(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池用フラットセパレータにおいて、反応ガスの供給を改善し、電池性能を向上させること。【解決手段】ＭＥＡとの対向部分が平面であるセパレータ２５は、第１の電極対向プレート（例えば、カソード対向プレート２２）と第２の電極対向プレート（例えば、アノード対向プレート２３）と中間プレート２４とを備える。セパレータ２５は、反応ガス（例えば、酸化ガス）が供給される反応ガス供給マニホールドを備え、第１の電極対向プレートは、発電部の端部に形成される複数個の反応ガス供給孔（例えば、酸化ガス供給孔２２５）を備え、中間プレート２４は、一端が反応ガス供給マニホールドと連通し他端が複数個の反応ガス供給孔の少なくとも１つと連通する反応ガス供給流路を形成する複数個の反応ガス供給流路形成部（例えば酸化ガス供給流路形成部）を複数個備える。【選択図】図４
2006164765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の第１の電極に対向する発電部が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極に対向する発電部が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池用のセパレータであって、
前記第１および前記第２の電極対向プレートと、前記中間プレートは、それぞれに、
前記セパレータを厚さ方向に貫通すると共に反応ガスが供給される反応ガス供給マニホールドを形成する反応ガス供給マニホールド形成部を備え、
前記第１の電極対向プレートは、さらに、
前記第１の電極対向プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記発電部の端部に形成される複数個の反応ガス供給孔を備え、
前記中間プレートは、さらに、
前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し、他端が前記第１の電極対向プレートに備えられた前記複数個の反応ガス供給孔の少なくとも１つと連通する反応ガス供給流路を形成する反応ガス供給流路形成部を複数個備えるセパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセパレータにおいて、
前記反応ガス供給流路形成部は、前記複数個の反応ガス供給孔と同数個備えられ、
前記反応ガス供給流路形成部と前記反応ガス供給孔は１対１に対応しているセパレータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のセパレータにおいて、
前記反応ガス供給流路と前記複数個の反応ガス供給孔の形状および寸法によって、前記複数の反応ガス供給孔から前記第１の電極に供給される反応ガスの流量が制御されるセパレータ。
【請求項４】
請求項３に記載のセパレータにおいて、
燃料電池を構成する際に、前記第１の電極と前記第１の電極対向プレートとの間に配置される拡散層が、前記反応ガスが流動する反応ガス流路として機能し、
前記反応ガス供給流路および反応ガス供給孔における反応ガスの圧力損失は、前記拡散層における反応ガスの圧力損失より大きく、前記反応ガス供給流路および反応ガス供給孔における反応ガスの圧力損失により、前記複数の反応ガス供給孔から前記第１の電極に供給される反応ガスの流量が制御されるセパレータ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のセパレータにおいて、
複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、それぞれ同一の形状および寸法を有するセパレータ。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のセパレータにおいて、
複数個の前記反応ガス供給孔は、それぞれ同一の形状および寸法を有するセパレータ。
【請求項７】
請求項５ないし請求項６のいずれかに記載のセパレータにおいて、
複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、それぞれが互いに平行に形成されているセパレータ。
【請求項８】
請求項７に記載のセパレータにおいて、
前記第１の電極対向プレートは、カソード電極に対向するカソード対向プレートであり、
前記反応ガス供給マニホールドは、酸化ガスを供給する酸化ガス供給マニホールドであり、
複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、前記酸化ガスが流動する酸化ガス供給流路形成部であって、前記発電部の一辺の一端から他端に亘って配置されているセパレータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記第１および前記第２の電極対向プレートと、前記中間プレートは、さらにそれぞれに、
前記セパレータを厚さ方向に貫通すると共に反応ガスが排出される反応ガス排出マニホールドを形成する反応ガス排出マニホールド形成部を備え、
前記第１の電極対向プレートは、さらに、
前記第１の電極対向プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記発電部において前記反応ガス供給孔が形成された端部と反対側の端部に形成される複数個の反応ガス排出孔を備え、
前記中間プレートは、さらに、
前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記複数個の反応ガス排出孔の少なくとも１つと連通する反応ガス排出流路を形成する反応ガス排出流路形成部を複数個備えるセパレータ。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池において、
前記反応ガス供給孔または前記反応ガス排出孔の巾は、連通している前記反応ガス供給流路または前記反応ガス排出流路の巾より広いセパレータ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートのいずれかまたは両方は、
前記中間プレートとの当接面を有する第１の層と、前記燃料電池を構成する際に前記膜電極接合体との対向面を有すると共に前記第１の層より耐食性の高い材料で構成される第２の層とを備えるセパレータ。
【請求項１２】
請求項１１のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記第１の層を構成する材料と前記第２の層を構成する材料の組み合わせは、
ａ）第１の層がステンレス、第２の層がチタンまたはチタン合金
ｂ）第１の層がチタン、第２の層がチタンパラジウム合金
のいずれかであるセパレータ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記反応ガス供給マニホールド形成部および前記反応ガス供給孔および前記反応ガス供給流路形成部は、
打ち抜き加工によって形成されるセパレータ。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載のセパレータにおいて、
前記反応ガス排出マニホールド形成部および前記反応ガス排出孔および前記反応ガス排出流路形成部は、
打ち抜き加工によって形成されるセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関し、特に反応ガスの供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（酸素極と燃料極）に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式（１）および式（２）に示す反応が行なわれ、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。
