMEA30側に若干押圧された状態で組み付けられる。これにより、コレクタ12とMEA30(より詳しくは、カーボンクロスCC)との接触状態を良好に保つことができる。そして、このように形成された単セルは、要求出力に応じて複数積層されることによって、燃料電池スタックを構成する。   Then, in a state where the collector 12 is accommodated in the accommodation holes 21 c and 22 c of the frame 20, for example, an adhesive or the like is applied to fix the separator body 11 to the frame 20 integrally. At this time, since the plate thickness of the resin plate main bodies 21 and 22 is slightly smaller than the molding height of the collector 12, the collector 12 is assembled in a state of being slightly pressed by the separator main body 11 toward the MEA 30 side. Thereby, the contact state between the collector 12 and the MEA 30 (more specifically, the carbon cloth CC) can be kept good. And the single cell formed in this way constitutes a fuel cell stack by laminating a plurality according to demand output.

このように構成された燃料電池スタックにおいては、図1に示すように、積層された単セル間でセパレータ本体11のガス導入口11a同士およびガス導出口11b同士がフレーム20の貫通孔21a,21bおよび貫通孔22a,22bを介してすべて連通した状態となる。このため、本明細書中の以下の説明においては、各単セルのガス導入口11aおよびフレーム20の貫通孔21a,22aによって形成される連通路をガス供給インナーマニホールド、ガス導出口11bおよびフレーム20の貫通孔21b,22bによって形成される連通路をガス排出インナーマニホールドという。   In the fuel cell stack configured as described above, as shown in FIG. 1, the gas inlets 11 a and the gas outlets 11 b of the separator body 11 are connected to the through holes 21 a and 21 b of the frame 20 between the stacked single cells. And it will be in the state which all communicated through the through-holes 22a and 22b. For this reason, in the following description in the present specification, the gas supply inner manifold, the gas outlet 11b, and the frame 20 are connected to the communication path formed by the gas inlet 11a of each single cell and the through holes 21a and 22a of the frame 20. The communication passage formed by the through holes 21b and 22b is referred to as a gas discharge inner manifold.

このガス供給インナーマニホールドを介して燃料ガスまたは酸化剤ガスがそれぞれ外部から供給されると、供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスは、ガス導通空間内に導入される。このように導入された燃料ガスまたは酸化剤ガスは、コレクタ12によって、ガス導通空間内を均一に拡散して導通する。   When fuel gas or oxidant gas is supplied from the outside via the gas supply inner manifold, the supplied fuel gas or oxidant gas is introduced into the gas conduction space. The thus introduced fuel gas or oxidant gas is diffused uniformly in the gas conduction space by the collector 12 and is conducted.

具体的に説明すると、ガス供給インナーマニホールドからガス導通空間内に導入されたガスは、ガス導通空間内に配置されたコレクタ12に接触しながらガス排出インナーマニホールドに向けて流れる。ここで、コレクタ12は、ガス供給インナーマニホールド(すなわちガス導入口11a)とガス排出インナーマニホールド(すなわちガス導出口11b)の配置方向に対して、第1の角度を有して配置された第1貫通孔群と第2の角度を有して配置された第2貫通孔群とを有するメタルラスMRから形成されている。   More specifically, the gas introduced into the gas conduction space from the gas supply inner manifold flows toward the gas discharge inner manifold while being in contact with the collector 12 disposed in the gas conduction space. Here, the collector 12 is arranged with a first angle with respect to the arrangement direction of the gas supply inner manifold (that is, the gas inlet 11a) and the gas discharge inner manifold (that is, the gas outlet 11b). The metal lath MR has a through-hole group and a second through-hole group arranged with a second angle.

