(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波部の高さが異なり波部のピッチが同じである一対の金属製波板を備え、波部の高さが大きい一方の金属製波板の凹部に、波部の高さが低い他方の金属製波板の凸部を重ね合わせて、前記凹部と前記凸部との間の空間で燃料電池冷却用の冷却液が流通する冷却媒体流路を形成し、重ね合わせた前記一対の金属製波板の両外側の凹部のうちの波部の高さが大きい前記一方の金属製波板の凹部で酸化剤ガス流路を形成し、波部の高さが低い前記他方の金属製波板の凹部で燃料ガス流路を形成することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟持して構成された電極膜構造体と、前記請求項１記載の燃料電池用セパレータとを交互に積層してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属製波板を重ね合わせてなる燃料電池用セパレータ、および、この燃料電池用セパレータと電極膜構造体とを交互に積層してなる燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池には、固体高分子電解質膜とその両側のアノード電極とカソード電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して単位燃料電池を構成し、この単位燃料電池を複数個積層して構成されたものがある。この燃料電池では、アノード電極に対向配置されるセパレータの面に燃料ガス（例えば、水素）の流路を設け、カソード電極に対向配置されるセパレータの面に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）の流路を設け、隣接するセパレータ間に冷却媒体の流路を設けている。
【０００３】
そして、この単位燃料電池では、アノード電極の反応面に燃料ガスを供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード電極側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極においては酸化剤ガスが供給されているため、水素イオン、電子、および酸素が反応して水が生成される。また、セパレータ間に流れる冷却媒体によって発電面が冷却される。
【０００４】
ところで、燃料電池にはコンパクト化の要求があり、その一つとして積層方向の短縮化がある。積層方向短縮化のアプローチとしては、セパレータ自体の薄肉化や、複数の単位燃料電池毎に冷却媒体流路を設ける間引き冷却化等がある。
なお、現行では、セパレータはカーボン材をベースとして、切削、モールド成形等によって成形することが多いが、カーボン材をベースとするセパレータの場合、薄肉化には限界があった。
【０００５】
薄肉化限界の理由の一つに強度的なものがある。単位燃料電池を複数個積層して構成する前記燃料電池においては、積層後に締結を行うが、この締結荷重は、発電要件上必要な電極面圧、シール要件上必要なシール面圧、及び、作動ガス圧等から決定される。セパレータには、この締結荷重に耐え得るだけの最小肉厚が、セパレータの材料特性に応じて設定される。したがって、セパレータをこの最小肉厚よりも薄肉にすることはできない。
【０００６】
薄肉化限界の理由の他の一つに生産技術的なことがある。前述したように、セパレータには、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体を流すための流路を設けなくてはならないが、カーボン材をベースとする場合には、製造方法が切削やモールド成形に限定され、これら製造方法からセパレータの最小肉厚が決定されてしまう。
【０００７】
そこで、考えられたのが、金属製の波板を重ね合わせてなるセパレータである。金属製の波板は金属板をプレス成形することにより製造することができるので、多量生産に好適であり、コスト的にも有利である。
従来の金属製波板を重ね合わせてなるセパレータは、図６に示すように、波板１０１，１０３の凸部１０１ａ，１０３ａ同士を突き合わせ、凹部１０１ｂ，１０３ｂ同士を対向させるように重ね合わせて、一つのセパレータ１０５を構成していた。そして、このセパレータ１０５と、固体高分子電解質膜１０７の両側にアノード電極１０９、カソード電極１１１を有してなる電極膜構造体１１３とを交互に積層して、燃料電池１１５を構成していた。この場合、対向する凹部１０１ｂ，１０３ｂの間の空間を冷却媒体流路１１７とし、波板１０３の凹部１０３ｂとアノード電極１０９との間の空間を燃料ガス流路１１９とし、波板１０１の凹部１０１ｂとカソード電極１１１との間の空間を酸化剤ガス流路１２１としている（特開２０００−２１４１９号公報等）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の燃料電池用のセパレータ１０５では、波板１０１の凸部１０１ａと波板１０３の凸部１０３ａを突き合わせているので、セパレータ１０５の厚さが厚くなり、燃料電池１１５の積層方向の長さが長くなるという問題がある。
