(57)【要約】【課題】  反応ガスの再配流や再合流の機能を維持しつつ強度確保に好適な燃料電池セパレータを提供する。【解決手段】  セパレータ１のガス流路８を、入口および出口マニホールド２、５への入口および出口の通路幅より幅広に形成された流路幅を備え且つ流路を複数に分割するリブ２１を備える主流路部１１と、入口若しくは出口マニホールド２、５への入口若しくは出口と主流路部１１との間に配置され、流路を複数に分割するリブ２０、２２を備え且つリブ２０、２２の端部と主流路１１のリブ２１との間に再配流若しくは再合流のための隙間１３、１４を備えた配流部１０および合流部１２と、から構成し、再配流若しくは再合流のための隙間１３、１４が存在するセパレータ１の長手方向位置には、主流路部１１または配流部１０若しくは合流部１２から当該流路を分割するリブ２０、２２を延在させたリブが少なくとも一箇所存在するようにした。【選択図】    図１
2006172924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の表面に燃料ガス若しくは酸化ガスを供給するガス流路を表面に備え、電極触媒を介在させて電解質膜を挟持して固体高分子型燃料電池を構成する燃料電池セパレータにおいて、
前記燃料電池セパレータのガス流路を、入口マニホールドおよび出口マニホールドへの入口および出口の通路幅より幅広に形成された流路幅を備え且つ流路を複数に分割するリブを備える主流路部と、前記入口マニホールド若しくは出口マニホールドへの入口若しくは出口と主流路部との間に配置され、流路を複数に分割するリブを備え且つリブの端部と前記主流路のリブとの間に再配流若しくは再合流のための隙間を備えた配流部および合流部と、から構成され、
前記再配流若しくは再合流のための隙間が存在するセパレータ長手方向位置には、主流路部または配流部若しくは合流部から当該流路を分割するリブを延在させるか、または、背面部に形成されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路を分割するためのリブが、少なくとも一箇所存在することを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項２】
前記再配流若しくは再合流のための隙間は、隣接するリブ間の隙間に対して、徐々に若しくは交互に、セパレータ長手方向に位置をずらせて配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項３】
前記再配流若しくは再合流のための隙間は、背面に配置されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路に再配流若しくは再合流のために設けられる隙間に対して、セパレータの長手方向に位置をずらせて配置していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項４】
前記セパレータの少なくとも一方の面に配置される配流部および／または合流部の流路は、セパレータ長手方向に沿ってリブにより分割したストレート流路に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項５】
前記セパレータの他方の面に配置される流路は、面内で入口マニホールドから出口マニホールドに向けて蛇行するサーペンタイン流路で形成されていることを特徴とする請求項１、２および請求項４のいずれか一つに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項６】
前記セパレータの両面に形成される流路は、主流路部同士が並行流としていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項７】
前記セパレータの両面に形成される流路の主流路部の長さを、他方の面側に対して一方の面側で長く形成し、
前記他方の面側の流路に冷却媒体を流動させ、前記一方の面側の流路に水素などの燃料ガス若しくは空気（酸素）等の酸化ガスを流動させるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項８】
前記セパレータの両面に形成される流路の主流路部の長さを、一方の面側に対して他方の面側で短く形成し、
前記一方の面側の流路に水素などの燃料ガスを流動させ、前記他方の面側の流路に酸化ガスを流動させるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に夫々触媒電極を介在させて挟持して固体高分子型燃料電池を構成する燃料電池セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から滞留水の発生を阻止し且つ電流密度を均一化するため、電極触媒部全面に燃料および酸化ガスを供給するセパレータの表面には、複数本のストレート流路やサーペンタイン流路を設けることが一般的である。