JP2012089387A - 燃料電池セル、燃料電池スタック、および、セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックに用いられる燃料電池セルにおいて、第１のセパレータと第２のセパレータとをシールするシール剤の剥離を防止する。
【解決手段】燃料電池セルは、発電モジュール４００と、カソード側セパレータ４１０と、アノード側セパレータ４２０と、を備える。カソード側セパレータ４１０は、折り返し部４１２を備える。折り返し部４１２は、内部流路空間４１２ｓと空気供給用マニホールドとを連通する連通孔４１２ｈと、内部流路空間４１２ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向に沿って配置された複数の凸部４１３と、を備える。カソード側セパレータ４１０とアノード側セパレータ４２０とは、少なくとも、折り返し部４１２において、シール剤４３０によってシールされる。複数の凸部４１３には、それぞれ、内部流路空間４１２ｓと複数の凸部の内部空間４１３ｓとを連通する連通孔４１３ｈが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池スタックに用いられる燃料電池セル、燃料電池スタック、および、燃料電池セルに用いられるセパレータに関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックの形態で利用される。そして、この燃料電池セルは、電解質膜の両面にガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を含む発電モジュールの両面を、セパレータによって挟持することによって構成される。

従来、このような燃料電池セルに用いられるセパレータに関して、種々の技術が提案されている。例えば、金属板からなるセパレータにおいて、マニホルド孔の開口周縁部に、金属板を切り起こして立ち上がり形成した少なくとも膜電極接合体の支えとなる支持台を、この金属板の一部として一体的に形成することによって、膜電極接合体とシール部材及びセパレータとシール部材のシール性を高める技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００６−２２１９０５号公報 特開２００５−１１６４０４号公報 特開２００９−１９９７４１号公報

しかし、上記特許文献１に記載された技術では、上記支持台は、絞り成形によって突部が形成された支持片を有しており、この突部の裏面にシール剤を配置した場合には、突部の内部空間が密閉され、この突部の内部空間に存在する空気が加熱によって熱膨張したときに、熱膨張した空気の圧力によって、支持片からシール剤が剥離するおそれがあった。そして、このようなシール剤の剥離は、上記特許文献１に記載された技術を、発電モジュールの両面を挟持する第１のセパレータおよび第２のセパレータの少なくとも一方に適用し、第１のセパレータと第２のセパレータとをシール剤によってシールする場合に、特に顕著に起こり得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックに用いられる燃料電池セルにおいて、第１のセパレータと第２のセパレータとをシールするシール剤の剥離を防止することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
複数の燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックに用いられる前記燃料電池セルであって、
電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両面を挟むように積層された多孔体流路形成部材と、を備える発電モジュールと、
金属板を加工することによって形成され、前記発電モジュールの両面を挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールと対向する領域よりも外側の領域に、前記複数の燃料電池セルの積層方向に反応ガスを流すための反応ガス流路を構成する貫通孔を備える前記第１および第２のセパレータと、を備え、
前記第１および第２セパレータの少なくとも一方は、前記金属板の一部が切り起こされて、前記発電モジュールと対向する領域側に折り返されることによって、前記貫通孔を形成するとともに、前記発電モジュールにおけるいずれかの前記電極および前記多孔体流路形成部材の端部に連通する内部流路空間を形成する折り返し部を備えており、
前記折り返し部は、
前記内部流路空間と前記反応ガス流路とを連通する第１の連通孔と、
前記金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部であって、前記内部流路空間内に突出するとともに、前記折り返し部の折り返し線に略平行な方向に沿って配置された前記複数の凸部と、
を備えており、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、前記折り返し部における前記複数の凸部の裏面を含む領域において、シール剤によってシールされており、
前記複数の凸部には、それぞれ、前記内部流路空間と前記プレス加工によって形成された前記複数の凸部の内部空間とを連通する第２の連通孔が形成されている、
燃料電池セル。

適用例１の燃料電池セルでは、例えば、燃料電池セルの製造時において、上記第１のセパレータと上記第２のセパレータとを、上記シール剤によって加熱して接合するとき等、上記複数の凸部の内部空間内に存在するガス（例えば、空気）が熱膨張するときに、この熱膨張したガスを、上記第２の連通孔を通じて、上記内部流路空間に放出することができる。したがって、上記熱膨張したガスの圧力が、上記第１および第２のセパレータと上記シール剤とのシール面に加わることを防止し、上記シール剤の剥離を防止することができる。

また、適用例１の燃料電池セルでは、上記折り返し部が、上記複数の凸部を備えているので、上記反応ガス流路から上記内部流路空間への反応ガスの複数の流路を確保し、反応ガスの分配性を向上させることができる。

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池セルであって、
前記第２の連通孔は、前記複数の凸部において、前記内部流路空間における前記反応ガスの流れ方向についての下流側の壁面が切り抜かれたものである、
燃料電池セル。

適用例２の燃料電池セルでは、上記第１および第２のセパレータの少なくとも一方の製造時に、上記複数の凸部を形成する加工（プレス加工）と上記第２の連通孔を形成する加工（せん断加工）とを同時に行うことができるため、加工が比較的容易である。また、上記第２の連通孔について、比較的大きな開口面積を確保することができるので、上記熱膨張したガスの上記内部流路空間への放出を容易に行うことができる。また、一般に、発電によって生成された生成水に含まれるイオンが、セパレータを腐食させることがあり得るが、適用例２の燃料電池セルでは、上記第２の連通孔が、上記内部流路空間における反応ガスの流れ方向についての下流側の壁面に形成されるので、上記第２の連通孔から上記凸部の内部空間に生成水が流入・滞留して生じ得るセパレータの腐食を抑制することができる。また、上記第２の連通孔が水溜りの起点となることを抑制し、上記第１の連通孔からの上記内部流路空間への反応ガスの流路を効果的に確保することができる。また、上記第２の連通孔の開口面積が比較的小さい場合には、金属板に連通孔を形成する時に用いる型の磨耗が比較的激しいが、上記第２の連通孔の開口面積を比較的大きくすることによって、上記型の磨耗を抑制することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の燃料電池セルであって、
前記第１のセパレータ、および、前記第２のセパレータのいずれか一方のみが、前記折り返し部を備えている、
燃料電池セル。

適用例３の燃料電池セルでは、上記第１のセパレータ、および、上記第２のセパレータのいずれか一方は、加工が比較的複雑になる上記折り返し部を備えていない。換言すれば、上記第１のセパレータ、および、上記第２のセパレータのいずれか一方には、比較的加工が複雑な折り返し部を形成する必要がない。したがって、燃料電池セル、および、燃料電池スタックの製造工程を簡易化することができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載の燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタック。

［適用例５］
適用例４記載の燃料電池スタックであって、
前記複数の燃料電池セルは、それぞれ、ガスケットを介して積層されており、
前記ガスケットは、前記積層方向から見たときに、前記複数の凸部と重なる位置に配置されている、
燃料電池スタック。

