JP2010118329A - Fuel cell stack and manufacturing method of metal separator for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack in which structural support of power generation units having a cooling medium passage formed are made securely and metal separators can be manufactured simply and economically. <P>SOLUTION: The fuel cell stack 10 is constructed of a first power generation unit 12A and a second power generation unit 12B laminated alternately along horizontally direction. In the first power generation unit 12A and the second power generation unit 12B, first metal separators 14A, 14B arranged respectively at an identical position have a shape of a first oxidant gas circulation region established mutually 180° rotated in the separator surface, while the shape of communication hole groups is established in an identical shape. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設したn個(nは偶数)の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるn+1個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第1の発電ユニット及び第2の発電ユニットを備え、前記第1の発電ユニットと前記第2の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法に関する。   The present invention has n (n is an even number) electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are arranged on both sides of an electrolyte, and n + 1 metal separators stacked alternately with each electrolyte / electrode assembly. In addition, a reaction gas flow region for flowing a reaction gas, which is either a fuel gas or an oxidant gas, in the surface direction of the metal separator and a reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction are formed. A fuel cell stack and a fuel cell metal that are alternately stacked by forming a cooling medium flow path between the first power generation unit and the second power generation unit The present invention relates to a method for manufacturing a separator.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. The unit cell is sandwiched. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas flow channel for flowing fuel gas is provided in the plane of one separator so as to face the anode side electrode, and the cathode side electrode is opposed in the plane of the other separator. An oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas is provided. Further, between the separators, a coolant flow path for allowing a coolant to flow as needed is provided along the surface direction of the separator.

その際、セパレータとして金属セパレータが使用される場合、アノード側金属セパレータの一方の面に燃料ガス流路用の凹部を設けると、前記金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。さらに、カソード側金属セパレータの一方の面に酸化剤ガス流路用の凹部を設けると、前記金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。   At this time, when a metal separator is used as the separator, when a recess for the fuel gas flow path is provided on one surface of the anode-side metal separator, the other surface of the metal separator has a back surface shape of the recess. A convex part is formed. Further, when a concave portion for the oxidant gas flow path is provided on one surface of the cathode-side metal separator, a convex portion that is the back surface shape of the concave portion is formed on the other surface of the metal separator.

例えば、特許文献1に開示されているように、固体電解質の両側に電極を配した燃料電池セルが複数積層されてなる燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池セルの間に介挿されて用いられ、一方の側面には隣接する一方の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路溝を備えるとともに、他方の側面には隣接する他方の燃料電池セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路溝を備えた燃料電池用セパレータが知られている。   For example, as disclosed in Patent Document 1, in a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells each having electrodes disposed on both sides of a solid electrolyte are stacked, the fuel cells are used by being interposed between the fuel cells. One side surface is provided with a fuel gas channel groove for supplying fuel gas to one adjacent fuel cell, and the other side surface is used to supply oxidant gas to the other adjacent fuel cell. A fuel cell separator having an oxidant gas channel groove is known.

このセパレータは、加工性に優れた金属材料の表裏面に電気伝導性に優れた材料がコーティングされ、且つ、その表裏面にはそれぞれ多数の突起が適当な間隔を配して設けられている。さらに、突起は、燃料電池スタックにおいて燃料電池セル面に接するように設けられており、燃料ガス流路溝及び酸化剤ガス流路溝が、それぞれ、セパレータと燃料電池セルとの間において前記突起間に連通形成されている。   In this separator, a metal material having excellent workability is coated on the front and back surfaces of a metal material having excellent workability, and a large number of protrusions are provided on the front and back surfaces at appropriate intervals. Further, the protrusion is provided so as to contact the surface of the fuel cell in the fuel cell stack, and the fuel gas passage groove and the oxidant gas passage groove are provided between the protrusion and the fuel cell, respectively. Is formed in communication.

特開平8−222237号公報JP-A-8-222237

ところで、燃料電池スタックでは、所定数の単位セル間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造を採用する場合がある。この種の間引き冷却構造を有する燃料電池に、上記の従来技術を採用すると、図30に示すように、2枚のMEA1a、1bと3枚の金属セパレータ2a、2b及び2cとを有するセルユニット3が、複数積層されることにより、前記燃料電池が構成される。   By the way, the fuel cell stack may adopt a so-called thinning cooling structure in which a cooling medium flow path is formed between a predetermined number of unit cells. When the above-described conventional technology is employed in a fuel cell having this type of thinning cooling structure, as shown in FIG. 30, a cell unit 3 having two MEAs 1a and 1b and three metal separators 2a, 2b and 2c. However, the fuel cell is configured by stacking a plurality of layers.

MEA1a、1bは、固体電解質膜4aの両側に、アノード側電極4bとカソード側電極4cとが配設されている。金属セパレータ2aは、MEA1aのアノード側電極4bに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路5を形成する複数の凸部5aを有している。一方、金属セパレータ2bは、MEA1aのカソード側電極4cに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路6を形成するための複数の凸部6aと、MEA1bのアノード側電極4bに燃料ガスを供給する燃料ガス流路5を形成するための複数の凸部5aとを交互に有している。   In the MEAs 1a and 1b, an anode side electrode 4b and a cathode side electrode 4c are disposed on both sides of the solid electrolyte membrane 4a. The metal separator 2a has a plurality of convex portions 5a that form a fuel gas flow path 5 for supplying fuel gas to the anode side electrode 4b of the MEA 1a. On the other hand, the metal separator 2b supplies the fuel gas to the plurality of convex portions 6a for forming the oxidant gas flow path 6 for supplying the oxidant gas to the cathode side electrode 4c of the MEA 1a and the anode side electrode 4b of the MEA 1b. A plurality of convex portions 5a for forming the fuel gas flow path 5 are alternately provided.

金属セパレータ2cは、MEA1bのカソード側電極4cに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路6を形成するための複数の凸部6aを有するとともに、互いに隣接する金属セパレータ2c、2a間には、冷却媒体を供給するための冷却媒体流路7が形成されている。   The metal separator 2c has a plurality of convex portions 6a for forming an oxidant gas flow path 6 for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode 4c of the MEA 1b, and between the metal separators 2c and 2a adjacent to each other, A cooling medium flow path 7 for supplying the cooling medium is formed.

金属セパレータ2a、2bでは、各凸部5a、6a同士がMEA1aを挟んで互いに積層方向に対して同一位置に設定されるとともに、前記金属セパレータ2b、2cでは、それぞれの凸部5a、6a同士がMEA1bを挟んで積層方向に対して同一位置に設定されている。   In the metal separators 2a and 2b, the protrusions 5a and 6a are set at the same position with respect to the stacking direction with the MEA 1a interposed therebetween. In the metal separators 2b and 2c, the protrusions 5a and 6a are It is set at the same position with respect to the stacking direction across the MEA 1b.

しかしながら、各セルユニット3間に冷却媒体流路7が形成される際、この冷却媒体流路7では、金属セパレータ2c、2a同士を積層方向に支持する構造を有していない。凸部と凹部とが、積層方向に対して互いに対向しているからである。このため、燃料電池スタックの積層時の荷重を各セルユニット3間で保持することができず、しかも、発電時の圧力変動に耐えることができないという問題がある。   However, when the cooling medium flow path 7 is formed between the cell units 3, the cooling medium flow path 7 does not have a structure for supporting the metal separators 2c and 2a in the stacking direction. This is because the convex portion and the concave portion face each other in the stacking direction. For this reason, the load at the time of lamination | stacking of a fuel cell stack cannot be hold | maintained between each cell unit 3, and also there exists a problem that it cannot endure the pressure fluctuation at the time of electric power generation.

これにより、MEA1a、1bや金属セパレータ2a〜2cの変形が惹起されるとともに、セルユニット3間の電気伝導が良好にできないという問題がある。   As a result, the MEAs 1a and 1b and the metal separators 2a to 2c are deformed, and there is a problem that electrical conduction between the cell units 3 cannot be improved.

そこで、凹凸形状の異なる2種類の第1及び第2のセルユニットを用意し、前記第1のセルユニットと前記第2のセルユニットとを交互に積層した燃料電池スタックを採用することができる。しかしながら、各セルユニット毎に3枚の金属セパレータが使用されるため、6枚の形状の異なる金属セパレータを製造しなければならず、金型数が増加して経済的ではないという問題がある。   Accordingly, it is possible to employ a fuel cell stack in which two types of first and second cell units having different concavo-convex shapes are prepared and the first cell units and the second cell units are alternately stacked. However, since three metal separators are used for each cell unit, six metal separators having different shapes must be manufactured, and there is a problem that the number of molds increases and it is not economical.

本発明はこの種の間引き冷却構造の燃料電池において、冷却媒体流路を形成する発電ユニット間の構造的な保持を確実に行うとともに、金属セパレータを簡単且つ経済的に製造することが可能な燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a fuel cell having a thinned cooling structure of this type, which can reliably hold the structural unit between the power generation units forming the cooling medium flow path and can easily and economically manufacture the metal separator. It aims at providing the manufacturing method of the battery stack and the metal separator for fuel cells.

本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設したn個(nは偶数)の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるn+1個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第1の発電ユニット及び第2の発電ユニットを備え、前記第1の発電ユニットと前記第2の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法に関するものである。   The present invention has n (n is an even number) electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are arranged on both sides of an electrolyte, and n + 1 metal separators stacked alternately with each electrolyte / electrode assembly. In addition, a reaction gas flow region for flowing a reaction gas, which is either a fuel gas or an oxidant gas, in the surface direction of the metal separator and a reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction are formed. A fuel cell stack and a fuel cell metal that are alternately stacked by forming a cooling medium flow path between the first power generation unit and the second power generation unit The present invention relates to a method for manufacturing a separator.

この燃料電池スタックでは、第1の発電ユニット内及び第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、反応ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに180゜回転した形状に設定される一方、少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状が同一に設定されている。   In this fuel cell stack, the metal separators arranged at the same positions in the first power generation unit and the second power generation unit have shapes in which the shape of the reaction gas circulation region is rotated by 180 ° within the separator surface. On the other hand, the communication hole shape including at least the reaction gas communication hole is set to be the same.

また、反応ガス流通域は、少なくとも反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通するバッファ部とを有することが好ましい。   The reactive gas flow region preferably includes at least a reactive gas flow channel for flowing the reactive gas along the power generation surface, and a buffer unit that communicates the reactive gas flow channel with the reactive gas communication hole.

さらに、バッファ部は、エンボス部を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a buffer part is provided with an embossing part.

さらにまた、バッファ部は、連続ガイド部を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a buffer part is provided with a continuous guide part.

また、燃料電池用金属セパレータの製造方法では、第1の金型により、各金属セパレータに反応ガス流通域を形成する第1の工程と、第2の金型により、各金属セパレータに少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する第2の工程とを有している。   Further, in the method of manufacturing a fuel cell metal separator, at least a reaction gas is formed in each metal separator by a first step of forming a reaction gas circulation region in each metal separator by a first die and a second die. And a second step of forming a communication hole shape including the communication hole.

そして、一方の金属セパレータは、第1の金型と第2の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第2の金型に対し相対的に180°回転して配置されている。   One metal separator is disposed in the same posture in the first mold and the second mold, and the other metal separator has a thickness direction intersecting the surface direction as a rotation axis. The second mold is disposed so as to be rotated by 180 ° relative to the second mold.

さらに、第2の工程は、第2の金型により、連通孔形状を成形すると同時に、各金属セパレータの外形にトリム加工を行うことが好ましい。   Further, in the second step, it is preferable to trim the outer shape of each metal separator at the same time as the communication hole shape is formed by the second mold.

さらにまた、燃料電池用金属セパレータの製造方法では、第1の金型により、各金属セパレータに反応ガス流通域を形成する第1の工程と、第2の金型により、少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第2の工程とを有している。   Furthermore, in the method for producing a fuel cell metal separator, at least the outer shape of each metal separator is formed by a first step of forming a reaction gas flow area in each metal separator with a first die and a second die. And a second step of performing trim processing.

