JP2007035449A

JP2007035449A - セパレータ

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Publication number: JP2007035449A
Application number: JP2005217195A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Ono; 充昭小野; Tomohiro Nishio; 智博西尾; Toshiaki Kasazaki; 敏明笠崎
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP5075328B2

Abstract

【課題】最適なシール性能を発揮するセパレータを提供する。
【解決手段】シールラインＬの形状を、各角部において中心がシールラインＬより内側に位置する円弧Ａｃを有し、互いに隣接する円弧Ａｃを、中心がシールラインＬより外側に位置する円弧Ａｍを介して接続した形状とする。このようなシールラインとすることで、組み立て時の締め付けにより発生する当接圧力を分散させることができるので、高分子膜を破壊することなく十分なシール性能を発揮することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、スタック型の固体高分子型燃料電池に備えられるセパレータに関する。

燃料電池は、２つの電極と電極間に挟まれた電解質とを有している。陰極では、供給された水素がイオン化して水素イオンとなり電解質中を陽極に向かって移動する。陽極では、供給された酸素と電解質中を移動してきた水素イオンとが反応して水を発生する。水素がイオン化したときに発生した電子が、陰極から配線を通って陽極へと移動することで電流が流れ、電気が発生する。

固体高分子型燃料電池の構造は、表面に触媒電極を設けた電解質膜と、電解質膜を両側から挟み、水素および酸素を供給するための溝を設けたセパレータと、電極を発生した電気を回収する収電板などとを含んで構成される。また、セパレータは燃料電池を構成する部品の約８０％もの体積および重量を占めるため、燃料電池のコンパクト化には欠かせない部品である。

セパレータ材料としては、緻密性カーボン、合成樹脂などがあるが、導電性、加工性、密閉性などの観点から、金属が使用されることが多くなっている。燃料電池の組立工程において、水素および酸素などのガスの漏れを防ぐために、セパレータの外周部をＯリングなどのシール材を用いて密閉したり、外周部にガスケットを設ける必要がある。これに対して本件発明者らは、これまでの研究により、金属セパレータの外周部に、電解質の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部を、その頂部がばね力によって電解質に圧接されるように設けることで、シール材がなくともガスの漏れを防ぐことができるという知見を得ている。

特許文献１記載セパレータのシールラインはその外周に沿って設けられるか、またはガス流路を取り囲むようにして設けられる。

特開２００５−３８８６８号公報

前述のようなシール突部をプレス加工で形成する場合、シールラインは、セパレータの各角部分についてはそれぞれ円弧形状とし、各辺部分については各円弧を結ぶ直線とする、いわゆる角丸四角形状のシールラインになる。

このようなシールラインとなるような金属セパレータを用いて燃料電池を組み立てた場合、締め付け圧力が角部の円弧形状の部分に集中し、電解質膜を破壊するおそれがある。また、電解質膜を破壊しない程度の締め付け圧力とするとシール性能が低下し、ガス漏れが発生するおそれがある。
本発明の目的は、最適なシール性能を発揮するセパレータを提供することである。

本発明は、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とが一体化されたセパレータであって、
シール部に相当する領域には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部を有し、
前記シール突部の頂部が前記電解質層に当接する箇所を仮想的に示す当接線が閉曲線であり、
前記閉曲線の形状が、各角部では中心が前記閉曲線より内側に位置する第１の円弧を有し、互いに隣接する前記第１の円弧を、中心が前記閉曲線より外側に位置する第２の円弧を介して接続した形状であることを特徴とするセパレータである。

また本発明は、前記第１の円弧の半径ｒｃと、前記第２の円弧の半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃが２以上８以下であることを特徴とする。

本発明によれば、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とが一体化されたセパレータである。

シール部に相当する領域には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部を有する。

前記シール突部の頂部が前記電解質層に当接する箇所を仮想的に示す当接線、いわゆるシールラインが閉曲線であり、この閉曲線の形状が、各角部では中心が前記閉曲線より内側に位置する第１の円弧を有し、互いに隣接する前記第１の円弧を、中心が前記閉曲線より外側に位置する第２の円弧を介して接続した形状である。

