JP2010225414A - 燃料電池スタックに用いられるセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックに用いられるセパレータにおいて、アノード対向プレートとカソード対向プレートとを共通部品化し、セパレータの製造工程を簡略化する。
【解決手段】セパレータは、アノード対向プレート１２と、中間プレート１４と、カソード対向プレート１６とを備える。アノード対向プレート１２およびカソード対向プレート１６は、それぞれ複数の貫通孔を備えている。アノード対向プレート１２は、アノード対向プレート１２を、アノード対向プレート１２の表面に対して平行に設定された中心軸ＡＸｈを中心として、または、アノード対向プレート１２の中心にアノード対向プレート１２の表面に対して垂直に設定された中心軸ＡＸｖを中心として１８０度回転させた場合に、アノード対向プレート１２における各貫通孔を、カソード対向プレート１６における各貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに用いられるセパレータに関するものである。

燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体（燃料電池）を、セパレータを介在させて、複数積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。

そして、従来、燃料電池スタックに用いられるセパレータに関して、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、燃料電池のアノードと対向するアノード側プレート（アノード対向プレート）と、燃料電池のカソードと対向するカソード側プレート（カソード対向プレート）と、アノード側プレートとカソード側プレートの間に挟まれる中間プレートとを積層することによって形成された、いわゆる三層積層セパレータが記載されている。

特開２００８−０２７８０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載された三層積層セパレータでは、各種ガス（燃料ガス、アノードオフガス、酸化剤ガス、カソードオフガス）や冷却媒体を独立して流すための各種マニホールドを構成するために、アノード側プレートに形成される各種貫通孔の配置および形状と、カソード側プレートとに形成される各種貫通孔の配置および形状とが互いに異なっている。このため、アノード側プレートは、アノード側プレート用の製造工程によって製造し、また、カソード側プレートは、カソード側プレート用の製造工程によって製造する必要があった。そして、セパレータの製造工程が比較的多かった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックに用いられるセパレータにおいて、アノード対向プレートとカソード対向プレートとを共通部品化し、セパレータの製造工程を簡略化することを目的とする。

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

［適用例１］電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを形成してなる燃料電池を、セパレータを介在させて、複数積層することによって構成される燃料電池スタックに用いられる前記セパレータであって、第１の燃料電池のアノードに対向するアノード対向プレートと、前記セパレータを挟んで前記第１の燃料電池と隣接する前記第２の燃料電池のカソードに対向するカソード対向プレートと、前記アノード対向プレートと前記カソード対向プレートとの間に挟まれる中間プレートと、を備え、前記アノード対向プレート、前記カソード対向プレート、および、前記中間プレートは、それぞれ、複数の貫通孔を備えており、前記アノード対向プレートは、前記アノード対向プレートを、前記アノード対向プレートの表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合、または、前記アノード対向プレートを、前記アノード対向プレートの中心に前記アノード対向プレートの表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、前記アノード対向プレートにおける前記複数の貫通孔を、前記カソード対向プレートにおける前記複数の貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されている、セパレータ。

なお、上記アノード対向プレートが備える複数の貫通孔としては、例えば、燃料ガス供給マニホールドを構成する貫通孔や、アノードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔や、上記第１の燃料電池のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口を構成する貫通孔や、上記第１の燃料電池のアノードからアノードオフガスを排出するためのアノードオフガス排出口を構成する貫通孔や、酸化剤ガス供給マニホールドを構成する貫通孔や、カソードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔や、冷却媒体供給マニホールドを構成する貫通孔や、冷却媒体排出マニホールドを構成する貫通孔が含まれる。また、上記カソード対向プレートが備える複数の貫通孔としては、例えば、燃料ガス供給マニホールドを構成する貫通孔や、アノードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔や、酸化剤ガス供給マニホールドを構成する貫通孔や、カソードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔や、上記第２の燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口を構成する貫通孔や、上記第２の燃料電池のカソードからカソードオフガスを排出するためのカソードオフガス排出口を構成する貫通孔や、冷却媒体供給マニホールドを構成する貫通孔や、冷却媒体排出マニホールドを構成する貫通孔が含まれる。

