JP4734880B2

JP4734880B2 - 燃料電池

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Publication number: JP4734880B2
Application number: JP2004283930A
Authority: JP
Inventors: 篤史宮澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006100086A

Description

本発明は燃料電池に関するものであり、特にセパレータとして金属セパレータを使用する燃料電池に関するものである。

燃料電池システムは燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギーを取り出している。各電極では下記（１）、（２）の反応が行われる。

陽極（アノード）反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- 式（１）
陰極（カソード）反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ式（２）
固体高分子型燃料電池では式（１）、（２）の反応を反応エリア全体で効率良く起こさせるためにガス流路を形成した導電性プレートをセパレータとして各極に配置している。また、この導電性プレートは電池を複数積層する場合、両極のガスが混合しない目的でガスの遮断性が必要となる。そのためセパレータはグラファイト板もしくはカーボン粉と各種樹脂との複合材料を成形しいたものが主流であるが、コンパクト性を必要とされる移動体向け燃料電池ではプレートそのものの厚みも制限がある。このため、セパレータそのものの厚さを薄くする開発が試みられてきたが、カーボン系材料の場合は薄さに対する成形そのものの限界とガス灯火星に対する信頼性を十分に確保できないという問題があった。

そこで、金属の薄板をプレスにて成型する金属セパレータを使用したものが、特許文献１に開示されている。
特開２００１−１９６０７９号公報

しかし、上記の発明では、金属プレートをプレス成形によって凹凸形状に屈曲させるために燃料電池に組み込む際には金属プレートの端部には凹凸形状の高さに合わせた厚さ調整部材やシール部材を挿入し、高さを調整しなければならないといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、金属セパレータに挿入する厚さ調整部材なくし、更にシール部材を減らすことを目的とする。

本発明では、一部が屈曲した金属セパレータの屈曲部の一部を水素または酸化剤が流れる流路とする単位セルを積層した燃料電池において、金属セパレータは金属セパレータの端部を折り返した折り返し部を備え、折り返し部の厚さは、金属セパレータの屈曲部の厚さと等しい。

また、一部が屈曲した金属セパレータの屈曲部の一部を水素または酸化剤が流れる流路とする単位セルを積層した燃料電池の製造方法において、金属セパレータは貫通孔を設けた後に、貫通孔が重なるように金属セパレータの端部を折り返して折り返し部を設け、折り返し部の厚さは、金属セパレータの屈曲部の厚さと等しい。

本発明によると、単位セルをスタッキングする際に厚さ調整部材をなくすことができコストを削減することができる。

本発明の第１実施形態の燃料電池１を有する燃料電池システムの構成を図１の概略図を用いて説明する。この燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１のアノード２に水素を供給する水素ボンベ３と、カソード４に空気を供給するコンプレッサ５を備える。また、燃料電池１の両端には燃料電池１で発電された電力を取り出す集電板６を備え、燃料電池１で発電された電力は負荷７によって消費される。

水素ボンベ３から水素供給マニホールド（ガスマニホールド）８を介してアノード２に供給された水素は燃料電池１で消費され、燃料電池１で消費されなかった残留水素は、水素排出マニホールド（ガスマニホールド）９を介して排出水素として燃料電池１から排出される。水素ボンベ３と水素供給マニホールド８の間には、アノード２への水素供給を選択的に切り換えるシャットオフ弁１０を備え、また水素排出マニホールド９の下流にはアノード２から外部への排出水素の排出を選択的に切り換えるシャットオフ弁１１を備える。燃料電池１の停止時にはシャットオフ弁１０、１１を閉じることでアノード２に水素を充填することができ、外部からアノード２への空気の混入を防止する。アノード２に空気が混入しないので、次回の起動時などにアノード２で水素と空気中の酸素を反応させずに燃料電池１を起動させることができ、燃料電池１の劣化を防止することができる。また、シャットオフ弁１０、１１を制御することで、アノード２の圧力を制御することができる。