そして、一方の金属セパレータは、第1の金型と前記第2の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第2の金型に対し相対的に180°回転して配置されている。   One metal separator is disposed in the same posture in each of the first mold and the second mold, and the other metal separator rotates in the thickness direction intersecting the plane direction. Thus, the second mold is disposed so as to be rotated by 180 ° relative to the second mold.

本発明によれば、第1の発電ユニット内及び第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、反応ガス流通域を成形する第1の金型と、少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する、又は少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第2の金型とを併用することが可能である。すなわち、一方の金属セパレータは、第1の金型と第2の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第2の金型に対し相対的に180°回転して配置される。   According to the present invention, each metal separator disposed at the same position in the first power generation unit and the second power generation unit includes the first mold for forming the reaction gas flow area, and at least the reaction gas. It is possible to use a second mold that forms a communication hole shape including the communication hole or at least trims the outer shape of each metal separator. That is, one metal separator is disposed in the same posture in the first mold and the second mold, and the other metal separator has a thickness direction intersecting the plane direction as a rotation axis. Thus, the second mold is disposed so as to rotate by 180 ° relative to the second mold.

従って、第1の発電ユニット内及び第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータに対応し、それぞれ専用の第1の金型及び専用の第2の金型を用意する必要がない。これにより、金型の個数を半減させることができ、金属セパレータの製造作業が経済的且つ効率的に遂行される。   Therefore, corresponding to each metal separator disposed at the same position in the first power generation unit and the second power generation unit, a dedicated first mold and a dedicated second mold are prepared. There is no need. As a result, the number of molds can be halved, and the metal separator manufacturing operation can be carried out economically and efficiently.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池スタックを構成する第1の発電ユニットの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the 1st electric power generation unit which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図2中、III−III線断面説明図である。FIG. 3 is a sectional view of the fuel cell stack taken along line III-III in FIG. 2. 前記第1の発電ユニットを構成する第3金属セパレータと第2の発電ユニットを構成する第1金属セパレータとの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory view of the 3rd metal separator which constitutes the 1st power generation unit, and the 1st metal separator which constitutes the 2nd power generation unit. 第1の金型の説明図である。It is explanatory drawing of a 1st metal mold | die. 第2の金型の説明図である。It is explanatory drawing of a 2nd metal mold | die. 一方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing one 1st metal separator. 他方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing the other 1st metal separator. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の金型の説明図である。It is explanatory drawing of a 2nd metal mold | die. 一方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing one 1st metal separator. 他方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing the other 1st metal separator. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記燃料電池スタックを構成する第1の発電ユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the 1st electric power generation unit which comprises the said fuel cell stack. 前記第1の発電ユニットを構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 前記第1金属セパレータの入口バッファ部の一部斜視説明図である。It is a partial perspective explanatory view of the entrance buffer part of the first metal separator. 前記第1金属セパレータの、図16中、XVII−XVII線断面説明図である。FIG. 17 is a cross-sectional explanatory view of the first metal separator taken along line XVII-XVII in FIG. 16. 前記第1の発電ユニットを構成する第2金属セパレータの一方の面の説明図である。It is explanatory drawing of one surface of the 2nd metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 前記第1の発電ユニットを構成する第2金属セパレータの他方の面の説明図である。It is explanatory drawing of the other surface of the 2nd metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 前記第1の発電ユニットを構成する第3金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 3rd metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 前記燃料電池スタックを構成する第2セルユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the 2nd cell unit which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの、図14中、XXII−XXII線断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line XXII-XXII in FIG. 一方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing one 1st metal separator. 他方の第1金属セパレータを製造する工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of manufacturing the other 1st metal separator. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 前記燃料電池スタックを構成する第1の発電ユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the 1st electric power generation unit which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する第2の発電ユニットの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the 2nd electric power generation unit which comprises the said fuel cell stack. 前記第1の発電ユニットを構成する第1金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 1st metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 前記第1の発電ユニットを構成する第2金属セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 2nd metal separator which comprises the said 1st electric power generation unit. 従来の燃料電池スタックの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional fuel cell stack.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の要部分解斜視説明図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention.

燃料電池スタック10は、第1の発電ユニット12Aと第2の発電ユニット12Bとを水平方向(矢印A方向)に沿って交互に積層して構成される。第1の発電ユニット12Aは、図2に示すように、第1金属セパレータ14A、第1電解質膜・電極構造体(MEA)(電解質・電極構造体)16a、第2金属セパレータ18A、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3金属セパレータ20Aを設ける。なお、第1の発電ユニット12Aは、4個以上の偶数個のMEAを含む一方、5個以上の奇数個の金属セパレータを含むことも可能である。   The fuel cell stack 10 is configured by alternately stacking first power generation units 12A and second power generation units 12B along the horizontal direction (arrow A direction). As shown in FIG. 2, the first power generation unit 12A includes a first metal separator 14A, a first electrolyte membrane / electrode structure (MEA) (electrolyte / electrode structure) 16a, a second metal separator 18A, and a second electrolyte. The membrane / electrode structure 16b and the third metal separator 20A are provided. Note that the first power generation unit 12A may include four or more even number of MEAs, and may include five or more odd number of metal separators.

第1金属セパレータ14A、第2金属セパレータ18A及び第3金属セパレータ20Aは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属プレート(後述する)により構成される。第1金属セパレータ14A、第2金属セパレータ18A及び第3金属セパレータ20Aは、後述するように、金属プレートを波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。   The first metal separator 14A, the second metal separator 18A, and the third metal separator 20A are, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment (described later). ). As will be described later, the first metal separator 14A, the second metal separator 18A, and the third metal separator 20A have a concavo-convex shape by pressing a metal plate into a wave shape.

第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22と、前記固体高分子電解質膜22を挟持するアノード側電極24及びカソード側電極26とを備える。   The first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 22 The electrode 24 and the cathode side electrode 26 are provided.

アノード側電極24及びカソード側電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。   The anode side electrode 24 and the cathode side electrode 26 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

第1の発電ユニット12Aの長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔32a、及び酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔34bが設けられる。   A fuel gas inlet communication hole 30a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge in the long side direction (arrow B direction) of the first power generation unit 12A. A cooling medium inlet communication hole 32a for supplying a cooling medium and an oxidant gas outlet communication hole 34b for discharging an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, are provided.

第1の発電ユニット12Aの長辺方向(矢印B方向)の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔32b、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔30bが設けられる。燃料ガス出口連通孔30bは、燃料ガス入口連通孔30aよりも小さな開口形状に設定される一方、酸化剤ガス出口連通孔34bは、酸化剤ガス入口連通孔34aよりも小さな開口形状に設定される。   The other end edge of the first power generation unit 12A in the long side direction (arrow B direction) communicates with each other in the direction of arrow A to supply an oxidant gas inlet hole 34a, a cooling medium, and the like. A cooling medium outlet communication hole 32b for discharging the fuel gas and a fuel gas outlet communication hole 30b for discharging the fuel gas are provided. The fuel gas outlet communication hole 30b is set to an opening shape smaller than the fuel gas inlet communication hole 30a, while the oxidant gas outlet communication hole 34b is set to an opening shape smaller than the oxidant gas inlet communication hole 34a. .

第1金属セパレータ14Aの第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面14aには、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとを連通する第1酸化剤ガス流路36が形成される。第1酸化剤ガス流路36は、矢印B方向に延在する複数の流路溝36aを有する。   On the surface 14a of the first metal separator 14A facing the first electrolyte membrane / electrode structure 16a, there is a first oxidant gas flow path 36 that connects the oxidant gas inlet communication hole 34a and the oxidant gas outlet communication hole 34b. It is formed. The first oxidizing gas channel 36 has a plurality of channel grooves 36a extending in the direction of arrow B.

第1酸化剤ガス流路36の入口及び出口近傍(少なくとも一方でもよい)には、入口バッファ部38及び出口バッファ部40が設けられて第1酸化剤ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。   An inlet buffer section 38 and an outlet buffer section 40 are provided in the vicinity of the inlet and outlet of the first oxidant gas flow path 36 (or at least one of them) to form a first oxidant gas flow area (reaction gas flow area). Is done.

入口バッファ部38と出口バッファ部40とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面14a側(第1電解質膜・電極構造体16a側)に突出する複数の凸部(エンボス)38a、40aと、面14b側に突出する複数の凸部(エンボス)38b、40bとを有する。凸部38a、38b、40a及び40bは、円形、長円形又は矩形等、種々の形状に設定可能である。なお、以下のエンボスについても同様である。   The inlet buffer portion 38 and the outlet buffer portion 40 have a convex shape from the intermediate height to the front and back surfaces, and a plurality of convex portions (embossed portions) projecting to the surface 14a side (first electrolyte membrane / electrode structure 16a side). ) 38a, 40a and a plurality of convex portions (embosses) 38b, 40b projecting toward the surface 14b. The convex portions 38a, 38b, 40a, and 40b can be set in various shapes such as a circle, an oval, or a rectangle. The same applies to the following embossing.

第1金属セパレータ14Aの面14bには、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとを連通する冷却媒体流路44の一部が形成される。面14bには、第1酸化剤ガス流路36を構成する複数の流路溝36a間の裏面形状である複数の流路溝(凹部)44aが形成される。流路溝44aの入口及び出口近傍には、複数の凸部40b、38bを有するバッファ部裏面形状が設けられる。   A part of the cooling medium flow path 44 that connects the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b is formed on the surface 14b of the first metal separator 14A. A plurality of flow channel grooves (concave portions) 44a having a back surface shape between the plurality of flow channel grooves 36a constituting the first oxidant gas flow channel 36 are formed on the surface 14b. In the vicinity of the inlet and outlet of the flow channel 44a, a buffer portion back surface shape having a plurality of convex portions 40b and 38b is provided.

第2金属セパレータ18Aの第1電解質膜・電極構造体16aに向かう面18aには、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとを連通する第1燃料ガス流路46が形成される。第1燃料ガス流路46は、矢印B方向に延在する複数の流路溝(凹部)46aを有するとともに、前記第1燃料ガス流路46の入口及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部48及び出口バッファ部50が設けられて第1燃料ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。   A first fuel gas channel 46 that communicates the fuel gas inlet communication hole 30a and the fuel gas outlet communication hole 30b is formed on the surface 18a of the second metal separator 18A facing the first electrolyte membrane / electrode structure 16a. . The first fuel gas channel 46 has a plurality of channel grooves (recesses) 46a extending in the direction of arrow B, and an inlet buffer 48 is provided near the inlet and outlet of the first fuel gas channel 46, respectively. And the outlet buffer unit 50 is provided to constitute a first fuel gas circulation region (reaction gas circulation region).

入口バッファ部48と出口バッファ部50とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面18a側(第1電解質膜・電極構造体16a側)に突出する複数の凸部(エンボス)48a、50aと、面18b側(第2電解質膜・電極構造体16b側)に突出する複数の凸部(エンボス)48b、50bとを有する。   The inlet buffer portion 48 and the outlet buffer portion 50 have convex shapes from the middle height to the front and back, and a plurality of convex portions (embossed portions) projecting to the surface 18a side (first electrolyte membrane / electrode structure 16a side). ) 48a, 50a, and a plurality of convex portions (embosses) 48b, 50b projecting to the surface 18b side (second electrolyte membrane / electrode structure 16b side).

第2金属セパレータ18Aの第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面18bには、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとを連通する第2酸化剤ガス流路52が形成される。第2酸化剤ガス流路52は、矢印B方向に延在する複数の流路溝(凹部)52aを有するとともに、前記第2酸化剤ガス流路52の入口及び出口近傍には、入口バッファ部54及び出口バッファ部56が設けられて第2酸化剤ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。第2酸化剤ガス流路52は、第1燃料ガス流路46の裏面形状である一方、入口バッファ部54及び出口バッファ部56は、入口バッファ部54及び出口バッファ部56の裏面形状である。   On the surface 18b of the second metal separator 18A facing the second electrolyte membrane / electrode structure 16b, there is a second oxidant gas flow path 52 that connects the oxidant gas inlet communication hole 34a and the oxidant gas outlet communication hole 34b. It is formed. The second oxidant gas flow channel 52 has a plurality of flow channel grooves (recesses) 52a extending in the direction of arrow B, and an inlet buffer portion is provided near the inlet and outlet of the second oxidant gas flow channel 52. 54 and the outlet buffer unit 56 are provided to constitute a second oxidant gas flow region (reactive gas flow region). The second oxidant gas channel 52 has a back surface shape of the first fuel gas channel 46, while the inlet buffer unit 54 and the outlet buffer unit 56 have the back surface shape of the inlet buffer unit 54 and the outlet buffer unit 56.

