JP2010049925A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】３層構造のフラットセパレータを備えた燃料電池において、樹脂製中間プレートの屈曲部における割れ等の発生を防止し、発電動作時のガス配流の乱れ等による発電不良の発生を防止する。
【解決手段】カソード側、アノード側の両プレート１２，１４と、これら両プレート１２，１４間に狭持されて内側に冷却媒体流路１８を形成する樹脂製中間プレート１３とを積層してなるフラットセパレータの、上記樹脂製中間プレート１３の冷却媒体流路側の屈曲部をＲ形状とする（Ｒ形状角部５１を設ける）。セパレータ昇温時に、カソード側、アノード側の両プレート１２，１４と、樹脂製中間プレート１３との界面に発生するせん断応力の上記屈曲部における集中を抑え、割れ等の発生、ガスリークを防止する。
【選択図】図６

Description

本発明は、カソード側及びアノード側のプレート間に狭持されて内側に冷却媒体流路を形成する中間プレートが樹脂により形成されたフラットセパレータを備える燃料電池に関するものである。

固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対向する２つの電極（酸素極と燃料極）に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを各別に供給することによる電気化学反応によって電気エネルギを得るものである。
このような燃料電池の構造としては、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極接合体）及びセパレータを積層したものを積層方向に複数個締結してなる構造がよく知られている。

ここで、燃料電池のセパレータとしては、カソード側のプレートと、アノード側のプレートと、両プレートに挟まれた中間プレートとから構成された３層構造を有するものが開発されている（例えば、特許文献１）。
また、プレートの薄板化、フラット（平坦）化のためにカソード側及びアノード側のプレートに反応ガス流路を設けず、内側に冷却媒体流路を形成する中間プレートを備えたフラットセパレータも開発されている（例えば、特許文献２、３）。
更に、プレートを接着する際の温度をより低くすることができ、セパレータの熱変形を抑えることができる等から、中間プレートを樹脂製としたセパレータも知られている（例えば、特許文献４）。

特開２００４−６１０４号公報 特開２００６−１６４７６５号公報 特開２００６−２８６５５７号公報 特開２００７−１０９４２５号公報

特許文献１〜４に記載の従来技術によれば、薄板化、フラット化され、かつ、比較的低温でプレート接合が可能であって熱変形を抑えることができる、等の利点を有するセパレータを作製することが可能となる。
しかし、このような中間プレートを樹脂製とした３層構造のフラットセパレータによると、一般にカソード側及びアノード側の両プレートがステンレス鋼やチタン等の金属によって形成されるため、次のような問題があった。
例えば、中間プレートがポリプロピレンやポリエチレン等の熱溶融性樹脂で形成され、カソード側及びアノード側の両プレートがチタンで形成された３層構造のフラットセパレータを想定する。この場合、前者の樹脂、例えばポリプロピレンの熱膨張係数は約１１×１０^-5／℃であるのに対して、後者のチタンの熱膨張係数は約８．４×１０^-6／℃であり、前者は後者の１０倍以上も大きい。

このため、燃料電池（セパレータ）の昇温時、図８中の矢印アに示すように、３層構造の樹脂製中間プレートＰ１とカソード側及びアノード側の各プレートＰ２，Ｐ３との界面においてせん断応力が発生する。そしてこの応力は、プレートＰ１〜Ｐ３の３層積層接合後において、つまりセパレータとして作製された場合に、図９に示す樹脂製中間プレートＰ１の冷却媒体流路９１側の角部９２等の屈曲部に集中し、その部分に割れ、ひび、あるいは剥がれ（以下、割れ等と記す。）９３を生じさせる。
この割れ等９３は、上記のようなセパレータが燃料電池に組み込まれた場合に、発電動作時において、ガス配流の乱れや、ガスリークの要因となり、発電不良、ひいては発電不能を引き起こす虞があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたもので、中間プレートを樹脂製とした３層構造のフラットセパレータを備えた燃料電池において、樹脂製中間プレートの冷却媒体流路側の屈曲部に割れ等が生じることを防止し、発電動作時におけるガス配流の乱れ等を生じさせず、発電不良等の発生を防止することを課題とする。

