JP2004087311A - 燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用金属製セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】容易に小型化および軽量化を図るとともに、金属製セパレータ種類を削減して取り扱い作業性および経済性の向上を可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック２０は、積層体２２ａ、２２ｂを備え、前記積層体２２ａ、２２ｂは、第１金属製セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体２６ａ、第２金属製セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂおよび第３金属製セパレータ３０の順に積層されるとともに、前記積層体２２ｂが前記積層体２２ａに対して１８０°だけ反転された状態で、該積層体２２ａ、２２ｂが互いに積層されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、一方の電極に一方の反応ガスを供給する第１反応ガス流路および他方の電極に他方の反応ガスを供給する第２反応ガス流路を形成する金属製セパレータとを備える燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用金属製セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この燃料電池は、電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成されている。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。そ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として利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。
【０００５】
この種のセパレータは、通常、カーボン系材料で構成されているが、前記カーボン系材料では、強度等の要因で薄肉化が図れないという不具合がある。そこで、最近、この種のカーボン製セパレータよりも耐応力破損性に優れる金属導板製のセパレータ（以下、金属製セパレータともいう）を用い、この金属製セパレータにプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することにより、該金属製セパレータの厚さの減少を図って燃料電池を小型化かつ軽量化する工夫がなされている。
【０００６】
さらに、冷却媒体流路を複数組みの燃料電池毎に設けることにより（所謂、間引き冷却）、前記冷却媒体流路の数を減少させて燃料電池スタック全体の積層方向の短尺化を図る工夫がなされている。
【０００７】
例えば、図７に示すように、従来の燃料電池スタック１では、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２ａ、第２電解質膜・電極構造体２ｂ、第３電解質膜・電極構造体２ｃおよび第４電解質膜・電極構造体２ｄが、矢印Ｘ方向に積層されている。第１乃至第４電解質膜・電極構造体２ａ〜２ｄは、それぞれ固体高分子電解質膜３と、前記固体高分子電解質膜３を挟持するカソード側電極４およびアノード側電極５とを備えている。
【０００８】
第１電解質膜・電極構造体２ａは、第１および第２金属製セパレータ６ａ、６ｂに挟持され、第２電解質膜・電極構造体２ｂは、第２および第３金属製セパレータ６ｂ、６ｃに挟持され、第３電解質膜・電極構造体２ｃは、第４および第５セパレータ６ｄ、６ｅに挟持され、さらに第４電解質膜・電極構造体２ｄは、第５および第６セパレータ６ｅ、６ｆに挟持されている。
【０００９】
第１金属製セパレータ６ａの第１電解質膜・電極構造体２ａ側の面には、酸化剤ガス流路７ａが形成されるとともに、この第１金属製セパレータ６ａの裏面には、冷却媒体流路８ａが形成されている。第２金属製セパレータ６ｂの第１電解質膜・電極構造体２ａ側の面には、燃料ガス流路９ａが設けられるとともに、この第２金属製セパレータ６ｂの第２電解質膜・電極構造体２ｂ側の面には、酸化剤ガス流路７ｂが設けられている。
【００１０】
第３金属製セパレータ６ｃの第２電解質膜・電極構造体２ｂ側の面には、燃料ガス流路９ｂが形成される一方、この第３金属製セパレータ６ｃと第４セパレータ６ｄとの間には、冷却媒体流路８ｂが形成されている。この第４セパレータ６ｄの第３電解質膜・電極構造体２ｃ側の面には、酸化剤ガス流路７ｃが設けられている。
【００１１】
第５セパレータ６ｅの第３電解質膜・電極構造体２ｃ側の面には、燃料ガス流路９ｃが形成されるとともに、この第５セパレータ６ｅの第４電解質膜・電極構造体２ｄ側の面には、酸化剤ガス流路７ｄが設けられている。第６セパレータ６ｆの第４電解質膜・電極構造体２ｄ側の面には、燃料ガス流路９ｄが形成される一方、この第６セパレータ６ｆの裏面には、第１金属製セパレータ６ａとの間に冷却媒体流路８ａが設けられている。
【００１２】