そして、前記主流路の幅が反応ガスの吸気・排気マニホールド幅より大きい場合には、吸気・排気マニホールドと主流路との間に流路幅を変化させる配流部および合流部を設け、この配流部および合流部に複数のエンボスやフィン部材（リブ）を立設して、反応ガスを均等に配流・合流させるようにしたセパレータが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３-３２３９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記した配流部および合流部に複数のエンボスやフィン部材（リブ）を立設させる場合に、主流路との間に反応ガスの再配流や再合流を促すためのスペースを設けるのが効果的であり、上記従来例でも、このためのスペースが設けられている。しかしながら、前記リブのないスペースはセパレータにとっては薄肉部となり、強度的に弱い部分となるため、セパレータ破損の要因となる。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、反応ガスの再配流や再合流の機能を維持しつつ強度確保に好適な燃料電池セパレータ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】
【０００５】
本発明は、電解質膜の表面に燃料ガス若しくは酸化ガスを供給するガス流路を表面に備え、電極触媒を介在させて電解質膜を挟持して固体高分子型燃料電池を構成する燃料電池セパレータにおいて、前記燃料電池セパレータのガス流路を、入口マニホールドおよび出口マニホールドへの入口および出口の通路幅より幅広に形成された流路幅を備え且つ流路を複数に分割するリブを備える主流路部と、前記入口マニホールド若しくは出口マニホールドへの入口若しくは出口と主流路部との間に配置され、流路を複数に分割するリブを備え且つリブの端部と前記主流路のリブとの間に再配流若しくは再合流のための隙間を備えた配流部および合流部と、から構成され、前記再配流若しくは再合流のための隙間が存在するセパレータ長手方向位置には、主流路部または配流部若しくは合流部から当該流路を分割するリブを延在させるか、または、背面部に形成されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路を分割するためのリブが、少なくとも一箇所存在するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
したがって、本発明では、再配流若しくは再合流のための隙間が存在するセパレータ長手方向位置には、主流路部または配流部若しくは合流部から当該流路を分割するリブを延在させるか、または、背面部に形成されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路を分割するためのリブが、少なくとも一箇所存在するようにしたため、偏平であり且つ長尺方向に撓みが生じやすく破損しやすいセパレータであっても、セパレータの長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブが存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータの強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の燃料電池セパレータを各実施形態に基づいて説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明を適用した燃料電池セパレータの第１実施形態を示し、図１は燃料電池セパレータの正面図、図２は図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【０００９】
一般に固体高分子型燃料電池は、図示しないが、電解質膜・電極接合体を、水素等の燃料ガスを電解質膜・電極接合体の一方の電極触媒に供給する燃料ガス流路を備えたセパレータと、空気等の酸化ガスを電解質膜・電極接合体の他方の電極触媒に供給する酸化ガス流路を備えたセパレータと、で挟んで燃料電池単セルを構成し、この燃料電池単セルを所定数量だけ積層して、エンドプレートで積層方向に締め付けることで、燃料電池スタックを構成するようにしている。燃料電池スタックのエンドプレートに隣接するセパレータには、ガス供給流路が片面のみに形成される。また、電解質膜・電極接合体が両側に配置される、即ち、電解質膜・電極接合体で挟まれる部分に位置するセパレータには、両面にガス供給流路が形成される。また、背面に冷却媒体が流通する流路を備えるセパーレータに隣接するセパレータは電解質膜・電極接合体に面する側面のみにガス供給流路が形成される。
【００１０】
