JP2007012382A - Separator and fuel cell equipped with separator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator having a structure capable of forming a communicating passage inside with a gas passage groove formed by press work. <P>SOLUTION: The separator 4 is constructed of an anode side gas plate 20 having a fuel gas passage groove 22a, a cathode side gas plate 21 having an oxidant gas passage groove 22b, and an intermediate plate 30 interposed between two sheets of gas plates 20, 21. The intermediate plate 30 has a frame hole 31 formed to house a projection 26 formed by the press work of the gas passage grooves 22a, 22b, and a communicating passage 32 which makes ventilation holes 11a-11d at the surroundings of the frame hole 31 communicate with gas passing ports 24a, 24b, 25a and 25b formed at both ends of gas passage grooves 22a, 22b of each gas plate 20, 21 is formed at the intermediate plate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関するものであり、特に、常温付近で作動する燃料電池に用いられるセパレータの構造に関する。   The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly to a structure of a separator used for a fuel cell operating near normal temperature.

燃料電池は、基本的に、電解質膜を陽極と陰極の一組の電極で挟んで構成される膜電極接合体において燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）とを反応させて水を生成し、その際に生じる化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、クリーンで発電効率の高いシステムとして注目されている。   In a fuel cell, basically, a fuel electrode (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, oxygen) are reacted with each other in a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes of an anode and a cathode. Has been attracting attention as a clean and high power generation efficiency system.

燃料電池はその作動温度により用途が異なり、室温付近で作動するものは自動車や携帯電話等への利用が期待されている。室温付近で作動する燃料電池のほとんどは高分子イオン交換膜を電解質膜に用いたものであり、これらは固体高分子型燃料電池と呼ばれる。この固体高分子型燃料電池以外にも、リン酸塩ハイドロガラスゲル等の無機材料を電解質膜に用いた燃料電池が常温付近で作動するものとして知られている（特許文献１参照）。   Fuel cells have different uses depending on their operating temperatures, and those that operate near room temperature are expected to be used in automobiles and mobile phones. Most fuel cells that operate near room temperature use polymer ion exchange membranes as electrolyte membranes, and these are called solid polymer fuel cells. In addition to this polymer electrolyte fuel cell, a fuel cell using an inorganic material such as phosphate hydroglass gel as an electrolyte membrane is known to operate near room temperature (see Patent Document 1).

一般的な固体高分子型燃料電池では、電解質膜として、パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜が用いられる。そして、この電解質膜の両面に陽極と陰極を構成する一組のガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を板状のセパレータを介装して複数積層することによって、固体高分子型燃料電池の主体となるスタックが製造される（特許文献２参照）。   In a general polymer electrolyte fuel cell, a perfluorosulfonic acid ion exchange membrane is used as an electrolyte membrane. Then, a solid polymer fuel is obtained by laminating a plurality of membrane electrode assemblies formed by joining a pair of gas diffusion electrodes constituting an anode and a cathode on both surfaces of the electrolyte membrane with a plate-like separator interposed therebetween. A stack that is the main body of the battery is manufactured (see Patent Document 2).

セパレータは、その一面側を、一方の膜電極接合体の陽極側電極と対向させ、他面側を、他方の膜電極接合体の陰極側電極と対向させるものであり、陽極側電極と対向する面には陽極側電極に供給する燃料ガスを流す燃料ガス流路溝が形成され、陰極側電極と対向する面には陰極側電極に供給する酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路溝が形成される。また、セパレータの周辺部には、燃料ガスや酸化剤ガスをその厚み方向に通過可能とする複数の通気孔が形成されると共に、各通気孔と、対応するガス流路溝とを連通する連絡流路が設けられており、ガス供給用の通気孔を流れる燃料ガスや酸化剤ガスが連絡流路を介して各ガス流路溝へ供給され、反応済みのガスが別の連絡流路を介してガス排出用の通気孔から排出されるようになっている（特許文献２参照）。   The separator has one side facing the anode side electrode of one membrane electrode assembly and the other side facing the cathode side electrode of the other membrane electrode assembly, and faces the anode side electrode. A fuel gas channel groove for flowing the fuel gas supplied to the anode side electrode is formed on the surface, and an oxidant gas channel groove for flowing the oxidant gas supplied to the cathode side electrode on the surface facing the cathode side electrode Is formed. In addition, a plurality of air holes that allow fuel gas and oxidant gas to pass through in the thickness direction are formed in the periphery of the separator, and communication between each air hole and the corresponding gas flow channel groove is made. A flow path is provided, and fuel gas and oxidant gas flowing through the gas supply vent are supplied to each gas flow channel through the communication flow channel, and reacted gas is supplied through another communication flow channel. Thus, the gas is discharged from the gas discharge vent (see Patent Document 2).

セパレータの材料としてはカーボンが主流であるが、ガス不透過性のカーボンは高価であるため、セパレータ材料として低廉な耐腐食性金属板材を用いたセパレータが提案されている。また、ガス流路溝の製造方法としては、切削加工やエッチングが主流であるが、かかる加工方法は複雑で加工費用が高いため、耐腐食性金属板によりセパレータを構成する場合には、加工が容易で量産に適したプレス加工によってガス流路溝を形成して、加工費用を抑えることも提案されている（特許文献３参照）。   Carbon is the mainstream material for the separator, but gas-impermeable carbon is expensive. Therefore, a separator using an inexpensive corrosion-resistant metal plate has been proposed as a separator material. In addition, as the manufacturing method of the gas flow channel groove, cutting and etching are mainly used. However, since such a processing method is complicated and high in processing cost, when the separator is constituted by a corrosion-resistant metal plate, the processing is difficult. It has also been proposed to reduce the processing cost by forming a gas channel groove by press processing that is easy and suitable for mass production (see Patent Document 3).

ところで、固体高分子型燃料電池では、膜電極接合体を、２枚のセパレータによって挟持する形となるが、この際に、セパレータの周辺部を、膜電極接合体や膜電極接合体周囲のガスケットと密接させることにより、燃料ガスや酸化剤ガスの漏洩・混合を防止している。ここで、セパレータが、その表面に上記連絡流路を溝状に露出させる構成であると、膜電極接合体を挟持した際に、連絡流路の露出部分において膜電極接合体やガスケットの押さえが効かず、当該部分において燃料ガスや酸化剤ガスの漏洩や混合が生じやすいという問題がある。   By the way, in the polymer electrolyte fuel cell, the membrane electrode assembly is sandwiched between two separators. At this time, the peripheral portion of the separator is used as a gasket around the membrane electrode assembly or the membrane electrode assembly. This prevents leakage and mixing of fuel gas and oxidant gas. Here, when the separator is configured to expose the communication channel on the surface thereof in a groove shape, when the membrane electrode assembly is sandwiched, the membrane electrode assembly and the gasket are not pressed in the exposed portion of the communication channel. There is a problem that the fuel gas and the oxidant gas are likely to leak or mix in the portion.