第3金属セパレータ20Aの第2電解質膜・電極構造体16bに向かう面20aには、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとを連通する第2燃料ガス流路58が形成される。第2燃料ガス流路58は、矢印B方向に延在する複数の流路溝(凹部)58aを有する。第2燃料ガス流路58の入口及び出口近傍には、入口バッファ部60及び出口バッファ部62が設けられて第2燃料ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。   A second fuel gas flow path 58 that connects the fuel gas inlet communication hole 30a and the fuel gas outlet communication hole 30b is formed on the surface 20a of the third metal separator 20A facing the second electrolyte membrane / electrode structure 16b. . The second fuel gas channel 58 has a plurality of channel grooves (recesses) 58a extending in the direction of arrow B. In the vicinity of the inlet and outlet of the second fuel gas channel 58, an inlet buffer part 60 and an outlet buffer part 62 are provided to constitute a second fuel gas circulation region (reactive gas circulation region).

入口バッファ部60と出口バッファ部62とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面20a側(第2電解質膜・電極構造体16b側)に突出する複数の凸部(エンボス)60a、62aと、面20b側(第2発電セル12B側)に突出する複数の凸部(エンボス)60b、62bとを有する。   The inlet buffer unit 60 and the outlet buffer unit 62 have a convex shape from the middle height to the front and back, and a plurality of convex portions (embossed portions) projecting to the surface 20a side (second electrolyte membrane / electrode structure 16b side). ) 60a, 62a, and a plurality of convex portions (embosses) 60b, 62b projecting to the surface 20b side (second power generation cell 12B side).

第3金属セパレータ20Aの面20bには、冷却媒体流路44の一部が形成される。面20bには、第2燃料ガス流路58を構成する複数の流路溝58aの裏面形状である複数の流路溝(凹部)44bが形成される。   A part of the coolant flow path 44 is formed on the surface 20b of the third metal separator 20A. A plurality of flow channel grooves (concave portions) 44b that are the back surface shapes of the plurality of flow channel grooves 58a that constitute the second fuel gas flow channel 58 are formed on the surface 20b.

第1の発電ユニット12Aでは、第1金属セパレータ14Aと第2金属セパレータ18Aとで、第1電解質膜・電極構造体16aを挟持する際、互いに対向する第1酸化剤ガス流路36と第1燃料ガス流路46とは、それぞれの流路溝36a、46a間の凸部が積層方向に同一位置に配置される。同様に、第2金属セパレータ18Aと第3金属セパレータ20Aとで、第2電解質膜・電極構造体16bを挟持する際、第2酸化剤ガス流路52と第2燃料ガス流路58とは、それぞれの流路溝52a、58a間の凸部同士が積層方向に同一位置に配置される。   In the first power generation unit 12A, when the first electrolyte membrane / electrode structure 16a is sandwiched between the first metal separator 14A and the second metal separator 18A, the first oxidizing gas channel 36 and the first In the fuel gas channel 46, the convex portions between the respective channel grooves 36a, 46a are arranged at the same position in the stacking direction. Similarly, when sandwiching the second electrolyte membrane / electrode structure 16b between the second metal separator 18A and the third metal separator 20A, the second oxidant gas flow path 52 and the second fuel gas flow path 58 are: The convex portions between the respective channel grooves 52a and 58a are arranged at the same position in the stacking direction.

各エンボスでは、図3に示すように、第1金属セパレータ14Aと第2金属セパレータ18Aとにおいて、互いに第1電解質膜・電極構造体16a側に突出する凸部40aと48a及び38aと50aとは、積層方向に互いに同一の位置に配置される。   In each emboss, as shown in FIG. 3, in the first metal separator 14A and the second metal separator 18A, the protrusions 40a and 48a and 38a and 50a that protrude toward the first electrolyte membrane / electrode structure 16a are Are arranged at the same position in the stacking direction.

第2金属セパレータ18Aと第3金属セパレータ20Aとにおいて、第2電解質膜・電極構造体16b側に突出する凸部48bと60a及び50bと62aとは、積層方向に互いに同一の位置に配置される。   In the second metal separator 18A and the third metal separator 20A, the convex portions 48b and 60a and 50b and 62a protruding toward the second electrolyte membrane / electrode structure 16b are disposed at the same position in the stacking direction. .

図2に示すように、第1金属セパレータ14Aの面14a、14bには、この第1金属セパレータ14Aの外周端縁部を周回して第1シール部材64が一体成形される。第2金属セパレータ18Aの面18a、18bには、この第2金属セパレータ18Aの外周端縁部を周回して第2シール部材66が一体成形されるとともに、第3金属セパレータ20Aの面20a、20bには、この第3金属セパレータ20Aの外周端縁部を周回して第3シール部材68が一体成形される。   As shown in FIG. 2, the first seal member 64 is integrally formed on the surfaces 14a and 14b of the first metal separator 14A so as to go around the outer peripheral edge of the first metal separator 14A. On the surfaces 18a and 18b of the second metal separator 18A, a second seal member 66 is integrally formed around the outer peripheral edge of the second metal separator 18A, and the surfaces 20a and 20b of the third metal separator 20A. The third seal member 68 is integrally formed around the outer peripheral edge of the third metal separator 20A.

図1に示すように、第2の発電ユニット12Bは、第1金属セパレータ14B、第1電解質膜・電極構造体16a、第2金属セパレータ18B、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3金属セパレータ20Bを設ける。なお、第1の発電ユニット12Aと同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 1, the second power generation unit 12B includes a first metal separator 14B, a first electrolyte membrane / electrode structure 16a, a second metal separator 18B, a second electrolyte membrane / electrode structure 16b, and a third metal. A separator 20B is provided. The same components as those of the first power generation unit 12A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1金属セパレータ14B、第2金属セパレータ18B及び第3金属セパレータ20Bは、それぞれ第1の発電ユニット12Aの第1金属セパレータ14A、第2金属セパレータ18A及び第3金属セパレータ20Aと同一の位置に配置される。   The first metal separator 14B, the second metal separator 18B, and the third metal separator 20B are disposed at the same positions as the first metal separator 14A, the second metal separator 18A, and the third metal separator 20A of the first power generation unit 12A, respectively. Is done.

第1金属セパレータ14Bは、第1金属セパレータ14Aに対して、第1酸化剤ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに180゜回転した形状(以下、点対称ともいう)に設定される一方、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30b(以下、連通孔群ともいう)の開口形状(連通孔形状)が同一に設定される。   The first metal separator 14B is set to a shape (hereinafter also referred to as point symmetry) in which the shape of the first oxidant gas circulation region is rotated by 180 ° within the separator surface with respect to the first metal separator 14A. Fuel gas inlet communication hole 30a, cooling medium inlet communication hole 32a, oxidant gas outlet communication hole 34b, oxidant gas inlet communication hole 34a, cooling medium outlet communication hole 32b, and fuel gas outlet communication hole 30b (hereinafter referred to as a communication hole group) The opening shape (communication hole shape) is set to be the same.

具体的には、第1酸化剤ガス流路域を構成する第1酸化剤ガス流路36と入口バッファ部38及び出口バッファ部40とは、第1金属セパレータ14Aを、面方向に交差する厚さ方向(矢印A方向)を回転軸として180°回転した際に、第1金属セパレータ14A、14Bの各第1酸化剤ガス流通域が、同一形状を有する。   Specifically, the first oxidant gas flow path 36, the inlet buffer section 38, and the outlet buffer section 40 constituting the first oxidant gas flow path area have a thickness that intersects the first metal separator 14A in the plane direction. When rotated 180 degrees about the vertical direction (direction of arrow A), the first oxidant gas flow areas of the first metal separators 14A and 14B have the same shape.

第2金属セパレータ18Bは、同様に、第2金属セパレータ18Aに対して、第1燃料ガス流通域及び第2酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定される。第3金属セパレータ20Bは、第3金属セパレータ20Aに対して、第2燃料ガス流通域の形状が点対称に設定される。   Similarly, in the second metal separator 18B, the shapes of the first fuel gas circulation region and the second oxidant gas circulation region are set point-symmetrically with respect to the second metal separator 18A. In the third metal separator 20B, the shape of the second fuel gas circulation region is set point-symmetrically with respect to the third metal separator 20A.

図3及び図4に示すように、第1の発電ユニット12Aを構成する第3金属セパレータ20Aと、第2の発電ユニット12Bを構成する第1金属セパレータ14Bとの間には、冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44の両端部側には、第3金属セパレータ20A及び第1金属セパレータ14Bから互いに対向して突出する凸部60bと40b及び凸部62bと38bとが、積層方向に互いに同一の位置に配置される。なお、流路溝44b、44aは、互いに凸部同士が積層方向に同一位置に配置されることが好ましい。   As shown in FIGS. 3 and 4, a cooling medium flow path is provided between the third metal separator 20A constituting the first power generation unit 12A and the first metal separator 14B constituting the second power generation unit 12B. 44 is formed. On both ends of the cooling medium flow path 44, convex portions 60b and 40b and convex portions 62b and 38b projecting from the third metal separator 20A and the first metal separator 14B to face each other are the same in the stacking direction. Placed in position. In addition, as for the flow-path grooves 44b and 44a, it is preferable that convex parts mutually are arrange | positioned in the same position in the lamination direction.

図5は、第1金属セパレータ14A、14Bに第1酸化剤ガス流通域を成形するための第1の金型70を示し、図6は、前記第1金属セパレータ14A、14Bに連通孔群を形成するための第2の金型72を示す。第1の金型70は、第1酸化剤ガス流路36の形状を有する凹凸形状部74と、入口バッファ部38及び出口バッファ部40の形状を有するバッファ形状部76a及び76bとを有する。   FIG. 5 shows a first mold 70 for forming the first oxidant gas flow area in the first metal separators 14A and 14B, and FIG. 6 shows a communication hole group in the first metal separators 14A and 14B. A second mold 72 for forming is shown. The first mold 70 includes an uneven portion 74 having the shape of the first oxidant gas flow path 36, and buffer shape portions 76 a and 76 b having the shapes of the inlet buffer portion 38 and the outlet buffer portion 40.

第2の金型72は、連通孔群をトリム加工するために、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び酸化剤ガス出口連通孔34bに対応するトリム孔78a〜78cと、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b、燃料ガス出口連通孔30bに対応するトリム孔78d〜78fとを有する。この第2の金型72は、第1金属セパレータ14A、14Bの外形にトリム加工を行うこともできる。   In order to trim the communication hole group, the second mold 72 includes trim holes 78a to 78c corresponding to the fuel gas inlet communication hole 30a, the cooling medium inlet communication hole 32a, and the oxidant gas outlet communication hole 34b. Agent gas inlet communication hole 34a, coolant outlet communication hole 32b, and trim holes 78d to 78f corresponding to fuel gas outlet communication hole 30b are provided. The second mold 72 can be trimmed on the outer shape of the first metal separators 14A and 14B.

次いで、第1の金型70及び第2の金型72により、第1金属セパレータ14Aを成形する際には、図7に示すように、先ず、薄板状の金属プレート80Aが用意される。この金属プレート80Aは、第1の金型70に配置される。   Next, when the first metal separator 14A is formed by the first mold 70 and the second mold 72, as shown in FIG. 7, first, a thin metal plate 80A is prepared. The metal plate 80 </ b> A is disposed in the first mold 70.