前記燃料電池に、燃料ガス、酸化ガス、および冷却媒体を供給および排出するために、図１に示すように、燃料電池を構成するセパレータ１および電解質膜・電極接合体の周縁、特に、対向する周縁側には、これらのガスおよび液体を供給する各入口マニホールド２〜４が形成され、対抗する周縁側には、各出口マニホールド５〜７が形成される。図１では、例えば、水素などの燃料ガスを電解質膜・電極接合体の電極触媒に供給するためのガス流路８を示すものであり、入口マニホールド２と、配流部１０と、主流路部１１と、合流部１２と、出口マニホールド５とが図示されている。入口マニホールド２および出口マニホールド５の流路幅は、同一周縁側に他のガス用マニホールド３、６および冷媒用マニホールド７と平行して配置されているため、主流路部１１の流路幅に比較して、狭く形成されている。このため、これらのマニホールド２、５と主流路部１１とを接続する配流部１０および合流部１２は、マニホールド２、５から主流路部１１に向けて流路幅を徐々に拡大させて形成している。なお、燃料電池スタックの外部にこれら入口マニホールド若しくは出口マニホールドを備える燃料電池スタックやこれら入口マニホールド若しくは出口マニホールドのいずれか一方が燃料電池スタック内に貫通させて配置され、いずれか他方が燃料電池スタックの外部に配置された燃料電池スタックにおいては、これらマニホールドと燃料電池スタック内のガス流路若しくは冷却媒体流路とを接続する入口通路および出口通路の通路幅は、燃料電池スタック内のガス流路若しくは冷却媒体流路の主流路幅より狭く構成されるため、両者間には配流部および合流部が形成される。
【００１１】
前記主流路部１１は、流路に沿って複数のリブ２１により分割されており、燃料ガス若しくは酸化ガスは、これら分割された流路に沿って流れることにより、これらの流路に被さっている電解質膜・電極接合体の電極触媒面に均一に燃料ガス若しくは酸化ガスを供給するよう機能する。主流路部１１を流路に沿って分割するリブ２１は、主流路１１の中央部に位置するリブ２１は短く、主流路部１１の中央部から離れて縁側に移るにつれて徐々に長く形成している。このため、これらのリブ２１の端部は、主流路部１１の縁側で出っ張り、主流路部１１の中央側で窪む、形状としている。
【００１２】
前記配流部１０および合流部１２は、流路に沿う複数のリブ２０、２２により分割され、各リブ２０、２２はその長手方向の途中で分割部２３、２４により複数に分割している。前記各リブ２０、２２の分割部２３、２４は隣接するリブ２０、２２の分割部２３、２４とはセパレータ１の長手方向に位置をずらせて配置され、分割部２３、２４同士がセパレータ１の長手方向の同一位置とならないように配置されている。各リブ２０、２２の主流路１１側の部分は、配流部１０および合流部１２の主流路１１への偏向に対応して主流路１１に配置したリブ２１と平行に折れ曲げて配置しており、その端部は、流路の両縁側で短く、流路の中央部で長く突出している。そして、夫々の端部は、主流路１１に配置したリブ２１の端部との間に、予め設定した寸法を開けて対峙するよう配列している。即ち、主流路１１のリブ２１の端部と配流部１０および合流部１２のリブリブ２０、２２の端部との間には、反応ガスの再配流および再合流を促す隙間１３、１４を形成し、この隙間１３、１４は主流路１１側に突出する弧状に配列している。
【００１３】
以上のように、主流路１１に配置するリブ２１の端部と、配流部１０および／または合流部１２に配置するリブ２０、２２の端部との間に形成する隙間１３、１４を隣接する隙間１３、１４に対してセパレータ１の長手方向位置をずらせて配置することにより、セパレータ１の長手方向に対する垂直な任意断面、例えば、図中のＢ−Ｂ断面において、図２に示すように、少なくとも１箇所にはリブ２０、２２若しくは２１が存在するよう構成することができる。このため、偏平であり且つ長尺方向に対する曲げ撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対する垂直ないずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブ２０、２２若しくは２１が存在する、若しくは、リブ２０、２２若しくは２１の無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００１４】
なお、上記実施形態では、配流部１０および合流部１２に配置する複数リブ２０、２２の端部同士を流路中央部で突状とし、主流路部１１に配置する複数のリブ２１の端部同士を流路中央部で窪み状としたものについて説明しているが、図示しないが、例えば、配流部１０および合流部１２に配置する複数リブ２０、２２の端部同士を流路中央部で窪み状とし、主流路部１１に配置する複数のリブ２１の端部同士を流路中央部で突状としたものであってもよく、また、主流路部１１に配置したリブ２１の端部と配流部１０および合流部１２に配置するリブ２０、２２の端部との間の隙間１３、１４を隣接する隙間１３、１４に対してセパレータ１の長手方向の位置を、徐々に、若しくは、交互に、さらには、その都度ずらせて配置するようにしてもよい。
【００１５】
また、上記実施形態では、水素などの燃料ガスを電解質膜・電極接合体の電極触媒に供給するためのガス流路８について説明しているが、図示しないが、他のガス流路、例えば、酸素（空気）などの酸化ガスを電解質膜・電極接合体の電極触媒に供給するためのガス流路に適用するものであってもよく、また、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路に適用するものであってもよい。