この問題に対して、金属性のセパレータでは、ガス流路溝が形成される二枚のガスプレートと、該二枚のガスプレートに挟持される中間プレートとで構成し、中間プレートに連絡流路を形成することにより、セパレータの内部に連絡流路を形成する構成が提案されている（特許文献４参照）。かかる構成によれば、セパレータの表面に連絡流路が露出しないため、セパレータの周辺部によって膜電極接合体やガスケットを斑なく押さえつけ、燃料ガスと酸化剤ガスの漏洩・混合を確実に防ぐことができる。
特開２００５−３２４８１号公報 特開２０００−１２０４８号公報 特開２００５−３２５７８号公報 特開平５−１０９４１５号公報 To solve this problem, the metallic separator is composed of two gas plates in which gas flow channel grooves are formed and an intermediate plate sandwiched between the two gas plates, and the intermediate plate is connected to the communication flow channel. The structure which forms a connection flow path in the inside of a separator by forming is proposed (refer patent document 4). According to such a configuration, since the communication flow path is not exposed on the surface of the separator, the membrane electrode assembly and the gasket are pressed flat by the peripheral portion of the separator, and the leakage and mixing of the fuel gas and the oxidant gas can be surely prevented. it can.
JP 2005-32481 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1248 JP 2005-32578 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-109415

しかしながら、上記特許文献４に記載されるセパレータは、ガス流路溝を切削加工やエッチング加工によってガスプレートに形成するものであるためセパレータの加工費が高くつくという欠点がある。このため、かかるセパレータのガス流路溝をプレス加工によって形成することが求められていたが、プレス加工によってガス流路溝を形成した場合には、ガスプレートの反対面に***部が必然的に形成されるため、三枚のプレートを整一に接合し難いという問題があった。   However, the separator described in Patent Document 4 has a drawback in that the processing cost of the separator is high because the gas channel groove is formed on the gas plate by cutting or etching. For this reason, it has been required to form the gas flow channel groove of such a separator by pressing, but when the gas flow channel groove is formed by pressing, a raised portion is inevitably formed on the opposite surface of the gas plate. Due to the formation, there is a problem that it is difficult to join the three plates uniformly.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、プレス加工によってガス流路溝を形成し、且つ連絡流路を内部に好適に形成し得るセパレータ、及び該セパレータを備えた燃料電池の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the present situation, and provides a separator capable of forming a gas flow channel groove by press working and forming a communication flow channel therein, and a fuel cell including the separator. With the goal.

本発明は、電解質膜の両面に一組の電極を接合してなる膜電極接合体の間に介装される板状の燃料電池用セパレータにおいて、陽極側電極と対向する一面側に燃料ガス流路溝を備えた陽極側の金属製ガスプレートと、陰極側電極と対向する一面側に酸化剤ガス流路溝を備えた陰極側の金属製ガスプレートと、該二枚のガスプレートに挟持される中間プレートとからなり、また、各ガスプレートと中間プレートを貫通して、燃料ガスと酸化剤ガスをその厚み方向に夫々通過可能とする複数の通気孔を備えるものであって、各ガスプレートは、プレス加工によって、一面側で前記ガス流路溝が、中間プレートと対向する他面側で***部が夫々形成され、さらに、ガス流路溝の両端部に厚み方向に貫通するガス通過口が形成されたものであり、中間プレートは、両側のガスプレートに挟持された状態で各ガスプレートの***部を収容する枠孔と、該枠孔周囲に貫通する前記複数の通気孔と、各ガスプレートのガス通過口を所要の通気孔と連通させる連絡流路とを備えるものであることを特徴とするセパレータである。   The present invention relates to a plate-like fuel cell separator interposed between a membrane electrode assembly formed by joining a pair of electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane, and a fuel gas flow on one side facing the anode side electrode. A metal gas plate on the anode side provided with a channel groove, a metal gas plate on the cathode side provided with an oxidant gas flow channel groove on one side facing the cathode side electrode, and the two gas plates. Each gas plate and a plurality of air holes that pass through each of the gas plates and allow the fuel gas and the oxidant gas to pass through in the thickness direction. The gas passage groove is formed on one surface side by pressing and the raised portion is formed on the other surface side facing the intermediate plate, and further, gas passing ports that penetrate in the thickness direction at both ends of the gas passage groove. Is formed, intermediate As for the rate, a frame hole that accommodates the raised portion of each gas plate while being sandwiched between the gas plates on both sides, the plurality of vent holes that penetrate the periphery of the frame hole, and a gas passage port of each gas plate are required. It is a separator characterized by including a communication flow path communicating with a vent hole.

かかる構成にあっては、セパレータを、ガス流路溝が形成された両側のガスプレートと、該ガスプレートに挟持される中間プレートで構成し、中間プレートに連絡流路を形成することにより、セパレータの表面に連絡流路を形成することなく、各通気孔と対向するガス流路溝とのガス交換を可能とする。ここで、本発明では、両側のガスプレートのガス流路溝をプレス加工によって成形すると共に、中間プレートに枠孔を形成し、両ガスプレートに形成される***部を該枠孔に収容することによって、ガスプレートと中間プレートとを密に接合可能としたものである。すなわち、本発明によれば、セパレータを三枚のプレートで構成し、セパレータの内部に連絡流路を形成する構成にあっても、そのガス流路溝をプレス加工によって形成し、三枚のプレートを適切に接合可能となる。   In such a configuration, the separator is composed of gas plates on both sides in which gas flow channel grooves are formed, and an intermediate plate sandwiched between the gas plates, and a connecting flow channel is formed in the intermediate plate, thereby separating the separator. Gas exchange between the gas flow channel grooves facing each air hole is made possible without forming a communication flow channel on the surface of the gas flow channel. Here, in the present invention, the gas flow path grooves of the gas plates on both sides are formed by press working, a frame hole is formed in the intermediate plate, and the raised portions formed in both gas plates are accommodated in the frame holes. Thus, the gas plate and the intermediate plate can be closely joined. That is, according to the present invention, the separator is constituted by three plates, and the gas flow channel groove is formed by pressing even in the configuration in which the communication flow channel is formed inside the separator, and the three plates Can be properly joined.

両側のガスプレートについては、ステンレス等の耐腐食性金属板により構成することが望まれるが、中間プレートについては、フッ素樹脂等の絶縁性樹脂板により構成することもできる。本発明の構成によれば、両側のガスプレートは、枠孔部分において、***部を対向させるため、両ガスプレートの***部を直接接触させたり、導電性充填剤等を***部相互の間に充填させることにより、中間プレートを介さずに両ガスプレートを電気的に接続できるからである。   The gas plates on both sides are preferably made of a corrosion-resistant metal plate such as stainless steel, but the intermediate plate can be made of an insulating resin plate such as a fluororesin. According to the configuration of the present invention, the gas plates on both sides face the raised portions at the frame hole portions, so that the raised portions of both gas plates are in direct contact with each other, or a conductive filler or the like is placed between the raised portions. This is because, by filling, both gas plates can be electrically connected without using an intermediate plate.

ガスプレートと中間プレートの接合方法は、特に限定されず、既知の接合方法により行うことができる。すなわち、接着剤を用いて接合させてもよいし、熱圧着によって接合させてもよい。また、ガスプレートと中間プレートの間には、ガス漏れ防止用のシール剤やガスケットを適宜介在させることが望ましい。本発明のセパレータは、かかるシール剤やガスケットを介在させたものを含む。   The joining method of the gas plate and the intermediate plate is not particularly limited, and can be performed by a known joining method. That is, it may be joined using an adhesive or may be joined by thermocompression bonding. Further, it is desirable to appropriately interpose a sealant or gasket for preventing gas leakage between the gas plate and the intermediate plate. The separator of the present invention includes such a separator and a gasket interposed.

