(57)【要約】【課題】  燃料電池における反応ガス供給のための流路を有する燃料電池用セパレータを提供するに際し、流路の小サイズ化を通して燃料電池の小型化を進める。【解決手段】  セパレータ１５０は、平板状の第１プレート１５１と第２プレート１５５とを備え、各プレートのプレート面に流路形成のための酸素流路用リブ１６０と水素流路用リブ１７０を備え、プレート間には冷媒流路用リブ１６２を備える。これら各リブは、ダイスＤを用いた金属の冷間引き抜き手法にて十字形状の断面で形成される。このリブの間が酸素流路ＯＲや水素流路ＨＲ、冷媒流路ＲＲとなり、各リブは、冷間引き抜き手法の特性上、約１００〜１０００μｍ程度のリブピッチＰとリブ高さｈとなり、各流路寸法は小さくなる。【選択図】図１
2009043453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層して用いられ、前記燃料電池セルと積層された状態で前記電極に反応ガスを供給する流路を形成する燃料電池用セパレータであって、
プレートを備え、
該プレートにおける前記燃料電池セルと積層される側のセル対向面に、ダイスを用いた伸線加工を経て形成された金属ワイヤを多列に固定して備え、該固定された多列の金属ワイヤ間の間隙を、前記流路とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記金属ワイヤは、前記流路に水が存在した場合の該水を毛細管現象により前記金属ワイヤの側に捕捉する窪みを有する断面形状とされている請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池用セパレータであって、
前記プレートに対向する対向プレートを備え、該対向プレートと前記プレートとの間に、ダイスを用いた伸線加工を経て形成された金属ワイヤを多列に固定して備え、該固定された多列の金属ワイヤ間の間隙を、前記対向プレートと前記プレートとの間における冷却媒体の流路とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層して用いられる燃料電池用セパレータの製造方法であって、
プレートを準備し、
該プレートの一方の面に、ダイスを用いた伸線加工により金属ワイヤを形成しつつ、該金属ワイヤを前記プレートの表面に導電性の接着剤を介して固定して前記金属ワイヤからなる凸条を形成し、該凸条を前記プレートの表面に多列に形成する燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記伸線加工としての金属の冷間引き抜きにより前記金属ワイヤを形成する請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法
【請求項６】
電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルと、該燃料電池セルと積層された状態で前記電極に反応ガスを供給する流路を形成する燃料電池用セパレータとを交互に複数積層した燃料電池であって、
前記燃料電池用セパレータは、請求項１ないし請求項３に記載の燃料電池用セパレータまたは請求項４に記載の方法で製造された燃料電池用セパレータである燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層した状態で電極に反応ガスを供給する流路を形成する燃料電池用セパレータとその製造方法および燃料電池用セパレータを有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、膜電極接合体を発電単位とする燃料電池セルを備え、膜電極接合体のそれぞれの電極に反応ガスを供給するための流路を燃料電池用セパレータで形成する。燃料電池セルは水素と酸素の電気化学的反応を経て発電することから、カソード側では水が生成される。この生成水がカソードへのガス供給流路に留まると流路閉塞に伴ういわゆるフラッディングが起きることから、生成水排水のための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２３８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２４９２４６号公報
【特許文献３】特開２００５−３１０５８６号公報
【０００４】