また、凸部１０１ａと凸部１０３ａを突き合わせているので、接触面積が極めて小さく、接触抵抗が大きくなってしまうという問題もあった。
そこで、この発明は、積層方向の短縮化が可能な燃料電池用セパレータと燃料電池を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、波部（例えば、後述する実施の形態における波部１９，２３）の高さが異なり波部のピッチが同じである一対の金属製波板（例えば、後述する実施の形態における第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５）を備え、波部の高さが大きい一方の金属製波板（例えば、後述する実施の形態における第１セパレータ板１３）の凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部１９ｂ）に、波部の高さが低い他方の金属製波板（例えば、後述する実施の形態における第２セパレータ板１５）の凸部（例えば、後述する実施の形態における２３ａ）を重ね合わせて、前記凹部と前記凸部との間の空間で燃料電池冷却用の冷却液が流通する冷却媒体流路（例えば、後述する実施の形態における冷却媒体流路２５）を形成し、重ね合わせた前記一対の金属製波板の両外側の凹部のうちの波部の高さが大きい前記一方の金属製波板の凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部１９ｂ）で酸化剤ガス流路（例えば、後述する実施の形態における酸化剤ガス流路２７）を形成し、波部の高さが低い前記他方の金属製波板の凹部（例えば、後述する実施の形態における凹部２３ｂ）で燃料ガス流路（例えば、後述する実施の形態における燃料ガス流路２９）を形成することを特徴とする燃料電池用セパレータ（例えば、後述する実施の形態におけるセパレータ３）である。
【００１０】
このように構成することで、冷却媒体流路と酸化剤ガス流路と燃料ガス流路とを備えた燃料電池用セパレータの厚さを薄くすることができる。
また、波部の高さが大きい一方の金属製波板の凹部に、波部の高さが低い他方の金属製波板の凸部を重ね合わせているので、金属製波板同士の接触面積を大きくすることができ、接触抵抗を小さくすることができる。
さらに、重ね合わせた前記一対の金属製波板の両外側の凹部のうちの波部の高さが大きい前記一方の金属製波板の凹部で酸化剤ガス流路を形成し、波部の高さが低い前記他方の金属製波板の凹部で燃料ガス流路を形成するので、酸化剤ガスの流路断面積を燃料ガス流路の流路断面積よりも大きくすることができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、固体高分子電解質膜（例えば、後述する実施の形態における固体高分子電解質膜７）をアノード電極（例えば、後述する実施の形態におけるアノード電極９）とカソード電極（例えば、後述する実施の形態におけるカソード電極１１）とで挟持して構成された電極膜構造体（例えば、後述する実施の形態における電極膜構造体５）と、前記請求項１記載の燃料電池用セパレータとを交互に積層してなることを特徴とする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池１）である。このように構成することで、燃料電池の積層方向の寸法を短縮することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池用セパレータと燃料電池の一実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１は、燃料電池１の縦断面図であり、燃料電池１は、燃料電池用セパレータ（以下、セパレータという）３と電極膜構造体５とが交互に積層して構成されている。
【００１３】
電極膜構造体５は、固体高分子電解質膜７と、この固体高分子電解質膜７を間に挟んで配設されたアノード電極９とカソード電極１１とから構成されている。なお、固体高分子電解質膜７は例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーで構成されており、アノード電極９およびカソード電極１１はＰｔを主体とする触媒により構成されている。固体高分子電解質膜７には、これを挟んで配設されるアノード電極９およびカソード電極１１の外周からはみ出すはみ出し部７ａが設けられている。
【００１４】
