(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの耐久性を向上させ、燃料電池スタックを小型化し、正確なセル電圧を検出することができるようにする。【解決手段】金属製の薄板によって形成され、空気極側の面に、空気供給路を構成する第１の凹凸が形成され、燃料極側の面に、燃料供給路を構成する第２の凹凸が形成され、外周縁の所定の箇所に、外方に向けて突出させて接続端子７７が一体に形成される。この場合、金属製の薄板によって形成されるので、セパレータ１６を薄くすることができる。したがって、燃料電池スタックを小型化することができる。また、接続端子７７に外力が加わっても、セパレータ１６が破損したりすることがない。したがって、燃料電池スタックの耐久性を向上させることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の薄板によって形成され、空気極側の面に、空気供給路を構成する第１の凹凸が形成され、燃料極側の面に、燃料供給路を構成する第２の凹凸が形成され、外周縁の所定の箇所に、外方に向けて突出させて接続端子が一体に形成されることを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
表面に導電性及び耐食性が高い被覆材料が被覆される請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
前記被覆材料は、前記接続端子が形成される部分以外の領域に被覆される請求項２に記載のセパレータ。
【請求項４】
前記接続端子は、側縁に形成されるとともに、配線用の開孔が形成される請求項１に記載のセパレータ。
【請求項５】
左右の側縁の近傍に、燃料ガスを供給するためのマニホールド、及びガスを排出するためのマニホールドを構成する穴が形成される請求項１に記載のセパレータ。
【請求項６】
前記第１の凹凸が形成された第１の薄板と、前記第２の凹凸が形成された第２の薄板とを貼り合わせることによって形成される請求項１に記載のセパレータ。
【請求項７】
前記第１、第２の薄板間に、空気及び冷却用の水を通過させるための流路が形成される請求項６に記載のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のセパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池を搭載した車両（以下「燃料電池搭載車両」という。）においては、積層型の燃料電池によって発生させられた電流を駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。
【０００３】
そのために、前記燃料電池搭載車両に車載燃料電池システムが配設され、該車載燃料電池システムは、液体水素が貯蔵された燃料タンク、該燃料タンクから水素ガスが供給されるとともに、空気が供給され、前記積層型の燃料電池を構成する燃料電池スタック、該燃料電池スタックから排出されたガス中の蒸気を凝縮させ、ガスと水とに分離させる凝縮器等を備える。
【０００４】
そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールにおいて、水素と空気中の酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、前記水素と酸素との反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数の単セルを備え、かつ、該各単セルを互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成り、前記各単セルは、電解質膜を挟んで、拡散層を構成する空気極、及び反応層を構成する燃料極を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリを分離するとともに、前記空気極に臨ませて空気供給路を、前記燃料極に臨ませて燃料供給路を形成するカーボン製のセパレータから成る。そして、前記各単セルに所定の組付荷重を加え、モジュールを組み立てるようにしている。
【０００５】
ところで、該モジュールは、前述されたように単セルの集合体から成り、各単セルを電気的に直列に接続することによって、燃料電池スタックの全体の出力電圧（例えば、２２０〔Ｖ〕）を得るようにしているが、各単セルの製造上のばらつき、メンブレン・エレクトロード・アッセンブリの濡れ具合等によって各単セルの出力特性にばらつきが発生する。そこで、各単セルの出力電圧、すなわち、セル電圧を電圧センサによって検出し、所定の単セルのセル電圧が閾（しきい）値より低くなると、燃料電池スタックから取り出す出力電流を小さくするようにしている。
【０００６】
