JP7120107B2

JP7120107B2 - 燃料電池用のセパレータ

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Publication number: JP7120107B2
Application number: JP2019056354A
Authority: JP
Inventors: 和則柴田; 隆梶原; 祥夫岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP2020161220A

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関する。

燃料電池は、複数の単セルが積層されて構成される。各単セルでのセパレータには、反応ガスや冷媒をシールするビードが設けられている。例えば特許文献１では、蛇行したビードが記載されている。蛇行したビードは、直線状のビードよりも剛性が確保されている。

特表２０１７－５３７４３３号公報

しかしながら、ビードが蛇行しているため、ビードのシール長が長くなり、長いシール長の全域に亘ってシール性を保証することが困難となり、シール性が低下する恐れがある。

本発明は、シール性が向上した燃料電池用のセパレータを提供することを目的とする。

上記目的は、平坦な基部と、前記基部から一方側に突出して第１方向に延びたビードと、を備え、前記ビードは、前記基部よりも前記一方側に位置した頂部、前記基部から傾斜して前記頂部に連続し互いに対向した第１及び第２側部、を含み、前記第１側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、前記頂部は、前記第１方向に直線状に延びており、前記第２側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、前記第１及び第２側部は、位相が略一致して延びている、燃料電池用のセパレータによって達成できる。

また、上記目的は、平坦な基部と、前記基部から一方側に突出して第１方向に延びたビードと、を備え、前記ビードは、前記基部よりも前記一方側に位置した頂部、前記基部から傾斜して前記頂部に連続し互いに対向した第１及び第２側部、を含み、前記第１側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、前記頂部は、前記第１方向に直線状に延びており、前記第２側部は、前記第１方向に直線状に延びている、燃料電池用のセパレータによっても達成できる。

前記第１側部は、前記基部の外縁に対向していてもよい。

前記第１方向に交差する第２方向での前記頂部の幅は、前記第１方向で一定であってもよい。

前記第１側部は、波状又はジグザク状に延びていてもよい。

本発明によれば、シール性が向上した燃料電池用のセパレータを提供できる。

図１は、燃料電池の斜視図である。図２は、単セルのアノードセパレータの平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ間に相当する箇所でのセル積層体の一部を示す断面図である。図４は、外周ビード周辺を示したセパレータの部分拡大斜視図である。図５は、＋Ｚ方向側から見た外周ビード周辺を示したセパレータの部分拡大平面図である。図６Ａは、図５のＡ－Ａ断面図であり、図６Ｂは、図５のＢ－Ｂ断面図であり、図６Ｃは、図５のＣ－Ｃ断面図である。図７は、第１比較例のセパレータの説明図である。図８は、第２比較例のセパレータの説明図である。図９は、第１変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。図１０は、第２変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。図１１は、第３変形例であるセパレータの部分拡大平面図である。

［燃料電池の概略構成］
図１は、燃料電池１００の斜視図である。図１には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。燃料電池１００は、例えば電気自動車の電力源として利用できる。図１のように、燃料電池１００は、セル積層体１１、ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂ、絶縁プレート１３ａ及び１３ｂ、及びエンドプレート１４ａ及び１４ｂを含む。セル積層体１１は、複数の単セル１０がＺ方向に積層されている。単セル１０は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。

ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂは、セル積層体１１の積層方向の両端部に配置されている。絶縁プレート１３ａ及び１３ｂは、セル積層体１１の積層方向でターミナルプレート１２ａ及び１２ｂよりも外側に配置されている。エンドプレート１４ａ及び１４ｂは、セル積層体１１の積層方向で絶縁プレート１３ａ及び１３ｂよりも外側に配置されている。ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂは、緻密性カーボン又は銅などの導電性部材で形成され、単セル１０の発電電力を取り出すために用いられる。絶縁プレート１３ａ及び１３ｂは、ゴム又は樹脂などの絶縁性部材で形成され、ターミナルプレート１２ａ及び１２ｂとエンドプレート１４ａ及び１４ｂとの間を絶縁する。エンドプレート１４ａ及び１４ｂは、セル積層体１１とターミナルプレート１２ａ及び１２ｂと絶縁プレート１３ａ及び１３ｂとを締結する。

