(57)【要約】【課題】燃料電池セパレータの外縁領域における面圧の増大を抑えつつ、ガス拡散性及び排水性の低下を抑制する燃料電池セパレータの提供。【解決手段】当該燃料電池セパレータ（１０）は、膜電極接合体（３）と対向する対向面（１０ａ）と、膜電極接合体（３）と反対側に位置する外側表面（１０ｂ）とを備える板状部を備える。対向面（１０ａ）には、膜電極接合体（３）の発電領域と対向する中央領域（１００ａ）における中央凹溝部（１１ａ、１２ａ）と、中央領域（１００ａ）を囲む外縁領域（１００ｂ）における外縁凹溝部（１３ａ）とが設けられる。外側表面（１０ｂ）には、中央凹溝部（１１ａ、１２ａ）に対応するように中央凸部（１１ｅ、１２ｅ）と、外縁凹溝部（１３ａ）に対応するように外縁凸部（１３ｅ）とが設けられる。【選択図】図１
2019185948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池において、膜電極接合体と対向して配置される燃料電池セパレータであって、
前記膜電極接合体と対向する対向面と、前記膜電極接合体と反対側に位置する外側表面とを備える板状部を備え、
前記対向面には、前記膜電極接合体の発電領域と対向する中央領域における中央凹溝部と、前記中央領域を囲む外縁領域における外縁凹溝部とが設けられ、
前記外側表面には、前記中央凹溝部に対応するように中央凸部と、前記外縁凹溝部に対応するように外縁凸部とが設けられ、
前記中央凸部と前記外縁凸部とは、凸方向において弾性変形し、
前記外縁凸部のバネ定数は、前記中央凸部のバネ定数と比較して小さい、
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、燃料電池セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
並列して延びる複数の凹状溝を両面にそれぞれ備えた燃料電池セパレータがある。特許文献１に開示の燃料電池のアノード側セパレータは、当該アノード側セパレータの中央領域における凹溝部よりも外縁領域における凹溝部を備える。外縁領域における凹溝部が、中央領域における凹溝部と比較して低い。燃料電池において、アノード側セパレータの外縁領域における凹溝部は、中央領域における凹溝部と比較して、高い面圧を受ける傾向にある。そのため、上記したアノード側セパレータの構成によれば、面圧の減少を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０６９９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池において、セパレータの外縁領域における凹溝部は、流路として利用され、燃料ガスや冷却水を導くことができる。しかし、このようなセパレータの外縁領域における凹溝部の高さが低いため、流路のガス拡散性や排水性が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、燃料電池セパレータの外縁領域における面圧の増大を抑えつつ、ガス拡散性及び排水性の低下を抑制するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池セパレータは、
燃料電池において、膜電極接合体と対向して配置される燃料電池セパレータであって、
前記膜電極接合体と対向する対向面と、前記膜電極接合体と反対側に位置する外側表面とを備える板状部を備え、
前記対向面には、前記膜電極接合体の発電領域と対向する中央領域における中央凹溝部と、前記中央領域を囲む外縁領域における外縁凹溝部とが設けられ、
前記外側表面には、前記中央凹溝部に対応するように中央凸部と、前記外縁凹溝部に対応するように外縁凸部とが設けられ、
前記中央凸部と前記外縁凸部とは、凸方向において弾性変形し、
前記外縁凸部のバネ定数は、前記中央凸部のバネ定数と比較して小さい。
【０００７】
このような構成によれば、外縁凸溝部の高さを低下させる必要が無いので、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制する。また、外縁凸部が中央凸部と比較して小さいバネ定数を有するので、燃料電池セパレータの外縁領域において、中央領域よりも高い面圧がかかっても、外縁凸部は、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域における面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体の座屈や電解質膜の損傷が生じ難い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、燃料電池セパレータの外縁領域における面圧の増大を抑えつつ、ガス拡散性及び排水性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池セパレータを示す模式断面図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例１を示す模式断面図である。
【図３】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例２を示す模式断面図である。
【図４】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例３を示す模式断面図である。
【図５】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例４を示す模式断面図である。
【図６】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例５を示す模式断面図である。