ところで、セパレータを、２枚の金属製ガスプレートと、該ガスプレートに挟持される中間プレートとで別々に構成する場合には、２枚の金属製ガスプレートを低抵抗で電気的に接続しなければならない。このため、ガスプレート間に介在する中間プレートや接着剤、シール剤等に導電性材料を用いて、内部抵抗を抑えることが必要となる。これに対して、陽極側のガスプレートと陰極側のガスプレートは、単一の金属板によって形成され、各ガスプレートの外縁と連接する連結部を介して相互に連続すると共に、該連結部部分を折り返されることにより相互に対向し、両ガスプレートの間に中間プレートを挟持するものである構成が提案される。かかる構成にあっては、両側のガスプレートが連続する単一の金属板で形成されるため、両ガスプレートが直接的に接続されることとなる。従って、かかるセパレータでは、ガスプレート間に生じる接触抵抗が生ぜず、内部抵抗を最低限に抑えられる。また、かかる構成によれば、中間プレートや接着剤、シール剤等の導電性が、セパレータの内部抵抗に影響を与えないため、これらの構成材料として絶縁性樹脂等も好適に利用することができ、材料選択の自由度が向上することとなる。かかるセパレータの製造方法としては、２枚のガスプレートが連結部を介して連続されてなる金属板をプレス加工によって製造する工程と、その後に、連結部を折曲げ加工することによって該金属板を折り返して、両ガスプレートを相互に対向させると共に両ガスプレート間に中間プレートを挟み込む工程とからなるものが提案される。なお、連結部の折り返しは、通常の折曲げ加工によって簡単に行うことができる。また、折曲げ加工を容易にするため、連結部の折り返し部位に沿って溝やスリットを形成することも提案される。   By the way, when the separator is composed of two metal gas plates and an intermediate plate sandwiched between the gas plates, the two metal gas plates must be electrically connected with low resistance. I must. For this reason, it is necessary to suppress internal resistance by using a conductive material for an intermediate plate, an adhesive, a sealant, or the like interposed between gas plates. On the other hand, the gas plate on the anode side and the gas plate on the cathode side are formed of a single metal plate and are continuous with each other via a connecting portion connected to the outer edge of each gas plate. The structure which opposes each other by folding | folding and pinches | interposes an intermediate | middle plate between both gas plates is proposed. In such a configuration, since the gas plates on both sides are formed of a single continuous metal plate, both gas plates are directly connected. Therefore, in such a separator, the contact resistance generated between the gas plates does not occur, and the internal resistance can be minimized. In addition, according to such a configuration, since the conductivity of the intermediate plate, adhesive, sealant, etc. does not affect the internal resistance of the separator, an insulating resin or the like can be suitably used as these constituent materials. Thus, the degree of freedom in material selection is improved. As a method for manufacturing such a separator, a step of manufacturing a metal plate in which two gas plates are continued through a connecting portion by pressing, and then bending the connecting portion to form the metal plate A process is proposed that includes a step of folding the two gas plates to face each other and sandwiching an intermediate plate between the two gas plates. Note that the connection portion can be easily folded back by a normal bending process. In order to facilitate the bending process, it is also proposed to form a groove or a slit along the folded portion of the connecting portion.

また、本発明の燃料電池は、前記セパレータを備える燃料電池である。かかる燃料電池によれば、燃料ガスや酸化剤ガスの漏洩や混合を防止できると共に、セパレータの材料費、加工費を抑えることができるため、出力ロスの少ない燃料電池を低コストで実現することができる。なお、かかる燃料電池は、具備するセパレータ全てが上記構成であるものに限定されず、セパレータの一部が上記構成であるものを含む。例えば、燃料電池スタックの端部を構成するセパレータは、膜電極接合体間に位置するセパレータとは異なる構成となるし、冷却水を面方向に通過させる流路を備える冷却用セパレータにあっても、本発明に係るセパレータとは別構成となる。   Moreover, the fuel cell of this invention is a fuel cell provided with the said separator. According to such a fuel cell, leakage and mixing of the fuel gas and oxidant gas can be prevented, and the material cost and processing cost of the separator can be suppressed, so that a fuel cell with less output loss can be realized at low cost. it can. Such a fuel cell is not limited to the one in which all separators have the above-described configuration, and includes a part of the separator having the above-described configuration. For example, the separator constituting the end portion of the fuel cell stack has a different configuration from the separator located between the membrane electrode assemblies, and may be a cooling separator having a flow path through which cooling water passes in the surface direction. This is a different configuration from the separator according to the present invention.

以上に述べたように、本発明は、ガス流路溝を備えた二枚の金属製ガスプレートと、該ガスプレートに挟持され、各ガスプレートのガス通過口を所要の通気孔と連通させる連絡流路を備える中間プレートとからなり、各ガスプレートは、プレス加工によって、一面側で前記ガス流路溝が、中間プレートと対向する他面側で***部が夫々形成されたものであり、中間プレートは、両側のガスプレートに挟持された状態で各ガスプレートの***部を収容する枠孔を備えるセパレータであるから、セパレータを三枚のプレートで構成し、セパレータの内部に連絡流路を形成しつつ、そのガス流路溝をプレス加工によって形成し、三枚のプレートを適切に接合可能となる。すなわち、かかるセパレータは、連絡流路がセパレータの内部に形成されて、セパレータの表面に露出しないため、セパレータの周辺部によって膜電極接合体やガスケットを斑なく押さえつけ、燃料ガスと酸化剤ガスの漏洩・混合を確実に防止できると共に、プレス加工により容易に製造可能であるため、製造コストが安く、量産性に富むといる利点を有する。   As described above, the present invention includes two metal gas plates provided with gas flow channel grooves, and communication that is sandwiched between the gas plates so that the gas passage ports of the gas plates communicate with the required vent holes. Each gas plate is formed by pressing the gas flow channel groove on one side and the raised portion on the other side facing the intermediate plate by press working. Since the plate is a separator with a frame hole that accommodates the raised portion of each gas plate while being sandwiched between the gas plates on both sides, the separator is composed of three plates and a communication channel is formed inside the separator. However, the gas channel groove is formed by press working, and the three plates can be appropriately joined. That is, in such a separator, since the communication flow path is formed inside the separator and is not exposed on the surface of the separator, the membrane electrode assembly and the gasket are pressed down by the peripheral portion of the separator so that the fuel gas and the oxidizing gas leak. -Mixing can be reliably prevented, and since it can be easily manufactured by pressing, it has the advantage of low manufacturing cost and high mass productivity.

上記構成にあって、セパレータを構成する陽極側のガスプレートと陰極側のガスプレートが、単一の金属板によって形成され、各ガスプレートの外縁と連接する連結部を介して相互に連続すると共に、該連結部部分を折り返されることにより相互に対向し、両ガスプレートの間に中間プレートを挟持するものである場合には、各ガスプレートが連結部を介して電気的に直接接続されるため、セパレータの内部抵抗を最小限に抑えることができる。また、中間プレートや接着剤、シール剤等の構成材料は、セパレータの両面間の導電性に影響しないため、接着性やシール性、耐久性等に優れた非導電性材料を用いることができる。   In the above configuration, the anode side gas plate and the cathode side gas plate constituting the separator are formed of a single metal plate, and are continuous with each other via a connecting portion connected to the outer edge of each gas plate. In the case where the connecting portions are folded to face each other and the intermediate plate is sandwiched between the two gas plates, each gas plate is electrically connected directly via the connecting portion. The internal resistance of the separator can be minimized. In addition, since the constituent materials such as the intermediate plate, the adhesive, and the sealant do not affect the conductivity between both surfaces of the separator, a nonconductive material that is excellent in adhesiveness, sealability, durability, and the like can be used.

また、上記セパレータを備える燃料電池は、セパレータの製造コストが低廉であり、且つ、セパレータと膜電極接合体の接合面からのガス漏れも生じにくいため、低廉で高機能なものとなる。さらに、燃料電池が、陽極側のガスプレートと陰極側のガスプレートが一枚の金属板によって形成されるセパレータを備えるものであれば、セパレータ内部の電気抵抗が最小限に抑えられるため出力効率の高いものとなる。   In addition, the fuel cell including the separator is inexpensive and highly functional because the manufacturing cost of the separator is low and gas leakage from the joining surface of the separator and the membrane electrode assembly hardly occurs. Furthermore, if the fuel cell includes a separator in which the anode-side gas plate and the cathode-side gas plate are formed of a single metal plate, the electrical resistance inside the separator can be minimized, so that the output efficiency can be improved. It will be expensive.

本発明の実施形態を、以下の実施例に従って説明する。
本実施例のセパレータ４は、図１〜５に示すように、正方形の薄板状をなし、その一面を膜電極接合体３の陽極側電極４１と対向する陽極対向面１５とし、他面を別の膜電極接合体３の陰極側電極４２と対向する陰極対向面１６とする。 Embodiments of the present invention are described according to the following examples.
As shown in FIGS. 1 to 5, the separator 4 according to the present embodiment has a square thin plate shape, one surface of which is an anode facing surface 15 facing the anode side electrode 41 of the membrane electrode assembly 3, and the other surface is separated. The cathode facing surface 16 faces the cathode side electrode 42 of the membrane electrode assembly 3.