単セル１０とターミナルプレート１２ａと絶縁プレート１３ａとエンドプレート１４ａとは、それぞれ複数のマニホールド孔を有していて、それぞれの複数のマニホールド孔が連通して複数のマニホールド２０～２５が形成されている。マニホールド２０はセル積層体１１に燃料ガスを供給するために用いられ、マニホールド２１はセル積層体１１から燃料ガスを排出するために用いられる。マニホールド２２はセル積層体１１に酸化剤ガスを供給するために用いられ、マニホールド２３はセル積層体１１から酸化剤ガスを排出するために用いられる。マニホールド２４はセル積層体１１に冷媒（例えば冷却水）を供給するために用いられ、マニホールド２５はセル積層体１１から冷媒を排出するために用いられる。

図２は、単セル１０のアノードセパレータ３７の平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ間に相当する箇所でのセル積層体１１の一部を示す断面図である。図２に示すように、アノードセパレータ（以下、単にセパレータと称する）３７は、Ｘ方向及びＹ方向をそれぞれ短手方向及び長手方向とする略矩形状であり、外周縁を画定する縁３７２～３７５を有している。縁３７２及び３７３は、Ｙ方向に略平行でありＸ方向に離れている。縁３７４及び３７５は、Ｘ方向に略平行でありＹ方向に離れている。また、セパレータ３７には、マニホールド２０～２５のそれぞれを画定するためのマニホールド孔５０～５５が形成されている。マニホールド孔５２、５４、及び５１は、縁３７４に沿って設けられている。マニホールド孔５０、５５、及び５３は、縁３７５に沿って設けられている。マニホールド孔５０、５５、及び５３と、マニホールド孔５２、５４、及び５１との間には、Ｙ方向に延びＸ方向に所定の間隔を空けて並んだ複数の流路リブ４２が形成されている。また、セパレータ３７には、冷媒や反応ガスの漏れを防ぐためにマニホールドビード４４ａ～４４ｆや外周ビード４４ｇが設けられている。マニホールドビード４４ａ～４４ｆは、それぞれマニホールド孔５０～５５を包囲する。外周ビード４４ｇは、マニホールド孔５４及び５５が外側に位置するようにガスマニホールド孔５０～５３と複数の流路リブ４２を包囲し、縁３７２～３７５に沿って蛇行しながら延びている。外周ビード４４ｇの形状については、詳しくは後述する。

図３に示すように、単セル１０は、膜電極ガス拡散層接合体（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）３６と、ＭＥＧＡ３６を囲む枠状の絶縁フレーム３９と、ＭＥＧＡ３６及び絶縁フレーム３９に対向したセパレータ３７と、ＭＥＧＡ３６及び絶縁フレーム３９とは反対側でセパレータ３７に対向したカソードセパレータ（以下、単にセパレータと称する）３８と、を備える。セパレータ３７及び３８は、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばプレス成型したステンレス鋼などの金属部材で形成されている。絶縁フレーム３９は、例えばゴム又はエラストマー樹脂などの弾性を有する樹脂部材で形成されているが、弾性を有さない絶縁部材で形成されていてもよい。

図３に示すように、セパレータ３７は、ＸＹ平面に略平行であって平坦な基部３７１と、基部３７１から＋Ｚ方向に突出した複数の流路リブ４２と外周ビード４４ｇとを含む。図１に示したマニホールド２０を流れる燃料ガスは、マニホールド孔５０から隣接する流路リブ４２とこれに対向するＭＥＧＡ３６との間を流れて、マニホールド孔５１を介してマニホールド２１から排出される。