セパレータ３は、板厚０．２〜０．５ｍｍのステンレス製板材をプレス成形されてなる第１セパレータ板（金属製波板）１３と第２セパレータ板（金属製波板）１５とを重ね合わせて構成されている。図２は第１セパレータ板１３を図１においてＡ方向から見た全体正面図であり、図３は第１セパレータ板１３を図１においてＢ方向から見た全体正面図であり、図４は第２セパレータ板１５を図１においてＣ方向から見た全体正面図である。なお、以下の説明では、図２から図４において図中左右方向を水平方向、図中上下方向を垂直方向とする。
【００１５】
第１セパレータ板１３の中央部には波板部１７が設けられており、この波板部１７には、一定の高さｈ1を有して水平方向に延びる波部１９が垂直方向に一定のピッチで多数形成されている。第２セパレータ板１５の中央部にも波板部２１が設けられており、波板部２１には、一定の高さｈ2を有して水平方向に延びる波部２３が垂直方向に一定のピッチで多数形成されている。第１セパレータ板１３の波部１９のピッチと第２セパレータ板１５の波部２３のピッチは同一ピッチに設定されており、第１セパレータ板１３の波部１９の高さｈ1は、第２セパレータ板１５の波部２３の高さｈ2よりも高く設定されている（ｈ1＞ｈ2）。そして、第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂに第２セパレータ板１５の波部２３の凸部２３ａを重ね合わせ、波部２３の凹部２３ｂに波部１９の凸部１９ａを重ね合わせて、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５は一体化されている。このように重ね合わせる結果、第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂと第２セパレータ板１５の波部２３の凸部２３ａとの間に空間が形成され、この空間が、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路２５になる。
【００１６】
第１セパレータ板１３の波板部１７および第２セパレータ板１５の波板部２１は、電極膜構造体５のアノード電極９およびカソード電極１１に対向配置される範囲に形成されている。そして、第１セパレータ板１３の波部１９の凸部１９ａにおいて第２セパレータ板１５の波部２３の凹部２３ｂに重ね合わされない凸部１９ａがカソード電極１１に密接し、第２セパレータ板１５の波部２３の凸部２３ａにおいて第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂに重ね合わされない凸部２３ａがアノード電極９に密接するように配置されている。さらに、電極膜構造体５を間に挟んで両側に配置されたセパレータ３，３においては、電極膜構造体５のカソード電極１１に密接する一方のセパレータ３の第１セパレータ板１３の凸部１９ａと、電極膜構造体５のアノード電極９に密接する他方のセパレータ３の第２セパレータ板１５の凸部２３ａとが、電極膜構造体５を間に挟んで対向するように配置されている。
【００１７】
ここで、第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂとカソード電極１１との間に形成される空間が、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路２７になり、第２セパレータ板１５の波部２３の凹部２３ｂとアノード電極９との間に形成される空間が、水素含有ガス等の燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路２９になる。換言すると、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５を重ね合わせてなるセパレータ３の両外側の凹部のうちの一方の側の凹部１９ｂで酸化剤ガス流路２７を形成し、他方の側の凹部２３ｂで燃料ガス流路２９を形成することになる。
【００１８】
また、電極膜構造体５とその両側のセパレータ３，３とを前述の如く配置する結果、電極膜構造体５を挟んで酸化剤ガス流路２７と燃料ガス流路２９とが対向して配置されることになる。
ところで、第１セパレータ板１３の波部１９の高さｈ1が第２セパレータ板１５の波部２３の高さｈ2よりも高いため、酸化剤ガス流路２７の断面積の方が燃料ガス流路２９の断面積よりも大きくなる。これは、この実施の形態では、酸化剤ガスとして空気を用いており、空気の場合には燃料ガスよりも多く流す必要があることによる。
【００１９】
第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５において波板部１７，２１よりも垂直方向外側に位置する端部には、図１に示すように、互いに面接触する平面部３１，３３が設けられており、第１セパレータ板１３の平面部３１と電極膜構造体５における固体高分子電解質膜７のはみ出し部７ａとの間にシール材３５が挟装され、第２セパレータ板１５の平面部３３とはみ出し部７ａとの間にシール材３７が挟装されている。これにより、各電極膜構造体５はその両側から一対のセパレータ３によって水密状態に挟持されることになる。