このため、ガス供給インナーマニホールドからガス導通空間内に導入されたガスは、その一部がコレクタ12(メタルラスMR)のボンド部を導通するものの、図10に概略的に示すように、大部分が第1貫通孔群および第2貫通孔群によって形成されるガス流路を導通する。これにより、ガス導通空間内に導入されたガスは、第1貫通孔群および第2貫通孔群を形成する各貫通孔の側壁面に衝突しながら、ガス排出インナーマニホールドに向けて蛇行して流通する。   For this reason, a part of the gas introduced into the gas conduction space from the gas supply inner manifold is electrically connected to the bond portion of the collector 12 (metal lath MR). However, as shown schematically in FIG. The gas flow path formed by the first through hole group and the second through hole group is conducted. As a result, the gas introduced into the gas conduction space snakes and circulates toward the gas discharge inner manifold while colliding with the side wall surface of each through hole forming the first through hole group and the second through hole group. To do.

そして、このようにガスが蛇行して流通することにより、ガス導通空間内におけるガスの流れが乱流となる。したがって、ガス導通空間内に導入されたガスは、同空間内において均一に拡散した状態、言い換えれば、ガス濃度勾配が均一化される。このように、ガス導通空間内のガス濃度勾配が均一化され、さらに、ガスがカーボンクロスCCを通過することにより、アノード電極層AEとカソード電極層CEに対して、燃料ガスまたは酸化剤ガスが均一に供給される。   And since the gas meanders and circulates in this way, the gas flow in the gas conduction space becomes a turbulent flow. Therefore, the gas introduced into the gas conduction space is uniformly diffused in the space, in other words, the gas concentration gradient is made uniform. In this way, the gas concentration gradient in the gas conduction space is made uniform, and further, when the gas passes through the carbon cloth CC, the fuel gas or the oxidant gas is supplied to the anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE. Evenly supplied.

これにより、MEA30における電極反応領域は、形成したアノード電極層AEおよびカソード電極層CEの全面となる。この結果、有効な電極反応領域が増大することにより、アノード電極層AEおよびカソード電極層CEが供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスと効率よく電極反応して電極反応効率を大幅に向上させることができる。そして、電極反応効率を向上させることに伴って供給されたガスを有効に消費することができるため、未反応ガスを大幅に減少させることができる。したがって、燃料電池は、効率よく電気を発電することができる。   As a result, the electrode reaction region in the MEA 30 is the entire surface of the formed anode electrode layer AE and cathode electrode layer CE. As a result, by increasing the effective electrode reaction region, the electrode reaction efficiency can be greatly improved by efficiently performing an electrode reaction with the fuel gas or the oxidant gas supplied to the anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE. it can. And since the gas supplied with improving electrode reaction efficiency can be consumed effectively, unreacted gas can be reduced significantly. Therefore, the fuel cell can generate electricity efficiently.

一方で、アノード電極層AEおよびカソード電極層CEにおける電極反応の反応効率が向上すると、MEA30によって効率よく電気が発電される。この発電された電気は、コレクタ12およびセパレータ本体11を介して、燃料電池外部に取り出される。このとき、コレクタ12に多数の網目状の貫通孔が形成されていることにより、単位体積あたりの表面積すなわちMEA30(より詳しくは、カーボンクロスCC)との接触面積が大きくなる。このように、MEA30との接触面積を大きくすることにより、MEA30で発電された電気を集電する際の抵抗(集電抵抗)を極めて小さくすることができる。これにより、発電された電気を効率よく、言い換えれば、集電効率を向上させて集電することができる。   On the other hand, when the reaction efficiency of the electrode reaction in the anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE is improved, electricity is efficiently generated by the MEA 30. The generated electricity is taken out of the fuel cell through the collector 12 and the separator body 11. At this time, since a large number of mesh-like through holes are formed in the collector 12, the surface area per unit volume, that is, the contact area with the MEA 30 (more specifically, the carbon cloth CC) increases. Thus, by increasing the contact area with the MEA 30, the resistance (current collection resistance) when collecting the electricity generated by the MEA 30 can be extremely reduced. Thereby, the generated electricity can be collected efficiently, in other words, the current collection efficiency can be improved.

