(57)【要約】【課題】燃料電池スタックが安定発電できるように、電解質膜−電極接合体を挟持するセパレータにおいて、冷却媒体を安定供給可能にする。【解決手段】冷却セパレータ１ａの内周部分１７よりも外周部分１６が反りやすくなる状態であっても、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間に弾性体１１ａを設けることで、弾性体１１ａが冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７に圧縮されて、かつ、密着状態となり、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間において、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７の間に隙間が発生することを防止することが可能となるため、冷却媒体供給マニホールド６から冷却媒体流路溝９に、冷却媒体を安定して供給することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを複数個積層して構成される燃料電池スタックに用いられ、外周部分に冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドが厚み方向に貫通して形成され、隣接する他のセパレータと接触する主面における前記冷却媒体供給マニホールド及び前記冷却媒体排出マニホールドよりも内周部分に前記冷却媒体供給マニホールドから前記冷却媒体排出マニホールドに向かって電極部を冷却するように冷却媒体流路溝が形成されたセパレータであって、
前記冷却媒体供給マニホールド及び前記冷却媒体排出マニホールド、前記電極部、前記冷却媒体流路溝を囲むように前記セパレータに配置された環状のガスケット部材と、
前記冷却媒体供給マニホールド及び前記冷却媒体排出マニホールドのうち、少なくとも前記冷却媒体供給マニホールドと前記ガスケット部材との間に、前記隣接する他のセパレータと接触して圧縮される弾性体と、を備えたセパレータ。
【請求項２】
前記主面から前記弾性体の先端までの高さが、前記主面から前記ガスケット部材の先端までの高さよりも高い、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜を挟んで両主面に配置される電極と、を有する電解質膜−電極接合体と、前記電解質膜−電極接合体を挟持し、且つ前記電極に接触する各主面にそれぞれに対応する反応ガスを流すための反応ガス流路溝が形成された一対の板状のセパレータを備えた燃料電池セルを、複数個積層して構成される燃料電池スタックであって、
前記一対の板状のセパレータのうち、少なくとも１つに請求項１又は２に記載のセパレータを用いたことを特徴とする、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、冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体流路が形成された燃料電池用のセパレータ及び、このセパレータを用いた燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池では、電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層を配置し、さらにその外側にガス通気性と導電性を兼ね備えた一対のガス拡散層を配置してアノードおよびカソードを構成した電解質膜−電極接合体を有する。
【０００３】
上記構成を有する燃料電池のアノードに水素を含む燃料ガスを供給し、カソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給することで、電気エネルギーを継続的に取り出すことができる。
【０００４】
また、燃料ガスと酸化剤ガスとが混ざらないようにするため、セパレータが各電解質膜−電極接合体の間に配置される。電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟持したものをセルと呼ぶ。一般的に、セルを複数積層して燃料電池スタックとすることで、必要な電力を確保することが可能となる。
【０００５】
セパレータには、電解質膜−電極接合体に燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却媒体などの流体を供給するための流路溝と、流体を供給または排出するためのマニホールドが形成される。
【０００６】
従来の冷却セパレータの構成として、冷却セパレータの外周部分に反応ガスマニホールド及び冷却媒体マニホールドを形成し、冷却セパレータの内周部分に反応ガス流路溝、または冷却媒体流路溝を形成する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図９は、特許文献１に記載された従来の冷却セパレータの冷却面の基本構成図を示すものである。また図１０は、従来の冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図である。
【０００８】
図９に示すように、従来の冷却セパレータ２０１は、反応ガス供給マニホールド２０２と、反応ガス排出マニホールド２０３と、冷却媒体供給マニホールド２０４と、冷却媒体排出マニホールド２０５と、電極部２０６と、冷却媒体流路溝２０７と、ガスケット２０８と、外周部分２０９（網掛け部分）と、内周部分２１０（白抜き部分）と、から構成される。
【０００９】
