JP2010113945A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＡにおけるガス漏れを防ぐシール部のラインに対応するセパレータ外周部分の剛性の低下を防ぎ、セパレータの薄型化と中間プレートの位置決めの簡易化を図る。
【解決手段】対向する金属製の一対の電極プレート１２，１４及びこの一対の電極プレート１２，１４に挟持積層される樹脂製の中間プレート１３を備えてなる燃料電池用セパレータであって、ＭＥＡ３０、及びこのＭＥＡ３０の触媒電極と電極プレート１２，１４との間のガス流路形成部４０，４１の外周部に設けられ、電極プレート１２，１４と接触することによりガス流路形成部４０，４１におけるガスシール性を保持させるシール部４２の、セパレータ外周部を一巡するラインＳＬに対応する中間プレート１３部分又はその外周に補強部５１を設け、セパレータ外周部における剛性を高める。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）と積層されることによって燃料電池を構成する燃料電池用セパレータに関するものである。

従来、この種の技術としては、例えば特許文献１に記載のものがあった。
これは、金属製の第１，第２プレートと、これら両プレート相互間に挟持されるプレートであって、積層時に電解質層及び電極層と重なる領域の一部に、厚さ方向に貫通し、冷媒が流れる冷媒流路を第１，第２プレート間に形成する第３プレート（中間プレート）とを備える。そして、上記冷媒流路に配置されると共に、燃料電池の発電時におけるセパレータ面内の温度分布において、より温度が高くなる領域ほど冷媒の流速が速くなるように、冷媒流路内における冷媒の流速を調整する流速調整部を備える、というものである（特許文献１参照）。

特開２００７−１０９４２５号公報

上記従来技術によれば、燃料電池内部に冷媒を流通させる際に、燃料電池の内部温度をセル面内で均等化できるという利点を有するが、次のような問題が残されていた。
すなわち上記従来技術において、中間プレートにはシール層と耐熱性樹脂層とを備えるラミネート樹脂が使用されることがあるが、このようなラミネート樹脂は金属製の第１，第２プレートに比べて剛性が低い。しかも、ラミネート樹脂からなる中間プレートの外周側には、その機能上、空気（酸素）、水素等のガスや水等の冷却媒体が流れるマニホールド穴が複数並んで配設されている。したがって、中間プレート外周部は極めて幅が狭く長い構造となっており、厚みも薄いことから、その部分における剛性は極めて低くなっている。
一方、燃料電池は、このようなセパレータと単セル（ＭＥＡとガス流路形成部）との組を多数配列する構造であるためこれらを一定荷重で締結するが、この際、ＭＥＡからのガスの漏れ出しをその外周部分において防ぐためのシール部（ガスケット）にも荷重分配されるため、シールライン（ガスケットライン）上は荷重がかかりやすい部分となる。

上記のように、ラミネート樹脂を中間プレートに用いたセパレータにおいては、金属板のみで構成したセパレータに比べてセパレータ全体の剛性が低くなるが、特にシールラインに対応するセパレータ外周部分で必要な剛性が確保されない場合、適切な荷重分配が期待できず、ガスシール性の低下や、シール部ずれによる短絡を引き起こす虞がある。このため、必要な剛性を有する場合に達成できるセパレータの更なる薄型化を阻む要因となっていた。
また、中間プレートの外周部分における剛性が極めて低いことによっては、セパレータと単セルとの組を多数締結する際の締結荷重によるシール部の反力で中間プレートに配設された上記マニホールド穴等のガス、冷却媒体の流路が変形し、圧損バラツキを発生させる虞がある。このため、中間プレートの位置決めは注意深く行わなければならず、面倒な作業となっていた。

本発明は、ＭＥＡにおけるガス漏れを防ぐためのシール部のラインに対応するセパレータ外周部分における剛性の低下を防止でき、セパレータの更なる薄型化と中間プレートの位置決めの簡易化を可能とした燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。

上記課題は、燃料電池用セパレータ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、（４）項が請求項４に、（５）項が請求項５に、（６）項が請求項６に、各々対応する。（７）項は請求項に係る発明ではない。