第1の金型70では、金属プレート80Aにプレス加工が施されることにより、凹凸形状部74を介して第1酸化剤ガス流路36が形成される一方、バッファ形状部76a、76bを介して入口バッファ部38及び出口バッファ部40が成形される。   In the first mold 70, the metal plate 80 </ b> A is pressed to form the first oxidant gas flow path 36 via the concavo-convex shape portion 74, while via the buffer shape portions 76 a and 76 b. Thus, the inlet buffer portion 38 and the outlet buffer portion 40 are formed.

第1の金型70による成形処理が行われた金属プレート80Aは、同一の姿勢のまま、第2の金型72に配置されてトリム加工が施される。このトリム加工により、金属プレート80Aには、トリム孔78a〜78fに対応して、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bが形成されるとともに、外形のトリム加工が同時に行われる。   The metal plate 80A that has been formed by the first mold 70 is placed in the second mold 72 and trimmed in the same posture. By this trim processing, the metal plate 80A has a fuel gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 32a, an oxidant gas outlet communication hole 34b, and an oxidant gas inlet communication hole 34a corresponding to the trim holes 78a to 78f. The cooling medium outlet communication hole 32b and the fuel gas outlet communication hole 30b are formed, and trimming of the outer shape is simultaneously performed.

第2の金型72によるトリム加工が終了した金属プレート80Aには、第1シール部材64が一体成形されることにより、第1金属セパレータ14Aが製造される。   A first metal separator 14A is manufactured by integrally forming a first seal member 64 on the metal plate 80A that has been trimmed by the second mold 72.

一方、第1金属セパレータ14Bを製造する際には、図8に示すように、同様に、薄板状の金属プレート80Bが用意される。この金属プレート80Bは、実質的に、金属プレート80Aと同一である。   On the other hand, when manufacturing the 1st metal separator 14B, as shown in FIG. 8, the thin plate-shaped metal plate 80B is prepared similarly. The metal plate 80B is substantially the same as the metal plate 80A.

この金属プレート80Bは、第1の金型70に配置されてプレス加工が施されることにより、第1酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート80Bは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして180°回転される。このため、金属プレート80Bには、第1酸化剤ガス流通域が180°反転されることによって、第2酸化剤ガス流通域が得られる。   The metal plate 80B is formed in the same shape as the first oxidant gas flow area by being placed in the first mold 70 and subjected to press working. The metal plate 80B is rotated 180 ° with the thickness direction intersecting the surface direction as the rotation axis. For this reason, the second oxidant gas circulation region is obtained on the metal plate 80B by inverting the first oxidant gas circulation region by 180 °.

次いで、金属プレート80Bは、第2の金型72に配置されてトリム孔78a〜78fを介し、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bが形成される。   Next, the metal plate 80B is disposed in the second mold 72 and is connected to the fuel gas inlet communication hole 30a, the cooling medium inlet communication hole 32a, the oxidant gas outlet communication hole 34b, the oxidant gas via the trim holes 78a to 78f. An inlet communication hole 34a, a cooling medium outlet communication hole 32b, and a fuel gas outlet communication hole 30b are formed.

第2の金型72によるトリム加工が行われた金属プレート80Bには、第1シール部材64が一体成形されることにより、第1金属セパレータ14Bが得られる。   The first metal separator 14B is obtained by integrally forming the first seal member 64 on the metal plate 80B that has been trimmed by the second mold 72.

この場合、第1の実施形態では、第1の発電ユニット12Aを構成する第1金属セパレータ14Aと、第2の発電ユニット12Bを構成する第1金属セパレータ14Bとは、それぞれのユニット内で同一の位置に配置されるとともに、第1酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定されている。   In this case, in the first embodiment, the first metal separator 14A constituting the first power generation unit 12A and the first metal separator 14B constituting the second power generation unit 12B are the same in each unit. The first oxidant gas flow area is configured to be point-symmetric while being disposed at a position.

一方、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとは、点対称形状ではなく、同様に、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとは、点対称形状ではない。   On the other hand, the fuel gas inlet communication hole 30a and the fuel gas outlet communication hole 30b are not point-symmetric, and similarly, the oxidant gas inlet communication hole 34a and the oxidant gas outlet communication hole 34b are not point-symmetric. .

このため、第1金属セパレータ14A、14Bを成形するために、単一の第1の金型70及び単一の第2の金型72を用いることが可能である。すなわち、第1金属セパレータ14Aの製造工程では、図7に示すように、金属プレート80Aを第1の金型70と第2の金型72とに同一の姿勢で配置することにより、第1酸化剤ガス流通域及び連通孔群が形成される。   For this reason, it is possible to use a single first mold 70 and a single second mold 72 in order to form the first metal separators 14A and 14B. That is, in the manufacturing process of the first metal separator 14A, as shown in FIG. 7, the first oxidation is performed by arranging the metal plate 80A on the first mold 70 and the second mold 72 in the same posture. The agent gas flow area and the communication hole group are formed.

一方、第1金属セパレータ14Bを製造する際には、図8に示すように、金属プレート80Bを、第1の金型70と第2の金型72との間で面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして180°回転させるだけで、第1酸化剤ガス流通域及び連通孔群が形成される。   On the other hand, when manufacturing the 1st metal separator 14B, as shown in FIG. 8, the thickness which cross | intersects the metal plate 80B in the surface direction between the 1st metal mold | die 70 and the 2nd metal mold | die 72 is shown. The first oxidant gas circulation region and the communication hole group are formed simply by rotating the direction about the rotation axis by 180 °.

従って、第1金属セパレータ14Aと第1金属セパレータ14Bとに、それぞれ専用の第1の金型及び専用の第2の金型を用意する必要がない。これにより、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行されるという効果が得られる。   Therefore, it is not necessary to prepare a dedicated first mold and a dedicated second mold for the first metal separator 14A and the first metal separator 14B, respectively. As a result, the number of molds can be halved, and the effect that the separator manufacturing operation is performed economically and efficiently can be obtained.

また、第2金属セパレータ18A、18Bの製造作業及び第3金属セパレータ20A、20Bの製造作業においても同様に、金型の兼用を図ることができ、金型数を半減させてセパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行可能になるという効果がある。   Similarly, in the manufacturing work of the second metal separators 18A and 18B and the manufacturing work of the third metal separators 20A and 20B, it is possible to share the molds. There is an effect that it can be performed efficiently and efficiently.

なお、第1の実施形態では、第1金属セパレータ14Bの製造工程において、第1の金型70と第2の金型72との間で、金属プレート80Bを反転させる工程を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、第1金属セパレータ14Bの製造工程時に、第1の金型70を180°反転させ、又は、第2の金型72を180°反転させる一方、金属プレート80Bを同一の姿勢で、前記第1の金型70と前記第2の金型72とに配置することも可能である。   In the first embodiment, the manufacturing process of the first metal separator 14B includes a process of inverting the metal plate 80B between the first mold 70 and the second mold 72. However, the present invention is not limited to this. For example, during the manufacturing process of the first metal separator 14B, the first mold 70 is inverted 180 °, or the second mold 72 is inverted 180 °, while the metal plate 80B is in the same posture, It is also possible to arrange in one mold 70 and the second mold 72.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔34aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔30aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 34a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 30a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、第1の発電ユニット12Aでは、図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔34aから第1金属セパレータ14Aの第1酸化剤ガス流路36及び第2金属セパレータ18Aの第2酸化剤ガス流路52に導入される。この酸化剤ガスは、第1酸化剤ガス流路36に沿って矢印B方向(水平方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのカソード側電極26に供給されるとともに、第2酸化剤ガス流路52に沿って矢印B方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのカソード側電極26に供給される。   Therefore, in the first power generation unit 12A, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas inlet communication hole 34a to the first oxidant gas flow path 36 of the first metal separator 14A and the second metal separator. 18 A of the second oxidant gas passage 52 is introduced. The oxidant gas moves in the direction of arrow B (horizontal direction) along the first oxidant gas flow path 36 and is supplied to the cathode side electrode 26 of the first electrolyte membrane / electrode structure 16a. It moves in the direction of arrow B along the oxidant gas flow path 52 and is supplied to the cathode electrode 26 of the second electrolyte membrane / electrode structure 16b.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔30aから第2金属セパレータ18Aの第1燃料ガス流路46に沿って水平方向(矢印B方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体16aのアノード側電極24に供給される。また、燃料ガスは、第3金属セパレータ20Aの第2燃料ガス流路58に沿って矢印B方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体16bのアノード側電極24に供給される。   On the other hand, the fuel gas moves in the horizontal direction (in the direction of arrow B) along the first fuel gas flow path 46 of the second metal separator 18A from the fuel gas inlet communication hole 30a, and the first electrolyte membrane / electrode structure 16a. It is supplied to the anode side electrode 24. Further, the fuel gas moves in the direction of arrow B along the second fuel gas flow path 58 of the third metal separator 20A, and is supplied to the anode side electrode 24 of the second electrolyte membrane / electrode structure 16b.

従って、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bでは、カソード側電極26に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極24に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, in the first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 26 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 24 are electrically generated in the electrode catalyst layer. It is consumed by chemical reaction to generate electricity.

次いで、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bの各カソード側電極26に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bの各アノード側電極24に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔30bに排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode-side electrodes 26 of the first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 34b. The Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode-side electrodes 24 of the first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b is discharged to the fuel gas outlet communication hole 30b.

一方、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、図3及び図4に示すように、第1の発電ユニット12Aを構成する第3金属セパレータ20Aと、第2の発電ユニット12Bを構成する第1金属セパレータ14Aとの間に形成された冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bを冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bに排出される。   On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a constitutes the third metal separator 20A constituting the first power generation unit 12A and the second power generation unit 12B. After being introduced into the cooling medium flow path 44 formed between the first metal separator 14 </ b> A and the first metal separator 14 </ b> A, it flows in the direction of arrow B. The cooling medium cools the first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b, and then is discharged into the cooling medium outlet communication hole 32b.

また、第2の発電ユニット12Bでは、上記の第1の発電ユニット12Aと同様に、第1及び第2電解質膜・電極構造体16a、16bにより発電が行われる。   In the second power generation unit 12B, power is generated by the first and second electrolyte membrane / electrode structures 16a and 16b in the same manner as the first power generation unit 12A.

図9は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell stack 90 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック90は、第1の発電ユニット92Aと第2の発電ユニット92Bとを水平方向(矢印A方向)に沿って交互に積層して構成される。第1の発電ユニット92Aは、第1金属セパレータ94A、第1電解質膜・電極構造体16a、第2金属セパレータ96A、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3金属セパレータ98Aを設ける。   The fuel cell stack 90 is configured by alternately stacking first power generation units 92A and second power generation units 92B along the horizontal direction (arrow A direction). The first power generation unit 92A includes a first metal separator 94A, a first electrolyte membrane / electrode structure 16a, a second metal separator 96A, a second electrolyte membrane / electrode structure 16b, and a third metal separator 98A.

第1金属セパレータ14Aの上方側の長辺略中央には、凹部100が形成されるとともに、前記凹部100に収容されてセル電圧端子102が設けられる。セル電圧端子102は、第1電解質膜・電極構造体16a及び第2電解質膜・電極構造体16bで発生する電圧を検出するものである。なお、第2金属セパレータ18A及び/又は第3金属セパレータ20Aには、必要に応じてセル電圧端子102を設けてもよい。   A recess 100 is formed at the approximate center of the upper side of the first metal separator 14A, and a cell voltage terminal 102 is provided in the recess 100. The cell voltage terminal 102 detects a voltage generated in the first electrolyte membrane / electrode structure 16a and the second electrolyte membrane / electrode structure 16b. The second metal separator 18A and / or the third metal separator 20A may be provided with a cell voltage terminal 102 as necessary.

第1の発電ユニット92Aの長辺方向の一端縁部に設けられる燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a及び酸化剤ガス出口連通孔34bは、同一の開口形状に設定されてもよい。同様に、第1の発電ユニット92Aの長辺方向の他端縁部に設けられる酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bは、同一の開口形状に設定されてもよい。   The fuel gas inlet communication hole 30a, the cooling medium inlet communication hole 32a, and the oxidant gas outlet communication hole 34b provided at one end edge in the long side direction of the first power generation unit 92A may be set to have the same opening shape. . Similarly, the oxidant gas inlet communication hole 34a, the coolant outlet communication hole 32b, and the fuel gas outlet communication hole 30b provided at the other end edge in the long side direction of the first power generation unit 92A are set to have the same opening shape. May be.