【００１６】
さらに、上記実施形態では、一方の面にガス流路８を備える燃料電池のセパレータ１について説明しているが、図示しないが、例えば、両面にガス流路を備える燃料電池のセパレータや一方の面にガス流路を備えると共に他方の面に冷却媒体流路を備える燃料電池のセパレータであってもよく、両面に備える流路の少なくとも一方の配流部および合流部に配置する複数リブ端部と主流路部の複数のリブ端部との間の隙間の配置で適用されていればよい。
【００１７】
また、上記実施形態では、燃料電池を構成するセパレータ１および電解質膜・電極接合体の対向する周縁側に、ガスおよび液体を供給する各入口マニホールド２〜４が形成され、対抗する周縁側に、各出口マニホールド５〜７が形成されるものについて説明しているが、図示しないが、燃料電池スタックの外部にこれら入口マニホールド若しくは出口マニホールドを備えるものであってもよく、また、これら入口マニホールド若しくは出口マニホールドのいずれか一方が燃料電池スタック内に貫通させて配置され、いずれか他方が燃料電池スタックの外部に配置されたものであってもよい。この場合においても、これらマニホールドと燃料電池スタック内のガス流路若しくは冷却媒体流路とを接続する入口通路および出口通路の通路幅は、燃料電池スタック内のガス流路若しくは冷却媒体流路の主流路幅より狭く構成されるために、両者間には配流部および合流部が形成される。
【００１８】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００１９】
（ア）電解質膜の表面に配置される電極触媒に燃料ガス若しくは酸化ガスを供給するガス流路８を備え、電極触媒を介在させて電解質膜を挟持して固体高分子型燃料電池を構成するセパレータ１において、前記セパレータ１のガス流路８を、入口マニホールド２および出口マニホールド５への入口および出口の通路幅より幅広に形成された流路幅を備え且つ流路を複数に分割するリブ２１を備える主流路部１１と、前記入口マニホールド２若しくは出口マニホールド５への入口若しくは出口と主流路部１１との間に配置され、流路を複数に分割するリブ２０、２２を備え且つリブ２０、２２の端部と前記主流路１１のリブ２１との間に再配流若しくは再合流のための隙間１３、１４を備えた配流部１０および合流部１２と、から構成され、前記再配流若しくは再合流のための隙間１３、１４が存在するセパレータ１の長手方向位置には、主流路部１１または配流部１０若しくは合流部１２から当該流路を分割するリブ２０、２２を延在させるか、または、背面部に形成されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路を分割するためのリブが、少なくとも一箇所存在するようにしたため、偏平であり且つ長尺方向に対する曲げ撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブが存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００２０】
（イ）図１に示すように、再配流若しくは再合流のための隙間１３、１４を、隣接するリブ間の隙間に対して、徐々に若しくは交互に、セパレータ１の長手方向に位置をずらせて配置したため、偏平であり且つ長尺方向に対する曲げ撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、セパレータ１の一面側において、少なくとも撓みに抗するリブが存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、撓みを抑制し、その破損を防ぐことができる。
【００２１】
（ウ）セパレータ１の少なくとも一方の面に配置される配流部１０および／または合流部１２の流路は、セパレータ１の長手方向に沿ってリブ２０、２２により分割したストレート流路に形成しているため、ストレート流路は流路方向に長く且つ流路本数が少なく、通過する流体の圧力損失が大きいので、主流路１１への配流および主流路１１からの合流を均一にすることができる。
【００２２】
（第２実施形態）
図３〜図６は、本発明を適用した燃料電池セパレータの第２実施形態を示し、図３は第１実施例の燃料電池セパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図、図４は図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図５は第２実施例の燃料電池セパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図、図６は第３実施例の燃料電池セパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図である。本実施形態においては、配流部および／または合流部におけるリブの隙間、および／または、配流部および／または合流部と主流路部を構成するリブの隙間を、表面側と裏面側とてオフセットさせるようにしたものである。なお、図１と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２３】