【００２０】
また、第１セパレータ板１３において平面部３１よりも外側と、第２セパレータ板１５において平面部３３よりも外側との間にはシール材３６が挟装されており、このシール材３６によって第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５との間も水密にシールされている。なお、シール材３６は第１セパレータ板１３および第２セパレータ板１５の外周縁部を一周するように設けられている。
なお、１つのセパレータ３において第１セパレータ板１３の平面部３１と第２セパレータ板１５の平面部３３を、溶接またはロウ付け等のシール性を有する接合手段によって接合することにより、前記シール材３６を不要にし部品点数の削減を図ることも可能である。
【００２１】
図２および図３に示すように、第１セパレータ板１３において波板部１７よりも水平方向両外側に位置する部位は略平坦な左平坦部３９と右平坦部４１になっており、図４に示すように、第２セパレータ板１５において波板部２１よりも水平方向両外側に位置する部位は略平坦な左平坦部４３と右平坦部４５になっていて、第１セパレータ板１３の左平坦部３９と第２セパレータ板１５の左平坦部４３が所定寸法の隙間を有して対向配置され、第１セパレータ板１３の右平坦部４１と第２セパレータ板１５の右平坦部４５が所定寸法の隙間を有して対向配置されている。なお、図２では第１セパレータ板１３の左平坦部３９が図中左側に位置し右平坦部４１が図中右側に位置しており、図３では左平坦部３９が図中右側に位置し右平坦部４１が図中左側に位置しているのは、図２と図３は第１セパレータ板１３の表裏の関係にあるからである。また、図４において第２セパレータ板１５の左平坦部４３が図中右側に位置し右平坦部４５が図中左側に位置しているのも、図４が図２とは逆の方向から見ているからである。
【００２２】
そして、第１セパレータ板１３の左平坦部３９と第２セパレータ板１５の左平坦部４３の外周縁部が前記したシール材３６によってシールされているので、両左平坦部３９，４３は袋状に連結されていることになる。同様に、第１セパレータ板１３の右平坦部４１と第２セパレータ板１５の右平坦部４５の外周縁部も前記シール材３６によってシールされているので、両右平坦部４１，４５は袋状に連結されていることになる。
【００２３】
第１セパレータ板１３の左平坦部３９の上部には燃料ガスを流通させるための入口側燃料ガス連通孔４７ａが設けられ、右平坦部４１の上部には酸化剤ガスを流通させるための入口側酸化剤ガス連通孔４９ａが設けられ、右平坦部４１の下部には燃料ガスを流通させるための出口側燃料ガス連通孔４７ｂが設けられ、左平坦部３９の下部には酸化剤ガスを流通させるための出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂが設けられている。したがって、入口側燃料ガス連通孔４７ａと出口側燃料ガス連通孔４７ｂは対角位置に位置しており、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａと出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂは対角位置に位置している。
第１セパレータ板１３の左平坦部３９の略中央部には冷却媒体を流通させるための入口側冷却媒体連通孔５１ａが設けられ、右平坦部４１の略中央部には使用後の前記冷却媒体を流通させるための出口側冷却媒体連通孔５１ｂが設けられている。
【００２４】
また、図４に示すように、第２セパレータ板１５の左平坦部４３および右平坦部４５にも、第１セパレータ板１３と同様に、入口側燃料ガス連通孔４７ａ、出口側燃料ガス連通孔４７ｂ、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａ、出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂ、入口側冷却媒体連通孔５１ａ、出口側冷却媒体連通孔５１ｂが設けられている。
【００２５】
一方、図５に示すように、電極膜構造体５の固体高分子電解質膜７は、第１セパレータ板１３および第２セパレータ板１５の左右平坦部３９，４１，４３，４５にほぼ対応する部位に、アノード電極９およびカソード電極１１よりも水平方向外側にはみ出すはみ出し部１０，１２を有しており、このはみ出し部１０，１２に、第１セパレータ板１３および第２セパレータ板１５と同様に、入口側燃料ガス連通孔４７ａ、出口側燃料ガス連通孔４７ｂ、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａ、出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂ、入口側冷却媒体連通孔５１ａ、出口側冷却媒体連通孔５１ｂが設けられている。