これにより、組み立て時の締め付けにより発生する当接圧力を分散させることができるので、電解質層を破壊することなく最適なシール性能を発揮することができる。

また本発明によれば、前記第１の円弧の半径ｒｃと、前記第２の円弧の半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃが２以上８以下であることが好ましい。

比ｒｍ／ｒｃをこのような範囲とすることで、当接圧力をより均等に分散させることができる。

図１は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略称ＰＥＦＣ）１００を展開した状態で模式的に示した斜視図である。ＰＥＦＣ１００は、セパレータ１、燃料電池セル２、集電板３、絶縁シート４、エンドフランジ５、電極配線１２を有する。ＰＥＦＣ１００は、高電圧、高出力を得るために、複数の燃料電池セル２を直列に接続した、いわゆるスタック状態で構成される。このスタック状態を構成するためには、燃料電池セル２間にセパレータを配置し、各燃料電池セル２に対して水素および酸素の供給と、発生した電気の回収とを行う。したがって、図１に示すように、燃料電池セル２とセパレータ１とが交互に配置される。この配置の最外層にはセパレータ１が配置され、セパレータ１のさらに外側には集電板３が設けられる。集電板３は、各セパレータ１で回収された電気を集めて取り出すために設けられ、電極配線１２が接続されている。絶縁シート４は、集電板３とエンドフランジ５との間に設けられ、集電板３からエンドフランジ５に電流が漏れるのを防止している。エンドフランジ５は、複数の燃料電池セル２をスタック状態に保持するためのケースである。

エンドフランジ５には、水素ガス供給口６、冷却水供給口７、酸素ガス供給口８、水素ガス排出口９、冷却水排出口１０および酸素ガス排出口１１が形成されている。各供給口から供給されたガスおよび水の流体は、燃料電池セル２の積層方向に貫通する各往路を通り最外層のセパレータ１で折り返し、各復路を通って各排出口から排出される。

往路および復路は、各セパレータ１で分岐しており、往路を流れる各流体は、セパレータ１によって形成された、燃料電池セル２の面方向に平行な流路を通って復路に流れ込む。水素ガスおよび酸素ガスは、燃料電池セル２で消費されるので、未反応ガスが復路を通って排出されることとなる。排出された未反応ガスは回収され、再度供給口から供給される。酸素ガス流路付近では酸素と水素との反応によって水が生成するので、排出された酸素ガスは水を含んでいる。排出された酸素ガスを再度供給するには水を除去する必要がある。

燃料ガスである水素ガスおよび酸化剤ガスである酸素ガスは、それぞれ水素および酸素のみからなるガスである必要はなく、水素、酸素以外にも、接触する流路を劣化、変性させないガスであれば含んでいてもよい。たとえば、酸素ガスとして窒素を含む空気を用いてもよい。また、水素源としては水素ガスに限らずメタンガス、エチレンガス、天然ガスなどでもよく、エタノールなどでもよい。

図２は、セパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。単位電池１０１とは、１つの燃料電池セル２と、この両側に配置された２つのセパレータ１とからなり、水素および酸素を供給することで電力を発生させることができる最小の構成である。

電解質組立体である燃料電池セル２は、電解質媒体である高分子膜２０と、高分子膜２０の厚み方向表面に形成した触媒電極２１とからなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode
Assembly）とも呼ばれる。

高分子膜２０は、水素イオン（プロトン）を透過するプロトン導電性電解質膜であり、パーフルオロスルホン酸樹脂膜（たとえば、デュポン社製、商品名ナフィオン）がよく用いられる。

触媒電極２１は、高分子膜２０の厚み方向表面に、プラチナ、ルテニウムなどの触媒金属を含むカーボン層として積層される。触媒電極２１に水素ガス、酸素ガスが供給されると、触媒電極２１と高分子膜２０との界面で電気化学反応が生じて直流電力が発生する。

高分子膜２０は、厚みが約０．１ｍｍであり、触媒電極２１は含有する触媒金属などによっても変わるが、数μｍの厚みで形成される。

セパレータ１は、水素ガスおよび酸素ガスの流路を分離する分離部１３と、外周部に設けられ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐシール部１４とを有している。本実施形態では、触媒電極２１は、高分子膜２０の全面に形成されているのではなく、外周の幅１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍにわたって高分子膜２０が表面に露出している。セパレータ１の分離部１３は、触媒電極２１が形成されている領域に対向する領域に形成され、シール部１４は、高分子膜２０が露出している領域に対向する領域に形成される。