【０００３】
カソード反応（酸素極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ  …（１）
アノード反応（燃料極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                   …（２）
【０００４】
かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）およびセパレータを積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが開発されている。
【０００５】
ここで、燃料電池のセパレータとして、アノード側のプレートと、カソード側のプレートと、両プレートに挟まれた中間プレートとから構成された３層構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。この３層構造のセパレータは、３つのプレートを貫通する反応ガスマニホールドと、中間プレートに設けられた受け渡し流路と、アノード側およびカソード側のプレートにおいてハーフエッチング加工された反応ガス流路の端部に設けられた長孔形状の貫通孔とを備えている。そして、受け渡し流路から長孔形状の貫通孔を介して反応ガスを反応ガス流路に分配している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では、アノード側およびカソード側のプレートに設けられた貫通孔が長孔形状であるため、アノード側およびカソード側のプレートに反応ガス流路を設けないセパレータ（以下、フラットセパレータという。）に適用する場合には、反応ガスの供給が不安定になるおそれがあった。すなわち、フラットセパレータでは、アノード側およびカソード側プレートに反応ガス流路を設けない分、これらのプレートを薄板化できる。かかる場合に、長孔形状の貫通孔が形成される部分の強度が不十分になり、変形等により反応ガスの供給が不安定になり、電池性能が低下するおそれがあった。また、フラットセパレータでは、アノード側およびカソード側のプレートに反応ガス流路がないので、反応ガス流路による反応ガスの分配の制御ができない。上記従来技術では、反応ガス流路を設けない場合における反応ガスの分配の均一化については、何等考慮されていない。このため、反応ガスの分配が不均一になり電池性能が低下するおそれもあった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池用フラットセパレータにおいて、反応ガスの供給を改善し、電池性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の態様は、膜電極接合体の第１の電極に対向する発電部が平面である第１の電極対向プレートと、膜電極接合体の第２の電極に対向する発電部が平面である第２の電極対向プレートと、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートとに挟持される中間プレートとを備える燃料電池用のセパレータを提供する。本発明の態様に係るセパレータは、前記第１および前記第２の電極対向プレートと、前記中間プレートは、それぞれに、前記セパレータを厚さ方向に貫通すると共に反応ガスが供給される反応ガス供給マニホールドを形成する反応ガス供給マニホールド形成部を備え、前記第１の電極対向プレートは、さらに、前記第１の電極対向プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記発電部の端部に形成される複数個の反応ガス供給孔を備え、前記中間プレートは、さらに、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス供給マニホールドと連通し、他端が前記第１の電極対向プレートに備えられた前記複数個の反応ガス供給孔の少なくとも１つと連通する反応ガス供給流路を形成する反応ガス供給流路形成部を複数個備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の態様に係るセパレータは、反応ガス供給流路と連通する反応ガス供給孔が複数個設けられているので、反応ガス供給孔が１つの長孔により形成される場合と比較して第１の電極対向プレートの貫通部面積が少なく強度が向上する。この結果、第１の電極対向プレートを薄板化した場合でも第１の電極に対して安定した反応ガスの供給を実現できる。
【００１１】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給流路形成部は、前記複数個の反応ガス供給孔と同数個備えられ、前記反応ガス供給流路形成部と前記反応ガス供給孔は１対１に対応していても良い。こうすれば、中間プレートにおける貫通部面積を少なくできるため、さらに、セパレータの強度が向上する。この結果、さらに安定した反応ガスの供給を実現できる。
【００１２】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給流路と前記複数個の反応ガス供給孔の形状および寸法によって、前記複数の反応ガス供給孔から前記第１の電極に供給される反応ガスの流量が制御されても良い。こうすれば、各反応ガス貫通孔から供給される反応ガスの流量を容易に制御することができ、第１の電極に対する反応ガスの分配を安定させることができる。例えば、燃料電池を構成する際に、前記第１の電極と前記第１の電極対向プレートとの間に配置される拡散層が、前記反応ガスが流動する反応ガス流路として機能し、前記反応ガス供給流路および反応ガス供給孔における反応ガスの圧力損失は、前記拡散層における反応ガスの圧力損失より大きく、前記反応ガス供給流路および反応ガス供給孔における反応ガスの圧力損失により、前記複数の反応ガス供給孔から前記第１の電極に供給される反応ガスの流量が制御されても良い。こうすれば、制御困難な拡散層ではなく、セパレータ側で容易に、反応ガスの流量を制御することができる。
【００１３】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、それぞれ同一の形状および寸法を有しても良い。こうすれば、各反応ガス供給流路における圧力損失を各反応ガス供給流路ごとに均一にできる。この結果、第１の電極に対する反応ガスの供給の均一性が向上する。さらに、複数個の前記反応ガス供給孔は、それぞれ同一の形状および寸法を有しても良い。こうすれば、複数個の反応ガス供給孔における圧力損失を各反応ガス供給孔ごとに均一にできる。この結果、各反応ガス供給流路および反応ガス供給孔を通る反応ガスの流量を均一化することができる。従って、第１の電極に対する反応ガスの供給の均一性が向上する。
【００１４】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、それぞれが互いに平行に形成されていても良い。発電部に対する反応ガスの供給方向が一定になるので、反応ガスの供給が安定する。さらに、前記第１の電極対向プレートは、カソード電極に対向するカソード対向プレートであり、前記反応ガス供給マニホールドは、酸化ガスを供給する酸化ガス供給マニホールドであり、複数個の前記反応ガス供給流路形成部は、前記酸化ガスが流動する酸化ガス供給流路形成部であって、前記発電部の一辺の一端から他端に亘って配置されていても良い。こうすれば、燃料ガスより拡散性が悪い酸化ガスを、第１の電極の全体に亘り、均一に供給することができる。
