JP6036652B2 - 燃料電池に用いられるセパレータおよび燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に用いられるセパレータおよび燃料電池に関する。

一般に、燃料電池は、複数のユニットセルを積層したスタック構造を有している。各ユニットセルは、膜電極接合体とセパレータとが向かい合って配置されている。セパレータには、ユニットセル内に反応ガスを流すための反応ガス流路と、ユニットセル内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路とが形成されている。また、セパレータには、反応ガス流路に反応ガスを分配するための反応ガスマニホールド孔と、冷却媒体流路に冷却媒体を分配するための冷却媒体マニホールド孔と、が形成されている。これらマニホールド孔は、セパレータの表面に開口を有し、燃料電池スタックの積層方向に貫通した形状を有し、各マニホールドを構成する。反応ガス流路や、冷却媒体流路、反応ガスマニホールド孔、冷却媒体マニホールド孔の周囲には、適宜、それぞれの流体の漏洩を抑制するためのガスケットが設けられる。例えば、特許文献１，２には、セパレータで挟持される膜電極接合体の外周部にガスケットが設けられた構造が記載されている。

特開２００７−２５０３５１号公報 特開２００８−３１０２８８号公報

ここで、セパレータにガスケットが設けられる場合において、膜電極接合体の発電領域で発生する熱が伝わって高温となりやすい位置に設けられるガスケットの接着耐久性は低下しやすい、という課題がある。例えば、セパレータの冷却媒体流路面に形成されている冷却媒体流路および冷却媒体マニホールド孔からの冷却媒体の漏洩を抑制するために、冷却媒体流路面に冷却媒体流路および冷却媒体マニホールド孔の外周を全体的に囲むように設けられるガスケットは、高温になった冷却媒体としての水に触れる部分において剥がれ易くなり、接着耐久性の低下が顕著である。また、反応ガス流体および反応ガスマニホールド孔からの反応ガスの漏洩を抑制するために設けられるガスケットにおいても、同様である。従って、セパレータに設けられるガスケットの接着耐久性の向上が望まれていた。

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、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態は、燃料電池に用いられ、膜電極接合体に対向して配置されるセパレータである。このセパレータは、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレータ中央領域と；前記セパレータ中央領域から外縁に延びる外縁部と；前記外縁部に設けられる第１のマニホールド孔および第２のマニホールド孔と；前記第１のマニホールド孔から前記セパレータ中央領域を介して前記第２のマニホールド孔へ向かう流体流路が形成される流体流路面と；前記外縁部に設けられ、前記流体流路の領域及び前記第１、第２のマニホールド孔の外周を囲むガスケットと；を備える。前記ガスケットは、前記セパレータ中央領域の端部に隣接し前記端部の辺に沿って延びる第１の領域と；前記第１のマニホールド孔および前記第２のマニホールド孔の外周を囲う第２の領域と；に区分される。前記第１の領域において前記流体流路面に接するガスケットの幅は、前記第２の領域において前記流体流路面に接するガスケットの幅よりも広い、ことを特徴とする。ここで、セパレータ中央領域の端部に隣接し端部の辺に沿って延びる第１の領域のガスケットは、解題で説明した膜電極接合体の発熱による温度によって接着性が低下し易くなる箇所である。従って、この形態のセパレータによれば、第１の領域において流体流路面に接するガスケットの幅を、第２の領域において流体流路面に接するガスケットの幅よりも広くしているので、ガスケットの接着耐久性を向上させることが可能である。

（２）上記形態のセパレータにおいて、前記流体流路面であって、前記第１の領域のガスケットに略平行に設けられ、前記流体流路を流れる流体のうち一部が前記セパレータ中央領域の端部よりも外縁側の脇領域を介して流れることを抑制するための脇流れ抑制部材を備え、前記第１の領域のガスケットの幅は、前記第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で前記第１の領域に延びるガスケットに、前記脇流れ抑制部材を一体化形成することによって得られる幅としてもよい。この形態のセパレータによれば、流体流路の領域の外周を囲むガスケットを、全て、第２の領域のガスケットの幅と同じ幅の形状としつつ、第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で前記第１の領域に延びるガスケットに、前記脇流れ抑制部材を一体化形成することによって、第１の領域のガスケットの幅を第２の領域のガスケットの幅よりも広くすることができる。これにより、別部材としての脇流れ抑制部材を省略しつつ、ガスケットの接着耐久性を向上させることが可能である。

