(57)【要約】      （修正有）【課題】流路領域の機械的強度が向上したカーボンセパレータを提供する。【解決手段】燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池に使用されるカーボンセパレータ１１であって、表裏両面に設けられた凹凸で形成された流路領域Ｃと、流路領域Ｃの流路凹部１１ａ,１１ｂのうち少なくとも一方の面の流路凹部１１ａに形成され、流路領域Ｃの撓曲を防止する補強部１４ａとを備えるとともに、流路領域Ｃの流路凸部１５ａは、燃料電池のカソード極又はアノード極に当接して電流を通流させることができることを特徴とする。【選択図】図２
2006302700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池に使用されるカーボンセパレータであって、
セパレータの表裏両面に互いに対峙して設けられた凹凸で形成された流路領域と、
前記流路領域の流路凹部のうち少なくとも一方の面の流路凹部に形成され、流路領域の撓曲を防止する補強部と、
を備えるとともに、
前記流路領域の流路凸部は、燃料電池のカソード極又はアノード極に当接して電流を通流させることができる、
ことを特徴とする燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項２】
前記補強部は、引っ張り強度がセパレータの母材よりも高い部材で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項３】
前記補強部は、ガス透過性がセパレータの母材よりも低い部材で形成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項４】
前記補強部は、前記流路領域の流路凹部のうち、作動圧力が高い面に形成された流路凹部の隅角部に形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項５】
前記補強部は、前記流路領域の流路凹部のうち、作動圧力が低い面に形成された流路凹部の底部に形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項６】
前記流路領域の周囲に形成された平坦領域を有し、
前記補強部は、前記平坦領域から、その平坦領域に隣接した流路凹部の底部に跨って形成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項７】
前記補強部は表面が、前記カーボンセパレータの表面と面一になるように形成された層形状である、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【請求項８】
前記補強部は、スリットを有する少なくとも流路領域と同等の大きさのシートからなり、そのスリットが前記流路凸部に対応する位置に配設される、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池に用いるカーボンセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下「ＭＥＡ」という）及びセパレータからなる単セルを積層することによって構成される。ＭＥＡは、電解質膜としての固体高分子膜の一方の面に形成されたアノード極（燃料ガス極）と、他方の面に形成されたカソード極（酸化剤極；空気極）とを有する。
【０００３】
アノード極では、セパレータから水素Ｈ2を含有する燃料ガスが供給され、以下のように反応する。
アノード極：２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-      。
【０００４】
このようにしてアノード極で生成したプロトンＨ+は、固体高分子膜を透過してカソード極に到達する。また電子ｅ-は外部回路を通ってカソード極に到達する。
【０００５】
カソード極では、セパレータから酸素Ｏ2を含有する酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスが、カソード極に到達したプロトンＨ+及び電子ｅ-と以下のように反応する。
カソード極：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ      。
【０００６】
セパレータは、ＭＥＡの間に挟まれ、燃料ガス及び酸化剤ガス（以下、「反応ガス」という）を分離したままアノード極全面とカソード極全面に供給する。そこでセパレータは両面に、反応ガスが流通する凹凸形状の流路（以下、「流路領域」という）が形成される。また流路領域の周囲には平坦領域が形成される。