適用例１のセパレータでは、上記アノード対向プレートが、上記アノード対向プレートを、上記アノード対向プレートの表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合、または、上記アノード対向プレートを、上記アノード対向プレートの中心に上記アノード対向プレートの表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、上記アノード対向プレートにおける複数の貫通孔を、上記カソード対向プレートにおける複数の貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されている。換言すれば、上記カソード対向プレートが、上記カソード対向プレートを、上記カソード対向プレートの表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合、または、上記カソード対向プレートを、上記カソード対向プレートの中心に上記カソード対向プレートの表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、上記カソード対向プレートにおける複数の貫通孔を、上記アノード対向プレートにおける複数の貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されている。したがって、１種類のプレートを、アノード対向プレートとしてもカソード対向プレートとしても利用することができる。つまり、アノード対向プレートとカソード対向プレートとを共通部品化し、セパレータの製造工程を簡略化することができる。この結果、セパレータ、ひいては、燃料電池スタックの低コスト化を図ることができる。

セパレータ１０の構成部品の平面図である。 セパレータ１０の平面図である。 本実施例の燃料電池スタックの一部の断面構造を示す説明図である。 本実施例の燃料電池スタックの一部の断面構造を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．燃料電池スタックの概略構成：
本実施例の燃料電池スタックは、図示は省略するが、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池（後述するシール一体型ＭＥＡ２０）を、後述するセパレータ１０を介在させて、複数積層することによって構成される。各燃料電池は、後述するように、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を備えている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。各セパレータ１０には、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却媒体（水、エチレングリコール等）の流路が形成されている。なお、燃料電池の積層数は、燃料電池スタックに要求される出力に応じて任意に設定可能である。

また、燃料電池スタック内部には、水素や、空気や、冷却媒体を、それぞれ各燃料電池に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却媒体供給マニホールド）や、各燃料電池のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却媒体を集合させて燃料電池スタックの外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却媒体排出マニホールド）が形成されている。

Ｂ．セパレータの構成：
図１は、セパレータ１０の構成部品の平面図である。本実施例におけるセパレータ１０は、それぞれ複数の貫通孔が設けられた３枚の金属製の平板、すなわち、アノード対向プレート１２と、中間プレート１４と、カソード対向プレート１６とから構成されている。そして、セパレータ１０は、中間プレート１４を、アノード対向プレート１２と、カソード対向プレート１６とによって挟み、これらをホットプレス接合することによって作製されている。本実施例では、アノード対向プレート１２と、中間プレート１４と、カソード対向プレート１６とは、同一の矩形形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。アノード対向プレート１２と、中間プレート１４と、カソード対向プレート１６として、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属製の平板を用いるものとしてもよい。また、中間プレート１４としては、樹脂製の平板を用いるものとしてもよい。ただし、中間プレート１４として樹脂製の平板を用いる場合には、アノード対向プレート１２とカソード対向プレート１６との導通が確保されるように、後述する冷却媒体流路形成部１４６ｆに、アノード対向プレート１２およびカソード対向プレート１６と当接し、導電性を有する部材、例えば、金属性の波板が挿入される。

図１（ａ）は、燃料電池のアノード側の面と当接するアノード対向プレート１２の平面図である。図中の破線で囲った領域は、燃料電池において電極が形成されている発電領域を表している。

図示するように、アノード対向プレート１２には、図示した上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏと、水素供給マニホールドを構成する２つの水素供給用貫通孔１２２ｉとが交互に配置して形成されている。また、アノード対向プレート１２には、図示した下側長辺に沿って、アノードオフガス排出マニホールドを構成する３つのアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏと、空気供給用マニホールドを構成する２つの空気供給用貫通孔１２４ｉとが交互に配置して形成されている。そして、カソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏとアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏ、および、水素供給用貫通孔１２２ｉと空気供給用貫通孔１２４ｉとは、互いに対向する位置に配置されている。また、カソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏと、水素供給用貫通孔１２２ｉと、アノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏと、空気供給用貫通孔１２４ｉとは、同一形状を有している。

