JP2000251902A - Gas separator for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell - Google Patents
Gas separator for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cellInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池用ガスセパレータの反りを抑える
【解決手段】 セパレータ30は、集電部16と外縁部
17からなり、集電部16では、その一方の面上に2つ
の凹部50,51が形成されている。凹部50,51に
は、複数の凸部55が設けられている。セパレータ30
を用いて燃料電池を組み立てたときには、凹部50,5
1およびこれらが備える凸部55は、隣接する部材との
間でガスの流路を形成する。集電部16は、略四角形状
を成すが、その四隅に相当する部分は、角部を有しない
滑らかな曲線状に形成されている。
(57) Abstract: To suppress warpage of a gas separator for a fuel cell. A separator (30) includes a current collector (16) and an outer edge (17). Two concave portions 50 and 51 are formed. The concave portions 50 and 51 are provided with a plurality of convex portions 55. Separator 30
When the fuel cell is assembled by using the concave portions 50 and 5
1 and the convex portions 55 provided therein form a gas flow path between adjacent members. The current collector 16 has a substantially square shape, and portions corresponding to the four corners are formed in a smooth curved shape having no corner.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用ガスセ
パレータおよびその製造方法並びに燃料電池に関し、詳
しくは、単セルを複数積層して構成する燃料電池におい
て、隣接する単セル間に設けられ、隣接する部材との間
で燃料ガス流路および酸化ガス流路を形成すると共に、
燃料ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電池用ガスセパレー
タおよびその製造方法並びに燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separator for a fuel cell, a method of manufacturing the same, and a fuel cell. More specifically, the present invention relates to a fuel cell comprising a plurality of single cells stacked and provided between adjacent single cells. While forming a fuel gas flow path and an oxidizing gas flow path between adjacent members,
The present invention relates to a fuel cell gas separator for separating a fuel gas and an oxidizing gas, a method for manufacturing the same, and a fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池用ガスセパレータは、複数の単
セルが積層された燃料電池スタックを構成する部材であ
って、充分なガス不透過性を備えることによって、隣り
合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸化
ガスが混じり合うのを防いでいる。従来、このような燃
料電池用ガスセパレータは、充分な導電性を有する炭素
材料あるいは金属材料を用いて製造されてきた。一般
に、金属材料は強度に優れているため、炭素材料を用い
る場合に比べてより薄いガスセパレータを製造すること
が可能であり、ガスセパレータを薄くすることによっ
て、燃料電池全体を小型化することが可能となる。2. Description of the Related Art A gas separator for a fuel cell is a member constituting a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked, and is provided with sufficient gas impermeability to supply each of the adjacent single cells. The fuel gas and the oxidizing gas are prevented from being mixed. Conventionally, such a fuel cell gas separator has been manufactured using a carbon material or a metal material having sufficient conductivity. In general, since a metal material has excellent strength, it is possible to produce a thinner gas separator than when a carbon material is used, and by making the gas separator thin, it is possible to reduce the size of the entire fuel cell. It becomes possible.
【0003】また、燃料電池用ガスセパレータは、通常
はその表面に所定の形状の凹凸構造を有し、この凹凸構
造によって、燃料電池内で隣接する部材との間で、上記
した燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。このよ
うな凹凸構造を有するガスセパレータを、金属材料によ
って製造する方法として、金属板をプレス成形する方法
が提案されている(例えば、特開平10−241709
号公報等)。このような製造方法によれば、プレス成形
という簡便な方法によって燃料電池用ガスセパレータを
製造することができるため、製造工程を簡素化・短期化
して生産性を向上させ、製造コストの上昇を抑えること
ができる。[0003] A gas separator for a fuel cell usually has a concavo-convex structure having a predetermined shape on its surface, and the concavo-convex structure allows the above-described fuel gas and oxidizing gas to be exchanged between adjacent members in the fuel cell. Form a gas flow path. As a method of manufacturing a gas separator having such a concavo-convex structure using a metal material, a method of press-forming a metal plate has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-241709).
No.). According to such a manufacturing method, since a gas separator for a fuel cell can be manufactured by a simple method called press molding, the manufacturing process is simplified and shortened to improve productivity and suppress an increase in manufacturing cost. be able to.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属板
をプレス成形することによって、所定の形状の凹凸構造
を有するガスセパレータを製造する場合には、凹凸構造
が形成される領域において、金属板の「曲げ」や「延ば
し」が行なわれるため、金属板の内部においてプレス成
形に起因する応力が生じ、出来上がったガスセパレータ
に反りを生じるという問題があった。ガスセパレータに
反りが生じると、このようなガスセパレータを積層して
燃料電池を組み付ける操作が非常に困難になってしまう
という弊害が起こる。さらに、反ったガスセパレータを
無理に積層して燃料電池を組み付けた場合には、個々の
ガスセパレータ内に応力が生じていることによって、燃
料電池の耐久性が損なわれてしまうおそれもあった。し
たがって、より反りの少ないガスセパレータが望まれて
いたが、金属板をプレス成形してガスセパレータを製造
することによる利点を損なうことなく、ガスセパレータ
の反りを充分に抑える方法は、従来知られていなかっ
た。However, in the case of manufacturing a gas separator having a concavo-convex structure of a predetermined shape by press-forming a metal plate, the metal plate is formed in a region where the concavo-convex structure is formed. Since "bending" and "stretching" are performed, stress due to press molding occurs inside the metal plate, and there is a problem that the resulting gas separator is warped. If the gas separator is warped, there is a problem that the operation of assembling the fuel cell by stacking such gas separators becomes extremely difficult. Furthermore, when the fuel cell is assembled by forcibly stacking the warped gas separators, the durability of the fuel cell may be impaired due to the occurrence of stress in each gas separator. Therefore, a gas separator with less warpage has been desired.However, a method for sufficiently suppressing the warpage of the gas separator without impairing the advantages of manufacturing a gas separator by press-molding a metal plate is conventionally known. Did not.
【0005】本発明の燃料電池用ガスセパレータおよび
その製造方法並びに燃料電池は、こうした問題を解決
し、燃料電池用ガスセパレータの反りを充分に抑えて、
ガスセパレータの反りに起因する弊害を防ぐことを目的
としてなされ、次の構成を採った。The gas separator for a fuel cell, the method of manufacturing the same, and the fuel cell according to the present invention solve these problems and sufficiently suppress the warpage of the gas separator for a fuel cell.
The purpose of the invention is to prevent the adverse effects caused by the warpage of the gas separator, and the following structure is adopted.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第1の燃料電池用ガスセパレータは、複数の単セ
ルを積層してなり電気化学反応により起電力を得る燃料
電池に用いられ、電解質層および電極を形成する部材と
共に前記単セルを構成する燃料電池用ガスセパレータで
あって、その表面に、複数の凹凸構造を設けた集電領域
を備え、前記集電領域は、前記燃料電池用ガスセパレー
タを前記燃料電池に組み込んだときには、前記凹凸構造
によって、隣接する部材との間で、前記電気化学反応に
供するためのガスの流路を形成すると共に、前記集電領
域に前記凹凸構造を設けることによって前記集電領域内
に生じる応力の分布が偏るのを抑えるように、前記集電
領域の外周線が、角部を有しない滑らかな線状に形成さ
れていることを要旨とする。The first gas separator for a fuel cell according to the present invention is used for a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. A fuel cell gas separator constituting the single cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode, comprising a current collecting region provided with a plurality of uneven structures on a surface thereof, wherein the current collecting region includes the fuel cell. When the gas separator is incorporated into the fuel cell, the uneven structure forms a gas flow path for the electrochemical reaction between adjacent members, and the uneven structure is formed in the current collecting region. It is necessary that the outer peripheral line of the current collecting region is formed in a smooth line shape having no corners so that the distribution of the stress generated in the current collecting region is not biased by providing To.
【0007】また、本発明の第2の燃料電池用ガスセパ
レータは、複数の単セルを積層してなり電気化学反応に
より起電力を得る燃料電池に用いられ、電解質層および
電極を形成する部材と共に前記単セルを構成する燃料電
池用ガスセパレータであって、その表面に、複数の凹凸
構造を設けた集電領域を備え、前記集電領域は、前記燃
料電池用ガスセパレータを前記燃料電池に組み込んだと
きには、前記凹凸構造によって、隣接する部材との間
で、前記電気化学反応に供するためのガスの流路を形成
すると共に、前記集電領域の形状が略多角形状を成し、
前記集電領域の略多角形状の角部のうち、少なくとも一
つの角部は、前記集電領域に前記凹凸構造を設けること
によって生じる応力の分布が偏るのを抑えるように、前
記角部に代えて、滑らかな曲線状に形成されていること
を要旨とする。A second gas separator for a fuel cell according to the present invention is used for a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction, together with a member forming an electrolyte layer and an electrode. A fuel cell gas separator constituting the single cell, the surface of which includes a current collecting region provided with a plurality of uneven structures on the surface thereof, wherein the current collecting region incorporates the fuel cell gas separator into the fuel cell. In such a case, the concavo-convex structure forms a gas flow path for the electrochemical reaction between adjacent members, and the current collecting region has a substantially polygonal shape,
At least one of the substantially polygonal corners of the current collecting region is replaced with the corner so as to suppress the distribution of stress generated by providing the uneven structure in the current collecting region. Therefore, the gist of the present invention is that it is formed in a smooth curved shape.
【0008】以上のように構成された本発明の第1の燃
料電池用ガスセパレータによれば、燃料電池内でガスの
流路を形成する凹凸構造を備える集電領域は、この凹凸
構造を設けることによって集電領域内に生じる応力の分
布が偏るのを抑えるように、集電領域の外周線が、角部
を有しない滑らかな線状に形成されている。また、本発
明の第2の燃料電池用ガスセパレータによれば、燃料電
池内でガスの流路を形成する凹凸構造を備える集電部
は、略多角形状を成しており、前記集電領域に前記凹凸
構造を設けることによって生じる応力の分布が偏るのを
抑えるように、略多角形状の角部のうち少なくとも一つ
の角部は、この角部に代えて滑らかな曲線状に形成され
ている。このように、集電領域内で応力の分布が偏るの
が抑えられるため、本発明の第1および第2の燃料電池
用ガスセパレータでは、反りが充分に抑えられるという
効果が得られる。また、本発明の第1および第2の燃料
電池用ガスセパレータによれば、この燃料電池用ガスセ
パレータの反りが充分に抑えられることにより、このセ
パレータ30を用いて燃料電池を組み立てる際の組み付
けが容易となる。[0008] According to the first gas separator for a fuel cell of the present invention configured as described above, the current collecting region having the concavo-convex structure forming the gas flow path in the fuel cell is provided with the concavo-convex structure. The outer peripheral line of the current collecting region is formed in a smooth line shape having no corners so that the distribution of the stress generated in the current collecting region is not biased. Further, according to the second gas separator for a fuel cell of the present invention, the current collector including the uneven structure forming the gas flow path in the fuel cell has a substantially polygonal shape. At least one of the substantially polygonal corners is formed in a smooth curved shape in place of the corners so as to suppress the distribution of stress generated by providing the uneven structure to the corners. . As described above, since the distribution of stress in the current collecting region is prevented from being biased, the first and second fuel cell gas separators of the present invention have an effect that warpage is sufficiently suppressed. Moreover, according to the first and second fuel cell gas separators of the present invention, the warpage of the fuel cell gas separator is sufficiently suppressed, so that the assembly when assembling the fuel cell using the separator 30 is facilitated. It will be easier.
