(57)【要約】【課題】パレータの表面処理膜を発電に寄与する領域にのみ施すことにより、セパレータの生産性を高めつつ、流体流路を構成する凸条又は凹条に形成された表面処理膜の表面性状の検査を、容易に行うことを可能とする。【解決手段】プレス成形品からなる一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｃは、各々、セル１０に組み込まれた状態で発電に寄与する領域Ｅに、複数の凸条２２及び凹条２４が交互に並んだ流体流路１６と、表面処理被膜（グレースケールで示す）とが形成さている。又、表裏面の一方の面側には、複数の凸条２２及び凹条２４に跨って、凸条２２よりも幅広の凸平坦部２６が形成されている。この凸平坦部２６に対して表面処理被膜の表面性状の検査を行うことで、当該検査を凸条２２に対して行うよりも容易となる。セパレータ１８Ａの、凸平坦部２６及び凹筋２８の位置に対応する、他方のセパレータ１８Ｃの位置Ｓには、凸条２２（２４Ｒ）及び凹条２４（２２Ｒ）が配置されていることで、流体の流通性が確保される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数積層されて燃料電池を構成するセルに用いられる、プレス成形品からなる一対のセパレータであって、
平面視で、前記セルに組み込まれた状態で発電に寄与する領域に、複数の凸条及び凹条が交互に並んだ流体流路と、表面処理被膜とが形成され、
一方の面側には、前記凸条の一部が、凸条及び凹条の並ぶピッチ方向に拡幅されることで複数の凸条及び凹条に跨って形成された凸平坦部と、該凸平坦部の周壁に沿って延び前記凹条間をつなぐ凹筋とが形成されて、該凹筋により前記凸条が分断されており、
もう一方の面側には、前記一方の面側の凸平坦部及び凹筋と相補的な形状の凹平坦部及び凸筋が形成されて、該凸筋により前記凹条が分断されており、かつ、
一方のセパレータの、前記凸平坦部及び凹筋の位置に対応する、他方のセパレータの位置には、前記凸条及び凹条が配置されていることを特徴とする燃料電池セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数積層されて燃料電池を構成するセルに用いられるセパレータに関し、特に、プレス成形品からなりセルに組み込まれる一対のセパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、図３（ａ）に示されるように、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、最小単位であるセル（単セル）１０が構成され、なおかつ、図３（ｂ）に示されるように、セル１０が複数枚積層されたスタック１００となることで、必要な電圧が確保されるものである。セル１０のセル構成部材は、膜・電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、流体流路１６（アノード側ガス/カソード側ガス及び冷媒の流体流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８（アノード側/カソード側のセパレータ１８Ａ、１８Ｃ）が夫々配置された構造となっている。又、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）や、流体流路１６が一体成形されたプレス成型品からなるセパレータ１８も広く用いられている。
【０００３】
この流体流路１６が一体成形されたセパレータ１８の場合には、流体流路１６は、複数の凸条及び凹条が交互に並んだ態様に成形され、各凹条にガスが案内される。又、セパレータ１８の外面にも、ガス流路と相補的な複数の凸条及び凹条が交互に並んだ、冷媒の流体流路が形成される。
そして、流体流路１６が一体成形されたセパレータ１８は、アノード側に燃料ガスを、カソード側に酸化剤を各々供給する流体流路としての機能、セルで発電された電気の導電機能、セル内で発生する生成水の排出を行う排水路としての機能、冷媒を供給する冷媒供給路としての機能、セルの外殻としての機能等、様々な役目を担っている。
【０００４】
上記構造を有するセル１０において、セルの構成部材の積層方向視で、ＭＥＡ１２、ガス拡散層１４及び流体流路１６が、セル１０の発電に寄与する領域（図１（ａ）に符号Ｅで示される部分）に設けられている。又、この発電に寄与する領域Ｅは、セル１０の外周端の近傍までは広がっておらず、セル１０の外周端には、各セルにおける、ガス、生成水及び冷媒といった流体の供給排出部であるマニホールド２０（図１（ａ）参照）が設けられている。
