(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の単セルにおいて膜電極接合体に相対向する一方の面でガス流路を形成し且つ他方の面で冷却液流路を形成する単セル用セパレータであって、
膜電極接合体の発電領域に対応する流通領域と、流通領域を間にして配置され且つガス及び冷却液の供給及び排出を行う夫々のマニホールド穴と、流路領域とマニホールド穴との間の領域であるディフューザ領域とを有し、
少なくとも供給用のマニホールド穴に隣接するディフューザ領域を上流側の範囲と下流側の範囲に区分し、ガスの流れを制御するガス制御領域と、冷却液の流れを制御する冷却液制御領域とを、表裏で互いに異なる範囲に配置し、
ガス流路側の面において、ガス制御領域に、少なくとも１つ以上の拡散用の制御凸部を備えていると共に、冷却液制御領域の裏側領域に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部を備えていることを特徴とする単セル用セパレータ。
【請求項２】
燃料電池の単セルにおいて膜電極接合体に相対向する一方の面でガス流路を形成し且つ他方の面で冷却液流路を形成する単セル用セパレータであって、
膜電極接合体の発電領域に対応する流通領域と、流通領域を間にして配置され且つガス及び冷却液の供給及び排出を行う夫々のマニホールド穴と、流路領域とマニホールド穴との間の領域であるディフューザ領域とを有し、
少なくとも供給用のマニホールド穴に隣接するディフューザ領域を上流側の範囲と下流側の範囲に区分し、ガスの流れを制御するガス制御領域と、冷却液の流れを制御する冷却液制御領域とを、表裏で互いに異なる範囲に配置し、
冷却液流路側の面において、ガス制御領域の裏側領域に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部を備えていると共に、冷却液制御領域に、少なくとも１つ以上の拡散用の制御凸部を備えていることを特徴とする単セル用セパレータ。
【請求項３】
ガス流路側の面において、ディフューザ領域の下流側の範囲に、ガス制御領域を配置すると共に、冷却液流路側の面において、ディフューザ領域の上流側の範囲に、冷却液制御領域を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の単セル用セパレータ。
【請求項４】
凹凸が表裏反転形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単セル用セパレータ。
【請求項５】
セパレータ素材を熱間プレス、冷間プレス、及びハイドロフォーミングのいずれかで成形することにより、表裏反転形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の単セル用セパレータ。
【請求項６】
制御凸部が、別部品により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単セル用セパレータ。
【請求項７】
制御凸部が、平面視において、一方向に連続するリブ形、円形、及び楕円形のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の単セル用セパレータ。
【請求項８】
ガス流路側の面において、ガス制御領域とガス用のマニホールド穴との間に、別の制御凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の単セル用セパレータ。
【請求項９】
制御凸部が、ガス流路又は冷却液流路を形成する相手部品に当接する突出高さを有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の単セル用セパレータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセパレータを備えたことを特徴とする単セル。
【請求項１１】
請求項１０に記載の単セルを複数積層して成ることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体を一対のセパレータで挟持した構造を有する燃料電池の単セルに用いられるセパレータの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における燃料電池の単セル用セパレータとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載のセパレータは、中央部にガスや冷却水の流通領域を有し、一方の端部に、アノードガス、カソードガス、及び冷却水の供給穴を有すると共に、他方の端部に、アノードガス、カソードガス、及び冷却水の排出穴を有している。
【０００３】