【００１５】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記第１および前記第２の電極対向プレートと、前記中間プレートは、さらにそれぞれに、前記セパレータを厚さ方向に貫通すると共に反応ガスが排出される反応ガス排出マニホールドを形成する反応ガス排出マニホールド形成部を備え、前記第１の電極対向プレートは、さらに、前記第１の電極対向プレートを厚さ方向に貫通すると共に、前記発電部において前記反応ガス供給孔が形成された端部と反対側の端部に形成される複数個の反応ガス排出孔を備え、前記中間プレートは、さらに、前記中間プレートを厚さ方向に貫通すると共に、一端が前記反応ガス排出マニホールドと連通し他端が前記複数個の反応ガス排出孔の少なくとも１つと連通する反応ガス排出流路を形成する反応ガス排出流路形成部を複数個備えても良い。こうすれば、第１の電極における反応ガス排出孔部分の強度を向上することができる。
【００１６】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給孔または前記反応ガス排出孔の巾は、連通している前記反応ガス供給流路または前記反応ガス排出流路の巾より広くても良い。こうすれば、組み付け誤差等により中間プレートと第１の電極対向プレートとの間に面方向のずれが生じた場合に、反応ガス供給流路と反応ガス流通孔との連通面積の減少または消滅を抑制することができる。
【００１７】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記第１の電極対向プレートと前記第２の電極対向プレートのいずれかまたは両方は、前記中間プレートとの当接面を有する第１の層と、前記燃料電池を構成する際に前記膜電極接合体との対向面を有すると共に前記第１の層より耐食性の高い材料で構成される第２の層とを備えても良い。こうすれば、腐食が生じやすい膜電極接合体と当接する面の耐食性を向上させることができる。例えば、前記第１の層を構成する材料と前記第２の層を構成する材料の組み合わせは、ａ）第１の層がステンレス、第２の層がチタンまたはチタン合金ｂ）第１の層がチタン、第２の層がチタンパラジウム合金のいずれかであっても良い。
【００１８】
本発明の態様に係るセパレータにおいて、前記反応ガス供給マニホールド形成部および前記反応ガス供給孔および前記反応ガス供給流路形成部は、打ち抜き加工によって形成されても良く、前記反応ガス排出マニホールド形成部および前記反応ガス排出孔および前記反応ガス排出流路形成部は、打ち抜き加工によって形成されても良い。こうすれば、上記態様に係る第１および第２の電極対向プレート、中間プレートを容易で生産性の高い加工法である打ち抜き加工によって加工することができる。従って、セパレータの生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るセパレータについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２０】
Ａ．実施例
・燃料電池およびセパレータの構成：
図１〜図３を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の概略構成について説明する。図１は、実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図である。図２は、実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図である。図３は、実施例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型膜電極接合体（以下、シール一体型ＭＥＡという。）の平面図である。
【００２１】
燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、モジュール２０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、インシュレータ３３と、ターミナル３４とを備えている。モジュール２０は、インシュレータ３３およびターミナル３４を挟んで、２枚のエンドプレート３０によって挟持される。すなわち、燃料電池１０は、モジュール２０が、複数個積層された層状構造を有している。また、テンションプレート３１がボルト３２によって各エンドプレート３０に結合されることによって、各モジュール２０は、積層方向に所定の圧縮力で締結される。
【００２２】
燃料電池１０には、電池反応に供される反応ガス（燃料ガスと酸化ガス）と、燃料電池１０を冷却する冷却媒体が供給される。簡単に説明すると、燃料電池１０のアノードには、高圧水素を貯蔵した水素タンク２１０から、配管２５０を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク２１０の代わりに、アルコール、炭化水素などを原料とする改質反応によって水素を生成しても良い。配管２５０には、水素の供給を調整するため、シャットバルブ２２０および調圧バルブ２３０が配置されている。燃料電池１０のアノードから排出された水素は、配管２６０を介して配管２５０に戻され、再び燃料電池１０に循環される。配管２６０上には、循環のための循環ポンプ２４０が配置されている。
【００２３】
燃料電池１０のカソードには、エアポンプ３１０から、配管３５０を介して、酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池１０のカソードから排出された空気は、配管３６０を介して大気中に放出される。燃料電池１０には、さらに、ラジエータ４２０から、配管４５０を介して、冷却媒体が供給される。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。燃料電池１０から排出された冷却媒体は、配管４６０を介して、ラジエータ４２０に送られ、再び燃料電池１０に循環される。配管４６０上には、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。
【００２４】
モジュール２０は、図２に示すように、セパレータ２５とシール一体型ＭＥＡ２１を交互に積層して構成される。
【００２５】
セパレータ２５は、図２に示すように、シール一体型ＭＥＡ２１のカソード電極側に対向するカソード対向プレート２２と、アノード電極側に対向するアノード対向プレート２３と、カソード対向プレート２２とアノード対向プレート２３とに挟持される中間プレート２４とを備えている。これらの３枚のプレートは重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。
【００２６】
カソード対向プレート２２は、略四角形の金属製の薄板である。金属製の薄板としては、例えば、チタン、チタン合金、ＳＵＳ（ステンレス）板の表面に腐食防止のためのメッキを施したものを用いることができる。カソード対向プレート２２は、図３（ａ）に示すように、カソード電極と対向する部分（以下、発電部ＤＡという。）が平面であり、酸化ガス流路は形成されていない。カソード対向プレート２２は、発電部ＤＡの外側の外周縁部に、セパレータ２５を構成する際に各種マニホールドを形成する燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂとを有している。カソード対向プレート２２は、さらに、複数個の酸化ガス供給孔２２５と、複数個の酸化ガス排出孔２２６とを有している。複数個の酸化ガス供給孔２２５は、発電部ＤＡの図３（ａ）における上端部に、発電部ＤＡの左端から右端までに亘って、並んで配置されている。複数個の酸化ガス排出孔２２６は、発電部ＤＡの酸化ガス供給孔２２５とは反対側の端部、つまり、図３（ａ）における下端部に、発電部ＤＡの左端から右端までに亘って、並んで配置されている。これらの各種マニホールド形成部、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６は、全てカソード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。カソード対向プレート２２は、これらの貫通部以外の部分は、未加工のままの平板である。従って、カソード対向プレート２２は、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。
