JP6065859B2 - セパレータ及びこれを備えた燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、２つの板状部材が接合されることで、アノード側の面とカソード側の面とが構成されるセパレータ及びこれを備えた燃料電池に関する。

燃料電池は、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層したスタックを備える。ＭＥＡは、例えば、固体高分子電解質膜の両面にカソード電極及びアノード電極を有する。燃料電池は、例えば、固体高分子電解質膜を備えた固体高分子型燃料電池である。固体高分子型燃料電池は、スタックの個々の単位電池セルにおけるアノード電極に供給された燃料ガス（例えば水素）と、カソード電極に供給された酸化ガス（例えば空気）との反応により電力と水とを生成する。

固体高分子型燃料電池の構成部品のうち、セパレータは、導電性を有する板状部材からなる。セパレータの一方の外面には、燃料ガスの流路が形成される。セパレータの他方の外面には、酸化ガスの流路が形成される。セパレータには、１つの板状部材で１つのセパレータを構成されるものと、２つの板状部材が接合されて１つのセパレータを構成するものとがある。２つの板状部材が接合されたセパレータは、一方の板状部材の外面に燃料ガスの流路が形成され、他方の板状部材の外面に酸化ガスの流路が形成される。接合された２つの板状部材の内側に位置する内面には、冷却媒体の流路が形成される。

２つの板状部材が接合された従来のセパレータとして、例えば、特開２００３−１８７８５３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。特開２００３−１８７８５３号公報に開示されたセパレータは、導電性カーボンシートを切削加工した２つのセパレータ板が接合された構成となっている。２つのセパレータ板には、冷却水の入口であるマニホールド孔と、冷却水の出口であるマニホールド孔が、それぞれ設けられる。２つのセパレータ板の内面には、冷却水の流路が形成される。２つのセパレータ板の少なくとも一方には、入口及び出口のマニホールド孔を囲む位置に、シール材を充填するための溝が設けられる。この溝にシール材が充填されることで、冷却水の漏れが防止される。

特開２００３−１８７８５３号公報

固体高分子型燃料電池のスタックは、複数の単位電池セルが積層された構成になっている。複数の単位電池セルは、複数本のボルトによって積層方向に締め付けられる。従来のセパレータは、導電性カーボンシートを切削加工した２つのセパレータ板からなる。このため、従来のセパレータは、積層方向の圧力によって変形しない高い剛性を有する。したがって、冷却水の流通経路が、セパレータ板の変形によって塞がれてしまうことはない。

しかし、セパレータが、２つの薄い金属板で構成される場合は、従来のセパレータのような高い剛性は得られない。２つの薄い金属板で構成されるセパレータとして、例えば、プレス加工や切削加工などによって形成された凹凸形状を有するものが考えられる。凹凸形状は、薄い金属板の外面に燃料ガス又は酸化ガスの流路を形成し、薄い金属板の内面に冷却水の流路を形成する。このような構成からなるセパレータは、スタックを構成したときに、積層方向の圧力によって変形するおそれがある。セパレータが変形することで、冷却水の流通経路が塞がれてしまう可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セパレータを２つの薄い金属板で構成することができ、積層方向の圧力を受けても、冷却媒体の流通経路を維持することが可能なセパレータ及びこれを備えた燃料電池の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のセパレータは、互いに接合された平板状の第１板状部材及び平板状の第２板状部材によって構成されるセパレータであって、前記第１板状部材の第１面に設けられ、酸化ガスの流路を形成する酸化ガス流路壁と、前記第２板状部材の第２面に設けられ、燃料ガスの流路を形成する燃料ガス流路壁と、前記第１板状部材の前記第１面と反対側の面であって前記第２板状部材に向かい合う第２面と、前記第２板状部材の前記第２面と反対側の面であって前記第１板状部材に向かい合う第１面との少なくとも一方に設けられ、前記酸化ガス流路壁と前記燃料ガス流路壁との少なくとも一方に対応する、冷却媒体の流路を形成する冷却媒体流路壁と、を含み、前記セパレータは、前記冷却媒体流路壁と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第１貫通孔と、前記冷却媒体流路壁及び前記第１貫通孔と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第２貫通孔と、が形成され、前記セパレータは、さらに、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第１貫通孔と前記冷却媒体流路壁の一端との間を連通する第１冷却媒体通過部と、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第２貫通孔と前記冷却媒体流路壁の他端との間を連通する第２冷却媒体通過部と、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に形成され、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面とのいずれか一方から他方に向けて突出し、かつ前記冷却媒体流路壁から離間する突出部と、を含み、前記第１板状部材及び前記第２板状部材が金属であり、前記酸化ガス流路壁は、前記第１板状部材の前記第１面から突出し、前記冷却媒体流路壁は、前記第１板状部材の前記第２面に前記酸化ガス流路壁に対応する溝として形成され、前記第１板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第１面から突出する突起である一又は複数の第１ガスケットラインと、を含み、前記燃料ガス流路壁は、前記第２板状部材の前記第２面から突出し、前記冷却媒体流路壁は、さらに、前記第２板状部材の前記第１面に前記燃料ガス流路壁に対応する溝として形成され、前記第２板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第２面から突出する突起である一又は複数の第２ガスケットラインと、を含み、前記突出部が、前記第１板状部材の第２面に形成された前記第１ガスケットラインに対応する一又は複数の第１溝と、前記第２板状部材の第１面に形成された前記第２ガスケットラインに対応する一又は複数の第２溝との少なくとも一方と交差する方向に延び、前記第１溝と前記第２溝との少なくとも一方を間に挟んで複数に分割して形成された構成になっている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、複数の膜／電極接合体と、互いに接合された平板状の第１板状部材及び平板状の第２板状部材によって構成され、前記膜／電極接合体の両面を挟持する複数のセパレータと、を備え、前記セパレータは、前記第１板状部材の第１面に設けられ、酸化ガスの流路を形成する酸化ガス流路壁と、前記第２板状部材の第２面に設けられ、燃料ガスの流路を形成する燃料ガス流路壁と、前記第１板状部材の第１面と反対側の面であって前記第２板状部材に向かい合う第２面と、前記第２板状部材の第２面と反対側の面であって前記第１板状部材に向かい合う第１面との少なくとも一方に設けられ、前記酸化ガス流路壁と前記燃料ガス流路壁との少なくとも一方に対応する、冷却媒体の流路を形成する冷却媒体流路壁と、を含み、前記セパレータは、前記冷却媒体流路壁と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第１貫通孔と、前記冷却媒体流路壁及び前記第１貫通孔と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第２貫通孔と、が形成され、前記セパレータは、さらに、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第１貫通孔と前記冷却媒体流路壁の一端との間を連通する第１冷却媒体通過部と、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第２貫通孔と前記冷却媒体流路壁の他端との間を連通する第２冷却媒体通過部と、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に形成され、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面とのいずれか一方から他方に向けて突出し、かつ前記冷却媒体流路壁から離間する突出部と、を含み、前記第１板状部材及び前記第２板状部材が金属であり、前記酸化ガス流路壁は、前記第１板状部材の前記第１面から突出し、前記冷却媒体流路壁は、前記第１板状部材の前記第２面に前記酸化ガス流路壁に対応する溝として形成され、前記第１板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第１面から突出する突起である一又は複数の第１ガスケットラインと、を含み、前記燃料ガス流路壁は、前記第２板状部材の前記第２面から突出し、前記冷却媒体流路壁は、さらに、前記第２板状部材の前記第１面に前記燃料ガス流路壁に対応する溝として形成され、前記第２板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第２面から突出する突起である一又は複数の第２ガスケットラインと、を含み、前記突出部が、前記第１板状部材の第２面に形成された前記第１ガスケットラインに対応する一又は複数の第１溝と、前記第２板状部材の第１面に形成された前記第２ガスケットラインに対応する一又は複数の第２溝との少なくとも一方と交差する方向に延び、前記第１溝と前記第２溝との少なくとも一方を間に挟んで複数に分割して形成された構成となっている。

