(57)【要約】【課題】    燃料電池を組み立てる際に、正しく組み付けることができる燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】  １枚の平面視矩形状の板の中央部に燃料ガス流路用溝９および酸化性ガス流路用溝９ａを形成し、その周囲に燃料ガスが流入される燃料ガス入口側マニホールド穴７ａと、燃料ガスが排出される燃料ガス出口側マニホールド穴７ｂと、酸化性ガスが流入される酸化性ガス入口側マニホールド穴８ａと、酸化性ガスが排出される酸化性ガス出口側マニホールド穴８ｂとを設ける。このセパレータ７は、アノードまたはカソードから見て同一の部位にある角の一部を切り取り、アノード側に位置する面とカソード側に位置する面の識別部としての切欠き１０を形成してある。【選択図】    図２
2005123003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードとの間に配置される燃料電池用セパレータにおいて、
前記アノード側に位置して前記アノードとの間に第１の反応ガスの流路を形成する第１の面と、
前記カソード側に位置して前記カソードとの間に第２の反応ガスの流路を形成する第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを識別する識別部とを備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記識別部は、視覚的に形状を識別されるものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記第１の面と前記第２の面とが、幾何学的に非対称な形状を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノードとカソードとの間に配置され、アノードとカソードとの各空間にそれぞれ反応ガスの流路を形成する燃料電池用セパレータに関し、特に、燃料電池を組み立てる際に、正しく組み付けることができる燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素等の燃料ガスと空気等の酸化性ガスとを電気化学的に反応させることにより、燃料ガスの有する化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された燃料電池を示す。この燃料電池２０は、燃料電池セル２１と呼ばれる発電モジュールを複数個重ね合わせて圧接して組み立てられる。燃料電池セル２１が発生する電気は、正電極２６および負電極２７から外部に取り出すようになっている。
【０００４】
図７は、燃料電池セル２１の分解斜視図である。この燃料電池セル２１は、固体高分子電解質膜２２と、固体高分子電解質膜２２の一側面に配置されたアノード２３と、固体高分子電解質膜２２の他の一側面に配置されたカソード２４と、アノード２３に接する面に燃料ガスを供給する燃料ガス流路２５ａが形成され、カソード２４に接する面に酸化性ガスを供給する酸化性ガス流路２５ｂが形成されたセパレータ２５とを備える。
【０００５】
燃料電池２０は、この燃料電池セル２１を図１のように複数個重ね合わせて圧接して組み立てられる。このとき、隣り合う燃料電池セル２１同士の間には、１枚のセパレータを介在させるように構成される。
【０００６】
図８は、従来の燃料電池セル２１のセパレータ２５の拡大した一部断面を示す。このセパレータ２５は、すぐれた耐食性を有する材料で形成され、その一面に燃料ガス流路２５ａが、他面に酸化性ガス流路２５ｂが、プレスにより形成される。
【０００７】
この従来の燃料電池２０の働きについて説明する。この燃料電池２０において、アノード２３側では燃料ガス流路２５ａに約８０℃の水素ガスを導入して、燃料ガス流路２５ａを経て、図示しない燃料ガス出口から排出する。他方、カソード２４側では酸化性ガス入口から約８０℃の大気と燃料電池の反応生成物である水蒸気との混合ガスからなる酸化性ガスを導入し、酸化性ガス流路２５ｂを経て、図示しない酸化性ガス出口から排出する。アノード２３において、水素ガスが水素イオンと電子に分解され、水素イオンは固体高分子電解質膜２２中をカソード２４に向って移動し、電子は、図示しないリードにより負荷を経由してカソード２４側に移動する。一方、カソード２４において、混合ガス中の酸素は、負荷を経由して移動してきた電子およびアノード２３側から移動してきた水素イオンと反応して水を生成する。このように、電極反応を介して電子の流れを作ることにより電気を取り出すことができる。
【０００８】
上記のように、セパレータ２５のカソード２４に接する面は、約８０℃の水蒸気と大気との混合ガスからなる酸化性ガスに曝されて酸化膜が形成され、通電性が著しく低下し、燃料電池の機能が低下することとなる。このような機能の低下を防止するため、セパレータ２５は、優れた耐食性を有する材料により形成されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７２１４号公報（段落０００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の燃料電池に用いられるセパレータによると、アノード側に形成される燃料ガス流路あるいはカソード側に形成される酸化性ガス流路の形状は、アノードにおける水素ガスの反応効率およびカソードにおける酸化性ガスの反応効率の相違から異なるが、視覚的にはそれを区別しにくい。そのため、セパレータは、アノードに接する面とカソードに接する面とを誤って燃料電池セルに取り付けられるおそれがあった。したがって、誤った取付けを行うと、燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり得ず、また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用しないことになり、その結果、燃料電池セルの性能が低下し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出せないというおそれがある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、燃料電池を組み立てる際に、正しく組み付けることができる燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、アノードとカソードとの間に配置される燃料電池用セパレータにおいて、前記アノード側に位置して前記アノードとの間に第１の反応ガスの流路を形成する第１の面と、前記カソード側に位置して前記カソードとの間に第２の反応ガスの流路を形成する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを識別する識別部とを備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータを提供する。
【００１２】
