JP3981578B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを設けた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この燃料電池は、電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側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（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
この種のセパレータは、通常、カーボン系材料で構成されているが、前記カーボン系材料では、強度等の要因で薄肉化が図れないという不具合がある。そこで、最近、この種のカーボン系セパレータよりも耐応力破損性に優れる金属導板製のセパレータ（以下、金属系セパレータともいう）を用い、この金属系セパレータにプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することにより、該金属系セパレータの厚さの減少を図って燃料電池を小型化かつ軽量化する工夫がなされている。
【０００６】
さらに、冷却媒体流路を複数組の燃料電池毎に設ける（所謂、間引き）ことにより、前記冷却媒体流路の数を減少させて燃料電池スタック全体の積層方向の短尺化を図る工夫がなされている。
【０００７】
例えば、図８に示すように、従来の燃料電池スタック１では、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２ａ、第２電解質膜・電極構造体２ｂ、第３電解質膜・電極構造体２ｃおよび第４電解質膜・電極構造体２ｄが、矢印Ｘ方向に積層されている。第１乃至第４電解質膜・電極構造体２ａ〜２ｄは、それぞれ固体高分子電解質膜３と、前記固体高分子電解質膜３を挟持するカソード側電極４およびアノード側電極５とを備えている。
【０００８】
第１電解質膜・電極構造体２ａは、第１および第２セパレータ６ａ、６ｂに挟持され、第２電解質膜・電極構造体２ｂは、第３および第４セパレータ６ｃ、６ｄに挟持され、第３電解質膜・電極構造体２ｃは、前記第４および第５セパレータ６ｄ、６ｅに挟持され、さらに、第４電解質膜・電極構造体２ｄは、第６および第１セパレータ６ｆ、６ａに挟持されている。第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆは、金属材料製の薄板で構成されており、それぞれ表裏両面に突出して複数のエンボス部（突起部）７ａ〜７ｆが設けられている。
【０００９】
第１セパレータ６ａと第１電解質膜・電極構造体２ａとの間には、エンボス部７ａの一方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ａが形成されるとともに、第２セパレータ６ｂと前記第１電解質膜・電極構造体２ａとの間には、エンボス部７ｂの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ａが形成されている。第２および第３セパレータ６ｂ、６ｃ間には、エンボス部７ｂの他方の凹部側とエンボス部７ｃの一方の凹部側の間隙に対応して冷却媒体流路１０ａが設けられている。
【００１０】
第３セパレータ６ｃと第２電解質膜・電極構造体２ｂとの間には、エンボス部７ｃの他方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ｂが形成され、第４セパレータ６ｄと前記第２電解質膜・電極構造体２ｂとの間には、エンボス部７ｄの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ｂが形成されている。この第４セパレータ６ｄと第３電解質膜・電極構造体２ｃとの間には、エンボス部７ｄの他方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ｃが形成されるとともに、第５セパレータ６ｅと前記第３電解質膜・電極構造体２ｃとの間には、エンボス部７ｅの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ｃが設けられている。
【００１１】
第５および第６セパレータ６ｅ、６ｆ間には、エンボス部７ｅの他方の凹部側とエンボス部７ｆの一方の凹部側に対応して冷却媒体流路１０ｂが形成されている。第４電解質膜・電極構造体２ｄと第６および第１セパレータ６ｆ、６ａとの間には、それぞれのエンボス部７ｆ、７ａの他方の凹部側に対応して、酸化剤ガス流路８ｄと燃料ガス流路９ｄとが設けられている。
【００１２】
上記のように、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが薄板状の金属製プレートで構成されるとともに、第２および第３電解質膜・電極構造体２ｂ、２ｃ間に冷却媒体流路が設けられていない。これにより、燃料電池スタック１全体の積層方向の寸法を可及的に短尺化することができ、しかも前記燃料電池スタック１の小型化および軽量化が図られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の燃料電池スタック１では、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの外周縁部に、積層方向に一体的に貫通して燃料ガスを供給および排出する燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを供給および排出する酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を供給および排出する冷却媒体連通孔とが設けられることにより、内部マニホールドを構成している場合が多い。このため、燃料電池スタック１を組み立てる際には、少なくとも６種類の第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが必要となっており、前記第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを個別に製造しなければならない。従って、燃料電池スタック１全体の製造コストが高騰するという問題が指摘されている。
【００１４】
しかも、燃料電池スタック１を組み立てる際、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを所望の順序に積層しなければならず、前記第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの取り扱い作業性が煩雑化するとともに、前記燃料電池スタック１の組み立て作業が効率的に遂行されないおそれがある。
【００１５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、容易に小型化および軽量化を図るとともに、セパレータの種類を削減して取り扱い作業性および経済性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータの中、いずれか一方のセパレータが、少なくとも第１および第２金属製プレートを備えている。この第１金属製プレートは、電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第１エンボス状突起部のみを設けるとともに、前記第２金属製プレートは、前記第１金属製プレートの前記第１エンボス状突起部の裏側の面に突出して該第１金属製プレートとの間に冷却媒体流路を形成するための第２エンボス状突起部を設けている。そして、第２金属製プレートは、第１金属製プレート側の面とは反対側の面に、他の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第３エンボス状突起部を設けている。