このセパレータは、供給穴と流通領域との間に、多数のリブを備えた整流領域を有している。これらのリブは、ガス又は冷却水の流通方向に直交する方向を長手方向にして、前記流通方向と、これに直交する方向とに所定間隔で配列してあると共に、供給穴から流通領域に至る方向においては、リブの長さが段階的に短いものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７３３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記したような従来の単セル用セパレータにあっては、整流領域に配置した多数のリブによってガスや冷却水の圧力損失が高くなり、ガスや冷却水の供給に高出力の供給源を使用せざるを得ないなどの問題点があることから、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、ガスや冷却水の流通領域とマニホールド穴との間にディフューザ領域を有する単セル用セパレータにおいて、ディフューザ領域における圧力損失を低減することができるうえに、ガスや冷却水の流通領域に対する分配性能を向上させることができる単セル用セパレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる単セル用セパレータは、燃料電池の単セルにおいて膜電極接合体に相対向する一方の面でガス流路を形成し且つ他方の面で冷却液流路を形成するものである。この単セル用セパレータは、膜電極接合体の発電領域に対応する流通領域と、流通領域を間にして配置され且つガス及び冷却液の供給及び排出を行う夫々のマニホールド穴と、流路領域とマニホールド穴との間の領域であるディフューザ領域とを有している。そして、単セル用セパレータは、少なくとも供給用のマニホールド穴に隣接するディフューザ領域を上流側の範囲と下流側の範囲に区分し、ガスの流れを制御するガス制御領域と、冷却液の流れを制御する冷却液制御領域とを、表裏で互いに異なる範囲に配置し、ガス流路側の面において、ガス制御領域に、少なくとも１つ以上の拡散用の制御凸部を備えていると共に、冷却液制御領域の裏側領域に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部を備えていることを特徴とし、若しくは、冷却液流路側の面において、ガス制御領域の裏側領域に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部を備えていると共に、冷却液制御領域に、少なくとも１つ以上の拡散用の制御凸部を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる単セル用セパレータは、ガス流路側の面においては、ディフューザ領域の上流側及び下流側のうちの一方側の範囲に、ガス制御領域を配置し、冷却液流路側の面においては、ディフューザ領域の他方側の範囲に、冷却液制御領域を配置したので、いずれの面においても、ディフューザ領域における圧力損失が低くなり、流路領域に対してガスや冷却液が良好に分配されることとなる。
【０００９】
これにより、単セル用セパレータは、ガスや冷却水の流通領域とマニホールド穴との間にディフューザ領域を有する単セル用セパレータにおいて、ディフューザ領域における圧力損失を低減することができるうえに、ガスや冷却水の流通領域に対する分配性能を向上させることができる。また、ガスや冷却水の供給に低出力の供給源を使用することが可能になるので、供給源の小型軽量化や低コスト化などにも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係わる単セル用セパレータの第１実施形において、態燃料電池スタックを説明する分解状態の斜視図（Ａ）、及び組立状態の斜視図（Ｂ）である。
【図２】図１に示す単セルの分解状態の平面図である。
【図３】図１に示す燃料電池スタックの要部の断面図である。
【図４】本発明に係わる単セル用セパレータの第１実施形態を説明するガス流路側の要部の平面図（Ａ）及び冷却液流路側の要部の平面図（Ｂ）である。
【図５】本発明に係わる単セル用セパレータの第２実施形態を説明するガス流路側の要部の平面図（Ａ）、図Ａ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）、及び図Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図である。
【図６】本発明に係わる単セル用セパレータの第３実施形態を説明する冷却液流路側の要部の平面図（Ａ）、図Ａ中のＡ−Ａ線に基づく断面図（Ｂ）、及び図Ａ中のＢ−Ｂ線に基づく断面図である。
【図７】本発明に係わる単セル用セパレータの変形例を説明する図であって、ガス流路側の要部の平面図（Ａ）、制御凹部の２例を示す各々断面図（Ｂ１）（Ｂ２）、制御凸部の２例を説明する各々断面図（Ｃ１）（Ｃ２）である。
【図８】本発明に係わる単セル用セパレータの第４実施形態を説明する冷却液流路側の要部の平面図である。
【図９】本発明に係わる単セル用セパレータの第５実施形態を説明するガス流路側の要部の平面図である。
【図１０】本発明に係わる単セル用セパレータの第６実施形態を説明するガス流路側の要部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〈第１実施形態〉
図１〜図４は、本発明に係る単セル用セパレータの第１実施形態を説明する図である。
図１に示す燃料電池スタックＦＳは、複数の単セルＣを積層して成る積層体Ａを備えている。また、燃料電池スタックＦＳは、積層体Ａの一方の端部（図中で右端部）に、集電体５４Ａ、セパレータ５５及びエンドプレート５６Ａを配置すると共に、他方の端部に、集電体５４Ｂ及びエンドプレート５６Ｂを配置している。図示の単セルＣは、矩形状を成すものである。