また、前記識別部は、視覚的に形状を識別されるものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記第１の面と前記第２の面とが、幾何学的に非対称な形状を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、識別部を形成したので、燃料電池を組み立てる際にセパレータの表裏面を誤って取り付けるというミスを防止することができ、燃料電池の生産性が向上する。また、セパレータを正しく取り付けることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用することになるため、カソードに接する面に酸化膜が形成することによる通電性の低下および燃料電池セルの性能の低下を防止し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００１５】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、識別部が視覚的に形状を識別することができるので、セパレータの前記アノードに接する面と前記カソードに接する面を容易に識別することができ、燃料電池を組み立てる際にセパレータの表裏面を誤って取り付けるというミスを防止することができ、燃料電池の生産性が向上する。また、セパレータを正しく取り付けることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００１６】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、その表裏を幾何学的に非対称な形状を有することとしたため、セパレータの表裏を容易に識別することができるため、燃料電池を組み立てる際にセパレータの表裏面を誤って取り付けるというミスを防止することができ、燃料電池の生産性が向上する。また、セパレータを正しく取り付けることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセパレータを使用した燃料電池を示す。この燃料電池１は、図１（ａ）に示すように、２枚の押え板５Ａ，５Ｂの間に複数の燃料電池セル２を挟み込み、この燃料電池セル２を締め付けロッド６により締め付けたものである。
【００１８】
燃料電池セル２は、図１（ｂ）に示すように、図示しない固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一側面に配置されたアノード１１と、固体高分子電解質膜の他の一側面に配置されたカソード１２と、アノード１１に接する面に燃料ガスを供給する燃料ガス流路１３が形成され、カソード１２に接する面に酸化性ガスを供給する酸化性ガス流路１４が形成されたセパレータ７とからなる。燃料電池セル２の一つの角に切欠き１０が形成されている。ここで、セパレータ７は、アノード１１側とカソード１２側で、形状あるいは断面形状が異なっており、例えば、燃料ガス流路１３よりも酸化性ガス流路１４の方を大きく形成する。
【００１９】
押え板５Ａには、燃料ガスをセパレータ７に導入するための燃料ガス導入管３Ａと、燃料ガスをセパレータ７から排出する燃料ガス排出管３Ｂと、酸化性ガスをセパレータ７に導入する酸化性ガス導入管４Ａと、酸化性ガスをセパレータ７から排出する酸化性ガス排出管４Ｂが形成されている。押え板５Ａは、押え板５Ｂとの間で締め付けロッド６により複数の燃料電池セル２を締め付ける。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るセパレータを示す。このセパレータ７は、１枚の平面視矩形状のステンレス板（例えば、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍ）の中央部の両面に燃料ガス流路用溝９および酸化性ガス流路用溝９ａを備える。それらの溝９、９ａの周囲に燃料ガスを供給する燃料ガス入口側マニホールド穴７ａと、燃料ガスを排出する燃料ガス出口側マニホールド穴７ｂと、酸化性ガスを供給する酸化性ガス入口側マニホールド穴８ａと、酸化性ガスを排出する酸化性ガス出口側マニホールド穴８ｂとを備える。燃料ガス流路用溝９および酸化性ガス流路用溝９ａは、例えば、幅１５ｍｍで深さ３ｍｍであり、これを５ｍｍ間隔でそれぞれの溝９，９ａが平行となるように形成する。このセパレータ７は、図２に示すように、アノード１１またはカソード１２から見て同一の部位にある角の一部を切り取り、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面を識別する識別部として、アノード１１またはカソード１２から見て幾何学的に非対称な形状を有するように、切欠き１０を形成してある。
【００２１】
燃料電池１を製造するときには、図１（ｂ）に示すように、隣接する燃料電池セル２間のアノード１１およびカソード１２間にこのセパレータ７を挟むように組み付ける。このとき、セパレータの７の図２において右下の角に切欠き１０が位置するようにセパレータ７を配置していく。このように配置することにより、全てのセパレータ７は、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面が正しく配置された状態となる。
【００２２】
この燃料電池１の働きについて説明する。燃料ガス導入管３Ａから燃料ガス（水素ガス）を燃料ガス流路１３に導入すると、水素ガスは燃料ガス流路１３を流れ、アノード１１で水素イオンと電子に分解され、水素イオンは固体高分子電解質膜中を通過してカソード１２側に移動する。電子は、図示しないリードにより負荷を経由してカソード１２側に移動する。一方、カソード１２において、酸化性ガス導入管４Ａから酸化性ガス（空気）を酸化性ガス流路１４に導入すると、酸化性ガス流路１４を流れる酸化性ガス中の酸素は、負荷を経由して移動してきた電子およびアノード１１側から移動してきた水素イオンと反応して水を生成する。このように、電極反応を介して電子の流れを作ることにより電気を取り出すことができる。
【００２３】
本実施の形態のセパレータ７によれば、セパレータ７を組み立てて燃料電池を製造するときに、切欠き１０を揃えることによりセパレータ７のアノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが整列して配置されるので、その順序で組み付けていけば、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面とを誤ることがなく、燃料電池の生産性が向上する。また、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが正しく取り付けられることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用することになるため、カソードに接する面に酸化膜が形成することによる通電性の低下および燃料電池セルの性能の低下を防止し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００２４】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るセパレータを示す。