これら特許文献では、ガス供給流路に当該流路とは別に生成水排水の溝や凹所を別途形成し、毛細管現象により水（生成水）をこれら溝や凹所に捕捉した上で、外部に水を排出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セパレータのガス流路は、毛細管現象を利用して水を捕捉可能な溝や凹所の形成対象であるために、むやみに小サイズかすることができないのが実情である。つまり、ガス流路の小サイズ化は燃料電池のセル積層方向の小サイズ化、小型化に寄与するが、上記従来の技術ではガス流路の寸法確保の上から燃料電池の小型化の余地が残されたままである。
【０００６】
本発明は、燃料電池における反応ガス供給のための流路を有する燃料電池用セパレータを提供するに際し、流路の小サイズ化を通して燃料電池の小型化を進めることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用１：燃料電池用セパレータ]
電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層して用いられ、前記燃料電池セルと積層された状態で前記電極に反応ガスを供給する流路を形成する燃料電池用セパレータであって、
プレートを備え、
該プレートにおける前記燃料電池セルと積層される側のセル対向面に、ダイスを用いた伸線加工を経て形成された金属ワイヤを多列に固定して備え、該固定された多列の金属ワイヤ間の間隙を、前記流路とする
ことを要旨とする。
【０００９】
[適用２：燃料電池用セパレータの製造方法]
電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層して用いられる燃料電池用セパレータの製造方法であって、
プレートを準備し、
該プレートの一方の面に、ダイスを用いた伸線加工により金属ワイヤを形成しつつ該金属ワイヤを前記プレートの表面に固定して前記金属ワイヤからなる凸条を形成し、該凸条を前記プレートの表面に多列に形成する
ことを要旨とする。
【００１０】
上記した燃料電池用セパレータは、反応ガスを供給するための流路を、ダイスを用いた伸線加工を経て多列に形成された金属ワイヤ間の間隙とする。こうした伸線加工、例えば、金属の冷間引き抜きでは、その加工特性上、ダイスの開口形状に倣った断面形状を有する金属ワイヤを細緻な間隔、例えば１００〜１０００μｍピッチで正確かつ簡便に多列に形成できる。しかも、流路の高さとなる金属ワイヤの厚み（高さ）についても、上記した１００〜１０００μｍ程度とすることができる。このため、多列に形成された金属ワイヤ間の間隔と金属ワイヤの厚み（高さ）で定まる流路を小サイズ化して、燃料電池をセル積層方向において小サイズ、小型化することができる。
【００１１】
また、上記したように金属ワイヤの断面形状を、ダイスの開口形状に倣った断面形状とできることから、次のような利点がある。
【００１２】
反応ガスの流路に、毛細管現象を利用して水を捕捉する溝や凹所を形成することは、外部への排水の点から望まれているが、こうした溝や凹所は、毛細管現象を利用している都合上、寸法上細緻さが求められる。切削加工にて細緻寸法の溝や凹所を形成するには、機械装置の側での精密駆動機構を必要としたり、工程管理が煩雑となることが指摘されるに至った。また、プレス加工では細緻な寸法の溝・凹所の形成に限界があり、毛細管現象を利用して水を捕捉可能な溝や凹所をプレス加工にて形成することは現実的でない。この他、フォトレジスト法を用いたエッチングでは、レジストの印刷、エッチング溶液によるエッチング等といった多様な工程が必要となり工程管理の複雑化を招くことも指摘されるに至った。
【００１３】
しかしながら、上記した構成のセパレータを用いた燃料電池、即ち、ダイスを用いた伸線加工を経て多列に形成された金属ワイヤ間の間隙を流路とする燃料電池では、金属ワイヤの断面形状をダイスの開口形状に倣った断面形状とできるので、ダイスの開口形状を、金属ワイヤに窪みを形成する形状とすれば、その窪みに、流路に存在する水を毛細管現象により捕捉できる。そして、こうした窪みは、上記した流路寸法よりも当然に小さくなるので、金属ワイヤ間の流路において、毛細管現象により水を捕捉するための窪みを細緻寸法で容易に形成できる。例えば、流路寸法が上記した１００〜１０００μｍ程度の小サイズな流路であっても、窪みについては、これより細緻な３０〜５００μｍ程度に容易にできる。そして、この３０〜５００μｍ程度の窪み（好ましくは３０〜１００μｍ）は、毛細管現象による水の捕捉を高い実効性で実現できる。このことは、水による流路の閉塞を高い実効性で回避できることと同義であるので、流路閉塞に伴う圧力損失を緩和でき、ガス供給の信頼性を高めることができる。
