JP7038692B2 - 燃料電池用セパレータ及び発電セル - Google Patents

Description

本発明は、流体連通孔を囲む連通孔ビードシールを備えた燃料電池用セパレータ及び発電セルに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方にアノード電極が配設され、他方にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体をセパレータ（バイポーラ板）で挟持することにより、発電セルが構成され、複数の発電セルを積層することにより、積層体が構成される。この積層体の積層方向の両端側にエンドプレート等を積層して燃料電池スタックが構成される。エンドプレートは、複数の発電セル等を積層状態で保持するとともに、積層体の積層方向に圧縮荷重（締付荷重）を付加する。

この種の燃料電池スタックでは、金属製のセパレータが使用される場合がある。その際、セパレータには、酸化剤ガス及び燃料ガスである反応ガスや冷却媒体である流体の漏れを防止するために、シール部材が設けられる。シール部材は、フッ素系やシリコーン等の弾性ゴムシールが使用されており、コストが高騰するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、弾性ゴムシールに代えて、セパレータに凸形状のビードシールを形成する構成が採用されている。

米国特許第７７１８２９３号明細書

積層体では、各発電セルに対して、酸化剤ガス、燃料ガス、冷却媒体（以下、これらを総称して流体ともいう）をそれぞれ個別に供給及び排出するべく、発電セルの発電領域の外側において、金属セパレータを積層方向に貫通する流体連通孔が設けられる。これらの流体連通孔が連通孔ビードシールによって個別に囲まれてシールされることで、流体の漏れが防止される。

具体的には、積層体は、連通孔ビードシールの突出方向の先端面が当接する当接部を有する。積層体の当接部に先端面が当接した連通孔ビードシールが、上記の圧縮荷重により弾性変形することで、該先端面に所定の大きさの線圧（連通孔ビードシールの延在方向における面圧の平均値）が付加され、これによって、連通孔ビードシールのシール性が良好に確保される。その結果、連通孔ビードシールで囲まれた部分の内部と外部とがシールされる。

セパレータには、発電セルの発電領域と連通孔との間に流体を流通させるべく、連通孔ビードシールで囲まれた部分の内外を連通する連結流路を形成するトンネルが設けられる。連通孔ビードシールのトンネルが連結された連結部分は、トンネルが連結されていない部分に比して、剛性が高くなり、弾性変形し難くなる。このため、連通孔ビードシールの先端面に付加される線圧は、連結部分で局所的に大きくなり易い。これにより、連通孔ビードシールの先端面に付加される線圧がばらつき、先端面に所定の大きさの線圧が付加されない部分が生じると、連通孔ビードシールによるシール性を良好に確保することが困難になる。

本発明は、連通孔ビードシールのシール性を良好に確保できる燃料電池用セパレータ及び発電セルを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体をセパレータ面方向に流通させる流体流路と、前記流体流路に連通するとともにセパレータ厚さ方向に貫通形成された流体連通孔と、前記流体連通孔の外周を周回するとともに前記セパレータ厚さ方向に突出した連通孔ビードシールとが形成され、電解質膜・電極構造体に積層されて積層方向に圧縮荷重が付加される燃料電池用セパレータであって、前記セパレータ厚さ方向視で前記連通孔ビードシールにより囲まれた部分の内外を連通するブリッジ部を備え、前記連通孔ビードシールは、前記ブリッジ部が配置された直線状部と、該連通孔ビードシールの周方向で前記直線状部の両側に配置された湾曲部と、を有し、前記ブリッジ部は、前記直線状部の側壁に連結されるとともに前記セパレータ厚さ方向に突出するトンネルを有し、前記圧縮荷重により前記直線状部の突出方向の先端面に付加される線圧が、前記圧縮荷重により前記湾曲部の突出方向の先端面に付加される線圧と同じとなるように、基準面からの前記トンネルの突出高さが、前記基準面からの前記連通孔ビードシールの突出高さよりも所定値以上低く設定されている。

本発明の別の一態様は、前記燃料電池用セパレータと、前記電解質膜・電極構造体と、を備える発電セルである。

この燃料電池用セパレータでは、圧縮荷重により連通孔ビードシールの直線状部の先端面に付加される線圧が、圧縮荷重により湾曲部の先端面に付加される線圧と同じとなるように、トンネルの突出高さが連通孔ビードシールの突出高さよりも所定値以上低く設定されている。ここでの「線圧」は、先端面に付加される面圧の、連通孔ビードシールの延在方向における単位長さ当たりの平均値である。また、直線状部の先端面に付加される線圧が、湾曲部の先端面に付加される線圧の８０％～１２０％の範囲内であれば、直線状部の先端面に付加される線圧と、圧縮荷重により湾曲部の先端面に付加される線圧とは「同じ」であるとする。さらに、「所定値」は、例えば、燃料電池用セパレータの材料、形状、寸法や、連通孔ビードシール、トンネル及び流体連通孔等の形状、寸法、配置等に応じて定まり、シミュレーション等により予め求めることができる。

このような連通孔ビードシールでは、トンネルが連結された直線状部であっても、該直線状部の先端面の線圧が、湾曲部等のトンネルが連結されていない部分の先端面の線圧を超えて局所的に大きくなることが回避される。これによって、連通孔ビードシールの先端面に付加される線圧の均一化を図ることができる。

また、この場合、連通孔ビードシールの直線状部の剛性が上昇することが抑制されているため、圧縮荷重に応じて直線状部を良好に弾性変形させることが可能になり、直線状部に座屈（バックリング）が生じることを抑制できる。これによって、連通孔ビードシールの先端面に所定の大きさの線圧が付加された状態を良好に維持することができる。

以上から、本発明によれば、連通孔ビードシールによるシール性を良好に確保することができる。

燃料電池スタックの斜視説明図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。 発電セルの分解斜視説明図である。 第１セパレータの酸化剤ガス流路側の正面の要部概略説明図である。 第２セパレータの燃料ガス流路側の正面の要部概略説明図である。 第２セパレータの冷却媒体流路側の正面の要部概略説明図である。 図５の要部拡大図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢視断面図である。 図７のＩＸ－ＩＸ線矢視断面図である。 図７のＸ－Ｘ線矢視断面図である。 湾曲部と、実施例の直線状部と、比較例の直線状部とのそれぞれについての圧縮量と線圧との関係を示すグラフである。

本発明に係る燃料電池用セパレータ及び発電セルについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図２及び図３に示すように、本実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０（燃料電池用セパレータ）は、発電セル１２（単位燃料電池）を構成する。図１及び図２に示すように、発電セル１２は、水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に複数積層された積層体１６の形態で燃料電池スタック１４（燃料電池）に備えられる。燃料電池スタック１４は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。

図１及び図２に示すように、積層体１６の積層方向一端（矢印Ａ１側端）には、ターミナルプレート１８ａ（図２）、インシュレータ２０ａ及びエンドプレート２２ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１６の積層方向他端（矢印Ａ２側端）には、ターミナルプレート１８ｂ（図２）、インシュレータ２０ｂ及びエンドプレート２２ｂが外方に向かって、順次、配設される。

