(57)【要約】【課題】  セパレータのウエブ面の厚さを最大荷重を基準として一様に設定していたため出力密度向上に限界があった。【解決手段】  セパレータ１１に形成したリブ１４間のウエブ面１２部分の厚さを、外側のものに比較して内側のものを薄く形成する。比較的大きな荷重が作用するセパレータ外側域の流体通路１５部分の隣接部強度格差を抑制し、該強度較差に起因する応力集中を回避できるので、セパレータの薄肉化が可能となり、これによりセパレータの強度信頼性を確保しつつセルピッチを小さくして燃料電池の出力密度をより高めることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質または電極の膜面に隣接して積層される燃料電池のセパレータであって、前記膜面と対向するウエブ面と該ウエブ面上に形成した多数のリブ間に流体通路を画成するセパレータにおいて、
前記リブ間のウエブ面部分の厚さを、ウエブ面上の外側のものに比較して内側のものを薄く形成したことを特徴とする燃料電池のセパレータ。
【請求項２】
電解質または電極の膜面に隣接して積層される燃料電池のセパレータであって、前記膜面と対向するウエブ面と該ウエブ面上に形成した多数のリブ間に流体通路を画成するセパレータにおいて、
前記リブ間のウエブ面部分のうち、最も外側に位置するものの厚さを、外側から内側に向かって次第に薄くなるように形成したことを特徴とする燃料電池のセパレータ。
【請求項３】
電解質または電極の膜面に隣接して積層される燃料電池のセパレータであって、前記膜面と対向するウエブ面と該ウエブ面上に形成した多数のリブ間に流体通路を画成するセパレータにおいて、
前記リブ間のウエブ面部分の厚さを、ウエブ面上の外側から内側に向かって流体通路毎に段階的に薄くなるように形成したことを特徴とする燃料電池のセパレータ。
【請求項４】
電解質または電極の膜面に隣接して積層される燃料電池のセパレータであって、前記膜面と対向するウエブ面と該ウエブ面上に形成した多数のリブ間に流体通路を画成するセパレータにおいて、
前記リブ間のウエブ面部分を、ウエブ面上の外側のものから内側のものに向かって次第に厚さが薄くなるように連続した傾斜面状に形成したことを特徴とする燃料電池のセパレータ。
【請求項５】
ウエブ面部分の厚さが厚い流体通路ほど当該流路を画成するリブの間隔を大に設定した請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料電池のセパレータ。
【請求項６】
リブの間隔を、多数の流体通路間で動水半径が均等になるように設定した請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料電池のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の構造は、一般的には電解質膜またはその両面に電極膜を形成した膜電極結合体の膜面に燃料または酸化剤を供給するための流体通路を形成したセルを単位として成立しており、必要な電力を得るために絶縁体からなるセパレータを介して多数のセルを積層したスタック構造としている。
【０００３】
セパレータには、隣接するセル間を仕切るのみならず、電解質等の膜面との間に前述した酸化剤等を流通させるための流体通路を形成する機能が与えられている。このために、膜面に対向するセパレータのウエブ面上に立ち上げた多数のリブにより、電解質膜を積層した状態にて膜面との間に多数の流体通路を画成するようにしている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開2003-297381号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセパレータは、一定の厚さを有するウエブ面上に多数のリブを配置した構成となっており、すなわちリブ間に形成される流体通路毎にウエブの厚さは一定である。ウエブの厚さは最も負荷の高い部分で必要な耐力が得られるように決定されており、したがって負荷の低い部位ではウエブ厚が相対的に大となっており、これが燃料電池の出力密度を高めるうえでの障害になっている。一定のウエブ厚で出力密度を高めようとすると、最も負荷の高い部位での安全率が自ずと低くなるので破損に対する信頼性が低下してしまう。
【０００５】
また、流体通路がないセパレータ外枠部と比較して通路形成部分はウエブ厚が薄いことにより相対的に強度が低くなっており、特に一番外側の通路部分は、強度の高い外枠部と接していることにより、セパレータに大きな荷重が作用した際に、その隣接部との強度格差のため応力が集中し破壊に至る可能性が高い。本出願人の知見によれば、前記の対策として一番外側の通路部分のウェブ厚を単に厚くすると、当該通路部は破壊されずにその隣接する内側の通路部分にて破壊が起こるという問題を生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電解質または電極の膜面に隣接して積層される燃料電池のセパレータである。前記セパレータは、前記膜面と対向するウエブ面と該ウエブ面上に形成した多数のリブ間に流体通路を画成する。
【０００７】
本発明の特徴的構成として、前記リブ間のウエブ面部分の厚さを、外側のものに比較して内側のものを薄く形成する。
