JP2019160657A - 燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セル - Google Patents

Abstract

【課題】所望の情報量を有する識別マークをセパレータ面内に容易に配置することが可能な燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セルを提供する。【解決手段】セパレータ３２の互いに対向する辺３２ｓ１、３２ｓ２のうち一辺３２ｓ１の中央部には、燃料ガス入口連通孔３８ａが設けられている。燃料ガス入口連通孔３８ａは、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも燃料ガス流路５８寄りに配置されている。燃料ガス入口連通孔３８ａと、セパレータ３２の外周端３２ｅとの間には、セパレータ３２の識別マーク６８が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セルに関する。

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一方にアノード電極が、他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に搭載されている。

発電セルには、複数種類のセパレータが用いられる。具体的には、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路が設けられたカソード側セパレータと、アノード電極に対向して燃料ガスを流す燃料ガス流路が設けられたアノード側セパレータとが用いられる（いわゆる間引き冷却型燃料電池では、さらに中間セパレータが用いられる）。燃料電池スタックを組み付ける際に、作業性の向上を図るため、複数種類のセパレータを容易に識別することが望まれている。そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、セパレータに、セパレータの識別マークが設けられている。

特許第５２９５８７７号公報

本発明は、上述した従来技術に関してなされたものであり、所望の情報量を有する識別マークをセパレータ面内に容易に配置することが可能な燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セルを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、セパレータ面方向に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、互いに対向する辺に沿って前記反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状の燃料電池用セパレータであって、前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記反応ガス流路寄りに配置され、前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用セパレータの識別マークが設けられている。

前記反応ガス入口連通孔は、燃料ガス入口連通孔であり、前記一対の反応ガス出口連通孔は、一対の燃料ガス出口連通孔であることが好ましい。

前記反応ガス入口連通孔の前記一辺に沿う両側には、一対の冷却媒体連通孔が配置され、前記一対の冷却媒体連通孔の前記一辺に沿う両側には、一対の他の反応ガス出口連通孔が配置されていることが好ましい。

前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って配置された他のいずれの連通孔よりも開口面積が小さいことが好ましい。

前記他辺には、前記一辺に設けられた前記反応ガス入口連通孔よりも開口面積が大きい他の反応ガス入口連通孔が設けられていることが好ましい。

また、本発明の他の態様は、一方面に設けられセパレータ面方向に沿って第１反応ガスを流す第１反応ガス流路と、他方面に設けられセパレータ面方向に沿って第２反応ガスを流す第２反応ガス流路とを有し、互いに対向する辺に沿って前記第１及び第２反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状の燃料電池用接合セパレータであって、前記第１反応ガス流路が形成された第１セパレータと、前記第２反応ガス流路が形成された第２セパレータとが互いに接合されることにより、前記燃料電池用接合セパレータが構成され、前記燃料電池用接合セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、前記燃料電池用接合セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記第１又は第２反応ガス流路寄りに配置され、前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用接合セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用接合セパレータの識別マークが設けられている。

また、本発明のさらに他の態様は、一対の矩形形状の燃料電池用セパレータと、前記一対の燃料電池用セパレータの間に挟持された電解質膜・電極構造体とを備えた発電セルであって、前記燃料電池用セパレータは、セパレータ面方向に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、互いに対向する辺に沿って前記反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状であり、前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記反応ガス流路寄りに配置され、前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用セパレータの識別マークが設けられている。

本発明の燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セルによれば、互いに対向する辺のうち一辺に設けられた反応ガス入口連通孔は、当該一辺に沿って配置された他のいずれの連通孔よりも反応ガス流路寄りに配置されている。そして、反応ガス入口連通孔と、燃料電池用セパレータの外周端との間に、燃料電池用セパレータの識別マークが設けられている。このため、識別マークの設置スペースをセパレータ面内に容易に確保することができる。従って、所望の情報量を有する識別マークをセパレータ面内に容易に配置することが可能となる。

本発明の実施形態に係る発電セルを備えた燃料電池スタックの斜視図である。 発電セルの分解斜視図である。 第１セパレータの平面図である。 第２セパレータの平面図である。

以下、本発明に係る燃料電池用セパレータ、燃料電池用接合セパレータ及び発電セルについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。

積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート（電力取出プレート）１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。一方のインシュレータ１８ａは、積層体１４と一方のエンドプレート２０ａとの間に配置されている。他方のインシュレータ１８ｂは、積層体１４と他方のエンドプレート２０ｂとの間に配置されている。インシュレータ１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。