【００２７】
アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート２２と同じものを用いることができる。アノード対向プレート２３は、図３（ｂ）に示すように、カソード対向プレート２２と同様に、発電部ＤＡが平面であり、燃料ガス流路は形成されていない。カソード対向プレート２２と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２３３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２３３ｂとを有している。アノード対向プレート２３は、さらに、複数個の燃料ガス供給孔２３７と、複数個の燃料ガス排出孔２３８とを有している。複数個の燃料ガス供給孔２３７は、発電部ＤＡの図３（ｂ）における左端部の上部に、並んで配置されている。複数個の燃料ガス排出孔２３８は、発電部ＤＡの燃料ガス供給孔２３７とは反対側の端部、つまり、図３（ａ）における右端部の下部に、並んで配置されている。これらの各種マニホールド形成部、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、全てアノード対向プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。アノード対向プレート２３は、これらの貫通部以外の部分は、未加工のままの平板である。アノード対向プレート２３は、カソード対向プレート２２と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。
【００２８】
中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ大きさの略四角形の金属製の薄板である。材料もカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じものを用いることができる。中間プレート２４は、図３（ｃ）に示すように、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂとを有している。
【００２９】
中間プレート２４には、図３（ｃ）に示すように、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと一端が連通し、接合時にカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と他端が連通する長孔である酸化ガス供給流路形成部２４５が複数個並んで形成されている。酸化ガス供給流路形成部２４５は、酸化ガス供給孔２２５と１対１で対応するように、酸化ガス供給孔２２５と同数形成されている。そして、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれが互いに平行に、発電部ＤＡの上辺に対して垂直に左端から右端に対応する範囲に亘って配置されている。また、中間プレート２４は、酸化ガス供給流路形成部２４５と同様な形状を有する長孔として、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂと一端が連通し、接合時にカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６と他端が連通する酸化ガス排出流路形成部２４６が形成されている。同様にして、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと一端が、アノード対向プレート２３の燃料ガス供給孔２３７と他端が連通する燃料ガス供給流路形成部２４７と、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと一端が、アノード対向プレート２３の燃料ガス排出孔２３８と他端が連通する燃料ガス排出流路形成部２４８とが形成されている。
【００３０】
中間プレート２４は、さらに、中間プレート２４の図３（ｃ）における右側端部近傍から左側端部近傍に至る長孔である冷却媒体流路形成部２４３を有している。冷却媒体流路形成部２４３は、図３（ｃ）における上下方向に複数個並んで形成されている。
【００３１】
中間プレート２４における上述した各種マニホールド形成部と、各種流路形成部は、全て中間プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成される。中間プレート２４は、これらの貫通部以外の部分は、未加工のままの平板である。従って、中間プレート２４は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３と同様に、略四角形の金属薄板に打ち抜き加工を施すだけで作製される。
【００３２】
シール一体型ＭＥＡ２１は、図３（ｄ）に示すように、ＭＥＡ部とＭＥＡ部の外周縁部に接合されたシール部５０を備えている。ＭＥＡ部は、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜２１１と、電解質膜２１１の一方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、アノード電極、図示せず）、電解質膜２１１の他方の面に配置された触媒層からなる電極（例えば、カソード電極、図示せず）、各触媒層のセパレータ対向面に配置された拡散層２１２とを備えている。拡散層２１２は、比較的内部の空孔率が高く、反応ガス（酸化ガスや燃料ガス）が内部を流動する際の圧力損失が小さいものが用いられる。拡散層２１２は、カソード側の拡散層２１２を金属製（例えば、チタン）多孔体を用い、アノード側の拡散層２１２をカーボン製多孔体を用いて構成されている。拡散層２１２については、後述する。
【００３３】
シール部５０は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料が用いられる。シール部５０は、金型のキャビティにＭＥＡ部の外周端部を臨ませて、樹脂材料を射出成形することによって作製される。こうすることで、膜電極接合体２１とシール部５０とが隙間なく接合され、酸化ガスと燃料ガスが接合部から漏れ出すことを防止できる。シール部５０は、カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３と同様に、酸化ガス供給マニホールド形成部５０１ａ、酸化ガス排出マニホールド形成部５０１ｂ、燃料ガス供給マニホールド形成部５０２ａ、燃料ガス排出マニホールド形成部５０２ｂ、冷却媒体供給マニホールド形成部５０３ａ、冷却媒体排出マニホールド形成部５０３ｂを有している。シール部５０は、図２に示すように、燃料電池１０を構成する際に、一方の面に当接する一のセパレータ２５と他方の面に当接するセパレータ２５との間をシールしている。シール部５０は、図３（ｄ）に示すように、ＭＥＡ部の外周すなわち燃料電池の発電部ＤＡの外周と、各マニホールドの外周を囲むようにシールしている。図３（ｄ）では、図を見やすくするため、シール部５０のセパレータ２５と当接部を結ぶシール線ＳＬのみを示している。