【００１２】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂを配置すると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂを配置し、締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂを、ボルトＢにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。これにより、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ｂ）に示すようにケース一体化型構造となり、積層体Ａをその積層方向に拘束・加圧して個々の単セルＣに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
【００１３】
単セルＣは、図２にも示すように、周囲にフレーム１を有する膜電極接合体２と、フレーム１及び膜電極接合体２を挟持する一対の単セル用セパレータ（以下、「セパレータ」とする。）３，３とを備えている。この単セルＣは、図３に示すように、フレーム１及び膜電極接合体２と一方のセパレータ３との間に、アノードガス（水素含有ガス）のガス流路ＦＡを形成し、フレーム１及び膜電極接合体２と他方のセパレータ３との間に、カソードガス（酸素含有ガス：例えば空気水素含有ガス）のガス流路ＦＢを形成している。また、上記の燃料電池スタックＦＳでは、単セルＣ同士の間に冷却液（例えば水）の冷却液流路ＦＣを形成している。
【００１４】
フレーム１は、例えば樹脂製であって、その中央に配置した膜電極接合体２と一体化されている。膜電極接合体２は、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、図３に一部を示すように、固体高分子から成る電解質層２Ａをアノード電極層２Ｂとカソード電極層２Ｃとで挟持した構造を有している。
【００１５】
各セパレータ３は、例えばステンレス製であって、少なくとも膜電極接合体１に対応する部分が、長辺方向に連続する断面凹凸形状に形成してある。各セパレータ３は、その断面凹凸形状の部分において、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部と膜電極接合体１との間に、長辺方向に連通するガス流路を形成する。
【００１６】
ここで、各単セルＣのフレーム１及びセパレータ３は、図２に示すように、積層状態で互いに連通して流体用のマニホールドを形成するマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６を有している。図示例では、単セルＣの両側の短辺に沿って、夫々３個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６を有している。また、フレーム１及びセパレータ３の周縁部や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６の周縁部には、ガスや冷却水に対する密封性を維持するシールラインＳＬが設けてある。
【００１７】
一例として、図２中の左側のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、上から順に、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却液供給用（Ｈ２）、アノードガス供給用（Ｈ３）である。また、図２中の右側のマニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、上から順に、アノードガス排出用（Ｈ４）、冷却液排出用（Ｈ５）、カソードガス排出用（Ｈ６）である。
【００１８】
また、フレーム１及びセパレータ３の周縁部や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周縁部には、ガスや冷却水に対するシーリングであるシールラインＳＬが設けてあり、とくに、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周縁部においては、各層間に対して該当する流体（ガスや冷却液）を流通させるために開放部分が設けてある。
【００１９】
上記の燃料電池スタックＦＳを構成する単セルＣにおいて、セパレータ３は、図３に示すように、膜電極接合体１に相対向する一方の面でガス流路ＦＡ（ＦＢ）を形成し且つ他方の面で冷却液流路ＦＣを形成する。
【００２０】
また、セパレータ３は、図２に示すように、膜電極接合体２の発電領域に対応する流通領域Ｆと、流通領域Ｆを間にして配置され且つガス及び冷却液の供給及び排出を行う夫々のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６と、流路領域Ｆとマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６との間の領域であるディフューザ領域Ｄ，Ｄとを有している。なお、流通領域Ｆは、先述した膜電極接合体１に対応する部分である断面凹凸形状の部分である。
【００２１】
そして、セパレータ３は、図４に示すように、少なくとも供給用のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３に隣接するディフューザ領域Ｄを、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３側である上流側の範囲と、流通領域Ｆ側である下流側の範囲に区分し、ガスの流れを制御するガス制御領域ＧＡと、冷却液の流れを制御する冷却液制御領域ＣＡとを、表裏で互いに異なる範囲に配置したものとなっている。なお、図４に示すセパレータ３は、図１及び図２に示すものに対してマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３の形状が異なっているが、機能は同等である。