エンドプレート２０ａ、２０ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４は、両端がエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面に固定されており、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とする筐体を備え、当該筐体内に積層体１４を収容するように構成してもよい。

図２に示すように、発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８が、２つのセパレータ３０、３２（燃料電池用セパレータ）（以下、それぞれ「第１セパレータ３０」、「第２セパレータ３２」ともいう）により挟持される。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２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薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３３（燃料電池用接合セパレータ）を構成する。

樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体２８ａ（以下、「ＭＥＡ２８ａ」という）と、ＭＥＡ２８ａの外周部に接合されるとともに該外周部を周回する樹脂枠部材４６とを備える。ＭＥＡ２８ａは、電解質膜４０と、電解質膜４０の一方の面に設けられたアノード電極（第１電極）４２と、電解質膜４０の他方の面に設けられたカソード電極（第２電極）４４とを有する。

電解質膜４０は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜４０は、アノード電極４２及びカソード電極４４に挟持される。電解質膜４０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。

詳細は図示しないが、アノード電極４２は、電解質膜４０の一方の面に接合される第１電極触媒層と、当該第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。カソード電極４４は、電解質膜４０の他方の面に接合される第２電極触媒層と、当該第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向（図２中、水平方向）の一端縁部には、積層方向に延在して、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ（反応ガス入口連通孔）、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂ（反応ガス出口連通孔）が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、複数の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び複数の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、それぞれ、積層体１４、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａを積層方向に貫通している（ターミナルプレート１６ａを貫通してもよい）。これらの連通孔は上下方向に配列して設けられる。燃料ガス出口連通孔３８ｂは、一方の反応ガスである燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、他方の反応ガスである酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔３６ａは、冷却媒体を供給する。

酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、上下方向に離間して配置された２つの冷却媒体入口連通孔３６ａの間に配置されている。２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂは、上側燃料ガス出口連通孔３８ｂ１と、下側燃料ガス出口連通孔３８ｂ２とを有する。上側燃料ガス出口連通孔３８ｂ１は、上側の冷却媒体入口連通孔３６ａの上方に配置されている。下側燃料ガス出口連通孔３８ｂ２は、下側の冷却媒体入口連通孔３６ａの下方に配置されている。

発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、積層方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔３８ａ（反応ガス入口連通孔）、２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ（反応ガス出口連通孔）が設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、それぞれ、積層体１４、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａを積層方向に貫通している（ターミナルプレート１６ａを貫通してもよい）。これらの連通孔は上下方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂの配置は、本実施形態に限定されるものではない。要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

燃料ガス入口連通孔３８ａは、上下方向に離間して配置された２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂの間に配置されている。２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、上側酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ１と、下側酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ２とを有する。上側酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ１は、上側の冷却媒体出口連通孔３６ｂの上方に配置されている。下側酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ２は、下側の冷却媒体出口連通孔３６ｂの下方に配置されている。

図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、それぞれ、エンドプレート２０ａに設けられた入口３５ａ、３７ａ、出口３９ｂに連通する。また、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａは、それぞれ、エンドプレート２０ａに設けられた出口３５ｂ、３７ｂ、入口３９ａに連通する。

図２に示すように、樹脂枠部材４６の矢印Ｂ方向の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。樹脂枠部材４６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。

樹脂枠部材４６を用いることなく、電解質膜４０を外方に突出させてもよい。また、外方に突出した電解質膜４０の両側に枠形状の樹脂製フィルムを設けてもよい。

図３に示すように、第１セパレータ３０の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう表面３０ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路４８が設けられる。酸化剤ガス流路４８は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに流体的に連通する。酸化剤ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の凸部４８ａ間に直線状流路溝（又は波状流路溝）４８ｂを有する。

酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａよりも開口面積が大きい。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、図示のように、例えば六角形状に形成される。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、六角形状以外の形状（四角形状等）に形成されてもよい。一対の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、図示のように、例えば三角形状に形成される。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。

酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス流路４８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する入口バッファ部５０ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと酸化剤ガス流路４８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する出口バッファ部５０ｂが設けられる。

第１セパレータ３０の表面３０ａには、シール部材が設けられ、例えば、シール部材として、プレス成形により、複数のメタルビードシール５２が樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって一体に膨出成形される。当該メタルビードシール５２に代えて、弾性材料からなる凸状弾性シールが設けられてもよい。複数のメタルビードシール５２は、外側ビード部５２ａと、内側ビード部５２ｂと、複数の連通孔ビード部５２ｃとを有する。外側ビード部５２ａは、表面３０ａの外周縁部を周回する。内側ビード部５２ｂは、酸化剤ガス流路４８、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの外周を周回し且つこれらを連通させる。