【００３４】
図４〜図７を参照して、セパレータ２５に形成される各種流路の構成について説明する。図４は、実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図である。図５は、図４におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図６は、図４にＡＡ部を拡大して示す説明図である。図７は、図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図である。また、上述した図２は、図４におけるＡ−Ａ断面に対応している。
【００３５】
セパレータ２５には、図４（ａ）においてハッチングで示すように、厚さ方向に貫通する各種マニホールドが形成される。すなわち、上述したカソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４にそれぞれに形成された燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａ、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａとによって、燃料ガス供給マニホールドが形成される。セパレータ２５には、同様にして、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールド、冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールドがそれぞれ形成される。
【００３６】
セパレータ２５には、図４および図５に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス供給流路形成部２４５と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス供給流路６３が形成される。酸化ガス供給流路６３は、一端が酸化ガス供給マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と連通している。
【００３７】
ここで、図６に示すように、中間プレート２４に形成された各酸化ガス供給流路形成部２４５は、それぞれ同一の形状および寸法を有している。具体的には、酸化ガス供給流路形成部２４５において、図６に示すように、酸化ガス供給マニホールドと連通する一端から酸化ガス供給孔２２５と連通する他端までの長さＬ１は、それぞれ同じでり、流路巾Ｗ１もまた、それぞれ同じである。さらに、複数個の酸化ガス供給孔２２５もまた、それぞれ、同一の形状および寸法を有している。具体的には、本実施例では、同じ径を有する円径の貫通孔となっている。この結果、酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス供給流路６３および酸化ガス供給孔２２５を通り拡散層２１２に至るまでの経路（以下、酸化ガス供給経路という。）における酸化ガスの圧力損失は、各経路ごとに等しくなる。
【００３８】
セパレータ２５には、図４および図５に示すように、中間プレート２４に形成された酸化ガス排出流路形成部２４６と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、酸化ガス排出流路６４が形成される。酸化ガス排出流路６４は、一端が酸化ガス排出マニホールドと連通し、他端がカソード対向プレート２２に形成された酸化ガス排出孔２２６と連通している。
【００３９】
図示は省略するが、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面およびＣ’−Ｃ’断面は、図５に示すＢ−Ｂ断面と、同様の構造を有している。すなわち、セパレータ２５には、図４（ａ）に示すＣ−Ｃ部において、上述した酸化ガス供給流路６３と同様にして、中間プレート２４に形成された燃料ガス供給流路形成部２４７と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、燃料ガス供給流路６１が形成される。そして、図４（ａ）におけるＣ’−Ｃ’部において、上述した酸化ガス排出流路６４と同様にして、中間プレート２４に形成された燃料ガス排出流路形成部２４８と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、燃料ガス排出流路６２が形成される。そして、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５と同様に、各燃料ガス供給流路形成部２４７および各燃料ガス供給孔２３７は、燃料ガスの圧力損失がそれぞれの燃料ガス供給経路で等しくなるように、それぞれが同一の形状および寸法を有している。
【００４０】
セパレータ２５には、図４および図７に示すように、中間プレート２４に形成された冷却媒体流路形成部２４３と、アノード対向プレート２３における中間プレート２４との当接面２３ａと、カソード対向プレート２２における中間プレート２４との当接面２２ａとによって、冷却媒体流路６５が形成される。冷却媒体流路６５は、一端が冷却媒体供給マニホールドと連通し、他端が冷却媒体排出マニホールドと連通している。
【００４１】
また、図４（ａ）に示すように、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールド、酸化ガス排出マニホールドは、それぞれ、図４（ａ）においてシール線ＳＬで示すシール部５０とセパレータ２５との当接部のうち燃料電池の発電部ＤＡの外周を囲む当接部（以下、発電部外周シール部という。）の外側に位置している。一方で、酸化ガス供給孔２２５、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８は、それぞれ、発電部ＤＡの端部すなわち上述した発電部外周シール部の内側に位置している。この結果、上述した燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４は、それぞれ、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルする。また、冷却媒体流路６５も、発電部外周シール部の外側にそれぞれ位置する冷却媒体供給マニホールドおよび冷却媒体排出マニホールドと連通しているため、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部からトンネルしている。
【００４２】
図４（ｂ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図４（ａ）におけるｓｌ１−ｓｌ１断面）を示している。図４（ｂ）に示すように、発電部外周シール部上における断面は、酸化ガス供給流路６３が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Ｓが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形を抑制している。なお、図４（ａ）におけるｓｌ３−ｓｌ３断面も同様の構成となっている。
【００４３】