複数の燃料電池セルを、ガスケットを介して積層し、積層方向に締結する場合、上記第１および第２のセパレータは、ガスケットの配置位置において、最も押圧力を受けて、変形しやすい。適用例５の燃料電池スタックでは、上記複数の燃料電池セルを積層方向に締結したときに、上記複数の凸部によって、上記ガスケットから受ける押圧力をバックアップ（支持）し、上記第１および第２のセパレータの変形を抑制することができる。また、適用例５の燃料電池スタックでは、上記ガスケットは、上記第１および第２のセパレータの外側の平滑面に配置されるので、ガスケットの交換性を向上させることができる。

［適用例６］
金属板を加工することによって形成され、燃料電池セルに用いられるセパレータであって、
電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両面を挟むように積層された多孔体流路形成部材と、を備える発電モジュールと対向する領域よりも外側の領域に、前記金属板の一部が切り起こされて、前記発電モジュールと対向する領域側に折り返されることによって、前記金属板の表面に対して垂直な方向に反応ガスを流すための反応ガス流路を構成する貫通孔を形成するとともに、前記発電モジュールにおけるいずれかの前記電極および前記多孔体流路形成部材の端部に連通する内部流路空間を形成する折り返し部を備え、
前記折り返し部は、
前記内部流路空間と前記反応ガス流路とを連通する第１の連通孔と、
前記金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部であって、前記内部流路空間内に突出するとともに、前記折り返し部の折り返し線に略平行な方向に沿って配置された前記複数の凸部と、
を備えており、
前記複数の凸部には、それぞれ、前記内部流路空間と前記プレス加工によって形成された前記複数の凸部の内部空間とを連通する第２の連通孔が形成されている、
セパレータ。

適用例６のセパレータによって、先に説明した適用例１の燃料電池セルを構成することができる。

［適用例７］
適用例６記載のセパレータであって、
前記第２の連通孔は、前記複数の凸部において、前記内部流路空間における前記反応ガスの流れ方向についての下流側の壁面が切り抜かれたものである、
セパレータ。

適用例７のセパレータによって、先に説明した適用例２の燃料電池セルを構成することができる。

なお、本発明は、上述の燃料電池セル、燃料電池スタック、セパレータとしての構成の他、上述の燃料電池スタックを備える燃料電池システムの発明、これらの製造方法の発明として構成することもできる。

本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。 第１実施例の燃料電池セル４０の一部を示す平面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。 カソード側セパレータ４１０の製造工程の一例を示す説明図である。 第２実施例の燃料電池セル４０Ａの一部を示す平面図である。 図６におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。 図６におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。 第３実施例の燃料電池セル４０Ｂの一部を示す平面図である。 図９におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。 図９におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。 第１実施例の燃料電池セル４０の変形例としての燃料電池セルの断面構造を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池セル４０を、複数積層させたスタック構造を有している。各燃料電池セル４０は、後述するように、アノードおよびカソードを有する発電モジュールを一対のセパレータ（アノード側セパレータ、および、カソード側セパレータ）によって挟持することによって構成されている。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水（水、エチレングリコール等）の流路が形成されている。なお、燃料電池セル４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の燃料電池セル４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、水素や、空気や、冷却水を流すための供給口や、排出口が設けられている。また、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ、各燃料電池セル４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各燃料電池セル４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。なお、各燃料電池セル４０間には、後述するように、水素や、空気や、冷却水の漏洩を防止するためのガスケットが介装されている。

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。

なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、所定の締結荷重が加えられた状態で、締結部材によって締結されている。

燃料電池スタック１００のアノードには、配管５３を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク５０の代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素リッチなガスを生成し、アノードに供給するものとしてもよい。

水素タンク５０に貯蔵された高圧水素は、水素タンク５０の出口に設けられたシャットバルブ５１、レギュレータ５２によって圧力、および、供給量が調整されて、水素供給マニホールドを介して、各燃料電池セル４０のアノードに供給される。各燃料電池セル４０から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管５６を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出することができる。なお、アノードオフガスを燃料電池スタック１００の外部に排出する際には、アノードオフガスに含まれる水素は、図示しない希釈器等によって処理される。

また、配管５３、および、排出配管５６には、アノードオフガスを配管５３に再循環させるための循環配管５４が接続されている。そして、排出配管５６の循環配管５４との接続部の下流側には、排気バルブ５７が配設されている。また、循環配管５４には、ポンプ５５が配設されている。ポンプ５５、および、排気バルブ５７の駆動を制御することによって、アノードオフガスを外部に排出するか、配管５３に循環させるかを適宜切り換えることができる。アノードオフガスを配管５３に再循環させることによって、アノードオフガスに含まれる未消費の水素を効率よく利用することができる。

燃料電池スタック１００のカソードには、配管６１を介して、エアコンプレッサ６０によって圧縮された圧縮空気が、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。そして、この圧縮空気は、配管６１に接続された空気供給マニホールドを介して、各燃料電池セル４０のカソードに供給される。各燃料電池セル４０のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出マニホールドに接続された排出配管６２を介して、燃料電池スタック１００の外部に排出される。排出配管６２からは、カソードオフガスとともに、燃料電池スタック１００のカソードで、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水も排出される。

燃料電池スタック１００は、上述した電気化学反応によって発熱するため、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水も供給される。この冷却水は、ポンプ７０によって、配管７２を流れ、ラジエータ７１によって冷却されて、燃料電池スタック１００に供給される。

燃料電池システム１０００の運転は、制御ユニット８０によって制御される。制御ユニット８０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマなどを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、例えば、各種バルブや、ポンプの駆動等、システムの運転を制御する。

Ａ２．燃料電池セルの構成：
図２は、第１実施例の燃料電池セル４０の一部を示す平面図である。図２では、燃料電池セル４０を、カソード側セパレータ４１０側から見たときの一部を示した。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。また、図４は、図２におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。

燃料電池セル４０は、発電モジュール４００を、カソード側セパレータ４１０、および、アノード側セパレータ４２０によって挟持することによって構成されている。カソード側セパレータ４１０、および、アノード側セパレータ４２０は、比較的耐食性が高いチタンやステンレス鋼等からなる金属板を加工することによって形成される。カソード側セパレータ４１０、および、アノード側セパレータ４２０は、それぞれ、［課題を解決するための手段］における第１のセパレータ、および、第２のセパレータに相当する。

発電モジュール４００は、本実施例では、電解質膜４０２の両面に、それぞれ、カソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）、および、アノード（アノード側触媒層４０４ａ、アノード側ガス拡散層４０６ａ）を接合してなる膜電極接合体と、この膜電極接合体の両面を挟むように積層された多孔体流路形成部材（カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃ、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａ）と、を備える（図３，４参照）。膜電極接合体において、カソード側ガス拡散層４０６ｃ、および、アノード側ガス拡散層４０６ａの少なくとも一方を省略するものとしてもよい。なお、本実施例の燃料電池セル４０では、図３，４に示したように、発電モジュール４００において、アノード（アノード側触媒層４０４ａ、アノード側ガス拡散層４０６ａ）のｙ方向についての長さは、カソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）のｙ方向についての長さよりも長い。