複数の連通孔ビード部５２ｃは、燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂをそれぞれ周回する。なお、外側ビード部５２ａは、必要に応じて設ければよく、不要にすることもできる。

図４に示すように、第２セパレータ３２の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう表面３２ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路５８が形成される。燃料ガス流路５８は、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂに流体的に連通する。燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の凸部５８ａ間に直線状流路溝（又は波状流路溝）５８ｂを有する。

燃料ガス入口連通孔３８ａは、図示のように、例えば六角形状に形成される。燃料ガス入口連通孔３８ａは、六角形状以外の形状（四角形状等）に形成されてもよい。一対の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、図示のように、例えば三角形状に形成される。燃料ガス出口連通孔３８ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。

燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス流路５８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する入口バッファ部６０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス流路５８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する出口バッファ部６０ｂが設けられる。

第２セパレータ３２の表面３２ａには、シール部材が設けられ、例えば、シール部材として、プレス成形により、複数のメタルビードシール６２が、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって膨出成形される。当該メタルビードシール６２に代えて、弾性材料からなる凸状弾性シールが設けられてもよい。複数のメタルビードシール６２は、外側ビード部６２ａと、内側ビード部６２ｂと、複数の連通孔ビード部６２ｃとを有する。外側ビード部６２ａは、表面３２ａの外周縁部を周回する。内側ビード部６２ｂは、外側ビード部６２ａよりも内側で、燃料ガス流路５８、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂの外周を周回し且つこれらを連通させる。

複数の連通孔ビード部６２ｃは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂをそれぞれ周回する。なお、外側ビード部６２ａは、必要に応じて設ければよく、不要にすることもできる。

燃料ガス入口連通孔３８ａは、第２セパレータ３２の互いに対向する辺３２ｓ１、３２ｓ２（長方形状の第２セパレータ３２の２つの短辺）のうち一辺３２ｓ１の中央部に設けられている。燃料ガス入口連通孔３８ａは、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも燃料ガス流路５８寄りに配置されている。すなわち、燃料ガス入口連通孔３８ａの最も燃料ガス流路５８に近い部位３８ａ１は、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他のいずれの連通孔の最も燃料ガス流路５８に近い部位（例えば、冷却媒体出口連通孔３６ｂの最も燃料ガス流路５８に近い部位３６ｂ１）よりも燃料ガス流路５８側に位置する。従って、燃料ガス入口連通孔３８ａは、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他のいずれの連通孔に対して、距離Ａだけ、燃料ガス流路５８側に位置する。

また、燃料ガス入口連通孔３８ａのうち燃料ガス流路５８から最も離れた部位３８ａ２は、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他の連通孔のうち燃料ガス流路５８から最も離れた部位（例えば、冷却媒体出口連通孔３６ｂの最も燃料ガス流路５８から離れた部位３６ｂ２）よりも、燃料ガス流路５８側に位置する。従って、燃料ガス入口連通孔３８ａのうち燃料ガス流路５８から最も離れた部位３８ａ２は、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他の連通孔のうち燃料ガス流路５８から最も離れた部位（例えば、冷却媒体出口連通孔３６ｂの部位３６ｂ２）に対して、距離Ｂだけ、燃料ガス流路５８側に位置する。距離Ａと距離Ｂは、互いに同じでもよく異なっていてもよい。

燃料ガス流路５８の流路方向（矢印Ｂ方向）において、燃料ガス入口連通孔３８ａの位置は、部分的に、一辺３２ｓ１に沿って複数配置された他の連通孔（一対の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂ）の位置と重複している。燃料ガス入口連通孔３８ａは、一辺３２ｓ１に沿って配置された他のいずれの連通孔よりも開口面積が小さい。

第２セパレータ３２の表面３２ａにおいて、燃料ガス入口連通孔３８ａと、第２セパレータ３２の外周端３２ｅ（一辺３２ｓ１に沿った外周端３２ｅ）との間には、第２セパレータ３２の識別マーク６８が設けられている。識別マーク６８は、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂの間に配置されている。識別マーク６８は、図２に示した樹脂枠付きＭＥＡ２８（より具体的には、樹脂枠部材４６）に対向する位置に配置されている。識別マーク６８は、外側ビード部６２ａと内側ビード部６２ｂとの間に配置されている。