第2の発電ユニット92Bは、第1金属セパレータ94B、第1電解質膜・電極構造体16a、第2金属セパレータ96B、第2電解質膜・電極構造体16b及び第3金属セパレータ98Bを設ける。なお、第1の発電ユニット92Aと同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   The second power generation unit 92B includes a first metal separator 94B, a first electrolyte membrane / electrode structure 16a, a second metal separator 96B, a second electrolyte membrane / electrode structure 16b, and a third metal separator 98B. The same components as those of the first power generation unit 92A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1金属セパレータ94A、94Bに第1酸化剤ガス流通域を成形するために、第1の金型70が使用される一方、前記第1金属セパレータ94A、94Bの外形にトリム加工を施す第2の金型104が、図10に示される。第2の金型104は、第1金属セパレータ94A、94Bの外形形状に対応するトリムライン106を有する。トリムライン106の一方の長辺の略中央には、凹部100に対応する凹部106aと、セル電圧端子102に対応する凸部106bとが設けられる。   In order to form the first oxidant gas flow area in the first metal separators 94A and 94B, the first mold 70 is used, while the outer shapes of the first metal separators 94A and 94B are trimmed. The mold 104 is shown in FIG. The second mold 104 has a trim line 106 corresponding to the outer shape of the first metal separators 94A and 94B. A concave portion 106 a corresponding to the concave portion 100 and a convex portion 106 b corresponding to the cell voltage terminal 102 are provided at substantially the center of one long side of the trim line 106.

このように構成される第2の実施形態では、第1の金型70及び第2の金型104により、第1金属セパレータ94Aを成形する際には、図11に示すように、先ず、薄板状の金属プレート110Aが用意される。この金属プレート110Aは、第1の金型70に配置され、第1酸化剤ガス流路36、入口バッファ部38及び出口バッファ部40が成形される。   In the second embodiment configured as described above, when the first metal separator 94A is formed by the first mold 70 and the second mold 104, first, as shown in FIG. A metal plate 110A is prepared. The metal plate 110A is disposed in the first mold 70, and the first oxidant gas flow path 36, the inlet buffer part 38, and the outlet buffer part 40 are formed.

第1の金型70による成形処理が行われた金属プレート110Aは、同一の姿勢のまま、第2の金型104に配置されて外形トリム加工が施される。この外形トリム加工により、金属プレート110Aは、所望の外形形状に加工されるとともに、凹部100に収容されてセル電圧端子102が形成される。   The metal plate 110A subjected to the forming process by the first mold 70 is placed in the second mold 104 in the same posture and is subjected to external trim processing. By this outer trim processing, the metal plate 110A is processed into a desired outer shape and is accommodated in the recess 100 to form the cell voltage terminal 102.

なお、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bは、第2の金型104で同時に形成してもよく、また他の金型で個別に形成してもよい。   The fuel gas inlet communication hole 30a, the cooling medium inlet communication hole 32a, the oxidant gas outlet communication hole 34b, the oxidant gas inlet communication hole 34a, the cooling medium outlet communication hole 32b, and the fuel gas outlet communication hole 30b It may be formed simultaneously with the mold 104, or may be formed individually with another mold.

一方、第1金属セパレータ94Bを製造する際には、図12に示すように、同様に、薄板状の金属プレート110Bが用意される。この金属プレート110Bは、実質的に、金属プレート110Aと同一である。   On the other hand, when manufacturing the 1st metal separator 94B, as shown in FIG. 12, the thin metal plate 110B is prepared similarly. The metal plate 110B is substantially the same as the metal plate 110A.

この金属プレート110Bは、第1の金型70に配置されてプレス加工が施されることにより、第1酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート110Bは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして180°回転される。このため、金属プレート110Bには、第1酸化剤ガス流通域が180°反転されることによって、第2酸化剤ガス流通域が得られる。   This metal plate 110B is formed in the same shape as the first oxidant gas flow area by being placed in the first mold 70 and subjected to press working. The metal plate 110B is rotated 180 ° with the thickness direction intersecting the plane direction as the rotation axis. For this reason, the second oxidant gas circulation region is obtained in the metal plate 110B by inverting the first oxidant gas circulation region by 180 °.

次いで、金属プレート110Bは、第2の金型104に配置されて外形トリム加工が施される。従って、金属プレート110Bは、所望の外形形状に加工されるとともに、凹部100に収容されてセル電圧端子102が形成される。   Next, the metal plate 110B is disposed on the second mold 104 and subjected to external trim processing. Accordingly, the metal plate 110 </ b> B is processed into a desired outer shape and is accommodated in the recess 100 to form the cell voltage terminal 102.

これにより、第2の実施形態では、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, in the second embodiment, the number of molds can be halved, and the same effects as those in the first embodiment can be obtained, for example, the separator manufacturing operation can be performed economically and efficiently.

図13は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック120の要部分解斜視説明図である。   FIG. 13 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell stack 120 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池スタック120は、第1の発電ユニット122Aと第2の発電ユニット122Bとが、交互に矢印A方向に積層して構成される。   The fuel cell stack 120 is configured by alternately stacking first power generation units 122A and second power generation units 122B in the direction of arrow A.

第1の発電ユニット122Aは、図14に示すように、第1金属セパレータ124A、第1電解質膜・電極構造体(MEA)(電解質・電極構造体)126a、第2金属セパレータ128A、第2電解質膜・電極構造体126b及び第3金属セパレータ130Aを設ける。   As shown in FIG. 14, the first power generation unit 122A includes a first metal separator 124A, a first electrolyte membrane / electrode structure (MEA) (electrolyte / electrode structure) 126a, a second metal separator 128A, and a second electrolyte. A membrane / electrode structure 126b and a third metal separator 130A are provided.

第1金属セパレータ124A、第2金属セパレータ128A及び第3金属セパレータ130Aは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属プレートにより構成される。第1金属セパレータ124A、第2金属セパレータ128A及び第3金属セパレータ130Aは、金属プレートを波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。   The first metal separator 124A, the second metal separator 128A, and the third metal separator 130A are composed of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface has been subjected to anticorrosion treatment. Is done. The first metal separator 124A, the second metal separator 128A, and the third metal separator 130A have a concavo-convex shape by pressing a metal plate into a wave shape.

第1の発電ユニット122Aの長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体出口連通孔32b及び酸化剤ガス出口連通孔34bが設けられる。第1の発電ユニット122Aの長辺方向(矢印B方向)の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔30bが設けられる。   One end edge of the first power generation unit 122A in the long side direction (arrow B direction) communicates with each other in the arrow A direction, and communicates with the fuel gas inlet communication hole 30a, the coolant outlet communication hole 32b, and the oxidant gas outlet communication. A hole 34b is provided. The other end edge of the first power generation unit 122A in the long side direction (arrow B direction) communicates with each other in the arrow A direction, and the oxidant gas inlet communication hole 34a, the cooling medium inlet communication hole 32a, and the fuel gas outlet. A communication hole 30b is provided.

図15に示すように、第1金属セパレータ124Aの第1電解質膜・電極構造体126aに向かう面124aには、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとを連通する第1酸化剤ガス流路136Aが形成される。第1金属セパレータ124Aの面14bには、第1酸化剤ガス流路136Aの裏面形状である第1冷却媒体流路138Aが形成される。   As shown in FIG. 15, the first metal separator 124A has a first surface that communicates the oxidant gas inlet communication hole 34a and the oxidant gas outlet communication hole 34b with the surface 124a facing the first electrolyte membrane / electrode structure 126a. An oxidizing gas channel 136A is formed. On the surface 14b of the first metal separator 124A, a first coolant flow path 138A that is the back surface shape of the first oxidant gas flow path 136A is formed.

第1酸化剤ガス流路136Aは、発電面に沿って矢印B方向に延在し且つ矢印C方向に配列される複数本の直線状流路140aと、前記直線状流路140aの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bとを有する。直線状流路140aは、面124a側に突出する直線状流路突起部140b間に形成される。第1酸化剤ガス流路136Aと入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bとにより、第1酸化剤ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。   The first oxidizing gas channel 136A includes a plurality of linear channels 140a extending in the direction of arrow B along the power generation surface and arranged in the direction of arrow C, and the vicinity of the inlet of the linear channel 140a and It has an inlet buffer part 142a and an outlet buffer part 142b provided in the vicinity of the outlet. The straight flow path 140a is formed between the straight flow path protrusions 140b protruding toward the surface 124a. The first oxidant gas flow path 136A, the inlet buffer part 142a, and the outlet buffer part 142b constitute a first oxidant gas flow area (reaction gas flow area).

入口バッファ部142aは、中間高さ部144aから第1酸化剤ガス流路136A側に突出する複数のエンボス凸起部146aを備える。出口バッファ部142bは、中間高さ部144bから第1酸化剤ガス流路136A側に突出する複数のエンボス凸起部146bを備える。エンボス凸起部146a、146bは、それぞれ所定の数ずつ一列に配列されたエンボス群が所定の間隔ずつ離間して複数列に配置される。   The inlet buffer 142a includes a plurality of embossed protrusions 146a that protrude from the intermediate height 144a toward the first oxidant gas flow path 136A. The outlet buffer 142b includes a plurality of embossed protrusions 146b that protrude from the intermediate height 144b toward the first oxidant gas flow path 136A. The embossed protrusions 146a and 146b are arranged in a plurality of rows, each having a predetermined number of embossed groups arranged in a row.

図14に示すように、第1金属セパレータ124Aの他方の面124bには、第1酸化剤ガス流路136Aの裏面形状である第1冷却媒体流路138Aが形成される。第1冷却媒体流路138Aは、発電面に沿って矢印B方向に延在し且つ矢印C方向に配列される複数本の直線状流路148aと、前記直線状流路148aの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部150a及び出口バッファ部150bとを有する。   As shown in FIG. 14, on the other surface 124b of the first metal separator 124A, a first coolant flow path 138A that is the back surface shape of the first oxidant gas flow path 136A is formed. The first cooling medium flow path 138A includes a plurality of linear flow paths 148a extending in the direction of arrow B along the power generation surface and arranged in the direction of arrow C, and the vicinity and the outlet of the linear flow path 148a. It has an inlet buffer unit 150a and an outlet buffer unit 150b provided in the vicinity.

直線状流路148aは、面124a側に突出する直線状流路突起部148b間に形成される。直線状流路148aは、直線状流路突起部140bの裏面形状である一方、直線状流路突起部148bは、直線状流路140aの裏面形状である。入口バッファ部150aは、入口バッファ部142aの裏面形状である一方、出口バッファ部150bは、出口バッファ部142bの裏面形状である。   The straight flow path 148a is formed between the straight flow path protrusions 148b protruding toward the surface 124a. The straight flow path 148a has a back surface shape of the straight flow path protrusion 140b, while the straight flow path protrusion 148b has a back surface shape of the straight flow path 140a. The inlet buffer unit 150a has a back surface shape of the inlet buffer unit 142a, while the outlet buffer unit 150b has a back surface shape of the outlet buffer unit 142b.

図16及び図17に示すように、入口バッファ部150aは、中間高さ部144aから第1冷却媒体流路138A側に突出する連続ガイド凸部152aを備える。中間高さ部144aから連続ガイド凸部152aの深さは、前記中間高さ部144aからエンボス凸起部146aの深さと同等に設定される。   As shown in FIGS. 16 and 17, the inlet buffer portion 150a includes a continuous guide convex portion 152a that protrudes from the intermediate height portion 144a toward the first cooling medium flow path 138A. The depth from the intermediate height portion 144a to the continuous guide convex portion 152a is set to be equal to the depth from the intermediate height portion 144a to the embossed raised portion 146a.