【０００７】
この平坦領域が、ＭＥＡのカソード極又はアノード極と当接して、セパレータを把持する。そのため、平坦領域はセパレータを把持するために十分な機械的強度が必要である。
【０００８】
しかし、セパレータをカーボン材のような脆性部材で成形すると、流路領域と平坦領域の部材充填量が異なり、平坦領域の密度が低くなる。このような密度の低い平坦領域では、十分な機械的強度が確保されない。
【０００９】
そこで特許文献１では、平坦領域に補強シートを積層することで機械的強度が増したセパレータを提供している。
【特許文献１】特開２００２−２０３５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし従来のセパレータでは、平坦領域の機械的強度を上げることはできるものの、流路領域の機械的強度は向上しないので、単セルを積層する際の荷重によって流路領域が破損するという問題があった。また、一方の面を流れる流体の作動圧力が他方の面を流れる流体の作動圧力よりも大きい場合に、これら流体の作動圧力の差によって流路領域が変形して破損するという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、流路領域の機械的強度が向上したセパレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１３】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池に使用されるカーボンセパレータ（１１）であって、表裏両面に設けられた凹凸で形成された流路領域（Ｃ）と、前記流路領域（Ｃ）の流路凹部（１１ａ,１１ｂ）のうち少なくとも一方の面の流路凹部（１１ａ）に形成され、流路領域（Ｃ）の撓曲を防止する補強部（１４ａ）とを備えるとともに、前記流路領域（Ｃ）の流路凸部（１５ａ）は、燃料電池のカソード極又はアノード極に当接して電流を通流させることができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カーボンセパレータは、流路領域の流路凹部に補強部を形成したので、電気抵抗を上げることなく流路領域の機械的強度が向上する。このことから、カーボンセパレータは積層する際の荷重による流路領域の破損が防止される。さらに、一方の面の流路領域と他方の面の流路領域との作動圧力に差が生じる場合にも、流路領域が変形して破損することが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明によるカーボンセパレータの第１実施形態を示し、カーボンセパレータ１１を備える単セル４０の積層断面を示す図である。本発明の理解を容易にするために、両側に当接する単セル４０の一部もあわせて図示する。
【００１６】
単セル４０は、酸素Ｏ2を含有する酸化剤ガス及び水素Ｈ2を含有する燃料ガスが供給されて発電する固体高分子型燃料電池の単セルである。
【００１７】
単セル４０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下「ＭＥＡ」という）２と、カーボンセパレータ１１とから構成される。単セル４０は、以下に説明するＭＥＡ２のアノード３０にカーボンセパレータ１１が積層される。
【００１８】
ＭＥＡ２は固体高分子膜１０の一方の面に形成されたカソード２０と、他方の面に形成されたアノード３０とを有する。
【００１９】
カソード２０はカソード触媒層２１と、カソードガス拡散層２２とを有する。カソード２０は、カソード触媒層２１が固体高分子膜１０の一方の面に積層され、カソードガス拡散層２２がカソード触媒層２１の外側に積層される。
【００２０】
アノード３０はアノード触媒層３１と、アノードガス拡散層３２とを有する。アノード３０は、アノード触媒層３１が固体高分子膜１０の他方の面に積層され、アノードガス拡散層３２がアノード触媒層３１の外側に積層される。
【００２１】
次いでカーボンセパレータ１１の詳細について説明する。
【００２２】
カーボンセパレータ１１は、一方の面に複数の流路凹部１１ａが形成され、他方の面にも複数の流路凹部１１ｂが形成される。
【００２３】
流路凹部１１ａはアノードガス拡散層３２と接する。流路凹部１１ａには燃料ガスが流通される。この燃料ガスはアノード３０に供給される。
【００２４】
