WO2006059478A1 - セパレータ - Google Patents

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WO2006059478A1
WO2006059478A1 PCT/JP2005/020943 JP2005020943W WO2006059478A1 WO 2006059478 A1 WO2006059478 A1 WO 2006059478A1 JP 2005020943 W JP2005020943 W JP 2005020943W WO 2006059478 A1 WO2006059478 A1 WO 2006059478A1
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flow path
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fuel gas
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PCT/JP2005/020943
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Takeharu Kuramochi
Takayuki Hirao
Shinji Ooe
Yasue Tanaka
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Nissan Motor Co., Ltd.
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a separator that constitutes a fuel cell, and more particularly to a separator in which a refrigerant channel is formed in a direction intersecting a fuel gas channel and an oxidant gas channel.
  • a fuel cell is an electrochemical reaction device that is supplied with hydrogen gas and oxygen-containing gas on both sides of a polymer electrolyte membrane, and converts their chemical energy into electric energy.
  • Some fuel cells use a so-called sheet metal separator in which a gas flow path is formed by pressing a metal sheet to increase the electromotive force per unit volume.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-367665 discloses a fuel cell using a thin metal separator.
  • the fuel cell has a structure in which a plurality of single cells are stacked.
  • Each single cell includes a first separator and a second separator and a joined body interposed therebetween.
  • the first separator is disposed on one surface of the joined body, and is provided with an uneven shape that constitutes the gas flow path.
  • the second separator is arranged on the other surface of the joined body, and is composed of two separators provided with a concavo-convex shape constituting a gas flow path and a leaf spring interposed therebetween. Disclosure
  • the present invention has been made in view of a serious problem, and its purpose is to reduce the contact resistance between the component parts to increase the conductivity and to realize a significant reduction in the number of parts.
  • a separator [0006]
  • the separator of the present invention includes a first metal plate, a second metal plate disposed opposite to the first metal plate at a predetermined interval, the first metal plate, and the second metal plate. A plurality of metal plates, and a partition member for electrically connecting the metal plates to each other.
  • the separator according to the present invention has a plurality of recesses and protrusions alternately forming a gas channel in a region contributing to power generation, and a channel formed on one surface.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an overall configuration of a fuel cell stack.
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of the IB portion of FIG. 1A showing the configuration of a single cell of the fuel cell stack.
  • FIG. 2 is a plan view of the separator.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional perspective view of the separator shown in FIG. 2 taken along line III-III.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the separator shown in FIG. 2 taken along the line IV-IV.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a separator in which a fragile part is formed on a partition member.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a separator using a metal pipe as a partition member.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view of a separator using a solid metal rod as a partition member.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a separator having a two-cam structure in the refrigerant flow path.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a mold for press-molding a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path without crushing the partition member.
  • the fuel cell stack 1 is formed by stacking a predetermined number of unit cells 2 as unit cells that generate an electromotive force by the reaction between the supplied fuel gas and the oxidizing agent gas.
  • the laminated body 3, the current collector plate 4, the insulating plate 5 and the end plate 6 have a tie rod 7 passed through a through-hole (not shown) penetrating them, and a nut (not shown) at the end of the tie rod 7.
  • a tie rod 7 passed through a through-hole (not shown) penetrating them, and a nut (not shown) at the end of the tie rod 7.
  • a fuel gas inlet 8, a fuel gas outlet 9, an oxidant gas inlet 10, and an oxidant gas outlet 11 are formed on one end plate 6.
  • the fuel gas and the oxidant gas are introduced into the laminate 3 from the fuel gas inlet 8 and the oxidant gas inlet 10 respectively, and the fuel gas supply flow path and the oxidant formed in the separator of each single cell 2 are introduced. It flows through the flow path for supplying the agent gas, and is discharged from the fuel gas outlet 9 and the oxidizing agent gas outlet 11.
  • an upper tank portion 13a is provided on the upper surface, and a lower tank portion 13b is provided on the lower surface.
  • Each tank portion 13 is formed with a cooling water inlet 12 and a cooling water outlet (not shown).
  • the cooling water is introduced from the cooling water inlet 12 of the upper tank portion 13a of the fuel cell stack 1, flows through the refrigerant flow path formed in the separator of each single cell 2, and cools the lower tank portion 13b. It is discharged from the water outlet.