以上の説明からも理解できるように、この実施形態によれば、燃料電池スタックの外部からガスは、セパレータ本体11によって混流が防止されて、セパレータ本体11とMEA30(より詳しくは、アノード電極AEまたはカソード電極CE)との間に導入される。そして、導入された燃料ガスと酸化剤ガスは、コレクタ12によって形成されるガス流路を介してアノード電極AEとカソード電極CEに供給される。この場合、コレクタ12によって形成されるガス流路は、第1の方向に配列した第1貫通孔群および第1の方向とは異なる第2の方向に配列した第2貫通孔群によって形成される。これにより、導入された燃料ガスと酸化剤ガスは、第1貫通孔群および第2貫通孔群の配置方向すなわち第1の方向と第2の方向に蛇行しながら流通する。   As can be understood from the above description, according to this embodiment, gas from the outside of the fuel cell stack is prevented from being mixed by the separator body 11, and the separator body 11 and the MEA 30 (more specifically, the anode electrode AE or Between the cathode electrode CE). The introduced fuel gas and oxidant gas are supplied to the anode electrode AE and the cathode electrode CE via the gas flow path formed by the collector 12. In this case, the gas flow path formed by the collector 12 is formed by a first through hole group arranged in the first direction and a second through hole group arranged in a second direction different from the first direction. . Thus, the introduced fuel gas and oxidant gas flow while meandering in the arrangement direction of the first through hole group and the second through hole group, that is, in the first direction and the second direction.

このようにガス流路を流通する燃料ガスと酸化剤ガスは、形成された貫通孔を通過することによる拡散に加えて、蛇行することによっても拡散する。したがって、アノード電極AEまたはカソード電極CEに対して燃料ガスまたは酸化剤ガスを効率よく供給できることにより、MEA30における電極反応を促進することができる。その結果、未反応ガスを大幅に低減することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   As described above, the fuel gas and the oxidant gas flowing through the gas flow path are diffused by meandering in addition to the diffusion by passing through the formed through hole. Therefore, the fuel gas or the oxidant gas can be efficiently supplied to the anode electrode AE or the cathode electrode CE, so that the electrode reaction in the MEA 30 can be promoted. As a result, unreacted gas can be greatly reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、第1貫通孔群および第2貫通孔群を形成する各貫通孔は、図3に示したように、網目状かつ階段状に形成される。これにより、導入された燃料ガスおよび酸化剤ガスが階段状に形成される第1貫通孔群および第2貫通孔群を優先的に流通することにより、流通抵抗(圧力損失)を低減することができる。これにより、燃料電池スタックの外部からMEA30に対して新たな燃料ガスおよび酸化剤ガスを容易に導入することができ、その結果、MEA30における電極反応に必要なガスを十分に供給することができて燃料電池の発電効率を向上させることができる。   Moreover, each through-hole which forms a 1st through-hole group and a 2nd through-hole group is formed in mesh shape and step shape as shown in FIG. Accordingly, the flow resistance (pressure loss) can be reduced by preferentially flowing the introduced fuel gas and oxidant gas through the first through hole group and the second through hole group formed in a stepped shape. it can. As a result, new fuel gas and oxidant gas can be easily introduced into the MEA 30 from the outside of the fuel cell stack, and as a result, sufficient gas for electrode reaction in the MEA 30 can be supplied. The power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、コレクタ12を第1貫通孔群が並列に複数形成された第1貫通孔群形成領域と第2貫通孔群が並列に複数形成された第2貫通孔群形成領域とが順次繰り返し形成したメタルラスMRから成形することができる。これにより、コレクタ12に形成される第1貫通孔群と第2貫通孔群とを燃料ガスまたは酸化剤ガスの流通方向に対して順次連続的に(繰り返し)配置することができ、また、導入された燃料ガスと酸化剤ガスとが流通するガス流路数を増加させることができる。したがって、燃料ガスと酸化剤ガスとを良好に拡散できるとともに流通抵抗を抑えることができ、MEA30に対して燃料ガスまたは酸化剤ガスをより効率よく供給できる。その結果、MEA30における電極反応を促進することができて未反応ガスを大幅に低減することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。   Further, the collector 12 is formed by sequentially repeating a first through hole group forming region in which a plurality of first through hole groups are formed in parallel and a second through hole group forming region in which a plurality of second through hole groups are formed in parallel. It can be formed from a metal lath MR. Accordingly, the first through hole group and the second through hole group formed in the collector 12 can be sequentially (repetitively) arranged sequentially with respect to the flow direction of the fuel gas or the oxidant gas. It is possible to increase the number of gas flow paths through which the fuel gas and the oxidant gas that have been circulated. Therefore, the fuel gas and the oxidant gas can be diffused satisfactorily, the flow resistance can be suppressed, and the fuel gas or the oxidant gas can be supplied to the MEA 30 more efficiently. As a result, the electrode reaction in the MEA 30 can be promoted, the unreacted gas can be greatly reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