流路凹部１１ｂは隣り合う単セル４０のカソードガス拡散層２２と接する。流路凹部１１ｂには酸化剤ガスが流通される。この酸化剤ガスは隣り合う単セル４０のカソード２０に供給される。
【００２５】
このようにしてカソード２０に供給された酸化剤ガスと、アノード３０に供給された燃料ガスとを用いて単セル４０は発電する。
【００２６】
図２はカーボンセパレータ１１の断面図である。本発明の理解を容易にするために、図１に図示されているカーボンセパレータ１１を９０度右へ回転させて図示する。
【００２７】
カーボンセパレータ１１は、中央付近に凹凸形状の流路領域Ｃが形成され、その両側に平坦領域Ｄが形成される。流路領域Ｃの一方の面には流路凹部１１ａが形成され、他方の面には流路凹部１１ｂが形成される。
【００２８】
このようなカーボンセパレータ１１は、成形用シートを所望の金型を用いて加熱圧縮成形することで形成される。このことから、中央付近に形成された流路領域Ｃと、各平坦領域Ｄとは連続する。
【００２９】
まず、流路凹部１１ａが形成された面について説明する（図２上側）。流路領域Ｃには、複数の互いに並列にのびる流路凹部１１ａ（凹凸形状の凹部）と、これら流路凹部１１ａの間に位置するセパレータ突端部１５ａ（凹凸形状の突端部）とが形成される。
【００３０】
複数の流路凹部１１ａはそれぞれ、凹部の底である底部１２ａと、その両側の壁である側部１３ａとから構成される。底部１２ａは、流路凹部１１ａにおいて十分な深さを確保できる程度に形成される。
【００３１】
セパレータ突端部１５ａは、図１の単セル４０のアノードガス拡散層３２と当接する。
【００３２】
流路凹部１１ａには所定の厚さの補強部１４ａが形成される。補強部１４ａは、カーボン繊維、ガラス繊維などの繊維を編んだものや不織布などの、カーボンセパレータ１１の母材よりも引っ張り強度が高い部材で層状に形成される。
【００３３】
補強部１４ａは流路凹部１１ａの底部１２ａから両側部１３ａにかけて形成される。補強部１４ａの表面は、セパレータ突端部１５ａから連続する側部１３ａの表面と面一になるように形成される。
【００３４】
平坦領域Ｄはカーボンセパレータ１１の把持部を形成する。平坦領域Ｄの表面は滑らかであり、流路領域Ｃからの燃料ガスの漏洩を防止するためにガスシール材などが配置される。平坦領域Ｄは図１で示したアノードガス拡散層３２と当接する。平坦領域Ｄは、流路領域Ｃ内の両端に配置される流路凹部１１ａの側部１３ａと連続する。平坦領域Ｄはセパレータ突端部１５ａと同等の厚さを有する。
【００３５】
次いで、流路凹部１１ｂが形成される面について説明する（図２下側）。流路凹部１１ａを有する面の構成と同等の機能を果たす部位には、流路凹部１１ａを有する面に付した符号の末尾をａからｂに変更して付する。
【００３６】
流路凹部１１ｂは流路凹部１１ａに対応して設けられる。すなわちカーボンセパレータ１１の表裏において、底部１２ｂは底部１２ａと同一位置に、側部１３ｂは側部１３ａと同一位置に、またセパレータ突端部１５ｂはセパレータ突端部１５ａと同一位置に設けられる。
【００３７】
ただし、流路凹部１１ｂを有する面の構成は、流路凹部１１ａを有する面の構成と略同一であるが、前述した補強部１４ａが形成されない点で相違する。
【００３８】
カーボンセパレータ１１は、セパレータ突端部１５ａとセパレータ突端部１５ｂに挟まれた領域が、電流の通路になっている。
【００３９】
ここで本実施形態の効果を説明する前に、単セル４０に用いる従来のカーボンセパレータ７１の問題点について、図７を用いて説明する。なお以下に示す従来技術及び各実施形態では前述した本実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４０】
図７は単セル４０に用いる従来のカーボンセパレータ７１の断面図である。カーボンセパレータ７１は、本実施形態のカーボンセパレータ１１と同様の構成であるが、以下説明するように補強部が形成される位置が異なる。
【００４１】
カーボンセパレータ７１では、流路領域Ｃに補強部は形成されず、平坦領域Ｄにおいてカーボンセパレータ１１の表面付近に補強部１４ｂが形成される。この補強部１４ｂによって従来のカーボンセパレータ７１は、平坦領域Ｄの機械的強度が向上する。
【００４２】
しかし、このような構成の従来のカーボンセパレータ７１では、流路領域Ｃの機械的強度は向上しないため、単セル４０を積層した際に発生する荷重によって、流路領域Ｃが変形し、破損するという問題が生じる。さらに、流路領域Ｃにおいて、一方の面の流路凹部１１ａを流れる流体の作動圧力と、他方の面の流路凹部１１ｂを流れる流体の作動圧力とに差が生じる場合には、これら流体の作動圧力差によって流路領域Ｃが変形し、破損するという問題が生じる。