【発明の効果】
【０００８】
前記本発明の構成によれば、リブとウエブによって形成される流体通路部分の隣接部強度格差を抑制し、該強度較差に起因する応力集中を回避できるので、セパレータの薄肉化が可能となる。これにより、セパレータの強度信頼性を確保しつつセルピッチを小さくして燃料電池の出力密度を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１以下の各図において、１１はセパレータ、１２はそのウエブ面、１３は外枠部、１４はリブ、１５は流体通路を、それぞれ表している。図は何れも説明のための概略図であり、セパレータ１１の各部の寸法ないし流体通路１５の個数等は実際のものとは異なる。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態である。図において、セパレータ１１は、図示しない電解質または電極の膜面に隣接して積層されるプレート状の部材からなり、前記膜面と対向するウエブ面１２と該ウエブ面上に形成された多数のリブ１４との間に、反応ガス（水素を含む燃料ガスまたは酸素を含む酸化剤ガス）を流通させるための流体通路１５を画成する構成となっている。セパレータ１１の厚さ方向の中心部から図ったリブ１４の高さは、どのリブ１４についても同一である。なお、この場合プレート状部材の両面に対称的にウエブ面１２、リブ１４ないし流体通路１５等を設けてあるが、これらを片面にのみ設けた構成とすることもできる。
【００１１】
この実施形態では、両外側の外枠部１３の内側に形成される多数の流体通路１５のうち、最も外側に位置する流体通路１５につき、該通路を形成するウエブ面１２の部分の厚さを内側のものよりも全体に厚く、かつ外側から内側に向かって次第に薄くなるような傾斜面状に形成してある。
【００１２】
セパレータ１１の最外側の流体通路１５を形成するウエブ面１２の部分は、隣接して積層される電解質膜等に対してシール部分となる外枠部１３に近接していることから、一般に大きな荷重が作用する。この実施形態によれば、この最外側の流体通路１５の部分とその内側の流体通路１５の部分との間でウエブ間の強度較差を少なくして耐力を向上させることができるので、それだけ内側域のウエブ面１２の部分での厚さを小さくできる。このようにして薄くなったウエブ面に、燃料ガス等の圧力損失要求等から決められた高さのリブを形成するため、単体セパレータ厚は薄くなり、セルピッチを狭くすることができる。これにより、燃料電池の出力密度向上を図ることができる。  図２と図３はそれぞれ本発明の第２、第３の実施形態である。図２は、前記リブ１４間のウエブ面１２部分の厚さを、外側から内側に向かって流体通路１５毎に段階的に薄くなるように形成したものである。また、図３は、前記リブ１４間のウエブ面１２部分を、外側のものから内側のものに向かって次第に厚さが薄くなるように連続した傾斜面状に形成したものである。
【００１３】
前記構成によれば、外側から内側に向かってウエブ面１２部分の厚さを次第に小さくしたことにより、セパレータ１１に作用する荷重に対してより適切に応力の分散を図ることができ、これによりセパレータ１１の厚さをより薄くすることが可能である。
【００１４】
図４と図５は、それぞれ本発明の第４、第５の実施形態である。これらの実施形態は、それぞれ
図１、図２の実施形態において、多数の流体通路１５のそれぞれの動水半径（または流量特性）が互いに均等になるようにリブ１４の間隔を設定したものである。すなわち、図１のものではリブ１４の間隔はどの流体通路１５の部分についても一定としてあるが、最も外側の通路１５に着目すると、そのウエブ面１２の部分の厚さが大きくしてあるので、他の流体通路１５に比較して断面積が小さくなっている。そこで、図４に示した実施形態では、内側域の流体通路１５の動水半径が最外側の流体通路１５と均しくなるように、リブ１４の間隔を小さくしてある。図５のものも同様であり、流体通路１５を構成するウエブ面１２部分の厚さを、外側から内側に向かって段階的に薄くしたことに対応して、リブ１４の間隔を、内側のものほど段階的に小さくして、各流体通路１５の動水半径をほぼ等しくしてある。
【００１５】
これらの実施形態によれば、燃料電池性能確保に重要な機能である、すべての流体通路１６に一様に反応ガスを供給することができるので、出力密度向上に加えて、燃料電池の効率自体をも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態の概略断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態の概略断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態の概略断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１１    セパレータ
１２    ウエブ面
１３    外枠部
１４    リブ
１５    流体通路
【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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