【００２６】
第１セパレータ板１３の平面部３１と固体高分子電解質膜７のはみ出し部７ａとの間に挟装された前記シール材３５は、図２に示すように、第１セパレータ板１３の左平坦部３９において入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂの周囲を一周するとともに、右平坦部４１において入口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび出口側燃料ガス連通孔４７ｂの周囲を一周して、全体としてほぼ無端状につながっている。ただし、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂを一周する部位であって波板部１７に近い側においては、図示するように、シール材３５は所定ピッチの破線状に設けられており、シール材３５が設けられていない部分が酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路５３ａ，５３ｂにされている。
【００２７】
また、第１セパレータ板１３における左右平坦部３９，４１であってシール材３５が配置される面には、入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび出口側冷却媒体連通孔５１ｂの周囲をそれぞれ一周するシール材５５が配置されている。このシール材５５は第１セパレータ板１３の左右平坦部３９，４１と固体高分子電解質膜７のはみ出し部１０，１２との間に水密状態に挟装されている。
【００２８】
一方、第２セパレータ板１５の平面部３３と固体高分子電解質膜７のはみ出し部７ａとの間に挟装された前記シール材３７は、図４に示すように、第２セパレータ板１５の左平坦部４３において入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂの周囲を一周するとともに、右平坦部４５において入口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび出口側燃料ガス連通孔４７ｂの周囲を一周して、全体としてほぼ無端状につながっている。ただし、入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび出口側燃料ガス連通孔４７ｂを一周する部位であって波板部２１に近い側においては、図示するように、シール材３７は所定ピッチの破線状に設けられており、シール材３７が設けられていない部分が燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路５７ａ，５７ｂにされている。
【００２９】
また、第２セパレータ板１５における左右平坦部４３，４５であってシール材３７が配置される面には、入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび出口側冷却媒体連通孔５１ｂの周囲をそれぞれ一周するシール材５９が配置されている。このシール材５９は第２セパレータ板１５の左右平坦部４３，４５と固体高分子電解質膜７のはみ出し部１０，１２との間に水密状態に挟装されている。
なお、シール材３５とシール材３７、および、シール材５５とシール材５９は固体高分子電解質膜７を挟んで対向して配置されており、これによって、第１セパレータ板１３と固体高分子電解質膜７との間がシール材３５およびシール材５５によって水密にシールされ、第２セパレータ板１５と固体高分子電解質膜７との間がシール材３７およびシール材５９によって水密にシールされるようになっている。
【００３０】
図３に示すように、第１セパレータ板１３における左右平坦部３９，４１であってシール材３５，５５が配置されない面（換言すれば、第１セパレータ板１３が第２セパレータ板１５に対向する側の面）には、入口側燃料ガス連通孔４７ａ、出口側燃料ガス連通孔４７ｂ、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａ、出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂをそれぞれ一周するシール材６１，６２，６３，６４が設けられている。これらシール材６１〜６４は１つのセパレータ３における第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５との間に挟装されて両者を水密にシールしている。第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５は左平坦部３９，４３の外周縁部の間にシール材３６を設けて袋状にし、右平坦部４１，４５の外周縁部の間にシール材３６を設けて袋状にし、それぞれ袋状の内部を冷却媒体流路６７ａ，６７ｂにするのであるが、シール材６１は冷却媒体流路６７ａから水密に離隔して入口側燃料ガス流路７１を形成するためのものであり、シール材６２は冷却媒体流路６７ｂから水密に離隔して出口側燃料ガス流路７３を形成するためのものであり、シール材６３は冷却媒体流路６７ｂから水密に離隔して入口側酸化剤ガス流路７５を形成するためのものであり、シール材６４は冷却媒体流路６７ａから水密に離隔して出口側酸化剤ガス流路７７を形成するためのものである。