【図７】実施の形態２に係る燃料電池セパレータを示す模式断面図である。
【図８】実施の形態１に係る燃料電池セパレータの他の一具体例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
（実施の形態１）
図１を参照して実施の形態１に係る燃料電池セパレータについて説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料電池セパレータを示す模式断面図である。なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。
【００１２】
図１に示すように、燃料電池セパレータ１０は、所定の方向（ここでは、ｙ軸方向）に延びる複数の凹状溝が対向面１０ａ、外側表面１０ｂにそれぞれ並列配置された板状部を備える。燃料電池セパレータ１０は、ガス遮断性、及び電子伝導性を有する材料を用いて形成することができ、例えば、カーボン材や、ステンレス鋼やチタン合金などの金属材料を用いて形成することができる。なお、対向面１０ａは、後述する燃料電池のユニットセル１００において、アノード側ガス拡散層２を挟んで、膜電極接合体３と対向する面である。
【００１３】
図１に示す燃料電池セパレータ１０の一例は、凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａを対向面１０ａに備え、凹溝部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂと凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅとを外側表面１０ｂに備える。
【００１４】
凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、対向面１０ａにおける凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａにそれぞれ対応するように、外側表面１０ｂに位置する。言い換えると、凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、それぞれ凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａの外側表面１０ｂ側に位置する。
【００１５】
外側表面１０ｂにおいて、凸部１１ｅと凹溝部１１ｂとは、側壁部１１ｃを介して連なり、凹溝部１１ｂと凸部１２ｅとは、側壁部１１ｄを介して連なる。凸部１２ｅと凹溝部１２ｂとは、側壁部１２ｃを介して連なり、凹溝部１２ｂと凸部１３ｅとは、側壁部１２ｄを介して連なる。凸部１３ｅと凹溝部１３ｂとは、側壁部１３ｃを介して連なる。
【００１６】
凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、燃料電池セパレータ１０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅの凸方向でもある。
【００１７】
凸部１３ｅのバネ定数が、凸部１２ｅ、１１ｅのバネ定数よりも小さい。具体的には、凹溝部１３ｂと側壁部１３ｃとの境界部は、曲率Ｒ１で曲がる。凸部１３ｅと側壁部１３ｃとの境界部は、曲率Ｒ３で曲がる。凹溝部１２ｂと側壁部１２ｃとの境界部は、曲率Ｒ２で曲がる。凸部１２ｅと側壁部１２ｃとの境界部は、曲率Ｒ４で曲がる。曲率Ｒ１は、曲率Ｒ２よりも大きく、曲率Ｒ３は、曲率Ｒ４よりも大きい。すなわち、凸部１３ｅのバネ定数が、凸部１２ｅのバネ定数よりも小さい。
【００１８】
また、他の境界部も上記した曲率で曲がるとよく、例えば、凹溝部１２ｂと側壁部１２ｄとの境界部は、曲率Ｒ１で曲がり、凸部１３ｅと側壁部１２ｄとの境界部は、曲率Ｒ３で曲がるとしてもよい。凹溝部１１ｂと側壁部１１ｃとの境界部と、凹溝部１１ｂと側壁部１１ｄとの境界部とは、曲率Ｒ２で曲がるとしてもよい。凸部１２ｅと側壁部１１ｄとの境界部と、凸部１１ｅと側壁部１１ｃとの境界部とは、曲率Ｒ４で曲がるとしてもよい。
【００１９】
（燃料電池の構成）
次に、燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例について説明する。当該燃料電池は、積層した複数のユニットセル１００を備える。
【００２０】
ユニットセル１００は、燃料電池セパレータ１０と、アノード側ガス拡散層２と、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）３と、カソード側ガス拡散層４と、多孔体流路層５と、カソード側セパレータ６とを備え、この順に積層する。膜電極接合体３は、電解質膜と、電解質膜を挟み込む一対の触媒電極層とを備える。ユニットセル１００では、燃料電池セパレータ１０は、アソード側セパレータとして機能する。燃料電池セパレータ１０の対向面１０ａは、アノード側ガス拡散層２を挟んで、膜電極接合体３と対向し、外側表面１０ｂは、膜電極接合体３と反対側（ここでは、ｘ軸マイナス側）に位置する。なお、図１に示す多孔体流路層５の一例と、カソード側セパレータ６の一例とは、板状体である。
【００２１】
ユニットセル１００の外縁領域１００ｂでは、シール部材７が設けられている。シール部材７は、適宜、アノード側ガス拡散層２と、膜電極接合体３と、カソード側ガス拡散層４と、多孔体流路層５と、カソード側セパレータ６とを接着させたり、燃料ガスをシールしたりする。シール部材７は、要求される希望に応じて、設置位置や材料を変更してもよい。
【００２２】