本発明のセパレータ及びこれを備えた燃料電池によれば、セパレータを２つの薄い金属板で構成することができ、積層方向の圧力を受けても、冷却媒体の流通経路を維持することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池を示すものである。図１（ａ）は背面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は正面図である。 図２は、上記燃料電池を構成するセパレータを示すものである。図２（ａ）は、上記セパレータを構成する第１板状部材のカソード側の第１面を示すものである。図２（ｂ）は、上記セパレータを構成する第２板状部材のアノード側の第２面の概略図である。 図３（ａ）は、上記セパレータを構成する第１板状部材の第１面の反対側の面である第２面を示すものである。図３（ｂ）は、上記セパレータを構成する第２板状部材の第２面の反対側の面である第１面を示すものである。 図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池を構成する複数の単位電池セルのうち、１つの単位電池セルの前後上下面における模式部分断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係るセパレータの要部を示すものである。図５（ａ）は冷却水が通過する貫通孔周辺の拡大図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るセパレータの要部を示すものである。図６（ａ）は冷却水が通過する貫通孔周辺の拡大図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図７は、上記燃料電池を構成する集電板を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係るセパレータ及びこれを備えた燃料電池について、図１〜図７を参照しつつ説明する。なお、これら図面の上下左右の向きは各図中の直交する矢印によって示される。

＜燃料電池の全体構成＞
図１（ａ）〜（ｃ）において、本実施形態の燃料電池１は、スタック１Ａと、２つのエンドプレート１Ｂと、集電板２０（図７を参照）と、８本のボルト１Ｃとを備える。スタック１Ａは、積層された複数の単位電池セル１００（図４を参照）で構成される。２つのエンドプレート１Ｂは、スタック１Ａの両端に設けられる。８本のボルト１Ｃは、スタック１Ａ及び２つのエンドプレート１Ｂを複数の単位電池セル１００の積層方向に貫通して狭持する。図１（ｃ）に示されるように、８本のボルト１Ｃは、各エンドプレート１Ｂの互いに対向する一対の長辺である第１辺Ｓ１のそれぞれに沿って、等間隔をあけて４本ずつ配置される。なお、本実施形態では、図１（ａ）〜（ｃ）に示された２つのエンドプレート１Ｂの長手方向を左右方向とし、２つのエンドプレート１Ｂの短手方向を上下方向とする。そして、図１（ｂ）に示されたスタック１Ａにおける複数の単位電池セル１００の積層方向を、前後方向とする。

図４に示されるように、スタック１Ａを構成する各単位電池セル１００は、膜／電極接合体１３０と、２つのガスケット１２０ａ、１２０ｂと、２つのセパレータ１０とを有する。ガスケット１２０ａは、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触し、ガスケット１２０ｂは、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する。２つのセパレータ１０の一方は、ガスケット１２０ａを介して、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触する。２つのセパレータ１０の他方は、ガスケット１２０ｂを介して、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する。単位電池セル１００の積層体の両端に位置するセパレータ１０には、それぞれ図７に示される集電板２０が隣接して積層される。

図１（ａ）、（ｃ）に示されるように、スタック１Ａを構成するエンドプレート１Ｂの左右方向の中央、即ち、互いに対向する一対の長辺の中央には、それぞれ台形の切欠部２Ａが設けられる。この切欠部２Ａに対応して、図２（ａ）、（ｂ）に示すセパレータ１０及び図７に示す集電板２０にも、それぞれ台形の切欠部２Ｂ、２Ｃが設けられる。図１（ｂ）に示されるように、燃料電池１が構成されると、各エンドプレート１Ｂ、各セパレータ１０及び集電板２０の全ての切欠部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが一致し、燃料電池１の前後方向にわたる凹状の溝が形成される。

図１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、燃料電池１の上側において、切欠部２Ａ、２Ｂ、２Ｃによって形成された凹状の溝の前後方向の両端には、各集電板２０のターミナル部２１がそれぞれ突出される。各ターミナル部２１には、発電された電気を取り出すための電源配線３がそれぞれ接続される。これら電源配線３のうちの前側の１本は、切欠部２Ａ、２Ｂ、２Ｃによって形成された凹状の溝に沿って取り回される。

図１（ｃ）に示されるように、前側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における一端側（即ち、左側）には、酸化ガス導入口１Ｄが設けられる。また、前側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における一端側（即ち、左側）には、燃料ガス導入口１Ｆが設けられる。燃料ガス導入口１Ｆは、酸化ガス導入口１Ｄよりも下側に設けられる。ここで、本実施形態の燃料電池１は水冷式である。冷却媒体には、例えば、冷却水が用いられる。前側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における他端側（即ち、右側）には、冷却水導入口１Ｈが設けられる。冷却水導入口１Ｈは、前側のエンドプレート１Ｂの上下方向における中心位置よりも下側に設けられる。

一方、図１（ａ）に示されるように、後側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における他端側（即ち、右側）には、酸化ガス排出口１Ｅが設けられる。後側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における他端側（即ち、右側）には、燃料ガス排出口１Ｇが設けられる。燃料ガス排出口１Ｇは、酸化ガス排出口１Ｅよりも上側に設けられる。また、背面側のエンドプレート１Ｂの長辺に沿う方向における一端側（即ち、左側）には、冷却水排出口１Ｉが設けられる。冷却水排出口１Ｉは、後側のエンドプレート１Ｂの上下方向における中心位置よりも上側に設けられる。

＜セパレータ＞
次に、上述した本実施形態の燃料電池１を構成するセパレータ１０について、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４を参照しつつ説明する。

図４に示されるように、１つのセパレータ１０は、第１板状部材１０Ａと第２板状部材１０Ｂとを接合させた構成となっている。第１板状部材１０Ａ及び第２板状部材１０Ｂは、それぞれ２つの面を有する。図２（ａ）には、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａが示される。第１板状部材１０Ａの第１面１０ａは、酸化ガスが流れるカソード側の外面である。図２（ｂ）には、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄが示される。第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄは、燃料ガスが流れるアノード側の外面である。一方、図３（ａ）には、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂが示される。図３（ｂ）には、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃが示される。第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとは、１つのセパレータ１０が構成される際に、互いに向かい合う内面である。第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとの間には、上述した冷却水が通過する。