図３に示す第１実施例のセパレータ１においては、両面にガス流路８Ａ、８Ｂを備えた扁平なセパレータ１が示されており、夫々の面において、主流路１１Ａ、１１Ｂを構成しているリブ２１Ａ、２１Ｂは、全て同じ長さで長手方向位置を揃えて配置している。そして、主流路１１Ａ、１１Ｂを構成するリブ２１Ａ、２１Ｂは、表面側の設置位置と裏面側の設置位置とは、夫々合流部１２Ａ、１２Ｂ側に片寄せて配列している。このため、夫々のリブ２１Ａ、２１Ｂ端部が表面側と裏面側とでオフセットしている。
【００２４】
また、配流部１０および合流部１２は、第１実施形態と同様に、流路８に沿う複数のリブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂにより夫々分割され、各リブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂはその長手方向の途中で分割部２３、２４により複数に分割している。また、同様に、前記各リブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの分割部２３、２４は隣接するリブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの分割部２３、２４とはセパレータ１の長手方向に位置をずらせて配置され、分割部２３、２４同士がセパレータ１の長手方向の同一位置とならないように配置している。各リブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの主流路１１側の部分は、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂの主流路１１Ａ、１１Ｂへの偏向に対応して主流路１１Ａ、１１Ｂに配置したリブ２１Ａ、２１Ｂと平行に折れ曲げて配置しており、その端部は、セパレータ１の長手方向に位置を揃えて配置され、主流路１１Ａ、１１Ｂに配置したリブ２１Ａ、２１Ｂの端部との間に、予め設定した寸法の隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂを開けて対峙するよう配列している。
【００２５】
以上の構成になる第１実施例のセパレータ１においては、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂを構成するリブ２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂと主流路部１１Ａ、１１Ｂを構成するリブ２１Ａ、２１Ｂとの間の隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂのセパレータ１長手方向の位置が、セパレータ１の表面側（１３Ａ、１４Ａ）と裏面側（１３Ｂ、１４Ｂ）とで異なる位置にオフセットしている。このため、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図（図４）に示すように、セパレータ１の長手方向に対する垂直な任意断面において、少なくともいずれか一方の面においてリブ（図４では、リブ２０Ｂ）が存在するよう構成することができる。このため、偏平であり且つ長尺方向に対する曲げ撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブが存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００２６】
図５に示す第２実施例のセパレータにおいては、主流路１１を構成しているリブ２１については第１実施例と同様であるが、配流部１０および合流部１２のリブが矩形をなす分割リブ３０、３２により形成している構成で相違する。このように矩形の分割リブ３０、３２により配流部１０および合流部１２を形成することにより、入口マニホールド２、３から供給されるガスの配流機能や出口マニホールド５、６へのガスの合流機能をより一層向上できる。なお、図５では、セパレータ１の長手方向の一端側のみを図示しているが、他端部においても、対称的に配流部および合流部が配置されているものである。
【００２７】
そして、このセパレータ１の配流部１０および合流部１２においては、分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ（図５では、３０Ｂ、３２Ａのみが図示されている）間の隙間２３、２４がセパレータ１の表面側と裏面側とでセパレータ長手方向に重ならないように形成している。即ち、表面側に隙間２４が存在する裏面側には分割リブ３０Ａ、３０Ｂを配置し、表面側に分割リブ３２Ａ、３２Ｂが存在する裏面側には隙間２３が存在するよう、各面の分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを配置している。具体的には、両面の配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂの矩形リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂは、ガス流れ方向の一辺の長さと同じピッチで配置させ、両面のリブ位置を流れ方向に１ピッチ分だけオフセットしてある。