【００１７】
ここで、例えば、第１および第２金属製プレートと他方のセパレータとで第１電解質・電極接合体が挟持される。そして、前記他方のセパレータと別の第１および第２金属製プレートとで第２電解質・電極接合体が挟持され、これらが所定組だけ積層されることによって、燃料電池スタックが構成されている。
【００１８】
その際、第１電解質・電極接合体の両面には、第１金属製プレートと他方のセパレータとにより、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための反応ガス流路が形成される。さらに、第１金属製プレートと第２金属製プレート間には、冷却媒体流路が設けられるとともに、前記第２金属製プレートおよび他方のセパレータと第２電解質・電極接合体間には、それぞれ反応ガス流路が形成される。
【００１９】
従って、他方のセパレータを挟んで配置される第１電解質・電極接合体と第２電解質・電極接合体間には、冷却媒体流路が設けられておらず、前記冷却媒体流路を有効に間引くことができる。このため、燃料電池スタックにおいて、積層方向の短尺化を容易に図ることが可能になる。
【００２０】
しかも、第１および第２金属製プレートと他方のセパレータとを用いることにより対応することができ、実質的に３種類のセパレータを製造するだけでよい。これにより、セパレータを経済的に製造することが可能になるとともに、前記セパレータの取り扱い作業性が有効に向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池２０ａ、２０ｂを組み込む燃料電池スタック２２の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池２０ａ、２０ｂの一部側面説明図である。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック２２は、燃料電池２０ａ、２０ｂを矢印Ａ方向に複数組だけ積層して構成されている。燃料電池２０ａ、２０ｂは、第１および第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２４ａ、２４ｂを備える。第１電解質膜・電極構造体２４ａは、第１および第２セパレータ２６、２８に挟持される一方、第２電解質膜・電極接構造体２４ｂは、前記第２および第１セパレータ２８、２６に挟持される。第１セパレータ２６は、第１および第２金属製プレート３０、３２を備えるとともに、第２セパレータ２８は、金属製薄板により構成されている。
【００２３】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂと第１および第２セパレータ２６、２８の長辺（矢印Ｂ方向）側の一端縁部には、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３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３６ａ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂが設けられる。
【００２４】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂと第１および第２セパレータ２６、２８の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３８ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３６ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３４ｂが設けられる。
【００２５】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂ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てなる固体高分子電解質膜（電解質）４０と、該固体高分子電解質膜４０を挟持するアノード側電極４２およびカソード側電極４４とを備える。アノード側電極４２およびカソード側電極４４は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、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なる電極触媒層とをそれぞれ有する。
【００２６】
図１乃至図３に示すように、第１金属製プレート３０は、第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面３０ａ側に突出する複数のエンボス部（第１突起部）４６を備えている。エンボス部４６が第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するカソード側電極４４に接合されることによって、第１金属製プレート３０と前記カソード側電極４４との間に、酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４８が設けられる。この酸化剤ガス流路４８は、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとに連通する。
【００２７】
第２金属製プレート３２は、第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面３２ａ側に突出する複数のエンボス部５０を設けるとともに、第１金属製プレート３０に対向する面３２ｂ側に突出する複数の小径なエンボス部（第２突起部）５２を設けている。エンボス部５０は、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するアノード側電極４２に当接し、前記アノード側電極４２と第２金属製プレート３２との間に燃料ガス流路（反応ガス流路）５４が形成される（図２および図４参照）。この燃料ガス流路５４は、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通している。
【００２８】
エンボス部５２は、第１金属製プレート３０の面３０ｂに対応して配置されており（図３および図４参照）、第１および第２金属製プレート３０、３２間には冷却媒体流路５６が形成される。この冷却媒体流路５６は、冷却媒体供給連通孔３６ａと冷却媒体排出連通孔３６ｂとに連通している。
【００２９】
第２セパレータ２８は、第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２８ａ側に突出する複数のエンボス部５８と、第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２８ｂ側に突出する複数のエンボス部６０とを備える。図５に示すように、エンボス部５８は、第１金属製プレート３０のエンボス部４６に対向する位置に設定されており、このエンボス部５８が第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するアノード側電極４２に当接する。このアノード側電極４２と第２セパレータ２８との間には、燃料ガス流路６２が形成され、前記燃料ガス流路６２が、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通する。
