(57)【要約】【課題】冷却媒体流路を形成する発電ユニット間の構造的な保持を確実に行うとともに、金属セパレータを簡単且つ経済的に製造することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、第１の発電ユニット１２Ａと第２の発電ユニット１２Ｂとを水平方向に沿って交互に積層して構成される。第１の発電ユニット１２Ａ及び第２の発電ユニット１２Ｂでは、それぞれ同一の位置に配置される第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂにおいて、第１酸化剤ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに１８０゜回転した形状に設定される一方、連通孔群の形状が同一に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるｎ＋１個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第１の発電ユニット及び第２の発電ユニットを備え、前記第１の発電ユニットと前記第２の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックであって、
前記第１の発電ユニット内及び前記第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、前記反応ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに１８０゜回転した形状に設定される一方、少なくとも前記反応ガス連通孔を含む連通孔形状が同一に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス流通域は、少なくとも前記反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、
を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記バッファ部は、エンボス部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項２又は３記載の燃料電池スタックにおいて、前記バッファ部は、連続ガイド部を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるｎ＋１個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第１の発電ユニット及び第２の発電ユニットを備え、前記第１の発電ユニットと前記第２の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックにおいて、前記第１の発電ユニット内及び前記第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータを製造する燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
第１の金型により、各金属セパレータに前記反応ガス流通域を形成する第１の工程と、
第２の金型により、各金属セパレータに少なくとも前記反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する第２の工程と、
を有し、
一方の前記金属セパレータは、前記第１の金型と前記第２の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、
他方の前記金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第２の金型に対し相対的に１８０°回転して配置されることを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記反応ガス流通域は、少なくとも前記反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通するバッファ部と、
を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の製造方法において、前記バッファ部は、エンボス部を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６記載の製造方法において、前記バッファ部は、連続ガイド部を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第２の工程は、前記第２の金型により、前記連通孔形状を成形すると同時に、各金属セパレータの外形にトリム加工を行うことを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【請求項１０】
電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるｎ＋１個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第１の発電ユニット及び第２の発電ユニットを備え、前記第１の発電ユニットと前記第２の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタックにおいて、前記第１の発電ユニット内及び前記第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータを製造する燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、
第１の金型により、各金属セパレータに前記反応ガス流通域を形成する第１の工程と、
第２の金型により、少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第２の工程と、
を有し、
一方の前記金属セパレータは、前記第１の金型と前記第２の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、
他方の前記金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第２の金型に対し相対的に１８０°回転して配置されることを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるｎ＋１個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第１の発電ユニット及び第２の発電ユニットを備え、前記第１の発電ユニットと前記第２の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード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。
【０００４】
その際、セパレータとして金属セパレータが使用される場合、アノード側金属セパレータの一方の面に燃料ガス流路用の凹部を設けると、前記金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。さらに、カソード側金属セパレータの一方の面に酸化剤ガス流路用の凹部を設けると、前記金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されているように、固体電解質の両側に電極を配した燃料電池セルが複数積層されてなる燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池セルの間に介挿されて用いられ、一方の側面には隣接する一方の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路溝を備えるとともに、他方の側面には隣接する他方の燃料電池セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路溝を備えた燃料電池用セパレータが知られている。
【０００６】
このセパレータは、加工性に優れた金属材料の表裏面に電気伝導性に優れた材料がコーティングされ、且つ、その表裏面にはそれぞれ多数の突起が適当な間隔を配して設けられている。さらに、突起は、燃料電池スタックにおいて燃料電池セル面に接するように設けられており、燃料ガス流路溝及び酸化剤ガス流路溝が、それぞれ、セパレータと燃料電池セルとの間において前記突起間に連通形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池スタックでは、所定数の単位セル間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造を採用する場合がある。この種の間引き冷却構造を有する燃料電池に、上記の従来技術を採用すると、図３０に示すように、２枚のＭＥＡ１ａ、１ｂと３枚の金属セパレータ２ａ、２ｂ及び２ｃとを有するセルユニット３が、複数積層されることにより、前記燃料電池が構成される。