【００１４】
しかも、細緻寸法の窪みを金属ワイヤに沿って連続させるので、窪みに捕捉した水を容易に連続させることができる。この結果、窪みに捕捉済みの水を、金属ワイヤ間の流路を反応ガスが通過する間に生じる力（ガス流に基づく力）によって流路に沿って流すことができるので、流路における排水性を高めることができる。例えば、燃料電池を低負荷で長時間運転するような場合には、反応ガスの流速は遅くなるのでガス流に基づく力は小さくなり、捕捉済みの水は水滴或いは水膜と成りやすく、小さな力での排水は困難となって水詰まりが起きやすいが、上記した窪みでは水滴や水膜は合体して水が連続することから、小さな力によっても容易に排水できる。このことは、燃料電池の発電能力維持の上から有益である。
【００１５】
上記した燃料電池用セパレータは、次のような態様とすることができる。例えば、上記した多列の金属ワイヤにて流路を形成したプレートとした上で、当該プレートに対向する対向プレートを備え、該対向プレートと前記プレートとの間に、ダイスを用いた伸線加工を経て形成された金属ワイヤを多列に固定して備え、該固定された多列の金属ワイヤ間の間隙を、前記対向プレートと前記プレートとの間における冷却媒体の流路とする。こうすれば、媒体流路の小サイズ化に伴う流路表面積の増大により、高い冷却能力を発揮できる。しかも、ダイス形状を異形形状とすれば、流路表面積はより一層の増大により冷却能力を高めることができる。
【００１６】
本発明は、上記した燃料電池用セパレータを電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルに積層した燃料電池としても適用できる。つまり、この燃料電池は、電解質膜の両側に電極を接合して備える燃料電池セルの電極に、金属ワイヤ間をガス流路とした燃料電池用セパレータから反応ガスを供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の構成を概略的に示す説明図、図２は燃料電池１０に用いるセパレータに形成した酸素流路用リブ１６０の様子を一部拡大して示す説明図である。
【００１８】
図に示すように、本実施例の燃料電池１０は、燃料電池セル１００をセパレータ１５０を介在させて複数積層させたスタック構造を有する。この場合、燃料電池１０における燃料電池セル１００の積層数は、燃料電池１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。なお、燃料電池１０は、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を、それぞれの燃料電池セル１００に分配して供給するためのマニホールドやセル積層方向に沿った流路を有するが、これらは本発明の要旨と直接関係しないので、その図示並びに説明は省略する。
【００１９】
燃料電池セル１００は、プロトン伝導性を有する電解質膜１１２の両面の電極１１４、１１６を接合させた膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１０と、各電極に反応ガスを拡散供給するガス拡散層１２０、１２２とを接合固定して備え、一方の電極をアノードとし他方の電極をカソードとして、この膜電極接合体１１０を発電単位としている。電解質膜１１２は、種々のものが採用でき、固体高分子膜や、電解質として固体酸化物等を用いた電解質膜とすることができる。ガス拡散層１２０、１２２は、それぞれが接合する電極１１４、１１６に反応ガス（カソードでは空気、アノードでは水素ガス）を拡散させつつ受け渡す。ガス拡散層１２０、１２２は、金属メッシュ、カーボンペーパ等の多孔質材料から形成され、セパレータ１５０を経て供給された反応ガスを電極１１４、１１６にそれぞれ拡散させつつ供給する。本実施例では、説明の便宜上、電極１１４とこれに接合したガス拡散層１２０の側をアノードとし、電極１１６とガス拡散層１２２の側をカソードとする。
【００２０】