【００３０】
図４に示すように、エンボス部６０は、第２金属製プレート３２のエンボス部５０に対応する位置に設定されており、このエンボス部６０が、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するカソード側電極４４に当接する。このカソード側電極４４と第２セパレータ２８との間には、酸化剤ガス流路６４が設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路６４は、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとに連通している。
【００３１】
このように構成される燃料電池スタック２２の動作について、以下に説明する。
【００３２】
図１に示すように、燃料電池スタック２２内には、水素含有ガス等の燃料ガスと、酸素含有ガスである空気等の酸化剤ガスと、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体とが供給される。このため、燃料電池スタック２２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の燃料電池２０ａ、２０ｂに対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給される。
【００３３】
矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給連通孔３４ａに供給された酸化剤ガスは、第１セパレータ２６を構成する第１金属製プレート３０に設けられている酸化剤ガス流路４８に導入され、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するカソード側電極４４に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ２８の燃料ガス流路６２に導入され、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するアノード側電極４２に沿って移動する。
【００３４】
従って、第１電解質膜・電極構造体２４ａでは、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２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、発電が行われる。
【００３５】
また、第２電解質膜・電極構造体２４ｂでは、第２セパレータ２８の面２８ｂに形成されている酸化剤ガス流路６４に酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスが、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するカソード側電極４４に供給される。アノード側電極４２には、第２金属製プレート３２の面３２ａに形成された燃料ガス流路５４を介して燃料ガスが供給される。このため、第２電解質膜・電極構造体２４ｂにおいても、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２に供給される燃料ガスとによって、発電が行われる。
【００３６】
次いで、アノード側電極４４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３８ｂに排出される。同様に、カソード側電極４４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３４ｂに排出される。
【００３７】
一方、冷却媒体供給連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属製プレート３０、３２間に形成されている冷却媒体流路５６に導入される。この冷却媒体は、第１電解質膜・電極構造体２４ａを冷却した後、冷却媒体排出連通孔３６ｂに排出される。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、第１セパレータ２６が第１および第２金属製プレート３０、３２により構成されるとともに、前記第１金属製プレート３０の第１電解質膜・電極構造体２４ａ側に突出するエンボス部４６の裏側である面３０ｂには、前記第２金属製プレート３２の前記第１金属製プレート３０側に突出するエンボス部５２が配置されている。
【００３９】
これにより、第１および第２金属製プレート３０、３２間に冷却媒体流路５６が形成されるとともに、第１金属製プレート３０と第２セパレータ２８とで第１電解質膜・電極構造体２４ａが挟持されて、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａの両面側に酸化剤ガス流路４８および燃料ガス流路６２が形成されている。さらに、第２金属製プレート３２と第２セパレータ２８とで第２電解質膜・電極構造体２４ｂが挟持されるとともに、前記第２電解質膜・電極構造体２４ｂの両面側には、酸化剤ガス流路６４と燃料ガス流路５４とが形成されている。
【００４０】
従って、第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂ間には、冷却媒体流路が設けられておらず、前記冷却媒体流路を有効に間引くことができ、燃料電池スタック２２の積層方向の寸法を有効に短尺化することが可能になる。しかも、図２乃至図５に示すように、第２金属製プレート３２のエンボス部５２が第１金属製プレート３０の面３０ｂに面接触している。このため、例えば、第１および第２金属製プレート３０、３２を突起部同士で接触させて冷却媒体流路５６を形成する構造に比べ、単位面積当たりの有効接触面積率が向上し、接触抵抗を減少させて所望の性能を維持しつつ、燃料電池スタック２２の小型化および軽量化が容易に遂行されるという利点がある。
【００４１】
さらにまた、第１および第２セパレータ２６、２８を介して第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを交互に挟持することにより、複数組の燃料電池２０ａ、２０ｂを矢印Ａ方向に積層した燃料電池スタック２２を得ることができる。
【００４２】
すなわち、セパレータの種類としては、第１セパレータ２６を構成する第１および第２金属製プレート３０、３２と、第２セパレータ２８との３種類を用意するだけでよい。これにより、燃料電池スタック２２に組み込まれる第１および第２セパレータ２６、２８を経済的に製造することが可能になるとともに、前記第１および第２セパレータ２６、２８の取り扱い作業性が有効に向上するという効果が得られる。
【００４３】
また、図４に示すように、第２金属製プレート３２のエンボス部５２が、第１金属製プレート３０の面３０ｂに当接しており、前記エンボス部５２の境界部位７０がばね機能を有している。従って、燃料電池スタック２２に積層方向に沿って熱膨張が惹起されても、境界部位７０が弾性変形して前記燃料電池スタック２２全体の締め付け力を保持することが可能になる。
【００４４】
これにより、例えば、燃料電池スタック２２の積層方向一端部に皿ばねを組み込む必要がなく、また、前記燃料電池スタック２２内に専用の板ばねを組み込む必要がない。このため、燃料電池スタック２２全体の小型化および軽量化を容易に図るとともに、熱容量が小さくなって冷却効率が向上し、しかも、低温での始動性が有効に向上する。