そして、セパレータ１８として、上述の如く流体流路が一体成型されたプレス成形品が用いられる場合には、発電効率や安定性を向上させるために、セパレータ１８の全面に、ダイヤモンドライクカーボン等の表面処理膜が施されている。又、表面処理被膜の性状を検査するための検査専用溝が、発電に寄与しない領域（マニホールド２０が設けられた領域）に配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池の構成要素であるセパレータ１８の生産性を高めるべく、本発明者により、表面処理膜を全面ではなく、発電に寄与する領域Ｅにのみ施すことが検討されている。この場合には、発電に寄与する領域Ｅの、流体流路１６を構成する凸条又は凹条の表面において、表面処理被膜の検査を行う必要がある。しかしながら、流体流路１６の凸条及び凹条が並ぶピッチは、その表面に形成された表面処理被膜に対して接触角等の検査を行うことが困難な程度に、細かく設定されていることから（例えば、０．３ｍｍ程度）、この検査を発電に寄与する領域Ｅにおいて如何にして容易に行うか、という問題が生じることとなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、セパレータの表面処理膜を発電に寄与する領域にのみ施すことにより、セパレータの生産性を高めつつ、流体流路を構成する凸条又は凹条に形成された、表面処理膜の検査を容易に行うことを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池セパレータは、複数積層されて燃料電池を構成するセルに用いられる、プレス成形品からなる一対のセパレータであって、平面視で、前記セルに組み込まれた状態で発電に寄与する領域に、複数の凸条及び凹条が交互に並んだ流体流路と、表面処理被膜とが形成され、一方の面側には、前記凸条の一部が、凸条及び凹条の並ぶピッチ方向に拡幅されることで複数の凸条及び凹条に跨って形成された凸平坦部と、該凸平坦部の周壁に沿って延び前記凹条間をつなぐ凹筋とが形成されて、該凹筋により前記凸条が分断されており、もう一方の面側には、前記一方の面側の凸平坦部及び凹筋と相補的な形状の凹平坦部及び凸筋が形成されて、該凸筋により前記凹条が分断されており、かつ、一方のセパレータの、前記凸平坦部及び凹筋の位置に対応する、他方のセパレータの位置には、前記凸条及び凹条が配置されている燃料電池セパレータ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明はこのように構成したので、セパレータの表面処理膜を発電に寄与する領域にのみ施すことにより、セパレータの生産性を高めつつ、流体流路を構成する凸条及び凹条の並ぶピッチ方向に凸条よりも幅広の凸平坦部を形成して、凸平坦部に形成された表面処理膜の検査を行うことで、この検査を凸条に対して行うよりも、容易に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る、燃料電池用セパレータを組み込んだセルの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の符号Ａで示される部分における、一対のセパレータのうちの一方のセパレータの流体流路の形態を、ＭＥＡと、セルの積層状態で隣接するセルに係る、他方のセパレータと共に、立体的に示した分解模式図である。
【図２】図１の（ｂ）の応用例に係る、セパレータの流体流路の形態を、ＭＥＡと、セルの積層状態で隣接するセルに係る、他方のセパレータと共に、立体的に示した分解模式図である。
【図３】（ａ）は、従来の固体高分子型燃料電池の、セル構造の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示された構造を有するセルが複数枚積層された、スタックを示す立体模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分又は相当する部分は同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る燃料電池セパレータ１８は、複数積層されて燃料電池１００を構成するセルに用いられる、プレス成形品からなる一対のセパレータである。
【００１１】