本実施例の燃料電池セル４０は、固体高分子型の燃料電池セルであり、電解質膜４０２として、湿潤状態でプロトン伝導性を有するナフィオン（登録商標）等の固体高分子からなる固体高分子電解質膜を用いるものとした。電解質膜４０２として、例えば、固体酸化物電解質等、他の電解質を用いるようにしてもよい。カソード側触媒層４０４ｃ、および、アノード側触媒層４０４ａは、例えば、白金等の触媒金属を担持したカーボン粒子を含む。カソード側ガス拡散層４０６ｃ、および、アノード側ガス拡散層４０６ａは、例えば、カーボンペーパや、カーボンフェルトや、カーボンクロス等、ガス拡散性および導電性を有する部材からなる。カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃ、および、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａは、例えば、発泡金属焼結体や、金属メッシュや、エキスパンドメタル等、導電性およびガス拡散性を有する多孔質部材からなる。カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃ、および、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａは、それぞれ、端部から導入された反応ガス（空気、水素）を、カソード側ガス拡散層４０６ｃ、および、アノード側ガス拡散層４０６ａの表面に沿って流すためのガス流路を構成する。

図２，３に示したように、カソード側セパレータ４１０において、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０の積層方向（図示したｚ方向）に空気を流すための空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４１１が形成されている。この空気供給用貫通孔４１１は、後述するように、切り起こし加工によって、カソード側セパレータ４１０を構成する金属板の一部を切り起こして、折り返し加工によって、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４１２は、図３に示したように、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に連通する内部流路空間４１２ｓを形成する。

そして、この折り返し部４１２には、内部流路空間４１２ｓと空気供給マニホールド（空気供給用貫通孔４１１）とを連通する複数の連通孔４１２ｈが形成されている。したがって、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓに流入した空気は、カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に導入され、カソード側ガス拡散層４０６ｃの表面に沿って流れる。連通孔４１２ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４１２には、カソード側セパレータ４１０を構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４１３であって、内部流路空間４１２ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４１３が形成されている。本実施例では、複数の凸部４１３は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４１３の上面は、図３に示したように、それぞれ、カソード側セパレータ４１０の内部流路空間４１２ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４１３には、それぞれ、内部流路空間４１２ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓとを連通する２つの連通孔４１３ｈが形成されている。本実施例では、この連通孔４１３ｈは、円形形状を有するものとした。連通孔４１３ｈは、内部流路空間４１２ｓと凸部４１３の内部空間４１３ｓとを連通可能な任意の位置に形成可能である。連通孔４１３ｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例では、折り返し部４１２において、複数の連通孔４１２ｈと、複数の凸部４１３とは、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

また、カソード側セパレータ４１０には、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凹部４１４も形成されている。本実施例では、複数の凹部４１４は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凹部４１４の下面は、図３に示したように、それぞれ、折り返し部４１２の内部流路空間４１２ｓ側の面に接触している。なお、複数の凹部４１４と、折り返し部４１２における複数の凸部４１３とは、図示したｘ方向について、同じ位置に配置されている。

また、図２，４に示したように、カソード側セパレータ４１０において、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０の積層方向（図示したｚ方向）に、水素を流すための水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４１５が形成されている。この水素供給用貫通孔４１５も、空気供給用貫通孔４１１と同様に、後述するように、切り起こし加工によって、カソード側セパレータ４１０を構成する金属板の一部を切り起こして、折り返し加工によって、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４１６は、図４に示したように、発電モジュール４００におけるアノード（アノード側触媒層４０４ａ、アノード側ガス拡散層４０６ａ）およびアノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に連通する内部流路空間４１６ｓを形成する。

そして、この折り返し部４１６には、内部流路空間４１６ｓと水素供給マニホールド（水素供給用貫通孔４１５）とを連通する複数の連通孔４１６ｈが形成されている。したがって、水素供給マニホールドから内部流路空間４１６ｓに流入した水素は、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に導入され、アノード側ガス拡散層４０６ａの表面に沿って流れる。連通孔４１６ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４１６には、カソード側セパレータ４１０を構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４１７であって、内部流路空間４１６ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１６の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４１７が形成されている。本実施例では、複数の凸部４１７は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４１７の上面は、図４に示したように、それぞれ、カソード側セパレータ４１０の内部流路空間４１６ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４１７には、それぞれ、内部流路空間４１６ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓとを連通する２つの連通孔４１７ｈが形成されている。本実施例では、この連通孔４１７ｈは、円形形状を有するものとした。連通孔４１７ｈは、内部流路空間４１６ｓと凸部４１７の内部空間４１７ｓとを連通可能な任意の位置に形成可能である。連通孔４１７ｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例では、折り返し部４１６において、複数の連通孔４１６ｈと、複数の凸部４１７とは、折り返し部４１２における複数の連通孔４１２ｈ、および、複数の凸部４１３と同様に、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

また、アノード側セパレータ４２０において、カソード側セパレータ４１０における空気供給用貫通孔４１１と同じ位置に、空気供給用マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２１が形成されている。また、アノード側セパレータ４２０において、カソード側セパレータ４１０における水素供給用貫通孔４１５と同じ位置に、水素供給用マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２５が形成されている。そして、図３，４に示したように、アノード側セパレータ４２０において、カソード側セパレータ４１０における複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７と対向する領域に、凹部４２２が形成されている。

また、燃料電池セル４０において、カソード側セパレータ４１０と、アノード側セパレータ４２０とは、両者間の絶縁が確保されるように、少なくとも、折り返し部４１２，４１６における凸部４１３，４１７の裏面を含む領域において、シール剤４３０によってシールされている。また、図４に示したように、水素供給用マニホールドおよび内部流路空間４１６ｓと、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部とは、発電モジュール４００におけるカソードに水素が導入されないように、シール剤４４０によって隔離されている。シール剤４３０，４４０としては、ガス不透過の接着剤や、熱可塑性樹脂等を用いることができる。

また、図３，４に示したように、カソード側セパレータ４１０において、燃料電池スタック１００における複数の燃料電池セル４０の積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７と重なる位置に、ガスケット４５０が配置される。このガスケット４５０は、図３，４から理解できるように、アノード側セパレータ４２０における凹部４２２と接触する。このガスケット４５０は、例えば、シリコーンゴム等の弾性体からなり、燃料電池スタック１００において、複数の燃料電池セル４０間における空気や、水素や、冷却水の漏洩を防止する機能を有する。

なお、カソード側セパレータ４１０において、ガスケット４５０が配置される位置、すなわち、燃料電池スタック１００における複数の燃料電池セル４０の積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７と重なる位置は、平滑面である。また、アノード側セパレータ４２０において、ガスケット４５０が当接する凹部４２２も、平滑面である。また、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００において、第１の燃料電池セル４０におけるカソード側セパレータ４１０と、第１の燃料電池セル４０と隣接する第２の燃料電池セル４０におけるアノード側セパレータ４２０とは接触する。