（１） 燃料電池を構成する複数の膜−電極接合体相互間を仕切る燃料電池用セパレータであって、対向する金属製の一対の電極プレート及びこの一対の電極プレートに挟持積層される樹脂製の中間プレートを備えてなり、前記膜−電極接合体、及びこの膜−電極接合体の触媒電極と前記電極プレートとの間のガス流路形成部の外周部に設けられ、前記電極プレートと接触することにより前記ガス流路形成部におけるガスシール性を保持させるシール部の、セパレータ外周部を一巡するラインに対応する前記中間プレート部分又はその外周に、補強部を設けたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
中間プレートは、対向する一対の電極プレートに挟持積層されて冷媒流路を形成させるプレートである。
シール部のライン（シールライン）は、シール部が電極プレートに接触するラインであって、多数の燃料電池用セパレータと単セル（膜−電極接合体とガス流路形成部）との組の締結時にシール部の反力を受ける部分であり、補強部はこの部分の剛性を高める。
（２） 前記補強部は、前記ラインに沿ってセパレータ外周部を連続又は断続して形成されることを特徴とする（１）項に記載の燃料電池用セパレータ。
補強部のシールラインに沿う方向に交差する方向の寸法（補強部の幅）は、補強部の材質や中間プレートの材質等を考慮して種々に設定される。
断続とは連続しない全ての形態を含み、断続する補強部のシールラインに沿う方向の寸法（補強部単体の長さ）や補強部の相互間隔等は種々に設定される。
（３） 前記補強部は、前記中間プレート中に埋込み形成されることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の燃料電池用セパレータ。
（４） 前記補強部は、中間プレート成形時に形成される補強用繊維混入部であることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の燃料電池用セパレータ。
補強用繊維としてはガラス繊維やカーボン繊維等が挙げられる。
（５） 前記補強部は、前記一対の電極プレート中のいずれか一方の電極プレートに形成され、前記中間プレートの外周端を跨いで他方の電極プレートの前記一方の電極プレートとの対向面に当接する電極プレート外周端突部であることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の燃料電池用セパレータ。
（６） 前記補強部は、金属材からなる（１）項、（２）項又は（３）項に記載の燃料電池用セパレータ。
金属材としては、ステンレス鋼やチタン等の高耐食性を有する金属材が挙げられる。
（７） 前記補強部の前記プレート積層方向の寸法は、前記３つのプレートが積層組立てされた際に、中間プレートの電極プレートとの各積層面が、各々電極プレート面にシール性を保持した状態で密着される寸法に設定されることを特徴とする（１）項、（２）項又は（５）項のうちのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
本項に記載の発明によれば、補強部が直接、電極プレートに接触する場合に、中間プレート内方における流体が中間プレートの電極プレートとの各積層面から漏れ出すことを防止できる。

（１）項に記載の発明によれば、膜−電極接合体におけるガス漏れを防ぐためのシール部のラインに対応するセパレータ外周部分における剛性の低下を防止できる。したがって従来、セパレータ外周部分における剛性の低下によってその達成を阻んでいたセパレータの更なる薄型化、中間プレートの位置決めの簡易化が可能となる。
（２）項に記載の発明によれば、シールラインに沿う補強部の配設形態を必要に応じて様々に設定できる。
（３）項、（４）項に記載の発明によれば、補強部が直接、電極プレートに当接する場合の中間プレートにおけるシール性保持のための補強部の寸法設定の制約は生じない。
（５）項に記載の発明によれば、中間プレートに加工を施すことなくセパレータ外周部分における剛性の低下を防止できる。
（６）項に記載の発明によれば、金属材は入手しやすく、加工も容易でありながらセパレータ外周部分における剛性の低下防止効果は大きく、コスト対効果に優れる。
なお、（７）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、セパレータ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、一方の電極プレートをなすカソード側プレート１２、樹脂製の中間プレート１３及び他方の電極プレートをなすアノード側プレート１４の３層からなる。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間に配設されるもので、内部に冷媒流路１８を形成している。なお、冷媒とは水等の冷却媒体を指す。
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材からなる。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。
上記穴部２２は、セパレータ１０内の冷媒流路１８へと分配される冷媒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。
上記穴部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、上記穴部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の各々に対応してその穴部２０の近傍に設けられ、穴部２０よりも内側において穴部２０に平行に形成されている。また穴部２７は、複数の穴部２１の各々に対応してその穴部２１の近傍に設けられ、穴部２１よりも内側において穴部２１に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上記穴部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延出する複数の延出部（ガス供給排出路）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延出部を、各々連通部７０，７１，７３，７４と記す。
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（冷媒供給排出路）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との間を連通させる複数の貫通孔（冷媒供給排出路）７５を備えている。