【０００９】
ＭＥＡ１ａ、１ｂは、固体電解質膜４ａの両側に、アノード側電極４ｂとカソード側電極４ｃとが配設されている。金属セパレータ２ａは、ＭＥＡ１ａのアノード側電極４ｂに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路５を形成する複数の凸部５ａを有している。一方、金属セパレータ２ｂは、ＭＥＡ１ａのカソード側電極４ｃに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路６を形成するための複数の凸部６ａと、ＭＥＡ１ｂのアノード側電極４ｂに燃料ガスを供給する燃料ガス流路５を形成するための複数の凸部５ａとを交互に有している。
【００１０】
金属セパレータ２ｃは、ＭＥＡ１ｂのカソード側電極４ｃに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路６を形成するための複数の凸部６ａを有するとともに、互いに隣接する金属セパレータ２ｃ、２ａ間には、冷却媒体を供給するための冷却媒体流路７が形成されている。
【００１１】
金属セパレータ２ａ、２ｂでは、各凸部５ａ、６ａ同士がＭＥＡ１ａを挟んで互いに積層方向に対して同一位置に設定されるとともに、前記金属セパレータ２ｂ、２ｃでは、それぞれの凸部５ａ、６ａ同士がＭＥＡ１ｂを挟んで積層方向に対して同一位置に設定されている。
【００１２】
しかしながら、各セルユニット３間に冷却媒体流路７が形成される際、この冷却媒体流路７では、金属セパレータ２ｃ、２ａ同士を積層方向に支持する構造を有していない。凸部と凹部とが、積層方向に対して互いに対向しているからである。このため、燃料電池スタックの積層時の荷重を各セルユニット３間で保持することができず、しかも、発電時の圧力変動に耐えることができないという問題がある。
【００１３】
これにより、ＭＥＡ１ａ、１ｂや金属セパレータ２ａ〜２ｃの変形が惹起されるとともに、セルユニット３間の電気伝導が良好にできないという問題がある。
【００１４】
そこで、凹凸形状の異なる２種類の第１及び第２のセルユニットを用意し、前記第１のセルユニットと前記第２のセルユニットとを交互に積層した燃料電池スタックを採用することができる。しかしながら、各セルユニット毎に３枚の金属セパレータが使用されるため、６枚の形状の異なる金属セパレータを製造しなければならず、金型数が増加して経済的ではないという問題がある。
【００１５】
本発明はこの種の間引き冷却構造の燃料電池において、冷却媒体流路を形成する発電ユニット間の構造的な保持を確実に行うとともに、金属セパレータを簡単且つ経済的に製造することが可能な燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層されるｎ＋１個の金属セパレータとを有し、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流通域と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される第１の発電ユニット及び第２の発電ユニットを備え、前記第１の発電ユニットと前記第２の発電ユニットとの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層される燃料電池スタック及び燃料電池用金属セパレータの製造方法に関するものである。
【００１７】
この燃料電池スタックでは、第１の発電ユニット内及び第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、反応ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに１８０゜回転した形状に設定される一方、少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状が同一に設定されている。
【００１８】
また、反応ガス流通域は、少なくとも反応ガスを発電面に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連通するバッファ部とを有することが好ましい。
【００１９】
さらに、バッファ部は、エンボス部を備えることが好ましい。
【００２０】
さらにまた、バッファ部は、連続ガイド部を備えることが好ましい。
【００２１】
また、燃料電池用金属セパレータの製造方法では、第１の金型により、各金属セパレータに反応ガス流通域を形成する第１の工程と、第２の金型により、各金属セパレータに少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する第２の工程とを有している。
【００２２】
そして、一方の金属セパレータは、第１の金型と第２の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第２の金型に対し相対的に１８０°回転して配置されている。
【００２３】
さらに、第２の工程は、第２の金型により、連通孔形状を成形すると同時に、各金属セパレータの外形にトリム加工を行うことが好ましい。
【００２４】
さらにまた、燃料電池用金属セパレータの製造方法では、第１の金型により、各金属セパレータに反応ガス流通域を形成する第１の工程と、第２の金型により、少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第２の工程とを有している。
【００２５】
そして、一方の金属セパレータは、第１の金型と前記第２の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第２の金型に対し相対的に１８０°回転して配置されている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１の発電ユニット内及び第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータは、反応ガス流通域を成形する第１の金型と、少なくとも反応ガス連通孔を含む連通孔形状を成形する、又は少なくとも各金属セパレータの外形にトリム加工を行う第２の金型とを併用することが可能である。すなわち、一方の金属セパレータは、第１の金型と第２の金型とに、それぞれ同一の姿勢で配置されるとともに、他方の金属セパレータは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして、前記第２の金型に対し相対的に１８０°回転して配置される。
【００２７】
従って、第１の発電ユニット内及び第２の発電ユニット内でそれぞれ同一の位置に配置される各金属セパレータに対応し、それぞれ専用の第１の金型及び専用の第２の金型を用意する必要がない。これにより、金型の個数を半減させることができ、金属セパレータの製造作業が経済的且つ効率的に遂行される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックを構成する第１の発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記第１の発電ユニットを構成する第３金属セパレータと第２の発電ユニットを構成する第１金属セパレータとの分解斜視説明図である。
【図５】第１の金型の説明図である。
【図６】第２の金型の説明図である。
【図７】一方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図８】他方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図１０】第２の金型の説明図である。
【図１１】一方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図１２】他方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図１４】前記燃料電池スタックを構成する第１の発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図１５】前記第１の発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図１６】前記第１金属セパレータの入口バッファ部の一部斜視説明図である。
【図１７】前記第１金属セパレータの、図１６中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面説明図である。
【図１８】前記第１の発電ユニットを構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。