上記課題は、燃料電池を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、各々対応する。（４）項は請求項に係る発明ではない。

（１）カソード側のプレートと、アノード側のプレートと、これら両プレート間に狭持されて内側に冷却媒体流路を形成する樹脂製中間プレートとを積層してなるフラットセパレータを備える燃料電池において、前記樹脂製中間プレートの前記冷却媒体流路側の屈曲部をＲ形状としたことを特徴とする燃料電池。
樹脂製中間プレートにおけるプレートには、樹脂フィルム等の薄膜状樹脂材やシートを含む。
（２）前記Ｒ形状は、前記樹脂製中間プレートの作製時に形成されてなる（１）項に記載の燃料電池。
Ｒ形状は、樹脂製中間プレートの作製時、例えばインジェクション成形等の型成形や打抜き加工によって樹脂製中間プレートが作製される際に、同時に形成される。
（３）前記樹脂製中間プレートは熱溶融性樹脂製中間プレートであって、前記Ｒ形状は、前記熱溶融性樹脂製中間プレートと前記カソード側のプレート又はアノード側のプレートとの積層後に形成されてなる（１）項に記載の燃料電池。
熱溶融性樹脂としては、ポリプロピレンやポリエチレン等が挙げられる。
本項におけるＲ形状は、例えば樹脂製中間プレートの屈曲部の表面に、加熱した金属製等の丸棒の先端面を押し当て、その屈曲部を加熱溶融させながら押しつぶすことによって形成される。
（４）前記樹脂製中間プレートは樹脂フィルムからなることを特徴とする（１）項、（２）項又は（３）項に記載の燃料電池。
樹脂フィルムは、樹脂製中間プレートの連続生産において取り扱い上の利点が多大で、また、フラットセパレータの更なる薄型化に寄与できる等の利点がある。一方、樹脂製中間プレートとして樹脂フィルムを用いた場合には割れ等が生じ易い。このような事情にあって、樹脂製中間プレートに上記のようなＲ形状を形成することの効果は大きい。

（１）項に記載の発明によれば、燃料電池（セパレータ）の昇温時に、樹脂製中間プレートの冷却媒体流路側の屈曲部へのせん断応力の集中が抑制され、割れ等の発生を防止できる。したがってこの割れ等に起因する、燃料電池発電動作時に生じるガス配流の乱れ等、ひいては発電不良等の発生を防止することができる。
（２）項に記載の発明によれば、Ｒ形状の均一化、均質化が図れ、また、樹脂製中間プレートの作製後のＲ形状形成のための工程が無用となる。
（３）項に記載の発明によれば、樹脂製中間プレートの作製時にＲ形状を形成しない、又はできない事情がある場合に、作製後の樹脂製中間プレートの屈曲部に対するＲ形状の形成を加熱加圧溶融方法等によって極めて簡単に実現できる。
なお、（４）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。
図示するように燃料電池は、フラットセパレータ（以下、単にセパレータと記す。）１０と、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）３０と、ガス流路形成部４０，４１とを順次積層した積層体を備えている。
この場合、セパレータ１０は、カソード側プレート１２、中間プレート１３及びアノード側プレート１４の３層構造をなす。これらプレート１２〜１４はいずれもフラットプレートからなる。ＭＥＡ３０とガス流路形成部４０，４１とは、発電の単位である単セル６０を形成しているが、上記セパレータ１０は、各単セル６０間に配設されて、内部（中間プレート１３の内側）に冷却媒体流路１８を形成している。
このような単セル６０及びセパレータ１０からなる構成の単位を繰り返し積層することによって燃料電池が構成される。