図14に示すように、出口バッファ部150bは、中間高さ部144bから第1冷却媒体流路138A側に突出する連続ガイド凸部152bを備える。第1金属セパレータ124Aの表裏には、1列に配列された所定数のエンボス凸起部146a(エンボス群)と連続ガイド凸部152aとが交互に設けられるとともに、1列に配列された所定数のエンボス凸起部146b(エンボス群)と連続ガイド凸部152bとが交互に設けられる。   As shown in FIG. 14, the outlet buffer part 150b includes a continuous guide convex part 152b protruding from the intermediate height part 144b to the first cooling medium flow path 138A side. A predetermined number of embossed raised portions 146a (embossed group) and continuous guide convex portions 152a arranged in a row are alternately provided on the front and back of the first metal separator 124A, and a predetermined number arranged in a row. Embossed protrusions 146b (embossed group) and continuous guide protrusions 152b are alternately provided.

図18に示すように、第2金属セパレータ128Aの第1電解質膜・電極構造体126aに向かう面128aには、第1燃料ガス流路154Aが形成される。第2電解質膜・電極構造体126bに向かう面128bには、第1燃料ガス流路154Aの裏面形状である第2酸化剤ガス流路156Aが形成される。   As shown in FIG. 18, a first fuel gas channel 154A is formed on a surface 128a of the second metal separator 128A facing the first electrolyte membrane / electrode structure 126a. A second oxidant gas channel 156A that is the back surface shape of the first fuel gas channel 154A is formed on the surface 128b toward the second electrolyte membrane / electrode structure 126b.

第1燃料ガス流路154Aは、発電面に沿って矢印B方向に延在し且つ矢印C方向に配列される複数本の直線状流路158aと、前記直線状流路158aの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bとを有する。直線状流路158aは、面128a側に突出する直線状流路突起部158b間に形成される。第1燃料ガス流路154Aと、入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bとにより、第1燃料ガス流通域(反応ガス流通域)が構成される。   The first fuel gas channel 154A includes a plurality of linear channels 158a extending in the direction of arrow B along the power generation surface and arranged in the direction of arrow C, and the vicinity of the inlet and the outlet of the linear channel 158a. It has an inlet buffer unit 160a and an outlet buffer unit 160b provided in the vicinity. The straight flow path 158a is formed between the straight flow path protrusions 158b protruding toward the surface 128a. 154A of 1st fuel gas flow paths, the entrance buffer part 160a, and the exit buffer part 160b comprise the 1st fuel gas distribution area (reaction gas distribution area).

入口バッファ部160aは、中間高さ部162aから第1燃料ガス流路154A側に突出する連続ガイド凸部164aを備える。各連続ガイド凸部164aは、燃料ガスを燃料ガス入口連通孔30aから直線状流路158aに案内するように設けられる。出口バッファ部160bは、中間高さ部162bから第1燃料ガス流路154A側に突出する連続ガイド凸部164bを備える。各連続ガイド凸部164bは、燃料ガスを直線状流路158aから燃料ガス出口連通孔30bに案内するように設けられる。   The inlet buffer portion 160a includes a continuous guide convex portion 164a that protrudes from the intermediate height portion 162a toward the first fuel gas flow path 154A. Each continuous guide convex part 164a is provided so as to guide the fuel gas from the fuel gas inlet communication hole 30a to the linear flow path 158a. The outlet buffer 160b includes a continuous guide protrusion 164b that protrudes from the intermediate height 162b toward the first fuel gas flow path 154A. Each continuous guide convex part 164b is provided so as to guide the fuel gas from the linear flow path 158a to the fuel gas outlet communication hole 30b.

第2金属セパレータ128Aの面128bには、図19に示すように、第1燃料ガス流路154Aの裏面形状である第2酸化剤ガス流路156Aが形成される。第2酸化剤ガス流路156Aと入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bとにより、第2酸化剤ガス流通域(反応ガス流通域)を構成する。第2酸化剤ガス流路156Aは、第1酸化剤ガス流路136Aと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   On the surface 128b of the second metal separator 128A, as shown in FIG. 19, a second oxidant gas channel 156A that is the back surface shape of the first fuel gas channel 154A is formed. The second oxidant gas flow path 156A, the inlet buffer portion 142a, and the outlet buffer portion 142b constitute a second oxidant gas flow region (reactive gas flow region). The second oxidant gas flow path 156A is configured in the same manner as the first oxidant gas flow path 136A, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図14に示すように、第3金属セパレータ130Aの第2電解質膜・電極構造体126bに向かう面130aには、第2燃料ガス流路166Aが形成されるとともに、反対側の面130bには、前記第2燃料ガス流路166Aの裏面形状である第2冷却媒体流路168Aが形成される。第2燃料ガス流路166Aと入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bとにより、第2燃料ガス流通域(反応ガス流通域)を構成する。第2燃料ガス流路166Aは、第1燃料ガス流路154Aと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 14, a second fuel gas channel 166A is formed on the surface 130a of the third metal separator 130A facing the second electrolyte membrane / electrode structure 126b, and on the opposite surface 130b, A second coolant flow path 168A having a back surface shape of the second fuel gas flow path 166A is formed. The second fuel gas channel 166A, the inlet buffer unit 160a, and the outlet buffer unit 160b constitute a second fuel gas flow region (reactive gas flow region). The second fuel gas flow channel 166A is configured in the same manner as the first fuel gas flow channel 154A, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図20に示すように、第2冷却媒体流路168Aは、発電面に沿って矢印B方向に延在し且つ矢印C方向に配列される複数本の直線状流路170aと、前記直線状流路170aの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部172a及び出口バッファ部172bとを有する。   As shown in FIG. 20, the second cooling medium channel 168A includes a plurality of linear channels 170a extending in the direction of arrow B along the power generation surface and arranged in the direction of arrow C, and the linear flow. It has an inlet buffer portion 172a and an outlet buffer portion 172b provided near the inlet and the outlet of the passage 170a.

直線状流路170aは、面130b側に突出する直線状流路突起部70b間に形成される。入口バッファ部172a及び出口バッファ部172bは、中間高さ部162b、162aから第2冷却媒体流路168A側に突出する複数のエンボス凸部174a、174bを備える。   The straight flow path 170a is formed between the straight flow path projections 70b protruding to the surface 130b side. The inlet buffer portion 172a and the outlet buffer portion 172b include a plurality of embossed convex portions 174a and 174b that protrude from the intermediate height portions 162b and 162a toward the second cooling medium flow path 168A.

第1の発電ユニット122Aでは、第1金属セパレータ124Aと第2金属セパレータ128Aとで、第1電解質膜・電極構造体126aを挟持する際、互いに対向する第1酸化剤ガス流路136A及び第1燃料ガス流路154Aは、エンボス凸起部146a、146bと連続ガイド凸部164b、164aとが積層方向に同一位置に配置される。エンボス凸起部146a、146bと連続ガイド凸部164b、164aとは、第1電解質膜・電極構造体126aを挟持する。   In the first power generation unit 122A, when the first electrolyte membrane / electrode structure 126a is sandwiched between the first metal separator 124A and the second metal separator 128A, the first oxidizing gas channel 136A and the first In the fuel gas channel 154A, the embossed protrusions 146a and 146b and the continuous guide protrusions 164b and 164a are arranged at the same position in the stacking direction. The embossed protrusions 146a and 146b and the continuous guide protrusions 164b and 164a sandwich the first electrolyte membrane / electrode structure 126a.

同様に、第2金属セパレータ128Aと第3金属セパレータ130Aとで、第2電解質膜・電極構造体126bを挟持する際、第2酸化剤ガス流路156A及び第2燃料ガス流路166Aは、エンボス凸起部146a、146bと連続ガイド凸部164b、164aとが積層方向に同一位置に配置される。エンボス凸起部146a、146bと連続ガイド凸部164b、164aとは、第2電解質膜・電極構造体126bを挟持する。   Similarly, when sandwiching the second electrolyte membrane / electrode structure 126b between the second metal separator 128A and the third metal separator 130A, the second oxidant gas channel 156A and the second fuel gas channel 166A are embossed. The protruding portions 146a and 146b and the continuous guide protruding portions 164b and 164a are arranged at the same position in the stacking direction. The embossed protrusions 146a and 146b and the continuous guide protrusions 164b and 164a sandwich the second electrolyte membrane / electrode structure 126b.

図14に示すように、第1金属セパレータ124Aの面124a、124bには、この第1金属セパレータ124Aの外周端縁部を周回して第1シール部材168aが一体成形される。第2金属セパレータ128Aの面128a、128bには、この第2金属セパレータ128Aの外周端縁部を周回して第2シール部材168bが一体成形されるとともに、第3金属セパレータ130Aの面130a、130bには、この第3金属セパレータ130Aの外周端縁部を周回して第3シール部材168cが一体成形される。   As shown in FIG. 14, a first seal member 168a is integrally formed on the surfaces 124a and 124b of the first metal separator 124A around the outer peripheral edge of the first metal separator 124A. On the surfaces 128a and 128b of the second metal separator 128A, a second seal member 168b is integrally formed around the outer peripheral edge of the second metal separator 128A, and the surfaces 130a and 130b of the third metal separator 130A. The third seal member 168c is integrally formed around the outer peripheral edge of the third metal separator 130A.

図21に示すように、第2の発電ユニット122Bは、第1金属セパレータ124B、第1電解質膜・電極構造体126a、第2金属セパレータ128B、第2電解質膜・電極構造体126b及び第3金属セパレータ130Bを設ける。なお、第1の発電ユニット122Aと同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   As shown in FIG. 21, the second power generation unit 122B includes a first metal separator 124B, a first electrolyte membrane / electrode structure 126a, a second metal separator 128B, a second electrolyte membrane / electrode structure 126b, and a third metal. A separator 130B is provided. The same components as those of the first power generation unit 122A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1金属セパレータ124Bの第1電解質膜・電極構造体126aに向かう面124aには、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとを連通する第1酸化剤ガス流路136Bが形成される。第1金属セパレータ124Bの面124bには、第1酸化剤ガス流路136Bの裏面形状である第1冷却媒体流路138Bが形成される。   A first oxidant gas flow path 136B that connects the oxidant gas inlet communication hole 34a and the oxidant gas outlet communication hole 34b is formed on the surface 124a of the first metal separator 124B facing the first electrolyte membrane / electrode structure 126a. It is formed. A first cooling medium flow path 138B having a back surface shape of the first oxidant gas flow path 136B is formed on the surface 124b of the first metal separator 124B.

第1酸化剤ガス流路136A、136Bでは、直線状流路突起部140b同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。第1冷却媒体流路138A、138Bでは、直線状流路突起部148b同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。エンボス凸起部146a、146b同士の位相及び連続ガイド凸部152a、152b同士の位相が異なっており、前記エンボス凸起部146aと前記連続ガイド凸部152b及び前記エンボス凸起部146bと前記連続ガイド凸部152aの交互に配置順が逆に設定される。   In the first oxidant gas flow paths 136A and 136B, the phases of the straight flow path projections 140b are different, and the concavities and convexities are set reversely on the front and back sides. In the first cooling medium flow paths 138A and 138B, the phases of the linear flow path protrusions 148b are different, and the concavities and convexities are set reversely on the front and back sides. The embossed protrusions 146a and 146b have different phases and the continuous guide protrusions 152a and 152b have different phases, and the embossed protrusions 146a and the continuous guide protrusions 152b and the embossed protrusions 146b and the continuous guide. The arrangement order of the convex portions 152a is alternately set reversely.

第1金属セパレータ124Aを、面方向に交差する厚さ方向(矢印A方向)を回転軸として180゜回転した際に、第1金属セパレータ124A、124Bの各第1酸化剤ガス流路域が、同一形状を有する。   When the first metal separator 124A is rotated 180 ° with the thickness direction (arrow A direction) intersecting the plane direction as the rotation axis, the first oxidant gas flow path regions of the first metal separators 124A and 124B are Have the same shape.

第2金属セパレータ128Bの第1電解質膜・電極構造体126aに向かう面128aには、第1燃料ガス流路154Bが形成されるとともに、第2電解質膜・電極構造体126bに向かう面128bには、前記第1燃料ガス流路154Bの裏面形状である第2酸化剤ガス流路156Bが形成される。   A first fuel gas channel 154B is formed on a surface 128a of the second metal separator 128B facing the first electrolyte membrane / electrode structure 126a, and a surface 128b facing the second electrolyte membrane / electrode structure 126b is formed on the surface 128b of the second metal separator 128B. A second oxidant gas passage 156B having a back surface shape of the first fuel gas passage 154B is formed.