Ａ３．カソード側セパレータの製造工程：
図５は、カソード側セパレータ４１０の製造工程の一例を示す説明図である。まず、図５（ａ）に示したように、例えば、打ち抜き加工によって、カソード側セパレータ４１０を構成する金属板に、複数の連通孔４１２ｈ，４１３ｈ，４１６ｈ，４１７ｈとなる貫通孔をそれぞれ形成する。次に、図５（ｂ）に示したように、プレス加工（絞り加工）によって、複数の凸部４１３、複数の凹部４１４、複数の凸部４１７となる凹部をそれぞれ形成する。次に、図５（ｃ）に示したように、例えば、抜き加工によって、折り返し部４１２、および、折り返し部４１６を形成するための切れ目をそれぞれ形成する。次に、図５（ｄ）に示したように、金属板の一部を、紙面奥側に切り起こして折り返すことによって、空気供給用貫通孔４１１、折り返し部４１２、および、水素供給用貫通孔４１５、折り返し部４１６を形成する。以上の工程を経て、カソード側セパレータ４１０が製造される。なお、上述したカソード側セパレータ４１０の製造工程は、一例であり、打ち抜き加工や、プレス加工（絞り加工）の順序は、適宜、変更可能である。

アノード側セパレータ４２０は、図２〜４から容易に推測できるように、カソード側セパレータ４１０とは異なり、比較的簡易な打ち抜き加工や曲げ加工によって製造可能である。したがって、アノード側セパレータ４２０の製造工程についての図示および詳細な説明は省略する。

Ａ４．効果：
例えば、燃料電池セル４０の製造時において、複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓ内、および、複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓ内には、ガス（例えば、空気）が存在する。このため、例えば、カソード側セパレータ４１０とアノード側セパレータ４２０とを、シール剤４３０によって加熱して接合するときには、複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓ内、および、複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓ内に存在するガスは、熱膨張する。そして、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７に、それぞれ、連通孔４１３ｈ、および、連通孔４１７ｈが形成されていない場合には、上記内部空間４１３ｓ，４１７ｓは密閉され、上記熱膨張したガスの圧力が、カソード側セパレータ４１０（折り返し部４１２）およびアノード側セパレータ４２０（凹部４２２）とシール剤４３０とのシール面に加わり、シール剤４３０の剥離を招く。

これに対し、第１実施例の燃料電池スタック１００によれば、燃料電池セル４０において、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７に、それぞれ、連通孔４１３ｈ、および、連通孔４１７ｈが形成されているので、複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓ内、および、複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓ内に存在するガスが熱膨張しても、この熱膨張したガスを、複数の連通孔４１３ｈ，４１７ｈを通じて、それぞれ、内部流路空間４１２ｓ，４１６ｓに放出することができる。したがって、上記熱膨張したガスの圧力が、カソード側セパレータ４１０（折り返し部４１２）およびアノード側セパレータ４２０（凹部４２２）とシール剤４３０とのシール面に加わることを防止し、シール剤４３０の剥離を防止することができる。

また、第１実施例の燃料電池スタック１００では、燃料電池セル４０を構成するカソード側セパレータ４１０における折り返し部４１２が、複数の凸部４１３を備えているので、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓへの空気の複数の流路を確保し、空気の分配性を向上させることができる。また、燃料電池セル４０を構成するカソード側セパレータ４１０における折り返し部４１６が、複数の凸部４１７を備えているので、水素供給マニホールドから内部流路空間４１６ｓへの水素の複数の流路を確保し、水素の分配性を向上させることができる。

また、第１実施例の燃料電池スタック１００では、燃料電池セル４０において、カソード側セパレータ４１０が折り返し部４１２，４１６を備えており、アノード側セパレータ４２０が比較的加工が複雑になる折り返し部を備えていない。換言すれば、アノード側セパレータ４２０に対しては、比較的加工が複雑な折り返し部を形成する必要がない。したがって、燃料電池セル４０、および、燃料電池スタック１００の製造工程を簡易化することができる。

また、第１実施例の燃料電池スタック１００では、複数の燃料電池セル４０は、それぞれ、ガスケット４５０を介して積層されており、ガスケット４５０は、燃料電池セル４０の積層方向から見たときに、複数の凸部４１３，４１７と重なる位置に配置されている。したがって、複数の燃料電池セル４０を積層方向に締結したときに、複数の凸部４１３，４１７によって、ガスケット４５０から受ける押圧力をバックアップ（支持）し、カソード側セパレータ４１０およびアノード側セパレータ４２０の変形を抑制することができる。また、第１実施例の燃料電池スタック１００では、ガスケット４５０は、カソード側セパレータ４１０およびアノード側セパレータ４２０の外側の平滑面に配置されるので、ガスケット４５０の交換性を向上させることができる。

Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１０００の構成と同じである。そして、第２実施例燃料電池システムでは、燃料電池スタックが、燃料電池セル４０の代わりに、燃料電池セル４０Ａを備えている。以下、燃料電池セル４０Ａについて説明する。

図６は、第２実施例の燃料電池セル４０Ａの一部を示す平面図である。図６では、燃料電池セル４０Ａを、カソード側セパレータ４１０Ａ側から見たときの一部を示した。また、図７は、図６におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。また、図８は、図６におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。

燃料電池セル４０Ａは、発電モジュール４００を、カソード側セパレータ４１０Ａ、および、アノード側セパレータ４２０Ａによって挟持することによって構成されている。カソード側セパレータ４１０Ａ、および、アノード側セパレータ４２０Ａは、第１実施例の燃料電池セル４０におけるカソード側セパレータ４１０、および、アノード側セパレータ４２０と同様に、比較的耐食性が高いチタンやステンレス鋼等からなる金属板を加工することによって形成される。カソード側セパレータ４１０Ａ、および、アノード側セパレータ４２０Ａは、それぞれ、［課題を解決するための手段］における第１のセパレータ、および、第２のセパレータに相当する。

第２実施例の燃料電池セル４０Ａにおける発電モジュール４００は、第１実施零の燃料電池セル４０における発電モジュール４００と同じである。したがって、発電モジュール４００についての説明は省略する。

図６，７に示したように、カソード側セパレータ４１０Ａにおいて、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０Ａの積層方向（図示したｚ方向）に空気を流すための空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４１１が形成されている。この空気供給用貫通孔４１１は、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ４１０Ａを構成する金属板の一部を切り起こして、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４１２は、図７に示したように、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に連通する内部流路空間４１２ｓを形成する。

そして、この折り返し部４１２には、内部流路空間４１２ｓと空気供給マニホールド（空気供給用貫通孔４１１）とを連通する複数の連通孔４１２ｈが形成されている。したがって、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓに流入した空気は、カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に導入され、カソード側ガス拡散層４０６ｃの表面に沿って流れる。連通孔４１２ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４１２には、カソード側セパレータ４１０Ａを構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４１３であって、内部流路空間４１２ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４１３が形成されている。本実施例では、複数の凸部４１３は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４１３の上面は、図７に示したように、それぞれ、カソード側セパレータ４１０Ａの内部流路空間４１２ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４１３には、それぞれ、内部流路空間４１２ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓとを連通する２つの連通孔４１３ｈが形成されている。本実施例においても、この連通孔４１３ｈは、円形形状を有するものとした。連通孔４１３ｈは、内部流路空間４１２ｓと凸部４１３の内部空間４１３ｓとを連通可能な任意の位置に形成可能である。連通孔４１３ｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例においても、第１実施例と同様に、折り返し部４１２において、複数の連通孔４１２ｈと、複数の凸部４１３とは、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