【００２８】
図６に示す第３実施例のセパレータは、第２実施例の図５に示す分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂを、セパレータ１の長手方向に長い長方形に形成するようにしたものである。但し、長方形の分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ同士の間の隙間２３、２４の幅は、拡大させることなく、図５に示す分割リブ間の隙間２３、２４と同様の寸法に形成している。このため、表面側に隙間２４が存在する裏面側には分割リブ３０Ａ、３０Ｂがオーバラップして存在し、表面側に分割リブ３２Ａ、３２Ｂが存在する裏面側の一部には隙間２３が存在する。即ち、隙間２３、２４と分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂとは表面側と裏面側とでオーバラップし、結果として、表面側の分割リブ３０Ａ、３２Ａと裏面側の分割リブ３０Ｂ、３２Ｂとはオフセットされることとなる。
【００２９】
以上の構成になる第２、３実施例のセパレータにおいては、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂを構成するリブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂと主流路部１１Ａ、１１Ｂを構成するリブ２１Ａ、２１Ｂとの間の隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂのセパレータ長手方向の位置が、セパレータの表面側と裏面側とで異なる位置にオフセットしている。このため、セパレータ１の長手方向に対し直交する任意断面では、少なくともいずれか一方の面においてリブが存在するよう構成することができる。また、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂに配置する分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ若しくは分割リブ間の隙間２３、２４が表面側と裏面側とでオフセットしている。従って、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂにおいても、セパレータ１の長手方向に対して直交する任意断面において、少なくともいずれか一方の面においてリブが存在するよう構成することができる。以上の構成により、偏平であり且つ長尺方向に対する曲げ撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブが存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００３０】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３１】
（エ）再配流若しくは再合流のための隙間１３Ａ、１４Ａを、背面に配置されるガス流路若しくは冷却媒体の媒体流路に再配流若しくは再合流のために設けられる隙間１３Ｂ、１４Ｂに対して、セパレータ１の長手方向に位置をずらせて配置するようにしたため、偏平であり且つ長尺方向に撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブが他方の面に存在する、若しくは、リブの無い薄肉部分を小さくすることができるため、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００３２】
（オ）セパレータ１の両面に形成される流路８Ａ、８Ｂは、主流路部１１Ａ、１１Ｂ同士が並行流としているため、主流路部１１Ａ、１１Ｂを分割するリブ２１Ａ、２１Ｂが両面において、セパレータ１の長手方向に配列され、セパレータ１の長手方向に対する曲げ強度を向上させることができる。
【００３３】
（カ）図５および図６に示すように、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび／または合流部１２Ａ、１２Ｂを分割リブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂで配流および合流させる場合においても、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂを構成するリブ３０Ａ、３０Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ間の隙間２３、２４のセパレータ１の長手方向の位置が、セパレータ１の表面側と裏面側とで異なる位置にオフセットさせているため、セパレータ１の長手方向に対する垂直な任意断面において、少なくともいずれか一方の面においてリブが存在するよう構成でき、セパレータ１の長手方向に対する曲げ強度を低下させることを抑制できる。