図１に示すように、エンドプレート２２ａ、２２ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有する。エンドプレート２２ａ、２２ｂの各辺同士の間には、積層方向（矢印Ａ方向）に延在する連結バー２４が配置される。各連結バー２４の両端は、エンドプレート２２ａ、２２ｂの内面にボルト２６を介して固定される。これにより、エンドプレート２２ａ、２２ｂの間に挟まれた複数の発電セル１２の積層方向に所定の大きさの圧縮荷重（以下、単に「圧縮荷重」ともいう）が付加される。なお、燃料電池スタック１４では、エンドプレート２２ａ、２２ｂを端板とする不図示の筐体を備え、該筐体内に積層体１６を収容するように構成してもよい。

図２及び図３に示すように、本実施形態では、各発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８と、該樹脂枠付きＭＥＡ２８を挟持する第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２と、を有する。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２は、互いの外周が溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合されることで、燃料電池用接合セパレータ１０を構成する。燃料電池用接合セパレータ１０（第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２）は、金属製であり、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、チタン板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。

樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）３４と、電解質膜・電極構造体３４の外周を周回する樹脂枠部材３６とを備える。図２に示すように、電解質膜・電極構造体３４は、電解質膜３８と、電解質膜３８の一方の面（矢印Ａ２側の面）に設けられたアノード電極４０と、電解質膜３８の他方の面（矢印Ａ１側の面）に設けられたカソード電極４２とを有する。

電解質膜３８は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜等の固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）であり、アノード電極４０及びカソード電極４２に挟持される。なお、電解質膜３８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することもできる。本実施形態では、図２に示すように、電解質膜３８は、アノード電極４０及びカソード電極４２よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有することとするが、特にこれには限定されない。

図２に示すように、カソード電極４２は、電解質膜３８の矢印Ａ１側の面に接合されるカソード電極触媒層４２ａと、カソード電極触媒層４２ａに積層されるカソードガス拡散層４２ｂとを有する。アノード電極４０は、電解質膜３８の矢印Ａ２側の面に接合されるアノード電極触媒層４０ａと、アノード電極触媒層４０ａに積層されるアノードガス拡散層４０ｂとを有する。

カソード電極触媒層４２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともにカソードガス拡散層４２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。アノード電極触媒層４０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともにアノードガス拡散層４０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。カソードガス拡散層４２ｂ及びアノードガス拡散層４０ｂは、カーボンペーパ又はカーボンクロス等の導電性多孔質シートから形成される。カソード電極触媒層４２ａとカソードガス拡散層４２ｂとの間、及びアノード電極触媒層４０ａとアノードガス拡散層４０ｂとの間の少なくとも一方には、不図示の導電性多孔質層を設けてもよい。

樹脂枠部材３６は、額縁状であり、例えば、その内周端縁部が、カソードガス拡散層４２ｂの外周端縁部とアノードガス拡散層４０ｂの外周端縁部との間に挟持されている。樹脂枠部材３６の内周端面は、電解質膜３８の外周端面に近接してもよいし、当接してもよいし、重なってもよい。

樹脂枠部材３６の材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、変性ポリオレフィン等が挙げられる。なお、樹脂枠部材３６を用いることなく、電解質膜３８を外方に突出させてもよい。また、外方に突出した電解質膜３８の両側に枠形状のフィルムを設けてもよい。

図３に示すように、発電セル１２のうち、第１セパレータ３０、第２セパレータ３２及び樹脂枠部材３６の長辺方向の一端側（矢印Ｂ１側）の縁部には、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通して、１つの酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、２つの冷却媒体入口連通孔４６ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔４８ｂが設けられる。発電セル１２のうち、第１セパレータ３０、第２セパレータ３２及び樹脂枠部材３６の長辺方向の他端側（矢印Ｂ２側）の縁部には、積層方向に互いに連通して、１つの燃料ガス入口連通孔４８ａ、２つの冷却媒体出口連通孔４６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔４４ｂが設けられる。

燃料ガス出口連通孔４８ｂからは、例えば、水素含有ガス等の燃料ガスが排出される。酸化剤ガス入口連通孔４４ａには、例えば、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。冷却媒体入口連通孔４６ａには、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等の少なくともいずれかが冷却媒体として供給される。燃料ガス入口連通孔４８ａには、燃料ガスが供給される。冷却媒体出口連通孔４６ｂからは、冷却媒体が排出される。酸化剤ガス出口連通孔４４ｂからは、酸化剤ガスが排出される。

これらの酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体入口連通孔４６ａ、燃料ガス出口連通孔４８ｂ、燃料ガス入口連通孔４８ａ、冷却媒体出口連通孔４６ｂ、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂ（以下、これらを総称して「流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ」ともいう）は、それぞれ、燃料電池スタック１４のターミナルプレート１８ａ、１８ｂ（図２）を除く構成を、積層方向に貫通している。

なお、燃料ガス入口連通孔４８ａ及び燃料ガス出口連通孔４８ｂを総称して「燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂ」ともいい、酸化剤ガス入口連通孔４４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４４ｂを総称して「酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂ」ともいう。また、冷却媒体入口連通孔４６ａ及び冷却媒体出口連通孔４６ｂを総称して「冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂ」ともいう。

これらの流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂは上下方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に配列して設けられる。具体的には、発電セル１２の長辺方向の一端側（矢印Ｂ１側）の縁部では、上下方向に互いに離間して配置された２つの燃料ガス出口連通孔４８ｂの間に、２つの冷却媒体入口連通孔４６ａが上下方向に互いに離間して配置され、これらの冷却媒体入口連通孔４６ａの間に酸化剤ガス入口連通孔４４ａが配置されている。

発電セル１２の長辺方向の他端側（矢印Ｂ２側）の縁部では、上下方向に互いに離間して配置された２つの酸化剤ガス出口連通孔４４ｂの間に、２つの冷却媒体出口連通孔４６ｂが上下方向に離間して配置され、これらの冷却媒体出口連通孔４６ｂの間に燃料ガス入口連通孔４８ａが配置されている。

なお、流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂは、上記の配置に限定されず、要求される仕様に応じた配置となるように、適宜設定可能である。本実施形態とは異なり、一対の冷却媒体入口連通孔４６ａが燃料ガス入口連通孔４８ａの上下方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）の両側に設けられ、一対の冷却媒体出口連通孔４６ｂが酸化剤ガス入口連通孔４４ａの上下方向の両側に設けられてもよい。また、本実施形態では、燃料ガス出口連通孔４８ｂ、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂ、冷却媒体入口連通孔４６ａ、冷却媒体出口連通孔４６ｂのそれぞれを２個ずつ設けたが、それぞれを１個ずつ設けてもよい。

本実施形態では、例えば、図４～図７に示すように、各流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂの積層方向（矢印Ａ方向）視の形状は、六角形状であり、該六角形状の対向する２辺が上下方向（矢印Ｃ方向）に沿って延在する向きに配置されている。しかしながら、各流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂの積層方向（矢印Ａ方向）視の形状は、特に六角形状に限定されるものではなく、例えば、六角形状以外の多角形状であってもよいし、角丸形状であってもよい。