そのために、例えば、厚さ８〔ｍｍ〕で前記セパレータを形成し、該セパレータの側壁に径が４〔ｍｍ〕の挿入穴を形成し、該挿入穴にバナナクリップを挿入し、該バナナクリップを介してセル電圧を検出するための検出端子を接続するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他の燃料電池スタックにおいては、モジュールの外部において、各セパレータと、等間隔で配設された検出端子とを接触させるようにしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２８３１６６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−１８４４３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のセパレータにおいて、前記カーボン製のセパレータを使用する場合、前記バナナクリップに外力が加わると、バナナクリップがセパレータから外れたり、セパレータが破損したりしてしまう。特に、燃料電池スタックを燃料電池搭載車両に搭載した場合、燃料電池搭載車両が受ける振動によって前記バナナクリップがセパレータから外れやすい状況になる。
【００１１】
したがって、燃料電池スタックの耐久性が低下してしまう。しかも、挿入穴を形成する必要があるので、セパレータが厚くなり、燃料電池スタックが大型化してしまう。
【００１２】
また、各検出端子をセパレータに接触させる場合、組付荷重によって各単セルの厚さにばらつきが発生し、各セパレータが等間隔にならない。したがって、各セパレータと検出端子との間にずれが発生し、正確なセル電圧を検出することができない。
【００１３】
本発明は、前記従来のセパレータの問題点を解決して、燃料電池スタックの耐久性を向上させることができ、燃料電池スタックを小型化することができ、正確なセル電圧を検出することができるセパレータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のセパレータにおいては、金属製の薄板によって形成され、空気極側の面に、空気供給路を構成する第１の凹凸が形成され、燃料極側の面に、燃料供給路を構成する第２の凹凸が形成され、外周縁の所定の箇所に、外方に向けて突出させて接続端子が一体に形成される。
【００１５】
本発明の他のセパレータにおいては、さらに、表面に導電性及び耐食性が高い被覆材料が被覆される。
【００１６】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、前記被覆材料は、前記接続端子が形成される部分以外の領域に被覆される。
【００１７】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、前記接続端子は、側縁に形成されるとともに、配線用の開孔が形成される。
【００１８】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、左右の側縁の近傍に、燃料ガスを供給するためのマニホールド、及びガスを排出するためのマニホールドを構成する穴が形成される。
【００１９】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、前記第１の凹凸が形成された第１の薄板と、前記第２の凹凸が形成された第２の薄板とを貼（は）り合わせることによって形成される。
【００２０】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、前記第１、第２の薄板間に、空気及び冷却用の水を通過させるための流路が形成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの空気極側の面を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における車載燃料電池システムの概念図、図３は本発明の第１の実施の形態におけるスタックユニットの平面図、図４は本発明の第１の実施の形態におけるスタックユニットの側面図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるモジュールの要部拡大図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの燃料極側の面を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における検出端子の接続状態を示す図である。
【００２３】
図において、１０は積層型の燃料電池、本実施の形態においては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する燃料電池スタック、２０は該燃料電池スタック１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素ガス供給系、３０は前記燃料電池スタック１０に媒体としての空気を供給する空気供給系、４０は前記燃料電池スタック１０に水を供給するための水供給系、５０は前記燃料電池スタック１０からガスを排出するためのガス排出系である。
【００２４】
本実施の形態においては、燃料電池として固体高分子型燃料電池を使用しているが、該固体高分子型燃料電池に代えてリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、ヒドラジン型燃料電池、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を使用することもできる。
【００２５】