【００４３】
そこで本実施形態では前述したようにカーボンセパレータ１１を構成したので、以下に説明するような効果が得られ、従来のカーボンセパレータ７１で生じていた問題を解決できる。
【００４４】
本実施形態のカーボンセパレータ１１は、流路領域Ｃにおいて流路凹部１１ａに補強部１４ａが形成される。補強部１４ａは、前述のとおり底部１２ａと両側部１３ａとに跨った表面に形成される。
【００４５】
補強部１４ａによって、流路凹部１１ａの、特に底部１２ａから両側部１３ａに連続する隅角部が強化され、流路領域Ｃの機械的強度が向上する。
【００４６】
補強部１４ａは、前述したようにその表面がセパレータ突端部１５ａから連続する側部１３ａの表面と面一になるように形成されるので、補強部１４ａによって流路凹部１１ａの幅や深さが変化することがなく、流路領域Ｃの機械的強度が向上する。
【００４７】
さらに、このように補強部１４ａを形成すると、補強部１４ａは、電流の流路であるセパレータ突端部１５ａには形成されない。このように補強部１４ａの領域を適切に選択することで、カーボンセパレータ１１の電気抵抗を上げることなく、流路領域Ｃの機械的強度が向上する。
【００４８】
補強部１４ａには前述したような引っ張り強度がカーボンセパレータ１１の母材よりも高い部材が用いられるので、薄い補強部１４ａによっても高い引っ張り強度が得られる。このことからカーボンセパレータ１１の厚さを大きく変化させることなく流路領域Ｃの機械的強度が向上する。また、補強部１４ａに用いる部材の量を低減させても高い引っ張り強度が得られるので、低いコストで流路領域Ｃの機械的強度が向上する。
【００４９】
上記したように流路領域Ｃの機械的強度が向上されることから、カーボンセパレータ１１を積層する際に発生する荷重に対して、流路領域Ｃは対応でき、変形が抑制され、あるいは破損が防止される。
【００５０】
また、流路領域Ｃの一方の面の流路凹部１１ａを流れる流体と、他方の面の流路凹部１１ｂを流れる流体とに作動圧力の差が生じる場合にも、前述したように流路領域Ｃは機械的強度が向上することから、変形し破損することが防止される。
【００５１】
したがって本実施形態によれば、前述のように機械的強度が向上した流路領域Ｃを有するカーボンセパレータ１１を提供することができる。
（第２実施形態）
図３は、本発明によるカーボンセパレータの第２実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図である。第１実施形態のカーボンセパレータ１１と比べると、流路領域Ｃにおいて補強部１４ｃが形成される領域が異なる。
【００５２】
本実施形態では、流路凹部１１ａを流通する燃料ガスの作動圧力が、流路凹部１１ｂを流通する酸化剤ガスの作動圧力よりも高いことを想定する。
【００５３】
流路領域Ｃは流路凹部１１ａにおいて、補強部１４ｃが形成される。補強部１４ｃは第１実施形態で説明した補強部１４ａと同等の部材から構成される。補強部１４ｃは全域ではなく底部１２ａの一部から両側部１３ａにかけての隅角部に形成される。補強部１４ｃの表面は、セパレータ突端部１５ａから、連続する側部１３ａと底部１２ａの表面と面一になるように形成される。
【００５４】
本実施形態では、流路凹部１１ａを流通する燃料ガスの作動圧力が、流路凹部１１ｂを流通する酸化剤ガスの作動圧力よりも大きい。このような場合には、作動圧力の高い流路凹部１１ａの底部１２ａには、作動圧力の低い流路凹部１１ｂの底部１２ｂ側へ膨らもうとする応力が発生する。この応力にともない、底部１２ａから両側部１３ａにかけての隅角部には、流路凹部１１ｂへ引っ張られるような引張応力が発生する。
【００５５】
本実施形態では、この隅角部にのみ補強部１４ｃを形成した。補強部１４ｃによってこの隅角部の機械的強度が向上するので、前述した引張応力を受けても、底部１２ａが流路凹部１１ｂへ膨らもうとするように変形することが防止される。よって本実施形態では流路凹部１１ａを流れる作動圧力が、流路凹部１１ｂを流れる作動圧力よりも大きい場合に、流路凹部１１ａ及び流路凹部１１ｂが変形し破損することを防止できる。
【００５６】
第１実施形態において補強部１４ａは、底部１２ａと両側部１３ｂの全面に形成したが、本実施形態によれば、補強部１４ｃは、流路凹部１１ａの底部１２ａから両側部１３ａにかけての隅角部にのみ形成される。このことから本実施形態の補強部１４ｃは第１実施形態の補強部１４ａよりも、底部１２ａに形成されない分だけ量が少ない。よって本実施形態では、第１実施形態よりも低いコストで流路領域Ｃの機械的強化が向上する。