（３）上記形態のセパレータにおいて、前記第１の領域のガスケットの幅は、前記第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で前記第１の領域のガスケットに略平行に設けられた部材を一体化形成することによって得られる幅としてもよい。この形態のセパレータによれば、流体流路の領域の外周を囲むガスケットを、全て、第２の領域のガスケットの幅と同じ幅の形状としつつ、第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で第１の領域のガスケットに略平行に設けられた部材を一体化形成することによって、第２の領域のガスケットの幅よりも第１の領域のガスケットの幅を広くすることができる。

（４）上記形態のセパレータにおいて、前記流体は冷却媒体であり、前記流体流路は前記冷却媒体の冷却媒体流路であり、前記第１のマニホールド孔は、前記冷却媒体を供給するためのマニホールド孔であり、前記第２のマニホールド孔は、前記冷却媒体を排出するためのマニホールド孔としてもよい。解題で説明した膜電極接合体の発熱によって冷却媒体の温度が上昇し易く、セパレータ中央領域の端部に隣接し膜電極接合体の端部の辺に沿って延びるガスケットの第１の領域は、高温なった冷却媒体の接触によって接着耐久性が低下し易い箇所である。従って、この形態の燃料電池セパレータによれば、第１の領域において冷却媒体流路面に接するガスケットの幅を、第２の領域において冷却媒体流路面に接するガスケットの幅よりも広くしているので、ガスケットの接着耐久性を向上させることが可能である。

本発明は、上記形態のセパレータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記形態のセパレータを備える燃料電池のユニットセル、そのユニットセルを備える燃料電池、その燃料電池を備える燃料電池システム等の形態で実現することができる。

本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 ユニットセルのアノード側セパレータをＭＥＡとは反対側から見た概略平面図である。 冷却媒体用のガスケットの一部を拡大して示す概略断面図である。 第２実施形態におけるアノード側セパレータに設けられた冷却媒体用のガスケットについて示す説明図である。 第３実施形態におけるアノード側セパレータに設けられた冷却媒体用のガスケットについて示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１００を備えている。燃料電池スタック１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数のユニットセル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。なお、ユニットセル１４０の積層方向は、鉛直方向Ｙに垂直な方向（水平方向）Ｘとなっている。

燃料電池スタック１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク１５０から、シャットバルブ１５１、レギュレータ１５２、配管１５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池スタック１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管１６３を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管１５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池スタック１００には、また、エアポンプ１６０および配管１６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池スタック１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管１５４を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。

さらに、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するため、ウォーターポンプ１７１および配管１７２を介して、ラジエータ１７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池スタック１００から排出された冷却媒体は、配管１７３を介してラジエータ１７０に循環する。冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。本例では、冷却媒体として水（「冷却水」とも呼ぶ）が用いられる。

燃料電池スタック１００に備えられるユニットセル１４０は、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）３０を一対のセパレータ、すなわちアノード側セパレータ５０とカソード側セパレータ４０によって挟持した構成となっている。アノード側セパレータ５０は、ＭＥＡ３０側の面に筋状の複数の燃料ガス流路溝５２を備え、ＭＥＡ３０と反対側の面に筋状の複数の冷却媒体流路溝５４を備える。カソード側セパレータ４０は、ＭＥＡ３０側の面に筋状の複数の酸化剤ガス流路溝４２を備える。なお、アノード側セパレータ５０およびカソード側セパレータ４０によって挟持されるＭＥＡ３０の外周には、絶縁性を有する樹脂製のシール部材３２が設けられている。