  • the single cell 2 includes a membrane electrode assembly (MEA) and separators disposed on both sides of the membrane electrode assembly.
  • the membrane electrode assembly includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane M that is a polymer electrolyte membrane that allows hydrogen ions to pass through, an anode AN that includes an anode catalyst and a gas diffusion layer, and a force sword CA that includes a force sword catalyst and a gas diffusion layer ( In either case, the illustration is omitted).
  • the membrane electrode assembly is a laminated structure in which the solid polymer electrolyte membrane M is sandwiched between the anode AN and the cathode CA from both sides.
  • the separator 15 includes a first metal plate 16 and a second metal plate disposed substantially opposite to the first metal plate 16 at a predetermined interval. There are a plurality of metal plates 17 and a partition member 18 that is arranged between the first metal plate 16 and the second metal plate 17 with a predetermined interval and connects the metal plates 16 and 17 to each other to conduct electricity. It is formed integrally.
  • the carousel separator 15 includes the above-described fuel gas inlet 8, fuel gas outlet 9, and oxidizer. Molds 19, 20, 21, and 22 communicating with the gas inlet 10 and the oxidant gas outlet 11 are formed. For example, a separator 19 for introducing a fuel gas and a holder 20 for introducing an oxidant gas are sequentially arranged from the lower left side to the upper side of the separator 15 shown in FIG. In addition, the lower right side force of the separator 15 is also made up sequentially into an oxidant gas discharge hold 21 and a fuel gas discharge hold 22.
  • a stacking hole 23 through which the tie rod 7 passes is formed in the separator 15.
  • the stacking holes 23 are formed as circular holes at the four corners of the separator 15, for example.
  • a passage through which a fuel gas and an oxidant gas, which will be described later, circulates, and a fuel gas introduction manifold 19 and a fuel gas discharge malle 22 are formed so as to surround them.
  • the sealing member 24 force is arranged on the surface of the separator 15 so as to be written in a single stroke.
  • the strong sealing member 24 is, for example, a convex line having a triangular or semicircular cross section.
  • the separator 15 has an irregularity in which a plurality of concave portions 25 and convex portions 26 are alternately formed in an active region A (region of a central portion in contact with the membrane electrode assembly) that contributes to power generation. It has a shape (so-called corrugated shape).
  • the concave stripe portion 25 and the convex stripe portion 26 constitute a flow path extending along the longitudinal direction W of the separator 15 (same as the width direction in the figure).
  • a concave strip 25 formed on one surface 15a of the separator 15 in contact with the anode AN of the membrane electrode assembly is a fuel gas flow path 27 through which fuel gas (hydrogen gas H) flows between the separator electrode 25 and the membrane electrode assembly 27.
  • the ridge portion 26 formed adjacent to the ridge portion 25 is oxidized between the back surface thereof, that is, the other surface 15b of the separator 15 in contact with the force sword CA of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly.
  • An oxidant gas flow path 28 for circulating an oxidant gas (oxygen-containing gas O) is formed.
  • the fuel gas H is separated from the fuel gas introduction manifold 19.
  • the gas flows into the active region A of the one surface 15a of the palator 15, flows through a plurality of fuel gas passages 27 formed there, and is discharged to the fuel gas discharge manifold 22.
  • Oxidant gas O is fed from the oxidant gas introduction mold 20 to the other surface 15b
  • each refrigerant channel 29 is a continuous space defined by the first metal plate 16 and the second metal plate 17 in the thickness direction (same as the stacking direction S) and the two partition members 18 in the width direction. is there.
  • Each partition member 18 extends in a direction intersecting (orthogonal) with the flow direction of the fuel gas and the oxidant gas! Therefore, the cooling water LLC flowing through the refrigerant flow path 29 has a direction in which the fuel gas H and the oxidant gas O flow.
  • the uneven shape of the separator 15 configured as described above is formed by pressing a plate-shaped separator between a pair of dies having a predetermined clearance.
  • the thickness of the partition member 18 is reduced so that the partition member 18 is not crushed and the refrigerant flow path 29 is not blocked during press press.
  • the fragile portion 30 that is easily bent is formed.
  • the partition member 18 buckles at the fragile portion 30, so that the partition member 18 is crushed. It is possible to prevent the refrigerant flow path 29 from being blocked by.