第１板状部材１０Ａ及び第２板状部材１０Ｂは、例えば、ステンレスなどの薄い金属板（例えば、厚さ１〜２ｍｍ程度）によって構成される。これら２つの薄い金属板のそれぞれに、例えば、プレス加工を施すことで、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）の各面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに示されるような凹凸形状が形成される。プレス加工を施した場合は、図２（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第１面１０ａに形成された凹凸形状は、そのまま反転されて、図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂの凹凸形状になる。これと同様に、図２（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄに形成された凹凸形状は、そのまま反転されて、図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃの凹凸形状になる。

図４に示されるように、単位電池セル１００を構成する一対のセパレータ１０は、膜／電極接合体１３０の両面を挟持する。一対のセパレータ１０のうちの一方は、膜／電極接合体１３０のカソード電極１３３に、図２（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第１面１０ａ（即ち、カソード側の外面）を接触させる。第１板状部材１０Ａの第１面１０ａには、複数の凸部１１と凹部１１ａとが交互に形成される。

また、図４に示されるように、単位電池セル１００を構成する一対のセパレータ１０のうちの他方は、膜／電極接合体１３０のアノード電極１３２に、図２（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄ（アノード側の外面）を接触させる。第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄには、複数の凸部１９と凹部１９ａとが交互に形成される。

さらに、図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂには、第１面１０ａの凸部１１が反転された複数の凹部３１ａと、第１面１０ａの凹部１１ａが反転された複数の凸部３１とが交互に形成される。一方、図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃには、第２面１０ｄの凸部１９が反転された複数の凹部３９ａと、第２面１０ｄの凹部１９ａが反転された複数の凸部３９とが交互に形成される。図４に示されるように、１つのセパレータ１０の内部では、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂに形成された凹部３１ａと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された凹部３９ａとが互いに対向する。

＜＜カソード側の流路、切欠部、貫通孔＞＞
図２（ａ）において、セパレータ１０を構成する第１板状部材１０Ａの左端には、第１貫通孔１２が前後方向に貫通して形成される。第１板状部材１０Ａの右端には、第２貫通孔１３が前後方向に貫通して形成される。第１板状部材１０Ａの左右方向における中央には、複数の凸部１１が間隔をあけて平行に設けられる。複数の凸部１１は、左右方向において、第１貫通孔１２から第２貫通孔１３まで延びる。図４に示されるように、複数の凸部１１のそれぞれは、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａから前側に向かって突出する。各凸部１１の頂部は、膜／電極接合体１３０のカソード電極１３３に接触する。また、各凸部１１の間には、凹部１１ａがそれぞれ形成される。複数の凹部１１ａの底部とカソード電極１３３とは、離間している。カソード電極１３３に供給される酸化ガスは、第１貫通孔１２から流入し、複数の凸部１１の間、即ち、複数の凹部１１ａを通過し、第２貫通孔１３から排出される。即ち、酸化ガスの流路を規定する複数の酸化ガス流路壁は、複数の凸部１１と、複数の凹形状１１ａとによって形成される。

図２（ａ）に示されるように、第１板状部材１０Ａは、上述した各エンドプレート１Ｂに対応する外形を有し、左右方向に横長の形状となっている。第１板状部材１０Ａは、互いに対向する一対の長辺である第１辺Ｓ１と、互いに対向する一対の短辺である第２辺Ｓ２とを有する。そして、セパレータ１０の第１辺Ｓ１のそれぞれに沿って、４つのボルト挿通孔１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｂ、１８Ａが等間隔をあけて設けられる。これらボルト挿通孔１８Ａ、１８Ｂには、上述した８本のボルト１Ｃがそれぞれ挿通される。

第１板状部材１０Ａの第１辺Ｓ１の左右方向における中央には、上述した台形の切欠部２Ｂがそれぞれ形成される。これら切欠部２Ｂは、左右方向において、第１辺Ｓ１の左右方向の中心を挟んで互いに隣接する２つのボルト挿通孔１８Ｂ、１８Ｂの間に形成される。

第１板状部材１０Ａの一端側の下方(即ち、左下側)には、第１貫通孔１４が前後方向に貫通して形成される。また、第１板状部材１０Ａの他端側の上方（即ち、右上側）には、第２貫通孔１５が前後方向に貫通して形成される。第１貫通孔１４は、第１板状部材１０Ａの左下側に位置する２つのボルト挿通孔１８Ｂとボルト挿通孔１８Ａとの間に形成される。第２貫通孔１５は、第１板状部材１０Ａの右上側に形成される２つのボルト挿通孔１８Ｂとボルト挿通孔１８Ａとの間に形成される。

第１板状部材１０Ａの他端側の下方（即ち、右下側）には、第１貫通孔１６が前後方向に貫通して形成される。また、第１板状部材１０Ａの一端側の上方（即ち、左上側）には、第２貫通孔１７が前後方向に貫通して形成される。第１貫通孔１６は、第１板状部材１０Ａの右下側に形成される２つのボルト挿通孔１８Ｂとボルト挿通孔１８Ａとの間に形成される。第２貫通孔１７は、第１板状部材１０Ａの左上側に形成されるボルト挿通孔１８Ｂとボルト挿通孔１８Ａとの間に形成される。

図２（ａ）及び図４に示されるように、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａには、前側に向かって突出するガスケットライン３７Ａ，３７Ｂが形成される。ガスケットライン３７Ａ，３７Ｂは、複数の凸部１１と、複数の凹部１１ａと、第１貫通孔１２と、第２貫通孔１３との外周を隙間なく取り囲む。

＜＜アノード側の流路＞＞
図２（ｂ）において、セパレータ１０を構成する第２板状部材１０Ｂの中央には、複数の凸部１９が間隔をあけて平行に設けられる。複数の凸部１９は、左右方向に延びる。図４に示されるように、複数の凸部１９のそれぞれは、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄから後側に向かって突出する。各凸部１９の頂部は、膜／電極接合体１３０のアノード電極１３２に接触する。また、各凸部１９の間には、凹形状１９ａがそれぞれ形成される。複数の凹部１９ａの底部とアノード電極１３２とは、離間している。複数の凸部１９が形成される領域の左右方向の幅は、第１板状部材１０Ａにおいて複数の凸部１１が形成される領域の左右方向の幅よりも狭い。複数の凸部１９の左端と第１貫通孔１２との間、及び複数の凸部１９の右端と第２貫通孔１３との間には、一対の拡散領域１９ｂ及び遷移領域１９ｃがそれぞれ形成される。

遷移領域１９ｃには、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄから後側に向かって突出する長円形状の凸部が多数形成される。これら長円形状の凸部は、いずれも第２板状部材１０Ｂの短辺である第２辺Ｓ２の方向（即ち、上下方向）に延びる。拡散領域１９ｂには、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄから後側に突出する円形状の凸部が多数形成される。遷移領域１９ｃに形成される複数の長円形状の凸部の頂部と、拡散領域１９ｂに形成される複数の円形状の凸部の頂部とは、それぞれアノード電極１３２に接触する。アノード電極１３２に供給される燃料ガスは、第１貫通孔１４から流入し、左側の遷移領域１９ｃによって流入方向を上下方向及び左右方向に遷移される。燃料ガスは、左側の拡散領域１９ｂに設けられた円形状の凸部によって、上下方向に均等に拡散される。そして、燃料ガスは、複数の凸部１９の間、即ち、複数の凹部１９ａを通過する。複数の凹部１９ａを通過した燃料ガスは、右側の拡散領域１９ｂ及び右側の遷移領域１９ｃを通過し、第２貫通孔１５から排出される。即ち、燃料ガスの流路を規定する複数の燃料ガス流路壁は、複数の凸部１９と、複数の凹部１９ａと、左右の拡散領域１９ｂと、左右の遷移領域１９ｃとによって形成される。なお、左右の拡散領域１９ｂと、左右の遷移領域１９ｃの代わりに、複数の凸部１９及び複数の凹部１９ａの左端が下方向に直角に曲がって第１貫通孔１４まで延び、複数の凸部１９及び複数の凹部１９ａの右端が上方向に直角に曲がって第２貫通孔１５まで延びることで、サーペンタイン状の複数の燃料ガス流路壁が形成されてもよい。