また、図６，８に示したように、アノード側セパレータ４２０Ａにおいて、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０の積層方向（図示したｚ方向）に、水素を流すための水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４２５が形成されている。この水素供給用貫通孔４２５も、カソード側セパレータ４１０Ａにおける空気供給用貫通孔４１１と同様に、アノード側セパレータ４２０Ａを構成する金属板の一部を切り起こして、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４２６は、図８に示したように、発電モジュール４００におけるアノード（アノード側触媒層４０４ａ、アノード側ガス拡散層４０６ａ）およびアノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に連通する内部流路空間４２６ｓを形成する。

そして、この折り返し部４２６には、内部流路空間４２６ｓと水素供給マニホールド（水素供給用貫通孔４２５）とを連通する複数の連通孔４２６ｈが形成されている。したがって、水素供給マニホールドから内部流路空間４２６ｓに流入した水素は、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に導入され、アノード側ガス拡散層４０６ａの表面に沿って流れる。連通孔４２６ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４２６には、アノード側セパレータ４２０Ａを構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４２７であって、内部流路空間４２６ｓ内に突出するとともに、折り返し部４２６の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４２７が形成されている。本実施例では、複数の凸部４２７は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４２７の下面は、図８に示したように、それぞれ、アノード側セパレータ４２０Ａの内部流路空間４２６ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４２７には、それぞれ、内部流路空間４２６ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４２７の内部空間４２７ｓとを連通する２つの連通孔４２７ｈが形成されている。本実施例においても、この連通孔４２７ｈは、円形形状を有するものとした。連通孔４２７ｈは、内部流路空間４２６ｓと凸部４２７の内部空間４２７ｓとを連通可能な任意の位置に形成可能である。連通孔４２７ｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例では、折り返し部４２６において、複数の連通孔４２６ｈと、複数の凸部４２７とも、カソード側セパレータ４１０Ａの折り返し部４１２における複数の連通孔４１２ｈ、および、複数の凸部４１３と同様に、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

また、アノード側セパレータ４２０Ａにおいて、カソード側セパレータ４１０Ａにおける空気供給用貫通孔４１１と同じ位置に、空気供給用マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４２１が形成されている。また、カソード側セパレータ４１０Ａにおいて、アノード側セパレータ４２０Ａにおける水素供給用貫通孔４２５と同じ位置に、水素供給用マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４１５が形成されている。そして、図７，８に示したように、アノード側セパレータ４２０Ａにおいて、カソード側セパレータ４１０Ａにおける複数の凸部４１３、および、アノード側セパレータ４２０Ａにおける複数の凸部４２７と対向する領域に、凹部４２２が形成されている。

また、燃料電池セル４０Ａにおいて、カソード側セパレータ４１０Ａと、アノード側セパレータ４２０Ａとは、両者間の絶縁が確保されるように、少なくとも、折り返し部４１２、および、折り返し部４２６における凸部４１３，４２７の裏面を含む領域において、シール剤４３０，４４０によってシールされている。また、図８に示したように、水素供給用マニホールドおよび内部流路空間４２６ｓと、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部とは、発電モジュール４００におけるカソードに水素が導入されないように、シール剤４４０によって隔離されている。シール剤４３０，４４０としては、ガス不透過の接着剤や、熱可塑性樹脂等を用いることができる。

また、図７，８に示したように、カソード側セパレータ４１０Ａにおいて、燃料電池スタックにおける複数の燃料電池セル４０Ａの積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４２７と重なる位置に、ガスケット４５０が配置される。このガスケット４５０は、図７，８から理解できるように、アノード側セパレータ４２０Ａにおける凹部４２２と接触する。このガスケット４５０は、例えば、シリコーンゴム等の弾性体からなり、燃料電池スタックにおいて、複数の燃料電池セル４０Ａ間における空気や、水素や、冷却水の漏洩を防止する機能を有する。

なお、カソード側セパレータ４１０Ａにおいて、ガスケット４５０が配置される位置、すなわち、燃料電池スタックにおける複数の燃料電池セル４０Ａの積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４２７と重なる位置は、平滑面である。また、アノード側セパレータ４２０において、ガスケット４５０が当接する凹部４２２も、平滑面である。また、アノード側セパレータ４２０Ａにおいて、ガスケット４５０が当接する凹部４２２も、平滑面である。また、図示は省略しているが、燃料電池スタックにおいて、第１の燃料電池セル４０Ａにおけるカソード側セパレータ４１０Ａと、第１の燃料電池セル４０Ａと隣接する第２の燃料電池セル４０Ａにおけるアノード側セパレータ４２０Ａとは接触する。

以上説明した第２実施例の燃料電池スタックによっても、第１実施例と同様に、燃料電池セル４０Ａにおいて、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４２７に、それぞれ、連通孔４１３ｈ、および、連通孔４２７ｈが形成されているので、複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓ内、および、複数の凸部４２７の内部空間４１７ｓ内に存在するガスが熱膨張しても、この熱膨張したガスを、複数の連通孔４１３ｈ，４２７ｈを通じて、それぞれ、内部流路空間４１２ｓ，４２６ｓに放出することができる。したがって、上記熱膨張したガスの圧力が、カソード側セパレータ４１０Ａ（折り返し部４１２）およびアノード側セパレータ４２０（凹部４２２）とシール剤４３０とのシール面、アノード側セパレータ４２０Ａ（折り返し部４２６）およびカソード側セパレータ４１０Ａとシール剤４４０とのシール面に加わることを防止し、シール剤４３０，４４０の剥離を防止することができる。

また、第２実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、燃料電池セル４０Ａを構成するカソード側セパレータ４１０Ａにおける折り返し部４１２が、複数の凸部４１３を備えているので、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓへの空気の複数の流路を確保し、空気の分配性を向上させることができる。また、燃料電池セル４０Ａを構成するアノード側セパレータ４２０における折り返し部４２６が、複数の凸部４２７を備えているので、水素供給マニホールドから内部流路空間４２６ｓへの水素の複数の流路を確保し、水素の分配性を向上させることができる。

また、第２実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、複数の燃料電池セル４０Ａは、それぞれ、ガスケット４５０を介して積層されており、ガスケット４５０は、燃料電池セル４０Ａの積層方向から見たときに、複数の凸部４１３，４２７と重なる位置に配置されている。したがって、複数の燃料電池セル４０Ａを積層方向に締結したときに、複数の凸部４１３，４２７によって、ガスケット４５０から受ける押圧力をバックアップ（支持）し、カソード側セパレータ４１０Ａおよびアノード側セパレータ４２０Ａの変形を抑制することができる。また、第２実施例の燃料電池スタックでは、ガスケット４５０は、カソード側セパレータ４１０Ａおよびアノード側セパレータ４２０Ａの外側の平滑面に配置されるので、ガスケット４５０の交換性を向上させることができる。