  • the fuel cell stack 1 comprises a single cell 2 by laminating the separator 15 having the above-described configuration on both sides of the membrane electrode assembly, and a laminate by laminating a plurality of the single cells 2.
  • the current collector plate 4, the insulating plate 5, and the end plate 6 are arranged at both ends of the laminated body, fastened by a tie rod 7, and further a tank portion 13 is attached.
  • the cooling water flows through the flow path formed by the plurality of partition plates arranged between the first metal plate 16 and the second metal plate 17. Therefore, the single gas separator 27 can have the fuel gas channel 27, the oxidant gas channel 28, and the refrigerant channel 29. Therefore, if the single cell 2 is configured with the membrane electrode assembly sandwiched between the separators 15 of the present embodiment and a plurality of the single cells 2 are stacked, the stacking pitch of the single cells 2 can be reduced. In addition, since the contact resistance can be reduced, the electromotive force per unit volume can be increased, and the output of the entire fuel cell can be greatly improved.
  • the length in the vertical direction intersecting the longitudinal direction W of the concave portion 25 and the convex portion 26 of the active region A is longer than the length in the longitudinal direction W.
  • the outer shape of the separator is longer in the vertical direction than the length in the longitudinal direction W of the concave strip 25 and the convex strip 26 in consideration of the mountability to the vehicle. You may make it the horizontally long shape formed in short length. In that case, the length of the cooling water flow path in the direction intersecting the length of the fuel gas flow path 27 and the oxidant gas flow path 28 is shortened. It becomes possible to discharge the cooling water outlet force while suppressing the temperature rise.
  • the cooling water supply pump can be miniaturized.
  • the fragile portion 30 is provided in the partition member 18, the fragile portion when the fuel gas flow path 27 and the oxidant gas flow path 28 are press-molded in the separator 15. Since it bends easily from 30, it can be prevented that the partition member 18 is crushed and the refrigerant flow path 29 is blocked.
  • a plurality of hollow metal pipes 31 may be arranged as partition members 18 between the first metal plate 16 and the second metal plate 17 so as to be in contact with each other.
  • the space in the pipe becomes the refrigerant flow path 29, and the outer peripheral wall becomes the cutting wall.
  • the metal pipe 31 is joined to the first metal plate 16 and the second metal plate 17 by brazing, welding, vibration welding, or the like. If the metal plate joined and integrated in this way is press-molded, the separator 15 having the same effect as the previous embodiment can be obtained.
  • a plurality of solid metal rods 32 are arranged as partition members 18 between the first metal plate 16 and the second metal plate 17 with a predetermined interval. Also good. If the solid metal rod 32 is used, the space between the solid metal rods 32 becomes the refrigerant flow path 29, and the solid metal rod 32 becomes the partition wall. For the solid metal rod 32, for example, a metal wire or the like is used. The solid metal rod 32 and the first metal plate 16 and the second metal plate 17 are joined by brazing, welding, and vibration welding as in the previous example.
  • a hard cam structure is provided between the first metal plate 16 and the second metal plate 17.
  • the partition member 33 may be provided so as to constitute a structure. In this way, in addition to obtaining the same effect as the separator 15 of the previous embodiment, the mechanical strength of the separator 15 can be further increased.
  • the fuel gas flow path is provided in the separator sheet.
  • An oxidant gas flow path and a refrigerant flow path can be included.
  • the separator of the present invention can be used industrially.