【００３１】
以上のように構成された燃料電池１においては、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の入口側燃料ガス連通孔４７ａおよび固体高分子電解質膜７の入口側燃料ガス連通孔４７ａを一直線上に接続してなる入口側燃料ガス流路７１と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の出口側燃料ガス連通孔４７ｂおよび固体高分子電解質膜７の出口側燃料ガス連通孔４７ｂを一直線上に接続してなる出口側燃料ガス流路７３と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の入口側酸化剤ガス連通孔４９ａおよび固体高分子電解質膜７の入口側酸化剤ガス連通孔４９ａを一直線上に接続してなる入口側酸化剤ガス流路７５と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂおよび固体高分子電解質膜７の出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂを一直線上に接続してなる出口側酸化剤ガス流路７７と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の入口側冷却媒体連通孔５１ａおよび固体高分子電解質膜７の入口側冷却媒体連通孔５１ａを一直線上に接続してなる入口側冷却媒体流路７９と、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の出口側冷却媒体連通孔５１ｂおよび固体高分子電解質膜７の出口側冷却媒体連通孔５１ｂを一直線上に接続してなる出口側冷却媒体流路８１と、を備えることになる。
【００３２】
この燃料電池１においては、１つの電極膜構造体５と、その両側に配置された一対のセパレータ３，３のうち前記電極膜構造体５のカソード電極１１に対向配置された１つの第１セパレータ板１３と、前記電極膜構造体５のアノード電極９に対向配置された１つの第２セパレータ板１５とによって単位燃料電池８３が構成される。
【００３３】
次に、単位燃料電池８３の動作について以下に説明する。
単位燃料電池８３には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されるとともに酸化剤ガスとして酸素含有ガス（以下、例えば空気）が供給され、さらに、その発電面を冷却するために、冷却媒体が供給される。
燃料ガスは、入口側燃料ガス流路７１に供給され、入口側燃料ガス連通孔４７ａから燃料ガス流路５７ａを通って、各燃料ガス流路２９へと移動する。各燃料ガス流路２９に供給された燃料ガスは、アノード電極９に沿って水平方向に移動し、その際に、燃料ガス中の水素ガスがアノード電極９に供給される。そして、未使用の燃料ガスは燃料ガス流路２９を移動しながらアノード電極９に供給されるとともに、燃料ガス流路２９の終端から第２セパレータ板１５の右平坦部４５と固体高分子電解質膜７との間に移動し、さらに燃料ガス流路５７ｂを通って、出口側燃料ガス連通孔４７ｂから出口側燃料ガス流路７３に排出される。
【００３４】
また、空気は、入口側酸化剤ガス流路７５に供給され、入口側酸化剤ガス連通孔４９ａから酸化剤ガス流路５３ａを通って、各酸化剤ガス流路２７へと移動する。そして、各酸化剤ガス流路２７に供給された空気は、カソード電極１１に沿って水平方向に移動し、その際に、空気中の酸素ガスがカソード電極１１に供給される。そして、未使用の空気は酸化剤ガス流路２７を移動しながらカソード電極１１に供給されるとともに、酸化剤ガス流路２７の終端から第１セパレータ板１３の左平坦部３９と固体高分子電解質膜７との間に移動し、さらに酸化剤ガス流路５３ｂを通って、出口側酸化剤ガス連通孔４９ｂから出口側酸化剤ガス流路７７に排出される。これにより、単位燃料電池８３で発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。
【００３５】