上記実施形態においては、メタルラス成形工程の第1工程および第2工程における各加工位置で、上述した加工サイクルを1回だけ実行してメタルラスMRを成形するように実施した。この場合、各加工位置で加工サイクルを複数回実行してメタルラスを成形するように実施することも可能である。以下、この変形例を説明するが、上記実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。   In the above embodiment, the metal lath MR is formed by executing the above-described processing cycle only once at each processing position in the first step and the second step of the metal lath forming step. In this case, the metal lath can be formed by executing a plurality of machining cycles at each machining position. Hereinafter, although this modification is demonstrated, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the said embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

この変形例におけるメタルラス成形工程においても、上記実施形態と同様に、メタルラス加工装置Rを用いて、ステンレス板Sに第1貫通孔群形成領域と第2貫通孔群形成領域を繰り返し形成する。ただし、この変形例においては、第1工程および第2工程における各加工位置にて加工サイクルを2回実行する。   Also in the metal lath forming process in this modified example, the first through-hole group forming region and the second through-hole group forming region are repeatedly formed on the stainless steel plate S using the metal lath processing apparatus R as in the above embodiment. However, in this modification, the machining cycle is executed twice at each machining position in the first process and the second process.

具体的に説明すると、上記実施形態と同様に、初期加工位置にて、まず、1回目の加工サイクルを実行する。次に、上刃UHが初期加工位置に復帰した刃型Hに対して送りローラORによって再び所定の加工長だけステンレス板Sが送られる。そして、上刃UHは、初期加工位置において、再び下刃SH方向へ降下してステンレス板Sに切れ目を加工するとともに、最下点位置まで降下してステンレス板Sを曲げ伸ばす。このように、加工サイクルを繰り返し実行することにより、初期加工位置において、上刃UHがステンレス板Sに対して所定の加工長分だけずれた位置に刃形状を転写する。   Specifically, as in the above-described embodiment, the first machining cycle is first executed at the initial machining position. Next, the stainless steel plate S is again fed by a predetermined processing length by the feed roller OR to the blade mold H in which the upper blade UH has returned to the initial processing position. Then, the upper blade UH descends again toward the lower blade SH at the initial machining position to process the cut in the stainless steel plate S, and descends to the lowest point position to bend and extend the stainless steel plate S. Thus, by repeatedly executing the machining cycle, the blade shape is transferred to a position where the upper blade UH is displaced from the stainless steel plate S by a predetermined machining length at the initial machining position.

