JP2022022636A - 金属セパレータ及び燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】外周側シール部に所望のシール面圧を付与することができる金属セパレータ及び燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０の第１金属セパレータ３０において、第１外周側シール部５６は、第１金属ビード部５８を有する。第１端部突起４８ａ１と第１外周側シール部５６との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより酸化剤ガスのバイパスを防止する第１バイパス止め部６６が設けられ、第１バイパス止め部６６と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間には、第１バイパス止め部６６を当該第１金属ビード部５８から離間させる隙間Ｓ１が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、金属セパレータ及び燃料電池スタックに関する。

燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が設けられてなる電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）とＭＥＡの両側に配置された一組の金属セパレータとを備えた発電セルが互いに積層されて形成されるとともにセパレータ厚さ方向に圧縮荷重が付与される。

各金属セパレータは、板状のセパレータ本体と、セパレータ本体の一端から他端側に向かって電極に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、反応ガス流路を囲んで反応ガスの漏れを防止する外周側シール部とを含む。外周側シール部は、圧縮荷重によって弾性変形できるようにセパレータ本体に一体的に突出成形された金属ビード部を有する。外周側シール部の頂部は、圧縮荷重により金属ビード部が弾性変形した状態でＭＥＡの外周部に設けられた樹脂フィルム（樹脂枠部材）に対して気密に押し付けられる。

ところで、特許文献１に開示されているように、反応ガス流路の流路幅方向端部と金属ビード部（境界壁）との間には、反応ガスのバイパスを防止する凸状のバイパス止め部（制限部材）が設けられることがある。特許文献１において、バイパス止め部は、金属ビード部に連結している。

特許第５２３９０９１号公報

上述した従来技術では、金属ビード部にバイパス止め部が連結されているため、圧縮荷重によって金属ビード部が弾性変形し難くなる。そのため、外周側シール部に所望のシール面圧を付与することができないおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、外周側シール部に所望のシール面圧を付与することができる金属セパレータ及び燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体に積層されるように燃料電池スタックに組み込むための金属セパレータであって、前記金属セパレータには、当該金属セパレータが前記燃料電池スタックに組み込まれた際に、セパレータ厚さ方向の圧縮荷重が付与され、前記金属セパレータは、板状のセパレータ本体と、前記セパレータ本体の一端から他端に向かって前記電極に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路を囲んで反応ガスの漏れを防止するための外周側シール部と、を含み、前記外周側シール部は、前記圧縮荷重によって弾性変形できるように前記セパレータ本体に一体的に突出成形された金属ビード部を有し、前記反応ガス流路の流路幅方向端部と前記外周側シール部との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより反応ガスのバイパスを防止するバイパス止め部が設けられ、前記バイパス止め部と前記金属ビード部との間には、前記バイパス止め部を前記金属ビード部から離間させる隙間が設けられている、金属セパレータである。

本発明の他の態様は、電解質膜の両側に電極が設けられてなる電解質膜・電極構造体と前記電解質膜・電極構造体の両側に配置された一組の金属セパレータとを備えた発電セルが互いに積層されて形成されるとともにセパレータ厚さ方向に圧縮荷重が付与された燃料電池スタックであって、前記一組の金属セパレータの少なくともいずれかは、上述した金属セパレータである、燃料電池スタックである。

本発明によれば、バイパス止め部の全体が金属ビード部から離間しているため、金属ビード部にバイパス止め部を連結した場合と比較して、圧縮荷重によって金属ビード部を弾性変形させ易くすることができる。これにより、外周側シール部に所望のシール面圧を付与することができる。

本発明の一実施形態に係る金属セパレータが組み込まれた燃料電池スタックの一部省略分解斜視図である。 図１及び図４におけるＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 第１金属セパレータ側から見た接合セパレータの平面図である。 第１金属セパレータの要部拡大平面図である。 第２金属セパレータ側から見た接合セパレータの平面図である。 第２金属セパレータの要部拡大平面図である。 第１金属セパレータに第２金属セパレータを重ねた状態の図である。 図４におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明に係る金属セパレータ及び燃料電池スタック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、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が矢印Ａ方向に互いに積層されて形成される。燃料電池スタック１０は、例えば、複数の発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）が燃料電池自動車の水平方向（車幅方向又は車長方向）に沿うように図示しない燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２の積層方向が燃料電池自動車の鉛直方向（車高方向）に沿うように燃料電池自動車に搭載されてもよい。また、燃料電池スタック１０は、定置型としても用いることができる。

図１において、発電セル１２は、横長の長方形状に形成されている。ただし、発電セル１２は、縦長の長方形状に形成されてもよい。図１及び図２に示すように、発電セル１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体（以下、「樹脂枠付きＭＥＡ２８」という）と、樹脂枠付きＭＥＡ２８の両側に配設された第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ３２とを備える。

第１金属セパレータ３０及び第２金属セパレータ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、或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。互いに隣接する発電セル１２における一方の発電セル１２の第１金属セパレータ３０と、他方の発電セル１２の第２金属セパレータ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３５を構成する。つまり、燃料電池スタック１０は、樹脂枠付きＭＥＡ２８と接合セパレータ３５とが交互に積層されて形成される。

図１において、発電セル１２の長辺方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の縁部）には、積層方向（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３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。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、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、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、例えば、水を供給する。燃料ガス出口連通孔３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電セル１２の長辺方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の縁部）には、積層方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ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及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと燃料ガス入口連通孔３８ａ及び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く、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

図２に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ２９」という）と、ＭＥＡ２９の外周部に設けられた枠形状の樹脂フィルム４６（樹脂枠部）とを備える。

ＭＥＡ２９は、電解質膜４０と、電解質膜４０を挟持するアノード電極４２及びカソード電極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、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。

カソード電極４４は、電解質膜４０の一方の面４０ａに接合される第１電極触媒層４４ａと、第１電極触媒層４４ａに積層される第１ガス拡散層４４ｂとを有する。アノード電極４２は、電解質膜４０の他方の面４０ｂに接合される第２電極触媒層４２ａと、第２電極触媒層４２ａに積層される第２ガス拡散層４２ｂとを有する。

第１電極触媒層４４ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層４４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層４２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層４２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層４４ｂ及び第２ガス拡散層４２ｂは、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。

図１に示すように、樹脂フィルム４６の矢印Ｂ１方向の縁部には、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が設けられる。樹脂フィルム４６の矢印Ｂ２方向の縁部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。