図３に示すように、第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２のそれぞれは、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かうＭＥＡ側面３０ａ、３２ａと、その裏面である冷媒側面３０ｂ、３２ｂと、を有する。図４に示すように、第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａには、酸化剤ガスをセパレータ面方向（矢印Ｂ方向、矢印Ｃ方向）に流通させる酸化剤ガス流路５２が設けられる。酸化剤ガス流路５２は、１つの酸化剤ガス入口連通孔４４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔４４ｂに流体的に連通する。第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａには、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の突条部５２ａが設けられ、該突条部５２ａ同士の間に直線状の流路溝５２ｂが形成されている。これらの流路溝５２ｂの内部に、酸化剤ガス流路５２の少なくとも一部が設けられている。なお、酸化剤ガス流路５２は、複数の直線状の流路溝５２ｂに代えて、複数の波状の流路溝（不図示）の内部に設けられてもよい。

図４に示すように、第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔４４ａと酸化剤ガス流路５２との間には、入口バッファ部５４が設けられる。入口バッファ部５４は、樹脂枠付きＭＥＡ２８側（矢印Ａ２側）に向かって突出した複数個のエンボス部が矢印Ｃ方向に並んで形成されるエンボス列５４ａを複数有する。また、第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａにおいて、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂと酸化剤ガス流路５２との間には、出口バッファ部５６が設けられる。出口バッファ部５６は、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部が矢印Ｃ方向に並んで形成されるエンボス列５６ａを複数有する。

なお、図３に示すように、第１セパレータ３０の冷媒側面３０ｂには、入口バッファ部５４の隣接するエンボス列５４ａ間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部からなるエンボス列５４ｂが設けられるとともに、出口バッファ部５６の隣接するエンボス列５６ａ間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部からなるエンボス列５６ｂが設けられる。エンボス列５４ｂ、５６ｂのそれぞれは、後述する冷却媒体流路６０側（矢印Ａ１側）に向かって突出して冷却媒体側のバッファ部を構成する。

図５に示すように第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａには、燃料ガスをセパレータ面方向（矢印Ｂ方向、矢印Ｃ方向）に流通させる燃料ガス流路５８が設けられる。燃料ガス流路５８は、１つの燃料ガス入口連通孔４８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔４８ｂに流体的に連通する。第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａには、矢印Ｂ方向に直線状に延在する複数本の突条部５８ａが設けられ、該突条部５８ａ同士の間に直線状の流路溝５８ｂが形成されている。これらの流路溝５８ｂの内部に、燃料ガス流路５８の少なくとも一部が設けられている。なお、燃料ガス流路５８は、複数の直線状の流路溝５８ｂに代えて、複数の波状の流路溝（不図示）の内部に設けられてもよい。

第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａにおいて、燃料ガス入口連通孔４８ａと燃料ガス流路５８との間には、入口バッファ部５４が設けられる。入口バッファ部５４は、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部が矢印Ｃ方向に並んで形成されるエンボス列５４ａを複数有する。また、第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａにおいて、燃料ガス出口連通孔４８ｂと燃料ガス流路５８との間には、出口バッファ部５６が設けられる。出口バッファ部５６は、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部が矢印Ｃ方向に並んで形成されるエンボス列５６ａを複数有する。

なお、図６に示すように、第２セパレータ３２の冷媒側面３２ｂには、入口バッファ部５４の隣接するエンボス列５４ａ間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部からなるエンボス列５４ｂが設けられるとともに、出口バッファ部５６の隣接するエンボス列５６ａ間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部からなるエンボス列５６ｂが設けられる。エンボス列５４ｂ、５６ｂのそれぞれは、冷却媒体流路６０側（矢印Ａ２側）に向かって突出して冷却媒体側のバッファ部を構成する。

互いに接合される第１セパレータ３０の冷媒側面３０ｂと第２セパレータ３２の冷媒側面３２ｂとの間には、冷却媒体をセパレータ面方向（矢印Ｂ方向、矢印Ｃ方向）に流通させる冷却媒体流路６０が設けられる。冷却媒体流路６０は、２つの冷却媒体入口連通孔４６ａと２つの冷却媒体出口連通孔４６ｂとに流体的に連通する。冷却媒体流路６０は、酸化剤ガス流路５２が形成された第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａの裏面形状と、燃料ガス流路５８が形成された第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａの裏面形状とが重なり合って形成される。

以下では、酸化剤ガス流路５２、燃料ガス流路５８、冷却媒体流路６０を総称して「流体流路５２、５８、６０」ともいう。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２における流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂの周囲同士は、溶接、ろう付け等によって接合されている。

図４に示すように、第１セパレータ３０には、樹脂枠付きＭＥＡ２８（図３）に向かって外側ビードシール７０ａ、内側ビードシール７２ａ、連通孔ビードシール７４ａ（メタルビードシール）がプレス成形によりセパレータ厚さ方向に膨出成形されている。なお、外側ビードシール７０ａ、内側ビードシール７２ａ、連通孔ビードシール７４ａを総称して第１シールラインともいう。

また、図５に示すように、第２セパレータ３２には、樹脂枠付きＭＥＡ２８（図３）に向かって外側ビードシール７０ｂ、内側ビードシール７２ｂ、連通孔ビードシール７４ｂ（メタルビードシール）がプレス成形によりセパレータ厚さ方向に膨出成形されている。なお、外側ビードシール７０ｂ、内側ビードシール７２ｂ、連通孔ビードシール７４ｂを総称して第２シールラインともいう。

図２に示すように、第１シールラインの先端面６２及び第２シールラインの先端面６４のそれぞれには、樹脂材６８が印刷又は塗布等により固着されている。なお、図２を除く図面においては、樹脂材６８の図示を省略する。第１シールラインの先端面６２は、他の接合セパレータを構成する第２セパレータ３２の第２シールラインの先端面６４と、樹脂材６８及び樹脂枠部材３６を挟んで当接する。樹脂材６８としては、例えば、ポリエステル繊維等が使用される。樹脂材６８は、第１シールライン及び第２シールラインに代えて、樹脂枠部材３６側に固着されてもよい。また、燃料電池用接合セパレータ１０は、樹脂材６８を備えていなくてもよい。

図４に示すように、外側ビードシール７０ａは、第１セパレータ３０の外周縁部を周回する。内側ビードシール７２ａは、酸化剤ガス流路５２、入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６、酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂ、燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂを一体に囲む。複数の連通孔ビードシール７４ａは、流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂの周囲をそれぞれ個別に周回する。

以下では、図４に示すように、酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂを囲む連通孔ビードシール７４ａを「酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ」ともいい、燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂを囲む連通孔ビードシール７４ａを「燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ」ともいい、冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂを囲む連通孔ビードシール７４ａを「冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ」ともいう。

図５に示すように、外側ビードシール７０ｂは、第２セパレータ３２の外周縁部を周回する。内側ビードシール７２ｂは、燃料ガス流路５８、入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６、酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂ、燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂを一体に囲む。複数の連通孔ビードシール７４ｂは、流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂの周囲をそれぞれ個別に周回する。

図５に示すように、酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂを囲む連通孔ビードシール７４ｂを「酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ｂ」ともいい、燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂを囲む連通孔ビードシール７４ｂを「燃料ガス連通孔ビードシール７８ｂ」ともいい、冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂを囲む連通孔ビードシール７４ｂを「冷却媒体連通孔ビードシール８０ｂ」ともいう。