上記のように、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが板状の金属製セパレータで構成されるとともに、第１および第２電解質膜・電極構造体２ａ、２ｂの間と、第３および第４電解質膜・電極構造体２ｃ、２ｄの間とには、冷却媒体流路が設けられていない。これにより、燃料電池スタック１全体の積層方向の寸法を可及的に短尺化することができ、しかも前記燃料電池スタック１の小型化および軽量化が図られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の燃料電池スタック１では、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの外周縁部に、図示していないが、積層方向に一体的に貫通して燃料ガスを供給および排出する燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを供給および排出する酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を供給および排出する冷却媒体連通孔とが設けられることにより、内部マニホールドを構成している場合が多い。
【００１４】
このため、燃料電池スタック１を組み立てる際には、少なくとも６種類の第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆが必要となっており、前記第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを個別に製造しなければならない。従って、部品点数が増大して燃料電池スタック１全体の製造コストが相当に高騰するという問題が指摘されている。
【００１５】
しかも、燃料電池スタック１を組み立てる際、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆを所望の順序に積層しなければならない。これにより、第１乃至第６セパレータ６ａ〜６ｆの取り扱い作業性が煩雑化するとともに、燃料電池スタック１の組み立て作業が効率的に遂行されないおそれがある。
【００１６】
そこで、セパレータ種類を削減するために、例えば、図８に示すように、第１および第２電解質膜・電極構造体２ａ、２ｂと、第１乃至第３セパレータ６ａ、６ｂおよび６ｃとを備える複数組みのユニット１１を設け、各ユニット１１間にプレート１２が介装されて燃料電池スタック１ａを構成することが行われている。
【００１７】
しかしながら、各ユニット１１間に介装される新たなプレート１２が必要となり、前記ユニット１１の積層数が増加するのに伴って、前記プレート１２の数も増加してしまう。結果的に、燃料電池スタック１ａの製造コストが高騰するという問題がある。
【００１８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、容易に小型化および軽量化を図るとともに、金属製セパレータ種類を削減して取り扱い作業性および経済性に優れる燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用金属製セパレータを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池スタックでは、電解質・電極接合体と、金属製セパレータとを備えるとともに、前記金属製セパレータは、一方の面に冷却媒体流路が形成され、他方の面に第１反応ガス流路が形成される第１金属製セパレータと、一方の面に第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記第１反応ガス流路が形成される第２金属製セパレータと、一方の面に前記第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記冷却媒体流路が形成される第３金属製セパレータとを備えている。
【００２０】
第１乃至第３金属製セパレータは、第１反応ガス流路に連通する第１反応ガス連通孔、第２反応ガス流路に連通する第２反応ガス連通孔および冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔を、積層方向に貫通しかつ面内中心部に対して点対称形状に設けている。さらに、第１および第３金属製セパレータは、面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、前記第１金属製セパレータの一方の面と前記第３金属製セパレータの他方の面との間に、冷却媒体流路が一体的に構成されている。
【００２１】
ここで、「冷却媒体流路が一体的に構成され」とは、第１金属製セパレータの一方の面と第３金属製セパレータの他方の面とにおいて、それぞれの凸部同士および凹部同士が対向することにより、互いに対向する前記凹部を介して前記第１および第３金属製セパレータ間に冷却媒体流路が形成されることをいう。
【００２２】
そこで、第１金属製セパレータ、第１電解質・電極接合体、第２金属製セパレータ、第２電解質・電極接合体および第３金属製セパレータの順に積層した積層体を複数組み構成し、第１の積層体を第２の積層体に対して面内中心部回りに相対的に１８０゜反転させて前記第１の積層体と前記第２の積層体との間に前記冷却媒体流路を一体的に構成した状態で、前記第１および第２の積層体を互いに積層させている。
【００２３】
このように、一方の積層体を１８０゜反転させることにより、各積層体の間に冷却媒体流路が一体的に形成されるため、互いに１８０゜反転された積層体同士を直接積層させることにより、所望の積層数に設定された燃料電池スタックを容易かつ確実に構成することができる。
【００２４】