図２は、ユニットセル１４０のアノード側セパレータ５０をＭＥＡ３０とは反対側から見た概略平面図である。図２において、表裏方向が積層方向Ｘであり、上下方向が鉛直方向Ｙである。アノード側セパレータ５０およびカソード側セパレータ４０は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成型したステンレス鋼やチタン鋼などの金属部材によって形成されている。本実施形態では、セパレータ４０，５０として、チタン鋼をプレス成型して作製されたセパレータ板が用いられる。

アノード側セパレータ５０は、ＭＥＡ３０の発電領域と対向する略平板状のセパレータ中央領域５０ａと、セパレータ中央領域５０ａから外縁に延びる略平板状の外縁部５０ｂを有する。「発電領域」とは、ＭＥＡ３０において発電に供する領域であり、ＭＥＡ３０において燃料ガスが流れる領域、すなわち、積層方向Ｘから平面視したときに複数の燃料ガス流路溝５２（図１）が存在する略矩形の領域である。セパレータ中央領域５０ａは、積層方向Ｘからの平面視において、発電領域と一致する領域である。本実施形態では、外縁部５０ｂは、鉛直方向Ｙおよび積層方向Ｘに垂直な図中の左右方向Ｚの一方側（図の右側）の外縁部分５０ｂ１と、左右方向Ｚの他方側（図の左側）の外縁部分５０ｂ２と、鉛直方向Ｙの上側の外縁部分５０ｂ３と、鉛直方向Ｙの下側の外縁部分５０ｂ４と、の四方に向けて延びた略矩形枠状の領域である。

外縁部５０ｂのうち右側の外縁部分５０ｂ１の外側端部には、燃料ガス供給用マニホールド孔６２と、冷却媒体排出用マニホールド孔８４と、酸化剤ガス供給用マニホールド孔７２と、が鉛直Ｙ方向に沿って上から順に配置されている。これに対して、左側の外縁部分５０ｂ２の外側端部には、酸化剤ガス排出用マニホールド孔７４と、冷却媒体供給用マニホールド孔８２と、燃料ガス排出用マニホールド孔６４と、が鉛直方向Ｙに沿って上から順に並んで配置されている。燃料ガス供給用マニホールド孔６２および燃料ガス排出用マニホールド孔６４と、酸化剤ガス供給用マニホールド孔７２および酸化剤ガス排出用マニホールド孔７４と、冷却媒体供給用マニホールド孔８２および冷却媒体排出用マニホールド孔８４、は左右方向Ｚの両側の外縁部分で互いに対向するように配置されている。

燃料ガス供給用マニホールド孔６２は燃料電池スタック１００に供給された燃料ガスを各ユニットセル１４０の燃料ガス流路溝５２（図１）に分配する燃料ガス供給用マニホールドを構成し、燃料ガス排出用マニホールド孔６４は燃料ガス流路溝５２において利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池スタック１００の外部に排出する燃料ガス排出用マニホールドを構成する。また、酸化剤ガス供給用マニホールド孔７２は燃料電池スタック１００に供給された酸化剤ガスを各ユニットセル１４０の酸化剤ガス流路溝４２（図１）に分配する酸化剤ガス供給用マニホールドを構成し、酸化剤ガス排出用マニホールド孔７４は酸化剤ガス流路溝４２において利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池スタック１００の外部に排出する酸化剤ガス排出用マニホールドを構成する。また、冷却媒体供給用マニホールド孔８２は燃料電池スタック１００に供給された冷却媒体を各ユニットセル１４０に分配する冷却媒体供給用マニホールドを構成し、冷却媒体排出用マニホールド孔８４は各ユニットセル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池スタック１００の外部に排出する冷却媒体排出用マニホールドを構成する。なお、各マニホールド孔６２，６４，７２，７４，８２，８４は開口が略矩形状である。また、各マニホールドは燃料電池スタック１００の積層方向Ｘに伸びる形状を有している。

