燃料電池
【課題】簡単且つ経済的な構成で、セパレータ間に横ずれが発生することを良好に抑制することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６とを備える。第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、冷却媒体流路３８を構成する第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成される。各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部と接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部４２ｂが設けられる。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６とを備える。第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、冷却媒体流路３８を構成する第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成される。各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部と接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部４２ｂが設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。
【０００４】
通常、セパレータには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするために、シール部材が一体又は別体に設けられている。そして、セパレータ及び電解質膜・電極構造体が積層される際には、各シール部材は、直接又は電解質膜を介装して互いに積層方向に圧接されている。
【０００５】
この種の燃料電池は、車載用燃料電池スタックとして使用される際、外部からの荷重が単位セルの積層方向に交差する横方向に付与される場合がある。従って、単位セル間にずれが発生し、シール界面がずれるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、図１５に示すように、電解質膜１の一方の面にアノード電極２ａが配設され、他方の面にカソード電極２ｂが配設されるＭＥＡ３と、前記ＭＥＡ３の両側に配設されるセパレータ４ａ、４ｂとを備えた単セル５が複数積層されている。
【０００７】
互いに隣接する単セル５では、一方の単セル５のセパレータ４ａと他方の単セル５のセパレータ４ｂとの間に、冷却水流路６が形成されている。冷却水流路６は、セパレータ４ａの複数の凸状部分７ａとセパレータ４ｂの複数の凸状部分７ｂとの間に形成される複数の溝部からなっている。
【０００８】
各凸状部分７ａには、係合凹部８ａが形成される一方、各凸状部分７ｂには、前記係合凹部８ａに嵌合する複数の係合凸部８ｂが形成されている。これにより、積層された各単セル５は、係合凹部８ａと係合凸部８ｂとの係合により、互いに横ずれが生じることを抑制することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３０９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の燃料電池スタックでは、セパレータ４ａの各凸状部分７ａに係合凹部８ａが形成される一方、セパレータ４ｂの各凸状部分７ｂに係合凹部８ａが形成されており、前記セパレータ４ａ、４ｂの製造コストが相当に高騰するという問題がある。しかも、係合凹部８ａと係合凸部８ｂとを係合させるために、極めて高度な加工精度が要求されており、実際上、製品として採用することが困難である。
【００１１】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、セパレータ間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関するものである。
【００１３】
この燃料電池では、冷却媒体流路は、一方のセパレータに設けられて波形状を有する複数の第１波状凸部間と、他方のセパレータに設けられて波形状を有し且つ前記第１波状凸部とは位相の異なる複数の第２波状凸部間と、の間に形成されている。
【００１４】
そして、第１波状凸部と第２波状凸部とには、少なくとも互いに接触する部位に、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられている。
【００１５】
また、この燃料電池では、一方のセパレータである第１金属セパレータには、第１波状凸部の裏面形状である燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータである第２金属セパレータには、第２波状凸部の裏面形状である酸化剤ガス流路が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１波状凸部と第２波状凸部とには、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられている。このため、冷却媒体流路を形成する一対のセパレータ間の摩擦力を増加させることができる。しかも、複数の溝部を設けるだけでよく、簡単且つ経済的な構成で、セパレータ間に横ずれ（積層方向に交差するセパレータ面方向のずれ）が発生することを良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が組み込まれる燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図６】前記第２金属セパレータの他方の正面の説明図である。
【図７】前記燃料電池を構成する冷却媒体流路の要部斜視説明図である。
【図８】前記第１金属セパレータの、図５中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】前記冷却媒体流路を構成する波状凸部に溝部を形成するための溝部形成装置の概略説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータの冷却媒体流路側の面の正面説明図である。