Abstract

　第１の金属板１６と、この第１の金属板１６に対して所定間隔を置いて対向配置された第２の金属板１７と、これら第１の金属板１６と第２の金属板１７との間に複数配置されると共にこれら金属板１６，１７同士を導通させる仕切部材１８とを備えたセパレータ１５。セパレータ１５は、少なくとも発電に寄与する領域にガス流路を構成する凹条部２５と凸条部２６を交互に複数形成しており、一方の面に形成された流路を、燃料ガスが流通する燃料ガス流路２７とし、他方の面に形成された流路を、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路２８とし、さらに、前記仕切部材１８によって形成された流路を、冷却水が流通する冷媒流路２９としている。

Description

明 細 書
セノ レータ
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池を構成するセパレータに関し、詳細には、燃料ガス流路及び 酸化剤ガス流路と交差する方向に冷媒流路を形成したセパレータに関する。
背景技術
[0002] 燃料電池は、高分子電解質膜の両面に水素ガスと酸素含有ガスとをそれぞれ供給 され、それらの化学エネルギーを電気エネルギーに変換する電気化学的反応装置 である。燃料電池のなかには、単位体積当たりの起電力を高めるために、金属製の 薄板をプレス加工してガス流路を形成したいわゆる薄板金属セパレータが使用され ているものがある。
[0003] 特開 2002— 367665号公報は、薄板金属セパレータを用いた燃料電池を開示し ている。当該燃料電池は、複数個の単セルを積層した構造を有する。各単セルは、 第 1および第 2セパレータとそれらに介装された接合体とからなる。第 1セパレータは 、接合体の一方の面上に配置され、ガス流路を構成する凹凸形状が付与されている 。第 2セパレータは、接合体の他方の面上に配置され、ガス流路を構成する凹凸形 状が付与された 2枚のセパレータとそれらに介装された板ばねとから構成されている 発明の開示
[0004] し力しながら、上記の燃料電池では、各単セルの厚みが大きいため、単位体積当た りの出力が低下する。また、この燃料電池では、単セルの構成部品の点数が多いこと から、それら構成部品間の接触抵抗を低下させて、電池全体としての導電性を向上 させることが困難である。さらに、かかる燃料電池では、部品点数増加によるコストァ ップゃ重量増加の課題が残る。
[0005] 本発明は、力かる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部品間の接 触抵抗を低減して導電性を高めると共に部品点数の大幅な削減を実現することので きるセパレータの提供である。 [0006] 本発明のセパレータは、第 1の金属板と、この第 1の金属板に対して所定間隔を置 いて対向配置された第 2の金属板と、これら第 1の金属板と第 2の金属板との間に複 数配置されると共にこれら金属板同士を導通させる仕切部材とを備える。
[0007] そして、本発明に係るセパレータは、少なくとも発電に寄与する領域にガス流路を 構成する凹条部と凸条部を交互に複数形成しており、一方の面に形成された流路を 、燃料ガスが流通する燃料ガス流路とし、他方の面に形成された流路を、酸化剤ガス が流通する酸化剤ガス流路とし、さらに、前記仕切部材によって形成された流路を、 冷却水が流通する冷媒流路として!/、る。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1A]図 1Aは、燃料電池スタックの全体構成を示す斜視図である。
[図 1B]図 1Bは、燃料電池スタックの単セルの構成を示す、図 1 Aの IB部における拡 大断面図である。
[図 2]図 2は、セパレータの平面図である。
[図 3]図 3は、図 2に示したセパレータの III— III線における拡大断面斜視図である。
[図 4]図 4は、図 2に示したセパレータの IV— IV線における拡大断面図である。
[図 5]図 5は、仕切部材に脆弱部が形成されたセパレータの要部拡大断面図である。
[図 6]図 6は、仕切部材として金属パイプを使用したセパレータの拡大断面図である。
[図 7]図 7は、仕切部材として中実金属棒を使用したセパレータの拡大断面図である
[図 8]図 8は、冷媒流路をノ、二カム構造としたセパレータの拡大断面図である。
[図 9]図 9は、仕切部材を潰さないようにして燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路をプ レス成形するための金型を示す要部拡大断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する