図２に示すように、樹脂フィルム４６は、第１枠状シート４６ａ及び第２枠状シート４６ｂを有する。第１枠状シート４６ａの内周部は、ＭＥＡ２９の外周部に接合されている。第２枠状シート４６ｂは、第１枠状シート４６ａの外周部に接合されている。第１枠状シート４６ａと第２枠状シート４６ｂとは、接着剤からなる接着層４６ｃにより、厚さ方向に互いに接合されている。第１枠状シート４６ａと第２枠状シート４６ｂとは、互いに厚さが異なる。第１枠状シート４６ａの厚さは、第２枠状シート４６ｂの厚さよりも薄い。

第１枠状シート４６ａ及び第２枠状シート４６ｂは樹脂材料により構成される。第１枠状シート４６ａ及び第２枠状シート４６ｂの構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。

樹脂フィルム４６の内周部４６ｎ（第１枠状シート４６ａの内周部）は、アノード電極４２の外周部とカソード電極４４の外周部との間に配置される。具体的に、樹脂フィルム４６の内周部４６ｎは、電解質膜４０の外周部とアノード電極４２の外周部との間に挟持される。樹脂フィルム４６の内周部４６ｎと電解質膜４０の外周部とは、接着層４６ｃを介して接合される。なお、樹脂フィルム４６の内周部４６ｎは、電解質膜４０とカソード電極４４との間に挟持されてもよい。

なお、樹脂フィルム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の両側に枠形状のフィルムを設けてもよい。

図３に示すように、第１金属セパレータ３０は、板状の第１セパレータ本体３１を備える。第１セパレータ本体３１の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう面（以下、「表面３１ａ」という）には、例えば、第１セパレータ本体３１の一端（矢印Ｂ１方向の端）から他端（矢印Ｂ２方向の端）に向かって延在する波状の酸化剤ガス流路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の波状の突起４８ａ間に形成された複数の波状の流路溝４８ｂを有する。従って、酸化剤ガス流路４８では、複数の突起４８ａと複数の流路溝４８ｂとが流路幅方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置されている。以下、複数の突起４８ａのうち、流路幅方向の両端に位置するものを「第１端部突起４８ａ１」という。第１端部突起４８ａ１は、第１ガス拡散層４４ｂの外端４４ｂｅよりも内側に配置されている。なお、酸化剤ガス流路４８（突起４８ａ及び流路溝４８ｂ）は、矢印Ｂ方向に沿って直線状に延在してもよい。

第１セパレータ本体３１の表面３１ａにおいて、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、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部５０ａからなるエンボス列を複数有する第１入口バッファ部５０Ａが設けられる。また、第１セパレータ本体３１の表面３１ａにおいて、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、複数個のエンボス部５０ｂからなるエンボス列を複数有する第１出口バッファ部５０Ｂが設けられる。

なお、図１及び図３に示すように、第１セパレータ本体３１の、酸化剤ガス流路４８とは反対側の面３１ｂには、第１入口バッファ部５０Ａの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部５１ａからなるエンボス列が設けられる。また、第１セパレータ本体３１の面３１ｂには、第１出口バッファ部５０Ｂの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部５１ｂからなるエンボス列が設けられる。エンボス部５１ａ、５１ｂは、冷媒面側のバッファ部を構成する。

図３において、第１セパレータ本体３１の表面３１ａには、反応ガス（例えば、酸化剤ガス及び燃料ガス）及び冷却媒体の流体の漏出を防止するための第１シール部５２が設けられている。第１シール部５２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ｂ方向）から見て、波状に延在している。ただし、第１シール部５２は、セパレータ厚さ方向から見て、直線状に延在してもよい。

第１シール部５２は、複数の連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ等）を個別に囲む複数の第１連通孔シール部５４と、第１セパレータ本体３１の外周部に設けられた第１外周側シール部５６と有する。複数の第１連通孔シール部５４は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体入口連通孔３６ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂの周囲を個別に周回する。

以下、複数の第１連通孔シール部５４のうち、酸化剤ガス入口連通孔３４ａを囲むものを「第１連通孔シール部５４ａ」といい、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを囲むものを「第１連通孔シール部５４ｂ」といい、燃料ガス入口連通孔３８ａを囲むものを「第１連通孔シール部５４ｃ」といい、燃料ガス出口連通孔３８ｂを囲むものを「第１連通孔シール部５４ｄ」という。

第１外周側シール部５６は、反応ガス（酸化剤ガス）の漏れを防止するためのものである。第１外周側シール部５６は、酸化剤ガス流路４８、第１入口バッファ部５０Ａ、第１出口バッファ部５０Ｂ及び複数の第１連通孔シール部５４ａ～５４ｄを囲む。

図２に示すように、第１シール部５２は、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって第１セパレータ本体３１に一体的に突出成形された第１金属ビード部５８と、第１金属ビード部５８に設けられた第１樹脂材６０とを有する。第１金属ビード部５８の横断面形状は、第１金属ビード部５８の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。

第１金属ビード部５８は、互いに対向するように配置された一対の第１ビード側部５９ａと、一対の第１ビード側部５９ａの突出端同士を連結する第１ビード頂部５９ｂとを有する。一対の第１ビード側部５９ａの間隔は、第１ビード頂部５９ｂに向かって徐々に狭くなっている。なお、第１ビード側部５９ａは、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）と平行であってもよい。つまり、第１金属ビード部５８の横断面形状は矩形状であってもよい。

第１樹脂材６０は、第１金属ビード部５８の突出端面（第１ビード頂部５９ｂの外面）に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第１樹脂材６０は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。なお、第１樹脂材６０はなくてもよい。

図３において、第１セパレータ本体３１には、第１連通孔シール部５４ａの内側（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ側）及び外側（酸化剤ガス流路４８側）を連通するブリッジ部６２が設けられる。ブリッジ部６２は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａを囲む第１連通孔シール部５４ａの、酸化剤ガス流路４８側の辺部に設けられる。第１セパレータ本体３１には、第１連通孔シール部５４ｂの内側（酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ側）及び外側（酸化剤ガス流路４８側）を連通するブリッジ部６４が設けられる。ブリッジ部６４は、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを囲む第１連通孔シール部５４ｂの、酸化剤ガス流路４８側の辺部に設けられる。