第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄには、後側に向かって突出するガスケットライン３７Ａ、３７Ｂが形成される。ガスケットライン３７Ａ，３７Ｂは、複数の凸部１９と、複数の凹部１９ａと、左右の拡散領域１９ｂと、左右の遷移領域１９ｃと、第１貫通孔１４と、第２貫通孔１５との外周を隙間なく取り囲む。

＜＜膜／電極接合体＞＞
図４において、膜／電極接合体１３０は、固体高分子電解質膜１３１、アノード電極１３２及びカソード電極１３３を有する。固体高分子電解質膜１３１は、含水状態においてプロトンの導電性を有する。固体高分子電解質膜１３１は、例えばナフィオン（登録商標）などの、スルホン酸基を持ったフッ素系ポリマーで構成される。

カソード電極１３３は、固体高分子電解質膜１３１の一方の面に接触する。カソード電極１３３は、触媒層１３３ａとガス拡散層１３３ｂとを有する。ガス拡散層１３３ｂは、導電性と、酸化ガス（例えば、空気）の通気性とを有する。ガス拡散層１３３ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３３ａは、膜／電極接合体１３０の一方の面とガス拡散層１３３ｂとの間に設けられる。触媒層１３３ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３３ａは、例えば、ガス拡散層１３３ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。

アノード電極１３２は、固体高分子電解質膜１３１の他方の面に接触する。アノード電極１３２は、触媒層１３２ａと、ガス拡散層１３２ｂとを有する。ガス拡散層１３２ｂは、導電性と、燃料ガス（例えば、水素）の通気性とを有する。ガス拡散層１３２ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３２ａは、膜／電極接合体１３０の他方の面とガス拡散層１３２ｂとの間に設けられる。触媒層１３２ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３２ａは、例えば、ガス拡散層１３２ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。

＜＜ガスケット＞＞
図４において、ガスケット１２０ａは、カソード電極１３３の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の一方の面に接触する。ガスケット１２０ａは、極めて薄く加工したゴム又はエラストマーなどの弾性体で構成される。ガスケット１２０ａには、複数の貫通孔が形成される。複数の貫通孔は、セパレータ１０の第１貫通孔１２と、第２貫通孔１３と、第１貫通孔１４と、第２貫通孔１５と、第１貫通孔１６と、第２貫通孔１７と、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａにおいて複数の凸部１１及び凹部１１ａが形成された領域とに対応する位置に形成される。ガスケット１２０ａは、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａに形成されたガスケットライン３７Ａ、３７Ｂによって押さえられる。ガスケット１２０ａは、酸化ガスの流路を流れる空気が、単位電池セル１００から外部に漏れることを防止する。

ガスケット１２０ｂは、アノード電極１３２の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の他方の面に接触する。ガスケット１２０ｂは、極めて薄く加工したゴム又はエラストマーなどの弾性体で構成される。ガスケット１２０ｂには、複数の貫通孔が形成される。複数の貫通孔は、セパレータ１０の第１貫通孔１２と、第２貫通孔１３と、第１貫通孔１４と、第２貫通孔１５と、第１貫通孔１６と、第２貫通孔１７と、第２板状部材１０Ｂにおいて複数の凸部１９、複数の凹部１９ａ、左右の拡散領域１９ｂ及び左右の遷移領域１９ｃが形成された領域とに対応する位置に形成される。ガスケット１２０ｂは、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄに形成されたガスケットライン３７Ａ、３７Ｂによって押さえられる。ガスケット１２０ｂは、燃料ガスの流路を流れる水素が、単位電池セル１００から外部に漏れることを防止する。

＜＜燃料電池の動作＞＞
燃料ガスとしての水素は、燃料ガス供給源から、配管を介して燃料ガス導入口１Ｆに供給される。燃料ガス供給源は、例えば、高圧水素ボンベや水素吸蔵合金などである。燃料ガス導入口１Ｆからスタック１Ａの内部に供給された水素ガスは、前後方向に積層された複数の単位電池セル１００のそれぞれの第１貫通孔１４に流入する。水素ガスは、第１貫通孔１４から燃料ガスの流路、即ち、セパレータ１０を構成する第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄにおける複数の凸部１９と、複数の凹部１９ａと、左右の拡散領域１９ｂと、左右の遷移領域１９ｃと、アノード電極１３２によって形成される領域に流入する。水素は、アノード電極１３２の拡散層１３２ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向（即ち、上下左右方向）に拡散され、アノード電極１３２の触媒層１３２ａに接触する。触媒層１３２ａに接触した水素ガスは、触媒層に含まれる触媒によって、水素イオンと電子とに乖離する。水素イオンは、固体高分子電界質膜１３１を伝導し、カソード電極１３３の触媒層１３３ａに到達する。一方、電子は、正面側のターミナル部２１から、外部に取り出される。アノード電極１３２に接触した水素ガスは、第２貫通孔１５から燃料ガス排出口１Ｇを介してスタック１Ａの外部に排出される。

一方、酸化ガスとしての空気は、非図示のエアコンプレッサーから、配管を介して酸化ガス導入口１Ｄに供給される。酸化ガス導入口１Ｄに供給された空気は、前後方向に積層された複数の単位電池セル１００のそれぞれの第１貫通孔１２に流入する。空気は、第１貫通孔１２から酸化ガスの流路、即ち、複数の凸部１１と、複数の凹形状１１ａと、カソード電極１３３によって形成される領域に流入する。空気は、カソード電極１３３の拡散層１３３ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向（即ち、上下左右方向）に拡散され、カソード電極１３３の触媒層１３３ａに接触する。空気に含まれる酸素は、触媒層１３３ａに含まれる触媒によって、固体高分子電界質膜１３１を伝導してきた水素イオンと、正面側のターミナル部２１から取り出され、外部負荷を介して背面側のターミナル部２１から伝導される電子と反応することで、水を生成する。この電子の移動によって、電力が発生する。カソード電極１３３に接触した空気は、生成された水とともに第２貫通孔１３に到達し、酸化ガス排出口１Ｅを介してスタック１Ａの外部に排出される。

＜＜冷却水流路＞＞
上述のとおり、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとは、１つのセパレータ１０が構成される際に、互いに向かい合う内面である。第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとの間には、冷却媒体である冷却水が通過する。以下、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとに形成された凹凸形状について説明する。

図３（ａ）、図４に示されるように、セパレータ１０を構成する２つの金属板のうち、第１板状部材１０Ａは前側に位置する。第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂには、後側に凸となる複数の凸部３１と、前側に凹となる複数の凹部３１ａとが形成される。凸部３１は、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａに形成された凹部１１ａに対応している。凹部３１ａは、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａに形成された凸部１１に対応している。