【００４５】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池８０ａ、８０ｂを組み込む燃料電池スタック８２の一部断面説明図であり、図７は、前記燃料電池８０ａの一部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック２２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。
【００４６】
燃料電池８０ａ、８０ｂは、第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを挟持する第１および第２セパレータ８４、２８を備える。第１セパレータ８４は、第１および第２金属製プレート３０、８６を備えており、前記第２金属製プレート８６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面８６ａには、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａとの間に燃料ガス流路５４を形成するためのエンボス部５０が設けられる。
【００４７】
第２金属製プレート８６の第１金属製プレート３０に対向する面８６ｂには、前記第１金属製プレート３０のエンボス部４６内の裏面に接し、該第１金属製プレート３０との間に冷却媒体流路５６を形成するためのエンボス部（第２突起部）８７が形成される。このエンボス部８７は、エンボス部４６内に配置されるため、前記エンボス部４６よりも小径でかつ深さ方向に大きな寸法に設定されている。
【００４８】
このように構成される第２の実施形態では、燃料電池スタック８２が第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを備え、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａが、第１および第２セパレータ８４、２８により挟持されるとともに、前記第２電解質膜・電極構造体２４ｂが、前記第２および第１セパレータ２８、８４により挟持された状態で積層されている。
【００４９】
このため、セパレータの種類としては、第１セパレータ８４を構成する第１および第２金属製プレート３０、８６と、第２セパレータ２８の３種類を用意すればよい。従って、構成が簡素化するとともに、セパレータの製造コストを有効に削減し得る等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
さらに、図６および図７に示すように、第１金属製プレート３０のエンボス部４６内の裏面に第２金属製プレート８６のエンボス部８７が面接触している。これにより、単位面積当たりの有効接触面積率が向上し、燃料電池スタック８２の小型化および軽量化が容易に図られる。
【００５１】
さらにまた、図６に示すように、第２金属製プレート８６には、エンボス部５０、８７の境界部分８８にばね機能が発生する。このため、燃料電池スタック８２の積層荷重を境界部分８８の変位によって容易に吸収することができ、専用の板ばねや皿ばね等を不要にすることが可能になる。
【００５２】
なお、第１および第２の実施形態では、突起部としてエンボス形状部を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記エンボス形状部とリブ部（溝状）とで構成してもよい。さらに、突起部の配置状態は、仮想四角形状の角部に対応して設定されているが、例えば、仮想六角形状や仮想八角形状の角部に対応して設定してもよい。
【００５３】
また、第１セパレータ２６、８４は、それぞれ第１および第２金属製プレート３０、３２および３０、８６を備えているが、３枚以上の金属製プレートにより構成してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、電解質膜・電極接合体を挟持する一対のセパレータの中、一方のセパレータが、少なくとも第１および第２金属製プレートを備え、前記第１および第２金属製プレート間に冷却媒体流路が設けられている。このため、冷却媒体流路を積層方向に間引くことができるとともに、セパレータの種類を第１および第２金属製プレートと他方のセパレータの３種類に設定することが可能になる。
【００５５】
これにより、燃料電池全体の小型化および軽量化が有効に遂行されるとともに、セパレータを経済的に製造することができ、かつ、前記セパレータの取り扱い作業性が簡素化して前記燃料電池の組み立て作業の効率化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池の一部側面説明図である。
【図３】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池の、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記燃料電池の、図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図７】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図８】従来技術に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【符号の説明】
２０ａ、２０ｂ、８０ａ、８０ｂ…燃料電池
２２、８２…燃料電池スタック ２４ａ、２４ｂ…電解質膜・電極構造体
２６、２８、８４…セパレータ ３０、３２、８６…金属製プレート
３４ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３６ａ…冷却媒体供給連通孔 ３６ｂ…冷却媒体排出連通孔
３８ａ…燃料ガス供給連通孔 ３８ｂ…燃料ガス排出連通孔
４０…固体高分子電解質膜 ４２…アノード側電極
４４…カソード側電極
４６、５０、５２、５８、６０、８７…エンボス部
４８、６４…酸化剤ガス流路 ５４、６２…燃料ガス流路
５６…冷却媒体流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを設けた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この燃料電池は、電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側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（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
この種のセパレータは、通常、カーボン系材料で構成されているが、前記カーボン系材料では、強度等の要因で薄肉化が図れないという不具合がある。そこで、最近、この種のカーボン系セパレータよりも耐応力破損性に優れる金属導板製のセパレータ（以下、金属系セパレータともいう）を用い、この金属系セパレータにプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することにより、該金属系セパレータの厚さの減少を図って燃料電池を小型化かつ軽量化する工夫がなされている。
【０００６】
さらに、冷却媒体流路を複数組の燃料電池毎に設ける（所謂、間引き）ことにより、前記冷却媒体流路の数を減少させて燃料電池スタック全体の積層方向の短尺化を図る工夫がなされている。
【０００７】