アノード側プレート１４は、その外周部に、上記穴部２０〜２５に加えて穴部２８，２９を備えている。この場合、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高耐食性を有する導電性金属による薄板材からなる。
中間プレート１３は、シール層と耐熱性樹脂層とを備えるラミネート樹脂によって形成されているが、その他の材質によって形成してもよい。穴部２０〜２９は、打ち抜き加工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、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材からなり、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、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料によるシール部４２がＭＥＡ３０と一体に設けられている。
このシール部４２は、詳細な図示を省略したが、例えば金型のキャビティにＭＥＡ３０部の外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。これにより、ＭＥＡ３０とシール部４２とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。
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（図示するセパレータ１０の上方側に積層されている図示しない単セル６０のガス流路形成部４１を指す。）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中に矢印アで示す。
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。

また、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中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。

このような燃料電池において、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中に矢印オで示す。
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。

本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池を構成する複数のＭＥＡ相互間を仕切るセパレータであって、図１〜図４に示して説明したように、対向する金属製のカソード側プレート１２とアノード側プレート１４とによって樹脂製の中間プレート１３を挟持積層して冷媒流路１８を形成するセパレータ１０に関するものである。
そして、図１及び図４に示すように、ＭＥＡ３０及びガス流路形成部４０，４１の外周部に設けられ、カソード側プレート１２、アノード側プレート１４と接触することによりガス流路形成部４０，４１におけるガスシール性を保持させるシール部４２が設けられたセパレータ１０において、次のように構成したものである。

基本的には、シール部４２によってガスシール性が保持されるラインであって、セパレータ外周部を一巡するシール部４２のラインに対応する中間プレート１３部分に、補強部を設けてなるもので、以下に実施形態を説明する。
図５及び図６は、各々本発明に係る燃料電池用セパレータの一実施形態の説明図である。このうち、図５は中間プレート１３における補強部５１の配置例を示す平面図、図６は図５中のVI−VI線拡大断面図である。なお図７〜図９は、図６とは異なる例における図５中のVI−VI線拡大断面図である。

図５に例示するように、補強部５１は、セパレータ外周部を一巡する上記シール部４２のライン（シールライン）ＳＬに対応する中間プレート１３部分に設けられている。
具体的には、補強部５１はセパレータ外周部をシールラインＳＬに沿って断続して一周、形成されている。補強部５１を、セパレータ外周部を連続して一周形成してもよいが、このように形成すると、中間プレート１３はその外周部分において内外周方向で２分割されてしまう。図示例のように、補強部５１をシールラインＳＬに沿って断続して形成すれば、上記のように中間プレート１３が２分割されてしまうことを回避できる。このような補強部５１の断続形成によれば、隣接する補強部５１相互間部分において内外周部分が連結された１枚の中間プレート１３を形成し得る。

補強部５１は、図６に示す例ではカソード側プレート１２、アノード側プレート１４に接着することにより設けられているが、図７に例示するように、補強部５１を中間プレート１３中に埋込み形成してもよい。これによれば、補強部５１をプレート１２，１４への接着の手間が省ける。また、補強部５１が直接、プレート１２，１４に当接する場合の中間プレート１３におけるシール性保持のための後述するような補強部５１の寸法設定の制約は生じない。
図６、図７に示した例では、補強部５１として例えば金属材が用いられるが、図６、図７中の補強部５１を設けた位置に相当する部分にガラス繊維やカーボン繊維等の補強用繊維を混入させて中間プレート１３を成形し、この補強用繊維混入部を補強部５１としてもよい。
なお、補強部５１として金属材を用いる場合には、ステンレス鋼あるいはチタン等の高耐食性を有する金属材が好例として挙げられる。

また図９に例示するように、一対の電極プレート１２，１４中のいずれか一方の電極プレート、例えばアノード側プレート１４に補強部５１を形成してもよい。すなわちアノード側プレート１４に、中間プレート１３の外周端を跨いで他方の電極プレートであるカソード側プレート１２のアノード側プレート１４との対向面に当接するプレート外周端突部を形成し、これを補強部５１としてもよい。
いずれにしても、補強部５１は中間プレート１３に比較して剛性の高い材質から形成される。

このような構成によれば、セパレータ外周部のシールラインＳＬに対応する部分、換言すれば多数のセパレータと単セルとの組の締結時にシール部４２（図１、図４参照）の反力を受けるセパレータ外周部分の剛性が、中間プレート１３部分又はその外周に補強部５１を設けたことにより高められる。
中間プレート１３中に補強部５１を含む図７，図８の例によれば、中間プレート１３自体がその外周部分において剛性が高められる。一方、中間プレート１３中に補強部５１を含まない図６、図９の例によれば、中間プレート１３自体の剛性は高められないが、いずれの例によっても、セパレータ外周部分の剛性は補強部５１を設けたことにより高められる。

