JP6690908B2

JP6690908B2 - Fuel cell separator

Info

Publication number: JP6690908B2
Application number: JP2015171963A
Authority: JP
Inventors: 吉田　一彦; 一彦吉田; 隆梶原; 祥夫岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: JP2016081909A

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a fuel cell separator.

燃料電池スタックを構成する燃料電池単セルを形成するのに適したセパレータであって、燃料電池単セルは、板状の膜電極接合体の両側にそれぞれ板状の前記セパレータを組み付けることにより形成され、燃料電池スタックを形成するために複数の燃料電池単セルが燃料電池単セルの厚さ方向に互いに積層されたときに、互いに隣接する２つの燃料電池単セルの互いに対面する２つのセパレータ同士の間に流体通路が画定されるか、又は、前記燃料電池単セルに形成された貫通口が前記厚さ方向に互いに整列されることにより前記厚さ方向に延びる流体貫流路が画定されるようになっており、互いに隣接するセパレータの一方又は両方が、流体通路又は前記流体貫流路を取り囲みつつ厚さ方向外向きに突出するよう一体形成された突出部を有し、突出部は、厚さ方向に弾性変形可能であり、燃料電池スタックにおいて突出部とこれに対面するセパレータとが互いに当接することにより、流体通路又は前記流体貫流路を取り囲むシール部が形成されるようになっており、突出部が曲線部と直線部とを有した、セパレータが知られている（例えば特許文献１参照）。 A separator suitable for forming a fuel cell unit cell constituting a fuel cell stack, wherein the fuel cell unit cell is formed by assembling the plate-shaped separators on both sides of a plate-shaped membrane electrode assembly. When a plurality of fuel cell unit cells are stacked in the thickness direction of the fuel cell unit cell to form a fuel cell stack, the two separators facing each other of the two fuel cell unit cells adjacent to each other are A fluid passage is defined therebetween, or through holes formed in the fuel cell unit cell are aligned with each other in the thickness direction so that a fluid passage extending in the thickness direction is defined. One or both of the separators adjacent to each other has a protruding portion integrally formed so as to protrude outward in the thickness direction while surrounding the fluid passage or the fluid passage. The projecting portion is elastically deformable in the thickness direction, and in the fuel cell stack, when the projecting portion and the separator facing the projecting portion contact each other, a seal portion that surrounds the fluid passage or the fluid through passage is formed. A separator is known in which the protrusion has a curved portion and a straight portion (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１では、突出部は、例えば各燃料電池単セルに対する燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体の供給／排出を行うための配管、すなわちマニホールドを囲んでいる。そして、突出部とこれに対面するセパレータとが互いに当接するとき、突出部が荷重を印加されセパレータに押し付けられ弾性変形することで、突出部とこれに対面するセパレータとがシール部として機能する。すなわち、シール部で囲まれたマニホールドとそれ以外の部分とが互いにシールされる。 In Patent Document 1, the projecting portion surrounds, for example, a pipe for supplying / discharging a fuel gas, an oxidant gas, or a cooling medium to each fuel cell single cell, that is, a manifold. Then, when the projecting portion and the separator facing the projecting portion contact each other, the projecting portion is pressed against the separator and elastically deformed, so that the projecting portion and the separator facing the projecting portion function as a seal portion. That is, the manifold surrounded by the seal portion and the other portion are sealed from each other.

特許第４９５９１９０号公報Japanese Patent No. 4959190

しかし、特許文献１の突出部は曲線部及び直線部を有しているが、曲線部及び直線部での幅及び断面形状が概ね均一である。そのため、突出部の直線部と曲線部とでは剛性が相違することになる。すなわち、突出部の曲線部の剛性が、突出部の直線部の剛性よりも高くなる。その場合、剛性の高い曲線部には大きな荷重が掛かる一方、剛性の低い直線部には小さな荷重しか掛からないため、突出部に掛かる荷重にムラが発生する。その結果、荷重の小さい箇所でシールが弱くなるなど良好なシール性能が得られないおそれがある。セパレータにおけるシールをより確実に行うことが可能な技術が望まれる。 However, although the protruding portion of Patent Document 1 has a curved portion and a straight portion, the width and the cross-sectional shape of the curved portion and the straight portion are substantially uniform. Therefore, the rigidity is different between the linear portion and the curved portion of the protruding portion. That is, the rigidity of the curved portion of the protrusion is higher than the rigidity of the straight portion of the protrusion. In that case, a large load is applied to the curved portion having high rigidity, while only a small load is applied to the linear portion having low rigidity, so that the load applied to the protruding portion becomes uneven. As a result, good sealing performance may not be obtained, such as weakening of the seal at a portion having a small load. A technique capable of more reliably sealing the separator is desired.

本発明によれば、燃料電池スタックを構成する燃料電池単セルを形成するのに適したセパレータであって、前記燃料電池単セルは、板状の膜電極接合体の両側にそれぞれ板状の前記セパレータを組み付けることにより形成され、前記燃料電池スタックを形成するために複数の前記燃料電池単セルが前記燃料電池単セルの厚さ方向に互いに積層されたときに、互いに隣接する２つの前記燃料電池単セルの互いに対面する２つの前記セパレータ同士の間に流体通路が画定されるか、又は、前記燃料電池単セルに形成された貫通口が前記厚さ方向に互いに整列されることにより前記厚さ方向に延びる流体貫流路が画定されるようになっており、前記互いに隣接する前記セパレータの一方又は両方が、前記流体通路又は前記流体貫流路を取り囲みつつ前記厚さ方向外向きに突出するよう一体形成された突出部を有し、前記突出部は、前記厚さ方向に弾性変形可能であり、前記燃料電池スタックにおいて前記突出部とこれに対面する前記セパレータとが互いに当接することにより、前記流体通路又は前記流体貫流路を取り囲むシール部が形成されるようになっており、前記突出部が曲線部と直線部とを有し、前記直線部の一部に、前記直線部の他の部分よりも剛性が高い高剛性部を設けた、セパレータが提供される。 According to the present invention, a separator suitable for forming a fuel cell unit cell constituting a fuel cell stack, wherein the fuel cell unit cell is a plate-shaped membrane electrode assembly on each side of the plate-shaped Two fuel cells that are formed by assembling separators and are adjacent to each other when a plurality of the fuel cell unit cells are stacked in the thickness direction of the fuel cell unit cells to form the fuel cell stack. A fluid passage is defined between the two separators facing each other of the unit cell, or the through holes formed in the fuel cell unit cell are aligned with each other in the thickness direction so as to have the thickness. A fluid through channel extending in a direction is defined, and one or both of the adjacent separators surround the fluid channel or the fluid through channel. In the fuel cell stack, the projecting part is elastically deformable in the thickness direction, and the projecting part faces the projecting part in the fuel cell stack. By contacting the separator with each other, a seal portion surrounding the fluid passage or the fluid through passage is formed, and the protrusion has a curved portion and a linear portion, and one of the linear portions A separator is provided in which a high-rigidity portion having higher rigidity than other portions of the linear portion is provided in the portion.

セパレータでのシールをより確実に行うことが可能となる。 It becomes possible to perform sealing with the separator more reliably.

カソードセパレータの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of a cathode separator. アノードセパレータの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of an anode separator. 燃料電池スタック用の膜電極接合体の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the membrane electrode assembly for fuel cell stacks. 燃料電池スタックにおける図１のＥ１−Ｅ１に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to E1-E1 of FIG. 1 in a fuel cell stack. 燃料電池スタックにおける図１のＥ２−Ｅ２に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to E2-E2 of FIG. 1 in a fuel cell stack. 燃料電池スタックにおける図１のＥ３−Ｅ３に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to E3-E3 of FIG. 1 in a fuel cell stack. 燃料電池スタックにおける図１のＥ４−Ｅ４に対応する断面図である。2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack corresponding to E4-E4 in FIG. 1. FIG. 燃料ガスマニホールド用貫通口周辺のカソード突出部を示す部分平面図である。FIG. 3 is a partial plan view showing a cathode protrusion portion around a fuel gas manifold through hole. カソード突出部の直線部の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the linear part of a cathode protrusion part. 図９におけるＡ−Ａ断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line AA in FIG. 9. 図９におけるＢ−Ｂ断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line BB in FIG. 9. アノード突出部の直線部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the linear part of an anode protrusion part. 別の実施例の燃料ガスマニホールド用貫通口周辺のカソード突出部を示す部分平面図である。It is a partial top view which shows the cathode protrusion part of the through hole for fuel gas manifolds of another Example. 図１３における直線部のＥ−Ｅ断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line EE of the straight line portion in FIG. 図１３における曲線部のＦ−Ｆ断面図である。It is FF sectional drawing of the curved part in FIG. 更に別の実施例の直線部の断面図である。It is sectional drawing of the linear part of another Example. 更に別の実施例の曲線部の断面図である。It is sectional drawing of the curved part of another Example. 更に別の実施例の直線部の断面図である。It is sectional drawing of the linear part of another Example. 更に別の実施例の曲線部の断面図である。It is sectional drawing of the curved part of another Example. カソードセパレータ及びアノードセパレータと樹脂フレームとを接合するときに生じ得る問題点を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the problem which may arise when joining a cathode separator and an anode separator, and a resin frame. 更に別の実施例のカソード突出部の断面図である。It is sectional drawing of the cathode protrusion part of another Example. 更に別の実施例のカソード突出部の一部を拡大した部分平面図である。It is a partial top view which expanded a part of cathode projection part of another Example. 更に別の実施例のカソード突出部の一部を拡大した部分平面図である。It is a partial top view which expanded a part of cathode projection part of another Example. 図２３のＩ−Ｉ、Ｊ−Ｊ及びＫ−Ｋ断面図の一実施例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along line I-I, JJ, and KK of FIG. 23. 図２３のＩ−Ｉ、Ｊ−Ｊ及びＫ−Ｋ断面図の別の実施例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing another embodiment of the I-I, J-J, and KK cross-sectional views of FIG. 23.

図１及び図２は、燃料電池単セル用のセパレータの構成例を示す平面図である。図１はカソードセパレータ４ｃを示し、図２はアノードセパレータ４ａを示している。カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａを燃料電池の膜電極接合体のカソード極側及びアノード極側にそれぞれ組み付けることにより燃料電池単セルが形成される。 1 and 2 are plan views showing a configuration example of a separator for a fuel cell single cell. 1 shows the cathode separator 4c, and FIG. 2 shows the anode separator 4a. A fuel cell single cell is formed by assembling the cathode separator 4c and the anode separator 4a on the cathode side and the anode side of the membrane electrode assembly of the fuel cell, respectively.

カソードセパレータ４ｃは、図１に示すように、中央領域２ｇｃと外周領域２ｆｃとを有している。中央領域２ｇｃは、膜電極接合体のカソード極に接する領域であり、カソードセパレータ４ｃの中央付近に設けられている。外周領域２ｆｃは、膜電極接合体の樹脂フレームに接する領域であり、中央領域２ｇｃを囲むように設けられている。 As shown in FIG. 1, the cathode separator 4c has a central region 2gc and an outer peripheral region 2fc. The central region 2gc is a region in contact with the cathode electrode of the membrane electrode assembly, and is provided near the center of the cathode separator 4c. The outer peripheral region 2fc is a region in contact with the resin frame of the membrane electrode assembly, and is provided so as to surround the central region 2gc.