これにより、冷却媒体流路の間引き構造による小型化を図りながら、金属製セパレータ種類を３種類に削減することが可能になる。しかも、積層体間に新たなプレートを介装する必要がなく、部品点数が有効に削減されて燃料電池スタックを経済的に構成することができるとともに、組み立て作業性が大幅に向上する。
【００２５】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタック用金属製セパレータでは、一方の面に冷却媒体流路が形成され、他方の面に第１反応ガス流路が形成される第１金属製セパレータと、一方の面に第２反応ガス流路が形成され、他方の面に第１反応ガス流路が形成され、前記第１金属製セパレータとの間で第１電解質・電極接合体を挟持する第２金属製セパレータと、一方の面に第２反応ガス流路が形成され、他方の面に冷却媒体流路が形成され、前記第２金属製セパレータとの間で第２電解質・電極接合体を挟持する第３金属製セパレータとを備えている。
【００２６】
第１乃至第３金属製セパレータは、第１反応ガス流路に連通する第１反応ガス連通孔、第２反応ガス流路に連通する第２反応ガス連通孔および冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔を、積層方向に貫通しかつ面内中心部に対して点対称形状に設けている。さらに、第１および第３金属製セパレータは、面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、前記第１金属製セパレータの一方の面と前記第３金属製セパレータの他方の面との間に、冷却媒体流路が一体的に構成されている。
【００２７】
このため、冷却媒体流路を間引く際に、従来、６種類の金属製セパレータが必要であったものが、金属製セパレータを反転させて使用することにより、３種類の金属製セパレータで対応することができる。これにより、金属製セパレータ種類が半減され、この金属製セパレータの製造コストが有効に削減されるとともに、前記金属製セパレータの取り扱い作業性が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック２０の一部断面説明図である。
【００２９】
燃料電池スタック２０は、積層体２２ａ、２２ｂを所定の組み数だけ交互に積層して構成される。積層体２２ａ、２２ｂは、同一に構成されており、発電面内中心部の軸Ｏの回りに相対的に１８０゜だけ反転された状態で、互いに矢印Ａ方向に積層される。
【００３０】
図１および図２に示すように、積層体２２ａは、第１金属製セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２６ａ、第２金属製セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂおよび第３金属製セパレータ３０の順に、矢印Ａ方向に積層して構成されている。
【００３１】
図２に示すように、積層体２２ａの長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３２ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂとが上下に設けられる。積層体２２ａの長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３２ｂとが上下に設けられる。
【００３２】
積層体２２ａの下端縁部には、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔３６ａが設けられるとともに、前記積層体２２ａの上端縁部には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔３６ｂが設けられる。
【００３３】
第１および第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜（電解質）４０と、該固体高分子電解質膜４０を挟持するアノード側電極４２およびカソード側電極４４とを備える。アノード側電極４２およびカソード側電極４４は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されてなる電極触媒層とをそれぞれ有する。
【００３４】
図１乃至図３に示すように、第１金属製セパレータ２４は、複数のエンボス部４６を備えている。第１電解質膜・電極構造体２６ａに対向する面（他方の面）２４ａ側では、エンボス部４６がこの第１電解質膜・電極構造体２６ａを構成するカソード側電極４４に当接することによって、第１金属製セパレータ２４と前記カソード側電極４４との間に、酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）４８が設けられる。この酸化剤ガス流路４８は、酸化剤ガス供給連通孔３２ａと酸化剤ガス排出連通孔３２ｂとに連通する。
【００３５】
第１金属製セパレータ２４の裏面（一方の面）には、後述するように、第３金属製セパレータ３０との間に冷却媒体流路６０が形成される。
【００３６】
図１、図２および図４に示すように、第２金属製セパレータ２８は、複数のエンボス部５０を設けるとともに、第１電解質膜・電極構造体２６ａに対向する面（一方の面）２８ａ側には、前記エンボス部５０が第１電解質膜・電極構造体２６ａを構成するアノード側電極４２に当接して燃料ガス流路（第２反応ガス流路）５２が形成される。この燃料ガス流路５２は、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通している。