従来の冷却セパレータ２０１は、外周部分２０９に、反応ガス供給マニホールド２０２と、反応ガス排出マニホールド２０３と、冷却媒体供給マニホールド２０４と、冷却媒体排出マニホールド２０５が形成され、かつ、内周部分２１０に電極部２０６を冷却するために、冷却媒体流路溝２０７が形成されており、また、ガスケット２０８がこれらの構成を囲うように配置されている。
【００１０】
図１０に示すように、従来の冷却セパレータ２０１を用いたセル２５０は、枠体２１３に支持された電解質膜−電極接合体２１２と、電解質膜−電極接合体２１２と接触する面に反応ガス流路溝２１１が形成された冷却セパレータ２０１とセパレータ２１５とで、積層されて構成されている。また、冷却セパレータ２０１の電解質膜−電極接合体２１２と接触する面の反対側には冷却面が形成されており、図９で示した構成と同じである。
【００１１】
また、セパレータ２１５と枠体２１３には、冷却媒体供給マニホールド２０４及び冷却媒体排出マニホールド２０５が設けられている。また、冷却媒体供給マニホールド２０４と冷却媒体排出マニホールド２０５を囲うように、ガスケット２０８が、セパレータ２１５と枠体２１３の間と、枠体２１３と冷却セパレータ２０１の間に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１１５１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１の構成では、燃料電池スタックはセル２５０を複数積層して締結した状態で構成されるため、電極部２０６の接触抵抗を低減することと、ガスケット２０８のシール性を確保するために、電極部２０６とガスケット２０８に適切な荷重をかけることが重要となる。
【００１４】
図１１は、従来の冷却セパレータを用いたセルを複数積層して締結した状態の部分断面図である。図１１に示すように、燃料電池スタックの性能確保のため、電極部２０６に大きな荷重をかけているため、内周部分２１０より外周部分２０９が反りやすくなる。
【００１５】
図１２は、従来の冷却セパレータを用いたセルを複数積層して締結した状態の図１１のＣ部拡大図である。図１２に示すように、内周部分２１０より外周部分２０９が反りやすくなるため、冷却媒体供給マニホールド２０４及びガスケット２０８の間において、冷却セパレータ２０１及びセパレータ２１５との間に隙間２１４が発生するという問題があった。
【００１６】
また、セル２５０の反り形状を矯正するために、セル２５０にかける荷重を大きくした場合は、冷却セパレータ２０１及びセパレータ２１５が破損する可能性がある。したがって、冷却媒体供給マニホールド２０４から冷却媒体流路溝２０７に、所定量の冷却媒体を供給できなくなり、電極部２０６が十分に冷却されず発電性能が低下するという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却媒体の安定供給が可能な燃料電池用セパレータと、安定した発電性能の確保が可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来の課題を解決するために、本発明のセパレータは、セルを複数積層して構成される燃料電池スタックに用いられ、セパレータの外周部分に冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドが形成され、かつ、隣接する他のセパレータと接触する主面に、冷却媒体流路溝が、冷却媒体供給マニホールドと冷却媒体排出マニホールド間で、電極部を冷却するように形成され、また、冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールド及び電極部を囲うように配置された環状のガスケット部材と、冷却媒体供給マニホールドとガスケット部材との間に、隣接する他のセパレータと接触して圧縮される弾性体を備えたのである。
【００１９】
上記構成により、セパレータと隣接する他のセパレータの間で、弾性体が圧縮され、かつ、密着状態となるため、冷却媒体供給マニホールドとガスケットとの間において、セパレータと隣接する他のセパレータの間に隙間が発生することを防止することができる。さ
らに、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路溝に、冷却媒体を安定して供給できるようになるため、発電時に電極部が高温となることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のセパレータは、簡単な構成で、冷却媒体供給マニホールドとガスケットの間において、セパレータと隣接する他のセパレータの間に隙間が発生することを防止し、冷却媒体の安定供給が可能な燃料電池用セパレータを提供することができる。さらに、このセパレータを用いることで、発電時に電極部が高温となることを防止し、安定した発電性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却セパレータの冷却面の基本構成図
【図２】本発明の実施の形態１における冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるセルを、複数積層して締結した状態の部分断面図
【図４】本発明の実施の形態１におけるセルを、複数積層して締結した状態の図３のＡ部拡大図
【図５】本発明の実施の形態２における冷却セパレータの冷却面の基本構成図
【図６】本発明の実施の形態２における冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図
【図７】本発明の実施の形態２におけるセルを、複数積層して締結した状態の部分断面図