【0009】本発明の第2の燃料電池用ガスセパレータ
において、前記略多角形状は、略四角形状であることと
してもよい。In the second gas separator for a fuel cell according to the present invention, the substantially polygonal shape may be a substantially square shape.
【0010】また、本発明の第1および第2の燃料電池
用ガスセパレータにおいて、前記集電領域は、金属板に
よって形成され、前記凹凸構造は、金属板のプレス成形
によって形成されたこととしてもよい。In the first and second gas separators for a fuel cell according to the present invention, the current collecting region may be formed by a metal plate, and the uneven structure may be formed by press-forming the metal plate. Good.
【0011】凹凸構造を形成することで応力の分布が偏
ることに起因するガスセパレータの反りは、金属板をプ
レス成形してセパレータを製造する際に特に問題とな
る。金属板をプレス成形して集電領域を形成する際に、
集電領域の形状を既述した形状とすることで応力の分布
の偏りを抑えることができるため、金属板をプレス成形
してガスセパレータを製造する利点(製造が容易で低コ
ストであること)を損なうことなく、充分に反りの少な
い金属製のセパレータを得ることができる。また、金属
製のガスセパレータの反りを抑えることが可能となるこ
とで、より薄い金属板を用いてガスセパレータを製造す
ることができ、このようにより薄い金属板を用いること
で、このガスセパレータを備える燃料電池全体をさらに
小型化することができる。The warpage of the gas separator caused by the uneven distribution of stress due to the formation of the concavo-convex structure is particularly problematic when a metal plate is press-formed to manufacture a separator. When forming a current collecting area by pressing a metal plate,
Since the bias of the distribution of stress can be suppressed by setting the shape of the current collecting region to the shape described above, the advantage of manufacturing a gas separator by pressing a metal plate (easy manufacturing and low cost) And a metal separator having a sufficiently small warpage can be obtained without impairment. Further, since it becomes possible to suppress the warpage of the metal gas separator, it is possible to manufacture a gas separator using a thinner metal plate, and by using such a thinner metal plate, the gas separator can be manufactured. The entire fuel cell provided can be further reduced in size.
【0012】また、このような燃料電池用ガスセパレー
タにおいて、金属板をプレス成形することによって前記
凹凸構造を形成した前記集電領域は、前記燃料電池用ガ
スセパレータを構成する他の領域とは別体で形成された
こととしてもよい。Further, in such a fuel cell gas separator, the current collecting region in which the concavo-convex structure is formed by press-molding a metal plate is different from other regions constituting the fuel cell gas separator. The body may be formed.
【0013】このような構成とすれば、集電領域を既述
した形状とすることで、金属板をプレス成形する利点
(簡便で低コストであること)を生かしつつ、金属製の
集電領域の反りを抑えることができる。さらに、集電領
域以外の領域を集電領域とは別体とすることで、反りの
抑えられた集電領域と反りのない他の部材とを組み合わ
せることができ、セパレータ全体の反りをさらに抑える
ことができる。また、集電領域とは別体の他の部材を、
導電性を有しない材料で形成すれば、このガスセパレー
タを用いて組み立てた燃料電池において、燃料電池の周
囲に設ける絶縁のための構造を簡素化することができ
る。With such a configuration, by forming the current collecting region into the above-described shape, the advantage of being able to press-mold a metal plate (simplicity and low cost) is utilized, and the metal current collecting region is formed. Warpage can be suppressed. Furthermore, by making the region other than the current collecting region separate from the current collecting region, the current collecting region in which warpage is suppressed can be combined with another member that does not warp, thereby further suppressing warping of the entire separator. be able to. Also, another member separate from the current collecting area,
When formed of a material having no conductivity, in a fuel cell assembled using this gas separator, a structure for insulation provided around the fuel cell can be simplified.
【0014】本発明の燃料電池用ガスセパレータの製造
方法は、複数の単セルを積層してなり電気化学反応によ
り起電力を得る燃料電池に用いられ、電解質層および電
極を形成する部材と共に前記単セルを構成する燃料電池
用ガスセパレータであって、その表面に、前記電気化学
反応に供するガスの流路を前記燃料電池内で形成可能と
なる複数の凹凸構造を有する燃料電池用ガスセパレータ
の製造方法であって、(a)前記燃料電池用ガスセパレ
ータの基材を用意する工程と、(b)前記基材に対して
所定の外力を加えて、前記基材の表面に、前記複数の凹
凸構造を備える集電領域を形成する工程とを備え、前記
(b)工程は、前記集電領域を形成する際に、前記外力
によって前記集電領域内に生じる応力の分布が偏るのを
抑えるように、前記集電領域の外周線の形状を滑らかな
曲線状に形成することを要旨とする。The method of manufacturing a gas separator for a fuel cell according to the present invention is used for a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction, and the member for forming an electrolyte layer and an electrode is provided together with the unit. Manufacture of a gas separator for a fuel cell constituting a cell, the surface of which has a plurality of concave-convex structures capable of forming a flow path of a gas for the electrochemical reaction in the fuel cell. A method of: (a) preparing a base material of the fuel cell gas separator; and (b) applying a predetermined external force to the base material to form the plurality of irregularities on the surface of the base material. Forming a current collecting region having a structure, wherein the step (b) suppresses uneven distribution of stress generated in the current collecting region due to the external force when the current collecting region is formed. Before And summarized in that to form the shape of the peripheral line of the collector region in a smooth curve.
【0015】以上のように構成された本発明の燃料電池
用ガスセパレータの製造方法によれば、前記集電領域内
に生じる応力の分布が偏るのが抑えられるため、充分に
反りが少ない燃料電池用ガスセパレータを製造すること
ができる。このように、製造されたガスセパレータの反
りが充分に少なくなるので、製造したガスセパレータの
うち、反りに起因して不良品とされてしまうものの割合
を充分に抑えることができ、ガスセパレータの生産性を
充分に確保することができる。According to the method of manufacturing a gas separator for a fuel cell of the present invention having the above-described structure, the uneven distribution of the stress generated in the current collecting region can be suppressed, so that the fuel cell has a sufficiently small warpage. Gas separator can be manufactured. As described above, the warpage of the manufactured gas separator is sufficiently reduced, so that the ratio of the manufactured gas separator that is determined to be defective due to the warpage can be sufficiently suppressed, and the production of the gas separator can be reduced. Properties can be sufficiently ensured.
【0016】このような本発明の燃料電池用ガスセパレ
ータの製造方法において、前記(a)工程では、前記基
材として金属板を用意すると共に、前記(b)工程で
は、前記金属板に前記外力を加えて、前記金属板をプレ
ス成形することにより、前記集電領域を形成することと
してもよい。In the method of manufacturing a gas separator for a fuel cell according to the present invention, in the step (a), a metal plate is prepared as the base material, and in the step (b), the external force is applied to the metal plate. In addition, the current collecting region may be formed by press-forming the metal plate.
【0017】このような製造方法によれば、既述したプ
レス成形の利点を損なうことなく、充分に反りの少ない
金属製の燃料電池用ガスセパレータを製造することがで
きる。According to such a manufacturing method, it is possible to manufacture a metal gas separator for a fuel cell having a sufficiently small warpage without impairing the advantages of the press molding described above.
【0018】本発明の燃料電池は、ガスの供給を受け、
電気化学反応によって起電力を得る燃料電池であって、
請求項1ないし5いずれか記載の燃料電池用ガスセパレ
ータを備えることを要旨とする。The fuel cell of the present invention receives gas supply,
A fuel cell that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction,
The gist of the present invention is to provide a fuel cell gas separator according to any one of claims 1 to 5.
【0019】このような燃料電池によれば、用いるガス
セパレータの反りが充分に抑えられているため、燃料電
池を組み付ける操作が容易となると共に、内部に大きな
応力が発生しているセパレータを用いて燃料電池を組み
付けることによって、燃料電池の耐久性が損なわれてし
まうおそれがない。According to such a fuel cell, since the warpage of the gas separator used is sufficiently suppressed, the operation of assembling the fuel cell becomes easy, and the fuel cell uses a separator in which a large stress is generated. By assembling the fuel cell, there is no possibility that the durability of the fuel cell is impaired.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。本発明の第1実施例である燃
料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数
積層したスタック構造によって形成されている。図1お
よび図2は、第1実施例の燃料電池が備えるセパレータ
30の構成を表わす平面図であり、図1はセパレータ3
0の一方の面の様子を表わし、図2はセパレータ30の
他方の面の様子を表わす。最初に、この図1および図2
に基づいて、セパレータ30の構成を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples. The fuel cell according to the first embodiment of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. FIGS. 1 and 2 are plan views showing the configuration of a separator 30 provided in the fuel cell of the first embodiment. FIG.
0 shows the state of one surface, and FIG. 2 shows the state of the other surface of the separator 30. First, FIGS. 1 and 2
Based on the above, the configuration of the separator 30 will be described.
【0021】セパレータ30は、その外枠をなす外縁部
17と、外縁部17の内側に配設された集電部16とか
らなり、全体として、燃料電池に組み込んだときの積層
面が四角形である板状構造をしている。外縁部17は、
導電性を有しない樹脂によって形成されている。また、
集電部16は、金属板をプレス成形することによって形
成されており、その表面には所定の形状の凹凸構造が設
けられている。金属板をプレス成形してなる集電部16
に対して、所定の樹脂をインサート成型することによっ
て、集電部16と外縁部17とが接合されたセパレータ
30が製造される。The separator 30 is composed of an outer edge 17 forming an outer frame thereof and a current collector 16 disposed inside the outer edge 17, and has a square laminated surface as a whole when assembled into a fuel cell. It has a certain plate-like structure. The outer edge 17 is
It is formed of a resin having no conductivity. Also,
The current collector 16 is formed by press-molding a metal plate, and has an uneven structure of a predetermined shape on its surface. Current collector 16 formed by pressing a metal plate
On the other hand, the separator 30 in which the current collector 16 and the outer edge 17 are joined is manufactured by insert-molding a predetermined resin.
