JP2010040249A - 燃料電池、流路部材、流路部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路部材によるガス拡散層の損傷を抑制する。
【解決手段】流路部材４０は、凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部４２が、凹部と凸部の連続方向と直交する方向に千鳥配列かつ一定の勾配をもって連続した形状として構成される。ここで、凹部と凸部とは、２回対称であり、同一周期で連続している。また、凸部の上面（山部４３）と勾配の登り方向側で隣接する凹部の底面（谷部４４）とは、一体的な平面として構成されている。谷部４４は、平坦部４７と傾斜部４８とから構成され、傾斜部４８は、谷部４４のうち、流路部材４０の勾配の登り方向側に形成される。この傾斜部４８は、山部４３ｂ及び平坦部４７に対して、勾配の登り方向側で隣接する山部４３の側へ傾いて形成される。また、流路部材４０の凹部の側面の一部には、傾斜部４８と隣接する切欠部４９が形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池の発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材に関する。

燃料電池は、例えば、電解質膜・電極接合体の両面にガス拡散層を形成し、その両端を反応ガスの流路となる流路部材、セパレータで挟持して構成される。こうした流路部材として、導電性の多孔質体や３次元網目構造の金属製メッシュ等が用いられていたが、コスト低減、成形や取り扱いの簡便化などの観点から、近年では、金属製の薄板をプレス成形して形成したエキスパンドメタルやラスメタルが用いられることがある（特許文献１等）。

特開２００５−１９２３９号公報

ところで、電解質膜・電極接合体は、プロトン伝導性やガス拡散性の確保の観点から、機械的な強度にやや劣る。その一方、電解質膜・電極接合体両側のガス拡散電極に流路部材を重ねた上でこれらをセパレータにて挟持する際には、ガス拡散層と流路部材との接触抵抗、及び、流路部材とセパレータとの接触抵抗を低減するために、一般に、これらの積層方向に所定の押圧力が加えられて、上記各部材が積層される。よって、ガス拡散層に対する流路部材の接触箇所では、流路部材が不用意にガス拡散層に食い込むことも起き得る。特に、流路部材が既述したようにラスメタルなどであると、その製造過程で形成された流路部材の角の部位がガス拡散層に食い込んで、ガス拡散層を損傷させるおそれがあった。

上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、流路部材によるガス拡散層の損傷を抑制することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］電解質膜・電極接合体を備えた燃料電池であって、
少なくとも、前記電解質膜・電極接合体の一方の面側において、
ガス透過性と導電性とを有するガス拡散層と、
凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、かつ、前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、前記隣接する凹凸部により形成される開口部が、発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材と
を備え、
前記凹部の少なくとも一部は、前記凹部の底面にガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えると共に、前記凹部の側面に前記平行面と隣接する切欠部を備えた
燃料電池。

かかる構成の燃料電池は、流路部材がガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えているので、ガス拡散層と流路部材との接触面積が大きくなる。したがって、燃料電池の両端からの締結力などの力が作用する場合であっても、流路部材のガス拡散層への食い込みを抑制し、接触単位面積あたりに作用する力を低減できるので、ガス拡散層の損傷を抑制することができる。また、接触面積が増加することにより、流路部材の集電特性を向上させ、また、ガス拡散層との接触抵抗も低減することができ、その結果、燃料電池の発電性能を向上させることができる。また、凹部の側面に平行面と隣接する切欠部を備えているので、平行面を所望の角度や大きさに設定することができ、ガス拡散層の保護性能や発電性能を所望の程度に調節したものとすることができる。

［適用例２］電解質膜・電極接合体を備えた燃料電池であって、
少なくとも、前記電解質膜・電極接合体の一方の面側において、
ガス透過性と導電性とを有するガス拡散層と、
凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、かつ、前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、前記隣接する凹凸部により形成される開口部が、発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材と
を備え、
前記凹部の少なくとも一部は、前記凹部の底面にガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えると共に、前記凹部の側面に、該側面と異なる角度で前記平行面と交わる傾斜面を備えた
燃料電池。

かかる構成の燃料電池は、流路部材がガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えているので、適用例１と同様に、ガス拡散層の損傷を抑制することができ、また、燃料電池の発電性能を向上させることができる。また、凹部の側面に傾斜面を備えているので、適用例１のように、切欠部を成形する必要がなく、プレス処理などによる簡単な工程のみで製造することができる。