【図８】本発明の実施の形態２におけるセルを、複数積層して締結した状態の図７のＢ部拡大図
【図９】従来の冷却セパレータの冷却面の基本構成図
【図１０】従来の冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図
【図１１】従来の冷却セパレータを用いたセルを、複数積層して締結した状態の部分断面図
【図１２】従来の冷却セパレータを用いたセルを、複数積層して締結した状態の図１１のＣ部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の本発明は、燃料電池セルを複数個積層して構成される燃料電池スタックに用いられ、外周部分に冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドが厚み方向に貫通して形成され、隣接する他のセパレータと接触する主面における冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドよりも内周部分に冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体排出マニホールドに向かって電極部を冷却するように冷却媒体流路溝が形成されたセパレータであって、冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールド、電極部、冷却媒体流路溝を囲むようにセパレータに配置された環状のガスケット部材と、冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドのうち、少なくとも冷却媒体供給マニホールドとガスケット部材との間に、隣接する他のセパレータと接触して圧縮される弾性体と、を備えたのである。
【００２３】
上記構成によって、セパレータと隣接する他のセパレータの間で、弾性体が圧縮され、かつ、密着状態となるため、冷却媒体供給マニホールドとガスケットとの間において、セパレータと隣接する他のセパレータの間に隙間が発生することを防止することが可能となるので、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路溝に、冷却媒体を安定して供給することができる。
【００２４】
第２の本発明は、特に、第１の本発明において、主面から弾性体の先端までの高さが、主面からガスケット部材の先端までの高さよりも高いものである。
【００２５】
上記構成によって、セパレータと隣接する他のセパレータの間で、弾性体が確実に圧縮され、かつ、密着状態となるため、冷却媒体供給マニホールドとガスケットとの間において、セパレータと隣接する他のセパレータとの間に隙間が発生することを防止することが可能となり、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路溝に、冷却媒体をより安定して供給することができる。
【００２６】
第３の本発明は、電解質膜と、電解質膜を挟んで両主面に配置される電極と、を有する電解質膜−電極接合体と、電解質膜−電極接合体を挟持し、且つ電極に接触する各主面にそれぞれに対応する反応ガスを流すための反応ガス流路溝が形成された一対の板状のセパレータを備えた燃料電池セルを、複数個積層して構成される燃料電池スタックであって、一対の板状のセパレータのうち、少なくとも１つに第１または第２の本発明に記載のセパレータを用いたものである。
【００２７】
上記構成によって、冷却媒体供給マニホールドから冷却媒体流路溝に、冷却媒体を安定して供給することで、発電時に電極部が高温となることを防止することが可能となり、安定した発電性能を確保することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷却セパレータの冷却面の基本構成図を示すものである。また、図２は、本発明の実施の形態１における冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図である。図３は、本発明の実施の形態１におけるセルを、複数積層して締結した状態の部分断面図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるセルを、複数積層して締結した状態の図３のＡ部拡大図である。
【００３０】
図１に示すように、冷却セパレータ１ａには、冷却セパレータ１ａの外周部分１６（網掛け部分）に、燃料ガスを積層方向に通流させる燃料ガス供給マニホールド２及び燃料ガス排出マニホールド３と、酸化剤ガスを積層方向に通流させる酸化剤ガス供給マニホールド４及び酸化剤ガス排出マニホールド５と、冷却媒体を積層方向に通流させるための冷却媒体供給マニホールド６と、冷却媒体排出マニホールド７が形成されている。
【００３１】
また、冷却セパレータ１ａの内周部分１７（白抜き部分）に、隣接部材と電気的に接続される電極部８と、冷却媒体供給マニホールド６及び冷却媒体排出マニホールド７と連通し、電極部８全体に広がるサーペンタイン形状の冷却媒体流路溝９が形成されている。
【００３２】
また、燃料ガス供給マニホールド２と、燃料ガス排出マニホールド３と、酸化剤ガス供給マニホールド４と、酸化剤ガス排出マニホールド５のそれぞれを囲うように環状のガスケット１０が配置されている。また、冷却媒体供給マニホールド６と、冷却媒体排出マニホールド７と、電極部８と、冷却媒体流路溝９を、まとめて囲うように環状のガスケット１０が配置されている。
【００３３】
また、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間には、弾性体１１ａが設けられている。