中央領域２ｇｃには、カソード極側（図に示さない側）に酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、カソード極と逆側（図に示す側）に冷却媒体供給路用の複数の溝が設けられている。酸化剤ガス供給路用の溝と溝との間の堤の部分が、裏面の冷却媒体供給路用の溝となり、冷却媒体供給路用の溝と溝との間の堤の部分が、表面の酸化剤ガス供給路用の溝となる。外周領域２ｆｃには、カソードセパレータ４ｃの長手方向の両端付近の領域、すなわちマニホールド領域３ｃに、カソードセパレータ４ｃを貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１、３ｃ２、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１、３ａ２及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、３ｗ２が設けられている。酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１、３ｃ２は酸化剤ガスの供給及び排出に用いられる。燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１、３ａ２は燃料ガスの供給及び排出に用いられる。冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、３ｗ２は冷却媒体の供給及び排出に用いられる。 The central region 2gc is provided with a plurality of grooves for the oxidant gas supply passage on the cathode side (the side not shown in the figure) and a plurality of grooves for the cooling medium supply passage on the side opposite to the cathode (the side shown in the figure). The groove is provided. The bank portion between the groove for the oxidant gas supply path is the groove for the cooling medium supply path on the back surface, and the bank portion between the groove for the cooling medium supply path is the front surface. It becomes a groove for the oxidant gas supply path. In the outer peripheral region 2fc, the oxidant gas manifold through holes 3c1 and 3c2 and the fuel gas manifold through holes are formed in the regions near both ends in the longitudinal direction of the cathode separator 4c, that is, in the manifold region 3c so as to penetrate the cathode separator 4c. 3a1 and 3a2 and through holes 3w1 and 3w2 for the cooling medium manifold are provided. The through holes 3c1 and 3c2 for the oxidizing gas manifold are used for supplying and discharging the oxidizing gas. The fuel gas manifold through holes 3a1 and 3a2 are used for supplying and discharging the fuel gas. The cooling medium manifold through holes 3w1 and 3w2 are used for supplying and discharging the cooling medium.

外周領域２ｆｃには、カソード突出部１０ｃが設けられている。カソード突出部１０ｃは、カソード極と逆側に、図１の太線で示すように酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１、３ｃ２及び燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１、３ａ２の各々の周囲を囲い、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、冷却媒体供給路用の複数の溝及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ２を一まとめにした領域の周囲を囲むように形成されている。 A cathode protrusion 10c is provided in the outer peripheral region 2fc. The cathode protruding portion 10c surrounds each of the oxidant gas manifold through holes 3c1 and 3c2 and the fuel gas manifold through holes 3a1 and 3a2 on the side opposite to the cathode electrode, as shown by the thick line in FIG. The manifold through-hole 3w1, the plurality of cooling medium supply passage grooves, and the cooling-medium through-hole 3w2 are formed so as to surround the circumference of a region.

アノードセパレータ４ａは、図２に示すように、中央領域２ｇａと外周領域２ｆａとを備えている。中央領域２ｇａは、膜電極接合体のアノード極に接する領域であり、アノードセパレータ４ａの中央付近に設けられている。外周領域２ｆａは、膜電極接合体の樹脂フレームに接する領域であり、中央領域２ｇａを囲むように設けられている。 As shown in FIG. 2, the anode separator 4a includes a central area 2ga and an outer peripheral area 2fa. The central region 2ga is a region in contact with the anode electrode of the membrane electrode assembly, and is provided near the center of the anode separator 4a. The outer peripheral region 2fa is a region in contact with the resin frame of the membrane electrode assembly, and is provided so as to surround the central region 2ga.

中央領域２ｇａには、アノード極側（図に示さない側）に燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、アノード極と逆側（図に示す側）に冷却媒体供給路用の複数の溝が設けられている。燃料ガス供給路用の溝と溝との間の堤の部分が、裏面の冷却媒体供給路用の溝となり、冷却媒体供給路用の溝と溝との間の堤の部分が、表面の燃料ガス供給路用の溝となる。外周領域２ｆａには、アノードセパレータ４ａの長手方向の両端付近のマニホールド領域３ａに、アノードセパレータ４ａを貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ３、３ｃ４、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３、３ａ４及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ３、３ｗ４が設けられている。酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ３、３ｃ４は酸化剤ガスの供給及び排出に用いられる。燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３、３ａ４は燃料ガスの供給及び排出に用いられる。冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ３、３ｗ４は冷却媒体の供給及び排出に用いられる。 In the central region 2ga, a plurality of grooves for the fuel gas supply path are provided on the anode electrode side (the side not shown in the figure), and a plurality of grooves for the cooling medium supply path are provided on the side opposite to the anode electrode (the side shown in the figure). A groove is provided. The portion of the bank between the grooves for the fuel gas supply path is the groove for the cooling medium supply path on the back surface, and the portion of the bank between the grooves for the cooling medium supply path is the fuel on the surface. It becomes a groove for the gas supply path. In the outer peripheral region 2fa, the manifold regions 3a near both ends in the longitudinal direction of the anode separator 4a are penetrated through the anode separator 4a so that the oxidant gas manifold through holes 3c3, 3c4 and the fuel gas manifold through holes 3a3, 3a4 are formed. And cooling medium manifold through holes 3w3 and 3w4. The oxidant gas manifold through holes 3c3 and 3c4 are used for supplying and discharging the oxidant gas. The fuel gas manifold through holes 3a3 and 3a4 are used for supplying and discharging the fuel gas. The cooling medium manifold through holes 3w3 and 3w4 are used for supplying and discharging the cooling medium.

外周領域２ｆａには、アノード突出部１０ａが設けられている。アノード突出部１０ａは、アノード極と逆側に、図２の太線で示すように酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ３、３ｃ４及び燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３、３ａ４の各々の周囲を囲み、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ３、冷却媒体供給路用の複数の溝及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ４を一まとめにした領域の周囲を囲むように形成されている。 An anode protrusion 10a is provided in the outer peripheral area 2fa. The anode protruding portion 10a surrounds each of the oxidant gas manifold through holes 3c3 and 3c4 and the fuel gas manifold through holes 3a3 and 3a4 on the side opposite to the anode electrode, as shown by the thick line in FIG. The manifold through hole 3w3, the plurality of grooves for the cooling medium supply path, and the cooling medium manifold through hole 3w4 are formed so as to surround the perimeter of a region.

上記カソードセパレータ４ｃの酸化剤ガス供給路用の複数の溝、冷却媒体供給路用の複数の溝及びカソード突出部１０ｃは、カソードセパレータ４ｃの一体成型で形成される。同様に、上記アノードセパレータ４ａの燃料ガス供給路用の複数の溝、冷却媒体供給路用の複数の溝及びアノード突出部１０ａは、アノードセパレータ４ａの一体成型で形成される。 The plurality of grooves for the oxidant gas supply passage, the plurality of grooves for the cooling medium supply passage, and the cathode protrusion 10c of the cathode separator 4c are formed by integral molding of the cathode separator 4c. Similarly, the plurality of grooves for the fuel gas supply passage, the plurality of grooves for the cooling medium supply passage, and the anode protrusion 10a of the anode separator 4a are formed by integrally molding the anode separator 4a.

図３は、燃料電池スタック用の膜電極接合体５の構成例を示す平面図である。図３はカソード極５ｃ側から見た図である。膜電極接合体５は、中央領域２ｇｅと外周領域２ｆｅとを有している。 FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the membrane electrode assembly 5 for a fuel cell stack. FIG. 3 is a view as seen from the cathode 5c side. The membrane electrode assembly 5 has a central region 2ge and an outer peripheral region 2fe.

中央領域２ｇｅは、膜電極接合体５の中央付近に設けられ、電解質（図示せず）と、電解質の一側、すなわちカソードセパレータ４ｃ側（図に示す側）に設けられたカソード極５ｃと、他側、すなわちアノードセパレータ４ａ側（図に示さない側）に設けられたアノード極５ａ（図示せず）とを備えている。カソード極５ｃはカソードセパレータ４ｃの酸化剤ガス供給路用の複数の溝に接し、アノード極５ａはアノードセパレータ４ａの燃料ガス供給路用の複数の溝に接する。 The central region 2ge is provided near the center of the membrane electrode assembly 5 and has an electrolyte (not shown) and a cathode 5c provided on one side of the electrolyte, that is, on the cathode separator 4c side (the side shown in the figure). The other side, that is, the anode 5a (not shown) provided on the anode separator 4a side (the side not shown) is provided. The cathode 5c is in contact with a plurality of grooves for the oxidant gas supply passage of the cathode separator 4c, and the anode 5a is in contact with a plurality of grooves for the fuel gas supply passage of the anode separator 4a.

外周領域２ｆｅは、中央領域２ｇｅを囲むように設けられ、樹脂フレーム５ｆで形成されている。外周領域２ｆｅでは、膜電極接合体５の長手方向の両端付近の領域、すなわちマニホールド領域３ｅに、膜電極接合体５を貫通するように、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ５、３ｃ６、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ５、３ａ６及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ５、３ｗ６が設けられている。酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ５、３ｃ６は酸化剤ガスの供給及び排出に用いられる。燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ５、３ａ６は燃料ガスの供給及び排出に用いられる。冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ５、３ｗ６は冷却媒体の供給及び排出に用いられる。 The outer peripheral area 2fe is provided so as to surround the central area 2ge and is formed of a resin frame 5f. In the outer peripheral region 2fe, the oxidant gas manifold through holes 3c5, 3c6, the fuel gas manifold are formed so as to penetrate the membrane electrode assembly 5 into regions near both ends in the longitudinal direction of the membrane electrode assembly 5, that is, the manifold region 3e. Through holes 3a5, 3a6 and cooling medium manifold through holes 3w5, 3w6 are provided. The through holes 3c5 and 3c6 for the oxidizing gas manifold are used for supplying and discharging the oxidizing gas. The fuel gas manifold through holes 3a5 and 3a6 are used for supplying and discharging the fuel gas. The cooling medium manifold through holes 3w5 and 3w6 are used for supplying and discharging the cooling medium.