［適用例３］流路部材は、金属材質からなる適用例１または適用例２記載の燃料電池。
かかる構成の燃料電池は、流路部材をプレス成形により容易に成形することができるので、燃料電池の製造工程を効率化、低コスト化することができる。

［適用例４］燃料電池の発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材であって、凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、連続する方向と略直交する方向に複数連設され、凹凸部の凸部の上面と、上面に隣接する凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、隣接する凹凸部により形成される開口部が前記流路を形成し、凹部は、凸部と隣接する側と反対側の端が、平面から上方へ屈折された傾斜面を備えると共に、凹部の側面に傾斜面と隣接する切欠部を備えた流路部材。

かかる構成の流路部材は、ガス拡散層と隣接して積層し、燃料電池を製造する際に、傾斜面をガス拡散層と略平行に当接させることができる。また、凹部の側面に平行面と隣接する切欠部を備えているので、平行面を所望の角度や大きさに設定することができる。したがって、適用例１と同様の効果を奏する。

［適用例５］燃料電池の発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材であって、凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、連続する方向と略直交する方向に複数連設され、凹凸部の凸部の上面と、上面に隣接する凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、隣接する凹凸部により形成される開口部が流路を形成し、凹部は、凸部と隣接する側と反対側の端が、平面から上方へ屈折された第１の傾斜面を備えると共に、凹部の側面に、側面と異なる角度で第１の傾斜面と交わる第２の傾斜面を備えた流路部材。

かかる構成の流路部材は、ガス拡散層と隣接して積層し、燃料電池を製造する際に、傾斜面をガス拡散層と略平行に当接させることができる。また、凹部の側面に傾斜面を備えているので、適用例４のように、切欠部を成形する必要がない。したがって、適用例２と同様の効果を奏する。

［適用例６］凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、連続する方向と略直交する方向に複数連設され、凹凸部の凸部の上面と、上面に隣接する凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、隣接する凹凸部により形成される開口部が流路を形成し、凹部は、凸部と隣接する側と反対側の端が、平面から上方へ屈折された傾斜面を備えると共に、凹部の側面に切欠部を備えた流路部材の製造方法であって、略平板状の流路部材の基材を用意する工程と、用意した基材のうち、傾斜面を形成する部位の、凹部と凸部の連続方向の両端側に前記切欠部を形成するための貫通穴を形成して加工基材を得る工程と、凸部の上面と、凹部の底面の一部とが一体的な平面となるように、加工基材を所定幅ずつ順次プレス成形して、凹部、凸部及び傾斜面を成形する工程とを備えた製造方法。

かかる流路部材の製造方法は、傾斜面を形成する部位の、凹部と凸部の連続方向の両端側に貫通穴を形成した上で、プレス成形を行うので、プレス後に、傾斜面周辺でのプレスしわが発生することを抑制する。したがって、成形性を向上させることができる。また、しわの発生が抑制されるので、所望の角度に傾斜面を成形することができる。

Ａ．実施例：
本発明の実施例について説明する。
Ａ−１．燃料電池の概略構成：
本発明の実施例としての燃料電池１００の概略構成を図１に示す。燃料電池１００は、固体高分子形の燃料電池であり、複数積層された発電体２０を両端のエンドプレート９５，９６で挟持して構成される。この燃料電池１００では、燃料ガスとしての水素及び酸化ガスとしての空気が水素供給マニホールド９５ａ、空気供給マニホールド９５ｂから発電体２０に供給され、その排ガスが水素排出マニホールド９５ｃ及び空気排出マニホールド９５ｄから排出される。また、冷却水が冷却水供給マニホールド９５ｅから発電体２０に供給され、その排水が冷却水排出マニホールド９５ｆから排出される。

発電体２０は、電解質膜・電極接合体としてのＭＥＡ３４（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両面にガス拡散層３３ａ、３３ｂが接合したＭＥＧＡ３５の両面に、流路部材４０，６０、セパレータ７０，８０が積層されて構成される。なお、本実施例における発電体２０の積層面の寸法は１００ｍｍ×２０ｍｍである。

ＭＥＡ３４は、電解質膜３１の表面上に、カソード電極３２ａとアノード電極３２ｂとを備える。電解質膜３１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ７０，８０の外形よりも小さく流路部材４０、６０の外形よりも大きい長方形に形成されている。本実施例では、電解質膜３１には、ナフィオン（登録商標）を用いた。カソード電極３２ａ及びアノード電極３２ｂは、導電性を有する担体上に触媒を担持させた電極であり、本実施例においては、白金触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜３１を構成する高分子電解質と同質の電解質とを備えている。