【００２２】
より具体的には、セパレータ３は、図４（Ａ）に示すガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面における下流側（図中で右側）の範囲に、ガス制御領域ＧＡを配置すると共に、図４（Ｂ）に示す冷却液流路ＦＣ側の面における上流側（図中で左側）の範囲に、冷却液制御領ＣＡ域を配置したものとなっている。これにより、セパレータ３は、いずれの面においても、ディフューザ領域Ｄにおける圧力損失が低くなり、流路領域Ｆに対してガスや冷却液の良好な分配性が得られる。
【００２３】
また、ガスと冷却液とでは、粘性や供給圧力等の条件が異なるから、とくに、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面においては、ディフューザ領域Ｄの下流側の範囲に、ガス制御領域ＧＡを配置することで、マニホールド穴Ｈ１から供給されたガスが、図４（Ａ）中の矢印で示すように、供給直後には抵抗なく流れ、流通領域Ｆの直前のガス制御領域ＧＡで拡散されるので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する分配性が向上する。
【００２４】
さらに、セパレータ３は、冷却液流路ＦＣ側の面において、上流側の範囲に、冷却液制御領ＣＡ域を配置することで、図４（Ｂ）中の矢印で示すように、マニホールド穴Ｈ２から供給された冷却液が供給直後に拡散され、その後は抵抗なく流れるので圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する分配性が向上する。
【００２５】
このようにして、セパレータ３は、ガスや冷却水の流通領域Ｆとマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３との間にディフューザ領域Ｄを有する構造において、ディフューザ領域Ｄにおける圧力損失を大幅に低減することができるうえに、ガスや冷却水の流通領域Ｆに対する分配性能を向上させることができる。
【００２６】
また、セパレータ３は、ガスや冷却液の分配性能の向上により、流通領域Ｆにおけるガスや冷却液の流量が均一化され、発電効率や冷却効率も向上する。さらに、ガスや冷却水の供給に低出力の供給源を使用することが可能になるので、供給源の小型軽量化や低コスト化などにも貢献することができる。
【００２７】
図５〜図１０は、本発明に係わる燃料電池の単セル用セパレータの第２〜第６の実施形態を説明する図である。以下の各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
〈第２実施形態〉
図５（Ａ）に示すセパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、ディフューザ領域Ｄの下流側の範囲に、ガス制御領域ＧＡを配置すると共に、図示の裏面である冷却液流路ＦＣ側の面において、上流側の範囲に、冷却液制御領域ＣＡを配置している。
【００２９】
そして、セパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、下流側のガス制御領域ＧＡに、少なくとも１つ以上の拡散用の制御凸部１０を備えていると共に、冷却液制御領域ＣＡの裏側領域（下流側の範囲）に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部２０を備えている。
【００３０】
ガス制御領域ＧＡに設けた制御凸部１０は、図５（Ｃ）に示すように、セパレータ３に対して、一体的に突出成形されている。また、冷却液制御領域ＣＡの裏側領域（下流側の範囲）に設けた制御凹部２０は、セパレータ素材を表裏反転形状に成形することで形成してある。このため、図５（Ｂ）に示すように、冷却液流路ＦＣ側である冷却液制御領域ＣＡには、制御凹部２０の反転形状である制御凸部１０が形成されている。
【００３１】
ガス制御領域ＧＡに設けた制御凸部１０は、平面視円形状を成しており、縦横に所定間隔で配列してある。図示例の制御凸部１０は多数である。また、冷却液制御領域ＣＡの裏側領域に設けた制御凹部２０は、一方向に連続する溝状を成しており、セパレータ３の短辺に沿う方向を長手方向にして所定間隔で配列してある。図示例の制御凹部２０は３個である。ここで、制御凹部２０は、溝状であるから、図５（Ａ）の裏側である冷却液制御領域ＣＡでは、一方向に連続するリブ状の制御凸部１０になっている。
【００３２】
上記構成を備えたセパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面のディフューザ領域Ｄにおいて、マニホールド穴Ｈ１から供給されたガスが、図５（Ａ）中の矢印で示すように、抵抗なく流れた後に、流通領域Ｆの直前のガス制御領域ＧＡで拡散されるので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する分配性が向上する。
【００３３】
さらに、セパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面のディフューザ領域Ｄにおいて、冷却液制御領域ＣＡの裏側領域（上流側の範囲）では、制御凹部２０により流路の容積が部分的に拡大され、ガスの流れの偏りが防止されるので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する分配性を高めることができる。