セパレータ４の陽極対向面１５は、図２、４，５に示すように、その中央の矩形領域を、陽極側電極４１と当接する電極当接領域１７とする。この電極当接領域１７の全域には二筋の燃料ガス流路溝２２ａ，２２ａが形成される。この燃料ガス流路溝２２ａは、陽極側電極４１に供給する燃料ガス及び反応済みの燃料ガスを流すためのものであり、電極当接領域１７の一隅を始端とし、電極当接領域１７の全域を蛇行して、電極当接領域１７の対向する他隅を終端とする。そして、燃料ガス流路溝２２ａの始端には、供給用の燃料ガスが流入するための燃料ガス通過口２４ａが、終端には反応済みの燃料ガスが流出する燃料ガス通過口２４ｂが夫々形成される。また、燃料ガス流路溝２２ａ，２２ａの間に形成される縁部は、陽極側電極４１と当接する集電部２３を構成する。   As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the anode facing surface 15 of the separator 4 has a rectangular region at the center as an electrode contact region 17 that contacts the anode side electrode 41. Double fuel gas channel grooves 22a and 22a are formed in the entire area of the electrode contact region 17. The fuel gas flow channel 22 a is for flowing the fuel gas supplied to the anode side electrode 41 and the reacted fuel gas, and starts from one corner of the electrode contact region 17 and covers the entire region of the electrode contact region 17. And the opposite corners of the electrode contact region 17 are terminated. A fuel gas passage port 24a through which fuel gas for supply flows is formed at the start end of the fuel gas passage groove 22a, and a fuel gas passage port 24b through which the reacted fuel gas flows out is formed at the end. The Further, the edge formed between the fuel gas flow channel grooves 22 a and 22 a constitutes a current collector 23 that contacts the anode side electrode 41.

本実施例のセパレータ４では、図３〜５に示すように、陰極対向面１６と陽極対向面１５は同形状をなす。すなわち、陰極対向面１６は、その中央の矩形領域を陰極側電極４２と当接する電極当接領域１７とし、該電極当接領域１７に酸化剤ガスを陰極側電極に供給するための酸化剤ガス流路溝２２ｂが形成される。この酸化剤ガス流路溝２２ｂは、燃料ガス流路溝２２ａと同形をなし、その両端には酸化剤ガスが流入・流出する酸化剤ガス通過口２５ａ，２５ｂが形成される。なお、陽極対向面１５と陰極対向面１６の電極当接領域１７，１７は厚み方向に重なる位置に形成されるが、燃料ガス通過口２４ａ，２４ｂと酸化剤ガス通過口２５ａ，２５ｂは、厚み方向で重ならないように形成される。   In the separator 4 of the present embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5, the cathode facing surface 16 and the anode facing surface 15 have the same shape. That is, the cathode facing surface 16 has a rectangular region at the center as an electrode contact region 17 that contacts the cathode side electrode 42, and an oxidant gas for supplying an oxidant gas to the electrode side region 17 to the cathode side electrode. A channel groove 22b is formed. The oxidant gas passage groove 22b has the same shape as the fuel gas passage groove 22a, and oxidant gas passages 25a and 25b through which oxidant gas flows in and out are formed at both ends thereof. The electrode contact regions 17 and 17 of the anode facing surface 15 and the cathode facing surface 16 are formed at positions overlapping in the thickness direction, but the fuel gas passage ports 24a and 24b and the oxidant gas passage ports 25a and 25b have a thickness. It is formed so as not to overlap in the direction.

図１〜３に示すように、セパレータ４の周辺部には、燃料ガスと酸化剤ガスを厚み方向に通過可能とする四つの通気孔１１ａ〜１１ｄが貫通状に形成される。各通気孔は、燃料ガスを燃料ガス流路溝２２ａに供給するための燃料ガス供給用通気孔１１ａ、反応済みの燃料ガスを燃料ガス流路溝２２ａから排出するための燃料ガス排出用通気孔１１ｂ、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路溝２２ｂへ供給するための酸化剤ガス供給用通気孔１１ｃ、そして酸化剤ガスを酸化剤ガス流路溝２２ｂから排出するための酸化剤ガス排出用通気孔１１ｄを形成するものである。ここで、燃料ガスを供給・排出するための通気孔１１ａ，１１ｂは燃料ガス流路溝２２ａの燃料ガス通過口２４ａ，２４ｂの近傍に夫々形成され、酸化剤ガスを通過させる通気孔１１ｃ，１１ｄは酸化剤ガス流路溝２２ｂの酸化剤ガス通過口２５ａ，２５ｂの近傍に夫々形成される。   As shown in FIGS. 1 to 3, four vent holes 11 a to 11 d that allow fuel gas and oxidant gas to pass through in the thickness direction are formed in the periphery of the separator 4 in a penetrating manner. Each of the vent holes includes a fuel gas supply vent hole 11a for supplying the fuel gas to the fuel gas flow channel groove 22a, and a fuel gas discharge vent hole for discharging the reacted fuel gas from the fuel gas flow channel groove 22a. 11b, an oxidant gas supply vent 11c for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow channel 22b, and an oxidant gas discharge passage for discharging the oxidant gas from the oxidant gas flow channel 22b. The pores 11d are formed. Here, the vent holes 11a and 11b for supplying and discharging the fuel gas are formed in the vicinity of the fuel gas passage openings 24a and 24b of the fuel gas flow channel groove 22a, respectively, and the vent holes 11c and 11d through which the oxidant gas passes. Are formed in the vicinity of the oxidant gas passage openings 25a and 25b of the oxidant gas flow channel groove 22b.

そして、セパレータ４の内部には、図２〜９に示すように、各通気孔１１ａ〜１１ｄと近傍のガス通過口２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとを連通させる連絡流路３２が夫々形成される。すなわち、本実施例のセパレータ４では、燃料ガスは、燃料ガス供給用通気孔１１ａから供給され、そこから連絡流路３２を通って、燃料ガス通過口２４ａから燃料ガス流路溝２２ａに流入し、陽極側電極４１に供給され得るようになっている。そして、電池反応によって陽極側電極４１に生じた反応済みの燃料ガスは、燃料ガス通過口２４ｂから流出して、連絡流路３２を通って、燃料ガス排出用通気孔１１ｂに排出されることとなる。また、同様にして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給用通気孔１１ｃから供給され、そこから連絡流路３２を通って酸化剤ガス通過口２５ａから酸化剤ガス流路溝２２ｂに流入し、陰極側電極４２に供給され、反応済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス通過口２５ｂから流出して、連絡流路３２を通って酸化剤ガス排出用通気孔１１ｄへ排出される得るようになっている。このように、本実施例のセパレータ４では、通気孔１１ａ〜１１ｄとガス流路溝２２ａ，２２ｂとを連通させる連絡流路３２が内部に形成され、該連絡流路３２は陽極対向面１５にも陰極対向面１６にも露出しない。また、セパレータ４の周辺部には、セパレータ４を膜電極接合体３と整一に積層するための円形の位置決め孔１２，１２が貫通状に形成される。   In addition, as shown in FIGS. 2 to 9, communication channels 32 that connect the respective air holes 11 a to 11 d and the nearby gas passage ports 24 a, 24 b, 25 a, and 25 b are formed inside the separator 4. . That is, in the separator 4 of the present embodiment, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply hole 11a, and then flows from the fuel gas passage port 24a to the fuel gas channel groove 22a through the communication channel 32. The anode side electrode 41 can be supplied. Then, the reacted fuel gas generated in the anode side electrode 41 by the cell reaction flows out from the fuel gas passage port 24b, passes through the communication channel 32, and is discharged to the fuel gas discharge vent 11b. Become. Similarly, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply vent 11c, and then flows from the oxidant gas passage port 25a to the oxidant gas channel groove 22b through the communication channel 32, The reacted oxidant gas supplied to the cathode side electrode 42 flows out from the oxidant gas passage 25b, and can be discharged to the oxidant gas discharge vent 11d through the communication channel 32. ing. As described above, in the separator 4 of this embodiment, the communication channel 32 that connects the air holes 11 a to 11 d and the gas channel grooves 22 a and 22 b is formed inside, and the communication channel 32 is formed on the anode facing surface 15. Neither is exposed to the cathode facing surface 16. In addition, circular positioning holes 12 and 12 for laminating the separator 4 with the membrane electrode assembly 3 are formed in the periphery of the separator 4 in a penetrating manner.