ガス拡散層３３ａ，３３ｂは、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。本実施例においては、ガス拡散層３３ａ，３３ｂは、カーボンペーパを用いた。ガス拡散層３３ａ，３３ｂは、酸化ガスまたは燃料ガスを拡散して、カソード電極３２ａまたはアノード電極３２ｂの全面に供給する。ガス拡散層３３ａ，３３ｂは、流路部材４０，６０と比べて小さい気孔率を有しており、ガス拡散機能の他に、集電機能や、ＭＥＡ３４の保護機能も担っている。なお、このガス拡散層３３ａ及び３３ｂには、ＭＥＡ３４の水分量を調節する機能などを持たせてもよい。

かかるＭＥＧＡ３５は、その外周に配されたシールガスケット３６と一体形成される。シールガスケット３６には、水素供給マニホールド３０ａ、空気供給マニホールド３０ｂ、水素排出マニホールド３０ｃ、空気排出マニホールド３０ｄ、冷却水供給マニホールド３０ｅ、冷却水排出マニホールド３０ｆを備えている。また、シールガスケット３６には、厚み方向に、各マニホールドを囲む凸状の部位が形成されており、当該部位は、シールガスケット３６の両側に積層されるセパレータ７０，８０と当接し、マニホールド内からの流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却水）の漏れを抑制するシールとして機能する。

流路部材４０，６０は、多数の貫通孔が形成された部材であり、本実施例ではラスメタルを用いた。流路部材４０，６０の詳細については、後述する。流路部材４０は、ＭＥＧＡ３５のアノード側とセパレータ７０との間に配設され、セパレータ７０を介して供給された水素を、ＭＥＡ３４の電極面の側方の一方の側から他方の側に向けた流れで流しつつ、水素をＭＥＧＡ３５のアノード側に供給する。同様に、流路部材６０は、空気をＭＥＧＡ３５のカソード側に供給する。かかる流路部材４０、６０は、耐食性と導電性とを有する金属、例えば、ステンレス鋼やチタン、チタン合金などによって形成されるが、本実施例では、ステンレス鋼を用いた。流路部材４０，６０の詳細な構造については後述する。なお、本実施例では、ＭＥＧＡ３５の両面に流路部材４０，６０を備える構成としたが、ＭＥＧＡ３５の片面のみに備える構成としてもよい。

セパレータ７０は、カソード電極３２ａ側に設けられる平坦なカソード側セパレータ７１と、アノード電極３２ｂ側に設けられる平坦なアノード側セパレータ７３と、それらの間に配置される中間セパレータ７２とが一体となって構成される。カソード側セパレータ７１には、水素供給マニホールド７１ａ、空気供給マニホールド７１ｂ、水素排出マニホールド７１ｃ、空気排出マニホールド７１ｄ、冷却水供給マニホールド７１ｅ、冷却水排出マニホールド７１ｆ、空気連通孔７５，７６を備えている。空気供給マニホールド７１ｂに供給された空気は、中間セパレータ７２の空気連通孔７２ｂ及び空気連通孔７５を介して、流路部材６０に導かれる。また、その排ガスは、空気連通孔７６及び中間セパレータ７２の連通孔（図示せず）を介して、空気排出マニホールド７１ｄに排出される。

同様に、水素供給マニホールド７１ａに供給された水素は、中間セパレータ７２の水素連通孔７２ａ及びアノード側セパレータ７３の連通孔（図示せず）を介して、流路部材４０に導かれ、流路部材４０を流れた後、中間セパレータ７２及びアノード側セパレータ７３の連通孔（図示せず）を介して、水素排出マニホールド７１ｃに排出される。また、中間セパレータ７２には、略長方形外形の長辺方向に沿って複数の切欠が形成され、その切欠の両端はそれぞれ、冷却水排出マニホールド７１ｆ及び冷却水供給マニホールド７１ｅと連通している。

かかるセパレータ７０は、ガス不透過な導電性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼から成る部材によって形成されるが、本実施例では、ステンレス鋼を用いた。なお、セパレータ８０は、セパレータ７０と同様の構成である。