セパレータ１の主な材質として、平板状の金属薄板を用いる。たとえば、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属薄板、特にステンレス（たとえばＳＵＳ３０４など）鋼板、ＳＰＣＣ（一般用冷間圧延鋼板）、耐食性鋼板が好ましい。ステンレス鋼板については、表面処理されたものを使用することができる。たとえば、表面を酸洗処理、電解エッチング処理したもの、導電性介在物を含むもの、ＢＡ皮膜を形成したもの、イオンプレーティング加工により導電性化合物をコーティングしたものなどが使用できる。また、結晶組織を超微細化した高耐食性ステンレス鋼板なども使用できる。

上記のような金属薄板を塑性変形加工、たとえばプレス加工することによって、分離部１３とシール部１４とを一体形成することができる。なお、耐熱性を向上させるために、プレス加工後に、ＢＨ（Baked Hardening）処理を施したものが好ましい。

分離部１３には、触媒電極２１の形成面に平行で、互いに平行な複数の流路溝が形成されている。この流路溝は、ガスの流れ方向に垂直な断面が凹形状となっている。流路溝は、分離壁１５と電極接触壁１６とからなり、分離壁１５、電極接触壁１６および触媒電極２１で囲まれた空間が水素ガス流路１７および酸素ガス流路１８となる。分離壁１５は、水素ガスと酸素ガスが混合しないように水素ガス流路１７と酸素ガス流路１８とを隔てる。電極接触壁１６は、触媒電極２１に接触し、高分子膜２０と触媒電極２１との界面で発生した直流電力を直流電流として取り出し、分離壁１５、他の電極接触壁１６などを通って集電板に収集される。

互いに隣接する流路溝は、開放面が逆向きとなるように形成されており、これに応じて、水素ガス流路１７および酸素ガス流路１８を互いに隣接するように設定する。すなわち、同一の触媒電極２１には同一のガスが接触するようにガス流路を設定する。さらに、１つの単位電池１０１を構成する２つのセパレータ１は、図２に示すように、流路溝の開放部が、燃料電池セル２を挟んで対向するように配置される。すなわち、２つのセパレータ１は、燃料電池セル２の中心を対称面として面対称の関係となるように配置される。ただし、ガス流路の設定は、面対称の関係ではなく、燃料電池セル２を挟んで対向する流路溝が、異なるガスのガス流路を形成するように設定する。たとえば、図２に示すように、燃料電池セル２を挟んで対向するガス流路は、一方が水素ガス流路１７であり、もう一方が酸素ガス流路１８である。

以上のようにセパレータ１を配置し、ガス流路を設定することで、電力を発生させることができる。

なお、流路溝と触媒電極２１とによって形成された流路には、水素ガスおよび酸素ガスに限らず、冷却水を流してもよい。冷却水を流す場合は、燃料電池セル２を挟んで対向する流路溝のいずれにも流すことが好ましい。

シール部１４には、触媒電極２１の形成面に平行に延びるシール突部が形成される。このシール突部は、ガスの流れ方向に垂直な断面がＵ字形状またはＶ字形状となっている。シール突部の頂部１９は、ばね力によって、露出した高分子膜２０に圧接される。この圧接位置でシールされ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐことができる。また、シール突部をＵ字形状またはＶ字形状とすることで、頂部１９の膜接触面積を小さくし、Ｏリングと同様の高圧シールを実現している。