【図１１】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの冷却媒体流路側の面の正面説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１３】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図１４】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図１５】特許文献１に開示されている燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、矢印Ａ方向に複数積層されて燃料電池スタック１１を構成する。燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６とを備える。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池１０の積層方向両端には、エンドプレート１５ａ、１５ｂが配設されるとともに、前記エンドプレート１５ａ、１５ｂは、複数本のタイロッド１７により締め付け保持される。燃料電池スタック１１は、燃料電池自動車（図示せず）の走行方向と積層方向とを一致させて前記燃料電池自動車に搭載される。なお、燃料電池スタック１１は、積層方向を上下にして搭載してもよい。また、走行方向と積層方向とは、交差していてもよい。
【００２０】
図３に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、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板により構成される。第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
【００２１】
図２に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ短辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かう（水平方向の積層）ように構成される。なお、長辺が水平方向に向かい且つ短辺が重力方向に向かうように構成してもよく、また、セパレータ面が水平方向に向かう（鉛直方向の積層）ように構成してもよい。
【００２２】
燃料電池１０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２０ａとが設けられる。
【００２３】
燃料電池１０の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔２０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとが設けられる。
【００２４】
燃料電池１０の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔２２ａが設けられる。燃料電池１０の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔２２ｂが設けられる。
【００２５】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するカソード電極２６及びアノード電極２８とを備える。
【００２６】
カソード電極２６及びアノード電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００２７】
第１金属セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス供給連通孔１８ａと酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとを連通する酸化剤ガス流路３０が形成される。酸化剤ガス流路３０は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の波状凸部３０ａ間に形成される複数本の波状凹部（溝部）３０ｂを有するとともに、前記酸化剤ガス流路３０の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂが設けられる。
【００２８】
図４に示すように、第２金属セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス供給連通孔２０ａと燃料ガス排出連通孔２０ｂとを連通する燃料ガス流路３４が形成される。燃料ガス流路３４は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の波状凸部３４ａ間に形成される複数本の波状凹部（溝部）３４ｂを有するとともに、前記燃料ガス流路３４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂが設けられる。
【００２９】
第２金属セパレータ１６の面１６ｂと第１金属セパレータ１４の面１４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体排出連通孔２２ｂ、２２ｂとに連通する冷却媒体流路３８が形成される（図２、図５及び図６参照）。この冷却媒体流路３８は、電解質膜・電極構造体１２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
【００３０】
図２及び図５に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、酸化剤ガス流路３０を構成する波状凹部３０ｂ及び波状凸部３０ａの裏面形状である第１波状凸部３８ａ及び第１波状凹部３８ｂが交互に形成される。図２及び図６に示すように、第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、燃料ガス流路３４を構成する波状凹部３４ｂ及び波状凸部３４ａの裏面形状である第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成される。
【００３１】
図７に示すように、第１金属セパレータ１４の第１波状凹部３８ｂと第２金属セパレータ１６の第２波状凹部３８ｄとを、重ね合わせることにより、冷却媒体流路３８が形成される。すなわち、冷却媒体流路３８は、互いに位相の異なる第１波状凸部３８ａと第２波状凸部３８ｃとの間に形成される。
【００３２】
冷却媒体流路３８の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂの裏面形状である入口バッファ形状部４０ａ及び出口バッファ形状部４０ｂが設けられる（図５及び図６参照）。
【００３３】
図５に示すように、各第１波状凸部３８ａには、少なくとも第２波状凸部３８ｃと接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、車幅方向である矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ａが設けられる。溝部４２ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と同一方向に延在する。図８に示すように、第１金属セパレータ１４は、板厚方向に凹凸形状を設けることがなく、板厚が一定の表面に一定深さの溝を形成することにより溝部４２ａが構成される。
【００３４】