具体的には、図１（ａ）に示されるように、一対のセパレータ１８Ａ（１８Ｃ）は、平面視で、セル１０に組み込まれた状態で発電に寄与する領域Ｅを有している。そして、この発電に寄与する領域Ｅには、符号Ａで示される部分の立体構造を示した図１（ｂ）のごとく、複数の凸条２２及び凹条２４が交互に並んだ流体流路１６と、表面処理被膜（グレースケールで示す）とが形成されている。一方、発電に寄与しない領域には、表面処理被膜は形成されていない。
なお、図１（ｂ）に示されるＭＥＡ１２とセパレータ１８Ａは、同一のセル１０を構成するものであり、セパレータ１８Ｃは、説明の便宜上、燃料電池１００を構成するための積層状態で隣接するセル１０に係るセパレータを図示したものである。よって、一つのセル１０は、ＭＥＡ１２の更に上方に配置された図示しないセパレータ１８Ｃと、ＭＥＡ１２と、セパレータ１８Ａとによって構成されている。
【００１２】
そして、セパレータ１８Ａの一方の面側（図１（ｂ）では表面側）には、複数の凸条２２及び凹条２４に跨って形成された凸平坦部２６と、凸平坦部２６の周壁に沿って延び凹条２４間をつなぐ凹筋２８とが形成されている。又、凹筋３０により凸条２２が分断されている。図中、凹筋２８により分断された凸条を符号２２Ｃで示している。ここで、凸平坦部２６は、凸条２２の一部が、凸条２２及び凹条２４の並ぶピッチ方向（図１（ｂ）の左右方向）に凸条２２よりも拡幅されることで、複数の凸条２２及び凹条２４に跨って形成されたものである。又、この凸平坦部２６が、凸条２２の延長方向の必要な長さ（後述する表面処理皮膜の検査方法を実施するに適した長さ）にわたって形成されている。
又、セパレータ１８Ａのもう一方の面側（図１（ｂ）では裏面側）には、一方の面側の凸平坦部２６及び凹筋２８と相補的な形状の凹平坦部２６Ｒ及び凸筋２８Ｒが形成されて、凸筋２８Ｒにより、もう一方の面側の凹条２２Ｒが分断されている。図中、凸筋２８Ｒにより分断された凹条を符号２２ＲＣで示している。
【００１３】
そして、一方のセパレータ１８Ａの、凸平坦部２６及び凹筋２８の位置に対応する、他方のセパレータ１８Ｃの位置Ｓ（一点鎖線で示す）には、凸条２２（２４Ｒ）及び凹条２４（２２Ｒ）のみが配置されている。なお、セパレータ１８Ｃについても、図１（ａ）で抜粋した位置Ａとは異なる位置に、一方のセパレータ１８Ａと同様の凸平坦部２６及び凹筋２８が形成されているが、図示は省略する。又、凸平坦部２６（及びこれに付随する凹筋２８）は、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｃの各々の、少なくとも一か所に設けられている。
【００１４】
なお、図１（ｂ）の例では、セパレータ１８Ａ（１８Ｃ）の表面側がＭＥＡ１２と対面するように配置されていることから、一方の面側（図１（ｂ）では表面側）の凹条２４にはガスが流れ、もう一方の側面（図１（ｂ）では裏面側）の凹条２２Ｒには冷媒が流れるものである。すなわち、一方のセパレータ１８Ａの裏面側の凹条２２Ｒ及び凸条２４Ｒと、他方のセパレータ１８Ｃの裏面側の凹条２２Ｒ及び凸条２４Ｒとが組み合わさって、クーラントの流路が形成される。
これは、ＭＥＡ１２に対面する側の面（上面）における表面処理膜の表面性状が、発電効率の点でより重要であることから、表面処理被膜の検査面として使用される凸平坦部２６を、ＭＥＡ１２に対面する側の面に配置したことによるものである。しかしながら、必要に応じてセパレータ１８Ａ、１８Ｃを、各々裏返して使用することとしても良い。
【００１５】
凸条２２及び凹条２４の並ぶピッチが、例えば０．３ｍｍ程度であるとき、凸平坦部２６の大きさの具体例としては、表面処理被膜の検査方法としていわゆる「エリプソ」を採用する場合には、平面視で１ｍｍ×１ｍｍ程度を確保することが望ましい。又、検査方法として、いわゆる「接触角」を採用する場合には、平面視で２ｍｍ×２ｍｍ程度を確保することが望ましい。又、凸平坦部２６の寸法や形状は、適宜、検査方法やセパレータ１８のプレス成形上の要請に応じて選択されるものであり、例えば、φ１ｍｍ〜φ２ｍｍの円形であっても良く、１ｍｍ×２ｍｍの長方形であっても良い。又、流体の流通性も考慮した上で、凸平坦部２６の大きさや形状が選択されるものである。なお、凸平坦部２６の周壁に沿って延び凹条２４間をつなぐ凹筋２８の幅は、凹条２４と同程度（例えば０．３ｍｍ）とする。
又、図２には、図１（ｂ）の応用例に係るセパレータ１８Ａが示されている。両者の相違点は、図１（ｂ）の例では、凸平坦部２６の全周のうちの一部に凹筋２８が形成されているのに対し、図２の例では、凸平坦部２６の全周に渡り凹筋２８が形成されている点にある。このように、凸平坦部２６及び凹筋２８の形態を、適宜変更しても良い。