【００３４】
すなわち、単セルＣでは、例えばディフューザ領域Ｄに制御部分がない場合、マニホールド穴Ｈ１から供給されたガス（冷却液）は、最短距離を流れようとして一部に集中し、流通領域Ｆに対するガス（冷却液）の分配性が低下する。これに対して、上記のセパレータ３は、制御突起１０によりガス（冷却液）を拡散させることにより、流通領域Ｆに対するガス（冷却液）の分配性を高めることができる。また、セパレータ３は、制御凹部２０により流路の容積を部分的に拡大することによっても、ガス（冷却液）の流れが一部に集中するのを防止し、流通領域Ｆに対する分配性を高めることができる。
【００３５】
また、この実施形態のセパレータ３では、図５（Ａ）の裏側である冷却液流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、ディフューザ領域Ｄの冷却液制御領域ＣＡに制御凸部１０が形成されているので、マニホールド穴Ｈ２から供給された冷却液が、制御凸部１０によって供給直後に拡散された後に流通領域Ｆに流れる（図４Ｂ参照）ので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する冷却液の分配性を向上させることができる。
【００３６】
〈第３実施形態〉
図６（Ａ）に示すセパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、ディフューザ領域Ｄの下流側の範囲に、ガス制御領域ＧＡを配置すると共に、冷却液流路ＦＣ側の面において、ディフューザ領域Ｄの上流側の範囲に、冷却液制御領域ＣＡを配置している。
【００３７】
また、セパレータ３は、冷却液流路ＦＣ側の面において、ガス制御領域ＧＡの裏側領域（下流側の範囲）に、少なくとも１つ以上の容積拡大用の制御凹部２０を備えると共に、冷却液制御領域ＣＡに、冷却液の拡散を行うための少なくとも１つ以上の制御凸部１０を備えている。
【００３８】
冷却液制御領域ＣＡに設けた制御凸部１０は、図６（Ｂ）に示すように、セパレータ３に対して、一体的に突出成形されている。また、ガス制御領域ＧＡの裏側領域に設けた制御凹部２０は、セパレータ素材を表裏反転形状に成形することで形成してある。このため、図６（Ｃ）に示すように、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側であるガス制御領域ＧＡには、制御凹部２０の反転形状である制御凸部１０が形成されている。
【００３９】
冷却液制御領域ＣＡに設けた制御凸部１０は、平面視で一方向に連続するリブ状を成しており、セパレータ３の短辺に沿う方向を長手方向にして所定間隔で配列してある。図示例の制御凸部１０は３個である。また、ガス制御領域ＧＡの裏側領域（下流側の範囲）に設けた制御凹部２０は、平面視で円形を成しており、縦横に所定間隔で配列してある。図示例の制御凹部２０は多数である。これにより、図６（Ａ）の裏側であるガス制御領域ＧＡには、制御凹部２０の反転形状である制御凸部１０が縦横に多数配列されている。
【００４０】
上記構成を備えたセパレータ３は、冷却液流路ＦＣ側の面のディフューザ領域Ｄにおいて、マニホールド穴Ｈ２から供給された冷却液が、図６（Ａ）中の矢印で示すように、制御凸部１０によって供給直後に拡散され、流通領域Ｆに対する冷却液の分配性を向上させることができる。また、セパレータ３は、ガス制御領域ＧＡの裏側領域（下流側の範囲）では、制御凹部２０により流路の容積が部分的に拡大され、冷却液の流れが一部に集中するのを防止する。これにより、上記のセパレータ３は、圧力損失を低減しつつ冷却液の分配性を高めることができる。
【００４１】
また、この実施形態のセパレータ３では、図６（Ａ）の裏側であるガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、ディフューザ領域Ｄのガス液制御領域ＧＡに制御凸部１０が形成されているので、マニホールド穴Ｈ１から供給されたガスが、供給直後は抵抗なく流れ、流通領域Ｆの直前のガス制御領域ＧＡで拡散（図４Ａ参照）されるので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対するガスの分配性が向上する。
【００４２】
〈変形例〉
ここで、図７は、本発明に係わる単セル用セパレータの変形例を説明する図である。
セパレータ３の制御凸部１０は、先の図５（Ｃ）及び図６（Ｂ）に示すように、セパレータ３に一体成形することが可能である。また、セパレータ３の制御凸部１０は、図７（Ｂ１）及び（Ｃ１）に示すように、別部品により形成しても良いし、図７（Ｂ２）及び（Ｃ２）に示すように、表裏反転形状にすることで、その裏側を制御凹部２０を形成することもできる。
【００４３】
セパレータ３は、セパレータ素材を熱間プレス、冷間プレス、及びハイドロフォーミングのいずれかで成形することにより、表裏反転形状に形成することができる。これにより、容易に大量生産することが可能であると共に、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すセパレータ３、すなわち表裏に制御凸部１０及び制御凹部２０を有するセパレータ３を一度の加工で得ることができる。
【００４４】
また、セパレータ３に設ける制御凸部１０及び制御凹部２０は、その形状が特に限定されるものではないが、例えば、一方向に連続するリブ形、円形、及び楕円形のいずれかにすることができる。とくに、制御凸部１０は、円形や楕円形にした場合には、流路抵抗の低減を図ることができる。