カソードセパレータ４ｃ、アノードセパレータ４ａ及び膜電極接合体５は、ほぼ同じサイズである。また、カソードセパレータ４ｃ、アノードセパレータ４ａ及び膜電極接合体５では、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１、３ｃ３、３ｃ５における貫通口の大きさや、貫通口の位置がほぼ同じである。同様に、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ２、３ｃ４、３ｃ６、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１、３ａ３、３ａ５、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ２、３ａ４、３ａ６、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、３ｗ３、３ｗ５及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ２、３ｗ４、３ｗ６の各々における貫通口の大きさや、貫通口の位置がほぼ同じである。そして、燃料電池単セルを形成するために、膜電極接合体５の両側にカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａに組み付けると、貫通口が厚さ方向Ｓに互いに整列されることにより厚さ方向Ｓに延びる通路、すなわち流体貫流路としてのマニホールドが画定される。例えば、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１、３ｃ３、３ｃ５が整列して酸化剤ガスマニホールド３ｃｕ（図示せず）が画定され、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ２、３ｃ４、３ｃ６が整列して酸化剤ガスマニホールド３ｃｄ（図示せず）が画定される。また、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１、３ａ３、３ａ５が整列して燃料ガスマニホールド３ａｕ（図示せず）が画定され、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ２、３ａ４、３ａ６が整列して燃料ガスマニホールド３ａｄ（図示せず）が画定される。また、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、３ｗ３、３ｗ５が整列して冷却媒体マニホールド３ｗｕ（図示せず）が画定され、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ２、３ｗ４、３ｗ６が整列して冷却媒体マニホールド３ｗｄ（図示せず）が画定される。 The cathode separator 4c, the anode separator 4a, and the membrane electrode assembly 5 have almost the same size. Further, in the cathode separator 4c, the anode separator 4a, and the membrane electrode assembly 5, the sizes of the through holes in the oxidant gas manifold through holes 3c1, 3c3, 3c5 and the positions of the through holes are substantially the same. Similarly, the oxidant gas manifold through holes 3c2, 3c4, 3c6, the fuel gas manifold through holes 3a1, 3a3, 3a5, the fuel gas manifold through holes 3a2, 3a4, 3a6, the cooling medium manifold through holes 3w1, 3w3, 3w5 and the cooling medium manifold through holes 3w2, 3w4, and 3w6 have substantially the same size and position. When the cathode separator 4c and the anode separator 4a are assembled on both sides of the membrane electrode assembly 5 in order to form a fuel cell single cell, the through holes are aligned with each other in the thickness direction S, so that the through holes are aligned in the thickness direction S. An extending passageway, ie a manifold as a fluid passageway, is defined. For example, the oxidant gas manifold through holes 3c1, 3c3, 3c5 are aligned to define an oxidant gas manifold 3cu (not shown), and the oxidant gas manifold through holes 3c2, 3c4, 3c6 are aligned to form the oxidizer. A gas manifold 3cd (not shown) is defined. Further, the fuel gas manifold through holes 3a1, 3a3, 3a5 are aligned to define a fuel gas manifold 3au (not shown), and the fuel gas manifold through holes 3a2, 3a4, 3a6 are aligned to form the fuel gas manifold 3ad ( (Not shown) is defined. Further, the cooling medium manifold through holes 3w1, 3w3, 3w5 are aligned to define a cooling medium manifold 3wu (not shown), and the cooling medium manifold through holes 3w2, 3w4, 3w6 are aligned and the cooling medium manifold 3wd ( (Not shown) is defined.

図４は、燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図である。すなわち、図３に示す膜電極接合体５に図１及び図２に示すセパレータを適用した場合における図１のＥ１−Ｅ１に対応する断面図である。図４を参照すると、燃料電池スタックＡは、複数の燃料電池単セル１を、燃料電池単セル１の厚さ方向Ｓに沿って積層することにより形成される。そして、燃料電池単セル１は、板状の膜電極接合体５の両側面にそれぞれ板状のセパレータ４、すなわちカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａを組み付けることにより形成される。このとき、燃料電池単セル１における、中央領域２ｇｃ、２ｇａ、２ｇｅが重なった領域を中央領域２ｇとし、外周領域２ｆｃ、２ｆａ、２ｆｅが重なった領域を外周領域２ｆとする。カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａは、酸化剤ガス（例示：空気）、燃料ガス（例示：水素ガス）、冷却媒体（例示：水）を透過させず、導電性を有する材料、例えばステンレスのような金属や炭素繊維／樹脂複合材で形成されている。 FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of the fuel cell stack A. That is, it is a cross-sectional view corresponding to E1-E1 of FIG. 1 when the separator shown in FIGS. 1 and 2 is applied to the membrane electrode assembly 5 shown in FIG. Referring to FIG. 4, the fuel cell stack A is formed by stacking a plurality of fuel cell unit cells 1 along the thickness direction S of the fuel cell unit cells 1. The fuel cell unit cell 1 is formed by assembling the plate-shaped separator 4, that is, the cathode separator 4c and the anode separator 4a, on both side surfaces of the plate-shaped membrane electrode assembly 5. At this time, in the fuel cell single cell 1, a region where the central regions 2gc, 2ga, and 2ge overlap is defined as a central region 2g, and a region where the outer peripheral regions 2fc, 2fa, and 2fe overlap is defined as an outer peripheral region 2f. The cathode separator 4c and the anode separator 4a do not allow an oxidant gas (example: air), a fuel gas (example: hydrogen gas), and a cooling medium (example: water) to pass through, and have a conductive material, such as stainless steel. It is made of metal or carbon fiber / resin composite material.

膜電極接合体５は、中央領域２ｇに、膜状の電解質５ｅと、電解質５ｅの一側に形成されたアノード極５ａと、電解質５ｅの他側に形成されたカソード極５ｃとを備え、外周領域２ｆに、樹脂フレーム５ｆを外枠として備えている。図示しない他の実施例では、膜電極接合体５は、更に、アノード極を覆うようにアノードガス拡散層を備え、カソード極を覆うようにカソードガス拡散層を備えている。 The membrane electrode assembly 5 includes, in the central region 2g, a membrane-shaped electrolyte 5e, an anode 5a formed on one side of the electrolyte 5e, and a cathode 5c formed on the other side of the electrolyte 5e. A resin frame 5f is provided as an outer frame in the region 2f. In another embodiment not shown, the membrane electrode assembly 5 further includes an anode gas diffusion layer so as to cover the anode electrode and a cathode gas diffusion layer so as to cover the cathode electrode.

カソードセパレータ４ｃの外周領域２ｆに設けられたカソード突出部１０ｃは、カソードセパレータ４ｃが膜電極接合体５と接する面としての基準面から、厚さ方向Ｓ外向き（膜電極接合体５から離れる向き）に突出するように形成される。また、アノードセパレータ４ａの外周領域２ｆに設けられたアノード突出部１０ａは、アノードセパレータ４ａが膜電極接合体５と接する面としての基準面から、厚さ方向Ｓ外向き（ただし、カソード突出部１０ｃとは逆向きになる。）に突出するように形成される。隣り合う二つの燃料電池単セル１では、厚さ方向Ｓに印加される荷重により、一方の燃料電池単セル１のカソード突出部１０ｃと他方の燃料電池単セル１のアノード突出部１０ａとが互いに接し、カソード突出部１０ｃとアノード突出部１０ａとが互いに押し付け合う。その結果、両突出部１０ａ、１０ｃは、厚さ方向Ｓ内向き（膜電極接合体５に近づく向き）に互いに弾性変形することによりシール部９として機能する。それにより、シール部９は、両突出部１０ａ、１０ｃが隔てる一方の側から他方の側へ流体が往き来できないようする。図４に示す実施例では、カソード突出部１０ｃとアノード突出部１０ａとの接触部分にエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）のようなゴム７を更に配置する。 The cathode protruding portion 10c provided in the outer peripheral region 2f of the cathode separator 4c is directed outward in the thickness direction S (direction away from the membrane electrode assembly 5) from a reference surface as a surface where the cathode separator 4c contacts the membrane electrode assembly 5. ) Is formed so as to protrude. Further, the anode protruding portion 10a provided in the outer peripheral region 2f of the anode separator 4a is directed outward in the thickness direction S (however, the cathode protruding portion 10c from the reference surface as a surface where the anode separator 4a contacts the membrane electrode assembly 5). It is formed so as to project in the opposite direction. In the two adjacent fuel cell unit cells 1, the cathode protrusion 10c of one fuel cell unit cell 1 and the anode protrusion 10a of the other fuel cell unit cell 1 are separated from each other by the load applied in the thickness direction S. The cathode protrusion 10c and the anode protrusion 10a are pressed against each other. As a result, the protrusions 10a and 10c function as the seal portion 9 by elastically deforming inward in the thickness direction S (direction toward the membrane electrode assembly 5). Thereby, the seal portion 9 prevents the fluid from flowing from one side where the projecting portions 10a and 10c are separated to the other side. In the embodiment shown in FIG. 4, a rubber 7 such as ethylene propylene diene rubber (EPDM) is further arranged at the contact portion between the cathode protrusion 10c and the anode protrusion 10a.

カソードセパレータ４ｃの中央領域２ｇには、長手方向に沿って互いに平行に延びる酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とカソード極５ｃ側の膜電極接合体５とにより複数の酸化剤ガス供給路２３が形成される。酸化剤ガス供給路２３の断面は、六角形の半分の形状、すなわち台形の形状を有する。言い換えれば、酸化剤ガス供給路２３は、カソードセパレータ４ｃの基準面から厚さ方向Ｓ斜め外向きに延びる、台形の脚に対応する二つの傾斜面と、二つの傾斜面の端部に結合した、台形の上底に対応する平行面と、台形の下底に対応するカソード極５ｃ側の膜電極接合体５とで形成される。 In the central region 2g of the cathode separator 4c, a plurality of grooves for oxidant gas supply passages extending in parallel with each other along the longitudinal direction are provided, and a plurality of grooves are provided by the groove and the membrane electrode assembly 5 on the cathode electrode 5c side. The oxidant gas supply passage 23 is formed. The cross section of the oxidant gas supply passage 23 has a hexagonal half shape, that is, a trapezoidal shape. In other words, the oxidant gas supply path 23 is connected to the two inclined surfaces corresponding to the trapezoidal leg and extending from the reference surface of the cathode separator 4c in the thickness direction S obliquely outward, and the ends of the two inclined surfaces. , The parallel surface corresponding to the upper bottom of the trapezoid and the membrane electrode assembly 5 on the cathode 5c side corresponding to the lower bottom of the trapezoid.

アノードセパレータ４ａの中央領域２ｇには、長手方向に沿って互いに平行に延びる燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とアノード極５ａ側の膜電極接合体５とにより複数の燃料ガス供給路２１が形成される。燃料ガス供給路２１の断面は、六角形の半分の形状、すなわち台形の形状を有する。言い換えれば、燃料ガス供給路２１は、アノードセパレータ４ａの基準面から厚さ方向Ｓ斜め外向きに延びる、台形の脚に対応する二つの傾斜面と、二つの傾斜面の端部に結合した、台形の上底に対応する平行面と、台形の下底に対応するアノード極５ａ側の膜電極接合体５とで形成される。 In the central region 2g of the anode separator 4a, a plurality of grooves for a fuel gas supply path extending parallel to each other along the longitudinal direction are provided, and a plurality of grooves are formed by the grooves and the membrane electrode assembly 5 on the anode electrode 5a side. A fuel gas supply passage 21 is formed. The cross section of the fuel gas supply passage 21 has a hexagonal half shape, that is, a trapezoidal shape. In other words, the fuel gas supply passage 21 is connected to the two inclined surfaces corresponding to the trapezoidal legs, which extend obliquely outward in the thickness direction S from the reference surface of the anode separator 4a, and the ends of the two inclined surfaces. It is formed by a parallel surface corresponding to the upper bottom of the trapezoid and the membrane electrode assembly 5 on the side of the anode 5a corresponding to the lower bottom of the trapezoid.