図２は、図１中のセパレータ１０を構成するカソード側プレート１２、中間プレート１３、及びアノード側プレート１４の概略平面図で、（ａ）はカソード側プレート１２、（ｂ）は中間プレート１３、（ｃ）はアノード側プレート１４を、各々示す。なお図１は、平面形状が長方形の燃料電池の短手方向の断面を示しており、その断面位置を代表して図２（ａ）中にＩ−Ｉ線にて示す。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、セパレータ１０を構成する各プレート１２〜１４は、外形状、寸法がほぼ等しい長方形の薄板状部材である。各プレート１２〜１４は、外周部の互いに対応する位置に、辺に沿って細長く形成される複数の穴部２０〜２５を有している。これら複数の穴部２０〜２５は、セパレータ１０及び単セル６０を積層して燃料電池を組み立てたときに、燃料電池内部を積層方向に貫通し、内部を所定の流体が流れるマニホールドを形成する。

すなわち、各プレート１２〜１４の対応する所定の一辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では６個の穴部２０が設けられており、また、各プレート１２〜１４の上記所定の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って複数個、図示例では６個の穴部２１が設けられている。この場合、穴部２０は、電気化学反応に供される酸化ガスが流れる酸化ガス供給マニホールドを形成し、穴部２１は、電気化学反応に供された酸化ガスが流入する酸化ガス排出マニホールドを形成する。なお酸化ガスは、酸素を含有するガスであり、ここでは空気を用いている。

各プレート１２〜１４の更に他の一辺の近傍には、この辺に沿って２つの穴部２２，２３が設けられている。この場合、穴部２０が設けられた辺側には穴部２２が設けられ、穴部２１が設けられた辺側には穴部２３が設けられている。この場合、穴部２２は、セパレータ１０内の冷却媒体流路（以下、冷媒流路と略記する。）１８へと分配される冷却媒体（以下、冷媒を略記する。）が流れる冷媒供給マニホールドを形成し、穴部２３は、電気化学反応に供された燃料ガスが流入する燃料ガス排出マニホールドを形成する。なお冷媒としては、例えば不凍液や空気が用いられている。また燃料ガスは、水素を含有するガスであり、ここでは水素ガスを用いている。

上記各プレート１２〜１４の、他の一辺に対向する辺の近傍には、この辺に沿って２つの穴部２４，２５が設けられている。この場合、穴部２０が設けられた辺側には穴部２４が設けられ、穴部２１が設けられた辺側には穴部２５が設けられている。この場合、穴部２４は、電気化学反応に供される燃料ガスが流れる燃料ガス供給マニホールドを形成し、穴部２５は、セパレータ１０内の冷媒流路１８から排出された冷媒が流入する冷媒排出マニホールドを形成する。なお、穴部に付された符号２０〜２５は、便宜上、各々対応するマニホールドにも付した。

カソード側プレート１２は、その外周部に、穴部２０〜２５に加えて、細長い複数の穴部２６，２７を備えている。この場合、穴部２６は、複数の穴部２０の各々に対応して各々の穴部２０の近傍に設けられており、穴部２０よりも内側において各穴部２０に対して平行に形成されている。また穴部２７は、複数の穴部２１の各々に対応して各々の穴部２１の近傍に設けられており、穴部２１よりも内側において各穴部２１に対して平行に形成されている。

中間プレート１３には、外周部に形成される穴部２０〜２５に加えて、外周部を除く中央部を貫通する略四角形状の穴部である冷媒流路形成部１５が形成されている。この冷媒流路形成部１５は、中間プレート１３がカソード側プレート１２とアノード側プレート１４とに挟持されたときに、冷媒流路１８となる空間を形成する。また、中間プレート１３では、穴部２０，２１、２３，２４は、他のプレート１２，１４とは異なる形状を有しており、各穴部２０，２１、２３，２４のプレート中央部側の辺が、プレート中央部側へと突出する複数の突出部を備える形状となっている。各穴部２０，２１、２３，２４が有する上記複数の突出部を、それぞれ、連通部７０，７１，７３，７４という。
また中間プレート１３は、穴部２２と冷媒流路形成部１５とを連通させる複数の貫通孔７２を備えている。この複数の貫通孔７２は、中間プレート１３の長辺方向と平行に、穴部２２と冷媒流路形成部１５との間を連通させるように、互いに略平行に形成されている。更に中間プレート１３は、貫通孔７２と同様に、穴部２５と冷媒流路形成部１５とを連通させる複数の貫通孔７５を備えている。