上記した燃料電池セル１００とその両側において接合して積層されるセパレータ１５０は、平板状の第１プレート１５１と第２プレート１５５とを備え、各プレートのプレート面に流路形成のためのリブを備える。つまり、電極１１６とガス拡散層１２２のカソードの側には、第１プレート１５１表面に酸素流路用リブ１６０を備え、電極１１４とガス拡散層１２０のアノードの側には、第２プレート１５５表面に水素流路用リブ１７０を備え、第１プレート１５１裏面（第１、第２のプレート間）に冷媒流路用リブ１６２を備え、これら各リブを導電性の接着剤層Ｓにてプレート表面に接着固定している。これら各リブは、ダイスを用いた金属の冷間引き抜き手法にて形成され、その断面形状は、図示するように十字形状とされ、酸素流路用リブ１６０にあってはカソードの側のガス拡散層１２２に当接し、水素流路用リブ１７０はアノードの側のガス拡散層１２０に当接している。本実施例では、第１プレート１５１や第２プレート１５５を耐久性・加工性の観点からステンレス鋼のプレートとし、酸素流路用リブ１６０等の各リブについても、耐久性に優れるステンレス線材から形成した。そして、第１プレート１５１や第２プレート１５５については、その厚みを１００〜２００μｍとし、酸素流路用リブ１６０等の各リブのリブピッチＰとリブ高さｈを、約１００〜１０００μｍの寸法とした。
【００２１】
セパレータ１５０は、隣り合う酸素流路用リブ１６０の間を酸素流路ＯＲとし、隣り合う冷媒流路用リブ１６２の間を冷媒流路ＲＲとし、隣り合う水素流路用リブ１７０の間を水素流路ＨＲとする。これら流路は、各リブの上記したリブピッチＰとリブ高さｈで定まる流路面積となる。
【００２２】
セパレータ１５０は、これら流路へのガス・冷媒の導入・排出のための孔を有する。つまり、図２に示すように、セパレータ１５０は、酸素流路用リブ１６０等の各リブの一方端側に、空気導入孔１５２ｉと水素ガス導入孔１５３ｉ、冷媒導入孔１５４ｉを備え、他方端側に空気排出孔１５２ｏと水素ガス排出孔１５３ｏ、冷媒排出孔１５４ｏを備え、セパレータ１５０の酸素流路ＯＲ等の流路には、燃料電池１０が有する既述したガス・冷媒の流路から酸素、水素ガス、冷却媒体が個別に流れ込む。そして、セパレータ１５０は、空気導入孔１５２ｉを通過する酸素を酸素流路用リブ１６０間の酸素流路ＯＲを経てカソードのガス拡散層１２２に供給し、水素ガス導入孔１５３ｉを通過する水素ガスを水素流路用リブ１７０の間の水素流路ＨＲを経てアノードのガス拡散層１２０に供給し、冷媒導入孔１５４ｉを通過する水等の冷却媒体を冷媒流路用リブ１６２間の冷媒流路ＲＲを通過させる。燃料電池１０のそれぞれの燃料電池セル１００は、上記のようにセパレータ１５０からカソード・アノードに供給された空気中の酸素と水素ガス中の水素を膜電極接合体１１０にて電極反応に供し、発電し、燃料電池１０は、これらセルの発電電力を集電して外部に出力する。なお、セパレータ１５０は、余剰の空気や水素ガスの他、発電に伴う生成水や冷媒を、空気排出孔１５２ｏ、水素ガス排出孔１５３ｏ、冷媒排出孔１５４ｏを経て外部に排出する。
【００２３】
次に、上記した構成を有する本実施例の燃料電池１０の製造手順について説明する。図３は燃料電池１０の製造手順を示す手順図である。燃料電池１０を製造するに当たっては、セパレータ１５０と燃料電池セル１００とを順次、或いは並行して作成もしくは準備した上で、燃料電池セル１００と１５０とを積層する。このため、本実施例では、まず、セパレータ１５０の作成のために第１プレート１５１と第２プレート１５５を準備する（ステップＳ１００）。このプレート準備に当たっては、ステンレス鋼板にロールプレス・パンチプレスを施して、上記した５０〜２００μｍの厚みに延伸しつつ、図２に示すような外形形状打ち抜きと空気導入孔１５２ｉ等の孔打ち抜きがなされる。或いは、外形および孔が既に打ち抜き済みのプレートを第１プレート１５１、１５５として準備する。
【００２４】
プレート準備に続くステップＳ１１０〜１２０では、第１プレート１５１についてはその両面に、第２プレート１５５については片面に、金属ワイヤにて酸素流路用リブ１６０、冷媒流路用リブ１６２および水素流路用リブ１７０を形成する。この両ステップは、図示するように順次実行できるほか、この逆の順で或いは並行して実行できる。図４は第１プレート１５１の一面にダイスＤを用いた金属の冷間引き抜き手法により酸素流路用リブ１６０を形成する様子を模式的に示す説明図である。この図４および図２に示すように、第１プレート１５１を図示しない冷間引き抜き装置にセットし、ダイスＤにおけるダイスホールＤＨからのステンレス線材の冷間引き抜きされた金属ラインを、第１プレート１５１におけるプレート一端側から他端側に掛けて延びた列状の接着剤層Ｓに重なるようにして列状に形成する。本実施例では、図４に示すように、ダイスホールＤＨを十字状の開口形状としたので、冷間引き抜きされた金属ラインは、ダイスホールＤＨの開口形状に倣った十字状の断面となり、当該断面における下端側平坦部が列状の接着剤層Ｓに接するよう、形成される。