セパレータ３８は、ＸＹ平面に略平行であって平坦な基部３８１と、基部３８１から－Ｚ方向に突出した複数の流路リブ４３と外周ビード４５ｇとを含む。セパレータ３８の基部３８１は、セパレータ３８に対向するセパレータ３７の基部３７１に当接している。セパレータ３８の複数の流路リブ４３は、Ｙ方向に延びてＸ方向に所定の間隔を空けて並んでおり、セパレータ３８に対向するセパレータ３７の複数の流路リブ４２とＺ方向で対向している。図１に示したマニホールド２２を流れる酸化剤ガスは、マニホールド孔５２から隣接する流路リブ４３とこれに対向するＭＥＧＡ３６との間を流れて、マニホールド孔５３を介してマニホールド２３から排出される。図１に示したマニホールド２４を流れる冷媒は、マニホールド孔５４から対向する流路リブ４２及び４３の間を流れて、マニホールド孔５５を介してマニホールド２５から排出される。

図３に示すように、セパレータ３７の外周ビード４４ｇは、Ｚ方向の圧縮荷重に対して反力が確保できるように、基部３７１から＋Ｚ方向に突出している。同様に、セパレータ３８の外周ビード４５ｇは、Ｚ方向の圧縮荷重に対して反力が確保できるように、基部３８１から－Ｚ方向に突出している。セパレータ３７の外周ビード４４ｇは、このセパレータ３７と対向するセパレータ３８の外周ビード４５ｇとＺ方向で対向している。セパレータ３８の外周ビード４５ｇは、セパレータ３７の外周ビード４４ｇと同様に蛇行しながらセパレータ３８の外周縁に沿うように伸びている。

セパレータ３７の外周ビード４４ｇは、このセパレータ３７に対向する絶縁フレーム３９に、弾性部材であるゴム製のガスケット７０を介して押圧される。外周ビード４５ｇについても同様である。尚、図２に示したマニホールドビード４４ａ～４４ｆも、不図示のガスケットを介して絶縁フレーム３９に押圧されている。

尚、セパレータ３８及び絶縁フレーム３９には、セパレータ３７のマニホールド孔５０～５５と同様に、複数のマニホールド孔が設けられている。また、セパレータ３８には、セパレータ３７のマニホールドビード４４ａ～４４ｆや外周ビード４４ｇと同様に複数のシール部が設けられている。セパレータ３７及び３８は、マニホールドビード４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、及び４４ｄの周りや外周ビード４４ｇの周りで接合されている。セパレータ３７及び３８の接合は、例えばレーザ溶接によって行われるが、アーク溶接又は熱圧着接合などの他の方法で接合されてもよい。

ＭＥＧＡ３６は、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）３５と、アノードガス拡散層（以下、単に拡散層と称する）３３、及びカソードガス拡散層（以下、単に拡散層と称する）３４と、を備える。ＭＥＡ３５は、電解質膜３０と、電解質膜３０の一方の面の全面に設けられたアノード触媒層（以下、単に触媒層と称する）３１と、他方の面に電解質膜３０の外周縁部３０ａを露出させて設けられたカソード触媒層（以下、単に触媒層と称する）３２と、を備える。絶縁フレーム３９は、例えば接着剤などによって電解質膜３０の外周縁部３０ａに接合されている。

電解質膜３０は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。触媒層３１及び３２は、電気化学反応を進行させる触媒（白金又は白金－コバルト合金など）を担持したカーボン粒子（カーボンブラックなど）と、スルホン酸基を有する固体高分子であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。拡散層３３及び３４は、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材で形成され、例えばカーボンクロス又はカーボンペーパなどの多孔質カーボン部材で形成されている。

［外周ビード４４ｇの詳細構成］
図４は、外周ビード４４ｇ周辺を示したセパレータ３７の部分拡大斜視図である。図５は、＋Ｚ方向側から見た外周ビード４４ｇ周辺を示したセパレータ３７の部分拡大平面図である。図５は、外周ビード４４ｇが突出した側からであって基部３７１の面に垂直な方向から見た平面図に相当する。図４及び図５では、縁３７２に沿って延びた外周ビード４４ｇの一部分を示している。図６Ａは、図５のＡ－Ａ断面図である。図６Ｂは、図５のＢ－Ｂ断面図である。図６Ｃは、図５のＣ－Ｃ断面図である。