このセパレータ７Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るセパレータ７とは、セパレータ７Ａの一の角の曲率を変えた円弧状部１０Ａを形成した点が異なる。本実施の形態のセパレータ７Ａによれば、セパレータ７Ａを組み付けて燃料電池を製造するときに、円弧状部１０Ａを揃えることによりセパレータ７Ａのアノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが整列して配置されるので、セパレータ７Ａを取り付ける際にその表裏を誤ることがなく、燃料電池の生産性が向上する。また、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが正しく取り付けられることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用することになるため、カソードに接する面に酸化膜が形成することによる通電性の低下および燃料電池セルの性能の低下を防止し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００２５】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るセパレータを示す。このセパレータ７Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るセパレータ７とは、セパレータ７Ｂの一の辺に突出部１０Ｂを形成した点が異なる。本実施の形態のセパレータ７Ｂによれば、セパレータ７Ｂを組み付けて燃料電池を製造するときに、突出部１０Ｂが同じ位置にくるようにセパレータ７Ｂを揃えることによりセパレータ７Ｂのアノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが整列して配置されるので、セパレータ７Ｂを取り付ける際にその表裏を誤ることがなく、燃料電池の生産性が向上する。また、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが正しく取り付けられることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用することになるため、カソードに接する面に酸化膜が形成することによる通電性の低下および燃料電池セルの性能の低下を防止し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００２６】
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るセパレータを示す。このセパレータ７Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係るセパレータ７とは、セパレータ７Ｃの一の面に細溝１０Ｃを形成した点が異なる。本実施の形態のセパレータ７Ｃによれば、セパレータ７Ｃを組み付けて燃料電池を製造するとき、例えば、セパレータ７Ｃの上面に細溝１０Ｃが位置するようにセパレータ７Ｃを揃えることによりセパレータ７Ｃのアノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが整列して配置されるので、セパレータ７Ｃを取り付ける際にその表裏を誤ることがなく、燃料電池の生産性が向上する。また、アノード１１に接する面とカソード１２に接する面とが正しく取り付けられることにより燃料ガスと酸化性ガスの反応効率の相違に対応した構成となり、燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。また、酸化性ガス流路側に非酸化被膜を形成したとすれば、それを利用することになるため、カソードに接する面に酸化膜が形成することによる通電性の低下および燃料電池セルの性能の低下を防止し、ひいては燃料電池の性能を十分に引き出すことができる。
【００２７】
なお、本発明のセパレータは、セパレータの材質には関係なくいずれの材質のセパレータにも適用できる。また、本発明のセパレータは、セパレータをアノードまたはカソードから見た方向から切欠き等の識別部を形成したが、他の面から識別部を認識できるのであればいずれの部位に識別部を形成してもよい。例えば、セパレータの側面等の薄い板状部に色を施すとか、溝を形成してもよい。また、セパレータに冷却水を導入して冷却してもよい。また、識別部を目視で識別するのではなく、磁気的、光学的に識別できるものとすれば、自動組立を行うことができ、製品の生産性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセパレータを使用した燃料電池を示す図である。（ａ）は燃料電池の斜視図、（ｂ）は燃料電池セルの要部拡大断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るセパレータを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るセパレータを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るセパレータを示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係るセパレータを示す図である。
【図６】従来の燃料電池を示す図である。
【図７】従来の燃料電池における燃料セルの分解斜視図である。
【図８】従来のセパレータの中央横断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料電池
２  燃料電池セル
３Ａ  燃料ガス導入管
３Ｂ  燃料ガス排出管
４Ａ  酸化性ガス導入管
４Ｂ  酸化性ガス排出管
５Ａ，５Ｂ  押え板
６  締め付けロッドロッド
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  セパレータ
７ａ  燃料ガス入口側マニホールド穴
７ｂ  燃料ガス出口側マニホールド穴
８ａ  酸化性ガス入口側マニホールド穴
８ｂ  酸化性ガス出口側マニホールド穴
９  燃料ガス流路用溝
９ａ  酸化性ガス流路用溝
１０  燃料電池
１０Ａ  円弧状部
１０Ｂ  突出部
１０Ｃ  細溝
１１  アノード
１２  カソード
１３  燃料ガス流路
１４  酸化性ガス流路
２０  燃料電池
２１  燃料電池セル
２２  固体高分子電解質膜
２３  アノード
２４  カソード
２５  セパレータ
２５ａ  燃料ガス流路
２５ｂ  酸化性ガス流路
２６  正電極
２７  負電極
【図１】
2005123003.tif 000003
【図２】
2005123003.tif 000004
【図３】
2005123003.tif 000005
【図４】
2005123003.tif 000006
【図５】
2005123003.tif 000007
【図６】
2005123003.tif 000008
【図７】
2005123003.tif 000009
【図８】
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