【0022】セパレータ30には、その周辺近く、すな
わち、外縁部17において、10個の孔が設けられてい
る。セパレータ30の1辺の近傍には、この辺に沿って
隣接する4つの孔である孔部40〜43が設けられてお
り、この辺に対向する辺の近傍には、同じく隣接する孔
部44〜47が設けられている。さらに、上記孔部44
に隣接して、セパレータ30の四隅に備えられた角部の
一つの近傍には、孔部48が設けられており、また、孔
部47に隣接して、上記した角部に隣接する角部の近傍
には、孔部49が設けられている。なお、これらの孔部
は、セパレータ30を用いて燃料電池を構成したときに
は、後述するように、流体の流路となるマニホールドを
形成するが、図1および図2では、各孔部の部材番号と
共に、それぞれの孔部が構成するマニホールドの部材番
号も括弧を付して合わせて示した。The separator 30 has ten holes near its periphery, that is, at the outer edge portion 17. In the vicinity of one side of the separator 30, holes 40 to 43, which are four holes adjacent to the side, are provided. In the vicinity of the side opposite to this side, the holes 44 to 47, which are also adjacent, are provided. Is provided. Further, the hole 44
A hole 48 is provided in the vicinity of one of the corners provided at the four corners of the separator 30, and a corner adjacent to the hole 47 and adjacent to the corner described above. A hole 49 is provided in the vicinity of. When a fuel cell is configured using the separator 30, these holes form a manifold that serves as a fluid flow path, as described later. In FIGS. 1 and 2, the member numbers of the holes are used. In addition, the member numbers of the manifolds formed by the respective holes are also shown in parentheses.
【0023】また、セパレータ30の一方の面上(図1
に表わした側の面上)、すなわち集電部16の一方の面
上には、2つの凹部50,51が設けられている。これ
らの凹部は、それぞれ、互いに平行な横向きのU字形に
形成されている。既述したように、集電部16と外縁部
17とは接合されているため、集電部16に形成された
凹部50は、その両端部において、外縁部17に設けら
れた孔部44および孔部45とそれぞれ連通している。
また、凹部51は、その両端部において、孔部46およ
び孔部47とそれぞれ連通している。同様に、セパレー
タ30の他方の面上(図2に表わした側の面上)、すな
わち集電部16の他方の面上には、2つの凹部52,5
3が、互いに平行な横向きのU字形(凹部50,51と
は逆向きのU字形)に形成されている。凹部52は、そ
の両端部において、孔部40および孔部41とそれぞれ
連通しており、凹部53は、その両端部において、孔部
42および孔部43とそれぞれ連通している。これらの
凹部50〜53は、セパレータ30を用いて燃料電池を
構成したときには、セパレータ30に隣接する部材(後
述するガス拡散電極)との間で所定の空間を形成し、電
気化学反応に供するガスを導く流路を形成する。On one surface of the separator 30 (FIG. 1)
2), that is, on one surface of the current collector 16, two concave portions 50 and 51 are provided. Each of these recesses is formed in a horizontal U-shape parallel to each other. As described above, since the current collecting portion 16 and the outer edge portion 17 are joined, the concave portion 50 formed in the current collecting portion 16 has, at both ends thereof, the holes 44 provided in the outer edge portion 17 and The holes 45 are in communication with each other.
The recess 51 communicates with the hole 46 and the hole 47 at both ends. Similarly, on the other surface of the separator 30 (on the surface shown in FIG. 2), that is, on the other surface of the current collector 16, two recesses 52, 5 are provided.
3 are formed in a parallel U-shape (U-shape opposite to the concave portions 50 and 51). The recess 52 communicates with the hole 40 and the hole 41 at both ends thereof, and the recess 53 communicates with the hole 42 and the hole 43 at both ends thereof. These recesses 50 to 53 form a predetermined space between the separator 30 and a member (a gas diffusion electrode described later) adjacent to the separator 30 when a fuel cell is formed using the separator 30, and provide a gas to be used for an electrochemical reaction. Is formed.
【0024】後述するように、セパレータ30を用いて
形成する燃料電池は、セパレータ30を含む複数の部材
を順次積層して形成するが、集電部16の表面に形成さ
れた凹部は、燃料電池内においてセパレータ30に隣接
する部材との間で、上記したように、電気化学反応に供
するガスの流路を形成する。したがって、燃料電池内に
おけるセパレータ30の積層面では、セパレータ30の
それぞれの面上で2つの凹部が形成されている領域、す
なわち集電部16からなる領域が、燃料電池内で電気化
学反応が進行する領域に対応する。As will be described later, a fuel cell formed by using the separator 30 is formed by sequentially laminating a plurality of members including the separator 30, and the recess formed on the surface of the current collector 16 is As described above, the flow path of the gas used for the electrochemical reaction is formed between the inside and the member adjacent to the separator 30. Therefore, in the stacking surface of the separator 30 in the fuel cell, a region where two concave portions are formed on each surface of the separator 30, that is, a region including the current collector 16, is where the electrochemical reaction proceeds in the fuel cell. Corresponding to the region of interest.
【0025】本実施例のセパレータ30では、この集電
部16からなる領域は、略四角形に形成されているが、
その四隅に相当する部分を形成する辺は、角部を形成し
ない滑らかな曲線となっていることを特徴としている。
図1に基づいて説明すると、凹部50では、セパレータ
30の角部の近くに設けられた孔部44に接する部分
と、セパレータ30の角部の近くに設けられた孔部40
に隣接する部分とにおいて、凹部50を形成する辺およ
び集電部16の外周が滑らかな曲線となっている。ま
た、凹部51では、セパレータ30の角部の近くに設け
られた孔部47に接する部分と、セパレータ30の角部
近くに設けられた孔部43に隣接する部分とにおいて、
凹部51を形成する辺および集電部16の外周が滑らか
な曲線となっている(図1中の点線の円で囲んだ領域参
照)。集電部16は、その裏面において凹部52,53
を形成しているため、図2に示した面側においても同様
に、集電部16の四隅に相当する部分を形成する辺、お
よび、凹部52,53において対応する場所に位置する
辺は、角部を形成しない滑らかな曲線となっている。In the separator 30 of this embodiment, the region formed by the current collector 16 is formed in a substantially square shape.
The sides forming the portions corresponding to the four corners are characterized by a smooth curve that does not form a corner.
Referring to FIG. 1, in the concave portion 50, a portion in contact with the hole 44 provided near the corner of the separator 30 and a hole 40 provided near the corner of the separator 30.
The side forming the concave portion 50 and the outer periphery of the current collecting portion 16 have a smooth curve with the portion adjacent to the portion. Further, in the concave portion 51, a portion in contact with the hole 47 provided near the corner of the separator 30 and a portion adjacent to the hole 43 provided near the corner of the separator 30 include:
The sides forming the concave portion 51 and the outer periphery of the current collector 16 are smooth curves (see the area surrounded by the dotted circle in FIG. 1). The current collector 16 has concave portions 52 and 53 on the back surface thereof.
Similarly, on the surface side shown in FIG. 2, similarly, the sides forming the portions corresponding to the four corners of the current collecting unit 16 and the sides located at the corresponding locations in the concave portions 52 and 53 are: It has a smooth curve that does not form a corner.
【0026】また、図1および図2に示したセパレータ
30では、凹部50〜53は、底面が平坦な凹構造のよ
うに表わしたが、これらの凹部50〜53には、実際に
は、その底面から突出する所定の形状の複数の凸構造が
設けられている。凹部50〜53に設けられたこのよう
な凸構造の一例を図3に示す。図3(A)は、孔部44
および凹部50の一部を拡大した様子を表わす平面図で
あり、図3(B)は、図3(A)におけるA−A断面の
様子を表わす断面図である。図3に示すように、凹部5
0には、その底面から突出する複数の凸部55が設けら
れている。これらそれぞれの凸部55は、断面が略四角
形であり、それぞれの高さが略同一となるように形成さ
れている。Also, in the separator 30 shown in FIGS. 1 and 2, the concave portions 50 to 53 are represented as a concave structure having a flat bottom surface. A plurality of convex structures having a predetermined shape protruding from the bottom surface are provided. FIG. 3 shows an example of such a convex structure provided in the concave portions 50 to 53. FIG. 3A shows the hole 44.
FIG. 3B is a plan view illustrating a state in which a part of the recess 50 is enlarged, and FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along line AA in FIG. As shown in FIG.
0 has a plurality of convex portions 55 protruding from the bottom surface thereof. Each of the protrusions 55 has a substantially rectangular cross section, and is formed so that the heights thereof are substantially the same.
【0027】図3には、凹部50に設けられた凸部55
のみを示したが、凹部51および、セパレータ30の他
面に形成された凹部52,53にも、その底面から突出
する複数の凸部が設けられている。セパレータ30を用
いて燃料電池を構成したときには、これらの凸部は、セ
パレータ30に隣接する部材と接触することによって充
分な導電性を確保すると共に、凹部50〜53が形成す
る上記したガスの流路を通過するガスを拡散させて、上
記したガスの流路を通過するガスを効率よく電気化学反
応に供するために働く。したがって、凸部55の形状
は、図3に示した形状とは異なる形状としてもよく、隣
接する部材との間で充分な導電性を実現可能であって、
凹部50〜53が形成するガス流路を通過するガスを充
分に拡散させることができればよい。FIG. 3 shows a projection 55 provided in the recess 50.
Although only the concave portion 51 is shown, the concave portions 51 and the concave portions 52 and 53 formed on the other surface of the separator 30 are also provided with a plurality of convex portions projecting from the bottom surface. When a fuel cell is configured using the separator 30, these protrusions ensure sufficient conductivity by coming into contact with a member adjacent to the separator 30, and the above-described gas flow formed by the recesses 50 to 53 is formed. It functions to diffuse the gas passing through the passage and efficiently provide the gas passing through the gas passage to the electrochemical reaction. Therefore, the shape of the convex portion 55 may be different from the shape shown in FIG. 3, and it is possible to realize sufficient conductivity between adjacent members,
It is sufficient that the gas passing through the gas flow path formed by the concave portions 50 to 53 can be sufficiently diffused.
【0028】次に、以上のように構成されたセパレータ
30を用いて組み立てた本実施例の燃料電池について説
明する。本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池
であり、単セルを複数積層したスタック構造として形成
されている。図4は、本実施例の燃料電池を構成するス
タック構造15の基本単位である単セル20の構成を表
わす分解斜視図、図5は、スタック構造15の外観を表
わす斜視図である。単セル20は、電解質膜31を、カ
ソード32およびアノード33(図示せず)で挟持し、
このサンドイッチ構造をさらに両側からセパレータ30
で挟持することによって構成されている。このような単
セル20を所定数積層することによって、スタック構造
15が構成される。以下、図4および図5に基づいて、
単セル20およびスタック構造15について説明する。Next, the fuel cell of the present embodiment assembled using the separator 30 configured as described above will be described. The fuel cell of this embodiment is a polymer electrolyte fuel cell, and is formed as a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of a single cell 20 which is a basic unit of the stack structure 15 constituting the fuel cell of this embodiment, and FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the stack structure 15. The single cell 20 sandwiches the electrolyte membrane 31 between the cathode 32 and the anode 33 (not shown),
This sandwich structure is further separated from both sides by a separator 30.