【図１９】前記第１の発電ユニットを構成する第２金属セパレータの他方の面の説明図である。
【図２０】前記第１の発電ユニットを構成する第３金属セパレータの正面説明図である。
【図２１】前記燃料電池スタックを構成する第２セルユニットの分解斜視説明図である。
【図２２】前記燃料電池スタックの、図１４中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。
【図２３】一方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図２４】他方の第１金属セパレータを製造する工程の説明図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図２６】前記燃料電池スタックを構成する第１の発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図２７】前記燃料電池スタックを構成する第２の発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図２８】前記第１の発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図２９】前記第１の発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。
【図３０】従来の燃料電池スタックの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の要部分解斜視説明図である。
【００３０】
燃料電池スタック１０は、第１の発電ユニット１２Ａと第２の発電ユニット１２Ｂとを水平方向（矢印Ａ方向）に沿って交互に積層して構成される。第１の発電ユニット１２Ａは、図２に示すように、第１金属セパレータ１４Ａ、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）（電解質・電極構造体）１６ａ、第２金属セパレータ１８Ａ、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０Ａを設ける。なお、第１の発電ユニット１２Ａは、４個以上の偶数個のＭＥＡを含む一方、５個以上の奇数個の金属セパレータを含むことも可能である。
【００３１】
第１金属セパレータ１４Ａ、第２金属セパレータ１８Ａ及び第３金属セパレータ２０Ａは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属プレート（後述する）により構成される。第１金属セパレータ１４Ａ、第２金属セパレータ１８Ａ及び第３金属セパレータ２０Ａは、後述するように、金属プレートを波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。
【００３２】
第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。
【００３３】
アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００３４】
第１の発電ユニット１２Ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００３５】
第１の発電ユニット１２Ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス出口連通孔３０ｂは、燃料ガス入口連通孔３０ａよりも小さな開口形状に設定される一方、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａよりも小さな開口形状に設定される。
【００３６】
第１金属セパレータ１４Ａの第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路３６が形成される。第１酸化剤ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝３６ａを有する。
【００３７】
第１酸化剤ガス流路３６の入口及び出口近傍（少なくとも一方でもよい）には、入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられて第１酸化剤ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。
【００３８】
入口バッファ部３８と出口バッファ部４０とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面１４ａ側（第１電解質膜・電極構造体１６ａ側）に突出する複数の凸部（エンボス）３８ａ、４０ａと、面１４ｂ側に突出する複数の凸部（エンボス）３８ｂ、４０ｂとを有する。凸部３８ａ、３８ｂ、４０ａ及び４０ｂは、円形、長円形又は矩形等、種々の形状に設定可能である。なお、以下のエンボスについても同様である。
【００３９】
第１金属セパレータ１４Ａの面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。面１４ｂには、第１酸化剤ガス流路３６を構成する複数の流路溝３６ａ間の裏面形状である複数の流路溝（凹部）４４ａが形成される。流路溝４４ａの入口及び出口近傍には、複数の凸部４０ｂ、３８ｂを有するバッファ部裏面形状が設けられる。
【００４０】
第２金属セパレータ１８Ａの第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１燃料ガス流路４６が形成される。第１燃料ガス流路４６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝（凹部）４６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路４６の入口及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部４８及び出口バッファ部５０が設けられて第１燃料ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。
【００４１】
入口バッファ部４８と出口バッファ部５０とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面１８ａ側（第１電解質膜・電極構造体１６ａ側）に突出する複数の凸部（エンボス）４８ａ、５０ａと、面１８ｂ側（第２電解質膜・電極構造体１６ｂ側）に突出する複数の凸部（エンボス）４８ｂ、５０ｂとを有する。
【００４２】
第２金属セパレータ１８Ａの第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路５２が形成される。第２酸化剤ガス流路５２は、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝（凹部）５２ａを有するとともに、前記第２酸化剤ガス流路５２の入口及び出口近傍には、入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６が設けられて第２酸化剤ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。第２酸化剤ガス流路５２は、第１燃料ガス流路４６の裏面形状である一方、入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６は、入口バッファ部５４及び出口バッファ部５６の裏面形状である。
【００４３】
第３金属セパレータ２０Ａの第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の流路溝（凹部）５８ａを有する。第２燃料ガス流路５８の入口及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられて第２燃料ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。
【００４４】
入口バッファ部６０と出口バッファ部６２とは、中間高さから表裏に凸形状を有しており、面２０ａ側（第２電解質膜・電極構造体１６ｂ側）に突出する複数の凸部（エンボス）６０ａ、６２ａと、面２０ｂ側（第２発電セル１２Ｂ側）に突出する複数の凸部（エンボス）６０ｂ、６２ｂとを有する。
【００４５】
第３金属セパレータ２０Ａの面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。面２０ｂには、第２燃料ガス流路５８を構成する複数の流路溝５８ａの裏面形状である複数の流路溝（凹部）４４ｂが形成される。
【００４６】