コンプレッサ５から空気供給マニホールド（ガスマニホールド）１２を介してカソード４に供給された空気は燃料電池１で消費され、燃料電池１で消費されなかった残留空気は、空気排出マニホールド（ガスマニホールド）１３を介して排出空気として燃料電池１から排出される。コンプレッサ５と空気供給マニホールド１２との間には空気供給を選択的に切り換えるシャットオフ弁１４を備え、また空気排出マニホールド１３の下流にはカソード４から外部への排出空気の排出を選択的に切り換えるシャットオフ弁１５を備える。シャットオフ弁１４、１５を制御することで、カソード４の圧力を制御することができる。

さらに燃料電池１の起動状態から水素流量を制御する流量コントローラ１６と、空気流量を制御するコンプレッサ５を制御し、シャット弁１０、１１、１４、１５を制御するコントローラ１００を備える。

ここで燃料電池１の単位セル６０について図２（ａ）、（ｂ）の概略図を用いて説明する。図２（ａ）は燃料電池１の単位セル６０の正面図であり、図２（ｂ）は側面図である。燃料電池１は単位セル６０を積層して構成される。単位セル６０は高分子電解質膜２０（以下、電解質膜とする）と、電解質膜２０の一方の面に設けたアノード２と、電解質膜２０のもう一方の面に設けたカソード４によって構成される。

アノード２は電解質膜２０に水素を拡散するガス拡散層２１と、水素が流れる水素流路２２を有するセパレータ２３によって構成する。一方、カソード４は水素を拡散するガス拡散層２４と、空気が流れる空気流路２５を有するセパレータ２６によって構成する。なお、電解質膜２０とガス拡散層２１、２４の間には例えば白金などの触媒を担持する。
電解質膜２０とガス拡散層２１、２４をＭＥＡ２７とする。また、電解質膜２０とセパレータ２３、２６の間に水素、空気のリークを防止するガスケット２８を備える。

セパレータ２３、２６について図２（ａ）、（ｂ）、図３を用いて説明する。図３はセパレータ２３の一部を斜め上方から見た概略図である。セパレータ２３、２６は例えばステンレスなどの金属プレートプレス成型して構成され、金属プレートに金メッキや導電性を付与した樹脂を塗布することによって耐腐食性を向上させる。また、セパレータ２３、２６として種々の金属によるクラッド材、もしくは母材自身が耐腐食性の向上した表面処理等を行っていない材料を使用してもよい。

セパレータ２３は金属プレートをプレス成型によって矩形波形状に成型にし、ＭＥＡ２７と矩形波形状の凹部によってできる空間（屈曲部）を水素が流れる水素流路（流路）２２とする。なお、水素流路２２の背面となる矩形波形状の凹部の空間を溝２２ａとする。また、セパレータ２３の矩形波形状に平行、つまり水素流路２２に平行となるセパレータ２の端部２３ａを折り返し、金属プレートを重ねた折り返し部２３ｂを設ける。折り返し部２３ｂの金属プレート間には、シール部材を設ける。なお、端部２３ａを折り返す回数、つまり折り返し部２３ｂの厚さｔ１は、厚さｔ１がセパレータ２３の水素流路２２を成型した矩形波形状の高さであるセパレータ２３の厚さｔ２とほぼ等しく、折り返し部２３ｂの厚さｔ１はセパレータ２３の厚さｔ２よりも若干薄くすうことが望ましい。これによって単位セル６０をスタッキングした際にガスケット２８などのシール材を挿入するが、ガスケット２８などの厚さを考慮し、スタッキングの際のずれ、または変形を防止することができる。

ここではセパレータ２３について説明したが、セパレータ２６についても同様の形状とする。なお、セパレータ２６は空気流路（流路）２５、溝２５ａ、折り返し部２６ｂを備える。

これによって単位セル６０を積層し、スタッキングして燃料電池１を構成する場合に折り返し部２８ｂの厚さｔ１を調整することで厚さ調整部材をなくし、シール材量を少なくすることができる。また、折り返し部２８では折り返した金属プレート間の隙間によって部材の寸法ばらつきを吸収することも可能である。そのためスタッキングの際のＭＥＡ２７とセパレータ２３、２６のずれ、または変形を少なくすることができる。