図６に示すように、各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部３８ａと接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ｂが設けられる。溝部４２ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と同一方向に延在する。
【００３５】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材４４ａが一体成形される。第２金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２金属セパレータ１６の外周端縁部を周回して第２シール部材４４ｂが一体成形される。第１シール部材４４ａ及び第２シール部材４４ｂとしては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３６】
図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａには、第１シール部材４４ａを切り欠いて酸化剤ガス供給連通孔１８ａと酸化剤ガス流路３０とを連通する複数の連結通路４６ａが形成される。面１４ａには、第１シール部材４４ａを切り欠いて酸化剤ガス排出連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路３０とを連通する複数の連結通路４６ｂが形成される。
【００３７】
図４に示すように、第２金属セパレータ１６の面１６ａには、第２シール部材４４ｂを切り欠いて燃料ガス供給連通孔２０ａと燃料ガス流路３４とを連通する複数の連結通路５０ａが形成される。面１６ａには、第２シール部材４４ｂを切り欠いて燃料ガス排出連通孔２０ｂと燃料ガス流路３４とを連通する複数の連結通路５０ｂが形成される。
【００３８】
図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂ及び第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、第１及び第２シール部材４４ａ、４４ｂを切り欠いて一対の冷却媒体供給連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体流路３８とを連通する複数の入口接続通路５２ａが形成される。面１４ｂ、１６ｂには、第１及び第２シール部材４４ａ、４４ｂを切り欠いて、一対の冷却媒体排出連通孔２２ｂ、２２ｂと冷却媒体流路３８とを連通する複数の出口接続通路５２ｂが形成される。
【００３９】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６には、図９に示すように、溝部形成装置６０により複数の溝部４２ａ、４２ｂが形成される。溝部形成装置６０は、モータ６２により回転駆動されるローラ６４を備えるとともに、前記ローラ６４の外周には、複数の針状加工具６６が所望の分布状態で設けられる。
【００４０】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の基板を構成する金属プレート６８は、図示しない搬送機構に保持されて矢印Ｔ方向に移動される一方、ローラ６４は、モータ６２を介して回転される。このため、金属プレート６８の表面には、所望の間隔且つ個数の溝部４２ａ（又は４２ｂ）が形成される。
【００４１】
溝部４２ａ、４２ｂは、深さが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ、幅が０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度であり、長さが２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また、溝部４２ａ、４２ｂは、一定の方向に指向している。
【００４２】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４３】
先ず、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４４】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔１８ａから第１金属セパレータ１４の酸化剤ガス流路３０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給される。
【００４５】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔２０ａから第２金属セパレータ１６の燃料ガス流路３４に供給される。燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス流路３４に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給される（図２及び図３参照）。
【００４６】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４７】
次いで、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４８】
また、一対の冷却媒体供給連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６間の冷却媒体流路３８に導入される。冷却媒体は、図５及び図６に示すように、一旦矢印Ｂ方向（水平方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して電解質膜・電極構造体１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔２２ｂに排出される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ１４の第１波状凸部３８ａと第２金属セパレータ１６の第２波状凸部３８ｃとには、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ａ、４２ｂが設けられている。
【００５０】
このため、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１６との間における摩擦力を増加させることができる。しかも、複数の溝部４２ａ、４２ｂを設けるだけでよく、簡単且つ経済的な構成で、第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１６との間に、横ずれ（積層方向に交差するセパレータ面方向のずれ）が発生することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００５１】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータ７０の冷却媒体流路３８側の面７０ｂの正面説明図であり、図１１は、前記燃料電池を構成する第２金属セパレータ７２の冷却媒体流路３８側の面７２ｂの正面説明図である。