図３及び図４に示すように、酸化剤ガス流路４８の流路幅方向両端部（第１端部突起４８ａ１）と第１外周側シール部５６との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより酸化剤ガス入口連通孔３４ａから酸化剤ガス出口連通孔３４ｂへの酸化剤ガスのバイパスを防止する複数の第１バイパス止め部６６が設けられている。本実施形態では、酸化剤ガス流路４８の流路幅方向は、長方形状の第１金属セパレータ３０の短辺に沿った方向（矢印Ｃ方向）である。複数の第１バイパス止め部６６は、第１端部突起４８ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に間隔を置いて配置されている。各第１バイパス止め部６６は、酸化剤ガス流路４８の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って延在した細長い凸状部である。

図４において、第１端部突起４８ａ１は、セパレータ厚さ方向からの平面視で第１外周側シール部５６に対して凹むように湾曲した第１凹状湾曲部６８と、セパレータ厚さ方向からの平面視で第１外周側シール部５６に対して突出するように湾曲した第１凸状湾曲部７０とを有する。第１外周側シール部５６は、第１端部突起４８ａ１に対して凹むように湾曲した第１凹状シール部７２と、第１端部突起４８ａ１に対して突出するように湾曲した第１凸状シール部７４とを有する。

以下、複数の第１バイパス止め部６６のうち、第１凹状湾曲部６８と第１凹状シール部７２との間に位置するものを「第１バイパス止め部６６ａ」といい、第１凸状湾曲部７０と第１凸状シール部７４との間に位置するものを「第１バイパス止め部６６ｂ」ということがある。第１バイパス止め部６６ａと第１バイパス止め部６６ｂとは、第１端部突起４８ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に沿って互いに間隔を置いて交互に配置されている。

各第１バイパス止め部６６ａの長手方向（長さ方向）一端は、第１外周側シール部５６に対して離間した状態で第１凹状シール部７２に対向している。各第１バイパス止め部６６ａの長手方向の他端は、第１凹状湾曲部６８に一体的に繋がっている。各第１バイパス止め部６６ｂの長手方向の一端は、第１外周側シール部５６に対して離間した状態で第１凸状シール部７４に対向している。各第１バイパス止め部６６ｂの長手方向の他端は、第１凸状湾曲部７０に一体的に繋がっている。

図２及び図４に示すように、各第１バイパス止め部６６は、矢印Ｂ方向に互いに対向するように配置された一対の第１側壁６７ａと、一対の第１側壁６７ａの長手方向の一端部同士を連結する第１端壁６７ｂと、一対の第１側壁６７ａの突出端を繋ぐように設けられた第１頂壁６７ｃとを有する。第１側壁６７ａは、セパレータ厚さ方向に対して傾斜している。第１バイパス止め部６６の横断面形状は、台形状である。なお、第１バイパス止め部６６の幅方向両側の第１側壁６７ａは、セパレータ厚さ方向と平行であってもよい。つまり、第１バイパス止め部６６の横断面形状は、矩形状であってもよい。

第１端壁６７ｂは、セパレータ厚さ方向から見て、第１外周側シール部５６に向かう先端が凸状の円弧形状に形成されている（図４参照）。図２において、第１端壁６７ｂは、セパレータ厚さ方向に対して傾斜している。換言すれば、第１端壁６７ｂは、第１セパレータ本体３１から第１頂壁６７ｃに向かって第１端部突起４８ａ１が位置する側に直線状に傾斜している。第１頂壁６７ｃの樹脂枠付きＭＥＡ２８側の表面は、樹脂フィルム４６に対してわずかに離間している。換言すれば、第１頂壁６７ｃと樹脂フィルム４６（第２枠状シート４６ｂ）との間には、隙間（空間）が形成されている。

第１セパレータ本体３１の表面３１ａから第１頂壁６７ｃの外面までの距離Ｌ１（第１バイパス止め部６６の高さ）は、第１セパレータ本体３１の表面３１ａから第１外周側シール部５６の突出端面（第１樹脂材６０の外面）までの距離Ｌ２（第１外周側シール部５６の高さ）より短い。すなわち、第１バイパス止め部６６の第１頂壁６７ｃの外面は、第１外周側シール部５６の突出端面（第１樹脂材６０の外面）よりも第１セパレータ本体３１側に位置している。

図２及び図４に示すように、各第１バイパス止め部６６の一端（第１端壁６７ｂ）と第１外周側シール部５６との間には、隙間Ｓ１（空間）が形成されている。すなわち、第１バイパス止め部６６は、第１バイパス止め部６６の全体が第１外周側シール部５６（第１金属ビード部５８）から離間するように位置している。換言すれば、第１バイパス止め部６６と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間には、第１バイパス止め部６６を当該第１金属ビード部５８から離間させるための隙間Ｓ１が設けられている。

第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８と第１バイパス止め部６６との間隔は、第１金属ビード部５８の突出方向に向かって広くなっている。第１バイパス止め部６６の根元部と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８の根元部とを互いに繋ぐ第１連結壁７６は、第２金属セパレータ３２の第２セパレータ本体３３に当接している（図２参照）。

図４において、互いに隣接する第１バイパス止め部６６ａと第１バイパス止め部６６ｂとの間には、ＭＥＡ２９の外周部を支持する中間凸状部７８が設けられている。中間凸状部７８は、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出している。中間凸状部７８は、互いに隣接する第１バイパス止め部６６ａと第１バイパス止め部６６ｂとの間に、複数個ずつ配置されている。

中間凸状部７８と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間には、中間凸状部７８を当該第１金属ビード部５８から離間させる隙間Ｓａが設けられている。第１バイパス止め部６６と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８の間の隙間Ｓ１は、中間凸状部７８と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間の隙間Ｓａよりも小さい。

図４では、例えば２つの中間凸状部７８が、互いに隣接する第１バイパス止め部６６ａと第１バイパス止め部６６ｂとの間で、第１端部突起４８ａ１の延在方向に沿って間隔を置いて配置されている。中間凸状部７８は、第１端部突起４８ａ１の延在方向に交差して延びる形状を有する。中間凸状部７８は、積層方向から見て、第１ガス拡散層４４ｂの外端４４ｂｅに重なる位置に配置されている。