【００３７】
第２金属製セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２６ｂを構成するカソード側電極４４に対向する面（他方の面）２８ｂ側には、エンボス部５０が前記カソード側電極４４に当接して酸化剤ガス流路（第１反応ガス流路）５４が形成される。この酸化剤ガス流路５４は、酸化剤ガス供給連通孔３２ａと酸化剤ガス排出連通孔３２ｂとに連通している。
【００３８】
図１、図２および図５に示すように、第３金属製セパレータ３０は、複数のエンボス部５６を設けるとともに、第２電解質膜・電極構造体２６ｂに対向する面（一方の面）３０ａ側には、前記エンボス部５６が第２電解質膜・電極構造体２６ｂを構成するアノード側電極４２に当接して燃料ガス流路（第２反応ガス流路）５８が形成される。この燃料ガス流路５８は、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通している。
【００３９】
第３金属製セパレータ３０の他方の面３０ｂ側には、エンボス部５６が第１金属製セパレータ２４のエンボス部４６に当接して冷却媒体流路６０が一体的に形成される（図１参照）。この冷却媒体流路６０は、それぞれ２つの冷却媒体供給連通孔３６ａと冷却媒体排出連通孔３６ｂとに連通している。
【００４０】
第１乃至第３金属製セパレータ２４、２８および３０では、酸化剤ガス供給連通孔３２ａ、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３４ａ、燃料ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３６ａおよび冷却媒体排出連通孔３６ｂが、積層方向に貫通しかつ発電面内中心部に対して点対称形状に構成されている。この関係は、第１および第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂにおいても同様である。
【００４１】
第１および第３金属製セパレータ２４、３０は、発電面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、前記第１金属製セパレータ２４の一方の面（面２４ａとは反対の面）と前記第３金属製セパレータ３０の他方の面３０ｂとの間に、冷却媒体流路６０が一体的に構成される（図１参照）。
【００４２】
すなわち、図１に示すように、第１金属製セパレータ２４の一方の面と第３金属製セパレータ３０の他方の面３０ｂとにおいて、それぞれのエンボス部４６、５６の裏面側（凹部同士）が対向することにより、前記エンボス部４６、５６の裏面側に冷却媒体流路６０が一体的に形成される。
【００４３】
このように構成される燃料電池スタック２０の動作について、以下に説明する。
【００４４】
燃料電池スタック２０内には、水素含有ガス等の燃料ガスと、酸素含有ガスである空気等の酸化剤ガスと、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体とが供給される。このため、燃料電池スタック２０では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組みの積層体２２ａ、２２ｂに対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給される。
【００４５】
図２に示すように、積層体２２ａにおいて説明すると、矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給連通孔３２ａに供給された酸化剤ガスは、第１金属製セパレータ２４に設けられている酸化剤ガス流路４８に導入され、第１電解質膜・電極構造体２６ａを構成するカソード側電極４４に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２金属製セパレータ２８の燃料ガス流路５２に導入され、第１電解質膜・電極構造体２６ａを構成するアノード側電極４２に沿って移動する。
【００４６】
従って、第１電解質膜・電極構造体２６ａでは、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００４７】
また、第２電解質膜・電極構造体２６ｂでは、第２金属製セパレータ２８の面２８ｂに形成されている酸化剤ガス流路５４に酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスが、第２電解質膜・電極構造体２６ｂを構成するカソード側電極４４に供給される。第２電解質膜・電極構造体２６ｂを構成するアノード側電極４２には、第３金属製セパレータ３０の面３０ａに形成された燃料ガス流路５８を介して燃料ガスが供給される。このため、第２電解質膜・電極構造体２６ｂにおいても、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４２に供給される燃料ガスとによって、発電が行われる。
【００４８】
次いで、アノード側電極４２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに排出される。同様に、カソード側電極４４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂに排出される。