第１の発電ユニット１２Ａでは、第１金属セパレータ１４Ａと第２金属セパレータ１８Ａとで、第１電解質膜・電極構造体１６ａを挟持する際、互いに対向する第１酸化剤ガス流路３６と第１燃料ガス流路４６とは、それぞれの流路溝３６ａ、４６ａ間の凸部が積層方向に同一位置に配置される。同様に、第２金属セパレータ１８Ａと第３金属セパレータ２０Ａとで、第２電解質膜・電極構造体１６ｂを挟持する際、第２酸化剤ガス流路５２と第２燃料ガス流路５８とは、それぞれの流路溝５２ａ、５８ａ間の凸部同士が積層方向に同一位置に配置される。
【００４７】
各エンボスでは、図３に示すように、第１金属セパレータ１４Ａと第２金属セパレータ１８Ａとにおいて、互いに第１電解質膜・電極構造体１６ａ側に突出する凸部４０ａと４８ａ及び３８ａと５０ａとは、積層方向に互いに同一の位置に配置される。
【００４８】
第２金属セパレータ１８Ａと第３金属セパレータ２０Ａとにおいて、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ側に突出する凸部４８ｂと６０ａ及び５０ｂと６２ａとは、積層方向に互いに同一の位置に配置される。
【００４９】
図２に示すように、第１金属セパレータ１４Ａの面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４Ａの外周端縁部を周回して第１シール部材６４が一体成形される。第２金属セパレータ１８Ａの面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８Ａの外周端縁部を周回して第２シール部材６６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０Ａの面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０Ａの外周端縁部を周回して第３シール部材６８が一体成形される。
【００５０】
図１に示すように、第２の発電ユニット１２Ｂは、第１金属セパレータ１４Ｂ、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１８Ｂ、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０Ｂを設ける。なお、第１の発電ユニット１２Ａ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。
【００５１】
第１金属セパレータ１４Ｂ、第２金属セパレータ１８Ｂ及び第３金属セパレータ２０Ｂは、それぞれ第１の発電ユニット１２Ａの第１金属セパレータ１４Ａ、第２金属セパレータ１８Ａ及び第３金属セパレータ２０Ａと同一の位置に配置される。
【００５２】
第１金属セパレータ１４Ｂは、第１金属セパレータ１４Ａに対して、第１酸化剤ガス流通域の形状がセパレータ面内で互いに１８０゜回転した形状（以下、点対称ともいう）に設定される一方、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂ（以下、連通孔群ともいう）の開口形状（連通孔形状）が同一に設定される。
【００５３】
具体的には、第１酸化剤ガス流路域を構成する第１酸化剤ガス流路３６と入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０とは、第１金属セパレータ１４Ａを、面方向に交差する厚さ方向（矢印Ａ方向）を回転軸として１８０°回転した際に、第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂの各第１酸化剤ガス流通域が、同一形状を有する。
【００５４】
第２金属セパレータ１８Ｂは、同様に、第２金属セパレータ１８Ａに対して、第１燃料ガス流通域及び第２酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定される。第３金属セパレータ２０Ｂは、第３金属セパレータ２０Ａに対して、第２燃料ガス流通域の形状が点対称に設定される。
【００５５】
図３及び図４に示すように、第１の発電ユニット１２Ａを構成する第３金属セパレータ２０Ａと、第２の発電ユニット１２Ｂを構成する第１金属セパレータ１４Ｂとの間には、冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４の両端部側には、第３金属セパレータ２０Ａ及び第１金属セパレータ１４Ｂから互いに対向して突出する凸部６０ｂと４０ｂ及び凸部６２ｂと３８ｂとが、積層方向に互いに同一の位置に配置される。なお、流路溝４４ｂ、４４ａは、互いに凸部同士が積層方向に同一位置に配置されることが好ましい。
【００５６】
図５は、第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂに第１酸化剤ガス流通域を成形するための第１の金型７０を示し、図６は、前記第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂに連通孔群を形成するための第２の金型７２を示す。第１の金型７０は、第１酸化剤ガス流路３６の形状を有する凹凸形状部７４と、入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０の形状を有するバッファ形状部７６ａ及び７６ｂとを有する。
【００５７】
第２の金型７２は、連通孔群をトリム加工するために、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに対応するトリム孔７８ａ〜７８ｃと、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス出口連通孔３０ｂに対応するトリム孔７８ｄ〜７８ｆとを有する。この第２の金型７２は、第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂの外形にトリム加工を行うこともできる。
【００５８】
次いで、第１の金型７０及び第２の金型７２により、第１金属セパレータ１４Ａを成形する際には、図７に示すように、先ず、薄板状の金属プレート８０Ａが用意される。この金属プレート８０Ａは、第１の金型７０に配置される。
【００５９】
第１の金型７０では、金属プレート８０Ａにプレス加工が施されることにより、凹凸形状部７４を介して第１酸化剤ガス流路３６が形成される一方、バッファ形状部７６ａ、７６ｂを介して入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が成形される。
【００６０】
第１の金型７０による成形処理が行われた金属プレート８０Ａは、同一の姿勢のまま、第２の金型７２に配置されてトリム加工が施される。このトリム加工により、金属プレート８０Ａには、トリム孔７８ａ〜７８ｆに対応して、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが形成されるとともに、外形のトリム加工が同時に行われる。
【００６１】
第２の金型７２によるトリム加工が終了した金属プレート８０Ａには、第１シール部材６４が一体成形されることにより、第１金属セパレータ１４Ａが製造される。
【００６２】
一方、第１金属セパレータ１４Ｂを製造する際には、図８に示すように、同様に、薄板状の金属プレート８０Ｂが用意される。この金属プレート８０Ｂは、実質的に、金属プレート８０Ａと同一である。
【００６３】
この金属プレート８０Ｂは、第１の金型７０に配置されてプレス加工が施されることにより、第１酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート８０Ｂは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして１８０°回転される。このため、金属プレート８０Ｂには、第１酸化剤ガス流通域が１８０°反転されることによって、第２酸化剤ガス流通域が得られる。
【００６４】
次いで、金属プレート８０Ｂは、第２の金型７２に配置されてトリム孔７８ａ〜７８ｆを介し、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが形成される。
【００６５】
第２の金型７２によるトリム加工が行われた金属プレート８０Ｂには、第１シール部材６４が一体成形されることにより、第１金属セパレータ１４Ｂが得られる。
【００６６】
この場合、第１の実施形態では、第１の発電ユニット１２Ａを構成する第１金属セパレータ１４Ａと、第２の発電ユニット１２Ｂを構成する第１金属セパレータ１４Ｂとは、それぞれのユニット内で同一の位置に配置されるとともに、第１酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定されている。
【００６７】