【００３４】
（第３実施形態）
図７は、本発明を適用した燃料電池セパレータの第３実施形態を示す燃料電池のセパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図である。本実施形態においては、セパレータの表面側と裏面側とで流路形態を異ならせるようにしたものである。なお、図１、２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００３５】
図７に示す燃料電池のセパレータ１においては、第１実施形態若しくは第２実施形態の第１実施例と同様のリブにより流路方向に長いストレート流路により構成した配流部１０（または、合流部１２）と、隙間１３、１４を介して主流路部１１のリブ２１端部が対峙する流路形態を備えるものとしている。そして、セパレータ１の裏面部には、マニホールド入口３からマニホールド出口６に向かって曲りくねって蛇行するサーペンタイン流路９に形成している。
【００３６】
前記サーペンタイン流路９は、蛇行する流路を構成するため、流路方向に沿って複数のリブ２６がマニホールド入口６からマニホールド出口６に向かって連続して配列されているため、このリブ２６には流路方向に隙間が存在しない。このため、表面側の配流部１０および合流部１２と主流路１１との間に再配流および再合流のための隙間１３、１４が存在しても、その長手方向位置の裏面側には、必ずサーペンタイン流路９のためのリブ２６が存在することとなる。
【００３７】
以上の構成になるセパレータ７においては、配流部１０および合流部１２を構成するリブ２０、２２と主流路部１１を構成するリブ２１との間の隙間１３、１４があっても、裏面側にはサーペンタイン流路９によるリブ２６が存在するため、偏平であり且つ長尺方向に撓みが生じやすく破損しやすいセパレータ１であっても、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブ２６を存在させることができるため、セパレータ１の強度を上げ、その破損を防ぐことができる。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００３９】
（キ）セパレータ１の裏面に配置される流路を、面内で入口マニホールド３から出口マニホールド６に向けて蛇行するサーペンタイン流路９で形成することにより、表面の流路８の配流部１０および合流部１２を構成するリブ２０、２２と主流路部１１を構成するリブ２１との間の隙間１３、１４があっても、裏面側のサーペンタイン流路９によるリブ２６が存在するため、セパレータ１の長手方向に対して直交するいずれの断面においても、少なくとも撓みに抗するリブ２６を存在させることができ、セパレータ１の強度を向上させ、その破損を防ぐことができる。
【００４０】
（第４実施形態）
図８および図９は、本発明を適用した燃料電池セパレータの第４実施形態を示し、図８は第１実施例を示す燃料電池のセパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図、図９は第２実施例を示す燃料電池のセパレータの表面側および裏面側のガス流路の配列状態を示す図である。本実施形態においては、表面側の主流路の長さと裏面側の主流路の長さを異ならせることにより、配流部および合流部と主流路部とのリブ同士の間の隙間のセパレータ長手方向位置をオフセットさせるようにしたものである。なお、図１、２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４１】
図８に示す第１実施例の燃料電池のセパレータにおいては、セパレータ１の表面側および裏面側のいずれの面にも、第１実施形態若しくは第２実施形態の第１実施例と同様のリブにより流路方向に長いストレート流路により構成した配流部１０Ａ、１０Ｂ（または、合流部１２Ａ、１２Ｂ）と、隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂを介して主流路部１１Ａ、１１Ｂのリブ２１Ａ、２１Ｂ端部が対峙する流路形態を備えるものとしている。そして、図示例においては、表面側の主流路部１１Ａを構成するリブ２１Ａは長く配列している。このため、表面側の配流部１０Ａおよび合流部１２Ａと主流路部１１とを構成する各リブ２０Ａ、２１Ａ、２２Ａ間の隙間１３Ａ、１４Ａは、裏面側の配流部１０Ｂおよび合流部１２Ｂと主流路部１１Ｂとを構成する各リブ２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ間の隙間１３Ｂ、１４Ｂに対して、入口および出口マニホールド４、７に接近して位置する。結果として、表面側の隙間１３Ａ、１４Ａと裏面側の隙間１３Ｂ、１４Ｂとは、セパレータ１の長手方向にオフセットして配列される。
【００４２】