第１金属セパレータ３０には、第１端部突起４８ａ１の第１凹状湾曲部６８と第１バイパス止め部６６ａとの間に、カソード電極４４（第１ガス拡散層４４ｂ）を支持する第１支持用凸状部８０が設けられる。第１支持用凸状部８０は、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって第１セパレータ本体３１に突出成形される。本実施形態では、第１支持用凸状部８０は、第１バイパス止め部６６ａに一体的に連なるとともに、第１端部突起４８ａ１の第１凹状湾曲部６８に一体的に連なっている。

図２に示すように、第１支持用凸状部８０は、ＭＥＡ２９と樹脂フィルム４６とが厚さ方向に重なる位置でカソード電極４４（第１ガス拡散層４４ｂ）を支持する。第１支持用凸状部８０は、枠形状の樹脂フィルム４６の内周部４６ｎに対応する位置（積層方向から見て、樹脂フィルム４６の内周部４６ｎに重なる位置）に設けられている。

図４に示すように、第１支持用凸状部８０の近傍には、カソード電極４４に対して凹む（裏側形状が冷媒面側に突出する）凹部８０ａが設けられる。凹部８０ａは、第１バイパス止め部６６ａの長手方向の延長線上に配置されている。凹部８０ａは、複数個の第１支持用凸状部８０の各々に対応して設けられている。すなわち、凹部８０ａは、第１端部突起４８ａ１の延在方向に沿って複数個設けられている。図２に示すように、凹部８０ａの裏側形状である突出部の先端は、該突出部に隣接する第２金属セパレータ３２に当接する。

第１バイパス止め部６６、中間凸状部７８及び第１支持用凸状部８０のそれぞれの数、位置、形状及び大きさは、適宜設定可能である。

図５に示すように、第２金属セパレータ３２は、板状の第２セパレータ本体３３を備える。第２セパレータ本体３３の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう面（以下、「表面３３ａ」という）には、例えば、第２セパレータ本体３３の一端（矢印Ｂ１方向の端）から他端（矢印Ｂ２方向の端）に向かって延在する波状の燃料ガス流路８２が形成される。

燃料ガス流路８２は、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び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８２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状の突起８２ａ間に形成された複数の波状の流路溝８２ｂを有する。従って、燃料ガス流路８２では、複数の突起８２ａと複数の流路溝８２ｂとが流路幅方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置されている。以下、複数の突起８２ａのうち、流路幅方向の両端に位置するものを「第２端部突起８２ａ１」という。第２端部突起８２ａ１は、第２ガス拡散層４２ｂの外端４２ｂｅよりも内側に配置されている。なお、燃料ガス流路８２（突起８２ａ及び流路溝８２ｂ）は、矢印Ｂ方向に沿って直線状に延在してもよい。

第２セパレータ本体３３の表面３３ａにおいて、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス流路８２との間には、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部８４ａからなるエンボス列を複数有する第２入口バッファ部８４Ａが設けられる。また、第２セパレータ本体３３の表面３３ａにおいて、燃料ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス流路８２との間には、複数個のエンボス部８４ｂからなるエンボス列を複数有する第２出口バッファ部８４Ｂが設けられる。

なお、第２セパレータ本体３３の、燃料ガス流路８２とは反対側の面３３ｂには、第２入口バッファ部８４Ａの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部８５ａからなるエンボス列が設けられる。また、第２セパレータ本体３３の面３３ｂには、第２出口バッファ部８４Ｂの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部８５ｂからなるエンボス列が設けられる。エンボス部８５ａ、８５ｂは、冷媒面側のバッファ部を構成する。

第２セパレータ本体３３の表面３３ａには、反応ガス（例えば、酸化剤ガス及び燃料ガス）及び冷却媒体の流体の漏出を防止するための第２シール部８６が設けられている。第２シール部８６は、セパレータ厚さ方向（矢印Ｂ方向）から見て、波状に延在している。ただし、第２シール部８６は、セパレータ厚さ方向から見て、直線状に延在してもよい。

第２シール部８６は、複数の連通孔（燃料ガス入口連通孔３８ａ等）を個別に囲む複数の第２連通孔シール部８８と、第２セパレータ本体３３の外周部に設けられた第２外周側シール部９０とを有する。複数の第２連通孔シール部８８は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び冷却媒体出口連通孔３６ｂの周囲をそれぞれ個別に周回する。

以下、複数の第２連通孔シール部８８のうち、燃料ガス入口連通孔３８ａを囲むものを「第２連通孔シール部８８ａ」といい、燃料ガス出口連通孔３８ｂを囲むものを「第２連通孔シール部８８ｂ」といい、酸化剤ガス入口連通孔３４ａを囲むものを「第２連通孔シール部８８ｃ」といい、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを囲むものを「第２連通孔シール部８８ｄ」という。

第２外周側シール部９０は、反応ガス（燃料ガス）の漏れを防止するためのものである。第２外周側シール部９０は、燃料ガス流路８２、第２入口バッファ部８４Ａ、第２出口バッファ部８４Ｂ及び複数の第２連通孔シール部８８ａ～８８ｄを囲む。

図２に示すように、第２シール部８６は、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって第２セパレータ本体３３に一体的に突出成形された第２金属ビード部９２と、第２金属ビード部９２に設けられた第２樹脂材９４とを有する。第２金属ビード部９２の横断面形状は、第２金属ビード部９２の突出方向に向かって先細り形状となる台形形状である。

第２金属ビード部９２は、互いに対向するように配置された一対の第２ビード側部９３ａと、一対の第２ビード側部９３ａの突出端同士を連結する第２ビード頂部９３ｂとを有する。一対の第２ビード側部９３ａの間隔は、第２ビード頂部９３ｂに向かって徐々に狭くなっている。なお、第２ビード側部９３ａは、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）と平行であってもよい。つまり、第２金属ビード部９２の横断面形状は、矩形状であってもよい。

第２樹脂材９４は、第２金属ビード部９２の突出端面（第２ビード頂部９３ｂの外面）に印刷又は塗布等により固着された弾性部材である。第２樹脂材９４は、例えば、ポリエステル繊維で構成される。なお、第２樹脂材９４はなくてもよい。

図５において、第２セパレータ本体３３には、第２連通孔シール部８８ａの内側（燃料ガス入口連通孔３８ａ側）及び外側（燃料ガス流路８２側）を連通するブリッジ部９６が設けられる。ブリッジ部９６は、燃料ガス入口連通孔３８ａを囲む第２連通孔シール部８８ａの、燃料ガス流路８２側の辺部に設けられる。第２セパレータ本体３３には、第２連通孔シール部８８ｂの内側（燃料ガス出口連通孔３８ｂ側）及び外側（燃料ガス流路８２側）を連通するブリッジ部９８が設けられる。ブリッジ部９８は、燃料ガス出口連通孔３８ｂを囲む第２連通孔シール部８８ｂの、燃料ガス流路８２側の辺部に設けられる。