It is constituted by sandwiching between. By stacking a predetermined number of such single cells 20, a stack structure 15 is formed. Hereinafter, based on FIGS. 4 and 5,
The unit cell 20 and the stack structure 15 will be described.
【0029】電解質膜31は、固体高分子材料、例えば
フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン
交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本
実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)を使用し
た。電解質膜31の表面には、触媒としての白金または
白金と他の金属からなる合金が担持されている。カソー
ド32およびアノード33は、ガス拡散電極である。こ
れらは、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス
や、カーボンペーパ、あるいはカーボンフエルトなど、
充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構
成される。The electrolyte membrane 31 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and has good electric conductivity in a wet state. In this example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) was used. On the surface of the electrolyte membrane 31, platinum as a catalyst or an alloy composed of platinum and another metal is supported. The cathode 32 and the anode 33 are gas diffusion electrodes. These include carbon cloth woven with carbon fiber yarn, carbon paper, and carbon felt.
It is composed of a member having sufficient gas diffusivity and conductivity.
【0030】セパレータ30が、電解質膜31,カソー
ド32およびアノード33と共に積層されて単セル20
を形成し、さらにスタック構造15を構成するときに
は、セパレータ30上に設けられた各凹部は、隣接する
ガス拡散電極との間で、ガスの流路を形成する。すなわ
ち、孔部40と41、および孔部42と43を連通させ
る凹部52および53は、隣接するカソード32の表面
との間に単セル内酸化ガス流路を形成し、孔部44と4
5、および孔部46と47を連通させる凹部50および
51は、隣接するアノード33の表面との間に単セル内
燃料ガス流路を形成する。A separator 30 is laminated with an electrolyte membrane 31, a cathode 32 and an anode 33 to form a single cell 20.
When forming the stack structure 15, each concave portion provided on the separator 30 forms a gas flow path with an adjacent gas diffusion electrode. In other words, the recesses 52 and 53 that connect the holes 40 and 41 and the holes 42 and 43 form an oxidizing gas flow path in a single cell between the holes 40 and 41 and the surface of the adjacent cathode 32, and the holes 44 and 4.
5 and the recesses 50 and 51 connecting the holes 46 and 47 form a fuel gas flow path within a single cell with the surface of the adjacent anode 33.
【0031】単セル20を積層してスタック構造15を
組み立てるときには、各セパレータ30が備える孔部4
0,42は、それぞれ、スタック構造15内部をその積
層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールド60,62
を形成する。また、孔部41,43は、同じく、スタッ
ク構造15内部をその積層方向に貫通する酸化ガス排出
マニホールド61,63を形成する。さらに、孔部4
4,46は、同じくスタック構造をその積層方向に貫通
する燃料ガス供給マニホールド64,66をそれぞれ形
成し、孔部45,47は、燃料ガス排出マニホールド6
5,67をそれぞれ形成する(図1参照)。スタック構
造15内に形成されたこれらガス流路内でのガスの流れ
については、後に詳しく説明する(後述する図6および
図7を参照)。また、スタック構造15では、各セパレ
ータ30が備える孔部48,49は、それぞれ、スタッ
ク構造15内部をその積層方向に貫通する冷却水マニホ
ールド68,69を形成する(図1参照)。この冷却水
マニホールドは、燃料電池の内部に冷却水を循環させる
ための構造である。燃料電池の内部では発電に伴って熱
が発生するため、燃料電池の内部を所定の温度範囲に保
つため、このような構造が設けられている。When assembling the stack structure 15 by stacking the single cells 20, the holes 4 provided in each separator 30 are provided.
Oxygen gas supply manifolds 60 and 62 penetrate the stack structure 15 in the stacking direction thereof.
To form The holes 41 and 43 also form oxidizing gas discharge manifolds 61 and 63 that pass through the inside of the stack structure 15 in the stacking direction. Further, the hole 4
The fuel gas supply manifolds 64 and 66 respectively penetrate the stack structure in the stacking direction, and the holes 45 and 47 respectively define the fuel gas discharge manifold 6.
5, 67 are respectively formed (see FIG. 1). The gas flow in these gas channels formed in the stack structure 15 will be described later in detail (see FIGS. 6 and 7 described later). Further, in the stack structure 15, the holes 48 and 49 provided in each separator 30 form cooling water manifolds 68 and 69, respectively, which penetrate the inside of the stack structure 15 in the stacking direction (see FIG. 1). The cooling water manifold has a structure for circulating cooling water inside the fuel cell. Since heat is generated inside the fuel cell along with power generation, such a structure is provided to keep the inside of the fuel cell within a predetermined temperature range.
【0032】以上説明した各部材を備えるスタック構造
15を組み立てるときには、セパレータ30、カソード
32、電解質膜31、アノード33、セパレータ30の
順序で順次重ね合わせ、所定の数の単セル20を積層し
た一方の端部にリターンプレート70を配置する。さら
に、その両端に集電板36,37、絶縁板38,39、
エンドプレート80,88を順次配置して図5に示すス
タック構造15を完成する。When assembling the stack structure 15 including the above-described members, the separator 30, the cathode 32, the electrolyte membrane 31, the anode 33, and the separator 30 are sequentially stacked in this order, and a predetermined number of the unit cells 20 are stacked. The return plate 70 is arranged at the end. Further, current collecting plates 36 and 37, insulating plates 38 and 39,
By arranging the end plates 80 and 88 sequentially, the stack structure 15 shown in FIG. 5 is completed.
【0033】リターンプレート70は、充分な導電性を
備えるガス不透過な部材(例えば、緻密質カーボンな
ど)によって形成されている。このリターンプレート7
0は、単セル20が積層された構造と接する側の面に、
所定の形状の複数の凹部が形成されている。この凹部
は、セパレータ30が備える孔部によって形成される既
述したガスマニホールドの端部に対応する位置に設けら
れている。このような凹部によって、スタック構造15
の端部で、所定のガス排出マニホールドとガス供給マニ
ホールドとが連通され、スタック構造15の内部におい
て後述するようなガスの流れが可能となる。なお、リタ
ーンプレート70の構成は、本発明の要部とは直接関わ
らないため、リターンプレート70の構造に関するこれ
以上の説明は省略する。The return plate 70 is formed of a gas-impermeable member having sufficient conductivity (for example, dense carbon). This return plate 7
0 is on the surface in contact with the structure in which the single cells 20 are stacked,
A plurality of concave portions having a predetermined shape are formed. The recess is provided at a position corresponding to the end of the gas manifold described above formed by the hole provided in the separator 30. By such a concave portion, the stack structure 15 is formed.
A predetermined gas discharge manifold and a gas supply manifold are communicated with each other at the end of the stack structure 15 so that a gas flow described later can be made inside the stack structure 15. Since the configuration of the return plate 70 does not directly relate to the main part of the present invention, further description on the structure of the return plate 70 will be omitted.
【0034】集電板36,37は緻密質カーボンや銅板
などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板
38,39はゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成さ
れ、エンドプレート80,88は剛性を備えた鋼等の金
属によって形成されている。また、集電板36,37に
はそれぞれ出力端子36A,37Aが設けられており、
スタック構造15によって構成される燃料電池で生じた
起電力を出力可能となっている。なお、エンドプレート
80、絶縁板38、集電板36およびリターンプレート
70には、対応する同じ位置に、6つの孔部が設けられ
ている。例えば、エンドプレート80には、孔部81〜
86が設けられている(図5参照)。The current collecting plates 36 and 37 are formed of a gas-impermeable conductive material such as a dense carbon or copper plate, and the insulating plates 38 and 39 are formed of an insulating material such as rubber or resin. Is formed of a rigid metal such as steel. In addition, the current collector plates 36 and 37 are provided with output terminals 36A and 37A, respectively.
The electromotive force generated in the fuel cell constituted by the stack structure 15 can be output. The end plate 80, the insulating plate 38, the current collecting plate 36, and the return plate 70 are provided with six holes at the same corresponding positions. For example, in the end plate 80, holes 81 to
86 are provided (see FIG. 5).
【0035】孔部81、および、絶縁板38と集電板3
6とリターンプレート70においてこれに対応する同じ
位置に設けられた孔部は、スタック構造15を構成した
ときには、既述した燃料ガス供給マニホールド64(各
セパレータ30が備える孔部44によって形成される)
に連通するガス流路を形成する。また、孔部82、およ
び、絶縁板38と集電板36とリターンプレート70に
おいてこれに対応する同じ位置に設けられた孔部は、ス
タック構造15を構成したときには、既述した燃料ガス
排出マニホールド67(各セパレータ30が備える孔部
47によって形成される)に連通するガス流路を形成す
る。同じく、孔部83、および、絶縁板38と集電板3
6とリターンプレート70においてこれに対応して設け
られた孔部は、酸化ガス供給マニホールド60(各セパ
レータ30が備える孔部40によって形成される)に連
通するガス流路を形成し、孔部84、および、絶縁板3
8と集電板36とリターンプレート70においてこれに
対応して設けられた孔部は、酸化ガス排出マニホールド
63(各セパレータ30が備える孔部43によって形成
される)に連通するガス流路を形成する。また、孔部8
5、および、絶縁板38と集電板36とリターンプレー
ト70においてこれに対応する同じ位置に設けられた孔
部は、スタック構造15を構成したときには、既述した
冷却水マニホールド68(各セパレータ30が備える孔
部48によって形成される)に連通する冷却水流路を形
成する。さらに、孔部86、および、絶縁板38と集電
板36とリターンプレート70においてこれに対応する
同じ位置に設けられた孔部は、スタック構造15を構成
したときには、既述した冷却水マニホールド69(各セ
パレータ30が備える孔部49によって形成される)に
連通する冷却水流路を形成する。The hole 81, the insulating plate 38 and the current collecting plate 3
The holes provided in the same position in the return plate 6 and the return plate 70 correspond to the fuel gas supply manifold 64 (formed by the holes 44 provided in each separator 30) when the stack structure 15 is configured.
To form a gas flow path communicating with the gas flow path. When the stack structure 15 is formed, the holes 82 and the holes provided at the same positions in the insulating plate 38, the current collecting plate 36, and the return plate 70 correspond to the fuel gas discharge manifold described above. A gas flow path communicating with 67 (formed by the hole 47 provided in each separator 30) is formed. Similarly, the hole 83, the insulating plate 38 and the current collector 3
6 and the return plate 70 have a correspondingly formed hole that forms a gas flow path that communicates with the oxidizing gas supply manifold 60 (formed by the hole 40 provided in each separator 30). And insulating plate 3
8, the current collecting plate 36, and the return plate 70, correspondingly provided holes form a gas flow path communicating with the oxidizing gas discharge manifold 63 (formed by the holes 43 provided in each separator 30). I do. The hole 8
5, and the corresponding holes provided at the same position in the insulating plate 38, the current collecting plate 36, and the return plate 70 are provided with the cooling water manifold 68 (each separator 30 (Formed by the hole 48 provided in the cooling water passage). Further, when the stack structure 15 is formed, the holes 86 and the holes provided in the insulating plate 38, the current collecting plate 36, and the return plate 70 at the same positions corresponding thereto are provided with the cooling water manifold 69. (Formed by the holes 49 provided in each separator 30).