識別マーク６８の形態としては、例えば、マトリックス型二次元コード、バーコード（一次元コード）等が挙げられる。識別マーク６８の形成方法としては、例えば、レーザ刻印、ラベル貼り付け、印刷（インクジェット等）が挙げられる。識別マーク６８により特定される情報としては、例えば、ロットナンバー、製造日、セパレータ種別及び製造条件（付加情報）が挙げられる。

一対の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、第２セパレータ３２の互いに対向する辺３２ｓ１、３２ｓ２のうち他辺３２ｓ２において、燃料ガス入口連通孔３８ａの対向位置の両側に設けられている。

なお、識別マーク６８は、図３に示した第１セパレータ３０の表面３０ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと、第１セパレータ３０の外周端３０ｅとの間に設けられてもよい。この場合、識別マーク６８を配置するスペースを確保するために、酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、第１セパレータ３０の長手方向の一端部側の辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも酸化剤ガス流路４８寄りに配置される。図３において仮想線で示すように、識別マーク６８は、第１セパレータ３０の表面３０ａにおいて、燃料ガス入口連通孔３８ａと第１セパレータ３０の外周端３０ｅとの間に設けられてもよい。

図２において、溶接又はロウ付けにより互いに接合される第１セパレータ３０の面３０ｂと第２セパレータ３２の面３２ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに流体的に連通する冷却媒体流路６６が形成される。冷却媒体流路６６は、酸化剤ガス流路４８が形成された第１セパレータ３０の裏面形状と、燃料ガス流路５８が形成された第２セパレータ３２の裏面形状とが重なり合って形成される。

図２〜図４に示すように、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂは、例えば三角形状に形成される。一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体入口連通孔３６ａの各々は、三角形状の頂点が酸化剤ガス流路４８側及び燃料ガス流路５８側を向くように形成されている。一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。本実施形態と異なり、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａが燃料ガス入口連通孔３８ａの両側に設けられ、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂが酸化剤ガス入口連通孔３４ａの両側に設けられてもよい。

図２に示すように、燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の運転時（発電時）に燃料電池スタック１０内のカソード側で生じた生成水を排出するための第１ドレン７２が設けられている。樹脂枠部材４６、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２において、第１ドレン７２は、積層方向（矢印Ａ方向）に貫通形成されている。第１ドレン７２は、燃料電池スタック１０のエンドプレート２０ｂ側の端部（例えば、インシュレータ１８ｂ）に設けられた図示しない第１連結流路を介して、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通している。第１ドレン７２は、下側酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ２の底部よりも下方に配置されている。

第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２において、第１ドレン７２の外周には、生成水の漏れを防止するためのビードシール７２ａが設けられている。ビードシール７２ａは、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の厚さ方向にそれぞれ隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８側に向かって突出し且つ第１ドレン７２を囲むリング状に形成されている。

燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の運転時（発電時）に燃料電池スタック１０内のアノード側で生じた生成水を排出するための第２ドレン８２が設けられている。樹脂枠部材４６、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２において、第２ドレン８２は、積層方向（矢印Ａ方向）に貫通形成されている。第２ドレン８２は、燃料電池スタック１０のエンドプレート２０ｂ側の端部（例えば、インシュレータ１８ｂ）に設けられた図示しない第２連結流路を介して、燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通している。第２ドレン８２は、下側燃料ガス出口連通孔３８ｂ２の底部よりも下方に配置されている。

第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２において、第２ドレン８２の外周には、生成水の漏れを防止するためのビードシール８２ａが設けられている。ビードシール８２ａは、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の厚さ方向にそれぞれ隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８側に向かって突出し且つ第２ドレン８２を囲むリング状に形成されている。

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。

まず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガス、例えば、空気は、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａ（入口３５ａ）に供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａ（入口３９ａ）に供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３６ａ（入口３７ａ）に供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第１セパレータ３０の酸化剤ガス流路４８に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８ａのカソード電極４４に供給される。

一方、燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ３２の燃料ガス流路５８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８ａのアノード電極４２に供給される。

従って、各ＭＥＡ２８ａでは、カソード電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層及び第１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。

次いで、図２に示すように、カソード電極４４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、アノード電極４２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３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２との間に形成された冷却媒体流路６６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２８ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３６ｂから排出される。