図３及び４に示されるように、前記燃料電池スタック１０は、筐（きょう）体としての図示されないスタックケース、及び該スタックケース内に配設された横長の矩（く）形の形状を有するスタックユニット５９を備え、該スタックユニット５９は、モジュールユニット５５を、横長の矩形の形状を有する第１、第２の保持部材としてのエンドプレート５７、５８によって挟み、ボルトｂ１、ｂ２、及びナットｎ１、ｎ２によって所定の組付荷重で締め付けることによって組み立てられる。そのために、前記エンドプレート５７、５８の両端には、ボルトｂ１、ｂ２を貫通させるための図示されない穴が形成される。また、前記ボルトｂ１、ｂ２は、ヘッド部ｈｄ、該ヘッド部ｈｄから延在させて形成されたロッド部ｒｄ、及び該ロッド部ｒｄより先端側（図３において下端側）に形成されたねじ部ｓｃを備え、該ねじ部ｓｃにおいて前記ナットｎ１、ｎ２と螺（ら）合させられる。前記ボルトｂ１、ｂ２及びナットｎ１、ｎ２は表面が絶縁処理される。
【００２６】
前記モジュールユニット５５は、一つ又は二つ以上のモジュール５２、該モジュール５２を挟んで配設され、燃料電池の端子を構成するターミナル５３、５４、並びに前記モジュール５２及びターミナル５３、５４を挟んで配設され、絶縁材料によって形成された絶縁材としてのインシュレータ５６を備える。
【００２７】
ところで、前記モジュール５２において、前記水素ガス供給系２０によって供給された水素ガスを構成する水素と、前記空気供給系３０によって供給された空気を構成する酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、前記水素と酸素との反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュール５２は、燃料電池スタック１０の要素を構成する薄い膜状の単セル６２を複数個積層し、互いに電気的に直列に接続することによって形成された集合体から成る。前記各単セル６２は、固体高分子から成る電解質膜１２を挟んで、拡散層を構成する空気極１１、及び反応層を構成する燃料極１３を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）６１、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１を分離するとともに、前記空気極１１に臨ませて空気供給路１８を、前記燃料極１３に臨ませて燃料供給路１９を形成するセパレータ１６から成る。なお、該各セパレータ１６は、二つの隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１間に共通の分離部材として配設される。また、本実施の形態において、前記燃料極１３は水素極によって形成される。
【００２８】
前記空気極１１及び燃料極１３における電解質膜１２と接触する面には、水素と酸素との反応を促進するために、図示されないカーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質がある程度の厚さで均一に分散させられ、触媒層が形成される。また、空気極１１に代えて酸素極を配設し、媒体としての空気に代えて純酸素を燃料電池スタック１０に供給することもできる。
【００２９】
前記スタックケース内には、前記燃料電池スタック１０より上方に、各空気極１１に空気を分配し、供給するための供給用のマニホールド１４が、燃料電池スタック１０より下方に、空気極１１内のガスを集合させ、ガス排出系５０に排出するための排気用のマニホールド１５が形成され、マニホールド１４、１５は前記空気供給路１８と連通させられ、燃料供給路１９と遮蔽（へい）される。そのために、前記セパレータ１６における空気極１１と面する側には、垂直方向に延びる複数の突起７１が形成され、該各突起７１間の溝７２によって前記空気供給路１８が構成される。また、前記突起７１及び溝７２によって第１の凹凸が構成される。空気は、マニホールド１４に供給された後、前記各空気供給路１８に分配され、空気供給路１８を下方に向けて流れ、マニホールド１５に送られる。
【００３０】
また、前記セパレータ１６における燃料極１３と面する側においては、全周が隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１に対して接着剤によって接着され、シールされるとともに、シールされた部分の内側には、マトリックス状に突出させて複数の突起７３が形成され、該各突起７３間の平坦（たん）部７４に、燃料極１３に水素ガスを供給するための複数の水平な燃料供給路１９が構成される。前記突起７３及び平坦部７４によって第２の凹凸が構成される。水素ガスは、水素ガスを供給するための供給用のマニホールド７５に供給された後、前記燃料供給路１９を水平に流れ、水素ガスを排出するための排出用のマニホールド７６に送られる。なお、前記マニホールド７５、７６は、後述されるように、各セパレータ１６を積層することによって形成される。
【００３１】
前記水素ガス供給系２０は、液体水素が貯蔵された燃料供給装置及び水素供給装置としての燃料タンク２１、該燃料タンク２１から前記マニホールド７５を介して燃料極１３に水素ガスを供給するための供給管２２、及び該供給管２２に配設され、前記燃料極１３に供給される水素ガスの圧力を調整する水素供給調整部としての調圧弁２３を備える。
【００３２】