[0010] 燃料電池スタック 1は、図 1Aおよび図 1Bに示すように、供給された燃料ガスと酸ィ匕 剤ガスの反応により起電力を生じる単位電池としての単セル 2を所定数だけ積層した 積層体 3と、その積層体 3の両端に配置された集電板 4、絶縁板 5およびエンドプレ ート 6とから構成されている。該積層体 3、集電板 4、絶縁板 5およびエンドプレート 6 は、それらを貫通した貫通孔（図示は省略する）にタイロッド 7を貫通させて、そのタイ ロッド 7の端部にナット（図示は省略する）を螺合させることで一体ィ匕されている。
[0011] この燃料電池スタック 1においては、一方のエンドプレート 6に燃料ガス導入口 8、燃 料ガス排出口 9、酸化剤ガス導入口 10、および酸化剤ガス排出口 11が形成されて いる。燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ燃料ガス導入口 8及び酸化剤ガス導入 口 10から積層体 3内に導入され、各単セル 2のセパレータに形成された燃料ガス供 給用の流路および酸化剤ガス供給用の流路内を流れて、燃料ガス排出口 9及び酸 ィ匕剤ガス排出口 11から排出される。
[0012] また、この燃料電池スタック 1では、その上面に上側タンク部 13aが、下面に下側タ ンク部 13bが設けられている。各タンク部 13には、それぞれ冷却水導入口 12および 冷却水排出口（図示は省略する）が形成されている。
[0013] 冷却水は、燃料電池スタック 1の上側タンク部 13aの冷却水導入口 12より導入され 、各単セル 2のセパレータに形成された冷媒流路を流れて、下側タンク部 13bの冷却 水排出口より排出される。
[0014] 単セル 2は、膜電極接合体 (MEA: membrane electrode assembly)と、この膜電極接 合体の両面にそれぞれ配置されるセパレータとから構成される。膜電極接合体は、 例えば水素イオンを通す高分子電解質膜である固体高分子電解質膜 Mと、アノード 触媒とガス拡散層からなるアノード ANと、力ソード触媒とガス拡散層からなる力ソード CA (何れも図示は省略する）とからなる。カゝかる膜電極接合体は、アノード ANとカソ ード CAによって、固体高分子電解質膜 Mをその両側から挟み込んだ積層構造とさ れている。
[0015] セパレータ 15は、図 2から図 4に示すように、第 1の金属板 16と、この第 1の金属板 16に対して所定間隔を置いてほぼ平行に対向配置された第 2の金属板 17と、これら 第 1の金属板 16と第 2の金属板 17との間に所定間隔を置いて複数配置されると共に これら金属板 16、 17同士を連結し導通させる仕切部材 18とが一体的に形成された ものである。
[0016] カゝかるセパレータ 15には、前記した燃料ガス導入口 8、燃料ガス排出口 9、酸化剤 ガス導入口 10及び酸化剤ガス排出口 11とそれぞれ連通するマ-ホールド 19、 20、 21、 22が形成されている。例えば、図 2で示すセパレータ 15の左側下から上へ順次 、燃料ガス導入用マ-ホールド 19、酸化剤ガス導入用マ-ホールド 20とされている。 また、セパレータ 15の右側下力も上へ順次、酸化剤ガス排出用マ-ホールド 21、燃 料ガス排出用マ-ホールド 22とされている。
[0017] また、セパレータ 15には、タイロッド 7を貫通させるスタツキング孔 23が形成されて いる。スタツキング孔 23は、例えばセパレータ 15の四隅に円形孔として形成されてい る。さら〖こ、このセパレータ 15の面上には、後述する燃料ガス及び酸化剤ガスを流通 させる流路と燃料ガス導入用マ-ホールド 19及び燃料ガス排出用マ-ホールド 22と を取り囲むように形成されるシール部材 24力 セパレータ 15の面上にお!ヽて 、わゆ る一筆書きとなるように配置されている。力かるシール部材 24は、例えば三角形状或 いは半円形状の断面を有する凸条である。
[0018] また、セパレータ 15には、発電に寄与するアクティブ領域 A (膜電極接合体と接す る中央部分の領域）に、凹条部 25と凸条部 26が交互に複数形成された凹凸形状（ いわゆるコルゲート形状)を有する。凹条部 25および凸条部 26は、それぞれセパレ ータ 15の長手方向 W (図中、幅方向と同じ）に沿って延びた流路を構成する。膜電 極接合体のアノード ANに接するセパレータ 15の一方の面 15aに形成された凹条部 25は、膜電極接合体との間に燃料ガス (水素ガス H )を流通させる燃料ガス流路 27
2