一方、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとは、点対称形状ではなく、同様に、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとは、点対称形状ではない。
【００６８】
このため、第１金属セパレータ１４Ａ、１４Ｂを成形するために、単一の第１の金型７０及び単一の第２の金型７２を用いることが可能である。すなわち、第１金属セパレータ１４Ａの製造工程では、図７に示すように、金属プレート８０Ａを第１の金型７０と第２の金型７２とに同一の姿勢で配置することにより、第１酸化剤ガス流通域及び連通孔群が形成される。
【００６９】
一方、第１金属セパレータ１４Ｂを製造する際には、図８に示すように、金属プレート８０Ｂを、第１の金型７０と第２の金型７２との間で面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして１８０°回転させるだけで、第１酸化剤ガス流通域及び連通孔群が形成される。
【００７０】
従って、第１金属セパレータ１４Ａと第１金属セパレータ１４Ｂとに、それぞれ専用の第１の金型及び専用の第２の金型を用意する必要がない。これにより、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行されるという効果が得られる。
【００７１】
また、第２金属セパレータ１８Ａ、１８Ｂの製造作業及び第３金属セパレータ２０Ａ、２０Ｂの製造作業においても同様に、金型の兼用を図ることができ、金型数を半減させてセパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行可能になるという効果がある。
【００７２】
なお、第１の実施形態では、第１金属セパレータ１４Ｂの製造工程において、第１の金型７０と第２の金型７２との間で、金属プレート８０Ｂを反転させる工程を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１金属セパレータ１４Ｂの製造工程時に、第１の金型７０を１８０°反転させ、又は、第２の金型７２を１８０°反転させる一方、金属プレート８０Ｂを同一の姿勢で、前記第１の金型７０と前記第２の金型７２とに配置することも可能である。
【００７３】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００７４】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００７５】
このため、第１の発電ユニット１２Ａでは、図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第１金属セパレータ１４Ａの第１酸化剤ガス流路３６及び第２金属セパレータ１８Ａの第２酸化剤ガス流路５２に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路３６に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路５２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。
【００７６】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ１８Ａの第１燃料ガス流路４６に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される。また、燃料ガスは、第３金属セパレータ２０Ａの第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。
【００７７】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００７８】
次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各アノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００７９】
一方、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、図３及び図４に示すように、第１の発電ユニット１２Ａを構成する第３金属セパレータ２０Ａと、第２の発電ユニット１２Ｂを構成する第１金属セパレータ１４Ａとの間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂに排出される。
【００８０】
また、第２の発電ユニット１２Ｂでは、上記の第１の発電ユニット１２Ａと同様に、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂにより発電が行われる。
【００８１】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０の要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１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
燃料電池スタック９０は、第１の発電ユニット９２Ａと第２の発電ユニット９２Ｂとを水平方向（矢印Ａ方向）に沿って交互に積層して構成される。第１の発電ユニット９２Ａは、第１金属セパレータ９４Ａ、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ９６Ａ、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ９８Ａを設ける。
【００８３】
第１金属セパレータ１４Ａの上方側の長辺略中央には、凹部１００が形成されるとともに、前記凹部１００に収容されてセル電圧端子１０２が設けられる。セル電圧端子１０２は、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂで発生する電圧を検出するものである。なお、第２金属セパレータ１８Ａ及び／又は第３金属セパレータ２０Ａには、必要に応じてセル電圧端子１０２を設けてもよい。
【００８４】
第１の発電ユニット９２Ａの長辺方向の一端縁部に設けられる燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、同一の開口形状に設定されてもよい。同様に、第１の発電ユニット９２Ａの長辺方向の他端縁部に設けられる酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂは、同一の開口形状に設定されてもよい。
【００８５】
第２の発電ユニット９２Ｂは、第１金属セパレータ９４Ｂ、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ９６Ｂ、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ９８Ｂを設ける。なお、第１の発電ユニット９２Ａ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。
【００８６】
第１金属セパレータ９４Ａ、９４Ｂに第１酸化剤ガス流通域を成形するために、第１の金型７０が使用される一方、前記第１金属セパレータ９４Ａ、９４Ｂの外形にトリム加工を施す第２の金型１０４が、図１０に示される。第２の金型１０４は、第１金属セパレータ９４Ａ、９４Ｂの外形形状に対応するトリムライン１０６を有する。トリムライン１０６の一方の長辺の略中央には、凹部１００に対応する凹部１０６ａと、セル電圧端子１０２に対応する凸部１０６ｂとが設けられる。
【００８７】
このように構成される第２の実施形態では、第１の金型７０及び第２の金型１０４により、第１金属セパレータ９４Ａを成形する際には、図１１に示すように、先ず、薄板状の金属プレート１１０Ａが用意される。この金属プレート１１０Ａは、第１の金型７０に配置され、第１酸化剤ガス流路３６、入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が成形される。
【００８８】
第１の金型７０による成形処理が行われた金属プレート１１０Ａは、同一の姿勢のまま、第２の金型１０４に配置されて外形トリム加工が施される。この外形トリム加工により、金属プレート１１０Ａは、所望の外形形状に加工されるとともに、凹部１００に収容されてセル電圧端子１０２が形成される。
【００８９】
なお、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂは、第２の金型１０４で同時に形成してもよく、また他の金型で個別に形成してもよい。
【００９０】
一方、第１金属セパレータ９４Ｂを製造する際には、図１２に示すように、同様に、薄板状の金属プレート１１０Ｂが用意される。この金属プレート１１０Ｂは、実質的に、金属プレート１１０Ａと同一である。