そして、第1工程のその他の各加工位置および第2工程における各加工位置においても、初期加工位置と同様に、加工サイクルを2回実行することにより、図11に示すように、階段形状が2回の刃形状の転写によって形成されたメタルラスMR’が製造される。なお、図示を省略するが、この変形例において成形される貫通孔の形状は、上記実施形態と同一形状となることはいうまでもない。また、以下の説明において、加工サイクルの実行回数については2回に限定されるものではなく、3回以上実行可能であることはいうまでもない。   Then, at each of the other machining positions in the first step and each machining position in the second step, as shown in FIG. 11, the staircase shape becomes 2 by executing the machining cycle twice as in the initial machining position. A metal lath MR ′ formed by transferring the blade shape twice is manufactured. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, it cannot be overemphasized that the shape of the through-hole shape | molded in this modification becomes the same shape as the said embodiment. Further, in the following description, the number of executions of the machining cycle is not limited to twice, and it goes without saying that it can be executed three or more times.

このように製造されたメタルラスMR’を用いて成形されたコレクタ12’においては、上記実施形態におけるコレクタ12に比して、その板厚が大きくなる。これにより、ガス導通空間内を拡げることができ、導通する際のガスの流路抵抗をより低減することができる。さらに、ガス導通空間内に導入されたガスが第1貫通孔群および第2貫通孔群を通過する際の流路抵抗も小さくすることができる。これらにより、ガス導通空間内を導通するガスは、スムーズに導通することができるため、ガスとアノード電極層AEおよびカソード電極層CEとの反応を促進することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。その他の効果については、上記実施形態と同様の効果が期待できる。   The collector 12 ′ molded using the metal lath MR ′ manufactured in this way has a larger plate thickness than the collector 12 in the above embodiment. Thereby, the inside of gas conduction space can be expanded and the flow path resistance of the gas at the time of conduction | electrical_connection can be reduced more. Furthermore, the flow resistance when the gas introduced into the gas conduction space passes through the first through hole group and the second through hole group can be reduced. As a result, the gas that conducts in the gas conduction space can be conducted smoothly, so that the reaction between the gas and the anode electrode layer AE and the cathode electrode layer CE can be promoted, and the power generation efficiency of the fuel cell is improved. Can be made. About the other effect, the effect similar to the said embodiment can be anticipated.

本発明の実施に当たっては、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   In carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made.

例えば、上記実施形態および変形例においては、第1工程および第2工程における各加工位置を初期加工位置を含めて4箇所に設定して実施したが、加工位置の設定数はこれに限定されるものではない。すなわち、第1工程および第2工程を実行することにより、第1貫通孔群と第2貫通孔群を形成できれば、設定される加工位置の設定数はいくつであってもよい。   For example, in the above-described embodiment and modification, each machining position in the first process and the second process is set to four places including the initial machining position, but the number of machining positions set is limited to this. It is not a thing. That is, as long as the first through hole group and the second through hole group can be formed by executing the first step and the second step, any number of machining positions may be set.

また、上記実施形態および変形例においては、コレクタ12,12’を形成するメタルラスMR,MR’を成形するためのメタルラス加工装置Rの上刃UHの刃形状を所定の間隔によって形成された複数の略台形形状として実施した。しかし、例えば、図12に示すように、刃形状を所定の間隔によって形成された断面略三角形状とした上刃UH’に変更して実施することも可能である。   Moreover, in the said embodiment and modification, the blade shape of the upper blade UH of the metal lath processing apparatus R for shape | molding the metal lath MR and MR 'which forms the collectors 12 and 12' is made into the some shape formed by the predetermined space | interval. It was implemented as a substantially trapezoidal shape. However, for example, as shown in FIG. 12, the blade shape may be changed to an upper blade UH ′ having a substantially triangular cross section formed at a predetermined interval.