シール突部の頂部１９を、ばね力によって高分子膜２０に圧接するには、高分子膜２０と接触しない状態、すなわちＰＥＦＣ１を組み立てる前の状態のセパレータ１において、シール突部の頂部１９の位置が、ＰＥＦＣ１が組み立てられ、高分子膜２０と接触する位置よりさらに高分子膜２０側となるように予めシール部１４を形成する。具体的には、図３（ａ）に示すように、ＰＥＦＣ１が組み立てられた状態では、シール突部の頂部１９の位置は、触媒電極２１との仮想接触面Ａを基準とすると、触媒電極２１との接触面と頂部１９との距離が触媒電極２１の厚みｔ１となるような位置になる。したがって、ＰＥＦＣ１が組み立てられる以前の状態では、図３（ｂ）に示すように、シール突部の頂部１９の位置は、触媒電極２１との接触面との距離がｔ１より大きなｔ２となるように形成すればよい。分離部１３とシール突部との接続部分がばねとして働くので、組み立て時に頂部１９が高分子膜に圧接する際の圧力は、このばね力と接触面積によって決まる。ばね力は、フックの法則に従い、ばね定数（弾性定数）に変位量を掛けたものとなる。セパレータ１においては、ばね定数は、セパレータ１の材質およびシール部１４の形状とで決まる。変位量は、Δｔ＝ｔ２−ｔ１である。したがって、材質と形状とを予め決定し、ばね定数を決定した状態で、プレス加工時にｔ２を変えることで、シール圧力を容易に調整することができる。最適なシール圧力を実現するために、材質および形状を変更してもよいことは言うまでもない。

図４は、本発明の実施の一形態であるセパレータ１の平面図である。図５は、セパレータ１のＳ−Ｓ線断面図である。

セパレータ１を用いた場合、シール突部の頂部１９が高分子膜２０に当接しており、この当接箇所を仮想的に示す当接線をシールラインＬとする。

シールラインＬの形状は、各角部において中心がシールラインＬより内側に位置する円弧Ａｃを有し、互いに隣接する円弧Ａｃを、中心がシールラインＬより外側に位置する円弧Ａｍを介して接続した形状としている。このようなシールラインとすることで、組み立て時の締め付けにより発生する当接圧力を分散させることができるので、高分子膜２０を破壊することなく十分なシール性能を発揮することができる。円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃは、２以上８以下が好ましく、２が最も好ましい。

シールラインＬの形状、特に円弧Ａｃの半径ｒｃと、円弧Ａｍの半径ｒｍとの比を変更したときの当接圧力の変化について、以下のように、有限要素法に基づくシミュレーションで検証する。

図６は、シミュレーションを行う際のセパレータの有限要素モデルを示す図である。図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）はＴ−Ｔ線断面図である。

この有限要素モデルでは、金属セパレータの材質をＳＵＳ（縦弾性係数＝２０００００Ｎ／ｍｍ^２、ポアソン比＝０．３）とし、５．９Ｎの外力を保持した仮想剛体平面（高分子膜に相当）２２をセパレータに押し当てる条件でシミュレーションを行う。セパレータの形状および力学的対称面を考慮しセパレータ全体の１／８の部分をモデル化する。

円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃを変化させたモデルを作成し、ミーゼス応力分布を算出することで、シール突部の頂部１９と高分子膜２０との当接圧力分布を評価する。

図７〜図１３は、それぞれ検討例１〜７のシミュレーションモデルを示す図である。
検討例１は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝０ｍｍとしたモデルである。

検討例２は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝５０ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝１０である。

検討例３は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝４０ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝８である。

検討例４は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝３０ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝６である。

検討例５は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝２０ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝４である。

検討例６は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝１０ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝２である。

検討例７は、円弧Ａｃの半径ｒｃ＝５ｍｍ、円弧Ａｍの半径ｒｍ＝５ｍｍとしたモデルであり、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃ＝１である。

これらのモデルを用いて上記の条件でシミュレーションを行った結果を、図１４〜図２０の応力分布図に示す。

検討例１では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が２２９Ｎ／ｍｍ^２であり、このようなシールライン形状の場合、円弧Ａｃに当接圧力が集中している、すなわち高分子膜が破壊される可能性が高いことがわかる。また、円弧Ａｃを結ぶ直線部分の応力が小さいことから、高分子膜を破壊しない程度の締め付けにするとシール性能が低下する可能性が高く、シール性能を高めるために締め付け力を大きくすると、高分子膜を破壊する可能性がさらに高くなってしまう。

検討例２では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が１３５Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて３８．２Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力が小さくなる、すなわち高分子膜が破壊される可能性が低くなったことがわかる。しかしながら、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分の圧力が０であることからシール性能が発揮されない。シール性能を発揮させるために締め付け力を大きくすると、高分子膜を破壊する可能性が高くなってしまう。