を構成する。また、凹条部 25の隣りに形成される凸条部 26は、その裏面、すなわち 膜電極接合体の力ソード CAに接するセパレータ 15の他方の面 15bに、膜電極接合 体との間に酸化剤ガス (酸素含有ガス O )を流通させる酸化剤ガス流路 28を構成す
2
る。
[0019] 例えば、燃料ガス Hは、図 2に示すように、燃料ガス導入用マ二ホールド 19からセ
2
パレータ 15の一方の面 15aのアクティブ領域 Aに流れ込み、そこに形成された複数 の燃料ガス流路 27を流れて、燃料ガス排出用マ-ホールド 22へ排出される。酸化剤 ガス Oは、酸化剤ガス導入用マ-ホールド 20からセパレータ 15の他方の面 15bの
2
アクティブ領域 Aに流れ込み、そこに形成された複数の酸化剤ガス流路 28を流れて 、酸化剤ガス排出用マ-ホールド 21へ排出される。 [0020] また、セパレータ 15には、図 3に示すように、少なくともアクティブ領域 Aをカバーす る部分の内部に、複数の冷媒流路 29が互いに平行に形成されている。各冷媒流路 29は、厚み方向（積層方向 Sと同じ)を第 1の金属板 16と第 2の金属板 17とにより、 幅方向を 2枚の仕切部材 18により画成された連続空間である。各仕切部材 18は、前 記燃料ガス及び酸化剤ガスの流れ方向と交差 (直交)する方向に延設されて！/ヽるた め、冷媒流路 29を流れる冷却水 LLCは、燃料ガス H及び酸化剤ガス Oが流れる向
2 2 きと直交する向きに流れる。
[0021] このように構成されたセパレータ 15の凹凸形状は、平板状のセパレータを所定のク リアランスを持たせた一対の金型に挟んでプレスカ卩ェすることにより形成される。仕切 部材 18の厚み方向中央部には、図 5に示すように、プレスカ卩ェのとき、仕切部材 18 が潰れて冷媒流路 29を閉塞しな 、ように、仕切部材 18の肉厚を薄くして屈曲し易く した脆弱部 30を形成する。力かる脆弱部 30を形成することで、セパレータ 15をその 厚み方向にプレス成形して凹凸形状を形成したときに、仕切部材 18がこの脆弱部 3 0で座屈するため、当該仕切部材 18の潰れによる冷媒流路 29の閉塞を防止できる。
[0022] 燃料電池スタック 1は、前記構成のセパレータ 15を膜電極接合体の両側に積層す ることで単セル 2を構成し、その単セル 2の複数個をスタックすることで積層体を構成 し、その積層体の両端に集電板 4、絶縁板 5及びエンドプレート 6を配置させタイロッ ド 7で締結し、さらにタンク部 13を取り付けることで構成される。
[0023] 以上のように、本実施の形態によれば、第 1の金属板 16と第 2の金属板 17との間に 複数配置した仕切板によって形成された流路を、冷却水が流通する冷媒流路 29とし ているので、 1つのセパレータ 15で燃料ガス流路 27と酸化剤ガス流路 28及び冷媒 流路 29を持つことができる。したがって、本実施の形態のセパレータ 15で膜電極接 合体を挟んで単セル 2を構成し、その単セル 2の複数個を積層すれば、単セル 2の積 層ピッチの縮減を図ることができると共に接触抵抗も減らせるので、単位体積当たり の起電力を高めることができ、燃料電池全体としての出力を大幅に向上させることが できる。
[0024] また、本実施の形態では、図 2に示すように、アクティブ領域 Aの凹条部 25、凸条 部 26の長手方向 Wの長さよりも、これと交差する上下方向の長さが長く形成された縦 長形状のセパレータの例を示したが、その外形は、車両への搭載性を考慮して、凹 条部 25、凸条部 26の長手方向 Wの長さよりも、これと交差する上下方向の長さが短 く形成された横長形状にしてもよい。その場合には、燃料ガス流路 27及び酸化剤ガ ス流路 28の長さに対し交差する方向の冷却水の流路の長さが短くなることから、冷 却水を流路内での温度上昇を抑えたまま冷却水排出口力 排出させることが可能と なる。そして、熱交換が行われる領域全域において、燃料電池スタックの温度と冷却 水の温度差を大きく確保することが可能であり、そのため冷却水の冷却効率が高まる 。また圧力損失も低くなるため、冷却水供給用のポンプの小型化が可能となる。
[0025] また、本実施の形態によれば、仕切部材 18に脆弱部 30を設けたので、セパレータ 15に燃料ガス流路 27及び酸化剤ガス流路 28をプレス成形したときに、その脆弱部 3 0から容易に折れ曲がるため、仕切部材 18が潰れて冷媒流路 29が閉塞されることを 防止できる。
[0026] 以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本実施の形態 は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