ユニットセル１４０には、複数のユニットセル１４０を積層した際に、積層方向Ｘの平面視において発電領域および各マニホールド孔の開口を面方向において囲むシールラインＳＬ１〜ＳＬ５を形成するために、アノード側セパレータ５０のＭＥＡ３０とは反対側の平面（図２の表側に面）にガスケットＧ１〜Ｇ５が設けられている。ガスケットは、射出成形やプレス成形等により形成されるもので、断面が凸形状を有する。複数のユニットセル１４０を積層した際に、隣接する他のユニットセル１４０の表面に密着して、シールラインＳＬ１〜ＳＬ５が形成される。詳しくは、ガスケットは、隣接する他のユニットセル１４０のカソード側セパレータ４０の表面に当接して密着する。ガスケットＧ１，Ｇ２のシールラインＳＬ１，ＳＬ２が燃料ガスの漏洩を抑制するためのものであり、ガスケットＧ３，Ｇ４のシールラインＳＬ３，ＳＬ４が酸化剤ガスの漏洩を抑制するためのものであり、ガスケットＧ５のシールラインＳＬ５が冷却媒体の漏洩を抑制するためのものである。

ガスケットの材料としては、ゴムや熱可塑性エラストマー等を用いることができる。ゴムとしては、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン−プロピレン系ゴム等の種々のゴムが適用可能であり、熱可塑性エラストラマーとしては、スチレン系エラストマーやフッ素系エラストマー等の種々の熱可塑性エラストマーを適用可能である。なお、本例では、エチレン−プロピレン−１−ブテン共重合体（ＥＰＢＭ）が用いられる。また、ガスケットは、接着剤によってセパレータに貼り合わされることによって固定される。接着剤としては特に制限はなく、ガスケットの材料に応じて、種々の接着剤が適用可能であり、本例では、例えば、シランカップリング剤が用いられる。

図２には、アノード側セパレータ５０においてＭＥＡ３０とは反対側の平面、すなわち、アノード側セパレータ５０において冷却媒体を平面方向に流通させるための平面（以下、「冷却媒体流路面」と呼ぶ）が示されている。セパレータ中央領域５０ａには、ストレート形状の複数の冷却媒体流路溝５４（図１も参照）が形成されている。冷却媒体供給用マニホールド孔８２から供給される冷却媒体は、ディンプル５６が設けられた領域を介して拡散され、セパレータ中央領域５０ａの各冷却媒体流路溝５４に分配され、各冷却媒体流路溝５４を流れて、各冷却媒体流路溝５４からディンプル５６が設けられた領域を介して集められ、冷却媒体排出用マニホールド孔８４から排出される。このため、図示するように、冷却媒体用のガスケットＧ５は、発電領域に対向するセパレータ中央領域５０ａと、冷却媒体用のマニホールド８２，８４とを内側に含むように設けられている。すなわち、冷却媒体用のガスケットＧ５は、左側の外縁部分５０ｂ２の冷却媒体供給用マニホールド孔８２の外側を通り、上側の外縁部分５０ｂ３および下側の外縁部分５０ｂ４でセパレータ中央領域５０ａの端部に隣接する外側部分を通り、右側の外縁部分５０ｂ１の冷却媒体排出用マニホールド孔８４よりも外側部分を通って、冷却媒体流路の領域の外周を全体的に囲むように設けられている。

ここで、冷却媒体用のガスケットＧ５は、上側の外縁部分５０ｂ３および下側の外縁部分５０ｂ４でセパレータ中央領域５０ａの端部に隣接する外側部分を通る第１の領域Ｇ５ｗと、左側の外縁部分５０ｂ２の冷却媒体供給用マニホールド孔８２および右側の外縁部分５０ｂ１の冷却媒体排出用マニホールド孔８４よりも外側部分を通り、第１の領域Ｇ５Ｗとつながる第２の領域Ｇ５ｒと、に区分されている。冷却媒体用のガスケットＧ５は、以下で説明するように第１の領域Ｇ５ｗの構造に特徴を有している。