なお、前記燃料タンク２１に代えて、水素ガスが充填（てん）された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することもできる。その場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有するので、調圧弁２３の開度を変えるだけで水素ガスの圧力を調整することができる。なお、寒冷地においては、燃料電池搭載車両が極めて低温の環境に置かれることになるので、水素吸蔵合金は水素ガスを放出しなくなる。そこで、外気の温度が設定値より低くなると、図示されない加熱部としてのヒータが通電させられ、水素吸蔵合金が加熱される。
【００３３】
また、前記空気供給系３０は、空気搬送部材としてのブロア（Ｂ）３８、該ブロア３８からマニホールド１４に空気を供給するための供給管３１等を備え、前記ガス排出系５０は、ガス中の蒸気を凝縮させて水を回収する回収部材としての凝縮器３３、マニホールド１５から排出されたガスを凝縮器３３に供給するための排出管３２、前記凝縮器３３によって水が回収された後のガスを大気中に排出するための排気管３６等を備える。
【００３４】
したがって、前記ブロア３８を作動させることによって、車外から取り込まれた空気を前記マニホールド１４に供給することができる。また、マニホールド１５から排出されたガスは、排出管３２を介して凝縮器３３に供給され、該凝縮器３３によって、ガス中の蒸気が凝縮されて水になり、ガス（この場合、空気）が排気管３６を介して大気中に排出される。なお、前記凝縮器３３に凝縮促進部材として冷却ファン６０が配設され、該冷却ファン６０の回転速度を高くし、送風量を多くすることによって、蒸気の凝縮量を多くすることができる。
【００３５】
そして、前記水供給系４０は、水供給源としての水タンク４２、水搬送部材としてのポンプ（Ｐ）４６、空気極冷却手段としての噴射装置（インジェクタ）４１、前記水タンク４２から排出された水を噴射装置４１に供給するための供給管４５、マニホールド１５の下部に溜（た）まり、マニホールド１５から排出された水を水タンク４２に供給するための排出管４３、前記凝縮器３３から排出された水を水タンク４２に供給するための排出管３４、マニホールド１５から排出された水、及び前記凝縮器３３から排出された水を回収し、水タンク４２に供給する水回収ポンプ４７を備える。また、図示されない制御装置によって燃料電池搭載車両に加わる負荷を検出し、該負荷に対応させてポンプ（Ｐ）４６に印加する電圧を調整することにより、噴射装置４１に供給される水の圧力を調整することができる。
【００３６】
前記凝縮器３３においてガスと分離させられた水は、排出管３４、４３を流れ、最終的に水タンク４２に排出され、水タンク４２に蓄えられる。該水タンク４２に水位検出部としての水位センサ３９が配設され、該水位センサ３９によって水タンク４２内の水のレベル、すなわち、水位が検出される。そして、水位があらかじめ設定された下限値以下になると、通知部材としてのアラーム４４が点滅し、水が不足していることをオペレータに通知する。この場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファン６０の回転速度を高くすることによって凝縮器３３の能力を高くし、水の回収量を多くする。
【００３７】
なお、水位があらかじめ設定された上限値以上になったときに、水が過剰であることをオペレータに通知することもできる。その場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファン６０の回転速度を低くすることによって凝縮器３３の能力を低くし、水の回収量を少なくする。また、前記水位センサ３９及び冷却ファン６０を図示されない制御装置に接続し、水位センサ３９によって検出された水位に対応させて自動的に冷却ファン６０の回転速度を変更することもできる。
【００３８】
ところで、前記空気極１１はカソードとして、燃料極１３はアノードとして機能し、空気極１１に空気を、燃料極１３に水素ガスを供給し、空気極１１及び燃料極１３に前記セパレータ１６を介して負荷２８を接続すると、燃料極１３において形成される水素イオンが、プロトン（Ｈ＋  ）の形態で水分を含んだ電解質膜１２内を空気極１１側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極１３で発生した電荷が負荷２８を介して空気極１１側に移動し、これに伴って出力電流が発生する。すなわち、水素と酸素とを反応させることによって前記燃料電池スタック１０において出力電流が発生させられ、該出力電流を負荷２８に供給することができる。
【００３９】
なお、燃料極１３から排出された水素ガスの一部を、排気ガスとして排気管２４を介して間欠的に大気中に排出するために、前記排気管２４に排気弁２５が配設される。この場合、燃料電池搭載車両の負荷が大きくなると、燃料極１３に供給される水素ガスの量が多くされるので、燃料極１３から排出される水素ガスの量も多くなる。そこで、前記制御装置は、燃料電池搭載車両の負荷に応じて間欠的に排気弁２５を開閉し、負荷が大きくなると、排気弁２５を開放する間隔を狭くする。また、前記燃料極１３から排出される水素ガスの残りは、水素循環ポンプ４９によって循環路４８を流れた後、前記供給管２２に戻される。なお、燃料極１３から排出された水素ガスのすべてを大気中に排出することもできる。
【００４０】
本実施の形態において、前記負荷２８は、前記出力電流において直流を相電流に変換する図示されないインバータ、及び前記相電流が供給されて駆動される図示されない駆動モータから成る。なお、前記各単セル６２において発生させられたセル電圧は、第１の検出部としての電圧センサ（Ｖ）２９によって、単セル６２によって発生させられた出力電流は第２の検出部としての図示されない電流センサによって検出される。