外周ビード４４ｇは、側部４４１及び４４２と、頂部４４３とを含む。側部４４１及び４４２は、基部３７１に対して傾斜するように＋Ｚ方向側に突出している。頂部４４３は、基部３７１と略平行であり、基部３７１よりも＋Ｚ方向側に位置している。側部４４１は、側部４４２よりも縁３７２の近くに位置している。

図５には、側部４４１と基部３７１との境界線である稜線Ｌ１、側部４４２と基部３７１との境界線である稜線Ｌ２、側部４４１と頂部４４３との境界線である稜線Ｌ３、側部４４２と頂部４４３との境界線である稜線Ｌ４を示している。側部４４１及び４４２は、＋Ｙ方向に蛇行しながら延びている。詳細には、側部４４１及び４４２は、振幅と波長とが略同じであり且つ位相が略一致した波状に延びている。従って、図５に示すように平面視で、稜線Ｌ１及びＬ２は、振幅と波長とが略同じであり且つ位相が略一致した波状である。「波状」とは、正弦波のような滑らかに湾曲した形状を意味する。頂部４４３は、Ｘ方向の幅がＹ方向の位置によらずに一定で＋Ｙ方向に直線状に延びている。従って、図５に示すように平面視で、稜線Ｌ３及びＬ４はＹ方向に平行である。尚、図５には、シール長Ｔ、及びベクトルＰ１～Ｐ４を示しているが詳しくは後述する

図６Ａ～図６Ｃには、側部４４１及び４４２のそれぞれの基部３７１に対する傾斜角度α１及びα２と、断面視での側部４４１及び４４２のそれぞれの長さβ１及びβ２とを示している。図６Ａでは、傾斜角度α１及びα２は同じ角度であり、長さβ１及びβ２とは同じ長さである。図６Ｂでは、傾斜角度α１は傾斜角度α２よりも大きく、長さβ１は長さβ２よりも短い。図６Ｃでは、傾斜角度α１は傾斜角度α２よりも小さく、長さβ１は長さβ２よりも長い。このように、傾斜角度α１及びα２は、Ｙ方向の位置に応じて所定の範囲で増減を繰り返し、具体的には傾斜角度α１が増大すると傾斜角度α２は減少し、傾斜角度α１が減少すると傾斜角度α２は増大する。同様に、長さβ１及びβ２も、Ｙ方向の位置に応じて所定の範囲で増減を繰り返し、具体的には長さβ１が増大すると長さβ２は減少し、長さβ１が減少すると長さβ２は増大する。換言すれば、Ｙ方向での任意の位置での傾斜角度α１及びα２の合計値は略一定であり、Ｙ方向での任意の位置での長さβ１及びβ２の合計値も略一定である。

傾斜角度α１及びα２のそれぞれは、０°より大きく９０°以下の範囲内に含まれる角度範囲で増減を繰り返せばよいが、傾斜角度α１及びα２の各角度範囲は、３０°以上であり８５°以下の範囲であることが好ましい。傾斜角度の最小値が小さすぎると、ビード全体の幅が大きくなりすぎるからである。また、傾斜角度が９０°に近いほど、プレスによりビードを成形する際に、金型を取り外すことが困難となる恐れがあるからである。

［第１比較例］
次に複数の比較例について説明する。尚、比較例について、本実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図７は、第１比較例のセパレータ３７ｘの説明図である。セパレータ３７ｘの外周ビード４４ｇｘは、側部４４１ｘ及び４４２ｘと頂部４４３とを含む。外周ビード４４ｇｘの側部４４１ｘ及び４４２ｘは、頂部４４３と同様に直線状に延びている。即ち、基部３７１に対する側部４４１ｘ及び４４２ｘの各傾斜角度はＹ方向の位置によらずに常に一定であり、断面視での側部４４１ｘ及び４４２ｘの各長さもＹ方向の位置によらずに常に一定である。