図４（ｃ）は、発電部外周シール部上におけるセパレータ２５およびシール一体型ＭＥＡ２１の切断面（図４（ａ）におけるｓｌ２−ｓｌ２断面）を示している。本断面においても、冷却媒体流路６５および燃料ガス排出流路６２が形成されている部分（空間部）と、緻密部Ｓとが交互に並んでいる。これによって、緻密部Ｓが支持体となり、シール圧によるカソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形を抑制している。なお、図４（ａ）におけるｓｌ４−ｓｌ４断面も同様の構成となっている。
【００４４】
・燃料電池の動作：
同じく、図４〜図７を参照して、実施例に係るセパレータおよび実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の動作について説明する。
【００４５】
燃料電池１０に供給された酸化ガスは、図５において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド−酸化ガス供給流路６３−酸化ガス供給孔２２５という経路（上述した酸化ガス供給経路）を通って、カソード側の拡散層２１２に供給される。拡散層２１２に供給された酸化ガスは、カソード電極において電気化学反応に供される。その後、酸化ガスは、図５において矢印で示すように、酸化ガス排出孔２２６−酸化ガス排出流路６４−酸化ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。ここで、上述したように、拡散層２１２は、空孔率が高く、酸化ガスが流動する際の圧力損失が十分に低いものを用いているため、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量の分配は、各酸化ガス供給経路におけるそれぞれの圧力損失に依存する。そして、酸化ガス供給経路の圧力損失は、ほぼ、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法によって決定される。したがって、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される反応ガスの流量の分配は、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法によって制御されることになる。
【００４６】
本実施例では、図６を参照して説明したように、各酸化ガス供給経路の圧力損失は等しくなるように、酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法を同一にしているので、各酸化ガス供給経路を通ってカソード極に供給される酸化ガスの流量が酸化ガス供給経路ごとに等しくなる。
【００４７】
酸化ガスと同様にして、燃料電池１０に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド−燃料ガス供給流路６１−燃料ガス供給孔２３７という経路（上述した燃料ガス供給経路）を通って、アノード側の拡散層２１２に供給される。拡散層２１２に供給された燃料ガスは、発電部ＤＡ全体に亘って拡散し（図示は省略）アノード電極において電気化学反応に供される。その後、燃料ガスは、酸化ガスと同様にして、燃料ガス排出孔２３８−燃料ガス排出流路６２−燃料ガス排出マニホールドを通って外部に排出される。
【００４８】
燃料ガス供給経路も同様に、各燃料ガス供給流路形成部２４７と各燃料ガス供給孔２３７の形状および寸法をそれぞれ同一にしているので、各燃料ガス供給経路を通ってアノード極に供給される燃料ガスの流量が燃料ガス供給経路ごとに等しくなる。
【００４９】
燃料電池１０に供給された冷却媒体は、図７において矢印で示すように、冷却媒体供給マニホールド−冷却媒体流路６５−冷却媒体排出マニホールドを通って、外部に排出される。冷却媒体は、主として冷却媒体流路６５内を流動中に燃料電池１０の熱エネルギーを吸収して燃料電池１０を冷却する。
【００５０】
以上説明したように、本実施例に係るセパレータ２５は、酸化ガス供給孔２２５が１つの長孔でなく、酸化ガス供給流路形成部２４５ごとに複数個設けられているので、酸化ガス供給孔２２５部分の強度が高くなり、酸化ガスの供給が安定する。さらに、酸化ガス供給孔２２５部分の強度を確保できることで、カソード対向プレート２２を薄板化できるので、燃料電池１０の小型化が可能となる。さらに、一の酸化ガス供給孔２２５と、これと隣り合う酸化ガス供給孔２２５との間の領域（図６においてハッチングで示す部分）においても、拡散層２１２と接触するため、ＭＥＡの上述したハッチング部分に対応する領域においても、発電部ＤＡの中央部分と同様に発電が行われるので、電池性能が向上する。また、セパレータ２５の上述のハッチング部分において、拡散層２１２を押さえることによって、拡散層２１２の変形を抑制できる。すなわち、酸化ガス供給孔２２５が１つの長孔である場合には、拡散層２１２部分の折れ等の変形が生じ得るが、本実施例では、これが抑制される。この結果、酸化ガス供給孔２２５部分およびその周辺部分において、拡散層２１２−セパレータ２５間の接触抵抗を低減でき、電池性能が向上する。
【００５１】
さらに、酸化ガス排出孔２２６、燃料ガス供給孔２３７、燃料ガス排出孔２３８部分についても、酸化ガス供給孔２２５と同様の構造となっているので、酸化ガス排出孔２２６部分、燃料ガス供給孔２３７部分、燃料ガス排出孔２３８部分についても、同様の作用・効果が得られる。
【００５２】
また、従来のセパレータにおいて、ハーフエッチング加工によってカソード対向プレート２２の発電部ＤＡ全体に形成されている酸化ガス流路が、本実施例では形成されておらず拡散層２１２が酸化ガス流路としての役割を果たしている。かかる場合、酸化ガスの均一な供給を実現するための、酸化ガスの分配の制御が課題となる。すなわち、従来のセパレータでは、ハーフエッチング加工により形成された酸化ガス流路の形状（巾、深さ等）により、酸化ガスが流動する際の圧力損失をコントロールして、発電部ＤＡの各部分に流れる酸化ガスの流量を均一化できる。しかしながら、本実施例において、従来の酸化ガス流路の役割を果たす拡散層２１２の圧力損失を発電部ＤＡの各部分において均一に制御することは困難である。多孔体である拡散層２１２に形成されている微細孔の大きさや分布を制御することが困難だからである。
【００５３】
そこで、本実施例では、拡散層２１２として空孔率が十分に高いものを用いて、拡散層２１２における圧力損失を十分に低くしている。これによって、上述した酸化ガス供給経路（酸化ガス供給流路形成部２４５と酸化ガス供給孔２２５）における圧力損失が発電部ＤＡの各部位に供給される酸化ガスの流量を決める主要因となる。すなわち、酸化ガス供給経路の圧力損失を決める酸化ガス供給流路６３と酸化ガス供給孔２２５の形状および寸法によって、供給される酸化ガスの流量が制御される。この結果、拡散層２１２における圧力損失のバラツキに影響されず、発電部ＤＡへの安定した酸化ガスの供給が可能となる。
【００５４】
さらに、本実施例では、酸化ガス供給流路形成部２４５および酸化ガス供給孔２２５の形状および大きさを同一にして、複数の酸化ガス供給経路における圧力損失を同一にし、複数の酸化ガス供給孔２２５から供給される酸化ガスの流量を酸化ガス供給孔２２５ごとに等しくしている。この結果、酸化ガスの供給を発電部ＤＡ全体に亘り均一にすることができる。
【００５５】
さらに、本実施例では、複数個の酸化ガス供給流路形成部２４５をそれぞれ平行に、発電部ＤＡの一辺の一端から他端に亘って（図４における例では、発電部ＤＡの上辺の左端から右端に亘って）配置されているので、酸化ガスの発電部ＤＡへの供給は、より均一化される。
【００５６】