Ａ−２．流路部材の燃料電池の構造：
Ａ−２−１．比較例としての流路部材：
上述した流路部材４０，６０の構造について説明する前に、従来の流路部材４０ｂの構造を比較例として説明する。流路部材４０ｂは、図示するように、凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部４２ｂが、凹部と凸部の連続方向と直交する方向に千鳥配列かつ一定の勾配をもって連設された形状として構成される。図中では、凹凸部４２ｂに隣接する凹凸部を凹凸部４２’ｂとして示している。ここで、凹部と凸部とは、２回対称であり、同一周期で連続している。また、凸部の上面と勾配の登り方向側で隣接する凹部の底面とは、一体的な平面として構成されている。また、上述の勾配は、角度θでの登り形状となっている。かかる凹凸形状の外形により、同一形状の貫通孔４１が多数形成されている。なお、本願において、凹凸部４２ｂのうち、凸部の上面を山部４３ｂ、凹部の底面を谷部４４ｂという。また、山部４３ｂのうち、勾配の下り側の端部を山部端４５ｂ、谷部４４ｂのうち、勾配の登り側の端部を谷部端４６ｂという。なお、図２では、勾配の登り方向を拡大して示しており、実際の相対的寸法とは、一致しない。

かかる流路部材４０ｂの製造方法について、図３を用いて説明する。ここでは、刃部３００とローラ３４０とを備えるプレス装置を用いて製造する方法を示す。なお、刃部３００は、上刃３１０と下刃３２０とを備えている。

流路部材４０ｂの製造は、まず、流路部材４０ｂの基材２１０を用意する。ここでは、基材２１０は、金属板である。そして、基材２１０をローラ３４０により図中のＸ方向に送り（図３（ａ））、上刃３１０をＺ軸方向に上下させ（図３（ｂ））て、プレス加工により、山部４３ｂと谷部４４ｂとを形成する。なお、これにより、図２に示した凹凸部４２ｂが形成される。そして、基材２１０をローラ３４０によりＸ方向に送りながら（図３（ｃ））、上刃３１０をＹ方向に移動させる（図３（ｄ））。この時の移動量は、凹凸の周期の半分の長さである。

上刃３１０を移動させると、再度、上刃３１０を上下させ（図３（ｅ））、図３（ｂ）で形成された山部４３ｂと谷部４４ｂに対して千鳥配列で、新たな山部４３ｂと谷部４４ｂとを形成する。これにより、図２に示した凹凸部４２’ｂが形成される。そして、上刃３１０をもとの位置に戻す（図３（ｆ））。以後、図３（ａ）から図３（ｆ）の工程を繰り返すことにより、流路部材４０ｂが得られる。

Ａ−２−２．本発明の実施例としての流路部材：
本発明の実施例としての流路部材４０の構造を図４に示す。流路部材４０の基本的な構造は、上述した比較例としての流路部材４０ｂと共通するため、流路部材４０ｂと異なる点についてのみ説明する。なお、流路部材４０ｂと同一の部位については、符号「ｂ」を除して、図２と同一の番号を付している。また、流路部材６０については、流路部材４０と同一の構造であるため、説明を省略する。図示するように、流路部材４０の谷部４４は、平坦部４７と傾斜部４８とから構成される。傾斜部４８は、谷部４４のうち、流路部材４０の勾配の登り方向側、すなわち、谷部端４６側に形成されている。この傾斜部４８は、山部４３ｂ及び平坦部４７に対して、勾配の登り方向側で隣接する山部４３の側へ、すなわち、図中の鉛直上方側へ傾いて形成され、その傾きは、流路部材４０の勾配（角度θ）と同一である。なお、図４では、勾配の登り方向を拡大して示しており、実際の相対的寸法とは、一致しない。また、山部４３は、請求項の「凸部の上面」、平坦部４７は、請求項の「凹部の底面の一部」、傾斜部４８は、請求項１の「平行面」、請求項３の「傾斜面」にそれぞれ該当する。

また、流路部材４０は、凹部の側面の一部に、傾斜部４８と隣接する切欠部４９を備えている。なお、本願における切欠とは、切削加工されたものに限らず、プレス加工、エッチングなど種々の方法により、流路部材４０の一部を除去することを含む。この切欠部４９の詳細は、後述する。
Ａ−２−３．流路部材の積層態様：
上述した比較例としての流路部材４０ｂと、実施例としての流路部材４０とについて、発電体２０を構成する部材として積層した際の態様について説明する。図５（ａ）は、ガス拡散層３３ｂの上に、比較例としての流路部材４０ｂを積層した場合の、Ａ−Ａ断面（図２参照）である。前述の通り、流路部材４０ｂは角度θの勾配を有するため、積層断面において、山部４３ｂ及び谷部４４ｂとガス拡散層３３ｂとは、角度θの勾配をもって接触する。すなわち、流路部材４０ｂとガス拡散層３３ｂとは、谷部端４６ｂでの線接触となる。