【0036】スタック構造15からなる燃料電池を動作
させるときには、エンドプレート80が備える孔部81
と図示しない燃料ガス供給装置とが接続され、水素リッ
チな燃料ガスが燃料電池内部に供給される。同様に、燃
料電池を動作させるときには、孔部83と図示しない酸
化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガス
(空気)が燃料電池内部に供給される。ここで、燃料ガ
ス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対
して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池に供給
する装置である。また、燃料電池を動作させるときに
は、孔部82と図示しない燃料ガス排出装置とが接続さ
れ、孔部84と図示しない酸化ガス排出装置とが接続さ
れる。なお、燃料ガスとしては、炭化水素を改質して得
た水素リッチガスの他、純度の高い水素ガスを用いるこ
ととしても良い。さらに、燃料電池を動作させるときに
は、孔部85と図示しない冷却水供給装置とが接続さ
れ、孔部86と図示しない冷却水排出装置とが接続され
る。これによって、燃料電池内で発生した熱が、冷却水
によって燃料電池外部に排出される。When the fuel cell having the stack structure 15 is operated, the hole 81 provided in the end plate 80 is provided.
And a fuel gas supply device (not shown) are connected to supply a hydrogen-rich fuel gas into the fuel cell. Similarly, when operating the fuel cell, the hole 83 and an oxidizing gas supply device (not shown) are connected, and an oxidizing gas (air) containing oxygen is supplied into the fuel cell. Here, the fuel gas supply device and the oxidizing gas supply device are devices that humidify and pressurize a predetermined amount of each gas and supply the gas to the fuel cell. When operating the fuel cell, the hole 82 is connected to a fuel gas discharge device (not shown), and the hole 84 is connected to an oxidizing gas discharge device (not shown). As the fuel gas, a high-purity hydrogen gas other than the hydrogen-rich gas obtained by reforming the hydrocarbon may be used. Further, when the fuel cell is operated, the hole 85 is connected to a cooling water supply device (not shown), and the hole 86 is connected to a cooling water discharge device (not shown). Thus, the heat generated in the fuel cell is discharged to the outside of the fuel cell by the cooling water.
【0037】スタック構造15を構成するときの各部材
の積層順序は既述した通りであるが、電解質膜31の周
辺部には、セパレータ30と接する領域において所定の
シール部材が設けられる。このシール部材は、各単セル
内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと
共に、スタック構造15内において燃料ガスと酸化ガス
とが混合してしまうのを防止する役割を果たす。The order of lamination of the respective members when constituting the stack structure 15 is as described above. However, a predetermined sealing member is provided around the electrolyte membrane 31 in a region in contact with the separator 30. The sealing member serves to prevent the fuel gas and the oxidizing gas from leaking from the inside of each unit cell and to prevent the fuel gas and the oxidizing gas from being mixed in the stack structure 15.
【0038】以上説明した各部材からなるスタック構造
15は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で
保持され、燃料電池が完成する。スタック構造15を押
圧する構成については、本発明の要部とは関わらないた
め図示は省略した。スタック構造15を押圧しながら保
持するには、スタック構造15をボルトとナットを用い
て締め付ける構成としても良いし、あるいは所定の形状
のスタック収納部材を用意して、このスタック収納部材
の内部にスタック構造15を収納した上でスタック収納
部材の両端部を折り曲げて、スタック構造15に押圧力
を作用させる構成としても良い。The stack structure 15 composed of the members described above is held in a state where a predetermined pressing force is applied in the stacking direction, and the fuel cell is completed. The configuration for pressing the stack structure 15 is not shown because it does not relate to the main part of the present invention. In order to hold the stack structure 15 while pressing it, the stack structure 15 may be tightened using bolts and nuts, or a stack storage member having a predetermined shape may be prepared, and the stack storage member may be stacked inside the stack storage member. After storing the structure 15, both ends of the stack storage member may be bent to apply a pressing force to the stack structure 15.
【0039】次に、以上のような構成を備えた燃料電池
における燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて説明す
る。最初に、燃料ガスについて説明する。図6は、スタ
ック構造15内での燃料ガスの流れを立体的に表わす説
明図、図7は、同じく燃料ガスの流れを平面的に表わし
た説明図である。既述したように、燃料電池外部に設け
られた燃料ガス供給装置は、エンドプレート80に設け
られた孔部81に接続され、燃料ガス供給装置から供給
される燃料ガスは、絶縁板38、集電板36およびリタ
ーンプレート70の対応する位置に設けられた孔部を介
して、燃料ガス供給マニホールド64内に導入される。
燃料ガス供給マニホールド64内を通過する燃料ガス
は、各単セル20において、各セパレータ30にが備え
る凹部50と隣接するアノード33との間で形成される
ガス流路(単セル内燃料ガス流路)内に導かれる。これ
ら単セル内燃料ガス流路に導かれた燃料ガスは、各単セ
ルにおいて電気化学反応に供されるが、反応に関与しな
かった残りの燃料ガスは、セパレータ30に設けられた
孔部45によって形成される燃料ガス排出マニホールド
65に排出される。なお、図6では、凹部50が形成す
る単セル内燃料ガス流路、および、後述する凹部51が
形成する単セル内燃料ガス流路における燃料ガスの流れ
(積層面上におけるU字形の流れ)は、スタック構造1
5の中で3カ所のみ示したが、実際にはすべての単セル
20において、内部に形成される単セル内燃料ガス流路
でこのようにガスが流れる。燃料ガス排出マニホールド
65では、燃料ガス供給マニホールド64とは逆向きに
燃料ガスが通過しながら、各単セル内に形成された単セ
ル内燃料ガス流路から排出される燃料ガスが合流する。Next, the flow of the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell having the above configuration will be described. First, the fuel gas will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram three-dimensionally illustrating the flow of the fuel gas in the stack structure 15, and FIG. 7 is an explanatory diagram similarly illustrating the flow of the fuel gas in a plan view. As described above, the fuel gas supply device provided outside the fuel cell is connected to the hole 81 provided in the end plate 80, and the fuel gas supplied from the fuel gas supply device is supplied to the insulating plate 38, The fuel gas is introduced into the fuel gas supply manifold 64 through holes provided at corresponding positions of the electric plate 36 and the return plate 70.
The fuel gas passing through the fuel gas supply manifold 64 is supplied to the gas flow path (the fuel gas flow path within the single cell) formed between the concave portion 50 of each separator 30 and the adjacent anode 33 in each single cell 20. ). The fuel gas guided to the fuel gas flow path in the single cell is subjected to an electrochemical reaction in each single cell, but the remaining fuel gas not involved in the reaction is supplied to a hole 45 provided in the separator 30. Is discharged to a fuel gas discharge manifold 65 formed by In FIG. 6, the flow of the fuel gas in the fuel gas flow path in the single cell formed by the concave portion 50 and the flow of the fuel gas in the fuel gas flow channel in the single cell formed by the concave portion 51 described later (U-shaped flow on the stacking surface) Is the stack structure 1
Although only three locations are shown in FIG. 5, in actuality, in all the single cells 20, the gas flows in the fuel gas flow path in the single cell formed inside. In the fuel gas discharge manifold 65, the fuel gas discharged from the fuel gas flow path in the single cell formed in each single cell merges while the fuel gas passes in the opposite direction to the fuel gas supply manifold 64.
【0040】このような燃料ガスは、スタック構造15
端部のリターンプレート70に達すると、リターンプレ
ート70の表面に設けられた既述した凹部によって、さ
らに燃料ガス供給マニホールド66内に導かれる。燃料
ガス供給マニホールド66内に導かれた燃料ガスは、こ
の燃料ガス供給マニホールド66内を通過しながら、各
セパレータ30が備える凹部51と隣接するアノード3
3との間で形成される各単セル内燃料ガス流路に分配さ
れ、この単セル内燃料ガス流路を通過しつつ電気化学反
応に供される。このようにして単セル内燃料ガス流路を
通過した燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド67に
排出され、燃料ガス供給マニホールド66とは逆向きに
流れながら合流し、再びリターンプレート70に達す
る。リターンプレート70に達した燃料ガスは、エンド
プレート80に設けられた孔部82と、集電板36、絶
縁板38およびリターンプレート70の対応する位置に
設けられた孔部とを介して、孔部82に接続する燃料ガ
ス排出装置に排出される。Such a fuel gas is supplied to the stack structure 15.
When reaching the return plate 70 at the end, it is further guided into the fuel gas supply manifold 66 by the above-described concave portion provided on the surface of the return plate 70. The fuel gas introduced into the fuel gas supply manifold 66 is passed through the fuel gas supply manifold 66, and the anode 3 adjacent to the concave portion 51 of each separator 30.
The fuel gas is distributed to the fuel gas channels in the single cell formed between the fuel cells 3 and 3 and is passed through the fuel gas channel in the single cell to be subjected to an electrochemical reaction. The fuel gas that has passed through the fuel gas flow path in the single cell as described above is discharged to the fuel gas discharge manifold 67, merges with the fuel gas supply manifold 66 while flowing in the opposite direction, and reaches the return plate 70 again. The fuel gas that has reached the return plate 70 passes through a hole 82 provided in the end plate 80 and a hole provided in a corresponding position of the current collector 36, the insulating plate 38 and the return plate 70. It is discharged to a fuel gas discharge device connected to the section 82.