次に積層した単位セル６０について図４を用いて説明する。図４は積層した単位セル６０の一部を示した概略図である。なお、図４においては、折り返し部２３ｂ、２６ｂ以外のセパレータ２３、２６の厚さを省略する。単位セル６０のセパレータ２６は積層され隣り合う単位セル６０のセパレータ２３と接している。セパレータ２３とセパレータ２６は水素流路２２または空気流路２５を流れる水素または空気が９０°ずれるように配置、つまり水素供給マニホールド８から供給される水素と空気供給マニホールド１２から供給される空気がセパレータ２３、２６を挟んで互いに交差する方向へ流れるように配設される。これにより折り返し部２３ｂと折り返し部２６ｂも向きが９０°ずれて配設される。

セパレータ２３では溝２２ａの上流端部と下流端部には溝２２ａを塞ぐ閉塞部材３０を設ける。またセパレータ２６でも同様に溝２５ａの上流端部と下流端部に溝２５ａを塞ぐ閉塞部材３０を設ける（閉塞部材３０を図中斜線部で示す）。セパレータ２３とセパレータ２６の水素流路２２と空気流路２５の向きが９０°ずれるようにセパレータ２３とセパレータ２６が配設されるので、単位セル６０の溝２２ａと、隣接する単位セル６０の溝２５ａは連通する。そのため溝２２ａと溝２５ａに水素と空気が流れると、水素と空気が反応を起こす可能性があるが、閉塞部材３０によって溝２２ａと溝２５ａに水素または空気の流入を防止する。閉塞部材３０は溝２２ａ、２６ａの上流端部のみに設けてもよい。なお、積層する単位セル６０を接着剤で接合する場合に接着剤によって溝２２ａと溝２５ａを塞ぐことができる場合には閉塞部材３０としてその接着剤を用いてもよい。

これにより積層した単位セル６０において、溝２２ａ、２５ａに水素、空気が混入し、水素と空気による反応を防ぐことができる。

また、積層した場合にセパレータ２３、２６の両端には折り返し部２３ｂと折り返し部２６ｂが重なり、水素流路２２、空気流路２５または溝２２ａ、２５ａを有さない面３１（面３１を図中斜線部で示す）が形成されるが、この面３１に水素供給マニホールド８、水素排出マニホールド９、空気供給マニホールド１２、空気排出マニホールド１３を接合する。これによって結合部などを別に設ける必要がなく、燃料電池１を小型にすることができる。なお、水素供給マニホールド８などを取り付ける場合には接着剤による接合やＯ−リングなどのシール材を配置する。

次にセパレータ２３とセパレータ２６の成型方法について説明する。セパレータ２３は金属プレートの端部２３ａに折り曲げ加工を行い、折り返し部２３ｂを成型した後に、プレス成型を行い、水素流路２２を有する矩形波形状のセパレータ２３に成型する。なお、セパレータ２３の形状は矩形波形状以外、例えば正弦波形状でもよい。プレス成型を行う際にはプレ成型を行い、その後本成型を行ってセパレータ２３を成型することが望ましい。セパレータ２６についてもセパレータ２３と同様にプレス成型によって成型する。

なお、セパレータ２３、２６の折り返し部２３ｂ、２６ｂについては、図２のように一度折り返す形状以外でもよく、例えば図５に示すように２度折り返してもよい。金属プレートの厚さと、セパレータ２３、２６の水素流路２２、空気流路２５の高さに応じて折り返し部２３ｂ、２６ｂを調整し、スタッキングの際のＭＥＡ２７とセパレータ２３、２６のずれ、または変形を少なくすることができる。

また、図６に示すように弾性体３２を挟んで端部２６ａ（２３ａ）を折り返してもよい。この構成によってもスタッキングの際のＭＥＡ２７とセパレータ２３、２６のずれ、または変形を少なくすることができる。

さらに、図７に示すように折り返した折り返し部２６ｂ（２３ｂ）に単位セル６０を積層する際にガスケット２８を配設し、単位セル６０を接着する接着剤を塗布する溝（シール溝）２６ｃ（２３ｃ）を設けてもよい。これによってガスケット２８の位置を固定し、接着剤の偏りをなくすことができ、単位セル６０の接着を容易に行うことができる。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