そして、この変更した上刃UH’を採用し、上記実施形態および変形例と同様に、メタルラス成形工程を実施することにより、図13に示すようなメタルラスMR’’を製造することができる。なお、この場合、第1および第2工程における各加工位置間の距離すなわち上刃UH’の移動距離は、例えば、略三角形状の刃の形成間隔の1/4程度に設定するとよい。そして、この場合においても、製造されるメタルラスMR’’は、上記実施形態および変形例と同様に、第1の方向(図13における右方向)に配列した第1貫通孔群と第2の方向(図13における左方向)に配列した第2貫通孔群とを有する。したがって、このメタルラスMR’’から成形されるコレクタ12’’を採用した場合であっても、上記実施形態および変形例と同様の効果が期待できる。   Then, by adopting this modified upper blade UH 'and performing the metal lath forming step as in the above-described embodiment and modification, a metal lath MR "as shown in FIG. 13 can be manufactured. In this case, the distance between the machining positions in the first and second steps, that is, the movement distance of the upper blade UH ′ may be set to about ¼ of the formation interval of the substantially triangular blade, for example. Also in this case, the metal lath MR ″ to be manufactured has the first through hole group arranged in the first direction (the right direction in FIG. 13) and the second direction, as in the above embodiment and the modification. And a second through hole group arranged in the left direction in FIG. Therefore, even when the collector 12 ″ molded from the metal lath MR ″ is employed, the same effects as those of the above-described embodiment and modification can be expected.

また、コレクタ12,12’,12’’(メタルラスMR,MR’,MR’’)の貫通孔の形状については、上記実施形態および変形例における貫通孔の形状に限定されるものではない。すなわち、第1の方向に配列した第1貫通孔群および第1の方向とは異なる第2の方向に配列した第2貫通孔群が形成できる形状であれば、いかなる形状であってもよい。   Further, the shape of the through holes of the collectors 12, 12 ′, 12 ″ (metal lath MR, MR ′, MR ″) is not limited to the shape of the through holes in the above-described embodiments and modifications. That is, any shape may be used as long as the first through hole group arranged in the first direction and the second through hole group arranged in the second direction different from the first direction can be formed.

さらに、上記実施形態および変形例においては、セパレータ本体11とコレクタ12とを金属的に接合することによって、一体的に固設して実施した。しかし、セパレータ本体11とコレクタ12とを金属的に接合することなく実施可能であることはいうまでもない。   Furthermore, in the said embodiment and modification, the separator main body 11 and the collector 12 were integrally fixed by carrying out metallic joining. However, it goes without saying that the present invention can be implemented without metallicly joining the separator body 11 and the collector 12.