燃料電池は、セパレータ３７ｘや絶縁フレーム３９、ＭＥＧＡ３６等が積層されて、Ｚ方向に圧縮荷重が作用するようにこれらの部材が締結される。セパレータ３７ｘの外周ビード４４ｇｘにＺ方向での圧縮荷重が作用すると、側部４４１ｘ上には、側部４４１ｘ上の任意の点での側部４４１ｘの外側に向けた法線方向に力が作用し、同様に側部４４２ｘ上には、側部４４２ｘ上の任意の点での側部４４２ｘの外側に向けた法線方向に力が作用する。

図７には、外周ビード４４ｇｘに圧縮荷重が作用した際に側部４４１ｘ及び４４２ｘに作用する力のベクトルＰ１～Ｐ４を示している。側部４４１ｘには－Ｘ方向のベクトルＰ１及びＰ２が作用し、側部４４２ｘには＋Ｘ方向のベクトルＰ３及びＰ４が作用する。ベクトルＰ１及びＰ２は、それぞれ、側部４４１ｘの外側面上の互いにＹ方向に離れた位置での法線方向に作用する力を示す。同様に、ベクトルＰ３及びＰ４は、それぞれ、側部４４２ｘの外側面上の互いにＹ方向に離れた位置での法線方向に作用する力を示す。ここで、側部４４１ｘは＋Ｙ方向に直線状に延びているため、側部４４１ｘの外側面上の法線方向は、Ｙ方向の位置によらずに同一方向であり、具体的には平面視で－Ｘ方向である。側部４４２ｘについても同様であり、側部４４２ｘの外側面上の法線方向は、Ｙ方向の位置によらずに＋Ｘ方向である。このようにベクトルＰ１及びＰ２が側部４４１ｘに対して－Ｘ方向に作用し、ベクトルＰ３及びＰ４は側部４４２ｘに対して＋Ｘ方向に作用する。このため、側部４４１ｘ及び４４２ｘが広がるように変形して、上述したガスケット７０を介しての外周ビード４４ｇと絶縁フレーム３９との間のシール性が低下する可能性がある。

［本実施例と第１比較例の差異］
本実施例の外周ビード４４ｇを示した図５には、側部４４１に作用するベクトルＰ１及びＰ２と、側部４４２に作用するベクトルＰ３及びＰ４とを示している。ここで、ベクトルＰ１及びＰ２は、側部４４１の外側面の法線方向に作用する。図５に示したベクトルＰ１～Ｐ４の始点の位置は、図７に示したベクトルＰ１～Ｐ４の始点の位置と同じである。側部４４１は蛇行しているため、側部４４１の外側面上の法線方向はＹ方向の位置によって変化し、側部４４２についても同様である。図５に示した例では、ベクトルＰ１は－Ｘ方向と＋Ｙ方向の間の方向に作用し、ベクトルＰ２は、－Ｘ方向と－Ｙ方向の間の方向に作用し、ベクトルＰ３は＋Ｘ方向と＋Ｙ方向の間の方向に作用し、ベクトルＰ４は＋Ｘ方向と－Ｙ方向の間の方向に作用する。

ここで、ベクトルＰ１のＹ方向成分Ｐ１ｙは＋Ｙ方向に作用しているのに対し、ベクトルＰ２のＹ方向成分Ｐ２ｙは－Ｙ方向に作用する。このため、Ｙ方向成分Ｐ１ｙ及びＰ２ｙは互いに相殺される。同様に、ベクトルＰ３のＹ方向成分Ｐ３ｙは＋Ｙ方向に作用しているのに対し、ベクトルＰ４のＹ方向成分Ｐ４ｙは－Ｙ方向に作用し、Ｙ方向成分Ｐ３ｙ及びＰ４ｙは互いに相殺される。このため、側部４４１には、実質的にはＸ方向成分Ｐ１ｘ及びＰ２ｘのみが作用し、側部４４２には、Ｘ方向成分Ｐ３ｘ及びＰ４ｘが作用する。

このため第１比較例の外周ビード４４ｇｘと比較すると、本実施例の外周ビード４４ｇでは、Ｘ方向に作用する力が低減されている。従って、本実施例の外周ビード４４ｇは圧縮荷重に対する反力が確保されており、シール性が向上している。