【００５２】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
図１０に示すように、第１金属セパレータ７０の面７０ｂには、第１波状凸部３８ａ及び第１波状凹部３８ｂが交互に形成されるとともに、前記第１波状凸部３８ａには、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部７４ａが該第１波状凸部３８ａの全面にわたって設けられる。溝部７４ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と同一方向に延在する。
【００５４】
図１１に示すように、第２金属セパレータ７２の面７２ｂには、第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成されるとともに、前記第２波状凸部３８ｃには、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部７４ｂが該第２波状凸部３８ｃの全面にわたって設けられる。溝部７４ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と同一方向に延在する。
【００５５】
このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ７０と第２金属セパレータ７２との間における摩擦力を増加させることができ、簡単且つ経済的な構成で、前記第１金属セパレータ７０と前記第２金属セパレータ７２との間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池８０の要部分解斜視説明図である。燃料電池８０は、複数積層されて燃料電池スタック８１を構成するとともに、横長形状を有する。
【００５７】
燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体８２と、前記電解質膜・電極構造体８２を挟持する第１金属セパレータ８４及び第２金属セパレータ８６とを備える。燃料電池８０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔１８ａと燃料ガス排出連通孔２０ｂとが設けられるとともに、前記長辺方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔２０ａと酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとが設けられる。燃料電池８０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、２つ（又は１つ）の冷却媒体供給連通孔２２ａが設けられる一方、前記短辺方向の下端縁部には、２つ（又は１つ）の冷却媒体排出連通孔２２ｂが設けられる。
【００５８】
酸化剤ガス流路３０は、酸化剤ガスが水平方向（矢印Ｂ方向）に流通するとともに、燃料ガス流路３４は、燃料ガスが水平方向に且つ前記酸化剤ガスと対向流に流通する。冷却媒体流路３８は、冷却媒体が重力方向（矢印Ｃ方向）に流通する。
【００５９】
図１３に示すように、第１金属セパレータ８４の冷却媒体流路３８側の面８４ｂには、前記冷却媒体流路３８を構成する第１波状凸部３８ａが設けられる。
【００６０】
図１４に示すように、第２金属セパレータ８６の冷却媒体流路３８側の面８６ｂには、前記冷却媒体流路３８を構成する第２波状凸部３８ｃが設けられる。
【００６１】
図１３に示すように、各第１波状凸部３８ａには、少なくとも第２波状凸部３８ｃと接触する部位（第３の実施形態では全面）に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、車幅方向である矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部８８ａが設けられる。溝部８８ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と交差する方向に延在する。
【００６２】
図１４に示すように、各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部３８ａと接触する部位（第３の実施形態では全面）に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部８８ｂが設けられる。溝部８８ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と交差する方向に延在する。
【００６３】
このように構成される第３の実施形態では、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ８４と第２金属セパレータ８６との間における摩擦力を増加させることができ、簡単且つ経済的な構成で、前記第１金属セパレータ８４と前記第２金属セパレータ８６との間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、８０…燃料電池 １１、８１…燃料電池スタック
１２、８２…電解質膜・電極構造体
１４、１６、７０、７２、８４、８６…金属セパレータ
１８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 １８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２０ａ…燃料ガス供給連通孔 ２０ｂ…燃料ガス排出連通孔
２２ａ…冷却媒体供給連通孔 ２２ｂ…冷却媒体排出連通孔
２４…固体高分子電解質膜 ２６…カソード電極
２８…アノード電極 ３０…酸化剤ガス流路
３０ａ、３４ａ、３８ａ、３８ｃ…波状凸部
３０ｂ、３４ｂ、３８ｂ、３８ｄ…波状凹部
３４…燃料ガス流路 ３８…冷却媒体流路
４２ａ、４２ｂ、７４ａ、７４ｂ、８８ａ、８８ｂ…溝部
４４ａ、４４ｂ…シール部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。
【０００４】
通常、セパレータには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするために、シール部材が一体又は別体に設けられている。そして、セパレータ及び電解質膜・電極構造体が積層される際には、各シール部材は、直接又は電解質膜を介装して互いに積層方向に圧接されている。
【０００５】