図３（ｂ）、図４に示されるように、セパレータ１０を構成する２つの金属板のうち、第２板状部材１０Ｂは後側に位置する。第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃには、前側に凸となる複数の凸部３９と、後側に凹となる複数の凹部３９ａとが形成される。凸部３９は、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄに形成された凹部１９ａに対応している。凹部３９ａは、第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄに形成された凸部１９に対応している。

第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに貼り合わされると、凸部３１の頂部と凸部３９の頂部とが対向して接触する。上下方向に隣り合う凸部３１及び凸部３９に挟まれた、凹部３１ａ及び凹部３９ａで形成された領域を、冷却水が流れる。即ち、冷却水の流路を規定する複数の冷却媒体流路壁は、凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される。

ここで、図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃの右側に位置する領域３９ｃは、図２（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄの左側に位置する遷移領域１９ｃに対応する。これと同様に、図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃの左側に位置する領域３９ｃは、図２（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第２面１０ｄの右側に位置する遷移領域１９ｃに対応する。

図２（ｂ）に示される遷移領域１９ｃに形成された多数の長円形状の凸部は、図３（ｂ）に示される領域３９ｃに形成された多数の長円形状の凹部に反転される。領域３９ｃに形成された長円形状の凹部の第２辺Ｓ２の方向（即ち、上下方向）の長さは、図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂに形成された隣り合う一の凹部３１ａから他の凹部３１ａまでの長さ以上に設定される。この構成により、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃと、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂとが互いに貼り合わされてセパレータ１０が構成された際に、第１面１０ｃの領域３９ｃに形成された長円形状の凹部が、第２面１０ｂの隣り合う２つの凹部３１ａと重複し、上下左右方向に連通する内部流路を形成する。この結果、第１貫通孔１６からセパレータ１０の内部に供給された冷却水は、図３（ｂ）における右側の領域３９ｃの長円形状の凹部を通って、図３（ａ）に示された凹部３１ａの右端に流れ込む。その後、凹部３１ａの左端に到達した冷却水は、図３（ｂ）における左側の領域３９ｃの長円形状の凹部を通って、第２貫通孔１７から排出される。

＜＜冷却水通過部＞＞
本実施形態のセパレータ１０は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに貼り合わされた際に、第２面１０ｂと第１面１０ｃとの一部が互いに離間して冷却水通過部（冷却媒体通過部）が形成される。冷却水通過部は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに離間することで形成される空間である。しかし、説明の便宜上、本実施形態では、冷却水通過部を規定する第２面１０ｂと第１面１０ｃとの一部が、冷却水通過部として図３（ａ）、（ｂ）、図５、（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示される。

図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂにおいて、第１貫通孔１６と、この第１貫通孔１６に最も近い右下の凸部３１との間の領域には、第１冷却水通過部３２が形成される。これと同様に、第２貫通孔１７と、この第２貫通孔１７に最も近い左上の凸部３１との間の領域は、第２冷却水通過部３３が形成される。図３（ａ）に示される第１冷却水通過部３２と、第２冷却水通過部３３とは、冷却媒体通過部の一例である。

図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃにおいて、第１貫通孔１６と、右側の領域３９ｃの下端との間の領域には、第１冷却水通過部３４が形成される。これと同様に、第２貫通孔１７と、左側の領域３９ｃの上端との間の領域には、第２冷却水通過部３５が形成される。図３（ｂ）に示される第１冷却水通過部３４と、第２冷却水通過部３５とは、冷却媒体通過部の一例である。

第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに貼り合わされて、１つのセパレータ１０が構成される。このとき、第２面１０ｂの第１冷却水通過部３２と、第１面１０ｃの第１冷却水通過部３４とが互いに離間して、冷却水が通過するための空間が形成される（図５（ｂ）を参照）。これと同様に、第２面１０ｂの第２冷却水通過部３３と、第１面１０ｃの第２冷却水通過部３５とが互いに離間して、冷却水が通過するための空間が形成される。２つの第１冷却水通過部３２、３４によって形成される空間は、第１貫通孔１６と、上述した冷却水流路壁の右端との間を連通させる。一方、２つの第２冷却水通過部３３、３５によって形成される空間は、第２貫通孔１７と、上述した冷却水流路壁の左端との間を連通させる。

冷却媒体としての冷却水は、図示しないポンプから、配管を介して冷却水導入口１Ｈに供給される。冷却水導入口１Ｈからスタック１Ａの内部に供給された冷却水は、前後方向に積層された複数の単位電池セル１００のそれぞれの第１貫通孔１６に流入する。第１貫通孔１６に流入した冷却水は、２つの第１冷却水通過部３２、３４によって形成される空間を通過して、冷却水の流路の右端に流入する。上述のとおり、冷却水の流路とは、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとの間において、凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される冷却水流路壁に規定される領域である。冷却水は、冷却水の流路の右端から左端に流れる。冷却水の流路の左端に到達した冷却水は、２つの第２冷却水通過部３３、３５によって形成される空間を通過して、第２貫通孔１７に流入する。第２貫通孔１７に流入した冷却水は、冷却水排出部１Ｉから外部に排出される。

＜＜第１実施形態に係る突出部＞＞
上述のとおり、本実施形態のセパレータ１０では、冷却水が、第１冷却水通過部３２、３４によって形成される空間、及び第２冷却水通過部３３、３５によって形成される空間を通過する。しかし、セパレータ１０は、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示される２つの薄い金属板である第１板状部材１０Ａと第２板状部材１０Ｂとによって構成される。また、スタック１Ａは、複数のセパレータ１０が積層されて構成される。このため、セパレータ１０が、８本のボルト１Ｃの締結によって積層方向（即ち、前後方向）の圧力を受ける。例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、第１冷却水通過部３２、３４及び第２冷却水通過部３３、３５が、ボルト挿通孔１８Ａ、１８Ｂの付近に位置するならば、第１冷却水通過部３２、３４及び第２冷却水通過部３３、３５には、積層方向の圧力が比較的大きな割合で加わる。また、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示されるガスケットライン３７Ａ、３７Ｂは、第１冷却水通過部３２、３４及び第２冷却水通過部３３、３５に対応する反対側の面に設けられている。このため、ガスケットライン３７Ａ、３７Ｂがガスケット１２０ａ、１２０ｂから受ける反発力は、直接、第１冷却水通過部３２、３４及び第２冷却水通過部３３、３５に加わる。このような圧力や反発力によって、セパレータ１０を構成する薄い金属板のうち、第１冷却水通過部３２、３４の部分及び第２冷却水通過部３３、３５の部分が変形すると、冷却水が通過するための空間が塞がれてしまう。このような問題を解消するために、図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第１冷却水通過部３２及び第２冷却水通過部３３に、それぞれ複数の突出部３６が形成される。

以下、本発明の第１実施形態に係る突出部３６について、図３（ａ）、図５を参照しつつ説明する。なお、図３（ａ）に示されるように、第１冷却水通過部３２に設けられた突出部３６と、第２冷却水通過部３３に設けられた突出部３６とは、同一の構成である。このため、本実施形態では、第１冷却水通過部３２に設けられた突出部３６について説明する。第２冷却水通過部３３に設けられた突出部３６の説明は省略する。