図４～図６に示すように、セパレータ厚さ方向（積層方向、矢印Ａ方向）視において、外側ビードシール７０ａ、７０ｂは、長方形状の燃料電池用接合セパレータ１０の長辺及び短辺に沿って延在する長方形の角環状である。また、セパレータ厚さ方向視において、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂは、各連通孔の形状に応じた角丸六角形の環状である。各連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂは、燃料電池用接合セパレータ１０の中心側（流体流路５２、５８、６０側、以下単に流路側ともいう）を、例えば、短辺方向（矢印Ｃ方向）に沿って直線状に延在する直線状部７５ａと、該連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの周方向で直線状部７５ａの両側に配置される湾曲部７５ｂとを有する。なお、直線状部７５ａの延在方向は直線に限定されず、湾曲部７５ｂよりも大きい曲率半径で湾曲してもよい。

図８～図１０に示すように、第１セパレータ３０の連通孔ビードシール７４ａは、該第１セパレータ３０のベースプレート部８２から立ち上がる内周側壁７５ｃ（側壁）及び外周側壁７５ｄ（側壁）と、内周側壁７５ｃと外周側壁７５ｄとを繋ぐ頂部７５ｅとを有する。第２セパレータ３２の連通孔ビードシール７４ｂは、第２セパレータ３２のベースプレート部８２から立ち上がる内周側壁７５ｃ（側壁）及び外周側壁７５ｄ（側壁）と、内周側壁７５ｃと外周側壁７５ｄとを繋ぐ頂部７５ｅとを有する。

内周側壁７５ｃ及び外周側壁７５ｄは、頂部７５ｅ側に向かうにつれて互いに接近する方向に傾斜している。従って、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂは、セパレータ厚さ方向に沿った断面形状が台形状に形成されている。なお、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの内周側壁７５ｃ及び外周側壁７５ｄは、セパレータ厚さ方向と平行であり、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂのセパレータ厚さ方向に沿った断面形状は、正方形状又は長方形状に形成されてもよい。また、外側ビードシール７０ａ、７０ｂ及び内側ビードシール７２ａ、７２ｂのそれぞれのセパレータ厚さ方向に沿った断面形状も、上記の連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂと同様に台形状、正方形状、長方形状等とすることができる。

図４及び図７に示すように、セパレータ厚さ方向視で、第１セパレータ３０の内側ビードシール７２ａは、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａの直線状部７５ａよりも流路側を矢印Ｃ方向に沿って、例えば直線状に延在する対向部８６ａを有する。図１０に示すように、内側ビードシール７２ａの対向部８６ａは、第１セパレータ３０のベースプレート部８２から矢印Ａ２側に立ち上がる第１側壁８７ａ及び第２側壁８７ｂと、該第１側壁８７ａ及び第２側壁８７ｂを繋ぐ頂部８７ｃとを有する。第１側壁８７ａは、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに間隔を置いて対向する。第２側壁８７ｂは、第１側壁８７ａよりも流路側に配置される。

図５に示すように、セパレータ厚さ方向視で、第２セパレータ３２の内側ビードシール７２ｂは、冷却媒体連通孔ビードシール８０ｂの直線状部７５ａよりも流路側を矢印Ｃ方向に沿って、例えば直線状に延在する対向部８６ｂを有する。図１０に示すように、内側ビードシール７２ｂの対向部８６ｂは、第２セパレータ３２のベースプレート部８２から矢印Ａ１側に立ち上がる第１側壁８７ａ及び第２側壁８７ｂと、該第１側壁８７ａ及び第２側壁８７ｂを繋ぐ頂部８７ｃとを有する。第１側壁８７ａは、冷却媒体連通孔ビードシール８０ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに間隔を置いて対向する。第２側壁８７ｂは、第１側壁８７ａよりも流路側に配置される。

なお、図８～図１０では、燃料電池スタック１４として組み立てられた状態（圧縮荷重が第１シールライン及び第２シールラインに作用している状態）の第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の断面を示している。連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの頂部７５ｅの形状は、組立前の状態（圧縮荷重が付加されていない状態）では、突出方向に膨出する湾曲形状であってもよいが、燃料電池スタック１４の組立状態では、図８～図１０のように平坦状となる。

図４に示すように、第１セパレータ３０のＭＥＡ側面３０ａには、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）視で、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａにより囲まれた部分の内外を連通する酸化剤ガスブリッジ部９０が設けられる。酸化剤ガスブリッジ部９０は、酸化剤ガス連通孔４４ａ、４４ｂと酸化剤ガス流路５２とを連通させるべく、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａの直線状部７５ａに配置されている。

図５に示すように、第２セパレータ３２のＭＥＡ側面３２ａには、セパレータ厚さ方向視で、燃料ガス連通孔ビードシール７８ｂにより囲まれた部分の内外を連通する燃料ガスブリッジ部９２が設けられる。燃料ガスブリッジ部９２は、燃料ガス連通孔４８ａ、４８ｂと燃料ガス流路５８とを連通させるべく、燃料ガス連通孔ビードシール７８ｂの直線状部７５ａに配置されている。

第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２の互いに対向する冷媒側面３０ｂ、３２ｂのそれぞれには、セパレータ厚さ方向視で、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂにより囲まれた部分の内外を連通する冷却媒体ブリッジ部９４が設けられる。冷却媒体ブリッジ部９４は、冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂと冷却媒体流路６０とを連通させるべく、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの直線状部７５ａ及び内側ビードシール７２ａ、７２ｂの対向部８６ａ、８６ｂに配置されている。

図４～図７に示すように、酸化剤ガスブリッジ部９０及び燃料ガスブリッジ部９２のそれぞれは、複数の内側トンネル１００及び複数の外側トンネル１０２（トンネル）を有する。また、冷却媒体ブリッジ部９４は、複数の内側トンネル１００及び複数の外側トンネル１０４（トンネル）を有するとともに、複数の最外トンネル１０６をさらに有する。

図８に示すように、酸化剤ガスブリッジ部９０の内側トンネル１００は、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに連結される。酸化剤ガスブリッジ部９０の外側トンネル１０２は、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに連結される。図９に示すように、燃料ガスブリッジ部９２の内側トンネル１００は、燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに連結される。燃料ガスブリッジ部９２の外側トンネル１０２は、燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに連結される。

酸化剤ガスブリッジ部９０及び燃料ガスブリッジ部９２のそれぞれでは、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０２とが、直線状部７５ａから互いにセパレータ面方向（矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向）に沿って反対方向に延在する。図７に示すように、複数の内側トンネル１００同士、及び複数の外側トンネル１０２同士は、矢印Ｃ方向に沿って間隔を置いて配置されている。本実施形態では、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０２とは、直線状部７５ａに沿って互い違い（ジグザグ状）に配置されている。なお、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０２とは、直線状部７５ａを介して互いに対向配置されてもよい。

図８及び図９に示すように、酸化剤ガスブリッジ部９０（図８）及び燃料ガスブリッジ部９２（図９）のそれぞれの内側トンネル１００は、第１セパレータ３０に設けられた第１トンネル１００ａと、第２セパレータ３２に設けられた第２トンネル１００ｂとを有する。外側トンネル１０２は、第１セパレータ３０に設けられた第１トンネル１０２ａと、第２セパレータ３２に設けられた第２トンネル１０２ｂとを有する。

第１トンネル１００ａ、１０２ａは、第１セパレータ３０がプレス成形により一体に膨出成形されることで、積層体１６（図２）において該第１セパレータ３０に隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かってベースプレート部８２からセパレータ厚さ方向に突出する。また、セパレータ厚さ方向視で、複数の第１トンネル１００ａ、１０２ａのそれぞれは、例えば、矢印Ｂ方向に延在する。