図５及び図６に示すように、燃料ガス流路８２の流路幅方向両端部（第２端部突起８２ａ１）と第２外周側シール部９０との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより燃料ガス入口連通孔３８ａから燃料ガス出口連通孔３８ｂへの燃料ガスのバイパスを防止する複数の第２バイパス止め部１００が設けられている。本実施形態では、燃料ガス流路８２の流路幅方向は、長方形状の第２金属セパレータ３２の短辺に沿った方向（矢印Ｃ方向）である。複数の第２バイパス止め部１００は、第２端部突起８２ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に間隔を置いて配置されている。各第２バイパス止め部１００は、燃料ガス流路８２の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って延在した細長い凸状部である。

図６において、第２端部突起８２ａ１は、第２外周側シール部９０に対して凹むように湾曲した第２凹状湾曲部１０２と、第２外周側シール部９０に対して突出するように湾曲した第２凸状湾曲部１０４とを有する。第２外周側シール部９０は、第２端部突起８２ａ１に対して凹むように湾曲した第２凹状シール部１０６と、第２端部突起８２ａ１に対して突出するように湾曲した第２凸状シール部１０８とを有する。

以下、複数の第２バイパス止め部１００のうち、第２凹状湾曲部１０２と第２凹状シール部１０６との間に位置するものを「第２バイパス止め部１００ａ」といい、第２凸状湾曲部１０４と第２凹状シール部１０６との間に位置するものを「第２バイパス止め部１００ｂ」ということがある。第２バイパス止め部１００ａと第２バイパス止め部１００ｂとは、第２端部突起８２ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に沿って互いに間隔を置いて交互に配置される。

各第２バイパス止め部１００ａの長手方向（長さ方向）の一端は、第２外周側シール部９０に対して離間した状態で第２凹状シール部１０６に対向している。各第２バイパス止め部１００ａの長手方向の他端は、第２端部突起８２ａ１に対して離間している。各第２バイパス止め部１００ｂの長手方向の一端は、第２外周側シール部９０に対して離間した状態で第２凹状シール部１０６に対向している。各第２バイパス止め部１００ｂの長手方向の他端は、第２凸状湾曲部１０４に一体的に繋がっている。

図２及び図６に示すように、各第２バイパス止め部１００は、矢印Ｂ方向に互いに対向するように配置された一対の第２側壁１０１ａと、一対の第２側壁１０１ａの一端部同士を連結する第２端壁１０１ｂと、一対の第１側壁６７ａの突出端に設けられた第２頂壁１０１ｃとを有する。第２側壁１０１ａは、セパレータ厚さ方向に対して傾斜している。第２バイパス止め部１００の横断面形状は、台形状である。なお、第２バイパス止め部１００の幅方向両側の第２側壁１０１ａは、セパレータ厚さ方向と平行であってもよい。つまり、第２バイパス止め部１００の横断面形状は、矩形状であってもよい。

第２端壁１０１ｂは、セパレータ厚さ方向から見て、第２外周側シール部９０に向かって凸状の円弧形状に形成されている（図６参照）。図２において、第２端壁１０１ｂは、セパレータ厚さ方向に対して傾斜している。換言すれば、第２端壁１０１ｂは、第２セパレータ本体３３から第２頂壁１０１ｃに向かって第２端部突起８２ａ１が位置する側に直線状に傾斜している。第２頂壁１０１ｃは、樹脂フィルム４６に対して離間している。換言すれば、第２頂壁１０１ｃと樹脂フィルム４６（第１枠状シート４６ａ）との間には、隙間（空間）が形成されている。

第２セパレータ本体３３の表面３３ａから第２頂壁１０１ｃの外面までの距離Ｌ３（第２バイパス止め部１００の高さ）は、第２セパレータ本体３３の表面３３ａから第２外周側シール部９０の突出端面（第２樹脂材９４の外面）までの距離Ｌ４（第２外周側シール部９０の高さ）よりも短い。すなわち、第２バイパス止め部１００の第２頂壁１０１ｃの外面は、第２外周側シール部９０の突出端面（第２樹脂材９４の外面）よりも第２セパレータ本体３３側に位置している。

図２及び図６に示すように、第２バイパス止め部１００の一端（第２端壁１０１ｂ）と第２外周側シール部９０との間には、隙間Ｓ２（空間）が形成されている。すなわち、第２バイパス止め部１００は、第２バイパス止め部１００の全体が第２外周側シール部９０（第２金属ビード部９２）から離間するように位置している。換言すれば、第２バイパス止め部１００と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間には、第２バイパス止め部１００を当該第２金属ビード部９２から離間させるための隙間Ｓ２が設けられている。

第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２と第２バイパス止め部１００との間隔は、第２金属ビード部９２の突出方向に向かって広くなっている。第２バイパス止め部１００の根元部と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２の根元部とを互いに繋ぐ第２連結壁１１０は、第１金属セパレータ３０の第１セパレータ本体３１（第１連結壁７６）に当接している（図２参照）。

図６において、互いに隣接する第２バイパス止め部１００ａと第２バイパス止め部１００ｂとの間には、ＭＥＡ２９の外周部を支持する中間凸状部１１２が設けられている。中間凸状部１１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出している。中間凸状部１１２は、互いに隣接する第２バイパス止め部１００ａと第２バイパス止め部１００ｂとの間に、複数個ずつ配置されている。

中間凸状部１１２と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間には、中間凸状部１１２を当該第２金属ビード部９２から離間させる隙間Ｓｂが設けられている。第２バイパス止め部１００と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間の隙間Ｓ２は、中間凸状部１１２と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間の隙間Ｓｂよりも小さい。

互いに隣接する第２バイパス止め部１００ａと第２バイパス止め部１００ｂとの間に設けられた複数の中間凸状部１１２の配列方向は、互いに隣接する第１バイパス止め部６６ａと第１バイパス止め部６６ｂとの間に設けられた複数の中間凸状部７８（図４）の配列方向とは異なっている。具体的に、本実施形態では、複数の中間凸状部１１２は、互いに隣接する第２バイパス止め部１００ａと第２バイパス止め部１００ｂとの間で、第２端部突起８２ａ１と第２外周側シール部９０との離間方向（矢印Ｃ方向）に沿って間隔を置いて配置されている。中間凸状部１１２は、積層方向から見て、第２ガス拡散層４２ｂの外周領域及び外端４２ｂｅに重なる位置に配置されている。