一方、図５（ｂ）は、ガス拡散層３３ｂの上に、実施例としての流路部材４０を積層した場合の、Ｂ−Ｂ断面（図４参照）である。流路部材４０の傾斜部４８は、上述の通り、流路部材４０の勾配（角度θ）と同一の勾配で形成されているので、図示するとおり、傾斜部４８がガス拡散層３３ｂと平行に当接する。すなわち、流路部材４０とガス拡散層３３ｂとは、傾斜部４８での面接触となる。

かかる流路部材４０は、山部４３及び平坦部４７に対して勾配を有する傾斜部４８を備えているので、流路部材４０をガス拡散層３３ｂと隣接して積層して、発電体２０を構成する場合において、傾斜部４８とガス拡散層３３ｂとが面接触する。したがって、燃料電池１００の締結力などが作用した場合に、接触単位面積あたりに作用する力を低減でき、ガス拡散層３３ｂの損傷を抑制することができる。また、接触面積が増加することにより、流路部材４０の集電特性を向上させ、また、流路部材４０とガス拡散層３３ｂとの接触抵抗も低減することができ、その結果、発電体２０の発電性能が向上する。

また、かかる流路部材４０は、凹部の側面の一部に、傾斜部４８と隣接する切欠部４９を備えているので、傾斜部４８の成形が行いやすく、山部４３及び平坦部４７に対する傾斜部４８の勾配や大きさを自由に設定することができる。

本実施例においては、山部４３及び平坦部４７に対する傾斜部４８の勾配は、流路部材４０の勾配（角度θ）と同一の勾配としたが、傾斜部４８の勾配は、これに限るものではなく、傾斜部４８が、山部４３及び平坦部４７に対して、流路部材４０の勾配の登り方向側で隣接する凸部側に傾いていればよい。本実施例において、傾斜部４８の勾配を角度θとしたのは、理解を容易にするために、山部４３とガス拡散層３３ｂとが交わる角度を、比較例としての流路部材４０ｂと同じにするためである。例えば、かかる勾配を大きく取れば、貫通孔４１がガス拡散層３３ｂと平行に近くなる一方で、流路部材４０の積層方向の厚みが大きくなる。逆に、勾配を小さく取れば、貫通孔４１がガス拡散層３３ｂと垂直に近くなる一方で、流路部材４０の積層方向の厚みが小さくなる。すなわち、流路部材４０は、切欠部４９を備えることによって傾斜部４８の勾配を自由に設定することができるので、流路部材４０の流路抵抗の低減、発電体２０のコンパクト化などの効果を所望の程度に調節したものとすることができるのである。

また、本実施例においては、山部４３または谷部４４の周期は、１ｍｍとしたが、ガスの拡散性、流通性などを考慮して、適宜設定すればよい。本実施例の発電体２０の寸法であれば、周期は２ｍｍ程度まで大きくすることも可能である。また、傾斜部４８の寸法は、流路部材４０の勾配の登り方向の幅を０．２５ｍｍとしたが、この幅は適宜設定すればよい。例えば、傾斜部４８の幅を大きく取れば、ガスの流通性が低下する一方で、ガス拡散層３３ｂの保護性が向上する。逆に、傾斜部４８の幅を小さくとれば、その逆の結果となる。すなわち、流路部材４０は、切欠部４９を備えることによって傾斜部４８の大きさを自由に設定することができるので、流路部材４０のガスの流通性、ガス拡散層３３ｂの保護性能などの効果を所望の程度に調節したものとすることができるのである。なお、本実施例の発電体２０の寸法であれば、傾斜部４８は、１ｍｍ程度まで大きくしてもガスの流通性を確保することが可能である。また、ガス拡散層３３ｂと当接する傾斜部４８の面積が、ガス拡散層３３ｂの面積の２５％程度までであれば、ガスの流通性や拡散性を妨げないことが確認されている。

Ａ−３．流路部材の製造方法：
上述した流路部材４０の製造方法について、図６を用いて説明する。流路部材４０の製造は、図示するように、まず、流路部材４０の基材２１０を用意する（ステップＳ１１０）。本実施例においては、基材２１０として、ステンレス製の薄板を用意した。