Ｃ．第３実施例：
第３実施例の燃料電池システムの構成は、第１実施例の燃料電池システム１０００の構成と同じである。そして、第３実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１００が、燃料電池セル４０の代わりに、燃料電池セル４０Ｂを備えている。以下、燃料電池セル４０Ｂについて説明する。

図９は、第３実施例の燃料電池セル４０Ｂの一部を示す平面図である。図９では、燃料電池セル４０Ｂを、カソード側セパレータ４１０Ｂ側から見たときの一部を示した。また、図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面、および、Ｂ−Ｂ断面を示す説明図である。また、図１１は、図９におけるＣ−Ｃ断面、および、Ｄ−Ｄ断面を示す説明図である。

燃料電池セル４０Ｂは、発電モジュール４００を、カソード側セパレータ４１０Ｂ、および、アノード側セパレータ４２０（第１実施例と同一）によって挟持することによって構成されている。カソード側セパレータ４１０Ｂ、および、アノード側セパレータ４２０は、第１実施例の燃料電池セル４０におけるカソード側セパレータ４１０、および、アノード側セパレータ４２０と同様に、比較的耐食性が高いチタンやステンレス鋼等からなる金属板を加工することによって形成される。カソード側セパレータ４１０Ｂ、および、アノード側セパレータ４２０は、それぞれ、［課題を解決するための手段］における第１のセパレータ、および、第２のセパレータに相当する。

第３実施例の燃料電池セル４０Ｂにおける発電モジュール４００は、第１実施零の燃料電池セル４０における発電モジュール４００と同じである。したがって、発電モジュール４００についての説明は省略する。

図９，１０に示したように、カソード側セパレータ４１０Ｂにおいて、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０Ｂの積層方向（図示したｚ方向）に空気を流すための空気供給マニホールドを構成する空気供給用貫通孔４１１が形成されている。この空気供給用貫通孔４１１は、第１実施例と同様に、カソード側セパレータ４１０Ｂを構成する金属板の一部を切り起こして、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４１２は、図１０に示したように、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に連通する内部流路空間４１２ｓを形成する。

そして、この折り返し部４１２には、内部流路空間４１２ｓと空気供給マニホールド（空気供給用貫通孔４１１）とを連通する複数の連通孔４１２ｈが形成されている。したがって、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓに流入した空気は、カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部に導入され、カソード側ガス拡散層４０６ｃの表面に沿って流れる。連通孔４１２ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４１２には、カソード側セパレータ４１０Ｂを構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４１３であって、内部流路空間４１２ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４１３が形成されている。本実施例では、複数の凸部４１３は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４１３の上面は、図１０に示したように、それぞれ、カソード側セパレータ４１０の内部流路空間４１２ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４１３の、内部流路空間４１２ｓにおける空気の流れ方向についての下流側の壁面に、それぞれ、内部流路空間４１２ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓとを連通するせん断孔４１３Ｂｈが形成されている。本実施例では、このせん断孔４１３Ｂｈは、凸部４１３の壁面が切り抜かれた台形形状を有するものとした。せん断孔４１３Ｂｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例においても、第１実施例と同様に、折り返し部４１２において、複数の連通孔４１２ｈと、複数の凸部４１３とは、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

また、カソード側セパレータ４１０Ｂには、第１実施例の燃料電池セル４０におけるカソード側セパレータ４１０と同様に、折り返し部４１２の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凹部４１４も形成されている。本実施例では、複数の凹部４１４は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凹部４１４の下面は、図１０に示したように、それぞれ、折り返し部４１２の内部流路空間４１２ｓ側の面に接触している。なお、複数の凹部４１４と、折り返し部４１２における複数の凸部４１３とは、図示したｘ方向について、同じ位置に配置されている。

また、図９，１１に示したように、カソード側セパレータ４１０Ｂにおいて、発電モジュール４００と対向する領域よりも外側の領域には、複数の燃料電池セル４０Ｂの積層方向（図示したｚ方向）に、水素を流すための水素供給マニホールドを構成する水素供給用貫通孔４１５が形成されている。この水素供給用貫通孔４１５も、空気供給用貫通孔４１１と同様に、カソード側セパレータ４１０Ｂを構成する金属板の一部を切り起こして、発電モジュール４００側に折り返すことによって形成されている。この折り返された部分である折り返し部４１６は、図１１に示したように、発電モジュール４００におけるアノード（アノード側触媒層４０４ａ、アノード側ガス拡散層４０６ａ）およびアノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に連通する内部流路空間４１６ｓを形成する。

そして、この折り返し部４１６には、内部流路空間４１６ｓと水素供給マニホールド（水素供給用貫通孔４１５）とを連通する複数の連通孔４１６ｈが形成されている。したがって、水素供給マニホールドから内部流路空間４１６ｓに流入した水素は、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａの端部に導入され、アノード側ガス拡散層４０６ａの表面に沿って流れる。連通孔４１６ｈは、［課題を解決するための手段］における第１の連通孔に相当する。

また、折り返し部４１６には、カソード側セパレータ４１０Ｂを構成する金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部４１７であって、内部流路空間４１６ｓ内に突出するとともに、折り返し部４１６の折り返し線ＬＬに平行な方向（図示したｘ方向）に沿って配置された複数の凸部４１７が形成されている。本実施例では、複数の凸部４１７は、それぞれ、略四角錐台形状を有しているものとした。複数の凸部４１７の上面は、図１１に示したように、それぞれ、カソード側セパレータ４１０Ｂの内部流路空間４１６ｓ側の面に接触している。そして、複数の凸部４１７の、内部流路空間４１６ｓにおける水素の流れ方向についての下流側の壁面に、それぞれ、内部流路空間４１６ｓと上記プレス加工によって形成された複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓとを連通するせん断孔４１７Ｂｈが形成されている。本実施例では、このせん断孔４１３Ｂｈは、凸部４１７の壁面が切り抜かれた台形形状を有するものとした。せん断孔４１７Ｂｈは、［課題を解決するための手段］における第２の連通孔に相当する。

なお、本実施例においても、折り返し部４１６において、複数の連通孔４１６ｈと、複数の凸部４１７とは、折り返し部４１２における複数の連通孔４１２ｈ、および、複数の凸部４１３と同様に、図示したｘ方向について、互いにずれた位置に配置されている。

燃料電池セル４０Ｂを構成するアノード側セパレータ４２０は、第１実施例の燃料電池セル４０におけるアノード側セパレータ４２０と同一である。そして、燃料電池セル４０Ｂにおいて、カソード側セパレータ４１０Ｂと、アノード側セパレータ４２０とは、両者間の絶縁が確保されるように、少なくとも、折り返し部４１２，４１７における凸部４１３，４１７の裏面を含む領域において、シール剤４３０によってシールされている。また、図１１に示したように、水素供給用マニホールドおよび内部流路空間４１６ｓと、発電モジュール４００におけるカソード（カソード側触媒層４０４ｃ、カソード側ガス拡散層４０６ｃ）およびカソード側多孔体流路形成部材４０８ｃの端部とは、発電モジュール４００におけるカソードに水素が導入されないように、シール剤４４０によって隔離されている。シール剤４３０，４４０としては、ガス不透過の接着剤や、熱可塑性樹脂等を用いることができる。