図３は、冷却媒体用のガスケットＧ５の一部を拡大して示す概略断面図である。図３（Ａ）は図２の第１の領域Ｇ５ｗのＡ−Ａ断面を示し、図３（Ｂ）は図２の第２の領域Ｇ５ｒのＢ−Ｂ断面を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較すればわかるように、冷却媒体用のガスケットＧ５のうち、第２の領域Ｇ５ｒは、アノード側セパレータ５０の平面（冷却媒体流路面）に接する面の幅Ｗｒで断面が凸形状の第２の形状部Ｐｒで構成され、第１の領域Ｇ５ｗは、第２の形状部Ｐｒの幅Ｗｒよりも広い幅Ｗｗを有する断面が凸形状の第１の形状部Ｐｗで構成されている。このように、第１の領域Ｇ５ｗの幅Ｗｗを第２の領域Ｇｒの幅よりも広くしているのは、以下の理由による。

上述したように、冷却媒体用のガスケットＧ５で囲まれた領域（図２参照）は、冷却媒体供給用マニホールド孔８２から供給される冷却媒体（冷却水）が、発電領域に対向するセパレータ中央領域５０ａの冷却媒体流路溝５４を介して、冷却媒体排出用マニホールド孔８４へ向けて流れる冷却媒体流路の領域であり、この領域を流れる冷却媒体が発電領域の発熱を吸収することによって発電領域の冷却が行われる。このため、この領域を流れる冷却媒体の温度は、冷却媒体の下流側ほど、すなわち、冷却媒体供給用マニホールド孔８２よりも冷却媒体排出用マニホールド孔８４に近くなるほど高温になる傾向にある。また、冷却媒体供給用マニホールド孔８２および冷却媒体排出用マニホールド孔８４の鉛直方向Ｙの位置は、冷却媒体供給用マニホールド孔８２よりも冷却媒体排出用マニホールド孔８４のほうが上側に位置しているので、冷却媒体の流量は、上側の冷却媒体流路溝５４ほど少なくなる傾向にある。従って、図２の領域Ｃ１およびＣ２では他の領域に比べて冷却媒体の温度が高温を示し、特に、領域Ｃ２では最も高温を示す。また、領域Ｃ１では、領域Ｃ２よりも冷却媒体の圧力（水圧）が高くなる。

上述したように、ガスケットは接着剤によってセパレータに接着されているが、ガスケットの冷却媒体流路の領域側では、冷却媒体が接着剤に触れることにより、その部分の接着性が低下して対応するガスケットの部分に剥がれが発生する。剥がれが発生した部分には冷却媒体が浸透するため、これに応じて徐々に接着性が低下する部分が拡大し、最終的に、ガスケットの剥がれがガスケットの幅方向の内側から外側にまで到達し、冷却媒体の漏洩を招く。また、セパレータの表面が冷却媒体（冷却水）によって酸化されることによっても、同様に接着性が低下してガスケットの剥がれが発生する。このような接着性の低下は化学反応に起因するため、温度の高い場所ほど顕著となる。また、接着性の低下は冷却媒体の浸透が大きい方が促進されるため、冷却媒体の圧力（水圧）が高いほど顕著である。