なお、図６、図９に例示する場合のように、補強部５１が中間プレート１３を部分的にも介在することなく、プレート１２，１４間に設けられるときには、補強部５１が直接、プレート１２，１４に当接するので、この部分のシール性が保持されなくなる虞があり、したがって補強部５１は次のように寸法設定される。
すなわち補強部５１の、プレート１２〜１４積層方向についての寸法（高さ寸法）を、３つのプレート１２〜１４が積層組立てされた際に、中間プレート１３のプレート１２，１４との各積層面が、各々プレート１２，１４面にシール性を保持した状態で密着される寸法に設定される。基本的に、補強部５１の高さ寸法は中間プレート１３の厚さ（プレート積層方向についての寸法）を超えることはない。

以上述べたように本実施形態によれば、補強部５１を設けたことによってセパレータ外周部における剛性が高くなる。特に、図７，図８の例では中間プレート１３自体の剛性がその外周部において高くなる。
前述したように、シールラインＳＬに対応するセパレータ外周部分で必要な剛性が確保されない場合、セパレータ１０と単セル６０（図１、図４参照）との組を多数配列するために加えられる一定の締結荷重に対して適切な荷重分配が期待できない。このため、ガスシール性の低下や、シール部ずれによる短絡を引き起こす虞があり、必要な剛性を有する場合に達成できるセパレータ１０の更なる薄型化を阻んでいた。
上述した実施形態によれば、補強部５１によって必要な剛性がセパレータ外周部に与えられるので、セパレータ１０の更なる薄型化が可能となる。

また、中間プレート１３の外周部分における剛性が極めて低いことによっては、上記締結荷重によるシール部４２（図１、図４参照）の反力で中間プレート１３に配設されたマニホールドを形成する穴部２０〜２５等のガス、冷却媒体の流路が変形し、圧損バラツキを発生させる虞がある。このため、中間プレート１３の位置決めは注意深く行わなければならず、面倒な作業となっていた。
上述した実施形態によれば、補強部５１によって必要な剛性がセパレータ外周部に与えられるので、中間プレート１３の位置決めの簡易化が可能となる。

なおシールラインＳＬは、必ずしも図５に示すようにセパレータ（プレート１２〜１４）の外形状に沿った形状となっているとは限らない。シールラインＳＬがセパレータ外形状に沿った形状でない、例えば図１０に示すようなシールラインＳＬを描くセパレータ１０もある。
このようなセパレータ１０においても、補強部５１は、セパレータ外周部を一巡する図示シールラインＳＬに対応する中間プレート１３部分又はその外周に連続又は断続して設けられるもので、これによっても上述実施形態と同様の効果が得られることは勿論である。

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用セパレータの一実施形態の説明図で、補強部の配置例を示す。 図５中のVI−VI線拡大断面図である。 第２例に係る補強部についてのVI−VI線拡大断面図である。 第３例に係る補強部についてのVI−VI線拡大断面図である。 第４例に係る補強部についてのVI−VI線拡大断面図である。 補強部の他の配置例（シールライン形状の他の例）を示す図である。

符号の説明

１０：セパレータ、１２：カソード側プレート（電極プレート）、１３：中間プレート、１４：アノード側プレート（電極プレート）、３０：ＭＥＡ（膜−電極接合体）、４０，４１：ガス流路形成部、４２：シール部、５１：補強部、６０：単セル、ＳＬ：シールライン。

Claims (6)

1. 燃料電池を構成する複数の膜−電極接合体相互間を仕切る燃料電池用セパレータであって、
   対向する金属製の一対の電極プレート及びこの一対の電極プレートに挟持積層される樹脂製の中間プレートを備えてなり、
   前記膜−電極接合体、及びこの膜−電極接合体の触媒電極と前記電極プレートとの間のガス流路形成部の外周部に設けられ、前記電極プレートと接触することにより前記ガス流路形成部におけるガスシール性を保持させるシール部の、セパレータ外周部を一巡するラインに対応する前記中間プレート部分又はその外周に、補強部を設けたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記補強部は、前記ラインに沿ってセパレータ外周部を連続又は断続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記補強部は、前記中間プレート中に埋込み形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記補強部は、中間プレート成形時に形成される補強用繊維混入部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記補強部は、前記一対の電極プレート中のいずれか一方の電極プレートに形成され、前記中間プレートの外周端を跨いで他方の電極プレートの前記一方の電極プレートとの対向面に当接する電極プレート外周端突部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
6. 前記補強部は、金属材からなることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の燃料電池用セパレータ。

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