［第２比較例］
図８は、第２比較例のセパレータ３７ｙの説明図である。セパレータ３７ｙの外周ビード４４ｇｙは、側部４４１ｙ及び４４２ｙと、頂部４４３ｙとを含む。頂部４４３ｙは、側部４４１ｙ及び４４２ｙと共に、＋Ｙ方向に蛇行しならが延びている。即ち、外周ビード４４ｇｙは、全体で＋Ｙ方向に蛇行しながら延びている。従って、稜線Ｌ１ｙ、Ｌ２ｙ、Ｌ３ｙ、及びＬ４ｙは、平面視で振幅と波長とが略一定であり且つ位相が同一の波状に延びている。比較例の稜線Ｌ１ｙ等は、本実施例の稜線Ｌ１等と振幅と波長とが同じである。基部３７１に対する側部４４１ｙ及び４４２ｙの各傾斜角度はＹ方向の位置によらずに常に一定であり、断面視での側部４４１ｙ及び４４２ｙの各長さもＹ方向の位置によらずに常に一定である。第２比較例の外周ビード４４ｇｙの側部４４１ｙ及び４４２ｙは蛇行しているため、本実施例と同様に圧縮荷重に対する反力が確保されている。

図８には、頂部４４３ｙのシール長Ｔｙを示している。頂部４４３ｙのシール長Ｔｙは、Ｙ方向の所定範囲での頂部４４３ｙの経路長さである。頂部４４３ｙはＹ方向に蛇行して延びているため、シール長Ｔｙの長さが確保されている。

［本実施例の第２比較例の差異］
本実施例の外周ビード４４ｇを示した図５には、頂部４４３のシール長Ｔを示している。シール長Ｔは、頂部４４３ｙのシール長Ｔｙと同様に、Ｙ方向での同じ所定範囲内における頂部４４３の長さである。頂部４４３は、Ｙ方向に平行に直線状に延びているため、シール長ＴはＹ方向での所定の範囲内で最短であり、シール長Ｔｙよりも短い。比較例ではシール長Ｔｙが長いため、長いシール長Ｔｙの範囲内でシール性が低下した箇所が発生する可能性がある。これに対して、本実施例でのシール長Ｔは短いため、シール性が低下した箇所が生じることを抑制でき、シール性が向上している。

以上のように本実施例の外周ビード４４ｇは、側部４４１及び４４２が蛇行していることと、シール長Ｔが短いこととの双方により、シール性が向上している。

また、外周ビード４４ｇの頂部４４３は直線状に形成されており、この頂部４４３と絶縁フレーム３９を介して対向するセパレータ３８の外周ビード４５ｇの頂部も直線状に形成される。このため、これらが直線状に形成されている頂部同士の位置合わせは、蛇行している頂部同士の位置合わせよりも容易である。このため、頂部同士を適切な位置でセパレータ３７等が積層されることにより、所望のシール性を確保することができる。尚、セパレータ３８の外周ビード４５ｇも、セパレータ３７の外周ビード４４ｇと同様に、両側部は蛇行しており頂部は直線状であるが、これに限定されず、両側部及び頂部が直線状に延びていてもよい。

［その他］
外周ビード４４ｇの側部４４１及び４４２は、振幅及び波長が略同じであり位相が略一致した波状であるがこれに限定されない。例えば、振幅及び波長の少なくとも一方が異なっていてもよいし、振幅及び波長が略同じであって位相がずれていてもよい。但し、外周ビード４４ｇに作用した圧縮荷重に対する側部４４１及び４４２のそれぞれの反力のバランスを考慮すると、本実施例のように振幅及び波長が略同じであり位相が略一致していることが好ましい。