【0041】以上、スタック構造15内における燃料ガ
スの流れについて説明したが、スタック構造15内にお
ける酸化ガスの流れについても同様である。すなわち、
酸化ガスの流れは、図6および図7に基づいた上記説明
において、燃料ガス供給マニホールド64,66を、そ
れぞれ酸化ガス供給マニホールド60,62に、燃料ガ
ス排出マニホールド65,67を、酸化ガス排出マニホ
ールド61,63に、凹部50,51が形成する単セル
内燃料ガス流路を、凹部52,53が形成する単セル内
酸化ガス流路に読み替えればよい。酸化ガス供給装置か
ら燃料電池に供給された酸化ガスは、まず、酸化ガス供
給マニホールド60内を通過しつつ、各セパレータ30
が備える凹部52とカソード32との間に形成される単
セル内酸化ガス流路に分配されて電気化学反応に供され
る。反応に関与しなかった残りの酸化ガスは、酸化ガス
排出マニホールド61に集合して、酸化ガス供給マニホ
ールド60とは逆向きに流れてリターンプレート70に
到る。Although the flow of the fuel gas in the stack structure 15 has been described above, the flow of the oxidizing gas in the stack structure 15 is the same. That is,
The flow of the oxidizing gas is the same as that described with reference to FIGS. 6 and 7 except that the fuel gas supply manifolds 64 and 66 are respectively connected to the oxidizing gas supply manifolds 60 and 62, the fuel gas discharge manifolds 65 and 67 are connected to the oxidizing gas discharge manifold. In 61 and 63, the fuel gas flow path in the single cell formed by the recesses 50 and 51 may be replaced with the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the recesses 52 and 53. The oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply device to the fuel cell first passes through the oxidizing gas supply manifold 60 while the separator 30
Is distributed to the oxidizing gas flow path in the single cell formed between the concave portion 52 and the cathode 32 provided for the oxidizing gas flow path and is subjected to an electrochemical reaction. The remaining oxidizing gas not involved in the reaction gathers in the oxidizing gas discharge manifold 61, flows in the opposite direction to the oxidizing gas supply manifold 60, and reaches the return plate 70.
【0042】このような酸化ガスは、リターンプレート
70が備える所定の凹部によって、酸化ガス供給マニホ
ールド62内に導かれる。酸化ガス供給マニホールド6
2内に導かれた酸化ガスは、各セパレータ30が備える
凹部53とカソード32との間に形成される単セル内酸
化ガス流路に分配されて電気化学反応に供される。この
ようにして単セル内酸化ガス流路を通過した酸化ガス
は、酸化ガス排出マニホールド63に排出され、酸化ガ
ス供給マニホールド62とは逆向きに流れながら合流
し、再びリターンプレート70に達する。リターンプレ
ート70に達した酸化ガスは、エンドプレート80に設
けられた孔部84と、絶縁板38,集電板36およびリ
ターンプレート70の対応する位置に設けられた孔部と
を介して、孔部84に接続する酸化ガス排出装置に排出
される。The oxidizing gas is guided into the oxidizing gas supply manifold 62 by a predetermined recess provided in the return plate 70. Oxidizing gas supply manifold 6
The oxidizing gas introduced into 2 is distributed to an oxidizing gas flow path in a single cell formed between the concave portion 53 provided in each separator 30 and the cathode 32 and subjected to an electrochemical reaction. The oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas flow path in the single cell as described above is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 63, merges with the oxidizing gas supply manifold 62 while flowing in the opposite direction, and reaches the return plate 70 again. The oxidizing gas that has reached the return plate 70 passes through the holes 84 provided in the end plate 80 and the holes provided in the insulating plate 38, the current collector 36 and the return plate 70 at corresponding positions. It is discharged to an oxidizing gas discharge device connected to the section 84.
【0043】以上説明した実施例によれば、それぞれの
セパレータ30において、略四角形をしている集電部1
6の四隅を、角部のない滑らかな曲線となるように形成
することで、集電部16の反りが抑えられる。したがっ
て、金属板をプレス成形してセパレータを製造するとい
う簡便で低コストなセパレータの製造方法の利点を損な
うことなく、金属セパレータが反ってしまうという問題
を解決することができる。According to the embodiment described above, each of the separators 30 has a substantially rectangular current collector 1.
By forming the four corners of 6 so as to have a smooth curve with no corners, the warpage of the current collector 16 can be suppressed. Therefore, it is possible to solve the problem that the metal separator is warped without impairing the advantage of the simple and low-cost method of manufacturing the separator by press-molding the metal plate to manufacture the separator.
【0044】既述したように、金属板をプレス成形して
複数の細かい凹凸構造を形成すると、金属板の曲げや延
ばしによって金属板内部に生じる応力のために金属板が
反ってしまい、充分に反りの少ない金属セパレータを製
造することは困難であった。しかしながら上記実施例の
ように、凹凸構造を備える集電領域を、その外周線が角
部を有しない滑らかな線状となるように形成すると、応
力が生じる原因となる凹凸構造の分布状態がより均一と
なる。すなわち、セパレータ30の外形と同様に、集電
領域を、角部を有する四角形状とすると、集電領域の中
心から集電領域の外周線上の各点までの距離の中では、
これら角部までの距離が最も長くなるため、角部を結ぶ
対角線上には、応力を生じさせる凸構造が他の領域より
も多く設けられることになって強い応力が働くが、上記
構成とすることによってこのような応力分布の偏りを抑
えることができ、セパレータ30の反りを効果的に少な
くすることができる。As described above, when a metal plate is press-formed to form a plurality of fine irregularities, the metal plate is warped due to the stress generated inside the metal plate due to bending or extension of the metal plate. It has been difficult to produce a metal separator with less warpage. However, as in the above embodiment, when the current collecting region having the uneven structure is formed so that the outer peripheral line thereof has a smooth linear shape having no corners, the distribution state of the uneven structure that causes stress is more improved. Become uniform. That is, as in the case of the outer shape of the separator 30, when the current collecting region has a rectangular shape having corners, the distance from the center of the current collecting region to each point on the outer peripheral line of the current collecting region is as follows.
Since the distance to these corners is the longest, on the diagonal line connecting the corners, more convex structures that generate stress will be provided than in other regions, and strong stress will act, but the above configuration This can suppress such bias of the stress distribution, and can effectively reduce the warpage of the separator 30.
【0045】このように、セパレータ30の反りが抑え
られることによって、このセパレータ30を用いて燃料
電池を組み立てる際の組み付けが容易となる。また、セ
パレータの反りが充分に抑えられるので、製造したセパ
レータのうち、反りに起因して不良品とされてしまうも
のの割合を充分に抑えることができ、セパレータの生産
性を充分に確保することができる。さらに、内部に大き
な応力が発生しているセパレータを用いて燃料電池を組
み付けることによって、燃料電池の耐久性が損なわれて
しまうおそれがない。As described above, the warpage of the separator 30 is suppressed, so that the assembly when assembling the fuel cell using the separator 30 is facilitated. In addition, since the warpage of the separator is sufficiently suppressed, it is possible to sufficiently suppress the proportion of the manufactured separators that are determined to be defective due to the warpage, and to sufficiently secure the productivity of the separator. it can. Further, by assembling the fuel cell using the separator in which a large stress is generated, there is no possibility that the durability of the fuel cell is impaired.
【0046】なお、このような金属板のプレス形成によ
ってセパレータに生じる反りは、セパレータを製造する
ためにプレス成形に供する金属板が薄いほど、より顕著
に現われる。したがって、上記実施例のように、外周線
が角部のない滑らかな曲線状となるように集電部を形成
することによって、セパレータの反りを充分に抑えるな
らば、より薄い金属板を用いてプレス形成に供しても、
反りが充分に少ないセパレータを製造することが可能と
なる。また、このように、より薄い金属セパレータを製
造できることによって、燃料電池のさらなる小型化が可
能となる。The warpage of the separator caused by the press forming of the metal plate becomes more remarkable as the metal plate subjected to the press forming for manufacturing the separator is thinner. Therefore, as in the above embodiment, by forming the current collecting portion so that the outer peripheral line has a smooth curved line with no corners, if the warpage of the separator is sufficiently suppressed, a thinner metal plate is used. Even when subjected to press forming,
It is possible to manufacture a separator with a sufficiently small warpage. In addition, since a thinner metal separator can be manufactured, the fuel cell can be further reduced in size.
【0047】なお、セパレータ30は、その表面におい
て各凹部をU字形に形成されているため、各単セル内ガ
ス流路を通過するガスは、このU字形の底部に相当する
ガス流路の屈曲部を通過することで、流れの方向が逆向
きに変更される。このように、屈曲部を設けて単セル内
ガス流路を途中で折り曲げることで、単セル内ガス流路
の流路断面積を小さくし、流路内を通過するガスの流量
および流速を増大させ、ガスの利用率の向上を図ること
ができるが、上記屈曲部では、流路をガスが通過する際
の圧損が増大してしまう。上記実施例のように屈曲部の
形状を滑らかな曲線状にすることによって、屈曲部にお
いてガスをスムーズに導き、上記屈曲部をガスが通過す
る際の圧損を抑えることができる。また、このような屈
曲部において、屈曲部に角部を設けた場合(略四角形の
集電領域の四隅として角部が設けられている場合)に
は、この角部は、ガスの流れが不十分になりやすく、電
気化学反応の進行状態が不十分になりやすい領域とな
る。したがって、上記実施例のように、集電部の四隅を
滑らかな曲線にして角部に相当する集電部の面積を減ら
しても、電池性能にさほど影響はない。Since the separator 30 has U-shaped recesses on its surface, the gas passing through the gas flow path in each single cell is bent at the gas flow path corresponding to the bottom of the U-shape. Passing through the section changes the flow direction in the opposite direction. Thus, by providing the bent portion and bending the gas flow path in the single cell halfway, the flow path cross-sectional area of the gas flow path in the single cell is reduced, and the flow rate and the flow velocity of the gas passing through the flow path are increased. By doing so, it is possible to improve the gas utilization rate, but at the bent portion, the pressure loss when the gas passes through the flow path increases. By making the shape of the bent portion a smooth curve as in the above-described embodiment, gas can be smoothly guided at the bent portion, and pressure loss when the gas passes through the bent portion can be suppressed. Further, in such a bent portion, when a corner is provided in the bent portion (when the corner is provided as the four corners of the substantially rectangular current collecting region), the flow of gas is not allowed in the corner. The region is likely to be sufficient and the progress of the electrochemical reaction is likely to be insufficient. Therefore, even if the four corners of the current collector are made into a smooth curve to reduce the area of the current collector corresponding to the corners as in the above embodiment, the battery performance is not significantly affected.
【0048】さらに、上記実施例によれば、集電部16
の四隅において角部をなくして滑らかな曲線状とするこ
とで、燃料電池内でマニホールドを効率的に配置するこ
とが可能となる。すなわち、セパレータ30では、集電
部16およびセパレータ30の一辺に沿って、酸化ガス
マニホールドを形成する孔部40〜43が設けられ、こ
れらの辺に対向する辺に沿って、燃料ガスマニホールド
を形成する孔部44〜47が設けられている。ここで、
集電部16は、その四隅が角部のない滑らかな曲線状に
形成されているため、集電部16の四隅に隣接する孔部
40,43,44,47と、セパレータ30のそれぞれ
の四隅との間には、所定のスペースが生じる。したがっ
て、このスペースに、冷却水マニホールドを形成するた
めの孔部(孔部48,49)を設けることができ、冷却
水マニホールドを設けるためにセパレータの横幅を大き
くする必要がなく、燃料電池内でマニホールドを効率的
に配置して、燃料電池の積層面における集電部の面積の
割合を充分に高くすることができる。Further, according to the above embodiment, the current collector 16
By eliminating the corners at the four corners and forming a smooth curve, the manifold can be efficiently arranged in the fuel cell. That is, in the separator 30, the holes 40 to 43 forming the oxidizing gas manifold are provided along one side of the current collector 16 and the separator 30, and the fuel gas manifold is formed along the side opposed to these sides. Holes 44 to 47 are provided. here,
Since the four corners of the current collector 16 are formed in a smooth curved shape without corners, the four corners of the holes 40, 43, 44, 47 adjacent to the four corners of the current collector 16 and the four corners of the separator 30. There is a predetermined space between. Therefore, holes (holes 48, 49) for forming a cooling water manifold can be provided in this space, and there is no need to increase the lateral width of the separator to provide the cooling water manifold. By arranging the manifolds efficiently, it is possible to sufficiently increase the area ratio of the current collecting portion on the stack surface of the fuel cell.