積層した複数のユニットセル１００は、互いに締結されており、具体的には、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂが締結されている。外縁領域１００ｂは、中央領域１００ａを囲む。また、外縁領域１００ｂは、シール部材７が設けられている一方、中央領域１００ａは、シール部材７が設けられていない。これらによって、その外縁領域１００ｂに加わる面圧は、中央領域１００ａに加わる面圧と比較して、高いことがある。また、積層した複数のユニットセル１００のうち、隣接するユニットセル１００同士がある。一方のユニットセル１００の燃料電池セパレータ１０の外側表面１０ｂの凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、他方のユニットセル１００のカソード側セパレータ６と接触している。
【００２３】
ユニットセル１００は、水素タンク等の燃料ガス供給源に接続されており、燃料ガス供給源から燃料ガスを供給される。また、ユニットセル１００は、排出管に接続されており、排出管から発電において生じたガスや液体等を外部へ排出する。
【００２４】
凸部１３ｅがユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置し、凸部１１ｅ、１２ｅが中央領域１００ａに位置する。外縁領域１００ｂにおける凸部１３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有するので、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部１３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００２５】
（燃料電池の動作例）
次に、上記した、燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の動作例について説明する。
【００２６】
まず、ユニットセル１００は、燃料ガスを供給されて、凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａに流す。ユニットセル１００の中央領域１００ａに対向する膜電極接合体３の発電領域では、燃料ガスを供給されて、酸化還元反応により発電する。ユニットセル１００の外縁領域１００ｂでは、燃料ガスは、シール部材７等によってシールされ、ユニットセル１００の外方へ流出することを防止する、又は抑制する。さらに、適宜、冷却流体を凹溝部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに流し、ユニットセル１００を冷却する。なお、発電後に生じたガスや液体は、適宜、凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａ、多孔体流路層５に導かれ、ユニットセル１００の外部へ排出される。
【００２７】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部１３ａ、１３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部１３ａ、１３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００２８】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部１３ａ、１３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００２９】
（変形例１）
次に、図２を参照して実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例１について説明する。図２は、実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例１を示す模式断面図である。実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例１は、凹溝部２３ａ、凸部２３ｅ、側壁部２２ｄ、２３ｃを除いて、実施の形態１に係る燃料電池セパレータと同じ構成を備える。異なる構成についてのみ説明する。
【００３０】
図２に示すように、燃料電池セパレータ２０は、凹溝部２３ａと、凸部２３ｅと、側壁部２２ｄ、２３ｃとを備える。凸部２３ｅは側壁部２２ｄを介して凹溝部１２ｂと連なり、側壁部２３ｃを介して凹溝部１３ｂと連なる。
【００３１】
凸部２３ｅは、凸部１２ｅ、１１ｅと同様に、燃料電池セパレータ２０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部２３ｅの凸方向でもある。
【００３２】
凸部２３ｅのバネ定数が、凸部１２ｅ、１１ｅのバネ定数よりも小さい。具体的には、側壁部２２ｄ、２３ｃがバネ機構を備え、側壁部２２ｄ、２３ｃの長手方向に弾性変形する。側壁部２２ｄ、２３ｃのバネ機構は、例えば、蛇腹状に曲がる曲板状部であり、当該曲板状部は、ユニットセル１００の外方（ここでは、ｘ軸マイナス側）へ張り出す形状を有する。
【００３３】
また、凸部２３ｅは、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置する。外縁領域１００ｂにおける凸部２３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有するので、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部２３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体の座屈や電解質膜の損傷が生じ難い。