例えば、図８に示すように、従来の燃料電池スタック１では、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２ａ、第２電解質膜・電極構造体２ｂ、第３電解質膜・電極構造体２ｃおよび第４電解質膜・電極構造体２ｄが、矢印Ｘ方向に積層されている。第１乃至第４電解質膜・電極構造体２ａ〜２ｄは、それぞれ固体高分子電解質膜３と、前記固体高分子電解質膜３を挟持するカソード側電極４およびアノード側電極５とを備えている。
【０００８】
第１電解質膜・電極構造体２ａは、第１および第２セパレータ６ａ、６ｂに挟持され、第２電解質膜・電極構造体２ｂは、第３および第４セパレータ６ｃ、６ｄに挟持され、第３電解質膜・電極構造体２ｃは、前記第４および第５セパレータ６ｄ、６ｅに挟持され、さらに、第４電解質膜・電極構造体２ｄは、第６および第１セパレータ６ｆ、６ａに挟持されている。第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆは、金属材料製の薄板で構成されており、それぞれ表裏両面に突出して複数のエンボス部（突起部）７ａ〜７ｆが設けられている。
【０００９】
第１セパレータ６ａと第１電解質膜・電極構造体２ａとの間には、エンボス部７ａの一方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ａが形成されるとともに、第２セパレータ６ｂと前記第１電解質膜・電極構造体２ａとの間には、エンボス部７ｂの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ａが形成されている。第２および第３セパレータ６ｂ、６ｃ間には、エンボス部７ｂの他方の凹部側とエンボス部７ｃの一方の凹部側の間隙に対応して冷却媒体流路１０ａが設けられている。
【００１０】
第３セパレータ６ｃと第２電解質膜・電極構造体２ｂとの間には、エンボス部７ｃの他方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ｂが形成され、第４セパレータ６ｄと前記第２電解質膜・電極構造体２ｂとの間には、エンボス部７ｄの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ｂが形成されている。この第４セパレータ６ｄと第３電解質膜・電極構造体２ｃとの間には、エンボス部７ｄの他方の凹部側に対応して酸化剤ガス流路８ｃが形成されるとともに、第５セパレータ６ｅと前記第３電解質膜・電極構造体２ｃとの間には、エンボス部７ｅの一方の凹部側に対応して燃料ガス流路９ｃが設けられている。
【００１１】
第５および第６セパレータ６ｅ、６ｆ間には、エンボス部７ｅの他方の凹部側とエンボス部７ｆの一方の凹部側に対応して冷却媒体流路１０ｂが形成されている。第４電解質膜・電極構造体２ｄと第６および第１セパレータ６ｆ、６ａとの間には、それぞれのエンボス部７ｆ、７ａの他方の凹部側に対応して、酸化剤ガス流路８ｄと燃料ガス流路９ｄとが設けられている。
【００１２】
上記のように、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが薄板状の金属製プレートで構成されるとともに、第２および第３電解質膜・電極構造体２ｂ、２ｃ間に冷却媒体流路が設けられていない。これにより、燃料電池スタック１全体の積層方向の寸法を可及的に短尺化することができ、しかも前記燃料電池スタック１の小型化および軽量化が図られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の燃料電池スタック１では、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの外周縁部に、積層方向に一体的に貫通して燃料ガスを供給および排出する燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを供給および排出する酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を供給および排出する冷却媒体連通孔とが設けられることにより、内部マニホールドを構成している場合が多い。このため、燃料電池スタック１を組み立てる際には、少なくとも６種類の第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが必要となっており、前記第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを個別に製造しなければならない。従って、燃料電池スタック１全体の製造コストが高騰するという問題が指摘されている。
【００１４】
しかも、燃料電池スタック１を組み立てる際、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを所望の順序に積層しなければならず、前記第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの取り扱い作業性が煩雑化するとともに、前記燃料電池スタック１の組み立て作業が効率的に遂行されないおそれがある。
【００１５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、容易に小型化および軽量化を図るとともに、セパレータの種類を削減して取り扱い作業性および経済性に優れる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータの中、いずれか一方のセパレータが、少なくとも第１および第２金属製プレートを備えている。この第１金属製プレートは、電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第１エンボス状突起部のみを設けるとともに、前記第２金属製プレートは、前記第１金属製プレートの前記第１エンボス状突起部の裏側の面に突出して該第１金属製プレートとの間に冷却媒体流路を形成するための第２エンボス状突起部を設けている。そして、第２金属製プレートは、第１金属製プレート側の面とは反対側の面に、他の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第３エンボス状突起部を設けている。
【００１７】
ここで、例えば、第１および第２金属製プレートと他方のセパレータとで第１電解質・電極接合体が挟持される。そして、前記他方のセパレータと別の第１および第２金属製プレートとで第２電解質・電極接合体が挟持され、これらが所定組だけ積層されることによって、燃料電池スタックが構成されている。
【００１８】
その際、第１電解質・電極接合体の両面には、第１金属製プレートと他方のセパレータとにより、アノード側電極およびカソード側電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための反応ガス流路が形成される。さらに、第１金属製プレートと第２金属製プレート間には、冷却媒体流路が設けられるとともに、前記第２金属製プレートおよび他方のセパレータと第２電解質・電極接合体間には、それぞれ反応ガス流路が形成される。
【００１９】
従って、他方のセパレータを挟んで配置される第１電解質・電極接合体と第２電解質・電極接合体間には、冷却媒体流路が設けられておらず、前記冷却媒体流路を有効に間引くことができる。このため、燃料電池スタックにおいて、積層方向の短尺化を容易に図ることが可能になる。
【００２０】