第1燃料ガス流路154A、154Bでは、直線状流路突起部158b同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。第2酸化剤ガス流路156A、156Bでは、直線状流路突起部140b同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。エンボス凸起部146a、146b同士の位相及び連続ガイド凸部164a、164b同士の位相が異なっており、前記エンボス凸起部146aと前記連続ガイド凸部164b及び前記エンボス凸起部146bと前記連続ガイド凸部164aの交互に配置順が逆に設定される。   In the first fuel gas flow paths 154A and 154B, the phases of the linear flow path protrusions 158b are different, and the concavities and convexities are set reversely on the front and back sides. In the second oxidant gas flow paths 156A, 156B, the phases of the linear flow path projections 140b are different, and the concavities and convexities are set reversely on the front and back sides. The embossing protrusions 146a and 146b have different phases and the continuous guide protrusions 164a and 164b are different in phase, and the embossing protrusions 146a and the continuous guide protrusions 164b and the embossing protrusions 146b and the continuous guide. The arrangement order of the convex portions 164a is alternately reversed.

第3金属セパレータ130Bの第2電解質膜・電極構造体126bに向かう面130aには、第2燃料ガス流路166Bが形成されるとともに、反対側の面130bには、前記第2燃料ガス流路166Bの裏面形状である第2冷却媒体流路168Bが形成される。   A second fuel gas channel 166B is formed on the surface 130a of the third metal separator 130B facing the second electrolyte membrane / electrode structure 126b, and the second fuel gas channel is formed on the opposite surface 130b. A second cooling medium flow path 168B having a back surface shape of 166B is formed.

第2燃料ガス流路166A、166Bでは、直線状流路突起部58b同士の位相及び連続ガイド凸部164a、164b同士の位相が異なっている。第2冷却媒体流路168A、168Bでは、直線状流路突起部170b同士の位相及びエンボス凸部174a、174b同士の位相が異なっている(図22参照)。   In the second fuel gas flow paths 166A and 166B, the phases of the linear flow path protrusions 58b and the phases of the continuous guide protrusions 164a and 164b are different. In the second cooling medium channels 168A and 168B, the phases of the linear channel protrusions 170b and the phases of the embossed protrusions 174a and 174b are different (see FIG. 22).

第2金属セパレータ128Bは、第2金属セパレータ128Aに対して、第1燃料ガス流通域及び第2酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定される。第3金属セパレータ130Bは、同様に第3金属セパレータ130Aに対して、第2燃料ガス流通域の形状が点対称に設定される。   In the second metal separator 128B, the shapes of the first fuel gas circulation region and the second oxidant gas circulation region are set point-symmetrically with respect to the second metal separator 128A. Similarly, in the third metal separator 130B, the shape of the second fuel gas circulation region is set point-symmetrically with respect to the third metal separator 130A.

このように構成される第3の実施形態では、第1金属セパレータ124Aを成形する際には、図23に示すように、先ず、薄板状の金属プレート180Aが用意される。この金属プレート180Aは、第1の金型182に配置され、第1酸化剤ガス流路136A、入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bが成形される。   In the third embodiment configured as described above, when forming the first metal separator 124A, first, as shown in FIG. 23, a thin metal plate 180A is prepared. The metal plate 180A is disposed in the first mold 182, and the first oxidant gas flow path 136A, the inlet buffer part 142a, and the outlet buffer part 142b are formed.

第1の金型182による成形処理が行われた金属プレート180Aは、同一の姿勢のまま、第2の金型184に配置されてトリム加工が施される。このトリム加工により、金属プレート180Aには、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bが形成されるとともに、外形のトリム加工が同時に行われる。   The metal plate 180A subjected to the forming process by the first mold 182 is arranged in the second mold 184 while being in the same posture and is subjected to trim processing. By this trim processing, the metal plate 180A has a fuel gas inlet communication hole 30a, a cooling medium inlet communication hole 32a, an oxidant gas outlet communication hole 34b, an oxidant gas inlet communication hole 34a, a cooling medium outlet communication hole 32b, and a fuel gas. The outlet communication hole 30b is formed, and trimming of the outer shape is simultaneously performed.

一方、第1金属セパレータ124Bを製造する際には、図24に示すように、同様に、薄板状の金属プレート180Bが用意される。この金属プレート180Bは、実質的に、金属プレート180Aと同一である。   On the other hand, when manufacturing the 1st metal separator 124B, as shown in FIG. 24, the thin plate-shaped metal plate 180B is prepared similarly. The metal plate 180B is substantially the same as the metal plate 180A.

金属プレート180Bは、第1の金型182に配置されてプレス加工が施されることにより、第1酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート180Bは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして180°回転される。なお、金属プレート180Bを180°回転させる代わりに、第1の金型182を180°回転させてもよい。   The metal plate 180B is formed in the same shape as the first oxidant gas flow area by being placed in the first mold 182 and subjected to press working. The metal plate 180B is rotated 180 ° with the thickness direction intersecting the plane direction as the rotation axis. Instead of rotating the metal plate 180B by 180 °, the first mold 182 may be rotated by 180 °.

次いで、金属プレート180Bは、第2の金型184に配置されて、燃料ガス入口連通孔30a、冷却媒体入口連通孔32a、酸化剤ガス出口連通孔34b、酸化剤ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び燃料ガス出口連通孔30bが形成される。   Next, the metal plate 180B is disposed in the second mold 184, and the fuel gas inlet communication hole 30a, the cooling medium inlet communication hole 32a, the oxidant gas outlet communication hole 34b, the oxidant gas inlet communication hole 34a, and the cooling medium. An outlet communication hole 32b and a fuel gas outlet communication hole 30b are formed.

これにより、第3の実施形態では、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, in 3rd Embodiment, the number of metal mold | dies can be reduced by half, and the effect similar to said 1st and 2nd embodiment, such as a separator manufacturing operation being performed economically and efficiently, is carried out. can get.

図25は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック190の要部分解斜視説明図である。   FIG. 25 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell stack 190 according to the fourth embodiment of the present invention.

なお、第3の実施形態に係る燃料電池スタック120と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell stack 120 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック190は、第1の発電ユニット192Aと第2の発電ユニット192Bとが、矢印A方向に交互に積層して構成される。第1の発電ユニット192Aは、第1金属セパレータ194A、第1電解質膜・電極構造体126a、第2金属セパレータ196A、第2電解質膜・電極構造体126b及び第3金属セパレータ198Aを設ける(図25及び図26参照)。   The fuel cell stack 190 is configured by alternately stacking first power generation units 192A and second power generation units 192B in the direction of arrow A. The first power generation unit 192A includes a first metal separator 194A, a first electrolyte membrane / electrode structure 126a, a second metal separator 196A, a second electrolyte membrane / electrode structure 126b, and a third metal separator 198A (FIG. 25). And FIG. 26).

第2の発電ユニット192Bは、図25及び図27に示すように、第1金属セパレータ194B、第1電解質膜・電極構造体126a、第2金属セパレータ196B、第2電解質膜・電極構造体126b及び第3金属セパレータ198Bを設ける。   As shown in FIGS. 25 and 27, the second power generation unit 192B includes a first metal separator 194B, a first electrolyte membrane / electrode structure 126a, a second metal separator 196B, a second electrolyte membrane / electrode structure 126b, and A third metal separator 198B is provided.

第1の発電ユニット192Aを構成する第1金属セパレータ194Aは、図28に示すように、面194aに第1酸化剤ガス流路136Aを設ける。この第1酸化剤ガス流路136Aは、直線状流路140aの両側に入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bを有する。   As shown in FIG. 28, the first metal separator 194A constituting the first power generation unit 192A is provided with a first oxidant gas flow path 136A on the surface 194a. The first oxidizing gas channel 136A has an inlet buffer part 142a and an outlet buffer part 142b on both sides of the linear channel 140a.

入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bは、第1酸化剤ガス流路136A側に突出する複数の連続ガイド凸部200a、200bを設ける。連続ガイド凸部200aは、酸化剤ガス入口連通孔34aから直線状流路140aに酸化剤ガスを案内するとともに、連続ガイド凸部200bは、前記直線状流路140aから酸化剤ガス出口連通孔34bに前記酸化剤ガスを案内する。   The inlet buffer portion 142a and the outlet buffer portion 142b are provided with a plurality of continuous guide convex portions 200a and 200b that protrude toward the first oxidizing gas channel 136A. The continuous guide protrusion 200a guides the oxidant gas from the oxidant gas inlet communication hole 34a to the linear flow path 140a, and the continuous guide protrusion 200b extends from the linear flow path 140a to the oxidant gas outlet communication hole 34b. To guide the oxidizing gas.

図26に示すように、第1金属セパレータ194Aの面194bには、第1冷却媒体流路138Aが設けられる。この第1冷却媒体流路138Aは、入口バッファ部150a及び出口バッファ部150bを有し、前記入口バッファ部150a及び前記出口バッファ部150bは、前記第1冷却媒体流路138A側に突出する複数のエンボス凸部202a、202bを備える。所定数のエンボス凸部202a、202bは、それぞれ1列ずつ且つ連続ガイド凸部200a、200bと交互に配置される。   As shown in FIG. 26, a first coolant flow path 138A is provided on the surface 194b of the first metal separator 194A. The first cooling medium channel 138A includes an inlet buffer unit 150a and an outlet buffer unit 150b, and the inlet buffer unit 150a and the outlet buffer unit 150b include a plurality of protrusions protruding toward the first cooling medium channel 138A. Embossed convex portions 202a and 202b are provided. The predetermined number of embossed protrusions 202a and 202b are arranged in one row and alternately with the continuous guide protrusions 200a and 200b.

第2金属セパレータ196Aの面196aには、第1燃料ガス流路154Aが形成され、前記第1燃料ガス流路154Aは、入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bを有する。入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bは、第1燃料ガス流路154A側に突出する複数のエンボス凸部204a、204bを備える。   A first fuel gas passage 154A is formed on the surface 196a of the second metal separator 196A, and the first fuel gas passage 154A has an inlet buffer portion 160a and an outlet buffer portion 160b. The inlet buffer portion 160a and the outlet buffer portion 160b include a plurality of embossed convex portions 204a and 204b that protrude toward the first fuel gas channel 154A.

第2金属セパレータ196Aの面196bには、図29に示すように、第2酸化剤ガス流路156Aが形成される。第2酸化剤ガス流路156Aを構成する入口バッファ部142a及び出口バッファ部142bには、第2酸化剤ガス流路156A側に突出する複数の連続ガイド凸部206a、206bが形成される。   A second oxidant gas flow path 156A is formed on the surface 196b of the second metal separator 196A as shown in FIG. A plurality of continuous guide protrusions 206a and 206b projecting toward the second oxidant gas flow channel 156A are formed in the inlet buffer portion 142a and the outlet buffer portion 142b constituting the second oxidant gas flow channel 156A.

図26に示すように、第3金属セパレータ198Aの面198aには、第2燃料ガス流路166Aが設けられる。第2燃料ガス流路166Aを構成する入口バッファ部160a及び出口バッファ部160bには、第2燃料ガス流路166Aに突出する複数のエンボス凸部208a、208bが形成される。   As shown in FIG. 26, a second fuel gas channel 166A is provided on the surface 198a of the third metal separator 198A. A plurality of embossed protrusions 208a and 208b projecting into the second fuel gas channel 166A are formed in the inlet buffer unit 160a and the outlet buffer unit 160b that constitute the second fuel gas channel 166A.

第3金属セパレータ198Aの面198bには、第2冷却媒体流路168Aが形成される。第2冷却媒体流路168Aを構成する入口バッファ部150a及び出口バッファ部150bには、前記第2冷却媒体流路168A側に突出する複数の連続ガイド凸部210a、210bが形成される。   A second coolant flow path 168A is formed on the surface 198b of the third metal separator 198A. A plurality of continuous guide protrusions 210a and 210b projecting toward the second cooling medium flow path 168A are formed in the inlet buffer section 150a and the outlet buffer section 150b constituting the second cooling medium flow path 168A.