【００５７】
このことから本実施形態のカーボンセパレータ１１を用いることで、第１実施形態と同等の効果が得られる。
【００５８】
したがって本実施形態によれば、前述のように効率よく補強部１４ｃを形成することで、流路領域Ｃの機械的強度が向上したカーボンセパレータ１１を低コストで提供できる。
（第３実施形態）
図４は、本発明によるカーボンセパレータの第３実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図である。第１、２実施形態におけるカーボンセパレータ１１と比べると、補強部が形成される領域が異なる。
【００５９】
本実施形態では、第２実施形態と同様に流路凹部１１ａを流通する燃料ガスの作動圧力が、流路領域Ｃ１の流路凹部１１ｂを流通する酸化剤ガスの作動圧力よりも高いことを想定する。第２実施形態では、作動圧力が高い流路凹部１１ａに補強部を形成したが、本実施形態では作動圧力が低い流路凹部１１ｂを有する面（図４下側）に、以下に説明する補強部１４ｄ及び補強部１４ｅを形成する。
【００６０】
本実施形態の理解を容易にするために、複数の流路凹部１１ｂのうち両端に配置される流路凹部１１ｂを、流路凹部４１ｂとして以下に説明する。流路凹部４１ｂの底部を底部４２ｂとし、流路凹部４１ｂの両側部のうち平坦領域Ｄ側の側部を、側部４３ｂとして以下に説明する。
【００６１】
複数の流路凹部１１ｂにはそれぞれ補強部１４ｄが形成される。補強部１４ｄは第１実施形態で述べた補強部１４ａと同等の部材から形成される。補強部１４ｄは底部１２ｂに形成される。補強部１４ｄの表面は、底部１２ｂの表面と面一になるように形成される。
【００６２】
また、流路凹部４１ｂと平坦領域Ｄとが連らなる部位において、補強部１４ｅが形成される。補強部１４ｅは第１実施形態で説明した補強部１４ａと同等の部材から形成される。補強部１４ｅは、底部４２ｂと側部４３ｂと平坦領域Ｄとに跨って形成される。補強部１４ｅの表面は、底部４２ｂから連続する側部４３ｂ及び平坦領域Ｄの表面と面一になるように形成される。
【００６３】
本実施形態では、流路凹部１１ａを流通する燃料ガスの作動圧力が、流路凹部１１ｂ及び流路凹部４１ｂを流通する酸化剤ガスの作動圧力よりも大きい。このような場合には、第２実施形態で述べたように底部１２ａが流路凹部１１ｂ及び流路凹部４１ｂ側へ膨らもうとする。このことから底部１２ａ付近にある底部１２ｂ及び底部４２ｂの部材表面には引っ張り応力が発生する。
【００６４】
本実施形態では、補強部１４ｄを底部１２ｂに形成するとともに、補強部１４ｅを平坦領域Ｄから底部４２ｂに跨るように形成した。このことから底部１２ｂ及び底部４２ｂの機械的強度が向上される。したがって底部１２ｂ及び底部４２ｂにおいて、前述した応力を受けても底部１２ｂ及び底部４２ｂの表面から破断に至ることが防止される。
【００６５】
このことから本実施形態では流路凹部１１ａの流体の作動圧力が、流路凹部１１ｂ及び流路凹部４１ｂの流体の作動圧力よりも大きい場合に、流路凹部１１ａ及び流路凹部１１ｂ及び流路凹部４１ｂが変形して破損することを防止できる。
【００６６】
ところでカーボンセパレータ１１において、底部１２ａと、底部１２ｂ及び底部４２ｂとに挟まれた部位の厚さが最も薄い。この部位では流路領域Ｃの他の部位と比べて、反応ガスが透過しやすい。そこで本実施形態では、この部位の一方の側の底部１２ｂ及び底部４２ｂに前述したように補強部１４ｄ及び補強部１４ｅを形成することで、反応ガスが透過しにくくなるようにしたのである。
【００６７】
ところで流路凹部１１ｂ及び流路凹部４１ｂを有する面の平坦領域Ｄは、カーボンセパレータ１１の把持部であるので、単セル４０を積層する際に平坦領域Ｄにはシール面圧が作用する。するとこのシール面圧の影響によって平坦領域Ｄと連続する側部４３ｂが波上に変形するおそれがある。
【００６８】
そこで本実施形態では補強部１４ｅを側部４３ｂにも形成した。このようにすることで、側部４３ｂの機械的強度が向上し、平坦領域Ｄにシール面圧が作用しても前述したように波状に変形することが防止される。
（第４実施形態）
図５は、本発明によるカーボンセパレータの第４実施形態を示す。図５（Ａ）はカーボンセパレータ１１を流路凹部１１ａ側からみたときの補強シート５１の平面図である。図５（Ｂ）はカーボンセパレータ１１の断面図であり、図中の太線は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００６９】