＜＜＜突出部の構成＞＞＞
図３（ａ）、図５（ａ）に示されるように、第１冷却水通過部３２には、２つの突出部３６がプレス加工によって設けられる。突出部３６は、上下方向に延びる。１つの突出部３６は、第１突出部３６Ａと、第２突出部３６Ｂとで構成される。第１突出部３６Ａの上下方向の長さは、第２突出部３６Ｂの上下方向の長さよりも長い。第１突出部３６Ａと第２突出部３６Ｂとは、上下方向に沿って一直線上に形成される。図５（ｂ）に示されるように、突出部３６は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂから、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された第１冷却水通過部３４に向けて突出する。本実施形態の突出部３６は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂから、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された第１冷却水通過部３４に達する高さとなっている。

２つの突出部３６は、第１冷却水通過部３２の長手方向に並んで設けられる。冷却水は、第１冷却水通過部３２を、その短手方向（即ち、上下方向）に流れる。つまり、２つの突出部３６は、冷却水の通過方向と交差する方向（即ち、左右方向）に並んで設けられる。また、個々の突出部３６は、冷却水の通過方向に沿って上下方向に真直ぐに延びる。したがって、個々の突出部３６は、いずれも冷却水の通過を妨げない。

ここで、図３（ａ）、図５（ａ）に示されるように、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａにおける第１冷却水通過部３２に対応する位置には、第１冷却水通過部３２の長手方向に沿って、２つのガスケットライン３７Ａ、３７Ｂが平行に設けられる。ガスケットライン３７Ａ、３７Ｂは、ガスケット１２０ａの一部を支持するための突起である。図４に示されるように、ガスケットライン３７Ａ、３７Ｂは、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａにおいては、前側に向かって凸となる突起を構成する。一方、ガスケットライン３７Ａ、３７Ｂは、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂにおいては、突起が反転された前側に向かって凹となる溝を構成する。

図５（ａ）に示されるように、２つの突出部３６は、ガスケットライン３７Ａ、３７Ｂに交差する方向に延びる。個々の突出部３６は、ガスケットライン３７Ａを間に挟んで、第１突出部３６Ａと第２突出部３６Ｂとに分割して形成される。

図５（ａ）に示されるように、第１突出部３６Ａの下端は、第１貫通孔１６を規定する縁部に連続して設けられる。第１突出部３６Ａの上端は、ガスケットライン３７Ａの手前に達し、ガスケットライン３７Ａを横断しない。第２突出部３６Ｂは、ガスケットライン３７Ａとガスケットライン３７Ｂとの間に位置する。第２突出部３６Ｂの下端は、ガスケットライン３７Ａの手前に達し、ガスケットライン３７Ａを横断しない。第２突出部３６Ｂの上端は、ガスケットライン３７Ｂの手前に達し、ガスケットライン３７Ｂを横断しない。

第１冷却水通過部３２におけるガスケットライン３７Ｂよりも上方の領域に、突出部３６は設けられていない。つまり、突出部３６の上端は、いずれも図３（ａ）、（ｂ）に示される凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される冷却水流路壁と離間する。

このような構成の突出部３６は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに貼り合わされたときに、互いの第１冷却水通過部３２、３４の間に、図５（ｂ）に示される３つの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を形成する。第１貫通孔１６から流入した冷却水は、これら３つの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を下方から上方に通過して、図３（ａ）、（ｂ）に示される凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される冷却水流路壁の一端（即ち、右端）に流れる。

＜＜＜突出部の位置＞＞＞
図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、第１冷却水通過部３２の長手方向（即ち、左右方向）の幅は、２つの端部Ｅによって規定される。第１貫通孔１６の長手方向の幅Ｌ１は、第１冷却水通過部３２の長手方向の幅よりも広い。本実施形態の２つの突出部３６は、第１貫通孔１６の長手方向の幅Ｌ１を均等に３分割する位置に設けられる。このため、第１冷却水通過部３２の長手方向の幅の中心を含む２つの突出部３６の間隔Ｌ２は、第１冷却水通過部３２の長手方向の端部Ｅと、この端部Ｅに隣接する突出部３６との間隔Ｌ３よりも広い。２つの突出部３６の間隔Ｌ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。これと同様に、突出部３６と端部Ｅとの間隔Ｌ３も、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。

＜＜第２実施形態に係る突出部＞＞
次に、本発明の第２実施形態に係る突出部３８について、図６（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。本実施形態において、上述した第１実施形態と同様の箇所は、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図６（ｂ）に示されるように、本実施形態では、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂに形成された第１冷却水通過部３２と、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された第１冷却水通過部３４との両方に、２つの突出部３８が設けられる。第１板状部材１０Ａに設けられた突出部３８と、第２板状部材１０Ｂに設けられた突出部３８とは、互いに対応する。第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂと、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃとが互いに貼り合わされたときに、対応する突出部３８どうしが当接する。これにより、第１板状部材１０Ａの第１冷却水通過部３２と、第２板状部材１０Ｂの第１冷却水通過部３４との間に、３つの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が形成される。第１貫通孔１６に流入した冷却水は、これら３つの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を下方から上方に通過して、図３（ａ）、（ｂ）に示される凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される冷却水流路壁の一端（即ち、右端）に流れる。個々の突出部３８の高さは、これらの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の高さの１／２となっている。

図６（ａ）に示されるように、第１板状部材１０Ａに設けられた突出部３８は、冷却媒体通過部３２の長手方向（即ち、左右方向）の幅Ｌ４を均等に３分割する位置に設けられる。このため、図６（ｂ）に示されるように、第１冷却水通過部３２の長手方向の幅の中心を含む２つの突出部３８の間隔Ｌ５は、第１冷却水通過部３２の長手方向の端部Ｅと、この端部Ｅに隣接する突出部３８との間隔Ｌ５と等しい。これらの間隔Ｌ５は、いずれも５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。第２板状部材１０Ｂに設けられた突出部３８は、上述した第１板状部材１０Ａに設けられた突出部３８と同一の構成となっている。

＜集電板＞
次に、上述した本実施形態の燃料電池１を構成する集電板２０について、図７を参照しつつ説明する。

図７において、集電板２０は、上述したセパレータ１０と同じ外形の金属板から構成される。図２（ｂ）に示す第１貫通孔１２、１４、１６及び第２貫通孔１３、１５、１７のそれぞれに外形及び位置が対応する第１貫通孔２２、２４、２６及び第２貫通孔２３、２５、２７が設けられる。また、集電板２０には、図２（ｂ）に示す各ボルト挿通孔１８Ａ、１８Ｂのそれぞれに外形及び位置が対応する８つのボルト挿通孔２８Ａ、２８Ｂが設けられる。

ここで、上述したセパレータ１０と異なり、集電板２０の上側の切欠部２Ｃには、ターミナル部２１が連成される。このターミナル部２１は、集電板２０の長辺である第１辺Ｓ１と交差する方向に突出される。本実施形態では、ターミナル部２１の突出長を、第１辺Ｓ１の高さ（図中の点線を参照）と同一にしてあり、ターミナル部２１が切欠部２Ｃから突出しないようにしてある。