基材２１０を用意すると、基材２１０のうち、傾斜部４８を形成する部位の両端に貫通穴２１５を形成する（ステップＳ１２０）。本実施例における貫通穴２１５の形成位置を図７に示す。図中の矢印は、図３に示した基材２１０の送り方向（Ｘ方向）を示している。図示するように、傾斜部４８の両端には、傾斜部４８の送り方向の幅に相当する長さと、送り方向と直交する方向における、互いに隣接する傾斜部４８間の距離に相当する高さの三角形状の貫通穴２１５を形成した。

なお、上述の例では、三角形状の貫通穴２１５を形成したが、貫通穴２１５は、傾斜部４８の両端に隣接して設ければよく、貫通穴２１５の形状やサイズは、適宜設定すればよい。例えば、貫通穴２１５の形状は、矩形形状としてもよいし、三角形状の高さは、傾斜部４８間の距離の半分としてもよい。

また、本実施例においては、貫通穴２１５は、エッチングにより形成するものとしたが、貫通穴２１５の形成方法は、特に限定するものではなく、例えば、プレス加工により打ち抜いて形成してもよい。

貫通穴２１５を形成すると、基材２１０をプレス処理する（ステップＳ１３０）。このプレス処理は、図３を用いて説明した比較例の流路部材４０ｂのプレス処理と同様の内容である。ただし、上刃３１０の形状は、傾斜部４８を成形できる形状としている。かかるプレス処理により貫通穴２１５は、図４に示した切欠部４９を形成する。

かかる流路部材４０の製造方法は、傾斜部４８の両端に貫通穴２１５を形成してから、プレス処理を行うので、傾斜部４８周辺でのプレスしわの発生を抑制し、成形性を向上させることができる。また、プレスしわの発生が抑制されるので、所望の角度に傾斜部４８を成形することができる。

上述の実施例の変形例について説明する。
Ｂ：変形例：
Ｂ−１．変形例１：
実施例においては、発電体２０は、ＭＥＧＡ３５とセパレータ７０，８０との間に、単一の流路部材４０，６０を積層する構成としたが、ＭＥＧＡ３５とセパレータ７０，８０との間に、複数の流路部材を重ねて積層する構成としてもよい。この場合、ＭＥＧＡ３５と直接的に当接する流路部材のみを、本発明の流路部材としてもよい。

Ｂ−２．変形例２：
実施例においては、流路部材４０の貫通孔４１は、６角形形状であったが、貫通孔４１の形状は、特に限定するものではなく、例えば、４角形としてもよいし、１０角形としてもよい。また、実施例においては、貫通孔４１の形状、流路部材４０の山部４３及び谷部４４の周期寸法等は、一律の形状としたが、これらも特に限定するものではない。また、凹凸部４２は、全て同一の形状とする必要もなく、例えば、凹凸部４２と、それに隣接する凹凸部４２’とは、異なる形状であってもよい。また、実施例においては、流路部材４０の全ての谷部４４が傾斜部４８と切欠部４９とを備える構成としたが、一部のみが傾斜部４８と切欠部４９とを備える構成としてもよい。例えば、傾斜部４８及び切欠部４９を備える谷部４４と、傾斜部４８及び切欠部４９を備えない谷部４４とを交互に配置してもよい。こうすれば、ガス拡散層３３ｂの損傷を抑制しつつ、ガスの流通性を調節することができる。

Ｂ−３．変形例３：
実施例においては、流路部材４０，６０としてラスメタルを用いたが、ラスメタルを流路部材４０の勾配の方向に圧延加工したエキスパンドメタルでもよい。もとより、流路部材４０，６０は、金属製に限るものではなく、燃料電池１００の締結力に耐えうる強度と、導電性、耐食性とを備えていればよく、樹脂製などであってもよい。

Ｂ−４．変形例４：
実施例においては、流路部材４０は、凹部の側面に切欠部４９を備える構成として示したが、切欠部４９に代えて、切欠部４９に相当する部分に傾斜面を備えていてもよい。図８に、変形例としての流路部材４０ｃの構造を示す。なお、流路部材４０と同一の部位については、符号「ｃ」を付加して、図４と同一の番号を付している。図示するように、流路部材４０ｃは、図４における凹部の側面に、当該側面と異なる角度で傾斜部４８と交わる側面５０ｃを備えている。なお、傾斜部４８は、請求項２の「平行面」、請求項５の「第１の傾斜面」、側面５０ｃは、請求項２の「傾斜面」、請求項５の「第２の傾斜面」にそれぞれ該当する。