第２トンネル１００ｂ、１０２ｂは、第２セパレータ３２がプレス成形により一体に膨出成形されることで、積層体１６において第２セパレータ３２に隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かってベースプレート部８２からセパレータ厚さ方向に突出する。燃料電池用接合セパレータ１０のセパレータ厚さ方向視において、第２トンネル１００ｂ、１０２ｂの位置は、第１トンネル１００ａ、１０２ａの位置とそれぞれ重なる。

内側トンネル１００の第１トンネル１００ａと第２トンネル１００ｂとは、延在方向に直交する幅が互いに等しく、また、ベースプレート部８２から突出する突出高さが互いに等しい。外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａと第２トンネル１０２ｂとは、延在方向に直交する幅が互いに等しく、また、ベースプレート部８２から突出する高さが互いに等しい。

図８及び図９に示すように、燃料電池用接合セパレータ１０における第１トンネル１００ａと第２トンネル１００ｂの間には、内部空間１１０がそれぞれ形成される。また、燃料電池用接合セパレータ１０における第１トンネル１０２ａと第２トンネル１０２ｂとの間には、内部空間１１２がそれぞれ形成される。

図７及び図８を参照しつつ、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂと酸化剤ガス流路５２（図４）とを連通させる酸化剤ガスブリッジ部９０の内側トンネル１００及び外側トンネル１０２について具体的に説明する。内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ１側端）が、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに対して、該内周側壁７５ｃに設けられた貫通孔７５ｆを介してそれぞれ連結される。また、内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ２側端）が、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂにて開口する。

外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａ及び第２トンネル１０２ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ２側端）が酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに対して、該外周側壁７５ｄに設けられた貫通孔７５ｇを介してそれぞれ連結される。また、外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａ及び第２トンネル１０２ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）が出口バッファ部５６（図４）に臨んで配置される。

外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａの延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）には、該外側トンネル１０２の内部空間１１２と酸化剤ガス流路５２（図４）とを連通させる開口部１０２ｃが設けられる。このため、外側トンネル１０２の内部空間１１２、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの内部、内側トンネル１００の内部空間１１０を介して酸化剤ガス流路５２（図４）と酸化剤ガス出口連通孔４４ｂとが連通する。

図４に示す酸化剤ガス入口連通孔４４ａと酸化剤ガス流路５２とを連通させる内側トンネル１００及び外側トンネル１０２は、図７及び図８の内側トンネル１００及び外側トンネル１０２と、矢印Ｂ方向の向きが反対であることを除いて略同様に構成される。すなわち、内側トンネル１００の内部空間１１０、酸化剤ガス連通孔ビードシール７６ａ、７６ｂの内部、外側トンネル１０２の内部空間１１２を介して酸化剤ガス入口連通孔４４ａ（図４）と酸化剤ガス流路５２とが連通する。

図７及び図９を参照しつつ、燃料ガス入口連通孔４８ａと燃料ガス流路５８とを連通させる燃料ガスブリッジ部９２の内側トンネル１００及び外側トンネル１０２について具体的に説明する。内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ１側端）が、燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに対して、該内周側壁７５ｃに設けられた貫通孔７５ｆを介してそれぞれ連結される。また、内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ２側端）が、燃料ガス入口連通孔４８ａにて開口する。

外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａ及び第２トンネル１０２ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ２側端）が燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに対して、該外周側壁７５ｄに設けられた貫通孔７５ｇを介してそれぞれ連結される。また、外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａ及び第２トンネル１０２ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）が入口バッファ部５４（図５）に臨んで配置される。

外側トンネル１０２の第１トンネル１０２ａの延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）には、該外側トンネル１０２の内部空間１１２と燃料ガス流路５８（図５）とを連通させる開口部１０２ｄが設けられる。このため、内側トンネル１００の内部空間１１２、燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの内部、外側トンネル１０２の内部空間１１２を介して燃料ガス入口連通孔４８ａと燃料ガス流路５８（図５）とが連通する。

図５に示す燃料ガス出口連通孔４８ｂと燃料ガス流路５８とを連通させる内側トンネル１００及び外側トンネル１０２は、図７及び図９の内側トンネル１００及び外側トンネル１０２と、矢印Ｂ方向の向きが反対であることを除いて略同様に構成される。すなわち、外側トンネル１０２の内部空間１１２、燃料ガス連通孔ビードシール７８ａ、７８ｂの内部、内側トンネル１００の内部空間１１０を介して燃料ガス流路５８（図５）と燃料ガス出口連通孔４８ｂとが連通する。

図７及び図１０に示すように、冷却媒体ブリッジ部９４の内側トンネル１００は、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに連結される。冷却媒体ブリッジ部９４の外側トンネル１０４は、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに一端が連結されるとともに他端が内側ビードシール７２ａ、７２ｂの対向部８６ａ、８６ｂの第１側壁８７ａに連結される。冷却媒体ブリッジ部９４の最外トンネル１０６は、内側ビードシール７２ａ、７２ｂの対向部８６ａ、８６ｂの第２側壁８７ｂに連結される。

冷却媒体ブリッジ部９４では、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０４とは、直線状部７５ａから互いにセパレータ面方向（矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向）に沿って反対方向に延在する。複数の外側トンネル１０４と複数の最外トンネル１０６とは、対向部８６ａ、８６ｂから互いにセパレータ面方向に沿って反対方向に延在する。複数の内側トンネル１００同士、複数の外側トンネル１０４同士、複数の最外トンネル１０６同士のそれぞれは、矢印Ｃ方向に沿って間隔を置いて配置されている。

図４及び図５に示すように、本実施形態では、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０４とは、直線状部７５ａに沿って互い違い（ジグザグ状）に配置されている。また、複数の外側トンネル１０４と複数の最外トンネル１０６とは、対向部８６ａ、８６ｂに沿って互い違い（ジグザグ状）に配置されている。なお、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０４とは、直線状部７５ａを介して互いに対向配置されてもよい。また、複数の外側トンネル１０４と複数の最外トンネル１０６とは、対向部８６ａ、８６ｂを介して互いに対向配置されてもよい。

冷却媒体ブリッジ部９４の内側トンネル１００は、上記の酸化剤ガスブリッジ部９０及び燃料ガスブリッジ部９２の内側トンネル１００と同様に構成されている。すなわち、内側トンネル１００は、第１セパレータ３０に設けられた第１トンネル１００ａと、第２セパレータ３２に設けられた第２トンネル１００ｂとを有し、これらの第１トンネル１００ａと第２トンネル１００ｂの間に内部空間１１０が形成されている。

冷却媒体ブリッジ部９４の外側トンネル１０４は、第１セパレータ３０に設けられた第１トンネル１０４ａと、第２セパレータ３２に設けられた第２トンネル１０４ｂとを有する。最外トンネル１０６は、第１セパレータ３０に設けられた第１トンネル１０６ａと、第２セパレータ３２に設けられた第２トンネル１０６ｂとを有する。