セパレータ２３、２６の端部２３ａ、２６ａを折り返し、折り返し部２３ｂ、２６ｂを設けることで、例えば矩形波形状に成型したセパレータ２３、２６の厚さ（高さ）と折り返し部２３ｂ、２６ｂの厚さを調整することができる。これによって厚さ調整部材を設けずにセパレータ２３、２６全体の高さをほぼ均一にすることができる。またシール部材の量を少なくすることができる。そのため単位セル６０を積層し、スタッキングした場合に厚さ調整部材などの変形による燃料電池１のずれなどを小さくすることができ、正確に積層し、スタッキングを行うことができる。また、折り返し部２３ｂ、２６ｂの金属プレート間に隙間が生じるので、単位セル６０を積層し、スタッキングした場合にセパレータ２３、２６などの寸法公差などによるずれや変形を吸収することができ、単位セル６０を正確に積層し、スタッキングを行うことができる。

折り返し部２３ｂ、２６ｂの金属プレート間に弾性体などを挟むことで、折り返し部２３ｂ、２６ｂの高さを調整することができ、折り返しの回数を少なくすることができる。これにより、折り返し行程を少なくすることができ、製造コストを抑えることができる。また、折り返し部２３ｂ、２６ｂを設けることで、弾性体などを少なくすることができる。

折り返し部２３ｂ、２６ｂが重なる面２７に水素供給マニホールド８などを結合させるので、水素供給マニホールド８などを取り付ける結合部などを更に設ける必要がなく、燃料電池１を小型にすることができる。

セパレータ２３、２６において水素流路２２、空気流路２５の隣に形成される溝２２ａ、２５ａの端部を閉塞部材３０によって塞ぐので、溝２２ａ、２５ａに水素または空気が流入、反応するのを防ぐことができ、燃料電池１の劣化を防ぐことができる。

次に本発明の第２実施形態について図８を用いて説明する。この実施形態では折り返し部２３ｂ、２６ｂの金属プレート間に、中空状部材３４を折り返し部２３ｂ、２６ｂに沿って配設し、その中空状部材３４を冷却水流路３４（以下、冷却水流路３４とする）とする。この構成によって単位セル６０を冷却することができる。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

この実施形態では折り返し部２３ｂ、２６ｂ内に中空状部材３４を設け、その中空状部材３４を冷却水流路３４として使用する。これによって燃料電池１を冷却することができる。

次に本発明の第３実形態について図９を用いて説明する。この実施形態では、単位セル６０を積層した場合にセパレータ２３の折り返し部２３ｂとセパレータ２６の折り返し部２６ｂが重なる箇所にセパレータ２３とセパレータ２６を単位セル６０の積層方向に連通する連通孔３５を設け、その連通孔３５を燃料電池１を冷却する冷却水が流れる冷却水流路３５（以下、冷却水流路３５とする）とする。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。

冷却水流路３５はセパレータ２３とセパレータ２６において水素流路２２と空気流路２５とならない折り返し部２３ｂと端部２６ｂが重なる箇所、すなわち図１０示すように単位セル６０の４隅に設けられる。図１０は燃料電池１の単位セル積層方向から見た概略図である。図１０では折り返し部２３ｂ、２６ｂを破線で示す。なお、冷却水流路３５は燃料電池１の容量によって冷却水流路３５の形状や本数を変更することができる。この構成により燃料電池を冷却水によって冷却することができる。

本発明の第３実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、セパレータ２３、２６の折り返し部２３ｂ、２６ｂが重なる箇所に冷却水流路３５を設けるので、燃料電池１を冷却することができる。また、水素供給マニホールド８などと重ならずに冷却水流路３５を設けることができるので、燃料電池１の発電反応を行う面積を大きくすることができ、燃料電池１を小型にすることができる。

次に本発明の第４実施形態について図１１、図１２を用いて説明する。図１１はこの実施形態の単位セル６０の一部を単位セル積層方向から見た概略図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。この実施形態では、冷却水流路３５から溝２２ａへ冷却水を導入する冷却水導入路３６を備える。その他の構成については第２実施形態と同じであるので、ここでの説明は省略する。この構成によりセパレータ２３、２６で水素または空気が流れない溝２２ａ、２５ａに冷却水を流すことができ燃料電池１をより冷却することができる。