しかも、第１および第２金属製プレートと他方のセパレータとを用いることにより対応することができ、実質的に３種類のセパレータを製造するだけでよい。これにより、セパレータを経済的に製造することが可能になるとともに、前記セパレータの取り扱い作業性が有効に向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池２０ａ、２０ｂを組み込む燃料電池スタック２２の要部分解斜視図であり、図２は、前記燃料電池２０ａ、２０ｂの一部側面説明図である。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック２２は、燃料電池２０ａ、２０ｂを矢印Ａ方向に複数組だけ積層して構成されている。燃料電池２０ａ、２０ｂは、第１および第２電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２４ａ、２４ｂを備える。第１電解質膜・電極構造体２４ａは、第１および第２セパレータ２６、２８に挟持される一方、第２電解質膜・電極接構造体２４ｂは、前記第２および第１セパレータ２８、２６に挟持される。第１セパレータ２６は、第１および第２金属製プレート３０、３２を備えるとともに、第２セパレータ２８は、金属製薄板により構成されている。
【００２３】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂと第１および第２セパレータ２６、２８の長辺（矢印Ｂ方向）側の一端縁部には、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３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３６ａ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂが設けられる。
【００２４】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂと第１および第２セパレータ２６、２８の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３８ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３６ｂ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３４ｂが設けられる。
【００２５】
第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂ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てなる固体高分子電解質膜（電解質）４０と、該固体高分子電解質膜４０を挟持するアノード側電極４２およびカソード側電極４４とを備える。アノード側電極４２およびカソード側電極４４は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、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なる電極触媒層とをそれぞれ有する。
【００２６】
図１乃至図３に示すように、第１金属製プレート３０は、第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面３０ａ側に突出する複数のエンボス部（第１突起部）４６を備えている。エンボス部４６が第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するカソード側電極４４に接合されることによって、第１金属製プレート３０と前記カソード側電極４４との間に、酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４８が設けられる。この酸化剤ガス流路４８は、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとに連通する。
【００２７】
第２金属製プレート３２は、第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面３２ａ側に突出する複数のエンボス部５０を設けるとともに、第１金属製プレート３０に対向する面３２ｂ側に突出する複数の小径なエンボス部（第２突起部）５２を設けている。エンボス部５０は、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するアノード側電極４２に当接し、前記アノード側電極４２と第２金属製プレート３２との間に燃料ガス流路（反応ガス流路）５４が形成される（図２および図４参照）。この燃料ガス流路５４は、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通している。
【００２８】
エンボス部５２は、第１金属製プレート３０の面３０ｂに対応して配置されており（図３および図４参照）、第１および第２金属製プレート３０、３２間には冷却媒体流路５６が形成される。この冷却媒体流路５６は、冷却媒体供給連通孔３６ａと冷却媒体排出連通孔３６ｂとに連通している。
【００２９】
第２セパレータ２８は、第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２８ａ側に突出する複数のエンボス部５８と、第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２８ｂ側に突出する複数のエンボス部６０とを備える。図５に示すように、エンボス部５８は、第１金属製プレート３０のエンボス部４６に対向する位置に設定されており、このエンボス部５８が第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するアノード側電極４２に当接する。このアノード側電極４２と第２セパレータ２８との間には、燃料ガス流路６２が形成され、前記燃料ガス流路６２が、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通する。
【００３０】
図４に示すように、エンボス部６０は、第２金属製プレート３２のエンボス部５０に対応する位置に設定されており、このエンボス部６０が、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するカソード側電極４４に当接する。このカソード側電極４４と第２セパレータ２８との間には、酸化剤ガス流路６４が設けられるとともに、前記酸化剤ガス流路６４は、酸化剤ガス供給連通孔３４ａと酸化剤ガス排出連通孔３４ｂとに連通している。
【００３１】
このように構成される燃料電池スタック２２の動作について、以下に説明する。
【００３２】
図１に示すように、燃料電池スタック２２内には、水素含有ガス等の燃料ガスと、酸素含有ガスである空気等の酸化剤ガスと、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体とが供給される。このため、燃料電池スタック２２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の燃料電池２０ａ、２０ｂに対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給される。
【００３３】
矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給連通孔３４ａに供給された酸化剤ガスは、第１セパレータ２６を構成する第１金属製プレート３０に設けられている酸化剤ガス流路４８に導入され、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するカソード側電極４４に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ２８の燃料ガス流路６２に導入され、第１電解質膜・電極構造体２４ａを構成するアノード側電極４２に沿って移動する。
【００３４】
従って、第１電解質膜・電極構造体２４ａでは、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２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、発電が行われる。
【００３５】
また、第２電解質膜・電極構造体２４ｂでは、第２セパレータ２８の面２８ｂに形成されている酸化剤ガス流路６４に酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスが、第２電解質膜・電極構造体２４ｂを構成するカソード側電極４４に供給される。アノード側電極４２には、第２金属製プレート３２の面３２ａに形成された燃料ガス流路５４を介して燃料ガスが供給される。このため、第２電解質膜・電極構造体２４ｂにおいても、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２に供給される燃料ガスとによって、発電が行われる。
【００３６】
次いで、アノード側電極４４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３８ｂに排出される。同様に、カソード側電極４４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３４ｂに排出される。
【００３７】
一方、冷却媒体供給連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属製プレート３０、３２間に形成されている冷却媒体流路５６に導入される。この冷却媒体は、第１電解質膜・電極構造体２４ａを冷却した後、冷却媒体排出連通孔３６ｂに排出される。
【００３８】
この場合、第１の実施形態では、第１セパレータ２６が第１および第２金属製プレート３０、３２により構成されるとともに、前記第１金属製プレート３０の第１電解質膜・電極構造体２４ａ側に突出するエンボス部４６の裏側である面３０ｂには、前記第２金属製プレート３２の前記第１金属製プレート３０側に突出するエンボス部５２が配置されている。
【００３９】
これにより、第１および第２金属製プレート３０、３２間に冷却媒体流路５６が形成されるとともに、第１金属製プレート３０と第２セパレータ２８とで第１電解質膜・電極構造体２４ａが挟持されて、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａの両面側に酸化剤ガス流路４８および燃料ガス流路６２が形成されている。さらに、第２金属製プレート３２と第２セパレータ２８とで第２電解質膜・電極構造体２４ｂが挟持されるとともに、前記第２電解質膜・電極構造体２４ｂの両面側には、酸化剤ガス流路６４と燃料ガス流路５４とが形成されている。
【００４０】
従って、第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂ間には、冷却媒体流路が設けられておらず、前記冷却媒体流路を有効に間引くことができ、燃料電池スタック２２の積層方向の寸法を有効に短尺化することが可能になる。しかも、図２乃至図５に示すように、第２金属製プレート３２のエンボス部５２が第１金属製プレート３０の面３０ｂに面接触している。このため、例えば、第１および第２金属製プレート３０、３２を突起部同士で接触させて冷却媒体流路５６を形成する構造に比べ、単位面積当たりの有効接触面積率が向上し、接触抵抗を減少させて所望の性能を維持しつつ、燃料電池スタック２２の小型化および軽量化が容易に遂行されるという利点がある。
【００４１】
さらにまた、第１および第２セパレータ２６、２８を介して第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを交互に挟持することにより、複数組の燃料電池２０ａ、２０ｂを矢印Ａ方向に積層した燃料電池スタック２２を得ることができる。
【００４２】
すなわち、セパレータの種類としては、第１セパレータ２６を構成する第１および第２金属製プレート３０、３２と、第２セパレータ２８との３種類を用意するだけでよい。これにより、燃料電池スタック２２に組み込まれる第１および第２セパレータ２６、２８を経済的に製造することが可能になるとともに、前記第１および第２セパレータ２６、２８の取り扱い作業性が有効に向上するという効果が得られる。
【００４３】
また、図４に示すように、第２金属製プレート３２のエンボス部５２が、第１金属製プレート３０の面３０ｂに当接しており、前記エンボス部５２の境界部位７０がばね機能を有している。従って、燃料電池スタック２２に積層方向に沿って熱膨張が惹起されても、境界部位７０が弾性変形して前記燃料電池スタック２２全体の締め付け力を保持することが可能になる。
【００４４】
これにより、例えば、燃料電池スタック２２の積層方向一端部に皿ばねを組み込む必要がなく、また、前記燃料電池スタック２２内に専用の板ばねを組み込む必要がない。このため、燃料電池スタック２２全体の小型化および軽量化を容易に図るとともに、熱容量が小さくなって冷却効率が向上し、しかも、低温での始動性が有効に向上する。
【００４５】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池８０ａ、８０ｂを組み込む燃料電池スタック８２の一部断面説明図であり、図７は、前記燃料電池８０ａの一部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック２２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。
【００４６】
燃料電池８０ａ、８０ｂは、第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを挟持する第１および第２セパレータ８４、２８を備える。第１セパレータ８４は、第１および第２金属製プレート３０、８６を備えており、前記第２金属製プレート８６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面８６ａには、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａとの間に燃料ガス流路５４を形成するためのエンボス部５０が設けられる。
【００４７】
第２金属製プレート８６の第１金属製プレート３０に対向する面８６ｂには、前記第１金属製プレート３０のエンボス部４６内の裏面に接し、該第１金属製プレート３０との間に冷却媒体流路５６を形成するためのエンボス部（第２突起部）８７が形成される。このエンボス部８７は、エンボス部４６内に配置されるため、前記エンボス部４６よりも小径でかつ深さ方向に大きな寸法に設定されている。
【００４８】
このように構成される第２の実施形態では、燃料電池スタック８２が第１および第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを備え、前記第１電解質膜・電極構造体２４ａが、第１および第２セパレータ８４、２８により挟持されるとともに、前記第２電解質膜・電極構造体２４ｂが、前記第２および第１セパレータ２８、８４により挟持された状態で積層されている。