【００２５】
そして、接着剤層Ｓの硬化処理、例えば加熱・冷却等を経て、この接着剤層Ｓにより金属ラインを接着・固定して当該金属ラインを酸素流路用リブ１６０とし、この酸素流路用リブ１６０を、既述したリブピッチＰとリブ高さｈで第１プレート１５１の表面に多列に形成する。第１プレート１５１では、プレート裏面についても、冷媒流路用リブ１６２を上記と同一手法で多列に形成する。ステップＳ１２０では、第２プレート１５５の一方の表面に、水素流路用リブ１７０を上記と同一の手法で多列に形成する。
【００２６】
接着剤層Ｓは、図４に示すように、接着剤（導電性接着剤）を多列状に予め塗布しておくようにできるほか、ダイスＤから冷間引き抜きされる金属ラインの接着面に接着剤（導電性接着剤）を塗布するようにすることもできる。本実施例では、接着剤層Ｓの伝熱性・導電性並びに耐食性を担保するため、市販の導電性エポキシ系接着剤に金粉末をさらなる導電性フィラーとして混入させた導電性接着剤を用いた。
【００２７】
続くステップ１３０では、既述したように酸素流路用リブ１６０と冷媒流路用リブ１６２が形成済みの第１プレート１５１と、水素流路用リブ１７０が形成済みの第２プレート１５５とを、冷媒流路用リブ１６２が両プレートで挟持されるように接合させ、接着剤にて固定する。これにより、セパレータ１５０が得られる。なお、このステップＳ１３０での接着に用いる接着剤とステップＳ１２０での冷媒流路用リブ１６２の形成に用いる接着剤は、必ずしも導電性接着剤とする必要はないが、取り扱い・管理の簡便化から、本実施例では上記した導電性接着剤を用いた。
【００２８】
続くステップ１４０では、膜電極接合体１１０の両側にガス拡散層１２０とガス拡散層１２２と接合形成済みの燃料電池セル１００とステップ１３０にて得られたセパレータ１５０とを、所定数積層して燃料電池スタックとし、この燃料電池スタックの両端に集電板およびエンドプレートとを配置した上で、燃料電池スタックをセル積層方向に沿って締結し（ステップＳ１５０）、燃料電池１０を得る。
【００２９】
以上説明したように、本実施例では、燃料電池セル１００とセパレータ１５０を積層した燃料電池セル１００を複数積層して燃料電池１０とするに当たり、それぞれの燃料電池セル１００におけるカソードおよびアノードに反応ガスである空気と水素ガスを供給するための流路（酸素流路ＯＲと水素流路ＨＲ）をセパレータ１５０にて形成する。そして、セパレータ１５０は、カソード側およびアノード側において、第１プレート１５１の表面にはダイスＤを利用した金属ワイヤからなる酸素流路用リブ１６０を多列に備え、第２プレート１５５の表面に同じく金属ワイヤからなる水素流路用リブ１７０を多列に備え、列状の酸素流路用リブ１６０の間隙を酸素流路ＯＲとし、水素流路用リブ１７０の間隙を水素流路ＨＲとする。
【００３０】
これら酸素流路用リブ１６０と水素流路用リブ１７０は、ダイスＤを用いた金属の冷間引き抜き手法を経ていることから、その加工特性上、ダイスＤのダイスホールＤＨの開口形状に倣った十字形状の断面形状を備えると共に、１００〜１０００μｍ程度という細緻なリブピッチＰとリブ高さｈで正確かつ簡便に酸素流路用リブ１６０と水素流路用リブ１７０を多列に形成できる。そして、酸素流路ＯＲと水素流路ＨＲのサイズは、多列に形成された上記のリブのリブピッチＰと各リブのリブ高さｈで定まることから、本実施例では酸素流路ＯＲと水素流路ＨＲを上記した程度まで小サイズ化できる。この結果、本実施例のセパレータ１５０を有する燃料電池１０では、燃料電池セル１００のセル積層方向における小サイズにより電池の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、本実施例では、既述したように酸素流路用リブ１６０と水素流路用リブ１７０とを、断面形状が十字状のリブとしたので、次のような利点がある。図５は十字断面の酸素流路用リブ１６０を用いることによる水の捕捉・排出の様子を模式的に示す説明図である。なお、図において、第１プレート１５１についてはこれを透視して酸素流路用リブ１６０を描画した。
【００３２】