アノード側プレート１４は、その外周部に、穴部２０〜２５に加えて、穴部２８，２９を備えている。穴部２８は、穴部２３の近傍に設けられ、穴部２３よりも内側において穴部２３に対して略平行に形成された細長い穴部である。穴部２９は、穴部２４の近傍に設けられており、穴部２４よりも内側において穴部２４に対して略平行に形成された細長い穴部である。

なお、カソード側プレート１２に設けられた穴部２６と、中間プレート１３に設けられた連通部７０とは、酸化ガス供給マニホールド２０を流れる酸化ガスを、セパレータ１０内部を通って、ガス流路形成部４０が配設されたセパレータ１０表面へと導く酸化ガス供給路を形成する。そして、カソード側プレート１２に設けられた穴部２７と、中間プレート１３に設けられた連通部７１とは、ガス流路形成部４０が配設されたセパレータ１０表面から、セパレータ１０内部を通って、酸化ガス排出マニホールド２１へと酸化ガスを導く酸化ガス排出路を形成する。
また、アノード側プレート１４に設けられた穴部２９と、中間プレート１３に設けられた連通部７４とは、燃料ガス供給マニホールド２４を流れる燃料ガスを、セパレータ１０内部を通って、ガス流路形成部４１が配設されたセパレータ１０表面へと導く燃料ガス供給路を形成する。そして、アノード側プレート１４に設けられた穴部２８と、中間プレート１３に設けられた連通部７３とは、ガス流路形成部４１が配設されたセパレータ１０表面から、セパレータ１０内部を通って、燃料ガス排出マニホールド２３へと燃料ガスを導く燃料ガス排出路を形成する。

上記したカソード側プレート１２及びアノード側プレート１４は、ステンレス鋼あるいはチタン等の導電性金属によって形成された薄板状部材からなる。そして穴部２０〜２９は、打ち抜き加工によって形成されている。中間プレート１３はポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂によって形成されている。
セパレータ１０を形成する際には、カソード側プレート１２、中間プレート１３、アノード側プレート１４の順に、各穴部２０〜２５を位置合わせしつつ重ね合わせて、加熱接着により各プレート１２〜１４間をシール接合している。

単セル６０を構成するＭＥＡ３０は、電解質層と、電解質層上に形成された触媒電極層とを備えている。図示する燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質層は固体高分子材料からなり、触媒電極層は電気化学反応を促進する触媒からなる。
ガス流路形成部４０，４１は、導電性及びガス透過性を有する板状部材であり、ガス流路形成部４０，４１と接するＭＥＡ３０表面上には、カーボン多孔質体からなる層が配設されている。このガス流路形成部４０，４１の内部に形成される空間は、電気化学反応に供されるガスの単セル６０内での流路を形成する。すなわち、ＭＥＡ３０とカソード側プレート１２との間に配設されるガス流路形成部４０は、酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路を形成する。また、ＭＥＡ３０とアノード側プレート１４（図示する単セル６０の下方側に積層されている図示しないセパレータ１０のアノード側プレート１４を指す。）との間に配設されるガス流路形成部４１は、燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路を形成する。