本実施形態では、カーボンセパレータ１１の補強部が、以下に説明する補強シート５１によって形成される。
【００７０】
本実施形態では、流路領域Ｃにおいて補強部１４ｆが形成される。この補強部１４ｆは第１実施形態で説明した補強部１４ａと同等の部材から形成される。補強部１４ｆは、流路領域Ｃのセパレータ突端部１５ａ以外の表面に形成される。補強部１４ｆの表面はセパレータ突端部１５ａ以外の連続する表面と面一になるように形成される。
【００７１】
ここで、カーボンセパレータ１１を流路凹部１１ａ側から見ると、補強部１４ｆはシート形状に形成されている。本発明の理解を容易にするために、このシート形状の補強部１４ｆを補強シート５１として、図５（Ａ）を用いて以下に説明する。
【００７２】
補強シート５１は、正面から見ると複数のスリットＳを有し、長方形のシートである。補強シート５１は、流路領域Ｃと略同一の長さを有し、カーボンセパレータ１１と略同一の幅を有する。
【００７３】
複数のスリットＳは長孔形状であり、補強シート５１に並列に等間隔で並べられている。スリットＳは、カーボンセパレータ１１と略同一の幅を有し、セパレータ突端部１５ａと略同一の幅を有する。スリットＳは、隣り合うスリットＳとの間隔が、底部１２ａと両曲げ部（側部１３ａからセパレータ突端部１５ａに連続する曲げ部）を合わせた幅と同一の幅を有する。
【００７４】
本実施形態では補強部１４ｆが、前述したシート形状の補強シート５１で形成されている。このように補強部１４ｆを形成することは、流路凹部１１ａの形状に合わせて細かな短冊形状のシートを複数成形し、カーボンセパレータ１１に貼り付けて補強部を形成する作業と比べて非常に容易である。このことから補強部１４ｆを有するカーボンセパレータ１１はより低いコストで製造することができる。
【００７５】
したがって本実施形態によれば、流路領域Ｃの機械的強度が向上したカーボンセパレータ１１を低コストで提供することができる。
（第５実施形態）
図６は本発明によるカーボンセパレータの第５実施形態を示し、一対のカーボンセパレータ１１を備える単セル４１の積層断面を示す図である。本発明の理解を容易にするために、両側に隣接する単セル４１の一部もあわせて図示する。
【００７６】
第１実施形態から第４実施形態までのカーボンセパレータ１１は、図１に示すように、アノード３０の外側にのみ備えられる。本実施形態ではカーボンセパレータ１１はカソード２０の外側にも備えられる。
【００７７】
カーボンセパレータ１１（カソード２０側）は、流路凹部１１ａがカソードガス拡散層２２と接する。この流路凹部１１ａには酸化剤ガスが流通する。この酸化剤ガスがカソード２０に供給される。カーボンセパレータ１１（カソード２０側）の流路凹部１１ｂは、カーボンセパレータ１１（アノード３０側）の流路凹部１１ｂとの間に流路（以下、「冷却水流路」という）を形成する。この冷却水流路には冷却水が流通される。
【００７８】
カーボンセパレータ１１（アノード３０側）の流路凹部１１ａはアノードガス拡散層３２と接する。この流路凹部１１ａには燃料ガスが流通する。この燃料ガスがアノード３０に供給される。カーボンセパレータ１１（アノード３０側）の流路凹部１１ｂは、隣接する単セル４１のカーボンセパレータ１１（カソード２０側）の流路凹部１１ｂと前述した冷却水流路を形成し、冷却水が流通される。
【００７９】
このようにして燃料ガス及び酸化剤ガスが、アノード３０及びカソード２０に供給されて単セル４１は発電する。さらに、前述した冷却水流路を流通する冷却水によって冷却される。
【００８０】
本実施形態においてカーボンセパレータ１１は、反応ガスと冷却水を分離したまま、燃料ガスをアノード３０に供給し、酸化剤ガスをカソード２０に供給する。このようにカーボンセパレータ１１を単セル４１に用いると、流路凹部１１ａには燃料ガス又は酸化剤ガスが流通し、流路凹部１１ｂには冷却水が流通する。
【００８１】
このような場合でも、第１実施形態から第４実施形態で述べたようにカーボンセパレータ１１に補強部を形成することで、第１実施形態から第４実施形態で述べた効果と同等の効果が得られる。
【００８２】
ここで、カーボンセパレータ１１（カソード２０側）を、向きを変えて、流路凹部１１ｂがカソードガス拡散層２２と接するように用いても同等のことがいえる。
【００８３】
さらに、カーボンセパレータ１１（アノード３０側）を、向きを変えて、流路凹部１１ｂがアノードガス拡散層３２と接するように用いても同等のことがいえる。