このような構成のセパレータ１においては、裏面側の流路８Ｂに冷却媒体を流動させる一方、表面側の流路８Ａに水素などの燃料ガス若しくは空気（酸素）等の酸化ガスを流動させると、反応ガス主流路を広くとれることとなる。従って、積層したスタック容積に対する触媒電極面積の比を大きくし、燃料電池スタックの出力密度を高くすることができる。
【００４３】
また、図９に示すように、表面側の流路８Ａに水素などの燃料ガスを流動させ、裏面側の流路８Ｂに酸化ガスを流動させると、燃料ガス流路８Ａに対して、その裏面に設ける酸化ガス流路８Ｂの主流路１１Ｂを短くできる。このように、酸化ガス流路８Ｂを短くすると、流路圧損を低減することができ、酸化ガス（空気）を送るためのコンプレッサの負荷を減らして、車両走行燃費を向上させることができる。
【００４４】
また、主流路１１Ｂへの配流という点で、流量が多く、ガスの密度が高いものほど慣性の影響が大きく、その配流が難しい。即ち、燃料電池の一般的な運転条件では、酸化ガスの方が、燃料ガスに比べて、密度が高く流量も多い。したがって、均一な配流の難しい酸化ガスの主流路１１Ｂを短く、即ち、配流部１０Ｂと合流部１２Ｂを広く取ることで、主流路１１Ｂへ均一に配流することができる。
【００４５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）および第２実施形態における効果（エ）、（オ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４６】
（ク）セパレータ１の両面に形成される流路８Ａ、８Ｂの主流路部１１Ａ、１１Ｂの長さを、他方の面側（裏面側、１１Ｂ）に対して一方の面側（表面側、１１Ａ）で長く形成し、他方の面側の流路８Ｂに冷却媒体を流動させ、一方の面側の流路８Ａに水素などの燃料ガス若しくは空気（酸素）等の酸化ガスを流動させるようにすると、配流部１０および合流部１２と主流路部１１との間で再配分および再合流させる隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂを表裏でオフセットでき、セパレータ１の長手方向に対する曲げ強度を向上できると共に、反応ガス主流路１１Ａを広くとれ、積層したスタック容積に対する触媒電極面積の比を大きくし、燃料電池スタックの出力密度を高くすることができる。
【００４７】
（ケ）セパレータ１の両面に形成される流路８Ａ、８Ｂの主流路部１１Ａ、１１Ｂの長さを、一方の面側（表面側、１１Ａ）に対して他方の面側（裏面側、１１Ｂ）で短く形成し、一方の面側の流路８Ａに水素などの燃料ガスを流動させ、他方の面側の流路８Ｂに酸化ガスを流動させるようにすると、配流部１０Ａ、１０Ｂおよび合流部１２Ａ、１２Ｂと主流路部１１Ａ、１１Ｂとの間の再配流および再合流のための隙間１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂを表裏でオフセットでき、セパレータ１の長手方向に対する曲げ強度を向上できると共に、主流路１１Ｂへの配流という点で、流量が多く、ガスの密度が高いものほど慣性の影響が大きく、その配流が難しい酸化ガスの均一な配流の難しい酸化ガスの主流路１１Ｂを短く、即ち、配流部１０Ｂと合流部１２Ｂを広く取ることで、主流路１１Ｂへ均一に配流することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池セパレータの正面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の第１実施例の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【図４】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図５】本発明の第２実施形態の第２実施例の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態の第３実施例の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態の第１実施例の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【図９】本発明の第４実施形態の第２実施例の燃料電池セパレータの表面側（Ａ）および裏面側（Ｂ）のガス流路の配列状態を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１  セパレータ
２、３、４  入口マニホールド
５、６、７  出口マニホールド
８  流路
９  サーペンタイン流路
１０、１０Ａ、１０Ｂ  配流部
１１、１１Ａ、１１Ｂ  主流路部
１２、１２Ａ、１２Ｂ  合流部
１３、１４、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ  隙間
【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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