隣り合う二つの燃料電池単セル１では、一方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃの酸化剤ガス供給路２３の平行面と他方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａの燃料ガス供給路２１の平行面とが当接している。その結果、酸化剤ガス供給路２３の二つの傾斜面とカソードセパレータ４ｃの基準面と燃料ガス供給路２１の二つの傾斜面とアノードセパレータ４ａの基準面とにより、冷却媒体供給路２２が形成される。言い換えれば、互いに隣接する２つの燃料電池単セル１の互いに対面する２つのセパレータ４同士の間に流体通路としての冷却媒体供給路２２が画定される。冷却媒体供給路２２の断面は、六角形の形状を有する。隣り合う酸化剤ガス供給路２３同士、及び、隣り合う燃料ガス供給路２１同士は、冷却媒体供給路２２で隔てられている。 In two adjacent fuel cell single cells 1, the parallel surface of the oxidant gas supply passage 23 of the cathode separator 4c of one fuel cell single cell 1 and the fuel gas supply passage 21 of the anode separator 4a of the other fuel cell single cell 1 Abutting the parallel surface of. As a result, the cooling medium supply passage 22 is formed by the two inclined surfaces of the oxidant gas supply passage 23, the reference surface of the cathode separator 4c, the two inclined surfaces of the fuel gas supply passage 21 and the reference surface of the anode separator 4a. It In other words, the cooling medium supply passage 22 as a fluid passage is defined between the two separators 4 facing each other of the two fuel cell single cells 1 adjacent to each other. The cross section of the cooling medium supply passage 22 has a hexagonal shape. The oxidant gas supply passages 23 adjacent to each other and the fuel gas supply passages 21 adjacent to each other are separated by a cooling medium supply passage 22.

したがって、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａは、流体通路である冷却媒体供給路２２又は流体貫流路である各マニホールドを取り囲みつつ厚さ方向Ｓ外向きに突出するよう一体形成されたカソード突出部１０ｃ及びアノード突出部１０ａをそれぞれ有している、ということができる。 Therefore, the cathode separator 4c and the anode separator 4a are integrally formed so as to protrude outward in the thickness direction S while surrounding the cooling medium supply passage 22 which is a fluid passage or each manifold which is a fluid passage. It can be said that each has the anode protrusion 10a.

図５は、燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図であり、図３に示す膜電極接合体５に図１及び図２に示すセパレータを適用した場合における図１のＥ２−Ｅ２に対応する断面図である。図５を参照すると、隣り合う二つの燃料電池単セル１では、冷却媒体供給路２２が、一方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃと他方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａとの間に形成されている。冷却媒体の一部は、冷却媒体マニホールド３ｗｕから供給され、冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ１、冷却媒体供給路２２及び冷却媒体マニホールド用貫通口３ｗ２（図示せず）を介して、冷却媒体マニホールド３ｗｄ（図示せず）へ送出される。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of the fuel cell stack A and corresponds to E2-E2 in FIG. 1 when the separator shown in FIGS. 1 and 2 is applied to the membrane electrode assembly 5 shown in FIG. FIG. Referring to FIG. 5, in two adjacent fuel cell single cells 1, the cooling medium supply passage 22 is provided between the cathode separator 4c of one fuel cell single cell 1 and the anode separator 4a of the other fuel cell single cell 1. Is formed in. A part of the cooling medium is supplied from the cooling medium manifold 3wu, and passes through the cooling medium manifold through hole 3w1, the cooling medium supply passage 22, and the cooling medium manifold through hole 3w2 (not shown), and the cooling medium manifold 3wd ( (Not shown).

図６は、燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図であり、図３に示す膜電極接合体５に図１及び図２に示すセパレータを適用した場合における図１のＥ３−Ｅ３に対応する断面図である。図６を参照すると、樹脂フレーム５ｆのアノードセパレータ４ａ側には、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３から中央領域２ｇまで、燃料ガスを流通させるための凹部５ｆａが形成されている。すなわち、アノードセパレータ４ａの基準面と樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆａとの間に燃料ガスが流通可能な通路が形成されている。それにより、燃料電池単セル１では、燃料ガス供給路２１が、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３から中央領域２ｇまではアノードセパレータ４ａと樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆａとの間に形成され、中央領域２ｇではアノードセパレータ４ａの燃料ガス供給路用の複数の溝とアノード極５ａ側の膜電極接合体５との間に形成され、中央領域２ｇから燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ４まで（図示せず）はアノードセパレータ４ａと樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆａとの間に形成される。燃料ガスの一部は、燃料ガスマニホールド３ａｕから供給され、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ３、燃料ガス供給路２１及び燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ４（図示せず）を介して、燃料ガスマニホールド３ａｄ（図示せず）へ送出される。ただし、燃料ガスの流れは逆向きでも良い。 FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of the fuel cell stack A and corresponds to E3-E3 in FIG. 1 when the separator shown in FIGS. 1 and 2 is applied to the membrane electrode assembly 5 shown in FIG. FIG. Referring to FIG. 6, on the anode separator 4a side of the resin frame 5f, a recess 5fa for allowing the fuel gas to flow is formed from the fuel gas manifold through hole 3a3 to the central region 2g. That is, a passage through which the fuel gas can flow is formed between the reference surface of the anode separator 4a and the recess 5fa of the resin frame 5f. As a result, in the fuel cell unit cell 1, the fuel gas supply passage 21 is formed between the anode separator 4a and the recess 5fa of the resin frame 5f from the fuel gas manifold through hole 3a3 to the central region 2g, and the central region 2g. Then, it is formed between the plurality of grooves for the fuel gas supply path of the anode separator 4a and the membrane electrode assembly 5 on the side of the anode 5a, and from the central region 2g to the fuel gas manifold through hole 3a4 (not shown). It is formed between the anode separator 4a and the recess 5fa of the resin frame 5f. A part of the fuel gas is supplied from the fuel gas manifold 3au, and passes through the fuel gas manifold through hole 3a3, the fuel gas supply passage 21 and the fuel gas manifold through hole 3a4 (not shown), and the fuel gas manifold 3ad ( (Not shown). However, the flow of fuel gas may be reversed.

図７は、燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図であり、図３に示す膜電極接合体５に図１及び図２に示すセパレータを適用した場合における図１のＥ４−Ｅ４に対応する断面図である。図７を参照すると、樹脂フレーム５ｆのカソードセパレータ４ｃ側には、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ３から中央領域２ｇまで、酸化剤ガスを流通させるための凹部５ｆｂが形成されている。すなわち、カソードセパレータ４ｃの基準面と樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆｂとの間に燃料ガスが流通可能な通路が形成されている。それにより、燃料電池単セル１では、酸化剤ガス供給路２３が、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ１から中央領域２ｇまではカソードセパレータ４ｃと樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆｂとの間に形成され、中央領域２ｇではカソードセパレータ４ｃの酸化剤ガス供給路用の複数の溝とカソード極５ｃ側の膜電極接合体５との間に形成され、中央領域２ｇから酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ４まで（図示せず）はカソードセパレータ４ｃと樹脂フレーム５ｆの凹部５ｆｂとの間に形成されている。酸化剤ガスの一部は、酸化剤ガスマニホールド３ｃｕから供給され、酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ３、酸化剤ガス供給路２３及び酸化剤ガスマニホールド用貫通口３ｃ４（図示せず）を介して、酸化剤ガスマニホールド３ｃｄ（図示せず）へ送出される。ただし、酸化剤ガスの流れは逆向きでも良い。 FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of the fuel cell stack A, and corresponds to E4-E4 in FIG. 1 when the separator shown in FIGS. 1 and 2 is applied to the membrane electrode assembly 5 shown in FIG. FIG. Referring to FIG. 7, on the cathode separator 4c side of the resin frame 5f, a recess 5fb for allowing the oxidant gas to flow is formed from the oxidant gas manifold through hole 3c3 to the central region 2g. That is, a passage through which the fuel gas can flow is formed between the reference surface of the cathode separator 4c and the recess 5fb of the resin frame 5f. As a result, in the fuel cell single cell 1, the oxidant gas supply passage 23 is formed between the cathode separator 4c and the recess 5fb of the resin frame 5f from the oxidant gas manifold through-hole 3c1 to the central region 2g. The region 2g is formed between the plurality of grooves for the oxidant gas supply path of the cathode separator 4c and the membrane electrode assembly 5 on the cathode electrode 5c side, and extends from the central region 2g to the oxidant gas manifold through hole 3c4 (see FIG. (Not shown) is formed between the cathode separator 4c and the recess 5fb of the resin frame 5f. Part of the oxidant gas is supplied from the oxidant gas manifold 3cu, and passes through the oxidant gas manifold through-hole 3c3, the oxidant gas supply passage 23, and the oxidant gas manifold through-hole 3c4 (not shown). It is delivered to the oxidant gas manifold 3cd (not shown). However, the flow of the oxidizing gas may be reversed.

次に、カソード突出部１０ｃについて更に説明する。カソード突出部１０ｃの基本的な構成は場所に依らず同じなので、図１に示す燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１周辺のカソード突出部１０ｃを例に説明する。 Next, the cathode protrusion 10c will be further described. Since the basic structure of the cathode protrusion 10c is the same regardless of the location, the cathode protrusion 10c around the fuel gas manifold through hole 3a1 shown in FIG. 1 will be described as an example.

図８は、図１の燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１周辺のカソード突出部１０ｃを示す部分平面図である。燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１の周囲には、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１から燃料ガスが冷却媒体供給路２２へ侵入しないようにカソード突出部１０ｃが形成されている。すなわち、カソード突出部１０ｃは、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１の周囲を囲むように形成されている。このカソード突出部１０ｃには、直線形状を有する部分、例えば直線部Ｐや、曲線形状を有する部分、例えば曲線部Ｒが存在する。 FIG. 8 is a partial plan view showing the cathode protrusion 10c around the fuel gas manifold through-hole 3a1 of FIG. Around the fuel gas manifold through hole 3a1, a cathode protrusion 10c is formed so that the fuel gas does not enter the cooling medium supply passage 22 from the fuel gas manifold through hole 3a1. That is, the cathode protruding portion 10c is formed so as to surround the periphery of the fuel gas manifold through hole 3a1. The cathode protrusion 10c has a linear portion, for example, a linear portion P, and a curved portion, for example, a curved portion R.