【００４１】
そのために、前記各セパレータ１６の外周縁の所定の箇所、本実施の形態においては、側縁には、外方に向けて突出させて接続端子７７が一体に形成され、図３及び７に示されるように、各接続端子７７と検出端子７９とが接続され、該検出端子７９に前記電圧センサ２９及び電流センサが接続される。なお、図７に示されるように、接続端子７７には、配線用の開孔７８が形成され、検出端子７９のリード線９１が開孔７８に通されて、接続端子７７とリード線９１とが結ばれ、連結部がはんだ付けされた後、絶縁性の材料、本実施の形態においては、熱硬化性樹脂から成る熱収縮性チューブ９２によって包囲され、シールされる。したがって、接続端子７７とリード線９１とが外れたり、接続端子７７が他の部材に短絡したりするのを防止することができる。
【００４２】
ところで、前記水素と酸素とが反応する際に熱が発生するが、該熱によって燃料電池スタック１０の温度が高くなると、前記水素と酸素との反応の速度が低くなってしまう。そこで、前記マニホールド１４の上端に前記インジェクタ４１を配設し、該インジェクタ４１からスタックユニット５９に向けて、冷却用の水を霧状に噴射するようにしている。
【００４３】
そして、前記水は、空気と共に空気供給路１８を下方に向けて流れ、その間に周囲の空気、空気極１１の表面、電解質膜１２の表面等から熱を奪って蒸発して蒸気となり、該蒸気によって蒸発潜熱による冷却、すなわち、潜熱冷却が行われ、燃料電池スタック１０が冷却される。さらに、前記蒸気又は蒸気にならない液滴の水は、空気極１１を通過して電解質膜１２に供給される。したがって、ブロア３８による送風によって電解質膜１２が必要以上に乾燥するのを防止することができる。
【００４４】
このように、燃料電池スタック１０が冷却されるので、水素と酸素との反応の速度が低下するのを防止することができる。また、燃料電池スタック１０、特に、空気極１１、電解質膜１２等が熱によって破損するのを防止することができるだけでなく、電解質膜１２において水分が蒸発するのを防止することができる。
【００４５】
そして、空気中の反応した酸素以外の成分、燃料電池スタック１０の冷却に伴って発生した蒸気、及び反応によって生成された水は、ガスとしてマニホールド１５に送られる。
【００４６】
なお、前記空気極１１は、燃料電池スタック１０を作動させている間、生成された水、及び噴射された水に常に接触させられるので、耐水性の高い材料によって形成する必要がある。また、空気極１１の表面に水の膜が形成されると、空気極１１の実効面積が小さくなるので、空気極１１を撥（はっ）水性の高い材料によって形成する必要がある。そこで、本実施の形態においては、空気極１１として、カーボンクロスを基材とし、（Ｃ＋ＰＴＦＥ）を塗布して拡散層を形成したものを使用した。また、電解質膜１２としてはナフィオン（商品名：デュポン社製）の汎（はん）用的な薄膜を使用した。電解質膜１２の膜厚は、空気極１１側において生成された水を燃料極１３側に逆浸透させることができるように設定される。前記燃料極１３としては、部品を共通化させるために空気極１１と同じものを使用した。
【００４７】
ところで、前記モジュール５２は、前述されたように単セル６２の集合体から成り、各単セル６２を電気的に直列に接続することによって、各単セル６２のセル電圧を加算した電圧を、燃料電池スタック１０の全体の出力電圧（例えば、２２０〔Ｖ〕）として発生させるようになっているが、各単セル６２の製造上のばらつき、メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１の濡れ具合等によって各単セル６２の出力特性にばらつきが発生する。そこで、各単セル６２のセル電圧を電圧センサ２９によって検出し、所定の単セル６２のセル電圧が閾値より低くなると、燃料電池スタック１０から取り出す出力電流を小さくするようにしている。
【００４８】
そして、前記各セパレータ１６は、前記各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１を挟んで配設され、前記セル電圧を出力するための集電部材として機能する。そのために、前記セパレータ１６は、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等の金属から成る導電性を有する材料、すなわち、導電性材料によって形成された薄板に、プレス加工を施すことにより形成された第１、第２の薄板８１、８２を貼り合わせることによって形成され、図１及び６に示されるように、横長の矩形の形状を有する。そして、前記第１の薄板８１には前記突起７１及び溝７２が形成され、前記第２の薄板８２には前記突起７３及び平坦部７４が形成される。
【００４９】
また、前記第１、第２の薄板８１、８２には、プレス加工が施されるのに伴って、左右の側縁の近傍に、第１、第２の穴として長穴８３、８４が形成され、各セパレータ１６を積層することによって、前記長穴８３が連通させられてマニホールド７５になり、前記長穴８４が連通させられてマニホールド７６になる。さらに、前記第１、第２の薄板８１、８２には、プレス加工が施されるのに伴って、一方の端部、本実施の形態においては、長穴８３が形成される側の端部に前記接続端子７７が一体に形成され、該接続端子７７に開孔７８が形成される。なお、本実施の形態においては、第１、第２の薄板８１、８２の側縁の高さ方向における実質的に中央部分に前記接続端子７７が形成される。