この種の燃料電池は、車載用燃料電池スタックとして使用される際、外部からの荷重が単位セルの積層方向に交差する横方向に付与される場合がある。従って、単位セル間にずれが発生し、シール界面がずれるおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、図１５に示すように、電解質膜１の一方の面にアノード電極２ａが配設され、他方の面にカソード電極２ｂが配設されるＭＥＡ３と、前記ＭＥＡ３の両側に配設されるセパレータ４ａ、４ｂとを備えた単セル５が複数積層されている。
【０００７】
互いに隣接する単セル５では、一方の単セル５のセパレータ４ａと他方の単セル５のセパレータ４ｂとの間に、冷却水流路６が形成されている。冷却水流路６は、セパレータ４ａの複数の凸状部分７ａとセパレータ４ｂの複数の凸状部分７ｂとの間に形成される複数の溝部からなっている。
【０００８】
各凸状部分７ａには、係合凹部８ａが形成される一方、各凸状部分７ｂには、前記係合凹部８ａに嵌合する複数の係合凸部８ｂが形成されている。これにより、積層された各単セル５は、係合凹部８ａと係合凸部８ｂとの係合により、互いに横ずれが生じることを抑制することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３０９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の燃料電池スタックでは、セパレータ４ａの各凸状部分７ａに係合凹部８ａが形成される一方、セパレータ４ｂの各凸状部分７ｂに係合凹部８ａが形成されており、前記セパレータ４ａ、４ｂの製造コストが相当に高騰するという問題がある。しかも、係合凹部８ａと係合凸部８ｂとを係合させるために、極めて高度な加工精度が要求されており、実際上、製品として採用することが困難である。
【００１１】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、セパレータ間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池に関するものである。
【００１３】
この燃料電池では、冷却媒体流路は、一方のセパレータに設けられて波形状を有する複数の第１波状凸部間と、他方のセパレータに設けられて波形状を有し且つ前記第１波状凸部とは位相の異なる複数の第２波状凸部間と、の間に形成されている。
【００１４】
そして、第１波状凸部と第２波状凸部とには、少なくとも互いに接触する部位に、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられている。
【００１５】
また、この燃料電池では、一方のセパレータである第１金属セパレータには、第１波状凸部の裏面形状である燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータである第２金属セパレータには、第２波状凸部の裏面形状である酸化剤ガス流路が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１波状凸部と第２波状凸部とには、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられている。このため、冷却媒体流路を形成する一対のセパレータ間の摩擦力を増加させることができる。しかも、複数の溝部を設けるだけでよく、簡単且つ経済的な構成で、セパレータ間に横ずれ（積層方向に交差するセパレータ面方向のずれ）が発生することを良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が組み込まれる燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図６】前記第２金属セパレータの他方の正面の説明図である。
【図７】前記燃料電池を構成する冷却媒体流路の要部斜視説明図である。
【図８】前記第１金属セパレータの、図５中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】前記冷却媒体流路を構成する波状凸部に溝部を形成するための溝部形成装置の概略説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータの冷却媒体流路側の面の正面説明図である。
【図１１】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの冷却媒体流路側の面の正面説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図１３】前記燃料電池を構成する第１金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図１４】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の正面の説明図である。
【図１５】特許文献１に開示されている燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、矢印Ａ方向に複数積層されて燃料電池スタック１１を構成する。燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６とを備える。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池１０の積層方向両端には、エンドプレート１５ａ、１５ｂが配設されるとともに、前記エンドプレート１５ａ、１５ｂは、複数本のタイロッド１７により締め付け保持される。燃料電池スタック１１は、燃料電池自動車（図示せず）の走行方向と積層方向とを一致させて前記燃料電池自動車に搭載される。なお、燃料電池スタック１１は、積層方向を上下にして搭載してもよい。また、走行方向と積層方向とは、交差していてもよい。
【００２０】
図３に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、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板により構成される。第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
【００２１】
図２に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ短辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かう（水平方向の積層）ように構成される。なお、長辺が水平方向に向かい且つ短辺が重力方向に向かうように構成してもよく、また、セパレータ面が水平方向に向かう（鉛直方向の積層）ように構成してもよい。
【００２２】
燃料電池１０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔１８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２０ａとが設けられる。