従って、上述した領域Ｃ１，Ｃ２においては、冷却媒体用のガスケットＧ５は接着性が低下し易く剥がれ易い傾向となる。

そこで、本実施形態では、発電領域に対向するセパレータ中央領域５０ａの上側の外縁部分５０ｂ３および下側の外縁部分５０ｂ４に、セパレータ中央領域５０ａの端部に隣接して設けられたガスケットＧ５の第１の領域Ｇ５ｗについて、冷却媒体流路面に接する面の幅Ｗｗを、第２の領域Ｇ５ｒの冷却媒体流路面に接する面の幅Ｗｒよりも広くした。これにより、発電領域に対向するセパレータ中央領域５０ａの上側および下側の端部の辺に沿って設けられている冷却媒体用のガスケットＧ５の部分が剥がれて冷却媒体が漏洩することを抑制することができる。この結果、冷却媒体用のガスケットＧ５の接着耐久性を向上することができる。なお、第１の領域Ｇ５ｗの幅Ｗｗについては、第１の領域Ｇ５ｗにおける接着耐久性が第２の領域Ｇ５ｒにおける接着耐久性と同等となるように、冷却媒体の上昇温度や冷却媒体の圧力、接着剤の種類等に基づいて、例えば、第２の領域Ｇ５ｒの幅Ｗｒの１．５〜５倍の大きさの範囲で適宜設定することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態におけるアノード側セパレータ５０に設けられた冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂについて示す説明図である。図４（Ａ）は、ユニットセル１４０Ｂのアノード側セパレータ５０を冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂが設けられた冷却媒体流路面側から見た概略平面を示しており、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂのうち第１の領域Ｇ５ｗＢのＡ−Ａ断面を示している。なお、冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂ以外のユニットセル１４０Ｂの構成は、第１実施形態のユニットセル１４０と同様であるので図示および説明を省略する。

本実施形態における冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂは、第１実施形態における冷却媒体用のガスケットＧ５の第１の領域Ｇ５ｗ（図２，３参照）が第１の領域Ｇ５ｗＢとなっている。図４（Ｂ）に示すように、第１の領域Ｇ５ｗＢは、基本的には、セパレータ中央領域５０ａの端部の辺に沿って延びる部分Ｐｗｂが第２の領域Ｇ５ｒからつながる第２の形状部Ｐｒで形成されており、さらに、この部分Ｐｗｂの内側の燃料ガス流路溝５２との間の脇領域に配置される脇流れ抑制部材Ｐｓをこの部分Ｐｗｂと一体化形成することで、第１の領域Ｇ５ｗＢの幅Ｗｗを第２の領域Ｇ５ｒの幅Ｗｒよりも広くする構成としている。脇流れ抑制部材Ｐｓは、セパレータ中央領域５０ａの領域に形成されている冷却媒体流路溝５４ではなく、ガスケットＧ５Ｂで囲まれた冷却媒体流路の全体の領域の内でセパレータ中央領域５０ａの上側の外縁部分５０ｂ３および下側の外縁部分５０ｂ４に存在する脇領域を介して冷却媒体が流れることを抑制するためのものである。脇流れ抑制部材Ｐｓには、図４（Ｂ）に示すように、複数の突起が設けられており、これにより、冷却媒体が脇領域を流れる際の圧損が大きくなり、冷却媒体の脇流れを抑制することができる。

本実施形態においては、冷却媒体流路の領域の外周を囲むガスケットの全体を、基本的に第２の領域Ｇ５ｒと同じ第２の形状部Ｐｒで構成しつつ、第１の領域Ｇ５ｗＢについては、脇流れ抑制部材Ｐｓを一体化形成することにより、第１の領域Ｇ５ｗＢの幅Ｗｗを広くしている。これにより、別部材としての脇流れ抑制部材を省略しつつ、ガスケットの接着耐久性を向上させることが可能である。また、本実施形態では、第１の領域Ｇ５ｗＢのうちシール機能を確保する部分Ｐｗｂの形状が、第２の領域Ｇ５ｒの第２の形状部Ｐｒと同じであるので、隣接するユニットセル１４０Ｂと密着させた際に、ガスケットＧ５Ｂによって形成されるシールラインＳＬ５に対して加わる応力を均一とすることが可能である。これにより外縁部分５０ｂ３、いずれかの箇所、例えば、第１実施形態の第１の領域Ｇ５ｗと第２の領域Ｇ５ｒとの境界位置において発生する応力集中を抑制することが可能であり、応力集中の箇所における部材の劣化等が発生して耐久性が低下することを抑制することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態におけるアノード側セパレータ５０に設けられた冷却媒体用のガスケットＧ５Ｃについて示す説明図である。図５（Ａ）は、ユニットセル１４０Ｃのアノード側セパレータ５０を冷却媒体用のガスケットＧ５Ｃが設けられた冷却媒体流路面側から見た概略平面を示しており、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の冷却媒体用のガスケットＧ５Ｂのうち第１の領域Ｇ５ｗＣのＡ−Ａ断面を示している。なお、冷却媒体用のガスケットＧ５Ｃ以外のユニットセル１４０Ｃの構成は、第１実施形態のユニットセル１４０と同様であるので図示および説明を省略する。