隣り合うセパレータ１０間であって、ＭＥＡ３０及びガス流路形成部４０，４１の外周部には、シリコンゴム等の絶縁性樹脂材料によるシール部４２がＭＥＡ３０と一体に設けられている。
図３は、このようなＭＥＡ３０と一体形成されたシール部４２の概略平面図である。
図中のシール部４２は、外形状、寸法がセパレータ１０とほぼ等しい長方形をなし、セパレータ１０と同様に穴部２０〜２５が形成されている。この図３において、冷媒供給マニホールドを形成する穴部２２は「冷媒入口」、冷媒排出マニホールドを形成する穴部２５は「冷媒出口」、燃料ガス供給マニホールドを形成する穴部２４は「Ｈ₂入口」、燃料ガス排出マニホールドを形成する穴部２３は「Ｈ₂出口」となっている。

図１において、セパレータ１０及び単セル６０が作製されると、カソード側プレート１２がガス流路形成部４０に接し、アノード側プレート１４がガス流路形成部４１に接するように、セパレータ１０と単セル６０とを交互に積層することによって燃料電池が製造される。

上記のような燃料電池において、酸化ガス供給マニホールド２０に対して酸化ガスを供給すると、酸化ガスは、各々のセパレータ１０における連通部７０と穴部２６とからなる酸化ガス供給路を通って、ガス流路形成部４０が形成する単セル内酸化ガス流路へと分配される。
分配された酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内酸化ガス流路を、酸化ガス排出マニホールド２１側へと流れる。単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３に矢印アで示す。
単セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、セパレータ１０における穴部２７と連通部７１とからなる酸化ガス排出路を通って、酸化ガス排出マニホールド２１へと排出される。マニホールド近傍における酸化ガスの流出入の様子を、図１中に矢印イで示す。

燃料電池において、冷媒供給マニホールド２２に対して冷媒を供給すると、冷媒は、各々のセパレータ１０における中間プレート１３の複数の貫通孔７２を通って、冷媒流路１８へと分配される。
図４は、図１に示す燃料電池の長手方向の断面図であり、その断面位置を代表して図２（ａ）中にIV−IV線にて示す。図４では、冷媒供給マニホールド２２を流れる冷媒が、複数の貫通孔７２〔図２（ｂ）参照〕を通って冷媒流路１８へと流入する様子を矢印ウで示している。
貫通孔７２を通って分配された冷媒は、冷媒流路１８を、冷媒排出マニホールド２５側へと流れる。冷媒流路１８における冷媒の流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３に矢印エで示している。冷媒流路１８内を流れた冷媒は、図２（ｂ）に示す中間プレート１３の貫通孔７５を通って、冷媒排出マニホールド２５へと排出される。

燃料電池において、燃料ガス供給マニホールド２４に対して燃料ガスを供給すると、燃料ガスは、各々のセパレータ１０における連通部７４と穴部２９とからなる燃料ガス供給路を通って、ガス流路形成部４１が形成する単セル内燃料ガス流路へと分配される。
燃料ガス供給マニホールド２４から単セル内燃料ガス流路へと燃料ガスが流入する様子を、図４に矢印オで示す。
分配された燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ、単セル内燃料ガス流路を、燃料ガス排出マニホールド２３側へと流れる。単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流れの向きを、ＭＥＡ３０面に対する向きとして、図３に矢印オで示す。
単セル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、図２（ｃ）に示す穴部２８と連通部７３とからなる燃料ガス排出路を通って、燃料ガス排出マニホールド２３へと排出される。

本発明は、図１、図２、図４に示すように、カソード側、アノード側の両プレート１２，１４、及びこれら両プレート１２，１４間に狭持されて内側に冷媒流路１８を形成する樹脂製中間プレート１３とを積層してなるフラットセパレータを備える燃料電池に係り、次のように構成したものである。
すなわち、図５に例示するように、燃料電池のフラットセパレータを構成する樹脂製中間プレート１３の角部、具体的には樹脂製中間プレート１３の上記冷媒流路１８側（樹脂製中間プレート１３単体からみれば、その中央部を貫通する略四角形状の穴部である冷媒流路形成部１５）の四隅をなす角部を各々Ｒ形状としたものである。図５中、５１は各々Ｒ形状とされた角部（Ｒ形状角部）を指す。