【００２３】
燃料電池１０の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔２０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとが設けられる。
【００２４】
燃料電池１０の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔２２ａが設けられる。燃料電池１０の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔２２ｂが設けられる。
【００２５】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２４と、前記固体高分子電解質膜２４を挟持するカソード電極２６及びアノード電極２８とを備える。
【００２６】
カソード電極２６及びアノード電極２８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２４の両面に形成される。
【００２７】
第１金属セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス供給連通孔１８ａと酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとを連通する酸化剤ガス流路３０が形成される。酸化剤ガス流路３０は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の波状凸部３０ａ間に形成される複数本の波状凹部（溝部）３０ｂを有するとともに、前記酸化剤ガス流路３０の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３２ａ及び出口バッファ部３２ｂが設けられる。
【００２８】
図４に示すように、第２金属セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス供給連通孔２０ａと燃料ガス排出連通孔２０ｂとを連通する燃料ガス流路３４が形成される。燃料ガス流路３４は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の波状凸部３４ａ間に形成される複数本の波状凹部（溝部）３４ｂを有するとともに、前記燃料ガス流路３４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂが設けられる。
【００２９】
第２金属セパレータ１６の面１６ｂと第１金属セパレータ１４の面１４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体排出連通孔２２ｂ、２２ｂとに連通する冷却媒体流路３８が形成される（図２、図５及び図６参照）。この冷却媒体流路３８は、電解質膜・電極構造体１２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
【００３０】
図２及び図５に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、酸化剤ガス流路３０を構成する波状凹部３０ｂ及び波状凸部３０ａの裏面形状である第１波状凸部３８ａ及び第１波状凹部３８ｂが交互に形成される。図２及び図６に示すように、第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、燃料ガス流路３４を構成する波状凹部３４ｂ及び波状凸部３４ａの裏面形状である第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成される。
【００３１】
図７に示すように、第１金属セパレータ１４の第１波状凹部３８ｂと第２金属セパレータ１６の第２波状凹部３８ｄとを、重ね合わせることにより、冷却媒体流路３８が形成される。すなわち、冷却媒体流路３８は、互いに位相の異なる第１波状凸部３８ａと第２波状凸部３８ｃとの間に形成される。
【００３２】
冷却媒体流路３８の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂの裏面形状である入口バッファ形状部４０ａ及び出口バッファ形状部４０ｂが設けられる（図５及び図６参照）。
【００３３】
図５に示すように、各第１波状凸部３８ａには、少なくとも第２波状凸部３８ｃと接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、車幅方向である矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ａが設けられる。溝部４２ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と同一方向に延在する。図８に示すように、第１金属セパレータ１４は、板厚方向に凹凸形状を設けることがなく、板厚が一定の表面に一定深さの溝を形成することにより溝部４２ａが構成される。
【００３４】
図６に示すように、各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部３８ａと接触する部位に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ｂが設けられる。溝部４２ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と同一方向に延在する。
【００３５】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材４４ａが一体成形される。第２金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２金属セパレータ１６の外周端縁部を周回して第２シール部材４４ｂが一体成形される。第１シール部材４４ａ及び第２シール部材４４ｂとしては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３６】
図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａには、第１シール部材４４ａを切り欠いて酸化剤ガス供給連通孔１８ａと酸化剤ガス流路３０とを連通する複数の連結通路４６ａが形成される。面１４ａには、第１シール部材４４ａを切り欠いて酸化剤ガス排出連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路３０とを連通する複数の連結通路４６ｂが形成される。
【００３７】
図４に示すように、第２金属セパレータ１６の面１６ａには、第２シール部材４４ｂを切り欠いて燃料ガス供給連通孔２０ａと燃料ガス流路３４とを連通する複数の連結通路５０ａが形成される。面１６ａには、第２シール部材４４ｂを切り欠いて燃料ガス排出連通孔２０ｂと燃料ガス流路３４とを連通する複数の連結通路５０ｂが形成される。