【００４９】
一方、冷却媒体供給連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１および第３金属製セパレータ２４、３０間に形成されている冷却媒体流路６０に導入される。この冷却媒体は、鉛直上方向に移動して第１および第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂを冷却した後、冷却媒体排出連通孔３６ｂに排出される。
【００５０】
この場合、第１金属製セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体２６ａ、第２金属製セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂおよび第３金属製セパレータ３０を矢印Ａ方向に積層して積層体２２ａが構成されるとともに、この積層体２２ａでは、前記第１および第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂ間に冷却媒体流路を設けない、所謂、間引き冷却構造を採用している。
【００５１】
このため、図６に示すように、積層体２２ａ同士を矢印Ａ方向に積層しようとすると、一方の積層体２２ａを構成する第３金属製セパレータ３０の凸部側（エンボス部５６の山側）と、他方の積層体２２ａを構成する第１金属製セパレータ２４の凹部側（エンボス部４６の溝側）とが、積層方向に配列されてしまう。これにより、第１金属製セパレータ２４と第３金属製セパレータ３０との間には、冷却媒体を流すための間隙を形成することができない。
【００５２】
そこで、本実施形態では、第１乃至第３金属製セパレータ２４、２８および３０と、第１および第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂとにおいて、酸化剤ガス供給連通孔３２ａ、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３４ａ、燃料ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３６ａおよび冷却媒体排出連通孔３６ｂが、積層方向に貫通しかつ発電面内中心部に対して点対称形状に構成されている。
【００５３】
さらに、第１および第３金属製セパレータ２４、３０は、発電面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、前記第１金属製セパレータ２４の一方の面（面２４ａとは反対の面）と前記第３金属製セパレータ３０の他方の面３０ｂとの間に、冷却媒体流路６０が一体的に構成されている（図１参照）。
【００５４】
従って、図６において、一方の積層体２２ａを、他方の積層体２２ａに対して発電面内中心部の軸Ｏの回りに相対的に１８０°反転させて積層体２２ｂとする。これにより、図１に示すように、積層体２２ａの第３金属製セパレータ３０の凸部側が、積層体２２ｂを構成する第１金属製セパレータ２４の凸部側と積層方向に一致し、前記積層体２２ａ、２２ｂ間に冷却媒体流路６０が一体的に構成される。このため、積層体２２ａ、２２ｂを直接積層させることにより、所望の積層数に設定された燃料電池スタック２０が容易かつ確実に構成される。
【００５５】
これにより、冷却媒体流路６０の間引き構造による小型化を図りながら、例えば、従来、６種類必要であった金属製セパレータ種類を３種類、すなわち、第１乃至第３金属製セパレータ２４、２８および３０に削減することが可能になる。従って、例えば、積層体２２ａ、２２ｂの間に新たなプレートを介装する必要がなく、部品点数が有効に削減されて燃料電池スタック２０を経済的に構成することができるとともに、組み立て作業性が大幅に向上するという効果が得られる。
【００５６】
しかも、金属製セパレータ種類が半減されることにより、第１乃至第３金属製セパレータ２４、２８および３０の製造コストが有効に削減されるとともに、前記第１乃至第３金属製セパレータ２４、２８および３０の取り扱い作業性が大幅に向上するという利点がある。
【００５７】
なお、本実施形態では、酸化剤ガス流路４８、５４、燃料ガス流路５２、５８および冷却媒体流路６０をエンボス形状部を用いて構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、エンボス形状部とリブ部（溝状）とで構成してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、第１金属製セパレータ、第１電解質・電極接合体、第２金属製セパレータ、第２電解質膜・電極構造体および第３金属製セパレータの順に積層した積層体を構成し、一方の積層体を１８０゜反転させて各積層体同士を直接積層させることにより、所望の燃料電池スタックを構成することができる。
【００５９】
これにより、冷却媒体流路の間引き構造による小型化を図りながら、金属製セパレータ種類を３種類に削減することが可能になる。従って、積層体間に新たなプレートを介装する必要がなく、部品点数が有効に削減されて燃料電池スタックを経済的に構成することができるとともに、組み立て作業性が大幅に向上する。
【００６０】