本実施例のセパレータ４は、図１０に示すように、陽極対向面１５を形成する陽極側のガスプレート（陽極側ガスプレート）２０と、陰極対向面１６を形成する陰極側のガスプレート（陰極側ガスプレート）２１と、該二枚のガスプレート２０，２１に挟持される中間プレート３０とにより構成される。各プレート２０，２１，３０は、同面積の正方形の金属板からなり、夫々の外縁を一致させるように積層される。また、各プレート２０，２１，３０の周辺部には、上述の通気孔１１ａ〜１１ｄや位置決め孔１２，１２を形成する貫通孔が夫々形成される。   As shown in FIG. 10, the separator 4 of this example includes an anode side gas plate (anode side gas plate) 20 that forms the anode facing surface 15 and a cathode side gas plate (cathode) that forms the cathode facing surface 16. Side gas plate) 21 and an intermediate plate 30 sandwiched between the two gas plates 20, 21. Each of the plates 20, 21, and 30 is made of a square metal plate having the same area, and is laminated so that the outer edges thereof coincide with each other. In addition, through holes for forming the above-described vent holes 11a to 11d and positioning holes 12 and 12 are formed in the peripheral portions of the plates 20, 21, and 30, respectively.

陽極側ガスプレート２０はステンレス板材を成形することによって製造される。図１０，１１に示すように、陽極側ガスプレート２０の中央部には、陽極対向面１５を形成する側に、燃料ガス流路溝２２ａを構成する溝状部がプレス加工によって形成される。また、陽極対向面１５の反対面には、当該プレス加工によって突条状の***部２６が形成される。通気孔１１ａ〜１１ｄやガス通過口２４ａ，２４ｂ、位置決め孔１２，１２を形成する貫通孔は、打抜き加工により形成される。   The anode gas plate 20 is manufactured by molding a stainless steel plate. As shown in FIGS. 10 and 11, in the central portion of the anode side gas plate 20, a groove-like portion constituting the fuel gas passage groove 22 a is formed by press working on the side where the anode facing surface 15 is formed. Further, a ridge-like raised portion 26 is formed on the opposite surface of the anode facing surface 15 by the press working. The through holes forming the vent holes 11a to 11d, the gas passage openings 24a and 24b, and the positioning holes 12 and 12 are formed by punching.

本実施例に係る陰極側ガスプレート２１は、陽極側ガスプレート２０と同形状のものを用いるものであり、材質、製造方法についても陽極側ガスプレートと同じである。このため、陰極側ガスプレート２１についての詳細な説明は省略する。   The cathode side gas plate 21 according to the present embodiment uses the same shape as the anode side gas plate 20, and the material and the manufacturing method are the same as those of the anode side gas plate. For this reason, the detailed description about the cathode side gas plate 21 is abbreviate | omitted.

中間プレート３０は、図１０に示すように、ガスプレート２０，２１と同じ材質のステンレス板で構成される。この中間プレート３０の中央部には、矩形の枠孔３１が形成されている。両ガスプレート２０，２１と中間プレート３０は、その***部２６と枠孔３１を対向するように当接し、該枠孔３１に***部２６を収容する。この枠孔３１は、各ガスプレート２０，２１の電極当接領域１７と重なるようになっており、そのガスプレート２０，２１と外縁を同じくするものであり、ガスプレート２０，２１との当接状態において、両ガスプレート２０，２１の***部２６を枠孔３１に収容することにより、中間プレート３０の周辺部と、ガスプレート２０，２１の周辺部とを面接合可能とする。また、中間プレート３０の周辺部の各所には、通気孔１１ａ〜１１ｄやガス通過口２４ａ，２４ｂ、位置決め孔１２，１２を形成する貫通孔が形成される。そして、中間プレート３０には、図１０に示すように、周辺部に形成される各通気孔１１ａ〜１１ｄと枠孔３１とを連通する連絡流路３２が形成される。上述したように、かかる連絡流路３２によって、各通気孔１１ａ〜１１ｄと、対応するガス通過口２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとが連通されることとなり、通気孔１１ａ〜１１ｄとガス流路溝２２ａ，２２ｂ間の適切なガス交換を可能とする。   As shown in FIG. 10, the intermediate plate 30 is made of a stainless steel plate made of the same material as the gas plates 20 and 21. A rectangular frame hole 31 is formed at the center of the intermediate plate 30. Both the gas plates 20 and 21 and the intermediate plate 30 are in contact with each other so that the raised portion 26 and the frame hole 31 face each other, and the raised portion 26 is accommodated in the frame hole 31. The frame hole 31 overlaps the electrode contact region 17 of each gas plate 20, 21, and has the same outer edge as the gas plate 20, 21, and is in contact with the gas plate 20, 21. In the state, by accommodating the raised portions 26 of the gas plates 20 and 21 in the frame hole 31, the peripheral portion of the intermediate plate 30 and the peripheral portions of the gas plates 20 and 21 can be surface-bonded. In addition, through holes for forming the vent holes 11a to 11d, the gas passage ports 24a and 24b, and the positioning holes 12 and 12 are formed at various locations around the intermediate plate 30. As shown in FIG. 10, the intermediate plate 30 is formed with a communication channel 32 that communicates each of the vent holes 11 a to 11 d formed in the peripheral portion with the frame hole 31. As described above, the communication flow path 32 allows the air holes 11a to 11d to communicate with the corresponding gas passage ports 24a, 24b, 25a, and 25b. Appropriate gas exchange between 22a and 22b is enabled.

上記ガスプレート２０，２１及び中間プレート３０は、接着剤（図示省略）を介して相互に接合することにより一体化し、セパレータ４を構成する。ここで、各プレート２０，２１，３０間には、シール剤を充填することにより、通気孔１１ａ〜１１ｄや連絡流路３２，ガス流路溝２２ａ，２２ｂからのガス漏れを確実に防止することが望ましい。また、接合の際には、導電性の接着剤やシール剤を使用し、プレート間の接触抵抗を軽減することが望ましい。なお、接着剤による接合以外にも、熱圧着法を用いて各プレート２０，２１，３０を接合することも可能である。また、中間プレート３０は金属板に限らず絶縁性樹脂等で構成することができる。かかる場合には、対向するガスプレート２０，２１の***部２６，２６間に導電性のシール剤等を充填し、ガスプレート２０，２１相互を、中間プレート３０を介さずに接続すればよい。   The gas plates 20 and 21 and the intermediate plate 30 are integrated with each other through an adhesive (not shown) to constitute the separator 4. Here, between the plates 20, 21, 30 is filled with a sealing agent to reliably prevent gas leakage from the vent holes 11 a to 11 d, the communication channel 32, and the gas channel grooves 22 a, 22 b. Is desirable. In addition, it is desirable to reduce the contact resistance between the plates by using a conductive adhesive or sealant when joining. In addition, it is also possible to join each plate 20, 21, and 30 using a thermocompression bonding method besides the joining by an adhesive agent. Further, the intermediate plate 30 is not limited to a metal plate and can be made of an insulating resin or the like. In such a case, a conductive sealant or the like is filled between the raised portions 26 and 26 of the opposing gas plates 20 and 21, and the gas plates 20 and 21 may be connected to each other without the intermediate plate 30.

次に、上述のセパレータ４を用いた燃料電池１について説明する。   Next, the fuel cell 1 using the separator 4 will be described.