第1の発電ユニット192Aでは、第1酸化剤ガス流路136Aを構成する連続ガイド凸部200a、200bと、第2金属セパレータ196Aの第1燃料ガス流路154Aを構成するエンボス凸部204b、204aとが、第1電解質膜・電極構造体126a側に突出し、且つ積層方向に重なり合って、前記第1電解質膜・電極構造体126aを挟持する。   In the first power generation unit 192A, the continuous guide convex portions 200a and 200b constituting the first oxidant gas flow path 136A and the embossed convex portions 204b and 204a constituting the first fuel gas flow path 154A of the second metal separator 196A. Protrudes toward the first electrolyte membrane / electrode structure 126a and overlaps in the stacking direction to sandwich the first electrolyte membrane / electrode structure 126a.

第2金属セパレータ196Aの第2酸化剤ガス流路156Aを構成する連続ガイド凸部206a、206bと、第3金属セパレータ198Aの第2燃料ガス流路166Aを構成するエンボス凸部208b、208aとは、第2電解質膜・電極構造体126b側に積層方向に重なる位置に突出し、前記第2電解質膜・電極構造体126bを挟持する。   The continuous guide convex portions 206a and 206b constituting the second oxidant gas flow path 156A of the second metal separator 196A and the embossed convex portions 208b and 208a constituting the second fuel gas flow path 166A of the third metal separator 198A The second electrolyte membrane / electrode structure 126b protrudes to a position overlapping in the stacking direction to sandwich the second electrolyte membrane / electrode structure 126b.

第1の発電ユニット192A及び第2の発電ユニット192Bにおいて、第1酸化剤ガス流路136A、36Bでは、連続ガイド凸部200a、200b同士の位相が異なるとともに、第2酸化剤ガス流路156A、56Bでは、連続ガイド凸部206a、206b同士の位相が異なる。   In the first power generation unit 192A and the second power generation unit 192B, in the first oxidant gas flow paths 136A, 36B, the phases of the continuous guide protrusions 200a, 200b are different from each other, and the second oxidant gas flow paths 156A, In 56B, the phases of the continuous guide convex portions 206a and 206b are different.

第1燃料ガス流路154A、154Bでは、エンボス凸部204a、204b同士の位相が異なるとともに、第2燃料ガス流路166A、166Bでは、エンボス凸部28a、208b同士の位相が異なる。   In the first fuel gas flow paths 154A and 154B, the embossed protrusions 204a and 204b have different phases, and in the second fuel gas flow paths 166A and 166B, the embossed protrusions 28a and 208b have different phases.

このように構成される第4の実施形態では、第1の発電ユニット192Aを構成する第1金属セパレータ194Aと、第2の発電ユニット192Bを構成する第1金属セパレータ194Bとは、それぞれのユニット内で同一の位置に配置されるとともに、第1酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定されている。これにより、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fourth embodiment configured as described above, the first metal separator 194A configuring the first power generation unit 192A and the first metal separator 194B configuring the second power generation unit 192B are included in each unit. And the shape of the first oxidant gas flow area is set point-symmetrically. As a result, the number of molds can be halved, and the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained, for example, the separator manufacturing operation can be performed economically and efficiently.

10、90、120、190…燃料電池スタック
12A、12B、92A、92B、122A、122B、192A、192B…発電ユニット
14A、14B、18A、18B、20A、20B、94A、94B、96A、96B、98A、98B、124A、124B、128A、128B、130A、130B、194A、194B、196A、196B、198A、198B…金属セパレータ
16a、16b、126a、126b…電解質膜・電極構造体
22…固体高分子電解質膜 24…アノード側電極
26…カソード側電極
36、52、136A、136B、156A、156B…酸化剤ガス流路
38、48、54、60、142a、150a、160a、172a…入口バッファ部
38a、38b、40a、40b、48a、48b、50a、50b、60a、60b、62a、62b…凸部
40、50、56、62、142b、150b、160b、172b…出口バッファ部
44、138A、138B、168A、168B…冷却媒体流路
46、58、154A、154B、166A、166B…燃料ガス流路
70、72、104…金型 74…凹凸形状部
76a、76b…バッファ形状部 78a〜78f…トリム孔
80A、80B、110A、110B…金属プレート
100…凹部 102…セル電圧端子
146a、146b…エンボス凸起部
152a、152b、164a、164b、200a、200b、206a、206b、210a、210b…連続ガイド凸部
174a、174b、202a、202b、204a、204b、208a、208b…エンボス凸部
180A、180B…金属プレート
10, 90, 120, 190 ... Fuel cell stacks 12A, 12B, 92A, 92B, 122A, 122B, 192A, 192B ... Power generation units 14A, 14B, 18A, 18B, 20A, 20B, 94A, 94B, 96A, 96B, 98A 98B, 124A, 124B, 128A, 128B, 130A, 130B, 194A, 194B, 196A, 196B, 198A, 198B ... Metal separators 16a, 16b, 126a, 126b ... Electrolyte membrane / electrode structure 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Anode-side electrode 26 ... Cathode-side electrode 36, 52, 136A, 136B, 156A, 156B ... Oxidant gas flow path 38, 48, 54, 60, 142a, 150a, 160a, 172a ... Inlet buffer 38a, 38b, 40a, 40b, 48a, 48 b, 50a, 50b, 60a, 60b, 62a, 62b ... convex portions 40, 50, 56, 62, 142b, 150b, 160b, 172b ... outlet buffer portions 44, 138A, 138B, 168A, 168B ... cooling medium flow path 46 , 58, 154A, 154B, 166A, 166B ... Fuel gas flow paths 70, 72, 104 ... Mold 74 ... Concave and convex portions 76a, 76b ... Buffer shape portions 78a-78f ... Trim holes 80A, 80B, 110A, 110B ... Metal Plate 100 ... Concave 102 ... Cell voltage terminals 146a, 146b ... Embossed protrusions 152a, 152b, 164a, 164b, 200a, 200b, 206a, 206b, 210a, 210b ... Continuous guide protrusions 174a, 174b, 202a, 202b, 204a , 204b, 208a, 208b ... Embo Convex portions 180A, 180B ... metal plate

Claims (10)

電解質の両側に一対の電極を配設したn個(nは偶数)の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるn+1個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第1の発電ユニット及び第2の発電ユニットを備え、前記第1の発電ユニットと前記第2の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックであって、
前記第1の発電ユニット内及び前記第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、前記反応ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに180゜回転した形状に設定される一方、少なくとも前記反応ガス連通孔を含む連通孔形状が同一に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel gas comprising n (n is an even number) electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte, and (n + 1) metal separators alternately stacked with each electrolyte / electrode assembly. Or a first gas generating unit in which a reaction gas flow region for flowing a reaction gas which is either an oxidant gas in the surface direction of the metal separator and a reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction are formed; A fuel cell stack comprising a second power generation unit, wherein a cooling medium flow path is formed between the first power generation unit and the second power generation unit and is alternately stacked;
The metal separators arranged at the same position in the first power generation unit and the second power generation unit are set such that the shape of the reaction gas flow area is rotated by 180 ° within the separator surface. On the other hand, the fuel cell stack is characterized in that the communication hole shape including at least the reaction gas communication hole is set to be the same.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス流通域は、少なくとも前記反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、
を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the reaction gas flow region includes at least a reaction gas flow channel for flowing the reaction gas along a power generation surface,
A buffer portion communicating the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole;
A fuel cell stack comprising:
請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記バッファ部は、エンボス部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to claim 2, wherein the buffer portion includes an embossed portion. 請求項2又は3記載の燃料電池スタックにおいて、前記バッファ部は、連続ガイド部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。   4. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the buffer unit includes a continuous guide unit. 電解質の両側に一対の電極を配設したn個(nは偶数)の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるn+1個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第1の発電ユニット及び第2の発電ユニットを備え、前記第1の発電ユニットと前記第2の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックにおいて、前記第1の発電ユニット内及び前記第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータを製造する燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
第1の金型により、各金属セパレータに前記反応ガス流通域を形成する第1の工程と、
第2の金型により、各金属セパレータに少なくとも前記反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する第2の工程と、
を有し、
一方の前記金属セパレータは、前記第1の金型と前記第2の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、
他方の前記金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第2の金型に対し相対的に180°回転して配置されることを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
A fuel gas comprising n (n is an even number) electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte, and (n + 1) metal separators alternately stacked with each electrolyte / electrode assembly. Or a first gas generating unit in which a reaction gas flow region for flowing a reaction gas which is either an oxidant gas in the surface direction of the metal separator and a reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction are formed; In a fuel cell stack comprising a second power generation unit and alternately stacked by forming a cooling medium flow path between the first power generation unit and the second power generation unit, And a method of manufacturing a metal separator for a fuel cell, which manufactures each metal separator disposed at the same position in the second power generation unit,
A first step of forming the reactive gas flow area in each metal separator by a first mold;
A second step of forming a communication hole shape including at least the reaction gas communication hole in each metal separator by a second mold;
Have
One of the metal separators is disposed in the same posture on the first mold and the second mold, respectively.
The other metal separator is disposed by being rotated by 180 ° relative to the second mold with a thickness direction intersecting the plane direction as a rotation axis. Manufacturing method.
請求項5記載の製造方法において、前記反応ガス流通域は、少なくとも前記反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、
を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
6. The manufacturing method according to claim 5, wherein the reaction gas flow region includes at least a reaction gas flow channel for allowing the reaction gas to flow along a power generation surface.
A buffer portion communicating the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole;
The manufacturing method of the metal separator for fuel cells characterized by having.
請求項5記載の製造方法において、前記バッファ部は、エンボス部を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。   6. The method of manufacturing a fuel cell metal separator according to claim 5, wherein the buffer portion has an embossed portion. 請求項5又は6記載の製造方法において、前記バッファ部は、連続ガイド部を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。   7. The method of manufacturing a metal separator for a fuel cell according to claim 5, wherein the buffer portion has a continuous guide portion. 請求項5〜8のいずれか1項に記載の製造方法において、前記第2の工程は、前記第2の金型により、前記連通孔形状を成形すると同時に、各金属セパレータの外形にトリム加工を行うことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。   9. The manufacturing method according to claim 5, wherein in the second step, the shape of the communication hole is formed by the second mold, and at the same time, trim processing is performed on the outer shape of each metal separator. The manufacturing method of the metal separator for fuel cells characterized by performing. 電解質の両側に一対の電極を配設したn個(nは偶数)の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるn+1個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第1の発電ユニット及び第2の発電ユニットを備え、前記第1の発電ユニットと前記第2の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックにおいて、前記第1の発電ユニット内及び前記第2の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータを製造する燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
第1の金型により、各金属セパレータに前記反応ガス流通域を形成する第1の工程と、
第2の金型により、少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第2の工程と、
を有し、
一方の前記金属セパレータは、前記第1の金型と前記第2の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、
他方の前記金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第2の金型に対し相対的に180°回転して配置されることを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
A fuel gas comprising n (n is an even number) electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte, and (n + 1) metal separators alternately stacked with each electrolyte / electrode assembly. A first power generation unit in which a reaction gas flow region for flowing a reaction gas that is either an oxidant gas in the surface direction of the metal separator and a reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction are formed; In a fuel cell stack comprising a second power generation unit and alternately stacked by forming a cooling medium flow path between the first power generation unit and the second power generation unit, And a method of manufacturing a metal separator for a fuel cell, which manufactures each metal separator disposed at the same position in the second power generation unit,
A first step of forming the reactive gas flow area in each metal separator by a first mold;
A second step of trimming at least the outer shape of each metal separator with a second mold;
Have
One of the metal separators is disposed in the same posture on the first mold and the second mold, respectively.
The other metal separator is disposed by being rotated by 180 ° relative to the second mold with a thickness direction intersecting the plane direction as a rotation axis. Manufacturing method.
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