【００３４】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部２３ａ、１３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部２３ａ、１３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００３５】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部２３ａ、１３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００３６】
（変形例２）
燃料電池セパレータ２０の一変形例として、図３に示す実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例２がある。燃料電池セパレータ３０は、側壁部３２ｄ、３３ｃを除いて、燃料電池セパレータ２０と同じ構成を有する。異なる構成についてのみ説明する。
【００３７】
図３に示すように、燃料電池セパレータ３０は、側壁部３２ｄ、３３ｃとを備える。側壁部３２ｄ、３３ｃが、側壁部２２ｄ、２３ｃ（図２参照）と同様に、バネ機構を備え、側壁部３２ｄ、３３ｃの長手方向に弾性変形する。側壁部３２ｄ、３３ｃのバネ機構は、例えば、蛇腹状に曲がる曲板状部であり、当該曲板状部は、側壁部２２ｄ、２３ｃと異なり、ユニットセル１００の内側、アノード側ガス拡散層２側へ張り出す形状を有する。凸部２３ｅは、燃料電池セパレータ３０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部２３ｅの凸方向でもある。
【００３８】
よって、外縁領域１００ｂにおける凸部２３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有する。そのため、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部２３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００３９】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部２３ａ、１３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部２３ａ、１３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００４０】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部２３ａ、１３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００４１】
（変形例３）
次に、図４を参照して実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例３について説明する。図４に示すように、実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例３を示す模式断面図である。実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例３は、凹溝部４３ａと、凹溝部４２ｂ、４３ｂと、凸部４３ｅと、側壁部４２ｄ、４３ｃとを除いて、実施の形態１に係る燃料電池セパレータ１０と同じ構成を備える。異なる構成についてのみ説明する。
【００４２】
図４に示すように、燃料電池セパレータ４０は、凹溝部４３ａを対向面１０ａに備え、凹溝部４２ｂ、４３ｂ、及び凸部４３ｅを外側表面１０ｂに備える。
【００４３】
凸部４３ｅは、対向面１０ａにおける凹溝部４３ａにそれぞれ対応するように、外側表面１０ｂに位置する。言い換えると、凸部４３ｅは、それぞれ凹溝部４３ａの外側表面１０ｂ側に位置する。
【００４４】
外側表面１０ｂにおいて、凸部１２ｅと凹溝部４２ｂとは、側壁部１２ｃを介して連なり、凹溝部４２ｂと凸部４３ｅとは、側壁部４２ｄを介して連なる。凸部４３ｅと凹溝部４３ｂとは、側壁部４３ｃを介して連なる。
【００４５】
凹溝部４２ｂ、４３ｂ、及び凸部４３ｅは、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置する。ユニットセル１００の外縁領域１００ｂにおける燃料電池セパレータ４０の厚みは、中央領域１００ａにおける燃料電池セパレータ４０の厚みと比較して小さい。具体的には、燃料電池セパレータ４０の厚みは、中央領域１００ａにおいて、少なくとも凸部１１ｅ（又は、凹溝部１１ａ）から凹溝部４２ｂの中途まで一定であるが、外縁領域１００ｂにおいて、凹溝部４２ｂの中途から凹溝部４３ｂの中途までにおいて小さい。つまり、凸部４３ｅ（又は凹溝部４３ａ）、凹溝部４２ｂの一部、凹溝部４３ｂの一部、及び側壁部４２ｄ、４３ｃは、凸部１１ｅ、１２ｅ（又は凹溝部１１ａ、１２ａ）、凹溝部１１ｂ、側壁部１１ｃ、１１ｄ、１２ｃと比較して薄い。そのため、凸部４３ｅは、凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有する。凸部４３ｅは、凸部１２ｅ、１１ｅと同様に、燃料電池セパレータ４０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部４３ｅの凸方向でもある。
【００４６】