このＲ形状角部５１は、樹脂製中間プレート１３の作製時、ここでは樹脂製中間プレート１３の成形時や打抜き時に同時形成される。
インジェクション成形等の型成形により樹脂製中間プレート１３を作製する場合には、成形金型にＲ形状を設けておいてＲ形状角部５１を形成すればよい。
打抜き加工により樹脂製中間プレート１３を作製する場合には、ピナクルダイ、打抜き金型等にＲ形状を設けておいてＲ形状角部５１を打抜き形成すればよい。
Ｒ形状角部５１を樹脂製中間プレート１３の作製時に同時形成すれば、形状、大きさ、厚み、品質等の揃ったＲ形状角部５１を形成できる。また、樹脂製中間プレート１３の作製後のＲ形状形成のための工程が無用となる。
図６に、樹脂製中間プレート１３に形成されたＲ形状角部５１を、カソード側プレート１２及びアノード側プレート１４と共に模式的に示す。

樹脂製中間プレート１３がポリプロピレンやポリエチレン等の熱溶融性樹脂で形成されている場合には、上記Ｒ形状は樹脂製中間プレート１３の作製後でも容易に形成できる。
例えば図７に示すように、冷媒流路１８側の四隅をなす角部が角形状に成形された樹脂製中間プレート１３をフラットセパレータとして組み立てるに当たり、その樹脂製中間プレート１３をカソード側プレート１２又はアノード側プレート１４に積層接合した後においても、上記Ｒ形状を形成できる。図示例では、カソード側プレート１２又はアノード側プレート１４に積層接合された樹脂製中間プレート１３の角形状をなす角部５２表面に、加熱した金属製等の丸棒５３の先端面を押し当て、同角部５２を加熱溶融させながら押しつぶすこと（加熱加圧溶融）によってＲ形状を形成できる。この方法は、樹脂製中間プレート１３の作製後のＲ形状を形成する簡易な方法として有効である。
丸棒５３の加熱方法としては、樹脂製中間プレート１３の角部５２への押し当て前に外部の加熱手段で丸棒５３を加熱する方法や、丸棒５３自体に組み込まれた加熱手段、例えば電気的な加熱手段によって加熱する方法があるが、いずれの方法を用いてもよい。

樹脂フィルムは、巻いた状態での保管、搬送、生産ラインへの装填等、これを用いた部材の連続生産における取り扱い上の利点は大きく、したがって、樹脂製中間プレート１３の量産において、その材料として樹脂フィルムを用いることの利点は大きい。また、このように樹脂製中間プレート１３の材料として樹脂フィルムを用いることは、フラットセパレータの更なる薄型化に有効である等の利点もあり、樹脂製中間プレート１３として樹脂フィルムを用いることの有用性は大である。一方、樹脂製中間プレート１３として樹脂フィルムを用いた場合には、図９に示す割れ等９３が生じ易い。
このような事情にあって、樹脂製中間プレート１３に上記のようなＲ形状（Ｒ形状角部５１）を形成することの効果は大きい。そして、このように樹脂製中間プレート１３として樹脂フィルムを用いる場合であって、樹脂フィルムにポリプロピレンやポリエチレン等の熱溶融性樹脂フィルムを用いるときには、上記Ｒ形状の形成方法として丸棒５３を用いた加熱加圧溶融による方法が極めて有効である。フィルム状の樹脂製中間プレート１３は厚みが薄く、加熱加圧溶融が簡単、迅速に行えるからである。