しかし、カソード突出部１０ｃの曲線部Ｒでは、その曲線形状のために、カソード突出部１０ｃの直線部Ｐと比較して剛性が高くなる。ここで、燃料電池単セル１を積層して燃料電池スタックＡを形成するために積層方向に荷重が印加されるときには、それに伴ってカソード突出部１０ｃに荷重が印加される。そのとき、カソード突出部１０ｃに印加される荷重のうち、剛性の高い曲線部Ｒが分担する荷重が大きくなり、剛性の低い直線部Ｐが分担する荷重が小さくなる。ここで、カソード突出部１０ｃのシール性は、ある程度の大きさの厚さ方向Ｓ内向きの荷重がカソード突出部１０ｃに掛かることで、カソード突出部１０ｃが対抗するアノード突出部１０ａに十分に強く押し付けられることが重要である。したがって、厚さ方向Ｓの荷重の小さい箇所がカソード突出部１０ｃに存在すると、その箇所が対向するアノード突出部１０ａに強く押し付けられないため、流体の圧力に負けてシールが不十分になるおそれがある。したがって、図８に示す実施例では、分担する荷重が小さくなる剛性の低い直線部Ｐにおいて、剛性を強くする構成を導入する。その構成について、以下、図９〜図１２を参照して説明する。 However, the curved portion R of the cathode protrusion 10c has higher rigidity than the straight portion P of the cathode protrusion 10c because of the curved shape. Here, when a load is applied in the stacking direction to stack the fuel cell unit cells 1 to form the fuel cell stack A, the load is applied to the cathode protrusion 10c accordingly. At this time, of the loads applied to the cathode protrusion 10c, the load that the curved portion R having high rigidity bears becomes large, and the load that the linear portion P having low rigidity bears becomes small. Here, the sealing performance of the cathode protrusion 10c is sufficiently strong to the anode protrusion 10a that the cathode protrusion 10c opposes by applying a certain amount of inward load in the thickness direction S to the cathode protrusion 10c. It is important to be pressed. Therefore, if there is a portion having a small load in the thickness direction S on the cathode protrusion 10c, that portion cannot be strongly pressed against the opposing anode protrusion 10a, and there is a risk that the pressure of the fluid may be lost and the sealing may become insufficient. is there. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 8, the rigidity is increased in the linear portion P with low rigidity where the load to be shared becomes small. The configuration will be described below with reference to FIGS. 9 to 12.

図９は直線部Ｐの構造を示す部分平面図であり、図１０は図９におけるＡ−Ａ断面図であり、図１１は図９におけるＢ−Ｂ断面図である。カソード突出部１０ｃは、カソードセパレータ４ｃの膜電極接合体５と接する面、すなわち基準面Ｄから厚さ方向Ｓ外向きに突出した形状を有するバネ構造部１１を備えている。バネ構造部１１は、弾性変形可能なバネ構造を有している。Ａ−Ａ断面の位置のバネ構造部１１は、図１０に示すように、シール機能部１２と支持部１３と立ち上がり部１４とを備えている。立ち上がり部１４は、バネ構造部１１の幅方向の両側に設けられ、基準面Ｄに接続され、その基準面Ｄから厚さ方向Ｓ外向きに立ち上がる部分である。支持部１３は、立ち上がり部１４に接続され、基準面Ｄに略平行に、バネ構造部１１の幅方向の中心に向かって延びる部分である。支持部１３の幅（片側）はｄ１であり、バネ構造部１１の幅はＬｒ１である。シール機能部１２は、バネ構造部１１の幅方向の中心に配置され、両側の支持部１３に支持され、支持部１３の形成する面よりも厚さ方向Ｓ外向きに突出している。立ち上がり部１４と支持部１３とシール機能部１２とは、板バネ的な機能を有し、シール機能部１２に加わる荷重を、立ち上がり部１４と支持部１３とシール機能部１２の弾性変形で受け止める。この断面構造は、曲線部Ｒの断面構造と同じである。 9 is a partial plan view showing the structure of the linear portion P, FIG. 10 is a sectional view taken along line AA in FIG. 9, and FIG. 11 is a sectional view taken along line BB in FIG. The cathode protruding portion 10c includes a spring structure portion 11 having a shape protruding outward from the reference surface D in the thickness direction S from the surface of the cathode separator 4c in contact with the membrane electrode assembly 5. The spring structure portion 11 has a spring structure that is elastically deformable. As shown in FIG. 10, the spring structure portion 11 at the position of the AA cross section includes a seal function portion 12, a support portion 13, and a rising portion 14. The rising portions 14 are provided on both sides of the spring structure portion 11 in the width direction, are connected to the reference surface D, and rise from the reference surface D outward in the thickness direction S. The support portion 13 is a portion that is connected to the rising portion 14 and extends substantially parallel to the reference plane D toward the center of the spring structure portion 11 in the width direction. The width (one side) of the support portion 13 is d1, and the width of the spring structure portion 11 is Lr1. The seal function portion 12 is disposed at the center of the spring structure portion 11 in the width direction, supported by the support portions 13 on both sides, and protrudes outward in the thickness direction S from the surface formed by the support portions 13. The rising portion 14, the support portion 13, and the seal function portion 12 have a leaf spring-like function, and the load applied to the seal function portion 12 is received by the elastic deformation of the rise portion 14, the support portion 13, and the seal function portion 12. . This sectional structure is the same as the sectional structure of the curved portion R.

分担する荷重が小さくなる剛性の低い直線部Ｐには、図９に示すように、バネ構造部１１の途中に高剛性部１５を導入する。高剛性部１５は、バネ構造部１１のうちの剛性をより強くした箇所であり、直線部Ｐの他の部分よりも剛性が高い箇所である。具体的にはバネ構造部１１の幅を細くした箇所、あるいはバネ構造部１１のくびれた箇所である。Ｂ−Ｂ断面の位置のバネ構造部１１、すなわち高剛性部１５は、図１１に示すように、シール機能部１２と支持部１３と立ち上がり部１４とを備えているが、支持部１３の幅ｄ２がＡ−Ａ断面の位置での支持部１３の幅ｄ１と比較して小さくなっており、したがってバネ構造部１１の幅はＬｐ１（＜Ｌｒ１）である。このとき、シール機能部１２の幅は一定である。それにより、高剛性部１５では、支持部１３及び立ち上がり部１４で構成される板バネの変形を小さくでき、すなわちバネ構造部１１の剛性を高くできる。その結果、直線部Ｐが分担する荷重を十分に大きくできる。その結果、直線部Ｐが対抗する面に強く押し付けられるため、流体の圧力に負けてシールが不十分になることを防止できる。 As shown in FIG. 9, a high-rigidity portion 15 is introduced in the middle of the spring structure portion 11 in the linear portion P with low rigidity where the load to be shared becomes small. The high-rigidity portion 15 is a portion of the spring structure portion 11 having higher rigidity, and is a portion having higher rigidity than the other portions of the linear portion P. Specifically, it is a part where the width of the spring structure part 11 is narrowed or a part where the spring structure part 11 is narrowed. As shown in FIG. 11, the spring structure portion 11 at the position of the BB cross section, that is, the high-rigidity portion 15 includes a seal function portion 12, a support portion 13, and a rising portion 14, but the width of the support portion 13 is large. d2 is smaller than the width d1 of the support portion 13 at the position of the AA cross section, and thus the width of the spring structure portion 11 is Lp1 (<Lr1). At this time, the width of the seal function part 12 is constant. Thereby, in the high-rigidity portion 15, the deformation of the leaf spring constituted by the support portion 13 and the rising portion 14 can be reduced, that is, the rigidity of the spring structure portion 11 can be increased. As a result, the load shared by the straight portion P can be sufficiently increased. As a result, since the straight portion P is strongly pressed against the opposing surface, it is possible to prevent the seal from being insufficient due to the pressure of the fluid.

直線部Ｐに設ける高剛性部１５の数は特に限定されない。その位置や長さや曲線部Ｒとの関係などに基づいて、実験やシミュレーションなどにより決定することができる。例えば、直線部Ｐが長い場合、高剛性部１５の数を多くすることが考えられる。あるいは、直線部Ｐが長い場合、連続的にバネ構造部１１の幅を細くした、細長い高剛性部１５を設けることが考えられる。また、幅ｄ２の大きさは、高剛性部１５に必要な剛性の大きさに応じて適宜変更される。好ましくは、高剛性部１５の剛性は曲線部Ｒの剛性と同じである。 The number of high-rigidity portions 15 provided on the straight portion P is not particularly limited. It can be determined by experiments, simulations, etc. based on the position, length, relationship with the curved portion R, and the like. For example, when the straight line portion P is long, it is conceivable to increase the number of high rigidity portions 15. Alternatively, when the straight portion P is long, it is conceivable to provide the elongated high-rigidity portion 15 in which the width of the spring structure portion 11 is continuously reduced. Further, the size of the width d2 is appropriately changed according to the size of the rigidity required for the high rigidity portion 15. Preferably, the rigidity of the high rigidity portion 15 is the same as the rigidity of the curved portion R.

次に、アノード突出部１０ａについて更に説明する。アノード突出部１０ａの基本的な構成は場所に依らず同じなので、図９〜図１１に示す燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１周辺のカソード突出部１０ｃに対向する位置のアノード突出部１０ａを例に説明する。 Next, the anode protrusion 10a will be further described. Since the basic structure of the anode protrusion 10a is the same regardless of the location, the anode protrusion 10a at a position facing the cathode protrusion 10c around the fuel gas manifold through hole 3a1 shown in FIGS. 9 to 11 will be described as an example. To do.

図１２は、図１０及び図１１のカソード突出部１０ｃのバネ構造部１１に対向するアノード突出部１０ａのバネ構造部１１の構造を示す断面図である。アノード突出部１０ａは、カソード突出部１０ｃの構成（高剛性部１５の有無）によらず同一の構成をとるものとする。アノード突出部１０ａのバネ構造部１１は、図１２に示すように、シール機能部がないほかは、カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１と同様の構成を有している。すなわち、アノード突出部１０ａのバネ構造部１１は、支持部１６と立ち上がり部１７とを備えている。この場合、支持部１６と立ち上がり部１７とは、支持部１３と立ち上がり部１４に対応し、板バネ的な機能を有し、支持部１６に加わる荷重を立ち上がり部１７と支持部１６の弾性変形で受け止める。アノード突出部１０ａのバネ構造部１１にシール機能部がないのは、カソード突出部１０ｃのシール機能部１２と接触可能な面積を広く確保して、確実に接触できるようにするためである。図示しない別の実施例では、カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１がシール機能部を有さず、アノード突出部１０ａのバネ構造部１１がシール機能部を有する。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of the spring structure portion 11 of the anode protrusion 10a facing the spring structure portion 11 of the cathode protrusion 10c of FIGS. The anode protrusion 10a has the same configuration regardless of the configuration of the cathode protrusion 10c (presence or absence of the high-rigidity portion 15). As shown in FIG. 12, the spring structure 11 of the anode protrusion 10a has the same structure as the spring structure 11 of the cathode protrusion 10c except that it does not have a sealing function. That is, the spring structure portion 11 of the anode protrusion 10 a includes the support portion 16 and the rising portion 17. In this case, the supporting portion 16 and the rising portion 17 correspond to the supporting portion 13 and the rising portion 14 and have a leaf spring-like function, and the load applied to the supporting portion 16 is elastically deformed by the rising portion 17 and the supporting portion 16. Take with. The reason why the spring structure portion 11 of the anode protruding portion 10a does not have a sealing function portion is to secure a large area capable of contacting the sealing function portion 12 of the cathode protruding portion 10c and ensure reliable contact. In another embodiment (not shown), the spring structure 11 of the cathode protrusion 10c does not have a sealing function, and the spring structure 11 of the anode protrusion 10a has a sealing function.