また、本実施形態では、ターミナル部２１の形成位置は、切欠部２Ｃの左右方向の中心（図中の一点鎖線を参照）から左側へシフトされる。この構成によって、切欠部２Ｃ中に電源配線３（図１を参照）の取り回しスペースＬが形成され、ターミナル部２１に接続した電源配線３の切欠部２Ｃへの収まりが良好になる。

なお、本実施形態では、集電板２０に、酸化ガス又は燃料ガスの流路壁を構成する凹凸形状が全く形成されない構成としたが、集電板２０は、単位電池セルの積層体であるスタック１Ａの両端に積層されるものであり、例えば、いずれか一方の面に酸化ガス又は燃料ガスの流路壁が形成された構成としてもよい。

＜作用効果＞
本実施形態のセパレータ１０は、図５（ａ）、（ｂ）又は図６（ａ）、（ｂ）に示される突出部３６、３８が設けられた構成となっている。突出部３６、３８は、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂに形成された第１冷却水通過部３２と、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された第１冷却水通過部３４との間の空間に介在される。突出部３６、３８は、８本のボルト１Ｃの締結によって生じるセパレータ１０の積層方向の圧力、及びガスケットライン３７Ａ、３７Ｂがガスケット１２０ａ、１２０ｂから受ける反発力に抗して、第１冷却水通過部３２、３４の部分に相当する薄い金属板の撓み、潰れといった変形を抑える。これにより、冷却水がセパレータ１０の内外に通過するための空間が維持される。

図５（ａ）、図６（ａ）に示されるように、１つの突出部３６、３８が、ガスケットライン３７Ａを間に挟んで、第１突出部３６Ａと第２突出部３６Ｂとに分割して形成される。このような構成により、ガスケットライン３７Ａの密封性が維持される。すなわち、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａにおいて、ガスケットライン３７Ａは突起を構成し、突出部３６、３８は反転されて溝を構成する。仮に、１つの突出部３６、３８が、ガスケットライン３７Ａを横断して設けられれば、第１板状部材１０Ａの第１面１０ａにおいて、ガスケットライン３７Ａとしての突起が、突出部３６、３８が反転された溝によって長手方向（即ち、左右方向）の途中で分断されてしまう。ガスケットライン３７Ａが溝によって分断されれば、ガスケットライン３７Ａの密封性は、分断された部分において阻害される。したがって、本実施形態のように、ガスケットライン３７Ａに交差する方向に延びる１つの突出部３６、３８が、ガスケットライン３７Ａを間に挟んで、第１突出部３６Ａと第２突出部３６Ｂとに分割して形成されることで、ガスケットライン３７Ａの連続性が維持される。この結果、ガスケットライン３７Ａの密封性が維持される。

図５（ａ）、図６（ａ）に示される突出部３６、３８の上端が、いずれも図３（ａ）、（ｂ）に示される凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａのいずれとも離間する。このような構成により、突出部３６、３８によって第１冷却水通過部３２、３４の下方から上方に導かれた冷却水が、凸部３１、凸部３９、凹部３１ａ及び凹部３９ａで構成される冷却水流路壁の手前で左右方向に広がる。この結果、第１冷却水通過部３２、３４を通過した冷却水が、冷却水流路壁に規定される冷却水の流路にスムーズに流れ込む。

図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示される間隔Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５が、５ｍｍ以上に設定されることで、３つの空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を通過する冷却水の流れが良好となる。一方、これらの間隔Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５が２０ｍｍ以下に設定されることで、第１冷却水通過部３２、３４の部分に相当する薄い金属板が変形しにくい長さに分割される。これにより、第１冷却水通過部３２、３４の部分に相当する薄い金属板自体の剛性が高くなり、その変形が抑えられる。

図６（ａ）、（ｂ）に示される第２実施形態のように、第１板状部材１０Ａの第２面１０ｂに形成された第１冷却水通過部３２と、第２板状部材１０Ｂの第１面１０ｃに形成された第１冷却水通過部３４との両方に、互いに対応する突出部３８が設けられる場合は、個々の突出部３８の高さが低くなる。これにより、プレス加工で突出部３８を形成する際の金属板の絞り量が少なくなり、突出部３８の加工が容易となる。

したがって、以上のような突出部３６、３８が設けられることで、より薄い金属板でセパレータ１０を構成することが可能となる。セパレータ１０を構成する２つの金属板がより薄くなれば、スタック１Ａの小型化及び軽量化が達成される。

なお、以上のような突出部３６、３８は、図３（ａ）に示される第１板状部材１０Ａの第２冷却水通過部３３、及び図３（ｂ）に示される第２板状部材１０Ｂの第２冷却水通過部３５に設けられた場合でも、上記と同様の作用効果を奏し、セパレータ１０を構成する２つの金属板の薄型化に貢献する。

＜その他の変更＞
本発明に係るセパレータ及びこれを備えた燃料電池は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、セパレータを構成する金属板は、プレス加工されたものに限定されない。例えば、セパレータは、切削加工された金属板で構成することができる。また、第１冷却水通過部及び第２冷却水通過部に設けられる突出部は、図示された構成に限定されるものではない。例えば、突出部の数、形状、間隔などを変更することが可能である。

１ 燃料電池
１Ａ スタック
１Ｂ エンドプレート
１Ｃ ボルト
１Ｄ 酸化ガス導入口
１Ｅ 酸化ガス排出口
１Ｆ 燃料ガス導入口
１Ｇ 燃料ガス排出口
１Ｈ 冷却水導入口
１Ｉ 冷却水排出口
２ 切欠部
３ 電源配線
１０ セパレータ
１０Ａ 第１板状部材
１０Ｂ 第２板状部材
１０ａ、１０ｃ 第１面
１０ｂ、１０ｄ 第２面
１１ 凸部（酸化ガス用）
１１ａ 凹部（酸化ガス用）
１２ 第１貫通孔（酸化ガス用）
１３ 第２貫通孔（酸化ガス用）
１４ 第１貫通孔（燃料ガス用）
１５ 第２貫通孔（燃料ガス用）
１６ 第１貫通孔（冷却水用）
１７ 第２貫通孔（冷却水用）
１８Ａ、１８Ｂ ボルト挿通孔
１９ 凸部（燃料ガス用）
１９ａ 凹部（燃料ガス用）
１９ｂ 拡散領域
１９ｃ 遷移領域
２０ 集電板
２１ ターミナル部
２２ 第１貫通孔（酸化ガス用）
２３ 第２貫通孔（酸化ガス用）
２４ 第１貫通孔（燃料ガス用）
２５ 第２貫通孔（燃料ガス用）
２６ 第１貫通孔（冷却水用）
２７ 第２貫通孔（冷却水用）
２８Ａ、２８Ｂ ボルト挿通孔
３１、３９ 凸部（冷却水用）
３１ａ、３９ａ 凹部（冷却水用）
３９ｃ 遷移領域に対応する領域
３２ 第１冷却水通過部（冷却媒体通過部）
３３ 第２冷却水通過部（冷却媒体通過部）
３４ 第１冷却水通過部（冷却媒体通過部）
３５ 第２冷却水通過部（冷却媒体通過部）
３６、３８ 突出部
３６Ａ、３８Ａ 第１突出部
３６Ｂ、３８Ｂ 第２突出部
３７Ａ、３７Ｂ ガスケットライン