また、図１０，１１に示したように、カソード側セパレータ４１０Ｂにおいて、燃料電池スタックにおける複数の燃料電池セル４０Ｂの積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７と重なる位置に、ガスケット４５０が配置される。このガスケット４５０は、図１０，１１から理解できるように、アノード側セパレータ４２０における凹部４２２と接触する。このガスケット４５０は、例えば、シリコーンゴム等の弾性体からなり、燃料電池スタックにおいて、複数の燃料電池セル４０Ｂ間における空気や、水素や、冷却水の漏洩を防止する機能を有する。

なお、カソード側セパレータ４１０Ｂにおいて、ガスケット４５０が配置される位置、すなわち、燃料電池スタックにおける複数の燃料電池セル４０Ｂの積層方向（図示したｚ方向）から見て、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７と重なる位置は、平滑面である。また、アノード側セパレータ４２０において、ガスケット４５０が当接する凹部４２２も、平滑面である。また、図示は省略しているが、燃料電池スタックにおいて、第１の燃料電池セル４０Ｂにおけるカソード側セパレータ４１０Ｂと、第１の燃料電池セル４０Ｂと隣接する第２の燃料電池セル４０Ｂにおけるアノード側セパレータ４２０とは接触する。

以上説明した第３実施例の燃料電池スタックによっても、第１実施例と同様に、燃料電池セル４０Ｂにおいて、複数の凸部４１３、および、複数の凸部４１７に、それぞれ、せん断孔４１３Ｂｈ、および、せん断孔４１７Ｂｈが形成されているので、複数の凸部４１３の内部空間４１３ｓ内、および、複数の凸部４１７の内部空間４１７ｓ内に存在するガスが熱膨張しても、この熱膨張したガスを、複数のせん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈを通じて、それぞれ、内部流路空間４１２ｓ，４１６ｓに放出することができる。したがって、上記熱膨張したガスの圧力が、カソード側セパレータ４１０（折り返し部４１２）およびアノード側セパレータ４２０（凹部４２２）とシール剤４３０とのシール面に加わることを防止し、シール剤４３０の剥離を防止することができる。

また、第３実施例の燃料電池スタックでは、カソード側セパレータ４１０Ｂの製造時に、複数の凸部４１３，４１７を形成する加工とせん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈを形成する加工とを同時に行うことができるため、加工が比較的容易である。また、せん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈについて、比較的大きな開口面積を確保することができるので、上記熱膨張したガスの内部流路空間４１２ｓ，４１６ｓへの放出を容易に行うことができる。また、一般に、発電によって生成された生成水に含まれるイオンが、セパレータを腐食させることがあり得るが、第３実施例の燃料電池スタックでは、せん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈが、内部流路空間４１２ｓ，４１６ｓにおける各反応ガス（空気、水素）の流れ方向についての下流側の壁面に形成されるので、せん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈから複数の凸部４１３，４１７の内部空間４１３ｓ，４１７ｓに生成水が流入・滞留して生じ得るカソード側セパレータ４１０Ｂ、および、アノード側セパレータ４２０の腐食を抑制することができる。また、せん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈが水溜りの起点となることを抑制し、連通孔４１２ｈ，４１６ｈからの内部流路空間４１２ｓ，４１６ｓへの各反応ガスの流路を効果的に確保することができる。また、第１実施例のように、連通孔４１３ｈ，４１７ｈの開口面積が比較的小さい場合には、金属板に連通孔を形成する時に用いる型の磨耗が比較的激しいが、せん断孔４１３Ｂｈ，４１７Ｂｈの開口面積を比較的大きくすることによって、上記型の磨耗を抑制することができる。

また、第３実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、燃料電池セル４０Ｂを構成するカソード側セパレータ４１０Ｂにおける折り返し部４１２が、複数の凸部４１３を備えているので、空気供給マニホールドから内部流路空間４１２ｓへの空気の複数の流路を確保し、空気の分配性を向上させることができる。また、燃料電池セル４０Ｂを構成するアノード側セパレータ４２０における折り返し部４１６が、複数の凸部４１７を備えているので、水素供給マニホールドから内部流路空間４１６ｓへの水素の複数の流路を確保し、水素の分配性を向上させることができる。

また、第３実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、燃料電池セル４０Ｂにおいて、カソード側セパレータ４１０Ｂが折り返し部４１２，４１６を備えており、アノード側セパレータ４２０が比較的加工が複雑になる折り返し部を備えていない。換言すれば、アノード側セパレータ４２０に対しては、比較的加工が複雑な折り返し部を形成する必要がない。したがって、燃料電池セル４０Ｂ、および、燃料電池スタックの製造工程を簡易化することができる。

また、第３実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、複数の燃料電池セル４０Ｂは、それぞれ、ガスケット４５０を介して積層されており、ガスケット４５０は、燃料電池セル４０Ｂの積層方向から見たときに、複数の凸部４１３，４１７と重なる位置に配置されている。したがって、複数の燃料電池セル４０Ｂを積層方向に締結したときに、複数の凸部４１３，４１７によって、ガスケット４５０から受ける押圧力をバックアップ（支持）し、カソード側セパレータ４１０Ｂおよびアノード側セパレータ４２０の変形を抑制することができる。また、第３実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例と同様に、ガスケット４５０は、カソード側セパレータ４１０Ｂおよびアノード側セパレータ４２０の外側の平滑面に配置されるので、ガスケット４５０の交換性を向上させることができる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｄ１．変形例１：
図１２は、第１実施例の燃料電池セル４０の変形例としての燃料電池セルの断面構造を示す説明図である。図１２（ａ）に、第１の変形例としての燃料電池セルの、図２のＢ−Ｂ断面に相当する断面図を示した。また、図１２（ｂ）に、第２の変形例としての燃料電池セルの、図２のＢ−Ｂ断面に相当する断面図を示した。

第１の変形例としての燃料電池セルの構造は、第１実施例の燃料電池セル４０の構造とほぼ同じである。ただし、第１の変形例の燃料電池セルでは、図１２（ａ）に示したように、カソード側セパレータ４１０Ｃにおいて、カソード側セパレータ４１０Ｃと折り返し部４１２に設けられた複数の凸部４１３との接触部の一部をかしめ接合したかしめ接合部４１０ｂが設けられている。かしめ接合部４１０ｂにおけるかしめ方向は、任意に設定可能である。これは、図示は省略しているが、折り返し部４１６に設けられた複数の凸部４１７についても同様である。こうすることによって、折り返し部４１２，４１６のスプリングバック、すなわち、折り返し部４１２，４１６の弾性によるシール剤４３０を押しつぶす作用が規制され、カソード側セパレータ４１０Ｃとアノード側セパレータ４２０との短絡を防止することができる。