【００５０】
前記第１、第２の薄板８１、８２は、前記突起７１及び溝７２を空気極１１に向けて、かつ、突起７３及び平坦部７４を燃料極１３に向けて、所定の接着剤によって貼り合わされ、セパレータ１６の板厚は０．１〔ｍｍ〕程度にされる。
【００５１】
なお、前記第１、第２の薄板８１、８２を貼り合わせることによって、第１、第２の薄板８１、８２間に隙（すき）間が形成されるが、該隙間を、前記空気供給路１８に供給される空気及びインジェクタ４１から噴射された水を一旦（いったん）取り込み、水を蒸発させて潜熱冷却を行うための冷却部の役割と水を通過させるための流路の役割とを有することができる。そして、該流路と前記空気供給路１８との間に小径の穴が形成され、流路内の空気及び水は穴を介して空気供給路１８に供給される。この場合、前記流路内及び空気供給路１８内に空気及び水を十分な時間滞留させることができるので、燃料電池スタック１０の潜熱冷却における冷却能力を高くすることができる。
【００５２】
ところで、前述されたように、スタックユニット５９は、モジュールユニット５５を所定の組付荷重で締め付けることによって組み立てられ、それに伴って、各セパレータ１６とメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１とが電気的に接続されるようになっている。そして、各単セル６２に一様に、かつ、均一な面圧が加えられるが、メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１と各セパレータ１６との間、及び前記第１、第２の薄板８１、８２間の接触抵抗が大きいと、各単セル６２によって十分なセル電圧を発生させることができない。
【００５３】
また、前記セパレータ１６は、酸性の環境で、かつ、常に出力電流が流れる状態で使用されるので、前記導電性材料が腐蝕してしまう。
【００５４】
そこで、前記第１、第２の薄板８１、８２は、プレス加工によって形成された後、貼り合わせられる前に、表面（表裏の両面）の所定の箇所に、表面処理、本実施の形態においては、メッキ処理が施され、厚さが０．０１〔ｍｍ〕程度の表面処理層が形成される。本実施の形態においては、めっき材料として導電性が高く、耐蝕性が高い被覆材料、例えば、金が使用され、被覆される。
【００５５】
ところで、前記第１、第２の薄板８１、８２に前記表面処理層を形成するに当たり、メッキ材料として、前記金のように高価なものが使用される場合には、各セパレータ１６の単価が高くなり、燃料電池スタック１０のコストが高くなってしまう。そこで、前記第１、第２の薄板８１、８２において、少なくとも前記接続端子７７が形成される部分以外の領域、本実施の形態においては、接続端子７７及び長穴８３が形成される部分以外の領域ＡＲ１にメッキ処理が施され、少なくとも前記接続端子７７が形成される部分、本実施の形態においては、接続端子７７及び長穴８３が形成される部分の領域ＡＲ２にはメッキ処理が施されないようにしている。そのために、図示されない支持機構によって前記接続端子７７を把持した状態で第１、第２の薄板８１、８２を支持し、領域ＡＲ１だけをメッキ槽内のメッキ液に浸漬させる。
【００５６】
このように、前記接続端子７７の部分を、第１、第２の薄板８１、８２を支持するために使用することができるので、メッキ処理を容易に施すことができる。
【００５７】
また、前記接続端子７７がセパレータ１６の側縁に形成され、セパレータ１６の上縁又は下縁に形成されないので、セパレータ１６の高さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、燃料電池スタック１０の高さ方向の寸法を小さくし、燃料電池搭載車両を小型化することができる。そして、例えば、前記燃料電池スタック１０を燃料電池搭載車両の床下に搭載することが容易になり、燃料電池スタック１０の搭載性を向上させることができる。
【００５８】
さらに、セパレータ１６が金属製の第１、第２の薄板８１、８２によって形成されるので、セパレータ１６を薄くすることができる。したがって、燃料電池スタック１０を小型化することができる。
【００５９】
また、セパレータ１６が金属製の第１、第２の薄板８１、８２によって形成されるので、接続端子７７、検出端子７９に外力が加わっても、検出端子７９がセパレータ１６から外れたり、セパレータ１６が破損したりすることがない。したがって、燃料電池スタック１０の耐久性を向上させることができる。しかも、セパレータ１６の端面に挿入穴を形成する必要がないので、セパレータ１６を薄くすることができ、燃料電池スタック１０を小型化することができる。
【００６０】
また、接続端子７７がセパレータ１６と一体に形成され、前記接続端子７７と検出端子７９とが接続されるので、組付荷重によって各単セル６２の厚さにばらつきが発生して、各セパレータ１６が等間隔にならなくても、各セパレータ１６と検出端子７９との間にずれが発生することがない。したがって、正確なセル電圧を検出することができる。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００６２】
図８は本発明の第２の実施の形態における検出端子用のコネクタを示す斜視図、図９は本発明の第２の実施の形態における接続端子と検出端子とを接続した状態を示す図である。