［第１変形例］
次に複数の変形例に係るセパレータについて説明する。図９は、第１変形例であるセパレータ３７ａの部分拡大平面図である。図９は、図５に対応している。セパレータ３７ａの外周ビード４４ｇａの側部４４１ａ及び４４２ａは、それぞれジグザグ状に蛇行して＋Ｙ方向に延びている。具体的には、外周ビード４４ｇａを＋Ｚ方向側から見た場合に、稜線Ｌ１ａは、直線状に延びて＋Ｙ方向に対して頂部４４３側に傾斜した部位と、直線状に延びて＋Ｙ方向に対して頂部４４３とは反対側に傾斜した部位とを交互に繰り返すように、形成されている。頂部４４３側に傾斜した部位と、この部位よりも＋Ｙ方向に隣接して頂部４４３とは反対側に傾斜した部位との間の、頂部４４３とは反対側の角度間隔は、９０度以上に設定されているがこれに限定されない。稜線Ｌ２ａについても同様に、直線状に延びて＋Ｙ方向に対して頂部４４３側に傾斜した部位と、直線状に延びて＋Ｙ方向に対して頂部４４３とは反対側に傾斜した部位とを交互に繰り返すように、形成されている。また、稜線Ｌ１ａ及びＬ２ａは振幅と波長が略同じであり、位相も略同じである。第１変形例においても、頂部４４３は直線状であり側部４４１ａ及び４４２ａは蛇行しているため、シール性が向上している。

ここで、平板状の母材に金型を用いてプレス加工をすることにより、外周ビード４４ｇａや流路リブ４２が成形されたセパレータ３７ａを製造する。ここで、外周ビード４４ｇａの側部４４１ａ及び４４２ａがジグザグ状であるため、外周ビード４４ｇａの成形のため用いる金型の設計が容易となる。このため、製造コストの増大を抑制できる。

第１変形例において、側部４４１ａの代わりに上述した本実施例の波状の側部４４１を採用してもよいし、側部４４２ａの代わりに本実施例の波状の側部４４２を採用してもよい。

［第２変形例］
図１０は、第２変形例であるセパレータ３７ｂの部分拡大平面図である。図１０は、図５に対応している。セパレータ３７ｂの外周ビード４４ｇｂは、側部４４１及び４４２ｂと頂部４４３とを有し、側部４４１は蛇行しているが、側部４４２ｂは蛇行しておらず直線状に延びている。ここで、蛇行した側部４４１は、縁３７２に沿って＋Ｙ方向に延びており、換言すれば基部３７１の縁３７２に対向している。ここで側部４４１が縁３７２に対向するとは、側部４４１と縁３７２との間にリブ等の凹凸状の部位は形成されていないことを意味する。外周ビード４４ｇｂに圧縮荷重が作用した際には、蛇行した側部４４１の反力を確保することができる。また、側部４４２ｂは直線状であるため、製造が容易であり、製造コストの増大も抑制されている。

ここで、図３に示すように、セパレータ３７ｂの中央部にも複数の流路リブ４２が形成されており、外周ビード４４ｇｂの側部４４２ｂは、複数の流路リブ４２側に設けられている。この複数の流路リブ４２により、セパレータ３７ｂの中央部は、縁３７２側よりも剛性が確保されている。ここで、セパレータ３７ｂの外周ビード４４ｇｂにＺ方向の圧縮荷重が作用する際には、実際には外周ビード４４ｇｂのみならず、複数の流路リブ４２にもＺ方向の圧縮荷重が作用する。このため、剛性が確保された複数の流路リブ４２に対向した側部４４２ｂに作用する圧縮荷重は、縁３７２に対向した側部４４１に作用する圧縮荷重よりも小さいと考えられる。このため、側部４４２ｂが直線状であっても、シール性を確保できる。

例えば、圧縮荷重の大きさが比較的大きい場合には、上述した本実施例又は第１変形例のセパレータ３７又は３７ａを採用し、圧縮荷重の大きさが比較的大きくない場合には、製造コストが抑制されている第２変形例のセパレータ３７ｂを採用してもよい。