なお、本実施例では、燃料ガス供給流路形成部２４７は、発電部ＤＡの一辺の一端から他端に亘って、形成されていない。燃料ガスである水素は、酸化ガスである空気中における酸素と比較して拡散速度が速い（拡散速度は、拡散係数および濃度勾配に主として依存する。水素は拡散係数が酸素の約４倍である。また、燃料ガスは、純水素（水素濃度約１００％）を用いるのに対し、酸化ガスは空気（酸素濃度約２０％）を用いる。このため、酸化ガス中の酸素の拡散速度は、燃料ガス中の水素と比較してかなり低いことがわかる。）。このため、発電部ＤＡの一辺の一部に燃料ガス供給孔２３７を形成すれば、十分に電池反応に必要な水素が供給可能であるからである。言い換えれば、燃料電池の電気化学反応は、酸素分子の拡散速度が遅いため、一般的に、カソード極の３相界面における反応（２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に律速される。従って、酸化ガスの供給性を重視した流路配置とすることが、より電池性能の向上に繋がるからである。
【００５７】
また、発電部外周シール部をセパレータ２５の内部をトンネルする燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４によって、反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）の供給、排出を行うので、シール材との当接部が平面となりセパレータ−セパレータ間のシール性が優れている。
【００５８】
また、冷却媒体流路６５をセパレータ２５の内部に備え燃料電池１０の発電部（ＭＥＡ）を冷却するので、ＭＥＡの劣化を抑制することができる。
【００５９】
さらに、図４（ｂ）（ｃ）を参照して説明したように、発電部外周シール部上における断面において、空間部と緻密部とが交互に配置されるように、燃料ガス供給流路６１、燃料ガス排出流路６２、酸化ガス供給流路６３、酸化ガス排出流路６４、冷却媒体流路６５がシール方向に並んで複数個配置されている。この結果、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３のシール圧による変形が抑制される。従って、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３の変形による、これら流路６１〜６５の閉塞およびシール性の悪化を抑制することができる。なお、上述した変形の抑制は、カソード対向プレート２２やアノード対向プレート２３の薄板化を可能とする。
【００６０】
また、セパレータ２５のＭＥＡとの対向面（カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３のＭＥＡ側表面）は平面であるので、ＭＥＡ−セパレータ２５間の接触性が良い。すなわち、ＭＥＡの全面に亘りセパレータ２５と接触しているので面内において接触圧を均一化できる。さらには、形状を成形しないため、セパレータ２５ごとの製造ばらつきを抑えることができ、燃料電池１０に含まれる各ＭＥＡ−セパレータ接触面間の接触圧のばらつきを抑制できる。この結果、ＭＥＡ−セパレータ２５間の接触抵抗が低減され電池性能が向上する。
【００６１】
さらに、必要な積層方向の圧縮圧を下げることが可能になり、燃料電池１０の構成部品（ＭＥＡやセパレータ）に対する圧縮圧によるダメージが低減される。したがって、燃料電池１０の耐久性が向上する。
【００６２】
さらに、セパレータ２５は、３枚の平板（カソード対向プレート２２、アノード対向プレート２３、中間プレート２４）を接合しているので、各平板間の接合性が良い。この結果、セパレータ２５内の接触抵抗が低減され電池性能が向上する。本実施例では、３つの板は、ホットプレスにより接合しているが、これ以外にも、拡散接合、ロウ付け、溶接等、種々の接合方法が用いうる。特に、本実施例は、３つの板が全て平板であるので、接合が容易であり接合方法の選択の幅が広がっている。
【００６３】
さらに、本実施例に係る燃料電池１０は、ＭＥＡ部とシール部５０が一体化されたシール一体型ＭＥＡ２１を用いているので、モジュール２０は、セパレータ２５とシール一体型ＭＥＡ２１を交互に積層された簡易な構造となる。したがって、燃料電池の生産性が向上する。
【００６４】
・変形例：
図８を参照して、第１変形例に係るセパレータ２５について説明する。図８は、第１変形例に係るセパレータ２５の平面図である。図８（ａ）は、セパレータ２５全体の平面図を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）における一部分ＡＡの拡大平面図を示し、図８（ｃ）は、図８（ａ）における一部分ＢＢの拡大平面図を示している。また、他の態様については、上述した実施例に係るセパレータ２５と異なる構成部分のみについて説明し、同一の構成部分については説明を省略する。
【００６５】
図８（ｂ）に示すように、第１変形例に係るセパレータ２５のカソード対向プレート２２において、酸化ガス供給孔２２５は、略四角形に形成されている。そして、酸化ガス供給孔２２５の巾は、酸化ガス供給流路形成部２４５の巾（酸化ガス供給流路６３の巾）よりも２×Δｈだけ広く形成されている。したがって、３つの平板を接合してセパレータ２５を形成した際に、組み付け誤差により、中間プレート２４に対して、カソード対向プレート２２が図８（ｂ）における左右方向にずれたとしても、ずれ量が左右両方向にそれぞれΔｈ以内であれば、酸化ガス供給流路６３と酸化ガス供給孔２２５との連通面積が減少しない。また、複数個の酸化ガス供給流路６３は、上述したシール圧による変形抑制のため、間隔が、ある程度必要であるが、このように酸化ガス供給孔２２５の巾を少し広くすることで、カソード側の発電部ＤＡにおいて、供給される酸化ガスの分布をより均一にすることができる。
【００６６】
さらに、酸化ガス供給流路形成部２４５における組み付け時に酸化ガス供給孔２２５と連通する方向（図８（ｂ）の下方向）の最端部は、酸化ガス供給孔２２５における同方向の最端部より、平面視において同方向にΔｈだけ突出している。したがって、３つの平板を接合してセパレータ２５を形成した際に、組み付け誤差により、中間プレート２４に対して、カソード対向プレート２２が図１４（ｂ）における下方向にずれたとしても、ずれ量が下方向にそれぞれΔｈ以内であれば、酸化ガス供給流路６３と酸化ガス供給孔２２５との連通面積が減少しない。
【００６７】
図８（ｃ）に示すように、アノード対向プレート２３における燃料ガス供給孔２３７と、中間プレート２４における燃料ガス供給流路形成部２４７も、同様の構成になっている。拡大図示は省略するが、酸化ガス排出孔２２６と酸化ガス排出流路形成部２４６、および、燃料ガス排出孔２３８と燃料ガス排出流路形成部２４８も、同様の構成になっている。したがって、第１変形例に係るセパレータ２５では、３つの平板を接合してセパレータ２５を形成した際に、組み付け誤差により、中間プレート２４に対して、カソード対向プレート２２またはアノード対向プレート２３が上下方向または左右方向にずれた場合に、各反応ガス流路（６１〜６４）と、対応する各反応ガス供給または排出孔（２２５、２２６、２２７、２２８）との連通面積の減少または消滅を抑制することができる。
【００６８】
図９を参照して、第２変形例に係るセパレータ２５について説明する。図９は、第２変形例に係るセパレータ２５を、シール一体型ＭＥＡ２１と共に積層して構成されたモジュール２０の断面図である。上述した実施例に係るセパレータ２５（図２参照）と異なり、第２変形例に係るセパレータ２５は、カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３が、２層構造を有するクラッド材を用いて構成されている。クラッド材とは、異種金属を圧延等によって接合した異種金属複合材料をいう。
【００６９】