本実施形態における冷却媒体用のガスケットＧ５Ｃは、第１実施形態における冷却媒体用のガスケットＧ５の第１の領域Ｇ５ｗ（図２，３参照）が第１の領域Ｇ５ｗＣとなっている。図５（Ｂ）に示すように、第１の領域Ｇ５ｗＣは、第２実施形態と同様に、基本的には、セパレータ中央領域５０ａの端部の辺に沿って延びる部分Ｐｗｃが第２の領域Ｇ５ｒからつながる第２の形状部Ｐｒで形成されており、さらに、この部分Ｐｗｃと同じ形状でセパレータ中央領域５０ａの端部の辺に沿って延びる部材Ｐｄをこの部分Ｐｗｃと一体化形成することで、第１の領域Ｇ５ｗＣの幅Ｗｗを第２の領域Ｇ５ｒの幅Ｗｒよりも広くする構成としている。

本実施形態においても、第２実施形態と同様に、冷却媒体流路の領域の外周を囲むガスケットの全体を、基本的に第２の領域Ｇ５ｒと同じ第２の形状部Ｐｒで構成しつつ、第１の領域Ｇ５ｗＣについては、セパレータ中央領域５０ａの端部の辺に沿って延びる部分Ｐｗｃとこれに平行な部材Ｐｄとを一体化形成することにより、第１の領域Ｇ５ｗＣの幅Ｗｗを広くしている。これにより、ガスケットの接着耐久性を向上させることが可能である。また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１の領域Ｇ５ｗＣのうちシール機能を確保する部分Ｐｗｃの形状が、これにつながる第２の領域Ｇ５ｒの第２の形状部Ｐｒと同じであるので、隣接するユニットセル１４０Ｃと密接させた際に、ガスケットによって形成されるシールラインＳＬ５に対して加わる応力が均一とすることが可能である。これにより、いずれかの箇所、例えば、第１実施形態の第１の領域Ｇ５ｗと第２の領域Ｇ５ｒとの境界位置において発生する応力集中を抑制することが可能であり、応力集中の箇所における部材の劣化等が発生して耐久性が低下することを抑制することができる。

Ｄ．変形例：
（１）上記実施形態では、セパレータ中央領域の左右の外縁部に全てのマニホールド孔が配置されている構成を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、セパレータ中央領域の上下の外縁部にすべてのマニホールド孔が配置されている構成であってもよく、この場合には、冷却媒体用のガスケットの第１の領域は左右の外縁部に配置される。

また、セパレータ中央領域５０ａの上下の外縁部に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスのマニホールド孔が配置されている構成であってもよい。この場合には、冷却媒体流路の領域の全体を覆うガスケットのうちの第１の領域は、配置された反応ガスのマニホールド孔を囲むガスケットよりも内側でセパレータ中央領域に隣接する位置に配置される。

（２）上記実施形態では、反応ガス流路をセパレータに形成された溝状流路とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方あるいは両方を、セパレータとＭＥＡとの間に配置された多孔体流路としてもよい。