図１０に示すように、＋Ｚ方向側から見た場合、側部４４１のＸ方向の幅の最大値は、側部４４２ｂのＸ方向の幅よりも大きく、側部４４１のＸ方向の幅の最小値は、側部４４２ｂのＸ方向の幅よりも小さいが、これに限定されない。また、第２変形例において、側部４４１の代わりに第１変形例に示したジグザグ状の側部４４１ａを採用してもよい。第２変形例では側部４４１が蛇行しており側部４４２ｂが直線状であるが、逆の構成を除外する趣旨ではない。

［第３変形例］
図１１は、第３変形例であるセパレータ３７ｃの部分拡大平面図である。図１０は、図５に対応している。セパレータ３７ｃの外周ビード４４ｇｃは、側部４４１ｃ及び側部４４２ｃと頂部４４３ｃとを有している。頂部４４３ｃは、側部４４１ｃ及び４４２ｃと共に蛇行しており、頂部４４３ｃと側部４４１ｃ及び４４２ｃとは波長が略同じであるが、頂部４４３ｃの振幅は側部４４１ｃ及び４４２ｃのそれぞれよりも小さい。図１１に示すように、稜線Ｌ３ｃ及びＬ４ｃのそれぞれは、稜線Ｌ１及びＬ２のそれぞれよりも振幅が小さい。このため、シール長Ｔｃは、図５に示した本実施例のシール長Ｔよりも長いが、図８に示した第２比較例のシール長Ｔｙよりも短い。このような構成によっても、圧縮荷重に対する反力を確保しつつシール長を短くでき、シール性が向上している。

図１１に示すように、頂部４４３ｃは側部４４１ｃ及び４４２ｃのそれぞれと波長が略同じであって位相が略一致しているが、これに限定されない。例えば、頂部４４３ｃと側部４４１ｃ及び４４２ｃとの波長が異なっていてもよいし、波長が同じであるが位相がずれていてもよい。また、第３変形例においても、側部４４１ｃ及び４４２ｃをジグザク状に形成してもよい。この場合、頂部４４３ｃについてもジグザク状に形成してもよい。頂部４４３ｃのＸ方向の幅は、Ｙ方向の位置によらずに一定であることが好ましいが、これに限定されない。

上述した本実施例及び変形例では、外周ビード４４ｇ～４４ｇｃを例に説明したが、マニホールド孔５０～５５をそれぞれ包囲するマニホールドビード４４ａ～４４ｆの少なくとも一つを、外周ビード４４ｇ～４４ｇｃの何れかのような形状にしてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１００燃料電池
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃアノードセパレータ（燃料電池用のセパレータ）
３７１基部
３７２縁
４４ｇ、４４ｇａ、４４ｇｂ、４４ｇｃ外周ビード（ビード）
４４１、４４１ａ、４４１ｂ、４４１ｃ側部（第１側部）
４４２、４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃ側部（第２側部）
４４３、４４３ｃ頂部
Ｔ、Ｔｃシール長

Claims

平坦な基部と、
前記基部から一方側に突出して第１方向に延びたビードと、を備え、
前記ビードは、前記基部よりも前記一方側に位置した頂部、前記基部から傾斜して前記頂部に連続し互いに対向した第１及び第２側部、を含み、
前記第１側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、
前記頂部は、前記第１方向に直線状に延びており、
前記第２側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、
前記第１及び第２側部は、位相が略一致して延びている、燃料電池用のセパレータ。
平坦な基部と、
前記基部から一方側に突出して第１方向に延びたビードと、を備え、
前記ビードは、前記基部よりも前記一方側に位置した頂部、前記基部から傾斜して前記頂部に連続し互いに対向した第１及び第２側部、を含み、
前記第１側部は、前記第１方向に蛇行しながら延びており、
前記頂部は、前記第１方向に直線状に延びており、
前記第２側部は、前記第１方向に直線状に延びている、燃料電池用のセパレータ。
前記第１側部は、前記基部の外縁に対向している、請求項１又は２の燃料電池用のセパレータ。
前記第１方向に交差する第２方向での前記頂部の幅は、前記第１方向で一定である、請求項１乃至３の何れかの燃料電池用のセパレータ。
前記第１側部は、波状又はジグザク状に延びている、請求項１乃至４の何れかの燃料電池用のセパレータ。