よって、外縁領域１００ｂにおける凸部４３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有する。そのため、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部４３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００４７】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部４３ａ、４３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、４２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部４３ａ、４３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、４２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００４８】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部４３ａ、４３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００４９】
（変形例４）
次に、図５を参照して実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例４について説明する。実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例４は、凹溝部５３ａと、凸部５３ｅと、側壁部５２ｄ、５３ｃを除いて、図２に示す変形例１と同じ構成を備える。異なる構成についてのみ説明する。
【００５０】
図５に示すように、燃料電池セパレータ５０は、凹溝部５３ａと、凸部５３ｅと、側壁部５２ｄ、５３ｃを備える。凸部５３ｅは側壁部５２ｄを介して凹溝部１２ｂと連なり、側壁部５３ｃを介して凹溝部５３ｂと連なる。
【００５１】
凸部５３ｅは、凸部１２ｅ、１１ｅと同様に、燃料電池セパレータ５０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部５３ｅの凸方向でもある。凸部５３ｅのバネ定数が、凸部１２ｅ、１１ｅのバネ定数よりも小さい。具体的には、側壁部５２ｄ、５３ｃが、外側表面１０ｂにおいて開口するスリットを備え、側壁部５２ｄ、５３ｃの長手方向（ここでは、略ｘ軸方向に沿う方向）に弾性変形する。
【００５２】
凹溝部５３ａと、凸部５３ｅは、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置する。よって、外縁領域１００ｂにおける凸部５３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有するので、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部５３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００５３】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部５３ａ、５３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部５３ａ、５３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００５４】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部５３ａ、５３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００５５】
（変形例５）
次に、図６を参照して実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例５について説明する。図６は、実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例５を示す模式断面図である。実施の形態１に係る燃料電池セパレータの変形例５は、凹溝部６３ａ、６３ｂと、凸部６３ｅと、側壁部６３ｃとを除いて、実施の形態１に係る燃料電池セパレータ１０と同じ構成を備える。異なる構成についてのみ説明する。
【００５６】
図６に示すように、燃料電池セパレータ６０は、凹溝部６３ａ、凸部６３ｅを備える。凸部６３ｅは側壁部１２ｄを介して凹溝部１２ｂと連なり、側壁部６３ｃを介して凹溝部６３ｂと連なる。
【００５７】
凸部６３ｅは、凸部１２ｅ、１１ｅと同様に、燃料電池セパレータ６０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部６３ｅの凸方向でもある。凸部６３ｅのバネ定数が、凸部１２ｅ、１１ｅのバネ定数よりも小さい。具体的には、凸部６３ｅの幅Ｗｓは、凸部１２ｅの幅Ｗｔと比較して小さい。
【００５８】
凹溝部６３ａ、６３ｂと、凸部６３ｅとは、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置する。よって、外縁領域１００ｂにおける凸部６３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有するので、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部６３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００５９】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部６３ａ、６３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部６３ａ、６３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無いと考えられる。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制し得る。