【００９１】
この金属プレート１１０Ｂは、第１の金型７０に配置されてプレス加工が施されることにより、第１酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート１１０Ｂは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして１８０°回転される。このため、金属プレート１１０Ｂには、第１酸化剤ガス流通域が１８０°反転されることによって、第２酸化剤ガス流通域が得られる。
【００９２】
次いで、金属プレート１１０Ｂは、第２の金型１０４に配置されて外形トリム加工が施される。従って、金属プレート１１０Ｂは、所望の外形形状に加工されるとともに、凹部１００に収容されてセル電圧端子１０２が形成される。
【００９３】
これにより、第２の実施形態では、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９４】
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の要部分解斜視説明図である。
【００９５】
燃料電池スタック１２０は、第１の発電ユニット１２２Ａと第２の発電ユニット１２２Ｂとが、交互に矢印Ａ方向に積層して構成される。
【００９６】
第１の発電ユニット１２２Ａは、図１４に示すように、第１金属セパレータ１２４Ａ、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）（電解質・電極構造体）１２６ａ、第２金属セパレータ１２８Ａ、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂ及び第３金属セパレータ１３０Ａを設ける。
【００９７】
第１金属セパレータ１２４Ａ、第２金属セパレータ１２８Ａ及び第３金属セパレータ１３０Ａは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属プレートにより構成される。第１金属セパレータ１２４Ａ、第２金属セパレータ１２８Ａ及び第３金属セパレータ１３０Ａは、金属プレートを波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。
【００９８】
第１の発電ユニット１２２Ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。第１の発電ユニット１２２Ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。
【００９９】
図１５に示すように、第１金属セパレータ１２４Ａの第１電解質膜・電極構造体１２６ａに向かう面１２４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路１３６Ａが形成される。第１金属セパレータ１２４Ａの面１４ｂには、第１酸化剤ガス流路１３６Ａの裏面形状である第１冷却媒体流路１３８Ａが形成される。
【０１００】
第１酸化剤ガス流路１３６Ａは、発電面に沿って矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に配列される複数本の直線状流路１４０ａと、前記直線状流路１４０ａの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂとを有する。直線状流路１４０ａは、面１２４ａ側に突出する直線状流路突起部１４０ｂ間に形成される。第１酸化剤ガス流路１３６Ａと入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂとにより、第１酸化剤ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。
【０１０１】
入口バッファ部１４２ａは、中間高さ部１４４ａから第１酸化剤ガス流路１３６Ａ側に突出する複数のエンボス凸起部１４６ａを備える。出口バッファ部１４２ｂは、中間高さ部１４４ｂから第１酸化剤ガス流路１３６Ａ側に突出する複数のエンボス凸起部１４６ｂを備える。エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂは、それぞれ所定の数ずつ一列に配列されたエンボス群が所定の間隔ずつ離間して複数列に配置される。
【０１０２】
図１４に示すように、第１金属セパレータ１２４Ａの他方の面１２４ｂには、第１酸化剤ガス流路１３６Ａの裏面形状である第１冷却媒体流路１３８Ａが形成される。第１冷却媒体流路１３８Ａは、発電面に沿って矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に配列される複数本の直線状流路１４８ａと、前記直線状流路１４８ａの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部１５０ａ及び出口バッファ部１５０ｂとを有する。
【０１０３】
直線状流路１４８ａは、面１２４ａ側に突出する直線状流路突起部１４８ｂ間に形成される。直線状流路１４８ａは、直線状流路突起部１４０ｂの裏面形状である一方、直線状流路突起部１４８ｂは、直線状流路１４０ａの裏面形状である。入口バッファ部１５０ａは、入口バッファ部１４２ａの裏面形状である一方、出口バッファ部１５０ｂは、出口バッファ部１４２ｂの裏面形状である。
【０１０４】
図１６及び図１７に示すように、入口バッファ部１５０ａは、中間高さ部１４４ａから第１冷却媒体流路１３８Ａ側に突出する連続ガイド凸部１５２ａを備える。中間高さ部１４４ａから連続ガイド凸部１５２ａの深さは、前記中間高さ部１４４ａからエンボス凸起部１４６ａの深さと同等に設定される。
【０１０５】
図１４に示すように、出口バッファ部１５０ｂは、中間高さ部１４４ｂから第１冷却媒体流路１３８Ａ側に突出する連続ガイド凸部１５２ｂを備える。第１金属セパレータ１２４Ａの表裏には、１列に配列された所定数のエンボス凸起部１４６ａ（エンボス群）と連続ガイド凸部１５２ａとが交互に設けられるとともに、１列に配列された所定数のエンボス凸起部１４６ｂ（エンボス群）と連続ガイド凸部１５２ｂとが交互に設けられる。
【０１０６】
図１８に示すように、第２金属セパレータ１２８Ａの第１電解質膜・電極構造体１２６ａに向かう面１２８ａには、第１燃料ガス流路１５４Ａが形成される。第２電解質膜・電極構造体１２６ｂに向かう面１２８ｂには、第１燃料ガス流路１５４Ａの裏面形状である第２酸化剤ガス流路１５６Ａが形成される。
【０１０７】
第１燃料ガス流路１５４Ａは、発電面に沿って矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に配列される複数本の直線状流路１５８ａと、前記直線状流路１５８ａの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂとを有する。直線状流路１５８ａは、面１２８ａ側に突出する直線状流路突起部１５８ｂ間に形成される。第１燃料ガス流路１５４Ａと、入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂとにより、第１燃料ガス流通域（反応ガス流通域）が構成される。
【０１０８】
入口バッファ部１６０ａは、中間高さ部１６２ａから第１燃料ガス流路１５４Ａ側に突出する連続ガイド凸部１６４ａを備える。各連続ガイド凸部１６４ａは、燃料ガスを燃料ガス入口連通孔３０ａから直線状流路１５８ａに案内するように設けられる。出口バッファ部１６０ｂは、中間高さ部１６２ｂから第１燃料ガス流路１５４Ａ側に突出する連続ガイド凸部１６４ｂを備える。各連続ガイド凸部１６４ｂは、燃料ガスを直線状流路１５８ａから燃料ガス出口連通孔３０ｂに案内するように設けられる。
【０１０９】
第２金属セパレータ１２８Ａの面１２８ｂには、図１９に示すように、第１燃料ガス流路１５４Ａの裏面形状である第２酸化剤ガス流路１５６Ａが形成される。第２酸化剤ガス流路１５６Ａと入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂとにより、第２酸化剤ガス流通域（反応ガス流通域）を構成する。第２酸化剤ガス流路１５６Ａは、第１酸化剤ガス流路１３６Ａと同様に構成されており、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。
【０１１０】
図１４に示すように、第３金属セパレータ１３０Ａの第２電解質膜・電極構造体１２６ｂに向かう面１３０ａには、第２燃料ガス流路１６６Ａが形成されるとともに、反対側の面１３０ｂには、前記第２燃料ガス流路１６６Ａの裏面形状である第２冷却媒体流路１６８Ａが形成される。第２燃料ガス流路１６６Ａと入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂとにより、第２燃料ガス流通域（反応ガス流通域）を構成する。第２燃料ガス流路１６６Ａは、第１燃料ガス流路１５４Ａと同様に構成されており、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。