【００３４】
図２に示すように、セル５０ａは、電解質膜−電極接合体３５と、ガス拡散層３４と、
アノードセパレータ３７と、冷却セパレータ１ａと、枠体３６とで、構成される。
【００３５】
電解質膜−電極接合体３５は、電解質膜３１と、電解質膜３１を挟んで片面にアノード３２と、もう一方の面にカソード３３を有する。さらに、電解質膜−電極接合体３５の外両脇にガス拡散層３４が配置される。
【００３６】
また、電解質膜−電極接合体３５におけるアノード３２の方にはアノードセパレータ３７が配置され、電解質膜−電極接合体３５におけるカソード３３の方には冷却セパレータ１ａが配置される。また、枠体３６は、ガス拡散層３４と電解質膜−電極接合体３５を支持する。ガス拡散層３４と枠体３６が配置された電解質膜−電極接合体３５は、アノードセパレータ３７と冷却セパレータ１ａに挟持される。
【００３７】
アノードセパレータ３７におけるガス拡散層３４と接触する主面１２ｃには、燃料ガス流路溝３８が形成されており、冷却セパレータ１ａにおけるガス拡散層３４と接触する主面１２ｂには、酸化剤ガス流路溝４０が形成されている。また、冷却セパレータ１ａのアノードセパレータ３７と接触する主面１２ａが冷却面であり、図１と同じ構成である。
【００３８】
また、冷却媒体供給マニホールド６及び冷却媒体排出マニホールド７が、冷却セパレータ１ａと、アノードセパレータ３７と、枠体３６に設けられている。
【００３９】
また、冷却媒体供給マニホールド６と冷却媒体排出マニホールド７を囲うように、ガスケット１０が、アノードセパレータ３７と枠体３６の間と、枠体３６と冷却セパレータ１ａの間に配置されている。また、ガスケット１０は、締結時に過大な反力が発生することによる構成部材の破壊を防止するため、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７が接触する主面１２ａから段差を設けられたガスケット配置面１３ａに配置されている。
【００４０】
同様に、冷却セパレータ１ａとガス拡散層３４が接触する主面１２ｂから段差を設けられたガスケット配置面１３ｂと、アノードセパレータ３７とガス拡散層３４が接触する主面１２ｃから段差を設けられたガスケット配置面１３ｃにも、ガスケット１０が配置されている。
【００４１】
弾性体１１ａは、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７が接触する主面１２ａにおいて、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間に配置されている。
【００４２】
図３に示すように、複数積層されて締結されたセル５０ａは、電極部８の接触抵抗を低減するために、電極部８には大きな荷重がかけられており、内周部分１７よりも外周部分１６が反った状態で締結されている。
【００４３】
図４に示すように、弾性体１１ａは、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間において、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７に圧縮され、かつ、密着状態となっている。
【００４４】
冷却セパレータ１ａは、適度な機械的強度と導電性を有する部材である。本実施の形態では、黒鉛粉末と熱硬化性樹脂の混練物を加熱成型して形成された部材を用いる。
【００４５】
ガスケット１０は、適度な機械的強度と柔軟性を有する合成樹脂である。本実施の形態では、フッ素ゴムを用いる。
【００４６】
弾性体１１ａは、適度な機械的強度及び柔軟性と耐水性を有する合成樹脂である。本実施の形態では、シリコーンゴムを用いる。
【００４７】
また、電解質膜３１は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜である。本実施の形態では、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標））を用いる。
【００４８】
また、アノード３２は、水素の酸化反応に対する触媒を含む層である。また、カソード３３は、酸素の還元反応に対する触媒を含む層である。本実施の形態では、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料を主成分とした多孔質部材を用いる。
【００４９】
ガス拡散層３４は、導電性と撥水性を有する多孔質の部材である。本実施の形態では、カーボンペーパーを用いて作製された多孔質構造を有する導電性基材に、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子樹脂である、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を分散させて構成された部材を用いる。
【００５０】
枠体３６は、適度な機械的強度と耐熱性を有する樹脂部材である。本実施の形態では、変性ポリフェニレンエーテルで形成された部材を用いる。
【００５１】
以上のように構成されたセル５０ａについて、以下その動作、作用を説明する。
【００５２】
まず、セル５０ａが複数積層されて締結された状態では、ガスケット配置面１３ａに配置されたガスケット１０は、冷却セパレータ１ａ及びアノードセパレータ３７と接触して圧縮されており、同様に、ガスケット配置面１３ｂに配置されたガスケット１０は、冷却セパレータ１ａ及び枠体３６と接触して圧縮されており、ガスケット配置面１３ｃに配置されたガスケット１０は、アノードセパレータ３７及び枠体３６と接触して圧縮されているため、シール性を確保し、さらに、ガスケット１０から過大な反力が発生することによる構成部材の破壊を防止することができる。