第２の変形例としての燃料電池セルの構造も、第１実施例の燃料電池セル４０の構造とほぼ同じである。ただし、第２の変形例の燃料電池セルでは、図１２（ｂ）に示したように、カソード側セパレータ４１０Ｄにおいて、カソード側セパレータ４１０Ｄと折り返し部４１２に設けられた複数の凸部４１３との接触部に、貫通孔４１０ｈが設けられる。また、第２の変形例の燃料電池セルでは、ガスケット４５０の代わりに、樹脂からなるガスケット４５０Ｄが用いられる。そして、ガスケット４５０Ｄの形成時に、樹脂の一部を、貫通孔４１０ｈから凸部４１３の内部空間４１３ｓに流し込み、はみ出し部４５０ｉを設けて硬化させることによって、上記接触部を固定する。これは、図示は省略しているが、折り返し部４１６に設けられた複数の凸部４１７についても同様である。こうすることによっても、折り返し部４１２，４１６のスプリングバック、すなわち、折り返し部４１２，４１６の弾性がシール剤４３０を押しつぶす作用が規制され、カソード側セパレータ４１０Ｄとアノード側セパレータ４２０との短絡を防止することができる。

Ｄ２．変形例２：
上記各実施例の燃料電池セル４０，４０Ａ，４０Ｂ、あるいは、図１２に示した変形例としての燃料電池セルにおいて、カソード側の構成とアノード側の構成とを逆にしてもよい。すなわち、例えば、第１実施例の燃料電池セル４０では、カソード側セパレータ４１０が折り返し部４１２，４１６を備えるものとしたが、この代わりに、アノード側セパレータ４２０が折り返し部４１２，４１６に相当する折り返し部を備えるようにしてもよい。

Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、発電モジュール４００は、アノード側多孔体流路形成部材４０８ａと、カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃとを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側多孔体流路形成部材４０８ａと、カソード側多孔体流路形成部材４０８ｃとのうちの少なくとも一方を省略するようにしてもよい。この場合、例えば、カソード側セパレータ４１０や、アノード側セパレータ４２０に、ガス流路を設けるようにすればよい。

１０００…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
４０，４０Ａ，４０Ｂ…燃料電池セル
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…循環配管
５５…ポンプ
５６…排出配管
５７…排気バルブ
６０…エアコンプレッサ
６１…配管
６２…排出配管
７０…ポンプ
７１…ラジエータ
７２…配管
８０…制御ユニット
４００…発電モジュール
４０２…電解質膜
４０４ａ…アノード側触媒層
４０４ｃ…カソード側触媒層
４０６ａ…アノード側ガス拡散層
４０６ｃ…カソード側ガス拡散層
４０８ａ…アノード側多孔体流路形成部材
４０８ｃ…カソード側多孔体流路形成部材
４１０，４１０Ａ，４１０Ｂ，４１０Ｃ，４１０Ｄ…カソード側セパレータ
４１０ｂ…かしめ接合部
４１０ｈ…貫通孔
４１１…空気供給用貫通孔
４１２…折り返し部
４１２ｈ…連通孔
４１２ｓ…内部流路空間
４１３…凸部
４１３ｈ…連通孔
４１３ｓ…内部空間
４１３Ｂｈ…せん断孔
４１４…凹部
４１５…水素供給用貫通孔
４１６…折り返し部
４１６ｈ…連通孔
４１６ｓ…内部流路空間
４１７…凸部
４１７ｈ…連通孔
４１７ｓ…内部空間
４１７Ｂｈ…せん断孔
４２０，４２０Ａ…アノード側セパレータ
４２１…空気供給用貫通孔
４２２…凹部
４２５…水素供給用貫通孔
４２６…折り返し部
４２６ｈ…連通孔
４２６ｓ…内部流路空間
４２７…凸部
４２７ｈ…連通孔
４２７ｓ…内部空間
４３０，４４０…シール剤
４５０，４５０Ｄ…ガスケット
４５０ｉ…はみ出し部
ＬＬ…折り返し線

Claims (7)

1. 複数の燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックに用いられる前記燃料電池セルであって、
   電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両面を挟むように積層された多孔体流路形成部材と、を備える発電モジュールと、
   金属板を加工することによって形成され、前記発電モジュールの両面を挟むように配置された第１および第２のセパレータであって、前記発電モジュールと対向する領域よりも外側の領域に、前記複数の燃料電池セルの積層方向に反応ガスを流すための反応ガス流路を構成する貫通孔を備える前記第１および第２のセパレータと、を備え、
   前記第１および第２セパレータの少なくとも一方は、前記金属板の一部が切り起こされて、前記発電モジュールと対向する領域側に折り返されることによって、前記貫通孔を形成するとともに、前記発電モジュールにおけるいずれかの前記電極および前記多孔体流路形成部材の端部に連通する内部流路空間を形成する折り返し部を備えており、
   前記折り返し部は、
   前記内部流路空間と前記反応ガス流路とを連通する第１の連通孔と、
   前記金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部であって、前記内部流路空間内に突出するとともに、前記折り返し部の折り返し線に略平行な方向に沿って配置された前記複数の凸部と、
   を備えており、
   前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、前記折り返し部における前記複数の凸部の裏面を含む領域において、シール剤によってシールされており、
   前記複数の凸部には、それぞれ、前記内部流路空間と前記プレス加工によって形成された前記複数の凸部の内部空間とを連通する第２の連通孔が形成されている、
   燃料電池セル。
2. 請求項１記載の燃料電池セルであって、
   前記第２の連通孔は、前記複数の凸部において、前記内部流路空間における前記反応ガスの流れ方向についての下流側の壁面が切り抜かれたものである、
   燃料電池セル。
3. 請求項１または２記載の燃料電池セルであって、
   前記第１のセパレータ、および、前記第２のセパレータのいずれか一方のみが、前記折り返し部を備えている、
   燃料電池セル。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックであって、
   前記複数の燃料電池セルは、それぞれ、ガスケットを介して積層されており、
   前記ガスケットは、前記積層方向から見たときに、前記複数の凸部と重なる位置に配置されている、
   燃料電池スタック。
6. 金属板を加工することによって形成され、燃料電池セルに用いられるセパレータであって、
   電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両面を挟むように積層された多孔体流路形成部材と、を備える発電モジュールと対向する領域よりも外側の領域に、前記金属板の一部が切り起こされて、前記発電モジュールと対向する領域側に折り返されることによって、前記金属板の表面に対して垂直な方向に反応ガスを流すための反応ガス流路を構成する貫通孔を形成するとともに、前記発電モジュールにおけるいずれかの前記電極および前記多孔体流路形成部材の端部に連通する内部流路空間を形成する折り返し部を備え、
   前記折り返し部は、
   前記内部流路空間と前記反応ガス流路とを連通する第１の連通孔と、
   前記金属板のプレス加工によって形成された複数の凸部であって、前記内部流路空間内に突出するとともに、前記折り返し部の折り返し線に略平行な方向に沿って配置された前記複数の凸部と、
   を備えており、
   前記複数の凸部には、それぞれ、前記内部流路空間と前記プレス加工によって形成された前記複数の凸部の内部空間とを連通する第２の連通孔が形成されている、
   セパレータ。
7. 請求項６記載のセパレータであって、
   前記第２の連通孔は、前記複数の凸部において、前記内部流路空間における前記反応ガスの流れ方向についての下流側の壁面が切り抜かれたものである、
   セパレータ。

Images