外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６のそれぞれの第１トンネル１０４ａ、１０６ａは、第１セパレータ３０がプレス成形により膨出成形されることで、積層体１６（図２）において該第１セパレータ３０に隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かってベースプレート部８２からセパレータ厚さ方向に突出する。また、セパレータ厚さ方向視で、複数の第１トンネル１０４ａ、１０６ａのそれぞれは、例えば、矢印Ｂ方向に延在する。

外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６のそれぞれの第２トンネル１０４ｂ、１０６ｂは、第２セパレータ３２がプレス成形により膨出成形されることで、積層体１６（図２）において該第２セパレータ３２に隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かってベースプレート部８２からセパレータ厚さ方向に突出する。接合セパレータのセパレータ厚さ方向視において、第２トンネル１０４ｂ、１０６ｂの位置は、第１トンネル１０４ａ、１０６ａの位置とそれぞれ重なる。

内側トンネル１００と同様に、外側トンネル１０４においても、第１トンネル１０４ａと第２トンネル１０４ｂとは、延在方向に直交する幅が互いに等しく、また、ベースプレート部８２から突出する突出高さが互いに等しい。最外トンネル１０６においても、第１トンネル１０６ａと第２トンネル１０６ｂとは、延在方向に直交する幅が互いに等しく、また、ベースプレート部８２から突出する突出高さが互いに等しい。図１０に示すように、燃料電池用接合セパレータ１０における第１トンネル１０４ａ、１０６ａと第２トンネル１０４ｂ、１０６ｂとの間には、内部空間１１４、１１６がそれぞれ形成される。

図７及び図１０を参照しつつ、冷却媒体出口連通孔４６ｂと冷却媒体流路６０とを連通させる冷却媒体ブリッジ部９４の内側トンネル１００、外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６について具体的に説明する。内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ１側端）が、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに対して、該内周側壁７５ｃに設けられた貫通孔７５ｆを介してそれぞれ連結される。また、内側トンネル１００の第１トンネル１００ａ及び第２トンネル１００ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ２側端）が、冷却媒体出口連通孔４６ｂにて開口する。

外側トンネル１０４の第１トンネル１０４ａ及び第２トンネル１０４ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ２側他端）が冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに対して、該外周側壁７５ｄに設けられた貫通孔７５ｇを介してそれぞれ連結される。また、第１トンネル１０４ａ及び第２トンネル１０４ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）が、内側ビードシール７２ａ、７２ｂの対向部８６ａ、８６ｂの第１側壁８７ａに対して、該第１側壁８７ａに設けられた貫通孔８７ｄを介して連結される。

最外トンネル１０６の第１トンネル１０６ａ及び第２トンネル１０６ｂは、延在方向の一端（矢印Ｂ２側端）が内側ビードシール７２ａ、７２ｂの対向部８６ａ、８６ｂの第２側壁８７ｂに、該第２側壁８７ｂに設けられた貫通孔８７ｅを介して連結される。第１トンネル１０６ａ及び第２トンネル１０６ｂは、延在方向の他端（矢印Ｂ１側端）が冷却媒体側のバッファ部（図３及び図６のエンボス列５６ｂ）に臨んで配置される。

このため、第１セパレータ３０の冷媒側面３０ｂ及び第２セパレータ３２の冷媒側面３２ｂの間と、最外トンネル１０６の内部空間１１６と、内側ビードシール７２ａ、７２ｂの内部と、外側トンネル１０４の内部空間１１４と、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの内部と、内側トンネル１００の内部空間１１０と、を介して冷却媒体流路６０と冷却媒体出口連通孔４６ｂとが連通する。

図６に示す冷却媒体入口連通孔４６ａと冷却媒体流路６０とを連通させる内側トンネル１００、外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６は、図７及び図１０の内側トンネル１００、外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６と、矢印Ｂ方向の向きが反対であることを除いて略同様に構成される。すなわち、内側トンネル１００の内部空間１１０と、冷却媒体連通孔ビードシール８０ａ、８０ｂの内部と、外側トンネル１０４の内部空間１１４と、内側ビードシール７２ａ、７２ｂの内部と、最外トンネル１０６の内部空間１１６と、第１セパレータ３０の冷媒側面３０ｂ及び第２セパレータ３２の冷媒側面３２ｂの間と、を介して冷却媒体入口連通孔４６ａと冷却媒体流路６０とが連通する。

以下では、図８～図１０に示すように、ベースプレート部８２の樹脂枠付きＭＥＡ２８に臨む面を基準面８２ａとするとき、基準面８２ａからの内側トンネル１００及び外側トンネル１０２、１０４の突出高さを「トンネル高さＨ１」ともいう。なお、本実施形態では、内側トンネル１００、外側トンネル１０２、１０４のそれぞれの突出高さを互いに同じとするが、内側トンネル１００、外側トンネル１０２、１０４のそれぞれの突出高さは互いに異なっていてもよい。また、基準面８２ａからの連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの突出高さを「ビードシール高さＨ２」ともいう。

上記の圧縮荷重により連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの直線状部７５ａの突出方向の先端面（頂部７５ｅ）に付加される面圧の、該直線状部７５ａの延在方向の平均値を「直線状部線圧」ともいう。圧縮荷重により湾曲部７５ｂの突出方向の先端面（頂部７５ｅ）に付加される面圧の、該湾曲部７５ｂの延在方向における単位長さ当たりの平均値を「湾曲部線圧」ともいう。

燃料電池用接合セパレータ１０では、直線状部線圧が湾曲部線圧と同じとなるように、トンネル高さＨ１が、ビードシール高さＨ２よりも所定値以上低く設定されている。ここでの「直線状部線圧が湾曲部線圧と同じ」とは、直線状部線圧が湾曲部線圧の８０％～１２０％の範囲内にあることをいう。また、ここでの「所定値」は、例えば、燃料電池用接合セパレータ１０の材料、形状、寸法や、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂ及び流体連通孔４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ等の形状、寸法、配置等に応じて定まり、シミュレーション等により予め求めることができる。本実施形態では、例えば、トンネル高さＨ１は、ビードシール高さＨ２の５０％以下に設定される。

直線状部７５ａは、内側トンネル１００及び外側トンネル１０２、１０４（これらを総称してトンネルともいう）が連結される分、弾性変形し難くなり、トンネルが連結されていない連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの他部位に比して線圧が大きくなり易い。この際、ビードシール高さＨ２に対するトンネル高さＨ１を小さくすると、直線状部線圧が大きくなることを抑制し易くなる。しかしながら、トンネル高さＨ１が小さくなると、トンネルを流通する流体の圧損が大きくなる傾向にある。このため、トンネルの内部の流体の流通性を維持できる範囲で、トンネル高さＨ１を低く設定することが好ましい。

図２に示すように、ターミナルプレート１８ａ、１８ｂは、電気導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。ターミナルプレート１８ａ、１８ｂのそれぞれの略中央には、積層方向外方に延在する端子部１２０（図１）が設けられる。図１に示すように、端子部１２０は、インシュレータ２０ａ、２０ｂ及びエンドプレート２２ａ、２２ｂのそれぞれに設けられた不図示の貫通孔に挿通されてエンドプレート２２ａ、２２ｂの積層方向の外側に突出する。

図２に示すように、インシュレータ２０ａ、２０ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。インシュレータ２０ａ、２０ｂの中央部には、積層体１６に向かって開口するインシュレータ凹部１２２ａ、１２２ｂが形成される。インシュレータ凹部１２２ａに、ターミナルプレート１８ａが収容され、インシュレータ凹部１２２ｂに、ターミナルプレート１８ｂが収容される。