【００６０】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部６３ａ、６３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００６１】
（実施の形態２）
次に、図７を参照して実施の形態２に係る燃料電池セパレータについて説明する。図７は、実施の形態２に係る燃料電池セパレータを示す模式断面図である。
【００６２】
図７に示すように、燃料電池セパレータ７０は、所定の方向（ここでは、ｙ軸方向）に延びる複数の凹状溝が対向面７０ａ、外側表面７０ｂにそれぞれ並列配置された板状部を備える。燃料電池セパレータ７０は、ガス遮断性、及び電子伝導性を有し、部分焼入れ可能な材料を用いて形成することができ、例えば、ステンレス鋼などの金属材料を用いて形成することができる。なお、ユニットセル１００では、燃料電池セパレータ７０は、アソード側セパレータとして機能する。燃料電池セパレータ７０の対向面７０ａは、アノード側ガス拡散層２を挟んで、膜電極接合体３と対向し、外側表面７０ｂは、膜電極接合体３と反対側（ここでは、ｘ軸マイナス側）に位置する。
【００６３】
図７に示す燃料電池セパレータ７０の一例は、凹溝部７１ａ、７２ａ、７３ａを対向面７０ａに備え、凹溝部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂと凸部７１ｅ、７２ｅ、７３ｅとを外側表面７０ｂに備える。
【００６４】
凸部７１ｅ、７２ｅ、７３ｅは、対向面７０ａにおける凹溝部７１ａ、７２ａ、７３ａにそれぞれ対応するように、外側表面７０ｂに位置する。言い換えると、凸部７１ｅ、７２ｅ、７３ｅは、それぞれ凹溝部７１ａ、７２ａ、７３ａの外側表面７０ｂ側に位置する。
【００６５】
外側表面７０ｂにおいて、凸部７１ｅと凹溝部７１ｂとは、側壁部７１ｃを介して連なり、凹溝部７１ｂと凸部７２ｅとは、側壁部７１ｄを介して連なる。凸部７２ｅと凹溝部７２ｂとは、側壁部７２ｃを介して連なり、凹溝部７２ｂと凸部７３ｅとは、側壁部７２ｄを介して連なる。凸部７３ｅと凹溝部７３ｂとは、側壁部７３ｃを介して連なる。
【００６６】
凸部７１ｅ、７２ｅ、７３ｅは、燃料電池セパレータ７０が面圧を受けると、面圧方向（ここでは、ｘ軸方向）に弾性変形し、それぞれ所定のバネ定数を有する。面圧方向は、凸部７１ｅ、７２ｅ、７３ｅの凸方向でもある。
【００６７】
凸部７３ｅのバネ定数が、凸部７２ｅ、７１ｅのバネ定数よりも小さい。具体的には、ユニットセル１００の外縁領域１００ｂは、部分的に焼入れ処理されている一方、中央領域１００ａは、焼入れ処理されてないままである。言い換えると、凹溝部７１ａ、７２ａと、凹溝部７１ｂ、７２ｂと、凸部７１ｅ、７２ｅとは、焼入れ処理されており、バネ定数が増加している。一方、凹溝部７３ａと、凹溝部７３ｂと、凸部７３ｅとは、焼入れ処理されておらず、バネ定数が変化してない。
【００６８】
凹溝部７１ａ、７２ａと、凹溝部７１ｂ、７２ｂと、凸部７１ｅ、７２ｅとは、ユニットセル１００の中央領域１００ａに位置し、凹溝部７３ａと、凹溝部７３ｂと、凸部７３ｅとは、外縁領域１００ｂに位置する。よって、外縁領域１００ｂにおける凸部７３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部７２ｅと比較して小さいバネ定数を有するので、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、凸部７３ｅは、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。
【００６９】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部７３ａ、７３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部７３ａ、７３ｂが凹溝部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記した実施の形態１に係る燃料電池セパレータ１０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０は、ユニットセル１００においてアソード側セパレータとして利用されたが、カソード側セパレータとして利用してもよいし、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータとして利用してもよい。例えば、図８に示すように、２枚の燃料電池セパレータ１０は、アノード側セパレータ（ここでは、ｘ軸方向マイナス側）及びカソード側セパレータ（ここでは、ｘ軸方向プラス側）としてそれぞれ利用してもよい。このような場合、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータにおいて、凸部１３ｅがユニットセル１００の外縁領域１００ｂに位置し、凸部１１ｅ、１２ｅが中央領域１００ａに位置する。外縁領域１００ｂにおける凸部１３ｅが、中央領域１００ａにおける凸部１２ｅと比較して小さいバネ定数を有する。
【００７１】