本実施例の燃料電池１は固体高分子型燃料電池であり、膜電極接合体３とセパレータ４とを積層してなるスタック８を主体とする。スタック８は、図１２に示すように、上下のエンドプレート９ａ，９ｂにより挟持され、ボルト６０，６０とナット６１，６１により締結される。また、各エンドプレート９ａ，９ｂとスタック８の間には、スタック８の側方に突出する導電性の集電板１０，１０が介装される。この集電板１０とエンドプレート９ａ，９ｂとは、図示しないガスケットにより絶縁されており、集電板１０の突出部に端子を接続することにより、スタック８で発電される電力を取り出し得るようになっている。   The fuel cell 1 of this embodiment is a polymer electrolyte fuel cell, and mainly includes a stack 8 formed by laminating a membrane electrode assembly 3 and a separator 4. As shown in FIG. 12, the stack 8 is sandwiched between upper and lower end plates 9 a and 9 b and fastened by bolts 60 and 60 and nuts 61 and 61. In addition, between the end plates 9 a and 9 b and the stack 8, conductive current collecting plates 10 and 10 projecting to the side of the stack 8 are interposed. The current collector plate 10 and the end plates 9a and 9b are insulated by a gasket (not shown) so that the power generated by the stack 8 can be taken out by connecting a terminal to the protruding portion of the current collector plate 10. It has become.

また、図１２中上方のエンドプレート９ａには、燃料ガス導入口１３ａと燃料ガス排出口１３ｂが、図１２中下方のエンドプレート９ｂには、酸化剤ガス導入口１３ｃと酸化剤ガス排出口１３ｄが形成される。これらの導入口１３ａ，１３ｃと排出口１３ｂ，１３ｄは、スタック８を貫通状に形成される通気孔１１ａ〜１１ｄとそれぞれ連通しており、各導入口１３ａ，１３ｃと排出口１３ｂ，１３ｄに、図示しないガス供給排出装置から燃料ガスや酸化剤ガスが供給され、反応済みのガスが回収される。すなわち、燃料ガス（ここでは水素）は、燃料ガス導入口１３ａを介して燃料ガス供給用通気孔１１ａに供給されて、燃料ガス排出用通気孔１１ｂの反応済み燃料ガスは燃料ガス排出口１３ｂから回収される。同様に酸化剤ガス（ここでは酸素）は、酸化剤ガス導入口１３ｃを介して酸化剤ガス供給用通気孔１１ｃに供給され、酸化剤ガス排出用通気孔１１ｄの反応済み酸化剤ガスは酸化剤ガス排出口１３ｄから回収される。   Further, the upper end plate 9a in FIG. 12 has a fuel gas inlet 13a and a fuel gas outlet 13b, and the lower end plate 9b in FIG. 12 has an oxidant gas inlet 13c and an oxidant gas outlet 13d. Is formed. These inlets 13a and 13c and outlets 13b and 13d communicate with the vent holes 11a to 11d formed in the stack 8 in a penetrating manner, and the inlets 13a and 13c and the outlets 13b and 13d Fuel gas and oxidant gas are supplied from a gas supply / discharge device (not shown), and the reacted gas is recovered. That is, the fuel gas (here, hydrogen) is supplied to the fuel gas supply vent 11a via the fuel gas inlet 13a, and the reacted fuel gas in the fuel gas discharge vent 11b is supplied from the fuel gas outlet 13b. Collected. Similarly, the oxidant gas (here, oxygen) is supplied to the oxidant gas supply vent 11c through the oxidant gas inlet 13c, and the reacted oxidant gas in the oxidant gas discharge vent 11d is the oxidant. It is recovered from the gas outlet 13d.

スタック８は、図１３に示すように、ガスケット５により囲繞される膜電極接合体３と、上記セパレータ４とを交互に積層することにより構成される。膜電極接合体３は、電解質膜４０の両面に陽極と陰極を構成する一組のガス拡散電極４１，４２をホットプレス等の手段により接合してなるものである。この膜電極接合体３は、セパレータ４の電極当接領域１７と略同じ大きさをなし、陽極側電極４１（図１３中下側）をセパレータ４の陽極対向面１５と、陰極側電極４２（図１３中上側）をセパレータ４の陰極対向面１６と対向するように積層される。この膜電極接合体３は既存の固体高分子型燃料電池のものを好適に用い得る。例えば、電解質膜としては、パーフルオロスルホン酸系イオン交換膜を好適に用いることができる。また、ガス拡散電極としては、カーボンペーパーからなるガス拡散層と、白金を担持したカーボン粒子からなる触媒層とからなるものを用い得る。   As shown in FIG. 13, the stack 8 is configured by alternately laminating the membrane electrode assembly 3 surrounded by the gasket 5 and the separator 4. The membrane electrode assembly 3 is formed by joining a pair of gas diffusion electrodes 41 and 42 constituting an anode and a cathode on both surfaces of an electrolyte membrane 40 by means such as hot pressing. The membrane electrode assembly 3 has substantially the same size as the electrode contact region 17 of the separator 4, and the anode side electrode 41 (lower side in FIG. 13) is connected to the anode facing surface 15 of the separator 4 and the cathode side electrode 42 ( The upper side in FIG. 13 is laminated so as to face the cathode facing surface 16 of the separator 4. As this membrane electrode assembly 3, an existing polymer electrolyte fuel cell can be suitably used. For example, a perfluorosulfonic acid ion exchange membrane can be suitably used as the electrolyte membrane. Moreover, as a gas diffusion electrode, what consists of the gas diffusion layer which consists of carbon paper, and the catalyst layer which consists of the carbon particle which carry | supported platinum can be used.

ガスケット５は、膜電極接合体３と略同じ厚みをなし、膜電極接合体３を内部に密嵌させ得る枠状薄片であり、絶縁性樹脂材により構成される。このガスケット５は、セパレータ４と同じ外縁形状をなしており、枠内に膜電極接合体３を密嵌させた状態で、その外縁をセパレータ４と一致させるようにして積層される。また、ガスケット５には、通気孔１１ａ〜１１ｄ及び位置決め孔１２を形成する貫通孔が複数形成されており、積層状態において各貫通孔をセパレータ４の貫通孔と積層方向に一致させる。なお、このガスケット５についても、既存の固体高分子型燃料電池の構成を好適に用い得るため詳細な説明は省略する。   The gasket 5 is a frame-like thin piece having substantially the same thickness as the membrane electrode assembly 3 and capable of tightly fitting the membrane electrode assembly 3 therein, and is made of an insulating resin material. The gasket 5 has the same outer edge shape as that of the separator 4, and is laminated so that the outer edge of the gasket 5 coincides with the separator 4 in a state where the membrane electrode assembly 3 is closely fitted in the frame. The gasket 5 has a plurality of through holes that form the vent holes 11 a to 11 d and the positioning holes 12, and each through hole is aligned with the through hole of the separator 4 in the stacking state in the stacked state. The gasket 5 is not described in detail because the configuration of the existing polymer electrolyte fuel cell can be suitably used.

図１４は、スタック８の燃料ガス及び酸化剤ガスの流れを示したものである。
燃料ガスは、エンドプレート９ａの燃料ガス導入口１３ａ（図１２参照）から導入されて燃料ガス供給用通気孔１１ａを下方に流れる。そして、燃料ガス供給用通気孔１１ａと連通する連絡流路３２を通って燃料ガス流路溝２２ａへと流入し、膜電極接合体３の陽極側電極（図１４中下側）へと供給される。 FIG. 14 shows the flow of fuel gas and oxidant gas in the stack 8.
The fuel gas is introduced from the fuel gas inlet 13a (see FIG. 12) of the end plate 9a and flows downward through the fuel gas supply vent 11a. Then, it flows into the fuel gas channel groove 22a through the communication channel 32 communicating with the fuel gas supply vent 11a, and is supplied to the anode electrode (lower side in FIG. 14) of the membrane electrode assembly 3. The

また、燃料ガスと同様にして、酸化剤ガスは、エンドプレート９ｂの酸化剤ガス導入口１３ｃ（図１２参照）から導入されて酸化剤ガス供給用通気孔１１ｃを上方に流れる。そして、酸化剤ガス供給用通気孔１１ｃと連通する連絡流路３２を介して、各セパレータ４の酸化剤ガス流路溝２２ｂへ流入し、膜電極接合体３の陰極側電極（図中下側）へ供給されることとなる。   Similarly to the fuel gas, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet 13c (see FIG. 12) of the end plate 9b and flows upward through the oxidant gas supply vent 11c. Then, it flows into the oxidant gas flow channel groove 22b of each separator 4 via the communication flow channel 32 communicating with the oxidant gas supply vent 11c, and the cathode side electrode (lower side in the figure) of the membrane electrode assembly 3 ).