冷却水流路３５とセパレータ２３の溝２２ａとを連通する冷却水導入路３６を設けることで、冷却水流路３５から溝２２ａへ冷却水を導入する。溝２２ａは隣接する単位セル６０のセパレータ２６の溝２５ａと対峙し、溝２２ａと溝２５ａの向きが９０°ずれているので、溝２２ａと溝２５ａが対峙する箇所で連通する。そのため溝２２ａへ導入された冷却水の一部は溝２２ａから溝２５ａへ流れる。これにより冷却水は溝２２ａ、２５ａの全体に拡がり、単位セル６０の全体を冷却することができる（図１１中、矢印が冷却水の流れを示す）。なお、溝２２ａ、２５ａに導入された冷却水は、図示しないが単位セル６０の４隅に設けた連通孔の一部を排出流路とすることで溝２２ａ、２５ａから排出される。また冷却水導入路３６は溝２５ａと連通するように設けてもよい。

なお、この実施形態と第２実施形態、または第３実施形態とを組み合わせて冷却水流路を構成し、燃料電池１を冷却してもよい。

本発明の第４実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、冷却水流路３５から溝２９ａへ冷却水を導入する冷却水導入路３６を設けているので、冷却水を溝２２ａへ導入する。また、溝２２ａは隣接する単位セル６０のセパレータ２６に設けた溝２５ａと対峙する箇所で連通しているので、溝２２ａを流れる冷却水が溝２５ａへと流れる。これによってセパレータ２３、２６に設けた溝２２ａ、２５ａに次々に冷却水が流れ、単位セル６０の全体を冷却することができる。

次に第５実施形態について図１３を用いて説明する。図１３は単位セル７０の正面図である。この実施形態ではセパレータ４１、４３の折り返し部４１ｂ、４３ｂが同一方向となるように、つまり折り返し部４１ｂ、４３ｂが単位セル７０の同じ端部で重なるように積層する。また、電解質膜２０とセパレータ４１、４３の間にガスケット４４を備える。他の構成については第１実施形態と同じなのでここでの説明は省略する。

セパレータ４１について図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。図１４（ａ）は単位セル７０の積層方向から見た概略図であり、図１４（ｂ）は側面図であり、図１４（ｃ）は背面図である。セパレータ４１は例えば金メッキや導電性を付与した樹脂を塗布し、耐腐食性を向上させたステンレスなどの金属プレートにプレス成型を行い、水素流路４０、水素供給マニホールド（ガスマニホールド）４５、水素排出マニホールド（ガスマニホールド）４６、空気供給マニホールド（ガスマニホールド）４７、空気排出マニホールド（ガスマニホールド）４８、冷却水流路４９、冷却水導入路５０を成型する。また、種々の金属によるクラッド材を使用してもよい。

セパレータ４１の一部はプレス成型によってその断面が矩形波形状に成型され、ＭＥＡ２７と矩形波形状の凹部によってできる空間を水素が流れる水素流路４０とする。なお、水素流路４０の背面となる矩形波形状の凹部の空間を溝４０ａとする。金属プレートの端部４１ａを折り返し、折り返し部４１ｂを設け、この折り返し部４１ｂに水素供給マニホールド４５、水素排出マニホールド４６、空気供給マニホールド４７、空気排出マニホールド４８、冷却水流路４９、冷却水導入路５０が構成される。なお、端部４１ａを折り返す回数、つまり折り返し部４１ｂの厚さｔ３は、厚さｔ３がセパレータ４１の水素流路４０を成型した矩形波形状の深さであるセパレータ４１の厚さｔ４とほぼ等しく、折り返し部４１ｂの厚さｔ３はセパレータ４１の厚さｔ４よりも若干薄くすることが望ましい。これによって単位セル７０をスタッキングした際にガスケット４４などのシール材を挿入するが、ガスケット４４などの厚さを考慮し、スタッキングの際のずれ、または変形を防止することができる。

またセパレータ４３はセパレータ４１と同様の形状をしており、空気流路４２、溝４２ａを設ける。なお、セパレータ４１と電解質膜２０との間には水素のリークを防ぐためのガスケット４４が設けられているが、このガスケット４４の高さによって形成される空間によって水素供給マニホールド４５と水素流路４０、水素流路４０と水素排出マニホールド４６が連通し、水素が流れる。