【０１１１】
図２０に示すように、第２冷却媒体流路１６８Ａは、発電面に沿って矢印Ｂ方向に延在し且つ矢印Ｃ方向に配列される複数本の直線状流路１７０ａと、前記直線状流路１７０ａの入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部１７２ａ及び出口バッファ部１７２ｂとを有する。
【０１１２】
直線状流路１７０ａは、面１３０ｂ側に突出する直線状流路突起部７０ｂ間に形成される。入口バッファ部１７２ａ及び出口バッファ部１７２ｂは、中間高さ部１６２ｂ、１６２ａから第２冷却媒体流路１６８Ａ側に突出する複数のエンボス凸部１７４ａ、１７４ｂを備える。
【０１１３】
第１の発電ユニット１２２Ａでは、第１金属セパレータ１２４Ａと第２金属セパレータ１２８Ａとで、第１電解質膜・電極構造体１２６ａを挟持する際、互いに対向する第１酸化剤ガス流路１３６Ａ及び第１燃料ガス流路１５４Ａは、エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂと連続ガイド凸部１６４ｂ、１６４ａとが積層方向に同一位置に配置される。エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂと連続ガイド凸部１６４ｂ、１６４ａとは、第１電解質膜・電極構造体１２６ａを挟持する。
【０１１４】
同様に、第２金属セパレータ１２８Ａと第３金属セパレータ１３０Ａとで、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂを挟持する際、第２酸化剤ガス流路１５６Ａ及び第２燃料ガス流路１６６Ａは、エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂと連続ガイド凸部１６４ｂ、１６４ａとが積層方向に同一位置に配置される。エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂと連続ガイド凸部１６４ｂ、１６４ａとは、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂを挟持する。
【０１１５】
図１４に示すように、第１金属セパレータ１２４Ａの面１２４ａ、１２４ｂには、この第１金属セパレータ１２４Ａの外周端縁部を周回して第１シール部材１６８ａが一体成形される。第２金属セパレータ１２８Ａの面１２８ａ、１２８ｂには、この第２金属セパレータ１２８Ａの外周端縁部を周回して第２シール部材１６８ｂが一体成形されるとともに、第３金属セパレータ１３０Ａの面１３０ａ、１３０ｂには、この第３金属セパレータ１３０Ａの外周端縁部を周回して第３シール部材１６８ｃが一体成形される。
【０１１６】
図２１に示すように、第２の発電ユニット１２２Ｂは、第１金属セパレータ１２４Ｂ、第１電解質膜・電極構造体１２６ａ、第２金属セパレータ１２８Ｂ、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂ及び第３金属セパレータ１３０Ｂを設ける。なお、第１の発電ユニット１２２Ａ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。
【０１１７】
第１金属セパレータ１２４Ｂの第１電解質膜・電極構造体１２６ａに向かう面１２４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路１３６Ｂが形成される。第１金属セパレータ１２４Ｂの面１２４ｂには、第１酸化剤ガス流路１３６Ｂの裏面形状である第１冷却媒体流路１３８Ｂが形成される。
【０１１８】
第１酸化剤ガス流路１３６Ａ、１３６Ｂでは、直線状流路突起部１４０ｂ同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。第１冷却媒体流路１３８Ａ、１３８Ｂでは、直線状流路突起部１４８ｂ同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂ同士の位相及び連続ガイド凸部１５２ａ、１５２ｂ同士の位相が異なっており、前記エンボス凸起部１４６ａと前記連続ガイド凸部１５２ｂ及び前記エンボス凸起部１４６ｂと前記連続ガイド凸部１５２ａの交互に配置順が逆に設定される。
【０１１９】
第１金属セパレータ１２４Ａを、面方向に交差する厚さ方向（矢印Ａ方向）を回転軸として１８０゜回転した際に、第１金属セパレータ１２４Ａ、１２４Ｂの各第１酸化剤ガス流路域が、同一形状を有する。
【０１２０】
第２金属セパレータ１２８Ｂの第１電解質膜・電極構造体１２６ａに向かう面１２８ａには、第１燃料ガス流路１５４Ｂが形成されるとともに、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂに向かう面１２８ｂには、前記第１燃料ガス流路１５４Ｂの裏面形状である第２酸化剤ガス流路１５６Ｂが形成される。
【０１２１】
第１燃料ガス流路１５４Ａ、１５４Ｂでは、直線状流路突起部１５８ｂ同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。第２酸化剤ガス流路１５６Ａ、１５６Ｂでは、直線状流路突起部１４０ｂ同士の位相が異なっており、表裏で凹凸が逆に設定される。エンボス凸起部１４６ａ、１４６ｂ同士の位相及び連続ガイド凸部１６４ａ、１６４ｂ同士の位相が異なっており、前記エンボス凸起部１４６ａと前記連続ガイド凸部１６４ｂ及び前記エンボス凸起部１４６ｂと前記連続ガイド凸部１６４ａの交互に配置順が逆に設定される。
【０１２２】
第３金属セパレータ１３０Ｂの第２電解質膜・電極構造体１２６ｂに向かう面１３０ａには、第２燃料ガス流路１６６Ｂが形成されるとともに、反対側の面１３０ｂには、前記第２燃料ガス流路１６６Ｂの裏面形状である第２冷却媒体流路１６８Ｂが形成される。
【０１２３】
第２燃料ガス流路１６６Ａ、１６６Ｂでは、直線状流路突起部５８ｂ同士の位相及び連続ガイド凸部１６４ａ、１６４ｂ同士の位相が異なっている。第２冷却媒体流路１６８Ａ、１６８Ｂでは、直線状流路突起部１７０ｂ同士の位相及びエンボス凸部１７４ａ、１７４ｂ同士の位相が異なっている（図２２参照）。
【０１２４】
第２金属セパレータ１２８Ｂは、第２金属セパレータ１２８Ａに対して、第１燃料ガス流通域及び第２酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定される。第３金属セパレータ１３０Ｂは、同様に第３金属セパレータ１３０Ａに対して、第２燃料ガス流通域の形状が点対称に設定される。
【０１２５】
このように構成される第３の実施形態では、第１金属セパレータ１２４Ａを成形する際には、図２３に示すように、先ず、薄板状の金属プレート１８０Ａが用意される。この金属プレート１８０Ａは、第１の金型１８２に配置され、第１酸化剤ガス流路１３６Ａ、入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂが成形される。
【０１２６】
第１の金型１８２による成形処理が行われた金属プレート１８０Ａは、同一の姿勢のまま、第２の金型１８４に配置されてトリム加工が施される。このトリム加工により、金属プレート１８０Ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが形成されるとともに、外形のトリム加工が同時に行われる。
【０１２７】
一方、第１金属セパレータ１２４Ｂを製造する際には、図２４に示すように、同様に、薄板状の金属プレート１８０Ｂが用意される。この金属プレート１８０Ｂは、実質的に、金属プレート１８０Ａと同一である。
【０１２８】
金属プレート１８０Ｂは、第１の金型１８２に配置されてプレス加工が施されることにより、第１酸化剤ガス流通域と同一形状に成形される。そして、金属プレート１８０Ｂは、面方向に交差する厚さ方向を回転軸にして１８０°回転される。なお、金属プレート１８０Ｂを１８０°回転させる代わりに、第１の金型１８２を１８０°回転させてもよい。
【０１２９】
次いで、金属プレート１８０Ｂは、第２の金型１８４に配置されて、燃料ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが形成される。
【０１３０】
これにより、第３の実施形態では、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３１】
図２５は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１９０の要部分解斜視説明図である。