（３）上記実施形態では、冷却媒体用のガスケットを例に説明したが、ＭＥＡの発電領域に対向するセパレータ中央領域の外縁部でセパレータ中央領域の端部に隣接して延びる反応ガス用（燃料ガス，酸化剤ガス）用のガスケットにおいても、同様に適用可能である。反応ガスの流路を流れる反応ガスは高温であり、また、発電によって生成される高温の水を含んでいる、冷却媒体用のガスケットと同様にその接着性が低下する可能性があるからである。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１０…燃料電池システム
３０…膜電極接合体（ＭＥＡ）
３２…シール部材
４０…カソード側セパレータ
４２…酸化剤ガス流路溝
５０…アノード側セパレータ
５０ａ…セパレータ中央領域
５０ｂ…外縁部
５０ｂ１…外縁部分
５０ｂ２…外縁部分
５０ｂ３…外縁部分
５０ｂ４…外縁部分
５２…燃料ガス流路溝
５４…冷却媒体流路溝
５６…ディンプル
６２…燃料ガス供給用マニホールド孔
６４…燃料ガス排出用マニホールド孔
７２…酸化剤ガス供給用マニホールド孔
７４…酸化剤ガス排出用マニホールド孔
８２…冷却媒体供給用マニホールド孔
８４…冷却媒体排出用マニホールド孔
１００…燃料電池スタック
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…ユニットセル
１４０Ｂ…ユニットセル
１４０Ｃ…ユニットセル
１５０…水素タンク
１５１…シャットバルブ
１５２…レギュレータ
１５３…配管
１５４…排出配管
１６０…エアポンプ
１６１…配管
１６３…排出配管
１７０…ラジエータ
１７１…ウォーターポンプ
１７２…配管
１７３…配管
Ｙ…鉛直方向
Ｘ…積層方向
Ｚ…左右方向
Ｇ１〜Ｇ５…ガスケット
Ｇ５Ｂ…ガスケット
Ｇ５Ｃ…ガスケット
ＳＬ１〜ＳＬ５…シールライン
Ｇ５ｗ…第１の領域
Ｇ５ｒ…第２の領域
Ｇ５ｗＢ…第１の領域
Ｇ５ｗＣ…第１の領域
Ｐｒ…第２の形状部
Ｐｗ…第１の形状部
Ｐｓ…脇流れ抑制部材
Ｐｄ…部材

Claims (5)

1. 燃料電池に用いられ、膜電極接合体に対向して配置されるセパレータであって、
   前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレータ中央領域と、
   前記セパレータ中央領域から外縁に延びる外縁部と、
   前記外縁部に設けられる第１のマニホールド孔および第２のマニホールド孔と、
   前記第１のマニホールド孔から前記セパレータ中央領域を介して前記第２のマニホールド孔へ向かう流体流路が形成される流体流路面と、
   前記外縁部に設けられ、前記流体流路の領域及び前記第１、第２のマニホールド孔の外周を囲むガスケットと、
   を備え、
   前記ガスケットは、前記セパレータ中央領域の端部に隣接し前記端部の辺に沿って延びる第１の領域と、前記第１のマニホールド孔および前記第２のマニホールド孔の外周を囲う第２の領域と、に区分され、
   前記第１の領域において前記流体流路面に接するガスケットの幅は、前記第２の領域において前記流体流路面に接するガスケットの幅よりも広い、
   ことを特徴とするセパレータ。
2. 請求項１に記載のセパレータであって、
   前記流体流路面であって、前記第１の領域のガスケットに略平行に設けられ、前記流体流路を流れる流体のうち一部が前記セパレータ中央領域の端部よりも外縁側の脇領域を介して流れることを抑制するための脇流れ抑制部材を備え、
   前記第１の領域のガスケットの幅は、前記第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で前記第１の領域に延びるガスケットに、前記脇流れ抑制部材を一体化形成することによって得られる幅である、セパレータ。
3. 請求項１に記載のセパレータであって、
   前記第１の領域のガスケットの幅は、前記第２の領域のガスケットの幅と同じ幅で前記第１の領域のガスケットに略平行に設けられた部材を一体化形成することによって得られる幅である、セパレータ。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載のセパレータであって、
   前記流体流路を流れる流体は冷却媒体であり、前記流体流路は前記冷却媒体の冷却媒体流路であり、前記第１のマニホールド孔は、前記冷却媒体を供給するためのマニホールド孔であり、前記第２のマニホールド孔は、前記冷却媒体を排出するためのマニホールド孔である、セパレータ。
5. 膜電極接合体とセパレータとが向かい合って配置される燃料電池であって、
   前記セパレータは、請求項１から４までのいずれか一項に記載のセパレータである、燃料電池。

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