冷却水流路４９は冷却水導入路５０を介して単位セル７０のセパレータ４１と隣接する単位セル７０のセパレータ４３の間に冷却水を導入し、単位セル７０を冷却する。溝４０ａは隣り合う単位セル６０のセパレータ４３の溝４２ａと対峙しており、冷却水導入路４６から供給された冷却水は、溝４０ａ、４２ａを通りセパレータ４１、４３の全体に拡がり、単位セル７０を冷却する。なお、単位セル７０のセパレータ４１と隣接する単位セル７０のセパレータ４３の間の外周部には冷却水がリークしないようにガスケットを設ける。また、折り返し部４１ｂ、４３ｂの金属プレート間にもシール部材、例えば液状シリコーンなどを塗布する。

次にセパレータ４１、４３の成型方法について説明する。セパレータ４１は、水素供給マニホールド４５、水素排出マニホールド４６、空気供給マニホールド４７、空気排出マニホールド４８、冷却水流路４９、冷却水導入路５０をプレス成型した後に、端部４１ａを折り返す。なお、端部４１ａを折り返した後の折り返し部４１ｂに各水素マニホールド４５などが重なるようにプレス成型する。この実施形態では端部４１ａを２回折り返したが、折り返す回数はこれに限られることはなく、折り返し部４１ｂの厚さｔ３とプレスによって成型される水素流路４０の深さｔ４がほぼ等しくなるように折り返す。これによってスタッキングの際にＭＥＡ２７とセパレータ２８、３０のずれ、または変形を少なくすることができる。なお、水素流路４０の断面形状は矩形波状以外でもよく、正弦波形状としてもよい。

以上のようにセパレータ４１、４３に水素供給マニホールド４５などを設け、水素マニホールド４５などを設けた側のセパレータ４１、４３の端部４１ａ、４３ａを折り返すことで、スタッキングの際にＭＥＡ２７とセパレータ２８、３０のずれ、または変形を少なくすることができる。

本発明の第５実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、セパレータ４１、４３に水素供給マニホールド８などを設けた場合でも水素供給マニホールド８などを設けたセパレータ４１、４３の端部４１ａ、４３ａを折り返しても、例えば矩形波形状に成型したセパレータ４１、４３の厚さ（高さ）と折り返し部４１ｂ、４３ｂの厚さをほぼ等しくすることができ、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。

次に第６実施形態について図１５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１５（ａ）は第６実施形態のセパレータ５１の積層方向から見た概略図であり、図１５（ｂ）は図１５のＡ−Ａ断面図である。ここでは第５実施形態のセパレータ４１、４３と異なる箇所を中心に説明する。なお、その他の構成については第５実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。

セパレータ５１は、金属プレートの端部を折り返して、折り返し部５１ｂを成型する前に、水素流路５０と水素供給マニホールド４５の間、または水素流路５０と水素排出マニホールド４６の間に、水素流路５０と水素供給マニホールド４５、または水素流路５０と水素排出マニホールド４６とを連通する貫通孔５５を備える。

金属プレートの端部を折り返し、折り返し部５１ｂを成型した場合に、折り返し部５１ｂが貫通孔５５の一方を塞ぎ、貫通孔５５を折り返し部５１ｂの一部を溝底５５ａとする流路を構成する。水素供給マニホールド４５と水素流路５０、または水素流路５０と水素排出マニホールド４６を貫通孔（流路）５５によって連通させ、この貫通孔５５を水素、排出水素が流れる。折り返し部５１ｂと水素流路５０の間には水素が水素流路５０の背面に流れないように、シール材を設ける。

なお、セパレータ５３についても同様の構成とする。

以上の構成により、水素流路５０と水素供給マニホールド４５、水素流路５０と水素排出マニホールド４６を貫通孔５５によって連通し、貫通孔５５を介して水素供給マニホールド４５から水素流路５０へ水素を供給し、水素流路５０から水素排出マニホールド４６へ排出水素を排出することができる。

本発明の第６実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、水素供給マニホールド８と水素流路５０、水素流路５０と水素排出マニホールド５１を連通孔５５によって連通させ、この連通孔５５を水素が流れる流路５５ｂとすることで、水素が流れる流路抵抗を小さく、つまり流路断面積を広くすることができ、水素流路５０に水素を効率良く供給することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