また、幅ｄ２の大きさは、直線部Ｐの剛性の大きさが曲線部Ｒの剛性の大きさと概ね同じとなるように選択されることが好ましい。それにより、カソード突出部１０ｃ全体に均一に荷重が掛かり、すなわちカソード突出部１０ｃのほとんどの曲線部及び直線部においても概ね同じ大きさの荷重を分担でき、シールのムラをなくすことができ、安定的なシール性を確保することができる。図示しない別の実施例では、幅ｄ２の大きさは、直線部Ｐの剛性の大きさが所定の剛性の値以上になるように選択される。それにより、シールに必要な最低限度の剛性を確保できる。 Further, the size of the width d2 is preferably selected so that the rigidity of the straight line portion P is substantially the same as the rigidity of the curved portion R. As a result, a load is evenly applied to the entire cathode protrusion 10c, that is, almost the same load can be shared by most of the curved and straight portions of the cathode protrusion 10c, and the unevenness of the seal can be eliminated, thus ensuring stability. It is possible to secure a proper sealing property. In another embodiment (not shown), the size of the width d2 is selected so that the rigidity of the straight portion P is equal to or larger than a predetermined rigidity value. Thereby, the minimum rigidity required for the seal can be secured.

図１１の実施例では、バネ構造部１１の剛性の高さは、幅ｄ２の大きさで調整している。しかし、図示しない別の実施例では、バネ構造部１１の剛性の高さは、バネ構造部１１の断面積の大きさで調整する。例えば、バネ構造部１１の剛性を高めたい場合には断面積を小さくする。 In the embodiment of FIG. 11, the height of rigidity of the spring structure portion 11 is adjusted by the size of the width d2. However, in another embodiment not shown, the rigidity of the spring structure 11 is adjusted by the size of the cross-sectional area of the spring structure 11. For example, when it is desired to increase the rigidity of the spring structure portion 11, the cross-sectional area is reduced.

次に、別の実施例について説明する。図１３はカソード突出部１０ｃの一部を示す部分平面図である。図１４は図１３における直線部ＰのＥ−Ｅ断面図であり、図１５は図１３における曲線部ＲのＦ−Ｆ断面図である。図１３に示すように、カソード突出部１０ｃの中心、すなわちバネ構造部１１の中心を通りカソードセパレータ４ｃの基準面Ｄに平行な中心線ＣＰに沿って一定の幅のシール機能部１２が形成されている。直線部Ｐのバネ構造部１１では全体にわたって幅が狭く、曲線部Ｒのバネ構造部１１では全体にわたって幅が広く、これらの間に幅が徐々に遷移する遷移領域１５Ｔが存在する。図１４に示すように、直線部Ｐのバネ構造部１１の幅はＬｐ２であり、支持部１３の片側の幅はｄ３であり、全体として図１０の断面形状と図１２の断面形状とを組み合わせたものと同様の構成を有している。一方、図１５に示すように、曲線部Ｒのバネ構造１１の幅はＬｒ２（＞Ｌｐ２）であり、支持部１３の片側の幅はｄ４（＞３）であり、全体として図１１の断面形状と図１２の断面形状とを組み合わせたものと同様の構成を有している。また、直線部Ｐ及び曲線部Ｒのいずれにおいてもバネ構造部１１の中心を通りカソードセパレータ４ｃの基準面Ｄに垂直な中心線ＣＬに対して左右対称にシール機能部１２、支持部１３及び立ち上り部１４が配置されている。 Next, another embodiment will be described. FIG. 13 is a partial plan view showing a part of the cathode protrusion 10c. 14 is a sectional view taken along the line EE of the straight line portion P in FIG. 13, and FIG. 15 is a sectional view taken along the line FF of the curved portion R in FIG. As shown in FIG. 13, the seal function part 12 having a constant width is formed along the center line CP passing through the center of the cathode protrusion part 10c, that is, the center of the spring structure part 11 and parallel to the reference plane D of the cathode separator 4c. ing. The width of the spring structure portion 11 of the straight line portion P is narrow throughout, the width of the spring structure portion 11 of the curved portion R is wide throughout, and there is a transition region 15T between which the width gradually transitions. As shown in FIG. 14, the width of the spring structure portion 11 of the linear portion P is Lp2, and the width of one side of the support portion 13 is d3. As a whole, the sectional shape of FIG. 10 and the sectional shape of FIG. 12 are combined. It has the same configuration as the one On the other hand, as shown in FIG. 15, the width of the spring structure 11 of the curved portion R is Lr2 (> Lp2), and the width of one side of the support portion 13 is d4 (> 3). And the cross-sectional shape of FIG. 12 are combined. Further, in both the straight line portion P and the curved line portion R, the seal function portion 12, the support portion 13 and the rising portion are symmetrical with respect to the center line CL that passes through the center of the spring structure portion 11 and is perpendicular to the reference plane D of the cathode separator 4c. The part 14 is arranged.

直線部Ｐ（図１４）のバネ構造部１１の幅Ｌｐ２及び支持部１３の片側の幅ｄ３はそれぞれ上記の幅Ｌｐ１及び幅ｄ２と同様にして選択され、本実施例では幅Ｌｐ１及び幅ｄ２と同じ値である。また、曲線部Ｒ（図１５）のバネ構造部１１の幅Ｌｒ２（＞Ｌｐ２）及び支持部１３の片側の幅ｄ４（＞ｄ３）はそれぞれ上記の幅Ｌｒ１及び幅ｄ１と同様にして選択され、本実施例では幅Ｌｒ１及び幅ｄ１と同じ値である。このような構成により、直線部Ｐの剛性を相対的に高めることができるので、直線部Ｐの剛性と曲線部Ｒの剛性とをより均一にすることができる。 The width Lp2 of the spring structure portion 11 and the width d3 on one side of the support portion 13 of the straight portion P (FIG. 14) are selected in the same manner as the width Lp1 and the width d2, respectively. In this embodiment, the width Lp1 and the width d2 are selected. The same value. The width Lr2 (> Lp2) of the spring structure portion 11 and the width d4 (> d3) of the support portion 13 on one side of the curved portion R (FIG. 15) are selected in the same manner as the width Lr1 and the width d1, respectively, In this embodiment, the width Lr1 and the width d1 have the same value. With such a configuration, since the rigidity of the straight line portion P can be relatively increased, the rigidity of the straight line portion P and the rigidity of the curved line portion R can be made more uniform.

上記のカソード突出部１０ｃに関する説明は、燃料ガスマニホールド用貫通口３ａ１周囲のカソード突出部１０ｃについて行っているが、カソードセパレータ４ｃの他のカソード突出部１０ｃに対しても同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。 The above description of the cathode protrusion 10c has been made on the cathode protrusion 10c around the fuel gas manifold through-hole 3a1, but the same applies to the other cathode protrusions 10c of the cathode separator 4c. The effect can be obtained.

また、上記のカソード突出部１０ｃに関する説明は、アノードセパレータ４ａのアノード突出部１０ａについても同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。 Further, the above description regarding the cathode protruding portion 10c can be similarly applied to the anode protruding portion 10a of the anode separator 4a, and the same effect can be obtained.

更に別の実施例について説明する。図１６は更に別の実施例の直線部Ｐの断面図であり、図１７は更に別の実施例の曲線部Ｒの断面図である。図１６は図１３のＥ−Ｅ断面図に対応し、図１７は図１３のＦ−Ｆ断面図に対応する。本実施例では、図１４及び図１５に示す実施例と比較して、アノードセパレータ４ａのアノード突出部１０ａの構成が相違している。すなわち、アノード突出部１０ａとして、支持部１６及び立ち上がり部１７を設けず、その代わりにゴムのような弾性部材で形成されたガスケット８をアノードセパレータ４ａ上に配置する。 Still another embodiment will be described. 16 is a sectional view of a straight line portion P of yet another embodiment, and FIG. 17 is a sectional view of a curved portion R of yet another embodiment. 16 corresponds to the EE sectional view of FIG. 13, and FIG. 17 corresponds to the FF sectional view of FIG. In this embodiment, the configuration of the anode protrusion 10a of the anode separator 4a is different from that of the embodiment shown in FIGS. That is, as the anode protruding portion 10a, the support portion 16 and the rising portion 17 are not provided, and instead, the gasket 8 formed of an elastic member such as rubber is arranged on the anode separator 4a.

このとき、一方の燃料電池単セル１のカソード突出部１０ｃと他方の燃料電池単セル１のガスケット８とが互いに接し、カソード突出部１０ｃとガスケット８とが互いに押し付け合う。その結果、カソード突出部１０ｃ及びガスケット８は、厚さ方向Ｓ内向き（樹脂フレーム５ｆに近づく向き）に互いに弾性変形することによりシール部９として機能する。この場合、シール部９のガスケット８は、セパレータに後付けされている。そのため、膜電極接合体の両側にセパレータを組み付けて燃料電池単セルを形成し、複数の燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成した後に、シール部の機能が十分でないことが判明した場合には、ガスケット８だけを交換することで対処可能である。したがって、図１０〜図１２に示す実施例と比較して、燃料電池単セルの調整、改善の自由度を高められる。 At this time, the cathode protrusion 10c of the one fuel cell unit cell 1 and the gasket 8 of the other fuel cell unit cell 1 are in contact with each other, and the cathode protrusion portion 10c and the gasket 8 are pressed against each other. As a result, the cathode protrusion 10c and the gasket 8 function as the seal portion 9 by elastically deforming inward in the thickness direction S (direction toward the resin frame 5f). In this case, the gasket 8 of the seal portion 9 is attached to the separator afterwards. Therefore, after the separator was assembled on both sides of the membrane electrode assembly to form a fuel cell single cell, and a plurality of fuel cell single cells were stacked to form a fuel cell stack, it was found that the function of the sealing part was not sufficient. In that case, it can be dealt with by replacing only the gasket 8. Therefore, compared with the embodiment shown in FIGS. 10 to 12, the degree of freedom in adjusting and improving the fuel cell unit cell can be increased.