【００５３】
また、冷却セパレータ１ａの外周部分１６よりも内周部分１７に大きな荷重がかかり、外周部分１６が内周部分１７よりも反った状態であるが、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７が接触する主面１２ａにおいて、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間に弾性体１１ａが配置されているため、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７に、弾性体１１ａが圧縮され、かつ、密着状態となり、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間において、冷却セパレータ１ａとアノードセパレータ３７との間に隙間が発生することを防止し、冷却媒体供給マニホールド６から冷却媒体流路溝９に、冷却媒体を安定して供給することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間に弾性体１１ａを配置したが、さらに冷却媒体排出マニホールド７とガスケット１０の間に弾性体１１ａを追加して配置しても良い。また、冷却媒体流路溝９の形状をサーペンタイン形状としたが、ストレート形状や渦巻き形状に形成されても良い。
【００５５】
また、冷却セパレータ１ａには黒鉛粉末と熱硬化性樹脂の混練物を加熱成型して形成された部材を用いたが、これ以外にも、カーボン粉末と熱過疎性樹脂の混練物を加熱成型して形成された部材や、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施し金属材料を使用することができる。
【００５６】
また、ガスケット１０にはフッ素ゴムを用いたが、これ以外にも、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系及びポリアミド系等の熱可塑性エラストマーを使用することができる。
【００５７】
また、弾性体１１ａにはシリコーンゴムを用いたが、これ以外にも、ＥＰＤＭ、フッ素ゴム、ニトリルゴム等を使用することができる。また、電解質膜３１には、水素イオン伝導性を有する、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系高分子電解質膜を用いたが、これ以外にも、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、旭硝子（株）製のＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）など）や各種炭化水素系電解質膜を使用することができる。
【００５８】
また、アノード３２とカソード３３には、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料を主成分とした多孔質部材を用いたが、これ以外にも、アノード３２は、導電性を有し、且つ水素の酸化反応に対する触媒能を有するものであれば使用することができ、カソード３３は導電性を有し、且つ酸素の還元反応に対する触媒能を有するものであれば使用することができる。
【００５９】
また、ガス拡散層３４には、ＰＴＦＥを分散させて構成された部材を用いたが、これ以外にも、導電性基材としては、カーボン微粉末、カーボンクロスなどを使用することができる。
【００６０】
また、撥水性高分子樹脂としては、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等を使用することができる。また、枠体３６には、変性ポリフェニレンエーテルを用いたが、これ以外にも、ポリフェニレンサルファイド等を用いることができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における冷却セパレータの冷却面の基本構成図を示すものである。また、図６は、本発明の実施の形態２における冷却セパレータを用いたセルの構成を示す部分断面図である。図７は、本発明の実施の形態２におけるセルを、複数積層して締結した状態の部分断面図である。図８は、本発明の実施の形態２におけるセルを、複数積層して締結した状態の図７のＢ部拡大図である。
【００６２】
図５及び図６及び図７及び図８において、図１〜４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００６３】
図５に示すように、冷却セパレータ１ｂには、冷却セパレータ１ｂの外周部分１６（網掛け部分）に、燃料ガスを積層方向に通流させる燃料ガス供給マニホールド２及び燃料ガス排出マニホールド３と、酸化剤ガスを積層方向に通流させる酸化剤ガス供給マニホールド４及び酸化剤ガス排出マニホールド５と、冷却媒体を積層方向に通流させるための冷却媒体供給マニホールド６と、冷却媒体排出マニホールド７が形成されている。
【００６４】
また、冷却セパレータ１ｂの内周部分１７（白抜き部分）に、隣接部材と電気的に接続される電極部８と、冷却媒体供給マニホールド６及び冷却媒体排出マニホールド７と連通し、電極部８全体に広がるサーペンタイン形状の冷却媒体流路溝９が形成されている。
【００６５】
また、燃料ガス供給マニホールド２と、燃料ガス排出マニホールド３と、酸化剤ガス供給マニホールド４と、酸化剤ガス排出マニホールド５のそれぞれを囲うように環状のガスケット１０が配置されている。また、冷却媒体供給マニホールド６と、冷却媒体排出マニホールド７と、電極部８と、冷却媒体流路溝９をまとめて囲うように環状のガスケット１０が配置されている。