【００８４】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００８５】
第１実施形態から第４実施形態において、図１に示すカーボンセパレータ１１は、向きを変えて、流路凹部１１ｂがアノードガス拡散層３２と接するように用いられてもよい。この場合は流路凹部１１ａには酸化剤ガスが流通し、流路凹部１１ａには燃料ガスが流通する。この場合でも第１実施形態から第４実施形態までに説明したように補強部を形成することで、同等の効果が得られる。
【００８６】
第１実施形態から第４実施形態までの補強部１４ａ，１４ｃ，１４ｄ,１４ｅ,１４ｆ及び補強シート５１は、カーボンセパレータ１１の母材よりも引っ張り強度が大きい部材であれば、前述した以外の部材を用いてもよい。
【００８７】
さらに、ビニール、テフロン（登録商標）、フッ素、シリコンなどのガス透過性がカーボンセパレータ１１の母材よりも低い部材を用いてもよい。
【００８８】
このような部材を用いることで第１実施形態から第４実施形態までと同等の効果を得ることができ、さらにカーボンセパレータ１１の反応ガスの透過量を低減させることができる。
【００８９】
上記した部材以外にも、引っ張り強度の高いカーボン繊維やガラス繊維などを編んで形成した補強部の表面に、ガス透過性の低い部材をコーティングしたものを用いてもよい。このような部材を用いることで、第１実施形態から第４実施形態までと同等の効果が得られ、さらにカーボンセパレータ１１の反応ガスの透過性が低減される。
【００９０】
第２実施形態から第４実施形態において、流路凹部１１ａの燃料ガスの作動圧力が、流路凹部１１ｂの酸化剤ガスの作動圧力よりも小さい場合を想定しても、第２実施形態から第４実施形態のようにカーボンセパレータ１１を構成することで、同様の効果が得られる。
【００９１】
第１実施形態から第３実施形態における補強部を、第４実施形態の補強シート５１のようなシート形状のものから形成してもよい。このようにすることで第１実施形態から第３実施形態までのカーボンセパレータ１１を、より簡便な方法でかつ低いコストで製造することができる。
【００９２】
本発明において第１実施形態から第４実施形態を組み合わせて、カーボンセパレータ１１に補強部を形成してもよい。このようにすることで流路領域及び平坦領域の機械的強化の向上が図られ、第１実施形態から第４実施形態までの組み合わさった効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明によるカーボンセパレータの第１実施形態を示し、カーボンセパレータを備える単セル４０の構成図である。
【図２】本発明によるカーボンセパレータの第１実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図である。
【図３】本発明によるカーボンセパレータの第２実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図である。
【図４】本発明によるカーボンセパレータの第３実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図である。
【図５】本発明によるカーボンセパレータの第４実施形態を示し、カーボンセパレータ１１の断面図及び補強シート５１の平面図である。
【図６】本発明によるカーボンセパレータの第６実施形態を示し、図６（Ａ）は補強シート５１の平面図を、図６（Ｂ）はカーボンセパレータの断面図をそれぞれ示す。
【図７】燃料電池単セルに用いる従来のカーボンセパレータの断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１１ａ，１１ｂ，                流路凹部
１２ａ，１２ｂ，４２ｂ          底部
１３ａ，１３ｂ，４３ｂ          側部
１１                            カーボンセパレータ
１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ,１４ｆ  補強部
１５ａ,１５ｂ          セパレータ突端部（流路凸部）
５１            補強シート
【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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