本発明の実施形態に係るコレクタ(ガス拡散部材)を用いた燃料電池用セパレータを採用して構成した燃料電池スタックの一部示す概略図である。It is the schematic which shows a part of fuel cell stack comprised using the separator for fuel cells using the collector (gas diffusion member) which concerns on embodiment of this invention. 図1のセパレータを構成するセパレータ本体を示した概略的な斜視図である。It is the schematic perspective view which showed the separator main body which comprises the separator of FIG. (a),(b)は、コレクタ(ガス拡散部材)を成形するメタルラスを説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the metal lath which shape | molds a collector (gas diffusion member). (a)は、図3のメタルラスを成形するメタルラス加工装置を概略的に示した概略図であり、(b)は、(a)の刃型の形状を説明するための図である。(A) is the schematic which showed the metal lath processing apparatus which shape | molds the metal lath of FIG. 3 schematically, (b) is a figure for demonstrating the shape of the blade type | mold of (a). (a)〜(c)は、図3のメタルラスを成形する第1工程の初期加工位置における加工サイクルを説明するために概略的に示した図である。(A)-(c) is the figure shown in order to demonstrate the process cycle in the initial process position of the 1st process of shape | molding the metal lath of FIG. (a)〜(c)は、図3のメタルラスを成形する第1工程の第1加工位置から第3加工位置における加工サイクルを説明するために概略的に示した図である。(A)-(c) is the figure shown in order to demonstrate the process cycle in the 3rd process position from the 1st process position of the 1st process of shape | molding the metal lath of FIG. (a)〜(c)は、図3のメタルラスを成形する第2工程の第1加工位置における加工サイクルを説明するために概略的に示した図である。(A)-(c) is the figure shown in order to demonstrate the process cycle in the 1st process position of the 2nd process of shape | molding the metal lath of FIG. (a)〜(c)は、図3のメタルラスを成形する第2工程の第2加工位置および第3加工位置における加工サイクルを説明するために概略的に示した図である。(A)-(c) is the figure shown in order to demonstrate the processing cycle in the 2nd processing position of the 2nd process which shape | molds the metal lath of FIG. 3, and a 3rd processing position. 図1に示したフレームおよびMEAの組み付け状態を説明するための概略的な分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view for demonstrating the assembly | attachment state of the flame | frame and MEA shown in FIG. ガス導通空間内に配置されたコレクタ(ガス拡散部材)によるガス流れの蛇行を説明するための図である。It is a figure for demonstrating meandering of the gas flow by the collector (gas diffusion member) arrange | positioned in gas conduction space. 本発明の変形例に係るコレクタ(ガス拡散部材)を形成するメタルラスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the metal lath which forms the collector (gas diffusion member) which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係るメタルラス加工装置における上刃の刃形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the blade shape of the upper blade in the metal lath processing apparatus which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係るメタルラスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the metal lath which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…セパレータ、11…セパレータ本体、12,12’,12’’…コレクタ(ガス拡散部材)、20…フレーム、30…MEA、MR,MR’,MR’’…メタルラス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 11 ... Separator main body, 12, 12 ', 12 "... Collector (gas diffusion member), 20 ... Frame, 30 ... MEA, MR, MR', MR" ... Metal lath

Claims (10)

燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して混流を防止する平板状のセパレータ本体と、
網目状かつ階段状に形成される複数の貫通孔が第1の方向に配列した第1貫通孔群と、網目状かつ階段状に形成される複数の貫通孔が前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列した第2貫通孔群とを有し、前記セパレータ本体と前記電極層との間にて、前記燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記電極層に供給するためのガス流路を前記第1貫通孔群および前記第2貫通孔群によって形成するガス拡散部材とから構成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell,
A flat separator body that separates the fuel gas and the oxidant gas to prevent mixed flow;
A first through hole group in which a plurality of through holes formed in a mesh shape and a step shape are arranged in a first direction, and a plurality of through holes formed in a mesh shape and a step shape are different from the first direction. A second through hole group arranged in a second direction, and a gas flow path for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the electrode layer between the separator body and the electrode layer. A fuel cell separator comprising a gas diffusion member formed by the first through hole group and the second through hole group.
請求項1に記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス拡散部材に形成される前記第1貫通孔群と前記第2貫通孔群とが、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガスの流通方向に対して順次連続的に配置されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1,
The first through-hole group and the second through-hole group formed in the gas diffusion member are sequentially arranged sequentially with respect to the flow direction of the fuel gas or the oxidant gas. Fuel cell separator.
請求項1に記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス拡散部材は、
並列に配置された複数の前記第1貫通孔群を有するとともに、並列に配置された複数の前記第2貫通孔群を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1,
The gas diffusion member is
A fuel cell separator having a plurality of first through-hole groups arranged in parallel and a plurality of second through-hole groups arranged in parallel.
請求項1に記載した燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス拡散部材を、
前記第1貫通孔群が並列に複数形成された第1貫通孔群形成領域と、前記第2貫通孔群が並列に複数形成された第2貫通孔群形成領域とを順次繰り返し形成したメタルラスから成形したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1,
The gas diffusion member;
From a metal lath in which a first through-hole group forming region in which a plurality of the first through-hole groups are formed in parallel and a second through-hole group forming region in which a plurality of the second through-hole groups are formed in parallel are sequentially formed. A separator for a fuel cell, characterized by being molded.
請求項1に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法であって、
薄板素材を載置する固定型と、同固定型に対して前記薄板素材の送り方向に配置されて前記薄板素材の板厚方向にて移動するとともに前記薄板素材の板幅方向に移動し、前記薄板素材をせん断することにより貫通孔を形成するせん断型とを有する成形装置を用い、
前記薄板素材を所定の加工長さ分だけ送り、前記薄板素材の板厚方向に対して前記せん断型を移動させるとともに退避させて貫通孔を形成する加工サイクルを、前記せん断型を前記薄板素材の板幅方向における一方向にて予め設定された複数の加工位置ごとに実行して前記第1貫通孔群を成形する第1の工程と、
前記第1の工程後、前記薄板素材を所定の加工長さ分だけ送り、前記薄板素材の板厚方向に対して前記せん断型を移動させるとともに退避させて貫通孔を形成する加工サイクルを、前記せん断型を前記薄板素材の板幅方向における他方向にて予め設定された複数の加工位置ごとに実行して前記第2貫通孔群を成形する第2の工程とを備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
A method for forming a gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 1,
A fixed mold for placing a thin plate material, and a moving plate in the sheet thickness direction of the thin plate material that is arranged in the feeding direction of the thin plate material with respect to the fixed mold and moves in the plate width direction of the thin plate material, Using a molding device having a shearing die that forms a through hole by shearing a thin plate material,
The thin plate material is fed by a predetermined processing length, and the shear mold is moved and retracted with respect to the plate thickness direction of the thin plate material to form a through hole, and the shear mold is moved to the thin plate material. A first step of forming the first through hole group by performing each of a plurality of processing positions set in advance in one direction in the plate width direction;
After the first step, a processing cycle in which the thin plate material is fed by a predetermined processing length, the shearing mold is moved in the plate thickness direction of the thin plate material and retracted to form a through hole, And a second step of forming the second through hole group by executing a shearing die for each of a plurality of processing positions set in advance in the other direction in the sheet width direction of the thin plate material. A method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator.
請求項5に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法において、
前記第2の工程は、前記第1の工程における前記予め設定された複数の加工位置のうちの最後の加工位置を、前記第2の工程における前記予め設定された複数の加工位置のうちの最初の加工位置として前記加工サイクルを実行することを特徴とする燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
In the molding method of the gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 5,
In the second step, the last machining position among the plurality of preset machining positions in the first step is set as the first of the plurality of preset machining positions in the second step. A method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator, wherein the machining cycle is executed as a machining position.
請求項5に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法において、
前記第1の工程と前記第2の工程を順次繰り返し実行することを特徴とする燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
In the molding method of the gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 5,
A method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator, wherein the first step and the second step are sequentially repeated.
請求項5に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法において、
前記せん断型は、所定の間隔によって形成された複数のせん断刃を有することを特徴とする燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
In the molding method of the gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 5,
The shearing die has a plurality of shearing blades formed at predetermined intervals, and is a method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator.
請求項8に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法において、
前記せん断刃は、
前記薄板素材の送り方向に対して垂直な断面形状が台形形状または三角形状であることを特徴とする燃料電池セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
In the molding method of the gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 8,
The shear blade is
A method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator, wherein a cross-sectional shape perpendicular to the feeding direction of the thin plate material is a trapezoidal shape or a triangular shape.
請求項5に記載した燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法において、
前記第1の工程における前記加工サイクルを前記予め設定された加工位置ごとに複数回繰り返し実行し、
前記第2の工程における前記加工サイクルを前記予め設定された加工位置ごとに複数回繰り返し実行することを特徴とする燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法。
In the molding method of the gas diffusion member constituting the fuel cell separator according to claim 5,
The machining cycle in the first step is repeatedly executed a plurality of times for each preset machining position,
A method for forming a gas diffusion member constituting a fuel cell separator, wherein the processing cycle in the second step is repeatedly executed a plurality of times for each preset processing position.
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