【0049】なお、セパレータ30の集電部16を構成
する金属としては、充分な導電性、強度、および耐食性
を備えていればよく、例えば、ステンレスなどを用いる
ことができる。また、セパレータ30の耐食性をさらに
向上させるために、特に耐食性に優れた導電性物質、例
えば、チタンやニッケルなどの金属や、カーボンからな
る被覆層を、集電部16の表面に設ける構成も望まし
い。The metal forming the current collecting portion 16 of the separator 30 may have sufficient conductivity, strength, and corrosion resistance, and may be, for example, stainless steel. Further, in order to further improve the corrosion resistance of the separator 30, a configuration in which a conductive layer having particularly excellent corrosion resistance, for example, a metal such as titanium or nickel, or a coating layer made of carbon is preferably provided on the surface of the current collector 16. .
【0050】また、上記実施例のセパレータ30では、
集電部16と外縁部17とは異なる部材からなるが、両
者を一体で形成することとしてもよい。すなわち、金属
板をプレス成形して集電部を形成すると共に、この金属
板の所定の位置を打ち抜いて孔部を設け、一枚の金属板
から、集電部と外縁部とが一体となった金属製のセパレ
ータを製造することとしてもよい。このような場合に
も、プレス成形により形成する集電部の外縁の形状を、
その四隅において角部のない滑らかな曲線状とすること
で、集電部が備える凹凸形状を形成することでセパレー
タ内に生じる応力の分布の偏りを抑え、セパレータの反
りを少なくする効果を得ることができる。なお、上記し
た実施例のセパレータ30では、集電部16を既述した
形状とすることで金属製の集電部16の反りを抑えると
共に、この集電部16を、反りを生じない樹脂製の外縁
部17と一体とすることで、セパレータ30全体の反り
をさらに抑えることができる。Further, in the separator 30 of the above embodiment,
Although the current collecting portion 16 and the outer edge portion 17 are made of different members, they may be formed integrally. That is, a metal plate is press-formed to form a current collecting portion, and a hole is formed by punching a predetermined position of the metal plate, and the current collecting portion and the outer edge portion are integrated from one metal plate. Alternatively, a metal separator may be manufactured. Even in such a case, the shape of the outer edge of the current collector formed by press molding is
By forming a smooth curved shape without corners at the four corners, the unevenness of the current collector is formed, thereby suppressing the bias of the distribution of stress generated in the separator and obtaining an effect of reducing the warpage of the separator. Can be. In the separator 30 of the above-described embodiment, the current collector 16 is formed into the shape described above to suppress the warpage of the metal current collector 16 and to make the current collector 16 a resin that does not warp. By integrating the outer edge 17 with the outer edge 17, the warpage of the entire separator 30 can be further suppressed.
【0051】また、上記実施例のセパレータ30では、
集電部16は、それぞれの面上において、平行な2つの
U字形の凹部からなることとしたが、集電部内に形成さ
れる凹部の形状は、他のいかなる形状であってもよい。
すなわち、集電部の外周を、角部のない滑らかな曲線状
となるように形成すれば、集電部内に形成される凹部の
形状が他の形状であっても、プレス成形によって集電部
内に生じる応力の分布の偏りを抑えることができ、セパ
レータの反りを少なくすることができる。セパレータ3
0が備える凹部とは異なる形状の凹部を備えるセパレー
タの例を図8に示す。In the separator 30 of the above embodiment,
The current collector 16 is formed of two parallel U-shaped recesses on each surface, but the shape of the recess formed in the current collector may be any other shape.
That is, if the outer periphery of the current collector is formed so as to have a smooth curved shape without corners, even if the shape of the concave portion formed in the current collector is another shape, the inside of the current collector is formed by press molding. Of the separator can be suppressed, and the warpage of the separator can be reduced. Separator 3
FIG. 8 shows an example of a separator provided with a concave portion having a shape different from that of the concave portion provided in 0.
【0052】図8に示すセパレータ130は、金属板を
プレス成形することにより形成されており、その一方の
面上に凹部150を備えると共に、四隅のそれぞれの近
傍に孔部140,143,144,147が形成されて
おり、さらに、孔部143,144の近傍には、孔部1
49,148が設けられている。ここで、凹部150
は、略円形に形成されており、その内部において図3に
示した凸部55と同様に複数の凸構造が形成され、孔部
144,147と連通している。また、セパレータ13
0の他方の面(図示せず)には、凹部150と同様の凹
部が設けられており、この凹部は、孔部140,143
と連通している。このようなセパレータ130を用いて
燃料電池を構成する場合には、凹部150は単セル内燃
料ガス流路を形成し、孔部144,147は燃料ガスマ
ニホールドを、孔部140,143は酸化ガスマニホー
ルドを、孔部148,149は冷却水マニホールドを形
成する。また、セパレータ130を用いて構成した燃料
電池内では、凹部150が形成する単セル内燃料ガス流
路において、孔部144,147のうちの一方が形成す
るガスマニホールドから他方が形成するガスマニホール
ドに向かってガスが流れる。The separator 130 shown in FIG. 8 is formed by press-molding a metal plate, has a recess 150 on one surface thereof, and has holes 140, 143, 144 and 144 near each of the four corners. 147 is formed, and the hole 1 is located near the holes 143 and 144.
49, 148 are provided. Here, the recess 150
Is formed in a substantially circular shape, in which a plurality of convex structures are formed similarly to the convex portion 55 shown in FIG. 3 and communicate with the holes 144 and 147. Also, the separator 13
0 is provided with a recess similar to the recess 150 on the other surface (not shown).
Is in communication with When a fuel cell is configured using such a separator 130, the recess 150 forms a fuel gas flow path within a single cell, the holes 144 and 147 form a fuel gas manifold, and the holes 140 and 143 form oxidizing gas. The manifold and the holes 148 and 149 form a cooling water manifold. Further, in the fuel cell constituted by using the separator 130, in the fuel gas flow path in the single cell formed by the recess 150, the gas manifold formed by one of the holes 144 and 147 changes from the gas manifold formed by the other. Gas flows toward it.
【0053】このようなセパレータ130では、凹部1
50が形成される領域が既述した集電部に相当するが、
この集電部を、略円形、すなわちその外周を角部のない
滑らかな曲線状とすることで、既述した実施例と同様
に、セパレータ130の反りを抑える効果を得ることが
できる。また、凹部150を上記した形状として、ガス
マニホールドを形成するための孔部をこの凹部150に
沿って設けることによって、セパレータ130の四隅の
近傍には所定のスペースが生じる。したがって、ここ
に、冷却水マニホールドを形成する孔部148,149
を設けることができ、既述した実施例と同様に、マニホ
ールドを効率的に配置できるという効果も得られる。In such a separator 130, the recess 1
The region where 50 is formed corresponds to the current collector described above,
By making the current collecting portion substantially circular, that is, by forming the outer periphery of the current collecting portion into a smooth curved shape having no corners, an effect of suppressing the warpage of the separator 130 can be obtained as in the above-described embodiment. Further, by forming the concave portion 150 in the above-described shape and providing a hole for forming the gas manifold along the concave portion 150, predetermined spaces are generated near the four corners of the separator 130. Therefore, the holes 148, 149 forming the cooling water manifold are provided here.
Can be provided, and similarly to the above-described embodiment, the effect that the manifold can be efficiently arranged can be obtained.
【0054】なお、既述した実施例では、集電部の四隅
すべてを、角部を有しない曲線状となるよう形成した
が、四隅のうちの少なくとも一つにおいて、このような
構成としてもよい。このような場合にも、四隅のうちの
少なくとも一つを、角部を有しない曲線状とすること
で、プレス成形によって凹凸形状を形成する際に生じる
応力の分布の偏りを抑える所定の効果を得ることができ
る。また、集電部の形状は、略四角形以外の多角形状で
あっても、その角部に相当する形状を滑らかな曲線とす
ることで、セパレータの反りを抑える同様の効果を得る
ことができる。In the above-described embodiment, all four corners of the current collector are formed in a curved shape having no corners. However, at least one of the four corners may have such a configuration. . Even in such a case, by forming at least one of the four corners into a curved shape having no corner portion, a predetermined effect of suppressing the bias of the distribution of stress generated when the uneven shape is formed by press molding is obtained. Obtainable. Further, even if the shape of the current collecting portion is a polygonal shape other than a substantially quadrangular shape, the same effect as suppressing the warpage of the separator can be obtained by making the shape corresponding to the corner portion a smooth curve.
【0055】既述した実施例では、1枚の金属板をプレ
ス成形することによって、その両面に所定の凹凸形状を
有する集電部16を形成したが、プレス成形した金属板
を2枚貼り合わせて集電部を形成することもできる。す
なわち、プレス成形といった塑性加工だけでは、所望の
凹凸形状を両面に有する集電部を形成するのが困難であ
る場合には、集電部のいずれか一方の面に対応する凸構
造を形成するように金属板を加工し、集電部の他方の面
に対応する凸構造を形成するように加工した金属板と共
に、上記凸構造が向かい合わない方向で両者を貼り合わ
せて、一つの集電部を形成することとしてもよい。この
ような場合にも、集電領域の外周の形状を、角部を有し
ない滑らかな線状とすることで、セパレータの反りを抑
える効果を得ることができる。In the above-described embodiment, the current collector 16 having a predetermined uneven shape is formed on both surfaces by press-molding a single metal plate. However, two press-formed metal plates are bonded to each other. It is also possible to form a current collector. In other words, if it is difficult to form a current collector having a desired uneven shape on both surfaces only by plastic working such as press molding, a convex structure corresponding to any one surface of the current collector is formed. A metal plate is processed in such a manner that, together with a metal plate processed so as to form a convex structure corresponding to the other surface of the current collecting portion, the two are pasted together in a direction in which the convex structures do not face each other to form one current collecting portion. May be formed. In such a case as well, the effect of suppressing the warpage of the separator can be obtained by forming the outer periphery of the current collecting region into a smooth linear shape having no corners.