また、アノード対向プレート１２には、図示した左側短辺に沿って、冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉが形成されている。また、アノード対向プレート１２には、図示した右側短辺に沿って、冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏが形成されている。そして、冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏは、互いに対向する位置に配置されている。また、冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏとは同一形状を有している。

また、アノード対向プレート１２には、２つの水素供給用貫通孔１２２ｉ近傍の発電領域における図示した上端部と対向する位置に、それぞれ、水素供給口１２２ｓが形成されている。また、アノード対向プレート１２には、３つのアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏ近傍の発電領域における図示した下端部と対向する位置に、それぞれ、アノードオフガス排出口１２２ｅが形成されている。水素供給口１２２ｓとアノードオフガス排出口１２２ｅとは同一のスリット形状を有している。

図１（ｃ）は、燃料電池のカソード側の面と当接するカソード対向プレート１６の平面図である。図中の破線で囲った領域は、燃料電池において電極が形成されている発電領域を表している。

図示するように、カソード対向プレート１６には、図示した上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏと、水素供給マニホールドを構成する２つの水素供給用貫通孔１６２ｉとが交互に配置して形成されている。また、カソード対向プレート１６には、図示した下側長辺に沿って、アノードオフガス排出マニホールドを構成する３つのアノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏと、空気供給用マニホールドを構成する２つの空気供給用貫通孔１６４ｉとが交互に配置して形成されている。そして、カソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏとアノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏ、および、水素供給用貫通孔１６２ｉと空気供給用貫通孔１６４ｉとは、互いに対向する位置に配置されている。また、カソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏと、水素供給用貫通孔１６２ｉと、アノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏと、空気供給用貫通孔１６４ｉとは、同一形状を有している。

また、カソード対向プレート１６には、図示した左側短辺に沿って、冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉが形成されている。また、カソード対向プレート１６には、図示した右側短辺に沿って、冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏが形成されている。そして、冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏは、互いに対向する位置に配置されている。また、冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏとは同一形状を有している。

また、カソード対向プレート１６には、３つのカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏ近傍の発電領域における図示した上端部と対向する位置に、それぞれ、カソードオフガス排出口１６４ｅが形成されている。また、カソード対向プレート１６には、２つの空気供給用貫通孔１６４ｉ近傍の発電領域における図示した下端部と対向する位置に、それぞれ、空気供給口１６４ｓが形成されている。空気供給口１６４ｓとカソードオフガス排出口１６４ｅとは同一のスリット形状を有している。また、カソード対向プレート１６における空気供給口１６４ｓおよび１６４ｅと、アノード対向プレート１２における水素供給口１２２ｓおよび１２２ｅとは、同一形状を有している。

図１（ｂ）は、中間プレート１４の平面図である。図中の破線で囲った領域は、燃料電池において電極が形成されている発電領域を表している。

図示するように、中間プレート１４には、図示した上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏと、水素供給マニホールドを構成する２つの水素供給用貫通孔１４２ｉとが交互に配置して形成されている。また、中間プレート１４には、図示した下側長辺に沿って、アノードオフガス排出マニホールドを構成する３つのアノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏと、空気供給用マニホールドを構成する２つの空気供給用貫通孔１４４ｉとが交互に配置して形成されている。そして、カソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏとアノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏ、および、水素供給用貫通孔１４２ｉと空気供給用貫通孔１４４ｉとは、互いに対向する位置に配置されている。また、カソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏと、水素供給用貫通孔１４２ｉと、アノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏと、空気供給用貫通孔１４４ｉとは、同一形状を有している。