【００３８】
図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂ及び第２金属セパレータ１６の面１６ｂには、第１及び第２シール部材４４ａ、４４ｂを切り欠いて一対の冷却媒体供給連通孔２２ａ、２２ａと冷却媒体流路３８とを連通する複数の入口接続通路５２ａが形成される。面１４ｂ、１６ｂには、第１及び第２シール部材４４ａ、４４ｂを切り欠いて、一対の冷却媒体排出連通孔２２ｂ、２２ｂと冷却媒体流路３８とを連通する複数の出口接続通路５２ｂが形成される。
【００３９】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６には、図９に示すように、溝部形成装置６０により複数の溝部４２ａ、４２ｂが形成される。溝部形成装置６０は、モータ６２により回転駆動されるローラ６４を備えるとともに、前記ローラ６４の外周には、複数の針状加工具６６が所望の分布状態で設けられる。
【００４０】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の基板を構成する金属プレート６８は、図示しない搬送機構に保持されて矢印Ｔ方向に移動される一方、ローラ６４は、モータ６２を介して回転される。このため、金属プレート６８の表面には、所望の間隔且つ個数の溝部４２ａ（又は４２ｂ）が形成される。
【００４１】
溝部４２ａ、４２ｂは、深さが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ、幅が０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度であり、長さが２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また、溝部４２ａ、４２ｂは、一定の方向に指向している。
【００４２】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４３】
先ず、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔１８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔２２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４４】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔１８ａから第１金属セパレータ１４の酸化剤ガス流路３０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給される。
【００４５】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔２０ａから第２金属セパレータ１６の燃料ガス流路３４に供給される。燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス流路３４に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給される（図２及び図３参照）。
【００４６】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４７】
次いで、電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔１８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４８】
また、一対の冷却媒体供給連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６間の冷却媒体流路３８に導入される。冷却媒体は、図５及び図６に示すように、一旦矢印Ｂ方向（水平方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して電解質膜・電極構造体１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔２２ｂに排出される。
【００４９】
この場合、第１の実施形態では、図５及び図６に示すように、第１金属セパレータ１４の第１波状凸部３８ａと第２金属セパレータ１６の第２波状凸部３８ｃとには、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部４２ａ、４２ｂが設けられている。
【００５０】
このため、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１６との間における摩擦力を増加させることができる。しかも、複数の溝部４２ａ、４２ｂを設けるだけでよく、簡単且つ経済的な構成で、第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１６との間に、横ずれ（積層方向に交差するセパレータ面方向のずれ）が発生することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００５１】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１金属セパレータ７０の冷却媒体流路３８側の面７０ｂの正面説明図であり、図１１は、前記燃料電池を構成する第２金属セパレータ７２の冷却媒体流路３８側の面７２ｂの正面説明図である。
【００５２】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
図１０に示すように、第１金属セパレータ７０の面７０ｂには、第１波状凸部３８ａ及び第１波状凹部３８ｂが交互に形成されるとともに、前記第１波状凸部３８ａには、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部７４ａが該第１波状凸部３８ａの全面にわたって設けられる。溝部７４ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と同一方向に延在する。
【００５４】
図１１に示すように、第２金属セパレータ７２の面７２ｂには、第２波状凸部３８ｃ及び第２波状凹部３８ｄが交互に形成されるとともに、前記第２波状凸部３８ｃには、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部７４ｂが該第２波状凸部３８ｃの全面にわたって設けられる。溝部７４ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と同一方向に延在する。
【００５５】
このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ７０と第２金属セパレータ７２との間における摩擦力を増加させることができ、簡単且つ経済的な構成で、前記第１金属セパレータ７０と前記第２金属セパレータ７２との間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池８０の要部分解斜視説明図である。燃料電池８０は、複数積層されて燃料電池スタック８１を構成するとともに、横長形状を有する。
【００５７】
燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体８２と、前記電解質膜・電極構造体８２を挟持する第１金属セパレータ８４及び第２金属セパレータ８６とを備える。燃料電池８０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔１８ａと燃料ガス排出連通孔２０ｂとが設けられるとともに、前記長辺方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔２０ａと酸化剤ガス排出連通孔１８ｂとが設けられる。燃料電池８０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、２つ（又は１つ）の冷却媒体供給連通孔２２ａが設けられる一方、前記短辺方向の下端縁部には、２つ（又は１つ）の冷却媒体排出連通孔２２ｂが設けられる。
【００５８】
酸化剤ガス流路３０は、酸化剤ガスが水平方向（矢印Ｂ方向）に流通するとともに、燃料ガス流路３４は、燃料ガスが水平方向に且つ前記酸化剤ガスと対向流に流通する。冷却媒体流路３８は、冷却媒体が重力方向（矢印Ｃ方向）に流通する。
【００５９】
図１３に示すように、第１金属セパレータ８４の冷却媒体流路３８側の面８４ｂには、前記冷却媒体流路３８を構成する第１波状凸部３８ａが設けられる。
【００６０】
図１４に示すように、第２金属セパレータ８６の冷却媒体流路３８側の面８６ｂには、前記冷却媒体流路３８を構成する第２波状凸部３８ｃが設けられる。
【００６１】
図１３に示すように、各第１波状凸部３８ａには、少なくとも第２波状凸部３８ｃと接触する部位（第３の実施形態では全面）に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、車幅方向である矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部８８ａが設けられる。溝部８８ａは、第１波状凹部３８ｂが延在する方向と交差する方向に延在する。
【００６２】
図１４に示すように、各第２波状凸部３８ｃには、少なくとも第１波状凸部３８ａと接触する部位（第３の実施形態では全面）に、外部から付与される衝撃力の方向（例えば、矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に延在する複数の溝部８８ｂが設けられる。溝部８８ｂは、第２波状凹部３８ｄが延在する方向と交差する方向に延在する。
【００６３】
このように構成される第３の実施形態では、冷却媒体流路３８を形成する第１金属セパレータ８４と第２金属セパレータ８６との間における摩擦力を増加させることができ、簡単且つ経済的な構成で、前記第１金属セパレータ８４と前記第２金属セパレータ８６との間に横ずれが発生することを良好に抑制することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、８０…燃料電池 １１、８１…燃料電池スタック
１２、８２…電解質膜・電極構造体
１４、１６、７０、７２、８４、８６…金属セパレータ
１８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 １８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２０ａ…燃料ガス供給連通孔 ２０ｂ…燃料ガス排出連通孔
２２ａ…冷却媒体供給連通孔 ２２ｂ…冷却媒体排出連通孔
２４…固体高分子電解質膜 ２６…カソード電極
２８…アノード電極 ３０…酸化剤ガス流路
３０ａ、３４ａ、３８ａ、３８ｃ…波状凸部
３０ｂ、３４ｂ、３８ｂ、３８ｄ…波状凹部
３４…燃料ガス流路 ３８…冷却媒体流路
４２ａ、４２ｂ、７４ａ、７４ｂ、８８ａ、８８ｂ…溝部
４４ａ、４４ｂ…シール部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記冷却媒体流路は、一方の前記セパレータに設けられて波形状を有する複数の第１波状凸部間と、他方の前記セパレータに設けられて波形状を有し且つ前記第１波状凸部とは位相の異なる複数の第２波状凸部間と、の間に形成されるとともに、
前記第１波状凸部と前記第２波状凸部とには、少なくとも互いに接触する部位に、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、一方の前記セパレータである第１金属セパレータには、前記第１波状凸部の裏面形状である燃料ガス流路が形成されるとともに、
他方の前記セパレータである第２金属セパレータには、前記第２波状凸部の裏面形状である酸化剤ガス流路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
電解質の両側にそれぞれ電極が設けられる電解質・電極構造体が、一対のセパレータ間に挟持される単位セルを備え、複数の前記単位セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、電極面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池であって、
前記冷却媒体流路は、一方の前記セパレータに設けられて波形状を有する複数の第１波状凸部間と、他方の前記セパレータに設けられて波形状を有し且つ前記第１波状凸部とは位相の異なる複数の第２波状凸部間と、の間に形成されるとともに、
前記第１波状凸部と前記第２波状凸部とには、少なくとも互いに接触する部位に、それぞれ外部から付与される衝撃力の方向に交差する方向に延在する複数の溝部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、一方の前記セパレータである第１金属セパレータには、前記第１波状凸部の裏面形状である燃料ガス流路が形成されるとともに、
他方の前記セパレータである第２金属セパレータには、前記第２波状凸部の裏面形状である酸化剤ガス流路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−３３６７７（Ｐ２０１３−３３６７７Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９８２７（Ｐ２０１１−１６９８２７）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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