以上説明した実施形態では、図１、図２、図４に示すように、各々フラットなカソード側、アノード側の両プレート１２，１４、及びこれら両プレート１２，１４間に狭持されて内側に冷媒流路１８を形成する樹脂製中間プレート１３とを積層してなるフラットセパレータ１０を備えた燃料電池を、次のように構成した。
すなわち図５に示すように、燃料電池のフラットセパレータを構成する樹脂製中間プレート１３の冷媒流路１８側の四隅をなす角部を各々Ｒ形状とした（Ｒ形状角部５１を設けた）。
したがって、カソード側プレート１２及びアノード側プレート１４がステンレス鋼やチタン等の導電性金属によって形成された一般的なセパレータ構成においても、その昇温時に、樹脂製中間プレート１３の冷媒流路１８側の四隅をなす角部へのせん断応力の集中が抑制され、図９に示す割れ等９３の発生を防止できる。
この割れ等９３は、上記のようなセパレータが燃料電池に組み込まれた場合に、発電動作時において、ガス配流の乱れや、ガスリークの要因となる。このため発電不良、ひいては発電不能を引き起こす虞がでてくるが、本実施形態によれば、上記のような発電動作時におけるガス配流の乱れ等を生じさせず、発電不良等の発生を防止することができる。

また、Ｒ形状角部５１を樹脂製中間プレート１３の作製時に同時形成すれば、Ｒ形状角部５１の形状、寸法の均一化、均質化が図れる。また、樹脂製中間プレート１３の作製後のＲ形状形成のための工程が無用となる。
更に、樹脂製中間プレート１３の作製後のＲ形状形成方法として丸棒５３を用いた加熱加圧溶融方法を用いれば、Ｒ形状の形成を極めて簡単に行うことができる。このＲ形状形成方法による効果は、樹脂製中間プレート１３として熱溶融性樹脂フィルムを用いた場合により顕著となる。

なお上述実施形態では、樹脂製中間プレートの冷媒流路側、つまり冷媒流路形成部の四隅をなす角部にＲ形状（Ｒ形状角部）を形成した場合について説明したが、これのみに限定されることはない。樹脂製中間プレートの冷媒流路側において、樹脂製中間プレートとカソード側、アノード側の両プレートとの間の熱膨張係数差に起因してそれらプレート間に生じるせん断応力が集中する屈曲部であれば、いずれの箇所にＲ形状を形成してもよい。

本発明が適用される燃料電池の一例の概略断面図である。 図１中のセパレータを構成する各プレートの概略平面図である。 ＭＥＡと一体形成されたシール部の概略平面図である。 図１に示す燃料電池の長手方向の断面図である。 本発明に係る燃料電池の要部を取り出し拡大して示す平面図である。 樹脂製中間プレートに形成されたＲ形状角部をカソード側、アノード側の両プレートと共に模式的に示す図である。 樹脂製中間プレートの作製後にＲ形状を形成する例を説明するための図である。 燃料電池のフラットセパレータを構成するカソード側、アノード側の両金属プレートと樹脂製中間プレート間においてせん断応力が発生する様子を示す図である。 同上せん断応力の集中によって樹脂製中間プレートの屈曲部に発生した割れ等の説明図である。

符号の説明

１０：フラットセパレータ、１２：カソード側プレート、１３：樹脂製中間プレート、１４：アノード側プレート、１５：冷媒流路形成部（冷却媒体流路形成部）、１８，９１：冷媒流路（冷却媒体流路）、３０：ＭＥＡ、５１：Ｒ形状角部、５２，９２：角部、５３：丸棒、６０：単セル、９３：割れ等。

Claims (3)

1. カソード側のプレートと、アノード側のプレートと、これら両プレート間に狭持されて内側に冷却媒体流路を形成する樹脂製中間プレートとを積層してなるフラットセパレータを備える燃料電池において、前記樹脂製中間プレートの前記冷却媒体流路側の屈曲部をＲ形状としたことを特徴とする燃料電池。
2. 前記Ｒ形状は、前記樹脂製中間プレートの作製時に形成されてなる請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記樹脂製中間プレートは熱溶融性樹脂製中間プレートであって、前記Ｒ形状は、前記熱溶融性樹脂製中間プレートと前記カソード側のプレート又はアノード側のプレートとの積層後に形成されてなる請求項１に記載の燃料電池。
   
   

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