また、中間プレート１４には、図示した左側短辺に沿って、冷却媒体供給用貫通孔１４６ｉが形成されている。また、中間プレート１４には、図示した右側短辺に沿って、冷却媒体排出用貫通孔１４６ｏが形成されている。そして、冷却媒体供給用貫通孔１４６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１４６ｏは、互いに対向する位置に配置されている。また、冷却媒体供給用貫通孔１４６ｉと冷却媒体排出用貫通孔１４６ｏとは同一形状を有している。また、中間プレート１４には、冷却媒体供給用貫通孔１４６ｉから冷却媒体排出用貫通孔１４６ｏに冷却媒体を流すための冷却媒体流路形成部１４６ｆが形成されている。

また、中間プレート１４において、各水素供給用貫通孔１４２ｉには、水素供給用貫通孔１４２ｉから、アノード対向プレート１２に形成された水素供給口１２２ｓに、水素を流すための水素供給用流路を形成する水素供給用流路形成部１４２ｉｐが設けられている。また、各アノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏには、アノード対向プレート１２に形成されたアノードオフガス排出口１２２ｅから、アノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏに、アノードオフガスを流すためのアノードオフガス排出用流路を形成するアノードオフガス排出用流路形成部１４２ｏｐが設けられている。また、空気供給用貫通孔１４４ｉには、空気供給用貫通孔１４４ｉから、カソード対向プレート１６に形成された空気供給口１６４ｓに、空気を流すための空気供給用流路を形成する空気供給用流路形成部１４４ｉｐが設けられている。また、カソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏには、カソード対向プレート１６に形成されたカソードオフガス排出口１６４ｅから、カソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏに、カソードオフガスを流すためのカソードオフガス排出用流路を形成するカソードオフガス排出用流路形成部１４４ｏｐが設けられている。

図２は、セパレータ１０の平面図である。このセパレータ１０は、先に説明したように、アノード対向プレート１２と、中間プレート１４と、カソード対向プレート１６とを、ホットプレス接合することによって形成されている。図２では、セパレータ１０をアノード対向プレート１２側から見た様子を示した。

図から分かるように、アノード対向プレート１２におけるカソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏ、水素供給用貫通孔１２２ｉ、アノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏ、空気供給用貫通孔１２４ｉ、冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉ、冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏの各配置および各形状は、それぞれ、中間プレート１４におけるカソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏ、水素供給用貫通孔１４２ｉ、アノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏ、空気供給用貫通孔１４４ｉ、冷却媒体供給用貫通孔１４６ｉ、冷却媒体排出用貫通孔１４６ｏの各配置および各形状、および、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏ、水素供給用貫通孔１６２ｉ、アノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏ、空気供給用貫通孔１６４ｉ、冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉ、冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏの各配置および各形状と一致している。

また、アノード対向プレート１２において、各水素供給口１２２ｓは、中間プレート１４に形成された各水素供給用流路形成部１４２ｉｐの下端部と重なるように形成されている。また、アノード対向プレート１２において、各アノードオフガス排出口１２２ｅは、中間プレート１４に形成された各アノードオフガス排出用流路形成部１４２ｏｐの上端部と重なるように形成されている。

また、カソード対向プレート１６において、各空気供給口１６４ｓは、中間プレート１４に形成された各空気供給用流路形成部１４４ｉｐの上端部と重なるように形成されている。また、カソード対向プレート１６において、各カソードオフガス排出口１６４ｅは、中間プレート１４に形成された各カソードオフガス排出用流路形成部１４４ｏｐの下端部と重なるように形成されている。

Ｃ．燃料電池スタックの断面構造：
図３，４は、本実施例の燃料電池スタックの一部の断面構造を示す説明図である。図３に、セパレータ１０と、シール一体型ＭＥＡ２０とを積層させたときの、図２におけるＡ−Ａ断面図を示した。また、図４に、セパレータ１０と、シール一体型ＭＥＡ２０とを積層させたときの、図２におけるＢ−Ｂ断面図を示した。