【００４５】
さらに、セパレータ３の制御凸部１０は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）又は冷却液流路ＦＣを形成する相手部品に当接する突出高さを有する構成にすることができる。相手部品とは、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面ではフレーム１であり、冷却液流路ＦＣ側の面では、図６（Ｂ）に示すように単セルＣを積層した際に隣接する単セルＣのセパレータ３である。
【００４６】
上記のセパレータ３は、制御凸部１０を相手部品に当接させることで、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）及び冷却液流路ＦＣを高さ（厚さ）を維持すると同時に、各流路の狭窄を防止し、ガスや冷却液の流通性を良好に保つことができる。
【００４７】
〈第５実施形態〉
図８に示すセパレータ３は、冷却液流路ＦＣ側の面において、ディフューザ領域Ｄの冷却液制御領域ＣＡに、平面視で円形状と楕円形状の制御凸部１０を複数配置したものである。図示例では、図中で右方向となる冷却液の供給方向に対して、円形の制御凸部１０と楕円形の制御凸部１０とを所定間隔で直列配置して、これを１組とし、前記供給方向に直交する方向に複数組を所定間隔で配置したものである。
【００４８】
上記のセパレータ３は、マニホールド穴Ｈ２から供給された冷却液が、図中の矢印で示すように、制御凸部１０によって供給直後に放射状に拡散され、その後抵抗なく流れるので、圧力損失を低減しつつ流通領域Ｆに対する冷却液の分配性をより向上させることができる。
【００４９】
〈第５及び第６の実施形態〉
図９及び図１０に示すセパレータ３は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）側の面において、ガス制御領域ＧＡとガス用のマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３との間に、別の制御凸部１１を設けた構成である。
【００５０】
図９に示すセパレータ３は、ガス制御領域ＧＡとガス用のマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３との間に、平面視で楕円形状の制御凸部１１を２個配列した構成であり、冷却液制御領域ＣＡの裏側領域に、制御凹部２０を備えている。また、図１０に示すセパレータ３は、ガス制御領域ＧＡとガス用のマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３との間に、平面視で円形状の制御凸部１１を４個配列した構成である。
【００５１】
これらの制御凸部１１は、ガス流路ＦＡ（ＦＢ）を形成する相手部品、すなわちフレーム１に当接する突出高さを有する構成にすることがより望ましい。
【００５２】
上記構成を備えたセパレータ３は、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、ガス制御領域ＧＡとガス用のマニホールド穴Ｈ１，Ｈ３との間に設けた制御凸部１１により、マニホールド穴Ｈ１，Ｈ３から供給された直後のガスを拡散させる。これにより、セパレータ３は、ガス制御領域ＧＡにおけるガスの拡散をより促進させて、流通領域Ｆに対するガスの分配性をより向上させる。
【００５３】
また、セパレータ３は、上記の制御凸部１１を相手部材であるフレーム１に当接させることで、ガス流路の高さ（厚み）を維持すると同時に、フレーム１を支持することができる。これにより、例えば、薄型化に有利なフィルム状のフレーム１を使用した単セルＣにも適用することができ、フレーム１の撓みを防止しつつガスの良好な流通性を確保することができる。
【００５４】
上記の各実施形態で説明した単セル用セパレータ３を備えた単セルＣ、及び単セルＣを複数積層して成る燃料電池スタックＦＳは、ガス及び冷却液の流通性の向上に伴って、発電機能及び冷却機能がより一層高められる。
【００５５】
本発明に係わる燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、例えば、制御凸部及び制御凹部の形状や大きさ、数などを適宜変更することができ、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることも可能である。また、各実施形態では、セパレータの供給用のマニホールド穴側のみを図示したが、排出用のマニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６側（図２参照）に同等の構成を設けることも当然可能である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｃ  単セル
ＣＡ  冷却液制御領域
Ｄ  ディフューザ領域
Ｆ  流通領域
ＦＡ，ＦＢ  ガス流路
ＦＳ  燃料電池スタック
１  膜電極接合体
ＦＣ  冷却液流路
ＧＡ  ガス制御領域
Ｈ１〜Ｈ３  供給用のマニホールド穴
Ｈ４〜Ｈ６  排出用のマニホールド穴
３  セル用セパレータ
１０，１１  制御凸部
２０  制御凹部
【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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