図示するように、酸素流路用リブ１６０はその断面が十字形状であることから、カソード電極面、詳しくはカソードを構成するガス拡散層１２２の表面の側と、第１プレート１５１の表面の側とに、窪み１６１を２箇所ずつ形成する。この窪み１６１は、ガス拡散層１２２側では拡散層表面とリブ表面で３方が囲まれ、第１プレート１５１の側ではプレート表面とリブ表面で３方が囲まれる。酸素流路用リブ１６０は、それ自体が上記した１００〜１０００μｍ程度であることから、窪み１６１は、その寸法がリブ寸法より更に小さく、５０〜５００μｍ程度の細緻な寸法となる。そして、窪み１６１は、こうした細緻な寸法で酸素流路用リブ１６０に沿って連続することになる。
【００３３】
カソード表面、詳しくはガス拡散層１２２の表面には、酸素と水素の電気化学反応により生じた生成水が微細な水滴もしくは水膜の状態で存在するが、これら水滴・水膜は、窪み１６１が上記した細緻寸法であることから、図５に示すように、毛細管現象により容易にかつ確実に窪み１６１に捕捉されて当該窪みにて集合・合体し、この窪み１６１に沿って容易に連続する。こうした窪み１６１への水の捕捉により、酸素流路ＯＲの流路面積を窪み１６１を除く範囲に確保できるので、水による流路閉塞を回避して、空気供給の信頼性を高めることができる。また、上記した水の捕捉が起きた状態で、空気は、窪み１６１を除く範囲の酸素流路ＯＲを確実に通過するので、窪み１６１に捕捉済みの水は、この空気の流れにより酸素流路用リブ１６０に沿って流れる。この場合、水は窪み１６１において上記したように連続していることから、窪み１６１に捕捉済みの水を、僅かな空気の流れによっても酸素流路用リブ１６０に沿って容易かつ確実に流してセル外部に排出することができる。よって、水による流路閉塞に伴う燃料電池１０の発電性能低下を高い実効性で抑制して、発電性能維持もしくは向上を図ることができる。より具体的に説明すると、燃料電池１０が低負荷で長時間運転しているような場合には、空気の供給量は少なくその流速も遅くなるが、こうした状況下であっても、窪み１６１に捕捉済みの水を容易かつ確実にセル外に排水できることから、燃料電池１０の発電能力を確実に維持できる。上記した排水性は、アノードの側においても、水素流路用リブ１７０により発揮される。
【００３４】
そして、本実施例では、水の高い排水性を備えたセパレータ１５０、延いてはこれを有する燃料電池セル１００や燃料電池１０を、容易に製造できる。
【００３５】
上記した実施例の酸素流路用リブ１６０は、窪み１６１をカソードの表面側、詳しくはガス拡散層１２２の表面にも形成して、当該拡散層表面において水を捕捉する。よって、水捕捉済みの窪み１６１の範囲において、拡散層表面は水で塞がれて当該表面からの空気の入り込みは起きない。しかしながら、窪み１６１の寸法はリブ間の酸素流路ＯＲの寸法に比して小さいので、水捕捉済みの窪み１６１を除いた範囲を十分確保でき、当該範囲においてガス拡散層１２２への空気の入り込みが起きることから、特段の支障はない。
【００３６】
また、本実施例では、第１プレート１５１と第２プレート１５５との間にダイスＤを用いた冷間引き抜き手法により冷媒流路用リブ１６２を形成し、リブ間の間隙を冷媒流路ＲＲとした。この冷媒流路ＲＲにあっても、既述したような小サイズ化される。このため、冷媒流路ＲＲの小サイズ化に伴い燃料電池１０の小型化を進めることができる。
【００３７】
しかも、冷媒流路ＲＲの小サイズ化と共に、当該流路形成のための水素流路用リブ１７０を十字形状の断面のリブとしたので、冷媒流路ＲＲの流路表面積を増大させることができる。このため、本実施例のセパレータ１５０を用いることで、冷却能力を容易に高めることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、セパレータ１５０の第１プレート１５１や第２プレート１５５に形成する酸素流路用リブ１６０等の金属ライン製のリブは、その断面が十字形状に限られるわけではなく、種々設定できる。図６は変形例の酸素流路用リブ１６０と水捕捉の様子とを説明する説明図である。
【００３９】
図示するように、酸素流路用リブ１６０は、種々の断面形状とでき、図６（Ａ）に示すような台形断面形状の他、図６（Ｂ）に示すＨ状断面形状、図６（Ｃ）に示すＴ字状断面形状、図６（Ｄ）に示す円形断面形状とすることができる。図６（Ａ）に示す台形断面形状の酸素流路用リブ１６０Ａは、台形底辺側にてカソードに接合することで、台形頂上側に第１プレート１５１の表面と台形斜辺でＶ字状に囲まれた窪み１６１Ａを形成し、当該窪みに毛細管現象により水を捕捉してセル外に排水する。この窪み１６１Ａは、カソード表面から離れているので、カソード表面、詳しくはガス拡散層１２２の表面から水を離すことができることから、ガス拡散層１２２への空気の入り込みを阻害しないようにできる。