かかる流路部材４０ｃは、図６で示した製造方法における貫通穴２１５の形成（ステップＳ１２０）を省略することができる。すなわち、流路部材４０ｃの基材を用意し、流路部材４０ｃの凹部の形状に応じた刃部３００を用いて、プレス加工を行えばよい。かかる構成は、傾斜部４８の勾配が比較的小さいなど、プレス加工時にプレスしわが発生しにくい場合に、特に好適である。かかる構成とすれば、流路部材４０ｃの製造工程を簡略化でき、生産コストを削減することができる。

Ｂ−５．変形例５：
実施例においては、凹凸部４２の連続方向が発電体２０の短辺と平行となるように流路部材４０を積層した構成としたが、積層時における流路部材４０の方向は特に限定するものではなく、例えば、凹凸部４２の連続方向が発電体２０の長辺と平行となるように積層してもよいし、凹凸部４２の連続方向が発電体２０の長辺及び短辺と非平行となるように積層してもよい。

Ｂ−６．変形例６：
実施例においては、流路部材４０について、ガス拡散層３３ｂと平行に当接する傾斜部４８と切欠部４９とを備える構成について示したが、セパレータ７０と平行に当接する平行面と切欠部とを備える構成としてもよい。図９に、変形例としての流路部材４０ｄの構造を示す。なお、流路部材４０と同一の部位については、符号「ｄ」を付加して、図４と同一の番号を付している。図示するように、流路部材４０ｄの谷部４４ｄは、実施例（図４）と同様の構成であるが、山部４３ｄが平坦部５２ｄと傾斜部５１ｄとから構成され、その側面に傾斜部５１ｄと隣接する切欠部５３ｄを備える点で、実施例と異なる。傾斜部５１ｄは、山部４３ｄのうち、山部端４５ｄ側に形成されている。この傾斜部５１ｄは、平坦部５２ｄ及び平坦部４７ｄに対して、流路部材４０ｄの勾配の下り方向側で隣接する谷部４４ｄ側、すなわち、図中の鉛直下側に傾いて形成され、その傾きは、傾斜部４８ｄと同一である。

かかる流路部材４０ｄは、発電体２０を構成する部材として積層した場合、図１０に示すように、傾斜部４８ｄがガス拡散層３３ｂと面接触すると共に、傾斜部５１ｄがセパレータ７０と面接触する。したがって、実施例に示した効果を奏することは勿論であるが、これに加えて、流路部材４０ｄとセパレータ７０との接触面積が増加するので、セパレータ７０の集電特性を向上させ、流路部材４０ｄとセパレータ７０との接触抵抗を低減することができ、発電体２０の発電性能が向上する。また、切欠部５３ｄを備えることから、実施例と同様に、平坦部４７ｄ及び平坦部５２ｄに対する傾斜部５１ｄの勾配や大きさを自由に調節したものとすることができる。

なお、上述の流路部材４０ｄは、傾斜部４８ｄ，切欠部４９ｄと傾斜部５１ｄ，切欠部５３ｄとを備えているが、傾斜部４８ｄ，切欠部４９は必須の構成要素ではなく、傾斜部５１ｄ，切欠部５３ｄのみを備えた構成としてもよい。勿論、変形例４と同様に、切欠部４９ｄや切欠部５３ｄに代えて、傾斜部を備える構成としてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、実施例に示した固体高分子形燃料電池に限らず、ダイレクトメタノール形燃料電池、リン酸形燃料電池など種々の燃料電池に適用することができる。

燃料電池１００の概略構成を示す説明図である。 比較例としての流路部材４０ｂの構造を示す説明図である。 流路部材４０ｂの製造工程を示す説明図である。 実施例としての流路部材４０の構造を示す説明図である。 流路部材４０とガス拡散層３３ｂとの積層状態を示す説明図である。 流路部材４０の製造手順を示すフローチャートである。 流路部材４０の基材２１０に貫通穴２１５を形成する工程を示す説明図である。 変形例としての流路部材４０ｃの構造を示す説明図である。 変形例としての流路部材４０ｄの構造を示す説明図である。 流路部材４０ｄとガス拡散層３３ｂとセパレータ７０との積層状態を示す説明図である。