Claims (12)

1. 互いに接合された平板状の第１板状部材及び平板状の第２板状部材によって構成されるセパレータであって、
   前記第１板状部材の第１面に設けられ、酸化ガスの流路を形成する酸化ガス流路壁と、
   前記第２板状部材の第２面に設けられ、燃料ガスの流路を形成する燃料ガス流路壁と、
   前記第１板状部材の前記第１面と反対側の面であって前記第２板状部材に向かい合う第２面と、前記第２板状部材の前記第２面と反対側の面であって前記第１板状部材に向かい合う第１面との少なくとも一方に設けられ、前記酸化ガス流路壁と前記燃料ガス流路壁との少なくとも一方に対応する、冷却媒体の流路を形成する冷却媒体流路壁と、を含み、
   前記セパレータは、
   前記冷却媒体流路壁と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第１貫通孔と、
   前記冷却媒体流路壁及び前記第１貫通孔と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第２貫通孔と、が形成され、
   前記セパレータは、さらに、
   前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第１貫通孔と前記冷却媒体流路壁の一端との間を連通する第１冷却媒体通過部と、
   前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第２貫通孔と前記冷却媒体流路壁の他端との間を連通する第２冷却媒体通過部と、
   前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に形成され、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面とのいずれか一方から他方に向けて突出し、かつ前記冷却媒体流路壁から離間する突出部と、を含み、
   前記第１板状部材及び前記第２板状部材が金属であり、
   前記酸化ガス流路壁は、前記第１板状部材の前記第１面から突出し、
   前記冷却媒体流路壁は、前記第１板状部材の前記第２面に前記酸化ガス流路壁に対応する溝として形成され、
   前記第１板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第１面から突出する突起である一又は複数の第１ガスケットラインと、を含み、
   前記燃料ガス流路壁は、前記第２板状部材の前記第２面から突出し、
   前記冷却媒体流路壁は、さらに、前記第２板状部材の前記第１面に前記燃料ガス流路壁に対応する溝として形成され、
   前記第２板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第２面から突出する突起である一又は複数の第２ガスケットラインと、を含み、
   前記突出部が、前記第１板状部材の第２面に形成された前記第１ガスケットラインに対応する一又は複数の第１溝と、前記第２板状部材の第１面に形成された前記第２ガスケットラインに対応する一又は複数の第２溝との少なくとも一方と交差する方向に延び、前記第１溝と前記第２溝との少なくとも一方を間に挟んで複数に分割して形成された、セパレータ。
2. 前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との両方に形成された、請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記突出部の一端が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に沿って、前記冷却媒体流路壁の方向へ延びる、請求項１又は２に記載のセパレータ。
4. 前記突出部の他端が、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との少なくとも一方の方向へ延びる、請求項３に記載のセパレータ。
5. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に設けられた、請求項１に記載のセパレータ。
6. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に対する交差方向に並んで設けられ、前記第１板状部材と前記第２板状部材とが接合された状態において、互いに隣接する２つの前記突出部の間隔が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項５に記載のセパレータ。
7. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に対する交差方向に並んで設けられ、前記第１板状部材と前記第２板状部材とが接合された状態において、前記冷却媒体通過部の前記交差方向の端部と、この端部に隣接する前記突出部との間隔が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項５又は６に記載のセパレータ。
8. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に対する交差方向に並び、かつ前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との少なくとも一方の前記交差方向の幅を均等に分割する位置に設けられた、請求項５〜７のいずれか１項に記載のセパレータ。
9. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に対する交差方向に並んで設けられ、
   前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方の前記交差方向の幅の中心を含む２つの前記突出部の間隔は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方の前記交差方向の端部と、この端部に隣接する前記突出部との間隔よりも広い、請求項５〜８のいずれか１項に記載のセパレータ。
10. 複数の前記突出部が、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方における前記冷却媒体の通過方向に対する交差方向に並び、かつ前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方の前記交差方向の幅を均等に分割する位置に設けられた、請求項５〜７のいずれか１項に記載のセパレータ。
11. 前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に、前記第１板状部材の第２面から前記第２板状部材の第１面に向けて突出する一の前記突出部と、前記第２板状部材の第１面から前記第１板状部材の第２面に向けて突出する他の前記突出部が、互いに対応する位置に形成され、前記第１板状部材と前記第２板状部材とが接合された状態において、一の前記突出部と他の前記突出部とが当接する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセパレータ。
12. 複数の膜／電極接合体と、
    互いに接合された平板状の第１板状部材及び平板状の第２板状部材によって構成され、前記膜／電極接合体の両面を挟持する複数のセパレータと、を備え、
    前記セパレータは、
    前記第１板状部材の第１面に設けられ、酸化ガスの流路を形成する酸化ガス流路壁と、
    前記第２板状部材の第２面に設けられ、燃料ガスの流路を形成する燃料ガス流路壁と、
    前記第１板状部材の第１面と反対側の面であって前記第２板状部材に向かい合う第２面と、前記第２板状部材の第２面と反対側の面であって前記第１板状部材に向かい合う第１面との少なくとも一方に設けられ、前記酸化ガス流路壁と前記燃料ガス流路壁との少なくとも一方に対応する、冷却媒体の流路を形成する冷却媒体流路壁と、を含み、
    前記セパレータは、
    前記冷却媒体流路壁と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第１貫通孔と、
    前記冷却媒体流路壁及び前記第１貫通孔と異なる位置で、前記第１板状部材及び前記第２板状部材を貫通する第２貫通孔と、が形成され、
    前記セパレータは、さらに、
    前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第１貫通孔と前記冷却媒体流路壁の一端との間を連通する第１冷却媒体通過部と、
    前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面との一部が互いに離間して形成され、前記第２貫通孔と前記冷却媒体流路壁の他端との間を連通する第２冷却媒体通過部と、
    前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に形成され、前記第１板状部材の第２面と前記第２板状部材の第１面とのいずれか一方から他方に向けて突出し、かつ前記冷却媒体流路壁から離間する突出部と、を含み、
    前記第１板状部材及び前記第２板状部材が金属であり、
    前記酸化ガス流路壁は、前記第１板状部材の前記第１面から突出し、
    前記冷却媒体流路壁は、前記第１板状部材の前記第２面に前記酸化ガス流路壁に対応する溝として形成され、
    前記第１板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第１面から突出する突起である一又は複数の第１ガスケットラインと、を含み、
    前記燃料ガス流路壁は、前記第２板状部材の前記第２面から突出し、
    前記冷却媒体流路壁は、さらに、前記第２板状部材の前記第１面に前記燃料ガス流路壁に対応する溝として形成され、
    前記第２板状部材は、前記第１冷却媒体通過部と前記第２冷却媒体通過部との少なくとも一方に対応する位置に形成され、前記第２面から突出する突起である一又は複数の第２ガスケットラインと、を含み、
    前記突出部が、前記第１板状部材の第２面に形成された前記第１ガスケットラインに対応する一又は複数の第１溝と、前記第２板状部材の第１面に形成された前記第２ガスケットラインに対応する一又は複数の第２溝との少なくとも一方と交差する方向に延び、前記第１溝と前記第２溝との少なくとも一方を間に挟んで複数に分割して形成された、燃料電池。