図８に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例は、積層した複数のユニットセル１００を備える。積層した複数のユニットセル１００のうち、隣接するユニットセル１００同士がある。一方のユニットセル１００のアノード側の燃料電池セパレータ１０の外側表面１０ｂの凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、他方のユニットセル１００のカソード側の燃料電池セパレータ１０の外側表面１０ｂの凸部１１ｅ、１２ｅ、１３ｅと、それぞれ突き合わして接触している。よって、外縁領域１００ｂにおいて、中央領域１００ａよりも高い面圧がかかっても、突き合わした凸部１３ｅ同士は、いずれも、大きく変形して、柔軟に追従することができる。すなわち、外縁領域１００ｂにおける面圧が過剰に増大しない。よって、膜電極接合体３の座屈や膜電極接合体３の電解質膜の損傷が生じ難い。また、図８に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例は、凸部１３ｅ同士を突き合わしていることから、図１〜図７に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例と比較して、外縁領域１００ｂにおける面圧がさらに過剰に増大しないと考えられる。
【００７２】
また、一方のユニットセル１００のアノード側の燃料電池セパレータ１０の外側表面１０ｂの凹溝部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、他方のユニットセル１００のカソード側の燃料電池セパレータ１０の外側表面１０ｂの凹溝部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂと、それぞれ対向するよう配置される。図８に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例が動作すると、適宜、冷却流体を凹溝部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに流し、ユニットセル１００を冷却する。なお、発電後に生じたガスや液体は、適宜、凹溝部１１ａ、１２ａ、１３ａ、多孔体流路層５に導かれ、ユニットセル１００の外部へ排出される。図８に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例は、図１〜図７に示す燃料電池セパレータ１０を備える燃料電池の一例と比較して、冷却流体、発電後に生じたガスや液体等を流す流路断面積が大きいため、冷却能、ガス拡散性及び排水性に優れ得る。
【００７３】
ここで、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａと殆ど同じ大きさの面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部１３ａ、１３ｂは、中央領域１００ａにおける凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと同じ溝高さである。したがって、凹溝部１３ａ、１３ｂが凹溝部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂより高さを低下させる必要が無い。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【００７４】
また、外縁領域１００ｂが、中央領域１００ａよりも大きな面圧を受けた場合、外縁領域１００ｂにおける凹溝部１３ａ、１３ｂは、この面圧の大きさに応じて、変形することができ、必要以上に高さを低下させない。よって、ガス拡散性及び排水性が低下することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  燃料電池セパレータ
１０ａ、７０ａ  対向面                    １０ｂ、７０ｂ  外側表面
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ  （中央領域の）凹溝部
１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄ、７１ｃ、７１ｄ、７２ｃ、７２ｄ  （中央領域の）側壁部
１１ｅ、１２ｅ、７１ｅ、７２ｅ  （中央領域の）凸部
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ  （外縁領域の）凹溝部
１３ｃ、２２ｄ、２３ｃ、３２ｄ、３３ｃ、４２ｄ、４３ｃ、５２ｄ、５３ｃ、６３ｃ、７２ｄ、７３ｃ  （外縁領域の）側壁部
１３ｅ、２３ｅ、４３ｅ、５３ｅ、６３ｅ、７３ｅ  （外縁領域の）凸部
Ｒ１、Ｒ３  曲率                          Ｒ２、Ｒ４  曲率
Ｗｓ  幅                                  Ｗｔ  幅
１００  ユニットセル
１００ａ  中央領域                        １００ｂ  外縁領域
２  アノード側ガス拡散層                  ３  膜電極接合体
４  カソード側ガス拡散層                  ５  多孔体流路層
６  カソード側セパレータ                  ７  シール部材
【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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