なお、図示は省略しているが、シール一体型ＭＥＡ２０の外形形状は、セパレータ１０の外形形状とほぼ同じである。そして、このシール一体型ＭＥＡ２０は、矩形形状を有する電解質膜２１の両面に、それぞれ、アノード２２ａ、および、カソード２２ｃを接合してなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えており、このＭＥＡの周囲に、シールガスケット２３を一体形成したものである。アノード２２ａ、および、カソード２２ｃは、それぞれ、触媒層とガス拡散層とを備えている。シールガスケット２３としては、ゴムや、樹脂等、絶縁性、耐熱性、および、ガス不透過性を有する種々の材料を用いることができる。そして、シール一体型ＭＥＡ２０におけるシールガスケット２３には、図２に示したセパレータ１０と同じ配置で、水素供給マニホールドと、アノードオフガス排出マニホールドと、空気供給マニホールドと、カソードオフガス排出マニホールドと、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドとをそれぞれ構成する複数の貫通孔が形成されている。

図３，４に示すように、本実施例の燃料電池スタックでは、ＭＥＡにおけるアノード２２ａと、セパレータ１０のアノード対向プレート１２との間には、導電性、および、ガス拡散性を有する金属多孔体（アノード側金属多孔体２４ａ）が配置され、アノード側のガス拡散層の表面に沿って水素を流すためのアノード側ガス流路が形成されている。そして、アノード側金属多孔体２４ａは、ＭＥＡにおけるアノード２２ａ、および、セパレータ１０のアノード対向プレート１２に当接する。したがって、アノード側金属多孔体２４ａは、ＭＥＡにおけるアノード２２ａの一部として機能する。また、ＭＥＡにおけるカソード２２ｃと、セパレータ１０のカソード対向プレート１６との間にも、導電性、および、ガス拡散性を有する金属多孔体（カソード側金属多孔体２４ｃ）が配置され、カソード側のガス拡散層の表面に沿って空気を流すためのカソード側ガス流路が形成されている。そして、カソード側金属多孔体２４ｃは、ＭＥＡにおけるカソード２２ｃ、および、セパレータ１０のカソード対向プレート１６に当接する。したがって、カソード側金属多孔体２４ｃは、ＭＥＡにおけるカソード２２ｃの一部として機能する。ＭＥＡと、アノード側金属多孔体２４ａと、カソード側金属多孔体２４ｃとは、本発明における燃料電池に相当する。

なお、本実施例では、アノード側金属多孔体２４ａ、および、カソード側金属多孔体２４ｃとして、発泡金属焼結体を用いるものとしたが、この代わりに、例えば、金属メッシュや、エキスパンドメタルや、パンチングメタルを波板状に加工したもの等、種々の部材を用いるものとしてもよい。

図３中に矢印で示したように、燃料電池スタックの外部から供給された水素は、カソード対向プレート１６における水素供給用貫通孔１６２ｉを通り、中間プレート１４における水素供給用貫通孔１４２ｉから分岐して、水素供給用流路形成部１４２ｉｐを通り、アノード対向プレート１２における水素供給口１２２ｓから、アノード側金属多孔体２４ａの表面に対して垂直な方向に供給される。そして、水素供給口１２２ｓから供給された水素は、アノード側金属多孔体２４ａ中、および、アノード側のガス拡散層中を拡散しつつ流れ、アノード対向プレート１２におけるアノードオフガス排出口１２２ｅから、アノード側金属多孔体２４ａの表面に対して垂直な方向に排出され、中間プレート１４におけるアノードオフガス排出用流路形成部１４２ｏｐ、アノードオフガス排出用貫通孔１４２ｏを通って、カソード対向プレート１６におけるアノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏ等を通じて、燃料電池スタックの外部に排出される。