更に別の実施例について説明する。図１８は更に別の実施例の直線部Ｐの断面図であり、図１９は更に別の実施例の曲線部Ｒの断面図である。図１８は図１３のＥ−Ｅ断面図に対応し、図１９は図１３のＦ−Ｆ断面図に対応する。本実施例では、図１６及び図１７に示す実施例と比較して、カソードセパレータ４ｃのカソード突出部１０ｃの構成が相違している。すなわち、カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１に立ち上がり部１４を設けず、その代わりとして樹脂フレーム５ｆのカソードセパレータ４ｃ側に、バネ構造部１１に沿って溝状の空間１８ｐが形成される。 Still another embodiment will be described. 18 is a sectional view of a straight line portion P of yet another embodiment, and FIG. 19 is a sectional view of a curved portion R of yet another embodiment. 18 corresponds to the EE sectional view of FIG. 13, and FIG. 19 corresponds to the FF sectional view of FIG. In this embodiment, the structure of the cathode protrusion 10c of the cathode separator 4c is different from that of the embodiment shown in FIGS. That is, the rising portion 14 is not provided in the spring structure portion 11 of the cathode protruding portion 10c, and instead, the groove-shaped space 18p is formed along the spring structure portion 11 on the cathode separator 4c side of the resin frame 5f.

カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１は、シール機能部１２と支持部１３ｐとを備えている。支持部１３ｐは、空間１８ｐの幅方向の両端部から中心に向かって延びる、カソードセパレータ４ｃの平面部分である。シール機能部１２は、バネ構造部１１の幅方向の中心に配置され、両側の支持部１３ｐに支持され、支持部１３ｐの形成する面（カソードセパレータ４ｃの基準面Ｄ）よりも厚さ方向Ｓ外向きに突出している。支持部１３ｐとシール機能部１２とは板バネ的な機能を有し、シール機能部１２に印加される荷重を、支持部１３ｐやシール機能部１２が弾性変形することなどで受け止める。このとき、支持部１３ｐが基準面Ｄを中心に厚さ方向Ｓ内向き及び外向きに弾性変形可能なように、支持部１３ｐが基準面Ｄより厚さ方向Ｓ内向きに弾性変形可能な領域として、空間１８ｐが形成されている。この場合、図１６及び図１７に示す実施例と比較して、カソード突出部１０ｃの構造を簡便にすることができ、その製造を容易にすることができる。 The spring structure portion 11 of the cathode protruding portion 10c includes a seal function portion 12 and a support portion 13p. The support portion 13p is a flat surface portion of the cathode separator 4c extending from both ends in the width direction of the space 18p toward the center. The seal function portion 12 is arranged at the center of the spring structure portion 11 in the width direction, is supported by the support portions 13p on both sides, and has a thickness direction S from the surface formed by the support portions 13p (reference surface D of the cathode separator 4c). It projects outward. The support portion 13p and the seal function portion 12 have a leaf spring-like function, and receive the load applied to the seal function portion 12 by elastically deforming the support portion 13p or the seal function portion 12. At this time, the support portion 13p is elastically deformable inward in the thickness direction S from the reference plane D so that the support portion 13p can be elastically deformed inward and outward in the thickness direction S about the reference plane D. As a result, a space 18p is formed. In this case, as compared with the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, the structure of the cathode protrusion 10c can be simplified and the manufacturing thereof can be facilitated.

本実施例では、カソード突出部１０ｃにおける直線部Ｐ（図１８）のバネ構造部１１の幅Ｌｐ３及び支持部１３の片側の幅ｄ５は、それぞれ上記の幅Ｌｐ２及び幅ｄ３と同様にして選択される。また、曲線部Ｒ（図１９）のバネ構造部１１の幅Ｌｒ３（＞Ｌｐ３）及び支持部１３の片側の幅ｄ６（＞ｄ５）は、それぞれ上記の幅Ｌｒ２及び幅ｄ４と同様にして選択される。幅Ｌｐ３及び幅Ｌｒ３の大きさに対応して、図１８及び図１９の断面形状での空間１８ｐの幅が決定される。 In the present embodiment, the width Lp3 of the spring structure portion 11 and the width d5 on one side of the support portion 13 of the linear portion P (FIG. 18) in the cathode protrusion 10c are selected in the same manner as the width Lp2 and the width d3 described above, respectively. It The width Lr3 (> Lp3) of the spring structure portion 11 and the width d6 (> d5) on one side of the support portion 13 of the curved portion R (FIG. 19) are selected in the same manner as the width Lr2 and the width d4, respectively. It The width of the space 18p in the cross-sectional shapes of FIGS. 18 and 19 is determined according to the sizes of the width Lp3 and the width Lr3.

更に別の実施例について説明する。上述の図１６及び図１７に示す実施例では、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａと樹脂フレーム５ｆとの接合は、例えば樹脂フレーム５ｆの両側面に予め形成された接着剤層を用いて行うことができる。図２０に示すように、樹脂フレーム５ｆは、その一つの実施例として樹脂フレーム基材５０とその両側面に塗布された接着剤層（例示：熱可塑性樹脂層）５１とで構成されている。そして、接合では、接着剤層５１を熱で溶かしつつカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａを樹脂フレーム５ｆの両側面に荷重Ｆにより押し付けることで、樹脂フレーム５ｆの両側面にそれぞれカソードセパレータ４ｃとアノードセパレータ４ａとを熱圧着する。 Still another embodiment will be described. In the embodiment shown in FIG. 16 and FIG. 17 described above, the cathode separator 4c and the anode separator 4a and the resin frame 5f are joined to each other by using, for example, adhesive layers formed in advance on both side surfaces of the resin frame 5f. it can. As shown in FIG. 20, the resin frame 5f is composed of a resin frame base material 50 and an adhesive layer (exemplification: thermoplastic resin layer) 51 applied to both side surfaces thereof as one example. Then, in joining, the cathode separator 4c and the anode separator 4a are pressed against both side surfaces of the resin frame 5f by a load F while the adhesive layer 51 is melted by heat, so that the cathode separator 4c and the anode separator 4c are respectively attached to both side surfaces of the resin frame 5f. 4a and thermocompression-bonding.

このとき、カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１と樹脂フレーム５ｆとで形成される空間１８には、カソードセパレータ４ｃと樹脂フレーム基材５０との間の接着剤層５１が荷重Ｆによりはみ出してしまう場合がある。そのような場合、はみ出した接着剤層５１の量によっては、立ち上がり部１４の内側を覆う接着剤層５１のはみ出し部５１ａが形成され、立ち上がり部１４が動き難くなり、バネ構造部１１のバネとしての機能が弱められる可能性がある。上記事態は、例えば接着剤層５１の厚みや量を適切に制御することで避けることができる。 At this time, the adhesive layer 51 between the cathode separator 4c and the resin frame base material 50 overflows due to the load F in the space 18 formed by the spring structure portion 11 of the cathode protrusion 10c and the resin frame 5f. There are cases. In such a case, depending on the amount of the protruding adhesive layer 51, the protruding portion 51a of the adhesive layer 51 that covers the inside of the rising portion 14 is formed, and the rising portion 14 becomes difficult to move. The function of may be weakened. The above situation can be avoided by appropriately controlling the thickness and amount of the adhesive layer 51, for example.

一方、本実施例では、上記事態を避ける他の方法として、バネ構造部１１の形状を一部変更する。図２１は、本実施例のカソード突出部１０ｃの断面図である。この場合にも直線部Ｐ及び曲線部Ｒは同様であるので直線部Ｐについて説明する。カソード突出部１０ｃは、基準面Ｄから厚さ方向Ｓ外向きに三段階に突出した形状を有するバネ構造部１１を備えている。すなわち、バネ構造部１１は、シール機能部１２、支持部１３及び立ち上がり部１４という二段階に突出した形状に加えて、カソードセパレータ４ｃの基準面Ｄとの間に受容部１９という突出した形状を更に備えている。 On the other hand, in this embodiment, as another method for avoiding the above situation, the shape of the spring structure portion 11 is partially changed. FIG. 21 is a cross-sectional view of the cathode protrusion 10c of this embodiment. In this case as well, the straight line portion P and the curved line portion R are the same, so the straight line portion P will be described. The cathode protruding portion 10c includes a spring structure portion 11 having a shape protruding from the reference surface D outward in the thickness direction S in three steps. That is, the spring structure portion 11 has, in addition to the protruding shape of the seal function portion 12, the support portion 13 and the rising portion 14 in two steps, the protruding shape of the receiving portion 19 between the reference surface D of the cathode separator 4c. Further equipped.

下側の受容部１９は、バネ構造部１１の幅方向の両側に設けられ、基準面Ｄから厚さ方向Ｓ外向きに立ち上がりつつ、バネ構造部１１の幅方向の中心に向かうように形成されており、厚さ方向Ｓ外向きに凸な曲面を有している。それにより、受容部１９は、樹脂フレーム５ｆとの間に空間１８ｓを形成し、その空間１８ｓにはみ出し部５１ａを受容する。一方、立ち上がり部１４は、受容部１９に接続されている。立ち上がり部１４、支持部１３及びシール機能部１２は、板バネ的な機能を有し、シール機能部１２に加わる荷重を、立ち上がり部１４と支持部１３とシール機能部１２の弾性変形で受け止める。このような構成により、樹脂フレーム５ｆの両側面にそれぞれカソードセパレータ４ｃとアノードセパレータ４ａとが熱圧着されるとき、接着剤層５１のはみ出し部５１ａを空間１８ｓに受容して、接着剤層５１が立ち上がり部１４に達することを抑制している。それにより、はみ出し部５１ａが板バネ的機能を担う立ち上がり部１４の弾性変形を阻害することを防止することができ、バネ構造部１１での荷重による弾性変形を維持し、シール性が損なわれることを防止できる。なお、本実施例では、受容部１９は直線部及び曲線部それぞれの長さ方向全体にわたり形成される。 The lower receiving portions 19 are provided on both sides of the spring structure portion 11 in the width direction, and are formed so as to rise outward from the reference plane D in the thickness direction S toward the center of the spring structure portion 11 in the width direction. And has a curved surface that is convex outward in the thickness direction S. Thereby, the receiving portion 19 forms a space 18s between itself and the resin frame 5f, and receives the protruding portion 51a in the space 18s. On the other hand, the rising portion 14 is connected to the receiving portion 19. The rising portion 14, the support portion 13, and the seal function portion 12 have a leaf spring-like function, and receive the load applied to the seal function portion 12 by elastic deformation of the rising portion 14, the support portion 13, and the seal function portion 12. With this configuration, when the cathode separator 4c and the anode separator 4a are thermocompression bonded to both side surfaces of the resin frame 5f, the protruding portion 51a of the adhesive layer 51 is received in the space 18s, and the adhesive layer 51 is formed. Reaching the rising portion 14 is suppressed. As a result, it is possible to prevent the protruding portion 51a from inhibiting the elastic deformation of the rising portion 14 having a leaf spring-like function, maintain the elastic deformation due to the load on the spring structure portion 11, and impair the sealing performance. Can be prevented. In addition, in this embodiment, the receiving portion 19 is formed over the entire length direction of each of the straight portion and the curved portion.