更に、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｃの複数の凸条２２及び凹条２４は、平面視で蛇行するようにして交互に並んだ、いわゆるウェーブ構造をなすものであっても良い。
【００１６】
さて、上記構成を有する本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
本発明の実施の形態によれば、プレス成形品からなる一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｃは、各々、セル１０に組み込まれた状態で発電に寄与する領域Ｅに、複数の凸条２２及び凹条２４が交互に並んだ流体流路１６と、表面処理被膜（グレースケールで示す）とが形成され、表裏両面の複数の凹条２４（２２Ｒ）が、各々、流体流路として機能するものである。又、表裏面の一方の面側には、複数の凸条２２及び凹条２４に跨って、凸平坦部２６が形成されている。この凸平坦部２６は、凸条２２の一部が、凸条２２及び凹条２４の並ぶピッチ方向に凸条２２よりも拡幅され、かつ、凸条２２の延長方向の必要な長さにわたって形成されている。そして、凸平坦部２６は、エリプソや接触角といった面処理被膜の検査方法を実施するに適した部分となる。このため、発電に寄与しない領域に、表面処理被膜の形成範囲を広げることなく、発電に寄与する領域Ｅに形成された表面処理被膜の表面性状を検査するに際し、凸平坦部２６に対して表面処理膜の検査を実施することで、凸条２２に対して表面処理膜の検査を行うよりも、当該検査が容易となる。
【００１７】
一方、凸平坦部２６は複数の凸条２２及び凹条２４に跨って形成され、凸平坦部２６の周壁に沿って延び凹条２２間をつなぐ凹筋２８が形成されて、凹筋２８により凸条２２が分断されている。そして、もう一方の面側には、一方の面側の凸平坦部２６及び凹筋２８と相補的な形状の凹平坦部２６Ｒ及び凸筋２８Ｒが形成されて、凸筋２８Ｒにより凹条２２Ｒが分断されている。このため、表裏面の一方の面側に関しては、凸平坦部２６を凹筋２８によって迂回するようにして、凹条２２における流体の流通性が確保されるが、もう一方の面側では、凸筋２８Ｒにより凹状２２Ｒが分断され、凹条２２Ｒにおける流体の流通性が阻害される。
【００１８】
しかしながら、一対のセパレータの一方、図示の例ではセパレータ１８Ａの、凸平坦部２６及び凹筋２８の位置に対応する、他方のセパレータ１８Ｃの位置Ｓには、凸条２２（２４Ｒ）及び凹条２４（２２Ｒ）が配置されている。このため、セル１０が複数積層されて燃料電池１００（図３（ｂ）参照）が構成された状態では、積層方向に隣接する別々のセルに係る、セパレータ１８Ａの一方の面側の凸平坦部２６及び凹筋２８と相補的な形状の凹平坦部２６Ｒ及び凸筋２８Ｒと、これに隣接する他方のセパレータ１８Ｃの凸条２４Ｒ及び凹条２２Ｒとが、セル１０の積層方向に対面することとなる。
【００１９】
すなわち、セル１０の積層方向視で、一対のセパレータの一方、図示の例ではセパレータ１８Ａに形成された凸平坦部２６と、他方のセパレータ１８Ｃの、一方のセパレータ１８Ａの凸平坦部２６に対応する位置Ｓとで、流体流路形状が異なっている。このため、一方のセパレータ１８Ａにおいて凸筋２８Ｒにより凹状２２Ｒが分断され、凹条２２Ｒにおける流体の流通性が阻害された位置においても、これと隣接する他方のセパレータ１８Ｃの凹条２２Ｒに流体の流通路が迂回し、かかる位置における流体の流通性が確保されることとなる。
【００２０】
このため、セパレータ１８の発電に寄与する領域Ｅに平坦部２６を配置することに起因して、流体の流通性が阻害されることもなく、発電効率が低下することもない。よって、本発明の実施の形態によれば、セパレータ１８の表面処理膜の検査を、発電に寄与する領域Ｅで行うことを容易とし、発電に寄与する領域Ｅにのみ表面処理を行うことで、セパレータ１８の生産性の向上に寄与することが可能となるものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０：セル、  １２：ＭＥＡ、  １６：流体流路、  １８、１８Ａ、１８Ｃ：セパレータ、  ２２、２４Ｒ：凸条、  ２４、２２Ｒ：凹条、  ２６：凸平坦部、  ２６Ｒ：凹平坦部、  ２８：凹筋、  ２８Ｒ：凸筋、  Ｓ：一方のセパレータの凸平坦部及び凹筋の位置に対応する他方のセパレータの位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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