また、図４中に矢印で示したように、燃料電池スタックの外部から供給された空気は、カソード対向プレート１６における空気供給用貫通孔１６４ｉを通り、中間プレート１４における空気供給用貫通孔１４４ｉから分岐して、空気供給用流路形成部１４４ｉｐを通り、カソード対向プレート１６における空気供給口１６４ｓから、カソード側金属多孔体２４ｃの表面に対して垂直な方向に供給される。そして、空気供給口１６４ｓから供給された空気は、カソード側金属多孔体２４ｃ中、および、カソード側のガス拡散層中を拡散しつつ流れ、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出口１６４ｅから、カソード側金属多孔体２４ｃの表面に対して垂直な方向に排出され、中間プレート１４におけるカソードオフガス排出用流路形成部１４４ｏｐ、カソードオフガス排出用貫通孔１４４ｏを通って、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏ等を通じて、燃料電池スタックの外部に排出される。

以上説明した本実施例の燃料電池スタックでは、セパレータ１０を構成するアノード対向プレート１２、および、カソード対向プレート１６が、少なくとも以下に説明する２つの特徴を有している。以下、これらについて、図１を参照して説明する。

第１の特徴は、アノード対向プレート１２が、アノード対向プレート１２を、アノード対向プレート１２の表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、アノード対向プレート１２における各貫通孔を、カソード対向プレート１６における各貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されていることである。換言すれば、カソード対向プレート１６が、カソード対向プレート１６を、カソード対向プレート１６の表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、カソード対向プレート１６における各貫通孔を、アノード対向プレート１２における各貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されていることである。

例えば、図１（ａ）に示したアノード対向プレート１２の表面に平行に設定された中心軸ＡＸｈを中心として１８０度回転させた場合、すなわち、表裏反転させた場合に、アノード対向プレート１２におけるカソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏ、および、水素供給用貫通孔１２２ｉの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６におけるアノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏ、および、空気供給用貫通孔１６４ｉの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２におけるアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏ、および、空気供給用貫通孔１２４ｉの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏ、および、水素供給用貫通孔１６２ｉの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２における水素供給口１２２ｓ、および、アノードオフガス排出口１２２ｅの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６における空気供給口１６４ｓ、および、カソードオフガス排出口１６４ｅの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２における冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉ、および、冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６における冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉ、および、冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏの配置および形状と一致する。

第２の特徴は、アノード対向プレート１２が、アノード対向プレート１２を、アノード対向プレート１２の中心にアノード対向プレート１２の表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、アノード対向プレート１２における各貫通孔を、カソード対向プレート１６における各貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されていることである。換言すれば、カソード対向プレート１６が、カソード対向プレート１６を、カソード対向プレート１６の中心にカソード対向プレート１６の表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、カソード対向プレート１６における各貫通孔を、アノード対向プレート１２における各貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されていることである。

例えば、図１（ａ）に示したアノード対向プレート１２の中心に、アノード対向プレート１２の表面に対して垂直に設定された中心軸ＡＸｖを中心として１８０度回転させた場合、すなわち、上下反転させた場合に、アノード対向プレート１２におけるカソードオフガス排出用貫通孔１２４ｏ、および、水素供給用貫通孔１２２ｉの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６におけるアノードオフガス排出用貫通孔１６２ｏ、および、空気供給用貫通孔１６４ｉの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２におけるアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏ、および、空気供給用貫通孔１２４ｉの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏ、および、水素供給用貫通孔１６２ｉの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２における水素供給口１２２ｓ、および、アノードオフガス排出口１２２ｅの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６における空気供給口１６４ｓ、および、カソードオフガス排出口１６４ｅの配置および形状と一致する。また、アノード対向プレート１２における冷却媒体供給用貫通孔１２６ｉ、および、冷却媒体排出用貫通孔１２６ｏの配置および形状が、それぞれ、カソード対向プレート１６における冷却媒体排出用貫通孔１６６ｏ、および、冷却媒体供給用貫通孔１６６ｉの配置および形状と一致する。

本実施例のセパレータ１０では、アノード対向プレート１２、および、カソード対向プレート１６が上述した特徴を有しているので、１種類のプレートを、アノード対向プレート１２としてもカソード対向プレート１６としても利用することができる。つまり、アノード対向プレート１２とカソード対向プレート１６とを共通部品化し、セパレータ１０の製造工程を簡略化することができる。この結果、セパレータ１０、ひいては、燃料電池スタックの低コスト化を図ることができる。