検討例３では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が１２８Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて３５．３Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力が小さくなる、すなわち高分子膜が破壊される可能性が低くなったことがわかる。また、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分にも適度な圧力が発生し、シール性能が保持されていることがわかる。

検討例４では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が１１７Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて４２．１Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力が小さくなる。また、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分にも適度な圧力が発生し、シール性能が保持されていることがわかる。

検討例５では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が１０５Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて５５．９Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力がさらに小さくなる。また、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分にも適度な圧力が発生し、シール性能が保持されていることがわかる。

検討例６では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が８３．３Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて８９．２Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力がさらに小さくなり、円弧Ａｃにおける当接圧力と、円弧Ａｍにおける当接圧力がほぼ等しくなる。また、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分にも適度な圧力が発生し、シール性能が保持されており、特に適したシールライン形状であることがわかる。

検討例７では、円弧Ａｃにおいてミーゼス応力が７４．５Ｎ／ｍｍ^２であり、円弧Ａｍにおいて１４９Ｎ／ｍｍ^２である。このようなシールライン形状の場合、当接圧力が円弧Ａｃと円弧Ａｍとに分散されるため、円弧Ａｃにおける当接圧力がさらに小さくなるが、円弧Ａｍに当接圧力が集中している、すなわち高分子膜が破壊される可能性が高いことがわかる。また、円弧Ａｃと円弧Ａｍとを結ぶ部分の圧力が０であることからシール性能が発揮されない。シール性能を発揮させるために締め付け力を大きくすると、高分子膜を破壊する可能性が高くなってしまう。

以上より、互いに隣接する円弧Ａｃを、中心がシールラインＬより外側に位置する円弧Ａｍを介して接続した形状のシールラインとすることで、当接圧力を分散させることができるので、高分子膜２０を破壊することなく十分なシール性能を発揮することができる。

また、円弧Ａｃの半径ｒｃと円弧Ａｍの半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃを検討例２および検討例７のように１０および１にすると、シール性能が発揮されなくなるので、比ｒｍ／ｒｃは、２以上８以下が好ましく、円弧Ａｃにおける当接圧力と、円弧Ａｍにおける当接圧力がほぼ等しくなる２が最も好ましい。

固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略称ＰＥＦＣ）１００を展開した状態で模式的に示した斜視図である。セパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。ばね力が発生するためのシール部１４の形状を説明する図である。本発明の実施の一形態であるセパレータ１の平面図である。セパレータ１のＳ−Ｓ線断面図である。シミュレーションを行う際のセパレータの有限要素モデルを示す図である。検討例１のシミュレーションモデルを示す図である。検討例２のシミュレーションモデルを示す図である。検討例３のシミュレーションモデルを示す図である。検討例４のシミュレーションモデルを示す図である。検討例５のシミュレーションモデルを示す図である。検討例６のシミュレーションモデルを示す図である。検討例７のシミュレーションモデルを示す図である。検討例１のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例２のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例３のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例４のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例５のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例６のシミュレーション結果を示す応力分布図である。検討例７のシミュレーション結果を示す応力分布図である。

符号の説明

１セパレータ
２燃料電池セル
３集電板
４絶縁シート
５エンドフランジ
６水素ガス供給口
７冷却水供給口
８酸素ガス供給口
９水素ガス排出口
１０冷却水排出口
１１酸素ガス排出口
１２電極配線
１３分離部
１４シール部
１５分離壁
１６電極接触壁
１７水素ガス流路
１８酸素ガス流路
１９頂部
２０高分子膜
２１触媒電極

Claims

電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とが一体化されたセパレータであって、
シール部に相当する領域には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部を有し、
前記シール突部の頂部が前記電解質層に当接する箇所を仮想的に示す当接線が閉曲線であり、
前記閉曲線の形状が、各角部では中心が前記閉曲線より内側に位置する第１の円弧を有し、互いに隣接する前記第１の円弧を、中心が前記閉曲線より外側に位置する第２の円弧を介して接続した形状であることを特徴とするセパレータ。
前記第１の円弧の半径ｒｃと、前記第２の円弧の半径ｒｍとの比ｒｍ／ｒｃが２以上８以下であることを特徴とする請求項１記載のセパレータ。