上記のように構成される燃料電池スタック１４（図１）の動作について、簡単に説明する。図１に示すように、燃料電池スタック１４で発電を行う場合、燃料ガス入口連通孔４８ａに燃料ガスが供給され、酸化剤ガス入口連通孔４４ａに酸化剤ガスが供給され、冷却媒体入口連通孔４６ａに冷却媒体が供給される。

酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４４ａから酸化剤ガスブリッジ部９０を介して酸化剤ガス流路５２に導入され、該酸化剤ガス流路５２に沿って矢印Ｂ方向に移動しつつ、電解質膜・電極構造体３４のカソード電極４２に供給される。一方、燃料ガスは、図５に示すように、燃料ガス入口連通孔４８ａから燃料ガスブリッジ部９２を介して燃料ガス流路５８に導入され、該燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動しつつ、電解質膜・電極構造体３４のアノード電極４０に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体３４では、カソード電極４２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４０に供給される燃料ガスとが、カソード電極触媒層４２ａ及びアノード電極触媒層４０ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、電気化学反応で消費されなかった残余の酸化剤ガス（酸化剤排ガス）は、酸化剤ガス流路５２から酸化剤ガスブリッジ部９０を介して酸化剤ガス出口連通孔４４ｂへと流通し、積層体１６の酸化剤ガス出口連通孔４４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、電気化学反応で消費されなかった残余の燃料ガス（燃料排ガス）は、燃料ガス流路５８から燃料ガスブリッジ部９２を介して燃料ガス出口連通孔４８ｂへと流通し、積層体１６の燃料ガス出口連通孔４８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

冷却媒体は、図６に示すように、冷却媒体入口連通孔４６ａから冷却媒体ブリッジ部９４を介して冷却媒体流路６０に導入され、該冷却媒体流路６０に沿って矢印Ｂ方向に移動しつつ、電解質膜・電極構造体３４と熱交換する。熱交換後の冷却媒体は、冷却媒体ブリッジ部９４を介して冷却媒体出口連通孔４６ｂへと流通し、積層体１６の冷却媒体出口連通孔４６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

本実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０では、上記の通り、直線状部線圧が湾曲部線圧と同じとなるように、トンネル高さＨ１がビードシール高さＨ２よりも所定値以上低く設定されている。このような連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂでは、トンネルが連結された直線状部７５ａであっても、各々の直線状部線圧が、湾曲部７５ｂ等のトンネルが連結されていない部分の湾曲部線圧を超えて局所的に大きくなることが回避される。これによって、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの各々の先端面に付加される線圧の均一化を図ることができる。

また、この場合、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの各々の直線状部７５ａの剛性が上昇することが抑制されているため、圧縮荷重に応じて直線状部７５ａを良好に弾性変形させることが可能になり、直線状部７５ａに座屈（バックリング）が生じることを抑制できる。これによって、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの各々の先端面に所定の大きさの線圧が付加された状態を良好に維持することができる。

従って、この燃料電池用接合セパレータ１０及び該燃料電池用接合セパレータ１０を備える発電セル１２によれば、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂによるシール性を良好に確保することができる。

ここで、ビードシール高さＨ２に対するトンネル高さＨ１と、１枚の燃料電池用接合セパレータ１０の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）に加えられる圧縮方向（矢印Ａ方向）の荷重と、該連通孔ビードシール７４ａの先端面に付加される線圧との関係について、図１１を参照しつつ説明する。

図１１の横軸は、上記の圧縮方向の荷重に対応する値として、圧縮方向の荷重により、上記の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）が積層方向に変形する圧縮量を表す。また、図１１の縦軸は、上記の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の線圧を表す。

図１１に実線Ｘで示すグラフは、上記の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の各湾曲部７５ｂにおける圧縮量と線圧との関係を示している。なお、グラフには図示しないが、各湾曲部７５ｂにおける線圧は、例えば、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂのトンネルが連結されていない直線状の部分の線圧よりも若干大きくなる。

図１１に破線Ｙで示すグラフは、実施例に係る上記の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の直線状部７５ａにおける圧縮量と線圧との関係を示している。すなわち、トンネル高さＨ１を、ビードシール高さＨ２の５０％とした場合（所定値以上低くした場合）の直線状部７５ａにおける圧縮量と線圧との関係を示している。

図１１に一点鎖線Ｚで示すグラフは、比較例に係る上記の連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の直線状部７５ａにおける圧縮量と線圧との関係を示している。具体的には、トンネル高さＨ１を、ビードシール高さＨ２の約７０％とした場合（所定値以上低くしていない場合）の直線状部７５ａにおける圧縮量と線圧との関係を示している。

図１１のグラフから、トンネル高さＨ１を、ビードシール高さＨ２よりも所定値以上低くすることで、直線状部７５ａの線圧を湾曲部７５ｂの線圧の８０％～１２０％となるように設定できることが分かる。すなわち、連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の線圧のバラツキを±２０％の範囲に収めることができるため、良好なシール特性を得ることが可能になる。図１１のグラフでは、直線状部７５ａの線圧が湾曲部７５ｂの線圧以下に設定されている。

なお、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの延在方向の線圧のバラツキは、±３０％以内とすることが好ましく、±２０％以内とすることが一層好ましい。これによって、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂに座屈し易くなるほど線圧が大きくなる箇所や、シール性を良好に発揮し難くなるほど線圧が小さくなる箇所が生じることを効果的に抑制できる。

一方で、トンネル高さＨ１を、ビードシール高さＨ２よりも所定値以上低くしていない場合、直線状部７５ａの線圧が湾曲部７５ｂの線圧の１２０％を超えて大きくなることが分かる。すなわち、連通孔ビードシール７４ａ（又は連通孔ビードシール７４ｂ）の線圧が±２０％の範囲を超えてばらついてしまう。

また、図１１の×印は、直線状部７５ａに座屈（バックリング）が生じる圧縮量を示している。この×印から、トンネル高さＨ１をビードシール高さＨ２よりも所定値以上低くすることで、トンネル高さＨ１をビードシール高さＨ２よりも所定値以上低くしていない場合に比して、圧縮量が大きくなっても座屈が生じ難くなっていることが分かる。

従って、図１１からも明らかな通り、トンネル高さＨ１をビードシール高さＨ２に対して適切に設定することで、直線状部７５ａの先端面の線圧が、湾曲部７５ｂ等の先端面の線圧を大きく超えて局所的に高くなることを回避できる。また、圧縮量が大きくなっても、直線状部７５ａに座屈が生じることを抑制できる。これらにより、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂのそれぞれの先端面に付加される線圧の均一化を図り、該線圧を、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの良好なシール性が発揮される適切な大きさに維持することができる。以上から、本実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０及び該燃料電池用接合セパレータ１０を備える発電セル１２によれば、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂによるシール性を良好に確保することができる。

上記の実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０では、トンネルの突出高さ（トンネル高さＨ１）が、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの突出高さ（ビードシール高さＨ２）の５０％以下に設定されていることとした。この場合、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に付加される線圧の均一化を図ることができるとともに、直線状部７５ａの座屈を抑制して連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に所定の大きさの線圧が付加された状態を良好に維持することができる。