また、本実施例のセパレータ１０では、図１に示したように、アノード対向プレート１２におけるアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏの数が、水素供給用貫通孔１２２ｉの数よりも多く、アノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏの総面積が、水素供給用貫通孔１２２ｉの総面積よりも大きい。したがって、アノード対向プレート１２におけるアノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏの数が、水素供給用貫通孔１２２ｉの数よりも少なく、アノードオフガス排出用貫通孔１２２ｏの総面積が、水素供給用貫通孔１２２ｉの総面積よりも小さい場合、あるいは、同等の場合よりも、各ＭＥＡにおけるアノード２２ａへの水素の分配性を向上させることができる。

また、本実施例のセパレータ１０では、図１に示したように、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏの数が、空気供給用貫通孔１６４ｉの数よりも多く、カソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏの総面積が、空気供給用貫通孔１６４ｉの総面積よりも大きい。したがって、カソード対向プレート１６におけるカソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏの数が、空気供給用貫通孔１６４ｉの数よりも少なく、カソードオフガス排出用貫通孔１６４ｏの総面積が、空気供給用貫通孔１６４ｉの総面積よりも小さい場合、あるいは、同等である場合よりも、各ＭＥＡにおけるカソード２２ｃへの空気の分配性を向上させることができる。

１０…セパレータ
１２…アノード対向プレート
１２２ｉ…水素供給用貫通孔
１２２ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
１２２ｓ…水素供給口
１２２ｅ…アノードオフガス排出口
１２４ｉ…空気供給用貫通孔
１２４ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
１２６ｉ…冷却媒体供給用貫通孔
１２６ｏ…冷却媒体排出用貫通孔
１４…中間プレート
１４２ｉ…水素供給用貫通孔
１４２ｉｐ…水素供給用流路形成部
１４２ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
１４２ｏｐ…アノードオフガス排出用流路形成部
１４４ｉ…空気供給用貫通孔
１４４ｉｐ…空気供給用流路形成部
１４４ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
１４４ｏｐ…カソードオフガス排出用流路形成部
１４６ｉ…冷却媒体供給用貫通孔
１４６ｏ…冷却媒体排出用貫通孔
１４６ｆ…冷却媒体流路形成部
１６…カソード対向プレート
１６２ｉ…水素供給用貫通孔
１６２ｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
１６４ｉ…空気供給用貫通孔
１６４ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
１６４ｓ…空気供給口
１６４ｅ…カソードオフガス排出口
１６６ｉ…冷却媒体供給用貫通孔
１６６ｏ…冷却媒体排出用貫通孔
２０…シール一体型ＭＥＡ
２１…電解質膜
２２ａ…アノード
２２ｃ…カソード
２３…シールガスケット
２４ａ…アノード側金属多孔体
２４ｃ…カソード側金属多孔体

Claims (1)

1. 電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを形成してなる燃料電池を、セパレータを介在させて、複数積層することによって構成される燃料電池スタックに用いられる前記セパレータであって、
   第１の燃料電池のアノードに対向するアノード対向プレートと、
   前記セパレータを挟んで前記第１の燃料電池と隣接する前記第２の燃料電池のカソードに対向するカソード対向プレートと、
   前記アノード対向プレートと前記カソード対向プレートとの間に挟まれる中間プレートと、を備え、
   前記アノード対向プレート、前記カソード対向プレート、および、前記中間プレートは、それぞれ、複数の貫通孔を備えており、
   前記アノード対向プレートは、前記アノード対向プレートを、前記アノード対向プレートの表面に対して平行に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合、または、前記アノード対向プレートを、前記アノード対向プレートの中心に前記アノード対向プレートの表面に対して垂直に設定された軸を中心として１８０度回転させた場合に、前記アノード対向プレートにおける前記複数の貫通孔を、前記カソード対向プレートにおける前記複数の貫通孔に、それぞれ一致させることができるように形成されている、
   セパレータ。

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