このようにして、各膜電極接合体３の両面に燃料ガスと酸化剤ガスとが夫々供給されることにより膜電極接合体３で電池反応が生じ、その両面に電位差が生じることとなる。反応済みの燃料ガスは、燃料ガス流路溝２２ａから連絡流路３２を介して燃料ガス排出用通気孔１１ｂへと流出し、エンドプレート９ａの燃料ガス排出口１３ｂ（図１２参照）から回収されることとなる。同様にして、反応済みの酸化剤ガスや電池反応によって生じた生成水等は、酸化剤ガス排出用通気孔１１ｄへと流出し、エンドプレート９ｂの酸化剤ガス排出口１３ｄから回収されることとなる。   In this way, when the fuel gas and the oxidant gas are supplied to both surfaces of each membrane electrode assembly 3, a cell reaction occurs in the membrane electrode assembly 3, and a potential difference is generated between both surfaces. The reacted fuel gas flows out from the fuel gas channel groove 22a to the fuel gas discharge vent 11b through the communication channel 32, and is recovered from the fuel gas discharge port 13b (see FIG. 12) of the end plate 9a. The Rukoto. Similarly, the reacted oxidant gas, the generated water generated by the battery reaction, etc. flow out to the oxidant gas discharge vent 11d and are recovered from the oxidant gas discharge port 13d of the end plate 9b. Become.

このように本実施例では、セパレータ４の連絡流路３２がセパレータ４の内部に形成され、連絡流路３２がセパレータ４の陽極対向面１５、陰極対向面１６のいずれにも露出しないため、セパレータ４の周辺部をガスケット５と斑なく密接させることができ、セパレータ４とガスケット５との接合部からガスが漏洩するのを確実に防止できる。また、セパレータ４は、プレス加工という汎用の成形技術によってガス流路溝２２ａ，２２ｂが製造されるため、切削加工やエッチング加工等の複雑な加工を行うことを要せず、簡易な設備投資によって低コストで製造することができるといった利点もある。   As described above, in this embodiment, the communication channel 32 of the separator 4 is formed inside the separator 4, and the communication channel 32 is not exposed to either the anode facing surface 15 or the cathode facing surface 16 of the separator 4. The peripheral part of 4 can be closely contacted with the gasket 5 and the gas can be reliably prevented from leaking from the joint part between the separator 4 and the gasket 5. Moreover, since the gas flow path grooves 22a and 22b are manufactured by the general-purpose molding technique called press processing, the separator 4 does not require complicated processing such as cutting processing or etching processing, and can be performed with simple equipment investment. There is also an advantage that it can be manufactured at low cost.

また、かかるセパレータ４を用いた燃料電池１は、セパレータの製造コストが低廉であり、また、セパレータ４と膜電極接合体３の接合部分から燃料ガスや酸化剤ガスが漏れる懸念が少ないため、製造コストが安く、且つ発電効率が高いという利点がある。   Further, the fuel cell 1 using such a separator 4 is manufactured at a low manufacturing cost because there is little concern that fuel gas or oxidant gas leaks from the joined portion between the separator 4 and the membrane electrode assembly 3. There are advantages of low cost and high power generation efficiency.

次に、上記実施例のセパレータ４において、陽極側ガスプレートと陰極側ガスプレートを一枚の金属板により形成した変形例について説明する。なお、以下で説明するセパレータ５０は、その大部分の構造が上記実施例のセパレータ４と同じであるため共通する構造については図中で同一符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, a modification in which the anode side gas plate and the cathode side gas plate are formed of a single metal plate in the separator 4 of the above embodiment will be described. The separator 50 described below has most of the same structure as that of the separator 4 of the above embodiment, and therefore, the common structure is denoted by the same reference numeral in the drawing and detailed description thereof is omitted.

変形例のセパレータ５０は、図１５，１６に示すように、上記実施例のセパレータ４と同様に、陽極対向面１５を形成する陽極側ガスプレート５２と、陰極対向面１６を形成する陰極側ガスプレート５３と、該二枚のガスプレート５２，５３に挟持される中間プレート３０とにより構成される。ここで、中間プレート３０は上記実施例と同じものであり、両ガスプレート５２，５３についても、その形状は実施例と同じである。   As shown in FIGS. 15 and 16, the separator 50 according to the modification includes an anode side gas plate 52 that forms the anode facing surface 15 and a cathode side gas that forms the cathode facing surface 16, as in the separator 4 of the above embodiment. The plate 53 and the intermediate plate 30 sandwiched between the two gas plates 52 and 53 are configured. Here, the intermediate plate 30 is the same as that in the above embodiment, and the shapes of both the gas plates 52 and 53 are the same as those in the embodiment.

ここで、本変形例にあっては、図１６，１７に示すように、陽極側ガスプレート５２と陰極側ガスプレート５３は一枚のガスプレート連結板５１により構成される。両ガスプレート５２，５３は、夫々の左縁と連接する断面円弧状の連結部５４を介して相互に連続し、対向している。   Here, in this modification, as shown in FIGS. 16 and 17, the anode side gas plate 52 and the cathode side gas plate 53 are constituted by a single gas plate connecting plate 51. Both gas plates 52 and 53 are continuous with each other via a connecting portion 54 having an arcuate cross section connected to the respective left edges.

ガスプレート連結板５１は、各ガスプレート５２，５３が連結部５４を介して一体形成されてなるものである。このガスプレート連結板５１は、図１８に示すように、矩形のステンレス平板のプレス加工により、まず、陽極側ガスプレート５２と陰極側ガスプレート５３とが連結部５４を介して面一状となった平板として製造される。そして、図１９に示すように、かかる平板状のガスプレート連結板５１を、その連結部５４部分を折り返すことによって各ガスプレート５２，５３を相互に対向させると共に、これと同時に、ガスプレート５２，５３間に中間プレート３０を介装し、両ガスプレート５２，５３に挟持させることによって、セパレータ５０が製造される。なお、連結部５４の折り返しはプレス加工等によって簡単に行うことができる。本変形例では、図１７に示すように、連結部５４を円弧状に折り曲げているが、円弧状に限らず、連結部５４の折り返し形状は任意である。また、連結部５４を折曲げ易いように、事前に連結部５４を肉薄にしたりスリットを形成したりしてもよい。   The gas plate connecting plate 51 is formed by integrally forming the gas plates 52 and 53 via connecting portions 54. As shown in FIG. 18, the gas plate connecting plate 51 is formed by pressing a rectangular stainless steel flat plate so that the anode side gas plate 52 and the cathode side gas plate 53 are flush with each other through the connecting portion 54. Manufactured as a flat plate. Then, as shown in FIG. 19, the gas plate 52 and 53 are made to face each other by folding back the connecting portion 54 of the flat gas plate connecting plate 51, and at the same time, the gas plates 52, The separator 50 is manufactured by interposing the intermediate plate 30 between the gas plates 52 and 53 and sandwiching the intermediate plate 30 between the gas plates 52 and 53. In addition, the connection part 54 can be easily turned back by pressing or the like. In this modification, as shown in FIG. 17, the connecting portion 54 is bent in an arc shape. However, the connecting portion 54 is not limited to an arc shape, and the folded shape of the connecting portion 54 is arbitrary. Further, the connecting portion 54 may be thinned in advance or a slit may be formed so that the connecting portion 54 can be easily bent.