第２金属セパレータ３２には、第２端部突起８２ａ１の第２凹状湾曲部１０２と第２バイパス止め部１００ａとの間に、アノード電極４２（第２ガス拡散層４２ｂ）を支持する第２支持用凸状部１１４が設けられる。第２支持用凸状部１１４は、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって第２セパレータ本体３３に突出成形される。第２支持用凸状部１１４は、セパレータ厚さ方向から見て、第２凹状湾曲部１０２の湾曲形状に沿ってブーメラン状に湾曲した平面形状を有する。すなわち、第２支持用凸状部１１４は、第２端部突起８２ａ１側に凸状となるように湾曲した平面形状を有する。第２端部突起８２ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に沿った第２支持用凸状部１１４の長さは、第２バイパス止め部１００ａの幅よりも大きい。すなわち、第２支持用凸状部１１４は、第２バイパス止め部１００ａに対し、第２端部突起８２ａ１の延在方向（矢印Ｂ方向）に突出している。第２バイパス止め部１００ａは、第２支持用凸状部１１４の長さ方向中央部に対向している。

第２支持用凸状部１１４は、第１支持用凸状部８０（図４）と異なる形状を有する。本実施形態では、第２支持用凸状部１１４は、第２凹状湾曲部１０２及び第２バイパス止め部１００ａから離間して配置されている。これにより、第２金属セパレータ３２の剛性を向上させることができる。なお、第２支持用凸状部１１４は、第２凹状湾曲部１０２及び第２バイパス止め部１００ａの少なくとも一方に一体的に連なって形成されてもよい。

第２支持用凸状部１１４は、枠形状の樹脂フィルム４６の内端４６ｅに対応する位置（積層方向から見て、樹脂フィルム４６の内端４６ｅに重なる位置）に設けられている。図８に示すように、第２支持用凸状部１１４は、ＭＥＡ２９の外周部と樹脂フィルム４６の内周部４６ｎとが厚さ方向に重なる位置でアノード電極４２（第２ガス拡散層４２ｂ）を支持する。

図７に示すように、積層方向から見て、酸化剤ガス流路４８の突起４８ａと燃料ガス流路８２の突起８２ａとは、同一波長且つ互いに逆位相の波形状に形成されている。第１金属セパレータ３０の第１支持用凸状部８０と、第２金属セパレータ３２の第２支持用凸状部１１４とは、突起４８ａ、８２ａの延在方向に沿って交互に配置される。

図２に示すように、第１支持用凸状部８０は、ＭＥＡ２９を介して、第２金属セパレータ３２の第１端部突起４８ａ１と対向する。従って、図７に示すように、第１支持用凸状部８０は、積層方向から見て、第２金属セパレータ３２の第２端部突起８２ａ１と重なる。

図８に示すように、第２支持用凸状部１１４は、ＭＥＡ２９を介して、第１金属セパレータ３０の第１端部突起４８ａ１と対向する。従って、図７に示すように、第２支持用凸状部１１４は、積層方向から見て、第１金属セパレータ３０の第１端部突起４８ａ１と重なる。

第２バイパス止め部１００、中間凸状部１１２及び第２支持用凸状部１１４のそれぞれの数、位置、形状及び大きさは、適宜設定可能である。

図１に示すように、互いに接合される第１セパレータ本体３１の面３１ｂと第２セパレータ本体３３の面３３ｂ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１１６が形成される。冷却媒体流路１１６は、酸化剤ガス流路４８が形成された第１金属セパレータ３０の裏面形状と、燃料ガス流路８２が形成された第２金属セパレータ３２の裏面形状とが重なり合って形成される。

このように構成される燃料電池スタック１０は、以下のように動作する。

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、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａ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、冷却媒体入口連通孔３６ａに供給される。

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３０の酸化剤ガス流路４８に導入される。そして、図３に示すように、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、ＭＥＡ２９のカソード電極４４に供給される。

一方、図１に示すように、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２金属セパレータ３２の燃料ガス流路８２に導入される。図５に示すように、燃料ガスは、燃料ガス流路８２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２９のアノード電極４２に供給される。

従って、各ＭＥＡ２９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１電極触媒層４４ａ及び第２電極触媒層４２ａ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１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、酸化剤ガス流路４８から酸化剤ガス出口連通孔３４ｂへと流動し、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、燃料ガス流路８２から燃料ガス出口連通孔３８ｂへと流動し、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金属セパレータ３０と第２金属セパレータ３２との間に形成された冷却媒体流路１１６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２９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、本実施形態に係る金属セパレータ３０、３２及び燃料電池スタック１０は、以下の効果を奏する。

第１金属セパレータ３０において、第１バイパス止め部６６と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間には、第１バイパス止め部６６を当該第１金属ビード部５８から離間させる隙間Ｓ１が設けられている。そのため、第１金属ビード部５８に第１バイパス止め部６６を連結した場合と比較して、圧縮荷重によって第１金属ビード部５８を弾性変形させ易くすることができる。すなわち、第１外周側シール部５６の面圧（圧縮荷重）の低下を抑えることができる。

また、第２バイパス止め部１００と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間には、第２バイパス止め部１００を当該第２金属ビード部９２から離間させる隙間Ｓ２が設けられている。そのため、第２金属ビード部９２に第２バイパス止め部１００を連結した場合と比較して、圧縮荷重によって第２金属ビード部９２を弾性変形させ易くすることができる。すなわち、第２外周側シール部９０の面圧（圧縮荷重）の低下を抑えることができる。よって、第１外周側シール部５６及び第２外周側シール部９０に所望のシール面圧を付与することができる。

第１バイパス止め部６６は、第１セパレータ本体３１に一体的に突出成形されるとともに一方向（矢印Ｂ方向）に延在している。第２バイパス止め部１００は、第２セパレータ本体３３に一体的に突出成形されるとともに一方向（矢印Ｂ方向）に延在している。

このような構成によれば、第１金属セパレータ３０の剛性を第１バイパス止め部６６によって向上させるとともに第２金属セパレータ３２の剛性を第２バイパス止め部１００によって向上させることができる。