更に別の実施例について説明する。上記図２０に示す実施例において、接着剤層５１のはみ出し部５１ａの形成が抑制されるならば、カソード突出部１０ｃの全てを図２１の断面形状にする必要はない。そこで、本実施例では、カソード突出部１０ｃの一部を図２１の断面形状と同様に受容部１９を有する断面形状にし、残りを図２０の断面形状と同様の断面形状にする。図２２は本実施例のカソード突出部１０ｃの一部を拡大した部分平面図である。この場合、図２２のＧ−Ｇ断面の形状が図２０の断面の形状に対応し、図２２のＨ−Ｈ断面の形状が図２１の断面の形状に対応する。すなわち、本実施例では、図２０の断面の形状と図２１の断面の形状とが、バネ構造部１１の中心線ＣＰ方向に交互に形成されている。このような形状とすることで、図２１の断面の形状の空間１８ｓに接着剤層５１をはみ出させることができる。 Still another embodiment will be described. In the embodiment shown in FIG. 20 described above, if formation of the protruding portion 51a of the adhesive layer 51 is suppressed, it is not necessary to make all the cathode protruding portions 10c into the sectional shape of FIG. Therefore, in this embodiment, a part of the cathode protruding portion 10c has a sectional shape having the receiving portion 19 similarly to the sectional shape of FIG. 21, and the rest has a sectional shape similar to that of FIG. FIG. 22 is a partially enlarged plan view of a part of the cathode protrusion 10c of this embodiment. In this case, the shape of the GG cross section of FIG. 22 corresponds to the shape of the cross section of FIG. 20, and the shape of the HH cross section of FIG. 22 corresponds to the shape of the cross section of FIG. That is, in this embodiment, the cross-sectional shape of FIG. 20 and the cross-sectional shape of FIG. 21 are formed alternately in the direction of the center line CP of the spring structure portion 11. With such a shape, the adhesive layer 51 can be projected into the space 18s having the cross-sectional shape of FIG.

更に別の実施例について説明する。燃料電池スタックＡの各燃料電池単セル１では、運転時に、膜電極接合体５の中央領域２ｇｅの両側の雰囲気が湿潤になったり乾燥したりすることで、膜電極接合体５の中央領域２ｇｅが膨張したり収縮したりする。その結果、膜電極接合体５の両側のカソードセパレータ４ｃやアノードセパレータ４ａの中央領域２ｇに及ぼされる面圧が変動し、それによりカソードセパレータ４ｃやアノードセパレータ４ａの外周領域２ｆｃ、２ｆａにあるカソード突出部１０ｃやアノード突出部１０ａに掛かる荷重が変動する。ここで、面圧の変動はカソードセパレータ４ｃやアノードセパレータ４ａ内で均等に発生しないため、荷重変動もカソード突出部１０ｃやアノード突出部１０ａ内で均等に発生せず、したがって例えばカソード突出部１０ｃ内で荷重のばらつきが生じる。その結果、カソード突出部１０ｃのシール機能が十分に発揮できなくなる可能性も考えられる。その対策として、荷重の分布に対応させてバネ構造部１１の幅を場所により変更することが考え得るが、セパレータの設計が複雑になる。 Still another embodiment will be described. In each fuel cell unit cell 1 of the fuel cell stack A, the atmosphere on both sides of the central region 2ge of the membrane electrode assembly 5 becomes wet or dry during operation, so that the central region 2ge of the membrane electrode assembly 5 becomes wet. Expands and contracts. As a result, the surface pressure exerted on the central region 2g of the cathode separator 4c or the anode separator 4a on both sides of the membrane electrode assembly 5 changes, which causes the cathode protrusion in the outer peripheral regions 2fc, 2fa of the cathode separator 4c or the anode separator 4a. The load applied to the portion 10c and the anode protrusion 10a varies. Here, since the fluctuation of the surface pressure does not occur evenly within the cathode separator 4c or the anode separator 4a, the load variation does not occur evenly within the cathode protruding portion 10c or the anode protruding portion 10a. Therefore, for example, inside the cathode protruding portion 10c. Load variations occur at. As a result, there is a possibility that the sealing function of the cathode protrusion 10c may not be fully exerted. As a countermeasure against this, it is possible to change the width of the spring structure portion 11 depending on the location in accordance with the distribution of the load, but the separator design becomes complicated.

そこで、本実施例では、カソード突出部１０ｃのバネ構造部１１の直線部Ｐのシール機能部１２の形状を直線形状から変更する。図２３は本実施例のカソード突出部１０ｃの直線部Ｐの一部を拡大した部分平面図である。この図の例では、カソード突出部１０ｃの中心線（バネ構造部１１の中心線）ＣＰに対してシール機能部１２が蛇行した形状、すなわち波状にうねった形状である。すなわちバネ構造部１１の幅方向の端からシール機能部１２の中心までの距離を、中心線ＣＰの両側で同一ではなく、中心線ＣＰ方向に沿って周期的に偏らせている。このようにするとシール機能部１２は概ね曲線形状で構成されることになる。それにより、本実施例の直線部Ｐのバネ構造部１１では支持部１３、１３ｐに幅の狭い箇所が長さ方向に概ね連続的に形成されるため、シール機能部１２が直線形状のみのバネ構造部１１の剛性と比較して、本実施例のバネ構造部１１の直線部Ｐの剛性は高くなる。その結果、直線部Ｐのシール機能部１２の長さ方向のいずれの位置においても荷重を分担することができる。それにより、カソード突出部１０ｃの直線部Ｐに印加される荷重にバラつきがあっても、シール機能部１２は全体としてシール機能を発揮できる。よって、図９の実施例のようにバネ構造部１１の幅を場所により変更することなく、一定の幅に保ってセパレータを設計することができる。図２３のようなカソード突出部１０ｃを実現する具体的な実施例としては、例えば以下に示す二つの実施例が考えられる。 Therefore, in this embodiment, the shape of the seal function portion 12 of the linear portion P of the spring structure portion 11 of the cathode protruding portion 10c is changed from the linear shape. FIG. 23 is a partially enlarged plan view of a part of the straight portion P of the cathode protrusion 10c of this embodiment. In the example of this figure, the sealing function portion 12 has a meandering shape, that is, a wavy shape with respect to the center line CP (center line of the spring structure portion 11) CP of the cathode protrusion 10c. That is, the distance from the end of the spring structure portion 11 in the width direction to the center of the seal function portion 12 is not the same on both sides of the center line CP but is periodically deviated along the center line CP direction. By doing so, the seal function portion 12 is formed in a substantially curved shape. As a result, in the spring structure portion 11 of the linear portion P of the present embodiment, since narrow portions are formed substantially continuously in the lengthwise direction in the support portions 13 and 13p, the seal function portion 12 is a spring having only a linear shape. Compared with the rigidity of the structure portion 11, the rigidity of the linear portion P of the spring structure portion 11 of this embodiment is higher. As a result, the load can be shared at any position in the length direction of the seal function portion 12 of the straight portion P. Thereby, even if the load applied to the linear portion P of the cathode protruding portion 10c varies, the seal function portion 12 can exert the seal function as a whole. Therefore, it is possible to design the separator while keeping the width constant, without changing the width of the spring structure portion 11 depending on the location as in the embodiment of FIG. As specific examples for realizing the cathode protruding portion 10c as shown in FIG. 23, the following two examples can be considered.

図２４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１８又は図１９の断面形状を有するカソード突出部１０ｃにおいて、図２３に示すようにシール機能部１２の位置を中心線ＣＬから左右にずらした実施例を示している。この実施例において、図２４の（Ａ）は図２３のＩ−Ｉ断面に対応し、図２４の（Ｂ）は図２３のＪ−Ｊ断面に対応し、図２４の（Ｃ）は図２３のＫ−Ｋ断面に対応する。 24 (A), (B), and (C), in the cathode protrusion 10c having the cross-sectional shape of FIG. 18 or 19, as shown in FIG. The shifted embodiment is shown. In this embodiment, (A) of FIG. 24 corresponds to the II cross section of FIG. 23, (B) of FIG. 24 corresponds to the JJ cross section of FIG. 23, and (C) of FIG. Corresponding to the KK cross section.

図２５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１６又は図１７の断面形状を有するカソード突出部１０ｃにおいて、図２３に示すようにシール機能部１２の位置を中心線ＣＬから左右にずらした実施例を示している。この実施例において、図２５の（Ａ）は図２３のＩ−Ｉ断面に対応し、図２５の（Ｂ）は図２３のＪ−Ｊ断面に対応し、図２５の（Ｃ）は図２３のＫ−Ｋ断面に対応する。 25A, 25B, and 25C, in the cathode protrusion 10c having the cross-sectional shape of FIG. 16 or 17, as shown in FIG. 23, the position of the seal function portion 12 is moved from the center line CL to the left and right. The shifted embodiment is shown. In this embodiment, (A) of FIG. 25 corresponds to the II cross section of FIG. 23, (B) of FIG. 25 corresponds to the JJ cross section of FIG. 23, and (C) of FIG. Corresponding to the KK cross section.

１燃料電池単セル
４セパレータ
５膜電極接合体
９シール部
１０突出部
１５高剛性部
２２流体通路
Ａ燃料電池スタック
Ｓ燃料電池単セルの厚さ方向
Ｒ曲線部
Ｐ直線部 1 Fuel Cell Single Cell 4 Separator 5 Membrane Electrode Assembly 9 Sealing Part 10 Projecting Part 15 High Rigidity Part 22 Fluid Passage A Fuel Cell Stack S Fuel Cell Single Cell Thickness Direction R Curved Part P Straight Part

Claims

A separator suitable for forming a fuel cell unit cell that constitutes a fuel cell stack,
The fuel cell single cell is formed by assembling the plate-shaped separators on both sides of a plate-shaped membrane electrode assembly,
When a plurality of the fuel cell unit cells are stacked on each other in the thickness direction of the fuel cell unit cell to form the fuel cell stack, two fuel cell unit cells that are adjacent to each other and face each other are provided. A fluid passage is defined between the separators, or a through hole formed in the fuel cell unit cell is aligned with each other in the thickness direction to define a fluid flow passage extending in the thickness direction. It is supposed to be done,
One or both of the separators adjacent to each other have a protrusion integrally formed so as to protrude outward in the thickness direction while surrounding the fluid passage or the fluid through flow passage, and the protrusion has the thickness Elastically deformable in the vertical direction,
In the fuel cell stack, the protrusion and the separator facing the protrusion are in contact with each other, thereby forming a seal portion surrounding the fluid passage or the fluid through passage,
Said protrusion,
Having a curved portion and a straight portion,
The curved portion and the straight portion,
A separator and a membrane electrode assembly from a reference surface in contact with a spring structure portion protruding outward in the thickness direction,
The spring structure is
A rising portion that is provided on each side of the spring structure in the width direction, has one end portion in the width direction connected to the reference surface, and rises outward from the reference surface in the thickness direction,
A support portion that is connected to the other end of the rising portion in the width direction and extends substantially parallel to the reference surface toward the center of the spring structure portion in the width direction;
A seal function portion that is arranged at the center of the width direction of the spring structure portion, is supported by the support portions on both sides, and protrudes outward in the thickness direction from a surface formed by the support portions,
The spring structure portion of the straight portion has a width of the support portion smaller than that of the spring structure portion of the curved portion , whereby the width of the support portion of the straight portion is equal to the width of the support portion of the curved portion. A high-rigidity part with higher rigidity than the same case ,
Separator.