このように、変形例のセパレータ５０では、陽極側ガスプレート５２と陰極側ガスプレート５３とが、中間プレート３０や接着剤を介することなく、連結部５４を介して電気的に直接接続されることとなる。このため、両ガスプレート５３，５４間に接触抵抗が存在せず、燃料電池に組み込んだ際に内部抵抗を少なくできるといった利点がある。また、両側のガスプレート５２，５３が直接電気的に接続されるため、中間プレート３０や接着剤に導電性材料を用いる必要がなく、これらの材料としてシール性に優れる非導電性材料を用いることもできる。   As described above, in the separator 50 according to the modification, the anode side gas plate 52 and the cathode side gas plate 53 are electrically connected directly via the connecting portion 54 without using the intermediate plate 30 or the adhesive. It becomes. For this reason, there is no contact resistance between the gas plates 53 and 54, and there is an advantage that the internal resistance can be reduced when it is incorporated in the fuel cell. Further, since the gas plates 52 and 53 on both sides are directly electrically connected, there is no need to use a conductive material for the intermediate plate 30 or the adhesive, and a non-conductive material having excellent sealing properties is used as these materials. You can also.

尚、本発明のセパレータや燃料電池は、上述した実施例の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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、実施例のセパレータは両面が対称形状をなしており、両側のガスプレートは同形状であるが、セパレータの両面の形状は適宜異ならせることが可能である。また、燃料電池には、スタック内に冷却水を通過させる流路を備えるものがあり、本発明の燃料電池についても、セパレータの各所に冷却水を通過させる流路を形成してもよい。   The separator and the fuel cell of the present invention are not limited to the embodiment described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the separator of the embodiment has a symmetrical shape on both sides, and the gas plates on both sides have the same shape, but the shape of both sides of the separator can be appropriately changed. Some fuel cells include a flow path for allowing cooling water to pass through the stack. In the fuel cell of the present invention, a flow path for allowing cooling water to pass may be formed at various locations of the separator.

また、本発明にかかる燃料電池は、スタックを構成するセパレータ全てに本発明に係るセパレータを用いる必要はなく、スタックの一部に従来構成のセパレータを含むものであってもよい。さらには、実施例の燃料電池１は、本発明を固体高分子型燃料電池に適用したものであるが、本発明は、電解質膜にリン酸塩ハイドロゲルを用いた燃料電池にも適用可能である。   Further, the fuel cell according to the present invention does not need to use the separator according to the present invention for all the separators constituting the stack, and may include a separator having a conventional configuration in a part of the stack. Furthermore, although the fuel cell 1 of the example is one in which the present invention is applied to a solid polymer fuel cell, the present invention can also be applied to a fuel cell using a phosphate hydrogel as an electrolyte membrane. is there.

セパレータ４の斜視図である。3 is a perspective view of a separator 4. FIG. セパレータ４の陽極対向面１５を示す平面図である。3 is a plan view showing an anode facing surface 15 of a separator 4. FIG. セパレータ４の陰極対向面１６を示す平面図である。3 is a plan view showing a cathode facing surface 16 of a separator 4. FIG. 図２中のＡ‐Ａ断面図である。It is AA sectional drawing in FIG. 図４中のＤ部分の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a portion D in FIG. 4. 図２中のＢ‐Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing in FIG. 図６中のＥ部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion E in FIG. 6. 図２中のＣ‐Ｃ断面図である。It is CC sectional drawing in FIG. 図８中のＦ部分の拡大図である。It is an enlarged view of F part in FIG. セパレータ４の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of a separator 4. FIG. 陽極側ガスプレート２０の縦断側面図である。3 is a longitudinal side view of an anode side gas plate 20. FIG. 燃料電池１の一側面図である。1 is a side view of a fuel cell 1. FIG. スタック８の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of a stack 8. FIG. スタック８内を燃料ガス及び酸化剤ガスが流れる態様を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a mode in which fuel gas and oxidant gas flow in a stack 8. 変形例のセパレータ５０の斜視図である。It is a perspective view of the separator 50 of a modification. 変形例のセパレータ５０の縦断側面図である。It is a vertical side view of the separator 50 of a modification. 図１６中のＧ部分の拡大図である。It is an enlarged view of the G part in FIG. 組付前のガスプレート連結板５１を示す平面図である。It is a top view which shows the gas plate connection board 51 before an assembly | attachment. ガスプレート連結板５１と中間プレート３０の組付方法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a method of assembling the gas plate connecting plate 51 and the intermediate plate 30.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池
３ 膜電極接合体
４，５０ セパレータ
５ ガスケット
１１ａ〜１１ｄ 通気孔
２０，５２ 陽極側ガスプレート
２１，５３ 陰極側ガスプレート
２２ａ 燃料ガス流路溝
２２ｂ 酸化剤ガス流路溝
２４ａ，２４ｂ 燃料ガス通過口
２５ａ，２５ｂ 酸化剤ガス通過口
２６ ***部
３０ 中間プレート
３１ 枠孔
３２ 連絡流路
４０ 電解質膜
４１ 陽極側電極
４２ 陰極側電極
５１ ガスプレート連結板
５４ 連結部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 3 Membrane electrode assembly 4,50 Separator 5 Gasket 11a-11d Vent hole 20,52 Anode side gas plate 21,53 Cathode side gas plate 22a Fuel gas channel groove 22b Oxidant gas channel groove 24a, 24b Fuel Gas passage port 25a, 25b Oxidant gas passage port 26 Raised portion 30 Intermediate plate 31 Frame hole 32 Connecting flow path 40 Electrolyte membrane 41 Anode side electrode 42 Cathode side electrode 51 Gas plate connecting plate 54 Connecting portion

Claims (3)

電解質膜の両面に一組の電極を接合してなる膜電極接合体の間に介装される板状の燃料電池用セパレータにおいて、
陽極側電極と対向する一面側に燃料ガス流路溝を備えた陽極側の金属製ガスプレートと、陰極側電極と対向する一面側に酸化剤ガス流路溝を備えた陰極側の金属製ガスプレートと、該二枚のガスプレートに挟持される中間プレートとからなり、また、各ガスプレートと中間プレートを貫通して、燃料ガスと酸化剤ガスをその厚み方向に夫々通過可能とする複数の通気孔を備えるものであって、
各ガスプレートは、プレス加工によって、一面側で前記ガス流路溝が、中間プレートと対向する他面側で***部が夫々形成され、さらに、ガス流路溝の両端部に厚み方向に貫通するガス通過口が形成されたものであり、
中間プレートは、両側のガスプレートに挟持された状態で各ガスプレートの***部を収容する枠孔と、該枠孔周囲に貫通する前記複数の通気孔と、各ガスプレートのガス通過口を所要の通気孔と連通させる連絡流路とを備えるものであることを特徴とするセパレータ。 In a plate-shaped fuel cell separator interposed between membrane electrode assemblies formed by bonding a pair of electrodes to both surfaces of an electrolyte membrane,
A metal gas plate on the anode side provided with a fuel gas channel groove on one side facing the anode side electrode, and a metal gas on the cathode side provided with an oxidant gas channel groove on the one side facing the cathode side electrode And a plurality of intermediate plates sandwiched between the two gas plates, and a plurality of gas plates and a plurality of intermediate plates that pass through the gas plates and the intermediate plates, respectively, so that the fuel gas and the oxidant gas can pass in the thickness direction. With vents,
Each gas plate is formed by pressing so that the gas flow channel groove is formed on one surface side, and a raised portion is formed on the other surface side facing the intermediate plate, and further penetrates in the thickness direction at both ends of the gas flow channel groove. A gas passage is formed,
The intermediate plate requires a frame hole for accommodating the raised portion of each gas plate while being sandwiched between the gas plates on both sides, the plurality of vent holes penetrating around the frame hole, and a gas passage port for each gas plate A separator comprising: a communication flow path communicating with the air vent. 陽極側のガスプレートと陰極側のガスプレートは、単一の金属板によって形成され、各ガスプレートの外縁と連接する連結部を介して相互に連続すると共に、該連結部部分を折り返されることにより相互に対向し、両ガスプレートの間に中間プレートを挟持するものであることを特徴とする請求項１記載のセパレータ。   The gas plate on the anode side and the gas plate on the cathode side are formed by a single metal plate, are connected to each other via a connecting portion connected to the outer edge of each gas plate, and the connecting portion is folded back. 2. The separator according to claim 1, wherein the separator is opposed to each other, and an intermediate plate is sandwiched between the two gas plates. 請求項１又は請求項２に記載のセパレータを備える燃料電池。
A fuel cell comprising the separator according to claim 1.

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