【0056】このように、金属製の薄板をプレス成形す
る際には、応力分布の不均一による成形体の反りが特に
大きな問題となり、集電領域を既述した形状とすること
による効果が特に顕著に得られるが、他の方法でセパレ
ータの凹凸構造を形成する場合であっても、集電領域の
外周の形状を角部のない滑らかな曲線状にすることによ
って、セパレータの反りを抑える所定の効果を得ること
ができる。例えば、平坦な金属板上に、熱で溶融させた
金属を盛りつけることによって、セパレータ表面に凹凸
構造を形成する場合にも、集電領域の外周の形状を角部
のない滑らかな曲線状にすることで、セパレータの反り
を抑えることができる。既述した実施例では、セパレー
タ内に分布する応力は、金属板を曲げたり伸ばしたりす
る外力によって生じるが、溶融金属を盛りつける場合に
は、セパレータに分布する応力は、熱という外力によっ
て発生する。その他、カーボン材料をプレス成形してセ
パレータを製造する場合など、他の材料、他の製造方法
による場合であっても、集電領域の形状を既述した形状
とすることで、単セル内流路を形成するための凹凸構造
を設けることでセパレータ内に生じる応力の分布が偏る
のを抑え、セパレータの反りをより小さくする効果を得
ることができる。As described above, when a metal thin plate is press-formed, warpage of the formed body due to uneven stress distribution is a particularly serious problem, and the effect of forming the current collecting region into the above-described shape is particularly significant. Although it is remarkably obtained, even in the case where the uneven structure of the separator is formed by another method, the shape of the outer periphery of the current collecting region is made to have a smooth curve without corners, thereby suppressing the separator from warping. The effect of can be obtained. For example, by forming a metal that is melted by heat on a flat metal plate, even when forming an uneven structure on the separator surface, the shape of the outer periphery of the current collecting region is made to be a smooth curved shape without corners. Thereby, the warpage of the separator can be suppressed. In the embodiment described above, the stress distributed in the separator is generated by an external force that bends or stretches the metal plate, but when the molten metal is provided, the stress distributed in the separator is generated by an external force of heat. In addition, even if other materials and other manufacturing methods are used, such as when a separator is manufactured by press-molding a carbon material, by setting the shape of the current collecting region to the shape described above, the flow in the single cell can be improved. By providing the uneven structure for forming the path, the distribution of the stress generated in the separator can be suppressed from being biased, and the effect of further reducing the warpage of the separator can be obtained.
【0057】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等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なる
様態で実施し得ることは勿論である。The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
【図1】本発明の好適な一実施例であるセパレータ30
を一方の面から見た様子を表わす説明図である。FIG. 1 shows a separator 30 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state viewed from one surface.
【図2】セパレータ30を他方の面から見た様子を表わ
す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a state where a separator 30 is viewed from the other surface.
【図3】凹部50に設けられた凸部55の様子を表わす
説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of a convex portion 55 provided in a concave portion 50.
【図4】単セル20の構成を表わす分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a single cell 20.
【図5】スタック構造15の外観を表わす斜視図であ
る。FIG. 5 is a perspective view illustrating an appearance of a stack structure 15.
【図6】スタック構造15内での燃料ガスの流れを立体
的に表わす説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram three-dimensionally illustrating a flow of a fuel gas in a stack structure 15;
【図7】スタック構造15内での燃料ガスの流れを平面
的に表わした説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a flow of a fuel gas in a stack structure 15 in a plan view.
【図8】セパレータ130の構成を表わす説明図であ
る。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a separator 130.
15…スタック構造 16…集電部 17…外縁部 20…単セル 30…セパレータ 31…電解質膜 32…カソード 33…アノード 36,37…集電板 36A,37A…出力端子 38,39…絶縁板 40〜43…孔部 44〜47…孔部 48,49…孔部 50〜53…凹部 55…凸部 60,62…酸化ガス供給マニホールド 61,63…酸化ガス排出マニホールド 64,66…燃料ガス供給マニホールド 65,67…燃料ガス排出マニホールド 68,69…冷却水マニホールド 70…リターンプレート 80,88…エンドプレート 81〜86…孔部 130…セパレータ 140,143,144,147,148,149…孔
部 150…凹部DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Stack structure 16 ... Current collecting part 17 ... Outer edge part 20 ... Single cell 30 ... Separator 31 ... Electrolyte membrane 32 ... Cathode 33 ... Anode 36, 37 ... Current collecting plate 36A, 37A ... Output terminal 38, 39 ... Insulating plate 40 ... 43 ... hole 44-47 ... hole 48, 49 ... hole 50-53 ... concave 55 ... convex 60, 62 ... oxidizing gas supply manifold 61, 63 ... oxidizing gas discharge manifold 64, 66 ... fuel gas supply manifold 65, 67 ... fuel gas discharge manifold 68, 69 ... cooling water manifold 70 ... return plate 80, 88 ... end plate 81-86 ... hole 130 ... separator 140, 143, 144, 147, 148, 149 ... hole 150 ... Recess
Claims (8)
応により起電力を得る燃料電池に用いられ、電解質層お
よび電極を形成する部材と共に前記単セルを構成する燃
料電池用ガスセパレータであって、 その表面に、複数の凹凸構造を設けた集電領域を備え、 前記集電領域は、 前記燃料電池用ガスセパレータを前記燃料電池に組み込
んだときには、前記凹凸構造によって、隣接する部材と
の間で、前記電気化学反応に供するためのガスの流路を
形成すると共に、 前記集電領域に前記凹凸構造を設けることによって前記
集電領域内に生じる応力の分布が偏るのを抑えるよう
に、前記集電領域の外周線が、角部を有しない滑らかな
線状に形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス
セパレータ。1. A gas separator for a fuel cell, comprising a plurality of single cells stacked and used in a fuel cell for obtaining an electromotive force by an electrochemical reaction, wherein said gas separator comprises said single cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode. The surface of the fuel cell further includes a current collecting region provided with a plurality of uneven structures, and the current collecting region is configured such that when the fuel cell gas separator is incorporated in the fuel cell, the current collecting region is formed between adjacent members by the uneven structure. In between, while forming a gas flow path to be provided for the electrochemical reaction, so as to suppress the distribution of the stress generated in the current collecting area by providing the uneven structure in the current collecting area, A gas separator for a fuel cell, wherein an outer peripheral line of the current collecting region is formed in a smooth linear shape having no corners.
応により起電力を得る燃料電池に用いられ、電解質層お
よび電極を形成する部材と共に前記単セルを構成する燃
料電池用ガスセパレータであって、 その表面に、複数の凹凸構造を設けた集電領域を備え、 前記集電領域は、 前記燃料電池用ガスセパレータを前記燃料電池に組み込
んだときには、前記凹凸構造によって、隣接する部材と
の間で、前記電気化学反応に供するためのガスの流路を
形成すると共に、 前記集電領域の形状が略多角形状を成し、 前記集電領域の略多角形状の角部のうち、少なくとも一
つの角部は、前記集電領域に前記凹凸構造を設けること
によって生じる応力の分布が偏るのを抑えるように、前
記角部に代えて、滑らかな曲線状に形成されていること
を特徴とする燃料電池用ガスセパレータ。2. A gas separator for a fuel cell, which is used in a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction, and constitutes the single cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode. The surface of the fuel cell further includes a current collecting region provided with a plurality of uneven structures, and the current collecting region is configured such that when the fuel cell gas separator is incorporated in the fuel cell, the current collecting region is formed between adjacent members by the uneven structure. A gas flow path for providing the electrochemical reaction is formed therebetween, and the shape of the current collecting region is substantially polygonal, and at least one of the substantially polygonal corners of the current collecting region is formed. The two corner portions are formed in a smooth curved shape instead of the corner portions so as to suppress the distribution of stress generated by providing the uneven structure in the current collection region. Gas separator charge the battery.
求項2記載の燃料電池用ガスセパレータ。3. The gas separator for a fuel cell according to claim 2, wherein the substantially polygonal shape is a substantially square shape.
セパレータであって、 前記集電領域は、金属板によって形成され、 前記凹凸構造は、金属板のプレス成形によって形成され
た燃料電池用ガスセパレータ。4. The fuel cell gas separator according to claim 1, wherein the current collecting region is formed by a metal plate, and the uneven structure is formed by press-forming the metal plate. Gas separator.
記凹凸構造を形成した前記集電領域は、前記燃料電池用
ガスセパレータを構成する他の領域とは別体で形成され
た請求項4記載の燃料電池用ガスセパレータ。5. The fuel cell according to claim 4, wherein the current collecting region in which the concavo-convex structure is formed by press-molding a metal plate is formed separately from other regions constituting the fuel cell gas separator. Gas separator for fuel cells.
応により起電力を得る燃料電池に用いられ、電解質層お
よび電極を形成する部材と共に前記単セルを構成する燃
料電池用ガスセパレータであって、その表面に、前記電
気化学反応に供するガスの流路を前記燃料電池内で形成
可能となる複数の凹凸構造を有する燃料電池用ガスセパ
レータの製造方法であって、 (a)前記燃料電池用ガスセパレータの基材を用意する
工程と、 (b)前記基材に対して所定の外力を加えて、前記基材
の表面に、前記複数の凹凸構造を備える集電領域を形成
する工程とを備え、 前記(b)工程は、前記集電領域を形成する際に、前記
外力によって前記集電領域内に生じる応力の分布が偏る
のを抑えるように、前記集電領域の外周線の形状を滑ら
かな曲線状に形成することを特徴とする燃料電池用ガス
セパレータの製造方法。6. A gas separator for a fuel cell, which is used in a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction, and constitutes the single cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode. A method of manufacturing a gas separator for a fuel cell having a plurality of concave and convex structures on its surface, in which a flow path of a gas to be subjected to the electrochemical reaction can be formed in the fuel cell; (B) applying a predetermined external force to the base material to form a current collecting region having the plurality of uneven structures on the surface of the base material; Wherein the step (b) includes forming a shape of an outer peripheral line of the current collecting region so as to suppress uneven distribution of stress generated in the current collecting region due to the external force when forming the current collecting region. Into a smooth curved shape A method for producing a gas separator for a fuel cell, comprising:
タの製造方法であって、 前記(a)工程では、前記基材として金属板を用意する
と共に、 前記(b)工程では、前記金属板に前記外力を加えて、
前記金属板をプレス成形することにより、前記集電領域
を形成することを特徴とする燃料電池用ガスセパレータ
の製造方法。7. The method for producing a gas separator for a fuel cell according to claim 6, wherein in the step (a), a metal plate is prepared as the base material, and in the step (b), the metal plate is prepared. Apply the external force to
A method for manufacturing a gas separator for a fuel cell, wherein the current collecting region is formed by press-forming the metal plate.
て起電力を得る燃料電池であって、 請求項1ないし5いずれか記載の燃料電池用ガスセパレ
ータを備える燃料電池。8. A fuel cell which receives a supply of gas and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction, comprising the gas separator for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
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