金属セパレータを用いた燃料電池に利用することができる。

本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略図である。本発明の第１実施形態の単位セルの概略図である。図２（ａ）単位セルの正面図である。図２（ｂ）単位セルの側面図である。本発明の第１実施形態の単位セルの斜め上方から見た概略図である。本発明の第１実施形態の単位セルを積層した場合の一部を示す概略図である。本発明の第１実施形態のセパレータについての他の実施形態である。本発明の第１実施形態のセパレータについての他の実施形態である。本発明の第１実施形態のセパレータについての他の実施形態である。本発明の第２実施形態の単位セルを積層した場合の一部を示す概略図である。本発明の第２実施形態の単位セルを積層した場合の一部を示す概略図である。本発明の第３実施形態の単位セルを積層方向から見た概略図である。本発明の第４実施形態の単位セルを積層方向から見た概略図である。図１１のＡ−Ａ断面図である。本発明の第５実施形態の単位セルの概略図である。本発明の第５実施形態のセパレータの概略図である。図１４（ａ）積層方向から見た概略図である。図１４（ｂ）側面図である。図１４（ｃ）背面図である。本発明の第６実施形態のセパレータの概略図である。図１５（ａ）積層方向から見た概略図である。図１５（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。

符号の説明

１燃料電池
８水素供給マニホールド（ガスマニホールド）
９水素排出マニホールド（ガスマニホールド）
１２空気供給マニホールド（ガスマニホールド）
１３空気排出マニホールド（ガスマニホールド）
２３セパレータ（金属セパレータ）
２３ａ端部
２３ｂ折り返し部
２２水素流路（流路）
２６セパレータ（金属セパレータ）
２６ａ端部
２６ｂ折り返し部
２５空気流路（流路）
３５冷却水流路
３６冷却水導入路
４１セパレータ（金属セパレータ）
４１ｂ折り返し部
４３セパレータ（金属セパレータ）
４３ｂ折り返し部
４９冷却水流路
５０冷却水導入路
６０単位セル
７０単位セル

Claims

一部が屈曲した金属セパレータの屈曲部の一部を水素または酸化剤が流れる流路とする単位セルを積層した燃料電池において、
前記金属セパレータは前記金属セパレータの端部を折り返した折り返し部を備え、
前記折り返し部の厚さは、前記金属セパレータの屈曲部の厚さと等しいことを特徴とする燃料電池。
前記金属セパレータは、前記折り返し部に前記単位セルの積層方向へ貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔は前記水素または前記酸化剤を前記流路へ導入または前記流路から排出するガスマニホールドであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記金属セパレータは、前記折り返し部に前記単位セルの積層方向へ貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔は前記燃料電池を冷却する冷却水が流れる冷却水流路であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記単位セルを積層した場合に、隣接する前記金属セパレータの前記折り返し部は、その方向が交差することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池。
前記貫通孔は隣接する前記金属セパレータの前記折り返し部が重なる箇所に設けられることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
重なった前記折り返し部の面であって、前記屈曲部を有さない面に前記流路へ前記水素または前記酸化剤を供給するガスマニホールドが接合することを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池。
前記単位セルを積層した場合に、隣接する前記金属セパレータの前記折り返し部は、その方向が同一方向となるように積層されることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池。
前記隣接する単位セルの前記金属セパレータの間に設けた空間に前記冷却流路から前記冷却水を導入する冷却導入路を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
前記折り返し部は前記折り返し部を構成する前記金属セパレータ間に弾性体を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の燃料電池。
前記折り返し部は前記折り返し部を構成する前記金属セパレータ間に中空状部材を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の燃料電池。
前記中空状部材に前記冷却水を流すことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
前記折り返し部の前記金属セパレータ間にシール部材を設けることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の燃料電池。
前記折り返し部の外面にシール部材を配設するシール溝を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の燃料電池。
前記単位セルを積層方向から見た場合に、前記折り返し部は、電解質膜またはガスケットと重なることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載の燃料電池。
一部が屈曲した金属セパレータの屈曲部の一部を水素または酸化剤が流れる流路とする単位セルを積層した燃料電池の製造方法において、
前記金属セパレータは、前記金属セパレータの端部を折り返して折り返し部を設け、
前記折り返し部の厚さは、前記金属セパレータの屈曲部の厚さと等しいことを特徴とする燃料電池の製造方法。