[0027] 例えば、図 6に示すように、仕切部材 18として複数の中空金属パイプ 31を、第 1の 金属板 16と第 2の金属板 17の間に、互いに接するように配置してもよい。金属パイプ 31を使用すれば、そのパイプ内の空間部が冷媒流路 29となり、またその外周壁が仕 切壁となる。金属パイプ 31は、例えば第 1の金属板 16と第 2の金属板 17に対して、 ろう付け、溶接、振動溶着等によって接合される。このように接合一体化された金属 板をプレス成形すれば、やはり先の実施の形態と同様の効果を奏するセパレータ 15 が得られる。
[0028] または、図 7に示すように、仕切部材 18として複数の中実金属棒 32を、第 1の金属 板 16と第 2の金属板 17の間に、所定間隔を置いて配置してもよい。中実金属棒 32 を使用すれば、各中実金属棒 32間の空間が冷媒流路 29となり、また当該中実金属 棒 32が仕切壁となる。中実金属棒 32には、例えば金属ワイヤーなどを使用する。な お、この中実金属棒 32と第 1の金属板 16及び第 2の金属板 17との接合は、先の例と 同じくろう付け、溶接、振動溶着による。
[0029] または、図 8に示すように、第 1の金属板 16と第 2の金属板 17との間にハ-カム構 造を構成するように仕切部材 33を設けてもよい。このようにすれば、先の実施の形態 のセパレータ 15と同様の効果が得られることに加えて、セパレータ 15の機械的強度 をより一層高めることができる。
[0030] プレス成形については、図 9に示すように、仕切部材 18から所定の距離 δだけ離 れた位置に頂部 34a、 35aを有する櫛歯形状の凸部 34、 35を備えた上型 36と下型
37を使用すれば、仕切部材 18の損傷を最小限に抑えることができる。
[0031] 本出願は、 2004年 12月 2日に出願された日本国特許願第 2004— 349721号に 基づく優先権を主張しており、同出願の内容が参照により本発明の明細書に組み込 まれる。
[0032] 本発明の好適な実施の形態を以上に例示したが、本発明は、それらの実施の形態 に限定されず、当業者であれば、次に示す請求の範囲内で他の実施の形態又は変 更例を諸種考案可能なことは明らかであろう。
産業上の利用の可能性
[0033] 本発明によれば、第 1および第 2の金属板とそれらの間に複数配置された仕切板と によって画成された空間を冷媒流路としているため、セパレーター枚に燃料ガス流路
、酸化剤ガス流路および冷媒流路を含むことができる。
[0034] このセパレータで接合体を挟んで単セルを構成すれば、単セルの積層ピッチを縮 減する共に接触抵抗を減らすこともできるので、燃料電池の単位体積当たりの起電 力を高めて、燃料電池全体としての出力を大幅に向上させることができる。したがつ て、本発明のセパレータは、産業上利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の金属板と、この第 1の金属板に対して所定間隔を置いて対向配置された第 2 の金属板と、これら第 1の金属板と第 2の金属板との間に複数配置されると共にこれら 金属板同士を導通させる仕切部材とを備え、
少なくとも発電に寄与する領域に流路を構成する凹条部と凸条部を交互に複数形 成しており、一方の面に形成された流路を、燃料ガスが流通する燃料ガス流路とし、 他方の面に形成された流路を、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路とし、さらに、 前記仕切部材によって形成された流路を、冷却水が流通する冷媒流路とした ことを特徴とするセパレータ。
[2] 請求項 1に記載のセパレータであって、
前記燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路と交差して前記冷媒流路を設けた ことを特徴とするセパレータ。
[3] 請求項 1に記載のセパレータであって、
前記仕切部材は、脆弱部を有した金属板力 なる
ことを特徴とするセパレータ。
[4] 請求項 1に記載のセパレータであって、
前記仕切部材は、お互いに接して配置される金属パイプ力 なる
ことを特徴とするセパレータ。
[5] 請求項 1に記載のセパレータであって、
前記仕切部材は、所定間隔を置!ヽて配置された中実金属棒からなる
ことを特徴とするセパレータ。
[6] 請求項 1に記載のセパレータであって、
前記冷媒流路をノヽニカム構造とした
ことを特徴とするセパレータ。
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