【０１３２】
なお、第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０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。
【０１３３】
燃料電池スタック１９０は、第１の発電ユニット１９２Ａと第２の発電ユニット１９２Ｂとが、矢印Ａ方向に交互に積層して構成される。第１の発電ユニット１９２Ａは、第１金属セパレータ１９４Ａ、第１電解質膜・電極構造体１２６ａ、第２金属セパレータ１９６Ａ、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂ及び第３金属セパレータ１９８Ａを設ける（図２５及び図２６参照）。
【０１３４】
第２の発電ユニット１９２Ｂは、図２５及び図２７に示すように、第１金属セパレータ１９４Ｂ、第１電解質膜・電極構造体１２６ａ、第２金属セパレータ１９６Ｂ、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂ及び第３金属セパレータ１９８Ｂを設ける。
【０１３５】
第１の発電ユニット１９２Ａを構成する第１金属セパレータ１９４Ａは、図２８に示すように、面１９４ａに第１酸化剤ガス流路１３６Ａを設ける。この第１酸化剤ガス流路１３６Ａは、直線状流路１４０ａの両側に入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂを有する。
【０１３６】
入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂは、第１酸化剤ガス流路１３６Ａ側に突出する複数の連続ガイド凸部２００ａ、２００ｂを設ける。連続ガイド凸部２００ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから直線状流路１４０ａに酸化剤ガスを案内するとともに、連続ガイド凸部２００ｂは、前記直線状流路１４０ａから酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに前記酸化剤ガスを案内する。
【０１３７】
図２６に示すように、第１金属セパレータ１９４Ａの面１９４ｂには、第１冷却媒体流路１３８Ａが設けられる。この第１冷却媒体流路１３８Ａは、入口バッファ部１５０ａ及び出口バッファ部１５０ｂを有し、前記入口バッファ部１５０ａ及び前記出口バッファ部１５０ｂは、前記第１冷却媒体流路１３８Ａ側に突出する複数のエンボス凸部２０２ａ、２０２ｂを備える。所定数のエンボス凸部２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ１列ずつ且つ連続ガイド凸部２００ａ、２００ｂと交互に配置される。
【０１３８】
第２金属セパレータ１９６Ａの面１９６ａには、第１燃料ガス流路１５４Ａが形成され、前記第１燃料ガス流路１５４Ａは、入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂを有する。入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂは、第１燃料ガス流路１５４Ａ側に突出する複数のエンボス凸部２０４ａ、２０４ｂを備える。
【０１３９】
第２金属セパレータ１９６Ａの面１９６ｂには、図２９に示すように、第２酸化剤ガス流路１５６Ａが形成される。第２酸化剤ガス流路１５６Ａを構成する入口バッファ部１４２ａ及び出口バッファ部１４２ｂには、第２酸化剤ガス流路１５６Ａ側に突出する複数の連続ガイド凸部２０６ａ、２０６ｂが形成される。
【０１４０】
図２６に示すように、第３金属セパレータ１９８Ａの面１９８ａには、第２燃料ガス流路１６６Ａが設けられる。第２燃料ガス流路１６６Ａを構成する入口バッファ部１６０ａ及び出口バッファ部１６０ｂには、第２燃料ガス流路１６６Ａに突出する複数のエンボス凸部２０８ａ、２０８ｂが形成される。
【０１４１】
第３金属セパレータ１９８Ａの面１９８ｂには、第２冷却媒体流路１６８Ａが形成される。第２冷却媒体流路１６８Ａを構成する入口バッファ部１５０ａ及び出口バッファ部１５０ｂには、前記第２冷却媒体流路１６８Ａ側に突出する複数の連続ガイド凸部２１０ａ、２１０ｂが形成される。
【０１４２】
第１の発電ユニット１９２Ａでは、第１酸化剤ガス流路１３６Ａを構成する連続ガイド凸部２００ａ、２００ｂと、第２金属セパレータ１９６Ａの第１燃料ガス流路１５４Ａを構成するエンボス凸部２０４ｂ、２０４ａとが、第１電解質膜・電極構造体１２６ａ側に突出し、且つ積層方向に重なり合って、前記第１電解質膜・電極構造体１２６ａを挟持する。
【０１４３】
第２金属セパレータ１９６Ａの第２酸化剤ガス流路１５６Ａを構成する連続ガイド凸部２０６ａ、２０６ｂと、第３金属セパレータ１９８Ａの第２燃料ガス流路１６６Ａを構成するエンボス凸部２０８ｂ、２０８ａとは、第２電解質膜・電極構造体１２６ｂ側に積層方向に重なる位置に突出し、前記第２電解質膜・電極構造体１２６ｂを挟持する。
【０１４４】
第１の発電ユニット１９２Ａ及び第２の発電ユニット１９２Ｂにおいて、第１酸化剤ガス流路１３６Ａ、３６Ｂでは、連続ガイド凸部２００ａ、２００ｂ同士の位相が異なるとともに、第２酸化剤ガス流路１５６Ａ、５６Ｂでは、連続ガイド凸部２０６ａ、２０６ｂ同士の位相が異なる。
【０１４５】
第１燃料ガス流路１５４Ａ、１５４Ｂでは、エンボス凸部２０４ａ、２０４ｂ同士の位相が異なるとともに、第２燃料ガス流路１６６Ａ、１６６Ｂでは、エンボス凸部２８ａ、２０８ｂ同士の位相が異なる。
【０１４６】
このように構成される第４の実施形態では、第１の発電ユニット１９２Ａを構成する第１金属セパレータ１９４Ａと、第２の発電ユニット１９２Ｂを構成する第１金属セパレータ１９４Ｂとは、それぞれのユニット内で同一の位置に配置されるとともに、第１酸化剤ガス流通域の形状が点対称に設定されている。これにより、金型数を半減させることができ、セパレータ製造作業が経済的且つ効率的に遂行される等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１４７】
１０、９０、１２０、１９０…燃料電池スタック
１２Ａ、１２Ｂ、９２Ａ、９２Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂ、１９２Ａ、１９２Ｂ…発電ユニット
１４Ａ、１４Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ、９４Ａ、９４Ｂ、９６Ａ、９６Ｂ、９８Ａ、９８Ｂ、１２４Ａ、１２４Ｂ、１２８Ａ、１２８Ｂ、１３０Ａ、１３０Ｂ、１９４Ａ、１９４Ｂ、１９６Ａ、１９６Ｂ、１９８Ａ、１９８Ｂ…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ、１２６ａ、１２６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜            ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極
３６、５２、１３６Ａ、１３６Ｂ、１５６Ａ、１５６Ｂ…酸化剤ガス流路
３８、４８、５４、６０、１４２ａ、１５０ａ、１６０ａ、１７２ａ…入口バッファ部
３８ａ、３８ｂ、４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ…凸部
４０、５０、５６、６２、１４２ｂ、１５０ｂ、１６０ｂ、１７２ｂ…出口バッファ部
４４、１３８Ａ、１３８Ｂ、１６８Ａ、１６８Ｂ…冷却媒体流路
４６、５８、１５４Ａ、１５４Ｂ、１６６Ａ、１６６Ｂ…燃料ガス流路
７０、７２、１０４…金型            ７４…凹凸形状部
７６ａ、７６ｂ…バッファ形状部      ７８ａ〜７８ｆ…トリム孔
８０Ａ、８０Ｂ、１１０Ａ、１１０Ｂ…金属プレート
１００…凹部                        １０２…セル電圧端子
１４６ａ、１４６ｂ…エンボス凸起部
１５２ａ、１５２ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、２００ａ、２００ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、２１０ａ、２１０ｂ…連続ガイド凸部
１７４ａ、１７４ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０８ａ、２０８ｂ…エンボス凸部
１８０Ａ、１８０Ｂ…金属プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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