【００６６】
また、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間には、弾性体１１ｂが設けら
れている。
【００６７】
図６に示すように、セル５０ｂは、カソード３３の方には冷却セパレータ１ｂが配置されている。冷却セパレータ１ｂのガス拡散層３４と接触する主面１２ｂには、酸化剤ガス流路溝４０が形成されている。また、冷却セパレータ１ｂのアノードセパレータ３７と接触する主面１２ａが冷却面であり、図５と同じ構成である。
【００６８】
弾性体１１ｂは、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７が接触する主面１２ａにおいて、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間に配置されている。さらに、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７が確実に接触するために、主面１２ａから弾性体１１ｂの先端までの高さＸが、主面１２ａからガスケット１０の先端までの高さＹよりも大きい状態で配置されている。
【００６９】
図７に示すように、複数積層され締結されたセル５０ｂは、電極部８の接触抵抗を低減するために、電極部８には大きな荷重がかけられており、内周部分１７よりも外周部分１６が反った状態で締結されている。
【００７０】
図８に示すように、弾性体１１ｂは、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間において、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７に確実に圧縮され、かつ、密着状態となっている。
【００７１】
以上のように構成されたセル５０ｂについて、以下その動作、作用を説明する。
【００７２】
まず、セル５０ｂが複数積層されて締結された状態では、ガスケット配置面１３ａに配置されたガスケット１０は、冷却セパレータ１ｂ及びアノードセパレータ３７と接触して圧縮されており、同様に、ガスケット配置面１３ｂに配置されたガスケット１０は、冷却セパレータ１ｂ及び枠体３６と接触して圧縮されており、ガスケット配置面１３ｃに配置されたガスケット１０は、アノードセパレータ３７及び枠体３６と接触して圧縮されているため、シール性を確保し、さらに、ガスケット１０から過大な反力が発生することによる構成部材の破壊を防止することができる。
【００７３】
また、冷却セパレータ１ｂの外周部分１６よりも内周部分１７に大きな荷重がかかり、外周部分１６が内周部分１７よりも反った状態であるが、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７が接触する主面１２ａにおいて、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０との間に、弾性体１１ｂが主面１２ａから弾性体１１ｂの先端までの高さＸが、主面１２ａからガスケット１０の先端までの高さＹよりも大きい状態で配置されている。
【００７４】
そのため、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７に、弾性体１１ｂが確実に圧縮され、かつ、密着状態となり、冷却媒体供給マニホールド６とガスケット１０の間において、冷却セパレータ１ｂとアノードセパレータ３７との間に隙間が発生することを確実に防止し、冷却媒体供給マニホールド６から冷却媒体流路溝９に、冷却媒体をより安定して供給することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池用セパレータは、冷却媒体の安定供給が可能であり、また、本発明にかかる燃料電池スタックは、安定した発電性能の確保が可能であるため、ポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭用コージェネレーションシステム等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ、１ｂ  冷却セパレータ
２  燃料ガス供給マニホールド
３  燃料ガス排出マニホールド
４  酸化剤ガス供給マニホールド
５  酸化剤ガス排出マニホールド
６  冷却媒体供給マニホールド
７  冷却媒体排出マニホールド
８  電極部
９  冷却媒体流路溝
１０  ガスケット
１１ａ、１１ｂ  弾性体
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  主面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  ガスケット配置面
１６  外周部分
１７  内周部分
３１  電解質膜
３２  アノード
３３  カソード
３４  ガス拡散層
３５  電解質膜−電極接合体
３６  枠体
３７  アノードセパレータ
３８  燃料ガス流路溝
４０  酸化剤ガス流路溝
５０ａ、５０ｂ  セル
【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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【図１１】
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【図１２】
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