クラッド材であるカソード対向プレート２２は、中間プレート２４との当接面を有する第１の層２２Ａと、ＭＥＡ部との対向面を有する第２の層２２Ｂを備えている。同じくクラッド材であるアノード対向プレート２３は、中間プレート２４との当接面を有する第１の層２３Ａと、ＭＥＡ部との対向面を有する第２の層２３Ｂを備えている。第２の層２２Ｂ、２３Ｂは、それぞれ第１の層２２Ａ、２２Ｂよりも耐食性の高い材料で構成されている。例えば、第１の層２２Ａ、２２Ｂがステンレス（ＳＵＳ）材で構成され、第２の層２２Ｂ、２３Ｂがチタンまたはチタン合金で構成される。また、第１の層２２Ａ、２２Ｂがチタンで構成され、第２の層２２Ｂ、２３Ｂがチタンパラジウム合金で構成されても良い。
【００７０】
燃料電池における電気化学反応では、水素イオンが発生するので、生成水は酸性になる。カソード対向プレート２２およびアノード対向プレート２３におけるＭＥＡ部との対向面側は、かかる生成水に触れるので、発電により電位がかかると腐食しやすい。他の態様８に係るセパレータ２５によれば、ＭＥＡ部との対向面側の層が耐食性の高い材料で構成されているので、耐食性が向上する。また、クラッド材を用いることにより別体で耐食材を用いる場合より接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００７１】
図１０を参照して、第３変形例に係るセパレータ２５について説明する。図１０は、第３変形例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図である。上記実施例では、上述したように、カソード対向プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５と、中間プレート２４に形成された酸化ガス供給流路形成部２４５が同数であり、酸化ガス供給孔２２５と酸化ガス供給流路形成部２４５が１対１で対応している。これに対して、第３変形例に係るセパレータ２５では、カソード対向プレート２２に２ｎ個（偶数個）の酸化ガス供給孔２２５が形成されており、中間プレート２４にｎ個の酸化ガス供給流路形成部２４５が形成されている。そして、１つの酸化ガス供給流路形成部２４５の１端に、２つの酸化ガス供給孔２２５がそれぞれ連通している。すなわち、酸化ガス供給孔２２５と酸化ガス供給流路形成部２４５が２対１で対応している。かかる場合には、形成される酸化ガス供給流路６３の流路巾を広く設定できる利点がある。このように、酸化ガス供給孔２２５と酸化ガス供給流路形成部２４５との対応関係は、必ずしも１対１でなくても良く、変形を抑制するために必要な強度の確保と、必要な流路巾の確保のバランス等を考慮して設定すれば良い。
【００７２】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例に係るセパレータを用いて構成される燃料電池の外観構成を示す説明図。
【図２】実施例における燃料電池を構成するモジュールの概略構成を示す説明図。
【図３】実施例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図。
【図４】実施例に係るセパレータとシール一体型ＭＥＡを重ねた様子を示す平面図および断面図。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図。
【図６】図４にＡＡ部を拡大して示す説明図。
【図７】図４におけるＤ−Ｄ断面を示す断面図。
【図８】第１変形例に係るセパレータの平面図。
【図９】第２変形例に係るセパレータを、シール一体型ＭＥＡ２１と共に積層して構成されたモジュール２０の断面図。
【図１０】第３変形例に係るセパレータの各構成部品およびシール一体型ＭＥＡの平面図。
【符号の説明】
【００７４】
１０…燃料電池
２０…モジュール
２１…シール一体型ＭＥＡ
２１１…電解質膜
２１２…拡散層
２２…カソード対向プレート
２２Ａ…第１の層
２２Ｂ…第２の層
２２１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２２１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２２２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２２２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２２３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２２３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５…酸化ガス供給孔
２２６…酸化ガス排出孔
２３…アノード対向プレート
２３Ａ…第１の層
２３Ｂ…第２の層
２３１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２３１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２３２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２３２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２３３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２３３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２３７…燃料ガス供給孔
２３８…燃料ガス排出孔
２４…中間プレート
２４ａ…カソード対向プレート当接面
２４ｂ…アノード対向プレート当接面
２４１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２４１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２４２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２４２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２４３…冷却媒体流路形成部
２５…セパレータ
３０…エンドプレート
３１…テンションプレート
３２…ボルト
３３…インシュレータ
３４…ターミナル
５０…シール部
５０１ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
５０１ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
５０２ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
５０２ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
５０３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
５０３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
６１…燃料ガス供給流路
６２…燃料ガス排出流路
６３…酸化ガス供給流路
６４…酸化ガス排出流路
６５…冷却媒体流路
２１０…水素タンク
２２０…シャットバルブ
２３０…調圧バルブ
２４０、４１０…循環ポンプ
２５０、２６０、３５０、３６０、４５０、４６０…配管
３１０…エアポンプ
４２０…ラジエータ
ＳＬ…シール線
ＤＡ…発電部
【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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