第１バイパス止め部６６は、酸化剤ガス流路４８の流路幅方向に沿って延在している。第２バイパス止め部１００は、燃料ガス流路８２の流路幅方向に沿って延在している。

このような構成によれば、第１バイパス止め部６６によって酸化剤ガスのバイパスを効果的に抑えることができる。また、第２バイパス止め部１００によって燃料ガスのバイパスを効果的に抑えることができる。

第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８と第１バイパス止め部６６との間の隙間Ｓ１は、第１セパレータ本体３１の表面３１ａから第１外周側シール部５６の頂部（第１樹脂材６０）まで延在している。第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２と第２バイパス止め部１００との間の隙間Ｓ２は、第２セパレータ本体３３の表面３３ａから第２外周側シール部９０の頂部（第２樹脂材９４）まで延在している。

このような構成によれば、第１金属ビード部５８及び第２金属ビード部９２を圧縮荷重によって一層弾性変形させ易くすることができる。

第１バイパス止め部６６のうち第１セパレータ本体３１とは反対側の端部（第１頂壁６７ｃ）は、第１外周側シール部５６の頂部よりも第１セパレータ本体３１側に位置している。第２バイパス止め部１００のうち第２セパレータ本体３３とは反対側の端部（第２頂壁１０１ｃ）は、第２外周側シール部９０の頂部よりも第２セパレータ本体３３側に位置している。

このような構成によれば、第１バイパス止め部６６の第１頂壁６７ｃが樹脂フィルム４６（第２枠状シート４６ｂ）に接触することを抑えることができる。また、第２バイパス止め部１００の第２頂壁１０１ｃが樹脂フィルム４６（第１枠状シート４６ａ）に接触することを抑えることができる。これにより、圧縮荷重を第１外周側シール部５６と第２外周側シール部９０とに効果的に作用させることができるため、第１金属ビード部５８及び第２金属ビード部９２をより一層弾性変形させ易くすることができる。

第１外周側シール部５６は、セパレータ厚さ方向から見て、波状に延在し、第１バイパス止め部６６は、第１外周側シール部５６のうち第１端部突起４８ａ１に対して凹むように湾曲した第１凹状シール部７２に対向している。第２外周側シール部９０は、セパレータ厚さ方向から見て、波状に延在し、第２バイパス止め部１００は、第２外周側シール部９０のうち第２端部突起８２ａ１に対して凹むように湾曲した第２凹状シール部１０６に対向している。

このような構成によれば、第１凹状シール部７２と第１端部突起４８ａ１との間に酸化剤ガスがバイパスすることを第１バイパス止め部６６によって効果的に抑えることができる。また、第２凹状シール部１０６と第２端部突起８２ａ１との間に燃料ガスがバイパスすることを第２バイパス止め部１００によって効果的に抑えることができる。

複数の第１バイパス止め部６６と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間に複数の隙間Ｓ１が設けられている。複数の第２バイパス止め部１００と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間に複数の隙間Ｓ２が設けられている。

このような構成によれば、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）のバイパスを効果的に抑えつつ第１外周側シール部５６及び第２外周側シール部９０に所望のシール面圧を付与することができる。

第１バイパス止め部６６は、酸化剤ガス流路４８の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、互いに隣り合う第１バイパス止め部６６の間には、ＭＥＡ２９（カソード電極４４）を支持するための中間凸状部７８が設けられている。第２バイパス止め部１００は、燃料ガス流路８２の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、互いに隣り合う第２バイパス止め部１００の間には、ＭＥＡ２９（アノード電極４２）を支持するための中間凸状部１１２が設けられている。

このような構成によれば、中間凸状部７８によって酸化剤ガスのバイパスを一層抑えることができるとともに中間凸状部１１２によって燃料ガスのバイパスを一層抑えることができる。

第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８と第１バイパス止め部６６との間の隙間Ｓ１は、当該第１金属ビード部５８と中間凸状部７８との間の隙間Ｓａよりも小さい。第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２と第２バイパス止め部１００との間の隙間Ｓ２は、当該第２金属ビード部９２と中間凸状部１１２との間の隙間Ｓｂよりも小さい。

このような構成によれば、第１バイパス止め部６６によって酸化剤ガスのバイパスを一層効果的に抑えることができる。また、第２バイパス止め部１００によって燃料ガスのバイパスを一層効果的に抑えることができる。

第１金属セパレータ３０における第１端部突起４８ａ１と第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８との間の部位（第１連結壁７６）は、第１金属セパレータ３０に隣接する第２金属セパレータ３２に当接している。また、第２金属セパレータ３２における第２端部突起８２ａ１と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２との間の部位（第２連結壁１１０）は、第２金属セパレータ３２に隣接する第１金属セパレータ３０に当接している。

このような構成によれば、第１外周側シール部５６の第１金属ビード部５８と第２外周側シール部９０の第２金属ビード部９２とを圧縮荷重によって一層効果的に弾性変形させることができる。

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。

第１バイパス止め部６６は、第１セパレータ本体３１に一体成形された例に限定されず、第１セパレータ本体３１の表面３１ａに設けられたゴム部材であってもよい。第２バイパス止め部１００についても同様である。

以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記実施形態は、電解質膜（４０）の両側に電極（４２、４４）が配設されてなる電解質膜・電極構造体（２９）に積層されるように燃料電池スタック（１０）に組み込むための金属セパレータ（３０、３２）であって、前記金属セパレータには、当該金属セパレータが前記燃料電池スタックに組み込まれた際に、セパレータ厚さ方向の圧縮荷重が付与され、前記金属セパレータは、板状のセパレータ本体（３１、３３）と、前記セパレータ本体の一端から他端に向かって前記電極に沿って反応ガスを流す反応ガス流路（４８、８２）と、前記反応ガス流路を囲んで反応ガスの漏れを防止するための外周側シール部（５６、９０）と、を含み、前記外周側シール部は、前記圧縮荷重によって弾性変形できるように前記セパレータ本体に一体的に突出成形された金属ビード部（５８、９２）を有し、前記反応ガス流路の流路幅方向端部（４８ａ１、８２ａ１）と前記外周側シール部との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより反応ガスのバイパスを防止するバイパス止め部（６６、１００）が設けられ、前記バイパス止め部と前記金属ビード部との間には、前記バイパス止め部を前記金属ビード部から離間させる隙間（Ｓ１、Ｓ２）が設けられている、金属セパレータを開示している。