【００４０】
図６（Ｂ）に示すＨ状断面形状の酸素流路用リブ１６０Ｂは、図示するようにカソードに接合することで、リブにて３方が囲まれた窪み（凹所）１６１Ｂを形成し、当該窪みに毛細管現象により水を捕捉してセル外に排水する。この窪み１６１Ｂにあってもカソード表面から離れているので、ガス拡散層１２２への空気の入り込みを阻害しないようにできる。図６（Ｃ）に示すＴ字状断面形状の酸素流路用リブ１６０Ｃは、図示するようにカソードに接合することで、第１プレート１５１の表面とリブにて３方が囲まれた窪み１６１Ｃをカソードから離して形成し、当該窪みに毛細管現象により水を捕捉してセル外に排水する。この窪み１６１Ｃにあってもカソード表面から離れているので、ガス拡散層１２２への空気の入り込みを阻害しないようにできる。図６（Ｄ）に示す円形断面形状の酸素流路用リブ１６０Ｄは、図示するようにカソードに接合することで、カソード側と第１プレート１５１の側に窪み１６１Ｄを形成し、当該窪みに毛細管現象により水を捕捉してセル外に排水する。この酸素流路用リブ１６０Ｄは、上記実施例の酸素流路用リブ１６０と同様に窪み１６１Ｄをガス拡散層１２２の表面に形成するが、既述したようにガス拡散層１２２への空気の入り込みについて特段の支障はない。
【００４１】
図６に示した形状以外の酸素流路用リブ１６０とできる他、図６（Ａ）と図６（Ｃ）に示す酸素流路用リブ１６０Ａと酸素流路用リブ１６０Ｃを、図示する形状を逆さにしたリブとすることもできる。また、同一形状の酸素流路用リブを多列に有する他、異なる形状の酸素流路用リブ、例えば図１に示す十字断面形状の酸素流路用リブ１６０と図６（Ｂ）に示すＨ状断面形状の酸素流路用リブ１６０Ｂとを交互に並べて多列に備えるセパレータ１５０とすることもできる。
【００４２】
また、図４に示すようにダイスＤを用いた冷間引き抜き手法による酸素流路用リブ１６０の形成に際して、リブ表面と第１プレート１５１の表面に金コートを行うようにすることもできる。こうすれば、リブとプレートとの接合箇所における導電性が高まり好ましい。更に、接着剤層Ｓにて酸素流路用リブ１６０や水素流路用リブ１７０等を接着固定したセパレータ１５０をその全体においてカーボンコートすれば、接着剤層Ｓの導電性フィラーの保護、耐食性確保の点から好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１０の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】燃料電池１０に用いるセパレータに形成した酸素流路用リブ１６０の様子を一部拡大して示す説明図である。
【図３】燃料電池１０の製造手順を示す手順図である。
【図４】第１プレート１５１の一面にダイスＤを用いた金属の冷間引き抜き手法により酸素流路用リブ１６０を形成する様子を模式的に示す説明図である。
【図５】十字断面の酸素流路用リブ１６０を用いることによる水の捕捉・排出の様子を模式的に示す説明図である。
【図６】変形例の酸素流路用リブ１６０と水捕捉の様子とを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…燃料電池
１００…燃料電池セル
１１０…膜電極接合体
１１２…電解質膜
１１４…電極
１１６…電極
１２０…ガス拡散層
１２２…ガス拡散層
１５０…セパレータ
１５１…第１プレート
１５２ｉ…空気導入孔
１５２ｏ…空気排出孔
１５３ｉ…水素ガス導入孔
１５３ｏ…水素ガス排出孔
１５４ｉ…冷媒導入孔
１５４ｏ…冷媒排出孔
１５５…第２プレート
１６０、１６０Ａ〜１６０Ｄ…酸素流路用リブ
１６１、１６１Ａ〜１６１Ｄ…窪み
１６２…冷媒流路用リブ
１７０…水素流路用リブ
Ｓ…接着剤層
Ｐ…リブピッチ
ｈ…リブ高さ
Ｄ…ダイス
ＤＨ…ダイスホール
ＯＲ…酸素流路
ＲＲ…冷媒流路
ＨＲ…水素流路
【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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