上記の実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０では、ブリッジ部（酸化剤ガスブリッジ部９０及び燃料ガスブリッジ部９２）は、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに連結される複数の内側トンネル１００と、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに連結される複数の外側トンネル１０２とをトンネルとして有し、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０２とは、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂに対して互い違いに配置されていることとした。

この場合、酸化剤ガス入口連通孔４４ａから内側トンネル１００及び外側トンネル１０２に導入した酸化剤ガスを酸化剤ガス流路５２に向けて良好に分配することができる。また、燃料ガス入口連通孔４８ａから内側トンネル１００及び外側トンネル１０２に導入した燃料ガスを燃料ガス流路５８に向けて良好に分配することができる。これらから、燃料電池スタック１４による発電特性を向上させることができる。また、上記のように内側トンネル１００と外側トンネル１０２の位置がずれていることで、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に付加される線圧の均一化を一層良好に図ることができる。

上記の実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０では、セパレータ厚さ方向に突出するとともに、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに間隔を置いて対向する対向部８６ａ、８６ｂを有し、対向部８６ａ、８６ｂにブリッジ部（冷却媒体ブリッジ部９４）が配置された内側ビードシール７２ａ、７２ｂが形成され、対向部８６ａ、８６ｂは、直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに臨む側の第１側壁８７ａと、直線状部７５ａに臨む側とは反対側の第２側壁８７ｂとを有し、ブリッジ部（冷却媒体ブリッジ部９４）は、直線状部７５ａの内周側壁７５ｃに連結される複数の内側トンネル１００と、一端が直線状部７５ａの外周側壁７５ｄに連結されるとともに他端が対向部８６ａ、８６ｂの第１側壁８７ａに連結される複数の外側トンネル１０４とをトンネルとして有し、対向部８６ａ、８６ｂの第２側壁８７ｂに連結される複数の最外トンネル１０６をさらに有することとした。

すなわち、燃料電池用接合セパレータ１０の厚さ方向視において、内側ビードシール７２ａ、７２ｂで囲まれる部分の内側に冷却媒体流路６０が配置され、該部分の外側に冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂが配置される場合であっても、冷却媒体ブリッジ部９４を介して冷却媒体流路６０と冷却媒体連通孔４６ａ、４６ｂとを良好に連通させることができる。この際、ビードシール高さＨ２に対するトンネル高さＨ１が上記のように設定されているため、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に付加される線圧の均一化を図ること、及び連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に適切な線圧が付加された状態を良好に維持することが可能となる。ひいては、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂによるシール性を良好に確保することができる。

上記の実施形態に係る燃料電池用接合セパレータ１０では、複数の内側トンネル１００と複数の外側トンネル１０４とは、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂに対して互い違いに配置され、複数の外側トンネル１０４と複数の最外トンネル１０６とは、内側ビードシール７２ａ、７２ｂに対して互い違いに配置されていることとした。

この場合、冷却媒体入口連通孔４６ａから内側トンネル１００、外側トンネル１０４及び最外トンネル１０６に導入した冷却媒体を冷却媒体流路６０に向けて良好に分配することができるため、冷却媒体と発電セル１２とを効果的に熱交換させることができ、ひいては、燃料電池スタック１４による発電特性を向上させることができる。また、上記の通り、内側トンネル１００、外側トンネル１０４、最外トンネル１０６の位置がずれていることで、連通孔ビードシール７４ａ、７４ｂの先端面に付加される線圧を一層良好に均一化することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…燃料電池用接合セパレータ １２…発電セル
３０…第１セパレータ ３２…第２セパレータ
３４…電解質膜・電極構造体
４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ…流体連通孔
５２、５８、６０…流体流路 ７２ａ、７２ｂ…内側ビードシール
７４ａ、７４ｂ…連通孔ビードシール ７５ａ…直線状部
７５ｂ…湾曲部 ７５ｃ…内周側壁
７５ｄ…外周側壁 ８２ａ…基準面
８６ａ、８６ｂ…対向部 ８７ａ…第１側壁
８７ｂ…第２側壁 ９０…酸化剤ガスブリッジ部
９２…燃料ガスブリッジ部 ９４…冷却媒体ブリッジ部
１００…内側トンネル １０２…外側トンネル
１０４…外側トンネル １０６…最外トンネル
Ｈ１…トンネル高さ Ｈ２…ビードシール高さ

Claims (6)

1. 酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体をセパレータ面方向に流通させる流体流路と、前記流体流路に連通するとともにセパレータ厚さ方向に貫通形成された流体連通孔と、前記流体連通孔の外周を周回するとともに前記セパレータ厚さ方向に突出した連通孔ビードシールとが形成され、電解質膜・電極構造体に積層されて積層方向に圧縮荷重が付加される燃料電池用セパレータであって、
   前記セパレータ厚さ方向視で前記連通孔ビードシールにより囲まれた部分の内外を連通するブリッジ部を備え、
   前記連通孔ビードシールは、前記ブリッジ部が配置された直線状部と、該連通孔ビードシールの周方向で前記直線状部の両側に配置された湾曲部と、を有し、
   前記ブリッジ部は、前記直線状部の側壁に連結されるとともに前記セパレータ厚さ方向に突出するトンネルを有し、
   前記圧縮荷重により前記直線状部の突出方向の先端面に付加される線圧が、前記圧縮荷重により前記湾曲部の突出方向の先端面に付加される線圧と同じとなるように、基準面からの前記トンネルの突出高さが、前記基準面からの前記連通孔ビードシールの突出高さよりも所定値以上低く設定されている、燃料電池用セパレータ。
2. 請求項１記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記トンネルの突出高さは、前記連通孔ビードシールの突出高さの５０％以下に設定されている、燃料電池用セパレータ。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記ブリッジ部は、前記連通孔ビードシールの前記直線状部の内周側壁に連結される複数の内側トンネルと、前記連通孔ビードシールの前記直線状部の外周側壁に連結される複数の外側トンネルとを前記トンネルとして有し、
   複数の前記内側トンネルと複数の前記外側トンネルとは、前記連通孔ビードシールに対して互い違いに配置されている、燃料電池用セパレータ。
4. 請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   前記セパレータ厚さ方向に突出するとともに、前記連通孔ビードシールの前記直線状部の外周側壁に間隔を置いて対向する対向部を有し、該対向部に前記ブリッジ部が配置された内側ビードシールが形成され、
   前記対向部は、前記直線状部の前記外周側壁に臨む側の第１側壁と、前記直線状部に臨む側とは反対側の第２側壁とを有し、
   前記ブリッジ部は、前記直線状部の内周側壁に連結される複数の内側トンネルと、一端が前記直線状部の前記外周側壁に連結されるとともに他端が前記対向部の前記第１側壁に連結される複数の外側トンネルとを前記トンネルとして有し、前記対向部の前記第２側壁に連結される複数の最外トンネルをさらに有する、燃料電池用セパレータ。
5. 請求項４記載の燃料電池用セパレータにおいて、
   複数の前記内側トンネルと複数の前記外側トンネルとは、前記連通孔ビードシールに対して互い違いに配置され、
   複数の前記外側トンネルと複数の前記最外トンネルとは、前記内側ビードシールに対して互い違いに配置されている、燃料電池用セパレータ。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータと、
   前記電解質膜・電極構造体と、を備える発電セル。

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