【００６３】
この場合、９３は検出端子、９４は該検出端子９３の先端に取り付けられた雌型の接続子である。前記接続端子７７（図１）を接続子９４内に挿入した後、接続子９４を変形させ、偏平にすることによって、接続端子７７と検出端子９３とを連結することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、セパレータにおいては、金属製の薄板によって形成され、空気極側の面に、空気供給路を構成する第１の凹凸が形成され、燃料極側の面に、燃料供給路を構成する第２の凹凸が形成され、外周縁の所定の箇所に、外方に向けて突出させて接続端子が一体に形成される。
【００６５】
この場合、金属製の薄板によって形成されるので、セパレータを薄くすることができる。したがって、燃料電池スタックを小型化することができる。
【００６６】
また、接続端子に外力が加わっても、セパレータが破損したりすることがない。したがって、燃料電池スタックの耐久性を向上させることができる。しかも、セパレータに挿入穴を形成する必要がないので、セパレータを薄くすることができ、燃料電池スタックを小型化することができる。
【００６７】
また、接続端子がセパレータと一体に形成され、接続端子と検出端子とが接続されるので、組付荷重によって各単セルの厚さにばらつきが発生して、各セパレータが等間隔にならなくても、各セパレータと検出端子との間にずれが発生することがない。したがって、正確なセル電圧を検出することができる。
【００６８】
本発明の他のセパレータにおいては、さらに、前記被覆材料は、前記接続端子が形成される部分以外の領域に被覆される。
【００６９】
この場合、前記被覆材料は、前記接続端子が形成される部分以外の領域に被覆されるので、支持機構によって前記接続端子を把持した状態で被覆材料を被覆することができる。
【００７０】
本発明の更に他のセパレータにおいては、さらに、前記接続端子は、側縁に形成されるとともに、配線用の開孔が形成される。
【００７１】
この場合、接続端子が側縁に形成されるので、セパレータの高さ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、燃料電池スタックの高さ方向の寸法を小さくし、燃料電池搭載車両を小型化することができる。そして、燃料電池スタックを燃料電池搭載車両の床下に搭載することが容易になり、燃料電池スタックの搭載性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの空気極側の面を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車載燃料電池システムの概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるスタックユニットの平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるスタックユニットの側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるモジュールの要部拡大図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるセパレータの燃料極側の面を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における検出端子の接続状態を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における検出端子用のコネクタを示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における接続端子と検出端子とを接続した状態を示す図である。
【符号の説明】
１１    空気極
１３    燃料極
１６    セパレータ
１８    空気供給路
１９    燃料供給路
７１、７３    突起
７２    溝
７４    平坦部
７５、７６    マニホールド
７７    接続端子
８１、８２    第１、第２の薄板
８３、８４    長穴
【図１】
2004288540.tif 000003
【図２】
2004288540.tif 000004
【図３】
2004288540.tif 000005
【図４】
2004288540.tif 000006
【図５】
2004288540.tif 000007
【図６】
2004288540.tif 000008
【図７】
2004288540.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004288540.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月26日(2003.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004288540.tif 000012
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004288540.tif 000013
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004288540.tif 000014