さらにまた、冷却媒体は、入口側冷却媒体流路７９に供給され、入口側冷却媒体連通孔５１ａから冷却媒体流路６７ａに移動し、ここから各冷却媒体流路２５へと供給される。冷却媒体流路２５に供給された冷却媒体は冷却媒体流路２５を水平方向に移動する間に発電面を冷却し、冷却後の冷却媒体は冷却媒体流路２５の終端から冷却媒体流路６７ｂに移動し、さらに出口側冷却媒体連通孔５１ｂから出口側冷却媒体流路８１に排出される。
【００３６】
以上のように構成されたセパレータ３においては、第１セパレータ板１３の波部１９の高さｈ1を第２セパレータ板１５の波部２３の高さｈ2よりも大きくし、第１セパレータ板１３の波部１９の凹部１９ｂに第２セパレータ板１５の波部２３の凸部２３ａを重ね合わせているので、波部１９の凸部１９ａと波部２３の凸部２３ａとを突き合わせて重ねるよりも、セパレータ３の厚さを薄くすることができるとともに、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の接触面積を大きくすることができる。
また、セパレータ３の第１セパレータ板１３および第２セパレータ板１５をプレス成形にて製造することができるので、多量生産に適し、コストダウンを図ることができる。
【００３７】
したがって、このセパレータ３と電極膜構造体５とを交互に積層して構成される燃料電池１の積層方向の寸法を短縮することができ、燃料電池１をコンパクトにすることができる。ちなみに、この実施の形態の単位燃料電池の厚さは、冷却媒体流路、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路の各断面積が全く同じとしたときの現行のカーボン材をベースとしたセパレータを用いた単位燃料電池の厚さに比し、ほぼ半減される。これは、搭載スペースに制限があり小型化が要求される車両用の燃料電池において、特に効果が大きい。
また、セパレータ３の第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５との接触面積が大きいことにより、接触抵抗を小さくすることができる。
【００３８】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、第１セパレータ板１３と第２セパレータ板１５の材質はステンレス鋼に限るものではなく、防食性を有する他の金属で構成してもよいし、あるいは、導電性に優れた防錆被膜で被覆された金属板で構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、冷却媒体流路と酸化剤ガス流路と燃料ガス流路とを備えた燃料電池用セパレータの厚さを薄くすることができるので、この燃料電池用セパレータと電極膜構造体とを積層して燃料電池を構成したときに、燃料電池の積層方向の寸法を短縮することができるという優れた効果が奏される。
【００４０】
また、波部の高さが大きい一方の金属製波板の凹部に、波部の高さが低い他方の金属製波板の凸部を重ね合わせているため、金属製波板同士の接触面積が大きくなるので、接触抵抗を小さくすることができるという効果がある。
さらに、重ね合わせた一対の金属製波板の両外側の凹部のうちの波部の高さが大きい一方の金属製波板の凹部で酸化剤ガス流路を形成し、波部の高さが低い他方の金属製波板の凹部で燃料ガス流路を形成するので、酸化剤ガスの流路断面積を燃料ガス流路の流路断面積よりも大きくすることができる。
請求項２に記載した発明によれば、燃料電池の積層方向の寸法を短縮することができるので、燃料電池のコンパクト化を図ることができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る燃料電池用セパレータおよび燃料電池の一実施の形態における縦断面図である。
【図２】  図１におけるＡ方向から見た第１セパレータ板の正面図である。
【図３】  図１におけるＢ方向から見た第１セパレータ板の正面図である。
【図４】  図１におけるＣ方向から見た第２セパレータ板の正面図である。
【図５】  図１におけるＤ方向から見た電極膜構造体の正面図である。
【図６】  従来の金属製波板で構成された燃料電池用セパレータと、それを用いた燃料電池の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・燃料電池
３・・・燃料電池用セパレータ
５・・・電極膜構造体
７・・・固体高分子電解質膜
９・・・アノード電極
１１・・・カソード電極
１３・・・第１セパレータ板（一方の金属製波板）
１５・・・第２セパレータ板（他方の金属製波板）
１９・・・波部
１９ｂ・・・凹部
２３・・・波部
２３ａ・・・凸部
２５・・・冷却媒体流路
２７・・・酸化剤ガス流路
２９・・・燃料ガス流路
【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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