この場合、本実施形態に係るセパレータ３２、接合セパレータ３３及び発電セル１２は、以下の効果を奏する。

発電セル１２を構成するセパレータ３２（接合セパレータ３３）の一辺３２ｓ１に設けられた反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔３８ａ）は、当該一辺３２ｓ１に沿って配置された他のいずれの連通孔（一対の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂ）よりも反応ガス流路（燃料ガス流路５８）寄りに配置されている。そして、反応ガス入口連通孔と、セパレータ３２（接合セパレータ３３）の外周端３２ｅとの間に、セパレータ３２（接合セパレータ３３）の識別マーク６８が設けられている。このため、識別マーク６８の設置スペースをセパレータ面内に容易に確保することができる。これにより、所望の情報量を有する識別マーク６８をセパレータ面内に容易に配置することが可能となる。なお、反応ガス入口連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａであってもよい。

反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔３８ａ）は、セパレータ３２の一辺３２ｓ１に沿って配置された他のいずれの連通孔よりも開口面積が小さい。このように開口面積が他の連通孔よりも小さい反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔３８ａ）と、セパレータ３２の外周端３２ｅとの間に識別マーク６８の設置スペースが設けられているため、識別マーク６８の十分な設置スペースを確保することができる。

本実施形態では、２枚の金属セパレータ間に電解質膜・電極構造体を挟持したセルユニットを構成し、各セルユニット間に冷却媒体流路を形成する、所謂、各セル冷却構造を採用している。これに対して、例えば、３枚以上の金属セパレータと２枚以上の電解質膜・電極構造体を備え、金属セパレータと電解質膜・電極構造体とを交互に積層したセルユニットを構成してもよい。その際、各セルユニット間には、冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造が構成される。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１２…発電セル ３０…第１セパレータ
３２…第２セパレータ ３３…接合セパレータ
３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
４８…酸化剤ガス流路 ５８…燃料ガス流路
６８…識別マーク

Claims (7)

1. セパレータ面方向に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、互いに対向する辺に沿って前記反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状の燃料電池用セパレータであって、
   前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、
   前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、
   前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記反応ガス流路寄りに配置され、
   前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用セパレータの識別マークが設けられている、燃料電池用セパレータ。
2. 請求項１記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記反応ガス入口連通孔は、燃料ガス入口連通孔であり、
   前記一対の反応ガス出口連通孔は、一対の燃料ガス出口連通孔である、燃料電池用セパレータ。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記反応ガス入口連通孔の前記一辺に沿う両側には、一対の冷却媒体連通孔が配置され、
   前記一対の冷却媒体連通孔の前記一辺に沿う両側には、一対の他の反応ガス出口連通孔が配置されている、燃料電池用セパレータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って配置された他のいずれの連通孔よりも開口面積が小さい、燃料電池用セパレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記他辺には、前記一辺に設けられた前記反応ガス入口連通孔よりも開口面積が大きい他の反応ガス入口連通孔が設けられている、燃料電池用セパレータ。
6. 一方面に設けられセパレータ面方向に沿って第１反応ガスを流す第１反応ガス流路と、他方面に設けられセパレータ面方向に沿って第２反応ガスを流す第２反応ガス流路とを有し、互いに対向する辺に沿って前記第１及び第２反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状の燃料電池用接合セパレータであって、
   前記第１反応ガス流路が形成された第１セパレータと、前記第２反応ガス流路が形成された第２セパレータとが互いに接合されることにより、前記燃料電池用接合セパレータが構成され、
   前記燃料電池用接合セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、
   前記燃料電池用接合セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、
   前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記第１又は第２反応ガス流路寄りに配置され、
   前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用接合セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用接合セパレータの識別マークが設けられている、燃料電池用接合セパレータ。
7. 一対の矩形形状の燃料電池用セパレータと、前記一対の燃料電池用セパレータの間に挟持された電解質膜・電極構造体とを備えた発電セルであって、
   前記燃料電池用セパレータは、セパレータ面方向に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、互いに対向する辺に沿って前記反応ガス流路の両側にセパレータ厚さ方向に貫通形成された複数個の連通孔とを有する矩形形状であり、
   前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち一辺の中央部には、反応ガス入口連通孔が設けられ、
   前記燃料電池用セパレータの前記互いに対向する辺のうち他辺には、前記反応ガス入口連通孔の対向位置の両側に、一対の反応ガス出口連通孔が設けられ、
   前記反応ガス入口連通孔は、前記一辺に沿って複数配置された他のいずれの連通孔よりも前記反応ガス流路寄りに配置され、
   前記反応ガス入口連通孔と、前記燃料電池用セパレータの外周端との間には、前記燃料電池用セパレータの識別マークが設けられている、発電セル。

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