符号の説明

２０…発電体
３０ａ，７１ａ，９５ａ…水素供給マニホールド
３０ｂ，７１ｂ，９５ｂ…空気供給マニホールド
３０ｃ，７１ｃ，９５ｃ…水素排出マニホールド
３０ｄ，７１ｄ，９５ｄ…空気排出マニホールド
３０ｅ，７１ｅ，９５ｅ…冷却水供給マニホールド
３０ｆ，７１ｆ，９５ｆ…冷却水排出マニホールド
３１…電解質膜
３２ａ…カソード電極
３２ｂ…アノード電極
３３ａ，３３ｂ…ガス拡散層
３６…シールガスケット
４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，６０…流路部材
４１，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…貫通孔
４２，４２’，４２ｂ，４２’ｂ…凹凸部
４３，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ…山部
４４，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…谷部
４５，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ…山部端
４６，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ…谷部端
４７，４７ｃ，４７ｄ，５２ｄ…平坦部
４８，４８ｃ，４８ｄ，５１ｄ…傾斜部
４９，４９ｄ，５３ｄ…切欠部
５０ｃ…側面
７０，８０…セパレータ
７１…カソード側セパレータ
７２…中間セパレータ
７２ａ…水素連通孔
７２ｂ，７５，７６…空気連通孔
７３…アノード側セパレータ
９５，９６…エンドプレート
１００…燃料電池
２１０…基材
２１５…貫通穴
３００…刃部
３１０…上刃
３２０…下刃
３４０…ローラ

Claims (6)

1. 電解質膜・電極接合体を備えた燃料電池であって、
   少なくとも、前記電解質膜・電極接合体の一方の面側において、
   ガス透過性と導電性とを有するガス拡散層と、
   凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、かつ、前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、前記隣接する凹凸部により形成される開口部が、発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材と
   を備え、
   前記凹部の少なくとも一部は、前記凹部の底面にガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えると共に、前記凹部の側面に前記平行面と隣接する切欠部を備えた
   燃料電池。
2. 電解質膜・電極接合体を備えた燃料電池であって、
   少なくとも、前記電解質膜・電極接合体の一方の面側において、
   ガス透過性と導電性とを有するガス拡散層と、
   凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、かつ、前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、前記隣接する凹凸部により形成される開口部が、発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材と
   を備え、
   前記凹部の少なくとも一部は、前記凹部の底面にガス拡散層と略平行に当接する平行面を備えると共に、前記凹部の側面に、該側面と異なる角度で前記平行面と交わる傾斜面を備えた
   燃料電池。
3. 前記流路部材は、金属材質からなる請求項１または請求項２記載の燃料電池。
4. 燃料電池の発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材であって、
   凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、
   前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、
   前記隣接する凹凸部により形成される開口部が前記流路を形成し、
   前記凹部は、前記凸部と隣接する側と反対側の端が、前記平面から上方へ屈折された傾斜面を備えると共に、前記凹部の側面に前記傾斜面と隣接する切欠部を備えた
   流路部材。
5. 燃料電池の発電反応に係るガスの流路を形成する流路部材であって、
   凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、
   前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、
   前記隣接する凹凸部により形成される開口部が前記流路を形成し、
   前記凹部は、前記凸部と隣接する側と反対側の端が、前記平面から上方へ屈折された第１の傾斜面を備えると共に、前記凹部の側面に、該側面と異なる角度で前記第１の傾斜面と交わる第２の傾斜面を備えた
   流路部材。
6. 凹部と凸部とが交互に連続する凹凸形状である凹凸部が、前記連続する方向と略直交する方向に複数連設され、前記凹凸部の凸部の上面と、該上面に隣接する前記凹凸部の凹部の底面の一部とが一体的な平面として形成され、前記隣接する凹凸部により形成される開口部が前記流路を形成し、前記凹部は、前記凸部と隣接する側と反対側の端が、前記平面から上方へ屈折された傾斜面を備えると共に、前記凹部の側面に切欠部を備えた流路部材の製造方法であって、
   略平板状の前記流路部材の基材を用意する工程と、
   該用意した基材のうち、前記傾斜面を形成する部位の、前記凹部と凸部の連続方向の両端側に前記切欠部を形成するための貫通穴を形成して加工基材を得る工程と、
   前記凸部の上面と、前記凹部の底面の一部とが一体的な平面となるように、前記加工基材を所定幅ずつ順次プレス成形して、前記凹部、前記凸部及び前記傾斜面を成形する工程と
   を備えた製造方法。

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