また、本発明に係る燃料電池スタック用金属製セパレータでは、冷却媒体流路を間引く際に、従来、６種類の金属製セパレータが必要であったものが、金属製セパレータを反転させて使用することにより、３種類の金属製セパレータで対応することができる。このため、金属製セパレータ種類が半減され、この金属製セパレータの製造コストが有効に削減されるとともに、前記金属製セパレータの取り扱い作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックを構成する積層体の分解斜視説明図である。
【図３】前記積層体を構成する第１金属製セパレータの正面説明図である。
【図４】前記積層体を構成する第２金属製セパレータの正面説明図である。
【図５】前記積層体を構成する第３金属製セパレータの正面説明図である。
【図６】前記積層体同士を単に積層方向に配置した状態の一部断面説明図である。
【図７】従来技術に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図８】従来技術に係る別の燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【符号の説明】
２０…燃料電池スタック　　　　　　　２２ａ、２２ｂ…積層体
２４、２８、３０…金属製セパレータ
２６ａ、２６ｂ…電解質膜・電極構造体
３２ａ…酸化剤ガス供給連通孔　　　　３２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３４ａ…燃料ガス供給連通孔　　　　　３４ｂ…燃料ガス排出連通孔
３６ａ…冷却媒体供給連通孔　　　　　３６ｂ…冷却媒体排出連通孔
４０…固体高分子電解質膜　　　　　　４２…アノード側電極
４４…カソード側電極　　　　　　　　４６、５０、５６…エンボス部
４８、５４…酸化剤ガス流路　　　　　５２、５８…燃料ガス流路
６０…冷却媒体流路

Claims (2)

1. 電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体と、一方の電極に一方の反応ガスを供給する第１反応ガス流路および他方の電極に他方の反応ガスを供給する第２反応ガス流路を形成する金属製セパレータとを備える燃料電池スタックであって、
   前記金属製セパレータは、一方の面に冷却媒体流路が形成され、他方の面に前記第１反応ガス流路が形成される第１金属製セパレータと、
   一方の面に前記第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記第１反応ガス流路が形成される第２金属製セパレータと、
   一方の面に前記第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記冷却媒体流路が形成される第３金属製セパレータと、
   を備え、
   前記第１乃至第３金属製セパレータは、前記第１反応ガス流路に連通する第１反応ガス連通孔、前記第２反応ガス流路に連通する第２反応ガス連通孔および前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔を、積層方向に貫通しかつ面内中心部に対して点対称形状に設けるとともに、
   前記第１および第３金属製セパレータは、前記面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、該第１金属製セパレータの一方の面と該第３金属製セパレータの他方の面との間に、前記冷却媒体流路が一体的に構成されており、
   前記第１金属製セパレータ、第１電解質・電極接合体、前記第２金属製セパレータ、第２電解質・電極接合体および前記第３金属製セパレータの順に積層した積層体を複数組み構成し、第１の積層体を第２の積層体に対して前記面内中心部回りに相対的に１８０゜反転させて前記第１の積層体と前記第２の積層体との間に前記冷却媒体流路を一体的に構成した状態で、前記第１および第２の積層体を互いに積層させることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 一方の電極に一方の反応ガスを供給する第１反応ガス流路と、他方の電極に他方の反応ガスを供給する第２反応ガス流路とを形成する燃料電池スタック用金属製セパレータであって、
   一方の面に冷却媒体流路が形成され、他方の面に前記第１反応ガス流路が形成される第１金属製セパレータと、
   一方の面に前記第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記第１反応ガス流路が形成され、前記第１金属製セパレータとの間で第１電解質・電極接合体を挟持する第２金属製セパレータと、
   一方の面に前記第２反応ガス流路が形成され、他方の面に前記冷却媒体流路が形成され、前記第２金属製セパレータとの間で第２電解質・電極接合体を挟持する第３金属製セパレータと、
   を備え、
   前記第１乃至第３金属製セパレータは、前記第１反応ガス流路に連通する第１反応ガス連通孔、前記第２反応ガス流路に連通する第２反応ガス連通孔および前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体連通孔を、積層方向に貫通しかつ面内中心部に対して点対称形状に設けるとともに、
   前記第１および第３金属製セパレータは、前記面内中心部に対して相対的に１８０゜反転させて重ね合わせた際、該第１金属製セパレータの一方の面と該第３金属製セパレータの他方の面との間に、前記冷却媒体流路が一体的に構成されることを特徴とする燃料電池スタック用金属製セパレータ。

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