上記の金属セパレータにおいて、前記バイパス止め部は、前記セパレータ本体に一体的に突出成形されるとともに一方向に延在してもよい。

前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の流路幅方向に沿って延在してもよい。

上記の金属セパレータにおいて、前記金属ビード部と前記バイパス止め部との間の前記隙間は、前記セパレータ本体の表面（３１ａ、３３ａ）から前記外周側シール部の頂部（６０、９４）まで延在してもよい。

上記の金属セパレータにおいて、前記バイパス止め部のうち前記セパレータ本体とは反対側の端部（６７ｃ、１０１ｃ）は、前記外周側シール部の頂部よりも前記セパレータ本体側に位置してもよい。

上記の金属セパレータにおいて、前記外周側シール部は、前記セパレータ厚さ方向から見て、波状に延在し、前記バイパス止め部は、前記外周側シール部のうち前記流路幅方向端部に対して凹むように湾曲した凹状シール部（７２、１０６）に対向してもよい。

前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、複数の前記バイパス止め部と前記金属ビード部との間に複数の前記隙間が設けられてもよい。

上記の金属セパレータにおいて、前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、互いに隣り合う前記バイパス止め部の間には、前記電解質膜・電極構造体を支持するための中間凸状部（７８、１１２）が設けられてもよい。

前記金属ビード部と前記バイパス止め部との間の前記隙間は、前記金属ビード部と前記中間凸状部との間の隙間（Ｓａ、Ｓｂ）よりも小さくてもよい。

上記実施形態は、電解質膜の両側に電極が設けられてなる電解質膜・電極構造体と前記電解質膜・電極構造体の両側に配置された一組の金属セパレータとを備えた発電セル（１２）が互いに積層されて形成されるとともにセパレータ厚さ方向に圧縮荷重が付与された燃料電池スタックであって、前記一組の金属セパレータの少なくともいずれかは、上述した金属セパレータである、燃料電池スタックを開示している。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記金属セパレータにおける前記流路幅方向端部と前記金属ビード部との間の部位（７６、１１０）は、当該金属セパレータに隣接する金属セパレータに当接してもよい。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
３０…第１金属セパレータ ３１…第１セパレータ本体
３２…第２金属セパレータ ３３…第２セパレータ本体
４０…電解質膜 ４２…アノード電極
４４…カソード電極 ４８…酸化剤ガス流路（反応ガス流路）
４８ａ１…第１端部突起（流路幅方向端部）
５６…第１外周側シール部 ５８…第１金属ビード部
６６…第１バイパス止め部 ７２…第１凹状シール部
７６…第１連結壁 ７８、１１２…中間凸状部
８２…燃料ガス流路（反応ガス流路）
８２ａ１…第２端部突起（流路幅方向端部）
９０…第２外周側シール部 ９２…第２金属ビード部
１００…第２バイパス止め部 １０６…第２凹状シール部
１１０…第２連結壁 Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ、Ｓｂ…隙間

Claims (11)

1. 電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体に積層されるように燃料電池スタックに組み込むための金属セパレータであって、
   前記金属セパレータには、当該金属セパレータが前記燃料電池スタックに組み込まれた際に、セパレータ厚さ方向の圧縮荷重が付与され、
   前記金属セパレータは、
   板状のセパレータ本体と、
   前記セパレータ本体の一端から他端に向かって前記電極に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、
   前記反応ガス流路を囲んで反応ガスの漏れを防止するための外周側シール部と、を含み、
   前記外周側シール部は、前記圧縮荷重によって弾性変形できるように前記セパレータ本体に一体的に突出成形された金属ビード部を有し、
   前記反応ガス流路の流路幅方向端部と前記外周側シール部との間の空間には、当該空間の一部を塞ぐことにより反応ガスのバイパスを防止するバイパス止め部が設けられ、
   前記バイパス止め部と前記金属ビード部との間には、前記バイパス止め部を前記金属ビード部から離間させる隙間が設けられている、金属セパレータ。
2. 請求項１記載の金属セパレータであって、
   前記バイパス止め部は、前記セパレータ本体に一体的に突出成形されるとともに一方向に延在している、金属セパレータ。
3. 請求項２記載の金属セパレータであって、
   前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の流路幅方向に沿って延在している、金属セパレータ。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の金属セパレータであって、
   前記金属ビード部と前記バイパス止め部との間の前記隙間は、前記セパレータ本体の表面から前記外周側シール部の頂部まで延在している、金属セパレータ。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の金属セパレータであって、
   前記バイパス止め部のうち前記セパレータ本体とは反対側の端部は、前記外周側シール部の頂部よりも前記セパレータ本体側に位置している、金属セパレータ。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の金属セパレータであって、
   前記外周側シール部は、前記セパレータ厚さ方向から見て、波状に延在し、
   前記バイパス止め部は、前記外周側シール部のうち前記流路幅方向端部に対して凹むように湾曲した凹状シール部に対向している、金属セパレータ。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の金属セパレータであって、
   前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、
   複数の前記バイパス止め部と前記金属ビード部との間に複数の前記隙間が設けられている、金属セパレータ。
8. 請求項７記載の金属セパレータであって、
   前記バイパス止め部は、前記反応ガス流路の延在方向に沿って間隔を置いて複数配置され、
   互いに隣り合う前記バイパス止め部の間には、前記電解質膜・電極構造体を支持するための中間凸状部が設けられている、金属セパレータ。
9. 請求項８記載の金属セパレータであって、
   前記金属ビード部と前記バイパス止め部との間の前記隙間は、前記金属ビード部と前記中間凸状部との間の隙間よりも小さい、金属セパレータ。
10. 電解質膜の両側に電極が設けられてなる電解質膜・電極構造体と前記電解質膜・電極構造体の両側に配置された一組の金属セパレータとを備えた発電セルが互いに積層されて形成されるとともにセパレータ厚さ方向に圧縮荷重が付与された燃料電池スタックであって、
    前記一組の金属セパレータの少なくともいずれかは、請求項１～９のいずれか１項に記載した金属セパレータである、燃料電池スタック。
11. 請求項１０記載の燃料電池スタックであって、
    前記金属セパレータにおける前記流路幅方向端部と前記金属ビード部との間の部位は、当該金属セパレータに隣接する金属セパレータに当接している、燃料電池スタック。

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