【００４９】
このため、セパレータの種類としては、第１セパレータ８４を構成する第１および第２金属製プレート３０、８６と、第２セパレータ２８の３種類を用意すればよい。従って、構成が簡素化するとともに、セパレータの製造コストを有効に削減し得る等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
さらに、図６および図７に示すように、第１金属製プレート３０のエンボス部４６内の裏面に第２金属製プレート８６のエンボス部８７が面接触している。これにより、単位面積当たりの有効接触面積率が向上し、燃料電池スタック８２の小型化および軽量化が容易に図られる。
【００５１】
さらにまた、図６に示すように、第２金属製プレート８６には、エンボス部５０、８７の境界部分８８にばね機能が発生する。このため、燃料電池スタック８２の積層荷重を境界部分８８の変位によって容易に吸収することができ、専用の板ばねや皿ばね等を不要にすることが可能になる。
【００５２】
なお、第１および第２の実施形態では、突起部としてエンボス形状部を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記エンボス形状部とリブ部（溝状）とで構成してもよい。さらに、突起部の配置状態は、仮想四角形状の角部に対応して設定されているが、例えば、仮想六角形状や仮想八角形状の角部に対応して設定してもよい。
【００５３】
また、第１セパレータ２６、８４は、それぞれ第１および第２金属製プレート３０、３２および３０、８６を備えているが、３枚以上の金属製プレートにより構成してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、電解質膜・電極接合体を挟持する一対のセパレータの中、一方のセパレータが、少なくとも第１および第２金属製プレートを備え、前記第１および第２金属製プレート間に冷却媒体流路が設けられている。このため、冷却媒体流路を積層方向に間引くことができるとともに、セパレータの種類を第１および第２金属製プレートと他方のセパレータの３種類に設定することが可能になる。
【００５５】
これにより、燃料電池全体の小型化および軽量化が有効に遂行されるとともに、セパレータを経済的に製造することができ、かつ、前記セパレータの取り扱い作業性が簡素化して前記燃料電池の組み立て作業の効率化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの要部分解斜視図である。
【図２】前記燃料電池の一部側面説明図である。
【図３】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池の、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記燃料電池の、図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を組み込む燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図７】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図８】従来技術に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【符号の説明】
２０ａ、２０ｂ、８０ａ、８０ｂ…燃料電池
２２、８２…燃料電池スタック ２４ａ、２４ｂ…電解質膜・電極構造体
２６、２８、８４…セパレータ ３０、３２、８６…金属製プレート
３４ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３６ａ…冷却媒体供給連通孔 ３６ｂ…冷却媒体排出連通孔
３８ａ…燃料ガス供給連通孔 ３８ｂ…燃料ガス排出連通孔
４０…固体高分子電解質膜 ４２…アノード側電極
４４…カソード側電極
４６、５０、５２、５８、６０、８７…エンボス部
４８、６４…酸化剤ガス流路 ５４、６２…燃料ガス流路
５６…冷却媒体流路
Claims (4)
- 電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを設けた燃料電池であって、
いずれか一方のセパレータは、少なくとも第１および第２金属製プレートを備え、
前記第１金属製プレートは、前記電解質・電極接合体側の面にのみ、前記電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第１エンボス状突起部を設け、
前記第２金属製プレートは、前記第１金属製プレート側の面に、前記第１金属製プレートの前記電解質・電極接合体側の面とは反対側の面に突出して該第１金属製プレートとの間に冷却媒体流路を形成するための第２エンボス状突起部を設けるとともに、
前記第１金属製プレート側の面とは反対側の面に、他の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第３エンボス状突起部を設けることを特徴とする燃料電池。 - 請求項１記載の燃料電池において、他方のセパレータは、単一の金属製プレートにより構成されるとともに、
前記金属製プレートの一方の面には、一方の電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第４エンボス状突起部が設けられ、
前記金属製プレートの他方の面には、他方の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第５エンボス状突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。 - 電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、前記電解質・電極接合体を挟持する一対のセパレータとを設けた燃料電池であって、
いずれか一方のセパレータは、少なくとも第１および第２金属製プレートを備え、
前記第１金属製プレートは、前記電解質・電極接合体側の面にのみ、前記電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第１エンボス状突起部を設け、
前記第２金属製プレートは、前記第１金属製プレート側の面に、前記第１金属製プレートの前記電解質・電極接合体側の面とは反対側の面に突出して前記第１エンボス状突起部の裏面に接し、該第１金属製プレートとの間に冷却媒体流路を形成するための第２エンボス状突起部を設けるとともに、
前記第１金属製プレート側の面とは反対側の面に、他の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第３エンボス状突起部を設けることを特徴とする燃料電池。 - 請求項３記載の燃料電池において、他方のセパレータは、単一の金属製プレートにより構成されるとともに、
前記金属製プレートの一方の面には、一方の電解質・電極接合体側に突出して一方の反応ガス流路を形成するための第４エンボス状突起部が設けられ、
前記金属製プレートの他方の面には、他方の電解質・電極接合体側に突出して他方の反応ガス流路を形成するための第５エンボス状突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。
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